JP3345641B2 - マイクロ分析チップ、及びその製造方法 - Google Patents
マイクロ分析チップ、及びその製造方法Info
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- B01F27/50—Pipe mixers, i.e. mixers wherein the materials to be mixed flow continuously through pipes, e.g. column mixers
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- B01F35/30—Driving arrangements; Transmissions; Couplings; Brakes
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体物質や、自然
環境における物質等の微量化学分析に用いられるマイク
ロ分析チップに関するものである。
環境における物質等の微量化学分析に用いられるマイク
ロ分析チップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】生体物質や、自然環境における物質等の
微量化学分析において、図１４、及び図１４のＡ−Ａ断
面を表す図１５に示すようなマイクロ分析チップ１が用
いられることがある。該マイクロ分析チップ１は、矩形
のガラス板の上面側に、サンプル液又は試薬液を注入す
るための流入口２ａ、２ｂと、サンプル液と試薬液との
反応液を排出する流出口３とが凹欠され、該ガラス板の
内部に、サンプル液又は試薬液が流通するための微小流
路４が各流入口２ａ、２ｂに対応して設けられ、かつ、
混合部５において合流した後、流出口へ導通されたもの
である。マイクロ分析チップ１を用いた微量化学分析
は、流入口２ａにサンプル液、流入口２ｂに試薬液をピ
ペット等を用いて直接注入するとともに、流出口３側か
ら微小流路４内が引圧となるように減圧すると、サンプ
ル液及び試薬液は、微小流路４を流通して混合部５にお
いて混合されて反応し、該反応液が流出口３から排出さ
れる。この途中、混合部５から流出口３までの間の微小
流路４において（以下、「検査領域６」と呼ぶ。）、該
反応液の吸光度や蛍光度を測定して、検出すべき物質の
有無の判定や、予め作成した検量線に基づく濃度換算を
行う。
微量化学分析において、図１４、及び図１４のＡ−Ａ断
面を表す図１５に示すようなマイクロ分析チップ１が用
いられることがある。該マイクロ分析チップ１は、矩形
のガラス板の上面側に、サンプル液又は試薬液を注入す
るための流入口２ａ、２ｂと、サンプル液と試薬液との
反応液を排出する流出口３とが凹欠され、該ガラス板の
内部に、サンプル液又は試薬液が流通するための微小流
路４が各流入口２ａ、２ｂに対応して設けられ、かつ、
混合部５において合流した後、流出口へ導通されたもの
である。マイクロ分析チップ１を用いた微量化学分析
は、流入口２ａにサンプル液、流入口２ｂに試薬液をピ
ペット等を用いて直接注入するとともに、流出口３側か
ら微小流路４内が引圧となるように減圧すると、サンプ
ル液及び試薬液は、微小流路４を流通して混合部５にお
いて混合されて反応し、該反応液が流出口３から排出さ
れる。この途中、混合部５から流出口３までの間の微小
流路４において（以下、「検査領域６」と呼ぶ。）、該
反応液の吸光度や蛍光度を測定して、検出すべき物質の
有無の判定や、予め作成した検量線に基づく濃度換算を
行う。
【０００３】しかし、混合部５における微小流路４の幅
や高さは１００マイクロメートル程度であるため、サン
プル液及び試薬液の流れのレイノルズ数は小さく、該流
れは、サンプル液及び試薬液の流体粒子が互いに入り混
じることなく層状をなして流れる層流となる。したがっ
て、混合部５では、サンプル液及び試薬液の二液が接す
る界面における各流体粒子の拡散による混合しか生じな
いため、サンプル液と試薬液との反応速度が遅くなると
いう欠点があった。
や高さは１００マイクロメートル程度であるため、サン
プル液及び試薬液の流れのレイノルズ数は小さく、該流
れは、サンプル液及び試薬液の流体粒子が互いに入り混
じることなく層状をなして流れる層流となる。したがっ
て、混合部５では、サンプル液及び試薬液の二液が接す
る界面における各流体粒子の拡散による混合しか生じな
いため、サンプル液と試薬液との反応速度が遅くなると
いう欠点があった。
【０００４】前記反応速度は、一般に、サンプル液及び
試薬液を撹拌すれば速くなると考えられ、そのような撹
拌装置としては、回転磁界によりマグネットの回転素子
を回転させる方式のものが用いられているが、マイクロ
分析チップ１のような超小型のものに対しては、寸法上
の制約から、前記のような撹拌装置を使用することがで
きない。このため、マイクロマシニングを利用した微小
流路における混合撹拌機構が考案されており、その例と
して以下のようなものがある。
試薬液を撹拌すれば速くなると考えられ、そのような撹
拌装置としては、回転磁界によりマグネットの回転素子
を回転させる方式のものが用いられているが、マイクロ
分析チップ１のような超小型のものに対しては、寸法上
の制約から、前記のような撹拌装置を使用することがで
きない。このため、マイクロマシニングを利用した微小
流路における混合撹拌機構が考案されており、その例と
して以下のようなものがある。
【０００５】図１６、及び図１６のＢ−Ｂ断面を示す図
１７は、前記混合部５に設けられたノズルタイプの混合
撹拌機構５０を示すものであり、混合部５が複数の孔が
形成された隔壁５１により上下二段に分割されており、
サンプル液が上段に、試薬液が下段に流入して、これら
の反応液が上段から流出する構成となっている。これに
より、下段に流入した試薬液は、図１７に矢印で示すよ
うに、隔壁５１の孔から上段に噴出することとなる。し
たがって、サンプル液中を試薬液が多層をなして流れる
こととなり、サンプル液及び試薬液の二液が接する界面
面積が増加するとともに、流体粒子の拡散距離が短くな
って混合が促進される。
１７は、前記混合部５に設けられたノズルタイプの混合
撹拌機構５０を示すものであり、混合部５が複数の孔が
形成された隔壁５１により上下二段に分割されており、
サンプル液が上段に、試薬液が下段に流入して、これら
の反応液が上段から流出する構成となっている。これに
より、下段に流入した試薬液は、図１７に矢印で示すよ
うに、隔壁５１の孔から上段に噴出することとなる。し
たがって、サンプル液中を試薬液が多層をなして流れる
こととなり、サンプル液及び試薬液の二液が接する界面
面積が増加するとともに、流体粒子の拡散距離が短くな
って混合が促進される。
【０００６】また、図１８は、前記混合部の下面にシリ
コンからなるダイアフラム（薄層）５３を形成するとと
もに、該ダイアフラム５３の下部にＰＺＴ５４等の圧電
素子を密着させてなる混合撹拌機構５２の断面を示すも
のであり、ＰＺＴ５４にパルス電圧を印可して振動を発
生させ、該振動をダイアフラム５３を介してサンプル液
及び試薬液に伝導することにより、サンプル液と試薬液
との混合を促進する。
コンからなるダイアフラム（薄層）５３を形成するとと
もに、該ダイアフラム５３の下部にＰＺＴ５４等の圧電
素子を密着させてなる混合撹拌機構５２の断面を示すも
のであり、ＰＺＴ５４にパルス電圧を印可して振動を発
生させ、該振動をダイアフラム５３を介してサンプル液
及び試薬液に伝導することにより、サンプル液と試薬液
との混合を促進する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記ノズルタ
イプの混合撹拌機構５０は、サンプル液と試薬液との混
合を促進することができるといえども、依然、二液の界
面による流体粒子の拡散により、いわば受動的に二液の
混合を行うものであり、その混合効率には限界があり、
マイクロ分析チップを用いた微量化学分析において十分
な効果を得られるものではない。一方、ＰＺＴを用いた
混合撹拌機構５２は、ＰＺＴ５４が発する振動をダイア
フラム５３を介してサンプル液及び試薬液に伝達するこ
とにより、能動的に二液を混合するものであるが、該二
液を直接撹拌するものではないため、やはり、その混合
効率には限界があり、マイクロ分析チップを用いた微量
化学分析において十分な効果を得られるものではない。
本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、マ
イクロ分析チップを用いた微量化学分析において、サン
プル液と試薬液とを効率よく混合撹拌する手段を提供す
ることを目的とする。
イプの混合撹拌機構５０は、サンプル液と試薬液との混
合を促進することができるといえども、依然、二液の界
面による流体粒子の拡散により、いわば受動的に二液の
混合を行うものであり、その混合効率には限界があり、
マイクロ分析チップを用いた微量化学分析において十分
な効果を得られるものではない。一方、ＰＺＴを用いた
混合撹拌機構５２は、ＰＺＴ５４が発する振動をダイア
フラム５３を介してサンプル液及び試薬液に伝達するこ
とにより、能動的に二液を混合するものであるが、該二
液を直接撹拌するものではないため、やはり、その混合
効率には限界があり、マイクロ分析チップを用いた微量
化学分析において十分な効果を得られるものではない。
本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、マ
イクロ分析チップを用いた微量化学分析において、サン
プル液と試薬液とを効率よく混合撹拌する手段を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
になされた本発明の請求項１に係るマイクロ分析チップ
は、サンプル液又は試薬液を注入するための少なくとも
二以上の流入口と、サンプル液と試薬液との反応液を排
出する流出口と、前記各流入口に対応して設けられ、混
合部において合流した後、流出口へ導通する微小流路と
を備えてなるマイクロ分析チップにおいて、前記混合部
に、光照射により生ずる光圧を駆動力として回転する光
圧ミキサが、マイクロ分析チップの基板上に積層された
光透過性を有する層において前記微小流路及び混合部と
ともに一体的に形成されてなるものである。これによ
り、レーザ光等が照射された光圧ミキサは、混合部にお
いて回転し、サンプル液及び試薬液に対流を誘起して、
二液を能動的かつ直接に混合撹拌する。
になされた本発明の請求項１に係るマイクロ分析チップ
は、サンプル液又は試薬液を注入するための少なくとも
二以上の流入口と、サンプル液と試薬液との反応液を排
出する流出口と、前記各流入口に対応して設けられ、混
合部において合流した後、流出口へ導通する微小流路と
を備えてなるマイクロ分析チップにおいて、前記混合部
に、光照射により生ずる光圧を駆動力として回転する光
圧ミキサが、マイクロ分析チップの基板上に積層された
光透過性を有する層において前記微小流路及び混合部と
ともに一体的に形成されてなるものである。これによ
り、レーザ光等が照射された光圧ミキサは、混合部にお
いて回転し、サンプル液及び試薬液に対流を誘起して、
二液を能動的かつ直接に混合撹拌する。
【０００９】
【００１０】また、本発明の請求項２に係るマイクロ分
析チップは、請求項１に記載のマイクロ分析チップにお
いて、前記光圧ミキサは、その幅寸法が前記微小流路の
幅寸法より大きいものである。
析チップは、請求項１に記載のマイクロ分析チップにお
いて、前記光圧ミキサは、その幅寸法が前記微小流路の
幅寸法より大きいものである。
【００１１】また、本発明の請求項３に係るマイクロ分
析チップは、請求項１に記載のマイクロ分析チップにお
いて、前記混合部に、前記光圧ミキサを格納するための
格納部が設けられたものである。
析チップは、請求項１に記載のマイクロ分析チップにお
いて、前記混合部に、前記光圧ミキサを格納するための
格納部が設けられたものである。
【００１２】また、本発明の請求項４に係るマイクロ分
析チップは、請求項１に記載のマイクロ分析チップにお
いて、前記混合部に出入する各微小流路の出入口に、サ
ンプル液及び試薬液を透過するフィルタが設けられたも
のである。
析チップは、請求項１に記載のマイクロ分析チップにお
いて、前記混合部に出入する各微小流路の出入口に、サ
ンプル液及び試薬液を透過するフィルタが設けられたも
のである。
【００１３】また、本発明の請求項５に係る請求項１に
記載のマイクロ分析チップの製造方法は、基板上に犠牲
層を積層した後、フォトリソグラフィにより、混合部が
形成される位置に転写された光圧ミキサの形状と略同形
の部分以外の犠牲層をエッチングして除去する第１の工
程と、前記光圧ミキサと略同形の犠牲層が形成された基
板上に、光透過性を有する感光層を積層した後、微小流
路、混合部、及び光圧ミキサの形状をパターニングした
第１のマスクを通してＸ線又は紫外線を照射することに
より、該感光層に微小流路、混合部、及び光圧ミキサの
形状を転写し、微小流路及び混合部となる部分の感光層
のみをエッチングして除去する第２の工程と、感光性を
有するカバーの下面に、微小流路及び混合部の形状をパ
ターニングした第２のマスクを通してＸ線又は紫外線を
照射することにより、該下面に微小流路及び混合部の形
状を転写し、微小流路及び混合部となる部分をエッチン
グして除去するとともに、カバーを穿通する流入口及び
流出口を形成し、該カバーの下面と前記基板の感光層の
上面とを、両者に形成された微小流路及び混合部の形状
が一致するように接着する第３の工程と、前記流入口又
は流出口からエッチングガス又はエッチング液を注入
し、前記犠牲層をエッチングして除去する第４の工程と
を有するものである。
記載のマイクロ分析チップの製造方法は、基板上に犠牲
層を積層した後、フォトリソグラフィにより、混合部が
形成される位置に転写された光圧ミキサの形状と略同形
の部分以外の犠牲層をエッチングして除去する第１の工
程と、前記光圧ミキサと略同形の犠牲層が形成された基
板上に、光透過性を有する感光層を積層した後、微小流
路、混合部、及び光圧ミキサの形状をパターニングした
第１のマスクを通してＸ線又は紫外線を照射することに
より、該感光層に微小流路、混合部、及び光圧ミキサの
形状を転写し、微小流路及び混合部となる部分の感光層
のみをエッチングして除去する第２の工程と、感光性を
有するカバーの下面に、微小流路及び混合部の形状をパ
ターニングした第２のマスクを通してＸ線又は紫外線を
照射することにより、該下面に微小流路及び混合部の形
状を転写し、微小流路及び混合部となる部分をエッチン
グして除去するとともに、カバーを穿通する流入口及び
流出口を形成し、該カバーの下面と前記基板の感光層の
上面とを、両者に形成された微小流路及び混合部の形状
が一致するように接着する第３の工程と、前記流入口又
は流出口からエッチングガス又はエッチング液を注入
し、前記犠牲層をエッチングして除去する第４の工程と
を有するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形
態に係るマイクロ分析チップ１００の構成を示す概略斜
視図である。本マイクロ分析チップ１００は、矩形の平
板の上面に、サンプル液又は試薬液を注入するための流
入口２ａ、２ｂと、サンプル液と試薬液との反応液を排
出する流出口３とが凹欠され、該平板の内部に、サンプ
ル液又は試薬液が流通するための微小流路４が各流入口
２ａ、２ｂに対応して設けられ、かつ、混合部１０にお
いて合流した後、流出口３へ導通され、混合部１０に、
光照射により生ずる光圧を駆動力として回転する光圧ミ
キサ２０が配設されたものである。
に基づき具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形
態に係るマイクロ分析チップ１００の構成を示す概略斜
視図である。本マイクロ分析チップ１００は、矩形の平
板の上面に、サンプル液又は試薬液を注入するための流
入口２ａ、２ｂと、サンプル液と試薬液との反応液を排
出する流出口３とが凹欠され、該平板の内部に、サンプ
ル液又は試薬液が流通するための微小流路４が各流入口
２ａ、２ｂに対応して設けられ、かつ、混合部１０にお
いて合流した後、流出口３へ導通され、混合部１０に、
光照射により生ずる光圧を駆動力として回転する光圧ミ
キサ２０が配設されたものである。
【００１５】図２は、前記混合部１０の詳細な構成を示
す平面図であるが、図に示すように、混合部１０は、光
圧ミキサ２０が回転するに十分なスペースを有するもの
で、混合部１０の一方に、流入口２ａ及び流入口２ｂか
らの微小流路４が、サンプル液及び試薬液が混合部に流
入するよう設けられるとともに、その他方に、流出口３
へ導通する微小流路４が、サンプル液と試薬液との反応
液が混合部１０から流出するように設けられている。こ
こで、混合部１０に出入する各微小流路４の幅Ｗ１は、
光圧ミキサ２０の幅Ｗ２より小さいものとなるように微
小流路４又は光圧ミキサ２０が形成されているため、混
合部１０に配設された光圧ミキサ２０が微小流路４から
反応液とともに流出することはない。
す平面図であるが、図に示すように、混合部１０は、光
圧ミキサ２０が回転するに十分なスペースを有するもの
で、混合部１０の一方に、流入口２ａ及び流入口２ｂか
らの微小流路４が、サンプル液及び試薬液が混合部に流
入するよう設けられるとともに、その他方に、流出口３
へ導通する微小流路４が、サンプル液と試薬液との反応
液が混合部１０から流出するように設けられている。こ
こで、混合部１０に出入する各微小流路４の幅Ｗ１は、
光圧ミキサ２０の幅Ｗ２より小さいものとなるように微
小流路４又は光圧ミキサ２０が形成されているため、混
合部１０に配設された光圧ミキサ２０が微小流路４から
反応液とともに流出することはない。
【００１６】図３は、光圧ミキサ２０の形状を説明する
ための概略斜視図であり、図に示すように、光圧ミキサ
２０は、上面及び下面が平面で構成された一定の厚さの
ものであり、互いに直交する水平四方向に突出部２１が
形成された横断面形状が略十字状のものであり、光圧に
より生ずる駆動力が相殺されてなくならないように、光
圧ミキサ２０を、その回転軸Ｏを含む面で左右に分割し
た場合に、左右に位置する各突出部２１の形状が非対称
となるように形成されている。該各突出部２１の先端側
面２１ａは、その面上のいずれに位置においても光圧ミ
キサ２０の回転軸線Ｏから概ね一定距離となるように、
該突出部２１が突出する方向と交わる斜め方向に形成さ
れている。
ための概略斜視図であり、図に示すように、光圧ミキサ
２０は、上面及び下面が平面で構成された一定の厚さの
ものであり、互いに直交する水平四方向に突出部２１が
形成された横断面形状が略十字状のものであり、光圧に
より生ずる駆動力が相殺されてなくならないように、光
圧ミキサ２０を、その回転軸Ｏを含む面で左右に分割し
た場合に、左右に位置する各突出部２１の形状が非対称
となるように形成されている。該各突出部２１の先端側
面２１ａは、その面上のいずれに位置においても光圧ミ
キサ２０の回転軸線Ｏから概ね一定距離となるように、
該突出部２１が突出する方向と交わる斜め方向に形成さ
れている。
【００１７】以下、本マイクロ分析チップ１００の製造
方法について、図４から図８を用いて説明する。本マイ
クロ分析チップ１００の製造方法は、基板３０上にシリ
コンからなる犠牲層３１を積層した後、フォトリソグラ
フィにより、犠牲層３１に、混合部１０が形成される位
置に転写された光圧ミキサ２０の形状と略同形の形状を
転写して、その部分以外の犠牲層３１をエッチングして
除去する第１の工程と、光圧ミキサ２０と略同形状の犠
牲層３１が形成された基板３０上に、ポリメチルメタク
リレートからなる感光層３３を積層した後、微小流路
４、混合部１０、及び光圧ミキサ２０の形状をパターニ
ングした第１のマスク３４を通してＸ線を照射すること
により、該感光層３３に微小流路４、混合部１０、及び
光圧ミキサ２０の形状を転写し、微小流路４及び混合部
１０となる部分の感光層３３のみをエッチングして除去
する第２の工程と、ポリメチルメタクリレートからなる
カバー３５に、微小流路４及び混合部１０の形状をパタ
ーニングした第２のマスク３６を通してＸ線を照射する
ことにより、該カバー３５に微小流路４及び混合部１０
の形状を転写し、微小流路４及び混合部１０となる部分
をエッチングして除去するとともに、カバー３５を穿通
する流入口２ａ、２ｂ及び流出口３を形成し、該カバー
３５の下面と前記基板３０上に積層された感光層３３の
上面とを、両者に形成された微小流路４及び混合部１０
の形状が一致するように接着する第３の工程と、前記流
入口２ａ、２ｂ又は流出口３からエッチングガスを注入
し、前記犠牲層３１をエッチングして除去する第４の工
程とからなるものである。
方法について、図４から図８を用いて説明する。本マイ
クロ分析チップ１００の製造方法は、基板３０上にシリ
コンからなる犠牲層３１を積層した後、フォトリソグラ
フィにより、犠牲層３１に、混合部１０が形成される位
置に転写された光圧ミキサ２０の形状と略同形の形状を
転写して、その部分以外の犠牲層３１をエッチングして
除去する第１の工程と、光圧ミキサ２０と略同形状の犠
牲層３１が形成された基板３０上に、ポリメチルメタク
リレートからなる感光層３３を積層した後、微小流路
４、混合部１０、及び光圧ミキサ２０の形状をパターニ
ングした第１のマスク３４を通してＸ線を照射すること
により、該感光層３３に微小流路４、混合部１０、及び
光圧ミキサ２０の形状を転写し、微小流路４及び混合部
１０となる部分の感光層３３のみをエッチングして除去
する第２の工程と、ポリメチルメタクリレートからなる
カバー３５に、微小流路４及び混合部１０の形状をパタ
ーニングした第２のマスク３６を通してＸ線を照射する
ことにより、該カバー３５に微小流路４及び混合部１０
の形状を転写し、微小流路４及び混合部１０となる部分
をエッチングして除去するとともに、カバー３５を穿通
する流入口２ａ、２ｂ及び流出口３を形成し、該カバー
３５の下面と前記基板３０上に積層された感光層３３の
上面とを、両者に形成された微小流路４及び混合部１０
の形状が一致するように接着する第３の工程と、前記流
入口２ａ、２ｂ又は流出口３からエッチングガスを注入
し、前記犠牲層３１をエッチングして除去する第４の工
程とからなるものである。
【００１８】図４は、本製造方法の第１の工程を示すも
のであるが、図に示すように、第１の工程では、まず、
厚さ約８００マイクロメートルのポリメチルメタクリレ
ート製の矩形平板状の基板３０上に、厚さ１マイクロメ
ートルのシリコンからなる犠牲層３１を真空蒸着法によ
り積層する（Ｓ１）。つぎに、フォトリソグラフィによ
り、犠牲層３１に、混合部１０に形成される光圧ミキサ
２０と略同形の形状が転写されたレジスト３２を形成し
た後、該レジスト３２をエッチングマスクとして、光圧
ミキサ２０と略同形の部分以外の犠牲層３１をエッチン
グにより除去する（Ｓ２）。エッチングは、ドライエッ
チング又はウェットエッチングのいずれを用いてもよい
が、微細加工であるため、ドライエッチングが適してい
る。犠牲層３１のエッチング終了後、レジスト３２も除
去する（Ｓ３）。
のであるが、図に示すように、第１の工程では、まず、
厚さ約８００マイクロメートルのポリメチルメタクリレ
ート製の矩形平板状の基板３０上に、厚さ１マイクロメ
ートルのシリコンからなる犠牲層３１を真空蒸着法によ
り積層する（Ｓ１）。つぎに、フォトリソグラフィによ
り、犠牲層３１に、混合部１０に形成される光圧ミキサ
２０と略同形の形状が転写されたレジスト３２を形成し
た後、該レジスト３２をエッチングマスクとして、光圧
ミキサ２０と略同形の部分以外の犠牲層３１をエッチン
グにより除去する（Ｓ２）。エッチングは、ドライエッ
チング又はウェットエッチングのいずれを用いてもよい
が、微細加工であるため、ドライエッチングが適してい
る。犠牲層３１のエッチング終了後、レジスト３２も除
去する（Ｓ３）。
【００１９】図５は、本製造方法の第２工程を示すもの
であるが、図に示すように、第２の工程では、まず、前
記第１工程で得られた基板３０上に、厚さ５０マイクロ
メートルのポリメチルメタクリレートからなる感光層３
３を、スピンコート法により積層する（Ｓ４）。スピン
コート法以外に、例えば、一定の厚さのポリメチルメタ
クリレート層を熱圧着、又は接着剤を用いた接着などの
手法を用いてもよい。
であるが、図に示すように、第２の工程では、まず、前
記第１工程で得られた基板３０上に、厚さ５０マイクロ
メートルのポリメチルメタクリレートからなる感光層３
３を、スピンコート法により積層する（Ｓ４）。スピン
コート法以外に、例えば、一定の厚さのポリメチルメタ
クリレート層を熱圧着、又は接着剤を用いた接着などの
手法を用いてもよい。
【００２０】つぎに、該感光層３３に、微小流路４、混
合部１０、及び光圧ミキサ２０の形状をパターニングし
た第１のマスク３４を通してＸ線を照射して、該感光層
３３に微小流路４、混合部１０、及び光圧ミキサ２０の
形状を転写する（Ｓ５）。Ｘ線露光を受けたポリメチル
メタクリレートは、その分子鎖が切断されて分子量が減
少し、現像液に可溶となる。なお、露光すべきポリメチ
ルメタクリレートの厚さによっては、Ｘ線に代えて紫外
線を用いることもできる。なお、図５は、混合部１０の
中央付近に光圧ミキサ２０が形成される場合を示してい
る。
合部１０、及び光圧ミキサ２０の形状をパターニングし
た第１のマスク３４を通してＸ線を照射して、該感光層
３３に微小流路４、混合部１０、及び光圧ミキサ２０の
形状を転写する（Ｓ５）。Ｘ線露光を受けたポリメチル
メタクリレートは、その分子鎖が切断されて分子量が減
少し、現像液に可溶となる。なお、露光すべきポリメチ
ルメタクリレートの厚さによっては、Ｘ線に代えて紫外
線を用いることもできる。なお、図５は、混合部１０の
中央付近に光圧ミキサ２０が形成される場合を示してい
る。
【００２１】第１のマスク３４は、Ｘ線を透過するサポ
ートメンブレン３４ａに、微小流路４、混合部１０、及
び光圧ミキサ２０の形状がパターニングされたＸ線を吸
収する吸収膜３４ｂが密着されてなるものであり、例え
ば、サポートメンブレン３４ａに厚さ７５マイクロメー
トルのポリイミド樹脂を、吸収膜３４ｂに厚さ１４マイ
クロメートルの銅と厚さ３マイクロメートルのニッケル
の積層膜を用いて、第１のマスク３４を構成することが
できる。
ートメンブレン３４ａに、微小流路４、混合部１０、及
び光圧ミキサ２０の形状がパターニングされたＸ線を吸
収する吸収膜３４ｂが密着されてなるものであり、例え
ば、サポートメンブレン３４ａに厚さ７５マイクロメー
トルのポリイミド樹脂を、吸収膜３４ｂに厚さ１４マイ
クロメートルの銅と厚さ３マイクロメートルのニッケル
の積層膜を用いて、第１のマスク３４を構成することが
できる。
【００２２】形成すべき微小流路４等の加工深さは、Ｘ
線の照射エネルギー（ビーム電流（アンペア）と照射時
間（分）との積、以下「Amin」と呼ぶ。）によって制御
できる。Ｘ線の照射エネルギーと加工深さとの関係を測
定した一例を図６に示す。図に示すように、ポリメチル
メタクリレートからなる感光層３３の加工には、少なく
とも０．４Amin以上の照射エネルギーが必要であり、例
えば、５０マイクロメートルの加工深さの微小流路４を
形成するには、０．８Aminから０．９Amin程度の照射エ
ネルギーが必要である。このようにして、犠牲層３１が
存在する深さまで感光層３３を露光するために必要なＸ
線を照射エネルギーを算出して、感光層３３にＸ線を照
射する。
線の照射エネルギー（ビーム電流（アンペア）と照射時
間（分）との積、以下「Amin」と呼ぶ。）によって制御
できる。Ｘ線の照射エネルギーと加工深さとの関係を測
定した一例を図６に示す。図に示すように、ポリメチル
メタクリレートからなる感光層３３の加工には、少なく
とも０．４Amin以上の照射エネルギーが必要であり、例
えば、５０マイクロメートルの加工深さの微小流路４を
形成するには、０．８Aminから０．９Amin程度の照射エ
ネルギーが必要である。このようにして、犠牲層３１が
存在する深さまで感光層３３を露光するために必要なＸ
線を照射エネルギーを算出して、感光層３３にＸ線を照
射する。
【００２３】つぎに、Ｘ線露光を受けたポリメチルメタ
クリレートを現像液に溶解して取り除く（Ｓ６）。使用
する現像液は、例えば、２−２−ブトキシエトキシエタ
ノールを６０％、モルホリンを２０％、純水を１５％、
２−アミノエタノールを５％の組成からなるものであ
る。該現像液に、露光後の基板３０を浸し、スターラー
で撹拌しながら、３８℃、２時間反応させる。反応後、
停止液と、３８℃、２０分間反応させ、その後、純水で
１０分間洗浄する。なお、停止液は、２−２−ブトキシ
エトキシエタノールを８０％、純水を２０％の組成から
なるものを用いる。
クリレートを現像液に溶解して取り除く（Ｓ６）。使用
する現像液は、例えば、２−２−ブトキシエトキシエタ
ノールを６０％、モルホリンを２０％、純水を１５％、
２−アミノエタノールを５％の組成からなるものであ
る。該現像液に、露光後の基板３０を浸し、スターラー
で撹拌しながら、３８℃、２時間反応させる。反応後、
停止液と、３８℃、２０分間反応させ、その後、純水で
１０分間洗浄する。なお、停止液は、２−２−ブトキシ
エトキシエタノールを８０％、純水を２０％の組成から
なるものを用いる。
【００２４】図７は、本製造方法の第３の工程を示すも
のであるが、図に示すように、第３の工程では、基板３
０と同形の矩形である平板状のポリメチルメタクリレー
ト製のカバー３５の下面に、前記第２の工程と同様の方
法により、微小流路４及び混合部１０の形状をパターニ
ングした第２のマスク３６を通してＸ線を照射すること
により、カバー３５の下面に微小流路４及び混合部１０
の形状を転写する（Ｓ７）。第２のマスク３６には、前
記第１のマスク３４にパターニングされた微小流路４及
び混合部１０と同一の形状がパターニングされている
が、光圧ミキサ２０の形状はパターニングされていな
い。また、カバー３５下面の加工深さは、数マイクロメ
ートル程度でよい。その後、前記と同様に、露光された
ポリメチルメタクリレートを現像して溶解し、さらに、
カバー３５の長手方向の両端に、流入口２ａ、２ｂ及び
流出口３となる穿通孔を形成する（Ｓ８）。なお、図７
においては、便宜上、流入口２ａ、２ｂを省略して流出
口３のみを点線で示した。
のであるが、図に示すように、第３の工程では、基板３
０と同形の矩形である平板状のポリメチルメタクリレー
ト製のカバー３５の下面に、前記第２の工程と同様の方
法により、微小流路４及び混合部１０の形状をパターニ
ングした第２のマスク３６を通してＸ線を照射すること
により、カバー３５の下面に微小流路４及び混合部１０
の形状を転写する（Ｓ７）。第２のマスク３６には、前
記第１のマスク３４にパターニングされた微小流路４及
び混合部１０と同一の形状がパターニングされている
が、光圧ミキサ２０の形状はパターニングされていな
い。また、カバー３５下面の加工深さは、数マイクロメ
ートル程度でよい。その後、前記と同様に、露光された
ポリメチルメタクリレートを現像して溶解し、さらに、
カバー３５の長手方向の両端に、流入口２ａ、２ｂ及び
流出口３となる穿通孔を形成する（Ｓ８）。なお、図７
においては、便宜上、流入口２ａ、２ｂを省略して流出
口３のみを点線で示した。
【００２５】流入口２ａ、２ｂ及び流出口３が形成され
たカバー３５を、基板３０上に、カバー３５下面に形成
された微小流路４及び混合部１０の形状と、基板３０上
に形成された微小流路４及び混合部１０の形状とが一致
するように密着して固定する（Ｓ９）。固定にはＵＶ接
着剤、例えばスリーボンド−３０４２を用い、該ＵＶ接
着剤をカバー３５の下面にスピンコート法によって塗布
し、基板３０とカバー３５とを密着させた後、紫外線を
照射して接着する。なお、カバー３５には、ポリメチル
メタクリレート製のものの代わりに、ガラス製のもの、
例えば、顕微鏡用カバーグラスを用いてもよい。
たカバー３５を、基板３０上に、カバー３５下面に形成
された微小流路４及び混合部１０の形状と、基板３０上
に形成された微小流路４及び混合部１０の形状とが一致
するように密着して固定する（Ｓ９）。固定にはＵＶ接
着剤、例えばスリーボンド−３０４２を用い、該ＵＶ接
着剤をカバー３５の下面にスピンコート法によって塗布
し、基板３０とカバー３５とを密着させた後、紫外線を
照射して接着する。なお、カバー３５には、ポリメチル
メタクリレート製のものの代わりに、ガラス製のもの、
例えば、顕微鏡用カバーグラスを用いてもよい。
【００２６】図８は、本製造方法の第４工程を示すもの
であるが、図に示すように、第４工程では、流入口２
ａ、２ｂ又は流出口３からシリコンのエッチングガスを
注入し（Ｓ１０）、前記犠牲層３１をエッチングして除
去する（Ｓ１１）。これにより、光圧ミキサ２０は、基
板３０から剥離され、光圧により回転可能なものとな
る。エッチングガスとして、例えば、フッ化キセノンガ
スを用いることができる。フッ化キセノンガスはポリメ
チルメタクリレートにダメージを与えることなくシリコ
ン犠牲層のみをエッチング除去することが可能なもので
ある。
であるが、図に示すように、第４工程では、流入口２
ａ、２ｂ又は流出口３からシリコンのエッチングガスを
注入し（Ｓ１０）、前記犠牲層３１をエッチングして除
去する（Ｓ１１）。これにより、光圧ミキサ２０は、基
板３０から剥離され、光圧により回転可能なものとな
る。エッチングガスとして、例えば、フッ化キセノンガ
スを用いることができる。フッ化キセノンガスはポリメ
チルメタクリレートにダメージを与えることなくシリコ
ン犠牲層のみをエッチング除去することが可能なもので
ある。
【００２７】なお、エッチングガスを用いたドライエッ
チングに代えて、適当なエッチング液を用いてシリコン
をエッチング除去するウェットエッチングを用いてもよ
い。また、本実施の形態に係るマイクロ分析チップ１０
０の製造方法では、シリコンからなる犠牲層３１を用い
たが、シリコンの代わりに、水溶性ポリマや金等の薄膜
を犠牲層として用いることとしてもよい。その場合、エ
ッチング液として、水や水酸化カリウム液等を用いる。
チングに代えて、適当なエッチング液を用いてシリコン
をエッチング除去するウェットエッチングを用いてもよ
い。また、本実施の形態に係るマイクロ分析チップ１０
０の製造方法では、シリコンからなる犠牲層３１を用い
たが、シリコンの代わりに、水溶性ポリマや金等の薄膜
を犠牲層として用いることとしてもよい。その場合、エ
ッチング液として、水や水酸化カリウム液等を用いる。
【００２８】以下、本実施の形態に係るマイクロ分析チ
ップ１００の使用方法について説明する。本マイクロ分
析チップ１００を用いた微量化学分析は、流入口２ａに
サンプル液、流入口２ｂに試薬液をピペット等を用いて
直接注入するとともに、シリンジポンプ等により流出口
３側から微小流路４内が引圧となるように減圧すると、
サンプル液及び試薬液は、微小流路４を流通して混合部
１０において混合されて反応し、該反応液が流出口３か
ら排出される。この途中、混合部１０から流出口３まで
の間の微小流路４において該反応液の吸光度や蛍光度を
測定して、検出すべき物質の有無の判定や、予め作成し
た検量線に基づく濃度換算を行う点については従来と同
様である。本マイクロ分析チップ１００の特徴は、混合
部１０に光圧を駆動力として回転する光圧ミキサ２０が
配設され、レーザ光等の光を光圧ミキサ２０に照射する
ことにより光圧ミキサ２０を回転させて、サンプル液と
試薬液とを直接混合撹拌する点にある。
ップ１００の使用方法について説明する。本マイクロ分
析チップ１００を用いた微量化学分析は、流入口２ａに
サンプル液、流入口２ｂに試薬液をピペット等を用いて
直接注入するとともに、シリンジポンプ等により流出口
３側から微小流路４内が引圧となるように減圧すると、
サンプル液及び試薬液は、微小流路４を流通して混合部
１０において混合されて反応し、該反応液が流出口３か
ら排出される。この途中、混合部１０から流出口３まで
の間の微小流路４において該反応液の吸光度や蛍光度を
測定して、検出すべき物質の有無の判定や、予め作成し
た検量線に基づく濃度換算を行う点については従来と同
様である。本マイクロ分析チップ１００の特徴は、混合
部１０に光圧を駆動力として回転する光圧ミキサ２０が
配設され、レーザ光等の光を光圧ミキサ２０に照射する
ことにより光圧ミキサ２０を回転させて、サンプル液と
試薬液とを直接混合撹拌する点にある。
【００２９】ここで、光圧ミキサ２０の回転原理につい
て、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、光圧ミ
キサ２０の図３におけるＣ−Ｃ断面を示す断面図であ
り、図に矢印で示すように、光圧ミキサ２０の上方から
レーザ光ＬＢが照射され、該レーザ光ＬＢはレンズ２２
により光圧ミキサ２０の回転軸Ｏ近傍に集光されてい
る。レーザ光ＬＢ照射により発生する光圧は、レーザ光
ＬＢが光圧ミキサ２０の表面で屈折する際の運動量変化
が、光透過性を有する光圧ミキサ２０への力学的な運動
量として伝達された結果、その表面に対して垂直方向に
発生するものである。したがって、レーザ光ＬＢが光圧
ミキサ２０に入射する際には、光圧ミキサ２０には、そ
の屈折率ｎ１が周囲の液体の屈折率ｎ２より大きい場合
には光強度が最大である位置に引き寄せられる力、すな
わち、上方へトラップ（捕捉）される力が作用し、逆
に、前記液体の屈折率ｎ２より小さい場合には下方へ押
し退けられる力が作用する。本実施の形態では、光圧ミ
キサ２０の屈折率ｎ１が周囲の液体の屈折率ｎ２より大
きいので、光圧ミキサ２０の上面には上方向へトラップ
される力ｆ１が作用する。
て、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、光圧ミ
キサ２０の図３におけるＣ−Ｃ断面を示す断面図であ
り、図に矢印で示すように、光圧ミキサ２０の上方から
レーザ光ＬＢが照射され、該レーザ光ＬＢはレンズ２２
により光圧ミキサ２０の回転軸Ｏ近傍に集光されてい
る。レーザ光ＬＢ照射により発生する光圧は、レーザ光
ＬＢが光圧ミキサ２０の表面で屈折する際の運動量変化
が、光透過性を有する光圧ミキサ２０への力学的な運動
量として伝達された結果、その表面に対して垂直方向に
発生するものである。したがって、レーザ光ＬＢが光圧
ミキサ２０に入射する際には、光圧ミキサ２０には、そ
の屈折率ｎ１が周囲の液体の屈折率ｎ２より大きい場合
には光強度が最大である位置に引き寄せられる力、すな
わち、上方へトラップ（捕捉）される力が作用し、逆
に、前記液体の屈折率ｎ２より小さい場合には下方へ押
し退けられる力が作用する。本実施の形態では、光圧ミ
キサ２０の屈折率ｎ１が周囲の液体の屈折率ｎ２より大
きいので、光圧ミキサ２０の上面には上方向へトラップ
される力ｆ１が作用する。
【００３０】一方、光圧ミキサ２０に照射されたレーザ
光ＬＢは、光圧ミキサに入射した後、その内部を透過し
て、その側面等から外部に出射する。ここで、互いに直
交する水平四方向に突出部２１が形成された光圧ミキサ
２０の一の突出部２１の各側面２１ａ、２１ｂから出射
するレーザ光ＬＢについて、図１０を用いて説明する。
図１０に矢印で示すように、光圧ミキサ２０の上面に入
射したレーザ光ＬＢは、光圧ミキサ２０の突出部２１の
各側面２１ａ、２１ｂから出射する。その際にも、前述
と同様に、該各側面２１ａ、２１ｂに対して垂直方向に
光圧による力が発生する。すなわち、レーザ光ＬＢが光
圧ミキサ２０の突出部２１の側面２１ａから出射する際
には、該側面２１ａの表面で屈折して光圧による力ｆ２
が生じ、レーザ光ＬＢが側面２１ｂから出射する際に
は、該側面２１ｂの表面で屈折して光圧による力ｆ３が
生じる。なお、側面２１ｃは、回転軸Ｏを含む平面と同
一面となるものであるから、該側面２１ｃからレーザ光
ＬＢは出射しないので、光圧による力は該側面２１ｃに
は生じない。光圧ミキサ２０の他の突出部２１について
も同様に光圧による力が発生し、その結果、前記力ｆ３
が光圧ミキサ２０を時計方向（図１０の矢印方向）に回
転するトルク力となって、光圧ミキサ２０を回転軸Ｏを
軸線として回転させる。一方、前記力ｆ２は、光圧ミキ
サ２０の回転軸Ｏに対してほぼ法線方向のものであるの
で、光圧ミキサ２０の回転にはほとんど関与しない。
光ＬＢは、光圧ミキサに入射した後、その内部を透過し
て、その側面等から外部に出射する。ここで、互いに直
交する水平四方向に突出部２１が形成された光圧ミキサ
２０の一の突出部２１の各側面２１ａ、２１ｂから出射
するレーザ光ＬＢについて、図１０を用いて説明する。
図１０に矢印で示すように、光圧ミキサ２０の上面に入
射したレーザ光ＬＢは、光圧ミキサ２０の突出部２１の
各側面２１ａ、２１ｂから出射する。その際にも、前述
と同様に、該各側面２１ａ、２１ｂに対して垂直方向に
光圧による力が発生する。すなわち、レーザ光ＬＢが光
圧ミキサ２０の突出部２１の側面２１ａから出射する際
には、該側面２１ａの表面で屈折して光圧による力ｆ２
が生じ、レーザ光ＬＢが側面２１ｂから出射する際に
は、該側面２１ｂの表面で屈折して光圧による力ｆ３が
生じる。なお、側面２１ｃは、回転軸Ｏを含む平面と同
一面となるものであるから、該側面２１ｃからレーザ光
ＬＢは出射しないので、光圧による力は該側面２１ｃに
は生じない。光圧ミキサ２０の他の突出部２１について
も同様に光圧による力が発生し、その結果、前記力ｆ３
が光圧ミキサ２０を時計方向（図１０の矢印方向）に回
転するトルク力となって、光圧ミキサ２０を回転軸Ｏを
軸線として回転させる。一方、前記力ｆ２は、光圧ミキ
サ２０の回転軸Ｏに対してほぼ法線方向のものであるの
で、光圧ミキサ２０の回転にはほとんど関与しない。
【００３１】このように、光圧ミキサ２０にレーザ光Ｌ
Ｂを照射することにより、光圧ミキサ２０を回転させる
ことができるが、このレーザ光ＬＢの照射は、例えば図
１１に示すような装置を用いて行われる。該装置４０
は、光学顕微鏡４１に、レーザ発振器４２、ＣＣＤカメ
ラ４３、モニタ４４が設けられたもので、マイクロ分析
チップ１００は光学顕微鏡４１のステージ４１０に載置
される。レーザ発振器４２により発生したレーザ光ＬＢ
は、焦点微調整用レンズ４２０を介して光学顕微鏡４１
の内部に入射され、ダイクロイックミラー４１１により
ステージ４１０の方向へと反射される。反射されたレー
ザ光ＬＢは、対物レンズ４１２により集光されてステー
ジ４１０上のマイクロ分析チップ１００に照射される。
一方、光学顕微鏡４１の上方に配設されたＣＣＤカメラ
４３は、ステージ４１０上のマイクロ分析チップ１００
の映像を撮影する。この映像がモニタ４４に映し出さ
れ、該映像を参照しながら光学顕微鏡４１のステージ４
１０の位置を調整して、レーザ光ＬＢがマイクロ分析チ
ップ１００の混合部１０に配設された光圧ミキサ２０に
照射されるようにする。
Ｂを照射することにより、光圧ミキサ２０を回転させる
ことができるが、このレーザ光ＬＢの照射は、例えば図
１１に示すような装置を用いて行われる。該装置４０
は、光学顕微鏡４１に、レーザ発振器４２、ＣＣＤカメ
ラ４３、モニタ４４が設けられたもので、マイクロ分析
チップ１００は光学顕微鏡４１のステージ４１０に載置
される。レーザ発振器４２により発生したレーザ光ＬＢ
は、焦点微調整用レンズ４２０を介して光学顕微鏡４１
の内部に入射され、ダイクロイックミラー４１１により
ステージ４１０の方向へと反射される。反射されたレー
ザ光ＬＢは、対物レンズ４１２により集光されてステー
ジ４１０上のマイクロ分析チップ１００に照射される。
一方、光学顕微鏡４１の上方に配設されたＣＣＤカメラ
４３は、ステージ４１０上のマイクロ分析チップ１００
の映像を撮影する。この映像がモニタ４４に映し出さ
れ、該映像を参照しながら光学顕微鏡４１のステージ４
１０の位置を調整して、レーザ光ＬＢがマイクロ分析チ
ップ１００の混合部１０に配設された光圧ミキサ２０に
照射されるようにする。
【００３２】このように、本マイクロ分析チップ１００
によれば、サンプル液と試薬液とを混合撹拌する混合部
１０に、レーザ光ＬＢを照射することにより生ずる光圧
を駆動力として回転する光圧ミキサ２０を配設し、遠隔
からレーザ光ＬＢを照射して回転させることにより、混
合部１０に流動（対流）を誘起してサンプル液と試薬液
とを能動的に混合撹拌することができる。また、光圧ミ
キサ２０を、マイクロ分析チップ１００の基板３０に積
層した感光層３３において、Ｘ線照射及び現像等によ
り、微小流路４及び混合部１０とともに形成するように
したので、微小流路４及び混合部１０の寸法幅に対して
精度よく、かつ、簡便に光圧ミキサ２０を形成すること
ができる。
によれば、サンプル液と試薬液とを混合撹拌する混合部
１０に、レーザ光ＬＢを照射することにより生ずる光圧
を駆動力として回転する光圧ミキサ２０を配設し、遠隔
からレーザ光ＬＢを照射して回転させることにより、混
合部１０に流動（対流）を誘起してサンプル液と試薬液
とを能動的に混合撹拌することができる。また、光圧ミ
キサ２０を、マイクロ分析チップ１００の基板３０に積
層した感光層３３において、Ｘ線照射及び現像等によ
り、微小流路４及び混合部１０とともに形成するように
したので、微小流路４及び混合部１０の寸法幅に対して
精度よく、かつ、簡便に光圧ミキサ２０を形成すること
ができる。
【００３３】以下、前記マイクロ分析チップ１００の第
１の変形例について説明する。本変形例に係るマイクロ
分析チップ１００ａは、その混合部１１に、光圧ミキサ
２０を退避させるための格納部１２を設けた点以外は前
記実施の形態と同様である。すなわち、図１２に示すよ
うに、混合部１１において、流出口３へ導通する微小流
路４の近傍の左右両側に、光圧ミキサ２０が出入できる
大きさの格納部１２が形成されたものである。本変形例
に係るマイクロ分析チップ１００ａは、微量化学分析を
行う場合には前記実施の形態と同様に用いられる。すな
わち、流入口２ａ、２ｂから注入されたサンプル液と試
薬液とを撹拌する場合は、混合部１１に配設された光圧
ミキサ２０にレーザ光ＬＢを照射して光圧ミキサ２０を
回転させて二液を混合撹拌する。
１の変形例について説明する。本変形例に係るマイクロ
分析チップ１００ａは、その混合部１１に、光圧ミキサ
２０を退避させるための格納部１２を設けた点以外は前
記実施の形態と同様である。すなわち、図１２に示すよ
うに、混合部１１において、流出口３へ導通する微小流
路４の近傍の左右両側に、光圧ミキサ２０が出入できる
大きさの格納部１２が形成されたものである。本変形例
に係るマイクロ分析チップ１００ａは、微量化学分析を
行う場合には前記実施の形態と同様に用いられる。すな
わち、流入口２ａ、２ｂから注入されたサンプル液と試
薬液とを撹拌する場合は、混合部１１に配設された光圧
ミキサ２０にレーザ光ＬＢを照射して光圧ミキサ２０を
回転させて二液を混合撹拌する。
【００３４】混合撹拌が完了した後、又は必要な微量化
学分析が終了した後は、レーザ光ＬＢを照射することに
より生ずるトラップ力を利用して、光圧ミキサ２０を格
納部１２に格納する。この格納操作は、実施の形態にお
いて説明した装置４０を用いた場合には、モニタ４４で
マイクロ分析チップ１００ａの映像を参照しながら、光
学顕微鏡４１のステージ４１０の位置を調整することに
より行われる。
学分析が終了した後は、レーザ光ＬＢを照射することに
より生ずるトラップ力を利用して、光圧ミキサ２０を格
納部１２に格納する。この格納操作は、実施の形態にお
いて説明した装置４０を用いた場合には、モニタ４４で
マイクロ分析チップ１００ａの映像を参照しながら、光
学顕微鏡４１のステージ４１０の位置を調整することに
より行われる。
【００３５】これにより、光圧ミキサ２０は、必要な混
合撹拌が終了した後には混合部１１から撤収されるの
で、光圧ミキサ２０が立体的障害となって微小流路４の
液づまりが起こることを防止できる。また、分析終了後
は、光圧ミキサ２０を常に一定の場所に格納することが
できるので、光圧ミキサ２０の幅寸法が微小流路４の幅
寸法より小さいものであっても、分析終了後に微小流路
４中に光圧ミキサ２０が流出することがなく、マイクロ
分析チップ１００ａを使用する際に、光圧ミキサ２０を
探す手間が省かれ、操作が容易なものとなる。また、光
圧ミキサ２０又は微小流路４の幅寸法を自由に設計する
ことができる。
合撹拌が終了した後には混合部１１から撤収されるの
で、光圧ミキサ２０が立体的障害となって微小流路４の
液づまりが起こることを防止できる。また、分析終了後
は、光圧ミキサ２０を常に一定の場所に格納することが
できるので、光圧ミキサ２０の幅寸法が微小流路４の幅
寸法より小さいものであっても、分析終了後に微小流路
４中に光圧ミキサ２０が流出することがなく、マイクロ
分析チップ１００ａを使用する際に、光圧ミキサ２０を
探す手間が省かれ、操作が容易なものとなる。また、光
圧ミキサ２０又は微小流路４の幅寸法を自由に設計する
ことができる。
【００３６】以下、前記マイクロ分析チップ１００の第
２の変形例について説明する。本変形例に係るマイクロ
分析チップ１００ｂは、その混合部１３に出入する各微
小流路４の出入口に、フィルタ１４を設けた点以外は前
記実施の形態と同様である。すなわち、図１３に示すよ
うに、混合部１３において、流入口２ａ、２ｂ又は流出
口３と導通する微小流路４の出入口に、サンプル液及び
試薬液を透過し、かつ、光圧ミキサ２０を通過させない
フィルタ１４を密着させたものである。該フィルタ１４
は、サンプル液及び試薬液を透過し、かつ、光圧ミキサ
を通過させないものであれば、特にその形状及び材質は
限定されるものではない。また、フィルタ１４の形成
は、例えば、実施の形態で説明した製造方法と同様の方
法において、ポリメチルメタクリレートからなる感光層
３３に微小流路４、混合部１３、及び光圧ミキサ２０を
形成する際に、同時に、混合部１３における各微小流路
４の出入口に縦方向の格子を形成するようにしても、ま
た、微小流路４を形成した後に樹脂製のフィルタを密着
するようにしてもよい。
２の変形例について説明する。本変形例に係るマイクロ
分析チップ１００ｂは、その混合部１３に出入する各微
小流路４の出入口に、フィルタ１４を設けた点以外は前
記実施の形態と同様である。すなわち、図１３に示すよ
うに、混合部１３において、流入口２ａ、２ｂ又は流出
口３と導通する微小流路４の出入口に、サンプル液及び
試薬液を透過し、かつ、光圧ミキサ２０を通過させない
フィルタ１４を密着させたものである。該フィルタ１４
は、サンプル液及び試薬液を透過し、かつ、光圧ミキサ
を通過させないものであれば、特にその形状及び材質は
限定されるものではない。また、フィルタ１４の形成
は、例えば、実施の形態で説明した製造方法と同様の方
法において、ポリメチルメタクリレートからなる感光層
３３に微小流路４、混合部１３、及び光圧ミキサ２０を
形成する際に、同時に、混合部１３における各微小流路
４の出入口に縦方向の格子を形成するようにしても、ま
た、微小流路４を形成した後に樹脂製のフィルタを密着
するようにしてもよい。
【００３７】これにより、光圧ミキサ２０の幅寸法が微
小流路４の幅寸法より小さいものであっても、分析終了
後に光圧ミキサ２０が微小流路４中に流出することがな
く、マイクロ分析チップを使用する際に、光圧ミキサを
探す手間が省かれ、操作が容易なものとなる。また、光
圧ミキサ２０又は微小流路４の幅寸法を自由に設計する
ことができる。
小流路４の幅寸法より小さいものであっても、分析終了
後に光圧ミキサ２０が微小流路４中に流出することがな
く、マイクロ分析チップを使用する際に、光圧ミキサを
探す手間が省かれ、操作が容易なものとなる。また、光
圧ミキサ２０又は微小流路４の幅寸法を自由に設計する
ことができる。
【００３８】なお、前記実施の形態においては、光圧ミ
キサ２０の材質にポリメチルメタクリレートを用いた
が、光圧ミキサ２０の材質は光透過性を有し、混合すべ
き液体と屈折率が異なるものであれば、その他の透明樹
脂やガラス等用いることができる。また、光圧ミキサ２
０の形状は、互いに直交する水平四方向に突出部２１が
形成された横断面形状が略十字状のものとしたが、その
回転軸Ｏを含む面で左右に分割した場合に、左右に位置
する各突出部の形状が非対称となるように形成するもの
であれば、光圧ミキサの突出部を少なくして、二方向又
は三方向にのみ突出するものとしても、逆に突出部を増
やして六方向、八方向等に突出するものとしても前記と
同様の効果を得ることができる。
キサ２０の材質にポリメチルメタクリレートを用いた
が、光圧ミキサ２０の材質は光透過性を有し、混合すべ
き液体と屈折率が異なるものであれば、その他の透明樹
脂やガラス等用いることができる。また、光圧ミキサ２
０の形状は、互いに直交する水平四方向に突出部２１が
形成された横断面形状が略十字状のものとしたが、その
回転軸Ｏを含む面で左右に分割した場合に、左右に位置
する各突出部の形状が非対称となるように形成するもの
であれば、光圧ミキサの突出部を少なくして、二方向又
は三方向にのみ突出するものとしても、逆に突出部を増
やして六方向、八方向等に突出するものとしても前記と
同様の効果を得ることができる。
【００３９】また、前記実施の形態に係るマイクロ分析
チップ１００は、サンプル液又は試薬液を注入するため
の流入口２ａ、２ｂと、サンプル液と試薬液との反応液
を排出する流出口３とが設けられ、サンプル液又は試薬
液が流通するための微小流路４が各流入口２ａ、２ｂに
対応して設けられ、かつ、混合部１０において合流した
後、流出口３へ導通されるものとしたが、流入口２ａ、
２ｂ及び流出口３の数は特に限定されるものではなく、
例えば、分析に二試薬系の試薬を用いる場合には、サン
プル液を注入する流入口、第１試薬を注入する流入口、
第２試薬を注入する流入口の三つの流入口を設けたもの
としてもよい。また、サンプル液と試薬液が反応する前
に、第１試薬及び第２試薬を予め混合しておく必要があ
る場合には、第１試薬及び第２試薬が流通する微小流路
を、混合部においてサンプル液が流通する微小流路と合
流する前に、予め合流させるような構成としてもよい。
さらに、排出すべき反応液の液量に応じて流出口の数を
増やし、混合部において合流した微小流路を測光等を行
う検査領域より流出口側において再び分岐して、各流出
口に導通するような構成としてもよい。
チップ１００は、サンプル液又は試薬液を注入するため
の流入口２ａ、２ｂと、サンプル液と試薬液との反応液
を排出する流出口３とが設けられ、サンプル液又は試薬
液が流通するための微小流路４が各流入口２ａ、２ｂに
対応して設けられ、かつ、混合部１０において合流した
後、流出口３へ導通されるものとしたが、流入口２ａ、
２ｂ及び流出口３の数は特に限定されるものではなく、
例えば、分析に二試薬系の試薬を用いる場合には、サン
プル液を注入する流入口、第１試薬を注入する流入口、
第２試薬を注入する流入口の三つの流入口を設けたもの
としてもよい。また、サンプル液と試薬液が反応する前
に、第１試薬及び第２試薬を予め混合しておく必要があ
る場合には、第１試薬及び第２試薬が流通する微小流路
を、混合部においてサンプル液が流通する微小流路と合
流する前に、予め合流させるような構成としてもよい。
さらに、排出すべき反応液の液量に応じて流出口の数を
増やし、混合部において合流した微小流路を測光等を行
う検査領域より流出口側において再び分岐して、各流出
口に導通するような構成としてもよい。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマイ
クロ分析チップによれば、微小流路が合流する混合部
に、光照射により生ずる光圧を駆動力として回転する光
圧ミキサが、マイクロ分析チップの基板上に積層された
光透過性を有する層において前記微小流路及び混合部と
ともに一体的に形成されたので、レーザ光等が照射され
た光圧ミキサは、混合部において回転し、サンプル液及
び試薬液に対流を誘起して、二液を能動的かつ直接に混
合撹拌する。これにより、サンプル液と試薬液との混合
効率を飛躍的に増大して反応速度を向上し、マイクロ分
析チップによる微量化学分析を効率的なものとすること
ができる。また、マイクロ分析チップの混合部に光圧ミ
キサを精度よく、かつ、簡便に配置することができる。
クロ分析チップによれば、微小流路が合流する混合部
に、光照射により生ずる光圧を駆動力として回転する光
圧ミキサが、マイクロ分析チップの基板上に積層された
光透過性を有する層において前記微小流路及び混合部と
ともに一体的に形成されたので、レーザ光等が照射され
た光圧ミキサは、混合部において回転し、サンプル液及
び試薬液に対流を誘起して、二液を能動的かつ直接に混
合撹拌する。これにより、サンプル液と試薬液との混合
効率を飛躍的に増大して反応速度を向上し、マイクロ分
析チップによる微量化学分析を効率的なものとすること
ができる。また、マイクロ分析チップの混合部に光圧ミ
キサを精度よく、かつ、簡便に配置することができる。
【００４１】
【００４２】また、本発明によれば、前記光圧ミキサ
は、その幅寸法が前記微小流路の幅寸法より大きいもの
としたので、光圧ミキサが微小流路に流出することがな
い。これにより、マイクロ分析チップを使用する際に、
光圧ミキサを探す手間が省かれ、操作が容易なものとな
る。
は、その幅寸法が前記微小流路の幅寸法より大きいもの
としたので、光圧ミキサが微小流路に流出することがな
い。これにより、マイクロ分析チップを使用する際に、
光圧ミキサを探す手間が省かれ、操作が容易なものとな
る。
【００４３】また、本発明によれば、前記混合部に、前
記光圧ミキサを格納するための格納部が設けられたの
で、前記と同様に、マイクロ分析チップを使用する際
に、光圧ミキサを探す手間が省かれ、操作が容易なもの
となる。また、光圧ミキサ又は微小流路の幅寸法を自由
に設計することができる。
記光圧ミキサを格納するための格納部が設けられたの
で、前記と同様に、マイクロ分析チップを使用する際
に、光圧ミキサを探す手間が省かれ、操作が容易なもの
となる。また、光圧ミキサ又は微小流路の幅寸法を自由
に設計することができる。
【００４４】また、本発明によれば、前記混合部に出入
する各微小流路の出入口に、サンプル液及び試薬液を透
過するフィルタが設けられたので、前記と同様に、マイ
クロ分析チップを使用する際に、光圧ミキサを探す手間
が省かれ、操作が容易なものとなる。また、光圧ミキサ
又は微小流路の幅寸法を自由に設計することができる。
する各微小流路の出入口に、サンプル液及び試薬液を透
過するフィルタが設けられたので、前記と同様に、マイ
クロ分析チップを使用する際に、光圧ミキサを探す手間
が省かれ、操作が容易なものとなる。また、光圧ミキサ
又は微小流路の幅寸法を自由に設計することができる。
【００４５】また、本発明に係るマイクロ分析チップの
製造方法によれば、基板上に犠牲層を積層した後、フォ
トリソグラフィにより、混合部が形成される位置に転写
された光圧ミキサの形状と略同形の部分以外の犠牲層を
エッチングして除去する第１の工程と、前記光圧ミキサ
と略同形状の犠牲層が形成された基板上に、光透過性を
有する感光層を積層した後、微小流路、混合部、及び光
圧ミキサの形状をパターニングした第１のマスクを通し
てＸ線又は紫外線を照射することにより、該感光層に微
小流路、混合部、及び光圧ミキサの形状を転写し、微小
流路及び混合部となる部分の感光層のみをエッチングし
て除去する第２の工程と、感光性を有するカバーの下面
に、微小流路及び混合部の形状をパターニングした第２
のマスクを通してＸ線又は紫外線を照射することによ
り、該下面に微小流路及び混合部の形状を転写し、微小
流路及び混合部となる部分をエッチングして除去すると
ともに、カバーを穿通する流入口及び流出口を形成し、
該カバーの下面と前記基板の感光層の上面とを、両者に
形成された微小流路及び混合部の形状が一致するように
接着する第３の工程と、前記流入口又は流出口からエッ
チングガス又はエッチング液を注入し、前記犠牲層をエ
ッチングして除去する第４の工程とを有するものとした
ので、前記マイクロ分析チップを簡便かつ高精度に製造
することができる。
製造方法によれば、基板上に犠牲層を積層した後、フォ
トリソグラフィにより、混合部が形成される位置に転写
された光圧ミキサの形状と略同形の部分以外の犠牲層を
エッチングして除去する第１の工程と、前記光圧ミキサ
と略同形状の犠牲層が形成された基板上に、光透過性を
有する感光層を積層した後、微小流路、混合部、及び光
圧ミキサの形状をパターニングした第１のマスクを通し
てＸ線又は紫外線を照射することにより、該感光層に微
小流路、混合部、及び光圧ミキサの形状を転写し、微小
流路及び混合部となる部分の感光層のみをエッチングし
て除去する第２の工程と、感光性を有するカバーの下面
に、微小流路及び混合部の形状をパターニングした第２
のマスクを通してＸ線又は紫外線を照射することによ
り、該下面に微小流路及び混合部の形状を転写し、微小
流路及び混合部となる部分をエッチングして除去すると
ともに、カバーを穿通する流入口及び流出口を形成し、
該カバーの下面と前記基板の感光層の上面とを、両者に
形成された微小流路及び混合部の形状が一致するように
接着する第３の工程と、前記流入口又は流出口からエッ
チングガス又はエッチング液を注入し、前記犠牲層をエ
ッチングして除去する第４の工程とを有するものとした
ので、前記マイクロ分析チップを簡便かつ高精度に製造
することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ分析
チップ１００の構成を示す概略斜視図である。
チップ１００の構成を示す概略斜視図である。
【図２】混合部１０の詳細な構成を示す平面図である。
【図３】光圧ミキサ２０の詳細な構成を示す概略斜視図
である。
である。
【図４】マイクロ分析チップ１００の製造方法における
第１の工程を示す模式図である。
第１の工程を示す模式図である。
【図５】マイクロ分析チップ１００の製造方法における
第２の工程を示す模式図である。
第２の工程を示す模式図である。
【図６】Ｘ線照射のエネルギー量と加工深さとの関係を
示す図である。
示す図である。
【図７】マイクロ分析チップ１００の製造方法における
第３の工程を示す模式図である。
第３の工程を示す模式図である。
【図８】マイクロ分析チップ１００の製造方法における
第４の工程を示す模式図である。
第４の工程を示す模式図である。
【図９】光圧により光圧ミキサ２０に生ずる力ｆ１を示
す断面図である。
す断面図である。
【図１０】光圧により光圧ミキサ２０に生ずる力ｆ２及
び力ｆ３を示す平面図である。
び力ｆ３を示す平面図である。
【図１１】マイクロ分析チップ１００にレーザ光ＬＢを
照射する装置４０の構成を示す模式図である。
照射する装置４０の構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の第１の変形例に係るマイクロ分析チ
ップ１００ａの混合部１１の詳細な構成を示す平面図で
ある。
ップ１００ａの混合部１１の詳細な構成を示す平面図で
ある。
【図１３】本発明の第２の変形例に係るマイクロ分析チ
ップ１００ｂの混合部１３の詳細な構成を示す平面図で
ある。
ップ１００ｂの混合部１３の詳細な構成を示す平面図で
ある。
【図１４】従来のマイクロ分析チップ１の構成を示す概
略斜視図である。
略斜視図である。
【図１５】従来のマイクロ分析チップ１のＡ−Ａ断面を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図１６】ノズルタイプの混合撹拌機構５０の構成を示
す平面図である。
す平面図である。
【図１７】ノズルタイプの混合撹拌機構５０の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図１８】ＰＺＴを用いた混合撹拌機構５２の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【符号の説明】 １０、１１、１３ 混合部 １００ マイクロ分析チップ １２ 格納部 １４ フィルタ ２ａ、２ｂ 流入口 ２０ 光圧ミキサ ３ 流出口 ３０ 基板 ３１ 犠牲層 ３３ 感光層 ３４ 第１のマスク ３５ カバー ３６ 第２のマスク ４ 微小流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大上 芳文 滋賀県草津市野路東１−１−１ 立命館 大学 びわこ・くさつキャンパス 理工 学部内 (72)発明者 小西 聡 滋賀県草津市野路東１−１−１ 立命館 大学 びわこ・くさつキャンパス 理工 学部内 (56)参考文献 特開 平11−5029（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−213139（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−148919（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−118632（ＪＰ，Ａ) 特開2001−4628（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B81B 1/00 B01J 19/00 B81C 1/00 G01N 33/48 G01N 35/08
Claims (5)
- 【請求項１】 サンプル液又は試薬液を注入するための
少なくとも二以上の流入口と、サンプル液と試薬液との
反応液を排出する流出口と、前記各流入口に対応して設
けられ、混合部において合流した後、流出口へ導通する
微小流路とを備えてなるマイクロ分析チップにおいて、 前記混合部に、光照射により生ずる光圧を駆動力として
回転する光圧ミキサが、マイクロ分析チップの基板上に
積層された光透過性を有する層において前記微小流路及
び混合部とともに一体的に形成されてなるものであるこ
とを特徴とするマイクロ分析チップ。 - 【請求項２】 前記光圧ミキサは、その幅寸法が前記微
小流路の幅寸法より大きいものであることを特徴とする
請求項１に記載のマイクロ分析チップ。 - 【請求項３】 前記混合部に、前記光圧ミキサを格納す
るための格納部が設けられたことを特徴とする請求項１
に記載のマイクロ分析チップ。 - 【請求項４】 前記混合部に出入する各微小流路の出入
口に、サンプル液及び試薬液を透過し、かつ、前記光圧
ミキサを通過させないフィルタが設けられたことを特徴
とする請求項１に記載のマイクロ分析チップ。 - 【請求項５】 基板上に犠牲層を積層した後、フォトリ
ソグラフィにより、混合部が形成される位置に転写され
た光圧ミキサの形状と略同形の部分以外の犠牲層をエッ
チングして除去する第１の工程と、 前記光圧ミキサと略同形の犠牲層が形成された基板上
に、光透過性を有する感光層を積層した後、微小流路、
混合部、及び光圧ミキサの形状をパターニングした第１
のマスクを通してＸ線又は紫外線を照射することによ
り、該感光層に微小流路、混合部、及び光圧ミキサの形
状を転写し、微小流路及び混合部となる部分の感光層の
みをエッチングして除去する第２の工程と、 感光性を有するカバーの下面に、微小流路及び混合部の
形状をパターニングした第２のマスクを通してＸ線又は
紫外線を照射することにより、該下面に微小流路及び混
合部の形状を転写し、微小流路及び混合部となる部分を
エッチングして除去するとともに、カバーを穿通する流
入口及び流出口を形成し、該カバーの下面と前記基板の
感光層の上面とを、両者に形成された微小流路及び混合
部の形状 が一致するように接着する第３の工程と、 前記流入口又は流出口からエッチングガス又はエッチン
グ液を注入し、前記犠牲層をエッチングして除去する第
４の工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の
マイクロ分析チップの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000066819A JP3345641B2 (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | マイクロ分析チップ、及びその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000066819A JP3345641B2 (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | マイクロ分析チップ、及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001252897A JP2001252897A (ja) | 2001-09-18 |
| JP3345641B2 true JP3345641B2 (ja) | 2002-11-18 |
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ID=18586115
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000066819A Expired - Fee Related JP3345641B2 (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | マイクロ分析チップ、及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3345641B2 (ja) |
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| US7444817B2 (en) | 2003-06-13 | 2008-11-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical micromotor, micropump using same and microvalve using same |
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