JP4196025B2 - バイオセンサーマトリックスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
a)前記検出素子を基板の主平面の第1の位置に作製すること;および
b)少なくとも1つの前記検出素子がそれぞれに含まれる複数の変形可能な構造体を得るために、前記空洞を、主平面とは反対側にある基板の第2の表面での第2の位置に作製すること
を実施することを特徴とする。
a1)マスク層を、基板の第1の表面に、たとえば、単結晶表面層に配置すること;
a2)開口部をマスク層内の第1の位置に作製すること;および
a3)前記ピエゾ抵抗性検出素子を作製するためにイオンを注入すること
を含むことを特徴とし、
かつステップb)が、
b1)マスク層を、前記第1の表面とは反対側にある基板の第2の表面に配置すること;
b2)開口部をマスク層の第2の位置に作製すること;および
b3)前記空洞を化学的侵蝕によって作製すること
を含むことを特徴とし得る。SiO2の埋込み層を備える基板の場合、侵蝕は、停止層を形成するSiO2層の深さと同程度にまで続けることができる。この場合、前記SiO2層は保持されるか、またはそれでなければ、たとえば、不動態化層を形成させるために、続いて一部が除去される。
a31)ホウ素を含有するイオン、たとえば、フッ化ホウ素を注入すること;および
a32)熱アニーリングを行うこと
が実施される。
1.静的モードでは、DNAチップ調製時、および生物学的材料が、自動化された配置システムによるピエゾ抵抗性マイクロデバイスでの接触によって置かれている間、変形可能な膜により、支持力、および前記力が加えられている間の期間を非常に精密に制御することが可能になり、したがって、マイクロデバイスに置かれた溶液に関する精度管理が保証される。この種の制御は、相互作用を検出するためにいくつかの場合では使用されるように一方の端部で固定されたビーム(たとえば、米国特許第5807758号に記載されるようなビーム)を含むタイプの構造を用いては不可能である。
F1=4.05マイクロニュートン(mN)、ただし、ΔVs1=0.534V、
F2=2.60mN、ただし、ΔVs2=0.343V
が得られる。高さhの単結晶シリコンの円形膜の場合:
π44=138.1e-11(逆パスカル(Pa-1)の単位で)
ν=0.26
Va=ホイーストンブリッジに加えられた電位
ΔVs=ホイーストンブリッジの端子間の電位差(図1dを参照のこと)。
F1=32.07mN、ただし、ΔVs1=0.467V、および
F2=12.43mN、ただし、ΔVs2=0.181V
が得られる。
1)同時製造技術(マイクロ技術およびナノ技術)を使用することにより、製造コストが低い;
2)非常に小さい大きさの共鳴構造体を同時にアレイで製造することが可能であり、それにより、感度および組込み密度を増大させることが可能である;
3)小さい作業体積で作動させることが可能であり、したがって、分析のために必要とされる時間を短くすること、およびチップの製造コストを低下させることもまた可能である;
4)関与する反応の速度論をその場で追跡することが可能である;
5)蛍光タイプまたは放射能タイプの標識技術に頼ることなくハイブリダイゼーション反応を検出することが可能である;
6)単に構造体を洗浄することによって、または(50℃〜60℃の範囲で)脱ハイブリダイゼーションと適合する温度に構造体を加熱することによって、構造体を再使用することが可能である;そして
7)読み取りを自動化することができ、結果を非常に迅速に得ることができる。
Claims (15)
- バイオセンサーマトリックスを使用する方法であって、
前記バイオセンサーマトリックスは、
半導体材料からなる基板を有し、
主平面(4)と、前記主平面(4)とは反対側の平坦な表面(10)に形成された開口している空洞(8)とを提供することを特徴とし、且つ
少なくとも1つのピエゾ抵抗性または圧電性の検出素子(44または54)を含む複数の変形可能な構造体(40、50)が、前記空洞(8)の底部(9、91)と前記主平面(4)との間に配置されていることを特徴とし、
当該バイオセンサーマトリックスを使用する方法は、
a)バイオセンサーのそれぞれに対してサンプル配置装置により及ぼされる支持力、および/または支持力が前記サンプル配置装置によって加えられる時間の長さを制御するために、前記検出素子を使用する予備的ステップ;および
b)バイオセンサーの前記空洞(8)のそれぞれに置かれたサンプルの質量の変化が測定される動的検出ステップ
を実施することを特徴とする方法。 - 少なくとも1つの変形可能な前記構造体が、膜(40、50)であることを特徴とする、請求項1に記載のバイオセンサーマトリックスを使用する方法。
- 少なくとも1つの変形可能な前記構造体が、少なくとも1つのビームを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のバイオセンサーマトリックスを使用する方法。
- 少なくとも1つの変形可能な前記構造体が、多数の前記検出素子(31、34)をブリッジ回路で提供することを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載のバイオセンサーマトリックスを使用する方法。
- 前記基板がケイ素から作製されることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載のバイオセンサーマトリックスを使用する方法。
- 前記基板がSiO2の埋込み層(5)を提供することを特徴とする、請求項5に記載のバイオセンサーマトリックスを使用する方法。
- 少なくとも1つの変形可能な前記構造体(40)が少なくとも1つのピエゾ抵抗性検出素子(31、32、33、34、44)を有することを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載のバイオセンサーマトリックスを使用する方法。
- 少なくとも1つの変形可能な前記構造体(50)が、前記基板に配置された少なくとも1つの圧電性検出素子(54)を提供することを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載のバイオセンサーマトリックスを使用する方法。
- 前記主平面(4)が、前記検出素子(44、54)に対して電気的接続を行うことを可能にする金属化部(431、432)を提供することを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載のバイオセンサーマトリックスを使用する方法。
- バイオセンサーマトリックスを製造する方法であって、
前記バイオセンサーマトリックスは、
半導体材料からなる基板を有し、
主平面(4)と、前記主平面(4)とは反対側の平坦な表面(10)に形成された開口している空洞(8)とを提供することを特徴とし、且つ
少なくとも1つのピエゾ抵抗性または圧電性の検出素子(44または54)を含む複数の変形可能な構造体(40、50)が、前記空洞(8)の底部(9、9 1 )と前記主平面(4)との間に配置されていることを特徴とし、
当該バイオセンサーマトリックスを製造する方法は、
a)前記検出素子(44、54)を基板の主平面の第1の位置に作製すること;および
b)少なくとも1つの前記検出素子(44、54)がそれぞれに含まれる複数の変形可能な構造体(40、50)を得るために、前記空洞(8)を、主平面(4)とは反対側にある基板の第2の表面(10)での第2の位置に作製すること
を実施することを特徴とし、かつ、
前記検出素子(44)がピエゾ抵抗性であることを特徴とし、かつ前記基板がケイ素から作製され、かつステップa)が、
a 1 )マスク層(41)を基板の第1の表面に配置すること;
a 2 )開口部(45)をマスク層(41)の第1の位置に作製すること;および
a 3 )前記ピエゾ抵抗性検出素子(44)を作製するためにイオンを注入すること
を含むことを特徴とし、
かつ、ステップb)が、
b 1 )マスク層(11)を、その第1の表面とは反対側にある基板の第2の表面(10)に配置すること;
b 2 )開口部をマスク層(11)における第2の位置に作製すること;および
b 3 )前記空洞(8)を化学的エッチングによって作製すること
を含むことを特徴とし、
ステップa 3 )において、
a 31 )ホウ素またはBF 2 を注入すること;および
a 32 )熱アニーリングを行うこと
を実施することを特徴とし、
前記ステップa 31 )の前に、マスク層の前記第1の位置における基板表面のプレアモルファス化が行われることを特徴とする方法。 - 前記基板が、単結晶表面層(6)の上に置かれたシリカの埋込み層(5)を含むことを特徴とし、かつ
ステップa1)が、基板の前記第1の表面を構成する単結晶表面層(6)の表面に前記マスク層(41)を配置することを含むことを特徴とし、かつ
ステップb3)において、エッチングが、停止層を形成する埋込みシリカ層(5)の深さまで少なくとも続けられることを特徴とする、請求項10に記載の方法。 - 前記プレアモルファス化が、Geを注入することによって行われることを特徴とする、請求項10又は11に記載の方法。
- 前記ピエゾ抵抗性検出素子(44)との電気的接触を行うための電極(431、432)を作製することを含むことを特徴とする、請求項10から12のいずれかに記載の方法。
- 前記検出素子がピエゾ抵抗性であることを特徴とし、かつステップa)が、圧電層(54)を前記第1の局在化位置に配置し、その後、結晶化アニーリングを行うことを含むことを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 前記圧電性検出素子との電気的接触を行うための電極を提供することを含むことを特徴とする、請求項14に記載の方法。
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