JPH10513404A - 化学的に定義されたボディを配向析出する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、化学的に定義されたボディを基板上に析出する方法を提案する。従って、ボディは所定の配向でもってスタンピング手段上に固着され、しかる後、そのスタンピング手段は基板に近づけられ、それによって、ボディが析出される。スタンピング手段を解放する時、ボディはそれらの配向を保ったまま基板上に残る。

Description

【発明の詳細な説明】 化学的に定義されたボディを配向析出する方法 技術分野 本発明は、化学的に定義されたボディを基板の表面上に析出する方法に関する ものである。そのボディは所定の化学組成を少なくとも部分的に有し、分子、高 分子、或いは、分子又は高分子より成る微小構造体を含むものでよい。 背景技術 １９９５年６月２３日付けのScience 誌、第２６８巻における Robert F.Serv ice 氏による "Scenes From a Marriage - Of Optics and Electronics" と題し た記事には、流体的自己集合(fluidic self-assembly)と呼ばれる方法が開示さ れている。その記事では、レーザのような小型の光学的素子がエタノールのよう な流体と混合され、そしてそのレーザの形状に適合した孔を含むシリコン・ウェ ファ上に注がれる。レーザは、重力の影響の下で少しずつその孔の中に落ち着く 。レーザが適正に孔に入り込む時、それは流体の移動と関連した剪断方向の力か ら効果的に外されるので、その孔に留まる。なお、その力から外されない場合、 流体はそのレーザを持ち去ることになろう。この方法によって、レーザが配置さ れるべき孔にレーザが入るのを助けるための位置合わせは必要な い。しかも、レーザをそれの宛先まで案内する更なる特定の力も必要ない。 １９９４年１１月４日付けのScience 誌、第２６６巻における Lee、 Chrisey 及び Colton 氏による "Direct Measurement of Forces Between Complementar y Strands of DNA" と題した記事は、ＤＮＡの単一ストランド間の相互作用力に 関するものである。これによれば、ＤＮＡストランドでもって覆われた２つの表 面が近接した状態にされ、それらの表面を特定の力によって一体的に保つような 化学的な結合をそれらストランドの引きつけ力が生じさせるまで、その状態に置 かれる。 １９９６年１月４日付けの Langmuir 誌、第１２巻、第８号、１９９７頁乃至 ２００６頁における Delamarche 氏他による "Immobilization of Antibodies o n a Photoactive Self-Assembled Monolayer on Gold" と題した記事では、光活 性化可能な表面上に生体分子を固定化するための方法が検討されている。それに よれば、自己集合した単分子層（ＳＡＭ）を形成するジアルキル・ジスルフィド でもって、金の基板が機能化される。しかる後、ＳＡＭの境界における反応性エ ステル基がベンゾフェノンに基づいて光活性化可能基に変換される。この光活性 化可能基は、環境光の下では不活性であるが近紫外線によって活性化される架橋 剤として作用する。紫外線の照射は、ベンゾフェノンのケチルの中心にビラジカ ル形成を引き起こす。それによって、タンパク質のような分子 或いは高分子が、ＳＡＭを介してその基板に対する共有結合付着を受ける。固体 の基板上に析出したタンパク質は、例えば、酵素ベースのバイオセンサにおいて 、及びバイオコンパティブルな表面を形成することにおいて、その適用が考えら れる。 １９９４年２月５日付けの Langmuir 誌、第１０巻、第５号、１４９８頁乃至 １５１１頁における Kumar、Biebuyck、及び Whitesides 氏による "Patterning Self-Assembled Monolayers: Applications in Materials Science" という記 事の主題はマイクロコンタクト・プリンティングである。リソグラフのプロセス を使用することによってパターン化されるスタンプの材料として、ポリジメチル シロキサン（ＰＤＭＳ）が使用される。そこで、スタンプは、次のようなスタン ピング・プロセスに対して「インク」として働くアルカンチオールを具備する。 そのパターンの突起は、金の基板表面に触れることによって、基板上にチオール を転移し、そこに、パターン化されたＳＡＭを形成する。これらのＳＡＭにおけ る分子は基板の表面上の秩序結晶領域に配列されて、それの一端をこの表面に共 有結合的に付着され、他端を基板から離れるように真っ直ぐに延ばされる。従っ て、チオールでもってプリントされた基板の新しい表面は、ＳＡＭの分子の一端 であるという特徴を示す界面的な特性を有する。このＳＡＭは、パターンが基板 の表面に転移されるようなエッチング・ステップに対するマスクとして後続のス テップにおいて使用可能 である。アルカンチオール分子は、この手順の場合、スタンプ上では配向されな い。 更に、ラングミュア・ブロジェット・プロセスと呼ばれる方法が知られている 。このプロセスに関する情報は、米国カリフォルニア州サンディエゴの Academi c Press 社が１９９１年に発行した A.Ulman 著 "An Introduction to Ultrathi n Films" から得られる。この薄膜形成方法は、空気／水界面において分子を組 織化する（ラングミュア・フィルム）。その組織化は、可動の機械的バリアを使 用してそれらを一緒に掃引することによる、空気／水界面における分子の漸増的 な横方向の拘束によって生じる。分子は、分子の一端を空気界面において精確に 配置されそして残りの他端を水に浸される均一の面内接合及び非対称の面外分布 によって、２次元の結晶における分子の組織化に影響するほど十分に高度の拘束 で無秩序・秩序遷移を受ける。ラングミュア薄膜を有するそのような空気／水界 面を通して基板を移動させることがそれをその基板に転移する（ラングミュア・ ブロジェット・プロセス）。ラングミュア・ブロジェット薄膜における分子は組 織化されたままであるけれども、それらは、先験的には、ＳＡＭの形成の場合の ように共有結合的に基板に付着されるのではない。この共有結合連結の欠如のた めに、ラングミュア・ブロジェット薄膜は脆い。実施の可能性を維持しながら、 そのような薄膜をパターン化するために使用可能な方法は知られていない。 １９９１年２月１５日付けの Science 誌、第２５１巻、７６７頁における Fo der 氏他による "Light-directed，spatially addressable parallel chemical synthesis" と題した記事では、化学製品の非常に多様なセットを製造すべく光 指示の空間的にアドレス可能な並列的化学合成を得るために、固体化学、光活性 保護基及びフォトリソグラフィが結合される。 Academic Press 誌、第１８２巻における Murray P．Deutscher氏による "Gui de to protein purification" と題した記事には、アフィニティ・クロマトグラ フィの概説が示されている。アフィニティ・クロマトグラフィは、リガンド或い はレセプタを精製する技法である。一般的には、高さのある表面領域を持った固 体基板が、リガンド或いはレセプタでもってそれの表面上に誘導体化される。通 常は液体であるモバイル・フェーズが固体表面上で動かされる。この液体は、相 補的なリガンド・レセプタ複合体を形成しない他の多くのタイプを含む液体又は レセプタの補体（マトリクス状である場合が多い）を含む。従って、流れが生じ る時、リガンド・レセプタ複合体の形成を受ける分子は、そのような結合の可能 性を持たない他の分子よりも遅く進行する。複合体を形成する分子の移動のこの ような遅れの結果、その複合体を形成する分子を益々濃縮する分離が影響を受け る。これらの方法は汎用的であり、化学及び生化学の分野で知られている小さい 分子及び大きい分子の精製では多岐にわたって使用されてい る。 １９９６年８月１５日付けの Nature 誌、第３８２巻における Chad 氏他によ る "A DNA-based method for rationally assembling nanoparticles into macr oscopic materials" と題した記事には、金のコロイド粒子にＤＮＡストランド を供給すること及びリンキング・デュープレックスを介してそれらをアセンブル することが報告されている。しかし、秩序あるアセンブリは得られない。同文献 の６０９頁乃至６１１頁における "Organisation of 'nanocrystal molecules' using DNA"と題した記事は、微小結晶分子の秩序あるアセンブリのために長いＤ ＮＡリンキング・デュープレックスを使用することを示している。 発明の開示 本発明の目的は、化学的に定義されたボディを基板表面上に析出する方法を提 供することにある。本発明のもう１つの目的は、分子、高分子、又は微小構造体 のような化学的に定義されたボディの析出を制御することを可能にする析出方法 を提供することにある。化学的に定義されたボディは、そのボディの外部領域に おいて少なくとも部分的に知られた化学的組成を有する１つ又は複数の分子より 成る任意の材料であると考えられる。これは、多くの分子又は高分子、或いは、 材料又はコンポーネントが有用な化学的非対称性を持つようにそれらの表面にお いて誘導体化される場合のように、本発 明の方法が、化学的に決定し得る配向を持ったボディにおいて適用可能であると いう事実に基づく。それらのボディはナノスケール・デバイス又はナノ粒子とも 呼ばれる。 請求の範囲第１項に記載の特徴を有する本発明は、スタンピング手段が複数の ボディを基板上に並列的に転移することを可能にするという利点を示す。特に、 異方性の機能性を持ったボディに対して、配向はそれの機能性を制御するために 使用可能である。そのような機能性は、化学的タイプのもの或いは物理的タイプ のもの、例えば、レーザの放出領域というものであってもよい。ボディを配向さ せるステップがスタンピング手段に限定されるという点で、これは、基板及びボ ディより成るアセンブリの製造プロセスを分割する。それによって、ボディの配 向が基板上で行われる必要はない。それは、一方において、損傷の確率、不十分 な機能、或いは、例えば、配向してないボディによる別の損害を少なくし、他方 において、位置合わせ構造ではない基板を使用することを可能にする。更に、ス タンプが所定の外形でもって形成される時、或いは、スタンプが基板の選択され た部分の上に位置決めされる時、スタンピング手段の位置決めを制御することに よって、ボディのパターン化された転移が、例えば、別のステップ状のフォトリ ソグラフィによりパターンを基板に与える必要なく、可能となる。更に、そのス タンピング手段は、その方法を非常に経済的なものにする反復的な使用に最もよ く適している。 これに加えて、本発明の方法の場合、コンポーネントは別々に製造された後に アセンブルされてもよいという利点がある。更に、これは、一緒に製造すること ができないコンポーネントにとって、例えば、一方のコンポーネントに対する製 造ステップの環境上の条件が他方のコンポーネントに損傷を与える時、極めて有 用である。この新規な方法によれば、そのようなコンポーネントを別々に製造し 、そしてそれらを集めて一緒にし、しかる後本発明のプロセスでもって結合する ことにより、各コンポーネントを最適な条件でもって製造することができる。更 に、そのようなコンポーネントは別々にテスト可能であり、それは独立して機能 し得るアセンブリの生産性を上げる。もう１つの重要なことは、アセンブリを完 成するために短い時間しか要しないということであり、それは、最終テストが設 計上のエラー又は手続き上のエラーのような偶発的なエラーを見つけ得るまでの 時間を短縮する。それによって、エラーの影響と検知との間のタイム・ラグが減 少する。それは、エラーが検出されずに残っていて不作動のアセンブリを生じさ せる時間が減少し、更にまた生産性が上がることを意味する。最終的には、種々 のコンポーネントのアセンブリは、全アセンブリの製造を一体的に組み込んだプ ロセスよりもずっと融通性がある。ボディは、それがスタンピング手段によって 保持される側とは反対の側で基板の表面に付着される。これによって、ボディの 配向は、ボディの機能性が必要な時に存在することを保証される。これによって 、 基板の表面に対するボディの露出量及び機能性の向上が最大にされる。 請求の範囲第２項乃至第１３項に記載の方法は、更なる実施例及び第１項の方 法の改良を表す。 流体内にボディを設けるということは、自然の運動（分子のブラウン拡散運動 ）によって又は誘起された運動を付加することによって助けられたボディがスタ ンピング手段における各ポイントに容易に到達し、それによってボディをスタン ピング手段に付着するプロセスが加速されるという有利な効果をもたらす。 スタンピング手段をパターン化することによって、基板上のボディの如何なる 複雑なパターンも得ることが可能となるので、その方法は更に融通性のあるもの になる。それは、通常のパターン化技法を全く必要としない。作成されたパター ンは、波長の固有の限定による制限、或いはリソグラフィの一般的な処理手順の ための制限のようなリソグラフのパターン化プロセスにおいて光の性質を示すよ うな制限を受けない。更に、スタンピング手段は、同じパターンを作成するため に、例えば、各パターン化ステップに対して個別のリソグラフ・プロセスを必要 とすることなく何回でも再使用可能である。配向したボディの並列的且つ均一な 転移は、空間的に直接態様で達成可能である。 化学的な結合反応を助けるための手段として光を使用することは、これによっ て、結合反応を相互に受けると考えられ るコンポーネントが、既に相互に接触している時でも、それらコンポーネントを それらの位置から引き離す恐れのあるそれらの構造の崩壊という危険を冒すこと なく位置合わせされるので、非常に有用な方法である。位置合わせが達成される 時、表面を活性化するように及びボディを固着するように光を切り換えることが 可能である。 基板上で付着手段を使用することは、ボディをそれらの位置及び配向に維持す る力を増大させるために有用である。従って、ボディの位置又は配向の変化によ るエラーは最小にされる。それの材料に従って、非常に一般的な特性であるそれ らの性質に関係なく、ボディを付着する付着手段を選択することが可能である。 ボディが化学的に配向手段に引き付けられ、しかる後、その配向手段が自動的 に配向を行うというそのボディの化学的定義を活用することは、如何なるアクテ ィブな位置合わせプロセスがなくても、及び、如何なる機械的な位置合わせ構造 がなくても、分子、高分子、又は微小構造体のような化学的に定義されたボディ が所定の配向を持って基板上に析出可能であるという利点を提供する 特定の選択されたボディ・タイプを引き付ける配向手段と組み合わせた場合の 上記方法の利点は、それらボディを引き付けそしてそれらを配向させるプロセス が選択的であるということである。それは、所定の化学的機能を持った分子だけ がスタンピング手段に付着されることを意味する。更に、ボ ディのタイプの選択はそれらの特定のアフィニティによって生ずるので、変性し た或いは不活性なボディを、基板上にそれらボディを印刷する前に除去すること が可能である。 上記の方法は、種々の選択されたボディ・タイプが１つのスタンピングのみに よって同時に基板上に析出される場合、更に有利である。基板及びボディの比較 的複雑なアセンブリがその方法で製造可能である。スタンプが異なるボディに対 して異なるアフィニティを持った領域を有する時、これは、各タイプのボディが スタンプ上のそれの指定領域において同時にアセンブルされ、しかる後、１つの 一般的なプリント・ステップにおいてプリントされることを可能にする。 ボディにおける配向手段に代わる材料を含む援助流体を使用することは、これ によって、スタンピング手段を基板表面から解き放つステップが促進されるとい う利点をもたらす。それは、その材料がボディにおいて配向手段の位置を占め、 それによって、この引きつけ力をそれ自身に向けることで配向手段とボディとの 間の引きつけ力が弱められるためである。これも又、配向手段又はボディに損傷 を与えてそれらの位置或いはそれらの配向を変更してしまうという危険を少なく する。 スタンピング手段が、配向手段の自己集合を生じさせるように働く活性化され た表面を含む時、スタンピング手段及び配向手段に対する多くの種類の材料選択 が可能である。特に、ＰＤＭＳに対して、そのような活性化された表面は、アル キ ルアミン、アルキルシラン、又はそれの表面における他の分子の自己集合を得る ために非常に有用である。活性化されたスタンピング手段及び配向手段の表面に おける固有の反応性はスタンプ上での後者の正しい配置を生じさせ、更に、それ はスタンプ上でボディを配向させるためにも使用される。 本発明は、マイクロコンタクト・プリンティングの分野を利用する方法を提案 する。その分野では、パターン化された可撓性のスタンプの表面を化学的材料で もって覆うことによって、及び基板の表面に触れることによりその材料がスタン プのパターンの形で転移されることによって、その化学的材料を基板上に析出さ せることは既に知られている。本発明は、所定の配向を持った材料を基板上に析 出させるためにスタンプを使用する。従って、その材料はスタンプ上で既に配向 している。スタンプにおける配向は、材料が転移される時に基板に対して特定の 配向になるようにその材料を決定するという効果をもたらす。所定の配向は、材 料の所定の機能性を得るために有用である。基板は、スタンプの除去の後にその 基板上に残る層（その材料を引き付けるように働く）でもって被覆されてもよい 。 図面の簡単な説明 本発明の実施例が図面に示され、実施例を通して以下で本発明を詳細に説明す る。 第１図は、化学的に定義されたボディをコンテナ流体に浸 すスタンピング手段を示す。 第２図は、基板と接触している第１図のスタンピング手段を示す、 第３図は、基板から離れつつある第２図のスタンピング手段を示す。 第４図は、化学的に定義されたボディを持った第３図の基板を示す。 これらの図面はすべて明瞭にするために実寸に基づいて示されてはおらず、次 元相互間の関係も現実的な縮尺で示されてはいない。 発明を実施するための最良の形態 以下では、本発明の種々の実施例が説明される。すべての図面の参照番号は、 同じエレメントがいつも同じ番号でもって参照されるように統一されている。 第１図において、スタンピング手段２２は硬質のバックプレーン１１を含み、 そのバックプレーンには、スタンピング層１０が付着されている。スタンピング 層１０は、それの下側がパターン化されている。即ち、それは幾つかの窪み１７ を含む。スタンピング層１０のパターン化された表面は、スタンピング層１０の 表面付近における化学的性質を変性させる活性化された表面１２を含む。その活 性化された表面１２は、２つの異なるタイプの配向手段１３、１４でもって覆わ れる。それは、第１タイプの配向手段１３を持った領域及び 第２タイプの配向手段１４を持った領域が存在することを意味する。スタンピン グ手段２２は、コンテナ流体１６を有する容器１５の内側に部分的に位置決めさ れる。その流体１６には、幾つかのタイプの化学的に定義されたボディ１８、３ ３、３４が含まれる。この特定な例では、第１自由タイプのボディ３３、第２自 由タイプのボディ３４、及び第３自由タイプのボディ１８が存在する。第１自由 タイプのボディ３３のうちの或ものは、第１タイプの配向手段１３に結合された 第１タイプの固定ボディ２３に変更される。又、第２自由タイプのボディ３４の うちの或ものは、第２タイプの配向手段１４に化学的に結合された第２タイプ固 定ボディ２４に変更される。 スタンピング層として、硬質の材料、可撓性の材料、又はそれらの組合せが可 能である。可撓性のコンポーネントは、特に、粗い又は平坦でない析出表面では 基板との良好な接触が得られるので、その方法の質を向上させる。又、このタイ プの材料はその方法を、その表面の汚れによってエラーを引き起こし難いものに する。弾性又は可撓性スタンピング層１０は、例えば、可撓性、弾性、且つ透明 な材料であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から作ることができる。いず れにしても、他のシロキサンのような任意のポリマ又はより一般的な任意の可撓 性材料が、しかし脆いタイプ及び弾性のタイプを組み合わせた複合材料も又、ス タンピング層１０に適している。スタンピング手段２２におけるパターンは、リ ソグラフィ・プロセス、電子ビーム・リソグラフィ、エンボス印刷、表面へのモ ールディング・フィーチャによって、或いはマイクロコンタクト・プリンティン グによって生じさせることができる。それによって、非常小さい寸法のものが得 られる。スタンピング層１０の活性化表面１２は、それを配向手段１３、１４の 材料に対して化学的に引きつけ力のあるものにする。シロキサンに対して例示す ると、反応室におけるオゾン又は溶液内の酸化酸性混合物が、スタンピング層１ ０を前処理する活性化手段として使用される。これは、製造時における配向手段 １３、１４の自己集合を導く。従って、それは、例えば、アルキルシラン又はア ルキルアミンが使用される時、自己集合した単分子層を形成する。配向手段１３ 、１４でもってそれを覆うことによってスタンピング手段２２を作成するステッ プは、誘導体化とも呼ばれる。この単分子層は、それの分子が活性化表面１２と の化学的反応を通して所定の方向に配向されることを特徴とする。これは次の層 、即ち、化学的に定義された固定ボディ２３、２４の層を付着するために使用さ れる。配向手段１３、１４の分子は、特定の錠にしか適合しない特定の鍵のよう な特定のレセプタに対して化学的に引きつけ力のあるリガンドとして働く。リガ ンド分子、即ち、配向手段１３、１４は、それらが固定ボディ２３、２４よりも 小さい限り、それ自身を配向させる必要はない。それは、所望の配向を有し、従 って、自由ボディ３３、３４に対する相互作用を最大にして、その配向された固 定ボ ディ２３、２４を形成するように自由ボディ３３、３４の結合を可能にするリガ ンド分子の十分に大きいサブセットがいつも存在するためである。 化学的パターン、即ち、異なるタイプの配向手段１３、１４のパターンは、例 えば、マスク・パターン化プロセスの結果であってもよいが、一般には、他の多 くのパターン化プロセスがこれに適している。スタンピング手段２２がコンテナ 流体１６に浸される時、配向手段１３、１４の化学的な引きつけは、レセプタを 構成する自由ボディ３３、３４の引きつけを生じさせること及び固定ボディ２３ 、２４としてそれらのアセンブリを生じさせることによって、リガンド・レセプ タ複合体を形成する。これは、又、配向手段１３、１４の化学的引きつけが自由 ボディ３３、３４の特定の選択に対して選択的であることを意味する。ここでは 、第１タイプの配向手段１３は第１タイプの自由ボディ３３だけを引きつけ、第 ２タイプの配向手段１４は第２タイプの自由ボディ３４だけを引き付ける。第３ タイプの自由ボディ１８に対しては、対応する配向手段は設けられてないので、 これらは溶液内に残る。従って、そのプロセスは幾つもの、或いは、未知の自由 ボディの溶液から、自由の、特定の、化学的に定義されたタイプのボディを選び 出すためにも使用可能である。これは、本発明のもう１つの特徴、即ち、配向プ ロセスにおいて生じる効果的な濃縮及び精製のために、非常に低い質の要件がコ ンテナ流体１６に対して要求されるべきであるということを 表す。配向手段２３、２４によって引き付けられた自由ボディ３３、３４は、所 定の位置に所定の配向で固定される。スタンピング層１０及びそれの活性化され た表面１２のそれぞれの間の結合力は、固定ボディ２３、２４を所定位置に保つ 力よりも強い。 固定ボディ２３、２４を付着するプロセスの後、熱的に助けられて、或いは、 スタンピング手段２２をコンテナ流体１６に対して相対的に又はその逆に動かす ことによって、スタンピング手段２２はコンテナ流体１６と接触しないようにさ れる。それは容器１５から取り出されてもよい。配向手段１３、１４として使用 可能である非常に関連ある材料はＤＮＡである。ＤＮＡは、今日では短い長さの ストランド（オリゴヌクレオチド）の形で、当たり前の方法で製造可能であって 、対応するＤＮＡストランドに非常に強い且つ予測し得る結合力を働かす材料で ある。それによって、自由ボディ３３、３４、１８に対する選択性が得られる。 自由ボディ３３、３４、１８そのものがＤＮＡのストランドであってもよく、或 いは、付着補助物としてＤＮＡストランドを含んでもよい。従って、例えば、化 学的には引き付けられないが、配向手段１３、１４におけるＤＮＡストランドに 容易に固定されるＤＮＡストランドの層を背後に備えた小型のレーザ・コンポー ネントのような小型の構造を自由ボディ３３、３４、１８として作ることは可能 である。しかし、リガンド／レセプタの対として働くように十分に適する、生化 学又は化学から知られた多く の他の分子又は高分子が存在する。リソグラフィ又はマイクロコンタクト・プリ ンティングのような任意の一般的なパターン化方法によって、種々のタイプの配 向手段１３、１４をスタンピング手段２２の表面に設けることができる。種々の タイプの配向手段１３、１４に対する材料選択性のアフィニティを持った種々の 異なるタイプの活性化手段の使用も可能である。配向手段１３、１４としてのＤ ＮＡ及び自由ボディ３３、３４としてのタンパク質は、リガンドが化学反応を空 間的に指示するために光を使用してスタンピング手段２２の表面に形成され、従 って、リガンドのパターン化層を生じさせるという場合の例を提供する。機能的 な化学グループをスタンピング手段２２の表面に加える活性化は、例えば、スタ ンピング層１０の表面の局部反応性の変化に影響を与えるように、マスク又はマ イクロコンテナのような他の物質と関連して使用される反応性アルコール、ケト ン、又は酸を導入するためのプラズマ処理又は湿式の化学的酸化のような方法を 含んでもよい。 第２図には、スタンピング手段２２を基板２０と接触させるプロセス・ステッ プが示される。基板２０は、援助流体２５を含む容器２６内に設置される。この 援助流体２５は、複数の自由置換材料４３、４４、１９、即ち、第１タイプの自 由置換材料４３、第２タイプの自由置換材料４４、及び第３タイプの自由置換材 料１９を液浸形式で含む。基板２０は、それの上側表面に付着手段２１を保持し ている。スタンピン グ手段２２は、窪み１７にはない固定ボディ２３、２４と付着手段２１が接触す るように、付着手段２１の上に配置される。 従って、スタンピング手段２２は基板２０の表面近くにもたらされる。これは 、接近ステップ時に相互に滑り込む突起及び窪み（それぞれ基板２０上及びスタ ンピング手段２２上にある）の組合せのような幾つかの受動的又は能動的な位置 合わせ手段によって助けられてもよい。付着手段２１は固定ボディ２３、２４を 非特定的な方法で化学的に引き付ける一種の接着剤として働く。これは、付着手 段２１の結合力が、固定ボディ２３、２４の化学的構造に依存した如何なる配向 力も、或いは如何なる選択的な力も及ぼすものではないことを意味する。固定ボ ディ２３、２４が付着手段２１上に配される時、この手段は、通常、配向手段１ ３、１４及び固定ボディ２３、２４の間の力よりも大きい化学的結合力をそれら に及ぼし、それによって、後者が基板２０上に残り、配向手段１３、１４がスタ ンピング手段２２上に残ること可能にする。配向手段１３、１４がそれのスタン ピング手段２２から解き放され、固定ボディ２３、２４と共に基板２０上に留ま るという構成も可能である。配向手段１３、１４の除去も可能であり、それらの 再使用さえも可能である。 第３図の構成は、次のプロセス・ステップ、即ち、スタンピング手段２２が基 板２０から引き離される時のプロセス・ステップを示す。これは、例えば、スタ ンピング手段２２を 一方の側において持ち上げ、それをゆっくりと基板２０から離れさせることによ って行われる。それにより、配向手段１３、１４から解き放される固定ボディ２ ３、２４と自由置換材料４３、４４の一部分が接触する時に、それらの自由置換 材料４３、４４の一部分は固定置換材料５３、５４に転移される。 スタンピング手段２２を基板２０から持ち上げることは配向手段１３、１４及 び固定ボディ２３、２４の間の接続を切り離す。これを容易にするために、及び その結果として構造の破壊が生じるのを回避するために、これは、置換材料５３ 、５４、１９を浸している援助流体２５によって助けられる。援助流体２５は、 固定ボディ２３、２４の構造の維持を援助することにも適している。その援助が ない場合、その固定ボディは溶媒の喪失による脱水又は他の影響によって破損し てしまうであろう。これらの自由置換材料４３、４４、１９は直ちに配向手段１ ３、１４にとって代わって固定置換材料５３、５４に変形しようとする。この場 合には、配向手段１３、１４は固定ボディ２３、２４から分離される。この置換 プロセスは配向手段１３、１４と固定ボディ２３、２４との間の引きつけ力を減 少させる。スタンピング手段２２を基板２０から切り離した後、それらの間の新 たな接触は固定ボディ２３、２４と配向手段１３、１４との間に結合力を生じさ せないであろう。従って、配向手段１３、１４は固定置換材料５３、５４によっ て不活性化される。 更に一般的な方法も可能である。例えば、高い又は低いイオン強度、即ち、ｐ Ｈ係数を持った流体を援助流体２５として使用することは、一般には、リガンド に対する固定ボディ２３、２４を保持する結合関係を破壊することがある。 しかる後、基板２０はタブ２６から取り出され、例えば、リンスされて固定置 換材料５３、５４を洗い落とされる。 第４図は、そのプロセスの終了後の基板２０を示す。それは、固定ボディ２３ 、２４のパターンを持った付着手段２１をそれの上面に保持する。 基板２０は、今や、配向された固定ボディ２３、２４の層をその上に保持する 。この層は、幾つかの機能を遂行するために使用可能である。固定ボディ２３、 ２４はそれらの所定位置に固定されるので、それらはその後のエッチングのため の優れたマスクを提供する。それは、それらがエッチング液に対する非常に精確 な境界を形成するためである。しかし、更に興味あることは、基板２０上の配向 ボディ２３、２４をセンサ又はアクタの一部分として使用することである。異方 性の機能性を有するボディ２３、２４を利用し及びこの機能性を所定の方法で利 用しようとする如何なるアプリケーションも、ボディ２３、２４の方向がその機 能性に関して最適化されるような配向方法でボディ２３、２４が供給されること を必要とするアプリケーションである。そのようなアプリケーションは、本発明 の方法及びそれの製造物を利用することができる。配向されたボディ２３、２４ を持った基板２０を、 異なるボディ２３、２４又は同じボディ２３、２４のもう１つの層を備えた新し い基板２０として使用することによって、その方法を何回も逐次に遂行すること も可能である。これによって、異なる又は同じボディ２３、２４の複数の層を含 むスタック構成が製造可能である。特別のアプリケーションに対して異方性の機 能性を持つボディ２３、２４であって、これらのボディが付着手段２１において それ自身を配向しないように少なくともほとんど等方性の固着特性を同時に有す るボディ２３、２４に対して、その方法は特に適している。一方、付着手段２１ はそれの配向特性に関係なく選択可能であり、例えば、ボディ２３、２４に関す る最適の固着特性を有するか、又は、配向機能がその付着手段２１によって遂行 される必要がないので、他の望ましい特性を有することさえある。これは、付着 手段２１に対して、材料の大きな選択が存在することを意味するが、配向ボディ ２３、２４を含むデバイスを作成する間はボディ２３、２４に対しても、それが 存在することを意味する。そのような選択の自由は、例えば、より良好な安定性 、より小さい毒性、より高い固着係数、任意の化学的機能性、又は或プロセス状 態においてより良好な性質を示す材料を選択することによって利用可能である。 配向を行うための特別に選択された材料を、製造されるべきデバイスに組み込む 必要がない。 興味ある特徴は光活性化を使用することである。これは、１つ又は複数の結合 反応が光照射によって割り当てられるこ とを意味する。その後のプロセス・ステップは水の中で、しかも、既に結合反応 が生じているという危険を冒すことなく正規の光でもって行われるので、波長に 関する非常に有用な範囲は紫外線の範囲であろう。反応相手を紫外線でもって照 射することによって、反応が生じる。従って、ＰＤＭＳは、それが紫外線に対し て透明であり、しかも半透明モードにおいて使用可能であるので、このタイプの 反応に対しても非常に適しており、配向手段２３、２４又は付着手段２１の便宜 的な照射を可能にする。 ラングミュア・ブロジェット構成でもって本発明を実行することも可能である 。そのような構成は、例えば、水のような液体を満たされた容器を含む。析出さ れるべきボディ３３、３４、例えば、分子形式の材料がその液体の表面に加えら れ、そしてそれは、単分子層を形成するように自動的に分散される。スタンピン グ手段２２を水の中に配列し、その水が単分子層でもって覆われる時それをその 水から単に引き出すと、その結果として、スタンピング手段２２における表面に ラングミュア・ブロジェット膜が生じる。従って、水／空気の界面が配向手段１ ３、１４として作用する。この膜は平面状に固定されるが、共有結合的ではない ことを特徴とする。従って、配向も得られる。これは、配向手段１３、１４とし て使用するための結合剤が知られてなく、製造することが難しいか又は何らかの 理由で入手することも難しい場合、特に有用な方法である。 前述の流体がすべて液体又は気体を含み得ることは当然である。それにもかか わらず、配向手段１３、１４及び化学的に定義された自由ボディ２３、２４、１ ８は溶媒内に組み込まれる必要はなく、他の媒体又は方法でもってスタンピング 手段２２上にもたらされことも可能である。一般には、援助流体２５も必要ない 。スタンピング層２０の材料によっては、それの表面の活性化も必須ではない。 例えば、分子の疎水部分を結合するために疎水引きつけが使用される時、固定ボ ディ２３、２４はそれ自身をスタンピング層の表面において配向させるので、配 向手段１３、１４さえも必要としない実施例も可能である。基板２０は、付着手 段２１を有する必要がない。基板２０にボディを固定するためには、例えば、直 接光化学的プロセス、化学的プロセス、熱的プロセス、機械的プロセス、電気的 プロセス、静電的プロセス、流体静力学的プロセス、又はこれらのプロセスの任 意の組合せを利用することも可能である。 本発明の方法は、化学的に定義されてない如何なるボディにも適している。こ れに対して、ボディは、配向手段１３、１４を通して与えられる特定のリガンド に対するレセプタとして作用する化学的に定義されたボディと結合される必要が あるだけである。このボディ複合体をスタンピング手段２２において付着しそし て基板２０の表面に接触させた後、基板２０からのスタンピング手段２２の解除 時又は解除後、化学的に定義されたボディを化学的に定義されてないボディから 分離することも可能である。 １つのスタンピング手段でもって析出し得る異なるボディ・タイプの数は制限 されない。勿論、例えば、１つのタイプの配向手段しか使用しないことによって 、１つのボディ・タイプしか析出され得ない。 援助流体２５は、スタンピング手段２２が固定ボディ２３、２４と共に基板２ ０上に降ろされた後、自由置換材料４３、４４、１９がそれに加えられる時、よ り良好に働くことがある。固定ボディ２３、２４の付着は、これらの分子が時々 それらの固定位置を離れそしてそれらの位置又は他の位置を見つける傾向がある ことを意味する静的プロセスよりも更に静的であるので、自由置換材料４３、４ ４、１９の追加が早過ぎると、幾つかの欠陥が生じることがある。 同じ流体をコンテナ流体１６として及び補助流体２６として使用するプロセス 構成は有利である。スタンピング手段２２はプロセスの始めにおいてこの流体に 浸され、そのプロセス全体を通してそのままである。これは、流体／水の界面に おける界面張力による脱水及び欠陥の発生を回避する助けとなる。種々の自由ボ ディ３３、３４、１８又は自由置換材料４３、４４、１９を加えるために、これ らは、例えば、種々の自由ボディ３３、３４、１８又は自由置換材料４３、４４ 、１９を持ち込むように及びそれらを持ち去るように働くチューブ・システムを 通して、プロセス中に持ち込み可能である。これは、基板２０の付近の流体にお いてボディの高い均一性 及び混合が得られるので、良好に働く運動流体と結合可能である。基板２０は、 例えば、それの表面が光による照射によって活性化可能である時、プロセスの始 めに流体内に既に配置されていてもよい。自由ボディ３３、３４、１８を流体内 に導入し、更に多くの流体でもって容器１５の外でそれらを洗滌し、基板２０又 はその上にある付着手段２１の表面に接触し、自由置換材料４３、４４、１９を その流体内に導入した後、透明のスタンピング手段を通して基板２０の表面又は 付着手段２１上を照射する対応する波長を持った光をスイッチ・オンすることに よって、固定ボディ２３、２４の析出が得られる。その場合、それは、基板２０ 又は付着手段２１に固定ボディ２３、２４を固定するために化学的反応を活性化 する。 界面化学全体の制御及びアリール・スルフォンアミド・インヒビタでもってリ ガンド／レセプタ複合体を形成することによって、配向タンパク質、カルボニッ ク・アンヒドラーゼ（ＣＡ）を硬い表面に転移するためのスタンピングの使用を 以下の例で説明する。 ＣＡは、広範囲の系統的な分布が見られる哺乳動物クラスのタンパク質の一部 である。ＣＯ₂固定化の原因となるこれらのタンパク質は極めて高いターンオー バを有し、適度に小さく、丈夫であり、一般的には生理的ｐＨにおいて弱くチャ ージされるだけである。ＣＡは、人間の緑内障及び酸性症という病気に関連して いるかもしれない。人間のＣＡ（ＨＣＡ） 及びウシ科の動物のＣＡ（ＢＣＡ）は販売元から容易に且つ安価に得ることがで き、入手可能な幾つかの高解像度Ｘ線結晶構造によりシーケンス及び構造レベル において十分に特徴あるものである。ＣＡの結合サイトは、疎水性の割れ目が特 定の亜鉛配位サイトに近い場合、そのタンパク質の一方の面における浅い窪みの ように見える。ＣＡは、それの種々の誘導体に対して、１０６−１０９の範囲の 関連定数（association constant）を持ったベンジルスルフォンアミドによって 可逆的に抑制される。それら誘導体の大多数が治療用の薬品としての応用が見ら れる。 配向手段１３、１４として、１１−アミノアンデシルベンジル・スルフォンア ミド（ｒ＝１１）が、パターン化されたＰＤＭＳスタンピング手段１２の表面に 結合される。多くのそのようなアルキルベンジル・スルフォンアミドの誘導体が 知られている。配向手段１３、１４は、適度に制御された密度でスタンピング手 段２２の表面上に、配向態様で設けられるべきである。従って、ＰＤＭＳ材料は 、それをＰＤＭＳ−ＣＯ₂Ｈに酸化することによって活性化される。酸塩化物を 形成するための塩化チオニルによる活性化表面（過剰活性化）のその後の処理、 又はジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）を使用した非対称無水物の形成 は、それぞれ、スルフォンアミドの付着のための便利な開始点を提供する。ター ト・ブトキシ又はフルオレニルメトキシカルボニル（それぞれ、ｔＢＯＣ又はＦ ＭＯＣ）によって保護されたアルキルベンジ ル・スルフォンアミド自体のダブル・アミノの反応は、スタンピング手段２２と 溶解した形でリガンドを含んだ溶液との間の界面に向けて配向したスルフォンア ミド・リガンドによってＰＤＭＳに対するスルフォンアミド・リガンドの十分に 定義された付着を可能にする。その付着反応はシロキサン・ベースのポリマに影 響しないようにするために知られた高歩留まりの必要条件である。その反応の副 次的製品は溶解可能であり、従って、容易に除去される。スルフォンアミドにお ける保護基の除去は、スタンピング手段２２を酸に曝すことによって行われる。 ＨＦは、ｔＢＯＣ基と共にこのステップにおいて使用可能であるが、ＦＭＯＣ基 の使用も可能である。シロキサンは、それらをこの酸に短時間曝すことを可能に するようにＨＦに対して十分に耐性がある。 ２乃至２０単位の長さの短いポリ（エチレン）グリコール（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ−）_n （ＰＥＧ）の導入は、レセプタの非特定的な析出を防ぐように十分に基礎のＰ ＤＭＳの疎水性の表面を隠蔽するという問題に対する１つの解決方法である。溶 液におけるアルキル・スルフォンアミドに直接に連係したＰＥＧ又はそのＰＤＭ Ｓの表面に不均一に付着されたＰＥＧは、別の方法による疎水性表面に対する非 特定的な吸着を効果的に回避することができる。ＰＥＧは、他の材料との安定し た混合フェーズの形成に対して耐性がある。それの溶媒和構造及び自己アフィニ ティは、それに組み込まれることを求める材料に対する強力なエントロピ的な駆 動斥力を生じる。この 傾向は、タンパク質又はＤＮＡのような高分子によるそれらの機能において特に 著しい。ＰＥＧは、分裂を生じさせることなくこれらの材料の分配を助ける。 金の上に吸着されたチオール含有のアルカンに、数単位のＰＥＧしか取り込ま れない時、タンパク質の析出は完全に阻止される。それに比べて、これらのＰＥ Ｇが存在しない時、アルカンの存在は、アルキル・バックボーンとの非特定的な 疎水性の相互作用によってサポート膜上にタンパク質を１０ｎｍまで析出させる 。 スタンピング手段２２におけるリガンドの高効率の濃縮は、基板表面へのレセ プタ（この場合はＣＡ）の転移時に、スタンピング手段２２から溶液へ戻ろうと するそのレセプタの早期脱着を防ぐのに有用である。リガンド相互間の近接した 位置的関係は、正規のリガンド／レセプタ複合体の形成のエントロピ的コストを 減少させることによってＣＡの実効結合を強化する。高い初期リガンドアフィニ ティと比べると、スルフォンアミド及びＣＡの場合のように、リガンドは、高い 歩留まりで基板の転移を可能にするために十分なライフタイムをスタンプ／リガ ンド／レセプタ複合体に与える。しかし、リガンドの濃縮が高過ぎるということ は、それの密度がレセプタによる個々のリガンドへのアクセスを妨げる場合、有 害となることがある。サンプリング手段２２の表面におけるリガンドを不活性Ｐ ＥＧスペーサでもって希釈することは、結合反応が非常に統計的であるので、リ ガンドの分布を制御す る。理想的には、ＰＥＧ希釈剤はＰＥＧリガンド分子よりも短く、そのリガンド がスタンプ／溶液界面上に無制限の配座構造で現れることを許容する。 その後、スタンピング手段２２の表面に結合されたＣＡが基板２０に転移及び 付着することが続く。ここで、ベンゾフェノン基がアルキルチオールに付着する 。この分子は、エタノールにおけるそれの溶液から金の表面上に自己集合する。 その反応は特異であり、その結果、ベンゾフェノン基の完全に定義された単分子 層が高速で生じる。ＣＡを保持したスタンピング手段２２は、金で作られベンゾ フェノン（ＢＰ）で覆われた基板２０の表面にもたらされる。半透明のスタンピ ング手段２２を通してＢＰ基を光活性化することは、水性バッファにおける基板 ２０の表面へのＣＡの近接付着を生じさせる。 スタンピング手段２２を解放する幾つかの方法が可能である。スルフォンアミ ド／ＣＡ複合体の反転を可能にするには、機械的応力が十分であろう。自由なア リールスルフォアミドの高濃度溶液でもって洗滌することは、リガンドのバッフ ァ・フリーに抗した平衡化によって、ＣＡをそれの非結合状態に究極的に回復さ せる時にリガンド置換を生じさせる。最終的に、熱的応力又はバッファ応力（塩 又はｐＨ）が、アフィニティ・クロマトグラフィから既に知られているように解 除を生じさせる。スタンピング手段２２のエッジからの単に積層解除するだけで も十分であるとわかるけれども、スタンピ ング手段２２の表面に小さいキャピラリをマイクロモールドすることは、解除の ための目的にされた領域への溶液の大量輸送を容易にするために有用であろう。 上記の方法は、他の薬剤／タンパク質複合体が知られている場合に対して汎用 化可能である。固体ペプチド合成という非常に懐かしいこの反応方式を使用して 、ペプチドを抗体に付着することも可能である。 配向手段をスタンピング手段に加える必要がある場合、薄膜、例えば、金薄膜 は活性化手段として使用可能であり、スタンピング手段の表面の少なくとも一部 分に加えることも可能である。この薄膜は、ＤＮＡのチオール修飾単一ストラン ドを配向手段として共有結合するためのサポートとして作用する。活性化手段が 物理的パターン、即ち、突起及び窪みより成るパターンをスタンピング手段の上 に陰影析出することは、スタンピング・プロセスの精度を高める方法である。そ れは、活性化手段の制御析出によって、ボディの固定がスタンピング手段の表面 の選択された部分に制限されるためである。ここでは、金属を斜めの角度でボデ ィの表面に析出することによって与えられる陰影は、その金属がスタンピング手 段の利用可能な表面における所定の小さい部分においてのみ析出することを可能 にし、従って、これらの部分においてのみＤＮＡの共有結合を可能にするであろ う。 ボディ２３、２４自体がスタンピング手段の表面においてそれらを配向するた めに利用可能な異方性を示さない場合、 中間的手段、例えば、金薄薄膜をボディ２３、２４の表面の少なくとも一部分に 加えることが可能である。そこで、この薄膜は、ＤＮＡのチオール修飾の単一ス トランドをレセプタとして共有結合するためのサポートとして作用する。ボディ ２３、２４上に薄膜を陰影析出することは、ボディ２３、２４に異方性を導入す る方法又はボディ２３、２４の異方性を強化する方法である。それは、薄膜の制 御析出によって、ＤＮＡがその薄膜を保持する表面に単に連結されるためである 。ここでは、金属を斜めの角度でボディの表面に析出することによって与えられ る陰影は、その金属がボディ２３、２４の利用可能な表面における所定の小さい 部分のみに析出することを可能にし、従って、これらの部分においてのみＤＮＡ の共有結合を可能にするであろう。そこで、ボディ２３、２４の秩序ある析出を 達成するために、リンキング・デュープレックスが使用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒエル、ブルーノ スイス国アドルスヴィル、オーベルフスシ ュトラーセ 28

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１つ又は複数の化学的に定義されたボディ（２３、２４）を基板（２０）の 表面に析出する方法にして、 前記ボディ（２３、２４）がスタンピング手段（２２）の表面に所定の配向で もって固着される第１ステップと、 前記スタンピング手段（２２）が前記基板（２０）の表面に接近することによ って、前記ボディ（２３、２４）が前記基板（２０）の表面と接触させられる第 ２ステップと、 前記スタンピング手段（２２）が前記基板（２０）の表面から引き離されるこ とによって、前記ボディ（２３、２４）が前記所定の配向を保ったまま前記基板 （２０）の表面の上に残る第３ステップと、 を含むことを特徴とする方法。 ２．前記第１ステップの間、前記ボディ（２３、２４）は前記スタンピング手段 （２２）の表面と接触させられるコンテナ流体（１６）の中に位置することを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記スタンピング手段（２２）の表面は、前記ボディ（２３、２４）が前記 基板（２０）の表面における析出される領域及び前記ボディ（２３、２４）が前 記基板（２３、２４）の表面における析出されない領域を定義するために使用さ れるパターンを前記第１ステップの前に設けられることを特徴とする請求の範囲 第１項又は第２項に記載の方法。 ４．前記基板（２０）の表面は化学的引きつけ力に関して感光性である材料を含 むように選択され、 前記ボディ（２３、２４）を前記基板（２０）の表面に固着するステップは光 の照射によって助けられる ことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の１つに記載の方法。 ５．前記ボディ（２３、２４）は、前記基板（２０９）の表面における付着手段 （２１）の使用の下で前記基板（２０）の表面に固着され、前記付着手段（２１ ）は前記ボディ（２３、２４）を引き付けるように及び所定の配向で固着するよ うに働くことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の１つに記載の方法。 ６．前記付着手段（２１）は化学的引きつけ力に関して感光性である材料を含む ように選択され、 前記ボディ（２３、２４）を前記付着手段（２１）を介して前記基板（２０） の表面に固着するステップは光の照射によって助けられる ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。 ７．前記スタンピング手段（２２）は化学的引きつけ力に関して感光性である材 料を含むように選択され、 前記ボディ（２３、２４）が前記スタンピング手段（２２）に固着されるステ ップは光の照射によって助けられる ことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項の１つに記載の方法。 ８．前記ボディ（２３、２４）は、前記スタンピング手段（２２）の表面におけ る配向手段（１３、１４）の使用の下で前記スタンピング手段（２２）の表面に 固着され、前記配向手段（１３、１４）は前記ボディ（２３、２４）を化学的に 引き付けるように及び前記ボディ（２３、２４）を所定の配向に向けるように働 くことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項の１つに記載の方法。 ９．前記配向手段（１３、１４）は、化学的引きつけ力に関して感光性である材 料を含むように選択され、 前記ボディ（２３、２４）を前記配向手段（１３、１４）を介して前記スタン ピング手段（２２）に固着するステップは光の照射によって助けられる ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。 １０．化学的組成が異なる種々のボディ・タイプの混合物から特定の選ばれたも のだけが前記基板（２０）の表面に析出されることになっており、 前記配向手段（１３、１４）は、前記種々のボディ・タイプのうちの前記特定 の選ばれたものに化学的引きつけ力を与える材料を含むように選択される ことを特徴とする請求の範囲第８項又は第９項に記載の方法。 １１．前記配向手段（１３、１４）は、前記種々のボディ・タイプの種々の特定 の選択を特定的に引き付けるための種々の材料を同時に含むように選択されるこ とを特徴とする請求 の範囲第８項乃至第１０項の１つに記載の方法。 １２．前記第３ステップは、前記基板（２０）の表面から離れる前記スタンピン グ手段（２２）の動きを促進するために前記ボディ（２３、２４）における前記 配向手段（１３、１４）の少なくとも一部分を置換する材料を含む補助流体（２ ５）によって助けられることを特徴とする請求の範囲第８項乃至第１１項の１つ に記載の方法。 １３．前記スタンピング手段（２２）は、前記配向手段（１３、１４）の自己集 合を生じさせるために活性化表面（１２）を含むことを特徴とする請求の範囲第 ８項乃至第１２項の１つに記載の方法。