JP2004085557A - Probe-coupling substrate, its manufacturing method, and its analytical method - Google Patents

Probe-coupling substrate, its manufacturing method, and its analytical method Download PDF

Info

Publication number
JP2004085557A
JP2004085557A JP2003187597A JP2003187597A JP2004085557A JP 2004085557 A JP2004085557 A JP 2004085557A JP 2003187597 A JP2003187597 A JP 2003187597A JP 2003187597 A JP2003187597 A JP 2003187597A JP 2004085557 A JP2004085557 A JP 2004085557A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
substrate
metal
spot
metal compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003187597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisami Nakamura
中村 久美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2003187597A priority Critical patent/JP2004085557A/en
Publication of JP2004085557A publication Critical patent/JP2004085557A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a probe coupling substrate and its manufacturing method, capable of easily analyzing probes, as well as minimizing loss in sampling inspection, to enable quick and inexpensively detection and quantitative analysis of a target matter, when using various surface analyses, and to provide a method for quantitatively analyzing the target matter in a specimen quickly and inexpensively. <P>SOLUTION: The probe-coupling substrate and its manufacturing method are probes which are specifically combinable with the target matter located on the substrate surface of at least insulative face, and a conductive membrane is located on at least the same level as the probe. This method is for analyzing probe arrays having those probes specifically combined with the target matter which may be contained in the measuring specimen, as a plurality of mutually-independent spots on the substrate. In the method, the probes are analyzed, after the conductive membrane is located on the substrate surface to be electrically connected with a ground. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプローブ結合基板、及びその製造方法、更にその分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
DNAチップ、プロテインチップ等のいわゆるバイオチップはゲノム解析、あるいは、遺伝子の発現解析などの目的に利用されるようになってきており、また、それらの解析の結果は、癌、遺伝病、生活習慣病、感染症等の診断、予後予想、治療方針の決定等に重要な指標を提供するものと期待されている。
【0003】
バイオチップの作製方法にはいくつかの方法が知られているが、近年、固相プローブアレイを用いた標的物質の検出、定量に関する研究・開発が精力的に行われてきている。例えば、米国特許公報5,445,936号公報(特許文献1)にはフォトリソグラフィーを用いて作製された固相オリゴヌクレチドアレイが示されている。一方、米国特許公報5,688,642号公報(特許文献2)にはインクジェット法を用いた固相DNAプローブアレイの作製方法が示されている。
【0004】
一般的には、これらいずれかの方法によってバイオチップが作製されるが、これらのバイオチップを先に述べた用途に使用しようとする場合、解析の信頼性、すなわち、定量性、再現性を保証するためには、各マトリクスに存在するプローブ、すなわち、この場合では生体関連物質の量を知ることが重要である。また、実際にどのようなマトリクス形状(形状、サイズ、状態)で存在するかを知ることも重要である。しかし、チップ上のプローブは原理的に単分子膜レベルで存在するので、これらの分析はきわめて高感度な表面解析技術が必要となる。
【0005】
これらの高感度な表面解析技術としてはプローブをアイソトープラベルする方法が知られてはいるが、手法が煩雑、危険、特殊な施設、装置が必要などの理由で一般的ではない。
【0006】
他の製品においても同様であるが、特に遺伝子情報を扱うこのプローブ結合基板を製造した場合、製造工程において不備がないか、また、出荷前にも検査を行なうことは、医療事故を防ぐためにも重要だと考えられる。
【0007】
また、このプローブ結合基板を用いて標的物質の検出や定量を行なう場合、該アレイを構成するそれぞれ異なる複数のプローブのうち、どのプローブが標的物質と反応したのかを知ることが重要である。
【0008】
そこで、これらの検査方法として、一般的に蛍光法が用いられている。これは、基板に固定されているプローブアレイと、蛍光物質を組み入れた標的物質とを結合させ、蛍光を検出する方法である。蛍光物質としては例えばCy3、Cy5等が用いられており、蛍光を検出するスキャナー装置としては、一般に、共焦点レーザー式の装置等が市販されている。
【0009】
製造工程、もしくは出荷前検査に上記蛍光法を用いる場合には、製造したプローブ結合基板のうち、一部を抜き取り、基板上に配置されているプローブアレイと特異的に結合することがあらかじめわかっている標準標的物質に蛍光物質を組み入れ、これをプローブアレイと接触させ、適宜反応時間を置いた後、余分な標的物質を除去し、上記スキャナーにて蛍光検出を行なっている。
【0010】
これら蛍光法を用いた検査方法を、インクジェット法で作製した固相プローブアレイに適用する場合は、基板の特定の位置に対する各プローブが占める位置を定めるのが、製造装置の違いにより、フォトリソグラフィーによる方法に比較すると困難な場合がある。このため、特開2000−270896号公報(特許文献3)において、プローブの周囲にマーカー物質として色素や蛍光色素を配置して、この位置からプローブの位置を特定することのできるプローブアレイと、その作成方法が示されている。
【0011】
このプローブアレイを用いれば、標準標的物質がプローブと結合した際の発光位置を、周囲の蛍光色素を蛍光法で検出することにより、判別することができる。
【0012】
その他、本発明では特開平11−187900号公報(特許文献4)に記載の技術が用いられている(後述)。
【0013】
【特許文献1】
米国特許公報5,445,936号公報
【特許文献2】
米国特許公報5,688,642号公報
【特許文献3】
特開2000−270896号公報
【特許文献4】
特開平11−187900号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らは、インクジェット法によって作製されたプローブアレイを用いて標的物質の検出、定量などを行なう技術について更に検討を重ねてきた結果、下記のような課題を見出した。
【0015】
即ち、蛍光法と光学顕微鏡法以外の分析方法を用いた場合は、前記特開2000−270896号公報(特許文献3)に示された色素、及び蛍光色素といったマーカー物質が判別できない場合がありうるのである。
【0016】
インクジェット法により作製したプローブアレイが所定の位置に形成されているか、不備がないかどうかを確認することは製造過程、または製造後出荷前検査の際にも重要である。しかし、基板上にプローブ液滴を滴下した直後には、液滴を確認することでプローブの位置を確認することはできるが、製造工程上プローブと基板の結合反応終了後にプローブを含む液を流し去った後においては、通常の光学顕微鏡や蛍光顕微鏡により、プローブの相対位置を確認することはできない。更に基板上に所望の形状・及び量のプローブが配置されているかどうかを光学顕微鏡で確認することはできない。即ち、もともとプローブを含む液が無色透明であることと、液を流し去った後に基板上に残るプローブが非常に微細なものであることから、光学顕微鏡や蛍光顕微鏡で見ることができないのである。
【0017】
また、前記特開2000−270896号公報(特許文献3)に示されたように周囲に蛍光色素や色素を配置してプローブアレイを製造し、製造されたプローブアレイの一部を抜き取り、各プローブアレイと結合することがあらかじめわかっている標的物質(蛍光物質を付帯させたもの)をプローブアレイと結合させて、1つ1つのプローブアレイを発光させることでプローブの位置や形状を見ることはできるが、蛍光法を行なう際には標準標的物質をプローブと結合させて検出することから、検査終了後のプローブ結合基板は製品として出荷することができない。プローブ結合基板は、1枚の結合基板で多種類の標的物質を検出することを目的としているため、結合基板上には多数のプローブが存在する。その検査のためプローブ種毎に抜き取り検査を行なうことで出荷可能な製品が大幅に減少することは、製造者として大きな損失である。
【0018】
これらの理由により、製造時のチェック用として別の分析方法による検査方法が求められており、我々が鋭意努力して検討を行なった結果、走査電子顕微鏡法、光電子分光法、原子間力顕微鏡法、飛行時間型二次イオン質量分析(以下TOF−SIMSと略記する)法などを始めとする表面分析法がプローブ検査に有効である事が判明した。
【0019】
しかし、これらの分析方法において、電子ビーム、X線、イオンビームなどの各線束をプローブ結合基板にあてて観察する場合は、プローブアレイのみでなく、前記色素や蛍光色素からなるマーカーから検出される信号も弱いため、分析時に基板上のプローブ位置を特定することができないという課題を見出した。
【0020】
一方、プローブ結合基板用の基板としては、プローブを構成する物質が結合可能で、かつ標的物質の検出を妨げるものでなければ特に限定されるものではないが、ひとつの例としてガラス基板があげられる。その他シリコン基板、金属基板、樹脂基板など、また、適当な表面処理をしたそれぞれの基板でも構わないのだが、ガラス基板を基板として使用する場合には、洗浄方法、表面処理方法については、一般的に知られている各種方法を用いることができるし、また、基板自体が入手しやすいなどの利点があり、好適であることから、多く用いられている。
【0021】
しかし、上記ガラス基板上に前述した分析方法を適用した場合は、絶縁性基板上に電子ビーム、X線、イオンビームなどの各線束を照射することから、場合によってはチャージアップにより分析が阻害されるという課題を見出した。
【0022】
本発明はこれらの技術課題を解決するためになされたものであって、その目的は走査電子顕微鏡法、光電子分光法、原子間力顕微鏡法、TOF−SIMS法などを始めとする表面分析法を用いた場合でも、プローブ位置の検出を迅速に行なうことのできるプローブ結合基板及びその製造方法を提供する点にある。
【0023】
また、本発明は上記技術課題を解決するためになされたものであって、その目的は絶縁性基板、もしくは、導電性基板上に絶縁性膜を形成した基板に作製したプローブ結合基板の分析のために、走査電子顕微鏡法、X線光電子分光法、TOF−SIMS法などを始めとする表面分析法を用いた場合でも、プローブの分析を問題なく行なうことのできるプローブ結合基板及びその製造方法を提供する点にある。
【0024】
また、本発明は抜き取り検査でのロスを最小限として出荷できるプローブ結合基板、及びその製造方法を提供する。
【0025】
また、標的物質の検出や定量を迅速かつ安価に行なうことのできるプローブ結合基板及びその製造方法を提供する。
【0026】
また、本発明は、検体中の標的物質を迅速かつ安価に定量する方法を提供する。
【0027】
更に本発明は、標的物質の検出や定量を行なうことのできるプローブアレイの製造過程、または製造後の検査過程で、プローブアレイの検査によるロスを最小限とし、かつ迅速に行なうことのできる分析方法を提供する。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は以下に示す特徴を有する。
【0029】
即ち、本発明は、標的物質に対して特異的に結合可能なプローブが基板の表面に結合されたプローブ結合基板であって、表面の第1の位置に前記プローブが結合され、該第1の位置と特定の位置関係をもつことで該第1の位置を特定可能な第2の位置に金属または金属化合物が配置されていることを特徴とするプローブ結合基板である。
【0030】
上記目的を達成することのできるプローブ結合基板の製造方法は、標的物質に対して特異的に結合可能なプローブを有する液を基板表面の第1の位置に供給する第一の工程と、
該第1の位置と特定の位置関係をもつことで該第1の位置を特定可能な第2の位置に金属または金属化合物を配置する第二の工程とを有し、
前記第二の工程の後に前記第一の工程を行うことを特徴とする。
【0031】
また、標的物質に対して特異的に結合可能なプローブを有する液を基板表面の第1の位置に供給する第一の工程と、
該第1の位置と特定の位置関係をもつことで該第1の位置を特定可能な第2の位置に金属または金属化合物を供給する第二の工程とを有し、
前記第一の工程と第二の工程とを同時に行うことを特徴とする。
【0032】
また、測定検体中に含まれている可能性のある標的物質に対して特異的に結合するプローブを基板上に互いに独立した複数のスポットとして有するプローブアレイを分析する方法であって、該基板表面に該スポットの位置を特定可能なように配置された金属または金属化合物からなるマーカーの位置に基づいて、スポットの位置を特定する工程を有する事を特徴とするプローブアレイの分析方法である。
【0033】
更に、前記標的物質に対して特異的に結合するプローブを基板上に互いに独立した複数のスポットとして有するプローブアレイを用意する工程と、
前記プローブアレイの各々のスポットと検体を接触させる工程と、
何れかのスポットにおける該プローブと該標的物質の反応物の有無を検出する工程と、
該反応物が検出された場合に、その反応物が存在するスポットの位置を、該基板表面の金属または金属化合物の位置に基づいて特定する工程とを有することを特徴とする標的物質の検出方法である。
【0034】
さらに本発明は以下に示す特徴を有する。
【0035】
即ち、標的物質に対して特異的に結合可能なプローブが、少なくとも表面が絶縁性の基板表面に、結合されているプローブ結合基板において、
少なくとも該プローブと同一面上に、導電性膜が配置されていることを特徴とするプローブ結合基板である。
【0036】
上記目的を達成することのできるプローブ結合基板の製造方法は、前記プローブを有する液を基板表面に供給する第一の工程と、
導電性膜を基板表面に配置する第二の工程とを有し、
前記第一の工程と前記第二の工程とを同時に行なうことを特徴とする。
【0037】
更に、本発明の分析方法は、標的物質に対して特異的に結合するプローブを絶縁性基板上に互いに独立した複数のスポットとして有するプローブアレイを分析する方法であって、該基板表面に導電性膜を配置し、該導電性膜をアースと電気的に接続した後に、該プローブの分析を行なうことを特徴とする。
【0038】
このような発明によれば、ウェルなどを表面に有しない、平坦な基板上にプローブを高密度に配置したプローブ結合基板の分析に際しても、各プローブのスポット位置の特定を迅速、かつ正確に行うことができる。
【0039】
更に、絶縁性基板上、または、導電性基板上に絶縁膜を成膜した基板上にプローブを配置した場合に、X線や電子線、イオン等を照射した場合でも、チャージアップなどを起こすことなく、各プローブの分析を問題なく、かつ正確に行うことができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の各形態について図面を用いて詳細に説明する。
【0041】
[第1の実施形態]
図1は基板101上に複数個の互いに塩基配列の異なるプローブをスポット状に結合させたプローブアレイの平面図である。102はプローブのスポット、そして103は金属または金属化合物のスポットであって、該プローブのスポット102の位置を特定可能な位置に配置されている。具体的にはマトリクス状に配置されているプローブのスポット102の各行及び各列に対応する位置に配置されており、それによってスポット102の位置の特定を可能としているものである。
【0042】
基板101は、プローブを構成する物質が結合可能で、かつ標的物質の検出を妨げるものでなければ特に限定されるものではないが、ひとつの例としてガラス基板があげられる。その他シリコン基板、金属基板、樹脂基板など、また、適当な表面処理をしたそれぞれの基板でも構わない。ガラス基板を基板として使用する場合には、洗浄方法、表面処理方法については、一般的に知られている各種方法を用いることができるし、また、基板自体が入手しやすいなどの利点があり、好適である。
【0043】
本発明で用いられるプローブ102は、標的物質と特異的に結合するものであって、必要に応じて標的物質との結合したことを検出するための標識が結合されていても良い。そしてプローブとして用いられる代表的なもののひとつとして、例えば、一本鎖核酸やタンパク質の抗体を挙げることができ、一本鎖核酸としては例えば一本鎖DNA、一本鎖RNA、一本鎖PNA(ペプチド核酸)を例に挙げることができる。そしてこのようなプローブは従来公知のものを標識物質の種類に応じて適宜選択して用いれば良い。
【0044】
金属または金属化合物のスポット103として用いる金属または金属化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば通常半導体プロセス工程などで用いられるものであれば用いることができる。
【0045】
具体的に本発明に用いることのできる金属または金属化合物としては、例えば、Au,Ag,Cu,Ni,Co,Cr,Al,Ta,Pt,Pd,Zn,Sn等の金属、及びその化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【0046】
また、例えば可視光を照射した際に有色であることにより、この金属または金属化合物からなるスポットが光学顕微鏡や実体顕微鏡で検出可能であることから、プローブアレイスポット102の位置を示すマーカーとして好適である。
【0047】
更に、この金属または金属化合物が微粒子膜の形態、具体的には微粒子膜とは、膜を形成する粒子の径が1μmより十分に小さいこと、さらに具体的には平均粒子径が100nm以下であることにより、金属または金属化合物を薄膜として均一に成膜することができることから、プローブアレイの評価を行なう際に、任意の形状の金属膜を作製することができ、好適である。
【0048】
なお、これらのスポットの形状は、円形のスポットを単独あるいは複数設けることによりマーカーとしても良いし、スポットを複数組み合わせることにより、他の形状としても良く、例えばスポットの行、あるいは列を表すアドレス表示とすることも可能である。
【0049】
本発明で用いるプローブ102、及び、金属または金属化合物のスポット103は、それぞれプローブを含む液体、及び、金属または金属化合物を含む液体を該基板上に、例えばインクジェット法を用いて付与することにより、形成可能である。
【0050】
インクジェット法では、微量液滴(数pL〜数10nL)を吐出可能で微小なプローブを正確に吐出することができ、適している。現在、実用化されているインクジェット法には、ピエゾ素子を用いたインクジェット法、また、サーマル素子を用いたサーマルジェット法があるが、本発明にはいずれの方法を用いても良い。
【0051】
ところで、上記したような基板上にインクジェット法によって金属または金属化合物のスポット103を付与する場合、基板上で不必要に液滴が広がる事なく、所定の箇所にとどまるように液組成を調整することが好ましい。そして、インクジェット法を用いる場合、基板表面に供給される液滴が微小であるので、供給後蒸発乾燥してしまうことを防ぐために、吐出する液体に保湿剤を含ませておく方法も有効である。特にサーマルジェット法においては、吐出時に温度上昇を伴うので、保湿成分、表面張力調製成分の存在は重要である。このようなプローブを基板表面に供給する溶媒としては、尿素を5〜10wt%、グリセリンを5〜10wt%、チオジグリコールを5〜10wt%、及び、アセチレンアルコールを1wt%含んでいるものを好適に用いることができる。
【0052】
また、上記金属または金属化合物のスポット103をインクジェット法によって付与する際の金属または金属化合物を含む溶液の作製方法としては、微小液滴を安定に連続して吐出させることのできる方法であればどのような方法でも良いが、成膜後に微粒子膜として成膜されることが好ましいため、例えば有機金属錯体や金属コロイドを適当な溶媒に溶かして作製するのが好適である。
【0053】
有機金属錯体を用いる場合の中心金属としてはPt、Pd、Ru、Au、Ag、Cu、Cr、Ta、Fe、W、Zn、Snなどの金属が挙げられる。その溶媒としては、有機金属錯体の溶解度によって、水または有機溶媒が用いられる。但し、低コスト化、環境保護の点から水の方がより好ましく、水に上記保湿成分、表面張力調整成分を含んだ溶媒中に溶かして作製する方法が好適である。
【0054】
金属コロイドを用いる場合は、例えばPd、Au、Ag、Ptなどの金属、SnO2等が用いられる。また、その溶媒としては、コロイドの作製方法により、水または有機溶媒が用いられる。有機溶媒の例としては、ヘキサンやペンタエチレングリコールデシルエーテル等が挙げられる。
【0055】
金属または金属化合物のスポット103のインクジェット法による形成は、プローブのスポット102のインクジェット法による形成と同一の工程で行なっても良いし、プローブより先に形成しても良いしどちらでも可能である。
【0056】
金属または金属化合物のスポット103のインクジェット法による形成を、プローブより先に行なう場合は、金属または金属化合物のスポット103が既に形成されてしまうため、プローブと基板の結合反応後に水洗工程を通す事があっても、該金属または金属化合物を含む溶液について、主溶媒に水を用いることが可能である。
【0057】
具体的には、特定の有機金属錯体、あるいは金属コロイドの水溶液、もしくはこれらの水溶液に適当な保湿剤、表面張力保持剤を加えた溶液を用いることができる。
【0058】
形成法としては、あらかじめ金属または金属化合物のスポット103を吐出させた後、自然乾燥させるか、または、基板を加熱、溶媒を蒸発させて、前記スポット103を形成する。更に、基板の材質と有機金属錯体の種類により、前記スポット103を形成した基板を200〜400℃の高温で乾燥させることにより、錯体中の有機成分を除去し、金属または金属化合物の微粒子からなるスポット103を形成することができる。
【0059】
その後、上述した同時にスポット形成する場合と同様にして、プローブを含む溶液を吐出、基板と反応させる事によって、プローブのスポット102を形成する。
【0060】
この形成法を用いることにより、より多種類の金属または金属化合物物質をマーカー用スポット103として用いることができる。
【0061】
金属または金属化合物のスポット103とプローブのスポット102を同一の工程で形成する場合は、両スポット形成後、プローブアレイを標的物質と反応させ、その後洗浄を施す場合があることを考慮すると、洗浄時に金属または金属化合物のスポット103が除去されることがないように、前記金属または金属化合物を含む溶液について工夫をする必要がある。
【0062】
1つの方法として、前記金属または金属化合物を含む溶液の溶媒について、前記保湿剤をプローブ含有溶液より減少させることにより、プローブを含む溶液と基板との結合時間の間に、金属または金属化合物を含む溶液の溶媒のみを乾燥させ、前記スポット103が洗浄時に除去されないようにする方法も有効である。前記保湿剤の量については、保湿剤以外の主溶媒の種類によって適宜選択する。
【0063】
金属または金属化合物のスポット103とプローブのスポット102を同一の工程で形成する場合は、プローブのスポットの行または列と金属または金属化合物のスポット103との位置合わせを省くことができ、より迅速に作製できる。
【0064】
更に、これらの金属または金属化合物物質のスポットは、上述したインクジェット法を用いる事により、容易に任意の位置に金属膜あるいは金属化合物膜を成膜できる事から、製造時のインライン分析、あるいは、出荷前検査用の分析に有効である。
【0065】
以下に本発明のプローブ結合基板の分析方法について説明する。
【0066】
図2に本発明のプローブ結合基板の別の実施態様を示す。201は基板、202はプローブアレイ、203は金属または金属化合物である。
【0067】
本発明の分析方法の一例は、本発明のプローブ結合基板をX線光電子分光装置で分析する方法である。まず本発明のプローブ結合基板をチャンバー内に導入する。
【0068】
この際、チャンバー内に導入した基板上の測定位置を決定するため、付属のCCDカメラにて基板を観察するのであるが、プローブアレイ202は微量、かつ無色透明であるため、プローブアレイのみが配置された従来のプローブ結合基板の場合、CCDでは各プローブアレイの位置を確認することは非常に困難であった。しかし、本発明のプローブ結合基板では、金属または金属化合物203がプローブアレイとX,Y軸で同じ位置に存在するため、金属または金属化合物の位置をたどっていくことで、測定位置を決定することができる。
【0069】
また、例えばガラス基板などの絶縁体であって、かつ測定領域が1mm以下の微小領域である場合は、X線源として単色X線源を用いるため、通常は基板上にチャージアップ防止用のメタルカバーをつける必要があるが、この際もメタルカバーを所望のプローブ位置に被覆することが容易になる。
【0070】
また、図3に本発明のプローブ結合基板の別の実施態様を示す。301はSi基板、302はプローブアレイ、303は金属または金属化合物である。
【0071】
本発明の分析方法の一例は、本発明のプローブ結合基板を走査電子顕微鏡で分析する方法である。まず本発明のプローブ結合基板を測定チャンバー内に導入する。
【0072】
この際、チャンバー内に導入した基板上の測定位置を決定するため、低倍モードで全体像の確認をするのであるが、プローブアレイは非常に膜厚が薄く、かつ2次電子放出効率の低い有機物であるため、プローブアレイのみが配置された従来のプローブ結合基板の場合、低倍モードでは各プローブアレイの位置を確認することは非常に困難で、長時間を要する。しかし、本発明のプローブ結合基板では、金属または金属化合物303がプローブアレイとX,Y軸で同じ位置に存在するため、金属または金属化合物の位置をたどっていくことで、測定位置を迅速かつ容易に決定することができる。また、従来の光学顕微鏡法や蛍光法より、微細な構造についても観察することができる。
【0073】
なお、本発明のプローブ結合基板を用いた分析方法については、X線光電子分光装置と走査電子顕微鏡を例として挙げたが、これに限るものではなく、例えば電子線マイクロアナライザー、オージェ電子分光法、SIMS、電子顕微鏡、など各種表面分析法を用いたプローブ結合基板の分析方法に対して有効である。
【0074】
また、上記実施態様ではプローブアレイのみの分析について述べたが、プローブアレイの製造チェックのみに限るものではなく、このアレイと検体試料との結合反応を行なった後に分析を行なうことにより、標的物質の検出にも有効である。
【0075】
[第2の実施形態]
図9は絶縁性基板901上に複数個の互いに塩基配列の異なるプローブをスポット状に結合させたプローブアレイの平面図である。902はプローブアレイスポット、そして903は導電性膜であって、分析時には図のようにアース電位と電気的に接続されている。
【0076】
基板901は、プローブを構成する物質が結合可能で、かつ標的物質の検出を妨げるものでない絶縁性基板であれば特に限定されるものではないが、ひとつの例としてガラス基板があげられる。その他樹脂基板など、また、適当な表面処理をしたそれぞれの基板でも構わない。また、シリコン基板や金属基板等の導電性基板上に、スパッタ法や印刷法、熱酸化法などを用いて、例えばSiOなどの絶縁性の膜を成膜した基板にも適用される。
【0077】
中でも、ガラス基板を基板として使用する場合には、洗浄方法、表面処理方法については、一般的に知られている各種方法を用いることができるし、また、基板自体が入手しやすいなどの利点があり、好適である。
【0078】
本発明で用いられるプローブアレイスポット902は、標的物質と特異的に結合するものであって、必要に応じて標的物質との結合したことを検出するための標識が結合されていても良い。そしてプローブとして用いられる代表的なもののひとつとして、例えば、一本鎖核酸やタンパク質の抗体を挙げることができ、一本鎖核酸としては例えば一本鎖DNA、一本鎖RNA、一本鎖PNA(ペプチド核酸)を例に挙げることができる。そしてこのようなプローブは従来公知のものを標識物質の種類に応じて適宜選択して用いれば良い。
【0079】
導電性膜903として用いる材料としては、金属、金属化合物、カーボンなどが挙げられる。具体的に本発明に用いることのできる金属または金属化合物としては、導電性膜903の体積抵抗率値が1×10Ωcm以下となる材料であれば良く、10Ωcm以下であれば更に好ましい。例えば、Au,Ag,Cu,Ni,Co,Cr,Al,Ta,Pt,Pd,Zn,Sn等の金属、及びその化合物が挙げられるが、特に限定されるものではなく、上記体積低効率値を満足するものであれば、通常半導体プロセス工程などで用いられる材料を用いることができる。
【0080】
上記条件を満たす材料を導電性膜903として用いることにより、絶縁体基板上のプローブ結合基板の分析を行なう際、後に述べるようにチャージアップを防止することができる。
【0081】
また、導電性膜903は、少なくともプローブと同一面上にあれば良いが、プローブと接する位置に成膜されていると、濡れ性が変わり、プローブ作製条件を導電性膜ごとに変える必要が出てくるため、プローブとは異なる位置にあることが好ましく、例えば図9に示すように、プローブの周囲に成膜する事が好ましい。
【0082】
また、プローブの周囲の絶縁面をなるべく導電性膜で覆ってしまうことが好ましいため、図9、図11に示すようにプローブの結合していない面は導電性膜で覆ってしまうことが好ましいが、これに限定されるものではなく、プローブの周囲にアースと接続した導電性膜があれば、例えば図6、図10のように絶縁面が露出していても良い。
【0083】
また、導電性膜903の形態は、図9、図11のように連続した膜でも良いし、また、図6、図11に見られるように微小スポットの端部を重ね合わせることによって、連続膜を形成しても良い。
【0084】
本発明で用いる導電性膜903の成膜方法は、所望の位置に導電性膜を設けられるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、印刷法、インクジェット法などが挙げられる。
【0085】
真空蒸着法やスパッタリング法など、基板全面に成膜されてしまう場合は、例えばメタルマスクなどを成膜時に基板にかぶせておくことで、所望の形状にパターニングする事ができる。
【0086】
また、金属または金属化合物を含む液体を該基板上に、例えばインクジェット法を用いて付与することによっても、形成可能である。
【0087】
また、本発明で用いるプローブアレイスポット902は、プローブを含む液体を該基板上に、例えばインクジェット法を用いて付与することにより、形成可能である。
【0088】
インクジェット法では、微量液滴(数pL〜数10nL)を吐出可能で微小なプローブを正確に吐出することができ、適している。現在、実用化されているインクジェット法には、ピエゾ素子を用いたインクジェット法、また、サーマル素子を用いたサーマルジェット法があるが、本発明にはいずれの方法を用いても良い。
【0089】
また、インクジェット法で作製する場合には、この導電性膜の材料となる金属または金属化合物が微粒子膜の形態、具体的には微粒子膜とは、膜を形成する粒子の径が1μmより十分に小さいこと、さらに具体的には平均粒子径が100nm以下であることにより、金属または金属化合物を薄膜として均一に成膜することができることから、プローブアレイの評価を行なう際に、任意の形状の金属膜を作製することができ、好適である。
【0090】
ところで、上記したような基板上にインクジェット法によって金属または金属化合物を含む液体を付与して作製したプローブ結合基板の一例を図6に示す。
【0091】
図6では、導電性膜を、金属または金属化合物を含む液体のスポット603それぞれの端部を重ねるようにして成膜している。導電性膜を付与する場合、基板上で不必要に液滴が広がる事なく、所定の箇所にとどまるように液組成を調整することが好ましい。そして、インクジェット法を用いる場合、基板表面に供給される液滴が微小であるので、供給後蒸発乾燥してしまうことを防ぐために、吐出する液体に保湿剤を含ませておく方法も有効である。特にサーマルジェット法においては、吐出時に温度上昇を伴うので、保湿成分、表面張力調製成分の存在は重要である。このようなプローブを基板表面に供給する溶媒としては、尿素を5〜10wt%、グリセリンを5〜10wt%、チオジグリコールを5〜10wt%、及び、アセチレンアルコールを1wt%含んでいるものを好適に用いることができる。
【0092】
また、上記金属または金属化合物を含む液体のスポット603をインクジェット法によって付与する際の金属または金属化合物を含む溶液の作製方法としては、微小液滴を安定に連続して吐出させることのできる方法であればどのような方法でも良いが、成膜後に微粒子膜として成膜されることが好ましいため、例えば有機金属錯体や金属コロイドを適当な溶媒に溶かして作製するのが好適である。
【0093】
有機金属錯体を用いる場合の中心金属としてはPt、Pd、Ru、Au、Ag、Cu、Cr、Ta、Fe、W、Zn、Snなどの金属が挙げられる。その溶媒としては、有機金属錯体の溶解度によって、水または有機溶媒が用いられる。但し、低コスト化、環境保護の点から水の方がより好ましく、水に上記保湿成分、表面張力調整成分を含んだ溶媒中に溶かして作製する方法が好適である。
【0094】
金属コロイドを用いる場合は、例えばPd、Au、Ag、Ptなどの金属、SnO2等が用いられる。また、その溶媒としては、コロイドの作製方法により、水または有機溶媒が用いられる。有機溶媒の例としては、ヘキサンやペンタエチレングリコールデシルエーテル等が挙げられる。
【0095】
金属または金属化合物を含む液体のスポット603のインクジェット法による形成は、プローブのスポット602のインクジェット法による形成と同一の工程で行なっても良いし、プローブより先に形成しても良いしどちらでも可能である。
【0096】
金属または金属化合物を含む液体のスポット603のインクジェット法による形成を、プローブより先に行なう場合は、金属または金属化合物を含む液体のスポット603が先に形成されてしまうため、プローブと基板の結合反応後に水洗工程を通す事があっても、該金属または金属化合物を含む溶液について、主溶媒に水を用いることが可能である。
【0097】
具体的には、特定の有機金属錯体、あるいは金属コロイドの水溶液、もしくはこれらの水溶液に適当な保湿剤、表面張力保持剤を加えた溶液を用いることができる。
【0098】
形成法としては、あらかじめ金属または金属化合物を含む液体のスポット603を吐出させた後、自然乾燥させるか、または、基板を加熱、溶媒を蒸発させて、前記スポット603を形成する。更に、基板の材質と有機金属錯体の種類により、前記スポット603を形成した基板を200〜400℃の高温で乾燥させることにより、錯体中の有機成分を除去し、金属または金属化合物の微粒子からなるスポット603を形成することができる。
【0099】
その後、上述した同時にスポット形成する場合と同様にして、プローブを含む溶液を吐出、基板と反応させる事によって、プローブのスポット602を形成する。
【0100】
この形成法を用いることにより、より多種類の金属または金属化合物物質をマーカー用スポット603として用いることができる。
【0101】
また、金属または金属化合物を含む液体のスポット603とプローブのスポット602を同一の工程で形成する場合は、両スポット形成後、プローブアレイを標的物質と反応させ、その後洗浄を施す場合があることを考慮すると、洗浄時に金属または金属化合物のスポット603が除去されることがないように、前記金属または金属化合物を含む溶液について工夫をする必要がある。
【0102】
1つの方法として、前記金属または金属化合物を含む溶液の溶媒について、前記保湿剤をプローブ含有溶液より減少させることにより、プローブを含む溶液と基板との結合時間の間に、金属または金属化合物を含む溶液の溶媒のみを乾燥させ、前記スポット603が洗浄時に除去されないようにする方法も有効である。前記保湿剤の量については、保湿剤以外の主溶媒の種類によって適宜選択する。
【0103】
次に、マーカーつきプローブ結合基板の実施態様を説明する。
【0104】
インクジェット法により導電性膜を成膜するとともに、例えば図8のように、プローブの位置を示すマーカーをも成膜することにより、プローブの位置を容易に検出することができる。図8において、801は絶縁性基板、802はプローブアレイスポット、803はインクジェット法により導電性材料からなるドットの端部を重ねて製膜した導電性膜、804はマーカーである。
【0105】
基板、スポット、導電性膜については、上記と同じように作製する。なお、導電性膜は図8においてはインクジェット法を用いたが、これに限るものではなく、上述したスパッタ法や印刷法などを用いても良い。
【0106】
更に、導電性膜803と電気的に接続した状態で、マーカー804用の吐出を行なう。マーカーはプローブを結合させたい位置と、X,Y軸が同じとなるようにする。マーカーは、分析装置に良く付帯している光学顕微鏡や実体顕微鏡、CCDカメラ等で、可視化できるものであれば何でも良く、例えば、可視光を照射した時に有色であれば、この導電性膜が光学顕微鏡や実体顕微鏡で検出可能であることから、プローブアレイスポット802の位置を示すマーカーとして好適である。
【0107】
また、導電性膜803と、マーカー804は同じ液で作製しても良いし、異なる液で作製しても良い。同じ液で作製すれば材料が1種類で済むという利点がある。
【0108】
一方、例えばX線光電子分光(XPS)装置による測定を行なう際に、導電性膜の材質をアルミニウムとし、更にマーカーを銀として測定を行なうことによって、光電子放出効率の悪いアルミニウムからは光電子があまり放出されないのに対して、銀からなるマーカーは光電子を多量に放出することから、よりマーカーの位置がわかり易くなり、好適である。
【0109】
導電性膜803とプローブアレイスポット802を同一の工程で形成する場合は、プローブのスポットの行または列と導電性膜803との位置合わせを省くことができ、より迅速に測定できる。
【0110】
<分析方法> 更に、これらの導電性膜は、上述したインクジェット法を用いる事により、容易に任意の形状に金属膜あるいは金属化合物膜を成膜できる事から、製造時のインライン分析、あるいは、出荷前検査用の分析に有効である。
【0111】
以下に、本発明のプローブ結合基板の分析方法について説明する。
【0112】
本発明の分析方法の一例は、本発明のプローブ結合基板をX線光電子分光装置で分析する方法である。まず本発明のプローブ結合基板をチャンバー内に導入する。
【0113】
プローブアレイスポットは、多種類のスポットを基板内により数多く配置する必要があることから、径が非常に小さいため、X線も単色化X線源を用いることが好ましい。しかし、単色化X線源からのX線ビームは非単色化X線源のX線ビームに比べてビームが細いために、絶縁性基板上に作製されたプローブ結合基板上にX線ビームを照射すると、チャージアップを起こしてしまうことがあった。これは、X線ビームを基板に照射し、プローブ結合基板表面から光電子が放出されることにより、基板表面がプラスに傾いてしまうためである。
【0114】
この際、基板上にチャージアップ防止用のメタルカバーをつければチャージアップを回避できる。メタルカバーとは、金属製の薄い板の一部に穴をあけたもので、これを絶縁性基板に載せ、メタルカバーの一部をアースと接触させることで絶縁性基板の一部領域にたまった電荷を逃がす働きをする。しかし、メタルカバーをしてしまうと、穴の部分のみは測定することができるが、穴の領域以外の部分は測定できなくなってしまう。このことから、全てのプローブを測定するためには、測定のたびに基板をチャンバーから出してメタルカバーをずらすという作業をしなくてはならず、分析効率が非常に悪くなってしまっていた。
【0115】
しかし、図6に示すように金属または金属化合物603のドットを、各ドットの端部が隣のドットと重なるように配置した本発明のプローブ結合基板においては、あらかじめドットをアースに落としておくことにより、金属または金属化合物603のドットがメタルカバーと同等の働きをするため、メタルカバーを移動することなく1度で全プローブの測定を行なうことができ、分析効率が向上する。
【0116】
次に、図7を用いて本発明のプローブ結合基板の別の実施態様を示す。701は絶縁性基板、702はプローブアレイ、703は導電性膜である。
【0117】
本発明の分析方法の一例は、本発明のプローブ結合基板を走査電子顕微鏡で分析する方法である。まず本発明のプローブ結合基板を測定チャンバー内に導入する。
【0118】
ガラス基板などの絶縁体基板上に作製したプローブ結合基板を走査電子顕微鏡で観察した場合、観察時に基板表面がチャージアップしてしまうため、観察することができなかった。即ち、走査電子顕微鏡で試料形態の観察を行なう場合、試料の一部あるいは全てが非導電性である場合には、電子線の照射箇所とアースが接続されないために試料に電荷が蓄積する、いわゆるチャージアップが起こり、電子線の軌道や像が乱れて正常な観察が困難になってしまうのである。
【0119】
しかし、図7に示すように導電性膜703を、プローブアレイスポット702の周囲に配置した本発明のプローブ結合基板においては、あらかじめ導電性膜703の一部をアースと接続しておくことにより、基板表面の一部に生じた電荷を逃がすことができ、チャージアップを防ぐことができる。即ち、チャージアップすることなく、形態観察のできるプローブ結合基板が得られる。
【0120】
更に、上記走査電子顕微鏡で本発明のマーカー付きプローブ結合基板を分析する場合を次に述べる。マーカー付きプローブ結合基板は図8に示した構造を持ち、詳細については上述した通りである。
【0121】
走査電子顕微鏡内に基板を導入した際には、最初にチャンバー内に導入した基板上の測定位置を決定するため、低倍モードで全体像の確認をする。この際、プローブアレイスポットは非常に膜厚が薄く、かつ2次電子放出効率の低い有機物であって、2次電子放出効率の高い金属等を含まないため、プローブアレイのみが配置された従来のプローブ結合基板の場合、低倍モードでは各プローブアレイの位置を確認することはほとんど不可能であった。しかし、本発明のプローブ結合基板では、金属または金属化合物803がプローブアレイとX,Y軸で同じ位置に存在するため、金属または金属化合物の位置をたどっていくことで、測定位置を決定することができる。
【0122】
なお、本発明のプローブ結合基板を用いた分析方法については、光電子分光装置と走査電子顕微鏡を例として挙げたが、これに限るものではなく、例えば電子線マイクロアナライザー、オージェ電子分光法、SIMSなど各種分析法を用いたプローブ結合基板の分析方法に対して有効である。
【0123】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
【0124】
<実施例1>
図4は本発明の一例を示す図であり、石英基板401上に複数個の互いに塩基配列の異なるプローブをスポット上に結合させたプローブアレイの平面図である。
【0125】
上記保湿成分、表面張力調整成分を含んだ溶媒中に溶かして作製する方法が好適である。402はプローブのスポットである。403は酸化パラジウムのスポットであって、該プローブのスポット402の位置を特定可能な位置に配置されている。具体的にはマトリクス状に配置されているプローブのスポット402の各行及び各列に対応する位置に配置されており、それによってスポット402の位置の特定を可能としている。
【0126】
このプローブ結合基板の作製方法を下記に示す。
【0127】
(1)基板洗浄
1インチ角の石英基板をラックに入れ、予め60℃に加熱しておいた1mol/L(=1N)水酸化ナトリウム溶液にガラス板を10分間浸した。その後純水ですすいだ後、純水の入った容器中でさらに超音波処理を10分間行なった。
【0128】
(2)表面処理
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:KBM603;信越化学工業(株)社製)の1wt%水溶液を室温下で20分放置し、上記シランカップリング処理を完結させ、基板表面にアミノ基を導入した。その後純水洗浄し、160℃1時間の乾燥工程を行なった。
【0129】
ついで、N−マレイミドカプロイロキシスクシンイミド(N−(6−Maleimidocaproyloxy)succinimide;Dojin社製)(以降EMCSと略記する)を2.7mg秤量し、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EMCS溶液を用意した。シランカップリング処理を行なった石英基板をこのEMCS溶液に室温で30分浸して、シランカップリング処理によって石英基板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を反応させた。EMCS溶液から引き上げた石英基板はDMSO及び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た。
【0130】
(3)金属含有溶液の作製
次に金属含有溶液を作製した。0.84gの酢酸パラジウム−モノエタノールアミン(以下PA−MEと略す)を12gの水に溶解し、さらにポリビニルアルコール(以下PVAと略す)を加え、溶液粘度を20センチポイズに調整したものをバブルジェット付与用水溶液とした。なお、PA−MEは下記のようにして合成した。
【0131】
10gの酢酸パラジウムを200cmのイソプロピルアルコール(以下IPAと略す)に懸濁させ、更に16.6gのモノエタノールアミンを加え室温で4時間撹拌させた。反応終了後、IPAをエバポレートより除き、固形物にエタノールを加え、溶解、ろ過し、ろ液からPA−MEを再結晶した。
【0132】
(4)BJプリンターによる金属化合物吐出、および基板への結合
このようにして作製したバブルジェット付与溶液を、バブルジェットプリンター(商品名:BJC620;キヤノン(株)社製)用インクタンクに充填しバブルジェットヘッドにセットした。なおここで用いたバブルジェットプリンター(商品名:BJC620;キヤノン(株)社製)は平板への印刷が可能な様に改造を施したものである。その後、上記表面処理を施した石英基板上に図1のように金属含有溶液を付与し、乾燥させた。
【0133】
これを大気雰囲気のオーブン中で300℃に加熱して前記PA−ME及びPVAを基板上で分解堆積させ、酸化パラジウム微粒子からなる金属化合物スポットを形成した。
【0134】
(5)プローブDNAの調製
下記に示す配列番号1〜25のDNA(ベックス株式会社製)を用意し、DNA末端の5’端にチオールモディファイア(Thiol−Modifier)(グレンリサーチ(GlenResearch)社製)を用いる事によってチオール(SH)基を導入した。続いて通常の脱保護を行いDNAを回収し、高速液体クロマトグラフィーにて精製し、以下の実験に用いた。
【0135】
【表1】

Figure 2004085557
【0136】
(6)BJプリンターによるDNA吐出、および基板への結合
上記25種類のDNAを最終濃度が約400mg/mlになるようにTE溶液(10mmol/L Tris−HCl(pH8)/1mmol/L EDTA水溶液)に溶解し、それぞれ一本鎖DNA溶液を調製した(正確な濃度は吸収強度から算出)。
【0137】
グリセリン7.5wt%、尿素7.5wt%、チオジグリコール7.5wt%、及びアセチレンアルコール(商品名:アセチレノールEH;川研ファインケミカル(株)社製)1wt%を含む水溶液を用意し、上記DNA溶液に加え、一本鎖DNAの最終濃度が8μmol/Lとなるように調整した。この液体の表面張力は30〜50mN/m(30〜50dyne/cm)の範囲内であり、また粘度は1.8mPa・s(=1.8cps)(E型粘度計:東京計器(株)社製)であった。この液体をバブルジェットプリンター(商品名:BJC620;キヤノン(株)社製)用インクタンクに充填しバブルジェットヘッドに装着した。なおここで用いたバブルジェットプリンター(商品名:BJC620;キヤノン(株)社製)は平板への印刷が可能で、25種類のDNAのそれぞれを導入可能な様に改造を施したものである。またこのプリンターは360×720dpiの解像度で印字可能である。次いでこのプリンターに上記(2)で処理した石英基板を装着し、プローブ核酸を含む液体を石英基板上にスポッティングした。吐出した液滴の数は、15×15=225個とし、5×5=25個を1ユニットとして、1ユニット中にはそれぞれ種類の異なるDNAプローブを有し、各ユニットは同じDNA配列を有する構造とした。この際、上記(4)で形成した酸化パラジウムのドットとの位置とDNAプローブの位置がずれないよう酸化パラジウムドットで位置合わせを行なうようにした。スポッティング終了後、石英基板を30分間加湿チャンバー内に静置し、石英基板表面のマレイミド基と核酸プローブ末端のチオール基とを反応させた。なお上記プリンターの1吐出動作あたりのDNAプローブ溶液の吐出量は約24pLであった。
【0138】
(7)スポット位置検査
上記(6)で作製したDNAプローブスポットの吐出位置を、酸化パラジウムドットの位置を参考に光学顕微鏡で確認した。各DNAプローブスポットとも、位置ずれすることなく、所望の位置に吐出されていることを確認した。また、各スポットとも、スポットが不必要に広がる事なく、スポット径は約70μmと均一な形状が得られていた。
【0139】
(8)ブロッキング反応
マレイミド基とチオール基との反応終了後、石英基板を1mol/L NaCl/50mmol/Lリン酸緩衝液(pH7.0)溶液で洗浄し、石英基板と結合しなかった余分なDNAを含む液体を洗い流した。次いで石英基板を2%ウシ血清アルブミン水溶液中に浸して2時間放置し、ブロッキング反応を行なった。
【0140】
(9)スポット製膜検査
ブロッキング反応後のプローブ結合基板を純水で洗浄し、低真空走査電子顕微鏡で観察を行なった。低真空走査電子顕微鏡はFEI社製 XL30ESEMを用い、加速電圧は15kV、真空度は80Pa(=0.6Torr)として観察を行なった。
【0141】
観察の結果、各DNAプローブスポットとも、洗浄・及びブロッキング反応を行なった後でも、DNAスポットが吐出時と変わらず所望の位置に結合されていることが確認された。また、洗浄やブロッキング反応を行なうことにより、スポットの一部が欠けることにより変形したり、所望の場所以外の領域にDNAが再結合したりといったトラブルもないことが確認できた。
【0142】
(10)結果
従来のDNAプローブスポットのみからなるプローブ結合基板では、DNAプローブが非常に薄く、かつ、2次電子放出効率の低い有機物からなるため、スポットの位置を探すことは非常に困難であった。また、蛍光色素をマーカーに用いたプローブ結合基板においても、同様にマーカーのスポットを探すことが非常に困難であった。
【0143】
しかし、本発明のプローブ結合基板においては、上記のように、DNAプローブスポットを特定できる位置、具体的には、X、Y軸を同一にした酸化パラジウム化合物ドットを設けることにより、製造時検査でスポットの打ち損じがないかどうか、サテライトスポットがないかどうか、ゴミ等がスポットにかぶっていないか、の確認を、製造したDNAプローブ基板の全てについて、早く確実にすることができた。
【0144】
また、ハイブリダイゼーション処理を行なわずに、製造時検査をすることができた。これにより、抜き取り検査により製品を無駄にする事なく、全ての検査合格品を出荷することができた。このことは品質保証上有効である。
【0145】
<比較例1>
酸化パラジウムからなる金属化合物ドットを設けない点以外は実施例1と全く同じプローブ結合基板を作製した。この際は、無色透明な石英基板上に無色透明のDNAプローブを配置したため、プローブ位置を探すのが困難であったとともに、スポットの打ち損じ等が見つかった場合も、位置を特定するのが難しいため、バブルジェットプリンターの全てのヘッドを洗浄する必要があり、製造上のロスが大きくなってしまった。
【0146】
<実施例2>
金属化合物を酸化パラジウムから銀に変えた以外は実施例1と同じプローブ結合基板を作製した。このプローブ結合基板においても、実施例1と同様の効果が得られた。
【0147】
<実施例3>
本実施例では、図5のようにX,Yアドレス504を設け、DNAプローブスポットの吐出量を約100pLとした以外は実施例1と同じプローブ結合基板を作製した。
【0148】
X、Yアドレス504は、X方向の列番号と、Y方向の行番号を、あらかじめ金属化合物ドットの外側に形成したものである。このアドレス504は金属化合物マーカー印字に使用した溶液を別のノズルに詰め、形成したものである。
このプローブ結合基板では、実施例1と同様の効果が得られただけでなく、あらかじめスポットのアドレスが低真空走査電子顕微鏡のCCD像、並びにSEM像で確認できるため、スポットの異常を発見した際に、どのプローブのノズルに異常があるかを早く発見することができた。
【0149】
<実施例4>
本実施例では、実施例1の方法を用いて、シリコン基板上に金属化合物ドットとDNAプローブを作製し、X線光電子分光装置による分析を行なった。
【0150】
図4は本発明の一例を示す図であり、シリコン基板401上に複数個の互いに塩基配列の異なるプローブをスポット上に結合させたプローブ結合基板の平面図である。402はプローブのスポットである。403は銀のスポットであって、該プローブのスポット402の位置を特定可能な位置に配置されている。具体的にはマトリクス状に配置されているプローブのスポット402の各行及び各列に対応する位置に配置されており、それによってスポット402の位置の特定を可能としている。プローブ、及び銀のスポット径の設定値はそれぞれ1mmとした。
【0151】
このプローブ結合基板を、金属スポットの材質を銀に変えた以外は実施例1と同じ製法で作製後、X線光電子分光法のチャンバー内に基板を入れ、各プローブのスポットについて、分析を行なった。X線光電子分光装置はVG Scientific社製μ−ESCA 250i−XLを使用し、X線は単色化Al X線を用いた。また、X線のフィラメント電流は18mA、電圧は17kVとした。
【0152】
通常、DNAプローブスポットのみからなるプローブ結合基板では、DNAプローブが無色透明で、かつ、非常に薄い膜であるため、鏡筒内で位置を確認することができなかった。
【0153】
しかし、図4に示すように銀スポット403を、該プローブのスポット402の位置を特定可能な位置に配置した本発明のプローブ結合基板においては、銀スポットの位置により、分析位置を特定できるため、この特定位置に合わせて分析することにより、短時間に各スポットの分析を行なう事ができるようになった。
【0154】
この結果、基板上所望の位置に、各プローブがはがれや吐出不良を起こす事なく作製されていることを確認できた。即ち、検査用として十分信頼性あるプローブアレイが形成されていることが確認された。
【0155】
<実施例5>
本実施例では、インクジェット法を用いて、石英基板上に酸化パラジウムスポットとタンパク抗体を作製し、ToF−SIMSによる分析を行った。
【0156】
図1は本発明の一例を示す図であり、石英基板上にそれぞれ異なるタンパク質に対する抗体を配置した。この基板を実施例1と同じ製法で作製後、ToF−SIMSのチャンバー内に基板を入れ、各プローブのスポットについて分析を行った。ToF−SIMSはION−TOF社製ToF−SIMS IV を使用し、エミッターはGaを用いた。また、加速電圧は25kV、試料電流は2.4pAとした。
【0157】
通常の抗体結合基板では、プローブが透明で薄膜のため、CCDカメラ等による位置の確認ができないため、プローブ位置を探すのが困難であると共に、スポットの位置を特定することが難しかった。しかし、本発明の基板においては、酸化パラジウムスポットの位置により分析位置を特定できるため、短時間に各スポットの分析を行うことができた。これにより、各プローブが抜けたりすることなく、設計通り形成されていることを確認した。
【0158】
<実施例6>
本実施例では、実施例1の方法を用いて、シリコン基板上に酸化パラジウムドットとDNAプローブを作製し、通常の高真空タイプの走査電子顕微鏡による観察を行なった。
【0159】
図4は本発明の一例を示す図であり、シリコン基401上に複数個の互いに塩基配列の異なるプローブをスポット上に結合させたプローブ結合基板の平面図である402はプローブのスポットである403は酸化パラジウムのスポットであって、該プローブのスポット402の位置を特定可能な位置に配置されている。具体的にはマトリクス状に配置されているプローブのスポット402の各行及び各列に対応する位置に配置されており、それによってスポット402の位置の特定を可能としている。プローブ、及び銀のスポット径の設定値はそれぞれ70μmとした。走査電子顕微鏡は、日立製S−5000Hを用い、加速電圧1kVで観察した。
【0160】
このプローブ結合基板を実施例1と同じ製法で作製後、走査電子顕微鏡の鏡筒内に基板を入れ、各プローブのスポットについて、詳細な観察を行なった。通常、DNAプローブスポットは、無色透明で、かつ、非常に薄い膜であるため、鏡筒内で位置を確認することは非常に困難であった。
【0161】
しかし、図4に示すように酸化パラジウムスポット403を、該プローブのスポット402の位置を特定可能な位置に配置した本発明のプローブ結合基板においては、酸化パラジウムスポットの位置により、大体の観察位置を特定できるため、この特定位置を詳細に観察することにより、短時間に良好な像を得る事ができるようになった。
【0162】
この結果、各プローブが設定値通り約70μmの径で均一に作製されていることが確認された。更に、光学顕微鏡より微細な構造についても確認することができ、検査用として十分信頼性あるプローブアレイが形成されていることを確認できた。
【0163】
<実施例7>
図7は本発明の一例を示す図であり、石英基板701上にプローブをスポット上に結合させたプローブアレイの平面図である。702はプローブのスポットである。703は酸化パラジウムからなる導電性膜であって、外部アース電極と電気的に接続されている。
【0164】
このプローブ結合基板の作製方法を下記に示す。
【0165】
まず、特開平11−187900号公報(特許文献4)に記載の方法に準じて核酸プローブアレイを作製した。
【0166】
(1)基板洗浄
25.4mm×25.4mm×1mmの合成石英基板をラックに入れ、純水で10%に稀釈した超音波洗浄用洗剤(ブランソン:GPIII)に一晩浸した。その後、洗剤中で20分間超音波洗浄を行い、その後、水洗により洗剤を除去した。純水ですすいだ後、純水の入った容器中でさらに超音波処理を20分間行なった。次に、予め80℃に加温した1mol/L(1N)水酸化ナトリウム水溶液に基板を10分間浸した。引き続き水洗、純水洗浄を行なって、そのまま次工程に供した。
【0167】
(2)表面処理
アミノ基を結合したシランカップリング剤、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 KBM603(信越化学工業)の1wt%水溶液を室温下で2時間攪拌し、上記シラン化合物の分子内のメトキシ基を加水分解した。次いでこの溶液に上記(1)で得た基板を室温で1時間浸漬した後、純水で洗浄し、窒素ガスを基板の両面に吹き付けて乾燥させた。次に基板を120℃に加熱したオーブン中で1時間ベークして最終的に基板表面にアミノ基を導入した。
【0168】
次いでN−マレイミドカプロイロキシスクシンイミド(同仁化学研究所:以下EMCS)2.7mgを、ジメチルスルホキシド(DMSO)/エタノールの1:1溶液に濃度が0.3mg/mlとなる様に溶解した。シランカップリング処理を行なった石英基板をこのEMCS溶液に室温で2時間浸漬して、シランカップリング処理によって基板表面に担持されているアミノ基とEMCS溶液のスクシイミド基を反応させた。この段階で基板表面にはEMCS由来のマレイミド基が存在することになる。EMCS溶液から引き上げた基板はDMSO及び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、窒素ガスを吹き付けて乾燥させた。
【0169】
(3)金属含有溶液の作製
次に金属含有溶液を作製した。0.84gの酢酸パラジウムーモノエタノールアミン(以下PA−MEと略す)を12gの水に溶解し、さらにポリビニルアルコール(以下PVAと略す)を加え、溶液粘度を20mPa・s(=20センチポイズ)に調整したものをバブルジェット付与用水溶液とした。なお、PA−MEは下記のようにして合成した。
【0170】
10gの酢酸パラジウムを200cmのイソプロピルアルコール(以下IPAと略す)に懸濁させ、更に16.6gのモノエタノールアミンを加え室温で4時間撹拌させた。反応終了後、IPAをエバポレートより除き、固形物にエタノールを加え、溶解、ろ過し、ろ液からPA−MEを再結晶した。
【0171】
(4)BJプリンターによる金属化合物吐出、および基板への結合
このようにして作製したバブルジェット付与溶液を、バブルジェットプリンター(商品名:BJC620;キヤノン(株)社製)用インクタンクに充填しバブルジェットヘッドにセットした。なおここで用いたバブルジェットプリンター(商品名:BJC620;キヤノン(株)社製)は平板への印刷が可能な様に改造を施したものである。その後、上記表面処理を施した石英基板上に図6のように金属含有溶液を付与し、乾燥させた。
【0172】
これを大気雰囲気のオーブン中で300℃に加熱して前記PA−ME及びPVAを基板上で分解堆積させ、酸化パラジウム微粒子からなる金属化合物スポットを形成した。
【0173】
(5)プローブDNAの合成
DNA合成業者(ベックス)に依頼して配列番号26の一本鎖核酸(Tの40量体)を合成した。なお配列番号26の一本鎖DNAの5’末端には合成時にチオールモディファイア(グレンリサーチ)を用いる事によってチオール(SH)基を導入した。なお、脱保護、DNAの回収は定法により行い、また、精製にはHPLCを用いた。合成から精製までの一連の工程はすべて合成業者に依頼して行なった。
配列番号:26
5’ HS−(CH−O−PO−O−TTTTTTTTTT TTTTTTTTTT TTTTTTTTTT TTTTTTTTTT 3’
(6)サーマルジェットプリンターによるDNA吐出、および基板への結合
上記配列番号26の一本鎖DNAを8μmol/Lの濃度でグリセリン7.5wt%、尿素7.5wt%、チオジグリコール7.5wt%、及び上記一般式(I)で示されるアセチレンアルコール(商品名:アセチレノールEH;川研ファインケミカル(株)社製)1wt%を含む溶液を溶解した。サーマルジェット法の一種であるバブルジェット法を用いたバブルジェットプリンターBJF−850(キヤノン)用のプリンターヘッドBC−50(キヤノン)を数100μLの溶液を吐出可能とするべく改造し、このヘッドを上記石英基板上へ吐出可能となるよう改造した吐出描画機に搭載した。このヘッドの改造タンク部に上記DNA溶液を数100μL注入し、吐出描画機にEMCS処理基板を装着して、ここにスポッティングした。なお、スポッティング時の吐出量は4pL/dropletで、スポッティングの範囲は基板の中央部に10mm×10mmの範囲に200dpiすなわち127μmのピッチで吐出した。この条件ではスポッティングされたドットの直径は約50μmであった。
【0174】
スポッティング終了後、基板を30分間加湿チャンバー内に静置し、ガラス板表面のマレイミド基と核酸プローブ末端のチオール基とを反応させた。次いで、基板を純水で洗浄し、純水中で保存した。
【0175】
(7)スポット製膜検査
上記保存したDNA結合基板(DNAチップ)は走査電子顕微鏡による観察直前に窒素ガスを吹き付けて乾燥し、真空デシケーター中でさらに乾燥した。乾燥後、試料をアルミ製の試料台上に、カーボンペーストで接着し、同様に試料表面の導電性膜603の端部と試料台とをカーボンペーストで接続することにより、導電性膜をアースと電気的に接続した。また、走査電子顕微鏡は日立製作所製S−5000Hを用い、加速電圧は5kVとして観察を行なった。
【0176】
(8)結果
観察の結果、加速電圧 5kVにおいても、チャージアップを起こす事なく、観察を行なうことができた。また、各DNAプローブスポットとも、洗浄・及びブロッキング反応を行なった後でも、DNAスポットが吐出時と変わらず所望の位置に結合されていることが確認された。また、洗浄やブロッキング反応を行なうことにより、スポットの一部が欠けることにより変形したり、所望の場所以外の領域にDNAが再結合したりといったトラブルもないことが確認できた。
【0177】
本発明のプローブ結合基板においては、上記のように、導電性膜を周囲に配置した形態とする事により、製造時検査でスポットの打ち損じがないかどうか、サテライトスポットがないかどうか、ゴミ等がスポットにかぶっていないか、の確認を、製造したDNAプローブ基板の全てについて、早く確実にすることができた。
【0178】
また、ハイブリダイゼーション処理を行なわずに、製造時検査をすることができた。これにより、抜き取り検査により製品を無駄にする事なく、全ての検査合格品を出荷することができた。このことは品質保証上有効である。
【0179】
<比較例2>
酸化パラジウムからなる導電膜を設けない点以外は実施例7と全く同じプローブ結合基板を作製し、実施例7と同様に走査電子顕微鏡による観察を行なった。初めに、実施例7と同様に加速電圧5kVで観察を行なったところ、絶縁性の石英基板上にDNAプローブを配置したため、電子ビーム照射によりチャージアップが起こり、二次電子像が得られなかった。そこで、いったん鏡筒外にプローブ結合基板を取り出し、再度鏡筒内に導入した後、加速電圧1kVまで加速電圧を下げて観察を行なったが、プローブの詳細な検査はできなかった。
【0180】
<実施例8>
金属化合物を酸化パラジウムから銀に変えた以外は実施例7と同じプローブ結合基板を作製した。このプローブ結合基板においても、実施例7と同様の効果が得られた。
【0181】
<実施例9>
導電性膜を図9のようにスパッタ法を用いて製膜した後で、プローブを作製した。図9において、901は青板基板、902はプローブアレイスポット、903は導電性膜である。導電性膜以外の製法は実施例7と同様に作製した。このプローブ結合基板を用いて、実施例7と同様に走査電子顕微鏡観察を行なったところ、実施例7と同様の効果が得られた。
【0182】
<実施例10>
図8のように、導電性膜と電気的に接続したマーカーを設けてプローブを作製した。図8において、801は青板基板、802はプローブアレイスポット、803は導電性膜、804はマーカーである。導電性膜803はインクジェット法により、円形の酸化パラジウム膜を端部が重なるようにして、連続膜を成膜した。更に先端をアースと接続して、電気的にアースに落とした。マーカー804は酸化パラジウムのスポットであって、該プローブのスポット802の位置を特定可能な位置に配置されている。具体的にはマトリクス状に配置されているプローブのスポット802の各行、及び各列に対応する位置に配置されており、それによって、スポット802の位置の特定を可能としている。
【0183】
インクジェット法で酸化パラジウムを形成し、マーカー以外の製法は実施例7と同様に作製した。
【0184】
このプローブ結合基板を用いて、実施例7と同様に走査電子顕微鏡観察を行なったところ、実施例7と同様の効果が得られた。
【0185】
また、通常DNAプローブスポットは、無色透明で、非常に薄い膜であり、更に二次電子放出効率も低いために、鏡筒内で位置を確認することは非常に困難であった。しかし、図8に示すように酸化パラジウムスポット803を、該プローブのスポット802の位置を特定可能な位置に配置した本発明のプローブ結合基板においては、マーカーの位置を参考にプローブアレイスポット802の位置を探すことができたため、2次電子放出効率の低いプローブアレイスポットの位置を探すための時間を減らすことができ、この特定位置を詳細に観察することにより、短時間に良好な像を得ることができるようになり、分析効率を上げることができた。
【0186】
この結果、各プローブが約70μmの径で均一に作製されていることが確認された。更に、光学顕微鏡より微細な構造についても確認することができ、検査用として十分信頼性あるプローブアレイが形成されていることを確認できた。
【0187】
<実施例11>
本実施例では、実施例7の方法を用いて、石英基板上に金属化合物ドットとDNAプローブを作製し、X線光電子分光装置による分析を行なった。
【0188】
図12は本発明の一例を示す図であり、石英基板1201上に複数個の互いに塩基配列の異なるプローブをスポット上に結合させたプローブ結合基板の平面図である。1202はプローブのスポットである。1203は銀のスポットであって、該プローブのスポット1202の位置を特定可能な位置に配置されている。具体的にはマトリクス状に配置されているプローブのスポット1202の各行及び各列に対応する位置に配置されており、それによってスポット1202の位置の特定を可能としている。プローブ、及び銀のスポット径の設定値はそれぞれ1mmとした。
【0189】
このプローブ結合基板を、金属スポットの材質を銀に変えた以外は実施例7と同じ製法で作製後、X線光電子分光法のチャンバー内に基板を入れ、各プローブのスポットについて、分析を行なった。X線光電子分光装置はVG Scientific社製μ−ESCA 250i−XLを使用し、X線は単色化Al X線を用いた。また、X線のフィラメント電流は18mA、電圧は17kVとした。
【0190】
通常、DNAプローブスポットのみからなるプローブ結合基板のX線光電子分光装置測定では、測定時のチャージアップを防ぐためにメタルマスクを試料の上に載せ、同時に中和電子銃を併用していた。
【0191】
その際、メタルマスクの穴があいている場所以外の場所を分析するためにはプローブアレイの位置に応じてメタルマスクを徐々にずらして行かなくてはならなかった。
【0192】
しかし、図11に示す本発明のプローブ結合アレイにおいては、導電性膜がメタルマスクと同様の役割を果たすため、チャージアップを起こす事なく、測定することができた。
【0193】
この結果、基板上所望の位置に、各プローブがはがれや吐出不良を起こす事なく作製されていることを確認できた。即ち、検査用として十分信頼性あるプローブアレイが形成されていることが確認された。
【0194】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、各種表面分析に有効なプローブ結合基板のマーキングが可能になった。また、本発明を利用すれば、標的物質との結合反応を行わなくても、製品検査用の分析が可能となった。
【0195】
【配列表】
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様の一例、実施例5を示す図である。
【図2】本発明の別の実施態様を示す図である。
【図3】本発明の別の実施態様を示す図である。
【図4】本発明の実施例を示す図である。
【図5】本発明の実施例3を示す図である。
【図6】本発明の別の実施態様を示す図である。
【図7】本発明の実施態様の一例と、実施例7,8を説明する図である。
【図8】本発明の実施例10を説明する図である。
【図9】本発明の実施態様の一例と実施例9を説明する図である。
【図10】本発明の実施態様の別の一例を説明する図である。
【図11】本発明の別の実施態様を説明する図である。
【図12】本発明の実施例11を説明する図である。
【符号の説明】
101、201、301、401、501、601、701、801、901、1001、1101、1201:基板
102、202、302、402、502、602、702、802、902、1002、1102、1202:DNAプローブ
103、203、303、403、503、603、703、803、903、1003、1103、1203:金属または金属化合物からなるプローブ
504: X,Yアドレス
804: マーカー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a probe-bonded substrate, a method for manufacturing the same, and a method for analyzing the same.
[0002]
[Prior art]
So-called biochips such as DNA chips and protein chips have come to be used for the purpose of genomic analysis or gene expression analysis, and the results of those analyzes are used for cancer, hereditary diseases, and lifestyle. It is expected to provide important indices for diagnosis of disease, infectious disease, etc., prediction of prognosis, determination of treatment policy, and the like.
[0003]
Several methods are known for producing a biochip. In recent years, research and development on detection and quantification of a target substance using a solid-phase probe array have been vigorously conducted. For example, US Pat. No. 5,445,936 (Patent Literature 1) discloses a solid-phase oligonucleotide array manufactured by using photolithography. On the other hand, US Pat. No. 5,688,642 (Patent Document 2) discloses a method for producing a solid-phase DNA probe array using an inkjet method.
[0004]
Generally, biochips are made by either of these methods, but if these biochips are to be used for the applications described above, the reliability of the analysis, i.e., quantitative and reproducible, is guaranteed. In order to do so, it is important to know the amount of the probe present in each matrix, that is, in this case, the amount of the biological substance. It is also important to know what matrix shape (shape, size, state) actually exists. However, since probes on the chip exist in principle at the monolayer level, these analyzes require extremely sensitive surface analysis techniques.
[0005]
Although a method of isotopically labeling a probe is known as such a highly sensitive surface analysis technique, it is not general because the technique is complicated, dangerous, and requires special facilities and equipment.
[0006]
The same applies to other products, but especially when this probe-binding board that handles genetic information is manufactured, there is no defect in the manufacturing process, and testing before shipment is also to prevent medical accidents Deemed important.
[0007]
When detecting or quantifying a target substance using the probe-bound substrate, it is important to know which probe has reacted with the target substance among a plurality of different probes constituting the array.
[0008]
Therefore, a fluorescence method is generally used as these inspection methods. This is a method of detecting fluorescence by binding a probe array immobilized on a substrate to a target substance incorporating a fluorescent substance. For example, Cy3, Cy5, or the like is used as the fluorescent substance, and a confocal laser-type apparatus or the like is generally commercially available as a scanner for detecting fluorescence.
[0009]
In the case of using the above-mentioned fluorescence method in the manufacturing process or pre-shipment inspection, it is known in advance that a portion of the manufactured probe binding substrate is extracted and specifically bound to the probe array arranged on the substrate. A fluorescent substance is incorporated into a standard target substance, and the fluorescent substance is brought into contact with a probe array. After an appropriate reaction time, an extra target substance is removed, and fluorescence is detected by the scanner.
[0010]
When these inspection methods using the fluorescence method are applied to a solid-phase probe array manufactured by an ink-jet method, the position occupied by each probe with respect to a specific position on the substrate is determined by photolithography due to differences in manufacturing equipment. This can be difficult when compared to methods. For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-270896 (Patent Document 3) discloses a probe array in which a dye or a fluorescent dye is arranged as a marker substance around a probe and the position of the probe can be specified from this position. The creation method is shown.
[0011]
Using this probe array, the emission position when the standard target substance binds to the probe can be determined by detecting the surrounding fluorescent dye by a fluorescence method.
[0012]
In addition, in the present invention, a technique described in JP-A-11-187900 (Patent Document 4) is used (described later).
[0013]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,445,936
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 5,688,642
[Patent Document 3]
JP 2000-270896 A
[Patent Document 4]
JP-A-11-187900
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the present inventors have further studied techniques for detecting and quantifying a target substance using a probe array produced by an inkjet method, and as a result, have found the following problems.
[0015]
That is, when analysis methods other than the fluorescence method and the optical microscopy method are used, the dyes disclosed in JP-A-2000-270896 (Patent Document 3) and marker substances such as fluorescent dyes may not be distinguished in some cases. It is.
[0016]
It is important to confirm whether the probe array produced by the ink jet method is formed at a predetermined position or whether there is any defect, in a production process or in a post-production pre-shipment inspection. However, immediately after the probe droplet is dropped on the substrate, the position of the probe can be confirmed by confirming the droplet, but in the manufacturing process, the liquid containing the probe is allowed to flow after the completion of the bonding reaction between the probe and the substrate. After leaving, the relative position of the probe cannot be confirmed with a normal optical microscope or fluorescence microscope. Furthermore, it is not possible to confirm with an optical microscope whether or not the desired shape and quantity of probes are arranged on the substrate. That is, since the solution containing the probe is originally colorless and transparent, and the probe remaining on the substrate after the solution has been washed away is very fine, it cannot be seen with an optical microscope or a fluorescence microscope.
[0017]
Further, as described in JP-A-2000-270896 (Patent Document 3), a probe array is manufactured by arranging a fluorescent dye or a dye around, and a part of the manufactured probe array is extracted, and each probe is extracted. A target substance (with a fluorescent substance attached) that is known to bind to the array is bound to the probe array, and the position and shape of the probe can be checked by emitting light from each probe array. However, when performing the fluorescence method, the standard target substance is bound to the probe for detection, so that the probe-bound substrate after the inspection cannot be shipped as a product. Since the probe binding substrate is intended to detect various types of target substances with one binding substrate, a large number of probes exist on the binding substrate. It is a great loss for a manufacturer that the number of products that can be shipped is greatly reduced by performing a sampling inspection for each probe type for the inspection.
[0018]
For these reasons, inspection methods using different analytical methods are required for checking at the time of manufacture, and as a result of our intensive efforts, scanning electron microscopy, photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy It has been found that surface analysis methods such as time-of-flight secondary ion mass spectrometry (hereinafter abbreviated as TOF-SIMS) are effective for probe inspection.
[0019]
However, in these analysis methods, when observing each flux such as an electron beam, an X-ray, and an ion beam on a probe-bonded substrate, not only the probe array but also the marker composed of the dye or the fluorescent dye is detected. We found that the probe position on the substrate could not be specified during analysis because the signal was weak.
[0020]
On the other hand, the substrate for the probe binding substrate is not particularly limited as long as the substance constituting the probe can bind thereto and does not hinder detection of the target substance, but one example is a glass substrate. . Other substrates such as silicon substrate, metal substrate, resin substrate, etc. may be used with appropriate surface treatment.However, when a glass substrate is used as a substrate, general cleaning methods and surface treatment methods are used. Various methods known in the art can be used, and there are advantages such as easy availability of the substrate itself.
[0021]
However, when the above-described analysis method is applied to the above-mentioned glass substrate, each beam such as an electron beam, an X-ray, and an ion beam is irradiated onto the insulating substrate. Found the problem of
[0022]
The present invention has been made in order to solve these technical problems, and its object is to perform surface analysis methods such as scanning electron microscopy, photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, and TOF-SIMS. It is another object of the present invention to provide a probe-bonded substrate and a method for manufacturing the same, which can quickly detect the position of a probe even when used.
[0023]
Further, the present invention has been made to solve the above technical problem, and an object of the present invention is to analyze an insulated substrate or a probe-bonded substrate manufactured on a substrate in which an insulating film is formed on a conductive substrate. Therefore, even when a surface analysis method such as scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, TOF-SIMS, etc. is used, a probe-bonded substrate and a method of manufacturing the same that can perform probe analysis without any problem are provided. The point is to provide.
[0024]
The present invention also provides a probe-coupled board that can be shipped with a minimum loss in sampling inspection, and a method of manufacturing the same.
[0025]
Further, the present invention provides a probe-bound substrate capable of detecting and quantifying a target substance quickly and inexpensively, and a method for producing the same.
[0026]
The present invention also provides a method for quickly and inexpensively quantifying a target substance in a sample.
[0027]
Further, the present invention provides an analysis method capable of minimizing the loss due to the probe array inspection in the process of manufacturing a probe array capable of detecting or quantifying a target substance, or the inspection process after the manufacture, and performing the inspection quickly. I will provide a.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
[0029]
That is, the present invention provides a probe binding substrate in which a probe capable of specifically binding to a target substance is bound to a surface of the substrate, wherein the probe is bound to a first position on the surface, and A probe-bonded substrate characterized in that a metal or a metal compound is arranged at a second position where the first position can be specified by having a specific positional relationship with the position.
[0030]
A method of manufacturing a probe-bound substrate that can achieve the above object, a first step of supplying a liquid having a probe capable of specifically binding to a target substance to a first position on the substrate surface,
A second step of disposing a metal or metal compound at a second position capable of specifying the first position by having a specific positional relationship with the first position,
The method is characterized in that the first step is performed after the second step.
[0031]
A first step of supplying a liquid having a probe capable of specifically binding to a target substance to a first position on the substrate surface;
A second step of supplying a metal or metal compound to a second position capable of specifying the first position by having a specific positional relationship with the first position,
The method is characterized in that the first step and the second step are performed simultaneously.
[0032]
Further, the present invention provides a method for analyzing a probe array having a plurality of independent spots on a substrate, each of which has a probe that specifically binds to a target substance that may be contained in a measurement sample, the method comprising: A method for analyzing a probe array, comprising the step of specifying the position of a spot based on the position of a marker made of a metal or a metal compound arranged so as to specify the position of the spot.
[0033]
Further, a step of preparing a probe array having probes that specifically bind to the target substance as a plurality of independent spots on a substrate,
Contacting a sample with each spot of the probe array,
Detecting the presence or absence of a reaction product of the probe and the target substance in any spot,
Specifying the position of the spot where the reactant is present based on the position of the metal or metal compound on the substrate surface when the reactant is detected. It is.
[0034]
Further, the present invention has the following features.
[0035]
That is, a probe capable of specifically binding to a target substance, at least a surface of which is bonded to a surface of an insulating substrate, in a probe-bonded substrate,
A probe-bonded substrate having a conductive film disposed on at least the same surface as the probe.
[0036]
A method of manufacturing a probe-bonded substrate that can achieve the above object, a first step of supplying a liquid having the probe to the substrate surface,
And a second step of disposing the conductive film on the substrate surface,
The method is characterized in that the first step and the second step are performed simultaneously.
[0037]
Further, the analysis method of the present invention is a method for analyzing a probe array having a plurality of independent spots on an insulative substrate having probes that specifically bind to a target substance, wherein the surface of the substrate is electrically conductive. The method is characterized in that the probe is analyzed after disposing the film and electrically connecting the conductive film to the ground.
[0038]
According to such an invention, even when analyzing a probe-bonded substrate in which probes are arranged on a flat substrate at high density without having a well or the like on the surface, the spot position of each probe is quickly and accurately specified. be able to.
[0039]
Furthermore, when a probe is placed on an insulating substrate or a substrate on which an insulating film is formed on a conductive substrate, charge-up may occur even when irradiated with X-rays, electron beams, ions, or the like. Therefore, the analysis of each probe can be performed accurately and without any problem.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0041]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view of a probe array in which a plurality of probes having different base sequences from each other are spot-like bonded on a substrate 101. Reference numeral 102 denotes a probe spot, and reference numeral 103 denotes a metal or metal compound spot which is located at a position where the position of the probe spot 102 can be specified. Specifically, it is arranged at a position corresponding to each row and each column of the spots 102 of the probes 102 arranged in a matrix, thereby enabling the position of the spot 102 to be specified.
[0042]
The substrate 101 is not particularly limited as long as a substance constituting a probe can be bound thereto and does not prevent detection of a target substance, but one example is a glass substrate. In addition, a silicon substrate, a metal substrate, a resin substrate, or the like, or each substrate having an appropriate surface treatment may be used. When a glass substrate is used as a substrate, a cleaning method and a surface treatment method can be used by various generally known methods, and there are advantages such that the substrate itself is easily available. It is suitable.
[0043]
The probe 102 used in the present invention specifically binds to a target substance, and may have a label for detecting the binding to the target substance as needed. Typical examples of the probe include single-stranded nucleic acid and protein antibodies. Examples of the single-stranded nucleic acid include single-stranded DNA, single-stranded RNA, and single-stranded PNA ( Peptide nucleic acid). As such a probe, a conventionally known probe may be appropriately selected and used according to the type of the labeling substance.
[0044]
The metal or the metal compound used as the spot 103 of the metal or the metal compound is not particularly limited, and any metal or metal compound that is usually used in a semiconductor process or the like can be used.
[0045]
Specific examples of the metal or metal compound that can be used in the present invention include metals such as Au, Ag, Cu, Ni, Co, Cr, Al, Ta, Pt, Pd, Zn, and Sn, and compounds thereof. Although it is mentioned, it is not particularly limited.
[0046]
Further, for example, by being colored when irradiated with visible light, the spot made of the metal or the metal compound can be detected by an optical microscope or a stereoscopic microscope, and thus is suitable as a marker indicating the position of the probe array spot 102. is there.
[0047]
Further, the metal or metal compound is in the form of a fine particle film, specifically, a fine particle film is one in which the diameter of the particles forming the film is sufficiently smaller than 1 μm, and more specifically, the average particle diameter is 100 nm or less. This makes it possible to uniformly form a metal or a metal compound as a thin film, so that a metal film having an arbitrary shape can be produced when a probe array is evaluated, which is preferable.
[0048]
The shape of these spots may be a marker by providing a single or a plurality of circular spots, or may be another shape by combining a plurality of spots. For example, an address display representing a row or a column of spots may be used. It is also possible.
[0049]
The probe 102 used in the present invention, and a spot 103 of a metal or a metal compound, respectively, by applying a liquid containing a probe, and a liquid containing a metal or a metal compound on the substrate using, for example, an inkjet method, It can be formed.
[0050]
The ink jet method is suitable because it can discharge a small amount of droplets (several pL to several tens nL) and can accurately discharge a minute probe. At present, practically used ink jet methods include an ink jet method using a piezo element and a thermal jet method using a thermal element, and any method may be used in the present invention.
[0051]
By the way, when the spot 103 of the metal or the metal compound is provided on the substrate by the ink jet method as described above, the liquid composition is adjusted so that the droplet does not unnecessarily spread on the substrate and stays at a predetermined position. Is preferred. When the ink jet method is used, since the droplet supplied to the substrate surface is minute, it is also effective to include a humectant in the liquid to be discharged in order to prevent the liquid from being evaporated and dried after the supply. . In particular, in the thermal jet method, the temperature rises at the time of ejection, so the presence of a moisturizing component and a surface tension adjusting component is important. As a solvent for supplying such a probe to the substrate surface, a solvent containing 5 to 10 wt% of urea, 5 to 10 wt% of glycerin, 5 to 10 wt% of thiodiglycol, and 1 wt% of acetylene alcohol is preferable. Can be used.
[0052]
As a method for preparing a solution containing a metal or a metal compound when the spot 103 of the metal or the metal compound is applied by an ink-jet method, any method can be used as long as it can discharge minute droplets stably and continuously. Although such a method may be used, it is preferable to form the film as a fine particle film after the film is formed. Therefore, for example, it is preferable that the film is prepared by dissolving an organometallic complex or a metal colloid in an appropriate solvent.
[0053]
When an organometallic complex is used, examples of the central metal include metals such as Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Cu, Cr, Ta, Fe, W, Zn, and Sn. As the solvent, water or an organic solvent is used depending on the solubility of the organometallic complex. However, water is more preferable in terms of cost reduction and environmental protection, and a method of dissolving the same in water in a solvent containing the moisturizing component and the surface tension adjusting component is preferable.
[0054]
When a metal colloid is used, for example, a metal such as Pd, Au, Ag, or Pt, SnO2, or the like is used. As the solvent, water or an organic solvent is used depending on the method of producing the colloid. Examples of the organic solvent include hexane and pentaethylene glycol decyl ether.
[0055]
The formation of the spot 103 of the metal or the metal compound by the ink-jet method may be performed in the same step as the formation of the spot 102 of the probe by the ink-jet method, may be formed before the probe, or may be performed either.
[0056]
When the spot 103 of a metal or a metal compound is formed by an ink jet method prior to the probe, the spot 103 of the metal or the metal compound is already formed. Even so, it is possible to use water as the main solvent for the solution containing the metal or metal compound.
[0057]
Specifically, an aqueous solution of a specific organometallic complex or a metal colloid, or a solution obtained by adding an appropriate humectant or surface tension retaining agent to these aqueous solutions can be used.
[0058]
As the formation method, after spots 103 of a metal or a metal compound are discharged in advance, the spots 103 are formed by air drying or by heating the substrate and evaporating the solvent. Further, depending on the material of the substrate and the type of the organometallic complex, the substrate on which the spots 103 are formed is dried at a high temperature of 200 to 400 ° C. to remove the organic components in the complex and to be composed of fine particles of a metal or a metal compound. The spot 103 can be formed.
[0059]
Thereafter, in the same manner as the above-described simultaneous spot formation, a probe-containing spot 102 is formed by discharging a solution containing a probe and reacting the solution with the substrate.
[0060]
By using this formation method, more kinds of metals or metal compound substances can be used as the spots 103 for markers.
[0061]
When the spot 103 of the metal or the metal compound and the spot 102 of the probe are formed in the same step, the probe array may be reacted with the target substance after forming both spots, and then the washing may be performed. It is necessary to devise a solution containing the metal or the metal compound so that the spot 103 of the metal or the metal compound is not removed.
[0062]
As one method, the solvent of the solution containing the metal or the metal compound contains the metal or the metal compound during the binding time between the solution containing the probe and the substrate by reducing the humectant from the solution containing the probe. It is also effective to dry only the solvent of the solution so that the spot 103 is not removed during the washing. The amount of the humectant is appropriately selected depending on the type of the main solvent other than the humectant.
[0063]
When the spot 103 of the metal or the metal compound and the spot 102 of the probe are formed in the same step, the alignment between the row or column of the spot of the probe and the spot 103 of the metal or the metal compound can be omitted, and more quickly. Can be made.
[0064]
Further, since the spots of these metal or metal compound substances can be easily formed at an arbitrary position by using the above-described ink jet method, in-line analysis at the time of manufacturing or shipping. Effective for pre-test analysis.
[0065]
Hereinafter, the method for analyzing a probe-bound substrate of the present invention will be described.
[0066]
FIG. 2 shows another embodiment of the probe binding substrate of the present invention. 201 is a substrate, 202 is a probe array, and 203 is a metal or metal compound.
[0067]
One example of the analysis method of the present invention is a method of analyzing the probe-bonded substrate of the present invention with an X-ray photoelectron spectrometer. First, the probe-bonded substrate of the present invention is introduced into a chamber.
[0068]
At this time, in order to determine the measurement position on the substrate introduced into the chamber, the substrate is observed with the attached CCD camera. However, since the probe array 202 is very small and is colorless and transparent, only the probe array is disposed. In the case of the conventional probe-bonded substrate described above, it was very difficult to confirm the position of each probe array with a CCD. However, in the probe-bonded substrate of the present invention, since the metal or metal compound 203 exists at the same position in the X and Y axes as the probe array, the measurement position is determined by following the position of the metal or metal compound. Can be.
[0069]
Further, for example, when the insulator is a glass substrate or the like and the measurement area is a minute area of 1 mm or less, a monochromatic X-ray source is used as the X-ray source. It is necessary to attach a cover, but in this case also, it becomes easy to cover the metal cover at a desired probe position.
[0070]
FIG. 3 shows another embodiment of the probe binding substrate of the present invention. 301 is a Si substrate, 302 is a probe array, and 303 is a metal or metal compound.
[0071]
One example of the analysis method of the present invention is a method of analyzing the probe-bonded substrate of the present invention with a scanning electron microscope. First, the probe-bonded substrate of the present invention is introduced into a measurement chamber.
[0072]
At this time, in order to determine the measurement position on the substrate introduced into the chamber, the entire image is confirmed in the low magnification mode. However, the probe array has a very small film thickness and low secondary electron emission efficiency. Since it is an organic substance, it is very difficult to confirm the position of each probe array in the low-magnification mode in the case of the conventional probe-bonded substrate in which only the probe array is arranged, and it takes a long time. However, in the probe-bonded substrate of the present invention, since the metal or metal compound 303 exists at the same position on the X and Y axes as the probe array, the position of the metal or metal compound can be traced quickly and easily. Can be determined. Further, fine structures can be observed by conventional optical microscopy and fluorescence methods.
[0073]
The analysis method using the probe-bonded substrate of the present invention has been described using an X-ray photoelectron spectrometer and a scanning electron microscope as examples. However, the present invention is not limited thereto. For example, an electron beam microanalyzer, Auger electron spectroscopy, It is effective for an analysis method of a probe-bonded substrate using various surface analysis methods such as SIMS and an electron microscope.
[0074]
Further, in the above embodiment, the analysis of only the probe array was described. However, the present invention is not limited to only the check of the production of the probe array. It is also effective for detection.
[0075]
[Second embodiment]
FIG. 9 is a plan view of a probe array in which a plurality of probes each having a different base sequence from each other are spot-like bonded on an insulating substrate 901. Reference numeral 902 denotes a probe array spot, and 903 denotes a conductive film, which is electrically connected to a ground potential as shown in FIG.
[0076]
The substrate 901 is not particularly limited as long as it is an insulating substrate to which a substance constituting a probe can be bonded and does not hinder detection of a target substance, but a glass substrate is one example. Other substrates such as a resin substrate and the like which have been subjected to appropriate surface treatment may be used. Further, on a conductive substrate such as a silicon substrate or a metal substrate, for example, SiO.sub.2 is formed by sputtering, printing, thermal oxidation, or the like. 2 The present invention is also applied to a substrate having an insulating film formed thereon.
[0077]
Among them, when a glass substrate is used as a substrate, the cleaning method and the surface treatment method can be various commonly known methods, and also have advantages such as easy availability of the substrate itself. Yes, it is preferred.
[0078]
The probe array spot 902 used in the present invention specifically binds to a target substance, and may have a label for detecting the binding to the target substance, if necessary. Typical examples of the probe include single-stranded nucleic acid and protein antibodies. Examples of the single-stranded nucleic acid include single-stranded DNA, single-stranded RNA, and single-stranded PNA ( Peptide nucleic acid). As such a probe, a conventionally known probe may be appropriately selected and used according to the type of the labeling substance.
[0079]
Examples of a material used for the conductive film 903 include a metal, a metal compound, and carbon. Specifically, the metal or metal compound that can be used in the present invention includes a conductive film 903 having a volume resistivity of 1 × 10 7 It is sufficient if the material is Ωcm or less. 5 It is more preferable that the resistance is Ωcm or less. Examples thereof include metals such as Au, Ag, Cu, Ni, Co, Cr, Al, Ta, Pt, Pd, Zn, and Sn, and compounds thereof, but are not particularly limited. As long as it satisfies the above, a material usually used in a semiconductor processing step or the like can be used.
[0080]
By using a material that satisfies the above conditions as the conductive film 903, charge-up can be prevented as described later when analyzing the probe-bonded substrate on the insulator substrate.
[0081]
Further, the conductive film 903 only needs to be at least on the same surface as the probe. However, if the conductive film 903 is formed at a position in contact with the probe, the wettability changes, and it is necessary to change the probe manufacturing conditions for each conductive film. Therefore, it is preferable that the film be located at a position different from the position of the probe. For example, as shown in FIG. 9, it is preferable to form a film around the probe.
[0082]
Further, since it is preferable to cover the insulating surface around the probe with a conductive film as much as possible, it is preferable to cover the surface to which the probe is not coupled with the conductive film as shown in FIGS. However, the present invention is not limited to this. If there is a conductive film connected to the ground around the probe, the insulating surface may be exposed as shown in FIGS.
[0083]
Further, the form of the conductive film 903 may be a continuous film as shown in FIGS. 9 and 11, or may be a continuous film as shown in FIGS. May be formed.
[0084]
The method for forming the conductive film 903 used in the present invention is not particularly limited as long as the conductive film can be provided at a desired position. Examples of the method include a vacuum deposition method, a sputtering method, a printing method, and an inkjet method. Law and the like.
[0085]
When a film is formed over the entire surface of the substrate by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like, for example, a metal mask or the like is covered on the substrate at the time of film formation, whereby a desired shape can be patterned.
[0086]
Further, it can also be formed by applying a liquid containing a metal or a metal compound to the substrate by using, for example, an inkjet method.
[0087]
The probe array spot 902 used in the present invention can be formed by applying a liquid containing a probe to the substrate by using, for example, an inkjet method.
[0088]
The ink jet method is suitable because it can discharge a small amount of droplets (several pL to several tens nL) and can accurately discharge a minute probe. At present, practically used ink jet methods include an ink jet method using a piezo element and a thermal jet method using a thermal element, and any method may be used in the present invention.
[0089]
In the case of manufacturing by an ink-jet method, the metal or metal compound serving as the material of the conductive film is in the form of a fine particle film, specifically, the fine particle film means that the diameter of the particles forming the film is more than 1 μm. When the probe array is evaluated, it is possible to form a metal or a metal compound uniformly as a thin film by being small, more specifically, having an average particle diameter of 100 nm or less. A film can be produced, which is preferable.
[0090]
FIG. 6 shows an example of a probe-bonded substrate manufactured by applying a liquid containing a metal or a metal compound to the above-described substrate by an inkjet method.
[0091]
In FIG. 6, the conductive film is formed such that the ends of the liquid spots 603 containing a metal or a metal compound overlap with each other. In the case where a conductive film is provided, it is preferable to adjust the liquid composition so that the droplet does not unnecessarily spread on the substrate and stays at a predetermined position. When the ink jet method is used, since the droplet supplied to the substrate surface is minute, it is also effective to include a humectant in the liquid to be discharged in order to prevent the liquid from being evaporated and dried after the supply. . In particular, in the thermal jet method, the temperature rises at the time of ejection, so the presence of a moisturizing component and a surface tension adjusting component is important. As a solvent for supplying such a probe to the substrate surface, a solvent containing 5 to 10 wt% of urea, 5 to 10 wt% of glycerin, 5 to 10 wt% of thiodiglycol, and 1 wt% of acetylene alcohol is preferable. Can be used.
[0092]
In addition, as a method for preparing a solution containing a metal or a metal compound when applying the liquid spot 603 containing a metal or a metal compound by an ink-jet method, a method capable of stably and continuously ejecting fine droplets is used. Any method may be used as long as it is formed. However, since it is preferable to form a film as a fine particle film after film formation, it is preferable to prepare the film by dissolving an organometallic complex or a metal colloid in an appropriate solvent.
[0093]
When an organometallic complex is used, examples of the central metal include metals such as Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Cu, Cr, Ta, Fe, W, Zn, and Sn. As the solvent, water or an organic solvent is used depending on the solubility of the organometallic complex. However, water is more preferable in terms of cost reduction and environmental protection, and a method of dissolving the same in water in a solvent containing the moisturizing component and the surface tension adjusting component is preferable.
[0094]
When a metal colloid is used, for example, a metal such as Pd, Au, Ag, or Pt, SnO2, or the like is used. As the solvent, water or an organic solvent is used depending on the method of producing the colloid. Examples of the organic solvent include hexane and pentaethylene glycol decyl ether.
[0095]
The formation of the spot 603 of the liquid containing a metal or a metal compound by the ink-jet method may be performed in the same step as the formation of the spot 602 of the probe by the ink-jet method, may be formed before the probe, or may be either. It is.
[0096]
In the case where the formation of the liquid spot 603 containing a metal or a metal compound by the ink jet method is performed before the probe, the spot 603 of the liquid containing the metal or the metal compound is formed before the probe. Even if a washing step is performed later, water can be used as a main solvent for the solution containing the metal or the metal compound.
[0097]
Specifically, an aqueous solution of a specific organometallic complex or a metal colloid, or a solution obtained by adding an appropriate humectant or surface tension retaining agent to these aqueous solutions can be used.
[0098]
As a forming method, the spot 603 is formed by discharging a spot 603 of a liquid containing a metal or a metal compound in advance and then drying the spot naturally or by heating the substrate and evaporating the solvent. Further, depending on the material of the substrate and the type of the organometallic complex, the substrate on which the spots 603 are formed is dried at a high temperature of 200 to 400 ° C. to remove the organic components in the complex and to be composed of fine particles of a metal or a metal compound. A spot 603 can be formed.
[0099]
Thereafter, in the same manner as the above-described simultaneous spot formation, a probe-containing spot 602 is formed by discharging a solution containing a probe and reacting the solution with the substrate.
[0100]
By using this formation method, more kinds of metals or metal compound substances can be used as the marker spots 603.
[0101]
When the spot 603 of the liquid containing the metal or the metal compound and the spot 602 of the probe are formed in the same step, the probe array is allowed to react with the target substance after the formation of both spots, and then washing may be performed. Considering the above, it is necessary to devise a solution containing the metal or the metal compound so that the spot 603 of the metal or the metal compound is not removed during the cleaning.
[0102]
As one method, the solvent of the solution containing the metal or the metal compound contains the metal or the metal compound during the binding time between the solution containing the probe and the substrate by reducing the humectant from the solution containing the probe. It is also effective to dry only the solvent of the solution so that the spot 603 is not removed during washing. The amount of the humectant is appropriately selected depending on the type of the main solvent other than the humectant.
[0103]
Next, an embodiment of a probe-bound substrate with a marker will be described.
[0104]
The position of the probe can be easily detected by forming a conductive film by the inkjet method and also forming a marker indicating the position of the probe as shown in FIG. 8, for example. In FIG. 8, reference numeral 801 denotes an insulating substrate; 802, a probe array spot; 803, a conductive film formed by overlapping the ends of dots made of a conductive material by an inkjet method; and 804, a marker.
[0105]
The substrate, spot, and conductive film are manufactured in the same manner as described above. Although the ink jet method is used in FIG. 8 for the conductive film, the invention is not limited thereto, and the above-described sputtering method, printing method, or the like may be used.
[0106]
Further, while electrically connected to the conductive film 803, ejection for the marker 804 is performed. The marker is set so that the X and Y axes are the same as the position where the probe is to be bound. Any marker can be used as long as it can be visualized with an optical microscope, a stereoscopic microscope, a CCD camera, etc., which are often attached to the analyzer. Since it can be detected with a microscope or a stereo microscope, it is suitable as a marker indicating the position of the probe array spot 802.
[0107]
In addition, the conductive film 803 and the marker 804 may be formed using the same liquid or different liquids. There is an advantage that only one type of material is required if the same liquid is used.
[0108]
On the other hand, for example, when the measurement is performed by an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) apparatus, the material of the conductive film is made of aluminum and the marker is made of silver. On the other hand, the marker made of silver emits a large amount of photoelectrons, so that the position of the marker can be more easily recognized, which is preferable.
[0109]
When the conductive film 803 and the probe array spot 802 are formed in the same step, alignment between the row or column of the probe spots and the conductive film 803 can be omitted, and measurement can be performed more quickly.
[0110]
<Analysis method> Furthermore, since these conductive films can be easily formed into a metal film or a metal compound film in an arbitrary shape by using the above-described inkjet method, in-line analysis at the time of manufacturing or shipping. Effective for pre-test analysis.
[0111]
The method for analyzing a probe-bound substrate according to the present invention will be described below.
[0112]
One example of the analysis method of the present invention is a method of analyzing the probe-bonded substrate of the present invention with an X-ray photoelectron spectrometer. First, the probe-bonded substrate of the present invention is introduced into a chamber.
[0113]
Since the probe array spot has a very small diameter since many types of spots need to be arranged in the substrate, it is preferable to use a monochromatic X-ray source for X-rays. However, since the X-ray beam from the monochromatic X-ray source is thinner than the X-ray beam of the non-monochromatic X-ray source, the X-ray beam is irradiated on the probe-bonded substrate formed on the insulating substrate. Then, charge-up sometimes occurred. This is because the substrate surface is tilted positively by irradiating the substrate with an X-ray beam and emitting photoelectrons from the surface of the probe-coupled substrate.
[0114]
At this time, charge-up can be avoided by attaching a metal cover for preventing charge-up on the substrate. A metal cover is a thin metal plate with a hole made in a part, placed on an insulative substrate, and a part of the metal cover is brought into contact with the ground to accumulate in a part of the insulative substrate. It works to release the charge. However, if the metal cover is used, only the hole portion can be measured, but the portion other than the hole region cannot be measured. For this reason, in order to measure all the probes, it is necessary to take out the substrate from the chamber and shift the metal cover every time the measurement is performed, and the analysis efficiency is extremely deteriorated.
[0115]
However, as shown in FIG. 6, in the probe connection substrate of the present invention in which the dots of the metal or the metal compound 603 are arranged so that the end of each dot overlaps the adjacent dot, the dots must be grounded in advance. Accordingly, the dots of the metal or metal compound 603 have the same function as the metal cover, so that all the probes can be measured at once without moving the metal cover, and the analysis efficiency is improved.
[0116]
Next, another embodiment of the probe binding substrate of the present invention will be described with reference to FIG. 701 is an insulating substrate, 702 is a probe array, and 703 is a conductive film.
[0117]
One example of the analysis method of the present invention is a method of analyzing the probe-bonded substrate of the present invention with a scanning electron microscope. First, the probe-bonded substrate of the present invention is introduced into a measurement chamber.
[0118]
When a probe-bonded substrate fabricated on an insulating substrate such as a glass substrate was observed with a scanning electron microscope, the substrate surface was charged up at the time of observation and could not be observed. That is, when observing the sample form with a scanning electron microscope, if a part or all of the sample is non-conductive, charges are accumulated on the sample because the electron beam irradiation point and the ground are not connected, so-called Charge-up occurs, and the trajectory and image of the electron beam are disturbed, making normal observation difficult.
[0119]
However, in the probe coupling substrate of the present invention in which the conductive film 703 is arranged around the probe array spot 702 as shown in FIG. 7, by connecting a part of the conductive film 703 to the ground in advance, Electric charges generated on a part of the substrate surface can be released, and charge-up can be prevented. That is, a probe-bonded substrate capable of observing the form without charging up is obtained.
[0120]
Further, the case where the probe-attached substrate with a marker of the present invention is analyzed by the above scanning electron microscope will be described below. The probe-bonded substrate with a marker has the structure shown in FIG. 8, and details are as described above.
[0121]
When the substrate is introduced into the scanning electron microscope, the whole image is confirmed in a low magnification mode in order to determine a measurement position on the substrate first introduced into the chamber. At this time, the probe array spot is an organic substance having a very small film thickness and a low secondary electron emission efficiency and does not include a metal or the like having a high secondary electron emission efficiency. In the case of the probe-bonded substrate, it was almost impossible to confirm the position of each probe array in the low magnification mode. However, in the probe-bonded substrate of the present invention, since the metal or metal compound 803 exists at the same position on the X and Y axes as the probe array, the measurement position is determined by following the position of the metal or metal compound. Can be.
[0122]
The analysis method using the probe-bonded substrate of the present invention has been described by using a photoelectron spectroscopy apparatus and a scanning electron microscope as examples, but is not limited thereto. For example, an electron beam microanalyzer, Auger electron spectroscopy, SIMS, etc. It is effective for the method of analyzing a probe-bound substrate using various analysis methods.
[0123]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
[0124]
<Example 1>
FIG. 4 is a view showing an example of the present invention, and is a plan view of a probe array in which a plurality of probes having different base sequences from each other are bonded on a spot on a quartz substrate 401.
[0125]
A method of dissolving in a solvent containing the moisturizing component and the surface tension adjusting component to produce the same is preferable. Reference numeral 402 denotes a probe spot. Reference numeral 403 denotes a spot of palladium oxide, which is arranged at a position where the position of the spot 402 of the probe can be specified. Specifically, it is arranged at a position corresponding to each row and each column of the spots 402 of the probes 402 arranged in a matrix, so that the position of the spot 402 can be specified.
[0126]
The method for producing the probe-bonded substrate is described below.
[0127]
(1) Substrate cleaning
A 1-inch square quartz substrate was placed in a rack, and the glass plate was immersed in a 1 mol / L (= 1N) sodium hydroxide solution that had been heated to 60 ° C. in advance for 10 minutes. Then, after rinsing with pure water, ultrasonic treatment was further performed for 10 minutes in a container containing pure water.
[0128]
(2) Surface treatment
1 wt% aqueous solution of a silane coupling agent (trade name: KBM603; manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) containing a silane compound having an amino group bonded thereto (N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane) Was left at room temperature for 20 minutes to complete the silane coupling treatment, and an amino group was introduced to the substrate surface. Thereafter, the substrate was washed with pure water and subjected to a drying process at 160 ° C. for 1 hour.
[0129]
Then, 2.7 mg of N-maleimidocaproyloxysuccinimide (N- (6-maleimidocaproyloxy) succinimide; manufactured by Dojin Co.) (hereinafter abbreviated as EMCS) was weighed, and 2.7 mg of dimethyl sulfoxide (DMSO) / ethanol was added. An EMCS solution dissolved to a final concentration of 0.3 mg / ml was prepared. The quartz substrate subjected to the silane coupling treatment was immersed in this EMCS solution at room temperature for 30 minutes, and the amino group carried on the quartz substrate surface and the carboxyl group of the EMCS solution were reacted by the silane coupling treatment. The quartz substrate pulled up from the EMCS solution was sequentially washed with a mixed solvent of DMSO and ethanol and ethanol, and then dried under a nitrogen gas atmosphere.
[0130]
(3) Preparation of metal-containing solution
Next, a metal-containing solution was prepared. 0.84 g of palladium acetate-monoethanolamine (hereinafter abbreviated as PA-ME) was dissolved in 12 g of water, and polyvinyl alcohol (hereinafter abbreviated as PVA) was added thereto. An aqueous solution for application was obtained. In addition, PA-ME was synthesized as follows.
[0131]
200 g of 10 g of palladium acetate 3 Of isopropyl alcohol (hereinafter abbreviated as IPA), 16.6 g of monoethanolamine was further added, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. After completion of the reaction, IPA was removed from the evaporate, ethanol was added to the solid, dissolved and filtered, and PA-ME was recrystallized from the filtrate.
[0132]
(4) Discharge of metal compound by BJ printer and bonding to substrate
The bubble jet applying solution thus prepared was filled in an ink tank for a bubble jet printer (trade name: BJC620; manufactured by Canon Inc.) and set in a bubble jet head. The bubble jet printer (trade name: BJC620; manufactured by Canon Inc.) used here was modified so that printing on a flat plate was possible. Thereafter, a metal-containing solution was applied on the quartz substrate subjected to the surface treatment as shown in FIG. 1 and dried.
[0133]
This was heated to 300 ° C. in an oven in an air atmosphere to cause the PA-ME and PVA to decompose and deposit on the substrate to form a metal compound spot composed of fine palladium oxide particles.
[0134]
(5) Preparation of probe DNA
DNAs (SEQ ID NOS: 1 to 25) shown below (manufactured by Vex Inc.) are prepared, and a thiol (Thol-Modifier) (manufactured by GlenResearch) is used at the 5 ′ end of the DNA. (SH) group was introduced. Subsequently, the DNA was recovered by ordinary deprotection, purified by high performance liquid chromatography, and used in the following experiments.
[0135]
[Table 1]
Figure 2004085557
[0136]
(6) DNA ejection by BJ printer and binding to substrate
The 25 kinds of DNAs were dissolved in a TE solution (10 mmol / L Tris-HCl (pH 8) / 1 mmol / L EDTA aqueous solution) so that the final concentration was about 400 mg / ml, and single-stranded DNA solutions were prepared respectively ( The exact concentration is calculated from the absorption intensity).
[0137]
An aqueous solution containing 7.5 wt% of glycerin, 7.5 wt% of urea, 7.5 wt% of thiodiglycol, and 1 wt% of acetylene alcohol (trade name: acetylenol EH; manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) is prepared. In addition to the solution, the final concentration of the single-stranded DNA was adjusted to 8 μmol / L. The surface tension of this liquid is in the range of 30 to 50 mN / m (30 to 50 dyne / cm), and the viscosity is 1.8 mPa · s (= 1.8 cps) (E-type viscometer: Tokyo Keiki Co., Ltd.) Made). This liquid was filled in an ink tank for a bubble jet printer (trade name: BJC620; manufactured by Canon Inc.) and attached to a bubble jet head. The bubble jet printer (trade name: BJC620; manufactured by Canon Inc.) used here can be printed on a flat plate, and has been modified so that each of 25 types of DNA can be introduced. This printer can print at a resolution of 360 × 720 dpi. Next, the quartz substrate treated in the above (2) was mounted on the printer, and the liquid containing the probe nucleic acid was spotted on the quartz substrate. The number of ejected droplets is 15 × 15 = 225, 5 × 5 = 25 as one unit, each unit has a different type of DNA probe, and each unit has the same DNA sequence. Structured. At this time, the palladium oxide dots were aligned with each other so that the positions of the DNA probes and the palladium oxide dots formed in the above (4) did not shift. After the completion of the spotting, the quartz substrate was allowed to stand in a humidified chamber for 30 minutes to react a maleimide group on the surface of the quartz substrate with a thiol group at the end of the nucleic acid probe. The ejection amount of the DNA probe solution per ejection operation of the printer was about 24 pL.
[0138]
(7) Spot position inspection
The discharge position of the DNA probe spot prepared in the above (6) was confirmed with an optical microscope with reference to the position of the palladium oxide dot. It was confirmed that each DNA probe spot was ejected to a desired position without displacement. Further, in each spot, the spot diameter was about 70 μm and a uniform shape was obtained without unnecessarily widening the spot.
[0139]
(8) Blocking reaction
After the reaction between the maleimide group and the thiol group is completed, the quartz substrate is washed with a 1 mol / L NaCl / 50 mmol / L phosphate buffer (pH 7.0) solution, and a liquid containing excess DNA not bound to the quartz substrate is removed. Washed off. Next, the quartz substrate was immersed in a 2% bovine serum albumin aqueous solution and left for 2 hours to perform a blocking reaction.
[0140]
(9) Spot film formation inspection
After the blocking reaction, the probe-bound substrate was washed with pure water and observed with a low vacuum scanning electron microscope. The low vacuum scanning electron microscope used was XL30 ESEM manufactured by FEI, and the observation was performed with an acceleration voltage of 15 kV and a degree of vacuum of 80 Pa (= 0.6 Torr).
[0141]
As a result of the observation, it was confirmed that, even after the washing and blocking reactions were performed on each DNA probe spot, the DNA spot was bonded to a desired position as it was at the time of ejection. In addition, it was confirmed that the washing and the blocking reaction did not cause any trouble such as deformation due to chipping of a part of the spot, and recombination of DNA to a region other than a desired place.
[0142]
(10) Result
In a conventional probe-bonded substrate consisting only of DNA probe spots, it is very difficult to find the spot position because the DNA probe is made of an organic material having a very thin and low secondary electron emission efficiency. Similarly, it was very difficult to find a marker spot on a probe-bound substrate using a fluorescent dye as a marker.
[0143]
However, in the probe-bonded substrate of the present invention, as described above, a position at which a DNA probe spot can be specified, specifically, a palladium oxide compound dot having the same X and Y axes is provided, thereby enabling inspection during production. It was possible to quickly and surely confirm whether there was no damage to the spot, whether there was a satellite spot, and whether dust or the like was covering the spot, for all of the manufactured DNA probe substrates.
[0144]
In addition, an inspection at the time of production could be performed without performing the hybridization treatment. As a result, all products that passed the inspection could be shipped without wasting the product by the sampling inspection. This is effective for quality assurance.
[0145]
<Comparative Example 1>
Except that the metal compound dots made of palladium oxide were not provided, the same probe-bonded substrate as in Example 1 was produced. In this case, since the colorless and transparent DNA probe was placed on the colorless and transparent quartz substrate, it was difficult to find the probe position, and it was also difficult to identify the position even if spot damage was found. Therefore, it is necessary to clean all the heads of the bubble jet printer, resulting in a large production loss.
[0146]
<Example 2>
A probe-bonded substrate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the metal compound was changed from palladium oxide to silver. The same effect as in Example 1 was obtained with this probe-bonded substrate.
[0147]
<Example 3>
In the present example, the same probe-bonded substrate as in Example 1 was prepared except that the X and Y addresses 504 were provided as shown in FIG. 5 and the ejection amount of the DNA probe spot was set to about 100 pL.
[0148]
The X and Y addresses 504 are obtained by forming the column numbers in the X direction and the row numbers in the Y direction outside the metal compound dots in advance. This address 504 is formed by filling the solution used for printing the metal compound marker into another nozzle.
With this probe-bonded substrate, not only the same effect as in Example 1 was obtained, but also the spot address can be confirmed in advance by the CCD image and the SEM image of the low vacuum scanning electron microscope. Then, it was possible to quickly find out which probe nozzle had an abnormality.
[0149]
<Example 4>
In this example, using the method of Example 1, metal compound dots and DNA probes were formed on a silicon substrate, and analyzed using an X-ray photoelectron spectrometer.
[0150]
FIG. 4 is a view showing one example of the present invention, and is a plan view of a probe-bonded substrate in which a plurality of probes having different base sequences from each other are bonded on a spot on a silicon substrate 401. Reference numeral 402 denotes a probe spot. A silver spot 403 is located at a position where the position of the spot 402 of the probe can be specified. Specifically, it is arranged at a position corresponding to each row and each column of the spots 402 of the probes 402 arranged in a matrix, so that the position of the spot 402 can be specified. The set values of the probe and the silver spot diameter were each 1 mm.
[0151]
This probe-bonded substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the material of the metal spot was changed to silver, and then the substrate was placed in a chamber for X-ray photoelectron spectroscopy, and the spot of each probe was analyzed. . X-ray photoelectron spectroscopy used was μ-ESCA 250i-XL manufactured by VG Scientific, and monochromatic Al X-rays were used as X-rays. The X-ray filament current was 18 mA and the voltage was 17 kV.
[0152]
Usually, in a probe-bonded substrate consisting of only DNA probe spots, the position of the DNA probe could not be confirmed in the lens barrel because the DNA probe was colorless and transparent and had a very thin film.
[0153]
However, in the probe-bonded substrate of the present invention in which the silver spot 403 is arranged at a position where the position of the spot 402 of the probe can be specified as shown in FIG. 4, the analysis position can be specified by the position of the silver spot. By performing analysis in accordance with the specific position, analysis of each spot can be performed in a short time.
[0154]
As a result, it was confirmed that each probe was manufactured at a desired position on the substrate without peeling or ejection failure. That is, it was confirmed that a sufficiently reliable probe array for inspection was formed.
[0155]
<Example 5>
In this example, a palladium oxide spot and a protein antibody were prepared on a quartz substrate by an inkjet method, and analyzed by ToF-SIMS.
[0156]
FIG. 1 is a view showing an example of the present invention, in which antibodies against different proteins are arranged on a quartz substrate. After producing this substrate by the same manufacturing method as in Example 1, the substrate was placed in a chamber of ToF-SIMS, and the spot of each probe was analyzed. The ToF-SIMS used was ToF-SIMS IV manufactured by ION-TOF, and the emitter used was Ga. The acceleration voltage was 25 kV and the sample current was 2.4 pA.
[0157]
In a normal antibody-bound substrate, since the probe is transparent and thin, the position cannot be confirmed by a CCD camera or the like. Therefore, it is difficult to find the probe position and to specify the spot position. However, in the substrate of the present invention, since the analysis position can be specified by the position of the palladium oxide spot, each spot could be analyzed in a short time. As a result, it was confirmed that each probe was formed as designed without falling off.
[0158]
<Example 6>
In this example, palladium oxide dots and DNA probes were formed on a silicon substrate using the method of Example 1, and observation was performed with a normal high vacuum type scanning electron microscope.
[0159]
FIG. 4 is a view showing an example of the present invention. FIG. 4 is a plan view of a probe-bonded substrate in which a plurality of probes having different base sequences are bonded on a spot on a silicon base 401. 402 is a spot of the probe. Is a spot of palladium oxide, which is arranged at a position where the position of the spot 402 of the probe can be specified. Specifically, it is arranged at a position corresponding to each row and each column of the spots 402 of the probes 402 arranged in a matrix, so that the position of the spot 402 can be specified. The set values of the probe and the silver spot diameter were each 70 μm. The scanning electron microscope used Hitachi S-5000H and observed at an acceleration voltage of 1 kV.
[0160]
After producing this probe-bonded substrate by the same manufacturing method as in Example 1, the substrate was placed in a lens barrel of a scanning electron microscope, and the spots of each probe were observed in detail. Usually, since the DNA probe spot is colorless and transparent and has a very thin film, it is very difficult to confirm the position in the lens barrel.
[0161]
However, in the probe-bonded substrate of the present invention in which the palladium oxide spot 403 is arranged at a position where the position of the probe spot 402 can be specified as shown in FIG. 4, the approximate observation position is determined by the position of the palladium oxide spot. Since the specific position can be specified, it is possible to obtain a good image in a short time by observing the specific position in detail.
[0162]
As a result, it was confirmed that each probe was uniformly manufactured with a diameter of about 70 μm as set. Furthermore, it was possible to confirm a finer structure than with an optical microscope, and it was confirmed that a sufficiently reliable probe array for inspection was formed.
[0163]
<Example 7>
FIG. 7 is a view showing an example of the present invention, and is a plan view of a probe array in which probes are bonded on spots on a quartz substrate 701. FIG. Reference numeral 702 denotes a probe spot. Reference numeral 703 denotes a conductive film made of palladium oxide, which is electrically connected to an external ground electrode.
[0164]
The method for producing the probe-bonded substrate is described below.
[0165]
First, a nucleic acid probe array was prepared according to the method described in JP-A-11-187900 (Patent Document 4).
[0166]
(1) Substrate cleaning
A synthetic quartz substrate of 25.4 mm × 25.4 mm × 1 mm was put in a rack and immersed overnight in an ultrasonic cleaning detergent (Branson: GPIII) diluted to 10% with pure water. Thereafter, ultrasonic cleaning was performed in a detergent for 20 minutes, and then the detergent was removed by washing with water. After rinsing with pure water, ultrasonic treatment was further performed for 20 minutes in a container containing pure water. Next, the substrate was immersed in a 1 mol / L (1N) aqueous solution of sodium hydroxide preheated to 80 ° C. for 10 minutes. Subsequently, washing with water and washing with pure water were performed, and the resultant was directly used in the next step.
[0167]
(2) Surface treatment
A 1 wt% aqueous solution of an amino group-bonded silane coupling agent, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane KBM603 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is stirred at room temperature for 2 hours, and the molecular weight of the silane compound is reduced. The methoxy group in was hydrolyzed. Next, the substrate obtained in the above (1) was immersed in this solution at room temperature for 1 hour, washed with pure water, and dried by spraying nitrogen gas on both sides of the substrate. Next, the substrate was baked for 1 hour in an oven heated to 120 ° C. to finally introduce amino groups on the substrate surface.
[0168]
Next, 2.7 mg of N-maleimidocaproyloxysuccinimide (Dojindo Laboratories: EMCS) was dissolved in a 1: 1 solution of dimethylsulfoxide (DMSO) / ethanol to a concentration of 0.3 mg / ml. The quartz substrate subjected to the silane coupling treatment was immersed in this EMCS solution at room temperature for 2 hours, so that the amino group carried on the substrate surface and the succinimide group of the EMCS solution were reacted by the silane coupling treatment. At this stage, a maleimide group derived from EMCS exists on the substrate surface. The substrate pulled up from the EMCS solution was sequentially washed with a mixed solvent of DMSO and ethanol and ethanol, and then dried by blowing nitrogen gas.
[0169]
(3) Preparation of metal-containing solution
Next, a metal-containing solution was prepared. 0.84 g of palladium acetate-monoethanolamine (hereinafter abbreviated as PA-ME) is dissolved in 12 g of water, and polyvinyl alcohol (hereinafter abbreviated as PVA) is further added to adjust the solution viscosity to 20 mPa · s (= 20 centipoise). The resulting solution was used as an aqueous solution for applying a bubble jet. In addition, PA-ME was synthesized as follows.
[0170]
200 g of 10 g of palladium acetate 3 Of isopropyl alcohol (hereinafter abbreviated as IPA), 16.6 g of monoethanolamine was further added, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. After completion of the reaction, IPA was removed from the evaporate, ethanol was added to the solid, dissolved and filtered, and PA-ME was recrystallized from the filtrate.
[0171]
(4) Discharge of metal compound by BJ printer and bonding to substrate
The bubble jet applying solution thus prepared was filled in an ink tank for a bubble jet printer (trade name: BJC620; manufactured by Canon Inc.) and set in a bubble jet head. The bubble jet printer (trade name: BJC620; manufactured by Canon Inc.) used here was modified so that printing on a flat plate was possible. Thereafter, a metal-containing solution was applied to the surface-treated quartz substrate as shown in FIG. 6 and dried.
[0172]
This was heated to 300 ° C. in an oven in an air atmosphere to cause the PA-ME and PVA to decompose and deposit on the substrate to form a metal compound spot composed of fine palladium oxide particles.
[0173]
(5) Synthesis of probe DNA
A single-stranded nucleic acid of SEQ ID NO: 26 (40-mer of T) was synthesized at the request of a DNA synthesizer (Vex). A thiol (SH) group was introduced into the 5 ′ end of the single-stranded DNA of SEQ ID NO: 26 by using a thiol modifier (Glen Research) during synthesis. In addition, deprotection and recovery of DNA were performed by a conventional method, and HPLC was used for purification. A series of steps from synthesis to purification were all performed by a synthesis company.
SEQ ID NO: 26
5 'HS- (CH 2 ) 6 -O-PO 2 -O-TTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTT 3 '
(6) DNA ejection by thermal jet printer and bonding to substrate
The single-stranded DNA of SEQ ID NO: 26 was used at a concentration of 8 μmol / L at 7.5% by weight of glycerin, 7.5% by weight of urea, 7.5% by weight of thiodiglycol, and acetylene alcohol represented by the general formula (I) (commercially available). Name: acetylenol EH; 1% by weight of Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) was dissolved. A printer head BC-50 (Canon) for a bubble jet printer BJF-850 (Canon) using a bubble jet method, which is a kind of the thermal jet method, was modified so that several hundred μL of a solution can be discharged. It was mounted on a discharge drawing machine that was modified to discharge onto a quartz substrate. Several hundred μL of the above DNA solution was injected into the modified tank portion of the head, and an EMCS substrate was mounted on a discharge drawing machine, and spotting was performed here. In addition, the discharge amount at the time of spotting was 4 pL / droplet, and the spotting range was 200 dpi, that is, the pitch was 127 μm, in a range of 10 mm × 10 mm in the center of the substrate. Under these conditions, the spotted dots had a diameter of about 50 μm.
[0174]
After the completion of the spotting, the substrate was allowed to stand in a humidified chamber for 30 minutes to react the maleimide group on the surface of the glass plate with the thiol group at the terminal of the nucleic acid probe. Next, the substrate was washed with pure water and stored in pure water.
[0175]
(7) Spot film formation inspection
The stored DNA-bonded substrate (DNA chip) was dried by blowing nitrogen gas immediately before observation with a scanning electron microscope, and further dried in a vacuum desiccator. After drying, the sample is adhered to an aluminum sample base with a carbon paste, and the end of the conductive film 603 on the sample surface and the sample base are similarly connected with the carbon paste, so that the conductive film is grounded. Electrically connected. The scanning electron microscope was S-5000H manufactured by Hitachi, Ltd., and the observation was performed with an acceleration voltage of 5 kV.
[0176]
(8) Result
As a result of the observation, even at an acceleration voltage of 5 kV, observation could be performed without causing charge-up. In addition, it was confirmed that the DNA spots were bonded to desired positions as in the case of ejection even after the washing and blocking reactions were performed on each DNA probe spot. In addition, it was confirmed that the washing and the blocking reaction did not cause any trouble such as deformation due to chipping of a part of the spot, and recombination of DNA to a region other than a desired place.
[0177]
In the probe-bonded substrate of the present invention, as described above, by adopting a form in which the conductive film is disposed around, whether or not spots are damaged in the inspection at the time of manufacture, whether or not there are satellite spots, dust, etc. It was possible to quickly and surely confirm whether or not the sample covered the spot for all of the manufactured DNA probe substrates.
[0178]
In addition, an inspection at the time of production could be performed without performing the hybridization treatment. As a result, all products that passed the inspection could be shipped without wasting the product by the sampling inspection. This is effective for quality assurance.
[0179]
<Comparative Example 2>
Except that the conductive film made of palladium oxide was not provided, a probe-bonded substrate was manufactured in exactly the same manner as in Example 7, and observation was performed with a scanning electron microscope in the same manner as in Example 7. First, observation was performed at an accelerating voltage of 5 kV in the same manner as in Example 7. Since the DNA probe was arranged on an insulating quartz substrate, charge-up occurred due to electron beam irradiation, and a secondary electron image was not obtained. . Therefore, the probe-coupled substrate was once taken out of the lens barrel, introduced again into the lens barrel, and observed with the acceleration voltage lowered to an acceleration voltage of 1 kV. However, a detailed inspection of the probe could not be performed.
[0180]
Example 8
A probe-bonded substrate was produced in the same manner as in Example 7, except that the metal compound was changed from palladium oxide to silver. The same effect as in Example 7 was obtained with this probe-bonded substrate.
[0181]
<Example 9>
After forming the conductive film using a sputtering method as shown in FIG. 9, a probe was manufactured. In FIG. 9, reference numeral 901 denotes a blue plate substrate; 902, a probe array spot; and 903, a conductive film. Except for the conductive film, the manufacturing method was the same as in Example 7. Using this probe-bonded substrate, scanning electron microscopy was performed in the same manner as in Example 7, and the same effects as in Example 7 were obtained.
[0182]
<Example 10>
As shown in FIG. 8, a probe was manufactured by providing a marker electrically connected to the conductive film. 8, reference numeral 801 denotes a blue plate substrate; 802, a probe array spot; 803, a conductive film; and 804, a marker. As the conductive film 803, a continuous film was formed by an ink-jet method with a circular palladium oxide film having an overlapped end. Furthermore, the tip was connected to the ground, and electrically dropped to the ground. The marker 804 is a spot of palladium oxide, and is arranged at a position where the position of the spot 802 of the probe can be specified. Specifically, the probe spots 802 are arranged at positions corresponding to each row and each column of the probe spots 802 arranged in a matrix, so that the position of the spot 802 can be specified.
[0183]
Palladium oxide was formed by an ink-jet method, and the production method was the same as in Example 7, except for the marker.
[0184]
Using this probe-bonded substrate, scanning electron microscopy was performed in the same manner as in Example 7, and the same effects as in Example 7 were obtained.
[0185]
Further, the DNA probe spot is usually colorless and transparent, is a very thin film, and has a low secondary electron emission efficiency. Therefore, it is very difficult to confirm the position in the lens barrel. However, in the probe-bonded substrate of the present invention in which the palladium oxide spot 803 is located at a position where the position of the probe spot 802 can be specified as shown in FIG. 8, the position of the probe array spot 802 is referred to with reference to the position of the marker. Can reduce the time required to find the position of the probe array spot with low secondary electron emission efficiency, and by observing this specific position in detail, a good image can be obtained in a short time. And the analysis efficiency was improved.
[0186]
As a result, it was confirmed that each probe was formed uniformly with a diameter of about 70 μm. Furthermore, it was possible to confirm a finer structure than with an optical microscope, and it was confirmed that a sufficiently reliable probe array for inspection was formed.
[0187]
<Example 11>
In this example, using the method of Example 7, metal compound dots and DNA probes were formed on a quartz substrate, and analyzed using an X-ray photoelectron spectrometer.
[0188]
FIG. 12 shows an example of the present invention, and is a plan view of a probe-bonded substrate in which a plurality of probes having different base sequences from each other are bonded on a spot on a quartz substrate 1201. Reference numeral 1202 denotes a probe spot. Reference numeral 1203 denotes a silver spot, which is arranged at a position where the position of the spot 1202 of the probe can be specified. Specifically, they are arranged at positions corresponding to each row and each column of the spots 1202 of the probes arranged in a matrix, so that the positions of the spots 1202 can be specified. The set values of the probe and the silver spot diameter were each 1 mm.
[0189]
This probe-bonded substrate was prepared in the same manner as in Example 7 except that the material of the metal spot was changed to silver, and then the substrate was placed in an X-ray photoelectron spectroscopy chamber, and the spot of each probe was analyzed. . X-ray photoelectron spectroscopy used was μ-ESCA 250i-XL manufactured by VG Scientific, and monochromatic Al X-rays were used as X-rays. The X-ray filament current was 18 mA and the voltage was 17 kV.
[0190]
Usually, in X-ray photoelectron spectroscopy measurement of a probe-bound substrate consisting of only DNA probe spots, a metal mask is placed on the sample to prevent charge-up during measurement, and a neutralizing electron gun is used at the same time.
[0191]
At that time, in order to analyze a place other than the place where the hole of the metal mask is opened, the metal mask had to be gradually shifted according to the position of the probe array.
[0192]
However, in the probe-bonded array of the present invention shown in FIG. 11, since the conductive film plays the same role as the metal mask, the measurement could be performed without charge-up.
[0193]
As a result, it was confirmed that each probe was manufactured at a desired position on the substrate without peeling or ejection failure. That is, it was confirmed that a sufficiently reliable probe array for inspection was formed.
[0194]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to mark a probe-bonded substrate effective for various surface analyses. Further, by using the present invention, analysis for product inspection can be performed without performing a binding reaction with a target substance.
[0195]
[Sequence list]
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557
Figure 2004085557

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention, Example 5.
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an embodiment of the present invention and examples 7 and 8.
FIG. 8 is a diagram for explaining a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an embodiment of the present invention and a ninth embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating an eleventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001, 1101, 1201: substrate
102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 802, 902, 1002, 1102, 1202: DNA probe
103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203: Probe made of metal or metal compound
504: X, Y address
804: Marker

Claims (12)

標的物質に対して特異的に結合可能なプローブが基板の表面に結合されたプローブ結合基板であって、
表面の第1の位置に前記プローブが結合され、該第1の位置と特定の位置関係をもつことで該第1の位置を特定可能な第2の位置に金属または金属化合物が配置されていることを特徴とするプローブ結合基板。
A probe-binding substrate in which a probe capable of specifically binding to a target substance is bound to a surface of the substrate,
The probe is bonded to a first position on the surface, and a metal or a metal compound is arranged at a second position that can specify the first position by having a specific positional relationship with the first position. A probe-bonded substrate, characterized in that:
前記金属または金属化合物が有色であることを特徴とする請求項1に記載のプローブ結合基板。The probe-bonded substrate according to claim 1, wherein the metal or metal compound is colored. 前記金属または金属化合物が微粒子膜であることを特徴とする請求項1に記載のプローブ結合基板。The probe-bonded substrate according to claim 1, wherein the metal or the metal compound is a fine particle film. プローブ結合基板の製造方法であって、
標的物質に対して特異的に結合可能なプローブを有する液を基板表面の第1の位置に供給する第一の工程と、
該第1の位置と特定の位置関係をもつことで該第1の位置を特定可能な第2の位置に金属または金属化合物を配置する第二の工程とを有し、
前記第二の工程の後に前記第一の工程を行うことを特徴とするプローブ結合基板の製造方法。
A method for manufacturing a probe-bonded substrate, comprising:
A first step of supplying a liquid having a probe capable of specifically binding to a target substance to a first position on a substrate surface;
A second step of disposing a metal or metal compound at a second position capable of specifying the first position by having a specific positional relationship with the first position,
A method for manufacturing a probe-bonded substrate, wherein the first step is performed after the second step.
プローブ結合基板の製造方法であって、
標的物質に対して特異的に結合可能なプローブを有する液を基板表面の第1の位置に供給する第一の工程と、
該第1の位置と特定の位置関係をもつことで該第1の位置を特定可能な第2の位置に金属または金属化合物を供給する第二の工程とを有し、
前記第一の工程と第二の工程とを同時に行うことを特徴とするプローブ結合基板の製造方法。
A method for manufacturing a probe-bonded substrate, comprising:
A first step of supplying a liquid having a probe capable of specifically binding to a target substance to a first position on a substrate surface;
A second step of supplying a metal or metal compound to a second position capable of specifying the first position by having a specific positional relationship with the first position,
A method for manufacturing a probe-bonded substrate, wherein the first step and the second step are performed simultaneously.
前記金属または金属化合物の基板表面への供給が、前記金属または金属化合物を含む液体をインクジェット法で吐出させることによってなされる請求項4または5に記載の製造方法。The method according to claim 4, wherein the supply of the metal or the metal compound to the substrate surface is performed by discharging a liquid containing the metal or the metal compound by an inkjet method. 測定検体中に含まれている可能性のある標的物質に対して特異的に結合するプローブを基板上に互いに独立した複数のスポットとして有するプローブアレイを分析する方法であって、該基板表面に該スポットの位置を特定可能なように配置された金属または金属化合物からなるマーカーの位置に基づいて、スポットの位置を特定する工程を有する事を特徴とするプローブアレイの分析方法。A method for analyzing a probe array having, as a plurality of spots independent of each other, a probe that specifically binds to a target substance that may be contained in a measurement sample, comprising: A method for analyzing a probe array, comprising the step of specifying the position of a spot based on the position of a marker made of a metal or a metal compound arranged so as to specify the position of the spot. 前記プローブアレイ分析時に用いる分析装置が、走査電子顕微鏡であることを特徴とする請求項10に記載のプローブアレイの分析方法。The method for analyzing a probe array according to claim 10, wherein an analyzer used for the analysis of the probe array is a scanning electron microscope. 標的物質の検出方法であって、
前記標的物質に対して特異的に結合するプローブを基板上に互いに独立した複数のスポットとして有するプローブアレイを用意する工程と、
前記プローブアレイの各々のスポットと検体を接触させる工程と、
何れかのスポットにおける該プローブと該標的物質の反応物の有無を検出する工程と、
該反応物が検出された場合に、その反応物が存在するスポットの位置を、該基板表面の金属または金属化合物の位置に基づいて特定する工程とを有することを特徴とする標的物質の検出方法。
A method for detecting a target substance,
A step of preparing a probe array having probes that specifically bind to the target substance as a plurality of independent spots on a substrate,
Contacting a sample with each spot of the probe array,
Detecting the presence or absence of a reaction product of the probe and the target substance in any spot,
Specifying the position of the spot where the reactant is present based on the position of the metal or metal compound on the substrate surface when the reactant is detected. .
標的物質に対して特異的に結合可能なプローブが、少なくとも表面が絶縁性の基板表面に、結合されているプローブ結合基板において、
少なくとも該プローブと同一面上に、導電性膜が配置されていることを特徴とするプローブ結合基板。
A probe capable of specifically binding to a target substance, at least a surface of which is bonded to a surface of an insulating substrate, in a probe-bonded substrate,
A probe-bonded substrate, wherein a conductive film is disposed at least on the same surface as the probe.
標的物質に対して特異的に結合可能なプローブを有するプローブ結合基板の製造方法であって、
前記プローブを有する液を基板表面に供給する第一の工程と、
導電性膜を基板表面に配置する第二の工程とを有し、
前記第一の工程と前記第二の工程とを同時に行なうことを特徴とするプローブ結合基板の製造方法。
A method for producing a probe binding substrate having a probe capable of specifically binding to a target substance,
A first step of supplying a liquid having the probe to the substrate surface,
And a second step of disposing the conductive film on the substrate surface,
A method for manufacturing a probe-bonded substrate, wherein the first step and the second step are performed simultaneously.
標的物質に対して特異的に結合するプローブを絶縁性基板上に互いに独立した複数のスポットとして有するプローブアレイを分析する方法であって、該基板表面に導電性膜を配置し、該導電性膜をアースと電気的に接続した後に、該プローブの分析を行なうことを特徴とするプローブアレイの分析方法。A method for analyzing a probe array having a probe specifically binding to a target substance as a plurality of independent spots on an insulating substrate, wherein a conductive film is disposed on the substrate surface, and the conductive film Analyzing the probe after electrically connecting the probe to ground.
JP2003187597A 2002-06-28 2003-06-30 Probe-coupling substrate, its manufacturing method, and its analytical method Pending JP2004085557A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003187597A JP2004085557A (en) 2002-06-28 2003-06-30 Probe-coupling substrate, its manufacturing method, and its analytical method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002190009 2002-06-28
JP2002189836 2002-06-28
JP2003187597A JP2004085557A (en) 2002-06-28 2003-06-30 Probe-coupling substrate, its manufacturing method, and its analytical method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004085557A true JP2004085557A (en) 2004-03-18

Family

ID=32074122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003187597A Pending JP2004085557A (en) 2002-06-28 2003-06-30 Probe-coupling substrate, its manufacturing method, and its analytical method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004085557A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006082805A1 (en) * 2005-02-01 2006-08-10 Universal Bio Research Co., Ltd. Analysis processing method and device
JP2007003363A (en) * 2005-06-24 2007-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Probe carrier, and fluorescence reader
WO2009054078A1 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 Shimadzu Corporation Method for preparing sample for matrix supported laser elimination ionization mass analysis using microdispensing technique, and matrix supported laser elimination ionization mass analytical method
JP2010008109A (en) * 2008-06-24 2010-01-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Target material detection chip utilizing antigen-antibody reaction
JP2011128083A (en) * 2009-12-18 2011-06-30 Central Res Inst Of Electric Power Ind Method for preparing sample for observing insoluble substance of platinum group element inside solidified glass body
JP2016145746A (en) * 2015-02-06 2016-08-12 シチズンファインデバイス株式会社 Sample loading plate
JP2018049034A (en) * 2017-12-18 2018-03-29 株式会社ニコン Detection method, detection device, screening method, screening device, and biochip

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006082805A1 (en) * 2005-02-01 2006-08-10 Universal Bio Research Co., Ltd. Analysis processing method and device
TWI425443B (en) * 2005-02-01 2014-02-01 Universal Bio Research Co Ltd Analysis processing method and device
JP2007003363A (en) * 2005-06-24 2007-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Probe carrier, and fluorescence reader
WO2009054078A1 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 Shimadzu Corporation Method for preparing sample for matrix supported laser elimination ionization mass analysis using microdispensing technique, and matrix supported laser elimination ionization mass analytical method
JP5012904B2 (en) * 2007-10-26 2012-08-29 株式会社島津製作所 Sample preparation for matrix-assisted laser desorption / ionization mass spectrometry and matrix-assisted laser desorption / ionization mass spectrometry using micro-dispensing technology
JP2010008109A (en) * 2008-06-24 2010-01-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Target material detection chip utilizing antigen-antibody reaction
JP2011128083A (en) * 2009-12-18 2011-06-30 Central Res Inst Of Electric Power Ind Method for preparing sample for observing insoluble substance of platinum group element inside solidified glass body
JP2016145746A (en) * 2015-02-06 2016-08-12 シチズンファインデバイス株式会社 Sample loading plate
JP2018049034A (en) * 2017-12-18 2018-03-29 株式会社ニコン Detection method, detection device, screening method, screening device, and biochip

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8436535B2 (en) Information acquisition method, information acquisition apparatus and disease diagnosis method
JP5094939B2 (en) Information acquisition method
US7446309B2 (en) In-plane distribution measurement method
US7188031B1 (en) Method for acquiring information of a biochip using time of flight secondary ion mass spectrometry and an apparatus for acquiring information for the application thereof
US20020192600A1 (en) Probe carrier, probe fixing carrier and method of manufacturing the same
JP4636822B2 (en) Information acquisition method
JP2006153493A5 (en)
JP2004085557A (en) Probe-coupling substrate, its manufacturing method, and its analytical method
JP4457742B2 (en) Method for dispensing reagent to biological specimen and method for analyzing biological specimen
US20040219588A1 (en) Method for dispensing reagents onto biological samples and method for analyzing biological samples
EP1907844B1 (en) Method of manufacturing probe-immobilized carrier
Lee et al. Fabrication of protein microarrays for immunoassay using the electrospray deposition (ESD) method
US20040053308A1 (en) Probe immobilized substrate and method for manufacturing the same, and analytical method
JP2004037112A (en) Nucleic acid chip substrate, nucleic acid chip inspection method, and manufacturing method
JP2004212206A (en) Substrate for analyzing polymer, array for analyzing polymer and polymer analyzing method
US20100041165A1 (en) Probe-immobilized carrier storing manufacturing condition data and manufacturing method and apparatus thereof, detecting method of target substance by use of the probe-immobilized carrier, and measuring apparatus, recording medium, kit and system for use in the detecting method
JP2004085556A (en) Manufacturing method, manufacturing equipment and quality guarantee method for probe carrier
US20050214769A1 (en) Method for producing probe carrier, apparatus for producing the same and method for quality assurance therefor
JP2004037120A (en) Method for analyzing composition of organic film by time-of-flight secondary ion mass spectrometry
EP1580554A1 (en) Method of immobilizing polynucleotide on solid support, solid immobilization support thus obtained, method of detecting target polynucleotide from the solid support and solution for immobilizing polynucleotide
US20040259088A1 (en) Method for analyzing RNA using time of flight secondary ion mass spectrometry
JP2004037128A (en) Method for analyzing matter on substrate by matrix assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry
WO2003083474A1 (en) Test piece for analyzing substance with biological origin, process for producing the same and method of examining test piece for substance with biological origin
WO2004003532A1 (en) Method of analyzing probe support by using flying time secondary ion mass spectrometry
JP4040372B2 (en) Nucleic acid chip and nucleic acid chip analysis method