微小吸引構造体及びその形成方法
【課題】 使用する物体の物性に依存せず、外部ポンプなどの特殊な外部駆動装置なしで、流体を移動でき、単体でも使え、組み込みも可能な、簡易な微小吸引構造体及びその形成方法を提供することである。
【解決手段】 大気圧以下に減圧された真空空間上に、隔離層により隔てられた内部空間を有し、前記内部空間を覆う被覆層が設けられ、前記内部空間内に、外部からの力を前記隔離層に伝え、前記隔離層の一部を破壊するための橋架部分が設けられ、前記内部空間と外部空間につながる流路空間が設けられた、微小吸引構造体である。
【解決手段】 大気圧以下に減圧された真空空間上に、隔離層により隔てられた内部空間を有し、前記内部空間を覆う被覆層が設けられ、前記内部空間内に、外部からの力を前記隔離層に伝え、前記隔離層の一部を破壊するための橋架部分が設けられ、前記内部空間と外部空間につながる流路空間が設けられた、微小吸引構造体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプなどの外部からの駆動力を必要とせず、気体及び／又は液体などの流体を輸送でき、単体でも使え、組み込み可能な、簡易な微小吸引構造体及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
統合型マイクロ分析システムは、最近、遺伝子分析、臨床診断、薬物検診、環境測定などの化学分析のためのチップとして、注目されている。ガラス、シリコン、又はアクリルなどのポリマーから作製されるマイクロ分析システムは、気体及び/又は液体などの流体が流れる、幅が数十μｍから数百μｍの流路を有し、混合、反応、分離、抽出、分析の単位操作のうち、１つ又は複数の操作を可能にするチップである。
【０００３】
チップの１つの型として、人体からの分泌物などのサンプル、試薬、制御溶液を、同一流路へ輸送し、反応させる型がある（例えば、非特許文献１を参照）。チップの他の型として、2種類の物質が溶解した溶液と触媒とを、別の場所から同一の流路内へ輸送し、混合、反応させる型がある（例えば、非特許文献２を参照）。チップの別の型として、異なる物質を含む2種類の溶液を同一流路内へ輸送、混合、反応させる領域、および、分析に必要な反応物質のみ分離、抽出する領域を含む、複合型もある（例えば、非特許文献３を参照）。
【０００４】
【非特許文献１】B.H. Weigl et al., Advanced Drug Delivery Reveiew 55 (2003) 349-377
【非特許文献２】M. Ueno et al., Chem. Commun., 2003, 936-937
【非特許文献３】M. Tokeshi et al., Anal. Chem. 2002, 74, 1565-1571
【０００５】
これらのチップは、同種あるいは異種の材料を、従来の接合技術を用い、重ね合わせることにより、作製される（例えば、非特許文献４を参照）。
【０００６】
【非特許文献４】D. C. Duffy et al., Anal. Chem. 1998, 70, 4974-4984
【０００７】
これらのチップ内における、流体の一般的な輸送方法は、外部ポンプ、電気泳動（例えば、特許文献１を参照）、浸透圧、表面張力を利用する方法である。外部ポンプとして、シリンジを用いたポンプ（例えば、特許文献２を参照）、ピストンを用いたポンプ（例えば、特許文献３を参照）、スクリューを用いたポンプ、圧電素子を用いたポンプ（例えば、特許文献４を参照）などがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１００８８号公報
【特許文献２】特表平１１−５０２９３１号公報
【特許文献３】特開２００２−２１７１５号公報
【特許文献４】特開２０００−２４９０７４号公報
【０００９】
しかし、これらの方法は、使用する流体の物性に依存し、外部駆動力を必要とするため、分析システムが大きく複雑になり、その作製と操作に時間がかかり、取り扱いが難しくなるという問題がある。使用現場で分析又は検査し、その後使い捨てる簡易チップのような、長時間に渡る精密な制御を必要としない、簡単な流体の輸送には、これらの方法は適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、使用する流体の物性に依存せず、外部ポンプなどの特殊な外部駆動装置なしで、流体を輸送でき、単体でも使え、組み込みも可能な、簡易な微小吸引構造体及びその形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、外部からの駆動力を必要とせず、気体及び／又は液体である流体を輸送できる、微小構造体であって、大気圧以下に減圧された真空空間上に、隔離層により隔てられた内部空間を有し、前記内部空間を覆う被覆層が設けられ、前記内部空間内に、外部からの力を前記隔離層に伝える橋架部分が設けられ、前記内部空間と外部空間につながる流路空間が設けられた微小吸引構造体である。
【００１２】
前記課題を解決するための手段として、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記真空空間内の真空度を保つため、又は、その真空度を更に上げるために、吸着材が前記真空空間内に設置された微小吸引構造体であってもよい。
【００１３】
前記課題を解決するための手段として、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の発明において、流体を複数の異なる空間において輸送するための、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、輸送される流体を操作するための、前記流路空間につながる１つ又は複数の異なる小空間が形成された微小吸引構造体であってもよい。
【００１４】
前記課題を解決するための手段として、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記真空空間と、前記隔離層と、前記内部空間と、前記流路空間と、前記小空間と、前記被覆層が、パイレックス（登録商標）ガラス、シリコン、ＰＤＭＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ＰＥＴ、塩化ビニル、アクリル、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などから選ばれる、１つ又は複数の種類の材料から形成された微小吸引構造体であってもよい。これらの材料は、高価ではなく、取り扱い易く、加工に関わる従来技術により容易に加工できる材料である。
【００１５】
前記課題を解決するための手段として、請求項５に係る発明は、前記真空空間を成す微小空間を含む基底層と、前記隔離層と、前記内部空間と前記流路空間と前記小空間を含む流路層と、前記被覆層が、陽極接合や熱溶着などの接合に関わる技術により、積層接合される微小吸引構造体を形成する方法である。
【００１６】
前記課題を解決するための手段として、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の発明において、前記真空空間が、前記基底層と前記隔離層が簡易真空下で接合されることにより、形成される微小吸引構造体を形成する方法であってもよい。
【００１７】
前記課題を解決するための手段として、請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の発明において、１つ又は複数の前記真空空間が１つの前記基底層に、１つ又は複数の前記内部空間と各内部空間につながる前記流路空間が１つの前記流路層に、光リソグラフィーを用いたウエット又はドライエッチング、機械加工、ＦＩＢ、ＬＩＧＡ、ホットエンボス、プリンティングの加工に関わる技術から選び用いることにより、形成される微小吸引構造体を形成する方法であってもよい。これらの加工技術は、平面上に複数の空間を同時に又は順次に形成することに適しており、１つの微小吸引構造体を形成するために、又は、複数の微小吸引構造体を同時に形成するために用いられる。
【００１８】
前記課題を解決するための手段として、請求項８に係る発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間が、前記内部空間と前記流路空間を前記流路層に形成する時、同時に形成される微小吸引構造体を形成する方法であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明により、前記微小吸引構造体上の一箇所に、外部から直接的又は間接的に力が加えられる際、前記橋架部分を介し、その力が前記隔離層に伝わるため、前記隔離層の一部が破壊し、前記内部空間と前記真空空間がつながり、流体が前記内部空間から前記真空空間へ流れ、前記内部空間は減圧し、前記流路空間内や前記流路空間につながる空間に在る流体が前記内部空間に向かい吸引される。故に、外部からの駆動力を必要とせず、前記流路空間内や前記流路空間につながる空間に在る流体を輸送できる。
【００２０】
請求項２に係る発明により、吸着材を前記真空空間内に設置したことにより、前記真空空間内の真空度が保たれ、又は、その真空度が更に上がるため、前記流路空間内や前記流路空間につながる空間にある流体を輸送するための吸引力を保つことが、又は、その吸引力を上げることができる。
【００２１】
請求項３に係る発明により、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間が形成されたため、前記隔離層一部破壊により前記内部空間が減圧された際、１つ又は複数の前記流路空間内や前記流路空間につながる空間に在る流体を輸送できる。例えば、複数の前記流路空間を組み合わせ、流体を分岐又は混合することもできる。さらに、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間が形成されたため、輸送される流体を操作することもできる。例えば、前記小空間に反応物質を設置し、前記小空間内に輸送される流体を反応させることもできる。さらに、前記内部空間と前記真空空間は、輸送された、又は反応した使用後の流体を留める空間にもなる。
【００２２】
請求項４に係る発明により、微小吸引構造体を形成する材料が、高価ではなく、入手し易く、加工に関わる従来技術により容易に加工できるため、安価であり、使用後捨てることができる微小吸引構造体を提供することができる。さらに、上記のように、輸送に関わる前記流路空間と操作に関わる前記小空間をその材料に形成することにより、微小吸引構造体を含む簡易で安価な分析又は検査チップを提供することもできる。
【００２３】
請求項５に係る発明により、微小吸引構造体が、前記基底層と前記隔離層と前記流路層と前記被覆層を積層接合することにより形成されるため、多くの複雑な形成工程を必要とせず、微小吸引構造体を簡易に作製できる。量産に適した形成方法である。
【００２４】
請求項６に係る発明により、前記真空空間が、前記基底層と前記隔離層が簡易真空下で接合されることにより形成されるため、上記の形成工程を利用でき、特別な装置を必要としない。
【００２５】
請求項７に係る発明により、１つ又は複数の前記真空空間が前記基底層に、１つ又は複数の前記内部空間と各前記内部空間につながる前記流路空間が前記流路層に、平面上に複数の空間を同時に又は順次に形成する量産に適した加工技術で形成されるため、それらの層を用い、１つの微小吸引構造を形成するときと同じ積層接合工程数で、複数の微小吸引構造体を同時に形成することができる。
【００２６】
請求項８に係る発明により、前記内部空間と、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間が、前記流路層に同時に形成されるため、前記流路層を用い、微小吸引構造体を形成するときと同じ積層接合工程数で、輸送に関わる前記流路空間と操作に関わる前記小空間を有する、微小吸引構造体付の簡易な分析又は検査チップを作製することもできる。さらに、複数の前記真空空間を前記基底層に形成し、複数の前記内部空間と、各前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間とを前記流路層に同時に形成することにより、それらの層を用い、１つの微小吸引構造体を形成するときと同じ積層接合工程数で、複数の微小吸引構造体付の簡易な分析又は検査チップを形成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施形態となる微小吸引構造体の断面図を示す。図２は、図１中の層１２を上方から見た面を示す。前記微小吸引構造体は、真空度１０−６〜１０−３Ｔｏｒｒの範囲の大気圧以下に減圧された、体積３×１０３ｍｍ３以下の範囲の真空空間２１上に、隔離層１３により隔てられた内部空間２２を有し、前記内部空間２２を覆う被覆層１１が設けられ、内部空間２２内に、外部から直接的又は間接的に加わる力３１を隔離層１３に伝える橋架部分１６が設けられ、図２に示されるような、内部空間２２と外部空間につながる流路空間２３が設けられた、微小吸引構造体である。
【００２８】
真空空間２１を含む基底層１４と、隔離層１３と、内部空間１２と流路空間２３を含む流路層１２と、被覆層１１は、パイレックス（登録商標）ガラスやシリコンなどの無機材料、ＰＤＭＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ＰＥＴ、塩化ビニル、アクリル、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂材料などから選ばれた、１つ又は複数の種類の材料から形成される。
【００２９】
基底層１４と、隔離層１３と、流路層１２と、被覆層１１の厚さは、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲である。
【００３０】
真空空間２１内の真空度を保つため、又は、その真空度を更に上げるために、吸着材１５を真空空間２１内に設置してもよい。なお、吸着材１５の一例として、サエスゲッター社より販売されているＳｔ１２２のような、ガスを吸着する多孔質材を用いる。
【００３１】
微小吸引構造体上の一箇所に、外部力３１が加えられた際、図２に示される内部空間２２を含む流路層１２の一部分である被破壊小部分１７が破壊され、外部力３１は、流路層１２の橋架部分１６を介し、隔離層１３の一部分を破壊する。その際、内部空間２２内の流体が、矢印３２の向きに真空空間２１へ流れることにより、内部空間２２が減圧し、流路空間２３内や流路空間２３の一部である流路端２４につながる空間に在る流体が、内部空間２２に向かい吸引される。故に、外部からの駆動力を必要とせず、流路空間２３内や流路空間２３につながる空間に在る流体を輸送できる。
【００３２】
隔離層１３の一部に、外部力３１が橋架部分１６を介し隔離層１３に伝わる際、隔離層１３の一部が破壊され易いように、その一部分の厚みが他の部分よりも薄い、溝状の被破壊部分２６を形成してもよい。
【００３３】
内部空間２２につながる１つ又は複数の流路空間と、流路空間２３につながる１つ又は複数の小空間を、例えば、流体の混合、反応、分離、抽出、分析などに関わる任意の単位操作部分として、図１中に示される流路層１２に任意に形成してもよい。図３は、流路端２４から吸引される流体を、２つの異なる小空間２５内に設置された異種の反応物質を使い、順次反応させるために形成された、流路層１２の例である。図４は、流路端２４から吸引される流体を、分岐し、２つの異なる小空間２５内に設置された異種の反応物質を使い、並列に反応させるために形成された、流路層１２の例である。図５は、２つの流路端２４から吸引される異種の流体を、混合し、小空間２５内に設置された反応物質を使い、反応させるために形成された、流路層１２の例である。
【００３４】
図６から図９に、この発明の実施形態の一例となる、微小吸引構造体の形成方法を示す。
【００３５】
一例として、基底層１４に厚さ３ｍｍのパイレックス（登録商標）ガラス、隔離層１３に厚さ５００μｍのシリコン基板、流路層１２に厚さ２ｍｍのパイレックス（登録商標）ガラス、被覆層１１に厚さ５００μｍのＰＤＭＳを用いる。
【００３６】
第１工程として、図６に示されるように、真空空間２１を成す、幅1０ｍｍ、深さ１．５ｍｍ、長さ２０ｍｍの微小空間を、基底層１４のパイレックス（登録商標）ガラスに、エッチングや機械加工等の手段により、形成した。
【００３７】
第２工程として、真空空間２１の真空度を保つため、又は、その真空度を更に上げるため、第１工程で形成された微小空間内に、吸着剤１５を設置した。吸着材１５の一例として、サエスゲッター社より販売されているＳｔ１２２のような、ガスを吸着する多孔質材を用いた。
【００３８】
第３工程として、図７に示されるように、幅１０ｍｍ、深さ４００μｍ、長さ１０ｍｍの被破壊部分２６を、隔離層１３のシリコン基板に、エッチングや機械加工等の手段により形成した。
【００３９】
第４工程として、真空空間２１が、基底層１４のパイレックス（登録商標）ガラスと隔離層１３のシリコン基板を、１０−4Ｔｏｒｒの真空下、摂氏４００度の接合温度において陽極接合することにより、形成される。接合時、吸着材１５は一定時間加熱されるため、活性化し、真空空間内に残るガスを吸着し、真空度を保つ。
【００４０】
第５工程として、図８に示されるように、橋架部分１６と図２に示されるような被破壊小部分１７を含む内部空間２２と、内部空間２２につながる流路空間２３と、図３〜５に示されるような小空間２５を、流路層１２のパイレックス（登録商標）ガラスに、エッチングや機械加工等の手段により形成した。
【００４１】
第６工程として、流路層１２のパイレックス（登録商標）ガラスを隔離層１３のシリコン基板上に陽極接合した。流路層１２のパイレックス（登録商標）ガラスと隔離層１３のシリコン基板の接合は、隔離層１３のシリコン基板と基底層１４のパイレックス（登録商標）ガラスの接合と同時に行ってもよいし、順次連続して行なってもよい。
【００４２】
第７工程として、図９に示されるように、内部空間２２は、被覆層１１のＰＤＭＳを、酸素プラズマ等の手段によりその表面を酸化した後、流路層１２のパイレックス（登録商標）ガラスを覆うように、密着することにより、形成される。
【００４３】
この発明の実施形態の一例として、図中には１つの微小吸引構造体のみが示されているが、広面積を有する基底層１４と、隔離層１３と、流路層１２と、被覆層１１を用い、複数の微小吸引構造体を同時に形成してもよく、その形成工程の１つである、流路層１２に複数の内部空間２２を形成する際、各微小吸引構造体の内部空間２２につながる、例えば、図３〜５に示されるような、流体の混合、反応、分離、抽出、分析などに関わる任意の単位操作部分のための流路空間２３や小空間２５を、同時に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の概要断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の一構成部分の概要上面図である。
【図３】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の一構成部分の概要上面図である。
【図４】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の一構成部分の概要上面図である。
【図５】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の一構成部分の概要上面図である。
【図６】本発明の実施例に係る微小吸引構造体を形成する工程である。
【図７】本発明の実施例に係る微小吸引構造体を形成する工程である。
【図８】本発明の実施例に係る微小吸引構造体を形成する工程である。
【図９】本発明の実施例に係る微小吸引構造体を形成する工程である。
【符号の説明】
【００４５】
１１ 被覆層
１２ 流路層
１３ 隔離層
１４ 基底層
１５ 吸着剤
１６ 橋架部分
１７ 被破壊小部分
２１ 真空空間
２２ 内部空間
２３ 流路空間
２４ 流路端
２５ 小空間
２６ 被破壊部分
３１ 外部力
３２ 流体の流れ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプなどの外部からの駆動力を必要とせず、気体及び／又は液体などの流体を輸送でき、単体でも使え、組み込み可能な、簡易な微小吸引構造体及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
統合型マイクロ分析システムは、最近、遺伝子分析、臨床診断、薬物検診、環境測定などの化学分析のためのチップとして、注目されている。ガラス、シリコン、又はアクリルなどのポリマーから作製されるマイクロ分析システムは、気体及び/又は液体などの流体が流れる、幅が数十μｍから数百μｍの流路を有し、混合、反応、分離、抽出、分析の単位操作のうち、１つ又は複数の操作を可能にするチップである。
【０００３】
チップの１つの型として、人体からの分泌物などのサンプル、試薬、制御溶液を、同一流路へ輸送し、反応させる型がある（例えば、非特許文献１を参照）。チップの他の型として、2種類の物質が溶解した溶液と触媒とを、別の場所から同一の流路内へ輸送し、混合、反応させる型がある（例えば、非特許文献２を参照）。チップの別の型として、異なる物質を含む2種類の溶液を同一流路内へ輸送、混合、反応させる領域、および、分析に必要な反応物質のみ分離、抽出する領域を含む、複合型もある（例えば、非特許文献３を参照）。
【０００４】
【非特許文献１】B.H. Weigl et al., Advanced Drug Delivery Reveiew 55 (2003) 349-377
【非特許文献２】M. Ueno et al., Chem. Commun., 2003, 936-937
【非特許文献３】M. Tokeshi et al., Anal. Chem. 2002, 74, 1565-1571
【０００５】
これらのチップは、同種あるいは異種の材料を、従来の接合技術を用い、重ね合わせることにより、作製される（例えば、非特許文献４を参照）。
【０００６】
【非特許文献４】D. C. Duffy et al., Anal. Chem. 1998, 70, 4974-4984
【０００７】
これらのチップ内における、流体の一般的な輸送方法は、外部ポンプ、電気泳動（例えば、特許文献１を参照）、浸透圧、表面張力を利用する方法である。外部ポンプとして、シリンジを用いたポンプ（例えば、特許文献２を参照）、ピストンを用いたポンプ（例えば、特許文献３を参照）、スクリューを用いたポンプ、圧電素子を用いたポンプ（例えば、特許文献４を参照）などがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１００８８号公報
【特許文献２】特表平１１−５０２９３１号公報
【特許文献３】特開２００２−２１７１５号公報
【特許文献４】特開２０００−２４９０７４号公報
【０００９】
しかし、これらの方法は、使用する流体の物性に依存し、外部駆動力を必要とするため、分析システムが大きく複雑になり、その作製と操作に時間がかかり、取り扱いが難しくなるという問題がある。使用現場で分析又は検査し、その後使い捨てる簡易チップのような、長時間に渡る精密な制御を必要としない、簡単な流体の輸送には、これらの方法は適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、使用する流体の物性に依存せず、外部ポンプなどの特殊な外部駆動装置なしで、流体を輸送でき、単体でも使え、組み込みも可能な、簡易な微小吸引構造体及びその形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、外部からの駆動力を必要とせず、気体及び／又は液体である流体を輸送できる、微小構造体であって、大気圧以下に減圧された真空空間上に、隔離層により隔てられた内部空間を有し、前記内部空間を覆う被覆層が設けられ、前記内部空間内に、外部からの力を前記隔離層に伝える橋架部分が設けられ、前記内部空間と外部空間につながる流路空間が設けられた微小吸引構造体である。
【００１２】
前記課題を解決するための手段として、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記真空空間内の真空度を保つため、又は、その真空度を更に上げるために、吸着材が前記真空空間内に設置された微小吸引構造体であってもよい。
【００１３】
前記課題を解決するための手段として、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の発明において、流体を複数の異なる空間において輸送するための、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、輸送される流体を操作するための、前記流路空間につながる１つ又は複数の異なる小空間が形成された微小吸引構造体であってもよい。
【００１４】
前記課題を解決するための手段として、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記真空空間と、前記隔離層と、前記内部空間と、前記流路空間と、前記小空間と、前記被覆層が、パイレックス（登録商標）ガラス、シリコン、ＰＤＭＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ＰＥＴ、塩化ビニル、アクリル、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などから選ばれる、１つ又は複数の種類の材料から形成された微小吸引構造体であってもよい。これらの材料は、高価ではなく、取り扱い易く、加工に関わる従来技術により容易に加工できる材料である。
【００１５】
前記課題を解決するための手段として、請求項５に係る発明は、前記真空空間を成す微小空間を含む基底層と、前記隔離層と、前記内部空間と前記流路空間と前記小空間を含む流路層と、前記被覆層が、陽極接合や熱溶着などの接合に関わる技術により、積層接合される微小吸引構造体を形成する方法である。
【００１６】
前記課題を解決するための手段として、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の発明において、前記真空空間が、前記基底層と前記隔離層が簡易真空下で接合されることにより、形成される微小吸引構造体を形成する方法であってもよい。
【００１７】
前記課題を解決するための手段として、請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の発明において、１つ又は複数の前記真空空間が１つの前記基底層に、１つ又は複数の前記内部空間と各内部空間につながる前記流路空間が１つの前記流路層に、光リソグラフィーを用いたウエット又はドライエッチング、機械加工、ＦＩＢ、ＬＩＧＡ、ホットエンボス、プリンティングの加工に関わる技術から選び用いることにより、形成される微小吸引構造体を形成する方法であってもよい。これらの加工技術は、平面上に複数の空間を同時に又は順次に形成することに適しており、１つの微小吸引構造体を形成するために、又は、複数の微小吸引構造体を同時に形成するために用いられる。
【００１８】
前記課題を解決するための手段として、請求項８に係る発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間が、前記内部空間と前記流路空間を前記流路層に形成する時、同時に形成される微小吸引構造体を形成する方法であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明により、前記微小吸引構造体上の一箇所に、外部から直接的又は間接的に力が加えられる際、前記橋架部分を介し、その力が前記隔離層に伝わるため、前記隔離層の一部が破壊し、前記内部空間と前記真空空間がつながり、流体が前記内部空間から前記真空空間へ流れ、前記内部空間は減圧し、前記流路空間内や前記流路空間につながる空間に在る流体が前記内部空間に向かい吸引される。故に、外部からの駆動力を必要とせず、前記流路空間内や前記流路空間につながる空間に在る流体を輸送できる。
【００２０】
請求項２に係る発明により、吸着材を前記真空空間内に設置したことにより、前記真空空間内の真空度が保たれ、又は、その真空度が更に上がるため、前記流路空間内や前記流路空間につながる空間にある流体を輸送するための吸引力を保つことが、又は、その吸引力を上げることができる。
【００２１】
請求項３に係る発明により、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間が形成されたため、前記隔離層一部破壊により前記内部空間が減圧された際、１つ又は複数の前記流路空間内や前記流路空間につながる空間に在る流体を輸送できる。例えば、複数の前記流路空間を組み合わせ、流体を分岐又は混合することもできる。さらに、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間が形成されたため、輸送される流体を操作することもできる。例えば、前記小空間に反応物質を設置し、前記小空間内に輸送される流体を反応させることもできる。さらに、前記内部空間と前記真空空間は、輸送された、又は反応した使用後の流体を留める空間にもなる。
【００２２】
請求項４に係る発明により、微小吸引構造体を形成する材料が、高価ではなく、入手し易く、加工に関わる従来技術により容易に加工できるため、安価であり、使用後捨てることができる微小吸引構造体を提供することができる。さらに、上記のように、輸送に関わる前記流路空間と操作に関わる前記小空間をその材料に形成することにより、微小吸引構造体を含む簡易で安価な分析又は検査チップを提供することもできる。
【００２３】
請求項５に係る発明により、微小吸引構造体が、前記基底層と前記隔離層と前記流路層と前記被覆層を積層接合することにより形成されるため、多くの複雑な形成工程を必要とせず、微小吸引構造体を簡易に作製できる。量産に適した形成方法である。
【００２４】
請求項６に係る発明により、前記真空空間が、前記基底層と前記隔離層が簡易真空下で接合されることにより形成されるため、上記の形成工程を利用でき、特別な装置を必要としない。
【００２５】
請求項７に係る発明により、１つ又は複数の前記真空空間が前記基底層に、１つ又は複数の前記内部空間と各前記内部空間につながる前記流路空間が前記流路層に、平面上に複数の空間を同時に又は順次に形成する量産に適した加工技術で形成されるため、それらの層を用い、１つの微小吸引構造を形成するときと同じ積層接合工程数で、複数の微小吸引構造体を同時に形成することができる。
【００２６】
請求項８に係る発明により、前記内部空間と、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間が、前記流路層に同時に形成されるため、前記流路層を用い、微小吸引構造体を形成するときと同じ積層接合工程数で、輸送に関わる前記流路空間と操作に関わる前記小空間を有する、微小吸引構造体付の簡易な分析又は検査チップを作製することもできる。さらに、複数の前記真空空間を前記基底層に形成し、複数の前記内部空間と、各前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間とを前記流路層に同時に形成することにより、それらの層を用い、１つの微小吸引構造体を形成するときと同じ積層接合工程数で、複数の微小吸引構造体付の簡易な分析又は検査チップを形成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施形態となる微小吸引構造体の断面図を示す。図２は、図１中の層１２を上方から見た面を示す。前記微小吸引構造体は、真空度１０−６〜１０−３Ｔｏｒｒの範囲の大気圧以下に減圧された、体積３×１０３ｍｍ３以下の範囲の真空空間２１上に、隔離層１３により隔てられた内部空間２２を有し、前記内部空間２２を覆う被覆層１１が設けられ、内部空間２２内に、外部から直接的又は間接的に加わる力３１を隔離層１３に伝える橋架部分１６が設けられ、図２に示されるような、内部空間２２と外部空間につながる流路空間２３が設けられた、微小吸引構造体である。
【００２８】
真空空間２１を含む基底層１４と、隔離層１３と、内部空間１２と流路空間２３を含む流路層１２と、被覆層１１は、パイレックス（登録商標）ガラスやシリコンなどの無機材料、ＰＤＭＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ＰＥＴ、塩化ビニル、アクリル、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂材料などから選ばれた、１つ又は複数の種類の材料から形成される。
【００２９】
基底層１４と、隔離層１３と、流路層１２と、被覆層１１の厚さは、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲である。
【００３０】
真空空間２１内の真空度を保つため、又は、その真空度を更に上げるために、吸着材１５を真空空間２１内に設置してもよい。なお、吸着材１５の一例として、サエスゲッター社より販売されているＳｔ１２２のような、ガスを吸着する多孔質材を用いる。
【００３１】
微小吸引構造体上の一箇所に、外部力３１が加えられた際、図２に示される内部空間２２を含む流路層１２の一部分である被破壊小部分１７が破壊され、外部力３１は、流路層１２の橋架部分１６を介し、隔離層１３の一部分を破壊する。その際、内部空間２２内の流体が、矢印３２の向きに真空空間２１へ流れることにより、内部空間２２が減圧し、流路空間２３内や流路空間２３の一部である流路端２４につながる空間に在る流体が、内部空間２２に向かい吸引される。故に、外部からの駆動力を必要とせず、流路空間２３内や流路空間２３につながる空間に在る流体を輸送できる。
【００３２】
隔離層１３の一部に、外部力３１が橋架部分１６を介し隔離層１３に伝わる際、隔離層１３の一部が破壊され易いように、その一部分の厚みが他の部分よりも薄い、溝状の被破壊部分２６を形成してもよい。
【００３３】
内部空間２２につながる１つ又は複数の流路空間と、流路空間２３につながる１つ又は複数の小空間を、例えば、流体の混合、反応、分離、抽出、分析などに関わる任意の単位操作部分として、図１中に示される流路層１２に任意に形成してもよい。図３は、流路端２４から吸引される流体を、２つの異なる小空間２５内に設置された異種の反応物質を使い、順次反応させるために形成された、流路層１２の例である。図４は、流路端２４から吸引される流体を、分岐し、２つの異なる小空間２５内に設置された異種の反応物質を使い、並列に反応させるために形成された、流路層１２の例である。図５は、２つの流路端２４から吸引される異種の流体を、混合し、小空間２５内に設置された反応物質を使い、反応させるために形成された、流路層１２の例である。
【００３４】
図６から図９に、この発明の実施形態の一例となる、微小吸引構造体の形成方法を示す。
【００３５】
一例として、基底層１４に厚さ３ｍｍのパイレックス（登録商標）ガラス、隔離層１３に厚さ５００μｍのシリコン基板、流路層１２に厚さ２ｍｍのパイレックス（登録商標）ガラス、被覆層１１に厚さ５００μｍのＰＤＭＳを用いる。
【００３６】
第１工程として、図６に示されるように、真空空間２１を成す、幅1０ｍｍ、深さ１．５ｍｍ、長さ２０ｍｍの微小空間を、基底層１４のパイレックス（登録商標）ガラスに、エッチングや機械加工等の手段により、形成した。
【００３７】
第２工程として、真空空間２１の真空度を保つため、又は、その真空度を更に上げるため、第１工程で形成された微小空間内に、吸着剤１５を設置した。吸着材１５の一例として、サエスゲッター社より販売されているＳｔ１２２のような、ガスを吸着する多孔質材を用いた。
【００３８】
第３工程として、図７に示されるように、幅１０ｍｍ、深さ４００μｍ、長さ１０ｍｍの被破壊部分２６を、隔離層１３のシリコン基板に、エッチングや機械加工等の手段により形成した。
【００３９】
第４工程として、真空空間２１が、基底層１４のパイレックス（登録商標）ガラスと隔離層１３のシリコン基板を、１０−4Ｔｏｒｒの真空下、摂氏４００度の接合温度において陽極接合することにより、形成される。接合時、吸着材１５は一定時間加熱されるため、活性化し、真空空間内に残るガスを吸着し、真空度を保つ。
【００４０】
第５工程として、図８に示されるように、橋架部分１６と図２に示されるような被破壊小部分１７を含む内部空間２２と、内部空間２２につながる流路空間２３と、図３〜５に示されるような小空間２５を、流路層１２のパイレックス（登録商標）ガラスに、エッチングや機械加工等の手段により形成した。
【００４１】
第６工程として、流路層１２のパイレックス（登録商標）ガラスを隔離層１３のシリコン基板上に陽極接合した。流路層１２のパイレックス（登録商標）ガラスと隔離層１３のシリコン基板の接合は、隔離層１３のシリコン基板と基底層１４のパイレックス（登録商標）ガラスの接合と同時に行ってもよいし、順次連続して行なってもよい。
【００４２】
第７工程として、図９に示されるように、内部空間２２は、被覆層１１のＰＤＭＳを、酸素プラズマ等の手段によりその表面を酸化した後、流路層１２のパイレックス（登録商標）ガラスを覆うように、密着することにより、形成される。
【００４３】
この発明の実施形態の一例として、図中には１つの微小吸引構造体のみが示されているが、広面積を有する基底層１４と、隔離層１３と、流路層１２と、被覆層１１を用い、複数の微小吸引構造体を同時に形成してもよく、その形成工程の１つである、流路層１２に複数の内部空間２２を形成する際、各微小吸引構造体の内部空間２２につながる、例えば、図３〜５に示されるような、流体の混合、反応、分離、抽出、分析などに関わる任意の単位操作部分のための流路空間２３や小空間２５を、同時に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の概要断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の一構成部分の概要上面図である。
【図３】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の一構成部分の概要上面図である。
【図４】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の一構成部分の概要上面図である。
【図５】本発明の実施例に係る微小吸引構造体の一構成部分の概要上面図である。
【図６】本発明の実施例に係る微小吸引構造体を形成する工程である。
【図７】本発明の実施例に係る微小吸引構造体を形成する工程である。
【図８】本発明の実施例に係る微小吸引構造体を形成する工程である。
【図９】本発明の実施例に係る微小吸引構造体を形成する工程である。
【符号の説明】
【００４５】
１１ 被覆層
１２ 流路層
１３ 隔離層
１４ 基底層
１５ 吸着剤
１６ 橋架部分
１７ 被破壊小部分
２１ 真空空間
２２ 内部空間
２３ 流路空間
２４ 流路端
２５ 小空間
２６ 被破壊部分
３１ 外部力
３２ 流体の流れ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの駆動力を必要とせず、気体及び／又は液体である流体を輸送できる、微小構造体であって、大気圧以下に減圧された真空空間上に、隔離層により隔てられた内部空間を有し、前記内部空間を覆う被覆層が設けられ、前記内部空間内に、外部からの力を前記隔離層に伝える橋架部分が設けられ、前記内部空間と外部空間につながる流路空間が設けられたことを特徴とする微小吸引構造体。
【請求項２】
前記真空空間内の真空度を保つため、又は、その真空度を更に上げるために、吸着材が前記真空空間内に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の微小吸引構造体。
【請求項３】
流体を複数の異なる空間において輸送するための、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、輸送される流体を操作するための、前記流路空間につながる１つ又は複数の異なる小空間が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微小吸引構造体。
【請求項４】
前記真空空間と、前記隔離層と、前記内部空間と、前記流路空間と、前記小空間と、前記被覆層が、パイレックス（登録商標）ガラス、シリコン、ＰＤＭＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ＰＥＴ、塩化ビニル、アクリル、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などから選ばれた、１つ又は複数の種類の材料から形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小吸引構造体。
【請求項５】
前記真空空間を成す微小空間を含む基底層と、前記隔離層と、前記内部空間と前記流路空間と前記小空間を含む流路層と、前記被覆層が、陽極接合や熱溶着などの接合に関わる技術により、積層接合されることを特徴とする微小吸引構造体を形成する方法。
【請求項６】
前記真空空間が、前記基底層と前記隔離層が簡易真空下で接合されることにより、形成されることを特徴とする請求項５に記載の微小吸引構造体を形成する方法。
【請求項７】
１つ又は複数の前記真空空間が前記基底層に、１つ又は複数の前記内部空間と各前記内部空間につながる前記流路空間が前記流路層に、光リソグラフィーを用いたウエット又はドライエッチング、機械加工、ＦＩＢ、ＬＩＧＡ、ホットエンボス、プリンティングの加工に関わる技術から選び用いることにより、形成されることを特徴とする請求項５又は６に記載の微小吸引構造体を形成する方法。
【請求項８】
前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間が、前記内部空間と前記流路空間を前記流路層に形成する時、同時に形成されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の微小吸引構造体を形成する方法。
【請求項１】
外部からの駆動力を必要とせず、気体及び／又は液体である流体を輸送できる、微小構造体であって、大気圧以下に減圧された真空空間上に、隔離層により隔てられた内部空間を有し、前記内部空間を覆う被覆層が設けられ、前記内部空間内に、外部からの力を前記隔離層に伝える橋架部分が設けられ、前記内部空間と外部空間につながる流路空間が設けられたことを特徴とする微小吸引構造体。
【請求項２】
前記真空空間内の真空度を保つため、又は、その真空度を更に上げるために、吸着材が前記真空空間内に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の微小吸引構造体。
【請求項３】
流体を複数の異なる空間において輸送するための、前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、輸送される流体を操作するための、前記流路空間につながる１つ又は複数の異なる小空間が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微小吸引構造体。
【請求項４】
前記真空空間と、前記隔離層と、前記内部空間と、前記流路空間と、前記小空間と、前記被覆層が、パイレックス（登録商標）ガラス、シリコン、ＰＤＭＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ＰＥＴ、塩化ビニル、アクリル、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などから選ばれた、１つ又は複数の種類の材料から形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小吸引構造体。
【請求項５】
前記真空空間を成す微小空間を含む基底層と、前記隔離層と、前記内部空間と前記流路空間と前記小空間を含む流路層と、前記被覆層が、陽極接合や熱溶着などの接合に関わる技術により、積層接合されることを特徴とする微小吸引構造体を形成する方法。
【請求項６】
前記真空空間が、前記基底層と前記隔離層が簡易真空下で接合されることにより、形成されることを特徴とする請求項５に記載の微小吸引構造体を形成する方法。
【請求項７】
１つ又は複数の前記真空空間が前記基底層に、１つ又は複数の前記内部空間と各前記内部空間につながる前記流路空間が前記流路層に、光リソグラフィーを用いたウエット又はドライエッチング、機械加工、ＦＩＢ、ＬＩＧＡ、ホットエンボス、プリンティングの加工に関わる技術から選び用いることにより、形成されることを特徴とする請求項５又は６に記載の微小吸引構造体を形成する方法。
【請求項８】
前記内部空間につながる１つ又は複数の前記流路空間と、前記流路空間につながる１つ又は複数の前記小空間が、前記内部空間と前記流路空間を前記流路層に形成する時、同時に形成されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の微小吸引構造体を形成する方法。
【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２００７−１０７９９７（Ｐ２００７−１０７９９７Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９８７７０（Ｐ２００５−２９８７７０）
【出願日】平成１７年１０月１３日（２００５．１０．１３）
【特許番号】特許第３８４４３０５号（Ｐ３８４４３０５）
【特許公報発行日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（３０５０５１１０７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１３日（２００５．１０．１３）
【特許番号】特許第３８４４３０５号（Ｐ３８４４３０５）
【特許公報発行日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（３０５０５１１０７）
【Ｆターム（参考）】
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