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WO2006080336A1 - フィルタおよびその製造方法 - Google Patents

フィルタおよびその製造方法 Download PDF

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WO2006080336A1
WO2006080336A1 PCT/JP2006/301119 JP2006301119W WO2006080336A1 WO 2006080336 A1 WO2006080336 A1 WO 2006080336A1 JP 2006301119 W JP2006301119 W JP 2006301119W WO 2006080336 A1 WO2006080336 A1 WO 2006080336A1
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WO
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intermediate layer
filter
modeling material
channel
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PCT/JP2006/301119
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Kazuhiro Iida
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • B01L2400/0487Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics

Definitions

  • the present invention relates to a filter for separating plasma, cells and the like, and a method for producing the same.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-262871 discloses a filter in which a flow path and a porous body are integrally formed using a photocurable resin.
  • Patent Document 1 JP 2000-26
  • the filter disclosed in the 2871 publication realizes the filter function by providing a partition wall in the middle of one flow path and forming a number of grooves in the partition wall. Furthermore, the separation area is increased by making this partition in the longitudinal direction of the flow path.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-42012 uses a gap between a bank-shaped partition wall provided between two flow paths formed on a substrate and a lid covering the substrate. Thus, a filter for filtering is described. Since the filter of Patent Document 3 does not use a fine structure such as a large number of grooves and pillars, it can maintain higher mechanical strength. Furthermore, since the filtration filter section is composed of two flow paths, it is possible to improve the filtration efficiency by using a counter flow between the two flow paths. In particular, unlike a fine structure such as a large number of grooves and pillars, the bank-like partition wall provided between two channels is simple in structure and can be produced with high yield.
  • Non-Patent Document 1 Micro Total Analysis Systems 2002, Baba Y., Shoji, S., nd van den Berg, A. eds. Kluwer Academic Press, London (2002) (Mikuguchi Total Analysis Systems, Baba, Shoji, (Fan Denberg, Taryu Academic Press, 2002)
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-262871
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-42012
  • a filter that separates plasma from a blood sample needs a “micro gap” that allows only a liquid component to pass through, not a blood cell, which is a solid component.
  • the gap between the bank-shaped partition wall provided between the two flow paths and the lid corresponds to this minute gap.
  • a complicated process was required.
  • the function as a filter is exhibited by making the gap size of the micro gap smaller than the size of blood cells (for example, the minimum diameter of red blood cells is 3 m).
  • this minute gap is manufactured by processing a strong substrate such as silicon, it is possible to use an expensive manufacturing facility such as a gas etching device to make a force!
  • an expensive manufacturing facility such as a gas etching device
  • This minute gap can be manufactured by using a photolithographic method using a photolithographic method, such as a photocurable resin, such as a filter of Patent Document 1, and manufacturing it by a step exposure method. It is possible. In that case, exposure with high positional resolution is required, and it is necessary to use an expensive exposure device such as a stepper. In other words, it is difficult to accurately manufacture a structure of 10 m or less with a general contact exposure apparatus.
  • An object of the present invention is to provide a filter structure that can be manufactured more inexpensively with fewer steps using an inexpensive material and general processing means, and a method for manufacturing the same.
  • the filter according to the first aspect of the present invention is:
  • the third channel communicates with the first channel and the second channel
  • the maximum depth of the third flow path is smaller than the minimum depth of the first flow path and the second flow path. that time,
  • the third flow path is arranged in a form that runs parallel to the first flow path and the second flow path that run side by side.
  • Both the first intermediate layer and the second intermediate layer, or one of them, are both the first intermediate layer and the second intermediate layer, or one of them.
  • the structure is made of a photosensitive modeling material selected from a group power consisting of a photoresist, a photocurable resin, a photosensitive glass, and a photosensitive polyimide.
  • It consists of a substrate, an intermediate layer, and a lid,
  • the substrate has a first channel and a second channel having a predetermined width and depth
  • the maximum depth of the third flow path is smaller than the minimum depth of the first flow path and the second flow path. that time,
  • the first flow path and the second flow path are arranged in parallel running
  • the third flow path is arranged in a form that runs parallel to the first flow path and the second flow path that run side by side.
  • the middle layer is the middle layer
  • the structure is made of a photosensitive modeling material selected from a group power consisting of a photoresist, a photocurable resin, a photosensitive glass, and a photosensitive polyimide.
  • the maximum width of the communication portion between the third flow path and the first flow path is narrower than the minimum width of the first flow path
  • the maximum width of the communication portion between the third flow path and the second flow path is narrower than the minimum width of the second flow path!
  • the present invention provides:
  • At least one of the filters uses a filter that works on the first embodiment of the present invention or a filter that works on the second embodiment of the present invention.
  • a chip is provided. Moreover,
  • At least one of the filters uses a filter that works on the first embodiment of the present invention or a filter that works on the second embodiment of the present invention.
  • the filter according to the third aspect of the present invention is:
  • the first intermediate layer has a first flow path having a predetermined width and depth
  • the second channel communicates with the first channel
  • the maximum width of the communication portion between the first flow path and the second flow path is narrower than the minimum width of the first flow path and narrower than the minimum width of the second flow path.
  • the first channel and the second channel are arranged in a parallel running manner.
  • Both the first intermediate layer and the second intermediate layer, or one of them, are both the first intermediate layer and the second intermediate layer, or one of them.
  • the structure is made of a photosensitive modeling material selected from a group power consisting of a photoresist, a photocurable resin, a photosensitive glass, and a photosensitive polyimide.
  • the filter according to the fourth aspect of the present invention is:
  • the substrate has a first flow path having a predetermined width and depth
  • the intermediate layer has a second flow path having a predetermined width and depth
  • the maximum width of the communication portion between the first flow path and the second flow path is narrower than the minimum width of the first flow path and narrower than the minimum width of the second flow path.
  • the first channel and the second channel are arranged in a parallel running manner.
  • the middle layer is the middle layer
  • the structure is made of a photosensitive modeling material selected from a group power consisting of a photoresist, a photocurable resin, a photosensitive glass, and a photosensitive polyimide.
  • the present invention is a chip having at least one filter as a component
  • At least one of the filters uses a filter that works on the third aspect of the present invention or a filter that works on the fourth form of the present invention.
  • a chip is provided. Moreover,
  • At least one of the filters uses a filter that works on the third aspect of the present invention or a filter that works on the fourth form of the present invention.
  • An apparatus is provided.
  • the present invention provides a filter manufacturing method that can be suitably applied to manufacture of the filter that works on the first embodiment of the present invention described above and the filter that works on the third embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a filter comprising a substrate, a first intermediate layer made of a first modeling material, a second intermediate layer made of a second modeling material, and a lid, Applying a first modeling material to
  • a photosensitive modeling material is employed as the first modeling material or the first modeling material, and the photosensitive modeling material is
  • the present invention provides a filter manufacturing method that can be suitably applied to the production of the filter that works according to the second embodiment of the present invention and the filter that works according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a filter comprising a substrate made of a plastic material, an intermediate layer made of a modeling material, and a lid,
  • the filter manufacturing method characterized by including.
  • UV ozone ashing oxygen plasma ashshinka
  • surface treatment operation that also selects the group power to be selected, the process of modifying the surface of the bonded surface
  • a configuration including a step of performing bonding using the modified surface can be suitably employed.
  • the first effect is that there are few filters using inexpensive materials and general processing means! This means that it can be manufactured at a lower cost.
  • FIG. 9 is a process diagram showing another method for manufacturing a filter structure that is effective in the first embodiment of the present invention.
  • Photosensitive molding materials including photoresist, photocurable resin, photosensitive glass and photosensitive polyimide can also be used, so it is possible to form a flow path with a simple process using photolithography.
  • It consists of a substrate, an intermediate layer, and a lid.
  • the intermediate layer has a third flow path
  • the maximum depth of the third channel is less than the minimum depth of the first channel and the second channel. ; ⁇
  • the thickness can be minimized, so the lid can be realized with an inexpensive resin film or the like, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the filter of the present invention includes:
  • the communication section between the first flow path and the communication section between the third flow path and the second flow path function as a filter, respectively, a filter capable of multi-stage filtration is inexpensive. Can be manufactured.
  • the filter of the present invention includes:
  • the second intermediate layer has a second flow path
  • the maximum width of the communication part of the first channel and the second channel is Narrower than the minimum width of the first flow path and the minimum width of the second flow path! Because the number of flow paths in the first intermediate layer can be reduced and the mounting area of the filter can be reduced, the filter The manufacturing cost of the chip containing can be reduced.
  • the filter of the present invention comprises:
  • the communication part of the flow path can be taken widely,
  • the filter efficiency is improved, as a result, the mounting area of the filter can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
  • the filter of the present invention comprises:
  • first intermediate layer There is a first intermediate layer and a second intermediate layer, one of which is
  • a flow path can be formed by a simple process using optical lithography
  • the manufacturing cost can be reduced because the photosensitive modeling material is also used with low force.
  • It consists of a substrate, an intermediate layer, and a lid.
  • the substrate has a first flow path
  • the intermediate layer has a second flow path
  • the second channel communicates with the first channel
  • the maximum width of the communication part of the first channel and the second channel is
  • the filter of the present invention comprises:
  • the communication part of the flow path can be taken widely, Since the filter efficiency is improved, as a result, the mounting area of the filter can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
  • the method for producing the filter of the present invention includes:
  • the method for producing the filter of the present invention includes:
  • the flow path can be formed by a general manufacturing facility without using an expensive apparatus such as dry etching, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the method for producing the filter of the present invention includes:
  • the substrate and the flow path on the substrate are shaped by inexpensive manufacturing means including injection molding and embossing. Manufacturing cost can be reduced.
  • the method for producing the filter of the present invention includes:
  • the flow path can be formed by a general manufacturing facility without using an expensive apparatus such as dry etching, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the method for producing the filter of the present invention includes:
  • FIG. 1 is a structural example of a chip incorporating the conventional filter described in Patent Document 3.
  • (a) is a plan view
  • (b) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ on the plan view.
  • the white portions are grooves or dents carved into the substrate 100.
  • the conventional filter 006 indicates a rectangular area surrounded by a dotted line in the plan view (a) of FIG. 1, and is combined with other members such as the guide channel 005, the liquid reservoirs 002 to 004, and the sample inlet 001 on the chip. Used.
  • This chip is used as follows. In the liquid reservoir 004, a reagent that develops color by reacting with a plasma component such as blood glucose is dried and set in advance.
  • the conventional filter 006 includes two flow paths 110 that are dug in the substrate 100, a partition wall 111 that separates them, a cover 103 that covers the substrate, and a vertical gap 112 between the upper end of the partition wall 111 and the cover 103. There is also power.
  • the substrate 100 and the lid 103 are hard materials that have a small coefficient of thermal expansion and can be easily processed, such as silicon, quartz, glass, hard resin (polycarbonate, acrylic, epoxy, polystyrene, etc.), metal (gold, platinum, stainless steel). , Aluminum alloy, brass, etc.). Since the partition wall 111 is formed to be slightly recessed with the other upper end force of the substrate, a vertical gap 112 corresponding to the recessed portion is formed between the partition wall 111 and the cover 103.
  • the filter function has a larger object force than the vertical gap 112 and cannot move from one flow path 110 to the other flow path 110, and smaller than the vertical gap 112, the object can move to the other flow path 110. It is realized from that.
  • the width and depth of the channel 110, the width of the partition wall 111 and the size of the vertical gap 112 are selected according to the size of the sample component to be separated.
  • the width of the channel 110 is about 50 to: LOO / z m depth is about 20 to 50 111, and the width of the partition wall 111 is about 10 to 50 / ⁇ ⁇ .
  • the vertical gap 112 is limited to 1.8 m in order to restrict the passage of disk-shaped red blood cells with a diameter of about 8 m and a thickness of about 3 ⁇ m, and allow the passage of liquid components.
  • the filter is currently processed by dry etching. In order to realize the conventional filter 006, at least 15 steps as shown in FIG. 2 are required. In the case of using the substrate 100 that also has silicon power and the lid 103 that also has the lettuce glass power,
  • An oxide film 200 of about 200 nm is provided by a method such as thermal oxidation for partial etching corresponding to the recessed portion of the partition wall 111.
  • an oxide film 200 having a thickness of about 200 nm is provided as in step 2).
  • the exposed silicon surface is dry etched or wet etched to form the channel 110.
  • the processing method using dry etching requires many steps as described above, and the dry etching apparatus itself is expensive, which increases the manufacturing cost of the filter.
  • the following embodiment of the present invention solves this problem by changing the structure of the filter and the manufacturing process.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the first embodiment of the present invention.
  • the first embodiment of the present invention comprises a substrate 100, a first intermediate layer 120 provided thereon, a second intermediate layer 121 provided on the first intermediate layer 120, and a lid 103.
  • the flow path 110 is formed as two grooves in which a part of the first intermediate layer 120 is removed by patterning, and the partition wall 111 is not removed between the two flow paths 110 and remains in the first intermediate layer 120.
  • the upper flow path 114 is formed by being removed by noting.
  • the gap 112 is formed as a gap between the upper end of the partition wall 111 and the lid 103, the size thereof is equal to the thickness of the second intermediate layer 121.
  • the filter function is such that the object to be filtered cannot pass through the gap between the upper end of the partition wall 111 and the lid 103. Has been achieved.
  • the soluble component dissolved in the liquid component passes through the third flow path, that is, the gap between the upper end of the partition wall 111 and the lid 103, for example, from the first flow path to the second flow. Transition to the road.
  • the vertical gap 112; h in the gap between the upper end of the partition wall 111 and the lid 103 is the external size of the object to be filtered; L (vertical), W (horizontal), thickness (T) (however, L ⁇ W ⁇ T>), and at least satisfy L ⁇ W ⁇ T> h.
  • L vertical
  • W horizontal
  • T thickness
  • h L ⁇ W ⁇ T> S with respect to the minimum thickness (S) of the outer shape after deformation.
  • the width (W2) of the upper end portion of the partition wall 111 is preferably selected in the range of W2 ⁇ h with respect to the vertical gap 112; h in consideration of processing accuracy.
  • the liquid component passes through the third flow path, that is, the gap between the upper end of the partition wall 111 and the lid 103, for example, by capillary action, the liquid component is wetted with respect to the upper end surface of the partition wall 111.
  • the sex index, that is, the contact angle ⁇ 1 is preferably at least in the range of 90 °> ⁇ 1, for example, 70 ° ⁇ 1.
  • the wettability index of the liquid component to the back surface of the lid 103 that is, the contact angle ⁇ 2 is at least 90 °> 0 2, for example, 70 ° ⁇ A range of 0 2 is preferred.
  • the material of the first intermediate layer 120 that constitutes the upper end surface of the partition wall 111 there is a material whose wettability index with respect to the liquid component, that is, the contact angle ⁇ 1 satisfies the above conditions. It can be suitably used.
  • a material constituting the back surface of the lid 103 a material that satisfies the above-mentioned conditions for the wettability index with respect to the liquid component, that is, the contact angle ⁇ 2, can be suitably used.
  • the horizontal gap 113 on the left side of FIG. 8 can be formed larger than the component 2
  • the right horizontal gap 113 can be formed larger than the component 3 smaller than the component 2.

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Abstract

 本発明は、フィルタ特性を決定する隙間の作製精度を保持した上で、安価な材料と、一般的な加工手段を用いて、少ない工程で、より安価に製造できるフィルタ構造とその製造方法を提供する。本発明にかかるフィルタ構造は、基板と、第一の中間層と、第二の中間層と、フタとで構成され、第一の中間層は、所定の幅と深さを有する第一の流路と第二の流路を有し、第二の中間層は、所定の幅と深さを有する第三の流路を有し、第三の流路は、第一の流路と第二の流路とに連通し、第三の流路の最大深さは、第一の流路および第二の流路の最小深さより小さい構造を有する。そのため、第二の中間層の厚さを利用して、フィルタ特性を決定する隙間の作製精度を高く維持できる。

Description

明 細 書
フィルタおよびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、血漿、細胞等を分離するためのフィルタとその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、チップ上に設けられた微小な構造物を利用して、タンパク質、核酸などの生 体成分を分析する手段、「マイクロ分析システム」(非特許文献 1 : Micro Total Analy sis Systems 2002, Baba Y. , Shoji、 S. , and van den Berg, A. eds. Kluwer Academic Press, London (2002) (マイクロトータルアナリシスシステムズ 、馬場、庄司、ファン'デン バーグ編、タリュヮー アカデミック プレス、 2002) )が開 発されている。この手法では、分析に用いる試料は微量で済み、また、用いる試薬も 僅かな量で十分である。さらに、分析自体に要する時間も短縮されるため、短時間の うちに分析結果を得る目的に適する手法である。すなわち、この「マイクロ分析システ ム」の手法を、医療における分析、例えば、血液生化学検査に利用すれば、分析に 要する血液は微量であるので、血液採取に伴う患者への侵襲が少ない。また、診断 に利用可能な検査結果が迅速に得られるようになると、患者の診療の効率化に大き な貢献を与えることが期待されて 、る。
[0003] 血液生化学検査では、血液の液体成分、すなわち、血漿に含まれる各種の物質濃 度を測定する。検査に先だって、採取された血液サンプルから、血漿を分離する必 要がある。血液サンプルから、「マイクロ分析システム」の検査対象である血漿のみを 分離するために幾つかのフィルタが考案されてきた。固形成分が混在する液サンプ ル中から、液中に溶解している化学成分など可溶性画分のフィルタ分離には、通常、 透析膜や多孔質膜が利用される。しかしながら、「マイクロ分析システム」で利用され る、チップ上の微細な流路中に、透析膜や多孔質膜として機能する薄膜を作り込む ことは困難であった。
[0004] 特許文献 1:特開 2000— 262871号公報には、光硬化性榭脂を利用して、流路と 多孔質体とを一体成形したフィルタが開示されている。特許文献 1:特開 2000— 26 2871号公報に開示されるフィルタは、 1本の流路の途中に隔壁を設け、その隔壁に 多数の溝を形成しておくことでフィルタ機能を実現している。さらに、この隔壁を流路 の長手方向に作ることで分離面積を増カロさせて 、る。
[0005] 特許文献 2 :特開 2002— 239317号公報には、隔壁に代えて、 1本の流路の途中 にミクロな柱状物を並べ、柱状物相互の隙間を利用して、濾過を行うフィルタが開示 されている。特許文献 2 :特開 2002— 239317号公報のフィルタでは、榭脂よりも機 械強度の高 、シリコンなどの基板を利用することで、ドライエッチング等の微細加工 技術を利用して、さらに微小な濾過間隙と、高い機械的強度を有するフィルタを実現 している。
[0006] 特許文献 3 :特開 2004— 42012号公報には、基板上に形成されている 2本の流路 間に設けた土手状の隔壁と、この基板上を覆う蓋との間隙を利用して、濾過を行うフ ィルタが記載されている。特許文献 3のフィルタは、多数の溝や柱状物などの微細構 造を利用していないため、さらに高い機械的強度が保てる。さらに、濾過フィルタ部 は、 2本の流路で構成されているため、この 2本の流路間において、対向流を利用す ることにより、濾過効率を向上させることも可能である。特に、多数の溝や柱状物など の微細構造と異なり、 2本の流路間に設けた土手状の隔壁自体は、構造が単純なた め、歩留まりよく生産できる。
非特許文献 1 : Micro Total Analysis Systems 2002, Baba Y. , Shoji、 S. , a nd van den Berg, A. eds. Kluwer Academic Press、 London (2002) (マ イク口トータルアナリシスシステムズ、馬場、庄司、ファン ·デン バーグ編、タリュヮー アカデ ック プレス、 2002)
特許文献 1:特開 2000— 262871号公報
特許文献 2 :特開 2002— 239317号公報
特許文献 3 :特開 2004— 42012号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] し力しながら、この特許文献 3に開示されたフィルタにも、さらに改良を図るべき、幾 つかの課題がある。 [0008] 広い範囲への利用を図る上において、最大の問題点は、特開 2004— 42012号公 報 (特許文献 3)に開示されたフィルタの製造単価が割高になることである。臨床検査 など、各患者力も採取される試料の検査に使用されるチップは、原則的に、使い捨て される。従って、できる限り安価に製造できるフィルタであることが望ましい。製造単価 が割高となる主な要因は、特許文献 3に開示されたフィルタの構造上の主要部である 、 2本の流路間に設けた土手状の隔壁構造の形成に、なお複雑な製造工程を要す ることにある。すなわち、血液サンプル中から、血漿を分離するフィルタは、固形成分 である、血球を通さず、液体成分だけを通す「微小間隙」が必要である。特開 2004 —42012号公報 (特許文献 3)に開示されたフィルタでは、 2本の流路間に設けた土 手状の隔壁と、蓋との隙間が、この微小間隙に相当し、この微小隙間を高いサイズ精 度で製造する際、複雑な工程が必要となっていた。例えば、血漿分離の場合、微小 隙間の間隙サイズは、血球のサイズ (例えば、赤血球の最小径は 3 mである)よりも 小さくすることで、フィルタとしての機能が発揮される。一方、微小隙間の間隙サイズ 力 、さすぎると、濾過効率が低下して、実用的でなくなってしまう。その二つの制約を 考慮して、フィルタとしての機能を維持しつつ、可能な限り大きなサイズとなるように、 微小隙間の間隙サイズを設計するが、この設計サイズを高精度に (例えば、縦 (隙間 高さ) 1. 8 ^ πι±0.: m、横(隙間の幅) 3. 6 ^ πι±0.: L m程度)製造する必要 がある。
[0009] この微小間隙を、シリコン等の強度のある基板を加工して製造する場合、ガスエツ チング装置などの高価な製造設備を用いて、力!]えて、所望の深さを有する段差構造 を形成するため、複数段階の工程を経る必要があった。この微小間隙は、特許文献 1のフィルタのように、光硬化性榭脂等の光感受性造形材料を利用し、フォトリソダラ フィ一法を適用して、ステップ露光法により成形して製造することも可能ではある。そ の場合、高い位置分解能を有する露光が必要となり、ステッパー等の高額な露光装 置を使用することが必要となる。すなわち、一般のコンタクト露光装置では、 10 m以 下の構造を精度良く製造することは困難である。特開 2004— 286449号公報 (特許 文献 4)には、厚膜レジストを利用して、フォトリソグラフィ一法で流路を一体成形する 方法が開示されているが、高いサイズ分解能を必要とするため、短波長のエキシマ 一'レーザーを利用する高価な露光装置が必要になる。また、特開 2004— 148519 号公報 (特許文献 5)には、微細な流路形状をもつ金型を製作し、この高い加工精度 の金型を利用して射出成形するチップの製造方法が開示されている。しかし、金型 自体の加工精度は高精度であっても、一般的な射出成形装置では、やはり 10 /z m 以下の微細な構造を忠実に転写することは困難である。そのため、血漿分離用フィ ルタに必要とされる、サブミクロンのサイズ精度を有する射出成形体を製造する上で は、特殊な射出成形装置が不可欠であり、その装置コストは高いものとなる。
[0010] 本発明の目的は、安価な材料と、一般的な加工手段を用いて、少ない工程で、より 安価に製造できるフィルタ構造とその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明の第一の形態に力かるフィルタは、
基板と、第一の中間層と、第二の中間層と、フタとで構成され、
第一の中間層は、所定の幅と深さを有する第一の流路と第二の流路を有し、 第二の中間層は、所定の幅と深さを有する第三の流路を有し、
第三の流路は、第一の流路と第二の流路とに連通し、
第三の流路の最大深さは、第一の流路および第二の流路の最小深さより小さい ことを特徴とするフィルタである。その際、
第一の流路と第二の流路は、併走する形態で配置され、
第三の流路は、併走する第一の流路と第二の流路に対して、併走する形態で配置 される。
[0012] なお、本発明の第一の形態に力かるフィルタでは、
第一の中間層と第二の中間層の双方、あるいはその一方は、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドからなる群力 選択さ れる感光性造形材料で形成されて ヽる構成とすることが好ま ヽ。
[0013] 本発明の第二の形態に力かるフィルタは、
基板と、中間層と、フタとで構成され、
基板は、所定の幅と深さを有する第一の流路と第二の流路を有し、
中間層は、所定の幅と深さを有する第三の流路を有し、 第三の流路は、第一の流路と第二の流路とに連通し、
第三の流路の最大深さは、第一の流路および第二の流路の最小深さより小さい ことを特徴とするフィルタである。その際、
第一の流路と第二の流路は、併走する形態で配置され、
第三の流路は、併走する第一の流路と第二の流路に対して、併走する形態で配置 される。
[0014] なお、本発明の第二の形態に力かるフィルタでは、
中間層は、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドからなる群力 選択さ れる感光性造形材料で形成されて ヽる構成とすることが好ま ヽ。
[0015] 上述する本発明の第一の形態に力かるフィルタ、ならびに、本発明の第二の形態 にカ^^るフイノレタ〖こお 、ては、
第三の流路と第一の流路との連通部分の最大幅は、第一の流路の最小幅より狭く 、かつ
第三の流路と第二の流路との連通部分の最大幅は、第二の流路の最小幅よりも狭!、 連結部の構造を採用する。
[0016] また、本発明の第一の形態に力かるフィルタ、ならびに、本発明の第二の形態にか 力るフィルタの発明に付随して、
「マイクロ分析システム」で利用されるチップの発明として、本発明は、
構成要素に、少なくとも 1つのフィルタを有するチップであって、
該フィルタの少なくとも 1つ以上に、上述の本発明の第一の形態に力かるフィルタ、ま たは、本発明の第二の形態に力かるフィルタを用いている
ことを特徴とするチップを提供する。さらには、
「マイクロ分析システム」自体を構成する装置の発明として、
構成要素に、少なくとも 1つのフィルタを有する装置であって、
該フィルタの少なくとも 1つ以上に、上述の本発明の第一の形態に力かるフィルタ、ま たは、本発明の第二の形態に力かるフィルタを用いている
ことを特徴とする装置を提供する。 [0017] 一方、本発明の第三の形態に力かるフィルタは、
基板と、第一の中間層と、第二の中間層と、フタとからなり、
第一の中間層は、所定の幅と深さを有する第一の流路を有し、
第二の中間層は、所定の幅と深さを有する第二の流路を有し、
第二の流路は、第一の流路に連通し、
第一の流路と第二の流路の連通部分の最大幅は、第一の流路の最小幅より狭ぐか つ、第二の流路の最小幅よりも狭い
ことを特徴とするフィルタである。その際、
第一の流路と第二の流路は、併走する形態で配置されて!、る。
[0018] なお、本発明の第三の形態に力かるフィルタでは、
第一の中間層と第二の中間層の双方、あるいはその一方は、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドからなる群力 選択さ れる感光性造形材料で形成されて ヽる構成とすることが好ま ヽ。
[0019] 本発明の第四の形態に力かるフィルタは、
基板と、中間層と、フタとからなり、
基板は、所定の幅と深さを有する第一の流路を有し、
中間層は、所定の幅と深さを有する第二の流路を有し、
第二の流路は、第一の流路に連通し、
第一の流路と第二の流路の連通部分の最大幅は、第一の流路の最小幅より狭ぐか つ、第二の流路の最小幅よりも狭い
ことを特徴とするフィルタである。その際、
第一の流路と第二の流路は、併走する形態で配置されて!、る。
[0020] なお、本発明の第四の形態に力かるフィルタでは、
中間層は、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドからなる群力 選択さ れる感光性造形材料で形成されて ヽる構成とすることが好ま ヽ。
[0021] また、本発明の第三の形態に力かるフィルタ、ならびに、本発明の第四の形態にか 力るフィルタの発明に付随して、 「マイクロ分析システム」で利用されるチップの発明として、本発明は、 構成要素に、少なくとも 1つのフィルタを有するチップであって、
該フィルタの少なくとも 1つ以上に、上述の本発明の第三の形態に力かるフィルタ、ま たは、本発明の第四の形態に力かるフィルタを用いている
ことを特徴とするチップを提供する。さらには、
「マイクロ分析システム」自体を構成する装置の発明として、
構成要素に、少なくとも 1つのフィルタを有する装置であって、
該フィルタの少なくとも 1つ以上に、上述の本発明の第三の形態に力かるフィルタ、ま たは、本発明の第四の形態に力かるフィルタを用いている
ことを特徴とする装置を提供する。
[0022] さらに、本発明は、上述する本発明の第一の形態に力かるフィルタ、ならびに、本 発明の第三の形態に力かるフィルタの製造に、好適に適用可能なフィルタの製造方 法の発明を提供しており、
すなわち、本発明の第一の形態、ならびに、本発明の第三の形態に力かるフィルタ の製造方法の発明は、
基板と、第一の造形造形材料からなる第一の中間層と、第二の造形造形材料から なる第二の中間層と、フタとで構成されるフィルタを製造する方法であって、 基板上に第一の造形材料を塗布する工程と、
第一の造形材料に流路を形成する工程と、
フタ上に第二の造形材料を塗布する工程と、
第二の造形材料に流路を形成する工程と、
流路が形成された第一の造形材料の表面と、
流路が形成された第二の造形材料の表面とを張り合わせる工程と、
を含む
ことを特徴とするフィルタの製造方法である。
[0023] その際、
第一の造形材料に流路を形成する工程と、第二の造形材料に流路を形成するェ 程の双方、あるいはその一方の工程は、 第一の造形材料または第一の造形材料として、感光性造形材料を採用し、 該感光性造形材料に対する
露光する工程と現像する工程とを含む形態を選択することが好ましい。
[0024] さらに、本発明は、上述する本発明の第二の形態に力かるフィルタ、ならびに、本 発明の第四の形態に力かるフィルタの製造に、好適に適用可能なフィルタの製造方 法の発明を提供しており、
すなわち、本発明の第二の形態、ならびに、本発明の第四の形態に力かるフィルタ の製造方法の発明は、
可塑性材料カゝらなる基板と、造形材料からなる中間層と、フタとで構成されるフィル タを製造する方法であって、
可塑性材料からなる基板上に金型を用いて流路を形成する工程と、
フタ上に造形材料を塗布する工程と、
造形材料に流路を形成する工程と、
流路が形成された基板の表面と、
流路が形成された造形材料の表面とを張り合わせる工程と、
を含むことを特徴とするフィルタの製造方法である。
[0025] その際、
造形材料に流路を形成する工程は、
造形材料として、感光性造形材料を採用し、
該感光性造形材料に対する
露光する工程と現像する工程とを含む形態を選択することが好ましい。
[0026] また、上に述べた構成を有する本発明にかかるフィルタの製造方法では、
張り合わせの工程は、
張り合わせ前に、張り合わせ面に対して、
UVオゾンアツシング、酸素プラズマアツシンダカもなる群力も選択される表面処理操 作を施し、張り合わせ面の表面を改質する工程と、
該改質表面を利用して、張り合わせを行う工程とを含む構成を好適に採用することが できる。 発明の効果
[0027] 第 1の効果は、フィルタを、安価な材料と、一般的な加工手段を用いて、少な!/ヽェ 程で、より安価に製造できることである。
[0028] 第 2の効果は、安価な材料と、一般的な加工手段を用いて、少ない工程で、多段階 の濾過を実現するフィルタ力 より安価に製造できることである。
図面の簡単な説明
[0029] [図 1]図 1は、従来のフィルタ構造を模式的に示す平面図と断面図である。
[図 2]図 2は、従来のフィルタの製造方法を示す工程図である。
[図 3]図 3は、本発明の第一の実施の形態に力かるフィルタ構造を模式的に示す断 面図である。
[図 4]図 4は、本発明の第一の実施の形態に力かるフィルタ構造の製造方法を示す 工程図である。
[図 5]図 5は、本発明の第二の実施の形態に力かるフィルタ構造を模式的に示す断 面図である。
[図 6]図 6は、本発明の第二の実施の形態に力かるフィルタ構造の製造方法を示す 工程図である。
[図 7]図 7は、本発明の第三の実施の形態に力かるフィルタ構造を模式的に示す断 面図である。
[図 8]図 8は、本発明の第四の実施の形態に力かるフィルタ構造を模式的に示す断 面図である。
[図 9]図 9は、本発明の第一の実施の形態に力かるフィルタ構造の、他の製造方法を 示す工程図である。
[図 10]図 10は、本発明の第二の実施の形態に力かるフィルタ構造の、他の実施態様 を模式的に示す断面図である。
[図 11]図 11は、本発明にかかる、第一の実施例のフィルタ構造を模式的に示す平面 図である。
[図 12]図 12は、本発明にかかる、第一の実施例において作製されたフィルタ構造の 顕微鏡観察結果を示すイメージ 'プリントアウトである。 [図 13]図 13は、本発明にかかる、第一の実施例において作製されたフィルタ構造中 、第一中間層に形成される二本の流路に対して、一方の流路に水を導入した結果を 示す、顕微鏡観察結果を示すイメージ 'プリントアウトである。
[図 14]図 14は、本発明にかかる、第一の実施例において作製されたフィルタ構造中 、第一中間層に形成される二本の流路に対して、一方の流路に界面活性剤を含む 水を導入した結果を示す、顕微鏡観察結果を示すイメージ 'プリントアウトである。
[0030] なお、図中に示す各符号は、それぞれ、下記の意味を有する。
[0031] 001…試料導入口
002···液溜め
003···液溜め
004···液溜め
005···誘導流路
006···従来のフィルタ
100…基板
103· "フタ
110···流路
111···堤防部 (流路間の隔壁)
112·· '垂直隙間(間隙の高さ)
113···横間隙 (間隙の幅)
114···上部流路
120···第一中間層
121···第二中間層
200…酸化膜
210…レジスト
300…定盤
発明を実施するための最良の形態
[0032] 本発明のフィルタは、
基板と、第一の中間層と、第二の中間層と、フタとからなり、 第一の中間層は、第一の流路と、第二の流路を有し、
第二の中間層は、第三の流路を有し、
第三の流路は、第一の流路と第二の流路とに連通し、
第三の流路の最大深さは、第一の流路および第二の流路の最小深さよりも小さくす ること;^ら、
基板およびフタに流路を掘る必要がなぐ基板およびフタの厚さは最小限で良いた め、
安価な榭脂フィルム等で基板およびフタが実現でき、
製造コストを安くすることができる。
[0033] また、本発明のフィルタは、
第一の流路と、第二の流路と、第三の流路が併走することから、
第一の流路と第三の流路の連通部分、第二の流路と第三の流路の連通部分を広く とることができ、濾過効率が向上するため、結果的にフィルタの実装面積を小さくして 製造コストを安くすることができる。
[0034] また、本発明のフィルタは、
第一の中間層と第二の中間層、あるいはその一方が、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドを含む感光性造形材 料力もなることから、光リソグラフィーを用いて簡単な工程で流路を形成することがで さ、
しかも安価な感光性造形材料を利用するので、
製造コストを安くすることができる。
[0035] さらに、
本発明のフィルタは、
基板と、中間層と、フタとからなり、
基板は、第一の流路と、第二の流路を有し、
中間層は、第三の流路を有し、
第三の流路は、第一の流路と第二の流路とに連通し、
第三の流路の最大深さは、第一の流路および第二の流路の最小深さよりも小さくす ること;^ら、
フタに流路を掘る必要がなぐその厚さは最小限で良いため安価な榭脂フィルム等で フタが実現でき、製造コストを安くすることができる。
[0036] また、本発明のフィルタは、
第一の流路と、第二の流路と、第三の流路が併走することから、
第一の流路と第三の流路の連通部分、第二の流路と第三の流路の連通部分を広く とることができ、濾過効率が向上するため、結果的にフィルタの実装面積を小さくして 製造コストを安くすることができる。
[0037] また、本発明のフィルタは、
中間層が、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドを含む感光性造形材 料力もなることから、
光リソグラフィーを用いて簡単な工程で流路を形成することができ、
しかも安価な感光性造形材料を利用するので、
製造コストを安くすることができる。
[0038] さらに、本発明のフィルタは、
第三の流路と、第一の流路との連通部分の最大幅、
および第三の流路と第二の流路との連通部分の最大幅が、
第一の流路の最小幅および、第二の流路の最小幅よりも狭!、ことから、
第三の流路と、第一の流路との連通部分と、第三の流路と第二の流路との連通部分 がそれぞれフィルタとして機能するため、多段階のろ過ができるフィルタを安価に製 造することができる。
[0039] さらに、本発明のフィルタは、
基板と、第一の中間層と、第二の中間層と、フタとからなり、
第一の中間層は、第一の流路を有し、
第二の中間層は、第二の流路を有し、
第二の流路は、第一の流路に連通し、
第一の流路と第二の流路の連通部分の最大幅は、 第一の流路の最小幅、および第二の流路の最小幅よりも狭!、ことから、 第一中間層の流路の本数が減ってフィルタの実装面積を小さくすることができるため フィルタを含むチップの製造コストが安くできる。
[0040] また、本発明のフィルタは、
第一の流路と第二の流路が併走することから、
流路の連通部分を広くとることができ、
フィルタ効率が向上するため、結果的にフィルタの実装面積を小さくして製造コストを 安くすることができる。
[0041] また、本発明のフィルタは、
第一の中間層および第二の中間層、ある!/、はその一方が
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドを含む感光性造形材 料力もなることから、
光リソグラフィーを用いて簡単な工程で流路を形成することができ、
し力も安価な感光性造形材料を利用するので、製造コストを安くすることができる。
[0042] さらに、本発明のフィルタは、
基板と、中間層と、フタとからなり、
基板は、第一の流路を有し、
中間層は、第二の流路を有し、
第二の流路は、第一の流路に連通し、
第一の流路と第二の流路の連通部分の最大幅は、
第一の流路の最小幅、および第二の流路の最小幅よりも狭!、ことから、
第一中間層の流路の本数が減ってフィルタの実装面積を小さくすることができるため フィルタを含むチップの製造コストが安くできる。
[0043] また、本発明のフィルタは、
第一の流路と第二の流路が併走することから、
流路の連通部分を広くとることができ、 フィルタ効率が向上するため、結果的にフィルタの実装面積を小さくして製造コストを 安くすることができる。
[0044] そして、本発明のフィルタの製造方法は、
基板上に第一の造形材料を塗布する工程と、
第一の造形材料に流路を形成する工程と、
フタ上に第二の造形材料を塗布する工程と、
第二の造形材料に流路を形成する工程と、
流路が形成された第一の造形材料の表面と、
流路が形成された第二の造形材料の表面とを張り合わせる工程と、
を含むことから、
第一の造形材料に形成された流路と第二の造形材料に形成された流路の位置関係 を張り合わせの際の位置合わせで自由に選ぶことができるため、同一のマスクで異な る濾過サイズを持つフィルタを製造することができるため、特に多品種のフィルタを生 産する場合に、製造コストを安くすることができる。
[0045] また、本発明のフィルタの製造方法は、
第一の造形材料と第二の造形材料に流路を形成する工程、
あるいはその一方に流路を形成する工程が、
露光する工程と現像する工程とを含むことから、
ドライエッチング等の高価な装置を用いることなぐ一般的な製造設備で流路が形成 でき、製造コストを安くすることができる。
[0046] さらに、本発明のフィルタの製造方法は、
可塑性材料からなる基板上に金型を用いて流路を形成する工程と、
フタ上に造形材料を塗布する工程と、
造形材料に流路を形成する工程と、
流路が形成された基板の表面と、
流路が形成された造形材料の表面とを張り合わせる工程と、
を含むことから、
射出成形、エンボス加工を含む安価な製造手段によって基板と基板上の流路が形 成できるため、製造コストを安くすることができる。
[0047] また、本発明のフィルタの製造方法は、
造形材料に流路を形成する工程が、
露光する工程と現像する工程とを含むことから、
ドライエッチング等の高価な装置を用いることなぐ一般的な製造設備で流路が形成 でき、製造コストを安くすることができる。
[0048] さらに、本発明のフィルタの製造方法は、
張り合わせの工程が、
張り合わせ前に、張り合わせ面を、
UVオゾンアツシング、酸素プラズマアツシングを含む表面処理操作で改質して張り 合わせる工程を含むことから、
接着材をパターユングして貼り付ける必要がなぐ張り合わせの際に加熱する必要が なぐ UVオゾンアツシング装置、酸素プラズマアツシング装置等の安価な製造装置を 用いて製造できることから、製造コストを安くすることができる。
[0049] 本発明の実施の形態について、図面を参照してより詳細に説明する。
[0050] まず、従来例のフィルタが有している問題点を、より具体的に説明し、次いで、本発 明のフィルタに関して、実施の形態を挙げて、その構成と効果を説明する。
[0051] 図 1は、特許文献 3に記載の従来型フィルタを組み込んだチップの構造例である。 ( a)は平面図、(b)は平面図上の A— A'の断面図である。(a)において、白抜きの部 分は基板 100に彫り込まれた溝あるいは凹みである。従来のフィルタ 006は、図 1の 平面図(a)において点線で囲まれた矩形領域を指し、チップ上で誘導流路 005、液 溜め 002〜004、試料導入口 001などの他の部材と組み合わせて使われる。このチ ップは、次のように用いる。液溜め 004には、予め、血漿の成分例えば血糖と反応し て発色する試薬を乾燥してセットしておく。試料導入口 001に血液を導入すると、血 液が液溜め 002へ向かって流れ、右側の流路を満たす。液溜め 003にバッファーを 導入すると、隔壁 111を通して血漿が反対側の流路へ抽出され血糖を含んだバッフ ァ一が液溜め 004に到達して発色するので、この発色を光学的に測定することで血 糖濃度を推定する。 [0052] 従来のフィルタ 006は、基板 100に掘られた併走する 2本の流路 110と、それを隔 てる隔壁 111、基板を覆うフタ 103、隔壁 111の上端とフタ 103との垂直隙間 112と 力もなつている。基板 100とフタ 103とは、熱膨張係数が小さく加工が容易な硬質材 料、例えば、シリコン、石英、ガラス、硬質榭脂(ポリカーボネート、アクリル、エポキシ 、ポリスチレン等)、金属 (金、白金、ステンレス、アルミニウム合金、真鍮等)が利用さ れる。隔壁 111は、基板の他の上端力 僅かに凹んで形成されているため、フタ 103 との間に凹んだ分だけの垂直隙間 112が形成される。フィルタ機能は、この垂直隙間 112よりも大きい物体力 一方の流路 110から他方の流路 110へと移動できず、垂直 隙間 112よりも小さ 、物体は、他方の流路 110へと移動可能なことから実現される。
[0053] 流路 110の幅と深さ、隔壁 111の幅と垂直隙間 112のサイズは、分離したい試料成 分の大きさに応じて選ぶ。血漿分離の場合、流路 110の幅は約 50〜: LOO /z m 深さ は約20〜50 111、隔壁 111の幅は約 10〜50 /ζ πιとする。垂直隙間 112は、直径約 8 m、厚さ約 3 μ mの円盤状をした赤血球の通過を制限し、液体成分の通過を許す ために、 1. 8 mに制限される。これは、赤血球が変形しても垂直隙間 112を通過で きな 、サイズでありながら、液体成分ができるだけ多く通過するために選ばれた幅で あり、大きすぎても小さすぎてもいけない。そのため、基板上端力もの凹みを最大でも 士 lOOnmの精度で加工する必要がある。
[0054] ウエットエッチングその他の加工方法では、このような精度を安定に実現することは 困難であり、歩留まりが極めて悪くなる。そのためフィルタは現状、ドライエッチングで 加工される。従来のフィルタ 006を実現するには、図 2に示すような、少なくとも 15段 階の工程が必要である。シリコン力も成る基板 100と、ノィレタスガラス力もなるフタ 1 03を利用する場合について説明すると、
まず、
1)シリコン基板表面を洗浄し、
2)隔壁 111の凹み部分に相当する部分エッチングのために、熱酸化等の方法により 200nm程度の酸ィ匕膜 200を設ける。
3)酸化膜の表面にパターユングのためのフォトレジスト 210を数 mコートし、プレべ ークしておく。 4)フォトマスク等を用いて、フォトレジストの一部を露光し、現像することで、酸化膜の 一部を露出させ、
5)酸ィ匕膜をフッ酸によりエッチングして、シリコン面を露出させる。
6)次ぎに、フォトマスクをアセトン洗浄等により除去した後、
7)ドライエッチングにより、露出したシリコン面を、厚さ 1. 8 /z mだけエッチング除去す る。
8)フッ酸で酸ィ匕膜を除去する。
9)流路 110の部分をエッチングするため、工程 2)と同じく 200nm程度の酸ィ匕膜 200 を設ける。
10)先と同じくフォトレジストをコーティングし、
11)流路 110部分をパターユングして、酸ィ匕膜 200の一部を露出させ、
12)露出した部分の酸ィ匕膜をフッ酸でエッチングして除去し、シリコン面を露出させる
13)フォトレジストを除去した後、露出したシリコン面をドライエッチング、もしくはゥェッ トエッチングして、流路 110を形成する。
14)残った酸化膜をフッ酸で除去し、
15)最後に、フタ 103を基板表面に静電接合する。
ドライエッチングを利用する加工方法では、このように多くの工程が必要であり、ドライ エッチング装置自体が高価であることもあって、フィルタの製造単価が高くなつてしま
[0055] 次に示す本発明の実施の形態は、フィルタの構造、および製造工程を変更すること で、この問題を解決するものである。
[0056] 図 3は、本発明の第一の実施の形態を示す断面図である。本発明の第一の実施の 形態は、基板 100と、その上に設けられた第一中間層 120、第一中間層 120の上に 設けられた第二中間層 121、そしてフタ 103とから成る。流路 110は第一中間層 120 の一部がパターユングにより除去された 2本の溝として形成され、隔壁 111は 2本の 流路 110の間で除去されずに残った第一中間層 120の一部として形成される。第二 中間層 121には、上部流路 114が、ノターユングにより除去されて形成される。垂直 間隙 112は、隔壁 111の上端とフタ 103との隙間として形成されるため、そのサイズ は第二中間層 121の厚さに等しい。
[0057] 図 3に示す本発明の第一の実施形態においては、そのフィルタ機能は、隔壁 111 の上端とフタ 103との隙間を、濾別すべき対象が通過できない構成とすることによつ て達成されている。一方、液成分中に溶解している可溶性成分は、第三の流路、す なわち、隔壁 111の上端とフタ 103との隙間を通過し、例えば、第一の流路から第二 の流路へと移行する。従って、隔壁 111の上端とフタ 103との隙間における、垂直間 隙 112 ;hは、前記濾別すべき対象の外形サイズ; L (縦)、 W (横)、厚さ (T) (但し、 L ≥W≥Tとする)に対して、少なくとも、 L≥W≥T>hを満足するように選択する。例 えば、濾別すべき対象は、赤血球のとうに変形可能な場合、その変形後の外形サイ ズの最小厚さ(S)に対して、垂直間隙 112 ;hは、 L≥W≥T>S >hを満足するように 選択する。隔壁 111の上端部の幅 (W2)は、加工精度を考慮すると、垂直間隙 112 ; hに対して、 W2≥hの範囲に選択することが望ましい。
[0058] 一方、液成分は、例えば、毛管現象によって、第三の流路、すなわち、隔壁 111の 上端とフタ 103との隙間を通過する上では、隔壁 111の上端面に対する該液成分の 濡れ性の指標、すなわち、接触角 θ 1は、少なくとも、 90° > Θ 1、例えば、 70° ≥ θ 1の範囲であることが好ましい。同じぐ液成分と接触するフタ 103の裏面に関して も、このフタ 103の裏面に対する該液成分の濡れ性の指標、すなわち、接触角 Θ 2は 、少なくとも、 90° > 0 2、例えば、 70° ≥ 0 2の範囲であることが好ましい。換言す るならば、隔壁 111の上端面を構成する、第一中間層 120の材質として、前記液成 分に対する濡れ性の指標、すなわち、接触角 Θ 1が、前記の条件を満足する材料が 好適に利用できる。また、フタ 103の裏面を構成する材質として、前記液成分に対す る濡れ性の指標、すなわち、接触角 Θ 2が、前記の条件を満足する材料が好適に利 用できる。
[0059] すなわち、本発明の第一の実施形態は、第一中間層 120および第二中間層 121 を有する点と、垂直隙間 112の精度が第二中間層 121の「膜厚精度」で決定される 点が従来のフィルタ 006と異なる。
[0060] 第一中間層 120、第二中間層 121は、パターユングに向く材料、例えば、フォトレジ スト (ノボラック等のエポキシ榭脂系、ポリイソプレンなど合成ゴム系等)、光硬化性榭 脂、感光性ポリイミド、感光性ガラス等、熱膨張係数が小さい軟質材料 (ポリジメチル シロキサンゴム)力も成る。第一中間層 120と第二中間層 121を構成する材料は、そ れらのパター-ング用材料の一つでも良ぐ異なる種類の組み合わせでも良い。基 板 100、フタ 103は、従来のフィルタ 006と同様の材料で良ぐ榭脂フィルムなどの安 価な材料でも良い。
[0061] 第二中間層 121は、フタ 103上に膜厚加工精度の高い形成方法、例えば、スピン コーティングにより形成することができる。第二中間層 121の膜厚を 1. 8 mとした場 合の面内誤差は、直径 10cmの円盤状基板にスピンコートで形成した場合、平均 20 nm、最大でも 80nm以下にできることから、垂直隙間 112が精度良く実現できる。
[0062] 図 4は、本発明の第一の実施の形態を実現する方法を示す工程図である。図 2に 示した従来の工程と比べて、工程数が 15から 7へ半減している。図 4に示す工程に おいては、
まず、
1)フタを洗浄し、
2)その表面に第二中間層 121を成す感光性材料、例えば、ノボラックフォトレジスト をスピンコーティングで形成する。
3)感光性材料をフォトマスクを用いるなどしてフィルタ部分を露光し、現像して除去 する。
4)一方で、基板 100を洗浄しておき、
5)基板 100の表面に第一中間層 120を成す感光性材料、例えば、厚膜レジストフィ ルムの貼り付け、あるいはノボラックフォトレジストのスピンコート等により形成し、
6)同様に、フォトマスク等を利用して流路 110部分を露光 '現像して除去する。
7)最後に工程 3)で得られたフタ 103と第二中間層 121、および工程 6)で得られた 基板 100と第一中間層 120を、図 4の 7)のように張り合わせることでフィルタが製造で きる。
[0063] 本発明の第一の実施形態のフィルタは、
感光性造形材料の塗布とパターユング、張り合わせと 、う単純な工程で実現できるた め、従来と比べて製造コストが大幅に安くできる。
[0064] 次に、本発明のフィルタの第二の実施の形態について、図面を参照して詳細に説 明する。
[0065] 図 5は、本発明の第二の実施の形態のフィルタを示す断面図である。
[0066] 本発明の第二の実施の形態は、第一の実施の形態における垂直隙間 112に代え て、水平隙間 113を用いる点が異なる。第一の実施の形態では、第一中間層に 2本 の流路 110と、第二中間層に 1本の上部流路 114とを形成したが、第二の実施の形 態では第一中間層に 1本の流路 110、第二中間層 121に 1本の上部流路 114が形 成される。
[0067] フィルタ機能は、流路 110と上部流路 114をつなぐ水平間隙 113の幅を、ろ過対象 物の大きさに応じてつくることで実現する。すなわち、試料を上部流路 114に導入す ると水平間隙 113よりも大きな成分は上部流路 114中に残り、水平隙間 113よりも小 さい成分が流路 110から取り出される。流路内壁の親溶媒性を調節すること、あるい はポンプを利用することによって試料を流路 110の側に導入し、分離された成分を上 部流路 114から取り出すこともできる。
[0068] 垂直隙間 112は、第二中間層の膜厚を制御することによって高精度に形成された のに対して、第二のフィルタの水平隙間 113は、流路 110と上部流路 114の位置合 わせ制御によって高精度に形成される。第一の実施の形態と異なり、第二の実施の 形態では、
第二中間層 121の厚さが任意に選べる他、
フィルタの実装面積が第一の実施の形態より小さくできるというメリットがある。
[0069] 図 5に示す本発明の第二の実施形態においては、そのフィルタ機能は、流路 110と 上部流路 114をつなぐ水平間隙 113の幅 (W3)を、濾別すべき対象 (大きな成分)が 通過できない構成とすることによって達成されている。一方、液成分中に溶解してい る可溶性成分と小さな成分は、流路 110と上部流路 114をつなぐ水平間隙 113の幅 (W3)を有する隙間を通過し、例えば、上部流路 114から流路 110へと移行する。従 つて、流路 110と上部流路 114をつなぐ水平間隙 113の幅 (W3)は、前記濾別すべ き対象 (大きな成分)の外形サイズ; L (縦)、 W (横)、厚さ (T) (但し、 L≥W≥Tとする )に対して、少なくとも、 L≥W≥T>W3を満足するように選択する。例えば、濾別す べき対象 (大きな成分)は、赤血球のように変形可能な場合、その変形後の外形サイ ズの最小厚さ(S)に対して、水平間隙 113の幅(W3)は、 L≥W≥T>S >W3を満 足するように選択することが好ま 、。
[0070] なお、前記濾別すべき対象 (大きな成分)を含む液を上部流路 114に流通させる構 成では、上部流路 114の高さに相当する垂直隙間 112 ;hは、前記濾別すべき対象( 大きな成分)が、例えば、赤血球のように変形可能な場合、その変形後の外形サイズ の最小厚さ(S)に対して、少なくとも、 h≥Sを満足するように選択する。例えば、垂直 隙間 112 ;hを、 L≥W≥T>h>Sの範囲に選択して、部分的に変形した状態で、濾 別すべき対象 (大きな成分)が上部流路 114を流通する形態とすることもできる。すな わち、水平間隙 113の幅 (W3)と、垂直隙間 112 ;hとの大小関係は、 h≥S >W3を 満足するように選択する。
[0071] 本発明の第二の実施の形態を構成する基板 110、第一中間層 120、第二中間層 1 21、フタ 103は、第一の実施の形態と同様の材料を利用して実現できる。
[0072] 第二の実施の形態を実現する工程を図 6に示す。第一の実施の形態と比べて流路 110と上部流路 114の位置合わせ精度が要求される点を除いて同じである。 0. 1 m程度の位置合わせ精度が必要になるが、一般の露光装置に標準で設置されてい るマスクァライナーでも、上記の位置合わせ精度が十分実現できる。張り合わせ位置 を変えることで、同じマスクを用いて、異なる水平間隙 113を持つフィルタが実現でき るので、特に、多品種のフィルタを生産する場合に、製造コストを安くすることができる
[0073] 本発明は、さらに次のような実施の形態とすることもできる。
[0074] 図 7は、本発明の第三の実施の形態を示す断面図である。
[0075] 第三の実施の形態は、第一の実施の形態と類似の構造を持つが、上部流路 114 の幅を 2本の流路 110と隔壁 111を合わせた幅よりも幅広に形成する点が異なる。
[0076] そのため、第一中間層 120と第二中間層 121の張り合わせの際、十分な余裕をも つて張り合わせることができ、比較的精度の低い張り合わせ手段、例えば、基板 100 とフタ 103の四隅を合わせて貼り付けるなどの手段、を利用して安価に製造できると いうメリットがある。各部材の材料も、第一の実施の形態と同様のもので実現できる。 上部流路 114が流路 110部分力もずれても、第二中間層 121の厚さは極めて薄 、 ( 血漿分離の場合 1. 8 /z m)ため、流路 110から外れた部分の隙間の体積は、流路 1 10の形状(幅約 50〜100 μ m、深さ 20〜50 μ m)と比較して、無視できる程度であ る。例えば、流路 110からのズレが 10 mあつたとしても体積比は 100分の 1程度に しかならない。
[0077] さらに、第三の実施の形態において、逆に上部流路 114の幅を 2本の流路 110と隔 壁の幅よりも狭い幅の上部流路 114を設けることを特徴とする第四の実施の形態とす ることちでさる。
[0078] 図 3に示す本発明の第一の実施形態と同様に、図 7に示す本発明の第三の実施形 態においても、そのフィルタ機能は、隔壁 111の上端とフタ 103との隙間を、濾別す べき対象が通過できない構成とすることによって達成されている。一方、液成分中に 溶解している可溶性成分は、第三の流路、すなわち、隔壁 111の上端とフタ 103との 隙間を通過し、例えば、第一の流路から第二の流路へと移行する。従って、垂直間 隙 112 ;h、ならびに、隔壁 111の上端部の幅 (W2)についても、同様の範囲に選択 することが好ましい。また、隔壁 111の上端面を構成する、第一中間層 120の材質、 ならびに、フタ 103の裏面を構成する材質に関しても、同様の基準に従って選択する ことが好ましい。
[0079] 図 8は、本発明の第四の実施の形態を示す断面図である。
[0080] 第四の実施の形態において、フィルタの機能は、 2つの水平隙間 113と一つの垂 直隙間 112により実現される。これら 3つの隙間を異なる幅に形成することにより、少 なくとも 2段階にわたるフィルタ分離が可能になる。
[0081] 例えば、試料には大きなサイズの成分 1と、中間サイズの成分 2、小さいサイズの成 分 3が含まれている時、図 8の左側の水平隙間 113を成分 1よりも小さぐ成分 2よりも 大きく形成し、垂直隙間 112を成分 2よりも大きく形成し、右側の水平隙間 113を成分 2よりも小さぐ成分 3よりも大きく形成することができる。このように形成した第四の実 施の形態に対して図 8の左側の流路 110に試料を導入すると、流路 110からは主とし て成分 1が回収され、上部流路 114からは主として成分 2が回収され、右側の流路 11 0からは成分 3が回収される。試料の供給を停止した後、流路 110にバッファーを連 続的に導入することで、左側の流路 110中の成分 1の比率、上部流路 114の成分 2 の比率、右側の流路 110の成分 3の比率を向上させることもできる。
[0082] 第三の実施の形態の流路 110を複数とし、各流路間に上部流路 114を形成するこ ともできる。その際、複数の水平間隙 113、垂直間隙 112のサイズを選ぶことで、多 段階の濾過が実現できる。
[0083] さらに、第一の実施の形態、第二の実施の形態において基板 100の材料を可塑性 榭脂、例えば、アクリル榭脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチ レン、あるいはポリジメチルシロキサンとし、金型を用いて流路 110と隔壁 111を形成 することちでさる。
[0084] 図 9は、金型を用いる加工方法を示す工程図である。第一の実施の形態、第二の 実施の形態の工程とは、工程 4)、 5)が異なる。工程 4)において金型 202は、予めマ イク口旋盤を利用するなどして、ニッケルなど靱性の高い金属を、流路 110に相当す る部分を凸に削るなどして予め用意しておく。
[0085] 基板 100を平滑な定盤 300の上に載せ、加熱してガラス転移点まで加熱し、必要 に応じて真空引きしつつ金型 202を押しつける。
[0086] 工程 5)では、全体をガラス転移点以下として形状を安定させた後、金型 202を基 盤 100から引きはがす。その結果、流路 100と隔壁 111が形成された基板 100がで きる。
[0087] 最後の工程 6)で、上部流路 114を設けたフタ 103をその上に貼り付けることで実現 できる。図 9の工程で、金型形状を変更し、流路 110がー本のものとすることで、図 10 のような第二の実施の形態に類似のフィルタを構成することもできる。金型を利用す ることで、露光 '現像'洗浄などの処理を減らすことができ、流路 110の加工が容易に なることから、さらに製造コストを低減することができる。
実施例
[0088] 次に、具体的な実施例を挙げて、本発明の第一の形態に力かるフィルタの製造方 法を説明する。
[0089] 図 3、図 4を参照しながら、フィルタ作製の各工程を具体的に説明する。 [0090] 基板 100には、厚さ 0. 5mm、直径 10cmのパイレタスガラス(精研硝子株式会社) 、フタ 103には、同じく厚さ 0. 2mmのパイレタスガラスを用い、予め図 11に示す形状 に加工しておいた。図 11の B)にフタ 103の形状を示す。フタ 103には、 4力所に直 径 2mmの貫通孔 300を設け、完成されるフィルタにおいては、試料やバッファーの 導入に使用する、試料導入口とする。
[0091] 基板 100、フタ 103はともに、硫酸過酸化水素混合液 (SPM)洗浄を 10分した後、 5分間超純水で水洗した後、使用した(図 4。工程 1および 4)。基板 100を、スピンコ ータ (IH— D2、ミカサ株式会社)にセットし、レジストの密着性を高めるため、その表 面にシラザン 'キシレン溶液を数滴垂らして、カップリング剤のスピンコートした。なお 、スピンコーティングには、全ての工程で、 800rpm5禾少、 4000rpm25禾少の条件を使 用した。
[0092] キシレン'シラザンをコートした後、第一中間層 120用の第一の造形材料として、ノ ボラック系フォトレジスト(S1818、ローム 'アンド'ハース電子材料株式会社)をスピン コートした。レジスト'コート後、 80°Cに暖めたホットプレート(ウルトラホットプレート HI 400A、ァズワン株式会社)上で 30秒プレベータした(図 4.工程 5)。流路 110およ び、図 1に示したその他の補助装置 (誘導流路 005、試料導入口 001、試料液溜め 0 02〜004)に相当する部分が、光透過部とされているフォトマスクを用意する。基板 1 00表面の、プレベータ後のレジスト材料膜に対して、そのフォトマスクを利用してコン タク卜露光した。
[0093] 露光したレジスト膜を、 TMAHを成分とする現像液(マイクロポジット MF CD— 26 、ローム 'アンド'ハース電子材料株式会社)で 30秒現像する。現像後、 5分間水洗し 、さらに 120°Cで 120分間、ベーク炉 (イナート 'オーブン DN410I、ャマト株式会社) 中においてポストベータした。この結果、第一中間層 120に流路 110とその他の補助 装置が形成される(図 4。工程 6)。基板 100と同様に、フタ 103にキシレン'シラザン 混合液をスピンコートした後、第二中間層 121用の第二の造形材料として、先と同じ フォトレジストをスピンコートし、プレベータした(図 4。工程 2)。
[0094] プレベータ後、上部流路 114部分力 光透過部とされて 、るフォトマスクを用いて、 露光し、現像、水洗して、同じく 120°Cで 120分間ポストベータした。この結果、第二 中間層 121に上部流路 114が形成される(図 4。工程 3)。
[0095] 最後に、流路形成を終えた、第一中間層 120が形成された基板 110を、第一中間 層 120の表面を上に向けて UVオゾンアッシャー(PL— 110D、セン 'ライト'コーポレ ーシヨン)にセットし、 5分間アツシング処理する。この表面処理の後、第一中間層 12 0の表面に、第二中間層 121を下にしてフタ 103を載せ、第一中間層 120と第二中 間層 121との間で貼り付けを行った。アツシング処理により第一中間層の表面が活性 化する結果、接着剤等は全く不要で、単に重ねて押しつけるだけで、第一中間層と 第二中間層との間で、強固、且つ気密性の高い接着がなされた。
[0096] 図 12は、本発明の第一の実施例の構造を説明する顕微鏡写真で、予備実験にお ける試作品から得られたものである。基板 100上の第一中間層 120に流路 110を構 成する溝が形成されており、その上にエッジパターンが形成された第二中間層 121 を下にしてフタ 103を貼り付けてある。
[0097] 図 12の Aで示す部分は、基板 100上の第一中間層 120となるレジスト膜層がある 部分であり、 Cで示す部分は、第一中間層 120に形成された流路 110に相当する部 分である。 ABで示す部分は、第一中間層 120のレジスト膜と第二中間層 121のレジ スト膜が張り付いている部分である。 Bで示す部分は、流路 110を構成する溝の上に 、第二中間層 121のレジスト膜部分が被覆されており、溝とレジスト膜部分の下は空 洞となっている。この空洞部分が、流路 110となる。
[0098] この試作品を破断して、第一中間層 120と、第二中間層 121の厚さを段差計測定 し(アルファ 'ステップ、テンコール'インスツルメンッ(Tencor instruments) )、貼り 付け前の膜厚と比較した。貼り付け前後において、両層とも膜厚の変化はほとんどな 力つた。 12点の測定結果の比較で、貼り付け後の膜厚は、貼り付け前と比べて最大 でも 8nm薄くなつただけであった。従って、貼り付け後の第二中間層 121の厚さに相 当する、垂直隙間 112に要求される加工精度、その再現性(± 100nm)は十分達成 できていると判断される。
[0099] 図 13は、本発明の第一の実施例の一方の流路に水を導入した結果を示す顕微鏡 写真である。図 1の液溜め 003に相当する左側の液溜めに蒸留水を導入すると、水 は流路 110中を自動的に進行して 、つたが、特許文献 1に記載の従来のフィルタ 00 6と同様、隔壁部分を超えて反対側の流路に漏れ出すことは無力つた。
[0100] 図 14は、微量の界面活性剤を添加した水に導入した結果である。
[0101] 界面活性剤を添加した水を導入した場合、左側の流路が満たされた後、しばらくし て水は反対側の流路へも漏れだした。すなわち、隔壁部分に垂直隙間 112が形成さ れていることがわかる。界面活性剤の添カ卩によって、隔壁部分の表面を界面活性剤 が被覆する結果、疎水性の度合いが低下し、垂直隙間 112を通って、第一の流路か ら反対側の流路に水が漏れだしたものと考えられる。
[0102] 本実施例のチップは、 2週間放置した後も、同じ結果が得られた。すなわち、本発 明のフィルタの流路内面の親水性 ·疎水性は、その作製後もあまり変化せず、保存性 が良いことがわかる。
産業上の利用可能性
[0103] 本発明にかかるフィルタは、臨床検査における血漿分離や、生化学分析における 試料の精製過程において、固形成分を含むサンプル液を対象とする、可溶性画分と 固形成分との分離工程に適用可能な固液分離フィルタとして、広範な利用が期待さ れる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板と、第一の中間層と、第二の中間層と、フタとで構成され、
第一の中間層は、所定の幅と深さを有する第一の流路と第二の流路を有し、 第二の中間層は、所定の幅と深さを有する第三の流路を有し、
第三の流路は、第一の流路と第二の流路とに連通し、
第三の流路の最大深さは、第一の流路および第二の流路の最小深さより小さい ことを特徴とするフィルタ。
[2] 第一の流路と第二の流路は、併走する形態で配置され、
第三の流路は、併走する第一の流路と第二の流路に対して、併走する形態で配置 される
ことを特徴とする請求項 1に記載のフィルタ。
[3] 第一の中間層と第二の中間層の双方、あるいはその一方は、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドからなる群力 選択さ れる感光性造形材料で形成されて ヽる
ことを特徴とする請求項 1に記載のフィルタ。
[4] 基板と、中間層と、フタとで構成され、
基板は、所定の幅と深さを有する第一の流路と第二の流路を有し、
中間層は、所定の幅と深さを有する第三の流路を有し、
第三の流路は、第一の流路と第二の流路とに連通し、
第三の流路の最大深さは、第一の流路および第二の流路の最小深さより小さい ことを特徴とするフィルタ。
[5] 第一の流路と第二の流路は、併走する形態で配置され、
第三の流路は、併走する第一の流路と第二の流路に対して、併走する形態で配置 される
ことを特徴とする請求項 4に記載のフィルタ。
[6] 中間層は、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドからなる群力 選択さ れる感光性造形材料で形成されて ヽる ことを特徴とする請求項 4に記載のフィルタ。
[7] 第三の流路と第一の流路との連通部分の最大幅は、第一の流路の最小幅より狭く 、かつ
第三の流路と第二の流路との連通部分の最大幅は、第二の流路の最小幅よりも狭!、 ことを特徴とする請求項 1〜6のいずれか一項に記載のフィルタ。
[8] 構成要素に、少なくとも 1つのフィルタを有するチップであって、
該フィルタの少なくとも 1つ以上に、請求項 1〜7のいずれか一項に記載のフィルタを 用いている
ことを特徴とするチップ。
[9] 構成要素に、少なくとも 1つのフィルタを有する装置であって、
該フィルタの少なくとも 1つ以上に、請求項 1〜7のいずれか一項に記載のフィルタを 用いている
ことを特徴とする装置。
[10] 基板と、第一の中間層と、第二の中間層と、フタとからなり、
第一の中間層は、所定の幅と深さを有する第一の流路を有し、
第二の中間層は、所定の幅と深さを有する第二の流路を有し、
第二の流路は、第一の流路に連通し、
第一の流路と第二の流路の連通部分の最大幅は、第一の流路の最小幅より狭ぐか つ、第二の流路の最小幅よりも狭い
ことを特徴とするフィルタ。
[11] 第一の流路と第二の流路は、併走する形態で配置されている
ことを特徴とする請求項 10に記載のフィルタ。
[12] 第一の中間層と第二の中間層の双方、あるいはその一方は、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドからなる群力 選択さ れる感光性造形材料で形成されて ヽる
ことを特徴とする請求項 10に記載のフィルタ。
[13] 基板と、中間層と、フタとからなり、
基板は、所定の幅と深さを有する第一の流路を有し、 中間層は、所定の幅と深さを有する第二の流路を有し、
第二の流路は、第一の流路に連通し、
第一の流路と第二の流路の連通部分の最大幅は、第一の流路の最小幅より狭ぐか つ、第二の流路の最小幅よりも狭い
ことを特徴とするフィルタ。
[14] 第一の流路と第二の流路は、併走する形態で配置されて 、る
ことを特徴とする請求項 13に記載のフィルタ。
[15] 中間層は、
フォトレジスト、光硬化性榭脂、感光性ガラス、感光性ポリイミドからなる群力 選択さ れる感光性造形材料で形成されて ヽる
ことを特徴とする請求項 13に記載のフィルタ。
[16] 構成要素に、少なくとも 1つのフィルタを有するチップであって、
該フィルタの少なくとも 1つ以上に、請求項 10〜15のいずれか一項に記載のフィルタ を用いている
ことを特徴とするチップ。
[17] 構成要素に、少なくとも 1つのフィルタを有する装置であって、
該フィルタの少なくとも 1つ以上に、請求項 10〜15のいずれか一項に記載のフィルタ を用いている
ことを特徴とする装置。
[18] 基板と、第一の造形造形材料からなる第一の中間層と、第二の造形造形材料から なる第二の中間層と、フタとで構成されるフィルタを製造する方法であって、
基板上に第一の造形材料を塗布する工程と、
第一の造形材料に流路を形成する工程と、
フタ上に第二の造形材料を塗布する工程と、
第二の造形材料に流路を形成する工程と、
流路が形成された第一の造形材料の表面と、
流路が形成された第二の造形材料の表面とを張り合わせる工程と、
を含む ことを特徴とするフィルタの製造方法。
[19] 第一の造形材料に流路を形成する工程と、第二の造形材料に流路を形成するェ 程の双方、あるいはその一方の工程は、
第一の造形材料または第一の造形材料として、感光性造形材料を採用し、 該感光性造形材料に対する
露光する工程と現像する工程とを含む、
ことを特徴とする請求項 18に記載のフィルタの製造方法。
[20] 可塑性材料カゝらなる基板と、造形材料からなる中間層と、フタとで構成されるフィル タを製造する方法であって、
可塑性材料からなる基板上に金型を用いて流路を形成する工程と、
フタ上に造形材料を塗布する工程と、
造形材料に流路を形成する工程と、
流路が形成された基板の表面と、
流路が形成された造形材料の表面とを張り合わせる工程と、
を含むことを特徴とするフィルタの製造方法。
[21] 造形材料に流路を形成する工程は、
造形材料として、感光性造形材料を採用し、
該感光性造形材料に対する
露光する工程と現像する工程とを含む、
ことを特徴とする請求項 20に記載のフィルタの製造方法。
[22] 張り合わせの工程は、
張り合わせ前に、張り合わせ面に対して、
UVオゾンアツシング、酸素プラズマアツシンダカもなる群力も選択される表面処理操 作を施し、張り合わせ面の表面を改質する工程と、
該改質表面を利用して、張り合わせを行う工程とを含む
ことを特徴とする請求項 18〜21のいずれか一項に記載のフィルタの製造方法。
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