微流控芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片(microfluidic chip)及其制造方法。

背景技术

在再生医疗领域中，注重分离细胞等生物体内微粒并捕捉的分取技术，作为其技术之一，已知利用介电电泳力的分取装置(例如，专利文献1)。这种分取装置例如具有使生物体内微粒与样品液(培养液等)一起流动的流路、以及用于分取该生物体内微粒的电极。分取装置对电极施加交流电压，使在流路内流动的液体中产生电场，从而对生物体内微粒进行电分取。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2014/207617号

发明内容

发明要解决的问题

当对电极施加使生物体内微粒移动的程度的电压时，在构成电极的金属与液体界面之间发生电化学反应，电极能够容易电解。因此，有时通过成膜处理形成绝缘保护膜，以保护电极。

然而，绝缘保护膜在交流电压下作为电抗(虚拟电阻)发挥作用，这会降低来自电极的电压输出电平。因此，当较厚地形成绝缘保护膜时(例如，将电极膜厚设为100nm并将绝缘保护膜设为200nm时)，分取性能可能会显著降低。另一方面，在较薄地形成绝缘保护膜的情况下(例如100nm以下)，由于成膜的偏差，电极表面容易露出，特别地，在进行溅射等单向成膜的情况下，电极的侧壁部分容易露出。

本发明的目的在于，提供适当地保护微流控芯片的电极的技术。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，第一方面是一种微流控芯片，具有：基板；电极，配置于所述基板的一侧的表面；绝缘膜，覆盖所述电极的一侧的表面，由使所述电极中含有的金属氧化的氧化膜或使所述金属氮化的氮化膜构成；以及流体容纳部，在所述绝缘膜的所述一侧能够容纳流体。

第二方面，在第一方面的微流控芯片中，所述流体容纳部在所述流体与所述绝缘膜接触的状态下容纳所述流体。

第三方面，在第一方面或第二方面的微流控芯片中，所述电极朝向所述一侧依次包括导电层以及表面层，所述导电层包含具有导电性的第一金属，所述表面层包含与所述第一金属不同的第二金属，所述绝缘膜为所述表面层中包含的所述第二金属的氧化膜或氮化膜。

第四方面，在第三方面的微流控芯片中，所述第二金属是钛、铟、锡、铜、钼、银、铬、钽、钨、硅或由它们构成的金属化合物。

第五方面，在第一方面至第四方面中任一方面所述的微流控芯片中，所述流体容纳部具有所述流体流动的流路，所述流路位于所述绝缘膜的所述一侧。

第六方面，在第五方面的微流控芯片中，所述流路具有：主流路，具有第一端部和第二端部，所述流体从所述第一端部朝向所述第二端部流动；以及多个副流路，与所述主流路的所述第二端部连接，供所述流体流动，所述电极施加用于将在所述主流路流动的所述流体中的粒子分离到所述多个副流路中的任意一个的电压。

第七面是一种微流控芯片的制造方法，包括：工序a)，准备在一侧的表面具有电极的基板；工序b)，通过使所述基板中的所述电极中含有的金属氧化或氮化，在所述电极的所述一侧的表面形成作为氧化膜或氮化膜的绝缘膜；以及工序c)，在所述工序b)之后，形成在所述绝缘膜的一侧能够容纳流体的流体容纳部。

第八方面，在第七方面的微流控芯片的制造方法中，所述工序b)是通过热氧化法或湿式氧化法形成所述绝缘膜的工序。

第九方面，在第七方面或第八方面的微流控芯片的制造方法中，所述电极朝向所述一侧依次具有导电层以及表面层，所述导电层包含具有导电性的第一金属，所述表面层包含与所述第一金属不同的第二金属，所述工序b)是通过使所述表面层的所述第二金属氧化或氮化而形成所述绝缘膜的工序。

发明的效果

根据第一方面的微流控芯片，能够通过电极表面的氧化处理或氮化处理形成绝缘膜。因此，与通过成膜处理形成绝缘膜的情况相比，能够容易地保护电极。

根据第二方面的微流控芯片，与通过成膜处理在电极与流体容纳部之间形成保护膜的情况相比，能够以低成本且较少的工序适当地保护电极。

根据第三方面的微流控芯片，能够选择适于形成氧化膜或氮化膜的第二金属，以能够通过第一金属的导电层确保电极的导电性。

根据第四方面的微流控芯片，能够利用第二金属的氧化膜或氮化膜有效地保护电极。

根据第五方面的微流控芯片，通过在使流体在流路中流动的同时对电极施加电压，能够对流体施加电压。

根据第六方面的微流控芯片，电极被施加用于将在主流路中流动的流体中的粒子分离到多个副流路中的任意一个的电压。由此，能够分取流体中的粒子。

根据第七方面的微流控芯片的制造方法，能够通过电极表面的氧化处理或氮化处理形成绝缘膜。因此，与通过成膜处理形成绝缘膜的情况相比，能够容易地保护电极。

根据第八方面的微流控芯片的制造方法，能够容易地氧化电极的表面，从而能够容易地形成绝缘膜。

根据第九方面的微流控芯片的制造方法，能够选择适于形成氧化膜或氮化膜的第二金属，以能够通过第一金属的导电层确保电极的导电性。

附图说明

图1是实施方式的微流控芯片的俯视图。

图2是表示图1所示的微流控芯片的电压施加部的俯视图和剖视图。

图3是概念性地示出在电极的表面形成绝缘膜的状态的图。

图4是表示绝缘膜以及保护膜的有无造成的阻抗的变化的图。

图5是表示绝缘膜的有无造成的电容的变化的图。

图6是表示进行了耐久试验的电极的俯视图。

具体实施方式

下面，参考附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，该实施方式所记载的结构构件只是示例，本发明的范围并不限于此。在附图中，为了便于理解，有时会根据需要夸大或简化各部的尺寸或数量来进行图示。

图1是实施方式的微流控芯片1的俯视图。微流控芯片1是对流体施加电压的装置。微流控芯片1例如为分离细胞等生物体内微粒并捕捉的细胞分选器。微流控芯片1具有基板10、流体容纳部20以及电压施加部30。以下，对微流控芯片1的各结构进行说明。

基板10例如为由石英等构成的玻璃基板。流体容纳部20具有能够容纳流体(包含生物体内微粒的液体等)的结构，由树脂或石英玻璃等构成。流体容纳部20配置于基板10的上侧(参照图2)。流体容纳部20具有侧壁部21以及顶部23(参照图2)。侧壁部21和顶部23为隔开容纳流体的空间的部分，构成相对于基板10的表面直立的壁。顶部23是堵塞容纳流体的空间的上侧的部分。

如图1所示，流体容纳部20构成流体流动的流路。具体而言，流体容纳部20具有主流路25和两个副流路27。主流路25具有第一端部251和第二端部252。能够向第一端部251供给液体。供给至第一端部251的液体朝向第二端部252流动。

两个副流路27的端部分别与主流路25的第二端部252连接。主流路25与两个副流路27以液体能够流通的方式连结。

电压施加部30具有以梳齿状排列的多个电极31。如图2所示，多个电极31以横穿流体容纳部20的主流路25的方式延伸。

对电压施加部30的各电极31施加用于分离液体中的生物体内微粒的交流电压。在施加交流电压时，在各电极31的周围产生分取用的电场。该分取用的电场作用于在主流路25中流动的液体中的生物体内微粒，从而能够将液体中的生物体内微粒输送到两个副流路27中的任意一个。

图2是表示图1所示的微流控芯片1的电压施加部30的俯视图和剖视图。如图2所示，电压施加部30的电极31配置于基板10的上表面。电极31由具有导电性的金属构成。需要说明的是，此处所述的金属是也包括合金的概念。

图2所示的电极31为多层结构，从下侧(基板10侧)向上侧依次具有粘接层311、导电层313以及表面层315。粘接层311是为了使基板10的表面与电极31贴附而设置的层，例如包含钛。导电层313由具有导电性的金属(铝等)构成。表面层315位于电极31的最上部，例如包含钛。电极31的多层结构例如通过采用真空蒸镀的成膜形成。对电极31的各层的膜厚没有特别限定，可以将粘接层311的膜厚设为10nm，将导电层313的膜厚设为100nm，并将表面层315的膜厚设为10nm。

在电极31中，通过由钛构成与基板10接触的粘接层311，能够使电极31贴附在基板10上。特别地，当基板10为玻璃基板时，能够使电极31良好地贴附在基板10上。电极31的表面层315是为了形成后述的绝缘膜33而设置的。优选地，导电层313的金属(第一金属)的导电性比表面层315的金属(第二金属)和粘接层311的金属更高。作为表面层315的金属，除了钛以外，还可以采用铝、铟、锡、铜、钼、银、铬、钽、钨、硅或由它们构成的金属化合物。

需要说明的是，电极31并不是必须为多层，也可以为单层。另外，电极31并不是必须包含两种以上的金属，电极31也可以仅包含一种金属。当由一种金属构成时，例如，可以采用铝、钛、铟、锡、铜、钼、银、铬、钽、钨、硅或由它们构成的金属化合物。

如图2所示，电极31的上表面被绝缘膜33覆盖。绝缘膜33由使构成电极31的金属氧化的氧化膜或使构成电极31的金属氮化的氮化膜构成。即，将电极金属的元素符号设为“M”时，如果绝缘膜33是氧化膜，则用M

图3是概念性地示出在电极31的表面形成绝缘膜33的状态的图。如图3所示，通过对电极31的表面层315实施氧化处理或氮化处理，能够在电极31的表面形成绝缘膜33。在氧化表面层315的情况下，例如，能够应用热氧化法(干式热氧化法或水热氧化法)或湿式氧化法。例如，当电极31的表面层315由10nm厚的钛构成时，使用高压釜(autoclave)，将水相对于高压釜的内容积的填充率设为5～10％，并将温度设为130～140℃，处理2小时，从而能够氧化表面层315的钛。另外，在氮化表面层315的情况下，能够采用使表面层315暴露于高温条件下的氮化环境的氮化处理。

如图2所示，包括形成有绝缘膜33的电极31的基板10的表面可以被保护膜40覆盖。保护膜40例如为通过溅射成膜的硅氧化膜(SiO

需要说明的是，微流控芯片1并不是必须具有保护膜40。即，微流控芯片1也可以不具有保护膜40。在该情况下，位于基板10的表面以及电极31的表面的绝缘膜33构成流体容纳部20的底面。因此，当流体容纳部20容纳液体时，基板10的表面和绝缘膜33与液体接触。即使在没有保护膜40的情况下，也通过绝缘膜33抑制了电极31与液体直接接触。因此，能够抑制施加电压时电极31被电解。如上所述，在不通过成膜处理形成保护膜40的情况下，能够省略保护膜40的形成所涉及的成本和工序数，因此，能够以低成本且较少的工序数制作微流控芯片1。

在电极31的表面形成绝缘膜33后，将流体容纳部20安装在基板10的上表面。由此，流体容纳部20配置于绝缘膜33的上侧。需要说明的是，在基板10的上表面形成保护膜40的情况下，可以在形成保护膜40后，将流体容纳部20安装在基板10的上表面。

<绝缘膜引起的电特性的变化>

然后，参照图4和图5说明绝缘膜33和保护膜40的有无造成的微流控芯片1的电特性的变化。

图4是表示绝缘膜33和保护膜40的有无造成的阻抗的变化的图。在图4中，纵轴表示阻抗，横轴表示频率。另外，图5是表示绝缘膜33的有无造成的电容的变化的图。在图5中，纵轴表示电容，横轴表示频率。图4和图5示出了使用LCR测量仪对电极31施加交流电压来测定微流控芯片1的电特性(阻抗和电容)的结果。需要说明的是，使用高传导率液体作为流体容纳部20中容纳的样品液，以使液体对于测定值的影响接近0。

图4中，曲线图G11示出了没有绝缘膜33且没有保护膜40的情况下的测定结果。图4中，曲线图G12示出了存在绝缘膜33且没有保护膜40的情况下的测定结果。图4中，曲线图G13示出了没有绝缘膜33且存在保护膜40(SiO

如图4所示，在存在保护膜40的情况下(曲线图G13)，与没有保护膜40的情况(曲线图G11、G12)相比，阻抗向高频侧发生位移。该位移表明了施加交流电压时产生的电流降低导致电抗变高。即，由于保护膜40的电抗高，在保护膜40中产生电压下降，因此，难以在液体中高效地扫描电压。因此，优选保护膜40的厚度尽可能地薄或者不设置保护膜40，以高效地扫描电压。

另外，如图4所示，在没有绝缘膜33(曲线图G11)的情况下，在电极31与溶液界面形成的双电层91的大电容成为主体，因此，电抗降低，形成低阻抗。另一方面，在存在绝缘膜33的情况下(曲线图G12)，阻抗向高频侧发生位移。这表明了形成了来自绝缘膜33的电容成分，这是因为，与没有绝缘膜33的情况相比，与上述双电层91的合成电容减小。即，由于来自绝缘膜33的电容成分为小电容，因此，电抗升高，形成高阻抗。

如图5所示，在没有绝缘膜33的情况下(曲线图G21)，在直流成分开始出现的低频区域，观察到电容的增加。认为该增加是由于电极31在液体中露出而产生电解，由此导致电流增加。另一方面，在存在绝缘膜33的情况下(曲线图G22)，无论频率多少，电容成分几乎显示为恒定值。即，认为存在绝缘膜33抑制了电极31的电解。

图6是表示进行了耐久试验的电极31的俯视图。在耐久试验中，在流体容纳部20中贮存饱和食盐水的状态下，对电极31施加规定的交流电压(2V，10Hz)。图6中，左侧示出了没有绝缘膜33的电极31，右侧示出了存在绝缘膜33的电极31。需要说明的是，在任意一种情况下，均未设置保护膜40。

如图6所示，可知在没有绝缘膜33的情况下(左)，与存在绝缘膜33的情况(右)相比，电极31受到较大损伤。根据该结果可知，通过在电极31的表面形成绝缘膜33，能够适当地抑制与液体的接触引起的电极31的电解。

在上述实施方式中，电极31配置为产生将在主流路25中移动的生物体内微粒分离到两个副流路27中的任意一个的力。然而，电极的用途并不限于此。例如，电极也可以配置为能够测定液体中的粒子的电特性(介电光谱等)。

详细说明了本发明，上述说明在所有方面均为例示，本发明并不仅限于此。应理解为在不脱离本发明的范围的情况下能够想到未例示的众多变形例。只要不相互矛盾，上述各实施方式及各变形例中所说明的各个结构能够适当组合或省略。

附图标记的说明：

1微流控芯片

10基板

20流体容纳部

25主流路

27副流路

31电极

33绝缘膜

251第一端部

252第二端部

313导电层

315表面层