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1. (WO2018180508) マイクロ流路チップの製造方法
Document

明 細 書

発明の名称 マイクロ流路チップの製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007  

課題を解決するための手段

0008   0009   0010   0011   0012   0013  

発明の効果

0014  

図面の簡単な説明

0015  

発明を実施するための形態

0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040  

実施例

0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054  

産業上の利用可能性

0055  

符号の説明

0056  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1  

明 細 書

発明の名称 : マイクロ流路チップの製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、マイクロ流路チップの製造方法に関し、特には、樹脂製のマイクロ流路チップの製造方法に関するものである。

背景技術

[0002]
 近年、微細加工技術を利用してマイクロメートルオーダーの微小流路や反応容器を形成したチップ(マイクロ流路チップ)が、DNA検査、生体物質分析、創薬・製薬開発、有機合成、水質分析などの様々な分野で利用されている。
[0003]
 また、マイクロ流路チップとしては、低コストで製造可能な樹脂製のマイクロ流路チップが注目されている。
[0004]
 そして、樹脂製のマイクロ流路チップは、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の基板と、蓋材としての樹脂製の蓋基板とを接合させることにより製造されている。具体的には、樹脂製のマイクロ流路チップは、微細な流路を形成した樹脂製の基板と樹脂製の蓋基板とを、任意に接合面に表面処理を施した後で、プレス機やロール機を用いて熱圧着することにより、製造されている(例えば、特許文献1~2参照)。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2011-214838号公報
特許文献2 : 特開2006-187730号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 しかし、プレス機やロール機を用いた上記従来の製造方法では、製造後初期における接合強度が十分に得られない場合があった。また、上記従来の製造方法では、十分な接合強度を得るためにプレス時やロール時の圧力を高めると、接合時に微細な流路が変形するという問題があった。
[0007]
 そこで、本発明は、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することが可能なマイクロ流路チップの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008]
 本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、流体またはデュロメータ硬さが所定値以下の弾性体を使用して基板の加圧を行えば、微細な流路の変形を抑制しつつ製造後初期の接合強度を十分に高めることができることを見出し、本発明を完成させた。
[0009]
 即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の流路基板と、樹脂製の蓋基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する方法であって、前記流路基板および前記蓋基板の接合面に表面改質処理を施す工程(A)と、前記工程(A)の後に、前記流路基板の接合面と前記蓋基板の接合面とを重ね合わせ、加熱下、流体またはデュロメータ硬さがE20以下の弾性体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧する工程(B)とを含むことを特徴とする。このように、接合面に表面改質処理を施した後、加熱下において流体またはデュロメータ硬さがE20以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧して接合すれば、微細な流路の変形を抑制しつつ製造後初期の接合強度を十分に高めることができる。
 なお、本発明において、「デュロメータ硬さ」は、JIS K6253に準拠し、タイプEデュロメータを用いて測定することができる。
[0010]
 ここで、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、前記流路基板および前記蓋基板が環状オレフィン系樹脂からなることが好ましい。環状オレフィン系樹脂からなる流路基板および環状オレフィン系樹脂からなる蓋基板を使用すれば、耐久性に優れるマイクロ流路チップが得られるからである。
[0011]
 また、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、前記工程(A)において、シランカップリング剤を用いて前記表面改質処理を施すことが好ましい。シランカップリング剤を使用すれば、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、製造後初期の接合強度を更に高めることができるからである。また、紫外線照射などを利用して表面改質処理を施す場合と比較し、製造されるマイクロ流路チップの光学的安定性を向上させることができるからである。
[0012]
 更に、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、前記工程(B)において、オートクレーブを使用し、前記流体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧することが好ましい。オートクレーブを使用し、流体を介して流路基板および蓋基板を加圧すれば、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、微細な流路の変形の抑制と、製造後初期の接合強度の向上とを高いレベルで両立することができるからである。
[0013]
 そして、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、前記工程(B)において、重ね合わせた前記流路基板および前記蓋基板を袋に収容し、前記袋の内部を減圧して密封した後、前記袋に密封された前記流路基板および前記蓋基板をオートクレーブ内に設置し、前記流体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧することが好ましい。袋内に収容した流路基板および蓋基板を流体で加圧すれば、流体との接触により流路基板および蓋基板が劣化するのを抑制することができるからである。また、流路基板および蓋基板を収容した袋の内部を減圧して密封してから流体で加圧を行えば、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、製造後初期の接合強度を更に高めることができるからである。
 なお、工程(B)において、前記流路基板および前記蓋基板を袋に収容し、前記袋の内部を減圧して密封する場合には、前記工程(A)において、シランカップリング剤を用いて前記表面改質処理を施すことが特に好ましい。工程(B)において減圧時にシランカップリング剤の縮合反応および/または付加反応が良好に進行して、流路基板と蓋基板とを更に良好に接合させることができるからである。

発明の効果

[0014]
 本発明によれば、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することができる。

図面の簡単な説明

[0015]
[図1] (a)は、マイクロ流路チップの流路基板の一例を示す平面図であり、(b)は、マイクロ流路チップの蓋基板の一例を示す平面図である。

発明を実施するための形態

[0016]
 以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
 ここで、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、樹脂製のマイクロ流路チップを製造する方法である。そして、本発明の製造方法を用いて製造されたマイクロ流路チップは、特に限定されることなく、例えばDNA検査、生体物質分析、創薬・製薬開発、有機合成、水質分析などの様々な分野で利用することができる。
[0017]
(マイクロ流路チップの製造方法)
 本発明のマイクロ流路チップの製造方法では、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の流路基板と、樹脂製の蓋基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する。また、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、流路基板および蓋基板の接合面に表面改質処理を施す工程(A)と、工程(A)の後に、流路基板の接合面と蓋基板の接合面とを重ね合わせ、加熱下、流体またはデュロメータ硬さがE20以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧する工程(B)とを含むことを特徴とする。
[0018]
<流路基板>
 流路基板としては、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の基板を用いることができる。そして、流路基板は、微細な流路が形成されている面を接合面として、蓋基板と接合される。
[0019]
 ここで、微細な流路の幅、深さおよび形状は、マイクロ流路チップの用途に応じて適宜に変更することができるが、通常、ミリメートルオーダー以下であり、ナノメートルオーダーであってもよいが、マイクロメートルオーダーであることが好ましい。具体的には、微細な流路の幅は、特に限定されることなく、例えば10μm以上800μm以下とすることができる。
[0020]
 そして、樹脂製の基板への微細な流路の形成は、例えば、フォトリソグラフィ、熱インプリント等の微細加工技術、切削、射出成形などを用いて行うことができる。
[0021]
 また、微細な流路を形成する基板としては、特に限定されることなく、環状オレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ビニル脂環式炭化水素系樹脂、芳香族ビニル系樹脂などの任意の樹脂からなる基板を用いることができる。中でも、吸湿による接合強度の経時的な低下および光学的安定性の低下が少なく、耐久性に優れるマイクロ流路チップを得る観点からは、基板の樹脂としては、環状オレフィン系樹脂を用いることが好ましく、吸水率が0.01質量%以下の環状オレフィン系樹脂を用いることがより好ましい。
 なお、環状オレフィン系樹脂の単量体としては、好ましくはノルボルネン系単量体が挙げられる。ノルボルネン系単量体は、ノルボルネン環を含む単量体である。ノルボルネン系単量体としては、例えば、ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン(慣用名:ノルボルネン)、5-エチリデン-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン(慣用名:エチリデンノルボルネン)、および、それらの誘導体(環に置換基を有するもの)等の2環式単量体;トリシクロ[5.2.1.0 2,6]デカ-3,8-ジエン(慣用名:ジシクロペンタジエン)、および、その誘導体等の3環式単量体;テトラシクロ[7.4.0.0 2,7.1 10,13]テトラデカ-2,4,6,11-テトラエン(慣用名:メタノテトラヒドロフルオレン)、テトラシクロ[6.2.1.1 3,6.0 2,7]ドデカ-4-エン(慣用名:テトラシクロドデセン)、9-エチリデンテトラシクロ[6.2.1.1 3,6.0 2,7]ドデカ-4-エン、および、それらの誘導体等の4環式単量体;等が挙げられる。これらの単量体は、任意の位置に置換基を有していてもよい。また、環状オレフィン系樹脂は、付加重合体であってもよいし、開環重合体であってもよいし、それらの水素化物であってもよいが、開環重合体または開環重合体水素化物であることが好ましい。
 なお、本発明において、「(メタ)アクリル」とは、アクリルおよび/またはメタクリルを意味する。また、「吸水率」は、ASTM D570-98に準拠して測定することができる。
[0022]
<蓋基板>
 蓋基板としては、流路基板に形成された微細な流路に蓋をし得る任意の樹脂製の基板を用いることができる。具体的には、蓋基板としては、流路基板に蓋をし得る平滑面を有し、任意に、流路基板と共にマイクロ流路チップを形成した際に流路基板の微細な流路内へのサンプル等の注入口となる貫通孔を有する基板を用いることができる。そして、蓋基板は、平滑面側を接合面として、流路基板と接合される。なお、蓋基板としては、流路基板に接合される平滑面側とは反対側の面に微細な流路が形成された基板を用いてもよい。
[0023]
 なお、樹脂製の基板への貫通孔の形成は、例えば、フォトリソグラフィ、熱インプリント等の微細加工技術、切削、射出成形などを用いて行うことができる。
[0024]
 そして、蓋基板としては、特に限定されることなく、環状オレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ビニル脂環式炭化水素系樹脂、芳香族ビニル系樹脂などの任意の樹脂からなる基板を用いることができる。中でも、吸湿による接合強度の経時的な低下および光学的安定性の低下が少なく、耐久性に優れるマイクロ流路チップを得る観点からは、基板の樹脂としては、環状オレフィン系樹脂を用いることが好ましく、吸水率が0.01質量%以下の環状オレフィン系樹脂を用いることがより好ましい。
 なお、環状オレフィン系樹脂の単量体としては、好ましくはノルボルネン系単量体が挙げられる。ノルボルネン系単量体は、ノルボルネン環を含む単量体である。ノルボルネン系単量体としては、例えば、ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン(慣用名:ノルボルネン)、5-エチリデン-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン(慣用名:エチリデンノルボルネン)、および、それらの誘導体(環に置換基を有するもの)等の2環式単量体;トリシクロ[5.2.1.0 2,6]デカ-3,8-ジエン(慣用名:ジシクロペンタジエン)、および、その誘導体等の3環式単量体;テトラシクロ[7.4.0.0 2,7.1 10,13]テトラデカ-2,4,6,11-テトラエン(慣用名:メタノテトラヒドロフルオレン)、テトラシクロ[6.2.1.1 3,6.0 2,7]ドデカ-4-エン(慣用名:テトラシクロドデセン)、9-エチリデンテトラシクロ[6.2.1.1 3,6.0 2,7]ドデカ-4-エン、および、それらの誘導体等の4環式単量体;等が挙げられる。これらの単量体は、任意の位置に置換基を有していてもよい。また、環状オレフィン系樹脂は、付加重合体であってもよいし、開環重合体であってもよいし、それらの水素化物であってもよいが、開環重合体または開環重合体水素化物であることが好ましい。
 また、流路基板と蓋基板とを良好に接合させる観点からは、流路基板と蓋基板とは同一の樹脂からなることが好ましい。
[0025]
<工程(A)>
 工程(A)では、流路基板の接合面と、蓋基板の接合面とに表面改質処理を施す。この表面改質処理を施すことにより、工程(B)において流路基板と蓋基板とを良好に接合することができる。
[0026]
[表面改質処理]
 ここで、接合面の表面改質処理は、特に限定されることなく、例えば、シランカップリング剤の塗布、真空紫外線(VUV)の照射、コロナ放電、大気圧プラズマ等のプラズマの照射、または、これらの組み合わせなどの任意の表面改質方法を用いて行うことができる。中でも、表面改質処理は、シランカップリング剤または真空紫外線を用いて行うことが好ましく、シランカップリング剤を用いて行うことがより好ましい。また、シランカップリング剤を用いる場合には、表面改質処理は、接合面にコロナ放電または大気圧プラズマ等のプラズマの照射を行った後にシランカップリング剤を塗布することにより行うことが特に好ましい。シランカップリング剤を使用すれば、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、製造後初期の接合強度を十分に高めることができる。また、シランカップリング剤を使用すれば、真空紫外線の照射などを利用して表面改質処理を施す場合と比較し、製造されるマイクロ流路チップの光学的安定性が低下するのを抑制することができる。
 なお、表面改質処理条件は、流路基板および蓋基板の材質などに応じて適宜設定することができる。
 また、シランカップリング剤としては、任意のシランカップリング剤を用いることができる。中でも、流路基板の接合面および蓋基板の接合面の一方にアミノ基を有するシランカップリング剤(例えば、3-アミノプロピルトリメトキシシラン等)を使用し、他方にエポキシ基を有するシランカップリング剤(例えば、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等)を使用することが好ましい。アミノ基を有するシランカップリング剤と、エポキシ基を有するシランカップリング剤とを組み合わせて使用すれば、エポキシ開環反応によって流路基板と蓋基板とを強固に接合することができるからである。
[0027]
<工程(B)>
 工程(B)では、工程(A)において表面改質処理を施した流路基板の接合面と、工程(A)において表面改質処理を施した蓋基板の接合面とを重ね合わせた後、加熱下において、流体またはデュロメータ硬さがE20以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧し、流路基板と蓋基板とを接合させる。中でも、工程(B)では、製造後初期の接合強度を十分に高める観点から、流体を介して流路基板および蓋基板を加圧することが好ましい。
[0028]
 そして、工程(B)では、加熱下において、流体またはデュロメータ硬さがE20以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧しているので、微細な流路の変形を抑制しつつ、製造後初期の接合強度が十分に高いマイクロ流路チップを得ることができる。この理由は、明らかではないが、以下の通りであると推察される。即ち、流路基板や蓋基板の表面(加圧面)には、微細な凹凸や歪み、および、板厚のバラつきが存在するため、プレス機やロール機を用いて流路基板と蓋基板との積層体を加圧した場合には、プレス機のプレスヘッドやロール機のロールが流路基板および蓋基板の表面に良好に追従できず、流路基板および蓋基板の表面全体に均一に圧力をかけることができない。そのため、高い圧力を負荷しなければ、製造後初期の接合強度が十分に高いマイクロ流路チップを得ることができない。一方、高い圧力を負荷した場合には、微細な流路が変形する虞がある。しかし、流体またはデュロメータ硬さがE20以下の弾性体を介して加圧を行えば、流路基板および蓋基板の表面に良好に追従し、流路基板および蓋基板の表面全体に均一に圧力をかけることができるので、過度に高い圧力を負荷しなくても、製造後初期の接合強度が十分に高いマイクロ流路チップを得ることができる。従って、微細な流路の変形を抑制しつつ、製造後初期の接合強度が十分に高いマイクロ流路チップを得ることができる。
[0029]
[重ね合わせ]
 表面改質処理を施した流路基板の接合面と、表面改質処理を施した蓋基板の接合面との重ね合わせは、任意の手段を用いて流路基板と蓋基板とを位置合わせし、通常は接着剤などの接着部材を介さずに行う。接着部材を使用した場合、微細な流路内に接着部材が侵入して所望の形状を有する流路が得られなくなる虞があるからである。
[0030]
[加熱下での流体を介した加圧]
 ここで、接合面同士を重ね合わせて得られた流路基板および蓋基板の積層体を加熱下において流体を介して加圧する場合、流路基板および蓋基板の積層体は、特に限定されることなく、オートクレーブ、温水ラミネーターなどの加圧装置を使用し、加圧した流体を介して加圧することができる。中でも、流路基板および蓋基板の積層体を効率的に加熱および加圧する観点、並びに、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、微細な流路の変形の抑制と、製造後初期の接合強度の向上とを高いレベルで両立する観点からは、流路基板および蓋基板の積層体は、オートクレーブを用いて加熱および加圧することが好ましい。
[0031]
 また、オートクレーブを使用し、流路基板および蓋基板の積層体を加熱下において流体を介して加圧する場合、流路基板および蓋基板の積層体は、袋に収容し、袋の内部を減圧して密封した後で加熱および加圧することが好ましい。袋内に収容した流路基板および蓋基板をオートクレーブ内に設置し、流体で流路基板および蓋基板を加圧すれば、流体と流路基板および蓋基板とが直接接触するのを防止することができるので、流体中に含まれている酸素などにより流路基板および蓋基板が劣化するのを抑制することができるからである。また、流路基板および蓋基板を収容した袋の内部を減圧して密封してから流体で流路基板および蓋基板の加圧を行えば、加熱および加圧中に微細な流路内に流体が流入するのを防止して流路基板および蓋基板に圧力を良好に負荷し、流路基板と蓋基板とを良好に接合させて製造後初期の接合強度を更に高めることができるからである。
[0032]
 なお、上述した工程(A)においてシランカップリング剤を用いて表面改質処理を行った場合には特に、流路基板および蓋基板の積層体は、袋に収容し、袋の内部を減圧して密封した後で加熱および加圧することが好ましい。シランカップリング剤を用いて接合面の表面改質処理を行った流路基板および蓋基板を袋に収容し、袋の内部を減圧すれば、減圧時に袋内でシランカップリング剤の縮合反応および/または付加反応が良好に進行して、流路基板と蓋基板とを更に良好に接合させることができるからである。
[0033]
-流体-
 そして、流体としては、特に限定されることなく、水、油などの液体、または、空気、水蒸気などの気体、或いは、それらの混合物を用いることができる。
[0034]
-袋-
 更に、工程(B)において任意に流路基板および蓋基板の積層体を収容する袋としては、袋内を減圧して密封可能な袋であれば、任意の袋を用いることができる。
 また、流路基板および蓋基板の積層体を収容した袋の内部は、特に限定されることなく、例えば10kPa以下(絶対圧)まで減圧することが好ましく、2kPa以下(絶対圧)まで減圧することがより好ましい。減圧時の袋内の圧力を上記上限値以下にすれば、流路基板および蓋基板に圧力を良好に負荷し、製造後初期の接合強度を更に高めることができるからである。
[0035]
-加熱-
 そして、工程(B)において、流路基板および蓋基板の積層体の加熱は、通常、流路基板および蓋基板の材料として用いられている樹脂の荷重たわみ温度未満の温度で行われ、荷重たわみ温度-20℃以下の温度で行うことが好ましく、荷重たわみ温度-30℃以下の温度で行うことがより好ましく、荷重たわみ温度-80℃以上の温度で行うことが好ましく、荷重たわみ温度-60℃以上の温度で行うことがより好ましく、荷重たわみ温度-40℃以上の温度で行うことが更に好ましい。加熱温度を上記上限値以下にすれば、微細な流路が変形するのを十分に抑制することができるからである。また、加熱温度を上記下限値以上にすれば、製造後初期の接合強度を十分に高めることができるからである。
 なお、本発明において、「荷重たわみ温度」は、JIS 7191(フラットワイズ、A法)に準拠して測定することができる。
[0036]
-加圧-
 更に、工程(B)において、流体を介して流路基板および蓋基板の積層体を加圧する際の圧力は、特に限定されることなく、例えば0.2MPa以上とすることが好ましく、0.5MPa以上とすることがより好ましく、0.7MPa以上とすることが更に好ましく、1.5MPa以下とすることが好ましく、1.0MPa以下とすることがより好ましい。圧力を上記上限値以下にすれば、微細な流路が変形するのを十分に抑制することができるからである。また、圧力を上記下限値以上にすれば、製造後初期の接合強度を十分に高めることができるからである。
[0037]
[加熱下での弾性体を介した加圧]
 また、接合面同士を重ね合わせて得られた流路基板および蓋基板の積層体を加熱下において弾性体を介して加圧する場合、弾性体としては、デュロメータ硬さがE20以下の弾性体を使用する。なお、弾性体を介して加圧される積層体は、減圧および密封された袋内に収容されていてもよいし、収容されていなくてもよい。
[0038]
-弾性体-
 ここで、弾性体としては、デュロメータ硬さがE20以下の弾性体を使用する必要があり、弾性体のデュロメータ硬さは、E5以下であることが好ましい。弾性体のデュロメータ硬さを上記上限値以下にすれば、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することができる。
[0039]
-加熱-
 そして、弾性体を使用する場合において、流路基板および蓋基板の積層体の加熱は、流体を使用する場合と同様に、通常、流路基板および蓋基板の材料として用いられている樹脂の荷重たわみ温度未満の温度で行われ、荷重たわみ温度-20℃以下の温度で行うことが好ましく、荷重たわみ温度-30℃以下の温度で行うことがより好ましく、荷重たわみ温度-80℃以上の温度で行うことが好ましく、荷重たわみ温度-60℃以上の温度で行うことがより好ましく、荷重たわみ温度-40℃以上の温度で行うことが更に好ましい。加熱温度を上記上限値以下にすれば、微細な流路が変形するのを十分に抑制することができるからである。また、加熱温度を上記下限値以上にすれば、製造後初期の接合強度を十分に高めることができるからである。
[0040]
-加圧-
 更に、弾性体を使用する場合において、弾性体を介した流路基板および蓋基板の積層体の加圧は、積層体の積層方向の少なくとも一方側に配置した弾性体を使用し、弾性体で積層体を積層方向に押圧することにより行うことができる。また、弾性体を介して積層体を加圧する際の圧力は、特に限定されることなく、例えば0.2MPa以上とすることが好ましく、0.5MPa以上とすることがより好ましく、0.7MPa以上とすることが更に好ましく、1.5MPa以下とすることが好ましく、1.0MPa以下とすることがより好ましい。圧力を上記上限値以下にすれば、微細な流路が変形するのを十分に抑制することができるからである。また、圧力を上記下限値以上にすれば、製造後初期の接合強度を十分に高めることができるからである。
 なお、上述した弾性体を用いた加圧は、例えば、市販の加圧装置(例えば、日機装株式会社製、「アイソボンダー&ドライラミネーター」などの弾性体ヘッドプレス)等を用いて行うことができる。
実施例
[0041]
 以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
 実施例および比較例において製造したマイクロ流路チップの性能は、それぞれ以下の方法を使用して評価した。
[0042]
<初期接合強度>
 作製した接合強度測定用試験片について、支持台の支点間距離を60mmとした以外はJIS K7171に準拠して、三点曲げ試験を行った。なお、および接合強度測定用試験片は、流路基板が圧子側、接合強度測定用の蓋基板が支持台側になるようにして支持台の中央に設置した。
 5個の接合強度測定用試験片について三点曲げ試験を行い、最大荷重(接合面が剥離したときの荷重に相当)の平均値を接合強度とした。そして、以下の基準に従って評価した。接合強度が大きいほど、製造後初期の接合強度に優れていることを示す。
 A:接合強度が15N以上
 B:接合強度が5N以上15N未満
 C:接合強度が5N未満
 D:接合強度測定用試験片がハンドリング中に剥離
<液にじみ>
 5個のサンプルについて、作製したマイクロ流路チップの各流路に、マイクロピペットを用いて、インク水溶液を注入口より注入した。そして、流路から接合部へのインク水溶液のにじみの有無を目視により確認した。
<流速バラつき>
 10個のサンプルについて、作製したマイクロ流路チップの各流路に、マイクロピペットを用いて、インク水溶液を一方の注入口より2.0μL注入した。そして、他方の注入口まで到達する時間を測定し、平均値と標準偏差から変動係数を算出した。そして、以下の基準に従って評価した。変動係数が大きいほど、製造過程において流路の変形が生じ、流路間での流速のバラツキが大きくなっていることを示す。
 A:変動係数が5%未満
 B:変動係数が5%以上10%未満
 C:変動係数が10%以上
<耐久試験後接合強度>
 作製した接合強度測定用試験片を、温度60℃、相対湿度90%、大気圧の恒温恒湿環境下に168時間(1週間)曝し、耐久試験を行った。
 その後、上記<初期接合強度>と同様にして耐久試験後の接合強度を測定し、以下の基準に従って評価した。耐久試験後接合強度が大きいほど、長期に亘って優れた接合強度を発揮することを示す。
 A:接合強度が15N以上
 B:接合強度が5N以上15N未満
 C:接合強度が5N未満
<光学的安定性>
 5個のサンプルについて、作製したマイクロ流路チップの流路が形成されていない接合面部分において、波長400nmの光の光線透過率を、紫外可視分光光度計(日本分光社製、製品名:UV-VIS V570)を用いて測定した。
 その後、マイクロ流路チップを、温度60℃、相対湿度90%、大気圧の恒温恒湿環境下に168時間(1週間)曝し、耐久試験を行った。
 そして、耐久試験後のマイクロ流路チップについて、波長400nmの光の光線透過率を上記と同様にして測定し、耐久試験前後での光線透過率の変化率(=(耐久試験後の光線透過率平均値-初期の光線透過率平均値)/初期の光線透過率平均値×100%)を算出し、以下の基準に従って評価した。光線透過率の変化率が小さいほど、外観の経時変化が少なく、光学的安定性に優れていることを示す。
 A:変化率が2%未満
 B:変化率が2%以上
[0043]
(実施例1)
<基板の準備>
 環状オレフィン系樹脂(COP)(日本ゼオン製、ZEONEX(登録商標)690R、ノルボルネン系単量体の開環重合体水素化物、荷重たわみ温度:136℃、吸水率:0.01質量%以下)からなる樹脂製基板(厚さ:1.0mm、外形:76.0mm×26.0mm)の片面に、図1(a)に示すようなパターンで4本の流路11(幅:200μm、深さ100μm)を形成し、流路基板10とした。
 また、環状オレフィン系樹脂(日本ゼオン製、ZEONEX(登録商標)690R、ノルボルネン系単量体の開環重合体水素化物、荷重たわみ温度:136℃、吸水率:0.01質量%以下)からなる樹脂製基板(厚さ:1.0mm、外形:76.0mm×26.0mm)に対し、図1(b)に示すように直径2.0mmの貫通孔21(注入口)を8個形成し、蓋基板20とした。なお、貫通孔21の位置は、流路基板10の流路11の端部12に対応する位置とした。
<表面改質処理>
 流路基板10の流路11を形成した側の表面(接合面)には、常圧プラズマ表面処理装置(積水化学社製、AP-T03-L)を用いて、出力1.5kW、周波数25kHz、窒素ガス流量50L/分、照射速度30cm/分で大気圧プラズマ照射を行った後に、シランカップリング剤として3-アミノプロピルトリメトキシシラン(KBM-903;信越化学社製)を塗布することにより、表面改質処理を行った。また、蓋基板20の一方の表面(接合面)には、流路基板10と同様にして大気圧プラズマ照射を行った後に、シランカップリング剤として3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製、KBM-403)を塗布することにより、表面改質処理を行った。
<接合>
 流路基板10の接合面と蓋基板20の接合面とを、流路11の端部12の位置と貫通孔21の位置とが一致するように重ね合わせ、積層体を得た。
 次に、得られた積層体をPET(ポリエチレンテレフタレートフィルム)/ONY(二軸延伸ナイロンフィルム)/CPP(無延伸ポリプロピレンフィルム)製の袋に収容し、袋の内部を真空包装機で圧力1kPa(絶対圧)まで減圧して、袋の開口部をヒートシールで密封した。
 その後、流路基板10と蓋基板20との積層体を袋ごとオートクレーブ内に設置し、空気雰囲気下、温度100℃(荷重たわみ温度-36℃)、圧力0.8MPaで30分間加熱および加圧して、流路基板10と蓋基板20とを接合させた。
 そして、流路基板10と蓋基板20とを接合させて得られたマイクロ流路チップについて、各種評価を行った。結果を表1に示す。
<接合強度測定用試験片の作製>
 上記と同様にして、流路基板10を準備し、流路11を形成した側の表面(接合面)に表面改質処理と行った。
 また、接合強度測定用の蓋基板として、環状オレフィン系樹脂(日本ゼオン製、ZEONEX(登録商標)690R、ノルボルネン系単量体の開環重合体水素化物、荷重たわみ温度:136℃、吸水率:0.01質量%以下)からなる樹脂製基板(厚さ:1.0mm、外形:40.0mm×26.0mm)を準備した。そして、接合強度測定用の蓋基板の一方の表面(接合面)に対し、流路基板10と同様にして大気圧プラズマ照射を行った後に、シランカップリング剤として3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製、KBM-403)を塗布することにより、表面改質処理を行った。
 そして、流路基板10の接合面と接合強度測定用の蓋基板の接合面とを、各基板の長手方向中央の位置を一致させて重ね合わせて積層体とした以外は上記と同様にして流路基板10と接合強度測定用の蓋基板とを接合させ、接合強度測定用試験片を得た。そして、接合強度測定用試験片を用いて接合強度の評価を行った。結果を表1に示す。
[0044]
(実施例2)
 接合時に、オートクレーブに変えて、加圧ヘッド部と被加圧体との間に弾性体(デュロメータ硬さ:E5)を有する弾性体ヘッドプレスを使用し、袋に収容していない積層体を積層方向に温度100℃(荷重たわみ温度-36℃)、圧力0.8MPaで30分間加熱および加圧して流路基板と蓋基板とを接合させた以外は実施例1と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
[0045]
(実施例3)
 表面改質処理時に、大気圧プラズマ照射およびシランカップリング剤の塗布に替えて接合面への真空紫外線の照射(発光波長:172nm、照射距離:5mm、照射強度:10mW/cm 、照射時間:10分)を行った以外は実施例1と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
[0046]
(実施例4~5)
 接合時の温度を、それぞれ、120℃(荷重たわみ温度-16℃)(実施例4)および70℃(荷重たわみ温度-66℃)(実施例5)に変更した以外は実施例1と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
[0047]
(実施例6)
 接合時に袋の内部の圧力を15kPa(絶対圧)に変更した以外は実施例1と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
[0048]
(実施例7)
 基板の準備時に、環状オレフィン系樹脂からなる樹脂製基板に替えてポリカーボネート系樹脂(PC)(三菱化学製ユーピロンH-4000、荷重たわみ温度:136℃、吸水率:0.24質量%)からなる樹脂製基板(厚さ:1.0mm、外形:76.0mm×26.0mmまたは40.0mm×26.0mm)を使用した以外は実施例1と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
[0049]
(比較例1)
 接合時に、オートクレーブに変えて平板プレス機(加圧ヘッド:金属板)を使用し、袋に収容していない積層体を積層方向に温度100℃(荷重たわみ温度-36℃)、圧力0.8MPaで30分間加熱および加圧して流路基板と蓋基板とを接合させた以外は実施例1と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。なお、流速バラつきは液漏れにより測定できなかった。結果を表1に示す。
[0050]
(比較例2)
 接合時の圧力を5.0MPaに変更した以外は比較例1と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
[0051]
(比較例3)
 表面改質処理を行わなかった以外は実施例1と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。なお、初期接合強度以外の項目は流路基板と蓋基板とが剥離して評価できなかった。結果を表1に示す。
[0052]
(比較例4)
 弾性体のデュロメータ硬さをE25に変更した以外は実施例2と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。なお、流速バラつきは液漏れにより測定できなかった。結果を表1に示す。
[0053]
[表1]


[0054]
 表1より、実施例1~7では、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップが得られることが分かる。一方、比較例1および3では、製造後初期の接合強度が低下してしまい、比較例2では、流路の変形が抑制できないことが分かる。また、比較例1および4では、流路基板と蓋基板とを良好に接合できず、液にじみが起きてしまうことが分かる。

産業上の利用可能性

[0055]
 本発明によれば、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することができる。

符号の説明

[0056]
10 流路基板
11 流路
12 両端部
20 蓋基板
21 貫通孔

請求の範囲

[請求項1]
 少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の流路基板と、樹脂製の蓋基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する方法であって、
 前記流路基板および前記蓋基板の接合面に表面改質処理を施す工程(A)と、
 前記工程(A)の後に、前記流路基板の接合面と前記蓋基板の接合面とを重ね合わせ、加熱下、流体またはデュロメータ硬さがE20以下の弾性体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧する工程(B)と、
を含む、マイクロ流路チップの製造方法。
[請求項2]
 前記流路基板および前記蓋基板が環状オレフィン系樹脂からなる、請求項1に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
[請求項3]
 前記工程(A)において、シランカップリング剤を用いて前記表面改質処理を施す、請求項1または2に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
[請求項4]
 前記工程(B)において、オートクレーブを使用し、前記流体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧する、請求項1~3の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法。
[請求項5]
 前記工程(B)において、重ね合わせた前記流路基板および前記蓋基板を袋に収容し、前記袋の内部を減圧して密封した後、前記袋に密封された前記流路基板および前記蓋基板をオートクレーブ内に設置し、前記流体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧する、請求項4に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
[請求項6]
 前記工程(A)において、シランカップリング剤を用いて前記表面改質処理を施す、請求項5に記載のマイクロ流路チップの製造方法。

図面

[ 図 1]