JP2000093174A - 化学標識の形成方法 - Google Patents

化学標識の形成方法

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JP2000093174A JP11263369A JP26336999A JP2000093174A JP 2000093174 A JP2000093174 A JP 2000093174A JP 11263369 A JP11263369 A JP 11263369A JP 26336999 A JP26336999 A JP 26336999A JP 2000093174 A JP2000093174 A JP 2000093174A
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Ravi F Saraf
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生物学的化学標識の形成方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも１つの二本鎖ＤＮＡ分子を用
意する。この二本鎖ＤＮＡ分子の一部分を変性する。二
本鎖ＤＮＡ分子の変性部分のヌクレオチドに化学的部分
を付着することで、その化学的部分が付着された変性部
分が再結晶するのを妨げることができる。さらに、化学
的部分は、発光染料などの検出可能な装入化合物を結合
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学標識（chemic
al tag）および化学標識を含む構造を合成する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】化学標識は、様々な適用分野で利用され
る。一般的に、化学標識は、広い範囲の適用分野で任意
の数のパラメータを監視し、分析し、かつ制御するため
に利用される。例えば、化学標識は、１つまたは複数の
技術により検出できる１種または複数の原子または分子
あるいはその両方を含むことができる。例えば、化学標
識は放射線同位体を含むことができる。このような化学
標識は、化学標識の存在を単に検出することだけが必要
である場合に有用である。化学標識はまた、選択された
波長の放射線による照射に応答して蛍光を発する物質を
含むこともできる。例えば、ある種の化学標識は紫外線
の照射に応答して蛍光を発することができる。
【０００３】化学標識の存在を検出するために、一般的
に様々な手段が使用される。例えば、照射に応答して可
視光または蛍光を放出する化学標識の存在は、簡単な目
視検査で検出することができる。場合によっては、化学
標識の存在を検出するために、特殊なフィルムまたは検
出器が必要となることもある。例えば、標識によって生
成される放射線に感受性のフィルムまたは検出器を利用
することができる。
【０００４】化学標識は様々な適用分野で利用すること
ができる。これらの適用分野の例として、特に汚染制
御、製品識別、地質調査、海洋における潮流の検出、植
物による物質の吸収などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、生物
学的化学標識を形成する新規な方法を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の諸態様は、生物
学的化学標識を形成する方法を提供する。この方法は、
少なくとも１つの二本鎖ＤＮＡ分子を提供することを含
む。以下の説明において、一般的にＤＮＡ分子とは二本
鎖ＤＮＡ分子である。その二本鎖ＤＮＡ分子の少なくと
も一部分が変性される。ＤＮＡ分子の変性された部分の
再結晶を妨げる化学的部分（chemical moiety）が、そ
のＤＮＡ分子の変性された部分のヌクレオチドに結合さ
れる。
【０００７】本発明の他の諸態様は、変性された部分を
含むＤＮＡ分子を含む構造を提供する。この構造は、Ｄ
ＮＡ分子の変性された部分の少なくとも一部分に付加さ
れた、化学的部分を含む。この化学的部分は、それが付
着されるＤＮＡ分子の変性された部分の再結晶を妨げ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】上述の通り、本発明は、化学標識
を合成するための方法を提供する。本発明はまた、本発
明に係る化学標識を組み込んだ構造をも含む。特に、本
発明はＤＮＡ分子用の化学標識に関する。
【０００９】本発明によれば、少なくとも１つのＤＮＡ
分子を用意する。このＤＮＡ分子の配列は、既知であっ
てもそうでなくてもよい。一般的に、このＤＮＡ分子は
二本鎖である。ＤＮＡ分子の少なくとも一部分は、変性
することができる。変性は、ＤＮＡ分子の変性させたい
部分を、ＤＮＡを変性できる溶液にさらすことによって
実行することができる。代替方法として、または追加と
して、変性させたい１つまたは複数の部位を高温にさら
すこともできる。
【００１０】溶液を利用してＤＮＡを変性させる場合、
ＤＮＡを変性させることが可能な任意の溶液が利用でき
る。この溶液は高い誘電率を持つものでよい。溶液は少
なくとも１種の塩を含むことができる。塩はＮａＣｌ、
ＮａＯＨ、ホルムアミド、および尿素の少なくとも１つ
を含むことができる。
【００１１】代替方法として、または追加として熱を利
用する場合、ＤＮＡの変性させたい部位を、これらの部
位のＤＮＡ分子に変性が起きるのに充分な温度に上げる
ことが好ましい。例えば、ＤＮＡを約７０℃ないし約１
１０℃の温度に昇温することができる。
【００１２】ＤＮＡ分子の一部分を変性した後、化学的
部分または挿入化合物を、ＤＮＡ分子の変性部分に付着
することができる。この化学的部分は一般的に、この化
学的部分が付着される変性部分の再結晶を妨げる。
【００１３】化学的部分は、様々な方法でＤＮＡ分子の
様々な位置に付着することができる。例えば、化学的部
分をＤＮＡ分子上の１つまたは複数の部位に水素結合す
ることができる。代替方法として、化学的部分とＤＮＡ
分子の一部分との間に、共有結合を形成することもでき
る。
【００１４】さらに、化学的部分の性質に応じて、その
化学的部分をＤＮＡ分子に付着する位置は異なる。一例
によると、化学的部分は、ＤＮＡ分子の変性した部分内
のヌクレオチドと相補的なヌクレオチドを含むことがで
きる。したがって、この化学的部分は、ヌクレオチドが
ＤＮＡの二重らせん構造内で一般的に相互に結合する方
法と同様の方法で、ＤＮＡ分子上の相補的ヌクレオチド
に水素結合する。この化学的部分は、ヌクレオチドが一
般的に結合するのと同じかまたは異なる部位に結合でき
るその他の原子または分子あるいはその両方を含むこと
ができる。
【００１５】代替方法として、化学的部分は、カルボン
酸などの酸基、またはカルボン酸の塩など酸基の誘導
体、あるいはその両方を含むことができる。酸基は塩基
のアミノ基と反応し、ＤＮＡが再結晶または復元（rena
ture）するのを阻止することができる。典型的な化合物
は、末端に酸基を持つアルカン鎖を含むことができる。
【００１６】化学的部分は、ＤＮＡ分子の変性部分に結
合する少なくとも１つの部分を含むことができる。ただ
し、この化学的部分は、変性したＤＮＡ分子上の２つ以
上の部位に結合する２つ以上の部位を含むこともでき
る。例えば、化学的部分は、変性したＤＮＡ分子の２つ
の部位に結合する２つの部位を含むことができる。例え
ば、２つの末端にヌクレオチド塩基をもつ長いアルカン
鎖がある。
【００１７】化学的部分は、ＤＮＡ分子の変性部分に結
合する少なくとも１つの原子または分子を含む他に、こ
の化学的部分の検出を促進する物質を含むことができ
る。一例によれば、化学的部分は発光染料を含むことが
できる。発光染料は、化学的部分の付着部分に化学的に
結合することができる。例えば、アルカン鎖の炭素の１
つに付着することができる。
【００１８】化学的部分または挿入化合物は、互いに接
続された複数の様々な化学的部分を含むオリゴマーとす
ることができる。化学的部分は、ＤＮＡ分子に挿入化合
物を結合するのを助ける付着部分を含むことができる。
挿入化合物はまた、挿入化合物の検出を可能にする検出
部分をも含むことができる。
【００１９】挿入化合物の付着部分は、１つまたは複数
のヌクレオチド塩基を含むことができる。ＤＮＡ分子の
２つ以上の部位に結合する挿入化合物は、各末端に付着
部分を含むことができる。例えば、挿入化合物は、各末
端に１つずつ、２つのヌクレオチドを含むことができ
る。例えば、挿入化合物は、グアニン・シトシンまたは
チミン・アデニンを含むことができる。どのヌクレオチ
ド塩基も、挿入化合物の末端で利用することができる。
本発明の一例によれば、塩基は相補的である。別の例に
よれば、塩基は同一である。挿入化合物のヌクレオチド
塩基は、ＤＮＡ分子の変性された部分の塩基に結合する
ことができる。
【００２０】別の例によれば、挿入化合物の付着部分
は、カルボン酸など少なくとも１つの酸、またはカルボ
ン酸の塩などの酸誘導体を含むことができる。酸または
酸誘導体基は塩基のアミド基と反応して、それが再結晶
または復元するのを阻止することができる。一例によれ
ば、挿入化合物は１末端に酸を含む。他の付着基には、
酸塩化物、イソシアナート、二塩化ホスホン酸が含まれ
る。
【００２１】上述の通り、付着部分は検出部分に結合す
ることができる。利用される検出部分は、挿入化合物を
どのように検出できるようにしたいかによって異なる。
例えば、挿入化合物は染料を含むことができる。染料は
照射により発光することができる。
【００２２】挿入化合物が発光性染料である場合、最初
に染料化合物を形成することができる。一例によれば、
発光性染料は、染料を付着できる少なくとも１つの官能
基を持つポリマー鎖を含む。ポリマー鎖は、任意の所望
のポリマーを含むことができる。挿入化合物に利用でき
るポリマーの例には、
【化１】 および
【化２】 が含まれる。ただし、２≦ｎ≦１０００であり、Ｒ＝Ｃ
Ｈ3；Ｃ2Ｈ5；
【化３】 ；３０個未満の炭素原子を持つ芳香族または脂肪族炭化
水素；または炭素および水素を含む不活性基である。
「ｘ」と定義される官能基は、
【化４】 、−ＮＨ2、−ＯＨまたはその他の任意のルイス酸また
はルイス塩基を含むことができる。
【００２３】染料を付着できる少なくとも１つの官能基
は、ポリマー鎖の様々な位置に付着することができる。
例えば、官能基はポリマー鎖の末端に付着することがで
きる。別の実施形態によると、官能基は、ポリマー鎖の
両端の間のどこにでも付着することができる。例えば、
官能基は、ポリマー鎖の真ん中付近に付着することがで
きる。
【００２４】ポリマー鎖を形成し、官能基を付着した
後、染料分子を官能基に付着することができる。本発明
に従って利用できる染料は、ナフタレンをベースとする
染料、アントラセンをベースとする染料、フルオレセイ
ンをベースとする染料、およびローダミンをベースとす
る染料を含む。本発明に従って利用できるそうした染料
の例を次に提示する。 ナフタレンをベースとする染料
【化５】 この染料と一緒に利用できる官能基には、−ＯＨおよび
−ＮＨ2がある。 アントラセンをベースとする染料
【化６】 この染料と一緒に利用できる官能基には、−ＯＨおよび
−ＮＨ2がある。 フルオレセインをベースとする染料
【化７】 この染料と一緒に利用できる官能基には、−ＯＨおよび
−ＮＨ2がある。 ローダミンをベースとする染料
【化８】 この染料と一緒に利用できる官能基には、−ＯＨおよび
−ＮＨ2がある。
【００２５】図５（ａ）は、本発明に従って利用できる
ＤＮＡ分子の実施形態を示す。図５（ｂ）は、ＤＮＡ分
子の一部分が変性された図５（ａ）に示したＤＮＡ分子
の実施形態を示す。図５（ｃ）および図５（ｄ）は、変
性された部分３に挿入化合物が結合された本発明の２つ
の実施形態を示す。
【００２６】例えば、図５（ｃ）は、ＤＮＡ分子１の変
性領域３に４つの挿入化合物が結合された実施形態を示
す。各挿入化合物５は、１つの付着部分７および１つの
検出部分９を含む。４つの挿入化合物は、図５（ｃ）に
示されたＤＮＡ分子の変性部分に結合されている。
【００２７】一方、図５（ｄ）に示す実施形態では、５
つの挿入化合物が変性領域に結合されている。図５
（ｄ）に示す実施形態の各挿入化合物１１は、付着部分
１３、１５および検出部分１７を含む。図５（ｄ）から
分かるように、各挿入化合物は、ＤＮＡ分子の変性領域
の２つの部位に結合される。
【００２８】ＤＮＡ分子の一部分を変性する前に、ＤＮ
Ａを基板上に配列することによって、ＤＮＡの変性を促
進することができる。本発明に従って用意される基板
は、ＤＮＡがある領域に隣接して配置されたときにＤＮ
Ａが変性されるような領域を含むことができる。ＤＮＡ
が隣接して配置されたときにＤＮＡが変性するような基
板のそうした領域は、結果的にＤＮＡの変性を引き起こ
す溶液を保持する性質を含むことができる。例えば、基
板のある領域は、溶液をその部分に保持させる特定の湿
潤特性を持つことができる。
【００２９】基板における溶液の差別的な保持（differ
ential retention）を促進するために、基板は異なる湿
潤特性を持つ領域を設けることができる。異なる湿潤特
性を持つこれらの領域は、複数の線状に設けることがで
きる。異なる湿潤特性を持つ領域は、複数の異なる湿潤
特性を持つことができる。一般的に、基板は、２つの異
なる湿潤特性を持つ領域を含む。２つの異なる湿潤特性
を持つ領域を含む基板では、一方の湿潤特性が結果的に
その範囲のＤＮＡ分子を変性できる溶液を保持し、他方
の領域は溶液を保持する傾向が無いことが好ましい。
【００３０】異なる湿潤特性を持つ領域は、それぞれの
側に１つの湿潤特性の各線が置かれた、複数の交互に並
んだ線状に設けることができる。１つの湿潤特性の各線
はすべて同じ幅を持つことができる。代替方法として、
１つの湿潤特性のすべての線は１つの幅を持ち、別の湿
潤特性のすべての線は別の幅を持つことができる。しか
し、任意の数の湿潤特性を持つ任意の数の線を、様々な
幅で設けることができる。
【００３１】一実施形態によれば、基板は２種類の湿潤
特性を持つ２種類の線を含む。この実施形態によれば、
第１の湿潤特性を有する線は、約１０ｎｍないし約１０
００ｎｍの幅を持つ。また、この実施形態によれば、第
２の湿潤特性を有する線は約１０ｎｍないし約１０００
０ｎｍの幅を持つ。さらに、この実施形態によれば、約
１０ｎｍないし約１０００ｎｍの幅を持つ第１の湿潤特
性を有する線は、基板上に配置されたＤＮＡを変性する
ことができる溶液を保持する傾向がある。
【００３２】一方の種類のすべての線は変性溶液を保持
する傾向があり、他方の種類のすべての線は変性溶液を
保持しない傾向がある。さらに、一方の湿潤特性を有す
るすべての線は１つの幅を持つことができ、他方の湿潤
特性を有するすべての線は別の幅を持つことができる。
２つの幅は同一であっても、そうでなくてもよい。例え
ば、一方のタイプのすべての線は他方のタイプのすべて
の線より幅が広くなるように、一方の湿潤特性を有する
すべての線に他方より短い幅を与えることができる。代
替方法として、両方のタイプのすべての線が同じ幅を持
つこともできる。
【００３３】異なる湿潤特性を持つ領域を基板上に設け
るのではなく、基板が変性溶液を保持するための少なく
とも１つの溝（channel）を含むことができる。基板は
複数の溝をその基板に含むことができる。溝の大きさ
は、溝に配置されるＤＮＡ分子の変性したい領域の大き
さによって異なる。さらに、溝の数は、少なくとも１つ
の変性部分を含むようにするＤＮＡ分子の長さによって
異なる。
【００３４】別の実施形態によると、少なくとも１つの
部分は、溶液を保持するための少なくとも１つの溝を含
む。溶液は、ＤＮＡが基板上に配置されたときに、ＤＮ
Ａの少なくとも一部分が変性されるような基板上の少な
くとも一部分に溶液が配置されるように、基板上に付着
される。
【００３５】一実施形態によると、基板の各溝は、約１
０ｎｍないし約５００ｎｍの深さを持つ。深さは、基板
の表面に対して溝の最深部の深さとして測定することが
できる。基板が複数の溝を含む場合、各溝は実質的に同
じ深さをもつことができる。代替方法として、溝は異な
る深さを持つこともできる。
【００３６】基板に設けられる少なくとも１つの溝はま
た、約１０ｎｍないし約１００００ｎｍの幅を持つこと
ができる。基板が複数の溝を含む場合、各溝は実質的に
同じ幅を持つことができる。代替方法として、溝は異な
る幅を持つこともできる。
【００３７】溝の幅は、溝の開口の幅を指すことができ
る。溝の開口の幅は、溝が最初に始まる基板の表面から
測定するか、またはより広い幅の溝の開口の部分から測
定することができる。溝の最小幅は、約１０ｎｍないし
約１００００ｎｍとすることができる。
【００３８】溝または溝の開口の幅、または溝を含まな
い実施形態では変性溶液を保持する傾向のある湿潤特性
を持つ基板の部分の幅は、溶液と基板の一部分に配置さ
れた少なくとも１つのＤＮＡ分子との間に選択された量
の接触が行われるのに充分な量の溶液を収容するため
に、溝の場合は充分な深さと幅を持ち、様々な湿潤特性
を持つ表面の場合は充分な幅を持つことができ、そこで
溶液は結果的に少なくとも１つのＤＮＡ分子に選択され
た量の変性が起こるように配置される。また、溝または
領域の幅または深さあるいはその両方は、特定の量のＤ
ＮＡ分子の変性を生じる所望の量の変性溶液を保持する
のに充分な大きさにすることができる。
【００３９】溝は、約１０ｎｍないし約１０００ｎｍの
距離で相互に分離することができる。この離隔距離は、
１つの溝の開口の縁部から隣接する溝の開口の隣接する
縁部までを測定することができる。代替方法として、離
隔距離は１つの溝の中心線から隣接する溝の中心線まで
を測定することもできる。
【００４０】溝または変性溶液を保持する傾向のある湿
潤特性を持つ基板の領域は、基板の領域によって分離す
ることができる。分離領域は、それらに接触するＤＮＡ
分子を保持する傾向を生じる性質を持つことができる。
これらの線に沿って、分離領域は、基板上に配置された
ＤＮＡ分子の選択された保持度を得るのに充分な幅を持
つことができる。変性できる溝上の塩基対の数は、約４
０個ないし約４０，０００個の範囲とすることができ
る。塩基対のこの数は、約１０ｎｍないし約１０，００
０ｎｍの幅に対応する。
【００４１】基板に溝を設けた後、溝を含む基板の少な
くとも一部分に溶液を付着することができる。この溶液
は、上述の変性溶液を含む。
【００４２】溶液は、基板全体に、または基板の一部分
にのみ、付着することができる。変性溶液は水溶液とす
ることができる。溶液は高い誘電率を持つことができ
る。さらに、溶液は塩を含むことができる。塩の例はＮ
ａＣｌ、ＮａＯＨ、ホルムアミド、および尿素を含む。
溶液は極性溶媒を含むことができる。極性溶媒の１つの
例は水である。
【００４３】基板が溶液を保持する傾向のない領域を含
む場合、それらは溶液をはじく傾向があるか、または単
に溶液を保持しない傾向があるだけかもしれない。これ
らの基板の一部分が溶液を保持しないか、または溶液を
はじく傾向がある場合、これらは、基板のその部分に配
置されたＤＮＡ分子の少なくとも一部分を保持する傾向
を持つことができる。したがって、溝間の表面は非湿潤
表面とみなすことができる。ＤＮＡは一般的に、基板の
溝間の表面と物理的に接触し、少なくともファン・デル
・ワールス力によってそれと相互作用する。ＤＮＡを保
持する傾向にあるこれらの領域は、弱親水性にのみする
ことができる。
【００４４】基板に変性溶液を付着した後、基板が溝を
含むか、それとも異なる湿潤特性を持つ領域を含むかに
関係なく、過剰な溶液を除去することができる。溶液を
除去する必要があるか否かは、適量の溶液が溝の所望の
部分および／または所望の湿潤特性を持つ領域に実質的
に限定されて付着しているかどうかによって決まる。一
般的に、基板および溶液上に配置されたＤＮＡがどこで
変性されるかを制御できるように、基板上に溶液が付着
される場所を制御することが望ましい。
【００４５】基板の選択された場所に変性溶液を付着し
た後、ＤＮＡ分子を基板上に配置することができる。一
般的に、このＤＮＡ分子は、変性溶液が付着された複数
の領域だけでなく、変性溶液が付着されていない複数の
領域にも接触するように基板上に配置される。
【００４６】また、複数のＤＮＡ分子を１つの基板上に
配置することもできる。例えば、約２個ないし約１０，
０００個のＤＮＡ分子を基板上に配置することができ
る。基板上にＤＮＡ分子を配置するために、まず溶液を
含むＤＮＡを基板上に付着する。ＤＮＡ分子の大きさ
は、ＤＮＡが溝内に完全に落下しないように、溝の幅よ
り大きいことが好ましい。
【００４７】次にＨ2Ｏなどの溶媒を蒸発させる。次い
で、変性流体を基板の一端から溝に注入する。この変性
流体は表面張力によって溝内に運ばれる。
【００４８】付着後、ＤＮＡ分子は一般的に、ＤＮＡ分
子に所望の量の変性が生じるのに充分な時間、基板上に
着座または停留させる。例えば、一般的に、溶液を注入
した後、ＤＮＡ分子を約１分ないし約６０分間変性させ
ることができる。
【００４９】ＤＮＡ分子に所望の量の変性を発生させる
ための充分な時間が経過した後、挿入化合物を基板上、
および基板上に配置されたＤＮＡ上に付着することがで
きる。挿入化合物は実質的に上述の通りとすることがで
きる。挿入化合物を変性溶液中に含めることによって、
挿入化合物は基板上の変性されたＤＮＡに適用すること
ができる。
【００５０】変性後に、挿入化合物をＤＮＡ分子の変性
された部分に結合させることができる。基板に付着され
たＤＮＡ分子の配列および挿入化合物の構造を知ること
によって、挿入化合物がＤＮＡ分子に結合する位置を制
御することができる。一方、ＤＮＡの配列が不明である
場合、挿入化合物を不明の位置に結合させ、以下で説明
するように配列を決定させることができる。
【００５１】挿入化合物が基板上に配置されたＤＮＡ分
子と結合するための充分な時間が経過した後、ＤＮＡ分
子の付近から過剰な挿入化合物を除去する。過剰な挿入
化合物は、ＤＮＡ分子の変性部分に付着しなかった挿入
化合物とすることができる。例えば、過剰な挿入化合物
は単に洗い流すことができる。
【００５２】挿入化合物をＤＮＡ分子の変性部分に付着
した後、ＤＮＡ分子上の挿入化合物の位置を検出するこ
とができる。挿入化合物が蛍光染料のような発光性染料
を含む場合、ＤＮＡ分子および結合挿入化合物に、染料
が蛍光を発する波長の光を照射する。よって、ＤＮＡの
位置を検出することができる。
【００５３】さらに、変性部分を含むＤＮＡ分子の部分
は、「書込み可能なセグメント」とみなすことができ
る。ＤＮＡ分子を基板上に配置する場合、基板に配置さ
れたＤＮＡ分子の部分は、「書込み可能なセグメント」
とみなすことができる。このような分析によれば、挿入
化合物がＤＮＡ分子の変性部分に付着される位置に１の
値を割り当てることができる。同様に、ＤＮＡの変性部
分が挿入化合物を含まない場合、ＤＮＡのその位置に０
の値を割り当てることができる。
【００５４】ＤＮＡ分子の異なる溝に異なる溶液を利用
して、変性されたＤＮＡ分子の部分に、１および０を局
所的に「書き込む」ことができる。したがってＤＮＡ鎖
は１と０によって修飾することができる。これは基本的
に、光検出器などの光学的方法および装置を利用して読
み取ることができる分子バーコードにつながる。
【００５５】一実施形態によると、基板の各溝、または
その領域が変性溶液を保持する傾向を有するように湿潤
特性を備えた基板の各領域は、約１００ｎｍの幅を持
つ。この実施形態によると、溝または変性溶液を保持す
る湿潤特性を持つ領域は、約１０００ｎｍの距離だけ分
離される。また、溝または特定領域を含む基板の部分は
約１０ｍｍの幅を持つ。少なくとも１０ｍｍの長さのＤ
ＮＡの鎖を基板上に配置した場合、上述の基板のパラメ
ータを前提とすると、約１００００個以上のＤＮＡ鎖の
変性部分を「書き込む」ことができる。１００００個の
書込み可能なセグメントを持つことは、２10000の識別
につながる。
【００５６】ＤＮＡの変性はまた、ＤＮＡを変性するこ
とが望ましいＤＮＡの位置を加熱することによって実行
または促進することができる。ＤＮＡが基板上に配置さ
れる場合、基板に加熱可能な部分を設けることによって
加熱を行うことができる。加熱可能な部分は、溝または
特定の湿潤特性を持つ領域あるいはその両方の代わり
に、またはそれに加えて設けることができる。さらに、
加熱可能な部分を必ずしも基板内または基板上あるいは
その両方に設ける必要はない。
【００５７】一実施形態によると、基板の加熱可能な部
分は、基板内または基板上あるいはその両方に配置され
た金属または金属化合物によって得られる。金属は、ス
トーブの抵抗発熱体がそこに電流を通すことによって加
熱するのと同様に、金属に電流を通すことによって加熱
することができる。
【００５８】電流は、連続的に、または周期的にあるい
はその両方で流すことができる。１つの例によると、電
流はパルス化される。パルス化は規則的に、または不規
則にタイミングを計ることができる。電流は、連続電流
とパルス電流の組合せとすることができる。そのような
ワイヤを含む構造を、以下でより詳細に説明する。局所
温度は約７０℃ないし約１１０℃の範囲にすることがで
きる。昇温は、パルスとしてまたは連続的に与えること
ができる。温度がパルスとして与えられる場合、昇温が
与えられるパルス持続時間は少なくとも約１００ｎｓと
することができる。
【００５９】上述の通り、本発明によれば、ＤＮＡを基
板上に配置することができる。一般的に、基板は平滑な
上面を有する。基板は複数の溝、または異なる湿潤特性
を持つ領域を含むことができる。溝または領域は、線状
に設けることができる。線は幅ｌ1を持つことができ
る。溝または領域の間に、基板の領域または「ランド」
を設けることができる。「ランド」は幅ｌ2を持つこと
ができる。したがって、線または領域の間のピッチ（pi
tch）はｌ1＋ｌ2と記述することができる。基板が溝を
含む場合、深さｄをもつことができる。
【００６０】変性溶液が水または水溶液である場合、溝
または領域は約１０ｎｍないし約１０００ｎｍの幅を持
つことができ、ｌ2が約１０ｎｍないし約１００００ｎ
ｍとなるように「ランド」によって分離することができ
る。溝の深さは、約１０ｎｍないし約５００ｎｍとする
ことができる。
【００６１】本発明による基板は、多くの方法によって
製造することができる。図１（ａ）ないし図１（ｄ）
は、本発明による方法の一実施形態全体の様々な段階に
おける基板の一実施形態を示す。図１（ａ）ないし図１
（ｄ）に示すこの実施形態の方法によると、基板１９を
用意する。基板は半導体物質とすることができる。例え
ば、基板はシリコンとすることができる。
【００６２】基板１９の表面２０は、物質で処理してそ
れを部分的にのみ親水性にすることができる。例えば、
接触角は約１０°ないし約４０°とすることができる。
一例によると、表面は弱ＨＦで処理してそれを親水性に
することができる。「弱」ＨＦは、Ｈ2Ｏ約１００部に
対しＨＦ約１部の割合を含むことができる。
【００６３】基板の表面を親水性にするために、別の処
理法を利用することができる。例えば、表面をアルカリ
溶液で処理することができる。利用できるアルカリ溶液
の例として、ＮＨ4ＯＨやＮａＯＨの溶液がある。
【００６４】基板１９の表面２０を処理して、それを部
分的にのみ親水性にした後、新しいフォトレジストの層
２１を、部分的に親水性にした基板の表面に付着するこ
とができる。この場合、任意のフォトレジスト材料を使
用することができる。任意の数のフォトレジストを利用
することができるが、一実施形態によれば、フォトレジ
ストは、後のステップにおけるプラズマ処理中にエッチ
ング停止剤として作用することができるように、高いケ
イ素含有率を持つことが好ましい。しかし、任意の標準
フォトレジストを利用することができる。例えば、紫外
光ないし深紫外光（λ＝約１９０〜約４１０ｎｍ）によ
って像を形成することができる任意のフォトレジストを
利用することができる。また、電子ビームによって像を
形成できるレジストを使用することもできる。１つのそ
うしたレジストとしてＰＭＭＡがある。
【００６５】フォトレジスト層２１の付着後、フォトレ
ジストは選択的に、それが感応する波長の照射にさらす
ことができる。一実施形態によると、フォトレジストは
基板に形成される溝のパターンに合致するパターンに露
光される。言い換えると、フォトレジストを露光して、
基板に形成したい線幅および線のピッチに合致する像を
形成することができる。露光後、フォトレジストを現像
してフォトレジストの一部分を選択的に除去し、結果的
に図１（ｂ）に示す構造を得ることができる。図１
（ｂ）に示すように、この構造は、フォトレジストが除
去された複数の領域２５、およびフォトレジストが残留
している複数の領域２３を含む。
【００６６】フォトレジストを露光し現像した後、基板
１９をさらに処理して、基板に溝を形成することができ
る。溝は、様々な方法を利用して形成することができ
る。例えば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を使
用して、フォトレジストの除去によって露出した基板１
９の領域２５をエッチングすることができる。言い換え
ると、残留しているフォトレジストは、基板１９の一部
分を除去するためのマスクとして作用する。
【００６７】基板１９のエッチングは、異方性とするこ
とができる。異方性エッチングは結果的に溝を明確に画
定する。エッチングはＣｌ2低圧プラズマを利用して実
行することができる。他のエッチング処理を利用するこ
ともできる。例えば、ＮＦ3および少なくとも１つの炭
化水素を含むプラズマを利用することができる。プラズ
マ中で利用される炭化水素は、１個ないし約２０個の炭
素原子を持つ任意の脂肪族または芳香族炭化水素を含む
ことができる。代替方法として、エッチングは、約−１
００℃のＳＦ6プラズマの利用を含むことができる。さ
らに、エッチングは１０％Ｈ2／ＣＦ4の反応性イオン・
エッチングを含むことができる。
【００６８】エッチングは、所望の量の基板１９が除去
されて結果的に所望の深さの溝が形成されるまで、実行
することができる。深さは、上述の通りとすることがで
きる。選択された深さの溝を形成するために、エッチン
グをどれだけの時間実行すればよいか、当業者は理解す
るであろう。
【００６９】溝２７は、それらがすべて平行になるよう
に基板に設けることができる。代替方法として、溝はす
べてが平行でなくてもよい。例えば、基板は相互に垂直
な幾つかの溝を含むことができる。
【００７０】溝の形成後、基板の溝２７の表面を１種ま
たは複数の物質にさらし、基板の溝内の表面を親水性に
することができる。基板の溝内の表面は、まだフォトレ
ジストに覆われている基板の表面より親水性が高くなる
ように処理することができる。例えば、Ｈ2Ｏに対する
接触角が約１５°未満となるように、基板を処理するこ
とができる。
【００７１】一例によれば、溝内の露出した基板を水プ
ラズマにさらして、表面を親水性にすることができる。
一般的に、表面に−ＯＨ基を形成する任意のプラズマを
利用することができる。
【００７２】基板の溝内の表面を親水性にした後、残っ
ているフォトレジスト部分２３を基板１９から除去する
ことができる。残っているフィトレジストは、任意の適
切な既知の方法を利用して取り除くことができる。その
結果得られる構造を図１（ｄ）に示す。この構造は、溝
２７およびランド２９を含む。上述の処理で説明したよ
うに、ランド２９は弱親水性とすることができ、溝２７
は強親水性とすることができる。
【００７３】図２（ａ）ないし図２（ｄ）は、少なくと
も１つのＤＮＡ分子をその上で変性させる基板を形成す
るための本発明に係る方法の別の実施形態における基板
の様々な段階を表す。図２（ａ）ないし図２（ｄ）に示
す方法によれば、基板３１を用意する。基板は半導体物
質とすることができる。例えば、基板はシリコン・ウェ
ハとすることができる。シリコン・ウェハは、＜１００
＞ｎドープ・シリコン・ウェハとすることができる。基
板は約２ないし約５Ω・ｃｍの抵抗を持つことができ
る。
【００７４】次に、基板３１の表面に誘電体の層３３を
付着することができる。任意の適切な誘電体を利用する
ことができる。例えば、誘電体層は酸化物または窒化物
とすることができる。酸化物および窒化物の例として、
Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＯ2がある。誘電体以外のその他の物質
も利用することができる。例えば、少なくとも１種の金
属を利用することができる。しかし、金属はあまり選択
的にエッチングされない。
【００７５】誘電体の層を付着した後、フォトレジスト
の層３５を誘電体層３３の上に付着することができる。
任意の適切なフォトレジスト材料を利用することができ
る。一実施形態によれば、フォトレジストは、後のステ
ップでプラズマ処理中にエッチング停止剤として作用で
きるように、高いケイ素含有率を持つことが好ましい。
【００７６】しかし、任意の標準フォトレジストを利用
することができる。例えば、紫外光ないし深紫外光（λ
＝約１９０ないし約４１０ｎｍ）によって像を形成でき
るフォトレジストを利用することができる。また、電子
ビームによって像を形成することができるレジストも利
用できる。１つのそうしたレジストとしてＰＭＭＡがあ
る。
【００７７】フォトレジストは任意の既知の方法で塗布
することができる。例えば、フォトレジストは誘電体層
３３の上にスピン・キャストすることができる。
【００７８】フォトレジスト層を付着した後、図１
（ａ）ないし図１（ｄ）に関連して上述した方法と同様
に露光し現像することができる。現像の結果としてフォ
トレジストを選択的に除去した結果、図１（ｂ）に示し
た構造と同様の、図２（ｂ）に示す構造が得られる。し
たがって、図２（ｂ）に示す構造は、基板３１、誘電体
層３３、および開口３７と基板が残る領域３９とを含む
ようにパターン化されたフォトレジスト層を含む。
【００７９】上述しかつ図１（ａ）ないし図１（ｄ）に
示した方法と同様に、フォトレジストをマスクとして利
用し、誘電体層３３をエッチングすることができる。誘
電体層のエッチングは、任意の適切な方法および／また
は材料を利用して実行することができる。例えば、誘電
体は湿式エッチング剤を利用してエッチングすることが
できる。１つの例によれば、誘電体層をエッチングする
ためにＨＦが利用される。代替方法として、反応性イオ
ン・エッチングを利用することもできる。反応性イオン
・エッチングはプラズマを利用することができる。
【００８０】誘電体層３３のエッチングの結果、そこに
開口４１およびこの開口に隣接する残留領域４３が形成
される。誘電体層のエッチング後、残留フォトレジスト
領域３９を除去することができる。残留フォトレジスト
領域３９の剥離または除去は、任意の適切な既知の方法
に従って実行することができる。図２（ｃ）は、残留フ
ォトレジストの除去後の構造を示す。
【００８１】残留フォトレジストの除去後、基板３１を
エッチングすることができる。エッチングは基板に溝を
形成するために実行される。図２（ｄ）に示す実施形態
では、溝のエッチングは、それが誘電体４３をアンダカ
ットするように行われる。しかし、溝は誘電体４３を必
ずしもアンダカットする必要はない。
【００８２】基板３１のエッチングは、任意の既知のエ
ッチング方法に従って実行することができる。例えば、
基板３１は等方的にエッチングすることができる。エッ
チングは、例えばＣＦ4プラズマ、３：１のＳＦ6／Ｏ2
ＲＩＥプラズマ、またはＣｌ2／ＣＣｌＦ3（ＣＣｌＦ3
＞５０％）プラズマなどのプラズマを用いて実行するこ
とができる。
【００８３】基板３１に溝４５を形成した後、基板の溝
内の表面を、それを親水性にする物質にさらす。基板の
溝内の表面がさらされる物質は、硫酸または過酸化水素
あるいはその両方を含むことができる。これらの物質は
表面を強親水性にすることができる。溝の表面を親水性
にすることは、溝だけを溶液に浸漬することによって実
行することができる。
【００８４】溝の表面は親水性にすることができるが、
基板３１の表面に残っている誘電体４３の表面は親水性
が低い。実際には、誘電体の表面は弱親水性にのみする
ことができる。その結果得られる構造を図２（ｄ）に示
す。
【００８５】図２（ｄ）に示す構造はさらに処理して、
溝上に配置されたＤＮＡを加熱するための構造を設ける
ことができる。図３（ａ）ないし図３（ｃ）は、基板上
に配置されたＤＮＡ分子の温度を上昇させる手段を基板
に設けるための本発明に係る方法の様々な段階におけ
る、本発明に係る基板の一実施形態を示す。
【００８６】図３（ａ）に示す構造は、図２（ｄ）に示
した構造に対応する。図３（ａ）の構造上に金属または
合金あるいはその両方を付着する。金属は、貴金属を含
んでもよい。例えば、図３（ａ）に示す構造上に金を付
着することができる。金またはその他の金属は、任意の
既知の方法で付着することができる。例えば、標準スパ
ッタリング法を利用することができる。
【００８７】図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された構造
上に金属が付着された構造を示す。図３（ｂ）に示す構
造は、溝４５内に付着された金属４７および誘電体部分
４３に付着された金属４９を含む。溝４５内に付着され
た金属４７は、図３（ｂ）に示すような円錐形の断面を
持つことができる。金属は、溝４５の表面の少なくとも
一部分だけでなく、誘電体部分４３の表面にも付着され
る。円錐形の断面は、金属が溝の開口部を通過するとき
の単純干渉効果によって形成される。
【００８８】溝または誘電体領域４３あるいはその両方
の表面の少なくとも一部分に金属を付着した後、金属の
選択された部分を除去する。一実施形態によれば、誘電
体４３上の金属４９はすべて除去することができる。溝
４５内の金属の少なくとも一部分も、同時に除去するこ
ともできる。
【００８９】金属の除去は、任意の既知の方法に従って
実行することができる。本発明の一実施形態によれば、
金属は、基板およびその上に付着された金属を液体金属
にさらすことによって除去される。液体金属は高い表面
エネルギを持ち、したがって溝内に入り込んで溝内の金
属を除去する傾向が無い。液体金属は水銀またはガリウ
ムあるいはその両方とすることができる。金属の選択的
除去の後、図３（ｃ）に示す構造が得られる。
【００９０】図３（ｃ）に示す構造は、基板上に配置さ
れたＤＮＡ分子に熱を加えて、付着された金属付近のＤ
ＮＡを変性させるために利用することができる。溝４５
内の金属４７に電流を通して、ＤＮＡに金属付近で変性
を生じさせることもできる。加熱は、変性溶液を利用す
ることに加えて、またはその代わりに、実行することが
できる。
【００９１】基板に溝を設けて溝内に変性溶液を付着す
るのではなく、本発明は、基板を完全に貫通して形成さ
れたスリットを含む格子を含む基板を含むことができ
る。格子を含む基板は、変性溶液の貯液槽の上に配置
し、基板上にＤＮＡを配置することができる。
【００９２】図４（ａ）ないし図４（ｅ）は、基板に格
子を形成するために利用できる方法の一実施形態の様々
な段階における基板の実施形態を示す。この方法によれ
ば、多層基板を用意する。この基板は、半導体物質のコ
ア５１を含むことができる。半導体物質はシリコン・ウ
ェハとすることができる。一例によれば、シリコン・ウ
ェハは＜１００＞シリコン・ウェハである。
【００９３】少なくとも１層の誘電体をコア５１の頂面
および底面上に設けることができる。誘電体の層５３、
５５は、同一誘電体とすることができる。代替方法とし
て、誘電体の層５３、５５は異なる誘電体とすることも
できる。コア５１の頂面および底面上に異なる誘電体を
設けることによって、誘電体層は差別的に取り扱うこと
ができる。一実施形態によれば、誘電体層５３、５５は
窒化物または酸化物あるいはその両方を含むことができ
る。酸化物または窒化物あるいはその両方は、その下に
ある半導体コアに基づくことができる。例えば、誘電体
はＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4あるいはその両方を含むこと
ができる。
【００９４】多層基板はまた、各誘電体層の上に付着さ
れた少なくとも１層のフォトレジストをも含むことがで
きる。図４（ａ）に示す構造は、誘電体層５３、５５の
上に付着されたフォトレジスト層５７、５９を含む。誘
電体の場合と同様に、同一フォトレジストを誘電体上に
付着することができる。代替方法として、各フォトレジ
スト層は異なる組成を含むこともできる。
【００９５】任意の適切なフォトレジスト材料を利用す
ることができる。一実施形態によると、フォトレジスト
は、それが後のステップでプラズマ処理中にエッチング
停止剤として作用することができるように、高いケイ素
含有率を持つことが好ましい。しかし、どんな標準的フ
ォトレジストでも利用することができる。例えば、紫外
光または深紫外光（λ＝約１９０ないし約４１０ｎｍ）
によって像を形成できる任意のフォトレジストを利用す
ることができる。また、電子ビームによって像を形成で
きるレジストも利用できる。１つのそうしたレジストと
してＰＭＭＡがある。
【００９６】また、任意の適切な誘電体も利用すること
ができる。例えば、誘電体層は酸化物または窒化物とす
ることができる。酸化物および窒化物の例としてＳｉ3
Ｎ4やＳｉＯ2がある。誘電体以外のその他の物質も利用
することができる。例えば、金属を利用してもよい。し
かし、金属はあまり選択的にエッチングされない。
【００９７】図４（ａ）は、本発明に係る多層基板の一
実施形態を示す。図４（ａ）に示す多層基板を作製した
後、フォトレジスト層５７、５９を、それらが感応する
波長の放射線に選択的にさらすことができる。一般的
に、フォトレジスト層の一方は、現像されたときに、フ
ォトレジストの現像によって除去された部分が、ＤＮＡ
が配置される格子に形成されたスリットの幅およびピッ
チに一致するパターンを形成するようなパターンに露光
される。さらに、一般的に、もう一方のフォトレジスト
層は、下にある誘電体またはコアあるいはその両方にエ
ッチングにより形成される開口であって、格子を上に置
いた溶液槽から溶液が流入できる開口に一致する開口を
形成するように露光される。
【００９８】露光後、フォトレジスト層は現像される。
図４（ｂ）は、本発明に係わる構造の一実施形態のフォ
トレジストが現像された状態を示す。フォトレジストの
現像により、結果的に開口６１、６５および残留部分６
３、６７が形成される。図４（ｂ）に示す実施形態の開
口６５は、ＤＮＡが上に配置される格子を形成するスリ
ットを表す。
【００９９】フォトレジストの現像後、下にある誘電体
の層は、残留フォトレジストをマスクとして利用してエ
ッチングすることができる。誘電体は、任意の適用可能
な方法を利用してエッチングすることができる。例え
ば、誘電体層がＳｉＯ2である場合、反応性イオン・エ
ッチングを利用することができる。反応性イオン・エッ
チングは、Ｃ2Ｆ6／ＣＨＦ3およびＳＦ6／Ｏ2を含むプ
ラズマによって実行することができる。様々な誘電体を
エッチングするために、他の方法またはプロセス・パラ
メータあるいはその両方を利用することもできる。例え
ば、誘電体がＳｉ 3Ｎ4の場合、ＣＦ4／Ｏ2を含む反応性
イオン・エッチング・プラズマを利用することができ
る。
【０１００】誘電体層をエッチングした後、フォトレジ
ストの開口６１、６５によって画定される空間からすべ
ての誘電体が除去されることを確実にするのを助けるた
めに、コア５１の表面をクリーニングして、誘電体残滓
を除去することができる。例えば、任意の適切なクリー
ニング方法および物質を利用することができる。一例に
よれば、ＨＦを利用して誘電体残滓の除去を確実にす
る。
【０１０１】誘電体残滓の除去の後、フォトレジストの
残留部分６３、６７を多層構造から除去することができ
る。図４（ｃ）は、結果的に得られる構造を示す。図４
（ｃ）に示す実施形態から分かるように、誘電体層５
３、５５に開口６９、７１が形成される。誘電体層の一
部分７３、７５はまた、多層基板のコア５１上に残すこ
ともできる。
【０１０２】残りのフォトレジストの除去後、多層構造
のコア５１は、残りの誘電体部分をマスクとして利用し
てエッチングすることができる。最初にコア構造の片面
をエッチングすることができる。コア５１の最初のエッ
チングは、ＫＯＨ溶液中で異方性エッチングすることが
できる。
【０１０３】図４（ｄ）は、結果的に得られる構造を示
す。図４（ｄ）に示す構造は、コア５１にエッチングで
形成された大きい開口７７を示す。この開口７７は、変
性溶液または流体槽に隣接して配置される開口である。
表面７６、７８は（１１１）シリコンとすることができ
る。
【０１０４】最初にコア５１の上面は（１００）面とす
ることができる。エッチング中、（１００）面は（１１
１）面より高い速度でエッチングされる。その結果、表
面８０が（１００）、側壁７６、７８が（１１１）のト
レンチ７７を得ることができる。
【０１０５】コア層５１の片面をエッチングした後、反
対側の面をエッチングすることができる。このエッチン
グは、図１（ａ）ないし図１（ｄ）、および図２（ａ）
ないし図２（ｄ）に示した、基板をエッチングして基板
に溝を形成する方法に関連して上述したのと同様に、実
行することができる。
【０１０６】コアおよび層５１にスリット７９をエッチ
ングで形成した後、誘電体層の残留部分７５を除去する
ことができる。任意の適切な方法または物質あるいはそ
の両方を利用して、コア５１上に残っている誘電体層部
分７５を除去することができる。例えば、誘電体がＳｉ
3Ｎ4などの窒化物である場合、リン酸を利用して誘電体
の残留部分を除去することができる。リン酸を利用して
誘電体７５を除去する場合、約１８０℃の８５％リン酸
溶液を利用することができる。代替方法として、誘電体
層部分７５は、反応性イオン・エッチングにより除去す
ることができる。一実施形態によれば、ＣＦ4／Ｏ2を利
用することができる。
【０１０７】図４（ｅ）は、誘電体層部分７５を除去し
た結果得られる構造を示す。
【０１０８】図４（ｅ）に示すような構造を形成した
後、この構造は、変性溶液を充填した液槽に隣接して配
置することができる。次いでＤＮＡをこの構造上に配置
することができる。
【０１０９】図６は、図４（ｅ）に示した基板およびこ
の基板に取り付けられた流体槽を示す。流体槽は任意の
適切な物質で形成することができる。例えば、液槽はガ
ラス、セラミック、またはシリコンで形成することがで
きる。
【０１１０】基板および液槽の相互に対する位置ずれを
防止するために、液槽は基板に固定することができる。
液相を基板に固定するために、任意の適切な手段を利用
することができる。例えば、クランプ８４を利用して基
板および液槽を相互に固定することができる。基板およ
び液槽を相互に隣接して配置した後、液槽および基板に
よって画定される空間に変性溶液または流体８６を供給
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板製造方法の様々な段階におけ
る、本発明の一実施形態に従って利用することができる
基板の一実施形態の断面図である。
【図２】本発明に係る基板製造方法の様々な段階におけ
る、本発明の一実施形態に従って利用することができる
基板の別の実施形態の断面図である。
【図３】本発明に係る基板製造方法の様々な段階におけ
る、本発明の一実施形態に従って利用することができる
基板の追加実施形態の断面図である。
【図４】本発明に係る基板製造方法の様々な段階におけ
る、本発明の一実施形態に従って利用することができる
基板のさらに別の実施形態の断面図である。
【図５】（ａ）本発明に係る方法および構造で利用する
ことができるＤＮＡ分子の一実施形態の模式図である。 （ｂ）１つの変性部分を含む（ａ）に示したＤＮＡ分子
の実施形態の模式図である。 （ｃ）本発明に係る化学標識の一実施形態を含む（ａ）
および（ｂ）に示したＤＮＡ分子の実施形態の変性部分
を示す模式図である。 （ｄ）本発明に係る化学標識の別の実施形態を含む
（ａ）および（ｂ）に示したＤＮＡ分子の実施形態の変
性部分を示す模式図である。
【図６】図４（ｅ）に示すような基板の実施形態および
この基板にクランプした流体槽の実施形態を示す断面図
である。
【符号の説明】
１ ＤＮＡ分子 ３ 変性領域 ５ 挿入化合物 ７ 付着部分 ９ 検出部分 １３ 付着部分 １５ 付着部分 １７ 検出部分 １９ 基板 ２０ 基板表面
フロントページの続き (72)発明者 ラヴィ・エフ・サラフ アメリカ合衆国10510 ニューヨーク州ブ ライアー・クリフ・マナー ノース・ステ ート・ロード 333 コプリー・コート エル８

Claims (130)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの二本鎖ＤＮＡ分子を用意
    するステップと、 前記二本鎖ＤＮＡ分子の少なくとも一部分を変性するス
    テップと、 前記二本鎖ＤＮＡ分子の前記変性された部分に、少なく
    とも１種の化学的部分が付着して、前記化学的部分が付
    着される前記変性された部分の再結晶化を妨げるステッ
    プとを含む、生物学的化学標識を形成する方法。
  2. 【請求項２】前記化学的部分を前記ＤＮＡ分子の少なく
    とも１つの選択されたヌクレオチドに付着する、請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記化学的部分を、水素結合によって、前
    記ＤＮＡ分子の前記変性された部分におけるヌクレオチ
    ドに付着する、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記化学的部分を、共有結合によって、前
    記ＤＮＡ分子の前記変性された部分におけるヌクレオチ
    ドに付着する、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記ＤＮＡ分子がその上で配置され変性さ
    れる基板を用意するステップと、 前記ＤＮＡ分子の少なくとも一部分を変性する前に、前
    記基板上に前記少なくとも１つのＤＮＡ分子を配置する
    ステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記基板上に前記ＤＮＡを変性することが
    できる溶液を付着するステップをさらに含む、請求項５
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記溶液を前記基板全体に付着する、請求
    項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記溶液が水溶液である、請求項６に記載
    の方法。
  9. 【請求項９】前記溶液が高い誘電率を持つ、請求項６に
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記溶液が少なくとも１種の塩を含む、
    請求項６に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記塩は、ＮａＣｌ、ＮａＯＨ、ホルム
    アミドおよび尿素からなる群から選択される、請求項１
    ０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記溶液が極性溶媒を含む、請求項６に
    記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記基板に異なる湿潤特性を持つ領域を
    設けるステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記異なる湿潤特性を持つ領域を複数の
    交互の線として設ける、請求項６に記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記線は、第１の湿潤特性を持つ第１の
    タイプの線および第２の湿潤特性を持つ第２のタイプの
    線として設けられる、請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記第１のタイプの線が約１０ｎｍない
    し約１０００ｎｍの幅を持つ、請求項１５に記載の方
    法。
  17. 【請求項１７】前記第２のタイプの線が約１０ｎｍない
    し約１００００ｎｍの幅を持つ、請求項１５に記載の方
    法。
  18. 【請求項１８】前記第１のタイプの線が、そこに付着さ
    れた溶液を保持する傾向を持つように設けられる、請求
    項１５に記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記第２のタイプの線が基板上に配置さ
    れたＤＮＡ分子の少なくとも一部分を保持する傾向を持
    つように設けられる、請求項１５に記載の方法。
  20. 【請求項２０】基板に少なくとも１つの溝を設けるステ
    ップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記溝が約１０ｎｍないし約５００ｎｍ
    の深さを持つ、請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記溝がすべて実質的に同一の深さを持
    つ、請求項２０に記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記溝が約１０ｎｍないし約１００００
    ｎｍの幅を持つ、請求項２０に記載の方法。
  24. 【請求項２４】前記溝がすべて実質的に同一の幅を持
    つ、請求項２０に記載の方法。
  25. 【請求項２５】前記溝を相互に約１０ｎｍないし約１０
    ００ｎｍの距離だけ離れるように複数設ける、請求項２
    ０に記載の方法。
  26. 【請求項２６】前記溝をそれらがすべて平行になるよう
    に設ける、請求項２５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】前記溝が約１０ｎｍないし約１００００
    ｎｍの最小幅を持つ開口を備える、請求項２０に記載の
    方法。
  28. 【請求項２８】前記溝に溶液を付着するステップをさら
    に含む、請求項２０に記載の方法。
  29. 【請求項２９】前記溝が、前記溶液と前記基板上に配置
    されたＤＮＡ分子との間に接触が得られ、その結果前記
    ＤＮＡ分子の変性が生じるのに充分な量の前記溶液を収
    容するのに充分な深さおよび幅を持ち、かつ前記溝が前
    記ＤＮＡ分子を保持するのに充分な幅を持つランドによ
    って分離されるように前記溝を設ける、請求項２８に記
    載の方法。
  30. 【請求項３０】基板上にフォトレジスト層を付着するス
    テップと、 前記フォトレジスト層を前記フォトレジストが感応する
    波長の放射線で選択的に露光するステップと、 前記フォトレジストを現像するステップと、 前記フォトレジストの現像によって露出した前記基板を
    エッチングするステップと、 現像によって除去されない前記フォトレジストを除去す
    るステップとを含む方法に従って基板に溝を設ける、請
    求項２０に記載の方法。
  31. 【請求項３１】基板を露光する前に基板を物質で処理し
    て基板の表面の少なくとも一部分を親水性にするステッ
    プをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】前記物質がＨＦまたはＮＨ4ＯＨおよび
    ＮａＯＨからなる群から選択されるアルカリ溶液であ
    る、請求項３１に記載の方法。
  33. 【請求項３３】前記フォトレジストが高いケイ素含有率
    を持つ、請求項２０に記載の方法。
  34. 【請求項３４】前記基板のエッチングが反応性イオン・
    エッチングによって実行される、請求項３０に記載の方
    法。
  35. 【請求項３５】前記基板のエッチングの後、前記現像に
    よって除去されなかったフォトレジストを除去する前
    に、前記基板の少なくとも一部分を物質に曝露して基板
    を親水性にするステップをさらに含む、請求項３０に記
    載の方法。
  36. 【請求項３６】前記基板の少なくとも一部分が曝露され
    る物質が水プラズマである、請求項３５に記載の方法。
  37. 【請求項３７】シリコン基板上に１層のＳｉ3Ｎ4または
    ＳｉＯ2の層を付着するステップと、 前記基板の上にフォトレジスト層を付着するステップ
    と、 前記フォトレジスト層を前記フォトレジストが感応する
    波長の放射線で選択的に露光するステップと、 前記フォトレジストを現像するステップと、 前記フォトレジストの現像によって露出した前記Ｓｉ3
    Ｎ4またはＳｉＯ2をエッチングするステップと、 前記現像によって除去されなかった前記フォトレジスト
    を除去するステップと、 前記フォトレジストの現像によって露出した前記基板を
    エッチングするステップとを含む方法によって、前記基
    板に前記溝を設ける、請求項２０に記載の方法。
  38. 【請求項３８】前記基板を物質に曝露して前記基板の表
    面の少なくとも一部分を親水性にするステップをさらに
    含む、請求項３７に記載の方法。
  39. 【請求項３９】基板の表面の少なくとも一部分を親水性
    にする前記物質が、硫酸および過酸化水素から成る群か
    ら選択される物質を含む、請求項３８に記載の方法。
  40. 【請求項４０】湿式化学エッチングまたは反応性イオン
    ・エッチングを利用してＳｉ3Ｎ4またはＳｉＯ2をエッ
    チングする、請求項３７に記載の方法。
  41. 【請求項４１】前記基板を等方性エッチングする、請求
    項３７に記載の方法。
  42. 【請求項４２】前記基板の上に金属または金属加工物を
    付着するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方
    法。
  43. 【請求項４３】前記金属または金属加工物を前記溝内の
    表面領域の少なくとも一部分上に、または基板上に残っ
    ているＳｉ3Ｎ4またはＳｉＯ2の少なくとも一部分上に
    付着する、請求項４２に記載の方法。
  44. 【請求項４４】前記金属が貴金属である、請求項４２に
    記載の方法。
  45. 【請求項４５】前記金属の選択された部分を除去するス
    テップをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
  46. 【請求項４６】Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＯ2の上から前記金
    属を除去する、請求項４５に記載の方法。
  47. 【請求項４７】前記金属を、ＨｇおよびＧａから成る群
    から選択された少なくとも１つの物質に曝露することに
    よって除去する、請求項４５に記載の方法。
  48. 【請求項４８】半導体層と、前記半導体層の第１表面上
    の第１誘電体層と、前記半導体層の前記第１表面とは反
    対側の第２表面上の第２誘電体層と、前記第１誘電体層
    上の第１フォトレジスト層と、前記第２誘電体層上の第
    ２フォトレジスト層とを含む多層構造を提供するステッ
    プと、 前記第１フォトレジスト層および第２フォトレジスト層
    を前記第１フォトレジスト層および第２フォトレジスト
    層が感応する波長の放射線で選択的に露光するステップ
    と、 前記第１フォトレジスト層および第２フォトレジスト層
    を現像するステップと、 前記第１誘電体層および第２誘電体層を選択的にエッチ
    ングするステップと、前記第１フォトレジスト層および
    第２フォトレジスト層の前記現像によって除去されなか
    った部分を除去するステップと、 第１の誘電体層をマスクとして利用して、半導体層を選
    択的にエッチングするステップと、 第２の誘電体層をマスクとして利用して、半導体層を選
    択的にエッチングするステップと、 第２の誘電体層を除去するステップと、をさらに含む、
    請求項２０に記載の方法。
  49. 【請求項４９】前記誘電体層の１つがＳｉＯ2であり、
    もう１つがＳｉ3Ｎ4である、請求項４８に記載の方法。
  50. 【請求項５０】前記誘電体層を反応性イオン・エッチン
    グによってエッチングする、請求項４８に記載の方法。
  51. 【請求項５１】前記誘電体層を異なる反応性イオン・エ
    ッチング・プラズマによりエッチングする、請求項４８
    に記載の方法。
  52. 【請求項５２】前記半導体層を異方性エッチングする、
    請求項４８に記載の方法。
  53. 【請求項５３】前記第２の誘電体層をリン酸により除去
    する、請求項４８に記載の方法。
  54. 【請求項５４】前記化学的部分を水素結合または共有結
    合により前記ＤＮＡ分子の前記変性された部分における
    ヌクレオチドに接着する、請求項１に記載の方法。
  55. 【請求項５５】前記化学的部分が少なくとも１つのヌク
    レオチドを含む、請求項１に記載の方法。
  56. 【請求項５６】前記化学的部分が少なくとも２つの異な
    る部分を含む、請求項１に記載の方法。
  57. 【請求項５７】前記部分の少なくとも１つが前記ＤＮＡ
    分子の前記ヌクレオチドに結合することができる、請求
    項７２に記載の方法。
  58. 【請求項５８】前記化学的部分が少なくとも１つの酸基
    または酸基の塩を含む、請求項１に記載の方法。
  59. 【請求項５９】前記化学的部分が前記ＤＮＡ分子上のア
    ミノ基と結合する、請求項１に記載の方法。
  60. 【請求項６０】前記化学的部分が２つのヌクレオチドを
    含む、請求項５５に記載の方法。
  61. 【請求項６１】前記化学的部分がグアニンとシトシンま
    たはチミンとアデニンを含む、請求項５５に記載の方
    法。
  62. 【請求項６２】前記化学的部分が、前記ＤＮＡ分子の変
    性された部分の位置を検出可能にする少なくとも１つの
    部分を含む、請求項１に記載の方法。
  63. 【請求項６３】前記化学的部分が、前記ＤＮＡ分子の変
    性された部分の位置を視覚的に検出可能にする、請求項
    ６２に記載の方法。
  64. 【請求項６４】前記化学的部分が、前記ＤＮＡ分子の変
    性された部分の位置を電磁放射への曝露により検出可能
    にする、請求項６２に記載の方法。
  65. 【請求項６５】前記ＤＮＡ分子の変性された部分の位置
    を検出可能にする前記化学的部分が、少なくとも１つの
    染料を含む、請求項６２に記載の方法。
  66. 【請求項６６】前記ＤＮＡ分子の変性された部分の位置
    を検出可能にする前記化学的部分が、電磁放射への曝露
    に応答して電磁放射線を放出する、請求項６４に記載の
    方法。
  67. 【請求項６７】前記ＤＮＡ分子の変性された部分の位置
    を検出可能にする前記化学的部分を前記ヌクレオチドに
    結合できる少なくとも１つの部分に接着するステップを
    さらに含む、請求項５７に記載の方法。
  68. 【請求項６８】前記ＤＮＡ分子の変性された部分の位置
    を検出可能にする前記化学的部分がポリマーを含み、そ
    れに前記ＤＮＡ分子の変性された部分の位置を検出可能
    にする前記化学的部分が接着される、請求項６７に記載
    の方法。
  69. 【請求項６９】前記ＤＮＡ分子の変性された部分の位置
    を検出可能にする前記化学的部分が、ポリマー鎖に接着
    された官能基によりポリマーに接着される、請求項６８
    に記載の方法。
  70. 【請求項７０】前記ＤＮＡ分子の変性部分がＤＮＡ分子
    の書込み可能なセグメントを形成し、 前記ＤＮＡ分子の前記化学的部分を含むセグメントに第
    １の値を割り当てるステップと、 前記ＤＮＡ分子の前記化学的部分を含まないセグメント
    に第２の値を割り当てるステップとをさらに含む、請求
    項１に記載の方法。
  71. 【請求項７１】前記ＤＮＡ分子の前記セグメントに割り
    当てられた値で情報を表すことができる、請求項７０に
    記載の方法。
  72. 【請求項７２】前記ＤＮＡ分子が少なくとも約１０ｍｍ
    の長さを持ち、前記ＤＮＡ分子の約１００００個以上の
    部分に値を割り当てる、請求項７０に記載の方法。
  73. 【請求項７３】前記化学的部分が前記ＤＮＡ分子に付着
    された位置を決定するステップと、 前記検出された部分を分析して前記ＤＮＡ分子の配列を
    決定するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方
    法。
  74. 【請求項７４】変性すべき少なくとも１つの部分に熱を
    加えることによって前記ＤＮＡ分子を変性する、請求項
    １に記載の方法。
  75. 【請求項７５】前記金属または金属化合物に電流を加え
    て、前記金属が付着された前記溝の付近の前記ＤＮＡ分
    子の部分の温度を上げて変性させるステップをさらに含
    む、請求項４２に記載の方法。
  76. 【請求項７６】前記溝の開口にオーバーハングする少な
    くとも１つの構造を提供するステップをさらに含む、請
    求項２０に記載の方法。
  77. 【請求項７７】前記オーバハング構造が誘電体で形成さ
    れる、請求項７６に記載の方法。
  78. 【請求項７８】前記誘電体がＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4で
    ある、請求項７７に記載の方法。
  79. 【請求項７９】基板上、または基板上に付着された物質
    上に、金属または金属化合物を付着する、請求項７６に
    記載の方法。
  80. 【請求項８０】少なくとも１つの変性された部分を含む
    ＤＮＡ分子と、前記ＤＮＡの前記変性された部分に付着
    された少なくとも１種の化学的部分とを含む構造におい
    て、前記化学的部分により、前記化学的部分が付着され
    た前記変性部分の再結晶化が妨げられる、構造。
  81. 【請求項８１】前記化学的部分が前記ＤＮＡ分子の少な
    くとも１つの選択されたヌクレオチドに付着される、請
    求項８０に記載の構造。
  82. 【請求項８２】前記化学的部分が水素結合によって前記
    ＤＮＡ分子の前記変性部分におけるヌクレオチドに付着
    される、請求項８０に記載の構造。
  83. 【請求項８３】前記化学的部分が共有結合によって前記
    ＤＮＡ分子の前記変性部分におけるヌクレオチドに付着
    される、請求項８０に記載の構造。
  84. 【請求項８４】前記化学的部分が水素結合または共有結
    合によりヌクレオチドに付着される、請求項８０に記載
    の構造。
  85. 【請求項８５】前記化学的部分が少なくとも１つのヌク
    レオチドを含む、請求項８０に記載の構造。
  86. 【請求項８６】前記化学的部分が２つ以上の異なる部分
    を含む、請求項８０に記載の構造。
  87. 【請求項８７】前記化学的部分が前記ＤＮＡ分子のヌク
    レオチドに結合することができる結合部分を含む、請求
    項８６に記載の構造。
  88. 【請求項８８】前記化学的部分が少なくとも１つの酸ま
    たはアルコールを含む、請求項８０に記載の構造。
  89. 【請求項８９】前記化学的部分が前記ＤＮＡ分子のアミ
    ノ基に付着される、請求項８０に記載の構造。
  90. 【請求項９０】前記化学的部分が２つのヌクレオチドを
    含む、請求項８５に記載の構造。
  91. 【請求項９１】前記化学的部分がグアニンとシトシンま
    たはチミンとアデニンを含む、請求項８５に記載の構
    造。
  92. 【請求項９２】前記化学的部分が、前記ＤＮＡ分子の前
    記変性部分の位置を検出可能にする少なくとも１つの検
    出部分を含む、請求項８０に記載の構造。
  93. 【請求項９３】前記化学的部分が前記ＤＮＡ分子の前記
    変性部分の位置を検出可能にする、請求項９１に記載の
    構造。
  94. 【請求項９４】前記化学的部分が前記ＤＮＡ分子の前記
    変性部分の位置を電磁放射への曝露により検出可能にす
    る、請求項９２に記載の構造。
  95. 【請求項９５】前記ＤＮＡ分子の前記変性部分の位置を
    検出可能にする前記化学的部分が少なくとも１つの染料
    を含む、請求項９２に記載の構造。
  96. 【請求項９６】前記ＤＮＡ分子の前記変性部分の位置を
    検出可能にする前記化学的部分が電磁放射線への曝露に
    応答して電磁放射線を放出する、請求項９４に記載の構
    造。
  97. 【請求項９７】前記ＤＮＡ分子が少なくとも約１０ｍｍ
    の長さおよび約１００００個以上の前記変性部分を持
    つ、請求項８０に記載の構造。
  98. 【請求項９８】前記少なくとも１つのＤＮＡ分子が配置
    される基板をさらに含む、請求項８０に記載の構造。
  99. 【請求項９９】前記基板上に付着された溶液をさらに含
    み、前記溶液が前記ＤＮＡ分子を変性することができ
    る、請求項９８に記載の構造。
  100. 【請求項１００】前記基板が異なる湿潤特性を持つ領域
    を含む、請求項９９に記載の構造。
  101. 【請求項１０１】前記溶液が前記基板の全体に付着され
    る、請求項９９に記載の構造。
  102. 【請求項１０２】前記溶液が水溶液である、請求項９９
    に記載の構造。
  103. 【請求項１０３】前記溶液が高い誘電率を持つ、請求項
    ９９に記載の構造。
  104. 【請求項１０４】前記溶液が少なくとも１種の塩を含
    む、請求項９９に記載の構造。
  105. 【請求項１０５】前記塩は、ＮａＣｌ、ＮａＯＨ、ホル
    ムアミドおよび尿素からなる群から選択される、請求項
    １０４に記載の構造。
  106. 【請求項１０６】前記溶液が極性溶媒を含む、請求項９
    ９に記載の構造。
  107. 【請求項１０７】異なる湿潤特性を持つ前記領域が複数
    の交互の線状に並ぶ、請求項１００に記載の構造。
  108. 【請求項１０８】前記線は、第１の湿潤特性を持つ第１
    のタイプの線および第２の湿潤特性を持つ第２のタイプ
    の線を含む、請求項１０７に記載の構造。
  109. 【請求項１０９】前記第１のタイプの線が約１０ｎｍな
    いし約１０００ｎｍの幅を持つ、請求項１０８に記載の
    構造。
  110. 【請求項１１０】前記第２のタイプの線が約１０ｎｍな
    いし約１００００ｎｍの幅を持つ、請求項１０８に記載
    の構造。
  111. 【請求項１１１】前記第１のタイプの線が、そこに付着
    された溶液を保持する傾向がある、請求項１０８に記載
    の構造。
  112. 【請求項１１２】前記第２のタイプの線が、前記ＤＮＡ
    分子の少なくとも一部分をその上に保持する傾向があ
    る、請求項１０８に記載の構造。
  113. 【請求項１１３】前記基板内に少なくとも１つの溝を含
    む、請求項９８に記載の構造。
  114. 【請求項１１４】前記溝が約１０ｎｍないし約５００ｎ
    ｍの深さを持つ、請求項１１３に記載の構造。
  115. 【請求項１１５】前記溝のすべてが実質的に同一の深さ
    を持つ、請求項１１３に記載の構造。
  116. 【請求項１１６】前記溝が約１０ｎｍないし約１０００
    ０ｎｍの幅を持つ、請求項１１３に記載の構造。
  117. 【請求項１１７】前記溝のすべてが実質的に同一の幅を
    持つ、請求項１１３に記載の構造。
  118. 【請求項１１８】前記溝が相互に約１０ｎｍないし約１
    ０００ｎｍの距離だけ分離されて、複数設けられる、請
    求項１１３に記載の構造。
  119. 【請求項１１９】前記溝が約１０ｎｍないし約１０００
    ０ｎｍの最小幅を持つ開口を有する、請求項１１３に記
    載の構造。
  120. 【請求項１２０】前記溝内に付着される溶液をさらに含
    む、請求項１１３に記載の構造。
  121. 【請求項１２１】前記溝が前記溶液と前記基板上に配置
    されたＤＮＡ分子との間に接触が得られ、その結果前記
    ＤＮＡ分子の変性が生じるのに充分な量の前記溶液を収
    容するのに充分な深さおよび幅を持ち、かつ前記溝が前
    記ＤＮＡ分子を保持するのに充分な幅を持つランドによ
    って分離されるように前記溝を設ける、請求項１１３に
    記載の構造。
  122. 【請求項１２２】前記溝内の表面が親水性であり、かつ
    前記溝間の表面が低親水性である、請求項１１３に記載
    の構造。
  123. 【請求項１２３】すべての溝が平行である、請求項１１
    ８に記載の構造。
  124. 【請求項１２４】前記溝内の表面上に配置された金属ま
    たは金属化合物をさらに含む、請求項１１３に記載の構
    造。
  125. 【請求項１２５】前記溝が前記基板の一部分によって互
    いに分離される、請求項１１３に記載の構造。
  126. 【請求項１２６】前記溝の開口にオーバハングする誘電
    体の部分をさらに含む、請求項１２５に記載の構造。
  127. 【請求項１２７】前記溝の開口にオーバハングする誘電
    体がＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4である、請求項１２６に記
    載の構造。
  128. 【請求項１２８】前記溝が基板全体に完全に延びる、請
    求項１１３に記載の構造。
  129. 【請求項１２９】基板がその中に配置される溶液槽と、
    前記溶液槽内に含まれる溶液とをさらに含む、請求項１
    ２５に記載の構造。
  130. 【請求項１３０】前記ＤＮＡ分子の前記変性部分が約４
    ０個ないし約４０，０００個の塩基対を含む、請求項８
    ０に記載の構造。
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