JP3940027B2 - Method for producing substrate for nucleic acid sensor and method for producing nucleic acid sensor - Google Patents

Method for producing substrate for nucleic acid sensor and method for producing nucleic acid sensor Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極上に核酸を固定するための核酸センサ用基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、特定の塩基配列や特定の遺伝子の存在を検出するために導体上にプローブとなる核酸を固定化した構成の電極が特開平10−146183号公報(以下、従来例Aという)に提案されている。この従来例Aに記載されているように、近年、核酸の塩基配列と疾病との関係が明らかになってきており、特定の塩基配列あるいは特定の遺伝子の存在を検出することによって、発病の可能性や疾病の進行の程度等を探る遺伝子診断が、臨床検査の中で重要な位置を占めるようになってきている。一般に、特定の塩基配列あるいは特定の遺伝子の存在を検出する電極は、導体上にプローブとなる核酸を固定した構成となっており、特定の塩基配列あるいは特定の遺伝子の存在は、プローブとなる核酸と試料の核酸との間で形成された対(ハイブリッド)について、プローブ用の核酸に電圧を印加して電気的または光学的な信号を測定することによって検出できる。
【0003】
従来例Aでは、従来の電極はワイヤー状の電極を樹脂で抱埋した構造をとるためプローブ用の核酸を固定化できる表面積がばらつきやすいという問題点があり、これを解決するために、絶縁基板の上面に導電体とその導電体の一部を露出するように開口部を有する絶縁体とを形成し、開口部で露出した導電体に核酸を固定化して成る電極としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例Aの電極では、さらなる検出感度の高感度化に十分に対応できず、その結果再現性や定量性も不十分であるという問題点があった。即ち、検出感度をさらに高感度化するには、電極の最上層である金層の結晶構造の(111)面の配向指数を大きくして電極上に固定化される核酸の量を増やすことが有効であるが、金層の結晶構造の(111)面の配向指数を大幅に大きくすることは従来成されていなかった。
【0005】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電極の最上面の金層の結晶構造の(111)面の配向性を大幅に大きくすることによって、プローブ用の核酸を固定化するための電極上に固定化される核酸の量を増大させて、検出感度がさらに高感度化されたものを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の核酸センサ用基板の製造方法は、シリコンからなる絶縁基板を準備する工程と、熱酸化法により、前記絶縁基板上に第1の酸化珪素層を形成する工程と、真空成膜技術により、第1の酸化珪素層上に厚さ0.005〜1μmの第2の酸化珪素層を形成する工程と、第2の酸化珪素層上に厚さ0.05〜1μmの導体層を形成する工程と、前記導体層上に、核酸が固定される金層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【0007】
本発明の核酸センサ用基板の製造方法は、前記第2の酸化珪素層を、窒素ガスを用いて形成することを特徴とする。
【0008】
本発明の核酸センサ用基板の製造方法は、前記導体層が、ニッケル−クロム合金からなることを特徴とする。
【0009】
上述のいずれかに記載の製造方法により製造された核酸センサ用基板の前記金層に、チオール基を介して、前記核酸を固定する工程を有することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の核酸センサ用基板について実施の形態の一例を図1に示す。図1において、1は、シリコン(Si),アルミナ(Al23)セラミックス等のセラミックス等からなる絶縁基板、2は、絶縁基板1がSiである場合にその上面に熱酸化法によって形成された酸化層である。3は、酸化層2の上面にスパッタリング法等の真空成膜技術によって形成された厚さ1μm以下の酸化珪素(SiO2)層、4は薄膜よりなる導体層および金層、4aが密着金属層、4bが拡散防止層、4cが金層である。5は、金層4cの上面に固定化された核酸である。また、密着金属層4aと拡散防止層4bとは、厚さ1μm以下の導体層に相当する。
【0011】
絶縁基板1がSiから成る場合、その上面に酸化層2を形成するのが好ましい。この酸化層2は、半導体であるSiを絶縁化するのに重要であって、一般的に1000℃を超える熱酸化炉を用いて形成される。その厚みは0.1〜3μm程度がよい。0.1μm未満では、Siと導体層4との絶縁が十分に保持できず、3μmを超えると、酸化層2の残留応力によって絶縁基板1より剥離しやすくなる。
【0012】
本発明の絶縁基板1の材料としては、シリコン、ガラス、石英ガラス、アルミナセラミックス、ムライト(3Al23・2SiO2)セラミックス、コーディエライト(2MgO・2Al23・5SiO2)セラミックス、フォルステライト(2MgO・SiO2)セラミックス、炭化ケイ素(SiC)セラミックス、窒化ケイ素(Si34)セラミックス、サファイア(単結晶アルミナ)等の無機材料を用いることができる。また、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、不飽和ポリエステル、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエンスチレン共重合体、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン等の有機材料を用いることができる。
【0013】
絶縁基板1の主面または酸化層2の上面に、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等の真空成膜形成技術によって酸化珪素(SiO2)層3が形成される。その厚みは1μm以下であり、1μmを超えると、その上面に形成する薄膜よりなる導体層および金層4の応力によって酸化珪素層3が内部から破損され易くなる。好ましくは0.1μm以下であり、これより薄い場合は全く破損は発生しない。また、酸化珪素層3の厚みは0.005μm以上であり、0.005μm未満では、成膜の際に厚さのばらつきが大きくなる。
【0014】
厚さ0.005〜1μmの酸化珪素層3を形成することによって、核酸固定用電極の最上層である金層4cの結晶構造の(111)面の配向性が向上する。その原理については詳細にはわかっていないが、金層4cについてX線回折法により結晶の(111)面の配向性を定量的に確認すると、酸化珪素層3がない場合、配向の影響を受けにくい(311)面のピーク強度を基準とした金層4cの(111)面のピーク強度比は約16000であるのに対して、酸化珪素層3がある場合のピーク強度比は例えば約32000と約2倍の強度比となることが判明した。
【0015】
本発明において、金層4cのX線回折法による(311)面のピーク強度に対する(111)面のピーク強度が25000倍以上であることがよく、この場合金層4cの表面に核酸を1011copy/cm2程度以上固定することができ、核酸の検出感度が大幅に向上する。より好ましくは、X線回折法による(311)面のピーク強度に対する(111)面のピーク強度は30000倍以上がよく、この場合金層4cの表面に核酸を1013copy/cm2程度以上固定することができ、核酸の検出感度が大幅に向上する。このように、上記の本発明の構成とすることにより、(111)面の配向性が改善された金層4cを形成でき、その結果核酸の検出感度が向上することとなる。
【0016】
また、酸化珪素膜3を真空成膜技術によって成膜する際に雰囲気ガスに窒素を加えることにより、酸化珪素膜3が窒素を含有する酸窒化珪素膜となり、耐薬品性が向上する。
【0017】
薄膜よりなる導体層および金層4は、蒸着法、スパッタリング法、CVD法、めっき法等の薄膜形成法により形成され、またフォトリソグラフィ法、エッチング法、リフトオフ法等によって所定パターンに加工される。
【0018】
導体層および金層4は、例えば密着金属層4a、拡散防止層4b、金層4cが順次積層された3層構造であることがよい。即ち、密着金属層4aによって核酸固定用電極が絶縁基板1に強固に密着し、拡散防止層4bによって金層4cと密着金属層4aとの相互拡散が防止される。
【0019】
密着金属層4aは、絶縁基板1との密着性の点で、Ti,Cr,Ta,Nb,Ni−Cr合金,Ta2N等のうち少なくとも1種より成るのが良い。密着金属層4aの厚さは0.01〜0.2μm程度が良い。0.01μm未満では、強固に密着することが困難となり、0.2μmを超えると、成膜時の内部応力によって剥離が生じ易くなる。
【0020】
拡散防止層4bは、密着金属層4aと金層4cとの相互拡散を防ぐうえで、Pt,Pd,Rh,Ni,Ni−Cr合金,Ti−W合金等のうち少なくとも1種より成るのが良い。拡散防止層4bの厚さは0.05〜1μm程度が良く、0.05μm未満では、ピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層4bとしての機能を果たしにくくなる。1μmを超えると、成膜時の内部応力により剥離が生じ易くなる。拡散防止層4bにNi−Cr合金を用いる場合、密着性も確保できるため、密着金属層4aを省くことも可能である。
【0021】
導体層としての密着金属層4aおよび拡散防止層4bの合計の厚みは0.05〜1μmである。0.05μm未満では、導体層と酸化珪素層3とを強固に密着させることができなくなったり、密着金属層4aと金層4cとの相互拡散を防ぐことができなくなったりする。1μmを超えると、酸化珪素層3を設けたことによる金層4cの配向性の向上が発現しにくくなる。
【0022】
さらに、金(Au)層4cは、その厚さは0.1〜5μm程度が良い。0.1μm未満では、電気抵抗が大きくなる傾向にあり、5μmを超えると、成膜時の内部応力により剥離を生じ易くなる。また、Auは貴金属で高価であることから、低コスト化の点でなるべく薄く形成することが好ましい。
【0023】
核酸固定用電極の上面に核酸5を固定化する場合、その表面を硫酸、混酸、王水、塩化水素などによって洗浄した後、核酸5の5'または3'末端にチオール基を導入し、チオール基を介して核酸5の一端が金層4cの表面に吸着され強固に固定化される。核酸5は1本鎖のDNA(Deoxyribonucleic Acid:デオキシリボ核酸)のほか1本鎖のRNA(ribonucleic Acid:リボ核酸)でもよく、また塩基数も特に限定されるものではないが、15塩基〜3000塩基程度の長さであればよい。
【0024】
核酸固定用電極の表面に固定化される核酸5と対(ハイブリッド)を成して検出される核酸としては、各種ウイルス、細菌、寄生虫、真菌等の核酸や各種疾患を有する細胞の核酸、または各種ウイルスや各種疾患の細胞の遺伝子、さらにはそれらの遺伝子の一部でもよい。
【0025】
また、ハイブリッド化された核酸5の検出は、核酸が電圧を印加すると発光する性質を利用してその発光強度を測定することによって行なうことができる。これにより、核酸固定用電極上において対を成した(ハイブリッド化した)核酸5の量を検出することにより、測定対象物中に存在する核酸5と同じ塩基配列の核酸を検出することができる。さらに、核酸固定用電極上において対を成した核酸5の量を電気的に検出することもできる。即ち、ヘキスト33258等の挿入剤、フィロセン類および金属錯体等の電気化学的に活性な物質で核酸固定用電極上の核酸5を標識し、核酸5に電圧を印加することにより上記物質に起因した電気信号を検出するものである。
【0026】
核酸固定用電極に電圧を印加する手段は、金層4cの上面の一部から核酸固定用電極の側面を経由して酸化層2上に引き出されて形成されたAu等から成る引き出し線を薄膜形成法により設けたり、金層4cの上面にAu,Al等からなるボンディングワイヤをボンディングすることにより設けることができる。
【0027】
【実施例】
本発明の核酸センサ用基板の実施例を以下に説明する。
【0028】
図1の核酸センサ用基板を以下のようにして構成した。Siから成る絶縁基板1を熱酸化炉中に設置し、約1000℃で9時間程度酸化処理することにより、絶縁基板1の表面に厚さ約0.3μmの酸化層2を形成した。酸化層2の上面の一部に、スパッタリング法により厚さ0.02μmの酸化珪素層3を形成した。酸化珪素層3の上面に、厚さ0.1μmのTiから成る密着金属層4a、厚さ0.2μmのPtから成る拡散防止層4b、厚さ0.5μmの金層4cをそれぞれスパッタリング法により形成し、核酸センサ用基板(サンプルA)を作製した。
【0029】
また、比較例1として、酸化珪素層3がない以外は上記実施例と同様に核酸センサ用基板(サンプルB)を作製した。
【0030】
比較例2として、酸化珪素層3の厚さが3μmである以外は上記実施例と同様に核酸センサ用基板(サンプルC)を作製した。
【0031】
比較例3として、密着金属層4aおよび拡散防止層4bの合計の厚さが2μmである以外は上記実施例と同様に核酸センサ用基板(サンプルD)を作製した。
【0032】
比較例4として、酸化珪素層3の厚さが0.001μmである以外は上記実施例と同様に核酸センサ用基板(サンプルE)を作製した。
【0033】
比較例5として、密着金属層4aおよび拡散防止層4bの合計の厚さが0.01μmである以外は上記実施例と同様に核酸センサ用基板(サンプルF)を作製した。
【0034】
これらのサンプルA〜Fの各10個について、Cu元素のKαのX線を用いたX線回折法により金層4cの(111)面の配向性を測定した。サンプルAは、配向の影響を受けにくい(311)面のピーク強度を基準とした金層4cの(111)面のピーク強度比は平均して約32000であった。これに対し、サンプルBは上記ピーク強度比が平均して約16000、サンプルCは上記ピーク強度比が約31000のものがあったが、9個に酸化珪素層3にクラックが発生し不良品となった。また、サンプルDは上記ピーク強度比が平均して約22000であった。また、サンプルEは、上記ピーク強度比が平均して約17000で、サンプルFは、10個すべてに酸化珪素層3と密着金属層4aとの層間で剥離が発生し不良品となった。
【0035】
以上より、サンプルAは核酸5を1014copy/cm2程度固定化できることが期待できるのに対し、サンプルBは108copy/cm2程度、サンプルDは1010copy/cm2程度、サンプルEは108copy/cm2程度しか期待できないことが判明した。また、サンプルCは酸化珪素層3にクラックが発生しやすく、サンプルFは酸化珪素層3と密着金属層4aとの層間で剥離が発生し、従ってサンプルC,Fは歩留りが悪く核酸センサ用基板として使用するのが困難であることがわかった。
【0036】
なお、本発明は上記の実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各種変更を施すことは何等差し支えない。
【0037】
【発明の効果】
本発明の核酸センサ用基板は、絶縁基板の主面に核酸の一端が表面に固定される核酸固定用電極が形成されたものにおいて、核酸固定用電極は、厚さ0.005〜1μmの酸化珪素層と厚さ0.05〜1μmの導体層と金層とが順次積層されて成ることにより、核酸固定用電極の最上層である金層の結晶構造の(111)面の配向性が飛躍的に高くなり、その結果、金層の表面により多数の核酸を固定化することが可能となり、よって高感度の核酸センサ用基板を提供することが可能となる。また、導体層の厚みを0.05〜1μmとすることによって、酸化珪素層を設けたことによる金層の配向性の向上が発現し易くなる。
【0038】
本発明の核酸センサ用基板は、好ましくは、金層はその結晶のX線回折法による(311)面のピーク強度に対する(111)面のピーク強度が25000倍以上であることにより、金層の表面に核酸を1011copy/cm2程度以上固定することができ、核酸の検出感度が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の核酸センサ用基板について実施の形態の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1:絶縁基板
2:酸化層
3:酸化珪素層
4a:密着金属層
4b:拡散防止層
4c:金層
5:核酸
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nucleic acid sensor substrate for immobilizing a nucleic acid on an electrode.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an electrode having a structure in which a nucleic acid serving as a probe is immobilized on a conductor in order to detect the presence of a specific base sequence or a specific gene has been proposed in JP-A-10-146183 (hereinafter referred to as Conventional Example A). ing. As described in the conventional example A, in recent years, the relationship between nucleic acid base sequences and diseases has been clarified. By detecting the presence of a specific base sequence or a specific gene, it is possible to cause disease. Genetic diagnosis that explores sex and the degree of disease progression has become an important part of clinical testing. In general, an electrode for detecting the presence of a specific base sequence or a specific gene has a structure in which a nucleic acid to be a probe is fixed on a conductor, and the presence of a specific base sequence or a specific gene is a nucleic acid to be a probe. The pair (hybrid) formed between the sample and the sample nucleic acid can be detected by applying an electric voltage to the probe nucleic acid and measuring an electrical or optical signal.
[0003]
In Conventional Example A, since the conventional electrode has a structure in which a wire electrode is embedded in a resin, there is a problem that the surface area on which the nucleic acid for the probe can be immobilized tends to vary. A conductor and an insulator having an opening so as to expose a part of the conductor are formed on the upper surface of the substrate, and an electrode is formed by immobilizing nucleic acid on the conductor exposed at the opening.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the electrode of Conventional Example A has a problem that it cannot sufficiently cope with further increase in detection sensitivity, and as a result, reproducibility and quantitativeness are insufficient. That is, in order to further increase the detection sensitivity, it is necessary to increase the amount of nucleic acid immobilized on the electrode by increasing the orientation index of the (111) plane of the crystal structure of the gold layer that is the uppermost layer of the electrode. Although effective, it has not been achieved so far to significantly increase the orientation index of the (111) plane of the crystal structure of the gold layer.
[0005]
Therefore, the present invention has been completed in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to increase the orientation of the (111) plane of the crystal structure of the gold layer on the uppermost surface of the electrode. The detection sensitivity is further increased by increasing the amount of the nucleic acid immobilized on the electrode for immobilizing the nucleic acid.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a nucleic acid sensor substrate of the present invention comprises a step of preparing an insulating substrate made of silicon, a step of forming a first silicon oxide layer on the insulating substrate by a thermal oxidation method, and a vacuum film forming technique. Forming a second silicon oxide layer having a thickness of 0.005 to 1 μm on the first silicon oxide layer, and forming a conductor layer having a thickness of 0.05 to 1 μm on the second silicon oxide layer. And a step of forming a gold layer on which the nucleic acid is immobilized on the conductor layer.
[0007]
The method for producing a nucleic acid sensor substrate of the present invention is characterized in that the second silicon oxide layer is formed using nitrogen gas.
[0008]
The nucleic acid sensor substrate manufacturing method of the present invention is characterized in that the conductor layer is made of a nickel-chromium alloy.
[0009]
It has the process of fixing the said nucleic acid through the thiol group to the said gold | metal layer of the substrate for nucleic acid sensors manufactured by the manufacturing method in any one of the above-mentioned.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of an embodiment of the substrate for nucleic acid sensors of the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, 1 is an insulating substrate made of ceramics such as silicon (Si) and alumina (Al 2 O 3 ) ceramics, and 2 is formed on the upper surface of the insulating substrate 1 by thermal oxidation when Si is Si. An oxide layer. 3 is a silicon oxide (SiO 2 ) layer having a thickness of 1 μm or less formed on the upper surface of the oxide layer 2 by a vacuum film forming technique such as sputtering, 4 is a conductor layer and a gold layer made of a thin film, and 4a is an adhesion metal layer. 4b is a diffusion prevention layer and 4c is a gold layer. Reference numeral 5 denotes a nucleic acid immobilized on the upper surface of the gold layer 4c. The adhesion metal layer 4a and the diffusion prevention layer 4b correspond to conductor layers having a thickness of 1 μm or less.
[0011]
When the insulating substrate 1 is made of Si, the oxide layer 2 is preferably formed on the upper surface thereof. The oxide layer 2 is important for insulating Si, which is a semiconductor, and is generally formed using a thermal oxidation furnace exceeding 1000 ° C. Its thickness is preferably about 0.1 to 3 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, the insulation between Si and the conductor layer 4 cannot be sufficiently maintained. If the thickness exceeds 3 μm, peeling from the insulating substrate 1 tends to occur due to the residual stress of the oxide layer 2.
[0012]
Examples of the material for the insulating substrate 1 of the present invention include silicon, glass, quartz glass, alumina ceramics, mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) ceramics, cordierite (2MgO.2Al 2 O 3 .5SiO 2 ) ceramics, stellite (2MgO · SiO 2) ceramics, silicon carbide (SiC) ceramics, silicon nitride (Si 3 N 4) ceramics, or inorganic materials such as sapphire (single crystal alumina). Polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, unsaturated polyester, fluorine-containing resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, acrylic resin, polyacrylonitrile, polystyrene, acetal resin, polycarbonate Organic materials such as polyamide, phenol resin, urea resin, epoxy resin, melamine resin, styrene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile / butadiene styrene copolymer, silicone resin, polyphenylene oxide, and polysulfone can be used.
[0013]
A silicon oxide (SiO 2 ) layer 3 is formed on the main surface of the insulating substrate 1 or the upper surface of the oxide layer 2 by a vacuum film formation technique such as vacuum deposition, sputtering, or CVD. The thickness is 1 μm or less, and if it exceeds 1 μm, the silicon oxide layer 3 is easily damaged from the inside due to the stress of the conductive layer made of a thin film formed on the upper surface and the gold layer 4. The thickness is preferably 0.1 μm or less, and if it is thinner than this, no breakage occurs. Further, the thickness of the silicon oxide layer 3 is 0.005 μm or more, and if it is less than 0.005 μm, the variation in thickness becomes large during film formation.
[0014]
By forming the silicon oxide layer 3 having a thickness of 0.005 to 1 μm, the orientation of the (111) plane of the crystal structure of the gold layer 4c, which is the uppermost layer of the nucleic acid fixing electrode, is improved. Although the principle is not known in detail, when the orientation of the (111) plane of the crystal is quantitatively confirmed by the X-ray diffraction method for the gold layer 4c, it is affected by the orientation in the absence of the silicon oxide layer 3. The peak intensity ratio of the (111) plane of the gold layer 4c based on the difficult (311) plane peak intensity is about 16000, whereas the peak intensity ratio when the silicon oxide layer 3 is present is about 32000, for example. It was found that the intensity ratio was about twice.
[0015]
In the present invention, the peak intensity of the (111) plane with respect to the peak intensity of the (311) plane by the X-ray diffraction method of the gold layer 4c is preferably 25000 times or more. In this case, 10 11 nucleic acids are applied to the surface of the gold layer 4c. It can be fixed at about copy / cm 2 or more, and the detection sensitivity of nucleic acid is greatly improved. More preferably, the peak intensity of the (111) plane with respect to the peak intensity of the (311) plane by the X-ray diffraction method should be 30000 times or more. In this case, the nucleic acid is fixed to the surface of the gold layer 4c by about 10 13 copies / cm 2 or more. The detection sensitivity of nucleic acids is greatly improved. As described above, by adopting the above-described configuration of the present invention, the gold layer 4c with improved orientation of the (111) plane can be formed, and as a result, the nucleic acid detection sensitivity is improved.
[0016]
Further, when nitrogen is added to the atmospheric gas when the silicon oxide film 3 is formed by a vacuum film formation technique, the silicon oxide film 3 becomes a silicon oxynitride film containing nitrogen, and chemical resistance is improved.
[0017]
The conductive layer and the gold layer 4 made of a thin film are formed by a thin film forming method such as a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, or a plating method, and are processed into a predetermined pattern by a photolithography method, an etching method, a lift-off method, or the like.
[0018]
The conductor layer and the gold layer 4 may have a three-layer structure in which, for example, an adhesion metal layer 4a, a diffusion prevention layer 4b, and a gold layer 4c are sequentially laminated. That is, the adhesion metal layer 4a firmly adheres the nucleic acid immobilization electrode to the insulating substrate 1, and the diffusion prevention layer 4b prevents mutual diffusion between the gold layer 4c and the adhesion metal layer 4a.
[0019]
The adhesion metal layer 4a is preferably composed of at least one of Ti, Cr, Ta, Nb, Ni—Cr alloy, Ta 2 N, and the like in terms of adhesion with the insulating substrate 1. The thickness of the adhesion metal layer 4a is preferably about 0.01 to 0.2 μm. If it is less than 0.01 μm, it is difficult to firmly adhere, and if it exceeds 0.2 μm, peeling tends to occur due to internal stress during film formation.
[0020]
The diffusion prevention layer 4b is made of at least one of Pt, Pd, Rh, Ni, Ni—Cr alloy, Ti—W alloy and the like in order to prevent mutual diffusion between the adhesion metal layer 4a and the gold layer 4c. good. The thickness of the diffusion preventing layer 4b is preferably about 0.05 to 1 [mu] m, and if it is less than 0.05 [mu] m, defects such as pinholes are generated and the function as the diffusion preventing layer 4b becomes difficult. If it exceeds 1 μm, peeling tends to occur due to internal stress during film formation. When a Ni—Cr alloy is used for the diffusion preventing layer 4b, the adhesion can be secured, so that the adhesion metal layer 4a can be omitted.
[0021]
The total thickness of the adhesion metal layer 4a and the diffusion prevention layer 4b as the conductor layers is 0.05 to 1 μm. If the thickness is less than 0.05 μm, the conductor layer and the silicon oxide layer 3 cannot be firmly adhered, and mutual diffusion between the adhesion metal layer 4a and the gold layer 4c cannot be prevented. If the thickness exceeds 1 μm, the improvement in the orientation of the gold layer 4c due to the provision of the silicon oxide layer 3 becomes difficult to be exhibited.
[0022]
Furthermore, the thickness of the gold (Au) layer 4c is preferably about 0.1 to 5 μm. If it is less than 0.1 μm, the electric resistance tends to increase. If it exceeds 5 μm, peeling tends to occur due to internal stress during film formation. Further, since Au is a noble metal and expensive, it is preferable to form it as thin as possible in terms of cost reduction.
[0023]
When nucleic acid 5 is immobilized on the upper surface of the nucleic acid immobilization electrode, the surface is washed with sulfuric acid, mixed acid, aqua regia, hydrogen chloride, etc., and then a thiol group is introduced at the 5 ′ or 3 ′ end of nucleic acid 5 One end of the nucleic acid 5 is adsorbed on the surface of the gold layer 4c through the group and firmly fixed. Nucleic acid 5 may be single-stranded DNA (Deoxyribonucleic Acid) or single-stranded RNA (ribonucleic acid: ribonucleic acid), and the number of bases is not particularly limited, but 15 to 3000 bases. Any length is acceptable.
[0024]
Nucleic acids detected as a pair (hybrid) with the nucleic acid 5 immobilized on the surface of the nucleic acid immobilizing electrode include nucleic acids such as various viruses, bacteria, parasites and fungi, and nucleic acids of cells having various diseases, Alternatively, it may be a gene of cells of various viruses or various diseases, or a part of those genes.
[0025]
The hybridized nucleic acid 5 can be detected by measuring the light emission intensity using the property that the nucleic acid emits light when a voltage is applied. Thereby, the nucleic acid having the same base sequence as the nucleic acid 5 present in the measurement target can be detected by detecting the amount of the paired (hybridized) nucleic acid 5 on the nucleic acid fixing electrode. Further, the amount of nucleic acid 5 paired on the nucleic acid fixing electrode can be electrically detected. That is, the nucleic acid 5 on the nucleic acid immobilizing electrode is labeled with an electrochemically active substance such as Hoechst 33258, an insertion agent, phylocenes, and a metal complex, and a voltage is applied to the nucleic acid 5 to cause the above substance. An electric signal is detected.
[0026]
The means for applying a voltage to the nucleic acid immobilization electrode is a thin film of a lead wire made of Au or the like formed by being drawn out from the part of the upper surface of the gold layer 4c onto the oxide layer 2 via the side surface of the nucleic acid immobilization electrode. It can be provided by a forming method or by bonding a bonding wire made of Au, Al or the like on the upper surface of the gold layer 4c.
[0027]
【Example】
Examples of the substrate for nucleic acid sensors of the present invention will be described below.
[0028]
The nucleic acid sensor substrate of FIG. 1 was constructed as follows. The insulating substrate 1 made of Si was placed in a thermal oxidation furnace and oxidized at about 1000 ° C. for about 9 hours to form an oxide layer 2 having a thickness of about 0.3 μm on the surface of the insulating substrate 1. A silicon oxide layer 3 having a thickness of 0.02 μm was formed on a part of the upper surface of the oxide layer 2 by sputtering. An adhesion metal layer 4a made of Ti having a thickness of 0.1 μm, a diffusion preventing layer 4b made of Pt having a thickness of 0.2 μm, and a gold layer 4c having a thickness of 0.5 μm are formed on the upper surface of the silicon oxide layer 3 by sputtering, A nucleic acid sensor substrate (sample A) was prepared.
[0029]
Further, as Comparative Example 1, a nucleic acid sensor substrate (sample B) was prepared in the same manner as in the above example except that the silicon oxide layer 3 was not provided.
[0030]
As Comparative Example 2, a nucleic acid sensor substrate (sample C) was prepared in the same manner as in the above example except that the thickness of the silicon oxide layer 3 was 3 μm.
[0031]
As Comparative Example 3, a nucleic acid sensor substrate (sample D) was prepared in the same manner as in the above example except that the total thickness of the adhesion metal layer 4a and the diffusion preventing layer 4b was 2 μm.
[0032]
As Comparative Example 4, a nucleic acid sensor substrate (sample E) was prepared in the same manner as in the above example except that the thickness of the silicon oxide layer 3 was 0.001 μm.
[0033]
As Comparative Example 5, a nucleic acid sensor substrate (sample F) was prepared in the same manner as in the above example except that the total thickness of the adhesion metal layer 4a and the diffusion preventing layer 4b was 0.01 μm.
[0034]
For each of 10 samples A to F, the orientation of the (111) plane of the gold layer 4c was measured by an X-ray diffraction method using an X-ray of Cu element Kα. In the sample A, the peak intensity ratio of the (111) plane of the gold layer 4c on the basis of the peak intensity of the (311) plane which is hardly affected by the orientation was about 32000 on average. In contrast, sample B had an average peak intensity ratio of about 16000, and sample C had an average peak intensity ratio of about 31000. Nine cracks occurred in the silicon oxide layer 3 and were defective. became. Sample D had an average peak intensity ratio of about 22000. Sample E had an average peak intensity ratio of about 17000, and sample F was a defective product because peeling occurred between the silicon oxide layer 3 and the adhesion metal layer 4a in all ten samples.
[0035]
From the above, it can be expected that sample A can immobilize nucleic acid 5 by about 10 14 copies / cm 2 , whereas sample B has about 10 8 copies / cm 2 , sample D has about 10 10 copies / cm 2 , sample E Was found to be expected only at about 10 8 copies / cm 2 . Further, in sample C, cracks are likely to occur in the silicon oxide layer 3, and in sample F, peeling occurs between the silicon oxide layer 3 and the adhesion metal layer 4a, so that the samples C and F have poor yield and the substrate for nucleic acid sensors. Found to be difficult to use as.
[0036]
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
[0037]
【The invention's effect】
The nucleic acid sensor substrate of the present invention has a nucleic acid immobilization electrode on which one end of nucleic acid is immobilized on the surface of an insulating substrate. The nucleic acid immobilization electrode is a silicon oxide layer having a thickness of 0.005 to 1 μm. And a 0.05 to 1 μm thick conductor layer and a gold layer are sequentially laminated, and the orientation of the (111) plane of the crystal structure of the gold layer, which is the uppermost layer of the nucleic acid immobilizing electrode, is dramatically increased. As a result, a large number of nucleic acids can be immobilized on the surface of the gold layer, and thus a highly sensitive nucleic acid sensor substrate can be provided. Further, by setting the thickness of the conductor layer to 0.05 to 1 μm, it becomes easy to improve the orientation of the gold layer due to the provision of the silicon oxide layer.
[0038]
In the nucleic acid sensor substrate of the present invention, preferably, the gold layer has a peak intensity of the (111) plane of 25000 times or more of the peak intensity of the (311) plane by X-ray diffractometry of the crystal. Nucleic acids can be immobilized on the surface of about 10 11 copies / cm 2 or more, and the nucleic acid detection sensitivity is greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a nucleic acid sensor substrate of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Insulating substrate 2: Oxide layer 3: Silicon oxide layer 4a: Adhesion metal layer 4b: Diffusion prevention layer 4c: Gold layer 5: Nucleic acid

Claims (4)

シリコンからなる絶縁基板を準備する工程と、Preparing an insulating substrate made of silicon;
熱酸化法により、前記絶縁基板上に第1の酸化珪素層を形成する工程と、Forming a first silicon oxide layer on the insulating substrate by a thermal oxidation method;
真空成膜技術により、第1の酸化珪素層上に厚さ0.005〜1μmの第2の酸化珪素層を形成する工程と、Forming a second silicon oxide layer having a thickness of 0.005 to 1 μm on the first silicon oxide layer by a vacuum film formation technique;
第2の酸化珪素層上に厚さ0.05〜1μmの導体層を形成する工程と、Forming a conductor layer having a thickness of 0.05 to 1 μm on the second silicon oxide layer;
前記導体層上に、核酸が固定される金層を形成する工程と、を有する核酸センサ用基板の製造方法。Forming a gold layer on which the nucleic acid is immobilized on the conductor layer.
前記第2の酸化珪素層を、窒素ガスを用いて形成することを特徴とする請求項1に記載の核酸センサ用基板の製造方法。The method for producing a nucleic acid sensor substrate according to claim 1, wherein the second silicon oxide layer is formed using nitrogen gas. 前記導体層が、ニッケル−クロム合金からなることを特徴とする請求項1または2に記載の核酸センサ用基板の製造方法。The method for producing a nucleic acid sensor substrate according to claim 1, wherein the conductor layer is made of a nickel-chromium alloy. 請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法により製造された核酸センサ用基板の前記金層に、チオール基を介して、前記核酸を固定する工程を有することを特徴とする核酸センサの製造方法A nucleic acid sensor production comprising a step of fixing the nucleic acid to the gold layer of the nucleic acid sensor substrate produced by the production method according to claim 1 through a thiol group. Method
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