JP7722011B2 - Microfluidic chip - Google Patents
Microfluidic chipInfo
- Publication number
- JP7722011B2 JP7722011B2 JP2021122578A JP2021122578A JP7722011B2 JP 7722011 B2 JP7722011 B2 JP 7722011B2 JP 2021122578 A JP2021122578 A JP 2021122578A JP 2021122578 A JP2021122578 A JP 2021122578A JP 7722011 B2 JP7722011 B2 JP 7722011B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- photosensitive resin
- channel
- partition
- resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
本開示は、マイクロ流路チップ及びその製造方法に関するものである。 This disclosure relates to a microchannel chip and a method for manufacturing the same.
近年、リソプロセスや厚膜プロセス技術を応用して、微細な反応場を形成し、数μLから数nL単位での検査を可能とする技術が提案されている。このような微細な反応場を利用した技術をμ-TAS(Micro Total Analysis system)という。 In recent years, technologies have been proposed that use lithography and thick-film processing techniques to form microscopic reaction fields, enabling testing in the range of a few μL to a few nL. This technology, which utilizes such microscopic reaction fields, is called μ-TAS (Micro Total Analysis System).
μ-TASは、遺伝子検査、染色体検査、細胞検査、医薬品開発などの領域や、バイオ技術、環境中の微量な物質検査、農作物等の飼育環境の調査、農作物の遺伝子検査などに応用される。μ-TAS技術の導入により、自動化、高速化、高精度化、低コスト、迅速性、環境インパクトの低減など、大きな効果を得られる。 μ-TAS is applied in areas such as genetic testing, chromosome testing, cell testing, and pharmaceutical development, as well as biotechnology, testing for trace substances in the environment, investigating the rearing environment of agricultural crops, and genetic testing of agricultural crops. The introduction of μ-TAS technology can bring about significant benefits, including automation, increased speed, high accuracy, low cost, rapidity, and reduced environmental impact.
μ-TASでは、多くの場合、基板上に形成されたマイクロメートルサイズの流路(マイクロ流路、マイクロチャンネル)が利用され、このような基板はチップ、マイクロチップ、マイクロ流路チップなどと呼ばれる。 μ-TAS often uses micrometer-sized flow paths (microflow paths, microchannels) formed on a substrate, and such substrates are called chips, microchips, microflow path chips, etc.
従来、こうしたマイクロ流路チップは、例えば、ガラス、プラスチック、樹脂、金属などの複数の部材同士を接合させて作製される。一般的には、これらの部材以外の中間材を介在させて部材同士を接合する接合方法がある。ここで、中間材としては、いわゆる接着剤が使用される。この場合、一方の部材の表面(例えば基板の表面)に流路を形成した後に、流路を形成する壁部の表面に接着剤を塗布し、流路の蓋となる他方の部材を貼り合わせることで部材同士を接合してマイクロ流路チップを作製する。 Conventionally, such microchannel chips are fabricated by bonding together multiple components, such as glass, plastic, resin, and metal. A common bonding method involves bonding these components together using an intermediate material other than these components. Here, an adhesive is used as the intermediate material. In this case, after forming a channel on the surface of one component (e.g., the surface of a substrate), an adhesive is applied to the surface of the wall that forms the channel, and the other component, which serves as a lid for the channel, is attached to bond the components together to fabricate a microchannel chip.
例えば、特許文献1には、接着剤を介して接合する方法からなるマイクロ流路チップについて開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a microchannel chip that is bonded using an adhesive.
特許文献1に開示されているような接着剤を介して部材同士を接合する方法で形成されるマイクロ流路チップにおいては、接着剤の成分がマイクロ流路内を流れる溶液中へ溶出し、これにより溶液の反応阻害が生じ得るといった問題がある。
このため、近年、接着剤を使用することなくマイクロ流路チップの蓋を形成すること、すなわち接着剤成分の流路内への溶出を防ぐことが求められている。
In a microchannel chip formed by a method of joining components together via an adhesive as disclosed in Patent Document 1, there is a problem in that components of the adhesive dissolve into the solution flowing through the microchannel, which may inhibit the reaction of the solution.
For this reason, in recent years, there has been a demand for forming a lid for a microchannel chip without using an adhesive, that is, for preventing the adhesive component from eluting into the channel.
そこで、本開示は上記課題に鑑み、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができるマイクロ流路チップ、およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in consideration of the above-mentioned problems, the present disclosure aims to provide a microchannel chip that can prevent adhesive components from leaching into the channel and suppress reaction inhibition of the solution in the channel, as well as a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るマイクロ流路チップは、基部と、
前記基部上に流路を形成する隔壁部層と、前記隔壁部の前記基部とは反対側の面に形成され、前記流路の蓋となる上蓋部と、を備え、前記隔壁部と前記上蓋部との間に粘着層が設けられていないことを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本開示の他の態様に係るマイクロ流路チップは、基部と、前記基部上に流路を形成する隔壁部と、前記隔壁層の前記基板とは反対側の面に形成され、前記流路の蓋となる上蓋部と、を備え、前記上蓋部と前記隔壁部とは互いに溶着していることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本開示のさらに他の態様に係るマイクロ流路チップは、マイクロ流路チップであって、流路と、前記流路の蓋となる上蓋部と、を備え、前記上蓋部の材料は、熱流動性を有する樹脂であり、前記流路の断面形状は、角丸であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a micro-channel chip according to one aspect of the present disclosure includes a base portion and
The device is characterized in that it comprises a partition layer that forms a flow path on the base, and an upper lid that is formed on the surface of the partition opposite the base and serves as a lid for the flow path, and no adhesive layer is provided between the partition and the upper lid.
In order to solve the above-mentioned problems, a microchannel chip according to another aspect of the present disclosure includes a base, a partition wall portion that forms a channel on the base, and a top cover portion that is formed on the surface of the partition wall layer opposite the substrate and serves as a lid for the channel, and is characterized in that the top cover portion and the partition wall portion are welded to each other.
In addition, in order to solve the above-mentioned problems, a microchannel chip according to yet another aspect of the present disclosure is a microchannel chip comprising a channel and a top cover portion that serves as a lid for the channel, wherein the material of the top cover portion is a resin having thermal fluidity, and the cross-sectional shape of the channel has rounded corners.
また、本開示の一態様に係るマイクロ流路チップの製造方法は、基部上に、感光性樹脂を塗工する工程と、塗工した前記感光性樹脂を露光する工程と、露光した前記感光性樹脂を現像及び洗浄し、前記基部上において流路を画定する隔壁部を形成する工程と、前記隔壁部を加熱処理して前記感光性樹脂を流動させ、前記流路の上蓋部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本開示の他の態様に係るマイクロ流路チップの製造方法は、基部上に、第一の感光性樹脂を塗工する工程と、塗工した前記第一の感光性樹脂の上に、第二の感光性樹脂を塗工する工程と、前記第一の感光性樹脂及び前記第二の感光性樹脂を露光する工程と、露光した前記第一感光性樹脂及び前記第二の感光性樹脂を現像及び洗浄し、前記基部上において流路を画定する隔壁部を形成する工程と、前記隔壁部上の前記第二の感光性樹脂を加熱処理して該第二の感光性樹脂を流動させ、前記流路の上蓋部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
Furthermore, a method for manufacturing a microchannel chip according to one aspect of the present disclosure is characterized by including the steps of applying a photosensitive resin onto a base, exposing the applied photosensitive resin to light, developing and washing the exposed photosensitive resin to form a partition wall portion that defines a channel on the base, and heating the partition wall portion to cause the photosensitive resin to flow and form a top cover portion of the channel.
Furthermore, a method for manufacturing a microchannel chip according to another aspect of the present disclosure is characterized by including the steps of: applying a first photosensitive resin onto a base; applying a second photosensitive resin onto the applied first photosensitive resin; exposing the first photosensitive resin and the second photosensitive resin to light; developing and washing the exposed first photosensitive resin and the second photosensitive resin to form a partition wall portion that defines a channel on the base; and heat-treating the second photosensitive resin on the partition wall to cause the second photosensitive resin to flow, thereby forming a top cover portion of the channel.
本開示の態様によれば接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができるマイクロ流路チップを提供することができる。 According to an aspect of the present disclosure, a microchannel chip can be provided that can prevent adhesive components from leaching into the channel and suppress reaction inhibition of the solution in the channel.
以下、実施形態を通じて本開示を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、図面は特許請求の範囲にかかる発明を模式的に示すものであり、各部の幅、厚さ等の寸法は現実のものとは異なり、これらの比率も現実のものとは異なる。 The present disclosure will be explained below through embodiments, but the following embodiments do not limit the invention as claimed. Furthermore, not all combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention. Furthermore, the drawings are a schematic representation of the invention as claimed, and the dimensions of the width, thickness, etc. of each part differ from the actual dimensions, and the ratios between these dimensions also differ from the actual dimensions.
本開示の第一実施形態に係るマイクロ流路チップについて説明する。なお、以下の説明では、マイクロ流路チップの基板側を「下」、マイクロ流路チップの基板側と反対側(蓋材側)を「上」として説明する場合がある。 A micro-channel chip according to a first embodiment of the present disclosure will now be described. Note that in the following description, the substrate side of the micro-channel chip may be referred to as "bottom" and the side opposite the substrate side of the micro-channel chip (the lid side) as "top."
本発明者らは、鋭意検討の結果、マイクロ流路チップにおいて樹脂材料を加熱して流動させることによって流路部の蓋となる上蓋部を形成することで、接着剤を用いずに隔壁部上に上蓋を設けることが可能となることを見出した。これにより、本発明者らは、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができるマイクロ流路チップ及びその製造方法を発明するに至った。
以下、図面を参照して本開示の各実施形態の各態様について説明する。
As a result of extensive research, the present inventors have found that by forming a top cover portion that serves as a lid for a channel portion in a microchannel chip by heating and flowing a resin material, it is possible to provide the top cover on a partition portion without using an adhesive. As a result, the present inventors have invented a microchannel chip and a method for manufacturing the same that can prevent the adhesive component from eluting into the channel and suppress reaction inhibition of the solution in the channel.
Hereinafter, each aspect of each embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
1.第一実施形態
(1.1)マイクロ流路チップの基本構成
図1は、本開示の第一実施形態(以下、「本実施形態」という)に係るマイクロ流路チップ1の一構成例を説明するための概略図である。具体的には、図1(a)は本実施形態のマイクロ流路チップ1の平面概略図である。また、図1(b)は、図1(a)に示すA-A線でマイクロ流路チップ1を切断した断面を示す概略断面図である。
1. First Embodiment (1.1) Basic Configuration of Micro-Channel Chip Fig. 1 is a schematic diagram illustrating one configuration example of a micro-channel chip 1 according to a first embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as "this embodiment"). Specifically, Fig. 1(a) is a schematic plan view of the micro-channel chip 1 of this embodiment. Fig. 1(b) is a schematic cross-sectional view showing a cross section of the micro-channel chip 1 taken along line A-A shown in Fig. 1(a).
図1(a)に示すように、マイクロ流路チップ1は、流体(例えば液体)を導入するための入力部2と、入力部2から導入された流体が流れる流路部3と、流路部3から流体を排出するための出力部4とを備えている。マイクロ流路チップ1において、流路部3の上面は、上蓋層12に覆われており、入力部2および出力部4は、上蓋層12に設けられた貫通孔である。上蓋層12の詳細は後述する。
図1(a)では、透明性を有する上蓋層12を介して視認される流路部3を図示している。
1(a), the micro-channel chip 1 includes an input section 2 for introducing a fluid (e.g., a liquid), a channel section 3 through which the fluid introduced from the input section 2 flows, and an output section 4 for discharging the fluid from the channel section 3. In the micro-channel chip 1, the upper surface of the channel section 3 is covered with an upper cover layer 12, and the input section 2 and the output section 4 are through-holes provided in the upper cover layer 12. Details of the upper cover layer 12 will be described later.
FIG. 1( a ) shows the flow path portion 3 visible through the transparent upper cover layer 12 .
マイクロ流路チップ1において、入力部2及び出力部4は、少なくとも1つ以上設けられていればよく、それぞれ複数個設けられていてもよい。またマイクロ流路チップ1において、流路部3は、複数設けられてもよいし、入力部2から導入された流体の合流や分離が可能な設計であってもよい。 The microchannel chip 1 may have at least one input section 2 and one output section 4, and may have multiple of each. The microchannel chip 1 may also have multiple channel sections 3, and may be designed to allow for the joining and separation of fluids introduced from the input section 2.
ここで、マイクロ流路チップ1において、流路部3を構成する部材の詳細について説明する。図1(b)に示すように、マイクロ流路チップ1は、基板(基部の一例)10と、基板10上に流路を形成する隔壁層(隔壁部の一例)11と、隔壁層11の基板10とは反対側の面に形成され、流路部3の蓋となる上蓋層(上蓋部の一例)12と、を備えている。
マイクロ流路チップ1において、入力部2から導入された流体が流れる流路部3は、基板10と隔壁層11と上蓋層12とに囲まれた領域である。流路部3は、基板10上に設けられた対向する隔壁層11によって画定され、基板10とは反対側を蓋材となる上蓋層12に覆われている。つまり、流路部3は、基板10、隔壁層11および上蓋層12で構成される空間である。上述のように、流路部3には、上蓋層12に設けられた入力部2(図1(a)参照)から流体が導入され、流路部3を流れた流体は出力部4から排出される。
詳しくは後述するが、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1において、隔壁層11と上蓋層12との間には、粘着層が設けられていない。本実施形態において、隔壁層11と上蓋層12とは互いに溶着している。ここで、粘着層とは接着剤を含有する層であって、複数の部材同士を貼り合わせるために用いられるものである。マイクロ流路チップ1は、隔壁層11と上蓋層12との間に粘着層を設けずに溶着(接合)することにより、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
Here, details of the components that make up the channel section 3 in the microchannel chip 1 will be described. As shown in Fig. 1(b), the microchannel chip 1 includes a substrate (an example of a base section) 10, a partition layer (an example of a partition section) 11 that forms a channel on the substrate 10, and an upper cover layer (an example of an upper cover section) 12 that is formed on the surface of the partition layer 11 opposite the substrate 10 and serves as a cover for the channel section 3.
In the microchannel chip 1, the channel section 3, through which the fluid introduced from the input section 2 flows, is an area surrounded by the substrate 10, the partition layer 11, and the upper cover layer 12. The channel section 3 is defined by opposing partition layers 11 provided on the substrate 10, and is covered on the side opposite the substrate 10 by the upper cover layer 12, which serves as a lid material. In other words, the channel section 3 is a space formed by the substrate 10, the partition layer 11, and the upper cover layer 12. As described above, the fluid is introduced into the channel section 3 from the input section 2 (see FIG. 1( a)) provided on the upper cover layer 12, and the fluid that has flowed through the channel section 3 is discharged from the output section 4.
As will be described in detail later, in the micro-channel chip 1 according to this embodiment, no adhesive layer is provided between the partition layer 11 and the upper cover layer 12. In this embodiment, the partition layer 11 and the upper cover layer 12 are welded to each other. Here, the adhesive layer is a layer containing an adhesive, and is used to bond multiple components together. By welding (bonding) the partition layer 11 and the upper cover layer 12 without providing an adhesive layer between them, the micro-channel chip 1 can prevent the adhesive components from eluting into the channels and suppress reaction inhibition of the solution in the channels.
また、図1(b)に示すように、隔壁層11と上蓋層12とは別体である。ここで、別体とは、例えば隔壁層11と上蓋層12とが異なる樹脂材料で形成されていることを示す。この場合、上蓋層12を形成する樹脂材料としては、隔壁層11に対してガラス転移温度や露光感度が異なる等、適宜、上蓋として好適な性質を持つものを選択することができる。また、本開示はこれに限られず、隔壁層11と上蓋層12とが積層構造を有し、隔壁層11と上蓋層12との界面が形成されていることを以て別体としてもよい。この場合、隔壁層11と上蓋層12とは同じ樹脂材料で形成されていてもよい。 As shown in FIG. 1(b), the partition layer 11 and the top cover layer 12 are separate bodies. Here, "separate bodies" means, for example, that the partition layer 11 and the top cover layer 12 are formed from different resin materials. In this case, the resin material forming the top cover layer 12 can be selected from one that has properties suitable for an upper cover, such as a glass transition temperature or exposure sensitivity different from that of the partition layer 11. The present disclosure is not limited to this, and the partition layer 11 and the top cover layer 12 may be separate bodies when they have a laminated structure and an interface is formed between them. In this case, the partition layer 11 and the top cover layer 12 may be formed from the same resin material.
(1.1.1)基板
基板10は、マイクロ流路チップ1の基礎となる部材であり、基板10上に設けられた隔壁層11によって流路部3が構成される。つまり、基板10および隔壁層11は、マイクロ流路チップ1の本体部といえる。
基板10は、透光性材料又は非透光性材料のいずれかによって形成することができる。例えば、流路部3内の状態(流体の状態)を光によって検出、観察する場合は、該光に対して透明性に優れる材料を用いることができる。透光性材料としては、樹脂又はガラス等を用いることができる。基板10を形成する透光性材料に用いる樹脂としては、マイクロ流路チップ1の本体部の形成に適しているという観点から、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。
(1.1.1) Substrate The substrate 10 is a base member of the micro-channel chip 1, and the channel section 3 is formed by a partition layer 11 provided on the substrate 10. In other words, the substrate 10 and the partition layer 11 can be said to be the main body of the micro-channel chip 1.
The substrate 10 can be formed from either a light-transmitting material or a light-non-transmitting material. For example, when the state (fluid state) inside the flow channel portion 3 is detected or observed using light, a material that is highly transparent to the light can be used. Examples of the light-transmitting material include resin and glass. Resins used as the light-transmitting material for forming the substrate 10 include acrylic resin, methacrylic resin, polypropylene, polycarbonate resin, cycloolefin resin, polystyrene resin, polyester resin, urethane resin, silicone resin, and fluorine-based resin, from the viewpoint of suitability for forming the main body portion of the micro-channel chip 1.
また例えば、流路部3内の状態(流体の状態)を光によって検出、観察する必要がない場合は、非透光性材料を用いてもよい。非透光性材料としては、シリコンウエハ、銅板等が挙げられる。基板10の厚みは特に限定されないが、流路形成工程においてはある程度の剛性は必要となることから、10μm(0.01mm)以上10mm以下の範囲内が好ましい。 Furthermore, for example, if there is no need to detect or observe the state (fluid state) within the flow path section 3 using light, a non-light-transmitting material may be used. Examples of non-light-transmitting materials include silicon wafers and copper plates. The thickness of the substrate 10 is not particularly limited, but since a certain degree of rigidity is required in the flow path formation process, it is preferably in the range of 10 μm (0.01 mm) to 10 mm.
(1.1.2)隔壁層
隔壁層11は、基板上に設けられて、流路部3を形成する構成である。隔壁層11は、樹脂材料で形成することができる。隔壁層11の樹脂材料としては、例えば感光性樹脂を用いることができる。
(1.1.2) Partition Layer The partition layer 11 is provided on the substrate and forms the flow path portion 3. The partition layer 11 can be made of a resin material. For example, a photosensitive resin can be used as the resin material for the partition layer 11.
隔壁層11を形成する感光性樹脂は、紫外光領域である190nm以上400nm以下の波長の光に対して感光性を有する感光性樹脂ことが望ましい。当該感光性樹脂としては、液体レジスト又はドライフィルムレジスト等のフォトレジストを用いることができる。これらの感光性樹脂は、感光領域が溶解するポジ型、又は感光領域が不溶化するネガ型のいずれであってもよい。マイクロ流路チップ1における隔壁層11の形成に適する感光性樹脂組成物としては、アルカリ可溶性高分子と付加重合性モノマーと光重合開始剤とを含むラジカルネガ型の感光性樹脂を挙げることができる。例えば、感光性樹脂材料としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ノルボルネン系樹脂、フェノールノボラック系樹脂、その他の感光性を有する樹脂を単独で又は複数混合あるいは共重合して用いることができる。
なお本実施形態においては、隔壁層11の樹脂材料は感光性樹脂に限定されるものではなく、例えば、シリコーンゴム(PDMS:ポリジメチルシロキサン)や、合成樹脂を用いてもよい。合成樹脂としては、例えばポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン樹脂(PS)、ポリプロピレン(PP)、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)などを用いることができる。隔壁層11の樹脂材料は、用途に応じて適宜選択されることが望ましい。
また、基板10上における隔壁層11の厚み、すなわち流路部3の高さは特に限定されないが、流路部3に導入される流体に含まれる解析・検査対象の物質(例えば、薬剤、菌、細胞、赤血球、白血球等)よりは流路部3の高さを大きくする必要がある。このため、隔壁層11の厚み、すなわち流路部3の高さ(深さ)は、1μm以上500μm以下の範囲内が好ましく、10μm以上100μmの範囲内がより好ましく、40μm以上60μm以下の範囲内がさらに好ましい。
また同様に、解析・検査対象の物質よりは流路部3の幅を大きくする必要から、隔壁層11によって画定される流路部3の幅は、1μm以上500μm以下の範囲内が好ましく、10μm以上100μmの範囲内がより好ましく、10μm以上30μm以下の範囲内がさらに好ましい。
また、隔壁層11により確定される流路長は、反応溶液の十分な反応時間を確保する必要から、10mm以上100mm以下の範囲内が好ましく、30mm以上70mm以下の範囲内がより好ましく、40mm以上60mm以下の範囲内がさらに好ましい。
The photosensitive resin forming the partition layer 11 is preferably a photosensitive resin that is sensitive to light with a wavelength of 190 nm to 400 nm, which is in the ultraviolet light region. Photoresists such as liquid resists or dry film resists can be used as the photosensitive resin. These photosensitive resins may be either positive-type, in which the photosensitive region dissolves, or negative-type, in which the photosensitive region is insolubilized. Examples of photosensitive resin compositions suitable for forming the partition layer 11 in the microchannel chip 1 include radical negative-type photosensitive resins containing an alkali-soluble polymer, an addition-polymerizable monomer, and a photopolymerization initiator. For example, photosensitive resin materials include acrylic resins, epoxy resins, polyamide resins, polyimide resins, polyurethane resins, polyester resins, polyether resins, polyolefin resins, polycarbonate resins, polystyrene resins, norbornene resins, phenol novolac resins, and other photosensitive resins, which can be used alone or in combination or copolymerized.
In this embodiment, the resin material of the partition layer 11 is not limited to photosensitive resin, and may be, for example, silicone rubber (PDMS: polydimethylsiloxane) or a synthetic resin. Examples of synthetic resins that can be used include polymethyl methacrylate resin (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene resin (PS), polypropylene (PP), cycloolefin polymer (COP), and cycloolefin copolymer (COC). It is desirable to select the resin material of the partition layer 11 appropriately depending on the application.
Furthermore, the thickness of the partition layer 11 on the substrate 10, i.e., the height of the flow path section 3, is not particularly limited, but the height of the flow path section 3 needs to be greater than the substance to be analyzed or inspected (e.g., drugs, bacteria, cells, red blood cells, white blood cells, etc.) contained in the fluid introduced into the flow path section 3. For this reason, the thickness of the partition layer 11, i.e., the height (depth) of the flow path section 3, is preferably in the range of 1 μm to 500 μm, more preferably in the range of 10 μm to 100 μm, and even more preferably in the range of 40 μm to 60 μm.
Similarly, since the width of the flow path portion 3 needs to be larger than the substance to be analyzed or inspected, the width of the flow path portion 3 defined by the partition layer 11 is preferably in the range of 1 μm to 500 μm, more preferably in the range of 10 μm to 100 μm, and even more preferably in the range of 10 μm to 30 μm.
Furthermore, the length of the flow path determined by the partition layer 11 is preferably in the range of 10 mm to 100 mm, more preferably in the range of 30 mm to 70 mm, and even more preferably in the range of 40 mm to 60 mm, in order to ensure a sufficient reaction time for the reaction solution.
(1.1.3)上蓋層
本実施形態に係るマイクロ流路チップ1において、上蓋層12は、図1(a)、図1(b)に示すように流路部3を覆う蓋材である。上述のように、上蓋層12は、隔壁層11の基板10とは反対側の面に設けられており、隔壁層11を挟んで基板10と対向している。より具体的には、図1(b)に示すように、断面視において上蓋層12は側端部が隔壁層11に支持され、中央領域が基板10と対向しており、該中央領域が流路部3の上部を画定している。
(1.1.3) Upper Lid Layer In the micro-channel chip 1 according to this embodiment, the upper lid layer 12 is a lid material that covers the channel section 3, as shown in Figures 1(a) and 1(b). As described above, the upper lid layer 12 is provided on the surface of the partition layer 11 opposite the substrate 10, and faces the substrate 10 across the partition layer 11. More specifically, as shown in Figure 1(b), in a cross-sectional view, the side edges of the upper lid layer 12 are supported by the partition layer 11, and the central region faces the substrate 10, and this central region defines the upper part of the channel section 3.
上蓋層12は、透光性材料又は非透光性材料のいずれかによって形成することができる。例えば、流路内の状態を光によって検出、観察する場合は、該光に対して透明性に優れる材料を用いることができる。透光性材料としては、樹脂を用いることができる。上蓋層12を形成する樹脂としては、隔壁層11に用いられるのと同様の感光性樹脂を使用することができる。
また、上蓋層12に用いる感光性樹脂は、熱流動性を有する樹脂である。上蓋層12の材料として熱流動性を有する感光性樹脂を用いることで、マイクロ流路チップ1において、接着剤を用いることなく上蓋層12の形成が可能となる。これにより、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
The upper cover layer 12 can be formed from either a light-transmitting material or a light-non-transmitting material. For example, when the state inside the flow channel is detected or observed by light, a material that is highly transparent to the light can be used. The light-transmitting material can be a resin. The resin forming the upper cover layer 12 can be a photosensitive resin similar to that used for the partition layer 11.
Furthermore, the photosensitive resin used for top cover layer 12 is a resin having thermal fluidity. By using a photosensitive resin having thermal fluidity as the material for top cover layer 12, top cover layer 12 can be formed without using an adhesive in micro-channel chip 1. This prevents adhesive components from eluting into the channel, and suppresses reaction inhibition of the solution in the channel.
また従来、接着剤による隔壁層と蓋部材との接合は、高度な装置や技術が必要となるため製造方法が複雑になっていた。本実施形態に係るマイクロ流路チップ1では、上蓋層12の材料として、熱流動性を有する樹脂(本例では、感光性樹脂)を用いることにより従来よりも容易に隔壁層11上に上蓋層12を形成することができる。このため、製造方法の複雑化を抑制することができる。 Furthermore, in the past, joining the partition layer and the lid member with an adhesive required advanced equipment and technology, making the manufacturing method complicated. In the microchannel chip 1 according to this embodiment, by using a resin with thermal fluidity (in this example, a photosensitive resin) as the material for the upper lid layer 12, the upper lid layer 12 can be formed on the partition layer 11 more easily than in the past. This makes it possible to prevent the manufacturing method from becoming too complicated.
熱流動性を有する感光性樹脂は、メルトフローレート(MFR:Melt Flow Rate)が1g/10min以上100g/10min(230℃)以下の範囲内であることが好ましい。これにより、後述する製造工程において、上蓋層12を容易に形成することができる。 The thermally fluid photosensitive resin preferably has a melt flow rate (MFR) in the range of 1 g/10 min to 100 g/10 min (230°C). This makes it easier to form the upper cover layer 12 in the manufacturing process described below.
また、詳しくは後述するが、上蓋層12は、隔壁層11上に形成された熱流動性を有する感光性樹脂を、加熱処理により流路部3上に流動(リフロー)させることで形成される。このため、図2に示すように、上蓋層12は、凹部120を有している。つまり、上蓋層12は、凹形状の領域を有している。具体的には、上蓋層12は、隔壁層11側から流路部3の中央部分に向かって厚みが薄くなっており、これにより、断面視において凹部120が形成される。 As will be described in more detail below, the top cover layer 12 is formed by causing a photosensitive resin with thermal fluidity formed on the partition layer 11 to flow (reflow) onto the flow path section 3 through a heat treatment. Therefore, as shown in FIG. 2, the top cover layer 12 has a recess 120. In other words, the top cover layer 12 has a recessed region. Specifically, the thickness of the top cover layer 12 decreases from the partition layer 11 side toward the center of the flow path section 3, thereby forming a recess 120 in a cross-sectional view.
また、上蓋層12は、隔壁層11に対してガラス転移温度(Tg)が低い樹脂材料で形成されてもよい。例えば、上蓋層12は、隔壁層11に対してガラス転移温度が30℃から50℃の範囲で低くなっていてもよい。この場合、隔壁層11を形成する感光性樹脂は、上蓋層12を形成する感光性樹脂に対してガラス転移温度(Tg)が高いので、樹脂の流動はほとんど起こらない。このため、上蓋層12の形成時において隔壁層11に流動が起きて、流路パターンが変化することを抑制することができる。
また、上蓋層12のガラス転移温度(Tg)は、100℃以上300℃以下の範囲内であることが好ましい。
Furthermore, top cover layer 12 may be formed of a resin material having a lower glass transition temperature (Tg) than partition layer 11. For example, top cover layer 12 may have a glass transition temperature that is 30° C. to 50° C. lower than that of partition layer 11. In this case, the photosensitive resin forming partition layer 11 has a higher glass transition temperature (Tg) than the photosensitive resin forming top cover layer 12, so resin flow is hardly generated. This makes it possible to prevent flow of partition layer 11 during the formation of top cover layer 12, which would otherwise cause a change in the flow path pattern.
Furthermore, the glass transition temperature (Tg) of upper cover layer 12 is preferably within the range of 100°C or higher and 300°C or lower.
また、上蓋層12は、露光感度が5μC/cm2以上50μC/cm2以下の範囲内であることが好ましい。
また、上蓋層12は、露光感度が隔壁層11と露光感度が異なっていてもよい。例えば、上蓋層12は隔壁層11に対して5μC/cm2以上20μC/cm2以下の範囲で露光感度が高くてもよい。
また例えば、上蓋層12は隔壁層11に対して5μC/cm2以上20μC/cm2以下の範囲で露光感度が低くてもよい。
このように、上蓋層12は隔壁層11に対して露光感度が高い又は低い構成であってもよい。
Furthermore, it is preferable that upper lid layer 12 have an exposure sensitivity in the range of 5 μC/cm 2 or more and 50 μC/cm 2 or less.
Furthermore, upper lid layer 12 may have a different exposure sensitivity from that of partition wall layer 11. For example, upper lid layer 12 may have a higher exposure sensitivity than partition wall layer 11 in the range of 5 μC/cm 2 or more and 20 μC/cm 2 or less.
Furthermore, for example, upper cover layer 12 may have a lower exposure sensitivity than partition wall layer 11 in the range of 5 μC/cm 2 or more and 20 μC/cm 2 or less.
In this way, the upper cover layer 12 may have a higher or lower exposure sensitivity than the partition wall layer 11 .
上蓋層12が隔壁層11と露光感度が異なっている場合、隔壁層11を形成する感光性樹脂に合わせた露光量を設定することで、隔壁層11を形成する感光性樹脂の開口幅、すなわち流路パターンの幅が十分大きく形成される。このため、上蓋層12の形成時に上蓋層用の樹脂材料を流動させる際に、隔壁層用の樹脂に流動が起こった場合も、隔壁層11を形成する感光性樹脂の開口幅を十分大きく形成できるため、流路部3として十分な空間を維持することができる。 If the upper cover layer 12 has a different exposure sensitivity than the partition layer 11, the exposure amount can be set to match the photosensitive resin forming the partition layer 11, thereby making the opening width of the photosensitive resin forming the partition layer 11, i.e., the width of the flow path pattern, sufficiently large. Therefore, even if the resin for the partition layer flows when the resin material for the upper cover layer is caused to flow during formation of the upper cover layer 12, the opening width of the photosensitive resin forming the partition layer 11 can be made sufficiently large, thereby maintaining sufficient space for the flow path section 3.
(1.1.4)流路の構成
図3は、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の流路部3の断面形状の一例を示す図である。本実施形態において、流路部3の断面形状が角丸であること(例えば、断面形状における流路部3の断面の各辺が円弧で連結されていること)が好ましい。これにより、流路部3における流体(例えば反応溶液)の送液速度や流量を安定させ、角部における検査対象物質の滞留を抑制することができる。
ここで、本実施形態における流路部3の断面形状について、図3を用いて説明する。図3は、角丸形状を有する流路部3の断面を模式的に示す拡大断面模式図である。図3に示すように、流路部3の断面形状が矩形である場合の仮想断面A1と角丸の断面形状を有する流路部3の断面とでは、面積が異なる。具体的には、図3に示すように流路部3の断面は四隅に円弧形状を有する。このため、流路部3の断面は、仮想角部A11,A12,A13,A14の面積の合計分だけ、仮想断面A1よりも面積が狭くなっている。
本実施形態において、角丸形状である流路部3の断面は、流路部3の断面の面積が、仮想断面A1の表面積の95%以上98%以下の範囲内であればよい。なお、図3では、流路部3の断面を角丸の四角形としたが、これに限られず、四角形以外(角丸の多角形)であってもよい。この場合も、流路部3の断面の面積が、角丸でない場合の仮想断面の95%以上98%以下の範囲内であればよい。
(1.1.4) Flow Channel Configuration Figure 3 is a diagram showing an example of the cross-sectional shape of the flow channel section 3 of the micro-channel chip 1 according to this embodiment. In this embodiment, it is preferable that the cross-sectional shape of the flow channel section 3 has rounded corners (for example, each side of the cross section of the flow channel section 3 is connected by an arc). This stabilizes the liquid transfer speed and flow rate of the fluid (for example, a reaction solution) in the flow channel section 3 and prevents the test substance from accumulating at the corners.
The cross-sectional shape of the flow path section 3 in this embodiment will now be described with reference to FIG. 3 . FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view illustrating a cross-section of the flow path section 3 having rounded corners. As shown in FIG. 3 , the area of an imaginary cross-section A1 when the cross-section of the flow path section 3 is rectangular is different from the area of a cross-section of the flow path section 3 having rounded corners. Specifically, as shown in FIG. 3 , the cross-section of the flow path section 3 has arc-shaped corners at its four corners. Therefore, the cross-section of the flow path section 3 is smaller in area than the imaginary cross-section A1 by the sum of the areas of the imaginary corners A11, A12, A13, and A14.
In this embodiment, the cross section of the flow path section 3 having rounded corners may have an area of the cross section of the flow path section 3 within a range of 95% to 98% of the surface area of the imaginary cross section A1. Note that, although the cross section of the flow path section 3 is a rectangle with rounded corners in FIG. 3 , this is not limited to this, and the cross section may be a shape other than a rectangle (a polygon with rounded corners). In this case, too, the area of the cross section of the flow path section 3 may be within a range of 95% to 98% of the surface area of the imaginary cross section when the corners are not rounded.
また、流路部3は、十点表面粗さRzが0.001μm以上0.03μm以下の範囲内であることが好ましい。ここで、流路部3の十点表面粗さRzは、隔壁層11の流路部3側の側面及び基板10の流路部3側の表面の粗さを示す。
十点表面粗さRzを上述の範囲内において適宜設計することにより、反応溶液や検査対象物、所望する検査条件に応じた検査を行うことができる。例えば、流路部3の表面粗さRzが0.001μm以上0.01μm以下の範囲内である場合、流路部3に導入される流体(例えば反応溶液)や検査対象物と流路部3の内面との接触を低減して、送液性(例えば、送液速度や流量)を向上することができる。
The ten-point surface roughness Rz of the flow path section 3 is preferably in the range of 0.001 μm to 0.03 μm. Here, the ten-point surface roughness Rz of the flow path section 3 indicates the roughness of the side surface of the partition layer 11 on the flow path section 3 side and the surface of the substrate 10 on the flow path section 3 side.
By appropriately designing the ten-point surface roughness Rz within the above-mentioned range, it is possible to perform an inspection according to the reaction solution, the test object, and the desired test conditions. For example, when the surface roughness Rz of the flow path section 3 is in the range of 0.001 μm or more and 0.01 μm or less, contact between the fluid (e.g., reaction solution) or the test object introduced into the flow path section 3 and the inner surface of the flow path section 3 can be reduced, thereby improving the liquid transport properties (e.g., the liquid transport speed and flow rate).
また、表面粗さRzが0.02μmより大きく0.03μm以下の範囲内である場合、送液速度を低減して流路部3に導入される流体や検査対象物質が流路部3内に留まる時間、すなわち反応時間を確保することができる。
また、表面粗さRzが0.01μmより大きく0.02μm以下の範囲内である場合、適度な送液速度と、流路部3内における流体や検査対象物質の反応時間の確保とを両立することができる。
また、流路部3の表面粗さは、マイクロ流路チップ1の製造時において、公知のエッチング法等により、適宜、制御することができる。
Furthermore, when the surface roughness Rz is in the range of greater than 0.02 μm and not more than 0.03 μm, the liquid delivery speed can be reduced to ensure the time that the fluid or test substance introduced into the flow path section 3 remains within the flow path section 3, i.e., the reaction time.
Furthermore, when the surface roughness Rz is in the range of more than 0.01 μm and not more than 0.02 μm, it is possible to achieve both an appropriate liquid transfer speed and ensuring a sufficient reaction time for the fluid or test substance in the flow path section 3.
Furthermore, the surface roughness of the channel portion 3 can be appropriately controlled by a known etching method or the like during the production of the microchannel chip 1 .
(1.2)マイクロ流路チップの製造方法
次に、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法について説明する。図4は、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法の一例を示すフローチャートである。
ここでは、隔壁層11を感光性樹脂で形成する場合を例にとって説明する。
(1.2) Method for Manufacturing Micro-Channel Chip Next, a method for manufacturing the micro-channel chip 1 according to this embodiment will be described. Fig. 4 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the micro-channel chip 1 according to this embodiment.
Here, an example in which the partition wall layer 11 is formed from a photosensitive resin will be described.
(ステップS1)
本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法では、まず基板10上へ隔壁層11を形成するための隔壁用樹脂(第一の感光性樹脂の一例)を塗工する工程を行う。これにより、基板10上に隔壁層11を形成するための樹脂層を設ける。本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法では、例えば基板10上に感光性樹脂による樹脂層(第一感光性樹脂層)を形成する。
(Step S1)
In the method for manufacturing the micro-channel chip 1 according to this embodiment, first, a step is performed in which a partition resin (an example of a first photosensitive resin) for forming the partition layer 11 is applied onto the substrate 10. This provides a resin layer for forming the partition layer 11 on the substrate 10. In the method for manufacturing the micro-channel chip 1 according to this embodiment, for example, a resin layer (first photosensitive resin layer) made of a photosensitive resin is formed on the substrate 10.
基板10上への感光性樹脂層の形成方法は、例えば、基板10への感光性樹脂の塗工により行われる。塗工は、例えば、スピンコーティング、スプレーコーティング、バーコーティングなどにより行われることができ、中でも膜厚制御性の観点からはスピンコーティングが好ましい。基板10上には、例えば液状、固体状、ゲル状、フィルム状など種々の形態の感光性樹脂を塗工することができる。中でも、液体レジストによって感光性樹脂層を形成することが好ましい。液体レジストは、流路パターンの特性に応じて、適宜、ポジ型、ネガ型のいずれかのレジストを使用すればよい。
また、基板10上には、樹脂層(例えば、感光性樹脂層)の厚み、すなわち隔壁層11の厚みが1μm以上500μm以下の範囲内となるように樹脂(例えば、感光性樹脂)を塗工すればよい。
The photosensitive resin layer is formed on the substrate 10 by, for example, coating the substrate 10 with a photosensitive resin. Coating can be performed by, for example, spin coating, spray coating, bar coating, etc., with spin coating being preferred from the viewpoint of film thickness controllability. The photosensitive resin can be coated on the substrate 10 in various forms, such as liquid, solid, gel, or film. Of these, it is preferable to form the photosensitive resin layer using a liquid resist. As the liquid resist, either a positive or negative resist may be used as appropriate depending on the characteristics of the flow path pattern.
Furthermore, a resin (e.g., a photosensitive resin) may be applied onto the substrate 10 so that the thickness of the resin layer (e.g., a photosensitive resin layer), i.e., the thickness of the partition wall layer 11, is in the range of 1 μm to 500 μm.
(ステップS2)
基板10上に隔壁用樹脂による第一感光性樹脂層を形成すると、次に、基板10上に塗工した樹脂(例えば、感光性樹脂)内に含まれる溶媒(溶剤)を除去する目的で加熱処理(プリベーク処理)する工程を行う。なお、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法において、プリベーク処理は必須の工程ではなく、適宜、樹脂の特性に合わせて最適な条件(温度、時間)で実施すればよい。例えば、基板10上の樹脂層が感光性樹脂である場合は、プリベーク温度、時間は感光性樹脂の特性に応じて、適宜、最適な条件で行う。基板と感光性樹脂との密着性を上げる目的で、必要に応じて、基板上にHMDS処理を行うことや薄膜の樹脂をコートしてもよい。
(Step S2)
Once the first photosensitive resin layer made of a partition resin has been formed on the substrate 10, a heating process (pre-baking process) is then performed to remove the solvent contained in the resin (e.g., photosensitive resin) applied to the substrate 10. Note that in the manufacturing method of the microchannel chip 1 according to this embodiment, the pre-baking process is not an essential process, and may be performed under optimal conditions (temperature, time) according to the properties of the resin. For example, if the resin layer on the substrate 10 is a photosensitive resin, the pre-baking temperature and time are optimally set according to the properties of the photosensitive resin. To improve adhesion between the substrate and the photosensitive resin, the substrate may be subjected to HMDS treatment or coated with a thin film of resin, as needed.
(ステップS3)
次に、第一感光性樹脂層上に上蓋層12を形成するための上蓋用樹脂(第二の感光性樹脂の一例)を塗工する工程を行う。これにより、プリベーク後の隔壁用樹脂上に上蓋層12を形成するための樹脂層を設ける。本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法では、例えば基板10上に熱流動性を有する感光性樹脂による樹脂層(第二感光性樹脂層)を形成する。基板10上への第二感光性樹脂層の形成方法は、上記ステップS1における第一感光性樹脂層の形成方法と同様の方法を用いることができる。
(Step S3)
Next, a step of applying a top cover resin (an example of a second photosensitive resin) to form top cover layer 12 on the first photosensitive resin layer is performed. This provides a resin layer for forming top cover layer 12 on the pre-baked partition resin. In the method for manufacturing microchannel chip 1 according to this embodiment, for example, a resin layer (second photosensitive resin layer) made of a photosensitive resin having thermal fluidity is formed on substrate 10. The method for forming the second photosensitive resin layer on substrate 10 can be the same as the method for forming the first photosensitive resin layer in step S1 above.
(ステップS4)
次に、隔壁用樹脂による第一感光性樹脂層上に上蓋用樹脂による第二感光性樹脂層を形成すると、次に、第一感光性樹脂層上に塗工した上蓋用樹脂内に含まれる溶媒(溶剤)を除去する目的で加熱処理(プリベーク処理)する工程を行う。本工程におけるプリベーク処理は必須の工程ではなく、上記ステップS2のプリベーク処理と同様に、適宜、樹脂の特性に合わせて最適な条件(温度、時間)で実施すればよい。また、第一感光性樹脂層と第二感光性樹脂層との密着性を上げる目的で、必要に応じて、基板上にHMDS処理を行うことや薄膜の樹脂をコートしてもよい。これにより、基板10上に2層の感光性樹脂層が形成される。
(Step S4)
Next, a second photosensitive resin layer made of a resin for the top cover is formed on the first photosensitive resin layer made of a resin for the partition wall. A heating process (pre-baking) is then performed to remove the solvent contained in the resin for the top cover applied to the first photosensitive resin layer. The pre-baking process in this process is not essential, and similar to the pre-baking process in step S2, it may be performed under optimal conditions (temperature, time) according to the resin characteristics. Furthermore, if necessary, HMDS treatment or a thin film of resin may be applied to the substrate to improve adhesion between the first and second photosensitive resin layers. This results in two photosensitive resin layers being formed on the substrate 10.
上記ステップS1からステップS4に示すように、隔壁層11、上蓋層12を形成するための2層の感光性樹脂層(第一感光性樹脂層、第二感光性樹脂層)は、接着剤を用いることなく溶着されている。つまり、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1において、隔壁層11と上蓋層12とは互いに溶着している。つまり、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1において、隔壁層11と上蓋層12とは中間部材(例えば、接着剤)を用いずに接合させることができる。これにより、接着剤成分の流路部3への流出を防ぐとともに、接着剤の膜厚不均一に起因した接合不良も防ぐことができる。
なお、本実施形態では感光性樹脂を2層としているが、これに限定されることなく、3層以上であってもよい。
As shown in steps S1 to S4 above, the two photosensitive resin layers (first photosensitive resin layer and second photosensitive resin layer) for forming partition layer 11 and top cover layer 12 are welded together without using any adhesive. That is, in micro-channel chip 1 according to this embodiment, partition layer 11 and top cover layer 12 are welded together. That is, in micro-channel chip 1 according to this embodiment, partition layer 11 and top cover layer 12 can be joined together without using an intermediate member (for example, an adhesive). This prevents adhesive components from leaking into channel portion 3 and also prevents poor joining due to uneven adhesive film thickness.
In this embodiment, the photosensitive resin is formed in two layers, but the present invention is not limited to this and may be formed in three or more layers.
(ステップS5)
次に、基板10上に塗工した樹脂(例えば第一感光性樹脂層、第二感光性樹脂層)を露光する工程を行う。具体的には、基板10上に塗工した感光性樹脂には、露光により流路パターンが描画される。露光は、例えば、紫外線を光源とした露光装置、レーザー描画装置により行うことができる。中でも、紫外線を光源としたプロキシミティ露光やコンタクト露光装置を用いた露光が好ましい。プロキシミティ露光装置の場合、マイクロ流路チップ1における流路パターン配列を有するフォトマスクを介して露光が行われる。フォトマスクはクロム及び酸化クロムの二層構造を遮光膜とするフォトマスクなどを使用すればよい。
(Step S5)
Next, a step of exposing the resin (e.g., first photosensitive resin layer, second photosensitive resin layer) coated on the substrate 10 is carried out. Specifically, a flow path pattern is written on the photosensitive resin coated on the substrate 10 by exposure. Exposure can be carried out, for example, by an exposure device using ultraviolet light as a light source or a laser writing device. Among these, exposure using a proximity exposure device or a contact exposure device using ultraviolet light as a light source is preferred. In the case of a proximity exposure device, exposure is carried out through a photomask having the flow path pattern arrangement of the microchannel chip 1. The photomask may be a photomask having a light-shielding film with a two-layer structure of chromium and chromium oxide.
基板10上に塗工された感光性樹脂(第一感光性樹脂層、第二感光性樹脂層)がポジ型レジストの場合、露光領域が溶解して流路部3となり、未露光領域に残存する感光性樹脂が隔壁層11、上蓋層12となる。また、基板10上に塗工された感光性樹脂がネガ型レジストの場合、露光領域に残存する感光性樹脂が隔壁層11、上蓋層12となり、未露光領域が溶解して流路部3となる。このように、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法では、フォトリソグラフィを用いて基板10上に流路部3を構成する隔壁層11を形成することができる。 When the photosensitive resin (first photosensitive resin layer, second photosensitive resin layer) coated on the substrate 10 is a positive resist, the exposed areas dissolve to form the flow channel portion 3, and the photosensitive resin remaining in the unexposed areas becomes the partition layer 11 and the upper cover layer 12. When the photosensitive resin coated on the substrate 10 is a negative resist, the photosensitive resin remaining in the exposed areas becomes the partition layer 11 and the upper cover layer 12, and the unexposed areas dissolve to form the flow channel portion 3. In this way, the manufacturing method for the microchannel chip 1 according to this embodiment allows the partition layer 11 that constitutes the flow channel portion 3 to be formed on the substrate 10 using photolithography.
なお、基板10上における樹脂層の形成に化学増幅型レジストなどを用いる場合には、露光により発生した酸の触媒反応を促すために、露光後にさらに加熱処理(ポストエクスポージャーベーク:PEB)を行うとよい。 If a chemically amplified resist or the like is used to form the resin layer on the substrate 10, it is recommended to perform a post-exposure bake (PEB) after exposure to promote the catalytic reaction of the acid generated by exposure.
(ステップS6)
次に、露光した感光性樹脂に対して現像を行い、流路パターンを形成する工程を行う。
現像は、例えば、スプレー、ディップ、パドル形式などの現像装置にて感光性樹脂と現像液の反応により行われる。現像液は、例えば炭酸ナトリウム水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化カリウム、有機溶剤などを用いることができる。現像液は感光性樹脂の特性に応じた最適なものを適宜使用すればよく、これらに限定されるものではない。また、濃度や現像処理時間は、感光性樹脂の特性に合わせて適宜最適な条件に調整することができる。
(Step S6)
Next, the exposed photosensitive resin is developed to form a flow path pattern.
Development is carried out by reacting the photosensitive resin with a developer in a developing device such as a spray, dip, or paddle type. Examples of the developer that can be used include aqueous sodium carbonate solution, tetramethylammonium hydroxide, potassium hydroxide, and organic solvents. The developer may be an optimum solution suited to the properties of the photosensitive resin, and is not limited to these. The concentration and development time can be adjusted to the optimum conditions suited to the properties of the photosensitive resin.
(ステップS7)
次に、洗浄により基板10上の樹脂層(感光性樹脂層)から現像に用いた現像液を完全に除去する工程を行う。洗浄は、例えば、スプレー、シャワー、浸漬形式などの洗浄装置によって行うことができる。洗浄水としては、例えば純水、イソプロピルアルコールなどから、現像処理に用いた現像液を除去するために最適な洗浄水を適宜使用すればよい。洗浄後はスピンドライヤ、IPAベーパドライヤ、自然乾燥などにより乾燥を行う。
この段階においても、隔壁層11上には、上蓋用樹脂による第二感光性樹脂層が残存している。
(Step S7)
Next, a process is performed in which the developer used for development is completely removed from the resin layer (photosensitive resin layer) on the substrate 10 by washing. Washing can be performed using a washing device such as a spray, shower, or immersion type. As the washing water, for example, pure water, isopropyl alcohol, or the like, may be appropriately used as the washing water that is most suitable for removing the developer used in the development process. After washing, the substrate is dried using a spin dryer, an IPA vapor dryer, natural drying, or the like.
Even at this stage, the second photosensitive resin layer made of the upper cover resin remains on the partition wall layer 11 .
(ステップS8)
次に、流路パターン、すなわち流路部3を形成する隔壁層11および第二感光性樹脂層に対して加熱処理(ポストベーク)する工程を行う。このポストベーク処理により、現像や洗浄時の残留水分を除去する。また、このポストベーク処理により、流路部3の蓋となり、流路部3の上部を画定する上蓋層12が形成される。具体的には、このポストベーク処理により流動性を有する感光性樹脂である上蓋用樹脂の流動(リフロー)を促し、流路部3の上蓋層12を形成できる。ポストベークの温度、時間は上蓋用樹脂の特性に合わせて最適な条件で実施する。なお、図1に示すように、上蓋層12は流路部3を覆う蓋材であって流路部3上に形成される。入力部2及び出力部4は、上蓋層12に覆われずに開口している。
また、ポストベーク処理は、例えば、ホットプレート、オーブン、などを用いて行われる。上記ステップS7の洗浄工程での乾燥が不十分な場合、現像液や洗浄時の水分が隔壁層11に残留している場合がある。また、プリベーク処理において除去されなかった溶剤も隔壁層11に残留している場合がある。ポストベーク処理を行うことで、それらを除去することができる。
(Step S8)
Next, the partition layer 11 and the second photosensitive resin layer that form the flow path pattern, i.e., the flow path section 3, are subjected to a heat treatment (post-baking). This post-baking process removes any residual moisture from development and cleaning. This post-baking process also forms the upper cover layer 12 that serves as a lid for the flow path section 3 and defines the upper portion of the flow path section 3. Specifically, this post-baking process promotes the flow (reflow) of the upper cover resin, which is a fluid photosensitive resin, thereby forming the upper cover layer 12 of the flow path section 3. The temperature and time of the post-baking are optimized to suit the characteristics of the upper cover resin. As shown in FIG. 1 , the upper cover layer 12 is a lid material that covers the flow path section 3 and is formed on the flow path section 3. The input section 2 and the output section 4 are open and not covered by the upper cover layer 12.
The post-baking treatment is performed using, for example, a hot plate, an oven, or the like. If the drying in the cleaning step of step S7 is insufficient, the developer or moisture from the cleaning may remain in the partition wall layer 11. Also, solvent that was not removed in the pre-baking treatment may remain in the partition wall layer 11. By performing the post-baking treatment, these can be removed.
以上説明したように、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法は、基板10上に、隔壁用樹脂を塗工する工程(上記ステップS1)と、塗工した隔壁用樹脂の上に、上蓋用樹脂を塗工する工程(上記ステップS3)と、隔壁用樹脂及び上蓋用樹脂を露光する工程(上記ステップS5)と、露光した隔壁用樹脂及び上蓋用樹脂を現像及び洗浄し、基板10上において流路部3を画定する隔壁層11を形成する工程(上記ステップS6及びステップS7)と、隔壁層11上の上蓋用樹脂を加熱処理して該上蓋用樹脂を流動させ、流路部3の上蓋層12を形成する工程(上記ステップS8)と、を含んでいる。
これにより、接着剤を用いることなく隔壁層11と上蓋層12とを溶着することができ、接着剤成分の流路部3内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
As described above, the manufacturing method of the microchannel chip 1 according to this embodiment includes the steps of applying a partition resin onto the substrate 10 (step S1 above), applying a top cover resin onto the applied partition resin (step S3 above), exposing the partition resin and the top cover resin to light (step S5 above), developing and washing the exposed partition resin and top cover resin to form a partition layer 11 that defines the channel section 3 on the substrate 10 (steps S6 and S7 above), and heating the top cover resin on the partition layer 11 to flow the top cover resin and form the top cover layer 12 of the channel section 3 (step S8 above).
This allows the partition layer 11 and the upper cover layer 12 to be welded together without using an adhesive, preventing the adhesive components from leaching into the flow path section 3 and suppressing reaction inhibition of the solution in the flow path.
(1.3)隔壁層及び上蓋層の製造工程の詳細
本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法においては、隔壁層11を形成するための隔壁用樹脂、および上蓋層12を形成するための上蓋用樹脂の物性に応じて各製造工程を調整する。以下、具体的な例を挙げて説明する。
(1.3.1)ガラス転移温度が異なる樹脂を用いた隔壁層及び上蓋層の形成
隔壁用樹脂と上蓋用樹脂とでガラス転移温度の異なる場合における、隔壁層11及び上蓋層12の形成について、図5を用いて説明する。図5(a)は、基板40上に形成された第一感光性樹脂層41及び第二感光性樹脂層42を示す断面模式図であり、図5(b)は、基板40上の流路パターンを示す断面模式図であり、図5(c)は本例によるマイクロ流路チップ400の概略構成を示す断面模式図である。
本例では、上蓋用樹脂のガラス転移温度(Tg)が隔壁用樹脂のガラス転移温度(Tg)よりも低い(上蓋用樹脂のガラス転移温度(Tg)<隔壁用樹脂のガラス転移温度(Tg))という条件によるマイクロ流路チップの製造方法について説明する。
(1.3) Details of Manufacturing Processes for Partition Layer and Top Cover Layer In the manufacturing method for micro-channel chip 1 according to this embodiment, each manufacturing process is adjusted depending on the physical properties of the partition resin for forming partition layer 11 and the top cover resin for forming top cover layer 12. Specific examples are described below.
(1.3.1) Formation of partition layer and top cover layer using resins with different glass transition temperatures The formation of partition layer 11 and top cover layer 12 when the partition resin and the top cover resin have different glass transition temperatures will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5(a) is a schematic cross-sectional view showing first photosensitive resin layer 41 and second photosensitive resin layer 42 formed on substrate 40, Fig. 5(b) is a schematic cross-sectional view showing the flow channel pattern on substrate 40, and Fig. 5(c) is a schematic cross-sectional view showing the general configuration of micro-channel chip 400 according to this example.
In this example, a method for manufacturing a microchannel chip under the condition that the glass transition temperature (Tg) of the resin for the top cover is lower than the glass transition temperature (Tg) of the resin for the partition wall (glass transition temperature (Tg) of the resin for the top cover < glass transition temperature (Tg) of the resin for the partition wall) will be described.
図5(a)に示すように、本例では、上記ステップS1の塗工工程において、基板40上へ隔壁用感光性樹脂を塗布して第一感光性樹脂層41を形成する。隔壁用感光性樹脂は、例えばスピンコーティングにより所望の厚さで基板40上へ塗布する。また、本例では、上記ステップS3において第一感光性樹脂層41の上に上蓋用感光性樹脂を塗布して第二感光性樹脂層42を形成する。本例では、第二感光性樹脂層42を形成する上蓋用感光性樹脂としては、第一感光性樹脂層41を形成する隔壁用感光性樹脂よりもガラス転移温度(Tg)が低い樹脂を用いる。第二感光性樹脂層42は、第一感光性樹脂層41と同様にスピンコーティングにより所望の厚さで第一感光性樹脂層41上へ塗布する。 As shown in FIG. 5(a), in this example, in the coating process of step S1, a photosensitive resin for the partition walls is applied onto the substrate 40 to form a first photosensitive resin layer 41. The photosensitive resin for the partition walls is applied to the substrate 40 to a desired thickness by, for example, spin coating. Also, in this example, in step S3, a photosensitive resin for the top cover is applied onto the first photosensitive resin layer 41 to form a second photosensitive resin layer 42. In this example, the photosensitive resin for the top cover that forms the second photosensitive resin layer 42 is a resin with a lower glass transition temperature (Tg) than the photosensitive resin for the partition walls that forms the first photosensitive resin layer 41. The second photosensitive resin layer 42 is applied to a desired thickness onto the first photosensitive resin layer 41 by spin coating, similar to the first photosensitive resin layer 41.
また本例では、上記ステップS5の露光工程において、基板40上に塗工した第一感光性樹脂層41及び第二感光性樹脂層42に対して、フォトマスクを介して流路パターンを描画する。例えば、本例では、紫外光領域である350nm以上400nm以下の波長の光を光源としたプロキシミティ露光装置を用いる。次いで、上記ステップS6の現像工程において、露光した第一感光性樹脂層41及び第二感光性樹脂層42に対して現像を行い、流路パターン43形成する。ここでは例えば、スプレー方式にて炭酸ナトリウム水溶液を現像液として用いる。次いで、上記ステップS7において現像した第一感光性樹脂層41及び第二感光性樹脂層42を洗浄により現像液を完全に除去する。ここでは、例えば、超純水を用いてスプレー方式にて洗浄する。これにより、図5(b)に示すように隔壁層41aが形成され、流路パターン43が画定される。 In this example, in the exposure process of step S5, a flow path pattern is written via a photomask on the first photosensitive resin layer 41 and the second photosensitive resin layer 42 coated on the substrate 40. For example, in this example, a proximity exposure device is used, which uses a light source of light in the ultraviolet region with a wavelength of 350 nm to 400 nm. Next, in the development process of step S6, the exposed first photosensitive resin layer 41 and the second photosensitive resin layer 42 are developed to form the flow path pattern 43. Here, for example, a sodium carbonate aqueous solution is used as the developer by a spray method. Next, in step S7, the developed first photosensitive resin layer 41 and the second photosensitive resin layer 42 are washed to completely remove the developer. Here, for example, ultrapure water is used by a spray method. As a result, a partition layer 41a is formed as shown in FIG. 5(b), and the flow path pattern 43 is defined.
次いで、流路パターン43を形成したマイクロ流路チップに対し、ステップS8の加熱処理(ポストベーク)を行う。本例では、ホットプレートを用いて第二感光性樹脂層42のガラス転移温度(Tg)付近の温度にて加熱処理行う。本例では、加熱処理によって第二感光性樹脂層42、すなわち上蓋用樹脂の流動(リフロー)が促され、対向する左右の隔壁層11上から流路パターン43の中央に向かって上蓋用樹脂が流動する。隔壁層41a上から流動した上蓋用樹脂は、基板40と反対側、すなわち流路パターン43の上側において接合し、上蓋層42aが形成される。これにより、図5(c)に示すように、流路パターン43の上部が上蓋層42aで覆われ、流路部43aが形成されてマイクロ流路チップ400が作製される。 Next, the microchannel chip with the flow channel pattern 43 formed thereon is subjected to a heating treatment (post-baking) in step S8. In this example, the heating treatment is performed using a hot plate at a temperature near the glass transition temperature (Tg) of the second photosensitive resin layer 42. In this example, the heating treatment promotes the flow (reflow) of the second photosensitive resin layer 42, i.e., the top cover resin, and the top cover resin flows from the opposing left and right partition layers 11 toward the center of the flow channel pattern 43. The top cover resin that has flowed from the partition layer 41a is bonded to the opposite side of the substrate 40, i.e., the upper side of the flow channel pattern 43, to form the top cover layer 42a. As a result, as shown in FIG. 5(c), the top of the flow channel pattern 43 is covered with the top cover layer 42a, forming a flow channel portion 43a and completing the microchannel chip 400.
本例のように、隔壁層41aを形成する第一感光性樹脂層41、すなわち隔壁用樹脂のガラス転移温度(Tg)が第二感光性樹脂層42、すなわち上蓋用樹脂のガラス転移温度(Tg)よりも高い場合には、加熱処理によって上蓋用樹脂の流動(リフロー)が起きる際にも、隔壁用樹脂には流動がほぼ起きない。したがって、「上蓋用樹脂のガラス転移温度(Tg)<隔壁用樹脂のガラス転移温度(Tg)」という条件を満たすことで、上蓋用樹脂の流動による流路パターンの変形を生じさせることなく、上蓋用樹脂を流動させて上蓋層42aを容易に形成することができる。 As in this example, when the glass transition temperature (Tg) of the first photosensitive resin layer 41 forming the partition layer 41a, i.e., the partition resin, is higher than the glass transition temperature (Tg) of the second photosensitive resin layer 42, i.e., the top cover resin, there is almost no flow of the partition resin even when the top cover resin reflows due to heat treatment. Therefore, by satisfying the condition "glass transition temperature (Tg) of the top cover resin < glass transition temperature (Tg) of the partition resin," the top cover resin can be caused to flow and the top cover layer 42a can be easily formed without causing deformation of the flow path pattern due to the flow of the top cover resin.
(1.3.2)露光感度が異なる樹脂を用いた隔壁層及び上蓋層の形成(1)
隔壁用樹脂と上蓋用樹脂とで露光感度の異なる場合における、隔壁層11及び上蓋層12の形成について、図6を用いて説明する。図6(a)は、基板50上に形成された第一感光性樹脂層51及び第二感光性樹脂層52を示す断面模式図であり、図6(b)は、基板50上の流路パターンを示す断面模式図であり、図6(c)は本例によるマイクロ流路チップ500の概略構成を示す断面模式図である。
本例では、上蓋用樹脂の露光感度(C/cm2)が隔壁用樹脂の露光感度(C/cm2)よりも低い(上蓋用樹脂の露光感度(C/cm2)<隔壁用樹脂の露光感度(C/cm2))という条件によるマイクロ流路チップの製造方法について説明する。
(1.3.2) Formation of a partition layer and an upper cover layer using resins with different exposure sensitivities (1)
The formation of partition layer 11 and upper cover layer 12 when the exposure sensitivity of the partition resin and the upper cover resin differs will be described with reference to Fig. 6. Fig. 6(a) is a cross-sectional schematic diagram showing first photosensitive resin layer 51 and second photosensitive resin layer 52 formed on substrate 50, Fig. 6(b) is a cross-sectional schematic diagram showing the flow channel pattern on substrate 50, and Fig. 6(c) is a cross-sectional schematic diagram showing the general configuration of micro-channel chip 500 according to this example.
In this example, a method for manufacturing a microchannel chip under the condition that the exposure sensitivity (C/cm 2 ) of the resin for the top cover is lower than the exposure sensitivity (C/cm 2 ) of the resin for the partition wall (exposure sensitivity (C/cm 2 ) of the resin for the top cover < exposure sensitivity (C/cm 2 ) of the resin for the partition wall) is described.
図6(a)に示すように、本例では、上記ステップS1の塗工工程において、基板50上へ隔壁用感光性樹脂を塗布して第一感光性樹脂層51を形成する。隔壁用感光性樹脂は、例えばスピンコーティングにより所望の厚さで基板50上へ塗布する。第一感光性樹脂層51、すなわち隔壁用樹脂はポジ型のレジストである。また、本例では、上記ステップS3において第一感光性樹脂層51の上に上蓋用感光性樹脂を塗布して第二感光性樹脂層52を形成する。第二感光性樹脂層52、すなわち上蓋用樹脂は、ポジ型のレジストである。つまり、本例では、隔壁用感光性樹脂及び上蓋用感光性樹脂として、ポジ型のレジストを用いる。
本例では、第二感光性樹脂層52を形成する上蓋用感光性樹脂としては、第一感光性樹脂層51を形成する隔壁用感光性樹脂よりも露光感度(C/cm2)が低い樹脂を用いる。第二感光性樹脂層52は、第一感光性樹脂層51と同様にスピンコーティングにより所望の厚さで第一感光性樹脂層51上へ塗布する。例えば、第一感光性樹脂層51を形成する隔壁用樹脂として化学増幅型レジスト、第二感光性樹脂層52を形成する上蓋用樹脂として非化学増幅型レジストを用いてもよい。
As shown in FIG. 6A , in this example, in the coating step of step S1, a photosensitive resin for partition walls is applied onto the substrate 50 to form a first photosensitive resin layer 51. The photosensitive resin for partition walls is applied to the substrate 50 to a desired thickness by, for example, spin coating. The first photosensitive resin layer 51, i.e., the resin for partition walls, is a positive resist. Also, in this example, in step S3, a photosensitive resin for top cover walls is applied onto the first photosensitive resin layer 51 to form a second photosensitive resin layer 52. The second photosensitive resin layer 52, i.e., the resin for top cover walls, is a positive resist. That is, in this example, positive resists are used as the photosensitive resin for partition walls and the photosensitive resin for top cover walls.
In this example, a resin having lower exposure sensitivity (C/cm 2 ) than the photosensitive resin for the partition walls that forms the first photosensitive resin layer 51 is used as the photosensitive resin for the top cover that forms the second photosensitive resin layer 52. The second photosensitive resin layer 52 is applied to a desired thickness on the first photosensitive resin layer 51 by spin coating, similar to the first photosensitive resin layer 51. For example, a chemically amplified resist may be used as the resin for the partition walls that forms the first photosensitive resin layer 51, and a non-chemically amplified resist may be used as the resin for the top cover that forms the second photosensitive resin layer 52.
また本例では、上記ステップS5の露光工程において、基板50上に塗工した第一感光性樹脂層51及び第二感光性樹脂層52に対して、フォトマスクを介して流路パターンを描画する。例えば、本例では、紫外光領域である350nm以上400nm以下の波長の光を光源としたプロキシミティ露光装置を用いる。ここで、露光量は第一感光性樹脂層51に対して最適な露光量を設定する。上述のように、本例では第二感光性樹脂層52を形成する上蓋用樹脂は、第一感光性樹脂層51を形成する隔壁用樹脂に対して露光感度が低い。このため、第二感光性樹脂層52において、第一感光性樹脂層51に合わせた露光量では反応が十分ではないが、パターン解像において問題は無い。
次いで、上記ステップS6の現像工程において、露光した第一感光性樹脂層51及び第二感光性樹脂層52に対して現像を行い、流路パターン53を形成する。ここでは例えば、スプレー方式にて炭酸ナトリウム水溶液を現像液として用いる。次いで、上記ステップS7において現像した第一感光性樹脂層51及び第二感光性樹脂層52を洗浄により現像液を完全に除去する。ここでは、例えば、超純水を用いてスプレー方式にて洗浄する。これにより、図6(b)に示すように隔壁層51aが形成され、流路パターン53が画定される。本例では、上述のように第二感光性樹脂層52は第一感光性樹脂層51に比べて露光感度が低い樹脂で形成されている。このため図6に示すように、第二感光性樹脂層52における露光範囲の開口幅は、第一感光性樹脂層51の開口幅よりも小さくなっている。
In this example, in the exposure process of step S5, a flow path pattern is written via a photomask on the first photosensitive resin layer 51 and the second photosensitive resin layer 52 coated on the substrate 50. For example, in this example, a proximity exposure device is used that uses light in the ultraviolet region with a wavelength of 350 nm or more and 400 nm or less as a light source. Here, the exposure amount is set to an optimal exposure amount for the first photosensitive resin layer 51. As described above, in this example, the top cover resin that forms the second photosensitive resin layer 52 has lower exposure sensitivity than the partition wall resin that forms the first photosensitive resin layer 51. Therefore, although the reaction is insufficient in the second photosensitive resin layer 52 with an exposure amount that matches the exposure amount for the first photosensitive resin layer 51, this does not cause any problems in terms of pattern resolution.
Next, in the development process of step S6, the exposed first photosensitive resin layer 51 and second photosensitive resin layer 52 are developed to form a flow path pattern 53. Here, for example, a sodium carbonate aqueous solution is used as the developer by spraying. Next, the first photosensitive resin layer 51 and second photosensitive resin layer 52 developed in step S7 are washed to completely remove the developer. Here, for example, ultrapure water is used by spraying. As a result, a partition wall layer 51a is formed as shown in FIG. 6(b), and the flow path pattern 53 is defined. In this example, as described above, the second photosensitive resin layer 52 is formed of a resin having a lower exposure sensitivity than the first photosensitive resin layer 51. Therefore, as shown in FIG. 6, the opening width of the exposed area in the second photosensitive resin layer 52 is smaller than the opening width in the first photosensitive resin layer 51.
次いで、流路パターン53を形成したマイクロ流路チップに対し、ステップS8の加熱処理(ポストベーク)を行う。本例では、ホットプレートを用いて第一感光性樹脂層51及び第二感光性樹脂層52のガラス転移温度(Tg)付近の温度にて加熱処理行う。本例では、加熱処理によって第二感光性樹脂層52、すなわち上蓋用樹脂の流動(リフロー)が促され、左右の隔壁層51a上から流路パターン53の中央に向かって上蓋用樹脂が流動する。隔壁層51a上から流動した上蓋用樹脂は、基板50と反対側、すなわち流路パターン53の上側において接合し、上蓋層52aが形成される。これにより、図6(c)に示すように、流路パターン53の上部が上蓋層52aで覆われ、流路部53aが形成されてマイクロ流路チップ500が作製される。 Next, the microchannel chip with the flow channel pattern 53 formed thereon is subjected to a heating treatment (post-baking) in step S8. In this example, the heating treatment is performed using a hot plate at a temperature near the glass transition temperature (Tg) of the first photosensitive resin layer 51 and the second photosensitive resin layer 52. In this example, the heating treatment promotes the flow (reflow) of the second photosensitive resin layer 52, i.e., the top cover resin, which flows from the left and right partition layers 51a toward the center of the flow channel pattern 53. The top cover resin that has flowed from the partition layer 51a is bonded to the opposite side of the substrate 50, i.e., the upper side of the flow channel pattern 53, to form the top cover layer 52a. As a result, as shown in FIG. 6(c), the top of the flow channel pattern 53 is covered with the top cover layer 52a, forming a flow channel portion 53a and completing the microchannel chip 500.
本例では、隔壁層51aを形成する第一感光性樹脂層51、すなわち隔壁用樹脂のガラス転移温度(Tg)は、上蓋層52aを形成する第二感光性樹脂層52、すなわち上蓋用樹脂のガラス転移温度(Tg)と同等である。このため、上蓋用樹脂が流動(リフロー)する際に隔壁用樹脂も流動する。ただし、本例では、第一感光性樹脂層51および第二感光性樹脂層52が、ポジ型のレジストで形成され、且つ第二感光性樹脂層52の露光感度が第一感光性樹脂層51よりも低い。このため、図6(b)に示すように第二感光性樹脂層52の開口幅は第一感光性樹脂層51の開口幅に比べて小さく形成され、第一感光性樹脂層51の開口幅は第二感光性樹脂層52の開口幅に比べて十分に大きく形成されている。
したがって、第二感光性樹脂層52と同程度の流動が第一感光性樹脂層51に起きることで流路パターン53の開口幅よりも流路部53aの幅が減少するものの、図6(c)に示すように流路部53aの幅は、十分に確保されることとなる。
In this example, the glass transition temperature (Tg) of the first photosensitive resin layer 51 forming the partition layer 51a, i.e., the partition resin, is equal to the glass transition temperature (Tg) of the second photosensitive resin layer 52 forming the top cover layer 52a, i.e., the top cover resin. Therefore, when the top cover resin flows (reflows), the partition resin also flows. However, in this example, the first photosensitive resin layer 51 and the second photosensitive resin layer 52 are formed of a positive resist, and the exposure sensitivity of the second photosensitive resin layer 52 is lower than that of the first photosensitive resin layer 51. Therefore, as shown in FIG. 6B , the opening width of the second photosensitive resin layer 52 is smaller than that of the first photosensitive resin layer 51, and the opening width of the first photosensitive resin layer 51 is sufficiently larger than that of the second photosensitive resin layer 52.
Therefore, although the width of the flow path portion 53a is reduced compared to the opening width of the flow path pattern 53 due to the same degree of flow occurring in the first photosensitive resin layer 51 as in the second photosensitive resin layer 52, the width of the flow path portion 53a is sufficiently secured as shown in FIG. 6(c).
したがって、第一感光性樹脂層51および第二感光性樹脂層52がポジ型のレジストで形成され、且つ「上蓋用樹脂の露光感度<隔壁用樹脂の露光感度」という条件を満たすことで、流路部の流路幅を十分に維持しつつ、上蓋用樹脂及び隔壁用樹脂を流動させて上蓋層52aを容易に形成することができる。 Therefore, by forming the first photosensitive resin layer 51 and the second photosensitive resin layer 52 using a positive resist and satisfying the condition that "the exposure sensitivity of the top cover resin is less than the exposure sensitivity of the partition wall resin," the top cover resin and the partition wall resin can be caused to flow and the top cover layer 52a can be easily formed while adequately maintaining the flow path width of the flow path section.
(1.3.3)露光感度が異なる樹脂を用いた隔壁層及び上蓋層の形成(2)
隔壁用樹脂と上蓋用樹脂とで露光感度の異なる場合における、隔壁層11及び上蓋層12の形成について、図7を用いて説明する。図7(a)は、基板60上に形成された第一感光性樹脂層61及び第二感光性樹脂層62を示す断面模式図であり、図7(b)は、基板60上の流路パターンを示す断面模式図であり、図7(c)は本例によるマイクロ流路チップ600の概略構成を示す断面模式図である。
本例では、上蓋用樹脂の露光感度(C/cm2)が隔壁用樹脂の露光感度(C/cm2)よりも高い(上蓋用樹脂の露光感度(C/cm2)>隔壁用樹脂の露光感度(C/cm2))という条件によるマイクロ流路チップの製造方法について説明する。
(1.3.3) Formation of a partition layer and an upper cover layer using resins with different exposure sensitivities (2)
The formation of partition layer 11 and upper cover layer 12 when the exposure sensitivity of the partition resin and the upper cover resin differs will be described with reference to Fig. 7. Fig. 7(a) is a cross-sectional schematic diagram showing first photosensitive resin layer 61 and second photosensitive resin layer 62 formed on substrate 60, Fig. 7(b) is a cross-sectional schematic diagram showing the flow channel pattern on substrate 60, and Fig. 7(c) is a cross-sectional schematic diagram showing the general configuration of micro-channel chip 600 according to this example.
In this example, a method for manufacturing a microchannel chip under the condition that the exposure sensitivity (C/cm 2 ) of the resin for the top cover is higher than the exposure sensitivity (C/cm 2 ) of the resin for the partition wall (exposure sensitivity (C/cm 2 ) of the resin for the top cover > exposure sensitivity (C/cm 2 ) of the resin for the partition wall) is described.
図7(a)に示すように、本例では、上記ステップS1の塗工工程において、基板60上へ隔壁用感光性樹脂を塗布して第一感光性樹脂層61を形成する。隔壁用感光性樹脂は、例えばスピンコーティングにより所望の厚さで基板60上へ塗布する。第一感光性樹脂層61、すなわち隔壁用樹脂はネガ型のレジストである。また、本例では、上記ステップS3において第一感光性樹脂層61の上に上蓋用感光性樹脂を塗布して第二感光性樹脂層62を形成する。第二感光性樹脂層62、すなわち上蓋用樹脂は、ネガ型のレジストである。つまり、本例では、隔壁用感光性樹脂及び上蓋用感光性樹脂として、ネガ型のレジストを用いる。
本例では、第二感光性樹脂層52を形成する上蓋用感光性樹脂としては、第一感光性樹脂層51を形成する隔壁用感光性樹脂よりも露光感度(C/cm2)が低い樹脂を用いる。第二感光性樹脂層52は、第一感光性樹脂層51と同様にスピンコーティングにより所望の厚さで第一感光性樹脂層51上へ塗布する。例えば、第一感光性樹脂層61を形成する隔壁用樹脂として非化学増幅型レジスト、第二感光性樹脂層62を形成する上蓋用樹脂として化学増幅型レジストを用いてもよい。
As shown in FIG. 7A , in this example, in the coating process of step S1, a photosensitive resin for partition walls is applied onto a substrate 60 to form a first photosensitive resin layer 61. The photosensitive resin for partition walls is applied to the substrate 60 to a desired thickness by, for example, spin coating. The first photosensitive resin layer 61, i.e., the resin for partition walls, is a negative resist. Also, in this example, in step S3, a photosensitive resin for top cover walls is applied onto the first photosensitive resin layer 61 to form a second photosensitive resin layer 62. The second photosensitive resin layer 62, i.e., the resin for top cover walls, is a negative resist. That is, in this example, negative resists are used as the photosensitive resin for partition walls and the photosensitive resin for top cover walls.
In this example, a resin having lower exposure sensitivity (C/cm 2 ) than the photosensitive resin for the partition walls that forms the first photosensitive resin layer 51 is used as the photosensitive resin for the top cover that forms the second photosensitive resin layer 52. The second photosensitive resin layer 52 is applied to a desired thickness on the first photosensitive resin layer 51 by spin coating, similar to the first photosensitive resin layer 51. For example, a non-chemically amplified resist may be used as the resin for the partition walls that forms the first photosensitive resin layer 61, and a chemically amplified resist may be used as the resin for the top cover that forms the second photosensitive resin layer 62.
また本例では、上記ステップS5の露光工程において、基板60上に塗工した第一感光性樹脂層61及び第二感光性樹脂層62に対して、フォトマスクを介して流路パターンを描画する。例えば、本例では、紫外光領域である350nm以上400nm以下の波長の光を光源としたプロキシミティ露光装置を用いる。ここで、露光量は第一感光性樹脂層61に対して最適な露光量を設定する。上述のように、本例では第二感光性樹脂層62を形成する上蓋用樹脂は、第一感光性樹脂層61を形成する隔壁用樹脂に対して露光感度が高い。このため、第二感光性樹脂層62において、第一感光性樹脂層61に合わせた露光量は必要十分である。
次いで、上記ステップS6の現像工程において、露光した第一感光性樹脂層61及び第二感光性樹脂層62に対して現像を行い、流路パターン63を形成する。ここでは例えば、スプレー方式にて炭酸ナトリウム水溶液を現像液として用いる。次いで、上記ステップS7において現像した第一感光性樹脂層61及び第二感光性樹脂層62を洗浄により現像液を完全に除去する。ここでは、例えば、超純水を用いてスプレー方式にて洗浄する。これにより、図7(b)に示すように隔壁層61aが形成され、流路パターン63が画定される。本例では、第二感光性樹脂層62は、第一感光性樹脂層61に比べて露光感度が高い。このため図7(b)に示すように、露光後において、露光部のパターンとして残存する第二感光性樹脂層62の範囲は、第一感光性樹脂層61に対して広くなる。結果として、図6に示すように、第二感光性樹脂層62における露光範囲の開口幅は、第一感光性樹脂層61の開口幅よりも小さくなる。
In this example, in the exposure process of step S5, a flow path pattern is written via a photomask on the first photosensitive resin layer 61 and the second photosensitive resin layer 62 coated on the substrate 60. For example, in this example, a proximity exposure device is used that uses light in the ultraviolet region with a wavelength of 350 nm or more and 400 nm or less as a light source. Here, the exposure amount is set to an optimum exposure amount for the first photosensitive resin layer 61. As described above, in this example, the top cover resin that forms the second photosensitive resin layer 62 has a higher exposure sensitivity than the partition wall resin that forms the first photosensitive resin layer 61. Therefore, the exposure amount for the second photosensitive resin layer 62 that matches that for the first photosensitive resin layer 61 is necessary and sufficient.
Next, in the development process of step S6, the exposed first photosensitive resin layer 61 and second photosensitive resin layer 62 are developed to form a flow path pattern 63. Here, for example, a sodium carbonate aqueous solution is used as the developer by spraying. Next, the first photosensitive resin layer 61 and second photosensitive resin layer 62 developed in step S7 are washed to completely remove the developer. Here, for example, ultrapure water is used by spraying. As a result, as shown in FIG. 7B, a partition wall layer 61a is formed and the flow path pattern 63 is defined. In this example, the second photosensitive resin layer 62 has a higher exposure sensitivity than the first photosensitive resin layer 61. Therefore, as shown in FIG. 7B, after exposure, the area of the second photosensitive resin layer 62 remaining as the pattern of the exposed portion is wider than that of the first photosensitive resin layer 61. As a result, as shown in FIG. 6, the opening width of the exposed area in the second photosensitive resin layer 62 is smaller than the opening width in the first photosensitive resin layer 61.
次いで、流路パターン63を形成したマイクロ流路チップに対し、ステップS8の加熱処理(ポストベーク)を行う。本例では、ホットプレートを用いて第一感光性樹脂層61及び第二感光性樹脂層62のガラス転移温度(Tg)付近の温度にて加熱処理行う。本例では、加熱処理によって第二感光性樹脂層62、すなわち上蓋用樹脂の流動(リフロー)が促され、左右の隔壁層61a上から流路パターン63の中央に向かって上蓋用樹脂が流動する。隔壁層61a上から流動した上蓋用樹脂は、基板60と反対側、すなわち流路パターン63の上側において接合し、上蓋層62aが形成される。これにより、図7(c)に示すように、流路パターン63の上部が上蓋層62aで覆われ、流路部63aが形成されてマイクロ流路チップ600が作製される。 Next, the microchannel chip with the flow channel pattern 63 formed thereon is subjected to a heating treatment (post-baking) in step S8. In this example, the heating treatment is performed using a hot plate at a temperature near the glass transition temperature (Tg) of the first photosensitive resin layer 61 and the second photosensitive resin layer 62. In this example, the heating treatment promotes the flow (reflow) of the second photosensitive resin layer 62, i.e., the top cover resin, which flows from the left and right partition layers 61a toward the center of the flow channel pattern 63. The top cover resin that has flowed from the partition layer 61a is bonded to the opposite side of the substrate 60, i.e., the upper side of the flow channel pattern 63, to form the top cover layer 62a. As a result, as shown in FIG. 7(c), the top of the flow channel pattern 63 is covered with the top cover layer 62a, forming a flow channel portion 63a and completing the microchannel chip 600.
本例では、上述のマイクロ流路チップ500と同様に、マイクロ流路チップ600において、隔壁層61aを形成する第一感光性樹脂層61、すなわち隔壁用樹脂のガラス転移温度(Tg)は、上蓋層62aを形成する第二感光性樹脂層62、すなわち上蓋用樹脂のガラス転移温度(Tg)と同等である。このため、上蓋用樹脂が流動(リフロー)する際に隔壁用樹脂も流動する。本例では、第一感光性樹脂層61および第二感光性樹脂層62が、ネガ型のレジストで形成され、且つ第二感光性樹脂層62の露光感度が第一感光性樹脂層61よりも高い。このため、図6(b)に示すように第二感光性樹脂層62の開口幅は第一感光性樹脂層61の開口幅に比べて小さく形成され、第一感光性樹脂層51の開口幅は第二感光性樹脂層52の開口幅に比べて十分に大きく形成されている。
したがって、第二感光性樹脂層62と同程度の流動が第一感光性樹脂層61に起きることで流路パターン63の開口幅よりも流路部63aの幅が減少するものの、図7(c)に示すように流路部63aの幅は、十分に確保されることとなる。
In this example, similar to the micro-channel chip 500 described above, in the micro-channel chip 600, the glass transition temperature (Tg) of the first photosensitive resin layer 61 forming the partition layer 61a, i.e., the partition resin, is equal to the glass transition temperature (Tg) of the second photosensitive resin layer 62 forming the top cover layer 62a, i.e., the top cover resin. Therefore, when the top cover resin flows (reflows), the partition resin also flows. In this example, the first photosensitive resin layer 61 and the second photosensitive resin layer 62 are formed of a negative resist, and the exposure sensitivity of the second photosensitive resin layer 62 is higher than that of the first photosensitive resin layer 61. Therefore, as shown in FIG. 6(b), the opening width of the second photosensitive resin layer 62 is smaller than that of the first photosensitive resin layer 61, and the opening width of the first photosensitive resin layer 61 is sufficiently larger than that of the second photosensitive resin layer 52.
Therefore, although the width of the flow path portion 63a is reduced compared to the opening width of the flow path pattern 63 due to the same degree of flow occurring in the first photosensitive resin layer 61 as in the second photosensitive resin layer 62, the width of the flow path portion 63a is sufficiently secured as shown in Figure 7 (c).
したがって、第一感光性樹脂層61および第二感光性樹脂層62がネガ型のレジストで形成され、且つ「上蓋用樹脂の露光感度>隔壁用樹脂の露光感度」という条件を満たすことで、流路部の流路幅を十分に維持しつつ、上蓋用樹脂及び隔壁用樹脂を流動させて上蓋層62aを容易に形成することができる。 Therefore, by forming the first photosensitive resin layer 61 and the second photosensitive resin layer 62 using a negative resist and satisfying the condition that "the exposure sensitivity of the top cover resin is greater than the exposure sensitivity of the partition wall resin," the top cover resin and the partition wall resin can be caused to flow and the top cover layer 62a can be easily formed while maintaining a sufficient flow path width in the flow path section.
以上、本実施形態に係るマイクロ流路チップにおいて、隔壁層および上蓋層を別体形成(複層構成)とする例を説明した。上述のように、本実施形態に係る製造方法によれば、マイクロ流路チップの流路部を覆う蓋材(上蓋層)を、接着剤などの中間層を用いることなく、既存のフォトリソグラフィ工程の範囲内で形成することができる。これにより、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
また、接着剤の膜厚不均一に起因した接合不良による品質低下も防ぐことができる。また、接着剤などの中間部材を用いて隔壁層と上蓋層とを接合する場合と比べて、製造方法を簡略化することができる。
The above describes an example of a microchannel chip according to this embodiment in which the partition layer and the upper cover layer are formed separately (multi-layer structure). As described above, according to the manufacturing method according to this embodiment, the cover material (upper cover layer) covering the channel portion of the microchannel chip can be formed within the scope of an existing photolithography process without using an intermediate layer such as an adhesive. This prevents the adhesive components from eluting into the channel and suppresses reaction inhibition of the solution in the channel.
Furthermore, it is possible to prevent quality degradation due to poor bonding caused by uneven adhesive film thickness, and the manufacturing method can be simplified compared to when bonding the partition wall layer and the upper cover layer using an intermediate member such as an adhesive.
なお、本開示はこれに限られず、隔壁層および上蓋層を3層以上で構成してもよい。またこの場合、上蓋層を形成する第二感光性樹脂層を複層構成としてもよい。熱流動性を有する感光性樹脂は、上層であるほど、加熱処理によって樹脂の流動性が大きくなる性質である。このため、複層構成の第二感光性樹脂層によって上蓋層を形成する場合において、上層部分の方が下層部分よりも早く接合する。したがって、複層構成の第二感光性樹脂層による上蓋層は、上層であるほど開口幅が狭く、最上層又は最上層と近接する層において接合した構成となる。 However, the present disclosure is not limited to this, and the partition layer and top lid layer may be composed of three or more layers. In this case, the second photosensitive resin layer forming the top lid layer may have a multi-layer structure. Photosensitive resins with thermal fluidity have the property that the fluidity of the resin increases with heat treatment, the higher the layer. Therefore, when the top lid layer is formed using a multi-layer second photosensitive resin layer, the upper layers bond faster than the lower layers. Therefore, the opening width of the top lid layer made of a multi-layer second photosensitive resin layer becomes narrower the higher the layer, and bonding occurs at the top layer or the layer adjacent to the top layer.
(1.4)第一実施形態の効果
以上のようなマイクロ流路チップ1は、以下の効果を有する。
(1)本実施形態に係るマイクロ流路チップ1は、基板10と、基板10上に流路部3を形成する隔壁層11と、隔壁層11の基板10とは反対側の面に形成され、流路部3の蓋となる上蓋層12と、を備え、隔壁層11と上蓋層12との間に粘着層が設けられていない。
これにより、マイクロ流路チップ1は、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。さらに、接着剤の膜厚不均一に起因した接合不良も防ぐことができる。
(2)また本実施形態に係るマイクロ流路チップ1は、基板10と、基板10上に流路部3を形成する隔壁層11と、隔壁層11の基板10とは反対側の面に形成され、流路部3の蓋となる上蓋層12と、を備え、上蓋層12と隔壁層11とは互いに溶着している。
これにより、マイクロ流路チップ1は、接着剤を用いることなく上蓋層12と隔壁層11とが接合され、接着剤成分の流路内への溶出を防いで流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。さらに、接着剤の膜厚不均一に起因した接合不良も防ぐことができる。
(3)また、本実施形態に係るマイクロ流路チップ1は、マイクロ流路チップであって、流路部3と、流路部3の蓋となる上蓋層12と、を備え、上蓋層12の材料は、熱流動性を有する樹脂であり、流路部3の断面形状は、角丸である。
これにより、マイクロ流路チップ1は、接着剤を用いることなく上蓋層12と隔壁層11とが接合され、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。さらに、流路部3における流体(例えば反応溶液)の送液速度や流量を安定させ、角部における検査対象物質の滞留を抑制することができる。また、既存のフォトリソグラフィ工程の範囲内で上蓋層12と隔壁層11とを接合することができる。
(1.4) Effects of First Embodiment The micro-channel chip 1 as described above has the following effects.
(1) The microchannel chip 1 according to this embodiment comprises a substrate 10, a partition layer 11 that forms a channel section 3 on the substrate 10, and an upper cover layer 12 that is formed on the surface of the partition layer 11 opposite the substrate 10 and serves as a lid for the channel section 3, and no adhesive layer is provided between the partition layer 11 and the upper cover layer 12.
This prevents the adhesive components from eluting into the channels, thereby suppressing reaction inhibition of the solution in the channels, and further prevents poor bonding due to uneven adhesive film thickness.
(2) The microchannel chip 1 according to this embodiment includes a substrate 10, a partition layer 11 that forms a channel section 3 on the substrate 10, and an upper cover layer 12 that is formed on the surface of the partition layer 11 opposite the substrate 10 and serves as a lid for the channel section 3, and the upper cover layer 12 and the partition layer 11 are welded to each other.
As a result, the upper cover layer 12 and the partition wall layer 11 of the micro-channel chip 1 are bonded together without using an adhesive, and the elution of adhesive components into the channels can be prevented, thereby suppressing reaction inhibition of the solution in the channels. Furthermore, poor bonding due to uneven thickness of the adhesive can also be prevented.
(3) Furthermore, the microchannel chip 1 according to this embodiment is a microchannel chip that includes a channel section 3 and an upper cover layer 12 that serves as a lid for the channel section 3. The upper cover layer 12 is made of a resin having thermal fluidity, and the cross-sectional shape of the channel section 3 has rounded corners.
As a result, in the micro-channel chip 1, the upper cover layer 12 and the partition layer 11 are bonded together without using an adhesive, preventing the adhesive components from eluting into the channel and suppressing reaction inhibition of the solution in the channel. Furthermore, the liquid transfer speed and flow rate of the fluid (e.g., reaction solution) in the channel section 3 can be stabilized, and retention of the test substance at the corners can be suppressed. Furthermore, the upper cover layer 12 and the partition layer 11 can be bonded together within the scope of existing photolithography processes.
(4)また本実施形態に係るマイクロ流路チップ1において、上蓋層12は、隔壁層11と別体であってもよい。
これにより、上蓋として好適な性質を有する樹脂を適宜選択することができる。
(5)また本実施形態に係るマイクロ流路チップ1において隔壁層11及び上蓋層12は、樹脂材料で形成されており、当該樹脂材料は、紫外光領域である190nm以上400nm以下の波長の光に対して感光性を有する感光性樹脂であってもよい。
これにより、接着剤を用いることなく感光性樹脂のリフローによって、マイクロ流路チップの蓋材(上蓋層)を形成することができ、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
(6)また本実施形態に係るマイクロ流路チップ1において、上蓋層12は隔壁層11と別体であって、隔壁層11に対してガラス転移温度が低くてもよい。
これにより、上蓋層12の形成時において隔壁層11に流動が起きて、流路パターンが変化することを抑制することができる。
(7)また本実施形態に係るマイクロ流路チップ1において、上蓋層12は隔壁層11と別体であって、隔壁層11に対して露光感度が高い又は低い構成でもよい。
これにより、上蓋層12の形成時に上蓋層用の樹脂材料を流動させる際に、隔壁層用の樹脂に流動が起こった場合も、隔壁層11を形成する感光性樹脂の開口幅を十分大きく形成できるため、流路部3として十分な空間を維持することができる。
(8)また本実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法は、基板10上に、隔壁層11用の感光性樹脂を塗工する工程と、塗工した隔壁層11用の感光性樹脂の上に、上蓋層12用の感光性樹脂を塗工する工程と、隔壁層11用の感光性樹脂及び上蓋層12用の感光性樹脂を露光する工程と、露光した隔壁層11用の感光性樹脂及び上蓋層12用の感光性樹脂を現像及び洗浄し、基板10上において流路部3を画定する隔壁層11を形成する工程と、隔壁層11上の上蓋層12用の感光性樹脂を加熱処理して上蓋層12用の感光性樹脂を流動させ、流路部3の上蓋層12を形成する工程と、を含む。
これにより、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができるマイクロ流路チップを提供することができる。
(4) In the micro-channel chip 1 according to this embodiment, the upper cover layer 12 may be separate from the partition layer 11 .
This allows for the appropriate selection of a resin having suitable properties for the top cover.
(5) In addition, in the microchannel chip 1 according to this embodiment, the partition layer 11 and the upper cover layer 12 are formed of a resin material, and the resin material may be a photosensitive resin that is photosensitive to light having a wavelength of 190 nm or more and 400 nm or less, which is in the ultraviolet light region.
This allows the lid material (upper lid layer) of the microchannel chip to be formed by reflowing the photosensitive resin without using an adhesive, preventing the adhesive components from leaching into the channel and suppressing reaction inhibition of the solution in the channel.
(6) In the micro-channel chip 1 according to this embodiment, the upper cover layer 12 may be separate from the partition layer 11 and may have a lower glass transition temperature than the partition layer 11 .
This makes it possible to prevent flow from occurring in partition layer 11 during the formation of upper cover layer 12, thereby preventing the flow path pattern from changing.
(7) In the micro-channel chip 1 according to this embodiment, the upper cover layer 12 may be separate from the partition layer 11 and may have a higher or lower exposure sensitivity than the partition layer 11 .
As a result, even if the resin for the partition layer flows when the resin material for the upper cover layer is caused to flow during the formation of the upper cover layer 12, the opening width of the photosensitive resin forming the partition layer 11 can be made sufficiently large, so that sufficient space can be maintained as the flow path section 3.
(8) The manufacturing method of the microchannel chip 1 according to this embodiment also includes the steps of applying a photosensitive resin for the partition layer 11 onto the substrate 10, applying a photosensitive resin for the upper cover layer 12 onto the applied photosensitive resin for the partition layer 11, exposing the photosensitive resin for the partition layer 11 and the photosensitive resin for the upper cover layer 12 to light, developing and washing the exposed photosensitive resin for the partition layer 11 and the photosensitive resin for the upper cover layer 12 to form the partition layer 11 that defines the channel section 3 on the substrate 10, and heating the photosensitive resin for the upper cover layer 12 on the partition layer 11 to flow the photosensitive resin for the upper cover layer 12, thereby forming the upper cover layer 12 of the channel section 3.
This makes it possible to provide a microchannel chip that can prevent the adhesive component from eluting into the channel and suppresses reaction inhibition of the solution in the channel.
2.第二実施形態
以下、本開示の第二実施形態に係るマイクロ流路チップについて、図8を用いて説明する。図8は、本開示の第二実施形態に係るマイクロ流路チップ200の一構成例を説明するための断面図である。
マイクロ流路チップ200は、基板20と、基板20上に流路部23を形成する隔壁層21と、隔壁層21の一部で形成された上蓋層22と、を備えている。すなわち、マイクロ流路チップ200は、隔壁層21と上蓋層22とが、一体である。この点で、第一実施形態に係るマイクロ流路チップ1,400,500,600と相違する。
2. Second Embodiment A micro-channel chip according to a second embodiment of the present disclosure will now be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a cross-sectional view illustrating an example configuration of micro-channel chip 200 according to the second embodiment of the present disclosure.
Micro-channel chip 200 includes substrate 20, partition layer 21 that forms channel section 23 on substrate 20, and upper cover layer 22 that is formed from part of partition layer 21. That is, micro-channel chip 200 has partition layer 21 and upper cover layer 22 that are integrated together. In this respect, micro-channel chip 200 differs from micro-channel chips 1, 400, 500, and 600 according to the first embodiment.
(2.1)マイクロ流路チップ200の構成
以下、マイクロ流路チップ200の隔壁層21及び上蓋層22について、上記第一実施形態の隔壁層11、上蓋層12と異なる点を主に説明する。なお、上蓋層22以外の各構成(基板20及び流路部23)については、マイクロ流路チップ1の基板10及び流路部3と同様の構成であるため説明を省略する。
また、マイクロ流路チップ200の隔壁層21及び上蓋層22の材料は、マイクロ流路チップ1の隔壁層11と同様のものを用いればよい。
(2.1) Configuration of Micro-Channel Chip 200 The following mainly describes the differences between partition layer 21 and upper cover layer 22 of micro-channel chip 200 and partition layer 11 and upper cover layer 12 of the first embodiment. Note that the configurations (substrate 20 and channel section 23) other than upper cover layer 22 are similar to those of substrate 10 and channel section 3 of micro-channel chip 1, and therefore descriptions thereof will be omitted.
Furthermore, the materials for the partition layer 21 and the upper cover layer 22 of the micro-channel chip 200 may be the same as those for the partition layer 11 of the micro-channel chip 1 .
図8は、隔壁層21と上蓋層22とが一体であるマイクロ流路チップ200の一構成例を示している。マイクロ流路チップ200では、隔壁層21自体が上蓋層22となるため、製造工程を簡略化することができる。 Figure 8 shows an example configuration of a microchannel chip 200 in which the partition layer 21 and upper cover layer 22 are integrated. In the microchannel chip 200, the partition layer 21 itself serves as the upper cover layer 22, simplifying the manufacturing process.
(2.2)マイクロ流路チップ200の製造方法
以下、マイクロ流路チップ200の製造方法の一例について説明する。
マイクロ流路チップ200の製造方法では、図4に示すマイクロ流路チップ1の製造方法におけるステップS3(第二感光性樹脂の塗工工程)を省略することができる。これにより、製造工程を簡略化することができる。
以下、図9を用いて、マイクロ流路チップ200の製造方法をより詳細に説明する。
(2.2) Method for Manufacturing Micro-Channel Chip 200 An example of a method for manufacturing micro-channel chip 200 will now be described.
In the method for manufacturing micro-channel chip 200, step S3 (the step of applying the second photosensitive resin) in the method for manufacturing micro-channel chip 1 shown in Fig. 4 can be omitted, thereby simplifying the manufacturing process.
The method for manufacturing the micro-channel chip 200 will be described in more detail below with reference to FIG.
図9は、本実施形態に係るマイクロ流路チップ200の製造方法の各工程を示す概略図である。なお、マイクロ流路チップ200の製造方法では、基板20上に形成される感光性樹脂が一層である点を除き、図4に示すマイクロ流路チップ1の製造方法におけるステップS1,S2,S4~S7における各工程と同様にして流路パターンを形成する。このため、ステップS1,S2,S4~S7における各工程については、説明を省略する。 Figure 9 is a schematic diagram showing each step of the method for manufacturing the micro-channel chip 200 according to this embodiment. In the method for manufacturing the micro-channel chip 200, the channel pattern is formed in the same manner as steps S1, S2, and S4 to S7 in the method for manufacturing the micro-channel chip 1 shown in Figure 4, except that only one layer of photosensitive resin is formed on the substrate 20. Therefore, a description of steps S1, S2, and S4 to S7 will be omitted.
図9(a)は本実施形態に係るマイクロ流路チップ200の製造時における流路パターン220の平面概略図である。隔壁層21に対して、液体を導入するための入力部32と、液体が流れる流路部33と、液体を排出するための出力部34とを有している。入力部32および出力部34は、上記第一実施形態に係るマイクロ流路チップ1の入力部2および出力部4と同等の構成であるため、説明は省略する。
図9(b)は図9(a)のB-B線における断面図である。ベースとなる基板20の上に隔壁層21が形成されている。基板20と隔壁層21に囲まれた領域に流体(例えば、反応溶液)を導入するための入力部32が形成される。なお流体を導入するため、入力部32の上部には、上蓋層22は形成されない。
9(a) is a schematic plan view of a channel pattern 220 during the manufacture of a micro-channel chip 200 according to this embodiment. The partition layer 21 has an input section 32 for introducing a liquid, a channel section 33 through which the liquid flows, and an output section 34 for discharging the liquid. The input section 32 and the output section 34 have the same configurations as the input section 2 and the output section 4 of the micro-channel chip 1 according to the first embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.
Figure 9(b) is a cross-sectional view taken along line B-B in Figure 9(a). A partition wall layer 21 is formed on a base substrate 20. An input section 32 for introducing a fluid (e.g., a reaction solution) is formed in the area surrounded by the substrate 20 and the partition wall layer 21. Note that, in order to introduce a fluid, an upper lid layer 22 is not formed on top of the input section 32.
図9(c)は、図9(a)のC-C線における断面図である。ベース部材となる基板20の上に隔壁層21が形成されており、基板20と隔壁層21に囲まれた領域に流体が流れる流路部3を画定する流路パターン220の領域23aが形成されている。領域23aの開口幅は、入力部32よりも狭く形成されている。 Figure 9(c) is a cross-sectional view taken along line CC in Figure 9(a). A partition layer 21 is formed on a substrate 20, which serves as a base member, and a region 23a of a flow path pattern 220 that defines a flow path section 3 through which a fluid flows is formed in the area surrounded by the substrate 20 and the partition layer 21. The opening width of region 23a is formed narrower than that of input section 32.
形成された流路パターン220に対し加熱処理(ポストベーク)を行う。加熱処理は、例えば、ホットプレート、オーブン、などにより行われる。ポストベークは、隔壁用樹脂(隔壁層21)のガラス転移温度(Tg)まで加熱して、隔壁用樹脂を流動(リフロー)させる目的で行う。この点が、上記第一実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造方法における加熱処理と異なる。感光性樹脂の流動(リフロー)は、樹脂の性質によっては基板20と反対側、すなわち流路パターン220の上部側が流動しやすい特徴がある。流路パターン220の上部が流動することによって、隔壁層21同士が接合し、流路パターン220の上蓋材、つまり流路パターン220の領域23aを覆う上蓋層22としての機能を持つことになる。これにより、隔壁層21と一体の上蓋層22が形成され、本実施形態に係るマイクロ流路チップ200が作製される。 The formed channel pattern 220 is then subjected to a heat treatment (post-baking). This heat treatment can be performed using, for example, a hot plate or an oven. Post-baking is performed to heat the partition resin (partition layer 21) to its glass transition temperature (Tg) to reflow the partition resin. This differs from the heat treatment used in the manufacturing method of the micro-channel chip 1 according to the first embodiment. Depending on the resin's properties, the photosensitive resin tends to reflow on the side opposite the substrate 20, i.e., the upper side of the channel pattern 220. The flow of the upper portion of the channel pattern 220 bonds the partition layers 21 together, allowing them to function as an upper cover material for the channel pattern 220, i.e., as the upper cover layer 22 covering the region 23a of the channel pattern 220. This forms the upper cover layer 22 integral with the partition layer 21, completing the production of the micro-channel chip 200 according to this embodiment.
図9(d)は、加熱処理(ポストベーク)後のマイクロ流路チップ200の平面概略図である。加熱処理によって隔壁層21が流動して上蓋層22が形成され、後述する図9(f)に示すように流路部23が画定されている。なお、図9(d)では図示を省略しているが、透明性を有する上蓋層22を介して流路部23を視認することができる。入力部32及び出力部34も、隔壁層21の流動によってサイズは小さくなるものの、予めサイズの縮小を想定して大きなサイズで形成しているため、上蓋層22で塞がれることなく、貫通孔が形成されたままとなる。これは、上記第一実施形態に係るマイクロ流路チップ1の製造時も同様である。 Figure 9(d) is a schematic plan view of the microchannel chip 200 after heat treatment (post-baking). The heat treatment causes the partition layer 21 to flow, forming the upper cover layer 22, and defining the channel section 23 as shown in Figure 9(f), which will be described later. Although not shown in Figure 9(d), the channel section 23 can be seen through the transparent upper cover layer 22. Although the input section 32 and output section 34 also become smaller in size as the partition layer 21 flows, they were formed large in advance in anticipation of size reduction, so the through-holes remain without being blocked by the upper cover layer 22. This is also the case when manufacturing the microchannel chip 1 according to the first embodiment described above.
図9(e)は、図9(d)のB-B線におけるマイクロ流路チップ200の断面模式図である。ホットプレート25上でのポストベークによって、隔壁層21の上部側の樹脂は入力部32の幅方向の中央に向かって流動するが、入力部32は塞がれることなく開口端は外部と連通したままとなる。つまり、流体を導入するための入力部32の機能は維持される。 Figure 9(e) is a schematic cross-sectional view of the microchannel chip 200 taken along line B-B in Figure 9(d). Post-baking on the hot plate 25 causes the resin on the upper side of the partition layer 21 to flow toward the center of the width of the input section 32, but the input section 32 is not blocked and its open end remains in communication with the outside. In other words, the function of the input section 32 for introducing fluid is maintained.
図9(f)は図9(d)のC-C線におけるマイクロ流路チップ200の断面模式図である。ホットプレート25上でのポストベークによって、隔壁層21の基板20と反対側(隔壁層21の上側)の樹脂が左右から流動して流路部23の幅方向の中央付近で接合し上蓋層22を形成している。このように、本実施形態によれば、マイクロ流路チップの流路部を覆う蓋材を、接着剤を用いることなく、既存のフォトリソグラフィ工程の範囲内で、マイクロ流路チップの蓋材(上蓋層)を形成することができる。これにより、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
また、接着剤の膜厚不均一に起因した接合不良による品質低下も防ぐことができる。また、接着剤などの中間部材を用いて隔壁層と上蓋層とを接合する場合と比べて、製造方法を簡略化することができる。また、隔壁層21と上蓋層22とを一体形成とすることで、より確実に接合不良を抑制することができる。
9(f) is a schematic cross-sectional view of micro-channel chip 200 taken along line CC in FIG. 9(d). Post-baking on hot plate 25 causes the resin on the side of partition layer 21 opposite substrate 20 (the upper side of partition layer 21) to flow from the left and right, bonding near the center of channel section 23 in the width direction to form upper cover layer 22. Thus, according to this embodiment, the lid material (upper cover layer) for covering the channel section of the micro-channel chip can be formed within the scope of existing photolithography processes without using an adhesive. This prevents adhesive components from eluting into the channel and inhibits reaction of the solution in the channel.
Furthermore, quality degradation due to poor bonding caused by uneven adhesive film thickness can be prevented. Furthermore, the manufacturing method can be simplified compared to when bonding the partition wall layer and the upper cover layer using an intermediate member such as an adhesive. Furthermore, by integrally forming the partition wall layer 21 and the upper cover layer 22, poor bonding can be more reliably suppressed.
以上説明したように、本実施形態に係るマイクロ流路チップ200の製造方法は、基板10上に、隔壁用樹脂を塗工する工程(上記ステップS1)と、隔壁用樹脂を露光する工程(上記ステップS5)と、露光した隔壁用樹脂を現像及び洗浄し、基板20上において流路部23を画定する隔壁層21を形成する工程(上記ステップS6及びステップS7)と、隔壁層21を加熱処理して該隔壁用樹脂を流動させ、上蓋層22を形成する工程と、を含んでいる。
これにより、接着剤を用いることなく隔壁層21の一部として隔壁層21に溶着して一体形成された上蓋層22を形成ことができ、接着剤成分の流路部23内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
As described above, the method for manufacturing the micro-channel chip 200 according to this embodiment includes the steps of applying a partition resin onto the substrate 10 (step S1 above), exposing the partition resin to light (step S5 above), developing and washing the exposed partition resin to form a partition layer 21 that defines the channel portion 23 on the substrate 20 (steps S6 and S7 above), and heating the partition layer 21 to flow the partition resin and form the upper cover layer 22.
This makes it possible to form the upper cover layer 22, which is integrally formed by welding to the partition layer 21 as part of the partition layer 21 without using adhesive, thereby preventing the adhesive components from leaching into the flow path portion 23 and suppressing reaction inhibition of the solution in the flow path.
(2.3)第二実施形態の効果
以上のようなマイクロ流路チップ200は、以下の効果を有する。
(1)本実施形態に係るマイクロ流路チップ200は、隔壁層21と一体であってもよい。
これにより、隔壁層21と上蓋層22との接合不良をより確実に抑制することができる。
(2)また、本実施形態に係るマイクロ流路チップ200の製造方法は、基板10上に、隔壁用樹脂を塗工する工程(上記ステップS1)と、隔壁用樹脂を露光する工程と、露光した隔壁用樹脂を現像及び洗浄し、基板20上において流路部23を画定する隔壁層21を形成する工程と、隔壁層21を加熱処理して該隔壁用樹脂を流動させ、上蓋層22を形成する工程と、を含む。
これにより、接着剤を用いることなく隔壁層21の一部として隔壁層21に溶着して一体形成された上蓋層22を形成ことができ、接着剤成分の流路部23内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
(2.3) Effects of the Second Embodiment The micro-channel chip 200 as described above has the following effects.
(1) The micro-channel chip 200 according to this embodiment may be integrated with the partition layer 21 .
This makes it possible to more reliably prevent poor bonding between partition layer 21 and upper lid layer 22 .
(2) The method for manufacturing the microchannel chip 200 according to this embodiment includes the steps of applying a partition resin onto the substrate 10 (step S1 above), exposing the partition resin to light, developing and washing the exposed partition resin to form a partition layer 21 that defines the channel portion 23 on the substrate 20, and heating the partition layer 21 to cause the partition resin to flow, thereby forming the upper cover layer 22.
This makes it possible to form the upper cover layer 22, which is integrally formed by welding to the partition layer 21 as part of the partition layer 21 without using adhesive, thereby preventing the adhesive components from leaching into the flow path portion 23 and suppressing reaction inhibition of the solution in the flow path.
(実施例) (Example)
上述したマイクロ流路チップ及びその製造方法について、具体的な実施例を用いて説明する。なお、本開示は、下記の実施例に限定されるものではない。
<第一実施例>
上記第一実施形態に係るマイクロ流路チップ及びその製造方法の実施例を説明する。
まず、ガラス基板上へ隔壁層用の感光性樹脂を塗工して、第一感光性樹脂層を形成した。隔壁層用の感光性樹脂はエポキシ系樹脂による透明体のネガ型液体樹脂(ネガ型の液体レジスト)を使用した。また当該感光性樹脂(ネガ型液体レジスト)はガラス転移温度(TG)が160℃であった。ネガ型液体レジストは、スピンコーターにて回転数1100rpm、30秒でガラス基板上に塗工した。またスピンコーターは、第一感光性樹脂層の膜厚が50μmになるように回転数、時間を調整した。
次に、ホットプレート上にて隔壁層用の感光性樹脂(ネガ型液体レジスト)内に含まれる残留溶媒を除去する目的で加熱処理(プリベーク)を行った。プリベークは、温度90℃で20分実施した。
The above-described microchannel chip and its manufacturing method will be described using specific examples, but the present disclosure is not limited to the following examples.
<First Example>
An example of the micro-channel chip according to the first embodiment and the method for manufacturing the same will now be described.
First, a photosensitive resin for the partition wall layer was applied onto a glass substrate to form a first photosensitive resin layer. A transparent negative liquid resin (negative liquid resist) made of an epoxy resin was used as the photosensitive resin for the partition wall layer. The photosensitive resin (negative liquid resist) had a glass transition temperature (TG) of 160°C. The negative liquid resist was applied onto the glass substrate using a spin coater at a rotation speed of 1100 rpm for 30 seconds. The rotation speed and time of the spin coater were adjusted so that the film thickness of the first photosensitive resin layer would be 50 μm.
Next, a heat treatment (pre-baking) was performed on a hot plate at a temperature of 90° C. for 20 minutes in order to remove residual solvent contained in the photosensitive resin (negative liquid resist) for the partition layer.
次いで、第一感光性樹脂層の上に上蓋用の感光性樹脂を塗布して第二感光性樹脂層を形成した。上蓋用の感光性樹脂は、隔壁層用の感光性樹脂よりもガラス転移温度(TG)が50℃低い温度(110℃)である以外は、上述のネガ型液体レジストと同様のものを用いた。また隔壁層用の感光性樹脂と同条件でプリベークを行い、上蓋用の感光性樹脂内に含まれる残留溶媒を除去した。 Next, a photosensitive resin for the top cover was applied onto the first photosensitive resin layer to form a second photosensitive resin layer. The photosensitive resin for the top cover was the same as the negative liquid resist described above, except that its glass transition temperature (TG) was 50°C lower (110°C) than that of the photosensitive resin for the partition layer. Pre-baking was also performed under the same conditions as for the photosensitive resin for the partition layer to remove any residual solvent contained in the photosensitive resin for the top cover.
次に、ガラス基板上の感光性樹脂層(第一感光性樹脂層、第二感光性樹脂層)を露光して流路パターンを描画した。具体的には、マイクロ流路のパターン配列を有するフォトマスクを介して、感光性樹脂へパターン露光した。フォトマスクはクロム及び酸化クロムの二層構造を遮光膜とするフォトマスクを使用した。また、露光にはプロキシミティ露光装置を用いた。露光装置は高圧水銀灯を光源とし、i線フィルタのカットフィルタを入れて露光した。露光量は170mJ/cm2とした。 Next, the photosensitive resin layer (first photosensitive resin layer, second photosensitive resin layer) on the glass substrate was exposed to light to write a flow path pattern. Specifically, the photosensitive resin was exposed to light through a photomask having a pattern arrangement of microflow paths. The photomask used had a two-layer structure of chromium and chromium oxide as a light-shielding film. A proximity exposure device was used for exposure. The exposure device used a high-pressure mercury lamp as a light source, and an i-line cut filter was inserted. The exposure dose was 170 mJ/ cm2 .
次に、露光した感光性樹脂層に対して現像を行い、流路パターンを形成した。具体的には、アルカリ現像液(TMAH2.38%)を用いて感光性樹脂層を60秒間現像することにより、未露光部分を溶解し、流路構造をパターニングした。
続いて、超純水によるシャワー洗浄を行い、基板上の感光性樹脂層から現像液を除去し、スピンドライヤにて乾燥を行った。この段階では、流路パターンの流路部においてガラス基板とは反対側の上側部分は開口している。また、隔壁層上には第二感光性樹脂層が残存している。
Next, the exposed photosensitive resin layer was developed to form a flow path pattern. Specifically, the photosensitive resin layer was developed for 60 seconds using an alkaline developer (TMAH 2.38%) to dissolve the unexposed portions and pattern the flow path structure.
Next, shower cleaning with ultrapure water was performed to remove the developer from the photosensitive resin layer on the substrate, and the substrate was then dried with a spin dryer. At this stage, the upper part of the flow path pattern on the side opposite the glass substrate was open. In addition, the second photosensitive resin layer remained on the partition layer.
次に、流路パターンをオーブンで110℃、30分、加熱処理(ポストベーク)した。このとき、感光性樹脂のリフローにより流路パターン上部、すなわち第二感光性樹脂層が流路部の中心に向かって流動し、対向する隔壁層上の第二感光性樹脂層同士が接合される。これにより上蓋層が形成され、本実施例によるマイクロ流路チップを得た。なお、流路部の両端部には、貫通孔である入力部および出力部が上蓋層で塞がれることなく形成された。 Next, the channel pattern was heat-treated (post-baked) in an oven at 110°C for 30 minutes. At this time, the photosensitive resin reflowed, causing the upper part of the channel pattern, i.e., the second photosensitive resin layer, to flow toward the center of the channel section, bonding the second photosensitive resin layers on the opposing partition layers. This formed an upper cover layer, and the microchannel chip according to this example was obtained. Note that input and output sections, which are through-holes, were formed at both ends of the channel section without being blocked by the upper cover layer.
上述のようにして作製した本実施例によるマイクロ流路チップは、接着剤を用いることなく隔壁層と上蓋層とを溶着しており、ポストベーク時の上蓋層用の樹脂(第二感光性樹脂層)の流動によって上蓋層を形成している。これにより、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
また、本実施例のマイクロ流路チップに対し、着色した反応溶液10μLの量をピペットにて採取し、流路の入口ポートより導入し、その送液の様子を顕微鏡にて観察した。導入された反応溶液は、流路内を滞りなく流れ、流路内からの液漏れも一切無く、送液は良好であった。よって、本実施例のマイクロ流路チップには流体が滞りなく流れ、液漏れも無く、マイクロ流路チップとしての基本性能は備わっていることが確認できた。
In the microchannel chip according to this example, the partition layer and the upper cover layer are welded together without using an adhesive, and the upper cover layer is formed by the flow of the resin for the upper cover layer (second photosensitive resin layer) during post-baking. This prevents the adhesive components from eluting into the channel and inhibits the reaction of the solution in the channel.
Furthermore, 10 μL of the colored reaction solution was sampled using a pipette and introduced into the inlet port of the microchannel chip of this example. The flow of the reaction solution was observed under a microscope. The introduced reaction solution flowed smoothly through the channel, with no leakage from the channel, demonstrating good flow. Therefore, it was confirmed that the microchannel chip of this example had smooth flow of fluid, no leakage, and provided the basic performance of a microchannel chip.
<第二実施例>
上記第二実施形態に係るマイクロ流路チップ及びその製造方法の実施例を説明する。
隔壁層と上蓋層とが一体形成である以外は、上記第一実施例と同様にして第二実施例によるマイクロ流路チップを作製した。
具体的には、まず、上記第一実施例と同様に、隔壁層用の感光性樹脂をガラス基板上へ塗工して第一感光性樹脂層を形成し、プリベーク処理を行った。
次に、上記第一実施例と同様の露光条件で、ガラス基板上の第一感光性樹脂層を露光して流路パターンを描画した。
<Second Example>
An example of the micro-channel chip according to the second embodiment and the method for manufacturing the same will now be described.
A micro-channel chip according to the second embodiment was fabricated in the same manner as in the first embodiment, except that the partition layer and the upper cover layer were integrally formed.
Specifically, first, in the same manner as in the first embodiment, a photosensitive resin for the partition wall layer was applied onto a glass substrate to form a first photosensitive resin layer, and a pre-baking treatment was carried out.
Next, under the same exposure conditions as in the first example, the first photosensitive resin layer on the glass substrate was exposed to light to write a flow path pattern.
次に、露光した第一感光性樹脂層に対し、上記第一実施例と同様の条件で現像を行った後に現像液を除去し、スピンドライヤにて乾燥して流路パターンを形成した。この時点での流路パターンの断面SEM像の一例を図10(a)に示す。
図10(a)において、対向する隔壁層に挟まれた凹部が流路パターンの流路部にあたる。図10(a)に示すように、現像液の除去・乾燥後の流路パターンの流路部において、ガラス基板とは反対側の上側部分は開口している。流路部の上側の開口は、上記第一実施例でも同様である。
Next, the exposed first photosensitive resin layer was developed under the same conditions as in Example 1, the developer was removed, and the layer was dried with a spin dryer to form a flow path pattern. An example of a cross-sectional SEM image of the flow path pattern at this stage is shown in Figure 10(a).
In Fig. 10(a), the recessed portion sandwiched between the opposing partition wall layers corresponds to the flow path portion of the flow path pattern. As shown in Fig. 10(a), in the flow path portion of the flow path pattern after removal of the developer and drying, the upper portion on the side opposite to the glass substrate is open. The upper opening of the flow path portion is the same as in the first embodiment.
次に、流路パターンをオーブンで160℃、30分、加熱処理(ポストベーク)した。このとき、感光性樹脂のリフローにより流路パターン上部、すなわち隔壁層の上側が流路部の中心に向かって流動し、対向する隔壁層の上側の感光性樹脂(ネガ型液体レジスト)同士が接合された。これにより、本実施例によるマイクロ流路チップを得た。 Next, the channel pattern was heat-treated (post-baked) in an oven at 160°C for 30 minutes. During this process, the photosensitive resin reflowed, causing the upper part of the channel pattern, i.e., the upper side of the partition layer, to flow toward the center of the channel section, bonding the photosensitive resin (negative liquid resist) on the upper side of the opposing partition layers. This resulted in the production of a microchannel chip according to this example.
ポストベーク後のマイクロ流路チップの断面SEM像の一例を図10(b)に示す。図10(b)に示すとおり、ポストベーク後において流路パターン上側、すなわち隔壁層の上側)の感光性樹脂が流動し、流路部の中心付近で接合され、上蓋層が形成されていることを確認した。
また図10(b)に示すように、隔壁層の流動で形成される上蓋層は、流路部の中央部分に向かって厚みが薄くなっており、凹部が形成されていることが確認された。また、図10(b)に示すように、流路部の断面形状は角丸であることが確認された。これらの点は、隔壁層と上蓋層とが別体である上記第一実施例でも同様である。
なお、流路部の両端部には、貫通孔である入力部および出力部が上蓋層で塞がれることなく形成された。
An example of a cross-sectional SEM image of the microchannel chip after post-baking is shown in Fig. 10(b). As shown in Fig. 10(b), it was confirmed that the photosensitive resin above the channel pattern (i.e., above the partition layer) flowed and bonded near the center of the channel portion, forming an upper cover layer.
10(b), it was confirmed that the thickness of the upper cover layer formed by the flow of the partition layer becomes thinner toward the center of the flow path portion, forming a recess. Also, as shown in FIG. 10(b), it was confirmed that the cross-sectional shape of the flow path portion has rounded corners. These points are the same as in the first example described above, in which the partition layer and the upper cover layer are separate bodies.
At both ends of the flow path portion, an input portion and an output portion, which were through-holes, were formed without being blocked by the upper cover layer.
上述のようにして作製した本実施例によるマイクロ流路チップは、ポストベークによる隔壁層上部の流動によって上蓋層が形成され、隔壁層と上蓋層との接合に接着剤が用いられない。これにより、接着剤成分の流路内への溶出を防いで、流路内の溶液の反応阻害を抑制することができる。
また、本実施例のマイクロ流路チップに対し、上記第一実施例と同様にして送液試験を行った。その結果導入された反応溶液は、流路内を滞りなく流れ、流路内からの液漏れも一切無く、送液は良好であった。よって、本実施例のマイクロ流路チップには流体が滞りなく流れ、液漏れも無く、マイクロ流路チップとしての基本性能は備わっていることが確認できた。
In the microchannel chip according to this example, fabricated as described above, the upper cover layer is formed by flowing the upper part of the partition layer during post-baking, and no adhesive is used to bond the partition layer and the upper cover layer together, which prevents adhesive components from eluting into the channel and inhibits reaction of the solution in the channel.
Furthermore, a liquid transfer test was conducted on the microchannel chip of this example in the same manner as in the first example. As a result, the introduced reaction solution flowed smoothly through the channel, with absolutely no leakage from the channel, and liquid transfer was satisfactory. Therefore, it was confirmed that the microchannel chip of this example had smooth fluid flow, no leakage, and the basic performance of a microchannel chip was provided.
本開示は、研究用途、診断用途、検査、分析、培養などを目的としたマイクロ流路チップにおいて、複雑な製造工程が必要なく上蓋を形成できるマイクロ流路チップ及びその製造方法として好適に使用することができる。 The present disclosure can be suitably used as a microchannel chip and its manufacturing method that can form a top cover without the need for complex manufacturing processes in microchannel chips intended for research, diagnostic, testing, analysis, culturing, etc.
1,200,400,500,600…マイクロ流路チップ
2、32…入力部
3、23、43a、53a、63a…流路部
4、34…出力部
10、20、40、50、60…基板
11、21、41a、51a、61a…隔壁層
12、22、42a、52a、62a…上蓋層
25…ホットプレート
120…流路パターン
1, 200, 400, 500, 600... Microchannel chip 2, 32... Input section 3, 23, 43a, 53a, 63a... Channel section 4, 34... Output section 10, 20, 40, 50, 60... Substrate 11, 21, 41a, 51a, 61a... Partition layer 12, 22, 42a, 52a, 62a... Upper cover layer 25... Hot plate 120... Channel pattern
Claims (9)
前記基部上に流路を形成する隔壁部と、
前記隔壁部の前記基部とは反対側の面に形成され、前記流路の蓋となる上蓋部と、
を備え、
前記隔壁部及び前記上蓋部が樹脂材料で形成され、
前記隔壁部と前記上蓋部とは、間に粘着層が設けられておらず直接接合されており、
前記上蓋部は、前記流路と反対の面側であって該流路と重なる領域に凹部を有する
ことを特徴とするマイクロ流路チップ。 A base and
a partition wall portion that forms a flow path on the base;
an upper cover portion formed on a surface of the partition wall opposite to the base portion and serving as a cover for the flow channel;
Equipped with
the partition wall and the upper cover are made of a resin material,
the partition wall and the upper lid are directly bonded to each other without any adhesive layer therebetween,
The upper cover has a recess in a region that overlaps with the flow channel on the side opposite to the flow channel.
A microchannel chip characterized by:
前記上蓋部において凹部が形成された領域は、前記隔壁部側から前記流路の中央に向かって厚みが薄くなっているThe thickness of the region in which the recess is formed in the upper cover portion is reduced from the partition wall side toward the center of the flow channel.
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ流路チップ。The microchannel chip according to claim 1 .
前記上蓋部及び前記隔壁部のそれぞれを形成する感光性樹脂同士が溶着されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ流路チップ。 the upper lid portion and the partition wall portion are formed of a photosensitive resin,
The micro-channel chip according to claim 1 or 2 , wherein the photosensitive resins forming the upper cover and the partition are welded together.
ことを特徴とする請求項2に記載のマイクロ流路チップ。 The microchannel chip according to claim 2 , wherein the cross-sectional shape of the channel is rounded.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロ流路チップ。 5. The micro-channel chip according to claim 1 , wherein the resin material is a photosensitive resin that is sensitive to light in the ultraviolet region having a wavelength of 190 nm or more and 400 nm or less.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のマイクロ流路チップ。 The micro-channel chip according to claim 1 , wherein the resin material forming the upper lid portion has a lower glass transition temperature than the resin material forming the partition portion.
ことを特徴とする請求項6に記載のマイクロ流路チップ。The microchannel chip according to claim 6 .
前記上蓋部を形成する感光性樹脂は、前記隔壁部を形成する感光性樹脂に対して露光感度が高い又は低い
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のマイクロ流路チップ。 the resin material is a photosensitive resin,
The micro-channel chip according to claim 1 , wherein the photosensitive resin forming the upper lid portion has higher or lower exposure sensitivity than the photosensitive resin forming the partition portion.
ことを特徴とする請求項8に記載のマイクロ流路チップ。The microchannel chip according to claim 8 .
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021122578A JP7722011B2 (en) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | Microfluidic chip |
| EP22849459.7A EP4379394A4 (en) | 2021-07-27 | 2022-07-26 | MICROFLUIDIC CHIP AND METHOD FOR PRODUCING A MICROFLUIDIC MICROCHIP |
| PCT/JP2022/028683 WO2023008398A1 (en) | 2021-07-27 | 2022-07-26 | Microfluidic chip and method for manufacturing microfluidic microchip |
| US18/425,328 US20240165609A1 (en) | 2021-07-27 | 2024-01-29 | Microfluidic chip and method of producing microfluidic chip |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021122578A JP7722011B2 (en) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | Microfluidic chip |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023018439A JP2023018439A (en) | 2023-02-08 |
| JP7722011B2 true JP7722011B2 (en) | 2025-08-13 |
Family
ID=85158257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021122578A Active JP7722011B2 (en) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | Microfluidic chip |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7722011B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119812144A (en) * | 2024-12-24 | 2025-04-11 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | A semiconductor structure with microfluidic channel and a manufacturing method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006136990A (en) | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Kawamura Inst Of Chem Res | Microfluid device having valve |
| JP2013044528A (en) | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Microchannel device |
| WO2013035651A1 (en) | 2011-09-06 | 2013-03-14 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | Micro-flow path device and micro-flow path analysis device |
| JP2020056790A (en) | 2018-10-01 | 2020-04-09 | 旭化成株式会社 | Photosensitive resin laminate for microchannel device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4248610B2 (en) * | 1996-03-21 | 2009-04-02 | 技術研究組合医療福祉機器研究所 | Liquid circuit |
| JPH09262084A (en) * | 1996-03-27 | 1997-10-07 | Technol Res Assoc Of Medical & Welfare Apparatus | Dna amplifying apparatus |
-
2021
- 2021-07-27 JP JP2021122578A patent/JP7722011B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006136990A (en) | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Kawamura Inst Of Chem Res | Microfluid device having valve |
| JP2013044528A (en) | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Microchannel device |
| WO2013035651A1 (en) | 2011-09-06 | 2013-03-14 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | Micro-flow path device and micro-flow path analysis device |
| JP2020056790A (en) | 2018-10-01 | 2020-04-09 | 旭化成株式会社 | Photosensitive resin laminate for microchannel device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023018439A (en) | 2023-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20240351024A1 (en) | Microfluidic chips and methods of producing microfluidic chips | |
| CN1979345A (en) | Resin molded product production process, metal structure production process, and resin molded product | |
| JP2007526108A (en) | Fluidic MEMS device | |
| JP7722011B2 (en) | Microfluidic chip | |
| JP2024002749A (en) | Microchannel chip and method for manufacturing microchannel chip | |
| US20240342706A1 (en) | Microfluidic chips and methods of producing microfluidic chips | |
| JP7722012B2 (en) | Microchannel chip and method for manufacturing the same | |
| US20190283284A1 (en) | Method of manufacturing microchannel | |
| JP2023018440A (en) | Micro flow passage chip and method for manufacturing micro flow passage chip | |
| JPWO2006080336A1 (en) | Filter and manufacturing method thereof | |
| US20250121368A1 (en) | Microfluidic chip, microfluidic base member, method for manufacturing microfluidic chip, and method for manufacturing microfluidic base member | |
| US20240351025A1 (en) | Microfluidic chips and methods of producing microfluidic chips | |
| JP2024002750A (en) | Microchannel chip and method for manufacturing microchannel chip | |
| US20250339854A1 (en) | Microchannel chip and method for producing the same | |
| JP2024002751A (en) | Micro flow channel base material and method for manufacturing micro flow channel base material | |
| JP2023018620A (en) | Micro flow channel chip and manufacturing method of micro flow channel chip | |
| US20240165609A1 (en) | Microfluidic chip and method of producing microfluidic chip | |
| JP2024101518A (en) | Micro flow channel chip and method for manufacture thereof | |
| JP2023157546A (en) | Microchannel chip and method for manufacturing microchannel chip | |
| JP5686954B2 (en) | device | |
| CN117813513A (en) | Microfluidic chip and manufacturing method of microfluidic chip | |
| JP2025071862A (en) | Microchannel chip and method for manufacturing same | |
| CN114314496A (en) | Component assembling method and electronic device | |
| WO2023097453A1 (en) | Pre-developing system and use method therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240619 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250311 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250512 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250701 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250714 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7722011 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |