JP2001213699A - Crystal preparation equipment, crystal preparation method, and its equipment kit - Google Patents

Crystal preparation equipment, crystal preparation method, and its equipment kit

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JP2001213699A
JP2001213699A JP2000022640A JP2000022640A JP2001213699A JP 2001213699 A JP2001213699 A JP 2001213699A JP 2000022640 A JP2000022640 A JP 2000022640A JP 2000022640 A JP2000022640 A JP 2000022640A JP 2001213699 A JP2001213699 A JP 2001213699A
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Japan
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solution
polymer
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substrate
potential
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Japanese (ja)
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Akira Miki
明 三城
Koji Akioka
幸司 秋岡
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the screening equipment which enables to find the condition in a short time suitable to various high polymer crystallization. SOLUTION: The crystal preparation equipment 70 is equipped with No.1 substrate 71 having multiple penetration apertures 73 detached each other and multiple No.2 substrates 72 having multiple kinds of surface showing surface electric potential or zeta electric potential different each other in a high polymer contained solution. No.2 substrates 72 are set to cover multiple penetration apertures 73 in No.1 substrate 71. The multiple portions 74, retaining the solution, are set in order that multiple kinds of surface, showing surface electric potential or zeta electric potential different each other, can be touched with the solution at the same time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子の結晶を調
製するための装置、方法および該装置用キットに関し、
特に、タンパク質、酵素等の種々の生体高分子、および
それらの複合体を含む高分子の結晶化に適用される装
置、方法およびキットに関する。
The present invention relates to an apparatus and a method for preparing a polymer crystal, and a kit for the apparatus.
In particular, the present invention relates to an apparatus, a method, and a kit applied to crystallization of various biopolymers such as proteins and enzymes, and polymers including a complex thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】タンパク質等の生体高分子の結晶化で
は、通常の無機塩等の低分子量化合物の場合と同様、高
分子を含む水溶液または非水溶液から溶媒を奪う処理を
施すことにより、過飽和状態にして、結晶を成長させる
のが基本となっている。このための代表的な方法とし
て、バッチ法、透析法および気液相間拡散法があり、こ
れらは、試料の種類、量、性質等によって使い分けられ
ている。
2. Description of the Related Art In the crystallization of biological macromolecules such as proteins, supersaturation is achieved by removing the solvent from aqueous or non-aqueous solutions containing macromolecules, as in the case of low molecular weight compounds such as ordinary inorganic salts. Then, it is fundamental to grow a crystal. Representative methods for this include a batch method, a dialysis method, and a gas-liquid interphase diffusion method, which are properly used depending on the type, amount, and property of the sample.

【0003】図1(a)および図1(b)は、蒸気拡散
法により種々の条件下で結晶化を試みるための装置を示
す。装置1は多数のウェル2を有し、そこにおいて、各
ウェル2および各プレート3により、結晶化のためのセ
ル4が構成される。各ウェル2には、沈殿剤5が保持さ
れ、一方、ウェル2の開口をふさぐ各プレート3上では
結晶化すべき生体高分子を含む母液6が垂下される。こ
の装置では、沈殿剤5および母液6中の揮発成分の蒸発
によって、平衡が成立する。この装置を使用したスクリ
ーニングは、通常、沈殿剤の濃度や種類、タンパク質溶
液の濃度、緩衝溶液のpHや種類などを変えることによ
って行われる。しかし、この装置において、多くの条件
を調製することは骨の折れる作業であり、また、試みる
べき条件は多い。
FIGS. 1A and 1B show an apparatus for attempting crystallization under various conditions by a vapor diffusion method. The apparatus 1 has a number of wells 2, where each well 2 and each plate 3 constitute a cell 4 for crystallization. A precipitant 5 is held in each well 2, while a mother liquor 6 containing a biopolymer to be crystallized is dripped on each plate 3 covering the opening of the well 2. In this apparatus, an equilibrium is established by the evaporation of the volatile components in the precipitant 5 and the mother liquor 6. Screening using this apparatus is usually performed by changing the concentration and type of a precipitant, the concentration of a protein solution, the pH and type of a buffer solution, and the like. However, preparing many conditions in this device is a laborious task, and there are many conditions to try.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】X線結晶構造解析によ
り生体高分子の3次元構造を決定するためには、目的と
する物質を抽出・精製後、結晶化することが必須とな
る。しかし、現在のところ、どの物質に対しても適用す
れば必ず結晶化できるといった手法および装置がないた
め、勘と経験に頼ったトライアンドエラーを繰返しなが
ら結晶化を進めているのが実状である。生体高分子の結
晶を得るためには、非常に多くの実験条件による探索が
必要であり、結晶成長がX線結晶解析の分野での最も大
きなボトルネックとなっている。特に、溶液のpH、イ
オン強度、温度、緩衝剤の種類、比誘電率等に応じて、
生体高分子表面での電荷分布や該分子のコンフォーメー
ションは顕著に変わるため、結晶化に適当な条件を見出
すことは非常に骨の折れる作業となっている。
In order to determine the three-dimensional structure of a biopolymer by X-ray crystal structure analysis, it is essential to extract and purify the target substance and then crystallize it. However, at present, there is no method or device that can be applied to any substance to ensure crystallization, so the reality is that crystallization is being promoted by repeating trial and error based on intuition and experience. . In order to obtain biopolymer crystals, it is necessary to search under a great number of experimental conditions, and crystal growth is the biggest bottleneck in the field of X-ray crystal analysis. In particular, depending on the pH of the solution, ionic strength, temperature, type of buffer, relative permittivity, etc.
Since the charge distribution on the surface of the biopolymer and the conformation of the molecule change remarkably, finding suitable conditions for crystallization has been a very laborious task.

【0005】本発明の目的は、上記問題を解決すべく、
結晶化に適した条件を容易に見出し得る技術を提供する
ことである。
[0005] An object of the present invention is to solve the above problems.
An object of the present invention is to provide a technique that can easily find conditions suitable for crystallization.

【0006】特に、本発明の目的は、種々の高分子の結
晶化または凝集化に適した条件をより短い時間でもたら
し得る新規なスクリーニング装置およびスクリーニング
法を提供することである。
In particular, it is an object of the present invention to provide a novel screening apparatus and a novel screening method which can provide conditions suitable for crystallization or aggregation of various polymers in a shorter time.

【0007】本発明のさらなる目的は、X線構造解析を
可能にし得る大型の結晶をもたらすことができる装置お
よび方法を提供することである。
[0007] It is a further object of the present invention to provide an apparatus and method that can provide large crystals that can enable X-ray structural analysis.

【0008】本発明のさらなる目的は、少量の生体高分
子溶液で、結晶化を可能にするための技術を提供するこ
とである。
A further object of the present invention is to provide a technique for enabling crystallization with a small amount of a biopolymer solution.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明により、溶液中に
含まれる高分子の結晶を調製するための装置が提供さ
れ、該装置は、複数の貫通孔が互いに離れて設けられて
いる第1の部材、および該溶液中で互いに異なる表面電
位またはゼータ電位を示す複数種の表面をそれぞれ有す
る複数の第2の部材を備える。該装置において、第1の
部材の複数の貫通孔をふさぐように、第1の部材と複数
の第2の部材とが組合されており、かつ複数の貫通孔お
よび複数の第2の部材により、該溶液を保持するための
部分が複数形成されている。該溶液を保持するための複
数の部分においてそれぞれ、互いに異なる表面電位また
はゼータ電位を示す複数種の表面が該溶液に同時に接触
できるように配置されている。
According to the present invention, there is provided an apparatus for preparing a polymer crystal contained in a solution, the apparatus comprising a first apparatus having a plurality of through holes spaced apart from each other. And a plurality of second members each having a plurality of types of surfaces exhibiting different surface potentials or zeta potentials in the solution. In the device, the first member and the plurality of second members are combined so as to cover the plurality of through holes of the first member, and the plurality of through holes and the plurality of second members form: A plurality of portions for holding the solution are formed. In a plurality of portions for holding the solution, a plurality of types of surfaces exhibiting mutually different surface potentials or zeta potentials are arranged so as to be able to simultaneously contact the solution.

【0010】本発明による装置において、複数の第2の
部材間で、互いに異なる表面電位またはゼータ電位を示
す複数種の表面の組合せは、異なっていてもよい。本発
明の好ましい態様において、複数種の表面のいずれか
に、高分子をより強く静電的に吸着させるようになって
おり、複数種の表面は、所定の領域において互いに隣合
うよう配置され、かつ所定の領域において、高分子をよ
り強く静電的に吸着させる表面が占める面積は、残りの
表面が占める面積以下である。高分子をより強く静電的
に吸着させる表面は、不純物添加されたシリコン、金属
酸化物および金属水酸化物よりなる群から選ばれた少な
くとも1つの材料からなることができる。一方、残りの
表面は、シリコン、不純物添加されたシリコンおよびシ
リコン酸化物よりなる群から選ばれた少なくとも1つの
材料からなることができる。本発明による装置は、タン
パク質等の生体高分子の結晶化に特に有用である。
[0010] In the device according to the present invention, a combination of a plurality of types of surfaces exhibiting different surface potentials or zeta potentials among the plurality of second members may be different. In a preferred embodiment of the present invention, the polymer is more strongly electrostatically adsorbed to any of the plurality of surfaces, and the plurality of surfaces are arranged adjacent to each other in a predetermined region, In addition, in a predetermined area, the area occupied by the surface that strongly electrostatically adsorbs the polymer is equal to or less than the area occupied by the remaining surface. The surface on which the polymer is more strongly electrostatically adsorbed can be made of at least one material selected from the group consisting of doped silicon, metal oxide and metal hydroxide. Meanwhile, the remaining surface may be made of at least one material selected from the group consisting of silicon, doped silicon and silicon oxide. The device according to the present invention is particularly useful for crystallization of biopolymers such as proteins.

【0011】本発明により、溶液中に含まれる高分子の
結晶を調製するためのもう1つの装置が提供され、該装
置は、複数の貫通孔が互いに離れて設けられている第1
の部材、および該溶液中で互いに異なる表面電位または
ゼータ電位を示す複数種の表面を組合せた領域を複数種
有する第2の部材を備える。該装置において、第1の部
材の複数の貫通孔をふさぐように、第1の部材と第2の
部材とが組合されており、かつ複数の貫通孔および第2
の部材により、該溶液を保持するための部分が複数形成
されている。該溶液を保持するための複数の部分におい
てそれぞれ、互いに異なる表面電位またはゼータ電位を
示す複数種の表面が該溶液に同時に接触できるように配
置されている。該溶液を保持するための複数の部分間
で、互いに異なる表面電位またはゼータ電位を示す複数
種の表面の組合せは、異なっている。すなわち、第2の
部材において、複数種の表面が組合された領域は、複数
種存在する。
According to the present invention, there is provided another apparatus for preparing a crystal of a polymer contained in a solution, the apparatus comprising a first apparatus having a plurality of through holes spaced apart from each other.
And a second member having a plurality of types of regions combining a plurality of types of surfaces exhibiting different surface potentials or zeta potentials in the solution. In the apparatus, the first member and the second member are combined so as to close the plurality of through holes of the first member, and the plurality of through holes and the second
A plurality of portions for holding the solution are formed by the member. In a plurality of portions for holding the solution, a plurality of types of surfaces exhibiting mutually different surface potentials or zeta potentials are arranged so as to be able to simultaneously contact the solution. A plurality of types of surfaces exhibiting different surface potentials or zeta potentials among the plurality of parts for holding the solution are different. That is, in the second member, there are a plurality of types of regions in which a plurality of types of surfaces are combined.

【0012】本発明の一具体例において、複数種の表面
を組合せた領域は、基板の一主表面上に、互いに離れて
複数設けられており、かつ複数の領域の配置に対応する
よう、複数の貫通孔が第1の部材において配置されてい
る。本発明の好ましい態様において、複数種の表面のい
ずれかに、高分子をより強く静電的に吸着させるように
なっており、複数種の表面は、該領域において互いに隣
合うよう配置され、かつ該領域において、高分子をより
強く静電的に吸着させる表面が占める面積は、残りの表
面が占める面積以下である。高分子をより強く静電的に
吸着させる表面は、不純物添加されたシリコン、金属酸
化物および金属水酸化物よりなる群から選ばれた少なく
とも1つの材料からなることができる。一方、残りの表
面は、シリコン、不純物添加されたシリコンおよびシリ
コン酸化物よりなる群から選ばれた少なくとも1つの材
料からなることができる。本発明による装置は、タンパ
ク質等の生体高分子の結晶化に特に有用である。
In one embodiment of the present invention, a plurality of regions in which a plurality of types of surfaces are combined are provided on one main surface of a substrate so as to be separated from each other, and are arranged so as to correspond to the arrangement of the plurality of regions. Are disposed in the first member. In a preferred embodiment of the present invention, the polymer is more strongly electrostatically adsorbed to any of the plurality of surfaces, and the plurality of surfaces are arranged so as to be adjacent to each other in the region, and In this region, the area occupied by the surface that strongly electrostatically adsorbs the polymer is equal to or less than the area occupied by the remaining surface. The surface on which the polymer is more strongly electrostatically adsorbed can be made of at least one material selected from the group consisting of doped silicon, metal oxide and metal hydroxide. Meanwhile, the remaining surface may be made of at least one material selected from the group consisting of silicon, doped silicon and silicon oxide. The device according to the present invention is particularly useful for crystallization of biopolymers such as proteins.

【0013】本発明により、溶液中に含まれる帯電した
高分子の結晶を前記溶液から調製する方法が提供され、
該方法は、高分子を含みかつ高分子の等電点以外のpH
を有する溶液を、上記装置の溶液を保持するための複数
の部分にそれぞれ入れて該複数種の表面に接触させる工
程、および複数種の表面のいずれかの上で高分子の結晶
が成長するよう、該接触を維持する工程を備える。この
方法において、溶液を保持する装置は、必要に応じて沈
殿剤とともに、密閉された場所に置かれてもよい。好ま
しくは、溶液を保持するための複数の部分の少なくとも
1つにおいて、高分子を含む溶液のpHは、複数種の表
面の1つに高分子と逆の極性の表面電位またはゼータ電
位をもたらすものであり、かつ他の表面に高分子と同じ
極性の表面電位またはゼータ電位をもたらすものであ
る。
According to the present invention, there is provided a method of preparing charged polymer crystals contained in a solution from the solution,
The method comprises the steps of: containing a polymer and having a pH other than the isoelectric point of the polymer.
Placing the solution having a plurality of parts in a plurality of portions for holding the solution of the above-described apparatus, and contacting the plurality of types of surfaces, and growing a polymer crystal on any of the plurality of types of surfaces. , Maintaining the contact. In this method, the device holding the solution may be placed in an enclosed place, optionally with a precipitant. Preferably, in at least one of the plurality of portions for holding the solution, the pH of the solution containing the polymer provides a surface potential or zeta potential of the opposite polarity to the polymer on one of the surfaces. And a surface potential or zeta potential of the same polarity as that of the polymer on the other surface.

【0014】さらに、本発明による装置のための1つの
キットが提供され、該キットは、複数の貫通孔が互いに
離れて設けられている第1の部材、および溶液中で互い
に異なる表面電位またはゼータ電位を示す複数種の表面
をそれぞれ有する複数の第2の部材を備える。
There is further provided a kit for the device according to the invention, the kit comprising a first member having a plurality of through-holes spaced apart from each other, and a different surface potential or zeta in the solution. A plurality of second members each having a plurality of types of surfaces exhibiting potentials are provided.

【0015】また、本発明による装置のためのもう1つ
のキットが提供され、該キットは、複数の貫通孔が互い
に離れて設けられている第1の部材、および溶液中で互
いに異なる表面電位またはゼータ電位を示す複数種の表
面を組合せた領域を複数種有する第2の部材を備える。
There is also provided another kit for the device according to the invention, the kit comprising a first member having a plurality of through-holes spaced apart from each other, and a different surface potential or different potential in solution. A second member having a plurality of types of regions in which a plurality of types of surfaces exhibiting zeta potential are combined is provided.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】タンパク質を初めとする生体高分
子のほとんどは、溶液内において幾何学的に特異的な構
造および静電的な相互作用(静電斥力・引力、ファンデ
ルワールス力)によって分子間同士の認識が行なわれて
いる。静電的なエネルギに基づく分子間の相互作用にお
いては、個々の分子最表面でのわずかな空間的な電荷分
布の相違が、分子間の認識度合い、分子集合体の作りや
すさに決定的な影響を及ぼすことが予想される。したが
って、溶液内をブラウン運動しながら衝突を繰返してい
る個々の分子では、周期的かつ規則的な構造を有する分
子集合体の核が非常に形成されにくいと考えられる。さ
らに、結晶核が形成された場合でも、各分子の表面構造
や電荷分布が同一でなく、冗長であれば、核の周囲に集
合する分子は互いに緩く結合し、その結果、結晶性が低
下し得る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Most of biomolecules such as proteins are geometrically specific in a solution and have an electrostatic interaction (electrostatic repulsion / attractive force, van der Waals force). Recognition between molecules is performed. In the interaction between molecules based on electrostatic energy, the slight difference in the spatial charge distribution on the outermost surface of each molecule is crucial to the degree of recognition between molecules and the ease of forming molecular aggregates. Expected to have an effect. Therefore, it is considered that nuclei of a molecular aggregate having a periodic and regular structure are extremely unlikely to be formed in individual molecules that repeatedly collide while performing Brownian motion in a solution. Furthermore, even when a crystal nucleus is formed, if the surface structure and charge distribution of each molecule are not the same and are redundant, the molecules gathering around the nucleus are loosely bonded to each other, resulting in a decrease in crystallinity. obtain.

【0017】タンパク質分子の結晶生成に関しては、そ
の核生成の初期過程が重要であるとの報告がなされてい
る。結晶化の初期過程において核となる分子を2次元的
に配列させる何らかの条件が整えば、その後の結晶化
は、これを核としてエピタキシャル的に進行するものと
考えられる。
It has been reported that the initial step of nucleation is important for crystal formation of protein molecules. If some conditions for two-dimensionally arranging nuclei molecules in the initial stage of crystallization are established, subsequent crystallization is considered to proceed epitaxially using the nuclei as nuclei.

【0018】本発明による装置および方法は以下に説明
するような作用機構に基づき、高分子の選択的吸着を行
ない、その結果、特定の領域に結晶核が形成され、好ま
しい結晶成長をもたらすことができる。
The apparatus and method according to the present invention perform selective adsorption of a polymer based on the mechanism of action described below, and as a result, crystal nuclei are formed in a specific region, resulting in favorable crystal growth. it can.

【0019】図2は、本発明による装置において、結晶
化操作に使用される部分の一例を示す。結晶化部材10
は、第1の表面11aを有する第1の固体11、および
第2の表面12aを有する第2の固体12を有する。図
に示すように、第2の固体12は、第1の固体11上に
形成された凸部またはアイランドとすることができる。
第1の固体11と第2の固体12は、実質的に異なる材
料からなってもよいし、共通する主材料を有してもよ
い。ここで、「実質的に異なる」とは、固体を構成する
主材料が異なっていることを意味する。両者の固体が共
通する主材料を含む場合、一般に、不純物、微量成分等
の副材料の量または種類が互いに異なっている。固体を
構成する材料は、たとえば金属、半導体、またはそれら
の化合物、たとえば酸化物、水酸化物、窒化物等であ
る。部材10は、タンパク質等の結晶化すべき高分子1
3を含む溶液14と接触させられる。タンパク質等の高
分子13の表面は、分子全体をマクロ的に見た場合、そ
の分子の等電点以外のpHを有する溶液において、通
常、正または負に帯電している。一方、部材10におい
て、上述した材料の表面11aおよび12aも、溶液1
4中で帯電する。このとき、表面についての電位の大き
さおよび極性は、固体の材質および溶液のpHに依存す
る。たとえば、あるpHの溶液中で、固体表面11aは
負に帯電し、固体表面12aは正に帯電する。一方、高
分子13は、当該pHの溶液中で負に帯電する。この場
合、溶液14中の高分子13は、高分子13と逆の極性
で帯電する固体表面12aに静電的な引力に従って選択
的に吸着される。高分子13と同じ極性で帯電する固体
表面11aへの吸着は、静電作用により阻害される。こ
うして、固体表面12a上で高分子13の結晶核が形成
され、結晶化が進められる。しかし、必ずしも第1の表
面と第2の表面とが溶液中で逆の極性を示す必要はな
い。第1および第2の表面が同じ極性の電荷を帯びてい
てもその電荷量が異なれば、そのいずれかにより強く高
分子を引き寄せ、吸着させることができる。このよう
に、固体表面の静電的性質を制御しておけば、タンパク
質等の高分子を特異的または優先的に吸着あるいは凝集
させ得る表面が与えられる。また、固体表面への静電的
吸着によって、溶液内の対流の影響を低減し、安定した
結晶成長をもたらすことができる。
FIG. 2 shows an example of a portion used in a crystallization operation in the apparatus according to the present invention. Crystallizing member 10
Has a first solid 11 having a first surface 11a and a second solid 12 having a second surface 12a. As shown, the second solid 12 can be a protrusion or an island formed on the first solid 11.
The first solid 11 and the second solid 12 may be made of substantially different materials, or may have a common main material. Here, “substantially different” means that the main materials constituting the solid are different. When the two solids include a common main material, generally, the amounts or types of sub-materials such as impurities and trace components are different from each other. The material constituting the solid is, for example, a metal, a semiconductor, or a compound thereof, for example, an oxide, a hydroxide, or a nitride. The member 10 is a polymer 1 to be crystallized, such as a protein.
3 is brought into contact with a solution 14 containing. When the entire molecule is macroscopically viewed, the surface of the polymer 13 such as a protein is usually positively or negatively charged in a solution having a pH other than the isoelectric point of the molecule. On the other hand, in the member 10, the surfaces 11 a and 12 a of
Charged in 4. At this time, the magnitude and polarity of the potential on the surface depend on the material of the solid and the pH of the solution. For example, in a solution at a certain pH, the solid surface 11a is negatively charged and the solid surface 12a is positively charged. On the other hand, the polymer 13 is negatively charged in the solution having the pH. In this case, the polymer 13 in the solution 14 is selectively adsorbed on the solid surface 12a charged with the polarity opposite to that of the polymer 13 according to the electrostatic attraction. Adsorption to the solid surface 11a charged with the same polarity as the polymer 13 is inhibited by the electrostatic action. Thus, crystal nuclei of the polymer 13 are formed on the solid surface 12a, and crystallization proceeds. However, it is not necessary that the first surface and the second surface show opposite polarities in the solution. Even if the first and second surfaces are charged with the same polarity, if the charge amounts are different, the polymer can be more strongly attracted and adsorbed to either of them. As described above, by controlling the electrostatic property of the solid surface, a surface capable of specifically or preferentially adsorbing or aggregating a macromolecule such as a protein is provided. Further, by the electrostatic adsorption on the solid surface, the influence of convection in the solution can be reduced, and stable crystal growth can be achieved.

【0020】上述したように、本発明の具体的態様にお
いて、基板表面に形成された1つの溶液接触領域には、
溶液中で表面電位(ゼータ電位)が異なる複数種の表面
が形成されている。この溶液接触領域において、ある1
種の表面が該領域の大部分の面積を占め、その他の表面
が占める面積の割合は小さいことが望ましい。例えば、
溶液接触領域に第1の表面と第2の表面の2種類の表面
が形成されている場合、第1の表面が占める面積が第2
の表面が占める面積に較べ十分に大きいことが望まし
い。
As described above, in a specific embodiment of the present invention, one solution contact area formed on the substrate surface includes:
A plurality of types of surfaces having different surface potentials (zeta potentials) are formed in the solution. In this solution contact area,
Desirably, the seed surface occupies most of the area and the other surface occupies a small percentage of the area. For example,
When two types of surfaces, a first surface and a second surface, are formed in the solution contact region, the area occupied by the first surface is the second surface.
It is desirable that the area is sufficiently large as compared with the area occupied by the surface.

【0021】本発明による装置において、結晶化部材の
ため、所望の表面電位を有し、かつ溶液中で安定な任意
の材料を使用できる。そのような材料は、ドーピングに
よって表面電位の制御が可能なシリコン等の半導体材料
の他、電解質溶液中で表面水酸基が生成され、この水酸
基の解離により所望の表面電荷をもたらし得る金属また
は半導体の酸化物または水酸化物、同様に表面電荷をも
たらし得る他の無機化合物、および有機高分子などの有
機化合物を含む。本発明において、結晶化部材を構成す
る材料は、以下に説明するメカニズムを考慮して選択す
ることができる。
In the device according to the invention, any material which has the desired surface potential and is stable in solution can be used for the crystallization element. Such materials include, in addition to semiconductor materials such as silicon, whose surface potential can be controlled by doping, surface hydroxyl groups are generated in an electrolyte solution, and oxidization of metals or semiconductors that can provide a desired surface charge by dissociation of the hydroxyl groups. Substances or hydroxides, as well as other inorganic compounds that can provide a surface charge, and organic compounds such as organic macromolecules. In the present invention, the material constituting the crystallization member can be selected in consideration of the mechanism described below.

【0022】一般に、タンパク質分子、コロイド粒子、
ならびに金属、半導体、およびそれらの酸化物、水酸化
物または窒化物などの化合物の表面は、水溶液中で、そ
の溶液のpH値によって定まる表面電位(一般にゼータ
電位として測定できる)に帯電する。この表面電位が見
かけ上ゼロになるときの溶液のpH値が、等電点であ
る。等電点は物質によって異なるが、この等電点より低
いpHにおいて物質は正に帯電し、等電点より高いpH
において物質は負に帯電する。本発明は、このような物
質の性質を利用して、高分子の選択的結晶化を行なう。
たとえば、図3に示すような関係が複数の固体表面とタ
ンパク質との間に成立するとする。曲線S 1は、第1の
固体表面についての表面電位とpHとの関係を表し、曲
線S2は、第2の固体表面(凸部表面)についての表面
電位とpHとの関係を表し、曲線Pは、タンパク質の表
面電位とpHとの関係を表す。第1の固体表面の等電点
は3、タンパク質の等電点は6、第2の固体表面の等電
点は9である。したがって、斜線で示す領域のpH(タ
ンパク質の等電点と第2の固体表面の等電点の間のp
H)を有する溶液において、第1の固体表面およびタン
パク質は負に帯電し、第2の固体表面は正に帯電する。
このpH領域において、タンパク質は、第2の固体表面
に静電引力により選択的に吸着または固定され、その結
果、第2の固体表面でタンパク質の結晶成長が促進され
得る。一方、タンパク質と第1の固体表面との間には、
静電斥力が働く。一方、図4に示すような関係が成立す
るとする。この場合、第1の固体表面の等電点は9、タ
ンパク質の等電点は6、第2の固体表面(凸部表面)の
等電点は3である。そして、第2の固体表面の等電点と
タンパク質の等電点の間のpHを有する溶液において、
第1の固体表面およびタンパク質は正に帯電し、第2の
固体表面は負に帯電する。したがって、斜線に示す領域
のpHにおいて、静電引力により、タンパク質を第2の
固体表面に選択的に吸着させることができる。このよう
に、母液のpHを適当な値に設定することで、アイラン
ド表面に選択的に分子を静電吸着させ、その結果、その
表面に結晶核を形成させて、分子の結晶成長を起こさせ
ることができる。
Generally, protein molecules, colloid particles,
And metals, semiconductors and their oxides, hydroxylated
Surfaces of compounds such as nitrides or nitrides
Surface potential (generally zeta
(Which can be measured as a potential). This surface potential is
The pH value of the solution at the time when it is virtually zero is the isoelectric point.
You. The isoelectric point differs depending on the substance, but is lower than this isoelectric point.
At positive pH the substance is positively charged and has a pH above the isoelectric point.
At, the material is negatively charged. The present invention relates to such an object.
The selective crystallization of macromolecules is carried out by utilizing the properties of quality.
For example, the relationship shown in FIG.
It is assumed that it is established between proteins. Curve S 1Is the first
Represents the relationship between surface potential and pH for solid surfaces,
Line STwoIs the surface of the second solid surface (convex surface)
The relationship between the potential and the pH is shown.
It shows the relationship between surface potential and pH. Isoelectric point of the first solid surface
Is 3, the isoelectric point of the protein is 6, the isoelectric point of the second solid surface
The point is 9. Therefore, the pH (ta
P between the isoelectric point of the protein and the isoelectric point of the second solid surface
H), the first solid surface and the tan
Parkin is negatively charged and the second solid surface is positively charged.
In this pH range, the protein is on the second solid surface
Is selectively attracted or fixed to the surface by electrostatic attraction.
As a result, protein crystal growth is promoted on the second solid surface.
obtain. On the other hand, between the protein and the first solid surface,
An electrostatic repulsion works. On the other hand, the relationship as shown in FIG.
And In this case, the isoelectric point of the first solid surface is 9,
The isoelectric point of the protein is 6, the second solid surface (convex surface)
The isoelectric point is 3. And the isoelectric point of the second solid surface
In a solution having a pH between the isoelectric points of the proteins,
The first solid surface and the protein are positively charged and the second
The solid surface is negatively charged. Therefore, the shaded area
At a pH of, the electrostatic attraction forces the protein to a second
It can be selectively adsorbed on a solid surface. like this
By setting the pH of the mother liquor to an appropriate value,
Molecules are selectively electrostatically adsorbed on the surface of the
Crystal nuclei are formed on the surface, causing crystal growth of molecules.
Can be

【0023】たとえば、酸化シリコン(SiO2)の等
電点は1.8〜2.8であり、したがって、それより低
いpHにおいてSiO2は正に帯電し、それより高いp
Hにおいて負に帯電する。一方、アルミナ(α−Al2
3)の等電点は9付近である(なお、γ−Al23
等電点は7.4〜8.6程度である)。また、ほとんど
のタンパク質は4〜7の等電点を有する(たとえば、ヒ
ト血清アルブミン4.7〜5.2、ウシインスリン5.
3〜5.8、インターフェロン(ニワトリ胚)7〜8、
ヒト成長ホルモン4.9〜5.2)。したがって、たと
えば、図2に示す部材において、第1の固体11をSi
2とし、第2の固体12をアルミナとすれば、タンパ
ク質を含み、かつ6〜8のpH(タンパク質の等電点と
アルミナの等電点の間の値)を有する溶液14中で、S
iO2表面は負に帯電し、アルミナ表面は正に帯電す
る。一方、4〜7の等電点を有するタンパク質は、通
常、負に帯電する。したがって、溶液中のタンパク質
は、正に帯電するアルミナ表面に選択的に吸着され得
る。一方、タンパク質のSiO2表面上への吸着は阻害
され得る。このように、SiO2とアルミナとの組合わ
せは、選択的吸着に対し適当である。
For example, the isoelectric point of silicon oxide (SiO 2 ) is 1.8-2.8, so that at lower pH, SiO 2 is positively charged and higher p
At H, it is negatively charged. On the other hand, alumina (α-Al 2
The isoelectric point of O 3 ) is around 9 (the isoelectric point of γ-Al 2 O 3 is about 7.4 to 8.6). Most proteins also have an isoelectric point of 4-7 (e.g., human serum albumin 4.7-5.2, bovine insulin 5.0.
3 to 5.8, interferon (chick embryo) 7 to 8,
Human growth hormone 4.9-5.2). Therefore, for example, in the member shown in FIG.
Assuming that O 2 is used and alumina is used as the second solid 12, in the solution 14 containing protein and having a pH of 6 to 8 (a value between the isoelectric point of protein and the isoelectric point of alumina),
The iO 2 surface is negatively charged and the alumina surface is positively charged. On the other hand, proteins having an isoelectric point of 4 to 7 are usually negatively charged. Thus, proteins in solution can be selectively adsorbed on positively charged alumina surfaces. On the other hand, adsorption of proteins on the SiO 2 surface can be inhibited. Thus, the combination of SiO 2 and alumina is suitable for selective adsorption.

【0024】また、シリコン(Si)の等電点は添加さ
れている不純物の種類や濃度によって異なるが、たとえ
ば、一般的なn型Siの等電点は3.5〜4程度であ
り、それより低いpHにおいてn型Si表面は正に帯電
し、それより高いpHにおいて負に帯電する。また、一
般的なp型Siの等電点は5〜6程度である。したがっ
て、図2に示す部材において、第1の固体11をn型S
i基板とし、第2の固体12をSi基板上に形成された
アルミナとすれば、タンパク質を含み、かつ6〜8のp
H(タンパク質の等電点とアルミナの等電点の間の値)
を有する溶液14中で、n型Si表面とタンパク質は負
に、アルミナ表面は正に帯電する。したがって、溶液中
のタンパク質は、正に帯電するアルミナ表面に選択的に
吸着する一方で、負に帯電するSi表面上への吸着は阻
害され得る。このように、シリコンとアルミナとの組合
わせも、タンパク質分子の選択的吸着に対し適当であ
る。
The isoelectric point of silicon (Si) differs depending on the type and concentration of the added impurity. For example, the isoelectric point of general n-type Si is about 3.5 to 4, At lower pH the n-type Si surface is positively charged and at higher pH it is negatively charged. Further, the isoelectric point of general p-type Si is about 5 to 6. Therefore, in the member shown in FIG.
If the second solid 12 is alumina formed on a Si substrate, the second solid 12 contains protein and has a p-value of 6-8.
H (value between isoelectric point of protein and isoelectric point of alumina)
, The n-type Si surface and the protein are negatively charged, and the alumina surface is positively charged. Thus, proteins in solution can selectively adsorb to positively charged alumina surfaces, while inhibiting adsorption on negatively charged Si surfaces. Thus, the combination of silicon and alumina is also suitable for the selective adsorption of protein molecules.

【0025】本発明による装置において、第1の固体表
面と第2の固体表面との組合わせは、任意であるが、結
晶化すべき分子の等電点が、第1の固体表面の等電点と
第2の固体表面の等電点との間にくるよう、当該組合わ
せを選択することが望ましい。すなわち、図3および図
4に示すように、結晶化すべき分子のpH−表面電位曲
線が、第1の固体表面と第2の固体表面のpH−表面電
位曲線の間にくることが望ましい。
In the apparatus according to the present invention, the combination of the first solid surface and the second solid surface is arbitrary, but the isoelectric point of the molecule to be crystallized is the same as that of the first solid surface. It is desirable to select the combination so as to be between the isoelectric point of the second solid surface. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, it is desirable that the pH-surface potential curve of the molecule to be crystallized falls between the pH-surface potential curves of the first solid surface and the second solid surface.

【0026】本発明による装置に使用される好ましい半
導体には、シリコン、ガリウム・ヒ素(GaAs)、ガ
リウム・リン(GaP)などがある。好ましい半導体化
合物には、酸化シリコン、窒化シリコンなどがあり、好
ましい金属化合物には、酸化アルミニウム(α−Al2
3、γ−Al23)、酸化チタン、酸化銅などの金属
酸化物や、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化タング
ステン、窒化タンタル、TaSiN、WSiNなどの金
属窒化物や、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム
などの金属水酸化物などがある。好ましい組合わせに
は、シリコン−アルミナ、酸化シリコン−アルミナ、窒
化シリコン(等電点は4〜5程度)−アルミナ、酸化シ
リコン−酸化チタン(等電点は5〜6.5程度)、シリ
コン−酸化チタン、酸化チタン−アルミナなどがある。
参考として、図5に、アルミナ、p型シリコン、窒化ケ
イ素、n型シリコンおよび酸化シリコンの表面電位(測
定値としてはゼータ電位)のpH依存性を示す。
Preferred semiconductors for use in the device according to the invention include silicon, gallium arsenide (GaAs), gallium phosphorus (GaP) and the like. Preferred semiconductor compounds include silicon oxide and silicon nitride, and preferred metal compounds include aluminum oxide (α-Al 2
O 3 , γ-Al 2 O 3 ), metal oxides such as titanium oxide and copper oxide, metal nitrides such as aluminum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, TaSiN, WSiN, aluminum hydroxide, water There are metal hydroxides such as magnesium oxide. Preferred combinations include silicon-alumina, silicon oxide-alumina, silicon nitride (isoelectric point is about 4 to 5) -alumina, silicon oxide-titanium oxide (isoelectric point is about 5 to 6.5), and silicon-alumina. There are titanium oxide and titanium oxide-alumina.
For reference, FIG. 5 shows the pH dependency of the surface potential (measured value of zeta potential) of alumina, p-type silicon, silicon nitride, n-type silicon and silicon oxide.

【0027】第1の表面および第2の表面は、同一の基
板上に形成することが好ましく、半導体基板上に形成す
ることがより好ましく、特に、シリコン基板上に形成す
ることが好ましい。たとえば、シリコン基板表面の所定
の領域にのみアルミナを形成することで、シリコン−ア
ルミナの組合わせが形成できる。また、シリコン基板表
面全体にシリコン酸化膜(SiO2膜)を形成し、その
SiO2膜表面の所定の領域にのみアルミナを形成する
ことで、酸化シリコン−アルミナの組合わせが形成でき
る。SiO2膜に変えてシリコン窒化膜(Si34膜)
を形成すれば、同様に窒化シリコン−アルミナの組合わ
せが形成でき、アルミナの代わりに酸化チタンを形成す
れば、シリコン−酸化チタンや酸化シリコン−酸化チタ
ンの組合わせを形成できる。
The first surface and the second surface are preferably formed on the same substrate, more preferably formed on a semiconductor substrate, and particularly preferably formed on a silicon substrate. For example, a combination of silicon and alumina can be formed by forming alumina only in a predetermined region on the surface of a silicon substrate. Further, a silicon oxide-alumina combination can be formed by forming a silicon oxide film (SiO 2 film) on the entire surface of the silicon substrate and forming alumina only in a predetermined region on the surface of the SiO 2 film. Silicon nitride film (Si 3 N 4 film) instead of SiO 2 film
Is formed, a combination of silicon nitride-alumina can be formed in the same manner. If titanium oxide is formed instead of alumina, a combination of silicon-titanium oxide or silicon oxide-titanium oxide can be formed.

【0028】半導体基板、より好ましくはシリコン基板
を用いることで、CVD、ホトリソグラフィー、エッチ
ング等の通常の半導体集積回路の製造と同様な手法によ
って、容易に複数種の表面を有する装置を作製できる。
すなわち、CVD技術を用いてシリコン基板上に所望の
材料の膜を成膜し、必要に応じてその上に異なる材料の
膜を成膜して多層構造とし、ホトリソグラフィー技術を
用いて所望の形状のマスクを形成し、エッチング技術を
用いてマスクを施した領域以外を除去して下地を露出さ
せれば、各種の組合わせの複数種の固体表面を有する装
置を作製できる。たとえば、シリコン基板の表面にアル
ミナ膜を成膜し、所定の領域のみを残して当該アルミナ
膜をエッチングにより除去してシリコン基板の表面を露
出させれば、シリコン−アルミナの組合わせが形成でき
る。また、シリコン基板表面にシリコン酸化膜を成膜
し、さらにその上にアルミナ膜を成膜し、所定の領域の
みを残してアルミナ膜をエッチングにより除去しシリコ
ン酸化膜を露出させれば、酸化シリコン−アルミナの組
合わせが形成できる。このように、シリコン基板上に成
膜する膜の材料を変えれば、容易に各種の組合わせが形
成できる。
By using a semiconductor substrate, more preferably, a silicon substrate, a device having a plurality of types of surfaces can be easily manufactured by a method similar to a method of manufacturing a normal semiconductor integrated circuit such as CVD, photolithography, and etching.
That is, a film of a desired material is formed on a silicon substrate using a CVD technique, and a film of a different material is formed thereon as needed to form a multilayer structure, and a desired shape is formed using a photolithography technique. By forming the mask described above and exposing the base by removing the area other than the masked area using an etching technique, a device having a plurality of types of solid surfaces in various combinations can be manufactured. For example, a silicon-alumina combination can be formed by forming an alumina film on the surface of a silicon substrate and removing the alumina film by etching while leaving only a predetermined region to expose the surface of the silicon substrate. Also, if a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate, an alumina film is further formed thereon, and the alumina film is removed by etching while leaving only a predetermined region to expose the silicon oxide film, the silicon oxide film is formed. -A combination of aluminas can be formed. Thus, various combinations can be easily formed by changing the material of the film formed on the silicon substrate.

【0029】金属もしくは半導体の酸化物または水酸化
物の表面は、水と接すると水和を起こし、水酸基を生成
させる。この水酸基の解離により、酸化物または水酸化
物の表面は、水溶液のpHに応じて表面電位(ゼータ電
位)を生じさせる。たとえば、SiO2では次のような
解離が生じる。 固体表面−Si・OH+H+→固体表面−SiOH2 +
OH- 固体表面−Si・OH+OH-→固体表面−SiO-+H
2O+H+ したがって、酸化物または水酸化物の表面は、低いpH
で、プロトン付加により正の電位を帯び、高いpHで、
OH基からのプロトンの引き抜きにより負の電位を帯び
る。一般に、酸化物または水酸化物は、見かけ上の電位
がゼロになる点(等電位点)を有し、この点より高いp
Hでは、負の表面電位を、この点より低いpHでは、正
の表面電位を有する。したがって、異なる等電位点を有
する酸化物または水酸化物の組合わせを選択し、本発明
に好ましく用いることができる。
The surface of a metal or semiconductor oxide or hydroxide hydrates upon contact with water to generate hydroxyl groups. Due to the dissociation of the hydroxyl groups, the surface of the oxide or hydroxide generates a surface potential (zeta potential) according to the pH of the aqueous solution. For example, the following dissociation occurs in SiO 2 . Solid surface-SiOH + H + → Solid surface-SiOH 2 + +
OH - solid surface -Si · OH + OH - → solid surface -SiO - + H
2 O + H + The oxide or hydroxide surface therefore has a low pH
At a positive potential by protonation, at high pH,
A negative potential is obtained by the extraction of a proton from the OH group. In general, oxides or hydroxides have a point at which the apparent potential becomes zero (isopotential point), and a higher p than this point
At H, it has a negative surface potential, and at pH below this point it has a positive surface potential. Therefore, a combination of oxides or hydroxides having different equipotential points can be selected and preferably used in the present invention.

【0030】本発明による装置において、1つの表面
は、アイランド(凸部)上に与えることができる。この
アイランド部は任意の形状とすることができる。たとえ
ば、アイランド部は、図6(a)または(b)に示すよ
うに、断面が略矩形の細長い直方体または断面が略台形
の細長い角錐台の形状を有してもよいし、図6(c)に
示すように、略円筒形でもよいし、図6(d)に示すよ
うな角柱形でもよい。アイランド部において高分子を吸
着すべき表面32a〜dは、その上で高分子の結晶がは
み出して成長するような幅dを有することが好ましい。
すなわち幅dは得るべき結晶の径よりも小さいことが好
ましい。また、図7(a)に示すように同じ形状のアイ
ランドを複数設けてもよいし、図7(b)に示すよう
に、制限された範囲において幅の異なる複数種のアイラ
ンドを設けてもよい。目的とする高分子の性質により、
また溶液のpHや濃度や温度などにより、結晶化に必要
な吸着力と成長した結晶の取り出し易さとの兼ね合い
で、適切なアイランド幅が異なることも考えられるが、
幅の異なる複数種のアイランドを用意することにより、
そのいずれかのアイランドで良好に結晶成長が行われ、
かつ成長した結晶を容易に取り出せることが期待でき
る。
In the device according to the invention, one surface can be provided on the island (convex). This island can be of any shape. For example, as shown in FIG. 6 (a) or (b), the island portion may have a shape of an elongated rectangular parallelepiped having a substantially rectangular cross section or an elongated truncated pyramid having a substantially trapezoidal cross section. 6) may be a substantially cylindrical shape or a prismatic shape as shown in FIG. 6 (d). The surfaces 32a to 32d on which the polymer should be adsorbed in the island portion preferably have a width d such that the polymer crystal protrudes and grows thereon.
That is, the width d is preferably smaller than the diameter of the crystal to be obtained. Further, a plurality of islands having the same shape may be provided as shown in FIG. 7A, or a plurality of types of islands having different widths within a limited range may be provided as shown in FIG. 7B. . Depending on the properties of the desired polymer,
Also, depending on the pH, concentration, temperature, etc. of the solution, the appropriate island width may differ depending on the balance between the adsorption power required for crystallization and the ease of taking out the grown crystals.
By preparing multiple types of islands with different widths,
Crystal growth is favorably performed on any of the islands,
It can be expected that the grown crystal can be easily taken out.

【0031】また、本発明による装置において、結晶化
を抑制すべき固体表面(第1の表面とする)と結晶化を
促進すべきアイランド表面(第2の表面とする)の配置
パターンは、任意である。たとえば、図8(a)に示す
ように、第2の表面42aが第1の表面41aに囲まれ
るような配置は好ましく使用される。この場合、第1の
表面は、第2の表面より顕著に広い。図8(a)に示す
もののほか、図8(b)に示すように、第1の表面41
bに対し、所定の幅を有する複数の第2の表面42bを
所定の間隔をあけて配置してもよいし、図8(c)に示
すように、第1の表面41cに対し、所定の形状および
面積を有する第2の表面42cを、所定の間隔をあけて
マトリクス状に配置してもよい。
Further, in the apparatus according to the present invention, the arrangement pattern of the solid surface (supposed to be the first surface) for suppressing crystallization and the island surface (supposed to be the second surface) for promoting crystallization is arbitrary. It is. For example, as shown in FIG. 8A, an arrangement in which the second surface 42a is surrounded by the first surface 41a is preferably used. In this case, the first surface is significantly wider than the second surface. In addition to the one shown in FIG. 8A, as shown in FIG.
8B, a plurality of second surfaces 42b having a predetermined width may be arranged at predetermined intervals, or as shown in FIG. The second surfaces 42c having a shape and an area may be arranged in a matrix at predetermined intervals.

【0032】また、図9に示すように第1の表面61に
対し、これと異なる複数種の第2の表面62および63
を配置することができる。表面62および63は、所定
のpHを有する溶液に対し、異なる電位を有する。たと
えば、表面61は酸化シリコンとし、表面62はアルミ
ナとし、表面63は酸化チタンとすることができる。結
晶化すべき特定の高分子は、表面62および63のいず
れかにより強く吸着され得る。高分子をより強く吸着さ
せ得る表面の最適な材料は、目的とする高分子により異
なることが考えられる。図9に示すように第2の表面を
複数種形成することにより、1つの装置で各種の高分子
の結晶化に利用できる装置を提供できる。図9の装置で
は、第2の表面は2種類であるが、3種以上形成するこ
ともできる。このような装置も同様に半導体集積回路の
一般的な製造方法を用いて容易に作製可能である。たと
えば、シリコン基板上にSiO2膜、TiO2膜、Al2
3膜を順に成膜、積層して、表面62および63の領
域を残してAl23膜を除去して下地のTiO2膜を露
出させ、その後、露出したTiO2膜のうち表面63の
領域を残してTiO2膜を除去してSiO2膜を露出させ
ればよい。
As shown in FIG. 9, a plurality of types of second surfaces 62 and 63 different from the first surface 61 are provided.
Can be arranged. Surfaces 62 and 63 have different potentials for a solution having a predetermined pH. For example, surface 61 can be silicon oxide, surface 62 can be alumina, and surface 63 can be titanium oxide. The particular polymer to be crystallized can be strongly adsorbed by either of the surfaces 62 and 63. The optimum material for the surface capable of adsorbing the polymer more strongly may vary depending on the intended polymer. By forming a plurality of types of second surfaces as shown in FIG. 9, an apparatus that can be used for crystallization of various polymers with one apparatus can be provided. In the apparatus of FIG. 9, there are two types of second surfaces, but three or more types can be formed. Such a device can also be easily manufactured using a general method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. For example, an SiO 2 film, a TiO 2 film, an Al 2 film
O 3 film sequentially formed, by laminating, leaving a region of the surface 62 and 63 to remove the Al 2 O 3 film to expose the TiO 2 film underlying, then the surface of the exposed TiO 2 film 63 it is sufficient to expose the SiO 2 film by removing the TiO 2 film to leave the area.

【0033】目的とする高分子の等電点、溶液のpHと
高分子の表面電位(ゼータ電位)との関係など、結晶化
に重要な情報が明らかでない場合も多い。このような場
合、溶液のpHをいくらにすればよいのか、第1の表面
と第2の表面をどのような材料の組合せで形成すればよ
いのか、はっきりしない。そこで、本発明は、同時に複
数の条件下で結晶調製実験を行うことを可能にし、結晶
化に最適な条件を探索するスクリーニングに適した装置
を提供する。複数の条件を同時に設定するため、本発明
による装置は、上述したような複数種の表面を有する部
材を複数有するか、あるいは、結晶化部材において、複
数種の表面の組合せを複数種有する。そして、本発明
は、複数の結晶化部材または複数種の結晶化領域を有す
る部材と、複数の貫通孔を有する部材とを組合せること
により、簡単な構造で、多数の条件を同時にスクリーニ
ングできる装置を提供する。本発明による装置では、多
数の条件のいずれかで、好ましい結晶成長が起こり得
る。
In many cases, important information for crystallization, such as the isoelectric point of the target polymer, the relationship between the pH of the solution and the surface potential (zeta potential) of the polymer, is not clear. In such a case, it is not clear what the pH of the solution should be, and what combination of materials should be used to form the first surface and the second surface. Therefore, the present invention provides an apparatus suitable for screening that enables a crystal preparation experiment to be performed under a plurality of conditions at the same time and searches for optimal conditions for crystallization. In order to set a plurality of conditions simultaneously, the apparatus according to the present invention has a plurality of members having a plurality of types of surfaces as described above, or has a plurality of combinations of a plurality of types of surfaces in a crystallization member. The present invention combines a member having a plurality of crystallization members or a plurality of types of crystallization regions with a member having a plurality of through-holes, thereby enabling an apparatus capable of simultaneously screening a large number of conditions with a simple structure. I will provide a. In the device according to the invention, favorable crystal growth can occur under any of a number of conditions.

【0034】図10(a)および図10(b)に本発明
による装置の好ましい具体例を示す。結晶調製用装置7
0は、第1の基板71と、5つの第2の基板72との組
立体である。第1の基板71は、互いに離れて配置され
た25の円筒状貫通孔73を有する。貫通孔73が配列
された各位置に、基板72が配置される。貫通孔73の
1つの開口は、基板72によってふさがれ、他の開口
は、開けられたままである。基板72によってふさがれ
た貫通孔73は、結晶化すべき材料を含む溶液を保持す
る部分74を形成する。各溶液保持部74は、結晶化テ
ストのためのウェルとなる。基板72は、図11(a)
および(b)に示すような形状を有する。基板72は、
1つの凸部75が2つの凹部76に挟まれた領域77を
5つ有する。領域77は、貫通孔73の配列に対応し
て、配列されている。後述するとおり、凸部75の表面
と凹部76の表面とは、材質が異なり、そのため、両表
面は、部分74において保持すべき溶液に対し、異なる
表面電位(ゼータ電位)を有する。また、凸部75の先
端の表面は、それを挟む2つの凹部76の表面より、顕
著に狭くなっている。図12に示すように、結晶化すべ
き高分子を含む溶液78は、部分74に保持される。こ
の時、凸部75の表面と凹部76の表面は、同時に溶液
78に接触し、そして、両表面は、異なるゼータ電位を
溶液78中で示し、上述したような高分子の選択的吸着
を可能にする。すなわち、高分子をより強く静電的に吸
着させ該高分子の結晶を成長させる表面を第2の表面と
呼び、該高分子の吸着を阻害し、結晶化を抑制すべき表
面を第1の表面と呼ぶと、凸部75の表面が第2の表
面、凹部76が第1の表面として機能する。
FIGS. 10A and 10B show a preferred embodiment of the apparatus according to the present invention. Crystal preparation equipment 7
Reference numeral 0 denotes an assembly of the first substrate 71 and five second substrates 72. The first substrate 71 has 25 cylindrical through-holes 73 arranged apart from each other. The substrate 72 is arranged at each position where the through holes 73 are arranged. One opening of the through hole 73 is closed by the substrate 72, and the other opening is left open. The through-hole 73 closed by the substrate 72 forms a part 74 for holding a solution containing the material to be crystallized. Each solution holding section 74 becomes a well for a crystallization test. The substrate 72 is formed as shown in FIG.
And (b). The substrate 72 is
One protrusion 75 has five regions 77 sandwiched between two recesses 76. The regions 77 are arranged corresponding to the arrangement of the through holes 73. As will be described later, the material of the surface of the convex portion 75 and the surface of the concave portion 76 are different, so that both surfaces have different surface potentials (zeta potential) with respect to the solution to be held in the portion 74. In addition, the surface of the tip of the convex portion 75 is significantly narrower than the surfaces of the two concave portions 76 sandwiching the convex portion. As shown in FIG. 12, the solution 78 containing the polymer to be crystallized is held in the part 74. At this time, the surface of the convex portion 75 and the surface of the concave portion 76 are simultaneously in contact with the solution 78, and both surfaces show different zeta potentials in the solution 78, enabling selective adsorption of the polymer as described above. To That is, the surface on which the polymer is more strongly electrostatically adsorbed and the crystal of the polymer is grown is called a second surface, and the surface that inhibits the adsorption of the polymer and suppresses crystallization is referred to as a first surface. In terms of the surface, the surface of the convex portion 75 functions as a second surface, and the concave portion 76 functions as a first surface.

【0035】図10に示す装置において、5つの基板7
2は、すべて同じであってもよいし、そのうちのいくつ
かが異なってもよいし、すべて異なっていてもよい。た
とえば、5つの基板は、図13(a)〜(e)に示すよ
うな構造のいずれかを有することができる。図13
(a)では、p型シリコン基板81上にn+ドープ層8
2が形成されており、したがって、凸部の頂上の表面は
+ドープされたシリコンからなり、凹部の表面はp型
シリコンからなる。図13(b)では、n型シリコン基
板83上にp+ドープ層84が形成されており、したが
って、凸部の頂上の表面はp+ドープされたシリコンか
らなり、凹部の表面はn型シリコンからなる。図13
(c)では、p型シリコン基板81上にn+ドープ層8
2が形成されており、さらにその上に酸化シリコン層8
5が形成されており、したがって、凸部の頂上の表面は
酸化シリコンからなり、凹部の表面はp型シリコンから
なる。この場合、n+ドープ層82がなくともよい。図
13(d)では、p型シリコン基板81上に酸化シリコ
ン層85が形成されており、さらにその上に窒化シリコ
ン層86が形成されており、したがって、凸部の頂上の
表面は窒化シリコンからなり、凹部の表面はp型シリコ
ンからなる。シリコン基板上に直接窒化シリコン層を形
成すると剥がれやすいので、層の密着性を向上させるた
め、酸化シリコン層を形成している。図13(e)で
は、p型シリコン基板81上に酸化シリコン層85が形
成されており、さらにその上にアルミナ層87が形成さ
れており、したがって、凸部の頂上の表面はアルミナか
らなり、凹部の表面はp型シリコンからなる。この場合
も、アルミナ層の密着性を向上させるため酸化シリコン
層を下地として与えている。また、アルミナ層87を陽
極酸化法によって形成する場合、酸化シリコン層85
は、底部に残るアルミニウム膜とシリコン基板とを絶縁
する役割も果たす。図13(a)〜(e)に示すような
構造は、図14(a)〜(c)に示すような工程に従っ
て形成することができる。まず、図14(a)に示すよ
うに、基板91上に、基板91と導電型の異なる層、酸
化シリコン層、窒化シリコン層、アルミナ層などの必要
な層92を形成する。次いで、適当なマスクを使用する
ホトリソグラフィー法により、図14(b)に示すとお
り、層92上にレジストパターン93を形成する。次い
で、エッチング、アッシング等を経て、図14(c)に
示すような構造を得る。このように、異なる表面電位が
組合された領域は、シリコン基板表面に必要な層を形成
し、エッチングすることにより、容易に得ることができ
る。
In the apparatus shown in FIG.
2 may be all the same, some of them may be different, or all may be different. For example, the five substrates can have any of the structures as shown in FIGS. FIG.
9A, an n + doped layer 8 is formed on a p-type silicon substrate 81.
2, so that the surface of the top of the protrusion is made of n + -doped silicon, and the surface of the recess is made of p-type silicon. In FIG. 13B, ap + -doped layer 84 is formed on an n-type silicon substrate 83, so that the top surface of the convex portion is made of p + -doped silicon, and the surface of the concave portion is n-type silicon. Consists of FIG.
In (c), an n + doped layer 8 is formed on a p-type silicon substrate 81.
2 is formed thereon, and a silicon oxide layer 8 is further formed thereon.
5, the surface of the top of the projection is made of silicon oxide, and the surface of the recess is made of p-type silicon. In this case, the n + doped layer 82 may not be provided. In FIG. 13 (d), a silicon oxide layer 85 is formed on a p-type silicon substrate 81, and a silicon nitride layer 86 is further formed thereon. And the surface of the recess is made of p-type silicon. When a silicon nitride layer is formed directly on a silicon substrate, the silicon nitride layer is easily peeled off. Therefore, a silicon oxide layer is formed to improve the adhesiveness of the layer. In FIG. 13 (e), a silicon oxide layer 85 is formed on a p-type silicon substrate 81, and an alumina layer 87 is further formed thereon. Therefore, the surface of the top of the projection is made of alumina, The surface of the recess is made of p-type silicon. Also in this case, a silicon oxide layer is provided as a base to improve the adhesion of the alumina layer. When the alumina layer 87 is formed by the anodic oxidation method, the silicon oxide layer 85
Also plays the role of insulating the aluminum film remaining at the bottom from the silicon substrate. The structure as shown in FIGS. 13A to 13E can be formed according to the steps as shown in FIGS. First, as shown in FIG. 14A, necessary layers 92 such as a layer having a different conductivity type from the substrate 91, a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and an alumina layer are formed on the substrate 91. Next, as shown in FIG. 14B, a resist pattern 93 is formed on the layer 92 by photolithography using an appropriate mask. Next, a structure as shown in FIG. 14C is obtained through etching, ashing, and the like. As described above, a region where different surface potentials are combined can be easily obtained by forming a necessary layer on the surface of the silicon substrate and etching the layer.

【0036】また、複数の貫通孔を有する基板(第1の
基板)と組合せるべき、結晶化用の基板(第2の基板)
は、上述の例の他に図15(a)〜(e)のいずれかの
構造を有することもできる。図15(a)では、基板1
21上に凸部またはアイランド122が形成される。た
とえば、基板121は、シリコンであり、凸部122は
酸化シリコンである。また、凸部全体を同じ材料で形成
しなくともよい。例えば、図15(b)では、基板12
1上に形成される凸部またはアイランド123は、下地
層123aと上層123bを有する。たとえば、基板1
21はシリコンであり、下地層123aは酸化シリコン
であり、上層123(b)はアルミナ、窒化シリコン等
である。基板との密着性が悪い材料は、基板との密着性
のよい中間層を介して積層するのが好ましい。図15
(c)では、基板121上に他の材料の層124が形成
され、その上に凸部またはアイランド125が形成され
る。この場合、層124の表面(第1の表面)と、凸部
125の頂上表面(第2の表面)が、選択的結晶化に寄
与する。たとえば、基板121はシリコンであり、層1
24は酸化シリコンであり、凸部125の上層126は
アルミナ、窒化シリコン等である。基板上に必ずしも凸
部を形成する必要はない。図15(d)では、基板12
1上に他の材料の層124が形成され、層124の中
に、それと異なる層127が形成される。層124の表
面(第1の表面)と層127の表面(第2の表面)は、
同一平面上にある。たとえば、基板121はシリコン、
層124は酸化シリコン、層127はアルミナ、窒化シ
リコン等である。図15(e)では、基板121に溝ま
たは孔128が形成され、その底部に他の材料層129
が形成されている。このように凹部に結晶化のための領
域を設けてもよい。しかし、特定の表面(第2の表面)
上に成長させた結晶を壊さずに容易に取り出すために
は、結晶が当該表面に接触する面積が小さい方がよく、
この点を考慮すると、結晶のサイズよりも小さい幅の表
面を有する凸部またはアイランドが好ましい。なお、第
2の基板をその断面が図15(a)〜(e)に示される
ような構造とした場合、上述の例と同様に図16(a)
にその平面図を示すように、第2の表面は互いに隔離さ
せて複数(図16(a)においては5つ)形成すること
ができる。そして、図16(b)に示すように第1の基
板と接合することにより、上述の例と同様に結晶調製装
置が作製される。なお、図15(d)に示されるように
第1の表面と第2の表面が同一平面上にある構造の第2
の基板の場合は、第2の表面は必ずしも互いに隔離して
複数形成する必要はなく、長手方向に連続した形状に形
成してもよい。連続した形状であっても第1の基板と接
合した際に、貫通孔によって自動的に隔離される。
A crystallization substrate (second substrate) to be combined with a substrate having a plurality of through holes (first substrate)
May have any of the structures shown in FIGS. 15A to 15E in addition to the above-described example. In FIG. 15A, the substrate 1
A protrusion or island 122 is formed on 21. For example, the substrate 121 is made of silicon, and the projection 122 is made of silicon oxide. Further, the entire convex portion need not be formed of the same material. For example, in FIG.
The protrusion or island 123 formed on the substrate 1 has a base layer 123a and an upper layer 123b. For example, substrate 1
Reference numeral 21 denotes silicon, the base layer 123a is silicon oxide, and the upper layer 123 (b) is alumina, silicon nitride, or the like. Materials having poor adhesion to the substrate are preferably laminated via an intermediate layer having good adhesion to the substrate. FIG.
In (c), a layer 124 of another material is formed on the substrate 121, and a convex portion or an island 125 is formed thereon. In this case, the surface (first surface) of the layer 124 and the top surface (second surface) of the protrusion 125 contribute to selective crystallization. For example, substrate 121 is silicon and layer 1
Reference numeral 24 denotes silicon oxide, and the upper layer 126 of the projection 125 is made of alumina, silicon nitride, or the like. It is not always necessary to form the projection on the substrate. In FIG. 15D, the substrate 12
A layer 124 of another material is formed on 1, and a different layer 127 is formed in the layer 124. The surface of layer 124 (first surface) and the surface of layer 127 (second surface)
They are on the same plane. For example, the substrate 121 is silicon,
The layer 124 is made of silicon oxide, and the layer 127 is made of alumina, silicon nitride, or the like. In FIG. 15E, a groove or hole 128 is formed in the substrate 121, and another material layer 129 is formed on the bottom thereof.
Are formed. As described above, a region for crystallization may be provided in the concave portion. However, a specific surface (second surface)
In order to easily take out the crystal grown on it without breaking it, it is better that the area where the crystal contacts the surface is small,
Considering this point, a projection or an island having a surface with a width smaller than the size of the crystal is preferable. When the cross section of the second substrate has a structure as shown in FIGS. 15A to 15E, similarly to the above-described example, FIG.
As shown in the plan view of FIG. 16, a plurality of second surfaces (five in FIG. 16A) can be formed separately from each other. Then, by bonding to the first substrate as shown in FIG. 16B, a crystal preparation apparatus is manufactured in the same manner as in the above-described example. Note that, as shown in FIG. 15D, the second surface of the structure in which the first surface and the second surface are on the same plane.
In the case of the substrate described above, the plurality of second surfaces need not always be formed separately from each other, and may be formed in a shape continuous in the longitudinal direction. Even in the case of a continuous shape, it is automatically isolated by the through hole when it is bonded to the first substrate.

【0037】また、貫通孔を有する基板と組合せるべ
き、5つの結晶化用基板として、次のようなものを使用
してもよい。(1)第1の表面がp型シリコンで、第2
の表面がアルミナである基板、(2)第1の表面がp型
シリコンで、第2の表面が酸化シリコンである基板、
(3)第1の表面p型シリコンで、第2の表面が窒化シ
リコンである基板、(4)第1の表面が酸化シリコン
で、第2の表面が窒化シリコンであるの基板、および
(5)第1の表面が酸化シリコンで、第2の表面がアル
ミナであるの基板。これらの基板において、凸部の上面
を第2の表面とし、凸部に隣接するその他の表面を第1
の表面とすることができる。
As the five crystallization substrates to be combined with the substrate having the through holes, the following ones may be used. (1) The first surface is p-type silicon and the second surface is
A substrate whose surface is alumina, (2) a substrate whose first surface is p-type silicon and whose second surface is silicon oxide,
(3) a substrate whose first surface is p-type silicon and whose second surface is silicon nitride; (4) a substrate whose first surface is silicon oxide and whose second surface is silicon nitride; and (5) A) a substrate wherein the first surface is silicon oxide and the second surface is alumina. In these substrates, the upper surface of the protrusion is the second surface, and the other surface adjacent to the protrusion is the first surface.
Surface.

【0038】本発明によれば、貫通孔を有する基板(第
1の基板)と、結晶化用基板(第2の基板)との組み合
わせを変えて、目的に応じ、各種の結晶調製用装置を容
易に作製できる。たとえば、図10に示すような装置に
関し、上記5種類の第2の基板を1枚ずつ使用してもよ
いし、5種類のいずれかを複数枚使用してもよい。種類
により枚数が異なってもよい。例えば、2種類を何枚か
ずつ使用してもよいし、1種類のみを複数枚使用しても
よい。第2の基板は複数枚使用されるが、第1の基板の
すべての貫通孔をふさがなくてもよい。第1の基板と組
合せるべき第2の基板を適宜選択することにより、目的
に応じた結晶調製用装置を容易に作製できる。
According to the present invention, by changing the combination of a substrate having a through hole (first substrate) and a crystallization substrate (second substrate), various types of crystal preparation apparatuses can be used according to the purpose. It can be easily manufactured. For example, in the apparatus as shown in FIG. 10, the above-described five types of second substrates may be used one by one, or any one of the five types of second substrates may be used. The number may differ depending on the type. For example, two types may be used by several sheets, or one type may be used by plural sheets. Although a plurality of second substrates are used, it is not necessary to cover all the through holes of the first substrate. By appropriately selecting the second substrate to be combined with the first substrate, a crystal preparation apparatus suitable for the purpose can be easily manufactured.

【0039】本発明において、1枚の第2の基板には、
複数の結晶化領域が形成されていることが好ましい。例
えば、図11に示す例では、基板に5つの結晶化領域が
形成されている。図11に示す基板の5つの結晶化領域
は、同じ構造を有する。しかし、第2の基板に形成され
る複数の結晶化領域は、異なる構造を有してもよい。す
なわち、本発明において、複数種の表面の組合せは、複
数の結晶化領域間で同じであっても、異なっていてもよ
い。図10に示す装置では、25の結晶化用ウェルを提
供する。従って、この装置の場合、最大で25種類(た
とえば、5種類の結晶化領域の構造(複数種の表面の組
合せが異なる5種類の第2の基板)×5種類のタンパク
質溶液の条件)の異なる条件下で同時に結晶化が行え
る。しかし、必ずしも全てのウェルを異なる条件にしな
くてもよい。25のウェルのうち、結晶化領域の構造が
同じ複数のウェル(同一または同じ種類の第2の基板上
のウェル)では、pH、溶解するタンパク質の濃度等の
条件を変えて、異なる条件下で結晶化を行うことができ
る。また、複数種のタンパク質溶液を、結晶化領域の構
造が同じ複数のウェルにそれぞれ供給してもよい。たと
えば、条件が異なる5種類のタンパク質溶液を供給でき
る。一方、結晶化領域の構造が異なる複数のウェル(異
なる種類の第2の基板上のウェル)は、はじめから、異
なる結晶化条件を提供する。構造が異なる複数のウェル
には、同じpH、または同じ濃度のタンパク質を供給す
ることができる。
In the present invention, one second substrate includes:
Preferably, a plurality of crystallization regions are formed. For example, in the example shown in FIG. 11, five crystallization regions are formed on the substrate. The five crystallized regions of the substrate shown in FIG. 11 have the same structure. However, the plurality of crystallization regions formed on the second substrate may have different structures. That is, in the present invention, the combination of a plurality of types of surfaces may be the same or different between a plurality of crystallization regions. The apparatus shown in FIG. 10 provides 25 crystallization wells. Therefore, in the case of this apparatus, a maximum of 25 types (for example, the structure of five types of crystallized regions (five types of second substrates having different types of surface combinations) × the conditions of five types of protein solutions) are different. Crystallization can be performed simultaneously under the conditions. However, not all wells need to be under different conditions. Of the 25 wells, in a plurality of wells having the same crystallization region structure (wells on the second substrate of the same or the same type), the conditions such as the pH and the concentration of the soluble protein were changed to change the conditions under different conditions. Crystallization can be performed. Further, a plurality of types of protein solutions may be supplied to a plurality of wells having the same crystallization region structure. For example, five types of protein solutions with different conditions can be supplied. On the other hand, a plurality of wells having different structures of crystallization regions (wells of different types on the second substrate) provide different crystallization conditions from the beginning. Multiple wells with different structures can be supplied with the same pH or the same concentration of protein.

【0040】図11の基板のように、1つの結晶化領域
に1つの凸部表面(第2の表面)が与えられてもよい
し、図17(a)および(b)ならびに図18(a)お
よび(b)に示すように、1つの結晶化領域に複数また
は複数種の凸部表面(第2の表面)が与えられてもよ
い。図17(a)および(b)では、1つの結晶化領域
130に4つの離別した凸部表面132a〜132dが
与えられる。4つの表面132a〜132dは、同じも
のであってもよいし、異なっていてもよい。図18
(a)および(b)では、1つの結晶化領域140に2
つの離別した凸部表面142aおよび142bが与えら
れる。2つの表面142aおよび142bは、同じもの
であってもよいし、異なっていてもよい。表面142a
および142bが異なる場合、基板141の表面と合わ
せて3種類の表面が、結晶化領域に与えられる。
As in the substrate shown in FIG. 11, one crystallization region may be provided with one projection surface (second surface), and FIGS. 17A and 17B and FIG. 18A ) And (b), one or more crystallization regions may be provided with a plurality or a plurality of types of convex surfaces (second surfaces). In FIGS. 17A and 17B, one separated crystallization region 130 is provided with four separate convex surfaces 132a to 132d. The four surfaces 132a-132d may be the same or different. FIG.
In (a) and (b), two crystallization regions 140
Two separate convex surfaces 142a and 142b are provided. The two surfaces 142a and 142b may be the same or different. Surface 142a
And 142b are different from each other, three types of surfaces are provided for the crystallized region in addition to the surface of the substrate 141.

【0041】未知の生体高分子の結晶を調製する場合、
初めは第2の基板の種類をなるべく多くし、なるべく多
くの物理的条件が存在する装置で結晶化実験を行うこと
ができる。その実験で、ある1つの第2の基板でのみ結
晶の成長が確認された場合、次に、当該第2の基板のみ
を複数使用した装置を用い、溶液のpHや濃度をより細
かく変えた多数の条件下で結晶化実験を行うことができ
る。この手順によって、より適切な条件を探索すること
ができる。
When preparing a crystal of an unknown biopolymer,
Initially, the type of the second substrate is increased as much as possible, and the crystallization experiment can be performed in an apparatus having as many physical conditions as possible. In the experiment, if crystal growth was confirmed only on a certain second substrate, then, using a device using only a plurality of the second substrates, a large number of solutions in which the pH and concentration of the solution were more finely changed. A crystallization experiment can be performed under the following conditions. With this procedure, more appropriate conditions can be searched.

【0042】例えば、図10に示す装置を使用する場
合、まず初めに第2の基板として、図13(a)〜
(e)または上記(1)〜(5)を1枚ずつ使用する。
その実験において、仮に基板13(d)または基板
(3)にのみ結晶成長が観測された場合、次に当該基板
のみを5枚使用して、pHや濃度などの溶液の条件をよ
り細かく変えて結晶化実験を行うことができる。
For example, when the apparatus shown in FIG. 10 is used, first, as a second substrate, FIG.
(E) or use the above (1) to (5) one by one.
In the experiment, if crystal growth was observed only on the substrate 13 (d) or the substrate (3), then, using only five substrates, the solution conditions such as pH and concentration were changed more finely. Crystallization experiments can be performed.

【0043】図19(a)および図19(b)に本発明
による装置の好ましい他の具体例を示す。結晶調製用装
置170は、第1の基板171と、第2の基板172と
の組立体である。第1の基板171は、互いに離れて配
置された32の円筒状貫通孔173を有する。貫通孔1
73の1つの開口は、基板172によってふさがれ、他
の開口は、開けられたままである。基板172によって
ふさがれた貫通孔173は、結晶化すべき材料を含む溶
液を保持する部分174を形成する。各溶液保持部17
4は、結晶化テストのためのウェルとなる。基板172
は、図20に示すような形状を有する。基板172は、
1つの凸部175が2つの凹部176に挟まれた領域1
77を32有する。領域177は、貫通孔173の配列
に対応して、配列されている。凸部175の表面と凹部
176の表面とは、材質が異なり、そのため、両表面
は、部分174において保持すべき溶液に対し、異なる
表面電位(ゼータ電位)を有する。また、凸部175の
先端の表面は、それを挟む2つの凹部176の表面よ
り、顕著に狭くなっている。32の領域177は、2種
類または3種類以上に分類される。すなわち、凸部17
5の表面と凹部176の表面との組合せは、32の領域
177おいて、2種または3種以上存在する。たとえ
ば、表面の組合せは、領域の列ごとに異なるものとする
ことができる。この場合、列の数、すなわち8種の組合
せが存在する。一方、表面の組合せは、行ごとに異なっ
てもよく、この場合、4種の組合せが存在する。また、
左側16と右側16の2種に分類してもよいし、32の
領域がすべて互いに異なっていてもよい。このように、
用途に応じて任意の態様で、異なる組合せを配置でき
る。表面の組合せは、たとえば、図13(a)〜
(e)、図15(a)〜(e)および上記(1)〜
(5)より選択できる。図20に示す第2の基板も、図
14(a)〜(c)に示すような膜形成、ホトリソグラ
フィー、エッチング等を経て、製造することができる。
FIGS. 19A and 19B show another preferred embodiment of the device according to the present invention. The crystal preparation apparatus 170 is an assembly of a first substrate 171 and a second substrate 172. The first substrate 171 has 32 cylindrical through holes 173 spaced apart from each other. Through hole 1
One opening of 73 is closed by the substrate 172 and the other opening remains open. The through hole 173 closed by the substrate 172 forms a part 174 for holding a solution containing the material to be crystallized. Each solution holding unit 17
4 is a well for a crystallization test. Substrate 172
Has a shape as shown in FIG. The substrate 172 is
Region 1 in which one convex portion 175 is sandwiched between two concave portions 176
There are 32 with 77. The regions 177 are arranged corresponding to the arrangement of the through holes 173. The material of the surface of the convex portion 175 is different from that of the surface of the concave portion 176. Therefore, both surfaces have different surface potentials (zeta potential) with respect to the solution to be held in the portion 174. Further, the surface of the tip of the convex portion 175 is significantly narrower than the surfaces of the two concave portions 176 sandwiching the convex portion 175. The 32 regions 177 are classified into two types or three types or more. That is, the protrusion 17
There are two, three or more combinations of the surface of No. 5 and the surface of the recess 176 in the 32 regions 177. For example, the combination of surfaces can be different for each row of regions. In this case, there are the number of columns, that is, eight combinations. On the other hand, the combination of surfaces may be different for each row, and in this case, there are four types of combinations. Also,
It may be classified into two types, left 16 and right 16, or all 32 regions may be different from each other. in this way,
Different combinations can be arranged in any manner depending on the application. The combination of the surfaces is, for example, as shown in FIGS.
(E), FIGS. 15 (a)-(e) and the above (1)-
(5) Can be selected. The second substrate shown in FIG. 20 can also be manufactured through film formation, photolithography, etching, and the like as shown in FIGS.

【0044】図21に示すように、装置170におい
て、結晶化すべき高分子を含む溶液178は、部分17
4に保持される。この時、凸部175の表面と凹部17
6の表面は、同時に溶液178に接触し、そして、両表
面は、異なるゼータ電位を溶液178中で示し、上述し
たような高分子の選択的吸着を可能にする。
As shown in FIG. 21, in an apparatus 170, a solution 178 containing a polymer to be crystallized
4 is held. At this time, the surface of the convex portion 175 and the concave portion 17
The surfaces of 6 simultaneously contact solution 178, and both surfaces exhibit different zeta potentials in solution 178, allowing selective adsorption of macromolecules as described above.

【0045】図19(a)および(b)に示す装置も、
構造が異なる複数種の結晶化領域を有するので、同時に
複数の結晶化条件を提供する。この装置は、32の結晶
化用ウェルを提供する。従って、この装置の場合、最大
で32種類の異なる条件下で同時に結晶化が行える。し
かし、必ずしも全てのウェルを異なる条件にしなくても
よい。32のウェルのうち、結晶化領域の構造が同じ複
数のウェルでは、pH、溶解するタンパク質の濃度等の
条件を変えて、異なる条件下で結晶化を行うことができ
る。また、複数種のタンパク質溶液を、結晶化領域の構
造が同じ複数のウェルにそれぞれ供給してもよい。一
方、結晶化領域の構造が異なる複数のウェルは、はじめ
から、異なる結晶化条件を提供する。構造が異なる複数
のウェルには、同じpH、または同じ濃度のタンパク質
を供給することができる。この装置もまた、その性質が
未知の生体高分子の結晶化を行う際、最適条件のスクリ
ーニングに適している。
The device shown in FIGS. 19A and 19B also
Since a plurality of crystallization regions having different structures are provided, a plurality of crystallization conditions are simultaneously provided. This device provides 32 crystallization wells. Therefore, in the case of this apparatus, crystallization can be performed simultaneously under a maximum of 32 different conditions. However, not all wells need to be under different conditions. Of the 32 wells, in a plurality of wells having the same crystallization region structure, crystallization can be performed under different conditions by changing conditions such as the pH and the concentration of the soluble protein. Further, a plurality of types of protein solutions may be supplied to a plurality of wells having the same crystallization region structure. On the other hand, a plurality of wells having different crystallization regions provide different crystallization conditions from the beginning. Multiple wells with different structures can be supplied with the same pH or the same concentration of protein. This apparatus is also suitable for screening of optimal conditions when crystallization of a biopolymer whose properties are unknown.

【0046】しかし、図10に示すように複数の第2の
基板と第1の基板とを組み合わせる方が、汎用性および
柔軟性の点で好ましい。また、結晶化領域の種類が少な
い基板の方が、より低いコストで製造できる。1枚のウ
エハに同種の第2の基板を多数作製することで、多数の
基板の製作に必要な成膜、ホトリソグラフィー、エッチ
ング等の工程が少なくてすむ。
However, it is preferable to combine a plurality of second substrates and the first substrate as shown in FIG. 10 in terms of versatility and flexibility. Further, a substrate having a smaller number of crystallization regions can be manufactured at lower cost. By manufacturing a large number of second substrates of the same type on one wafer, the number of steps such as film formation, photolithography, and etching necessary for manufacturing a large number of substrates can be reduced.

【0047】上述してきた装置に関し、複数の貫通孔を
有する基板(第1の基板)は、ガラス、ポリカーボネー
ト樹脂、アクリル樹脂等のプラスチック類、ステンレス
鋼等の金属などからなる。第1の基板は、溶液中の高分
子の吸着を阻害し得る材料、たとえば低い等電点を有す
るガラス等で形成することが好ましい。ただし、高分子
を吸着させる固体表面と囲い壁との距離が溶液中の高分
子の拡散距離(高分子が溶液中で移動し得る距離)より
も十分に長い場合は、この限りではなく、他の材料でも
問題ない。貫通孔は、レジストパターンを使用したエッ
チング、機械加工などにより基板に形成できる。また、
原料の型成形等により、はじめから貫通孔を有する基板
を得ることができる。結晶化領域を有する基板(第2の
基板)は、半導体基板、特にシリコンウエハを用いて作
製することが好ましい。シリコンウエハを用いれば、通
常の半導体集積回路の製造技術を用いて、容易に複数種
の表面を有する基板を作製することができる。すなわ
ち、成膜技術、ホトリソグラフィー、エッチング、必要
に応じて化学機械研磨(CMP)を用いて、容易に第2
の基板を作製できる。基板上に形成される金属酸化物、
金属窒化物等の層は、陽極酸化法、CVD等の蒸着など
を使用して形成できる。
In the apparatus described above, the substrate (first substrate) having a plurality of through holes is made of glass, plastics such as polycarbonate resin and acrylic resin, and metals such as stainless steel. The first substrate is preferably formed of a material that can inhibit adsorption of a polymer in a solution, such as glass having a low isoelectric point. However, if the distance between the solid surface on which the polymer is adsorbed and the surrounding wall is sufficiently longer than the diffusion distance of the polymer in the solution (the distance over which the polymer can move in the solution), this does not apply. No problem with the material. The through hole can be formed in the substrate by etching using a resist pattern, machining, or the like. Also,
A substrate having a through hole can be obtained from the beginning by molding the raw material. The substrate having the crystallization region (the second substrate) is preferably manufactured using a semiconductor substrate, particularly, a silicon wafer. When a silicon wafer is used, a substrate having a plurality of types of surfaces can be easily manufactured by using a normal semiconductor integrated circuit manufacturing technique. That is, the second layer can be easily formed by using a film forming technique, photolithography, etching and, if necessary, chemical mechanical polishing (CMP).
Substrate can be manufactured. A metal oxide formed on a substrate,
The layer of metal nitride or the like can be formed using an anodizing method, vapor deposition such as CVD, or the like.

【0048】第1の基板と第2の基板は、分離可能に接
合してもよいし、分離不能に接合してもよい。分離可能
に接合する場合、特定の第2の基板を、第1の基板から
はずし、他の第2の基板に置き換えることができる。こ
の場合、1つの第1の基板に対し、より多くの第2の基
板を試みることができる。第1の基板と第2の基板と
は、陽極接合法、または接着剤により、接合、固定する
ことができる。ガラス基板と半導体基板とを接合する場
合、陽極接合法が好ましく用いられる。一方、接着力の
それほど強くないシール剤または接着剤を使用して、後
に分離できるよう、第1の基板と第2の基板とを合わせ
てもよい。また、嵌め合いの構造によって、他の材料を
介さずに第1の基板と第2の基板を合わせてもよい。
The first substrate and the second substrate may be joined in a separable manner or inseparably joined. In the case of releasable bonding, a specific second substrate can be detached from the first substrate and replaced with another second substrate. In this case, more second substrates can be tried for one first substrate. The first substrate and the second substrate can be joined and fixed by an anodic bonding method or an adhesive. When bonding a glass substrate and a semiconductor substrate, an anodic bonding method is preferably used. On the other hand, the first substrate and the second substrate may be combined so that they can be separated later by using a sealant or an adhesive having a low adhesive strength. In addition, the first substrate and the second substrate may be combined with each other without using another material depending on a fitting structure.

【0049】本発明によれば、第1の基板および第2の
基板を含むキットも提供される。第1の基板に、適当な
種類および/または数の第2の基板を組合わせて種々の
キットを提供することができる。キットの使用者は、結
晶の調製または結晶化のスクリーニングのため、適当な
組合わせ体を適宜作製することができる。この場合、1
つの第1の基板と組合わされる第2の基板の数は任意で
ある。第1の基板の貫通孔の数に関わらず、第2の基板
を多数組合わせてもよい。すなわち、第1の基板の貫通
孔をすべてふさぐのに足る数よりも多い第2の基板を1
つの第1の基板に組合わせてもよい。
According to the present invention, a kit including a first substrate and a second substrate is also provided. Various kits can be provided by combining a first substrate with an appropriate type and / or number of second substrates. The user of the kit can appropriately prepare an appropriate combination for preparing crystals or screening for crystallization. In this case, 1
The number of second substrates combined with one first substrate is arbitrary. Regardless of the number of through holes in the first substrate, a large number of second substrates may be combined. That is, the number of the second substrates that is larger than the number sufficient to cover all the through holes of the first substrate is 1
One first substrate may be combined.

【0050】本発明による装置は、結晶化すべき高分子
を含む溶液のpHを測定するための手段を含むことがで
きる。上述したように固体表面および結晶化すべき分子
の表面電位または実効表面電荷は、溶液のpHに左右さ
れるため、結晶化の操作において、溶液のpHをモニタ
することは、有意義である。pH測定手段には、通常の
pHメーター、イオン感応性電界効果型トランジスタ
(ISFET)と基準電極を組合わせた従来型のpHセ
ンサー等を用いることができる。
The device according to the invention can include means for measuring the pH of the solution containing the polymer to be crystallized. As described above, the surface potential or effective surface charge of the solid surface and the molecule to be crystallized depends on the pH of the solution, and therefore, it is significant to monitor the pH of the solution during the crystallization operation. As the pH measuring means, a normal pH meter, a conventional pH sensor in which an ion-sensitive field effect transistor (ISFET) and a reference electrode are combined, and the like can be used.

【0051】一方、pH測定手段として、図22に示す
ような装置を用いてもよい。このpH測定手段は、半導
体層と、半導体層上に形成される絶縁層と、溶液を絶縁
層上で保持するための囲い壁と、溶液に接触するように
囲い壁に設けられる金属電極とを備えることができる。
pH測定装置100において、n型シリコン基板101
上にはSiO2膜102が形成されている。基板101
上には溶液保持部110が設けられる。溶液保持部11
0は、溶液105の流れを堰きとめる囲い壁106およ
びSiO2膜102から構成される。囲い壁106上に
は金属電極107が設けられる。金属電極107は、S
iO2膜102の方に延びていて、溶液保持部110内
に保持される溶液と接触するように配置される。シリコ
ン基板101の裏面(SiO2膜102が設けられた面
と対向する面)には、端子電極108が設けられる。
On the other hand, an apparatus as shown in FIG. 22 may be used as the pH measuring means. The pH measuring means includes a semiconductor layer, an insulating layer formed on the semiconductor layer, an enclosing wall for holding the solution on the insulating layer, and a metal electrode provided on the enclosing wall so as to contact the solution. Can be prepared.
In the pH measuring device 100, an n-type silicon substrate 101
An SiO 2 film 102 is formed thereon. Substrate 101
A solution holding unit 110 is provided above. Solution holding unit 11
Reference numeral 0 denotes an enclosure wall 106 for blocking the flow of the solution 105 and the SiO 2 film 102. On the surrounding wall 106, a metal electrode 107 is provided. The metal electrode 107 is
It extends toward the iO 2 film 102 and is arranged to be in contact with the solution held in the solution holding unit 110. A terminal electrode 108 is provided on the back surface of the silicon substrate 101 (the surface facing the surface on which the SiO 2 film 102 is provided).

【0052】酸化物の表面は、上述したように水和反応
を起こして、水酸基を生成させる。その水酸基の解離に
よって酸化物表面に電荷が生じる。したがって、酸化物
の表面には、溶液のpHに応じた表面電位が発生する。
たとえば、SiO2の場合、以下のような解離がおこ
り、その表面電位はpHによって変化する。 他の酸化物でも同様な機構により表面電位が生じ、酸化
物の種類に応じて等電点や発生する電位の値は異なる。
なお、SiO2の等電点はおよそ1.8〜2.8であ
る。また、詳細な機構は分からないが、窒化物の表面に
も酸化物と同様に水溶液中でその水溶液のpHに応じた
電位が発生する。たとえば、Si34の場合は等電点が
およそ4〜5程度であって、それより低いpHで正の表
面電位を、それより高いpHで負の表面電位を帯びる。
このため、絶縁層としてSiO2膜のかわりにSi34
膜等の窒化物膜を用いてもよい。
The surface of the oxide undergoes a hydration reaction as described above to generate a hydroxyl group. An electric charge is generated on the oxide surface by the dissociation of the hydroxyl group. Therefore, a surface potential corresponding to the pH of the solution is generated on the surface of the oxide.
For example, in the case of SiO 2 , the following dissociation occurs, and the surface potential changes depending on pH. Surface potential is generated by the same mechanism in other oxides, and the isoelectric point and the value of the generated potential are different depending on the type of the oxide.
The isoelectric point of SiO 2 is approximately 1.8 to 2.8. Although the detailed mechanism is unknown, a potential corresponding to the pH of the aqueous solution is generated in the aqueous solution as well as the oxide on the surface of the nitride. For example, Si 3 N 4 has an isoelectric point of about 4 to 5, and has a positive surface potential at a lower pH and a negative surface potential at a higher pH.
For this reason, instead of the SiO 2 film, Si 3 N 4
A nitride film such as a film may be used.

【0053】したがって、図22に示す装置100にお
いて、SiO2膜102が露出した溶液保持部110に
水溶液を入れると、SiO2膜102の表面にその水溶
液のpHに応じた電位が発生する。この電位によって、
酸化膜を介して設けられるシリコン基板表面のキャリア
濃度が変化する。したがって、シリコン基板101の溶
液105に近い部分に形成される空乏層109の容量が
変化する(空乏層の幅が変化する)。したがって、MO
S(MIS)に相当する構造を有する装置100におい
て、金属電極107と端子電極108との間の容量電圧
特性(高周波特性)は、溶液105のpHに応じて変化
する。この変化を、図23に示す。図23は、pHの異
なる2種の溶液に関して容量電圧特性を示している。容
量電圧特性は、図に示すようにpHに応じて電圧軸方向
に変化する。
Therefore, in the apparatus 100 shown in FIG. 22, when an aqueous solution is put into the solution holding section 110 where the SiO 2 film 102 is exposed, a potential corresponding to the pH of the aqueous solution is generated on the surface of the SiO 2 film 102. With this potential,
The carrier concentration on the surface of the silicon substrate provided via the oxide film changes. Therefore, the capacitance of the depletion layer 109 formed near the solution 105 of the silicon substrate 101 changes (the width of the depletion layer changes). Therefore, MO
In the device 100 having a structure corresponding to S (MIS), the capacitance-voltage characteristics (high-frequency characteristics) between the metal electrode 107 and the terminal electrode 108 change according to the pH of the solution 105. This change is shown in FIG. FIG. 23 shows the capacity-voltage characteristics of two kinds of solutions having different pHs. The capacitance-voltage characteristics change in the voltage axis direction according to the pH as shown in the figure.

【0054】あらかじめ、図22に示すpH測定装置を
用いて、測定周波数1MHz程度で、pHの分かってい
る種々の溶液の容量電圧特性を測定し、pH値とフラッ
トバンド電位(VFB)との関係を得ることができる。p
H値とフラットバンド電位(VFB)は、たとえば図24
に示すような関係を有する。この関係に基づいて、未知
の溶液のpHが求められる。すなわち、pH測定装置1
00をC−VメーターおよびC−Vレコーダーに接続す
る。次いで、溶液保持部110に測定すべき溶液を入
れ、電極107と108との間のC−V特性を測定し、
FBを求める。得られたVFBと、予め得られたpH値と
フラットバンド電位(VFB)との関係から、当該溶液の
pHが決定される。
Using a pH measuring apparatus shown in FIG. 22, the capacitance-voltage characteristics of various solutions whose pH is known are measured at a measurement frequency of about 1 MHz, and the pH value and the flat band potential (V FB ) are measured. You can get a relationship. p
The H value and the flat band potential (V FB ) are, for example, as shown in FIG.
Has the relationship shown in FIG. Based on this relationship, the pH of the unknown solution is determined. That is, the pH measuring device 1
00 is connected to a CV meter and a CV recorder. Next, the solution to be measured is placed in the solution holding unit 110, and the CV characteristics between the electrodes 107 and 108 are measured.
Find V FB . And V FB obtained from the relationship between the previously obtained pH values and the flat band potential (V FB), pH of the solution is determined.

【0055】このpH測定装置において、n型Si基板
の代わりにp型Si基板を用いてもよいし、他の半導体
基板、たとえば、Ge基板やGaAs等の化合物半導体
基板を用いてもよい。また、SiO2膜の代わりに他の
酸化物膜たとえばAl23膜、TiO2膜を用いてもよ
いし、Si34等の窒化物膜を用いてもよい。絶縁層の
厚みは、たとえば100Å〜1μmであり、好ましくは
500Å〜3000Åである。電極用の材料には、P
t、Pd、Au等を用いることができる。
In this pH measuring apparatus, a p-type Si substrate may be used instead of the n-type Si substrate, or another semiconductor substrate, for example, a compound semiconductor substrate such as a Ge substrate or GaAs may be used. Further, instead of the SiO 2 film, another oxide film such as an Al 2 O 3 film or a TiO 2 film may be used, or a nitride film such as Si 3 N 4 may be used. The thickness of the insulating layer is, for example, 100 ° to 1 μm, and preferably 500 ° to 3000 °. The material for the electrode is P
t, Pd, Au or the like can be used.

【0056】このpH測定装置は、極めて単純な構造
(MOS(MIS)構造)を有し、通常の半導体加工技
術(リソグラフィー、CVD、エッチング等)を用いて
簡単に製作できる。当該装置の溶液保持部にピペットな
どで溶液を滴下し、数μl〜数十μlの微量の溶液につ
いてpHを測定できる。この装置は、シリコン基板上に
作製することができ、したがって、本発明による結晶調
製装置と同じ基板上に作り込むことができる。たとえ
ば、図10に示されるような装置の場合、5枚の第2の
基板72のうちの1枚にこのpH測定装置を作り込むこ
とができる。
This pH measuring device has a very simple structure (MOS (MIS) structure) and can be easily manufactured using ordinary semiconductor processing techniques (lithography, CVD, etching, etc.). The solution can be dropped on the solution holding section of the apparatus by a pipette or the like, and the pH can be measured for a very small amount of several μl to several tens μl of the solution. This device can be made on a silicon substrate and can therefore be built on the same substrate as the crystal preparation device according to the invention. For example, in the case of the device as shown in FIG. 10, this pH measuring device can be built in one of the five second substrates 72.

【0057】図25に示すように、装置230のウェル
を透明なガラスの蓋200で密封し、冷暗所に保管する
ことができる。各ウェルでの結晶成長の様子は、透明な
蓋の上から顕微鏡により観察される。その際、図に示す
ように、pHモニター用セルの電極にC−Vメーター2
01を接続し、X−Yレコーダー202でC−V特性を
測定する。これにより、結晶成長中の溶液のpHがモニ
ターされる。
As shown in FIG. 25, the well of the device 230 can be sealed with a transparent glass lid 200 and stored in a cool and dark place. The state of crystal growth in each well is observed with a microscope from above the transparent lid. At that time, as shown in FIG.
01 is connected, and the XY recorder 202 measures CV characteristics. This monitors the pH of the solution during crystal growth.

【0058】本発明の装置は、沈殿剤とともに密封して
もよい。沈殿剤は別の容器に入れて結晶成長用装置と並
べて置けばよい。pHモニタは、必ずしも必要ではない
が、同一の基板上に結晶成長用ウェル、pHモニター用
セル、沈殿剤用セルを作製し、1チップとした方が、使
い勝手がよく好ましい。このような1チップ化した装置
は、前述のように半導体装置の一般的な製造プロセスを
用いて容易に作製できる。
The device of the present invention may be sealed with a precipitant. The precipitant may be placed in another container and placed side by side with the crystal growing apparatus. Although a pH monitor is not always necessary, it is preferable to prepare a crystal growth well, a pH monitor cell, and a precipitant cell on the same substrate and use them as one chip, because it is convenient and convenient. Such a one-chip device can be easily manufactured by using a general semiconductor device manufacturing process as described above.

【0059】[0059]

【実施例】図10(a)および(b)に示す装置を用い
て結晶化を行った。装置において、第1の基板は、約5
cm×約3cmのサイズを有し、直径約4mmの貫通孔
が25個形成された、厚さ約1mmのパイレックスガラ
ス板であった。5つの第2の基板は、それぞれ以下の
(A)〜(E)であり、それぞれ、図13(a)〜
(e)に示す構造を有する。第1の基板と5つの第2の
基板とは、陽極接合した。 (A)約100Ωcmの比抵抗のp型シリコン表面に約
5μmの深さでn+ドープ層を形成した基板。 (B)約10Ωcmの比抵抗のn型シリコンの表面に約
5μmの深さでp+ドープ層を形成した基板。 (C)約100Ωcmの比抵抗のp型シリコン表面に約
5μmの深さでn+ドープ層を形成し、さらにその上に
約100nmの厚みのSiO2層を形成した基板。 (D)約100Ωcmの比抵抗のp型シリコン表面に約
100nmの厚みでSiO2層を形成し、さらにその上
に約100nmの厚みのSi34層を形成した基板。 (E)約100Ωcmの比抵抗のp型シリコン表面に約
100nmの厚みでSiO2層を形成し、さらにその上
に陽極酸化法によって約10μmの厚みのアルミナ層を
形成した基板。
EXAMPLE Crystallization was performed using the apparatus shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). In the apparatus, the first substrate comprises about 5
It was a Pyrex glass plate having a size of cm × about 3 cm and having 25 through-holes having a diameter of about 4 mm and a thickness of about 1 mm. The five second substrates are (A) to (E) below, respectively, and are respectively shown in FIGS.
It has the structure shown in FIG. The first substrate and the five second substrates were anodically bonded. (A) A substrate in which an n + -doped layer is formed at a depth of about 5 μm on a p-type silicon surface having a specific resistance of about 100 Ωcm. (B) A substrate having a p + -doped layer formed at a depth of about 5 μm on the surface of n-type silicon having a specific resistance of about 10 Ωcm. (C) A substrate in which an n + -doped layer is formed at a depth of about 5 μm on a p-type silicon surface having a specific resistance of about 100 Ωcm, and a SiO 2 layer having a thickness of about 100 nm is further formed thereon. (D) A substrate in which a SiO 2 layer having a thickness of about 100 nm is formed on a p-type silicon surface having a specific resistance of about 100 Ωcm, and a Si 3 N 4 layer having a thickness of about 100 nm is further formed thereon. (E) A substrate in which a SiO 2 layer having a thickness of about 100 nm is formed on a p-type silicon surface having a specific resistance of about 100 Ωcm, and an alumina layer having a thickness of about 10 μm is further formed thereon by anodization.

【0060】(A)〜(E)基板において、エッチング
により形成された凹部の深さは約100μmであり、タ
ンパク質溶液と接触するシリコン表面の面積は約15m
2、凸部上面の面積は約0.3mm2であった。図に示
すように各基板には結晶化領域が5つ設けられている。
(A)-(E) In the substrate, the depth of the recess formed by etching is about 100 μm, and the area of the silicon surface in contact with the protein solution is about 15 m.
m 2 , and the area of the upper surface of the convex portion was about 0.3 mm 2 . As shown in the figure, five crystallization regions are provided on each substrate.

【0061】結晶化すべきタンパク質としてウシ肝臓カ
タラーゼを用いた。緩衝溶液には、以下の3種類を使用
した。 (1)pH5.2 :0.1Mクエン酸−0.1MNa
2HPO4 (2)pH8.0 :0.1MNa2HPO4−0.1M
KH2PO4 (3)pH11.0:0.05Mホウ酸−0.05MK
Cl−0.05MNa2CO3 これらの緩衝溶液で濃度30mg/mlのカタラーゼ溶
液を調製し、得られた溶液を10μlづつ装置の各ウェ
ルに滴下した。さらに各ウェルにNaClを添加して、
その濃度を0.1Mとした。装置をカバーで覆い、各ウ
ェルを0.5MのNaClを含む沈殿剤ともに密閉し、
4℃の温度で10日間放置した。その結果、pH8.0
のサンプルでのみ、基板(E)の表面に、約0.5mm
のサイズの結晶が析出していることが確認された。
Bovine liver catalase was used as the protein to be crystallized. The following three buffer solutions were used. (1) pH 5.2: 0.1 M citric acid-0.1 M Na
2 HPO 4 (2) pH 8.0: 0.1 M Na 2 HPO 4 -0.1 M
KH 2 PO 4 (3) pH 11.0: 0.05M boric acid-0.05MK
Cl-0.05 M Na 2 CO 3 A catalase solution having a concentration of 30 mg / ml was prepared with these buffer solutions, and 10 μl of the obtained solution was dropped into each well of the apparatus. Further, NaCl was added to each well,
The concentration was 0.1M. Cover the device with a cover and seal each well with a precipitant containing 0.5 M NaCl,
It was left at a temperature of 4 ° C. for 10 days. As a result, pH 8.0
Only about 0.5 mm on the surface of the substrate (E)
It was confirmed that crystals having a size of?

【0062】 [0062]

【発明の効果】本発明によれば、結晶化のため、より多
くの条件を簡単な構造の装置において作ることができ
る。本発明によれば、タンパク質等の高分子の結晶を固
体表面上に選択的に成長させることができる。また本発
明によれば、X線構造解析を可能にし得る大型の結晶を
得ることができる。さらに本発明によれば、多数の固体
表面を結晶化に用いることによって、多数の種類の高分
子の結晶化に対応する装置を提供できる。また、本発明
では、微量の試料について結晶化を行なうことができ
る。
According to the present invention, more conditions for crystallization can be made in an apparatus having a simple structure. According to the present invention, a crystal of a polymer such as a protein can be selectively grown on a solid surface. Further, according to the present invention, it is possible to obtain a large crystal that enables X-ray structure analysis. Further, according to the present invention, by using a large number of solid surfaces for crystallization, it is possible to provide an apparatus corresponding to crystallization of many types of polymers. In the present invention, crystallization can be performed on a small amount of a sample.

【0063】本発明は、製薬産業や食品産業等におい
て、種々の高分子化合物、特に高分子電解質を精製また
は結晶化するために用いることができる。本発明は特
に、酵素および膜タンパク質等のタンパク質、ポリペプ
チド、ペプチド、ポリサッカライド、核酸、ならびにこ
れらの複合体および誘導体等を精製または結晶化させる
ため好ましく適用される。特に本発明は、生体高分子の
精製または結晶化のため好ましく適用される。また本発
明の装置は、生体高分子等を選択的に吸着および固定化
することが可能なため、バイオセンサ、バイオセンサに
よる各種生体組織および生体物質の測定装置への応用等
が可能である。
The present invention can be used for purifying or crystallizing various polymer compounds, particularly polymer electrolytes, in the pharmaceutical industry, the food industry, and the like. The present invention is particularly preferably applied to purify or crystallize proteins such as enzymes and membrane proteins, polypeptides, peptides, polysaccharides, nucleic acids, and complexes and derivatives thereof. In particular, the present invention is preferably applied for purification or crystallization of a biopolymer. Further, since the device of the present invention can selectively adsorb and immobilize a biopolymer or the like, it can be applied to a biosensor, a device for measuring various living tissues and biomaterials by the biosensor, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 蒸気拡散法による結晶化装置の一例を示す
(a)平面図および(b)X’−X’断面図である。
FIGS. 1A and 1B are a plan view and an X′-X ′ cross-sectional view showing an example of a crystallization apparatus using a vapor diffusion method.

【図2】 本発明による装置の結晶化領域を示す概略断
面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a crystallization region of the device according to the present invention.

【図3】 溶液中の2種の固体表面およびタンパク質の
表面電荷が、溶液のpHによって変化する様子を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing how two types of solid surfaces in a solution and the surface charge of a protein change with the pH of the solution.

【図4】 溶液中の2種の固体表面およびタンパク質の
表面電荷が、溶液のpHによって変化する様子を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing how two kinds of solid surfaces in a solution and the surface charge of a protein change depending on the pH of the solution.

【図5】 いくつかの物質のゼータ電位のpH依存性を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing pH dependence of zeta potential of some substances.

【図6】 (a)〜(d)は、結晶化領域における種々
の形状のアイランドを概略的に示す斜視図である。
FIGS. 6A to 6D are perspective views schematically showing islands of various shapes in a crystallization region.

【図7】 (a)および(b)は、複数のアイランドが
設けられた結晶化領域を示す斜視図である。
FIGS. 7A and 7B are perspective views showing a crystallization region provided with a plurality of islands.

【図8】 (a)〜(c)は、結晶化領域において、複
数の表面が配置されるパターンの例を示す平面図であ
る。
FIGS. 8A to 8C are plan views showing examples of patterns in which a plurality of surfaces are arranged in a crystallization region.

【図9】 本発明による装置において、複数の好ましい
吸着表面を有する結晶化領域の一例を示す平面図であ
る。
FIG. 9 is a plan view showing an example of a crystallization region having a plurality of preferable adsorption surfaces in the apparatus according to the present invention.

【図10】 (a)は本発明による結晶調製用装置の一
具体例を示す平面図であり、(b)はそのX−X断面図
である。
FIG. 10 (a) is a plan view showing a specific example of an apparatus for preparing crystals according to the present invention, and FIG. 10 (b) is a sectional view taken along line XX.

【図11】 (a)は図10(a)および(b)に示す
第2の基板を示す平面図であり、(b)はそのY−Y断
面図である。
11A is a plan view showing the second substrate shown in FIGS. 10A and 10B, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line YY.

【図12】 図10(a)および(b)に示す装置にお
いて、高分子を含む溶液が保持されている様子を示す断
面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state in which a solution containing a polymer is held in the devices shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b).

【図13】 (a)〜(e)は、図10(a)および
(b)に示す装置に使用される第2の基板の構造を模式
的にそれぞれ示す断面図である。
FIGS. 13A to 13E are cross-sectional views schematically showing the structure of a second substrate used in the device shown in FIGS. 10A and 10B, respectively.

【図14】 図13(a)〜(e)に示す基板を製造す
るための工程を示す概略断面図である。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a step for manufacturing the substrate shown in FIGS. 13 (a) to 13 (e).

【図15】 (a)〜(e)は、本発明による装置に使
用される特定の結晶化部材を模式的に示す断面図であ
る。
15 (a) to (e) are cross-sectional views schematically showing specific crystallization members used in the device according to the present invention.

【図16】 (a)は、本発明による第2の基板の例を
示す平面図であり、(b)は、本発明により第1の基板
と第2の基板を組合せた装置の例を示す断面図である。
FIG. 16A is a plan view illustrating an example of a second substrate according to the present invention, and FIG. 16B is an example of an apparatus combining the first substrate and the second substrate according to the present invention. It is sectional drawing.

【図17】 (a)は、結晶化領域における表面の配置
の一例を示す平面図であり、(b)は、その断面図であ
る。
FIG. 17A is a plan view showing an example of the arrangement of surfaces in a crystallization region, and FIG. 17B is a cross-sectional view thereof.

【図18】 (a)は、結晶化領域における表面の配置
のもう一つ例を示す平面図であり、(b)は、その断面
図である。
18A is a plan view showing another example of the arrangement of the surface in the crystallization region, and FIG. 18B is a cross-sectional view thereof.

【図19】 (a)は、本発明による装置の他の具体例
を示す平面図であり、(b)は、そのZ−Z断面図であ
る。
FIG. 19 (a) is a plan view showing another specific example of the device according to the present invention, and FIG. 19 (b) is a ZZ sectional view thereof.

【図20】 図18(a)および(b)に示す第2の基
板の平面図である。
FIG. 20 is a plan view of the second substrate shown in FIGS. 18 (a) and (b).

【図21】 図18(a)および(b)に示す装置にお
いて、高分子を含む溶液が保持されている様子を示す断
面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state in which a solution containing a polymer is held in the devices shown in FIGS. 18 (a) and (b).

【図22】 本発明の装置に設けられるpHセンサーの
一例を示す概略断面図である。
FIG. 22 is a schematic sectional view showing an example of a pH sensor provided in the device of the present invention.

【図23】 図21に示すpHセンサーで測定される容
量電圧特性の例を示す図である。
23 is a diagram showing an example of a capacitance-voltage characteristic measured by the pH sensor shown in FIG.

【図24】 図21に示すpHセンサーで測定される容
量電圧特性から求められるフラットバンド値と溶液のp
Hとの関係を示す図である。
FIG. 24 shows a flat band value obtained from the capacitance-voltage characteristic measured by the pH sensor shown in FIG.
It is a figure showing the relation with H.

【図25】 本発明による装置においてpHを測定する
流れを示す模式図である。
FIG. 25 is a schematic diagram showing a flow for measuring pH in the device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 第1の固体、11a 第1の表面、12 第2の
固体、12a 第2の表面、13 高分子、14 溶
液、70,170 結晶調製用装置、71,171 第
1の基板、72,172 第2の基板、73,173
貫通孔。
11 first solid, 11a first surface, 12 second solid, 12a second surface, 13 polymer, 14 solution, 70,170 crystal preparation equipment, 71,171 first substrate, 72,172 Second substrate, 73, 173
Through holes.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶液中に含まれる高分子の結晶を調製す
るための装置であって、 複数の貫通孔が互いに離れて設けられている第1の部
材、および前記溶液中で互いに異なる表面電位またはゼ
ータ電位を示す複数種の表面をそれぞれ有する複数の第
2の部材を備え、 前記第1の部材の複数の貫通孔をふさぐように、前記第
1の部材と前記複数の第2の部材とが組合されており、 前記複数の貫通孔および前記複数の第2の部材により、
前記溶液を保持するための部分が複数形成されており、
かつ前記溶液を保持するための複数の部分においてそれ
ぞれ、前記互いに異なる表面電位またはゼータ電位を示
す複数種の表面が前記溶液に同時に接触できるように配
置されていることを特徴とする、結晶調製用装置。
1. An apparatus for preparing a polymer crystal contained in a solution, comprising: a first member having a plurality of through holes provided apart from each other; and a surface potential different from each other in the solution. Or a plurality of second members each having a plurality of types of surfaces exhibiting a zeta potential, wherein the first member and the plurality of second members are arranged so as to cover a plurality of through holes of the first member. Are combined, and by the plurality of through holes and the plurality of second members,
A plurality of portions for holding the solution are formed,
And in each of a plurality of portions for holding the solution, characterized in that a plurality of types of surfaces showing different surface potentials or zeta potentials are arranged so as to be able to simultaneously contact the solution, for preparing crystals. apparatus.
【請求項2】 前記複数の第2の部材間で、互いに異な
る表面電位またはゼータ電位を示す複数種の表面の組合
せが異なっていることを特徴とする、請求項1に記載の
装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein a combination of a plurality of types of surfaces exhibiting different surface potentials or zeta potentials differs between the plurality of second members.
【請求項3】 前記複数種の表面のいずれかに、前記高
分子をより強く静電的に吸着させるようになっており、 前記複数種の表面は、所定の領域において互いに隣合う
よう配置され、かつ前記所定の領域において、前記高分
子をより強く静電的に吸着させる表面が占める面積は、
残りの表面が占める面積以下であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の装置。
3. The method according to claim 2, wherein the polymer is more strongly electrostatically adsorbed to any of the plurality of types of surfaces, and the plurality of types of surfaces are arranged adjacent to each other in a predetermined region. And, in the predetermined region, the area occupied by the surface for more strongly electrostatically adsorbing the polymer,
Characterized by being less than the area occupied by the remaining surface,
An apparatus according to claim 1.
【請求項4】 前記高分子をより強く静電的に吸着させ
る表面が、不純物添加されたシリコン、金属酸化物およ
び金属水酸化物よりなる群から選ばれた少なくとも1つ
の材料からなり、かつ前記残りの表面が、シリコン、不
純物添加されたシリコンおよびシリコン酸化物よりなる
群から選ばれた少なくとも1つの材料からなることを特
徴とする、請求項3に記載の装置。
4. The surface on which the polymer is more strongly electrostatically adsorbed is made of at least one material selected from the group consisting of doped silicon, metal oxide and metal hydroxide, and 4. The device of claim 3, wherein the remaining surface comprises at least one material selected from the group consisting of silicon, doped silicon, and silicon oxide.
【請求項5】 前記高分子がタンパク質であることを特
徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
5. The device according to claim 1, wherein the polymer is a protein.
【請求項6】 溶液中に含まれる高分子の結晶を調製す
るための装置であって、 複数の貫通孔が互いに離れて設けられている第1の部
材、および前記溶液中で互いに異なる表面電位またはゼ
ータ電位を示す複数種の表面を組合せた領域を複数種有
する第2の部材を備え、 前記第1の部材の複数の貫通孔をふさぐように、前記第
1の部材と前記第2の部材とが組合されており、 前記複数の貫通孔および前記第2の部材により、前記溶
液を保持するための部分が複数形成されており、 前記溶液を保持するための複数の部分においてそれぞ
れ、前記互いに異なる表面電位またはゼータ電位を示す
複数種の表面が前記溶液に同時に接触できるように配置
されており、かつ前記溶液を保持するための複数の部分
間で、前記互いに異なる表面電位またはゼータ電位を示
す複数種の表面の組合せが異なっていることを特徴とす
る、結晶調製用装置。
6. An apparatus for preparing a polymer crystal contained in a solution, comprising: a first member provided with a plurality of through holes separated from each other; and a surface potential different from each other in the solution. Or a second member having a plurality of regions in which a plurality of types of surfaces exhibiting a zeta potential are combined, wherein the first member and the second member are closed so as to cover a plurality of through holes of the first member. A plurality of portions for holding the solution are formed by the plurality of through-holes and the second member, and the plurality of portions for holding the solution each A plurality of types of surfaces exhibiting different surface potentials or zeta potentials are arranged so as to be able to simultaneously contact the solution, and between a plurality of parts for holding the solution, the different surface potentials or Wherein the combination of plural kinds of surface showing the over data potential are different, crystal preparation devices.
【請求項7】 前記複数種の表面を組合せた領域が、基
板の一主表面上に、互いに離れて複数設けられており、 前記複数の領域の配置に対応するよう、前記複数の貫通
孔が前記第1の部材において配置されていることを特徴
とする、請求項6に記載の装置。
7. A plurality of regions in which the plurality of types of surfaces are combined are provided on one main surface of the substrate so as to be separated from each other, and the plurality of through holes are formed so as to correspond to the arrangement of the plurality of regions. 7. The device according to claim 6, wherein the device is arranged on the first member.
【請求項8】 前記複数種の表面のいずれかに、前記高
分子をより強く静電的に吸着させるようになっており、 前記複数種の表面は、前記領域において互いに隣合うよ
う配置され、かつ前記領域において、前記高分子をより
強く静電的に吸着させる表面が占める面積は、残りの表
面が占める面積以下であることを特徴とする、請求項6
または7に記載の装置。
8. The method according to claim 8, wherein the polymer is more strongly electrostatically adsorbed to any of the plurality of types of surfaces, and the plurality of types of surfaces are arranged adjacent to each other in the region, 7. An area occupied by a surface which more strongly electrostatically adsorbs the polymer in the region is smaller than an area occupied by the remaining surface.
Or the apparatus according to 7.
【請求項9】 前記高分子をより強く静電的に吸着させ
る表面が、不純物添加されたシリコン、金属酸化物およ
び金属水酸化物よりなる群から選ばれた少なくとも1つ
の材料からなり、かつ前記残りの表面が、シリコン、不
純物添加されたシリコンおよびシリコン酸化物よりなる
群から選ばれた少なくとも1つの材料からなることを特
徴とする、請求項8に記載の装置。
9. A surface for strongly electrostatically adsorbing the polymer is made of at least one material selected from the group consisting of doped silicon, metal oxide and metal hydroxide, and 9. The apparatus of claim 8, wherein the remaining surface comprises at least one material selected from the group consisting of silicon, doped silicon, and silicon oxide.
【請求項10】 前記高分子がタンパク質であることを
特徴とする、請求項6〜9のいずれか1項に記載の装置
10. The device according to claim 6, wherein the polymer is a protein.
【請求項11】 溶液中に含まれる帯電した高分子の結
晶を前記溶液から調製する方法であって、 前記高分子を含みかつ前記高分子の等電点以外のpHを
有する溶液を、請求項1〜10のいずれか1項に記載さ
れる装置の前記溶液を保持するための複数の部分にそれ
ぞれ入れて前記複数種の表面に接触させる工程、および
前記複数種の表面のいずれかの上で前記高分子の結晶が
成長するよう、前記接触を維持する工程を備えることを
特徴とする、結晶調製方法。
11. A method for preparing charged polymer crystals contained in a solution from the solution, comprising: a solution containing the polymer and having a pH other than the isoelectric point of the polymer. 11. A step of contacting the plurality of types of surfaces with the plurality of portions for holding the solution of the apparatus according to any one of 1 to 10, respectively, and on any of the plurality of types of surfaces. A method for preparing a crystal, comprising: maintaining the contact so that the polymer crystal grows.
【請求項12】 前記溶液を保持するための複数の部分
の少なくとも1つにおいて、前記高分子を含む溶液のp
Hは、前記複数種の表面の1つに前記高分子と逆の極性
の表面電位またはゼータ電位をもたらすものであり、か
つ他の表面に前記高分子と同じ極性の表面電位またはゼ
ータ電位をもたらすものであることを特徴とする、請求
項11に記載の方法。
12. The method according to claim 12, wherein at least one of the plurality of portions for holding the solution includes a polymer solution containing the polymer.
H provides a surface potential or zeta potential of the opposite polarity to the polymer on one of the plurality of types of surfaces, and provides a surface potential or zeta potential of the same polarity as the polymer on the other surface The method of claim 11, wherein the method is:
【請求項13】 請求項1〜5に記載の結晶調製用装置
のためのキットであって、 複数の貫通孔が互いに離れて設けられている第1の部
材、および前記溶液中で互いに異なる表面電位またはゼ
ータ電位を示す複数種の表面をそれぞれ有する複数の第
2の部材を備えることを特徴とする、キット。
13. The kit for an apparatus for preparing a crystal according to claim 1, wherein the first member has a plurality of through holes provided apart from each other, and surfaces different from each other in the solution. A kit comprising: a plurality of second members each having a plurality of types of surfaces exhibiting a potential or a zeta potential.
【請求項14】 請求項6〜10に記載の結晶調製用装
置のためのキットであって、 複数の貫通孔が互いに離れて設けられている第1の部
材、および前記溶液中で互いに異なる表面電位またはゼ
ータ電位を示す複数種の表面を組合せた領域を複数種有
する第2の部材を備えることを特徴とする、キット。
14. The kit for a crystal preparation device according to claim 6, wherein the first member has a plurality of through-holes spaced apart from each other, and surfaces different from each other in the solution. A kit comprising a second member having a plurality of types of regions in which a plurality of types of surfaces exhibiting a potential or a zeta potential are combined.
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