JP2004290968A - Microchannel structure, member for manufacturing the same, and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】流体を流すための微小流路に相当する凹部と、流体を導入、あるいは排出するための貫通孔が1回の成形で形成され、かつ微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通した微小流路基板の製造方法及びそれにより得られる微小流路基板を提供する。
【解決の手段】流体を流すための微小流路及び貫通孔を備えた微小流路基板を有し、かつ前記微小流路と前記貫通孔が連通部において連通していることを特徴とする微小流路構造体、それを製造するための微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能な金型及び、金型を用いて一回の成形により微小流路に相当する凹部及び所定の位置に貫通孔を形成する方法を用いる。
【選択図】なし
A recess corresponding to a microchannel for flowing a fluid and a through hole for introducing or discharging a fluid are formed by one molding, and the recess corresponding to the microchannel communicates with the through hole. To provide a method for manufacturing a microchannel substrate and a microchannel substrate obtained by the method.
A microchannel having a microchannel substrate provided with a microchannel and a through hole for flowing a fluid, wherein the microchannel and the through hole communicate with each other at a communication portion. A flow path structure, a mold having a pin for forming a through hole in a micro flow path substrate for manufacturing the same, a mold capable of arbitrarily changing the position of the pin and the number of pins, and a method using a mold. A method is used in which a through hole is formed at a predetermined position and a concave portion corresponding to a minute flow channel by multiple moldings.
[Selection diagram] None
Description
本発明は、微小流路内において化学反応、化学合成、分析、分離、抽出などの化学的物理的操作、またはクロマトグラフィー用充填材、マイクロカプセルなどの微小粒子を生成するための微小流路基板、それを製造するための部材および製造方法に関する。 The present invention provides a microchannel substrate for generating microparticles such as chemical reaction, chemical synthesis, analysis, separation, extraction and other chemical physical operations, or chromatographic packing material, microcapsules, etc. in a microchannel. , A member for manufacturing the same, and a manufacturing method.
近年、数cm角のガラス基板上に長さが数cm程度で、幅と深さがサブμmから数百μmの微小流路を有する微小流路構造体を用い、この微小流路内で化学反応、化学合成、分析、分離、抽出などの化学的物理的操作を行なったり(例えば、非特許文献1参照)、クロマトグラフィー用充填剤やマイクロカプセルなどの微小粒子を製造する研究が注目されている(例えば、特許文献1参照)。ここで、微小流路とは、幅500μm以下、深さ100μm以下の空間を意味する。 In recent years, a microchannel structure having a microchannel with a length of about several cm, a width and a depth of sub μm to several hundred μm on a glass substrate of several cm square has been used. Attention has been focused on research that performs chemical and physical operations such as reaction, chemical synthesis, analysis, separation, and extraction (for example, see Non-Patent Document 1) and manufactures fine particles such as packing materials for chromatography and microcapsules. (For example, see Patent Document 1). Here, the microchannel means a space having a width of 500 μm or less and a depth of 100 μm or less.
更に微小流路構造体を工業的大量生産に適用するために、微小流路構造体を積み上げる研究も行われている(例えば、特許文献2参照)。上記に挙げた例では、平板状のパイレックス(登録商標)ガラスなどのガラス基板上に、反応原料液(A)と(B)の流体導入部及び反応生成溶液排出部(すなわち貫通して形成される孔)と、貫通して形成される孔に連通する幅数十から数百μmの反応域としての微小流路とを備えた微小流路基板を、所定の枚数だけ積層して一体化することで大量生産を可能にしている。更に積層一体化され微小流路基板積層体を所定の個数並列一体化することで、より工業的な大量生産が可能となるとしている。 Further, studies have been conducted on stacking microchannel structures in order to apply the microchannel structures to industrial mass production (for example, see Patent Document 2). In the example described above, the fluid introduction portions and the reaction product solution discharge portions (that is, the reaction product solution discharge portions) of the reaction raw material liquids (A) and (B) are formed on a flat glass substrate such as Pyrex (registered trademark) glass. And a predetermined number of microchannel substrates each having a microchannel as a reaction area having a width of several tens to several hundreds of micrometers communicating with the holes formed therethrough. This enables mass production. Further, by integrating a predetermined number of the laminated and integrated microchannel substrate laminates in parallel, more industrial mass production is possible.
この微小流路基板に備えられている幅数十から数百μmの微小流路の形成には、通常、湿式エッチングなどの公知の手段や方法が用いられる。また流体導入部及び流体排出部の形成は、一般的な機械加工手段や方法が用いられている。しかしながらこれらの公知の方法は簡易な方法ではなく、微小流路は、露光、現像、湿式エッチング等の複数の工程を経て形成される。更に流体導入部及び流体排出部に相当する貫通孔も、貼り付け、加工、剥離等の複数の工程を経て形成される。 Known means and methods such as wet etching are usually used for forming the microchannels having a width of several tens to several hundreds of micrometers provided in the microchannel substrate. The formation of the fluid introduction part and the fluid discharge part employs general machining means and methods. However, these known methods are not simple methods, and the microchannel is formed through a plurality of steps such as exposure, development, and wet etching. Further, through holes corresponding to the fluid introduction part and the fluid discharge part are also formed through a plurality of steps such as sticking, processing, and peeling.
以上のように、微小流路基板を複数枚積層一体化、更にその複数枚を積層して一体化したものを複数個並列に構成することでクロマトグラフィー用充填剤、マイクロカプセル等の大量生産が可能となるが、大量の微小流路基板の作製には、時間及びコストが高くなるという問題がある。また、例えば1枚の微小流路基板に微小流路を100〜200本など高密度に微小流路を集積化して形成した場合、流体導入部あるいは流体排出部に相当する貫通孔が増加し、そのためさらなるコストの増加が問題となる。 As described above, by laminating and integrating a plurality of microchannel substrates, and further by laminating and integrating a plurality of the microchannel substrates, mass production of chromatography fillers, microcapsules, and the like can be performed. Although it is possible, there is a problem in that the production of a large number of microchannel substrates requires time and cost. Further, for example, when microchannels are integrated at a high density such as 100 to 200 microchannels on one microchannel substrate, through holes corresponding to a fluid introduction portion or a fluid discharge portion increase, Therefore, a further increase in cost becomes a problem.
低コスト化のために、微小流路を有する微小流路構造体を樹脂で形成する試みも行なわれている。これは上記例におけるパイレックス(登録商標)ガラスなどのガラス基板を樹脂基板に変えることで達成される。微小流路を備えた樹脂製の基板は成形法などの公知の技術を用いれば作製できる。さらに射出成型などによる連続成型を行なえば、さらなる低コスト化が見込まれる。 In order to reduce costs, attempts have been made to form a microchannel structure having a microchannel using a resin. This is achieved by changing a glass substrate such as Pyrex (registered trademark) glass in the above example to a resin substrate. A resin substrate provided with a microchannel can be manufactured by using a known technique such as a molding method. Further, if continuous molding is performed by injection molding or the like, further cost reduction is expected.
このような樹脂製の微小流路基板の流体導入部あるいは流体排出部に相当する貫通孔の形成には、パイレックス(登録商標)ガラスなどのガラス材料と同様に、一般的な機械加工を用いればよい。前述したように、工業用の大量生産のために微小流路基板を複数枚積層一体化、更にその複数枚積層一体化したものを複数個並列にすることで大量生産が可能となる。しかしながら、大量の微小流路基板の作製には、時間及びコストが高くなり、例えば1枚の微小流路基板に微小流路を100〜200本など高密度に集積化して形成した場合、流体導入部あるいは流体排出部に相当する貫通孔が増加する。このため、さらなるコストの増加が問題になり、その結果、微小流路基板の素材をパイレックス(登録商標)ガラスなどのガラス材料から樹脂材料に変更したコストの削減効果が半減あるいは相殺されてしまうという問題があった。 In order to form the through-hole corresponding to the fluid introduction portion or the fluid discharge portion of such a resin-made microchannel substrate, a general machining process can be used similarly to a glass material such as Pyrex (registered trademark) glass. Good. As described above, mass production is possible by laminating and integrating a plurality of microchannel substrates and then paralleling a plurality of the laminated and integrated microchannel substrates for mass production for industrial use. However, it takes time and cost to manufacture a large number of microchannel substrates. For example, when a single microchannel substrate is formed by integrating microchannels at a high density, such as 100 to 200 microchannels, fluid introduction is difficult. The number of through holes corresponding to the part or the fluid discharge part increases. For this reason, a further increase in cost becomes a problem, and as a result, the cost reduction effect of changing the material of the microchannel substrate from a glass material such as Pyrex (registered trademark) glass to a resin material is halved or offset. There was a problem.
一般的に微小流路基板の貫通孔は、ドリルやブラスト加工、超音波ドリル等の機械的加工手段により形成される。しかしながら、孔の開口部や内壁にバリ等が生じて、良好な表面粗さが得られない。このような場合、例えば、微小流路内で数nm〜1μm程度の大きさの微小粒子を生成して孔から排出する際に、微小粒子の形状が変形させられたり、微小粒子が孔の内壁に引っかかり孔が根詰まりしたりすることで、生成した微小粒子を排出できなくなるといった問題があった。 Generally, the through-holes of the microchannel substrate are formed by mechanical processing means such as drilling, blasting, and ultrasonic drilling. However, burrs and the like are generated on the opening portion and the inner wall of the hole, and good surface roughness cannot be obtained. In such a case, for example, when microparticles having a size of about several nm to 1 μm are generated in the microchannel and discharged from the holes, the shape of the microparticles is deformed, And the clogged pores cause the problem that the generated fine particles cannot be discharged.
本発明の目的は、かかる従来の実状に鑑みて提案されたものである。すなわち、流体を流すための微小流路に相当する凹部と、流体を導入、あるいは排出するための貫通孔が1回の成形で形成され、かつ微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通した微小流路基板の製造方法及びそれにより得られる微小流路構造体を提供することにある。 The object of the present invention has been proposed in view of such a conventional situation. That is, a recess corresponding to a microchannel for flowing a fluid and a through-hole for introducing or discharging a fluid were formed by one molding, and the recess corresponding to the microchannel and the through-hole were connected. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microchannel substrate and a microchannel structure obtained by the method.
本発明は、上記課題を解決する手段として、微小流路基板上に微小流路と貫通孔を備えており、前記微小流路と前記貫通孔が連通部において連通し、さらには、流体が閉塞することなく流れる構造を有する、微小流路構造体である。また、2以上の流体により微小流路内で液滴や固形物等の粒子を生成する場合、連通部の断面積が、流体に含有される固形物あるいは液滴等の粒子の流れ方向に対する最大断面積(例えば流路の長軸方向に対して、液滴などの粒子を垂直に切断したときの断面積の最大値)よりも大きく、また、微小流路の基板表面や微小流路内壁や貫通孔内壁の少なくとも一つの、好ましくは全ての粗さが、Ra<10nmである、より好ましくは0.2nm<Ra<8nm、特に好ましくは0.2nm<Ra<2nmである、微小流路基板を有した微小流路構造体である。なお本発明においては表面粗さの測定及び測定条件は、原子間力顕微鏡のダイナミックモードによるものとする。また微小流路基板及び微小流路構造体を形成するための部材である優れた金型、及びそれを用いて微小流路と貫通孔を1回の成形で形成する優れた製造方法を提供することで、上記の従来技術による課題を解決することができ、遂に本発明を完成することができた。以下、本発明を詳細に説明する。 As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention includes a microchannel and a through-hole on a microchannel substrate, wherein the microchannel and the through-hole communicate with each other at a communication portion, and further, the fluid is closed. It is a microchannel structure having a structure that flows without performing. Further, when particles such as droplets and solids are generated in a microchannel by two or more fluids, the cross-sectional area of the communicating portion is set to a maximum with respect to the flow direction of the particles such as solids or droplets contained in the fluid. It is larger than the cross-sectional area (for example, the maximum value of the cross-sectional area when a particle such as a droplet is cut perpendicularly to the long axis direction of the flow path). A microchannel substrate wherein at least one, preferably all, of the inner walls of the through holes have a roughness of Ra <10 nm, more preferably 0.2 nm <Ra <8 nm, particularly preferably 0.2 nm <Ra <2 nm Is a microchannel structure having In the present invention, the measurement of the surface roughness and the measurement conditions are based on the dynamic mode of the atomic force microscope. Further, the present invention provides an excellent mold which is a member for forming a microchannel substrate and a microchannel structure, and an excellent manufacturing method for forming a microchannel and a through hole by one molding using the same. As a result, the above-described problem of the related art can be solved, and the present invention has been finally completed. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明は、流体を流すための微小流路及び貫通孔を備えた微小流路基板を有し、かつ前記微小流路と前記貫通孔が連通部において連通している、微小流路構造体である。前記連通部は流体が閉塞することなく流れる構造を有する。さらに好ましくは、微小流路の基板表面、微小流路内壁及び貫通孔内壁という微小流路基板の表面粗さが、Ra<10nmである微小流路構造体である。このような態様とすることで、以下に説明するような効果を得ることができる。ここで、連通部とは、微小流路を流れる流体が貫通孔においてその流れの向きを変える部分であり、構造としては微小流路と貫通孔との交わる部分及びその近傍を意味する。また、連通部の有する流体が閉塞することなく流れる構造とは、微小流路内を流れる流体が閉塞せずに流れること、または微小流路内を流れる液滴が変形、分離せずに流れること等、流体や液滴が微小流路内を滑らかに流れることを意味する。 The present invention provides a microchannel structure having a microchannel substrate having a microchannel and a through hole for flowing a fluid, and wherein the microchannel and the through hole communicate with each other at a communication portion. is there. The communication portion has a structure in which the fluid flows without blocking. More preferably, there is provided a microchannel structure in which the surface roughness of the microchannel substrate such as the substrate surface of the microchannel, the inner wall of the microchannel, and the inner wall of the through-hole is Ra <10 nm. With such an embodiment, the following effects can be obtained. Here, the communication portion is a portion where the fluid flowing through the minute flow channel changes the direction of the flow in the through hole, and means a portion where the minute flow channel intersects with the through hole and the vicinity thereof. The structure in which the fluid of the communicating portion flows without blocking means that the fluid flowing in the microchannel flows without blocking, or that the droplet flowing in the microchannel flows without deformation and separation. This means that fluids and liquid droplets flow smoothly in the minute flow path.
一般的に微小流路構造体は、微小流路が形成された基板の上に、流体の導入孔と流体の排出孔に相当する貫通孔を所定の位置に形成したカバー体を貼り合わせて構成されている。このような態様の場合、カバー体と微小流路基板を貼り合わせたときに微小流路と貫通孔の位置ずれが生じたり、微小流路と貫通孔の連通部に閉塞が生じる。本出願に記載されているように微小流路と貫通孔を同一基板上に形成する微小流路構造体とすることで、カバー体に貫通孔を形成する必要がなくなり、微小流路と貫通孔の位置づれや微小流路と貫通孔の連通部での閉塞を防ぐことが可能となる。 In general, a microchannel structure is formed by bonding a cover body in which through holes corresponding to a fluid introduction hole and a fluid discharge hole are formed at predetermined positions on a substrate on which a microchannel is formed. Have been. In the case of such an aspect, when the cover body and the microchannel substrate are bonded together, a positional shift between the microchannel and the through hole occurs, or a communication portion between the microchannel and the through hole is closed. As described in the present application, by forming a micro-channel structure in which the micro-channel and the through-hole are formed on the same substrate, it is not necessary to form the through-hole in the cover body. , And blockage at the communicating portion between the microchannel and the through-hole can be prevented.
また一般に、微小流路と貫通孔が連通している場合、微小流路と貫通孔との連通部における断面積開口率(連通部の断面が全て開口している場合を100%とする。)が流体に含有する固形物や液滴等の粒子の断面積よりも大きければ流体が微小流路内で閉塞したり液滴が流路内で変形、分離したりすることは無い。例えば、微小流路と貫通孔との連通部における断面積に対して20%以上の固形物を含有しない流体を、微小流路構造体の微小流路に送液する場合、微小流路と貫通孔との連通部における断面積の20%以上の開口率であれば、断面積の20%以上の固形物を含有しない流体を微小流路構造体の微小流路に送液することは十分可能である。 In general, when the microchannel and the through-hole communicate with each other, the cross-sectional area opening ratio at the communication portion between the microchannel and the through-hole (100% is defined as the case where all the cross sections of the communication portion are open). If is larger than the cross-sectional area of particles such as solids and droplets contained in the fluid, the fluid will not be blocked in the microchannel or the droplet will not be deformed or separated in the channel. For example, when a fluid containing no solid matter of 20% or more with respect to the cross-sectional area of the communicating portion between the microchannel and the through hole is sent to the microchannel of the microchannel structure, As long as the opening ratio is 20% or more of the cross-sectional area at the communicating portion with the hole, it is sufficiently possible to send a fluid containing no solid matter having a cross-sectional area of 20% or more to the microchannel of the microchannel structure. It is.
また本発明の微小流路構造体は、微小流路の脇近傍に凸部を備えてもよい微小流路構造体である。さらには貫通孔の脇近傍に凸部を備えた微小流路基板から構成されてもよい微小流路構造体である。このような態様とすることで、微小流路基板とカバー体を貼り合わせたときに、微小流路及び貫通孔とカバー体の接続面の密閉度を上げることができる。この態様は、特に微小流路基盤とカバー体を圧着で貼り合わせるときに特に有効である。 Further, the microchannel structure of the present invention is a microchannel structure which may have a protrusion near the side of the microchannel. Furthermore, it is a microchannel structure which may be constituted by a microchannel substrate provided with a projection near the side of the through hole. By adopting such an embodiment, when the microchannel substrate and the cover are bonded together, the degree of sealing of the connection surface between the microchannel and the through hole and the cover can be increased. This embodiment is particularly effective when the microchannel base and the cover are bonded by pressure bonding.
また、本発明の微小流路構造体は微小流路基板にオリエンテーション・フラットを1以上有する微小流路基板から構成されることを特徴とする微小流路構造体である。一般的に微小流路構造体を用いて大量の物質生産を行う場合は、微小流路構造体を積層一体化する手法が用いられる。この場合、積層一体化させたおのおのの微小流路構造体に気体や液体などの流体等を導入あるいは、積層一体化させたおのおのの微小流路構造体から気体や液体などの流体等を排出するために、カバー体にも貫通孔を形成した微小流路構造体が用いられる。この場合、複数の微小流路基板の孔と複数のカバー体の孔の位置あわせをすることが必要である。このため、その位置あわせのために、微小流路基板にオリエンテーション・フラットを1以上形成しておくこと、例えば所望の位置で二つ形成しておくこと、が好ましい。特にオリエンテーション・フラットが互いに直角に交わるように2つ形成すると、より位置あわせが容易になる。 The microchannel structure of the present invention is a microchannel structure comprising a microchannel substrate having at least one orientation flat on the microchannel substrate. Generally, when mass production is performed using a microchannel structure, a method of stacking and integrating the microchannel structure is used. In this case, a fluid such as a gas or a liquid is introduced into each of the laminated and integrated microchannel structures, or a fluid or the like such as a gas or a liquid is discharged from each of the laminated and integrated microchannel structures. For this purpose, a microchannel structure having a through-hole formed in the cover is also used. In this case, it is necessary to align the holes of the plurality of microchannel substrates with the holes of the plurality of cover bodies. Therefore, it is preferable to form one or more orientation flats on the microchannel substrate, for example, to form two or more orientation flats at desired positions. In particular, when two orientation flats are formed so as to cross each other at right angles, the alignment becomes easier.
ここで微小流路基板とカバー体の貼り合わせ、あるいは微小流路構造体同士の貼り合わせには、前述した圧着のほかにも、熱接合や常温接合、接着剤等を用いた接合などの既知の接合方法が一般的に用いられる。本発明では必要に応じていかなる方法を使用してもよい。 Here, the bonding of the microchannel substrate and the cover body, or the bonding of the microchannel structures is not limited to the pressure bonding described above, but also includes known bonding such as thermal bonding, room temperature bonding, and bonding using an adhesive or the like. Is generally used. In the present invention, any method may be used as necessary.
貫通孔は一般的には機械加工などの手法により形成される。しかしながら、機械加工などの手法により形成した貫通孔は、サブミクロンから数ミクロンの大きさの微小なバリ等の発生を抑えることが難しく、貫通孔の表面粗さ(Ra)が非常に悪い。このため、例えば微小流路で生成した粒径分散度の良好な液滴などが排出孔に相当する貫通孔を通過した際に、前記微小なバリにより液滴がせん断され粒径分散度が悪化する。これに対し、成形、特に射出成形による樹脂基板などの加工では、光ディスクの製法等に応用されているように、基板の表面粗さ(Ra)をサブミクロン以下に加工することが可能である。適宜これらの加工法を使用することにより、本発明のように、微小流路と貫通孔を1回の成形で形成し、その成形方法を好ましくは射出成形とすることで、微小流路の基板表面及び微小流路内壁及び貫通孔内壁の粗さ(Ra)を10nm未満に抑えることが可能となる。よって、機械加工などの手法により生じるサブミクロンから数ミクロンの大きさの微小なバリ等の発生を抑えることができる。また、カバー体や微小流路構造体同士を接合するために、カバー体や微小流路基板がより平坦であることが好ましい。例えば、微小流路に相当する凹部が形成された面が湾曲していないか、及び/または曲率半径が5m以上100m以下であることがより好ましい。 The through holes are generally formed by a technique such as machining. However, in a through-hole formed by a method such as machining, it is difficult to suppress generation of minute burrs having a size of submicron to several microns, and the through-hole has a very poor surface roughness (Ra). For this reason, for example, when a droplet having a good particle size distribution generated in the micro channel passes through the through hole corresponding to the discharge hole, the droplet is sheared by the fine burrs and the particle size distribution is deteriorated. I do. On the other hand, in the processing of a resin substrate or the like by molding, particularly injection molding, it is possible to process the surface roughness (Ra) of the substrate to a submicron or less as applied to a method of manufacturing an optical disk or the like. By appropriately using these processing methods, as in the present invention, the microchannel and the through-hole are formed in a single molding, and the molding method is preferably injection-molded, whereby the substrate of the microchannel is formed. The roughness (Ra) of the surface, the inner wall of the microchannel, and the inner wall of the through hole can be suppressed to less than 10 nm. Therefore, it is possible to suppress the generation of minute burrs having a size of submicron to several microns generated by a method such as machining. Further, it is preferable that the cover and the microchannel substrate are flatter in order to join the cover and the microchannel structure together. For example, it is more preferable that the surface on which the concave portion corresponding to the minute flow path is formed is not curved and / or the radius of curvature is 5 m or more and 100 m or less.
なお以上に説明した本発明における成形とは、好ましくは鋳型成形や射出成形を意味しており、特に断りが無ければ射出成形を意味する。また、本発明における微小流路基板の材質は、成型により形成できるものであれば特に限定はされないが、例えば、樹脂やセラミック等があげられる。樹脂としては、例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などが一例としてあげられる。 The molding in the present invention described above preferably means mold molding or injection molding, and unless otherwise specified, means injection molding. Further, the material of the microchannel substrate in the present invention is not particularly limited as long as it can be formed by molding, and examples thereof include resin and ceramic. Examples of the resin include a thermosetting resin and a thermoplastic resin.
また、本発明の微小流路基板の大きさ、すなわち面積や形状、基板の厚さには特に制限はない。しかしながら、微小流路基板を製作する際に扱い易い大きさであること、マイクロリアクターとしての製造装置の小型化メリットを活かせることなどを考慮すると、微小流路基板の大きさは、数cm×数cm〜十数cm×十数cmの角型、あるいは直径数cm〜十数cm程度の円盤状などが好ましく、具体的には、5cm×5cm〜20cm×20cmの角型、あるいは直径5cm〜20cm程度の円盤状などが好ましい。微小流路基板の厚みは数mm程度以内、好ましくは0.6mm〜2.0mm程度であることが好ましい。また、本発明の微小流路基板に形成された貫通孔の大きさは特に限定されないが、微小流路の幅が500μm以下であることから、貫通孔の直径は数mm程度が好ましい。孔からなる流体導入部や流体排出部と外部の送液ポンプや流体回収ビンに接続するキャピラリーチューブなどの直径が数mm程度であることから、さらに好ましくは孔の直径が0.5から2.0mm程度が好ましい。 In addition, the size of the microchannel substrate of the present invention, that is, the area and shape, and the thickness of the substrate are not particularly limited. However, the size of the microchannel substrate is several cm ×, considering that the microchannel substrate has a size that can be easily handled when manufacturing the microchannel substrate, and that the advantages of miniaturization of the manufacturing apparatus as a microreactor are utilized. A square shape of several cm to several tens cm × ten and several cm, or a disc shape of several cm to several tens cm in diameter is preferable, and specifically, a square shape of 5 cm × 5 cm to 20 cm × 20 cm, or a diameter of 5 cm to A disk shape of about 20 cm is preferable. It is preferable that the thickness of the microchannel substrate is within about several mm, preferably about 0.6 mm to 2.0 mm. Further, the size of the through-hole formed in the microchannel substrate of the present invention is not particularly limited. However, since the width of the microchannel is 500 μm or less, the diameter of the through-hole is preferably about several mm. The diameter of the capillary tube connected to the fluid introduction part and the fluid discharge part composed of the hole and the external liquid feed pump and the fluid recovery bottle is about several mm, and the diameter of the hole is more preferably 0.5 to 2. About 0 mm is preferable.
また一般に成形による加工には金型を用いるが、本発明の金型は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能なことを特徴とする金型である。また前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であってもよい金型である。このようにすることでカバー体の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を1つ1つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。 In general, a mold is used for processing by molding, but the mold of the present invention includes a pin for forming a through hole in the microchannel substrate, and the position of the pin and the number of pins can be arbitrarily changed. It is a metal mold characterized by the above-mentioned. Further, the pin may be a mold that may be tapered toward the tip. By doing so, an arbitrary number of through holes can be formed at arbitrary positions of the cover body, and there is no need to machine each of the through holes one by one by machining or the like. Can be lowered.
本発明におけるピンの位置、ピンの本数を任意に変更可能な態様として、一例を挙げる。あらかじめピンを立てる穴が150個あけてある金型を用い、この150個の穴のうち、実際に貫通孔をあけるところに必要な数のピンを差し込む。また、貫通孔をあけない個所の穴には、穴をふさぐためのダミーピンを差し込む。このようにして、任意の位置に任意の数のピンを設置する。なお本発明は、この態様のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更が可能であることは言うまでもない。 An example is given as an embodiment in which the position of the pin and the number of the pins in the present invention can be arbitrarily changed. Using a mold in which 150 holes for setting up pins are formed in advance, a necessary number of pins are inserted into a place where a through hole is actually formed in the 150 holes. In addition, a dummy pin for closing the hole is inserted into a hole where a through hole is not formed. Thus, an arbitrary number of pins are installed at arbitrary positions. It is needless to say that the present invention is not limited to only this aspect, and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the invention.
本発明の金型は、ピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることが好ましい。このようにすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。 In the mold of the present invention, the shape of the pin is preferably tapered toward the tip. This makes it possible to easily peel off the microchannel substrate when the through-hole is formed by molding.
また本発明の金型は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピン及び/または微小流路を形成するための微小流路に相当する凸部を備えることができ、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能な金型である。また前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であってよい金型である。また本発明の微小流路基板の製造方法はこの金型を用いた製造方法である。このようにすることで微小流路基板に微小流路と貫通孔を1回の成形で形成することが可能となる。また、微小流路基板の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を1つ1つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。 Further, the mold of the present invention can include a pin for forming a through-hole in the microchannel substrate and / or a projection corresponding to the microchannel for forming the microchannel, and the position of the pin And a mold whose number of pins can be arbitrarily changed. The pin may be a mold that may be tapered toward the tip. The method for manufacturing a microchannel substrate according to the present invention is a manufacturing method using this mold. This makes it possible to form the microchannel and the through-hole in the microchannel substrate by one molding. Also, an arbitrary number of through-holes can be formed at arbitrary positions of the micro-channel substrate, eliminating the need to machine the through-holes one by one by machining or the like, thereby reducing the manufacturing cost of the micro-channel substrate. be able to. Further, by making the shape of the pin tapered toward the tip, when the through-hole is formed by molding, the microchannel substrate can be easily peeled off.
本発明の微小流路基板の製造方法は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能なことを特徴とする金型であってピンの形状が、先端に向かってテーパー状である金型を片側に用い、微小流路に相当する凸部が形成された金型を反対側の片側に用いて、一回の両面成型により微小流路に相当する凹部及び前記微小流路基板の所定の位置に貫通孔を備えた微小流路基板を作製することを特徴とする微小流路基板の製造方法である。さらに好ましくは、微小流路に相当する凸部が形成された金型がスタンパであることを特徴とする微小流路基板の製造方法である。このような態様とすることで、微小流路基板に微小流路と貫通孔を1回の成形で形成することが可能となる。また、微小流路基板の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を1つ1つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。また、微小流路に相当する凸部が形成された金型がスタンパであることにより、金型を直接加工して微小流路に相当する凸部を形成するよりもコストが低くすることができる。さらに、さまざまな形状の微小流路のスタンパを用意しておけば、スタンパを交換するだけで目的の形状の微小流路を形成できる。 The method for manufacturing a microchannel substrate according to the present invention is characterized in that the microchannel substrate includes a pin for forming a through-hole in the microchannel substrate, and the position of the pin and the number of pins can be arbitrarily changed. One-sided molding using a mold with a pin that is tapered toward the tip on one side, and a mold with a convex portion corresponding to a microchannel on one side on the opposite side A microchannel substrate provided with a recess corresponding to the microchannel and a through-hole at a predetermined position of the microchannel substrate. More preferably, there is provided a method of manufacturing a microchannel substrate, wherein the mold having a projection corresponding to the microchannel is a stamper. By adopting such an embodiment, it becomes possible to form the microchannel and the through-hole in the microchannel substrate by one molding. Also, an arbitrary number of through-holes can be formed at arbitrary positions of the micro-channel substrate, eliminating the need to machine the through-holes one by one by machining or the like, thereby reducing the manufacturing cost of the micro-channel substrate. be able to. Further, by making the shape of the pin tapered toward the tip, when the through-hole is formed by molding, the microchannel substrate can be easily peeled off. In addition, since the mold on which the protrusion corresponding to the minute flow path is formed is a stamper, the cost can be lower than forming the protrusion corresponding to the minute flow path by directly processing the mold. . Furthermore, by preparing stampers for minute channels of various shapes, a minute channel of a desired shape can be formed only by replacing the stamper.
また本発明の微小流路基板の製造方法は、成形が射出成形であってよい微小流路基板の製造方法である。射出成形による樹脂基板などの加工は光ディスクの製法等に応用されているように、基板の表面粗さ(Ra)をサブミクロン以下に加工することが可能であり、微小流路の基板表面及び微小流路内壁及び貫通孔内壁の粗さ(Ra)を10nm未満に抑えることが可能となる。従って機械加工などの手法によるサブミクロンから数ミクロンの大きさの微小なバリ等の発生を抑えることができる。また、カバー体を接合するために微小流路基板がより平坦であることが好ましい。例えば微小流路に相当する凹部が形成された面側に曲率中心を有する形状に湾曲しており、かつ曲率半径が5m以上100m以下にすることが可能である。 The method for manufacturing a microchannel substrate according to the present invention is a method for manufacturing a microchannel substrate, which may be injection-molded. Processing of a resin substrate or the like by injection molding can process the surface roughness (Ra) of the substrate to submicron or less, as is applied to a method of manufacturing an optical disk, etc. The roughness (Ra) of the inner wall of the flow path and the inner wall of the through hole can be suppressed to less than 10 nm. Therefore, it is possible to suppress generation of minute burrs having a size of submicron to several microns due to a technique such as machining. In addition, it is preferable that the microchannel substrate is flatter for bonding the cover body. For example, it is curved in a shape having a center of curvature on the surface side where the concave portion corresponding to the microchannel is formed, and the radius of curvature can be set to 5 m or more and 100 m or less.
また本発明の微小流路構造体製造方法は、微小流路基板の所定の位置に貫通孔を形成するためのピンを備えた金型から、微小流路基板を容易に剥離するための部材や工程などの手段を備えた、微小流路基板の製造方法である。このように、微小流路基板を金型から容易に剥離できる機能を備えることで初めて、大量の微小流路基板を連続して製造することができる。 Further, the method for manufacturing a microchannel structure of the present invention includes a member for easily peeling the microchannel substrate from a mold having pins for forming a through hole at a predetermined position on the microchannel substrate. This is a method for manufacturing a microchannel substrate, comprising means such as steps. As described above, a large number of microchannel substrates can be continuously manufactured only with the function of easily separating the microchannel substrate from the mold.
本発明は、流体を流すための微小流路及び貫通孔を備えた微小流路基板を有し、かつ前記微小流路と前記貫通孔が連通部において連通していることを特徴とする微小流路構造体であり、前記連通部が易送性を有しすることを特徴とする微小流路構造体である。さらに好ましくは、微小流路の基板表面及び微小流路内壁及び貫通孔内壁の粗さが、Ra<10nmであることを特徴とする微小流路構造体である。このような態様とすることで、カバー体に貫通孔を形成する必要がなくなり、微小流路と貫通孔の位置づれや微小流路と貫通孔の連通部での閉塞を防ぐことが可能となる。 The present invention has a micro flow path provided with a micro flow path substrate having a micro flow path and a through hole for flowing a fluid, and wherein the micro flow path and the through hole communicate with each other at a communication portion. A micro channel structure, wherein the communication portion has easy transportability. More preferably, the microchannel structure is characterized in that the roughness of the substrate surface of the microchannel, the inner wall of the microchannel, and the inner wall of the through-hole is Ra <10 nm. By adopting such an aspect, it is not necessary to form a through-hole in the cover body, and it is possible to prevent displacement of the minute flow path and the through-hole and blockage at a communication portion between the minute flow path and the through-hole. .
また一般に、微小流路と貫通孔が連通している場合、微小流路と貫通孔との連通部における断面積開口率が流体に含有する固形物や液滴の断面積よりも大きければ流体が微小流路内で閉塞したり液滴が流路内で変形、分離したりすることは無い。 Also, in general, when the microchannel and the through-hole communicate with each other, if the cross-sectional area opening ratio at the communicating portion between the microchannel and the through-hole is larger than the cross-sectional area of the solid or droplet contained in the fluid, the fluid is There is no clogging in the microchannel and no deformation or separation of the droplet in the channel.
また本発明の微小流路構造体は、微小流路の脇近傍に凸部を備えたことを特徴とする微小流路構造体であり、さらには貫通孔の脇近傍に凸部を備えた微小流路基板から構成されることを特徴とする微小流路構造体である。このような態様とすることで、微小流路基板とカバー体を貼り合わせたときに、微小流路及び貫通孔とカバー体の接続面の密閉度を上げることができる。この態様は、特に微小流路基盤とカバー体を圧着で貼り合わせるときに特に有効である。 Further, the microchannel structure of the present invention is a microchannel structure having a convex portion near the side of the microchannel, and further has a microchannel having a convex portion near the side of the through hole. A microchannel structure comprising a channel substrate. By adopting such an embodiment, when the microchannel substrate and the cover are bonded together, the degree of sealing of the connection surface between the microchannel and the through hole and the cover can be increased. This embodiment is particularly effective when the microchannel base and the cover are bonded by pressure bonding.
また、本発明の微小流路構造体は微小流路基板にオリエンテーション・フラットを1以上有する微小流路基板から構成されることを特徴とする微小流路構造体である。一般的に微小流路構造体を用いて大量の物質生産を行う場合は、微小流路構造体を積層一体化する手法が用いられる。この場合、積層一体化させたおのおのの微小流路構造体に流体を導入あるいは、積層一体化させたおのおのの微小流路構造体から流体を排出するために、カバー体にも貫通孔を形成した微小流路構造体が用いられる。この場合、複数の微小流路基板の孔と複数のカバー体の孔の位置あわせをすることが必要であるため、その位置あわせのため、微小流路基板にオリエンテーション・フラットを1以上形成しておくことが好ましい。特にオリエンテーション・フラットが互いに直角に交わるように2つ形成すると、より位置あわせが容易になる。 The microchannel structure of the present invention is a microchannel structure comprising a microchannel substrate having at least one orientation flat on the microchannel substrate. Generally, when mass production is performed using a microchannel structure, a method of stacking and integrating the microchannel structure is used. In this case, a through hole was also formed in the cover body in order to introduce a fluid into each of the laminated and integrated microchannel structures or to discharge the fluid from each of the laminated and integrated microchannel structures. A microchannel structure is used. In this case, since it is necessary to align the holes of the plurality of microchannel substrates with the holes of the plurality of cover bodies, one or more orientation flats are formed on the microchannel substrate for the alignment. Preferably. In particular, when two orientation flats are formed so as to cross each other at right angles, the alignment becomes easier.
また本発明の金型は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能であり、また前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であることを特徴とする金型である。このようにすることでカバー体の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を1つ1つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。 Further, the mold of the present invention includes a pin for forming a through hole in the microchannel substrate, the position of the pin and the number of the pin can be arbitrarily changed, and the shape of the pin is directed toward the tip. And a tapered shape. By doing so, an arbitrary number of through holes can be formed at arbitrary positions of the cover body, and there is no need to machine each of the through holes one by one by machining or the like. Can be lowered.
本発明の金型は、さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることが好ましい。このようにすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。 In the mold of the present invention, it is preferable that the shape of the pin is further tapered toward the tip. This makes it possible to easily peel off the microchannel substrate when the through-hole is formed by molding.
また本発明の金型は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンと微小流路を形成するための微小流路に相当する凸部を備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能なことを特徴とする金型である。また前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であることを特徴とする金型である。また本発明の微小流路基板の製造方法はこの金型を用いた製造方法である。このようにすることで微小流路基板に微小流路と貫通孔を1回の成形で形成することが可能となる。また、微小流路基板の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を1つ1つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。 Further, the mold of the present invention includes a pin for forming a through-hole in the microchannel substrate and a projection corresponding to the microchannel for forming the microchannel, and the position of the pin and the number of pins are arbitrary. It is a metal mold characterized by being changeable. Further, the mold is characterized in that the shape of the pin is tapered toward the tip. The method for manufacturing a microchannel substrate according to the present invention is a manufacturing method using this mold. This makes it possible to form the microchannel and the through-hole in the microchannel substrate by one molding. Also, an arbitrary number of through-holes can be formed at arbitrary positions of the micro-channel substrate, eliminating the need to machine the through-holes one by one by machining or the like, thereby reducing the manufacturing cost of the micro-channel substrate. be able to. Further, by making the shape of the pin tapered toward the tip, when the through-hole is formed by molding, the microchannel substrate can be easily peeled off.
また、本発明の微小流路基板の製造方法は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能なことを特徴とする金型であってピンの形状が、先端に向かってテーパー状である金型を片側に用い、微小流路に相当する凸部が形成された金型を反対側の片側に用いて、一回の両面成型により微小流路に相当する凹部及び前記微小流路基板の所定の位置に貫通孔を備えた微小流路基板を作製することを特徴とする微小流路基板の製造方法である。さらに好ましくは、微小流路に相当する凸部が形成された金型がスタンパであることを特徴とする微小流路基板の製造方法である。このような態様とすることで、微小流路基板に微小流路と貫通孔を1回の成形で形成することが可能となる。また、微小流路基板の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を1つ1つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。また、微小流路に相当する凸部が形成された金型がスタンパであることにより、金型を直接加工して微小流路に相当する凸部を形成するよりもコストが低くすることができる。さらに、さまざまな形状の微小流路のスタンパを用意しておけば、スタンパを交換するだけで目的の形状の微小流路を形成できる。 Further, the method for manufacturing a microchannel substrate according to the present invention includes a pin for forming a through-hole in the microchannel substrate, and the position of the pin and the number of pins can be arbitrarily changed. One time, using a mold that is a mold and the shape of the pin is tapered toward the tip on one side, and using a mold on which the protrusion corresponding to the microchannel is formed on the other side, A method of manufacturing a microchannel substrate, comprising: forming a microchannel substrate having a concave portion corresponding to a microchannel and a through hole at a predetermined position of the microchannel substrate by double-sided molding. More preferably, there is provided a method of manufacturing a microchannel substrate, wherein the mold having a projection corresponding to the microchannel is a stamper. By adopting such an embodiment, it becomes possible to form the microchannel and the through-hole in the microchannel substrate by one molding. Also, an arbitrary number of through-holes can be formed at arbitrary positions of the micro-channel substrate, eliminating the need to machine the through-holes one by one by machining or the like, thereby reducing the manufacturing cost of the micro-channel substrate. be able to. Further, by making the shape of the pin tapered toward the tip, when the through-hole is formed by molding, the microchannel substrate can be easily peeled off. In addition, since the mold on which the protrusion corresponding to the minute flow path is formed is a stamper, the cost can be lower than forming the protrusion corresponding to the minute flow path by directly processing the mold. . Furthermore, by preparing stampers for minute channels of various shapes, a minute channel of a desired shape can be formed only by replacing the stamper.
また本発明の微小流路基板の製造方法は、成形が射出成形であることを特徴とする微小流路基板の製造方法である。射出成形による樹脂基板などの加工は光ディスクの製法等に応用されているように、基板の表面粗さ(Ra)をサブミクロン以下に加工することが可能であり、微小流路の基板表面及び微小流路内壁及び貫通孔内壁の粗さ(Ra)を10nm未満に抑えることが可能となる。従って機械加工などの手法によるサブミクロンから数ミクロンの大きさの微小なバリ等の発生を抑えることができる。また、カバー体を接合するために微小流路基板がより平坦であることが好ましく、例えば微小流路に相当する凹部が形成された面側に曲率中心を有する形状に湾曲しており、かつ曲率半径が5m以上100m以下にすることが可能である。 The method for manufacturing a microchannel substrate according to the present invention is a method for manufacturing a microchannel substrate, wherein the molding is injection molding. Processing of a resin substrate or the like by injection molding can process the surface roughness (Ra) of the substrate to submicron or less, as is applied to a method of manufacturing an optical disk, etc. The roughness (Ra) of the inner wall of the flow path and the inner wall of the through hole can be suppressed to less than 10 nm. Therefore, it is possible to suppress generation of minute burrs having a size of submicron to several microns due to a technique such as machining. In addition, it is preferable that the microchannel substrate is more flat in order to join the cover body. For example, the microchannel substrate is curved into a shape having a center of curvature on the surface side on which the concave portion corresponding to the microchannel is formed, and The radius can be set to 5 m or more and 100 m or less.
また本発明の微小流路構造体製造方法は、微小流路基板の所定の位置に貫通孔を形成するためのピンを備えた金型から、微小流路基板を容易に剥離するための手段を備えたことを特徴とする微小流路基板の製造方法である。このように、微小流路基板を金型から容易に剥離できる機能を備えることで初めて、大量の微小流路基板を連続して製造することができる。 Further, the method for manufacturing a microchannel structure of the present invention includes a means for easily peeling the microchannel substrate from a mold having pins for forming through holes at predetermined positions of the microchannel substrate. A method for manufacturing a microchannel substrate, comprising: As described above, a large number of microchannel substrates can be continuously manufactured only with the function of easily separating the microchannel substrate from the mold.
以下に本発明の実施の形態の一例について図を用いて説明する。なお本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更が可能であることは言うまでもない。またこれら実施例の構成要素同士を適宜組合せてもよい。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to only the following embodiments, and it goes without saying that any changes can be made without departing from the spirit of the invention. Further, the components of these embodiments may be appropriately combined with each other.
まず、微小流路に相当する凹部と、貫通孔を備えた熱可塑性樹脂からなる微小流路基板を得るための射出成型機の主要構成機構を、図1を用いて説明する。射出成型機は、主要構成機構としての、金型1(可動側金型1a、固定側金型1b)、射出ノズル2、圧縮機構3、型締めシリンダ4で構成される。更に図2を用いて詳しく説明する。本発明の微小流路に相当する凹部と、貫通孔を備えた微小流路基板は、可動側金型1aに微小流路に対応する凸部を備えたスタンパ5を固定し、固定側金型1bに貫通孔を形成するピン6を圧入により固定している。スタンパ5を固定する可動側金型1aは、射出成形された基板に直行してなるオリエンテーション・フラットを形成する形状となっている。更にピン6を挿入した固定側金型1bの鏡面をなす面に、ピン6が摺動可能で、かつピン6の配置に対応する位置に穴を備えた、固定側金型1bの鏡面をなる面に対応する面と、対抗する面が鏡面である金型片、即ち剥離エジェクター7を配置している。
First, a main configuration mechanism of an injection molding machine for obtaining a microchannel substrate made of a thermoplastic resin having a concave portion corresponding to a microchannel and a through hole will be described with reference to FIG. The injection molding machine includes a mold 1 (
次に微小流路に相当する凹部と、貫通孔を備えた熱可塑性樹脂からなる微小流路基板の製造方法を、図3を用いて説明する。微小流路基板の製造方法は、型締めシリンダ4により、予め微小流路基板の厚さよりも大きく設定して型締めする(1次型締め、図3(a))。加熱溶解した熱可塑性樹脂を射出ノズル2より射出し、熱可塑性樹脂を充填し、更に射出成形された基板の厚みを得るために2次型締め(図3(b))による圧縮力を加える。このとき微小流路に対応する凸部の転写されると同時に、貫通孔が形成される。次に充填、圧縮された熱可塑性樹脂が硬化される温度まで冷却した後、金型が型開される。この型開と同時に、剥離エジェクター7が連動して微動する(図3(c))ことで、貫通孔を形成するピン6から熱可塑性樹脂を押し出す。これと共に、剥離エジェクター7の微動により、熱可塑性樹脂は微小流路を形成するスタンパ5側へ残り、型開が終了する(図3(d))。次にスプールカット及びエジェクターピンによりスタンパ5から剥離し、真空ピンセット等により、熱可塑性樹脂を取り出す。以上のような方法により、流体を流す微小流路に相当する凹部と、流体を導入、あるいは排出する貫通孔を備え、微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通し、更にオリエンテーション・フラットを備えた微小流路基板を得ることが出来る。熱可塑性樹脂については、例えばポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール等樹脂を使用でき、用途により選択すればよい。更に射出成形可能な樹脂であればいかなる樹脂であってもよく、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。
Next, a method for manufacturing a microchannel substrate made of a thermoplastic resin having a concave portion corresponding to a microchannel and a through hole will be described with reference to FIG. In the method for manufacturing the microchannel substrate, the mold clamping cylinder 4 sets the thickness of the microchannel substrate to be larger than the thickness of the microchannel substrate in advance (primary mold clamping, FIG. 3A). The heated and melted thermoplastic resin is injected from the
次に流体を流す微小流路に相当する凹部を形成するスタンパ5の製造方法の例について説明する。基礎基体であるガラス原盤上に、金などの金属膜を後述する露光光が透過しない程度の厚さに成膜し、その上にフォトレジストをコートする。この上に、微小流路の形状を描いたパターンを有するフォトマスクを置き、その上から露光、現像を行なう。次に酸などで金属膜をエッチングする。更にレジストとガラスをフッ酸などでエッチングし、最後にエッチング面に残った金属膜を酸などで溶かすことにより微小流路に対応するガラス原盤が得られる。次に微小流路に対応する凹部が形成されたガラス基板の凹部が形成された面に、スパッタ法等により金属導電薄膜を形成し、金属導電薄膜と後に続く金属電鋳により成形する金属電鋳層との密着性を向上させるための活性化処理を施す。これに、金属電鋳により金属電鋳層を形成し、金属導電膜と金属電鋳層を一体としてガラス原盤より剥離する。更に残存しているレジストを除去することにより、微小流路に対応する凸部を備えたスタンパ5を得ることが出来る。このスタンパが2つの金型で構成させる一方の金型(稼動側金型1a)の部分に相当する。
Next, an example of a method of manufacturing the
次に流体を導入、あるいは排出する貫通孔を形成するピン6を備えた金型の製造方法について説明する。微小流路に相当する凹部を反対の面を形成するための金型に、微小流路の所定の位置に貫通孔を形成するためのピン6を立設するための穴を形成する。形成する穴の直径は、立設するピンの直径に依存するが、立設するピン6の直径に対して圧入可能な公差にすればよい。次にピン6を立設するための穴を設けた金型に、ピンを圧入法に立設する。このピン6を立設した金型が2つの金型で構成される他方の金型(固定側金型1b)に相当する。更に金型に立設されたピン6は必要に応じて、抜き取ることが可能となっている。またピン6を抜き取った場合には、その抜き取り後の穴にめくら用ピンを圧入法にて埋め込めばよい。微小流路基板に貫通孔を形成するピン6の長さは、微小流路基板の厚み、及び剥離エジェクター7の厚みにもよるが、型締め後に金型(稼動側金型1a)となるスタンパ5の微小流路に対応する凸部を形成した面に対して、接することがないように予め調製された長さとすればよい。更にピンの形状は、貫通する孔に相当する長さ(微小流路基板の厚み)分のみが、テーパー形状とであることが望ましい。
Next, a description will be given of a method of manufacturing a mold provided with a
次に剥離エジェクター7について説明する。射出成形された基板に貫通孔を形成した場合、ピンを備えた金型から射出成形基板が剥離することが出来ずに、ピンを備えた金型鏡面に残ってしまう。これを回避するためにピン6を備えた金型(固定側金型1b)に対し、ピン6が摺動可能で、かつピン6を備えた金型(稼動側金型1a)とピン6の配置に対応した穴が形成された金型片である剥離エジェクター7を備える。この金型片を、金型の型開時に押し出すことで、貫通孔を備えた射出成形基板のピン6を備えた金型(固定側金型1b)からの剥離を容易にする機構を有する。
Next, the peeling
以上のように、本発明の流体を流すための微小流路に相当する凹部と、流体の導入、あるいは排出するための貫通孔を備え、微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通した微小流路基板は、次の構成で製造さえることができる。すなわち、微小流路に対応する凸部を備えたスタンパ5を一方の金型(稼動側金型1a)の一部とし、貫通孔を形成するピン6を備えた金型(固定側金型1b)と、剥離エジェクター7として機能する貫通孔を形成するためのピン5が摺動可能な穴を備えた金型片(剥離エジェクター7)とを、用いる射出成形により、熱可塑性樹脂からなる微小流路に相当する凹部と、貫通孔を備え、かつ微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通部において連通した微小流路基板を得ることが出来る。
As described above, the concave portion corresponding to the minute channel for flowing the fluid of the present invention and the through hole for introducing or discharging the fluid, and the minute portion in which the concave portion corresponding to the minute channel and the through hole communicate with each other. The channel substrate can be manufactured with the following configuration. That is, the
以下本発明のさらに具体的な実施例を示す。なお本発明は、上記でも述べたように、以下の実施例のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更が可能であることは言うまでもない。
(実施例1)
本発明の実施例を図4に示す。
Hereinafter, more specific examples of the present invention will be described. Note that, as described above, the present invention is not limited to only the following embodiments, and it goes without saying that the present invention can be arbitrarily changed without departing from the gist of the invention.
(Example 1)
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention.
微小流路基板8(外径φ=140mm、厚さt=2.0mm)に、流体を流すための微小流路9に相当する凹部(幅W=200μm、深さ(高さ)D=100μm)を、Y字型の微小流路として18本形成した。更に微小流路に連通した貫通孔(直径φ=1.2mm)として、流体導入部10a、10b及び流体排出部11に相当する、54個の孔が設けられている。
A recess (width W = 200 μm, depth (height) D = 100 μm) corresponding to the microchannel 9 for flowing a fluid in the microchannel substrate 8 (outer diameter φ = 140 mm, thickness t = 2.0 mm) ) Were formed as 18 Y-shaped microchannels. Further, as the through holes (diameter φ = 1.2 mm) communicating with the minute flow channels, 54 holes corresponding to the
微小流路9に相当する凹部と、貫通孔の形成するための金型の構成は、次のようなものである。微小流路9に対応する凸部を備えたスタンパ5が、射出成型機の可動側金型1aに装着されている。固定側金型1bは、54個の貫通孔を形成する外径φ=1.2のピン6を、流体の流体導入部10a、10b及び流体排出部11に対応する位置に備えている。更に貫通孔を形成するためのピン6から射出成形基板の剥離を容易にするために、ピン6と同様な位置に、外径φ=1.2であって摺動可能な公差の54個の貫通孔を備えた、剥離エジェクター7が固定側金型1bに設けられる。この2つの金型により、微小流路9に相当する凹部と、流体を流体導入部10a,10b、あるいは流体排出部11に相当する貫通孔を備え、かつ微小流路9に相当する凹部と貫通孔が連通した微小流路基板8を、ポリカーボネイトを射出成形することにより、一括で作製した。更に型開時の貫通孔を形成する54個のピン6を備えた固定側金型1bからの射出成形基板の剥離は、剥離エジェクター7の動作で良好であった。更に射出成形された微小流路基板8を熱融着により2枚を積層したが、2次型締めによる圧縮力を加えたことで平滑な表面であり、熱による寸法変化が極めて小さく、熱融着による微小流路基板8の安定した積層化が出来た。更に微小流路基板に直行する2つのオリエンテーション・フラット12を有しているので、積層の際の位置決めを容易に行うことが出来た。
The configuration of the concave portion corresponding to the microchannel 9 and the mold for forming the through hole is as follows. A
以上のように、本発明によれば、流体を流す微小流路に相当する凹部と、流体を導入、あついは排出する貫通孔を備え、かつ微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通し、更に微小流路に相当する凹部と貫通孔を有する微小流路基板を、熱可塑性樹脂により一括で得ることが出来る。更に2次圧縮を加えたことで、微小流路基板8の2つの面が極めて平滑な面であり、かつ熱による寸法変化が極めて小さい微小流路基板8を得ることが出来る。 As described above, according to the present invention, a concave portion corresponding to a microchannel for flowing a fluid, a through hole for introducing and subsequently discharging the fluid is provided, and the concave portion corresponding to the microchannel and the through hole communicate with each other. Further, a microchannel substrate having a concave portion and a through hole corresponding to the microchannel can be collectively obtained by using a thermoplastic resin. Further, by applying the secondary compression, it is possible to obtain the microchannel substrate 8 in which the two surfaces of the microchannel substrate 8 are extremely smooth and whose dimensional change due to heat is extremely small.
本実施例において、微小流路基板の外径φ=140mm、厚さt=2.0mm、微小流路に相当する凹部の幅W=200μm、深さD=100μmで、Y字型の流路を18本、更に直径φ=1.2mmで54個の貫通孔をポリカーボネートによる射出成形で形成した。しかしながら本発明では、微小流路の幅及び深さ、微小流路の形状、貫通孔の直径、及び微小流路の集積度はこれに限定するものではない。これらの条件は、適用する化学反応系等、またはクロマトグラフィー用充填剤等の微小粒子のサイズによって、変更可能であることは言うまでもない。微小流路基板8を形成する樹脂については、本実施例では熱可塑性樹脂を用いたが、熱硬化性樹脂であってもよい。 In this embodiment, a Y-shaped flow path having an outer diameter φ of the fine flow path substrate of 140 mm, a thickness t of 2.0 mm, a width W of the concave portion corresponding to the fine flow path of 200 μm, and a depth D of 100 μm. 18 and 54 through-holes having a diameter φ of 1.2 mm were formed by injection molding using polycarbonate. However, in the present invention, the width and depth of the microchannel, the shape of the microchannel, the diameter of the through-hole, and the degree of integration of the microchannel are not limited thereto. It goes without saying that these conditions can be changed depending on the applied chemical reaction system or the like, or the size of the fine particles such as the packing material for chromatography. As the resin forming the microchannel substrate 8, a thermoplastic resin is used in this embodiment, but a thermosetting resin may be used.
1:金型
1a:稼動側金型
1b:固定側金型
2:射出ノズル
3:圧縮機構
4:型締めシリンダ
5:スタンパ
6:ピン
7:金型片、剥離エジェクター
8:微小流路基板
9:微小流路
10a,10b:流体導入部
11:流体排出部
12:オリエンテーション・フラット
1:
Claims (15)
15. The microchannel substrate according to claim 11, further comprising means for easily separating the microchannel substrate from a mold having pins for forming through holes at predetermined positions of the microchannel substrate. A method for manufacturing a microchannel substrate according to any one of the above.
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