JP3813566B2

JP3813566B2 - 樹脂チップ

Info

Publication number: JP3813566B2
Application number: JP2002301140A
Authority: JP
Inventors: 航一小野
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: US20040069639A1; JP2004138411A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、インテグレーテッド・ケミストリと呼ばれる技術分野において、マイクロチップ（例えば、キャピラリ電気泳動チップ）として使用される樹脂チップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラスやプラスチックのマイクロチップの内部に数１０μｍから２００μｍ程度の微細溝を作り、その微細溝を液体の流路や反応槽，分離精製検出槽として使用して、マイクロチップに複雑な化学システムを集積するインテグレーテッド・ケミストリと呼ばれる技術が知られている。このインテグレーテッド・ケミストリによれば、様々な試験に使用される微細溝が形成されたマイクロチップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐ）を分析化学に限定して使用する場合にはμ−ＴＡＳ（ＴｏｔａｌＡｎａｌｙｔｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）と呼称し、また、マイクロチップを反応だけに限定して使用する場合にはマイクロリアクターと呼称するようになっている。このインテグレーテッド・ケミストリは、分析等の各種試験を行う場合、空間が小さいので拡散分子の輸送時間が短くてすみ、また、液相の熱容量が極めて小さい等の優れた利点を有しているため、ミクロ空間を分析や化学合成等に利用しようとする技術分野において注目を集めている。なお、ここでいう試験とは、分析，測定，合成，分解，混合，分子輸送，溶媒抽出，固相抽出，相分離，相合流，分子補捉，培養，加熱，冷却等の操作・手段を単一又は複合させて行うものである。
【０００３】
このようなインテグレーテッド・ケミストリにおいて、例えば、生化学の分野における試験において使用されるキャピラリ電気泳動チップは、ガラスやプラスチックのチップの内部に１０μｍ〜２００μｍ程度の微細な溝又は円形の凹部等を形成し、この微細溝又は凹部を液体の流路や反応槽等として使用し、核酸やタンパク質等の生体物質やその他の低分子物質といった極微量物質を分離同定するために使用されるものであり、取り扱う物質の体積がナノリットルからピコリットルの微小なものであるから、微細溝を精度良く形成することが求められる。
【０００４】
ここで、ガラス基板の表面にエッチングで微細溝を形成する技術が既に開発され、一般に知られている（例えば、特許文献１参照。）。この従来例は、ガラス基板に形成した微細溝の一部を測定室として使用し、その測定室となる微細溝の一部に紫外線を照射することにより、微細溝内に注入した試料の紫外線吸収量を測定するようになっている。そして、この従来例は、その測定感度を高めるため、微細溝以外のガラス基板表面に遮光膜（エッチング保護膜を酸化させてなる遮光膜）を形成し、微細溝の一部にのみ紫外線を透過させることにより、迷光（試料に照射されない余分な光）が検出器に入射しないようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２１５４７号公報（段落番号００１１〜００２１，段落番号００２５，図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のような従来例によれば、ガラス基板に微細溝を形成するのに、時間のかかる多くの工程を必要とする。すなわち、前述の従来例は、（ａ）ガラス基板の表面にエッチング保護膜をスパッタ成膜装置で形成した後、さらに、そのエッチング保護膜の上にフォトレジストをスピンコートし、次いで、（ｂ）フォトマスクを用いてフォトレジストを露光した後に現像し、次いで、（ｃ）高周波プラズマを用いたドライエッチングにより、フォトレジスト及びエッチング保護膜をパターニングして、（ｄ）パターニングされたエッチング保護膜及びフォトレジストをマスクとして所定の溶液でエッチングすることにより、ガラス基板の表面に微細溝を形成するようになっている。そのため、微細溝の形成に長時間を要し、このようにして微細溝を形成したガラス基板及びこのガラス基板を使用するマイクロチップ（検出計セル）が非常に高価なものとなっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、従来のマイクロチップに代えて使用することができる安価で且つ測定感度の良い樹脂チップ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】
請求項１の発明は、第１面に微小断面の溝が所定の長さに形成された第１部材と、前記第１部材の第１面に固着される第２部材とを有し、前記溝の途中に光が照射される領域が設定された樹脂チップに関するものである。そして、前記第１部材は、少なくとも前記光を照射する領域において、前記溝が形成された第１面と反対側の第２面に凹部が形成され、前記溝の底部側の板厚が光の透過を容易にする厚さに形成されたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る樹脂チップにおいて、前記凹部の側壁が、照射された光を凹部の底面に向けて反射する集光壁であることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る樹脂チップにおいて、前記第１部材と前記第２部材が同一の樹脂材料で形成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明に係る樹脂チップにおいて、前記第１部材が射出成形により形成されたことを特徴としている。
【００１２】
【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詳述する。尚、以下の実施の形態は、キャピラリ電気泳動チップとして使用される樹脂チップを例示して説明する。
【００１３】
図１乃至図３は、本発明の実施の形態に係る樹脂チップ１のプレート（第１部材）２を示すものである。このうち、図１は、プレート２の平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示すプレート２の断面図である。また、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿って切断して示すプレート２の一部拡大断面図である。そして、これら図１乃至図３に示すプレート２を使用した樹脂チップ１を図５の平面図及び図６の断面図に示している。
【００１４】
これらの図に示すプレート２及び蓋部材（第２部材）３は、例えば、アクリル，ポリカーボネート，ポリオレフィン等の紫外線（ＵＶ）透過性に優れた樹脂材料で形成されており、同一の材料で形成されるのが好ましい。このように、プレート２と蓋部材３を同一の材料で形成することにより、プレート２と蓋部材３の表面電荷を同一にできるため、電気泳動の際の試料に対する電気浸透流を均一にすることができ、試料の流れを一定にできる。
【００１５】
プレート２は、図１乃至図３に示すように、射出成形で形成されるものであり、略平板形状を呈している。そして、このプレート２の表面（第１面）４には、図１の横方向に延びる細長い直線状の微細な第一溝５と、この第一溝５に直交する縦方向の微細な第二溝６とが形成されている。このプレート２の第一溝５と第二溝６は、断面形状がほぼ矩形形状（例えば、溝幅が１００μｍで、溝深さが５０μｍの長方形）であり、全長が数センチメートルの長さである。そして、これらの第一溝５及び第二溝６の両端部には、プレート２の表面４から裏面（第２面）７に貫通する試料受け穴８がそれぞれ形成されており、一対の試料受け穴８，８と第一溝５及び他の一対の試料受け穴８，８と第二溝６とが連通するようになっている（図１参照）。尚、試料受け穴８は、泳動液や試料を注入できる大きさであればよく、直径が数１００μｍ〜２０ｍｍ程度の大きさに形成される。
【００１６】
また、プレート２は、図１乃至図３に示すように、検査用の光（紫外線）が照射される領域（測定領域）１０が第一溝５の途中に設定されており、その測定領域１０の裏面７側に、第一溝５に対応するように略矩形形状の凹部１１が形成されている。この凹部１１は、溝幅がほぼ第一溝５の溝幅と同様であり、第一溝５の底部側の板厚ｔ１が紫外線を透過し易い寸法（例えば、２００μｍ）になるような溝深さに形成されている。尚、本実施の形態において、プレート２は、使用条件等から１ｍｍの板厚に設定されている。
【００１７】
蓋部材３は、図５及び図６に示すように、プレート２と同一の材料の樹脂フィルムであり、プレート２の平面形状と同様の平面形状を呈し、その膜厚が１００μｍに形成されたものである。そして、この蓋部材３は、熱圧着によりプレート２の表面４を覆うように固着される。すなわち、プレート２の表面４側に蓋部材３が重ねて固着されることにより、プレート２の第一溝５，第二溝６及び各試料受け穴８の表面４側が蓋部材３によって塞がれて、本実施の形態に係る樹脂チップ１が完成する。尚、蓋部材３はフィルムに限定されるものでなく、プレート状のものでもよい。また、この蓋部材３は、透過する紫外線の透過量を多く確保しようとする場合には、できるだけ薄く形成されたものを用いるのが好ましい。
【００１８】
次に、このようにして形成された樹脂チップ１の使用例の概略を、図５乃至図７に基づいて説明する。本実施の形態の樹脂チップ１は、図７に示すように、表裏反転された状態に置かれ、泳動液が試料受け穴８のいずれかを介して第二溝（サンプル流路）６及び第一溝（分析流路）５に注入される。次いで、試料が、第二溝６の端部に位置するいずれか一方の試料受け穴８を介して第二溝６内に注入される。この状態において、第二溝６の両端に所定時間だけ所定の電圧を印加することにより、試料が第二溝６と第一溝５の交差部１２に導かれる。次いで、第一溝５の両端に電気泳動のための所定の電圧を印加することにより、交差部１２に存在する微量の試料が第一溝５の測定領域１０側に導かれる（分離される）。そして、第一溝５の測定領域１０に配置された測定装置１３の発光器１４から紫外線を第一溝５内の試料に照射し、樹脂チップ１を透過する紫外線の量を受光器１５で測定する。
【００１９】
このような構成の本実施の形態によれば、微細な溝（第一溝５及び第二溝６）や試料受け穴８が形成されるプレート２を射出成形で形成するようになっているため、キャピラリ電気泳動チップとして使用することができる樹脂チップ１を短時間に大量に生産することが可能であり、安価な樹脂チップ１を提供することが可能になる。また、本実施の形態のような樹脂チップ１の方が、ガラスチップである従来のマイクロチップよりも安価に廃棄（焼却）処理ができる。
【００２０】
また、本実施の形態によれば、プレート２の紫外線が照射される測定領域１０において、第一溝５に対応させて凹部１１が形成され、測定領域１０の第一溝５の底部側板厚ｔ１が薄くなっているため、測定領域１０の第一溝５への照射光（紫外線）はプレート２を透過し易い。一方、凹部１１が形成されない部分は、プレート２の板厚が厚く、紫外線吸収量が多いため、紫外線が透過しにくい。従って、本実施の形態によれば、迷光（試料に照射されなかった余分な光）が測定装置１３の受光器１５に入射しにくく、測定感度が向上する。
【００２１】
（プレートの凹部の変形例）
図４は、上記実施の形態におけるプレート２の凹部１１の変形例を示すものである。この図に示すように、凹部１１は、その断面形状が略台形形状を呈しており、対向する側壁１１ａ，１１ｂが開口部から底部に向かうに従って近づくように、角度θだけ傾斜している。このような形状の凹部１１は、発光器１４から出射された光Ｈをその傾斜する側壁１１ａ，１１ｂで全反射し、その反射した光Ｈを試料に照射することができるため、側壁１１ａ，１１ｂが集光壁のように機能し、より一層測定感度が向上することが期待される。
【００２２】
（照明光を紫外線から可視光に変更した場合の変形例）
上述の実施の形態は、試料に照射する光（照明光）が紫外線であるが、これに限られず、可視光を照明光にすることができる。この場合、樹脂チップ１のプレート２は、ポリオレフィン等の樹脂材料に添加物（例えば、顔料）を適量混合し、可視光に対する透過性を適度に低下させた材料で形成することが好ましい。そして、このような添加物を混合した樹脂材料で形成される樹脂チップ１のプレート２は、測定領域の第一溝の底板側板厚ｔ１の厚さを、可視光が透過するか又は透過し易い厚さとし、また、凹部１１が形成されていない部分の厚さを、可視光が透過しないか又は透過し難い厚さとする。
【００２３】
この変形例において、蓋部材３は、プレート２と同様の添加物を適量混合することにより透明度が低下した樹脂材料で形成してもよく、また、添加物を混合しない透明の樹脂材料で形成してもよい。ここで、透明樹脂で形成される蓋部材３は、フィルム状に形成してもよく、また、プレート状に形成してもよい。
【００２４】
このように樹脂チップ１を構成することにより、照明光が可視光である場合であっても、迷光が測定装置１３の受光器１５に入射しにくく、試料に対する測定感度が良好になる。
【００２５】
また、この変形例において、可視光に対する透過性を低下させる目的で樹脂材料に添加剤を適量混合させたのは、樹脂チップ１を小形に形成する（厚みを薄くする）ためであるが、これに限られず、プレート２の凹部１１が形成されていない表面に微細な凹凸を形成し、この凹凸によって光を乱反射させて、プレート２の凹部１１が形成されていない部分の表面の光の透過性を低下させるようにしてもよい。このようにしても、測定感度が良好な樹脂チップ１を提供することができる。
【００２６】
（その他の変形例）
尚、本発明において、第一溝５及び第二溝６（微細な溝）の断面形状は、上記実施の形態のような矩形形状に限られず、半円形，Ｕ字形，略三角形やその他の形状でもよい。
【００２７】
また、本発明における微細な溝（５，６）の平面形状は、上述の実施の形態のような十字形状に限られず、直線形状（Ｉ字形状），Ｙ字形状，湾曲形状やその他の複雑な形状にすることができる。
【００２８】
また、本発明は、溝幅や溝深さが一定の微細な溝（第一溝５及び第二溝６）を例示したが、溝幅や溝深さを適宜変化させるようにしてもよい。
【００２９】
また、上述の各実施の形態は、説明の便宜上、生化学の分野の試験に供せられるキャピラリ電気泳動チップとしての樹脂チップ１を例示して説明したが、本発明の樹脂チップ１は、これに限られず、合成化学，分析化学等の生化学以外の化学的な試験に広く適用することができる。
【００３０】
また、上述の実施の形態において示した数値は、全体の理解を助けるための例示であって、これに限定されるものではなく、使用条件等に応じて最適な値が設定される。
【００３１】
また、上述の実施の形態において、蓋部材３をプレート２とは別の材料で形成し、蓋部材３の試料が接触する部分に、プレート２と同一材料の被膜を形成するようにしてもよい。
【００３２】
また、上述の実施の形態において、凹部１１は、第一溝５に対応するように、第一溝５の全域に形成し、第一溝５の底部の板厚ｔ１を第一溝５の全域に渡り薄くしてもよい。
【００３３】
また、上述の実施の形態において、プレート２を射出成形で形成する態様を例示したが、これに限られず、その他の樹脂成形法（例えば、圧縮成形，真空成形，押出成形等）により形成するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プレートの測定用の光が照射される領域において、微小断面積の溝に対応させて凹部が形成され、その測定用の光が照射される領域の溝の底部側板厚が薄くなっているため、試料に照射した光はプレートを透過し易い。一方、凹部が形成されない部分は、プレートの板厚が厚く、光が透過しにくい。従って、本発明の樹脂チップによれば、迷光（試料に照射されなかった余分な光）が測定装置の受光器に入射しにくく、測定感度が向上する。
【００３５】
また、本発明によれば、微細な溝や試料受け穴が形成されるプレートを射出成形で形成するようになっているため、キャピラリ電気泳動チップ等として使用することができる樹脂チップを短時間に大量に生産することが可能であり、品質の安定した安価な樹脂チップを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る樹脂チップを構成するプレートの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示すプレートの断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿って切断して示すプレートの一部拡大断面図である。
【図４】凹部の他の例を示すプレートの一部拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る樹脂チップの平面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す樹脂チップの断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る樹脂チップの使用例を説明するための図であり、図６の樹脂チップを表裏反転した図である。
【符号の説明】
１……樹脂チップ、２……プレート、３……蓋部材、４……表面（第１面）、５……第一溝、６……第二溝、７……裏面（第２面）、１０……測定領域（光を照射する領域）、１１……凹部、１１ａ，１１ｂ……側壁

Claims

第１面に微小断面の溝が所定の長さに形成された第１部材と、前記第１部材の第１面に固着される第２部材とを有し、前記溝の途中に光が照射される領域が設定された樹脂チップであって、
前記第１部材は、少なくとも前記光を照射する領域において、前記溝が形成された第１面と反対側の第２面に凹部が形成され、前記溝の底部側の板厚が光の透過を容易にする厚さに形成されたことを特徴とする樹脂チップ。
前記凹部の側壁が、照射された光を凹部の底面に向けて反射する集光壁であることを特徴とする請求項１記載の樹脂チップ。
前記第１部材と前記第２部材が同一の樹脂材料で形成されたことを特徴とする請求項１記載の樹脂チップ。
前記第１部材は、射出成形により形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂チップ。