够容易地在槽部13的表面形成亲水膜14。
[0145] 这样，作为具有亲水基和疏水基的亲水膜14的材料，可以采用表面活性剂。据此， 能够容易地在槽部13的表面形成亲水膜14。
[0146] 在这种情况下，作为亲水膜14,尤其可以采用非离子性的表面活性剂。据此，由于 能够抑制对反应溶液的反应的妨碍，因此能够高精确地对反应溶液的祀核酸进行扩增。
[0147] 作为这种表面活性剂，能够采用以下的（化学式1)的组成式所表示的"TWeen20" (聚氧乙稀（20)山梨醇酐月桂酸酯（Polyoxyethylene(20)Sorbitan Monolaurate)) 〇
[0148] (化学式1)
[0149] 1 除此之外，作为亲水膜14的材料也可以采用以下的(化学式2)或(化学式3)的组成 式所表不的"Nonident P-40"（聚乙二醇单辛基苯基酿（Octylphenyl-polyethylene glycol))、或"Triton X-100"（聚氧乙稀辛基苯基酿（Polyoxyethylene(10)0ctylphenyl Ether)的表面活性剂。
[0151](化学式2)
[0155] "Tween20"、"Nonident P-40"以及"Triton X-100"的表面活性剂在常温下均为液 体。
[0156] 在作为亲水膜14的材料采用了这些表面活性剂的情况下，能够通过以下的方法在 槽部13形成亲水膜14。
[0157] 例如，将上述的表面活性剂被溶化在溶剂中的溶液，填充到槽部13(流路）内并使 其干燥。更具体而言，使以乙醇或2-丙醇（IPA: Isopropyl alcohol (异丙醇））等醇类，对上 述的表面活性剂进行稀释的溶液从导入部120流入到槽部13(流路）内，并使该溶液流布到 槽部13全体。在此之后，使溶液干燥。据此，能够在槽部13的表面形成由表面活性剂构成的 亲水膜14。
[0158] 这样，通过在槽部13的内表面形成亲水膜14,从而能够使流路100的内壁面成为亲 水性表面。
[0159] 另外，虽然只要流路100的壁面的一部分为亲水性表面即可，但是对于与输送方向 垂直的截面中的流路100的壁面而言，优选的是全周均为亲水性表面。在这种情况下，不是 在第一基板10的槽部13的表面形成亲水膜14,而是如图8所示，在第二基板20也形成亲水膜 24,从而使第二基板20的表面（内面)也成为亲水性表面。亲水膜24可以采用与亲水膜14相 同的材料以及方法来形成。
[0160] 并且，亲水膜14的材料并非受表面活性剂所限，也可以是氧化硅(Si02)。在这种情 况下，亲水膜14(硅氧化膜)能够以图9所示的方法来形成。图9是本发明的实施方式1所涉及 的核酸扩增器件的制造方法的流程截面图。
[0161] 如图9(a)所示，作为第一基板10,例如准备厚度为525μπι的硅基板(例如硅晶片）， 针对该硅基板的整个表面形成例如膜厚为650nm的硅氧化膜15,该硅氧化膜15是在后述的 蚀刻工艺中成为硬掩膜的热氧化膜。
[0162] 接着，如图9(b)所示，通过进行光刻以及蚀刻，将硅氧化膜15图案形成为规定的形 状。具体而言，有选择地除去成为槽部13 (流路10 0)的部分的硅氧化膜15，从而使第一基板 10露出。
[0163] 接着，如图9(c)所示，将被图案形成的硅氧化膜15作为硬掩膜，通过对第一基板10 的露出部分进行蚀刻，来形成规定的深度的槽部13。
[0164] 此时，在将槽部13的截面形状设为矩形或半圆形的情况下，能够通过深反应离子 蚀刻(Deep Reactive Ion Etching;DRIE)来形成槽部13。并且，在将槽部13的截面形状设 为逆三角的情况下，能够通过采用了TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide:四甲基氢 氧化铵)的各向异性蚀刻，来形成槽部13。
[0165] 接着，通过利用氟化氢来进行湿蚀刻，在除去硬掩膜的硅氧化膜15之后（即，对第 一基板10的表面的硅氧化膜全部去除之后），如图9(d)所示，为了对槽部13(流路100)的表 面进行亲水化，而在第一基板10的露出面形成l〇〇nm左右的热氧化膜的硅氧化膜，以作为亲 水膜14。
[0166] 最后，如图9(e)所示，将设置有第一贯通孔21以及第二贯通孔22的玻璃基板的第 二基板20,与第一基板10接合。据此，形成了具有槽部13的开口部分被第二基板20密封的结 构的流路100。
[0167] 这样，通过对槽部13的内表面，形成表面为亲水性表面的亲水膜14，从而能够使流 路100的内壁面成为亲水性。据此，反应溶液300通过在气液界面产生的毛细管力，而在流路 100内自动地被输送(Self-propelled flow)，从而自动地在流路100内行进。即，反应溶液 300通过自动传输而在流路100内被输送，与此同时，在核酸扩增反应部110被施加周期的温 度变化。
[0168] 具体而言，被导入在导入部120的反应溶液自动行进到导入流路100c，并被输送到 核酸扩增反应部110,在核酸扩增反应部110自动地行进到主流路l〇〇a以及副流路100b，从 而往返在高温区域和低温区域，在此之后，自动地行进到排出流路l〇〇d，并被输送到排出部 130〇
[0169] 并且，流路100的截面中的壁面的亲水性表面的比例越大，就越能够使相对于反应 溶液的毛细管力增大。
[0170] 在此，对于本实施方式中的核酸扩增器件1的流路100,对优选的流路大小、溶液粘 性以及毛细管力(毛细管力)进行详细说明。
[0171] 首先，对采用了流路100中的毛细管力的输送理论进行说明。
[0172]采用了毛细管力的溶液的输送由毛细管力与压力损失平衡而被决定，所述毛细管 力是驱动力，所述压力损失是阻力成分。在此，压力损失Pd能够由以下的(式1)来表示。
[0173] (数式 1)
[0174]
[0175] 在(式1)中，Q为流量，II为溶液的粘性，1为流路长度。并且，（式1)中的Dh是以下的 (式2)定义的水力直径，是反应流路大小或形状的参数。
[0176] (数式 2)
[0177]
[0178] 在(式2)中，S为流路截面积，U为流路截面的外周长。
[0179] 在利用输送速度v以及流路截面积S，并进一步导入压损系数α来改写(式1)的情况 下，能够由以下的(式3)来表示。
[0180] (数式 3)
[0181]
[0182] 该(式3)在溶液被输送到某流路的情况下，其压力损失Pd表示与流路长度1以及输 送速度v的比例。
[0183] 在此，根据示出压力损失Pd的式(3)与毛细管力P。的力的平衡(Pd = P。），通过毛细 管力P。的输送速度V能够由以下的(式4)来表示。
[0184] (数式 4)
[0185]
[0186] 在(式4)中，Pc/α是由流路的大小或形状以及溶液种类决定的常数，在此定义为输 送系数，作为毛细管力输送特性的指标来使用。
[0187] 通过毛细管力P。的输送速度v将该输送系数作为比例常数，与流路长度1、即输送 距离成反比例。
[0188] 并且，由于（式4)是时间t与输送距离(流路长度1)的微分方程式，因此通过解该 式，从而相对于时间t的输送距离1由以下的(式5)来表示，与时间t的平方根成比例。
[0189] (数式 5)
[0190]
[0191]在决定该输送特性的(式5)中，压损系数α是具有非常大的含义的参数。
[0192] 在此，对毛细管力Ρ。进行详细说明。毛细管力Ρ。能够由构成流路截面的各个边中的 界面张力的总和来表现，能够由以下的(式6)来表示。
[0193] (数式 6)
[0194]
[0195] 在(式6)中，σ是溶液的表面张力，S是流路截面积，αη以及0"分别是构成流路截面的 边长以及接触角。例如，在流路的截面形状为矩形的情况下的毛细管力Ρ。，成为以下的（式 7)。
[0196] (数式 7)
[0197]
[0198] 在此，w以及d分别是流路的宽度以及深度，01、0:儿^分别是流路的左侧壁面(左 侧面）、右侧壁面(右侧面）、上侧壁面(上侧面）、下侧壁面(底面)中的接触角。
[0199] 如本实施方式中的核酸扩增器件1所示，通过流程PCR的流路的情况下，反应溶液 连续地流经温度不同的区域以及形状不同的区域。因此，需要构筑能够对应任意的温度以 及形状的输送理论。
[0200] 于是，在此考虑的情况是，溶液(流体）由毛细管力P。而被输送到某个流路，且液体 前端为x = l的位置的情况。由于毛细管力P。仅与被输送的溶液的液体前端有关，因此由（式 6)来表示，由X = 1中的流路形状或温度来决定。
[0201] 另一方的压力损失Pd由于与从χ = 0的位置到χ=1的位置的所有区域相关，因此扩 展(式3)，需要考虑以下的（式8)。在(式8)中，压损系数α是由任意的位置X中的温度或形状 决定的常数。
[0202](数式8)
[0203]
[0204] 在此，通过示出压力损失Pd的（式8)与毛细管力P。的力平衡(Pd = P。），从而通过流 程PCR的流路中的输送速度v可以考虑到由以下的(式9)来决定。
[0205] (数式9)
[0206]
[0207] 该(式9)若去除了右边的分母成为积分的部分，则与(式4)相同。
[0208] 如以上所述，在通过(式9)来求输送速度v(流速）的情况下，则毛细管力P。以及压 损系数α的形状、温度依存性变得重要。
[0209] 首先，推测压损系数α的形状依存性以及温度依存性。
[0210] 压力损失?(1由于由上述的（式3)来表示，因此，压损系数α由以下的（式10)来表示。
[0211] (数式 10)
[0212]
[0213] 由于形状的因子汇集于S以及Dh，由此可知压损系数α依存于形状。
[0214] 另外，压损系数α的温度依存性是(式10)的粘性q的温度依存性本身，因此除了可 知表面张力或接触角为关键参数以外，PCR试剂中的粘性的温度依存性则是不明确的。
[0215] 于是，本申请发明人员对截面形状为宽度是100μπι、深度是50μπι的矩形的流路中的 压力损失进行实际评价，并对与压力损失密切相关的粘性的温度依存性成功地进行了实际 测量。并且，本申请发明人员着眼于输送系数Pc/α，通过实际测量输送系数来求毛细管力。 具体而言，对PCR试剂的输送系数分别以25°C、60°C、95°C来进行实际测量。通过该输送系数 与上述求出的粘性，来求毛细管力。以下，对求出输送系数与粘性的实验进行说明。
[0216] 通过利用这些数据以及(式6)和(式10)，从而能够设计任意的流路中的输送特性。
[0217] 首先，由于进行了流路中的毛细管力输送特性的实验，因此对该实验进行说明。
[0218] 在该实验中，为了得到60°C以及95°C的PCR试剂中的粘性以及毛细管力，来测定通 过毛细管力的输送(即，与时间和压力损失有关的微流路的液体前端的变位）。另外，核酸扩 增器件1中的流路100的宽度为100μπι、深度为50μηι，采用25°C的纯水(去离子水:deionized water)、和25°C、60°C 以及95°C 的PCR试剂。
[0219] 该实验结果由图10示出。图10示出了针对25°C、60°C以及95°C的PCR试剂和25°C的 纯水的时间与液体前端的变位之间的关系。通过该实验结果可知，按照反应溶液的温度，能 够得到与毛细管力有关的一定的近似曲线(毛细管力输送特性）。
[0220] 接着，针对流路中的压力损失评价进行实验，因此对该实验进行说明。
[0221]在通过毛细管力进行的输送中，流路中的压力损失是决定输送速度的主要原因之 一。图11示出了针对25°C、60°C以及95°C的PCR试剂和25°C的纯水的压力损失的结果。并且， 压力损失的值是由测力传感器测量的力以及注射器的截面积来算出的。所有的压力损失与 (式1)中所示的输送速度成比例。
[0222]如图11所示，能够通过针对输送速度的压力的比例(倾斜=压力/输送速度），来算 出PCR试剂的粘度。
[0223] 在考虑这些实验结果的基础上，根据图10所示的毛细管力输送特性(近似曲线)与 压力损失，从而能够求出粘度与毛细管力。据此，能够预测核酸扩增中的输送。
[0224] 通过以上的实验，如图12所示，关于25°C、60°C以及95°C的PCR试剂与25°C的纯水， 算出了粘度(粘性)与毛细管力。在这种情况下，由于25°C的纯水的粘度为n = 〇.〇〇〇89Pa · s 是周知的，从此次的实验中的25°C的纯水的粘度值为η = 〇. 〇〇〇99Pa · s可以知道，此次的实 验是妥当的。并且，由于25°C的纯水的表面张力为〇 = 0.073N/m是周知的，因此，通过该值算 出的25°C的纯水的毛细管力为4.3kPa，从此次的实验而得到的25°C的纯水的毛细管力的值 为4.4kPa中也可以知道，此次的实验是妥当的。
[0225] 接着，对采用了作为反应试剂的PCR试剂的核酸扩增进行实验，在此对该实验结果 进行说明。
[0226] 在该实验中，采用上述的核酸扩增器件1来用作微流体器件。在这种情况下，如图 7A至图7C所示，在被形成于槽部13的亲水膜(硅氧化膜）14、以及作为玻璃基板的第二基板 20的表面中的25°C的纯水的接触角Θ，均为49°。并且，将第一加热块141的温度设为95°C，将 第二加热块142的温度设为60°C，在流路100中流动的反应溶液周期性地在95°C和60°C这两 个温度区域中交替通过。
[0227] 并且，针对图10的实验，利用图13对变更了流路100的大小的情况下的毛细管力输 送特性进行说明。图13示出了关于通过毛细管力而在流路内自动地输送PCR试剂的时间与 液体前端的变位之间的关系。并且，在图13中示出了如下的情况的结果，这些情况是指，宽 度w为100μπι，深度d为100μπι的矩形流路的情况，以及宽度w为150μηι，深度d为150μηι的矩形流 路的情况。
[0228] 这样可以知道，通过变更流路100的大小，能够得到所希望的毛细