JP2012211870A - マイクロチップ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコーン樹脂からなる部材と接合される部材がシリコーン樹脂以外の材料からなる部材である場合にも強固な接合強度が得られるようにする。
【解決手段】シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレート１０の表面上にシリコーン樹脂塗布層１２を介してシリコーン樹脂からなる流路プレート１４が接合されてマイクロチップが構成されている。その流路プレート１４は、シリコーン樹脂塗布層１２との接合面に流路１６となる溝と、その溝につながる少なくとも１つの貫通孔１８，２０が形成された成型品であり、それにより流路プレート１４とシリコーン樹脂塗布層１２との接合面に、その溝とシリコーン樹脂塗布層１２とからなる内面がシリコーン樹脂で囲まれた流路１６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細な流路や反応容器等を用いて微小流体試料の合成や分析を行う微細流路構造体のマイクロチップに関する。このようなマイクロチップは、μＴＡＳ（小型化分析システム：Micro Total Analysis System）、マイクロリアクター、Bio−ＭＥＭＳ又はバイオチップなどとして応用される小型流体素子として使用されるものである。本明細書では、そのような小型流体素子を総称してマイクロチップと称する。

μＴＡＳやBio-ＭＥＭＳなどの分野では、マイクロチップを形成するための素材としてシリコーン樹脂の一種であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）が多く用いられている（特許文献１，２、非特許文献１参照。）。ＰＤＭＳが好んで使用される理由としていくつか挙げることができる。例えば、ＰＤＭＳは透明樹脂であることから、内部に流路や反応容器をもつマイクロチップを構成すると内部の様子を外部から観察できる。ＰＤＭＳはキャスティング法や射出成型法により容易に成型することができ、しかも数μｍ以下というような微細な構造を形成することもできる。さらに、ＰＤＭＳは自己吸着性を備え、ＰＤＭＳどうしに限らず、ガラスに対しても吸着性を備えているので、ＰＤＭＳ部材どうし又はＰＤＭＳ部材とガラス部材の組合せによってマイクロチップを組み立てる際、接着剤が不要であるという点も挙げることができる。

ＰＤＭＳを用いたマイクロチップの多くは、微細流路構造を形成したＰＤＭＳ部材と、蓋となるＰＤＭＳ部材又はガラス部材とを貼り合わせることで作製されている。これらの部材の貼り合わせは、部材の貼合わせる表面を酸素プラズマに曝すことにより又は紫外線を照射することにより活性化し、その後、活性化させた両表面を密着して重ね合わせ、一定時間放置することにより行われている。

この貼り合わせのメカニズムとしては、（−Ｓｉ−Ｏ−）基をもつＰＤＭＳ表面又はガラス表面を活性化し密着させることで、両部材の表面同士で（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−）からなるシロキサン結合と呼ばれる共有結合が生じて強固な結合が得られると考えられている。このような特長は、ＰＤＭＳに限ったことではなく、（−Ｓｉ−Ｏ−）基をもつシリコーン樹脂に共通したものである。

しかしながら、この接合方法は、部材の貼合わせ表面を酸素プラズマなどで活性化させることによりシロキサン結合という共有結合が生じる部材間においてのみ有効である。一方の部材としてＰＤＭＳを用いたとしても、それと接合させる他方の部材として、例えば、射出成型で安価に微細な構造を形成できるポリプロピレンなどの合成樹脂のように（−Ｓｉ−Ｏ−）基をもたない非シリコーン樹脂素材や金属素材からなるものを使用した場合は、シロキサン結合を形成することができないために接合面を酸素プラズマや紫外線で処理したとしても強固な接合強度を得ることができない。

図７に、例えばシリコーン樹脂とポロプロピレンからなる部材を貼り合わせて作製したマイクロチップの例を示す。この例では、流路となる溝を形成した流路プレート１としてシリコーン樹脂を使用し、それと接合させるベースプレート２としてポリプロピレンを使用している。流路プレート１には３本の微細流路３となる溝が形成され、それぞれの流路３の両端の位置に流路プレート１を貫通する孔４，５が形成されている。流路３となる溝が形成されている側の流路プレート１の表面とベースプレート２の表面を酸素プラズマなどにより活性化した後に貼り合わせると図７のマイクロチップが得られる。しかし、流路プレート１のシリコーン樹脂とベースプレート２のポリプロピレンとの間では貼合わせ強度が十分高くないため、このマイクロチップでは複数の流路３に流体試料を加圧して導入した場合、その送液圧力により流路プレート１とベースプレート２間で剥離が生じ、各流路３間の流体試料が相互に混入してクロスコンタミネーション（相互汚染）が生じる虞がある。

ＰＤＭＳからなる部材と組み合わせる部材をガラス基板にするのに代えて、シリコーン樹脂以外の樹脂製基板として使用してもＰＤＭＳ部材と強固に接合させることができるようにするために、ＰＤＭＳ部材と接合させる樹脂製基板の表面に酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜を成膜することが提案されている（特許文献３参照。）。その酸化シリコン膜は真空蒸着法，イオンプレーテイング法，スパッタ法，常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法及びプラズマＣＶＤ法等の気相成長法により形成される。

特開２０００−２７８１３号公報 特開２００１−１５７８５５号公報 特開２００５−２５７２８３号公報

Anal. Chem. 1998, 70, 4974-4984

ＰＤＭＳ部材と接合させるＰＤＭＳ以外の樹脂製基板の表面に酸化シリコン膜を成膜する方法は、酸化シリコン膜を真空蒸着法などの気相成長法により形成しなければならないので、製造コストが高くなる。

そこで、本発明はシリコーン樹脂からなる部材と接合される部材がシリコーン樹脂以外の材料からなる部材である場合にも簡便な方法により強固な接合強度が得られるようにしたマイクロチップとその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明のマイクロチップは、シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートの表面上にシリコーン樹脂塗布層を介してシリコーン樹脂からなる流路プレートが接合されて構成されたものである。そして、その流路プレートは、シリコーン樹脂塗布層との接合面に流路となる溝が形成された成型品であり、それにより流路プレートとシリコーン樹脂塗布層との接合面に、その溝とシリコーン樹脂塗布層とからなる内面がシリコーン樹脂で囲まれた流路が形成されている。ベースプレート又は流路プレートには前記溝からなる流路につながる少なくとも一つの貫通孔が形成されている。

本発明のマイクロチップでは、流路プレートとシリコーン樹脂塗布層の間の接合はシリコーン樹脂同士の貼合わせであるため、十分な貼合わせ強度を得ることができる。また、シリコーン樹脂塗布層とシリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレート間においても、流路プレート表面とシリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレート表面を酸素プラズマや紫外線照射により活性化して接合させた場合よりも高い貼合わせ強度を得ることができる。

この理由として、硬化したシリコーン樹脂をシリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートに密着させる場合より、液体状のシリコーン樹脂をベースプレート上に塗布し、その後に硬化させた場合の方が、シリコーン樹脂とベースプレート材料との密着性が高いことが挙げられる。液体状のシリコーン樹脂はベースプレート材料表面の微細な凹凸に入り込み、その状態で硬化することから高い密着性が得られると考えられる。

流路は流路プレートとシリコーン樹脂塗布層の間に形成され、流路プレートとシリコーン樹脂塗布層の間は高い貼合わせ強度を有することから、流路を構成する部材同士の剥離は生じにくく、クロスコンタミネーションは起こりにくい。

本発明のマイクロチップの流路の内壁は、すべてシリコーン樹脂で形成される。シリコーン樹脂部材同士を貼り合わせることで同様の構造を形成することができるが、シリコーン樹脂は一般に高価であるので、ベースプレートにシリコーン樹脂以外の材料を用いる本発明のマイクロチップは安価で同等の構造体を形成することができる。

マイクロチップとしては内部に流路のみを備えたものを含む。そのような流路のみを備えたマイクロチップとしては、電気泳動用の分離流路を備えたマイクロチップや、液体クロマトグラフを構成するマイクロチップなどの分析用マイクロチップのほか、分岐又は合流により送液を制御する送液制御用のマイクロチップなどとして利用することができる。

マイクロチップとしては流路の他に内部に凹部を備えたものも含む。その凹部は反応室や細胞培養室など、種々の用途に使用することができる。その凹部はベースプレート材料表面の微細な凹凸とは異なり、流路の幅と同程度又はそれよりも大きなサイズをもって反応室や細胞培養室などとして使用されるものである。その凹部を備えたマイクロチップとしては検査用や反応用に使用されるマイクロチップを挙げることができる。そのマイクロチップの凹部は流路プレートの流路につながっているとともに、その凹部の内側の底面及び側面にはシリコーン樹脂塗布層で覆われずにベースプレートの材料が露出している部分をもち、その凹部の上部が流路プレートのシリコーン樹脂で被われているように構成することができる。

凹部を備えたマイクロチップでは凹部の内側にはベースプレートの材料が露出している部分があるので、凹部の開口縁にはベースプレート材料とシリコーン樹脂塗布層の境界が存在するが、ベースプレート材料とシリコーン樹脂塗布層との間の接合強度も強いので、その界面からのクロスコンタミネーションの虞も少ない。

ベースプレートの凹部の内側の底面及び側面にベースプレートの材料が露出している部分をもっていることは、このマイクロチップが検査用又は反応用に使用されるマイクロチップである場合には重要な役割を果たす。そのようなマイクロチップでは、その凹部の内側のベースプレートの材料が露出している部分にこのマイクロチップを用いて行われる検査又は反応に使用される物質が使用前に予め保持されている。そのようなマイクロチップは、検査用のプローブ又は反応もしくは合成用の物質が予めベースプレートの凹部に保持され、その後、流路プレートと接合されてマイクロチップとなる。そのような検査の一例は遺伝子多型検出であり、その場合のマイクロチップでは、ベースプレートの凹部のそれぞれには複数の多型部位のそれぞれに対応して蛍光を発するプローブが個別に保持される。他の生化学検査用又は化学反応用もしくは化学合成用のマイクロチップでは、測定項目に応じた反応試薬、化学反応用もしくは化学合成用の反応物が予めベースプレートの凹部に保持され、その後、流路プレートと接合されてマイクロチップとなる。

このように、ベースプレートの凹部に予め何かの処理を施した場合には、ベースプレートの凹部の内表面がその後の工程で被われないことが重要である。このことは、ベースプレートと流路プレートをシリコーン樹脂塗布層によって接合させることにより初めて実現できることである。提案されている従来技術として紹介したように、ＰＤＭＳ部材と接合させる樹脂製基板の表面に酸化シリコン膜を真空蒸着法などの気相成長法により形成する方法では、ベースプレートの凹部に予め何かの処理を施したとしても、気相成長法により形成した酸化シリコン膜はベースプレートの凹部の内表面も全て覆ってしまうため、ベースプレートの凹部に検査又は反応に使用される物質が予め保持されたマイクロチップを実現することはできない。

シリコーン樹脂はシロキサン結合による主骨格をもつ高分子化合物であり、ＰＤＭＳはその一例である。本発明では、シリコーン樹脂としてはＰＤＭＳに限らず、いずれのシリコーン樹脂でもよく、例えばＰＤＭＳの側鎖のメチル基をフッ素に置換したシリコーン樹脂などを使用することができる。いずれのシリコーン樹脂もシロキサン結合を形成することができるので、本発明の目的を達成することができる。

ベースプレートの材料としては、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリスチレン又はポリオレフィン共重合体などの非シリコーン樹脂を用いることができる。このうち、ポリプロピレンは微細構造に成型することが容易であるうえ、安価な材料であることから特に有用である。

ベースプレートの他の材料としては、ステンレス合金やアルミニウム合金などの金属も用いることができる。

本発明のマイクロチップ製造方法は、シリコーン樹脂以外の材料からなるペースプレートの表面にシリコーン樹脂塗布層を介在させた状態でシリコーン樹脂部材を貼り合わせる。

マイクロチップ製造方法の第１の形態は以下の工程を備えている。
（Ａ）シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートと、シリコーン樹脂からなり一表面上の流路となる溝が形成された成型品である流路プレートとからなり、前記溝により形成される流路につながる少なくとも一つの貫通孔がベースプレート又はプレートに形成されているベースプレートと流路プレートとを用意する工程、

（Ｂ）ベースプレートの表面にシリコーン樹脂液を塗布してシリコーン樹脂塗布層を形成する工程、

（Ｃ）形成したシリコーン樹脂塗布層を硬化させる工程、

（Ｄ）硬化したシリコーン樹脂塗布層の表面と流路プレートの流路となる溝が形成されている表面の一方又は両方を、酸素プラズマに曝すことにより又は紫外線を照射することにより活性化する工程、並びに

（Ｅ）その後、シリコーン樹脂塗布層の表面と流路プレートの流路となる溝が形成されている表面を密着させて貼り合わせる工程。

マイクロチップ製造方法の第２の形態は以下の工程を備えている。
（Ａ）シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートと、シリコーン樹脂からなり一表面上の流路となる溝が形成された成型品である流路プレートとからなり、前記溝により形成される流路につながる少なくとも一つの貫通孔がベースプレート又はプレートに形成されているベースプレートと流路プレートとを用意する工程、

（Ｂ）ベースプレートの表面にシリコーン樹脂液を塗布してシリコーン樹脂塗布層を形成する工程、

（Ｃ）シリコーン樹脂塗布層が硬化する前に、シリコーン樹脂塗布層の表面と流路プレートの流路となる溝が形成されている表面を密着させて貼り合わせる工程。

シリコーン樹脂塗布層が硬化する前の状態とは、マイクロチップ製造方法の第１の形態における工程（Ｄ）の活性化処理を施さなくてもシリコーン樹脂塗布層とシリコーン樹脂からなる流路プレートとを密着させて放置すれば強固に接合することのできる程度にシリコーン樹脂塗布層が未硬化の状態であることをいう。例えば２液混合型のシリコーン樹脂を用いる場合は、ポットライフ（主剤と硬化剤を混合後、反応の進行とともに硬化してしまう時間）以内の状態が好ましい。

本発明のマイクロチップ製造方法によれば、シリコーン樹脂層は塗布工程により形成するので、シリコーン樹脂塗布層が形成されるベースプレート表面に凹部が設けられている場合にはベースプレート表面にのみシリコーン樹脂塗布層が形成され、凹部にはシリコーン樹脂塗布層は形成されない。マイクロチップとなった後のベースプレート表面の凹部にはベースプレートの材料を露出させたままの部分が存在する。そのため、このマイクロチップ製造方法は、ベースプレートの凹部に検査用のプローブ、反応試薬又は反応物などを予め保持しておく場合には特に有用である。蒸着法などの気相成長法では、ベースプレート表面にのみ成膜し凹部には成膜しないような選択的な成膜は困難である。

前記塗布工程（Ｂ）の好ましい一例は、
（Ｂ１）シリコーン樹脂液をベースプレート以外の部材の平坦な表面上に均一な厚さの薄層状に塗布する工程、及び
（Ｂ２）塗布されたシリコーン樹脂薄層をベースプレートの表面に転写する工程
を含んでいる工程である。

この好ましい塗布工程では、シリコーン樹脂塗布層はシリコーン樹脂液を平坦な表面上に均一な厚さの薄層状に塗布して形成されるので、シリコーン樹脂塗布層が形成されるベースプレート表面に凹部が設けられている場合でもシリコーン樹脂塗布層の膜厚を均一にすることができる。

本発明のマイクロチップは、シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートの表面上にシリコーン樹脂塗布層を介してシリコーン樹脂からなる流路プレートが接合されて構成されたものであるので、微細な構造の成型が容易なシリコーン樹脂と他の部材を組み合わせて容易に、かつ安価にマイクロチップを作製することができる。

形成されたマイクロチップの流路内壁は、シリコーン樹脂のみで形成されている。μＴＡＳのような分野では、微細な流路を用いることが多く、この場合、流路内の流体の流れは、流路内壁の物理的特性の影響を強く受ける。例えば流路内壁が複数素材から形成されている場合は、両者の物理特性を考慮せねばならず設計が難しくなる。一方、本発明のマイクロチップでは流路内壁はシリコーン樹脂のみで形成されることから、容易なデバイス設計が可能になる。

また本発明のマイクロチップでは、シリコーン部材とシリコーン薄膜で流路が封止されていることから、仮にシリコーン薄膜とベースプレートの部材の界面で剥離した場合でも、流路部分の封止は保たれ、クロスコンタミネーションの可能性を大きく下げることができる。

同様の構造をシリコーン樹脂のみで形成した場合、シリコーン樹脂は高価な樹脂材料であるため、作製コストが上昇してしまう。またシリコーン樹脂は弾性体であるため、デバイスとしての剛性を保つことができない。本発明のマイクロチップでは、ベースプレートの素材を自由に選ぶことができるので、デバイスの剛性を高めることも容易である。

本発明の製造方法はシリコーン樹脂以外の材料からなる部材の表面にシリコーン樹脂液を塗布し又は塗布後の転写によりシリコーン樹脂塗布層を形成する方法であるので、蒸着法などの気相成長法により酸化シリコン膜を成膜する方法に比べると、簡便で低コストな製造方法である。

また、従来のシリコーン樹脂部材どうしを接合する製造方法と比べると、工程としてはシリコーン樹脂液の塗布工程が増えるだけである。塗布工程にさらに転写工程を含むとしても、そのような塗布工程は既存の技術で容易に実現することができる。塗布工程が増えることによるコスト増加は大きくはなく、ベースプレートをシリコーン樹脂材料以外の材料に替えることのコスト面の優位性の方がはるかに大きい。

第１の実施例のマイクロチップを示す図であり、（Ａ）は水平断面図、（Ｂ）は垂直断面図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＹ−Ｙ'線位置での断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ'線位置での断面図である。 第２の実施例のマイクロチップを示す図であり、（Ａ）は水平断面図、（Ｂ）は垂直断面図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＹ−Ｙ'線位置での断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ'線位置での断面図である。 第２の実施例のマイクロチップの製造方法を工程順に示した図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）及び（Ｄ）は断面図である。 比較実験用のマイクロチップのための流路プレートを示す平面図である。 比較実験方法を示す概略図である。 プラズマによる活性化処理についての比較実験結果のグラフである。 は紫外線による活性化処理についての比較実験結果のグラフである。 シリコーン樹脂塗布層としてのSylgard 184（商品名）塗布層を乾燥前の状態で接合された実施例とプラズマによる活性化処理を施した比較例との比較実験結果のグラフである。 シリコーン樹脂塗布層としてのSIFEL8570（登録商標）塗布層を乾燥前の状態で接合された実施例とプラズマによる活性化処理を施した比較例との比較実験結果のグラフである。 従来技術に基づいて製作されるマイクロチップを示す図であり、（Ａ）は水平断面図、（Ｂ）は垂直断面図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＢ−Ｂ'線位置での断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ'線位置での断面図である。

図１はマイクロチップの第１の実施例を表わしたものである。この実施例は流路のみを備えたマイクロチップである。
ベースプレート１０はシリコーン樹脂以外の材料から構成されている。この実施例では、ベースプレート１０の材料としてポリプロピレンが使用されている。ベースプレート１０の表面上には、シリコーン樹脂塗布層１２を介してシリコーン樹脂からなる流路プレート１４が接合されている。塗布層１２及び流路プレート１４の材料のシリコーン樹脂としてＰＤＭＳが使用されている。

流路プレート１４は成型品であり、シリコーン樹脂塗布層１２との接合面に流路１６となる溝と、各溝につながる２つの貫通孔１８，２０が形成されている。貫通孔１８は液入口、貫通孔２０は液出口である。流路１６は流路プレート１４とシリコーン樹脂塗布層１２との接合面に形成されたものであり、流路プレート１４の溝とシリコーン樹脂塗布層１２とからなり、内面がシリコーン樹脂で囲まれている。

このマイクロチップは３本の流路を備えているが、流路の本数は限定されるものではない。

このような直線状の流路は電気泳動用の流路や液体クロマトグラフの分離カラムとして使用することができる。ここではもっとも簡単な例として直線状の流路のみを備えたマイクロチップを示しているが、分岐や合流を行わせるような枝分かれした流路を備えたものも同様に構成できる。

この実施例のマイクロチップは次のように製造することができる。
（Ａ）ポロプロピレンからなる平板状のベースプレート１０と、ＰＤＭＳからなり一表面上の流路１６となる溝及びその溝から他の表面につながる貫通孔１８，２０が形成された成型品である流路プレート１４を用意する。流路プレート１４の溝と貫通孔はキャスティング法等の成型時に形成する。

（Ｂ）ベースプレート１０の表面にシリコーン樹脂液としてＰＤＭＳ液を塗布してシリコーン樹脂塗布層１２を形成する。ＰＤＭＳ液としては、Sylgard 184（ダウコーニング社の商品名）を用い、１０〜５０μｍ程度の厚みに塗布する。塗布方法は特に限定されるものではなく、ローラや刷毛等を用いて塗布することができる。また、第２の実施例の製造方法として説明する図３の方法により転写による塗布層を形成してもよい。

流路は流路プレート１４の溝とシリコーン樹脂塗布層１２の表面との間に形成されるので、シリコーン樹脂塗布層１２の厚さが変わっても流路内の寸法は変わらない。そのため、シリコーン樹脂塗布層１２の厚さは厳密に制御する必要はない。

（Ｃ）形成したシリコーン樹脂塗布層１２を硬化させる。硬化は加熱により行う。その加熱硬化条件は、例えば８５℃のオーブン内での２時間加熱である。

（Ｄ）硬化したシリコーン樹脂塗布層１２の表面と流路プレート１４の流路となる溝が形成されている表面を活性化するために表面処理する。活性化の方法として紫外線照射を行う。紫外線照射には紫外線光源（例えば、ウシオ電機製ＵＶエキシマ光源（波長１７２ｎｍ））を用いて、活性化しようとする表面に紫外線を２分間照射する。

活性化処理としては、紫外線照射に替えて酸素プラズマに曝してもよい。また、ここではシリコーン樹脂塗布層１２の表面と流路プレート１４の表面の両方を活性化処理しているが、いずれか一方のみを活性化処理してもよい。一方のみの活性化処理は両方の活性化処理に比べて接合強度が劣るものの、ある程度の接合強度が得られるので、そのような接合強度でも問題のない用途のマイクロチップであれば、一方のみの活性化処理ですますこともできる。

（Ｅ）その後、活性化させた両部材の表面をすみやかに密着させて放置することにより接合させてマイクロチップとする。

図２にマイクロチップの第２の実施例を示す。
このマイクロチップは流路のほかに反応室となる凹部が形成されたものである。図１の実施例と比べると、各流路１６の途中のベースプレート表面に凹部２２が形成されている点で異なり、他の構成は図１のものと同じである。ベースプレート１０ａの材料としてポリプロピレンが使用され、シリコーン樹脂塗布層１２及び流路プレート１４の材料のシリコーン樹脂としてＰＤＭＳが使用されている。

ベースプレート１０ａの表面に形成された凹部２２はＰＤＭＳからなる流路１６につながっている。凹部２２の内側の底面及び側面はシリコーン樹脂塗布層１２のＰＤＭＳで覆われてはおらず、凹部２２の上部は流路プレート１４のＰＤＭＳで被われている。

凹部２２はベースプレート１０ａの材料であるポリプロピレンが露出したままとすることができる。その場合は、このマイクロチップを化学反応、化学合成又は細胞培養などのチップとして利用することができ、貫通孔１８又は２０から流路１６を経て凹部２２に必要な反応試薬、細胞、細胞培養液などを導入する。

このマイクロチップを生化学反応の検査用又は反応用のチップとして使用する場合には、ベースプレート１０ａに流路プレート１４を接合する前に、凹部２２の内面には検査用プローブや反応試薬を保持しておくというように予め必要な処理を施しておくこともできる。本発明のマイクロチップはベースプレート１０ａにシリコーン樹脂塗布層１２により流路プレート１４を接合しても凹部２２の内面にはシリコーン樹脂塗布層１２で覆われることなくベースプレート１０ａの材質が露出している部分が存在するので、そのような凹部２２の内面処理が可能になるのである。

図３に図２の実施例のマイクロチップの製造方法を示す。
（Ａ）ポロプロピレンからなるベースプレート１０ａと、ＰＤＭＳからなり一表面上の流路１６となる溝及びその溝から他の表面につながる貫通孔１８，２０が形成された成型品である流路プレート１４を用意する。ベースプレート１０ａは平板状であり、流路プレート１４と接合される表面に成型などにより凹部２２を形成しておく。

塗布版３０を用意する。塗布版３０の表面にはシリコーン樹脂塗布層を形成するための凹部３２が形成されている。凹部３２は底面が平坦面であり、均一な深さをもっている。凹部３２の深さは形成しようとするシリコーン樹脂塗布層の厚さの約４倍程度であり、例えばその深さは５０μｍである。塗布版３０の材質は特に限定されるものではないが、底面が平坦で均一な深さの凹部３２を形成でき、繰返し使用できることから、ステンレスなどの金属製が好ましい。

その塗布版３０の凹部３２にシリコーン樹脂液を塗布する。シリコーン樹脂液としては、例えばＰＤＭＳからなるSylgard 184（商品名）を用いる。塗布の方法として、凹部３２にシリコーン樹脂液を滴下し、スキージ等を用いてシリコーン樹脂液がちょうど凹部３２を満たすように平坦化する。これにより、凹部３２の深さに等しい５０μｍの厚みのシリコーン樹脂塗布層１２が形成される。

（Ｂ）未硬化状態のシリコーン樹脂塗布層１２上に塗布ローラ３６をころがし、シリコーン樹脂塗布層１２を塗布ローラ３６に転写する。ローラ３６の材質は特に限定されないが、例えばポリウレタン製である。これにより、シリコーン樹脂塗布層１２の約半量がローラ３６表面に転写される。

（Ｃ）塗布ローラ３６に転写したシリコーン樹脂塗布層１２をベースプレート１０ａの凹部２２が形成されている表面に転写する。この工程により、ベースプレートベースプレート１０ａの凹部２２以外の表面にのみシリコーン樹脂塗布層１２が転写される。このとき、ローラ３６表面のシリコーン樹脂塗布層１２の約半量がベースプレート１０ａ表面に転写される。

（Ｄ）ベースプレート３４上のシリコーン樹脂塗布層１２を加熱して硬化させる。加熱硬化条件は、例えば８５℃のオーブン内での２時間加熱である。

その後、互いに接合しようとする流路プレート１４の表面とシリコーン樹脂塗布層１２の表面を活性化するために、紫外線光源（例えば、ウシオ電機製ＵＶエキシマ光源（波長１７２ｎｍ））を用いて、活性化しようとする表面に紫外線を２分間照射する。

この実施例でも活性化処理として紫外線照射に替えて酸素プラズマに曝してもよく、また、活性化は接合される両表面に限らずいずれか一方の表面のみとしてもよい。

その後、活性化させた両部材の表面をすみやかに密着させて放置することにより接合させてマイクロチップとする。

この製造方法は図２の実施例を想定しているが、図１の実施例に適用することもできる。

図１、図２の実施例のマイクロチップの製造方法として以上に説明したのは、シリコーン樹脂塗布層を硬化させ、接合させる部材の接合面をプラズマ又は紫外線により活性化させた後に両部材を密着させて接合する方法である。

それに対し、他の製造方法として、シリコーン樹脂塗布層が硬化する前に、シリコーン樹脂塗布層の表面と流路プレートの流路となる溝が形成されている表面を密着させて放置することにより接合させる製造方法も本発明の製造方法に含まれる。この場合はプラズマや紫外線による活性化処理は行わない。

本発明によりシリコーン樹脂塗布層を形成した場合と形成しない場合の接合強度を比較した測定結果について説明する。

比較実験に用いたマイクロチップは図１に示した実施例のようにベースプレートは平板状のポリプロピレンからなるものであり、流路プレート１４は図４に示されるような流路１６用の溝とその溝につながる１つの貫通孔１８が形成されたＰＤＭＳからなるものである。流路プレート１４は外形が８０ｍｍ×２５ｍｍの矩形であり、流路１６用の溝は幅５００μｍ、深さ４００μｍ、長さ６０ｍｍの直線状の流路１６ａ用の溝の両側に幅が約２ｍｍ、長さが約３ｍｍの楕円形状の凹部１６ｂが１２個接続された形状をもっている。凹部１６ｂの深さも流路１６ａの深さと同じく４００μｍである。

図４の流路プレート１４を用いたマイクロチップ４０を用いて図５に示す剥離実験を行った。そのマイクロチップ４０の貫通孔１８に送風機を含む圧力制御器４２から配管４４を接続し、マイクロチップ４０内の流路１６に空気圧を加えていってマイクロチップ４０から空気が漏れるときの圧力を測定した。

図６Ａ〜６Ｄはその測定結果であり、それぞれの左側の「ＰＰ直接」は比較例、右側の「ＰＤＭＳ薄層あり」、「Sylgard接着」又は「SIFEL接着」は実施例である。

図６Ａは活性化処理として接合する両表面を酸素プラズマにさらしたものである。酸素プラズマによる活性化の条件は、酸素流量５０ｓｃｃｍ 、圧力１５０ｍＴｏｒｒ、印加電力５０Ｗで処理時間２０秒である。実施例の「ＰＤＭＳ薄層あり」は、シリコーン樹脂塗布層としてＰＤＭＳからなるSylgard 184（商品名）塗布層を形成し、それを硬化させた後に活性化処理を施したものである。比較例でも同じ活性化処理を施した。

図６Ｂは活性化処理として接合する両表面に紫外線を照射したものである。紫外線による活性化の条件は実施例の製造方法で示した通りである。実施例の「ＰＤＭＳ薄層あり」は、シリコーン樹脂塗布層としてＰＤＭＳからなるSylgard 184（商品名）塗布層を形成し、それを硬化させた後に活性化処理を施したものである。比較例でも同じ活性化処理を施した。

図６Ｃの実施例は、シリコーン樹脂塗布層としてＰＤＭＳからなるSylgard 184（商品名）塗布層を形成し、それが硬化する前に密着させて接合させた。この場合は、酸素プラズマや紫外線による活性化は行なっていない。比較例では、図６Ａと同じ酸素プラズマによる活性化を行なった。

図６Ｄの実施例は、シリコーン樹脂塗布層として液状フッ素系エラストマーSIFEL8570(登録商標)塗布層を形成し、それが硬化する前に密着させて接合させた。この場合も、酸素プラズマや紫外線による活性化は行なっていない。比較例では、図６Ａと同じ酸素プラズマによる活性化を行なった。

この比較実験により、ポリプロピレン部材にＰＤＭＳ部材を接合する場合、ＰＤＭＳ塗布層を介在させることにより接合強度が５倍以上増強され、液状フッ素系エラストマー塗布層を介在させる場合も接合強度が３倍程度増強されることがわかる。

図１及び図２の実施例では、流路１６につながる２つの貫通孔１８，２０が流路プレート１４に形成されたものを示しているが、本発明では貫通孔１８，２０はベースプレート１０に形成されていてもよい。

１０，１０ａ ベースプレート
１２ シリコーン樹脂塗布層
１４ 流路プレート
１６ 流路
１８，２０ 貫通孔
２２ 凹部

Claims (10)

1. シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートの表面上にシリコーン樹脂塗布層を介してシリコーン樹脂からなる流路プレートが接合されており、
   前記流路プレートは、前記シリコーン樹脂塗布層との接合面に流路となる溝が形成された成型品であり、
   前記溝からなる流路につながる少なくとも一つの貫通孔が前記ベースプレート又は流路プレートに形成されており、
   前記流路プレートと前記シリコーン樹脂塗布層との接合面に前記溝と前記シリコーン樹脂塗布層とからなる内面がシリコーン樹脂で囲まれた流路が形成されているマイクロチップ。
2. 前記ベースプレート表面には凹部が形成されており、
   前記凹部は前記流路につながっているとともに、前記凹部の内側の底面及び側面には前記シリコーン樹脂塗布層で覆われずにベースプレートの材料が露出している部分をもち、前記凹部の上部は前記流路プレートのシリコーン樹脂で被われている請求項１に記載のマイクロチップ。
3. このマイクロチップは検査用又は反応用に使用されるマイクロチップであり、
   前記凹部の内側でベースプレートの材料が露出している部分には、このマイクロチップを用いて行われる検査又は反応に使用される物質が使用前に予め保持されている請求項２に記載のマイクロチップ。
4. 前記ベースプレートの材料は、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリスチレン及びポリオレフィン共重合体からなる群から選ばれた非シリコーン樹脂である請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
5. 前記ベースプレートの材料は、ステンレス合金又はアルミニウム合金からなる金属である請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
6. 以下の工程を備えたマイクロチップの製造方法。
   （Ａ）シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートと、シリコーン樹脂からなり一表面上に流路となる溝が形成された成型品である流路プレートとからなり、前記溝により形成される流路につながる少なくとも一つの貫通孔が前記ベースプレート又は流路プレートに形成されているベースプレートと流路プレートとを用意する工程、
   （Ｂ）前記ベースプレートの表面にシリコーン樹脂液を塗布してシリコーン樹脂塗布層を形成する工程、
   （Ｃ）前記シリコーン樹脂塗布層を硬化させる工程、
   （Ｄ）硬化した前記シリコーン樹脂塗布層の表面と前記流路プレートの前記流路となる溝が形成されている表面の一方又は両方を、酸素プラズマに曝すことにより又は紫外線を照射することにより活性化する工程、並びに
   （Ｅ）その後、前記シリコーン樹脂塗布層の表面と前記流路プレートの前記流路となる溝が形成されている表面を密着させて貼り合わせる工程。
7. 以下の工程を備えたマイクロチップの製造方法。
   （Ａ）シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートと、シリコーン樹脂からなり一表面上の流路となる溝が形成された成型品である流路プレートとからなり、前記溝により形成される流路につながる少なくとも一つの貫通孔が前記ベースプレート又は流路プレートに形成されているベースプレートと流路プレートとを用意する工程、
   （Ｂ）前記ベースプレートの表面にシリコーン樹脂液を塗布してシリコーン樹脂塗布層を形成する工程、
   （Ｃ）前記シリコーン樹脂塗布層が硬化する前に、前記シリコーン樹脂塗布層の表面と前記流路プレートの前記流路となる溝が形成されている表面を密着させて貼り合わせる工程。
8. 前記工程（Ｂ）は、
   （Ｂ１）シリコーン樹脂液を前記ベースプレート以外の部材の平坦な表面上に均一な厚さの薄層状に塗布する工程、及び
   （Ｂ２）塗布されたシリコーン樹脂薄層を前記ベースプレートの表面に転写する工程
   を含んでいる請求項６又は７に記載のマイクロチップの製造方法。
9. 前記工程（Ａ）で前記ベースプレートを用意する工程では、前記シリコーン樹脂塗布層が形成される前記ベースプレート表面に凹部を形成しておく請求項６から８のいずれか一項に記載のマイクロチップの製造方法。
10. このマイクロチップは検査用又は反応用に使用されるものであり、
    前記工程（Ａ）で前記ベースプレートを用意する工程で、前記凹部の内側に検査又は反応に使用される物質を保持しておく請求項９に記載のマイクロチップ。

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