JP2693645B2 - 表面の電気化学的処理 - Google Patents

表面の電気化学的処理

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の導入および概要 表面に印刷された特定物質のパターンを有する装置を
作る能力は電子および電気的部品の製造を一変し、そし
て新規物質たとえば半導体の発見により装置が広い範囲
に適用できるようになった。装置の特性は、表面におけ
る物質の性質およびパターンに依存し、そして多くの研
究は、現在の装置の製造を向上しそして新規用途を有す
る装置を開発するために、新規物質および新規組み立て
方法を考察し研究している。
一つの見地において、本発明は表面領域を処理する方
法を提供するものであり、該方法は表面の上にある電解
質、処理されるべき表面領域に隣接しそして電解質と接
触する電極、および対になる電極を提供し、そして電極
に隣接する領域で表面における物質を付着させまたは除
去しまたは化学的に変性するように電極の電位を変える
ことからなる（ここにおいて、処理されるべき表面領域
は電極や対になる電極を形成しない）。
別の見地によれば、本発明は提示した方法に使用する
のに適する電極の列を提供するものであり、表面を有す
る絶縁物質のブロックおよび表面上の列において間隔を
あけた導電物質の付着物を含み、各付着物はその電位を
変えるための電気的接続手段を備えてなるものである。
導電物質の付着物は0.5mm以下の間隔をあけた平行線の
形態であるのが好ましい。
電極の列は同時に表面の幾つかの領域を処理するため
に使用され、列の電極の一つ以上を反対の電極として使
用してもよい。順番に幾つかの電気化学的処理を行うた
めに、列の電極を接続しこれにより列の一つ以上の電極
の選択した一式の電位を変えることにより各処理を行う
ことが好ましい。
電極の電位を変えると一般的に電極の表面で反応物が
発生する結果になる。この反応物はそれ自体で表面に付
着する。もしくは、これは電解質中または表面上で他の
いくつかの種類と反応し、表面において物質を付着させ
るかまたは化学的に変性させるかもしれない。たとえ
ば、電極の電位を変えると酸が発生し、これは表面上の
物質から酸不安定保護基を除去するかもしれない。
すなわち、本明細書に記載された方法は、特定部分の
表面を変性するための現在の方法にたいし都合のよい代
用法を提供するものである。これは、電解質の溶液に浸
漬した電極の表面で生じる化学反応を使用する。陽極ま
たは陰極と接触するようになる物質は電気化学反応によ
り変性されうる。これらの反応は何十年にもわたって研
究されそして今では十分理解されている。表面にパター
ン形成するためのほとんどの直接使用において、電極は
変性されるべき表面と直接接触するように置かれそして
電流を加える；電極と接触する表面における分子は電気
化学反応を受ける。これに代わり、電極のすぐ近くに生
ずるラジカルまたはイオン、すなわち第一の電気分解に
より発生するものまたは溶媒もしくは溶質と第一の生成
物の相互反応により発生する第二の生成物のいずれかが
隣接する表面と反応する。表面において変性される部分
の位置、サイズおよび形状は電極の寸法および位置によ
り決定される。電着またはエッチングのための電気化学
的方法を使用する現在の方法と対照的に、本発明方法は
変性される表面が電極の一つを形成する必要がなく、し
たがってこの方法が非導電性物質へ適用することができ
るということは注意すべきである。
本発明の利点 電気化学的にパターンを形成することは一連の用途を
有し、多くの現在の方法以上にこれを有利にするオート
メーション化に対する可能性を有する。小さな装置をつ
くるためにもっとも一般的に使用される方法はフォトリ
ソグラフィー（写真平板）である。この方法において、
表面を最初に感光性レジストで被覆し、マスクを介して
暴露し、暴露または非暴露レジスト次いで表面層をエッ
チング除去することによりパターンを現す。別々のマス
クを各パターンについて作らなければないない。エッチ
ング反応をコントロールし、各工程間でマスクの位置合
わせをすることにおいて問題がある。電気分解によるパ
ターン形成は独立してスイッチを切り換えられる電極の
変化しない配列を用いて行うことができる。パターンの
非限定的例は先の尖った電極の密集した列から作り出さ
れ、そして明らかなように、多くの複雑なパターンが直
線状電極の簡単な列から作られうる。このような列の組
み立て方法およびスイッチをコントロールする回路機構
はすでに利用可能である。列を移動する必要もなく電極
の異なったパターンを簡単にスイッチ切替えすることに
より組み立ての異なった段階で同じ列から異なった形状
を作ることができ、位置合わせの問題を排除する。電解
質の組成、電極に加える電圧および電解パルスの期間を
変えることにより異なった効果を達成することができ、
これにより変法では見出せなかった多面的部分をこの方
法へ与えることができる。これはまた同じ機械から多く
の同じ部品を再生産する可能性を認めるであろう。
小さい装置を作る方法は、細部を鮮明にすることがで
きなければならない。電解法は高度の分解力と鮮明度で
ある；電極生成物の拡散は電場により作られるバリヤー
により制限され、このため薬剤作用がこれらを発生する
電極と直接対向する表面領域に留められる。分解力が電
極の大きさにより制限される。現在の技術は、１ミクロ
ンより小さいサイズの個々の電極を作り、数ミクロンの
間隔で電極の列を配置することができるであろう。
電気化学的に作られうる一連の反応物はいずれかの強
度のラジカル、ラジカルイオン、酸および塩基を含む。
すなわち、広い範囲の化学的変位が観察されうる；たと
えば、酸化および還元、酸および塩基触媒化反応、ポリ
マー形成；化学的エッチング等である。それゆえ、方法
は現在の技術を用いると困難であるかまたは不可能であ
る可能性を切り開く。特に、これは段階的合成により作
られる複雑な化学物質の列を有する装置たとえば化学セ
ンサの組み立て；そして複合装置、たとえば一つの表面
上にセンサ分子およびセンサとリガンドの間の相互反応
を測定するための回路を集めたソリッドステート装置の
組み立てに有用である。電気分解電流へ施こすことので
きる細かい調節は通常の反応物を用いて達成するのが困
難な反応のすみずみまでをある程度コントロールするこ
とができ、複雑な組み立ての助けとなるであろう。
他のものと比較して、方法は簡単で多面的であり、容
易にオートメーション化しやすい。
方法の幾つかの特徴のさらに詳細な考察 1.反応の程度のコントロール 変性される表面で生じる反応物の量は幾つかの異なっ
た方法でコントロールされうる。以下に記載する例にお
いて、電極へ加える電圧を変えることによりこれを調節
した。陽極に生じるプロトンの濃度は陽極の電流によ
る；反応の程度はこの濃度およびイオンが表面と接触し
た状態の時間による。他の方法は電解質の成分イオンが
完全に分離するまで電極へ電圧を加える。この場合、電
極に生ずる反応物の濃度はイオンの初期濃度に依存し、
単位面積当たりの反応物の全量は電極と変性される表面
間の液体の深さに依存する。表面における反応の程度は
電解質のフィルムの濃度および厚みにより制限されう
る。
反応程度を調節する最も有力な方法は、システムの必
要構成部品である電子回路を利用することである。電気
分解方法および反応性表面への変化はシステムの電気的
特性を変える。これらの変化をモニターし情報を用いて
最終地点での電圧を調節しまたは電流を切ることができ
る。
2.イオンの電気ケーシングにより影響される面積の限定 反応物が表面と相互反応するのにかなりの時間が必要
な場合、反応物が拡散することを防ぐことが望ましい。
イオンは、拡散を防止するのに十分ではあるがかなりの
量の新しい反応物が生じるには不十分な低い電位を加え
ることによりその場に維持されうる。この原則は第二の
例で記載した方法を用いて陽極にて酸を発生させうるこ
とにより試験された。電極の列をpH指示紙のストリップ
に対向して置いた。高い電位の短いパルスは酸反応の不
鮮明な線を生む；低い電位の長い期間は酸反応を生じな
い；高電位の短いパルスとこれに続く低電位でより長い
期間は強い酸反応の鋭い線を生ずる；高電位のより長い
パルスは酸のより広いバンドを生じた。
3.副反応のコントロール 電気分解はしばしば電極でガスを放出し、泡の放出は
電極と反応部位間の間隙から反応物を攪拌して逃すので
明らかに問題がある。しかしながら、観察された物理学
的実施態様において、ガスの量は、電解質のフィルムが
僅か数ミクロンの厚さであるので小さい。以下の第二の
実施例に記載した実験において、加える電位の短いパル
スの間またはイオンが低電位で閉じ込められている場合
その間、泡の形成は認識されなかった。溶液から出るガ
スはどんなものでも使用条件下で顕微鏡的に小さな泡を
形成するに違いない。
他の不所望な副反応は、酸または塩基が必要とされる
反応においてラジカルの形成を含む。これらはラジカル
スキャベンジャーを含むことにより除去されうる。所望
の反応物が酸化剤または還元剤である場合に生ずるであ
ろう酸または塩基の不所望な発生は、弱酸または弱塩基
を生成する電解質たとえばpH緩衝剤中で使用されるもの
を選択することにより防止することができる。
添付の図面を参照する： 図１は256のテトラヌクレオチド全部の配列を形成す
るためのプロトコールを示す図表である。
図2a）および2b）は本発明に使用するための電極の列
を示す。
図2c）は2b）の円部分の拡大図であり、陽極および陰
極で生じるイオンを示す。
図2d）は陽極との接触で引き起こされる酸脱保護を示
す別の拡大図である。
図３はピィクセル位置（Pixel position）（88μｍ間
隔）に対する放射能計測のグラフである。
適用実施例：化学品の複雑なパターンを有する新規装置 電気分解によるパターン形成は多くのおよび多様な用
途を見出すであろうことが観察される。一つの分野にお
ける可能性の実例として、以下の段落に用途の一般的組
合せ−表面に拘束された多くの異なった化学化合物を用
いた小さな装置の組み立てを記載する。このような装置
は特定のリガンドおよび試験物質の間の相互反応を測定
する化学および生物化学分析において可能性がある。例
としては、酸素とこれらの基質、抗原と抗体、薬剤とこ
れらの標的受容体および核酸とオリゴヌクレオチドであ
る。
多くの用途に対し、関連した構造の多数のリガンド、
たとえば異なった配列のペプチドまたはオリゴヌクレオ
チド、または基本的構造に対し異なった変性を有する薬
剤の相互反応を比較するのが好ましい。多数の分析は、
もしこれを同時に行う場合には時間がかかり、さらに異
なった時間で行われる反応を比較することは条件が変わ
るので難しい。これらの問題は、複数のリガンドを一つ
の表面上で合成し、次いでこれらを試験物質と同時に反
応させ、一緒に分析することができれば取り除かれる。
我々は何千ものオリゴヌクレオチドをガラス板の表面上
で合成し、放射性核酸をこれへハイブリッド化し、そし
てオートラジオグラフまたは燐光画像形成により相互反
応のパターンを分析することによりこのやり方の力を示
した。通常の方法を用いると何ヵ月もかかる仕事になる
であろうこのような多数の分析が、リガンドのマトリッ
クスと平行処理を用いると一日で行うことができ、オリ
ゴヌクレオチド間の相互反応の広い範囲の分析を行うこ
とができるようになる（マスコス（Maskos）およびサウ
ザン（Southern）,1992aおよび1992b）。
現時点で、自動化することができこれにより大規模に
実施することができる核酸配列分析方法が必要である
（フンカピラー（Hunkerpiller）ら、1991）。一定の長
さの全ての配列のオリゴヌクレオチドの完全な一式を備
えた装置を配列分析に使用することができる。核酸分子
がこのような一式へハイブリッド化される場合、確実な
信号を与えるこれらのオリゴヌクレオチドをオーバーラ
ップすることによりその配列を決定することが大体にお
いて可能である。何人かの著者がこの方法の理論的基礎
を考えた（ドルマナク（Drmanac）およびクルクベンジ
ャコフ（Crkvenjakov）,1988:バインス（Bains）および
スミス（Smith）,1988;リソフ（Lysov）ら、1988;サウ
ザン（Southern）1988;ドルマナク（Drmanac）ら,1989;
クラプコ（Khrapko）ら,1989;バインス（Bains）,199
1）。一定の長さのオリゴヌクレオチドの完全な一式に
より分析することのできる配列の長さは、その一式にお
けるオリゴヌクレオチドの数のほぼ平方根である。65,5
36であるオリゴヌクレオチドは200塩基までの範囲で有
用である（リソフら、19881;クラプコら,1989;ペブツナ
ー（Pevzner）,1989;マスコス、1991）；および百万以
上のデカヌクレオチドはキロベースまで分析できる。集
中的努力にもかかわらずこのような多数のオリゴヌクレ
オチドを用いて列を組み立てることは困難であることが
わかっていた。
ガラス板の表面へ共有結合により結合させておりそし
てハイブリッド化のための入手可能なリンカーを用いて
その場でオリゴヌクレオチドを合成する方法が発展して
きており（マスコス、1991;サウザンおよびマスコス、1
988）、このため解決すべき問題は小さな限られた面積
で合成を実施するということである。オリゴヌクレオチ
ドの合成は、四つの塩基の一つに対するモノマー単位を
成長する鎖へ加える結合工程からなる循環方法である。
次いで保護基を５′−ヒドロキシル基から除去し、これ
は次のモノマー単位の付加に対し利用可能になる。異な
った配列を、結合段階または脱保護化段階の間に反応物
を局限化することにより表面の異なった領域で行うこと
ができる。提案されてきたやり方の一つは、各結合また
は脱保護化段階に対して特異的なパターンで表面上でマ
スクを印刷することである（サウザン、1988）。第二の
ものはガラス表面上に活性化したポリアクリルアミドゲ
ルの小さなパッチを作ることにより始まる；予備合成し
たオリゴヌクレオチドを、ミクロ操作でこれをゲルへ加
えることにより付着させる（クラプコら、1989および19
91）；この方法ではパッチ30×30μｍを作るが、しかし
これは非常にゆっくりで難しい方法であり、多数個をこ
の方法で作ることはあまり好ましくない。第三は光不安
定な保護基を用いることで、これは続いて照射されるこ
とができるパターン形成したマスクを介して表面を照射
することにより除去され（ホドールら、1991）、パッチ
約50×50μｍが処理されるが、しかし保護基は非常に不
安定であるというわけではなく、オリゴペプチドを作る
のにより好結果ではあったがこの方法により三量体より
長いオリゴヌクレオチドを作ることが可能であることは
証明されなかった。作られた最大の列は表面200×200mm
上に4096のオリゴヌクレオチドからなる（マスコス、19
91）。これらは、表面に対しクランプされた鋳型を用い
て溝を形成し、これに反応物を通過させ、幅3mmの線で
表面を灌流することにより作られた。すべての配列を表
す列は、ヌクレオチド前駆体を縦列と横列に板の表面へ
施すプロトコールを用いてこの手法により作られうる；
手法の論理は、64個の三塩基連鎖全てが16の横列と４つ
の縦列でちょうど一回で表される三塩基連鎖コードを表
記する良く知られた方法と同じである。256のテトラヌ
クレオチド全ての列を構築するために使用されるプロト
コールを図１に示す。この方法はいずれかの選択した深
さまで続けていずれの長さでもよいすべてのオリゴヌク
レオチドの二次元列を作ることができ、そこでは各オリ
ゴヌクレオチド配列はただ一回だけ現れる。四つの塩基
全てを使用する場合、長さｓのオリゴヌクレオチド4S個
がｓ回の工程で合成され、ヌクレオチド前駆体を√4S/2
の横列および縦列に施す。ストリップ以外の他の形を使
用して完全なセットのオリゴマーを作ることもできる。
四角の内側1/4を組重ね式にして各工程で面積を1/4に減
らすことによっても同様の効果が得られる。
図１を参照すると、256個の箱の各々における４つの
塩基配列はテトラヌクレオチドの完全な一式を表す。こ
れらは縦および横に塩基特異的前駆体を施すことにより
作られうる。灌流法によりこのセットを作るために、四
つの塩基を示されているように、A,C,G,T,A,Cの順番で
細い溝へ施す。酸で全プレートを処理することにより
５′−ヒドロキシ基を脱保護化した後、溝を90°回し、
同じ順序で前駆体を施した。方法は第三および第四のサ
イクルにおいて続けられるが今度はより細い溝の四つを
包含するため溝の幅を広げる。
プロトコールは電解プロセッシングに適合させるがで
きる。装置は16本のPtストリップからなる一式を含み、
各々は陽極または陰極の間をスイッチ切替え可能であ
る。列は誘導化された板に対し置かれ、陽極電流を“A"
溝へ施す。これにより、一番目、五番目、九番目および
十三番目のカラムにおいてリンカーを脱保護する。電解
質がＡの前駆体により置き変わる。結合後、電解質を導
入し、線2,6,10および14を陽極に対しスイッチを切替
え、続いてＣと結合した。続いて、同様な工程によりこ
れらのカラムへＧおよびＴを結合した。90°回転した電
解質を用いた第二のサイクルは、16個のジヌクレオチド
すべての16のコピーからなる列を作る。第三のおよび第
四の塩基は、Ａが最初の四つの縦列および横列で結合さ
れ、四つの第二の群でＣが結合される、等々と同じ方法
により添加され、256のテトラヌクレオチド全ての列を
作る。より長いオリゴヌクレオチドのより大きな一式は
各サイクルで四つのファクターによりラインの群を広げ
ることにより作られうる。
現行の灌流方法により作られた全てのオクタヌクレオ
チドを有する装置は、扱いにくい750×750mmである。電
解脱保護は、以下の実験により説明されるように、もっ
と小さいセルを作ることができる。
実施例１ 標準ガラス顕微鏡スライドは、原子20個の脂肪族鎖の
末端に第一のヒドロキシル基を有する脂肪族リンカーで
誘導化された。５′−ジメトキシトリチルチミジン−Ｈ
−ホスホネートを標準的合成工程（1986年、フレーラー
（Froehlerら）によりスライドの全表面にわたってこの
ヒドロキシル基へ接続した。スライドを、アセトニトリ
ル（１％v/v硫酸、３％v/vトリエチルアミン）中にトリ
エチルアンモニウムスルフェートが溶解した液中に浸漬
した。断面“V"形の白金陽極を、誘導化表面に対し鋭い
端部が向けられるようにしてスライドを横切って置い
た。陰極は陽極より10mm高くこれと平行に保持した白金
ワイヤであった。0.15〜5V/mmの間を変化する電圧を、
１〜60秒の間で変化する期間の間、電極間にパルスで加
え。各パルス後、電極をスライドに沿って新しい位置ま
で動かした。陽極で発生した酸によりジメチルオキシト
リチル基を除去すると、チミジンにおいて５′−ヒドロ
キシル基が暴露しこれが（１−14C）酢酸無水物と反応
した。スライドをホスホルイマージャー（PhosphorImag
er）スクリーンに暴露した。スキャンにより、スライド
を横切って走る放射能の鮮明なラインが示されここは陽
極が接触していた。ラインの強度は電圧を施すと増加
し、一秒間で4V/mmにて最大に達した。これに相当する
ピーク強度は対照スライドにおいて測定され、このスラ
イドはジメトキシトリチル基を除去するために標準的条
件下でジクロロ酢酸で処理された。ストリップの幅は0.
5mm未満であった。
細いストリップが望ましい結果を達成するのに加え
て、本実施例は反応物の電気化学発生が可能にする細か
いコントロールという一つの利点を示し、この場合より
迅速な反応サイクルを導くことができる。ジメトキシト
リチル基の酸脱保護は通常の化学を用いると100秒かか
る；反応は正確に溶液の必要な変化のタイミングを計る
のが困難なためゆっくり行われる。対照的に、非常に短
いパルスで正確に調節された電流を加えることは容易で
あり、相当する電解脱保護は１秒で完了した。
図１の見出しで記載した簡単なプロトコールを用い
て、あらゆる可能な順序のオリゴヌクレオチドの完全な
配列を作るために、決まった場所で不変の直線状電極の
列を有するという利点である；異なった塩基を結合する
順序は、順番に適当なラインのスイッチを切替えること
により決定されうる。
以下の実施例にこのような装置を示し、その重要な特
徴の幾つかを説明する。
実施例２ ガラス顕微鏡スライドの表面は、第一および第二のヒ
ドロキシル基を有する脂肪鎖で誘導化された（サウザン
およびマスコス、1988）。これらの基を（１−14C）酢
酸無水物と反応させて酢酸エステルを形成した。四枚の
平行白金ストリップを含む電極配列（中心1mmで幅0.25m
m,エポキシ樹脂に埋め込まれそして機械で平らな表面に
されている）を、二つの表面が接触するようにスライド
を横切るように置いた。アセトニトリル（（１％v/v硫
酸、３％v/vトリエチルアミン）中のトリエチルアンモ
ニウムスルフェートの少量を列とスライドの間に流し、
溶液が厚さ５−10μｍのフィルムを形成した。列の電極
1,2および４を陰極としてDCサプライに連結し、３を陽
極として接続した。１〜10秒の間で変化する期間、５お
よび10V/mmのパルスを電極間に加えた。各パルス後、電
極をスライドに沿って新しい位置まで動かした。陽極で
発生した酸による（１−14C）酢酸基の除去は、ホスホ
ルイマージャースクリーンへスライドを暴露することに
よりわかった。スキャンは陽極が接触したスライドを横
切って走る放射能の鮮明なラインをきれに示した。1/2
の高さにおけるラインの幅は約200μｍであった。検出
システムを用いてバンドの幾つかの明らかな広がりを生
じる；ホスホルイマージャースクリーンは100μｍの粒
子サイズを有する。低電圧で短いパルスはより高電圧で
より長いパルスより脱保護化の程度が低かった。アセテ
ートは10V/mmで５−10秒のパルスにより完全に除去され
た。
一緒に合わせて、二つの実施例は方法の多面性を示
す：ジメトキシトリチル基は酸に対して高感度であり、
一方酢酸エステルは適度に不安定なだけである。同じ電
解質を用いたこれらの基の除去の最適条件は、電気分解
パルスの電流強度および時間を変えることにより達成さ
れた。これは、どのようにして関連する電極へ異なった
電位を加えることにより簡単に異なった方法で表面の異
なった領域が変性されうるか、そして表面を積層するこ
とにおいてまたは複雑な合成において列を再度配置する
ことなく次の工程をどのようにして行うことができるか
を示している。
同様の手法を用いてオリゴヌクレオチド以外のオリゴ
マー、たとえばオリゴペプチドまたはオリゴ糖を作るこ
とができる；酸不安定保護基を用いるオリゴペプチド合
成のための標準的合成化学はこの方法に適切である。原
理は同様のサブユニットのオリゴマーを作るだけで限定
されず、どのような化学合成にもまた物質の変性にも適
用可能である。
第二の実施例は、バリヤーが電場により拡散する結果
としての高い分解能と鮮明度を示す。陽極のすぐ近くに
蓄積するスルフェートイオンは充電反発作用により側面
に位置する陰極から離れたままである。スルフェートイ
オンにより生ずる酸の作用は陽極に直接対向するスライ
ドの領域に制限される。
光脱保護化、マスクした結合およびミクロ操作の代用
法を越えた電気分解手法の利点が容易に明らかである。
実施例３ 16個の微小電極配列の組み立てを行い、このプロトタ
イプを用いて幅250μｍの電極を用いた電気化学による
パターン形成の実行可能性を示す。現像の第二段階でこ
の図案は大きさが減少し、微小電極の数は256まで増え
た。この新しい列は現在生産中であり、その性能を評価
するための試験は近い将来開始するであろう。
方法 “最初に生じる”微小電極列の最初の必要性は、第一
に、これが最低256個の電極を含み、それぞれ50−100μ
ｍの幅と50mmの長さを有することであり、第二に列が均
一な平らであり機械的磨耗および化学的攻撃の両方に耐
性があることである。組み立てに対する二つの異なった
やり方が研究された：一つはマスクを介した金属蒸着に
よりパターンをつくることである：他の一つは細かい機
械的腐食とこれに続く均一な金属蒸着によりパターンを
切り抜くことである。
ｉ）マスキング 各々16本の微小電極からなる４つの異なった列をデザ
インし、描き、そして銅へエッチングした。微小電極列
の組み立ての有する第一の問題は“広がり（fanou
ｔ）のそれであり、外部装置に対し密接に局在化した多
くの電極の電気的接続は、これら初期のデザインにおけ
る少数の電極のために、マスク上に好適な“広がり（fa
n）”配置を一体化させることができ、このため最終の
列は標準的回路板コネクターと適合する。これらのマス
クを連続的に使用して幅200μｍの電極の16個の配列を
作った。
ii）機械的切断 これは、簡単ではあるがしかし効果的な電極分離方法
であり、金属薄膜を被覆した基材において細い溝を切断
するために精密なダイヤモンド刃ののこぎりを用いた。
幅250μｍで250μｍ分離した電極がこの方法により型通
りに製造された。しかしながら“広がり（fat out）”
の問題が電極パターンの画成の間に解決することができ
ない。この問題は、触圧接着剤を用いそしてエポキシ樹
脂に脆性コネクションを埋めることにより50μｍの金線
で各電極を順にプリントされた回路板へ接続することに
より解決された。この方法によるもっと小さい列の製造
が、幅50μｍの溝を画成することのできる特別のダイヤ
モンドのこぎりを用いて現在進行している。
これらのやり方の両方とも、最初のテストに適する微
小電極列を製造することができる。サイズをさらに小さ
くすることは、我々にとって迅速で安価であるので、組
み立て方法としてこれが好ましいが、機械切断を不可能
にするであろう。さらに、この方法を用いた電極間の浅
い溝切断が化学センサの製造に使用される電解質または
他の反応物に対し好都合な灌流システムとなる。
物質 主な物質の問題は、未反応絶縁基材へ不活性金属を確
実に結合することであった。この問題は、磨いたアルミ
ナ（99.99％ バイオセラミック等級（Bioceramicgrad
e））上に電子ビーム蒸発により白金１μｍを蒸着し、
続いて1100℃で４時間アニールすることにより解決され
た。高めた温度で白金はアルミナの粒子境界まで拡散し
非常に粘着性の皮膜を形成し、これは機械的磨耗および
化学的攻撃にに対して耐性があることがわかった。
電極列の試験 電極列を最初にpH指示剤システムを用いて試験し、そ
して陽極として接続する酸対向電極の鋭いラインを作る
ことが示され、次いで以下の実験で使用された。５′−
０−トリチルチミジン−３′−ホスフェート残基をホス
フェートを介して顕微鏡スライドと結合し、これを次い
で電極列のPt被覆側面に対向してクランプした。電解質
（0.01％ H2SO4,0.03％Et3N，アセトニトリル中）をス
ライドと列の間へ導入した。3VDC を陽極として接続し
た一本の電極および陰極として接続した列の残りの間に
20,40および80秒間加えた。最初に30μＡであった電流
は約２秒後に急に12μＡまで低下し、次いでゆっくり減
少した。
トリチル基の酸加水分解により暴露されたヒドロキシ
ル基は、ｙ−32P−ATPから32Pをポリヌクレオチドキナ
ーゼにより触媒化されたヒドロキシル基へ移すことによ
り検出された。同位体をモレキュラーダイナミックスホ
スホルイマージャー（Molecular Dynamics Phosphor Im
ager）で検出した。画像が鮮明なラインを示し、ここで
陽極に生じた酸がヒドロキシル基を脱保護化した。パル
ス時間にしたがって強度が増加し、80秒で強度は３％TC
Aにおいて標準的脱保護化により作られたものと等しい
レベルに達し、これは99％以上の完了であるとしと知ら
れている。
図2a）で示すように、電極の列はアルミナのブロック
10をベースとし、この上部表面に白金の蒸着槽12を有す
る。溝14がこの上部皮膜を通ってアルミナブロックへ切
り込まれ、その結果平行な電極16の列が得られる。各電
極および各溝の幅はほぼ250μｍである。実施例３の実
験に対し、顕微鏡スライド18を使用し、その下方表面は
スライドへホスフェートを介して結合された５′−０−
トリチルチミジン−３′−ホスフェート残基の均一皮膜
を有していた。
図2b）において、スライドを電極列の白金被覆側に対
してクランプした。
図2c）は、それぞれ陽極および陰極とし代わりの電極
16を結合する効果を示す。Et3N+イオンは電解質20にお
いて陰極16aに発生する。H+およびSO4 --イオンは電解質
20において陽極16bに発生する。図2d）で示すように、
これらのH+イオンは陽極に隣接するチミジン−３′−ホ
スフェート残基の脱保護化を起こす。
図３は、実施例３の実験において脱保護化の三つの線
に沿って発生する放射能計測のプロフィールである。左
側のピークは20秒間脱保護化であり、残りの二つはそれ
ぞれ40秒および80秒についてである。リン画像化による
32Pの検出は、放射性同位体から放出することにより分
解し、約250μｍの予測される幅からラインのかなりの
広がりを説明する。
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leotide Sequences）．国際特許出願PCT/GB 89/00460. 16.サウザン，イー．エム．（Southern,E.M.）およびマ
スコス，ユー．（Maskos,U.）（1988）．支持体結合オ
リゴヌクレオチド（Support−Bound Oligonucleotide
s）国際特許出願PCT/GB 89/01114.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/327 Ｇ０１Ｎ 27/30 ３５１

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】表面領域を処理する方法であって、表面に
    積層する電解質、および該表面に隣接しかつ電解質と接
    触する、独立してスイッチする電極の列を準備し、列の
    １つまたはそれ以上の電極の電位を変えることにより表
    面のこれらの電極に隣接する領域において物質を付着し
    または化学的に変性することを含み、ここで列の１つま
    たはそれ以上の電極は対電極として用いられ、かつ変性
    されるべき表面は電極または対電極を形成しないことを
    特徴とする方法。
  2. 【請求項２】表面上に一連のオリゴマーを合成する方法
    であって、 ａ）保護基、表面に積層する電解質、および表面の領域
    に隣接しかつ電解質と接触する１つまたはそれ以上の電
    極を有する表面を準備し、 ｂ）１つまたはそれ以上の電極の電位を変えることによ
    り表面の１つまたはそれ以上の選択される領域において
    保護基を除去し、 ｃ）保護基が除去された表面の領域において保護された
    モノマーを付着し、そして ｄ）工程ｂ）で選択される領域を変えながら工程ｂ）お
    よびｃ）を繰り返すことにより、表面上に一連のオリゴ
    マーを合成する、 の各工程を含む方法。
  3. 【請求項３】列において間隔をあけた電極を備えた第１
    の表面を有する絶縁体のブロックの形状の独立してスイ
    ッチする電極の列、 前記電極のそれぞれの電位を変える導電性手段、 電気化学的に変性されるべき第２の表面を有する本体、
    ここで該第２の表面は絶縁体であり、および 前記絶縁体のブロックを前記本体と離して保持し、ここ
    で第１の表面は第２の表面に積層されてこれらの間に電
    解質を含む領域を規定する手段 を含む装置。
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