专利名称：聚合酶链反应容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及进行用于扩增核酸的聚合酶链反应的聚合酶链反应容器及其制造方法。
背景技术：
近年，关于基因信息的技术不断被开发出来。在医疗领域中，通过分析与疾病有关的基因，能在分子水平治疗疾病。此外，通过基因诊断，能以分别对应的医疗方法治疗各患者。在制药领域中，使用基因信息，鉴定抗体或激素等的蛋白分子，作为药品利用。在农业或食品领域中，制出了利用多个基因信息的制品。
在关于这样的基因信息的技术中，最重要的手法之一是聚合酶链反应法。聚合酶链反应法是只大量扩增基因的某特定部分的技术。该反应法除了在分子生物学等研究用途上，还在医疗微生物学、遗传疾病的临床诊断、法医学等广泛的领域中利用。特别是在临床时的基因诊断技术中，希望能更迅速地分析更多的检体，聚合酶链反应法的微少化和高速化技术的开发成为必要。
在特开昭62-281号公报中公开了聚合酶链反应法。聚合酶链反应法把以下的3阶段的工序作为一个周期，通过重复30到35周期，进行该工序。首先，在热变性工序中，把双链DNA解离为单链。接着，在退火工序中使引物结合。然后在延伸反应工序中，通过聚合酶，使DNA延伸。这些工序的条件不同，退火温度依赖于使用的引物的Tm值。通常分别在热变性94℃×1分钟，退火50～60℃×1分钟，延伸反应72℃×1～5分钟的条件下进行。
这样，在聚合酶链反应中，有必要把40℃左右的温度变化重复30次以上。在以往的进行聚合酶链反应的装置中，向聚丙烯制试管(以下，称作试管)内供给样品后，用铝封口(以下，称作封口)而进行温度的上升和下降。因此，为了使聚合酶链反应完成，有必要花费数小时以上。即有必要可靠地向样品溶液传递温度的上升和下降，需要封口温度上升和下降的时间，以及从封口传递给试管而使样品溶液温度上升和下降所需的时间。
此外，难以使试管变小，所以试管内的样品量需要为10～100μl，浪费样品。在临床的现场中，考虑到有必要进行基因的诊断，有必要开发能以更少量的样品高速进行聚合酶链反应的装置。
发明内容
本发明的聚合酶链反应容器具有设置由隔壁分隔的腔和载热体的流道沟的衬底、密封腔和流道沟的至少一方的盖板。此外，本发明的制造方法是用于制造聚合酶链反应容器的方法，包括A)在衬底的表面形成由隔壁分隔的腔和流道沟的工序；B)把衬底和盖板粘贴在一起的工序；C)连结腔和向外部开口的样品注入口的工序；D)连结流道沟与外部开口的流入口和排出口的工序。
下面简要说明附图。
图1是本发明实施方式1的聚合酶链反应容器的分解立体图。
图2是本发明实施方式1的其他聚合酶链反应容器的分解立体图。
图3是本发明实施方式1的聚合酶链反应容器和设置它的辅助板的立体图。
图4是本发明实施方式1的其他聚合酶链反应容器的衬底的立体图。
图5～图9是表示本发明实施方式1的聚合酶链反应容器的制造工序的剖视图。
图10是本发明实施方式2聚合酶链反应容器的衬底的分解立体图。
图11是图10的聚合酶链反应容器的衬底的侧视图。
图12～图13是表示本发明实施方式2的聚合酶链反应容器的制造工序的剖视图。
图14是本发明实施方式3的聚合酶链反应容器的分解切断立体图。
图15是图14的聚合酶链反应容器的剖视图。
图16是本发明实施方式3的其他结构的聚合酶链反应容器的切断分解立体图。
图17是图16的聚合酶链反应容器的剖视图。
图18是实施方式3的其他结构的聚合酶链反应容器的切断分解立体图。
图19是图18的聚合酶链反应容器的剖视图。
图20～图22是表示图14的聚合酶链反应容器的制造工序的剖视图。
图23、图24是表示图16的聚合酶链反应容器的制造工序的剖视图。
图25、图26是表示图18的聚合酶链反应容器的制造工序的剖视图。
图27是实施方式3的其他结构的聚合酶链反应容器的容器衬底的立体图。
图28是从其他面观察图27的衬底的立体图。
图29、图30是表示使用图27的衬底的聚合酶链反应容器的制造工序的剖视图。
图31是本发明实施方式4的聚合酶链反应容器的剖视图。
图32～图35是表示图31的聚合酶链反应容器的制造工序的剖视图。
图36是本发明实施方式5的聚合酶链反应容器的分解立体图。
图37～图39是表示图36的聚合酶链反应容器制造工序的剖视图。
具体实施例方式
(实施方式1)图1表示本发明实施方式1的聚合酶链反应容器的分解立体图。在由硅构成的衬底1的一面侧形成腔2，在腔2的侧面侧的两侧形成流道沟3。须指出的是，该腔2和流道沟3通过由硅构成的隔壁4分隔。
此外，腔2的形状为长方形，流道沟3与腔2的长方形的长边的侧面相邻。此外，流道沟3包围腔2的长方形的短边的侧面，一方与流入沟5合流，另一方与排出沟6合流。
另外，在衬底1的一面侧粘贴由玻璃构成的盖板12。盖板12具有连结在腔2上的样品注入口7、分别连结在流入沟5和排出沟6上的载热体的流入口8和排出口9。据此，腔2、流道沟3由外部密封，变为只有样品注入口(以下称作注入口)7和流入口8和排出口9向外部开口的状态。
由硅构成的衬底1和由玻璃构成的盖板12直接或由粘着剂接合。如果通过粘着剂接合，则当在腔2内发生样品溶液的聚合酶链反应时，粘着剂有可能溶入样品溶液内。因此，希望使用直接接合法。可是，有时由于衬底1和盖板12的材料，无法使用直接接合法等，无论如何有必要使用粘着剂。这时，有必要注意不要让粘着剂溶入样品溶液内。另外，对于直接接合法等，在后面进行叙述。
通过采用所述构造，样品溶液在腔2内反应。因此，即使用微量的样品也能充满容器，所以样品的损失小。此外，流道沟3与腔2的至少一部分通过隔壁4相邻。因此，载热体通过在腔2的侧面循环，以高速进行样品的温度上升和下降控制，聚合酶链反应实现高速化。另外，分隔流道沟3和腔2的隔壁4只由与衬底1的材料相同的硅构成。这样，通过从同一衬底材料切出腔2、流道沟3而以高密度形成它们。根据后面描述的制造方法，能对硅进行极微细的加工，例如隔壁4的厚度为100μm以下。这样，隔壁4由比玻璃或树脂等以往的聚合酶链反应容器中使用的材料的导热系数高的硅构成，并且隔壁4的厚度也变薄。因此，当把载热体在流道沟3中循环时，来自载热体的热以极高速传递给腔2一侧，或者以极高速去除腔2一侧的热。
这里，描述使用本发明的聚合酶链反应容器的聚合酶链反应的工序。首先，制作放入腔2中的样品溶液。例如，样品溶液混合以下的材料。
作为扩增的靶DNA的模板，使用λDNA，作为引物，使用5’-GATGAGTTCGTGTCCGTACAACT-3’以及5’-GGTTATCGAAATCAGCCACAGCGCC-3’，分另调整为适当的温度。须指出的是，A、G、C、T分别表示腺嘌呤碱基、鸟嘌呤碱基、胞嘧啶碱基、胸腺嘧啶碱基。以适当的量混合聚合酶、脱氧核苷三磷酸混合物、MgCl2等，调整样品溶液。
从图1所示的聚合酶链反应容器的注入口7向腔2内注入样品溶液，在注入口7上盖上盖子。盖子虽然未图示，但是通过向注入口7按压硅橡胶等，使样品溶液不泄漏到外部。而流入口8、排出口9连接在外部的热循环器等上，分别以给定的时间使94℃、55℃、72℃附近的3种温度的载热体循环。据此，重复样品溶液的温度上升和下降。即通过使94℃的载热体循环，引起热变性，以55℃的载热体循环引起退火，通过72℃的载热体循环引起延伸反应。这时的温度控制周期数例如为30～50周期。据此，通过聚合酶链反应，来扩增靶DNA。
这样，在本实施方式的聚合酶链反应容器中，通过流过载热体进行3种温度控制。并且，分隔载热体的流道沟3和腔2的是由硅构成的100μm以下的厚度的隔壁4。因此，以极高的效率进行热交换，与当使用加热密封时，样品溶液的温度上升下降需要充分的时间相比，能在极短的时间中结束反应。
此外，在本发明的聚合酶链反应容器中，在由硅构成的衬底1的一面形成微细的腔2，所以确实能以少的样品量产生聚合酶链反应。
此外，注入口7、流入口8、排出口9的形状优选是由玻璃构成的盖板12的上表面一侧大，与衬底粘合的一侧小，成为所谓的研钵形状。据此，使用微量加样器等进行样品溶液的注入时，能以高效进行注入。此外，根据该结构，能容易地把用于使载热体循环的试管等插入流入口8、排出口9中。须指出的是，样品注入口7即使是一个，也能进行样品的加样和取出，但是优选设置两个以上。通过这种结构，在样品的注入时，由于相反侧的注入口变为空气的排出通道，因此样品能够更容易地注入。须指出的是，仅通过使注入口7、流入口8、排出口9的任意一个成为这样的形状，也能发挥各自的效果。
在该结构中，因为腔2是长方形，所以如图2所示，能在与各个流道沟3相邻的状态下，以高密度配置多个腔2。因此，能在一次中使多个样品溶液的聚合酶链反应成为可能。或者当扩增多个不同的靶DNA时，向各腔2分别注入包含不同的靶DNA的样品溶液。然后，如果通过载热体进行温度的上升和下降，则在一个芯片上能同时对多个样品溶液进行聚合酶链反应。须指出的是，腔2的形状即使是椭圆，也能产生同样的效果。
此外，注入口7、流入口8和排出口9都形成在盖板12的上表面上，所以用于循环载热体的工序变得更简便。如果对此稍作详细说明，则例如准备图3那样的辅助板(以下，称作板)31。板31的凹陷容纳本实施方式的聚合酶链反应容器(以下称作容器)10。在与容器10的注入口7对应的位置设置由硅橡胶构成的盖片32，在与流入口8和排出口9对应的位置分别设置供给口33和排出口34。此外，板31的外部流入口37与供给口33连接，外部排出口38与排出口34连接。
当这样只在盖板12的一面设置容器10的注入口7、流入口8、排出口9时，把样品溶液注入腔2后，向着盖板12侧设置到板31上。据此，能同时实现对注入口7的密封、对流入口8、排出口9的连接，反应作业变得更简便。或者，只把注入口7、流入口8、排出口9中的一个设置在盖板12上，也能进行基于板的注入口7的密封与对流入口8、排出口9的连接的任意一个。
此外，腔的形状如果是能高效注入样品溶液，把与流道沟的热传导保持良好的状态即可，例如可以是图4所示的形状。形成在图4所示的衬底44上的腔45的宽度细，具有2个以上的多个弯曲部，成为弯曲形状。此外，流道沟46沿着腔45的两个侧面形成。根据这样的结构，由于相对于腔45的体积，可以形成大面积的流道沟46延伸，所以通过载热体，样品的温度能极高效地上升和下降。
此外，为了提高热效率，可以使腔的宽度变细，为了在衬底中高效配置，可以具有多个弯曲部，所以即使是螺旋形状，也能取得同样的效果。
下面，参照
用于制造本实施方式的聚合酶链反应容器的工序。图5～图9是用于表示本实施方式的聚合酶链反应容器制造方法的剖视图。
如图5所示，在由硅构成的衬底1上通过光刻形成抗蚀剂掩模21。须指出的是，衬底1的至少上表面预先研磨为镜面。这是为了在以后的工序中使上表面与玻璃衬底直接接合。如果不通过直接接合法接合，就没必要。
接着，如图6所示，通过蚀刻形成腔2、流道沟3。这时，希望通过至少使用促进蚀刻的气体和抑制蚀刻的气体等两种的干蚀刻进行。通常如果只使用促进蚀刻的气体例如SF6、CF4等气体进行蚀刻，则发生蚀刻也扩展到抗蚀剂掩模21的下方的副蚀刻现象。因此，不能以过高密度配置蚀刻沟。可是，如果混合C4F8、CHF3等抑制蚀刻的气体，则由于在蚀刻侧壁上形成抑制蚀刻的保护膜，所以蚀刻只在垂直方向进展。据此，以高精度形成腔2、流道沟3。
须指出的是，更希望以数秒的周期重复进行基于促进蚀刻的气体的1～3μm的蚀刻和基于抑制蚀刻的气体的0.1～0.3μm的保护膜的形成。据此，与如上所述，同时混合2种气体相比，在隔壁4的垂直性上更具效果。据此，以最大限度的高密度配置腔2和流道沟3。须指出的是，蚀刻量和保护膜形成量根据要形成的流道沟3和腔2的形状决定最佳的量，并不局限于所述量。
接着，如图7所示，在由玻璃构成的盖板12上形成抗蚀剂掩模22。须指出的是，使用至少下表面为镜面状态的盖板12。这是为了在此后的工序中，把下表面与衬底1直接接合。如果不通过直接接合法接合，就没必要。
接着，如图8所示，通过喷砂设备，形成注入口7、流入口8、排出口9(都未图示)。通过喷砂设备形成注入口7、流入口8、排出口9，孔的形状如图8所示，为研钵形状。因此，如上所述，使用移液管等注入样品溶液时或注入载热体变得更容易。
接着，格外小心地把衬底1和盖板12的粘贴的面洗净，不要有尘埃和伤痕。然后，如图9所示，如果粘贴，除去两者的界面的空气，则衬底1和盖板12通过范德华力力吸附。在该状态下，如果使温度为250～500℃左右，则衬底1和盖板12牢固结合。通过该直接接合法，本实施方式的聚合酶链反应容器完成。
须指出的是，在大的衬底上也能同时制作多个聚合酶链反应容器。这时，通过直接接合法，把衬底1和盖板12粘贴后，通过切割，分离为个别的容器。此外，也可以用阳极接合法接合衬底1和盖板12。在阳极接合法中，把衬底1和盖板12粘贴后，在两者上外加高电压，通过电而吸附。在该状态下，如果达到250～500℃以上的温度，则衬底1和盖板12牢固地结合。此外，作为其他接合方法也使用粘着剂，但是这时，有必要注意粘着剂的材料不影响样品溶液。
须指出的是，如果衬底1不与样品溶液反应，则可以是任意的材料，除了硅，可以是砷化钾等半导体、玻璃衬底、塑料衬底、陶瓷衬底、金属衬底等。玻璃衬底例如由石英玻璃、铅衬底、硼硅酸玻璃、钠玻璃构成。塑料衬底例如由聚甲基丙烯酸甲酯或它的共聚物、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯构成。例如，当使用由砷化钾构成的衬底1时，通过反应性离子蚀刻(RIE)等干蚀刻，进行加工。如果是玻璃，除了干蚀刻以外，可以通过使用氟酸等的湿蚀刻进行加工。如果是塑料，就通过纳米印刷等，进行加工。可是，由硅构成的衬底1通过已经说明的蚀刻方法，能够以最佳精度加工微小的腔，因此是理想的。
此外，为了使样品不从腔2流出而密封的盖板12的材料可以由衬底1的同样材料构成。这时，盖板12和衬底1完全接合，因为有必要密封腔2内部的样品，所以应通过接合衬底1和盖板12的方法，选择最佳的组合。例如，如果使用阳极接合法、直接接合法等不使用粘着剂的方法，则取衬底1为硅、盖板12为二氧化硅或含有它的玻璃的组合，或双方都取玻璃，或硅。此外，能直接接合的组合有很多，有水晶衬底之间、钽酸锂衬底之间等。
此外，当使用在粘贴衬底1和盖板12后，使氟酸浸透界面，使界面溶解而接合的氟酸接合法时，衬底1和盖板12双方都使用玻璃、石英玻璃等。此外，当使用粘着剂时，可以是塑料。这样，考虑了各种衬底1和盖板12的组合，接合方法可以根据腔2和流道沟3的加工方法、必要的腔密度、材料的导热系数、成本等，选择组合。
本实施方式中说明的由硅构成的衬底1、由玻璃构成的盖板12的组合是从腔2的高密度配置、硅的导热系数、接合的高可靠性方面出发最优异的组合之一。
(实施方式2)图10是表示本发明实施方式2的聚合酶链反应容器的衬底的立体图，图11是从侧面观察它的图。
与实施方式1的不同点在于衬底51成为硅层52、54和二氧化硅或包含它的玻璃衬底53的复合多层衬底。
在实施方式1中，只由硅构成衬底材料。这时，为了正确并且均匀性良好地制造图1所示的腔2的深度，当把硅蚀刻到给定深度时，有必要停止。可是，蚀刻率根据蚀刻装置的状态存在偏差，有时准确停止蚀刻的判断很难。聚合酶链反应容器10的大小为5×10mm左右，所以为了一次制造多个容器10，通常蚀刻直径100mm以上的硅衬底，统一制作多个腔2。这时，根据蚀刻装置、蚀刻条件等，根据硅衬底的场所，容器的腔深度不同。
在本实施方式中，使用由硅层52、54和二氧化硅或包含它的玻璃衬底53的复合多层构成的衬底51。因此，只蚀刻上部的硅层52。而且，如图11所示，腔55的深度变为上部的硅层52的厚度，实现了正确的蚀刻深度。这样，如果使用由复合多层构成的衬底51作为衬底材料，则以高精度构成腔、流道沟、隔壁。即，获得样品容量的精度高的聚合酶链反应容器。
为了进一步详细说明该情况，参照图12、13说明容器的制造方法。
首先，在衬底51的上部硅层52侧通过光刻对抗蚀剂掩模60构图。然后，如图12所示，通过干蚀刻形成沟55和流道沟57。这时的干蚀刻的方法与实施方式1同样。干蚀刻当到达玻璃衬底53时，蚀刻的进展急速变慢。据此，腔深度由上部硅层52的厚度决定，所以腔深度变得极正确。
接着，如图13所示，在衬底51的一面侧接合形成样品注入口59、载热体的流入口、排出口(都未图示)的由玻璃构成的盖板58。据此，取得本实施方式的聚合酶链反应容器56。
须指出的是，样品注入口59、流入口、排出口的制作方法或制作位置与实施方式1同样。在通过使它们的形状为研钵形状，容易进行载热体的注入的方面也是同样的。此外，通过在盖58上设置它们，向腔55的样品注入、载热体向流道沟57的供给和回收变得容易。
(实施方式3)图14是本发明实施方式3的聚合酶链反应容器68的分解切断立体图，图15是同容器的剖视图。为了便于理解，表示在样品注入口66的部分切断的样子。
如图14所示，在衬底61的一面形成腔62，在衬底61的另一面侧设置流道沟63，使其沿着腔62的侧面169。形成样品注入口(以下，称作注入口)66的第一盖板64、形成载热体的流入口(未图示)和排出口67的第二盖板65分别接合在衬底61的两面上。侧面169作为隔壁起作用，在衬底61的一面侧和另一面侧，样品溶液进入的腔62和载热体流过的流道沟63分离。因此，样品溶液和载热体完全不混合。
在实施方式1的图1中，接合隔壁4和盖板12，把腔2和流道沟3隔开。在这样的容器中，例如，把He、N2等气体流体作为载热体使用时，即使只存在一点孔(接合缺陷)，载热体也有可能向腔2一侧泄漏。而在本实施方式中，样品溶液和载热体完全分离，所以不发生这样的事情。
下面，描述本实施方式的其他结构。图16是本实施方式的聚合酶链反应容器78的分解切断剖视图，图17是同一容器的剖视图。为了便于理解，表示在样品注入口(以下，注入口)76的部分切断的样子。
如图16所示，在衬底71的一面形成腔72，流道沟73沿着腔72的底面179设置在衬底71的另一面侧。与所述同样，形成注入口76的第一隔壁74、形成载热体的流入口(未图示)和排出口77的第二盖板75接合在衬底71的两面上。底面179作为隔壁起作用，与所述结构同样，腔72侧的样品溶液和流道沟73的载热体完全分离。此外，当腔72的面积大时，通过在腔72的底面一侧具有流道沟73，能设置大面积的流道沟73。因此，能从流道沟73的载热体可靠地进行对腔72的样品溶液的温度上升和下降。这时，如图17希望流道沟73比腔72的底面179大。据此，流道沟73的形成变得容易，并且在底面179全体进行热交换。
下面，描述本实施方式的其他结构。图18是本实施方式的聚合酶链反应容器88的分解切断立体图，图19是剖视图。为了便于理解，表示在样品注入口86的部分切断的样子。
如图18所示，在衬底81的一面形成腔82，在衬底81的另一面侧，沿着腔82的底面189A和侧面189B设置流道沟83。与所述同样，形成注入口86的第一隔壁84、形成载热体的流入口(未图示)和排出口87的第二盖板85接合在衬底81的两面上。在这样的结构中，腔82侧的样品溶液和流道沟83的载热体完全分离。这样，底面189A和侧面189B作为隔壁起作用。此外，当腔82的面积大时，在腔82的侧面侧和底面侧具有流道沟83，所以流道沟83用更大的面积包围腔82。据此，载热体和样品溶液能更高效地进行热传导。
这样，在本实施方式的结构中，样品溶液在腔62、72、82内反应。因此，即使是微量的样品，也能充满容器，所以样品的损失少。此外，流道沟63、73、83分别隔着隔壁169、179、189A和189B与腔62、72、82的至少一部分相邻。因此，载热体通过在腔62、72、82的侧面或底面或这两面循环，高速进行样品的温度上升、下降控制，聚合酶链反应实现高速化。样品溶液和载热体完全分离。
下面，参照
用于制造本实施方式的聚合酶链反应容器68、78、88的工序。
首先，参照图20～图22说明图14所示的容器68的情形。
如图20所示，在由硅构成的衬底61的一面侧形成腔62。形成它的方法与实施方式1同样。即通过光刻形成抗蚀剂掩模69后，通过使用促进蚀刻的气体和抑制的气体等两种的干蚀刻进行蚀刻。
接着，如图21所示，从衬底61的另一面侧沿着腔62的侧面，通过光刻形成抗蚀剂掩模70后，通过干蚀刻形成流道沟63。这时，有必要在不贯穿衬底61的适当深度停止蚀刻。
接着，如图22所示，与实施方式1同样，在由玻璃构成的第一盖板64、第二盖板65上分别通过喷砂设备形成注入口66、流入口和排出口67。然后，把它们和硅衬底61接合，取得聚合酶链反应容器68。关于注入口66、流入口、排出口67的形成方法和形状、效果，与实施方式1同样。
下面，参照图23、图24说明图16所示的容器78的情形。
如图23所示，在衬底71的一面侧通过光刻形成抗蚀剂掩模79后，通过干蚀刻形成腔72。然后，沿着腔72的底面蚀刻流道沟73。通过光刻形成抗蚀剂掩模80后，通过干蚀刻形成流道沟73。这时，有必要充分注意不要贯通腔72一侧。
接着，如图24所示，与图22同样，把设置注入口76的第一盖板74、设置流入口和排出口77的第二盖板75与衬底71接合，取得聚合酶链反应容器78。
下面，参照图25、图26说明图18所示的容器88的情形。
如图25所示，在衬底81的一面侧通过光刻形成抗蚀剂掩模89后，通过干蚀刻形成腔82。然后，沿着腔82的侧面和底面设置流道沟83。这时，首先与图23同样，沿着底面设置流道沟73。然后，如图25所示，在与腔82的底面相对应的部分上通过光刻形成抗蚀剂掩模90后，沿着腔82的侧面进行蚀刻。据此，形成目的的流道沟83。
接着，如图26所示，与图22同样，把设置注入口86的第一盖板84、设置流入口和排出口87的第二盖板85与衬底81接合，取得聚合酶链反应容器88。
此外，如实施方式2所述，在本实施方式中，对衬底61、71、81优选使用由硅和二氧化硅或包含它的玻璃衬底构成的复合多层衬底。当象本实施方式那样，在腔的底面设置流道沟63、73、83时，该结构是有效的。图27、图28是图16的结构中使用的复合多层衬底91的立体图，图27是以腔95一侧为上时的立体图，图28是以流道沟97为上时的立体图。
如图27、图28所示，流道沟97只通过包含二氧化硅的隔壁96与腔95的底面分开。据此，能把腔95、流道沟97蚀刻正确的深度。此外，通过预先掩埋的玻璃衬底93，隔开腔95和流道沟97，所以隔壁96的厚度变得更正确。
此外，能使玻璃衬底93的厚度极薄，达到1μm左右。二氧化硅与硅相比，导热系数差，但是隔壁96的厚度为10μm以下，比用硅形成隔壁还薄，热效率变好。
图29、图30是表示包含衬底91的聚合酶链反应容器的制造方法的剖视图。如图29所示，衬底91是由硅层92、94、玻璃衬底93构成的复合多层衬底。在衬底91的一面、另一面侧分别通过光刻形成抗蚀剂掩模98、99后，进行与实施方式1同样的时刻。由于蚀刻在包含二氧化硅的玻璃衬底93上变得非常缓慢，所以能正确形成腔95和流道沟97。
此外，隔开腔95和流道沟97的隔壁96变为只有10μm以下的极薄的玻璃衬底93。
接着，如图30所示，接合第一盖板100、第二盖板101，取得聚合酶链反应容器。
(实施方式4)图31是实施方式4的聚合酶链反应容器的剖视图。如图31所示，腔108的内壁只由二氧化硅层109形成，隔开腔108内部和流道沟110的隔壁102的材料只是二氧化硅层109。这样，通过使隔壁102变薄，在流道沟110中循环的载热体以高速、均匀地控制腔108的内部的样品温度的上升和下降。
下面，参照
本实施方式的聚合酶链反应容器的制造方法。
图32～图35是表示本实施方式的同一容器的制造方法的剖视图。首先，如图32所示，在由硅构成的衬底105的一面侧上通过干蚀刻形成腔108。这时的干蚀刻的方法与其它实施方式的方法相同。
接着，如图33所示，通过热氧化法，在衬底105的表面全面形成二氧化硅层109。这时的二氧化硅层109的厚度最终变为隔壁102的厚度，所以进行热氧化处理，直到变为必要的隔壁102的厚度。此外，为了作为隔壁102起作用，有必要没有孔(针孔)。例如，如果为2μm以上的厚度，就没有孔。
如图34所示，在从衬底105的另一面侧形成抗蚀剂掩模111后，蚀刻形成在衬底105的表面上的二氧化硅层109。这里，抗蚀剂掩模111希望构图为具有比腔108的底面大的开口。根据该结构，在腔108的侧面也高效形成流道沟110。
然后，如图35所示，从另一面侧蚀刻衬底105。如果衬底105的蚀刻进展，则先到达腔108的底面，但是底面即隔壁102由二氧化硅层109构成，所以不被蚀刻。此外，如果把抗蚀剂掩模111构图为具有比腔108的底面大的开口，则也蚀刻腔108的侧面的衬底105。作为结果，剩下由二氧化硅的隔壁102构成的腔108。
须指出的是，如图35所示，可以在腔108的上部，为了增强，残留若干衬底105的硅。
这样，只用二氧化硅层109就能形成腔108的侧壁和隔壁102。该二氧化硅层109由热氧化法形成，所以具有均匀的厚度，能成为极薄的厚度。因此，在流道沟110中循环的载热体能以极高效率进行腔108内的样品溶液的温度上升和下降。
此外，作为腔108的隔壁102的材料，除了二氧化硅，还使用氮化硅、镍、铬、金、铂等。当为这些材料时，代替用氧化法形成二氧化硅，在形成腔108后，在腔108的内壁通过溅射、真空蒸镀、CVD、电镀等通常的薄膜形成方法形成。当为金、铂等金属时，比硅、二氧化硅的导热系数高，所以取得能实现更高速的温度上升和下降的聚合酶链反应容器。
在本实施方式中，结果，流道沟110和腔108由基于比衬底的蚀刻率低的材料的隔壁分开。通过采用这样的结构，通过蚀刻形成腔108和流道沟110时，不会侵蚀隔壁102，所以能以高精度构成腔、流道沟、隔壁。
(实施方式5)图36是实施方式5的聚合酶链反应容器的分解立体图。在该结构中，与实施方式1同样，在衬底115的一面设置腔116和流道沟117。与实施方式1的不同之处在于在衬底115的侧面设置样品注入口(以下，称作注入口)121、载热体的流入口120和排出口119。即，形成在衬底115的侧面上的腔116连接到侧面一侧，在侧面变为注入口121。此外，流道沟117通过与侧面一侧连接，在侧面变为流入口120和排出口119。而且，通过把盖板122接合到衬底115的一面侧，从外部密封腔116、流道沟117。与外部的导通只通过注入口121、流入口120和排出口119进行。须指出的是，注入口121的数在两个侧面为2个时，在样品的注入时，空气能跑掉，所以更容易注入样品溶液。此外，通过使注入口为1个，也可以使用离心分离器，进行样品溶液的注入。
当使用该聚合酶链反应容器时，从侧面进行样品溶液的注入、载热体的流入和排出。这样，可以在盖板122上设置样品注入口、载热体的流入口、排出口。因此，可以更高密度配置腔116、流道沟117，并且可以对盖板122不加工。
此外，可以用与实施方式1同样的材料构成衬底115、盖板122，使衬底115为硅、使盖板122为玻璃的组合是最佳组合之一。
下面，说明用于制造本实施方式的聚合酶链反应容器的工序。图37和图39是剖视图的样子，图38A、B是侧视图。与实施方式1在制造上的不同点在于在盖板122上不进行开孔等的加工，接合到衬底115上。如图37所示，形成抗蚀剂掩模123，在硅衬底115上设置腔116、流道沟117。这时，如图38A、B所示，形成抗蚀剂掩模123，使注入口121、流入口120、排出口119位于衬底115的端部。然后，进行蚀刻，如图39所示，接合盖板122。
这样，在侧面设置注入口121、流入口120、排出口119。这时，接合衬底115和由硅构成的盖板122的方法与实施方式1同样，使用直接接合、阳极接合、粘着剂等。
须指出的是，在所述制造方法中，通过蚀刻设置注入口121、流入口120、排出口119，但是在设置腔116、流道沟117后，用切削等方法设置注入口121、流入口120、排出口119。
当生成多个聚合酶链反应容器时，以晶片状态接合衬底115和盖板122后，通过切割切出给定位置。这样，通过作为另外的聚合酶链反应容器，在侧面设置载热体的流入口120、排出口119。
如上所述，在粘贴衬底115和盖板122的侧面形成注入口121、流入口120、排出口119。通过在侧面形成它们，不对盖板122加工就可以了，能以更高密度配置腔和流道沟。只在侧面形成注入口121、流入口120、排出口119的任意一个，就能以高密度配置腔和流道沟。
须指出的是，实施方式5中描述的方法也适用于实施方式2、3、4中。
本发明提供用于实施聚合酶链反应的容器。该容器在衬底上具有腔和流道沟，该流道沟至少通过沿着腔的隔壁隔开。
据此，不但能以微量的样品充满溶器，而且，能以高速对样品进行温度的上升和下降控制，所以能使聚合酶链反应高速化。
权利要求
1.一种聚合酶链反应容器，包括设置腔和载热体的流道沟，并且具有隔开所述腔和所述流道沟的隔壁；密封所述腔和所述流道沟的至少一方的至少一个盖板。
2.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中所述衬底与所述流道沟和所述腔设置在同一面上。
3.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中所述衬底在第一面上设置所述腔，在与所述第一面相对的第二面上设置所述流道沟；具有多个所述盖板，多个所述盖板包含密封所述腔的第一盖板和密封所述流道沟的第二盖板。
4.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中所述衬底沿着所述腔的至少侧面的一部分设置所述流道沟。
5.根据权利要求3所述的聚合酶链反应容器，其中所述衬底沿着所述腔的至少底面的一部分设置所述流道沟。
6.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中所述隔壁的至少隔离所述腔和所述流道沟的部分的材料由与所述衬底同一材料构成。
7.根据权利要求3所述的聚合酶链反应容器，其中所述隔壁的至少隔离所述腔和所述流道沟的部分的材料对于同一蚀刻方法，比所述衬底的材料的蚀刻率低。
8.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中所述衬底由硅构成。
9.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中所述衬底由硅、二氧化硅、包含二氧化硅的玻璃中的任意一个构成；所述盖板由硅、二氧化硅、包含二氧化硅的玻璃中的任意一个构成。
10.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中所述衬底是由硅、二氧化硅和包含二氧化硅的玻璃衬底中的任意一方构成的复合层叠体。
11.根据权利要求3所述的聚合酶链反应容器，其中所述隔壁的至少隔离所述腔和所述流道沟的部分的材料包含二氧化硅、氮化硅、金、铂、铬、镍中的任意一个。
12.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中在所述盖板上形成连结在所述腔上的样品注入口、连结在所述流道沟上的流入口、连结在所述流道沟上的排出口的至少一个。
13.根据权利要求3所述的聚合酶链反应容器，其中在所述第一盖板上形成连结在腔上的样品注入口，在所述第二盖板上形成连结在所述流道沟上的流入口和排出口。
14.根据权利要求12所述的聚合酶链反应容器，其中设置在所述盖板上的所述样品注入口、所述流入口和所述排出口的至少任意一个变为在与所述衬底接合一侧小的研钵形状。
15.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中在粘贴所述衬底和所述盖板的侧面设置连结在所述腔上的样品注入口、连结在所述流道沟上的流入口、连结在所述流道沟上的排出口的至少任一个。
16.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中直接粘贴所述衬底和所述盖板。
17.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中所述隔壁的厚度100μm以下。
18.根据权利要求1所述的聚合酶链反应容器，其中在所述衬底上设置平面形状为椭圆和长方形中任意一个的所述腔。
19.根据权利要求4所述的聚合酶链反应容器，其中在所述衬底上设置至少具有2个弯曲部的弯曲形状和螺旋形状中的任意一个的所述腔。
20.根据权利要求5所述的聚合酶链反应容器，其中在所述衬底上设置比所述腔的底面还大的底面的所述流道沟。
21.一种聚合酶链反应容器的制造方法，包括A)在衬底的表面形成由隔壁分隔的腔和载热体的流道沟的工序；B)把所述衬底和至少一个盖板粘贴在一起的工序；C)连结所述腔和向外部开口的样品注入口的工序；D)连结所述流道沟与外部开口的流入口和排出口的工序。
22.根据权利要求21所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中在所述A工序中，至少使用促进蚀刻的气体和抑制蚀刻的气体。
23.根据权利要求21所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中在所述A工序中，在所述衬底的同一面上形成所述腔和所述流道沟。
24.根据权利要求21所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中在所述盖板上形成所述样品注入口、所述流入口、所述排出口中的至少任一个。
25.根据权利要求21所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中所述A工序包含从所述衬底的第一面侧形成所述腔的工序；从所述衬底的与所述第一面相对的第二面一侧形成所述流道沟的工序；所述反应容器具有多个所述盖板，多个所述盖板包含密封所述腔的第一盖板和密封所述流道沟的第二盖板。
26.根据权利要求25所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中在所述第一盖板上形成所述样品注入口，在所述第二盖板上形成所述流入口和所述排出口。
27.根据权利要求25所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中还具有E)在所述腔的内壁形成由比所述衬底的材料的蚀刻率还小的材料构成的层。
28.根据权利要求27所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中所述衬底由硅构成，所述层由二氧化硅构成，通过热氧化法、CVD法、溅射法的任意一个形成所述层。
29.根据权利要求27所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中所述衬底由硅构成，所述层由金、铂、铬、镍的至少任一个构成，通过CVD法、溅射法、真空蒸镀法、电镀法的任意一个形成所述层。
30.根据权利要求21所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中通过直接接合法和阳极接合法中的任意一个进行所述B工序。
31.根据权利要求24所述的聚合酶链反应容器的制造方法，其中在所述C工序和所述D工序的至少任意一个中，通过喷砂设备形成所述样品注入口、所述流入口和所述排出口中的任意一个。
全文摘要
本发明提供用于实施聚合酶链反应的容器。该容器在衬底上具有腔和流道沟，该流道沟至少通过沿着腔的隔壁隔开。据此，不但能以微量的样品充满容器，而且，能以高速对样品进行温度的上升和下降控制，所以能使聚合酶链反应高速化。
文档编号C12M1/00GK1537165SQ03800738
公开日2004年10月13日 申请日期2003年7月3日 优先权日2002年7月5日
发明者中谷将也, 行政哲男, 男 申请人:松下电器产业株式会社