JP2006133003A - Microchemical device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微小なケミカルデバイス、即ち、部材中に微小な流路、反応槽、電気泳動カラム、膜分離機構などの構造が形成された、化学、生化学、物理化学用などの微小反応デバイス（マイクロリアクター）や、集積型ＤＮＡ分析デバイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィーデバイスなどの微小分析デバイスの製造方法に関し、更に詳しくは、表面に溝を有する部材と他の部材を密着固定又は接着一体化することにより形成された、マイクロチャネル（キャピラリー状の流路）を有する微小反応デバイスや微小分析デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a minute chemical device, that is, a minute reaction device for chemistry, biochemistry, physical chemistry, or the like in which a structure such as a minute flow path, a reaction vessel, an electrophoresis column, or a membrane separation mechanism is formed in a member. (Microreactor), and a method for manufacturing a microanalysis device such as an integrated DNA analysis device, a microelectrophoresis device, a microchromatography device, and more specifically, a member having a groove on the surface and another member are closely fixed or bonded. The present invention relates to a method for manufacturing a microreaction device or a microanalysis device having a microchannel (capillary flow path) formed by integration.
最近はマイクロリアクターやマイクロアナリシスシステムと呼ばれる微細加工技術を利用した化学反応や分離システムの微小化の研究が盛んになっており、マイクロチャネルを持つマイクロケミカルデバイス上で行う核酸、タンパク質などの分析や合成、微量化学物質の迅速分析、医薬品・薬物のハイスループットスクリーニングへの応用が期待されている。このようなシステムのマイクロ化の利点としては、サンプルや試薬の使用量あるいは廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられている。また体積に対する表面積の比率が向上することにより、熱移動・物質移動の高速化が実現でき、その結果、反応や分離の精密な制御、高速・高効率化、副反応の抑制が期待される。 Recently, research on miniaturization of chemical reactions and separation systems using microfabrication technology called microreactors and microanalysis systems has become active, and analysis of nucleic acids and proteins performed on microchemical devices with microchannels Applications are expected for synthesis, rapid analysis of trace chemicals, and high-throughput screening of pharmaceuticals and drugs. As an advantage of such a micro system, it is considered to realize an inexpensive system that can be carried in a small space because the amount of sample and reagent used or the amount of discharged waste liquid is reduced. Further, by increasing the ratio of the surface area to the volume, it is possible to increase the speed of heat transfer and mass transfer. As a result, precise control of reaction and separation, high speed and high efficiency, and suppression of side reactions are expected.
マイクロチャネルは少なくとも一方の部材に微細加工を有するマイクロケミカルデバイス基板の部材２つを張り合わせることにより製造されている。これまではマイクロケミカルデバイス基板の材料として、主にガラス基板が用いられてきた。ガラス基板でマイクロチャネルをつくるためには、例えば、基板に金属、フォトレジスト樹脂をコートし、マイクロチャネルのパターンを焼いた後にエッチング処理を行う方法がある。その後、陽極接合などでガラス基板を接合する。しかし、ガラスのエッチングにはフッ酸などの非常に危険な薬品を用いたり、一枚ごとにパターンを焼いたりするため、大量に生産を行うには非常に高コストである。 The microchannel is manufactured by bonding two members of a microchemical device substrate having fine processing on at least one member. Until now, glass substrates have been mainly used as materials for microchemical device substrates. In order to form a microchannel using a glass substrate, for example, there is a method in which a metal or a photoresist resin is coated on the substrate and a microchannel pattern is baked, followed by an etching process. Thereafter, the glass substrate is bonded by anodic bonding or the like. However, since extremely dangerous chemicals such as hydrofluoric acid are used for etching glass or patterns are baked one by one, it is very expensive for mass production.
これらのマイクロケミカルデバイスは、種々のプラスチックを使用しても射出成形によって製造することが可能である。射出成形では型キャビティ内へ溶融した熱可塑性プラスチック材料を導入し、キャビティを冷却させて樹脂を硬化させることで、効率よく経済的にマイクロケミカルデバイスを製造でき、大量生産に適している。 These microchemical devices can be manufactured by injection molding even when various plastics are used. In injection molding, a molten thermoplastic material is introduced into a mold cavity, and the cavity is cooled to harden the resin, whereby a microchemical device can be manufactured efficiently and economically, which is suitable for mass production.
基板を張り合わせる方法として、接着剤を用いるか超音波やレーザーを用いた熱溶着が主に行われている。しかし、接着剤は基板の間より余剰分が出やすく、マイクロチャネルの封鎖、内壁の汚染が生じやすい。また、超音波やレーザーを用いた熱溶着では、熱や振動によって樹脂の溶解が過度になりマイクロチャネルの断面が変形したり、マイクロケミカルデバイスに内包する装置やデバイスにダメージを与えたりしやすく、正常に機能、動作を示さない可能性がある。 As a method for laminating the substrates, thermal welding using an adhesive or ultrasonic waves or lasers is mainly performed. However, the adhesive is more likely to be surplus than between the substrates, and the microchannel is likely to be blocked and the inner wall is contaminated. Also, in thermal welding using ultrasonic waves and lasers, the resin melts excessively due to heat and vibration, and the cross section of the microchannel is deformed, and it is easy to damage the device and device included in the microchemical device, There is a possibility that it does not function or operate normally.
接着剤によるマイクロチャネルの封鎖、内壁の汚染や、内包する装置類にダメージを与えることなく接合する方法として、エネルギー線硬化性化合物を用いた張り合わせ方法（特許文献１）やマイクロチャネルの内壁をマスキングして張り合わせる方法（特許文献２）が検討されている。 As a method of bonding without blocking microchannels with adhesives, contamination of the inner wall, or damage to the encapsulating devices, a bonding method using an energy ray curable compound (Patent Document 1) or masking the inner wall of the microchannel Thus, a method of pasting them together (Patent Document 2) has been studied.
図１０は特許文献１に示されているエネルギー線硬化性化合物による張り合わせ方法によって作製されたマイクロケミカルデバイスの俯瞰図である。図において、部材（Ａ）５１の凹部５２が形成された面と部材（Ｂ）５３とをエネルギー線硬化性化合物を含有する組成物（Ｃ）５４を介して接触させ、部材（Ａ）５１に形成された凹部５２を除く部分にエネルギー線を照射して組成物（Ｃ）５４を硬化させた後、部材（Ａ）５１の凹部５２と部材（Ｂ）５３との間に形成された空間中に存在する未硬化の組成物（Ｃ）５４を除去することでマイクロチャネルの封鎖がないマイクロケミカルデバイスを作製することが可能となる。 FIG. 10 is a bird's-eye view of a microchemical device manufactured by the bonding method using an energy ray-curable compound disclosed in Patent Document 1. In the figure, the surface of the member (A) 51 where the recess 52 is formed and the member (B) 53 are brought into contact with each other via the composition (C) 54 containing the energy ray curable compound, and the member (A) 51 is brought into contact with the member (A) 51. In the space formed between the concave portion 52 of the member (A) 51 and the member (B) 53 after the composition (C) 54 is cured by irradiating the portion other than the formed concave portion 52 with energy rays. By removing the uncured composition (C) 54 present in the substrate, it becomes possible to produce a microchemical device free from microchannel blocking.
図１１は特許文献２に示されているマイクロケミカルデバイスの接合方法の一工程を示す模式図である。図において、２つのマイクロケミカルデバイス基板６１および６２を最終的に接合した形態で密着し、マスキング剤を含む溶液６４をマイクロチャネル６３に注入してマイクロチャネル内壁の少なくとも一部をマスクし、マイクロケミカルデバイス基板６１および６２を２つに離し、前記２つの、またはいずれかのマイクロケミカルデバイス基板６１および６２の接合する部位にマイクロカプセルに内包されたあるいはミセル（ミクロレベルの流動分子の集合状態）の接着剤６５を付与して、マイクロケミカルデバイス基板６１および６２を接合した後に、マイクロチャネル内壁のマスキング剤６４を除去することで、マイクロチャネルの封鎖や内壁の汚染がなく、内包する装置類にダメージを与えずに接合することが可能となる。
しかしながら、前記従来の方法では、複雑なマイクロチャネルや、マイクロチャネルの両端が外部と通じていない場合にはエネルギー線硬化性化合物の未硬化部分やマスキング剤を容易に除去することができないため、マイクロチャネルの内壁を汚染する可能性がある。また、液体試料を分析するためのマイクロケミカルデバイスでは、マイクロチャネル内に分析用の試薬を担持させる場合があり、エネルギー線硬化性化合物の未硬化部分やマスキング剤を除去する際に試薬も一緒に除去してしまうため、従来の方法では試薬をマイクロチャネル内に入れることが不可能であった。さらには、試薬はエネルギー線や温度の影響により活性が低下してしまう恐れがあるため、従来の方法のように試薬に対向してエネルギー線を照射する方法は望ましくなく、熱硬化型の接着剤やホットメルトを用いた方法も基板に高温をかける必要があるため望ましくないという課題を有していた。 However, the conventional method cannot easily remove the uncured portion of the energy ray curable compound or the masking agent when the complicated microchannel or both ends of the microchannel do not communicate with the outside. May contaminate the inner walls of the channel. In addition, in a microchemical device for analyzing a liquid sample, a reagent for analysis may be carried in the microchannel, and the reagent is also added when removing the uncured portion of the energy ray curable compound and the masking agent. Therefore, it is impossible to put the reagent into the microchannel by the conventional method. Furthermore, since the activity of the reagent may decrease due to the influence of energy rays and temperature, the method of irradiating the energy rays opposite to the reagent as in the conventional method is not desirable, and the thermosetting adhesive Also, the method using hot melt has a problem that it is not desirable because it is necessary to apply a high temperature to the substrate.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複雑なマイクロチャネルを形成するマイクロケミカルデバイスおよびマイクロチャネル内に試薬を担持させたマイクロケミカルデバイスの製造方法とこの方法によって製造しうるマイクロケミカルデバイスを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and a microchemical device that forms a complex microchannel, a method of manufacturing a microchemical device in which a reagent is supported in the microchannel, and a microchemical device that can be manufactured by this method The purpose is to provide.
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロケミカルデバイスの製造方法は、基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、を有することを特徴としたものである。 In order to solve the conventional problem, the microchemical device manufacturing method of the present invention has a microchannel pattern formed on one or both of the base A and the base B, and the base A and the base A method of manufacturing a microchemical device in which a capillary-like space is formed between the base material A and the base material B by laminating the base material B, which of the base material A and the base material B A first step of applying an energy ray delayed curable adhesive mainly composed of a cationic polymerization resin to a portion other than the capillary portion and irradiating the energy ray delayed curable adhesive with an energy ray; The base material A or the base material B not coated with the energy ray delayed curable adhesive, and the base material A or the base material B coated with the energy ray delayed curable adhesive A second step of overlapping and bonding in accordance with the curing start time of the energy ray delayed curable adhesive, and removing the bubbles in the adhesive layer by pressing the base material A and the base material B after joining And a third step.
また、本発明のマイクロケミカルデバイスの製造方法は、基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、前記基材Ａもしくは前記基材Ｂのどちらか一方のマイクロチャンネルパターン内に少なくとも１種類以上の試薬を担持させてあり、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を、前記試薬を担持していない方の基材の前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、を有することを特徴としたものである。 In the method for producing a microchemical device of the present invention, a microchannel pattern is formed on one or both of the base material A and the base material B, and the base material A and the base material B are bonded together. A method of manufacturing a microchemical device in which a capillary-like space is formed between the base material A and the base material B, and the microchannel pattern of either the base material A or the base material B is included. At least one or more kinds of reagents are supported, and an energy ray delayed curable adhesive mainly composed of a cationic polymerization resin is applied to a portion of the base material that does not carry the reagents except for the capillary portion. And the first step of irradiating the energy ray delayed curable adhesive with energy rays, and the base material A not coated with the energy ray delayed curable adhesive Alternatively, the base material B and the base material A or the base material B coated with the energy ray delayed curable adhesive are overlapped and bonded in accordance with the curing start time of the energy ray delayed curable adhesive. And a third step of pressing the base material A and the base material B after joining to remove bubbles in the adhesive layer.
また、本発明のマイクロケミカルデバイスの製造方法は、基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとの間のマイクロチャネルパターン内に、少なくとも１種類以上の固形状の試薬を挿入した後前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、を有することを特徴としたものである。 In the method for producing a microchemical device of the present invention, a microchannel pattern is formed on one or both of the base material A and the base material B, and the base material A and the base material B are bonded together. A method for producing a microchemical device in which a capillary-like space is formed between the base material A and the base material B, wherein either one of the base material A and the base material B is provided with a cationic polymerization resin. A first step of applying an energy ray delayed curable adhesive as a main component to a portion excluding the capillary portion, and irradiating the energy ray delayed curable adhesive with an energy ray; and the energy ray delayed curable adhesive; A microchannel pattern between the base material A or the base material B that has not been applied and the base material A or the base material B that has been coated with the energy ray delayed curable adhesive. A second step in which at least one or more kinds of solid reagents are inserted into the chamber and then superposed and bonded in accordance with the curing start time of the energy ray delayed curable adhesive; And a third step of removing the bubbles in the adhesive layer by pressurizing the base material B.
また、本発明のマイクロケミカルデバイスは、基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスにおいて、前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方もしくは両方が、親水性を持った材料の基材もしくは親水性処理を施すとともに、前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合することを特徴としたものである。 In the microchemical device of the present invention, a microchannel pattern is formed on one or both of the substrate A and the substrate B, and the substrate A and the substrate B are bonded together, In the microchemical device in which a capillary-like space is formed between the material A and the base material B, either one or both of the base material A and the base material B is a base material of hydrophilic material or A hydrophilic treatment is performed, and an energy ray delayed curable adhesive mainly composed of a cationic polymerization resin is applied to any one of the base material A and the base material B on a portion excluding the capillary portion, and the energy The substrate A or the substrate B that is not coated with the energy ray delayed curable adhesive by irradiating the line delay curable adhesive with energy rays, and the energy ray delayed adhesive Is obtained by, characterized in that joining was applied curable adhesive and the substrate A or the base B superimposed in correspondence with the hardening starting time of the energy beam delayed curing adhesive.
本発明のマイクロケミカルデバイスの製造方法によれば、張り合わせ後に接着剤を除去する必要がないため、複雑なマイクロチャネルや、マイクロチャネルの両端が外部と通じていない場合であっても容易に張り合わせることが可能である。また、試薬に対向してエネルギー線を照射したり、基板に高温をかけたりしないため、試薬の活性低下の恐れが無く、さらには張り合わせ後にマイクロチャネル内の不要物を除去する必要がないため、試薬が除去されることも無い。 According to the method for manufacturing a microchemical device of the present invention, since it is not necessary to remove the adhesive after pasting, it is easily pasted even when the complicated microchannel and the both ends of the microchannel are not connected to the outside. It is possible. In addition, because it does not irradiate the energy beam opposite to the reagent or apply high temperature to the substrate, there is no risk of reducing the activity of the reagent, and furthermore, it is not necessary to remove unnecessary substances in the microchannel after bonding, The reagent is not removed.
以下に、本発明のマイクロケミカルデバイスとマイクロケミカルデバイス製造方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Embodiments of a microchemical device and a microchemical device manufacturing method of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図１〜図２は、本発明の第１の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す模式図である。また、図３はマイクロケミカルデバイスのマイクロチャネルパターンを示す平面図である。 1 to 2 are schematic views showing a bonding method of a microchemical device in a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view showing a microchannel pattern of the microchemical device.
図１〜図２において、マイクロチャネル４を有する基板１は、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３を介して平坦な基板２と接合されており、基板１のマイクロチャネル４の一部には、液体試料を分析するための試薬５が担持されている。 1 to 2, a substrate 1 having a microchannel 4 is bonded to a flat substrate 2 via an energy ray delayed curing adhesive 3 mainly composed of a cationic polymerization resin, and the microchannel 4 of the substrate 1 is bonded. A part of the channel 4 carries a reagent 5 for analyzing a liquid sample.
基板１のマイクロチャネル４は、図３に示すようなマイクロチャネルパターンを射出成形により作製しており、遠心力と毛細管力を利用して流体移動が可能となっている。 The microchannel 4 of the substrate 1 is produced by injection molding of a microchannel pattern as shown in FIG. 3, and fluid movement is possible using centrifugal force and capillary force.
図３において、マイクロチャネル４は分析試料注入槽６、定量槽７ａ〜７ｃ、試薬槽８ａ〜８ｃ、試薬槽９ａ〜９ｃ、測定槽１０ａ〜１０ｃで形成されており、試薬槽８ａ〜８ｃ、試薬槽９ａ〜９ｃ、測定槽１０ａ〜１０ｃにはそれぞれ分析に必要な試薬が担持できる構成になっている。 In FIG. 3, the microchannel 4 is formed of an analysis sample injection tank 6, quantification tanks 7a to 7c, reagent tanks 8a to 8c, reagent tanks 9a to 9c, and measurement tanks 10a to 10c. Each of the tanks 9a to 9c and the measurement tanks 10a to 10c is configured to be able to carry a reagent necessary for analysis.
本発明では各槽の深さは、２００μｍ〜６００μｍで形成されており、それ以外の流路部分は５０μｍ〜１００μｍで形成されているが、マイクロケミカルデバイスの用途に応じて各槽の深さや流路の深さを調整可能である。 In the present invention, the depth of each tank is formed from 200 μm to 600 μm, and the other flow path part is formed from 50 μm to 100 μm. However, depending on the use of the microchemical device, the depth and flow of each tank The depth of the road can be adjusted.
本発明では、図４に示すように、測定槽１０ａ〜１０ｃに透過光を照射して検査すべき液体試料と試薬５の反応状態を光学的に分析する。測定時には、測定槽１０ａ〜１０ｃ内に液体試料と試薬５とを反応させた反応溶液１１が充填され、反応溶液１１は液体試料と試薬５の反応の割合で吸光度が変化するため、光源部１２から測定槽１０ａ〜１０ｃに透過光を照射し、受光部１３にてその透過光の光量を測定することで、反応溶液１１を透過した光量の変化を測定することができるため、反応状態を分析することができる。 In the present invention, as shown in FIG. 4, the reaction state between the liquid sample to be examined and the reagent 5 is optically analyzed by irradiating the measurement tanks 10a to 10c with transmitted light. At the time of measurement, a reaction solution 11 obtained by reacting the liquid sample and the reagent 5 is filled in the measurement tanks 10 a to 10 c, and the absorbance of the reaction solution 11 changes depending on the reaction rate of the liquid sample and the reagent 5. Since the change in the amount of light transmitted through the reaction solution 11 can be measured by irradiating the measurement tanks 10a to 10c with transmitted light and measuring the amount of the transmitted light at the light receiving unit 13, the reaction state is analyzed. can do.
測定槽１０ａ〜１０ｃに透過光を照射した際に接着層によって透過光量がばらつく恐れがあるため、測定ばらつきを低減するために、測定槽１０ａ〜１０ｃの照射領域には、エネルギー線遅延硬化型接着剤３が塗布されないことが好ましい。 Since there is a possibility that the amount of transmitted light varies depending on the adhesive layer when the measurement tanks 10a to 10c are irradiated with transmitted light, in order to reduce the measurement variation, the irradiation area of the measurement tanks 10a to 10c has an energy ray delayed curing type adhesive. It is preferable that the agent 3 is not applied.
基板１および基板２の厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル４を形成可能な厚みであればよい。基板１および基板２の形状についても特に限定する必要が無く、用途目的に応じた形状、例えば、シート状、板状、棒状、チューブ状、その他複雑な形状の成形物などの形状が可能である。 Although the thickness of the board | substrate 1 and the board | substrate 2 is formed by 1 mm-5 mm, there is no restriction | limiting in particular, What is necessary is just the thickness which can form the microchannel 4. FIG. The shapes of the substrate 1 and the substrate 2 are not particularly limited, and shapes according to the purpose of use, for example, a sheet shape, a plate shape, a rod shape, a tube shape, and other complicated shapes are possible. .
本発明では基板１および基板２の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面からプラスチックを使用しているが、ガラス、シリコンウェハー、金属、セラミックなどエネルギー線遅延硬化型接着剤で接合できる材料であれば特に制限はない。 In the present invention, plastic is used as the material of the substrate 1 and the substrate 2 from the viewpoint of easy moldability, high productivity, and low cost. However, it is an energy ray delayed curing type adhesive such as glass, silicon wafer, metal and ceramic. There is no particular limitation as long as it can be joined.
また本発明ではマイクロチャネル４を有する基板１にはマイクロチャネル４内の粘性抵抗を減らし流体移動をしやすくするために親水性処理を行っているが、ガラス等の親水性材料を用いたり、成形時に界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて材料表面に親水性を付与させたりしてもかまわない。親水性処理方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や界面活性剤による表面処理が挙げられる。ここで、親水性とは水との接触角が９０度未満のことをいい、より好ましくは接触角４０度未満である。 In the present invention, the substrate 1 having the microchannel 4 is subjected to hydrophilic treatment to reduce the viscous resistance in the microchannel 4 and facilitate fluid movement. However, a hydrophilic material such as glass is used or molded. Sometimes a hydrophilic agent such as a surfactant, a hydrophilic polymer, or a hydrophilic powder such as silica gel may be added to impart hydrophilicity to the material surface. Examples of the hydrophilic treatment method include a surface treatment method using an active gas such as plasma, corona, ozone, and fluorine, and a surface treatment with a surfactant. Here, the hydrophilic property means that the contact angle with water is less than 90 degrees, and more preferably, the contact angle is less than 40 degrees.
基板２は、図１に示すように基板２の表面がマイクロチャネル４の壁面の一部を形成する場合にはマイクロチャネル４内の流動性をよくするために基板１と同様の親水性処理をすることが好ましいが、図２に示すように基板２の表面がマイクロチャネル４の壁面の一部を形成しない場合には親水性処理を特に必要としない。 When the surface of the substrate 2 forms a part of the wall surface of the microchannel 4 as shown in FIG. 1, the substrate 2 is subjected to the same hydrophilic treatment as the substrate 1 in order to improve the fluidity in the microchannel 4. However, when the surface of the substrate 2 does not form a part of the wall surface of the microchannel 4 as shown in FIG.
カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３で形成された接着層の厚みは、５μｍ〜２０μｍが好ましい。５μｍ以下の厚みでは、液体試料を流した時にシール性が確保できず、漏れる可能性があり、また２０μｍ以上の厚みでは、接着時に接着剤がマイクロチャネル４内に流入し、マイクロチャネル４を閉鎖する可能性がある。 The thickness of the adhesive layer formed of the energy ray delayed curable adhesive 3 mainly composed of a cationic polymerization resin is preferably 5 μm to 20 μm. If the thickness is 5 μm or less, the sealing property cannot be secured when the liquid sample is flowed, and there is a possibility of leakage. If the thickness is 20 μm or more, the adhesive flows into the microchannel 4 at the time of bonding, and the microchannel 4 is closed. there's a possibility that.
カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３は、図１に示すようにマイクロチャネル４以外の部分に塗布する場合は、粘度の高い接着剤、例えば、（株）スリーボンド製「ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ ３１１５」（粘度３５００ｍＰａ・ｓ）を用い、塗布方法としては、スクリーン印刷法などのパターニング可能な塗布方法でマイクロチャネル４以外の部分に塗布し、基板１と基板２をアライメントして張り合わせている。 As shown in FIG. 1, the energy ray delayed curable adhesive 3 having a cationic polymerization resin as a main component is applied to a portion other than the microchannel 4, as shown in FIG. Using “ThreeBond 3115” (viscosity 3500 mPa · s), as a coating method, coating is performed on a portion other than the microchannel 4 by a patterning coating method such as a screen printing method, and the substrate 1 and the substrate 2 are aligned and bonded together. Yes.
また、図２に示すように基板２の表面全体に塗布する場合は、粘度の低い接着剤、例えば、（株）スリーボンド製「ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ ３１１５Ｂ」（粘度３００ｍＰａ・ｓ）を用い、塗布方法としては、膜厚コントロールのしやすいスピンコート法などで塗布し、基板１と基板２を張り合わせている。図２のように、マイクロチャネル４の壁面を形成する接着層表面の割合が多い場合には、マイクロチャネル４内の流動性をよくするためにエネルギー線硬化型接着剤３に親水性を添加させることが好ましい。親水性の添加方法としては、界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて接着層に親水性を付与することが可能である。 Moreover, when apply | coating to the whole surface of the board | substrate 2 as shown in FIG. 2, using a low-viscosity adhesive agent, for example, "ThreeBond 3115B" (viscosity 300mPa * s) by a three bond, As an application method, The substrate 1 and the substrate 2 are bonded to each other by a spin coating method or the like for easy film thickness control. As shown in FIG. 2, when the ratio of the adhesive layer surface forming the wall surface of the microchannel 4 is large, hydrophilicity is added to the energy ray curable adhesive 3 in order to improve the fluidity in the microchannel 4. It is preferable. As a hydrophilic addition method, it is possible to impart hydrophilicity to the adhesive layer by adding a hydrophilizing agent such as a surfactant, a hydrophilic polymer, or a hydrophilic powder such as silica gel.
マイクロチャネル４内に担持させる試薬５としては、塩酸やトリスヒドロキシアミノメタンなどの緩衝剤、コレステロールエステラーゼやジアホラーゼなどの酵素、ＮＡＤなどの補酵素、水溶性テトラゾリウム塩などの色素を担持させている。試薬５は、張り合わせ前に基板１のマイクロチャネル４内に溶液状態で塗布し、乾燥させて担持させているが、あらかじめ試薬５を固形状態にしておき、張り合わせ時にマイクロチャネル４内に挿入することで、基板を選ばすに接着剤を塗布することができるため、塗布しやすい基板に接着剤を塗布することが可能となる。 As the reagent 5 to be supported in the microchannel 4, a buffer such as hydrochloric acid or trishydroxyaminomethane, an enzyme such as cholesterol esterase or diaphorase, a coenzyme such as NAD, or a dye such as a water-soluble tetrazolium salt is supported. The reagent 5 is applied in a solution state in the microchannel 4 of the substrate 1 before being bonded, and is dried and carried. However, the reagent 5 should be in a solid state and inserted into the microchannel 4 at the time of bonding. Since the adhesive can be applied to select the substrate, it is possible to apply the adhesive to the substrate that is easy to apply.
次に上記で説明した本発明の第１の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法について説明する。 Next, a method for bonding microchemical devices in the first embodiment of the present invention described above will be described.
図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明の第１の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す図である。 FIG. 5A to FIG. 5C are diagrams showing a method for bonding microchemical devices in the first embodiment of the present invention.
まず、図５（ａ）に示すように、試薬５の担持されていない基板２上に、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３をスクリーン印刷法にてマイクロチャネル４以外の接合面に塗布する。 First, as shown in FIG. 5A, an energy ray delayed curable adhesive 3 mainly composed of a cationic polymerization resin is applied to a microchannel 4 on a substrate 2 on which a reagent 5 is not supported by a screen printing method. Apply to other joint surfaces.
次に、図５（ｂ）に示すように、基板２上に塗布されたエネルギー線遅延硬化型接着剤３に波長：２００〜４００ｎｍの紫外線を紫外線照射機１４にて積算光量が４００〜６００ｍＪ／ｃｍ2になるように照射することで、紫外線照射後から接着剤硬化開始までの時間は１分〜３分程度になる。本発明では、試薬５に対して紫外線を照射しないため、試薬５の活性低下の恐れがない。エネルギー線遅延硬化型接着剤３は照射する積算光量によって、紫外線照射後から硬化開始までの未硬化時間がことなるため、後工程の作業時間を考慮して、積算光量を設定することが望ましい。 Next, as shown in FIG. 5 (b), the energy ray delayed curable adhesive 3 applied on the substrate 2 is irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 200 to 400 nm using an ultraviolet irradiator 14 so that the integrated light quantity is 400 to 600 mJ / By irradiating so that it may become cm < 2 >, the time from an ultraviolet irradiation to an adhesive hardening start will be about 1 minute-3 minutes. In the present invention, since the reagent 5 is not irradiated with ultraviolet rays, there is no fear of a decrease in the activity of the reagent 5. Since the energy ray delayed curable adhesive 3 has an uncured time from the irradiation of ultraviolet rays to the start of curing depending on the integrated light amount to be irradiated, it is desirable to set the integrated light amount in consideration of the work time of the subsequent process.
次に、図５（ｃ）に示すように、試薬５を担持させた基板１と紫外線を照射した基板２とを硬化開始時間までにマイクロチャネル４のパターンが一致するように位置決めし、張り合わせる。その後、ローラー１５ａ、１５ｂの間で加圧可能なラミネート装置で、張り合わせたマイクロケミカルデバイスを０.５〜５ＭＰａの圧力で加圧し、接着層内の気泡を除去する。張り合わせ後に、加圧し、気泡を除去することで、マイクロチャネル４のシール性は向上する。
ここで、本発明では気泡の除去にラミネート装置による加圧を行っているが、真空プレスなどの加圧方法で気泡を除去してもかまわない。
Next, as shown in FIG. 5 (c), the substrate 1 carrying the reagent 5 and the substrate 2 irradiated with ultraviolet rays are positioned and bonded so that the pattern of the microchannel 4 matches by the curing start time. . Thereafter, the laminated microchemical device is pressed with a pressure of 0.5 to 5 MPa by a laminating apparatus capable of pressing between the rollers 15a and 15b, and bubbles in the adhesive layer are removed. After the bonding, pressurization is performed to remove bubbles, thereby improving the sealing performance of the microchannel 4.
Here, in the present invention, pressurization by a laminating apparatus is performed to remove bubbles, but the bubbles may be removed by a pressurization method such as a vacuum press.
加圧したマイクロケミカルデバイスは、接着剤が硬化するまで静置することにより接合が完了する。静置時に、マイクロケミカルデバイスが反ったり、歪んだりして変形する恐れがあるため、接着剤が硬化するまでの間、基板１上に重りなどをおいて面圧をかけることが好ましい。 The pressed microchemical device is left to stand until the adhesive is cured, thereby completing the bonding. Since the microchemical device may be warped or distorted when it is left standing, it is preferable to apply a surface pressure by placing a weight on the substrate 1 until the adhesive is cured.
図６は、本発明の第２の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す模式図である。また、図７はマイクロケミカルデバイスのマイクロチャネルパターンを示す平面図である。 FIG. 6 is a schematic view showing a method of joining microchemical devices in the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a plan view showing a microchannel pattern of the microchemical device.
図６において、基板２１ａと基板２１ｂとを接着剤２３ａで接合することで、深さの異なるマイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃを有する基板を形成し、基板２１ａと接合された基板２１ｂは、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂを介して平坦な基板２２と接合されており、基板２２上には、液体試料を分析するための試薬２５が担持されている。 In FIG. 6, a substrate having microchannels 24a, 24b, and 24c having different depths is formed by bonding a substrate 21a and a substrate 21b with an adhesive 23a, and the substrate 21b bonded to the substrate 21a is formed by cationic polymerization. It is bonded to a flat substrate 22 via an energy ray delayed curable adhesive 23 b mainly composed of a resin, and a reagent 25 for analyzing a liquid sample is carried on the substrate 22.
基板２１ａのマイクロチャネル２４ａは、図７（ａ）に示すようなマイクロチャネルパターンを射出成形により作製している。また、基板２１ｂのマイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、図７（ｂ）に示すようなマイクロチャネルパターンを射出成形により作製している。基板２１ａと基板２１ｂとを積層することで、深さの異なるマイクロチャネルや複雑なマイクロチャネルパターンを容易に形成することができる。本発明では、基板を３枚積層させてマイクロケミカルデバイスを作製しているが、マイクロチャネルを形成するために、更に複数の基板を積層させて作製してもかまわない。 The microchannel 24a of the substrate 21a is produced by injection molding a microchannel pattern as shown in FIG. Further, the microchannels 24a, 24b, and 24c of the substrate 21b are produced by injection molding a microchannel pattern as shown in FIG. 7B. By stacking the substrate 21a and the substrate 21b, microchannels having different depths or complicated microchannel patterns can be easily formed. In the present invention, a microchemical device is manufactured by stacking three substrates. However, a plurality of substrates may be stacked in order to form a microchannel.
図７（ａ）、図７（ｂ）において、マイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃは分析試料注入槽２６、定量槽２７ａ〜２７ｃ、試薬槽２８ａ〜２８ｃ、試薬槽２９ａ〜２９ｃ、測定槽３０ｃ〜３０ｃで形成されており、試薬槽２８ａ〜２８ｃ、試薬槽２９ａ〜２９ｃ、測定槽３０ａ〜３０ｃにはそれぞれ分析に必要な基板２２上に担持された試薬２５が入るような構成になっている。本発明では各槽の深さは、２００μｍ〜６００μｍで形成されており、それ以外の流路部分は１００μｍ〜２００μｍで形成されているが、マイクロケミカルデバイスの用途に応じて各槽の深さや流路の深さを調整可能である。 7A and 7B, the microchannels 24a, 24b, and 24c are the analysis sample injection tank 26, the quantitative tanks 27a to 27c, the reagent tanks 28a to 28c, the reagent tanks 29a to 29c, and the measurement tanks 30c to 30c. The reagent tanks 28a to 28c, the reagent tanks 29a to 29c, and the measurement tanks 30a to 30c are configured so that the reagent 25 supported on the substrate 22 required for analysis is placed therein. In the present invention, the depth of each tank is formed from 200 μm to 600 μm, and the other flow path portion is formed from 100 μm to 200 μm. However, depending on the use of the microchemical device, the depth and flow of each tank The depth of the road can be adjusted.
本発明では、図８に示すように、測定槽３０ａ〜３０ｃに透過光を照射して検査すべき液体試料と試薬２５の反応状態を光学的に分析する。測定時には、測定槽３０ａ〜３０ｃ内に液体試料と試薬２５とを反応させた反応溶液３１が充填され、反応溶液３１は液体試料と試薬２５の反応の割合で吸光度が変化するため、光源部３２から測定槽３０ａ〜３０ｃに透過光を照射し、受光部３３にてその透過光の光量を測定することで、反応溶液３１を透過した光量の変化を測定することができるため、反応状態を分析することができる。 In the present invention, as shown in FIG. 8, the reaction state between the liquid sample to be examined and the reagent 25 is optically analyzed by irradiating the measurement tanks 30a to 30c with transmitted light. At the time of measurement, a reaction solution 31 obtained by reacting the liquid sample and the reagent 25 is filled in the measurement tanks 30a to 30c, and the light absorbance of the reaction solution 31 changes depending on the reaction rate of the liquid sample and the reagent 25. Since the change in the amount of light transmitted through the reaction solution 31 can be measured by irradiating the measurement tanks 30a to 30c with transmitted light and measuring the amount of the transmitted light with the light receiving unit 33, the reaction state is analyzed. can do.
測定槽３０ａ〜３０ｃに透過光を照射した際に接着層によって透過光量がばらつく恐れがあるため、測定ばらつきを低減するために、測定槽３０ａ〜３０ｃの照射領域には、エネルギー線遅延硬化型接着剤３３が塗布されないことが好ましい。 Since there is a possibility that the amount of transmitted light varies depending on the adhesive layer when the measurement tanks 30a to 30c are irradiated with transmitted light, in order to reduce measurement variation, the irradiation areas of the measurement tanks 30a to 30c are bonded to the energy ray delayed curing type adhesive. It is preferable that the agent 33 is not applied.
基板２１ａおよび基板２２の厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル２４ａを形成可能な厚みであればよい。また、基板２１ｂの厚みは５０μｍ〜１００μｍで形成されており、マイクロチャネル２４ｂ、２４ｃは基板２１ｂの厚みで決定される。 The thickness of the substrate 21a and the substrate 22 is 1 mm to 5 mm, but is not particularly limited as long as the microchannel 24a can be formed. The thickness of the substrate 21b is 50 μm to 100 μm, and the microchannels 24b and 24c are determined by the thickness of the substrate 21b.
本発明では基板２１ａ、基板２１ｂおよび基板２２の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面からプラスチックを使用しているが、ガラス、シリコンウェハー、金属、セラミックなどエネルギー線遅延硬化型接着剤で接合できる材料であれば特に制限はない。 In the present invention, plastic is used as the material of the substrate 21a, the substrate 21b, and the substrate 22 from the viewpoint of easy moldability, high productivity, and low cost, but energy ray delayed curing type such as glass, silicon wafer, metal, ceramic, etc. If it is the material which can be joined with an adhesive agent, there will be no restriction | limiting in particular.
また本発明ではマイクロチャネル２４ａを有する基板２１ａにはマイクロチャネル２４ａ内の粘性抵抗を減らし流体移動をしやすくするために親水性処理を行っているが、ガラス等の親水性材料を用いたり、成形時に界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて材料表面に親水性を付与させたりしてもかまわない。親水性処理方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や界面活性剤による表面処理が挙げられる。ここで、親水性とは水との接触角が９０度未満のことをいい、より好ましくは接触角４０度未満である。 In the present invention, the substrate 21a having the microchannel 24a is subjected to a hydrophilic treatment to reduce the viscous resistance in the microchannel 24a and facilitate fluid movement. However, a hydrophilic material such as glass is used or molded. Sometimes a hydrophilic agent such as a surfactant, a hydrophilic polymer, or a hydrophilic powder such as silica gel may be added to impart hydrophilicity to the material surface. Examples of the hydrophilic treatment method include a surface treatment method using an active gas such as plasma, corona, ozone, and fluorine, and a surface treatment with a surfactant. Here, the hydrophilic property means that the contact angle with water is less than 90 degrees, and more preferably, the contact angle is less than 40 degrees.
基板２２は、図６に示すように基板２２の表面がマイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃの壁面の一部を形成するため、マイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃ内の流動性をよくするために基板２１ａと同様の親水性処理をすることが好ましい。 As shown in FIG. 6, since the surface of the substrate 22 forms part of the wall surface of the microchannels 24a, 24b, and 24c, the substrate 22a has a substrate 21a in order to improve fluidity in the microchannels 24a, 24b, and 24c. It is preferable to carry out the same hydrophilic treatment.
基板２１ａと基板２１ｂの接合は、エネルギー線硬化型接着剤、熱可塑型接着剤などの接着剤を用いた接合や、レーザー溶着、超音波溶着などの溶着による接合が可能である。接着剤を用いる場合は、接着層の厚みは５μｍ〜２０μｍが好ましい。５μｍ以下の厚みでは、液体試料を流した時にシール性が確保できず、漏れる可能性があり、また２０μｍ以上の厚みでは、接着時に接着剤がマイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃ内に流入し、マイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃを閉鎖する可能性がある。 The substrate 21a and the substrate 21b can be bonded using an adhesive such as an energy ray curable adhesive or a thermoplastic adhesive, or by welding such as laser welding or ultrasonic welding. When an adhesive is used, the thickness of the adhesive layer is preferably 5 μm to 20 μm. If the thickness is 5 μm or less, the sealing property cannot be ensured when the liquid sample is flowed, and there is a possibility of leakage. If the thickness is 20 μm or more, the adhesive flows into the microchannels 24 a, 24 b, and 24 c at the time of bonding. Channels 24a, 24b, 24c may be closed.
また、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂで形成された接着層の厚みは、５μｍ〜２０μｍが好ましい。５μｍ以下の厚みでは、液体試料を流した時にシール性が確保できず、漏れる可能性があり、また２０μｍ以上の厚みでは、接着時に接着剤がマイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃ内に流入し、マイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃを閉鎖する可能性がある。 Moreover, the thickness of the adhesive layer formed of the energy ray delayed curable adhesive 23b mainly composed of a cationic polymerization resin is preferably 5 μm to 20 μm. If the thickness is 5 μm or less, the sealing property cannot be ensured when the liquid sample is flowed, and there is a possibility of leakage. If the thickness is 20 μm or more, the adhesive flows into the microchannels 24 a, 24 b, and 24 c at the time of bonding. Channels 24a, 24b, 24c may be closed.
カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂは、図６に示すように基板２１ｂのマイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃ以外の接合面に塗布する。塗布方法としては、ロールコート法などで塗布を行い、基板２１ｂと基板２２をアライメントして張り合わせている。接着剤は粘度の高い接着剤が好ましく、例えば、（株）スリーボンド製「ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ ３１１５」（粘度３５００ｍＰａ・ｓ）を用いる。 As shown in FIG. 6, the energy ray delayed curable adhesive 23b mainly composed of a cationic polymerization resin is applied to the bonding surface of the substrate 21b other than the microchannels 24a, 24b, and 24c. As a coating method, coating is performed by a roll coating method or the like, and the substrate 21b and the substrate 22 are aligned and bonded together. The adhesive is preferably an adhesive having a high viscosity. For example, “ThreeBond 3115” (viscosity 3500 mPa · s) manufactured by ThreeBond Co., Ltd. is used.
基板２２上に担持させる試薬２５としては、塩酸やトリスヒドロキシアミノメタンなどの緩衝剤、コレステロールエステラーゼやジアホラーゼなどの酵素、ＮＡＤなどの補酵素、水溶性テトラゾリウム塩などの色素を担持させている。試薬２５は、張り合わせ前に基板２２上の各試薬層がくる位置に溶液状態で塗布し、乾燥させて担持させているが、あらかじめ試薬２５を固形状態にしておき、張り合わせ時にマイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ内に挿入することで、基板を選ばすに接着剤を塗布することができるため、塗布しやすい基板に接着剤を塗布することが可能となる。 As the reagent 25 to be carried on the substrate 22, a buffer such as hydrochloric acid or trishydroxyaminomethane, an enzyme such as cholesterol esterase or diaphorase, a coenzyme such as NAD, or a dye such as a water-soluble tetrazolium salt is carried. The reagent 25 is applied in a solution state at a position where each reagent layer on the substrate 22 comes before being bonded, and is dried and supported. However, the reagent 25 is previously solidified and is bonded to the microchannels 24a and 24b. , 24c can be used to apply an adhesive to select a substrate. Therefore, the adhesive can be applied to a substrate that is easy to apply.
次に上記で説明した本発明の第２の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法について説明する。 Next, a method for bonding microchemical devices in the second embodiment of the present invention described above will be described.
図９（ａ）〜図９（ｄ）は本発明の第２の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す図である。 FIG. 9A to FIG. 9D are views showing a method for bonding microchemical devices in the second embodiment of the present invention.
まず、図９（ａ）に示すように、基板２１ａと基板２１ｂとを接着剤２３ａを介して接合する。次に、図９（ｂ）に示すように、基板２１ｂ上に、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂをロールコート法にてマイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ以外の接合面に塗布する。 First, as shown to Fig.9 (a), the board | substrate 21a and the board | substrate 21b are joined via the adhesive agent 23a. Next, as shown in FIG. 9B, an energy ray delayed curable adhesive 23b mainly composed of a cationic polymerization resin is applied on the substrate 21b by a roll coating method except for the microchannels 24a, 24b, and 24c. Apply to the joint surface.
次に、図９（ｃ）に示すように、基板２１ｂ上に塗布されたエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂに波長：２００〜４００ｎｍの紫外線を紫外線照射機３４にて積算光量が４００〜６００ｍＪ／ｃｍ2になるように照射することで、紫外線照射後から接着剤硬化開始までの時間は１分〜３分程度になる。本発明では、試薬２５に対して紫外線を照射しないため、試薬２５の活性低下の恐れがない。エネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂは照射する積算光量によって、紫外線照射後から硬化開始までの未硬化時間がことなるため、後工程の作業時間を考慮して、積算光量を設定することが望ましい。 Next, as shown in FIG. 9 (c), ultraviolet rays having a wavelength of 200 to 400 nm are applied to the energy ray delayed curable adhesive 23b applied on the substrate 21b by the ultraviolet irradiator 34 so that the integrated light quantity is 400 to 600 mJ / By irradiating so that it may become cm < 2 >, the time from an ultraviolet irradiation to an adhesive hardening start will be about 1 minute-3 minutes. In the present invention, since the reagent 25 is not irradiated with ultraviolet rays, there is no fear of a decrease in the activity of the reagent 25. The energy ray delayed curable adhesive 23b varies depending on the integrated light amount to be irradiated, so that the uncured time from the start of UV irradiation to the start of curing is different. Therefore, it is desirable to set the integrated light amount in consideration of the work time of the subsequent process.
次に、図９（ｄ）に示すように、試薬２５を担持させた基板２２と紫外線を照射した基板２１ｂとを試薬２５の位置が既定の位置にくるように位置決めし、硬化開始時間までに張り合わせる。その後、ローラー３５ａ、３５ｂの間で加圧可能なラミネート装置で、張り合わせたマイクロケミカルデバイスを０.５〜５ＭＰａの圧力で加圧し、接着層内の気泡を除去する。張り合わせ後に、加圧し、気泡を除去することで、マイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃのシール性は向上する。ここで、本発明では気泡の除去にラミネート装置による加圧を行っているが、真空プレスなどの加圧方法で気泡を除去してもかまわない。 Next, as shown in FIG. 9 (d), the substrate 22 carrying the reagent 25 and the substrate 21b irradiated with ultraviolet light are positioned so that the position of the reagent 25 is at a predetermined position, and the curing start time is reached. Paste together. Thereafter, the laminated microchemical device is pressed with a pressure of 0.5 to 5 MPa by a laminating apparatus capable of pressing between the rollers 35a and 35b, and the bubbles in the adhesive layer are removed. After the bonding, pressurization is performed to remove bubbles, thereby improving the sealing performance of the microchannels 24a, 24b, and 24c. Here, in the present invention, pressure is removed by a laminating apparatus for removing bubbles, but the bubbles may be removed by a pressure method such as a vacuum press.
加圧したマイクロケミカルデバイスは、接着剤が硬化するまで静置することにより接合が完了する。静置時に、マイクロケミカルデバイスが反ったり、歪んだりして変形する恐れがあるため、接着剤が硬化するまでの間、基板２１ａ上に重りなどをおいて面圧をかけることが好ましい。 The pressed microchemical device is left to stand until the adhesive is cured, thereby completing the bonding. Since the microchemical device may be warped or distorted when left standing, it is preferable to apply a surface pressure by placing a weight on the substrate 21a until the adhesive is cured.
本発明にかかるマイクロケミカルデバイスの製造方法は、複雑なマイクロチャネルデザインの基板や試薬の活性を低下させずに基板の接合ができるため、化学、生化学、物理化学用などの微小反応デバイス（マイクロリアクター）や、集積型ＤＮＡ分析デバイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィーデバイスなどの微小分析デバイス等として有用である。 The method of manufacturing a microchemical device according to the present invention can bond substrates without reducing the activity of a substrate or reagent having a complicated microchannel design. Reactor), and a microanalysis device such as an integrated DNA analysis device, a microelectrophoresis device, and a microchromatography device.
１ 基板
２ 基板
３ エネルギー線遅延硬化型接着剤
４ マイクロチャネル
５ 試薬
６ 分析試料注入槽
７ａ〜７ｃ 定量槽
８ａ〜８ｃ 試薬槽
９ａ〜９ｃ 試薬槽
１０ａ〜１０ｃ 測定槽
１１ 反応溶液
１２ 光源部
１３ 受光部
１４ 紫外線照射機
１５ａ、１５ｂ ローラー
２１ａ 基板
２１ｂ 基板
２２ 基板
２３ａ 接着剤
２３ｂ エネルギー線遅延硬化型接着剤
２４a、２４ｂ、２４ｃ マイクロチャネル
２５ 試薬
２６ 分析試料注入槽
２７ａ〜２７ｃ 定量槽
２８ａ〜２８ｃ 試薬槽
２９ａ〜２９ｃ 試薬槽
３０ａ〜３０ｃ 測定槽
３１ 反応溶液
３２ 光源部
３３ 受光部
３４ 紫外線照射機
３５ａ、３５ｂ ローラー
５１ 部材（Ａ）
５２ 凹部
５３ 部材（Ｂ）
５４ 組成物（Ｃ）
６１ マイクロケミカルデバイス基板
６２ マイクロケミカルデバイス基板
６３ マイクロチャネル
６４ マスキング剤
６５ 接着剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Substrate 3 Energy ray delay hardening type adhesive 4 Micro channel 5 Reagent 6 Analytical sample injection tank 7a-7c Quantitative tank 8a-8c Reagent tank 9a-9c Reagent tank 10a-10c Measurement tank 11 Reaction solution 12 Light source part 13 Light reception Part 14 Ultraviolet irradiation machine 15a, 15b Roller 21a Substrate 21b Substrate 22 Substrate 22a Adhesive 23b Energy ray delayed curing type adhesive 24a, 24b, 24c Microchannel 25 Reagent 26 Analytical sample injection tank 27a-27c Determination tank 28a-28c Reagent tank 29a-29c Reagent tank 30a-30c Measurement tank 31 Reaction solution 32 Light source part 33 Light-receiving part 34 Ultraviolet irradiation machine 35a, 35b Roller 51 Member (A)
52 Concavity 53 Member (B)
54 Composition (C)
61 Microchemical device substrate 62 Microchemical device substrate 63 Microchannel 64 Masking agent 65 Adhesive
Claims (10)
前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、
を有することを特徴とするマイクロケミカルデバイスの製造方法。 A microchannel pattern is formed on one or both of the base material A and the base material B, and the base material A and the base material B are bonded to each other, whereby the base material A and the base material B are sandwiched. A method of manufacturing a microchemical device in which a capillary-like space is formed,
Either one of the base material A and the base material B is coated with an energy ray delayed curable adhesive mainly comprising a cationic polymerization resin on a portion other than the capillary portion, and the energy ray delayed curable adhesive is applied to the energy ray delayed curable adhesive. A first step of irradiating energy rays;
The base material A or the base material B not coated with the energy beam delayed curable adhesive and the base material A or the base material B coated with the energy beam delayed curable adhesive are combined with the energy beam delay. A second step of superimposing and joining corresponding to the curing start time of the curable adhesive, and a third step of removing the bubbles in the adhesive layer by pressurizing the base material A and the base material B after joining. ,
A method for producing a microchemical device, comprising:
前記基材Ａもしくは前記基材Ｂのどちらか一方のマイクロチャンネルパターン内に少なくとも１種類以上の試薬を担持させてあり、
カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を、前記試薬を担持していない方の基材の前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、
を有することを特徴とするマイクロケミカルデバイスの製造方法。 A microchannel pattern is formed on one or both of the base material A and the base material B, and the base material A and the base material B are bonded to each other, whereby the base material A and the base material B are sandwiched. A method of manufacturing a microchemical device in which a capillary-like space is formed,
At least one kind of reagent is carried in the microchannel pattern of either the base material A or the base material B,
An energy ray delayed curable adhesive mainly composed of a cationic polymerization resin is applied to a portion of the base material not carrying the reagent except for the capillary portion, and energy is applied to the energy ray delayed curable adhesive. A first step of irradiating a line;
The base material A or the base material B not coated with the energy beam delayed curable adhesive and the base material A or the base material B coated with the energy beam delayed curable adhesive are combined with the energy beam delay. A second step of superimposing and joining corresponding to the curing start time of the curable adhesive, and a third step of removing the bubbles in the adhesive layer by pressurizing the base material A and the base material B after joining; ,
A method for producing a microchemical device, comprising:
前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとの間のマイクロチャネルパターン内に、少なくとも１種類以上の固形状の試薬を挿入した後前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、
を有することを特徴とするマイクロケミカルデバイスの製造方法。 A microchannel pattern is formed on one or both of the base material A and the base material B, and the base material A and the base material B are bonded to each other, whereby the base material A and the base material B are sandwiched. A method of manufacturing a microchemical device in which a capillary-like space is formed,
Either one of the base material A and the base material B is coated with an energy ray delayed curable adhesive mainly comprising a cationic polymerization resin on a portion other than the capillary portion, and the energy ray delayed curable adhesive is applied to the energy ray delayed curable adhesive. A first step of irradiating energy rays;
Microchannel between the base material A or the base material B not coated with the energy ray delayed curable adhesive and the base material A or the base material B coated with the energy ray delayed curable adhesive A second step in which at least one or more kinds of solid reagents are inserted into the pattern and then superposed and bonded in accordance with the curing start time of the energy ray delayed curing adhesive; A third step of pressurizing the base material B to remove bubbles in the adhesive layer;
A method for producing a microchemical device, comprising:
を有し、該透過光の前記測定槽への照射領域の基材部には、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤が塗布されないことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のマイクロケミカルデバイスの製造方法。 The microchannel pattern formed on the substrate includes a reagent vessel for storing the reagent, a liquid sample to be examined, and a measurement vessel for optically analyzing the reaction state of the reagent by irradiating transmitted light,
The microchemical according to claim 5 or 6, wherein the energy ray delayed curable adhesive is not applied to a base material part in an irradiation region of the transmitted light to the measurement tank. Device manufacturing method.
前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方もしくは両方が、親水性を持った材料の基材もしくは親水性処理を施すとともに、
前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射し、
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合することを特徴とするマイクロケミカルデバイス。 A microchannel pattern is formed on one or both of the base material A and the base material B, and the base material A and the base material B are bonded to each other, whereby the base material A and the base material B are sandwiched. In a microchemical device in which a capillary space is formed,
Either or both of the base material A and the base material B are subjected to a base material or hydrophilic treatment of a hydrophilic material,
Either one of the base material A and the base material B is coated with an energy ray delayed curable adhesive mainly comprising a cationic polymerization resin on a portion other than the capillary portion, and the energy ray delayed curable adhesive is applied to the energy ray delayed curable adhesive. Irradiate energy rays,
The base material A or the base material B not coated with the energy beam delayed curable adhesive and the base material A or the base material B coated with the energy beam delayed curable adhesive are combined with the energy beam delay. A microchemical device characterized by being superposed and bonded in accordance with the curing start time of a curable adhesive.
The base material A or the base material B is characterized in that a plurality of base materials on which a plurality of microchannel patterns are formed are overlapped and joined to form a plurality of capillary spaces between the base materials. The microchemical device according to claim 8.
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