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WO2014010299A1 - マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法 - Google Patents

マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2014010299A1
WO2014010299A1 PCT/JP2013/063054 JP2013063054W WO2014010299A1 WO 2014010299 A1 WO2014010299 A1 WO 2014010299A1 JP 2013063054 W JP2013063054 W JP 2013063054W WO 2014010299 A1 WO2014010299 A1 WO 2014010299A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate layer
microchip
layer made
substrate
silicone resin
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/063054
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
英俊 渡辺
瀬川　雄司
加藤　義明
Original Assignee
ソニー株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニー株式会社 filed Critical ソニー株式会社
Priority to CN201380035497.4A priority Critical patent/CN104412110A/zh
Priority to US14/408,498 priority patent/US20150239217A1/en
Priority to SG11201500017YA priority patent/SG11201500017YA/en
Priority to EP13817319.0A priority patent/EP2871482B1/en
Priority to JP2014524677A priority patent/JP6361503B2/ja
Priority to EP18176114.9A priority patent/EP3388841B1/en
Publication of WO2014010299A1 publication Critical patent/WO2014010299A1/ja

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    • G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T428/24479—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness
    • Y10T428/24612—Composite web or sheet

Definitions

  • This technology relates to a microchip composed of a plurality of substrate layers. More specifically, the present invention relates to a microchip in which a bonding layer is provided at an interface of a substrate layer.
  • microchips having wells and channels for performing chemical and biological analysis on a silicon or glass substrate have been developed by applying microfabrication technology in the semiconductor industry. These microchips are beginning to be used in, for example, electrochemical detectors for liquid chromatography and small electrochemical sensors in medical settings.
  • ⁇ -TAS micro-Total-Analysis System
  • lab-on-chip a sample-on-chip
  • biochips a microchip that uses microchips
  • speed up and high efficiency of chemical and biological analysis As a technology that enables downsizing, integration, or downsizing of analyzers, it is attracting attention.
  • ⁇ -TAS can be analyzed with a small amount of sample and disposable use of microchips (disposable). Has been.
  • the above-mentioned microchip is generally manufactured by attaching another substrate to a substrate on which wells and flow paths are formed. In joining the substrates, it is necessary to reliably seal the microstructure in which the sample is introduced without impairing the microstructure such as the flow path provided in the substrate.
  • Patent Document 1 discloses “a microchip in which a region into which a solution is introduced is disposed with a negative pressure relative to atmospheric pressure”.
  • the microchip is formed by bonding a plurality of substrate layers made of different materials.
  • the bonding strength between the substrate layers may be insufficient.
  • the main object of the present technology is to provide a technology for increasing the bonding strength between the substrate layers.
  • the present technology includes a plurality of substrate layers and a bonding layer made of a silicon compound provided at an interface of the substrate layers, and at least one of the bonding layers is made of an organosilicon compound.
  • the plurality of substrate layers include a substrate layer made of a non-silicone resin and a substrate layer made of polydimethylsiloxane, and both surfaces of the substrate layer made of polydimethylsiloxane are substrate layers made of a first non-silicone resin. And a substrate layer made of a second non-silicone resin and the bonding layer may be bonded.
  • the substrate layer made of the first non-silicone resin has a groove on the joint surface with the substrate layer made of polydimethylsiloxane, and has a groove on the joint surface with the substrate layer made of polydimethylsiloxane.
  • the substrate layer made of the second non-silicone resin and the substrate layer made of the polydimethylsiloxane may be a microchip bonded via a bonding layer made of the organosilicon compound.
  • the substrate layer made of polydimethylsiloxane and the substrate layer made of the first non-silicone resin may be bonded via a bonding layer made of an inorganic silicon compound.
  • the substrate layer made of polydimethylsiloxane has a groove on the joint surface with the substrate layer made of the first non-silicone resin, and the substrate layer made of the first non-silicone resin and the second non-silicone
  • a microchip in which a substrate layer made of resin is bonded to each of the substrate layers made of polydimethylsiloxane and the bonding layer made of the organosilicon compound may be used.
  • the substrate layer made of the first non-silicone resin and the substrate layer made of the second non-silicone resin may be made of acrylic resin or polycarbonate, or may be gas impermeable.
  • the substrate layer made of polydimethylsiloxane may have a self-sealing property by elastic deformation, and the inner space of the groove may be a negative pressure with respect to the atmospheric pressure.
  • the present technology includes a vapor deposition step of coating a groove forming surface of a substrate layer made of a first non-silicone resin provided with grooves with a crosslinkable composition containing a silicon compound, and a substrate made of a second non-silicone resin. And a coating step of coating a surface of the layer on which the groove is not provided with a crosslinkable composition containing an organosilicon compound.
  • the groove-forming surface of the substrate layer made of the first non-silicone resin, which is coated with the crosslinkable composition containing the silicon compound, and the crosslinkable composition containing the organosilicon compound A step of bonding the surface of the substrate layer made of the second non-silicone resin, which is not provided with the groove, to the substrate layer made of polydimethylsiloxane, respectively.
  • This technology provides a microchip with increased bonding strength between substrate layers.
  • a and B are schematic diagrams for explaining the configuration of the microchip 1a according to the first embodiment of the present technology. It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the microchip 1a.
  • a to F are schematic views for explaining a method of manufacturing the microchip 1a. It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the microchip 1b which concerns on 2nd embodiment of this technique. It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the microchip 1b.
  • a to F are schematic views for explaining a method of manufacturing the microchip 1b. It is a mimetic diagram for explaining the composition of microchip 1c concerning a third embodiment of this art.
  • a to F are schematic views for explaining a method of manufacturing the microchip 1c.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a microchip 1a according to the first embodiment of the present technology.
  • 1A is a schematic top view
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view corresponding to the PP cross section of FIG. 1A.
  • the microchip denoted by reference numeral 1a in the figure as an area into which a liquid such as a sample solution is introduced, an introduction part 3 into which the liquid is introduced from the outside, wells 51 to 55 serving as a reaction field for the analyte, Channels 41 to 45 connecting the part 3 and the wells 51 to 55 are provided.
  • wells 51 all five wells to which the liquid is supplied by the flow path 41 are referred to as wells 51, and each of the five wells to which the liquid is supplied by the flow paths 42, 43, 44, and 45 This will be described as wells 52, 53, 54, and 55.
  • the configuration of the microchip according to the present technology is not limited to the number and arrangement of the introduction unit 3, the flow paths 41 to 45, and the wells 51 to 55 shown in FIG.
  • the microchip according to the present technology includes a plurality of substrate layers and a bonding layer made of a silicon compound provided at the interface of the substrate layers. Further, at least one of the bonding layers is made of an organosilicon compound.
  • the microchip 1a according to this embodiment shown in FIG. 1B is composed of, for example, three substrate layers 11, 12, and 13.
  • the plurality of substrate layers 11, 12, and 13 constituting the microchip 1a preferably include a substrate layer made of a non-silicone resin and a substrate layer made of polydimethylsiloxane.
  • both surfaces of the substrate layer made of polydimethylsiloxane are bonded to the substrate layer made of the first non-silicone resin and the substrate layer made of the second non-silicone resin through the bonding layer.
  • the substrate layer made of polydimethylsiloxane is used as the substrate layer 11, and among the two substrate layers bonded to the substrate layer 11, "made of the first non-silicone resin".
  • the “substrate layer” is referred to as “substrate layer 12”
  • the “substrate layer made of the second non-silicone resin” is referred to as “substrate layer 13”. This is the same in the second embodiment and the third embodiment described later.
  • the substrate layer 12 has a groove on the joint surface with the substrate layer 11, and the groove introduces a liquid such as a sample solution in the introduction part 3, the flow paths 41 to 45, and the wells 51 to 55. Corresponds to the area.
  • the substrate layer 12 is bonded to the substrate layer 11 via a bonding layer 22b made of a silicon compound.
  • the bonding layer 22b is a bonding layer made of an inorganic silicon compound.
  • the substrate layer 13 does not have a groove on the bonding surface with the substrate layer 11, and the substrate layer 13 is bonded to the substrate layer 11 via the bonding layer 22a made of an organosilicon compound.
  • the region where the liquid such as the introduction portion 3 provided in the microchip 1a is introduced is microscopic. There is no communication with the outside of the chip 1a.
  • the substrate layer 11 is made of a material having elasticity, a part of the puncture member such as a needle can be penetrated from the outside of the microchip 1a to the introduction portion 3 while overlooking the introduction port 31 formed in the substrate layer 13. Is possible.
  • the liquid can be introduced into a region such as the introduction portion 3 in the microchip 1a. Further, since the sealed region is connected only to the inside of the syringe by the penetration of the substrate layer 11 with a needle or the like, the liquid can be introduced without bubbles entering the flow paths 41 to 45 and the wells 51 to 55. Can do.
  • the puncture site can be naturally sealed by the self-sealing property of the substrate layer 11. .
  • self-sealing property of the substrate layer.
  • the liquid introduced into the microchip 1a refers to a sample solution or the like containing an analysis object or a substance that reacts with another substance to generate the analysis object.
  • the analysis target include nucleic acids such as DNA and RNA, proteins including peptides, antibodies, and the like.
  • the biological sample itself containing the said analysis target object, such as blood, or its diluted solution can also be made into the liquid introduce
  • an analysis method using the microchip 1a for example, an analysis method using a nucleic acid amplification reaction such as a conventional PCR (Polymerase Chain Reaction) method in which a temperature cycle is performed and various isothermal amplification methods without a temperature cycle are used. included.
  • symbol S ⁇ b> 1 is a step of forming a substrate layer.
  • this step grooves corresponding to the introduction portion 3, the channels 41 to 45 and the wells 51 to 55 and a hole corresponding to the introduction port 31 are formed in the substrate layer 12.
  • Glass, plastics, metals, ceramics, and the like can be adopted as the material for the substrate layers 12 and 13, but plastics are particularly preferable.
  • the substrate layers 12 and 13 are preferably made of a material having gas impermeability.
  • Gas impermeable plastics include PMMA (polymethyl methacrylate: acrylic resin), PC (polycarbonate), PS (polystyrene), PP (polypropylene), PE (polyethylene), PET (polyethylene terephthalate), diethylene glycol bis.
  • PMMA polymethyl methacrylate: acrylic resin
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • diethylene glycol bis diethylene glycol bis.
  • non-silicone resins such as acrylic resin and PC are preferable.
  • the material of the substrate layers 11, 12, and 13 is light transmissive and has little autofluorescence and wavelength dispersion. Therefore, it is preferable to select a material having a small optical error because of a small value.
  • the formation of the introduction portion 3 and the like on the substrate layers 12 and 13 can be performed by a known method. For example, wet etching or dry etching of a glass substrate layer, or nanoimprint, injection molding or cutting of a plastic substrate layer.
  • the microchip 1a is not limited to the configuration shown in FIG. The remaining portion may be formed on the substrate layer 12.
  • the substrate layer forming step S1 is not an essential step, and substrate layers 12 and 13 in which grooves and holes are formed in advance are separately prepared. It can also carry out from lamination process S2 of a crosslinkable composition to layers 12 and 13.
  • FIG. 3 is a figure which shows typically each process from this process to joining process S4 of a substrate layer.
  • a crosslinkable composition 21b containing a silicon compound is laminated on the substrate layer 12, and a crosslinkable composition 21a containing a silicon compound is laminated on the substrate layer 13.
  • a crosslinkable composition 21a containing an organosilicon compound is applied to the surface of the substrate layer 13 in which only holes corresponding to the introduction port 31 are formed, and no groove is provided (crosslinkable composition).
  • a crosslinkable composition 21b containing a silicon compound is vapor-deposited on the groove forming surface of the substrate layer 12 on which grooves corresponding to the introduction part 3 and the like are formed (deposition step S2b of the crosslinkable composition).
  • the crosslinkable composition containing a silicon compound used in the manufacturing process of the microchip 1a is, for example, a condensate containing silanol groups generated by hydrolysis and partial condensation of alkoxysilanes, and the condensate is an alcohol. It may be dispersed in a liquid such as a solvent.
  • the crosslinkable composition 21a used in the coating step S2a preferably contains an organosilicon compound.
  • the crosslinkable composition containing an organosilicon compound is obtained, for example, by adding a condensate of an alkoxysilane containing an organic functional group to a solvent in which a condensate containing a silanol group is dispersed.
  • colloidal silica and the like may be added to the crosslinkable composition containing the organosilicon compound.
  • the crosslinkable composition 21a containing a silicon compound used in this step can be a commercially available silicone hard coat agent or the like.
  • a hard coat agent “NSC-1600” manufactured by Nippon Seika Co., Ltd. can be used.
  • a hard coat agent “NSC-2705” manufactured by Nippon Seika Co., Ltd. can be used.
  • crosslinkable composition 21a containing the organosilicon compound to the substrate layer 13 can be performed by a known method. For example, dipping coat, spray coat, flow coat, spin coat and the like. As long as the coating method is such that the organic chain contained in the crosslinkable composition 21a is retained, an appropriate method may be selected according to the characteristics and shape of the material of the substrate layer 13, and the coating method is particularly limited. Not.
  • the crosslinkable composition 21b used in the vapor deposition step S2b also contains a silicon compound, but is not limited to a condensate containing an organosilicon compound, and is a condensate containing a silicon compound containing no organic chain. Also good.
  • a silicon compound that does not contain an organic chain is referred to as an “inorganic silicon compound”.
  • Examples of the crosslinkable composition 21b include a solution containing a condensate of alkoxysilanes such as a polysiloxane oligomer.
  • the vapor deposition onto the substrate layer 12 of the crosslinkable composition 21b containing an inorganic silicon compound can be performed by a known method. For example, vacuum deposition, ion plating, sputtering and the like. From these methods, an appropriate method may be selected according to the characteristics and shape of the material of the substrate layer 13, and the deposition method is not particularly limited.
  • the crosslinkable compositions 21a and 21b are applied or vapor-deposited only on the surfaces of the substrate layers 12 and 13 in contact with the substrate layers 11, The crosslinkable compositions 21a and 21b may be applied or vapor-deposited on other portions of the substrate layers 12 and 13.
  • the microchip 1a according to the first embodiment of the present technology whether or not the crosslinkable compositions 21a and 21b are applied to the substrate layers 12 and 13 other than the bonding surfaces with the respective substrate layers 11 or whether or not vapor deposition is performed.
  • the crosslinkable composition 21 a and 21b are applied or vapor-deposited on the outer surface of the microchip 1a, the crosslinkable compositions 21a and 21b are cured by the curing treatment of the crosslinkable compositions 21a and 21b, which will be described later.
  • the outer surface of 1a is covered with a layer formed by curing the crosslinkable compositions 21a and 21b. By covering with this layer, the outer surface of the microchip 1a is less likely to be damaged, and the durability of the microchip 1a is improved.
  • symbol S3 is the process of superposing
  • this step is a step of polymerizing the crosslinkable compositions 21a and 21b to form the bonding layers 22a and 22b.
  • Silanol groups contained in the crosslinkable compositions 21a and 21b are condensed by heating to form siloxane bonds (Si—O—Si).
  • the layers formed by curing the crosslinkable compositions 21a and 21b including the siloxane bond are the bonding layers 22a and 22b.
  • the heating temperature is determined according to the material of each of the substrate layers 12 and 13. Good.
  • the heating temperature is preferably 80 to 120 ° C. when PC is used for the substrate layers 12 and 13, for example, and 60 to 80 ° C. is preferable when PMMA is used.
  • symbol S4 is a bonding step of the substrate layer.
  • the groove-formed surface (surface on which the region is formed) of the substrate layer 12 coated with the crosslinkable composition 21b containing the silicon compound and the substrate coated with the crosslinkable composition 21a containing the organosilicon compound This is a bonding step in which the surface of the layer 13 on which the groove is not provided is bonded to the substrate layer 11.
  • the substrate layer 12 is bonded to the substrate layer 11, and then the substrate layer 11 and the substrate layer 13 are bonded.
  • the order of bonding of the substrate layers 11, 12, 13 may start from the bonding of the substrate layer 11 and the substrate layer 13.
  • the substrate layer 11 is preferably made of a silicone resin capable of forming a siloxane bond with the bonding layers 22a and 22b because the bonding layers 22a and 22b stacked on the substrate layers 12 and 13 contain siloxane bonds. Further, a silicone elastomer having elasticity is suitable for the substrate layer 11, and for example, polydimethylsiloxane (PDMS) is desirable.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the plurality of substrate layers constituting the microchip include the substrate layers 12 and 13 that are the above-described substrate layers made of non-silicone resin, the substrate layer 11 that is made of PDMS, It is preferable that both surfaces of the substrate layer made of PDMS are bonded to the substrate layers (substrate layers 12 and 13) each made of a non-silicone resin via bonding layers 22a and 22b.
  • This preferred configuration is the same for the second and third embodiments described later.
  • activation processing is performed on the surface of the substrate layer 12 on which the bonding layer 22 b is provided and one surface of the substrate layer 11.
  • the activation treatment can be performed by irradiating oxygen plasma or ultraviolet rays, and other known methods such as ion beam irradiation may be used.
  • OH group bonds are generated on the surface of the bonding layer 22b on the substrate layer 12.
  • the substrate layer 11 is made of a silicone resin
  • OH group bonds are generated on the surface subjected to the activation treatment. Bonds of OH groups generated in the substrate layer 11 and the bonding layer 22b are highly reactive.
  • the groove in the substrate layer 12 corresponding to the region such as the introduction portion 3 The sky can be hermetically sealed so as to be a negative pressure (1/100 atm) with respect to the atmospheric pressure.
  • the liquid is automatically sucked by the negative pressure inside the microchip 1a when the liquid is introduced, and a fine channel structure is formed.
  • the liquid can be introduced into the microchip 1a in a shorter time.
  • the material of the substrate layers 12 and 13 is preferably gas-impermeable. Even if the microchip 1a is stored in the atmosphere, the substrate layers 12 and 13 constituting the outer surface of the microchip 1a are made of a material having gas impermeability such as PC. The region is held at negative pressure. Further, when the substrate layers 12 and 13 are made of a gas-impermeable material, the liquid introduced into the wells 51 to 55 is vaporized by heating even when the microchip 1a is heated in the analysis process. Further, it is possible to prevent disappearance (liquid loss) through the substrate layer 11.
  • the bonding between the substrate layer 13 and the substrate layer 11 is performed by activating the surfaces of the bonding layer 22a and the substrate layer 11 (FIG. 3E), generating OH groups on the treated surface, and then processing each other.
  • the surfaces are pasted together (FIG. 3F).
  • the substrate layer 11 is bonded to the surface of the substrate layer 13 where the groove is not formed via the bonding layer 22a made of an organosilicon compound.
  • the bonding layers 22a and 22b containing a silicon compound are provided on the bonding surfaces of the substrate layers 11, 12, and 13 and bonded via siloxane bonds.
  • the substrate layers 11, 12, and 13 can be firmly bonded. Therefore, a structure such as a fine channel formed in the substrate layer can be reliably sealed.
  • a siloxane bond can be formed and a strong bonded state can be obtained without using a glass substrate layer.
  • the microchip 1a is less likely to be damaged than a microchip using a glass substrate layer. Further, by not using the glass substrate layer, the microchip 1a can be reduced in weight.
  • the bonding layers 22a and 22b in the microchip 1a have the effect of increasing the strength of the microchip 1a itself, in addition to the effect of strengthening the bonding of the substrate layers 11, 12, and 13. Since the bonding layers 22a and 22b are sandwiched between the substrate layers 11, 12, and 13, deformation of the microchip 1a is prevented.
  • at least one bonding layer 22a of the microchip 1a is made of an organosilicon compound, it is more flexible and less susceptible to cracking than a bonding layer made of a silicon compound that does not contain an organic chain, and the durability of the microchip 1a is improved. Improve.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a microchip 1b according to the second embodiment of the present technology.
  • the microchip 1b has the same configuration as that of the first embodiment except for the bonding layer 22a provided at the interface between the substrate layer 11 and the substrate layer 12.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the material of the substrate layers 11, 12, 13 constituting the microchip 1b is the same as that of the substrate layer having the same reference numeral in the microchip 1a.
  • the bonding layer is formed on the interface between the substrate layer 11 and the surface on which the groove corresponding to the region such as the introduction portion 3 of the substrate layer 12 is formed, as well as the interface between the substrate layer 11 and the substrate layer 13. 22a is provided.
  • microchip Manufacturing Method According to Second Embodiment of the Present Technology
  • a microchip 1b manufacturing method will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
  • the manufacturing process of the microchip 1b the forming process S1 of the substrate layer, the curing process S3 of the crosslinkable composition, and the bonding process S4 of the substrate layer are the same as the manufacturing process of the microchip 1a according to the first embodiment. . Therefore, a cross-linking composition coating step S2a different from the microchip 1a manufacturing step will be described with reference to FIG.
  • crosslinkable composition 21a containing an organosilicon compound.
  • the crosslinkable composition 21a that covers the substrate layers 12 and 13 both contains an organosilicon compound.
  • the method for applying the crosslinkable composition 21a containing the organosilicon compound to each of the substrate layers 12 and 13 is the same as the method described in the first embodiment. Further, in the coating step S2a of the crosslinkable composition 21a on the substrate layer 12, the coating was performed only on the portion of the substrate layer 12 that was in contact with the substrate layer 11.
  • masking may be performed on the uncoated portion of the substrate layer 12 before coating (the masking layer is not shown in FIG. 6A). ).
  • a water-soluble resist can be used for the masking.
  • the portion of the substrate layer 12 where the wells and the like are formed is covered with a water-soluble resist, and the crosslinkable compound 21 a is applied to the substrate layer 12.
  • the water-soluble resist is removed from the substrate layer 12 using, for example, water.
  • a technique such as ultrasonic waves may be used in combination.
  • a metal thin film may also be used for masking.
  • a metal such as aluminum is coated on the substrate layer 12 with a thickness of about 100 nm by vapor deposition or sputtering.
  • the removal of the metal thin film from the substrate layer 12 is performed using, for example, an alkaline aqueous solution.
  • the metal thin film is peeled off from the substrate layer 12 by using a technique such as ultrasonic waves in combination.
  • the part which masks is not limited to the area
  • dipping coat is selected as the coating method of the crosslinkable composition 21a and the crosslinkable composition 21a is not applied to one surface of the substrate layer 12 disposed on the outer surface of the microchip 1b, this surface is used. Can be masked.
  • crosslinkable composition 21a may be partially applied to the substrate layer 12 by precision screen printing or the like without masking the substrate layer 12.
  • the bonding layer 22a may be formed in a region where the liquid is introduced, such as the introduction portion 3, as in the microchip 1a according to the first embodiment.
  • the presence or absence of application of the crosslinkable composition 21a to the groove portion of the substrate layer 12 is not particularly limited as long as the sample solution and the analysis using the microchip 1b are not affected.
  • the microchip 1a which concerns on 1st embodiment and the microchip 1c which concerns on 3rd embodiment mentioned later are also the same.
  • the crosslinkable composition containing the organosilicon compound covering the substrate layer 12 and the crosslinkable composition containing the organosilicon compound covering the substrate layer 13 are both denoted by reference numeral 21a.
  • the composition of the crosslinkable composition covering each of the substrate layers 12 and 13 need not be the same.
  • a crosslinkable composition 21a containing an appropriate organosilicon compound may be selected in accordance with each material.
  • the crosslinkable composition 21a containing an organosilicon compound is superposed
  • the bonding layer 22a provided on the substrate layer 12 and one surface of the substrate layer 11 made of a silicone resin such as polydimethylsiloxane are activated (FIG. 6C).
  • the layer 11 and the substrate layer 12 are bonded together (FIG. 6D).
  • the activation process is performed on the bonding layer 22 a provided on the substrate layer 13 and the other surface of the substrate layer 11 (FIG. 6E), and the substrate layer 11 and the substrate layer 13 are bonded together. (FIG. 6F).
  • a bonding layer 22a containing a silicon compound is provided on each bonding surface of the substrate layers 11, 12, and 13, thereby providing a substrate.
  • the layers 11, 12, 13 can be firmly bonded.
  • the bonding layers 22a and 22a laminated on the substrate layer 12 and the substrate layer 13 in the microchip 1b both contain an organic silicon compound, the bonding layers 22a and 22a are flexible and hardly crack, and are compared with a bonding layer that does not include an organic chain. Therefore, it is more difficult to peel off from the substrate layers 11, 12, and 13, and the durability of the microchip 1b is improved.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a microchip 1c according to the third embodiment of the present technology.
  • the substrate layer 11 has a groove on the joint surface with the substrate layer 12.
  • the substrate layers 12 and 13 are bonded to the substrate layer 11 via bonding layers made of an organosilicon compound. That is, unlike the microchip 1a according to the first embodiment and the microchip 1b according to the second embodiment, the microchip 1c has a region where a liquid such as the introduction portion 3 is introduced into the substrate layer 11. Other configurations are the same as those of the microchip 1b.
  • microchip 1b The same components as those of the microchip 1b are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, the material of the substrate layers 11, 12, and 13 constituting the microchip 1c is the same as the substrate layer denoted by the same reference numeral in the microchip 1a according to the first embodiment.
  • the microchip manufacturing method according to the third embodiment of the present technology The manufacturing method of the microchip 1c is the same as the manufacturing process of the microchip 1b according to the second embodiment, and thus the flowchart is omitted.
  • a substrate layer forming step S1 and a crosslinkable composition coating step S2a, which are partially different from the manufacturing steps of the microchip 1b, will be described with reference to FIG.
  • a groove corresponding to a region such as the introduction portion 3 is formed in the substrate layer 11 made of a silicone resin such as polydimethylsiloxane. Therefore, as shown in FIG. 8A, the substrate layer 12 and the substrate layer 13 are formed with the inlet 31 but not with the unevenness of the wells 51 to 55 and the like.
  • a crosslinkable composition 21a containing an organosilicon compound is applied to each of the substrate layers 12 and 13 (FIG. 8A).
  • the crosslinkable composition 21a covering the substrate layers 12 and 13 contains an organosilicon compound.
  • the method of applying the crosslinkable composition 21a containing the organosilicon compound to each of the substrate layers 12 and 13 is the same as the method mentioned in the method for manufacturing the microchip 1a.
  • the composition of the crosslinkable compositions 21a and 21a containing the organosilicon compound that covers the substrate layers 12 and 13 is not necessarily the same.
  • the substrate layers 12 and 13 coated with the crosslinkable composition 21a containing the organosilicon compound polymerize the crosslinkable compositions 21a and 21a containing the organosilicon compound in the curing step S3, as in the manufacturing process of the microchip 1a. Then, the bonding layers 22a and 22a are formed (FIG. 8B). Thereafter, in the substrate layer bonding step S4, the bonding layer 22a provided on the substrate layer 12 and the surface of the substrate layer 11 on which the groove is formed are activated (FIG. 8C), and the substrate layer 11 and the substrate layer 12 are activated. Are pasted together (FIG. 8D).
  • an activation process is performed on the bonding layer 22 a provided on the substrate layer 13 and the other surface of the substrate layer 11 (FIG. 8E), and the substrate layer 11 and the substrate layer 13 are bonded together. (FIG. 8F).
  • a bonding layer containing a silicon compound is provided on each bonding surface of the substrate layers 11, 12, and 13.
  • the bonding layers 22a and 22a of the microchip 1c both contain an organosilicon compound, and are therefore flexible and hardly cracked.
  • the crosslinkable composition 21a containing an organic silicon compound which cannot select a method such as vapor deposition, to the substrate layers 12 and 13 because it contains an organic chain.
  • a microchip comprising a plurality of substrate layers and a bonding layer made of a silicon compound provided at an interface between the substrate layers, wherein at least one of the bonding layers is made of an organosilicon compound.
  • the plurality of substrate layers include a substrate layer made of a non-silicone resin and a substrate layer made of polydimethylsiloxane, and both surfaces of the substrate layer made of polydimethylsiloxane are made of a first non-silicone resin.
  • the substrate layer made of the first non-silicone resin has a groove on the joint surface with the substrate layer made of polydimethylsiloxane, and has a groove on the joint surface with the substrate layer made of polydimethylsiloxane.
  • the substrate layer made of polydimethylsiloxane has a groove on a joint surface with the substrate layer made of the first non-silicone resin, and the substrate layer made of the first non-silicone resin and the second non-silicone resin.
  • the minute structure in the microchip is hermetically sealed, so that a valuable trace sample can be reliably analyzed. Further, the microchip can be reduced in weight by not using the glass substrate layer. For this reason, it becomes easy to carry and the microchip according to the present technology can be used for clinical genotyping and pathogen determination.
  • 1a, 1b, 1c Microchip, 11, 12, 13: Substrate layer, 21a, 21b: Crosslinkable composition, 22a, 22b: Bonding layer, 3: Introduction part, 31: Introduction port, 41, 42, 43, 44, 45: channel, 51, 52, 53, 54, 55: well

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Abstract

　マイクロチップを構成する複数の基板層の、各々の基板層間の接合強度を高めるための技術の提供。　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。このマイクロチップにおいては、材質の異なる複数の基板層が組み合わされた場合であっても、複数の基板層の各々の基板層間の接合強度が高められ得る。

Description

マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法
　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 (10)

  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、
    請求項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、
    請求項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、
    請求項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、
    請求項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、
    請求項４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、
    請求項６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、
    請求項７記載のマイクロチップ。
  9. 　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。
  10. 　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む、
    請求項９記載のマイクロチップの製造方法。
     
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