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JP3993372B2 - リアクタの製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアクタの製造方法に関し、さらに詳細には、各種サンプルを用いた化学反応や分析を行う際などに用いて好適なリアクタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、所定の大きさの反応室を有し、当該反応室内に当該反応室の大きさに応じた所定量の各種サンプルを投入するようにして、当該反応室内において化学反応を生ぜしめ、所定の生成物の入手や各種分析などに用るリアクタが知られている。
【０００３】
また、一般に、研究分野や医療分野などにおいては、汚染等を回避するために１回のみ使用しただけで廃棄するのに適した、即ち、使い捨て可能なリアクタが望まれている。
【０００４】
しかしながら、上記したような従来のリアクタは各種の構造上の制限などにより大型化せざるを得ず、こうした大型のリアクタにおいては反応室自体が大きいので、当該大きな反応室の大きさに応じて大量のサンプルが必要となり、サンプルの量が微量である場合には使用することができないという問題点があった。
【０００５】
さらに、従来のリアクタにおいては、当該リアクタの反応室が大きいので、当該反応室内の温度が不均一になり、反応効率が低下するとともに多くの副産物が生成されてしまうという問題点があった。
【０００６】
また、こうした大きな反応室を有した従来の大型のリアクタは、製造コストが増大することになって高価なものとならざるを得ず、１回のみ使用しただけで廃棄するにはコスト的に割に合わないので、使い捨てすることができないという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、微量なサンプルを用いた化学反応や分析などを行うことができるようにしたリアクタの製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
また、本発明の目的とするところは、反応室内の温度が均一になるようにして、反応効率の低下や多くの副産物の生成を抑止することができるようにしたリアクタの製造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
さらに、本発明の目的とするところは、安価に製造することができて１回のみ使用しただけで廃棄するのに適した、即ち、使い捨て可能なリアクタの製造方法を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、リアクタの製造方法において、ガラス基板の表面に、所定の膜厚でＩＴＯ膜を着膜する第１の処理と、上記第１の処理によって上記ガラス基板の表面に着膜されたＩＴＯ膜を、矩形形状にパターニングして加熱手段を形成する第２の処理と、上記第２の処理によって形成された加熱手段に至るようにＡｌをパターニングして電気配線を形成する第３の処理と、上記第３の処理が行われた上記ガラス基板の表面に、所定の膜厚でＳｉＯ２膜を着膜する第４の処理と、上記第４の処理によって形成されたＳｉＯ２膜の表面に、所定の膜厚でＩＴＯ膜を着膜する第５の処理と、上記第５の処理によって上記ＳｉＯ２膜の表面に着膜されたＩＴＯ膜を、蛇行線を描くようにパターニングして温度センサを形成する第６の処理と、上記第６の処理によって形成された温度センサに至るようにＡｌをパターニングして電気配線を形成する第７の処理と、上記第７の処理が行われた上記ＳｉＯ２膜の表面に、所定の膜厚でＳｉＯ２膜を着膜してガラス基板を完成する第８の処理と、シリコンウエハの表面に、フォトレジストを所定の条件でスピン塗布する第９の処理と、上記第９の処理によってフォトレジストを塗布した上記シリコンウエハに、所定の形状の流路のパターンをフォトリソグラフィーの手法で転写する第１０の処理と、上記第１０の処理が行われた上記シリコンウエハの表面に、フォトレジストのスピン塗布とエッチングとを行ってマスターを形成する第１１の処理と、上記第１１に処理によって形成されたマスターをＣＨＦ３プラズマ雰囲気中に静置して、フルオロカーボンで処理し、上記マスターの表面にフルオロカーボン層を形成する第１２の処理と、上記第１２の処理が行われた上記マスターに主剤：重合剤＝１０：１の割合で混合した未重合のＰＤＭＳを流し込み、熱処理による重合によって硬化させ、ＰＤＭＳ基板レプリカを形成する第１３の処理と、上記第１３の処理によって形成されたＰＤＭＳ基板レプリカをマスターから剥がし取り、上記ＰＤＭＳ基板レプリカに注入口と排出口とを穿設してＰＤＭＳ基板を完成する第１４の処理と、上記第８の処理によって完成したガラス基板と上記第１４の処理によって完成したＰＤＭＳ基板とを、上記ＰＤＭＳ基板の上記所定の形状の流路が形成された面を上記ガラス基板の上面に配置するようにして、上記ＰＤＭＳの自己吸着性によって張り付けて接合する第１５の処理とを有するようにしたものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるリアクタの製造方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００３１】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）には、本発明によるリアクタの製造方法の実施の形態の一例により製造されたリアクタが示されており、図１（ａ）は、リアクタの分解斜視図であり、図１（ｂ）（ｃ）は、リアクタの概略構成断面図である。
【００３２】
このリアクタ１０は、内部にヒータ１６と温度センサ２０とが配設された平板状のガラス基板１２と、このガラス基板１２の上面１２ｄに配設され流路２４が形成された平板状のＰＤＭＳ基板１４とを有して構成されている。
【００３３】
なお、リアクタ１０全体の寸法は、例えば、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ１ｍｍに設定され、ガラス基板１２ならびにＰＤＭＳ基板１４はいずれもマイクロチップである。
【００３４】
また、後述するようにしてガラス基板１２ならびにＰＤＭＳ基板１４はいずれも透明であるので、リアクタ１０全体は透明である。
【００３５】
まず、ガラス基板１２は、より詳細には、ガラスにより形成される平板状のガラス層１２ａと、ＳｉＯ２により形成されガラス層１２ａに積層される平板状のＳｉＯ２層１２ｂと、ＳｉＯ２により形成されＳｉＯ２層１２ｂに積層される平板状のＳｉＯ２層１２ｃとからなるものである。
【００３６】
従って、ガラス基板１２の上面１２ｄは、最上層に積層されるＳｉＯ２層１２ｃの上面と一致するものである。
【００３７】
さらに、ガラス層１２ａとＳｉＯ２層１２ｂとの間には、ガラス基板１２の上面１２ｄに沿って矩形形状の領域を有する平板状のヒータ１６と、当該ヒータ１６に至る電力供給用の電気配線１８とが配設されている（図２（ａ）参照）。
【００３８】
また、ＳｉＯ２層１２ｂとＳｉＯ２層１２ｃとの間には、ヒータ１６の矩形形状の領域内に対応する領域において蛇行線を描く温度センサ２０と、当該温度センサ１８に至る電力供給用の電気配線２２とが配設されている（図２（ａ）参照）。
【００３９】
従って、温度センサ２０は、ガラス層１２ａとＳｉＯ２層１２ｂとの間に配置されたヒータ１６とガラス基板１２の上面１２ｄとの間に位置するものであり、また、ＳｉＯ２層１２ｂとＳｉＯ２層１２ｃとは絶縁層として、さらに、ＳｉＯ２層１２ｃはガラス基板１２の表面の保護層として機能するものである。
【００４０】
そして、ヒータ１６と温度センサ２０とはいずれも、透明伝導体のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）により形成されるものであり、電気配線１８、２２はＡｌにより形成されるものであるので、ヒータ１６、温度センサ２０ならびに電気配線１８、２２はいずれも透明である。
【００４１】
さらに、ガラス層１２ａ、ＳｉＯ２層１２ｂならびにＳｉＯ２層１２ｃがいずれも透明なので、ガラス基板１２は透明なものとなる。
【００４２】
一方、ＰＤＭＳ基板１４は、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ：ポリジメチルシロキサン）により形成される透明なマイクロチップである。
【００４３】
そして、ＰＤＭＳ基板１４のガラス基板１２の上面１２ｄに配置される下面１４ａには、所定の形状の流路２４が形成されている。
【００４４】
より詳細には、流路２４はＰＤＭＳ基板１４の上面１４ｂにおいて開口する３つの注入口２４−１、２４−２、２４−３と、ＰＤＭＳ基板１４の上面１４ｂにおいて開口する１つの排出口２４−４と、円柱状形状の凹部２４ａと、３つの注入口２４−１、２４−２、２４−３から凹部２４ａに至る混合部２４ｂと、凹部２４ａから排出口２４−４に至る排出部２４ｃとを有するものである。
【００４５】
ここで、注入口２４−１から混合部２４ｂに至る流路２４ｄならびに注入口２４−３から混合部２４ｂに至る流路２４ｆは１箇所で屈曲しており、注入口２４−２から混合部２４ｂに至る流路２４ｅは直線である。
【００４６】
また、凹部２４ａは、底部２４ａａが円形形状の円柱状形状を有するものであり、ガラス基板１２の上面１２ｄに対して凹状に窪み、当該ガラス基板１２の上面１２ｄ、即ち、ＳｉＯ２層１２ｃの上面と凹部２４ａとによって円柱状形状の反応チャンバ２６が形成されるものである。
【００４７】
なお、凹部２４ａの底部２４ａａの領域は、ガラス基板１２の内部に配設されたヒータ１６の矩形形状の領域よりも狭くなるようにして寸法設定されている。また、凹部２４ａは、ＰＤＭＳ基板１４がガラス基板１２の上面１２ｄに配置されたときに、ガラス基板１２の内部に配設されたヒータ１６と対向するようにして寸法設定されて配置されているものである。
【００４８】
従って、リアクタ１０の上下方向に沿って順次、下方側に矩形形状の領域を有するヒータ１６が位置し、当該ヒータ１６の上方側に、当該ヒータ１６の矩形形状の領域内に対応する領域において蛇行線を描く温度センサ２０が位置し、さらに、当該温度センサ２０の上方側に、当該ヒータ１６の矩形形状の領域より狭い底部２４ａａを有する凹部２４ａによって形成される反応チャンバ２６が位置するものである。
【００４９】
なお、流路２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、混合部２４ｂならびに排出部２４ｃの幅Ｗ１は、例えば、１００μｍに設定され、流路２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、混合部２４ｂならびに排出部２４ｃの高さＨ１は、例えば、４０μｍに設定され、また、注入口２４−１、２４−２、２４−３の直径Ｗ２は、例えば、１ｍｍに設定され、排出口２４−４の直径Ｗ３は、例えば、１ｍｍに設定されている。
【００５０】
また、反応チャンバ２６（即ち、底部２４ａａ）の直径Ｗ４は、例えば、４ｍｍに設定され、反応チャンバ２６の高さＨ２は、例えば、４０μｍに設定され、このような寸法設定の場合には反応チャンバ２６の容積は約１μｌとなる。
【００５１】
次に、上記したガラス基板１２とＰＤＭＳ基板１４とのハイブリッド構造を備えたリアクタ１０を形成するためのプロセスについて、詳細に説明することとする。
【００５２】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）には、リアクタ１０の製造プロセスの概略が示されており、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）にはリアクタ１０のガラス基板１２の製造プロセスが詳細に示されており、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）にはリアクタ１０のＰＤＭＳ基板１４の製造プロセスが詳細に示されている。
【００５３】
まず、リアクタ１０のガラス基板１２の製造プロセスについて説明すると（図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）ならびに図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）参照）、はじめに、所定の方法により洗浄された２０ｍｍ×２０ｍｍのガラス基板（ガラス層１２ａを形成するものである）の表面に、厚さ５００ｎｍのＩＴＯ膜をスパッタにより着膜する（図４（ａ）ならびに図５（ａ）参照）。
【００５４】
そして、当該ガラス基板の表面に着膜されたＩＴＯ膜を、フォトリソグラフィーとウェットエッチングとを用いて矩形形状にパターニングし、ヒータ１６を形成する（図４（ｂ）ならびに図５（ａ）参照）。
【００５５】
次に、Ａｌを真空蒸着により所定の厚さに着膜し、当該着膜されたＡｌを、フォトリソグラフィーとウェットエッチングとを用いてヒータ１６に至るようにパターニングし、電気配線１８を形成する（図４（ｃ）ならびに図５（ｂ）参照）。
【００５６】
それから、厚さ約３００ｎｍのＳｉＯ２膜をスパッタにより着膜して、ＳｉＯ２層１２ｂを形成する（図４（ｃ）ならびに図５（ｃ）参照）。
【００５７】
こうしてガラス層１２ａとＳｉＯ２層１２ｂとが形成されると、当該ＳｉＯ２層１２ｂの表面に厚さ５００ｎｍのＩＴＯ膜をスパッタにより着膜する（図４（ｃ）ならびに図５（ｄ）参照）。
【００５８】
そして、当該ＳｉＯ２層１２ｂの表面に着膜されたＩＴＯ膜を、フォトリソグラフィーとウェットエッチングとを用いて蛇行線を描くようにパターニングし、温度センサ２０を形成する（図４（ｃ）ならびに図５（ｄ）参照）。
【００５９】
次に、Ａｌを真空蒸着により所定の厚さに着膜し、当該着膜されたＡｌを、フォトリソグラフィーとウェットエッチングとを用いて温度センサ２０に至るようにしてパターニングし、電気配線２２を形成する（図４（ｃ）ならびに図５（ｄ）参照）。
【００６０】
それから、厚さ約５００ｎｍのＳｉＯ２膜をスパッタにより着膜して、ＳｉＯ２層１２ｃを形成し、ガラス基板１２が完成する（図４（ｄ）ならびに図５（ｄ）参照）。
【００６１】
次に、リアクタ１０のＰＤＭＳ基板１４の製造プロセスについて説明すると（図４（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）ならびに図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）参照）、はじめに、２０ｍｍ×２０ｍｍのシリコン（Ｓｉ）ウエハ（図４（ｅ））の表面に、フォトレジストＳＵ−８を所定の条件でスピン塗布する（図４（ａ）ならびに図６（ａ）参照）。
【００６２】
次に、上記したＰＤＭＳ基板１４の下面１４ａの所定の形状の流路２４のパターンを、ＳＵ−８を塗布したシリコンウエハにフォトリソグラフィーの手法で転写し（図６（ｂ）参照）、さらに、フォトレジストＳＵ−８のスピン塗布とエッチングとを用いてマスター（Ｍａｓｔｅｒ）２００を作製する（図４（ｆ）ならびに図６（ｃ）参照）。
【００６３】
従って、作製されたマスター２００は、ＰＤＭＳ基板１４の流路２４の鋳型となる凸形構造を有するものである。
【００６４】
そして、ＰＤＭＳのプレポリマーを注ぎ入れる前に、作製されたマスター２００をＣＨＦ３プラズマ雰囲気中に静置し、フルオロカーボンで処理して、マスター２００の表面にフルオロカーボン層を形成する（図４（ｇ）ならびに図６（ｃ）参照）。
【００６５】
このようなフルオロカーボン処理は、型取り後のＰＤＭＳ基板レプリカ１４’の取り外しに役に立つものである。
【００６６】
それから、主剤：重合剤＝１０：１の割合で混合した未重合のＰＤＭＳ（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｓｙｌｇａｒｄ １８４）をマスター２００上に流し込み、熱処理による重合によって硬化させ、ＰＤＭＳ基板レプリカ１４’を作製する（図４（ｈ）ならびに図６（ｄ）参照）。
【００６７】
そして、作製されたＰＤＭＳ基板レプリカ１４’をマスター２００から剥がし取り、当該ＰＤＭＳ基板レプリカ１４’に注入口２４−１、２４−２、２４−３と排出口２４−４とを穿設して、ＰＤＭＳ基板１４が完成する（図４（ｉ）ならびに図６（ｅ）参照）。
【００６８】
こうしてガラス基板１２（図４（ｄ）ならびに図５（ｄ）参照）とＰＤＭＳ基板１４（図４（ｉ）ならびに図６（ｅ）参照）とが完成したら、当該ＰＤＭＳ基板１４の凹部２４ａとガラス基板１２のヒータ１６ならびに温度センサ２０とが所定の位置で対向するように位置合わせをしながら、ＰＤＭＳ基板１４をガラス基板１２の上面１２ｄに張り付け、リアクタ１０のチャネル構造が密閉されて、リアクタ１０が完成する（図１（ｃ）ならびに図４（ｊ）参照）。
【００６９】
この際、ＰＤＭＳ基板１４を形成するＰＤＭＳは平坦な表面上に対して自己吸着性を有するものであるので、当該ＰＤＭＳの自己吸着性によって、ＰＤＭＳ基板１４は特別な接合過程を必要とすることなしに、ガラス基板１２の上面１２ｄに張り付いて接合する。
【００７０】
さらに、こうしたＰＤＭＳの自己吸着性によってガラス基板１２の上面１２ｄに配設されたＰＤＭＳ基板１４は、当該ガラス基板１２の上面１２ｄから容易に引き剥がすことができ、ＰＤＭＳ基板１４をガラス基板１２の上面１２ｄから引き剥がした後に、当該ＰＤＭＳ基板１４の一部がガラス基板１２の上面１２ｄに吸着したまま残るようなことはない。
【００７１】
次に、上記のようにして製造されたリアクタ１０を用いて化学反応を行った実験結果について説明する。
【００７２】
この実施の形態においては、リアクタ１０を用いて蛍光タンパク質を合成産物とする転写・翻訳反応を行い、当該反応において合成される蛍光タンパク質の蛍光量をモニタすることによって反応産物の定量化を行うものである。
【００７３】
反応産物たる蛍光タンパク質は、生化学分野で最も一般的に用いられているＧＦＰ（Ｇｒｅｅｎ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｉｎ）の変異体、ＧＦＰｕｖ（６０８９−１，Ｃｌｏｎｅｔｅｃｈ）とする。
【００７４】
なお、ＧＦＰ発現ベクターは、その遺伝子を予めＴ７プロモーターのバインディングサイトと共にｐＵＣ１９のマルチクローニングサイトに導入したものを用いた。
【００７５】
図７には、実験システムの構成を示す説明図が示されており、実験は全て蛍光顕微鏡１０２下で行われ、リアクタ１０は顕微鏡１０２のステージ１０２ａ上に設置される。各種試薬等のサンプルは、リアクタ１０の注入口２４−１、２４−２、２４−３それぞれにシリコンチューブ１０４−１、１０４−２、１０４−３で接続されたマイクロシリンジ１０６−１、１０６−２、１０６−３により供給される。
【００７６】
また、リアクタ１０の排出口２４−４には、シリコンチューブ１０４−４が接続されており、反応産物などは排出口２４−４からシリコンチューブ１０４−４を介してリアクタ１０の外部に取り出されるようになされている。
【００７７】
さらに、リアクタ１０内の蛍光強度は、顕微鏡１０２の上部ポートに設置したＳＩＴカメラ１０８（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｋ．Ｋ．）で測定し、当該ＳＩＴカメラ１０８の測定結果はモニタ１１０にリアルタイムで表示されるとともに、ＶＴＲ１１２により録画可能となされている。
【００７８】
そして、リアクタ１０の反応チャンバ２６内の温度制御は、温度センサ２０からの電気抵抗の変化を、ヒータ１６に印加する直流電圧にフィードバックして行われる。
【００７９】
この際、フィードバックサイクルはｌｍｓで、計測制御用ソフトウェアのＬａｂ Ｖｉｅｗ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏ．）を用いたＰＩＤ制御により、反応の最中においてリアクタ１０の反応チャンバ２６内の温度は、反応至適温度の３７℃に維持されている。
【００８０】
なお、リアクタ１０の反応チャンバ２６の温度を、室温から３７℃まで加熱する際の加熱速度は約２０℃／ｓｅｃ．であり、また、恒温状態での温度誤差は±０．４℃で、当該リアクタ１０においては高速で高精度な温度制御が実現される。
【００８１】
こうした高速で高精度な温度制御は、当該リアクタ１０の反応チャンバ２６の容積が約１μｌで大変小さな反応室であることと、当該小さな反応室である反応チャンバ２６の底部２４ａａがヒータ１６の矩形形状の領域より狭く寸法設定されて、反応チャンバ２６全体がヒータ１６によって均一の加熱されることとによって実現されるものである。
【００８２】
そして、まず、マイクロシリンジ１０６−１から注入口２４−１を介してＧＦＰｕｖベクターを含む溶液を注入するとともに、マイクロシリンジ１０６−３から注入口２４−３を介してＧＦＰｕｖ合成のためのＲＮＡポリメラーゼやリボソームやアミノ酸などを含む溶液を注入する（図８（ａ）参照）。
【００８３】
それから、マイクロシリンジ１０６−２から注入口２４−２を介してバッファーを注入し、注入口２４−１、２４−２、２４−３それぞれからリアクタ１０に注入された溶液が、流路２４の混合部２４ｂにおいて混合されて反応チャンバ２６内に至る（図８（ｂ）参照）。
【００８４】
そして、３７℃で一定時間保温された状態の反応チャンバ２６内においては、供給されたＤＮＡと各種酵素等によって転写・翻訳反応が行われて、蛍光タンパク質であるＧＦＰｕｖが合成される。
【００８５】
所定時間毎にリアクタ１０に対して励起光を照射して観察を行ったところ、各種溶液を注入する前、即ち、ＧＦＰｕｖの合成開始前においては、リアクタ１０において反応チャンバ２６の内部と当該反応チャンバ２６の外部とでは蛍光強度の差異は観測されなかった。
【００８６】
しかしながら、各種溶液が注入されてＧＦＰｕｖの合成開始後２時間の時点では、リアクタ１０において反応チャンバ２６の内部の蛍光強度が、当該反応チャンバ２６の外部に比べて強くなっており、反応チャンバ２６内にＧＦＰ固有の緑色発光を観測することができた。これにより、反応チャンバ２６内においてＧＦＰｕｖが合成されたことが確認できる。
【００８７】
また、図９には、ＧＦＰｕｖ合成中の反応チャンバ２６内の蛍光強度の時間変化を測定した結果を示すグラフが示されており、各種溶液が注入されて（図９における反応時間０ｍｉｎ）ＧＦＰｕｖの合成開始されると、反応時間が経過するとともに反応チャンバ２６内の蛍光強度の上昇を観測することができ、経時的なＧＦＰｕｖの合成を確認することができる。
【００８８】
なお、合成開始（図９における反応時間０ｍｉｎ）からおよそ３０分程の間においては蛍光強度の変化が見られない。これはＧＦＰｕｖが合成終了後に、発色団を形成するためのフォールディングに必要とする時間を示すものと考えられる。 また、合成開始からおよそ２時間程度で蛍光強度が飽和しているが、これは反応チャンバ２６内に存在するアミノ酸などのタンパク質を合成するのに必要な要素を使い尽くしたため、合成が停止したためと考えられる。
【００８９】
従って、供給されたＤＮＡと各種酵素等による転写・翻訳反応が終了するまでは、時間に対して一定の割合で蛍光強度が増加していることから、一定の割合でＧＦＰｕｖが合成されていたものと考えられる。
【００９０】
上記したようにして、リアクタ１０は、いずれもマイクロチップであるガラス基板１２とＰＤＭＳ基板１４とよりなるハイブリッド構造を有すようにしたので、リアクタ１０全体をマイクロシステムとして実現することができ、例えば、リアクタ１０全体の寸法を、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ１ｍｍに設定し、反応室たる反応チャンバ２６の容積を約１μｌとすることができるので、微量なサンプルを用いた化学反応や分析などを行うことができる。
【００９１】
また、リアクタ１０は、ガラス基板１２の内部に透明伝導体のＩＴＯにより形成されるヒータ１６と温度センサ２０とを配設するようにしたので、温度コントロール用のヒータやセンサのマイクロ化と集積化とを実現することができるとともに、温度センサ２０からの電気抵抗の変化を、ヒータ１６に印加する直流電圧にフィードバックして、反応チャンバ２６内の温度制御と加熱とを同時に行うことができる。
【００９２】
さらに、リアクタ１０は、反応チャンバ２６の容積を約１μｌと極めて小さくし、当該反応チャンバ２６の底部２４ａａがヒータ１６の矩形形状の領域より狭く寸法設定されるようにしたので、反応チャンバ２６の内部全体がヒータ１６によって均一の加熱されるようになり、反応チャンバ２６内の温度が不均一になることがないので、反応効率が良く副産物を少なくすることができる。
【００９３】
さらにまた、リアクタ１０は、例えば、上記したような反応系において（図７乃至図９参照）、約２０℃／ｓｅｃ．の加熱速度と恒温状態での温度誤差は±０．４℃という高速で高精度な温度制御を実現するものである。
【００９４】
また、リアクタ１０の製造プロセスにおいては（図４乃至図６参照）、ＰＤＭＳ基板１４の流路２４の鋳型となる凸形構造を有するマスター２００は、型取りの前にフルオロカーボン処理をするだけで、何回も利用することができるものである。
【００９５】
従って、当該マスター２００を再利用することによって、わずかな回数のパターニングを行うだけで多数のＰＤＭＳ基板１４を容易に作製する事が可能であるとともに、低コストでマイクロ構造を作るのに有利である。
【００９６】
また、リアクタ１０は、ガラス基板１２とＰＤＭＳ基板１４とよりなるハイブリッド構造を有しているので、コストのかからないＰＤＭＳ基板１４は使用する毎に引き剥がして交換し、比較的ファブリケーションに手間とコストのかかるガラス基板１２については洗浄して繰り返し使用することができる。
【００９７】
このような製造プロセスを勘案すると、リアクタ１０は極めて安価に製造することが可能であるので、１回のみ使用しただけで廃棄するという使い捨て使用に適している。
【００９８】
そして、このような使い捨て可能なリアクタ１０は、クロスコンタミネーションの確率が低く、かつ、複雑な温度制御機構を保ちながらも、コスト的に安いディスポーサブルなシステムを構築することができるので、研究分野や医療分野などにおける要望を満たすものであり、例えば、検査に際しての即時的な化学反応を可能にして臨床医療の現場での高効率化などに寄与するものと考えられる。
【００９９】
さらに、リアクタ１０は、例えば、リアクタ１０全体の寸法を、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ１ｍｍに設定し、当該リアクタ１０はマイクロシステムとして装置自体が極めて小さいため、当該リアクタ１０を配設するスペースは少くてすむものである。
【０１００】
従って、例えば、極地作業用ロボットなどの各種自動ロボットに、従来のリアクタは大型であるために搭載することが不可能であったが、リアクタ１０は小型なので搭載することができ、当該リアクタ１０を用いて極地環境の観測を実現することができる。
【０１０１】
また、リアクタ１０は、ヒータ１６、温度センサ２０、電気配線１８、２２はいずれも透明であって、ガラス基板１２ならびにＰＤＭＳ基板１４が透明なので、当該リアクタ１０全体は透明であり、当該リアクタ１０内に注入された生体試料の透過光や蛍光観察をすることができる。
【０１０２】
さらに、リアクタ１０は、上記したようにして所定のサンプルを用いて蛍光タンパク質を合成産物とする転写・翻訳反応（図７乃至図９参照）を行うことができるので、遺伝子組換えによる生産方法を用いることなしに、当該リアクタ１０を用いて遺伝子からタンパク質を精製することができ、各種の反応条件を細かく制御しながら高効率でタンパク合成をすることが可能になる。
【０１０３】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に説明するように適宜に変形してもよい。
（１）上記した実施の形態においては、リアクタ１０を形成する各種材料を例示したが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種用途などに応じた材料を用いてリアクタ１０を形成するようにしてもよく、例えば、ガラス基板１２のガラスにより形成されるガラス層１２ａに代わって、シリコン（Ｓｉ）ウエハを用いるようにしてもよく、ヒータ１６と温度センサ２０とをＳｎＯ２によって形成するようにしてもよく、ＰＤＭＳ基板１４をＰＤＭＳに代わってプラスチックやガラスなどによって形成するようにしてもよい。
【０１０４】
従って、各種用途などに応じては所定の材料を用い、リアクタを不透明な状態で形成するようにしてもよい。
【０１０５】
（２）上記した実施の形態においては、リアクタ１０全体の寸法や流路２４の寸法など例示したが、これに限られるものではないことは勿論であり、必要に応じて任意に設定することができるものであり、各種用途などに応じて寸法設定するようにしてもよい。
【０１０６】
（３）上記した実施の形態においては、リアクタ１０にヒータ１６と温度センサ２０とを配設して、反応チャンバ２６内の温度制御と加熱とを行うようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、リアクタ１０にファンやペルチェ素子など配設するようにして、加熱のみならず冷却も可能とし、より微量で高速度でのＰＣＲ反応などに応用範囲を広げることができる。
【０１０７】
（４）上記した実施の形態においては、流路２４の形状は図３に示すような形状としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種用途などに応じて変更するようにしてもよく、例えば、図１０に示すように、注入口２４−１から混合部２４ｂに至る流路２４ｄ’ならびに注入口２４−３から混合部２４ｂに至る流路２４ｆ’を直線にしてもよい。
【０１０８】
また、流路２４の凹部２４ａの底部２４ａａの形状は円形形状に限られることなしに、楕円形形状や矩形形状であってよく、当該底部２４ａａの形状に応じた反応チャンバ２６が形成されるようにしてもよい。
【０１０９】
さらに、流路２４の注入口２４−１、２４−２、２４−３や排出口２４−４の個数もぞれそれ３個と１個とに限られることなしに、流路２４にサンプルを注入したり流路２４から反応産物を取り出したりするための開口部が少なくとも１個以上あるようにすればよい。
【０１１０】
さらにまた、、流路２４に凹部２４ａを形成しないようにし、反応チャンバ２６を介さずに混合部２４ｂと排出部２４ｃとが直接繋がるようにして、注入口２４−１、２４−２、２４−３からサンプルを連続的に注入し続けるとともに、排出口２４−４から反応産物を連続的に取り出して、反応スピードが速い化学反応に用いることができる。
【０１１１】
（５）上記した実施の形態においては、ただ１つのリアクタ１０を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、リアクタ１０を複数用いてもよい。
【０１１２】
例えば、リアクタ１０を並列化して複数個用いることにより、複数の変異遺伝子の合成を同時に多数処理することなどが可能になる。この際、リアクタ１０自体を並列化するのに伴って、多種類の溶液をリアクタ内に導入する為の外部とのインタフェースや送液を行うシステムなど、リアクタの周辺機器の自動化や並列化を含めた各種変更を行うようにすればよい。
【０１１３】
（６）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、微量なサンプルを用いた化学反応や分析などを行うことができるリアクタの製造方法を提供することができる。
【０１１５】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、反応室内の温度が均一になり、反応効率の低下や多くの副産物の生成を抑止することができるようにしたリアクタの製造方法を提供することができる。
【０１１６】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、安価に製造することができて１回のみ使用しただけで廃棄するのに適した、即ち、使い捨て可能なリアクタの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるリアクタの製造方法の実施の形態の一例により製造されたリアクタが示されており、（ａ）は、リアクタを示す分解斜視図であり、（ｂ）（ｃ）は、リアクタを示す概略構成断面図である。
【図２】 （ａ）は、リアクタのヒータと温度センサとを中心に示した拡大斜視図であり、（ｂ）は、リアクタの反応チャンバを中心に示した拡大説明図であり、（ｃ）は、リアクタを示す要部拡大斜視図である。
【図３】 リアクタのＰＤＭＳ基板の流路を中心に示した概略構成説明図である。
【図４】 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）は、本発明によるリアクタの製造プロセスを示す概略説明図である。
【図５】 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明によるリアクタのガラス基板の製造プロセスを示す概略説明図である。
【図６】 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、本発明によるリアクタのＰＤＭＳ基板の製造プロセスを示す概略説明図である。
【図７】 本発明によるリアクタの製造方法により製造されたリアクタを用いた実験システムの構成を示す説明図である。
【図８】 本発明によるリアクタの製造方法により製造されたリアクタを用いた実験システムの過程が示されおり、（ａ）は、２種類のサンプルがそれぞれ注入されたときの流路を中心に示した説明図であり、（ｂ）は、（ａ）の後にバッファーが注入されたときの流路を中心に示した説明図である。
【図９】 本発明によるリアクタの製造方法により製造されたリアクタを用いてのＧＦＰｕｖ合成中の反応チャンバ内の蛍光強度の時間変化を示すグラフである。
【図１０】 リアクタの他の例を示す概略構成断面図である。
【符号の説明】
１０ リアクタ
１２ ガラス基板
１２ａ ガラス層
１２ｂ、１２ｃ ＳｉＯ２層
１２ｄ 上面
１４ ＰＤＭＳ基板
１４’ ＰＤＭＳ基板レプリカ
１４ａ 下面
１４ｂ 上面
１６ ヒータ
１８、２２ 電気配線
２０ 温度センサ
２４ 流路
２４−１、２４−２、２４−３ 注入口
２４−４ 排出口
２４ａ 凹部
２４ａａ 底部
２４ｂ 混合部
２４ｃ 排出部
２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｄ’、２４ｆ’ 流路
２６ チャンバ
１０２ 顕微鏡
１０２ａ ステージ
１０４−１、１０４−２、１０４−３、１０４−４ シリコンチューブ
１０６−１、１０６−２、１０６−３ マイクロシリンジ
１０８ ＳＩＴカメラ
１１０ モニタ
１１２ ＶＴＲ
２００ マスター（Ｍａｓｔｅｒ）

Claims (1)

  1. リアクタの製造方法において、
    ガラス基板の表面に、所定の膜厚でＩＴＯ膜を着膜する第１の処理と、
    前記第１の処理によって前記ガラス基板の表面に着膜されたＩＴＯ膜を、矩形形状にパターニングして加熱手段を形成する第２の処理と、
    前記第２の処理によって形成された加熱手段に至るようにＡｌをパターニングして電気配線を形成する第３の処理と、
    前記第３の処理が行われた前記ガラス基板の表面に、所定の膜厚でＳｉＯ２膜を着膜する第４の処理と、
    前記第４の処理によって形成されたＳｉＯ２膜の表面に、所定の膜厚でＩＴＯ膜を着膜する第５の処理と、
    前記第５の処理によって前記ＳｉＯ２膜の表面に着膜されたＩＴＯ膜を、蛇行線を描くようにパターニングして温度センサを形成する第６の処理と、
    前記第６の処理によって形成された温度センサに至るようにＡｌをパターニングして電気配線を形成する第７の処理と、
    前記第７の処理が行われた前記ＳｉＯ２膜の表面に、所定の膜厚でＳｉＯ２膜を着膜してガラス基板を完成する第８の処理と、
    シリコンウエハの表面に、フォトレジストを所定の条件でスピン塗布する第９の処理と、
    前記第９の処理によってフォトレジストを塗布した前記シリコンウエハに、所定の形状の流路のパターンをフォトリソグラフィーの手法で転写する第１０の処理と、
    前記第１０の処理が行われた前記シリコンウエハの表面に、フォトレジストのスピン塗布とエッチングとを行ってマスターを形成する第１１の処理と、
    前記第１１に処理によって形成されたマスターをＣＨＦ３プラズマ雰囲気中に静置して、フルオロカーボンで処理し、前記マスターの表面にフルオロカーボン層を形成する第１２の処理と、
    前記第１２の処理が行われた前記マスターに主剤：重合剤＝１０：１の割合で混合した未重合のＰＤＭＳを流し込み、熱処理による重合によって硬化させ、ＰＤＭＳ基板レプリカを形成する第１３の処理と、
    前記第１３の処理によって形成されたＰＤＭＳ基板レプリカをマスターから剥がし取り、前記ＰＤＭＳ基板レプリカに注入口と排出口とを穿設してＰＤＭＳ基板を完成する第１４の処理と、
    前記第８の処理によって完成したガラス基板と前記第１４の処理によって完成したＰＤＭＳ基板とを、前記ＰＤＭＳ基板の前記所定の形状の流路が形成された面を前記ガラス基板の上面に配置するようにして、前記ＰＤＭＳの自己吸着性によって張り付けて接合する第１５の処理と
    を有するリアクタの製造方法。
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