JP4746255B2 - 複数のポリシロキサン多層を有するセンサーチップ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、改善された均質性を有する、ポリシロキサン多層を有するセンサーチップに関する。
【０００２】
近年、二官能性分子（すなわち「リンカー」）からなる自己組織化単層膜（ＳＡＭ）に基づく固相システムが数多く開発されており、分析マイクロテクノロジーにおいてその重要性はますます増大している。前記固相システムでは、特定のプローブ分子が固相担体の表面に結合、または場合よってはコンジュゲートされており、それは適当な標識（例えば、放射性標識、色標識、蛍光標識等）の補助により確認することができる。
【０００３】
そのようなシステムに対して、電子的マイクロチップとの類推において、センサーチップという用語が採用されている。そのようなセンサーチップにおける生体分子の、例えばオリゴヌクレオチドまたは抗体とのコンジュゲーション（いわゆるバイオコンジュゲーション）の場合、「バイオチップ」という用語が使用される。担体の表面での結合は直接的または間接的に達成できる。間接的結合の一例は、ハイブリダイゼーションにより検査される核酸配列の、プローブとして使用される固定相補オリゴヌクレオチドへの結合である。この場合、プローブの使用は、生体マクロ分子の相互作用の自然の特異性という付加的な有利さを有する。
【０００４】
代表的には、センサーチップの製造のために、例えば酸化アルミニウム、石英、ガラス、ガラスのような金属酸化物、または場合によってはハーフメタル酸化物の表面を、例えばハロシラン−（例えばクロロシラン−）またはアルコキシシラン基を含む生体機能分子（いわゆる「リンカー」）の溶液に浸漬して担体表面に結合させることにより、自己組織化単層（ＳＡＭ）が形成される。この場合、このＳＡＭは数オングストロームの厚さを有する。サンプルまたはプローブ分子へのリンカーの結合は、さらに別の適当な官能基、例えばアミノまたはエポキシ基により生ずる。多数のサンプルまたはプローブ分子を、多数の担体表面上に結合させるための、適当な二官能性リンカー、特に生体起源のリンカーは、当業者には公知であり、例えばBioconjugate Techniques, GT Hermanson, Academic Press, 1996、を参照されたい。
【０００５】
この方法で均質かつ化学的耐性を有する層を得ることは非常に困難である。金属酸化物またはハーフメタル酸化物表面を有する固相担体に適した単官能性シラン、例えば、アミノプロピルモノクロロシラン等のモノクロロシランは、実際に単層を達成するが、単に熱湯により表面から分離してしまう。例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン等の三官能性シランは溶液内で架橋を形成し、それによって、担体表面にシランの不均質な層が生ずることがある。その場合、均質な層形成が達成されず、質の低下につながる。さらに、1つのチップシリーズ内における特性変化もある。
【０００６】
このプロセスの実際の応用における別の不利な点は、シラン溶液の比較的長いインキュベーション時間である。効率的な層形成のためには、約２時間のシレーションがしばしば必要となる。
【０００７】
本発明の１つの目的は、このような現在の技術水準から出発し、シランリンカーに基づく均質な層形成によりセンサーチップを作製すること、およびそのような層を迅速に再現性良く作るプロセスを提供することである。
【０００８】
本発明は、通常のシラン単層を、公知の層形成方法により均質かつ、とりわけ、迅速に調製できるポリシロキサンの多層で置換できるという知見に基づいている。
【０００９】
本発明はセンサーチップに関し、その金属酸化物またはハーフメタル酸化物表面には均質な複数のポリシロキサンの多層が、スピン法、ワイプ法（ワイパーブレードでの塗布）、スプレー法、ペイント法（ラッカー法）、またはディップ法（浸漬）により設けられる。
【００１０】
主請求項によれば、上記本発明は金属酸化物またはハーフメタル酸化物の担体表面を有するセンサーチップに関し、前記表面上には均質な複数のポリシロキサンの多層が塗布され、それはセンサーチップを二官能性シラン溶液に浸漬することにより得られ、溶媒は５０〜１５０℃の範囲の沸点を有し、０．１〜５０重量％の濃度範囲であり、２０〜１００℃の温度であり、センサーチップはその後、０．１〜１０mm/sの範囲の速度で再び取り出され、それによって二官能性シランを有する層が架橋によりセンサーチップの表面に、ポリシロキサンの多層を形成し固定される。
【００１１】
本発明によるセンサーチップは、ポリシロキサンの多層のより優れた均質性やより優れた再現性および作業性により特徴づけられる。センサー特性の再現性もまたそれにより、明確に改善される。さらに、歩留まりがより高く、二官能性シラン溶液の「エイジング」はもはや問題とならない。
【００１２】
本発明のさらに別の側面は、デバイスまたは場合に応じては容器であり、該デバイスまたは容器において、後のセンサーチップのための複数の担体に対して、並列的に、均質なポリシロキサンの多層を付与することができる。
【００１３】
本発明の有利なおよび／または好ましい実施態様は、従属請求項の主題である。
【００１４】
本発明の好ましい実施態様は主請求項に記載されたセンサーチップに関し、該センサーチップにおいてはポリシロキサンの均質な多層が得られ、センサーチップは二官能性シランの溶液に浸漬され、溶媒は５０〜１５０℃、好ましくは６０〜９０℃の範囲の沸騰温度を有し、例えばエタノール、クロロホルム、またはトルエンであり、０．１〜５０重量％、例えば０．５〜４０重量％、好ましくは１．０〜３０重量％または２〜２５重量％または３〜２０重量％または５〜１５重量％の濃度範囲であり、温度は２０〜１００℃、好ましくは室温であり、その後センサーチップは０．１〜１０mm/sの範囲の速度、例えば０．５〜８mm/sまたは１〜５mm/sまたは２〜３mm/sの速度で引き出される。
【００１５】
この実施態様において、浸漬深さ、浸漬速度および浸漬時間のいずれも何の役割も果たさない。
【００１６】
以下に、本発明を、限定することなく、具体的な実施態様と実施例を参照して、より詳細に説明する。
【００１７】
本発明のセンサーチップの表面は、任意の所望の金属酸化物もしくはハーフメタル酸化物またはシラン基と反応して共有結合を形成するその他の担体から作ることができる。例えば、Ａｌ₂Ｏ₃またはＳｉＯ₂を含有する表面、例えばガラスまたは石英ガラス（「溶融石英」）であることができる。ＳｉＯ₂を含有する表面もまた作製可能であり、その場合、高分散二酸化ケイ素（「ヒュームドシリカ」）の層が任意の固体担体に塗布され、またはＳｉＯ_xの層が固体担体に蒸着またはスパッタリングされる。
【００１８】
使用される二官能性シランは、ポリシロキサン形成により架橋可能である限り、特に限定されない。問題は、ケイ素原子上に二個または三個の加水分解可能な原子または基、例えば、ハロゲン原子、Ｃ₁〜Ｃ₄−アルコキシ−、Ｃ₁〜Ｃ₄−アシルオキシ‐、またはアミノ基、を有する全てのシランである。
【００１９】
二官能性シランの第２の官能基もまた特に限定されず、固定されるべきサンプルまたはプローブ分子に従って選択される。例えば、求核置換反応、求核付加反応、ディールス−アルダー反応、またはラジカル置換反応のための反応基である。具体的な例としては、反応性二重結合、ジエン基、ジエノフィル基、エポキシ−、アルデヒド−、ヒドロキシ−、カルボン酸、活性エステル、アミノ−ジスルフィド−、チオール−、アジリジン−、アズラクトン−、イソシアネート−、イソチオシアネート−、アジド基、および反応性電子ドナー基である。
【００２０】
具体的な例は、ガラス担体上のイソシアノプロピルトリメトキシシランまたはグリシドオキシプロピルトリメトキシシランである。
【００２１】
浸漬層形成法により、センサーチップの表面に二官能性シランで均質な層を形成することができ、浸漬層形成法は電子産業において、例えばチップウェーハやハードドライブ媒体の層形成を迅速に正確に行うために、かなりの間利用されてきている。しかしながら、その他の、均質な層形成を可能とする方法も使用可能である。例えば、スピン法、ワイプ法（ワイパブレードによる塗布）、スプレー法、またはペイント法（ラッカー法）により層形成を行うことができる。本発明による浸漬層形成法が特に好ましいのは、層厚（原則的に任意の所望の厚さ、例えば数百オングストローム）を、簡単に、二官能性シラン、使用する溶媒、温度および浸漬速度により調節できるからである。溶液の粘度は、増粘剤としてプレポリマーと混合することにより適当な値に調節でき、例えば、適当な縮合性の基、例えばシラノール基、クロロシロ基、またはアルコキシシロ基を有するポリジメチルシロキサンが使用できる。
【００２２】
二官能性シランのための溶媒は、十分急速に蒸発するものである限り、特に限定されない。例えば、クロロホルム、エタノール、およびトルエンが適当である。
【００２３】
担体の浸漬コーティングは５分間で実行できる。それに対して、現在の技術水準にある方法によるＳＡＭの形成による層形成では、約２時間かかる。
【００２４】
別の有利な点は、浸漬層形成は、高いアウトプットで並列的に行える。例えば、シンプルな浸漬用容器を使用して、その中で、例えば３０個の通常のサンプル担体（後のセンサーチップの固相）が例えば２列に配列され、それらの狭い上側、または場合によってはハンドリング面が、対応する数多くの保持スロット内に配置される。これらの保持スロットはサンプル担体の幅（狭い上側）および厚さに係合し、さらに、該サンプル担体を一方または両方の狭い側面により固定スロット内に保持するための装置を設けることができる。例えば、サンプル担体を、それを押圧するバネで負荷が加えられた金属ボールにより保持できる。浸漬深さは例えば６０mmである。
【００２５】
この担体を使用して、例えば３０個の担体を同時に浸漬コーティングすることができる。通常であれば行われる洗浄ステップは不要であり、担体のブロー乾燥は省略される。
【００２６】
接触面（サンプル担体のハンドリング面以外）が存在しないため、均質な層形成の妨げとなるドロップ／ノーズの形成を伴うことなく、引き出しが可能である。このようにして、シレーションプロセスが改善されるだけでなく、高速化される。
【００２７】
塗布後、センサーチップ表面のポリシロキサンの多層の形成に伴う二官能性シランの層が（例えば空気湿気へさらすことによる架橋により）固定される。必要であれば、空気湿度を高めた乾燥キャビネット内で、例えば１２０℃で、補助的な加温を行うことができる。
【００２８】
以下の表は、通常のプロセスと本発明によるプロセスの比較を示す（１５０個のサンプル担体のシレーション）。
【００２９】
【表１】

【００３０】
以下に実施例続く：
上記容器内で、３０個のガラスサンプル担体（後のセンサーチップでもある）がそれらのグリップ面（薄い上側）を上に向けてクリーンに挿入される。サンプル担体を、５００mlの熱いHellmanex（登録商標）溶液（Hellma Companyの洗浄剤溶液）に浸漬（１０分間）し、その後、Millapore（登録商標）の装置により２分間、イオン化水で３回すすぎ、その後３分間エタノールに浸した。その後、サンプル担体を乾燥し（乾燥キャビネット）または直接１重量％のグリシドキシプロピルトリメトキシシラン溶液（トルエン溶媒）に浸漬した。浸漬速度は２．５mm/sを含み、取り出し速度は０．５mm/sであった。取り出し後、サンプル担体は直接、乾燥キャビネット内で１２０℃で固定できる。

Claims (7)

1. 金属酸化物またはハーフメタル酸化物の担体表面を有するセンサーチップであり、前記担体表面には、得ることができる均質なポリシロキサンの多層が塗布され、前記センサーチップは、二官能性シラン溶液に浸漬され、溶媒は５０〜１５０℃の範囲の沸騰温度を有し、濃度範囲は０．１〜５０重量％であり、温度は２０〜１００℃であり、前記センサーチップはその後０．１〜１０mm/sの範囲の速度で取り出され、その結果、架橋によるポリシロキサン多層の形成により、二官能性シランの層がセンサーチップの表面に固定される、センサーチップ。
2. 金属酸化物またはハーフメタル酸化物の担体表面が、Ａｌ₂Ｏ₃またはＳｉＯ₂を含む表面を含む、請求項１記載のセンサーチップ。
3. 前記ＳｉＯ₂を含有する担体表面が、ガラスまたは石英ガラス、または、任意の固相担体に塗布された高分散二酸化ケイ素の層、または、固相担体に蒸着またはスパッタリングされたＳｉＯ_xの層を含む、請求項２記載のセンサーチップ。
4. 前記二官能性シランが、ケイ素原子上に２個または３個の加水分解可能な原子または基を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載のセンサーチップ。
5. 前記加水分解可能な原子または基が、ハロゲン原子、Ｃ₁〜Ｃ₄−アルコキシ−、Ｃ₁〜Ｃ₄−アシルオキシ−またはアミノ基を含む、請求項４記載のセンサーチップ。
6. 前記二官能性シランの第２官能基が、求核置換反応、求核付加反応、ディールス−アルダー反応、またはラジカル置換反応を受けることのできる、請求項１〜５のいずれか１項記載のセンサーチップ。
7. 前記二官能性シランの第２官能基が、反応性二重結合、ジエン基、ジエノフィル基、エポキシ−、アルデヒド−、ヒドロキシ−、カルボン酸、活性エステル−、アミノ−、ジスルフィド−、チオール−、アジリジン−、アズラクトン−、イソシアネート−、イソチオシアネート−、アジド基、または反応性電子ドナー基を含む、請求項６記載のセンサーチップ。