積層チップ
【課題】 積層型のマイクロチップを用いて化学反応を行わせるに際して、その温度制御を精度高く行うことができるようにする。
【解決手段】 シリコン基板１０の表裏両面に、化学物質を通す１ｍｍ以下の幅の流路を形成する。前記流路は、前記シリコン基板１０を貫通する孔により連絡されている。積層チップは、前記シリコン基板１０の表裏両面に接合して積層された第１および第２のガラス板２０，３０を有し、前記第１および第２のガラス板２０，３０の少なくとも一方には、加熱手段としてのＩＴＯ膜と、白金及び電極よりなる温度検知手段とが設けられている。
【解決手段】 シリコン基板１０の表裏両面に、化学物質を通す１ｍｍ以下の幅の流路を形成する。前記流路は、前記シリコン基板１０を貫通する孔により連絡されている。積層チップは、前記シリコン基板１０の表裏両面に接合して積層された第１および第２のガラス板２０，３０を有し、前記第１および第２のガラス板２０，３０の少なくとも一方には、加熱手段としてのＩＴＯ膜と、白金及び電極よりなる温度検知手段とが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板上に化学物質を通す流路が１ｍｍ以下のμｍレベルの幅で形成されるマイクロチップ等のチップ技術に関し、特に、精度の高い温度制御が必要とされる酵素活性等の評価に適用して有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
以下に説明する技術は、本発明を完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
近年、基板上に幅１ｍｍ以下のμｍオーターの流路を形成し、かかる流路に化学物質を流すことで、マクロスケールで行う場合とは異なり、微量試料で、多種類の反応を、同時並行で、短時間で効率的に行う技術が提案されている。
【０００４】
かかる技術の中には、化学物質を通す流路が形成された基板を複数枚積層し、各層の流路を連絡することで、３次元的に流路の拡大を行う技術も提案されている。非特許文献１には、複数枚の積層構成とすることで、流路内で生成する化学反応物質の収量拡大も容易に行えることが示されている。
【０００５】
かかるマイクロチップを用いた反応でも当然に温度制御が求められ、従来の一般的な温度制御は、恒温槽内にマイクロチップごと所要時間放置して、マイクロチップ自体の温度が恒温槽内の温度と平衡して設定温度になるのを待つ方法であった。しかし、かかる手法では、反応温度を制御するのに時間と手間がかかり、反応状況に応じて温度を適宜に変更してその状況確認をするという温度制御は実質的に不可能に近かった。
【０００６】
温度制御に関しては、特許文献１に、ＩＴＯ膜をパターニングして加熱手段を形成し、さらに、別途蛇行線状にＩＴＯ膜をパターニングして温度センサとして構成する技術も提案されている。
【非特許文献１】Y.Kikutani、”Pile-up glass microreactor”Lab Chip、2002、2、p193-196
【特許文献１】特開平２００２−８５９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の如く、マイクロチップの温度制御はとして恒温槽に所定時間放置したり、あるいはガラス基板上にＩＴＯ膜を成膜して加熱手段、センサ手段として構成する等、種々の提案がなされている。しかし、いまだ十分に温度制御が行えないのが現状である。特に、生体内の酵素反応を調べるような場合には、酵素反応が極めて温度に鋭敏であるためより精度の高い温度制御が求められ、これまでの提案技術では十分とは言えなかった。
【０００８】
本発明者は、生体内の酵素反応が、環境汚染物質でどのような影響を受けるか試験を行うに当たって、微量試料で、多数の環境物質の影響を、同時並行的に短時間で調査すべく、複数積層型のマイクロチップの使用を考えた。しかし、これまでの提案の技術ではかかる複数積層型の構成では十分に精緻な温度制御が行えないことに気づいた。
【０００９】
本発明の目的は、積層型のマイクロチップを用いて化学反応を行わせるに際して、その温度制御を精度高く行うことにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
すなわち、本発明は、その表裏両面に、化学物質を通す１ｍｍ以下の幅の流路が形成された基板であって、前記流路は、前記基板を貫通する孔により連絡されている基板と、前記基板の表裏両面に接合して積層された第１および第２の板状体とからなり、前記第１および第２の板状体の少なくとも一方には、加熱手段と、温度検知手段とが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成において、前記加熱手段は、前記表裏両面の一方の面に積層される前記ガラス板にのみ設けられ、前記温度検知手段は、前記表裏両面の他方の面に積層される前記ガラス板に設けられていることを特徴とする。以上いずれかの構成において、前記加熱手段は、前記ガラス板に成膜された発熱体と電極とで構成され、前記電極を介して前記発熱体に電流を流すことで前記発熱体を温度調節可能に発熱させる手段であることを特徴とする。以上いずれかの構成において、前記加熱手段が設けられた前記ガラス板は、その板厚が、積層する前記シリコン基板、前記加熱手段を設けない前記ガラス板よりも薄く形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明では、以上いずれかの構成において、前記流路は、ＩＣＰ加工により形成されていることを特徴とする。マイクロチップ等のチップにおける流路形成に際しては、上記の如く、流路形成基板材料としてシリコン基板を用い、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いて加工することで、マイクロチップ内の流路構造の均一性を確保するようにした。
【００１５】
かかる加工方法を特に採用することで、複数形成される流路間の構造の欣一成が確保でき、さらに、チップ間の流路構成に関しての均一性を確保して、積層チップを用いた実験等における再現性の向上を図ることができる。
【００１６】
尚、本明細書では、流路の幅、深さがともに１ｍｍ以下のものを、特にマイクロチップと呼ぶこととし、単にチップと言う場合には、かかるマイクロチップをも含めて、マイクロチップサイズよりも大きなサイズのものも包含するものとする。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
本発明により、化学物質を通す１ｍｍ以下の幅の流路が形成されたシリコン基板を有する積層チップでの温度制御を精緻に行うことができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２０】
本発明は、反応の温度制御が精緻に行える積層チップに関する技術で、特に流路を熱伝導性の良好なシリコン等の材料よりなる基板に着目し、かかるシリコン等の基板にホウ珪酸ガラス等のガラス板よりなるガラス材を貼り合わせ、貼り合わせ手段を陽極接合や熱融着等の接合に着目し、このガラス板上に加熱手段と温度検知手段とを設けることで、精緻な温度制御を可能としたものである。
【００２１】
図１は、本発明にかかる積層チップの積層構造を示す説明図である。図１に示すように、本発明の積層チップ１００は、シリコン基板１０を間に挟んで、上にガラス板２０、下にガラス板３０を積層した構成を有している。図１に示す場合には、ガラス板２０と、シリコン基板１０とは同じ厚さに形成され、例えば１ｍｍに形成されている。ガラス板３０は、シリコン基板１０、ガラス板２０よりもかなり薄く形成され、図１に示す場合には、０．２ｍｍに形成されている。積層チップ自体の大きさも、例えば、３０ｍｍ×２４ｍｍ四方のマイクロチップサイズに形成されている。
【００２２】
ガラス板２０および３０の材料としては、たとえばホウ珪酸ガラスや石英ガラスを利用することができ、具体的には、一般にパイレックス（登録商標）という商品名で市販されているものを使用することができる。
【００２３】
シリコン基板１０とその表面１０ａ側に設けられるガラス板２０とは、陽極接合により高強度に接合されている。同様に、シリコン基板１０とその裏面１０ｂ側に設けられるガラス板３０とは、陽極接合により高強度に接合されている。接合方法として種々の手段が提案されているが、本発明者は実験で、温度制御を精緻に行うとの観点から、現行の種々の貼り合わせ手段の中では、この陽極接合が最適であることを見出した。
【００２４】
シリコン基板１０では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、その表面１０ａ側、裏面１０ｂ側の両面に、流路１１が形成されている。かかる流路１１は、シリコン基板１０に対してＩＣＰ加工を適用することで、高精度に形成されている。かかる表裏両面に形成された流路１１は、シリコン基板１０を上下に貫通する孔ｈ（図６参照）で連絡されている。
【００２５】
かかるシリコン基板１０への流路形成は、加工精度を重視した加工方法を採用して行った。例えば、図３に示すような作業手順で行われる。図３（ａ）は流路の形成手順を示しフロー図であり、（ｂ）〜（ｆ）は（ａ）に示す各ステップの内容を模式的に示す説明図である。
【００２６】
シリコン基板１０には、図３（ａ）のステップＳ１００で、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１０上に、スパッタリング等の手段で所定層厚にＣｒを堆積させてＣｒ膜４１を形成する。その後、Ｃｒ膜４１上に、感光性物質であるフォトレジストを所定層厚で塗布してフォトレジスト膜４２を形成する。
【００２７】
ステップＳ２００で、フォトリソグラフィーにより、シリコン基板１０上に流路１１のパターンを形成するマスクを作成する。すなわち、先ず、流路形成用のマスクを用意し、ステップＳ１００で形成したフォトレジスト膜４２上に、所定波長の光を露光する。その後、現像処理してフォトレジスト膜４２のパターニングを行う。かかるパターニングされたフォトレジスト膜４２をマスクとして、Ｃｒ膜４１をパターニングする。このようにして、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１０用のマスクを形成する。
【００２８】
ステップＳ３００で、ＩＣＰマルチビーム加工装置等を用いて、プラズマガスとしてＳＦ６を照射し、パターニングされたＣｒ膜４１を直接のマスクとして、シリコン基板１０をドライエッチングし、図３（ｄ）に示すように、流路１１に相当する溝を形成する。
【００２９】
ステップＳ４００で、図３（ｅ）に示すように、流路１１のマスクとして使用したフォトレジスト膜４２、Ｃｒ膜４１を除去する。このようにして、シリコン基板１０上に、流路間における実質的な不均一成がない流路を形成する。
【００３０】
流路形成用の基板としてシリコン基板１０を選択し、かかるシリコン基板１０にＩＣＰ加工で流路１１を形成することで、高精度で、アスペクト比の高い流路１１を、流路毎の不均一性が十分に抑制された状態で作成することが可能となった。ガラス基板にＩＣＰ加工を適用する場合よりも、あるいはシリコン基板１０に薬液でウエットエッチングする場合よりも、高精度に流路１１が形成される。
【００３１】
かかるステップＳ１００からステップＳ４００までの工程を、シリコン基板１０の表面１０ａ側、裏面１０ｂ側にそれぞれ適用することで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の表裏両面にパターンの異なる流路１１が形成されることとなる。
【００３２】
このようにしてシリコン基板１０の表裏両面に形成された流路１１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、蛇行状に曲がりくねったパターンに形成されている流路部分を有するが、かかる流路部分が、流路１１内に供給された化学物質が反応する反応部（図中、分かりやすいように実線の枠で囲って示した）である。かかる蛇行した反応部の流路長は、予め想定される化学反応に要する時間を、別途バッチ処理等により事前調査しておき、それに基づき設定すればよい。
【００３３】
流路１１の一部の端部には、図２（ａ）に示すように、円形部１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）が形成され、かかる円形部１２が後記する送液口に接続され、試料等が供給されることとなる。
【００３４】
また、流路１１とは独立して、孔１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が設けられている。孔１３は、後記する裏面の流路１１に試料等を供給するための送液口との連絡孔として機能することとなる。円形部１２が設けられない流路１１の端は流路端１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ）として、シリコン基板１０の裏面１０ｂ側の他の流路端１４と接続するようになっている。
【００３５】
シリコン基板１０の裏面１０ｂ側にも、図２（ｂ）に示すように、流路１１が所定のパターンで形成され、流路端１２ａａ、１２ｂｂ、１２ｃｃ、１２ｄｄ、１３ａａ、１３ｂｂ、１３ｃｃ、１３ｄｄ、１４ｃｃ、１４ｄｄ、１４ｅｅ、１４ｆｆが形成されている。
【００３６】
このように表裏両面に流路１１等が形成されたシリコン基板１０には、図１に示すように、その表面１０ａ側には、ガラス板２０が陽極接合で高強度に接合される。かかるガラス板２０は、陽極接合する前に、図４に示すように、その表面２０ａに所定パターンで白金（Ｐｔ）２１が成膜され、併せて、かかる白金成膜にかかるように電極２２が成膜される。かかる白金２１、電極２２とで、温度検知手段としての温度センサが形成されることとなる。
【００３７】
かかる白金２１、電極２２の成膜は、シリコン基板１０の流路パターンの反応部として示した範囲上に位置するように設けられ、流路１１内の反応時の温度がより精緻に検出できるように構成されている。かかる成膜後、さらに、ガラス板２０の表面２０ａに、シリコン基板１０の表面１０ａ側の孔１３、及び流路端１４にそれぞれ符合した個所に、所定口径の孔２３、２４が設けられる。かかる孔２３、２４が開口された状態で、図３（ａ）のステップＳ５００、（ｆ）に示すように、ガラス板２０は、シリコン基板１０の表面１０ａ側に陽極接合されることとなる。
【００３８】
一方、ガラス板３０には、図５に示すように、その表面３０ａ側に、白金３１、電極３２用金属がそれぞれ成膜される。さらに、図５に示すように、発熱体としてのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜３３が成膜される。かかるＩＴＯ膜３３は、シリコン基板１０の裏面１０ｂ側に形成された流路１１の図２（ｂ）に示す反応部に対応した個所に積層時に位置するように符合させて成膜されている。ＩＴＯ膜３３には、図５に示すように、互い違いに所定間隔離してスリット３３ａが設けられている。また、白金３１と電極３２とで温度センサが形成されることとなる。
【００３９】
かかる構成のガラス板３０は、シリコン基板１０の裏面１０ｂ側に、図１に示すように、表面３０ａが外面側となるようにして陽極接合される。陽極接合後、電極３２にそれぞれリード線３４が半田接続される。かかるリード線３４、電極３２を介してＩＴＯ膜３３に電流を流すと、ＩＴＯ膜３３が発熱して、かかるＩＴＯ膜３３に対応して設けられているシリコン基板１０の裏面１０ｂ側の反応部が加熱され、流路１１が所定温度に温められることとなる。
【００４０】
一方、白金３１、電極３２とで構成された温度センサで、ＩＴＯ膜３３の発熱による加熱温度がリアルタイムに検知され、リード線３４で図示はしない温度制御盤に温度状況が電流値として送られ、予め設定した電流値を超えると、自動的にＩＴＯ膜３３への電流を低下させて温度制御を自動的に行うように構成されている。
【００４１】
ガラス板３０の上記構成のＩＴＯ膜３３による加熱手段でシリコン基板１０は温められるが、シリコン基板１０はガラス等に比べて比較的に熱伝導が良好で、ガラス板３０により裏面１０ｂ側が温められると、まもなくシリコン基板１０の表面１０ａ側も同様に温められることとなる。かかるシリコン基板１０の表面１０ａ側の温度は、ガラス板２０の表面２０ａ側に形成した前述の白金２１、電極２２とからなる温度センサによりリアルタイムに検知される。
【００４２】
検知されたシリコン基板１０の表面１０ａ側の温度は、電極２２に半田接続されたリード線２５で、図示はしない温度制御盤に温度状況が電流値として送られ、予め設定した電流値を超えると、自動的にＩＴＯ膜３３への電流を低下させて温度制御を自動的に行うように構成されている。
【００４３】
このようにして、本発明に係る積層チップ１００のシリコン基板１０の表裏両面に形成された流路１１の精緻な温度制御が、ガラス板３０に設けたＩＴＯ膜３３等からなる加熱手段、白金２１−電極２２の組合せからなる温度検知手段等により、行われることとなる。
【００４４】
次にシリコン基板１０の表裏に形成された流路１１の接続関係について、図２（ａ）、（ｂ）、図４、６を参照して説明する。尚、図６では、流路１１の立体的関係が分かりやすいように、ガラス板３０の構成は省いてある。また、シリコン基板１０と、ガラス板２０との相対的厚みも図における流路関係の分かりやすさを優先しており正確な比率を示すものではない。
【００４５】
図２（ａ）に示すシリコン基板１０の表面１０ａ側に形成された流路１１の円形部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、図６に示すように、シリコン基板１０内を貫通する孔ｈにより裏面１０ｂ側の流路端１２ａａ、１２ｂｂ、１２ｃｃ、１２ｄｄにそれぞれ連絡されている。
【００４６】
図２（ａ）に示す表面１０ａ側に形成された孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、図６に示すように、シリコン基板１０内を貫通する孔ｈにより裏面１０ｂ側の流路端１３ａａ、１３ｂｂ、１３ｃｃ、１３ｄｄにそれぞれ連絡されている。一方、図２（ａ）に示す孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、及び流路端１４ａ、１４ｂは、図４に示すように、ガラス板２０に設けた孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂに位置が符合し、孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂに設けるガラス管で形成される送液口に接続されることとなる。
【００４７】
図２（ａ）に示す流路端１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆは、図６に示すように、裏面１０ｂ側の流路端１４ｃｃ、１４ｄｄ、１４ｅｅ、１４ｆｆに、シリコン基板１０内を貫通する孔ｈによりそれぞれ連絡されている。図２（ａ）に示す流路端１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、１４ｊは、図４に示すガラス板２０に設けた孔２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆに位置が符合し、孔２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆに設けるガラス管で形成される排出口に接続されることとなる。
【００４８】
このようにシリコン基板１０の表裏に形成した流路１１は、シリコン基板１０内を貫通する孔ｈにより３次元的に接続され、流路１１のネットワークが形成されている。ガラス板２０に形成された孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂには、ガラス管５１が挿入接続されて、図１に示すように、送液口として試料供給口５２が形成されることとなる。一方、孔２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆには、ガラス管５３が挿入接続され、流路１１内を流れて反応した反応生成物が排出される排出口５４が形成されることとなる。
【００４９】
このように、本発明に係る積層チップ１００では、シリコン基板１０に、流路１１が立体的にネットワークを構成することで複数の反応チャンネルが形成されることとなり、複数の反応を一度に同時並行的に行わせることができる。かかる複数のチャンネルでの同時並行的な反応は、前述の如き精緻な温度制御により、所望の反応温度が保証された状態で行うことができる。さらに、ＩＣＰ加工を使用することで、流路１１間の構造上の不均一成が解消されて、流路１１間での実験誤差等が実質的に十分に抑えられた状態で反応が行われるようになっている。
【００５０】
本発明者は、生体内の酵素反応が、環境汚染物質によりどの程度の影響を受けるかを、本発明に係る積層チップ１００を用いて検証した。
【００５１】
酵素として、生化学工業株式会社から入手したキチナーゼｓｐＨ−８（２０００Ｕ／ｇ）を使用し、基質として、図７に示す構造の構造多糖キチンであるｐ−ニトロロフェニル トリ−Ｎアセチル−β−キトトリオシド（生化学工業株式会社から入手）を用いた。キチナーゼが正常に働く場合には、上記基質が加水分解される。しかし、環境汚染物質の影響で酵素活性が低下すると、かかる加水分解効率が低下することとなる。かかる酵素の反応は、反応温度に極めて敏感であり、精緻な温度制御が必要となる。
【００５２】
キチナーゼは、図８に模式的に示すように、植物やヒトを含む様々な生物が持っている酵素で、真菌類、昆虫等の主要な構造多糖であるキチンを加水分解する。そこで、キチナーゼが、体内に侵入した細菌等の細胞膜を溶解することで、細菌を殺し、感染防御ができることとなる。しかし、環境物質によりキチナーゼの酵素反応が阻害されると、かかる感染防御機能が十分に発揮できず、様々な疾病にかかる可能性が高くなる。
【００５３】
そこで、本発明者は、上記基質に対してのキチナーゼの酵素反応が、環境物質の一つである多環芳香族炭化水素（例えばアントラセン、ベンゾ[a]ピレンなど）で、どのような影響を受けるか調べた。かかる実験に際しては、キチナーゼ酵素阻害剤ＣＩ−４、アロサミジン、及び環境物質として多環芳香族炭化水素を同時並行的に調べた。
【００５４】
例えば、前記基質を試薬Ａとし、酵素キチナーゼを試薬Ｂとし、サンプル１としてキチナーゼ阻害剤、サンプル２としてアロサミジン、サンプル３としてＣＩ−４、サンプル４として多環芳香族炭化水素（ベンゾ[a]ピレン）を環境物質として、本発明に係る積層チップでその影響を調べた。
【００５５】
すなわち、図６に示す流路構成で、図示はしない供給口を介してガラス板２０の孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄからそれぞれ、サンプル１、２、３、４を供給した。併せて、図示はいない供給口を介して孔２４ａ、２４ｂから、試薬Ａ、試薬Ｂをそれぞれ供給した。実験条件としては、反応温度を３７±２℃に制御し、反応後、炭酸ナトリウムで反応を完了させた。この条件下で、キチナーゼの酵素反応を行わせた。
【００５６】
ガラス板２０の排出口に対応する孔２４ｃからはサンプル１と試薬Ａと試薬Ｂとの反応生成物が採取した。併せて、孔２４ｄからはサンプル２と試薬Ａと試薬Ｂとの反応生成物を採取した。孔２４ｅからはサンプル３と試薬Ａと試薬Ｂとの反応生成物を採取した。孔２４ｆからはサンプル４と試薬Ａと試薬Ｂとの反応生成物を採取した。このようにして、同時並行的に、複数の反応生成物が得られ、かかる反応生成物を質量分析することによって、サンプル１−４が試薬Ａと試薬Ｂの反応をどれだけ阻害しているかが分かる。
【００５７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５８】
例えば、前記実施の形態の説明では、シリコン基板の両面に積層したガラス板の一方の面に加熱手段として発熱体を設けたが、両方の面に加熱手段を設けても構わない。
【００５９】
本発明に係るチップは、前記実施の形態では、数センチ角の微小サイズのマイクロチップに構成した場合を例に挙げて説明したが、しかし、積層チップの大きさはかかるサイズにこだわることなく、大きなサイズの基板面に１ｍｍ以下の幅を有する本発明に係る構成を形成しても一向に構わない。
【００６０】
また、上記説明では、本発明に係る積層チップを、キチナーゼの生体内での環境物質の影響に関する実験を例に挙げて説明したが、本発明の適用はかかる生体内の酵素反応に限定されるものではなく、精緻な温度制御が必要とされる反応であれば、例えば、合成反応等にも当然に適用しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、温度制御を精緻に行う必要がある酵素反応等の反応分野で有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る積層チップの側面図である。
【図２】（ａ）は積層チップを構成するシリコン基板の表面側の流路形成パターンを示す平面図であり、（ｂ）はその裏面側の状況を示す平面図である。
【図３】（ａ）はシリコン基板への流路形成の手順を示すフロー図であり、（ｂ）〜（ｆ）は（ａ）に示す各ステップの内容を模式的に示す説明図である。
【図４】温度センサを有するガラス板の表面状況を示す平面図である。
【図５】加熱手段を有するガラス板の平面状況を示す平面図である。
【図６】シリコン基板の表裏両面に設けた流路の連絡関係を示す説明図である。
【図７】ｐ−ニトロロフェニル トリ−Ｎアセチル−β−キトトリオシドの化学構造を示す説明図である。
【図８】キチナーゼの酵素機能を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ シリコン基板
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１１ 流路
１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ） 円形部
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ） 孔
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 流路端
１４ｃｃ、１４ｄｄ、１４ｅｅ、１４ｆｆ 流路端
２０ ガラス板
２０ａ 表面
２１ 白金
２２ 電極
２３ 孔
２４ 孔
３０ ガラス板
３１ 白金
３２ 電極
３３ ＩＴＯ膜
４１ Ｃｒ膜
４２ フォトレジスト膜
１００ 積層チップ
ｈ 孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板上に化学物質を通す流路が１ｍｍ以下のμｍレベルの幅で形成されるマイクロチップ等のチップ技術に関し、特に、精度の高い温度制御が必要とされる酵素活性等の評価に適用して有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
以下に説明する技術は、本発明を完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
近年、基板上に幅１ｍｍ以下のμｍオーターの流路を形成し、かかる流路に化学物質を流すことで、マクロスケールで行う場合とは異なり、微量試料で、多種類の反応を、同時並行で、短時間で効率的に行う技術が提案されている。
【０００４】
かかる技術の中には、化学物質を通す流路が形成された基板を複数枚積層し、各層の流路を連絡することで、３次元的に流路の拡大を行う技術も提案されている。非特許文献１には、複数枚の積層構成とすることで、流路内で生成する化学反応物質の収量拡大も容易に行えることが示されている。
【０００５】
かかるマイクロチップを用いた反応でも当然に温度制御が求められ、従来の一般的な温度制御は、恒温槽内にマイクロチップごと所要時間放置して、マイクロチップ自体の温度が恒温槽内の温度と平衡して設定温度になるのを待つ方法であった。しかし、かかる手法では、反応温度を制御するのに時間と手間がかかり、反応状況に応じて温度を適宜に変更してその状況確認をするという温度制御は実質的に不可能に近かった。
【０００６】
温度制御に関しては、特許文献１に、ＩＴＯ膜をパターニングして加熱手段を形成し、さらに、別途蛇行線状にＩＴＯ膜をパターニングして温度センサとして構成する技術も提案されている。
【非特許文献１】Y.Kikutani、”Pile-up glass microreactor”Lab Chip、2002、2、p193-196
【特許文献１】特開平２００２−８５９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の如く、マイクロチップの温度制御はとして恒温槽に所定時間放置したり、あるいはガラス基板上にＩＴＯ膜を成膜して加熱手段、センサ手段として構成する等、種々の提案がなされている。しかし、いまだ十分に温度制御が行えないのが現状である。特に、生体内の酵素反応を調べるような場合には、酵素反応が極めて温度に鋭敏であるためより精度の高い温度制御が求められ、これまでの提案技術では十分とは言えなかった。
【０００８】
本発明者は、生体内の酵素反応が、環境汚染物質でどのような影響を受けるか試験を行うに当たって、微量試料で、多数の環境物質の影響を、同時並行的に短時間で調査すべく、複数積層型のマイクロチップの使用を考えた。しかし、これまでの提案の技術ではかかる複数積層型の構成では十分に精緻な温度制御が行えないことに気づいた。
【０００９】
本発明の目的は、積層型のマイクロチップを用いて化学反応を行わせるに際して、その温度制御を精度高く行うことにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
すなわち、本発明は、その表裏両面に、化学物質を通す１ｍｍ以下の幅の流路が形成された基板であって、前記流路は、前記基板を貫通する孔により連絡されている基板と、前記基板の表裏両面に接合して積層された第１および第２の板状体とからなり、前記第１および第２の板状体の少なくとも一方には、加熱手段と、温度検知手段とが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成において、前記加熱手段は、前記表裏両面の一方の面に積層される前記ガラス板にのみ設けられ、前記温度検知手段は、前記表裏両面の他方の面に積層される前記ガラス板に設けられていることを特徴とする。以上いずれかの構成において、前記加熱手段は、前記ガラス板に成膜された発熱体と電極とで構成され、前記電極を介して前記発熱体に電流を流すことで前記発熱体を温度調節可能に発熱させる手段であることを特徴とする。以上いずれかの構成において、前記加熱手段が設けられた前記ガラス板は、その板厚が、積層する前記シリコン基板、前記加熱手段を設けない前記ガラス板よりも薄く形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明では、以上いずれかの構成において、前記流路は、ＩＣＰ加工により形成されていることを特徴とする。マイクロチップ等のチップにおける流路形成に際しては、上記の如く、流路形成基板材料としてシリコン基板を用い、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いて加工することで、マイクロチップ内の流路構造の均一性を確保するようにした。
【００１５】
かかる加工方法を特に採用することで、複数形成される流路間の構造の欣一成が確保でき、さらに、チップ間の流路構成に関しての均一性を確保して、積層チップを用いた実験等における再現性の向上を図ることができる。
【００１６】
尚、本明細書では、流路の幅、深さがともに１ｍｍ以下のものを、特にマイクロチップと呼ぶこととし、単にチップと言う場合には、かかるマイクロチップをも含めて、マイクロチップサイズよりも大きなサイズのものも包含するものとする。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
本発明により、化学物質を通す１ｍｍ以下の幅の流路が形成されたシリコン基板を有する積層チップでの温度制御を精緻に行うことができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２０】
本発明は、反応の温度制御が精緻に行える積層チップに関する技術で、特に流路を熱伝導性の良好なシリコン等の材料よりなる基板に着目し、かかるシリコン等の基板にホウ珪酸ガラス等のガラス板よりなるガラス材を貼り合わせ、貼り合わせ手段を陽極接合や熱融着等の接合に着目し、このガラス板上に加熱手段と温度検知手段とを設けることで、精緻な温度制御を可能としたものである。
【００２１】
図１は、本発明にかかる積層チップの積層構造を示す説明図である。図１に示すように、本発明の積層チップ１００は、シリコン基板１０を間に挟んで、上にガラス板２０、下にガラス板３０を積層した構成を有している。図１に示す場合には、ガラス板２０と、シリコン基板１０とは同じ厚さに形成され、例えば１ｍｍに形成されている。ガラス板３０は、シリコン基板１０、ガラス板２０よりもかなり薄く形成され、図１に示す場合には、０．２ｍｍに形成されている。積層チップ自体の大きさも、例えば、３０ｍｍ×２４ｍｍ四方のマイクロチップサイズに形成されている。
【００２２】
ガラス板２０および３０の材料としては、たとえばホウ珪酸ガラスや石英ガラスを利用することができ、具体的には、一般にパイレックス（登録商標）という商品名で市販されているものを使用することができる。
【００２３】
シリコン基板１０とその表面１０ａ側に設けられるガラス板２０とは、陽極接合により高強度に接合されている。同様に、シリコン基板１０とその裏面１０ｂ側に設けられるガラス板３０とは、陽極接合により高強度に接合されている。接合方法として種々の手段が提案されているが、本発明者は実験で、温度制御を精緻に行うとの観点から、現行の種々の貼り合わせ手段の中では、この陽極接合が最適であることを見出した。
【００２４】
シリコン基板１０では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、その表面１０ａ側、裏面１０ｂ側の両面に、流路１１が形成されている。かかる流路１１は、シリコン基板１０に対してＩＣＰ加工を適用することで、高精度に形成されている。かかる表裏両面に形成された流路１１は、シリコン基板１０を上下に貫通する孔ｈ（図６参照）で連絡されている。
【００２５】
かかるシリコン基板１０への流路形成は、加工精度を重視した加工方法を採用して行った。例えば、図３に示すような作業手順で行われる。図３（ａ）は流路の形成手順を示しフロー図であり、（ｂ）〜（ｆ）は（ａ）に示す各ステップの内容を模式的に示す説明図である。
【００２６】
シリコン基板１０には、図３（ａ）のステップＳ１００で、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１０上に、スパッタリング等の手段で所定層厚にＣｒを堆積させてＣｒ膜４１を形成する。その後、Ｃｒ膜４１上に、感光性物質であるフォトレジストを所定層厚で塗布してフォトレジスト膜４２を形成する。
【００２７】
ステップＳ２００で、フォトリソグラフィーにより、シリコン基板１０上に流路１１のパターンを形成するマスクを作成する。すなわち、先ず、流路形成用のマスクを用意し、ステップＳ１００で形成したフォトレジスト膜４２上に、所定波長の光を露光する。その後、現像処理してフォトレジスト膜４２のパターニングを行う。かかるパターニングされたフォトレジスト膜４２をマスクとして、Ｃｒ膜４１をパターニングする。このようにして、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１０用のマスクを形成する。
【００２８】
ステップＳ３００で、ＩＣＰマルチビーム加工装置等を用いて、プラズマガスとしてＳＦ６を照射し、パターニングされたＣｒ膜４１を直接のマスクとして、シリコン基板１０をドライエッチングし、図３（ｄ）に示すように、流路１１に相当する溝を形成する。
【００２９】
ステップＳ４００で、図３（ｅ）に示すように、流路１１のマスクとして使用したフォトレジスト膜４２、Ｃｒ膜４１を除去する。このようにして、シリコン基板１０上に、流路間における実質的な不均一成がない流路を形成する。
【００３０】
流路形成用の基板としてシリコン基板１０を選択し、かかるシリコン基板１０にＩＣＰ加工で流路１１を形成することで、高精度で、アスペクト比の高い流路１１を、流路毎の不均一性が十分に抑制された状態で作成することが可能となった。ガラス基板にＩＣＰ加工を適用する場合よりも、あるいはシリコン基板１０に薬液でウエットエッチングする場合よりも、高精度に流路１１が形成される。
【００３１】
かかるステップＳ１００からステップＳ４００までの工程を、シリコン基板１０の表面１０ａ側、裏面１０ｂ側にそれぞれ適用することで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の表裏両面にパターンの異なる流路１１が形成されることとなる。
【００３２】
このようにしてシリコン基板１０の表裏両面に形成された流路１１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、蛇行状に曲がりくねったパターンに形成されている流路部分を有するが、かかる流路部分が、流路１１内に供給された化学物質が反応する反応部（図中、分かりやすいように実線の枠で囲って示した）である。かかる蛇行した反応部の流路長は、予め想定される化学反応に要する時間を、別途バッチ処理等により事前調査しておき、それに基づき設定すればよい。
【００３３】
流路１１の一部の端部には、図２（ａ）に示すように、円形部１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）が形成され、かかる円形部１２が後記する送液口に接続され、試料等が供給されることとなる。
【００３４】
また、流路１１とは独立して、孔１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が設けられている。孔１３は、後記する裏面の流路１１に試料等を供給するための送液口との連絡孔として機能することとなる。円形部１２が設けられない流路１１の端は流路端１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ）として、シリコン基板１０の裏面１０ｂ側の他の流路端１４と接続するようになっている。
【００３５】
シリコン基板１０の裏面１０ｂ側にも、図２（ｂ）に示すように、流路１１が所定のパターンで形成され、流路端１２ａａ、１２ｂｂ、１２ｃｃ、１２ｄｄ、１３ａａ、１３ｂｂ、１３ｃｃ、１３ｄｄ、１４ｃｃ、１４ｄｄ、１４ｅｅ、１４ｆｆが形成されている。
【００３６】
このように表裏両面に流路１１等が形成されたシリコン基板１０には、図１に示すように、その表面１０ａ側には、ガラス板２０が陽極接合で高強度に接合される。かかるガラス板２０は、陽極接合する前に、図４に示すように、その表面２０ａに所定パターンで白金（Ｐｔ）２１が成膜され、併せて、かかる白金成膜にかかるように電極２２が成膜される。かかる白金２１、電極２２とで、温度検知手段としての温度センサが形成されることとなる。
【００３７】
かかる白金２１、電極２２の成膜は、シリコン基板１０の流路パターンの反応部として示した範囲上に位置するように設けられ、流路１１内の反応時の温度がより精緻に検出できるように構成されている。かかる成膜後、さらに、ガラス板２０の表面２０ａに、シリコン基板１０の表面１０ａ側の孔１３、及び流路端１４にそれぞれ符合した個所に、所定口径の孔２３、２４が設けられる。かかる孔２３、２４が開口された状態で、図３（ａ）のステップＳ５００、（ｆ）に示すように、ガラス板２０は、シリコン基板１０の表面１０ａ側に陽極接合されることとなる。
【００３８】
一方、ガラス板３０には、図５に示すように、その表面３０ａ側に、白金３１、電極３２用金属がそれぞれ成膜される。さらに、図５に示すように、発熱体としてのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜３３が成膜される。かかるＩＴＯ膜３３は、シリコン基板１０の裏面１０ｂ側に形成された流路１１の図２（ｂ）に示す反応部に対応した個所に積層時に位置するように符合させて成膜されている。ＩＴＯ膜３３には、図５に示すように、互い違いに所定間隔離してスリット３３ａが設けられている。また、白金３１と電極３２とで温度センサが形成されることとなる。
【００３９】
かかる構成のガラス板３０は、シリコン基板１０の裏面１０ｂ側に、図１に示すように、表面３０ａが外面側となるようにして陽極接合される。陽極接合後、電極３２にそれぞれリード線３４が半田接続される。かかるリード線３４、電極３２を介してＩＴＯ膜３３に電流を流すと、ＩＴＯ膜３３が発熱して、かかるＩＴＯ膜３３に対応して設けられているシリコン基板１０の裏面１０ｂ側の反応部が加熱され、流路１１が所定温度に温められることとなる。
【００４０】
一方、白金３１、電極３２とで構成された温度センサで、ＩＴＯ膜３３の発熱による加熱温度がリアルタイムに検知され、リード線３４で図示はしない温度制御盤に温度状況が電流値として送られ、予め設定した電流値を超えると、自動的にＩＴＯ膜３３への電流を低下させて温度制御を自動的に行うように構成されている。
【００４１】
ガラス板３０の上記構成のＩＴＯ膜３３による加熱手段でシリコン基板１０は温められるが、シリコン基板１０はガラス等に比べて比較的に熱伝導が良好で、ガラス板３０により裏面１０ｂ側が温められると、まもなくシリコン基板１０の表面１０ａ側も同様に温められることとなる。かかるシリコン基板１０の表面１０ａ側の温度は、ガラス板２０の表面２０ａ側に形成した前述の白金２１、電極２２とからなる温度センサによりリアルタイムに検知される。
【００４２】
検知されたシリコン基板１０の表面１０ａ側の温度は、電極２２に半田接続されたリード線２５で、図示はしない温度制御盤に温度状況が電流値として送られ、予め設定した電流値を超えると、自動的にＩＴＯ膜３３への電流を低下させて温度制御を自動的に行うように構成されている。
【００４３】
このようにして、本発明に係る積層チップ１００のシリコン基板１０の表裏両面に形成された流路１１の精緻な温度制御が、ガラス板３０に設けたＩＴＯ膜３３等からなる加熱手段、白金２１−電極２２の組合せからなる温度検知手段等により、行われることとなる。
【００４４】
次にシリコン基板１０の表裏に形成された流路１１の接続関係について、図２（ａ）、（ｂ）、図４、６を参照して説明する。尚、図６では、流路１１の立体的関係が分かりやすいように、ガラス板３０の構成は省いてある。また、シリコン基板１０と、ガラス板２０との相対的厚みも図における流路関係の分かりやすさを優先しており正確な比率を示すものではない。
【００４５】
図２（ａ）に示すシリコン基板１０の表面１０ａ側に形成された流路１１の円形部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、図６に示すように、シリコン基板１０内を貫通する孔ｈにより裏面１０ｂ側の流路端１２ａａ、１２ｂｂ、１２ｃｃ、１２ｄｄにそれぞれ連絡されている。
【００４６】
図２（ａ）に示す表面１０ａ側に形成された孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、図６に示すように、シリコン基板１０内を貫通する孔ｈにより裏面１０ｂ側の流路端１３ａａ、１３ｂｂ、１３ｃｃ、１３ｄｄにそれぞれ連絡されている。一方、図２（ａ）に示す孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、及び流路端１４ａ、１４ｂは、図４に示すように、ガラス板２０に設けた孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂに位置が符合し、孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂに設けるガラス管で形成される送液口に接続されることとなる。
【００４７】
図２（ａ）に示す流路端１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆは、図６に示すように、裏面１０ｂ側の流路端１４ｃｃ、１４ｄｄ、１４ｅｅ、１４ｆｆに、シリコン基板１０内を貫通する孔ｈによりそれぞれ連絡されている。図２（ａ）に示す流路端１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、１４ｊは、図４に示すガラス板２０に設けた孔２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆに位置が符合し、孔２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆに設けるガラス管で形成される排出口に接続されることとなる。
【００４８】
このようにシリコン基板１０の表裏に形成した流路１１は、シリコン基板１０内を貫通する孔ｈにより３次元的に接続され、流路１１のネットワークが形成されている。ガラス板２０に形成された孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂには、ガラス管５１が挿入接続されて、図１に示すように、送液口として試料供給口５２が形成されることとなる。一方、孔２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆには、ガラス管５３が挿入接続され、流路１１内を流れて反応した反応生成物が排出される排出口５４が形成されることとなる。
【００４９】
このように、本発明に係る積層チップ１００では、シリコン基板１０に、流路１１が立体的にネットワークを構成することで複数の反応チャンネルが形成されることとなり、複数の反応を一度に同時並行的に行わせることができる。かかる複数のチャンネルでの同時並行的な反応は、前述の如き精緻な温度制御により、所望の反応温度が保証された状態で行うことができる。さらに、ＩＣＰ加工を使用することで、流路１１間の構造上の不均一成が解消されて、流路１１間での実験誤差等が実質的に十分に抑えられた状態で反応が行われるようになっている。
【００５０】
本発明者は、生体内の酵素反応が、環境汚染物質によりどの程度の影響を受けるかを、本発明に係る積層チップ１００を用いて検証した。
【００５１】
酵素として、生化学工業株式会社から入手したキチナーゼｓｐＨ−８（２０００Ｕ／ｇ）を使用し、基質として、図７に示す構造の構造多糖キチンであるｐ−ニトロロフェニル トリ−Ｎアセチル−β−キトトリオシド（生化学工業株式会社から入手）を用いた。キチナーゼが正常に働く場合には、上記基質が加水分解される。しかし、環境汚染物質の影響で酵素活性が低下すると、かかる加水分解効率が低下することとなる。かかる酵素の反応は、反応温度に極めて敏感であり、精緻な温度制御が必要となる。
【００５２】
キチナーゼは、図８に模式的に示すように、植物やヒトを含む様々な生物が持っている酵素で、真菌類、昆虫等の主要な構造多糖であるキチンを加水分解する。そこで、キチナーゼが、体内に侵入した細菌等の細胞膜を溶解することで、細菌を殺し、感染防御ができることとなる。しかし、環境物質によりキチナーゼの酵素反応が阻害されると、かかる感染防御機能が十分に発揮できず、様々な疾病にかかる可能性が高くなる。
【００５３】
そこで、本発明者は、上記基質に対してのキチナーゼの酵素反応が、環境物質の一つである多環芳香族炭化水素（例えばアントラセン、ベンゾ[a]ピレンなど）で、どのような影響を受けるか調べた。かかる実験に際しては、キチナーゼ酵素阻害剤ＣＩ−４、アロサミジン、及び環境物質として多環芳香族炭化水素を同時並行的に調べた。
【００５４】
例えば、前記基質を試薬Ａとし、酵素キチナーゼを試薬Ｂとし、サンプル１としてキチナーゼ阻害剤、サンプル２としてアロサミジン、サンプル３としてＣＩ−４、サンプル４として多環芳香族炭化水素（ベンゾ[a]ピレン）を環境物質として、本発明に係る積層チップでその影響を調べた。
【００５５】
すなわち、図６に示す流路構成で、図示はしない供給口を介してガラス板２０の孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄからそれぞれ、サンプル１、２、３、４を供給した。併せて、図示はいない供給口を介して孔２４ａ、２４ｂから、試薬Ａ、試薬Ｂをそれぞれ供給した。実験条件としては、反応温度を３７±２℃に制御し、反応後、炭酸ナトリウムで反応を完了させた。この条件下で、キチナーゼの酵素反応を行わせた。
【００５６】
ガラス板２０の排出口に対応する孔２４ｃからはサンプル１と試薬Ａと試薬Ｂとの反応生成物が採取した。併せて、孔２４ｄからはサンプル２と試薬Ａと試薬Ｂとの反応生成物を採取した。孔２４ｅからはサンプル３と試薬Ａと試薬Ｂとの反応生成物を採取した。孔２４ｆからはサンプル４と試薬Ａと試薬Ｂとの反応生成物を採取した。このようにして、同時並行的に、複数の反応生成物が得られ、かかる反応生成物を質量分析することによって、サンプル１−４が試薬Ａと試薬Ｂの反応をどれだけ阻害しているかが分かる。
【００５７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５８】
例えば、前記実施の形態の説明では、シリコン基板の両面に積層したガラス板の一方の面に加熱手段として発熱体を設けたが、両方の面に加熱手段を設けても構わない。
【００５９】
本発明に係るチップは、前記実施の形態では、数センチ角の微小サイズのマイクロチップに構成した場合を例に挙げて説明したが、しかし、積層チップの大きさはかかるサイズにこだわることなく、大きなサイズの基板面に１ｍｍ以下の幅を有する本発明に係る構成を形成しても一向に構わない。
【００６０】
また、上記説明では、本発明に係る積層チップを、キチナーゼの生体内での環境物質の影響に関する実験を例に挙げて説明したが、本発明の適用はかかる生体内の酵素反応に限定されるものではなく、精緻な温度制御が必要とされる反応であれば、例えば、合成反応等にも当然に適用しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、温度制御を精緻に行う必要がある酵素反応等の反応分野で有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る積層チップの側面図である。
【図２】（ａ）は積層チップを構成するシリコン基板の表面側の流路形成パターンを示す平面図であり、（ｂ）はその裏面側の状況を示す平面図である。
【図３】（ａ）はシリコン基板への流路形成の手順を示すフロー図であり、（ｂ）〜（ｆ）は（ａ）に示す各ステップの内容を模式的に示す説明図である。
【図４】温度センサを有するガラス板の表面状況を示す平面図である。
【図５】加熱手段を有するガラス板の平面状況を示す平面図である。
【図６】シリコン基板の表裏両面に設けた流路の連絡関係を示す説明図である。
【図７】ｐ−ニトロロフェニル トリ−Ｎアセチル−β−キトトリオシドの化学構造を示す説明図である。
【図８】キチナーゼの酵素機能を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ シリコン基板
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１１ 流路
１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ） 円形部
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ） 孔
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 流路端
１４ｃｃ、１４ｄｄ、１４ｅｅ、１４ｆｆ 流路端
２０ ガラス板
２０ａ 表面
２１ 白金
２２ 電極
２３ 孔
２４ 孔
３０ ガラス板
３１ 白金
３２ 電極
３３ ＩＴＯ膜
４１ Ｃｒ膜
４２ フォトレジスト膜
１００ 積層チップ
ｈ 孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表裏両面に、化学物質を通す１ｍｍ以下の幅の流路が形成された基板であって、前記流路は、前記基板を貫通する孔により連絡されている基板と、
前記基板の表裏両面に接合して積層された第１および第２の板状体とからなり、
前記第１および第２の板状体の少なくとも一方には、加熱手段と、温度検知手段とが設けられていることを特徴とする積層チップ。
【請求項２】
請求項１記載の積層チップにおいて、
前記基板は、シリコン基板よりなることを特徴とする積層チップ。
【請求項３】
請求項１または２記載の積層チップにおいて、
前記第１および第２の板状体は、ホウ珪酸ガラスよりなることを特徴とする積層チップ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記第１および第２の板状体は、陽極接合により前記基板に接合して積層されていることを特徴とする積層チップ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記加熱手段は、前記表裏両面の一方の面に積層される前記板状体にのみ設けられ、
前記温度検知手段は、前記表裏両面の他方の面に積層される前記板状体に設けられていることを特徴とする積層チップ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記加熱手段は、前記板状体に成膜された発熱体と電極とで構成され、前記電極を介して前記発熱体に電流を流すことで前記発熱体を温度調節可能に発熱させる手段であることを特徴とする積層チップ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記加熱手段が設けられた前記板状体は、その板厚が、積層する前記基板、前記加熱手段を設けない前記板状体よりも薄く形成されていることを特徴とする積層チップ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記流路は、ＩＣＰ加工により形成されていることを特徴とする積層チップ。
【請求項１】
その表裏両面に、化学物質を通す１ｍｍ以下の幅の流路が形成された基板であって、前記流路は、前記基板を貫通する孔により連絡されている基板と、
前記基板の表裏両面に接合して積層された第１および第２の板状体とからなり、
前記第１および第２の板状体の少なくとも一方には、加熱手段と、温度検知手段とが設けられていることを特徴とする積層チップ。
【請求項２】
請求項１記載の積層チップにおいて、
前記基板は、シリコン基板よりなることを特徴とする積層チップ。
【請求項３】
請求項１または２記載の積層チップにおいて、
前記第１および第２の板状体は、ホウ珪酸ガラスよりなることを特徴とする積層チップ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記第１および第２の板状体は、陽極接合により前記基板に接合して積層されていることを特徴とする積層チップ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記加熱手段は、前記表裏両面の一方の面に積層される前記板状体にのみ設けられ、
前記温度検知手段は、前記表裏両面の他方の面に積層される前記板状体に設けられていることを特徴とする積層チップ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記加熱手段は、前記板状体に成膜された発熱体と電極とで構成され、前記電極を介して前記発熱体に電流を流すことで前記発熱体を温度調節可能に発熱させる手段であることを特徴とする積層チップ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記加熱手段が設けられた前記板状体は、その板厚が、積層する前記基板、前記加熱手段を設けない前記板状体よりも薄く形成されていることを特徴とする積層チップ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層チップにおいて、
前記流路は、ＩＣＰ加工により形成されていることを特徴とする積層チップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３２６４７４（Ｐ２００６−３２６４７４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５２７９８（Ｐ２００５−１５２７９８）
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（５９２１８７０４０）フォトプレシジョン株式会社 (2)
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【出願人】（５９８１６００２９）
【出願人】（５０５１９４２７３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（５９２１８７０４０）フォトプレシジョン株式会社 (2)
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【出願人】（５９８１６００２９）
【出願人】（５０５１９４２７３）
【Ｆターム（参考）】
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