(57)【要約】  複雑な流路を簡便な方法により備えることが可能なマイクロチャネルアレイとその製造方法、並びに血液測定方法を提供する。第１基板１０と第２基板２０を接合することによって形成され、表面に液体流入口１及び液体流出口２を備え、内部に液体流入口１から液体流出口２に連通する空間構造を有するマイクロチャネルアレイ１００であって、内部空間構造は、流入口側空間３と、流出口側空間４と、流入口側空間３に連通する上流側流路５と、流出口側空間４に連通し、上流側流路５と間隙を持って対向する下流側流路６と、上流側流路５と下流側流路６とを連通させる微細流路７とを備え、第１基板１０及び第２基板２０に、それぞれ流入口側空間３及び流出口側空間４を形成するための凹部、並びに上流側流路５及び下流側流路６を形成するための溝部が設けられ、第２基板２０に、微細流路７を形成するための溝部を設けた。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板を密着又は接合することによって形成され、表面に液体流入口及び液体流出口を備え、内部に前記液体流入口から前記液体流出口に連通する内部空間構造を有するマイクロチャネルアレイであって、
前記内部空間構造は、前記液体流入口に連通する少なくとも一つの上流側流路と、
前記液体流出口に連通し、前記上流側流路と間隙を持って対向する少なくとも一つの下流側流路と、
前記上流側流路と前記下流側流路とを連通させ、前記上流側流路及び前記下流側流路に比して流路の断面中心部から当該流路の側壁部までの最短距離が小さい微細流路とを備え、
前記第１基板と前記第２基板を密着又は接合させる面側のそれぞれに前記上流側流路及び前記下流側流路を形成するための溝部が設けられ、
前記第２基板において、前記第１基板と前記第２基板を密着又は接合させる面側に、前記微細流路を形成するための溝部が設けられたマイクロチャネルアレイ。
【請求項２】
前記上流側流路及び前記下流側流路の流路の幅及び深さを、２０μｍ以上、１，０００μｍ以下とし、
前記微細流路の幅及び深さを、１μｍ以上、５０μｍ以下とし、
前記上流側流路、前記下流側流路、及び前記微細流路のそれぞれにおける流路の幅と深さの比を、１：１０〜１０：１の範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネルアレイ。
【請求項３】
前記上流側流路、前記下流側流路、及び前記微細流路の少なくとも一部が、深さ方向に多段構造、及び／又は傾斜構造を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロチャネルアレイ。
【請求項４】
前記微細流路は、当該微細流路の幅、深さ、流路長の少なくとも一つが異なる複数のものから構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のマイクロチャネルアレイ。
【請求項５】
前記微細流路は、前記上流側流路に対して略直交するように配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイ。
【請求項６】
前記内部空間構造の表面の水に対する接触角が、０．５°以上、６０°以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイ。
【請求項７】
前記第１基板、及び前記第２基板が樹脂成形品であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイ。
【請求項８】
産業用廃棄物、又は感染性廃棄物として焼却処理が可能なことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイ。
【請求項９】
前記第１基板、又は第２基板の少なくともいずれか一方の基板が透明であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイ。
【請求項１０】
基板上にレジストによりパターン形成するステップと、前記基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって金属を付着し、金属構造体を形成するステップと、前記金属構造体を鋳型として成形体を形成するステップとにより、第１基板及び第２基板をそれぞれ形成し、
前記第１基板及び前記第２基板を密着、又は接合するマイクロチャネルアレイの製造方法。
【請求項１１】
前記第１基板と前記第２基板を密着、又は接合する際に、所望の位置関係となるように位置合わせ手段を有することを特徴とする請求項１０に記載のマイクロチャネルアレイの製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、
当該微細流路を通過する前記血液の各血液成分の状態を測定し、
当該測定により前記血液の各血液成分の流れ特性あるいは活性度を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の血液測定方法において、
前記血液の各血液成分の状態の測定は、少なくとも前記微細流路の流入口近傍、及び前記微細流路の流出口近傍で行われることを特徴とする血液測定方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の血液測定方法において、
（ｉ）前記血液成分である赤血球について、前記微細流路を通過する際の変形能、又は／及び閉塞状況を測定することにより前記赤血球の活性度を、
（ｉｉ）前記血液成分である血小板について、当該微細流路の側壁面に対する粘着能、又は／及び当該微細流路に対する閉塞状況を測定することにより前記血小板の活性度を、又は／及び、
（ｉｉｉ）前記血液成分である白血球の前記微細流路の側壁面に対する粘着能、当該微細流路を通過する際の変形能、大きさの変化状況、又は／及び当該微細流路に対する閉塞状況以下を測定することにより、前記白血球の活性度を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項１５】
請求項１２又は１３に記載の血液測定方法において、
前記血液成分である血漿成分について、前記微細流路に対する閉塞状況を測定し、
前記血漿成分におけるコリステロールの存在度合いを求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項１６】
請求項１２又は１３に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
前記微細流路は、流路幅、流路の深さ、若しくは流路長の少なくとも一つが異なる複数の形状の微細流路を備え、
前記血液成分である血小板について、前記微細流路に対する粘着能を前記複数の形状の微細流路毎に測定し、当該測定から前記血小板の活性度を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の血液測定方法において、
前記血液の各血球細胞、若しくは液体成分のいずれかを蛍光物質により蛍光発色させて測定を行うことを特徴とする血液測定方法。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の血液測定法において、
縦・横０．６ｍｍ以上の広域を観察可能な高解像度カメラ、及び画像識別機能を使用することにより、マイクロチャネルアレイの広い範囲のなかから、前記血液成分の通過、粘着、閉塞の形態、及び部位を識別し、前記血液成分の少なくともいずれかの特性を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項１９】
請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の血液測定方法において、
前記試料の流入開始から所定量を流し終えるまでの間をデジタル記録し、
経過時間別に前記血液の各血液成分の少なくともいずれかの通過、粘着、閉塞の形態、及び部位を画像識別し、前記血液の各血液成分の少なくともいずれかの特性を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の血液測定方法において、
前記血液の各血液成分の求められた特性は、症例発症の可能性、発症に影響を与える生活習慣の因子、又は／及び生活指導の内容が表示、印刷、又は／及び音声表現されることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
前記マイクロチャネルアレイ内に設けられた微細流路の流入口、流出口の間に生理活性物質の濃度差を設けることにより、前記微細流路を介して白血球の移動を起こらしめ、その後、前記微細流路の流入口、流出口、あるいは前記微細流路での白血球分画の数の増減、若しくは白血球による前記微細流路の閉塞状況を測定し、それにより白血球分画の遊走能、粘着能を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
発光、又は蛍光物質で前記血液の各血球細胞若しくは液体成分のいずれかを発色させ、
前記マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、
当該微細流路を通過する前記血液の各血液成分の光強度を測定し、
当該光強度の値から当該測定された血液成分の活性度を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２３】
請求項２２のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
前記血液成分である白血球を発光、又は蛍光物質で発色させ、前記微細流路を通過する前記白血球の化学発光量を測定することによって、前記白血球の活性度を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２４】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面の少なくとも一部に金などの薄膜を堆積させ、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、
当該微細流路の通過前後における誘電率変化を、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance)現象による反射光強度の変化にて測定し、当該測定値から血球成分の活性度を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２５】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面のいずれかに超音波による微弱な周波数変化幅を検出するセンサを配置し、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、
当該微細流路の通過前後における周波数変化を測定し、当該測定値から血球成分の活性度を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２６】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面のいずれかにＦＥＴセンサを配置し、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、
当該微細流路の通過前後における微弱な電気的変位量を測定し、当該測定値から血球成分の活性度を求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２７】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面のいずれかに電極を配置し、かつ試薬を固定化させ、
マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記微細流路に流すことにより前記血液試料と前記試薬を混合させ、その化学変化後の微弱な電気的変位量を測定することにより、生化学データを求めることを特徴とする血液測定方法。
【請求項２８】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、
前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面の少なくとも一部に試薬を固定化させ、
マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記微細流路に流すことにより前記血液試料と前記試薬を混合させ、その後前記マイクロチャネルアレイに光を照射し、
光照射前後の変量を測定することにより生化学データを求めることを特徴とする血液測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネルアレイとその製造方法、並びにこれを用いた血液測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
社会の成熟にしたがい、医療・健康に対する価値観は、狭い範囲の基本的健康から、「ゆたかですこやかな生活」を求めるよう変化してきている。個人の意識は、医療費の増大、治療よりも予防のほうが低負担であること、健康と疾病の境界領域の人々の増加といった背景から、治療医学よりも予防医学を重視する方向に変化していくものと考えられる。【０００３】
このため医療分野、なかでも臨床検査分野においても、患者の近く、例えば、手術室、ベッドサイド、あるいは在宅等で、より迅速な検査・診断を行うことが可能となる無拘束な検査システム、血液などの検体量がより少量ですむ無侵襲、又は低侵襲な検査システムが望まれている。【０００４】
血液中の有形成分である赤血球、白血球、血小板の機能を測定、評価することは、健康管理、疾患の診断と治療に極めて重要である。そこで、従来、赤血球変形能を測定する目的でニュークリポア［Nuclepore］フィルター、ニッケルメッシュフィルター等の微小な孔を持った膜に対する血液の通過能が調べられてきた。また、血小板凝集能の測定には凝集に伴う血小板浮遊液の濁度の変化を測定する方法が行なわれてきた。また、白血球活性度の測定には、白血球活性のいくつかの側面に対応して、ボイデン［Boyden］チャンバー法、粒子貧食試験、化学発光測定法等が行なわれてきた。この白血球活性度は感染症、免疫療法、免疫抑制療法等において特に重要である。【０００５】
しかしながら、上記測定法はいずれも効率の悪さ、再現性の低さ、定量性の低さ等の問題を持っており、重要度に相応しい有効な測定法とは成り得ていない。また、従来の血小板凝集能測定法は試料調整に手間がかかり、感度も十分なものでない。
さらに、従来の赤血球変形能測定法は、孔あるいは溝が計測中に血液試料中の有形成分により閉塞されてしまうことで、信頼性を欠くものであった。そのため、結果の生理学的あるいは診断学的価値を低下せしめるものであった。【０００６】
そこで、上記問題点を解決すべく、半導体微細加工技術を用いて血液フィルターを製造する技術が提案されている（特許文献１）。この技術は、フォトリソグラフ法によってシリコン基板（第１基板１０）上にパターンニングを行い、ウェット、又はドライエッチング法によりシリコン基板上に溝を形成し、溝が形成された面に平板たる第２基板を接合せしめることにより、血液の流路を形成する方法である。この技術によれば、微細流路の流路幅と流路深さの比、間隔等を目的に合わせてデザインできる。【０００７】
【特許文献１】特許第２６８５５４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
血液は、血球（有形）成分と、血漿（液体）成分とに大別され、血球成分の割合が約４０〜４５％、血漿成分が約５５〜６０％である。血球成分において、赤血球が約９６％を占め、約４％が白血球と血小板である。サイズは、赤血球が直径約７〜８μｍ、白血球が約１２〜１４μｍ、血小板が約３μｍである。上記特許文献１に記載の半導体微細加工技術を応用することにより、シリコン基板上に赤血球、白血球ないし血小板の形状にそれぞれ適合した種々の形状、大きさの微細な溝を造形し、加工された基板上に重ねる平板を接合させることで微細な流路を配設することができる。しかしながら、実際には、微細な流路の前後に、深さのより大きな流路や空間を形成する必要がある。これは、３〜１４μｍ程度の幅や深さの微細な流路では、表面粘性に由来する抵抗によって、血液を流すことが極めて困難な形状となってしまうためである。微量な血液試料は、乾燥によって生体内の状態を再現しなくなると同時に、血栓によって微細な流路を閉塞してしまう。【０００９】
微細な流路の前後に深さのより大きな流路や空間を形成するためには、微細な流路の前後により大きな流路若しくは凹部を造形する必要がある。すなわち、深さ方向に多段構造を施す必要がある。このため、アライメントを用いたフォトリソグラフとエッチングを２回以上行わなければならない。【００１０】
また、生体モデルの流れを再現するには、幹血管となる広い流路から、支流となる枝流路、そして毛細血管となる微細な流路を備える溝を一の基板上に造形する必要が生じる。これを実現するためには、さらに、アライメントを用いたフォトリソグラフとエッチングを繰り返し行わなければならない。しかしながら、コスト面の問題のみならず製造上の限界から、このような生体モデルを再現した流れを実現することは極めて困難である。【００１１】
なお、上記においては、マイクロチャネルアレイを血液測定に適用する場合における問題点について説明したが、これに限定されるものではなく、他の測定に適用する場合にも同様の問題が生じ得る。【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より複雑な流路を簡便な方法により備えることが可能なマイクロチャネルアレイとその製造方法、並びにこれを用いた血液測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らが、鋭意検討を重ねたところ下記の態様において本件発明の目的を達成し得ることを見出した。
本発明に係るマイクロチャネルアレイは、第１基板と第２基板を密着又は接合することによって形成され、表面に液体流入口及び液体流出口を備え、内部に前記液体流入口から前記液体流出口に連通する内部空間構造を有するマイクロチャネルアレイであって、前記内部空間構造は、前記液体流入口に連通する少なくとも一つの上流側流路と、前記液体流出口に連通し、前記上流側流路と間隙を持って対向する少なくとも一つの下流側流路と、前記上流側流路と前記下流側流路とを連通させ、前記上流側流路及び前記下流側流路に比して流路の断面中心部から当該流路の側壁部までの最短距離が小さい微細流路とを備え、前記第１基板と前記第２基板を密着又は接合させる面側のそれぞれに前記上流側流路及び前記下流側流路を形成するための溝部が設けられ、前記第２基板において、前記第１基板及び前記第２基板を密着又は接合させる面側に、前記微細流路を形成するための溝部が設けられたものである。【００１４】
本発明の第１の態様に係るマイクロチャネルアレイによれば、第１基板及び第２基板それぞれに微細加工を施しているので、より複雑な流路を提供することが可能である。【００１５】
本発明に係るマイクロチャネルアレイの製造方法は、基板上にレジストによりパターン形成するステップと、前記基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって金属を付着し、金属構造体を形成するステップと、前記金属構造体を鋳型として成形体を形成するステップとにより、第１基板及び第２基板をそれぞれ形成し、前記第１基板及び前記第２基板を密着、又は接合するものである。【００１６】
本発明に係るマイクロチャネルアレイの製造方法によれば、第１基板及び第２基板それぞれに微細加工を施し、これらを密着又は接合しているので、一の基板にのみ微細加工を施す場合に比してより複雑な流路を提供することが可能である。また、アライメントの工程を削除、又は削減できるので、低コスト化も実現できる。【００１７】
本発明に係る第１の態様の血液測定方法は、上記態様のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、当該微細流路を通過する前記血液の各血液成分の状態を測定し、当該測定により前記血液の各血液成分の流れ特性あるいは活性度を求めることを特徴とするものである。【００１８】
本発明に係る第２の態様の血液測定方法は、上記態様のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、前記マイクロチャネルアレイ内に設けられた微細流路の流入口、流出口の間に生理活性物質の濃度差を設けることにより、前記微細流路を介して白血球の移動を起こらしめ、その後、前記微細流路の流入口、流出口、あるいは前記微細流路での白血球分画の数の増減、あるいは白血球による流路の閉塞状況を測定し、それにより白血球分画の遊走能、粘着能を求めることを特徴とするものである。【００１９】
本発明に係る第３の態様の血液測定方法は、上記態様のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、発光、又は蛍光物質で前記血液の各血球細胞若しくは液体成分のいずれかを発色させ、前記マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、当該微細流路を通過する前記血液の各血液成分の光強度を測定し、当該光強度の値から当該測定された血液成分の活性度を求めることを特徴とするものである。【００２０】
本発明に係る第４の態様の血液測定方法は、上記態様のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面の少なくとも一部に金などの薄膜を堆積させ、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、当該微細流路の通過前後における誘電率変化を、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance)現象による反射光強度の変化にて測定し、当該測定値から血球成分の活性度を求めることを特徴とするものである。【００２１】
本発明に係る第５の態様の血液測定方法は、上記態様のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面のいずれかに超音波による微弱な周波数変化幅を検出するセンサを配置し、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、当該微細流路の通過前後における周波数変化を測定し、当該測定値から血球成分の活性度を求めることを特徴とするものである。【００２２】
本発明に係る第６の態様の血液測定方法は、上記態様のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面のいずれかにＦＥＴセンサを配置し、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記マイクロチャネルアレイ内の内部空間構造に設けられた微細流路に流し、当該微細流路の通過前後における微弱な電気的変位量を測定し、当該測定値から血球成分の活性度を求めることを特徴とするものである。【００２３】
本発明に係る第７の態様の血液測定方法は、上記態様のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面のいずれかに電極を配置し、かつ試薬を固定化させ、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記微細流路に流すことにより前記血液試料と前記試薬を混合させ、その化学変化後の微弱な電気的変位量を測定することにより、生化学データを求めることを特徴とするものである。【００２４】
本発明に係る第８の態様の血液測定方法は、上記態様のマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、前記マイクロチャネルアレイの内部空間構造の壁面の少なくとも一部に試薬を固定化させ、マイクロチャネルアレイの液体流入口から、血液試料を少なくとも含む試料を前記微細流路に流すことにより前記血液試料と前記試薬を混合させ、その後前記マイクロチャネルアレイに光を照射し、光照射前後の変量を測定することにより生化学データを求めることを特徴とするものである。【００２５】
本発明に係る血液測定方法によれば、微細流路を流れる血液成分の流れ特性や活性度を求めることで、生体内の微小循環系の流れを推測することができる。そして、その流れや閉塞の状態から生活習慣病の発症を予測し、生活指導を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、より複雑な流路を簡便な方法により備えることが可能なマイクロチャネルアレイ、その製造方法、並びにこれを用いた血液測定方法を提供することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの斜視図。
【図１Ｂ】図１Ａの部分拡大斜視図。
【図２Ａ】本実施形態（実施例）に係るマイクロチャネルアレイの第１基板の上面図。
【図２Ｂ】図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ'切断部断面図。
【図３Ａ】本実施形態（実施例）に係るマイクロチャネルアレイの第２基板の上面図。
【図３Ｂ】図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ'切断部断面図。
【図４Ａ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造工程を示す説明図。
【図４Ｂ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造工程を示す説明図。
【図４Ｃ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造工程を示す説明図。
【図４Ｄ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造工程を示す説明図。
【図４Ｅ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造工程を示す説明図。
【図４Ｆ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造工程を示す説明図。
【図４Ｇ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造工程を示す説明図。
【図４Ｈ】本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造工程を示す説明図。
【図５Ａ】本実施例に係るマイクロチャネルアレイＢの第１基板の上面図。
【図５Ｂ】図５ＡのＶＢ−ＶＢ'切断部断面図。
【図６】本実施例に係るマイクロチャネルアレイＣの第１基板の上面図。
【図７】本実施例に係るマイクロチャネルアレイＣの第２基板の上面図。
【図８Ａ】本実施例に係るマイクロチャネルアレイＤの第２基板の上面図。
【図８Ｂ】図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ'切断部断面図。
【図９】血液測定試験において、微細流路を通過する流動画像。
【図１０Ａ】比較例に係るマイクロチャネルアレイＸの第１基板の上面図。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＸＢ−ＸＢ'切断部断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１  液体流入口
２  液体流出口
３  流入口側空間
４  流出口側空間
５  上流側流路
６  下流側流路
７  微細流路
１０  第１基板
１１  土手部
１３  流入口側第１空間
１４  流出口側第１空間
１５  上流側第１溝群
１６  下流側第１溝群
１８  第１の位置合わせ部
１９  第２の位置合わせ部
２０  第２基板
２３  流入口側第２凹部
２４  流出口側第２凹部
２５  上流側第２溝群
２６  下流側第２溝群
２７  微細溝群
２８  第３の位置合わせ部
２９  第４の位置合わせ部
３１  基板
３２  第１レジスト層
３３  マスクＡ
３４  第２レジスト層
３５  マスクＢ
３６  レジストパターン
３７  導電性膜
３８  金属構造体
３９  樹脂製プレート
１００  マイクロチャネルアレイ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。【００３０】
［マイクロチャネルアレイ］
図１Ａは、本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの斜視図であり、図１Ｂは、本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの部分拡大斜視図である。本実施形態に係るマイクロチャネルアレイ１００は、図１Ａに示すように第１基板１０、第２基板２０、液体流入口１、液体流出口２を備えている。また、図１Ｂに示すように内部に内部空間構造たる、流入口側空間３、流出口側空間４、上流側流路５、下流側流路６、微細流路７を備えている。これらの内部空間構造は、液体流入口１から液体流出口２まで連通された構造となっている。なお、図１Ｂにおいては、説明の便宜上、後述する位置合わせ部の図示を省略した。【００３１】
マイクロチャネルアレイ１００は、第１基板１０及び第２基板２０のそれぞれの主面が互いに密着又は接合され、一体的に構成されている。第１基板１０及び第２基板２０の材質としては特に限定されない。例えば、ガラス基板、シリコン基板、樹脂からなる基板を用いることができる。好ましくは、樹脂からなる基板を用いる。その理由については、後述する。本実施形態においては、第１基板１０及び第２基板２０として共に樹脂からなる基板を用い、縦１５ｍｍ、横１５ｍｍ、厚み１ｍｍのものを用いた。【００３２】
液体流入口１及び液体流出口２は、第２基板２０の表面上に設けられている。本実施形態においては、液体流入口１は第２基板２０の一辺近傍に、液体流出口２は液体流入口１が設けられている一辺近傍と対向する一辺近傍に設けられている。液体流入口１は、血液試料等を注入するための入り口部である。本実施形態においては、液体流入口１及び液体流出口２の外径を１．６ｍｍとした。【００３３】
流入口側空間３は、液体流入口１と連通し、流出口側空間４は、液体流出口２と連通するように構成されている。上流側流路５及び下流側流路６は、互いに平行に、かつ交互に複数形成されている。そして、隣接する上流側流路５と下流側流路６を連通させるための微細流路７が、上流側流路５と下流側流路６に略直交する方向に複数形成されている。上流側流路５は、流入口側空間３の一側面部と連結され、下流側流路６は、流出口側空間４の一側面部と連結されている。かかる構成により、血液試料等は、源流となる液体流入口１から流入口側空間３を通って、上流側流路５、微細流路７、下流側流路６を通過し、さらに流出口側空間４を通って液体流出口２にまで至る。微細流路７は、血液試料の流れ、閉塞の様子等を観察する役割を担う。これについては、後で詳述する。【００３４】
次に、上記第１基板１０と第２基板２０の構造について詳述する。図２Ａは、本実施形態に係る第１基板１０の第２基板２０と接合する面側の上面図、図２Ｂは、ＩＩＢ−ＩＩＢ'切断部断面図である。また、図３Ａは、本実施形態に係る第２基板２０の第１基板１０と接合する面側の上面図であり、図３Ｂは、ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ'切断部断面図である。【００３５】
第１基板１０における第２基板２０と対向する側の面上には、図２Ａに示すような溝部、及び凹部領域が設けられている。具体的には、流入口側第１凹部１３、流出口側第１凹部１４、上流側第１溝群１５、下流側第１溝群１６、第１の位置合わせ部１８、第２の位置合わせ部１９が設けられている。これら凹部、及び溝部の深さは、すべて一定（本実施形態においては、３００μｍ）とした。これにより、製造工程を短縮化し、低コスト化を実現できる。なお、ここで「深さ」とは、基板の厚み方向に対する長さをいう。【００３６】
流入口側第１凹部１３は、第１基板１０の一辺近傍に形成され、流出口側第１凹部１４は、流入口側第１凹部１３が形成された一辺と対向する一辺近傍に形成されている。流入口側第１凹部１３は、第２基板２０と接合又は密着されたときに、液体流入口１から注入された血液試料等が最初に通過する領域であり、流入口側空間３の一部を形成している。流出口側第１凹部１４は、第２基板２０と接合又は密着されたときに、流路等を通過した血液等が出口部たる流出口に至る直前に通過する領域であり、流出口側空間４の一部を形成している。【００３７】
上流側第１溝群１５及び下流側第１溝群１６は、それぞれ、３本ずつあり、交互に、かつ互いに平行に形成されている。上流側第１溝群１５及び下流側第１溝群１６のそれぞれの流路幅は、３００μｍとした。以降の説明において、上流側第１溝群１５と第１下流溝群１６との間隙部分を土手部１１と呼ぶ。３本の上流側第１溝群１５は、流入口側第１凹部１３における流出口側第１凹部１４と対向する側の一辺側にて、流入口側第１凹部１３と接続されている。同じく、３本の下流側第１溝群１６は、流出口側第１凹部１４における流入口側第１凹部１３と対向する側の一辺側にて、流出口側第１凹部１４と接続されている。上流側第１溝群１５は、第２基板２０と接合又は密着されたときに形成される上流側流路５の一部である。また第下流側第１溝群１６は、第２基板２０と接合又は密着されたときに形成される下流側流路６の一部である。【００３８】
上流側流路５及び下流側流路６の流路幅、流路深さは、測定対象とする試料をスムーズに流し、かつ乾燥による試料の凝固や失活等を防止することを目的に、それぞれ２０〜１,０００μｍの範囲とすることが好ましく、３０〜５００μｍの範囲とすることがより好ましい。上流側流路５及び下流側流路６の流路幅、流路深さの比は、測定対象とする試料の粘性に応じて、１：１０〜１０：１の範囲の範囲から選択することが好ましい。【００３９】
第１の位置合わせ部１８、第２の位置合わせ部１９は、第２基板２０と位置合わせをするための部位である。本実施形態においては、上流側第１溝群１５及び下流側第１溝群１６の外側に、これらと平行な方向に凹部状に設けた。【００４０】
次いで、第２基板２０について説明する。第２基板２０は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、溝部、及び凹部領域を備えている。具体的には、液体流入口１、液体流出口２、流入口側第２凹部２３、流出口側第２凹部２４、上流側第２溝群２５、下流側第２溝群２６、微細溝群２７、第３の位置合わせ部２８、第４の位置合わせ部２９を備えている。また、流入口側第２凹部２３、流出口側第２凹部２４、上流側第２溝群２５、下流側第２溝群２６、微細溝群２７の凹部又は溝部深さは、すべて５μｍとした。これにより、製造工程の短縮化、低コスト化を達成できる。また、第３の位置合わせ部３及び第４の位置合わせ部は、前記第１の位置合わせ部、第２の位置合わせ部と勘合するように凸パターンとした。【００４１】
流入口側第２凹部２３は、第１基板１０と第２基板２０が対向して接合又は密着されたときに、流入口側第１凹部１３と重なるように構成されている。また、流出口側第２凹部２４は、第１基板１０と第２基板２０が対向して接合又は密着されたときに、流出口側第１凹部１４と重なるように構成されている。すなわち、流入口側第２凹部２３は、第２基板２０の一辺近傍に形成され、流出口側第２凹部２４は、流入口側第２凹部２３が形成された一辺と対向する一辺近傍に形成されている。そして、第１基板１０と第２基板２０とを密着又は接合したときに、流入口側第１凹部１３と流入口側第２凹部２３により流入口側空間３が形成される。また、流出口第１凹部１３と流出口側第２凹部２４により流出口側空間４が形成される。【００４２】
液体流入口１及び液体流出口２は、図３Ｂに示すように、第２基板２０における第１基板１０が対向する面とは反対側の面から、それぞれ流入口側第２凹部２３の底面及び流出口側第２凹部２４の底面まで連通する貫通穴を備えている。本実施形態においては、貫通穴の直径を１．６ｍｍとした。【００４３】
上流側第２溝群２５は、第１基板１０と第２基板２０が対向して接合又は密着されたときに、上流側第１溝群１５と対向する位置に重なり合うように設けられている。すなわち、３本の平行な流路が、流入口側第２凹部２３における流出口側第２凹部２４と対向する側の一辺側にて、流入口側第２凹部２３と接続されている。一方、下流側第２溝群２６は、第１基板１０と第２基板２０が対向して接合又は密着されたときに、下流側第１溝群１６と対向する位置に重なり合うように設けられている。３本の平行な流路が、流出口側第２凹部２４における流入口側第２凹部２４と対向する側の一辺側にて、流入口側第２凹部２４と接続されている。【００４４】
微細溝群２７は、上流側第２溝群２５及び下流側第２溝群２６間を連通させるように、これらの間隙間に配設されている。微細溝の幅は、本実施形態においては６μｍとした。微細溝群２７は、第１の基板１０と第２の基板２０を密着又は接合せしめることにより、第１基板１０の土手部１１と対向され、微細流路７を形成する。微細流路７は、上流側第２溝群２５及び第２下流溝群２６に対して略直交する方向に設けられている。このようにすることにより、上流側流路から流入した血液試料を、より多くの微細な流路に流すことが可能となり、測定者は、微細流路の全体的な状態から血液試料の流れ、閉塞の状態等を把握することができる。従って、より的確な血液測定を行うことができる。ただし、微細流路７の方向は、上流側流路５に対して略直交する形態に限定されるものではなく、使用する目的、用途に応じて直交した方向からチルトしたものであっても差し支えない。隣接する微細溝２７同士を隔てる隔壁の長さは、適宜変更可能である。これにより、微細流路７の流路長を適宜変更することができる。【００４５】
血液試料は、被験者から採血される際、抗血液凝固剤であるヘパリン等を添加した系においても、材料や空気に触れることで、凝集することが考えられる。微細溝群２７の数が少ないと、すなわち、微細流路７の数が少ないと、血液測定前の血液凝集塊によって閉塞した一部の微細な微細凝集塊を見て、誤った診断を行うことが懸念される。このため、より的確な診断を行う観点から、微細溝群２７の数は多いほうが好ましい。【００４６】
第３の位置合わせ部２８、第４の位置合わせ部２９は、凸パターンにより形成され、第１基板１０及び第２基板２０を対向させたときに、第１基板１０に設けられた第１の位置合わせ部１８、第２の位置合わせ部１９のそれぞれに対向する位置に設けられている。すなわち、上流側第２溝群２５及び下流側第２溝群２６の外側領域に、上流側第２溝群２５及び下流側第２溝群２６と平行になるように設けられている。凸パターンの高さは、２５０μｍとした。これらの凸パターンと第１の位置合わせ部１８と第２の位置合わせ部１９の凹部パターンとにより位置合わせが行われる。【００４７】
上記第１基板１０及び第２基板２０が、第１の位置合わせ部１８と第３の位置合わせ部２８、第２の位置合わせ部１９と第４の位置合わせ部２９とが重なり合うように、位置決めされて密着又は接合せしめられる。これにより、流入口側第１凹部１３と流入口側第２凹部２３とが重なり流入口側空間３を形成する。また、流出口側第１凹部１４と流出口側第２凹部２４とが重なり流出口側空間４を形成する。さらに、上流側第１溝群１５と上流側第２溝群２５が重なり、一体的に上流側流路５を形成し、下流側第１溝群１６と下流側第２溝群２６とが重なり、一体的に下流側流路群６を形成する。また、第１基板１０に形成された上流側第１溝群１５と下流側第１溝群１６を仕切る土手部１１と、第２基板２０に形成された微細溝群２７とを対向することにより、微細流路７が形成される。【００４８】
微細流路７の流路幅、流路深さは、測定対象とする試料、例えば、血液試料の血球成分に応じて、それぞれ１〜５０μｍの範囲から選択することが好ましく、１〜２０μｍの範囲内であることがより好ましい。微細流路７の流路幅、流路深さの比は、例えば、対象とする血球成分の形状、変形能に応じて、１：１０〜１０：１の範囲内から選択することが好ましい。【００４９】
上記構成によりマイクロチャネルアレイ１００は、流入口側空間３、上流側流路５、微細流路７、下流側流路６が連通された内部空間構造を備える。【００５０】
マイクロチャネルアレイ１００に使用される第１基板及び第２基板の材質は、上述したように特に限定されないが、材料コスト、表面処理の効率から、樹脂素材が好適である。また、血液細胞を、例えば、化学発光や蛍光によって観察する場合、例えば蛍光顕微鏡を用いて観察するときには透明性に優れる樹脂材料が好ましい。樹脂材料としては特に限定されないが、例えば、アクリル系樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系共重合樹脂（ＭＳ樹脂）、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン・ビニルアルコール系共重合樹脂、スチレン系エラストマーなどの熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系樹脂、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂、酢酸ビニル系樹脂（商品名：エクセバール）、ポリビニルブチラール系樹脂等を挙げることができる。【００５１】
これらの樹脂は必要に応じて滑剤、光安定剤、熱安定剤、防曇剤、顔料、難燃剤、帯電防止剤、離型剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの１種又は２種以上を含有することができる。【００５２】
血液測定にマイクロチャネルアレイを用いる場合であって、光学系の検出方式等を採用する場合には、基板として透明なものを用いる。例えば、ＣＣＤカメラ等を用いた実態観察を行う場合において、第１基板１０、第２基板２０のいずれか、又は両方を透明なものとする。反射光観察では、光学系の側の基板を透明板とし、反対側の基板を不透明にすればよい。不透明な基板とするには、材料選択の段階にて不透明グレードを選択する、又は透明基板の表面、又は裏面に、例えば、蒸着法にて、アルミ等の無機膜を堆積する方法が挙げられる。透明性を規定する光学物性としては、厚さ１ｍｍ板において、全光線透過率８０％以上、ヘイズ値１０％以下が好ましい。また、光学系の検出方式を採用する場合、使用する光の波長に応じて、例えば、紫外線吸収剤の添加されていない材料を使用する、分子構造に環構造を有していない材料を使用する等、適宜選択することが好ましい。【００５３】
マイクロチャネルアレイは、接触する生理食塩水、血液試料、試薬等の水系液体とのぬれ性の差が小さいことが好ましい。ぬれ性の差が大きいと、水系液体が流路を流れなくなる可能性が高いためである。また、血液測定を行う前に、例えば、流路内を生理食塩水で満たそうとしても、気泡が混入する場合があり、対象とする血球成分の通過時間の計測値の再現性が取れない可能性がある。また、一般に細胞は疎水表面に固定化しやすい性質を持つことから、血球細胞においても流路に血球成分が付着し、流れなくなる等の支障をきたす可能性がある。【００５４】
マイクロチャネルアレイを用いて血液測定を行う場合において、血液を凝固させる因子である血小板の活性化を抑制し、材料表面の付着を抑制するには、一般に、抗血小板付着の薬剤であるヘパリンを徐放する材料、酵素であるウロキナーゼを固定化した材料、親水化表面を有する材料、ミクロ相分離構造を有する材料が知られている。そのなかでも、コストと性能を満足する材料として、親水化表面を有する材料を用いることが好ましい。【００５５】
ポリメチルメタクリレートに代表される一般に使用される熱可塑性樹脂においては、通常水に対する接触角が比較的大きい（例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂は約６８°、ポリカーボネート樹脂は約７０°、ポリスチレン樹脂は約８４°）ため、水に対する接触角を小さくすることが必要となる。これらのプラスチック表面のぬれ性を改質する技術については、後述する。血液測定における、マイクロチャネルアレイ表面の水に対する接触角は、０．５°以上６０°以下が好ましく、１°以上５０°以下がより好ましい。この範囲以外は、微細な溝への血液試料の導入が難しく、血球細胞の付着による凝集塊の発生によって、血球細胞の通過時間測定等の安定したデータが得られないため、前記範囲内の接触角を有することが好ましい。【００５６】
マイクロチャネルアレイとして樹脂製のものを用いた場合には、人工透析、血漿交換等の血液浄化治療で使用されている血液回路等の熱可塑性樹脂と同様、感染性廃棄物として焼却処理が可能であるというメリットを有する。一方、エッチング法で作製されるシリコン製プレートを用いる場合は、無機材料からなり焼却処理は不可能である。産業用廃棄物として、埋め立て処理を行うためには、滅菌処理が必要となり、高コストとなる。また、近年の環境問題への意識の高まりに対する適応性が低い。【００５７】
マイクロチャネルアレイでは、将来のディスポーザブル化による廃棄数量の増大に対しても、焼却処理にて対応が可能であり、重ね合わせに使用する基板も樹脂製とすることで、分別処理を必要とせず、一括した焼却廃棄が可能である。さらに、ハロゲンを含まないポリメチルメタクリレート等の熱可塑性樹脂を使用することにより、有害物質であるダイオキシンの発生を避けることができ、一般廃棄物の焼却で使用される通常温度の焼却炉にて、容易に焼却ができ、熱資源として再利用が可能である。【００５８】
本実施形態に係るマイクロチャネルアレイによれば、第１基板１０と第２基板２０の両方に微細加工を備え、それぞれの基板の微細加工面側を密着、又は接合することで内部空間構造を形成しているので、より微細な空間構造を有するものを簡便な方法により提供することが可能となる。【００５９】
マイクロチャネルアレイを血液測定に用いる場合において、微細流路に血液を導入し、実際にその血液を流すためには、その流路の前後に流路の深さが大きい流路を造形することが必要である。上記特許文献１のように、二つの基板のうちのいずれか一方の基板において、微細な溝とその前後に設けられた深さの大きい上流側流路及び下流側流路を造形する場合には、位置関係を確保するためのアライメントを施した上で、２回のエッチング工程が必要となる。従って、製造工程が複雑化する上、加工費も高くなる。本実施形態によれば、第１基板１０及び第２基板２０は、それぞれ加工深さが一定の凹部及び溝部から構成されている。従って、それぞれの基板に対して一回のフォトリソグラフ工程を行えばよい。また、微細溝と上流側溝群及び下流側溝群等の位置関係を確保するためのアライメントが不要となる。従って、加工におけるコスト面で有利である。【００６０】
なお、上記マイクロチャネルアレイ１００においては、第１基板１０と第２基板２０のそれぞれの凹部、溝部の深さが一定である例について説明したが、これに限定されるものではなく、第１基板１０及び／又は第２基板２０の凹部、溝部の深さをそれぞれ独立に多段階構造としてもよい。また、第２基板２０の微細流路７の前後に段差構造を備えてもよい。【００６１】
微細流路の流路幅や流路長によっては、源流となる幹血管というべき上流側流路５から、毛細血管というべき微細流路７に血液試料を流した場合、極端に細い流路に血液試料を流すことになり、例えば、正常というべき平均的な被験者の血液試料であっても、血小板が活性化し、微細流路への閉塞を生じる可能性がある。このため、的確な診断ができなくなる可能性がある。上記のように各種流路を多段構造とすることにより、このような問題を回避することができる。すなわち、微細流路への血液試料の導入の不具合をより効果的に解消し、例えば、健康な被験者の血液試料では、スムーズな微細流路の流れ状態を再現し、何らかの所見を有する被験者の血液試料では、その要因に応じた閉塞状態を再現することで的確な診断や、生活習慣の指導を行うことが可能になる。例えば、第１基板１０の流路の深さは、３００μｍ、１００μｍ、３０μｍの３段階構造とする。【００６２】
第１基板１０と第２基板２０の両方に多段構造を有するように微細加工を施すことで、さらに複雑な生体モデルを再現した微小循環のモデルとも呼べる毛細血管を再現したマイクロチャネルを実現することが可能となる。基板の両面に造形を施すことにより、従来では加工技術、及びコストの観点から実現不可能であった複雑な構造が可能になり、精度の高い診断が可能になることが期待できる。【００６３】
また、上記マイクロチャネルアレイ１００においては、微細流路の断面形状が略四角形であった例について説明したが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、溝の側壁部を深さ方向に傾斜（テーパ）形状としてもよい。溝の側壁部を深さ方向に傾斜形状とすることにより、血液試料の微細流路への導入がスムーズになり、例えば、正常な被験者では、微細流路への血小板の粘着が認められず、何らかの所見を有する被験者では、微細流路への付着、閉塞が見られるようになり、的確な診断が可能になる。また、微細流路を変形通過する血球細胞の速度、個数、変形能等の測定において、検体別の差異を明確にすることが可能となる。【００６４】
また、上記マイクロチャネルアレイ１００においては、微細流路７の流路幅、流路深さ、流路長をすべて一定としたが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。微細流路７の流路幅、流路深さ、及び／又は流路長を複数種類配置することにより、血液試料にかかるずり応力を変えることができる。そして、微細流路の流入口、流出口での血球細胞の数の増減、血液の各成分による微細な溝の閉塞状況、あるいは血液通過時間を測定し、それにより血液成分の流れ特性あるいは活性度を求める血液測定法において、さらに多くの情報を得ることが可能となる。詳細については、後述する。【００６５】
さらに、上記マイクロチャネルアレイ１００においては、第２基板２０側に血液試料等の液体流入口１及び液体流出口２を設けたが、これに限定されるものではなく、第１基板１０側に設けてもよい。また、液体流入口、液体流出口がそれぞれ一つである例について説明したが、これに限定されるものではなく、それぞれ独立に複数備えていてもよい。また、マイクロチャネルアレイ１００において、測定部（液体流入口、液体流出口、これらを連通する内部空間構造）を複数備えていてもよい。さらに、流入口側空間３を設けずに、液体流入口１と上流側流路が直接連結されるように構成してもよい。流出口側空間４についても同様である。この場合には、例えば、液体流入口を上流側流路の数だけ設け、液体注入制御装置などにより所定量を注入するようにしてもよい。
また、基板の大きさ、厚み等は第１基板１０と第２基板２０で同じにする必要はなく、適宜変更可能である。また、凹部の形状、溝部の形状、寸法等は上記例に限定されるものではなく、目的に合わせて適宜変更可能である。【００６６】
上記においては、血液測定に用いる場合を例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、他の用途（例えば、細胞に関する知見を得るための測定）にも適用可能である。【００６７】
［マイクロチャネルアレイの製造方法］
次に、本実施形態に係るマイクロチャネルアレイの製造方法について説明する。マイクロチャネルアレイの材質として、樹脂からなる場合について説明する。なお、Ｓｉ基板を用いる場合には、上記特許文献１の記載に従って、第１基板、第２基板の溝部、凹部等を製造すればよい。無論、第１基板と第２基板とで材質の異なるものを組み合わせてもよい。【００６８】
本実施形態に係るマイクロチャネルアレイは、基板上にレジストによりパターン形成するステップと、基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって金属を付着し、金属構造体を形成するステップと、前記金属構造体を鋳型として成形体を形成するステップとにより、第１基板及び第２基板をそれぞれ形成し、第１基板及び第２基板を密着または接合することにより製造される。【００６９】
以下、深さ方向に２段階構造（上流側流路等）を有するマイクロチャネル用の基板を製造する方法について説明する。
（ｉ）基板上への第１レジスト層の形成
（ｉｉ）基板とマスクＡとの位置合わせ
（ｉｉｉ）マスクＡを用いた第１レジスト層の露光
（ｉｖ）第１レジスト層の熱処理
（ｖ）第１レジスト層上への第２レジスト層の形成
（ｖｉ）基板とマスクＢとの位置合わせ
（ｖｉｉ）マスクＢを用いた第２レジスト層の露光
（ｖｉｉｉ）第２レジスト層の熱処理
（ｉｘ）レジスト層の現像
を行い、所望のレジストパターンを形成する。さらに、形成されたレジストパターンにしたがって、基板上に金属構造体をメッキにより堆積させる。この金属構造体を型として、樹脂成形品を形成することによって、マイクロチャネルアレイが製造される。【００７０】
レジストパターン形成処理についてさらに詳細に説明する。まず、基板上に、例えば、深さ１０μｍの微小な溝と深さ５０μｍの流路を得ようとした場合、第１レジスト層（厚さ５０μｍ）、第２レジスト層（厚さ１０μｍ）順に形成し、各層に露光、又は露光、熱処理を行う。【００７１】
現像工程では、最初に第２レジスト層である深さ１０μｍのパターンが得られ、次に第１レジスト層の深さ５０μｍのパターンが得られる。深さ５０μｍのパターンが得られた時点で、第２レジスト層である深さ１０μｍのパターンを現像液に溶解、又は変形させないためには、各層の現像液への溶解性を制御させることが要求される。スピンコート方式によりレジスト層を形成する場合、第２レジスト層のベーク（溶剤の乾燥）時間を調整することによって、耐アルカリ性を発現させることが可能である。【００７２】
光分解型のポジ型レジストを用いて、耐アルカリ性を発現させる方法の一つとして、ベーク時間（溶剤の乾燥時間）を長くし、レジストを硬化させることが挙げられる。通常、レジストは膜厚、シンナー等の溶剤濃度、及び感度に応じてベーク時間を設定している。この時間を長くすることによって耐アルカリ性を持たせることが可能となる。【００７３】
また、第１レジスト層のベークが進行しすぎると、レジストが極度に硬化し、後の現像において光が照射された部分を溶解させパターンを形成することが困難になることから、ベーク時間を短くする等、適宜選択することが好ましい。ベークに用いる装置は、溶剤を乾燥できれば特に限定されるものではなく、オーブン、ホットプレート、熱風乾燥機等が挙げられる。【００７４】
化学増幅型のネガ型レジストと比較して、耐アルカリ性の発現幅は制限されるため、設定するレジスト厚さは、各層を合わせて５〜２００μｍの範囲内が好ましく、１０〜１００μｍの範囲内であることがより好ましい。【００７５】
化学増幅型のネガ型レジストを用いて耐アルカリ性を発現させる方法として、ベーク時間の最適化の他に、架橋密度の最適化が挙げられる。通常、ネガ型レジストの架橋密度は、露光量によって設定することが可能である。化学増幅系ネガ型レジストの場合、露光量及び熱処理時間によって設定することが可能である。この露光量、又は熱処理時間を長くすることによって、耐アルカリ性を発現させることが可能となる。化学増幅型のネガ型レジストの場合、設定するレジスト厚さは、各層を合わせて５〜５００μｍの範囲内が好ましく、１０〜３００μｍの範囲内であることがより好ましい。【００７６】
以下、上記（ｉ）〜（ｉｘ）についてより詳細に説明する。
（ｉ）基板３１上への第１レジスト層３２の形成について説明する。図４Ａに、基板３１上に第１レジスト層３２が形成された状態を示す。まず、成形品形成ステップで得られる樹脂製マイクロチャネルアレイの平面度は、基板３１上へ第１レジスト層３２を形成する工程にて決定づけられる。すなわち、基板３１上に第１レジスト層３２を形成した時点の平面度が金属構造体、ひいてはマイクロチャネルアレイの平面度に反映される。この平面度は、マイクロチャネルアレイの第１基板１０と第２基板２０を密着、又は接合させる際に極めて重要であり、高い平面度を保持するために、最適条件を適用することが望ましい。【００７７】
基板３１上に第１レジスト層３２を形成する方法は何ら限定されないが、一般的にスピンコート方式、ディッピング方式、ロール方式、ドライフィルムレジストの貼り合わせ等を挙げることができる。なかでも、スピンコート方式は、回転しているガラス基板上にレジストを塗布する方法で、直径３００ｍｍを超えるガラス基板にレジストを高い平面度で塗布する利点がある。従って、高い平面度を実現できる観点から、スピンコート方式が好ましく用いられる。【００７８】
第１レジスト層３２として用いられるレジストにはポジ型レジスト、ネガ型レジストの２種類がある。いずれも、レジストの感度、露光条件により、レジストの造形可能な深さが変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値をレジスト厚さ、感度に応じて種類を選択するのが望ましい。用いるレジストがウェットレジストの場合、例えばスピンコート方式で所定のレジスト厚さを得るには、スピンコート回転数を変更する方法と、粘度調整する方法がある。スピンコート回転数を変更する方法は、スピンコーターの回転数を設定することによって所望のレジスト厚さを得るものである。粘度調整する方法は、レジスト厚さが厚い場合、又は塗布面積が大きくなると平面度が低下することが懸念されるため、実際使用上で要求される平面度に応じて粘度を調整するものである。例えばスピンコート方式の場合、１回で塗布するレジスト層の厚さは、高い平面度を保持することを考慮し、好ましくは１０〜５０μｍ、さらに好ましくは、２０〜５０μｍの範囲内であることが望ましい。高い平面度を保持したうえで、所望のレジスト層の厚さを得るためには、複数のレジスト層を形成することで可能となる。【００７９】
（ｉｉ）基板３１とマスクＡ３３との位置合わせについて説明する。まず、第１レジスト層のパターンと、第２レジスト層のパターンにおける位置関係を所望の設計通りにするためには、マスクＡ３３を用いた露光時に、正確な位置合わせを行うことが必要となる。位置合わせには、基板３１とマスクＡ３３の同位置に切削加工を施しピン固定する方法、レーザー干渉計を用い位置だしする方法、基板３１とマスクＡ３３の同位置に位置マークを作製、光学顕微鏡で位置合わせをする方法等が挙げられる。光学顕微鏡で位置合わせをする方法は、例えば、フォトリソグラフ法にて基板に位置マークを作製し、マスクＡ３３にはレーザー描画装置で位置マークを描画する。光学顕微鏡を用いた手動操作においても、５μｍ以内の精度が簡単に得られる点で有効である。【００８０】
（ｉｉｉ）マスクＡ３３を用いた第１レジスト層３２の露光について説明する。図４Ｂに示される工程で使用するマスクＡ３３は何ら限定されないが、エマルジョンマスク、クロムマスク等を挙げることができる。レジストパターン形成ステップでは、使用するマスクＡ３３によって寸法、及び精度が左右される。そして、その寸法、及び精度は、樹脂成形品にも反映される。したがって、マイクロチャネルアレイの各寸法、及び精度を所定のものとするためには、マスクＡ３３の寸法、及び精度を規定する必要がある。マスクＡ３３の精度を高める方法は何ら限定しないが、例えば、マスクＡ３３のパターン形成に使用するレーザー光源をより波長の短いものに変えることを挙げることができる。ただし，設備費用が高額であり、マスクＡ３３の製作費が高額となるため、マイクロチャネルアレイが実用的に要求される精度に応じて適宜規定するのが望ましい。【００８１】
マスクＡ３３の材質は温度膨張係数、ＵＶ透過吸収性能の面から石英ガラスが好ましいが比較的高価であるため、樹脂成形品が実用的に要求される精度に応じて適宜規定するのが望ましい。設計通りの所望の深さ、又は高さが異なる構造体、又は第１レジストパターンと第２レジストパターンが異なる構造体を得るには、第１レジスト層３２、及び第２レジスト層３４の露光に用いるマスクのパターン設計（透過／遮光部）が確実であることが必要であり、ＣＡＥ解析ソフトを使用したシミュレーションもその解決策の一つである。【００８２】
露光に用いられる光源は設備費用が安価である紫外線又はレーザー光であることが好ましい。シンクロトロン放射光は露光深度が深いものの、かかる設備費用が高額であり、実質的にマイクロチャネルアレイの価格が高額となるため、工業的に実用的ではない。露光時間や露光強度等の露光条件は第１レジスト層３２の材質、厚み等により変化するため、得られるパターンに応じて適宜調節することが好ましい。特に流路の幅、深さ、容器間隔、及び容器幅（又は直径）、深さ等のパターンの寸法、及び精度に影響を与えるため、露光条件の調節は重要である。また、レジストの種類により焦点深度が変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値をレジストの厚さ、感度に応じて選択するのが望ましい。【００８３】
（ｉｖ）第１レジスト層３２の熱処理について説明する。露光後の熱処理は、レジストパターンの形状を補正するためにアニールといわれる熱処理が知られている。ここでは、化学架橋を目的とし、化学増幅系ネガレジストを使用した場合のみに行う。化学増幅系ネガレジストとは、主に、２成分系、又は３成分系からなり、露光時の光によって、例えば、化学構造の末端のエポキシ基を開環させ、熱処理によって架橋反応させるものである。熱処理時間は、例えば膜厚１００μｍの場合、設定温度１００℃の条件下においては数分で架橋反応は進行する。【００８４】
第１レジスト層３２の熱処理が進行しすぎると、後の現像において未架橋部分を溶解させパターンを形成することが困難になる。従って，設定するレジスト厚さが１００μｍ以上でない場合、熱処理時間を短くする、又は後の第２レジスト層３４の熱処理のみとする等、適宜選択することが好ましい。【００８５】
（ｖ）第１レジスト層上への第２レジスト層の形成について説明する。図４Ｃに第２レジスト層３４が形成された状態を示す。この第２レジスト層３４は、上記（ｉ）において説明した第１レジスト層３２の形成と同様の方法により形成することができる。また、スピンコート方式にて、ポジ型レジストを使用してレジスト層を形成する場合、ベーク時間を通常の１．５〜２．０倍程度とすることで、耐アルカリ性を発現させることができる。これにより、第１レジスト層３２と第２レジスト層３４の現像終了時、第２レジスト層３４のレジストパターンの溶解、又は変形を防止することができる。【００８６】
（ｖｉ）基板３１とマスクＢ３５との位置合わせについて説明する。基板３１とマスクＢ３５の位置合わせは、上記（ｉｉ）において、説明した基板３１とマスクＡ３３との位置合わせ方法と同様の要領にて、実施する。【００８７】
（ｖｉｉ）マスクＢ３５を用いた第２レジスト層３４の露光について説明する。マスクＢ３５を用いた第２レジスト層３４の露光は、上記（ｉｉｉ）において説明したマスクＡ３３を用いた第１レジスト層３２の露光方法と同様の要領にて実施する。図４Ｄに第２レジスト層３４の露光の様子を示す。【００８８】
（ｖｉｉｉ）第２レジスト層３４の熱処理について説明する。第２レジスト層３４の熱処理は、基本的に上記（ｉｖ）において説明した、第１レジスト層３２の熱処理と同様である。また、第２レジスト層の熱処理は、後の現像において第１レジスト層３２のパターンが得られた時点で、第２レジスト層３４のパターンが溶解、又は変形させないために行う。熱処理によって化学架橋が進行し、架橋密度を高めることで耐アルカリ性が発現する。耐アルカリ性を発現させるための熱処理時間は、通常の１．１〜２．０倍の範囲からレジストの厚さに応じて適宜選択することが好ましい。【００８９】
（ｉｘ）レジスト層３２、３４の現像について説明する。図４Ｅに示される工程の現像は用いたレジストに対応する所定の現像液を用いることが好ましい。現像時間、現像温度、現像液濃度等の現像条件はレジスト厚みやパターン形状に応じて適宜調節することが好ましい。例えば、必要な深さを得るために現像時間を長くしすぎると、所定の寸法よりも大きくなってしまうため、適宜条件を設定することが好ましい。【００９０】
成形品の上面、又は微細パターン底部の平面精度を高める方法としては、例えば、レジスト塗布で使用するレジスト種類（ネガ型、ポジ型）を変更してガラス表面の平面性を利用する方法、金属構造体の表面を研磨する方法などが挙げられる。【００９１】
なお、所望の造型深さを得るために複数のレジスト層を形成する場合、それら複数のレジスト層を同時に露光・現像処理する、あるいは、一つのレジスト層を形成及び露光処理した後、さらにレジスト層の形成及び露光処理を行い、２つのレジスト層を同時に現像処理することが可能である。【００９２】
金属構造体形成ステップについてさらに詳細に説明する。金属構造体形成ステップとは、レジストパターン形成ステップで得られたレジストパターンに沿って金属を堆積させ、金属構造体の凹凸面をレジストパターンに沿って形成することにより、金属構造体を得る工程である。【００９３】
図４Ｆに示されるように、この工程では予めレジストパターンに沿って導電性膜３７を形成する。この導電性膜３７の形成方法は特に限定されないが、好ましくは蒸着、スパッタリング等を用いることができる。導電性膜３７に用いられる導電性材料としては金、銀、白金、銅、アルミニウムなどを挙げることができる。【００９４】
図４Ｇに示されるように、導電性膜３７を形成した後、パターンに沿って金属をメッキにより堆積して金属構造体３８を形成する。金属を堆積させるメッキ方法は特に限定されないが、例えば電解メッキ、無電解メッキ等を挙げることができる。用いられる金属は特に限定されないが、ニッケル、ニッケル-コバルト合金、銅、金を挙げることができ、経済性・耐久性の観点からニッケルが好ましく用いられる。金属構造体３８はその表面状態に応じて研磨しても構わない。ただし、汚れが造形物に付着することが懸念されるため、研磨後、超音波洗浄を実施することが好ましい。また、金属構造体３８はその表面状態を改善するために、離型剤等で表面処理しても構わない。なお、金属構造体３８の深さ方向の傾斜角度は、樹脂成形品の形状を損なうことなく、かつ収率よく得るため、５０°〜９０°であることが望ましく、より望ましくは６０°〜８７°である。メッキにより堆積した金属構造体３８はレジストパターンから分離される。【００９５】
金属構造体３８は、その製造コストを低減するために、ファミリー化が可能である。ファミリー化とは、製造した金属構造体に電気メッキを行うことにより、複製を行う技術である。本発明のマイクロチャネルアレイを製造する場合においても、製品が凸パターンであれば、マスターとなる金属構造体を凸パターンとし、ファミリー化によって凹パターンの金属構造体を製造することで製造コストを低減することが可能である。【００９６】
成形品形成ステップについてさらに詳細に説明する。成形品形成ステップは、図４Ｈに示されるように、前記金属構造体３８を型として、樹脂成形品３９を形成する工程である。樹脂成形品３９の形成方法は特に限定されないが、例えば射出成形、プレス成形、モノマーキャスト成形、溶剤キャスト成形、ホットエンボス成形、押出成形によるロール転写法等を挙げることができ、生産性、型転写性の観点から射出成形が好ましく用いられる。所定の寸法を選択した金属構造体を型として射出成形で樹脂成形品を形成する場合、金属構造体の形状を高い転写率で樹脂成形品に再現することが可能である。転写率を確認する方法としては、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等を使用して行うことができる。【００９７】
第１基板１０と第２基板２０の材料として，樹脂を用いてマイクロチャネルアレイを製造した場合、例えば、スタンパーと呼ばれる原盤を使用した射出成形法を用いることができる。スタンパーを使用した射出成形は、光メディアの製造で示されるように、精度とコストを両立可能な優れた方式である。【００９８】
上記特許文献１の構造では、原盤となるスタンパーに、微細な溝、深い流路を造形し、かつそれぞれのパターンに、その深さに応じ、離型に必要な傾斜角度を設けることが必要となる。複雑な形状をスタンパーに造形することは、スタンパーの製造コストを高めるのみならず、射出成形の転写性不良、離型時の樹脂バリ発生などによる不良品が多数発生し、実用化が困難であることが予測されている。【００９９】
一方、本実施形態に係るマイクロチャネルの製造方法によれば、第１基板１０と第２基板２０の両方に微細加工を施し、その基板を密着、あるいは接合させることでマイクロチャネルアレイを製造しているので、第１基板１０、第２基板２０のそれぞれに、単純な形状のパターンを有するスタンパーを作製し、射出成形を行うことが可能となる。また，スタンパーの製造コストを下げることができ、射出成形においても、転写性不良、離型時の樹脂バリ発生などの不良率を極力下げた状態で生産することができ、実用化に適した製造方法となる。【０１００】
第１基板１０の上流側流路５、下流側流路６、及び／又は微細流路７の流路深さ方向の形状を傾斜構造とするための製造方法について説明する。例えば、スタンパーと呼ばれる原盤を使用した射出成形法を用いる場合、スタンパー製造におけるフォトリソグラフの工程において、例えば、光分解型のポジ型レジストを使用することで、傾斜角度を形成することが可能である。ポジ型レジストを使用すると、現像工程において、例えば、凸パターンの上部が下部よりも現像液にさらされることで、容易に傾斜角度を形成することが可能である。【０１０１】
シリコンを材料とした半導体微細加工技術には、シリコン基板の材料コストが高価である、１枚毎にフォトリソグラフを行うために加工費が高価となる、１枚毎の微細な流路の寸法精度にバラツキを生じるという問題を有していた。これに対し、所定の寸法を選択した金属構造体３８を型として射出成形で樹脂成形品３９を形成する場合、金属構造体の形状を高い転写率で樹脂成形品３９に再現することが可能である。汎用の樹脂材料を使用することにより材料コストを低くできる、低コスト化（量産化）に適した製造法である、高い寸法精度を満足する点で優れている。【０１０２】
転写率を確認する方法としては、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、ＣＣＤカメラ等を使用して行うことができる。既に量産実績のある光ディスクの品質管理技術を、樹脂製マイクロチャネルアレイにも適用させることで、各種寸法データ、基板の平面性データ、内部在留応力データ等を、数万個単位のロット単位にて、標準偏差値に基づいた把握、管理が可能である。【０１０３】
金属構造体３８を型として、例えば射出成形で樹脂成形品３９を形成する場合、１枚の金属構造体３８で１万枚〜５万枚、場合によっては２０万枚もの樹脂成形品３９を得ることができ、金属構造体３８の製作にかかる費用負担を大幅に解消することが可能である。また、射出成形１サイクルに必要な時間は５秒〜３０秒と短く、生産性の面で極めて効率的である。射出成形１サイクルで同時に複数個の樹脂成形品３９を形成可能な成形金型を使用すれば、さらに生産性を向上することが可能となる。上記成形方法では金属構造体３８を金属型として用いても、金属構造体３８を予め用意した金属型内部にセットして用いても構わない。【０１０４】
樹脂成形品３９の平面度の最小値は、工業的に再現し易い観点から１μｍ以上であることが好ましい。樹脂成形品の平面度の最大値は、例えば、樹脂成形品３９を他の基板と貼り合わせ、又は重ね合わせて使用する際に支障とならない観点から２００μｍ以下であることが好ましい。樹脂成形品の造形部に対する寸法精度は、工業的に再現し易い観点から±０．５〜１０％の範囲内であることが好ましい。【０１０５】
樹脂成形品３９の厚さに対する寸法精度は、工業的に再現し易い観点から±０．５〜１０％の範囲内であることが好ましい。樹脂成形品３９の厚さは特に規定されないが、射出成形での取り出し時の破損、取り扱い時の破損、変形、歪みを考慮し、０．２〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。樹脂成形品３９の寸法は特に限定されないが、リソグラフィー法でレジストパターンを形成する際、例えば、レジスト層の形成をスピンコート法にて行う場合、直径４００ｍｍの範囲の中から採取できるよう用途に応じて適宜選択することが好ましい。【０１０６】
マイクロチャネルの材料としてプラスチック材料を用いる場合には、上述したように必要に応じてプラスチック表面のぬれ性を改質する。プラスチック表面の濡れ性を改質する技術としては、化学的処理技術と物理的処理技術に大別される。化学的処理技術としては、薬品処理、溶剤処理、カップリング剤処理、モノマーコーティング、ポリマーコーティング、蒸気処理、表面グラフト化、電気化学的処理、陽極酸化等が挙げられる。物理的処理技術としては、紫外線照射処理、プラズマ接触処理、プラズマジェット処理、プラズマ重合処理、イオンビーム処理、機械的処理等が挙げられる。【０１０７】
改質技術のなかには、熱可塑性樹脂表面の親水化に加え、例えば接着性も発現することを特徴としている技術がある。マイクロチャネルアレイの、多数の微細な溝形状を保持させるのに好ましくない場合も想定されるため、必要とされる接触角に応じて適宜改質技術を選択していくことが必要である。以下に、例として適用可能な改質法について説明する。【０１０８】
化学的処理技術のなかで、有機、無機材料のコーティングが挙げられる。有機材料では、水溶液中の親水性ポリマー、例えば、ポバール等をディッピング法、スピンコート法等によってコートし、十分乾燥させて使用する方法である。マイクロチャネルアレイの疎水性が高い等の場合には、均一なコーティング膜厚が得られず、改質効果にバラツキを生じる可能性があるため、コーティング材料を選択することが必要な場合がある。疎水性表面へのコーティングが可能な材料としては、例えば、日本油脂（株）製の商品名：Lipidure-PMB（リン脂質極性基を有するＭＰＣポリマーとブチルアクリレートの共重合ポリマー）等が挙げられる。【０１０９】
大型装置を必要とせず、比較的簡便な工程で改質効果が得られ、低コストが期待できる反面、超音波洗浄等による改質効果の低下が懸念されるため、例えば、材料表面と親和性の良い材料をコートした後、親水性ポリマーのコートを行うなどして洗浄耐久性を高めるか、ディスポーザブル用途に使用することが好ましい。【０１１０】
化学的処理技術のなかで、蒸気処理、なかでも真空蒸着法が挙げられる。真空蒸着法は無機、薄膜作製法のひとつで、真空中（10-2Pa以下の圧力）で薄膜化しようとする物質を加熱して蒸発させ、その蒸気を適当な基板面上に付着させる方法である。大型装置を必要とせず、比較的低い真空度で処理が可能であり、低コスト化が期待できる。【０１１１】
物理的処理技術のなかで、プラズマ処理、なかでもスパッタリング処理が挙げられる。スパッタリングとは、低気圧グロー放電で生じたプラスイオンを電界で加速して陰極に衝突させ、陰極側の物質を叩き出して、陽極側に堆積させることをいう。スパッタリング法は、堆積可能な材料が豊富であり、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等の無機材料を１０ｎｍ〜３００ｎｍ堆積することで材料表面の親水化が可能となる。超音波洗浄等の繰り返しによる複数回の使用に対しても、効果が持続し、再現性のよい測定結果が得られる点で有用である。溶出成分がなく、バイオエンジニアリング用途等で要求される、細胞毒性にも対応が可能である。スパッタリング法は、堆積膜の厚みを均一化することが可能であり、例えば、１０ｎｍ〜５０ｎｍのＳｉＯ２膜を堆積すれば、透明性と親水化の両立も可能である。【０１１２】
マイクロチャネルアレイに無機膜を堆積させる際、マイクロチャネルアレイが吸湿した水分をスパッタリング中に放出し、無機膜との密着性が低下する可能性があるため、スパッタリング前には十分な脱ガスが必要である。また、樹脂表面と無機膜との密着性を向上させる他の方法として、マイクロチャネルアレイ表面へのアルゴンガス等によるエッチング処理、又は、密着性のよい無機材料、例えば、クロム等を堆積させたのち、所望の無機膜を堆積する方法が挙げられる。スパッタリング法を選択する場合は、耐熱温度として５０℃〜１１０℃程度が必要であることから、１）それ以上のガラス転移温度を有する、例えば、ポリカーボネート等を選択する、２）スパッタ処理時間を短くする（膜厚を薄くする）等の条件を選択することが重要である。【０１１３】
物理的処理技術のなかで、プラズマ処理、なかでもインプランテーション作用が挙げられる。インプランテーション作用は、プラズマによって分子が活性化され、ポリマー表面に生成したラジカルが再結合し、新しい官能基がポリマー表面に導入されることである。この官能基の導入によって、新規な性質を持つポリマー表面が作製できる。【０１１４】
物理的処理技術のなかで、プラズマ処理、なかでもプラズマ重合処理が挙げられる。高分子材料の原料となる有機材料を気化させて気相輸送し、プラズマ中での電子衝突励起により有機材料を活性化させて重合反応を起こすことにより高分子膜を基板上に成膜する技術である。プラズマ重合法は、原料分子を気化させて使用するため不純物となりえる溶剤が不要であり、膜厚の制御も容易である。残モノマーも存在しないために、バイオエンジニアリング用途等で要求される細胞毒性にも対応が可能である。プラズマ重合処理が、プラズマ中での電子衝突励起により有機材料を活性化させて重合反応を引き起こすのに対し、熱によって重合反応を引き起こすのが蒸着重合法である。【０１１５】
物理的処理技術のなかで、紫外線処理、なかでもエキシマＵＶ処理が挙げられる。熱可塑性樹脂の親水化において、必要とされる耐熱温度が低く、ガラス転移温度が１００℃のポリメチルメタクリレートにも適用が可能である。【０１１６】
エキシマＵＶ処理は、アルゴン、クリプトン、キセノン等の放電ガスを使用したエキシマランプを使用して、発光中心波長１２０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲の紫外線を照射する。高エネルギーの紫外線を照射することによって、樹脂表面の分子は解離され、軽い水素原子が容易に引き抜かれることにより、親水性の高いＯＨ等の官能基が形成され、表面のぬれ性を高くするものである。この方法は、紫外線の露光量の増加に伴い親水性が高くなると同時に、接着力が増大して多数の微細な溝形状を保持させるのに好ましくない場合も想定されるため、必要とされる接触角に応じて適宜露光量を選択していくことが必要である。【０１１７】
親水化の他の方法としては、成形材料として（株）クラレ製の酢酸ビニル系樹脂（商品名：エクセバール）、ポリビニルブチラール系樹脂等を選択することでも可能である。微細な溝形状を保持するため、水系の温度は７０℃以下で使用し、長期間の水への浸漬は避けることが必要である。【０１１８】
上記技術は、樹脂製マイクロチャネルアレイだけでなく、半導体加工技術を応用して作製されるシリコン製プレートにも共通に適用可能できる。【０１１９】
上述の製造工程により、所望の内部空間構造を形成する凹部、溝部等を有する第１基板１０及び第２基板２０が製造される。そして、第１基板１０及び第２基板２０の凹部、溝部等の形成面が対向するように、密着又は接合される。これによりマイクロチャネルアレイを製造することができる。【０１２０】
第１基板１０と第２基板２０の位置関係が所望の位置を形成するよう、各基板の位置合わせを行う方法としては以下のものを挙げることができる。上述したように各基板の表面に凹、又は凸パターンを形成し、重ね合わせ時にこれらを勘合せしめることにより位置精度よく密着させる方法、基板の外形端部を治具により固定化する方法、貫通穴に位置決めピンを用いて固定する方法、ＣＣＤカメラやレーザー系の光学装置を用いて観察、位置調整する方法等が挙げられる。なかでも、あらかじめ各基板の表面に凹、又は凸パターンを形成しておき、重ね合わせる方法は、位置合わせに要する時間を短縮でき、量産化に適した方法の一つである。各基板の表面に凹、又は凸パターンを形成する方法としては、フォトリソグラフ法によってレジストパターンを形成する方法、機械切削、放電加工、ウェットエッチングなどにより、レジスト塗布を行う基板上、又は金属構造体に造形する方法が挙げられる。各基板の表面に造形する凹や凸パターンの深さ、あるいは高さは、一度重ね合わせた基板が、樹脂成形品そりや振動によって外れることがないよう、０．１〜１ｍｍの範囲のなかから、マイクロチャネルアレイの外形などに応じて選択することが望ましい。【０１２１】
上記マイクロチャネルアレイの製造方法によれば、汎用の樹脂材料を使用することができるので材料のコストを低く抑えることができる。また、金型構造体を用いてマイクロチャネルアレイを製造するので、量産化に適した製造方法である。さらに、フォトリソグラフィー法を用い、第１基板１０及び第２基板２０それぞれに、微細加工を施し、両基板を密着又は接合せしめているので、高い寸法精度を満足することができる。【０１２２】
［マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法］
次に、上記実施形態に係るマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法について説明する。【０１２３】
本実施形態に係るマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法によれば、血液試料を少なくとも含む試料（血液試料のほか、生理食塩水、試薬）を、個別、又は同時にマイクロチャネルの流入口から幹血管となる上流側流路５に流し、さらに支流となる毛細血管を模倣した微細流路７に導入し、微細流路の流入口、流出口での血球細胞の数の増減、血液の各成分による微細流路の閉塞状況、あるいは血液通過時間を測定し、血液成分の流れ特性あるいは活性度を求めることができる。なお、血液成分は、血球成分と血漿成分に分けられる。【０１２４】
マイクロチャネルアレイに設けられた微細流路を通過する血液成分の流れ特性や活性度は、血球成分、血漿成分の性状によって、さまざまな形態を示し、その違いから被験者の健康状態や、生活習慣病（糖尿病、脳梗塞、動脈硬化など）の発症予測を行うことができる。【０１２５】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、赤血球の変形能、微細流路の閉塞状況を測定し、赤血球の活性度を求めることができる。血球成分のなかで、赤血球は、酸素を運搬する機能を有する。通常、３ヶ月で生体のなかの赤血球は新しく産生される。生体における毛細血管の直径は約６μｍ程度であり、直径約８μｍの赤血球は、変形通過することで末端の組織に酸素を運搬することを可能にしている。赤血球の活性度が高いと、高い柔軟性を示し、例えば、幅、深さ６μｍの微細流路に赤血球を通過させた場合、赤血球が変形通過する様子を確認できる。すなわち、微細流路を通過させることにより、赤血球の活性度を求めることができる。【０１２６】
赤血球に起因して微細流路の閉塞が発生した場合には、赤血球の変形能が低下することで知られている高血糖値の所見を有しているか、又は糖尿病の所見を有していることが予測される。赤血球の活性度が低くなると、赤血球成分の外殻が硬くなり、例えば、幅、深さ６μｍの微細流路を変形通過することができなくなる様子を確認することができる。一般に、糖尿病患者は、赤血球の外殻が硬いことが知られている。糖尿病の合併症として、網膜症や組織の壊死は、末端の微小循環（毛細血管）において、赤血球が閉塞することで発生する。【０１２７】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定において、微細流路に閉塞する血液成分が赤血球であると認められた場合、医師は被験者に対して生化学測定データと合わせて、例えば、糖尿病の発症可能性を閉塞しているマイクロチャネルの微細流路を用いて視覚的に画像で説明することができ、生活習慣の改善指導に大きな説得力を与えることができる。【０１２８】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、血小板の基板表面への粘着能、微細流路の閉塞状況を測定し、血小板の活性度を求めることができる。血球成分のなかで、血小板は血液を凝固させる役割を有している。粒子径は約３μｍである。血小板の活性が高いと、高い粘着能を示し、例えば、幅、深さ５μｍの微細流路に血液を流した場合、血小板が微細流路やその出口周辺に粘着し、次いで他の血球成分や脂肪成分を粘着させ、微細流路を閉塞する結果を引き起こす。【０１２９】
血小板の粘着により、微細流路を閉塞する形態は、生体内で血小板が活性化する要因を有していることが予測される。かかる場合、例えば、血管の狭小化、高血圧などの可能性が考えられ、生化学データと合わせて生活習慣の指導を行うことができる。マイクロチャネルアレイ内に複数の寸法の異なる微細流路を備えれば、それぞれの微細流路を通過する血液試料にかかるずり応力に差異を生じさせ、その血小板の粘着能の違いから血小板の活性度に関するデータを詳細に求めることができる。血小板は強いずり応力が働くと凝集能を高めて凝集することが知られており、全血試料にかかるずり応力の差は血小板凝集能の差になって、微細流路の閉塞状況、あるいは全血通過時間が変化する原因になることは十分考えられることである。【０１３０】
血小板は体内を循環している際に血管の狭小部があればそこで強いずり応力を受けることになる。このずり応力による血小板凝集は血栓の原因になるので、血小板凝集能のずり応力感受性を測定することは極めて重要である。また、血小板のずり応力感受性は体内でどれだけのずり応力を受けたかで変わるので、体内の血管の狭小化の程度を推定するのにも有効であると考えられる。体内の血管の狭小化の進行が大きいと、血小板のずり応力感受性は高くなり、逆に体内の血管の狭小化のない場合は、血小板のずり応力感受性は低いこととなる。一般に、毛細血管の管径を６μｍ、その中の流速を１ｍｍ／ｓｅｃとすると管壁のずり応力は４．６６× １０ｄｙｎ／ｃｍ２になる。この値の１０倍程度のずり応力が働くと血小板凝集が起きはじめることが知られている。したがって、微細流路の流路幅、及び／又は流路長を、複数種類配置する（例えば、微細流路の幅、又は流路長を３０μｍ、１５μｍ、５μｍとする）ことにより、被験者別のずり応力感受性データを詳細に得ることができ、より適正な血小板の活性度診断に基づいた生活習慣病等の指導が可能となる。被験者の血液を微細流路に流し、その流路を通過するずり応力によって、血小板が流路、及び流路出口周辺に凝集する形態を示す場合、動脈硬化、心筋梗塞などの疾病発症のリスクを有していることが推測され、本測定による症例の蓄積によって科学的な解明が期待されているところである。【０１３１】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、白血球の粘着能、変形能、大きさ、微細流路の閉塞状況を測定し、白血球の活性度を求めることができる。白血球は、外部から侵入してくるウイルスなどの外敵に対し、活性酸素を発生させることで撃退する機能を有する。粒子径は、約１２〜１４μｍである。白血球は、粒子径が約１５〜２０μｍと大きい場合は、風邪などのウイルス感染が予測される。変形通過するための柔軟性が低下すると、活性度が低下し、外敵に抵抗する力が損なわれている可能性がある。また、白血球は、ストレス、睡眠不足、喫煙などの生活習慣を有する被験者の場合、粘着能が高まることが知られており、素材表面への白血球の粘着を評価することも、指針となりうることが期待できる。【０１３２】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、血漿成分の微細流路の閉塞状況を測定し、血漿成分におけるコリステロールの存在度合いを求めることができる。血漿成分におけるコリステロールの存在比率が高くなると、血液試料の粘度が高くなり、血液測定時間が長くなると同時に、微細流路に閉塞する成分がコリステロールであることを確認することによって、動脈硬化などの生活習慣病を発症する可能性を確認することができる。【０１３３】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、蛍光物質で各血球細胞若しくは液体成分のいずれかを蛍光発色させた後、微細流路の流入口、流出口での血液の各血液成分の数の増減、血液の各血液成分による流路の閉塞状況、あるいは血液通過時間を測定し、それにより血液の各血液成分の流れ特性あるいは活性度を求めることができる。血球成分の染色材料としては、例えば、白血球をRhodamine6G、血小板をCFSE（Carboxyfluorescein Diacetate）で染色し、蛍光顕微鏡で観察することによって、より詳細な血液の各血液成分の数の増減、血液の各血液成分による流路の閉塞状況を測定することでき、診断の正確さを増すことができる【０１３４】
前記血液測定法において、縦・横０．６ｍｍ以上の広域を観察可能な高解像度カメラ、及び画像識別機能を使用することにより、マイクロチャネルアレイの広い範囲のなかから、各血液成分の通過、粘着、閉塞の形態、及び部位を識別し、血液試料別の特性を求めることができる。これにより、より正確な知見を得ることができる。光学顕微鏡を用いたマイクロチャネルアレイの観察では、微細流路を通過する血液試料を観察しようとすると、その観察範囲は、数本の微細流路（例えば、縦・横０．０５ｍｍ程度）に限定される。流動性の良い検体であっても、採血時の材料や空気に触れたことによる血液の凝集塊が発生する恐れがあり、これによる微細流路の閉塞を捉えて誤った診断を行う可能性がある。【０１３５】
画像機器の発達により、例えば、高解像度のＣＣＤカメラを用いることで、観察範囲は縦・横１ｍｍ程度に拡大され、微細流路の一部でなく、広域を観察することで、その主たる形態を判別することが可能となる。そして、粘着している材料、部位、及び閉塞の要因が赤血球、白血球、血小板、脂肪成分等のいずれによるものか、あらかじめ比較対照となる形態の画像を入力しておくことで、どの形態に属するものか判定することが可能となる。判定を表示する方法は、例えば、微細流路を流れる血液の流動性、粘着、閉塞する血液成分、及び部位を文字で表示するとともに、その形態の画像を表示する。各血液成分の通過、粘着、閉塞の形態、及び部位の識別形態が、複数の形態を有する場合は、第１の形態、第２の形態、第３の形態を、その割合とともに表示することも可能である。ＣＣＤカメラの好ましい解像度は、縦・横０．６ｍｍ以上の観察範囲にて、解像度が３μｍ程度を有していることが好ましく、画素数としては１００万画素以上のカメラを使用することが好ましい。【０１３６】
前記血液測定法において、血液試料の流入開始から所定量を流し終えるまでの間をデジタル記録し、経過時間別に各血液成分の通過、粘着、閉塞の形態、及び部位を画像識別し、血液試料別の特性を求めることができる。血液試料は、被験者の生活習慣に応じて多様な特性を有している。例えば、血小板のずり応力感受性をとっても多様であり、微細流路に血小板が粘着し、次いでコリステロールや血球成分を粘着させることにより、微細流路が閉塞を開始するタイミングはさまざまである。血液試料の流入開始から所定量を流し終えるまでの間をデジタル記録し、経過時間別に各血液成分の通過、粘着、閉塞の形態、及び部位を画像識別することにより、さらに検体別の特性を詳細に把握することができ、診断の精度を高めることが可能となる。【０１３７】
前記血液測定法において、症例発症の可能性、発症に影響を与える生活習慣の因子、及び生活指導内容が表示、印刷、及び／又は音声表現されることで、被験者に生活習慣病の予防を指導する際に正確性を増すことが可能となる。また、最初に測定した画像を被験者が自宅に持ち帰り、例えば６ヵ月後に再度血液測定を行って画像を印字し、前回の画像と比較可能にすることで視覚的に生活改善の効果を認識できるようにしてもよい。健康への意識をより現実的に理解することができる。【０１３８】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、白血球分画の遊走能、粘着能を求めることができる。具体的には、微細流路の流入口、流出口の間に生理活性物質の濃度差を設けることにより、微細流路を介して白血球を移動させ、その後、微細流路の流入口、流出口、あるいは流路での白血球分画の数の増減、あるいは白血球による流路の閉塞状況を測定することで、白血球分画の遊走能、粘着能を求めることができる。血液試料の流し方は、他方で生理活性物質の濃度差のみによる特定の血球細胞の遊走を測定することを可能にしている。すなわち、流路入口側と出口側の間に静水圧差に代えて生理活性物質の濃度差を設けることにより、その生理活性物質の濃度差を認識できる血球細胞のみが流路内に遊走してくる。その個数、通過時間を測定すれば血液測定が可能になる。【０１３９】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、蛍光、又は発光物質で各血球細胞、若しくは液体成分のいずれかを発色させ、その光強度を測定することによって血球成分の活性度を求めることができる。微細流路の流入口、流出口、又は微細流路に光を照射する光学系と、微細流路から反射、又は透過される光の変量を測定することで、より定量的なデータを得ることが可能である。使用される光学系には、蛍光顕微鏡、レーザー顕微鏡、レーザースキャナー等が挙げられる。発光物質で各血球細胞若しくは液体成分のいずれかを発色させる、又は各血球細胞から発する光強度を識別することにより、種類の異なる血球間、及び血球と周囲の液体間の識別が極めて容易になる。測定ポイントの増加、及び測定データの集計評価を行うためには、コンピューターを用いたシステムプログラムを適用することが好ましい。【０１４０】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、白血球の化学発光量を測定することによって、白血球の活性度を求めることができる。白血球は、外部から進入してきたウイルスなどの外敵に対し、活性酸素を放出して撃退する機能を有する。生体のなかでは、活性酸素と抗酸化物質（ＳＯＤ：スーパーオキシドジスターゼなど）のバランスで保たれている。全血の状態で、ルミノール化学発光試薬を添加すると、血液中の活性酸素と抗酸化物質との差分を、化学発光量として求めることができる。この測定結果と、抗酸化物質などの測定データとあわせることで、ウイルス感染、抗酸化物質とのバランスなど、生体の状態を把握することができる。【０１４１】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面の少なくとも一部に金などの薄膜を堆積させ、微細流路の通過前後における誘電率変化を、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance)現象による反射光強度の変化にて測定し、血球成分の活性度を求めることができる。表面プラズモン共鳴現象による検出方式とは、蒸着法等により金などの薄膜をしたプレートに光を入射し、薄膜表面の誘電率変化を反射光強度の変化として高感度で検出する方式である。表面プラズモン共鳴装置は、その現象を応用し、極めて高感度が要求される生体分子間の反応・結合量の測定及び速度論的解析に活用され始めている。あらかじめ、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面の少なくとも一部に、蒸着法等によって金などの薄膜を堆積させておき、微細流路の通過前後における血球成分の活性度を、薄膜表面の誘電率変化（反射光強度の変化）にて検出し、電気信号への変換、及び増幅を行う。薄膜表面の誘電率変化を高めるため、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面の少なくとも一部に試薬を固定化しておいてもよい。表面プラズモン共鳴センサは、半導体加工技術による微細化が進んでおり、微細流路の部位を特定した測定が可能である。【０１４２】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面のいずれかに超音波による微弱な周波数変化幅を検出するセンサを配置し、微細流路の通過前後における周波数変化を測定し、血球成分の活性度を求めることができる。超音波を使用した周波数変化による検出は、極めて高感度が要求される生体分子間の反応等への応用研究が進んでいる。マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面のいずれかに超音波による微弱な周波数変化幅を検出するセンサ、及び電極を固定しておき、微細流路の通過前後における血球成分の活性度を、微弱な周波数変化幅として検出し、電気信号への変換、増幅を行う。検体別の活性度の差異を、正確に数値化することができる。周波数変化幅を高めるため、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面の少なくとも一部に試薬を固定化しておいてもよい。超音波センサは、半導体加工技術による微細化が進んでおり、微細流路の部位を特定した測定も可能である。また、超音波センサを有する第１基板１０を繰り返し使用とし、第２基板２０をディスポーザブルとすることで、検査にかかるコストを低減できる。【０１４３】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面のいずれかにＩＳＦＥＴセンサを配置し、微細流路の通過前後における微弱な電気的変位量を測定し、血球成分の活性度を求めることができる。ＩＳＦＥＴセンサ（Ｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ＦＥＴセンサ）は、Ｓｉチップの表面をＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４膜で覆い、表面に吸着する化学種によって生ずる電位変化を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で増幅する方式である。極めて高感度が要求される生体分子間の反応等への応用研究が進んでおり、超微小グルコースセンサなどが発表されている。【０１４４】
マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面のいずれかにＩＳＦＥＴセンサ、及び電極を固定しておき、微細流路の通過前後における微弱な電気的変位量を検出し、電気的増幅を行う。電気的変位量を高めるため、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面の少なくとも一部に試薬を固定化しておいてもよい。また、例えば、ＩＳＦＥＴセンサを有する第１基板１０を繰り返し使用とし、第２基板２０をディスポーザブルとすることで、検査にかかるコストを低減できる。【０１４５】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面のいずれかに電極を配置し、試薬を固定化しておき、血液と試薬を混合させた後、その化学変化後の微弱な電気的変位量を測定することにより、生化学データを求めることができる。微細流路を通過する血液成分の流れを観察することで、生体における微小循環（毛細血管）の流れを再現し、生活習慣病の発症予測と生活指導を行う際、生化学データが得られることは、生活指導を行ううえで重要である。【０１４６】
生化学データは、人間ドックなどの施設では、測定装置が揃っているため数時間以内に値を知ることができる。これに対し、小さな開業医のクラスでは、測定装置を有していないため、外部に測定を依頼すると数日を要することになる。マイクロチャネルアレイを用いて、コリステロール、肝機能、尿酸、血糖値などの生化学データを測定可能になれば、少ない検体量で迅速に結果を得ることができ、小さな開業医のクラスでも、的確な生活習慣病の発症予測と生活指導を行うことができる。【０１４７】
生化学データの測定は、あらかじめ酵素（グルタミン酸オキシダーゼ等）などの試薬をマイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面の少なくとも一部に固定しておき、血液試料と混合させた後、その化学変化後の微弱な電気的変異量を、電極を経由して測定し、電気増幅することによって値を表示することにより行う。【０１４８】
マイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法において、マイクロチャネルアレイの内部空間構造を構成する壁面の少なくとも一部に試薬を固定化しておき、血液と試薬を混合させた後、光を照射し、その変量を測定することにより、生化学データを求めることができる。光の光源は、測定範囲を指定でき、その変量を正確に検出できる点で赤外線レーザーが好ましく、血液と試薬の混合後、光の反射、透過、吸光、反射位置の変化によって生化学データを求めることができる。【０１４９】
本発明のマイクロチャネルアレイによる血液測定は、動物に対しても有効であり、その展開が期待されている。対象の一つに、ウシ（食用牛、乳牛）、又はブタといった家畜動物が挙げられる。これら家畜の生活環境による影響を把握するのに、ヒトを対象とした血液測定と同じように、本発明によるマイクロチャネルアレイを活用することができる。その他の対象の一つに、イヌ、ネコといったペット動物が挙げられる。現在は、ペット動物も家族の一員として受け入れられており、その動物の生活環境による影響を把握することは、長期間、生活を共にする家族にとって重要であり、ヒトを対象とした血液測定と同じように、本発明によるマイクロチャネルアレイを活用することができる。【０１５０】
本実施形態に係るマイクロチャネルアレイを用いた血液測定方法によれば、血液試料を源流となる流入口から幹血管となる上流側流路５に流し、さらに支流となる毛細血管を模倣した微細流路７に流すことができるので、さらに多様な用途への展開が期待できる。マイクロチャネルアレイを用いた血液測定によって、健康食品、健康飲料、ビタミン剤などの製品の効果を判定するための判定ツールとしての展開も可能である。また、測定装置側の流入口近傍、又は流出口近傍、あるいはその両方に流量の制御系を有することにより、血液測定を行う作業者が、簡便に最適な流れ状態を繰り返し再現することができる。【０１５１】
本実施形態に係る血液測定方法によれば、生体の毛細血管をモデルとしたマイクロチャネルアレイを用いているので、微細流路を流れる血液成分の流れ特性や活性度を求めることで、生体内の微小循環系の流れを推測することができる。そして、その流れや閉塞の状態から生活習慣病の発症を予測し、生活指導を行うことが可能となる。被験者は、通常の血液検査における血糖値、肝機能、コリステロールなどの生化学測定データに加え、微細流路を流れる血液の様子を実際に観察することによって、リアルに生活習慣の改善の必要性を認識し、予防医学への関心をより高めることができる。
【実施例】
【０１５２】
次に、実施例によりさらに本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。【０１５３】
マイクロチャネルアレイとして、樹脂製の基板からなるものについて説明する。
まず、樹脂成形品を形成する方法について、図４Ａないし図４Ｈを参照しながら具体的に説明する。図４Ａに示すように、基板上に、有機材料（東京応化工業製「ＰＭＥＲ  Ｎ-ＣＡ３０００ＰＭ」をベースとする１回目のレジスト塗布を行った。次に、図４Ｂに示すように第１レジスト層を形成し、所望のマスクパターンに加工されたマスクＡを、第１レジスト層が形成された基板に対して所望の位置となるように位置合わせを行った。【０１５４】
次いで、ＵＶ露光装置（キヤノン製「ＰＬＡ−５０１Ｆ」波長３６５ｎｍ）を用いて、上記基板のマスクＡ側から光を照射して、第１レジスト層の露光を行った。露光後、基板をホットプレート（１００℃×４分）により加熱し、第１レジスト層に熱処理を施した。その後、図４Ｃに示すように、第１レジスト層が形成された基板上に、有機材料（東京応化工業製「ＰＭＥＲ  Ｎ-ＣＡ３０００ＰＭ」）をベースとする２回目のレジスト塗布を行った。【０１５５】
そして、図４Ｄに示すように第２レジスト層を形成し、所望のマスクパターンに加工されたマスクＢを基板に対して所望の位置となるように位置合わせを行った。次に、上記基板のマスクＢ側から、上記ＵＶ露光装置により、第２レジスト層の露光を行った。露光後、基板をホットプレート（１００℃×８分）により加熱し、第２レジスト層に熱処理を施した。上記工程を経た後、図４Ｅに示すように、第１レジスト層及び第２レジスト層を有する基板を現像し、基板上にレジストパターンを形成した（現像液：東京応化工業製「ＰＭＥＲ現像液Ｐ-７Ｇ」）。【０１５６】
その後、図４Ｆに示すように、前記レジストパターンを有する基板表面に導電性膜を堆積させた。具体的には、スパッタリングを行い、レジストパターン上に銀からなる導電性膜を堆積させた。次に、図４Ｇに示すように、導電性膜を堆積させた基板をニッケルメッキ液に浸け、電気メッキを行い、レジストパターンの谷間に金属構造体（以下、「ニッケル構造体」と言う）を得た。【０１５７】
その後、図４Ｈに示すように、得られたニッケル構造体を金型として、射出成形によりプラスチック材をニッケル構造体に充填し、プラスチック成形体を得た。プラスチック成形体の材料としては、（株）クラレ製アクリル（パラペット  Ｇ−ＨＳ）を用いた。【０１５８】
[比較用マイクロチャネルアレイＸの作製]
（流路の作製）  図１０Ａに比較用マイクロチャネルアレイＸの第１基板１２０の上面図、図１０Ｂに第１基板１２０のＸＢ−ＸＢ'断面図を示す。第１基板１２０は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、流入口側第１凹部１２３、流出口側第１凹部１２４、上流側第１溝群１２５、下流側第１溝群１２６、第１の位置合わせ部１２８、第２の位置合わせ部１２９が設けられている。
第１基板１２０としては、厚さ１ｍｍ、直径５インチのシリコン基板（三菱マテリアル製）を用いた。そして、以下のように製造した。まず、シリコン基板１２０の表面にマスク体となるアルミを、蒸着法により０．２μｍ体積した。そして、フォトリソグラフ法により、シリコン基板上にアルミによるパターンニング体を造形した。そして、アルミによるパターンニング体をマスクとし、第１回目のドライエッチング（アルバック社製）により、幅３００μｍ、深さ５０μｍの流路を造形した。【０１５９】
（微細な溝の作製）  第１回目に使用したアルミを、洗浄液により除去した。次に、シリコン基板１１０表面へ第２回目のアルミ蒸着を行った。次に、上流側第１溝群１２５及び下流側第１溝群１２６と、微細溝群１２７との位置関係が所望の位置となるよう、マスクの位置合わせを行った。そして、フォトリソグラフ法により、シリコン基板上にアルミによるパターンニング体を造形した。そして、アルミによるパターンニング体をマスクとし、第２回目のドライエッチングにより、幅６μｍ、深さ５μｍの微細な溝を形成した。次に、洗浄液によりアルミパターンニング体を除去、サンドブラスト法により、左端部に液体流入口１０１、右端部に液体流出口１０２となる直径１．６ｍｍの貫通孔を作製した。【０１６０】
次に、抗血液付着のための親水化を目的として熱酸化処理を実施し、シリコン基板表面にＳｉＯ２膜を形成した。そして、ダイシングーカッターにより、縦８ｍｍ×横１６ｍｍのチップを切り出し、透明な平板を重ね合わせることで微細な溝に試料を流すための空間構造を形成した。空気中にて、水に対する接触角を測定した。接触角測定装置（協和界面化学株式会社製、ＣＡ−ＤＴ・Ａ型）を用いて測定したところ３８°であった。
第１基板１２０の上面に同寸法の透明な平板を重ね合わせ、マイクロチャネルアレイＸを作製した。【０１６１】
[マイクロチャネルアレイＡの作製]
マイクロチャネルアレイＡの第１基板及び第２基板として、図２Ａ及び図２Ｂに示す第１基板と図３Ａ及び図３Ｂに示す第２基板を用いた。基板は、縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ、厚さ１ｍｍの樹脂からなるものを用いた。
（第１基板１０の作製）  図４Ａないし図４Ｈに示す成形品を形成する方法に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示すような第１基板１０を得た。具体的には、レジスト塗布を２回繰り返して第１レジスト層を形成、露光、熱処理を実施した。その後、図４Ｆに示すように、レジストパターンを有する基板表面に導電性膜を堆積させた。次に、図４Ｇに示すように、導電性膜を堆積させた基板に金属構造体を形成した。その後、図４Ｈに示すように、得られた金属構造体を金型として、射出成形によりプラスチック成形体を得た。かかる工程により、基板上に幅３００μｍ、深さ３００μｍの溝を６本作製した。また、位置合わせを行うため、深さ３００μｍの凹パターンを有する第１の位置合わせ部１８、第２の位置合わせ部１９を設けた。【０１６２】
（第２基板２０の作製）  基板の寸法は、上記第１基板１０と同じとした。製造は、上記第１基板１０と同様の方法に従って、図３Ａ及び図３Ｂに示すような幅６μｍ、深さ５μｍの微細な溝等を作製した。また、位置合わせを行うための第３の位置合わせ部２８、第４の位置合わせ部２９を設けた。これらの高さは、２５０μｍとした。この凸パターンは、あらかじめ、レジストパターン形成ステップで使用するレジスト塗布のためのガラス基板に、ウェットエッチング法を用いて凹パターンを形成することにより製造した。【０１６３】
（抗血液付着処理）  製造した第１基板１０、及び第２基板２０にプラズマ処理による表面改質を行った。スパッタリング装置（（株）アルバック製、ＳＶ）を用い、ＳｉＯ２膜を１００ｎｍ堆積させた。比較用マイクロチャネルアレイＸと同様に、水に対する接触角を測定したところ、２５°であることを確認した。第１基板１０と第２基板２０を位置あわせ部が重なるように勘合してマイクロチャネルアレイＡを作製した。【０１６４】
[マイクロチャネルアレイＢの作製]
マイクロチャネルアレイＢの第１基板及び第２基板として、図５Ａ及び図５Ｂに示す第１基板と図３Ａ及び図３Ｂに示す第２基板を用いた。なお、以降の説明において、上記マイクロチャネルアレイＡと同一の要素部材は、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
第１基板１０ｂは、上記方法と同様の工程により２段の段差を持つ形状を作製した。上流側第１溝群の流路幅を３００μｍとし、このうち一段目溝群１５ｂの流路深さを３００μｍ、２段目溝群１２ｂの流路深さを１００μｍとした。その他の部分は、上記マイクロチャネルアレイＡと同一とした。第２基板２０は、上記マイクロチャネルアレイＡで用いたものと同一のものを用いた。【０１６５】
（抗血液付着処理）  製造した第１基板１０ｂ、及び第２基板２０にプラズマ処理による表面改質を行った。スパッタリング装置（（株）アルバック製、ＳＶ）を用い、ＳｉＯ２膜を１００ｎｍ堆積させた。比較用マイクロチャネルアレイＸと同様に、水に対する接触角を測定したところ、２４°であった。第１基板１０ｂと第２基板２０を位置あわせ部が重なるように勘合してマイクロチャネルアレイＢを作製した。【０１６６】
[マイクロチャネルアレイＣの作製]
マイクロチャネルアレイＣの第１基板及び第２基板として、図６に示す第１基板と図７に示す第２基板を用いた。【０１６７】
（第１基板１０の作製）  第１基板１０ｃは、図４Ａないし図４Ｈに示す工程に従ってレジスト層を形成した後、図６に示すように、上流側第１溝群の流路幅を３００μｍとし、このうち一段目溝群１５ｃの流路深さを３００μｍ、２段目溝群１２ｃの流路深さを１００μｍとした。その他の構成、作製方法は、上記マイクロチャネルアレイＡの第１基板１０と同様である。【０１６８】
（第２基板２０の作製）  第２基板２０ｃは、図４Ａないし図４Ｈに示す工程に従ってレジスト層を形成した後、図７に示すように、微細溝群２７の溝を（ａ）流路長を３０μｍ、深さ５μｍ、（ｂ）流路長１５μｍ、深さ５μｍ；（ｃ）流路長５μｍ、深さ５μｍの３種類からなる微細溝群２７を複数作製した。その他の構成、製造方法は上記マイクロチャネルアレイＡの第２基板２０と同様である。【０１６９】
（抗血液付着処理）  製造した第１基板１０ｃ、及び第２基板２０ｃに有機材料のコーティングによる表面改質を行った。日本油脂（株）から販売されている商品名：Lipidure-PMB（リン脂質極性基を有するＭＰＣポリマーとブチルアクリレートの共重合ポリマー）を用い、コーティングを実施した。比較用マイクロチャネルアレイＸと同様に、水に対する接触角を測定したところ、１８°であった。第１基板１０ｃと第２基板２０ｃを位置あわせ部が重なるように勘合してマイクロチャネルアレイＣを作製した。【０１７０】
[マイクロチャネルアレイＤの作製]
マイクロチャネルアレイＤの第１基板及び第２基板として、図２Ａ及び図２Ｂに示す第１基板と図８Ａ及び図８Ｂに示す第２基板を用いた。第１基板としては、マイクロチャネルアレイＡの第１基板１０と同様のものを用いた。第２基板は、図４Ａないし図４Ｈに示す工程に従ってレジスト層を形成し、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、微細溝群２７の溝の幅を６μｍとし、溝の深さを５μｍ、３０μｍの２段構造とした。その他の部分については、上記マイクロチャネルアレイＡの構成、製造方法等と同様とした。【０１７１】
（抗血液付着処理）  製造した第１基板１０、及び第２基板２０ｄに有機材料のコーティングによる表面改質を行った。日本油脂（株）から販売されている商品名：Lipidure-PMB（リン脂質極性基を有するＭＰＣポリマーとブチルアクリレートの共重合ポリマー）を用い、コーティングを実施した。比較用マイクロチャネルアレイＸと同様に、水に対する接触角を測定したところ、１６°であった。第１基板１０と第２基板２０ｄを位置あわせ部が重なるように勘合してマイクロチャネルアレイＤを作製した。【０１７２】
［比較例１］
まず、比較用マイクロチャネルアレイＸを用いて血液測定を行った。あらかじめ、気泡の混入を防止する目的で、比較用マイクロチャネルアレイＸを生理食塩水に浸した後、測定モジュールにセットした。次に、生理食塩水、血液の順に試料を導入した。血液測定は、左端部の流入口から導入された血液試料が、流路、微細な溝を経由して右端部に流出するまでの目視による形態観察、及び血液試料１００μｌの通過時間を測定した。【０１７３】
ＣＣＤカメラにより、血液試料の流れ、及び微細な溝への閉塞の状態を観察した。
血液試料は、通過開始２０秒後から微細な溝手前の面に血小板が付着し始め、３０秒後にはコリステロールや血球細胞を粘着させた凝集塊が微細な溝を閉塞する様子が、広い範囲で確認された。このため、赤血球、白血球などの血液成分の変形能、粘着に関する性状を観察することができなかった。血液通過時間は１４０秒と長く、微細溝群１２７により形成される流路の手前の面（材料）に、血小板が付着したことが原因と推測される。抗血液付着のための親水化処理において、水に対する接触角が３８°と高いことが原因の一つと推定される。他の原因としては、微細溝群１２７により形成される流路への血液試料を導入するための深さが５０μｍと浅いため、その流路抵抗によって血小板が活性化し、微細な溝手前の面に粘着したことが推定される。
また、シリコンを材料とした場合、抗血液付着のための方法は、半導体製造の際、その表面の絶縁抵抗を高め、消費電力量を低減するための熱酸化処理が主に用いられているが、血液試料、なかでも各血球細胞に対する抗付着性に対しては、最適でないことが予測される。【０１７４】
［実施例１］
血液の流動性測定を行った例について、上記マイクロチャネルアレイＡを用いた血液測定により説明する。血液試料は、比較用マイクロチャネルアレイＸと同じ検体を使用した。
比較用マイクロチャネルアレイＸでは、血液通過２０秒後から微細流路手前の壁面に血小板が粘着し始め、凝集塊によって微細流路が凝集したのに対し、上記マイクロチャネルアレイＡでは、同一条件では血小板の付着は発生しなかった。マイクロチャネルアレイＡを用いた場合、血液通過３０秒後から、微細流路通過後の壁面に血小板が粘着する様子が見られた。他の血球成分である赤血球、白血球が変形通過することを確認でき、通常の血液成分の形態を示すことが確認された。
血液通過時間は、微細流路手前の面に付着することがなくなり、６０秒と短くなった。比較用マイクロチャネルアレイＸでは、材料面への付着により、幹となる血管を模倣した上流側流路１０５、下流側流路１０６にも血液が付着し、生体における微小循環を再現していないのに対し、マイクロチャネルアレイＡでは、毛細血管というべき微小循環を再現しているものと推測される。
血小板の材料への付着を抑制できた理由として、スパッタリング法により、安定したＳｉＯ２膜を体積でき、水に対する接触角を２５°にまで低くできたことによると推測している。【０１７５】
［実施例２］
次に、上記マイクロチャネルアレイＢを用いて血液の流動測定を行った例について説明する。血液試料は、比較用マイクロチャネルアレイＸと同じ検体を使用した。
実施例１と同様、微細流路手前の面に対する血小板の付着は発生せず、３０秒を過ぎてから、微細流路通過後の面に血小板が粘着する様子が見られた。他の血球成分である赤血球、白血球の変形通過を確認でき、通常の血液成分の形態を示すことが確認された。
血液通過時間は５０秒となり、実施例１よりも短くなった。実施例１で使用したマイクロチャネルアレイＡの第１基板１０は、流路の深さが３００μｍの１段構造であったのに対し、実施例２の第１基板１０ｂの流路は、１００μｍ、３００μｍと２段構造であったため、幹血管（深さ３００μｍの流路）から支流となる枝血管（深さ１００μｍの流路）、さらに毛細血管（微細流路）といった生体モデルを模倣した流れを再現できたことが、流路内における血小板の活性化を発生させず、微細流路の通過後の観察を可能にしたと考えられる。【０１７６】
今回の血液測定では、縦・横１．２ｍｍの観察範囲を有し、２００万画素の解像度を有するＣＣＤカメラ（キヤノン製）を使用した。あらかじめ、コンピューターに血液試料の流れ、各血液成分に起因した粘着や閉塞などの様子を入力しておき、血液測定後、縦・横１．２ｍｍの観察範囲から主たる流動状態の形態はどうであったかた識別し、その画像を表示することに成功した。コンピューターのデータ処理速度、及びメモリ能力を活用すれば、血液通過時間別の画像識別、及びその形態が示す疾患予測、原因、改善が必要な生活習慣の項目について表示、印刷、又は音声表示が可能となる。図９は、本測定による血液流動を示す画像である。【０１７７】
［実施例３］
次に、上記マイクロチャネルアレイＣを用いて血液の流動測定を行った例について説明する。血液試料は、比較用マイクロチャネルアレイＸと同じ検体を使用した。【０１７８】
マイクロチャネルアレイＣは、前述したとおり被験者の血液の血小板に関するずり応力感受性の詳細な情報を得ることを目的に、微細溝群２７ｃにより形成される流路の寸法が、（ａ）流路長３０μｍ、深さ５μｍ、（ｂ）流路長１５μｍ、深さ５μｍ、（ｃ）流路長５μｍ、深さ５μｍの３種類からなる。
抗血液付着のための表面改質は、有機材料（商品名：Lipidure-PMB、リン脂質極性基を有するＭＰＣポリマーとブチルアクリレートの共重合ポリマー）のコーティングにより行ったが、実施例１と同様、いずれの微細溝群２７ｃにより形成される流路においても、微細流路手前の面に対する血小板の付着は見られなかった。流路長５μｍ、深さ５μｍの微細な溝では、通過終了まで、微細溝群２７ｃにより形成される流路の通過後の面への血小板付着は見られなかった。流路長３０μｍ、深さ５μｍの微細な溝では３０秒後から、流路長１５μｍ、深さ５μｍの微細な溝では４０秒後から、微細溝群２７ｄにより形成される流路の通過後の面への血小板付着開始が認められた。血液通過時間は、４５秒であった。【０１７９】
次に、他の被験者の検体を用いた血液測定を行った。血液通過開始の１５秒後、流路長３０μｍ、深さ５μｍの微細な溝で血小板の付着が見られ始め、流路長１５μｍ、深さ５μｍでは３０秒後、流路長５μｍ、深さ５μｍでは６０秒後に血小板の付着が見られ始め、血液通過終了時には、流路長３０μｍ、深さ５μｍの微細な溝は、ほとんど閉塞する結果となった。血液通過時間は、１２０秒であった。
この測定結果から、微細溝群２７ｃにより形成される流路の流路幅、流路深さの異なる形状を複数有することで、検体別の血小板のずり応力感受性をより詳細に把握できることが確認された。【０１８０】
［実施例４］：
次に、上記マイクロチャネルアレイＤを用いて血液の流動測定を行った例について説明する。血液試料は、比較用マイクロチャネルアレイＸと同じ検体を使用した。実施例１と同様、微細溝群２７ｄにより形成される流路手前の面に対する血小板の付着は発生せず、３０秒を過ぎてから、微細溝群２７ｄにより形成される流路通過後の面に血小板が粘着する様子が見られた。他の血球成分である赤血球、白血球の変形通過することが確認でき、通常の血液成分の形態を示すことが確認された。
血液通過時間は５５秒となり、実施例１よりも若干短くなった。実施例１で使用したマイクロチャネルアレイＤの第２基板２０ｄは、微細溝群２７ｄにより形成される流路の手前に、深さ３０μｍの段差を有する構造であったため、実施例２の２段構造と同様、幹血管（深さ３００μｍの流路）から支流となる枝血管（深さ３０μｍの段差流路）、さらに毛細血管（微細溝群２７ｄにより形成される流路）といった生体モデルを模倣した流れを再現できたことが、流路内における血小板の活性化を発生させず、微細な溝の通過を可能にしたと推測される。【０１８１】
マイクロチャネルアレイの第１基板、第２基板に多様な形状を造形し、各基板を重ね合わせ、又は張り合わせた結果、極めて複雑な形状を有する空間構造を実現でき、生体モデルの微小循環系（毛細血管）を再現したマイクロチャネルアレイを提供可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
本発明は、例えば、血液中の有形成分である赤血球、白血球、血小板の機能を測定、評価するために用いられるマイクロチャネルアレイに利用される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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