マイクロ流体回路の製造方法およびその方法により製造したマイクロ流体回路
【課題】マスクの位置合せが不要で、マスクの位置ズレがなく、製造コストの低廉なマイクロ流体回路の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、透明な上プラスチック基板を、光吸収性の下プラスチック基板に積層し、上プラスチック基板を通して光を照射することにより上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着して接合するマイクロ流体回路の製造方法であって、上プラスチック基板の底面および／または下プラスチック基板の天面に、マイクロチャネルを有し、上プラスチック基板を通して光を照射するとき、マイクロチャネルへの光の透過量が減衰する光減衰領域を上プラスチック基板に形成する工程を備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明は、透明な上プラスチック基板を、光吸収性の下プラスチック基板に積層し、上プラスチック基板を通して光を照射することにより上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着して接合するマイクロ流体回路の製造方法であって、上プラスチック基板の底面および／または下プラスチック基板の天面に、マイクロチャネルを有し、上プラスチック基板を通して光を照射するとき、マイクロチャネルへの光の透過量が減衰する光減衰領域を上プラスチック基板に形成する工程を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ、タンパク質、細胞または血液などの生化学検査に使用するマイクロ流体回路の製造方法に関する。また、化学合成または環境分析などに使用するμＴＡＳ（Micro Total Analysis system）などとして有用なマイクロ流体回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体回路は、実験室で行なっている一連の実験操作を、２ｃｍ角で厚さ２ｍｍ程度のチップの中で行なうため、試料および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができるなどの利点がある。また、試料を採取した現場で直ちに結果を得ることができる。
【０００３】
マイクロ流体回路の平面図を図１に例示する。この回路は、肝機能検査用の回路であり、図１に示すように、１０μＬ程度の血液を試料注入口１から回路内に注入し、遠心分離により血球部と血漿部に分離した後、血漿のみを血漿保持室２に移し、秤量室３において血漿の量を測定し、配合室７へ移す。つぎに、試薬保持室４にある試薬を配合し、混合室５において血漿と試薬を混合した後、計測室６で肝機能を検査する。計測は、短波長レーザを照射し、吸光量をフォトダイオードにより測定して行なう。このようにして、採取した血液の前処理から計測までの一連の操作をマイクロ流体回路内で行ない、γ−ＧＴＰ、ＡＳＴ（ＧＯＴ）、ＡＬＴ（ＧＰＴ）および乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）などの検査を行なうことができる（非特許文献１参照）。
【０００４】
従来のマイクロ流体回路の製造方法を図４に例示する。この方法では、マイクロ流体回路におけるマイクロチャネル（流路）および試薬保持室などを、フォトリソグラフィ、エッチングおよびモールドを組合わせた微細加工技術により形成する。まず、シリコン基板を酸素雰囲気下で加熱し、シリコン基板４１上にＳｉＯ2膜４２を形成した後（図４（ａ））、ＳｉＯ2膜４２上にレジスト４３を形成する（図４（ｂ））。レジストには、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリメタクリル酸エステルを主成分とする樹脂、または紫外線（ＵＶ）に感受性を有する化学増幅型樹脂などを用いる。
【０００５】
その後、レジスト４３上にマスク４４を配置し、マスク４４を介してＵＶ４５を照射する（図４（ｃ））。マスク４４は、製造するマイクロ流体回路におけるマイクロチャネルおよび試薬保持室などの配置と形状に応じて形成したＵＶ吸収層４４ｂと、透光性基材４４ａとからなる。透光性基材４４ａには石英ガラスなどを用い、吸収層４４ｂにはクロムなどを用いる。ポジレジストを使用する場合、ＵＶ４５を照射すると、吸収層４４ｂによりレジスト４３ｂのみが露光して変質するため、現像によりレジスト４３ｂが除去され、レジスト４３ａが残る（図４（ｄ））。一方、ネガ型レジストを使用する場合は、逆に露光部が残り、非露光部が除去されるので、ポジ型レジストの場合とは逆のマスクパターンを使用する。
【０００６】
つぎに、レジスト４３ａをマスクとして、プラズマエッチングまたはウェットエッチングを行なった後（図４（ｅ））、レジスト４３ａを除去する（図４（ｆ））。得られたＳｉＯ2膜４２ａ上から蒸着などにより金属膜を形成し（図４（ｇ））、シリコン基板４１およびＳｉＯ2膜４２ａを、ウェットエッチングまたは機械的な剥離により除去し、金型４６を得る（図４（ｈ））。つづいて、得られた金型４６を使用して、溶融したプラスチックにより射出成形などを行ない（図４（ｉ））、上プラスチック基板４７ａを製造する（図４（ｊ））。プラスチックには、たとえば、ポリエチレンテレフタレートを使用する。最後に、上プラスチック基板４７ａを、対向する下プラスチック基板４７ｂを接合すると、マイクロチャネルを有するマイクロ流体回路４７が得ることができる（図４（ｋ））（非特許文献１参照）。
【０００７】
上プラスチック基板４７ａと、対向する下プラスチック基板４７ｂとを接合する方法としては、熱プレスもしくは超音波による熱融着法、または接着剤による方法などがある。しかし、熱プレスもしくは超音波による熱融着法は、過剰の熱により、マイクロチャネルが変形しやすく、また、固定化されている生理活性物質に悪影響を及ぼして、機能を阻害することが多い。一方、接着剤による方法は、余剰の接着材がマイクロチャネルに滲出し、マイクロチャネルを封鎖し、内壁の汚染が生じやすい。
【０００８】
このような点を改良した方法として、レーザ接合法がある。従来のレーザ接合法を図２に例示する。レーザ光源２１から照射されるレーザビーム２２は、上プラスチック基板２４と下プラスチック基板２５の接触面２６に直角に入射するように配置され、また、上プラスチック基板２４はレーザビーム２２を透過し、下プラスチック基板２５はレーザビームを吸収するような材料で構成されている。このため、レーザ光源２１を矢印の方向に走査しながら、レーザビーム２２を照射すると、露光により、上プラスチック基板２４と下プラスチック基板２５の接触面２６が溶融し、その後、冷却して接合する。上プラスチック基板２４の底面にはマイクロチャネル（図示していない。）が形成されているため、溶着時に、接触面２６と同様のレーザビーム２２をマイクロチャネルに照射すると、マイクロチャネルが発熱し、変形する。そこで、マスク２３を使用し、マイクロチャネルにはレーザビームが照射されないようにして接合する（特許文献１と特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−７４７９６号公報
【特許文献２】特許第３３０３２５９号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「電機・機械企業が総出でバイオチップ市場争奪戦」、日経バイオビジネス、２００３．１２、ｐｐ．４２−４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、マスクにより遮光する方法は、使用するマスクを製作する必要があり、マスクとマイクロチャネルとの位置合せ工程が別途、必要となるため、マイクロ流体回路の製造効率が低下し、コストを高める要因となる。また、マスクとマイクロチャネルの位置ズレが発生しやすく、位置ズレが発生すると、マイクロチャネルが熱変形し、接合が不均一となって液漏れの原因となったり、正確な測定が困難になる。
【００１２】
本発明の課題は、マスクの位置合せが不要で、マスクの位置ズレがなく、製造コストの低廉なマイクロ流体回路の製造方法およびその方法により製造したマイクロ流体回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、透明な上プラスチック基板を、光吸収性の下プラスチック基板に積層し、上プラスチック基板を通して光を照射することにより上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着して接合するマイクロ流体回路の製造方法であって、上プラスチック基板の底面および／または下プラスチック基板の天面に、マイクロチャネルを有し、上プラスチック基板を通して光を照射するとき、マイクロチャネルへの光の透過量が減衰する光減衰領域を上プラスチック基板に形成する工程を備えることを特徴とする。また、本発明のマイクロ流体回路は、透明な上プラスチック基板と、上プラスチック基板に接合する光吸収性の下プラスチック基板とを備え、上プラスチック基板の底面および／または下プラスチック基板の天面に、マイクロチャネルを備えると共に、上プラスチック基板は光減衰領域を有し、上プラスチック基板を通して光を照射するとき、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量が減衰することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
遮光用のマスクを使用しないため、マスクを別途、製造する必要がなく、マスクの位置合せが不要で、マスクの位置ズレがない。したがって、製造コストを低減することができ、高精度のマイクロ流体回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マイクロ流体回路の平面図である。
【図２】従来のレーザ接合法を示す斜視図である。
【図３】本発明のマイクロ流体回路の構造を示す断面図である。
【図４】従来のマイクロ流体回路の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明のマイクロ流体回路の製造方法を示す工程図である。
【図６】実施の形態２における上プラスチック基板の断面図である。
【図７】実施の形態３における上プラスチック基板の断面図である。
【図８】実施の形態４における上プラスチック基板の断面図である。
【図９】実施の形態５における上プラスチック基板の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のマイクロ流体回路は、図３に示すように、透明な上プラスチック基板３２と、上プラスチック基板３２の底面に接合する光吸収性の下プラスチック基板３３とを備え、上プラスチック基板の底面および／または下プラスチック基板の天面に、マイクロチャネルを備えると共に上プラスチック基板３２は光減衰領域３４を有し、上プラスチック基板３２を通してレーザ光３５などの光を照射するとき、光減衰領域３４によりマイクロチャネル３１への光の透過量が減衰することを特徴とする。上プラスチック基板上に形成する光減衰領域が、従来のマスクとしての機能を発揮するため、別途、マスクを製造する必要がなく、光減衰領域は、射出成形などにおいて、プラスチック基板と同時に形成することができるため、製造コストを低減することができる。
【００１７】
図３（ａ）には、上プラスチック基板３２の底面にマイクロチャネル３１を備える態様を例示する。また、図３（ｂ）には、下プラスチック基板３３の天面にマイクロチャネル３１を備える態様を例示する。図３（ａ）に示すように、上プラスチック基板３２の底面にマイクロチャネル３１を備える態様では、マイクロチャネルと光減衰領域とが一体化しており、従来のようなマスクの位置合せが不要となり、製造工程を簡略化できる。さらに、マイクロチャネルと光減衰領域とが一体化しているため、マイクロチャネルと光減衰領域との位置ズレが生じない。したがって、マイクロチャネルへの透過光のみを減衰することが可能であり、マイクロチャネルの熱変形を防止し、上プラスチック基板と下プラスチック基板の接触面を確実に溶着し、液漏れを防止して、高精度のマイクロ流体回路を提供することができる。
【００１８】
また、図３（ｂ）に示すように、下プラスチック基板３３の天面にマイクロチャネル３１を備える態様においても、従来、不可欠であったマスクが不要となるため、製造コストを低減することができ、マスクとマイクロチャネルとの位置合せ工程を削除できる。さらに、マイクロ流体回路に要求される製品仕様によっては、上プラスチック基板の底面と、下プラスチック基板の天面の双方にマイクロチャネルを備える態様とすることができ、かかる態様も本発明に含まれる。以下、図３（ａ）に示す態様を例に取り挙げて、本発明を説明する。
【００１９】
本発明のマイクロ流体回路は、透明な上プラスチック基板を、光吸収性の下プラスチック基板に積層し、上プラスチック基板を通して光を照射することにより上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着し、接合して製造することができる。また、上プラスチック基板における光減衰領域は、射出成形などにより、形成することができる。マイクロチャネルにおける光の透過量は、マイクロチャネルの熱変形を防止して、高精度のマイクロ流体回路を提供するために、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰する態様が好ましく、６０％以下がより好ましく、５０％以下が特に好ましい。マイクロチャネルへの光の透過量の減衰は、光減衰領域における表面粗さの調整、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部の形成、または遮光性材料の含有などにより行なうことができる。
【００２０】
実施の形態１
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域の表面粗さと、マイクロチャネルにおける光の透過量との関係について検討する。本発明のマイクロ流体回路の製造方法を図５に示す。まず、シリコン基板５１上にＳｉＯ2膜５２を形成し（図５（ａ））、ＳｉＯ2膜５２上にレジスト５３を形成する（図５（ｂ））。レジストには、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を使用する。その後、レジスト５３上にマスク５４を配置し、マスク５４を介してＵＶ５５を照射し（図５（ｃ））、現像する（図５（ｄ））。つぎに、プラズマエッチングを行ない（図５（ｅ））、レジスト５３ａを除去し（図５（ｆ））、蒸着により金属膜を形成する（図５（ｇ））。つづいて、シリコン基板５１およびＳｉＯ2膜５２ａをウェットエッチングにより除去し、金型５６ａを得る（図５（ｈ））。
【００２１】
つぎに、金型５６ａに対向する金型５６ｂにブラスト加工を施し、光減衰領域に接する面の算術平均表面粗さＲａを１μｍ〜５０μｍに調整する。その後、溶融したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）液により射出成形を行なうと（図５（ｉ））、算術平均表面粗さＲａが１μｍ〜５０μｍである光減衰領域５９を天面に有し、幅２００μｍ、深さ２００μｍ程度のマイクロチャネル５８を底面に有する上プラスチック基板５７ａが得られる（図５（ｊ））。上プラスチック基板は、厚さ７ｍｍ程度であり、天面のうち、光減衰領域以外の表面は、算術平均粗さが１μｍ未満である。算術平均表面粗さＲａの測定は、ＪＩＳ−Ｂ０６０１およびＪＩＳ−Ｂ０６５１により行ない、たとえば、レーザーテック株式会社製のＶＬ２０００Ｄにより測定することができる。射出成形用樹脂としては、ＰＥＴ以外に、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などの熱可塑性樹脂を使用することができる。ＰＥＴとして、たとえば、三菱レーヨン株式会社製ダイアナイトＭＡ５２１を使用するときは、ダイアナイトＭＡ５２１を、熱風乾燥機により１５０℃で５時間〜１０時間処理して除湿し、その後、成形温度２７５℃、樹脂圧１５ｋｇ／ｃｍ2で射出成形する。また、射出成形以外に、インプリント法などによりプラスチック基板を製造することができる。
【００２２】
つぎに、上プラスチック基板５７ａを通して、上プラスチック基板５７ａに垂直な方向からレーザ光を照射し、マクロチャネル５８における光の透過量が、光減衰領域５９により、どの程度減衰するかを測定する。レーザ光は、波長９４０ｎｍ（赤外線）、出力３０Ｗとし、１０ｍｍ／ｓでスキャンする。また、レーザ光の照射量およびマイクロチャネルでの透過量は、フォトダイオード（ＰＤ）により測定する。測定の結果、光減衰領域の算術平均表面粗さＲａが１μｍ〜５０μｍであるとき、上プラスチック基板５７ａに照射するレーザ光は、光減衰領域５９において乱反射するため、マイクロチャネルでの透過量が、上プラスチック基板への照射量の８０％以下となり、Ｒａが５μｍ〜５０μｍであるとき、マイクロチャネルでの透過率が５０％以下となる。したがって、Ｒａは１μｍ〜５０μｍが好ましく、５μｍ〜５０μｍがより好ましい。
【００２３】
最後に、粒径３０ｎｍ〜５０ｎｍのカーボンブラックを５質量％含有するＰＥＴを使用して射出成形を行ない、レーザ光透過率が０％である光吸収性の下プラスチック基板５７ｂを製造する。下プラスチック基板は、厚さ０．５ｍｍ程度が好ましい。つぎに、下プラスチック基板５７ｂ上に、上プラスチック基板５７ａを積層し、上プラスチック基板５７ａを通して、上プラスチック基板５７ａに垂直となるように、レーザ光を照射することにより、上プラスチック基板５７ａと下プラスチック基板５７ｂとを溶着して接合すると、マイクロ流体回路５７が得られる（図５（ｋ））。このマイクロ流体回路５７は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板とが接触面において接合する高精度のマイクロ流体回路である。本実施の形態では、レーザ接合法を使用したが、ランプ溶着法なども使用することができる。
【００２４】
実施の形態２
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を有する例として、光減衰領域の断面が三角形である空孔部を有する例について検討する。実施の形態１と同様にして、金型５６ａを製造した（図５（ｈ））。つぎに、金型５６ａに対向する金型であって、上プラスチック基板の光減衰領域の断面が三角形となるように凸形状に加工した金型を用いて、実施の形態１と同様に射出成形をする。得られる上プラスチック基板の断面図を図６に示す。この上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、天面に光減衰領域６４を有し、底面に幅ｗのマイクロチャネル６１を有する。
【００２５】
図６において、照射光６５が光減衰領域６４に入射し、光減衰領域６４の斜面で屈折し、屈折光６６は、マイクロチャネル６１の端部に到達する。照射光６５は、光減衰領域６４の斜面に対して角度θで入射し（θ1＝９０−θ）、角度θ2で屈折する。マイクロチャネル６１における光の透過量が、光減衰領域６４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％に減衰する場合を想定すると、マイクロチャネル６１の幅ｗ／２に照射する光のうち、
（ｗ／２）×（１.００−０.５０）＝ｗ／４
に照射する光が、マイクロチャネルに到達しないため、
ｔａｎ（θ1−θ2）≒（ｗ／４）／ｄ＝ｗ／４ｄ
一方、スネルの法則により、
ｓｉｎθ1／ｓｉｎθ2＝ｎ／１
であるから、両式より、
ｔａｎ〔θ1−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎθ1）／ｎ｝〕＝ｗ／４ｄ
θ1＝９０−θより、
ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧ｗ／４ｄ
（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.２５
であるとき、マイクロチャネル６１における光の透過量が、光減衰領域６４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する。したがって、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有することにより、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量を減衰することができる。
【００２６】
同様にして、マイクロチャネルにおける光の透過量が、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％に減衰する場合を想定すると、マイクロチャネルの幅ｗ／２に照射する光のうち、
（ｗ／２）×（１.００−０.８０）＝ｗ／１０
に照射する光が、マイクロチャネルに到達しないため、
ｔａｎ（θ1−θ2）≒（ｗ／１０）／ｄ＝ｗ／１０ｄ
ｔａｎ〔θ1−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎθ1）／ｎ｝〕＝ｗ／１０ｄ
ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧ｗ／１０ｄ
（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.１
であるとき、マイクロチャネルにおける光の透過量が、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰する。
【００２７】
したがって、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕＝Ａとすると、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有することにより、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量を８０％以下に減衰する点で、Ａ値は０．１以上が好ましい。また、透過量を５０％以下に減衰する点で、Ａ値は０.２５以上が好ましい。
【００２８】
最後に、実施の形態１と同様に、光吸収性の下プラスチック基板を射出成形により製造し、下プラスチック基板上に、上プラスチック基板を積層し、上プラスチック基板を通して、上プラスチック基板に垂直となるようにレーザ光を照射して、上プラスチック基板と下プラスチック基板を接合すると、マイクロ流体回路が得られる。このマイクロ流体回路は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板が均一に接合する高精度のマイクロ流体回路である。
【００２９】
実施の形態３
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を有する例として、光減衰領域の断面が半円である空孔部を有する場合について検討する。実施の形態１と同様にして、金型５６ａを製造する（図５（ｈ））。つぎに、金型５６ａに対向する金型であって、上プラスチック基板の光減衰領域の断面が半円となるように凸形状に加工した金型を用いて、実施の形態１と同様に射出成形をする。得られる上プラスチック基板の断面図を図７に示す。図７に示すように、この上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、天面に光減衰領域７４を有し、底面に幅ｗのマイクロチャネル７１を有する。
【００３０】
図７において、照射光７５は、光減衰領域７４の斜面に対して角度θで入射し、斜面で屈折し、屈折光７６は、マイクロチャネル７１の端部に到達する。マイクロチャネル７１における光の透過量が、光減衰領域７４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する場合を想定すると、実施の形態２と同様に、
ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧ｗ／４ｄ
（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.２５
である。
【００３１】
たとえば、光減衰領域に形成された半円の直径が、マイクロチャネルの幅ｗに等しい場合には、θ＝６０°であるから、
（ｄ／ｗ）ｔａｎ｛３０−ｓｉｎ-1（１／２ｎ）｝≧０.２５
であるとき、マイクロチャネル７１における光の透過量が、光減衰領域７４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する。
【００３２】
同様にして、マイクロチャネルにおける光の透過量が、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰するための条件は、実施の形態２と同様に、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.１
である。
【００３３】
たとえば、光減衰領域に形成された半円の直径が、マイクロチャネルの幅ｗに等しい場合には、ｃｏｓθ＝８０／１００より、θ＝３７°であるから、
（ｄ／ｗ）ｔａｎ｛５３−ｓｉｎ-1（４／５ｎ）｝≧０.１
であるとき、マイクロチャネル７１における光の透過量が、光減衰領域７４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する。
【００３４】
したがって、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕＝Ａとすると、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有することにより、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量を８０％以下に減衰する点で、Ａ値は０．１以上が好ましい。また、透過量を５０％以下に減衰する点で、Ａ値は０.２５以上が好ましい。
【００３５】
最後に、実施の形態１と同様に、光吸収性の下プラスチック基板を射出成形により製造し、下プラスチック基板上に、上プラスチック基板を積層し、上プラスチック基板を通して、上プラスチック基板に垂直となるようにレーザ光を照射して、上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着して接合すると、マイクロ流体回路が得られる。このマイクロ流体回路は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板とが均一に接合する高精度のマイクロ流体回路である。
【００３６】
実施の形態４
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を有する例として、光減衰領域の断面が円弧である空孔部を有する場合について検討する。実施の形態１と同様にして、金型５６ａを製造した（図５（ｈ））。つぎに、金型５６ａに対向する金型であって、上プラスチック基板の光減衰領域の断面が円弧となるように凸形状に加工した金型を用いて、実施の形態１と同様に射出成形をする。得られる上プラスチック基板の断面図を図８に示す。図８に示すように、この上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、天面に光減衰領域８４を有し、底面に幅ｗのマイクロチャネル８１を有する。
【００３７】
図８において、照射光８５は、光減衰領域８４の斜面に対して角度θで入射し、斜面で屈折し、屈折光８６は、マイクロチャネル８１の端部に到達する。マイクロチャネル８１における光の透過量が、光減衰領域８４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する場合は、実施の形態２と同様に、
ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧ｗ／４ｄ
（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.２５
である。
【００３８】
同様にして、マイクロチャネルにおける光の透過量が、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰するための条件は、実施の形態２と同様に、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.１
である。
【００３９】
したがって、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕＝Ａとすると、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有することにより、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量を８０％以下に減衰する点で、Ａ値は０．１以上が好ましい。また、透過量を５０％以下に減衰する点で、Ａ値は０.２５以上が好ましい。
【００４０】
最後に、実施の形態１と同様に、光吸収性の下プラスチック基板を射出成形により製造し、下プラスチック基板上に、上プラスチック基板を積層し、上プラスチック基板を通して、上プラスチック基板に垂直となるようにレーザ光を照射し、上プラスチック基板と下プラスチック基板とを接合すると、マイクロ流体回路が得られる。このマイクロ流体回路は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板が均一に接合する高精度のマイクロ流体回路である。
【００４１】
実施の形態５
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域が、遮光性材料を含有する場合について検討する。このような上プラスチック基板を図９に示すような方法で製造する。まず、図９（ａ）に示すような金型９６ａを、実施の形態１と同様に製造する。つぎに、金型９６ａに対向する金型９６ｂを組合わせて、実施の形態１と同様に射出成形をする。この金型には、内部に可動式金型９６ｃを備えており、図９（ｂ）に示すように、射出成形後、可動式金型９６ｃを移動し、空間９７を形成することができる。つぎに、図９（ｃ）に示すように、カーボンブラックなどの遮光性材料を含有する樹脂材料９５を、空間９７に射出成形する。このような２色成形法により、図９（ｄ）に示すような上プラスチック基板９８が得られる。この上プラスチック基板９８の光減衰領域９９は、遮光性材料を含有しているため、レーザ光９４などを照射すると、マイクロチャネル９３への光の透過量を減衰することができる。たとえば、粒径３０ｎｍ〜５０ｎｍのカーボンブラックを５質量％含有する樹脂材料９５を厚さＴが１００μｍとなるように形成すると、マイクロチャネル９３における光の透過量は０％にまで減衰する。
【００４２】
最後に、実施の形態１と同様に、光吸収性の下プラスチック基板を射出成形により製造し、下プラスチック基板上に、上プラスチック基板を積層し、上プラスチック基板を通して、上プラスチック基板に垂直となるようにレーザ光を照射し、上プラスチック基板と下プラスチック基板とを接合すると、マイクロ流体回路が得られる。このマイクロ流体回路は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板が均一に接合する高精度のマイクロ流体回路である。
【００４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
製造コストが低廉で、高精度のマイクロ流体回路を提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
３１，５８ マイクロチャネル、３２，５７ａ 上プラスチック基板、３３，５７ｂ 下プラスチック基板、３４，５９ 光減衰領域、３５ レーザ光、５１ シリコン基板、５２ ＳｉＯ2膜、５３ レジスト、５４ マスク、５５ ＵＶ、５７ マイクロ流体回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ、タンパク質、細胞または血液などの生化学検査に使用するマイクロ流体回路の製造方法に関する。また、化学合成または環境分析などに使用するμＴＡＳ（Micro Total Analysis system）などとして有用なマイクロ流体回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体回路は、実験室で行なっている一連の実験操作を、２ｃｍ角で厚さ２ｍｍ程度のチップの中で行なうため、試料および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができるなどの利点がある。また、試料を採取した現場で直ちに結果を得ることができる。
【０００３】
マイクロ流体回路の平面図を図１に例示する。この回路は、肝機能検査用の回路であり、図１に示すように、１０μＬ程度の血液を試料注入口１から回路内に注入し、遠心分離により血球部と血漿部に分離した後、血漿のみを血漿保持室２に移し、秤量室３において血漿の量を測定し、配合室７へ移す。つぎに、試薬保持室４にある試薬を配合し、混合室５において血漿と試薬を混合した後、計測室６で肝機能を検査する。計測は、短波長レーザを照射し、吸光量をフォトダイオードにより測定して行なう。このようにして、採取した血液の前処理から計測までの一連の操作をマイクロ流体回路内で行ない、γ−ＧＴＰ、ＡＳＴ（ＧＯＴ）、ＡＬＴ（ＧＰＴ）および乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）などの検査を行なうことができる（非特許文献１参照）。
【０００４】
従来のマイクロ流体回路の製造方法を図４に例示する。この方法では、マイクロ流体回路におけるマイクロチャネル（流路）および試薬保持室などを、フォトリソグラフィ、エッチングおよびモールドを組合わせた微細加工技術により形成する。まず、シリコン基板を酸素雰囲気下で加熱し、シリコン基板４１上にＳｉＯ2膜４２を形成した後（図４（ａ））、ＳｉＯ2膜４２上にレジスト４３を形成する（図４（ｂ））。レジストには、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリメタクリル酸エステルを主成分とする樹脂、または紫外線（ＵＶ）に感受性を有する化学増幅型樹脂などを用いる。
【０００５】
その後、レジスト４３上にマスク４４を配置し、マスク４４を介してＵＶ４５を照射する（図４（ｃ））。マスク４４は、製造するマイクロ流体回路におけるマイクロチャネルおよび試薬保持室などの配置と形状に応じて形成したＵＶ吸収層４４ｂと、透光性基材４４ａとからなる。透光性基材４４ａには石英ガラスなどを用い、吸収層４４ｂにはクロムなどを用いる。ポジレジストを使用する場合、ＵＶ４５を照射すると、吸収層４４ｂによりレジスト４３ｂのみが露光して変質するため、現像によりレジスト４３ｂが除去され、レジスト４３ａが残る（図４（ｄ））。一方、ネガ型レジストを使用する場合は、逆に露光部が残り、非露光部が除去されるので、ポジ型レジストの場合とは逆のマスクパターンを使用する。
【０００６】
つぎに、レジスト４３ａをマスクとして、プラズマエッチングまたはウェットエッチングを行なった後（図４（ｅ））、レジスト４３ａを除去する（図４（ｆ））。得られたＳｉＯ2膜４２ａ上から蒸着などにより金属膜を形成し（図４（ｇ））、シリコン基板４１およびＳｉＯ2膜４２ａを、ウェットエッチングまたは機械的な剥離により除去し、金型４６を得る（図４（ｈ））。つづいて、得られた金型４６を使用して、溶融したプラスチックにより射出成形などを行ない（図４（ｉ））、上プラスチック基板４７ａを製造する（図４（ｊ））。プラスチックには、たとえば、ポリエチレンテレフタレートを使用する。最後に、上プラスチック基板４７ａを、対向する下プラスチック基板４７ｂを接合すると、マイクロチャネルを有するマイクロ流体回路４７が得ることができる（図４（ｋ））（非特許文献１参照）。
【０００７】
上プラスチック基板４７ａと、対向する下プラスチック基板４７ｂとを接合する方法としては、熱プレスもしくは超音波による熱融着法、または接着剤による方法などがある。しかし、熱プレスもしくは超音波による熱融着法は、過剰の熱により、マイクロチャネルが変形しやすく、また、固定化されている生理活性物質に悪影響を及ぼして、機能を阻害することが多い。一方、接着剤による方法は、余剰の接着材がマイクロチャネルに滲出し、マイクロチャネルを封鎖し、内壁の汚染が生じやすい。
【０００８】
このような点を改良した方法として、レーザ接合法がある。従来のレーザ接合法を図２に例示する。レーザ光源２１から照射されるレーザビーム２２は、上プラスチック基板２４と下プラスチック基板２５の接触面２６に直角に入射するように配置され、また、上プラスチック基板２４はレーザビーム２２を透過し、下プラスチック基板２５はレーザビームを吸収するような材料で構成されている。このため、レーザ光源２１を矢印の方向に走査しながら、レーザビーム２２を照射すると、露光により、上プラスチック基板２４と下プラスチック基板２５の接触面２６が溶融し、その後、冷却して接合する。上プラスチック基板２４の底面にはマイクロチャネル（図示していない。）が形成されているため、溶着時に、接触面２６と同様のレーザビーム２２をマイクロチャネルに照射すると、マイクロチャネルが発熱し、変形する。そこで、マスク２３を使用し、マイクロチャネルにはレーザビームが照射されないようにして接合する（特許文献１と特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−７４７９６号公報
【特許文献２】特許第３３０３２５９号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「電機・機械企業が総出でバイオチップ市場争奪戦」、日経バイオビジネス、２００３．１２、ｐｐ．４２−４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、マスクにより遮光する方法は、使用するマスクを製作する必要があり、マスクとマイクロチャネルとの位置合せ工程が別途、必要となるため、マイクロ流体回路の製造効率が低下し、コストを高める要因となる。また、マスクとマイクロチャネルの位置ズレが発生しやすく、位置ズレが発生すると、マイクロチャネルが熱変形し、接合が不均一となって液漏れの原因となったり、正確な測定が困難になる。
【００１２】
本発明の課題は、マスクの位置合せが不要で、マスクの位置ズレがなく、製造コストの低廉なマイクロ流体回路の製造方法およびその方法により製造したマイクロ流体回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、透明な上プラスチック基板を、光吸収性の下プラスチック基板に積層し、上プラスチック基板を通して光を照射することにより上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着して接合するマイクロ流体回路の製造方法であって、上プラスチック基板の底面および／または下プラスチック基板の天面に、マイクロチャネルを有し、上プラスチック基板を通して光を照射するとき、マイクロチャネルへの光の透過量が減衰する光減衰領域を上プラスチック基板に形成する工程を備えることを特徴とする。また、本発明のマイクロ流体回路は、透明な上プラスチック基板と、上プラスチック基板に接合する光吸収性の下プラスチック基板とを備え、上プラスチック基板の底面および／または下プラスチック基板の天面に、マイクロチャネルを備えると共に、上プラスチック基板は光減衰領域を有し、上プラスチック基板を通して光を照射するとき、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量が減衰することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
遮光用のマスクを使用しないため、マスクを別途、製造する必要がなく、マスクの位置合せが不要で、マスクの位置ズレがない。したがって、製造コストを低減することができ、高精度のマイクロ流体回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マイクロ流体回路の平面図である。
【図２】従来のレーザ接合法を示す斜視図である。
【図３】本発明のマイクロ流体回路の構造を示す断面図である。
【図４】従来のマイクロ流体回路の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明のマイクロ流体回路の製造方法を示す工程図である。
【図６】実施の形態２における上プラスチック基板の断面図である。
【図７】実施の形態３における上プラスチック基板の断面図である。
【図８】実施の形態４における上プラスチック基板の断面図である。
【図９】実施の形態５における上プラスチック基板の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のマイクロ流体回路は、図３に示すように、透明な上プラスチック基板３２と、上プラスチック基板３２の底面に接合する光吸収性の下プラスチック基板３３とを備え、上プラスチック基板の底面および／または下プラスチック基板の天面に、マイクロチャネルを備えると共に上プラスチック基板３２は光減衰領域３４を有し、上プラスチック基板３２を通してレーザ光３５などの光を照射するとき、光減衰領域３４によりマイクロチャネル３１への光の透過量が減衰することを特徴とする。上プラスチック基板上に形成する光減衰領域が、従来のマスクとしての機能を発揮するため、別途、マスクを製造する必要がなく、光減衰領域は、射出成形などにおいて、プラスチック基板と同時に形成することができるため、製造コストを低減することができる。
【００１７】
図３（ａ）には、上プラスチック基板３２の底面にマイクロチャネル３１を備える態様を例示する。また、図３（ｂ）には、下プラスチック基板３３の天面にマイクロチャネル３１を備える態様を例示する。図３（ａ）に示すように、上プラスチック基板３２の底面にマイクロチャネル３１を備える態様では、マイクロチャネルと光減衰領域とが一体化しており、従来のようなマスクの位置合せが不要となり、製造工程を簡略化できる。さらに、マイクロチャネルと光減衰領域とが一体化しているため、マイクロチャネルと光減衰領域との位置ズレが生じない。したがって、マイクロチャネルへの透過光のみを減衰することが可能であり、マイクロチャネルの熱変形を防止し、上プラスチック基板と下プラスチック基板の接触面を確実に溶着し、液漏れを防止して、高精度のマイクロ流体回路を提供することができる。
【００１８】
また、図３（ｂ）に示すように、下プラスチック基板３３の天面にマイクロチャネル３１を備える態様においても、従来、不可欠であったマスクが不要となるため、製造コストを低減することができ、マスクとマイクロチャネルとの位置合せ工程を削除できる。さらに、マイクロ流体回路に要求される製品仕様によっては、上プラスチック基板の底面と、下プラスチック基板の天面の双方にマイクロチャネルを備える態様とすることができ、かかる態様も本発明に含まれる。以下、図３（ａ）に示す態様を例に取り挙げて、本発明を説明する。
【００１９】
本発明のマイクロ流体回路は、透明な上プラスチック基板を、光吸収性の下プラスチック基板に積層し、上プラスチック基板を通して光を照射することにより上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着し、接合して製造することができる。また、上プラスチック基板における光減衰領域は、射出成形などにより、形成することができる。マイクロチャネルにおける光の透過量は、マイクロチャネルの熱変形を防止して、高精度のマイクロ流体回路を提供するために、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰する態様が好ましく、６０％以下がより好ましく、５０％以下が特に好ましい。マイクロチャネルへの光の透過量の減衰は、光減衰領域における表面粗さの調整、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部の形成、または遮光性材料の含有などにより行なうことができる。
【００２０】
実施の形態１
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域の表面粗さと、マイクロチャネルにおける光の透過量との関係について検討する。本発明のマイクロ流体回路の製造方法を図５に示す。まず、シリコン基板５１上にＳｉＯ2膜５２を形成し（図５（ａ））、ＳｉＯ2膜５２上にレジスト５３を形成する（図５（ｂ））。レジストには、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を使用する。その後、レジスト５３上にマスク５４を配置し、マスク５４を介してＵＶ５５を照射し（図５（ｃ））、現像する（図５（ｄ））。つぎに、プラズマエッチングを行ない（図５（ｅ））、レジスト５３ａを除去し（図５（ｆ））、蒸着により金属膜を形成する（図５（ｇ））。つづいて、シリコン基板５１およびＳｉＯ2膜５２ａをウェットエッチングにより除去し、金型５６ａを得る（図５（ｈ））。
【００２１】
つぎに、金型５６ａに対向する金型５６ｂにブラスト加工を施し、光減衰領域に接する面の算術平均表面粗さＲａを１μｍ〜５０μｍに調整する。その後、溶融したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）液により射出成形を行なうと（図５（ｉ））、算術平均表面粗さＲａが１μｍ〜５０μｍである光減衰領域５９を天面に有し、幅２００μｍ、深さ２００μｍ程度のマイクロチャネル５８を底面に有する上プラスチック基板５７ａが得られる（図５（ｊ））。上プラスチック基板は、厚さ７ｍｍ程度であり、天面のうち、光減衰領域以外の表面は、算術平均粗さが１μｍ未満である。算術平均表面粗さＲａの測定は、ＪＩＳ−Ｂ０６０１およびＪＩＳ−Ｂ０６５１により行ない、たとえば、レーザーテック株式会社製のＶＬ２０００Ｄにより測定することができる。射出成形用樹脂としては、ＰＥＴ以外に、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などの熱可塑性樹脂を使用することができる。ＰＥＴとして、たとえば、三菱レーヨン株式会社製ダイアナイトＭＡ５２１を使用するときは、ダイアナイトＭＡ５２１を、熱風乾燥機により１５０℃で５時間〜１０時間処理して除湿し、その後、成形温度２７５℃、樹脂圧１５ｋｇ／ｃｍ2で射出成形する。また、射出成形以外に、インプリント法などによりプラスチック基板を製造することができる。
【００２２】
つぎに、上プラスチック基板５７ａを通して、上プラスチック基板５７ａに垂直な方向からレーザ光を照射し、マクロチャネル５８における光の透過量が、光減衰領域５９により、どの程度減衰するかを測定する。レーザ光は、波長９４０ｎｍ（赤外線）、出力３０Ｗとし、１０ｍｍ／ｓでスキャンする。また、レーザ光の照射量およびマイクロチャネルでの透過量は、フォトダイオード（ＰＤ）により測定する。測定の結果、光減衰領域の算術平均表面粗さＲａが１μｍ〜５０μｍであるとき、上プラスチック基板５７ａに照射するレーザ光は、光減衰領域５９において乱反射するため、マイクロチャネルでの透過量が、上プラスチック基板への照射量の８０％以下となり、Ｒａが５μｍ〜５０μｍであるとき、マイクロチャネルでの透過率が５０％以下となる。したがって、Ｒａは１μｍ〜５０μｍが好ましく、５μｍ〜５０μｍがより好ましい。
【００２３】
最後に、粒径３０ｎｍ〜５０ｎｍのカーボンブラックを５質量％含有するＰＥＴを使用して射出成形を行ない、レーザ光透過率が０％である光吸収性の下プラスチック基板５７ｂを製造する。下プラスチック基板は、厚さ０．５ｍｍ程度が好ましい。つぎに、下プラスチック基板５７ｂ上に、上プラスチック基板５７ａを積層し、上プラスチック基板５７ａを通して、上プラスチック基板５７ａに垂直となるように、レーザ光を照射することにより、上プラスチック基板５７ａと下プラスチック基板５７ｂとを溶着して接合すると、マイクロ流体回路５７が得られる（図５（ｋ））。このマイクロ流体回路５７は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板とが接触面において接合する高精度のマイクロ流体回路である。本実施の形態では、レーザ接合法を使用したが、ランプ溶着法なども使用することができる。
【００２４】
実施の形態２
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を有する例として、光減衰領域の断面が三角形である空孔部を有する例について検討する。実施の形態１と同様にして、金型５６ａを製造した（図５（ｈ））。つぎに、金型５６ａに対向する金型であって、上プラスチック基板の光減衰領域の断面が三角形となるように凸形状に加工した金型を用いて、実施の形態１と同様に射出成形をする。得られる上プラスチック基板の断面図を図６に示す。この上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、天面に光減衰領域６４を有し、底面に幅ｗのマイクロチャネル６１を有する。
【００２５】
図６において、照射光６５が光減衰領域６４に入射し、光減衰領域６４の斜面で屈折し、屈折光６６は、マイクロチャネル６１の端部に到達する。照射光６５は、光減衰領域６４の斜面に対して角度θで入射し（θ1＝９０−θ）、角度θ2で屈折する。マイクロチャネル６１における光の透過量が、光減衰領域６４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％に減衰する場合を想定すると、マイクロチャネル６１の幅ｗ／２に照射する光のうち、
（ｗ／２）×（１.００−０.５０）＝ｗ／４
に照射する光が、マイクロチャネルに到達しないため、
ｔａｎ（θ1−θ2）≒（ｗ／４）／ｄ＝ｗ／４ｄ
一方、スネルの法則により、
ｓｉｎθ1／ｓｉｎθ2＝ｎ／１
であるから、両式より、
ｔａｎ〔θ1−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎθ1）／ｎ｝〕＝ｗ／４ｄ
θ1＝９０−θより、
ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧ｗ／４ｄ
（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.２５
であるとき、マイクロチャネル６１における光の透過量が、光減衰領域６４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する。したがって、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有することにより、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量を減衰することができる。
【００２６】
同様にして、マイクロチャネルにおける光の透過量が、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％に減衰する場合を想定すると、マイクロチャネルの幅ｗ／２に照射する光のうち、
（ｗ／２）×（１.００−０.８０）＝ｗ／１０
に照射する光が、マイクロチャネルに到達しないため、
ｔａｎ（θ1−θ2）≒（ｗ／１０）／ｄ＝ｗ／１０ｄ
ｔａｎ〔θ1−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎθ1）／ｎ｝〕＝ｗ／１０ｄ
ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧ｗ／１０ｄ
（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.１
であるとき、マイクロチャネルにおける光の透過量が、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰する。
【００２７】
したがって、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕＝Ａとすると、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有することにより、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量を８０％以下に減衰する点で、Ａ値は０．１以上が好ましい。また、透過量を５０％以下に減衰する点で、Ａ値は０.２５以上が好ましい。
【００２８】
最後に、実施の形態１と同様に、光吸収性の下プラスチック基板を射出成形により製造し、下プラスチック基板上に、上プラスチック基板を積層し、上プラスチック基板を通して、上プラスチック基板に垂直となるようにレーザ光を照射して、上プラスチック基板と下プラスチック基板を接合すると、マイクロ流体回路が得られる。このマイクロ流体回路は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板が均一に接合する高精度のマイクロ流体回路である。
【００２９】
実施の形態３
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を有する例として、光減衰領域の断面が半円である空孔部を有する場合について検討する。実施の形態１と同様にして、金型５６ａを製造する（図５（ｈ））。つぎに、金型５６ａに対向する金型であって、上プラスチック基板の光減衰領域の断面が半円となるように凸形状に加工した金型を用いて、実施の形態１と同様に射出成形をする。得られる上プラスチック基板の断面図を図７に示す。図７に示すように、この上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、天面に光減衰領域７４を有し、底面に幅ｗのマイクロチャネル７１を有する。
【００３０】
図７において、照射光７５は、光減衰領域７４の斜面に対して角度θで入射し、斜面で屈折し、屈折光７６は、マイクロチャネル７１の端部に到達する。マイクロチャネル７１における光の透過量が、光減衰領域７４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する場合を想定すると、実施の形態２と同様に、
ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧ｗ／４ｄ
（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.２５
である。
【００３１】
たとえば、光減衰領域に形成された半円の直径が、マイクロチャネルの幅ｗに等しい場合には、θ＝６０°であるから、
（ｄ／ｗ）ｔａｎ｛３０−ｓｉｎ-1（１／２ｎ）｝≧０.２５
であるとき、マイクロチャネル７１における光の透過量が、光減衰領域７４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する。
【００３２】
同様にして、マイクロチャネルにおける光の透過量が、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰するための条件は、実施の形態２と同様に、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.１
である。
【００３３】
たとえば、光減衰領域に形成された半円の直径が、マイクロチャネルの幅ｗに等しい場合には、ｃｏｓθ＝８０／１００より、θ＝３７°であるから、
（ｄ／ｗ）ｔａｎ｛５３−ｓｉｎ-1（４／５ｎ）｝≧０.１
であるとき、マイクロチャネル７１における光の透過量が、光減衰領域７４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する。
【００３４】
したがって、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕＝Ａとすると、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有することにより、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量を８０％以下に減衰する点で、Ａ値は０．１以上が好ましい。また、透過量を５０％以下に減衰する点で、Ａ値は０.２５以上が好ましい。
【００３５】
最後に、実施の形態１と同様に、光吸収性の下プラスチック基板を射出成形により製造し、下プラスチック基板上に、上プラスチック基板を積層し、上プラスチック基板を通して、上プラスチック基板に垂直となるようにレーザ光を照射して、上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着して接合すると、マイクロ流体回路が得られる。このマイクロ流体回路は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板とが均一に接合する高精度のマイクロ流体回路である。
【００３６】
実施の形態４
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を有する例として、光減衰領域の断面が円弧である空孔部を有する場合について検討する。実施の形態１と同様にして、金型５６ａを製造した（図５（ｈ））。つぎに、金型５６ａに対向する金型であって、上プラスチック基板の光減衰領域の断面が円弧となるように凸形状に加工した金型を用いて、実施の形態１と同様に射出成形をする。得られる上プラスチック基板の断面図を図８に示す。図８に示すように、この上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、天面に光減衰領域８４を有し、底面に幅ｗのマイクロチャネル８１を有する。
【００３７】
図８において、照射光８５は、光減衰領域８４の斜面に対して角度θで入射し、斜面で屈折し、屈折光８６は、マイクロチャネル８１の端部に到達する。マイクロチャネル８１における光の透過量が、光減衰領域８４により、上プラスチック基板への光の照射量の５０％以下に減衰する場合は、実施の形態２と同様に、
ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧ｗ／４ｄ
（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.２５
である。
【００３８】
同様にして、マイクロチャネルにおける光の透過量が、光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰するための条件は、実施の形態２と同様に、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕≧０.１
である。
【００３９】
したがって、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕＝Ａとすると、上プラスチック基板の光減衰領域が、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有することにより、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量を８０％以下に減衰する点で、Ａ値は０．１以上が好ましい。また、透過量を５０％以下に減衰する点で、Ａ値は０.２５以上が好ましい。
【００４０】
最後に、実施の形態１と同様に、光吸収性の下プラスチック基板を射出成形により製造し、下プラスチック基板上に、上プラスチック基板を積層し、上プラスチック基板を通して、上プラスチック基板に垂直となるようにレーザ光を照射し、上プラスチック基板と下プラスチック基板とを接合すると、マイクロ流体回路が得られる。このマイクロ流体回路は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板が均一に接合する高精度のマイクロ流体回路である。
【００４１】
実施の形態５
本実施の形態では、上プラスチック基板の光減衰領域が、遮光性材料を含有する場合について検討する。このような上プラスチック基板を図９に示すような方法で製造する。まず、図９（ａ）に示すような金型９６ａを、実施の形態１と同様に製造する。つぎに、金型９６ａに対向する金型９６ｂを組合わせて、実施の形態１と同様に射出成形をする。この金型には、内部に可動式金型９６ｃを備えており、図９（ｂ）に示すように、射出成形後、可動式金型９６ｃを移動し、空間９７を形成することができる。つぎに、図９（ｃ）に示すように、カーボンブラックなどの遮光性材料を含有する樹脂材料９５を、空間９７に射出成形する。このような２色成形法により、図９（ｄ）に示すような上プラスチック基板９８が得られる。この上プラスチック基板９８の光減衰領域９９は、遮光性材料を含有しているため、レーザ光９４などを照射すると、マイクロチャネル９３への光の透過量を減衰することができる。たとえば、粒径３０ｎｍ〜５０ｎｍのカーボンブラックを５質量％含有する樹脂材料９５を厚さＴが１００μｍとなるように形成すると、マイクロチャネル９３における光の透過量は０％にまで減衰する。
【００４２】
最後に、実施の形態１と同様に、光吸収性の下プラスチック基板を射出成形により製造し、下プラスチック基板上に、上プラスチック基板を積層し、上プラスチック基板を通して、上プラスチック基板に垂直となるようにレーザ光を照射し、上プラスチック基板と下プラスチック基板とを接合すると、マイクロ流体回路が得られる。このマイクロ流体回路は、マイクロチャネルに熱変形がなく、上プラスチック基板と下プラスチック基板が均一に接合する高精度のマイクロ流体回路である。
【００４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
製造コストが低廉で、高精度のマイクロ流体回路を提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
３１，５８ マイクロチャネル、３２，５７ａ 上プラスチック基板、３３，５７ｂ 下プラスチック基板、３４，５９ 光減衰領域、３５ レーザ光、５１ シリコン基板、５２ ＳｉＯ2膜、５３ レジスト、５４ マスク、５５ ＵＶ、５７ マイクロ流体回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な上プラスチック基板を、光吸収性の下プラスチック基板に積層し、上プラスチック基板を通して光を照射することにより上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着して接合するマイクロ流体回路の製造方法であって、
上プラスチック基板の底面に、マイクロチャネルを有し、
上プラスチック基板を通して光を照射するとき、マイクロチャネルへの光の透過量が減衰する光減衰領域を上プラスチック基板に形成する工程を備え、
前記マイクロチャネルと前記光減衰領域とが一体化している、マイクロ流体回路の製造方法。
【請求項２】
前記光減衰領域において、乱反射によりマイクロチャネルへの光の透過量が減衰する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項３】
マイクロチャネルにおける光の透過量が、前記光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項４】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、算術平均表面粗さＲａが１μｍ〜５０μｍである表面を有する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項５】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項６】
前記上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、底面に幅ｗのマイクロチャネルを有し、マイクロチャネルへ透過する照射光の入射角をθとすると、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕の値が０.１以上である請求項５に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項７】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、遮光性材料を含有する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項８】
透明な上プラスチック基板と、該上プラスチック基板に接合する光吸収性の下プラスチック基板とを備えるマイクロ流体回路であって、上プラスチック基板の底面に、マイクロチャネルを備えると共に、上プラスチック基板は前記マイクロチャネルと一体化された光減衰領域を有し、上プラスチック基板を通して光を照射するとき、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量が減衰するマイクロ流体回路。
【請求項９】
前記光減衰領域において、乱反射によりマイクロチャネルへの光の透過量が減衰する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１０】
マイクロチャネルにおける光の透過量が、前記光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１１】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、算術平均表面粗さＲａが１μｍ〜５０μｍである表面を有する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１２】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１３】
前記上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、底面に幅ｗのマイクロチャネルを有し、マイクロチャネルへ透過する照射光の入射角をθとすると、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕の値が０.１以上である請求項１２に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１４】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、遮光性材料を含有する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１】
透明な上プラスチック基板を、光吸収性の下プラスチック基板に積層し、上プラスチック基板を通して光を照射することにより上プラスチック基板と下プラスチック基板とを溶着して接合するマイクロ流体回路の製造方法であって、
上プラスチック基板の底面に、マイクロチャネルを有し、
上プラスチック基板を通して光を照射するとき、マイクロチャネルへの光の透過量が減衰する光減衰領域を上プラスチック基板に形成する工程を備え、
前記マイクロチャネルと前記光減衰領域とが一体化している、マイクロ流体回路の製造方法。
【請求項２】
前記光減衰領域において、乱反射によりマイクロチャネルへの光の透過量が減衰する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項３】
マイクロチャネルにおける光の透過量が、前記光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項４】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、算術平均表面粗さＲａが１μｍ〜５０μｍである表面を有する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項５】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項６】
前記上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、底面に幅ｗのマイクロチャネルを有し、マイクロチャネルへ透過する照射光の入射角をθとすると、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕の値が０.１以上である請求項５に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項７】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、遮光性材料を含有する請求項１に記載のマイクロ流体回路の製造方法。
【請求項８】
透明な上プラスチック基板と、該上プラスチック基板に接合する光吸収性の下プラスチック基板とを備えるマイクロ流体回路であって、上プラスチック基板の底面に、マイクロチャネルを備えると共に、上プラスチック基板は前記マイクロチャネルと一体化された光減衰領域を有し、上プラスチック基板を通して光を照射するとき、光減衰領域によりマイクロチャネルへの光の透過量が減衰するマイクロ流体回路。
【請求項９】
前記光減衰領域において、乱反射によりマイクロチャネルへの光の透過量が減衰する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１０】
マイクロチャネルにおける光の透過量が、前記光減衰領域により、上プラスチック基板への光の照射量の８０％以下に減衰する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１１】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、算術平均表面粗さＲａが１μｍ〜５０μｍである表面を有する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１２】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、照射光が垂直に入射しない面を備える空孔部を有する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１３】
前記上プラスチック基板は、厚さｄ、屈折率ｎであり、底面に幅ｗのマイクロチャネルを有し、マイクロチャネルへ透過する照射光の入射角をθとすると、（ｄ／ｗ）ｔａｎ〔９０−θ−ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎ(９０−θ））／ｎ｝〕の値が０.１以上である請求項１２に記載のマイクロ流体回路。
【請求項１４】
上プラスチック基板の前記光減衰領域は、遮光性材料を含有する請求項８に記載のマイクロ流体回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６３３６６（Ｐ２０１２−６３３６６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７２２６１（Ｐ２０１１−２７２２６１）
【出願日】平成２３年１２月１３日（２０１１．１２．１３）
【分割の表示】特願２００６−１３６７８３（Ｐ２００６−１３６７８３）の分割
【原出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１３日（２０１１．１２．１３）
【分割の表示】特願２００６−１３６７８３（Ｐ２００６−１３６７８３）の分割
【原出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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