專利名稱：流路結(jié)構(gòu)體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在化學(xué)分析芯片等具有細(xì)微的流路的裝置中使用的流路結(jié)構(gòu)體及其制造方法。
背景技術(shù)：
流路結(jié)構(gòu)體組裝在用于對抗原或DNA等蛋白質(zhì)、血液、糖質(zhì)、脂質(zhì)等進(jìn)行分析的化學(xué)分析芯片中。圖17是專利文獻(xiàn)1所記載的以往的化學(xué)分析芯片1的立體圖。化學(xué)分析芯片被用于例如抗原抗體反應(yīng)的分析，其具備導(dǎo)入含有抗原的測定液的導(dǎo)入口 2和將導(dǎo)入的測定液向反應(yīng)部4輸送的流路槽3，使輸送來的測定液的抗原在反應(yīng)部4與抗體進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)后的測定液通過酶反應(yīng)等著色，并利用熱透鏡顯微鏡等測定著色量，從而對抗原的濃度等進(jìn)行分析。在這種化學(xué)分析中，要求將流路槽3內(nèi)的測定液等液體均質(zhì)地混合并使其濃度的分布均勻。通過使流路槽3內(nèi)的液體均質(zhì)，能夠促進(jìn)在反應(yīng)部4進(jìn)行的反應(yīng)或能夠提高在檢測區(qū)域的檢測精度。然而，當(dāng)測定液通過化學(xué)分析芯片1的流路槽3時，存在無法使測定液均質(zhì)的情況。若測定液不是均質(zhì)的，則反應(yīng)變慢，或者檢測精度變低，從而使化學(xué)分析芯片的特性下降。專利文獻(xiàn)1日本特開2007-292527號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
流路結(jié)構(gòu)體具備形成有流路槽的基板和從流路槽的內(nèi)壁延伸的多個纖維狀突起物。液體在流路槽內(nèi)流動。流路槽的內(nèi)壁由硅構(gòu)成。液體在流路槽內(nèi)流動。該流路結(jié)構(gòu)體能夠使流路槽內(nèi)的液體均質(zhì)。


圖IA是本發(fā)明的實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的俯視圖。圖IB是沿圖IA所示的流路結(jié)構(gòu)體的線1B-1B的剖視圖。圖2是實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖3是實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的纖維狀突起物的放大圖。圖4A是實(shí)施方式1的其他流路結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖4B是圖4A所示的流路結(jié)構(gòu)體的纖維狀突起物的放大圖。圖5表示實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的纖維狀突起物的X射線分光分析的結(jié)果。圖6是表示實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖7A是表示實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖7B是表示圖7A所示的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖8A是表示實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的又一其他制造工序的剖視圖。
圖8B是表示圖8A所示的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖9是表示圖8A所示的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖IOA是表示圖8A所示的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖IOB是表示圖8A所示的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖IOC是表示實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的又一其他制造工序的剖視圖。圖IOD是表示圖IOC所示的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖IOE是表示圖IOC所示的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖IOF是表示圖IOC所示的流路結(jié)構(gòu)體的制造工序的剖視圖。圖11是實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體的示意俯視圖。圖12是實(shí)施方式1的其他流路結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖13是實(shí)施方式1的又一其他流路結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖14是本發(fā)明的實(shí)施方式2的流路結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖15是本發(fā)明的實(shí)施方式3的流路結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖16A是實(shí)施方式3的其他流路結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖16B是實(shí)施方式3的又一其他流路結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖17是現(xiàn)有的化學(xué)分析芯片的立體圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式1)圖IA是本發(fā)明的實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5的俯視圖。流路結(jié)構(gòu)體5具備由硅構(gòu)成的基板7。在基板7的表面7A形成有流路槽6、導(dǎo)入口 8A、8B及導(dǎo)出口 9。流路槽6 從導(dǎo)入口 8A、8B延伸到導(dǎo)出口 9。具體而言，流路槽6具有通過連接部6D連接的導(dǎo)入路槽 6A、6B和合流路槽6C。導(dǎo)入路槽6A從導(dǎo)入口 8A延伸到連接部6D。導(dǎo)入路槽6B從導(dǎo)入口 8B延伸到連接部6D。合流路槽6C從連接部6D延伸到導(dǎo)出口 9。圖IB是沿圖IA所示的流路結(jié)構(gòu)體5的線1B-1B的剖視圖。流路槽6具有由硅構(gòu)成的內(nèi)壁6E。流路結(jié)構(gòu)體5還具備由設(shè)置在內(nèi)壁6E上的多個纖維狀突起物10構(gòu)成的纖維狀層110。多個纖維狀突起物10與內(nèi)壁6E直接接合，且該纖維狀突起物10由二氧化硅構(gòu)成。即，構(gòu)成基板7和纖維狀突起物10的原子或分子相互共價結(jié)合。在基板7的內(nèi)壁6E 和纖維狀突起物10接合的部分不包含構(gòu)成基板7和纖維狀突起物10的原子或分子以外的粘接劑等材料，而是僅包含基板7的內(nèi)壁6E和纖維狀突起物10的材料?；?具有表面 7A的相反側(cè)的表面7B。在實(shí)施方式1中，基板7由單結(jié)晶硅構(gòu)成。在基板7中，只要內(nèi)壁6E由硅構(gòu)成即可，基板7也可以由多結(jié)晶硅、無定形硅構(gòu)成。基板7的厚度Tl優(yōu)選為Imm以下，在實(shí)施方式1中為約500 μ m。流路槽6的深度 T2為100 μ m左右。圖2是流路結(jié)構(gòu)體5的流路槽6的內(nèi)壁6E附近的部分的剖視圖。如圖2所示，纖維狀突起物10可以具有從內(nèi)壁6E埋入基板7的部分10A。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，纖維狀突起物10 通過基板7而牢固地接合。圖3是纖維狀突起物10的放大圖，為由掃描型電子顯微鏡拍攝的顯微鏡照片。纖維狀突起物10的從內(nèi)壁6E起的全長為10 μ m 200 μ m左右。如圖3所示，多個纖維狀突起物10具有以相互纏繞的方式密集地卷彎的形狀。在這種情況下，流路槽6內(nèi)的纖維狀層 110的高度T3為30 μ m左右。圖4A為實(shí)施方式1的其他流路結(jié)構(gòu)體1005的剖視圖。在圖4A中，對于與圖IA 和圖IB所述的流路結(jié)構(gòu)體5相同的部分賦予相同的參照符號。流路槽6具有在基板7的表面7A開口的開口部6J。流路槽6的內(nèi)壁6E具有流路槽6的底部6F、從底部6F延伸到基板7的表面7A的側(cè)壁6G、6H。底部6F位于開口部6J的相反側(cè)。在流路結(jié)構(gòu)體1005中， 多個纖維狀突起物10從流路槽6的內(nèi)壁6E向相同的方向即從底部6F朝向開口部6J的方向Dl延伸，纖維狀層110從流路槽6的底部6F設(shè)置到開口部6J。另外，纖維狀層110的高度T3與流路槽6的深度T2相同。圖4B是流路結(jié)構(gòu)體1005的纖維狀突起物10的放大圖。 多個纖維狀突起物10包括分支成多個枝體210的纖維狀突起物10。多個枝體210向與方向Dl不同的方向延伸。多個纖維狀突起物10相互纏繞且分出多個枝體210，由此，纖維狀突起物10相互牢固地結(jié)合而構(gòu)成纖維狀層110。纖維狀突起物10的直徑為0. Olym 10 μ m，多個纖維狀突起物10的間隔為 0. 001 ΙΟμπι。圖5表示由纖維狀突起物10構(gòu)成纖維狀層110的X射線分光分析的結(jié)果。如圖 5所示，由于除了存在于2Θ為約47°的區(qū)域內(nèi)的硅(110)取向的峰值之外未觀察到較大的峰值，所以可以考慮纖維狀突起物10由無定形的二氧化硅構(gòu)成。由無定形的二氧化硅構(gòu)成的纖維狀突起物10比由單結(jié)晶的二氧化硅構(gòu)成的纖維狀突起物難彎折。接下來，對實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5(1005)的制造方法進(jìn)行說明。圖6和圖7Α 是表示流路結(jié)構(gòu)體5的制造方法的剖視圖。通過蝕刻等方法準(zhǔn)備具有形成有流路槽6的表面7Α的基板。通過濺射使由Pt等作為催化劑的金屬附著到流路槽6的內(nèi)壁6Ε，從而形成催化劑層11。催化劑層11由在內(nèi)壁6Ε上分散的Pt的點(diǎn)狀的多個核IlA形成。流路槽6的內(nèi)壁6Ε從多個核IlA間露出。金屬未附著在基板7的表面7Α上，在表面7Α上未形成有催化劑層11。催化劑層11的膜厚優(yōu)選為20nm左右。通過控制膜厚，能夠控制纖維狀突起物10的直徑和生長速度。然后，將基板7放入熱處理爐的內(nèi)部，并在由氬等惰性氣體和氧構(gòu)成的氣氛中對熱處理爐的內(nèi)部進(jìn)行加熱，在規(guī)定的熱處理溫度1000 1300°C、氧的規(guī)定的分壓1 10001 的條件下對基板7 熱處理1000分鐘的時間。通過該熱處理，氣氛中的氧與內(nèi)壁6E的硅結(jié)合而形成的二氧化硅的分子與催化劑層11的核IlA相連，從而能夠如圖7A所示那樣在流路槽6的內(nèi)壁6E形成纖維狀突起物10。在圖7A所示的流路結(jié)構(gòu)體5中，在纖維狀突起物10與內(nèi)壁6E結(jié)合的部分存在催化劑層11的核IlA0或者，核IlA等的催化劑層11的一部分附著在纖維狀突起物10的表面或內(nèi)部。若考慮到生產(chǎn)性、纖維狀突起物10的耐熱性，則規(guī)定的熱處理溫度優(yōu)選為1100 1200°C，氧的規(guī)定分壓優(yōu)選為10 200Pa。纖維狀突起物10是以基板7的表面、尤其是流路槽6的內(nèi)壁6E的硅與通過熱處理供給的氧為原料而形成的，所以內(nèi)壁6E與纖維狀突起物10直接牢固地結(jié)合。通過使熱處理的氣氛的總壓比大氣壓低，能夠縮短纖維狀突起物10。纖維狀突起物10在熱處理中向氧所擴(kuò)散的方向延伸。通過提高氧的分壓，能夠?qū)⒍鄠€纖維狀突起物10的形狀形成為以密集地相互纏繞的方式卷彎的形狀。在氧的分壓低的情況下，多個纖維狀突起物10向相同的方向延伸。通過該工序，能夠以高的生產(chǎn)性來形成纖維狀突起物10。需要說明的是，在熱處理中，由于在未形成有流路槽6的硅基板7的表面7A未形成催化劑層11，所以在表面7A未形成纖維狀突起物10。在上述熱處理中，對熱處理爐的內(nèi)部進(jìn)行加熱，在溫度從室溫等初始溫度上升到規(guī)定的熱處理溫度之前，盡量減小氣氛中的氧的分壓或者使氣氛中不含氧。然后，當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)定的熱處理溫度并得到維持時，以比溫度上升時的分壓大的規(guī)定的分壓使氣氛中含有氧。需要說明的是，通過該工序能夠?qū)⒗w維狀突起物10的長度控制在1 μ m 500 μ m的范圍內(nèi)。若使熱處理爐的溫度從初始溫度上升到熱處理溫度時的氧的分壓成為上述規(guī)定的分壓，則會因過剩的氧而在內(nèi)壁6E上形成硅的氧化膜。該氧化膜在以規(guī)定的熱處理溫度進(jìn)行維持時會抑制纖維狀突起物10的生長。圖7B是表示流路結(jié)構(gòu)體5的其他制造工序的剖視圖。在圖7B中，對與圖6所示的基板7相同的部分賦予相同的參照符號。如圖7B所示，以流路槽6的內(nèi)壁6E露出的方式，在由硅構(gòu)成的基板7的表面7A形成由二氧化硅構(gòu)成的氧化膜112，然后，通過濺射使Pt 等作為催化劑的金屬附著到內(nèi)壁6E和氧化膜112上，從而分別同時形成催化劑層11和催化劑層11B。催化劑層11和催化劑層IlB由在內(nèi)壁6E和氧化膜112上分散的Pt的點(diǎn)狀的多個核IlA形成。由于氧化膜112抑制纖維狀突起物10的生長，所以即使催化劑層IlB 堆積在氧化膜112上，也不會從氧化膜112形成纖維狀突起物10。另外，通過將氧化膜112 形成在流路槽6的內(nèi)壁6E的底部6F和側(cè)壁6G、6H中的任一個上，能夠僅在內(nèi)壁6E的從氧化膜112露出的部分形成纖維狀突起物10，而在內(nèi)壁6E的形成有氧化膜112的部分不形成纖維狀突起物10。另外，僅在由硅構(gòu)成的基板7的表面的規(guī)定位置形成催化劑層11。從而能夠僅在形成有催化劑層11的位置形成纖維狀突起物10，在基板7的表面的未形成有催化劑層11 的位置不形成纖維狀突起物10。關(guān)于形成催化劑層11的金屬，除了 Pt之外，F(xiàn)e、Co、Ni或Au等金屬也具有同樣的效果。這樣，通過實(shí)施方式1的制造方法，不僅在流路槽6的內(nèi)壁6E的底部6F形成纖維狀突起物10，在側(cè)壁6G、6H上也能夠容易形成纖維狀突起物10。圖8A、圖8B、圖9、圖IOA和圖IOB是表示實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5的其他的制造方法的剖視圖。在圖8A、圖8B、圖9、圖IOA和圖IOB中，對與圖6所示的基板7相同的部分賦予相同的參照符號。首先，如圖8A所示，以保護(hù)層12覆蓋基板7的表面7A。保護(hù)層12由二氧化硅或感光性樹脂等樹脂構(gòu)成，并且形成有在形成流路槽6的部分設(shè)置的孔12A。以從保護(hù)層12 的外側(cè)通過孔12A的方式將促進(jìn)蝕刻的蝕刻氣體和抑制蝕刻的氣體交替地噴向基板7的表面7A而對基板7進(jìn)行干蝕刻，由此，如圖8B所示，在基板7的表面7A形成流路槽6。蝕刻氣體可以使用SF6、CF4、NF3、XeF2中的至少一種。作為抑制蝕刻的氣體，可以使用CHF3或 C4F80接下來，如圖9所示，若將CF4、CHF3、C2F6、C3F8、C4F8中的至少一種的氣體在等離子體中分解并向流路槽6導(dǎo)入，則在內(nèi)壁6E上形成種層13。在以露出流路槽6的內(nèi)壁6E的方式利用保護(hù)層12對基板7的表面7A進(jìn)行選擇性地屏蔽時，通過向流路槽6導(dǎo)入該氣體， 能夠使種層13形成在流路槽6的內(nèi)壁6E和保護(hù)層12上。在形成流路槽6之后，通過在流路槽6的內(nèi)壁6E局部地形成由與保護(hù)層12相同的材料構(gòu)成的保護(hù)層，能夠僅在內(nèi)壁6E的規(guī)定部分形成纖維狀突起物10。即，通過將保護(hù)層形成在流路槽6的內(nèi)壁6E的底部6F和側(cè)壁6G、6H中的任意一個上，能夠僅在從內(nèi)壁6E的保護(hù)層露出的部分形成纖維狀突起物 10，而在內(nèi)壁6E的未形成有保護(hù)層的部分不形成纖維狀突起物10。種層13由含有C、F元素的有機(jī)聚合物所構(gòu)成的多個核13A構(gòu)成，其能夠通過等離子體CVD法將CF4、CHF3> C2F6, C3F8, C4F8等氟化碳系的氣體在等離子體中分解的方式形成。 另外，通過在電感耦合等離子體(ICP)中分解上述氣體，氣體的分解度變高，能夠容易且均勻地形成種層13。接下來，如圖IOA所示，通過使用了藥劑的化學(xué)處理去除保護(hù)層12。通過等離子體 CVD法形成的種層13的耐藥劑性比較強(qiáng)，因此能夠選擇性地僅除去保護(hù)層12。然后，在含有氧的氣氛中，通過以1000 1100°C的熱處理溫度對基板7進(jìn)行熱處理，如圖IOB所示，在流路槽6的內(nèi)壁6E的形成有種層13的部分形成由二氧化硅構(gòu)成的纖維狀突起物10。通過該方法，纖維狀突起物10與基板7的流路槽6的由硅構(gòu)成的內(nèi)壁6E 直接牢固地接合，所以具有優(yōu)越的耐熱性且難以從內(nèi)壁6E剝離?；?的內(nèi)壁6E優(yōu)選由純粹的硅構(gòu)成，但是也可以在內(nèi)壁6E上形成極薄的自然氧化膜。另外，也可以通過上述的熱處理在基板7的內(nèi)壁6E上形成極薄的氧化膜。即使所述的氧化膜形成在內(nèi)壁6E上，纖維狀突起物10也與內(nèi)壁6E直接牢固地結(jié)合。因二氧化硅的分子從種層13的核13A連續(xù)地延伸，從而纖維狀突起物10生長，所以在纖維狀突起物10中不易混合存在二氧化硅以外的物質(zhì)，從而具有雜質(zhì)少的組成。由于通過上述的熱處理使由C、F構(gòu)成的種層13(核13A)被燒掉，所以在圖IOB所示的流路結(jié)構(gòu)體5中的內(nèi)壁6E上不存在種層13，從而種層13不會妨礙流路槽6的內(nèi)壁6E的親水性。圖IOC至圖IOF是表示流路結(jié)構(gòu)體5的又一其他制造工序的剖視圖。首先，如圖 IOC所示，使用催化劑層11或種層13在流路槽6的內(nèi)壁6E和基板7的表面7A上分別形成纖維狀突起物10和纖維狀突起物310。然后，如圖IOD所示，由將纖維狀突起物10、310中的纖維狀突起物10完全覆蓋的樹脂等構(gòu)成的保護(hù)層212形成在內(nèi)壁6E上，使設(shè)置在表面 7A上的纖維狀突起物310從保護(hù)層212露出。然后，如圖IOE所示，使用氫氟酸(HF)、緩沖氫氟酸(BHF)等通常的蝕刻液對從保護(hù)層212露出的纖維狀突起物310進(jìn)行蝕刻而將其去除。然后，如圖IOF所示，去除保護(hù)層212。通過該方法，在露出的表面7A上不形成氧化膜。在該方法中，保護(hù)層212優(yōu)選通過溶劑等化學(xué)處理去除。若通過研磨等機(jī)械處理去除保護(hù)層212，則會使纖維狀突起物10遭到破壞。在形成纖維狀突起物10的熱處理中，氣氛除了氧和惰性氣體之外，還可以進(jìn)一步含有水蒸汽。由此，能夠加快纖維狀突起物10的生長。以下，說明實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5的動作。圖11是流路結(jié)構(gòu)體5的示意俯視圖。在流路槽6的合流路槽6C的內(nèi)壁6E上形成有由多個纖維狀突起物10構(gòu)成的纖維狀層110。從圖1所示的導(dǎo)入口 8A、8B向流路槽6的導(dǎo)入路槽6A、6B分別導(dǎo)入不同的測定液等液體5A、5B。液體5A、5B在連接部6D混合而成為液體5C，液體5C在合流路槽6C流動并向?qū)С隹?9輸送。液體5A、5B、5C可以是具有低粘度的水狀的液體，另外也可以是具有高粘度的凝膠狀的液體。在合流路槽19內(nèi)形成的多個纖維狀突起物10能夠使混合后的液體5C 均質(zhì)。在不具有多個纖維狀突起物10的情況下，具有在連接部6D形成層流而導(dǎo)致液體5A、 5B難以混合的情況。需要說明的是，在實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5中，纖維狀突起物10設(shè)置在合流路槽6C的中途，但是也可以設(shè)置在連接部6D。多個纖維狀突起物10能夠使在合流路槽6C(流路槽6)流動的液體5C的方向分散為多方向。由此，構(gòu)成液體5C的分子均質(zhì)地混合，其結(jié)果是，能夠提高流路槽6內(nèi)的液體 5C的均質(zhì)性。在裝入有流路結(jié)構(gòu)體5的化學(xué)分析芯片中，在反應(yīng)部使經(jīng)由流路結(jié)構(gòu)體5的流路槽6輸送的測定液反應(yīng)，或者經(jīng)由流路結(jié)構(gòu)體5的流路槽6在檢測部檢測反應(yīng)后的測定液。 在圖17所示的以往的化學(xué)分析芯片1中，由于測定液未均質(zhì)地混合，所以反應(yīng)變慢或檢測精度變低，使化學(xué)分析芯片1的特性下降。與此相對，在實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5中，由于能夠在流路槽6內(nèi)使測定液等液體均質(zhì)，所以能夠促進(jìn)反應(yīng)并提高檢測精度。在流路結(jié)構(gòu)體5中，纖維狀突起物10由具有高親水性的二氧化硅構(gòu)成。因此，由于液體5C沿著纖維狀突起物10的側(cè)面快速地蔓延，所以能夠減少液體在流路槽6流動時產(chǎn)生的氣泡。在基板7為由硅構(gòu)成的硅基板的情況下，能夠?qū)⒘髀凡?加工成細(xì)微且復(fù)雜的形狀。然而，由于硅具有疏水性，所以向液體浸潤性低，從而存在產(chǎn)生氣泡的情況。在實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5中，通過流路槽6內(nèi)的具有高親水性的纖維狀突起物10，能夠減少在流路槽6產(chǎn)生的氣泡。由于纖維狀突起物10由無定形的二氧化硅構(gòu)成，所以具有相互纏繞地卷曲的形狀，且能夠隨機(jī)地變化液體5C的流動。即使進(jìn)一步施加來自液體5C的壓力，因該壓力的作用而使纖維狀突起物10受到的應(yīng)力被分散，從而纖維狀突起物10難以彎折。在實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5中，能夠在流路槽6的內(nèi)壁6E的底部6F和側(cè)壁6G、 OT等任意的部分以期望的密度容易地形成纖維狀突起物10。由于能夠根據(jù)纖維狀突起物 10的密度和長度而改變流路槽6的內(nèi)壁6E的摩擦系數(shù)，所以能夠任意地控制液體5C從內(nèi)壁6E受到的力，從而能夠調(diào)整流路槽6內(nèi)的液體5C流動的速度。在圖1所示的流路結(jié)構(gòu)體5中，由于在流路槽6的底部6F和側(cè)壁6G、6H上均勻地形成有纖維狀突起物10，所以液體5C從內(nèi)壁6E受到的力均勻地變化，從而液體5C穩(wěn)定地流動。在實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5中，通過多個纖維狀突起物10能夠使流路槽6具有明顯大的表面積。能夠使大量的反應(yīng)物質(zhì)與纖維狀突起物10結(jié)合，從而能夠促進(jìn)液體5C 與該反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)。在圖4所示的流路結(jié)構(gòu)體1005中，在流路槽6中，由多個纖維狀突起物10構(gòu)成的纖維狀層Iio設(shè)置到流路槽6的開口部6J。在流路結(jié)構(gòu)體1005中，纖維狀層110還作為將在流路槽6流動的液體的異物去掉的過濾器而發(fā)揮作用。圖12是實(shí)施方式1的其他流路結(jié)構(gòu)體2005的剖視圖。在圖12中，對與圖IA和圖IB所示的流路結(jié)構(gòu)體5相同的部分賦予相同的參照符號。流路結(jié)構(gòu)體2005進(jìn)一步具備 設(shè)置在圖IA和圖IB所示的流路結(jié)構(gòu)體5的基板7的表面7A上且堵塞流路槽6的開口部 6J的蓋基板14。圖IA所示的導(dǎo)入口 8A、8B及導(dǎo)出口 9面對流路結(jié)構(gòu)體2005的外部。
由于基板7的表面7A為未形成纖維狀突起物10的平滑的面，所以能夠使蓋基板 14與基板7的表面7A密接。蓋基板14優(yōu)選通過不使用粘接劑的直接接合、陽極接合等接合方法與基板7的表面7A接合。通過該接合方法，能夠防止因粘接劑而抑制透光性、因粘接劑的涂布可見而導(dǎo)致流路槽6的形狀不良。蓋基板14可以由透光性材料構(gòu)成，由此能夠?qū)υ诹髀凡?流動的液體進(jìn)行光學(xué)性測定。關(guān)于透光性材料，可以容易地與用于測定的光的波長相匹配地選擇玻璃、石英、藍(lán)寶石等。這樣，本發(fā)明不局限于蓋基板14的材料及其制造方法。圖13是實(shí)施方式1的又一其他流路結(jié)構(gòu)體3005的剖視圖。在圖13中，對與圖4A 所示的流路結(jié)構(gòu)體1005相同的部分賦予相同的參照符號。在流路結(jié)構(gòu)體3005中，液體5D 從設(shè)置在基板7的表面7A的流路槽6的開口部6J與多個纖維狀突起物10平行地流動。 即，纖維狀突起物10與在流路槽6流動的液體5D的方向平行地延伸。在流路槽6的底部 6F形成纖維狀突起物10之后，通過對基板7的表面7B到流路槽6的底部6F進(jìn)行蝕刻，能夠在表面7B形成凹部7E。雖然多個纖維狀突起物10沿大致相同的方向延伸，但是由于其局部地相互纏繞，所以從凹部7E的底部無一欠缺地保持在基板7上?；?在表面7A、7B上具有直角的側(cè)面7C、7D。流路結(jié)構(gòu)體3005還具備與基板7 的側(cè)面7C、7D分別粘接的側(cè)壁基板114A、114B。液體5D在側(cè)壁基板114A、114B之間沿側(cè)壁基板114A、114B流動。雖然纖維狀突起物10以從基板7的開口部6J突出的方式延伸，但是側(cè)壁基板114A、114B還是能夠?qū)⒘髀方Y(jié)構(gòu)體3005完全密封。在流路結(jié)構(gòu)體3005中，由于纖維狀突起物10沿著在側(cè)壁基板114A、114B之間流動的液體5D的流動方向延伸，所以能夠在抑制流路阻力的同時提高液體5D的均質(zhì)性，而且還作為將液體5D內(nèi)的異物去除的過濾器而發(fā)揮作用。(實(shí)施方式2)圖14是本發(fā)明的實(shí)施方式2的流路結(jié)構(gòu)體4005的剖視圖。在圖14中，對與圖IA 和圖IB所示的流路結(jié)構(gòu)體5相同的部分賦予相同的參照符號。流路結(jié)構(gòu)體4005具備基板 107，替代圖IB所示的流路結(jié)構(gòu)體5的基板7。基板107是具有由硅構(gòu)成的硅層116、216和由硅層116、216夾著的二氧化硅層15的絕緣體上硅(SOI)基板。硅層116具有表面7A和表面7A的相反側(cè)的表面116B。二氧化硅層15具有位于硅層116的表面116B的表面15A 和表面15A的相反側(cè)的表面15B。硅層216具有位于二氧化硅層15的表面15B的表面216A 和表面216A的相反側(cè)的表面7B。與圖IB所示的實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5同樣，在實(shí)施方式2的流路結(jié)構(gòu)體4005 中，在基板107的表面7A形成有流路槽6。具體而言，與圖8A所示的基板7同樣，對基板 107的表面7A進(jìn)行蝕刻而形成流路槽6。蝕刻從表面7A進(jìn)行到二氧化硅層15。S卩，二氧化硅層15使蝕刻停止，從而流路槽6的深度T2與硅層16的厚度相同。由此，能夠容易地使流路槽6的深度T2恒定。在流路結(jié)構(gòu)體4005中，二氧化硅層15在流路槽6的內(nèi)壁6E中的底部6F露出，底部6F由二氧化硅構(gòu)成。硅層16在內(nèi)壁6E中的側(cè)壁6G、6H露出，側(cè)壁6G、6H由硅構(gòu)成。纖維狀突起物10形成在由硅構(gòu)成的表面上，其未形成在由二氧化硅構(gòu)成的面上，而是選擇性地形成在流路槽6的由硅構(gòu)成的面上。在流路結(jié)構(gòu)體4005中，流路槽6的底部6F形成在具有高親水性的二氧化硅層15的表面15A上，其側(cè)壁6G、6H由具有高親水性的二氧化硅構(gòu)成的纖維狀突起物10覆蓋。因此，能夠減少液體在流路槽6流動時產(chǎn)生的氣泡。(實(shí)施方式3)圖15是本發(fā)明的實(shí)施方式3的流路結(jié)構(gòu)體5005的剖視圖。在圖15中，對與圖IB 所示的實(shí)施方式1的流路結(jié)構(gòu)體5相同的部分賦予相同的參照符號。在流路結(jié)構(gòu)體5005 中，在基板7的表面7B設(shè)置有凹部22。凹部22位于設(shè)置在表面7A上的流路槽6的相反側(cè)?；?具有構(gòu)成流路槽6的底部6F的底板部20。流路槽6隔著底板部20與凹部22 的底部22F對置。基板7具有透光性，至少底板部20具有透光性。基板7具有位于凹部22 的周圍的腿部21。多個纖維狀突起物10形成在流路槽6的內(nèi)壁6E中的側(cè)壁6G、6H上，沒有形成在底部6F上。由于底板部20的下面即凹部22的底部22F光學(xué)性地露出，所以能夠觀測到可利用光尤其是透過底板部20的光容易地測定的細(xì)胞等物質(zhì)在流路槽6內(nèi)的光學(xué)反應(yīng)性。在流路結(jié)構(gòu)體5005中，利用從流路槽6的開口部6J通過底板部20到達(dá)凹部22而透過物質(zhì)的光能夠光學(xué)地觀察該物質(zhì)。另外，利用從凹部22通過底板部20反射到物質(zhì)而再次通過底板部20到達(dá)凹部22的光也能夠觀測該物質(zhì)。這樣，流路結(jié)構(gòu)體5005能夠根據(jù)光通過被觀測的物質(zhì)還是光不通過被觀測的物質(zhì)反射的情況，通過各種方法觀測該物質(zhì)。設(shè)置在凹部22的周圍的腿部21支承流路結(jié)構(gòu)體5005，從而提高流路結(jié)構(gòu)體5005 的機(jī)械強(qiáng)度。因此，能夠減薄具有透光性的底板部20，從而能夠降低底板部20的光的衰減而增大底板部20的透光性。由于基板7的腿部21由單結(jié)晶硅、多結(jié)晶硅等構(gòu)成，所以能夠進(jìn)行細(xì)微加工。基板7的厚度Tl為100 μ m 800 μ m,腿部21的厚度T4為100 μ m 500 μ m。底板部20的厚度和流路槽6的深度的和為0. Ιμπι 300μπι。需要說明的是，通過使流路槽 6的深度比腿部21的厚度Τ4大，從而能夠進(jìn)一步確保反應(yīng)路徑。通過使腿部21的厚度比流路槽6的深度大，腿部21能夠使基板7牢固，能夠進(jìn)一步減薄底板部20。流路槽6的寬度Wl和凹部23的寬度W2為IOOnm 300 μ m。流路槽6的寬度Wl 及凹部23的寬度W2采用為了通過光所必要的寬度。通過使流路槽6的寬度Wl比凹部23 的寬度W2大，能夠利用從流路槽6的開口部6J向流路槽6入射的光容易地觀察流路槽6 內(nèi)的物質(zhì)。另外，通過使凹部23的寬度W2比流路槽6的寬度Wl大，能夠利用從凹部22通過底板部20的光容易地觀察其物質(zhì)。流路結(jié)構(gòu)體5005可以通過蝕刻在基板7的表面7A和表面7B形成流路槽6和凹部 22，另外，也可以通過在流路槽6和底板部20 —體形成的基板上接合腿部21而形成流路結(jié)構(gòu)體5005。另外，也可以通過將具有設(shè)置在成為流路槽6的部分的貫通孔的基板、成為以堵塞貫通孔的方式接合的具有透光性的底板部的基板、腿部21接合而形成流路結(jié)構(gòu)體5005。底板部20優(yōu)選含有作為主要成分的二氧化硅，另外也可以由玻璃、石英、藍(lán)寶石、 透光性樹脂等具有透光性的材料形成。通過使流路槽6的寬度Wl比凹部23的寬度W2大，能夠加大腿部21，從而能夠增大基板7的機(jī)械強(qiáng)度，從而能夠確保流路結(jié)構(gòu)體5005的穩(wěn)定性。圖16A是實(shí)施方式3的其他流路結(jié)構(gòu)體6005的剖視圖。在圖16A中，對與圖15所示的流路結(jié)構(gòu)體5005相同的部分賦予相同的參照符號。流路結(jié)構(gòu)體6005可以具備圖11 所示的實(shí)施方式2的SOI基板即基板107，替代圖15所示的基板7。在基板107的表面7B 上形成有露出二氧化硅層15的表面的凹部22。硅層216構(gòu)成腿部21。通過對硅層116的表面7A和硅層216的表面7B進(jìn)行蝕刻而分別形成流路槽6和凹部22。由于二氧化硅層 15使蝕刻的進(jìn)行停止，所以能夠使流路槽6和凹部22的深度恒定。由于作為基板107的SOI基板用于半導(dǎo)體裝置的制成，所以能夠容易獲得。另外， 還能夠控制硅層116、216和二氧化硅層15的厚度。二氧化硅層15優(yōu)選含有作為主要成分的二氧化硅，另外還可以由玻璃、石英、藍(lán)寶石、透光性樹脂等具有透光性的材料形成。圖16B是實(shí)施方式3的又一其他流路結(jié)構(gòu)體7005的剖視圖。在圖16B中，對于與圖15和圖16所示的流路結(jié)構(gòu)體5005、6005相同的部分賦予相同的參照符號。如前所述， 圖15所示的流路結(jié)構(gòu)體5005也可以通過將具有設(shè)置在成為流路槽6的部分的貫通孔的基板、成為以堵塞貫通孔的方式接合的具有透光性的底板部的基板、腿部21接合而形成。圖 16B所示的流路結(jié)構(gòu)體7005具備具有互為相反側(cè)的表面315A、315B的底板部315、設(shè)置在底板部315的表面315A的側(cè)壁基板316、設(shè)置在底板部315的表面315B的腿部321。側(cè)壁基板316由硅構(gòu)成，其具有成為流路槽6的貫通孔316C，并且包圍流路槽6而構(gòu)成流路槽6 的側(cè)壁6G、6H。在流路槽6的側(cè)壁6G、6H上形成有多個纖維狀突起物10。腿部321具有成為凹部22的貫通孔321C。底板部315優(yōu)選含有作為主要成分的二氧化硅，另外還可以由玻璃、石英、藍(lán)寶石、透光性樹脂等具有透光性的材料形成。在底板部315由該材料例如藍(lán)寶石形成的情況下，通過將底板部315、側(cè)壁基板316和腿部321直接接合能夠形成流路結(jié)構(gòu)體7005。另外，通過使用減壓化學(xué)氣相生長(LPCVD)法、常壓化學(xué)氣相生長(CVD)法的氣相生長法使多結(jié)晶硅或者無定形硅在底板部315的表面315A、315B上堆積成規(guī)定的厚度，從而能夠形成側(cè)壁基板316和腿部321。進(jìn)而，通過用來測定在流路槽6流動的物質(zhì)的光的波長能夠選擇底板部315的材質(zhì)。例如，在將可視光區(qū)域的光用于測定的情況下，底板部315由玻璃構(gòu)成。在該光為紫外線區(qū)域的光的情況下，優(yōu)選由石英、藍(lán)寶石形成底板部315。如上所述，對于底板部315的材料及其制造方法存在各種選擇，它們對本發(fā)明的范圍不構(gòu)成限制。產(chǎn)業(yè)上的可利用性由于本發(fā)明的流路結(jié)構(gòu)體能夠使流路槽內(nèi)的液體均質(zhì)，所以其對小型且高精度的化學(xué)分析芯片是有用的。符號說明5C液體
6流路槽
6A導(dǎo)入路
6B導(dǎo)入路
6C合流路.
6D連接部
6E內(nèi)壁
6F底部0113]6G側(cè)壁
0114]6H側(cè)壁
0115]7基板
0116]7A表面(第一表面)
0117]7B表面(第二表面)
0118]10纖維狀突起物
0119]IlA核
0120]13種層
0121]20底板部
0122]21腿部
0123]22凹部
0124]110纖維狀層
0125]210枝體
0126]316側(cè)壁基板
0127]315底板部
0128]316C貫通孔
0129]321腿部
權(quán)利要求
1.一種流路結(jié)構(gòu)體，其中，具備基板，其具有形成有流路槽的第一表面，該流路槽具有由硅構(gòu)成的內(nèi)壁； 多個纖維狀突起物，其從所述流路槽的所述內(nèi)壁延伸且由二氧化硅構(gòu)成， 液體在所述流路槽內(nèi)流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述多個纖維狀突起物具有以分別相互纏繞的方式卷曲的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中， 所述多個纖維狀突起物向相同的方向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述多個纖維狀突起物分別具有分支出的多個枝體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述流路槽的所述內(nèi)壁具有底部和從所述底部延伸到所述基板的所述第一表面的側(cè)壁，所述多個纖維狀突起物從所述流路槽的所述內(nèi)壁的所述底部和所述側(cè)壁延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述多個纖維狀突起物分別包括以金屬構(gòu)成的多個核和與所述多個核相連的二氧化硅的分子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中， 所述多個核附著在所述槽的所述內(nèi)壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，與所述多個核相連的二氧化硅的所述分子由所述流路槽的所述內(nèi)壁的所述硅和氧構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中， 所述金屬為Pt、!^e、Co、Ni、Au中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述多個纖維狀突起物與所述液體在所述流路槽內(nèi)流動的方向平行地延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述流路槽具有在連接部合流的多個導(dǎo)入路槽和從所述連接部延伸的合流路槽， 所述多個纖維狀突起物形成在所述合流路槽內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述流路槽的所述內(nèi)壁具有底部和從所述底部延伸到所述基板的所述第一表面的側(cè)壁，所述基板包括具有透光性的底板部，該底板部構(gòu)成所述底部。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中， 所述底板部含有作為主要成分的二氧化硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中， 所述基板還具有所述第一表面的相反側(cè)的第二表面，在所述流路槽的相反側(cè)且所述基板的所述第二表面設(shè)置有凹部。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述流路槽的所述內(nèi)壁具有底部， 所述基板包括側(cè)壁基板，其具有成為所述流路槽的貫通孔；底板部，其構(gòu)成所述流路槽的所述底部且具有以堵塞所述貫通孔的方式與所述側(cè)壁基板接合的第一面，并且該底板部具有透光性。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流路結(jié)構(gòu)體，其中，所述底板部還具有所述第一面的相反側(cè)的第二面，在所述流路槽的相反側(cè)且所述基板的所述第二表面設(shè)置有凹部，所述基板還具有位于所述凹部的周圍且與所述底板部的所述第二面接合的腿部。
17.—種流路結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，包括在基板的表面形成具有由硅構(gòu)成的內(nèi)壁的流路槽的步驟；形成從所述流路槽的所述內(nèi)壁延伸且由二氧化硅構(gòu)成的多個纖維狀突起物的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流路結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中， 形成所述多個纖維狀突起物的步驟包括將由金屬構(gòu)成的多個核附著在所述流路槽的所述內(nèi)壁上的步驟； 在含有氧的第一氣氛下對所述基板進(jìn)行熱處理，并通過形成由所述內(nèi)壁的所述硅和所述氧構(gòu)成的與所述附著的多個核相連的二氧化硅的分子而形成所述多個纖維狀突起物的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的流路結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中， 形成所述多個纖維狀突起物的步驟包括在氧的分壓比所述第一氣氛低的第二氣氛下使所述基板的溫度從初始溫度上升到規(guī)定的熱處理溫度的步驟；通過在所述第一氣氛下以所述規(guī)定的熱處理溫度對所述基板進(jìn)行熱處理而形成所述多個纖維狀突起物的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的流路結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中， 所述金屬為PtJe、Co、Ni、Au中的一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流路結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中， 形成所述纖維狀層的步驟包括在所述流路槽的所述內(nèi)壁形成由含有C和F的有機(jī)聚合物所構(gòu)成的多個核構(gòu)成的種層的步驟；通過加熱所述基板而形成與所述種層的所述多個核相連的二氧化硅的分子，從而形成所述多個纖維狀突起物的步驟。
全文摘要
流路結(jié)構(gòu)體具備形成有流路槽的基板和從流路槽的內(nèi)壁延伸的多個纖維狀突起物。液體在流路槽內(nèi)流動。流路槽的內(nèi)壁由硅構(gòu)成。液體在流路槽內(nèi)流動。該流路結(jié)構(gòu)體能夠使流路槽內(nèi)的液體均質(zhì)。
文檔編號B01J19/00GK102272608SQ20098015319
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者中谷將也, 山本健樹, 牛尾浩司, 高橋誠 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社