JP3377215B2 - 化学的に定義されたボディを配向析出する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、化学的に定義されたボディを基板の表面上
に析出する方法に関するものである。そのボディは所定
の化学組成を少なくとも部分的に有し、分子、高分子、
或いは、分子又は高分子より成る微小構造体を含むもの
でよい。

背景技術 1995年６月23日付けのScience誌、第268巻におけるRo
bert F.Service氏による“Scenes From a Marriage −
−Of Optics and Electronics"と題した記事には、流
体的自己集合（fluidic self−assembly）と呼ばれる方
法が開示されている。その記事では、レーザのような小
型の光学的素子がエタノールのような流体と混合され、
そしてそのレーザの形状に適合した孔を含むシリコン・
ウェファ上に注がれる。レーザは、重力の影響の下で少
しずつその孔の中に落ち着く。レーザが適正に孔に入り
込む時、それは流体の移動と関連した剪断方向の力から
効果的に外されるので、その孔に留まる。なお、その力
から外されない場合、流体はそのレーザを持ち去ること
になろう。この方法によって、レーザが配置されるべき
孔にレーザが入るのを助けるための位置合わせは必要な
い。しかも、レーザをそれの宛先まで案内する更なる特
定の力も必要ない。

1994年11月４日付けのScience誌、第266巻におけるLe
e、Chrisey及びColton氏による“Direct Measurement o
f Forces Between Complementary Strands of DNA"と題
した記事は、DNAの単一ストランド間の相互作用力に関
するものである。これによれば、DNAストランドでもっ
て覆われた２つの表面が近接した状態にされ、それらの
表面を特定の力によって一体的に保つような化学的な結
合をそれらストランドの引きつけ力が生じさせるまで、
その状態に置かれる。

1996年１月４日付けのLangmuir誌、第12巻、第８号、
1997頁乃至2006頁におけるDelamarche氏他による“Immo
bilization of antibodies on a Photoactive Self−As
sembled Monolayer on Gold"と題した記事では、光活性
化可能な表面上に生体分子を固定化するための方法が検
討されている。それによれば、自己集合した単分子層
（SAM）を形成するジアルキル・ジスルフィドでもっ
て、金の基板が機能化される。しかる後、SAMの境界に
おける反応性エステル基がベンゾフェノンに基づいて光
活性化可能基に変換される。この光活性化可能基は、環
境光の下では不活性であるが近紫外線によって活性化さ
れる架橋剤として作用する。紫外線の照射は、ベンゾフ
ェノンのケチルの中心にビラジカル形成を引き起こす。
それによって、タンパク質のような分子或いは高分子
が、SAMを介してその基板に対する共有結合付着を受け
る。固体の基板上に析出したタンパク質は、例えば、酵
素ベースのバイオセンサにおいて、及びバイオコンパテ
ィブルな表面を形成することにおいて、その適用が考え
られる。

1994年２月５日付けのLangmuir誌、第10巻、第５号、
1498頁乃至1511頁におけるKumar、Biebuyck、及びWhite
sides氏による“Patterning Self−Assembled Monolaye
rs:Applications in Materials Science"という記事の
主題はマイクロコンタクト・プリンティングである。リ
ソグラフのプロセスを使用することによってパターン化
されるスタンプの材料として、ポリジメチルシロキサン
（PDMS）が使用される。そこで、スタンプは、次のよう
なスタンピング・プロセスに対して「インク」として働
くアルカンチオールを具備する。そのパターンの突起
は、金の基板表面に触れることによって、基板上にチオ
ールを転移し、そこに、パターン化されたSAMを形成す
る。これらのSAMにおける分子は基板の表面上の秩序結
晶領域に配列されて、それの一端をこの表面に共有結合
的に付着され、他端を基板から離れるように真っ直ぐに
延ばされる。従って、チオールでもってプリントされた
基板の新しい表面は、SAMの分子の一端であるという特
徴を示す界面的な特性を有する。このSAMは、パターン
が基板の表面に転移されるようなエッチング・ステップ
に対するマスクとして後続のステップにおいて使用可能
である。アルカンチオール分子は、この手順の場合、ス
タンプ上では配向されない。

更に、ラングミュア・ブロジェット・プロセスと呼ば
れる方法が知られている。このプロセスに関する情報
は、米国カリフォルニア州サンディエゴのAcademic Pre
ss社が1991年に発行したA.Ulman著“An Introduction t
o Ultrathin Films"から得られる。この薄膜形成方法
は、空気／水界面において分子を組織化する（ラングミ
ュア・フィルム）。その組織化は、可動の機械的バリア
を使用してそれらを一緒に掃引することによる、空気／
水界面における分子の漸増的な横方向の拘束によって生
じる。分子は、分子の一端を空気界面において精確に配
置されそして残りの他端を水に浸される均一の面内接合
及び非対称の面外分布によって、２次元の結晶における
分子の組織化に影響するほど十分に高度の拘束で無秩序
・秩序遷移を受ける。ラングミュア薄膜を有するそのよ
うな空気／水界面を通して基板を移動させることがそれ
をその基板に転移する（ラングミュア・ブロジェット・
プロセス）。ラングミュア・ブロジェット薄膜における
分子は組織化されたままであるけれども、それらは、先
験的には、SAMの形成の場合のように共有結合的に基板
に付着されるのではない。この共有結合連結の欠如のた
めに、ラングミュア・ブロジェット薄膜は脆い。実施の
可能性を維持しながら、そのような薄膜をパターン化す
るために使用可能な方法は知られていない。

1991年２月15日付けのScience誌、第251巻、767頁に
おけるFoder氏他による“Light−directed,spatially a
ddressable parallel chemical synthesis"と題した記
事では、化学製品の非常に多様なセットを製造すべく光
指示の空間的にアドレス可能な並列的化学合成を得るた
めに、固体化学、光活性保護基及びフォトリソグラフィ
が結合される。

Academic Press誌、第182巻におけるMurray P.Deutsc
her氏による“Guide to protein purification"と題し
た記事には、アフィニティ・クロマトグラフィの概説が
示されている。アフィニティ・クロマトグラフィは、リ
ガンド或いはレセプタを精製する技法である。一般的に
は、高さのある表面領域を持った固体基板が、リガンド
或いはレセプタでもってそれの表面上に誘導体化され
る。通常は液体であるモバイル・フェーズが固体表面上
で動かされる。この液体は、相補的なリガンド・レセプ
タ複合体を形成しない他の多くのタイプを含む液体又は
レセプタの補体（マトリクス状である場合が多い）を含
む。従って、流れが生じる時、リガンド・レセプタ複合
体の形成を受ける分子は、そのような結合の可能性を持
たない他の分子よりも遅く進行する。複合体を形成する
分子の移動のこのような遅れの結果、その複合体を形成
する分子を益々濃縮する分離が影響を受ける。これらの
方法は汎用的であり、化学及び生化学の分野で知られて
いる小さい分子及び大きい分子の精製では多岐にわたっ
て使用されている。

1996年８月15日付けのNature誌、第382巻におけるCha
d氏他による“A DNA−based method for rationally as
sembling nanoparticles into macroscopic materials"
と題した記事には、金のコロイド粒子にDNAストランド
を供給すること及びリンキング・デュープレックスを介
してそれらをアセンブルすることが報告されている。し
かし、秩序あるアセンブリは得られない。同文献の609
頁乃至611頁における“Organisation of ‘nanocrystal
molecules' using DNA"と題した記事は、微小結晶分
子の秩序あるアセンブリのために長いDNAリンキング・
デュープレックスを使用することを示している。

発明の開示 本発明の目的は、化学的に定義されたボディを基板表
面上に析出する方法を提供することにある。本発明のも
う１つの目的は、分子、高分子、又は微小構造体のよう
な化学的に定義されたボディの析出を制御することを可
能にする析出方法を提供することにある。化学的に定義
されたボディは、そのボディの外部領域において少なく
とも部分的に知られた化学的組成を有する１つ又は複数
の分子より成る任意の材料であると考えられる。これ
は、多くの分子又は高分子、或いは、材料又はコンポー
ネントが有用な化学的非対称性を持つようにそれらの表
面において誘導体化される場合のように、本発明の方法
が、化学的に決定し得る配向を持ったボディにおいて適
用可能であるという事実に基づく。それらのボディはナ
ノスケール・デバイス又はナノ粒子とも呼ばれる。

請求の範囲第１項に記載の特徴を有する本発明は、ス
タンピング手段が複数のボディを基板上に並列的に転移
することを可能にするという利点を示す。特に、異方性
の機能性を持ったボディに対して、配向はそれの機能性
を制御するために使用可能である。そのような機能性
は、化学的タイプのもの或いは物理的タイプのもの、例
えば、レーザの放出領域というものであってもよい。ボ
ディを配向させるステップがスタンピング手段に限定さ
れるという点で、これは、基板及びボディより成るアセ
ンブリの製造プロセスを分割する。それによって、ボデ
ィの配向が基板上で行われる必要はない。それは、一方
において、損傷の確率、不十分な機能、或いは、例え
ば、配向してないボディによる別の損害を少なくし、他
方において、位置合わせ構造ではない基板を使用するこ
とを可能にする。更に、スタンプが所定の外形でもって
形成される時、或いは、スタンプが基板の選択された部
分の上に位置決めされる時、スタンピング手段の位置決
めを制御することによって、ボディのパターン化された
転移が、例えば、別のステップ状のフォトリソグラフィ
によりパターンを基板に与える必要なく、可能となる。
更に、そのスタンピング手段は、その方法を非常に経済
的なものにする反復的な使用に最もよく適している。

これに加えて、本発明の方法の場合、コンポーネント
は別々に製造された後にアセンブルされてもよいという
利点がある。更に、これは、一緒に製造することができ
ないコンポーネントにとって、例えば、一方のコンポー
ネントに対する製造ステップの環境上の条件が他方のコ
ンポーネントに損傷を与える時、極めて有用である。こ
の新規な方法によれば、そのようなコンポーネントを別
々に製造し、そしてそれらを集めて一緒にし、しかる後
本発明のプロセスでもって結合することにより、各コン
ポーネントを最適な条件でもって製造することができ
る。更に、そのようなコンポーネントは別々にテスト可
能であり、それは独立して機能し得るアセンブリの生産
性を上げる。もう１つの重要なことは、アセンブリを完
成するために短い時間しか要しないということであり、
それは、最終テストが設計上のエラー又は手続き上のエ
ラーのような偶発的なエラーを見つけ得るまでの時間を
短縮する。それによって、エラーの影響と検知との間の
タイム・ラグが減少する。それは、エラーが検出されず
に残っていて不作動のアセンブリを生じさせる時間が減
少し、更にまた生産性が上がることを意味する。最終的
には、種々のコンポーネントのアセンブリは、全アセン
ブリの製造を一体的に組み込んだプロセスよりもずっと
融通性がある。ボディは、それがスタンピング手段によ
って保持される側とは反対の側で基板の表面に付着され
る。これによって、ボディの配向は、ボディの機能性が
必要な時に存在することを保証される。これによって、
基板の表面に対するボディの露出量及び機能性の向上が
最大にされる。

流体内にボディを設けるということは、自然の運動
（分子のブラウン拡散運動）によって又は誘起された運
動を付加することによって助けられたボディがスタンピ
ング手段における各ポイントに容易に到達し、それによ
ってボディをスタンピング手段に付着するプロセスが加
速されるという有利な効果をもたらす。

スタンピング手段をパターン化することによって、基
板上のボディの如何なる複雑なパターンも得ることが可
能となるので、その方法は更に融通性のあるものにな
る。それは、通常のパターン化技法を全く必要としな
い。作成されたパターンは、波長の固有の限定による制
限、或いはリソグラフィの一般的な処理手順のための制
限のようなリソグラフのパターン化プロセスにおいて光
の性質を示すような制限を受けない。更に、スタンピン
グ手段は、同じパターンを作成するために、例えば、各
パターン化ステップに対して個別のリソグラフ・プロセ
スを必要とすることなく何回でも再使用可能である。配
向したボディの並列的且つ均一な転移は、空間的に直接
態様で達成可能である。

化学的な結合反応を助けるための手段として光を使用
することは、これによって、結合反応を相互に受けると
考えられるコンポーネントが、既に相互に接触している
時でも、それらコンポーネントをそれらの位置から引き
離す恐れのあるそれらの構造の崩壊という危険を冒すこ
となく位置合わせされるので、非常に有用な方法であ
る。位置合わせが達成される時、表面を活性化するよう
に及びボディを固着するように光を切り換えることが可
能である。

基板上で付着手段を使用することは、ボディをそれら
の位置及び配向に維持する力を増大させるために有用で
ある。従って、ボディの位置又は配向の変化によるエラ
ーは最小にされる。それの材料に従って、非常に一般的
な特性であるそれらの性質に関係なく、ボディを付着す
る付着手段を選択することが可能である。

ボディが化学的に配向手段に引き付けられ、しかる
後、その配向手段が自動的に配向を行うというそのボデ
ィの化学的定義を活用することは、如何なるアクティブ
な位置合わせプロセスがなくても、及び、如何なる機械
的な位置合わせ構造がなくても、分子、高分子、又は微
小構造体のような化学的に定義されたボディが所定の配
向を持って基板上に析出可能であるという利点を提供す
る。

特定の選択されたボディ・タイプを引き付ける配向手
段と組み合わせた場合の上記方法の利点は、それらボデ
ィを引き付けそしてそれらを配向させるプロセスが選択
的であるということである。それは、所定の化学的機能
を持った分子だけがスタンピング手段に付着されること
を意味する。更に、ボディのタイプの選択はそれらの特
定のアフィニティによって生ずるので、変性した或いは
不活性なボディを、基板上にそれらボディを印刷する前
に除去することが可能である。

上記の方法は、種々の選択されたボディ・タイプが１
つのスタンピングのみによって同時に基板上に析出され
る場合、更に有利である。基板及びボディの比較的複雑
なアセンブリがその方法で製造可能である。スタンプが
異なるボディに対して異なるアフィニティを持った領域
を有する時、これは、各タイプのボディがスタンプ上の
それの指定領域において同時にアセンブルされ、しかる
後、１つの一般的なプリント・ステップにおいてプリン
トされることを可能にする。

ボディにおける配向手段に代わる材料を含む援助流体
を使用することは、これによって、スタンピング手段を
基板表面から解き放つステップが促進されるという利点
をもたらす。それは、その材料がボディにおいて配向手
段の位置を占め、それによって、この引きつけ力をそれ
自身に向けることで配向手段とボディとの間の引きつけ
力が弱められるためである。これも又、配向手段又はボ
ディに損傷を与えてそれらの位置或いはそれらの配向を
変更してしまうという危険を少なくする。

スタンピング手段が、配向手段の自己集合を生じさせ
るように働く活性化された表面を含む時、スタンピング
手段及び配向手段に対する多くの種類の材料選択が可能
である。特に、PDMSに対して、そのような活性化された
表面は、アルキルアミン、アルキルシラン、又はそれの
表面における他の分子の自己集合を得るために非常に有
用である。活性化されたスタンピング手段及び配向手段
の表面における固有の反応性はスタンプ上での後者の正
しい配置を生じさせ、更に、それはスタンプ上でボディ
を配向させるためにも使用される。

本発明は、マイクロコンタクト・プリンティングの分
野を利用する方法を提案する。その分野では、パターン
化された可撓性のスタンプの表面を化学的材料でもって
覆うことによって、及び基板の表面に触れることにより
その材料がスタンプのパターンの形で転移されることに
よって、その化学的材料を基板上に析出させることは既
に知られている。本発明は、所定の配向を持った材料を
基板上に析出させるためにスタンプを使用する。従っ
て、その材料はスタンプ上で既に配向している。スタン
プにおける配向は、材料が転移される時に基板に対して
特定の配向になるようにその材料を決定するという効果
をもたらす。所定の配向は、材料の所定の機能性を得る
ために有用である。基板は、スタンプの除去の後にその
基板上に残る層（その材料を引き付けるように働く）で
もって被覆されてもよい。

図面の簡単な説明 本発明の実施例が図面に示され、実施例を通して以下
で本発明を詳細に説明する。

第１図は、化学的に定義されたボディをコンテナ流体
に浸すスタンピング手段を示す。

第２図は、基板と接触している第１図のスタンピング
手段を示す、 第３図は、基板から離れつつある第２図のスタンピン
グ手段を示す。

第４図は、化学的に定義されたボディを持った第３図
の基板を示す。

これらの図面はすべて明瞭にするために実寸に基づい
て示されてはおらず、次元相互間の関係も現実的な縮尺
で示されてはいない。

発明を実施するための最良の形態 以下では、本発明の種々の実施例が説明される。すべ
ての図面の参照番号は、同じエレメントがいつも同じ番
号でもって参照されるように統一されている。

第１図において、スタンピング段22は硬質のバックプ
レーン11を含み、そのバックプレーンには、スタンピン
グ層10が付着されている。スタンピング層10は、それの
下側がパターン化されている。即ち、それは幾つかの窪
み17を含む。スタンピング層10のパターン化された表面
は、スタンピング層10の表面付近における化学的性質を
変性させる活性化された表面12を含む。その活性化され
た表面12は、２つの異なるタイプの配向手段13、14でも
って覆われる。それは、第１タイプの配向手段13を持っ
た領域及び第２タイプの配向手段14を持った領域が存在
することを意味する。スタンピング手段22は、コンテナ
流体16を有する容器15の内側に部分的に位置決めされ
る。その流体16には、幾つかのタイプの化学的に定義さ
れたボディ18、33、34が含まれる。この特定な例では、
第１自由タイプのボディ33、第２自由タイプのボディ3
4、及び第３自由タイプのボディ18が存在する。第１自
由タイプのボディ33のうちの或ものは、第１タイプの配
向手段13に結合された第１タイプの固定ボディ23に変更
される。又、第２自由タイプのボディ34のうちの或もの
は、第２タイプの配向手段14に化学的に結合された第２
タイプ固定ボディ24に変更される。

スタンピング層として、硬質の材料、可撓性の材料、
又はそれらの組合せが可能である。可撓性のコンポーネ
ントは、特に、粗い又は平坦でない析出表面では基板と
の良好な接触が得られるので、その方法の質を向上させ
る。又、このタイプの材料はその方法を、その表面の汚
れによってエラーを引き起こし難いものにする。弾性又
は可撓性スタンピング層10は、例えば、可撓性、弾性、
且つ透明な材料であるポリジメチルシロキサン（PDMS）
から作ることができる。いずれにしても、他のシロキサ
ンのような任意のポリマ又はより一般的な任意の可撓性
材料が、しかし脆いタイプ及び弾性のタイプを組み合わ
せた複合材料も又、スタンピング層10に適している。ス
タンピング手段22におけるパターンは、リソグラフィ・
プロセス、電子ビーム・リソグラフィ、エンボス印刷、
表面へのモールディング・フィーチャによって、或いは
マイクロコンタクト・プリンティングによって生じさせ
ることができる。それによって、非常小さい寸法のもの
が得られる。スタンピング層10の活性化表面12は、それ
を配向手段13、14の材料に対して化学的に引きつけ力の
あるものにする。シロキサンに対して例示すると、反応
室におけるオゾン又は溶液内の酸化酸性混合物が、スタ
ンピング層10を前処理する活性化手段として使用され
る。これは、製造時における配向手段13、14の自己集合
を導く。従って、それは、例えば、アルキルシラン又は
アルキルアミンが使用される時、自己集合した単分子層
を形成する。配向手段13、14でもってそれを覆うことに
よってスタンピング手段22を作成するステップは、誘導
体化とも呼ばれる。この単分子層は、それの分子が活性
化表面12との化学的反応を通して所定の方向に配向され
ることを特徴とする。これは次の層、即ち、化学的に定
義された固定ボディ23、24の層を付着するために使用さ
れる。配向手段13、14の分子は、特定の錠にしか適合し
ない特定の鍵のような特定のレセプタに対して化学的に
引きつけ力のあるリガンドとして働く。リガンド分子、
即ち、配向手段13、14は、それらが固定ボディ23、24よ
りも小さい限り、それ自身を配向させる必要はない。そ
れは、所望の配向を有し、従って、自由ボディ33、34に
対する相互作用を最大にして、その配向された固定ボデ
ィ23、24を形成するように自由ボディ33、34の結合を可
能にするリガンド分子の十分に大きいサブセットがいつ
も存在するためである。

化学的パターン、即ち、異なるタイプの配向手段13、
14のパターンは、例えば、マスク・パターン化プロセス
の結果であってもよいが、一般には、他の多くのパター
ン化プロセスがこれに適している。スタンピング手段22
がコンテナ流体16に浸される時、配向手段13、14の化学
的な引きつけは、レセプタを構成する自由ボディ33、34
の引きつけを生じさせること及び固定ボディ23、24とし
てそれらのアセンブリを生じさせることによって、リガ
ンド・レセプタ複合体を形成する。これは、又、配向手
段13、14の化学的引きつけが自由ボディ33、34の特定の
選択に対して選択的であることを意味する。ここでは、
第１タイプの配向手段13は第１タイプの自由ボディ33だ
けを引きつけ、第２タイプの配向手段14は第２タイプの
自由ボディ34だけを引き付ける。第３タイプの自由ボデ
ィ18に対しては、対応する配向手段は設けられてないの
で、これらは溶液内に残る。従って、そのプロセスは幾
つもの、或いは、未知の自由ボディの溶液から、自由
の、特定の、化学的に定義されたタイプのボディを選び
出すためにも使用可能である。これは、本発明のもう１
つの特徴、即ち、配向プロセスにおいて生じる効果的な
濃縮及び精製のために、非常に低い質の要件がコンテナ
流体16に対して要求されるべきであるということを表
す。配向手段13、14によって引き付けられた自由ボディ
33、34は、所定の位置に所定の配向で固定される。スタ
ンピング層10及びそれの活性化された表面12のそれぞれ
の間の結合力は、固定ボディ23、24を所定位置に保つ力
よりも強い。

固定ボディ23、24を付着するプロセスの後、熱的に助
けられて、或いは、スタンピング手段22をコンテナ流体
16に対して相対的に又はその逆に動かすことによって、
スタンピング手段22はコンテナ流体16と接触しないよう
にされる。それは容器15から取り出されてもよい。配向
手段13、14として使用可能である非常に関連ある材料は
DNAである。DNAは、今日では短い長さのストランド（オ
リゴヌクレオチド）の形で、当たり前の方法で製造可能
であって、対応するDNAストランドに非常に強い且つ予
測し得る結合力を働かす材料である。それによって、自
由ボディ33、34、18に対する選択性が得られる。自由ボ
ディ33、34、18そのものがDNAのストランドであっても
よく、或いは、付着補助物としてDNAストランドを含ん
でもよい。従って、例えば、化学的には引き付けられな
いが、配向手段13、14におけるDNAストランドに容易に
固定されるDNAストランドの層を背後に備えた小型のレ
ーザ・コンポーネントのような小型の構造を自由ボディ
33、34、18として作ることは可能である。しかし、リガ
ンド／レセプタの対として働くように十分に適する、生
化学又は化学から知られた多くの他の分子又は高分子が
存在する。リソグラフィ又はマイクロコンタクト・プリ
ンティングのような任意の一般的なパターン化方法によ
って、種々のタイプの配向手段13、14をスタンピング手
段22の表面に設けることができる。種々のタイプの配向
手段13、14に対する材料選択性のアフィニティを持った
種々の異なるタイプの活性化手段の使用も可能である。
配向手段13、14としてのDNA及び自由ボディ33、34とし
てのタンパク質は、リガンドが化学反応を空間的に指示
するために光を使用してスタンピング手段22の表面に形
成され、従って、リガンドのパターン化層を生じさせる
という場合の例を提供する。機能的な化学グループをス
タンピング手段22の表面に加える活性化は、例えば、ス
タンピング層10の表面の局部反応性の変化に影響を与え
るように、マスク又はマイクロコンテナのような他の物
質と関連して使用される反応性アルコール、ケトン、又
は酸を導入するためのプラズマ処理又は湿式の化学的酸
化のような方法を含んでもよい。

第２図には、スタンピング手段22を基板20と接触させ
るプロセス・ステップが示される。基板20は、援助流体
25を含む容器26内に設置される。この援助流体25は、複
数の自由置換材料43、44、19、即ち、第１タイプの自由
置換材料43、第２タイプの自由置換材料44、及び第３タ
イプの自由置換材料19を液浸形式で含む。基板20は、そ
れの上側表面に付着手段21を保持している。スタンピン
グ手段22は、窪み17にはない固定ボディ23、24と付着手
段21が接触するように、付着手段21の上に配置される。

従って、スタンピング手段22は基板20の表面近くにも
たらされる。これは、接近ステップ時に相互に滑り込む
突起及び窪み（それぞれ基板20上及びスタンピング手段
22上にある）の組合せのような幾つかの受動的又は能動
的な位置合わせ手段によって助けられてもよい。付着手
段21は固定ボディ23、24を非特定的な方法で化学的に引
き付ける一種の接着剤として働く。これは、付着手段21
の結合力が、固定ボディ23、24の化学的構造に依存した
如何なる配向力も、或いは如何なる選択的な力も及ぼす
ものではないことを意味する。固定ボディ23、24が付着
手段21上に配される時、この手段は、通常、配向手段1
3、14及び固定ボディ23、24の間の力よりも大きい化学
的結合力をそれらに及ぼし、それによって、後者が基板
20上に残り、配向手段13、14がスタンピング手段22上に
残ること可能にする。配向手段13、14がそれのスタンピ
ング手段22から解き放され、固定ボディ23、24と共に基
板20上に留まるという構成も可能である。配向手段13、
14の除去も可能であり、それらの再使用さえも可能であ
る。

第３図の構成は、次のプロセス・ステップ、即ち、ス
タンピング手段22が基板20から引き離される時のプロセ
ス・ステップを示す。これは、例えば、スタンピング手
段22を一方の側において持ち上げ、それをゆっくりと基
板20から離れさせることによって行われる。それによ
り、配向手段13、14から解き放される固定ボディ23、24
と自由置換材料43、44の一部分が接触する時に、それら
の自由置換材料43、44の一部分は固定置換材料53、54に
転移される。

スタンピング手段22を基板20から持ち上げることは配
向手段13、14及び固定ボディ23、24の間の接続を切り離
す。これを容易にするために、及びその結果として構造
の破壊が生じるのを回避するために、これは、置換材料
53、54、19を浸している援助流体25によって助けられ
る。援助流体25は、固定ボディ23、24の構造の維持を援
助することにも適している。その援助がない場合、その
固定ボディは溶媒の喪失による脱水又は他の影響によっ
て破損してしまうであろう。これらの自由置換材料43、
44、19は直ちに配向手段13、14にとって代わって固定置
換材料53、54に変形しようとする。この場合には、配向
手段13、14は固定ボディ23、24から分離される。この置
換プロセスは配向手段13、14と固定ボディ23、24との間
の引きつけ力を減少させる。スタンピング手段22を基板
20から切り離した後、それらの間の新たな接触は固定ボ
ディ23、24と配向手段13、14との間に結合力を生じさせ
ないであろう。従って、配向手段13、14は固定置換材料
53、54によって不活性化される。

更に一般的な方法も可能である。例えば、高い又は低
いイオン強度、即ち、pH係数を持った流体を援助流体25
として使用することは、一般には、リガンドに対する固
定ボディ23、24を保持する結合関係を破壊することがあ
る。

しかる後、基板20はタブ26から取り出され、例えば、
リンスされて固定置換材料53、54を洗い落とされる。

第４図は、そのプロセスの終了後の基板20を示す。そ
れは、固定ボディ23、24のパターンを持った付着手段21
をそれの上面に保持する。

基板20は、今や、配向された固定ボディ23、24の層を
その上に保持する。この層は、幾つかの機能を遂行する
ために使用可能である。固定ボディ23、24はそれらの所
定位置に固定されるので、それらはその後のエッチング
のための優れたマスクを提供する。それは、それらがエ
ッチング液に対する非常に精確な境界を形成するためで
ある。しかし、更に興味あることは、基板20上の配向ボ
ディ23、24をセンサ又はアクタの一部分として使用する
ことである。異方性の機能性を有するボディ23、24を利
用し及びこの機能性を所定の方法で利用しようとする如
何なるアプリケーションも、ボディ23、24の方向がその
機能性に関して最適化されるような配向方法でボディ2
3、24が供給されることを必要とするアプリケーション
である。そのようなアプリケーションは、本発明の方法
及びそれの製造物を利用することができる。配向された
ボディ23、24を持った基板20を、異なるボディ23、24又
は同じボディ23、24のもう１つの層を備えた新しい基板
20として使用することによって、その方法を何回も逐次
に遂行することも可能である。これによって、異なる又
は同じボディ23、24の複数の層を含むスタック構成が製
造可能である。特別のアプリケーションに対して異方性
の機能性を持つボディ23、24であって、これらのボディ
が付着手段21においてそれ自身を配向しないように少な
くともほとんど等方性の固着特性を同時に有するボディ
23、24に対して、その方法は特に適している。一方、付
着手段21はそれの配向特性に関係なく選択可能であり、
例えば、ボディ23、24に関する最適の固着特性を有する
か、又は、配向機能がその付着手段21によって遂行され
る必要がないので、他の望ましい特性を有することさえ
ある。これは、付着手段21に対して、材料の大きな選択
が存在することを意味するが、配向ボディ23、24を含む
デバイスを作成する間はボディ23、24に対しても、それ
が存在することを意味する。そのような選択の自由は、
例えば、より良好な安定性、より小さい毒性、より高い
固着係数、任意の化学的機能性、又は或プロセス状態に
おいてより良好な性質を示す材料を選択することによっ
て利用可能である。配向を行うための特別に選択された
材料を、製造されるべきデバイスに組み込む必要がな
い。

興味ある特徴は光活性化を使用することである。これ
は、１つ又は複数の結合反応が光照射によって割り当て
られることを意味する。その後のプロセス・ステップは
水の中で、しかも、既に結合反応が生じているという危
険を冒すことなく正規の光でもって行われるので、波長
に関する非常に有用な範囲は紫外線の範囲であろう。反
応相手を紫外線でもって照射することによって、反応が
生じる。従って、PDMSは、それが紫外線に対して透明で
あり、しかも半透明モードにおいて使用可能であるの
で、このタイプの反応に対しても非常に適しており、配
向手段13、14又は付着手段21の便宜的な照射を可能にす
る。

ラングミュア・ブロジェット構成でもって本発明を実
行することも可能である。そのような構成は、例えば、
水のような液体を満たされた容器を含む。析出されるべ
きボディ33、34、例えば、分子形式の材料がその液体の
表面に加えられ、そしてそれは、単分子層を形成するよ
うに自動的に分散される。スタンピング手段22を水の中
に配列し、その水が単分子層でもって覆われる時それを
その水から単に引き出すと、その結果として、スタンピ
ング手段22における表面にラングミュア・ブロジェット
膜が生じる。従って、水／空気の界面が配向手段13、14
として作用する。この膜は平面状に固定されるが、共有
結合的ではないことを特徴とする。従って、配向も得ら
れる。これは、配向手段13、14として使用するための結
合剤が知られてなく、製造することが難しいか又は何ら
かの理由で入手することも難しい場合、特に有用な方法
である。

前述の流体がすべて液体又は気体を含み得ることは当
然である。それにもかかわらず、配向手段13、14及び化
学的に定義された自由ボディ23、24、18は溶媒内に組み
込まれる必要はなく、他の媒体又は方法でもってスタン
ピング手段22上にもたらされことも可能である。一般に
は、援助流体25も必要ない。スタンピング層20の材料に
よっては、それの表面の活性化も必須ではない。例え
ば、分子の疎水部分を結合するために疎水引きつけが使
用される時、固定ボディ23、24はそれ自身をスタンピン
グ層の表面において配向させるので、配向手段13、14さ
えも必要としない実施例も可能である。基板20は、付着
手段21を有する必要がない。基板20にボディを固定する
ためには、例えば、直接光化学的プロセス、化学的プロ
セス、熱的プロセス、機械的プロセス、電気的プロセ
ス、静電的プロセス、流体静力学的プロセス、又はこれ
らのプロセスの任意の組合せを利用することも可能であ
る。

本発明の方法は、化学的に定義されてない如何なるボ
ディにも適している。これに対して、ボディは、配向手
段13、14を通して与えられる特定のリガンドに対するレ
セプタとして作用する化学的に定義されたボディと結合
される必要があるだけである。このボディ複合体をスタ
ンピング手段22において付着しそして基板20の表面に接
触させた後、基板20からのスタンピング手段22の解除時
又は解除後、化学的に定義されたボディを化学的に定義
されてないボディから分離することも可能である。

１つのスタンピング手段でもって析出し得る異なるボ
ディ・タイプの数は制限されない。勿論、例えば、１つ
のタイプの配向手段しか使用しないことによって、１つ
のボディ・タイプしか析出され得ない。

援助流体25は、スタンピング手段22が固定ボディ23、
24と共に基板20上に降ろされた後、自由置換材料43、4
4、19がそれに加えられる時、より良好に働くことがあ
る。固定ボディ23、24の付着は、これらの分子が時々そ
れらの固定位置を離れそしてそれらの位置又は他の位置
を見つける傾向があることを意味する静的プロセスより
も更に静的であるので、自由置換材料43、44、19の追加
が早過ぎると、幾つかの欠陥が生じることがある。

同じ流体をコンテナ流体16として及び補助流体26とし
て使用するプロセス構成は有利である。スタンピング手
段22はプロセスの始めにおいてこの流体に浸され、その
プロセス全体を通してそのままである。これは、流体／
水の界面における界面張力による脱水及び欠陥の発生を
回避する助けとなる。種々の自由ボディ33、34、18又は
自由置換材料43、44、19を加えるために、これらは、例
えば、種々の自由ボディ33、34、18又は自由置換材料4
3、44、19を持ち込むように及びそれらを持ち去るよう
に働くチューブ・システムを通して、プロセス中に持ち
込み可能である。これは、基板20の付近の流体において
ボディの高い均一性及び混合が得られるので、良好に働
く運動流体と結合可能である。基板20は、例えば、それ
の表面が光による照射によって活性化可能である時、プ
ロセスの始めに流体内に既に配置されていてもよい。自
由ボディ33、34、18を流体内に導入し、更に多くの流体
でもって容器15の外でそれらを洗滌し、基板20又はその
上にある付着手段21の表面に接触し、自由置換材料43、
44、19をその流体内に導入した後、透明のスタンピング
手段を通して基板20の表面又は付着手段21上を照射する
対応する波長を持った光をスイッチ・オンすることによ
って、固定ボディ23、24の析出が得られる。その場合、
それは、基板20又は付着手段21に固定ボディ23、24を固
定するために化学的反応を活性化する。

界面化学全体の制御及びアリール・スルフォンアミド
・インヒビタでもってリガンド／レセプタ複合体を形成
することによって、配向タンパク質、カルボニック・ア
ンヒドラーゼ（CA）を硬い表面に転移するためのスタン
ピングの使用を以下の例で説明する。

CAは、広範囲の系統的な分布が見られる哺乳動物クラ
スのタンパク質の一部である。CO₂固定化の原因となる
これらのタンパク質は極めて高いターンオーバを有し、
適度に小さく、丈夫であり、一般的には生理的pHにおい
て弱くチャージされるだけである。CAは、人間の緑内障
及び酸性症という病気に関連しているかもしれない。人
間のCA（HCA）及びウシ科の動物のCA（BCA）は販売元か
ら容易に且つ安価に得ることができ、入手可能な幾つか
の高解像度Ｘ線結晶構造によりシーケンス及び構造レベ
ルにおいて十分に特徴あるものである。CAの結合サイト
は、疎水性の割れ目が特定の亜鉛配位サイトに近い場
合、そのタンパク質の一方の面における浅い窪みのよう
に見える。CAは、それの種々の誘導体に対して、106−1
09の範囲の関連定数（association constant）を持った
ベンジルスルフォンアミドによって可逆的に抑制され
る。それら誘導体の大多数が治療用の薬品としての応用
が見られる。

配向手段13、14として、11−アミノアンデシルベンジ
ル・スルフォンアミド（ｒ＝11）が、パターン化された
PDMSスタンピング手段12の表面に結合される。多くのそ
のようなアルキルベンジル・スルフォンアミドの誘導体
が知られている。配向手段13、14は、適度に制御された
密度でスタンピング手段22の表面上に、配向態様で設け
られるべきである。従って、PDMS材料は、それをPDMS−
CO₂Hに酸化することによって活性化される。酸塩化物を
形成するための塩化チオニルによる活性化表面（過剰活
性化）のその後の処理、又はジシクロヘキシルカルボジ
イミド（DCC）を使用した非対称無水物の形成は、それ
ぞれ、スルフォンアミドの付着のための便利な開始点を
提供する。タート・ブトキシ又はフルオレニルメトキシ
カルボニル（それぞれ、tBOC又はFMOC）によって保護さ
れたアルキルベンジル・スルフォンアミド自体のダブル
・アミノの反応は、スタンピング手段22と溶解した形で
リガンドを含んだ溶液との間の界面に向けて配向したス
ルフォンアミド・リガンドによってPDMSに対するスルフ
ォンアミド・リガンドの十分に定義された付着を可能に
する。その付着反応はシロキサン・ベースのポリマに影
響しないようにするために知られた高歩留まりの必要条
件である。その反応の副次的製品は溶解可能であり、従
って、容易に除去される。スルフォンアミドにおける保
護基の除去は、スタンピング手段22を酸に曝すことによ
って行われる。HFは、tBOC基と共にこのステップにおい
て使用可能であるが、FMOC基の使用も可能である。シロ
キサンは、それらをこの酸に短時間曝すことを可能にす
るようにHFに対して十分に耐性がある。

２乃至20単位の長さの短いポリ（エチレン）グリコー
ル（CH₂CH₂O−）_ｎ（PEG）の導入は、レセプタの非特定
的な析出を防ぐように十分に基礎のPDMSの疎水性の表面
を隠蔽するという問題に対する１つの解決方法である。
溶液におけるアルキル・スルフォンアミドに直接に連係
したPEG又はそのPDMSの表面に不均一に付着されたPEG
は、別の方法による疎水性表面に対する非特定的な吸着
を効果的に回避することができる。PEGは、他の材料と
の安定した混合フェーズの形成に対して耐性がある。そ
れの溶媒和構造及び自己アフィニティは、それに組み込
まれることを求める材料に対する強力なエントロピ的な
駆動斥力を生じる。この傾向は、タンパク質又はDNAの
ような高分子によるそれらの機能において特に著しい。
PEGは、分裂を生じさせることなくこれらの材料の分配
を助ける。

金の上に吸着されたチオール含有のアルカンに、数単
位のPEGしか取り込まれない時、タンパク質の析出は完
全に阻止される。それに比べて、これらのPEGが存在し
ない時、アルカンの存在は、アルキル・バックボーンと
の非特定的な疎水性の相互作用によってサポート膜上に
タンパク質を10nmまで析出させる。

スタンピング手段22におけるリガンドの高効率の濃縮
は、基板表面へのレセプタ（この場合はCA）の転移時
に、スタンピング手段22から溶液へ戻ろうとするそのレ
セプタの早期脱着を防ぐのに有用である。リガンド相互
間の近接した位置的関係は、正規のリガンド／レセプタ
複合体の形成のエントロピ的コストを減少させることに
よってCAの実効結合を強化する。高い初期リガンドアフ
ィニティと比べると、スルフォンアミド及びCAの場合の
ように、リガンドは、高い歩留まりで基板の転移を可能
にするために十分なライフタイムをスタンプ／リガンド
／レセプタ複合体に与える。しかし、リガンドの濃縮が
高過ぎるということは、それの密度がレセプタによる個
々のリガンドへのアクセスを妨げる場合、有害となるこ
とがある。スタンピング手段22の表面におけるリガンド
を不活性PEGスペーサでもって希釈することは、結合反
応が非常に統計的であるので、リガンドの分布を制御す
る。理想的には、PEG希釈剤はPEGリガンド分子よりも短
く、そのリガンドがスタンプ／溶液界面上に無制限の配
座構造で現れることを許容する。

その後、スタンピング手段22の表面に結合されたCAが
基板20に転移及び付着することが続く。ここで、ベンゾ
フェノン基がアルキルチオールに付着する。この分子
は、エタノールにおけるそれの溶液から金の表面上に自
己集合する。その反応は特異であり、その結果、ベンゾ
フェノン基の完全に定義された単分子層が高速で生じ
る。CAを保持したスタンピング手段22は、金で作られベ
ンゾフェノン（BP）で覆われた基板20の表面にもたらさ
れる。半透明のスタンピング手段22を通してBP基を光活
性化することは、水性バッファにおける基板20の表面へ
のCAの近接付着を生じさせる。

スタンピング手段22を解放する幾つかの方法が可能で
ある。スルフォンアミド/CA複合体の反転を可能にする
には、機械的応力が十分であろう。自由なアリールスル
フォアミドの高濃度溶液でもって洗滌することは、リガ
ンドのバッファ・フリーに抗した平衡化によって、CAを
それの非結合状態に究極的に回復させる時にリガンド置
換を生じさせる。最終的に、熱的応力又はバッファ応力
（塩又はpH）が、アフィニティ・クロマトグラフィから
既に知られているように解除を生じさせる。スタンピン
グ手段22のエッジからの単に積層解除するだけでも十分
であるとわかるけれども、スタンピング手段22の表面に
小さいキャピラリをマイクロモールドすることは、解除
のための目的にされた領域への溶液の大量輸送を容易に
するために有用であろう。

上記の方法は、他の薬剤／タンパク質複合体が知られ
ている場合に対して汎用化可能である。固体ペプチド合
成という非常に懐かしいこの反応方式を使用して、ペプ
チドを抗体に付着することも可能である。

配向手段をスタンピング手段に加える必要がある場
合、薄膜、例えば、金薄膜は活性化手段として使用可能
であり、スタンピング手段の表面の少なくとも一部分に
加えることも可能である。この薄膜は、DNAのチオール
修飾単一ストランドを配向手段として共有結合するため
のサポートとして作用する。活性化手段が物理的パター
ン、即ち、突起及び窪みより成るパターンをスタンピン
グ手段の上に陰影析出することは、スタンピング・プロ
セスの精度を高める方法である。それは、活性化手段の
制御析出によって、ボディの固定がスタンピング手段の
表面の選択された部分に制限されるためである。ここで
は、金属を斜めの角度でボディの表面に析出することに
よって与えられる陰影は、その金属がスタンピング手段
の利用可能な表面における所定の小さい部分においての
み析出することを可能にし、従って、これらの部分にお
いてのみDNAの共有結合を可能にするであろう。

ボディ23、24自体がスタンピング手段の表面において
それらを配向するために利用可能な異方性を示さない場
合、中間的手段、例えば、金薄薄膜をボディ23、24の表
面の少なくとも一部分に加えることが可能である。そこ
で、この薄膜は、DNAのチオール修飾の単一ストランド
をレセプタとして共有結合するためのサポートとして作
用する。ボディ23、24上に薄膜を陰影析出することは、
ボディ23、24に異方性を導入する方法又はボディ23、24
の異方性を強化する方法である。それは、薄膜の制御析
出によって、DNAがその薄膜を保持する表面に単に連結
されるためである。ここでは、金属を斜めの角度でボデ
ィの表面に析出することによって与えられる陰影は、そ
の金属がボディ23、24の利用可能な表面における所定の
小さい部分のみに析出することを可能にし、従って、こ
れらの部分においてのみDNAの共有結合を可能にするで
あろう。そこで、ボディ23、24の秩序ある析出を達成す
るために、リンキング・デュープレックスが使用可能で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デラマスシェ、エマヌエル スイス国チューリッヒ、グロスザッカー シュトラーセ 100 (72)発明者 ミヒエル、ブルーノ スイス国アドルスヴィル、オーベルフス シュトラーセ 28 (56)参考文献 国際公開95／12808（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05D 1/28 C07K 17/14 G01N 33/543 525

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リガンドとの間でリガンド／レセプタ対を
   形成する１つ又は複数の化学的に定義されたボディ（2
   3、24）を基板（20）の表面に配向析出する方法にし
   て、 前記ボディ（23、24）を配向させて引きつけるリガンド
   として働く所定のパターンの分子層を表面に有するスタ
   ンピング手段（22）を準備する第１ステップと、 前記ボディ（23、24）を前記スタンピング手段（22）の
   表面の前記分子層に固着させる第２ステップと、 前記スタンピング手段（22）を、前記スタンピング手段
   （22）と前記ボデイ（23、24）との間の結合力よりも大
   きな化学的結合力を前記ボデイに与える付着手段を表面
   に有する基板（20）の表面に接近させることによって、
   前記ボディ（23、24）を前記基板（20）の表面と接触さ
   せる第３ステップと、 前記スタンピング手段（22）を前記基板（20）の表面か
   ら引き離すことによって、前記ボディ（23、24）を前記
   配向を保ったまま前記基板（20）の表面の上に残す第４
   ステップと を含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】前記第２ステップの間、前記ボディ（23、
   24）および前記スタンピング手段（22）が流体（16）の
   中に位置することを特徴とする第１項に記載の方法。