JP2005321196A - 生化学測定チップおよび測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板5の表面および裏面に、窒化シリコンの光学薄膜6を設ける。表面の窒化シリコン膜には、膜に平行方向に膜厚に変調を加え、膜厚が厚い部分をセンサとし、その上にプローブを設ける。サンプルを含む溶液を表面に流し、プローブとサンプルの結合を、反射光の強度変化により検出する。
【選択図】図3
Description
そこで、生化学物質間の結合を簡便に標識を用いることなく直接的に測定する方法として、光学薄膜の干渉色変化を利用した生化学センサは知られている。この生化学センサは、Sandstromらの論文(例えば非特許文献1)に述べられている。その例を図1のモデルを用いて説明する。基板1上に光学薄膜2を設ける。空気の屈折率は1.00であり、光学薄膜2が屈折率1.50の材料であり、基板の屈折率は2.25のものを用いている。光学薄膜の厚さを、可視光の波長λ0の4分の1またはその奇数倍(3/4λ0、5/4λ0など)の光学的長さとしておくと、光学薄膜は反射防止膜として働き、図2の反射スペクトルAのように、波長λ0で光学薄膜に垂直方向の反射光の強度が0となる。これにより、センサが干渉色を生じる。
また、特許文献1には、積層体を用いた化学物質の検出等が記載されている。ここでは、ケイ素からなる担体の表面にSiO2層を存在させ、反射を減少させる被覆が設けることが記載されている。
また、反応開始後所定の時間経過後に測定を行うため、所定の時間の設定の仕方によっては、反応が飽和する前に空気中に取り出してしまうことも有るため、必ずしも精度のよい測定が行えない。一方で、反応が十分に飽和した後に測定するべく、所定の時間を長時間に設定した場合には、反応が飽和した後もセンサが溶液中に浸されているため、時間的効率が悪い。
本発明の目的は、アルカリに対する耐性が良く、高スループットで生化学物質の結合を測定できる、光吸収性の基板上の光学薄膜からなる、光干渉効果を利用した簡便なセンサを提供することにある。
(1)光吸収性の基板上に形成されたアルカリに耐性のある光学薄膜と、その光学薄膜表面に形成されたプローブからなるセンサチップに、そのプローブと相互作用するサンプルを含む液を供給し、この液体が供給された状態で、相互作用の前後で変化する反射光の強度を検出する。ここで、光学薄膜としては、アルカリに対する耐性がある窒化シリコン、酸化タンタルのようなものを用いる。また、基板のセンサを有する面のセンサ以外の領域および裏面に、窒化シリコン、酸化タンタルなどのアルカリに対する耐性のある材料からなる保護膜を設ける。これにより、基板のセンサを有する面と、その裏面について、チップの耐アルカリ性を持たせることができる。更に、センサを有する面については、センサ部およびセンサ部などを示す印および文字と、それ以外の部分の間で、膜の光路長に差をつけて、異なる色を示すようにする。
図4に、CVD法に用いる混合ガスのモノシラン、アンモニア、窒素に占めるモノシランの混合比に対する、製膜される窒化シリコン膜の屈折率を示した。具体的には原料混合ガスのモノシラン、アンモニア、窒素に占めるモノシランの混合比を0.07程度から0.45程度に調節することで、屈折率を窒化シリコン膜の屈折率を2.0程度から2.6程度の範囲で調整できた。しかしながら、原料混合ガス中に占めるモノシランの比率を高くすると窒化シリコン膜組成は「シリコン/窒素」の値が3/4より大きくなると推測される。
この実施例では、複数の検体をほぼ同時に、リアルタイムで反応が検出できるので、より高スループットで生化学物質間の結合を測定できる。
Claims (14)
- シリコン基板と、
前記シリコン基板の表面に設けられた第1の窒化シリコン膜と、
前記シリコン基板の裏面に設けられた第2の窒化シリコン膜とを有し、
前記第1の窒化シリコン膜は、生体物質と結合するプローブを表面に固定するための第1の領域を有することを特徴とするチップ。 - 前記第1の領域は、前記第1の窒化シリコン膜の他の領域よりも膜厚が厚いことを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の窒化シリコン膜の屈折率は2.0程度から2.6程度の範囲の値であることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の窒化シリコン膜の窒素とシリコンの組成比は、窒素量をx、シリコン量をyとしたときにx/yが1.1以下であることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記プローブはタンパク質であることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の領域は、屈折率が2.2程度であることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の領域は、屈折率が2.0程度であることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の窒化シリコン膜は、前記シリコン基板の表面に設けられかつ屈折率が2.4程度の第3の窒化シリコン膜と、前記第3の窒化シリコン膜の表面に設けられかつ屈折率2.0程度の第4の窒化シリコン膜とからなることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の窒化シリコン膜及び前記第2の窒化シリコン膜は、各々前記シリコン基板の表面に設けられかつ屈折率が2.4程度の第3の窒化シリコン膜と、前記第3の窒化シリコン膜の表面に設けられかつ屈折率2.0程度の第4の窒化シリコン膜とからなることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の窒化シリコン膜及び前記第2の窒化シリコン膜は、前記シリコン基板に接する表面及び他の表面の屈折率が各々2.4程度及び2.0程度であり、前記シリコン基板に接する表面から前記他の表面に向かって屈折率が連続的に変化するものであることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の窒化シリコン膜及び前記第2の窒化シリコン膜は、表面から前記シリコン基板の表面に向かって屈折率が指数関数的に変化するものであることを特徴とする請求項1に記載のチップ。
- 前記第1の窒化シリコン膜及び前記第2の窒化シリコン膜は、前記シリコン基板に接しない表面に膜厚が0.5nm程度から10nm程度でありかつ屈折率が2.0程度である窒化シリコン膜を設けられることを特徴とする請求項10または請求項11に記載のチップ。
- 基板を設置するための台と、
前記基板に試料溶液を供給する試料溶液供給部と、
光源と、
前記基板の表面に設けられた複数のプローブ固定領域の各々に対応して、前記光源からの光を照射するための複数の第1光ファイバと、
前記基板の表面に設けられた複数のプローブ固定領域の各々に対応して、前記プローブ固定領域で反射した光を検出する複数の第2光ファイバと
前記反射した光を測定する受光部と、
前記受光部の測定結果について処理を行う計算部とを有し、
前記第1光ファイバと前記第2光ファイバとは、前記基板と対面する端部の配置が前記基板に対して回転方向に関して非対称であることを特徴とする測定装置。 - 前記第1光ファイバと前記第2光ファイバを保持しかつ可動である光ファイバ保持部と、前記光ファイバ保持部の位置を定める位置決め機構とを有することを特徴とする請求項13に記載の測定装置。
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