JP4520166B2 - 樹脂製マイクロチャネル基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、濾過・分級またはエマルションの製造に適した樹脂製マイクロチャネル基板、その製造方法、並びに濾過・分級方法、及びエマルションの製造方法に関する。

粒子の濾過・分級或いはエマルションの製造のためのミリポア、ニュークリアフィルタ等のフィルタ膜が用いられているが、これらフィルタ膜におけるポアの形状およびサイズは均一でないため、分離能や作製されるエマルションの粒子サイズの均一性等の性能が不十分である。また、濾過・分級の過程、またはエマルションの製造過程は直接観察できないため、ポアの閉塞や狭小化等のフィルタ膜の性能劣化等は、圧損の増加や、作製物のサイズの変化等から間接的にしか把握できない。

そこで、上記の不具合を無くすため、フォトリソグラフ法によってシリコン基板上にパターンニングを行い、ウェット、又はドライエッチング法によりシリコン基板上に溝を微細加工する半導体微細加工技術によってマイクロチャネル基板を製造し、これを濾過・分級またはエマルション製造等に用いることが提案されている。

この技術によって、微細流路の形状、サイズを均一化することができ、また透明板を介して流路内の実際の流れを直接観察することが可能になるとともに、微細流路の径と長さの比、間隔、出入り口の形状等を目的に合わせてデザインすることも可能になった。

微細流路の形状及びサイズの均一性、直接観察可能という利点を保ちつつ、一度に処理できる量を増やし、実用性を高めることが提案されている。微細流路の数を増加させるために、複数の基板の向きを揃えて密着状に積み重ね、密着面に多数の微細な流路を形成するような積層マイクロチャネルアレイ装置が開発されている。（特許文献１参照）

しかしながら、ウェット又はドライエッチング法によりシリコン基板上に溝を微細加工する半導体微細加工技術には、１）シリコン基板の材料コストが高価である、２）１枚毎にフォトリソグラフを行うため加工費が高価となる、３）１枚毎の微細流路の寸法精度にバラツキを生じる、４）アルカリ耐性が低いなどの実用面での問題が存在している。
特開平１１−１６５０６２号公報

本発明が解決しようとする課題は、濾過・分級またはエマルションの製造に適した樹脂製マイクロチャネル基板、その製造方法、並びに濾過・分級方法、及びエマルションの製造方法を提供することである。

上記の課題を解決する本発明は、樹脂基板の表面に、液体供給口に連通する凹部と、この凹部と接しかつ表面に多数の微細な溝を備えた土手部とが形成されるとともに、この基板の表面を蓋となる平板と密着させた状態で、前記土手部の溝によって前記凹部内と凹部外とを連通する微細な流路が形成されるようにした樹脂製マイクロチャネル基板であり、前記微細な流路の幅及び高さがそれぞれ１〜３００μｍの範囲内であり、かつ、該流路の幅と高さの比が１：２０〜２０：１の範囲内であることを特徴とする樹脂製マイクロチャネル基板である。

上記の課題を解決する本発明は、樹脂基板の表面に、液体供給口に連通する凹部と、この凹部と接しかつ表面に多数の微細な溝を備えた土手部とが形成されるとともに、この基板の表面を蓋となる平板と密着させた状態で、前記土手部の溝によって前記凹部内と凹部外とを連通する微細な流路が形成されるようにした樹脂製マイクロチャネル基板であり、前記微細な流路の幅及び高さがそれぞれ１〜３００μｍの範囲内であり、かつ、該流路の幅と高さの比が１：２０〜２０：１の範囲内であり、前記土手部の表面に備えた多数の溝の端部角度が、７０°以下であることを特徴とする樹脂製マイクロチャネル基板である。

そして更に、マイクロチャネル基板の土手部の表面に備えた多数の溝の端部角度が９０°以下であること、又は多数の溝に微細な凹凸パターン有することで、均一な粒子径を有するエマルションを製造することが可能となる。

そして更に、多数の溝に微細な凹凸パターン有することで、均一な粒子径を有するエマルションを製造することが可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に係るエマルションの製造方法は、液体供給口に連通する凹部と、この凹部と接し、かつ、表面に多数の微細な溝を備えた土手部が形成され、この基板の表面を蓋となる平板と密着させた状態で、前記土手部の溝によって前記凹部内と凹部外を連通する微細な流路が形成されるようにした樹脂製マイクロチャネル基板において、前記流路を通して、第１の液体を、前記凹部内から凹部外に送り出し、凹部外に供給されかつ前記第１の液体に溶け合わない第２の液体中に分散させるようにしたものである。

この際、前記基板の表面を、蓋となる透明な平板と密着させることによって、前記透明な平板を通して、少なくとも一部の流路のエマルション作製過程を光学的に観察しつつエマルションの製造を行えば、エマルションの製造の制御を適切に行える。同様に、マイクロチャネル基板による濾過・分級においても、光学的に観察しつつ濾過・分級を行えば、濾過・分級の制御を適切に行える。

粒子の濾過・分級、或いはエマルションの製造に従来使用されてきたミリポア、ニュークリポア等のフィルタ膜においては、ポア形状、サイズが均一でないため、分離能や作製されるエマルションの粒子サイズの均一性等の性能が不十分であったのに対し、スタンパーを使用した成形法による樹脂製マイクロチャネル基板は、多数の微細な溝を備えた土手部を高精度、かつ低コストで再現することができるため、分離能や作製されるエマルションの均一性等の性能を満足することが可能となる。

前記第１の液体を、流路を通して、前記凹部外に供給されかつ前記第１の液体に溶け合わない第２の液体中に分散させる際、エマルションの粒子サイズの均一性は、前記第１の液体と樹脂製マイクロチャネル基板とのぬれ性の差によって決定される。

油中水単分散微粒子の製造では、前記第１の液体が水となり、前期第２の液体が油となる。この場合、エマルションの粒子サイズの均一性を実現するには、樹脂製マイクロチャネル基板表面の水に対する接触角が大きいことが必要である。例えば、樹脂製マイクロチャネル基板の材料として、ポリメチルメタクリレートを使用した場合、基板表面の水に対する接触角は６８°であり、樹脂製マイクロチャネル基板と水とのぬれ性の差によって、エマルションの粒子サイズの均一性を実現することが容易となる。同様に、他の熱可塑性樹脂を、樹脂製マイクロチャネル基板材料とした場合、樹脂製マイクロチャネル基板と水とのぬれ性の差は大きく、粒子サイズが均一性な油中水単分散微粒子を実現することが可能である。

水中油単分散微粒子の製造では、前記第１の液体が油となり、前期第２の液体が水となる。この場合、エマルションの粒子サイズの均一性を実現するには、樹脂製マイクロチャネル基板表面の水に対する接触角を小さくすることが必要となる。ポリメチルメタクリレートに代表される一般に使用される熱可塑性樹脂においては、通常水に対する接触角が比較的大きい（例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂は約６８°、ポリカーボネート樹脂は約７０°、ポリスチレン樹脂は８４°）ため、接触角を小さく、５°以上６０°以下とすることが必要となる。

プラスチック表面のぬれ性を改質する技術は、化学的処理技術、物理的処理技術に大別される。化学的処理技術としては、薬品処理、溶剤処理、カップリング剤処理、モノマーコーティング、ポリマーコーティング、蒸気処理、表面グラフト化、電気化学的処理等があげられる。物理的処理技術としては、紫外線照射処理、プラズマ接触処理、プラズマジェット処理、プラズマ重合処理、イオンビーム処理、機械的処理等があげられる。

前記改質技術のなかには、熱可塑性樹脂表面の親水化に加え、例えば接着性も発現することを特徴としている技術がある。樹脂製マイクロチャネル基板の、多数の微細な溝形状を保持させるのに好ましくない場合も想定されるため、必要とされる接触角に応じて適宜改質技術を選択していくことが必要である。

また、物理的処理技術のなかで、プラズマ処理、なかでもスパッタ処理を選択する場合は、耐熱温度として６０℃〜１１０℃程度が必要であることから、１）それ以上のガラス転移温度を有する、例えば、ポリカーボネート等を選択する、２）スパッタ処理時間を短くする（膜厚を薄くする）等の条件を選択することが重要である。

熱可塑性樹脂の親水化において、必要とされる耐熱温度が低く、ガラス転移温度が１００℃のポリメチルメタクリレートに適用が可能な方法として、紫外線処理、なかでもエキシマＵＶ処理があげられる。エキシマＵＶ処理は、アルゴン、クリプトン、キセノン等の放電ガスを使用したエキシマランプを使用して、発光中心波長１２０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲の紫外線を照射する。高エネルギーの紫外線を照射することによって、樹脂表面の分子は解離され、軽い水素原子が容易に引き抜かれることにより、親水性の高いＯＨ等の官能基が形成され、表面のぬれ性を高くするものである。この方法は、紫外線の露光量の増加に伴い親水性が高くなると同時に、接着力が増大して多数の微細な溝形状を保持させるのに好ましくない場合も想定されるため、必要とされる接触角に応じて適宜露光量を選択していくことが必要である。

水中油単分散微粒子の製造において、均一な粒子サイズのエマルションを得るため、樹脂製マイクロチャネル基板表面の水に対する接触角は、５°以上６０°以下が好ましく、１０°以上５０°以下がより好ましい。この範囲以外は、樹脂製マイクロチャネル基板表面と分散相となる油のぬれにより、微細な流路を通過しても油が単離しなくなり、均一な粒子径を有するエマルジョンが得られなくなる。均一な粒子径を有するエマルションを作製し、その利用効率を最大限高めるためには前記範囲内の接触角を有することが好ましい。

作製されるエマルジョンの粒子径は、微細な流路の寸法によっても左右される。すなわち、大きな粒子径を得ようとすれば、流路の幅、深さを大きくすることが必要となり、逆に小さな粒子径を得るには、流路の幅、深さを小さくすることが必要となる。必要とされる粒子径に応じて、適宜設定していくことが必要である。スタンパーを使用した成形法は、必要とされる粒子径に応じ、各種寸法の異なるスタンパーを作製することで、精度を満足し、かつ大量の樹脂製マイクロチャネル基板を安価に製造することができる点で優れている。

また、作製される流路の最小単位は、例えば、スタンパーを作製する際の露光工程において、ステッパーと呼ばれる縮小露光機を使用するなどして、幅１μｍ以下の流路を作製することは可能であるが、露光に使用するマスクが高額となることが予測されるため、作製コストと用途を検討したうえで選択することが好ましい。

流路の長さは、分散相として使用する相の粘度に応じて設定することが望ましい。すなわち、流路が長すぎると、粘度の高い材料を液送するのに高い圧力が必要となり、逆に短すぎると、液送圧力が低いために液送速度を制御するのが難しくなることが予測されるため、使用する材料の粘度に応じて適宜選択することが望ましい。

土手部の表面に備えた多数の溝の端部形状については、深さ方向は可能な限り矩形に近く、上面から観察したときの端部の角度が９０°以下であることが好ましい。分散相が流路を通り、均一な粒子径となって分散するには、流路と分散相とのぬれ性の差をより高めるために、上面からの形状が９０°以下であることがこのましく、７０°以下であることがより好ましい。９０°以下とすることにより、分散相が流路の出口周辺に接する面積を少なくすることができ、均一な粒子径となって分散することが可能となる。

特に、上面からの形状を９０°以下とすることで、分散相と流路とのぬれ性の差が小さい組み合わせにおいても、均一な粒子径となって分散させることが可能となる。また、分散相の送液圧力が高く、送液速度が早いために粒子の分散が困難な条件下においても、均一な粒子径を得ることが可能となる。

土手部の表面に備えた多数の溝に、微細な凹凸パターンを有することによっても、前記と同様の効果が期待できる。特に、流路の端部に、微細な凹凸パターンを有することによってより効果が期待できる。また、微細な凹凸パターンを有することにより、粒子の作製効率向上も期待できる。流路に微細な凹凸を形成することにより、流体内に流速変化が発生し、粒子の単離を促進させることが期待される。微細な凹凸パターンの形成数、及び配置箇所は、限定されるものではなく、流路の幅、深さ、必要とされる粒子作製効率によって適宜選択することが必要である。

また、流路の底部に微細な凹凸パターンを溝状に形成させることによっても、粒子の作製効率向上が期待できる。分散相が流路を通過する際、流路の底部の微細な凹凸パターンにより、分散相と微細な凹凸パターンの隙間に、例えば空気が介在することにより、粒子を単離させる効果が期待される。

また、作製される微細な凹凸パターンの最小単位は、例えば、スタンパーを作製する際の露光工程において、ステッパーと呼ばれる縮小露光機を使用するなどして、幅１μｍ以下の微細な凹凸パターンを作製することは可能であるが、露光に使用するマスクが高額となることが予測されるため、作製コストと用途を検討したうえで選択することが好ましい。

樹脂製マイクロチャネル基板の向きを揃えて密着状に積み重ね、密着面に多数の微細な流路を形成することで、均一な粒子径を有するエマルションの作製効率を飛躍的に高めることが可能となる。樹脂製マイクロチャネル基板を１０枚積み重ねるだけで、１０倍の効率向上が期待でき、該基板の厚さが１ｍｍ場合、その積み重ねた寸法は１ｃｍと極めてコンパクトである。

分散相となる液体を供給するため、樹脂製マイクロチャネル基板の凹部内に貫通穴を作製することにより、複数の基板を密着させて積み重ねた際、各基板の凹部同士が貫通穴によって連通状態となり、シンプルな形態にすることができる。

また、前記複数の基板のうち、所定側の一番端の基板の表面側が密着する部分を透明板にすれば、透明板を通して流路を直接観察することができ適切な処置がとれる。

樹脂製マイクロチャネル基板を積み重ねて使用する際、各基板の位置合わせを行う方法として、該基板の表面、裏面に凹凸パターンを形成することで、重ね合わせ時に位置精度よく密着させる方法、該基板の外形端部を治具により固定化する方法、貫通穴に位置決めピンを用いて固定する方法、ＣＣＤカメラ、レーザー系の光学装置を用いて観察、位置調整する方法等があげられる。

基板上にレジストによりパターン形成するステップと、前記基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって金属を付着し、金属構造体を形成するステップと、前記金属構造体を使用して、樹脂製マイクロチャネル基板を形成するステップについて説明する。

本形態の樹脂製マイクロチャネル基板は、
（ａ）基板上への第１レジスト層の形成
（ｂ）基板とマスクＡとの位置合わせ
（ｃ）マスクＡを用いた第１レジスト層の露光
（ｄ）第１レジスト層の熱処理
（ｅ）第１レジスト層上への第２レジスト層の形成
（ｆ）基板とマスクＢとの位置合わせ
（ｇ）マスクＢを用いた第２レジスト層の露光
（ｈ）第２レジスト層の熱処理
（ｉ）レジスト層の現像
を行い、所望のレジストパターンを形成する。

さらに、形成されたレジストパターンにしたがって、基板上に金属構造体をメッキにより堆積させる。この金属構造体を型として、樹脂成形品を形成することによって、樹脂製マイクロチャネル基板が製造される。

レジストパターン形成処理について更に詳細に説明する。基板上に、例えば、深さ２０μｍの微細な溝と深さ８０μｍの凹部を得ようとした場合、第１レジスト層（厚さ８０μｍ）、第２レジスト層（厚さ２０μｍ）順に形成し、各層に露光、または露光、熱処理を行う。

現像工程では、最初に第２レジスト層である深さ２０μｍのパターンが得られ、次に第１レジスト層と第２レジスト層を合わせた深さ８０μｍのパターンが得られる。深さ８０μｍのパターンが得られた時点で、第２レジスト層である深さ２０μｍのパターンを現像液に溶解、または変形させないためには、各層の現像液への溶解性を制御させることが要求される。スピンコート方式によりレジスト層を形成する場合、第２レジスト層のベーク（溶剤の乾燥）時間を調整することによって、耐アルカリ性を発現させることが可能である。

光分解型のポジ型レジストを用いて、耐アルカリ性を発現させる方法の一つとして、ベーク時間（溶剤の乾燥時間）を長くし、レジストを硬化させることがあげられる。通常、レジストは膜厚、シンナー等の溶剤濃度、および感度に応じてベーク時間を設定している。この時間を長くすることによって耐アルカリ性を持たせることが可能となる。

また、第１レジスト層のベークが進行しすぎると、レジストが極度に硬化し、後の現像において光が照射された部分を溶解させパターンを形成することが困難になることから、ベーク時間を短くする等、適宜選択することが好ましい。ベークに用いる装置は、溶剤を乾燥できれば特に限定されるものではなく、オーブン、ホットプレート、熱風乾燥機等があげられる。

光架橋型のネガ型レジストと比較して、耐アルカリ性の発現幅は制限されるため、設定するレジスト厚さは、各層を合わせて５〜２００μｍの範囲内が好ましく、１０〜１００μｍの範囲内であることがより好ましい。光架橋型のネガ型レジストを用いて耐アルカリ性を発現させる方法として、ベーク時間の最適化の他に、架橋密度の最適化があげられる。通常、ネガ型レジストの架橋密度は、露光量によって設定することが可能である。化学増幅系ネガ型レジストの場合、露光量および熱処理時間によって設定することが可能である。この露光量、または熱処理時間を長くすることによって、耐アルカリ性を発現させることが可能となる。光架橋型のネガ型レジストの場合、設定するレジスト厚さは、各層を合わせて５〜５００μｍの範囲内が好ましく、１０〜３００μｍの範囲内であることがより好ましい。

（ａ）基板１上への第１レジスト層２の形成について説明する。図１（ａ）に基板１上に第１レジスト層２が形成された状態を示す。成形品形成ステップで得られる細胞培養プレートの平面度は、基板１上へ第１レジスト層２を形成する工程にて決定づけられる。すなわち、基板１上に第１レジスト層２を形成した時点の平面度が金属構造体、ひいては細胞培養プレートの平面度に反映される。

基板１上に第１レジスト層２を形成する方法は何ら限定されないが、一般的にスピンコート方式、ディッピング方式、ロール方式、ドライフィルムレジストの貼り合わせ等を挙げることができる。なかでも、スピンコート方式は、回転しているガラス基板上にレジストを塗布する方法で、直径３００ｍｍを超えるガラス基板にレジストを高い平面度で塗布する利点がある。従って、高い平面度を実現できる観点から、スピンコート方式が好ましく用いられる。

第１レジスト層２として用いられるレジストにはポジ型レジスト、ネガ型レジストの２種類がある。いずれも、レジストの感度、露光条件により、レジストの焦点深度が変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値をレジスト厚さ、感度に応じて種類を選択するのが望ましい。用いるレジストがウェットレジストの場合、例えばスピンコート方式で所定のレジスト厚さを得るには、スピンコート回転数を変更する方法と、粘度調整する方法がある。

スピンコート回転数を変更する方法は、スピンコーターの回転数を設定することによって所望のレジスト厚さを得るものである。粘度調整する方法は、レジスト厚さが厚い場合、又は塗布面積が大きくなると平面度が低下することが懸念されるため、実際使用上で要求される平面度に応じて粘度を調整するものである。

例えばスピンコート方式の場合、１回で塗布するレジスト層の厚さは、高い平面度を保持することを考慮し、好ましくは１０〜５０μｍ、さらに好ましくは、２０〜５０μｍの範囲内であることが望ましい。高い平面度を保持したうえで、所望のレジスト層の厚さを得るためには、複数のレジスト層を形成することができる。

第１レジスト層２にポジ型レジストを使用した場合、ベーク時間（溶剤の乾燥）が過度に進行しすぎると、レジストが極度に硬化し、後の現像においてパターンを形成することが困難になることから、設定するレジスト厚さが１００μｍ以上でない場合、ベーク時間を短くする等、適宜選択することが好ましい。

（ｂ）基板１とマスクＡ３との位置合わせについて説明する。第１レジスト層のパターンと、第２レジスト層のパターンにおける位置関係を所望の設計通りにするためには、マスクＡ３を用いた露光時に、正確な位置合わせを行うことが必要となる。位置合わせには、基板１とマスクＡ３の同位置に切削加工を施しピン固定する方法、レーザー干渉計を用い位置だしする方法、基板１とマスクＡ３の同位置に位置マークを作製、光学顕微鏡で位置合わせをする方法等があげられる。

光学顕微鏡で位置合わせをする方法は、例えば、フォトリソグラフ法にて基板に位置マークを作製し、マスクＡ３にはレーザー描画装置で位置マークを描画する。光学顕微鏡を用いた手動操作においても、５μｍ以内の精度が簡単に得られる点で有効である。

（ｃ）マスクＡ３を用いた第１レジスト層２の露光について説明する。図１（ｂ）に示される工程で使用するマスクＡ３は何ら限定されないが、エマルジョンマスク、クロムマスク等を挙げることが出来る。レジストパターン形成ステップでは、使用するマスクＡによって寸法、および精度が左右される。そして、その寸法、および精度は、樹脂成形品にも反映される。したがって、ナノ、マイクロ構造細胞培養プレートの各寸法、および精度を所定のものとするためには、マスクＡの寸法、および精度を規定する必要がある。マスクＡの精度を高める方法は何ら限定しないが、例えば、マスクＡ３のパターン形成に使用するレーザー光源をより波長の短いものに変えることを挙げることができるが、設備費用が高額であり、マスクＡ３の製作費が高額となるため、ナノ、マイクロ構造細胞培養プレートが実用的に要求される精度に応じて適宜規定するのが望ましい。

マスクＡ３の材質は温度膨張係数、ＵＶ透過吸収性能の面から石英ガラスが好ましいが比較的高価であるため、樹脂成形品が実用的に要求される精度に応じて適宜規定するのが望ましい。

設計通りの所望の深さ、または高さが異なる構造体、または第１レジストパターンと第２レジストパターンが異なる構造体を得るには、第１レジスト層２および第２レジスト層４の露光に用いるマスクのパターン設計（透過／遮光部）が確実であることが必要であり、ＣＡＥ解析ソフトを使用したシミュレーションもその解決策の一つである。

露光に用いられる光源は設備費用が安価である紫外線またはレーザー光であることが好ましい。露光に用いられる光源としてシンクロトロン放射光を用いてもよい。但し、シンクロトロン放射光は、露光深度が深いものの、かかる設備費用が高額であり、実質的にナノ、マイクロ構造細胞培養プレートの価格が高額となる。

露光時間や露光強度等の露光条件は第１レジスト層２の材質、厚み等により変化するため、得られるパターンに応じて適宜調節することが好ましい。特に流路の幅、深さ、容器間隔、および容器幅（または直径）、深さ等のパターンの寸法、および精度に影響を与えるため、露光条件の調節は重要である。また、レジストの種類により焦点深度が変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値をレジストの厚さ、感度に応じて選択するのが望ましい。

（ｄ）第１レジスト層２の熱処理について説明する。露光後の熱処理は、レジストパターンの形状を補正するためにアニールといわれる熱処理が知られている。ここでは、化学架橋を目的とし、化学増幅系ネガレジストを使用した場合のみに行う。化学増幅系ネガレジストとは、主に、２成分系、または３成分系からなり、露光時の光によって、例えば、化学構造の末端のエポキシ基が開環し、熱処理によって架橋反応させるものである。熱処理時間は、例えば膜厚１００μｍの場合、設定温度１００℃の条件下においては数分で架橋反応は進行する。

第１レジスト層２の熱処理が進行しすぎると、後の現像において未架橋部分を溶解させパターンを形成することが困難になることから、設定するレジスト厚さが１００μｍ以上でない場合、熱処理時間を短くする、または後の第２レジスト層４の熱処理のみとする等、適宜選択することが好ましい。

（ｅ）第１レジスト層２上への第２レジスト層４の形成について説明する。図１（ｃ）に第２レジスト層４が形成された状態を示す。この第２レジスト層４は、上記（ａ）において説明した第１レジスト層２の形成と同様の方法により形成することができる。

また、スピンコート方式にて、ポジ型レジストを使用してレジスト層を形成する場合、ベーク時間を通常の１．５〜２．０倍程度とすることで、耐アルカリ性を発現させることができる。これにより、第１レジスト層２と第２レジスト層４の現像終了時、第２レジスト層４のレジストパターンの溶解、または変形を防止することができる。

（ｆ）基板１とマスクＢ５との位置合わせについて説明する。基板１とマスクＢ５の位置合わせは、上記（ｂ）において、説明した基板１とマスクＡ３との位置合わせ方法と同様の要領にて、実施する。

（ｇ）マスクＢ５を用いた第２レジスト層４の露光について説明する。マスクＢ５を用いた第２レジスト層４の露光は、上記（ｃ）において説明したマスクＡ３を用いた第１レジスト層２の露光方法と同様の要領にて実施する。図１（ｄ）に第２レジスト層４の露光の様子を示す。

（ｈ）第２レジスト層４の熱処理について説明する。第２レジスト層４の熱処理は、基本的に上記（ｄ）において説明した、第１レジスト層２の熱処理と同様である。また、第２レジスト層４の熱処理は、後の現像において第１レジスト層２のパターンが得られた時点で、第２レジスト層４のパターンが溶解、または変形させないために行う。熱処理によって化学架橋が進行し、架橋密度を高めることで耐アルカリ性が発現する。耐アルカリ性を発現させるための熱処理時間は、通常の１．１〜２．０倍の範囲からレジストの厚さに応じて適宜選択することが好ましい。

（ｉ）レジスト層２、４の現像について説明する。図１（ｅ）に示される工程の現像は用いたレジストに対応する所定の現像液を用いることが好ましい。現像時間、現像温度、現像液濃度等の現像条件はレジスト厚みやパターン形状に応じて適宜調節することが好ましい。例えば、必要な深さを得るために現像時間を長くしすぎると、所定の寸法よりも大きくなってしまうため、適宜条件を設定することが好ましい。

レジスト層２、４全体の厚みが増してくると、現像工程において、レジスト底部の幅（または直径）よりも表面の幅（または直径）が広くなることが懸念される。レジストを複数層形成する場合、各レジスト層の形成において、感度の異なるレジストを段階に分けて形成することが好ましい場合がある。この場合には、例えば、表面に近い層のレジストの感度を底部に近い層よりも高くすることなどが挙げられる。さらに具体的には、感度の高いレジストとして東京応化工業株式会社製のＢＭＲ Ｃ−１０００ＰＭを、そして感度の低いレジストとして東京応化工業株式会社製のＰＭＥＲ−Ｎ−ＣＡ３０００ＰＭを用いることができる。その他、レジストの乾燥時間を変えることにより感度を調整するようにしてもよい。例えば、東京応化工業株式会社製のＢＭＲ Ｃ−１０００ＰＭを使用した場合、スピンコート後のレジスト乾燥時、１層目の乾燥時間を１１０℃で４０分、２層目の乾燥時間を１１０℃で２０分とすることで、１層目の感度を高めることができる。

成形品の上面、または微細パターン底部の平面精度を高める方法としては、例えば、レジスト塗布で使用するレジスト種類（ネガ型、ポジ型）を変更してガラス表面の平面性を利用する方法、金属構造体の表面を研磨する方法などがあげられる。

尚、所望の造型深さを得るために複数のレジスト層を形成する場合、それら複数のレジスト層を同時に露光・現像処理する、あるいは、一つのレジスト層を形成及び露光処理した後、さらにレジスト層の形成及び露光処理を行い、２つのレジスト層を同時に現像処理することが可能である。

金属構造体形成ステップについてさらに詳細に説明する。金属構造体形成ステップとはレジストパターン形成ステップで得られたレジストパターンに沿って金属を堆積させ、金属構造体の凹凸面をレジストパターンに沿って形成することにより、金属構造体を得る工程である。

図１（ｆ）に示されるように、この工程では予めレジストパターンに沿って導電性膜７を形成する。該導電性膜７の形成方法は特に限定されないが、好ましくは蒸着、スパッタリング等を用いることができる。導電性膜７に用いられる導電性材料としては金、銀、白金、銅、アルミニウムなどを挙げることができる。

図１（ｇ）に示されるように、導電性膜７を形成した後、パターンに沿って金属をメッキにより堆積して金属構造体８を形成する。金属を堆積させるメッキ方法は特に限定されないが、例えば電解メッキ、無電解メッキ等を挙げることができる。用いられる金属は特に限定されないが、ニッケル、ニッケル-コバルト合金、銅、金を挙げることができ、経済性・耐久性の観点からニッケルが好ましく用いられる。

金属構造体８はその表面状態に応じて研磨しても構わない。ただし、汚れが造形物に付着することが懸念されるため、研磨後、超音波洗浄を実施することが好ましい。また、金属構造体８はその表面状態を改善するために、離型剤等で表面処理しても構わない。なお、金属構造体８の深さ方向の傾斜角度は、樹脂成形品の形状から５０°〜９０°であることが望ましく、より望ましくは６０°〜８７°である。メッキにより堆積した金属構造体８はレジストパターンから分離される。

成形品形成ステップについて更に詳細に説明する。成形品形成ステップは、図１（ｈ）に示されるように、前記金属構造体８を型として、樹脂成形品９を形成する工程である。樹脂成形品９の形成方法は特に限定されないが、例えば射出成形、プレス成形、モノマーキャスト成形、溶剤キャスト成形、押出成形によるロール転写法等を挙げることができ、生産性、型転写性の観点から射出成形が好ましく用いられる。所定の寸法を選択した金属構造体８を型として射出成形で樹脂成形品９を形成する場合、金属構造体８の形状を高い転写率で樹脂成形品９に再現することが可能である。転写率を確認する方法としては、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等を使用する方法である。

金属構造体８を型として、例えば射出成形で樹脂成形品９を形成する場合、１枚の金属構造体８で１万枚〜５万枚、場合によっては２０万枚もの樹脂成形品９を得ることができ、金属構造体８の製作にかかる費用負担を大幅に解消することが可能である。また、射出成形１サイクルに必要な時間は５秒〜３０秒と短く、生産性の面で極めて効率的である。射出成形１サイクルで同時に複数個の樹脂成形品を形成可能な成形金型を使用すれば、更に生産性を向上することが可能となる。上記成形方法では金属構造体８を金属型として用いても、金属構造体８を予め用意した金属型内部にセットして用いても構わない。

樹脂成形品９を形成するのに使用する樹脂材料としては特に限定されないが、例えば、アクリル系樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系共重合樹脂（ＭＳ樹脂）、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン・ビニルアルコール系共重合樹脂、スチレン系エラストマーなどの熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系樹脂、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂等を挙げることができる。

これらの樹脂は必要に応じて滑剤、光安定剤、熱安定剤、防曇剤、顔料、難燃剤、帯電防止剤、離型剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの１種または２種以上を含有することができる。

樹脂成形品９の平面度の最小値は、工業的に再現し易い観点から１μｍ以上であることが好ましい。樹脂成形品９の平面度の最大値は、例えば、該成形品９を他の基板と貼り合わせ、または重ね合わせて使用する際に支障とならない観点から２００μｍ以下であることが好ましい。樹脂成形品９の造形部に対する寸法精度は、工業的に再現し易い観点から±０．５〜１０％の範囲内であることが好ましい。

樹脂成形品９の厚さに対する寸法精度は、工業的に再現し易い観点から±０．５〜１０％の範囲内であることが好ましい。樹脂成形品９の厚さは特に規定されないが、射出成形での取り出し時の破損、取り扱い時の破損、変形、歪みを考慮し、０．２〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。樹脂成形品９の寸法は特に限定されないが、リソグラフィー法でレジストパターンを形成する際、例えば、レジスト層の形成をスピンコート法にて行う場合、直径４００ｍｍの範囲の中から採取できるよう用途に応じて適宜選択することが好ましい。

本発明にしたがって、樹脂製マイクロチャネル基板を形成する方法について、図を参照しながら以下により具体的に説明する。実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

本発明にしたがって、樹脂成形品を形成する方法について、図を参照しながら以下により具体的に説明する。図１（ａ）を参照して、まず基板上に、有機材料（東京応化工業製「ＰＭＥＲ Ｎ-ＣＡ３０００ＰＭ」をベースとする１回目のレジスト塗布を行った。

そして、図１（ｂ）を参照して第１レジスト層を形成した後、基板と所望のマスクパターンに加工したマスクＡとの位置合わせを行った。次にＵＶ露光装置（キヤノン製「ＰＬＡ−５０１Ｆ」波長３６５ｎｍ、露光量３００ｍＪ／ｃｍ^２）により、第１レジスト層をＵＶ光により露光を行った後、ホットプレート（１００℃×４分）を用いて第１レジスト層の熱処理を行った。図１（ｃ）を参照して、まず基板上に、有機材料（東京応化工業製「ＰＭＥＲ Ｎ-ＣＡ３０００ＰＭ」）をベースとする２回目のレジスト塗布を行った。そして、図１（ｄ）を参照して第２レジスト層を形成した後、基板と所望のマスクパターンに加工したマスクＢとの位置合わせを行った。

次にＵＶ露光装置（キヤノン製「ＰＬＡ−５０１Ｆ」波長３６５ｎｍ、露光量１００ｍＪ／ｃｍ^２）により、第２レジスト層をＵＶ光により露光を行った後、ホットプレート（１００℃×８分）を用いて第２レジスト層の熱処理を行った。図１（ｅ）に示すように、前記レジスト層を有する基板を現像し、基板上にレジストパターンを形成した（現像液：東京応化工業製「ＰＭＥＲ現像液Ｐ-７Ｇ」）。

そして、図１（ｆ）に示すように前記レジストパターンを有する基板表面に蒸着、またはスパッタリングを行い、レジストパターンの表面に銀からなる導電性膜を堆積させた。この工程において、他に白金、金、銅などを堆積させることができる。次に、図１（ｇ）に示すように前記レジストパターンを有する基板をニッケルメッキ液に浸け、電気メッキを行い、レジストパターンの谷間に金属構造体（以下、ニッケル構造体）を得た。この工程において、他に銅、金などを堆積させることができる。

図１（ｈ）に示すように、得られたニッケル構造体を金型として、射出成形でプラスチック材をＮｉ構造体に充填し、プラスチック成形体を得た。射出成形に用いた材料は、（株）クラレ製アクリル（パラペット ＧＨ−Ｓ）を使用した。

[樹脂製基板Ａの作製]
図１に示す成形品を形成する方法に従って、レジスト塗布を２回繰り返して第１レジスト層を形成、各層に露光、熱処理を実施した後、更にレジスト塗布を１回繰り返して第２レジスト層を形成、露光、熱処理を実施した後、図２に示すような横５０ｍｍ×縦２５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板に、幅２０μｍ、深さ１０μｍの微細な溝１３と、深さ８０μｍの凹部１１を有する樹脂製マイクロチャネル基板１００を製造した。流路の端部角度は９０°とした。凹部１１には、液体供給口である貫通孔１０が設けられている。

空気中にて、水に対する接触角を測定した。接触角測定装置（協和界面化学株式会社製、ＣＡ−ＤＴ・Ａ型）を用いて測定したところ７０°であった。土手部１２に形成される溝１３の構成を図３に示す。

[樹脂製基板Ｂの作製]
図１に示す成形品を形成する方法に従って、レジスト塗布を２回繰り返して第１レジスト層を形成、各層に露光、熱処理を実施した後、更にレジスト塗布を１回繰り返して第２レジスト層を形成、露光、熱処理を実施した後、図２に示すような横５０ｍｍ×縦２５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板に、幅２０μｍ、深さ１０μｍの微細な溝１３と、深さ８０μｍの凹部１１を有する樹脂製マイクロチャネル基板１００を製造した。溝１３により流路が形成される。流路の端部角度θは９０°とした。凹部１１には、液体供給口である貫通孔１０が設けられている。

製造したマイクロチャネル基板、及びアクリル製平板に、紫外線照射による表面改質を行った。エキシマ光（１７２ｎｍ）照射装置（ウシオ電機（株）製、ＵＥＲ）を用い、６０秒間紫外線照射を行った。次に、樹脂製基板１と同様、水に対する接触角を測定し、１９°であることを確認した。

土手部１２に形成される溝１３の構成を図３に示す。図３（ａ）は、マイクロチャネル基板１の斜視図、同図（ｂ）は、溝１３付近の拡大斜視図、同図（ｃ）は、溝１３付近の拡大上面図である。

[樹脂製基板Ｃの作製]
図１に示す成形品を形成する方法に従って、レジスト塗布を２回繰り返して第１レジスト層を形成、各層に露光、熱処理を実施した後、更にレジスト塗布を１回繰り返して第２レジスト層を形成、露光、熱処理を実施した後、図２に示すような横５０ｍｍ×縦２５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板に、幅２０μｍ、深さ１０μｍの微細な溝１３と、深さ８０μｍの凹部１１を有する樹脂製マイクロチャネル基板１００を製造した。流路の端部角度は、粒子作製効率の向上、及び粒子径のバラツキを抑制させることを目的に、６５°とした。

樹脂製基板１と同様、紫外線照射を６０秒実施し、水に対する接触角は２０°であることを確認した。土手部１２に形成される溝１３の構成を図４に示す。図４（ａ）は、マイクロチャネル基板１の斜視図、同図（ｂ）は、溝１３付近の拡大斜視図、同図（ｃ）は、溝１３付近の拡大上面図である。

[樹脂製基板Ｄの作製]
図１に示す成形品を形成する方法に従って、レジスト塗布を２回繰り返して第１レジスト層を形成、各層に露光、熱処理を実施した後、更にレジスト塗布を１回繰り返して第２レジスト層を形成、露光、熱処理を実施した後、図２に示すような横５０ｍｍ×縦２５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板に、幅１０μｍ、深さ５μｍの微細な溝１３と、深さ６０μｍの凹部１１を有する樹脂製マイクロチャネル基板１００を製造した。流路の端部角度は９０°とした。

製造したマイクロチャネル基板、及びアクリル製平板にプラズマ処理による表面改質を行った。スパッタリング装置（（株）アルバック製、ＳＶ）を用い、ＳｉＯ_２膜を１０００Å堆積させた。水に対する接触角は、１６°であることを確認した。土手部１２に形成される溝１３の構成を図５に示す。図５（ａ）は、マイクロチャネル基板１の斜視図、同図（ｂ）は、溝１３付近の拡大斜視図、同図（ｃ）は、溝１３付近の拡大上面図である。

[樹脂製基板Ｅの作製]
図１に示す成形品を形成する方法に従って、レジスト塗布を３回繰り返して第１レジスト層を形成、各層に露光、熱処理を実施した後、更にレジスト塗布を１回繰り返して第２レジスト層を形成、露光、熱処理を実施した後、図２に示すような横５０ｍｍ×縦２５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの基板に、幅４０μｍ、深さ２０μｍの微細な溝１３と、深さ１００μｍの凹部１１を有する樹脂製マイクロチャネル基板１００を製造した。流路の端部には、粒子作製効率の向上、及び粒子径のバラツキを抑制させることを目的に、横４０μｍ、縦２０μｍの凸パターンを形成した。

樹脂製基板Ｄと同様、プラズマ処理による表面改質を行った。スパッタリング装置（（株）アルバック製、ＳＶ）を用い、ＳｉＯ_２膜を１０００Å堆積させた。水に対する接触角は、１８°であることを確認した。土手部１２に形成される溝１３の構成を図６に示す。図６（ａ）は、マイクロチャネル基板１の斜視図、同図（ｂ）は、溝１３付近の拡大斜視図、同図（ｃ）は、溝１３付近の拡大上面図である。

［実施例１］：樹脂製基板Ａを用いた油中水単分散微粒子の作製
分散相（水）として純水、連続相（油）としてトリオレインを用いた水中油単分散微粒子の作製試験を行った。水に対する接触角が７０°と高いため、流体流路の出口で、水である純水が基板とぬれることなく、均一な水粒子を有するエマルションを得ることに成功した。

粒径測定装置（大塚電子社製、ＰＡＲ−III）を使用して粒子径を測定した結果、平均粒子径４８．８．５ミクロン、変動率３．５％となり、極めて均一な粒子を有するエマルションを製造可能であることを確認した。

［実施例２］：樹脂製基板Ｂを用いた水中油単分散微粒子の作製］
分散相（油）としてトリオレイン、連続相（水）として純水を用いた水中油単分散微粒子の作製試験を行った。水に対する接触角が１９°と低いため、流路の出口で、油であるトリオレインが基板とぬれることなく、均一なトリオレイン粒子を有するエマルションを得ることに成功した。粒径測定装置（大塚電子社製、ＰＡＲ−III）を使用して粒子径を測定した結果、平均粒子径４５．５μｍ、変動率３．０％となり、極めて均一な粒子を有するエマルションを製造可能であることを確認した。ＣＣＤカメラを用い、光学的に観察した際の画像を図７に示す。

［実施例３］：樹脂製基板Ｃを用いた水中油単分散微粒子の作製
樹脂製基板１を用いた水中油単分散微粒子の作製と同様、均一なトリオレイン粒子を有するエマルションを得ることに成功した。端部角度を６５°とした本実験系では、平均粒子径４１．０μｍ、変動率１．５％となり、更に均一な粒子を有するエマルションを製造可能であることを確認した。そして、分散相であるトリオレインの送液速度を、１０ｍｌ/時間からの３０ｍｌ/時間に高めた条件下においても、端部角度を６５°としたことにより、単分散微粒子を作製可能であることを確認した。ＣＣＤカメラを用い、光学的に観察した際の画像を図８に示す。

［実施例４］：樹脂製基板Ｄを用いた水中油単分散微粒子の作製］
樹脂製基板２を用いた水中油単分散微粒子の作製と同様、均一なトリオレイン粒子を有するエマルションを得ることに成功した。平均粒子径１８．６μｍ、変動率２．４％となり、均一な粒子を有するエマルション製造可能であることを確認した。

［実施例５］：樹脂製基板Ｅを用いた水中油単分散微粒子の作製
樹脂製基板２を用いた水中油単分散微粒子の作製と同様、均一なトリオレイン粒子を有するエマルションを得ることに成功した。平均粒子径７８．２μｍ、変動率３．８％となり、均一な粒子を有するエマルションを製造可能であることを確認した。ＣＣＤカメラを用い、光学的に観察した際の画像を図９に示す。

［参考例］：樹脂製基板１を用いた水中油単分散微粒子の作製
分散相（油）としてトリオレイン、連続相（水）として純水を用いた水中油単分散微粒子の作製試験を行った。試験では、樹脂製基板１に蓋となるアクリル製平板を密着させることで、微細な流路が形成されるようにした。本実験系では、水に対する接触角は７０°と高いため、流路の出口で、油であるトリオレインと基板がぬれる結果となり、トリオレイン粒子が単離しないために、均一なエマルションが得られなかった。

この発明において、樹脂製マイクロチャネル基板を形成する工程を示す模式図である。 図１に示す工程によって製造された、樹脂製マイクロチャネル基板の外形図である。 図１に示す工程によって製造された、樹脂製マイクロチャネル基板の、土手部に形成された溝の構成を示す図である。 図１に示す工程によって製造された、樹脂製マイクロチャネル基板の、土手部に形成された溝の構成を示す図である。 図１に示す工程によって製造された、樹脂製マイクロチャネル基板の、土手部に形成された溝の構成を示す図である。 図１に示す工程によって製造された、樹脂製マイクロチャネル基板の、土手部に形成された溝の構成を示す図である。 実施例においてＣＣＤカメラを用い、光学的に観察した際の画像を図８に示す。 実施例においてＣＣＤカメラを用い、光学的に観察した際の画像を図８に示す。 実施例においてＣＣＤカメラを用い、光学的に観察した際の画像を図８に示す。 樹脂製マイクロチャネル基板の一例図である。

符号の説明

１ 基板
２ 第１レジスト層
３ マスクＡ
４ 第２レジスト層
５ マスクＢ
６ レジストパターン
７ 導電性膜
８ 金属構造体
９ 樹脂製プレート
１０ 貫通孔
１１ 凹部
１２ 土手部
１３ 溝

Claims (11)

1. 樹脂基板の表面に、液体供給口に連通する凹部と、この凹部と接しかつ表面に多数の微細な溝を備えた土手部とが形成されるとともに、この基板の表面を蓋となる平板と密着させた状態で、前記土手部の溝によって前記凹部内と凹部外とを連通する微細な流路が形成されるようにした樹脂製マイクロチャネル基板であり、
   前記微細な流路の幅及び高さがそれぞれ１〜３００μｍの範囲内であり、かつ、該流路の幅と高さの比が１：２０〜２０：１の範囲内であり、
   前記土手部の表面に備えた多数の溝の端部角度が、７０°以下であることを特徴とする樹脂製マイクロチャネル基板。
2. 樹脂基板の表面に、液体供給口に連通する凹部と、この凹部と接しかつ表面に多数の微細な溝を備えた土手部とが形成されるとともに、この基板の表面を蓋となる平板と密着させた状態で、前記土手部の溝によって前記凹部内と凹部外とを連通する微細な流路が形成されるようにした樹脂製マイクロチャネル基板であり、
   前記微細な流路の幅及び高さがそれぞれ１〜３００μｍの範囲内であり、かつ、該流路の幅と高さの比が１：２０〜２０：１の範囲内であり、
   前記土手部の表面に備えた多数の溝が、微細な凹凸構造を有することを特徴とする樹脂製マイクロチャネル基板。
3. 前記土手部の表面に備えた多数の溝の端部角度が、７０°以下であることを特徴とする請求項２に記載の樹脂製マイクロチャネル基板。
4. 樹脂製マイクロチャネル基板表面の水に対する接触角が、５°以上６０°以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の樹脂製マイクロチャネル基板。
5. 複数の基板の向きを揃えて密着状に積み重ね、密着面に多数の微細な流路を形成するようにした積層型樹脂製マイクロチャネル基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂製マイクロチャネル基板。
6. 前記樹脂製マイクロチャネル基板を積み重ねて使用する際、各基板の位置合わせ手段を有する請求項５に記載の樹脂製マイクロチャネル基板。
7. 基板上にレジストによりパターン形成するステップと、前記基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって金属を付着し、金属構造体を形成するステップと、前記金属構造体を使用して、樹脂製マイクロチャネル基板を形成するステップとを備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂製マイクロチャネル基板の製造方法。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂製マイクロチャネル基板を用いた濾過・分級方法であって、前記流路に粒子浮遊液を流通させて粒子の分別を行うことを特徴とする濾過・分級方法。
9. 請求項８記載の樹脂製マイクロチャネル基板を用いた濾過・分級方法において、前記多数の流路のうち、少なくとも一部の流路の分別過程を、基板に多数の溝を有する表面側が密着する部分を透明板にすることによって、光学的に観察しつつ濾過・分級を行うことを特徴とする樹脂製マイクロチャネル基板の濾過・分級方法。
10. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂製マイクロチャネル基板を用いたエマルションの製造方法であって、前記流路を通して第１の液体を前記凹部内から凹部外に送り出し、凹部外に供給されかつ前記第１の液体に溶け合わない第２の液体中に分散させることを特徴とするエマルションの製造方法。
11. 前記多数の流路のうち、少なくとも一部の流路にいて、基板に多数の溝を有する表面側が密着する部分を透明板としたことを特徴とする請求項１０に記載のエマルションの製造方法。

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