JP2019093377A - 流体チップ、流体デバイスおよびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路の上面に他の部材を接着させた流体デバイスに好適な流体チップを提供する。【解決手段】流路２が形成された流体チップ１であって、流路の底面の少なくとも一部を構成する表面を有する基材３と、上端面４１ａが基材の表面よりも高い位置に設けられたエラストマー樹脂で形成された接着部材４と、を有し、基材は、表面よりも突出し、流路の側面の高さを規定する支柱部３２を有し、基材の支柱部は、接着部材に埋設されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、流路が形成された流体チップ、流体チップを用いた流体デバイスおよびそれらの製造方法に関し、特にマイクロ流路の上面に被着部材を接着させるのに好適な構造を備えたマイクロ流体チップ、マイクロ流体チップを用いたマイクロ流体デバイスおよびそれらの製造方法に関する。

マイクロ流体デバイス技術は、ＭＥＭＳ（Microelectromechanical Systems）技術などの微細加工技術を利用して、流体を伝搬するための微小流路、流体を貯留・保持するための微小容器、流体を反応させるための微小な反応容器などの流体が供給される微量空間（以下「マイクロ流路」とも呼ぶ）を作成し、微小空間で流体を扱う技術である。マイクロ流体デバイスでは、体積に対して表面積の割合が大きくなるため、粘性力が慣性力よりも支配的になり、例えば、微小流路における流体の流れが層流となり、化学的及び物理的物性（濃度、ｐＨ、温度等）を高度に制御できるため、条件の操作や管理が容易となる。また、表面を介した反応を効率的に生じさせることができ、さらに、少量の流体で実験を行うことができるといった利点が存在する。

このようなマイクロ流体デバイスは、微量分子の計測や、人工膜形成、細胞機能の計測等に利用されており、特に、生体に関連する処理プロセスや分析・計測機能を集積化したバイオチップに利用されている。例えば、特許文献１には、単一の基板にバイオチップ層及びイメージセンサ層を備え、バイオチップ層に形成された凹部に固定された基準試料とターゲット試料の生化学的反応、代表的にはＤＮＡ塩基間の相補結合や抗原−抗体反応を蛍光や発光を利用した光学プロセスを通じてイメージセンサ層により生化学的反応を検出するバイオチップが例示されている。また、特許文献２には、流路の中途に、生体組織の粗破砕するための粗破砕部と、粗破砕後の組織を破砕して核酸を分離するための分離部と、分離された核酸を回収する回収部とを有し、血球や筋組織等から核酸を分離できる流体デバイスが開示されている。さらに、特許文献３には、複数の微小な反応室が形成されたアレイと、光センサと、反応室と光センサとの間に発光フィルタなどの光学フィルタを設けたバイオセンサアレイが開示されており、さらに、バイオセンサはヒータ及び温度センサなどの温度制御要素を設けてもよいことが開示されている。特許文献４には、測定溶液を収容する容器状の小さい槽であるウェルと、ウェルを密閉するカバー材と、ウェル内に設けられたイオン感応部を露出させた信号取出し開口部と、イオン感応部の下に設けられた電界効果トランジスタ型バイオセンサとを有するマイクロ流体デバイスが開示されている。

かかるマイクロ流路が形成されたマイクロ流体チップの製造方法として、半導体製造プロセスを用いて製造する方法、樹脂成形により製造する方法、フィルムを積層させて製造する方法などが提案されている。特許文献１には、シリコン基板に、光検出器形成プロセスを含むイメージセンサ製造プロセスによりイメージセンサ層を形成した後、イメージセンサ層の上部にＳｉＯ₂などの透明材料を蒸着した後、エッチング工程によって反応領域となる複数の凹部を形成することによってバイオチップを製造することが開示されている。また、特許文献２には、レプリカモールドによって熱硬化樹脂を成形することによりマイクロ流路を有する成形体を製造し、かかる成形体とマイクロ流路に対応する位置に孔部が形成された天板を接合させて流体デバイスを製造すること、ガラス製基材の片面にフォトレジストを塗布し、パターンを露光した後、現像液で現像し、マイクロ流路や突出構造体アレイを有する基板を製造し、さらに天板を熱融着させ、マイクロ流路のインレット及びアウトレットの部分にリザーバーを接着剤で取り付けて流体デバイスを製造すること、及び、マイクロ流路が形成された複数の基材を両面接着フィルムで接着することによりマイクロ流路を有する流体デバイスを製造することが開示されている。また、特許文献３には、ウェルとウェルを覆うカバー材をヒートシールして接着することが開示されている。

特表２０１０−５２７０２２号 特開２０１７−１５３４２２号 米国特許出願公開第２０１６／２８１１４９号明細書 特開２０１５−９９０７０号

マイクロ流体デバイスは、マイクロ流路において溶液の混合、反応、分離、培養、精製、検出などの様々な実験を行うことが可能であるところ、近年、特許文献１、３及び４のように、イメージセンサ、バイオセンサをマイクロ流路に隣接させて配置し、マイクロ流路における実験結果を直接観察又は計測する技術が期待されている。さらに、マイクロ流体デバイスは、特許文献２に例示されているように、基板上に流体制御素子（マイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロミキサ、フィルタ）、周辺回路（加熱手段、発光手段）、検出系（各種センサ）等を集積したラボオンチップ（lab-on-a-chip）として、微量試料について、サンプル注入、前処理、撹拌、混合、反応、単離、精製、検出などを１つの基板上で実現しようとするものである。

このようなマイクロ流体デバイスの製造方法として、特許文献１には、半導体製造プロセスを用いて基板にイメージセンサ層を製造した後、その上に一体的にバイオチップ層を製造していたが、一体的に製造することから、イメージセンサ層とバイオチップ層との組み合わせは固定されてしまう。また、基板にレジストを塗布し、露光し、現像する工程が必要となり、製造工程が多く、製造コストや生産性の点で改善の余地があった。この点、バイオチップ層であるマイクロ流体チップとイメージセンサを個別に製造し、それらを組み合わせれば、マイクロ流体チップ及びイメージセンサをそれぞれ大量生産することにより、製造コストや生産性を改善することができるとともに、規格化したマイクロ流体チップとすることで、様々な部材（流体制御素子、周辺回路、検出系等）と接合させることが可能となり、比較的設計の自由度を高めることもできる。

特許文献２には、マイクロ流路のインレット及びアウトレットの部分にリザーバーを接着剤で取り付けて流体デバイスを製造することが開示されている。もともと、マイクロ流体デバイスは微小空間を取り扱うことから、許容される公差の幅は狭いものであったが、特に、マイクロ流路内での反応等を定量化したり、比較・評価したりする場合は、マイクロ流路内の微小試料の分量を一定量とすることが重要であり、マイクロ流体デバイス間のバラツキを低減させることが求められていた。マイクロ流体チップに他の部材を接着剤で接着させると、接着剤の性質上、接着剤の幅や接着後の高さを調整することが難しく、バラツキを引き起こすものであった。さらに、マイクロ流体チップにイメージセンサやバイオセンサなどを接着剤で接合させた場合、接着剤がマイクロ流路内にはみ出ることでセンサの有効エリアが狭くなり、さらに、はみ出た接着剤がセンサを覆ってしまうとその部分のセンサが有効に機能しなくなる可能性もあった。

また、特許文献２及び４には、マイクロ流体デバイスの製造に熱融着（ヒートシール）を使用しているが、熱融着による接着は、通常、樹脂のガラス転移点以上の温度で行われるため、樹脂が変形し、マイクロ流路の寸法にバラツキが生じる可能性があった。特に、マイクロ流路を微小化した場合に変形の影響が大きいので、熱融着法ではマイクロ流体チップの高機能化が困難であった。

本発明は、従来とは異なる新規な構造の流体チップ、流体チップを用いた流体デバイスおよびそれらの製造方法を提供することを目的の一つとする。特に、流路の上面に他の部材を接着させた流体デバイスおよびそれに好適な流体チップ、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明の流体チップは、流路が形成され、前記流路の底面の少なくとも一部を構成する表面を有する基材と、上端面が前記基材の前記表面よりも高い位置に設けられたエラストマー樹脂で形成された接着部材と、を有し、前記基材は、前記表面よりも突出し、前記流路の側面の高さを規定する支柱部を有し、前記基材の支柱部は、前記接着部材に埋設されていることを特徴とする。

さらに、上記流体チップにおいて、前記接着部材は、自己接着性を有することが好ましい。また、前記接着部材の前記上端面は、前記基材の支柱部の上端部と同じ又はそれ以上の高さであることが好ましい。また、前記接着部材は、前記基材に機械的に固定されていることが好ましい。

さらに、上記流体チップにおいて、前記基材は、前記流路の側面に沿って、連続的又は離散的に溝を有し、前記接着部材は前記基材の溝において前記基材と結合していることが好ましく、さらに、前記基材の溝は、前記基材を貫通していてもよいし、前記基材の溝は、溝の深さ方向において、幅が狭くなったくびれ部を有し、前記接着部材は、前記くびれ部に適合した形状を有していてもよい。さらに、前記基材の溝の内側に前記支柱部が配置されていてもよい。

さらに、上記流体チップにおいて、前記接着部材が前記流路の側面の少なくとも一部を構成することが好ましく、前記流路は、底面が全て前記基材の前記表面で構成され、側面が全て前記接着部材で構成されていてもよいが、前記支柱部が前記流路の側面を構成してもよい。

さらに、上記流体チップにおいて、前記支柱部は、前記流路の側面に沿って離散的に配置されていてもよく、前記支柱部は、前記流路の側面の端又は角に設けられていてもよい。また、前記支柱部は、前記流路に露出していなくてもよい。

本発明の流体デバイスは、上記いずれかの流体チップと、前記接着部材の上端面に接着された被着部材と、を有することを特徴とする。さらに、流体デバイスにおいて、前記接着部材は、自己接着性を有し、前記被着部材は、前記接着部材の自己接着性を利用して接着されていることが好ましい。また、前記被着部材は、流体制御素子、周辺回路、検出素子又は流路の天板であってもよい。

本発明の流体チップの製造方法は、第１の型を用いて、第１の材料により、流路の底面を構成する表面と前記表面よりも突出した支柱部とを有する基材を成形する工程と、第２の型に前記基材を配置する工程と、前記第２の型及び前記基材を用いて、エラストマー樹脂により、前記基材の支柱部が埋設されるように、接着部材を成形する工程と、を有することを特徴とする。さらに、流体チップの製造方法において、前記基材は、前記流路の側面に沿って前記基材を貫通した溝を有し、前記エラストマー樹脂は、前記溝を介して前記基材の背面側から供給されることが好ましい。

本発明の流体デバイスの製造方法は、上記いずれかの流体チップの前記接着部材の上端面に被着部材を接触させて前記被着部材を前記流体チップに接着させることを特徴とする。

本発明によれば、流路の底面を構成する基材の表面よりも高い位置に上端面が設けられたエラストマー樹脂で形成された接着部材を有しているので、接着部材によって流体チップの上面に被着部材を接着可能な構造であるとともに、流路の底面を構成する基材の表面よりも突出し、流路の側面の高さを規定する支柱部を接着部材に埋設させているので、エラストマー樹脂で形成された接着部材が弾性変形しても接着部材に埋設させた基材の支柱部によって流路の側面の高さを略一定に確保することができ、寸法が揃った流路を備えた流体チップを提供できる。また、エラストマー樹脂の自己接着性が強い場合には、接着部材の上端面によって被着部材を接合することができ、接着剤等を使用する必要がなくなり、接着剤の使用によって生じていた不具合を解消できる。さらに、流体チップを２色成形技術などを利用して製造することができるので、低コストで大量生産が可能であり、さらに、流路の大きさを規格化すれば、複数の被着部材に共有可能な汎用的な流体チップを提供できる。

また、接着部材が前記流路の側面の少なくとも一部を構成することにより、接着力を保ちつつ微小な流路を設計することができるので、流体チップの高性能化が期待できる。また、基材の溝に接着部材を結合させることにより、基材と接着部材とを一体化して固定することができる。特に、溝が基材を貫通していた場合には、より強固に基材と接着部材とを一体化できるだけではなく、基材を貫通した溝を通じて接着部材の材料を注入することにより、基材を型の一部として接着部材を製造することができ、製造工程が容易になるという効果もある。さらに、溝にくびれ部を設けることにより、くびれ部に適合した形状を有する接着部材をより強固に基材と一体化できる。

また、本発明の流体デバイスは、流体チップの流路の寸法が揃っているので、溶液の混合、反応、分離、培養、精製、検出などの様々な実験をより正確に行うことができ、実験結果を直接観察又は計測する場合でも精度を高めることができる。

また、本発明の流体チップの製造方法によれば、第２の型及び基材を型として接着部材が成形されるため、基材と接着部材との隙間を減らし、基材と接着部材とを機械的に強固に結合させることができ、流体の漏洩防止機能も高くすることができる。さらに、本発明の流体デバイスの製造方法によれば、単に流体チップの接着部材の上端面に被着部材を接触させることにより、接着部材によって被着部材を接着させることができ、流体デバイスの製造時間を大幅に短くすることができる。その他の作用効果については、以下の実施形態において説明する。

本発明の流体チップの一実施形態の正面図（Ａ）、右側面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）、背面図（Ｄ）、斜視図（Ｅ）。 本発明の流体チップの一実施形態の断面図。 本発明の基材の一実施形態の正面図（Ａ）、右側面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）、背面図（Ｄ）、斜視図（Ｅ）。 本発明の基材の一実施形態の断面図。 本発明の接着部材の一実施形態の正面図（Ａ）、右側面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）、背面図（Ｄ）、斜視図（Ｅ）。 本発明の接着部材の一実施形態の断面図。 接着部材の角部の拡大図。 本発明の流体デバイスの一実施形態の正面図（Ａ）、右側面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）、斜視図（Ｄ）。 流体チップの製造方法を説明する図。 流体チップの製造方法を説明する図。 本発明の変形例を示す図。 本発明の変形例を示す図。 本発明の流体チップの他の実施形態の正面図（Ａ）、断面図（Ｂ）及び背面図（Ｃ）と、被着部材の正面図（Ｄ）及び断面図（Ｅ）と、背面部材の正面図（Ｅ）。 本発明の流体デバイスの一実施形態の正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、断面図（Ｃ）、背面図（Ｄ）及び拡大図（Ｅ）。 本発明の接着部材と被着部材とを接着する工程の一実施態様を説明する図。 本発明の接着部材と被着部材とを接着する工程の他の実施態様を説明する図。 本発明の接着部材と被着部材とを接着する工程の他の実施態様を説明する図。 バルブ構造を有する流体デバイスの背面図（Ａ）、断面図（Ｂ）及び拡大図（Ｃ）と、流体チップの背面図（Ｄ）及び断面図（Ｅ）。 本発明の接着部材と被着部材とを接着する工程の他の実施態様を説明する図。

［発明の概要］
本発明の流体チップは、エラストマー樹脂で形成された接着部材と、流路の側面の高さを規定する基材の支柱部とを設けたことにより、接着部材によって被着部材を接着させるとともに、支柱部によって流路の側面の高さを一定に確保させたものである。また、以下の実施形態においては、エラストマー樹脂で形成された接着部材を流路の側面としても利用した構造について説明するが、かかる構造は、流体デバイスの高集積化、流路の微細化などから、流路の側面の幅を細くする必要があり、その結果、流路の上面と被着部材との接触面積が狭くなることから、限られた領域で接着力をできるだけ強くするため、流路の側面自体を接着部材によって構成し、接着部材の上端面の面積を広くしたものであるが、面積が広くとれる場合や接着力が充分な場合等には流路の側面を接着部材によって構成しなくてもよい（変形例として後述する）。また、エラストマー樹脂で形成された接着部材は、成形によって製造可能であり、基材を型の一部として接着部材を成形することにより、基材と接着部材とを機械的に強固に結合させることができ、流体の漏洩防止機能も高くなるが、かかる製造方法に限定されるものではなく、別部材として製造した基材と接着部材とを嵌合等によって結合させることで流体チップを製造してもよい。なお、エラストマー樹脂で形成された接着部材の自己接着性が、被着部材を接合するのに十分強い場合には、他の接合手段は不要であるが、接着部材だけでは接着力が弱い場合や強固な接合が必要な場合には、他の接合手段（接着剤、クランプ等）を用いてもよい。

［流体チップ］
図１は、本発明の流体チップ１の一実施形態を示す概略図であり、（Ａ）は流体チップ１の表面を前とした時の正面図であり、（Ｂ）は右側面図であり、（Ｃ）は底面図であり、（Ｄ）は背面図であり、（Ｅ）は正面、右側面、底面を表す斜視図である。図１の流体チップ１においては、平面図は底面図と同じであり、左側面図は右側面図と同じであるので省略した。また、図２は、本発明の流体チップ１の断面図であり、（Ａ）は図１（Ｄ）のＡ−Ａ断面であり、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面であり、（Ｃ）は図１（Ａ）のＣ−Ｃ断面である。なお、本明細書の図面は、マイクロ流路の高さが微小であることから、必ずしも実際の寸法比で表したものではなく、発明の概念を理解するための参考図である。

本発明の流体チップ１は、表面の一部に流路２が形成されており、少なくとも基材３と接着部材４とを有している。基材３は、流路２の底面の少なくとも一部を構成する表面３１を有している。接着部材４は、基材３に突設されており、流路２の側面の少なくとも一部を構成している。

流路２は、流体が供給される空間であり、流体を移送するための通路、流体を貯留・保持させるための容器、流体を反応させるための反応室として利用可能な構造物であり、流体チップのいずれかの表面に形成された凹部又は凹部に別部材（被着部材を含む）を天井として設けた空間を含む。また、流路２は、基材３又は接着部材４に形成された孔を通じて基材内部又は接着部材内部に延びていてもよいし、基材３又は接着部材４に形成された貫通孔を通じて外部と接続していてもよい。本発明の流路２は、底面の少なくとも一部が基材３の表面３１で構成されており、側面の少なくとも一部が接着部材４で構成された構造も、基材３のみ又は接着部材４のみで構成された構造も含んでいる。流路２の一部に基材３と接着部材４とを組み合わせた流路を設け、他の部分に基材３のみ又は接着部材４のみの流路を設けてもよい。流路２の底面は、全部が基材３の表面３１で構成されてもよいし、一部が基材３の表面３１で構成され、他の部分が接着部材４で構成されてもよい。流路２の側面は、全部が接着部材４で構成されてもよいし、一部が接着部材４で構成され、他の部分が基材３で構成されてもよい。特に、被着部材を流路２の上面に接合する場合には、被着部材と接する流路２の側面の上方の部分の大半又は全部を接着部材４で構成することが好ましい。基材３と接着部材４とを組み合わせた流路において、基材３と接着部材４との隙間から流体が漏洩するのを防止するため、流路２の底面を全て基材３の表面３１で構成し、流路２の側面を全て接着部材４で構成することが好ましい。また、流路２の底面を全て基材３の表面３１で構成すると、流体と接触する流路の底面を同一の材質とすることができ、底面の材質の違いによって生じる流体への影響を無くすことができる。なお、流路に供給される流体としては、液体、気体又はプラズマを含み、さらに、これらに固体（粉体等）を混入させてもよい。

本発明において流路２は、マイクロ流路とすることが好ましい。マイクロ流路は、流路断面の高さ又は幅の少なくとも一方が、供給される流体との関係で粘性力が慣性力よりも支配的になるような大きさの微小空間である。例えば、流路断面の高さ又は幅が１ｍｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。図１において流路２は、高さ５０μｍのマイクロ流路であり、正面から見た形状が四角形の微小容器又は微小反応室となる凹部である。しかし、流路２の形状は、かかる構造に限定されるものではなく、正面から見た流路２の形状は、直線、曲線又はこれらを組み合わせた線状の通路でもよいし、多角形、円形、楕円形又はこれらを組み合わせた形状の容器又は反応室でもよいし、これらの通路や容器等を組み合わせ、連結、分岐、合流された形状でもよい。

基材３は、表面３１に流路２の底面の少なくとも一部が形成される部材である。また、基材３は、流路２の底面を構成する表面３１よりも突出した支柱部３２を有している。さらに、基材３は、流路２と外部とを接続するための貫通孔３３、３４を有していてもよい。基材３及び接着部材４の少なくとも一方は、基材３と接着部材４とを結合し、接着部材４を基材３に固定化するための結合構造を有することが好ましい。例えば、基材３には、溝３５を形成し、接着部材４と結合させてもよい。

基材３は、接着部材４に比べて剛性の高い材料で構成される。基材３としては、使用される流体や流体チップの実験内容によっても要求される性質が変わるものであるが、流体への不純物の混入、外部環境からのバリア性、耐熱性、吸着性、強度、耐薬品性、透明性、光線透過率、自家蛍光の強度等を考慮して選択される。基材３は、プラスチック材料を使用することが好ましく、特に、強度及び耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックが好ましいが、ガラス、フォトレジスト、金属等も使用可能である。基材３として、例えば、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等を利用可能であるが、これらに限定されるものではない。基材３は樹脂を成形することにより製造することが好ましいが、他の方法により製造してもよい。特に、基材３を型の一部として接着部材４を成形すると、基材３と接着部材４とを一体的に製造することができるので好ましい。

接着部材４は、エラストマー樹脂で形成され、基材３に突設されており、基材３の外側に露出した露出領域４１と基材３の内部に配置される埋没領域４２（図５、図６参照）とを有している。露出領域４１の上端面４１ａは、被着部材と接着させる接着面として機能する。露出領域４１は、マイクロ流路の側面の少なくとも一部を構成するか、マイクロ流路の側面の少なくとも一部に沿って隣接して設けられる。基材３に突設されるとは、接着部材４の最も高い位置、すなわち上端面４１ａが、基材３の流路２の底面となる表面３１よりも高い位置に設けられた状態を指す。接着部材４の上端面４１ａは、基材３の支柱部３２の上端部と同じ高さとすることが好ましいが、接着部材４が弾性変形可能であることから支柱部３２の上端部よりも弾性変形可能な範囲で高くしてもよい。接着部材４は、基材３に結合され、固定されている。特に、基材３又は接着部材４を破壊または著しく変形しなければ取り外しができないように基材３と接着部材４とを結合させてもよい。ただし、基材３と接着部材４とを着脱可能に結合してもよい。接着部材４は、エラストマー樹脂で形成されているので、外力によって容易に変形しやすいことから、接着部材４に基材３の支柱部３２を埋設して、流路２の側面の高さを規定する。接着部材４の流路の側面となる面は、基材３の表面３１に対して垂直であってもよいし、表面３１に対して傾斜させてもよい。接着部材４の上端面４１ａは、被着部材との接合面となるので、面積が大きいほど接着力も強くなるので、接着部材４の上端面４１ａができるだけ被着部材と接するようにすることが好ましく、基材３の支柱部３２の上端部を除いて、被着部材との接合面は接着部材４で構成されることが好ましい。

接着部材４を構成するエラストマー樹脂は、常温で弾性を有する高分子物質であり、力を加えると変形するが、力を除くとほぼ元の形状寸法に戻る。エラストマー樹脂は自己接着性を有しているが、エラストマー樹脂の中でも、自己接着性が強いエラストマー樹脂を用いることが好ましい。自己接着性とは、液状の接着剤等が固化することによって接着するのとは異なり、接着に際し、粘弾性体の固体であって、溶剤、熱等を一切使用しないでそれ自体の粘弾性等に基づいて接着する性質であり、通常、剥がす際には被着面に痕跡を残さずに容易に剥離することができる。自己接着性を有するエラストマー樹脂を採用することにより、接着部材４の上端面４１ａに他の部材を接触させることにより、他の部材を接着部材４の上端面４１ａに接着させることができる。接着の際に、必要に応じて被着部材を接着部材４の上端面４１ａに押し付けて加圧してもよい。さらに、接着する際に熱を加えることにより接合強度を高めることができる。エラストマー樹脂としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とが存在する。例えば、熱硬化性エラストマー樹脂として、ポリウレタン系樹脂、ポリシリコーン系樹脂等を利用可能であり、熱可塑性エラストマー樹脂として、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂等を利用可能である。オレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。ポリプロピレン樹脂は、例えば、三菱ケミカル社製ZELAS（商標登録）である。ポリエステル系樹脂としては、例えば、東洋紡社製ペルプレン（商標登録）、東レ・デュポン社製ハイトレル（商標登録）などが挙げられる。エラストマー樹脂の種類は、これらに限定されるものではない。接着部材を構成するエラストマー樹脂は、上記の１種であってもよく、２種以上の混合物であってもよい。

エラストマー樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ：Melt Flow Rate）は、接着部材４の成形型として、基材３と合わせて用いる金型からの離型性に優れる観点から、１０ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。本明細書において、「メルトフローレート」とは、ＪＩＳ Ｋ ７２１０：１９９９に準拠して、試験温度２３０℃、試験荷重２１．２Ｎで測定して得られた値のことをいう。

接着部材４は、必要に応じて、エラストマー樹脂以外の添加剤（例えば、接着付与剤など）を含有していてよい。接着部材４は、エラストマー樹脂の成形により製造することができ、特に、基材３を型の一部として接着部材４を成形することにより、基材３と接着部材４とを一体的に製造することができるので好ましい。

次に、本実施形態における基材３と接着部材４の具体的な構造及びそれらの結合構造について、図１及び図２に加えて、図１及び図２の基材３だけを示す図３及び図４と、図１及び図２の接着部材４だけを示す図５及び図６とを併せて説明する。

図３は、図１の流体チップ１の基材３の一実施形態を示す概略図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は右側面図であり、（Ｃ）は底面図であり、（Ｄ）は背面図であり、（Ｅ）は正面、右側面、底面を表す斜視図である。図３の基材３も、平面図は底面図と同じであり、左側面図は右側面図と同じである。また、図４は、基材３の断面図であり、（Ａ）は図３（Ｄ）のＤ−Ｄ断面であり、（Ｂ）はＥ−Ｅ断面であり、（Ｃ）は図３（Ａ）のＦ−Ｆ断面である。

また、図５は、図１の流体チップ１の接着部材４の一実施形態を示す概略図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は右側面図であり、（Ｃ）は底面図であり、（Ｄ）は背面図であり、（Ｅ）は正面、右側面、底面を表す斜視図である。図５の接着部材４も、平面図は底面図と同じであり、左側面図は右側面図と同じである。また、図６は、接着部材４の断面図であり、（Ａ）は図５（Ｄ）のＧ−Ｇ断面であり、（Ｂ）はＨ−Ｈ断面であり、（Ｃ）は図５（Ａ）のＩ−Ｉ断面である。

本実施形態における基材３は、正面から見ると、全体の外形は四角形であり、流路２の底面となる四角形状の表面３１と、その周囲に環状に溝３５と、溝３５の周囲に周辺部３６とが設けられ、溝３５の四隅に支柱部３２が形成され、表面３１内に貫通孔３３、３４が形成されている。

基材３の表面３１は、流路２の底面の少なくとも一部を構成する。本実施形態においては、表面３１の高さは、周辺部３６の表面よりも高くされている。このように、表面３１を高くしたのは、被着部材を接着した時に、基材３の周辺部３６と被着部材の周辺部との隙間を広くするためである。この隙間によって、例えば、被着部材としてセンサを採用した場合に、センサの外部と接続するための端子、配線等を配置することができる。特に必要がなければ、表面３１の高さを周辺部３６の高さと同じにしてもよい。また、本実施形態においては、表面３１は、高さが一定な平面であるが、表面３１の高さ（流路の側面の高さ）を流路の領域に応じて変えてもよいし、表面３１を傾斜した平面としたり、曲面としてもよい。

基材３の溝３５は、流路の側面に沿って、連続的又は離散的に設けられ、一部又は全部が背面まで基材３を貫通していてもよい。本実施形態における基材３に設けられた溝３５は、図４（Ｂ）に示すように、異なる深さの表面側溝３５ａ、中間溝３５ｂ及び背面側溝３５ｃから構成されている。表面側溝３５ａは、表面３１側に設けられた第１の深さｄ１の溝であり、第１の幅ｗ１を有し、図３（Ａ）に示すように表面３１を囲って四角環形状に形成されている。中間溝３５ｂは、表面側溝３５ａの内側において、表面側溝３５ａよりも深い位置に形成された第２の深さｄ２の溝であり、第１の幅ｗ１よりも狭い第２の幅ｗ２を有している。中間溝３５ｂは、図３（Ａ）に示すように、支柱部３２が形成された四隅を除いて、表面側溝３５ａの内側に形成されている。背面側溝３５ｃは、背面側に設けられた第２の幅ｗ２よりも広い第３の幅ｗ３を直径とする円形の第３の深さｄ３の溝であり、図３（Ｄ）の円形の部分が背面溝３５ｃの輪郭であり、円の内部の直線は背面溝３５ｃを介して観察される中間溝３５ｂの輪郭の一部である。なお、図３（Ａ）においては、中間溝３５ｂの内部に背面側溝３５ｃの円形の輪郭の一部が示されている。このように、溝３５の幅は、深さ方向において、第１の幅ｗ１、第１の幅ｗ１よりも狭い第２の幅ｗ２、第２の幅ｗ２よりも広い第３の幅ｗ３の溝が形成されており、くびれ部を有しており、くびれ部に適合した形状を有する接着部材４を強固に固定することができる。なお、本実施の形態では、くびれ部の表面側及び背面側の両方とも幅を広くしているが、少なくとも背面側において幅が広い部分を設ければよい。また、中間溝３５ｂは少なくとも背面側溝３５ｃが配置された部分に配置されればよく、背面側溝３５ｃの数及び配置は流路の大きさ、形状、接着部材４の材質等を考慮して適宜設定すればよい。

基材３の支柱部３２は、流路２の側面の高さを規定するものであり、基材３の表面３１よりも突出している。基材３の表面３１から支柱部３２の上端部３２ａまでの高さが流路の側面の高さとなる。本実施形態においては、基材３の表面３１から支柱部３２の上端部３２ａまでの高さは約５０μｍである。支柱部３２は、流路２の側面に沿って、連続的又は離散的に設けられる。特に、側面の端や角に支柱部３２を配置することにより側面を２点で規定することができ好ましい。支柱部３２を流路の側面に連続的に設ける場合は、流路２の側面を支柱部３２によって構成してもよい。この場合、支柱部３２は流路の壁となる。支柱部３２は、接着部材４に埋設されるが、支柱部３２の周囲の少なくとも一部において接着部材４に埋設されていればよい。また、複数の支柱部３２を設けた場合において、複数の支柱部の全部が接着部材４に埋設されていてもよいが、複数の支柱部の少なくとも一部が接着部材４に埋設されていればよい。支柱部３２を接着部材４に埋設することにより、支柱部３２の強度を高め、流体チップを集積化することができ、また、接着部材の高さを一定に確保する機能を高めることもできる。支柱部３２を接着部材４に埋設させるさいに、支柱部３２の上端部３２ａが接着部材４の上端面に露出する場合もあるので、接着部材４による接合面を広くするため、支柱部３２の上端部３２ａを小さくすることが好ましい。図３及び４の支柱部３２は、円柱の上面を斜めに切断し、上端部３２ａを細い弓形としている。支柱部３２を接着部材４に埋設すると、支柱部３２の上端部を細くしても強度を確保できる点においても効果がある。支柱部３２の形状はかかる構造に限定されず、例えば、角柱形状、角錐台形状、板状、十字柱形状、円錐台形状、又はこれらを組み合わせた形状でもよい。

基材３の貫通孔３３、３４は、基材の背面側において流路２と外部とを接続可能とするものである。例えば、貫通孔３３を流路２に流体を供給するための流体供給口とし、貫通孔３４を流路２の流体を排出するための流体排出口としてもよい。貫通孔３３、３４は、背面側において外部の流体デバイスや流路と接続可能な構造としていてもよい。なお、流路２の流体供給口及び流体排出口は基材３の貫通孔である必要はなく、例えば、被着部材に流体供給口及び流体排出口を設けてもよい。

本実施形態における接着部材４は、正面から見ると、全体の外形は流路２の側面に沿った四角環形状であり、露出領域４１には、流路２の側面となる壁部４３及び四隅に広い角部４４が形成されており、埋没領域４２には、第１層４２ａ、第２層４２ｂ、第３層４２ｃが形成されている。

接着部材４の露出領域４１は、基材３の外側に露出した領域であり、その上端面４１ａにおいて、被着部材と接着可能に構成されている。露出領域４１の上端面４１ａは、基材３の支柱部３２の上端部と同じ高さ以上に構成される。接着部材４は、露出領域４１において、流路２の側面の少なくとも一部として、または流路２の側面の少なくとも一部に沿って隣接して設けられ、流路２の上面において被着部材を接着可能とされている。本実施形態においては、壁部４３及び角部４４の上面が上端面４１ａとされている。

壁部４３は、流路２の側面の少なくとも一部を構成する構造物である。壁部４３の上面は、被着部材と接触する上端面４１ａとなり、流路２からの流体の漏えいを防止するため、流路２の側面の上面の全部が接着部材４による壁部４３で構成されることが好ましい。マイクロ流路チップでは、被着部材との接着面積が制限されることがあり、その場合、流路２の側面自体を接着部材４で構成し、接着部材４の上端部４１ａの面積を増やすことが好ましい。なお、本実施形態においては、壁部４３の上端面４１ａは、約２００μｍの幅であり、基材３の表面３１からの高さ（露出領域４１の高さ）は、約５０μｍである。

角部４４は、流路２の角または端に設けられた領域であり、流路２の側面の各辺の両端に形成された壁部４３の幅よりも広く形成された部分である。角部４４は、接着部材４の上端部４１ａの面積を増やすことにより接着力を増加させる。さらに、角部４４を広く形成すると、基材３の支柱部３２を埋設させるとともに、支柱部３２の上端部が露出しても接着力を確保できる。本実施形態においては、角部４４の上端面４１ａは、約１ｍｍ角の正方形とされており、接着力を確保している。また、図５（Ｄ）の背面図、図６（Ｃ）の断面図から明らかなように、角部４４には、基材３の支柱部３２が埋設されているため、支柱部３２が配置される部分が埋設空間４５となっており、本実施形態における埋設空間４５は、支柱部３２の形状である円柱の上面を斜めに切断した形状に対応した形状の空間であり、角部４４の表面に弓形の開口４５ａを有している。図７は、流体チップ１の角部４４の拡大図であり、基材３の支柱部の上端部が開口４５ａから露出しており、支柱部のその他の部分が接着部材４内に埋設されている。なお、支柱部３２の上端部を接着部材４で薄く覆って接着力を高めてもよい。

埋没領域４２は、基材３の内部に埋没した領域であり、基材３と組み合わされて接着部材４を基材３に固定させる機能を有することが好ましい。埋没領域４２は、例えば、基材３の溝３５に対応する形状であり、溝３５の形状と組み合わさることにより接着部材４を基材３に固定させる。本実施形態における埋没領域４２は、図６（Ｂ）に示すように、異なる深さの第１層４２ａ、第２層４２ｂ及び第３層４２ｃから構成されている。第１層４２ａは、基材３の表面側溝３５ａに対応した形状であり、第１の幅ｗ１及び第１の高さｔ１を有し、図５（Ａ）に示すように四角環形状に形成されている。第１の高さｔ１は、基材３の表面側溝３５ａの周辺部３６の表面からの深さに対応しており、基材３の溝３５に接着部材４２が配置されると、接着部材４の露出領域４２における壁部４３及び角部４４以外の上面の高さが、基材３の周辺部３６の表面と同じとなり、連続した表面が構成される。第２層４２ｂは、基材３の中間溝３５ｂに対応した形状であり、第１の幅ｗ１よりも狭い第２の幅ｗ２及び第２の高さｔ２を有する。図５（Ｄ）に示すように、第２層４２ｂは、第１層４２ａの内側において、四角環形状の四隅を除いた各辺に沿って形成されている。第２の高さｔ２は、基材３の中間溝３５ｂの第２の深さｄ２と対応する。第３層４２ｃは、基材３の背面側溝３５ｃに対応した形状であり、第２の幅ｗ２よりも広い第３の幅ｗ３を直径とする円形の構造物であり、第３の高さｔ３を有する。第３の高さｔ３は、基材３の背面側溝３５ｃの第３の深さｄ３と対応する。埋没領域４２は、第１の幅ｗ１の第１層４２ａ、第１の幅ｗ１よりも狭い第２の幅ｗ２の第２層４２ｂ及び第２の幅ｗ２よりも広い第３の幅ｗ３の第３層４２ｃが形成されており、溝のくびれ部に適合した形状を有しており、くびれ部を備えた基材３と組み合わせることにより、接着部材４を強固に固定することができる。なお、埋没領域４２の形状は、基材３と組み合わされて接着部材４を基材３に固定させることができれば、特に基材３の溝３５に完全に対応させる必要はなく、図５及び図６の構造は一実施形態に過ぎない。

［流体デバイス］
図８は、本発明の流体デバイス１０の一実施形態を示す概略図であり、（Ａ）は流体チップ１の表面を前とした時の正面図であり、（Ｂ）は右側面図であり、（Ｃ）は底面図であり、（Ｄ）はは正面、右側面、底面を表す斜視図である。図１の流体デバイス１０においては、背面図は流体チップの背面図と同じであり、平面図は底面図と同じであり、左側面図は右側面図と同じであるので省略した。本発明の流体デバイス１０は、流体チップ１と流体チップ１の上面に接着された被着部材１１とを含む。

被着部材１１は、流路チップ１の流路２の上面に設置され、接着部材４の上端面に接着される部材である。例えば、流体制御素子（マイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロミキサ、フィルタ）、周辺回路（加熱手段、冷却手段、発光手段）、検出素子（各種センサ）等の機能性を有するものでもよいし、単に天井として機能する部材でもよい。被着部材１１として、イメージセンサ、バイオセンサのような検出系とすると、センサを直接流体と接触させることができ、検出感度等を向上させることができる。被着部材１１としては、樹脂、ガラス、半導体、金属、無機物などを含み、接着部材４によって接着可能なものであれば特に制限されない。

図８においては、被着部材１１は、四角形であり、接着部材４の外形と同程度の大きさであるが、接着部材４よりも大きくてもよい。また、図１乃至図６で説明した流体チップは、周縁部３６の高さを低くし、さらに、接着部材４の露出領域４２における壁部４３及び角部４４以外の上面の高さを、基材３の周辺部３６の表面と同じ高さとしたことにより、被着部材１１の四辺において流体チップとの間に間隙が形成される。かかる間隙に、被着部材１１を外部と接続するための端子、配線等を配置することができる。

本発明の流体デバイス１０は、接着部材４によって被着部材１１を流路の上面に接着させることができ、また、エラストマー樹脂である接着部材４が変形しても、基材３の支柱部３２によって流路２の側面の高さは一定に保持されるので、流路の体積を所定の分量とすることができる。特に、流体デバイス１０を使用する際に、流体チップ１と被着部材１１とを一定の荷重で押圧して実験する場合であっても、基材３の支柱部３２によって流路２の側面の高さを一定に保持できる。また、被着部材１１との接着に接着部材４の自己接着性を用いることにより、接着剤を使用する必要はなくなり、接着剤を使用することに起因する問題を解消することができる。

［流体チップの製造方法］
図９及び図１０は、流体チップ１の製造方法を説明する図であり、図９は、流体チップ１の基材３を製造する工程を説明する図であり、図１０は、接着部材４を製造する工程を説明する図である。図９に示すように、基材３を成形するための一対の第１の型５１、５２を準備し（Ａ）、一対の第１の型５１、５２を型締めする（Ｂ）。一対の第１の型５１、５２によって形成される空間は、基材３の形状であり、かかる空間に第１の材料を注入口５２ａより注入し、その第１の型５１、５２内で第１の材料を硬化させることにより、基材３を製造する（Ｃ）。その後、第１の型５１、５２を分離して、成形品である基材３を取り出す。

次に、図１０に示すように、成形された基材３と、第２の型５３、５４とを準備し（Ａ）、基材３を内包するように第２の型５３、５４を型締めする（Ｂ）。基材３と一対の第２の型５３、５４とによって形成される空間は、接着部材４の形状であり、かかる空間に第２の材料としてエラストマー樹脂を注入口５４ａより注入し、その第２の型５３、５４内で第２の材料を硬化させることにより、接着部材４を製造する（Ｃ）。ここで、基材３の溝３５内にもエラストマー樹脂が注入され埋没領域４２も基材の溝３５の形状に対応するように製造される。その後、第２の型５３、５４を分離して、成形品である流体チップ１を取り出す。

図９及び図１０では、一対の第１の型及び一対の第２の型を用いて製造したが、基材を成形する第１の型において、接着樹脂を製造するための第２の型と共通の形状の部分（例えば周縁部３６や表面３１）を共通の型とし、第１の型によって基材３を製造した後、共通の型はそのままで、変更される部分の型を取り外し、接着樹脂用の型を取り付けて第２の型とし、第２の材料により接着部材を製造してもよい。このような製造工程は、二色成形技術を利用することにより実現できる。

［流体デバイスの製造方法］
流体デバイスは、流体チップ１の流路の上面において、所定の位置に被着部材１１を配置し、被着部材１１を接着部材４の上端面４１ａに接触させることにより、被着部材１１を流体チップ１に接着させて製造する。必要に応じて、被着部材１１を接着部材４の上端面４１ａに押圧してもよい。接着部材４の自己接着性の接着力が、被着部材１１を接合するのに十分に強い場合には、接着部材４の自己接着性のみで接着させればよいが、接着部材４の接着力だけでは弱い場合や、自己接着性の接着力よりも強固な接合が必要な場合には、他の接合手段を用いてもよい。たとえば、接着部材４と被着部材１１との接触部または接触部の外側周囲を接着剤で接着してもよいし、クランプによって被着部材１１を流体チップに固定してもよい。

［変形例］
本発明の流体チップは、上記の実施形態に限定されるものではなく、当業者の理解の範囲で適宜変形することが可能である。図１１は、支柱部１１２の変形例である。図１１においては、埋設された部分は図示されていないが、支柱部１１２として板状の四角柱形状の構造を採用したので、接着部材の角部４４の開口４５ａは長方形となり、そこから長方形の支柱部１１２の上端部が露出している。支柱部１１２は、流路２の側面（接着部材４の壁部４３）に対して斜めになるように四隅（接着部材の角部４４）に配置されている。このように、角から延びる側面に対して斜めに支柱部１１２を配置することにより、角に接するいずれの側面に対しても支柱部１１２による側面の高さを均一とする効果を及ぼすことができ、離散的に配置した支柱部１１２によって側面の高さを維持できる。

図１２は、流路１２２の底面及び側面の全部を基材１２３で構成した流体チップ１２１の例であり、（Ａ）は全体の正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の点線部分の拡大図であり、（Ｃ）は（Ｂ）のＪ−Ｊ断面図である。図１２の流体チップ１２１においては、基材１２３は、四角形の流路１２２の底面を構成する基材の表面１２３ａから板状の支柱部１２３ｂが垂直に突出し、流路１２２の側面を構成している。流路の側面である支柱部１２３ｂによって流路の側面の高さが維持される。さらに、基材１２３は支柱部１２３ｂの外側に支柱部に沿って溝１２３ｃが形成されており、溝１２３ｃは、基材を貫通していないが、表面側の幅に比べて深部では幅が広がっており、くびれ部が設けられている。なお、図１２の変形例では、基材１２３の周辺部１２３ｄの表面の高さは、流路１２２の底面と同じ高さである。接着部材１２４は、流路１２２の側面である支柱部１２３ｂの外側において、側面に沿って設けられている。接着部材１２４の露出領域１２４ａは、支柱部の外側部分を覆って流路の側面と平行に帯状に延びている。接着部材１２４の埋没部１２４ｂは、基材１２３の溝１２３ｃ内に充填されており、くびれ部に対応した形状である。図１２の基材と接着部材との結合構造は、くびれ部が表面から深さ方向に斜めに広がっており、容易に取り外すことができない構造であり、分離した状態から取り付けることも困難な構造である。図１２の変形例によれば、流体チップ１２１の接着部材１２４の上端面と重なるように被着部材を配置し、接着部材１２２の上端面と接触させることにより、流路１２２の上面に被着部材を接着させることができる。流路の側面は基材１２３の支柱部１２３ｂによって構成されており、側面の高さは一定に規定される。

［被着部材の接着工程］
図１３は、流体デバイス１３０の各構成部品であり、流体チップ１３１の正面図（Ａ）、背面図（Ｃ）及び（Ａ）及び（Ｃ）におけるＢ−Ｂ断面図（Ｂ）と、被着部材１４１の正面図（Ｄ）及び（Ｄ）におけるＥ−Ｅ断面図（Ｅ）と、背面部材１４５の正面図（Ｅ）である。また、図１４は、各構成部品を組み合わせた流体デバイス１３０の正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、背面図（Ｄ）、（Ａ）及び（Ｄ）におけるＣ−Ｃ断面図（Ｃ）並びにその拡大図（Ｅ）である。

流体チップ１３１は、基材１３３の正面に四角形状の凹部１３５が形成され、凹部１３５内に四角環状の接着部材１３４が埋設され、接着部材１３４の四隅には基材の支柱部１３６の上端部が露出している。接着部材１３４で囲まれた領域内が反応室１３２となる空間であり、反応室１３２には基材１３３を貫通する２つの内部貫通孔１３７ａ、１３７ｂが形成され、内部貫通孔１３７ａ、１３７ｂは、基材１３３の背面側において、流路となる２本の線状の溝１３８ａ、１３８ｂの一端とそれぞれ連結している。反応室の高さは、接着部材１３４で囲まれた領域における基材１３３の表面から支柱部１３６の上端部までの高さであり、本実施の形態では５０±５μｍの高さで設計した。溝１３８ａ、１３８ｂの他端は、基材１３３を貫通する２つの外部貫通孔１３９ａ、１３９ｂとそれぞれ連結している。接着部材１３４で囲まれた反応室１３２となる空間における基材の表面の高さは、凹部１３５内における接着部材１３４の外側における基材の表面の高さよりも高いが、支柱部１３６の上端部の高さよりも僅かに低く、被着部材１４１で覆われた際に反応室１３２が微小空間となるように構成されている。基材背面の溝１３８ａ、１３８ｂは、背面部材１４５で覆われることで内部貫通孔１３７ａ、１３７ｂと外部貫通孔１３９ａ、１３９ｂとを連結する流路となる。なお、溝の一部にバルブ構造（図１８参照）を形成し、反応室１３２への流体の供給量又は反応室１３２からの流体の排出量を制御できるようにしてもよい。

被着部材１４１は、本実施形態では、四角形状の基板１４２にイメージセンサ１４３が実装された検出素子であり、イメージセンサ１４３の検出面（図１３（Ｅ）では下面）が反応室１３２に対向するように配置し、接着部材１３４に接着される。イメージセンサ１４３は、接着部材１３４の外縁よりも大きく、基板１４２よりも小さい略四角形状であることが好ましい。基板１４２は、イメージセンサ１４３の実装面においてイメージセンサ１４３の周縁部にイメージセンサ１４３への電源供給用、検出信号出力用等の端子を設けることが好ましい。なお、基板１４２の実装面とは反対の面は、平坦であることが好ましいが、凹凸を有していてもよく、凹凸を有している場合は、後述する図１６の工程により接着することが好ましい。

背面部材１４５は、基材１３３の背面に形成された溝を覆って流路とするための部材である。背面部材１４５としては、使用される流体や流体チップの実験内容によっても要求される性質が変わるものであるが、流体への不純物の混入、外部環境からのバリア性、耐熱性、吸着性、強度、耐薬品性、透明性、光線透過率、自家蛍光の強度等を考慮して選択される。背面部材１４５は、フィルム状のプラスチック材料を使用することが好ましく、特に、強度及び耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックのフィルムが好ましいが、ガラス、金属等も使用可能である。背面部材１４５として、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、エラストマー等を利用可能であるが、これらに限定されるものではない。背面部材１４５の大きさ及び形状については、背面において覆う必要のある構造を覆える大きさ及び形状であればよいが、背面を平坦とするために背面全面を覆うようにしてもよい。

流体デバイス１３０は、図１４に示すように、流体チップ１３１の正面において、接着部材１３４に被着部材１４１が接着され、流体チップ１３１の背面に背面部材１４５が接合された構造である。背面部材１４５の接合は、被着部材１４１を接着する前でも、接着した後でもよいが、背面部材１４５の接合に高温及び／又は高圧が加わる場合には、被着部材１４１のイメージセンサが破損する可能性があるので、先に背面部材１４５を背面に接合した後に被着部材１４１を接着することが好ましい。背面部材１４５は、流体チップ１３１の背面にも接着部材１４１が設けられている場合には、接着部材によって接着してもよいし、接着部材が設けられていない場合には、熱圧着、接着剤、両面接着フィルム等によって接合される。なお、流体チップの背面に接着部材を設けるには、基材の背面の必要となる領域に接着部材を埋設させればよいが、製造の容易性から、基材の背面に形成された接着部材を埋設するための円形の背面溝と連続させることが好ましい。

また、流体チップ１３１の接着部材１３４に被着部材１４１を接着させるには、被着部材１４１を接着部材１３４に接触させるだけでもよいが、被着部材１４１を接着部材１３４に向けて圧力を加えることが好ましく、さらに、加熱ユニットで加熱することがより好ましい。接着部材の材質、物性にもよるが、例えば、１２０〜１５０℃に加熱し、約３０Ｎの圧力で接着させてもよい。押圧ユニット等によって被着部材１４１を接着部材１３４に押し付けて押圧する場合、押圧ユニットからの圧力が強くなると、流体チップ１３１の支柱部１３６が変形したり、支柱部１３６又は被着部材１４１が破損したりする可能性がある。特にマイクロ流路チップでは、支柱部自体の寸法が制約されるうえに、接着部材の幅も狭く、接着部材が弾性変形するため、押圧力が支柱部に集中し、支柱部１３６の変形、破損を引き起こしやすい。その結果、反応室の高さに不均一が生じたり、複数の流路チップごとに流路や反応室の体積にバラつきが生じたりするため、均一な条件で定量的な実験を行うことが難しいという課題が生じた。そこで、以下、改良した被着部材１４１を接着する工程又は方法について説明する。

図１５（Ａ）は接着前の状態を示す図であり、（Ｂ）は押圧中の状態を示す図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の一部拡大図である。図１５（Ａ）に示すように、加熱ユニット１６１の上に流体チップ１３１（本実施形態では背面部材が接合済みであるが、接合前であってもよい）を配置し、流体チップ１３１の接着部材１３４の上に重なるように被着部材１４１を位置合わせして配置し、被着部材１４１の上に押圧ユニット１５１を配置する。押圧ユニット１５１は、図の上下方向に移動可能に構成されており、押圧面１５２を介して下方に向けて荷重を印加することができる。加熱ユニット１６１は内部にヒータなどの熱源を有し、加熱ユニット１６１上に配置された部材を加熱することができる。なお、接着に熱を使用しない場合は、加熱ユニット１６１の代わりに流体チップを載置する載置台を配置すればよい。

本実施の形態においては、被着部材が配置されない位置において、押圧ユニット１５１の押圧面１５２と流体チップ１３１の表面との間の距離を一定に保持するためのストッパを設けることを特徴とする。図１５では、ストッパとして、押圧ユニット１５１の押圧面１５２において、被着部材が配置されない位置に複数の脚部１５３が突設されている。脚部１５３の高さは、流体チップ１３１の接着部材１３４に被着部材１４１を接着させた状態（流体デバイス１３０の状態）における脚部１５３が突設された位置の流体チップ１３１の上面から被着部材１４１の上面までの距離とほぼ同じ寸法とする。厚さの異なる流体チップや被着部材でも使用可能とするために、脚部１５３の高さは調整可能であることが好ましい。高さの調整は、例えば、押圧ユニット１５１の押圧面１５２にねじ穴を形成し、ねじ穴に脚部１５３を螺合して取り付ける構造とし、押圧面１５２と脚部１５３との間に所定の厚さのシムリング等を介在させ、シムリング等の厚さで高さを調整してもよい。また、脚部１５３を複数設け、均等に配置することにより、押圧面を水平な状態とし、被着部材に均一に押圧力を印加することができ、反応室の高さを均一に接着することができるので好ましい。

そして、図１５（Ｂ）に示すように、加熱ユニット１６１上に配置された流体チップ１３１の接着部材１３４の上に被着部材１４１を配置し、加熱ユニット１６１で加熱しつつ、押圧ユニット１５１を下降させて被着部材１４１を押圧して被着部材１４１を接着部材１３４に接合させる。本実施の形態においては、押圧面１５２に脚部１５３を突設した押圧ユニット１５１によって被着部材１４１を押圧しているため、高い押圧力を印加しても、脚部１５３が流体チップ１３１の上面に突き当たり、押圧面１５２の下方への移動を阻害し、被着部材１４１に一定以上の圧力が印加するのを防止することができ、支柱部や被着部材の破損等を防止することができる。なお、押圧時において、常に脚部１５３が流体チップ１３１の表面に接触するまで押圧する必要はなく、十分に接着されれば、脚部１５３が流体チップ１３１の表面に接触しない程度の押圧力でもい。ストッパとして、図１５では押圧ユニットに突設された脚部を流体チップの上面に突き当てる構成を採用したが、脚部を他の部材、例えば加熱ユニット表面や別部材に突き当てるように構成してもよい。さらに、押圧ユニットに脚部を設けるのではなく、押圧ユニットとは独立した別部材を流体チップ上面と押圧ユニットとの間に介在させてもよいし、流体チップを載置する載置台（図１５では加熱ユニット）にストッパとして押圧ユニットの下方への移動を妨げる柱部等を設けてもよい。このように、所定の高さのストッパを設けることによって、押圧面の下方への移動を阻害し、被着部材に一定以上の圧力が印加するのを防止することができ、支柱部や被着部材の破損等を防止することができる。

図１６は他の実施態様であり、図１６（Ａ）は接着前の状態を示す図であり、（Ｂ）は押圧前の状態を示す図であり、（Ｃ）は押圧中の状態を示す図であり、（Ｄ）は（Ｃ）の一部拡大図である。図１６（Ａ）に示すように、加熱ユニット１６１の上に流体チップ１３１（本実施形態では背面部材が接合済みであるが、接合前であってもよい）を配置し、流体チップ１３１の接着部材１３４の上に重なるように被着部材１４１を位置合わせして配置し、被着部材１４１の上に押圧ユニット１５４を配置する。本実施の形態においては、押圧ユニット１５４として、押圧部材１５５と、押圧部材１５５を上下動可能に支持する支持部材１５６とを有し、押圧部材１５５の下方向への移動を一定の範囲に制限させた点に特徴がある。押圧部材１５５は、下端において被着部材１４１の上面と接触し、被着部材１４１に対して下向きの圧力を印加する部材であり、支持部材１５６は、押圧部材１５５を被着部材１４１よりも上方の所定の位置で支持する部材である。押圧部材を複数設けることで、押圧力をより均一に被着部材に印加することができ好ましく、複数の押圧部材は均等に配置することが好ましい。押圧部材１５５の下方向への移動を一定の範囲に制限させるには、支持部材１５６の一部を使用してもよいし、他の部材を使用してもよい。また、押圧部材１５５を下方へ押圧するための機構は、押圧部材１５５自体に設けてもよいし、支持部材１５６に設けてもよいし、別途設けてもよい。支持部材１５６自体は、加熱ユニット１６１に対して移動可能に設けられていてもよいし、固定されていてもよい。図１６においては、支持部材１５６は、天板１５７及び柱部１５８を有し、それ自体が上下動することができ、さらに、天板１５７に形成された貫通口に押圧部材１５５が支持部材に対して上下動可能に挿入されている。

図１６（Ｂ）に示すように、支持部材１５６の柱部１５８の高さは、流体チップ１３１の上面に柱部１５８を当接させた状態で、天板１５７の下面が被着部材１４１の上面よりも高くなることが好ましいが、天板１５７の下面の一部と被着部材１４１の上面の一部とが接していてもよい。押圧部材１５５は、貫通口の形状に対応させた形状のピンを有し、ピンの上端の幅を貫通口の幅よりも広くすることにより、押圧部材１５５の幅広の上端が支持部材１５６の上面に当接するまでの範囲に押圧部材１５５の下方向への移動を制限することができる。下方向への移動範囲は、最下点において、ピンの下端が被着部材１４１の上面を適度な圧力で押圧されるようにする。また、移動範囲を変更可能とすることが好ましい。例えば、ピンの上端の幅広部分の位置をピンに対して上下に変更可能としたり、ピンの上端の幅広部分と支持部材の上面との間に所定の厚さのシムリング等を介在させ、シムリング等の厚さで高さを調整してもよい。

図１６（Ｃ）に示すように、支持部材１５６を流体チップ１３１上に載置した状態で、押圧部材１５５を支持部材１５６に対して相対的に下方向に移動させることによって、押圧部材１５５のピンの下端を被着部材１４１の上面に押し当てて押圧部材１５５で被着部材１４１を押圧できる。この押圧状態において、支持部材１５６の下面から突出するピンの長さは、最大でもピンの上端の幅広部分が支持部材に突き当たるまでであり、その場合であっても被着部材１４１に印加される押圧力は過剰なものとならないように調整されているため、被着部材１４１に一定以上の圧力が印加するのを防止することができ、支柱部や被着部材の破損等を防止することができる。また、図１６（Ｄ）に示すように、被着部材１４１の上面に凹凸がある場合でも、下端がピン状の押圧部材１５５を採用しているため、被着部材１４１の水平を保ったまま押圧することができ、反応室の高さを均一に接着することができるので好ましい。さらに、被着部材の接着に際し、押圧部材のみを位置決めして、押圧部材のみに接着のための押圧力を発生させればよく、実施態様１のように、押圧ユニット全体を位置合わせして下方に移動させて押圧する構成に比べると、比較的小型の装置で実現できる。また、複数の押圧部材が可動範囲内で押圧力を調整することができるため、被着部材の水平を保ったまま押圧することができ、仮に流体チップの支柱部が形成できないような場合であっても、反応室が均一な高さとなるように接着部材を接合することも可能である。図１６では、支持部材１５６の柱部１５８が流体チップの上面に載置される構造であったが、かかる構造に限定されるものではなく、例えば、流体チップの外側の領域で支持部材１５６を加熱ユニット１６１に載置又は固定してもよいし、柱部１５８を設けずに別の部材によって支持部材１５６を流体チップの上方に固定してもよい。なお、接着に熱を使用しない場合は、加熱ユニット１６１の代わりに流体チップを載置する載置台を配置すればよい。

図１７は、さらに他の実施態様であり、図１７（Ａ）は流体デバイスの正面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は接着工程中の（Ａ）のＢ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面である。本実施の形態においては、被着部材１４１を上から機械的に押圧せずに接着部材１３４と被着部材１４１とを接合する方法であり、被着部材１４１と接着部材１３４とで囲まれた流路（反応室）内を低圧状態とすることにより、外気圧によって接着部材１３４と被着部材１４１とを接着する点に特徴がある。図１７（Ａ）の流体デバイス１３０は、図１３及び図１４と同じ構造であり、反応室１３２には２つの内部貫通孔１３７ａ、１３７ｂが形成され、内部貫通孔１３７ａ、１３７ｂは、基材１３３の背面側の２本の線状の溝１３８ａ、１３８ｂを介して、２つの外部貫通孔１３９ａ、１３９ｂとそれぞれ連結している。図１７においては、加熱ユニット１６１の上に背面部材を接合済みの流体チップ１３１を配置し、一方の外部貫通孔１３９ａに吸引装置の吸引口１７１を接続し、他方の外部貫通孔１３９ｂを栓１７２で塞いでいる。そして、加熱ユニット１６１を加熱させつつ、吸引装置を作動させて吸引口１７１から反応室１３２内部の空気を吸引し、内部と外部との圧力差によって接着部材１３４と被着部材１４１とを接合する。

このように本実施の形態では、被着部材を機械的に押圧せずに被着部材を接着部材に接着できる。比較的破損しやすい被着部材の場合や被着部材の形状等により機械的な押圧に向かない場合に本実施の形態の方法は有用である。また、圧力差によって接着するため、被着部材の水平を保つことができ、反応室の高さを均一に接着することができるので好ましい。吸引装置は、特に限定されず、例えば吸引ポンプなどが使用できる。吸引口１７１は、少なくとも一方の外部貫通孔に接続すればよいが、両方の外部貫通孔に吸引口１７１を接続し、両方の流路から吸引してもよい。流体デバイスが、流路の途中に背面部材を使用したバルブ構造を有する場合には、バルブ構造を介して吸引すると加熱ユニットからの熱がバルブ構造にも伝わり、バルブ構造に変形等の不具合を生じるおそれがあるので、反応室までの間にバルブ構造が配置されている外部貫通孔は栓１７２で塞ぎ、他方の外部貫通孔から吸引することが好ましい。ただし、バルブ構造を有している場合でも、加熱ユニットを使用せずに被着部材を接合する場合には、バルブ構造を介して吸引してもよい。また、流体チップ１３１に背面部材を接合する前に被着部材を接着部材に接着する場合には、内部貫通孔１３７ａ、１３７ｂの背面側の開口の一方又は両方に吸引口を接続して吸引すればよい。栓１７２としては、通路を密閉することができれば足り、特に限定されるものではないが、適宜の樹脂フィルム等で一時的に塞ぐことが好ましい。なお、本実施態様のような吸引と、他の実施態様のような機械的な押圧とを組み合わせて接着させてもよい。

図１８はバルブ構造１８２を有する流体デバイス１８０とその流体チップ１８１の一例を示すものであり、図１８（Ａ）及び（Ｂ）は流体デバイス１８０の背面図及び断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）のバルブ構造１８２の拡大図であり、（Ｄ）及び（Ｅ）は流体チップ１８１の背面図及び断面図である。図１８はバルブ構造１８２の部分を除いて図１３及び図１４と同様の構造であり、同様の符号で説明する。図１８のバルブ構造１８２は、基材１３３の背面の溝１３８ｂの一部が中断部１８３によって途切れており、中断部１８３にドーム状に成形された背面部材１８４の成形部１８５を配置することにより、中断部１８３によって途切れた流路を成形部１８５のドーム状の空間で連続させた構造である。成形部１８５がドーム状の場合はバルブが開いた状態であり、成形部を潰して変形させることで流路を細くして流量を減らすことができ、成形部で流路を閉じれば、バルブを閉じた状態とすることができる。なお、背面部材１８４の成形部の形状は、中断部１８３を乗り越えて流体が流れる空間を有していればドーム状に限定されない。このような成形部１８５を有する流体デバイス１８０では、接着部材１３４に被着部材１４１を接着する際に加熱すると、その熱によって成形部の形状が変形してしまう問題があった。

図１９は、バルブ構造のように背面部材１８４に特殊な形状に成形された成形部１８５を有する流体デバイスにおける接着部材１３４と被着部材１４１とを接合する実施態様であり、図１９（Ａ）は接着前の状態を示す図であり、（Ｂ）は押圧中の状態を示す図である。本実施の態様では、接着部材１３４と被着部材１４１とを加熱する際に、背面部材の成形部への熱の伝達を抑制し、変形を防止するための冷却ユニット１９１を成形部１８５の近傍に配置することを特徴とする。図１９（Ａ）に示すように、加熱ユニット１６１の上に背面部材を接合済みの流体チップ１８１の接着部材１３４を配置し、冷却ユニット１９１の上にバルブ構造１８２を配置し、接着部材１３４の上に重なるように被着部材１４１を位置合わせして配置し、被着部材１４１の上に押圧ユニット１９２を配置する。冷却ユニット１９１は、成形部１８５への熱の伝達を抑制するものであり、金属のように熱伝導性の高い部材でもよいし、内部に冷媒を循環させて低温に保持した構造のものでもよい。冷却ユニット１９１は、加熱ユニット１６１からは離間させるか、間に断熱材を配置するなどして熱的に分離することが好ましい。図１９では流体チップ１８１の下側に冷却ユニット１９１を配置したが、流体チップ１８１の上側に配置してもよいし、両方に配置してもよい。また、背面部材の成形部１８５の形状に対応させた窪み１９３を冷却ユニット１９１の表面に形成し、窪み１９３に成形部を配置すれば、成形部を冷却ユニットで変形させずに接着工程を行うことができるので好ましい。本実施の形態においては押圧ユニット１９２は特に限定されず、図１９に示すような平面で押圧するものでもよいし、図１５、図１６に示すような押圧ユニットでもよい。このように冷却ユニット１９１を配置したことにより、加熱ユニット１６１で加熱しつつ、押圧ユニット１９２を下降させて被着部材１４１を押圧して被着部材１４１を接着部材１３４に接合させても、加熱ユニット１６１からの熱は、冷却ユニット１９１で放熱し、成形部１８５への熱の伝達を抑えることができ、成形部１８５の変形を防止することができる。

１ 流体チップ
２ 流路
３ 基材
４ 接着部材
３１ 表面
３２ 支柱部
３５ 溝
４１ 露出領域
４１ａ 上端面
４２ 埋没領域
４３ 壁部
４４ 角部

Claims (20)

1. 流路が形成された流体チップであって、
   前記流路の底面の少なくとも一部を構成する表面を有する基材と、上端面が前記基材の前記表面よりも高い位置に設けられたエラストマー樹脂で形成された接着部材と、を有し、
   前記基材は、前記表面よりも突出し、前記流路の側面の高さを規定する支柱部を有し、
   前記基材の支柱部は、前記接着部材に埋設されていることを特徴とする流体チップ。
2. 前記接着部材は、自己接着性を有することを特徴とする請求項１に記載の流体チップ。
3. 前記接着部材の前記上端面は、前記基材の支柱部の上端部と同じ又はそれ以上の高さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体チップ。
4. 前記接着部材は、前記基材に機械的に固定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流体チップ。
5. 前記基材は、前記流路の側面に沿って、連続的又は離散的に溝を有し、前記接着部材は前記基材の溝において前記基材と結合していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の流体チップ。
6. 前記基材の溝は、前記基材を貫通していることを特徴とする請求項５に記載の流体チップ。
7. 前記基材の溝は、溝の深さ方向において、幅が狭くなったくびれ部を有し、
   前記接着部材は、前記くびれ部に適合した形状を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の流体チップ。
8. 前記基材の溝の内側に前記支柱部が配置されていることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の流体チップ。
9. 前記接着部材が前記流路の側面の少なくとも一部を構成することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の流体チップ。
10. 前記流路は、底面が全て前記基材の前記表面で構成され、側面が全て前記接着部材で構成されることを特徴とする請求項９に記載の流体チップ。
11. 前記支柱部は、前記流路の側面に沿って離散的に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の流体チップ。
12. 前記支柱部は、前記流路の側面の端又は角に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の流体チップ。
13. 前記支柱部は、前記流路に露出していないことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の流体チップ。
14. 前記支柱部が前記流路の側面を構成することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の流体チップ。
15. 請求項１〜１４の何れか１項に記載の流体チップと、
    前記接着部材の上端面に接着された被着部材と、を有することを特徴とする流体デバイス。
16. 前記接着部材は、自己接着性を有し、前記被着部材は、前記接着部材の自己接着性を利用して接着されていることを特徴とする請求項１５に記載の流体デバイス。
17. 前記被着部材は、流体制御素子、周辺回路、検出素子又は流路の天板であることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の流体デバイス。
18. 第１の型を用いて、第１の材料により、流路の底面を構成する表面と前記表面よりも突出した支柱部とを有する基材を成形する工程と、
    第２の型に前記基材を配置する工程と、
    前記第２の型及び前記基材を用いて、エラストマー樹脂により、前記基材の支柱部が埋設されるように、接着部材を成形する工程と、を有することを特徴とする流体チップの製造方法。
19. 前記基材は、前記流路の側面に沿って前記基材を貫通した溝を有し、
    前記エラストマー樹脂は、前記溝を介して前記基材の背面側から供給されることを特徴とする請求項１８に記載の流体チップの製造方法。
20. 請求項１〜１５の何れか１項に記載の流体チップの前記接着部材の上端面に被着部材を接触させて前記被着部材を前記流体チップに接着させることを特徴とする流体デバイスの製造方法。