JP4253178B2

JP4253178B2 - 分析用具の製造方法

Info

Publication number: JP4253178B2
Application number: JP2002350197A
Authority: JP
Inventors: 博司福家; 勤中村; 貴史青野
Original assignee: Arkray Inc
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: ATE500500T1; CN1742199B; AU2003302816A1; JP2004184180A; EP1571446A4; EP1571446B1; US20060057740A1; EP1571446A1; DE60336261D1; WO2004053480A1; CN1742199A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料液中の特定成分を分析するために利用され、かつ上記特定成分を反応させるための試薬を含んだ試薬部を備えた分析用具を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料の分析方法としては、たとえば試料と試薬を反応させたときの反応液を、光学的手法により分析する方法がある。このような手法により試料の分析を行う場合には、反応場を提供する分析用具が利用されている。そして、微量な試料を分析する場合、分析用具としては、微細な流路が形成された、いわゆるマイクロデバイスが利用されている。一方、分析用具における試料と試薬との反応は、たとえば分析用具に設定された反応部に対して試薬部を予め形成しておき、この試薬部に試料を供給することにより行われる。
【０００３】
分析用具の試薬部は、たとえば反応部に対して試薬を含む材料液を供給した後に、材料液を乾燥させることにより形成される。反応部に対する材料液の供給は、典型的には、図１１（ａ）に示したようにディスペンサ９１を用いて行われる。反応部９０に対する材料液９２の供給は、インクジェット方式を利用した吐出装置を用いて行うこともできる（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
上述した試薬部の形成方法では、反応部９０に保持された材料液９２を乾燥させるときに、反応部９０の中央部に位置する材料液９２においては液成分が積極的に蒸発して固体成分の濃度が大きくなる。その一方で、マイクロデバイスのように、反応部９０を含めた流路全体が微細化された構成では、材料液９２における反応部９０の側面９０ａと接触する部分については、材料液９２を乾燥させるときに、材料液９２の表面張力（毛細管力）によって材料液９２が側面９０ａに接触した状態が維持される。つまり、材料液９２を乾燥させる過程においては、材料液の周縁部に比べて、材料液９２の中央部のほうが蒸発速度が大きくなる。その結果、図１１（ｂ）に示したように、最終的に形成される試薬部９３は、中央部の厚みが小さく、周縁部が側面９０ａに密着して厚みが大きくなる。したがって、マイクロデバイスのような分析用具では、ディスペンサ９１を用いて試薬部９３を形成する方法を採用した場合には、試薬部９３の厚みに不均一さが生じ、さらには試薬部９３を溶解させたときに、反応部９０において試薬の濃度にバラツキが生じ得る。
【０００５】
このような不具合を解消するためには、図１２に示したように、反応部９０に保持された材料液９２の表面を圧力棒９４により押さえつつ、材料液９２を乾燥させて試薬部を形成することが考えられる（たとえば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２２９２４５号公報
【特許文献２】
特開平９−１０１２９７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
材料液９２の表面を圧力棒９４により押さえながら材料液９２を乾燥させれば、圧力棒９４と接触する部分については試薬部の厚みを一定化し、試薬の濃度のバラツキを抑制することができる。しかしながら、図１２に良く表れているように、たとえば反応部９０の中央部に位置する材料液９２の表面のみを押さえ付けた場合には、反応部９０の周縁部に位置する部分については、圧力棒９４を用いない場合と同様に、中央部に比べて試薬部の厚みが大きくなる。
【０００８】
このような厚みムラを最小限に抑えるためには、圧力棒９４における押圧部分９４ａのサイズを、反応部９０のサイズにより近づける必要がある。ところが、先にも触れたように、マイクロデバイスでは、反応部９０のサイズが小さいため、押圧部分９４ａのサイズを反応部９０のサイズに近づけるためには、厳しい寸法公差が要求され、圧力棒９４の製造が困難で、製造コスト的にも不利となる。また、マイクロデバイスの試薬部は、厚み寸法が１０μｍ以下の薄層に形成されることがあるが、このような試薬部において厚みムラを抑制するためには、材料液９２の表面を押圧する際に、反応部９０の底面９０ｂと押圧部分９４ａの表面との間で、高いレベルの平行性を維持する必要がある。そのためには、圧力棒９４に対して高い加工精度が要求され、また圧力棒９４により材料液９２を押さえる際に、圧力棒９４に対してシビアな位置精度が要求される。したがって、圧力棒９４により材料液９２の表面を押さえつつ試薬部を形成する方法では、圧力棒９４の加工面および操作面において不利である。
【０００９】
本発明は、このような事情のもとに考えだされたものであって、試薬部を備えた分析用具を製造する場合において、サイズの小さい試薬部であっても、コスト的に有利に、厚みムラを小さくできるようにすることを課題としている。
【００１０】
【発明の開示】
本発明では、上記した課題を解決すべく、次の技術的手段を講じている。すなわち、本発明により提供される分析用具の製造方法は、基板上に形成された、底面および側面を有するとともに上記基板の厚み方向に凹んだ試薬部保持部に、上記底面に密着するようにして、試料液中の特定成分と反応させるための試薬を含んだ試薬部を形成するための試薬部形成工程を有する分析用具の製造方法であって、上記試薬部形成工程は、上記試薬を含む材料液を、上記底面における上記側面から一定距離隔てた領域に対して塗布した後に上記材料液を乾燥させる複数回の塗布・乾燥作業を含んでいる一方、上記試薬部形成工程は、一つの試薬保持部に、複数種類の試薬が、相互に接触して全て露出するようにして行うことを特徴としている。
【００１１】
複数回の塗布・乾燥作業は、たとえば同一の試薬を含む材料液を用いて、２〜２００回行われる。材料液としては、たとえば試薬を０．１〜６０ｗｔ％含むものが使用される。
【００１２】
本発明の製造対象となる分析用具は、たとえば基板に形成された試薬保持部に対して試薬部が形成されたものである。この場合、試薬保持部の側面における基板の厚み方向の寸法は、たとえば５０〜２００μｍとされる。試薬保持部の側面と、材料液を塗布する領域との距離は、たとえば０．１μｍ以上とされる。試薬保持部の容積は、たとえば０．０５〜５μＬとされる。
【００１３】
材料液の塗布は、インクジェット方式を利用した吐出装置を用いて行うのが好ましい。この吐出装置としては、たとえば１０〜２０００ｐＬの液滴を吐出できるように構成されたものが使用される。この場合、材料液の塗布は、吐出装置を用いて複数の液滴を塗布対象部位に付着させることにより行われる。各塗布・乾燥作業における材料液の塗布量は、たとえば１〜２００ｎＬとされる。
【００１４】
材料液の乾燥は、たとえば熱エネルギを供給することにより行われる。熱エネルギの供給は、試料液の上方から赤外線などの光線によって与えられる放射熱を利用することにより、あるいは基板の裏面に熱源を接触させることにより行われる。もちろん、送風により材料液を乾燥させてもよい。
【００１５】
各塗布・乾燥作業では、厚みが０．１〜５μｍの薄層が形成される。試薬部形成工程の全体においては、たとえば試薬部の厚みが１．０〜５０μｍに形成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
本発明は、図９（ｂ）に示す構成の試薬部をもつ分析用具の製造方法に関するものであるが、この製造方法の説明に先んじて、製造対象となる分析用具の一例を、図１および図２を参照して説明し、製造工程の基本事項について図３ないし図８を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２に示した分析用具１は、いわゆるマイクロデバイスとして構成されたものである。分析用具１は、毛細管現象を利用して試料液を移動させ、かつ反応場を提供するものである。この分析用具１は、微細な流路２０が形成された基板２上に、流路２０を覆うようにカバー３を積層した形態をしている。流路２０は、受液部２１および試薬保持部２２を有しているとともに、分析用具１の端面１０において開放している。試薬保持部２２には、試料液中の特定成分と反応させるための試薬を含んだ試薬部４が形成されている。これに対してカバー３は、基板２における受液部２１に連通し、かつ流路２０に試料を導入するための導入口３０を有している。
【００１９】
次に、本発明に係る分析用具の製造方法の基本事項を、図３ないし図８を参照して説明する。
【００２０】
まず、図３に示したような集合基板５を形成する。この集合基板５は、仮想的な切断ラインＬ１，Ｌ２によって区画された複数の基板形成領域５０を有している。各基板形成領域５０には、試薬保持部２２を有する流路２０が形成されている。試薬保持部２２は、たとえば深さ寸法Ｄ１が５０〜２００μｍ、容積が０．０５〜５μＬとなるように形成される。このような集合基板５は、樹脂材料を用いた金型成形により形成することができる。
【００２１】
次に、図４に示したように集合基板５における各試薬保持部２２に試薬部４を形成する。試薬部４は、試薬保持部２２に対して材料液を塗布した後、これを乾燥させるといった塗布・乾燥作業を複数回行うことにより形成することができる。
【００２２】
材料液の塗布は、たとえば図５に示したようにインクジェット方式を採用した吐出装置６を用いて行われる。吐出装置６としては、たとえば１０〜２０００ｐＬの液滴６０を吐出できるように構成されたものが使用される。この吐出装置６を使用する場合には、吐出装置６から材料液の液滴６０を吐出させつつ吐出装置６を移動させ、試薬保持部２２の底面２２Ａに対して多数の液滴６０を付着させることにより材料液の塗布が行われる。このような手法により材料液の塗布を行う場合には、試薬保持部２２の側面２２Ｂから一定距離離れた領域に材料液を塗布することができる。図６(ａ)には、側面２２Ｂから間隔を隔てて材料液を塗布する例を示したが、材料液を塗布すべき領域と側面２２Ｂとの距離Ｄ２は、たとえば０．１μｍ以上に設定される。
【００２３】
一方、材料液の乾燥は、加熱あるいは送風により行うことができる。材料液は、極力短い時間で乾燥させるのが好ましく、本実施の形態では、たとえば熱エネルギの供給により０．５〜３０秒程度で材料液が乾燥させられる。熱エネルギの供給は、たとえば試料液の上方から放射熱を与えることにより行われる。放射熱の供給は、たとえば赤外線や近赤外線を発振可能な発振装置を用いて、試料液に対して赤外線や近赤外線などの光線を照射することにより行われる。もちろん、赤外線や近赤外線以外の波長の光線を照射して、試料液に放射熱を与えることにより行うようにしてもよい。熱エネルギの供給は、集合基板５の裏面に熱源を接触させて伝熱により行うようにしてもよい。このようにして材料液を乾燥させた場合、材料液の水分の蒸発によって、図６（ｂ）に示したように、塗布した材料液よりも厚みｔ１が小さな薄膜４０が形成される。
【００２４】
材料液として、試薬を溶剤に分散させたものが好適に使用される。材料液における試薬の濃度は、たとえば０．１〜６０ｗｔ％とされる。溶剤としては、典型的には水が用いられ、試薬の種類によっては有機溶剤を使用してもよい。
【００２５】
各回の塗布・乾燥作業における材料液の塗布量は、試薬保持部２２を先に例示した深さＤ１および容積に形成する場合には(図３参照)、たとえば１〜２００ｎＬ塗布とされる。この場合、各回の塗布・乾燥作業においては、図６（ｂ）に示したように厚みｔ１が０．１〜５μｍの薄膜４０が形成される。このような塗布・乾燥作業は、上述したように複数回行われ、典型的には、２回〜２００回行われる。この場合、試薬部４は、厚みｔ２が１〜５０μｍに形成される(図7参照)。
【００２６】
次いで、図８に示したように集合基板５に対してカバーシート７を貼着して分析用具集合体８を形成した後に、切断ラインＬ１，Ｌ２に沿って分析用具集合体８を切断することにより、図１および図２に示したような個々の分析用具１が得られる。
【００２７】
上述した試薬部の形成工程においては、材料液の塗布・乾燥作業を複数回に分けて行うようにしている。そのため、各回の乾燥作業では材料液が早急に乾燥して図６（ｂ）に示したように薄膜４０が形成され、最終的には、図７に示したように薄膜４０を積層した形態の試薬部４が形成される。各回の塗布・乾燥作業において形成される薄膜４０は厚みが小さいために厚みムラが小さく、したがって、最終的に形成される試薬部４も厚みムラが小さくなる。また、試薬保持部２２の側面２２Ｂから間隔を隔てて材料液を塗布するようにすれば(図６(ａ)参照)、図６（ｂ）および図７に示したように、材料液を乾燥させるときに、材料液が側面２２Ｂに付着した状態となることを抑制することができる。その結果、薄膜４０の厚みムラを小さくし、試薬部４の厚みムラを低減することができるようになる。そして、微細な試薬保持部２２に対して、側面２２Ｂと接触することなく薄膜４０を形成するためには、材料液の塗布において、微量な液滴を吐出可能なインクジェット方式を採用するのが有利である。
【００２８】
以上の説明から分かるように、上記した試薬部の形成工程では、サイズの小さい試薬部４であっても、試薬部４の厚みムラを小さくすることができ、試料の供給により試薬部４が溶解したときの濃度を均一化することができるようになる。このような効果は、従来のように圧力棒を用いて材料液を押さえた状態で材料液を乾燥させることなく得ることができる。この点から、圧力棒の製造に要するコストや圧力棒を厳密に操作する必要がない分だけ、上記製造方法では、試薬部４ひいては分析用具１をコスト的に有利に製造できるといえる。
【００２９】
【００３０】
上記した試薬部の形成工程を用いることにより、たとえば、図９(ａ)に参考的に示した分析用具１Ａを製造することができる。この分析用具１Ａでは、試薬部４Ａが、試薬保持部２２において、異なる試薬を含んだ第１および第２試薬層４Ａａ，４Ａｂが積層された構成を有している。第２試薬層４Ａｂは、第１試薬層４Ａａの上に、水溶性の分離層４Ａｃを介して積層されている。分離層４Ａｃは、試薬保持部２２に対して試料を供給する前に、第１試薬層４Ａａに含まれる試薬と第２試薬層４Ａｂに含まれる試薬とが混ざり合うのを抑制するためのものであり、典型的には、ＣＭＣ(カルボキシメチルセルロース)により形成される。分析用具１Ａでは、試薬保持部２２に試料を供給した場合に、第１試薬層４Ａａの試薬、第２試薬層４Ａｂの試薬、および試料が反応する。このような分析用具１Ａにおいても、各試薬層４Ａａ，４Ａｂを形成する場合に、先に説明したのと同様な手法を採用することができる。
【００３１】
本発明方法では、上記した試薬部の形成工程を用いることにより、図９（ｂ）に示した分析用具１Ｂを製造する。この分析用具１Ｂは、複数種の試薬４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃ(図では３種類)が平面的に分離して含まれた試薬部４Ｂを備えたものである。なお、同図においては、説明の便宜上、各試薬４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃの大きさを大幅に誇張して描いてあり、また各試薬４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃは相互に重なり合うようにして試薬保持部２２に保持されていてもよい。このような試薬部４Ｂは、たとえば試薬４Ｂａを含む材料液を塗布した後にこれを乾燥させ、次いで試薬４Ｂｂを含む材料液を塗布した後にこれを乾燥させ、さらに試薬４Ｂｃを含む材料液を塗布した後にこれを乾燥させることにより形成することができる。
【００３２】
図１０(ａ)に参考的に示した分析用具１Ｃは、異なる試薬を含んだ複数の試薬部４Ｃａ，４Ｃｂ，４Ｃｃが平面的に分離して形成されたものである。一方、図１０(ｂ)に参考的に示した分析用具１Ｄは、凹部(試薬保持部)ではなく、全体が平面とされた基板１０Ｄ上に複数の試薬部４Ｄが形成されたものである。これらの分析用具１Ｃ，１Ｄにおいても、各試薬部４Ｃａ，４Ｃｂ，４Ｃｃ，４Ｄを形成する場合に、先に説明したのと同様な手法を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法により製造される分析用具の参考例を示す全体斜視図である。
【図２】図１のII‐II線に沿う断面図である。
【図３】集合基板の全体斜視図、および集合基板の要部拡大断面図である。
【図４】集合基板の試薬保持部に試薬部を形成した状態を示す全体斜視図である。
【図５】試薬保持部に対する材料液の塗布作業を説明するための図であり、吐出装置の要部概略図および集合基板の要部断面図である。
【図６】 (ａ)は試薬保持部に材料液を塗布した状態を示す集合基板の要部断面図であり、（ｂ）は材料液を乾燥させた状態を示す集合基板の要部断面図である。
【図７】試薬部が出来上がった状態を示す集合基板の要部断面図である。
【図８】カバーシートを貼着する作業を説明するための分析用具集合体の全体斜視図である。
【図９】（ａ）は分析用具の参考例を示し、（ｂ）は、本発明方法により製造される分析用具を示す図である。
【図１０】本発明の製造対象となる分析用具の他の参考例を示す図である。
【図１１】従来における分析用具の試薬部を形成する作業の一例を説明するための断面図である。
【図１２】従来における分析用具の試薬部を形成する作業の他の例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｄ分析用具
２，10Ｄ基板
22 試薬保持部
22Ａ底面(試薬保持部の)
22Ｂ側面(試薬保持部の)
４，４Ａ，４Ｂ，４Ca〜４Cc，４Ｄ試薬部
６吐出装置

Claims

基板上に形成された、底面および側面を有するとともに上記基板の厚み方向に凹んだ試薬部保持部に、上記底面に密着するようにして、試料液中の特定成分と反応させるための試薬を含んだ試薬部を形成するための試薬部形成工程を有する分析用具の製造方法であって、
上記試薬部形成工程は、上記試薬を含む材料液を、上記底面における上記側面から一定距離隔てた領域に対して塗布した後に上記材料液を乾燥させる複数回の塗布・乾燥作業を含んでいる一方、
上記試薬部形成工程は、一つの試薬保持部に、複数種類の試薬が、相互に接触して全て露出するようにして行うことを特徴とする、分析用具の製造方法。
上記複数回の塗布・乾燥作業は、２〜２００回行われる、請求項１に記載の分析用具の製造方法。
上記材料液は、上記試薬を０．１〜６０ｗｔ％含んでいる、請求項１または２に記載の分析用具の製造方法。
上記側面と、上記材料液を塗布する領域との距離は、０．１μｍ以上である、請求項１ないし３のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
上記側面における上記基板の厚み方向の寸法は、５０〜２００μｍである、請求項１ないし４のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
上記試薬保持部の容積は、０．０５〜５μＬである、請求項１ないし５のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
上記材料液の塗布は、インクジェット方式を利用した吐出装置を用いて行われる、請求項１ないし６のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
上記吐出装置は、１０〜２０００ｐＬの液滴を吐出できるように構成されており、
上記材料液の塗布は、上記吐出装置を用いて、複数の液滴を塗布対象部位に付着させることにより行われる、請求項７に記載の分析用具の製造方法。
上記各塗布・乾燥作業における上記材料液の塗布量は、１〜２００ｎＬである、請求項１ないし８のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
上記材料液の乾燥は、熱エネルギを供給することにより行われる、請求項１ないし９に記載の分析用具の製造方法。
上記熱エネルギの供給は、試料液の上方から与えられる放射熱を利用して行われる、請求項１０に記載の分析用具の製造方法。
上記熱エネルギの供給は、上記基板の裏面に熱源を接触させて行われる、請求項１０に記載の分析用具の製造方法。
上記各塗布・乾燥作業においては、厚みが０．１〜５．０μｍの薄層が形成され、かつ、
上記試薬部形成工程の全体においては、上記試薬部の厚みが１．０〜５０．０μｍに形成される、請求項１ないし１２のいずれかに記載の分析用具の製造方法。