JPH1015857A - 生体関連高分子の固定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＮＡ等の生体関連高分子を固定化する装置
を、シリコン基板の微細加工技術を用いて提供する。 【解決手段】 生体関連高分子を固定化するための装置
は、不純物が添加されたシリコン基板１からなる。シリ
コン基板は、不純物の濃度および／または種類が異なる
２以上の領域１ａおよび１ｂを有し、それらの領域の１
つ１ｂにおいて、基板１の表面にもたらされる静電特性
により生体関連高分子を吸着固定する。領域１ｂは、固
定化すべき生体関連高分子のとりやすい形状に応じたパ
ターンを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシン、
ナノマシン、シリコンマイクロシステム等と称されるマ
イクロアセンブリに用いられる生体高分子および／また
は生体組織を保持、固定化するための装置に関し、特に
ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸分子を固定化するための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロマシン、ナノマシン、あ
るいはシリコンマイクロシステム（以下Ｍ＆Ｎマシンと
略記）と呼ばれる微小機械により、非常に高感度でかつ
微小な産業用のセンサや、生体組織内で細胞等の除去や
治療作業を行なう医療用の微小ロボットを実現させよう
という研究が盛んに行なわれている。Ｍ＆Ｎマシンは、
最近の半導体、特にシリコン集積回路のプロセス技術、
特に微細加工技術の飛躍的な進歩によりその実現性が期
待されているものである。そして、半導体のうちでも、
特にシリコンは微細加工のためのプロセス技術が発達し
ていること、機械的特性に優れていること、集積回路を
内蔵することによってワンチップ化・微細化が可能にな
ること、等の理由によって、シリコンを用いた機械の小
型化・高性能化が特に期待されている。

【０００３】Ｍ＆Ｎマシンのセンサへの用途としては、
圧力センサ、加速度センサ、温度センサ、流量計、化学
分析用イオンセンサ等が考案されている。このうち、圧
力センサへの適用例を図１８に示す［文献；江刺：“半
導体マイクロメカニカルマシーニングとセンサ”センサ
技術、５巻、Ｐ．１１４（昭和６０年）］。図１８に示
す例では、シリコン基板１４０の裏面側を異方性エッチ
ングにより薄く加工し、ダイヤフラム１４１を形成して
いる。さらにシリコンダイヤフラム１４１の表面にはポ
リシリコンで作製した歪み検出用ゲージ１４２が設置さ
れている。このもののダイヤフラム１４１に圧力を印加
すると、圧力の大きさに比例してダイヤフラム１４１が
撓み、ダイヤフラム１４１上のポリシリコン歪みゲージ
１４２の抵抗値が変化する。この変化を電極１４３を介
してブリッジ回路で検出して圧力値を知る仕組みになっ
ている。図１８の例に示したように、Ｍ＆Ｎセンサの作
製においては、シリコン基板の微細加工プロセス技術が
重要となることがわかる。

【０００４】次に、Ｍ＆Ｎマシンによる生体内での作業
ロボットについて説明する。これについては未だ実現さ
れた例はないが、１つの試みとして、自走ロボットの移
動用の脚として適用することを狙ったアレイ型感知レバ
ーアクチュエータについて説明する。図１９にその概略
を示す［文献；N.Takeshima and H.Fujita：“Polyimid
e Bimorph Actuators for a Ciliary Motion System ”
1991 ASME Winter Meeting，DSC-Vol32 （Micromechani
cal Sensors, Actuators, and Systems ）, PP.203-20
9. ］。図１９に示す例は、シリコン基板上に熱膨張係
数の異なる２種類の薄膜を積層し、このものの垂直方向
における変位によって基板を走行させようとするもので
ある。図１９において、シリコン基板１５０上には２種
類の熱膨張係数の異なるポリイミド薄膜１５１および１
５２が、ニクロム配線１５３（ヒータとして働く）を挟
むようにして積層されており、これがシリコン基板１５
０と中空部１５４を介して隔離されることにより、感知
レバーとして機能する。この感知レバーは、初期状態で
は残留応力のため片方に反っているが、中央のニクロム
配線１５３に電流を流すことにより発熱し、その結果、
バイメタルのように反対方向に変位する。この運動を連
続的に行なうことによって、生体内を自由に動き回る人
工微小ロボットを実現させようとするものである。

【０００５】以上に示したものはＭ＆Ｎマシンのほんの
一例であるが、ここで示したもの以外のものについて
も、基本となる技術は、シリコン基板を主として用いた
微細加工プロセスによって微小な人工システムを実現さ
せようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】医療等の生物学的な分
野への応用を狙ったＭ＆Ｎマシンでは、生体内または生
体内と類似の環境下において、種々のセンシング、生体
物質の操作・除去、外科的治療等を行なうことを必要と
している。その際に、Ｍ＆Ｎマシンに生体関連物質や生
体組織の保持、固定化を容易に行なうことができるよう
な機能を付加することが不可欠となる。

【０００７】従来の技術において、たとえば特開平６−
２３８５７８号公報は、微細な物体をピンセットのよう
に把持し、離脱させる装置を開示する。同公報に開示さ
れる装置は、開閉可能な１対の把持脚を有する本体と、
把持脚を開閉させる静電アクチュエータとを備える。ま
た把持脚の先端部には強誘電体素子が取付けられてお
り、これに電圧を印加することによって分極状態を変化
させるようになっている。この装置において微細物体を
強誘電体素子の設けられた先端に把持した後、電圧の印
加により強誘電体の分極反転を行ない、静電的な反発力
を生じさせて微細物体を離脱させようとしている。この
ような装置においては、微小な先端部分に微細な誘電体
素子を取付けるため、その作製は容易ではない。またこ
のような装置は、生体組織等を所定の場所に保持するた
めの装置としてはその機構が複雑であり、より簡単な機
構のものが望まれる。

【０００８】本発明の目的は、より簡単な構造におい
て、生体高分子および／または生体組織等をＭ＆Ｎマシ
ンの特定領域に保持、固定化することのできる装置を提
供することである。

【０００９】本発明のさらなる目的は、シリコンを主た
る半導体基板として用いるＭ＆Ｎマシンにおいて、シリ
コン基板の微細加工技術により生体高分子および／また
は生体組織等を保持、固定化することのできる装置を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、生体高分子お
よび／または生体高分子が含有される生体組織を固定化
する装置であって、不純物が添加された特定の材料から
なる基材を備える。該基材は、不純物の濃度および／ま
たは種類が異なる２以上の領域を有し、それにより、２
以上の領域の１つで、不純物の添加によって該基材の表
面にもたらされる静電特性により、生体高分子および／
または生体組織を吸着固定することができ、２以上の領
域の他の１つで、生体高分子および／または生体組織の
吸着を抑制することができる。

【００１１】本発明の装置において、不純物の濃度およ
び／または種類が異なる２以上の領域の１つは、固定化
させようとする生体高分子および／または生体組織の取
りやすい形状に応じた所定のパターンを有することが好
ましい。このような所定のパターンは、基材上において
連続的または断続的に形成することができる。このよう
な所定のパターンは、たとえば略円形とすることができ
る。後述するように、所定のパターンを略円形とするこ
とで、環状のＤＮＡを選択的に吸着固定する装置を提供
することができる。またこのような所定のパターンとし
て、大きさの異なる複数の略円形を設けることもでき
る。１つの基材上にサイズの異なる複数のパターンを形
成しておけば、サイズの異なる種々の分子（たとえば環
状ＤＮＡ）の固定化に対応することができる。

【００１２】本発明の装置において、基材には電極を形
成することができる。この電極に電圧を印加することに
より、基材表面にもたらされる静電特性を制御すること
ができる。

【００１３】本発明に従う固定化装置は、特に、生物お
よび医学の分野におけるＭ＆Ｎマシンに適用することが
できる。マイクロマシンは、半導体の微細加工技術（μ
ｍレベル）を用いて、主としてシリコン基板において作
製された微小機械であり、各種センサ、ロボット等に適
用されるものである。ナノマシンは、マイクロマシンの
微細加工レベルをさらに上げ、ナノメータレベルの領域
まで至らしめたものである。このレベルのマシンでは、
分子レベルでの作業や操作が可能となる。

【００１４】本発明に従う固定化装置は、不純物元素の
ドーピングされた半導体結晶から構成することができ
る。半導体には、シリコン、ゲルマニウム等の単体のも
の、ＧａＡｓ、ＣｄＳ等の化合物のもの等が含まれる。
また本発明に用いられる材料として、不純物元素のドー
ピングによる価電子制御が可能なものであれば、その他
の材料を用いることもでき、たとえば、チタン酸バリウ
ム、チタン酸ストロンチウム等の強誘電材料を用いるこ
ともできる。さらに、マトリックス中にドーパントが添
加された有機導電性化合物、あるいは、固定化されたイ
オンを内蔵した絶縁性有機高分子化合物等も用いること
ができる。

【００１５】本発明を構成する材料として、特に好まし
いものはシリコン結晶である。シリコン結晶へ不純物元
素をドーピングしてＮ型にする場合には、通常、周期律
表第Ｖ族の元素を用い、Ｐ型にする場合には周期律表第
ＩＩＩ族の元素を用いる。シリコン結晶からなる基板の
同一平面上に不純物元素の種類および／または濃度の異
なる２以上の領域を形成するためには、たとえばイオン
注入法を用いることができる。後述するように、半導体
装置の製造プロセスに使われる通常の技術を用いて、本
発明に従う所望の固定化装置を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】蛋白質や核酸を始めとする生体高
分子では、生体内および生体内と類似の環境下におい
て、分子間同士の認識は、ほとんど、幾何学的に特異的
な構造および静電的な相互作用（静電斥力・引力、ファ
ンデルワールス力）によって行なわれている。静電的な
エネルギに基づく分子間の相互作用においては、個々の
分子最表面でのわずかな空間的な電荷分布の相違が、分
子間の認識の度合、分子集合体の作りやすさに決定的な
影響を及ぼすと考えられている。

【００１７】本発明者は、生体内での種々の生体構成分
子のセンシング、生体物質の固定化、捕獲等を行なうこ
とを目的として、シリコンに代表される材料を用いてＭ
＆Ｎマシンの研究を進めていく中で、シリコン基板と生
体関連高分子（具体的には酵素等に代表される蛋白質分
子および生体内で遺伝情報の処理機能を担う核酸分子）
とが特異的に吸着反応を起こすことを見出した。たとえ
ば、特定の蛋白質を含有する母液とシリコン基板を透析
チューブ内に入れ、これを容器内に満たされた緩衝溶液
中に浸漬すると、シリコン表面に蛋白質の結晶が析出し
てくる一方、その際の結晶化の度合がシリコン基板の種
類によって大きく異なることを見出した。たとえば、水
溶性蛋白質分子としてあるｐＨ条件下で分子表面の実効
表面電荷が負のものを用いると、高抵抗のＮ型シリコン
表面には多くの蛋白質結晶が析出する一方、低抵抗のＮ
型シリコン表面ではほとんど蛋白質の結晶化が起こらな
いことを見出した。

【００１８】この現象は以下のように解釈される。以
下、負の実効表面電荷を有する蛋白質分子がシリコン表
面と接している場合を考える。高抵抗Ｎ型シリコンと低
抵抗Ｎ型シリコンとを比較すると、ドーパント（たとえ
ばリン原子）の濃度は低抵抗Ｎ型シリコンの方が高いた
め、シリコンの表面近傍で誘起される空間電荷層の空乏
層幅は低抵抗Ｎ型シリコンの方が狭くなる。よって、空
乏層容量は低抵抗Ｎ型シリコンの方が高抵抗Ｎ型シリコ
ンより大となることから、表面電位は低抵抗Ｎ型シリコ
ンの方が高抵抗Ｎ型シリコンより小さくなる。

【００１９】このシリコン表面の表面電位は正の極性を
有することから、負の実効表面電荷、したがって負の表
面電位を有する生体高分子と互いに静電的な引力が働く
ことになる。その際、低抵抗Ｎ型シリコンの方が高抵抗
Ｎ型シリコンより表面電位が低いため、生体高分子に作
用する静電引力が弱く、低抵抗Ｎ型シリコン上では生体
高分子の結晶化が起こりにくくなると考えられる。した
がって、負の実効表面電荷を有する生体高分子および／
または生体組織とＮ型シリコン基板が接する場合には、
該分子を吸着固定するため、不純物のドーピングにおい
てシリコン基板の表面を高抵抗のＮ型とすることが有効
である。また、Ｐ型シリコン基板の場合にも同様のドー
ピングが有効である。

【００２０】一方、正の実効表面電荷を有する生体高分
子および／または生体組織とＰ型シリコン基板が接する
場合には、分子の固定化のため、シリコン基板の表面が
高抵抗Ｐ型となるように不純物をドーピングするのが有
効である。また、Ｎ型シリコン基板を用いる場合にも同
様な表面へのドーピングが有効である。

【００２１】以上のことから、本発明者は基板に添加さ
れる不純物の濃度および／または種類を制御することに
より、生体高分子および／または生体組織を吸着かつ固
定化するためのより好ましい静電特性が得られることを
見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明
では、図１に示すように、固定化させるべき分子２に対
して、異なる静電特性を示す領域１ａおよび１ｂを設
け、その中の特定の領域１ａにおいて分子２を吸着固定
する。基板１において、このような２以上の領域は、添
加される不純物の種類および／または濃度を変えること
によって形成することができる。図に示すように、領域
１ａでは生体高分子および／または生体組織の吸着が促
進される一方、領域１ｂでは、それらの吸着が抑制され
る。後述するように、このような領域は、所定のパター
ンで形成することがより好ましい。

【００２２】一般に、電解質溶液内における帯電物質ま
たは分子の凝集性は、それらの間の電気二重層斥力とフ
ァンデルワールス力との和に依存するため、物質または
分子同士を凝集させる場合、電解質溶液中に添加する表
面電位を調整するための塩濃度を人為的にコントロール
することが非常に重要となる。しかしながら、実際の生
体内においてそのような操作はほとんど不可能である。
一方、本発明によれば、基材表面の静電特性は、添加さ
れる不純物の種類および／または濃度を制御することに
より、すなわち価電子制御により予め調整されているた
め、固定化すべき分子を含む溶液の塩濃度の調整が容易
または不要になるというメリットも生じる。このこと
は、本発明の装置が、Ｍ＆Ｎマシンとして生体内で適用
するのにより優れていることを意味する。

【００２３】生体高分子および／または生体組織を固定
化する基材上の領域は、固定化すべき分子または組織の
取りやすい形状に応じたパターンにすることがより好ま
しい。たとえば、固定化すべき分子が円形の形状を取り
やすい場合、図２に示すように、基材１０上において価
電子制御により特定の静電特性を示す固定化領域１１も
それに応じた円形とすることが好ましい。生体高分子お
よび生体組織の取り得る形状に即して基材上に形成する
固定化領域の形状およびサイズを選択することができ
る。以下には、ＤＮＡを固定化するための装置を具体例
として挙げながら本発明をより詳細に説明する。

【００２４】固定化すべき分子で特に産業上重要なもの
として核酸（ＤＮＡ等）分子が挙げられる。これは、遺
伝子工学の分野において、ＤＮＡの組換えおよび遺伝子
クローニングの実験を行なう上で核酸の人為的な操作が
不可欠となるからである。核酸は、通常、糸状あるいは
環状の二重鎖構造を有している。生理的条件下では、核
酸の骨格を形成するヌクレオチド鎖のリボヌクレオチド
またはデオキシリボヌクレオチドの間を結ぶリン酸基は
解離しているため、核酸は通常は負に帯電している。し
たがって、上述したように、不純物がドーピングされた
表面を有するシリコン基板を用いることによって、核酸
分子を安定に固定化することが可能である。

【００２５】ＤＮＡに代表される鎖状あるいは環状の生
体高分子を固定化する装置の１具体例を図３に示す。図
３（ａ）に示すように、この装置では、基板表面に複数
の円形のパターン２１、２２、２３、２４、２５および
２６が形成されている。各円形のパターンは、基材上に
形成された二重溝とすることができる。図３（ｂ）は、
その断面構造を示している。たとえば高抵抗のＮ型シリ
コン（Ｎ^- −Ｓｉ）２０ａ上に低抵抗のＮ型シリコン
（Ｎ⁺ −Ｓｉ）が形成されたシリコン基板２０上に、所
定のパターン（円形のパターン）２１が形成される。パ
ターン２１に相当する部分には、２つの溝２１ａおよび
２１ｂ（二重溝）が形成されている。これらの溝は、図
３（ａ）に示すように、略円形の形状を有する。溝２１
ａおよび２１ｂにおいて低抵抗のＮ型シリコン層２０ｂ
は除去されており、高抵抗のＮ型シリコン２０ａが露出
している。上述したように、負に帯電した分子、たとえ
ば鎖状ＤＮＡ分子は、高抵抗のＮ型シリコンで形成され
る溝に静電的に吸着させ、固定化することができる。こ
のように円形のパターンを基板上に形成することで、環
状の高分子、たとえば環状のＤＮＡを選択的かつ効果的
に固定化することができる。環状の分子は、円形のパタ
ーンに沿って固定化される。固定化のための領域は、た
とえば１本の溝でもよいが、図に示すように２本の溝と
することでより効果的な固定化を行なうことができる。
ＤＮＡのような環状の分子は、フレキシビリティを有す
るため、円形の溝から外れることもしばしばである。し
かし、二重溝が形成された領域においては、分子の鎖の
ある部分が１つの溝から外れたとしても、もう一つの溝
で吸着することができ、分子のフレキシビリティに対応
することができる。特に二本鎖であるＤＮＡに対して
は、それぞれの鎖のフレキシビリティに効果的に対応す
ることができる。環状の分子を、所定の間隔で離れた二
重溝のいずれかに吸着されることによって、安定した固
定化を実現することができる。

【００２６】また図３（ａ）に示すように、直径の異な
る複数の円形のパターンを形成することが好ましい。図
３（ａ）に示す装置では、各円形が接するようにパター
ンが設けられている。このようなパターンのほか、たと
えば同心円状にパターンを配置することもできる。図３
（ｃ）は、図３（ａ）に示す部分を拡大して示したもの
であり、パターン２１、２２および２３においてそれぞ
れ二重溝が形成されているようすを示している。このよ
うに異なるサイズの円形領域を１つの基板に複数作製し
ておけば、サイズの異なる種々の環状分子、たとえば環
状ＤＮＡを取扱うことが可能になる。ＤＮＡ分子等の環
状分子は、そのサイズに応じた領域に安定して固定化さ
れる。図４は、サイズの異なるＤＮＡ分子が各パターン
に固定化されるようすを示すものである。シリコン基板
３０において、大きなＤＮＡ分子３１と小さなＤＮＡ分
子３２とが、それぞれのサイズに相当する円形の領域に
固定化される。

【００２７】図５および図６に、図３に示すような装置
の製造方法の概略を示す。図５に示すプロセスでは、高
抵抗のＮ型シリコンからなる基板４０ａ上に、たとえば
Ｐ⁺イオンを注入し（図５（ａ））、低抵抗のＮ型シリ
コンからなる層４０ｂを形成する（図５（ｂ））。次い
で、ＣＶＤ等の方法によってＳｉＯ₂ 膜４２を形成した
後（図５（ｃ））、レジスト４３を塗布する（図５
（ｄ））。フォトリソグラフィー等によりレジスト４３
について所定のパターンを形成した後（図５（ｅ））、
ＳｉＯ₂ 膜４２の所定の部分をエッチングする（図５
（ｆ））。次いで、エッチングされた領域の低抵抗Ｎ型
シリコン層４０ｂを異方性エッチングにより除去すれ
ば、所定のパターンで高抵抗Ｎ型シリコンを露出させる
ことができる（図５（ｇ））。エッチングされた領域に
は、溝４１ａおよび４１ｂを有する所定のパターン４１
が形成され、固定化のための装置を得ることができる。

【００２８】図６に示すプロセスでは、高抵抗Ｎ型シリ
コン基板５０ａを準備した後（図６（ａ））、その上に
レジスト５３を塗布する（図６（ｂ））。次いで、レジ
スト４３について所定のパターンを形成した後、残った
レジストパターンをマスクとしてたとえばＰ⁺ イオンを
基板５０ａに注入する（図６（ｃ））。Ｐ⁺ イオンが注
入されなかった領域に、固定化のためのパターン５１が
得られる（図６（ｄ））。パターン５１では、高抵抗Ｎ
型シリコン５０ａが露出しており、その他の領域は低抵
抗Ｎ型シリコン５０ｂによって覆われている。なお、図
示しなかったが、必要に応じて図５または図６に得られ
る装置の表面に酸化膜等の保護膜を全面的または部分的
に形成してもよい。

【００２９】図７は、図５および図６でそれぞれ得られ
た装置における表面電位を示している。固定化すべき生
体関連高分子が溶液中で負の解離状態にあるとき、高抵
抗のＮ型シリコン表面における表面電位は正であり、し
かも低抵抗シリコン表面の正の表面電位より高くなって
いる。そこで、二重鎖ＤＮＡ分子のように溶液中で負に
帯電している分子は、図に示すような表面電位の高い２
つの領域に選択的に静電結合し、固定化することができ
る。

【００３０】以上に示す装置では、固定化のための領域
を比較的狭い線状のパターンとしたが、たとえば図８に
示すように、基板上の広い領域に固定化のためのパター
ンを形成することもできる。図８に示す装置では、シリ
コン基板６０上の円形の領域６１全体を固定化のために
用いる。このような領域も、上述したプロセスと同様の
技術を用いて形成することができる。図９は、比較的広
い範囲に固定化のための領域が設けられた場合の表面電
位を示している。図に示すように、低抵抗Ｎ型シリコン
７０ｂまたは７０′ｂで覆われておらず、高抵抗Ｎ型シ
リコン７０ａまたは７０′ａが露出した領域７１または
７１′において表面電位が高くなっている。ＤＮＡのよ
うな溶液中負に帯電する分子は、この広い領域に固定化
することができる。

【００３１】ＤＮＡおよびＤＮＡ類似体は溶液内におい
て二重らせん構造を取るため、分子鎖が一定の間隔で捩
じれて存在する方が明らかに安定であると考えられる。
このような構造において二重鎖内のリン酸基が負に解離
している分子を固定化する場合、分子鎖全体を静電的に
固定するよりも、固定化しない領域を所々に設けて、分
子鎖内での捩じれに伴うストレスを緩和した方が、より
安定な状態で分子を基板表面に固定できると考えられ
る。

【００３２】以上のような見地から、図１０に示すよう
な装置を提供することができる。図１０に示す固定化装
置でも、基板表面には複数の円形のパターン８１、８
２、８３および８４が形成される。しかしながら、各円
形のパターンは、不連続な点在する溝によって構成され
ている。図１０（ｂ）にその断面を示す。たとえば高抵
抗のＮ型シリコン（Ｎ^- −Ｓｉ）８０ａ上に低抵抗のＮ
型シリコン（Ｎ⁺ −Ｓｉ）の層８０ｂが形成された基板
８０上にパターン８１に相当する溝８１ａが形成されて
いる。この装置でも、図３に示す装置と同様に二重溝を
採用している。しかしながら溝は円形に連続的に形成さ
れているのではなく、円形のパターンに沿って断続的に
形成されている。図１０（ａ）に示す部分を拡大して図
１０（ｃ）に示す。パターン８１および８２にそれぞれ
相当する部分には、所定の長さの溝８１ａ、８１ｂ、８
２ａ、８２ｂが所定の間隔で形成されている。各溝は、
上から見ると矩形の形状をしているが、特にそのような
形状に限定されるものではない。ＤＮＡ等の環状分子
は、多数の溝によって構成される所定のパターンに安定
して固定化することができる。また、サイズの異なる複
数の円形パターンを設けることにより、上述したように
サイズの異なる分子の安定化に対応することができる。
このように静電的に分子を吸着させる領域を点在させる
ことで、基板表面に固定化される分子の構造的歪みを緩
和することができる。

【００３３】図１０に示す装置も、図１１および図１２
に示すように製造することができる。図１１に示すプロ
セスでは、高抵抗シリコンからなる基板９０ａ上にＰ⁺
イオンを注入して（図１１（ａ））、低抵抗シリコンの
層９０ｂを形成する（図１１（ｂ））。次いで、ＣＶＤ
等によりＳｉＯ₂ 膜９２を形成した後（図１１
（ｃ））、その上にレジスト９３を塗布する（図１１
（ｄ））。フォトリソグラフィー等を用いることによっ
てレジスト層９３を所定のパターンとした後（図１１
（ｅ））、レジストで覆われていないＳｉＯ₂ 膜をエッ
チングする（図１１（ｆ））。次いで、ＳｉＯ₂ 膜で覆
われていない領域について異方性エッチングを行ない、
各パターン９１に相当する溝９１ａおよび９１ｂを形成
し、固定化のための装置を得る（図１１（ｇ））。また
図１２に示すプロセスでは、高抵抗シリコンからなる基
板１００ａを準備した後（図１２（ａ））、その上にレ
ジスト層１０３を形成する（図１２（ｂ））。次いで、
レジスト層１０３について所定のパターンを形成した
後、Ｐ⁺ イオン等の注入を行なう（図１２（ｃ））。イ
オン注入された領域には低抵抗シリコンからなる層１０
０ｂが形成され、イオン注入されなかった領域には高抵
抗シリコン１００ａがそのまま残っている。高抵抗シリ
コン１００ａが残った領域が固定化のためのパターン１
０１となる（図１２（ｄ））。

【００３４】図１３は、図１１および図１２においてそ
れぞれ得られる装置において、表面電位の分布を示して
いる。パターン９１または１０１に相当する高抵抗シリ
コン９０ａまたは１００ａの領域は、低抵抗シリコン９
０ｂまたは１００ｂの領域よりも正の表面電位が高くな
っている。したがって、溶液中に負に解離する分子は、
高い表面電位を有する領域に選択的に吸着され、固定化
されることになる。

【００３５】また、本発明の装置において、基板に電圧
を印加することにより、表面電位を制御することができ
る。図１４は、基板の裏面にバイアス電圧を印加するた
めの電極を設けた構造を示している。たとえば、高抵抗
Ｎ型シリコン１１０ａ上に低抵抗Ｎ型シリコン１１０ｂ
が形成された基板１１０において、表面にはたとえば溝
１１１ａおよび１１１ｂを有する固定化のための領域１
１１を設け、裏面にはバイアス電圧を印加するための電
極１１７を設けることができる。固定化のための領域１
１１は、線状、円形状などの種々のパターンを有するこ
とができる。図では、２つの溝を有するパターンを示し
たが、これに限定されることなく、種々の形状を有する
領域を基板１１０の上に設けることができる。固定化の
ための領域が形成された表面は、ＳｉＯ₂ などの絶縁膜
１１６で覆われることがより好ましい。図に示す装置で
は、上述したメカニズムに従って、高抵抗シリコンの領
域にＤＮＡ分子等の負に帯電した分子が固定化される。

【００３６】図１４に示す装置は、たとえば図１５およ
び図１６にそれぞれ示すプロセスによって製造すること
ができる。図１５に示すプロセスでは、高抵抗シリコン
基板１２０ａにＰ⁺ イオンを注入し（図１５（ａ））、
低抵抗シリコン層１２０ｂを形成する（図１５
（ｂ））。その上にＣＶＤ等によりＳｉＯ₂ 膜１２２を
形成した後（図１５（ｃ））、さらにレジスト層１２３
を形成する（図１５（ｄ））。露光および現像の後、レ
ジスト層１２３について所定のパターンを形成し（図１
５（ｅ））、レジストで覆われない部分のＳｉＯ₂ 膜に
ついてエッチングを行なう（図１５（ｆ））。さらに異
方性エッチングを行なって所定のパターンで低抵抗シリ
コン層を除去し、高抵抗シリコン基板を露出させる（図
１５（ｇ））。次いで、基板の表面にＳｉＯ₂ からなる
絶縁膜１２６を形成し、裏面に電極層１２７を形成する
（図１５（ｈ））。このようにして、必要な分子の固定
化のため所定のパターン１２１を有する装置が得られ
る。図１６に示すプロセスでは、高抵抗シリコン基板１
３０ａを準備した後（図１６（ａ））、その上にレジス
ト層１３３を形成する（図１６（ｂ））。レジスト層１
３３について所定のパターンを形成した後、Ｐ⁺ イオン
注入を行なう（図１６（ｃ））。レジストを除去すれ
ば、所定の部分に低抵抗シリコン層１３０ｂが形成され
た基板が得られる（図１６（ｄ））。次いで、基板の表
面にＳｉＯ₂ からなる絶縁膜１３６を形成し、裏面に電
極層１３７を設ける。

【００３７】図１７は、固定化装置に電極を介して電圧
を印加したときと印加しないときの表面電位をそれぞれ
示している。高抵抗シリコン１２０ａ上に低抵抗シリコ
ン１２０ｂが形成された基板１２０の裏面に電極１２７
を介して電圧を印加する場合を示している。なお基板１
２０の表面は絶縁膜１２６で覆われている。このように
装置において、電圧を印加していないとき、低抵抗シリ
コンで覆われていない領域１２１ａおよび１２１ｂには
高い正の表面電位がもたらされる。したがって、溶液中
で負に解離した分子は、高い正の表面電荷を有する領域
に選択的に静電引力によって吸着固定される。一方、基
板１２０の裏面側から電極１２７を介して負のバイアス
電圧を印加すると、シリコン内の伝導電子は基板表面の
絶縁膜界面に蓄積されるとともに、表面側に形成されて
いた正の空間電荷層が打消されることになる。結果とし
て、シリコンの表面電位は負に反転することになる。こ
れによって、固定化されていた分子は、静電的な反発力
によりシリコン表面から離脱する。このように表面電位
の制御によって、分子の吸着および離脱をより積極的に
制御することができる。

【００３８】本発明に用いられるＮ型およびＰ型のシリ
コン結晶は、通常のＬＳＩプロセスに用いられるシリコ
ンウェハと同等の特性を有するものでよい。シリコン結
晶表面の比抵抗は、０．０００１〜１０００Ωｃｍ程度
の範囲内であることが望ましく、より望ましくは０．０
００１〜１００Ωｃｍであり、さらに望ましくは０．０
００１〜１０Ωｃｍである。Ｎ型およびＰ型に価電子制
御されたシリコンの調製方法として、種々のものが考え
られ、どのような方式のものでもよいが、最も簡便で不
純物濃度の制御が正確に行なえる方法として、イオン注
入法が挙げられる。この場合、Ｐ型およびＮ型の価電子
制御は、それぞれ周期律表第ＩＩＩ族および第Ｖ族に属
する元素のイオンをシリコン中に注入、アニールするこ
とによって容易に行なうことができる。Ｐ型にするため
のＩＩＩ族元素としてＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等を
挙げることができる。特にＢが一般的である。Ｎ型にす
るための第Ｖ族元素としてＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等
を挙げることができ、特にＰ、Ａｓ、Ｓｂが一般的であ
る。ドーピングに用いられる周期律表第ＩＩＩ族および
第Ｖ族元素の濃度は、１０¹²〜１０²¹／ｃｍ³ の範囲が
望ましく、より望ましくは１０¹³〜１０²¹／ｃｍ³ であ
り、さらに望ましくは１０¹⁴〜１０²¹／ｃｍ ³ である。
また本発明においてシリコン表面にＮ型またはＰ型の不
純物層を形成する場合、その厚みは１〜２００μｍの範
囲が望ましく、より望ましくは３〜５０μｍの範囲であ
る。これ以外の範囲では作製が容易でなかったり、効果
がなくなるため望ましくない。なお、シリコン結晶の表
面は、ミラーポリッシュされたものが、余分な結晶核の
生成を抑制する上で好ましい。

【００３９】本発明の装置において、固定化のための領
域は種々のサイズおよび形状とすることができる。たと
えば線状の連続した領域を基材上に設ける場合、その幅
を１０Å〜０．１μｍの範囲で設定することができる。
このような範囲は、核酸分子の解離したリン酸基を安定
して固定化するためより好ましい。また、核酸分子を固
定化するため、不連続な領域を設ける場合、幅が１０Å
〜０．１μｍで、長さが２０Å〜１μｍの範囲の溝を、
１００Åから０．１μｍの範囲の間隔で設けることがで
きる。しかしながら、固定化領域の幅、長さ、形状は、
固定化すべき分子のサイズ、分子量、とり得る形状等に
応じて適宜設定するのがより好ましい。また上述したよ
うに、異なる形状および異なるサイズのパターンを固定
化のため形成することがより好ましい。

【００４０】シリコン基板の表面に絶縁性の膜を形成す
る場合、酸化物、窒化物等の無機絶縁材料、ポリイミド
等の有機絶縁材料等、種々の絶縁材料を用いることがで
きる。絶縁膜の厚みは、絶縁性を確保するため１００Å
〜１μｍの範囲であれば十分であるが、それ以上の厚み
であっても特に差支えはない。

【００４１】本発明の装置に形成される裏面電極は、主
として金属によって形成することができる。電極のため
の下地金属として、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属を１００Å〜１
μｍの範囲の厚みでまず堆積することが好ましい。そし
てさらにバリアメタルとして、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等の金属
を１００Å〜１μｍの範囲で堆積し、その上に上部電極
としてＣｕ、Ａｕ等の金属を同じく１００Å〜１μｍの
範囲で堆積するのがよい。

【００４２】以上、価電子制御が容易な半導体結晶であ
るシリコンを用いた例について説明してきたが、シリコ
ン以外にも、同様の機能を有する物質でかつ固定化すべ
き物質を含む溶液に対して安定な種々の材料を用いるこ
とができる。たとえば、固定化装置を構成するための基
材として、電荷分布の制御された無機化合物、有機化合
物、有機高分子等を候補として挙げることができる。さ
らに、半導体、金属、有機化合物、無機化合物等が組合
された複合化合物でも固定化のための基材を構成するこ
とができる。

【００４３】上述したように、本発明の装置において、
ＤＮＡ、ＲＮＡ等の核酸分子を効果的に固定化すること
ができる。本発明が適用される生体高分子の具体例とし
て、ＤＮＡ、ＲＮＡおよびそれらのポリメラーゼ複合
体、遺伝子組換えに用いられるＤＮＡ断片、水溶性蛋白
質、水溶性蛋白質とＤＮＡとの複合体、主に細胞内に埋
込まれた疎水性の膜蛋白質およびその複合体、抗原抗体
反応に重要な受容体蛋白質およびそれに関連する酵素
類、膜を構成する疎水性蛋白質、細胞内にあって電子伝
達を行なう酵素類、繊維状蛋白質、糖類およびそれらの
集合体、神経伝達および神経情報を担う神経細胞中の神
経伝達物質および受容体蛋白質等の酵素類、ならびにウ
ィルス類等を挙げることができる。一方、本発明が適用
される生体組織は、生体中に存在する各種機関を構成す
る細胞、筋繊維等を指す。生体組織の具体例として、た
とえば神経細胞、肝細胞、血液を構成する細胞、筋肉繊
維細胞、その他生体組織を構成する細胞等を挙げること
ができる。

【００４４】

【実施例】

例１ ＤＮＡ分子を固定化するためのシリコン結晶として以下
に示すものを作製した。約１００Ωｃｍの比抵抗の高抵
抗Ｎ型シリコンウェハの全面にイオン注入装置によって
リンイオンを約２¹⁴／ｃｍ² のドーズ量で注入した。得
られたシリコンウェハを、窒素中９００℃で２０分間ア
ニールした。以上のようにしてウェハ上に形成された低
抵抗Ｎ型シリコン層の比抵抗は約０．１Ωｃｍであり、
またその接合深さは約０．５μｍであった。

【００４５】得られたシリコンウェハを約１０ｍｍ角の
サイズに切断し、表面に電子線用のレジストをコーティ
ングした後、電子ビーム露光装置によりシリコン表面に
円形の線状パターンを複数描画した。円形パターンのう
ち１つは、平均直径が１．５μｍの二重溝となるようレ
ジストについて描画を行なった。描かれた二重の円の各
線幅は４００Åであった。二重の円を形成する線の中心
と中心の間隔は８００Åであり、したがって線間のスペ
ースは４００Åであった。

【００４６】また、別の円形パターンとして平均直径が
１０μｍの二重溝が形成できるよう描画を行なった。描
画された二重の円の線幅、線間のスペースは上記と同様
としとた。これらサイズの異なる２種類の円形パターン
は、同心円上となるよう描画された。

【００４７】さらに別のパターンとして、同心円上に描
画された円形パターンから５０μｍ離れた場所に、直径
が１０μｍの円内をすべて露光したパターンを描画し
た。

【００４８】以上のようにして電子線の露光を行なった
レジストを現像液によって現像した後、レジストパター
ンを有するシリコンウェハをプラズマエッチング装置内
に載置し、シリコンのエッチングを行なった。エッチン
グに際しては、表面に形成されている低抵抗Ｎ型シリコ
ン層を完全に除去し、その下にある高抵抗のＮ型シリコ
ンが露出するよう、慎重にエッチングを行なった。エッ
チングが完了した後、表面のレジストを除去した。これ
により、２種類の二重溝および１つの円形の内部が高抵
抗シリコンよりなり、それ以外の表面部分が低抵抗シリ
コンで覆われるシリコンウェハを調製した。なお、エッ
チングの後、形成された二重溝の寸法を測定した結果、
溝の幅は約７００Åであり、溝の間隔は約８０Åであっ
た。

【００４９】以上のようにして作製されたシリコン結晶
からなる固定化装置を、十分洗浄した後、ＤＮＡ溶液と
ともに透析チューブ内に封入した。ＤＮＡとしては、天
然のプラスミドＣｏｌ Ｅ１由来のプラスミドＤＮＡで
あるｐＢＲ３２２を用いた。このプラスミドを５０μｇ
／ｍｌの濃度となるようにｐＨ＝７．０の緩衝溶液に溶
解した。ＤＮＡ溶液とともに固定化装置を封入した透析
チューブを、ビーカーに収容したｐＨ１２．０の緩衝溶
液中に浸漬した。試料の入ったビーカーを１０℃の冷暗
所に１０時間保存した後、ビーカーを取出し、さらに透
析チューブ内からシリコンウェハのサンプルを注意深く
取出した。取出したシリコン片を純水中に３分間浸漬さ
せ、ゆっくり揺動させて溶液を除去した後、自然乾燥を
行なった。その後、シリコンの表面を電子顕微鏡によっ
て観察した。その結果、平均直径が１．５μｍの二重溝
からなる円形パターン上では、それぞれの溝上に一重鎖
のプラスミドが固定化されていることが確認された。一
方、平均直径が１０μｍの二重溝からなる円形パターン
上では、それぞれの溝にはプラスミドが存在していなか
った。また、直径が１０μｍの円内を高抵抗のシリコン
としたパターンにおいては、円内において一重鎖のプラ
スミドがランダムに付着していることが確認された。よ
って、本発明の固定化装置が、鎖状の生体関連高分子、
特にＤＮＡの固定化に有効であることが確認された。

【００５０】例２ ＤＮＡ分子を固定化するためのシリコン結晶として以下
に示すものを作製した。約１００Ωｃｍの比抵抗の高抵
抗Ｎ型シリコンウェハの全面にイオン注入装置によって
リンイオンを約２¹⁴／ｃｍ² のドーズ量で注入した。得
られたシリコンウェハを窒素中９００℃で２分間アニー
ルした。このようにして形成された低抵抗Ｎ型シリコン
層の比抵抗は約０．１Ωｃｍであり、またその接合深さ
は約０．５μｍであった。

【００５１】得られたシリコンウェハを約１０ｍｍ角の
サイズに切断し、表面に電子線用のレジストをコーティ
ングした後、電子ビーム露光装置によりレジストについ
て描画を行なった。描画されたパターンのうち１つは、
直径が１．５μｍの円であった。ただし、円は、図１０
に示すように、不連続に多数形成された矩形パターンよ
り構成されている。各矩形パターンのサイズは、幅が３
００Å、長さが４００Åであった。また矩形パターン
は、４００Åの間隔で形成された。

【００５２】また、別のパターンとして、５０μｍ離れ
た場所に、直径が１．５μｍの円内が全面的に露光され
たパターンを描画した。

【００５３】レジストについて描画を行なったサンプル
を現像液によって現像した後、プラズマエッチング装置
内に装着し、シリコンについてエッチングを行なった。
エッチングに際しては、所定の部分の低抵抗Ｎ型シリコ
ン層を完全に除去し、下の高抵抗Ｎ型シリコン層が露出
するよう、エッチングを慎重に行なった。最後に表面の
レジストを除去することにより、ＤＮＡ分子を固定化す
るためのシリコン結晶が得られた。得られたサンプル
は、高抵抗Ｎ型シリコンからなる矩形のパターンが円形
に配列された領域と、円形の内部が全面的に高抵抗Ｎ型
シリコンからなる領域とを有している。エッチングの
後、別途行なった測定から、矩形部分のパターンのサイ
ズは、幅が４００Å、長さが５００Åであった。また各
矩形パターンの間隔は５００Åであった。

【００５４】以上のようにして作製されたサンプルを十
分洗浄した後、ＤＮＡ溶液とともに透析チューブ内に封
入した。ＤＮＡとして、天然のプラスミドＣｏｌ Ｅ１
由来のプラスミドＤＮＡであるｐＢＲ３２２を用いた。
このプラスミドを５０μｇ／ｍｌとなるようにｐＨ７．
０の緩衝液に溶解し、ＤＮＡ溶液を調製した。ＤＮＡ溶
液およびシリコン結晶のサンプルを封入した透析チュー
ブは、ビーカーにおいてｐＨ１２．０の緩衝溶液に浸漬
した。

【００５５】試料の入ったビーカーを１０℃の冷暗所に
１０時間保持した後、ビーカーを取出し、さらに透析チ
ューブ内からシリコンのサンプルを注意深く取出した。
取出したシリコン片を純水中に３分間浸漬させ、ゆっく
り揺動させて溶液を除去した後、自然乾燥を行なった。
その後、シリコン片の表面を電子顕微鏡によって観察し
た。観察の結果、直径が１．５μｍの円形パターン上で
は、それぞれの矩形に一重鎖のプラスミドが固定化され
ていることが確認された。また、直径１．５μｍの円内
が全面的に高抵抗シリコンで形成されている領域では、
円内部において、一重鎖のプラスミドがランダムに付着
していることが確認された。よって、本発明の固定化装
置が、鎖状の生体関連高分子、特にＤＮＡの固定化に極
めて有効であることが確認された。

【００５６】例３ ＤＮＡ分子を固定化するためのシリコン結晶として以下
に示すものを作製した。約１００Ωｃｍの比抵抗の高抵
抗Ｎ型シリコンウェハの全面にイオン注入装置によって
リンイオンを約２¹⁴／ｃｍ² のドーズ量で注入した。そ
の後、このサンプルを窒素中９００℃で２０分間アニー
ルした。以上のようにして作製された低抵抗Ｎ型シリコ
ン層の比抵抗は約０．１Ωｃｍであり、またその接合深
さは約０．５μｍであった。

【００５７】得られたシリコンウェハを切断して、約１
０ｍｍ角のサイズのサンプルを２個準備した。それぞれ
の表面に電子線用のレジストをコーティングした後、電
子ビーム露光装置により表面に円形のパターンを描画し
た。円形のパターンのうち１つは、例２と同様に矩形の
パターンから構成される直径１．５μｍの円であった。
矩形パターンのサイズは、幅が３００Å、長さが４００
Åであった。また矩形パターンの間隔は４００Åであっ
た。

【００５８】もう１つのパターンは直径が１．５μｍの
円内を全面的に露光したものであった。このパターン
は、矩形パターンから構成される円から５０μｍ離れた
場所に描画した。

【００５９】描画を行なったサンプルを現像液によって
現像した後、プラズマエッチング装置内に装着し、シリ
コンのエッチングを行なった。エッチングに際しては、
所定の部分の低抵抗Ｎ型シリコン層を完全に除去し、下
の高抵抗Ｎ型シリコン層が露出するよう、注意深くエッ
チングを行なった。最後に表面のレジストを除去した。
得られたシリコン結晶は、高抵抗Ｎ型シリコンからなる
矩形のパターンが円形に配列された領域と、円形の内部
が全面的に高抵抗シリコンからなる領域とを有する。エ
ッチングの後、別途測定を行なった結果、矩形パターン
のサイズは、幅が４００Å、長さが５００Åであった。
また、円形に配列された矩形パターンの間隔は５００Å
であった。

【００６０】次に、シリコン基板の裏面に以下に示す方
法によって電極を形成した。シリコン基板をスパッタリ
ング装置に載置し、その裏面に、厚み５００ÅのＴｉ
膜、厚み５０００ÅのＮｉ膜、厚み５０００ÅのＡｕ膜
をそれぞれ順に形成していった。電極膜を形成したサン
プルを窒素中、５００℃で３０分間アニール処理を行な
った。

【００６１】以上のようにして作製されたサンプルを十
分洗浄した後、ＤＮＡ溶液とともに透析チューブ内に封
入した。１つのシリコン片はそのまま透析チューブ内に
浸漬し、もう１つのシリコン片は裏面電極に電圧印加用
のリード線を接続して透析チューブ内に封入した。ＤＮ
Ａとして、天然のプラスミドＣｏｌ Ｅ１由来のプラス
ミドＤＮＡであるｐＢＲ３２２を用いた。このプラスミ
ドを５０μｇ／ｍｌとなるようにｐＨ７．０の緩衝溶液
に溶解してＤＮＡ溶液を調製した。シリコン片を封入し
た透析チューブは、ビーカーにおいてｐＨ１２．０の緩
衝溶液に浸漬した。

【００６２】試料の入ったビーカーを１０℃の冷暗所に
１０時間保存した後、ビーカーを取出し、さらに透析チ
ューブ内からシリコンのサンプルを注意深く取出した。
その際、２つのシリコン片のうち１つはそのまま取出
し、シリコン片を純水中に３分間浸漬させ、ゆっくり揺
動させて溶液を除去した後、自然乾燥を行なった。もう
１つのシリコン片は、透析チューブ内にさらに保持し、
外部よりリード線を介して電源から−５Ｖの直流電圧を
３分間印加した。その後、チューブより取出し、同様の
方法によって溶液を除去し、乾燥を行なった。

【００６３】それぞれのシリコン片について表面を電子
顕微鏡によって観察した。その結果、裏面電極に電圧を
印加しないシリコン片では、直径が１．５μｍの円形パ
ターンにおいてそれぞれの矩形パターンに一重鎖のプラ
スミドが固定化されていることが確認された。また直径
１．５μｍの円内を全面的に高抵抗シリコンで形成した
パターンでは、その中に一重鎖のプラスミドがランダム
に付着していることが確認された。一方、裏面電極に電
圧を印加したシリコン片では、どのパターンにもプラス
ミドが固定化されていなかった。したがって、本発明の
固定化装置は、鎖状の生体関連高分子、特にＤＮＡの固
定化に有効であるのみならず、電圧の印加によりその離
脱を極めて有効に行なえるものであることが確認され
た。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所望の生体関連高分子、特に鎖状のＤＮＡ分子を固定化
および離脱させるための装置を、容易に入手できる材料
について単に不純物の添加および微細加工を施すだけで
容易に作製することができる。特に本発明によれば、シ
リコンを主たる半導体基板として用いるＭ＆Ｎマシンに
おいて、生体関連高分子を固定化および離脱させるため
の装置を、ドーピングの技術および微細加工の技術を用
いることによって容易に作製することができる。本発明
の固定化装置は、固定化すべき分子の形状に応じた固定
化領域を容易に形成することができ、特定のサイズおよ
び形状を有する生体関連高分子を選択的かつ有効に固定
化することが可能である。また、サイズおよび／または
形状の異なる種々の固定化領域を形成することにより、
１つの装置においてあらゆる種類の生体関連高分子の固
定化を行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置において生体関連高分子が固定化
される様子を示す模式図である。

【図２】本発明の装置の一具体例を示す斜視図である。

【図３】本発明の装置のもう１つの具体例を示す図であ
る。

【図４】本発明の装置においてサイズの異なるＤＮＡ分
子がそれぞれ固定化される様子を示す斜視図である。

【図５】図３に示す装置の製造方法を説明するための概
略断面図である。

【図６】図３に示す装置のもう１つの製造方法を説明す
るための概略断面図である。

【図７】図５および図６で得られる装置における表面電
位を示す図である。

【図８】本発明の装置の他の具体例を示す斜視図であ
る。

【図９】図８に示す装置において表面電位の分布を示す
図である。

【図１０】本発明の固定化装置のさらなる具体例を示す
図である。

【図１１】図１０に示す装置を製造するためのプロセス
を示す概略断面図である。

【図１２】図１０に示す装置を製造するためのもう１つ
のプロセスを示す概略断面図である。

【図１３】図１１および図１２で得られる装置における
表面電位の分布を示す図である。

【図１４】本発明の固定化装置のさらなる具体例を示す
概略断面図である。

【図１５】図１４に示す装置の製造方法を説明するため
の概略断面図である。

【図１６】図１４に示す装置のもう１つの製造方法を説
明するための概略断面図である。

【図１７】本発明の固定化装置にバイアス電圧を印加し
た場合の表面電位の変化を示す図である。

【図１８】従来のＭ＆Ｎマシンセンサの例を示す斜視図
である。

【図１９】従来のＭ＆Ｎマシンアクチュエータの例を示
す図である。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 生体関連高分子 １０ 基材 １１ 固定化領域 ２１、２２、２３、２４、２５、２６、８１、８２、８
３、８４ 円形パターン ４０ａ、５０ａ、７０ａ、８０ａ、９０ａ、１００ａ、
１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ 高抵抗Ｎ型シリコン ４０ｂ、５０ｂ、７０ｂ、８０ｂ、９０ｂ、１００ｂ、
１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ 低抵抗Ｎ型シリコン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体高分子および／または生体高分子が
   含有される生体組織を固定化する装置であって、 不純物が添加された特定の材料からなる基材を備え、 前記基材は、前記不純物の濃度および／または種類が異
   なる２以上の領域を有し、それにより、 前記２以上の領域の１つで、前記不純物の添加によって
   前記基材の表面にもたらされる静電特性により、前記生
   体高分子および／または前記生体組織を吸着固定するこ
   とができ、 前記２以上の領域の他の１つで、前記生体高分子および
   ／または前記生体組織の吸着を抑制することができるこ
   とを特徴とする、生体関連高分子の固定化装置。
2. 【請求項２】 前記２以上の領域の１つが、前記生体高
   分子および／または前記生体組織の取りやすい形状に応
   じた所定のパターンを有することを特徴とする、請求項
   １記載の装置。
3. 【請求項３】 前記所定のパターンは、前記基材上にお
   いて連続的または断続的に形成されていることを特徴と
   する、請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記所定のパターンは、略円形であるこ
   とを特徴とする、請求項２または３記載の装置。
5. 【請求項５】 前記所定のパターンは、大きさの異なる
   複数の略円形であることを特徴とする、請求項２または
   ３記載の装置。
6. 【請求項６】 前記基材に、前記静電特性を制御する電
   圧を印加するための電極が形成されていることを特徴と
   する、請求項１〜５のいずれか１項記載の装置。
7. 【請求項７】 前記基材は、不純物添加された半導体基
   板からなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか
   １項記載の装置。