特開 2024-116726 流路チップ、および、流路チップの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024116726

(43)【公開日】2024-08-28

(54)【発明の名称】流路チップ、および、流路チップの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 57/02 20060101AFI20240821BHJP

   B03C 5/00 20060101ALI20240821BHJP

   G01N 35/08 20060101ALI20240821BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20240821BHJP

   C12M 1/26 20060101ALI20240821BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20240821BHJP

【ＦＩ】

B01D57/02

B03C5/00 Z

G01N35/08 A

G01N37/00 101

C12M1/26

C12M1/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023022503

(22)【出願日】2023-02-16

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】110002310

【氏名又は名称】弁理士法人あい特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100168583

【弁理士】

【氏名又は名称】前井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】浦川 哲

【テーマコード（参考）】

2G058

4B029

4D054

【Ｆターム（参考）】

2G058DA07

2G058DA09

4B029AA09

4B029BB11

4B029CC01

4B029DG08

4B029GB09

4B029HA05

4D054FA08

4D054FB01

4D054FB09

4D054FB15

4D054FB20

(57)【要約】

【課題】電極が溶解することを抑制しながら、分離性能が低下することを抑制することが可能な流路チップ、および、流路チップの製造方法を提供する。
【解決手段】流路チップ１００は、基板１０１と、電極１２０と、保護膜１０３、流路カバー１０５とを備える。電極１２０は、基板１０１の一方面１０１１上に配置される。保護膜１０３は、電極１２０を覆う。流路カバー１０５は、電極１２０および保護膜１０３の一方側に配置される。流路カバー１０５は、液が流通する流路１１０を構成する。保護膜１０３は、電極１２０の一方面１２０５上に配置され流路１１０と電極１２０とを繋ぐ開口部１０３２を有する。電極１２０は、酸化膜１２０４を有する。酸化膜１２０４は、電極１２０の一方面１２０５のうち、開口部１０３２に対応する部分に配置されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の一方面上に配置される電極と、
前記電極を覆う絶縁保護膜と、
前記電極および前記絶縁保護膜の一方側に配置され、液が流通する流路を構成する流路カバーと
を備え、
前記絶縁保護膜は、前記電極の一方面上に配置され前記流路と前記電極とを繋ぐ開口部を有し、
前記電極は、酸化膜を有し、
前記酸化膜は、前記電極の前記一方面のうち、前記開口部に対応する部分に配置されている、流路チップ。

【請求項2】

前記基板は、ガラス基板を含み、
前記絶縁保護膜は、シリコン酸化膜を含み、
前記流路カバーは、シリコーン系樹脂により形成されている、請求項１に記載の流路チップ。

【請求項3】

前記電極は、
前記基板の前記一方面上に配置される第１層と、
前記第１層上に配置される第２層と、
前記第２層上に配置され、前記酸化膜が配置される第３層と
を有する、請求項１に記載の流路チップ。

【請求項4】

前記電極のうち前記流路に重なって配置される部分の側面は、前記絶縁保護膜によって覆われている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流路チップ。

【請求項5】

前記酸化膜は、前記電極に含まれる金属を酸化させた酸化膜を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流路チップ。

【請求項6】

前記電極は、互いに対向する櫛歯形状を有する第１電極および第２電極を含み、
前記第１電極および前記第２電極の各々は、互いに平行に配置される複数の歯部を有し、
前記開口部は、前記歯部上に配置され、
前記複数の歯部は、前記流路が延びる第１方向に対して交差する第２方向に延びる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流路チップ。

【請求項7】

前記開口部の前記第２方向に対して直交する第３方向の長さは、前記歯部の前記第３方向の長さの１／２以上である、請求項６に記載の流路チップ。

【請求項8】

基板の一方面上に電極を形成する工程と、
前記電極を覆うように絶縁保護層を形成する工程と、
前記絶縁保護層のうち前記電極の一方面上に配置された部分に開口部を形成し、前記開口部を有する絶縁保護膜を形成する工程と、
前記絶縁保護膜をマスクとして、前記電極のうち前記開口部に対応する部分に酸化膜を形成する工程と、
前記電極および前記絶縁保護膜の一方側に液が流通する流路が形成されるように、前記基板に流路カバーを取り付ける工程と
を含む、流路チップの製造方法。

【請求項9】

前記基板は、ガラス基板を含み、
前記絶縁保護膜は、シリコン酸化膜を含み、
前記流路カバーは、シリコーン系樹脂により形成されている、請求項８に記載の流路チップの製造方法。

【請求項10】

前記電極を形成する工程において、
前記基板の前記一方面上に第１層を配置し、
前記第１層上に第２層を配置し、
前記第２層上に第３層を配置し、
前記酸化膜を形成する工程において、前記第３層に前記酸化膜を形成する、請求項８に記載の流路チップの製造方法。

【請求項11】

前記絶縁保護層を形成する工程において、
前記電極の側面を前記絶縁保護層によって覆う、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の流路チップの製造方法。

【請求項12】

前記酸化膜を形成する工程において、前記電極に含まれる金属を酸化させることにより、前記酸化膜を形成する、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の流路チップの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流路チップ、および、流路チップの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、血液から特定の細胞を分離する分離装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、血液から所定サイズ以上の細胞を抽出する置換部と、置換部を通過した複数種類の細胞から誘電泳動力によってがん細胞を分離する分離部とを備えた分離装置が記載されている。分離部には、細胞を含有する液を流通する流路と、一対の電極とが設けられる。一対の電極間に交流電圧が印加されることにより、流路を通過するがん細胞に誘電泳動力が作用し、複数種類の細胞からがん細胞が分離される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１３４０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１のような分離装置では、一対の電極間に電圧を印加した場合、電極を構成する金属と液との間で電気化学的反応が起こり、電極が液中に溶解することがある。これを改善するために、電極上面を覆うように絶縁保護膜を形成することが考えられる。

【0005】

しかしながら、電極上面を覆うように絶縁保護膜を形成した場合、電極に交流電圧を印加した際の電極同士間の電界が小さくなる。このため、がん細胞に作用する誘電泳動力が小さくなるため、分離性能が低下する。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極が溶解することを抑制しながら、分離性能が低下することを抑制することが可能な流路チップ、および、流路チップの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１局面による流路チップは、基板と、電極と、絶縁保護膜と、流路カバーとを備える。前記電極は、前記基板の一方面上に配置される。前記絶縁保護膜は、前記電極を覆う。前記流路カバーは、前記電極および前記絶縁保護膜の一方側に配置される。前記流路カバーは、液が流通する流路を構成する。前記絶縁保護膜は、前記電極の一方面上に配置され前記流路と前記電極とを繋ぐ開口部を有する。前記電極は、酸化膜を有する。前記酸化膜は、前記電極の前記一方面のうち、前記開口部に対応する部分に配置されている。

【0008】

本発明の一態様において、前記基板は、ガラス基板を含んでもよい。前記絶縁保護膜は、シリコン酸化膜を含んでもよい。前記流路カバーは、シリコーン系樹脂により形成されていてもよい。

【0009】

本発明の一態様において、前記電極は、前記基板の前記一方面上に配置される第１層と、前記第１層上に配置される第２層と、前記第２層上に配置され、前記酸化膜が配置される第３層とを有してもよい。

【0010】

本発明の一態様において、前記電極のうち前記流路に重なって配置される部分の側面は、前記絶縁保護膜によって覆われていてもよい。

【0011】

本発明の一態様において、前記酸化膜は、前記電極に含まれる金属を酸化させた酸化膜を含んでもよい。

【0012】

本発明の一態様において、前記電極は、互いに対向する櫛歯形状を有する第１電極および第２電極を含んでもよい。前記第１電極および前記第２電極の各々は、互いに平行に配置される複数の歯部を有してもよい。前記開口部は、前記歯部上に配置されてもよい。前記複数の歯部は、前記流路が延びる第１方向に対して交差する第２方向に延びてもよい。

【0013】

本発明の一態様において、前記開口部の前記第２方向に対して直交する第３方向の長さは、前記歯部の前記第３方向の長さの１／２以上であってもよい。

【0014】

本発明の第２局面による流路チップの製造方法は、基板の一方面上に電極を形成する工程と、前記電極を覆うように絶縁保護層を形成する工程と、前記絶縁保護層のうち前記電極の一方面上に配置された部分に開口部を形成し、前記開口部を有する絶縁保護膜を形成する工程と、前記絶縁保護膜をマスクとして、前記電極のうち前記開口部に対応する部分に酸化膜を形成する工程と、前記電極および前記絶縁保護膜の一方側に液が流通する流路が形成されるように、前記基板に流路カバーを取り付ける工程とを含む。

【0015】

本発明の一態様において、前記基板は、ガラス基板を含んでもよい。前記絶縁保護膜は、シリコン酸化膜を含んでもよい。前記流路カバーは、シリコーン系樹脂により形成されていてもよい。

【0016】

本発明の一態様において、前記電極を形成する工程において、前記基板の前記一方面上に第１層を配置し、前記第１層上に第２層を配置し、前記第２層上に第３層を配置し、前記酸化膜を形成する工程において、前記第３層に前記酸化膜を形成してもよい。

【0017】

本発明の一態様において、前記絶縁保護膜を形成する工程において、前記電極の側面を、前記絶縁保護層によって覆ってもよい。

【0018】

本発明の一態様において、前記酸化膜を形成する工程において、前記電極に含まれる金属を酸化させることにより、前記酸化膜を形成してもよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、電極が溶解することを抑制しながら、分離性能が低下することを抑制することが可能な流路チップ、および、流路チップの製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態による流路チップを備えた誘電泳動装置の構造を模式的に示す平面図である。

【図2】本発明の一実施形態の流路チップの構造を模式的に示す拡大平面図である。

【図3】本発明の一実施形態の流路チップの断面構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図4】図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った拡大断面図である。

【図5】本発明の一実施形態の流路チップの電極周辺の構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図6】本発明の一実施形態の流路チップの製造方法のフロー図である。

【図7】本発明の一実施形態の流路チップの製造方法を説明するための拡大断面図である。

【図8】本発明の一実施形態の流路チップの製造方法を説明するための拡大断面図である。

【図9】本発明の一実施形態の流路チップの製造方法を説明するための拡大断面図である。

【図10】本発明の一実施形態の流路チップの製造方法を説明するための拡大断面図である。

【図11】本発明の第１変形例による流路チップの構造を模式的に示す拡大平面図である。

【図12】本発明の第２変形例による流路チップの構造を模式的に示す平面図である。

【図13】本発明の第３変形例による流路チップの構造を模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

【0022】

図１～図１０を参照して、本発明の一実施形態による流路チップ１００を備えた誘電泳動装置１について説明する。図１は、本発明の一実施形態による流路チップ１００を備えた誘電泳動装置１の構造を模式的に示す平面図である。

【0023】

図１に示すように、本発明の一実施形態の誘電泳動装置１は、流路チップ１００と、電圧制御装置５００とを備える。誘電泳動装置１は、サンプル液（試料液）に含まれる誘電体粒子Ｐ１に誘電泳動力を作用させることで、誘電体粒子Ｐ１を他の成分Ｐ２から分離して、誘電体粒子Ｐ１を収集する。サンプル液は、特に限定されるものではないが、例えば、血液である。誘電体粒子Ｐ１は、特に限定されるものではないが、例えば、細胞、タンパク質、核酸または微生物である。細胞は、例えば、がん細胞である。また、サンプル液は、海水、生理食塩水、純水または薬品であってもよい。他の成分Ｐ２は、例えば、誘電体粒子Ｐ１とは異なる種類の誘電体粒子、または、非誘電体粒子である。一例として、サンプル液は血液であり、誘電体粒子Ｐ１はがん細胞であり、他の成分Ｐ２は白血球である。なお、サンプル液は、本発明の「液」の一例である。

【0024】

流路チップ１００は、サンプル液に含まれる誘電体粒子Ｐ１に誘電泳動力を作用させることによって、誘電体粒子Ｐ１を他の成分Ｐ２から分離して、誘電体粒子Ｐ１を収集する。誘電体粒子Ｐ１の直径は、例えば、数μｍ以上、数十μｍ以下である。

【0025】

流路チップ１００は、基板１０１と、流路１１０と、電極１２０とを備える。流路１１０は、導入部１１１と、分離流路１１２と、収集部１１３とを有する。導入部１１１には、サンプル液が導入される。導入部１１１は、例えば、開口を有する。導入部１１１は、例えば、サンプル液の供給源にチューブにより接続される。

【0026】

分離流路１１２は、導入部１１１と収集部１１３とを接続する。導入部１１１に導入されたサンプル液は、収集部１１３に向かって分離流路１１２を流れる。収集部１１３は、分離流路１１２を通過したサンプル液を収集する。収集部１１３は、例えば、開口を有してもよい。収集部１１３は、例えば、サンプル液を外部に供給してもよい。なお、本実施形態では、後述するように、収集部１１３は、誘電体粒子Ｐ１が分離された（取り除かれた）サンプル液を収集する。

【0027】

流路チップ１００は、流路カバー１０５を備える。流路カバー１０５は、基板１０１上に配置される。流路カバー１０５は、基板１０１よりも小さい面積を有する。つまり、流路カバー１０５は、基板１０１の一部の上に配置される。流路カバー１０５は、流路１１０を構成する凹部を有する。基板１０１と流路カバー１０５とによって、流路１１０が構成されている。

【0028】

電極１２０は、導電性を有する金属によって形成されている。なお、本実施形態において、金属とは、合金を含む概念である。電極１２０は、少なくとも分離流路１１２に配置される。言い換えると、電極１２０は、少なくとも分離流路１１２と重なっている。電極１２０は、第１電極１２１および第２電極１２２を含む。第１電極１２１および第２電極１２２は、例えば、互いに対向する櫛歯形状を有する。なお、第１電極１２１および第２電極１２２は、櫛歯形状を有してもよいし、櫛歯形状を有しなくてもよい。

【0029】

第１電極１２１は、複数の歯部１２１１と、第１接続部１２１２と、第２接続部１２１３と、パッド部１２１４とを有する。

【0030】

歯部１２１１の各々は、略直線状に延びる。複数の歯部１２１１は、互いに略平行に配置される。また、複数の歯部１２１１は、流路１１０が延びる第１方向Ｘに対して交差する第２方向Ｙに延びる。本実施形態では、第２方向Ｙは、第１方向Ｘに対して略直交する。つまり、本実施形態では、歯部１２１１は、流路１１０に対して略直交する。

【0031】

第１接続部１２１２は、複数の歯部１２１１を互いに接続する。複数の歯部１２１１と第１接続部１２１２とによって、櫛歯形状が形成されている。複数の歯部１２１１は、例えば、平面視で分離流路１１２に跨って配置される。第１接続部１２１２は、平面視で分離流路１１２の外側に配置される。複数の歯部１２１１および第１接続部１２１２は、流路カバー１０５に覆われる。

【0032】

第２接続部１２１３は、第１接続部１２１２とパッド部１２１４とを接続する。第２接続部１２１３の少なくとも一部は、流路カバー１０５に覆われる。パッド部１２１４の少なくとも一部は、平面視で流路カバー１０５の外側に配置される。本実施形態では、第２接続部１２１３は、流路カバー１０５に覆われる。パッド部１２１４の一部は、平面視で流路カバー１０５の外側に配置される。このように、パッド部１２１４の少なくとも一部が流路カバー１０５によって覆われていないため、パッド部１２１４を電圧制御装置５００に電気的に容易に接続できる。

【0033】

第２電極１２２は、複数の歯部１２２１と、第１接続部１２２２と、第２接続部１２２３と、パッド部１２２４とを有する。

【0034】

歯部１２２１の各々は、略直線状に延びる。複数の歯部１２２１は、互いに略平行に配置される。また、複数の歯部１２２１は、複数の歯部１２１１と略平行に配置される。第１接続部１２２２は、複数の歯部１２２１を互いに接続する。複数の歯部１２２１と第１接続部１２２２とによって、櫛歯形状が形成されている。複数の歯部１２２１は、例えば、平面視で分離流路１１２に跨って配置される。第１接続部１２２２は、平面視で分離流路１１２の外側に配置される。複数の歯部１２２１および第１接続部１２２２は、流路カバー１０５に覆われる。

【0035】

第２接続部１２２３は、第１接続部１２２２とパッド部１２２４とを接続する。第２接続部１２２３の少なくとも一部は、流路カバー１０５に覆われる。パッド部１２２４の少なくとも一部は、平面視で流路カバー１０５の外側に配置される。本実施形態では、第２接続部１２２３は、流路カバー１０５に覆われる。パッド部１２２４の一部は、平面視で流路カバー１０５の外側に配置される。このように、パッド部１２２４の少なくとも一部が流路カバー１０５によって覆われていないため、パッド部１２２４を電圧制御装置５００に電気的に容易に接続できる。

【0036】

電圧制御装置５００は、パッド部１２１４およびパッド部１２２４に電気的に接続される。電圧制御装置５００は、パッド部１２１４およびパッド部１２２４を介して、第１電極１２１および第２電極１２２に対して、誘電体粒子Ｐ１の種類に応じた交流電圧を印加する。誘電体粒子Ｐ１の種類に応じた交流電圧は、例えば、誘電体粒子Ｐ１に対して特異的に誘電泳動力（引力）を作用させる電界を発生させる周波数であって、かつ、誘電体粒子Ｐ１を破壊しない程度の大きさの電圧である。

【0037】

具体的には、交流電圧の周波数は、第１電極１２１および第２電極１２２の間の電界によって誘電体粒子Ｐ１に対して正の誘電泳動力（引力）が作用するように、設定される。従って、正の誘電泳動力が誘電体粒子Ｐ１に作用し、誘電体粒子Ｐ１は電極１２０（第１電極１２１、第２電極１２２）に引き付けられる。一方、交流電圧の周波数は、他の成分Ｐ２に対しては誘電泳動力が作用しないか、または、ほとんど作用しないように、設定される。従って、他の成分Ｐ２は、分離流路１１２を通過して収集部１１３に収集される。

【0038】

引き続き図１を参照して、電圧制御装置５００について説明する。電圧制御装置５００は、電源部５１０と、制御部５２０とを含む。

【0039】

制御部５２０は、電源部５１０を制御する。制御部５２０は、例えば、プロセッサと、記憶装置とを含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。記憶装置は、データおよびコンピュータープログラムを記憶する。記憶装置は、半導体メモリのような主記憶装置と、半導体メモリ、ソリッドステートドライブ、および／または、ハードディスクドライブのような補助記憶装置とを含む。記憶装置は、リムーバブルメディアを含んでいてもよい。記憶装置は、非一時的コンピューター読取可能記憶媒体の一例に相当する。

【0040】

電源部５１０は、分離対象である誘電体粒子Ｐ１に応じた交流電圧を生成する。そして、電源部５１０は、パッド部１２１４およびパッド部１２２４を介して、第１電極１２１および第２電極１２２に対して交流電圧を印加する。電源部５１０は、例えば、ファンクションジェネレータ等の信号発生器である。

【0041】

電源部５１０により誘電体粒子Ｐ１に応じた交流電圧を第１電極１２１および第２電極１２２に印加することによって、誘電体粒子Ｐ１に対して誘電泳動力（引力）が作用する。これにより、誘電体粒子Ｐ１が電極１２０に引き付けられ、誘電体粒子Ｐ１が他の成分Ｐ２から分離される。本実施形態では、誘電体粒子Ｐ１は電極１２０に捕捉され、他の成分Ｐ２は分離流路１１２を通過して収集部１１３に収集される。

【0042】

なお、電圧制御装置５００は、第１電極１２１および第２電極１２２間の電気的特性（インピーダンス等）を測定する機能を有してもよい。また、電圧制御装置５００は、例えば、ソース・メジャー・ユニットによって構成されていてもよい。

【0043】

次に、図２～図４を参照して、流路チップ１００の構造についてさらに説明する。図２は、本実施形態の流路チップ１００の構造を模式的に示す拡大平面図である。図３は、本実施形態の流路チップ１００の断面構造を模式的に示す拡大断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

【0044】

図２～図４に示すように、流路チップ１００は、基板１０１、電極１２０および流路カバー１０５に加え、保護膜１０３を備える。なお、保護膜１０３は、本発明の「絶縁保護膜」の一例である。基板１０１は、例えば、ガラス基板である。基板１０１の材質は、例えば、石英ガラスである。ただし、基板１０１の材質は、石英ガラスに限定されない。基板１０１は、例えば、略矩形の平板形状を有する。ただし、基板１０１の形状は、平板形状に限定されない。

【0045】

電極１２０は、基板１０１の一方面１０１１上に配置される。電極１２０の材質は、例えば、アルミニウム、銅および／またはチタンなどの金属である。ただし、電極１２０の材質は、アルミニウム、銅および／またはチタン以外の金属であってもよい。例えば、電極１２０の材質は、インジウム、スズ、モリブデン、銀、クロム、タンタルおよび／または珪素等の金属であってもよい。電極１２０は、平面視において所定のパターン形状を有する。

【0046】

保護膜１０３は、電極１２０を覆う。保護膜１０３は、基板１０１の一方面１０１１のうち電極１２０が配置されていない部分と、電極１２０とを覆う。なお、保護膜１０３は、パッド部１２１４および１２２４のうち、少なくとも電圧制御装置５００に接続される部分を覆っていない。また、保護膜１０３は、電極１２０の側面１２０６も覆っている。具体的には、保護膜１０３は、電極１２０のうち、少なくとも流路１１０に重なって配置される部分の一方面１２０５および側面１２０６を覆っている。

【0047】

保護膜１０３は、絶縁性を有する。保護膜１０３の材質は、例えば、シリコン酸化膜などの酸化膜、シリコン窒化膜などの窒化膜、または、樹脂である。本実施形態では、保護膜１０３は、シリコン酸化膜である。保護膜１０３は、電極１２０とサンプル液との間で電気化学的な反応が生じることを抑制する。また、保護膜１０３は、電極１２０が経時的に劣化したり、摩耗したりすることを抑制する。

【0048】

本実施形態では、保護膜１０３は、開口部１０３２を有する。開口部１０３２は、電極１２０の一方面１２０５上に配置される。開口部１０３２は、歯部１２１１および歯部１２２１上に配置される。

【0049】

開口部１０３２は、保護膜１０３を貫通する。そして、開口部１０３２は、流路１１０と電極１２０とを繋ぐ。開口部１０３２は、電極１２０の一方面１２０５のうち、側面１２０６から所定距離内側の位置に配置される。また、本実施形態では、開口部１０３２は平面視で、流路１１０内に配置されており、流路１１０の外部には配置されていない。具体的には、開口部１０３２の第２方向Ｙの長さは、分離流路１１２の第２方向Ｙの長さよりも短い。また、開口部１０３２は、流路カバー１０５の後述する側壁１０５１から離隔している。

【0050】

図３および図４に示すように、本実施形態では、電極１２０は、第１層１２０１と、第２層１２０２と、第３層１２０３とを有する。

【0051】

第１層１２０１は、基板１０１の一方面１０１１上に配置される。第１層１２０１は、特に限定されるものではないが、例えば、基板１０１に対して密着性が良好な金属を含むことが好ましい。また、第１層１２０１は、例えば、第２層１２０２が基板１０１内に拡散することを抑制することが可能な金属を含むことが好ましい。本実施形態では、第１層１２０１は、例えば、チタンを含む。

【0052】

第２層１２０２は、第１層１２０１上に配置される。第２層１２０２は、第１層１２０１のうち基板１０１とは反対側の面上に配置される。第２層１２０２は、特に限定されるものではないが、例えば、電気抵抗率の低い金属を含むことが好ましい。第２層１２０２は、例えば、アルミニウムまたは銅を含むことが好ましい。本実施形態では、第２層１２０２は、例えば、アルミニウムを含む。

【0053】

第３層１２０３は、第２層１２０２上に配置される。第３層１２０３は、第２層１２０２のうち第１層１２０１とは反対側の面上に配置される。第３層１２０３は、特に限定されるものではないが、後述する水熱処理等の酸化処理により溶解しない、または、溶解しにくい金属を含むことが好ましい。本実施形態では、第３層１２０３は、例えば、チタンを含む。

【0054】

第１層１２０１、第２層１２０２および第３層１２０３の厚みは、特に限定されるものではない。第１層１２０１は、例えば、数ｎｍ以上、数１０ｎｍ以下の厚みを有する。第２層１２０２は、例えば、第１層１２０１よりも大きい厚みを有する。第２層１２０２は、例えば、数１０ｎｍ以上、数１００ｎｍ以下の厚みを有する。第３層１２０３は、例えば、第２層１２０２よりも大きい厚みを有する。第３層１２０３は、例えば、数１０ｎｍ以上、数１００ｎｍ以下の厚みを有する。

【0055】

また、本実施形態では、電極１２０は、酸化膜１２０４をさらに有する。酸化膜１２０４は、第３層１２０３に配置される。酸化膜１２０４は、第３層１２０３に含まれる金属を酸化させた酸化膜（ここでは、酸化チタン膜）を含む。酸化膜１２０４は、例えば、電極１２０の表面を酸化処理することによって形成される。酸化処理としては、例えば、水熱酸化法、乾式熱酸化法および湿式酸化法が挙げられる。本実施形態では、酸化膜１２０４は、電極１２０の表面を水熱酸化処理することによって形成されている。

【0056】

酸化膜１２０４は、第３層１２０３に形成される一方、第１層１２０１および第２層１２０２には形成されない。酸化膜１２０４は、第３層１２０３のうち第２層１２０２とは反対側の面に形成されている。酸化膜１２０４は、第３層１２０３のうち、開口部１０３２に対応する部分に形成されている。つまり、酸化膜１２０４は、平面視で開口部１０３２と同じ大きさ、同じ形状、および、同じ位置に形成されている。

【0057】

流路カバー１０５は、例えば、保護膜１０３の一方面１０３１上に配置される。流路カバー１０５の一部は、基板１０１の一方面１０１１上に配置されてもよい。そして、流路カバー１０５は、電極１２０および保護膜１０３の一方側（基板１０１とは反対側）を覆う。また、流路カバー１０５は、流路１１０を構成する。具体的には、流路カバー１０５は、側壁１０５１および天井１０５２を含む。側壁１０５１および天井１０５２によって、サンプル液が流通する流路１１０が構成される。

【0058】

流路カバー１０５の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、シリコーン系の樹脂である。本実施形態では、流路カバー１０５の材質は、ＰＤＭＳ（ジメチルポリシロキサン）である。流路カバー１０５がＰＤＭＳによって形成されている場合、流路カバー１０５、保護膜１０３および基板１０１の表面に対してプラズマ処理を行うことによって、流路カバー１０５は、保護膜１０３および基板１０１の表面との間で強固に接着される。流路カバー１０５、保護膜１０３および基板１０１の表面に対してプラズマ処理を行う時間は、特に限定されるものではないが、例えば、１０ｓｅｃ以上、３０ｓｅｃ以下であることが好ましく、１５ｓｅｃ以上、２５ｓｅｃ以下であることがより好ましい。

【0059】

以上、図１～図４を参照して説明したように、保護膜１０３は、電極１２０の一方面１２０５上に配置される開口部１０３２を有し、開口部１０３２は、流路１１０と電極１２０とを繋ぐ。従って、保護膜１０３が開口部１０３２を有しない場合に比べて、電極１２０に交流電圧を印加した際に電極１２０同士間の電界を大きくすることができる。よって、分離性能が低下することを抑制できる。

【0060】

また、酸化膜１２０４は、電極１２０の一方面１２０５のうち、開口部１０３２に対応する部分に配置されている。従って、サンプル液が開口部１０３２を介して、電極１２０の第３層１２０３に接触することを抑制できるので、電極１２０がサンプル液中に溶解することを抑制できる。

【0061】

以上から、電極１２０が溶解することを抑制しながら、分離性能が低下することを抑制できる。

【0062】

また、上記のように、基板１０１はガラス基板を含み、保護膜１０３はシリコン酸化膜を含み、流路カバー１０５はシリコーン系樹脂により形成されている。つまり、基板１０１、保護膜１０３および流路カバー１０５の全てがシリコン元素を含む。従って、基板１０１および保護膜１０３に対して流路カバー１０５を強固に接着できる。

【0063】

なお、詳細な説明は省略するが、本実施形態とは異なり電極１２０を覆う保護膜１０３を設けない場合、流路カバー１０５は、基板１０１と電極１２０とに接触する。保護膜１０３を設けない場合、流路カバー１０５、基板１０１および電極１２０の表面にプラズマ処理を行ったとしても、流路カバー１０５と、基板１０１および電極１２０の両方とを強固に接着することは困難である。これは、流路カバー１０５と基板１０１とを接着する際の最適なプラズマ処理時間と、流路カバー１０５と電極１２０とを接着する際の最適なプラズマ処理時間とが異なるためである。例えば、流路カバー１０５と基板１０１とを接着する際の最適なプラズマ処理時間で、電極１２０をプラズマ処理した場合、流路カバー１０５と電極１２０との間の接着強度は非常に小さくなる。

【0064】

また、上記のように、電極１２０は、第１層１２０１と、第２層１２０２と、第３層１２０３とを有する。このように電極１２０が複数の層によって構成されている場合において、例えば、電極１２０を保護膜１０３により覆うことなく水熱酸化法等によって電極１２０の表面に酸化膜を形成すると、第２層１２０２が溶解することがある。この場合、電極１２０の性能に悪影響を及ぼすおそれがある。しかしながら、本実施形態では、電極１２０を保護膜１０３によって覆っているため、例えば、水熱酸化法等によって電極１２０の表面に酸化膜１２０４を形成する場合であっても、第２層１２０２が溶解することを抑制できる。

【0065】

また、上記のように、電極１２０のうち流路１１０に重なって配置される部分の側面１２０６は、保護膜１０３によって覆われている。従って、サンプル液が電極１２０の側面１２０６に接触することを抑制できるので、電極１２０がサンプル液中に溶解することをより抑制できる。

【0066】

また、上記のように、酸化膜１２０４は、電極１２０に含まれる金属を酸化させた酸化膜を含む。従って、水熱酸化法等によって、酸化膜１２０４を容易に形成できる。

【0067】

また、上記のように、電極１２０は、互いに対向する櫛歯形状を有する第１電極１２１および第２電極１２２を含み、複数の歯部１２１１および複数の歯部１２２１は、流路１１０が延びる第１方向Ｘに対して交差する第２方向Ｙに延びる。従って、複数の歯部１２１１および複数の歯部１２２１が第１方向Ｘに延びるように配置される場合とは異なり、サンプル液に含まれる誘電体粒子Ｐ１を効率良く分離できる。

【0068】

次に、図５を参照して、本実施形態の流路チップ１００の電極１２０周辺の寸法の一例について説明する。図５は、本実施形態の流路チップ１００の電極１２０周辺の構造を模式的に示す拡大断面図である。図５に示すように、電極１２０の幅（第２方向Ｙに対して直交する第３方向Ｚの長さ）をＬ１２０、開口部１０３２の幅（第３方向Ｚの長さ）をＬ１０３２、電極１２０上の保護膜１０３の幅（開口部１０３２から電極１２０の側面１２０６までの長さ）をＬ１０３、電極１２０同士の間の距離をＬ１２０１（図４参照）とする。なお、本実施形態では、第３方向Ｚは、第１方向Ｘと並行である。

【0069】

開口部１０３２の幅Ｌ１０３２は、電極１２０上の保護膜１０３の幅Ｌ１０３よりも大きいことが好ましい。本実施形態では、幅Ｌ１０３２は、幅Ｌ１０３の２倍以上である。つまり、幅Ｌ１０３２は、電極１２０の幅Ｌ１２０の１／２以上である。このように、開口部１０３２の第３方向Ｚの長さ（幅Ｌ１０３２）は、歯部１２１１および１２２１の第３方向Ｚの長さの１／２以上である。従って、歯部１２１１および１２２１に対する開口部１０３２の面積が小さくなることを抑制できる。

【0070】

電極１２０上の保護膜１０３の幅Ｌ１０３は、小さい方が好ましい。ただし、保護膜１０３によって電極１２０の側面１２０６を覆うためには、開口部１０３２の製造誤差を考慮して、幅Ｌ１０３は、数１０μｍ程度必要である。なお、幅Ｌ１０３が小さい方が好ましい理由は、電極１２０に電圧を印加した際に、酸化膜１２０４同士間の電界（開口部１０３２を通過する電界）は誘電体粒子Ｐ１に作用する一方、酸化膜１２０４の外側の領域同士間の電界（保護膜１０３を通過する電界）は誘電体粒子Ｐ１にほとんど作用しない、または、作用しにくいためである。

【0071】

電極１２０の幅Ｌ１２０、および、電極１２０同士の間の距離Ｌ１２０１（図４参照）は、特に限定されるものではない。幅Ｌ１２０および距離Ｌ１２０１は、誘電体粒子Ｐ１および他の成分Ｐ２の種類および誘電率等によって適宜設定される。

【0072】

一例として、電極１２０の幅Ｌ１２０は、例えば、４０μｍ以上、３００μｍ以下である。また、開口部１０３２の幅Ｌ１０３２は、例えば、２０μｍ以上、２００μｍ以下である。また、電極１２０上の保護膜１０３の幅Ｌ１０３は、例えば、１０μｍ以上、５０μｍ以下である。また、距離Ｌ１２０１は、例えば、１０μｍ以上、５０μｍ以下である。

【0073】

また、保護膜１０３の厚みをＴ１０３とする。保護膜１０３の厚みＴ１０３は、特に限定されるものではないが、大きい方が好ましい。具体的には、電極１２０間に印加する交流電圧の周波数が比較的低い領域では、上述したように、酸化膜１２０４の外側の領域同士間の電界（保護膜１０３を通過する電界）は誘電体粒子Ｐ１にほとんど作用しない。その一方、電極１２０間に印加する交流電圧の周波数が高い領域では、酸化膜１２０４の外側の領域同士間の電界が誘電体粒子Ｐ１に作用する。このため、交流電圧の周波数を変化させた際に、粒子に作用する電界が不安定になりやすく、特定の粒子のみを分離できないおそれがある。

【0074】

従って、電極１２０の単位面積当たりに関して、酸化膜１２０４同士間の静電容量は、酸化膜１２０４の外側の領域同士間の静電容量よりも１０倍以上大きいことが好ましい。このように構成すれば、酸化膜１２０４の外側の領域同士間の電界（保護膜１０３を通過する電界）が誘電体粒子Ｐ１に作用する周波数を、酸化膜１２０４同士間の電界（開口部１０３２を通過する電界）が誘電体粒子Ｐ１に作用する周波数に比べて約１０倍高くすることが可能である。

【0075】

一例として、保護膜１０３の厚みＴ１０３は、例えば、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。

【0076】

次に、図６～図１０を参照して、本実施形態の流路チップ１００の製造方法を説明する。図６は、本実施形態の流路チップ１００の製造方法のフロー図である。図７～図１０は、本実施形態の流路チップ１００の製造方法を説明するための拡大断面図である。本実施形態の流路チップ１００の製造方法は、ステップＳ１～ステップＳ５を含む。

【0077】

図６および図７に示すように、ステップＳ１において、基板１０１上に、電極１２０を形成する。具体的には、基板１０１の一方面１０１１上に、例えば真空蒸着法によって、電極１２０となる電極層を形成する。そして、例えば、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチングによって電極層をパターニングして、所定形状を有する電極１２０を形成する。なお、基板１０１上に電極層を形成する方法は、真空蒸着法に限らず、スパッタリング法等の他の方法を用いてもよい。

【0078】

次に、ステップＳ２において、図８に示すように、電極１２０を覆うように保護層１０３０を形成する。具体的には、基板１０１の一方面１０１１および電極１２０上に、例えば、スパッタリング法によって、保護膜１０３となる保護層１０３０を形成する。なお、保護層１０３０は、本発明の「絶縁保護層」の一例である。保護層１０３０を形成する方法は、スパッタリング法に限らず、真空蒸着法等の他の方法を用いてもよい。

【0079】

次に、ステップＳ３において、図９に示すように、開口部１０３２を形成する。具体的には、例えば、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチングによって保護層１０３０をパターニングして、所定形状を有する保護膜１０３を形成する。このとき、保護層１０３０のうち、流路カバー１０５で覆われない領域を除去する。また、このとき、本実施形態では、保護層１０３０のうち、電極１２０の一方面１２０５上の所定領域（開口部１０３２となる領域）を除去する。これにより、開口部１０３２を有する保護膜１０３が形成される。

【0080】

次に、ステップＳ４において、図１０に示すように、電極１２０に酸化膜１２０４を形成する。具体的には、保護膜１０３をマスクとして、電極１２０のうち開口部１０３２に対応する部分に酸化膜１２０４を形成する。酸化膜１２０４を形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、水熱酸化法、乾式熱酸化法および湿式酸化法を用いることができる。本実施形態では、水熱酸化法によって酸化膜１２０４が形成される。

【0081】

次に、ステップＳ５において、図３および図４に示すように、流路カバー１０５を電極１２０および保護膜１０３が形成された基板１０１に取り付ける。具体的には、流路カバー１０５のうちの基板１０１側の面と、保護膜１０３および基板１０１の流路カバー１０５側の面とをプラズマ処理する。そして、プラズマ処理された面同士を貼り合わせる。これにより、流路カバー１０５と保護膜１０３および／または基板１０１とが接着するとともに、流路カバー１０５が基板１０１に取り付けられる。このとき、流路カバー１０５と基板１０１との間に、流路１１０が形成される。

【0082】

以上のようにして、流路チップ１００が製造される。

【0083】

（第１変形例）
次に、図１１を参照して、本発明の第１変形例による流路チップ１００について説明する。図１１は、本発明の第１変形例による流路チップ１００の構造を模式的に示す拡大平面図である。第１変形例では、上記実施形態とは異なり、開口部１０３２が流路１１０に跨って配置される例について説明する。

【0084】

図１１に示すように、第１変形例の流路チップ１００では、開口部１０３２は、流路１１０に跨って配置される。具体的には、開口部１０３２の第２方向Ｙの長さは、流路１１０の分離流路１１２の第２方向Ｙの長さよりも長い。また、開口部１０３２の第２方向Ｙの両端部は、流路１１０の外部に配置されている。開口部１０３２は、平面視で流路カバー１０５の側壁１０５１と交差する。つまり、開口部１０３２は、流路１１０の幅方向（第２方向Ｙ）の全域にわたって配置される。従って、流路１１０の幅方向端部を通過する誘電体粒子Ｐ１に対しても誘電泳動力が作用するので、誘電体粒子Ｐ１が電極１２０を通過することを抑制できる。言い換えると、誘電体粒子Ｐ１の捕捉効率が低下することを抑制できる。

【0085】

第１変形例のその他の構造、製造方法および効果は、上記実施形態と同様である。

【0086】

（第２変形例）
次に、図１２を参照して、本発明の第２変形例による流路チップ１００について説明する。図１２は、本発明の第２変形例による流路チップ１００の構造を模式的に示す平面図である。第２変形例では、上記実施形態とは異なり、電極１２０の歯部１２１１および歯部１２２１が流路１１０に対して傾斜している例について説明する。

【0087】

図１２に示すように、第２変形例の流路チップ１００では、第１電極１２１の複数の歯部１２１１、および、第２電極１２２の複数の歯部１２２１は、流路１１０が延びる第１方向Ｘに対して交差する第２方向Ｙに延びる。第２変形例では、上記実施形態とは異なり、第２方向Ｙは、第１方向Ｘに対して傾斜する。つまり、第２変形例では、歯部１２１１および歯部１２２１は、流路１１０に対して傾斜する。このように構成することによって、例えば、特定の周波数の交流電圧を第１電極１２１と第２電極１２２との間に印加することにより、誘電体粒子Ｐ１を歯部１２１１および歯部１２２１に沿って移動させることが可能である。よって、誘電体粒子Ｐ１を他の成分Ｐ２から分離することが可能である。以下、詳細に説明する。

【0088】

第２変形例では、流路１１０の収集部１１３は、第１収集部１１３１と第２収集部１１３２とを有する。第１収集部１１３１は、誘電体粒子Ｐ１を収集する。第２収集部１１３２は、他の成分Ｐ２を収集する。流路１１０は、第１接続流路１１４１と第２接続流路１１４２とをさらに有する。第１接続流路１１４１は、分離流路１１２の下流部と第１収集部１１３１とを接続する。第２接続流路１１４２は、分離流路１１２の下流部と第２収集部１１３２とを接続する。

【0089】

第２変形例の流路チップ１００では、特定の周波数の交流電圧を第１電極１２１と第２電極１２２との間に印加することにより、分離流路１１２を通過する誘電体粒子Ｐ１に誘電泳動力が作用する。これにより、誘電体粒子Ｐ１は、歯部１２１１および歯部１２２１に沿って移動する。第２変形例では、誘電体粒子Ｐ１は、歯部１２１１および歯部１２２１に沿って、第１接続部１２１２側に移動する。なお、第２変形例では、誘電体粒子Ｐ１が電極１２０に捕捉されないように、交流電圧の周波数を設定する。

【0090】

そして、誘電体粒子Ｐ１は、第１接続流路１１４１を通過して第１収集部１１３１に収集される。一方、他の成分Ｐ２は、分離流路１１２を直進し、第２接続流路１１４２を通過して第２収集部１１３２に収集される。

【0091】

第２変形例のその他の構造、製造方法および効果は、上記実施形態および第１変形例と同様である。

【0092】

（第３変形例）
次に、図１３を参照して、本発明の第３変形例による流路チップ１００について説明する。図１３は、本発明の第３変形例による流路チップ１００の構造を模式的に示す平面図である。第３変形例では、上記実施形態とは異なり、流路チップ１００が、例えば、ＨＤＦ（Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）２００を備える例について説明する。

【0093】

図１３に示すように、第３変形例では、流路チップ１００は、ＨＤＦ２００をさらに備える。ＨＤＦ２００は、電極１２０に対して上流側に配置される。ＨＤＦ２００は、流体力学的フィルタとしての機能を有する。例えば、ＨＤＦ２００は、微粒子の分離・濃縮を目的としたマイクロ流路である。ＨＤＦ２００は、分離流路１１２から分岐する複数の分岐流路２０１を有する。複数の分岐流路２０１と、分離流路１１２の一部とによって、ＨＤＦ２００が構成される。複数の分岐流路２０１は、例えば、分離流路１１２に対して垂直に延びるように配置される。また、複数の分岐流路２０１は、例えば、分離流路１１２の延びる方向に沿って略等ピッチで配置される。

【0094】

複数の分岐流路２０１には、分離流路１１２を流通する液が流れ込む。また、複数の分岐流路２０１には、分離流路１１２を流通する液に含有される粒子の一部が流れ込む。粒径の小さな粒子ほど分岐流路２０１に流れ込みやすく、粒径の大きな粒子ほど分岐流路２０１に流れ込みにくい。つまり、ＨＤＦ２００は、分離流路１１２を流通する液から比較的小さな粒子を分離する。第３変形例では、誘電体粒子Ｐ１は、ＨＤＦ２００の分岐流路２０１に流れ込まず、分離流路１１２を略直進する。

【0095】

第３変形例では、上記のように、流路チップ１００がＨＤＦ２００をさらに備える。従って、ＨＤＦ２００によって、サンプル液に含まれる粒子から所定サイズ未満の粒子を分離し、その後、電極１２０によって、所定サイズ以上の粒子から誘電体粒子Ｐ１を分離することができる。

【0096】

第３変形例のその他の構造、製造方法および効果は、上記実施形態、第１変形例および第２変形例と同様である。

【0097】

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質、形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0098】

例えば、上記実施形態では、電極１２０が第１層１２０１、第２層１２０２および第３層１２０３を有する例について示したが、本発明これに限らない。例えば、電極１２０は、１つの層、２つの層、または、４つ以上の層を有してもよい。

【0099】

また、上記実施形態では、第１電極１２１および第２電極１２２が櫛歯形状を有する例について示したが、本発明これに限らない。例えば、第１電極１２１および第２電極１２２は、櫛歯形状を有しなくてもよい。

【0100】

また、上記実施形態では、流路１１０内において、保護膜１０３が電極１２０の側面１２０６を覆う例について示したが、本発明これに限らない。保護膜１０３は、電極１２０の側面１２０６の一部または全てを覆わなくてもよい。ただし、側面１２０６のうち保護膜１０３によって覆われていない部分がサンプル液中に溶解することを抑制するためには、流路１１０と重なる領域において、保護膜１０３が電極１２０の側面１２０６の全てを覆うことが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0101】

本発明は、流路チップ、および、流路チップの製造方法の分野に利用可能である。

【符号の説明】

【0102】

１００ ：流路チップ
１０１ ：基板
１０３ ：保護膜（絶縁保護膜）
１０５ ：流路カバー
１１０ ：流路
１２０ ：電極
１２１ ：第１電極
１２２ ：第２電極
１０１１ ：一方面
１０３０ ：保護層（絶縁保護層）
１０３２ ：開口部
１２０１ ：第１層
１２０２ ：第２層
１２０３ ：第３層
１２０４ ：酸化膜
１２０５ ：一方面
１２０６ ：側面
Ｐ１ ：誘電体粒子
Ｘ ：第１方向
Ｙ ：第２方向
Ｚ ：第３方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】