JP2014530366A - アレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板材料層、アレイとして用いるための、機能化可能な、基板材料層上の連続的な３次元（３Ｄ）表面層、および不活性物質を含むマイクロアレイ構造に関する。この構造は、サイズがミリメートルからナノメートルである、正確に画定され機能化可能な隔間されたエリアを含む。機能化されたエリアは、連続的な３Ｄ表面層の一部分であり、不活性物質によって隔間され、連続的な３Ｄ表面層によって構造内で相互接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、各種アレイの用途、特に、微小電極センサーアレイおよび微小触媒アレイに用いる、隔間されているが相互接続された機能化可能エリアを有するアレイを形成するために変更可能な３Ｄ（「３次元」）表面の開発に関する。方法は、特に、様々なパターンで配置できる、隔間されているが導電的に相互接続された表面エリアを含むアレイの製造を可能にする。本発明はそのようなアレイにも関する。

現在、アレイを製造するための多くの公知の方法が存在する。これらの方法は、スクリーン印刷またはインクジェット印刷などの印刷技術、アレイの表面をエッチングするリソグラフィー技術、フォトリソグラフィー、直接電着（配線の堆積）、カーボンナノチューブ／ナノ繊維アレイのパターニング、ならびに例として、エポキシ樹脂中の配線セットなどの組立技術を含む。しかしながら、これらの公知の方法には多くの制限がある。特に、実施が面倒であり、大きな表面積にわたってアレイを、ミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定するのが困難である。それ故、多くの場合に、主として輪郭の明確化の欠如に起因して、生産されたアレイの分解能が粗悪となる。そのようなアレイにはセンサー部位を正確に配置することができないため、質的な問題が生じ、定量的測定に悪影響が及ぼされる。特に、ナノスケールアレイの製造において製作はできるが費用の課題が生じ、輪郭の明確化および費用の制御という容易に克服できない問題が残る。スケールメリットは特段の課題である。

ミリメートルからナノメートルのスケール、特に、輪郭の明確化の精度が改善された大きな表面積にわたるマイクロメートルからナノメートルのスケールでのアレイの製造は、検出エリア、電気化学および触媒作用において特に有益となるであろう。電気化学は、電気を生成するための自然発生的な化学反応の使用、および非自然発生的な化学変化を引き起こす電気の使用を扱う化学の一部門である。特に、これは金属または半導体（電極）、およびイオン導電性媒体（電解質）などの電子導電体の界面に生じる、電極と溶液中の電解質または種との間の電子移動を伴う水溶性化学反応の研究である。触媒作用は、より低い活性化エネルギーを有する新規の反応経路の生成、それによって、より多くの反応物分子が反応障壁を横断し、反応生成物を形成することを可能にすることに関する。

標準的な電気化学的検出プロセスでは、一般に、単一の大きな電極ではなくより小さな電極のアレイを利用することが好ましい。この理由としては
より少ない容量の試料を使用することが可能、
生体内測定および生体外測定両方への適用、
標的分子の低い減少速度、
表面積の減少に起因する低いバックグラウンドのチャージ、
ＩＲドロップの減少、および
収束拡散の結果として高められた電極表面への物質移動に伴い生じる高電流密度が挙げられる。

正確に画定されたアレイは、
流体の分析（たとえば、生物学的流体、すなわち、血液、尿、乳液、および非生物学的な流体、すなわち、廃水流、飲料の分析）、
生きた生体系のラボオンチップデバイスへの統合、
酵素結合分析および多様な他の生体分子の検出などの生体外または生体内の生物学的検出、
触媒作用、
環境中の微量金属のモニタリング、
腐食モニタリング、ならびに
エネルギー生産および記憶装置に用いるのにも有用であろう。

同時係属中のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／２０１１／００００５２号も、マイクロアレイ構造に関する。しかしながら、ＰＣＴ／２０１１／０００５２号に記述されているようなマイクロアレイは、単に、不活性物質によって隔間された機能化可能エリアを有する連続的な不活性のベース基板を含む。機能化可能エリアは、導電的に相互接続されたものとしては記載されておらず、その構造は、形成されたマイクロアレイの機能的および構造的柔軟性を改善させるような、ベース基板材料と不活性物質とを隔てるような少なくとも一つの連続的な相互接続した層は含まない。

それ故に、本発明の目的は、隔間されているが導電的に相互接続された機能化可能エリアを含むアレイ、および／またはそのようなアレイを形成する方法を提供することにある。本発明のさらなるまたは代替的な目的は、少なくとも公共に、有効な選択肢を提供することにある。

本発明は第一の態様において、基板材料層、アレイとして用いるための、機能化可能な、基板材料層上の連続的な３Ｄ（３次元）表面層、および不活性物質を含むマイクロアレイ構造を提供し、その構造は、サイズがミリメートルからナノメートルである、正確に画定され機能化可能な隔間されたエリアを含む。機能化可能エリアは、連続的な３Ｄ表面層の一部分であり、不活性物質によって隔間されるが、連続的な３Ｄ表面層によって構造内で相互接続される。

好ましくは、連続的な３Ｄ表面層は導電性である。より好ましくは、３Ｄ表面層は金属である。

あるいは、連続的な３Ｄ表面層は、炭素系材料であり、これらに限定されないが、炭素繊維、カーボンペースト、グラファイト、グラフェン、ガラス状炭素、カーボンナノチューブ、および導電性高分子を含む。

好ましくは、連続的な３Ｄ表面層は、基板材料層を覆う単一層である。

好ましくは、連続的な３Ｄ表面層は、複数個の機能化可能エリアを各々が含むセグメントであって、基板材料層上の複数個の隔間された連続的な３Ｄ表面層セグメントに分断され、この機能化可能エリアの各グループは機能を分離することができる。

場合により、不活性物質は断熱材でもある。

場合により、基板材料層は、導電体、または場合により絶縁材でもある非導電性の不活性物質から形成される。

場合により、連続的な３Ｄ表面層と基板材料層との間に接着層を含む。

好ましくは、マイクロアレイ構造は、微小電極センサーアレイおよび／または微小触媒アレイとなるように機能化される。

好ましくは、連続的な３Ｄ表面層は、機能化可能エリアが、不活性物質の上方で露出するように不活性物質から突出する。

好ましくは、不活性物質および機能化可能エリアは、機能化可能エリアを含む２Ｄ（「２次元」）表面を形成する。

本発明は第二の態様において、本発明の第一の態様に係るアレイの製造に用いる中間体構造を提供し、この中間体構造は基板材料層を含み、この基板材料層は、ミリメートルからナノメートルのスケールの正確に画定された３Ｄパターン、およびパターンの少なくとも一部分にわたる、アレイとして用いるための、機能化可能な、基板材料層上の連続的な３Ｄ表面層を含む。

好ましくは、実質的にすべてのパターニングされたエリアが、連続的な３Ｄ表面層で被覆される。

好ましくは、基板材料層は、導電体、または場合により絶縁材でもある非導電性の不活性物質から形成される。

好ましくは、パターンは、エンボス加工、鋳造、スタンピング、エッチング、研削、リソグラフィー、加圧成形、真空成形、ロール成形、射出成形、ならびにレーザースクライビング／アブレーションにより形成される。

好ましくは、基板材料層は、スパッタリング、蒸着または無電解析出技術によって連続的な３Ｄ表面層で被覆される。

好ましくは、連続的な３Ｄ表面層は導電性の被覆層を形成する。より好ましくは、３Ｄ被覆層は金属である。

あるいは、連続的な３Ｄ表面層は、炭素系材料であり、これらに限定されないが、炭素繊維、カーボンペースト、グラファイト、グラフェン、ガラス状炭素、カーボンナノチューブ、および導電性高分子を含む。

場合により、中間体構造は、連続的な３Ｄ表面と基板材料との間に接着層を含む。

本発明は第一の態様の一実施形態において、連続的な３Ｄ表面層を含む、正確に画定され機能化可能なアレイであって、本発明の第二の態様の中間体構造から形成されたアレイを提供する。不活性物質の層が表面層上の３Ｄパターンにおける先端間の空間を充填することによって、３Ｄパターンの先端がそこを通り抜ける、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する不活性物質表面を与える。先端は、不活性物質によって隔間されるが、不活性物質表面と基板材料層との間の連続的な３Ｄ表面層を介して導電的に相互接続される。

場合により、不活性物質表面は絶縁層でもある。

本発明は第三の態様において、正確に画定され機能化可能な隔間されたエリアを有するアレイをそれから形成できる中間体構造であって、連続的な３Ｄ表面層を含む、本発明の第二の態様に係る中間体構造を形成するための方法を提供する。この方法は
ａ．ミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定された３Ｄパターンを、基板材料の表面上に配置するステップと、
ｂ．パターニングされた基板材料の少なくとも一部分を連続的な３Ｄ表面層で被覆するステップと、を伴う。

好ましくは、パターンは、エンボス加工、鋳造、スタンピング、エッチング、研削、リソグラフィー、加圧成形、真空成形、ロール成形、射出成形、ならびにレーザースクライビング／アブレーションによって基板材料の表面上に配置される。

好ましくは、基板材料は、スパッタリング、蒸着または無電解析出技術によって連続的な３Ｄ表面層で被覆される。

好ましくは、連続的な３Ｄ表面層は、基板材料のパターニングされたエリアの実質的にすべてを覆う。

あるいは、連続的な３Ｄ表面層は複数個の隔間された連続的な３Ｄ表面層セグメントに分断され、複数個のセグメントは基板材料のパターニングされたエリアの実質的にすべてを覆う。

場合により、方法は、基板材料と連続的な３Ｄ表面層との間に接着層を追加するステップを含む。

好ましくは、不活性物質が、本発明の第一の態様に係る構造を形成するための連続的な３Ｄ表面に配置される。

本発明は第四の態様において、本発明の第一の態様に係るアレイとして機能化可能な構造を形成するための方法を提供する。この方法は、本発明の第二の態様に係る中間体構造を得るステップと、中間体構造にある３Ｄパターンの先端間の個々の空間に不活性物質を充填することによって、３Ｄパターンの先端がそこを通り抜ける、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する表面を与えるステップとを含む。先端は、不活性物質によって隔間されるが、連続的な３Ｄ表面層によって構造内で相互接続される機能化可能エリアを形成し、機能化可能である。

場合により、先端の端部を不活性物質の表面と位置を合わせて切り取ることによって、機能化可能エリアを含む２Ｄ表面を形成できる。場合により、不活性物質の一部も取り除かれる。

本発明は第五の態様において、アレイとして機能化可能な、連続的な３Ｄ表面を含む２Ｄ構造を形成するための方法を提供する。この方法は、本発明の第二の態様に係る中間体構造を得るステップと、中間体構造にある３Ｄパターンを不活性物質で覆い、３Ｄパターンの先端のみを露出させるのに十分な量の不活性充填材を取り除くステップとを含む。露出した３Ｄ先端は、不活性物質によって隔間されるが、連続的な３Ｄ表面によって構造内で相互接続され、機能化可能である。

本発明は第六の態様において、連続的な３Ｄ表面層を含むアレイとして機能化可能な構造であって、ミリメートルからナノメートルのスケールの機能化可能エリアの正確に画定された３Ｄパターンを有する構造を形成するためのさらなる方法を提供する。この方法は
ａ．本発明の第二の態様に係る中間体構造の連続的な３Ｄ表面層を電気めっきすることによって、中間体構造にある３Ｄパターンの先端を覆う金属層を形成するステップと、
ｂ．金属層と中間体構造の基板材料とを分離することによって、中間体構造にある３Ｄパターンのネガティブ構造（「ネガティブ３Ｄパターン」）を含む金属ネガティブ構造を形成するステップと、
ｃ．金属ネガティブ構造のネガティブ３Ｄパターン内の先端間の空間を不活性物質で埋め戻すことによって、ネガティブ３Ｄパターンの先端がそこを通り抜ける、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する不活性表面を与えるステップと、
ｄ．機能化可能エリアを、不活性物質によって隔てるが、構造内で相互接続するステップと、を含む。

好ましくは、金属層は、中間体構造にある３Ｄパターンの少なくとも実質的にすべてを覆う。

場合により、先端の端部を不活性物質の表面と位置を合わせて切り取ることによって、機能化可能エリアを含む２Ｄ表面を形成できる。

本発明は第七の態様において、アレイとして用いるための、機能化可能な連続的な３Ｄ表面を含む中間体構造を提供する。この中間体構造は、少なくとも一つの表面上にミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定された３Ｄパターンを含み、３Ｄパターンの先端がそこを通り抜ける、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する表面を形成する、３Ｄパターンの先端間の不活性物質も含む。それ故、３Ｄパターンの先端は、不活性物質によって隔間され、連続的な３Ｄ表面によって中間体構造内で相互接続される。

本発明の被覆およびパターニングされた構造４を用意するためのプロセスの概略形態を示す図である。 （Ａ）５０ミクロンの金めっき構造、（Ｂ）１０ミクロンの金めっき構造を示す図である。 被覆およびパターニングされた構造を本発明のアレイに加工するためのプロセスの概略形態を示す図である。 （Ａ）先端間における被覆層内の線をスクライビングし、同じセンサーチップ上に４つの隔間された微小電極アレイ（ＩＶ）（Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ）を生産するためのレーザーの使用の概略形態を示す図である。４つの隔間された微小電極アレイは、電気的に絶縁された横に並ぶ先端に及ぶ微小電極アレイの横断面を各々が示す（Ｂ）および（Ｃ）に示すような多くの方法で構成できる。 （Ａ）相互嵌合アレイを形成するためのレーザーパターンを示す概略図である。（Ｂ）２ｃｍ×２ｃｍの金めっきしたセンサーチップにおけるレーザーパターニングの例を示す図である。（Ｃ）１０ｃｍディスクのセンサーチップを示す図である。（Ｄ）隔間された金先端を備えている微小電極アレイを示す図である。 標準タイプの微小電極アレイを示す図である。（Ａ）（順序付けられても、ランダムでもよい）マイクロディスク電極アレイを示す図である。（Ｂ）マイクロバンド電極アレイを示す図である。（Ｃ）（平面および垂直の）相互嵌合の微小電極アレイを示す図である。（Ｄ）線形の微小電極アレイを示す図である。（Ｅ）３Ｄ微小電極アレイを示す図である。（Ｆ）各先端からの電気的接続を有する、互いに電気的に絶縁された個々の先端を示す図である。 以下の概略形態を示す図である。（Ａ）基板材料（例として、ポリマーまたはガラス基板材料）のローラーエンボス加工を示す図である。（Ｂ）基板材料のローラーエンボス加工を示す図である。（Ｃ）スタンプを用いた基板材料のエンボス加工を示す図である。 先端を金めっきした２つのアレイが互いに対して正確に位置合わせされた場合のコンピュータモデリング実験のためのセンサー設計を示す図である。 ２つの異なる幾何学形状を示す図である。（Ａ）液滴形成を示す図である。（Ｂ）２Ｄおよび３Ｄ領域における電位分布および電流密度ベクトル（矢印）を示す電解質で充填されたチャンバを示す図である。 インピーダンス結果の３次元のレンダリングを示す図である。 ２つの電極（１０および２０ミクロン）間の様々な空間パラメータに対するインピーダンスを示す図である。ｒは先端の半径である。 様々な距離パラメータに対するインピーダンスを示す図である。 ２つの距離配置間のインピーダンス比を示す図である。赤色は、完全に浸した配置を示す。緑色および青色は、異なる半径、幾何学形状を有する液滴形成を示す。 ２つの異なる幾何学形状における周波数対インピーダンスを示す図（ボード線図）である。実線は幾何学形状Ｂを示し、点線は半径５ｕｍの液滴を示す。 界面インピーダンスを含むシステム全体における等価回路モデルを示す図である。 領域方程式および境界条件の変化に係るモデル形状を示す図である。 ２つの異なる幾何学形状における界面の様々な全長の二重層に応じたインピーダンスを示す図（ナイキスト線図）である。 厚さが異なる２つの二重層のＲｅａｌ Ｚ（オーム）の差異を示すボード線図である。 ２つの幾何学形状の５０ｎｍ〜５ｎｍの二重層の変化に起因するインピーダンス間の差異を示す図である。 ２つの幾何学形状における電荷移動抵抗（Ｒｃｔ）の変化に起因するインピーダンスの変化を示す図である。 充填形状におけるＲｃｔの変化に起因するインピーダンスの変化を示す図である。 ２つの幾何学形状における１Ｍオーム〜１００ＫオームのＲｃｔの変化に起因するインピーダンス間の差異を示す図である。 ＰＭＭＡにおける４０ミクロンの先端を示す図である。 センサー製造のためのプロセスを示す図である。 センサー製造のためのプロセスを示す図である。 硫酸内の金電極の電気化学的洗浄を示す図である。 （Ａ）レーザースクライビングされた相互嵌合アレイを示す図である。（Ｂ）５ミクロンのレーザースクライビング線を通り輝く光を示す拡大図である。 長期にわたるＡｕ電極へのＳＡＭの吸着を示す図である。 エポキシ樹脂で被覆された４０ミクロンの先端を示す図である。 （Ａ）チオール−金の化学反応によるＳＡＭへの化学的添加を示す図である。（Ｂ）導電性高分子の電気化学的析出、それに続くプローブの連結を示す図である。（Ｃ）捕捉剤の多重化のための、導電性高分子に対する異なるプローブの制御された電気化学的析出を示す図である。 センサーアレイの先端に対する、１ミクロンの活性の青色ポリスチレンビーズの添加を示す概念図である。 センサーアレイの先端に共有結合的に添加したビーズを示す図である。 金めっきしたニッケルの１ミクロンのセンサーアレイを示す図である。 相互嵌合電極の先端間の電位分布および電流フローを示す図である。 それらの間がレーザースクライビングされた、交互に位置する作用電極およびカウンター電極の相互嵌合トラックを示す図である。

本発明は、センサー、電気化学および触媒作用を含む各種用途に用いる様々なサイズのアレイの開発に関する。本発明は、特に、ミリメートルからナノメートル（包括的）スケールにおける機能化可能エリアを備えているアレイを製造するための方法に関する。これらの機能化可能エリアは、好ましくは導電性であり（ただし、そうでなくてもよい）、アレイの表面において隔間されるが、それらを隔てるのに用いられる物質の下方で接合される。それらは任意の形状またはサイズでもよく、多数の用途に応じて（他のオプションの中から）センサーまたは触媒部位を形成するように機能化可能である。用途の例は、酵素触媒還元または酸化反応（たとえば、グルコース酸化酵素）の検出、溶液内の酸化可能種（たとえば、金属、金属酸化物、有機種）の直接検出、適切なハプテンがアレイ表面に添加された抗体、ＤＮＡ、細胞または小分子の検出、および結合表面とカウンター電極との間の抵抗または電気化学反応の変化の測定を含む関連する電気化学的方法による、それらの相補的な抗原の検出および結合を含む。それぞれの場合、標的検体の濃度は、導電性の連続的な３Ｄのアレイ表面を通り抜ける電流レベルに関連する。

本発明のマイクロアレイは、機能化可能エリアが形成される基板材料からなると広範には言うことができる。したがって、本発明は第一の態様において、基板材料層、アレイとして用いるための、機能化可能な、基板層上の連続的な３Ｄ表面層、および不活性物質を含むマイクロアレイ構造を提供する。この構造は機能化可能エリアを含み、このエリアは、連続的な３Ｄ表面層の一部分であり、不活性物質によって隔間されるが、連続的な３Ｄ表面層によって構造内で相互接続される。

本明細書で用いる「基板材料層」（本明細書では基板材料と呼ぶ）は、本発明のマイクロアレイの基部を指す。これは可塑性のものでも剛体でもよく、好ましくは、マイクロメートルからミリメートルスケールにおける範囲の厚さの平面である。当業者に公知のように、基板材料の厚さは、主として、適した処理を確実に行うのに必要な厚さに決定される。状況によっては、基板材料は光学的に透明にもすべきである。それ故に、好ましくは、基板材料は、約５０ミクロン〜約２ｍｍの厚み、約５００ミクロン〜約２ｍｍの厚み、または約５０ミクロン〜約１００ミクロンの厚みである。好ましくは、基板材料はポリマー材料である。あるいは、基板材料は、導電性材料でもよいし、不活性の非導電材料でもよい。基板材料層が不活性である場合には、絶縁材としても機能できる。本発明で用いる好適な可撓性材料の例は、熱可塑性ポリウレタン樹脂、ゴム、シリコーンゴムおよび可撓性エポキシ樹脂を含む。本発明で用いる好適な剛体の基板材料の例は、ガラス、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、セラミック、樹脂、複合材料および弾性エポキシ樹脂を含む。下により詳細に論じるように、基板材料は、金、銀、ニッケルなどの金属または同種のものからも形成できる。

本明細書で用いる「機能化可能エリア」は、不活性物質を通り突出する、あるいは他の形態で露出する、または単に露出する、それ故にユーザの所望に応じて機能化可能な、本発明のマイクロアレイの一部分を包含するものとして広範には解釈されるべきである。不活性物質は、不活性物質を通して突出するとその物質の上方に露出できる。機能化可能エリアは、ユーザの所望に応じた任意の形状に形成でき、好ましくは、本発明のマイクロアレイの基板材料の一部分として形成された（ナノメートルからミリメートルのサイズの）３次元（３Ｄ）柱状構造の最上部表面または先端を形成する。しかしながら、当業者は、機能化可能エリアが、本発明のマイクロアレイの基板材料の一部分として形成された３Ｄリブ状構造の最上部表面も形成できることを理解するであろう。

明細書全体を通じて、３Ｄへの言及は、３次元構造、文脈によっては３次元被覆構造を意味するように解釈されるべきである。ここでの３次元構造は、柱状構造またはリブ状構造の形態である。

機能化可能エリアは、好ましくは、ミリメートルからナノメートルのスケール範囲のサイズである。より好ましくは、機能化可能エリアは、約１０ｎｍ〜約１ミクロンのサイズ、より好ましくは約２００ｎｍ〜約１ミクロンのサイズである。同様に、個々の機能化可能エリア間の空間は、ミリメートルからナノメートルのスケールでもよい。

本発明の一実施形態では、機能化可能エリアは、所望のスケールにおいてマイクロアレイの表面上に画定されたパターンを形成するという点において正確に画定されたエリアである。これにより、ユーザまたはコンピュータプログラムが、マイクロアレイの表面上の明確な機能化可能エリアを正確に特定し、所望の測定を行うことが可能になり、かつマイクロアレイの表面上の選択された機能化可能エリアのみの機能化が可能になる。あるいは、機能化可能エリアは、本発明のマイクロアレイの表面上にランダムに配置される。

図１は、基板材料２の表面を、所望のスケールにおいて正確に画定された所望の３Ｄパターンに成形するためのエンボス加工技術の使用を図式的に示す。図１は、これを達成するためのスタンプの使用を示す。最初に、スタンプ１を所望のパターンのネガティブパターンに形成する（図１Ａ）。このパターンは、繰り返しの三角形として図１に示す。しかしながら、このパターンは、ユーザの所望に応じて他のオプションに置き換えることができる。パターンは同じ形である必要はない。エンボス加工によって、基板材料２の表面から延伸する先端６を作り出し、それ故に、それらの先端６間の所望の空間も形成する。スタンプ１は、通常、シリコンまたはニッケルから作られる。しかしながら、これはこの方法で使用できる任意の好適な材料から形成できる。次に、スタンプ１を使用して基板材料２を所望のパターンにエンボス加工する（図１Ｂ）。明らかなように、エンボス加工技術は周知であり、所望の基板材料に適切かつ正確に画定されたパターンを形成するのに多くの他のオプションが利用可能である。これらは、鋳造、スタンピング（図７Ｃ）、エッチング、研削、リソグラフィー、加圧成形、真空成形、ロール成形（図７Ａおよび図７Ｂ）、射出成形、ならびにレーザースクライビング／アブレーションを含み得る。ミリメートル／ナノメートルスケールにおける正確に画定されたパターンを形成するための他の好適な方法が当業者に公知であろう。

次に、３Ｄパターニングされた基板材料２を、スタンプ１から引き離し、被覆層３で被覆し、３Ｄの被覆およびパターニングされた構造４を形成する（図１Ｃ）。被覆ステップによって、基板材料２全体に連続的な単一の３Ｄ表面が形成される。

本明細書で用いる「連続的な３Ｄ表面層」（本明細書では連続的な３Ｄ表面と呼ぶ）は、導電性材料または炭素系材料から形成することができ、ポリマー基板材料２全体にわたる大きな連続的な薄板に製造できる被覆層３を指す。それ故、連続的な３Ｄ表面（被覆層３）は、基板材料２と隔間され、基板材料２と不活性物質７との間に効果的に存在する（図３に最もよく示す）。被覆層３（連続的な３Ｄ表面）は、好ましくは、約１ｎｍ〜約５ミクロンの厚みであり、より好ましくは約３ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みであり、より好ましくは約５ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みであり、より好ましくは約５ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みである。好ましくは、被覆層３（連続的な３Ｄ表面）は、基板材料２を覆う単一層である。あるいは、被覆層３（連続的な３Ｄ表面）は、レーザースクライビング、さもなければリソグラフィーなどの技術を使用して切断され、基板材料２上に複数個の隔間された連続的な３Ｄ表面層セグメントを与える。隔間された各々の連続的な３Ｄ表面層セグメントは複数個の機能化可能エリアを含み、これによりマイクロアレイの表面が複数個の機能化可能エリアのグループを含む（図６Ｆ）。好ましくは、機能化可能エリアの各グループは機能を分離することができる。好ましくは、被覆層３（連続的な３Ｄ表面）は導電性材料から形成され、好ましくは金属から形成される。本発明の被覆層３として用いる好適な金属は、とりわけ、金、白金、銀、ニッケルおよび銅を含む。あるいは、被覆層３は、炭素系材料、好ましくは、炭素繊維、カーボンペースト、グラファイト、グラフェン、ガラス状炭素、カーボンナノチューブ、ならびにポリピロールおよびポリチオフェンなどの導電性高分子などから形成される。

連続的な３Ｄ表面（被覆層３）の塗布は、多くの方法によって行うことができる。このような方法は、これらに限定されないが、スパッタリング、蒸着または無電解析出を含む。連続的な３Ｄ表面は、本明細書において後に記述するように、シード層として使用することができる。

連続的な３Ｄ表面（被覆層３）は、通常、基板材料２への付着を促進するための接着層（図１には示さず）を含む。この接着層は、それ故に、連続的な３Ｄ表面層と基板材料との間に位置する。接着層の形成に用いられる好適な付着材料が当業者に公知であろう。これらのオプションは、付着を高めるための、表面粗さを増大するような表面のプラズマ処理、クロムまたはバナジウムの薄層（ナノメートル）の堆積、およびチオールまたはアミンのプラズマ堆積または共有結合を含むであろう。

本発明者らは、本発明のマイクロアレイの構造が連続的な３Ｄ表面を含有することによって、当技術分野において公知の他のマイクロアレイよりも機能的および構造的柔軟性が改善したことを見出した。特に、連続的な３Ｄ表面により、本発明における多くの重要な機能の任意の一つを達成できる。例として、３Ｄ表面は基礎をなす基板材料２（図１）を保護する。３Ｄ表面はまた、本発明のマイクロアレイの機能化可能エリアにおける結合化学物質の添加も促進する。３Ｄ表面が導電性材料から形成された場合には、機能化可能エリアにおけるマイクロアレイの表面に電気化学反応を生じさせることが可能になる。３Ｄ表面が導電性材料から形成された場合はまた、確実に、機能化可能エリアを互いに導電的に相互接続することもできる。本明細書で用いる「導電的な相互接続」は、アレイの隔間された機能化可能エリアにおける互いの電気通信、ならびに電圧メータ、ポテンシオスタット、ガルバノスタット、インピーダンスアナライザなどの電気分析装置、および当業者に公知であるような電流を測定できる任意の他の装置を用いた電気通信を指す。連続的な３Ｄ表面（被覆層３）が基板材料を覆う単一層である場合には、それを一点のみで電気分析装置に接続することができる。あるいは、連続的な３Ｄ表面（被覆層３）が隔間された連続的な３Ｄ表面層セグメントにレーザースクライビング、さもなければ切断された場合には、各セグメントはより幅広のアレイ構造内の他のセグメントと必ずしも相互接続する必要はなく、各セグメントは、電気分析装置に接続してアレイ内に個々の電極を与えることができる。図６Ｆはそのような配置を示す。この文脈において「連続的な３Ｄ表面」という場合、そのようなオプションを含むことが意図される（すなわち、アレイ構造内に複数個の連続的な３Ｄ表面が存在し得る）。

被覆層３（連続的な３Ｄ表面）の選択として、金がこれらの機能のすべてを達成する。本発明のいくつかの実施形態では、被覆層３も透明である必要があり得る。この場合でも、金は透明となることができる。当業者は、他の導電体（例として、銀、白金、ならびにポリピロールおよびポリチオフェンなどの導電性高分子）も、前述の機能を達成できることを簡単に理解する。同様に、非導電材料（例として、グラフェンおよびカーボンナノチューブ）が、連続的な３Ｄ表面の、前述の機能の少なくとも大部分を達成できる。

前述の通り、金は、本発明の連続的な３Ｄ表面として用いるのに好ましい被覆材である。なぜならば、高導電性を有し（それ故に、電極として機能できる）、不活性であり、硫黄との強い共有結合を形成し、容易に基板材料に堆積し、化学反応が周知であり、そして利用が簡単であるからである。金は厳しい化学洗浄処理に耐え得、これにより確実に、本発明のアレイを２回以上使用することができる。

本明細書で用いる「不活性物質」は、個々の機能化可能エリアを互いから物理的に隔てる可撓性材料または剛体材料を指す。それ故、不活性物質は、機能化可能エリアがそこを通り、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する「不活性表面」を形成する。それ故に、連続的な３Ｄ表面（被覆層３）の隔間されたエリアを露出し、したがって、それらのエリアを所望のように機能化することが可能になる。この配置では、アレイは３Ｄアレイのままである。あるいは、機能化可能エリアは、突出しないが、不活性物質表面と位置を合わせされ、機能化可能エリアを含む２Ｄ（２次元、すなわち、平坦な）表面を形成する。

本発明で用いる好適な不活性物質は、これらに限定されないが、エポキシ樹脂、塗料などのスプレー塗布可能物質、二酸化ケイ素、またはＳＵ−８などのフォトレジスト材料を含む。エポキシ樹脂またはフォトレジスト材料は、通常、可塑性が要求されない場合に使用される。不活性物質は、チオール末端分子の固体薄膜もしくは単分子層、またはレーザー場において周知の自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）からも形成できる。ＳＡＭは、通常は一端が−ＳＨ官能基が末端となるが、様々な他の官能基、これらに限定されないが、−ＣＨ_３、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ_２、−ＣＮおよびＣＨＯを含む他の官能基も末端となり得るアルキル鎖を含む。官能基の選択は、本発明のマイクロアレイに結合する標的種に応じて決まる。不活性物質は、絶縁材としても機能でき、充填材または絶縁層とみなすこともできる。

本発明に用いる不活性物質に応じて、その塗布には、既知の厚さへのマイクロアレイの被覆層３のスピンコーティングが必要となり得る。この塗布方法を利用する場合には、次に、紫外線下で不活性物質をクロスリンクし、反応性イオンエッチングによって不活性物質をエッチバックすることによって個々の機能化エリアを露出させる。不活性層を塗布するための数々の代替的な方法が当業者に公知であろう。これらの方法は、これらに限定されないが、スプレーコーティング後の機能化されるエリアからの不活性物質の（例として、先端をふき取ることによる）物理的除去、塗布されると先端から出て、３Ｄアレイの溝内に流れる希釈した被覆材の被覆層３へのスプレーコーティング、およびＳＡＭ単分子層の浸漬コーティング後の先端におけるＳＡＭの物理的除去を含む。

本発明の第一の態様のマイクロアレイは、（前述の）微小電極センサーに機能化可能である。これは微小触媒アレイとしても機能できる。本発明のアレイの潜在的使用に関するさらなる考察を以下に論じる。

本発明は第一の態様の一実施形態において、中間体構造４から形成された連続的な３Ｄ表面層を含む正確に画定され機能化可能なアレイを提供する。ここでもまた、アレイの個々の機能化可能エリアは不活性物質の層によって隔間され、機能化可能エリアがそこを通り、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する不活性表面を与え、そして個々の機能化可能エリアが連続的な３Ｄ表面によって相互接続される。好ましくは、個々の機能化可能エリアは、連続的な３Ｄ表面によって導電的に相互接続される。中間体構造は、アレイの基部を形成する。

したがって、本発明は第二の態様において、本発明の第一の態様に係る、正確に画定され機能化可能なアレイの製造に用いる中間体構造４を提供する。中間体構造は、ミリメートルからナノメートルのスケールの正確に画定された３Ｄパターンを含む基板材料層２から形成される。３Ｄパターンのすべてまたは一部分は、被覆層３で被覆され、アレイとして用いるための、機能化可能な、基板材料層２上の連続的な３Ｄ表面層を形成する。実質的にすべてのパターニングされたエリアを被覆層３（連続的な３Ｄ表面）で覆うことが好ましい。場合により、中間体構造４は、被覆層３（連続的な３Ｄ表面）と基板材料２との間に接着層を含む。

場合により、中間体構造４は、被覆層３と基板材料２との間に接着層を含む。

図１Ｃは、本発明の第二の態様の中間体構造４を示す。図２Ａは、５０ミクロンの金めっきが施されパターニングされた基板材料を示す。一方、図２Ｂは、本発明に従う１０マイクロの金めっきが施されパターニングされた基板材料を示す。両方共に「中間体」構造４である。

中間体構造４は、大きな連続的な薄板においてアレイと別々に製造でき、それ故、スケールメリットがユーザに与えられる。被覆およびパターニングされた材料のこれらの大きな連続的な薄板は、ミリメートルからナノメートル（包括的）スケールにおける（任意の所望の様式、すなわち直線、円弧、ランダムの）正確に画定された３Ｄパターンを含む。したがって、本発明は第三の態様において、正確に画定され機能化可能な隔間されたエリアを有するアレイをそれから形成できる、連続的な３Ｄ表面層を含む本発明の第一の態様に係る中間体構造を形成するための方法を提供する。この方法は以下のステップを伴う。
ａ．ミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定された３Ｄパターンを、基板材料の表面上に配置するステップと、
ｂ．パターニングされた基板材料の少なくとも一部分を連続的な３Ｄ単一被覆層で被覆するステップ。

好ましくは、被覆層３は、基板材料のパターニングされたエリアの実質的にすべてを覆い、連続的な３Ｄ表面層を形成する。

場合により、方法は、基板材料２と被覆層３との間に接着層を追加するステップを含む。

（図１Ｃに示すような）中間体構造４の基板材料は、好ましくは不活性ポリマー材料から形成される。しかしながら、前述の通り、熱可塑性ポリウレタン樹脂、ゴム、シリコンゴム、エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、セラミック、樹脂および複合材料を含む、使用できる多くの他の好適な可撓性および非可撓性材料がある。基板材料の表面上にミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定された３Ｄパターンを配置するための好適な技術は、前述の技術、そしてエンボス加工、鋳造、スタンピング、エッチング、研削、リソグラフィー、加圧成形、真空成形、ロール成形、射出成形、ならびにレーザースクライビング／アブレーション技術を含む。

あるいは、（図１Ｃに示すような）中間体構造４は、形状、サイズおよび費用制限に応じて、金、銀、ニッケルなどの金属または同種の金属の単層から形成できる。次に、金属表面を所望の３Ｄパターンにエンボス加工（あるいは他の方法で、パターニング）できる。この場合も、所望のパターンに金属表面を形成するための好適な技術は、前述のように鋳造、スタンピング（図７Ｃ）、エッチング、研削、リソグラフィー、加圧成形、真空成形、ロール成形（図７Ａおよび図７Ｂ）を含むことができる。他の好適な方法が当業者に公知であろう。

第二の態様の中間体構造４を使用して、３つの方法のうちの１つによって本発明のアレイを形成できる。第一の方法では、中間体構造４における３Ｄパターンの（先端の形態を示す）機能化可能エリア６間の個々の空間５（図３Ｃ）を、不活性物質７で充填する。この方法の使用時は、不活性物質は、本質的に充填材または絶縁層として作用し（図３Ｆ）、中間体構造４の機能化可能エリアまたは先端６が、そこを通り突出するか、露出する不活性表面８を与える。図３Ｆは、不活性物質７としての固体薄膜の使用を示す。それ故、機能化可能エリアまたは先端６は、互いから隔間され、所望のように機能化可能である。したがって、それらは一旦機能化されると、アレイ形態において機能化エリア（たとえば、センサー部位）となる。図３Ｇは、図３Ｆの機能化可能なアレイの概略平面図を示す。機能化可能エリアまたは先端６は、中間体構造４の被覆層３（連続的な３Ｄ表面）による互いの接続を維持する。しかしながら、中間体構造４の被覆層３のすべてを不活性物質７で覆う必要はない。その結果、被覆層３の覆われてないそれらのエリアは、先端６との電気的接続に利用できる。

それ故に、本発明は第四の態様において、本発明の第一の態様に係るアレイとして機能化可能な構造を形成するための方法を提供する。この方法は、本発明の第二の態様に係る中間体構造４を得るステップと、中間体構造４における３Ｄパターンの先端６間の個々の空間５を不活性物質７で充填することによって、機能化可能エリアを形成する先端６がそこを通り突出する、あるいは他の形態で露出する不活性表面８を与えるステップとを含む。したがって、隔間されているが相互接続され、好ましくは導電的に相互接続された、正確に画定されたパターンにおける機能化可能エリアを有する連続的な３Ｄ表面層を含むアレイが形成される。

任意で、機能化可能エリアが突出した場合に、突出エリアの先端６を、不活性物質７の表面８と位置を合わせて切り取り、隔間されているが相互接続された機能化可能エリアを含む２Ｄ表面を形成できる。場合により、不活性物質の一部も取り除く。

あるいは、第二の方法では、中間体構造４に、３Ｄパターンの機能化可能エリアまたは先端６を覆うのに十分な量の不活性物質７を追加できる。次に、不活性物質７を（エッチング、摩耗、化学的手法またはプラズマ技術により）部分的に取り除き、中間体構造４における３Ｄパターンの機能化可能エリアまたは先端６を露出させる。この方法は、機能化可能エリアまたは先端６が不活性物質７の上方に突出しないような２Ｄ表面を得る手段を提供する。露出した機能化可能エリアまたは先端６は、不活性物質７によって互いから隔間されるが、中間体構造４の被覆層３による構造内の相互接続、好ましくは導電的な相互接続は維持する。

それ故に、本発明は第五の態様において、本発明の２Ｄマイクロアレイ構造を形成するための方法を提供する。この方法は、中間体構造４を得、中間体構造４における３Ｄパターンを不活性物質７で覆うステップと、十分な量の不活性物質７を取り除き、３Ｄパターンの機能化可能エリアまたは先端６のみを露出させるステップとを含む。

前述のいずれかの方法で形成されたアレイは、（不活性である）基板材料２と、ミリメートルからナノメートルのスケールで３Ｄパターニングされ、パターニングされたエリアの少なくとも一部分にわたり連続的な３Ｄ表面を形成する被覆層３と、不活性物質７の層とから形成された中間体構造４を含む。この不活性物質７の層が、連続的な３Ｄ表面上で層になり、中間体構造４の３Ｄパターンにおける機能化可能エリアまたは先端６間の空間５を充填することによって、３Ｄパターンの機能化可能エリアまたは先端６が、そこを通りまたはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する不活性表面８を与える。前述の通り、機能化可能エリアまたは先端６は、不活性物質７によって隔間されるが、３Ｄパターニングされたエリアの少なくとも一部分（好ましくは、パターニングされたエリアの実質的にすべて）にわたり存在する被覆層３（連続的な３Ｄ表面）を介して連続的に相互接続される。

図４Ａに示すように、アレイの電気的に絶縁されたグループは、前述の方法にレーザースクライビングプロセスを組み合わせても形成できる。個々の機能化可能エリアまたは先端６間の被覆層３（連続的な３Ｄ表面）は、（図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ａ、図５Ｂおよび図６Ｆに２０で示すように）エッチングされる。これにより単一のセンサーチップが、カウンター電極、参照電極、酸化還元電極、および作用電極を含むことができる個々のアドレス可能なエリアを有することが可能になる。レーザー線の形状は制限されない。しかしながら、レーザー線の幅は、約１〜約１００ミクロンであることが好ましい。個々のアドレス可能なエリア、または隔間された微小電極アレイは、多くの様式に構成できる。その２つの例を図４Ｂおよび図４Ｃに示す。図４Ｂでは、微小電極アレイは、カウンター電極２２によって隔間された２つの作用電極２１ａ，２１ｂ、ならびに参照電極２３を含む。図４Ｃでは、微小電極アレイは、３つの作用電極（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）、カウンター電極２２、参照電極２３、ならびに酸化還元電極２４を含む。カウンター電極が、作用電極２１ａと、作用電極２１ｂおよび参照電極２３とを隔て、併せて、酸化還元電極２４が、作用電極２１ｂと作用電極２１ｃとを隔てる。隔間された微小電極アレイは、各々が作用電極２１として機能するようにも配置できる。

第三の方法では、被覆層３（図３Ｃ）がシード層として作用する。中間体構造４を電気めっき浴内に配置して、被覆層３（連続的な３Ｄ表面）を電気化学的に成長させる。それ故に、この方法を利用する場合に、被覆層３（連続的な３Ｄ表面）が導電性であり、利用される金属が、被覆層３（連続的な３Ｄ表面）に電気化学的に堆積できることが好ましい。被覆層３（連続的な３Ｄ表面）は、電気化学的に成長し、中間体構造４の機能化可能エリアまたは先端６を少なくとも実質的に覆う金属層９を形成する（図３Ｄ）。金属層９は、中間体構造４の被覆層３を包み込み、それ故受け入れ、次に、構造４の他の要素から分離することによって、金属ネガティブ３Ｄパターン１０を与える（構造４のネガティブパターン（図３Ｅ））。金属ネガティブ１０におけるネガティブ３Ｄパターンの機能化可能エリアまたは先端１２間の個々の空間１１が、次に、不活性物質７で埋め戻されることによって、金属ネガティブ１０の先端１２がそこを通りまたはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する平坦面８を与える（図３Ｈおよび図３Ｇ）。この場合も、この方法の使用時に、不活性物質７は本質的に充填材または絶縁層として作用する。また、先端１２が不活性物質７から突出する場合には、それらを不活性物質７の表面８と位置を合わせて切り取り、隔間されているが相互接続された機能化可能エリアを含む２Ｄ表面を形成できる。機能化可能エリアまたは先端１２は、不活性物質７によって隔間され、アレイ形態における機能化エリア（たとえば、センサーまたは触媒部位）を形成するように所望のように機能化可能である。

したがって、本発明は第六の態様において、ミリメートルからナノメートルのスケールの機能化可能エリアの正確に画定された３Ｄパターンを有する連続的な３Ｄ表面層を含むアレイを形成するための方法を提供する。この方法は
ａ．中間体構造４の連続的な３Ｄ表面層を電気めっきし、中間体構造４における３Ｄパターンの先端１２（好ましくは３Ｄパターンの少なくとも実質的にすべて）を覆う金属層９を形成するステップと、
ｂ．金属層９と中間体構造４の基板材料２とを分離し、中間体構造４における３Ｄパターンのネガティブ構造（「ネガティブ３Ｄパターン」）を含む金属ネガティブ構造１０を形成するステップと、
ｃ．金属ネガティブ構造１０のネガティブ３Ｄパターン内の先端１２間の空間１１を不活性物質７で埋め戻すことによって、ネガティブ３Ｄパターンの先端１２が、そこを通りまたはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する不活性表面８を与えるステップとを含む。

任意の金属を電気めっきステップに利用して金属層９を形成できる。ニッケルが、超硬および延性金属であり、めっき金属として一般に用いられるため使用に好ましい。

図３Ｇは、金属ネガティブ１０のネガティブパターンにおける機能化可能エリア、または先端１２間の個々の空間１１の充填によって形成された機能化可能なアレイ（図３Ｈ）の概略平面図を示す。したがって、金属ネガティブ１０は、マイクロアレイ構造の基板材料層として作用する。本発明は、それ故に、本発明の第六の態様の方法で形成された機能化可能なアレイにまで及ぶことができる。

それ故に、本発明は、（導電性または非導電性の）連続的な３Ｄ表面で被覆できる導電性基部および／または不活性物質７を含む、隔間された機能化可能エリアを形成するマイクロアレイも提供する。

前述からわかるように、中間体構造４（図３Ｃ）を使用する前述の方法では、図３Ｇに示すのと同じ平面図のアレイが生じる。

ここしばらくの間、ミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定されたアレイを形成する能力にはアレイフィールドにおける課題がある。特にナノメートルスケールの小さなサイズにおける未解決の課題には、正確な定量分析および／または定性分析の取得を求める場合に特有の問題が生じることがある。本発明は、そのようなアレイの生成における経済的手法を提供する。

図３Ｆおよび図３Ｈから明白、かつ前述のように、アレイにおける（先端６および１２によって形成された）隔間された機能化可能エリアは、不活性物質７の下方で連続的な３Ｄ表面（すなわち、被覆層３または金属ネガティブパターン１０）を介して相互接続される。連続的な３Ｄ表面が導電体（例として、金）から形成される場合には、隔間された機能化可能エリアは、前述のように互いに導電的に相互接続され、それ故に、相互接続されるが隔間された導電性の孤立部分として作用する。また、前述の通り、より幅広のアレイ構造内で機能化可能エリアの個々の隔間された区画を形成するように、連続的な３Ｄ表面を個々のセクションにレーザースクライビング、さもなければ切断できる。導電体の使用により、本発明の方法で形成されたアレイを、前述の微小電極アレイを形成するように機能化可能である。それ故に、アレイ全体が単一の微小電極として機能できる。あるいは、アレイは、連続的な３Ｄ表面が隔間された区画に切断された場合に、複数の個々の電極を含むことができる。相互接続は、微小電極アレイにおける隔間された部位のチャージ機能の効率化も可能にする。微小電極アレイは、図６に示すような各種のタイプでもよく、そのタイプには
アレイが順序付けられたまたはランダム方式で配置できるマイクロディスク電極アレイ、
マイクロバンド電気アレイ、
平面でも垂直でもよい相互嵌合の微小電極アレイ、
線形の微小電極アレイ、および
３Ｄ微小電極アレイが含まれる。

微小電極アレイとして機能する場合に、連続的な３Ｄ表面が電気分析装置に接続され、電解液と電気接触し、電流を溶液中に流すことが可能になる。電解液中の標的種がマイクロアレイの機能化されたエリアに結合し、それ故に、電流フローを援助または妨害する。この方法では、標的種は微小電極アレイによって「検知」される。標的種に特有の捕捉剤を微小電極アレイの機能化可能エリアに加えることによって、この相互作用を援助することもできる。個々の微小電極アレイを互いに対するカウンター電極として使用することによって、それぞれの個々の機能化されたエリア間に電流を流し、電流を測定することもできる。

導電性の連続的な３Ｄ表面（被覆層３）の使用により達成された電気通信によって、本発明のアレイが、アレイの表面全体を通る試料の酸化還元環境を洞察することも可能になる。例として、アレイを使用して、試料の酸化還元環境が酸化的であるか還元的であるか（それ故に、抗酸化反応エレメントの同等物の定着が可能であるか）、または過酸化物またはラジカルが存在しているか否かを確かめることができる。

連続的な３Ｄ表面（被覆層３）を個々の隔間された区画またはエリアに切断するための、レーザースクライビングまたはリソグラフィーなどの技術の使用により、本発明のマイクロアレイに、多重化アレイ（図６Ｆ）として機能する能力も与えられる。これにより複数の検体またはバイオマーカーの同時試験または測定が実施される。そのようなシステムは、特定の疾病、臓器またはシステムに関わる公知のバイオマーカーの検出に使用できる。これによりまた、ユーザが、異なる目的のための公知の多くのセンサー部位を隔てることも可能になる。

ユーザが非導電性の（さもなければ、機能化されていない）隔間されたエリアの作成を望む場合には、非導電性被覆材３を利用できる、または金属ネガティブ１０を非導電層で被覆できる。

（図３Ｇに６／１２で特定される）隔間された機能化可能エリアは、多くの他のアレイ用途にも使用できる。例として、これらのエリアは、各種の微量反応を起こす触媒として作用する、または対象となる様々な標的生体分子または化合物に対応するセンサーとして作用するように機能化可能である。他の好適な使用が当業者に公知である。エリアを機能化する手段も、本発明を入手した当業者に周知であろう。

したがって、本発明は、アレイとして用いるための、機能化可能な連続的な３Ｄ表面を含む構造を提供する。この構造は、サイズがミリメートルからナノメートルである、正確に画定され機能化可能な隔間されたエリアを含む。機能化可能エリアは、（絶縁体としても機能できる）不活性物質７によって隔間されるが、構造内で連続的に相互接続される。好ましくは、機能化可能エリアは、構造内で３Ｄ被覆層３によって連続的に相互接続される。好ましくは、機能化可能エリアは導電性である。

本発明は、アレイとして用いるための、機能化可能な連続的な３Ｄ表面を含む中間体構造４も提供する。この中間体構造４は、少なくとも一つの表面上にミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定された３Ｄパターンを含む。中間体構造４は、３Ｄパターンの先端６がそこを通り突出、あるいは他の形態で露出する表面８を形成する、３Ｄパターンの先端６間の不活性物質７も含む。したがって、３Ｄパターンの先端６は、不活性物質７によって隔間され、連続的な３Ｄ表面によって中間体構造４において相互接続される。

「正確に画定された」という場合、３Ｄパターン（または、２Ｄパターン）が、既知パターンにおける既知の予め定められた（または、計算可能な）多くの機能化可能エリアを含むことを意味する。当然ながら、パターンをランダム化することが可能である。正確には、機能化可能エリアのサイズおよび／または位置が予め定められ、構造に正確に盛り込まれるという概念も含まれる。

前述の通り、本発明のマイクロアレイは、微小電極アレイ、微小触媒アレイ、および対象となる様々な標的生体分子または化合物に対応するセンサーとして用いるのに好適である。

本発明のマイクロアレイ（それ故に、導電性の連続的な３Ｄ表面層を含む）を微小電極アレイとして使用する場合には、標的検体に特有の捕捉剤を添加することによってアレイは機能化されるであろう。好適な捕捉剤の例は、小分子、抗体および一本鎖ＤＮＡを含む。他の捕捉剤が当業者に公知であろう。捕捉剤をアレイに添加するための数々の方法がある。添加方法には、通常、当業者に公知であるような、標準的な結合方法を使用して捕捉剤が結合する、末端カルボキシルまたはアミノ基を有するリンカー分子の初期添加が含まれる。この方法は、その開示が参照により含まれる、関連する同時係属中のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／２０１１／００００５２号にも記述されている。本発明の微小電極アレイの使用のための好適な用途は、小分子バイオマーカー、タンパク質、ＤＮＡ／ＲＮＡおよび有機体の検出を含む。

本発明の微小電極アレイとの電気的接続は、通常、クリップを取り付けるか、微小電極アレイの表面に伝わる溶液に接触しない電極の一部分に導体（導体ペースト、配線、リボン）を押圧することによって行うことができる。

本発明のマイクロアレイを微小触媒アレイとして使用する場合には、好適な結合化学物質をアレイの機能化可能エリアに最初に添加することが必須である。好適な結合化学物質の添加は、導電性の連続的な３Ｄ表面層を使用する場所における結合化学物質の電気化学的析出、および好適な官能基に機能化可能エリアをさらすことを含む多くの様式で達成できる。好適な官能基は、金属触媒（例として、白金またはパラジウム）、ＤＮＡ、ならびにポリピロールおよびポリチオフェンなどの導電性高分子を含むことができる。そのように生成された微小触媒アレイの異なる表面が、程度の差はあるが溶液中の種と反応する。反応の組み合わせにより、溶液を電気化学的に特性づけることが可能になる。

実施例
実施例１：微小電極センサーのコンピュータモデリング
本発明の２つの個々の微小電極アレイの単一の機能化可能エリアまたは先端について一連のコンピュータモデリング実験を実施した。図８に示すように、２つの微小電極アレイ２５ａ，２５ｂを、互いに対して正確に位置合わせした。したがって、各々の微小電極アレイ２５ａ，２５ｂが、他のカウンター電極として作用していた。

これらの実験の狙いは、先端間に形成された異なる形状およびサイズの凝縮液滴のインピーダンスプロファイルの計算であった。この値は、緩衝溶液の濃度、および電極間に形成された液滴のサイズおよび形状に応じた値となった。２つの電極間の合計インピーダンスは、電極−電解質界面におけるインピーダンスと、電解質溶液のインピーダンスとの和である。システムの幾何学形状の変化に起因するインピーダンス変化を測定するために、システムの合計インピーダンスを、２つの異なる幾何学形状に対応して修正したラプラスの方程式を解くことによってシミュレートした。このモデルでは、界面インピーダンスが、異なる幾何学形状でも一定であると仮定し、界面反応は考慮しなかった。

１ＶのＡＣ電位を上部電極と下部電極との間に印加し、１ＫＨｚ〜１×１０６ＫＨｚの周波数範囲における電流分布から合計インピーダンスを計算した。０．０２Ｓ／ｍの導電率および８０の比誘電率を有する溶液として緩衝液を考慮した。結果を図９〜図１４に図示する。これらの図は、電極間の距離、電極面積、および（先端間の液滴、または先端を完全に覆う溶液のいずれかとしての）電解質容積を含む３つのパラメータをモデル化する。結果を要約すれば、検出感度は電極間の距離および電極面積の両方に逆相関するが、ミクロンスケールにおいてはそれが電解質容積には顕著に影響されないことを示した。図９に、２つの異なる先端幾何学形状を示す。図９Ａに液滴形成を示し、図９Ｂに電解液で充填したチャンバを示す。インピーダンス結果を電位分布（図９および図１０）によって示す。矢印は、２Ｄおよび３Ｄ領域における電流密度ベクトルを表す。

図１１〜図１３は、様々なインピーダンス測定を示し、図１４は、２つの異なる幾何学形状における周波数対インピーダンスを示す。

バイオセンシング用途では、電極が捕捉剤で機能化されると仮定し、その結果、捕捉剤を添加する前と後にインピーダンスを測定した。インピーダンスの変化は、主として電極界面における変化が原因であった。界面の等価回路モデルは、（界面におけるイオンの拡散に起因するワールブルクの原理を無視した）ランドル回路によって与えることができる。界面および溶液インピーダンスとともにシステムの等価回路全体を図１５に図示する。領域方程式および境界条件を図１６に示す。

二重層容量（電荷を保存する本体の能力）の変動は、非ファラデー電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ）を用いて測定される。この測定は、酸化還元反応に起因する任意の変化を無視し、二重層の厚さの変化に起因する容量変化の測定を含む。二重層の厚さの変化に起因するシステムの合計のインピーダンス変化を決定するために、様々な二重層の厚さ（Ｄｄｌ）においてモデルをシミュレートした（図１７、図１８および図１９）。すべての事例において、電荷移動抵抗（Ｒｃｔ）は１Ｍオームに等しい。結果は、液滴検出感度が、完全に埋もれたセンサー先端部を使用するよりもわずかだけよいことを表した。

界面における変化を検出する第二の方法は、界面における酸化還元反応の測定によるものである。生物捕捉剤に起因して界面が変化すると、酸化還元反応の速度が変化する。これにより界面における電流が変化し、その結果としてシステムのＲｃｔが変化する。Ｒｃｔ値は、様々な異なる界面に応じて変動する。システムのインピーダンス変化を、様々なＲｃｔにおいてシミュレートした。結果を図２０、図２１および図２２に図示する。結果は、液滴の検出感度がより低周波においてわずかに優れていることを示す。

コンピュータモデリング実験は、先端の寸法、および先端間の隔たりが小さくなると、センサーアレイの検出感度がより大きくなることを示した。

また、相互嵌合のパターニングによって、作用電極およびカウンター電極を並列で配置するように設計も単純化した。したがって、構成される電気化学的に異なる電極（例として、作用電極、カウンター電極および参照電極）をすべて、同じ微小電極アレイセンサーチップに配置することができる。並列電極の突出部の電気化学的相互作用をモデル化し、図８に示す構成される微小電極アレイと同様の結果が観測された。それ故に、要約すれば、インピーダンス測定値は、作用電極とカウンター電極との間の距離、および作用電極の直径に関連する（図３４）。

実施例２：アレイ基板、中間体構造および物質の形成
前の説明は、隔間された機能化可能エリアまたは先端を有する本発明のアレイの形成における異なる手法を記述する。図３Ｆでは、不活性物質７の薄層が、連続的な３Ｄ金属表面全体に堆積し、３Ｄパターニングされた基板材料２の個々の先端間に位置した。図３Ｈでは、厚い金属層９が基板材料２の連続的な３Ｄ表面全体にわたり、かつその上に堆積した。しかしながら、両方共、マイクロアレイの３Ｄパターンの先端が主に機能化する。

以下に、本発明の第四、第五および第六の態様に係るマイクロアレイの開発を記述する。

第四および第五の態様に係るアレイの開発
図２３は、ＰＭＭＡにおいてエンボス加工された４０ミクロンの先端の写真を示す。これらは、１００ミクロン間隔で等間隔に設けられ、高さは１００ミクロンである。ＰＭＭＡ（非晶質高分子）は、処理が容易であり、高度に画定された３次元基板表面を与えるため、本発明で用いるのに好ましい基板材料である。

センサーを製造するためのプロセス（図２４）は、
１．基板を金めっきして連続的な３Ｄ金表面（または、被覆層３）を形成するステップと、
２．個々の先端間に不活性物質７を堆積させるステップと、
３．先端だけに結合化学物質（−Ｘ）を添加するステップと、
４．先端にハプテン種を添加するステップと、を含む。

１．金めっきしたポリマー基板の製造および洗浄
クロムの薄層（厚さ２〜３ｍｍ）を、接着層として作用するようにＰＭＭＡ基板上に堆積させた。バナジウムも接着層としてクロムの代わりに使用できる。同様に、アミンおよびチオール化学物質が、表面への金の付着を促進するものとして公知である。

次に、金をＰＭＭＡ基板にスパッタリングし、図２５に示す連続的な３Ｄ金表面を有する電極を生じさせた。電極を、０．５ＭのＨ_２ＳＯ_４中で１５秒間、１．６５Ｖ対Ａｇ／ＡｇＣｌに保持し、その後０Ｖ〜１．６５Ｖの間をサイクルすることによって、電気化学的に洗浄した。図２６は、標準的なＣＶ、ならびにそれぞれ１．１５Ｖおよび０．９Ｖにおける安定な金の酸化および還元ピークを示し、それ故、金のＰＭＭＡ基板上への堆積を支援する。このように形成された金めっき層３は、約７〜約４０ｎｍの厚さであった。次に、金トラックをレーザースクライビングによって金に画定した。相互嵌合トラック２０の例を図２７に示す（および、図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ａ、図５Ｂおよび図６Ｆに２０として示す）。レーザー切断されたパターンでは、マイクロアレイの個々のエリアが互いから電気的に絶縁され、その結果、単一マイクロアレイ内に２個以上の電極が形成される。

２．個々の先端間への不活性物質７の堆積
先端間の絶縁層として作用するような不活性物質を連続的な３Ｄ金表面上に堆積するのに３つの別個の方法を用いた。
Ａ．構造全体に及ぶフォトレジスト層（ＳＵ−８）の堆積、それに続く金先端を露出させるための反応性イオンエッチング。
Ｂ．構造全体にわたるヒドロキシル化された自己組織化単分子膜（ＳＡＭ−ＯＨ）の堆積、および摩擦による先端領域の物理的除去。
Ｃ．クロスリンク前の、先端を動かすような好適な粘性を有する塗装層の、金めっき基板への被覆。これにより先端間の溝が充填され、先端に金表面が露出した。

３つの方法すべてにおいて、金先端が不活性物質から突出した。

Ａ．ＳＵ−８フォトレジスト層の堆積
１００ミクロンの厚さのＳＵ−８の層を、１ｃｍの相互嵌合のセンサーチップに事前にレーザースクライビングした、１０ｃｍウェーハの金めっき基板（図５Ｃ）に塗布した。次に、ＳＵ−８を紫外線下でクロスリンクし、反応性イオンエッチングによって制御可能にエッチングした。これにより、ＳＵ−８の高分子層の厚さの非常に良好な制御、加えて非常に純粋な金の先端も得られることが見出された。図３５Ｂは、２つの隣接した先端を示す。右側に示す先端は露出した金を有し、左側に示す先端は、金に電気化学的に堆積したカルボキシル化されたポリテルチオフェン層を有した。図３５Ａは、交互のトラックが先端に堆積したカルボキシル化されたポリテルチオフェンを有する相互嵌合アレイの隣接したトラックを示す。

Ｂ．自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）の堆積
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）は、当技術分野において周知であり、通常、基板への「頭部基」の化学吸着、それに続く「末端基」の緩やかな組織化によって、基板に自然発生的に形成される。

アルキルアルコールおよびＨＳ（ＣＨ_２）_６ＯＨで置換したテルチオフェンが、本発明で用いる好適なヒドロキシル化された自己組織化単分子層の例である。

微小電極の連続的な３Ｄ金表面は、フェリシアン化カリウム（Ｋ_３ＦｅＣＮ_６）溶液中においてサイクリックボルタンメトリーに従った。ＣＶは、標準的なヘキサシアノ鉄酸塩の酸化および還元ピークが、それぞれ０．３５Ｖおよび０．１５Ｖであることを示した。次に、電極を、エタノールと水が１：１の溶液中に５ｍＭのＳＡＭ−ＯＨを含有する溶液中に浸した。次に、電極を定期的に取り出し、水で洗い、これは、ＫＣｌ支持電解質を有する５ｍＭのフェリシアン化カリウム溶液中においてサイクリックボルタングラムに従った（図２８）。ＣＶは、電極をＳＡＭ溶液中に浸した時間が長くなる程、ヘキサシアノ鉄酸塩のピークが緩やかに消失し、電極の連続的な３Ｄ金表面上にＳＡＭが段階的に吸着することを示した。

２０分後、電流は、電極がＳＡＭで飽和したことを示す定常値に達した。ＳＡＭ吸着の２０分後の電極のＣＶは、ＳＡＭ吸着の２時間後の電極のＣＶと同様の特性を有した。

ガラス顕微鏡スライドを用いた先端の摩擦によるＳＡＭ−ＯＨの物理的除去によって、結果、先端において金が露出した。５ｍＭのフェリシアン化カリウム溶液のＣＶは、電流が著しく減少しても標準的な還元酸化ピークを示した。これは先端において金のみが露出したことを表す。

ＳＡＭを金めっき基板から除去し、基板を新規のＳＡＭで新たに被覆できる。したがって、本発明のアレイは、アレイを劣化させることなく何回も使用できる。

Ｃ．エポキシ樹脂被覆での金めっき基板の被覆
図２９は、先端間の溝に位置するエポキシ樹脂の層を有する金めっき基板材料を示す。エポキシ樹脂層の濃度は、クロスリンク前にエポキシ樹脂が金先端を動くために十分な時間、適度であった。

５ｍＭのフェリシアン化カリウム溶液中のＣＶは、標準的な還元酸化を示し、金先端が被覆されていない証拠を示した。

３．先端への結合化学物質（−Ｘ）の添加
結合化学物質（図２４に参照する−Ｘ）を、基板上のＳＵ−８、ＳＡＭ−ＯＨ、またはエポキシ樹脂で被覆した連続的な３Ｄ金表面の先端に添加した。ＳＵ−８またはエポキシ樹脂被覆を不活性物質７として利用した場合には、結合化学物質の添加を、先端に、カルボキシル化されたポリテルチオフェンまたは活性のポリテルチオフェンを電気化学的に堆積することで達成した（図３０Ｂおよび図３０Ｃ）。図３０Ｃは、捕捉剤の多重化のための、導電性高分子に対する異なるプローブの制御された電気化学的析出を示すが、これは、当業者に明らかなように、カルボキシル基を有するＳＡＭを使用し、相違する作用電極の電位を変えることでも達成できる。ＳＡＭ−ＯＨを不活性物質７として利用した場合には、結合化学物質の添加は、先端をＳＡＭ−ＣＯＯＨに触れさせることで達成された（図３０Ａ）。それぞれについて、先端の各端部に−ＣＯＯＨ基または−ＮＨ_２基いずれかを添加した。カルボキシル末端側鎖と置換したテルチオフェン（または、ピロール）の使用により、画定された先端に結合基を電気化学的に重合できる。このため、画定された先端に結合基を選択的に追加することも可能になる。

先端に結合化学物質を添加するプロセスの選択性を試験するために、１ミクロンのアミノ化ポリスチレンビーズを、適切なリンカー化学物質によって共有結合的に添加した。

図３１は、アミンで官能化された先端（Ａ）におけるプロセスを図示する。アミノ化された基板を、二官能性リンカー溶液（６ｍｇリンカー／０．５ｍｌＰＢＳ）にさらし、室温で４５分間振った。洗浄後、基板を青色のＨ_２Ｎ−ビーズ溶液（０．５ｍｌＰＢＳ中の３０μｌビーズ懸濁液）を含有する溶液に浸し、室温で１時間振った。先端のアレイ（Ａ）および単一の先端（Ｂ）における青色のビーズの添加を図３２に示す。視覚的または電気化学的（例として、抵抗、ＣＶまたはインピーダンス）技術を使用して、アレイに結合したものを検出できる。

４．先端へのハプテン種の添加
添加化学物質がアレイの先端に結合したことを確認すると、標準的なリンカー化学物質を利用して、これらに限定されないが、抗体、ＤＮＡおよび細胞を含む各種のハプテンを添加できる。

実例として、以下に、プロゲステロン（Ｐ４）に対応するセンサーを製造する方法の利用を示す。ステップは以下を含む。
１．共役結合を形成するためのオボアルブミンへのＰ４の添加

オボアルブミンＰ４共役
２．ＮＨ_２置換アレイを二官能性リンカー溶液（６ｍｇリンカー／０／５ｍｌＰＢＳ）に浸し、室温で４５分間振って、活性アレイ（Ｉ）を生じる。
３．Ｐ４−ＰＥＧ−ＯＶＡ（０．２ｍｌＰＢＳ中の０．４ｍｌ溶液）を追加し、２時間振って反応させ、ハプテンで機能化したアレイ（ＩＩ）を生じる。
４．アレイをＰ４一次抗体に触れさせ、次に、ビーズを添加した二次抗体に触れさせた（ＩＩＩ）。二次抗体ビーズ共役の添加により、視覚的に確かめながら一次抗体を上手に結合することが可能になる。

第六の態様に係るアレイの開発
本発明の第六の態様に係るアレイを、ポリマー基板に金の薄層（７ｎｍ）をスパッタリングし、金にニッケルの厚い層（１ｍｍ）を電気めっきし、ニッケルと高分子層とを隔て、ニッケルを金でスパッタリング被覆して用意した。図３３は、１ミクロンの金めっきしたニッケルアレイのＳＥＭを示す。

このプロセスにより、本発明の第四および第五の態様に従い形成された、図２５に示すようなアレイと同様の金表面を有する基板が提供された。これは不活性物質を用いたのと同一の方法で被覆できる。

本発明の第六の態様に係るアレイは、金属基部の厚みに起因してより堅固であるという利点を有する。また、金属層をレーザースクライビングし、隔間されたエリアの選択的機能化のために先端のグループを分離することができる。電気化学的検出を使用したセンサーの生産において、このスクライビングする能力は、単一チップ上の電極およびそれらの電極間の間隔を画定し、その結果レーザーの精度を向上するという点で利点がある。この手法は、糖尿病に関わるグルコースをモニタリングするためのセンサーを含む広範な電気化学センサーの製造に広く用いられ、大量生産を飛躍的に簡素化する。

前述のプロセスを使用して、３ミクロンの先端（それらの基部は２５ミクロン）、０．２ミクロンの先端（それらの基部は１．５ミクロン）、および１０ｎｍの先端（それらの基部は１６０ｎｍ）を含むアレイも生産されてきた。先端サイズがより小さいと、アレイの検出感度に有利であることが見出された。

実施例３：多重化分析における単一マイクロアレイの使用
標準的なＤＮＡまたはＲＮＡマイクロアレイの電気化学的バージョン（図５、図２７および図３５）を形成するために、アレイの個々の微小電極を隔てるのにレーザースクライビングを利用した。より大きなアレイ内により小さな微小電極アレイを形成し、それ故、複数の作用電極、参照電極およびカウンター電極の台を構成するように、微小電極のグループも隔てた。これにより（図６Ｆに示すような）単一のセンサーチップまたはアレイの多重化が可能になった。

例として、一つのセンサーチップ設計において、８つの作用電極の各々を異なる捕捉剤で機能化し、一つのチップ上に茶褐色のパネルを構成した。使用する抗体は、それぞれが作用電極１〜８におけるＡＬＴ、ＡＳＴ、ＡＬＰ、ＧＧＴ、ＬＤＨ、Ｈｅｐ Ａ、Ｈｅｐ Ｂ ｘ−抗原、全長のＨｅｐ Ｃ Ｅ２タンパク質に対する親和性を有した。酵素、グルコース酸化酵素を、血清グルコース検出用の作用電極９につないだ。第１０の作用電極は、溶液中の非接着性のビリルビンの濃度を測定するための酸化還元電極であった。

別の例では、一つの作用電極アレイを、ｓｒｍ遺伝子メッセンジャーＲＮＡに対応するＲＮＡ成分で機能化し、第二の作用電極を、標的ミクロＲＮＡ検出用のｓｒｍの３’ＵＴＲで機能化し、第三の作用電極を、ｓｒｍ遺伝子産物のスペルミジンシンターゼに対して上昇した抗体で機能化した。

ミリメートルからナノメートルのスケールで所望のパターンおよび／または形状に正確に画定された機能化可能エリアを含む基板材料におけるアレイの形成を前に記述する。

先に記述する本発明は、本発明の好ましい形態を含む。この特定の技術における当業者に簡単に明らかとなるであろう変更および改変が、記述する本発明の本質および範囲内に含まれることが意図される。

文脈上明らかに必要とされる場合を除き、本明細書および請求項全体を通じて、「を備える」、「を備えている」などの用語は、排他的または網羅的な意味ではなく、包括的意味に解釈されるべきである。つまり、「を含むが、これらに限定されない」という意味に解釈されるべきである。

Claims (28)

1. 基板材料層、アレイとして用いるための、機能化可能な、前記基板材料層上の連続的な３次元（３Ｄ）表面層、および不活性物質を含むマイクロアレイ構造であって、
   前記構造が、サイズがミリメートルからナノメートルである、正確に画定され機能化可能な隔間されたエリアを含み、
   前記機能化可能エリアが、前記連続的な３Ｄ表面層の一部分であり、前記不活性物質によって隔間されるが、前記連続的な３Ｄ表面層によって前記構造内で相互接続される、マイクロアレイ構造。
2. 前記連続的な３Ｄ表面層が導電性材料または炭素系材料から形成される、請求項１記載のマイクロアレイ。
3. 前記連続的な３Ｄ表面層が前記基板材料層を覆う単一層である、請求項１または２記載のマイクロアレイ。
4. 前記連続的な３Ｄ表面層が、複数個の機能化可能エリアを各々が含むセグメントであって、前記基板材料層上の複数個の隔間された連続的な３Ｄ表面層セグメントに分断され、機能化可能エリアの各グループが機能を分離することができる、請求項１または２記載のマイクロアレイ。
5. 前記不活性物質が絶縁材でもよい、請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロアレイ。
6. 前記基板材料層が導電体または非導電性の不活性物質から形成される、請求項１〜５のいずれか１項記載のマイクロアレイ。
7. 前記マイクロアレイ構造が前記連続的な３Ｄ表面層と前記基板材料層との間に接着層を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載のマイクロアレイ。
8. 前記マイクロアレイ構造が微小電極センサーアレイおよび／または微小触媒アレイとして機能化可能な、請求項１〜７のいずれか１項記載のマイクロアレイ。
9. 前記連続的な３Ｄ表面層が、前記機能化可能エリアが前記不活性物質の上方で露出するように前記不活性物質から突出する、請求項１〜８のいずれか１項記載のマイクロアレイ。
10. 前記不活性物質および前記機能化可能エリアが、露出した機能化可能エリアを含む２次元（２Ｄ）表面を形成する、請求項１〜８のいずれか１項記載のマイクロアレイ。
11. ミリメートルからナノメートルのスケールの正確に画定された３Ｄパターンを含む基板材料層、および前記パターンの少なくとも一部分にわたる、アレイとして用いるための、機能化可能な、前記基板材料層上の連続的な３Ｄ表面層を含む、請求項１記載のアレイの製造に用いる中間体構造。
12. 実質的にすべてのパターニングされたエリアが前記連続的な３Ｄ表面層で被覆される、請求項１１記載の中間体構造。
13. 前記基板材料層が導電性または非導電性である、請求項１１または１２記載の中間体構造。
14. 前記連続的な３Ｄ表面層が導電性材料または炭素系材料から形成される、請求項１１〜１３のいずれか１項記載の中間体構造。
15. 前記連続的な３Ｄ表面層と前記基板材料との間に接着層を含む、請求項１１〜１４のいずれか１項記載の中間体構造。
16. 請求項１１記載の中間体構造を形成する方法であって、
    ａ．ミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定された３Ｄパターンを、基板材料の表面上に配置するステップと、
    ｂ．前記パターニングされた基板材料の少なくとも一部分を連続的な３Ｄ表面層で被覆するステップと、を含む、方法。
17. 前記パターンが、エンボス加工、鋳造、スタンピング、エッチング、研削、リソグラフィー、加圧成形、真空成形、ロール成形、射出成形、ならびにレーザースクライビング／アブレーションによって前記基板材料の表面上に配置される、請求項１６記載の方法。
18. 前記連続的な３Ｄ表面層が、スパッタリング、蒸着または無電解析出技術によって前記基板材料に塗布される、請求項１６または１７記載の方法。
19. 前記連続的な３Ｄ表面層が、前記基板材料の前記パターニングされたエリアの実質的にすべてを覆う、請求項１６〜１８のいずれか１項記載の方法。
20. 前記連続的な３Ｄ表面層が、前記基板材料の前記パターニングされたエリアの実質的にすべてを覆うセグメントであって、複数個の隔間された連続的な３Ｄ表面層セグメントに分断される、請求項１６〜１８のいずれか１項記載の方法。
21. 前記基板材料と前記連続的な３Ｄ表面層との間に接着層を追加するステップを含む、請求項１６〜２０のいずれか１項記載の方法。
22. 請求項１に記載のアレイとして機能化可能な構造を形成するための方法であって、前記請求項１１〜１５いずれか１項記載の中間体構造を得るステップと、前記中間体構造における前記３Ｄパターンの先端間の個々の空間を不活性物質で充填することによって、前記３Ｄパターンの前記先端がそこを通り抜ける、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する表面を与えるステップと、を含み、前記先端が、前記不活性物質によって隔間されるが、前記連続的な３Ｄ表面層によって前記構造内で相互接続される機能化可能エリアを形成し、機能化可能な、方法。
23. 前記先端の端部を前記不活性物質の表面と位置を合わせて切り取ることによって、機能化可能エリアを含む２Ｄ表面を形成できる、請求項２２記載の方法。
24. アレイとして機能化可能な２Ｄ構造を形成する方法であって、前記構造が、連続的な３Ｄ表面を含み、ミリメートルからナノメートルのスケールの機能化可能な隔間されたエリアの正確に画定された３Ｄパターンを有し、前記方法が、請求項１１〜１５のいずれか１項記載の中間体構造を得るステップと、前記中間体構造にある３Ｄパターンを不活性物質で覆うステップと、十分な量の前記不活性充填材を除去して前記３Ｄパターンの先端を露出するステップと、を含み、前記露出した３Ｄ先端が、前記不活性物質によって隔間されるが、前記連続的な３Ｄ表面によって前記構造内で相互接続され、機能化可能な、方法。
25. アレイとして機能化可能な構造を形成する方法であって、前記構造が、連続的な３Ｄ表面層を含み、ミリメートルからナノメートルのスケールの機能化可能エリアの正確に画定された３Ｄパターンを有し、前記方法が、
    ａ．請求項１１〜１５のいずれか１項記載の中間体構造の連続的な３Ｄ表面層を電気めっきすることによって、前記中間体構造における前記３Ｄパターンの先端を覆う金属層を形成するステップと、
    ｂ．前記金属層と前記中間体構造の前記基板材料とを分離することによって、前記中間体構造における前記３Ｄパターンのネガティブ構造（「ネガティブ３Ｄパターン」）を含む金属ネガティブ構造を形成するステップと、
    ｃ．前記金属ネガティブ構造の前記ネガティブ３Ｄパターン内の先端間の空間を不活性物質で埋め戻すことによって、前記ネガティブ３Ｄパターンの前記先端がそこを通り抜ける、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する不活性表面を与えるステップと、を含み、
    前記機能化可能エリアが、前記不活性物質によって隔間されるが、前記構造内で相互接続される、方法。
26. 前記金属層が前記中間体構造における前記３Ｄパターンの少なくとも実質的にすべてを覆う、請求項２５記載の方法。
27. 前記先端の端部を前記不活性物質の表面と位置を合わせて切り取ることによって、機能化可能エリアを含む２Ｄ表面を形成できる、請求項２５または２６記載の方法。
28. アレイとして用いるための、機能化可能な連続的な３Ｄ表面を含む中間体構造であって、前記中間体構造が、少なくとも一つの表面上にミリメートルからナノメートルのスケールで正確に画定された３Ｄパターンを含み、前記３Ｄパターンの先端がそこを通り抜ける、またはそこから突出する、あるいは他の形態で露出する表面を形成する、前記３Ｄパターンの先端間の不活性物質も含み、それ故、前記３Ｄパターンの先端が、前記不活性物質によって隔間され、前記連続的な３Ｄ表面によって前記中間体構造内で相互接続される、中間体構造。