JP2001343385A - プローブアレイ用固相基材、およびプローブアレイ - Google Patents
プローブアレイ用固相基材、およびプローブアレイInfo
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高いプローブ集積密度と高い検出感度とを両
立するプローブアレイを提供する。 【解決手段】 プレート１に竪溝２を配列した固相基材
を用いて、竪溝２の壁面３にプローブを保持する。
立するプローブアレイを提供する。 【解決手段】 プレート１に竪溝２を配列した固相基材
を用いて、竪溝２の壁面３にプローブを保持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプローブアレイ用固
相基材、および固相基材に複数種類のプローブ（標的と
する生体高分子に対して特異的に結合し得る物質）を各
々独立に並べて保持したプローブアレイに関する。
相基材、および固相基材に複数種類のプローブ（標的と
する生体高分子に対して特異的に結合し得る物質）を各
々独立に並べて保持したプローブアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】サンプル中の生体高分子を検出する方法
の一つとして、固相基材に複数種類のプローブ（標的と
する生体高分子に対して特異的に結合し得る物質）を各
々独立に並べて保持したプローブアレイを使用する方法
がある。図５にプローブアレイの例を示す。図５の例に
おいては、固相基材８０に、プローブ８１が並べて保持
されている。
の一つとして、固相基材に複数種類のプローブ（標的と
する生体高分子に対して特異的に結合し得る物質）を各
々独立に並べて保持したプローブアレイを使用する方法
がある。図５にプローブアレイの例を示す。図５の例に
おいては、固相基材８０に、プローブ８１が並べて保持
されている。
【０００３】プローブアレイを用いる利点は、一度の検
出試験で、複数種類の生体高分子の検出を行なえるとい
う点である。たとえば、複数種類の抗原をプローブとし
て並べたプローブアレイを使用すれば、一度の検出試験
で、その複数種類の抗原それぞれに対する抗体の有無を
調べることができる。また例えば、複数種類の遺伝子変
異について、それぞれの遺伝子変異をコードする核酸に
対するプローブを並べたプローブアレイを使用すれば、
一度の検出試験で、その複数種類の遺伝子変異それぞれ
の有無を調べることができる。
出試験で、複数種類の生体高分子の検出を行なえるとい
う点である。たとえば、複数種類の抗原をプローブとし
て並べたプローブアレイを使用すれば、一度の検出試験
で、その複数種類の抗原それぞれに対する抗体の有無を
調べることができる。また例えば、複数種類の遺伝子変
異について、それぞれの遺伝子変異をコードする核酸に
対するプローブを並べたプローブアレイを使用すれば、
一度の検出試験で、その複数種類の遺伝子変異それぞれ
の有無を調べることができる。
【０００４】そしてプローブアレイを用いた検出試験を
行なう場合、一度の検出試験で検出することのできる生
体高分子の種類の数は、プローブアレイに並べたプロー
ブの種類の数によって決定されるため、プローブアレイ
に並べるプローブの種類は多い方が好ましい。また検出
試験を行なうときには、プローブアレイ全面にサンプル
を行き渡らせることが必要であるため、プローブアレイ
は小面積であることが好ましい。したがって、プローブ
アレイに関する前述したような利点を追求する場合、プ
ローブアレイには、多種類のプローブが、小面積の領域
に、高密度に集積されて並べられていることが好まし
い。１平方センチメートルあたり１００種類程度の集積
密度でプローブが並べられていれば、プローブアレイの
前述した利点を発揮することができるが、これにとどま
らず、プローブ集積密度は高い方が好ましい。
行なう場合、一度の検出試験で検出することのできる生
体高分子の種類の数は、プローブアレイに並べたプロー
ブの種類の数によって決定されるため、プローブアレイ
に並べるプローブの種類は多い方が好ましい。また検出
試験を行なうときには、プローブアレイ全面にサンプル
を行き渡らせることが必要であるため、プローブアレイ
は小面積であることが好ましい。したがって、プローブ
アレイに関する前述したような利点を追求する場合、プ
ローブアレイには、多種類のプローブが、小面積の領域
に、高密度に集積されて並べられていることが好まし
い。１平方センチメートルあたり１００種類程度の集積
密度でプローブが並べられていれば、プローブアレイの
前述した利点を発揮することができるが、これにとどま
らず、プローブ集積密度は高い方が好ましい。
【０００５】また、一本鎖核酸の中の特定の塩基配列部
分に対して特異的に結合するプローブのプローブアレイ
を用いて、サンプル中に含まれる核酸の塩基配列を決定
する方法が提案されているが、この場合もプローブアレ
イのプローブ集積密度は高い方が好ましい。
分に対して特異的に結合するプローブのプローブアレイ
を用いて、サンプル中に含まれる核酸の塩基配列を決定
する方法が提案されているが、この場合もプローブアレ
イのプローブ集積密度は高い方が好ましい。
【０００６】しかしながらプローブ集積密度を高める
と、それぞれの標的生体高分子に対する検出感度が低下
するという不具合が発生する。これは、プローブ集積密
度を高めると、一種類のプローブが占有する領域（以下
ではこの領域のことをスポットと呼称する）が小さくな
り、スポットに含まれるプローブの絶対量（言い換えれ
ば、プローブ分子の絶対数）が減少することに起因す
る。一般的にプローブアレイは、プローブ分子と標的生
体高分子との結合によってもたらされる何らかのシグナ
ルを検出することによって標的生体高分子の存在を認知
する。このため、スポット中に含まれるプローブ分子の
絶対数が減少すると、プローブ分子と標的生体高分子の
結合の絶対数が減少し、結果としてこの結合の発するシ
グナルが減少するため、検出感度が低下することにな
る。
と、それぞれの標的生体高分子に対する検出感度が低下
するという不具合が発生する。これは、プローブ集積密
度を高めると、一種類のプローブが占有する領域（以下
ではこの領域のことをスポットと呼称する）が小さくな
り、スポットに含まれるプローブの絶対量（言い換えれ
ば、プローブ分子の絶対数）が減少することに起因す
る。一般的にプローブアレイは、プローブ分子と標的生
体高分子との結合によってもたらされる何らかのシグナ
ルを検出することによって標的生体高分子の存在を認知
する。このため、スポット中に含まれるプローブ分子の
絶対数が減少すると、プローブ分子と標的生体高分子の
結合の絶対数が減少し、結果としてこの結合の発するシ
グナルが減少するため、検出感度が低下することにな
る。
【０００７】例えば、蛍光標識した標的生体高分子がど
のスポットに結合しているのかを、各スポットの蛍光量
を測定することによって検出するような検出方式を考え
る。この場合、スポットに含まれるプローブ分子の絶対
数が減少すれば、それに結合する蛍光標識された標的生
体高分子の絶対数も減少し、その結果、シグナルとなる
蛍光量が減少して感度が低下する。
のスポットに結合しているのかを、各スポットの蛍光量
を測定することによって検出するような検出方式を考え
る。この場合、スポットに含まれるプローブ分子の絶対
数が減少すれば、それに結合する蛍光標識された標的生
体高分子の絶対数も減少し、その結果、シグナルとなる
蛍光量が減少して感度が低下する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プレ
ート上の小さな領域の中に大量のプローブ分子を保持で
きるプローブアレイ用固相基材を提供して、高いプロー
ブ集積密度と高い検出感度を両立するプローブアレイを
提供することである。
ート上の小さな領域の中に大量のプローブ分子を保持で
きるプローブアレイ用固相基材を提供して、高いプロー
ブ集積密度と高い検出感度を両立するプローブアレイを
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によるプローブア
レイ用固相基材は、プレートを備えた固相基材であっ
て、該プレートに該プレートの厚み方向に深さを持つ竪
溝が設けられているプローブアレイ用固相基材である。
ここで該竪溝は該プレートに形成した掘りこみであって
もよいし、該プレートの表面上に形成した構造物の側面
によって形成した空間であってもよいが、そのいずれで
あったとしても、該竪溝は次の３つの条件（１）〜
（３）を満たすものとする。すなわち、（１）該竪溝は
該プレートの表面に対してほぼ垂直な壁面によって形成
された空間であり、（２）該竪溝の幅は１００マイクロ
メートル以下であり、（３）該竪溝の深さは該竪溝の幅
の２倍以上である。一つ補足すると、竪溝が該プレート
に形成された掘りこみである場合、該竪溝は該プレート
を貫通していてもよい。以下においては、本発明のこの
プローブアレイ用固相基材を「竪溝配列固相基材」と呼
称する。
レイ用固相基材は、プレートを備えた固相基材であっ
て、該プレートに該プレートの厚み方向に深さを持つ竪
溝が設けられているプローブアレイ用固相基材である。
ここで該竪溝は該プレートに形成した掘りこみであって
もよいし、該プレートの表面上に形成した構造物の側面
によって形成した空間であってもよいが、そのいずれで
あったとしても、該竪溝は次の３つの条件（１）〜
（３）を満たすものとする。すなわち、（１）該竪溝は
該プレートの表面に対してほぼ垂直な壁面によって形成
された空間であり、（２）該竪溝の幅は１００マイクロ
メートル以下であり、（３）該竪溝の深さは該竪溝の幅
の２倍以上である。一つ補足すると、竪溝が該プレート
に形成された掘りこみである場合、該竪溝は該プレート
を貫通していてもよい。以下においては、本発明のこの
プローブアレイ用固相基材を「竪溝配列固相基材」と呼
称する。
【００１０】本発明によるプローブアレイは、プローブ
アレイ用固相基材として竪溝配列固相基材を用いてい
て、該竪溝配列固相基材の竪溝をスポットとしていて、
該竪溝の壁面にプローブを保持しているプローブアレイ
である。
アレイ用固相基材として竪溝配列固相基材を用いてい
て、該竪溝配列固相基材の竪溝をスポットとしていて、
該竪溝の壁面にプローブを保持しているプローブアレイ
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】（竪溝配列固相基材の形状例）図
１〜４に竪溝配列固相基材の形状の例を示す。ただし図
１〜４に示したのはあくまで例であって、本発明の竪溝
配列固相基材の形状を限定するものではない。図１〜３
の例では、竪溝２はプレート１に設けられた掘りこみで
あって、図１，２の例では竪溝２がプレート１を貫通し
ている。図４の例では、プレート１の表面上に形成した
構造物４の壁面３によって竪溝２を形成している。そし
て図１〜４に示したいずれの例においても、以下の３つ
の条件が満たされているものとする。すなわち、（１）
竪溝２の壁面３はプレート１の表面に対してほぼ垂直で
あり、（２）竪溝２の幅（図１〜４においてＷで示した
寸法）は１００マイクロメートル以下であり、（３）竪
溝２の深さ（図１〜４においてＨで示した寸法）は竪溝
２の幅Ｗの２倍以上である。
１〜４に竪溝配列固相基材の形状の例を示す。ただし図
１〜４に示したのはあくまで例であって、本発明の竪溝
配列固相基材の形状を限定するものではない。図１〜３
の例では、竪溝２はプレート１に設けられた掘りこみで
あって、図１，２の例では竪溝２がプレート１を貫通し
ている。図４の例では、プレート１の表面上に形成した
構造物４の壁面３によって竪溝２を形成している。そし
て図１〜４に示したいずれの例においても、以下の３つ
の条件が満たされているものとする。すなわち、（１）
竪溝２の壁面３はプレート１の表面に対してほぼ垂直で
あり、（２）竪溝２の幅（図１〜４においてＷで示した
寸法）は１００マイクロメートル以下であり、（３）竪
溝２の深さ（図１〜４においてＨで示した寸法）は竪溝
２の幅Ｗの２倍以上である。
【００１２】（竪溝配列固相基材の製造方法概略）これ
より、竪溝配列固相基材の製造方法をいくつか示す。た
だし、以下に示すのは製造方法の例であって、本発明の
竪溝配列固相基材の製造方法を限定するものではない。
より、竪溝配列固相基材の製造方法をいくつか示す。た
だし、以下に示すのは製造方法の例であって、本発明の
竪溝配列固相基材の製造方法を限定するものではない。
【００１３】図１〜３に示した竪溝配列固相基材の例に
おいては、プレート１に竪溝２が掘り込まれているが、
このような竪溝配列固相基材を製造する方法の例を図６
に示す。まず最初にプレート１の上にフォトレジストか
らなるパターン１０をフォトリソグラフィーにより形成
する（図６ａ）。次に、このフォトレジストのパターン
１０をマスクとして、プレート１をプラズマエッチング
する（図６ｂ）。ここで、プラズマエッチングとはイオ
ンミリングやＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔ
ｃｈｉｎｇ）などを指すものとする。プラズマエッチン
グの終了後、フォトレジストのパターン１０を除去する
ことにより竪溝配列固相基材が完成する（図６ｃ）。
おいては、プレート１に竪溝２が掘り込まれているが、
このような竪溝配列固相基材を製造する方法の例を図６
に示す。まず最初にプレート１の上にフォトレジストか
らなるパターン１０をフォトリソグラフィーにより形成
する（図６ａ）。次に、このフォトレジストのパターン
１０をマスクとして、プレート１をプラズマエッチング
する（図６ｂ）。ここで、プラズマエッチングとはイオ
ンミリングやＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔ
ｃｈｉｎｇ）などを指すものとする。プラズマエッチン
グの終了後、フォトレジストのパターン１０を除去する
ことにより竪溝配列固相基材が完成する（図６ｃ）。
【００１４】竪溝配列固相基材を製造する際に課題とな
るのは、竪溝の壁面をプレートの表面に対してほぼ垂直
にしなければならないという点と、竪溝の深さを竪溝の
幅の２倍以上にしなければならないという点である。図
６に示した製造方法の例では、この２つの課題をプラズ
マエッチングという垂直加工性に優れた加工技術を用い
ることによって解決した。
るのは、竪溝の壁面をプレートの表面に対してほぼ垂直
にしなければならないという点と、竪溝の深さを竪溝の
幅の２倍以上にしなければならないという点である。図
６に示した製造方法の例では、この２つの課題をプラズ
マエッチングという垂直加工性に優れた加工技術を用い
ることによって解決した。
【００１５】図６に示した製造方法とは別の製造方法を
図７に示す。図７の製造方法においては、シリコン単結
晶の異方性ウェットエッチングという技術を用いる。シ
リコン単結晶は水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶
液によってエッチングされるが、そのエッチング速度は
結晶方位によって異なる。特に（１１１）結晶面は、そ
の他の結晶方位面と比較してエッチング速度が極端に遅
い。そのため、シリコン単結晶をアルカリ水溶液でエッ
チングすることによって掘りこみ加工するさいに、掘り
こみの壁面が（１１１）結晶面となるようにパターンを
決めておくと、掘りこみの開口幅に対する掘りこみ深さ
の比（以下、アスペクト比と呼称する）の大きな加工が
可能である上、掘りこみの壁面もほぼ完全な平面とな
る。このことを利用したシリコン単結晶のエッチング加
工技術が異方性ウェットエッチング技術であり、アスペ
クト比が１０以上の加工が可能である。図７の製造方法
では、この異方性ウェットエッチングを使用する。ま
ず、プレート１としてシリコン単結晶のプレートを用意
する。ここでプレート１の表面は（１１０）結晶面とな
るようにしておく。このプレート１の両面に窒化ケイ素
膜２０をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって数百ナノメートル程度の厚
みで成膜する（図７ａ）。つづいて、プレート１の片面
の窒化ケイ素膜２０をパターンニングする（図７ｂ）。
窒化ケイ素膜２０をパターンニングする方法としては、
例えばフォトリソグラフィーによって形成したフォトレ
ジストのパターンをマスクとしたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉ
ｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの方法が挙げられ
る。つづいて、パターンニングされた窒化ケイ素膜２０
をマスクにして、プレート１のシリコン単結晶を強アル
カリ水溶液によってエッチングする（図７ｃ）。そして
最後に窒化ケイ素膜２０を加熱した燐酸等で除去すれば
竪溝配列型固相基材が完成する（図７ｄ）。ただし図７
の方法を用いる場合には、竪溝２の設計形状を工夫する
ことによって、壁面３が全て（１１１）結晶面になるよ
うにしておく必要がある。プレート１の表面を（１１
０）結晶面にしておけば、竪溝２の壁面３がすべて（１
１１）結晶面になるように設計することが可能である。
図７に示す。図７の製造方法においては、シリコン単結
晶の異方性ウェットエッチングという技術を用いる。シ
リコン単結晶は水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶
液によってエッチングされるが、そのエッチング速度は
結晶方位によって異なる。特に（１１１）結晶面は、そ
の他の結晶方位面と比較してエッチング速度が極端に遅
い。そのため、シリコン単結晶をアルカリ水溶液でエッ
チングすることによって掘りこみ加工するさいに、掘り
こみの壁面が（１１１）結晶面となるようにパターンを
決めておくと、掘りこみの開口幅に対する掘りこみ深さ
の比（以下、アスペクト比と呼称する）の大きな加工が
可能である上、掘りこみの壁面もほぼ完全な平面とな
る。このことを利用したシリコン単結晶のエッチング加
工技術が異方性ウェットエッチング技術であり、アスペ
クト比が１０以上の加工が可能である。図７の製造方法
では、この異方性ウェットエッチングを使用する。ま
ず、プレート１としてシリコン単結晶のプレートを用意
する。ここでプレート１の表面は（１１０）結晶面とな
るようにしておく。このプレート１の両面に窒化ケイ素
膜２０をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって数百ナノメートル程度の厚
みで成膜する（図７ａ）。つづいて、プレート１の片面
の窒化ケイ素膜２０をパターンニングする（図７ｂ）。
窒化ケイ素膜２０をパターンニングする方法としては、
例えばフォトリソグラフィーによって形成したフォトレ
ジストのパターンをマスクとしたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉ
ｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの方法が挙げられ
る。つづいて、パターンニングされた窒化ケイ素膜２０
をマスクにして、プレート１のシリコン単結晶を強アル
カリ水溶液によってエッチングする（図７ｃ）。そして
最後に窒化ケイ素膜２０を加熱した燐酸等で除去すれば
竪溝配列型固相基材が完成する（図７ｄ）。ただし図７
の方法を用いる場合には、竪溝２の設計形状を工夫する
ことによって、壁面３が全て（１１１）結晶面になるよ
うにしておく必要がある。プレート１の表面を（１１
０）結晶面にしておけば、竪溝２の壁面３がすべて（１
１１）結晶面になるように設計することが可能である。
【００１６】図４に示した竪溝配列固相基材の例におい
ては、プレート１の上に形成された構造物４の壁面３に
よって竪溝２が形成されている。このような竪溝配列固
相基材の製造方法の例を図８に示す。まず最初にプレー
ト１を用意して、その表面に金属の薄膜３０を成膜する
（図８ａ）。成膜の方法としては、例えば真空蒸着法や
スパッタ成膜法が挙げられる。次にフォトレジストから
なるパターン３１を、薄膜３０の上にフォトリソグラフ
ィーによって形成する（図８ｂ）。続いて薄膜３０を給
電膜として電解メッキを行なうことにより、フォトレジ
ストのパターン３１が存在しない領域（すなわち薄膜３
０が露出している領域）に金属４を堆積（析出）させる
（図８ｃ）。続いて、フォトレジストのパターン３１を
除去すれば、竪溝配列固相基材が完成する（図８ｄ）。
図８の製造方法を用いた場合、竪溝２の形状はフォトレ
ジストのパターン３１の形状によって決定される。すな
わち、フォトレジストのパターン３１として、壁面がプ
レート１に対してほぼ垂直な、幅が１００マイクロメー
トル以下の、アスペクト比が２以上であるパターンを形
成すれば、それを鋳型として竪溝２を形成することがで
きる。そして、このようなパターンを形成することので
きるフォトレジストは、フォトレジストメーカーから市
販されている。このようなフォトレジストの例として
は、ＳＵ−８（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．製）な
どを挙げることができる。またさらに、Ｘ線によってリ
ソグラフィーを行なうＸ線レジストにおいては、アスペ
クト比が１００以上のパターンを形成できるレジストが
知られているが、図８の製造方法の中でフォトレジスト
の代わりにこのようなＸ線レジストを使用し、フォトリ
ソグラフィーの代わりにＸ線リソグラフィーを行なえ
ば、よりアスペクト比の大きな竪溝を形成することがで
きる。
ては、プレート１の上に形成された構造物４の壁面３に
よって竪溝２が形成されている。このような竪溝配列固
相基材の製造方法の例を図８に示す。まず最初にプレー
ト１を用意して、その表面に金属の薄膜３０を成膜する
（図８ａ）。成膜の方法としては、例えば真空蒸着法や
スパッタ成膜法が挙げられる。次にフォトレジストから
なるパターン３１を、薄膜３０の上にフォトリソグラフ
ィーによって形成する（図８ｂ）。続いて薄膜３０を給
電膜として電解メッキを行なうことにより、フォトレジ
ストのパターン３１が存在しない領域（すなわち薄膜３
０が露出している領域）に金属４を堆積（析出）させる
（図８ｃ）。続いて、フォトレジストのパターン３１を
除去すれば、竪溝配列固相基材が完成する（図８ｄ）。
図８の製造方法を用いた場合、竪溝２の形状はフォトレ
ジストのパターン３１の形状によって決定される。すな
わち、フォトレジストのパターン３１として、壁面がプ
レート１に対してほぼ垂直な、幅が１００マイクロメー
トル以下の、アスペクト比が２以上であるパターンを形
成すれば、それを鋳型として竪溝２を形成することがで
きる。そして、このようなパターンを形成することので
きるフォトレジストは、フォトレジストメーカーから市
販されている。このようなフォトレジストの例として
は、ＳＵ−８（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．製）な
どを挙げることができる。またさらに、Ｘ線によってリ
ソグラフィーを行なうＸ線レジストにおいては、アスペ
クト比が１００以上のパターンを形成できるレジストが
知られているが、図８の製造方法の中でフォトレジスト
の代わりにこのようなＸ線レジストを使用し、フォトリ
ソグラフィーの代わりにＸ線リソグラフィーを行なえ
ば、よりアスペクト比の大きな竪溝を形成することがで
きる。
【００１７】図８に示した製造方法と類似の方法とし
て、図８ｃにおいて電解メッキで行なっている金属４の
堆積工程を、真空蒸着法やスパッタ成膜法で行なう方法
を挙げることができる。この場合、フォトレジストのパ
ターン３１の上にも金属４が堆積するが、フォトレジス
トのパターン３１を除去する工程において、その部分の
金属４は剥離してしまう。
て、図８ｃにおいて電解メッキで行なっている金属４の
堆積工程を、真空蒸着法やスパッタ成膜法で行なう方法
を挙げることができる。この場合、フォトレジストのパ
ターン３１の上にも金属４が堆積するが、フォトレジス
トのパターン３１を除去する工程において、その部分の
金属４は剥離してしまう。
【００１８】図４に示したような竪溝配列固相基材を製
造する方法として、プレート１の上に形成したフォトレ
ジストのパターンを、そのまま構造物４として使用する
方法もありうる。
造する方法として、プレート１の上に形成したフォトレ
ジストのパターンを、そのまま構造物４として使用する
方法もありうる。
【００１９】（竪溝配列固相基材にプローブ分子を保持
させてプローブアレイを製造する方法の概略）本発明の
プローブアレイは固相基材として竪溝配列固相基材を用
いていて、該竪溝配列固相基材の竪溝をスポットとして
いて、該竪溝の壁面にプローブ分子を保持しているプロ
ーブアレイである。竪溝配列固相基材の各竪溝の壁面に
プローブ分子を保持させてプローブアレイを作製する方
法について、その概略を示す。ただし、以下に示す方法
はあくまでも例であって、本発明のプローブアレイの製
造方法を限定するものではない。
させてプローブアレイを製造する方法の概略）本発明の
プローブアレイは固相基材として竪溝配列固相基材を用
いていて、該竪溝配列固相基材の竪溝をスポットとして
いて、該竪溝の壁面にプローブ分子を保持しているプロ
ーブアレイである。竪溝配列固相基材の各竪溝の壁面に
プローブ分子を保持させてプローブアレイを作製する方
法について、その概略を示す。ただし、以下に示す方法
はあくまでも例であって、本発明のプローブアレイの製
造方法を限定するものではない。
【００２０】まず最初に、マイクロピペットやインクジ
ェットノズルを用いて、竪溝配列固相基材の各竪溝、に
プローブ分子の含まれる液滴を供給する。供給した液滴
は、毛細管現象によって竪溝の内部へと吸引される。つ
づいて、竪溝の壁面に、液滴中のプローブ分子を化学的
に結合させる。この方法としては、シランカプラー等の
架橋剤を介して竪溝の壁面とプローブ分子とを共有結合
させる方法や、金や銀やニッケルからなる竪溝の壁面と
プローブ分子の硫黄原子とを配位結合させる方法などを
挙げることができる。
ェットノズルを用いて、竪溝配列固相基材の各竪溝、に
プローブ分子の含まれる液滴を供給する。供給した液滴
は、毛細管現象によって竪溝の内部へと吸引される。つ
づいて、竪溝の壁面に、液滴中のプローブ分子を化学的
に結合させる。この方法としては、シランカプラー等の
架橋剤を介して竪溝の壁面とプローブ分子とを共有結合
させる方法や、金や銀やニッケルからなる竪溝の壁面と
プローブ分子の硫黄原子とを配位結合させる方法などを
挙げることができる。
【００２１】（竪溝配列固相基材の竪溝の形状について
の補足）本発明のプローブアレイを製造する方法の中に
は、竪溝配列固相基材の各竪溝に、竪溝ごとに異なった
組成の液滴を供給する工程を含むような方法がある（前
記した製造方法もその一例である）。その場合、竪溝に
供給した液滴が、毛細管現象によってスムーズに竪溝の
内部へと吸引されることが好ましい。しかしながら竪溝
の形状によっては、竪溝の中に気泡が入ってしまって、
供給した液滴が竪溝の中へスムーズに入っていかないこ
とがある。例えば竪溝が細長い垂直な穴であって、かつ
プレートを貫通していない場合などには、竪溝に液滴を
供給したときに気泡が入って、供給した液滴が竪溝の中
へスムーズに入っていかない。このような問題を回避す
るために、竪溝には気泡を逃がすための経路が存在する
ことが好ましい。図１〜４に示した竪溝配列固相基材の
例では、いずれも気泡を逃がすための経路が竪溝に存在
する。図１，２の例では竪溝がプレートを貫通している
ため、プレートの表面側から竪溝に液滴を供給すると、
竪溝の中の気泡はプレートの裏面側から抜けていく。図
３，４に示した例では竪溝の脇腹が開放されているた
め、ここから気泡が抜ける。
の補足）本発明のプローブアレイを製造する方法の中に
は、竪溝配列固相基材の各竪溝に、竪溝ごとに異なった
組成の液滴を供給する工程を含むような方法がある（前
記した製造方法もその一例である）。その場合、竪溝に
供給した液滴が、毛細管現象によってスムーズに竪溝の
内部へと吸引されることが好ましい。しかしながら竪溝
の形状によっては、竪溝の中に気泡が入ってしまって、
供給した液滴が竪溝の中へスムーズに入っていかないこ
とがある。例えば竪溝が細長い垂直な穴であって、かつ
プレートを貫通していない場合などには、竪溝に液滴を
供給したときに気泡が入って、供給した液滴が竪溝の中
へスムーズに入っていかない。このような問題を回避す
るために、竪溝には気泡を逃がすための経路が存在する
ことが好ましい。図１〜４に示した竪溝配列固相基材の
例では、いずれも気泡を逃がすための経路が竪溝に存在
する。図１，２の例では竪溝がプレートを貫通している
ため、プレートの表面側から竪溝に液滴を供給すると、
竪溝の中の気泡はプレートの裏面側から抜けていく。図
３，４に示した例では竪溝の脇腹が開放されているた
め、ここから気泡が抜ける。
【００２２】
【作用】竪溝配列固相基材においては、一つの竪溝がプ
レートの表面上に占める占有面積を小さくした場合で
も、その竪溝の壁面の表面積を大きくしておくことが可
能である。そのため、竪溝配列固相基材の竪溝をスポッ
トとして用いて、竪溝の壁面にプローブを保持させれ
ば、竪溝配列固相基材は小さな（プレートの表面におけ
る占有面積の小さな）スポットの中に大量のプローブ分
子を保持することができる。
レートの表面上に占める占有面積を小さくした場合で
も、その竪溝の壁面の表面積を大きくしておくことが可
能である。そのため、竪溝配列固相基材の竪溝をスポッ
トとして用いて、竪溝の壁面にプローブを保持させれ
ば、竪溝配列固相基材は小さな（プレートの表面におけ
る占有面積の小さな）スポットの中に大量のプローブ分
子を保持することができる。
【００２３】本発明によるプローブアレイは、固相基材
として竪溝配列固相基材を用いていて、該竪溝配列固相
基材の竪溝をスポットとしていて、該竪溝の壁面にプロ
ーブを保持しているプローブアレイである。このプロー
ブアレイにおいては、小さなスポットの中に大量のプロ
ーブ分子を保持させておくことが可能であるため、高い
プローブ集積密度と高い検出感度が両立する。
として竪溝配列固相基材を用いていて、該竪溝配列固相
基材の竪溝をスポットとしていて、該竪溝の壁面にプロ
ーブを保持しているプローブアレイである。このプロー
ブアレイにおいては、小さなスポットの中に大量のプロ
ーブ分子を保持させておくことが可能であるため、高い
プローブ集積密度と高い検出感度が両立する。
【００２４】また、本発明のプローブアレイを製造する
過程においては、竪溝配列固相基材の各竪溝にそれぞれ
組成の異なる液滴を供給するという工程が含まれること
があるが、このとき供給した液滴が毛細管現象によって
竪溝の内部へと吸引されて濡れ広がらないため、隣接す
る竪溝との間でクロスコンタミネーションを起こす危険
が少ない。
過程においては、竪溝配列固相基材の各竪溝にそれぞれ
組成の異なる液滴を供給するという工程が含まれること
があるが、このとき供給した液滴が毛細管現象によって
竪溝の内部へと吸引されて濡れ広がらないため、隣接す
る竪溝との間でクロスコンタミネーションを起こす危険
が少ない。
【００２５】
【実施例】（実施例１）竪溝配列固相基材の例（実施例
１）を図９に示す。斜視図（一部断面図）を図９ａに示
し、図９ａ中において矢印ｂが示す部分の拡大図を図９
ｂに示す。図９に示した通り、この竪溝配列固相基材は
上層１と中間層５１と下層５０の３層構造になってい
る。上層１と下層５０とは単結晶シリコンで形成されて
いて、そこに掘りこみ加工が施されているが、掘り込み
の壁面はいずれも（１１１）結晶面となっている。ま
た、上層１に形成された掘りこみが竪溝２となってお
り、竪溝２の幅は１０マイクロメートル、深さは１００
マイクロメートルである。
１）を図９に示す。斜視図（一部断面図）を図９ａに示
し、図９ａ中において矢印ｂが示す部分の拡大図を図９
ｂに示す。図９に示した通り、この竪溝配列固相基材は
上層１と中間層５１と下層５０の３層構造になってい
る。上層１と下層５０とは単結晶シリコンで形成されて
いて、そこに掘りこみ加工が施されているが、掘り込み
の壁面はいずれも（１１１）結晶面となっている。ま
た、上層１に形成された掘りこみが竪溝２となってお
り、竪溝２の幅は１０マイクロメートル、深さは１００
マイクロメートルである。
【００２６】図９の竪溝配列固相基材について、その製
造方法を図１０を用いながら以下に示す。まず最初にＳ
ＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基
板を用意する（図１０ａ）。ここで、ＳＯＩ基板の構成
は以下の通りである。下層５０：単結晶シリコン、ウエ
ハ面の結晶面方位（１１０）、厚み３００マイクロメー
トル。中間層５１：酸化ケイ素 、厚み１マイクロメー
トル。上層１：単結晶シリコン、ウエハ面の結晶面方位
（１１０）、厚み１００マイクロメートル。このような
ＳＯＩ基板は、単結晶シリコンウエハと表面に熱酸化膜
を形成した単結晶シリコンウエハとを直接接合すること
によって作製できるし、また、ＳＯＩ基板として市販さ
れている。このＳＯＩ基板の表面に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｌｏｎ）によっ
て、厚み３００ナノメートルの窒化ケイ素膜５２，５３
を形成する。ここで、上層１の表面に形成された窒化ケ
イ素膜を５２として、下層５０の表面に形成された窒化
ケイ素膜を５３とする（図１０ｂ）。続いて窒化ケイ素
膜５３の上に、フォトリソグラフィーによって、フォト
レジストパターン５４を形成する（図１０ｃ）。ここで
フォトレジストパターン５４は、下層５０の掘りこみパ
ターンに対応したパターンである。それからフォトレジ
ストパターン５４をマスクとして、ＣＦ４をエッチング
ガスとするＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃ
ｈｉｎｇ）を行なうことにより、窒化ケイ素膜５３をパ
ターンニングする（図１０ｄ）。フォトレジストパター
ン５４を硫酸と過酸化水素水の混合液によって除去した
後、水酸化カリウムの水溶液によって下層５０の単結晶
シリコンを、２００マイクロメートル程度の深さまで異
方性エッチングする（図１０ｅ）。続いて、窒化ケイ素
膜５２の上に、フォトリソグラフィーによってフォトレ
ジストパターン５５を形成する（図１０ｆ）。ここでフ
ォトレジストパターン５５は、上層１の掘りこみパター
ン（竪溝）に対応したパターンである。それからフォト
レジストパターン５５をマスクとして、ＣＦ４をエッチ
ングガスとするＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅ
ｔｃｈｉｎｇ）を行なうことにより、窒化ケイ素膜５２
をパターンニングする（図１０ｇ）。フォトレジストパ
ターン５５を硫酸と過酸化水素水の混合液によって除去
した後、水酸化カリウムの水溶液によって、上層１と下
層５０の単結晶シリコンを中間層５１に到達するまで異
方性エッチングする（図１０ｈ）。続いて、１６０℃に
加熱した燐酸によって窒化ケイ素膜５２と窒化ケイ素膜
５３とを除去し、さらにフッ化水素水溶液によって中間
層５１の酸化ケイ素をエッチングする（図１０ｉ）。以
上の工程によって、図９に示した竪溝配列固相基材を製
造できる。
造方法を図１０を用いながら以下に示す。まず最初にＳ
ＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基
板を用意する（図１０ａ）。ここで、ＳＯＩ基板の構成
は以下の通りである。下層５０：単結晶シリコン、ウエ
ハ面の結晶面方位（１１０）、厚み３００マイクロメー
トル。中間層５１：酸化ケイ素 、厚み１マイクロメー
トル。上層１：単結晶シリコン、ウエハ面の結晶面方位
（１１０）、厚み１００マイクロメートル。このような
ＳＯＩ基板は、単結晶シリコンウエハと表面に熱酸化膜
を形成した単結晶シリコンウエハとを直接接合すること
によって作製できるし、また、ＳＯＩ基板として市販さ
れている。このＳＯＩ基板の表面に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｌｏｎ）によっ
て、厚み３００ナノメートルの窒化ケイ素膜５２，５３
を形成する。ここで、上層１の表面に形成された窒化ケ
イ素膜を５２として、下層５０の表面に形成された窒化
ケイ素膜を５３とする（図１０ｂ）。続いて窒化ケイ素
膜５３の上に、フォトリソグラフィーによって、フォト
レジストパターン５４を形成する（図１０ｃ）。ここで
フォトレジストパターン５４は、下層５０の掘りこみパ
ターンに対応したパターンである。それからフォトレジ
ストパターン５４をマスクとして、ＣＦ４をエッチング
ガスとするＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃ
ｈｉｎｇ）を行なうことにより、窒化ケイ素膜５３をパ
ターンニングする（図１０ｄ）。フォトレジストパター
ン５４を硫酸と過酸化水素水の混合液によって除去した
後、水酸化カリウムの水溶液によって下層５０の単結晶
シリコンを、２００マイクロメートル程度の深さまで異
方性エッチングする（図１０ｅ）。続いて、窒化ケイ素
膜５２の上に、フォトリソグラフィーによってフォトレ
ジストパターン５５を形成する（図１０ｆ）。ここでフ
ォトレジストパターン５５は、上層１の掘りこみパター
ン（竪溝）に対応したパターンである。それからフォト
レジストパターン５５をマスクとして、ＣＦ４をエッチ
ングガスとするＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅ
ｔｃｈｉｎｇ）を行なうことにより、窒化ケイ素膜５２
をパターンニングする（図１０ｇ）。フォトレジストパ
ターン５５を硫酸と過酸化水素水の混合液によって除去
した後、水酸化カリウムの水溶液によって、上層１と下
層５０の単結晶シリコンを中間層５１に到達するまで異
方性エッチングする（図１０ｈ）。続いて、１６０℃に
加熱した燐酸によって窒化ケイ素膜５２と窒化ケイ素膜
５３とを除去し、さらにフッ化水素水溶液によって中間
層５１の酸化ケイ素をエッチングする（図１０ｉ）。以
上の工程によって、図９に示した竪溝配列固相基材を製
造できる。
【００２７】（実施例２）一本鎖ＤＮＡ分子は、相補的
な塩基配列を持つ一本鎖ＤＮＡもしくは一本鎖ＲＮＡ分
子に対するプローブとして働く。したがって、様々な塩
基配列を持つ一本鎖ＤＮＡを固相基材の上に並べて保持
したものはプローブアレイとなる（特にＤＮＡチップと
呼称される）。そして、プローブとなる一本鎖ＤＮＡ分
子を、実施例１の竪溝配列固相基材の竪溝２の壁面３に
保持したプローブアレイは、本発明の実施例（実施例
２）となる。実施例２のプローブアレイを作製する方法
について以下に説明する。
な塩基配列を持つ一本鎖ＤＮＡもしくは一本鎖ＲＮＡ分
子に対するプローブとして働く。したがって、様々な塩
基配列を持つ一本鎖ＤＮＡを固相基材の上に並べて保持
したものはプローブアレイとなる（特にＤＮＡチップと
呼称される）。そして、プローブとなる一本鎖ＤＮＡ分
子を、実施例１の竪溝配列固相基材の竪溝２の壁面３に
保持したプローブアレイは、本発明の実施例（実施例
２）となる。実施例２のプローブアレイを作製する方法
について以下に説明する。
【００２８】まず最初に、実施例１で作製した竪溝配列
固相基材の表面にマレイミド基を担持させる。その方法
は以下の通りである。実施例１で作製した竪溝配列固相
基材を、１１００℃の酸素と水蒸気の雰囲気中に１時間
放置する（表面酸化処理）。次いでアミノ基を結合した
シラン化合物（Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノ
プロピルトリメトキシシラン）を含むシランカップリン
グ剤（商品名：ＫＢＭ６６０３；信越化学工業（株）社
製）の１ｗｔ％水溶液を室温下で２時間程度攪拌し、上
記シラン化合物の分子内のメトキシ基を加水分解する。
そしてこの溶液に、表面酸化処理の完了した先の竪溝配
列固相基材を２０分間浸漬し（室温）、引き上げて、窒
素ガスを吹き付けることにより乾燥させ、１２０℃のオ
ーブン中で１時間ベークする（シランカップリング処
理）。シランカップリング処理によって、竪溝配列固相
基材の表面にアミノ基が担持される。次いで、Ｎ−マレ
イミドカプロイロキシスクシンイミド（Ｎ−（６−Ｍａ
ｌｅｉｍｉｄｏｃａｐｒｏｙｌｏｘｙ）ｓｕｃｃｉｎｉ
ｍｉｄｅ）（以下、ＥＭＣＳと呼称する）を、ジメチル
スルホキシド（ＤＭＳＯ）／エタノールの１：１溶液に
最終濃度が０．３ｍｇ／ｍｌとなるように溶解したＥＭ
ＣＳ溶液を用意する。シランカップリング処理を行なっ
た先の竪溝配列固相基材をこのＥＭＣＳ溶液に室温で２
時間浸漬して、竪溝配列固相基材の表面に担持されてい
るアミノ基とＥＭＣＳ溶液のカルボキシル基とを反応さ
せる。これにより、竪溝配列固相基材の表面にはＥＭＣ
Ｓ由来のマレイミド基が担持されることになる。ＥＭＣ
Ｓ溶液から引き上げたガラス板はＤＭＳＯとエタノール
の混合溶媒及びエタノールで順次洗浄した後、窒素ガス
雰囲気下で乾燥させる。
固相基材の表面にマレイミド基を担持させる。その方法
は以下の通りである。実施例１で作製した竪溝配列固相
基材を、１１００℃の酸素と水蒸気の雰囲気中に１時間
放置する（表面酸化処理）。次いでアミノ基を結合した
シラン化合物（Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノ
プロピルトリメトキシシラン）を含むシランカップリン
グ剤（商品名：ＫＢＭ６６０３；信越化学工業（株）社
製）の１ｗｔ％水溶液を室温下で２時間程度攪拌し、上
記シラン化合物の分子内のメトキシ基を加水分解する。
そしてこの溶液に、表面酸化処理の完了した先の竪溝配
列固相基材を２０分間浸漬し（室温）、引き上げて、窒
素ガスを吹き付けることにより乾燥させ、１２０℃のオ
ーブン中で１時間ベークする（シランカップリング処
理）。シランカップリング処理によって、竪溝配列固相
基材の表面にアミノ基が担持される。次いで、Ｎ−マレ
イミドカプロイロキシスクシンイミド（Ｎ−（６−Ｍａ
ｌｅｉｍｉｄｏｃａｐｒｏｙｌｏｘｙ）ｓｕｃｃｉｎｉ
ｍｉｄｅ）（以下、ＥＭＣＳと呼称する）を、ジメチル
スルホキシド（ＤＭＳＯ）／エタノールの１：１溶液に
最終濃度が０．３ｍｇ／ｍｌとなるように溶解したＥＭ
ＣＳ溶液を用意する。シランカップリング処理を行なっ
た先の竪溝配列固相基材をこのＥＭＣＳ溶液に室温で２
時間浸漬して、竪溝配列固相基材の表面に担持されてい
るアミノ基とＥＭＣＳ溶液のカルボキシル基とを反応さ
せる。これにより、竪溝配列固相基材の表面にはＥＭＣ
Ｓ由来のマレイミド基が担持されることになる。ＥＭＣ
Ｓ溶液から引き上げたガラス板はＤＭＳＯとエタノール
の混合溶媒及びエタノールで順次洗浄した後、窒素ガス
雰囲気下で乾燥させる。
【００２９】表面にマレイミド基を担持させた竪溝配列
固相基材の各竪溝に、プローブとなる一本鎖ＤＮＡ分子
を保持させる方法を以下に示す。５’末端にチオール基
を導入した一本鎖ＤＮＡ（プローブ）を用意して、これ
を濃度が約４００ｍｇ／ｍｌになるようにＴＥ溶液（１
０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣＩ（ｐＨ８）／１ｍＭ ＥＤＴ
Ａ水溶液）に溶解し、一本鎖ＤＮＡ溶液を調整する。こ
こで５’末端にチオール基を導入した一本鎖ＤＮＡの調
整方法は公知である。表面にマレイミド基を担持させた
竪溝配列固相基材の各竪溝に、調整した一本鎖ＤＮＡ溶
液を約２０ｐｌづつマイクロピペットで供給する。一本
鎖ＤＮＡ溶液の液滴を竪溝の開口部に接触させれば、毛
細管現象によって、液滴は竪溝の内部へと吸引される。
ただしこのとき大きな液滴の一部が隣接する竪溝にも接
触し、吸引されてしまう危険があるため、一度に約２０
ｐｌの液滴を供給するのではなく、３回程度に小分けし
て液滴を供給することによりこの危険を回避する。一本
鎖ＤＮＡ溶液の供給が完了した竪溝配列固相基材を、３
０分間加湿チャンバー内に静置して、竪溝配列固相基材
表面のマレイミド基と一本鎖ＤＮＡ５’末端のチオール
基とを反応させる。以上の処理が完了した竪溝配列固相
基材を、１Ｍ ＮａＣｌ／５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ
７．０）溶液で洗浄して、未反応のＤＮＡを含む液体を
完全に洗い流す。次いで、この竪溝配列固相基材を２％
ウシ血清アルブミン水溶液中に２時間浸漬して、竪溝配
列固相基材表面上の未反応のマレイミド基をウシ血清ア
ルブミンによってブロッキングする。以上の工程によっ
て、竪溝配列固相基材の各竪溝の壁面にプローブとなる
一本鎖ＤＮＡが保持されたプローブアレイ（ＤＮＡチッ
プ）が完成する。
固相基材の各竪溝に、プローブとなる一本鎖ＤＮＡ分子
を保持させる方法を以下に示す。５’末端にチオール基
を導入した一本鎖ＤＮＡ（プローブ）を用意して、これ
を濃度が約４００ｍｇ／ｍｌになるようにＴＥ溶液（１
０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣＩ（ｐＨ８）／１ｍＭ ＥＤＴ
Ａ水溶液）に溶解し、一本鎖ＤＮＡ溶液を調整する。こ
こで５’末端にチオール基を導入した一本鎖ＤＮＡの調
整方法は公知である。表面にマレイミド基を担持させた
竪溝配列固相基材の各竪溝に、調整した一本鎖ＤＮＡ溶
液を約２０ｐｌづつマイクロピペットで供給する。一本
鎖ＤＮＡ溶液の液滴を竪溝の開口部に接触させれば、毛
細管現象によって、液滴は竪溝の内部へと吸引される。
ただしこのとき大きな液滴の一部が隣接する竪溝にも接
触し、吸引されてしまう危険があるため、一度に約２０
ｐｌの液滴を供給するのではなく、３回程度に小分けし
て液滴を供給することによりこの危険を回避する。一本
鎖ＤＮＡ溶液の供給が完了した竪溝配列固相基材を、３
０分間加湿チャンバー内に静置して、竪溝配列固相基材
表面のマレイミド基と一本鎖ＤＮＡ５’末端のチオール
基とを反応させる。以上の処理が完了した竪溝配列固相
基材を、１Ｍ ＮａＣｌ／５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ
７．０）溶液で洗浄して、未反応のＤＮＡを含む液体を
完全に洗い流す。次いで、この竪溝配列固相基材を２％
ウシ血清アルブミン水溶液中に２時間浸漬して、竪溝配
列固相基材表面上の未反応のマレイミド基をウシ血清ア
ルブミンによってブロッキングする。以上の工程によっ
て、竪溝配列固相基材の各竪溝の壁面にプローブとなる
一本鎖ＤＮＡが保持されたプローブアレイ（ＤＮＡチッ
プ）が完成する。
【００３０】以上のように作製されたプローブアレイ
は、一般のプローブアレイと同じように使用できる。例
えば、蛍光標識した標的ＤＮＡの存在を、竪溝の発する
蛍光によって検出することができる。
は、一般のプローブアレイと同じように使用できる。例
えば、蛍光標識した標的ＤＮＡの存在を、竪溝の発する
蛍光によって検出することができる。
【００３１】（実施例３）竪溝配列固相基材の実施例１
とは異なる例（実施例３）を図１１に示す。斜視図（一
部断面図）を図１１ａに示し、図１１ａ中において矢印
ｂが示す部分の拡大図を図１１ｂに示す。図１１に示し
た通り、ガラス基板１の上に、クロム薄膜６０（厚み５
０ナノメートル）と、金薄膜６１（厚み２００ナノメー
トル）とが形成されていて、その上に金からなる構造物
４が形成されている。そして、この構造物４の壁面３に
よって、竪溝２が形成されている。ここで、竪溝２の幅
は３０マイクロメートルで、深さは９０マイクロメート
ルである。
とは異なる例（実施例３）を図１１に示す。斜視図（一
部断面図）を図１１ａに示し、図１１ａ中において矢印
ｂが示す部分の拡大図を図１１ｂに示す。図１１に示し
た通り、ガラス基板１の上に、クロム薄膜６０（厚み５
０ナノメートル）と、金薄膜６１（厚み２００ナノメー
トル）とが形成されていて、その上に金からなる構造物
４が形成されている。そして、この構造物４の壁面３に
よって、竪溝２が形成されている。ここで、竪溝２の幅
は３０マイクロメートルで、深さは９０マイクロメート
ルである。
【００３２】図１１の竪溝配列固相基材について、その
製造方法を図１２を用いながら以下に示す。まず最初
に、厚み５００マイクロメートルのガラス基板１を用意
する（図１２ａ）。そして、このガラス基板１の上に、
厚み５０ナノメートルのクロム薄膜６０と厚み２００ナ
ノメートルの金薄膜６１を真空蒸着法によって成膜する
（図１２ｂ）。次に金薄膜６１の上に、フォトリソグラ
フィーによって、フォトレジストのパターン７０を形成
する（図１２ｃ）。ここでフォトレジストとしては、Ｓ
Ｕ−８（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．製）を用い
る。次いで、金薄膜６１を給電膜として金の電解メッキ
を行ない、フォトレジストのパターン７０を鋳型とする
ような、金からなる構造物４を形成する（図１２ｄ）。
最後に、硫酸と過酸化水素水の混合液によってフォトレ
ジストのパターン７０を除去する（図１２ｅ）。以上の
工程によって、図１１に示した竪溝配列固相基材を製造
できる。
製造方法を図１２を用いながら以下に示す。まず最初
に、厚み５００マイクロメートルのガラス基板１を用意
する（図１２ａ）。そして、このガラス基板１の上に、
厚み５０ナノメートルのクロム薄膜６０と厚み２００ナ
ノメートルの金薄膜６１を真空蒸着法によって成膜する
（図１２ｂ）。次に金薄膜６１の上に、フォトリソグラ
フィーによって、フォトレジストのパターン７０を形成
する（図１２ｃ）。ここでフォトレジストとしては、Ｓ
Ｕ−８（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．製）を用い
る。次いで、金薄膜６１を給電膜として金の電解メッキ
を行ない、フォトレジストのパターン７０を鋳型とする
ような、金からなる構造物４を形成する（図１２ｄ）。
最後に、硫酸と過酸化水素水の混合液によってフォトレ
ジストのパターン７０を除去する（図１２ｅ）。以上の
工程によって、図１１に示した竪溝配列固相基材を製造
できる。
【００３３】（実施例４）一本鎖ＤＮＡ分子は、相補的
な塩基配列を持つ一本鎖ＤＮＡもしくは一本鎖ＲＮＡ分
子に対するプローブとして働く。したがって、様々な塩
基配列を持つ一本鎖ＤＮＡを固相基材の上に並べて保持
したものはプローブアレイとなる（特にＤＮＡチップと
呼称される）。そして、プローブとなる一本鎖ＤＮＡ分
子を、実施例３の竪溝配列固相基材の竪溝２の壁面３に
保持したプローブアレイは、本発明の実施例（実施例
４）となる。実施例４のプローブアレイを作製する方法
について以下に説明する。
な塩基配列を持つ一本鎖ＤＮＡもしくは一本鎖ＲＮＡ分
子に対するプローブとして働く。したがって、様々な塩
基配列を持つ一本鎖ＤＮＡを固相基材の上に並べて保持
したものはプローブアレイとなる（特にＤＮＡチップと
呼称される）。そして、プローブとなる一本鎖ＤＮＡ分
子を、実施例３の竪溝配列固相基材の竪溝２の壁面３に
保持したプローブアレイは、本発明の実施例（実施例
４）となる。実施例４のプローブアレイを作製する方法
について以下に説明する。
【００３４】プローブとなる一本鎖ＤＮＡとして、５’
末端にチオール基を導入した一本鎖ＤＮＡを用意する。
そしてこの一本鎖ＤＮＡを、濃度が約４００ｍｇ／ｍｌ
になるようにＴＥ溶液（１０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ
（ｐＨ８）／１ｍＭ ＥＤＴＡ水溶液）に溶解し、一本
鎖ＤＮＡ溶液を調整する。ここで５’末端にチオール基
を導入した一本鎖ＤＮＡの調整方法は公知である。次い
で実施例３の竪溝配列固相基材の各竪溝に、調整した一
本鎖ＤＮＡ溶液を約２００ｐｌづつマイクロピペットで
供給する。一本鎖ＤＮＡ溶液の液滴を竪溝２の開口部に
接触させれば、毛細管現象によって、液滴は竪溝の内部
へと吸引される。ただしこのとき大きな液滴の一部が隣
接する竪溝にも接触し、吸引されてしまう危険があるた
め、一度に約２００ｐｌの液滴を供給するのではなく、
１０回程度に小分けして液滴を供給することによりこの
危険を回避する。一本鎖ＤＮＡ溶液の供給が完了した竪
溝配列固相基材を、２４時間加湿チャンバー内に静置し
て、竪溝配列固相基材表面の金原子と一本鎖ＤＮＡ５’
末端のチオール基とを配位結合させる。以上の処理が完
了した竪溝配列固相基材を、ＴＥ溶液で洗浄して、未反
応のＤＮＡを含む液体を完全に洗い流す。以上の工程に
よって、竪溝配列固相基材の各竪溝の壁面にプローブと
なる一本鎖ＤＮＡが保持されたプローブアレイ（ＤＮＡ
チップ）が完成する。
末端にチオール基を導入した一本鎖ＤＮＡを用意する。
そしてこの一本鎖ＤＮＡを、濃度が約４００ｍｇ／ｍｌ
になるようにＴＥ溶液（１０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ
（ｐＨ８）／１ｍＭ ＥＤＴＡ水溶液）に溶解し、一本
鎖ＤＮＡ溶液を調整する。ここで５’末端にチオール基
を導入した一本鎖ＤＮＡの調整方法は公知である。次い
で実施例３の竪溝配列固相基材の各竪溝に、調整した一
本鎖ＤＮＡ溶液を約２００ｐｌづつマイクロピペットで
供給する。一本鎖ＤＮＡ溶液の液滴を竪溝２の開口部に
接触させれば、毛細管現象によって、液滴は竪溝の内部
へと吸引される。ただしこのとき大きな液滴の一部が隣
接する竪溝にも接触し、吸引されてしまう危険があるた
め、一度に約２００ｐｌの液滴を供給するのではなく、
１０回程度に小分けして液滴を供給することによりこの
危険を回避する。一本鎖ＤＮＡ溶液の供給が完了した竪
溝配列固相基材を、２４時間加湿チャンバー内に静置し
て、竪溝配列固相基材表面の金原子と一本鎖ＤＮＡ５’
末端のチオール基とを配位結合させる。以上の処理が完
了した竪溝配列固相基材を、ＴＥ溶液で洗浄して、未反
応のＤＮＡを含む液体を完全に洗い流す。以上の工程に
よって、竪溝配列固相基材の各竪溝の壁面にプローブと
なる一本鎖ＤＮＡが保持されたプローブアレイ（ＤＮＡ
チップ）が完成する。
【００３５】以上のように作製されたプローブアレイ
は、一般のプローブアレイと同じように使用できる。例
えば、蛍光標識した標的ＤＮＡの存在を、竪溝の発する
蛍光によって検出することができる。
は、一般のプローブアレイと同じように使用できる。例
えば、蛍光標識した標的ＤＮＡの存在を、竪溝の発する
蛍光によって検出することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の竪溝配列
固相基材は小さな（プレート表面における占有面積の小
さい）スポットの中に大量のプローブ分子を保持するこ
とができる。したがって、竪溝配列固相基材を用いた本
発明のプローブアレイにおいては、高いプローブ集積密
度と高い検出感度が両立する。
固相基材は小さな（プレート表面における占有面積の小
さい）スポットの中に大量のプローブ分子を保持するこ
とができる。したがって、竪溝配列固相基材を用いた本
発明のプローブアレイにおいては、高いプローブ集積密
度と高い検出感度が両立する。
【００３７】また、本発明のプローブアレイを製造する
過程においては、竪溝配列固相基材の各竪溝にそれぞれ
組成の異なる液滴を供給するという工程が含まれること
があるが、このとき供給した液滴が毛細管現象によって
竪溝の内部へと吸引されて濡れ広がらないため、隣接す
る竪溝との間でクロスコンタミネーションを起こす危険
が少ない。これも、本発明の竪溝配列固相基材が持つ長
所の一つである。
過程においては、竪溝配列固相基材の各竪溝にそれぞれ
組成の異なる液滴を供給するという工程が含まれること
があるが、このとき供給した液滴が毛細管現象によって
竪溝の内部へと吸引されて濡れ広がらないため、隣接す
る竪溝との間でクロスコンタミネーションを起こす危険
が少ない。これも、本発明の竪溝配列固相基材が持つ長
所の一つである。
【図１】竪溝配列固相基材（本発明）の一例についての
斜視図（一部断面図）である。
斜視図（一部断面図）である。
【図２】竪溝配列固相基材（本発明）の図１とは異なる
一例についての斜視図（一部断面図）である。
一例についての斜視図（一部断面図）である。
【図３】竪溝配列固相基材（本発明）の図１，２とは異
なる一例についての斜視図（一部断面図）である。
なる一例についての斜視図（一部断面図）である。
【図４】竪溝配列固相基材（本発明）の図１〜３とは異
なる一例についての斜視図（一部断面図）である。
なる一例についての斜視図（一部断面図）である。
【図５】従来のプローブアレイの斜視図である。
【図６】図１〜３に示したような竪溝配列固相基材を、
製造するためのプロセスを示す概略断面図である。
製造するためのプロセスを示す概略断面図である。
【図７】図１〜３に示したような竪溝配列固相基材を、
製造するためのプロセス（図６に示したプロセスとは異
なるプロセス）を示す概略断面図である。
製造するためのプロセス（図６に示したプロセスとは異
なるプロセス）を示す概略断面図である。
【図８】図４に示したような竪溝配列固相基材を、製造
するためのプロセスを示す概略断面図である。
するためのプロセスを示す概略断面図である。
【図９】（ａ）竪溝配列固相基材（本発明）の一例（実
施例１）を示す斜視図（一部断面図）である。 （ｂ）図９（ａ）の中の矢印ｂで指し示した付近の拡大
図である。
施例１）を示す斜視図（一部断面図）である。 （ｂ）図９（ａ）の中の矢印ｂで指し示した付近の拡大
図である。
【図１０】図９に示した竪溝配列固相基材（実施例１）
を、製造するためのプロセスを示す概略断面図である。
を、製造するためのプロセスを示す概略断面図である。
【図１１】（ａ）竪溝配列固相基材（本発明）の一例
（実施例３）を示す斜視図（一部断面図）である。 （ｂ）図１１（ａ）の中の矢印ｂで指し示した付近の拡
大図である。
（実施例３）を示す斜視図（一部断面図）である。 （ｂ）図１１（ａ）の中の矢印ｂで指し示した付近の拡
大図である。
【図１２】図１１に示した竪溝配列固相基材（実施例
３）を、製造するためのプロセスを示す概略断面図であ
る。
３）を、製造するためのプロセスを示す概略断面図であ
る。
１ プレート ２ 竪溝 ３ 竪溝の壁面 ４ 構造物 ８０ 固相基材 ８１ プローブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 35/02 Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ 37/00 １０２ Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ
Claims (14)
- 【請求項１】 プレートを備えたプローブアレイ用固
相基材において、該プレートに竪溝が配列していて、か
つ該竪溝が該プレートの表面に対してほぼ垂直な壁面を
有していて、かつ該竪溝の幅が１００マイクロメートル
以下であって、かつ該竪溝の深さが該竪溝の幅の２倍以
上であることを特徴とするプローブアレイ用固相基材。 - 【請求項２】 該竪溝が該プレートに設けられた掘り
こみである請求項１記載のプローブアレイ用固相基材。 - 【請求項３】 該竪溝が該プレートを貫通している請
求項２記載のプローブアレイ用固相基材。 - 【請求項４】 該プレートが単結晶シリコンである請
求項２または３記載のプローブアレイ用固相基材。 - 【請求項５】 該プレートの上に形成された構造物の
壁面によって該竪溝が形成されている請求項１記載のプ
ローブアレイ用固相基材。 - 【請求項６】 該竪溝が、該プレートの表面とほぼ平
行な開口面以外にも開口面を有する請求項１〜５のいず
れか一項記載のプローブアレイ用固相基材。 - 【請求項７】 該竪溝が１平方センチメートルあたり
１００個以上の密度で該プレートに形成されている請求
項１〜６のいずれか一項記載のプローブアレイ用固相基
材 。 - 【請求項８】 標的とする生体高分子に対して特異的
に結合可能であるプローブを固相基材の上に複数種類並
べて保持したプローブアレイにおいて、該固相基材とし
て請求項１〜７のいずれか一項記載のプローブアレイ用
固相基材を用いていて、該竪溝の壁面に該プローブを保
持したことを特徴とするプローブアレイ。 - 【請求項９】 該プローブが一本鎖核酸である請求項
８記載のプローブアレイ。 - 【請求項１０】 該プローブが一本鎖ＤＮＡである請
求項９記載のプローブアレイ。 - 【請求項１１】 該プローブがオリゴペプチドあるい
はポリペプチドである請求項８記載のプローブアレイ。 - 【請求項１２】 該プローブが蛋白質である請求項８
記載のプローブアレイ。 - 【請求項１３】 該プローブが抗体である請求項１２
記載のプローブアレイ。 - 【請求項１４】 該プローブが抗原である請求項８記
載のプローブアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000204355A JP4644914B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | プローブアレイ用固相基材、およびプローブアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000204355A JP4644914B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | プローブアレイ用固相基材、およびプローブアレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001343385A true JP2001343385A (ja) | 2001-12-14 |
| JP4644914B2 JP4644914B2 (ja) | 2011-03-09 |
Family
ID=18701626
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000204355A Expired - Lifetime JP4644914B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | プローブアレイ用固相基材、およびプローブアレイ |
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|---|---|
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| JP2005517959A (ja) * | 2002-02-21 | 2005-06-16 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 生物又は生化学分析マイクロシステム用のコンポーネント |
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- 2000-06-02 JP JP2000204355A patent/JP4644914B2/ja not_active Expired - Lifetime
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