JP2009156778A - マイクロチップとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性がよく、溝潰れの定量化を簡便に行なうことができる構造を有し、基板に微細な流路回路パターンが形成されているマイクロチップを提供することである。
【解決手段】少なくとも、基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、溝と第２の基板の第１の基板側表面とからなる流体回路を有するマイクロチップであって、第１の基板は、溝が設けられた表面に、第１の基板と第２の基板との張り合わせによる溝の潰れを測定するための潰れ測定部を備え、潰れ測定部は、少なくとも、第１の基板の厚み方向に流体回路を形成する一番浅い溝以上の深さで設けられた基準溝と、基準溝の内部に設置され、第２の基板の表面の方向に勾配した測定面を有する角錐状、円錐状または三角柱状の凸部とを備えるマイクロチップに関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に潰れ測定部を備えるマイクロチップ、およびマイクロチップの製造方法に関する。

近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称してマイクロチップと称する。）が提案されている。

マイクロチップは、その内部に流体回路を有しており、該流体回路は、たとえば検査・分析の対象となるサンプル（たとえば、血液等）を処理する、あるいは該サンプルと反応させるための液体試薬を保持する液体試薬保持室、該サンプルと液体試薬とを混合する混合室、混合液について分析および／または検査するための検出部などの各部と、これら各部を適切に接続する微細な流路（数百μｍ程度の幅）とから主に構成される。このような流体回路を有するマイクロチップは、実験室で行なっている一連の実験・分析操作を、数ｃｍ角で厚さ数ｍｍ程度のチップ内で行なえることから、サンプルおよび試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、サンプルを採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有し、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。

ところで、マイクロチップは、通常、流体回路を構成する凹部（溝）が形成された基板と、平坦な基板とを貼り合せることにより作製される。従来、熱可塑性樹脂からなる２つの基板の貼り合わせには、光（たとえばレーザ光）照射による溶着が用いられてきた（たとえば特許文献１）。この光照射による溶着においては、２枚の熱可塑性樹脂基板のうち、一方を光透過性基板とし、他方を光吸収性基板として、この両者を重ね合わせて圧力を印加した後、透明基板側から光を照射する。光照射により、貼り合わせ面の温度が融点を超えると、基板が融解して両基板が接合される。

しかし、プラスチックなどからなる基板同士を光（たとえばレーザ光）照射による溶着を利用したいわゆる熱圧着により接合する場合、基板の溶融や圧縮により、該溝潰れが生じる。この溝潰れは、基板の流体回路の形状に影響を与えるため、該溝潰れの具合を許容範囲内で抑えるために定量化する必要があった。従来、潰れを定量する方法に、断面切断による光学観察かレーザによる反射光路差を利用する方法などがあったが、製品の切断や大がかりな装置が必要であった。
特公昭６２−４９８５０号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、生産性がよく、溝潰れの定量化を簡便に行なうことができる構造を有し、基板に微細な流路回路パターンが形成されているマイクロチップを提供することである。

また、本発明の別の目的は、生産性がよく、溝潰れを素早く簡便に判定できるマイクロチップの製造方法を提供することである。

本発明は、少なくとも、基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、溝と第２の基板の第１の基板側表面とからなる流体回路を有するマイクロチップであって、第１の基板は、溝が設けられた表面に、第１の基板と第２の基板との張り合わせによる溝の潰れを測定するための潰れ測定部を備え、潰れ測定部は、少なくとも、第１の基板の厚み方向に流体回路を形成する一番浅い溝以上の深さで設けられた基準溝と、基準溝の内部に設置され、第２の基板の表面の方向に勾配した測定面を有する角錐状、円錐状または三角柱状の凸部とを備えるマイクロチップに関する。

また、本発明のマイクロチップにおいて、基準溝の内部の底面に設置され、第１の基板の厚み方向に垂直な基準面を有する箱体をさらに備え、基準面上に凸部が設置されていることが好ましい。

また、本発明のマイクロチップにおいて、凸部における頂点または凸部における一辺は、第１の基板の溝が設けられた表面と、第１の基板の厚み方向に同じ高さであることが好ましい。

また、本発明のマイクロチップにおいて、第１の基板の溝が設けられた表面から基準面の表面までの厚み方向の長さは、第１の基板の溝が設けられた表面から基準溝の底面までの厚み方向の長さの１／２以下であることが好ましい。

また、本発明のマイクロチップにおいて、第１の基板は、黒色基板であることが好ましい。

また、本発明は、上述のマイクロチップの製造方法であって、少なくとも、第１の基板と、第２の基板とのレーザ光を用いて貼り合わせする工程と、潰れ測定部の凸部の潰れ部分の寸法をイメージセンサで測定する工程とを備えるマイクロチップの製造方法に関する。

本発明のマイクロチップの構造によれば、生産性よく、基板を貼り合せることができ、基板に微細な流路パターンが形成されている場合であっても、該流路パターンの変形を抑制することができる。

また、本発明のマイクロチップの製造方法によると潰れの定量化を素早く簡便に行なうことができ、マイクロチップの量産において、切断による断面観察することなく、イメージセンサもしくは目視による簡便な良品・不良品の判定が可能である。

本発明は、その内部に流体回路を有する光学測定用マイクロチップに関するものである。本発明の光学測定用マイクロチップは、少なくとも基板表面に溝が形成された第１の基板の溝形成側表面上に、第２の基板を貼り合わせてなり、第１の基板表面に形成された溝と第２の基板の貼り合わせ面とによって流体回路が構成されている。マイクロチップの大きさは、特に限定されないが、たとえば縦横数ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度とすることができる。また、本発明におけるマイクロチップは、第３の基板をさらに備え、第１の基板は両表面に溝が設けられ、第３の基板とを張り合わせて溝と第３の基板の第１の基板側表面とからなる流体回路を有する形態であっても差し支えない。また、本発明のマイクロチップにおいては、公知のマイクロチップにおける検出部等の形状については、特に制限はない。

上記流体回路は、検出部の他に、他の部位を有していてもよい。他の部位としては、特に限定されるものではないが、公知のマイクロチップにおける液体試薬を保持するための液体試薬保持部、該液体試薬および流体回路内に注入された検体（または、該検体中の特定成分。以下、単に検体とも称する。）を計量するための各計量部、計量された液体試薬と検体とを混合するための混合部などを挙げることができる。必要に応じてさらに別の部位が設けられてもよい。流体回路内に、このような部位を備えるマイクロチップを用いた検査・分析の対象（被検体）は、典型的には、検体と液体試薬とが混合された混合液である。ここで、液体試薬とは、マイクロチップを用いて行なわれる検査・分析の対象となる検体を処理する、または該検体と混合あるいは反応される試薬であり、通常、マイクロチップ使用前にあらかじめ流体回路の液体試薬保持部に内蔵されている。

上記流体回路内の各部は、外部からの遠心力の印加により、検体や液体試薬の計量、検体と液体試薬との混合、得られた混合液（被検体）の検出部への導入および該混合液（被検体）の検査・分析等を順次行なうことができるように、適切な位置に配置され、かつ微細な流体回路（以下、単に流体回路と称することがある。）を介して接続されている。マイクロチップへの遠心力の印加は、典型的には、マイクロチップを、これに遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して行なわれる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない。

図１は、本発明に係るマイクロチップの第１の基板の一例を示す模式的な平面図である。以下、図１に基づいて説明する。

本発明は、少なくとも、基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、溝と第２の基板の第１の基板側表面とからなる流体回路を有するマイクロチップであって、第１の基板は、該溝が設けられた表面に、第１の基板と第２の基板との張り合わせによる溝の潰れを測定するための潰れ測定部１０を備える。図１においては、向かって左側上に潰れ測定部１０が形成されているが、第１の基板上の流体回路の設定パターンを変形しない限りは、第１基板上のいずれの箇所に潰れ測定部１０が形成されても良い。そして、潰れ測定部１０は、少なくとも、第１の基板の厚み方向に流体回路を形成する一番浅い溝以上の深さで設けられた基準溝と、該基準溝の内部に設置され、第２の基板の表面の方向に勾配した測定面を有する角錐状、円錐状または三角柱状の凸部とを備える。

本発明のマイクロチップにおいて、第１の基板は両面に溝が設けられており、第１の基板における第２の基板を張り合わせる面と反対の面に張り合わせる第３の基板を備えても良い。以下、第１の基板の表面に形成された潰れ測定部１０の形状、およびその動作について、具体的な実施形態を例に挙げて詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図２は、本実施形態のマイクロチップにおける潰れ測定部を拡大した模式的な平面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。本実施形態において「厚み方向に上」とは、厚み方向に第２の基板２側の方向をいい、「厚み方向に下」とは、厚み方向に第２の基板２と逆の方向をいうものとする。また、溝の深さとは第１の基板１の溝が設けられた表面から、厚み方向の長さをいうものとする。

以下、図２〜図４に基づいて、本実施形態の潰れ測定部の構造について説明する。本実施形態のマイクロチップは、上述したとおり、少なくとも、溝を基板表面に設けた第１の基板１を備える。そして、第１の基板１は、溝が設けられた表面に、第１の基板１と第２の基板との張り合わせによる流体回路を形成するための溝の潰れを測定するための図２〜図４に示すような潰れ測定部を備えている。そして、潰れ測定部は、基準溝５と、凸部３とを少なくとも有する。基準溝５とは、第１の基板の厚み方向に流体回路を形成する一番浅い溝以上の深さで設けられた溝である。これは、該流体回路を形成する溝の深さは、そのパターンの箇所によってさまざまであるため、一番浅い溝の潰れ具合を測定することができるように、流体回路を形成する一番浅い溝以上の深さで設けられる必要がある。具体的には、深さＡは、流体回路を形成するための一番浅い溝の深さ以上の深さを有する。そして、凸部３は、基準溝５の内部に設置され、第２の基板２の表面の方向に勾配した測定面を有する角錐状、円錐状または三角柱状のものであり、本実施形態においては、三角柱状のものとなっている。該測定面は、凸部３を形成する壁面であり、「第２の基板２の表面の方向に勾配」とは、凸部３が第２の基板２の方向にテーパー形状を形成していればよい。そして、深さＢは、凸部３の深さを示すこととなる。

そして、本実施形態においては、基準溝５の内部の底面に設置され、第１の基板の厚み方向に垂直な基準面４を有する箱体をさらに備える。そして、該基準面４上に凸部３が設置されている。基準溝５の内部の底面とは、基準溝５の第１の基板１における厚み方向に一番下を形成する面であり、底面は、第１の基板１の厚み方向に対して垂直の面であることが好ましい。また、本実施形態において箱体は、直方体の形状であるが、たとえば円柱状のものであっても、三角柱、五角柱等の角柱状のものであってもよく、基準面４を有するものであれば、特に限定されない。そして、本実施形態においては、該箱体を備えるために、基準溝５の底面に直接凸部が形成されていないが、たとえば、凸部３を基準溝５の底面に形成しても良い。

また、凸部３における頂点または凸部における一辺は、第１の基板１の表面と、第１の基板の厚み方向に同じ高さであることが好ましい。これは、後述する動作において、該溝の潰れ具合を簡便に測定することができるためである。本実施形態においては、凸部３における一辺が、第１の基板１の表面と、第１の基板１の厚み方向に同じ高さとなるように設定されている。

また、第１の基板１の表面から基準面４の表面までの厚み方向の長さは、第１の基板１の表面から基準溝５の底面までの厚み方向の長さの１／２以下であることが好ましい。これは、後述する動作において、流体回路を形成する溝の潰れ具合を算定しやすいためである。本実施形態においては、たとえば、流体回路を形成する一番浅い溝の深さが０．３ｍｍである場合には、深さＡは０．３ｍｍ程度、深さＢは０．１５ｍｍ程度と設定することができ、該凸部の長手方向の長さＣは、２ｍｍ程度と設定することができる。また、潰れ測定部が形成された第１の基板１は、黒色基板であることが好ましく、第２の基板２は、透明基板であることがさらに好ましい。

ここで、図５は、本実施形態のマイクロチップの第２の基板との貼り合わせにおける潰れ測定部の動作を説明するための模式的な平面図である。図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。

以下、図５、図６および図３に基づいて本実施形態のマイクロチップの第１の基板および第２の基板を張り合わせる際の潰れ測定部の動作について説明する。第１の基板１と第２の基板２とを張り合わせる際に、第１の基板１が溶融や圧縮した場合には、同時に凸部３も圧縮されることとなる。このとき、第１の基板１と第２の基板との張り合わせは、レーザ光等を用いた熱圧着等公知の方法で行なうことができる。上述したとおり、本実施形態において、第１の基板１が黒色基板であり、第２の基板２が透明基板である場合には、潰れ測定部を上面方向から見た際における凸部３が第２の基板２によって圧縮されて形成された黒い部分における長手方向の長さｅを簡単に測定することができる。該長さｅは、目視で測定することも可能であるが、たとえば、潰れ測定部の位置をイメージセンサ等で判別することにより、早急にかつ簡便に長さｅを測定することが可能である。イメージセンサでは、潰れている部分を反射率の違いを利用して測定することができ、目視で確認するよりもさらに簡便に測定することができる。

このようにして、測定面を有する凸部３の圧縮されて形成された黒い部分の長さｅを凸部の長手方向における長さＣとから、凸部３が厚み方向に長さｄ圧縮されたことを算出することができる。そして、該長さｄは、流体回路を形成する溝の潰れ具合にも相当するため、該長さＣと該長さｅとを測定することによって、同時に流体回路を形成する溝の潰れ具合をも測定することができる。

また、本実施形態においては、基準面４を有する箱体がさらに備えられている。流体回路を形成する溝が設けられた第１の基板１の表面から、該基準面４までの深さＢを、マイクロチップが実質的に機能しなくなる溝の潰れの許容上限に設定することが必要であり、具体的に好ましくは、該深さＢは、深さＡの１／２以下であることが好ましい。流体回路を形成する溝の潰れ具合を算定しやすいためである。たとえば、上面方向から潰れ測定部を見たときに、基準溝５の内部の箱体と凸部３とが備えられた箇所が全て圧縮されて形成された黒い部分となっていた場合には、そのマイクロチップは、使用できないものと容易に判断することができるからである。

また、本実施形態においては、凸部３として三角柱状のものを備えているが、たとえば凸部３が円錐状のものである場合には、測定面を有する凸部３の圧縮されて形成された黒い部分の半径または直径を測定と、凸部３の底面の半径または直径を測定することによって、潰れ具合を算出することができる。本発明においては、凸部の形状と潰れた部分の測定方法を適宜最適なものとして組み合わせることで応用することができる。

また、上述のとおり、本実施形態においては、第１の基板１が黒基板であるため、レーザ光で熱圧着させる際に乱反射を防止することができる。

以上のように本発明の構造を用いることで、マイクロチップを破壊することなく、第１の基板１と第２の基板２とを張り合わせる際に生じる潰れ具合を早急にかつ簡便に測定することができ、該潰れ具合を定量化することができる。

＜第２の実施形態＞
図７は、本実施形態のマイクロチップにおける潰れ測定部を拡大した模式的な断面図である。

以下、図７に基づいて本実施形態の潰れ測定部の構造について説明する。本実施形態のマイクロチップは、上述したとおり、少なくとも、溝を基板表面に設けた第１の基板１を備える。そして、第１の基板１は、溝が設けられた表面に、第１の基板１と第２の基板との張り合わせによる流体回路を形成するための溝の潰れを測定するための潰れ測定部を備えている。そして、潰れ測定部は、基準溝５と、凸部３とを少なくとも有する。

本実施形態においては、凸部３の形状が第１の実施形態と異なる。凸部３を形成する壁面としての測定面は、第２の基板２の表面の方向に勾配しているが、その形状が第１の実施形態とは異なる。しかし、凸部３が第２の基板２の方向にテーパー形状を形成しているため、その作用効果は、上述したものと同様である。

＜第３の実施形態＞
本実施形態におけるマイクロチップの製造方法においては、上述したマイクロチップの第１の基板および第２の基板を用いる。そして、公知の方法で第１の基板および第２の基板について、製造した後に、第１の基板と、第２の基板とのレーザ光を用いて貼り合わせする工程と、潰れ測定部の凸部の潰れ部分の寸法をイメージセンサで測定する工程と、を備える。

つまり、製造方法において、潰れ測定部の凸部の潰れ部分の寸法をイメージセンサで測定する工程を備えることによって、流体回路を形成する溝の潰れ具合の定量化を素早く簡便に行なうことができる。そして、マイクロチップの量産において、切断による断面観察することなく、簡便な良品・不良品の判定が可能である。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係るマイクロチップの第１の基板の一例を示す模式的な平面図である。 第１の実施形態のマイクロチップにおける潰れ測定部を拡大した模式的な平面図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 第１の実施形態のマイクロチップの第２の基板との貼り合わせにおける潰れ測定部の動作を説明するための模式的な平面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 第２の実施形態のマイクロチップにおける潰れ測定部を拡大した模式的な断面図である。

符号の説明

１ 第１の基板、２ 第２の基板、３ 凸部、４ 基準面、５ 基準溝、１０ 潰れ測定部。

Claims (6)

1. 少なくとも、基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、前記溝と前記第２の基板の前記第１の基板側表面とからなる流体回路を有するマイクロチップであって、
   前記第１の基板は、前記溝が設けられた表面に、前記第１の基板と前記第２の基板との張り合わせによる溝の潰れを測定するための潰れ測定部を備え、
   前記潰れ測定部は、少なくとも、
   第１の基板の厚み方向に前記流体回路を形成する一番浅い溝以上の深さで設けられた基準溝と、
   前記基準溝の内部に設置され、前記第２の基板の表面の方向に勾配した測定面を有する角錐状、円錐状または三角柱状の凸部とを備えるマイクロチップ。
2. 前記基準溝の内部の底面に設置され、前記第１の基板の厚み方向に垂直な基準面を有する箱体をさらに備え、
   前記基準面上に前記凸部が設置された請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記凸部における頂点または前記凸部における一辺は、前記第１の基板の前記溝が設けられた表面と、前記第１の基板の厚み方向に同じ高さである請求項１または２に記載のマイクロチップ。
4. 前記第１の基板の前記溝が設けられた表面から前記基準面の表面までの厚み方向の長さは、前記第１の基板の前記溝が設けられた表面から前記基準溝の底面までの厚み方向の長さの１／２以下である請求項２または３に記載のマイクロチップ。
5. 前記第１の基板は、黒色基板である請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロチップ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法であって、
   少なくとも、
   前記第１の基板と、前記第２の基板とのレーザ光を用いて貼り合わせする工程と、
   前記潰れ測定部の前記凸部の潰れ部分の寸法をイメージセンサで測定する工程と、
   を備えるマイクロチップの製造方法。

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