JP4997181B2 - 核酸分析デバイス及び核酸分析装置 - Google Patents
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Description
平滑な支持基体304上に第二の金属307(薄膜)を形成する。平滑な支持基体304には、ガラス基板,サファイア基板,樹脂基板等が用いられる。金属体305を形成した面と反対側の裏面より励起光を照射する必要がある場合には、光透過性に優れた石英基板やサファイア基板を用いればよい。第二の金属307は、上記裏面より励起光を照射する場合にはその厚さは薄いほど好ましく、より好ましくは5〜100nmである。薄膜は蒸着,スパッタリング,CVD,PVDなどを用いて作られる。
第二の金属307上に、厚さが5nm以上にシリコン膜を形成する。薄膜形成方法は、蒸着,スパッタリング,CVD,PVDなどが好ましい。得られたシリコン膜に対して、フォトリソグラフィ,エッチングを施し、金属体305間の局在型表面プラズモンが生じる空間306を作成するためのパターニングを行う。パターンは、向き合った金属体305をアレイ状に配置するための所望のパターンに準じる。例えば、1μmピッチで向き合った金属体305を構成した場合、形成領域を1mm×1mmとすると、100万反応サイトを形成できる。フォトリソグラフィは、既存のi線(波長365nm),KrFエキシマレーザー(波長248nm),ArFエキシマレーザー(波長193nm),X線、または電子線を光源とした方法を用いることができる。エッチングのパターニングの精度を高めるには、RIE(Reactive Ion Etching)を用いることが好ましい。
シリコン上にCVDを用いて、絶縁膜を形成する。絶縁膜の厚さは、金属体305間の距離を制御するものである。金属体305間の距離が短い程、局在型表面プラズモンによる蛍光増強効果を高めることができる。好ましい厚さは50nm以下、より好ましくは15nm以下である。本実施例の絶縁膜の膜厚で制御する方法は、15nm以下の距離の制御も精度良く行え、製造上のバラツキを小さくできる。この様な絶縁膜としては、半導体のゲート電極のサイドウォール(側壁酸化膜)製造プロセスで用いられる二酸化ケイ素や窒化ケイ素が好ましい。本実施例では、絶縁膜を用いるプロセスを示したが、(4)の薄膜形成から(6)のエッチングプロセスでの膜厚を制御できればよく、金属膜で実施しても良い。これらのプロセスで用いられるエッチングについては、微細加工が可能なRIEが望ましい。
金属膜の厚さは、金属体305の高さを制御するものである。局在型表面プラズモンが効果的に生じる厚さは、計測時に用いる励起波長により異なる。望ましい厚さは1000nm以下である。薄膜形成方法としては、蒸着,スパッタリング,CVD,PVDなどを用いることができる。仕切り板の除去は、一般的なウェット(またはドライ)エッチングを行う。具体的には、二酸化ケイ素,窒化ケイ素ともに、フッ酸または、フッ酸を含む溶液を用いる。
パターニングの大きさや形状は、局在型表面プラズモンの効果に大きく関わる。図3に示した様な、三角形に類似した形状であれば、三角形の一辺が1000nm以下であることが好ましい。レジスト313としては、電子線用のネガ型ポジストを用いることができる。具体的には、TEBN−1(株式会社トクヤマ社製)が挙げられる。レジストをスピンナーで塗布した後、ホットプレートで2〜5分程度プリベイクする。加速電圧50〜100KVの電子線で描画した後、乳酸エチル,イソプロパノール、またはエタノールで現像する。
パターニングされたレジストをマスクとして、金属体305を形成する。パターン精度を高めるには、微細加工が可能なRIEが望ましい。レジスト除去には、広く一般的に用いられるオゾンアッシングのプロセスを用いることができる。
プローブ101が核酸である場合、固定方法には種々の方法が考えられるが、例としてアミノシラン処理を用いる方法を記述する。第二の金属307の酸化膜にアミノシラン処理を行い、アミノ基を導入する。その後、ビオチン−スクシンイミド(Pierce社製NHS−Biotin)を反応させた後、ストレプトアビジンを反応する。次に、予めビオチンを末端に修飾しておいたプローブを反応させることにより、近接した二つの金属体305の間に
プローブを固定する。これにより、核酸分析デバイスが完成する。
支持基体404上に、蒸着,スパッタリング,CVD,PVDなどにより、絶縁膜414を形成した後、金属膜407を形成する。金属膜407は、絶縁膜414と金属体405と密着性を向上させるものである。絶縁膜414として、スピンコータで製膜可能な層間絶縁膜(日立化成工業社製,HSG)などを用いても良い。(2)シリコン膜の形成〜(8)仕切り板の除去のプロセスは図3と同様である。
空間406界面に絶縁膜414を露出させるために、金属膜407をエッチングする。エッチングはドライ(または、ウェット)エッチングのどちらでも良いが、加工精度を高めるためには、微細加工が可能なRIEが望ましい。(9)レジスト塗布〜(13)プローブ固定のプロセスは図3と同様に行う。
102 蛍光色素
103 未反応基質の蛍光色素
104,204,304,404,501 支持基体
105,205,305,405 金属体
106,206,306 局在型表面プラズモンが生じる空間
107,207,307 第二の金属
108 核酸
209 低屈折率材料
310 シリコン
311 絶縁体
312 仕切り板
313 レジスト
407 金属膜
414 絶縁膜
502 金属体が格子状に配置されている領域
503 反応チャンバー
504 流路
505 温調ユニット
506 分注ユニット
507 バルブ
508 廃液タンク
601 カバープレート
602 検出窓
603 注入口
604 排出口
605 デバイス
606 YAGレーザ光源(波長532nm,出力20mW)
607 YAGレーザ光源(波長355nm,出力20mW)
608,609 レーザ光
610 λ/4板
611 ダイクロイックミラー
612 レンズ
613 プリズム
614 対物レンズ
615 光学フィルタ
616 結像レンズ
617 2次元CCDカメラ
Claims (16)
- 発光測定により試料中の核酸を分析する核酸分析デバイスであって、
支持基体を備え、
前記支持基体上に複数の金属体が向き合って存在し、
前記金属体が向き合った空間に光照射により局在型表面プラズモンが発生し、
前記空間と前記支持基体との間に前記金属体とは異なる第二の金属が存在し、
前記第二の金属上に、試料中の核酸を分析するためのプローブを有する核酸分析デバイス。 - 請求項1記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記発光が蛍光であることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項1記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記プローブが核酸またはタンパク質から選ばれる一つ以上の高分子であることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項1記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記金属体が、金,銀,白金,アルミニウム、または銅から選ばれる金属を含む1種類以上の金属から成ることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項1記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記複数の向き合った金属体が、前記支持基体上にアレイ状に配置されていることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項1記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記複数の金属体間の距離が15nm以下であることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項1記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記プローブが単分子であることを特徴とする核酸分析デバイス - 発光測定により試料中の核酸を分析する核酸分析デバイスであって、
支持基体を備え、
前記支持基体上に接して複数の金属体が向き合って存在し、
前記金属体が向き合った空間に光照射により局在型表面プラズモンが発生し、
前記空間と前記支持基体との間に絶縁体が存在し、
前記絶縁体上に、試料中の核酸を分析するためのプローブを有する核酸分析デバイス。 - 請求項8記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記発光が蛍光であることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項8記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記プローブが核酸またはタンパク質から選ばれる一つ以上の高分子であることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項8記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記金属体が、金,銀,白金,アルミニウム、または銅から選ばれる金属を含む1種類以上の金属から成ることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項8記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記複数の向き合った金属体が、前記支持基体上にアレイ状に配置されていることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項8記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記複数の金属体間の距離が15nm以下であることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項8記載の核酸分析デバイスにおいて、
前記プローブが単分子であることを特徴とする核酸分析デバイス。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載の核酸分析デバイスを用いる核酸分析装置であって、
核酸分析デバイスに対して、ヌクレオチド,蛍光色素を有するヌクレオチド,核酸合成酵素,プライマ及び核酸試料からなる1種類以上の生体分子を供給する手段と、
前記核酸分析デバイスに光を照射する手段と、
前記核酸分析デバイス上において前記ヌクレオチド,前記蛍光色素を有するヌクレオチド,前記核酸合成酵素,前記プライマ及び前記核酸試料からなる1種類以上の生体分子が共存することにより起きる核酸伸長反応により核酸鎖中に取り込まれた蛍光色素の蛍光を測定する蛍光検出手段と、を備え、
前記核酸試料の塩基配列情報を取得することを特徴とする核酸分析装置。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載の核酸分析デバイスを用いた核酸分析方法であって、
前記核酸分析デバイスに、蛍光色素を有するヌクレオチド,核酸合成酵素,プライマ及び核酸試料からなる1種類以上の生体分子を供給し、
前記核酸分析デバイスに光を照射し、前記金属体が向き合った空間に局在型表面プラズモンを発生させ、
前記ヌクレオチド,前記核酸合成酵素、及び前記核酸試料が共存することにより起きる核酸伸長反応により核酸鎖中に取り込まれた蛍光色素の蛍光を測定し、
核酸試料の塩基配列を解析する方法。
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