JP2007202451A - 密度が調整された分子膜の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る密度が調整された分子膜の製造方法は、分子膜形成工程と密度調整工程とを含み、前記分子膜形成工程において、導電性基材上に、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を形成し、前記密度調整工程において、前記分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する。該分子膜は、初期の分子膜から分子が脱離されている分だけ分子密度が所望の範囲に低く調整されている結果、該分子膜を各種測定、分析等に用いると、該分子膜における個々の分子の運動、機能が十分に発揮され、該分子膜の再現性、定量性が顕著に改善され、高精度に測定、分析等が繰り返し、安定に行われる。
【選択図】図1
Description
このナノテクノロジーの中でも、半導体微細加工技術(半導体ナノテクノロジー)とバイオテクノロジーとの融合領域であるナノバイオテクノロジーは、既存の問題を根底から解決できる可能性を持つ新分野として、多くの研究開発が精力的に行われるようになってきている。
このナノバイオテクノロジーの中でも特に、DNAチップ(又はDNAマイクロアレイ)に代表され、ガラス、シリコン、プラスチック、金属などで形成された基板上に、DNA、蛋白質などの生体高分子からなる多数の異なった検体を高密度に整列化してスポットしたものであるバイオチップは、臨床診断や薬物治療などの分野で、核酸や蛋白質の試験を簡素化でき、特に遺伝子解析に有効な手段として注目されている(非特許文献1及び2参照)。
しかしながら、前記機能性分子を前記基板(電極)上に緻密な単分子膜として固定(結合)させた場合には、固定(結合)させた前記機能性分子のフリーモーションの変化を利用して該機能性分子とターゲット(標的)分子との結合等を観察する場合や、固定(結合)させた前記機能性分子を、それよりも大きなターゲット分子と結合等させる場合などにおいては、隣接する前記機能性分子どうしの立体障害が大きな問題となってくる。
しかしながら、前記(1)の方法の場合は、前記機能性分子の拡散は時間の平方根に比例するため、前記(2)の方法の場合は、前記スクリーニング効果は前記カウンターイオンの濃度の平方根に比例するため、それぞれ前記固定(結合)密度を比較的低くするためには、非常に厳しい条件下で行わなければならないという問題があった(非特許文献6及び7参照)。
本発明に係る密度が調整された分子膜の製造方法では、前記分子膜形成工程において、導電性基材上に、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を形成する。また、前記密度調整工程において、前記分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する。こうして製造された分子膜は、前記分子膜形成工程において形成した分子膜と比べて、該分子膜から分子が脱離されている分だけ分子密度が所望の範囲に低く調整されている。その結果、この分子膜を各種測定、分析等に用いると、該分子膜における個々の分子の運動、機能が十分に発揮され、該分子膜の再現性、定量性を顕著に改善することができ、高精度に測定、分析等を繰り返し、安定に行うことができるようになる。
本発明に係る密度が調整された分子膜の製造装置では、前記密度調整手段が、導電性基材上に形成した、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する。こうして製造された分子膜は、前記密度調整手段により前記分子の密度が調整される前の前記分子膜と比べて、該分子膜から分子が脱離されている分だけ分子密度が所望の範囲に低く調整されている。その結果、この分子膜を各種測定、分析等に用いると、該分子膜における個々の分子の運動、機能が十分に発揮され、該分子膜の再現性、定量性を顕著に改善することができ、高精度に測定、分析等を繰り返し、安定に行うことができるようになる。
本発明に係る密度が調整された分子膜の製造方法は、分子膜形成工程と、密度調整工程とを含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程を含む。
本発明に係る密度が調整された分子膜の製造装置は、密度調整手段を有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、分子膜形成手段などを含む。
本発明に係る密度が調整された分子膜の製造方法は、本発明に係る密度が調整された分子膜の製造装置を用いて好適に実施することができる。以下に、本発明に係る密度が調整された分子膜の製造方法について説明すると共に、その説明を通じて本発明に係る密度が調整された分子膜の製造装置の詳細をも明らかにすることとする。
前記分子膜形成工程は、導電性基材上に、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を形成する工程である。該分子膜形成工程は、本発明に係る密度が調整された分子膜の製造装置における前記分子膜形成手段により、好適に実施することができる。
前記分子膜形成手段は、導電性基材上に、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を形成する手段である。
前記導電性基材としては、特に制限はなく、適宜目的に応じて選択することができるが、その構造としては、例えば、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、全体が導電性材料で形成された構造であってもよいし、絶縁性基材上に導電性材料による電極層が設けられた構造などであってもよい。
前記絶縁性基材の材質としては、例えば、石英ガラス、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、サファイヤ、等が好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記導電性材料又は前記電極層の材質としては、導電性を有する限り特に制限はなく、例えば、金属、合金、導電性樹脂、炭素化合物、などが挙げられる。前記金属としては、例えば、金、白金、銀、銅、亜鉛、などが挙げられる。前記合金としては、例えば、前記金属として例示したものの2種以上の合金などが挙げられる。前記導電性樹脂としては、例えば、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアニリン、などが挙げられる。前記炭素化合物としては、例えば、導電性カーボン、導電性ダイヤモンド、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記密着層の材質、形状、構造、厚み、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記材質としては、例えば、クロム、チタンなどが挙げられ、前記構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
前記絶縁膜としては、その材質、形状、構造、厚み、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、前記材質としては、例えば、アモルファスガラス、ノンドープ・ドープSiO2、SiNxなどの酸化物、窒化物、また、ポリイミドやフォトレジストのような高分子化合物が好適に挙げられる。前記フォトレジスト材料としては、例えば、g線レジスト、i線レジスト、KrFレジスト、ArFレジスト、F2レジスト、電子線レジストなどが挙げられる。
前記導電性基材乃至前記電極層(作用電極)が2以上設けられている場合、これらの前記導電性基材乃至前記電極層(作用電極)に対し、異なるタイミングで任意に電位を印加乃至変化させることにより、異なるタイミングで各作用電極層に固定(結合)させた前記分子を脱離させることができる。
前記分子としては、前記導電性基材乃至前記電極層と結合可能な部位を少なくとも一部に含む限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記導電性基材乃至前記電極層との結合としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、電気的結合、化学結合、吸着などが挙げられるが、前記密度調整工程において、前記分子で形成した分子膜から、その構成分子である該分子のいくつかを脱離させる際の制御等が容易である点で、化学結合が好ましく、該化学結合の中でも、硫黄原子(S)を含む結合が切断の制御性、制御性等の点で好ましく、具体的には、チオール結合(−S−)、ジスルフィド結合(−S−S−)などを含んだ分子と該導電性基材乃至害電極層との結合が特に好ましい。該導電性基材乃至害電極層と前記チオール結合(−S−)又は前記ジスルフィド結合(−S−S−)含む分子との結合である場合には、後述するように、該導電性基材乃至該電極層に一定の電位を印加すると、前記導電性基材乃至前記電極層と結合する硫黄原子(S)との結合が切断され、前記分子膜を構成する前記分子の内のいくつかが前記導電性基材乃至前記電極層から脱離する。その結果、前記分子膜が前記分子による緻密膜である場合には、いくつかの前記分子の脱離によって該分子膜における分子密度が低減され、所望の程度に調整される。
本発明においては、分子の一部に前記チオール結合(−S−)又は前記ジスルフィド結合(−S−S−)を有するポリヌクレオチドが好ましく、末端に前記チオール結合(−S−)又は前記ジスルフィド結合(−S−S−)を有する、DNA、RNA、これらとタンパク質との複合体などが特に好ましい。なお、前記DNA及びRNAは、一本鎖であってもよいし、二本鎖であってもよい。
前記標的としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、有機分子などが挙げられる。前記有機分子としては、例えば、タンパク質、血漿蛋白、腫瘍マーカー、アポ蛋白、ウイルス、自己抗体、凝固・線溶因子、ホルモン、血中薬物、核酸、HLA抗原、リポ蛋白、糖蛋白、ポリペプチド、脂質、多糖類、リポ多糖類などが挙げられる。
前記発光部の前記分子1つ当たりにおける数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、少なくとも1つであり、2以上であってもよい。前記発光部の前記分子における位置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記相互作用可能な領域が線状である場合にはその末端などが挙げられ、該相互作用可能な領域がポリヌクレオチドである場合には、3’末端であってもよいし、5’末端であってもよい。
前記発光部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、蛍光色素、金属、半導体ナノスフィアー、などが好適に挙げられる。
前記蛍光色素は、前記吸着放出電極が金属電極等の金属である場合には、該金属と相互作用している間(例えば、該金属の近傍に位置している間)は、吸収可能な波長の光が照射されても発光せず、該金属と相互作用しなくなった時(例えば、該金属とは離接している時)には、吸収可能な波長の光が照射されるとその光エネルギーにより発光可能であるものが前記発光部として特に好適に使用可能である。前記蛍光色素としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、下記構造式1で表される化合物などが好適に挙げられる。
構造式1
前記分子膜としては、前記分子で形成され、単分子膜であってもよいし、該単分子膜の積層膜であってもよいが、本発明においては、該分子膜の機能の発現容易性、機能調整容易性等の観点からは、単分子膜であるのが好ましい。
前記分子膜の前記導電性基材乃至前記電極層上への形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ラングミュア・ブロジェット法(LB法)、スピンコート法、ディップ法などが挙げられるが、中でも、‘Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers’ A. Ulman, Chem. Rev., 1996, Vol. 96, No. 4, 1533-1554に記載された方法が特に好ましい。これらの形成方法により前記分子膜を形成する場合には、前記分子は液に分散乃至溶解した状態で行うのが好ましい。このとき、前記液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、水、アルコール、界面活性剤などを含む液などが挙げられる。これらの形成方法によって前記導電性基材乃至前記電極層上に形成された分子膜においては、前記分子の一部が前記導電性基材乃至前記電極層と化学結合により結合し、該導電性基材乃至該電極層に固定される。前記分子が前記チオール結合(−S−)又は前記ジスルフィド結合(−S−S−)を有している場合には、該チオール結合(−S−)又は前記ジスルフィド結合(−S−S−)の部分が、前記導電性基材乃至前記電極層との間で容易に結合を生ずる。このとき、前記分子膜を構成する前記分子は、その分子内に存在する、前記チオール結合(−S−)又は前記ジスルフィド結合(−S−S−)の硫黄原子(S)を介して前記導電性基材乃至前記電極層に化学結合により固定される。こうして、前記分子膜形成工程において形成された前記分子膜は、通常、前記分子による自己組織化膜(SAM: Self Assembled Monolayer)であって緻密膜の状態となっている。
このため、本発明においては、前記分子膜形成工程において形成した前記分子膜につき、以下の密度調整工程を行うことにより、前記分子膜を構成する分子を該分子膜から脱離させ、該分子膜における分子密度を所望の程度に調整する。
前記密度調整工程は、前記分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材乃至前記電極層から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する工程である。該密度調整工程は、本発明に係る密度が調整された分子膜の製造装置における前記密度調整手段により、好適に実施することができる。
前記密度調整手段は、前記導電性基材乃至前記電極層上に形成した、該導電性基材乃至該電極層と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する手段である。
このような指標としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、(1)予め求めておいた、電位印加時における単位時間当たりの前記分子の前記導電性基材乃至前記電極層からの脱離量を意味する脱離率(%)と印加電圧(V)との関係図、(2)前記導電性基材乃至前記電極層上の分子密度に直接関係する信号、などが特に好適に挙げられる。
また、前記(2)を指標とする場合には、前記密度調整工程を、前記導電性基材乃至前記電極層上の前記分子の分子密度(分子/cm2)をリアルタイムでモニターしながら、又は、該導電性基材乃至該電極層上の前記分子の分子密度に直接関係する信号をリアルタイムでモニターしながら、前記導電性基材乃至前記電極層に電位を印加することにより、前記分子を前記導電性基材乃至前記電極層から脱離させ、前記分子膜における分子密度(分子/cm2)を低下させることにより行うことができる。なお、前記信号としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記分子が前記蛍光色素を分子中に有している場合には、該蛍光色素による蛍光強度(任意単位:a.u.)などが好適に挙げられる。
なお、この明細書においては、前記分子密度の単位「分子/cm2」を「cm−2」と表記することがある。
前記分子密度が、緻密膜の分子密度に比して適度に分子密度が低下されていないと、前記分子膜を各種の分析、測定に使用した場合の分析、測定等の感度等が十分でないこと等がある。
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、以下の供給工程などが挙げられる。該その他の工程は、本発明に係る密度が調整された分子膜の製造装置における前記その他の手段、例えば、以下の供給手段により、好適に実施することができる。
前記供給手段は、前記導電性基材乃至前記電極層から前記分子を脱離させた際に該導電性基材乃至該電極層上に生ずるスペースに、脱離した前記分子よりも小さな硫黄原子含有分子を供給し結合させる手段である。
前記密度調整工程において、前記分子膜から脱離させた前記分子がDNAや蛋白質に代表されるポリマー等の比較的大きな分子である場合、溶液中での拡散が遅く、前記導電性基材乃至前記電極層と硫黄原子との結合を還元により切断しても、該導電性基材乃至該電極層の表面からの拡散が遅く、これらの表面に留まり、これらに再付着する可能性が高い(‘Studies of the Electrochemical Removal and Efficient Re-formation of a Monolayer of Hexadecanethiol Self-Assembled at an Au(111) Single Crystal in Aqueous Solutions’ D. F. Yang et al., Langmuir, 1997, Vol. 13, No. 2, 243-249.参照)。このような場合、脱離させた前記分子よりも早い拡散速度の分子を用いて、脱離させた部分を素早く保護することにより、脱離させた前記分子が前記導電性基材乃至前記電極層に再付着(再結合)するのを防止し、前記分子の脱離を促進し、脱離させた部分を電気的・物理的に保護することが可能となる。
本発明に係る密度が調整された分子膜の製造方法又は製造装置により製造された分子膜は、その分子密度が所望の程度に調整(低下)されているので、該分子膜をセンサー等として各種の分析装置乃至方法、測定装置乃至方法、具体的には、例えばDNAチップ等のバイオセンサーとして好適に使用することができる。なお、このとき、前記分子膜は前記導電性基材乃至前記電極層上に形成されており、該導電性基材乃至該電極層上に前記分子膜が形成されたものを、例えばバイオセンサー等のデバイス等として使用することができる。このため、本発明に係る密度が調整された分子膜の製造装置は、前記分子膜を形成した後、そのままバイオセンサー等のデバイス、分析、測定装置等として使用することができる。
前記導電性液体としては、導電性であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、水、イオン溶液、電解質を含有する溶液、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、前記分子膜を使用した分析、測定等の際、前記導電性水溶液を非水系電解質の溶液に置換することにより、水に不溶な物質の分析、測定等を行うこともできる。この場合、前記非水系電解質としては、例えば、有機溶媒が好適に挙げられ、具体的には、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフランなどが好適に挙げられる。
前記分子として、一端にチオール基を有し、他端に前記蛍光色素(蛍光ラベル)としての蛍光シアニン色素(Cy3)を有する1本鎖のDNA(24塩基プローブDNA:ss−24mer−probe−DNA)を用い、‘Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers’ A. Ulman, Chem. Rev., 1996, Vol. 96, No. 4, 1533-1554に記載された方法によって、前記DNAを自己組織化により、前記導電性基材乃至前記電極層としての金電極(2mmφ)上に硫黄原子を介して固定(結合)し、該金電極上に前記DNAによる分子膜(緻密膜)を形成した。
ここで、次に、前記密度調整工程を、前記蛍光色素(蛍光ラベル)による蛍光強度を指標にして、前記分子膜を構成する前記DNAの分子密度を調整(低下)させることにより行うため、図3に示すように、金電極3に固定(結合)させたDNA(プローブDNA)8に光を照射する入射光ファイバー1と、金電極3からの反射光を受光する受光ファイバー2とを配置させ、電源5によりリードラインを介して金電極3とその対向電極4とに電位(還元電位)が印加可能とした。
DNA8の帯電(負帯電)と同じ極性の電位(負電位)が金電極3に印加されるように対向電極4との間に電源5から−0.2Vの電位を印加すると、DNA8は、金電極3との電気的な反発力により金電極3から離れて位置するが、DNA8の一端はチオール結合6により金電極3に固定(結合)されているため、DNA8は、あたかも金電極3から立設するようにして位置する。このとき、DNA8に向けて、蛍光ラベル7が吸収すると蛍光を発する波長の光を、入射光ファイバー1から照射すると、DNA8が、金電極3に近接して位置する場合には、蛍光ラベル7が照射光の光エネルギーを吸収して励起された際の励起エネルギーの一部が金電極に移動してしまうクエンチング効果により、蛍光色素7の発光が減じる乃至生じない。金電極3から離れて位置する場合には、前記クエンチング効果が弱まり、蛍光ラベル7において生じた前記励起エネルギーが発光に用いられる割合が高まり、結果、蛍光ラベル7は発光を強めるようになる。そして、この蛍光が、入射光ファイバー1によるDNA8に向けての照射光と、金電極3からの反射光を受光する受光ファイバー2との光が交差する領域である蛍光観察領域9において観察されるようになる。
金電極3に更に比較的大きな還元電位−0.6V〜−0.8Vを印加すると、該還元電位によりDNA8におけるチオール結合6が切断され、分子密度(分子/cm2)が低下していく。初期の分子密度が約1.2×1012(分子/cm2)であったDNA8が、還元電位の印加による還元脱離により、金電極3から徐々に脱離していき、分子密度(分子/cm2)が約8×1010(分子/cm2)に低下、このときの蛍光ラベル7による蛍光強度(a.u.)と、DNA8の金電極3上の分子密度(分子/cm2)との関係を測定し、図4のグラフに示した。なお、ここで、蛍光強度測定時に金電極3に−0.2Vの負電位を印加し、DNA8を伸張させた状態にし、金電極3と蛍光ラベル7との距離を一定に保った理由は、金電極3上の蛍光ラベル7は励起エネルギーの一部が電極に移動し(クエンチング効果)、蛍光強度が蛍光ラベル7と金電極3との距離が変わることで変化するため、このクエンチング効果による蛍光の変化を防ぐためである。
図6に示すグラフにおいて、初期の時間帯(0〜約60秒後)を「A」とし、次の時間帯(約60秒後〜約360秒後)を「B」とし、その次の時間帯(約360秒後から約500秒後)を「C」としたとき、「A」は、初期の分子密度を示すDNA8(分子膜)の蛍光ラベル7による蛍光強度(a.u.)を意味し、「C」は、金電極3に還元電位を印加しDNA8が脱離した後の分子密度が低下した際のDNA8の蛍光ラベル7による蛍光強度(a.u.)を意味し、「B」は、金電極3に還元電位を印加した際に、金電極3から離脱した直後のDNA7の蛍光ラベル7による蛍光であり、前記クエンチング効果を受けないため、一時的に大きな蛍光を発している。図5の結果からは、還元電位(負電位)−0.6Vを金電極3に、5分間印加することにより、金電極3から脱離した後の分子密度、即ち図6のグラフの「C」の蛍光強度を示す分子密度は、2×1011cm−2と算定されたが、‘Electrochemical Quantitation of DNA Immobilized on Gold’ A. B. Steel et al., Anal. Chem., 1998, Vol. 70, No. 22, 4670-4677.に記載された電気化学測定法を用いた実験値と比較してみて、良好な一致が得られたことが確認できた。
以上の密度調整工程により、比較的分子密度の緻密なDNA8による分子膜を所望の程度にまで分子密度を簡便に調整する(低下させる)ことができた。
次に、初期の分子密度2.2×1011cm−2から最終の分子密度1.5×1011cm−2になるまで金電極3からDNA8を脱離させた際に、DNA8よりも小さな分子である前記硫黄原子含有分子としてのメルカプトヘキサノール(HO(CH2)6SH:MCH)を、金電極3におけるDNA8が脱離したスペースに供給し、該MCHをそこに結合させた。その結果、図8に示すように、前記MCHの添加直後から、DNA8の脱離による蛍光のピークが見られた。このような比較的小さいチオール分子(前記MCH)の脱離促進効果が、脱離電位を繰返し印加することにより、金電極3からDNA8の脱離を行った際にも有効であることが確認できた。
(付記1) 導電性基材上に、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を形成する分子膜形成工程と、
前記分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する密度調整工程と
を含むことを特徴とする、密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記2) 密度調整工程が、導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させることにより行われる付記1に記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記3) 密度調整工程が、電位印加時における単位時間当たりの分子の脱離量を意味する脱離率(%)と、印加電圧(V)との関係図を予め求めておき、該関係図に基づいて、導電性基材に印加する電位の大きさと印加時間とを調整しつつ、該導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させることにより行われる付記1から2のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記4) 密度調整工程が、該導電性基材上の分子密度をリアルタイムでモニターしながら、又は、該導電性基材上の分子密度に直接関係する信号をリアルタイムでモニターしながら、導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させることにより行われる付記1から2のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記5) 分子が蛍光色素を分子中に有してなり、導電性基材上の分子密度に直接関係する信号が、前記蛍光色素による蛍光強度である付記4に記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記6) 分子が、硫黄原子を分子の一部に有してなり、該硫黄原子を介して導電性基材に結合可能である付記1から5のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記7) 電位が、還元電位である付記1から6のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記8) 導電性基材から分子を脱離させた際に該導電性基材上に生ずるスペースに、脱離した前記分子よりも小さな硫黄原子含有分子を供給し結合させる供給工程を更に含む付記1から7のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記9) 供給工程において、硫黄原子含有分子を、導電性基材から分子を脱離させる前又はそれ以前から前記導電性基材に向けて供給させる付記8に記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記10) 供給工程において、硫黄原子含有分子を、導電性基材から分子を脱離させた後で前記導電性基材に向けて供給させる付記8に記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
(付記11) 導電性基材上に形成した、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する密度調整手段を有することを特徴とする、密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記12) 密度調整手段が、導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させる付記14に記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記13) 密度調整手段が、電位印加時における単位時間当たりの分子の脱離量を意味する脱離率(%)と、印加電圧(V)との関係図を予め求めておき、該関係図に基づいて、導電性基材に印加する電位の大きさと印加時間とを調整しつつ、該導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させる付記11から12のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記14) 密度調整手段が、該導電性基材上の分子密度をリアルタイムでモニターしながら、又は、該導電性基材上の分子密度に直接関係する信号をリアルタイムでモニターしながら、導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させる付記11から12のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記15) 分子が蛍光色素を分子中に有してなり、導電性基材上の分子密度に直接関係する信号が、前記蛍光色素による蛍光強度である付記14に記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記16) 分子が、硫黄原子を分子の一部に有してなり、該硫黄原子を介して導電性基材に結合可能である付記11から15のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記17) 電位が、還元電位である付記11から16のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記18) 導電性基材から分子を脱離させた際に該導電性基材上に生ずるスペースに、脱離した前記分子よりも小さな硫黄原子含有分子を供給し結合させる供給手段を更に有する付記11から17のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記19) 供給装置が、硫黄原子含有分子を、導電性基材から分子を脱離させる前又はそれ以前から前記導電性基材に向けて供給させる付記18に記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
(付記20) 供給装置が、硫黄原子含有分子を、導電性基材から分子を脱離させた後で前記導電性基材に向けて供給させる付記18に記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
本発明に係る、密度が調整された分子膜の製造方法又は製造装置は、ナノバイオテクノロジーの分野に極めて有用であり、本発明により得られ、分子密度が所望の程度に調整された分子膜は、デバイス等の性能、信頼性、定量性、再現性の向上に著しく寄与する。
2 受光ファイバー
3 金電極(導電性基材乃至電極層)
4 対向電極
5 電源(外部電位印加装置)
6 チオール結合
7 蛍光色素(蛍光ラベル)
8 DNA(分子)
9 蛍光観察領域
Claims (10)
- 導電性基材上に、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を形成する分子膜形成工程と、
前記分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する密度調整工程と
を含むことを特徴とする、密度が調整された分子膜の製造方法。 - 密度調整工程が、導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させることにより行われる請求項1に記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
- 密度調整工程が、電位印加時における単位時間当たりの分子の脱離量を意味する脱離率(%)と、印加電圧(V)との関係図を予め求めておき、該関係図に基づいて、導電性基材に印加する電位の大きさと印加時間とを調整しつつ、該導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させることにより行われる請求項1から2のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
- 密度調整工程が、該導電性基材上の分子密度をリアルタイムでモニターしながら、又は、該導電性基材上の分子密度に直接関係する信号をリアルタイムでモニターしながら、導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させることにより行われる請求項1から2のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
- 分子が蛍光色素を分子中に有してなり、導電性基材上の分子密度に直接関係する信号が、前記蛍光色素による蛍光強度である請求項4に記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
- 分子が、硫黄原子を分子の一部に有してなり、該硫黄原子を介して導電性基材に結合可能である請求項1から5のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
- 電位が、還元電位である請求項1から6のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
- 導電性基材から分子を脱離させた際に該導電性基材上に生ずるスペースに、脱離した前記分子よりも小さな硫黄原子含有分子を供給し結合させる供給工程を更に含む請求項1から7のいずれかに記載の密度が調整された分子膜の製造方法。
- 導電性基材上に形成した、該導電性基材と結合可能な部位を少なくとも一部に含む分子で構成される分子膜を構成する前記分子の一部を前記導電性部材から脱離させ、前記分子膜における分子密度を調整する密度調整手段を有することを特徴とする、密度が調整された分子膜の製造装置。
- 密度調整手段が、導電性基材に電位を印加することにより、分子を脱離させ、分子膜における分子密度を低下させる請求項9に記載の密度が調整された分子膜の製造装置。
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