JP2003121438A - Dnaチップ基板及びその製造方法 - Google Patents

Dnaチップ基板及びその製造方法

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JP2003121438A
JP2003121438A JP2001312738A JP2001312738A JP2003121438A JP 2003121438 A JP2003121438 A JP 2003121438A JP 2001312738 A JP2001312738 A JP 2001312738A JP 2001312738 A JP2001312738 A JP 2001312738A JP 2003121438 A JP2003121438 A JP 2003121438A
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resin
chip substrate
amorphous carbon
dna
dna chip
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Kiwamu Yuki
究 結城
Toshiya Motonami
利哉 本波
Munehiko Donpou
宗彦 鈍宝
Hideki Yamamoto
英樹 山元
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Unitika Ltd
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Unitika Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光反射、厚みばらつきが少なく、表面平滑
性、そり性、DNA固定化効率に優れたアモルファスカ
ーボン製のDNAチップ基板であって、このDNAチッ
プ基板を用いることによってハイブリダイゼーション後
の光学検出の精度を向上することが可能であるDNAチ
ップ基板の提供、及びこのアモルファスカーボン製のD
NAチップ基板を容易に得ることができる製造方法の提
供。 【解決手段】 少なくとも一方の面にDNAの結合した
スポットを有するDNAチップ基板において、このDN
Aチップ基板が、熱硬化性樹脂を炭化焼成して得られた
アモルファスカーボンよりなるDNAチップ基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファスカー
ボン製のDNAチップ基板及びその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】これまでに多くのDNAチップが各社よ
り販売されており、その大部分は支持体となる基板とし
てスライドガラスを用いている。しかしながら、スライ
ドガラスを用いた場合には、ガラスが光を反射する材料
であるために光学検出時のバックグラウンドが大きくな
ること、静電気が発生するためにDNAの基板上への固
定量にばらつきが生じること、そりが大きく、また表面
平滑性が小さいために光学的検出の精度が低下する等の
問題点があった。
【0003】特に、基板上で静電気が発生した場合、D
NAは電荷を帯びているため、静電反発によって表面へ
のDNAの固定化効率が低下する。ガラス基板は導電性
がないため一旦静電気が発生すると除去することができ
ず、DNAの固定化効率を上げることができなかった。
【0004】また、基板が帯電していると、スポッティ
ングの際に静電反発によってDNA溶液が飛び散り、サ
テライトスポットやスポット形状の歪みを生じ、DNA
固定化濃度に差異を生じる原因となる。こうして生じた
スポット形状の歪みやDNA固定化濃度のばらつきは、
光学検出の際の精度の低下を生じる。したがって、静電
反発の存在は光学検出の際のノイズの増大を招き、検出
精度が低下する。
【0005】こうしたDNAチップ基板上の静電気の滞
留を防止するために、比電気抵抗が小さい基板が求めら
れていた。
【0006】また、DNAチップにはDNAプローブを
基板表面に張り付け、標識されたDNAターゲットとハ
イブリダイゼーションを行って遺伝子解析を行う。この
際に用いられる標識は、蛍光や化学発光を用いることが
多く、したがってハイブリダイゼーション反応の検出に
は光学検出法が用いられている。光学検出では基板から
の反射が大きくなるとバックグラウンドが大きくなり、
検出感度が低下する。また、ゆがみやそりが大きくなる
と、正確な読みとりができなくる。さらに、表面平滑性
も光学検出の精度に大きく影響する。表面平滑性が低い
場合、光学検出精度も大きく低下する。
【0007】従来用いられてきたガラス基板は光を反射
し、また、ゆがみやそりも大きく、表面平滑性も低かっ
た。このため、光学検出における精度が低く、ガラス基
板の場合には複数の基板を用いて測定を行うことによっ
て精度を確保しているのが現状である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】かかる状況に鑑み、本
発明の課題は、光反射、静電気発生、厚みむらおよび厚
みばらつきがなく、そり性、表面平滑性に優れたアモル
ファスカーボンよりなるDNAチップ基板の提供、及び
それを製造する方法の提供にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を行った結果、後述するようなア
モルファスカーボンよりなるDNAチップ基板、及びそ
の製造方法によると、上記課題が解決されることを見出
し、本発明に到達した。
【0010】すなわち、本発明のアモルファスカーボン
製基板は黒色で光反射が無く、比電気抵抗が4Ω・cm
以下であるため帯電しない。また、厚みむらおよび厚み
ばらつきがなく、そり性、表面平滑性に優れている。し
たがって、アモルファスカーボン製基板をDNAチップ
基板として用いることにより上記課題を解決することが
できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
【0012】本発明において、DNAチップ基板は、熱
硬化性樹脂であるフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミ
ン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、アルキド樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フラン樹
脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、ポリカルボジイミド樹
脂、メトン樹脂、スチリルピリジン樹脂、トリアジン系
樹脂などを成形加工し、得られた成形品を炭化焼成して
得られるアモルファスカーボンよりなる。熱硬化性樹脂
としてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂が
好ましく、フェノール樹脂が、安価、高残炭率の点から
最も好ましい。
【0013】熱硬化性樹脂の市販製品としてはスミコン
(住友ベークライト株式会社)、スミエポキシ(住友化
学株式会社)、EOCN(日本化薬株式会社)、カルボ
ジライト(日清紡績株式会社)などがあげられる。ま
た、フェノール樹脂微粒子であるスミライトレジンAC
Sシリーズ(住友ベークライト株式会社)、ベルパール
(鐘紡株式会社)およびユニベックス(ユニチカ株式会
社)などが知られている熱硬化性樹脂原料は、単品で用
いても複数種類を混合して用いてもよい。また、同一種
類の樹脂の硬化物を添加混合することもできる。この樹
脂硬化物を含む成形材料は、成形加工した後、成形品を
炭化焼成することによりアモルファスカーボンとするこ
とができる。
【0014】成形加工方法としては、特に限定されない
が、圧縮成形法および高流動成形法などがあげられる。
プレス成形などの圧縮成形法は熱硬化性樹脂の成形法と
して一般に用いられている。また、高流動成形法には、
トランスファー成形法、射出成形法あるいは押出成形法
がある。このなかでも、熱硬化性樹脂を予め焼成時の寸
法収縮を見込んだ寸法形状の金型を用いて射出成形する
方法が最も好ましい。このような方法によれば、DNA
チップ基板の外形や、片面又は表裏両面の溝などを成形
時に形成させることができ、後述する焼成工程を経た後
に炭化焼成品について切削加工のような後加工を必要と
せず、あるいは少なくすることができて、良好な形状の
基板を量産性良く製造することができる。
【0015】炭化焼成は真空又は不活性ガス雰囲気中で
行うことが好ましく、不活性ガスとしては窒素ガス、ヘ
リウムガス、アルゴンガス等が挙げられ、炭化焼成温度
は、700〜1600℃が好ましく、800〜1500
℃がより好ましい。炭化焼成温度が700℃未満では樹
脂成形品が完全にアモルファスカーボン化することが困
難であり、1600℃を超えると過剰焼成となり、黒鉛
化が進む傾向にある。
【0016】こうして得られるアモルファスカーボン
は、真空中又は不活性ガス雰囲気中では2000℃以上
の耐熱性を有する材料であり、密度が1.3〜1.6g
/cm 3 (高密度アモルファスカーボンでは1.6g/
cm3 を越えるものもある)と軽量であり、かつ曲げ強
度が100〜200MPa 、ショアー硬度が90〜1
20と高強度であり、硫酸や塩酸などの酸に強く耐食性
がある。また、比電気抵抗が4〜20×10-3Ω・cm
と低い値であるため、静電気の発生が抑制されており、
DNAチップ基板として好適に使用できる。
【0017】本発明に用いられるDNAチップ基板のサ
イズは特に限定されず、目的に応じて設計変更でき、ま
たその平面形状及び表面形状(溝、穴等)も目的に応じ
て種々に変更可能である。
【0018】
【実施例】次に本発明を実施例によって具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。
【0019】測定方法 (1)基板の厚みむら 1枚の基板について、厚さを4点で測定したときの最大
厚みと最小厚みの差を算出したものである。 (2)基板の厚みばらつき 各基板について平均厚みを算出し、その平均厚みの最大
値と最小値を算出したものである。 (3)基板のそり 基板の凹面側の直径方向にステンレスゲージをあて、ス
テンレスゲージと基板との間の隙間をJIS規格の隙間
ゲージで測定したものである。 (4)表面粗さRa 基板一枚当たりの任意の3点をザイゴー(Zygo)社
製ニュービュー(New View)100白色干渉型
三次元表面形状解析装置を用いて測定し、得られた測定
値により表面粗さを判定した。
【0020】実施例1 ユニベックスC-30(ユニチカ株式会社製)をあらか
じめ焼成収縮を見込んだ金型を使用して35−25KS
−10型射出成型機(松田製作所)にて射出成形し、樹
脂成形体を得た。射出条件はシリンダー温度120℃、
金型温度170℃、射出圧力70〜150kg/cm2
であった。これを1200℃、窒素雰囲気下でで炭化焼
成し、アモルファスカーボン製基板を得た。サイズは2
5×75mm、厚みは1.5mmであった。得られたア
モルファスカーボン製基板10枚につき、それぞれの基
板の厚みむら、基板間の厚みばらつき、表面粗さRa、
厚み収縮率およびそりを測定した。結果を表1に示す。
次に、このアモルファスカーボン製基板をポリ-L-リジ
ンでコートし、アマシャム ファルマシア バイオテク社
製アレイヤーを用いて基板表面にDNAをスポッティン
グし、DNAチップを作製した。スポッティングの際に
生じたサテライトスポットの数を顕微鏡を用いてカウン
トし、全スポット数に対するサテライトスポットの数の
割合を算出した。結果を表1に示す。次いで、このDN
Aチップを用いて、蛍光ラベル化した標的DNAとのハ
イブリダイゼーション反応を行った。ハイブリダイゼー
ション反応の検出には共焦点レーザー顕微鏡を用いた。
実験の再現性を図1に示し、このときの光学検出精度を
表1に示した。
【0021】
【表1】
【0022】図1は基板上の代表的なスポットについて
のハイブリダイゼーション検出結果である。測定点は各
DNAスポットにおいて左からそれぞれ実施例1、比較
例1および比較例2である。また、測定点の縦軸方向の
広がりが各基板での測定結果のばらつきを示す。
【0023】比較例1および2 スライドガラス(クロンテック社製=比較例1およびア
マシャム ファルマシアバイオテク社製=比較例2)1
0枚について基板の厚みむら、基板間の厚みばらつき、
表面粗さRaおよびそりを測定した。結果を表1に示
す。また、実施例1と同様に基板表面にDNAをスポッ
ティングしてDNAチップを得、サテライトスポット数
のカウントおよびハイブリダイゼーション反応をおこな
った。結果を表1および図1に示す。
【0024】実施例1では、比較例1、2に比べて、厚
みむら、ばらつき、表面粗さ、そり、いずれも小さく、
基板としてきわめて精度の優れた安定した形状をなして
いることがわかる。また、これを基板として用いたDN
Aチップにおいては、サテライトスポットの比率が低
く、スポッティングの際のDNA含有溶液の飛散が抑制
されている。また、図1のように光学検出精度も非常に
高いことから、各スポットにおけるDNA含有溶液量が
一定に保たれ、固定化DNA密度にほとんど差がなく、
スポット形状の真円形状からのずれも小さいことが示唆
される。サテライトスポット比率が低い理由として、ア
モルファスカーボンの導電性によって、基板がほとんど
静電気を帯びず、DNA溶液との静電反発が生じないた
めと考えられる。また、アモルファスカーボンの場合、
基板は黒色であり、ガラス基板と比較して基底面からの
光反射が小さく、検出の際のバックグラウンドが小さく
なり、S/N比が向上したことも一因と考えられる。
【0025】
【発明の効果】本発明のアモルファスカーボン製のDN
Aチップ基板は、厚みむらや厚みばらつきおよびそりが
小さく、表面平滑性に優れたものであり、また光反射が
少なく、静電気の帯電もないため、均一にDNAを基板
表面にスポッティングすることが可能である。このた
め、アモルファスカーボン製のDNAチップ基板を用い
るとハイブリダイゼーション反応後の検出精度が著しく
向上する。また、本発明の方法によれば、熱硬化性樹脂
を用いて、このようなアモルファスカーボン製のDNA
チップ基板を容易に製造することができ、特に、予め焼
成収縮を見込んだ金型を用いて射出成形すると、切削加
工のような後加工を必要とせず、あるいは少なくするこ
とができて、量産性良くアモルファスカーボン製のDN
Aチップ基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 基板上の代表的なスポットについてのハイブ
リダイゼーション検出結果である。
フロントページの続き (72)発明者 山元 英樹 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 Fターム(参考) 4B024 AA11 AA20 CA01 HA12 4B029 AA07 BB20 CC08 FA03 FA12 4G146 AA01 AB05 AD02 BA18 BC03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方の面にDNAの結合した
    スポットを有するDNAチップ基板において、このDN
    Aチップ基板がアモルファスカーボンよりなることを特
    徴とするDNAチップ基板。
  2. 【請求項2】 前記アモルファスカーボンが、フェノー
    ル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン
    樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニル
    エステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹
    脂、ウレタン樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、キシレン
    樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、メトン樹脂、スチリル
    ピリジン樹脂、トリアジン系樹脂から選ばれた少なくと
    も1種の熱硬化性樹脂を炭化焼成して得られるアモルフ
    ァスカーボンであることを特徴とする請求項1記載のD
    NAチップ基板。
  3. 【請求項3】 アモルファスカーボンが、フェノール樹
    脂を炭化焼成して得られるアモルファスカーボンである
    ことを特徴とする請求項1又は2記載のDNAチップ基
    板。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3いずれかに記載のDNAチ
    ップ基板を製造する方法であって、熱硬化性樹脂を成形
    加工し、得られた成形品を炭化焼成する工程を含むこと
    を特徴とするDNAチップ基板の製造方法。
  5. 【請求項5】 熱硬化性樹脂を成形加工するに際し、予
    め焼成収縮を見込んだ金型を用いて射出成形することを
    特徴とする請求項4記載のDNAチップ基板の製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7264756B2 (en) 2003-10-27 2007-09-04 Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Optical measurement substrate and fabrication method for the same
JP2008039584A (ja) * 2006-08-07 2008-02-21 Toray Ind Inc 帯電防止性カバーを有するマイクロアレイ
JP2009047555A (ja) * 2007-08-20 2009-03-05 Toyota Central R&D Labs Inc 皮膜の機械的特性評価装置および評価方法

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