マイクロ流路デバイス

【課題】製造コストのかからないプラスチック製の基板を用いて、耐熱性と耐薬性に優れ、かつ簡単な工程により低コストで製造することができるマイクロ流路デバイスを提供すること。
【解決手段】微量の液体を流すためのマイクロ流路２が凹んで形成されたプラスチック製の基板１に、マイクロ流路２の開放面を塞ぐと共にマイクロ流路２に連通する液体注入口４と液体排出口５とが形成された蓋板３を接合した構成を有するマイクロ流路デバイスにおいて、基板１と蓋板３との接合、及びマイクロ流路２の内面の全部又は一部に対するコーティングが共に、有機バインダーを含有するシリカゾルを主成分とする塗膜６で行われている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、化学反応を微小空間で行わせるために用いられるマイクロ流路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流路デバイスは一般に、微量の化学薬品や試液等のような液体を流すためのマイクロ流路が凹んで形成された基板にマイクロ流路の開放面を塞ぐための蓋板が接合され、マイクロ流路に連通する液体注入口と液体排出口が蓋板に形成されている。
【０００３】
そのような基板はガラス材料で形成すると、耐熱性が高くかつ化学的に安定している長所があるものの、マイクロ流路をエッチング等で形成するための製造コストが高くつき、大量生産してもさほど量産効果があがらない（例えば、特許文献１）。
【０００４】
しかし、基板をプラスチック材で形成すれば、マイクロ流路を金型成形することができるので製造コストが低減され、大量生産することにより大きな量産効果が得られる。そこで、マイクロ流路が化学的耐久性を有するように二酸化珪素等をコーティングして、それから基板と蓋板を接着剤等で接合している（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−１３９０１６
【特許文献２】特開２００２−１３９４１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロ流路を形成する凹部は例えば幅が０．１ｍｍ程度の極めて細いものであり、そのような凹部のみへのコーティングは厚く形成するのが困難である。具体的には、例えば特許文献２に記載された発明では１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度のコーティング厚しか得ることができない。そのため、マイクロ流路内での化学反応や高感度測定（例えば、熱レンズ検出装置が用いられた高感度測定）等により熱が発生すると、その熱でプラスチック製の基板が溶解して化学反応やその測定結果等に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００６】
また、基板と蓋板を接着剤で接合すると、接着剤中の溶剤が薬液や試液等で溶かされて液中に溶出するおそれがある。また、特許文献２に記載された発明では、マイクロ流路へのコーティングが安定状態になった後に基板と蓋板とを接合する工程をとっているため製造コストが嵩んでしまう。
【０００７】
本発明は、そのような問題を解決するためになされたものであり、製造コストのかからないプラスチック製の基板を用いて、耐熱性と耐薬性に優れ、かつ簡単な工程により低コストで製造することができるマイクロ流路デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明のマイクロ流路デバイスは、微量の液体を流すためのマイクロ流路が凹んで形成されたプラスチック製の基板に、マイクロ流路の開放面を塞ぐと共にマイクロ流路に連通する液体注入口と液体排出口とが形成された蓋板を接合した構成を有するマイクロ流路デバイスにおいて、基板と蓋板との接合、及びマイクロ流路の内面の全部又は一部に対するコーティングが共に、有機バインダーを含有するシリカゾルを主成分とする塗膜で行われているものである。
【０００９】
なお、塗膜が、基板と蓋板との接合面の両面に各々設けられて、その両面の塗膜どうしが熱圧着されていると好ましい。また、蓋板が基板と同じプラスチック材で形成されていてもよく、あるいは、蓋板がガラス材で形成されていてもよい。そして、基板が全体にシート材で形成されていて、マイクロ流路が形成されている部分では基板が裏面側に突出していてもよい。
【００１０】
また、基板と蓋板の少なくとも一方のマイクロ流路に面する位置に電気配線が設けられていてもよく、その場合に、電気配線が塗膜の裏側に配置されて、電気配線がマイクロ流路内に露出しない状態になっていてもよい。また、基板と蓋板の少なくとも一方の素材として、電気配線が予め埋設されたフレキシブル基板が用いられていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のマイクロ流路デバイスは、基板と蓋板との接合、及びマイクロ流路の内面の全部又は一部に対するコーティングが共に、有機バインダーを含有するシリカゾルを主成分とする塗膜で行われていることにより、製造コストのかからないプラスチック製の基板を用いて、耐熱性と耐薬性に優れ、かつ簡単な工程により低コストで製造することができる格別の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明に係る第１の実施の形態であるマイクロ流路デバイスを示しており、図２はマイクロ流路デバイスの分解斜視図、図３は平面図であり、図１は、図３におけるＩ−Ｉ断面図、図４はIV−IV断面図である。
【００１３】
１は、プラスチック製の基板であり、例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンビニルアルコール、アクリル樹脂、ポリビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、環状シクロオレフィン樹脂、セルロースアセテート、硝酸セルロース、フルオロカーボン樹脂、又はポリカーボネート等のような有機高分子材料で形成されている。基板１は、例えば一辺が数ｃｍ程度の矩形状に形成されていて、その厚みは例えば０．５ｍｍ程度である。
【００１４】
基板１の上面側には、微量の化学薬品や試液等のような液体を流すためのマイクロ流路２が凹んで形成されている。マイクロ流路２は、幅が例えば０．１ｍｍ程度で深さが例えば０．０５ｍｍ程度の矩形状の断面形状に形成され、全体として例えば略Ｙ字状の平面形状に形成されている。ただし、マイクロ流路２の断面形状や平面形状は、そのマイクロ流路デバイスの使用目的等に応じて、流路内部に液溜まり、ステップ、分岐、合流あるいは流路幅変更等の要素を含むものであってもよく、例えば、マイクロ流路２の断面形状は半円形等であってもよく、平面形状が略Ｙ字状以外の形状であってもよい。
【００１５】
このようなマイクロ流路２は、例えば予めシート状に形成された基板１の素材を加熱された金型でプレス加工することにより容易に製造することができる。なお、基板１を透明な材料で形成すれば、マイクロ流路２内を外部から目視観察したり、光学的な計測や処理を行えたりする点で好ましい。また、マイクロ流路２の断面形状が半円形等であってもよい。
【００１６】
３は、マイクロ流路２の開放面を塞ぐために基板１の上面に接合固着される蓋板であり、基板１と同様に各種の有機高分子材料から一つを選択して形成することができる。ただし、基板１と同じ材料で形成すれば、接合や熱膨張の程度が基板１と一致する点で好ましい。また、蓋板３はガラス材料で形成してもよく、例えば珪酸ソーダガラス、硼珪酸ガラス、バリウム硼珪酸ガラス、石英ガラス等、あるいは結晶化ガラス、低融点ガラス等のようなガラス材料から選択することもできる。ただし、蓋板３側にもマイクロ流路を形成する場合には、製造コストの点でプラスチック製にした方が有利である。
【００１７】
蓋板３には、マイクロ流路２に連通する液体注入口４と液体排出口５とが形成されている。液体注入口４は、略Ｙ字状に形成されたマイクロ流路２の二つの分岐流路の端部に各々面する位置に蓋板３の表裏を貫通する状態に形成され、液体排出口５は、マイクロ流路２の合流流路の端部に面する位置に蓋板３の表裏を貫通する状態に形成されている。
【００１８】
６は、基板１と蓋板３との接合、及びマイクロ流路２の内面コーティングという二つの目的に供せられる塗膜であり、有機バインダーを含有するシリカゾルを主成分とする同一の塗膜６が、この実施の形態では基板１と蓋板３の双方の対向面全面（即ち、基板１の上面と蓋板３の裏面の各全面）に塗布されて、基板１と蓋板３との接合時に加熱硬化処理されている。なお、必要な場合には、液体注入口４と液体排出口５の内周面にも塗膜６が形成される。
【００１９】
塗膜６の主成分であるシリカゾルは、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）の微粒子を例えばイソプロピルアルコール水溶液等のような溶媒中に分散させたもの、又は化学的に生成されたシリコンアルコキシドからなるゾルであり、溶媒を発散させるとゲル化して固形膜になる。そして、そのようなシリカゾルによって形成されたコーティング膜は有機バインダー濃度が小さい場合は親水性が大きいので、マイクロ流路２の表面に親水性が必要な場合に、親水性を得るための他の表面処理を施す必要がない。一方、コーティング膜における有機バインダー濃度が大きい場合は疎水性の膜になるので、親水性が必要な場合は親水処理をして用いる。
【００２０】
また、シリカゾルは耐薬性と耐熱性に優れていて、溶剤等が溶け出すことなくプラスチック材に対し強接合され、接着性の低いポリエチレン樹脂系の材料に対しても強固に接合される。ポリエチレン樹脂系の材料は、再生処理や廃棄処理に際して公害発生のおそれが少ないので、リサイクルにも使い捨て使用にも適しており、透明性があることと合わせマイクロ流路デバイスに使用するメリットが大きい。
【００２１】
シリカゾル中に含まれる有機バインダーは、アクリル樹脂系又はエポキシ樹脂系等のように一般的な有機バインダーを用いることができ、加熱処理により発散させて任意の量だけ残すことができる。したがって、シリカゾル中への混合量と加熱処理の温度と時間等を適宜選択することにより、シリカゾル中に残る有機バインダー量を任意に制御して、例えば二酸化珪素とプラスチック材との熱膨張率の相違を緩衝する機能等を最適な状態に調整することができる。
【００２２】
このような有機バインダーを含有するシリカゾルを主成分とする塗膜６は、前述のように基板１と蓋板３の双方の対向面全面に塗布形成されている。したがって、マイクロ流路２内においても十分に厚く（例えば１００ｎｍ〜５μｍ程度に）形成することができ、マイクロ流路２内での化学反応等により発生した熱でプラスチック製の基板１が溶解しない耐熱性を確保することができる。
【００２３】
基板１と蓋板３の各対向面への塗膜６の塗布は、ディッピング、スピンコーティング又は印刷等の手段により所定の膜厚で行うことができる。膜厚は、シリカゾルの粘度、即ちゾル中の固形成分の量や有機バインダーの量等で調整することができる。なお、塗膜６の塗布は、基板１や蓋板３を所定のサイズに切断する前又は後のどちらで行ってもよい。
【００２４】
基板１と蓋板３の各々に塗布された塗膜６は、基板１と蓋板３を接合する前に、例えば７０℃程度の温度で３０秒〜２分程度仮焼成し、有機バインダーを少し発散させて軽く硬化させるとよい。疎水処理又は特別な親水処理等が必要な場合には、この段階で印刷又はディスペンサー等を用いて処理を行う。
【００２５】
そして最後に、基板１に塗布された塗膜６と蓋板３に塗布された塗膜６とを密着させ、例えば８０〜２６０℃程度（基板１と蓋板３の材料の選択により異なる）に加熱して塗膜６どうしを圧着させる。そのような熱圧着は、加熱ローラーやスタンパー等を用いて圧接状態で行うとよい。このようにして、基板１と蓋板３の双方の対向面に塗布された塗膜６どうしが結合して、基板１と蓋板３とが強固に接合された状態になり、同時にマイクロ流路２の内面への厚いコーティングが完了し、マイクロ流路デバイスを極めて低コストに製造することができる。
【００２６】
図５と図６は本発明に係る第２の実施の形態であるマイクロ流路デバイスを示しており、図５は平面図、図６は、図５におけるVI−VI断面図である。この実施の形態においては、電極として機能する電気配線７が基板１の上面に設けられている。基板１、マイクロ流路２及び蓋板３自体の構成は前述した第１の実施の形態に係るマイクロ流路デバイスと同様である。なお、蓋板３側に電気配線７を設けてもよい。
【００２７】
電気配線７は、図５に示されるようにマイクロ流路２と交差する二箇所に互いの間に間隔をあけて配置され、各電気配線７が、図６に示されるようにマイクロ流路２の底面に面する状態に配置されている。電気配線７は、塗膜６の表裏どちら側に配置してもよいが、この実施の形態のように塗膜６の裏側に配置して、電気配線７がマイクロ流路２内に露出しないようにすれば、電気配線７がマイクロ流路２内の液体により腐食されるおそれがない点で好ましい。
【００２８】
図５に示されるように、基板１から外方に突出して設けられた配線基板（リードフレーム）８には、電気配線７と電気的に導通する接続端子９が設けられていて、電気配線７を外部の測定機器等に接続することができる。ただし、接続端子９に代えてコンタクトホールやコネクター等を設けてもよい。なお、図７に示される第３の実施の形態に係るマイクロ流路デバイスのように、電気配線７を電極として駆動するための駆動ＩＣ１０（例えば、交流周波数を制御する）を配線基板８に設けてもよい。また、いわゆる電子タグ１１を基板１又は蓋板３内に埋設又は貼着して、来歴情報等を記録できるようにしてもよい。
【００２９】
図８は、本発明に係る第４の実施の形態であるマイクロ流路デバイスを示しており、前述した第１の実施の形態に係るマイクロ流路デバイスと同様に構成されたマイクロ流路２の途中に疎水領域１２を形成したものである。具体的には、その部分だけ塗膜６を塗布せずにプラスチック材の基板１が露出するようにすればその領域が疎水領域１２になる。このように、塗膜６は必ずしも基板１と蓋板３の各対向面全面に設けなくてもよい。ただし、塗膜６の一部分に対して疎水処理を施してもよいことはいうまでもない。
【００３０】
図９は、本発明に係る第５の実施の形態を示しており、基板１が全体にシート材で形成されて、マイクロ流路２が形成されている部分では基板１が裏面側に突出する状態になっているものである。マイクロ流路２は、角部に丸みのついた略半円状の断面形状になっている。基板１としてポリエチレン樹脂系の材料やフレキシブル基板を用いる場合等には、このような構成を採ることでマイクロ流路２を容易に低コストで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの側面断面図（図３におけるＩ−Ｉ断面図）である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの分解斜視図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの平面図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの正面断面図（図３におけるIV−IV断面図）である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの平面図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの正面断面図（図５におけるVI−VI断面図）である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの平面図である。
【図８】本発明に係る第４の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの分解斜視図である。
【図９】本発明に係る第５の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの正面断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１基板
２マイクロ流路
３蓋板
４液体注入口
５液体排出口
６塗膜
７電気配線
１０駆動ＩＣ
１１電子タグ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
微量の液体を流すためのマイクロ流路が凹んで形成されたプラスチック製の基板に、上記マイクロ流路の開放面を塞ぐと共に上記マイクロ流路に連通する液体注入口と液体排出口とが形成された蓋板を接合した構成を有するマイクロ流路デバイスにおいて、
上記基板と上記蓋板との接合、及び上記マイクロ流路の内面の全部又は一部に対するコーティングが共に、有機バインダーを含有するシリカゾルを主成分とする塗膜で行われていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項２】
上記塗膜が、上記基板と上記蓋板との接合面の両面に各々設けられて、その両面の塗膜どうしが熱圧着されている請求項１記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項３】
上記蓋板が上記基板と同じプラスチック材で形成されている請求項１又は２記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項４】
上記蓋板がガラス材で形成されている請求項１又は２記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項５】
上記基板が全体にシート材で形成されていて、上記マイクロ流路が形成されている部分では上記基板が裏面側に突出している請求項１ないし４のいずれかの項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項６】
上記基板と上記蓋板の少なくとも一方の上記マイクロ流路に面する位置に電気配線が設けられている請求項１ないし５のいずれかの項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項７】
上記電気配線が上記塗膜の裏側に配置されて、上記電気配線が上記マイクロ流路内に露出しない状態になっている請求項６記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項８】
上記基板と上記蓋板の少なくとも一方の素材として、電気配線が予め埋設されたフレキシブル基板が用いられている請求項６記載のマイクロ流路デバイス。

【図１】