JP2008046125A - プローブアレイ、プローブアレイの製造方法およびプローブアレイを利用したサンプル検出方法 - Google Patents

プローブアレイ、プローブアレイの製造方法およびプローブアレイを利用したサンプル検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】SNRが向上したプローブアレイ、SNRが向上したプローブアレイの製造方法及びSNRが向上したプローブアレイを利用したサンプル検出方法を提供する。
【解決手段】プローブアレイは互いに隣接する少なくとも2つ以上の突出部を含む基板であって各々の突出部は上面と側面を含む基板と、突出部を分離する分離領域と、少なくとも2つ以上の活性化領域であって各々の活性化領域は突出部の上面を含む活性化領域と、および活性化領域を分離する非活性化領域であって分離領域を含む非活性化領域とを含む。
【選択図】図2

Description

本発明はプローブアレイに関するもので、特に信号対雑音比(Signal to Noise Ratio、以下SNR)が向上したプローブアレイ、プローブアレイの製造方法、およびプローブアレイを利用したサンプル検出方法に関するものである。
オリゴマープローブアレイは遺伝子発現分析(expression profiling)、遺伝子型分析(genotyping)、SNPのような突然変異(mutation)および多形(polymorphism)の検出、蛋白質およびペプチド分析、潜在的な薬のスクリーニング、新薬開発と製造などに広く使用される道具である。
現在広く使用されるオリゴマープローブアレイは光(例、UV)調査を通して、基板上の特定領域を光活性化させた後、光活性領域上にオリゴマープローブをインサイチュ(in−situ)合成し多数のプローブセルアレイを形成する。
ところで、インサイチュ合成のために数回にかけて、反復実施されるフォトリソグラフィ工程の間、マスクがミスアラインされ、活性化されてはならない非活性化領域の一部が望んでいないのに活性化され得る。したがって、非活性化領域にもオリゴマー副生成物が形成され得る。その結果、ターゲットサンプルとの混成化データ分析時、SNRが低くて正確なデータ分析の障害となる。さらに、オリゴマープローブアレイを使用して分析しようとする遺伝情報の形態が遺伝子でDNAの最小構成単位のヌクレオチド水準まで多様化されることによってプローブセルの設計規則(design rule)が数十μmから数μm以下に減少するにともないSNRがデータ分析の正確度に及ぼす悪影響がさらに大きくなっている。
韓国登録特許第10−0530085号公報 韓国登録特許第10−0053316号公報 韓国公開特許第10−2005−0080547号公報
本発明が解決しようとする課題はSNRが向上したプローブアレイを提供するものである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題はSNRが向上したプローブアレイの製造方法を提供するものである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題はSNRが向上したプローブアレイを利用したサンプル検出方法を提供するものである。
本発明が解決しようとする課題は以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
前記技術的課題を達成するための本発明の実施形態によるプローブアレイは、互いに隣接する少なくとも2つ以上の突出部を含む基板であって、前記各々の突出部は上面と側面を含む基板と、突出部を分離する分離領域と、少なくとも2つ以上の活性化領域であって、各々の活性化領域は突出部の上面を含む活性化領域と、および活性化領域を分離する非活性化領域であって、分離領域を含む非活性化領域とを含む。
本発明のいくつかの実施形態で非活性化領域は突出部の側面を含み得る。
本発明のいくつかの実施形態で活性化領域はプローブとカップリングされ、非活性化領域はプローブとカップリングされないこともあり得る。プローブは、オリゴマープローブであり得る。
本発明のいくつかの実施形態において活性化領域はリンカーを含み、非活性化領域はリンカーを含まないことがあり得る。
突出部の上面および側面は官能基を含み、リンカーは前記上面上の官能基とカップリングされているが、前記側面上の官能基とカップリングされないこともあり得る。リンカーは、シラン系またはシロキサン系リンカーであり得る。
本発明のいくつかの実施形態で突出部はシリコン酸化物、シロキサンまたはポリマーであり得る。突出部の上面はコンボリュートされていることがある。
本発明のいくつかの実施形態で基板はシリコン基板または透明なガラス基板であり、分離領域は基板の露出された表面であり得る。
前記他の技術的課題を達成するための本発明の実施形態によるプローブアレイの製造方法は、基板上に互いに隣接する少なくとも2つ以上の突出部であって、前記各々の突出部は上面と側面を含む突出部と前記突出部を分離する分離領域とを形成し、少なくとも2つ以上の活性化領域であって、各々の活性化領域は突出部の上面を含む活性化領域と、前記活性化領域を分離する非活性化領域であって分離領域を含む非活性化領域とを形成することを含む。
本発明のいくつかの実施形態で非活性化領域は、突出部の側面を含むように形成され得る。
本発明のいくつかの実施形態で活性化領域と非活性化領域を形成することは分離領域内に隔壁を形成することを含み得る。隔壁は突出部の上面以上で形成され得る。また隔壁は一つまたはそれ以上のフォトレジストまたは光反応性高分子を含み得る。
本発明のいくつかの実施形態では、プローブを活性化領域にカップリングすることもでき、ここでプローブはオリゴマープローブであり得る。
本発明のいくつかの実施形態でプローブを活性化領域にカップリングすることは分離領域内に隔壁が存在する間、リンカーを活性化領域にカップリングさせた後、隔壁を除去することを含み得る。
本発明のいくつかの実施形態で突出部の上面はコンボリュートされていることがある。
前記他の技術的課題を達成するための本発明の実施形態によるプローブアレイを利用したサンプル検出方法は、プローブアレイにサンプルを提供し、提供されたサンプルの少なくとも一部分とプローブアレイの一つまたはそれ以上の活性化領域をカップリングさせ、および前記サンプルの結合された部分を検出することを含む。
ここでプローブアレイは隣接する少なくとも一つ以上の突出部を含む基板であって、各々の突出部は上面と側面を含む基板と、突出部を分離させる分離領域と、少なくとも2つ以上の活性化領域であって各々の活性化領域は前記突出部の上面を含む活性化領域と、および活性化領域を分離する非活性化領域であって分離領域を含む非活性化領域とを含み得る。
本発明の例示的な実施形態によるプローブアレイは、プローブとカップリングし得る官能基を含まないプローブセル分離領域によって、物理的に分離するだけでなく、端側壁を除いた領域にカップリングされたリンカーによって、化学的に分離されたプローブセルアクティブを含む。したがって、プローブがプローブセルアクティブの上面にだけカップリングされプローブセルアクティブの側壁およびプローブセルアクティブを囲むプローブセル分離領域にはカップリングされない。そのため、プローブを利用した分析時、SNRがさらに増加してクロストークが減少し、分析の正確度を高めることができる。
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になるだろう。しかし本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく互いに異なる多様な形態で具現され得るものであり、単に本実施形態は本発明の開示が完全なようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されているもので、本発明は請求項の範囲によってのみ定義される。
したがって、いくつかの実施形態で、よく知られた工程段階、よく知られた構造およびよく知られた技術は本発明が曖昧に解釈されることを避けるために具体的に説明されない。
一つの層または構成要素が異なる層または基板上(on)にあると指称されるものは、他の層または基板上(on)に直接的に位置したり、他の層を介在して、位置することを表す。さらに、一つの層が異なる層下(under)にあると指称されるものは、他の層下(below)に直接的に位置したり、他の層を介在して位置することを表す。また、一つの層が異なる二つの層の間(between)にあると指称されるものは、単に一つの層が二つの層の間に存在したり、一つまたはそれ以上の介在した層が存在することを表す。
以下明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を指称する。本明細書で、単数型は文言で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で使用される含む(includes)および/または含む(including)は言及された構成要素、段階、および/または動作以外の一つ以上の他の構成要素、段階、および/または動作の存在または追加を排除しないという意味で使用する。
そして、「および/または」は言及されたアイテムの各々および一つ以上のすべての組み合わせを含む。また、本明細書で記述する実施形態は本発明の理想的な例示図の断面図および/または概略図を参考にして説明されるものである。したがって、製造技術および/または許容誤差などによって例示図の形態が変形され得る。したがって、本発明の実施形態は図示された特定形態に制限されるものではなく製造工程によって生成される形態の変化も含むものである。また本発明に図示された各図面において各構成要素は説明の便宜を考慮し多少拡大または縮小され図示されることもある。
図1Aおよび図1Bは本発明の一実施形態による多数のプローブセルアクティブを有するプローブアレイのレイアウトである。
図1Aを参照すれば、多数のプローブセルアクティブパターン(1)は、行方向および縦方向にマトリックス形態で配列され得る。多数のプローブセルアクティブパターン(1)はX軸方向とY軸方向に沿って各々第1ピッチ(Px)および第2ピッチ(Py)で配列され得る。図1Aでは第1ピッチ(Px)と第2ピッチ(Py)が同一に図示されているが、レイアウトの必要により変わり得ることはもちろんである。
図1Bを参照すれば、多数のプローブセルアクティブパターン(1)の奇数行は所定ピッチ(Px)で離隔され得る。また多数のプローブセルアクティブ(1)の偶数行は所定ピッチ(Px)の間隔で配列され得、例をあげれば行方向に移動され、プローブセルアクティブパターン(1)の奇数行と部分的にオーバーラップされ得る。奇数行および偶数行は互いに対称的でもあり得る。
図2は本発明の一実施形態による端側壁(edge wall)が非活性化された多数のプローブセルアクティブを含むプローブアレイの断面図である。図2で多数のプローブセルアクティブ120は図1Aおよび/または図1Bのレイアウトを使用して製造され得る。図2を参照すれば、本発明の一実施形態によるプローブアレイは基板100上にパターニングされ形成されたプローブセルアクティブ120を含み得る。
プローブセルアクティブ120は基板100から突出した3次元構造であり得、物理的に互いに分離し得る。
リンカー142は各々のプローブセルアクティブ120の上面120aにカップリングされる。リンカー142は端側壁120bとカップリングされないこともある。プローブ160はリンカー142とカップリングされ得る。プローブ160はオリゴマープローブであり得る。多数のプローブセル分離領域130はプローブセルアクティブを物理的に分離することができ、リンカー142とカップリングされる官能基を含まないこともあり得る。
またプローブセルアクティブ120の端側壁120bはプローブ160とカップリングされないこともある。キャッピング基(capping group)155は、リンカー142とカップリングされないプローブセルアクティブ120の官能基とカップリングされ得る。その結果、プローブセルアクティブ120は互いに物理的に分離し、また化学的にも分離され得る。したがって、プローブセルアクティブ120の間の間隔は減少し得、隣接したプローブセルの間のクロストーク(crosstalk)を減らしたり防止し得る。
図面には表示しないが、端側壁120bを非活性化させるため、キャッピング基155がプローブセルアクティブ120の端側壁120bとカップリングされ得る。これはリンカー142および/またはプローブ160が端側壁120bとカップリングされることを防止し得る。
基板100は混成化(hybridization)過程の間、望まない非特異的結合を減らしたり除去できる物質でなされ得る。さらに、基板100は可視光および/またはUVなどに透明な物質でなされ得る。基板100は可撓性(flexible)または剛性(rigid)基板であり得る。可撓性基板はナイロン、ニトロセルロースなどのメンブレインまたはプラスチックフィルムなどであり得る。剛性基板はシリコン基板、石英基板、ソーダ石灰ガラスのようなガラス基板、所定サイズのポア(pore)を有するガラス基板などであり得る。
シリコン基板、石英基板またはガラス基板の場合には、混成化過程の間、非特異的結合が発生しなかったり、単に制限された範囲で発生し得る。また、ガラス基板の場合には可視光および/またはUVなどに透明で、プローブアレイ利用過程で蛍光物質を簡単に検出することができる。
基板100としてシリコン基板またはガラス基板を使用する場合、半導体素子の製造工程および/またはLCDパネルの製造工程で安定的に確立された多様な薄膜の製造工程および写真エッチング工程などを、プローブアレイを製造するのに適用することができる。したがって、プローブセル分離領域130は露出されたシリコン基板表面または露出されたガラス基板表面であることが製造工程の観点から適合し得る。
プローブセルアクティブ120は混成化分析条件、例えばpH6−9の燐酸(phosphate)またはTRISバッファと接触時、加水分解されず実質的に安定した物質として形成され得る。また、プローブセルアクティブ120は例えば、半導体製造工程および/またはLCD製造工程で安定的に基板100上に成膜が可能でパターニングが容易な物質で形成され得る。
また、プローブセルアクティブ120はオゾン処理、酸処理、塩基処理などの多様な表面処理によって、リンカー142とカップリングされ得る官能基を提供し得る物質で形成され得る。
本明細書で使用する官能基またはカップリング基とは有機合成工程の出発点(starting point)で使用され得る基を指称する。官能基またはカップリング基は共有または非共有結合し得る基であり得る。官能基またはカップリング基はシロキサンまたは有機化合物と結合するのに適合し得る。
プローブセルアクティブ120はPE−TEOS(Plasma−Enhanced Tetraethyl−Orthosilicate)膜、HDP(High Density Plasma)酸化膜、P−SiH酸化膜、熱酸化膜などのシリコン酸化膜、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケートなどのシリケート、シリコン酸窒化膜、スピン−オンシロキサン膜、またはポリアクリレート、ポリスチレン、ポリビニール、これらのコポリマー(copolymer)、これらの混合物などのポリマー膜で形成される。
リンカー142はプローブ160がターゲットサンプルと自由に相互作用、例えば混成化が起き得るようにして、プローブ160がプローブセルアクティブ120にカップリングされるように提供され得る。リンカー142の長さはプローブ160とターゲットサンプル間の自由な相互作用が可能ならば充分であり得る。例えば、リンカー142分子の長さは約6ないし50原子(atoms)であり得る。またリンカー142はプローブセルアクティブ120とプローブ160の間で直接的にカップリングが難しい場合、これらのカップリングを媒介するために導入され得る。リンカー142はプローブセルアクティブ120とカップリングし得るカップリング基とプローブ160と直接的にまたは間接的にカップリングし得る官能基を含み得る。
間接的カップリングは図2に例示されているように、リンカー142とプローブ160をこれらの間に介在された他のリンカー143を利用して、カップリングさせることができる。リンカー142が他のリンカー143を介在して、プローブ160と連結する場合にはリンカー142はプローブセルアクティブ120とカップリングし得るカップリング基と他のリンカー143とカップリングし得る官能基を含む物質で形成され得る。図面には他のリンカー143を介在して、間接的にカップリングされた場合が例示されているが、リンカー142の特性により他のリンカー143の形成を省略しリンカー142とプローブ160が直接カップリングされ得る。この場合にはリンカー142はプローブセルアクティブ120とカップリングし得るカップリング基とプローブ160と直接的にカップリングし得る官能基を含み得る。
また、リンカー142には保存目的のための保護基が付着し得る。保護基は付着している位置が化学反応に参与することを遮断する基を指称し、脱保護は保護基が付着位置から分離され、前記位置が化学反応に参与することができるようにすることを指称する。例えばリンカー142の官能基に酸分解(acid−labile)性または光分解(photo−labile)性保護基が付着して官能基を保護していてから、インサイチュフォトリソグラフィ合成のためのモノマーのカップリング前または合成オリゴマーのようなプローブ160のカップリング前に除去され、官能基を露出し得る。
具体的に、図2に例示されているように、プローブセルアクティブ120がシリコン酸化膜、シリケート、シリコン酸窒化膜またはスピン−オンシロキサン膜でなされ、シラノール(silanol;Si−OH)基がプローブセルアクティブ120の表面に露出され得る。この場合SiOHと反応して、シロキサン(Si−O)結合を生成し得るカップリング基と他のリンカー143またはプローブ160と有機状カップリングが可能な官能基を含むシラン系リンカーまたはシロキサン系リンカーが使用され得る。
カップリング基としては−Si(OMe)、−SiMe(OMe)、−SiMeCl、−SiMe(OEt)、−SiCl、−Si(OEt)基を列挙することができる。また、官能基としては有機ヒドロキシ基、有機アミン基などを列挙することができる。すなわち、シラン系リンカーとしてはアルコキシシラン系列の物質で前記官能基を有する物質、官能基を有する活性シランと官能基を有しない非活性シランの混合物、またはアルコキシシラン系列の物質で、光、熱、または酸によって分解され、前記官能基を生成し得る物質が使用され得る。
具体的な物質の例としてはN−(3−トリエトキシシリル−プロピル)−4−ヒドロキシブチルアミド(N−(3−triethoxysilyl−propyl)−4−hydroxybutyramide)、N、N−ビス(ヒドロキシエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン(N、N−bis(hydroxyethyl) aminopropyltriethoxysilane)、アセトキシプロピルトリエトキシシラン(acetoxypropyltriethoxysilane)、3−グリシデキシプロピルトリメトキシシラン(3−Glycidoxy propyltrimethoxysilane)、ポリ(ジメチルシロキサン)、国際公開特許WO 00/21967号に開示されたシリコン化合物、米国特許第6,989,267号および米国特許第6,444,268号などに開示されている物質などを列挙することができ、前記特許の内容は本明細書に十分に開示されたように援用され統合される。
プローブセルアクティブ120、220、320がポリマーからなる場合ならば、アクリル基(acrylic)、スチリル基(styryl)、ビニル基(vinyl)をカップリング基として含むシラン系またはシロキサン系リンカー142が使用され得る。
他のリンカー143はリンカー142をプローブ160とカップリングさせるのに提供され得る。他のリンカー143としてはリンカー142の有機官能基と簡単に反応し得るカップリング基と光、熱、または酸によって分解され、プローブ160またはインサイチュ合成のためのモノマーとカップリングし得る官能基を生成し得る物質が使用され得る。図2にはリンカー142と他のリンカー143の官能基として有機ヒドロキシ基が例示されている。
図3Aおよび図3Bは本発明の他の実施形態による多数のプローブセルアクティブを有するプローブアレイのレイアウトである。
図3Aおよび図3Bを参照すれば、図1Aおよび図1Bに例示されているレイアウトと実質的に同一することができ、プローブセルアクティブパターン(1)内にプローブセルアクティブパターン(1)の表面をコンボリュート(convolute)するための多数の溝(groove)パターン(2)が配列され得る。溝パターン(2)によってプローブセルアクティブパターン(1)の表面積が増加され得る。
図4は多数のプローブセルアクティブ220を含むプローブアレイの断面図である。図4に例示されているプローブアレイは図3Aまたは図3bに例示されているレイアウトを使用して製造され得る。
図4を参照すれば、本発明の他の実施形態によるプローブアレイは図2に例示されているプローブアレイと実質的に類似し得るが、コンボリュート上面(convoluted top surface)を具備するプローブセルアクティブ220を含み得る。すなわち図2に例示されているプローブアレイに適用される設計規則(design rule)が図4に例示されているプローブアレイに適用されても、プローブ160がカップリングされ得るプローブセルアクティブ22の面積は増加され得る。したがって、図2に例示されているプローブアレイと同一な設計規則で形成される場合、カップリングされるプローブ160の数もやはり増加し得る。これで設計規則が減少しても望む検出輝度を確保することができる。
プローブセルアクティブ220のコンボリュート上面(convoluted top surface)は、プローブセルアクティブ222の上面に形成された一つまたはそれ以上の溝(G)により形成され得る。プローブセルアクティブ220の表面積を増加させるため、溝(G)の形態が多様な方法で適切に変形され得るのはもちろんである。
以下図5Aないし図8Bを参照し、本発明の実施形態によるプローブアレイの製造方法について説明する。
図5Aないし図5Iは図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。
図5Aを参照すれば、まず基板100上にプローブセルアクティブ形成用膜120aを形成する。プローブセルアクティブ形成用膜120aはPE−TEOS膜、HDP酸化膜、P−SiH酸化膜、熱酸化膜などのシリコン酸化膜、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケートなどのシリケート、シリコン酸窒化膜、スピン−オンシロキサン膜、またはポリアクリレート、ポリスチレン、ポリビニール、これらのコポリマー、これらの混合物などのポリマー膜であり得る。
プローブセルアクティブ形成用膜120aは半導体製造工程および/またはLCD製造工程で安定的に適用されている形成方法、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)、SACVD(Sub−Atmospheric CVD)、LPCVD(Low Pressure CVD)、PECVD(Plasma Enhanced CVD)、スパッタリング(Sputtering)、スピンコーティング(Spin Coating)等の方法を適用して形成し得る。
プローブセルアクティブ形成用膜120a上にフォトレジスト膜(PRa)が形成され得る。フォトレジスト膜(PRa)は例えば図1Aまたは図1Bのレイアウトにより製造されたマスク400を使用する投影(projection)露光機で露光され得る。マスク400としては透明基板410上にプローブセルアクティブを定義する遮光パターン420が形成され、碁盤形態の露光領域を有するマスクが例示されているが遮光パターン420の形態は使用するフォトレジスト膜(PRa)の種類によって適合するように変化し得るのはもちろんである。
図5Bを参照すれば、露光されたフォトレジスト膜(PRa)を現像しフォトレジストパターン(PR)を形成した後、これをエッチングマスクとして使用しプローブセルアクティブ形成用膜120aをエッチングして、物理的に分離されたプローブセルアクティブ120を形成することができる。その後にフォトレジストパターン(PR)を除去することもできる。
図5Cを参照すれば、フォトレジストパターン(PR)が除去されたプローブセルアクティブ120の表面(120s)には多数の官能基が露出され得る。官能基は、例えば、プローブセルアクティブ120がシリコン酸化膜で形成された場合SiOHであり得る。したがってシリコン酸化膜で成されたプローブセルアクティブ120の表面(120s)にはオリゴマープローブのようなプローブとカップリングし得るSiOH基が露出され得る。
図5Dを参照すれば、プローブセルアクティブ120を定義するプローブセル分離領域上に隔壁135を形成し得る。隔壁135の厚さはプローブセルアクティブ120の厚さより高く形成することができる。また図面には図示されてないが、隔壁135の厚さをプローブセルアクティブ120の厚さと実質的に同一に形成し得る。隔壁135の厚さをプローブセルアクティブ120の厚さより高くまたは実質的に同一に形成した場合、各プローブセルアクティブ120が個別的な微細反応器(micro reactor)を構成し得る。隔壁135はフォトレジスト、光反応性高分子膜などを形成した後、露光および現像工程を実施して形成し得る。
図5Eを参照すれば、隔壁135が形成されている基板100上にリンカー溶液141を提供することができる。リンカー溶液141の提供は基板100上にリンカー溶液141をスピンコーティングし、未反応リンカー溶液をスピンドライして、残存するリンカー溶液をベイキングすることを含み得る。スピンコーティング時、リンカー溶液141の厚さは可能な限り薄くして、リンカー(図5Fの142参照)の厚さが約100nm以下の単分子層となるようにするのがプローブのSNR減少に効果的であり得る。
スピンコーティングおよびスピンドライは例えば、約50ないし5000rpmで遂行することができる。スピンコーティングはスピンドライよりは低いrpmで遂行したり、スピンなく遂行することもできる。ベイキングは例えば、約100ないし140℃の温度で遂行することができる。
リンカー溶液141としてはプローブセルアクティブ120自体が有している官能基のSiOH基よりプローブとのカップリング反応性が大きい官能基を有し、プローブセル分離領域130を構成する基板100表面とはカップリングされずプローブセルアクティブ120とだけカップリングされ得るシラン系リンカー溶液またはシロキサン系リンカー溶液を使用することができる。
図5Fを参照すれば、隔壁135を除去し、各プローブセルアクティブ120の端側壁120bを除外した領域120aにリンカー142がカップリングされるようにできる。図面に図示されてないが、隔壁135の厚さがプローブセルアクティブ120の厚さと実質的に同一な場合にも類似の効果が達成され得る。隔壁135の除去は例えば、フォトレジストシンナー(thinner)、有機フォトレジストストリッパー、アセトニトリルまたはアセトンなどを使用することができる。
後続のインサイチュフォトリソグラフィ合成工程時に使用する溶液との適合性を考慮する時、アセトニトリルまたはアセトンがより適合し得る。リンカー142の表面(142s)にはプローブセルアクティブ120のSiOH基よりプローブとカップリング反応性が大きい官能基、例えば炭素に付着したヒドロキシル基(COH)が露出され得る。
図6は隔壁有無によりリンカーの端側壁形状が変わるメカニズムを説明するための概略図である。
図6を参照すれば、リンカー液141をコーティングした後、スピンおよびスピン後ベイク工程を順序のとおり経るに従い溶質(141a)と溶媒(141b)の移動および溶媒(141b)の蒸発によってメニスカス(meniscus)が生成され得る。この時、隔壁がない場合(図6の右側)にはベイキング後、未反応溶液の除去時、メニスカスがそのまま影響を及ぼしリンカー142にメニスカス形端側壁が形成される。
反面、隔壁135が存在する場合(図6の左側)、隔壁135によって、各プローブセルアクティブ120ごとに微細反応器が形成され得る。リンカー溶液141とプローブセルアクティブ120の間のカップリングが微細反応器で行われることができ、これによってより改善されたカップリングが起き得る。
隔壁135が存在しない場合のように、メニスカス形エッジ(edge)が形成され得もするが、このようなメニスカス形エッジは隔壁135除去時、除去され得る。したがってプローブセルアクティブ120はメニスカス形エッジを有しないこともある。また、プローブセルアクティブ120の端側壁120bもまたリンカー142とカップリングされず非活性化され得る。したがって端側壁120bは連続的に提供されているプローブに対して非活性であり得る。端側壁135の厚さがプローブセルアクティブ120の厚さと実質的に同一な場合にも類似の結果が起き得る。
図5Gを参照すれば、光分解性保護基144が結合されている他のリンカー143をリンカー142表面(142s)のCOH基にカップリングさせることができる。他のリンカー143は例えば、オリゴマープローブのようなプローブとターゲットサンプルとの自由な相互作用が可能なようにするのに十分な長さを提供できる物質で形成され得る。例えば、他のリンカー143には光分解性保護基が結合され、ホスホラミダイト(phosphoramidite)が使用され得る。
光分解性保護基144はo−ニトロベンジル誘導体またはベンジルスルフニルをのようなニトロ芳香族化合物を含む多様なポジティブ光分解性基の中から選択することができる。光分解性保護基144の他の例として6−ニトロベラトリルオキシカルボニル(NVOC)、2−ニトロベンジルオキシカルボニル(NBOC)、α、α−ジメチル−ジメトキシベンジルオキシカルボニル(DDZ)等が使用され得る。
図5Hを参照すれば、残った官能基を非活性化させるために、表面に露出されており、他のリンカー143と結合しない多数の官能基を非活性キャッピングさせ得る。例えば、非活性キャッピングは官能基(例、SiOHまたはCOH基)をアセチル化させ得るキャッピング基155を使用して遂行し得る。その結果プローブ160とカップリング可能な官能基が光分解性保護基144によって保護されており、リンカー142と他のリンカー143から成るリンカーが完成される。
図5Iを参照すれば、オリゴマープローブ160のインサイチュ合成のために望むプローブセルアクティブ120を露出させるマスク500を使用し他のリンカー143末端の光分解性保護基144を脱保護させ、官能基150(例、、COH)を露出させられ得る。
図面には図示されてないが、露出された官能基150に所定のオリゴマープローブ160をカップリングさせることができる。インサイチュフォトリソグラフィによって、オリゴヌクレオチドプローブを合成する場合には露出された官能基150に光分解性保護基が結合されたヌクレオシドホスホラミダイトモノマーまたは光分解性保護基が結合されアミダイト活性化したヌクレオチドをカップリングさせて(coupling)、カップリングに参与しない官能基を非活性キャッピングし(capping)、亜燐酸トリエステル(phosphite triester)構造をフォスフェイト(phosphate)構造に変換させるために酸化(oxidation)させる。
このように、望むプローブセルアクティブ120を脱保護し(deprotection)、望む序列のモノマーをカップリングさせ(coupling)、カップリングに参与しない官能基を非活性キャッピングして(capping)、フォスフェイト構造に変換させるための酸化(oxidation)工程を順次に反復し、望む序列のオリゴヌクレオチドプローブ160を各プローブセルアクティブ120別に合成することができる。
図7Aないし図7Dは図4に例示されている本発明の他の実施形態によるオリゴマープローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。
図7Aを参照すれば、まずに基板100上にプローブセルアクティブ形成用膜(220a)を形成し得る。プローブセルアクティブ形成用膜220aは、図5Aを参照し、説明したプローブセルアクティブ形成用膜120aと実質的に同一な膜で形成され得る。プローブセルアクティブ形成用膜220a上にフォトレジスト膜(PRa)を形成した後、図3Aまたは図3Bのレイアウトに図示されているアクティブパターン(1)によって製造されたマスク400を使用する投影(projection)露光機でフォトレジスト膜(PRa)を露光することができる。
マスク400では透明基板410上にプローブセルアクティブを定義する遮光パターン420が形成され、碁盤形態の露光領域を有するマスクが例示されているが、遮光パターン420の形態は使用するフォトレジスト膜(PRa)の種類によって適切に変化し得る。
図7bを参照すれば、露光されたフォトレジスト膜(PRa)を現像し、フォトレジストパターン(PR)を形成した後、これをエッチングマスクとして使用してプローブセルアクティブ形成用膜220aをエッチングし、所定パターン(220b)を形成することができる。この後にフォトレジストパターン(PR)は除去され得る。
図7Cを参照すれば、フォトレジストパターン(PR)を除去した後、改めてフォトレジスト膜(PRb)を塗布し、図3Aおよび図3Bのレイアウトに図示されている溝パターン(2)によって製造されたマスク600を使用する投影露光機でフォトレジスト膜(PRb)を露光することができる。
図7Dを参照すれば、露光されたフォトレジスト膜(PRb)を現像して、溝パターンを定義するフォトレジストパターン(PR’)を形成した後、これをエッチングマスクとして使用してエッチング工程を行い、内部に形成された溝(G)によってコンボリュート表面(convoluted surface)を具備するプローブセルアクティブ220を完成することができる。
この後、製造工程は図5Dないし図5Iを参照して、説明した工程と実質的に同一に行われるのでこれに対する説明は省略するようにする。
図8Aおよび図8Bは図4に例示されている本発明の他の実施形態によるプローブアレイの他の製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。
図8Aを参照すれば、まずに基板100上にプローブセルアクティブ形成用膜220aとフォトレジスト膜(PRa)を順序のとおり形成することができる。フォトレジスト膜(PRa)形成物質は、後述するようにエッチング工程に対して所定の反応性を有するものを選択することができる。続いて、図3Aまたは図3Bのレイアウトによって透明基板710上にプローブセルアクティブパターン(1)と溝パターン(2)が同時に反映された反透過パターン720が形成された反透過マスク700を使用して、フォトレジスト膜(PRa)を露光することができる。
図8Bを参照すれば、露光されたフォトレジスト膜(PRa)を現像して、コンボリュート表面を有するフォトレジストパターン(PR”)を形成することができる。すなわち、フォトレジストパターン(PR”)の表面は、フォトレジストパターン(PR”)を貫通しない一つまたはそれ以上のリセス(recess)領域を含むことができ、これによってフォトレジストパターン(PR”)は多様な厚さの領域を有し得る。
この後、図面には図示されていないが、コンボリュート表面を有するフォトレジストパターン(PR”)をエッチングマスクとして使用してプローブセルアクティブ形成用膜220aをエッチングすることができる。フォトレジストパターン(PR”)は、例えばプローブセルアクティブ形成用膜220aだけでなくフォトレジストパターン(PR”)を除去するエッチング工程に対して所定の反応性を有しえる。例えば、エッチング工程はフォトレジストパターン(PR”)とプローブセルアクティブ形成用膜220aを似たような速度で除去することができる。
したがって、図4に例示されている溝(G)によりコンボリュート表面を具備するプローブセルアクティブ220が形成され得る。ここでエッチング工程は、フォトレジストをエッチングマスクとして使用し、エッチング工程の間、フォトレジストをほとんどまたは全く除去しない前に言及したエッチング工程と異なり得る。この後、製造工程は図5Dないし図5Iを参照し説明した工程と実質的に同一に行われるので、これに対する説明は省略するようにする。
プローブアレイを利用してサンプルを分析する方法は、プローブアレイにサンプルを提供し、提供されたサンプルの少なくとも一部分をプローブアレイの一つまたはそれ以上のアクティブ領域と結合(binding)させ、サンプルの結合された部分を検出(detecting)することを含む。結合は混成化などを含むことができ、サンプルが結合された部分を検出するのは蛍光部(fluorescent moieties)の存在の有無を検出することなどを含み得る。本発明に関するより詳細な内容は次の具体的な実験例を通して説明し、ここに記載されていない内容はこの技術分野で熟練した者ならば十分に技術的に類推することができるものであるため説明を省略する。
[実施例1]
シリコン基板上にスピン−オンシロキサン膜を900Å 厚さで形成した。前記基板の上にフォトレジスト膜を1.2μmの厚さでスピンコーティング法によって形成した後、100℃で60秒間ベイクした。1.0μmピッチの碁盤形態の(checkerboard type)マスクを使用して、365nm波長の投影露光装備でフォトレジスト膜を露光した後、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TetraMethylAmmonium Hydroxide)水溶液で現像し、碁盤形態の縦横交差される直線領域を露出させるフォトレジストパターンを形成した。フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用しスピン−オンシロキサン膜をエッチングして、オリゴマープローブセルアクティブでパターニングした。
続いて、基板上にフォトレジスト膜を1.2μmの厚さでスピンコーティング法によって形成した後、オリゴマープローブセルアクティブだけを露光して現像し、プローブセル分離領域にフォトレジスト隔壁を形成した。
続いて、パターニングされたオリゴマープローブセルアクティブ上にシランリンカーをカップリングした。まず、ビス(ヒドロキシエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン0.8gをエタノール:HO=95:5の混合溶媒に溶解させ、0.1%のシラン溶液を製造した。
この後、0.1%のシラン溶液を隔壁が形成されている基板上に塗布し50rpmで60秒間反応させた。60秒間の反応後、イソプロピルアルコールを利用して未反応シランを除去し、1500〜2500rpmで3分間スピンドライした。スピンドライされた基板を110℃で10分間ベイクし、オリゴマープローブセルアクティブとカップリングされたシランを硬化(hardening)した。
この後、フォトレジスト隔壁をアセトニトリル溶液で除去し、シランリンカーがプローブセルアクティブの上面にはカップリングされ、端側壁にはカップリングされないようにした。これによって、プローブセルアクティブは互いに物理的に分離され、基板上に突出された構造で形成された。その結果、リセス領域によって物理的に互いに分離され、リンカーが存在しない領域によって化学的に互いに分離され、リンカーが存在しない端側壁を含むプローブセルアクティブを完成した。この後、アミダイト活性化されたNNPOC−テトラエチレングリコール(tetraethyleneglycol)とテトラゾール(tetrazole)の1:1アセトニトリル(acetonitrile)溶液で処理して光分解性基で保護されたホスホラミダイトをカップリングし、アセチルキャッピングして、保護されたリンカー構造を完成した。
次に、オリゴマープローブセルアクティブとセル分離領域を含む基板上にオリゴヌクレオチドプローブのインサイチュ合成をフォトリソグラフィ方式で行った。まず、望むプローブセルアクティブ領域を露出させるバイナリクロムマスクを使用し365nm波長の投影露光装備で1000mJ/mのエネルギーで1分間露光し、リンカー構造の末端を脱保護した。続いて、光分解性保護基で保護されアミダイト活性化したヌクレオチドとテトラゾールの1:1アセトニトリル溶液を常温処理し、保護されたモノマーをカップリングして、無水酢酸(AcO)/ピリジン(py)/メチルイミダゾール(methylimidazole)=1:1:1のTHF溶液および0.02MのヨードTHF溶液で処理して、キャッピングおよび酸化工程を行った。
このような脱保護、カップリング、キャッピング、酸化工程を反復し、各プローブセルアクティブ別に互いに異なる序列のオリゴヌクレオチドプローブを合成した。
プローブアレイを利用し、サンプルを分析する方法は、プローブアレイにサンプルを提供し、提供されたサンプルの少なくとも一部分をプローブアレイの一つまたはそれ以上のアクティブ領域と結合させ、サンプルの結合された部分を検出することを含む。結合は混成化などを含むことができ、サンプルが結合された部分を検出するのは蛍光部の存在の有無を検出することなどを含み得る。
[実施例2]
プローブセル分離領域上に隔壁を形成しなかったという点を除いては前述した実験例と同一にオリゴヌクレオチドプローブを合成した。
[実施例と比較例の比較]
プローブセル分離領域によって分離され、シランとカップリングされたプローブセルアクティブのコントラストが実験例と比較例で各々測定された。プローブセルアクティブのコントラスト、SEM断面および上面図の測定結果が図9Aないし図9Cと図10Aないし図10Cに各々図示されている。
図9Aに図示されているように、実験例による隔壁を使用し生成されたプローブセルアクティブ/プローブセル分離領域の場合、コントラストが約65k/0で非常に優秀な反面、図10Aに図示されているように、比較例による隔壁を使用しないで生成したプローブセルアクティブ/プローブセル分離領域の場合、コントラストが0ないし40kのガウスの分布を有しておりコントラストが非常に低いことを知ることができる。
図9Bおよび図9Cに図示されているように、実験例による隔壁を使用し生成したプローブの場合、シランリンカーにメニスカス形エッジ(edge)が生成されず、プローブセルアクティブの上面にだけシランリンカーがカップリングされ、プローブセルアクティブの端側壁(edge wall)にはカップリングされていないことを知ることができる。反面、図10Bおよび図10Cに図示されているように、比較例による隔壁を使用しないで生成したプローブセルアクティブの場合、シランリンカーにメニスカス形エッジが生成されて、プローブセルアクティブの上面だけでなく端側壁にもシランリンカーがカップリングされることを知ることができる。
本発明の例示的な実施形態によるプローブアレイは物理化学的に分離する多数のプローブセルアクティブを含む。具体的にプローブセルアクティブは互いにプローブセル分離領域によって物理的に分離され、各プローブセルアクティブの端側壁を除外して、単に上面にだけカップリングされているリンカーによって、化学的に分離され得る。したがって、オリゴマープローブのようなプローブがプローブセルアクティブの上面にだけカップリングされ、プローブセルアクティブの側壁またはプローブセルアクティブを囲むプローブセル分離領域にはカップリングされない。そのため、オリゴマープローブを利用した分析時、SNRがより増加してクロストークが減少し、分析の正確度を高めることができる。
以上添付された図面を参照し本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明のその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施され得るということを理解するはずである。そのため、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないということを理解しなければならない。
本発明の一実施形態による多数のプローブセルアクティブ領域を有するプローブアレイのレイアウトである。 本発明の一実施形態による多数のプローブセルアクティブ領域を有するプローブアレイのレイアウトである。 本発明の一実施形態による端側壁が非活性化されたプローブセルアクティブを含むプローブアレイの断面図である。 本発明の他の実施形態による多数のプローブセルアクティブ領域を有するプローブアレイのレイアウトである。 本発明の他の実施形態による多数のプローブセルアクティブ領域を有するプローブアレイのレイアウトである。 本発明の他の実施形態による端側壁が非活性化されたプローブセルアクティブを含むプローブアレイの断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図2に例示されている本発明の一実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 隔壁の有無によりリンカーの端側壁の形状が変わるメカニズムを説明するための概略図である。 図4に例示されている本発明の他の実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図4に例示されている本発明の他の実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図4に例示されている本発明の他の実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図4に例示されている本発明の他の実施形態によるプローブアレイの製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図4に例示されている本発明の他の実施形態によるプローブアレイの他の製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 図4に例示されている本発明の他の実施形態によるプローブアレイの他の製造方法を説明するための工程の中間段階構造物の断面図である。 本発明の実験例により製造されたオリゴマープローブアレイのコントラスト測定結果、SEM(Scanning Electron Microscope)断面およびSEM上面図である。 本発明の実験例により製造されたオリゴマープローブアレイのコントラスト測定結果、SEM(Scanning Electron Microscope)断面およびSEM上面図である。 本発明の実験例により製造されたオリゴマープローブアレイのコントラスト測定結果、SEM(Scanning Electron Microscope)断面およびSEM上面図である。 比較例により製造されたオリゴマープローブアレイのコントラスト測定結果、SEM断面およびSEM上面図である。 比較例により製造されたオリゴマープローブアレイのコントラスト測定結果、SEM断面およびSEM上面図である。 比較例により製造されたオリゴマープローブアレイのコントラスト測定結果、SEM断面およびSEM上面図である。
符号の説明
100 基板120、
220 プローブセルアクティブ
120a、220a プローブセルアクティブの上面
120b、220b プローブセルアクティブの非活性化された側壁
130 プローブセル分離領域
135 隔壁
155 非活性キャッピング基
160 オリゴマープローブ

Claims (22)

  1. 互いに隣接する少なくとも2つ以上の突出部(projecting features)を含む基板であって、前記各々の突出部は上面(top surface)と側面(side surface)を含む基板と、
    前記突出部を分離する分離領域と、
    少なくとも2つ以上の活性化領域であって、前記各々の活性化領域は前記突出部の上面を含む活性化領域、および、
    前記活性化領域を分離する非活性化領域であって、前記分離領域を含む非活性化領域を含むプローブアレイ。
  2. 前記非活性化領域は、前記突出部の側面を含む請求項1に記載のプローブアレイ。
  3. 前記活性化領域は、プローブとカップリングされ、前記非活性化領域は、前記プローブとカップリングされない請求項1に記載のプローブアレイ。
  4. 前記プローブは、オリゴマープローブである請求項3に記載のプローブアレイ。
  5. 前記活性化領域は、リンカーを含み、前記非活性化領域は、前記リンカーを含まない請求項1に記載のプローブアレイ。
  6. 前記上面および前記側面は、官能基を含み、前記リンカーは、前記上面上の官能基とカップリングされており、前記リンカーは前記側面上の官能基とカップリングされていない請求項5に記載のプローブアレイ。
  7. 前記リンカーはシラン系またはシロキサン系リンカーである請求項5に記載のプローブアレイ。
  8. 前記非活性化領域は、前記側面を含む請求項5に記載のプローブアレイ。
  9. 前記突出部は、シリコン酸化物、シロキサンまたはポリマーである請求項1に記載のプローブアレイ。
  10. 前記上面は、コンボリュート(convolute)されている請求項1に記載のプローブアレイ。
  11. 前記基板は、シリコン基板または透明なガラス基板であり、前記分離領域は前記基板の露出された表面である請求項1に記載のプローブアレイ。
  12. 基板上に互いに隣接する少なくとも2つ以上の突出部であって、前記各々の突出部は上面と側面を含む突出部と前記突出部を分離する分離領域を形成し、
    少なくとも2つ以上の活性化領域であって、前記各々の活性化領域は前記突出部の上面を含む活性化領域と、前記活性化領域を分離する非活性化領域であって、前記分離領域を含む非活性化領域を形成することを含むプローブアレイの製造方法。
  13. 前記非活性化領域は、前記突出部の側面を含む請求項12に記載のプローブアレイの製造方法。
  14. 前記活性化領域と前記非活性化領域を形成するのは、前記分離領域内に隔壁を形成することを含む請求項12に記載のプローブアレイの製造方法。
  15. 前記隔壁は、前記突出部の上面以上で形成される請求項14に記載のプローブアレイの製造方法。
  16. 前記隔壁は、一つまたはそれ以上のフォトレジストまたは光反応性高分子を含む請求項14に記載のプローブアレイの製造方法。
  17. プローブを前記活性化領域にカップリングすることをさらに含む請求項12に記載のプローブアレイの製造方法。
  18. 前記非活性化領域は、前記側面を含む請求項17に記載のプローブアレイの製造方法。
  19. 前記プローブは、オリゴマープローブである請求項17に記載のプローブアレイの製造方法。
  20. 前記プローブを前記活性化領域にカップリングするのは前記分離領域内に前記隔壁が存在する間リンカーを前記活性化領域にカップリングさせた後、前記隔壁を除去することを含む請求項17に記載のプローブアレイの製造方法。
  21. 前記上面はコンボリュートされている請求項12に記載のプローブアレイの製造方法。
  22. プローブアレイにサンプルを提供するが、前記プローブアレイは隣接する少なくとも一つ以上の突出部を含む基板であって、前記各々の突出部は上面と側面を含む基板と、
    前記突出部を分離する分離領域と、
    少なくとも2つ以上の活性化領域であって、前記各々の活性化領域は前記突出部の上面を含む活性化領域と、
    前記活性化領域を分離する非活性化領域であって、前記分離領域を含む非活性化領域を含むプローブアレイと、
    前記提供されたサンプルの少なくとも一部分と前記プローブアレイの一つまたはそれ以上の活性化領域をカップリングさせ、
    前記サンプルの結合された部分を検出することを含むプローブアレイを利用したサンプル分析方法。
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