プラスチック部材の接合方法、及びその方法を使用して製造されたバイオチップ及びマイクロ分析チップ
【課題】プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを、低温で、かつ強固に張り合わせるためのプロセスを提供し、さらにはそれにより張り合わされたプラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを提供する。
【解決手段】 ２枚以上の板状プラスチック部材の接合方法であって、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面側に微細回路が形成されており、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面の一部に突起形状の部位が形成されており、接合の際に該突起形状の部位が変形することにより接合することを特徴とする、プラスチック部材の接合方法であり、好ましくは接合方法が、レーザー接合、過熱による接合、超音波接合、のいずれかもしくはそれらの複合であることを特徴とするプラスチック部材の接合方法。
【解決手段】 ２枚以上の板状プラスチック部材の接合方法であって、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面側に微細回路が形成されており、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面の一部に突起形状の部位が形成されており、接合の際に該突起形状の部位が変形することにより接合することを特徴とする、プラスチック部材の接合方法であり、好ましくは接合方法が、レーザー接合、過熱による接合、超音波接合、のいずれかもしくはそれらの複合であることを特徴とするプラスチック部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップを良好に接合させる方法に関するものであり、その方法を利用することにより得られたプラスチック製のバイオチップまたはマイクロ分析チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、創薬研究や臨床検査のハイスループット化を達成する手段として、生理活性物質を固層基板上に固定化したデバイスであるバイオチップが注目されている。固定化される生理活性物質としては、核酸、たんぱく質、抗体、糖鎖、糖タンパク、アプタマーなどが代表的なものであり、特に核酸を固定化したバイオチップである核酸マイクロアレイはすでに多数の商品が上市されている。チップの形態としては、平板の基板上に各種生理活性物質がスポットされ固定化されている形態であり、主に研究機関における研究分析用に活用されている。
【０００３】
さらに近年、マイクロ分析チップとか、μＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）とか、ラボオンチップと呼ばれる、微細加工技術を利用した化学反応や分離、分析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（微細流路）上で各種の化学反応、特に生理学的反応を行うことが可能となっている。このシステムにおいては、微少量のサンプルを迅速分析できるため、この特長を生かした次期のバイオチップ、特に医療機関における診断用バイオチップとして商品化されることが期待されており、注目されている（これ以降、これらのシステムを、マイクロ分析チップと称する）。
【０００４】
このバイオチップや、マイクロ分析チップは、現在はガラス製のものが主流である。ガラス基板でマイクロ分析チップを作成するためには、たとえば、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。しかしガラスは大量生産に向かず非常に高コストであり、プラスチック化が望まれている。
【０００５】
プラスチック製のバイオチップやマイクロ分析チップは、種々のプラスチックを用いて射出成形等の各種の成形方法で製造することが可能であり、効率よく経済的なチップ製造が可能であるため、大量生産に向いている。しかしプラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップにはまだ技術上の欠点が多数あり、ガラス製に取って代わるだけの認知を得てはいない。特にマイクロフルイデックスと総称されるバイオチップもしくはマイクロ分析チップは、チップの内部に微小の流路が設けられていることを特徴とする分析用チップであるが、プラスチック製はおろかガラス製に関しても現時点では多くの欠点がありいまだ研究段階である。プラスチック製のマイクロフルイデックスにおいて、特に問題なのは、微細流路を加工したプラスチック板の上に別のプラスチックの板を貼り付けて微細流路に蓋をする必要があるのだが、その接合方法で安価・簡便・確実な方式がいまだ見つかっていないことがその実用化を妨げている大きな要因のひとつであると思われる。
【０００６】
プラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップにおける張り合わせ工程では、接着剤を用いるか、加熱や超音波やレーザーにより熱圧着するなどの方式で、主に張り合わせが行われている（特許文献１参照）。ところが、接着剤の使用は、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や内壁の汚染が生じやすい。加熱による融着は、後述する過熱による生理活性物質の失活問題発生しやすい。超音波による熱溶着は、数ミリメートル角の面の接合は可能であるが、数センチ角の面の熱溶着には不向きであり、溶着不足が生じやすい。レーザー照射では、照射面ならともかく、２枚のプラスチックの張り合わせ面などプラスチックの中心部のみの過熱は非常に困難であり、現時点では実用に値しない。
【０００７】
さらにバイオチップやマイクロ分析チップにこだわらず、プラスチック製品の貼り付けについて見てみるならば、上記以外の接合方式として、接合させようと考えている部品の接合面の一部に突起をつけ、それを接合すべき別の面にはめ込んで、なおかつ超音波振動によりその部分を熱融着して接合させる方式の提案がある（特許文献２参照）。しかしこの方式が利用できるのは、あまり微細でない、比較的大きな成形品に対してのみであり、微細な構造を有するバイオチップやマイクロ分析チップについてはその方式は対象となっていない。
【０００８】
さらに、分析用のチップ、特にバイオチップへの応用を考える場合、検出用の部位に各種の物質、特に核酸、たんぱく質、抗体、糖鎖、糖タンパク、アプタマーをコーティングもしくは固定化する場合が多く、これらの生理活性物質は加熱に弱く化学的に失活する可能性があるため、高温にさらされる接合プロセスは、バイオチップ及びマイクロ分析チップの製造には不向きである。以上より、比較的低温で、接触面同士を完全に接着でき、プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップの張り合わせに使用できる技術は、いまだ見出されていない。プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップの実用化のために、低温接合技術はより重要になると考えられている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１３９４１９号公報
【特許文献２】特開平５−１６２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを、比較的低温で、安価簡便に、かつ強固確実に張り合わせるためのプロセスを提供し、さらにはそれにより張り合わされたプラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、接合を想定される部位の一部に突起を設け、接合の際にそれを変形させるプロセスを経ることにより、比較的低温で、迅速に、十分な結合強度で張り合わせられることができることを見出した。またそれを利用して加工したプラスチック製バイオチップやプラスチック製マイクロ分析チップが実現可能であることを確認し、本発明に至った。
【００１２】
すなわち本発明は、
（１）２枚以上の板状プラスチック部材の接合方法であって、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面側に微細回路が形成されており、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面の一部に突起形状の部位が形成されており、接合の際に該突起形状の部位が変形することにより接合することを特徴とする、プラスチック部材の接合方法、
（２）接合方法において、レーザー接合、過熱による接合、超音波接合、のいずれかもしくはそれらの複合の接合方法を使用することを特徴とする（１）記載のプラスチック部材の接合方法、
（３）接合の際の突起形状部位の変形において、接合前の突起形状部位の高さを１００％とした場合、接合完了時に変形した突起形状部位の高さが５０％以下になっていることを特徴とする、（１）又は（２）記載のプラスチック部材の接合方法、
（４）突起形状部位の材質が他の部位の材質と異なることを特徴とする（１）〜（３）いずれか記載のプラスチック部材の接合方法、
（５）突起形状部位が微細流路の近傍に配置されていることを特徴とする（１）〜（４）いずれか記載のプラスチック部材の接合方法、
（６）（１）〜（５）いずれか記載の接合方法を使用して接合されたことを特徴とするプラスチック製のバイオチップまたはマイクロ分析チップ、
（７）核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである（６）記載のプラスチック製のバイオチップ、
である。
【発明の効果】
【００１３】
プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを張り合わせる場合、加熱による樹脂の接合を行うと、たんぱく質や抗体などは加熱によりその生理活性を失活するため、加熱を伴う接合処理は利用できなかったが、本発明の方法は従来方式と比較して、１００℃以下の比較的低温で貼り付け処理が可能であり、特にプラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップの製造技術として有効な技術である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本特許は、プラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップにおいて、接合面の一部に突起形状を設け、接合のプロセスにおいてその突起形状を変形せしめることにより、強固に接合を施すことが可能であることを見出し、特許するものである。
【００１５】
本発明に使用されるプラスチックとは、たとえば高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、半硬化状態のフェノール樹脂、半硬化状態のエポキシ樹脂、その他各種の熱可塑性プラスチックの様に、融点とＴｇを有する高分子物質のことを示すが、その種類や重合度、融点やＴｇや弾性率などの物性に関して特に限定するものではない。
【００１６】
なお本特許は２枚以上のプラスチックを接合させることを前提とした特許であるが、加工方式はプラスチック同士のみならず、プラスチックと非プラスチックに関してもこの手法で接合が可能であると考えられる。なおここでいう非プラスチックとは、銅、アルミ、鉄、シリコン、ニッケルおよびその他の各種金属やその合金や、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の金属酸化物やその混合物やそのガラス製物質や、炭化珪素、窒化ホウ素などの各種セラミックや、さらにはそれらを材料とした線状の配線や箔状の配線や各種センサ、さらにはその他紙、木など、プラスチックに該当しないものが対象である。あるいは完全硬化したフェノール樹脂や完全硬化したエポキシ樹脂もその範疇に入る。
【００１７】
本発明で使用される、張り合わせ面の一部にあらかじめ設けられた突起形状とは、接合面の表面から好ましくは２００μｍ以下の高さで飛び出した、プラスチックを素材とした、突起形状の物を指す。断面形状は矩形でも台形でも三角形でもよく、特に限定しない。突起物を上から見たときの全体の形状は、点（円、四角形、三角形、他）、線（直線、曲線、破線、一点差線、他）、面（円、四角形、三角形、他）、等があげられるが、特に限定しない。マイクロフルイデックスへの適用の場合、微細流路の近傍に平行／線状に、突起を配置することにより、突起部がシールの代わりとなり流路内を通る液体がもれにくくなり、より望ましい。なお接合面の表面に微細流路が加工されたり複雑な凹凸形状があったりすることにより、全体として複雑な形状になっている場合、対象となる部分が突起なのか、それとも他の部分が凹んでいるだけなのかの判断がつきにくい場合がある。この場合は、接合対象面の過半数の面積を占める高さを標準とし、それより凸になっている部分を突起と判断することとする。
【００１８】
本発明における突起部は、接合の際に潰れることが特徴である。何らかの方法で突起部にのみ外部からエネルギーを与えることにより、突起の先端部もしくは全体が溶融もしくは溶解することで変形し、その結果として突起部を形成するプラスチックの分子運動が盛んになり、最終的には接着対象物と良好に接合せしめることが可能となる。そして突起部は変形しても、その他の部位は加熱されず変形も無いことが特徴である。突起部が潰れる度合いに関しては特に限定はしないが、もとの突起の高さを１００％とした場合、接合完了時に変形した突起の高さが９５％以下になることが望ましく、さらには５０％以下になることが接合強度の向上のためにはより望ましい。また突起部の組成は、他の部位の組成と異なっていても問題は無い。より接合に最適な柔軟性、融点、熱変形温度、溶融粘度を有する材質を適宜選択することがより好ましいと考えられる。
【００１９】
本発明における接合の方法は特に限定しない。一例としては、接着剤による接合や、超音波接合、振動接合、レーザー接合、溶剤接合、過熱による接合、などが利用可能である。突起部分のみを集中的に加熱／溶融を可能とする加工方法、たとえばレーザーや超音波や、あるいは微小領域のみを加熱することのできるスポットヒーターを利用した過熱による接合、などがより好適に使用される。
【００２０】
本発明のプラスチック接合方法を利用すると、比較的低温のプロセスで、強固に、汚染なく、比較的大面積を接合でき、性能良好なプラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップを安価に製造できるという特徴がある。特にマイクロフルイデックス等の微細加工を施した製品に好適に使用できる。特にそのなかで核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、糖タンパクチップ等の生理活性物質をチップ表面又は内部に固定化している製品群が挙げられる。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
アクリルを素材とし、図１に示す形状の成形品を、成形加工および切削加工により得た。 本成形品は、貫通孔１（直径１ｍｍ）、マイクロ流路２（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ１００μｍ、幅２００μｍ）及び突起部３（材質は他の部分と同じくアクリル、高さ５０μｍ、幅２０μｍ、断面形状は矩形、マイクロ流路及び貫通孔より４０μｍ離れた場所に設置）を有する。
またアクリルを素材とし、図２に示す樹脂板を、成形加工により得た。図１の成形品の加工面Ａの上に、図２の成形品を乗せ、超音波ウェルダーのホーンを成形品２の上からのせて３０ｋｇ重の加重をかけた状態で、周波数２０ｋＨｚ、振幅８０μｍ、振動方向は面に平行方向の超音波振動を１秒間かける事で接合した。５０μｍの高さの突起は潰れて５μｍの高さとなったが、２枚の樹脂版は接合された。接合は強固で、手でひねっても剥離しなかった。微細流路部は当初の設計どおり２００μｍ幅で１００μｍ深さであり、変形等は観測されなかった。微細流路部に水を流したが、流路以外に水が流れることは無く、マイクロフルイデックスとして問題なく使用できることが確認された。
【００２３】
（実施例２）
黒色顔料を溶解させたポリ塩化ビニル（熱変形温度６０℃）を、表面にコーティングしたアクリル板（熱変形温度１００℃）を素材とし、図３に示す形状の成形品を、切削加工により得た。本成形品は、貫通孔２１（直径１ｍｍ）、マイクロ流路２２（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ１００μｍ、幅２００μｍ）及び突起部２３（材質はここだけ黒色顔料を溶解させたポリ塩化ビニル、高さ４０μｍ、幅１００μｍ、断面形状は矩形、マイクロ流路及び貫通孔より３００μｍ離れた場所に設置）を有する。またアクリルを素材とし、図２に示す樹脂板を、成形加工により得た。図３の成形品の加工面Ａの上に、図２の成形品を乗せ、３０ｋｇ重の加重をかけた状態で、ＹＡＧレーザー加工機により波長１０６４ｎｍ、出力１０ＷのＹＡＧレーザーを照射して、黒色のポリ塩化ビニルの突起部のみを溶かして接合した。４０μｍの高さの突起は潰れて５μｍの高さとなったが、２枚の樹脂版は接合された。接合は強固で、手でひねっても剥離しなかった。微細流路部は当初の設計どうり２００μｍ幅で１００μｍ深さであり、変形等は観測されなかった。微細流路部に水を流したが、流路以外に水が流れることは無く、マイクロフルイデックスとして問題なく使用できることが確認された。
【００２４】
（実施例３）
アクリルを素材とし、図４に示す形状の成形品を、成形加工および切削加工により得た。本成形品は、貫通孔３１（直径１ｍｍ）、マイクロ流路３２（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ１００μｍ、幅２００μｍ）、突起部３３（材質は他の部分と同じくアクリル、高さ５０μｍ、幅２０μｍ、断面形状は矩形、マイクロ流路及び貫通孔より４０μｍ離れた場所に設置）及び突起部３４（材質は他の場所と同様にアクリル、直径１ｍｍ、高さ８５０μｍ）を有する。またアクリルを素材とし、図５に示す樹脂板を、成形加工により得た。本成形品は、貫通孔４１（直径１ｍｍ、図４の３４の突起部が挿入される位置に設けられている）を有する。図１の成形品の加工面Ａの上に、図５の成形品を乗せ、図４の突起部３４を図５の貫通孔４１に挿入した状態で、超音波ウェルダーを利用して実施例１と同様の条件で接合した。図４の突起３３に関しては、５０μｍの高さの突起は潰れて５μｍの高さとなり、図４の突起３４に関しては、高さ８５０μｍの突起が潰れて８１０〜８００μｍの高さとなったが、２枚の樹脂版は強固に接合された。微細流路部は当初の設計どうり２００μｍ幅で１００μｍ深さであり、変形等は観測されなかった。微細流路部に水を流したが、流路以外に水が流れることは無く、マイクロフルイデックスとして問題なく使用できることが確認された
【００２５】
（比較例１）
アクリルを素材とし、図６に示す形状の成形品、成形加工と切削加工により得た。本成形品は、貫通孔５１（直径１ｍｍ）及びマイクロ流路５２（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ１００μｍ、幅２００μｍ）を有する。実施例１と同様の条件で図６と図２の成形品を接合する実験を行った。しかし突起形状のない図６の成形品と図２の成形品を接合させることができず、マイクロフルイデックスを得ることはできなかった。
【００２６】
（比較例２）
比較例１と同様に接合実験を行った。なお超音波ホーンの加重を２００ｋｇ重とし、超音波印加時間を２０秒にして試した。しかし突起形状のない図６の成形品と図２の成形品を接合させることができず、マイクロフルイデックスを得ることはできなかった。
【００２７】
（比較例３）
アクリルを素材とし、図６に示す形状の成形品、成形加工と切削加工により得た。また、アクリルを素材とし、図２に示す形状の成形品を成形により得た。図６の成形品の加工面Ａの上に、図２の成形品を乗せ、５０ｋｇ重の加重をかけた状態で、１２０℃に加温して３０分間処理することで、図６と図２の成形品の接合品を得た。接合は極めて強固であった。なお接合完了後に徐冷したが、その後に成形品全体に反りが生じた。微細流路部に水を流したが、流路以外に水が流れることは無かった。しかし微細流路部は、当初の設計が２００μｍ幅で１００μｍ深さであるのに対して、接合処理後は２４０μｍ幅で７０μｍ深さに変形しており、流路全体に高温が印加されていることが示唆された。チップ全体の反りと、流路全体が加熱されたことによる流路の変形とで、この加工方式によるバイオチップ又はマイクロ分析チップの作成は問題があることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１における微細加工成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図２】実施例１，２、比較例１〜３における成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図３】実施例２における微細加工成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図４】実施例３における微細加工成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図５】実施例３における成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図６】比較例１〜３における微細加工成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、２１、３１、４１、５１ 貫通孔、
２、２２、３２、５２ マイクロ流路、
３、２３、３３、３４ 突起部
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップを良好に接合させる方法に関するものであり、その方法を利用することにより得られたプラスチック製のバイオチップまたはマイクロ分析チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、創薬研究や臨床検査のハイスループット化を達成する手段として、生理活性物質を固層基板上に固定化したデバイスであるバイオチップが注目されている。固定化される生理活性物質としては、核酸、たんぱく質、抗体、糖鎖、糖タンパク、アプタマーなどが代表的なものであり、特に核酸を固定化したバイオチップである核酸マイクロアレイはすでに多数の商品が上市されている。チップの形態としては、平板の基板上に各種生理活性物質がスポットされ固定化されている形態であり、主に研究機関における研究分析用に活用されている。
【０００３】
さらに近年、マイクロ分析チップとか、μＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）とか、ラボオンチップと呼ばれる、微細加工技術を利用した化学反応や分離、分析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（微細流路）上で各種の化学反応、特に生理学的反応を行うことが可能となっている。このシステムにおいては、微少量のサンプルを迅速分析できるため、この特長を生かした次期のバイオチップ、特に医療機関における診断用バイオチップとして商品化されることが期待されており、注目されている（これ以降、これらのシステムを、マイクロ分析チップと称する）。
【０００４】
このバイオチップや、マイクロ分析チップは、現在はガラス製のものが主流である。ガラス基板でマイクロ分析チップを作成するためには、たとえば、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。しかしガラスは大量生産に向かず非常に高コストであり、プラスチック化が望まれている。
【０００５】
プラスチック製のバイオチップやマイクロ分析チップは、種々のプラスチックを用いて射出成形等の各種の成形方法で製造することが可能であり、効率よく経済的なチップ製造が可能であるため、大量生産に向いている。しかしプラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップにはまだ技術上の欠点が多数あり、ガラス製に取って代わるだけの認知を得てはいない。特にマイクロフルイデックスと総称されるバイオチップもしくはマイクロ分析チップは、チップの内部に微小の流路が設けられていることを特徴とする分析用チップであるが、プラスチック製はおろかガラス製に関しても現時点では多くの欠点がありいまだ研究段階である。プラスチック製のマイクロフルイデックスにおいて、特に問題なのは、微細流路を加工したプラスチック板の上に別のプラスチックの板を貼り付けて微細流路に蓋をする必要があるのだが、その接合方法で安価・簡便・確実な方式がいまだ見つかっていないことがその実用化を妨げている大きな要因のひとつであると思われる。
【０００６】
プラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップにおける張り合わせ工程では、接着剤を用いるか、加熱や超音波やレーザーにより熱圧着するなどの方式で、主に張り合わせが行われている（特許文献１参照）。ところが、接着剤の使用は、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や内壁の汚染が生じやすい。加熱による融着は、後述する過熱による生理活性物質の失活問題発生しやすい。超音波による熱溶着は、数ミリメートル角の面の接合は可能であるが、数センチ角の面の熱溶着には不向きであり、溶着不足が生じやすい。レーザー照射では、照射面ならともかく、２枚のプラスチックの張り合わせ面などプラスチックの中心部のみの過熱は非常に困難であり、現時点では実用に値しない。
【０００７】
さらにバイオチップやマイクロ分析チップにこだわらず、プラスチック製品の貼り付けについて見てみるならば、上記以外の接合方式として、接合させようと考えている部品の接合面の一部に突起をつけ、それを接合すべき別の面にはめ込んで、なおかつ超音波振動によりその部分を熱融着して接合させる方式の提案がある（特許文献２参照）。しかしこの方式が利用できるのは、あまり微細でない、比較的大きな成形品に対してのみであり、微細な構造を有するバイオチップやマイクロ分析チップについてはその方式は対象となっていない。
【０００８】
さらに、分析用のチップ、特にバイオチップへの応用を考える場合、検出用の部位に各種の物質、特に核酸、たんぱく質、抗体、糖鎖、糖タンパク、アプタマーをコーティングもしくは固定化する場合が多く、これらの生理活性物質は加熱に弱く化学的に失活する可能性があるため、高温にさらされる接合プロセスは、バイオチップ及びマイクロ分析チップの製造には不向きである。以上より、比較的低温で、接触面同士を完全に接着でき、プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップの張り合わせに使用できる技術は、いまだ見出されていない。プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップの実用化のために、低温接合技術はより重要になると考えられている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１３９４１９号公報
【特許文献２】特開平５−１６２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを、比較的低温で、安価簡便に、かつ強固確実に張り合わせるためのプロセスを提供し、さらにはそれにより張り合わされたプラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、接合を想定される部位の一部に突起を設け、接合の際にそれを変形させるプロセスを経ることにより、比較的低温で、迅速に、十分な結合強度で張り合わせられることができることを見出した。またそれを利用して加工したプラスチック製バイオチップやプラスチック製マイクロ分析チップが実現可能であることを確認し、本発明に至った。
【００１２】
すなわち本発明は、
（１）２枚以上の板状プラスチック部材の接合方法であって、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面側に微細回路が形成されており、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面の一部に突起形状の部位が形成されており、接合の際に該突起形状の部位が変形することにより接合することを特徴とする、プラスチック部材の接合方法、
（２）接合方法において、レーザー接合、過熱による接合、超音波接合、のいずれかもしくはそれらの複合の接合方法を使用することを特徴とする（１）記載のプラスチック部材の接合方法、
（３）接合の際の突起形状部位の変形において、接合前の突起形状部位の高さを１００％とした場合、接合完了時に変形した突起形状部位の高さが５０％以下になっていることを特徴とする、（１）又は（２）記載のプラスチック部材の接合方法、
（４）突起形状部位の材質が他の部位の材質と異なることを特徴とする（１）〜（３）いずれか記載のプラスチック部材の接合方法、
（５）突起形状部位が微細流路の近傍に配置されていることを特徴とする（１）〜（４）いずれか記載のプラスチック部材の接合方法、
（６）（１）〜（５）いずれか記載の接合方法を使用して接合されたことを特徴とするプラスチック製のバイオチップまたはマイクロ分析チップ、
（７）核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである（６）記載のプラスチック製のバイオチップ、
である。
【発明の効果】
【００１３】
プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを張り合わせる場合、加熱による樹脂の接合を行うと、たんぱく質や抗体などは加熱によりその生理活性を失活するため、加熱を伴う接合処理は利用できなかったが、本発明の方法は従来方式と比較して、１００℃以下の比較的低温で貼り付け処理が可能であり、特にプラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップの製造技術として有効な技術である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本特許は、プラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップにおいて、接合面の一部に突起形状を設け、接合のプロセスにおいてその突起形状を変形せしめることにより、強固に接合を施すことが可能であることを見出し、特許するものである。
【００１５】
本発明に使用されるプラスチックとは、たとえば高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、半硬化状態のフェノール樹脂、半硬化状態のエポキシ樹脂、その他各種の熱可塑性プラスチックの様に、融点とＴｇを有する高分子物質のことを示すが、その種類や重合度、融点やＴｇや弾性率などの物性に関して特に限定するものではない。
【００１６】
なお本特許は２枚以上のプラスチックを接合させることを前提とした特許であるが、加工方式はプラスチック同士のみならず、プラスチックと非プラスチックに関してもこの手法で接合が可能であると考えられる。なおここでいう非プラスチックとは、銅、アルミ、鉄、シリコン、ニッケルおよびその他の各種金属やその合金や、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の金属酸化物やその混合物やそのガラス製物質や、炭化珪素、窒化ホウ素などの各種セラミックや、さらにはそれらを材料とした線状の配線や箔状の配線や各種センサ、さらにはその他紙、木など、プラスチックに該当しないものが対象である。あるいは完全硬化したフェノール樹脂や完全硬化したエポキシ樹脂もその範疇に入る。
【００１７】
本発明で使用される、張り合わせ面の一部にあらかじめ設けられた突起形状とは、接合面の表面から好ましくは２００μｍ以下の高さで飛び出した、プラスチックを素材とした、突起形状の物を指す。断面形状は矩形でも台形でも三角形でもよく、特に限定しない。突起物を上から見たときの全体の形状は、点（円、四角形、三角形、他）、線（直線、曲線、破線、一点差線、他）、面（円、四角形、三角形、他）、等があげられるが、特に限定しない。マイクロフルイデックスへの適用の場合、微細流路の近傍に平行／線状に、突起を配置することにより、突起部がシールの代わりとなり流路内を通る液体がもれにくくなり、より望ましい。なお接合面の表面に微細流路が加工されたり複雑な凹凸形状があったりすることにより、全体として複雑な形状になっている場合、対象となる部分が突起なのか、それとも他の部分が凹んでいるだけなのかの判断がつきにくい場合がある。この場合は、接合対象面の過半数の面積を占める高さを標準とし、それより凸になっている部分を突起と判断することとする。
【００１８】
本発明における突起部は、接合の際に潰れることが特徴である。何らかの方法で突起部にのみ外部からエネルギーを与えることにより、突起の先端部もしくは全体が溶融もしくは溶解することで変形し、その結果として突起部を形成するプラスチックの分子運動が盛んになり、最終的には接着対象物と良好に接合せしめることが可能となる。そして突起部は変形しても、その他の部位は加熱されず変形も無いことが特徴である。突起部が潰れる度合いに関しては特に限定はしないが、もとの突起の高さを１００％とした場合、接合完了時に変形した突起の高さが９５％以下になることが望ましく、さらには５０％以下になることが接合強度の向上のためにはより望ましい。また突起部の組成は、他の部位の組成と異なっていても問題は無い。より接合に最適な柔軟性、融点、熱変形温度、溶融粘度を有する材質を適宜選択することがより好ましいと考えられる。
【００１９】
本発明における接合の方法は特に限定しない。一例としては、接着剤による接合や、超音波接合、振動接合、レーザー接合、溶剤接合、過熱による接合、などが利用可能である。突起部分のみを集中的に加熱／溶融を可能とする加工方法、たとえばレーザーや超音波や、あるいは微小領域のみを加熱することのできるスポットヒーターを利用した過熱による接合、などがより好適に使用される。
【００２０】
本発明のプラスチック接合方法を利用すると、比較的低温のプロセスで、強固に、汚染なく、比較的大面積を接合でき、性能良好なプラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップを安価に製造できるという特徴がある。特にマイクロフルイデックス等の微細加工を施した製品に好適に使用できる。特にそのなかで核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、糖タンパクチップ等の生理活性物質をチップ表面又は内部に固定化している製品群が挙げられる。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
アクリルを素材とし、図１に示す形状の成形品を、成形加工および切削加工により得た。 本成形品は、貫通孔１（直径１ｍｍ）、マイクロ流路２（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ１００μｍ、幅２００μｍ）及び突起部３（材質は他の部分と同じくアクリル、高さ５０μｍ、幅２０μｍ、断面形状は矩形、マイクロ流路及び貫通孔より４０μｍ離れた場所に設置）を有する。
またアクリルを素材とし、図２に示す樹脂板を、成形加工により得た。図１の成形品の加工面Ａの上に、図２の成形品を乗せ、超音波ウェルダーのホーンを成形品２の上からのせて３０ｋｇ重の加重をかけた状態で、周波数２０ｋＨｚ、振幅８０μｍ、振動方向は面に平行方向の超音波振動を１秒間かける事で接合した。５０μｍの高さの突起は潰れて５μｍの高さとなったが、２枚の樹脂版は接合された。接合は強固で、手でひねっても剥離しなかった。微細流路部は当初の設計どおり２００μｍ幅で１００μｍ深さであり、変形等は観測されなかった。微細流路部に水を流したが、流路以外に水が流れることは無く、マイクロフルイデックスとして問題なく使用できることが確認された。
【００２３】
（実施例２）
黒色顔料を溶解させたポリ塩化ビニル（熱変形温度６０℃）を、表面にコーティングしたアクリル板（熱変形温度１００℃）を素材とし、図３に示す形状の成形品を、切削加工により得た。本成形品は、貫通孔２１（直径１ｍｍ）、マイクロ流路２２（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ１００μｍ、幅２００μｍ）及び突起部２３（材質はここだけ黒色顔料を溶解させたポリ塩化ビニル、高さ４０μｍ、幅１００μｍ、断面形状は矩形、マイクロ流路及び貫通孔より３００μｍ離れた場所に設置）を有する。またアクリルを素材とし、図２に示す樹脂板を、成形加工により得た。図３の成形品の加工面Ａの上に、図２の成形品を乗せ、３０ｋｇ重の加重をかけた状態で、ＹＡＧレーザー加工機により波長１０６４ｎｍ、出力１０ＷのＹＡＧレーザーを照射して、黒色のポリ塩化ビニルの突起部のみを溶かして接合した。４０μｍの高さの突起は潰れて５μｍの高さとなったが、２枚の樹脂版は接合された。接合は強固で、手でひねっても剥離しなかった。微細流路部は当初の設計どうり２００μｍ幅で１００μｍ深さであり、変形等は観測されなかった。微細流路部に水を流したが、流路以外に水が流れることは無く、マイクロフルイデックスとして問題なく使用できることが確認された。
【００２４】
（実施例３）
アクリルを素材とし、図４に示す形状の成形品を、成形加工および切削加工により得た。本成形品は、貫通孔３１（直径１ｍｍ）、マイクロ流路３２（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ１００μｍ、幅２００μｍ）、突起部３３（材質は他の部分と同じくアクリル、高さ５０μｍ、幅２０μｍ、断面形状は矩形、マイクロ流路及び貫通孔より４０μｍ離れた場所に設置）及び突起部３４（材質は他の場所と同様にアクリル、直径１ｍｍ、高さ８５０μｍ）を有する。またアクリルを素材とし、図５に示す樹脂板を、成形加工により得た。本成形品は、貫通孔４１（直径１ｍｍ、図４の３４の突起部が挿入される位置に設けられている）を有する。図１の成形品の加工面Ａの上に、図５の成形品を乗せ、図４の突起部３４を図５の貫通孔４１に挿入した状態で、超音波ウェルダーを利用して実施例１と同様の条件で接合した。図４の突起３３に関しては、５０μｍの高さの突起は潰れて５μｍの高さとなり、図４の突起３４に関しては、高さ８５０μｍの突起が潰れて８１０〜８００μｍの高さとなったが、２枚の樹脂版は強固に接合された。微細流路部は当初の設計どうり２００μｍ幅で１００μｍ深さであり、変形等は観測されなかった。微細流路部に水を流したが、流路以外に水が流れることは無く、マイクロフルイデックスとして問題なく使用できることが確認された
【００２５】
（比較例１）
アクリルを素材とし、図６に示す形状の成形品、成形加工と切削加工により得た。本成形品は、貫通孔５１（直径１ｍｍ）及びマイクロ流路５２（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ１００μｍ、幅２００μｍ）を有する。実施例１と同様の条件で図６と図２の成形品を接合する実験を行った。しかし突起形状のない図６の成形品と図２の成形品を接合させることができず、マイクロフルイデックスを得ることはできなかった。
【００２６】
（比較例２）
比較例１と同様に接合実験を行った。なお超音波ホーンの加重を２００ｋｇ重とし、超音波印加時間を２０秒にして試した。しかし突起形状のない図６の成形品と図２の成形品を接合させることができず、マイクロフルイデックスを得ることはできなかった。
【００２７】
（比較例３）
アクリルを素材とし、図６に示す形状の成形品、成形加工と切削加工により得た。また、アクリルを素材とし、図２に示す形状の成形品を成形により得た。図６の成形品の加工面Ａの上に、図２の成形品を乗せ、５０ｋｇ重の加重をかけた状態で、１２０℃に加温して３０分間処理することで、図６と図２の成形品の接合品を得た。接合は極めて強固であった。なお接合完了後に徐冷したが、その後に成形品全体に反りが生じた。微細流路部に水を流したが、流路以外に水が流れることは無かった。しかし微細流路部は、当初の設計が２００μｍ幅で１００μｍ深さであるのに対して、接合処理後は２４０μｍ幅で７０μｍ深さに変形しており、流路全体に高温が印加されていることが示唆された。チップ全体の反りと、流路全体が加熱されたことによる流路の変形とで、この加工方式によるバイオチップ又はマイクロ分析チップの作成は問題があることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１における微細加工成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図２】実施例１，２、比較例１〜３における成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図３】実施例２における微細加工成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図４】実施例３における微細加工成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図５】実施例３における成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図６】比較例１〜３における微細加工成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、２１、３１、４１、５１ 貫通孔、
２、２２、３２、５２ マイクロ流路、
３、２３、３３、３４ 突起部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上の板状プラスチック部材の接合方法であって、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面側に微細回路が形成されており、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面の一部に突起形状の部位が形成されており、接合の際に該突起形状の部位が変形することにより接合することを特徴とする、プラスチック部材の接合方法。
【請求項２】
接合方法において、レーザー接合、過熱による接合、超音波接合、のいずれかもしくはそれらの複合の接合方法を使用することを特徴とする、請求項１記載のプラスチック部材の接合方法。
【請求項３】
接合の際の突起形状部位の変形において、接合前の突起形状部位の高さを１００％とした場合、接合完了時に変形した突起形状部位の高さが５０％以下になっていることを特徴とする、請求項１又は２記載のプラスチック部材の接合方法。
【請求項４】
突起形状部位の材質が他の部位の材質と異なることを特徴とする、請求項１〜３いずれか記載のプラスチック部材の接合方法。
【請求項５】
突起形状部位が微細流路の近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４いずれか記載のプラスチック部材の接合方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載の接合方法を使用して接合されたことを特徴とする、プラスチック製のバイオチップまたはマイクロ分析チップ。
【請求項７】
核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである請求項６記載のプラスチック製のバイオチップ。
【請求項１】
２枚以上の板状プラスチック部材の接合方法であって、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面側に微細回路が形成されており、少なくとも１枚の板状プラススチック部材の接合面の一部に突起形状の部位が形成されており、接合の際に該突起形状の部位が変形することにより接合することを特徴とする、プラスチック部材の接合方法。
【請求項２】
接合方法において、レーザー接合、過熱による接合、超音波接合、のいずれかもしくはそれらの複合の接合方法を使用することを特徴とする、請求項１記載のプラスチック部材の接合方法。
【請求項３】
接合の際の突起形状部位の変形において、接合前の突起形状部位の高さを１００％とした場合、接合完了時に変形した突起形状部位の高さが５０％以下になっていることを特徴とする、請求項１又は２記載のプラスチック部材の接合方法。
【請求項４】
突起形状部位の材質が他の部位の材質と異なることを特徴とする、請求項１〜３いずれか記載のプラスチック部材の接合方法。
【請求項５】
突起形状部位が微細流路の近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４いずれか記載のプラスチック部材の接合方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載の接合方法を使用して接合されたことを特徴とする、プラスチック製のバイオチップまたはマイクロ分析チップ。
【請求項７】
核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである請求項６記載のプラスチック製のバイオチップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２５８５０８（Ｐ２００６−２５８５０８Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７４０８４（Ｐ２００５−７４０８４）
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
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