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JP5545255B2 - Microchip and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、微細な流路や反応容器等を用いて微小流体試料の合成や分析を行う微細流路構造体のマイクロチップに関する。このようなマイクロチップは、μTAS(小型化分析システム:Micro Total Analysis System)、マイクロリアクター、Bio−MEMS又はバイオチップなどとして応用される小型流体素子として使用されるものである。本明細書では、そのような小型流体素子を総称してマイクロチップと称する。   The present invention relates to a microchip having a fine channel structure that synthesizes and analyzes a microfluidic sample using a fine channel and a reaction vessel. Such a microchip is used as a microfluidic device applied as μTAS (Micro Total Analysis System), microreactor, Bio-MEMS or biochip. In this specification, such small fluid elements are collectively referred to as a microchip.

μTASやBio-MEMSなどの分野では、マイクロチップを形成するための素材としてシリコーン樹脂の一種であるPDMS(ポリジメチルシロキサン)が多く用いられている(特許文献1,2、非特許文献1参照。)。PDMSが好んで使用される理由としていくつか挙げることができる。例えば、PDMSは透明樹脂であることから、内部に流路や反応容器をもつマイクロチップを構成すると内部の様子を外部から観察できる。PDMSはキャスティング法や射出成型法により容易に成型することができ、しかも数μm以下というような微細な構造を形成することもできる。さらに、PDMSは自己吸着性を備え、PDMSどうしに限らず、ガラスに対しても吸着性を備えているので、PDMS部材どうし又はPDMS部材とガラス部材の組合せによってマイクロチップを組み立てる際、接着剤が不要であるという点も挙げることができる。   In fields such as μTAS and Bio-MEMS, PDMS (polydimethylsiloxane) which is a kind of silicone resin is often used as a material for forming a microchip (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1). ). There are several reasons why PDMS is preferred. For example, since PDMS is a transparent resin, the internal state can be observed from the outside when a microchip having a flow path and a reaction vessel is formed inside. PDMS can be easily molded by a casting method or an injection molding method, and a fine structure of several μm or less can be formed. Furthermore, since PDMS is self-adsorbing and not only for PDMS but also for glass, when assembling microchips between PDMS members or a combination of PDMS members and glass members, an adhesive is used. It can be mentioned that it is unnecessary.

PDMSを用いたマイクロチップの多くは、微細流路構造を形成したPDMS部材と、蓋となるPDMS部材又はガラス部材とを貼り合わせることで作製されている。これらの部材の貼り合わせは、部材の貼合わせる表面を酸素プラズマに曝すことにより又は紫外線を照射することにより活性化し、その後、活性化させた両表面を密着して重ね合わせ、一定時間放置することにより行われている。   Many microchips using PDMS are manufactured by bonding a PDMS member having a fine channel structure and a PDMS member or glass member to be a lid. The bonding of these members is activated by exposing the surfaces of the members to be exposed to oxygen plasma or by irradiating with ultraviolet rays, and then the activated surfaces are closely adhered to each other and allowed to stand for a certain period of time. It is done by.

この貼り合わせのメカニズムとしては、(−Si−O−)基をもつPDMS表面又はガラス表面を活性化し密着させることで、両部材の表面同士で(−Si−O−Si−)からなるシロキサン結合と呼ばれる共有結合が生じて強固な結合が得られると考えられている。このような特長は、PDMSに限ったことではなく、(−Si−O−)基をもつシリコーン樹脂に共通したものである。   As a mechanism of this bonding, a PDMS surface having a (—Si—O—) group or a glass surface is activated and brought into close contact, so that the surfaces of both members are composed of (—Si—O—Si—) siloxane bonds. It is believed that a strong bond is obtained by the occurrence of a covalent bond called Such a feature is not limited to PDMS, but is common to silicone resins having a (—Si—O—) group.

しかしながら、この接合方法は、部材の貼合わせ表面を酸素プラズマなどで活性化させることによりシロキサン結合という共有結合が生じる部材間においてのみ有効である。一方の部材としてPDMSを用いたとしても、それと接合させる他方の部材として、例えば、射出成型で安価に微細な構造を形成できるポリプロピレンなどの合成樹脂のように(−Si−O−)基をもたない非シリコーン樹脂素材や金属素材からなるものを使用した場合は、シロキサン結合を形成することができないために接合面を酸素プラズマや紫外線で処理したとしても強固な接合強度を得ることができない。   However, this bonding method is effective only between members in which a covalent bond called a siloxane bond is generated by activating the bonding surface of the member with oxygen plasma or the like. Even if PDMS is used as one member, the other member to be joined to it has, for example, a (—Si—O—) group like a synthetic resin such as polypropylene that can form a fine structure at low cost by injection molding. When a non-silicone resin material or metal material is used, a siloxane bond cannot be formed, so that even if the bonding surface is treated with oxygen plasma or ultraviolet light, a strong bonding strength cannot be obtained.

図7に、例えばシリコーン樹脂とポロプロピレンからなる部材を貼り合わせて作製したマイクロチップの例を示す。この例では、流路となる溝を形成した流路プレート1としてシリコーン樹脂を使用し、それと接合させるベースプレート2としてポリプロピレンを使用している。流路プレート1には3本の微細流路3となる溝が形成され、それぞれの流路3の両端の位置に流路プレート1を貫通する孔4,5が形成されている。流路3となる溝が形成されている側の流路プレート1の表面とベースプレート2の表面を酸素プラズマなどにより活性化した後に貼り合わせると図7のマイクロチップが得られる。しかし、流路プレート1のシリコーン樹脂とベースプレート2のポリプロピレンとの間では貼合わせ強度が十分高くないため、このマイクロチップでは複数の流路3に流体試料を加圧して導入した場合、その送液圧力により流路プレート1とベースプレート2間で剥離が生じ、各流路3間の流体試料が相互に混入してクロスコンタミネーション(相互汚染)が生じる虞がある。   FIG. 7 shows an example of a microchip manufactured by bonding members made of, for example, a silicone resin and polypropylene. In this example, a silicone resin is used as the flow path plate 1 in which a groove serving as a flow path is formed, and polypropylene is used as the base plate 2 to be joined thereto. In the flow path plate 1, three grooves that become the fine flow paths 3 are formed, and holes 4 and 5 penetrating the flow path plate 1 are formed at both ends of each flow path 3. When the surface of the flow channel plate 1 on the side where the groove to be the flow channel 3 is formed and the surface of the base plate 2 are activated by oxygen plasma or the like and bonded together, the microchip of FIG. 7 is obtained. However, since the bonding strength between the silicone resin of the flow path plate 1 and the polypropylene of the base plate 2 is not sufficiently high, in this microchip, when a fluid sample is pressurized and introduced into a plurality of flow paths 3, There is a possibility that separation occurs between the flow path plate 1 and the base plate 2 due to the pressure, and fluid samples between the flow paths 3 are mixed with each other to cause cross contamination.

PDMSからなる部材と組み合わせる部材をガラス基板にするのに代えて、シリコーン樹脂以外の樹脂製基板として使用してもPDMS部材と強固に接合させることができるようにするために、PDMS部材と接合させる樹脂製基板の表面に酸化シリコン(SiO2)膜を成膜することが提案されている(特許文献3参照。)。その酸化シリコン膜は真空蒸着法,イオンプレーテイング法,スパッタ法,常圧CVD法、減圧CVD法及びプラズマCVD法等の気相成長法により形成される。 Instead of using a glass substrate as a member to be combined with a member made of PDMS, it is bonded to a PDMS member so that it can be firmly bonded to the PDMS member even when used as a resin substrate other than a silicone resin. It has been proposed to form a silicon oxide (SiO 2 ) film on the surface of a resin substrate (see Patent Document 3). The silicon oxide film is formed by a vapor deposition method such as a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, an atmospheric pressure CVD method, a low pressure CVD method, and a plasma CVD method.

特開2000−27813号公報JP 2000-27813 A 特開2001−157855号公報JP 2001-157855 A 特開2005−257283号公報JP 2005-257283 A

Anal. Chem. 1998, 70, 4974-4984Anal. Chem. 1998, 70, 4974-4984

PDMS部材と接合させるPDMS以外の樹脂製基板の表面に酸化シリコン膜を成膜する方法は、酸化シリコン膜を真空蒸着法などの気相成長法により形成しなければならないので、製造コストが高くなる。   The method of forming a silicon oxide film on the surface of a resin substrate other than PDMS to be bonded to the PDMS member increases the manufacturing cost because the silicon oxide film must be formed by a vapor deposition method such as a vacuum evaporation method. .

そこで、本発明はシリコーン樹脂からなる部材と接合される部材がシリコーン樹脂以外の材料からなる部材である場合にも簡便な方法により強固な接合強度が得られるようにしたマイクロチップとその製造方法を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention provides a microchip capable of obtaining strong bonding strength by a simple method even when a member to be bonded to a member made of silicone resin is a member made of a material other than silicone resin, and a method for manufacturing the microchip. It is intended to provide.

本発明のマイクロチップは、シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートの表面上にシリコーン樹脂塗布層を介してシリコーン樹脂からなる流路プレートが接合されて構成されたものである。そして、その流路プレートは、シリコーン樹脂塗布層との接合面に流路となる溝が形成された成型品であり、それにより流路プレートとシリコーン樹脂塗布層との接合面に、その溝とシリコーン樹脂塗布層とからなる内面がシリコーン樹脂で囲まれた流路が形成されている。ベースプレート又は流路プレートには前記溝からなる流路につながる少なくとも一つの貫通孔が形成されている。   The microchip of the present invention is configured by joining a flow path plate made of silicone resin to the surface of a base plate made of a material other than silicone resin via a silicone resin coating layer. The flow path plate is a molded product in which a groove serving as a flow path is formed on the joint surface with the silicone resin coating layer, whereby the groove and the groove are formed on the joint surface between the flow path plate and the silicone resin coating layer. A flow path having an inner surface made of a silicone resin coating layer surrounded by a silicone resin is formed. The base plate or the flow path plate is formed with at least one through hole connected to the flow path including the groove.

本発明のマイクロチップでは、流路プレートとシリコーン樹脂塗布層の間の接合はシリコーン樹脂同士の貼合わせであるため、十分な貼合わせ強度を得ることができる。また、シリコーン樹脂塗布層とシリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレート間においても、流路プレート表面とシリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレート表面を酸素プラズマや紫外線照射により活性化して接合させた場合よりも高い貼合わせ強度を得ることができる。   In the microchip of the present invention, since the bonding between the flow path plate and the silicone resin coating layer is the bonding of the silicone resins, a sufficient bonding strength can be obtained. Also, between the base plate made of a material other than the silicone resin coating layer and the silicone resin, it is higher than when the flow channel plate surface and the base plate surface made of a material other than the silicone resin are activated and joined by oxygen plasma or ultraviolet irradiation. Bonding strength can be obtained.

この理由として、硬化したシリコーン樹脂をシリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートに密着させる場合より、液体状のシリコーン樹脂をベースプレート上に塗布し、その後に硬化させた場合の方が、シリコーン樹脂とベースプレート材料との密着性が高いことが挙げられる。液体状のシリコーン樹脂はベースプレート材料表面の微細な凹凸に入り込み、その状態で硬化することから高い密着性が得られると考えられる。   The reason for this is that the liquid silicone resin is applied on the base plate and then cured more than the case where the cured silicone resin is adhered to the base plate made of a material other than the silicone resin. It is mentioned that the adhesiveness is high. It is considered that the liquid silicone resin enters fine irregularities on the surface of the base plate material and is cured in that state, so that high adhesion can be obtained.

流路は流路プレートとシリコーン樹脂塗布層の間に形成され、流路プレートとシリコーン樹脂塗布層の間は高い貼合わせ強度を有することから、流路を構成する部材同士の剥離は生じにくく、クロスコンタミネーションは起こりにくい。   The flow path is formed between the flow path plate and the silicone resin coating layer, and since there is a high bonding strength between the flow path plate and the silicone resin coating layer, peeling between members constituting the flow path is unlikely to occur. Cross contamination is unlikely to occur.

本発明のマイクロチップの流路の内壁は、すべてシリコーン樹脂で形成される。シリコーン樹脂部材同士を貼り合わせることで同様の構造を形成することができるが、シリコーン樹脂は一般に高価であるので、ベースプレートにシリコーン樹脂以外の材料を用いる本発明のマイクロチップは安価で同等の構造体を形成することができる。   All the inner walls of the flow path of the microchip of the present invention are formed of silicone resin. A similar structure can be formed by bonding silicone resin members together. However, since silicone resins are generally expensive, the microchip of the present invention using a material other than silicone resin for the base plate is inexpensive and has an equivalent structure. Can be formed.

マイクロチップとしては内部に流路のみを備えたものを含む。そのような流路のみを備えたマイクロチップとしては、電気泳動用の分離流路を備えたマイクロチップや、液体クロマトグラフを構成するマイクロチップなどの分析用マイクロチップのほか、分岐又は合流により送液を制御する送液制御用のマイクロチップなどとして利用することができる。   A microchip includes a microchip having only a flow path therein. The microchip having only such a flow path includes a microchip having a separation flow path for electrophoresis, a microchip for analysis such as a microchip constituting a liquid chromatograph, and a branching or merging. It can be used as a liquid feed control microchip for controlling the liquid.

マイクロチップとしては流路の他に内部に凹部を備えたものも含む。その凹部は反応室や細胞培養室など、種々の用途に使用することができる。その凹部はベースプレート材料表面の微細な凹凸とは異なり、流路の幅と同程度又はそれよりも大きなサイズをもって反応室や細胞培養室などとして使用されるものである。その凹部を備えたマイクロチップとしては検査用や反応用に使用されるマイクロチップを挙げることができる。そのマイクロチップの凹部は流路プレートの流路につながっているとともに、その凹部の内側の底面及び側面にはシリコーン樹脂塗布層で覆われずにベースプレートの材料が露出している部分をもち、その凹部の上部が流路プレートのシリコーン樹脂で被われているように構成することができる。   The microchip includes a microchip including a recess in addition to the flow path. The recess can be used for various applications such as a reaction chamber and a cell culture chamber. Unlike the fine irregularities on the surface of the base plate material, the concave portion is used as a reaction chamber, a cell culture chamber, or the like having a size that is about the same as or larger than the width of the flow path. Examples of the microchip provided with the recess include microchips used for inspection and reaction. The concave part of the microchip is connected to the flow path of the flow path plate, and the bottom and side surfaces inside the concave part have portions where the material of the base plate is exposed without being covered with the silicone resin coating layer. It can comprise so that the upper part of a recessed part may be covered with the silicone resin of the flow-path plate.

凹部を備えたマイクロチップでは凹部の内側にはベースプレートの材料が露出している部分があるので、凹部の開口縁にはベースプレート材料とシリコーン樹脂塗布層の境界が存在するが、ベースプレート材料とシリコーン樹脂塗布層との間の接合強度も強いので、その界面からのクロスコンタミネーションの虞も少ない。   In a microchip having a recess, there is a portion where the base plate material is exposed inside the recess, and therefore there is a boundary between the base plate material and the silicone resin coating layer at the opening edge of the recess. Since the bonding strength with the coating layer is also strong, there is little risk of cross-contamination from the interface.

ベースプレートの凹部の内側の底面及び側面にベースプレートの材料が露出している部分をもっていることは、このマイクロチップが検査用又は反応用に使用されるマイクロチップである場合には重要な役割を果たす。そのようなマイクロチップでは、その凹部の内側のベースプレートの材料が露出している部分にこのマイクロチップを用いて行われる検査又は反応に使用される物質が使用前に予め保持されている。そのようなマイクロチップは、検査用のプローブ又は反応もしくは合成用の物質が予めベースプレートの凹部に保持され、その後、流路プレートと接合されてマイクロチップとなる。そのような検査の一例は遺伝子多型検出であり、その場合のマイクロチップでは、ベースプレートの凹部のそれぞれには複数の多型部位のそれぞれに対応して蛍光を発するプローブが個別に保持される。他の生化学検査用又は化学反応用もしくは化学合成用のマイクロチップでは、測定項目に応じた反応試薬、化学反応用もしくは化学合成用の反応物が予めベースプレートの凹部に保持され、その後、流路プレートと接合されてマイクロチップとなる。   Having a portion where the material of the base plate is exposed on the inner bottom surface and side surface of the recess of the base plate plays an important role when this microchip is a microchip used for inspection or reaction. In such a microchip, a substance used for a test or reaction performed using the microchip is held in advance in a portion where the material of the base plate inside the recess is exposed. In such a microchip, an inspection probe or a reaction or synthesis substance is held in advance in a concave portion of a base plate, and then joined to a flow path plate to form a microchip. An example of such a test is gene polymorphism detection, and in the microchip in that case, probes that emit fluorescence corresponding to each of a plurality of polymorphic sites are individually held in the recesses of the base plate. In other microchips for biochemical examination or chemical reaction or chemical synthesis, reaction reagents according to measurement items, reactants for chemical reaction or chemical synthesis are held in the recesses of the base plate in advance, and then the flow path Bonded with the plate to form a microchip.

このように、ベースプレートの凹部に予め何かの処理を施した場合には、ベースプレートの凹部の内表面がその後の工程で被われないことが重要である。このことは、ベースプレートと流路プレートをシリコーン樹脂塗布層によって接合させることにより初めて実現できることである。提案されている従来技術として紹介したように、PDMS部材と接合させる樹脂製基板の表面に酸化シリコン膜を真空蒸着法などの気相成長法により形成する方法では、ベースプレートの凹部に予め何かの処理を施したとしても、気相成長法により形成した酸化シリコン膜はベースプレートの凹部の内表面も全て覆ってしまうため、ベースプレートの凹部に検査又は反応に使用される物質が予め保持されたマイクロチップを実現することはできない。   As described above, when any treatment is performed on the concave portion of the base plate in advance, it is important that the inner surface of the concave portion of the base plate is not covered in the subsequent process. This can be realized only by joining the base plate and the flow path plate with the silicone resin coating layer. As introduced as a proposed prior art, in a method of forming a silicon oxide film on the surface of a resin substrate to be bonded to a PDMS member by a vapor deposition method such as a vacuum deposition method, something is previously formed in a recess of a base plate. Even if the treatment is performed, the silicon oxide film formed by the vapor phase growth method covers the entire inner surface of the concave portion of the base plate, so the microchip in which the substance used for the inspection or reaction is held in the concave portion of the base plate in advance. Cannot be realized.

シリコーン樹脂はシロキサン結合による主骨格をもつ高分子化合物であり、PDMSはその一例である。本発明では、シリコーン樹脂としてはPDMSに限らず、いずれのシリコーン樹脂でもよく、例えばPDMSの側鎖のメチル基をフッ素に置換したシリコーン樹脂などを使用することができる。いずれのシリコーン樹脂もシロキサン結合を形成することができるので、本発明の目的を達成することができる。   Silicone resin is a high molecular compound having a main skeleton with siloxane bonds, and PDMS is an example. In the present invention, the silicone resin is not limited to PDMS, and any silicone resin may be used. For example, a silicone resin in which the methyl group on the side chain of PDMS is substituted with fluorine can be used. Since any silicone resin can form a siloxane bond, the object of the present invention can be achieved.

ベースプレートの材料としては、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリスチレン又はポリオレフィン共重合体などの非シリコーン樹脂を用いることができる。このうち、ポリプロピレンは微細構造に成型することが容易であるうえ、安価な材料であることから特に有用である。   As the material of the base plate, non-silicone resin such as polypropylene, fluororesin, polystyrene, or polyolefin copolymer can be used. Of these, polypropylene is particularly useful because it is easy to mold into a fine structure and is an inexpensive material.

ベースプレートの他の材料としては、ステンレス合金やアルミニウム合金などの金属も用いることができる。   As another material of the base plate, a metal such as a stainless alloy or an aluminum alloy can also be used.

本発明のマイクロチップ製造方法は、シリコーン樹脂以外の材料からなるペースプレートの表面にシリコーン樹脂塗布層を介在させた状態でシリコーン樹脂部材を貼り合わせる。   In the microchip manufacturing method of the present invention, a silicone resin member is bonded to a surface of a pace plate made of a material other than silicone resin with a silicone resin coating layer interposed.

マイクロチップ製造方法の第1の形態は以下の工程を備えている。
(A)シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートと、シリコーン樹脂からなり一表面上の流路となる溝が形成された成型品である流路プレートとからなり、前記溝により形成される流路につながる少なくとも一つの貫通孔がベースプレート又はプレートに形成されているベースプレートと流路プレートとを用意する工程、
The first embodiment of the microchip manufacturing method includes the following steps.
(A) It is composed of a base plate made of a material other than silicone resin, and a flow channel plate which is a molded product made of silicone resin and having a groove serving as a flow channel on one surface. Preparing a base plate and a flow path plate in which at least one through hole to be connected is formed in the base plate or the plate;

(B)ベースプレートの表面にシリコーン樹脂液を塗布してシリコーン樹脂塗布層を形成する工程、   (B) a step of applying a silicone resin liquid on the surface of the base plate to form a silicone resin coating layer;

(C)形成したシリコーン樹脂塗布層を硬化させる工程、   (C) a step of curing the formed silicone resin coating layer,

(D)硬化したシリコーン樹脂塗布層の表面と流路プレートの流路となる溝が形成されている表面の一方又は両方を、酸素プラズマに曝すことにより又は紫外線を照射することにより活性化する工程、並びに   (D) A step of activating one or both of the surface of the cured silicone resin coating layer and the surface on which the groove serving as the flow path of the flow path plate is formed by exposure to oxygen plasma or irradiation with ultraviolet light. , And

(E)その後、シリコーン樹脂塗布層の表面と流路プレートの流路となる溝が形成されている表面を密着させて貼り合わせる工程。   (E) Then, the process of sticking together the surface of the silicone resin coating layer and the surface on which the groove to be the flow path of the flow path plate is formed.

マイクロチップ製造方法の第2の形態は以下の工程を備えている。
(A)シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートと、シリコーン樹脂からなり一表面上の流路となる溝が形成された成型品である流路プレートとからなり、前記溝により形成される流路につながる少なくとも一つの貫通孔がベースプレート又はプレートに形成されているベースプレートと流路プレートとを用意する工程、
The second embodiment of the microchip manufacturing method includes the following steps.
(A) It is composed of a base plate made of a material other than silicone resin, and a flow channel plate which is a molded product made of silicone resin and having a groove serving as a flow channel on one surface. Preparing a base plate and a flow path plate in which at least one through hole to be connected is formed in the base plate or the plate;

(B)ベースプレートの表面にシリコーン樹脂液を塗布してシリコーン樹脂塗布層を形成する工程、   (B) a step of applying a silicone resin liquid on the surface of the base plate to form a silicone resin coating layer;

(C)シリコーン樹脂塗布層が硬化する前に、シリコーン樹脂塗布層の表面と流路プレートの流路となる溝が形成されている表面を密着させて貼り合わせる工程。   (C) A step of bringing the surface of the silicone resin coating layer into close contact with the surface on which the groove serving as the flow path of the flow path plate is adhered before the silicone resin coating layer is cured.

シリコーン樹脂塗布層が硬化する前の状態とは、マイクロチップ製造方法の第1の形態における工程(D)の活性化処理を施さなくてもシリコーン樹脂塗布層とシリコーン樹脂からなる流路プレートとを密着させて放置すれば強固に接合することのできる程度にシリコーン樹脂塗布層が未硬化の状態であることをいう。例えば2液混合型のシリコーン樹脂を用いる場合は、ポットライフ(主剤と硬化剤を混合後、反応の進行とともに硬化してしまう時間)以内の状態が好ましい。   The state before the silicone resin coating layer is cured means that the silicone resin coating layer and the flow path plate made of the silicone resin are used without performing the activation treatment of the step (D) in the first embodiment of the microchip manufacturing method. It means that the silicone resin coating layer is in an uncured state to such an extent that it can be firmly bonded if left in contact. For example, when using a two-component mixed silicone resin, a state within a pot life (a time during which the main agent and the curing agent are mixed and then cured with the progress of the reaction) is preferable.

本発明のマイクロチップ製造方法によれば、シリコーン樹脂層は塗布工程により形成するので、シリコーン樹脂塗布層が形成されるベースプレート表面に凹部が設けられている場合にはベースプレート表面にのみシリコーン樹脂塗布層が形成され、凹部にはシリコーン樹脂塗布層は形成されない。マイクロチップとなった後のベースプレート表面の凹部にはベースプレートの材料を露出させたままの部分が存在する。そのため、このマイクロチップ製造方法は、ベースプレートの凹部に検査用のプローブ、反応試薬又は反応物などを予め保持しておく場合には特に有用である。蒸着法などの気相成長法では、ベースプレート表面にのみ成膜し凹部には成膜しないような選択的な成膜は困難である。   According to the microchip manufacturing method of the present invention, since the silicone resin layer is formed by the coating process, when the concave portion is provided on the surface of the base plate on which the silicone resin coating layer is formed, the silicone resin coating layer is formed only on the surface of the base plate. The silicone resin coating layer is not formed in the recess. In the concave portion on the surface of the base plate after becoming a microchip, there is a portion where the material of the base plate is left exposed. Therefore, this microchip manufacturing method is particularly useful when an inspection probe, a reaction reagent, a reaction product, or the like is held in advance in the recess of the base plate. In vapor phase growth methods such as vapor deposition, it is difficult to perform selective film formation that forms a film only on the surface of the base plate and does not form a film on the recess.

前記塗布工程(B)の好ましい一例は、
(B1)シリコーン樹脂液をベースプレート以外の部材の平坦な表面上に均一な厚さの薄層状に塗布する工程、及び
(B2)塗布されたシリコーン樹脂薄層をベースプレートの表面に転写する工程
を含んでいる工程である。
A preferred example of the coating step (B) is:
(B1) including a step of applying a silicone resin liquid in a thin layer having a uniform thickness on a flat surface of a member other than the base plate; and (B2) a step of transferring the applied silicone resin thin layer to the surface of the base plate. It is a process.

この好ましい塗布工程では、シリコーン樹脂塗布層はシリコーン樹脂液を平坦な表面上に均一な厚さの薄層状に塗布して形成されるので、シリコーン樹脂塗布層が形成されるベースプレート表面に凹部が設けられている場合でもシリコーン樹脂塗布層の膜厚を均一にすることができる。   In this preferred coating process, the silicone resin coating layer is formed by coating a silicone resin liquid in a thin layer with a uniform thickness on a flat surface, so that a recess is provided on the surface of the base plate on which the silicone resin coating layer is formed. Even if it is, the film thickness of the silicone resin coating layer can be made uniform.

本発明のマイクロチップは、シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートの表面上にシリコーン樹脂塗布層を介してシリコーン樹脂からなる流路プレートが接合されて構成されたものであるので、微細な構造の成型が容易なシリコーン樹脂と他の部材を組み合わせて容易に、かつ安価にマイクロチップを作製することができる。   The microchip of the present invention is formed by bonding a flow path plate made of silicone resin to a surface of a base plate made of a material other than silicone resin through a silicone resin coating layer, so that it has a fine structure. Therefore, a microchip can be easily produced at a low cost by combining an easy-to-use silicone resin and another member.

形成されたマイクロチップの流路内壁は、シリコーン樹脂のみで形成されている。μTASのような分野では、微細な流路を用いることが多く、この場合、流路内の流体の流れは、流路内壁の物理的特性の影響を強く受ける。例えば流路内壁が複数素材から形成されている場合は、両者の物理特性を考慮せねばならず設計が難しくなる。一方、本発明のマイクロチップでは流路内壁はシリコーン樹脂のみで形成されることから、容易なデバイス設計が可能になる。   The inner wall of the channel of the formed microchip is formed only of silicone resin. In a field such as μTAS, a fine flow path is often used, and in this case, the flow of fluid in the flow path is strongly influenced by the physical characteristics of the inner wall of the flow path. For example, when the flow path inner wall is formed from a plurality of materials, the physical characteristics of both must be taken into account, making the design difficult. On the other hand, in the microchip of the present invention, since the inner wall of the flow path is formed only of the silicone resin, an easy device design is possible.

また本発明のマイクロチップでは、シリコーン部材とシリコーン薄膜で流路が封止されていることから、仮にシリコーン薄膜とベースプレートの部材の界面で剥離した場合でも、流路部分の封止は保たれ、クロスコンタミネーションの可能性を大きく下げることができる。   Further, in the microchip of the present invention, since the flow path is sealed with the silicone member and the silicone thin film, even when the silicone thin film is peeled off at the interface between the base plate member, the sealing of the flow path portion is maintained. The possibility of cross contamination can be greatly reduced.

同様の構造をシリコーン樹脂のみで形成した場合、シリコーン樹脂は高価な樹脂材料であるため、作製コストが上昇してしまう。またシリコーン樹脂は弾性体であるため、デバイスとしての剛性を保つことができない。本発明のマイクロチップでは、ベースプレートの素材を自由に選ぶことができるので、デバイスの剛性を高めることも容易である。   In the case where the same structure is formed using only a silicone resin, the manufacturing cost increases because the silicone resin is an expensive resin material. Moreover, since a silicone resin is an elastic body, the rigidity as a device cannot be maintained. In the microchip of the present invention, since the material of the base plate can be freely selected, it is easy to increase the rigidity of the device.

本発明の製造方法はシリコーン樹脂以外の材料からなる部材の表面にシリコーン樹脂液を塗布し又は塗布後の転写によりシリコーン樹脂塗布層を形成する方法であるので、蒸着法などの気相成長法により酸化シリコン膜を成膜する方法に比べると、簡便で低コストな製造方法である。   The production method of the present invention is a method of forming a silicone resin coating layer by applying a silicone resin liquid on the surface of a member made of a material other than a silicone resin, or by transferring after coating. Compared to a method of forming a silicon oxide film, this is a simple and low-cost manufacturing method.

また、従来のシリコーン樹脂部材どうしを接合する製造方法と比べると、工程としてはシリコーン樹脂液の塗布工程が増えるだけである。塗布工程にさらに転写工程を含むとしても、そのような塗布工程は既存の技術で容易に実現することができる。塗布工程が増えることによるコスト増加は大きくはなく、ベースプレートをシリコーン樹脂材料以外の材料に替えることのコスト面の優位性の方がはるかに大きい。   Moreover, compared with the manufacturing method which joins the conventional silicone resin members, the application process of a silicone resin liquid only increases as a process. Even if the coating process further includes a transfer process, such a coating process can be easily realized by existing techniques. The cost increase due to the increase in the coating process is not large, and the cost advantage of replacing the base plate with a material other than the silicone resin material is much greater.

第1の実施例のマイクロチップを示す図であり、(A)は水平断面図、(B)は垂直断面図であり、(A)は(B)のY−Y'線位置での断面図、(B)は(A)のX−X'線位置での断面図である。It is a figure which shows the microchip of 1st Example, (A) is a horizontal sectional view, (B) is a vertical sectional view, (A) is sectional drawing in the YY 'line position of (B). (B) is sectional drawing in the XX 'line position of (A). 第2の実施例のマイクロチップを示す図であり、(A)は水平断面図、(B)は垂直断面図であり、(A)は(B)のY−Y'線位置での断面図、(B)は(A)のX−X'線位置での断面図である。It is a figure which shows the microchip of 2nd Example, (A) is a horizontal sectional view, (B) is a vertical sectional view, (A) is sectional drawing in the YY 'line position of (B). (B) is sectional drawing in the XX 'line position of (A). 第2の実施例のマイクロチップの製造方法を工程順に示した図であり、(A)は断面図、(B)は正面図、(C)及び(D)は断面図である。It is the figure which showed the manufacturing method of the microchip of the 2nd Example in order of a process, (A) is sectional drawing, (B) is a front view, (C) And (D) is sectional drawing. 比較実験用のマイクロチップのための流路プレートを示す平面図である。It is a top view which shows the flow-path plate for the microchip for a comparative experiment. 比較実験方法を示す概略図である。It is the schematic which shows a comparative experiment method. プラズマによる活性化処理についての比較実験結果のグラフである。It is a graph of the comparison experiment result about the activation process by plasma. は紫外線による活性化処理についての比較実験結果のグラフである。These are the graphs of the comparative experiment result about the activation process by an ultraviolet-ray. シリコーン樹脂塗布層としてのSylgard 184(商品名)塗布層を乾燥前の状態で接合された実施例とプラズマによる活性化処理を施した比較例との比較実験結果のグラフである。It is a graph of the comparative experiment result of the Example which joined the Sylgard 184 (brand name) application layer as a silicone resin application layer in the state before drying, and the comparative example which performed the activation process by plasma. シリコーン樹脂塗布層としてのSIFEL8570(登録商標)塗布層を乾燥前の状態で接合された実施例とプラズマによる活性化処理を施した比較例との比較実験結果のグラフである。It is a graph of the comparative experiment result of the Example which joined the SIFEL8570 (trademark) application layer as a silicone resin application layer in the state before drying, and the comparative example which performed the activation process by plasma. 従来技術に基づいて製作されるマイクロチップを示す図であり、(A)は水平断面図、(B)は垂直断面図であり、(A)は(B)のB−B'線位置での断面図、(B)は(A)のA−A'線位置での断面図である。It is a figure which shows the microchip manufactured based on a prior art, (A) is a horizontal sectional view, (B) is a vertical sectional view, (A) is the BB 'line position of (B). Sectional drawing and (B) are sectional drawings in the AA 'line position of (A).

図1はマイクロチップの第1の実施例を表わしたものである。この実施例は流路のみを備えたマイクロチップである。
ベースプレート10はシリコーン樹脂以外の材料から構成されている。この実施例では、ベースプレート10の材料としてポリプロピレンが使用されている。ベースプレート10の表面上には、シリコーン樹脂塗布層12を介してシリコーン樹脂からなる流路プレート14が接合されている。塗布層12及び流路プレート14の材料のシリコーン樹脂としてPDMSが使用されている。
FIG. 1 shows a first embodiment of a microchip. This embodiment is a microchip having only a flow path.
The base plate 10 is made of a material other than silicone resin. In this embodiment, polypropylene is used as the material of the base plate 10. On the surface of the base plate 10, a flow path plate 14 made of silicone resin is bonded via a silicone resin coating layer 12. PDMS is used as a silicone resin for the material of the coating layer 12 and the flow path plate 14.

流路プレート14は成型品であり、シリコーン樹脂塗布層12との接合面に流路16となる溝と、各溝につながる2つの貫通孔18,20が形成されている。貫通孔18は液入口、貫通孔20は液出口である。流路16は流路プレート14とシリコーン樹脂塗布層12との接合面に形成されたものであり、流路プレート14の溝とシリコーン樹脂塗布層12とからなり、内面がシリコーン樹脂で囲まれている。   The flow path plate 14 is a molded product, and a groove serving as the flow path 16 and two through holes 18 and 20 connected to each groove are formed on the joint surface with the silicone resin coating layer 12. The through hole 18 is a liquid inlet, and the through hole 20 is a liquid outlet. The flow path 16 is formed on the joint surface between the flow path plate 14 and the silicone resin coating layer 12, and is composed of the groove of the flow path plate 14 and the silicone resin coating layer 12, and the inner surface is surrounded by the silicone resin. Yes.

このマイクロチップは3本の流路を備えているが、流路の本数は限定されるものではない。   The microchip includes three flow paths, but the number of flow paths is not limited.

このような直線状の流路は電気泳動用の流路や液体クロマトグラフの分離カラムとして使用することができる。ここではもっとも簡単な例として直線状の流路のみを備えたマイクロチップを示しているが、分岐や合流を行わせるような枝分かれした流路を備えたものも同様に構成できる。   Such a linear flow path can be used as a flow path for electrophoresis or a separation column for a liquid chromatograph. Here, a microchip having only a linear flow path is shown as the simplest example, but a microchip having a branched flow path for branching and merging can be similarly configured.

この実施例のマイクロチップは次のように製造することができる。
(A)ポロプロピレンからなる平板状のベースプレート10と、PDMSからなり一表面上の流路16となる溝及びその溝から他の表面につながる貫通孔18,20が形成された成型品である流路プレート14を用意する。流路プレート14の溝と貫通孔はキャスティング法等の成型時に形成する。
The microchip of this embodiment can be manufactured as follows.
(A) A flow that is a molded article in which a flat base plate 10 made of polypropylene, a groove made of PDMS, which becomes a flow path 16 on one surface, and through holes 18 and 20 connected to the other surface from the groove are formed. A road plate 14 is prepared. The grooves and through holes of the flow path plate 14 are formed at the time of molding such as a casting method.

(B)ベースプレート10の表面にシリコーン樹脂液としてPDMS液を塗布してシリコーン樹脂塗布層12を形成する。PDMS液としては、Sylgard 184(ダウコーニング社の商品名)を用い、10〜50μm程度の厚みに塗布する。塗布方法は特に限定されるものではなく、ローラや刷毛等を用いて塗布することができる。また、第2の実施例の製造方法として説明する図3の方法により転写による塗布層を形成してもよい。   (B) A PDMS liquid is applied as a silicone resin liquid to the surface of the base plate 10 to form a silicone resin coating layer 12. As the PDMS solution, Sylgard 184 (a trade name of Dow Corning) is used and applied to a thickness of about 10 to 50 μm. The application method is not particularly limited, and application can be performed using a roller, a brush, or the like. Also, a coating layer by transfer may be formed by the method of FIG. 3 described as the manufacturing method of the second embodiment.

流路は流路プレート14の溝とシリコーン樹脂塗布層12の表面との間に形成されるので、シリコーン樹脂塗布層12の厚さが変わっても流路内の寸法は変わらない。そのため、シリコーン樹脂塗布層12の厚さは厳密に制御する必要はない。   Since the flow path is formed between the groove of the flow path plate 14 and the surface of the silicone resin coating layer 12, the dimensions in the flow path do not change even if the thickness of the silicone resin coating layer 12 changes. Therefore, it is not necessary to strictly control the thickness of the silicone resin coating layer 12.

(C)形成したシリコーン樹脂塗布層12を硬化させる。硬化は加熱により行う。その加熱硬化条件は、例えば85℃のオーブン内での2時間加熱である。   (C) The formed silicone resin coating layer 12 is cured. Curing is performed by heating. The heating and curing conditions are, for example, heating for 2 hours in an oven at 85 ° C.

(D)硬化したシリコーン樹脂塗布層12の表面と流路プレート14の流路となる溝が形成されている表面を活性化するために表面処理する。活性化の方法として紫外線照射を行う。紫外線照射には紫外線光源(例えば、ウシオ電機製UVエキシマ光源(波長172nm))を用いて、活性化しようとする表面に紫外線を2分間照射する。   (D) A surface treatment is performed in order to activate the surface of the cured silicone resin coating layer 12 and the surface on which the grooves serving as the flow paths of the flow path plate 14 are formed. As an activation method, ultraviolet irradiation is performed. For ultraviolet irradiation, an ultraviolet light source (for example, a UV excimer light source (wavelength 172 nm) manufactured by USHIO ELECTRIC CO., LTD.) Is used to irradiate the surface to be activated with ultraviolet light for 2 minutes.

活性化処理としては、紫外線照射に替えて酸素プラズマに曝してもよい。また、ここではシリコーン樹脂塗布層12の表面と流路プレート14の表面の両方を活性化処理しているが、いずれか一方のみを活性化処理してもよい。一方のみの活性化処理は両方の活性化処理に比べて接合強度が劣るものの、ある程度の接合強度が得られるので、そのような接合強度でも問題のない用途のマイクロチップであれば、一方のみの活性化処理ですますこともできる。   As the activation treatment, exposure to oxygen plasma may be performed instead of ultraviolet irradiation. Here, both the surface of the silicone resin coating layer 12 and the surface of the flow path plate 14 are activated, but only one of them may be activated. Although only one of the activation treatments is inferior in bonding strength to both activation treatments, a certain degree of bonding strength can be obtained. It can also be activated.

(E)その後、活性化させた両部材の表面をすみやかに密着させて放置することにより接合させてマイクロチップとする。   (E) Thereafter, the surfaces of both activated members are immediately brought into close contact with each other and left to be joined to form a microchip.

図2にマイクロチップの第2の実施例を示す。
このマイクロチップは流路のほかに反応室となる凹部が形成されたものである。図1の実施例と比べると、各流路16の途中のベースプレート表面に凹部22が形成されている点で異なり、他の構成は図1のものと同じである。ベースプレート10aの材料としてポリプロピレンが使用され、シリコーン樹脂塗布層12及び流路プレート14の材料のシリコーン樹脂としてPDMSが使用されている。
FIG. 2 shows a second embodiment of the microchip.
This microchip has a recess formed as a reaction chamber in addition to the flow path. Compared with the embodiment of FIG. 1, the difference is that a recess 22 is formed on the surface of the base plate in the middle of each flow path 16, and the other configuration is the same as that of FIG. Polypropylene is used as the material of the base plate 10a, and PDMS is used as the silicone resin of the silicone resin coating layer 12 and the flow path plate 14.

ベースプレート10aの表面に形成された凹部22はPDMSからなる流路16につながっている。凹部22の内側の底面及び側面はシリコーン樹脂塗布層12のPDMSで覆われてはおらず、凹部22の上部は流路プレート14のPDMSで被われている。   The recess 22 formed on the surface of the base plate 10a is connected to the flow path 16 made of PDMS. The inner bottom surface and side surface of the recess 22 are not covered with the PDMS of the silicone resin coating layer 12, and the upper portion of the recess 22 is covered with the PDMS of the flow path plate 14.

凹部22はベースプレート10aの材料であるポリプロピレンが露出したままとすることができる。その場合は、このマイクロチップを化学反応、化学合成又は細胞培養などのチップとして利用することができ、貫通孔18又は20から流路16を経て凹部22に必要な反応試薬、細胞、細胞培養液などを導入する。   The recess 22 can be left exposed by the polypropylene that is the material of the base plate 10a. In this case, the microchip can be used as a chip for chemical reaction, chemical synthesis, cell culture, etc., and the reaction reagent, cells, and cell culture solution required for the recess 22 through the flow path 16 from the through hole 18 or 20. And so on.

このマイクロチップを生化学反応の検査用又は反応用のチップとして使用する場合には、ベースプレート10aに流路プレート14を接合する前に、凹部22の内面には検査用プローブや反応試薬を保持しておくというように予め必要な処理を施しておくこともできる。本発明のマイクロチップはベースプレート10aにシリコーン樹脂塗布層12により流路プレート14を接合しても凹部22の内面にはシリコーン樹脂塗布層12で覆われることなくベースプレート10aの材質が露出している部分が存在するので、そのような凹部22の内面処理が可能になるのである。   When this microchip is used as a biochemical reaction test or reaction chip, a test probe and a reaction reagent are held on the inner surface of the recess 22 before joining the flow path plate 14 to the base plate 10a. Necessary processing can be performed in advance. In the microchip of the present invention, even when the flow path plate 14 is joined to the base plate 10a by the silicone resin coating layer 12, the inner surface of the recess 22 is not covered with the silicone resin coating layer 12 but the material of the base plate 10a is exposed. Therefore, the inner surface treatment of the concave portion 22 becomes possible.

図3に図2の実施例のマイクロチップの製造方法を示す。
(A)ポロプロピレンからなるベースプレート10aと、PDMSからなり一表面上の流路16となる溝及びその溝から他の表面につながる貫通孔18,20が形成された成型品である流路プレート14を用意する。ベースプレート10aは平板状であり、流路プレート14と接合される表面に成型などにより凹部22を形成しておく。
FIG. 3 shows a method for manufacturing the microchip of the embodiment of FIG.
(A) A base plate 10a made of polypropylene, a flow channel plate 14 which is a molded product in which a groove made of PDMS and forming a flow channel 16 on one surface and through holes 18 and 20 connected to the other surface from the groove are formed. Prepare. The base plate 10a has a flat plate shape, and a recess 22 is formed on the surface joined to the flow path plate 14 by molding or the like.

塗布版30を用意する。塗布版30の表面にはシリコーン樹脂塗布層を形成するための凹部32が形成されている。凹部32は底面が平坦面であり、均一な深さをもっている。凹部32の深さは形成しようとするシリコーン樹脂塗布層の厚さの約4倍程度であり、例えばその深さは50μmである。塗布版30の材質は特に限定されるものではないが、底面が平坦で均一な深さの凹部32を形成でき、繰返し使用できることから、ステンレスなどの金属製が好ましい。   A coating plate 30 is prepared. A concave portion 32 for forming a silicone resin coating layer is formed on the surface of the coating plate 30. The recess 32 has a flat bottom surface and a uniform depth. The depth of the recess 32 is about four times the thickness of the silicone resin coating layer to be formed. For example, the depth is 50 μm. The material of the coating plate 30 is not particularly limited, but is preferably made of a metal such as stainless steel because the bottom surface is flat and the concave portion 32 having a uniform depth can be formed and used repeatedly.

その塗布版30の凹部32にシリコーン樹脂液を塗布する。シリコーン樹脂液としては、例えばPDMSからなるSylgard 184(商品名)を用いる。塗布の方法として、凹部32にシリコーン樹脂液を滴下し、スキージ等を用いてシリコーン樹脂液がちょうど凹部32を満たすように平坦化する。これにより、凹部32の深さに等しい50μmの厚みのシリコーン樹脂塗布層12が形成される。   A silicone resin liquid is applied to the recess 32 of the coating plate 30. For example, Sylgard 184 (trade name) made of PDMS is used as the silicone resin liquid. As a coating method, a silicone resin liquid is dropped into the recess 32, and flattened using a squeegee or the like so that the silicone resin liquid just fills the recess 32. Thereby, the silicone resin coating layer 12 having a thickness of 50 μm equal to the depth of the recess 32 is formed.

(B)未硬化状態のシリコーン樹脂塗布層12上に塗布ローラ36をころがし、シリコーン樹脂塗布層12を塗布ローラ36に転写する。ローラ36の材質は特に限定されないが、例えばポリウレタン製である。これにより、シリコーン樹脂塗布層12の約半量がローラ36表面に転写される。   (B) The coating roller 36 is rolled onto the uncured silicone resin coating layer 12, and the silicone resin coating layer 12 is transferred to the coating roller 36. The material of the roller 36 is not particularly limited, but is made of polyurethane, for example. Thereby, about half of the silicone resin coating layer 12 is transferred to the surface of the roller 36.

(C)塗布ローラ36に転写したシリコーン樹脂塗布層12をベースプレート10aの凹部22が形成されている表面に転写する。この工程により、ベースプレートベースプレート10aの凹部22以外の表面にのみシリコーン樹脂塗布層12が転写される。このとき、ローラ36表面のシリコーン樹脂塗布層12の約半量がベースプレート10a表面に転写される。   (C) The silicone resin coating layer 12 transferred to the coating roller 36 is transferred to the surface of the base plate 10a where the recess 22 is formed. By this step, the silicone resin coating layer 12 is transferred only to the surface other than the concave portion 22 of the base plate base plate 10a. At this time, about half of the silicone resin coating layer 12 on the surface of the roller 36 is transferred to the surface of the base plate 10a.

(D)ベースプレート34上のシリコーン樹脂塗布層12を加熱して硬化させる。加熱硬化条件は、例えば85℃のオーブン内での2時間加熱である。   (D) The silicone resin coating layer 12 on the base plate 34 is heated and cured. The heat curing condition is, for example, heating for 2 hours in an oven at 85 ° C.

その後、互いに接合しようとする流路プレート14の表面とシリコーン樹脂塗布層12の表面を活性化するために、紫外線光源(例えば、ウシオ電機製UVエキシマ光源(波長172nm))を用いて、活性化しようとする表面に紫外線を2分間照射する。   Thereafter, in order to activate the surface of the flow path plate 14 and the surface of the silicone resin coating layer 12 to be joined to each other, activation is performed using an ultraviolet light source (for example, a UV excimer light source (wavelength 172 nm) manufactured by USHIO). Irradiate the surface to be irradiated with ultraviolet rays for 2 minutes.

この実施例でも活性化処理として紫外線照射に替えて酸素プラズマに曝してもよく、また、活性化は接合される両表面に限らずいずれか一方の表面のみとしてもよい。   Also in this embodiment, the activation treatment may be performed by exposure to oxygen plasma instead of ultraviolet irradiation, and the activation may be performed not only on both surfaces to be joined but only on one of the surfaces.

その後、活性化させた両部材の表面をすみやかに密着させて放置することにより接合させてマイクロチップとする。   Thereafter, the surfaces of both activated members are immediately brought into close contact with each other and left to join to form a microchip.

この製造方法は図2の実施例を想定しているが、図1の実施例に適用することもできる。   This manufacturing method assumes the embodiment of FIG. 2, but can also be applied to the embodiment of FIG.

図1、図2の実施例のマイクロチップの製造方法として以上に説明したのは、シリコーン樹脂塗布層を硬化させ、接合させる部材の接合面をプラズマ又は紫外線により活性化させた後に両部材を密着させて接合する方法である。   The microchip manufacturing method of the embodiment of FIGS. 1 and 2 has been described above in which the silicone resin coating layer is cured and the bonding surfaces of the members to be bonded are activated by plasma or ultraviolet light, and then both members are brought into close contact with each other It is the method of making it join.

それに対し、他の製造方法として、シリコーン樹脂塗布層が硬化する前に、シリコーン樹脂塗布層の表面と流路プレートの流路となる溝が形成されている表面を密着させて放置することにより接合させる製造方法も本発明の製造方法に含まれる。この場合はプラズマや紫外線による活性化処理は行わない。   On the other hand, as another manufacturing method, before the silicone resin coating layer is cured, the surface of the silicone resin coating layer and the surface on which the groove serving as the flow path of the flow path plate is closely adhered are left to stand. The manufacturing method to be performed is also included in the manufacturing method of the present invention. In this case, activation processing by plasma or ultraviolet rays is not performed.

本発明によりシリコーン樹脂塗布層を形成した場合と形成しない場合の接合強度を比較した測定結果について説明する。   The measurement results comparing the bonding strength when the silicone resin coating layer is formed and not formed according to the present invention will be described.

比較実験に用いたマイクロチップは図1に示した実施例のようにベースプレートは平板状のポリプロピレンからなるものであり、流路プレート14は図4に示されるような流路16用の溝とその溝につながる1つの貫通孔18が形成されたPDMSからなるものである。流路プレート14は外形が80mm×25mmの矩形であり、流路16用の溝は幅500μm、深さ400μm、長さ60mmの直線状の流路16a用の溝の両側に幅が約2mm、長さが約3mmの楕円形状の凹部16bが12個接続された形状をもっている。凹部16bの深さも流路16aの深さと同じく400μmである。   The microchip used in the comparative experiment is a base plate made of polypropylene as in the embodiment shown in FIG. 1, and the flow path plate 14 includes grooves for the flow path 16 as shown in FIG. It consists of PDMS in which one through-hole 18 connected to the groove is formed. The channel plate 14 has a rectangular shape with an outer shape of 80 mm × 25 mm. The groove for the channel 16 has a width of 500 μm, a depth of 400 μm, a length of 60 mm, and a width of about 2 mm on both sides of the linear channel 16a. It has a shape in which twelve oval concave portions 16b having a length of about 3 mm are connected. The depth of the recess 16b is also 400 μm, the same as the depth of the flow path 16a.

図4の流路プレート14を用いたマイクロチップ40を用いて図5に示す剥離実験を行った。そのマイクロチップ40の貫通孔18に送風機を含む圧力制御器42から配管44を接続し、マイクロチップ40内の流路16に空気圧を加えていってマイクロチップ40から空気が漏れるときの圧力を測定した。   The peeling experiment shown in FIG. 5 was performed using the microchip 40 using the flow path plate 14 of FIG. A pipe 44 is connected to the through hole 18 of the microchip 40 from a pressure controller 42 including a blower, and air pressure is applied to the flow path 16 in the microchip 40 to measure the pressure when air leaks from the microchip 40. did.

図6A〜6Dはその測定結果であり、それぞれの左側の「PP直接」は比較例、右側の「PDMS薄層あり」、「Sylgard接着」又は「SIFEL接着」は実施例である。   6A to 6D show the measurement results. “PP direct” on the left side is a comparative example, “with PDMS thin layer”, “Sylgard adhesion” or “SIFEL adhesion” on the right side is an example.

図6Aは活性化処理として接合する両表面を酸素プラズマにさらしたものである。酸素プラズマによる活性化の条件は、酸素流量50sccm 、圧力150mTorr、印加電力50Wで処理時間20秒である。実施例の「PDMS薄層あり」は、シリコーン樹脂塗布層としてPDMSからなるSylgard 184(商品名)塗布層を形成し、それを硬化させた後に活性化処理を施したものである。比較例でも同じ活性化処理を施した。   FIG. 6A shows both surfaces to be joined as an activation treatment exposed to oxygen plasma. The activation conditions using oxygen plasma are an oxygen flow rate of 50 sccm, a pressure of 150 mTorr, an applied power of 50 W, and a processing time of 20 seconds. In the examples, “with PDMS thin layer” is obtained by forming a Sylgard 184 (trade name) coating layer made of PDMS as a silicone resin coating layer, curing it, and performing an activation treatment. The same activation treatment was performed in the comparative example.

図6Bは活性化処理として接合する両表面に紫外線を照射したものである。紫外線による活性化の条件は実施例の製造方法で示した通りである。実施例の「PDMS薄層あり」は、シリコーン樹脂塗布層としてPDMSからなるSylgard 184(商品名)塗布層を形成し、それを硬化させた後に活性化処理を施したものである。比較例でも同じ活性化処理を施した。   FIG. 6B shows a case where both surfaces to be joined as an activation treatment are irradiated with ultraviolet rays. The conditions for activation by ultraviolet rays are as shown in the production methods of the examples. In the examples, “with PDMS thin layer” is obtained by forming a Sylgard 184 (trade name) coating layer made of PDMS as a silicone resin coating layer, curing it, and performing an activation treatment. The same activation treatment was performed in the comparative example.

図6Cの実施例は、シリコーン樹脂塗布層としてPDMSからなるSylgard 184(商品名)塗布層を形成し、それが硬化する前に密着させて接合させた。この場合は、酸素プラズマや紫外線による活性化は行なっていない。比較例では、図6Aと同じ酸素プラズマによる活性化を行なった。   In the example of FIG. 6C, a Sylgard 184 (trade name) coating layer made of PDMS was formed as a silicone resin coating layer, and the layers were adhered and bonded before curing. In this case, activation by oxygen plasma or ultraviolet rays is not performed. In the comparative example, activation by the same oxygen plasma as in FIG. 6A was performed.

図6Dの実施例は、シリコーン樹脂塗布層として液状フッ素系エラストマーSIFEL8570(登録商標)塗布層を形成し、それが硬化する前に密着させて接合させた。この場合も、酸素プラズマや紫外線による活性化は行なっていない。比較例では、図6Aと同じ酸素プラズマによる活性化を行なった。   In the example of FIG. 6D, a liquid fluorine-based elastomer SIFEL8570 (registered trademark) coating layer was formed as a silicone resin coating layer, and was adhered and bonded before it was cured. Also in this case, activation by oxygen plasma or ultraviolet rays is not performed. In the comparative example, activation by the same oxygen plasma as in FIG. 6A was performed.

この比較実験により、ポリプロピレン部材にPDMS部材を接合する場合、PDMS塗布層を介在させることにより接合強度が5倍以上増強され、液状フッ素系エラストマー塗布層を介在させる場合も接合強度が3倍程度増強されることがわかる。   According to this comparative experiment, when a PDMS member is bonded to a polypropylene member, the bonding strength is increased by 5 times or more by interposing a PDMS coating layer, and the bonding strength is increased by about 3 times when a liquid fluorine-based elastomer coating layer is interposed. You can see that

図1及び図2の実施例では、流路16につながる2つの貫通孔18,20が流路プレート14に形成されたものを示しているが、本発明では貫通孔18,20はベースプレート10に形成されていてもよい。   1 and 2, the two through holes 18 and 20 connected to the flow path 16 are formed in the flow path plate 14, but in the present invention, the through holes 18 and 20 are formed in the base plate 10. It may be formed.

10,10a ベースプレート
12 シリコーン樹脂塗布層
14 流路プレート
16 流路
18,20 貫通孔
22 凹部
10, 10a Base plate 12 Silicone resin coating layer 14 Channel plate 16 Channel 18, 20 Through hole 22 Recess

Claims (8)

シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートの表面上にシリコーン樹脂塗布層を介してシリコーン樹脂からなる流路プレートが接合されており、
前記流路プレートは、前記シリコーン樹脂塗布層との接合面に流路となる溝が形成された成型品であり、
前記溝からなる流路につながる少なくとも一つの貫通孔が前記ベースプレート又は流路プレートに形成されており、
前記流路プレートと前記シリコーン樹脂塗布層との接合面に前記溝と前記シリコーン樹脂塗布層とからなる内面がシリコーン樹脂で囲まれた流路が形成されており、
前記ベースプレート表面には凹部が形成されており、
前記凹部は前記流路につながっているとともに、前記凹部の内側の底面及び側面には前記シリコーン樹脂塗布層で覆われずにベースプレートの材料が露出して検査又は反応に使用される物質を保持できる部分をもち、前記凹部の上部は前記流路プレートのシリコーン樹脂で被われているマイクロチップ。
A flow path plate made of silicone resin is joined to the surface of a base plate made of a material other than silicone resin through a silicone resin coating layer.
The flow path plate is a molded product in which a groove serving as a flow path is formed on the joint surface with the silicone resin coating layer,
At least one through hole connected to the flow path consisting of the groove is formed in the base plate or the flow path plate,
A flow path in which an inner surface composed of the groove and the silicone resin coating layer is surrounded by a silicone resin is formed on a joint surface between the flow path plate and the silicone resin coating layer ,
A recess is formed on the surface of the base plate,
The recess is connected to the flow path, and the base plate material is not covered with the silicone resin coating layer on the inner bottom surface and side surface of the recess, so that a substance used for inspection or reaction can be held. A microchip having a portion, and the upper portion of the recess is covered with a silicone resin of the flow path plate .
このマイクロチップは検査用又は反応用に使用されるマイクロチップであり、
前記凹部の内側でベースプレートの材料が露出している部分には、このマイクロチップを用いて行われる検査又は反応に使用される物質が使用前に予め保持されている請求項に記載のマイクロチップ。
This microchip is a microchip used for inspection or reaction,
The microchip according to claim 1 , wherein a substance used for a test or a reaction performed using the microchip is held in advance in a portion where the material of the base plate is exposed inside the recess. .
前記ベースプレートの材料は、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリスチレン及びポリオレフィン共重合体からなる群から選ばれた非シリコーン樹脂である請求項1又は2に記載のマイクロチップ。 The microchip according to claim 1 or 2 , wherein the material of the base plate is a non-silicone resin selected from the group consisting of polypropylene, fluororesin, polystyrene, and a polyolefin copolymer. 前記ベースプレートの材料は、ステンレス合金又はアルミニウム合金からなる金属である請求項1又は2に記載のマイクロチップ。 The microchip according to claim 1 or 2 , wherein a material of the base plate is a metal made of a stainless alloy or an aluminum alloy. 以下の工程を備え、請求項1に記載のマイクロチップを製造する方法であって、
(A)シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートと、シリコーン樹脂からなり一表面上に流路となる溝が形成された成型品である流路プレートとからなり、該両プレートが接合されたときに前記溝により形成される流路につながる少なくとも一つの貫通孔がベースプレート又は流路プレートに形成されており、該ベースプレートには該両プレートが接合されたときに前記流路につながる位置に凹部が形成されているベースプレートと流路プレートとを用意する工程、
(B)前記ベースプレートの表面にシリコーン樹脂液を塗布してシリコーン樹脂塗布層を形成する工程、
(C)前記シリコーン樹脂塗布層を硬化させる工程、
(D)硬化した前記シリコーン樹脂塗布層の表面と前記流路プレートの前記流路となる溝が形成されている表面の一方又は両方を、酸素プラズマに曝すことにより又は紫外線を照射することにより活性化する工程、並びに
(E)その後、前記シリコーン樹脂塗布層の表面と前記流路プレートの前記流路となる溝が形成されている表面を密着させて貼り合わせる工程を含み、
前記工程(B)は、
(B1)シリコーン樹脂液を前記ベースプレート以外の部材の平坦な表面上に均一な厚さの薄層状に塗布する工程、及び
(B2)塗布されたシリコーン樹脂薄層を前記ベースプレートの表面に転写する工程
を含んでいる製造方法
A method for producing a microchip according to claim 1, comprising the following steps :
(A) a base plate made of a material other than silicone resin, and a flow path plate that is a molded product made of silicone resin and having a flow path groove formed on one surface thereof, and when the two plates are joined together wherein at least one through hole leading to channel formed by the groove is formed in the base plate or channel plate, a recess at the position leading to the flow path when in said base plate the both plates are joined Preparing a formed base plate and a flow path plate;
(B) a step of applying a silicone resin liquid on the surface of the base plate to form a silicone resin coating layer;
(C) curing the silicone resin coating layer,
(D) Activated by exposing one or both of the cured surface of the silicone resin coating layer and the surface of the flow path plate where the groove serving as the flow path is formed to oxygen plasma or by irradiating ultraviolet rays And (E) after that, the step of adhering the surface of the silicone resin coating layer and the surface of the flow path plate where the groove serving as the flow path is formed are bonded together ,
The step (B)
(B1) applying a silicone resin liquid in a thin layer with a uniform thickness on a flat surface of a member other than the base plate; and
(B2) Step of transferring the applied silicone resin thin layer to the surface of the base plate
Manufacturing method .
以下の工程を備え、請求項1に記載のマイクロチップを製造する方法であって、
(A)シリコーン樹脂以外の材料からなるベースプレートと、シリコーン樹脂からなり一表面上の流路となる溝が形成された成型品である流路プレートとからなり、該両プレートが接合されたときに前記溝により形成される流路につながる少なくとも一つの貫通孔がベースプレート又は流路プレートに形成されており、該ベースプレートには該両プレートが接合されたときに前記流路につながる位置に凹部が形成されているベースプレートと流路プレートとを用意する工程、
(B)前記ベースプレートの表面にシリコーン樹脂液を塗布してシリコーン樹脂塗布層を形成する工程、
(C)前記シリコーン樹脂塗布層が硬化する前に、前記シリコーン樹脂塗布層の表面と前記流路プレートの前記流路となる溝が形成されている表面を密着させて貼り合わせる工程を含み、
前記工程(B)は、
(B1)シリコーン樹脂液を前記ベースプレート以外の部材の平坦な表面上に均一な厚さの薄層状に塗布する工程、及び
(B2)塗布されたシリコーン樹脂薄層を前記ベースプレートの表面に転写する工程
を含んでいる製造方法
A method for producing a microchip according to claim 1, comprising the following steps :
(A) When a base plate made of a material other than silicone resin and a flow path plate which is a molded product formed of silicone resin and having a flow path on one surface formed thereon, the two plates are joined. wherein at least one through hole leading to channel formed by the groove is formed in the base plate or channel plate, a recess at the position leading to the flow path when in said base plate the both plates are joined Preparing a formed base plate and a flow path plate;
(B) a step of applying a silicone resin liquid on the surface of the base plate to form a silicone resin coating layer;
(C) before the silicone resin coating layer is cured , including a step of adhering and bonding the surface of the silicone resin coating layer and the surface of the flow channel plate where the groove serving as the flow channel is formed ;
The step (B)
(B1) applying a silicone resin liquid in a thin layer with a uniform thickness on a flat surface of a member other than the base plate; and
(B2) Step of transferring the applied silicone resin thin layer to the surface of the base plate
Manufacturing method .
前記工程(A)で前記ベースプレートを用意する工程では、前記シリコーン樹脂塗布層が形成される前記ベースプレート表面に凹部を形成しておく請求項5又は6に記載のマイクロチップの製造方法。 The method for manufacturing a microchip according to claim 5 or 6 , wherein in the step of preparing the base plate in the step (A), a recess is formed on the surface of the base plate on which the silicone resin coating layer is formed. このマイクロチップは検査用又は反応用に使用されるものであり、
前記工程(A)で前記ベースプレートを用意する工程で、前記凹部の内側に検査又は反応に使用される物質を保持しておく請求項に記載のマイクロチップの製造方法
This microchip is used for inspection or reaction,
8. The method of manufacturing a microchip according to claim 7 , wherein in the step of preparing the base plate in the step (A), a substance used for inspection or reaction is held inside the recess.
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