JP2003521674A - 個別的にアドレスできる微小電磁ユニット配列チップ - Google Patents

個別的にアドレスできる微小電磁ユニット配列チップ

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JP2003521674A JP2000604947A JP2000604947A JP2003521674A JP 2003521674 A JP2003521674 A JP 2003521674A JP 2000604947 A JP2000604947 A JP 2000604947A JP 2000604947 A JP2000604947 A JP 2000604947A JP 2003521674 A JP2003521674 A JP 2003521674A
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スィミン リー
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Abstract

(57)【要約】 本発明は個別的にアドレスができるマイクロ電磁ユニットの配列を持つ電磁気チップ、電磁気バイオチップ及び生体分子及び化学試薬のような極小物、極小な構造を直接操作するためこれらチップを利用する方法を提供する。電磁気バイオチップは表面にリガンド分子を固定した個別的にアドレスができるマイクロ電磁ユニットチップから成る。配列の各ユニットの電磁場をコントロールし、このコントロールを生体分子の磁気調節と組み合わせる事により、これらのチップは、直接操作、合成及び生化学、あるいは化学分析の感度を増し、そして、分析時間を減少させ、生体分子の解放のために使用される事が可能である。これらのチップによる他の利点は、生物学的分子に対する最小限にされたダメージを含み、そして、分析結果の再現性を増すことである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は１９９９年３月１５日に出願され、権利化された中華人民共和国の出
願番号９９１０４１１３．５の“個々にアドレスができる微小電磁ユニット配列
チップ、電磁バイオチップ及びそれらの応用“そして１９９９年９月１６日の修
正版が基となっており、これらの出願の請求項の優先権が参考となっている。
【０００２】 本出願は“バイオチップ“として知られる微小機械あるいは微小成型装置、よ
り詳しくは磁力を用いたバイオチップ及び化学、生物学、生化学の反応、分析を
行うためバイオチップを利用した方法に関する。
【０００３】 （従来技術） 過去数年の間にライフサイエンス、生物医学的調査において新たに明らかとな
った技術として、バイオチップ技術が生物学、バイオテクノロジー、ポイント変
異の発見を含めた生物医学、DNA配列、遺伝子発現、薬物スクリーニング、臨床
診断の多くの分野に適用できる。バイオチップは化学及び生化学反応を行うため
使用できる、サイズの範囲がマイクロメーターからミリメーターの小型化した装
置である。バイオチップは半導体産業で使われるマイクロエレクトロニクス技術
、微小成型技術あるいは似たような技術を使用して生産され、現在の離散性ある
化学あるいは生化学分析プロセスを統合、縮小するため使う事ができ、装置はマ
イクロチップをベースとしたものとなる。近年の科学文献はこれら装置の大量の
使用を示した。
【０００４】 読者の注意はバイオチップの使用の広がりを評価した以下の記事に引きつけら
れる。Sosnowski, R. G. et alによる“Rapid determination of single base m
ismatch mutations in DNA hybrids by direct electronic field control“(Pr
oc. Natl. Acad. Sci., USA, 94:1119-1123 (1997))及びWang, D. G. et al に
よる“Large-scale identification, mapping and genotyping of single-nucle
otide polymorphisms in the human genome“(Science, 280: 1077-1082 (1998)
)はポイントミューテーション検出のための現在のバイオチップの使用を示した
。Drmanac, S. et al.による“Accurate sequencing by hybridization for DNA
diagnostics and individual genomics.“(Nature Biotechnol. 16: 54-58 (19
98))、Shoemaker, D. D. et alによる“Quantitative phenotypic analysis of
yeast deletion mutants using a highly parallel molecular bar-coding stra
tegy“(Nature Genet., 14:450-456 (1996))、及びChee, M et alによる“Acces
sing genetic information with high density DNA arrays.“(Science, 274:61
0-614 (1996))はDNA配列決定に使われるバイオチップ技術を示した。遺伝子発現
を監視するためのバイオチップ技術の使用はWodicka, L. et alによる“Genome-
wide expression monitoring in Saccharomydces cereviside.“(Nature Biotec
nol. 15:1359-1367 (1997))、Brown, P. O.及びHartwell, L.による“Genomics
and human disease - variations on variation.“、Ruan, Y. et al.による“T
owards Arabidopsis genome analysis: monitoring expression profiles of 14
00 genes using cDNA microarrays“(The Plant Journal 15:821-833 (1998))に
示される。薬物スクリーニングにおいてのバイオチップの使用はMiller, N. et
alによる“Selecting effective antisense reagents on combinatorial oligon
ucleotide arrays.“(Nature Biotechnol., 15:537-541 (1997))及びMarton, M.
J. et alによる“Drug target validation and identification of secondary
drug target effects using DNA microarray.“(Nature Medicine, 4:1293-1301
(1998))に描かれている。バイオチップを使用した臨床診断の例はCronin, M. T
. et alによる“Cystic fibrosis mutation detection by hybridization to li
ght-generated DNA probe arrays.“(Human Mutation, 7:244-255 (1996))、及
びLivache, T. et alによる“Polypyrrole DNA chip on a silicon device: Exa
mple of hepatitis C virus genotyping.“(Annal. Biochem. 255:188-194 (199
8))に描かれている。これらの参考文献はバイオチップの幅広い使用の概念を与
えることを意図している。
【０００５】 バイオチップの多様性は表面に固定する生体分子（すなわちオリゴヌクレオチ
ド、cDNA、抗体）を持つ。そのようなチップを作る数多くの違ったアプローチが
ある。例えば、Affymetrix（U.S. Patent Nos. 5,445,934 and 5,864,174）によ
って発達したライトダイレクト化学統合プロセスはソリッドフェイズフォトケミ
カル合成と写真石版術（フォトリソグラフィック）組み立て技術を結合すること
によってチップの表面の生体分子を統合する方法である。化学沈着アプローチは
チップの表面に直接沈着するため合成前のcDNA検査を使用したインサイト薬学に
よって発達した（U.S. Patent No. 5,874,554）。コンタクトプリント方法はcDN
Aの直接沈着及びチップの表面にプリントするためリキッドディスペンシングヘ
ッドを動かし、コントロールするハイスピードかつ高精密なロボットアームを使
うスタンフォード大学によって発達した（Schena, M. et al. Science 270:467-
70 (1995))。シアトルのワシントン大学はチップの表面でヌクレオチドの必要と
される沈着及び同時に作用する統合に到達するため４つのタイプのヌクレオチド
分子が別々に詰め込まれた４つの圧電沈着ヘッドを使用したシングルヌクレオチ
ド検査統合方法を発達させた（U.S. Patent No. 5,202,231)。
【０００６】 二つのベーシックタイプのバイオチップ、すなわち受動タイプと能動タイプの
チップがある。受動バイオチップはサンプル分子の消極的な拡散による化学反応
あるいは生化学反応のことを言う。能動バイオチップにおいて、反応は単純な拡
散だけではなく、応用力にもよるので外面的な応用力によって活発に動かされる
か、もしくは集中させられる。利用できるバイオチップの大多数、すなわちAffy
mtrixによるオリゴヌクレオチドがベースとなったDNAチップ、及びインサイト薬
学によるcDNAがベースとなったバイオチップは受動タイプになる。能動タイプと
受動タイプは構造が似ている。両方のタイプのバイオチップは違った固定化をさ
れた配位子あるいは配位子分子の配列を必要とする。“配位子あるいは配位子分
子“とは他の分子と反応することができるバイオ/化学分子のことを言う。簡単
に言えば、配位子は補足的な核酸ストランドが雑種を作ることができる１本鎖DN
Aであることもある。配位子は一致する抗原を結合することができる抗体分子で
あることもある。配位子は表面が他の分子が反応することもある複数の分子であ
る粒子を含むこともある。いくつものマーカー及び示標分子（すなわち蛍光染料
分子）を使用することにより、配位子と他の分子の間での反応は監視、定量化す
ることができる。すなわち、バイオチップに固定化された、違った配位子の配列
は反応及び多数の分析分子の監視を可能にする。
【０００７】 現在、多くの受動バイオチップのデザインは微小成型技術、マイクロエレクト
ロニクス技術に完全に有利だとは言えない。受動バイオチップは最終的な分子の
定量化/検出に対し、最初から最後までのサンプルの準備からのバイオ分析シス
テム全体の完全な統合と縮小に到達するために使用することはできない。さらに
、受動バイオチップには低い分析感度、長い反応時間、温度のコントロールの難
しさ、圧力、分子の一定の集中のコントロールの難しさ同様、チップの表面の独
立した部位（ユニットと呼ばれる）での磁場を含め、他に不利な点がある。
【０００８】 一方で、能動バイオチップはマイクロフルーディックの操作及び分子の電気操
作のような手段を通した外部からの力による分子操作、相互作用、雑種を生む反
応及び分離（PCR及び細い管の電気泳動）の万能の機能を容認する。けれども、
そのような多くのバイオチップは多くの処理の利用には使うことができない。エ
レクトロニクスバイオチップはマイクロエレクトロデスによって受動バイオチッ
プ全体の反応スピード及び検出感度の重要な改善を導くことによりナノゲンが磁
場を生み出すと共にサンプルバイオ分子操作をコントロールできることによって
発達した（U.S. Patent Nos. 5,605,662, 5,632,957, 5,849,486)。けれども、
磁場でのバイオ分子の懸濁/分解における効果的な移動において、分解の電気伝
導性はとても低い。酵素及び他のバイオ分子はチップの表面に発生する低いイオ
ン強度あるいは深刻な、特定しない結合の条件下で変性されこの重要な限界は生
化学分析を使用したバッフア分解である。
【０００９】 本発明は個別的にアドレスできる（コントロールできる）ユニットが配列され
、磁力が生み出される新しいタイプの能動バイオチップを提供する。磁力は磁気
で修正された分子、粒子をコントロールし、操作し、チップの表面の分子の相互
作用、反応を促進するため使われる。磁力は生物学、生化学、生物医学への適用
へと広範囲に用いられる。例えば、普遍的な技術における磁気的に活性化した細
胞の分類は混合物の中で特定の細胞に対し抗体で修正された磁気粒子を選択的に
化合されることが基礎となっている。化合の後、細胞混合物からの細胞磁力粒子
の複合化は磁力を使って選択的に取り除かれる（Miltenyi, S. et al. “High g
radient magnetic cell-separation with MACS.“Cytometry 11:231-236 (1990)
)。他の例はフローストリームの中で磁力を持たない粒子から磁気的にラベルし
た粒子を分離した３D磁気フィルターを記述したU.S. Patent No. 5,439,586にあ
り、U. S. Patent No. 5,655,665で微小流体磁気分離のための微小機械磁気粒子
セパレーターが開示されている。
【００１０】 （発明の概要） 本発明は個々にアドレスができる微小電磁ユニットに配列されるエレクトロ磁
気バイオチップを開示する。配列は複数の微小電磁ユニットのことを言う。電磁
バイオチップは単数、もしくは多数の微小電磁ユニット配列を持つこともある。
各ユニットはユニットへ適用した電流の修正を通してフィールド強度、フィール
ド管理の期間中、ユニットのオン、オフ及び調節が可能であり、磁場が磁界を生
み出すように電流を応用して磁場を含む能力がある。磁気粒子、あるいは分子は
実際にあらかじめ決めた場所に運ぶよう操作するために使われる。チップの表面
は配位子分子と磁気によって運ばれた粒子あるいは分子を類似性のある相互関係
あるいは特定の化学的な相互関係となるよう配位子分子を固定し機能層を形成す
るため化学的に修正される。磁気による粒子、分子の運搬及び操作は、生化学反
応、化学反応、多数の配列の感度の割合を増やすためこれらの物質の一定の場所
への集中を増やすことができる。なぜなら、イオン強度及び他のバッフアの特長
は磁場に影響がわずかで、あるいは全くなく、生化学的に効果的なバッフアの条
件を選択することができる。さらに、強くない磁場は分析、あるいは反応を電気
化学によって複雑にするため存在する。
【００１１】 電流が適用されたとき微小電磁気ユニットは基板材料上で製作され、個別の磁
界を生み出す。電気スイッチを通して強磁体あるいはコアに包まれ、電源に接続
されたユニットの一つの例は電気伝導体シングルループである。そのようなルー
プは強磁体の周りの電流の促進がなされる限り円形、楕円形、らせん状、正方形
、三角形あるいは他の形となる。もしループが単数ならば完璧あるいは実質的に
完璧である。ループは強磁体周りを複数回転した形であることもある（一つの面
あるいはコイルに巻き付けられているかどちらかである）。ターンは微小構造の
単層、あるいは各ターンは構造の分離層を表して作られる。電気伝導体は電気メ
ッキ、スパッターあるいは溶着金属構造の伝導性のある溶着トレースあるいは伝
導体は選択的なドープ処理を通して半導体層の中に形成されることもある。微小
電磁ユニットの複数の好ましい配列はマイクロエレクトロニクスに共通する縦列
と横列の構造を持つ。すなわち、違った角度（例えば８０度）で容易に相殺でき
るが縦列、横列は相互に垂直した形となっている。
【００１２】 シングルチップにおける個々の微小電磁ユニットは一つのチップの中で一つの
形、寸法あるいは多数の形、長さであることもある。ユニットの特徴的な長さは
広範囲で１センチから１マイクロメーター以下のものまである。特徴的な長さと
は例えばサークルループの直径、正方形のループユニットの側面の長さのことを
言う。望ましい数の配位子分子、ユニットサイズの大きさで反応することができ
る技術が明らかになる。ユニットは通常の反復パターン（例えば、長方形のグリ
ッド）あるいは不規則な、ランダムなパターンで配列されることもある。
【００１３】 ローカル磁場を生み出す活性化したシングルユニット、あるいはより多くもし
くはより少ない複雑な磁場を生み出す多様に修正されるユニットなので個別の微
小電磁ユニットは選択的にアドレスできるかもしれない。空洞にユニット、磁場
を生み出すために電流を適用した微小電磁ユニット手段を示す。電流の大きさ、
向きは磁気粒子を引きつけ、動かしための磁気的に修正した分子の十分な強度を
持つフィールドを生み出すユニットを生み出すため選択される。選択的にエネル
ギーを与えられないユニットは、完全に“オフ“であるかもしれない、もしくは
、そのようなユニットは、他の場合は磁気粒子を引き付ける、あるいは動かすた
めに、不十分な強度の磁場を生じさせるかもしれない。
【００１４】 個々のユニットの選択的なアドレスは、いくつかの方法で達成される。例えば
、ループのもう一方の端が電流に付けられるとき、各ユニットがループの電気導
体の端の１つのループを含むかは、電源(電気交換方法を通して)とつながってい
ることができる電流シンクがループを流れるように達する。下で説明される他の
例において、配列の縦列/横列におけるユニットは、選択的に列を加える(方法を
変えることによって)ことによって作動し得る、例えば、現在の源及び流れへの
縦列(方法を変えることによって)は弱まる。
【００１５】 本発明は、更に電磁チップに磁気粒子を操作するための方法を開示する。粒子
は、流体(水、水以外の液体、あるいはガス、のどれか)、もしくは、真空にさえ
も浮くかもしれない。微小電磁ユニットがエネルギーを与えられるとき、そのユ
ニットの周辺における磁気粒子は、磁気力を経験し、そして、エネルギーを与え
られたユニットの表面に引き付けられる。すなわち、どこで磁気粒子のサスペン
ションが１つの電磁ユニットにエネルギーを与える全体のチップ配列をカバーす
るかは、生み出されたユニットすぐ近くにおいて、粒子にのみ影響を及ぼすであ
ろう。しかしながら、連続的にユニットを生み出すことによって、配列の全体に
止められた磁気粒子の全てを動かして、集中させることは可能である。調節され
た動きを“操作“と言い、そのような操作として、予定された連続性において断
続的にユニットを変えることによってコントロールすることができる。同じく磁
気粒子操作は、粒子ポジション、速度の変化及び制御を参照し、そして、電流を
調節することにより、他の動きの特質は、微小電磁ユニット及びそれに応じて変
わっていく磁場配分に適用され、そして、粒子上での動きを強める。アプリケー
ションに応じて、全てのユニット、またはユニットのうちいくらかは、同時に生
み出された。代替案として、ユニットが一度にエネルギーを与えられるかもしれ
ない。
【００１６】 本発明によって使われる磁気粒子、または、素材は、ナノメーターからマイク
ロメーターのサイズ、または、ミリメートルのサイズまでさえも変動する、異な
ったサイズであることもある。磁気粒子は、様々な材料であり、そして、本発明
のバイオチップによって作られた磁場が粒子において十分な磁力の双極子モーメ
ントを引き起こすことができる限り、いくつかの違ったプロセスによって製造さ
れるかもしれない。
【００１７】 本発明は、更に生体分子/バイオ粒子、化学薬品試薬分子、薬品分子、または
、電磁バイオチップによる他の分子、または、粒子を操作するための方法を開示
する。これらのバイオチップは、一般にどのような種類の磁気粒子の操作にでも
使うことが可能である。非磁気粒子、及び生体分子を制御して、扱うために、こ
れらの素材は、最初に磁気によって修正される。例えば、分子は、共有的に磁気
粒子の表面に付けられるかもしれない、もしくは物理的に吸収されるかもしれな
い。それらの生体分子は、蛋白質（例えば、抗体、抗原、レセプター）、核酸（
１本鎖DNAあるいはDNA)、または、脂質、または、炭水化物のような他の分子で
あるかもしれない。電磁バイオチップの表面は、操作された磁気粒子の表面上の
分子と相互に作用することが可能である配位子分子を固定するために修正される
こともある。適切な配位子分子が既に固定され、磁気粒子が特定の場所に集中さ
れるのでそのような相互作用は、促進される。
【００１８】 解決方法として、分子(抗体＋抗原; 特定のDNAプローブ、及び、その補足的な
１本鎖ターゲットDNA)間の化合または反応は分子が拡散の間に衝突するので発生
する。反応の効率及びスピードは、反応している分子の一定の濃度、及び、それ
らの衝突の運動エネルギーによって決まる。多くのバイオチップをベースとした
システムにおいて、他のタイプの分子がチップ表面上で存在するとき、一つのタ
イプの分子は、チップ表面で固定される。溶解において受動的に放散する分子が
固定された分子と衝突するとき反応は発生する。溶解における分子の小さいパー
センテージのみが、妥当な時間で実際に広まって、衝突する。このように、スピ
ード、効率、及びバイオチップで行われたバイオ/化学分析の感度を厳しく制限
され反応は、遅く、非能率的である。本発明の電磁気バイオチップにおいて、溶
解における分子は、電磁力によるチップ表面上の固定された分子と接触して活発
にもたらされる。その結果生じる反応は、改善されたスピード、効率性、及び、
感度につながる磁力によって活発に動かされる。超常磁性素材の典型的な磁気粒
子のために、磁場（バーB）と相互に作用するとき、磁石の双極子（バーμ）は
、粒子において引き起こされる。
【数１】 粒子に作用する磁力（バーFmagnetic）は、磁石の双極子モーメント、及び、磁
界勾配によって決定される:
【数２】 磁力と粘着性のある薬品との間のバランスの下での粒子速度Vparticleは次のよ
うに与えられる:
【数３】 このように、次の要因は、十分に大きい磁力の操作力を達成するために、考察さ
れるべきである。 （１）粒子感度は、最大限であるべきである； （２）磁場の強度は最大限であるべきである；そして （３）磁場の強度勾配は最大限であるべきである。
【００１９】 （好ましい実施形態の詳細な説明） 以下の説明は、当業者が発明品を製造及び使用できるようにするため及び発明
を実施する発明者により熟考された最良の形態を説明するために提供される。し
かしながら、本発明の一般原理は、特定の反応を実行するための分子及び粒子の
取扱いについての微小電磁装置を提供するために、この文章中に明確に定義され
ていることから、当業者にとって容易に明らかな種々の改良があるであろう。
【００２０】 図１は本発明の微小電磁チップ１０の立体図を示している。チップ１０は、シ
リコン、ガラス、酸化シリコン、プラスチック、セラミックス、或いは他の個体
又は多孔性物質により作ることができる基質１６の上につくられた複数の微小電
磁ユニット２５からなる。この例では、チップ１０上の電磁ユニット２５は３×
３配列に配置されている。各電磁ユニット２５は、電流の流れ（水平な矢印）上
に磁場（Ｂ）を誘導することができ、多くの手段によって選択的に作動されるこ
とができる。図１は、９個の電磁ユニットの中から５個がその周囲に磁場を発生
させるために電流（水平な矢印）に伴って作動されている様子を示している。磁
場の極性（垂直ベクトル矢印Ｂ）は、電流の流れ方向（時計回り又は反時計回り
）に依存していることに注意しなさい。機能層４２（後述する）は、チップの上
方表面を形成しているものとして示されている。
【００２１】 図１において、電磁ユニット２５は電気の導電トレースのループ（図中に包囲
層２１として示されている）の形式をとってもよい。このループは、多くの幾何
学的形状、例えば円、螺旋、四角形及び四角螺旋となるかもしれない。このよう
な異なる幅と厚みをもつ導電トレースは、微小石板印刷（マイクロリソグラフィ
）及び微小製作（マイクロファブリケーション）の技術の熟練者に知られた種々
の写真石板術及び製作プロトコル（例えば、Rai-Choudhury P.(Editor), Handbo
ok of Microlithography, Micromachining and Microfabrication, Volume 2: M
icromachining and Microfabrication, SPIE Optical Engineering Press, Bell
ingham, Washington, USA(1997) 参照）を使用してシリコン基質の上につくら
れるかもしれない。このようなプロトコルは、多くの基礎ステップ、例えば、写
真石板マスクの生成、金属被覆、絶縁体被覆、フォトレジスト被覆、マスクと現
像液を用いたフォトレジスト、金属又は絶縁物層のパターンニング、を含んでも
よい。導電トレースは、金属材料、例えばアルミニウム、金、銀、錫、銅、白金
、パラジウム、或いは炭素、半導体材料（例えば、３価リンでドープ処理された
シリコン）のような他の導電性金属、及び伝導有機ポリマー、さらに電流を導く
他の全ての材料によって作ることができる。数百ｍＡ（ミリアンペア）までの充
分な大きさの電流を導くために、導電トレースは数千μｍ２までの種々の断面を
有することができる。導電トレースの厚さ及び幅は、それぞれ0.1〜500μｍ及び
１〜500μｍで変えることができる。各電磁ユニットについて、導電トレースは
単数又は複数のターンとしてもよい。複数ターンの場合、複数層の微小製作プロ
トコルがそれらのユニットを製造するために使用されるかもしれない。
【００２２】 １つの実施形態では、電磁ユニットの選択的なアドレシングは、電気スイッチ
を介した電気伝導ループと電流源の間の電気的結合からなる。電気スイッチに適
用される信号を変化させることによって、電磁ユニットを作動し又は切るために
、伝導ループ内の電流の流れがオン又はオフされてもよい。他の実施形態では、
電磁ユニットの選択的なアドレシングは、伝導ループへと流れる電流をオンオフ
する機械的スイッチを介して実現される。両方の実施形態において、電磁ユニッ
トはスイッチに連結されており、スイッチのオンオフ状態の制御によって、電磁
ユニットについてオンオフ状態の様々な組合せを達成できる。
【００２３】 伝導ループ内の電流により導かれる磁場強度を増大させるために、強磁性又は
フェリ磁性材料から作られた磁気コアを使用してもよい。この場合、各電磁ユニ
ットは、基質上の磁気コア、磁気コアについて導電トレースの単数又は複数のタ
ーン、電流源から導電トレースに電流を適用するための手段からなる。従って、
図１中の電磁ユニット２５の中心コアは、電流ループから電気的に絶縁された強
磁性材料から作られている。当業者に知られた様々な方法が、基質上に強磁性又
はフェリ磁性材料を付着させるために使用される（例えは、Ahn and Allen, “
ａnew toroidal-meander type integrated inductor with a multilevel meand
er magnetic core” IEEE Transactions on Magnetics 30: 73-79(1994) 参照
）。
【００２４】 図２は作動された電磁ユニット２５に向かって導かれる磁気粒子５６の概要図
を示している。ユニット２５に適用された電流に伴って、磁場（Ｂ）はユニット
の周囲に導かれ、これが粒子５６に磁場と磁力を導く。磁力は磁場Ｂ（及び場の
強度Ｈ）の分布上の感度に依存する。電磁ユニットの選択的なアドレシングは、
磁場分布が制御され変化させられることを許容する。例えば、４個の近隣の電磁
ユニットは、２次極磁場をつくるために、適当な電流方向に伴って同期的に導か
れる。磁場分布はさらに、微小電磁ユニットに適用される電流の振幅や極性を調
整することによっても変化する。磁場分布の変化は、その結果、磁気粒子上の磁
力を変化させ、粒子の位置、速度及び他の運動パラメーターに影響を与える。例
えば、等式（２）及び（３）により立証されたように、粒子速度は磁場強度及び
磁力を増加することにより増加させることができる。
【００２５】 図１のチップ表面上に示された機能層４２は、不動の配位子分子について使用
される。それは、親水性又は疎水性分子の単層、親水性又は疎水性分子の薄膜、
親水性又は疎水性分子のゲル、多孔性又は無孔性材料及び／又はこれらの材料の
複合物とすることができる。分子単層は、単分子層（例えば、ラングミュアート
ロフに形成されるラングミュアートロフィルム）とみなせる。ヌクレイン酸配位
子を固定するために、ニトロセルロースやナイロンのような結合材料が、サザン
法又はノーザン法にて使用される。プロテインやペプチドは、様々な物理的（例
えば疎水性）又は化学的アプローチにより結合され得る。例えば、抗体やレクチ
ンのような特定のレセプターは、プロテイン又はペプチドタイプの配位子分子を
結合するために、機能層４２中に含まれることができる。予定された配位子とバ
イオチップにより実行されるべき分析又は反応に従って、異なる分子が配位子分
子を結合するために機能層４２中に含まれることができる。配位子分子を結合す
るために機能層４２内に含まれるこれらの分子は、官能基と呼ばれる。官能基は
、例えば、アルデヒド、カルボジイミド、スクシンイミデルエステル、抗体、レ
セプター及びレクチンを含み、これらに限定されない。官能基はまた、チップ表
面分子上の化学的修正を通して形成された化学基又は分子サイトを含んでいる。
電磁バイオチップ１０の使用方法は、この説明の後の節にて述べられる。
【００２６】 図３は、上記から分かる本発明の一実施形態に従って微小電磁バイオチップ１
０の概要形を示している。結合パッド１２は、導電体１４の手段により電磁ユニ
ット配列と電気的に接続されている。図４は単一の微小電磁ユニットの断面詳細
を示している。同様の微小電磁バイオチップが多数の基質上に作られるが、図示
された実施形態は１つの表面上で磨かれた１つのシリコン基質１６上にある。以
下、図４に示された電磁バイオチップについての製造工程の詳細について説明す
る。これらの工程は、説明の目的のみについてのみある。微小製作の分野の熟練
者は、これらのステップ又はプロセスを容易に採用し、図４に示されたいくつか
の構造に伴うバイオチップの製造についてのステップを修正することができる。
【００２７】 一例では、導電領域は２−１０Ω／スクエアの電気面抵抗を生じるために、燐
に表面拡散（ドーピング）されることによりつくられる。例えば1000〜8000オン
グストロームの間の厚みを有するＳｉＯ２の絶縁層は、以下に述べる熱分解によ
り作られる。微小電磁ユニット配列チップについての寸法と配列密度の要求に基
づいて、平行な導電トレース１８が燐注入により基質１６上に写真石版状に形成
される。この燐拡散の表面密度は、導電トレース１８について１０Ω／スクエア
又はそれ未満の面抵抗を与える。トレース１８は基質１６内に形成されているた
め、これらは浮き出しがなく、基質１６の磨かれた表面より上には上がらない。
導電トレース２０の最初の層が形成された後、2000−4000オングストロームの厚
さのＳｉＯ２絶縁層は、高温のオーブン（例えば1000℃）内に入れることにより
、基質１６の表面上に成長する。最初のＳｉＯ２絶縁層２０は、それによって導
電トレース１８の最初の層を被覆して基質１６上に形成される。
【００２８】 写真石版術（フォトリソグラフィ）を使用することにより、電気めっきについ
ての電位空洞（ポテンシャルキャビティ）は、最初の導電トレース１８の間の指
定されたエリアにて並べられる。例えば、１０μｍ深さの電気めっき空洞２２の
配列は、シリコン基質１６にＫＯＨ溶液（３０％ｗ／ｗ）を適用することによっ
てエッチングされる。各電気めっき空洞２２の断面は、基質１６の底面に向かい
平行な小さい面を有する台形状となる。約5000オングストロームの厚さを有する
付加されたＳｉＯ２層２４は、それから電気めっき空洞２２上に被覆され、電気
めっき空洞２２の底でＳｉＯ２層はフォトエッチングにより除去される。 空洞２２は、それから磁気コアを生成するために強磁性材料で満たされる。こ
れは、約１μｍの厚さのニッケルのシード層を電気めっき空洞２２の底に形成す
るために、最初に基質１６をＮｉＳＯ４溶液中（200−400ｇ／ｌ）に浸し、窒素
ガス下で３０分間、400から600℃の間で加熱することによって完成する。
【００２９】 各空洞２２についての磁気コア２６は、以下のステップと条件に従って電気め
っきにより形成することができる。（１）20−40℃でFe/FeCl２溶液（200：400
ｇ/ｌ）内、（２）30−60℃でFeNi/NiSO４溶液（200：400ｇ/ｌ）内、（３）30
−60℃でFeCl２溶液（10−60ｇ/ｌ）内。このように、磁気コア２６の配列は、
基質１６上に形成される。ここで、磁気コア２６の頂部表面は、最初のＳｉＯ２ 絶縁層２０の頂部表面よりも高い。磁気コア２６は構成を得るために他の条件及
びステップに従って電気めっきすることもできる。例えば、ニッケル（81％）−
鉄（19％）パーマロイを得るために、電気めっき溶液を次の組成：NiSO４・６H
２O（200ｇ/ｌ）、FeSO４・７H２O（８ｇ/ｌ）、NiCl２・６H２O（５ｇ/ｌ）、H ３ BO３（25ｇ/ｌ）及びサッカロース（３ｇ/ｌ）とすることができる。〜５ｍA
／ｃｍ２の電流密度が、〜0.3μｍ／分の電気めっき速度をもつために使用され
る。電気めっき条件の他の詳細は、様々な文献にて見い出される（例えば、Roma
nkiw and O'Sullivan, “Plating techniques” in Handbook of Microlithogra
phy, Micromachining and Microfabrication, Volume 2: Micromachining and m
icrofabrication, Editor: Rai-Choudhury P., SPIE Optical Engineering Pres
s, Bellingham, Washington, USA(1997)）。
【００３０】 磁気コア２６の配列を形成した後、約5000オングストロームの厚さをもつSi３ N４絶縁層２８が、200−300℃の温度での熱分解により、磁気コア２６と最初の
絶縁層２０の上に被覆される。次に、約1.2μｍの厚さを有するアルミニウム伝
導層が、Si３N４絶縁層２８の表面上にスパッタされる。第二シリーズの導電ト
レース３０は、第一シリーズの導電トレース１８と直角をなし、写真石版術によ
る磁気コア２６とアルミニウムのウエットエッチングの間に形成される。従って
、微小電磁ユニット配列は、磁気コアの配列と二次元の導電トレースのネットワ
ークからなる。アルミニウム導電トレース３０の頂部表面は、磁気コア２６の頂
部表面と同じ高さ又はより高くなる。最後に、約4000オングストロームの厚さを
もつ第二のSi３N４絶縁層３２が、約300℃でアルミニウム導電トレース３０の表
面上に被覆される。それから、導電トレースの終端を外部電気回路と接続される
パッド１２と導電体１４により接続するために、最初の導電トレース１８の終端
上と第二の導電トレース３０の終端上の絶縁材料がドライエッチング法により除
去される。
【００３１】 電磁ユニット配列の導電トレース１８と３０は、DC電源により電力を供給され
る。微小電磁ユニット配列の個々の磁気ユニットは、異なる導電トレース１８，
３０を選択的に作動させることにより制御される。図５に示されるように、磁気
コア２６の回りに閉鎖電流ループを形成するために囲っているトレースを通って
いる電流の方向を選択することにより、磁場が選択されたユニットの回りにつく
られている。即ち、与えられた列内でコアを磁化するため、電流が列の一方で上
がり他方で下がるように流れるように、列のどちらか一方の側のトレース１８が
作動される。この電流の流れは、ある範囲にて列内のユニットの全てを磁化する
効果をもつ。しかしながら、列内のいかなる所定のユニットもまた、ユニット行
の１つのメンバーである。この行の一方の側のトレース３０内に電流が流れるこ
とにより、行の全てのメンバーがある範囲で磁化される。しかしながら、図５に
示されたように、選択されたユニットは、その全ての側の周りを電流が流れる（
行電流から及び列電流から）。この結果、選択されたユニット内は、他のユニッ
トの２倍の強さで磁化される。導かれる磁場の極性は、ループ内の電流（矢印）
の方向（例えば、時計回り又は反時計回り）に依存する。
【００３２】 選択されたユニットが少なくとも１つの導電トレースのターンによって囲われ
ている構造とすることによって（例えば、ミニチュアコイルをつくる）、選択さ
れたユニットの磁場の強さを増加させることが可能であり、単一又は複数の２次
元導電トレースネットワークは、導電トレース１８及び３０の生成と同様の方法
により絶縁層３２の頂部上に付加することができる。各ネットワークはそれぞれ
、互いに絶縁され、導電トレース１８及び３０と一致する位置にある導電トレー
スの２つの層からなる。
【００３３】 選択されたユニットの磁気強さは、各コアを囲うマイクロコイルを実際につく
るための微小製作方法を使用することによって、更に増加させることができる。
与えられた電流流れについて、コアによって発展された磁力は、ミニチュアコイ
ル内のターン数に比例する。微小製作及び微小加工の分野での通常の熟練者にと
って容易な多くの方法が、このようなマイクロコイルの製造のために使用できる
。以下のアプローチは、本発明者により使用されたが、この方法のみに発明が限
定されるものではない。マイクロコイルは上記した導電トレースから製造される
。再び、ドープされたシリコン及び金属（例えばアルミニウム）の伝導層は、交
互に使用される。上記した例とは異なって、伝導層は垂直寸法内で接続される。
導電トレース１８の最初の層をつくるとき、コア２６の列の一方のサイドを通る
直線トレースをもつ代わりに、各トレース３４'は図６に示されたように各コア
の回りを殆ど完全に通る。このトレースは、列トレース１８に関連して述べた燐
拡散プロセスによって簡易に製造することができる。このトレースは、上記した
より簡単な微小電磁配列中のように、絶縁層２０により被覆される。第二のマイ
クロコイルトレース３６は、図７に示されるように、絶縁層２０の頂部で被覆さ
れる。好ましくは、この層は上記した行トレース３０の場合のように、スパッタ
リングとエッチングにより作られる。スパッタリングに先立って、マイクロコイ
ルトレース３４と３６の間の垂直連結ができるように、絶縁層２０が垂直連結ポ
イント３５にてエッチングされる。連結ポイント３５は、最初のマイクロコイル
トレース３４の終端点及び第二のマイクロコイルトレース３６の始端点と一致す
るように配置すべきである。図７のトレース３６が実際に２つの連結ポイント（
ループの最初と最後）を有していることは明らかである。明瞭のために、これら
を３５及び３５´として異ならせた。マイクロコイルトレース３６の第二の層は
、付加絶縁層２０により被覆されている。上記プロセスは、図８に示されたよう
に、マイクロコイル３８の第三の層を被覆するために繰り返される。これらのト
レース３８は、導電体１４とパッド１２（図示せず）の行接続のための配列を導
く最初のマイクロコイルトレース３４に似ている。このポイントは、各トレース
層が単一の導電体ターンをマイクロコイルに効果的に加える。各マイクロコイル
は、開始する“列”層３４と終了する“行”層３８からなる。列と行の層の間に
は、マイクロコイル中の所望のターン数に依存して数が変化する“ループ”層３
６がある。各連続層の“ギャップ”４０は、僅かにずれていることに注意しなさ
い。このようなずれ（オフセット）は、連結ポイント３５、３５´が１つの層内
の導電体トレースループの終点と連続層内での導電体トレースループの始点と常
に一致することを確実にするために必要である。この概念は、図９に描かれてい
る。これは、複数の中間層３６を含む多層マイクロコイルの立体図を示している
。
【００３４】 代わりに、マイクロコイルトレース層のいくつかが、始めの列トレース１８内
のような、ドープされたシリコンにより提供されることができる。この選択はデ
ザインの好みの問題であり、装置の外形を変えてもよい。ドープされたシリコン
を使用する１つの方法は、絶縁層２０上にアモルファスシリコンの層を被覆し、
それから写真石版の直接ドーピングにより示されたトレースパターンを生成する
ことである。最後の“行”層を除いた全てのマイクロコイル層が作られた後、空
洞２２がエッチングにより生成され、強磁性コア２６が電気めっきにより形成さ
れる。最後のマイクロコイル“行”層３８と絶縁被覆層３２は、完成した構造を
つくる。マイクロコイルの利点は、より強い磁力（マイクロコイルの“ターン”
の数に比例する）が各磁気コアにより発現することである。さらに、選択された
コアが与えられた列と行の選択により磁化された時、他のコアは非常に小さい範
囲のみで磁化されるか或いは全く磁化されない。
【００３５】 図１０は電気スイッチを使用することによる、個々の微小電磁ユニットのアド
レシングの原理を示す。図中、各ユニット４1は、連続する２つの電気スイッチ
３７及び３９を通して、共通の電流源４３と共通のグランド４５（即ち、電流シ
ンク）に接続されている。スイッチ３７は、電気伝導線の行３０に適用される電
気信号により制御される。スイッチ３９は、電気伝導線の列１８に適用される電
気信号により制御される。両方の電気スイッチがオンされた時、１個のユニット
４１がスイッチオンされる（即ち、電流源４３からユニット４１へ及びユニット
を通ってグランド４５への電流の流れがある）。電気スイッチ、例えば、図１１
ａに示した二極トランジスタ、又は図１１ｂに示されたＭＯＳＦＥＴ（Metal‐O
xide-Semiconductor Field−Transistor）が使用できる。ユニット４１は図１
０と図１１ｂ内に単一ターンの四角形ループとして示されている。これらのトラ
ンジスタは、上記した微小電磁配列の製造に使用されたものと同様の製造技術を
使用することにより容易に製造でき、同じ基質上の電気伝導ループを互いに結合
できる。電流源４３と共通グランド４５は、最終の構造内の２つの離れた伝導層
の形をとることができ、ＤＣ電源の出力と接続される。微小電磁ユニットを通っ
て流れる電流は、電源からの電圧を電流が流れる回路の総抵抗値（オン状態の電
気スイッチと伝導ループの抵抗を含む）とにより割ったものに等しい。
【００３６】 前述の例に於いて、基質材料はシリコンであるが、ガラス、ニ酸化ケイ素、セ
ラミック、又はプラスチックなどのような他の材料もまた基質として使用される
。基質は多孔性や無孔性材料から作られる。同様に、絶縁層２０、２８及び３２
の材料は、この例に用いられる材料に限定せず、プラスチック、ガラス、フォト
レジスト、ゴム、セラミックなどでもよい。導電トレースは、アルミニウム、金
、スズ、銅、白金、パラジウム、炭素、半導体材料又は上記材料の混合物でもよ
い。同様に導電トレースや微小コイルのその他の構成も可能である。図解した電
気めっきによる磁気コアの製造方法は、単なる一例である。磁気コアは微小製作
（マイクロファブリケーション）や微小加工（マイクロマシンニング）の分野に
おいての技術として良く知られている電子光線蒸発脱水法、スパッタリング或い
は他の蒸着技術を用いて導電トレース（微小コイル）に好ましく関係するように
設置されている。その上さらに、磁気コアは電子光線蒸気脱水法、スパッタリン
グ及び他のそのような方法によって設置された強磁性やフェリ磁性材料の広範囲
から作られる。本発明は基質上の個々に制御可能な微小電磁ユニットから構成さ
れている。このようなチップを使用することにより、生体分子、化学試薬及び薬
剤分子の誘導操作が磁場の利用を通して可能となる。
【００３７】 微小電磁配列チップが製造された後、表面絶縁層３２は化学的に修正されたり
、薄いフィルム層で覆われたりする。この層は機能層４２と呼ばれ、配位子分子
の固定に使用される。図１３に図示するように機能層４２は図３に関係した項に
説明されているように、親水性又は疎水性の分子単一層、親水性又は疎水性膜、
親水性又は疎水性ゲル、ポリマー層又はこれらの材料の混合物である。機能層は
多孔性又は無孔性の材料から作られる。機能層４２は、目的配位子やバイオチッ
プを運び出す分析や反応に依存する配位子分子を束ねるための抗体のような特定
の分子を含む。配位子分子を結びつけたり束ねたりするための機能層に含まれる
これらの分子は、官能基として呼ばれる。サザン法またはノーザン法に使用され
ているようなニトロセルロース、ナイロン、ポリレジン、アガロースゲル、ハイ
ドロゲル、アクリルアミドゲルのような材料を束ねている核酸配位子を固定する
ために機能層として使用される。タンパク質やペプチドを固定するために、抗体
や他のタンパク質分子は機能層４２に取り入れられ、官能基として使用される。
【００３８】 機能層の形成後、（下記に説明するように）磁気的に修正又は負荷をかけられ
た配位子分子４４は、与えられた半分をつなぐ異なる機能と反応することによっ
て機能層４２に固定される。図１３において、抗体の特徴のような“ロックイン
キー”反応が図解されているが、固定はこのタイプの反応に限定されないのは明
らかである。機能層４２の固定の正確な位置は電磁ユニットによって発生した磁
場によってコントロールされている。つまり、殆どの場合において、もし単一磁
気コア２６が磁化されるならば、配位子はユニットの上部にすぐに固定されるだ
ろう。周知のように、電磁石の極性は、電磁石の電流の流れ方向によって制御さ
れている。電流の流れ（時計回り又は反時計回り）の方向によって、ユニットは
機能層４２を指すＮ極又はＳ極のいずれかを有するであろう。従って、二つのと
なりあった電磁ユニットが同じ極性又は反対の極性をもつように作動させられる
時、二つの電磁ユニットによる磁場の重なりは、磁気修正された配位子に作用す
る磁力を決定し、どこへ配位子が固定されるか決定するだろう。磁場の分布を変
化させるために同調させる方法で隣接した電磁ユニットを作動させ、磁気修正配
位子に作用する力を変化させることが可能である。類似配位子、試薬及び反応物
を保持し、液体の追加や除去をさせるために、流体チャンバー４６はチップ１０
の周りに構成されている。そのような閉じ込めたバイオチップの図は図１２に示
されている。チップ１０はプラスチック又は他の材料の適当なチャンバー４６に
含まれている。液体の流れに対して入口及び出口４８が与えられる。石英カバー
スリップ５０（ガラスや他の光学上透明な材料が使用される、つまり石英は紫外
線測量のために良い材料である）はチャンバー４６の表面にシリコンゴム又は他
の適切な材料と共に密封されている。カバースリップ５０は配位子の光学検出や
装置内の反応生産物を許容する。あるいはまた、もし、反光学検出方法が採用さ
れたならば、チャンバー表面５０は光学的に透明な材料を使用するべきではない
。
【００３９】 このように、我々は本発明による個々にアドレスできる微小電磁バイオチップ
の例の構成の詳細を完成した。個々の磁気コアの正確な構造と構成はこれに鑑み
てあらわになったもとの発明から逸脱することなしに変えることが出来る。
【００４０】 図１３から２３は、本発明に従って、化学、生物学、薬学又は他のタイプの分
子を取り扱うための図３に示す電磁バイオチップの使用方法を図解している。 これらの方法は以下の段階を含む。 ａ．図３に示す個々にアドレスできる微小電磁配列チップ１０を構成する。 ｂ．上記チップの表面に機能層４２を形成する。この機能層は配位子分子を固
定するために使用される。 詳述したように上記機能層４２は絶縁層３２の表面の直接的な化学変更、ポリ
マーコーティング、又は紹介されている類似分子や関係のある官能基によって形
成される。その層は機能的親水性又は疎水性分子単一層、親水性又は疎水性膜、
機能的親水性又は疎水性ゲル、ポリマー層、多孔性又は無孔性又はこれらの材料
の混合物である。 ｃ．磁気的修正又は配位子分子のローディングは、機能層４２にすぐに固定さ
れる。 ｄ．修正されたり結合された配位子分子が引っぱられ、チップ表面上の様々な
分析によって要求された類似結合領域を形成するために機能層４２上の要求され
た微量配置に固定されるように希望の微細電磁ユニットのまわりの電磁場を作る
ために個別のトレース１８，３０の中で電流を制御する。
【００４１】 磁場の適用を通して、特定の部分で配位子分子を操作したり固定するさまざま
な方法がある。図１４に示すように、配位子４４は切断可能なリンカー５４を通
して常磁性体ビード５６にリンクする。従って、電磁バイオチップにより発生し
た磁場により常磁性ビード５６に作用する力を利用することにより、特定の領域
において配位子分子は移送、操作及び解放される。常磁性微小ビード５６は１０
０ｎｍから１００μｍのサイズの範囲を変動する。それらはその技術で知られる
方法で製造されたり、ダイナルやセラジンのような会社から購入できる。切断可
能なリンカー５４は、光切断可能、熱切断可能、酵素切断可能、或いは特定の化
学反応によって切断可能である。切断可能なリンカー５４と常磁性微小ビード５
６の結合は、共有結合又は切断可能なリンカーの端の官能基５２と常磁性微小ビ
ード５６のレセプター基５８の間の分子類似（たとえば、抗原−抗体やレクチン
−シュガー）によって作られる。
【００４２】 例えば、全体の組み立ては下記の通りである。 配位子（４４）−切断可能なリンカー（クリーバブルリンカー）（５４）−ビ
オチン（５２）−ストレプタビディン（５８）−常磁性微小ビート（５６） ここで、ビオチン−ストレプタビディンの結合は、切断可能なリンカーと常磁
性微小ビートを連結するときに役立つ。このような分子アッセンブリーは、以下
のステップを使用する、常磁性微小ビードと共に全ての配位子分子を修正するた
めの一般的な形態として使用できる。第一に、ストレプタビディン分子は本技術
のこれらの技術として知られている方法（典型的に常磁性微小ビードはカルボキ
シルやアミノ基を持つポリスチレン層の表面を持つ）を用いる常磁性微小ビード
の表面と連結している。あるいはまた、ストレップタビジンで被覆された常磁性
微小ビードは製品から得られる。第二に” クリーバブルリンカー−ビオチン”
分子複合体は準備される。これらの二つの段階は配位子分子のいくつかのタイプ
の磁気修正に適応できる。第三に、特定の配位子分子は例えば、コバルト結合を
通して切断可能なリンカーと連結する。最後に、全体の分子アッセンブリーはス
トレプタビディンで被覆された常磁性微小ビードと反応を生じさせるためにビオ
チンストレプタビディンが結合するのを許す「配位子クリーバブルリンカー−ビ
オチン」分子培養によって形成される。
【００４３】 配位子分子を固定するために、エネルギーを与えられた磁気ユニットによって
生成された磁場は、エネルギーを与えられた電磁ユニット上のバイオチップの表
面と接触する全ての分子集合を運ぶ常磁性微細ボード５６に磁力を及ぼすだろう
。微小ビード５６はそのユニットがスイッチが切られた後で取り除かれるので、
クリーバブルリンカはその時切断される。下記に説明するように流体洗浄や外部
から供給された磁力は、機能層４２に固定される配位子分子に残っている全ての
微小ビードを取り除く。
【００４４】 電磁的に配位子を結合する別の方法は、常磁性微小ビードを備えた配位子を含
んでいる溶液を混合し、急速に、配位子および常磁性微細ビードを含んでいる固
体微細粒子６０(通常直径で1ミリメートル未満)を形成するためにそれらを凍ら
せることである。異なるサンプルから用意される凝固した微小粒子６０は将来の
使用のために冷蔵庫に格納される。チップにそのような固体化した微小粒子を直
接的に移送するのは特別に設計された磁気微小粒子ディスペンサー６２（磁気プ
ローブ）と共に備えられた三次元の精密機械の腕によってなされる。凝固した微
小粒子がチップの上記指定領域のあらかじめ決められた位置に運ばれた後、微小
粒子は解放され、電流の制御によって固定される。凝固微細粒子が、チップ上の
指定地域の上のあらかじめ決められた位置へ運ばれた後、微細粒子は、チップ地
域上の磁場がディスペンサーヘッド62の領域より強くなるように、指定の微細電
磁ユニットで電流をコントロールすることにより解放され固定される（図１５、
１６）。それゆえ、凝固した微小粒子６０は指定領域にあるチップ１０の機能層
４２に解放される（図１６）。固体の微小粒子６０を溶かした後に、配位子分子
は指定のチップ領域上に固定される（図１７）。そのようなステップは以下のよ
うな追加の長所を持つ：磁気ディスペンサー６２による配位子分子間の相互汚染
は、それぞれが配送された後、ディスペンサーヘッドを清浄にすることなく最小
となる。チップ表面上の配位子分子の固定が完全になった後、磁気微小ビード５
６は、チップ表面の上の追加の磁力によって、あるいは流体洗浄によってチップ
から取り除かれる（図１８）。 チップの各々の微小電磁ユニットの親和力結合領域は０．１μmから５ｍｍ（
長方形では幅及び長さ、円形では直径）の大きさの特徴を持つ。その結合領域は
各々の磁気コア２６の大きさに依存し、並列のコアが絶縁されているかどうか及
び絶縁されたコアの極性に依存する。親和力結合領域の精密な大きさは機能層４
２を制御することによっても変えることが出来る−たとえば、機能層４２は写真
石板術（フォトリソグラフィック）の制御（チップを一様にカバーするのを妨害
するように）下でおくことが出来る。 ｅ．ターゲット分子６２は標識化されたり（たとえば、蛍光体６４により）磁
気微小ビート５６に連結している。
【００４５】 ターゲット分子６２を操作するために本発明で説明されている個別のアドレス
できる微小磁気チップを使用するために、これらの分子は第一に磁気的に修正さ
れることが必要である。 ターゲット分子を磁気的に修正するさまざまな方法もある。例えば、ターゲッ
ト分子６２はクリーバブルリンカ５４を通して常磁性体ビード５６と連結してい
るので、そのターゲット分子は操作され、磁場を適用することによってターゲッ
ト領域に動かすことが出来る。クリーバブルリンカ５４と常磁性体ビード５６は
コバルト結合やクリーバブルリンカの端部官能基５２と官能基や常磁性体微小ビ
ードの受容体（レセプター）５６の親和力によってなされる。例えば、その連結
は（図１９）のような構成である。 タグ（６４）−ターゲット分子（６２）−クリーバブルリンカ−ビオチン−ス
トレプタビディン−微小ビード（５６）
【００４６】 そのようなアッセンブリーは、「配位子−常磁性微小ビード」アッセンブリー
の形成のために上記に記述されたものへの同様の手順を使用することによって形
成することができる。 ｆ．常磁性ビード５６に連結しているターゲット分子６２は流体チャンバーに
置かれ、そしてその、磁場の制御によりバイオチップ表面上で固定された配位子
分子４４と接触させられる。 ｇ．行/列ユニット配列の場合には、図２０や図２１に図解されている電流の
流れのパターンを使用して微小電磁ユニットにエネルギーを与えることが、微小
電磁ユニットで磁場のオンやオフを許可する。２５ユニットのうちの１３ユニッ
トは図２０の中でエネルギーを与えられる一方で、他の１２ユニットは図２１の
中でエネルギーを与えられる。したがって、個々の微小電磁ユニットで生成され
た磁場は磁気的に修正されたターゲット分子６２を引きつけて、指定配位子類似
接合領域にそれらを移動させる。磁気パターンを連続して変更することによって
、すべての電磁ユニットは、溶解したそれの周辺からのターゲット分子６２を引
きつけて凝縮することができる。したがって、ターゲット分子６２と配位子分子
４４の間の反応を拘束する親和力が引き起こされる（図２２）。
【００４７】 磁気作用によって修正したターゲット分子６２が分析のために磁気バイオチッ
プに伝えられる時、ターゲット分子６２の動作はまず、ランダムな拡散（図１９
）によって制御される。全ての微小電磁ユニットへ向かうサンプル分子の直接的
な動きは図２０や２１に図解されているように全てのユニットにおいて磁場のオ
ンオフを交互に介して磁場を適用することによってもたらされる。特定の分析に
よると、一つ又は多くの選ばれた微小電磁ユニットへ向かうターゲット分子６２
の直接的動きは、これらのユニットを選択的に切りかえる事によってもたらされ
る。選択的にアドレスした微小電磁ユニットによって発生した磁場の影響の下で
、磁気作用によって修正したターゲット分子６２は、バイオチップ表面へ向かっ
て速やかに動かされ、指示されたユニット領域に固定した配位子分子４４との反
応（又は他の反応）と結びついている親和力を受ける原因となる。 ｈ．最後の段階としてターゲット分子６２（又はそれらの反応生成物）は、そ
のときに取り除かれた磁気微小ビード５６から分離する。磁気微小ビード５６か
らのターゲット分子６２の分離は、ターゲット分子６２と微小ビード５６の間の
クリーバブルリンカ５４の光切断、酵素切断、化学切断などによってなされる（
図２３）。磁気微小ビード５６は追加の磁力の適用によってチップ表面から除去
されたり、チャンバー４６を通して液体の流れによって押し流される。
【００４８】 上記の方法により、配位子とターゲット分子は分子のどんなタイプにもなる（
例えば、生物学、薬学又は他の化学物）。本発明における方法は、交配による特
定のＤＮＡの速さ、抗原−抗体反応の分析や薬剤選別（例えば、特定の受容体に
対する薬剤分子や潜在的薬剤化合物のバインディング）の測定を供給する。たと
えば、候補薬化合物のライブラリーは、配位子として用意され、機能層４２の所
定位置に配置される。生物学的受容体はその時、候補化合物と一致する機能層４
２の特定の場所に配置される。洗浄のステップの後、「明かり点灯」とラベルに
書いた候補化合物は、生物学的受容体としての相互作用を約束することを示す混
合物である。それゆえ、本発明は、制御された生物反応生物学的検出、化学診断
テストを行うのに適用することができる。また、複雑な大きい分子を組み立てる
為の特別な有機反応もまた達成できる。
【００４９】 上記詳細した方法がステップｈの後でＤＮＡ連鎖に使用される時、特別でない
混成したＤＮＡ分子が混成緩衝液（バッファー）や温度等のような束縛条件の厳
格な制御によって取り除かれる。 ステップhの後で、特別でなく結合した抗原や抗体分子は厳格な緩衝液洗浄条
件によって取り除かれ、特定の抗原あるいは抗体分子は類似結合領域に残る。
【００５０】 上記詳細の方法が生物学的分析に用いられる時、その分析結果の探知や量は光
学信号（吸収度や蛍光のいずれかを通じて）、化学発光や電子科学発光探知、電
子化学探知や放射性ラベルの探知のような、いくつかの探知方法によって得られ
る。光学探知はレーザー光線源によって刺激されるターゲット分子によって運ば
れる蛍光体６４を探知することによってなされる。他の光学探知方法は、蛍光で
標識されたプローブや特別にターゲット分子と結合する第二の抗体を利用し、そ
れから、蛍光はレーザー光線源によって誘導される。蛍光共鳴エネルギー転写は
、また配位子４４がターゲット分子６２に近接するのを探知するために用いられ
る。蛍光共鳴エネルギー転写についての詳細は、Ｊｕらによる論文「ＤＮＡ連鎖
と分析のための蛍光エネルギー転写染色導電トレース」Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａ
ｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ．９２−４３４７−４３５１や論文の引用文献で見るこ
とが出来る。下記はこの発明の方法を使用する抑制されたＤＮＡ分子オペレーシ
ョン用の実際的な例を示す。
【００５１】 第一に個別のアドレス出来る微小磁気配列チップを本発明に説明されている方
法に従って構成する。チップの表面はＤＮＡプローブ固定のための高分子ポリマ
ー層で覆われている。常磁性体微小ビードはＤＮＡプローブを含む溶液に加えら
れ、その混合物は、それから固体微小粒子を形成するためにすばやく凍結される
。その微小粒子は磁気ディスペンサー６２を備えている正確なロボットアームを
使用するバイオチップの指定領域（微小電磁ユニット）へ移送される。多数の異
なったプローブが多数の異なった領域に（一領域につき一プローブ）固定される
。潜在的に各々のチップは、チップに個別の電磁ユニットがあるのと同じくらい
多くの異なったプローブを持つ。磁気ディスペンサーよりも強力な磁場は、選択
されたユニットへ電流を接続することによってバイオチップのユニット上に発生
される。微小粒子と混合されたプローブは、バイオチップの特定のユニットの機
能層に拡散される。固形微小粒子が溶けた時、液体中のＤＮＡプローブはバイオ
チップ上の指定されたユニット（領域）へ固定される。それから自由磁気微小ビ
ードは、バイオチップの表面に磁場を加える又は洗浄により取り除かれる。それ
ゆえ、親和力結合領域は、バイオチップの表面で形成される。
【００５２】 ターゲットＤＮＡ分子は分散される（例えば蛍光体や放射線プローブ）。そし
て、光切断可能なリンカー分子の一方の端にリンクされる。リンカーのもう一方
の端には、ビオチン分子がある。ストレプタビディン分子は、磁気微小ビードの
表面に固定される。それから、ターゲットＤＮＡ−リンカー−ビオチン混合物を
含む溶液とストレプタビディンで被覆された磁気微小ビードは互いに混合される
。ターゲットＤＮＡ分子は、ビオチンストップタビジン相互作用によって磁気微
小ビードへ連結される。 ＤＮＡ ターゲット−光クリーバブル（光切断） リンカー−ビオチン−スト
レプタビディン−磁気微小ビード
【００５３】 磁気的に修正されたターゲットＤＮＡ分子を含む溶液は、それから、バイオチ
ップの液体チャンバーに位置する。微小電磁ユニットはチップ上の各ユニットに
磁場をつくるために交互に絶縁される。磁気微小ビードによって修正されるター
ゲットＤＮＡ分子は、チップ表面に固定されているプローブＤＮＡ分子へ運ばれ
る。もし、全ての電磁ユニットが絶縁されると、ターゲットＤＮＡ分子は全ての
ＤＮＡグループと連絡するように連れてこられる。それゆえ、ターゲットＤＮＡ
分子は、あらかじめ選ばれた速度条件下で親和力結合領域のプルーブ分子と混成
反応を行う。
【００５４】 あるいは混成は選択された電磁ユニットを絶縁することによって選択されたプ
ルーブへ影響を与える。ターゲットＤＮＡ分子に混成したいくつかのプルーブは
ターゲット分子を使用するラベルによって検出される。この方法で与えられたＤ
ＮＡターゲットは多数のＤＮＡプルーブと速やかに選別され、その結果は速やか
に自動的に定量される。もし、磁気微小ビードが検出を妨げるならば、たとえば
、それらは光クリーバブルリンカの場合に２５０ｎｍから７５０ｎｍのＸ線によ
ってターゲットＤＮＡ分子から拡散される。それから自由磁気ビードは磁力を加
えたり洗浄することによってチップの反応領域から取り除かれる。その後、チッ
プは交配されたターゲットDNAを削除するために「溶ける」状態にすることがで
き、第二や続いて起こるターゲットDNAのため再利用できる。
【００５５】 本発明者らは上記詳細の例が本発明の利用のためのアプローチをしめすと確信
している。しかしながら、体積、材料、幾何学、方法、プロトコール、温度、濃
度や時間のような条件は、本発明の限定には考慮されるべきでない。クレーム要
素と等価なものに加えて、明白な代用、分野における通常の熟練を備えた者に知
られている現在あるいは今後の明白な代用品は、定義された要素の範囲内である
。クレームは特に上記に図解され記述されるもの、および明らかに代用すること
ができるものを含むためにこのように理解される。図解した具体化は、例のため
にのみ述べられ、それは発明の限定とされてはならない。従って、添付されたク
レームの範囲内で、特にここに記述されるように発明が実行されることが理解さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 各ユニット内での電流の流れ（水平矢印）の方向により制御された磁場の方向
（ベクトルＢ）と共に３次元透視した本発明のチップの概要を示す。
【図２】 常磁性粒子内の磁場（ベクトル）の誘導を示す図１のバイオチップ（機能層を
省略）の概要を示す。
【図３】 上から見たときに行−列構造を有する個々にアドレス可能な微小電磁ユニット
配列チップの構造を示す概要図である。
【図４】 図３のチップの２−２断面図を示す。
【図５】 微小電磁ユニットがオンされる（磁化される）ための電流の流れを示す上から
見た磁気コアの概要図である。
【図６】 各磁性体コアの回りにマイクロコイルをつくるために使用される導電トレース
の最初のセット形式を示す。
【図７】 各磁性体コアの回りにマイクロコイルをつくるために使用される導電トレース
の第二のセット形式を示す。
【図８】 各磁性体コアの回りにマイクロコイルをつくるために使用される導電トレース
の第三のセット形式を示す。
【図９】 図６−８で示されたタイプの複数の並置された導電トレースからつくられたマ
イクロコイルを示す三次元概要図である。
【図１０】 電気スイッチを使用することによる、個々の微小電磁ユニットのアドレシング
の原理を示す概要図である。各ユニットは、連続する２つの電気スイッチを通し
て、共通の電流源と共通のグランドに接続されている。２つのスイッチは、電気
伝導線の行及び列に適用される電気信号により制御される。
【図１１】 （ａ）は、各電気スイッチが二極トランジスタである図１０の概要図である。（
ｂ）は、各電気スイッチがＭＯＳＦＥＴ（Metal‐Oxide-Semiconductor Field
−Transistor）である図１０の概要図である。
【図１２】 流体チャンバと光検出を許容する窓を備えた本発明のバイオチップを示す概要
図である。
【図１３】 個々にアドレス可能な電磁バイオチップを示している図４の断面図である。
【図１４】 切断可能なケミカルリンカーによる配位子又はターゲット分子の磁化修正を示
す概要表示である。
【図１５】 配位子分子及び磁気粒子を含んだ凍結された微小粒子をピックアップするため
の磁気ディスペンサーの使用を示している。
【図１６】 本発明のバイオチップの表面上における図１５の凍結微小粒子の解放を示して
いる。
【図１７】 図１５の凍結微小粒子（配位子分子及び磁気粒子を含む）が溶けるのを示して
いる。
【図１８】 図１７の配位子分子からの磁気粒子の除去を示している。
【図１９】 凍結微小粒子が溶けた後の本発明のバイオチップ上での磁気修正されたターゲ
ット分子のランダムな動きを示している。
【図２０】 微小電磁ユニットのグループを絶縁する（即ち、磁気コアのグループを絶縁す
る）ための、電磁チップの導電トレースを通る電流の流れのパターンを示してい
る。絶縁されたユニット（陰影が付けられている）はユニット回りの電流の連続
するループを示すことに注意しなさい。
【図２１】 電子チップの導電トレースを通る電流の流れの異なるパターンを示している。
この電流の流れパターンは、図２０で絶縁されていない微小電磁ユニットを絶縁
するために許可される。
【図２２】 電磁チップ表面上における磁気修正されたターゲット分子の固定を示している
。
【図２３】 本発明のバイオチップの表面で、ターゲット分子が配位子と反応した後に、磁
気粒子をターゲット分子から切断する概要表示である。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ１２Ｑ 1/68 Ｇ０１Ｎ 33/483 Ｃ ４Ｇ０５７ Ｇ０１Ｎ 33/483 33/543 ５０１Ｚ 33/543 ５０１ 33/566 33/566 37/00 １０１ 37/00 １０１ １０２ １０２ Ｇ０３Ｆ 7/004 ５１１ Ｇ０３Ｆ 7/004 ５１１ Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＵ，ＣＺ，Ｄ Ｅ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ， ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，Ｌ Ｓ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，Ｔ Ｔ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ツォウ ユスィアン 中華人民共和国 ツィングワァ ユニバー シティ ナンバー ３ サウス ビルディ ング ２−502 ベイジン 100084 (72)発明者 リウ リツィアン 中華人民共和国 ナンバー 58 ビルディ ング １−601 ユ スィン ディストリ クト スィ サン クゥィ ベイジン 100085 (72)発明者 シェン ケン 中華人民共和国 ツィングワァ ユニバー シティ ナンバー 10 ウエスト ビルデ ィング ２−402 ベイジン 100084 (72)発明者 シェン プーデ 中華人民共和国 ナンバー １ ビルディ ング １‐302 ジアン シュ ユァン リュ ダオ コウ ベイジン 100083 (72)発明者 ワン ジア 中華人民共和国 ツィングワァ ユニバー シティ ナンバー ８ イースト ビルデ ィング １−102 ベイジン 100084 (72)発明者 リウ ツェウェン 中華人民共和国 ツィングワァ ユニバー シティ ナンバー 12 ウエスト ビルデ ィング ３−401 ベイジン 100084 (72)発明者 タン ツィミン 中華人民共和国 ツィングワァ ユニバー シティ 13 スィンリン ビルディング ベイジン 100084 (72)発明者 スー ジュンスワン 中華人民共和国 155 イースト ストリ ート シェン スィアン ディストリクト プータイ フジャン プロビンス (72)発明者 ヘ スホング 中華人民共和国 ウエスト ストリート リュークワン タウン イヤン カウンテ ィ ロウヤン ヘナン プロビンス (72)発明者 スィー ウェンハン 中華人民共和国 ハービン メディカル カレッジ ナンバー 42 ビルディング ５−４−２ ナービン ヘロンジナ プロ ビンス (72)発明者 リー スィミン 中華人民共和国 ツィングワァ ユニバー シティ ベイジン 100084 (72)発明者 リウ スィウメイ 中華人民共和国 ホー シャン ユ スワ ァン タンタウン ルアン カウンティ タンシャン ヘベイ プロビンス Ｆターム(参考） 2G045 FA11 FB02 FB03 2H025 AA02 AB20 AD03 CB41 4B024 AA11 BA80 CA01 CA11 HA12 4B029 AA07 BB01 BB15 BB17 BB20 CC03 CC08 FA12 4B063 QA01 QA18 QQ01 QQ42 QQ52 QR55 QR82 QS15 QS34 QS36 QX02 4G057 AB06 AB34 AB38

Claims (65)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ユニットが電流を応用し磁場を生み出し、複数のユニットの内の一
    つに対し磁場を生み出すために電流を選択的に適用するように構成される基板上
    の複数の微小電磁ユニットからなる個別的にアドレスができる微小電磁ユニット
    の電磁チップ。
  2. 【請求項２】各微小電磁ユニットが基板上の電磁コアからなり、電流を電磁コア
    へ伝導するため用いる請求項１記載の電磁チップ。
  3. 【請求項３】単数あるいは多数の、電気伝導性の電磁コアの周りにあるトレース
    のループからなる、電磁コアに電流を伝導するため用いる請求項２記載の電磁チ
    ップ。
  4. 【請求項４】導電トレースのループが円形、正方形、長円形、三角形、らせん状
    あるいは正方形のらせん状である請求項３記載の電磁チップ。
  5. 【請求項５】複数のユニットの内のどれか一つに対して、選択的に適用される電
    流の規模、極性を調節する手段からなる請求項３記載の電磁チップ。
  6. 【請求項６】電磁コアが強磁性あるいはフェリ磁性の材料からなる請求項２記載
    の電磁チップ。
  7. 【請求項７】微小電磁ユニットが隣にあるユニットと等間隔で反復的なパターン
    で規則的に基板に配列されている請求項１記載の電磁チップ。
  8. 【請求項８】微小電磁ユニットが０．１マイクロメーターから１cmまでの幅と長
    さを持つ請求項１記載の電磁チップ。
  9. 【請求項９】選択的な適用の手段が、各微小電磁ユニットと電源との伝導性のあ
    る接合及びこの接合を通して電流を交互に妨げ、もたらすために用いられるスイ
    ッチからなる請求項１記載の電磁チップ。
  10. 【請求項１０】スイッチが機械構造あるいは電子的なスイッチ１６のどちらかで
    ある請求項９記載の電磁チップ。
  11. 【請求項１１】ユニットが電流を応用し磁場を生み出し、複数のユニットの内の
    一つに対し磁場を生み出すために電流を選択的に適用するように構成される基板
    上の複数の微小電磁ユニット及び配位子分子を固定する機能層からなる個別的に
    アドレスができる微小電磁ユニットの電磁チップ。
  12. 【請求項１２】機能層が親水性分子単一層、官能基のついた親水性分子単一層、
    疎水性分子単一層、官能基のついた疎水性の分子単一層、親水性膜、官能基のつ
    いた親水性膜、疎水性膜、官能基のついた疎水性膜、親水性ゲル、官能基のつい
    た親水性ゲル、疎水性ゲル、官能基のついた疎水性ゲル、多孔性材料、官能基の
    ついた多孔性材料、無多孔性材料、官能基のついた無多孔性材料からなるグルー
    プから選ばれる請求項１１記載の電磁チップ。
  13. 【請求項１３】官能基がアルデヒド、カルボジイミド、スクシンイミジルエステ
    ル、抗体、レセプター及びレクチンからなるグループから選ばれる請求項１２記
    載の電磁チップ。
  14. 【請求項１４】ユニットが電流を応用し磁場を生み出し、複数のユニットの内の
    一つに対し磁場を生み出すために電流を選択的に適用するように構成される基板
    上の複数の微小電磁ユニット、配位子分子を固定する機能層及び機能層によって
    固定された配位子分子からなる個別的にアドレスができる微小電磁ユニットの電
    磁チップ。
  15. 【請求項１５】配位子分子がオリゴヌクレオチド、DNA分子、RNA分子、プロテイ
    ン、抗体、レクチン及びレセプター分子からなるグループから選択される請求項
    １４記載の電磁チップ。
  16. 【請求項１６】縦列、横列が配列され、各空洞が強磁性のコア（２６）を含んだ
    基板（１６）の中の空洞（２２）、の配列、縦列の一つに対しその隣を動く、そ
    れぞれが分かれている導電トレース（１８）の第一層、導電トレースが前記第一
    層に対し垂直となっており、横列の一つの隣を動く、導電トレース（３０）の各
    第二層が導電トレース（１８）の第一層（１８）から絶縁されている導電トレー
    ス（３０）の二番目の層の基板（１６）からなる個別的にアドレスができる微小
    電磁ユニット（１０）の配列を持つ電磁チップ。
  17. 【請求項１７】第一絶縁層の物質がシリコン二酸化物、シリコン窒化物、プラス
    チック、ガラス、セラミック、フォトレジスト、ゴムから選択される、導電トレ
    ースの第二層から導電トレースの第一層を分けた絶縁物質の第一層である請求項
    １６の電磁チップ。
  18. 【請求項１８】絶縁物質の第二層が導電トレース及び前記強磁性のコアの第二層
    の表面に置かれる請求項１６記載の電磁チップ。
  19. 【請求項１９】前記絶縁層の物質がシリコン二酸化物、シリコン窒化物、プラス
    チック、ガラス、セラミック、フォトレジスト、ゴムからなるグループから選択
    される請求項１８記載の電磁チップ。
  20. 【請求項２０】導電トレースの補足的な層からなり、前記導電トレースの各セッ
    トが縦の列の隣を動き、他の導電トレースから絶縁される請求項１６記載の電磁
    チップ。
  21. 【請求項２１】さらにその先の導電トレースからなり、各前記導電トレースが横
    列の一つに対し隣を動き、導電トレースの他の層から絶縁される請求項１６記載
    の電磁チップ。
  22. 【請求項２２】基板がシリコン、ガラス、セラミック、シリコン二酸化物、プラ
    スチックからなるグループから選択された素材である請求項１６記載の電磁チッ
    プ。
  23. 【請求項２３】導電トレースがアルミニウム、金、銀、スズ、銅、プラチナ、パ
    ラジウム、炭素、半導体物質からなるグループから選択された構成である請求項
    １６記載の電磁チップ。
  24. 【請求項２４】配位子を化合した機能層からなる請求項１６記載の電磁チップ。
  25. 【請求項２５】機能層が親水性分子単一層、官能基のついた親水性分子単一層、
    疎水性分子単一層、官能基のついた疎水性分子単一層、親水性膜、官能基のつい
    た親水性膜、疎水性膜、官能基のついた疎水性膜、親水性ゲル、官能基のついた
    親水性ゲル、疎水性ゲル、官能基のついた疎水性ゲル、多孔性材料、官能基のつ
    いた多孔性材料、無多孔性材料、官能基ついた無多孔性材料のグループから選ば
    れる請求項２４記載の電磁チップ。
  26. 【請求項２６】機能グループがアルデヒド、カルボジイミド、スクシンイミジル
    エステル、抗体、レセプター、レクチンからなるグループから選択される請求項
    ２５記載の電磁チップ。
  27. 【請求項２７】配列と接触するよう液体を化合した流体チャンバーからなる請求
    項１６記載の電磁チップ。
  28. 【請求項２８】縦列と横列に配列された各空洞が強磁性のコア（２６）を含んだ
    基板（１６）の中の空洞（２２）の配列、導電トレースのそれぞれの第一層が少
    なくとも９０度強磁性のコアの周りに拡大する、伝導性のトレース（３０）の第
    一層の基板（１６）からなる個別的にアドレスができる微小電磁ユニット（１０
    ）の配列を持つ電磁チップ。
  29. 【請求項２９】各補足的な導電トレースが強磁性のコアの一つの周りを少なくと
    も９０度拡大し、前記第一層のトレースと前記補足的な層のトレースの間の垂直
    な伝導性の接合によって浸透した絶縁層によって前記最初の導電トレースから分
    けられる導電トレースの補足的な層からなる請求項２９記載の電磁チップ。
  30. 【請求項３０】導電トレースの補足的な層から導電トレースの第一層を分離した
    、絶縁された物質の第一層である請求項３０記載の電磁チップ。
  31. 【請求項３１】前記第一絶縁層の材料が、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、プラスチ
    ック、ガラス、セラミック、フォトレジスト及びゴムからなるグループから選ば
    れる請求項３１に記載の電磁チップ。
  32. 【請求項３２】絶縁材の第二層がアレイの上面に設けられている請求項２９に記
    載の電磁チップ。
  33. 【請求項３３】前記第二絶縁層の材料が、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、プラスチ
    ック、ガラス、セラミック、フォトレジスト及びゴムからなるグループから選ば
    れる請求項３３に記載の電磁チップ。
  34. 【請求項３４】配位子を束ねるための機能層を更に備えてなる請求項２９に記載
    の電磁チップ。
  35. 【請求項３５】機能層が、親水性分子単一層、官能基のついた親水性分子単一層
    、疎水性分子単一層、官能基のついた疎水性分子単一層、親水性膜、官能基のつ
    いた親水性膜、疎水性膜、官能基のついた疎水性膜、親水性ゲル、官能基のつい
    た親水性ゲル、疎水性ゲル、官能基のついた疎水性ゲル、多孔性材料、官能基の
    ついた多孔性材料、無孔性材料、官能基のついた無孔性材料からなるグループか
    ら選ばれる請求項３５に記載の電磁チップ。
  36. 【請求項３６】官能基が、アルデヒド、カルボジミイド、スクシンイミジルエス
    テル、抗体、受容体及びレクチンからなるグループから選ばれる請求項３６に記
    載の電磁チップ。
  37. 【請求項３７】基質が、シリコン、ガラス、セラミック、二酸化ケイ素及びプラ
    スチックからなるグループから選ばれた材料である請求項２９に記載の電磁チッ
    プ。
  38. 【請求項３８】導電トレースが、アルミニウム、金、銀、スズ、銅、白金、パラ
    ジウム、炭素及び半導体材料からなるグループから選ばれる材料で構成されてい
    る請求項２９に記載の電磁チップ。
  39. 【請求項３９】液体をチップと接触させるための流体チャンバーを更に備えてな
    る請求項２９に記載の電磁チップ。
  40. 【請求項４０】個別にアドレス可能な多くの微小電磁コアを持つユニットを供給
    し、前記コアの配位子分子を固定するための機能層を形成し、磁場によって配位
    子分子を配置するように配位子分子を修正し、機能層上に修正した配位子分子を
    含む溶液を配置し、前記配位子分子が機能層に固定される所定の位置で前記配位
    子分子を位置付ける磁場を形成するために磁気コアを選択的に作動させることに
    よって、固定した配位子分子のパターンを作り、磁場によってターゲット分子を
    配置させるためにターゲット分子を修正し、固定した配位子分子のパターン上の
    修正したターゲット分子を含む液体を配置し、そして所定のターゲット分子と所
    定の配位子分子の間の反応を受け入れる所定の固定の配位子分子と並んで修正さ
    れたターゲット分子の位置で磁場を形成するために磁気コアを選択的に作動させ
    る、というステップからなる、配位子とターゲット分子の間の反応を導くための
    方法。
  41. 【請求項４１】所定のターゲット分子と所定の配位子分子の反応を検出するステ
    ップを更に備える請求項４１に記載の方法。
  42. 【請求項４２】反応を検出するステップが光学検出からなる請求項４２に記載の
    方法。
  43. 【請求項４３】機能層が、親水性分子単一層、官能基のついた親水性分子単一層
    、疎水性分子単一層、官能基のついた疎水性分子単一層、親水性膜、官能基のつ
    いた親水性膜、疎水性膜、官能基のついた疎水性膜、親水性ゲル、官能基のつい
    た親水性ゲル、疎水性ゲル、官能基のついた疎水性ゲル、多孔性材料、官能基の
    ついた多孔性材料、無孔性材料、官能基のついた無孔性材料からなるグループか
    ら選ばれる請求項４１に記載の方法。
  44. 【請求項４４】官能基が、アルデヒド、カルボジミイド、スクシンイミジルエス
    テル、抗体、レセプター及びレクチンからなるグループから選ばれる請求項４４
    に記載の方法。
  45. 【請求項４５】配位子分子を修正するステップが、配位子分子が磁気材料と結び
    つくことから成る請求項４１に記載の方法。
  46. 【請求項４６】配位子分子と磁気材料と結びつけるステップが、切断可能なリン
    カーによって成し遂げられる請求項４６に記載の方法。
  47. 【請求項４７】切断可能なリンカーが、光、熱、酵素活性又は化学反応のうちの
    １つによって切断される請求項４７に記載の方法。
  48. 【請求項４８】配位子分子と電磁材料の連結が、共有結合や生物学的親和力によ
    って成し遂げられる請求項４６に記載の方法。
  49. 【請求項４９】生物学的親和力が、抗原−抗体親和力、レクチン−ハプテン親和
    力、及びレセプター−配位子親和力からなるグループから選ばれる請求項４９に
    記載の方法。
  50. 【請求項５０】ターゲット分子を修正するステップは、ターゲット分子に磁気材
    料を結びつけることから成る請求項４１に記載の方法。
  51. 【請求項５１】ターゲット分子を結びつけるステップが、切断可能なリンカーに
    より達成されることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
  52. 【請求項５２】切断可能なリンカーが、光、熱、酵素活性、化学反応のうちの１
    つにより、切断可能であることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
  53. 【請求項５３】ターゲット分子を磁気物質に結びつけることが、共有結合又は生
    物学的親和力により達成されることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
  54. 【請求項５４】生物学的親和力が、抗体−抗原親和力、レクチン−ハプテン親和
    力、レセプター−配位子親和力のグループから選択されたものであることを特徴
    とする請求項５４に記載の方法。
  55. 【請求項５５】ターゲット分子又は配位子分子が、切断可能なリンカーを切断す
    ることにより磁気物質から分離されることを特徴とする請求項４１記載の方法。
  56. 【請求項５６】分離された磁気物質が、磁場又は流体洗浄により除去されること
    を特徴とする請求項５６に記載の方法。
  57. 【請求項５７】配位子分子の修正が、配位子分子の溶液と磁気物質とを混合する
    ことと、小さな固体磁気粒子を形成するために磁気物質と混合された配位子分子
    の小滴を凍らせること、からなることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
  58. 【請求項５８】小さな固体磁気粒子をユニット上におくために磁気ディスペンサ
    ーを使用するステップを更に有することを特徴とする請求項５８に記載の方法。
  59. 【請求項５９】前記配位子及び前記ターゲット分子が、生物学的分子、化学反応
    物、薬剤分子のいずれかであることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
  60. 【請求項６０】前記配位子及び前記ターゲット分子が、ヌクレイン酸分子からな
    ることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
  61. 【請求項６１】前記配位子及び前記ターゲット分子が、抗体及び抗原からなるこ
    とを特徴とする請求項４１に記載の方法。
  62. 【請求項６２】個々にアドレス可能な複数の微小電磁ユニットを有する電磁チッ
    プを供給し、チップの露出された表面の上に磁気粒子をおき、チップ表面上の磁
    場分布を変化させるために各微小電磁ユニットに適用される電流を調節し、それ
    によって磁気粒子に作用する磁力を変化させる、というステップからなる磁気粒
    子を扱うための方法。
  63. 【請求項６３】磁気的に修正された生体分子／粒子が、磁気物質に結び付けられ
    た生体分子／粒子からなることを特徴とする請求項６３に記載の方法。
  64. 【請求項６４】磁気物質と生体分子／粒子の結合が、連鎖分子、共有結合又は生
    物学的親和力を通してなされることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
  65. 【請求項６５】生体分子／粒子が、ＤＮＡ分子、ｃＤＮＡセグメント、プロテイ
    ン分子、細胞粒子であることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
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