JP6361503B2 - マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法 - Google Patents

Description

本技術は、複数の基板層からなるマイクロチップに関する。より詳しくは、基板層の界面に接合層が設けられたマイクロチップに関する。

近年、半導体産業における微細加工技術を応用し、シリコンやガラス製の基板上に化学的及び生物学的分析を行うためのウェルや流路を設けたマイクロチップが開発されてきている。これらのマイクロチップは、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサなどに利用され始めている。

このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−ＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ−Ｔｏｔａｌ−Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称され、化学的及び生物学的分析の高速化や高効率化、集積化あるいは、分析装置の小型化を可能にする技術として注目されている。μ−ＴＡＳは、少量の試料で分析が可能なことや、マイクロチップのディスポーザブルユーズ（使い捨て）が可能なことから、特に貴重な微量試料や多数の検体を扱う生物学的分析への応用が期待されている。

上記のマイクロチップは、一般に、ウェルや流路が成形された基板に、他の基板を貼り合わせて製造される。基板の接合においては、基板に設けた流路等の微細構造を損なうことなく、かつ、試料が導入される微細構造を確実に封止する必要がある。

例えば、特許文献１には、「溶液が導入される領域が、内部を大気圧に対して負圧とされて配設されたマイクロチップ」が開示されている。このマイクロチップは、材質の異なる複数の基板層が貼り合わさって、形成されている。このような複合材料基板層のマイクロチップでは、基板層間の接合強度が不十分となる場合がある。

特開２０１１−１６３９８４号公報

マイクロチップを構成する基板層の材質の組み合わせによっては、基板層間の接合強度が不十分となる場合がある。そこで本技術は、基板層間の接合強度を高めるための技術を提供することを主な目的とする。

上記課題解決のため、本技術は、複数の基板層と、前記基板層の界面に設けられた、ケイ素化合物からなる接合層とからなり、前記接合層のうち少なくとも１つは有機ケイ素化合物からなる、マイクロチップを提供する。
前記複数の基板層は、非シリコーン樹脂からなる基板層と、ポリジメチルシロキサンからなる基板層と、を含み、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層の両面は、第１の非シリコーン樹脂からなる基板層及び第２の非シリコーン樹脂からなる基板層と、前記接合層を介して、接合していてもよい。
また、前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層は前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層との接合面に溝を有し、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層との接合面に溝を有していない前記第２の非シリコーン樹脂からなる基板層と、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層とは、前記有機ケイ素化合物からなる接合層を介して接合している、マイクロチップであってもよい。
さらに、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層と、前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層とは、無機ケイ素化合物からなる接合層を介して接合していてもよい。
その他、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層は前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層との接合面に溝を有し、前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層と前記第２の非シリコーン樹脂からなる基板層とが、各々前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層と、前記有機ケイ素化合物からなる接合層を介して接合している、マイクロチップであってもよい。
前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層及び第２の非シリコーン樹脂からなる基板層は、アクリル樹脂又はポリカーボネートからなるものであってもよくガス不透過性であってもよい。
さらに、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層は弾性変形による自己封止性を備え、前記溝の内空が大気圧に対して負圧とされていてもよい。

また、本技術は、溝が設けられた第１の非シリコーン樹脂からなる基板層の溝形成面をケイ素化合物を含む架橋性組成物で被覆する蒸着工程と、第２の非シリコーン樹脂からなる基板層の溝が設けられていない面を有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物で被覆する塗工工程と、を含む、マイクロチップの製造方法を提供する。
マイクロチップの製造方法には、前記ケイ素化合物を含む架橋性組成物で被覆された、前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層の前記溝形成面と、前記有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物で被覆された、前記第２の非シリコーン樹脂からなる基板層の前記溝が設けられていない面と、を各々ポリジメチルシロキサンからなる基板層と、貼り合わせる接合工程を含んでいてもよい。

本技術により、基板層間の接合強度が高められたマイクロチップが提供される。

Ａ及びＢは、本技術の第一実施形態に係るマイクロチップ１ａの構成を説明するための模式図である。 マイクロチップ１ａの製造方法を説明するためのフローチャートである。 Ａ〜Ｆは、マイクロチップ１ａの製造方法を説明するための模式図である。 本技術の第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂの構成を説明するための模式図である。 マイクロチップ１ｂの製造方法を説明するためのフローチャートである。 Ａ〜Ｆは、マイクロチップ１ｂの製造方法を説明するための模式図である。 本技術の第三実施形態に係るマイクロチップ１ｃの構成を説明するための模式図である。 Ａ〜Ｆは、マイクロチップ１ｃの製造方法を説明するための模式図である。

以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。説明は以下の順序で行う。

１．本技術の第一実施形態に係るマイクロチップの構成
２．本技術の第一実施形態に係るマイクロチップの製造方法
（１）基板層の成形
（２）架橋性組成物の積層
（３）架橋性組成物の硬化
（４）基板層の接合
３．本技術の第二実施形態に係るマイクロチップの構成
４．本技術の第二実施形態に係るマイクロチップの製造方法
（１）架橋性組成物の塗工
５．本技術の第三実施形態に係るマイクロチップの構成
６．本技術の第三実施形態に係るマイクロチップの製造方法
（１）基板層の成形
（２）架橋性組成物の塗工

１．本技術の第一実施形態に係るマイクロチップの構成
図１は、本技術の第一実施形態に係るマイクロチップ１ａの構成を示す模式図である。図１Ａは上面模式図であり、図１Ｂは、図１ＡのＰ−Ｐ断面に対応する断面模式図である。

図中符号１ａで示すマイクロチップには、試料溶液等の液体が導入される領域として、外部から液体が導入される導入部３と、分析対象物の反応場となるウェル５１〜５５と、導入部３と各ウェル５１〜５５とを接続する流路４１〜４５が設けられている。図１及びその説明においては、流路４１により液体が供給される５つのウェルを全てウェル５１とし、同様に流路４２，４３，４４，４５により液体の供給を受ける各々の５つのウェルを、ウェル５２，５３，５４，５５として説明する。なお、本技術に係るマイクロチップの構成は、図１に示す導入部３、流路４１〜４５、ウェル５１〜５５の数や配置に限定されることはない。

本技術に係るマイクロチップは、複数の基板層と、基板層の界面に設けられたケイ素化合物からなる接合層からなる。また、接合層のうち、少なくとも１つは有機ケイ素化合物からなる。図１Ｂに示す本実施形態に係るマイクロチップ１ａは、例えば、３つの基板層１１，１２，１３から構成されている。マイクロチップ１ａを構成する複数の基板層１１，１２，１３には、非シリコーン樹脂からなる基板層と、ポリジメチルシロキサンからなる基板層とが含まれていることが好ましい。また、ポリジメチルシロキサンからなる基板層の両面は、第１の非シリコーン樹脂からなる基板層及び第２の非シリコーン樹脂からなる基板層と、接合層を介して接合している。本実施形態に係るマイクロチップ１ａにおいては、説明の便宜上、ポリジメチルシロキサンからなる基板層を基板層１１とし、基板層１１と接合する２つの基板層のうち、「第１の非シリコーン樹脂からなる基板層」を「基板層１２」、「第２の非シリコーン樹脂からなる基板層」を「基板層１３」と称する。これは、後述する第二実施形態及び第三実施形態においても同様である。

マイクロチップ１ａにおいて、基板層１２は基板層１１との接合面に溝を有し、この溝が、導入部３、流路４１〜４５及びウェル５１〜５５の試料溶液等の液体が導入される領域に相当する。基板層１２は、ケイ素化合物からなる接合層２２ｂを介して基板層１１と接合している。この接合層２２ｂは、無機ケイ素化合物からなる接合層である。一方、基板層１３は基板層１１との接合面に溝を有しておらず、基板層１３は、有機ケイ素化合物からなる接合層２２ａを介して基板層１１と接合している。

マイクロチップ１ａにおいて、基板層１２に形成された溝は、基板層１１との接合面に設けられているため、マイクロチップ１ａに設けられた導入部３等の液体が導入される領域は、マイクロチップ１ａの外部と連絡していない。基板層１１が弾性を有する材料からなる場合、針などの穿刺部材の一部をマイクロチップ１ａ外部から、基板層１３に形成された導入口３１を看過して、導入部３に穿通することが可能である。針を接続したシリンジ等に予め液体を充填しておき、基板層１１をその針で穿通すれば、マイクロチップ１ａ内の導入部３等の領域に液体を導入することができる。さらに、基板層１１の針等による穿通によって、封止されていた領域はシリンジ内部とだけ接続されるため、流路４１〜４５やウェル５１〜５５に気泡が入ることなく、液体を導入することができる。

液体を導入した後に、針等を導入部３から抜いた際、基板層１１が弾性を有する材質であれば、基板層１１の自己封止性により穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。本技術においては、基板層の弾性変形による針などの穿刺箇所の自然封止を、基板層の「自己封止性」と定義する。

マイクロチップ１ａに導入する液体とは、分析対象物、又は他の物質と反応して分析対象物を生成する物質を含む試料溶液等を指す。分析対象物としては、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸、ペプチド、抗体等を含めたタンパク質など、を挙げることができる。また血液等、前記の分析対象物を含んだ生体試料自体、又はその希釈溶液も、マイクロチップ１ａに導入する液体とすることができる。また、マイクロチップ１ａを用いる分析手法としては、例えば、温度サイクルを実施する従来のＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法や温度サイクルを伴わない各種等温増幅法等の、核酸増幅反応を利用した分析手法が含まれる。

２．本技術の第一実施形態に係るマイクロチップの製造方法
マイクロチップ１ａの製造方法について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。

（１）基板層の成形
図２中、符号Ｓ１は基板層の成形工程である。本工程では、基板層１２に、導入部３、流路４１〜４５、及びウェル５１〜５５に相当する溝と、基板層１３に導入口３１に相当する孔を成形する。基板層１２，１３の材料には、ガラス、プラスチック類、金属類及びセラミック類などを採用できるが、特に、プラスチック類が好ましい。また、後述するように、基板層１２，１３にはガス不透過性を有する材料が好ましい。ガス不透過性を有するプラスチック類としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート：アクリル樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ＳＡＮ樹脂（スチレン−アクリロニトリル共重合体）、ＭＳ樹脂（ＭＭＡ−スチレン共重合体）、ＴＰＸ（ポリ（４−メチルペンテン−１））、ポリオレフィン、ＳｉＭＡ（シロキサニルメタクリレートモノマー）−ＭＭＡ共重合体、ＳｉＭＡ−フッ素含有モノマー共重合体、シリコーンマクロマー（Ａ）−ＨＦＢｕＭＡ（ヘプタフルオロブチルメタクリレート）−ＭＭＡ３元共重合体、ジ置換ポリアセチレン系ポリマー等が挙げられる。このうち、非シリコーン樹脂である、アクリル樹脂やＰＣが好適である。

なお、マイクロチップ１ａの各ウェル５１〜５５に保持された物質を、光学的に分析する場合は、基板層１１，１２，１３の材質には、光透過性を有し自家蛍光が少なく波長分散が小さいことで光学誤差の少ない材料を選択することが好ましい。

基板層１２，１３への導入部３等の成形は、公知の手法によって行うことができる。例えば、ガラス製基板層のウェットエッチング又はドライエッチングによって、あるいはプラスチック製基板層のナノインプリント、射出成型又は切削加工である。また、マイクロチップ１ａは、図１に示す構成に限定されず、導入部３等の液体が導入される領域を、基板層１１に成形することも可能であり、あるいは基板層１１に一部を、基板層１２に残りの部分を成形してもよい。

なお、図２に示すマイクロチップ１ａの製造方法において、基板層の成形工程Ｓ１は必須の工程ではなく、予め溝や孔が成形された基板層１２，１３を別途用意し、次に述べる、基板層１２，１３への架橋性組成物の積層工程Ｓ２から行うこともできる。

（２）架橋性組成物の積層
図２中、符号Ｓ２（Ｓ２ａ及びＳ２ｂ）は、基板層１２，１３への架橋性組成物の積層工程である。また、図３は、本工程から、基板層の接合工程Ｓ４までの各工程を模式的に示す図である。図３Ａに示すように、本工程では、基板層１２にケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ｂを、基板層１３に、ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａを積層する。具体的には、導入口３１に相当する孔のみが形成された基板層１３の、溝が設けられていない面に、有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａを塗工し（架橋性組成物の塗工工程Ｓ２ａ）、導入部３等に相当する溝が形成された基板層１２の溝形成面に、ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ｂを蒸着する（架橋性組成物の蒸着工程Ｓ２ｂ）。

［架橋性組成物の塗工工程Ｓ２ａ］
マイクロチップ１ａの製造工程で用いる、ケイ素化合物を含む架橋性組成物とは、例えば、アルコキシシラン類が加水分解・部分縮合により生成されたシラノール基を含有する縮合物であり、この縮合物がアルコール溶媒などの液体に分散されている状態であってもよい。塗工工程Ｓ２ａにおいて用いる架橋性組成物２１ａは、有機ケイ素化合物を含むものが好ましい。有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物は、例えば、先のシラノール基を含有する縮合物が分散された溶媒に、有機官能基を含むアルコキシシランの縮合物が加えられたものである。具体的には、例えば、アルキルトリアルコキシシランとテトラアルコキシシランとの縮合物が含まれる溶媒などである。この他、有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物には、上記の縮合物の他、コロイド状のシリカなどが添加されていてもよい。

本工程で用いるケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａは、市販のシリコーンハードコート剤などとすることもできる。ＰＣからなる基板層１３に対しては、例えば、日本精化株式会社製ハードコート剤「ＮＳＣ−１６００」が使用できる。また、ＰＭＭＡからなる基板層１３に対しては、例えば、日本精化株式会社製ハードコート剤「ＮＳＣ−２７０５」が使用できる。

有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａの基板層１３への塗工は、公知の手法によって行うことができる。例えば、ディピングコート、スプレーコート、フローコート、スピンコートなどである。架橋性組成物２１ａに含まれる有機鎖が保持されるような塗工方法であれば、基板層１３の材料の特性や形状等に合わせ適切な手法を選択すれば良く、塗工方法は特に限定されない。

［架橋性組成物の蒸着工程Ｓ２ｂ］
一方、蒸着工程Ｓ２ｂで用いる架橋性組成物２１ｂも、ケイ素化合物が含まれているが、有機ケイ素化合物を含む縮合物には限定されず、有機鎖を含まないケイ素化合物を含む縮合物であってもよい。本実施形態では、有機鎖を含まないケイ素化合物を、「無機ケイ素化合物」と称する。架橋性組成物２１ｂとしては、例えば、ポリシロキサンオリゴマーなどのアルコキシシラン類の縮合物を含む溶液などが挙げられる。

無機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ｂの基板層１２への蒸着は、公知の手法によって行うことができる。例えば、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなどである。これらの手法の中から、基板層１３の材料の特性や形状等に合わせ適切な手法を選択すればよく、蒸着方法は特に限定されない。

なお、図３に示すマイクロチップ１ａの製造工程においては、基板層１２，１３の、各々の基板層１１と接する面にのみ架橋性組成物２１ａ，２１ｂを塗工、あるいは蒸着しているが、架橋性組成物２１ａ，２１ｂを、基板層１２，１３の他の部分に塗工、あるいは蒸着してもよい。本技術の第一実施形態に係るマイクロチップ１ａにおいて、基板層１２，１３の、各々の基板層１１との接合面以外への架橋性組成物２１ａ，２１ｂの塗工、あるいは蒸着の有無は、特に限定されない。また、この点は、後述する第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂや第三実施形態に係るマイクロチップ１ｃについても同様である。

例えば、架橋性組成物２１ａを基板層１３に塗工する手法としてディッピングコートを選択することで、基板層１３を構成する全ての面に同時に塗工することが可能となる。マイクロチップ１ａの外面に架橋性組成物２１ａ，２１ｂが塗工、あるいは蒸着された場合、後述する架橋性組成物２１ａ，２１ｂの硬化処理によって、架橋性組成物２１ａ，２１ｂは硬化し、マイクロチップ１ａの外面は架橋性組成物２１ａ，２１ｂが硬化して形成される層に被覆される。この層で覆われることにより、マイクロチップ１ａの外面は、傷つきにくくなり、マイクロチップ１ａの耐久性が向上する。

（３）架橋性組成物の硬化
図２中、符号Ｓ３は架橋性組成物を重合して硬化する工程である。本工程では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、基板層１２，１３に積層された架橋性組成物２１ａ，２１ｂを加熱して、硬化させる。すなわち、本工程は、架橋性組成物２１ａ，２１ｂを重合させて接合層２２ａ，２２ｂを形成させる工程である。架橋性組成物２１ａ，２１ｂに含まれるシラノール基が加熱により縮合し、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）が形成される。このシロキサン結合を含む、架橋性組成物２１ａ，２１ｂが硬化して形成された層が、接合層２２ａ，２２ｂである。

架橋性組成物２１ａは基板層１３を、架橋性組成物２１ｂは基板層１２を、各々被覆した状態で、加熱されるため、加熱温度は、各基板層１２，１３の材料に応じて決めればよい。加熱温度は、例えばＰＣを基板層１２，１３に用いた場合は、８０〜１２０℃が望ましく、ＰＭＭＡを用いた場合には、６０〜８０℃が望ましい。

（４）基板層の接合
図２中、符号Ｓ４は基板層の接合工程である。本工程では、ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ｂで被覆された基板層１２の溝形成面（領域が形成された面）と、有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａで被覆された、基板層１３の溝が設けられていない面とを、基板層１１と貼り合わせる接合工程である。具体的には、例えば、基板層１１に基板層１２を貼り合わせ、次いで基板層１１と基板層１３とを貼り合わせる。基板層１１，１２，１３の貼り合わせの順序は、基板層１１と基板層１３との接合から始めてもよい。

基板層１１は、基板層１２，１３に積層された接合層２２ａ，２２ｂにシロキサン結合が含まれるため、接合層２２ａ，２２ｂとシロキサン結合を形成可能なシリコーン樹脂からなる材料が好適である。さらに、基板層１１には弾性を有するシリコーン系エラストマーが好適であり、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が望ましい。また、本実施形態に係るマイクロチップ１ａにおいて、マイクロチップを構成する複数の基板層には、上述した非シリコーン樹脂からなる基板層である基板層１２，１３と、ＰＤＭＳからなる基板層１１と、を含み、ＰＤＭＳからなる基板層の両面が、各々非シリコーン樹脂からなる基板層（基板層１２，１３）と接合層２２ａ，２２ｂを介して接合していることが好ましい。この好適な構成については、後述する第二実施形態及び第三実施形態についても同様である。

図３Ｃに示すように、基板層１１と基板層１２との貼り合わせにおいては、基板層１２の接合層２２ｂが設けられた面と基板層１１の一の面について、各々活性化処理を行う。活性化処理は、酸素プラズマや紫外線を照射することで可能であり、その他、イオンビーム照射など公知の手法を用いればよい。活性化処理によって、基板層１２上の接合層２２ｂの表面には、ＯＨ基の結合手が生成される。同様に、基板層１１がシリコーン樹脂からなる場合、活性化処理を行った面には、ＯＨ基の結合手が生成される。基板層１１と接合層２２ｂに生成されたＯＨ基の結合手は反応性が高く、互いの処理面を貼り合わせると、シロキサン結合が生じ、強固に結合される（図３Ｄ）。この結果、基板層１１と基板層１２とは、無機ケイ素化合物からなる接合層２２ｂを介し接合される。また、基板層１２に形成された溝の内空は、気密に封止される。

マイクロチップ１ａの製造において、基板層１１と基板層１２との貼り合わせを大気圧に対して負圧下で行った場合、導入部３等の領域に相当する基板層１２に設けられた溝の内空を、大気圧に対して負圧（１／１００気圧）となるように気密に封止することができる。液体が導入されるマイクロチップ内の領域を大気圧に対し負圧とすることにより、液体の導入時にマイクロチップ１ａ内部の陰圧によって液体が自動的に吸引され、微細な流路構造が形成されたマイクロチップ１ａ内への液体の導入が、より短時間で行えるようになる。

また、上記のマイクロチップ１ａ内の負圧を維持するためには、基板層１２，１３の材料は、ガス不透過性を有することが好ましい。マイクロチップ１ａの外面を構成する基板層１２，１３をＰＣなどのガス不透過性を備える材料とすることで、マイクロチップ１ａが大気下に保管された場合であっても、導入部３等の領域が負圧に保持される。さらに、基板層１２，１３をガス不透過性を有する材料で構成した場合、分析過程でマイクロチップ１ａの加熱が行われた時にも、ウェル５１〜５５内に導入された液体が加熱によって気化し、基板層１１を透過して消失（液抜け）するのを防止できる。

基板層１３と基板層１１との貼り合わせについても、同様に、接合層２２ａと基板層１１の表面を活性化処理し（図３Ｅ）、処理面にＯＨ基を生成させた後、互いの処理面を貼り合わせる（図３Ｆ）。この結果、基板層１１は、基板層１３の溝が形成されていない面と、有機ケイ素化合物からなる接合層２２ａを介して接合される。

本技術の第一実施形態に係るマイクロチップ１ａにおいては、基板層１１，１２，１３の各々の接合面に、ケイ素化合物を含む接合層２２ａ，２２ｂを設け、シロキサン結合を介して接合することによって、基板層１１，１２，１３を強固に結合することができる。そのため、基板層に形成された微細な流路等の構造を確実に封止した状態とすることが可能である。

また、本技術に係るマイクロチップ１ａにおいては、ガラス製基板層を用いずとも、シロキサン結合を形成して強固な接合状態にできる。ガラス製基板を用いないことにより、ガラス製基板層を用いたマイクロチップに比べ、マイクロチップ１ａは、破損の懸念が少なくなる。また、ガラス製基板層を使用しないことによって、マイクロチップ１ａの軽量化も可能である。

マイクロチップ１ａにおける接合層２２ａ，２２ｂは、基板層１１，１２，１３の接合を強固にする効果の他、マイクロチップ１ａ自体の強度を高めるための効果も有している。基板層１１，１２，１３の間に接合層２２ａ，２２ｂが挟まれていることによって、マイクロチップ１ａの変形が防止される。特に、マイクロチップ１ａの少なくとも一の接合層２２ａは、有機ケイ素化合物からなるため、有機鎖を含まないケイ素化合物からなる接合層に比べ、柔軟で亀裂などを生じにくく、マイクロチップ１ａの耐久性を向上させる。

３．本技術の第二実施形態に係るマイクロチップの構成
図４は、本技術の第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂの構成を示す断面模式図である。マイクロチップ１ｂは、基板層１１と基板層１２の界面に設けられる接合層２２ａ以外の構成については、第一実施形態と同一である。第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明については省略する。また、マイクロチップ１ｂを構成する基板層１１，１２，１３の材料は、マイクロチップ１ａにおいて同一の符号を付した基板層と同じである。マイクロチップ１ｂでは、基板層１２の導入部３等の領域に相当する溝が形成された面と基板層１１との界面にも、基板層１１と基板層１３の界面と同じように、接合層２２ａが設けられている。

４．本技術の第二実施形態に係るマイクロチップの製造方法
マイクロチップ１ｂの製造方法について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。マイクロチップ１ｂの製造工程では、基板層の成形工程Ｓ１、架橋性組成物の硬化工程Ｓ３、及び基板層の接合工程Ｓ４については、第一実施形態に係るマイクロチップ１ａの製造工程と同様である。そこで、マイクロチップ１ａの製造工程と異なる架橋性組成物の塗工工程Ｓ２ａについて、図６を参照して説明する。

（１）架橋性組成物の塗工
本工程では、図６Ａに示すように、基板層１２の導入部３等の領域に相当する溝が形成されている面と、基板層１３の一の面に、各々、有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａを塗工する。本実施形態では、基板層１２，１３を被覆する架橋性組成物２１ａは、何れも有機ケイ素化合物を含んでいる。有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａの、各基板層１２，１３への塗工方法は、第一実施形態において挙げた手法と同様である。また、基板層１２への架橋性組成物２１ａの塗工工程Ｓ２ａでは、基板層１２において基板層１１と接する部分のみに塗工した。

基板層１２に部分的に架橋性化合物２１ａを塗工するために、塗工を行う前に基板層１２の塗工しない部分にマスキングを施してもよい（図６Ａにおいて、マスキング層は不図示。）。マスキングには、例えば、水溶性レジストを用いることができる。基板層１２のウェル等が形成された部分を、水溶性レジストで被覆し、架橋性化合物２１ａを基板層１２に塗工する。基板層１２からの水溶性レジストの除去は、例えば水を用いて行う。水溶性レジストの除去を促進するために、超音波などの手法を併用してもよい。

マスキングにはまた、金属薄膜を用いてもよい。例えば、アルミニウムなどの金属を、蒸着やスパッタリングによって基板層１２に１００ｎｍ程度の厚みで被覆する。金属薄膜の基板層１２からの除去は、例えばアルカリ水溶液を用いて行う。必要に応じて超音波などの手法も併用して、金属薄膜を基板層１２から剥離させる。なお、塗工工程Ｓ２ａにおいて、マスキングを施す部分は、導入部３等の液体が導入される領域には限定されない。例えば、架橋性組成物２１ａの塗工方法にディピングコートを選択し、架橋性組成物２１ａをマイクロチップ１ｂの外面に配される基板層１２の一の面に塗工しない場合は、この面をマスキングすればよい。

また、基板層１２にマスキングを施さずに、精密スクリーン印刷等によって、部分的に架橋性組成物２１ａを基板層１２に塗工してもよい。

なお、第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂにおいては、第一実施形態に係るマイクロチップ１ａと同様に、導入部３等の液体が導入される領域に接合層２２ａが形成されてもよい。マイクロチップ１ｂにおいて、試料溶液やマイクロチップ１ｂを用いた解析などへの影響が生じない限り、架橋性組成物２１ａの基板層１２の溝部分への塗工の有無については、特に限定されない。この点については、第一実施形態に係るマイクロチップ１ａ及び後述する第三実施形態に係るマイクロチップ１ｃも同様である。

図６Ａにおいては、基板層１２を被覆する、有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物と、基板層１３を被覆する、有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物の、何れについても符号２１ａが付されているが、各基板層１２，１３を被覆する架橋性組成物の組成は同一である必要はない。例えば、基板層１２にＰＣを用い、基板層１３にＰＭＭＡを用いた場合は、各々の材料に合わせて、適当な有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａを選択すればよい。

塗工工程Ｓ２ａを経た基板層１２，１３については、第一実施形態と同様に、硬化工程Ｓ３によって有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａを重合させ、接合層２２ａを形成させる（図６Ｂ）。その後、基板層の接合工程Ｓ４において、基板層１２に設けられた接合層２２ａと、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂からなる基板層１１の一の面とを活性化処理し（図６Ｃ）、基板層１１と基板層１２とを貼り合わせる（図６Ｄ）。基板層１３についても、同様に、基板層１３に設けられた接合層２２ａと基板層１１のもう一の面について活性化処理を行い（図６Ｅ）、基板層１１と基板層１３とを貼り合わせる（図６Ｆ）。

本技術の第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂにおいては、第一実施形態と同様に、基板層１１，１２，１３の各々の接合面で、ケイ素化合物を含む接合層２２ａを設けることで、基板層１１，１２，１３を強固に結合することができる。さらに、マイクロチップ１ｂにおいて基板層１２及び基板層１３に積層された接合層２２ａ，２２ａは、何れも有機ケイ素化合物を含むため、柔軟で亀裂などを生じにくく、有機鎖を含まない接合層に比べ、より基板層１１，１２，１３から剥離しにくく、マイクロチップ１ｂの耐久性を向上させる。

５．本技術の第三実施形態に係るマイクロチップの構成
図７は、本技術の第三実施形態に係るマイクロチップ１ｃの構成を示す断面模式図である。マイクロチップ１ｃにおいては、基板層１１は、基板層１２との接合面に溝を有している。また、基板層１２，１３は、各々基板層１１と有機ケイ素化合物からなる接合層を介して接合している。すなわち、マイクロチップ１ｃは、第一実施形態に係るマイクロチップ１ａ及び第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂと異なり、基板層１１に導入部３等の液体が導入される領域が形成されている。その他の構成については、マイクロチップ１ｂと同一である。マイクロチップ１ｂと同一の構成については、同一の符号を付し、説明については省略する。また、マイクロチップ１ｃを構成する基板層１１，１２，１３の材料は、第一実施形態に係るマイクロチップ１ａにおいて同一の符号を付した基板層と同じである。

６．本技術の第三実施形態に係るマイクロチップの製造方法
マイクロチップ１ｃの製造方法については、第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂの製造工程と同一の製造工程であるため、フローチャートは省略する。マイクロチップ１ｂの製造工程と一部異なる、基板層の成形工程Ｓ１と架橋性組成物の塗工工程Ｓ２ａについては、図８を参照して説明する。

（１）基板層の成形
基板層の成形工程Ｓ１では、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂からなる基板層１１に、導入部３などの領域に相当する溝を成形する。そのため、図８Ａに示すように、基板層１２及び基板層１３には、導入口３１は成形されるものの、ウェル５１〜５５等の凹凸が成形されない。

（２）架橋性組成物の塗工
架橋性組成物の塗工工程Ｓ２ａでは、基板層１２，１３の各々一の面に、有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａを塗工する（図８Ａ）。マイクロチップ１ｃの製造工程においても、第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂと同様に、基板層１２，１３を被覆する架橋性組成物２１ａは何れも、有機ケイ素化合物を含んでいる。有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａの各基板層１２，１３への塗工方法は、マイクロチップ１ａの製造方法において挙げた手法と同様である。なお、各基板層１２，１３を被覆する有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａ，２１ａの組成は、同一である必要はない。

有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａで被覆された基板層１２，１３は、マイクロチップ１ａの製造工程と同様に、硬化工程Ｓ３において有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａ，２１ａを重合させ、接合層２２ａ，２２ａを形成させる（図８Ｂ）。その後、基板層の接合工程Ｓ４において、基板層１２に設けられた接合層２２ａと、基板層１１の溝が形成された面とを活性化処理し（図８Ｃ）、基板層１１と基板層１２とを貼り合わせる（図８Ｄ）。基板層１３についても、同様に、基板層１３に設けられた接合層２２ａと基板層１１のもう一の面について活性化処理を行い（図８Ｅ）、基板層１１と基板層１３とを貼り合わせる（図８Ｆ）。

本技術の第三実施形態に係るマイクロチップ１ｃにおいては、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、基板層１１，１２，１３の各々の接合面に、ケイ素化合物を含む接合層を設けることによって、基板層１１，１２，１３を強固に結合することができる。また、第二実施形態と同様に、マイクロチップ１ｃの接合層２２ａ，２２ａは、何れも有機ケイ素化合物を含むため、柔軟で亀裂などを生じにくい。さらに、マイクロチップ１ｃの製造工程においては、シリコーン樹脂からなる基板層１１に溝が形成されていることにより、接合層２２ａ，２２ａが積層される基板層１２，１３の面が平坦である。このため、有機鎖を含んでいることにより蒸着等の手法を選択できない有機ケイ素化合物を含む架橋性組成物２１ａの、基板層１２，１３への塗工が容易となる。

なお本技術は、以下のような構成もとることができる。
（１）複数の基板層と、前記基板層の界面に設けられた、ケイ素化合物からなる接合層とからなり、前記接合層のうち少なくとも１つは有機ケイ素化合物からなる、マイクロチップ。
（２）前記複数の基板層は、非シリコーン樹脂からなる基板層と、ポリジメチルシロキサンからなる基板層と、を含み、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層の両面は、第１の非シリコーン樹脂からなる基板層及び第２の非シリコーン樹脂からなる基板層と、前記接合層を介して、接合している、上記（１）記載のマイクロチップ。
（３）前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層は前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層との接合面に溝を有し、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層との接合面に溝を有していない前記第２の非シリコーン樹脂からなる基板層と、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層とは、前記有機ケイ素化合物からなる接合層を介して接合している、上記（２）記載のマイクロチップ。
（４）前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層と、前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層とは、無機ケイ素化合物からなる接合層を介して接合している、上記（３）記載のマイクロチップ。
（５）前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層は前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層との接合面に溝を有し、前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層と前記第２の非シリコーン樹脂からなる基板層とが、各々前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層と、前記有機ケイ素化合物からなる接合層を介して接合している、上記（２）記載のマイクロチップ。
（６）前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層及び第２の非シリコーン樹脂からなる基板層は、アクリル樹脂又はポリカーボネートからなる、上記（２）〜（５）の何れかに記載のマイクロチップ。
（７）前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層及び第２の非シリコーン樹脂からなる基板層は、ガス不透過性である、上記（２）〜（６）の何れかに記載のマイクロチップ。
（８）前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層は弾性変形による自己封止性を備え、前記溝の内空が大気圧に対して負圧とされている、上記（２）〜（７）の何れかに記載のマイクロチップ。

本技術に係るマイクロチップによれば、マイクロチップ内の微細構造が気密に封止されることにより、貴重な微量試料を確実に分析することができる。また、ガラス製基板層を使用しないことによって、マイクロチップの軽量化も可能である。このため、持ち運びが容易となり、臨床における遺伝子型判定や病原体判定などのため、本技術に係るマイクロチップは用いられ得る。

１ａ，１ｂ，１ｃ：マイクロチップ、１１，１２，１３：基板層、２１ａ，２１ｂ：架橋性組成物、２２ａ，２２ｂ：接合層、３：導入部、３１：導入口、４１，４２，４３，４４，４５：流路、５１，５２，５３，５４，５５：ウェル

Claims (4)

1. 第１の非シリコーン樹脂からなる基板層と、ポリジメチルシロキサンからなる基板層と、第２の非シリコーン樹脂からなる基板層と、を含む少なくとも３つの基板層と、
   前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層と前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層の界面に設けられた、無機ケイ素化合物からなる接合層と、
   前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層と前記第２の非シリコーン樹脂からなる基
   板層の界面に設けられた、有機ケイ素化合物からなる接合層と
   からなり、前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層は前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層との接合面に溝を有する、
   マイクロチップ。
2. 前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層及び第２の非シリコーン樹脂からなる基板層は、アクリル樹脂又はポリカーボネートからなる、
   請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記第１の非シリコーン樹脂からなる基板層及び第２の非シリコーン樹脂からなる基板層は、ガス不透過性である、
   請求項１又は２に記載のマイクロチップ。
4. 前記ポリジメチルシロキサンからなる基板層は弾性変形による自己封止性を備え、
   前記溝の内空が大気圧に対して負圧とされている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
   

Images