クロマトグラフィー用チップの製造方法
【課題】 マイクロチャネル中に粒子を充填させたクロマトグラフィー用チップの製造方法の提供。
【解決手段】 所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され前記充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、前記基板の表面側から、前記充填材を分散させたスラリーを塗布して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する充填工程と、前記充填工程後の前記基板の表面側に残った前記スラリーを除去する除去工程と、前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程と、を備えた。
【解決手段】 所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され前記充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、前記基板の表面側から、前記充填材を分散させたスラリーを塗布して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する充填工程と、前記充填工程後の前記基板の表面側に残った前記スラリーを除去する除去工程と、前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロマトグラフィー用チップの製造方法に関し、より詳しくはマイクロ流体チップを用いたクロマトグラフィー用チップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フォトリソグラフィーの技術による微細加工によって、平板ガラスからなるチップ上にマイクロチャネル（微細流路）が形成されたチップを、キャピラリー電気泳動用チップとして用いることにより、高性能で高速な電気泳動分離を行うことが可能であることが知られている。このキャピラリー電気泳動用チップは、ガラスやＳｉ／ＳｉＯ２などのシリコンを材料とした基板を用いて、基板上に微細加工によりキャピラリーチャネルを形成するものである。一般的に、チャネルの径（カラム径）が小さいほど感度が向上することが知られているため、このようなチップを用いたマイクロ分析システムが急速に進歩している。このマイクロ分析システムの一つとして、マイクロチップを用いたクロマトグラフィーも検討されている。
【０００３】
しかしながら、クロマトグラフィーを行なう際に、試料をキャピラリー電気泳動用チップのようなマイクロチャネルをクロマトグラフィー用のカラムとして用いるためには、マイクロチャネル部分にシリカゲル等の無機多孔質粒子をリガンド修飾した微粒子を充填する必要があるが、粒子の充填はカラム径が小さくまた、カラム長が長くなればなるほど困難になる。そこで、粒子充填法に代わり、一体型（モノリス型）のクロマトグラフィー用のカラムが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１１００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、板状部材の溝に２重細孔構造のシリカゲルが充填されたクロマトグラフ用チップが開示されている。このチップは、溝内で相分離を利用したゾル−ゲル法により、ゲルを調整し、続いて湿潤状態のゲルを乾燥・加熱して得られる。これにより、微量物質の分離を可能としている。
【０００５】
しかし、特許文献１のチップは製造工程で加熱して焼成させることから、熱に弱い樹脂基板は焼成することができない。また、基板の熱による変形等の問題も残る。さらに、アルカリ条件下で細孔形成を行うため、再現性を取ること自体が難しく、シリカ骨格を基板に作り込んだのちにリガンド修飾を行うことからリガンド修飾をシリカ表面全体に均一的に実施することが困難である。
【０００６】
また、充填型カラムを用いた場合には、充填材がカラム内から流れ出ないよう、カラムの端部にトラップ部を設ける必要があるが、トラップ部が予め設けられた状態では、従来行われてきた粒子充填法では粒子を充填することは困難である。
【０００７】
上記の課題に鑑み、本発明はマイクロチャネル中に粒子を充填させたクロマトグラフィー用チップの製造方法を提供することを目的とし、より具体的には、樹脂基板のチップに形成されたマイクロチャネルにシリカゲル粒子を充填させる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
より具体的には本発明は、以下のようなものを提供する。
【０００９】
（１） 所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、前記基板の表面側から、前記充填材を分散させたスラリーを塗布して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する充填工程と、前記充填工程後の前記基板の表面側に残った前記スラリーを除去する除去工程と、前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程と、を含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００１０】
（１）の発明によれば、基板の表面側から、充填材を分散させたスラリーを塗布する充填工程を備えたことによって、マイクロチャネルの両端に設けられたトラップ部の間に充填材を均一に充填させることが可能となる。また、スラリーが付着している部分は、後の封着工程でカバープレートを適切に封着することができないが、除去工程を備えたことによって基板中のマイクロチャネルが形成されていない部分に残ったスラリーを除去することが可能となる。
【００１１】
ここで、「基板」とは、填材を分散させたスラリーを塗布又は注入することが可能な板状体をいう。具体的にはガラス、熱硬化樹脂、熱可塑性樹脂、シリコーンゴム等の型で成形可能なものが好ましいが、絶縁性や成形の自由度から樹脂材料であることが好ましい。熱可塑性樹脂材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリルレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン、スチレンポリマー等のスチレン系樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等を用いることが好ましい。また、機械的強度の観点からポリエーテルエーテルケトン樹脂脂を用いることが好ましく、より安価で生産性が高いポリジメチルシロキサンを用いることが更に好ましい。
【００１２】
また、「充填工程」におけるスラリーの充填は、シリンジを用いてスラリーを注入してもよく、また、スパチュラを用いてマイクロチャネルにスラリーを埋め込んでもよい。なお、スラリーがマイクロチャネル内に均一に充填されるよう超音波等を用いてもよい。
【００１３】
また、「除去工程」とは、上述のように充填工程後の基板の表面側に残ったスラリーを除去する工程をいう。カバープレートが基板表面に残っている場合、後の封着工程でカバープレートを基板に封着させることができないためである。また、「基板の表面側」とは、基板の表面そのものと、基板に例えばマスクのような被覆材が設けられている面の両方を含む。
【００１４】
次いで、「封着工程」とは、基板の表面に直接カバープレートを被せて接着させる工程をいう。カバープレートの封着は接着剤や、放電プラズマ溶着等、公知の方法を用いてもよい。
【００１５】
（２） 前記充填工程は、前記基板表面に前記スラリーを塗布する工程であり、前記除去工程は、前記基板表面をスキージで掻き取る工程である（１）記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００１６】
（２）の発明によれば、除去工程を、スキージで掻き取る工程としたことによって基板表面に残った充填材を完全に除去することが可能となる。これによって後の封着工程においてカバープレートを容易に封着させることができる。また、スキージを用いて掻き取ることによって、マイクロチャネル内に充填されたスラリーを均すことも可能となる。なお、充填剤を除去しやすいよう、チャネル以外の基板表面に充填剤との吸着性を低下させる処理（例えば、親水化処理）を施すこともできる。
【００１７】
（３） 前記充填工程の前に、前記マイクロチャネル以外の部分を覆い、かつ、前記マイクロチャネル上に相当する位置に開口を有するマスクを予め前記基板上に配置するマスク配置工程を行ない、このマスク上から前記充填工程を行い、その後、前記マスクを剥離した後に、前記封着工程を行う、（１）記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００１８】
（３）の発明によれば、充填工程の前にマスク配置工程を設けたことによって、マイクロチャネル以外の部分にスラリーが拡散しても後の除去工程でマスクを剥離させるだけで、スラリーを容易に除去することが可能となる。その理由として、一度基板に付着した微粒子は除去しにくく、特にポリジメチルシロキサンとＯＤＳ（オクタデシルシラン）微粒子は疎水的に吸着するため取り除くことが困難であるためである。また、テトラヒドロフランのように溶解力の強い有機溶剤で洗浄することも考えられるが、放電プラズマ溶着の際、カバープレートの溶着を妨げることがあるため、基材の接着面には溶剤をつけないほうが望ましいためである。
【００１９】
ここで、「マスク」とは、マイクロチャネル以外の部分を覆い、かつ、このマイクロチャネル上に相当する位置に開口を有し、基板から剥離可能な板状又はフィルム状の物質をいう。具体的には、金属板や基板と同一素材のフィルム等が挙げられる。マスクの形成方法としては、例えばフォトリソグラフィー法を用いて樹脂基板又はガラス基板に形成する方法が挙げられる。
【００２０】
（４） 前記マスクの開口幅は、前記マイクロチャネルの幅よりも小さくなるように前記マスクを配置する（３）に記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００２１】
（４）の発明によれば、上記のマスクの開口幅をマイクロチャネルの幅よりも小さくなるようにしたことによって、マイクロチャネル以外にスラリーが拡散することを抑制することが可能となる。これによってカバープレートの封着がさらに容易になる。
【００２２】
（５） 所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程の前後に、前記基板及び／又はカバープレートに、前記マイクロチャネルの前記トラップ部間に連通する少なくとも１箇所の注入部を形成する注入部形成工程と、この注入部から前記充填材を分散させたスラリーを注入して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する注入工程と、前記注入部を封鎖する封鎖工程と、含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００２３】
（５）の発明によれば、予め基板にカバープレートを封着させたチップを用いたことによって、スラリーが基板表面に拡散することがなくなる。これによって（５）の発明に係るクロマトグラフィー用マイクロチップをより効率よく製造することが可能となる。
【００２４】
ここで、「注入部」とは、基板及び／又はカバープレートの表面からマイクロチャネルへと連通するように設けられた溝や穴をいう。この注入部は、カッターやレーザ、ドリル等を用いて形成される。また、加圧すればスリットが開口するマイクロバルブ等を用いてもよい。また「注入工程」とは、具体的には上述の注入部にシリンジやホッパー等、スラリーを押し出すことが可能な手段を設け、スラリーをマイクロチャネルへと注入する工程をいう。
【００２５】
更に、「封鎖工程」とは、具体的には接着剤や密栓を用いて注入部を封鎖する工程をいう。
【００２６】
（６） 前記注入部は複数個形成されている（５）記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００２７】
（６）の発明によれば、注入部を複数個形成したことによって、スラリーがマイクロチャネルへ注入される際にかかる圧力を他の注入部から逃がすことや、複数箇所からの充填が可能となる。これによってスラリーを効率よくマイクロチャネルへ注入することができる。また、マイクロチャネルの形状によっては１ヶ所の注入部からでは、マイクロチャネルに均一にスラリーを注入することが困難である。（６）の発明によればこの注入部を複数設けたことによってマイクロチャネルの形状に関わらずスラリーを均一に注入することができる。
【００２８】
（７） 前記注入工程は、一方の注入部から前記スラリーを注入すると同時に、他方の注入部又は前記マイクロチャネル内の端部より、前記マイクロチャネル内を減圧しながら行う（５）又は（６）記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００２９】
（７）の発明によれば、一方の注入部からスラリーを注入すると同時に、他方の注入部等からマイクロチャネル内を減圧したことによって、スラリーをより効率よくマイクロチャネル内に注入することができる。また、注入工程において、マイクロチャネル内にかかる圧力は、スラリーの注入量に比例する。（６）の発明によって注入部を複数設けたとしてもマクロチャネルの形状によっては、圧力を逃がすことができず、スラリーを注入しきれない場合があるため、（７）に係る発明のように、他方の注入部から減圧すればチャネル内の圧力上昇を未然に防ぐことも可能となる。
【００３０】
（８） 所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の１箇所に形成され前記充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程の後に、前記マイクロチャネルの一端側から前記トラップ部に向けて前記充填材を分散させたスラリーを注入する注入工程と、前記マイクロチャネルの多端側に第２トラップ部を形成する工程と、を含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００３１】
（８）の発明によれば、注入工程の後に、第２トラップ部を形成する工程を設けたことによって、マイクロチャネル内に注入されたスラリーの流出を防止することが可能となる。マイクロチャネルの両端には、試料を注入するための導入口又は電極を装着するためのポートが設けられているため、マイクロチャネルの形状によってはこのポートからスラリーを注入した方がチャネル内に均一にスラリーを注入することができる場合がある。この場合、ポート付近に予めトラップ部が設けられていると、このトラップ部がスラリーの注入を妨げてしまう。従って（８）に係る発明のように後から第２トラップ部を形成する工程を設ければこの問題を解消することができる。
【００３２】
なお、「第２トラップ部を形成する工程」とは具体的には、充填材よりも小さな孔を多数有する焼結体を構成し、固定することで形成することをいう。この第２トラップ部は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）のカラムを製造する際の公知の技術を応用することができる。
【００３３】
（９） 前記基板は、ガラス、プラスチックである（１）から（８）いずれか記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００３４】
（９）の発明によれば、基板をガラス、プラスチックとしたことによって、その表面にマイクロチャネルのパターンを容易に形成することが可能となる。また、金属よりも軽量であるため、（９）の発明に係るクロマトグラフィー用マイクロチップの軽量化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法によれば、粒子径の小さい粒子をマイクロチャネル中に均一に充填させることが可能となる。また、従来用いられていたカラムではなく、チップを用いることにより微少量の試料の前処理・分析も可能になる。また、ＭＥＭＳの技術を用いることによって、基板上に複雑なパターンのマイクロチャネルを形成した場合でも、充填材を充填することが可能となるため、従来にないチャネルパターンの新しいデバイスの開発に繋がる。たとえば、限られた面積の基板を有効利用できるよう円弧部分を持ったパターンを形成した場合にも、そこに均一的に粒子を充填できるし、チャネルがアレイ状に配列したマルチチャネルパターンとして、ＬＣによる並列分析および順次分析のシステムを想定した場合にも、均一的に粒子が充填されたマルチカラムアレイチップが実現されることになり、分析の再現性・精度を格段に向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略若しくは簡略化する。
【００３７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係るクロマトグラフィー用チップを示した図である。このクロマトグラフィー用チップ１０は、ポリジメチルシロキサンにより形成された平板状の基板１２と、この基板１２の上面に配設されるポリジメチルシロキサン又はガラスにより形成された平板状のカバープレート１４とを有して構成されている。そして、基板１２には、液体の流路としてマイクロチャネル１６が形成されている。なお、カバープレート１４によって、基板１２の上面に形成されたマイクロチャネル１６は封止（シール）されている。また、カバープレート１４には、その上面１４ａから下面１４ｂへ貫通するようにして形成されたサンプル導入ならびに電極装着のための２つのポート１８ａ、１８ｂが穿設されている。ここで、基板１２の具体的な大きさとしては、長手方向が５０ｍｍから１００ｍｍであることが好ましく、７０ｍｍから９０ｍｍであることがより好ましい。短手方向は５０ｍｍから１００ｍｍであることが好ましく、６０ｍｍから８０ｍｍであることがより好ましい。また、厚さは０．１ｍｍから１０ｍｍであることが好ましく、０．３ｍｍから１ｍｍであることがより好ましいが、これに限られるものではない。なお、本実施形態においては基板の材質をポリジメチルシロキサンとしているが、ガラスを用いてもよい。
【００３８】
ここで、２つのポート１８ａ、１８ｂとマイクロチャネル１６とは、２つのポート１８ａ、１８ｂの一部にマイクロチャネル１６の両方の端部１６ａ、１６ｂとがそれぞれ位置するように寸法設定されて配置されており、ポート１８ａと端部１６ａとが連通し、ポート１８ｂと端部１６ｂとが連通するようになされている。
【００３９】
また、マイクロチャネル１６の長さは、例えば、２４０ｍｍに設定され、マイクロチャネル１６の幅は、例えば、２００μｍに設定され、マイクロチャネル１６の深さは、例えば、数十μｍに設定されている。なお、マイクロチャネル１６の長さや形状、幅等は特に限定されるものではなく、チャネル幅、長さは、充填する粒子と、耐圧性との関係から、Ｋｏｚｅｎｙ−Ｃａｒｍａｎの式から望ましい寸法のおおよその値を算出することができる。ここで、同じ微粒子であってもカラムの理論段数を向上させるにはカラム長が長いほうが良い。本カラムチップでは、限られた面積の数センチ角のチップ上に２０ｃｍから３０ｃｍのカラムを形成するため、図のように複数の直線部分をと複数のコーナー部分で連結して平面視で曲線状のカラム形状とし、カラム長を長く設定している。これにより、直線状の場合に比べて、理論段数の向上を図っている。コーナー部の曲率は、クロマト分離評価上、一つのサンプルの分離ピークが２分されない程度の範囲に設定される。あまり曲率が大きいと、内周と外周との速度差が生まれ同一サンプルが２つのピークとなって検出されることになるからである。さらに、マイクロチャネル１６の両方の端部１６ａ、１６ｂの両方には、トラップ部１６１が設けられている。このトラップ部１６１については後述する。
【００４０】
また、図２は、本発明に係るクロマトグラフィー用チップ１０のＸ−Ｘ´断面におけるクロマトグラフィー用チップ１０の拡大断面を示した図である。この図に示すように、マイクロチャネル１６には充填材２０が充填されている。本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において、充填材２０は、以下に示す方法で充填される。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るクロマトグラフィー用チップに充填材２０を充填する工程を示した図である。まず、基板１２にチャネルのパターンを公知の方法で形成する（図３（ａ）参照）。次に、溶媒中に分散させたスラリー状充填材２０を均一に塗布する（図３（ｂ）参照）。このとき、スラリー状充填材２０が均一にマイクロチャネル１６中に充填されるよう、超音波等で振動させてもよい。
【００４２】
ここで、スラリー状充填材２０の平均粒径は、１μｍ〜１０μｍであることが好ましく１．７μｍ〜５μｍであることが更に好ましい。なお、材質としては、多孔性シリカの表面をリガンド修飾したクロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用の充填剤を用いても、ポリマーからなるクロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用の充填剤を用いてもよい。なお、本実施形態において、スラリー状充填材２０は、水、エタノール、テトラヒドロフラン、メタノール、トルエン等揮発性の溶媒中に分散させてスラリーとして用いた。特に、疎水性の高いテトラヒドロフラン、トルエンなどの溶剤を添加して用いると、ポリジメチルシロキサンと疎水性微粒子との疎水的な吸着をなくし、微粒子の流動性を高めることができるため好ましい。
【００４３】
なお、本発明における「スラリー」とは、ペースト状のものも含まれる。スラリーの粘度は、チャネル内にスラリーを塗布する場合には、微粒子を密に充填できるよう、微粒子の含有量を高く設定し、流通させながら充填する場合には、目詰まりを回避するために含有量を低く設定したものを使用することが望ましい。
【００４４】
次に、マイクロチャネル１６に充填されきれなかったスラリー状充填材２０をスキージ６０で除去する（図３（ｃ）参照）。その方法として、平坦な面を持った治具、例えばスパーテル等で除去する方法等が挙げられる。
【００４５】
最後に、基板１２にカバープレート１４を被せ、溶着させる（図３（ｄ）参照）。溶着方法としては、放電プラズマ溶着や、接着剤による接着等が挙げられるが、放電プラズマ溶着することが好ましい。マイクロチャネル縁の部分が、プラズマ溶着であれば、きれいに密着され、液漏れなどの可能性が少ないが、接着剤を用いた場合には、縁をきれいに密着することができないため、液漏れの可能性が生じるためである。カバープレート１４の材質としては、基板１２と同一素材のポリジメチルシロキサンや、ガラス板等を用いることが好ましい。
【００４６】
＜第２実施形態＞
図４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施形態を示した図である。本実施形態においては、充填材をマイクロチャネル１６´に充填する前にマスク１４１を被覆して、充填材を充填した後にマスク１４１を除去する工程を含む以外は、上記実施形態と同様の方法で充填を行なう。マスク１４１は、マイクロチャネル１６´のパターンと同様のパターンが描かれた板状材やシート材を用いる。マスク１４１のパターンは基板に形成する方法と同じ方法で形成される。なお、マスク１４１をマイクロチャネル１６´のパターンにぴったりと合わせるために、基板１２とマスク１４１のそれぞれに例えば、凹凸のような合わせ印（図示せず）を付けておいてもよい。これによってマスク１４１の開口部分を通じてスラリー状充填材２０を案内することができる。
【００４７】
図５（ａ）に示すように、マイクロチャネル１６´を隔てたマスク１４１同士の幅Ｗ１は、マイクロチャネル１６´の幅Ｗ２と同じ幅であってもよいが、図５（ｂ）に示すように、Ｗ１がＷ２よりも小さいことが好ましい。これによって、マスク１４１を基板１２´から除去する際に、充填材がマイクロチャネル１６´から零れ落ち、基板１２´の表面に充填材が拡散するのを防止することが可能となる。また、マスク１４１の厚みは充填材の粒子径よりも小さい方が好ましい。マスク１４１の厚みが充填材の粒子径よりも大きくなると、充填材がマイクロチャネル１６´の深さよりも更に積層されるため、はみ出しや、カラムの膨張の要因となってしまうためである。
【００４８】
＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態を示した図である。本実施形態においては、マイクロチャネル３６が形成された基板３２に予めカバープレート３４を溶着させたチップ３０を用いて充填材を充填する点が第１実施形態及び第２実施形態と異なる。
【００４９】
まず、カバープレート３４をマイクロチャネル３６が形成された基板３２に放電プラズマ法により溶着させる。次に、基板３２の周縁部（乃至はカバープレート３４の上面部又は裏面部）からマイクロチャネル３６に連通するように注入部３８を設ける。本実施形態において注入部３８は、カッターを用いて形成している。また、注入部３８の位置や数は特に限定されないが、充填材がマイクロチャネル３６の両方の端部３６ａ、３６ｂの少なくともどちらか一方に設けられたトラップ部３６１を通り抜けないよう当該トラップ部３６１の内側に設ける必要がある。なお、本実施形態では注入部を２箇所設けている。
【００５０】
マイクロチャネル３６にスラリー状充填材２０を充填させる具体的な方法として、注入部３８ａに充填材２０を供給する供給手段（例えばホッパーやシリンジ）４０を差し込む。次に、この供給手段４０に所定の圧力を加え、スラリー状充填材２０を押出す。このとき、他方の注入部３８ｂから圧力を開放する。なお、注入部３８ｂに減圧ポンプ等の減圧手段を設けてもよい。これにより、スラリー状充填材２０をスムーズにマイクロチャネル３６内に充填させることが可能となる。なお、注入部３８は、図７に示すようにカバープレート３４に設けられていてもよい。ここで、注入部３８は、圧力を逃がす部分として作用するのみならず、複数の注入部３８から同時にスラリー状充填材２０を注入してもよい。このようにすることにより、圧力が行きとどかないカラムの曲線部などに充填剤を均一に詰めていくことが可能となる。
【００５１】
さらに、注入部３８を、マイクロチャネル３６のコーナー部に形成し、この注入部３８に連結されたチューブ（図示せず）の端部からシリンジでスラリー状充填材２０を注入してもよい。
【００５２】
＜第４実施形態＞
図８は、本発明の第４実施形態を示した図である。本実施形態においては、注入部の替わりにマイクロチャネル５６の端部に設けられた２つのポート５８ａ、５８ｂのどちらか一方に供給手段４０を設ける点、及び、トラップ部５６１が１箇所のみであり、図６のトラップ部３６１に相当するトラップ部が形成されていない点が第３実施形態と異なる。本実施形態においても、ポート５８ｂに減圧手段を設け、チャネル５６内を減圧してもよい。
【００５３】
また、第２トラップ部は、供給手段４０にてスラリー状充填材２０を注入した後、そのポート５８ａから第２トラップ部となる焼結体を所定の間隔で設置し、公知の方法を用いて固定することによって形成される。
【００５４】
＜トラップ部の形状＞
図９は、第１実施形態に係るクロマトグラフィー用チップ１０のトラップ部１６１の部分を示した拡大図を示した図である。このトラップ部１６１は複数の突起１６２から形成されている。それぞれの突起１６２同士の間隔Ｗ３は、充填材２０の粒子径よりも小さくなるよう設置されている。トラップ部１６１は、予め金型でパターンを形成したものを転写して形成される。このパターンのバリエーションとして、図１０に示すように、突起１６２が複数個列をなしているものや、図１１に示すように、突起１６２の代わりに弁１６２´が設けられていてもよい。
【００５５】
本発明に係る製造方法により得られたクロマトグラフィー用チップを、クロマトグラフィーの装置に用いる場合は、以下のような構成で用いる。それぞれポートは、ポンプと検出器にそれぞれ連結されている配管に連結されている。試料の抽出の際は、一方のポートに試料用ポンプから試料が注入される。注入された試料は、マイクロカラムを通って排出される。この試料を検出する場合、例えば、光源からの光を分析流路に入射させ、分析流路内での光の吸収を検出することができるものや、また流路に電極を挿入して電気化学変化量を測定するものなどを用いることができるが、特にこれらに限定されない。光源としては、紫外・可視域の光源、例えばＨｅ−Ｃｄ半導体レーザ、発光ダイオード、重水素ランプ、タングステンランプを用いることができ、これらの光は光ファイバーにより導いてもよい。また、検出器としては、例えば光電子増倍管、ＰＩＮダイオード、ＣＣＤカメラ、ＳＰＲ測定装置などを用いることができるが、これらに限定されない。
【実施例】
【００５６】
以下本発明の実施例について説明する。
【００５７】
図１２は、本発明の各実施形態に係る方法で充填したクロマトグラフィー用チップを示した図である。いずれの方法によっても同様の充填状態が実現されることを確認した。特に、図には示さないが、通常、充填することが困難なコーナー部においても均一な充填が可能であった。このことは、限られたチップスペースにおいて、長く複雑なチャネルパターンを構築できることを示している。なお、注入部にチューブを連結し、チューブの端部からシリンジでスラリー状充填材を注入する手法が、操作性などの点で優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るクロマトグラフィー用チップを示した斜視図である。
【図２】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのＸ−Ｘ´断面の拡大断面図である。
【図３】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第1実施形態を示した図である。
【図４】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第２実施形態を示した図である。
【図５】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第２実施形態を示した断面図である。
【図６】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第３実施形態を示した斜視図である。
【図７】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第３実施形態を示した斜視図である。
【図８】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第４実施形態を示した斜視図である。
【図９】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのトラップ部を示した拡大図である。
【図１０】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのトラップ部を示した拡大図である。
【図１１】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのトラップ部を示した拡大図である。
【図１２】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのトラップ部を示した拡大写真である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ クロマトグラフィー用チップ
１２、１２´、３２、５２ 基板
１４、３４ カバープレート
１４１ マスク
１６、１６´、３６、５６ マイクロチャネル
１６１、１６１´、１６１´´、３６１ トラップ部
１６２ 突起
１８、５８ ポート
２０ 充填材
３０、５０ チップ
３８ 注入部
４０ 供給手段
６０ スキージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロマトグラフィー用チップの製造方法に関し、より詳しくはマイクロ流体チップを用いたクロマトグラフィー用チップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フォトリソグラフィーの技術による微細加工によって、平板ガラスからなるチップ上にマイクロチャネル（微細流路）が形成されたチップを、キャピラリー電気泳動用チップとして用いることにより、高性能で高速な電気泳動分離を行うことが可能であることが知られている。このキャピラリー電気泳動用チップは、ガラスやＳｉ／ＳｉＯ２などのシリコンを材料とした基板を用いて、基板上に微細加工によりキャピラリーチャネルを形成するものである。一般的に、チャネルの径（カラム径）が小さいほど感度が向上することが知られているため、このようなチップを用いたマイクロ分析システムが急速に進歩している。このマイクロ分析システムの一つとして、マイクロチップを用いたクロマトグラフィーも検討されている。
【０００３】
しかしながら、クロマトグラフィーを行なう際に、試料をキャピラリー電気泳動用チップのようなマイクロチャネルをクロマトグラフィー用のカラムとして用いるためには、マイクロチャネル部分にシリカゲル等の無機多孔質粒子をリガンド修飾した微粒子を充填する必要があるが、粒子の充填はカラム径が小さくまた、カラム長が長くなればなるほど困難になる。そこで、粒子充填法に代わり、一体型（モノリス型）のクロマトグラフィー用のカラムが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１１００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、板状部材の溝に２重細孔構造のシリカゲルが充填されたクロマトグラフ用チップが開示されている。このチップは、溝内で相分離を利用したゾル−ゲル法により、ゲルを調整し、続いて湿潤状態のゲルを乾燥・加熱して得られる。これにより、微量物質の分離を可能としている。
【０００５】
しかし、特許文献１のチップは製造工程で加熱して焼成させることから、熱に弱い樹脂基板は焼成することができない。また、基板の熱による変形等の問題も残る。さらに、アルカリ条件下で細孔形成を行うため、再現性を取ること自体が難しく、シリカ骨格を基板に作り込んだのちにリガンド修飾を行うことからリガンド修飾をシリカ表面全体に均一的に実施することが困難である。
【０００６】
また、充填型カラムを用いた場合には、充填材がカラム内から流れ出ないよう、カラムの端部にトラップ部を設ける必要があるが、トラップ部が予め設けられた状態では、従来行われてきた粒子充填法では粒子を充填することは困難である。
【０００７】
上記の課題に鑑み、本発明はマイクロチャネル中に粒子を充填させたクロマトグラフィー用チップの製造方法を提供することを目的とし、より具体的には、樹脂基板のチップに形成されたマイクロチャネルにシリカゲル粒子を充填させる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
より具体的には本発明は、以下のようなものを提供する。
【０００９】
（１） 所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、前記基板の表面側から、前記充填材を分散させたスラリーを塗布して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する充填工程と、前記充填工程後の前記基板の表面側に残った前記スラリーを除去する除去工程と、前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程と、を含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００１０】
（１）の発明によれば、基板の表面側から、充填材を分散させたスラリーを塗布する充填工程を備えたことによって、マイクロチャネルの両端に設けられたトラップ部の間に充填材を均一に充填させることが可能となる。また、スラリーが付着している部分は、後の封着工程でカバープレートを適切に封着することができないが、除去工程を備えたことによって基板中のマイクロチャネルが形成されていない部分に残ったスラリーを除去することが可能となる。
【００１１】
ここで、「基板」とは、填材を分散させたスラリーを塗布又は注入することが可能な板状体をいう。具体的にはガラス、熱硬化樹脂、熱可塑性樹脂、シリコーンゴム等の型で成形可能なものが好ましいが、絶縁性や成形の自由度から樹脂材料であることが好ましい。熱可塑性樹脂材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリルレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン、スチレンポリマー等のスチレン系樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等を用いることが好ましい。また、機械的強度の観点からポリエーテルエーテルケトン樹脂脂を用いることが好ましく、より安価で生産性が高いポリジメチルシロキサンを用いることが更に好ましい。
【００１２】
また、「充填工程」におけるスラリーの充填は、シリンジを用いてスラリーを注入してもよく、また、スパチュラを用いてマイクロチャネルにスラリーを埋め込んでもよい。なお、スラリーがマイクロチャネル内に均一に充填されるよう超音波等を用いてもよい。
【００１３】
また、「除去工程」とは、上述のように充填工程後の基板の表面側に残ったスラリーを除去する工程をいう。カバープレートが基板表面に残っている場合、後の封着工程でカバープレートを基板に封着させることができないためである。また、「基板の表面側」とは、基板の表面そのものと、基板に例えばマスクのような被覆材が設けられている面の両方を含む。
【００１４】
次いで、「封着工程」とは、基板の表面に直接カバープレートを被せて接着させる工程をいう。カバープレートの封着は接着剤や、放電プラズマ溶着等、公知の方法を用いてもよい。
【００１５】
（２） 前記充填工程は、前記基板表面に前記スラリーを塗布する工程であり、前記除去工程は、前記基板表面をスキージで掻き取る工程である（１）記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００１６】
（２）の発明によれば、除去工程を、スキージで掻き取る工程としたことによって基板表面に残った充填材を完全に除去することが可能となる。これによって後の封着工程においてカバープレートを容易に封着させることができる。また、スキージを用いて掻き取ることによって、マイクロチャネル内に充填されたスラリーを均すことも可能となる。なお、充填剤を除去しやすいよう、チャネル以外の基板表面に充填剤との吸着性を低下させる処理（例えば、親水化処理）を施すこともできる。
【００１７】
（３） 前記充填工程の前に、前記マイクロチャネル以外の部分を覆い、かつ、前記マイクロチャネル上に相当する位置に開口を有するマスクを予め前記基板上に配置するマスク配置工程を行ない、このマスク上から前記充填工程を行い、その後、前記マスクを剥離した後に、前記封着工程を行う、（１）記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００１８】
（３）の発明によれば、充填工程の前にマスク配置工程を設けたことによって、マイクロチャネル以外の部分にスラリーが拡散しても後の除去工程でマスクを剥離させるだけで、スラリーを容易に除去することが可能となる。その理由として、一度基板に付着した微粒子は除去しにくく、特にポリジメチルシロキサンとＯＤＳ（オクタデシルシラン）微粒子は疎水的に吸着するため取り除くことが困難であるためである。また、テトラヒドロフランのように溶解力の強い有機溶剤で洗浄することも考えられるが、放電プラズマ溶着の際、カバープレートの溶着を妨げることがあるため、基材の接着面には溶剤をつけないほうが望ましいためである。
【００１９】
ここで、「マスク」とは、マイクロチャネル以外の部分を覆い、かつ、このマイクロチャネル上に相当する位置に開口を有し、基板から剥離可能な板状又はフィルム状の物質をいう。具体的には、金属板や基板と同一素材のフィルム等が挙げられる。マスクの形成方法としては、例えばフォトリソグラフィー法を用いて樹脂基板又はガラス基板に形成する方法が挙げられる。
【００２０】
（４） 前記マスクの開口幅は、前記マイクロチャネルの幅よりも小さくなるように前記マスクを配置する（３）に記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００２１】
（４）の発明によれば、上記のマスクの開口幅をマイクロチャネルの幅よりも小さくなるようにしたことによって、マイクロチャネル以外にスラリーが拡散することを抑制することが可能となる。これによってカバープレートの封着がさらに容易になる。
【００２２】
（５） 所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程の前後に、前記基板及び／又はカバープレートに、前記マイクロチャネルの前記トラップ部間に連通する少なくとも１箇所の注入部を形成する注入部形成工程と、この注入部から前記充填材を分散させたスラリーを注入して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する注入工程と、前記注入部を封鎖する封鎖工程と、含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００２３】
（５）の発明によれば、予め基板にカバープレートを封着させたチップを用いたことによって、スラリーが基板表面に拡散することがなくなる。これによって（５）の発明に係るクロマトグラフィー用マイクロチップをより効率よく製造することが可能となる。
【００２４】
ここで、「注入部」とは、基板及び／又はカバープレートの表面からマイクロチャネルへと連通するように設けられた溝や穴をいう。この注入部は、カッターやレーザ、ドリル等を用いて形成される。また、加圧すればスリットが開口するマイクロバルブ等を用いてもよい。また「注入工程」とは、具体的には上述の注入部にシリンジやホッパー等、スラリーを押し出すことが可能な手段を設け、スラリーをマイクロチャネルへと注入する工程をいう。
【００２５】
更に、「封鎖工程」とは、具体的には接着剤や密栓を用いて注入部を封鎖する工程をいう。
【００２６】
（６） 前記注入部は複数個形成されている（５）記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００２７】
（６）の発明によれば、注入部を複数個形成したことによって、スラリーがマイクロチャネルへ注入される際にかかる圧力を他の注入部から逃がすことや、複数箇所からの充填が可能となる。これによってスラリーを効率よくマイクロチャネルへ注入することができる。また、マイクロチャネルの形状によっては１ヶ所の注入部からでは、マイクロチャネルに均一にスラリーを注入することが困難である。（６）の発明によればこの注入部を複数設けたことによってマイクロチャネルの形状に関わらずスラリーを均一に注入することができる。
【００２８】
（７） 前記注入工程は、一方の注入部から前記スラリーを注入すると同時に、他方の注入部又は前記マイクロチャネル内の端部より、前記マイクロチャネル内を減圧しながら行う（５）又は（６）記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００２９】
（７）の発明によれば、一方の注入部からスラリーを注入すると同時に、他方の注入部等からマイクロチャネル内を減圧したことによって、スラリーをより効率よくマイクロチャネル内に注入することができる。また、注入工程において、マイクロチャネル内にかかる圧力は、スラリーの注入量に比例する。（６）の発明によって注入部を複数設けたとしてもマクロチャネルの形状によっては、圧力を逃がすことができず、スラリーを注入しきれない場合があるため、（７）に係る発明のように、他方の注入部から減圧すればチャネル内の圧力上昇を未然に防ぐことも可能となる。
【００３０】
（８） 所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の１箇所に形成され前記充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程の後に、前記マイクロチャネルの一端側から前記トラップ部に向けて前記充填材を分散させたスラリーを注入する注入工程と、前記マイクロチャネルの多端側に第２トラップ部を形成する工程と、を含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００３１】
（８）の発明によれば、注入工程の後に、第２トラップ部を形成する工程を設けたことによって、マイクロチャネル内に注入されたスラリーの流出を防止することが可能となる。マイクロチャネルの両端には、試料を注入するための導入口又は電極を装着するためのポートが設けられているため、マイクロチャネルの形状によってはこのポートからスラリーを注入した方がチャネル内に均一にスラリーを注入することができる場合がある。この場合、ポート付近に予めトラップ部が設けられていると、このトラップ部がスラリーの注入を妨げてしまう。従って（８）に係る発明のように後から第２トラップ部を形成する工程を設ければこの問題を解消することができる。
【００３２】
なお、「第２トラップ部を形成する工程」とは具体的には、充填材よりも小さな孔を多数有する焼結体を構成し、固定することで形成することをいう。この第２トラップ部は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）のカラムを製造する際の公知の技術を応用することができる。
【００３３】
（９） 前記基板は、ガラス、プラスチックである（１）から（８）いずれか記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【００３４】
（９）の発明によれば、基板をガラス、プラスチックとしたことによって、その表面にマイクロチャネルのパターンを容易に形成することが可能となる。また、金属よりも軽量であるため、（９）の発明に係るクロマトグラフィー用マイクロチップの軽量化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法によれば、粒子径の小さい粒子をマイクロチャネル中に均一に充填させることが可能となる。また、従来用いられていたカラムではなく、チップを用いることにより微少量の試料の前処理・分析も可能になる。また、ＭＥＭＳの技術を用いることによって、基板上に複雑なパターンのマイクロチャネルを形成した場合でも、充填材を充填することが可能となるため、従来にないチャネルパターンの新しいデバイスの開発に繋がる。たとえば、限られた面積の基板を有効利用できるよう円弧部分を持ったパターンを形成した場合にも、そこに均一的に粒子を充填できるし、チャネルがアレイ状に配列したマルチチャネルパターンとして、ＬＣによる並列分析および順次分析のシステムを想定した場合にも、均一的に粒子が充填されたマルチカラムアレイチップが実現されることになり、分析の再現性・精度を格段に向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略若しくは簡略化する。
【００３７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係るクロマトグラフィー用チップを示した図である。このクロマトグラフィー用チップ１０は、ポリジメチルシロキサンにより形成された平板状の基板１２と、この基板１２の上面に配設されるポリジメチルシロキサン又はガラスにより形成された平板状のカバープレート１４とを有して構成されている。そして、基板１２には、液体の流路としてマイクロチャネル１６が形成されている。なお、カバープレート１４によって、基板１２の上面に形成されたマイクロチャネル１６は封止（シール）されている。また、カバープレート１４には、その上面１４ａから下面１４ｂへ貫通するようにして形成されたサンプル導入ならびに電極装着のための２つのポート１８ａ、１８ｂが穿設されている。ここで、基板１２の具体的な大きさとしては、長手方向が５０ｍｍから１００ｍｍであることが好ましく、７０ｍｍから９０ｍｍであることがより好ましい。短手方向は５０ｍｍから１００ｍｍであることが好ましく、６０ｍｍから８０ｍｍであることがより好ましい。また、厚さは０．１ｍｍから１０ｍｍであることが好ましく、０．３ｍｍから１ｍｍであることがより好ましいが、これに限られるものではない。なお、本実施形態においては基板の材質をポリジメチルシロキサンとしているが、ガラスを用いてもよい。
【００３８】
ここで、２つのポート１８ａ、１８ｂとマイクロチャネル１６とは、２つのポート１８ａ、１８ｂの一部にマイクロチャネル１６の両方の端部１６ａ、１６ｂとがそれぞれ位置するように寸法設定されて配置されており、ポート１８ａと端部１６ａとが連通し、ポート１８ｂと端部１６ｂとが連通するようになされている。
【００３９】
また、マイクロチャネル１６の長さは、例えば、２４０ｍｍに設定され、マイクロチャネル１６の幅は、例えば、２００μｍに設定され、マイクロチャネル１６の深さは、例えば、数十μｍに設定されている。なお、マイクロチャネル１６の長さや形状、幅等は特に限定されるものではなく、チャネル幅、長さは、充填する粒子と、耐圧性との関係から、Ｋｏｚｅｎｙ−Ｃａｒｍａｎの式から望ましい寸法のおおよその値を算出することができる。ここで、同じ微粒子であってもカラムの理論段数を向上させるにはカラム長が長いほうが良い。本カラムチップでは、限られた面積の数センチ角のチップ上に２０ｃｍから３０ｃｍのカラムを形成するため、図のように複数の直線部分をと複数のコーナー部分で連結して平面視で曲線状のカラム形状とし、カラム長を長く設定している。これにより、直線状の場合に比べて、理論段数の向上を図っている。コーナー部の曲率は、クロマト分離評価上、一つのサンプルの分離ピークが２分されない程度の範囲に設定される。あまり曲率が大きいと、内周と外周との速度差が生まれ同一サンプルが２つのピークとなって検出されることになるからである。さらに、マイクロチャネル１６の両方の端部１６ａ、１６ｂの両方には、トラップ部１６１が設けられている。このトラップ部１６１については後述する。
【００４０】
また、図２は、本発明に係るクロマトグラフィー用チップ１０のＸ−Ｘ´断面におけるクロマトグラフィー用チップ１０の拡大断面を示した図である。この図に示すように、マイクロチャネル１６には充填材２０が充填されている。本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において、充填材２０は、以下に示す方法で充填される。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るクロマトグラフィー用チップに充填材２０を充填する工程を示した図である。まず、基板１２にチャネルのパターンを公知の方法で形成する（図３（ａ）参照）。次に、溶媒中に分散させたスラリー状充填材２０を均一に塗布する（図３（ｂ）参照）。このとき、スラリー状充填材２０が均一にマイクロチャネル１６中に充填されるよう、超音波等で振動させてもよい。
【００４２】
ここで、スラリー状充填材２０の平均粒径は、１μｍ〜１０μｍであることが好ましく１．７μｍ〜５μｍであることが更に好ましい。なお、材質としては、多孔性シリカの表面をリガンド修飾したクロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用の充填剤を用いても、ポリマーからなるクロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用の充填剤を用いてもよい。なお、本実施形態において、スラリー状充填材２０は、水、エタノール、テトラヒドロフラン、メタノール、トルエン等揮発性の溶媒中に分散させてスラリーとして用いた。特に、疎水性の高いテトラヒドロフラン、トルエンなどの溶剤を添加して用いると、ポリジメチルシロキサンと疎水性微粒子との疎水的な吸着をなくし、微粒子の流動性を高めることができるため好ましい。
【００４３】
なお、本発明における「スラリー」とは、ペースト状のものも含まれる。スラリーの粘度は、チャネル内にスラリーを塗布する場合には、微粒子を密に充填できるよう、微粒子の含有量を高く設定し、流通させながら充填する場合には、目詰まりを回避するために含有量を低く設定したものを使用することが望ましい。
【００４４】
次に、マイクロチャネル１６に充填されきれなかったスラリー状充填材２０をスキージ６０で除去する（図３（ｃ）参照）。その方法として、平坦な面を持った治具、例えばスパーテル等で除去する方法等が挙げられる。
【００４５】
最後に、基板１２にカバープレート１４を被せ、溶着させる（図３（ｄ）参照）。溶着方法としては、放電プラズマ溶着や、接着剤による接着等が挙げられるが、放電プラズマ溶着することが好ましい。マイクロチャネル縁の部分が、プラズマ溶着であれば、きれいに密着され、液漏れなどの可能性が少ないが、接着剤を用いた場合には、縁をきれいに密着することができないため、液漏れの可能性が生じるためである。カバープレート１４の材質としては、基板１２と同一素材のポリジメチルシロキサンや、ガラス板等を用いることが好ましい。
【００４６】
＜第２実施形態＞
図４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施形態を示した図である。本実施形態においては、充填材をマイクロチャネル１６´に充填する前にマスク１４１を被覆して、充填材を充填した後にマスク１４１を除去する工程を含む以外は、上記実施形態と同様の方法で充填を行なう。マスク１４１は、マイクロチャネル１６´のパターンと同様のパターンが描かれた板状材やシート材を用いる。マスク１４１のパターンは基板に形成する方法と同じ方法で形成される。なお、マスク１４１をマイクロチャネル１６´のパターンにぴったりと合わせるために、基板１２とマスク１４１のそれぞれに例えば、凹凸のような合わせ印（図示せず）を付けておいてもよい。これによってマスク１４１の開口部分を通じてスラリー状充填材２０を案内することができる。
【００４７】
図５（ａ）に示すように、マイクロチャネル１６´を隔てたマスク１４１同士の幅Ｗ１は、マイクロチャネル１６´の幅Ｗ２と同じ幅であってもよいが、図５（ｂ）に示すように、Ｗ１がＷ２よりも小さいことが好ましい。これによって、マスク１４１を基板１２´から除去する際に、充填材がマイクロチャネル１６´から零れ落ち、基板１２´の表面に充填材が拡散するのを防止することが可能となる。また、マスク１４１の厚みは充填材の粒子径よりも小さい方が好ましい。マスク１４１の厚みが充填材の粒子径よりも大きくなると、充填材がマイクロチャネル１６´の深さよりも更に積層されるため、はみ出しや、カラムの膨張の要因となってしまうためである。
【００４８】
＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態を示した図である。本実施形態においては、マイクロチャネル３６が形成された基板３２に予めカバープレート３４を溶着させたチップ３０を用いて充填材を充填する点が第１実施形態及び第２実施形態と異なる。
【００４９】
まず、カバープレート３４をマイクロチャネル３６が形成された基板３２に放電プラズマ法により溶着させる。次に、基板３２の周縁部（乃至はカバープレート３４の上面部又は裏面部）からマイクロチャネル３６に連通するように注入部３８を設ける。本実施形態において注入部３８は、カッターを用いて形成している。また、注入部３８の位置や数は特に限定されないが、充填材がマイクロチャネル３６の両方の端部３６ａ、３６ｂの少なくともどちらか一方に設けられたトラップ部３６１を通り抜けないよう当該トラップ部３６１の内側に設ける必要がある。なお、本実施形態では注入部を２箇所設けている。
【００５０】
マイクロチャネル３６にスラリー状充填材２０を充填させる具体的な方法として、注入部３８ａに充填材２０を供給する供給手段（例えばホッパーやシリンジ）４０を差し込む。次に、この供給手段４０に所定の圧力を加え、スラリー状充填材２０を押出す。このとき、他方の注入部３８ｂから圧力を開放する。なお、注入部３８ｂに減圧ポンプ等の減圧手段を設けてもよい。これにより、スラリー状充填材２０をスムーズにマイクロチャネル３６内に充填させることが可能となる。なお、注入部３８は、図７に示すようにカバープレート３４に設けられていてもよい。ここで、注入部３８は、圧力を逃がす部分として作用するのみならず、複数の注入部３８から同時にスラリー状充填材２０を注入してもよい。このようにすることにより、圧力が行きとどかないカラムの曲線部などに充填剤を均一に詰めていくことが可能となる。
【００５１】
さらに、注入部３８を、マイクロチャネル３６のコーナー部に形成し、この注入部３８に連結されたチューブ（図示せず）の端部からシリンジでスラリー状充填材２０を注入してもよい。
【００５２】
＜第４実施形態＞
図８は、本発明の第４実施形態を示した図である。本実施形態においては、注入部の替わりにマイクロチャネル５６の端部に設けられた２つのポート５８ａ、５８ｂのどちらか一方に供給手段４０を設ける点、及び、トラップ部５６１が１箇所のみであり、図６のトラップ部３６１に相当するトラップ部が形成されていない点が第３実施形態と異なる。本実施形態においても、ポート５８ｂに減圧手段を設け、チャネル５６内を減圧してもよい。
【００５３】
また、第２トラップ部は、供給手段４０にてスラリー状充填材２０を注入した後、そのポート５８ａから第２トラップ部となる焼結体を所定の間隔で設置し、公知の方法を用いて固定することによって形成される。
【００５４】
＜トラップ部の形状＞
図９は、第１実施形態に係るクロマトグラフィー用チップ１０のトラップ部１６１の部分を示した拡大図を示した図である。このトラップ部１６１は複数の突起１６２から形成されている。それぞれの突起１６２同士の間隔Ｗ３は、充填材２０の粒子径よりも小さくなるよう設置されている。トラップ部１６１は、予め金型でパターンを形成したものを転写して形成される。このパターンのバリエーションとして、図１０に示すように、突起１６２が複数個列をなしているものや、図１１に示すように、突起１６２の代わりに弁１６２´が設けられていてもよい。
【００５５】
本発明に係る製造方法により得られたクロマトグラフィー用チップを、クロマトグラフィーの装置に用いる場合は、以下のような構成で用いる。それぞれポートは、ポンプと検出器にそれぞれ連結されている配管に連結されている。試料の抽出の際は、一方のポートに試料用ポンプから試料が注入される。注入された試料は、マイクロカラムを通って排出される。この試料を検出する場合、例えば、光源からの光を分析流路に入射させ、分析流路内での光の吸収を検出することができるものや、また流路に電極を挿入して電気化学変化量を測定するものなどを用いることができるが、特にこれらに限定されない。光源としては、紫外・可視域の光源、例えばＨｅ−Ｃｄ半導体レーザ、発光ダイオード、重水素ランプ、タングステンランプを用いることができ、これらの光は光ファイバーにより導いてもよい。また、検出器としては、例えば光電子増倍管、ＰＩＮダイオード、ＣＣＤカメラ、ＳＰＲ測定装置などを用いることができるが、これらに限定されない。
【実施例】
【００５６】
以下本発明の実施例について説明する。
【００５７】
図１２は、本発明の各実施形態に係る方法で充填したクロマトグラフィー用チップを示した図である。いずれの方法によっても同様の充填状態が実現されることを確認した。特に、図には示さないが、通常、充填することが困難なコーナー部においても均一な充填が可能であった。このことは、限られたチップスペースにおいて、長く複雑なチャネルパターンを構築できることを示している。なお、注入部にチューブを連結し、チューブの端部からシリンジでスラリー状充填材を注入する手法が、操作性などの点で優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るクロマトグラフィー用チップを示した斜視図である。
【図２】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのＸ−Ｘ´断面の拡大断面図である。
【図３】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第1実施形態を示した図である。
【図４】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第２実施形態を示した図である。
【図５】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第２実施形態を示した断面図である。
【図６】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第３実施形態を示した斜視図である。
【図７】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第３実施形態を示した斜視図である。
【図８】本発明に係るクロマトグラフィー用チップの製造方法において充填材を充填する第４実施形態を示した斜視図である。
【図９】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのトラップ部を示した拡大図である。
【図１０】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのトラップ部を示した拡大図である。
【図１１】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのトラップ部を示した拡大図である。
【図１２】本発明に係るクロマトグラフィー用チップのトラップ部を示した拡大写真である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ クロマトグラフィー用チップ
１２、１２´、３２、５２ 基板
１４、３４ カバープレート
１４１ マスク
１６、１６´、３６、５６ マイクロチャネル
１６１、１６１´、１６１´´、３６１ トラップ部
１６２ 突起
１８、５８ ポート
２０ 充填材
３０、５０ チップ
３８ 注入部
４０ 供給手段
６０ スキージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、
前記基板の表面側から、前記充填材を分散させたスラリーを塗布して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する充填工程と、
前記充填工程後の前記基板の表面側に残った前記スラリーを除去する除去工程と、
前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程と、を含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項２】
前記充填工程は、前記基板表面に前記スラリーを塗布する工程であり、
前記除去工程は、前記基板表面をスキージで掻き取る工程である請求項１記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項３】
前記充填工程の前に、前記マイクロチャネル以外の部分を覆い、かつ、前記マイクロチャネル上に相当する位置に開口を有するマスクを予め前記基板上に配置するマスク配置工程を行ない、
このマスク上から前記充填工程を行い、
その後、前記マスクを剥離した後に、前記封着工程を行う、請求項１記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項４】
前記マスクの開口幅は、前記マイクロチャネルの幅よりも小さくなるように前記マスクを配置する請求項３に記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項５】
所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、
前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程の前後に、前記基板及び／又はカバープレートに、前記マイクロチャネルの前記トラップ部間に連通する少なくとも１箇所の注入部を形成する注入部形成工程と、
この注入部から前記充填材を分散させたスラリーを注入して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する注入工程と、
前記注入部を封鎖する封鎖工程と、含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項６】
前記注入部は複数個形成されている請求項５記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項７】
前記注入工程は、一方の注入部から前記スラリーを注入すると同時に、他方の注入部又は前記マイクロチャネル内の端部より、前記マイクロチャネル内を減圧しながら行う請求項５又は６記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項８】
所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の１箇所に形成され前記充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、
前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程の後に、前記マイクロチャネルの一端側から前記トラップ部に向けて前記充填材を分散させたスラリーを注入する注入工程と、
前記マイクロチャネルの多端側に第２トラップ部を形成する工程と、を含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項９】
前記基板は、ガラス、プラスチックである請求項１から８いずれか記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項１】
所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、
前記基板の表面側から、前記充填材を分散させたスラリーを塗布して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する充填工程と、
前記充填工程後の前記基板の表面側に残った前記スラリーを除去する除去工程と、
前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程と、を含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項２】
前記充填工程は、前記基板表面に前記スラリーを塗布する工程であり、
前記除去工程は、前記基板表面をスキージで掻き取る工程である請求項１記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項３】
前記充填工程の前に、前記マイクロチャネル以外の部分を覆い、かつ、前記マイクロチャネル上に相当する位置に開口を有するマスクを予め前記基板上に配置するマスク配置工程を行ない、
このマスク上から前記充填工程を行い、
その後、前記マスクを剥離した後に、前記封着工程を行う、請求項１記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項４】
前記マスクの開口幅は、前記マイクロチャネルの幅よりも小さくなるように前記マスクを配置する請求項３に記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項５】
所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の少なくとも２箇所に形成され充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、
前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程の前後に、前記基板及び／又はカバープレートに、前記マイクロチャネルの前記トラップ部間に連通する少なくとも１箇所の注入部を形成する注入部形成工程と、
この注入部から前記充填材を分散させたスラリーを注入して、前記マイクロチャネル内の前記トラップ部間に前記充填材を充填する注入工程と、
前記注入部を封鎖する封鎖工程と、含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項６】
前記注入部は複数個形成されている請求項５記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項７】
前記注入工程は、一方の注入部から前記スラリーを注入すると同時に、他方の注入部又は前記マイクロチャネル内の端部より、前記マイクロチャネル内を減圧しながら行う請求項５又は６記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項８】
所定の形状のマイクロチャネルが表面に形成された基板と、この基板表面に封着されたカバープレートと、前記マイクロチャネル内の１箇所に形成され前記充填材の流動を制限するためのトラップ部と、前記マイクロチャネル内に充填された充填材と、を有するクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法であって、
前記基板表面にカバープレートを封着する封着工程の後に、前記マイクロチャネルの一端側から前記トラップ部に向けて前記充填材を分散させたスラリーを注入する注入工程と、
前記マイクロチャネルの多端側に第２トラップ部を形成する工程と、を含むクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【請求項９】
前記基板は、ガラス、プラスチックである請求項１から８いずれか記載のクロマトグラフィー用マイクロチップの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２８４４４０（Ｐ２００６−２８４４４０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０６４４２（Ｐ２００５−１０６４４２）
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（３９００２４４４２）株式会社ワイエムシィ (22)
【出願人】（５０３０２１４５６）フルイドウェアテクノロジーズ株式会社 (2)
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（３９００２４４４２）株式会社ワイエムシィ (22)
【出願人】（５０３０２１４５６）フルイドウェアテクノロジーズ株式会社 (2)
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