プローブアレイ用基体ならびにプローブアレイおよびその製造方法
【課題】集積度が高く、十分な量のプローブ分子を保持できる、プローブアレイを構成するために適し、隣り合うプローブ溶液の液滴同士が接触するといった不都合が生じにくく、さらに、このような不都合が生じた場合には、それを簡単かつ確実に検出できる、プローブアレイ用基体を提供する。
【解決手段】配列される複数のプローブ保持部１０２の各々に、親水性を示す突起１０３を設けるとともに、各プローブ保持部１０２を取り囲むように疎水性領域１０４を形成する。さらに、複数のプローブ保持部１０２間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、親水性を示す検査用領域１０６を、複数のプローブ保持部１０２の隣り合うものの間において、各プローブ保持部１０２に対して疎水性領域１０４を隔てて位置するように形成する。
【解決手段】配列される複数のプローブ保持部１０２の各々に、親水性を示す突起１０３を設けるとともに、各プローブ保持部１０２を取り囲むように疎水性領域１０４を形成する。さらに、複数のプローブ保持部１０２間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、親水性を示す検査用領域１０６を、複数のプローブ保持部１０２の隣り合うものの間において、各プローブ保持部１０２に対して疎水性領域１０４を隔てて位置するように形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、化学または生物化学の分野で用いるプローブアレイ用基体、ならびにプローブアレイ用基体を用いて構成されるプローブアレイおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遺伝子診断を同時に多項目に関して行なう場合、あるいは多種類のｍＲＮＡに関してその発現量を同時に調査する場合、またあるいは多項目のＳＮＰｓ（single nucleotide polymorphisms：一塩基多型）の調査を同時に行なう場合等のツールとして、ＤＮＡチップが注目されている。ＤＮＡチップは、ＤＮＡマイクロアレイとも呼ばれるもので、標的とするＤＮＡ分子やＲＮＡ分子とハイブリダイゼーションを起こす既知のＤＮＡをプローブとし、周期的に配列された複数のプローブ保持部に複数種類のプローブを保持したプローブアレイである。
【０００３】
また、多種類の抗体や抗原に関してその有無を同時に調査する場合に用いられるツールとして、抗原チップや抗体チップが注目を集めている。抗原チップは、標的とする抗体分子と結合する既知の抗原をプローブとし、周期的に配列された複数のプローブ保持部に複数種類のプローブを保持したプローブアレイである。抗体チップは、標的とする抗原と結合する既知の抗体分子をプローブとし、周期的に配列された複数のプローブ保持部に複数種類のプローブを保持したプローブアレイである。
【０００４】
プローブアレイを製造するための一般的な方法として、スライドグラスなどの基板上にプローブ溶液（プローブ分子を含む溶液）をドット状に付着させ（以下、「スポッティング」と呼ぶ。）、基板表面にプローブ分子を化学的に結合させることで、基板表面上にプローブのスポットを配列していく方法が知られている。スポッティングの具体的な方法としては、注射針、マイクロピペット、インクジェットなどでプローブ溶液を基板上に吐出する方法や、針先に付着させたプローブ溶液を基板に接触させる方法が知られている。
【０００５】
上記のスポッティングによる方法を実施する場合において、微小体積の液滴を高密度に整列させるために使用されるマイクロピペットがたとえば特開２００４−４５０５５号公報（特許文献１）に開示されている。また、マイクロピペットから供給される液滴を効率良くアレイ基板上に配列し、かつ液滴の混入を防ぐような構造を有するアレイ基板の製造方法がたとえば特開２００４−４０７６号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００６】
スポッティング工程においては、前述したように、複数種類のプローブ溶液を基板上に配列する必要がある。そのため、注射針、マイクロピペット、インクジェットなどを用いると、１点の塗布を行なう度に溶液交換が必要となり、コストや生産スピードが犠牲になる。そのため、１回のスポッティング工程で複数種類のプローブ溶液を付着させ得ることが要望される。
【０００７】
また、スポッティングの際に、隣り合うプローブ溶液の液滴同士が接触すると、両者が混じり合い、プローブアレイとしては不良品となる。したがって、このような不良品を生じさせにくくすることが要望される。さらに、このような不良品が生じた場合には、それを簡単かつ確実に検出できることが望まれる。
【特許文献１】特開２００４−４５０５５号公報
【特許文献２】特開２００４−４０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明の目的は、上述した要望を満たし得る、プローブアレイ用基体、ならびにプローブアレイ用基体を用いて構成されるプローブアレイおよびその製造方法を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、主面を有し、かつ主面に沿って複数のプローブ保持部が配列されているプローブアレイ用基体にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、各プローブ保持部には、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す突起が設けられ、また、プローブ溶液に対して比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
なお、「比較的高い濡れ性」とは、液体の自由表面が、その接触する固体表面となす角度、すなわち接触角（濡れ角）が９０度以下の場合の濡れ性を言い、「比較的低い濡れ性」とは、接触角（濡れ角）が９０度を超える場合の濡れ性を言う。したがって、プローブ溶液が水溶液である場合、「比較的高い濡れ性」は親水性を意味し、「比較的低い濡れ性」は疎水性を意味する。
【００１１】
上記突起は、低濡れ性領域から立ち上がるように設けられていて、プローブ保持部は、突起のみによって与えられてもよいが、好ましくは、主面上であって、突起の周囲の領域に、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す高濡れ性領域が形成され、プローブ保持部は、突起および高濡れ性領域によって与えられる。
【００１２】
各プローブ保持部には、主面から陥凹した形状が付与されていてもよい。
【００１３】
この発明に係るプローブアレイ用基体において、複数のプローブ保持部間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す検査用領域が、複数のプローブ保持部の隣り合うものの間において、各プローブ保持部に対して低濡れ性領域を隔てて位置するように形成されていることが好ましい。
【００１４】
この発明に係るプローブアレイ用基体において、突起には、プローブ保持部へのプローブ溶液の導入を円滑にするための案内溝が形成されていることが好ましい。
【００１５】
この発明に係るプローブアレイ用基体は、他の局面では、突起を備えず、各プローブ保持部は、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す領域によって与えられる。また、プローブ溶液に対して比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成され、複数のプローブ保持部間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す検査用領域が、複数のプローブ保持部の隣り合うものの間において、各プローブ保持部に対して低濡れ性領域を隔てて位置するように形成される。
【００１６】
プローブ溶液が水溶液であるとき、比較的高い濡れ性は親水性であり、比較的低い濡れ性は疎水性であるということになるため、当該プローブアレイ用基体は親水性を有する材料からなり、前述した低濡れ性領域はプローブアレイ用基体の表面にフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされて形成された感光性樹脂膜によって与えられることが好ましい。
【００１７】
また、プローブ溶液が水溶液であるとき、当該プローブアレイ用基体は親水性を有する材料からなり、プローブアレイ用基体の主面には樹脂膜が形成され、前述したプローブ保持部は、この樹脂膜を形成した後、樹脂膜をプラズマアッシングによって除去した部分に形成され、前述した低濡れ性領域は、プラズマアッシングによって除去した後に残った上記樹脂膜によって与えられることが好ましい。
【００１８】
また、複数のプローブ保持部の各々において、突起を取り囲むように隔壁が形成され、隣り合う隔壁間には溝部分が形成され、溝部分には樹脂が付与され、低濡れ性領域は、溝部分内の樹脂がなくならない程度にプラズマアッシングされた後に残された樹脂の表面によって与えられ、高濡れ性領域の少なくとも一部は、プラズマアッシングされて余分な樹脂が除去された部分によって与えられてもよい。
【００１９】
この発明は、また、前述したこの発明に係るプローブアレイ用基体と、プローブアレイ用基体の各プローブ保持部に保持されたプローブ分子とを備える、プローブアレイにも向けられる。
【００２０】
この発明は、さらに、この発明に係るプローブアレイ用基体を用いて実施される、プローブアレイの製造方法にも向けられる。
【００２１】
この発明に係るプローブアレイの製造方法は、この発明に係るプローブアレイ用基体を用意する工程と、複数の突起に対応するように配列され、かつ各々にプローブ溶液が充填されたノズルを有する、供給器を用意する工程と、プローブアレイ用基体の突起に、供給器のノズルを近接させて、プローブ溶液と突起とを接触させることによって、プローブ溶液をプローブ保持部に導く工程とを備えることを特徴としている。
【００２２】
上述のプローブアレイの製造方法において、
突起の中心から低濡れ性領域までの距離をＩ、および、
ノズルの外径をＤとしたとき、
Ｉ≦Ｄ／２の関係が成立することが好ましい。
【００２３】
あるいは、上述のプローブアレイの製造方法において、さらに、
前記ノズルの長さをＮ、および、
ノズルの外周面とプローブ溶液との間の濡れ角をθ３とし、かつ、
ψを、ψ＝arcsinh (tan θ３)で定義したとき、
Ｉ＞Ｄ／２のときに、
Ｎ＞Ｄ×［arccosh ｛（２Ｉ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］
の関係が成立することが好ましい。
【００２４】
この発明に係るプローブアレイの製造方法を実施するにあたり、前述したように、主面上であって、突起の周囲の領域に、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す高濡れ性領域が形成され、プローブ保持部は、突起および高濡れ性領域によって与えられる、そのようなプローブアレイ用基体が用意される場合、
ノズルの外径をＤ、
突起の中心から低濡れ性領域までの距離をＩ、
プローブアレイ用基体におけるプローブ保持部周辺の高濡れ性領域とプローブ溶液との間の濡れ角をθ２、および、
ノズルの外周面とプローブ溶液との間の濡れ角をθ３としたとき、
Ｉ＜［Ｄ×cosh ｛arcsinh （１／tan θ２）｝］／［２×cosh ｛arcsinh （tan θ３）｝］
の関係が成立することが好ましい。
【００２５】
この発明に係るプローブアレイの製造方法を実施するにあたり、前述したように、検査用領域が形成されたプローブアレイ用基体が用意される場合、プローブ溶液をプローブ保持部に導く工程の後、検査用領域にプローブ溶液が付着していないことを確認する工程を実施することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
この発明に係るプローブアレイ用基体によれば、プローブ保持部において比較的高い濡れ性が与えられるとともに、比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成されているので、プローブ保持部へのプローブ溶液の導入を円滑に行なうことができるとともに、プローブ保持部に導入されるべきプローブ溶液の主面上での濡れ広がりを低濡れ性領域によって確実に防止することができる。そのため、プローブアレイにおけるプローブの集積度を高めることができる。
【００２７】
また、この発明に係るプローブアレイ用基体において、プローブ保持部に比較的高い濡れ性を示す突起が設けられていると、プローブ溶液と突起との間に働く濡れ力により、プローブ保持部へのプローブ溶液の導入をより円滑に行なうことができる。
【００２８】
また、この発明に係るプローブアレイ用基体に検査用領域が形成されていると、プローブアレイ用基体のプローブ保持部にプローブ溶液を導入した後、検査用領域が濡れていないか、あるいは濡れた後に乾いた形跡がないかなどを検査することにより、隣り合うプローブ溶液の液滴同士の混じり合い（クロスコンタミネーション）による不良の発生を確実に検出することができる。
【００２９】
この発明に係るプローブアレイの製造方法によれば、一度に多くの種類のプローブ溶液を供給器からプローブアレイ用基体へ供給することができるため、プローブアレイの製造を能率的かつ低コストで実施することができる。なお、供給器にある複数のノズルにプローブ溶液を充填するときには、異なる種類のプローブ溶液を複数のノズルの各々に充填する必要があるため、比較的時間およびコストを要する作業となるが、一旦充填の完了した供給器を使って、多数のプローブアレイ用基体に対してプローブ溶液の供給を行なうことができるため、１つのプローブアレイについて見たときの作業時間およびコストはそれほどかかるものではない。
【００３０】
また、この発明に係るプローブアレイの製造方法によれば、プローブ保持部に設けられている比較的高い濡れ性を示す突起とプローブ溶液が充填されたノズルとを近接させ、突起とプローブ溶液とを接触させることによって、プローブ溶液をプローブ保持部に導くようにしているので、プローブ溶液と突起との間に働く毛細管現象や濡れ力により、プローブ保持部へのプローブ溶液の導入を円滑かつ確実に進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１に、この発明の第１の実施形態によるプローブアレイ用基体１００の一部が斜視図で示されている。図２は、図１に示したプローブアレイ用基体１００の一部を示す上面図である。
【００３２】
図１および図２を参照して、プローブアレイ用基体１００は、主面１０１を有し、全体として板状をなしている。プローブアレイ用基体１００には、主面１０１に沿って複数のプローブ保持部１０２が行および列をなすように配列されている。
【００３３】
各プローブ保持部１０２には、親水性を示す突起１０３が設けられる。なお、「親水性」および「疎水性」の用語は、通常、水に対する濡れ性（親和性）の有無を示す用語として用いられるが、以下の説明においては、プローブ溶液が水溶液であるか否かに関わらず、プローブ溶液に対する濡れ性が高い場合に「親水性」を有すると表現し、濡れ性が低い場合に「疎水性」を有すると表現する。
【００３４】
また、プローブアレイ用基体１００の主面上には、疎水性領域１０４が各プローブ保持部１０２の周囲を取り囲むように形成されている。この実施形態では、主面１０１であって、親水性を有する突起１０３の周囲の領域に、方形状の親水性領域１０５が形成されている。したがって、プローブ保持部１０２は、前述した突起１０３および親水性領域１０５によって与えられることになる。このことから、各プローブ保持部１０２において保持され得るプローブ溶液の量を十分に確保することができ、また、このことは、各プローブ保持部１０２に保持されるプローブ溶液の量のばらつきを減じることにもつながる。
【００３５】
さらに、プローブアレイ用基体１００の主面１０１上には、複数のプローブ保持部１０２間でのプローブ溶液の混じり合い（クロスコンタミネーション）の有無を検査するため、親水性を示す検査用領域１０６が設けられている。検査用領域１０６は、複数のプローブ保持部１０２の隣り合うものの間において、各プローブ保持部１０２に対して疎水性領域１０４を隔てて位置するように、たとえば格子状に形成されている。このように検査用領域１０６が形成されていると、プローブ保持部１０２にプローブ溶液を導入した後、検査用領域１０６が濡れていないか、あるいは濡れた後に乾いた形跡がないかなどを検査することにより、隣り合うプローブ溶液の液滴同士の混じり合いによる不良の発生を確実に検出することができる。
【００３６】
前述した突起１０３は、２本の正四角柱を、各々の１つの稜線が接するように配置しながら、対角線方向に並べた形状を有している。上記正四角柱の断面を規定する正方形の辺の長さは、図２に表示されるように、たとえば５μｍとされる。また、突起１０３と疎水性領域１０４との間隔は、たとえば１０μｍとされる。また、検査用領域１０６の幅は、たとえば１０μｍとされる。さらに、突起１０３の高さは、たとえば１００μｍとされ、隣り合う突起１０３間の配列ピッチは、たとえば６０μｍとされる。
【００３７】
上述のような形状を有する突起１０３には、面１０７および１０８によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１０９と、面１１０および１１１によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１１２とが互いに対角線方向に対向して形成されることになる。これら突起１０３および案内溝１０９および１１２のそれぞれの機能については後述する。
【００３８】
次に、プローブアレイ用基体１００の製造方法について説明する。図３には、プローブアレイ用基体１００を製造するために実施される典型的な工程が示されている。
【００３９】
まず、図３（１）に示すように、プローブアレイ用基体１００となるべき板状の材料基板１２０が用意される。材料基板１２０は、たとえば、厚み５００μｍの単結晶シリコン基板から構成される。
【００４０】
次に、同じく図３（１）に示すように、フォトリソグラフィーを用いて、材料基板１２０の表面にレジストパターン１２１が形成される。図２に示したプローブアレイ用基体１００との関連で説明すると、レジストパターン１２１は、突起１０３となるべき部分を被覆するように形成される。
【００４１】
次に、図３（２）に示すように、レジストパターン１２１をマスクとして、材料基板１２０が、たとえば１００μｍの深さをもってドライエッチングされる。このドライエッチングのため、たとえば、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupling Plasma - Reactive Ion Etching）技術が有利に適用され、ＣＦ４やＳＦ６などのフッ素原子を含むガスのプラズマによるエッチングが実施される。この工程を終えたとき、材料基板１２０に、突起１０３の形状が付与される。
【００４２】
次に、図３（３）に示すように、硫酸と過酸化水素水との混合液での洗浄が行なわれ、レジストパターン１２１が除去されるとともに、表面の有機汚染が除去される。
【００４３】
次に、図３（４）に示すように、前述した疎水性領域１０４を与えるようにパターニングされた感光性樹脂膜１２２が形成される。感光性樹脂膜１２２は、図３（４）において、その厚みが誇張されて図示されているが、パターニングされた感光性樹脂膜１２２を形成するため、次のような工程が実施される。
【００４４】
まず、図３（３）に示す構造物が得られた後、たとえば感光性ポリイミドのような感光性樹脂がその全面に塗布される。
【００４５】
次に、適当なフォトマスクを使用して、ステッパーなどにより紫外線照射が行なわれる。感光性樹脂がネガ型の場合であれば、フォトマスクは、疎水性領域１０４となるべき部分以外の部分、すなわち、突起１０３、親水性領域１０５および検査用領域１０６の部分を遮光し、疎水性領域１０４となるべき部分を透光するパターンとなっている。
【００４６】
紫外線照射の後に、現像処理を行なうと、感光性樹脂がパターニングされて、図３（４）に示すように、疎水性領域１０４を与える感光性樹脂膜１２２が形成される。
【００４７】
その後、感光性樹脂膜１２２が消滅しない程度にプラズマアッシングが実施される。これによって、突起１０３、親水性領域１０５および検査用領域１０６といった感光性樹脂膜１２２を形成したくない部分に少量付着した樹脂が除去される。また、材料基板１２０が前述したようにシリコンから構成される場合、プラズマアッシングにおいて酸素プラズマが用いられるので、シリコンの最表面が酸化され、それによって、突起１０３、親水性領域１０５および検査用領域１０６に良好な親水性が与えられる。
【００４８】
このようにして、プローブアレイ用基体１００が得られる。
【００４９】
なお、疎水性領域１０４は、上述したようにフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされて形成された感光性樹脂膜１２２によって与えられるのではなく、単なる樹脂膜によって与えられ、この樹脂膜をプラズマアッシングによって除去することによって、プローブ保持部１０２となる突起１０３および親水性領域１０５を露出させるとともに、検査用領域１０６を露出させるようにしてもよい。
【００５０】
また、上述したプローブアレイ用基体１００の製造方法では、単結晶シリコンからなる材料基板１２０をドライエッチングすることによって、突起１０３を形成した。この方法を用いれば、微細かつ高アスペクトの突起１０３を、一度のエッチング工程で形成することができる。ここで、高アスペクトというのは、開口部の幅に対して、エッチングする深さが大きいことを意味している。単結晶シリコンからなる材料基板１２０のドライエッチングでは、アスペクト比（エッチングする深さを開口部の幅で割った値）が２０を超えるような加工が可能である。なお、このようなドライエッチングによる方法に代えて、より低コストのウェットエッチングによる方法を適用してもよい。
【００５１】
上述したプローブアレイ用基体１００を用いて構成されるプローブアレイ、より具体的には、複数種類のプローブＤＮＡを配列したＤＮＡチップを製造するにあたり、図４に示すような供給器２００が使用される。
【００５２】
供給器２００は、複数の貫通孔２０１がたとえば２４０μｍのピッチで形成された、たとえば厚み４００μｍのガラス部２０２と、微細加工されたシリコン部２０３とから構成されている。シリコン部２０３は、ガラス部２０２に形成された貫通孔２０１に連通するノズル２０４を有している。ノズル２０４の内径はたとえば３０μｍであり、ノズル２０４の壁の厚みはたとえば１０μｍであり、ノズル２０４の外径はたとえば５０μｍである。また、ノズル２０４の長さはたとえば１５０μｍである。
【００５３】
次に、図５を参照して、供給器２００の製造方法の一例について説明する。図５は、供給器２００における特定の切断面で切断して示した端面図である
まず、図５（１Ａ）に示すように、両面が平面研磨された、たとえば厚み４００μｍのガラスウエハに対して、フォトリソグラフィーで形成したレジストパターンをマスクとしたサンドブラスト加工を施すことにより、貫通孔２０１を形成して、供給器２００のためのガラス部２０２を得る。このとき、ガラスウエハの片面のみから加工を行なって貫通孔２０１を形成しても、あるいは、ガラスウエハ２５０の片面からまず半分を越える程度の深さの加工を行ない、次に反対面から加工を行なって貫通孔２０１を貫通させてもよい。
【００５４】
他方、図５（１Ｂ）に示すように、両面が平面研磨された、たとえば厚み３５０μｍのシリコンウエハ２１１の一方主面上に、レジストパターン２１２をフォトリソグラフィーによって形成し、このレジストパターン２１２をマスクとして、シリコンウエハ２１１に対して、ＩＣＰ−ＲＩＥによるエッチングを実施し、たとえば深さ１５０μｍ程度の掘り込み加工を行なう。これによって、シリコン部２０３に備えるノズル２０４の形状が得られる。
【００５５】
次に、図５（２Ｂ）に示すように、硫酸と過酸化水素水との混合溶液を用いて、シリコンウエハ２１１からレジストパターン２１２を除去するとともに、このレジストパターン２１２が形成されていた主面とは逆の主面上に、レジストパターン２１３を、レジストパターン２１２の場合と同様の方法により形成する。
【００５６】
次に、図５（３Ｂ）に示すように、レジストパターン２１３をマスクとして、シリコンウエハ２１１に対して、ＩＣＰ−ＲＩＥによるエッチングを実施し、ノズル２０４の内部を貫通する状態とする。
【００５７】
次に、図５（４Ｂ）に示すように、硫酸と過酸化水素水との混合溶液を用いて、シリコンウエハ２１１からレジストパターン２１３を除去する。これによって、供給器２００のためのシリコン部２０３を得る。
【００５８】
次に、図５（５）に示すように、シリコン部２０３のノズル２０４とガラス部２０２の貫通孔２０１とを整列させた状態で、シリコン部２０３とガラス部２０２とを陽極接合によって接合する。陽極接合とは、シリコンとガラスとを重ね合わせて、３００〜５００℃程度まで加熱し、シリコンを陽極、ガラスを陰極とする方向に数百ボルトの直流電圧を印加することで、シリコンとガラスとを接合する技術である。陽極接合を行なうと、シリコン最表面の原子とガラス最表面の原子とが結合し、気密レベルの接合がなされる。
【００５９】
以上のようにして、供給器２００を得ることができる。
【００６０】
次に、上述の供給器２００を用いて実施される、プローブアレイの製造方法、より具体的には、複数種類のプローブＤＮＡを配列したＤＮＡチップの製造方法について説明する。
【００６１】
プローブアレイ用基体１００がシリコンをもって構成される場合、プローブアレイ用基体１００のシリコンの露出している部分、すなわち、突起１０３および親水性領域１０５からなるプローブ保持部１０２ならびに検査用領域１０６には、シリコン酸化膜が形成されているが、ここにアミノシランを作用させることで、シリコン表面にアミノ基を導入する。その後、Ｎ−（６−マレイミドカプロイロキシ）スクシイミド（N‐(6‐Maleimidocaproyloxy)succinimide）を含む試薬を作用させて、プローブアレイ用基体１００の最表面のアミノ基を、マレイミド基に置換する。
【００６２】
他方、供給器２００が用意され、この供給器２００の貫通孔２０１の各々に、図６（１）に示すように、プローブＤＮＡを含むプローブ水溶液２１０を装填する。この装填には、マイクロピペットやインクジェットが用いられる。なお、プローブ水溶液２１０としては複数種類のものが用意され、それぞれ、異なる貫通孔２０１に装填される。プローブ水溶液２１０に含まれるプローブＤＮＡとしては、５’末端にチオール基が付加されたプローブＤＮＡが使用される。貫通孔２０１の各々に装填されたプローブ水溶液２１０は、貫通孔２０１およびノズル２０４の内径が十分に小さいため、毛細管現象によって、ノズル２０４の先端にまで迅速に達し、かつ、そこで表面張力が働くため、ノズル２０４から自然に流れ落ちることはない。
【００６３】
供給器２００の表面にプローブＤＮＡが吸着されて、プローブ水溶液２１０の濃度が低下することを防ぐために、何度か友洗いをしてもよく、あるいは、プローブ水溶液２１０を貫通孔２０１の各々に入れる前に、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）や適当なＤＮＡ断片の水溶液で洗って、供給器２００の表面をブロッキングしておいてもよい。
【００６４】
次に、プローブアレイ用基体１００と供給器２００とを位置合わせした状態で互いに近接させる。その結果、ノズル２０４の各開口の中に位置しているプローブ水溶液２１０の各々が、プローブアレイ用基体１００側の突起１０３に接触する。このとき、一例として、ノズル２０４の先端とプローブアレイ用基体１００の主面１０１との間の距離が８０μｍ程度になるまで近接させれば、ノズル２０４の内部に突起１０３が２０μｍ程度挿入されるため、プローブ水溶液２１０と突起１０３とが確実に接触する。
【００６５】
詳細な作用機序については後述するが、上述のように、プローブ水溶液２１０と突起１０３とが接触したとき、プローブ水溶液２１０とプローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２との間に働く濡れ力によって、プローブ水溶液２１０は、突起１０３に沿って濡れ伝わり、疎水性領域１０４で食い止められるまで親水性領域１０５上で濡れ広がる。このようにして、図６（２）に示すように、プローブ保持部１０２の各々にプローブ水溶液２１０が導入される。
【００６６】
次いで、所定時間経過後に、供給器２００をプローブアレイ用基体１００から離せば、図６（３）に示すように、プローブアレイ用基体１００の突起１０３を含むプローブ保持部１０２にプローブ水溶液２１０が付着した状態が得られる。
【００６７】
プローブアレイ用基体１００に６０μｍピッチで突起１０３が形成され、供給器２００に２４０μｍピッチでノズル２０４が形成されている場合には、図６に示した方法では、プローブアレイ用基体１００のすべてのプローブ保持部１０２に、プローブ水溶液２１０を付着させることはできない。しかし、異なるプローブ水溶液２１０を充填した供給器２００を４個準備して、順次、プローブアレイ用基体１００へのプローブ水溶液２１０の導入を行なえば、すべてのプローブ保持部１０２に、それぞれ異なるプローブ水溶液２１０を付着させることができる。
【００６８】
プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２にプローブ水溶液２１０が付着した状態で一定時間放置すれば、プローブ保持部１０２に露出しているシリコン表面に結合しているマレイミド基とプローブＤＮＡ分子に導入されたチオール基とが化学的に結合して、結果的に、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２に、プローブとなるプローブＤＮＡ分子が保持された状態が得られる。この後、水洗を行ない、乾燥すれば、ＤＮＡチップが完成される。
【００６９】
上述の実施形態では、プローブＤＮＡ分子とプローブアレイ用基体１００との間の結合に、マレイミド基とチオール基の結合を利用したが、アビジン−ビオジン間の結合など、他の種類の結合を利用してもよい。
【００７０】
供給器２００を使用せずに、単純なノズル（毛細管）を使用して、プローブアレイ用基体１００にプローブＤＮＡ水溶液を付着させてもよいが、プローブアレイ用基体１００上のすべてのプローブ保持部１０２に対して、一回一回位置合わせをしてノズル近接を行なわなければならないため、時間とコストがかかる。そのため、図６に示したように、複数のノズルが配列された供給器２００を使用することが好ましい。
【００７１】
なお、供給器２００にある複数のノズル２０４にプローブ水溶液２１０を充填するときには、異なる種類のプローブ水溶液２１０を複数のノズル２０４の各々に充填する必要があるため、比較的時間およびコストを要する作業となるが、一旦充填の完了した供給器２００を使って、多数のプローブアレイ用基体１００に対してプローブ水溶液２１０の供給を行なうことができるため、１つのプローブアレイについて見たときの作業時間およびコストはそれほどかかるものではない。
【００７２】
図６（２）に示したプローブ水溶液２１０の、プローブアレイ用基体１００側への転写工程において、隣接するプローブ保持部１０２にまでプローブ水溶液２１０が到達してしまうと、複数のプローブ保持部１０２間でのプローブ水溶液２１０の混じり合い（クロスコンタミネーション）が生じ、本来の意図とは異なる種類のプローブＤＮＡ分子が結合することになるため、このようにして得られたＤＮＡチップは不良となる。したがって、このような不良が発生したときには、これを不良品として確実に検出する必要がある。
【００７３】
この実施形態によれば、隣接するプローブ保持部１０２にまで、プローブ水溶液２１０が到達してしまったときには、必ず、検査用領域１０６にもプローブ水溶液２１０が到達していることになる。したがって、検査用領域１０６にプローブ水溶液２１０が到達しなかったことを確認できれば、上述したようなクロスコンタミネーションによる不良は発生していないと判断できる。そのため、図６（２）に示した工程の直後、または図６（３）に示した工程の直後に、検査用領域１０６が濡れていないかどうかを検査することにより、クロスコンタミネーションによる不良を検出することができる。あるいは、図６（２）および（３）に示した各工程を終え、さらに後の工程を終えたとき、検査用領域１０６においてプローブ水溶液２１０が一旦付着し乾燥した痕跡（たとえば、塩分の残留など）がないかどうかを検査することにより、クロスコンタミネーションによる不良を検出するようにしてもよい。
【００７４】
図６に示した方法を用いた場合、前述したように、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２とプローブ水溶液２１０との間に働く濡れ力によって、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２にプローブ水溶液２１０が導入されかつ充填される。その作用機序について、図７ないし図１０を用いて以下に説明する。
【００７５】
説明の前準備として、まず、図７を参照する。図７は、液体４００の液面に、固体の円柱４０１を、液面に対して垂直に入れたときの状態を示している。図７において、円柱４０１の中心軸に沿ってｘ軸をとる。ｘ座標ごとに断面をとれば、液体４００の液面はｘ軸を中心とする円になっている。
【００７６】
この円の半径をｙとすると、液体４００の液面の表面積Ｓは、次の数式１によって表現されることができる。
【００７７】
【数１】
【００７８】
表面張力の作用により、液体４００の表面積は最小値をとる。また、液体４００には供給源があるから、液体４００の体積を一定に保つ制約もない。したがって、数式１の定積分は、ｙの関数形の微小な変化に対して停留値をとる。よって、次の数式２で表されるオイラーの微分方程式が成立する（原島鮮著，「力学II−解析力学」，第２１版，裳華房，１９９０年１０月２５日，ｐ．１３−２０参照）。
【００７９】
【数２】
【００８０】
上記数式２を整理していくと、次の数式３が得られる。
【００８１】
【数３】
【００８２】
そして、上記数式３の微分方程式を解くことにより、下記の数式４が導かれる。
【００８３】
ｙ＝Ａ・cosh ｛（ｘ−Ｂ）／Ａ｝ …＜数式４＞
数式４において、ＡおよびＢは任意の定数であって、境界条件によって定まる。たとえば、図７の場合には、「円柱４０１と液体４００のなす角度θが、固有の濡れ角になる。」ということが境界条件となる。また、coshは双曲線余弦関数であって、下記の数式５によって定義される。
【００８４】
cosh ξ＝｛exp ξ＋exp （−ξ）｝／２ …＜数式５＞
図６に示した方法を用いた場合、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２に形成された突起１０３とプローブ水溶液２１０とが接触したとき、最初の物理ステップとして、プローブ水溶液２１０が突起１０３に導かれてプローブ保持部１０２の親水性領域１０５に到達する。突起１０３は親水性であるから、突起１０３の案内溝１０９および１１２（図２参照）を伝って、いわゆる毛細管現象によって、プローブ水溶液２１０がプローブ保持部１０２の親水性領域１０５にまで誘引される。
【００８５】
なお、突起１０３に案内溝が形成されていない場合であっても、供給器２００のシリコン部２０３で形成されたノズル２０４の開口の奥深くまで突起１０３を挿入して、ノズル２０４の先端とプローブ保持部１０２の親水性領域１０５とを十分に近づければ、プローブ水溶液２１０がプローブ保持部１０２の親水性領域１０５にまで到達する。そのため、突起１０３に案内溝が必ずしも形成されていなくてもよいが、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５へのプローブ水溶液２１０の誘引をより確実にかつより円滑にするためには、突起１０３に案内溝が形成されていることが望ましい。
【００８６】
上述のように、突起１０３がプローブ水溶液２１０をプローブ保持部１０２の親水性領域１０５にまで導くことができたならば、次の物理ステップとして、プローブ水溶液２１０が、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５を十分に濡れ広がって、疎水性領域１０４の内縁部にまで到達することが好ましい。この物理ステップが遂行されるための条件を、図８を用いて説明する。
【００８７】
現実には、プローブ保持部１０２は有限の大きさを持ち、疎水性領域１０４の内縁部によって規定されるが、以下の考察においては、プローブ保持部１０２が無限に大きく、疎水性領域１０４が存在しない状態を考える。このような条件下でのプローブ水溶液２１０の濡れ広がり量Ｒｗが、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５を越えていれば、プローブ水溶液２１０が親水性領域１０５の全域をカバーしたことを理論上示したことになる。
【００８８】
図８においても、プローブ水溶液２１０の液面半径ｙとｘとの間には、前掲の数式４が成立する。また、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５における「濡れの先端」においては、プローブ保持部１０２とプローブ水溶液２１０との間の角度は、固有の濡れ角θ２となる。また、ノズル２０４の外周面における「濡れの先端」においては、ノズル２０４の外周面とプローブ水溶液２１０との間の角度は、固有の濡れ角θ３となる。これらから、プローブ水溶液２１０の濡れ広がり量Ｒｗを計算すると、下記の数式６が得られる。
【００８９】
Ｒｗ＝［Ｄ×cosh ｛arcsinh （１／tan θ２）｝］／［２×cosh ｛arcsinh （tan θ3）｝］ …＜数式６＞
ここで、Ｄは供給器２００のノズル２０４の外径である。したがって、突起１０３の中心から疎水性領域１０４までの距離をＩとしたときに、下記の数式７が成立すれば、プローブ水溶液２１０がプローブ保持部１０２の親水性領域１０５の全域をカバーすると言える。
【００９０】
Ｉ＜［Ｄ×cosh ｛arcsinh （１／tan θ２）｝］／［２×cosh ｛arcsinh （tan θ３）｝］ …＜数式７＞
現実には、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５の微細な凹凸の凹部を伝うようにして、プローブ水溶液２１０が上記の計算以上に濡れ広がる場合もあるから、数式７が成立していなければ、プローブ水溶液２１０が親水性領域１０５の全域をカバーしない、とは必ずしも言えないが、プローブ水溶液２１０が親水性領域１０５の全域を確実にカバーするようにするためには、数式７が成立していることが望ましい。
【００９１】
前述した具体例に従って説明すると、突起１０３の中心から疎水性領域１０４までの距離Ｉは１５μｍであり、供給器２００のノズル２０４の外径Ｄは５０μｍであり、シリコン酸化膜と水との間の濡れ角となるθ２およびθ３は、４〜２０°である。なお、これらθ２およびθ３の値は、表面の清浄度によって変わるが、シリコン酸化膜と水との間での一般的な値である。
【００９２】
これらの値を使って数式７の左辺と右辺とを計算すると、左辺は１５［μｍ］となる一方、右辺は、θ２およびθ３の値によって異なるが、４〜２０°の範囲で考えれば、θ２＝θ３＝４°のときに最も小さく、６８［μｍ］となり、θ２＝θ３＝２０°のときに最も大きく、３５７［μｍ］となる。したがって、いずれにしても数式７が成立していることがわかる。したがって、前述した具体例によれば、プローブ水溶液２１０はプローブ保持部１０２の親水性領域１０５の全域を確実にカバーし得ると言える。
【００９３】
ところで、供給器２００のシリコン部２０３におけるノズル２０４の長さが不足していると、ノズル２０４の外周面を濡れ上がったプローブ水溶液２１０が供給器２００の下方に向く面にまで到達してしまって、隣り合うノズル２０４の各々内のプローブ水溶液２１０同士が混合してしまう危険がある。このような異なるプローブ水溶液２１０同士の混合を回避するためには、ノズル２０４の長さが十分に長いことが必要である。以下に、ノズル２０４の好ましい長さについて検討する。
【００９４】
まず、図９に示すように、ノズル２０４の外径をＤ、突起１０３の中心から疎水性領域１０４までの距離をＩとしたときに、Ｉ≦Ｄ／２の関係が成立すれば、ノズル２０４の長さＮに関わらず、プローブ溶液２１０がノズル２０４の外周面を濡れ上がることはない。
【００９５】
次に、図１０に示すように、Ｉ＞Ｄ／２の関係が成立する場合、ノズル２０４の好ましい長さを求めるには、図１０における濡れ上がり量Ｎｗを計算すればよいことがわかる。図１０においても、プローブ水溶液２１０の液面半径ｙとｘとの間には、前掲の数式４が成立する。また、ノズル２０４の外周面における「濡れの先端」においては、ノズル２０４の外周面とプローブ水溶液２１０との間の角度は、固有の濡れ角θ３となる。これらからＮｗを計算すると下記の数式８のとおりとなる。
【００９６】
Ｎｗ＝Ｄ×［arccosh ｛(２Ｉ／Ｄ）× cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］ …＜数式８＞
ここで、ψは、θ３を用いて、下記の数式９により定義される。
【００９７】
ψ＝arcsinh (tan θ３） …＜数式９＞
ノズル２０４の長さをＮとしたとき、Ｎが上に計算したＮｗよりも長く、下記の数式１０が成立すれば、プローブ水溶液２１０の濡れ上がりをノズル２０４の途中で停止させることができる。
Ｎ＞Ｄ×［arccosh ｛（２Ｉ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］ …＜数式１０＞
前述した具体例に従って説明すると、ノズル２０４の長さＮが１５０μｍであり、ノズル２０４の外径Ｄが５０μｍであり、突起１０３の中心から疎水性領域１０４までの距離Ｉが１５μｍであり、シリコン酸化膜と水の間の濡れ角となるθ３は、４〜２０°である。これらの値を使って数式１０が成立しているかを確認する。
【００９８】
まず、数式１０の左辺は１５０μｍである。右辺は、θ３の値によって異なるが、θ３を４〜２０°の範囲で考えれば、θ３＝４°のときに２８μｍで最大となり、θ３＝２０°のときに２１μｍで最小となる。したがって、いずれにしても、数式１０が成立していることがわかる。このことから、前述した具体例によれば、プローブ水溶液２１０のノズル２０４の外周面での濡れ上がりは、ノズル２０４の途中で停止するため、プローブ水溶液２１０が供給器２００の下方に向く面にまで濡れ上がって、異なるプローブ水溶液２１０同士が混合する危険は少ない。
【００９９】
数式８および数式１０には「arccosh」という関数が含まれているが、これは数式５で定義されている双曲線余弦関数「cosh」の逆関数である。双曲線余弦関数「cosh」の逆関数は、理論上２つ考えられるが、「arccosh」で定義されている逆関数は、常に関数値として０以上の値をとる関数である。以上の定義から、「arccosh」は一義的に決まる。
【０１００】
図示した供給器２００のように、複数のノズルが配列された供給器を使用する場合、供給器の下方に向く面へのプローブ水溶液の濡れ上がりは、前述したとおり、異なるプローブ水溶液同士の混合の原因となるため、避けることが望ましく、したがって、数式１０が成立することが望ましい。単独のノズルを使用する場合であっても、ノズルをつかんで操作する部分に、プローブ水溶液が濡れ上がってくることは好ましくないため、数式１０が成立し、プローブ水溶液の濡れ上がり量に対して、ノズルが十分に長いことが好ましい。
【０１０１】
また、ノズルの外周面が疎水性になっていれば、プローブ水溶液の濡れ上がりが抑制されるため、より好ましい。このとき、ノズルの外周面のすべてが疎水性になっている必要はなく、ノズルの先端付近は親水性のままで、ノズルの少なくとも根元付近が疎水性になっていれば、過剰な濡れ上がりを抑制するという効果が得られる。ノズルの外周面を疎水性にするための方法としては、たとえば、疎水性の液体を塗布するなどの方法がある。
【０１０２】
図１１は、この発明の第２の実施形態を説明するための図２に対応する図である。図１１において、図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０３】
図１１に示したプローブアレイ用基体１００ａにおいては、プローブ保持部１０２の一部をなす親水性領域１０５と検査用領域１０６とが、疎水性領域１０４を横切る幅の狭い親水性領域１１４で連結されている。このような実施形態の場合であっても、親水性領域１１４の幅が十分に狭ければ、プローブ保持部１０２に適正に導入されたプローブ溶液が、幅の狭い親水性領域１１４を通って検査用領域１０６に流れ込むことはない。親水性領域１１４の幅が十分に狭ければ、親水性領域１１４をプローブ溶液が濡れ進む際、親水性領域１１４の表面が濡れることによる表面自由エネルギーの減少分よりも、親水性領域１１４の両側にある疎水性領域１１４が濡れることによる表面自由エネルギーの増加分とプローブ溶液の表面積が増加することによる表面張力自由エネルギーの増加分との和の方が大きくなるからである。
【０１０４】
なお、幅の狭い親水性領域１１４は特に有利な作用効果を発揮するものではないが、上記の第２の実施形態は、このような親水性領域１１４が形成されたものも、この発明の範囲内にあることを確認する意義がある。
【０１０５】
図１２は、この発明の第３の実施形態を説明するための図１に対応する図である。図１２において、図１に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０６】
図１２に示したプローブアレイ用基体１００ｂにおいては、突起１０３によってのみプローブ保持部１０２が与えられることを特徴としている。したがって、プローブアレイ用基体１００ｂの主面１０１における突起１０３が設けられた部分以外の部分は疎水性領域１０４とされ、突起１０３は、疎水性領域１０４から立ち上がるように設けられている。
【０１０７】
このようなプローブアレイ用基体１００ｂを製造するにあたっては、前述の図３（１）〜（３）に示した工程を経て、材料基板１２０に突起１０３を形成した後、液状の樹脂を材料基板上に付与し、スピンコートを適用して樹脂膜を形成し、次いで、これを硬化させる。このとき、突起１０３の上面および側面に形成される樹脂膜の厚みは、突起１０３以外の部分に形成される樹脂膜の厚みより薄くなる。その後、突起１０３の上面および側面に形成された樹脂膜が完全に除去され、かつ、突起１０３以外の部分に形成された樹脂膜がなくならない程度の条件で、たとえばプラズマアッシングを実施すれば、目的とするプローブアレイ用基体１００ｂが得られる。
【０１０８】
上述の製造方法によれば、フォトリソグラフィー技術を用いることなく、疎水性領域１０４となる樹脂膜を形成することができるため、前述のプローブアレイ用基体１００の場合に比べて、より低コストでの製造が可能となる。また、用いられる樹脂は、感光性である必要がないため、樹脂の選択の幅を広げることができる。
【０１０９】
図１３は、この発明の第４の実施形態を説明するための図１に対応する図である。図１３において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１０】
図１３に示したプローブアレイ用基体１００ｃでは、複数のプローブ保持部１０２の各々において、突起１０３を取り囲むように隔壁１１６が形成されていることを特徴としている。隔壁１１６は、突起１０３と同じ高さである。隣り合う隔壁１１６間に挟まれた溝部分には、樹脂１１７が充填される。疎水性領域１０４は、この溝部分を充填する樹脂１１７の表面によって与えられる。また、検査用領域１０６は、隣り合う隔壁１１６間の溝部分に島状に形成された立ち上がり壁１１８の上面によって与えられる。
【０１１１】
このようなプローブアレイ用基体１００ｃを製造するにあたっては、前述の図３（１）〜（３）に示した工程と同様の工程を実施して、突起１０３を形成すると同時に隔壁１１６および立ち上がり壁１１８を形成する。そして、隣り合う隔壁１１６間に、液状の樹脂を流し込み、これを硬化させる。次いで、隣り合う隔壁１１６間に充填された樹脂１１７がなくならない程度に、たとえばプラズマアッシングを実施し、隣り合う隔壁１１６間の溝以外の部分や立ち上がり壁１１８の上面に付着した樹脂を除去する。このような加工を行なう材料基板がシリコンからなる場合、上述のプラズマアッシングによって、その最表面に酸化膜が形成される。
【０１１２】
上述のようなプローブアレイ用基体１００ｃを使用した場合、プローブ保持部１０２が陥凹した形状によって与えられているため、前述のプローブアレイ用基体１００を使用した場合と比較して、大量のプローブ溶液をプローブ保持部１０２で保持することができる。このように、比較的大量のプローブ溶液をスポッティングすることができるため、スポッティングするプローブ溶液量の制御が容易であり、スポッティングされるプローブ溶液量のばらつきを小さくすることが容易である。
【０１１３】
また、このようなプローブアレイ用基体１００ｃを使用した場合には、若干過剰量のプローブ溶液をスポッティングしても、隔壁１１６でプローブ溶液の濡れ広がりを食い止めることができる。したがって、スポッティングするプローブ溶液量を多めに設定することができる。このことも、スポッティングするプローブ溶液量の制御の容易化、およびスポッティングされるプローブ溶液量のばらつきの低減の容易化に寄与する。
【０１１４】
さらに、このようなプローブアレイ用基体１００ｃを使用した場合、プローブ保持部１０２が陥凹した形状によって与えられているため、その側面にもプローブ分子が保持されることができる。したがって、プローブ保持部１０２に保持され得るプローブ分子の数、すなわち、スポットに保持されるプローブ分子の数を多くすることができ、プローブアレイの感度を高めることができる。
【０１１５】
なお、図１３に示したプローブアレイ用基体１００ｃの変形例として、検査用領域１０６を与える立ち上がり壁１１８を備えず、隣り合う隔壁１１６間の間隔をより狭くして、プローブアレイ用基体を小型化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】この発明の第１の実施形態によるプローブアレイ用基体１００の一部を示す斜視図である。
【図２】図１に示したプローブアレイ用基体１００の一部を示す上面図である。
【図３】図１に示したプローブアレイ用基体１００を製造するために実施される工程を示す断面図である。
【図４】図１に示したプローブアレイ用基体１００を用いてプローブアレイを製造するため、プローブアレイ用基体１００と組み合わされて有利に用いられる供給器２００を示す断面図である。
【図５】図４に示した供給器２００を製造するために実施される工程を説明するためのもので、供給器２００における特定の切断面で切断して示した端面図である。
【図６】図１に示したプローブアレイ用基体１００と図４に示した供給器２００とを用いてプローブアレイを製造するために実施される工程を示す断面図である。
【図７】液体４００の液面に、固体の円柱４０１を、液面に対して垂直に入れたときの状態を説明するための図である。
【図８】プローブ保持部１０２の親水性領域１０５にまで導かれたプローブ水溶液２１０が、親水性領域１０５上で十分に濡れ広がる過程を説明するための図である。
【図９】プローブ保持部１０２の親水性領域１０５の全域をカバーした状態にあるプローブ水溶液２１０の、ノズル２０４の外周面に沿う濡れ上がりを説明するための図であって、Ｉ≦Ｄ／２の関係が成立する場合を示している。
【図１０】プローブ保持部１０２の親水性領域１０５の全域をカバーした状態にあるプローブ水溶液２１０の、ノズル２０４の外周面に沿う濡れ上がりを説明するための図であって、Ｉ＞Ｄ／２の関係が成立する場合を示している。
【図１１】この発明の第２の実施形態を説明するための図２に対応する図である。
【図１２】この発明の第３の実施形態を説明するための図１に対応する図である。
【図１３】この発明の第４の実施形態を説明するための図１に対応する図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ プローブアレイ用基体
１０１ 主面
１０２ プローブ保持部
１０３ 突起
１０４ 疎水性領域
１０５ 親水性領域
１０６ 検査用領域
１０９，１１２ 案内溝
１２２ 感光性樹脂膜
２００ 供給器
２０４ ノズル
２１０ プローブ水溶液
【技術分野】
【０００１】
この発明は、化学または生物化学の分野で用いるプローブアレイ用基体、ならびにプローブアレイ用基体を用いて構成されるプローブアレイおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遺伝子診断を同時に多項目に関して行なう場合、あるいは多種類のｍＲＮＡに関してその発現量を同時に調査する場合、またあるいは多項目のＳＮＰｓ（single nucleotide polymorphisms：一塩基多型）の調査を同時に行なう場合等のツールとして、ＤＮＡチップが注目されている。ＤＮＡチップは、ＤＮＡマイクロアレイとも呼ばれるもので、標的とするＤＮＡ分子やＲＮＡ分子とハイブリダイゼーションを起こす既知のＤＮＡをプローブとし、周期的に配列された複数のプローブ保持部に複数種類のプローブを保持したプローブアレイである。
【０００３】
また、多種類の抗体や抗原に関してその有無を同時に調査する場合に用いられるツールとして、抗原チップや抗体チップが注目を集めている。抗原チップは、標的とする抗体分子と結合する既知の抗原をプローブとし、周期的に配列された複数のプローブ保持部に複数種類のプローブを保持したプローブアレイである。抗体チップは、標的とする抗原と結合する既知の抗体分子をプローブとし、周期的に配列された複数のプローブ保持部に複数種類のプローブを保持したプローブアレイである。
【０００４】
プローブアレイを製造するための一般的な方法として、スライドグラスなどの基板上にプローブ溶液（プローブ分子を含む溶液）をドット状に付着させ（以下、「スポッティング」と呼ぶ。）、基板表面にプローブ分子を化学的に結合させることで、基板表面上にプローブのスポットを配列していく方法が知られている。スポッティングの具体的な方法としては、注射針、マイクロピペット、インクジェットなどでプローブ溶液を基板上に吐出する方法や、針先に付着させたプローブ溶液を基板に接触させる方法が知られている。
【０００５】
上記のスポッティングによる方法を実施する場合において、微小体積の液滴を高密度に整列させるために使用されるマイクロピペットがたとえば特開２００４−４５０５５号公報（特許文献１）に開示されている。また、マイクロピペットから供給される液滴を効率良くアレイ基板上に配列し、かつ液滴の混入を防ぐような構造を有するアレイ基板の製造方法がたとえば特開２００４−４０７６号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００６】
スポッティング工程においては、前述したように、複数種類のプローブ溶液を基板上に配列する必要がある。そのため、注射針、マイクロピペット、インクジェットなどを用いると、１点の塗布を行なう度に溶液交換が必要となり、コストや生産スピードが犠牲になる。そのため、１回のスポッティング工程で複数種類のプローブ溶液を付着させ得ることが要望される。
【０００７】
また、スポッティングの際に、隣り合うプローブ溶液の液滴同士が接触すると、両者が混じり合い、プローブアレイとしては不良品となる。したがって、このような不良品を生じさせにくくすることが要望される。さらに、このような不良品が生じた場合には、それを簡単かつ確実に検出できることが望まれる。
【特許文献１】特開２００４−４５０５５号公報
【特許文献２】特開２００４−４０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明の目的は、上述した要望を満たし得る、プローブアレイ用基体、ならびにプローブアレイ用基体を用いて構成されるプローブアレイおよびその製造方法を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、主面を有し、かつ主面に沿って複数のプローブ保持部が配列されているプローブアレイ用基体にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、各プローブ保持部には、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す突起が設けられ、また、プローブ溶液に対して比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
なお、「比較的高い濡れ性」とは、液体の自由表面が、その接触する固体表面となす角度、すなわち接触角（濡れ角）が９０度以下の場合の濡れ性を言い、「比較的低い濡れ性」とは、接触角（濡れ角）が９０度を超える場合の濡れ性を言う。したがって、プローブ溶液が水溶液である場合、「比較的高い濡れ性」は親水性を意味し、「比較的低い濡れ性」は疎水性を意味する。
【００１１】
上記突起は、低濡れ性領域から立ち上がるように設けられていて、プローブ保持部は、突起のみによって与えられてもよいが、好ましくは、主面上であって、突起の周囲の領域に、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す高濡れ性領域が形成され、プローブ保持部は、突起および高濡れ性領域によって与えられる。
【００１２】
各プローブ保持部には、主面から陥凹した形状が付与されていてもよい。
【００１３】
この発明に係るプローブアレイ用基体において、複数のプローブ保持部間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す検査用領域が、複数のプローブ保持部の隣り合うものの間において、各プローブ保持部に対して低濡れ性領域を隔てて位置するように形成されていることが好ましい。
【００１４】
この発明に係るプローブアレイ用基体において、突起には、プローブ保持部へのプローブ溶液の導入を円滑にするための案内溝が形成されていることが好ましい。
【００１５】
この発明に係るプローブアレイ用基体は、他の局面では、突起を備えず、各プローブ保持部は、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す領域によって与えられる。また、プローブ溶液に対して比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成され、複数のプローブ保持部間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す検査用領域が、複数のプローブ保持部の隣り合うものの間において、各プローブ保持部に対して低濡れ性領域を隔てて位置するように形成される。
【００１６】
プローブ溶液が水溶液であるとき、比較的高い濡れ性は親水性であり、比較的低い濡れ性は疎水性であるということになるため、当該プローブアレイ用基体は親水性を有する材料からなり、前述した低濡れ性領域はプローブアレイ用基体の表面にフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされて形成された感光性樹脂膜によって与えられることが好ましい。
【００１７】
また、プローブ溶液が水溶液であるとき、当該プローブアレイ用基体は親水性を有する材料からなり、プローブアレイ用基体の主面には樹脂膜が形成され、前述したプローブ保持部は、この樹脂膜を形成した後、樹脂膜をプラズマアッシングによって除去した部分に形成され、前述した低濡れ性領域は、プラズマアッシングによって除去した後に残った上記樹脂膜によって与えられることが好ましい。
【００１８】
また、複数のプローブ保持部の各々において、突起を取り囲むように隔壁が形成され、隣り合う隔壁間には溝部分が形成され、溝部分には樹脂が付与され、低濡れ性領域は、溝部分内の樹脂がなくならない程度にプラズマアッシングされた後に残された樹脂の表面によって与えられ、高濡れ性領域の少なくとも一部は、プラズマアッシングされて余分な樹脂が除去された部分によって与えられてもよい。
【００１９】
この発明は、また、前述したこの発明に係るプローブアレイ用基体と、プローブアレイ用基体の各プローブ保持部に保持されたプローブ分子とを備える、プローブアレイにも向けられる。
【００２０】
この発明は、さらに、この発明に係るプローブアレイ用基体を用いて実施される、プローブアレイの製造方法にも向けられる。
【００２１】
この発明に係るプローブアレイの製造方法は、この発明に係るプローブアレイ用基体を用意する工程と、複数の突起に対応するように配列され、かつ各々にプローブ溶液が充填されたノズルを有する、供給器を用意する工程と、プローブアレイ用基体の突起に、供給器のノズルを近接させて、プローブ溶液と突起とを接触させることによって、プローブ溶液をプローブ保持部に導く工程とを備えることを特徴としている。
【００２２】
上述のプローブアレイの製造方法において、
突起の中心から低濡れ性領域までの距離をＩ、および、
ノズルの外径をＤとしたとき、
Ｉ≦Ｄ／２の関係が成立することが好ましい。
【００２３】
あるいは、上述のプローブアレイの製造方法において、さらに、
前記ノズルの長さをＮ、および、
ノズルの外周面とプローブ溶液との間の濡れ角をθ３とし、かつ、
ψを、ψ＝arcsinh (tan θ３)で定義したとき、
Ｉ＞Ｄ／２のときに、
Ｎ＞Ｄ×［arccosh ｛（２Ｉ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］
の関係が成立することが好ましい。
【００２４】
この発明に係るプローブアレイの製造方法を実施するにあたり、前述したように、主面上であって、突起の周囲の領域に、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す高濡れ性領域が形成され、プローブ保持部は、突起および高濡れ性領域によって与えられる、そのようなプローブアレイ用基体が用意される場合、
ノズルの外径をＤ、
突起の中心から低濡れ性領域までの距離をＩ、
プローブアレイ用基体におけるプローブ保持部周辺の高濡れ性領域とプローブ溶液との間の濡れ角をθ２、および、
ノズルの外周面とプローブ溶液との間の濡れ角をθ３としたとき、
Ｉ＜［Ｄ×cosh ｛arcsinh （１／tan θ２）｝］／［２×cosh ｛arcsinh （tan θ３）｝］
の関係が成立することが好ましい。
【００２５】
この発明に係るプローブアレイの製造方法を実施するにあたり、前述したように、検査用領域が形成されたプローブアレイ用基体が用意される場合、プローブ溶液をプローブ保持部に導く工程の後、検査用領域にプローブ溶液が付着していないことを確認する工程を実施することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
この発明に係るプローブアレイ用基体によれば、プローブ保持部において比較的高い濡れ性が与えられるとともに、比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成されているので、プローブ保持部へのプローブ溶液の導入を円滑に行なうことができるとともに、プローブ保持部に導入されるべきプローブ溶液の主面上での濡れ広がりを低濡れ性領域によって確実に防止することができる。そのため、プローブアレイにおけるプローブの集積度を高めることができる。
【００２７】
また、この発明に係るプローブアレイ用基体において、プローブ保持部に比較的高い濡れ性を示す突起が設けられていると、プローブ溶液と突起との間に働く濡れ力により、プローブ保持部へのプローブ溶液の導入をより円滑に行なうことができる。
【００２８】
また、この発明に係るプローブアレイ用基体に検査用領域が形成されていると、プローブアレイ用基体のプローブ保持部にプローブ溶液を導入した後、検査用領域が濡れていないか、あるいは濡れた後に乾いた形跡がないかなどを検査することにより、隣り合うプローブ溶液の液滴同士の混じり合い（クロスコンタミネーション）による不良の発生を確実に検出することができる。
【００２９】
この発明に係るプローブアレイの製造方法によれば、一度に多くの種類のプローブ溶液を供給器からプローブアレイ用基体へ供給することができるため、プローブアレイの製造を能率的かつ低コストで実施することができる。なお、供給器にある複数のノズルにプローブ溶液を充填するときには、異なる種類のプローブ溶液を複数のノズルの各々に充填する必要があるため、比較的時間およびコストを要する作業となるが、一旦充填の完了した供給器を使って、多数のプローブアレイ用基体に対してプローブ溶液の供給を行なうことができるため、１つのプローブアレイについて見たときの作業時間およびコストはそれほどかかるものではない。
【００３０】
また、この発明に係るプローブアレイの製造方法によれば、プローブ保持部に設けられている比較的高い濡れ性を示す突起とプローブ溶液が充填されたノズルとを近接させ、突起とプローブ溶液とを接触させることによって、プローブ溶液をプローブ保持部に導くようにしているので、プローブ溶液と突起との間に働く毛細管現象や濡れ力により、プローブ保持部へのプローブ溶液の導入を円滑かつ確実に進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１に、この発明の第１の実施形態によるプローブアレイ用基体１００の一部が斜視図で示されている。図２は、図１に示したプローブアレイ用基体１００の一部を示す上面図である。
【００３２】
図１および図２を参照して、プローブアレイ用基体１００は、主面１０１を有し、全体として板状をなしている。プローブアレイ用基体１００には、主面１０１に沿って複数のプローブ保持部１０２が行および列をなすように配列されている。
【００３３】
各プローブ保持部１０２には、親水性を示す突起１０３が設けられる。なお、「親水性」および「疎水性」の用語は、通常、水に対する濡れ性（親和性）の有無を示す用語として用いられるが、以下の説明においては、プローブ溶液が水溶液であるか否かに関わらず、プローブ溶液に対する濡れ性が高い場合に「親水性」を有すると表現し、濡れ性が低い場合に「疎水性」を有すると表現する。
【００３４】
また、プローブアレイ用基体１００の主面上には、疎水性領域１０４が各プローブ保持部１０２の周囲を取り囲むように形成されている。この実施形態では、主面１０１であって、親水性を有する突起１０３の周囲の領域に、方形状の親水性領域１０５が形成されている。したがって、プローブ保持部１０２は、前述した突起１０３および親水性領域１０５によって与えられることになる。このことから、各プローブ保持部１０２において保持され得るプローブ溶液の量を十分に確保することができ、また、このことは、各プローブ保持部１０２に保持されるプローブ溶液の量のばらつきを減じることにもつながる。
【００３５】
さらに、プローブアレイ用基体１００の主面１０１上には、複数のプローブ保持部１０２間でのプローブ溶液の混じり合い（クロスコンタミネーション）の有無を検査するため、親水性を示す検査用領域１０６が設けられている。検査用領域１０６は、複数のプローブ保持部１０２の隣り合うものの間において、各プローブ保持部１０２に対して疎水性領域１０４を隔てて位置するように、たとえば格子状に形成されている。このように検査用領域１０６が形成されていると、プローブ保持部１０２にプローブ溶液を導入した後、検査用領域１０６が濡れていないか、あるいは濡れた後に乾いた形跡がないかなどを検査することにより、隣り合うプローブ溶液の液滴同士の混じり合いによる不良の発生を確実に検出することができる。
【００３６】
前述した突起１０３は、２本の正四角柱を、各々の１つの稜線が接するように配置しながら、対角線方向に並べた形状を有している。上記正四角柱の断面を規定する正方形の辺の長さは、図２に表示されるように、たとえば５μｍとされる。また、突起１０３と疎水性領域１０４との間隔は、たとえば１０μｍとされる。また、検査用領域１０６の幅は、たとえば１０μｍとされる。さらに、突起１０３の高さは、たとえば１００μｍとされ、隣り合う突起１０３間の配列ピッチは、たとえば６０μｍとされる。
【００３７】
上述のような形状を有する突起１０３には、面１０７および１０８によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１０９と、面１１０および１１１によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１１２とが互いに対角線方向に対向して形成されることになる。これら突起１０３および案内溝１０９および１１２のそれぞれの機能については後述する。
【００３８】
次に、プローブアレイ用基体１００の製造方法について説明する。図３には、プローブアレイ用基体１００を製造するために実施される典型的な工程が示されている。
【００３９】
まず、図３（１）に示すように、プローブアレイ用基体１００となるべき板状の材料基板１２０が用意される。材料基板１２０は、たとえば、厚み５００μｍの単結晶シリコン基板から構成される。
【００４０】
次に、同じく図３（１）に示すように、フォトリソグラフィーを用いて、材料基板１２０の表面にレジストパターン１２１が形成される。図２に示したプローブアレイ用基体１００との関連で説明すると、レジストパターン１２１は、突起１０３となるべき部分を被覆するように形成される。
【００４１】
次に、図３（２）に示すように、レジストパターン１２１をマスクとして、材料基板１２０が、たとえば１００μｍの深さをもってドライエッチングされる。このドライエッチングのため、たとえば、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupling Plasma - Reactive Ion Etching）技術が有利に適用され、ＣＦ４やＳＦ６などのフッ素原子を含むガスのプラズマによるエッチングが実施される。この工程を終えたとき、材料基板１２０に、突起１０３の形状が付与される。
【００４２】
次に、図３（３）に示すように、硫酸と過酸化水素水との混合液での洗浄が行なわれ、レジストパターン１２１が除去されるとともに、表面の有機汚染が除去される。
【００４３】
次に、図３（４）に示すように、前述した疎水性領域１０４を与えるようにパターニングされた感光性樹脂膜１２２が形成される。感光性樹脂膜１２２は、図３（４）において、その厚みが誇張されて図示されているが、パターニングされた感光性樹脂膜１２２を形成するため、次のような工程が実施される。
【００４４】
まず、図３（３）に示す構造物が得られた後、たとえば感光性ポリイミドのような感光性樹脂がその全面に塗布される。
【００４５】
次に、適当なフォトマスクを使用して、ステッパーなどにより紫外線照射が行なわれる。感光性樹脂がネガ型の場合であれば、フォトマスクは、疎水性領域１０４となるべき部分以外の部分、すなわち、突起１０３、親水性領域１０５および検査用領域１０６の部分を遮光し、疎水性領域１０４となるべき部分を透光するパターンとなっている。
【００４６】
紫外線照射の後に、現像処理を行なうと、感光性樹脂がパターニングされて、図３（４）に示すように、疎水性領域１０４を与える感光性樹脂膜１２２が形成される。
【００４７】
その後、感光性樹脂膜１２２が消滅しない程度にプラズマアッシングが実施される。これによって、突起１０３、親水性領域１０５および検査用領域１０６といった感光性樹脂膜１２２を形成したくない部分に少量付着した樹脂が除去される。また、材料基板１２０が前述したようにシリコンから構成される場合、プラズマアッシングにおいて酸素プラズマが用いられるので、シリコンの最表面が酸化され、それによって、突起１０３、親水性領域１０５および検査用領域１０６に良好な親水性が与えられる。
【００４８】
このようにして、プローブアレイ用基体１００が得られる。
【００４９】
なお、疎水性領域１０４は、上述したようにフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされて形成された感光性樹脂膜１２２によって与えられるのではなく、単なる樹脂膜によって与えられ、この樹脂膜をプラズマアッシングによって除去することによって、プローブ保持部１０２となる突起１０３および親水性領域１０５を露出させるとともに、検査用領域１０６を露出させるようにしてもよい。
【００５０】
また、上述したプローブアレイ用基体１００の製造方法では、単結晶シリコンからなる材料基板１２０をドライエッチングすることによって、突起１０３を形成した。この方法を用いれば、微細かつ高アスペクトの突起１０３を、一度のエッチング工程で形成することができる。ここで、高アスペクトというのは、開口部の幅に対して、エッチングする深さが大きいことを意味している。単結晶シリコンからなる材料基板１２０のドライエッチングでは、アスペクト比（エッチングする深さを開口部の幅で割った値）が２０を超えるような加工が可能である。なお、このようなドライエッチングによる方法に代えて、より低コストのウェットエッチングによる方法を適用してもよい。
【００５１】
上述したプローブアレイ用基体１００を用いて構成されるプローブアレイ、より具体的には、複数種類のプローブＤＮＡを配列したＤＮＡチップを製造するにあたり、図４に示すような供給器２００が使用される。
【００５２】
供給器２００は、複数の貫通孔２０１がたとえば２４０μｍのピッチで形成された、たとえば厚み４００μｍのガラス部２０２と、微細加工されたシリコン部２０３とから構成されている。シリコン部２０３は、ガラス部２０２に形成された貫通孔２０１に連通するノズル２０４を有している。ノズル２０４の内径はたとえば３０μｍであり、ノズル２０４の壁の厚みはたとえば１０μｍであり、ノズル２０４の外径はたとえば５０μｍである。また、ノズル２０４の長さはたとえば１５０μｍである。
【００５３】
次に、図５を参照して、供給器２００の製造方法の一例について説明する。図５は、供給器２００における特定の切断面で切断して示した端面図である
まず、図５（１Ａ）に示すように、両面が平面研磨された、たとえば厚み４００μｍのガラスウエハに対して、フォトリソグラフィーで形成したレジストパターンをマスクとしたサンドブラスト加工を施すことにより、貫通孔２０１を形成して、供給器２００のためのガラス部２０２を得る。このとき、ガラスウエハの片面のみから加工を行なって貫通孔２０１を形成しても、あるいは、ガラスウエハ２５０の片面からまず半分を越える程度の深さの加工を行ない、次に反対面から加工を行なって貫通孔２０１を貫通させてもよい。
【００５４】
他方、図５（１Ｂ）に示すように、両面が平面研磨された、たとえば厚み３５０μｍのシリコンウエハ２１１の一方主面上に、レジストパターン２１２をフォトリソグラフィーによって形成し、このレジストパターン２１２をマスクとして、シリコンウエハ２１１に対して、ＩＣＰ−ＲＩＥによるエッチングを実施し、たとえば深さ１５０μｍ程度の掘り込み加工を行なう。これによって、シリコン部２０３に備えるノズル２０４の形状が得られる。
【００５５】
次に、図５（２Ｂ）に示すように、硫酸と過酸化水素水との混合溶液を用いて、シリコンウエハ２１１からレジストパターン２１２を除去するとともに、このレジストパターン２１２が形成されていた主面とは逆の主面上に、レジストパターン２１３を、レジストパターン２１２の場合と同様の方法により形成する。
【００５６】
次に、図５（３Ｂ）に示すように、レジストパターン２１３をマスクとして、シリコンウエハ２１１に対して、ＩＣＰ−ＲＩＥによるエッチングを実施し、ノズル２０４の内部を貫通する状態とする。
【００５７】
次に、図５（４Ｂ）に示すように、硫酸と過酸化水素水との混合溶液を用いて、シリコンウエハ２１１からレジストパターン２１３を除去する。これによって、供給器２００のためのシリコン部２０３を得る。
【００５８】
次に、図５（５）に示すように、シリコン部２０３のノズル２０４とガラス部２０２の貫通孔２０１とを整列させた状態で、シリコン部２０３とガラス部２０２とを陽極接合によって接合する。陽極接合とは、シリコンとガラスとを重ね合わせて、３００〜５００℃程度まで加熱し、シリコンを陽極、ガラスを陰極とする方向に数百ボルトの直流電圧を印加することで、シリコンとガラスとを接合する技術である。陽極接合を行なうと、シリコン最表面の原子とガラス最表面の原子とが結合し、気密レベルの接合がなされる。
【００５９】
以上のようにして、供給器２００を得ることができる。
【００６０】
次に、上述の供給器２００を用いて実施される、プローブアレイの製造方法、より具体的には、複数種類のプローブＤＮＡを配列したＤＮＡチップの製造方法について説明する。
【００６１】
プローブアレイ用基体１００がシリコンをもって構成される場合、プローブアレイ用基体１００のシリコンの露出している部分、すなわち、突起１０３および親水性領域１０５からなるプローブ保持部１０２ならびに検査用領域１０６には、シリコン酸化膜が形成されているが、ここにアミノシランを作用させることで、シリコン表面にアミノ基を導入する。その後、Ｎ−（６−マレイミドカプロイロキシ）スクシイミド（N‐(6‐Maleimidocaproyloxy)succinimide）を含む試薬を作用させて、プローブアレイ用基体１００の最表面のアミノ基を、マレイミド基に置換する。
【００６２】
他方、供給器２００が用意され、この供給器２００の貫通孔２０１の各々に、図６（１）に示すように、プローブＤＮＡを含むプローブ水溶液２１０を装填する。この装填には、マイクロピペットやインクジェットが用いられる。なお、プローブ水溶液２１０としては複数種類のものが用意され、それぞれ、異なる貫通孔２０１に装填される。プローブ水溶液２１０に含まれるプローブＤＮＡとしては、５’末端にチオール基が付加されたプローブＤＮＡが使用される。貫通孔２０１の各々に装填されたプローブ水溶液２１０は、貫通孔２０１およびノズル２０４の内径が十分に小さいため、毛細管現象によって、ノズル２０４の先端にまで迅速に達し、かつ、そこで表面張力が働くため、ノズル２０４から自然に流れ落ちることはない。
【００６３】
供給器２００の表面にプローブＤＮＡが吸着されて、プローブ水溶液２１０の濃度が低下することを防ぐために、何度か友洗いをしてもよく、あるいは、プローブ水溶液２１０を貫通孔２０１の各々に入れる前に、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）や適当なＤＮＡ断片の水溶液で洗って、供給器２００の表面をブロッキングしておいてもよい。
【００６４】
次に、プローブアレイ用基体１００と供給器２００とを位置合わせした状態で互いに近接させる。その結果、ノズル２０４の各開口の中に位置しているプローブ水溶液２１０の各々が、プローブアレイ用基体１００側の突起１０３に接触する。このとき、一例として、ノズル２０４の先端とプローブアレイ用基体１００の主面１０１との間の距離が８０μｍ程度になるまで近接させれば、ノズル２０４の内部に突起１０３が２０μｍ程度挿入されるため、プローブ水溶液２１０と突起１０３とが確実に接触する。
【００６５】
詳細な作用機序については後述するが、上述のように、プローブ水溶液２１０と突起１０３とが接触したとき、プローブ水溶液２１０とプローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２との間に働く濡れ力によって、プローブ水溶液２１０は、突起１０３に沿って濡れ伝わり、疎水性領域１０４で食い止められるまで親水性領域１０５上で濡れ広がる。このようにして、図６（２）に示すように、プローブ保持部１０２の各々にプローブ水溶液２１０が導入される。
【００６６】
次いで、所定時間経過後に、供給器２００をプローブアレイ用基体１００から離せば、図６（３）に示すように、プローブアレイ用基体１００の突起１０３を含むプローブ保持部１０２にプローブ水溶液２１０が付着した状態が得られる。
【００６７】
プローブアレイ用基体１００に６０μｍピッチで突起１０３が形成され、供給器２００に２４０μｍピッチでノズル２０４が形成されている場合には、図６に示した方法では、プローブアレイ用基体１００のすべてのプローブ保持部１０２に、プローブ水溶液２１０を付着させることはできない。しかし、異なるプローブ水溶液２１０を充填した供給器２００を４個準備して、順次、プローブアレイ用基体１００へのプローブ水溶液２１０の導入を行なえば、すべてのプローブ保持部１０２に、それぞれ異なるプローブ水溶液２１０を付着させることができる。
【００６８】
プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２にプローブ水溶液２１０が付着した状態で一定時間放置すれば、プローブ保持部１０２に露出しているシリコン表面に結合しているマレイミド基とプローブＤＮＡ分子に導入されたチオール基とが化学的に結合して、結果的に、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２に、プローブとなるプローブＤＮＡ分子が保持された状態が得られる。この後、水洗を行ない、乾燥すれば、ＤＮＡチップが完成される。
【００６９】
上述の実施形態では、プローブＤＮＡ分子とプローブアレイ用基体１００との間の結合に、マレイミド基とチオール基の結合を利用したが、アビジン−ビオジン間の結合など、他の種類の結合を利用してもよい。
【００７０】
供給器２００を使用せずに、単純なノズル（毛細管）を使用して、プローブアレイ用基体１００にプローブＤＮＡ水溶液を付着させてもよいが、プローブアレイ用基体１００上のすべてのプローブ保持部１０２に対して、一回一回位置合わせをしてノズル近接を行なわなければならないため、時間とコストがかかる。そのため、図６に示したように、複数のノズルが配列された供給器２００を使用することが好ましい。
【００７１】
なお、供給器２００にある複数のノズル２０４にプローブ水溶液２１０を充填するときには、異なる種類のプローブ水溶液２１０を複数のノズル２０４の各々に充填する必要があるため、比較的時間およびコストを要する作業となるが、一旦充填の完了した供給器２００を使って、多数のプローブアレイ用基体１００に対してプローブ水溶液２１０の供給を行なうことができるため、１つのプローブアレイについて見たときの作業時間およびコストはそれほどかかるものではない。
【００７２】
図６（２）に示したプローブ水溶液２１０の、プローブアレイ用基体１００側への転写工程において、隣接するプローブ保持部１０２にまでプローブ水溶液２１０が到達してしまうと、複数のプローブ保持部１０２間でのプローブ水溶液２１０の混じり合い（クロスコンタミネーション）が生じ、本来の意図とは異なる種類のプローブＤＮＡ分子が結合することになるため、このようにして得られたＤＮＡチップは不良となる。したがって、このような不良が発生したときには、これを不良品として確実に検出する必要がある。
【００７３】
この実施形態によれば、隣接するプローブ保持部１０２にまで、プローブ水溶液２１０が到達してしまったときには、必ず、検査用領域１０６にもプローブ水溶液２１０が到達していることになる。したがって、検査用領域１０６にプローブ水溶液２１０が到達しなかったことを確認できれば、上述したようなクロスコンタミネーションによる不良は発生していないと判断できる。そのため、図６（２）に示した工程の直後、または図６（３）に示した工程の直後に、検査用領域１０６が濡れていないかどうかを検査することにより、クロスコンタミネーションによる不良を検出することができる。あるいは、図６（２）および（３）に示した各工程を終え、さらに後の工程を終えたとき、検査用領域１０６においてプローブ水溶液２１０が一旦付着し乾燥した痕跡（たとえば、塩分の残留など）がないかどうかを検査することにより、クロスコンタミネーションによる不良を検出するようにしてもよい。
【００７４】
図６に示した方法を用いた場合、前述したように、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２とプローブ水溶液２１０との間に働く濡れ力によって、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２にプローブ水溶液２１０が導入されかつ充填される。その作用機序について、図７ないし図１０を用いて以下に説明する。
【００７５】
説明の前準備として、まず、図７を参照する。図７は、液体４００の液面に、固体の円柱４０１を、液面に対して垂直に入れたときの状態を示している。図７において、円柱４０１の中心軸に沿ってｘ軸をとる。ｘ座標ごとに断面をとれば、液体４００の液面はｘ軸を中心とする円になっている。
【００７６】
この円の半径をｙとすると、液体４００の液面の表面積Ｓは、次の数式１によって表現されることができる。
【００７７】
【数１】
【００７８】
表面張力の作用により、液体４００の表面積は最小値をとる。また、液体４００には供給源があるから、液体４００の体積を一定に保つ制約もない。したがって、数式１の定積分は、ｙの関数形の微小な変化に対して停留値をとる。よって、次の数式２で表されるオイラーの微分方程式が成立する（原島鮮著，「力学II−解析力学」，第２１版，裳華房，１９９０年１０月２５日，ｐ．１３−２０参照）。
【００７９】
【数２】
【００８０】
上記数式２を整理していくと、次の数式３が得られる。
【００８１】
【数３】
【００８２】
そして、上記数式３の微分方程式を解くことにより、下記の数式４が導かれる。
【００８３】
ｙ＝Ａ・cosh ｛（ｘ−Ｂ）／Ａ｝ …＜数式４＞
数式４において、ＡおよびＢは任意の定数であって、境界条件によって定まる。たとえば、図７の場合には、「円柱４０１と液体４００のなす角度θが、固有の濡れ角になる。」ということが境界条件となる。また、coshは双曲線余弦関数であって、下記の数式５によって定義される。
【００８４】
cosh ξ＝｛exp ξ＋exp （−ξ）｝／２ …＜数式５＞
図６に示した方法を用いた場合、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２に形成された突起１０３とプローブ水溶液２１０とが接触したとき、最初の物理ステップとして、プローブ水溶液２１０が突起１０３に導かれてプローブ保持部１０２の親水性領域１０５に到達する。突起１０３は親水性であるから、突起１０３の案内溝１０９および１１２（図２参照）を伝って、いわゆる毛細管現象によって、プローブ水溶液２１０がプローブ保持部１０２の親水性領域１０５にまで誘引される。
【００８５】
なお、突起１０３に案内溝が形成されていない場合であっても、供給器２００のシリコン部２０３で形成されたノズル２０４の開口の奥深くまで突起１０３を挿入して、ノズル２０４の先端とプローブ保持部１０２の親水性領域１０５とを十分に近づければ、プローブ水溶液２１０がプローブ保持部１０２の親水性領域１０５にまで到達する。そのため、突起１０３に案内溝が必ずしも形成されていなくてもよいが、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５へのプローブ水溶液２１０の誘引をより確実にかつより円滑にするためには、突起１０３に案内溝が形成されていることが望ましい。
【００８６】
上述のように、突起１０３がプローブ水溶液２１０をプローブ保持部１０２の親水性領域１０５にまで導くことができたならば、次の物理ステップとして、プローブ水溶液２１０が、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５を十分に濡れ広がって、疎水性領域１０４の内縁部にまで到達することが好ましい。この物理ステップが遂行されるための条件を、図８を用いて説明する。
【００８７】
現実には、プローブ保持部１０２は有限の大きさを持ち、疎水性領域１０４の内縁部によって規定されるが、以下の考察においては、プローブ保持部１０２が無限に大きく、疎水性領域１０４が存在しない状態を考える。このような条件下でのプローブ水溶液２１０の濡れ広がり量Ｒｗが、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５を越えていれば、プローブ水溶液２１０が親水性領域１０５の全域をカバーしたことを理論上示したことになる。
【００８８】
図８においても、プローブ水溶液２１０の液面半径ｙとｘとの間には、前掲の数式４が成立する。また、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５における「濡れの先端」においては、プローブ保持部１０２とプローブ水溶液２１０との間の角度は、固有の濡れ角θ２となる。また、ノズル２０４の外周面における「濡れの先端」においては、ノズル２０４の外周面とプローブ水溶液２１０との間の角度は、固有の濡れ角θ３となる。これらから、プローブ水溶液２１０の濡れ広がり量Ｒｗを計算すると、下記の数式６が得られる。
【００８９】
Ｒｗ＝［Ｄ×cosh ｛arcsinh （１／tan θ２）｝］／［２×cosh ｛arcsinh （tan θ3）｝］ …＜数式６＞
ここで、Ｄは供給器２００のノズル２０４の外径である。したがって、突起１０３の中心から疎水性領域１０４までの距離をＩとしたときに、下記の数式７が成立すれば、プローブ水溶液２１０がプローブ保持部１０２の親水性領域１０５の全域をカバーすると言える。
【００９０】
Ｉ＜［Ｄ×cosh ｛arcsinh （１／tan θ２）｝］／［２×cosh ｛arcsinh （tan θ３）｝］ …＜数式７＞
現実には、プローブ保持部１０２の親水性領域１０５の微細な凹凸の凹部を伝うようにして、プローブ水溶液２１０が上記の計算以上に濡れ広がる場合もあるから、数式７が成立していなければ、プローブ水溶液２１０が親水性領域１０５の全域をカバーしない、とは必ずしも言えないが、プローブ水溶液２１０が親水性領域１０５の全域を確実にカバーするようにするためには、数式７が成立していることが望ましい。
【００９１】
前述した具体例に従って説明すると、突起１０３の中心から疎水性領域１０４までの距離Ｉは１５μｍであり、供給器２００のノズル２０４の外径Ｄは５０μｍであり、シリコン酸化膜と水との間の濡れ角となるθ２およびθ３は、４〜２０°である。なお、これらθ２およびθ３の値は、表面の清浄度によって変わるが、シリコン酸化膜と水との間での一般的な値である。
【００９２】
これらの値を使って数式７の左辺と右辺とを計算すると、左辺は１５［μｍ］となる一方、右辺は、θ２およびθ３の値によって異なるが、４〜２０°の範囲で考えれば、θ２＝θ３＝４°のときに最も小さく、６８［μｍ］となり、θ２＝θ３＝２０°のときに最も大きく、３５７［μｍ］となる。したがって、いずれにしても数式７が成立していることがわかる。したがって、前述した具体例によれば、プローブ水溶液２１０はプローブ保持部１０２の親水性領域１０５の全域を確実にカバーし得ると言える。
【００９３】
ところで、供給器２００のシリコン部２０３におけるノズル２０４の長さが不足していると、ノズル２０４の外周面を濡れ上がったプローブ水溶液２１０が供給器２００の下方に向く面にまで到達してしまって、隣り合うノズル２０４の各々内のプローブ水溶液２１０同士が混合してしまう危険がある。このような異なるプローブ水溶液２１０同士の混合を回避するためには、ノズル２０４の長さが十分に長いことが必要である。以下に、ノズル２０４の好ましい長さについて検討する。
【００９４】
まず、図９に示すように、ノズル２０４の外径をＤ、突起１０３の中心から疎水性領域１０４までの距離をＩとしたときに、Ｉ≦Ｄ／２の関係が成立すれば、ノズル２０４の長さＮに関わらず、プローブ溶液２１０がノズル２０４の外周面を濡れ上がることはない。
【００９５】
次に、図１０に示すように、Ｉ＞Ｄ／２の関係が成立する場合、ノズル２０４の好ましい長さを求めるには、図１０における濡れ上がり量Ｎｗを計算すればよいことがわかる。図１０においても、プローブ水溶液２１０の液面半径ｙとｘとの間には、前掲の数式４が成立する。また、ノズル２０４の外周面における「濡れの先端」においては、ノズル２０４の外周面とプローブ水溶液２１０との間の角度は、固有の濡れ角θ３となる。これらからＮｗを計算すると下記の数式８のとおりとなる。
【００９６】
Ｎｗ＝Ｄ×［arccosh ｛(２Ｉ／Ｄ）× cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］ …＜数式８＞
ここで、ψは、θ３を用いて、下記の数式９により定義される。
【００９７】
ψ＝arcsinh (tan θ３） …＜数式９＞
ノズル２０４の長さをＮとしたとき、Ｎが上に計算したＮｗよりも長く、下記の数式１０が成立すれば、プローブ水溶液２１０の濡れ上がりをノズル２０４の途中で停止させることができる。
Ｎ＞Ｄ×［arccosh ｛（２Ｉ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］ …＜数式１０＞
前述した具体例に従って説明すると、ノズル２０４の長さＮが１５０μｍであり、ノズル２０４の外径Ｄが５０μｍであり、突起１０３の中心から疎水性領域１０４までの距離Ｉが１５μｍであり、シリコン酸化膜と水の間の濡れ角となるθ３は、４〜２０°である。これらの値を使って数式１０が成立しているかを確認する。
【００９８】
まず、数式１０の左辺は１５０μｍである。右辺は、θ３の値によって異なるが、θ３を４〜２０°の範囲で考えれば、θ３＝４°のときに２８μｍで最大となり、θ３＝２０°のときに２１μｍで最小となる。したがって、いずれにしても、数式１０が成立していることがわかる。このことから、前述した具体例によれば、プローブ水溶液２１０のノズル２０４の外周面での濡れ上がりは、ノズル２０４の途中で停止するため、プローブ水溶液２１０が供給器２００の下方に向く面にまで濡れ上がって、異なるプローブ水溶液２１０同士が混合する危険は少ない。
【００９９】
数式８および数式１０には「arccosh」という関数が含まれているが、これは数式５で定義されている双曲線余弦関数「cosh」の逆関数である。双曲線余弦関数「cosh」の逆関数は、理論上２つ考えられるが、「arccosh」で定義されている逆関数は、常に関数値として０以上の値をとる関数である。以上の定義から、「arccosh」は一義的に決まる。
【０１００】
図示した供給器２００のように、複数のノズルが配列された供給器を使用する場合、供給器の下方に向く面へのプローブ水溶液の濡れ上がりは、前述したとおり、異なるプローブ水溶液同士の混合の原因となるため、避けることが望ましく、したがって、数式１０が成立することが望ましい。単独のノズルを使用する場合であっても、ノズルをつかんで操作する部分に、プローブ水溶液が濡れ上がってくることは好ましくないため、数式１０が成立し、プローブ水溶液の濡れ上がり量に対して、ノズルが十分に長いことが好ましい。
【０１０１】
また、ノズルの外周面が疎水性になっていれば、プローブ水溶液の濡れ上がりが抑制されるため、より好ましい。このとき、ノズルの外周面のすべてが疎水性になっている必要はなく、ノズルの先端付近は親水性のままで、ノズルの少なくとも根元付近が疎水性になっていれば、過剰な濡れ上がりを抑制するという効果が得られる。ノズルの外周面を疎水性にするための方法としては、たとえば、疎水性の液体を塗布するなどの方法がある。
【０１０２】
図１１は、この発明の第２の実施形態を説明するための図２に対応する図である。図１１において、図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０３】
図１１に示したプローブアレイ用基体１００ａにおいては、プローブ保持部１０２の一部をなす親水性領域１０５と検査用領域１０６とが、疎水性領域１０４を横切る幅の狭い親水性領域１１４で連結されている。このような実施形態の場合であっても、親水性領域１１４の幅が十分に狭ければ、プローブ保持部１０２に適正に導入されたプローブ溶液が、幅の狭い親水性領域１１４を通って検査用領域１０６に流れ込むことはない。親水性領域１１４の幅が十分に狭ければ、親水性領域１１４をプローブ溶液が濡れ進む際、親水性領域１１４の表面が濡れることによる表面自由エネルギーの減少分よりも、親水性領域１１４の両側にある疎水性領域１１４が濡れることによる表面自由エネルギーの増加分とプローブ溶液の表面積が増加することによる表面張力自由エネルギーの増加分との和の方が大きくなるからである。
【０１０４】
なお、幅の狭い親水性領域１１４は特に有利な作用効果を発揮するものではないが、上記の第２の実施形態は、このような親水性領域１１４が形成されたものも、この発明の範囲内にあることを確認する意義がある。
【０１０５】
図１２は、この発明の第３の実施形態を説明するための図１に対応する図である。図１２において、図１に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０６】
図１２に示したプローブアレイ用基体１００ｂにおいては、突起１０３によってのみプローブ保持部１０２が与えられることを特徴としている。したがって、プローブアレイ用基体１００ｂの主面１０１における突起１０３が設けられた部分以外の部分は疎水性領域１０４とされ、突起１０３は、疎水性領域１０４から立ち上がるように設けられている。
【０１０７】
このようなプローブアレイ用基体１００ｂを製造するにあたっては、前述の図３（１）〜（３）に示した工程を経て、材料基板１２０に突起１０３を形成した後、液状の樹脂を材料基板上に付与し、スピンコートを適用して樹脂膜を形成し、次いで、これを硬化させる。このとき、突起１０３の上面および側面に形成される樹脂膜の厚みは、突起１０３以外の部分に形成される樹脂膜の厚みより薄くなる。その後、突起１０３の上面および側面に形成された樹脂膜が完全に除去され、かつ、突起１０３以外の部分に形成された樹脂膜がなくならない程度の条件で、たとえばプラズマアッシングを実施すれば、目的とするプローブアレイ用基体１００ｂが得られる。
【０１０８】
上述の製造方法によれば、フォトリソグラフィー技術を用いることなく、疎水性領域１０４となる樹脂膜を形成することができるため、前述のプローブアレイ用基体１００の場合に比べて、より低コストでの製造が可能となる。また、用いられる樹脂は、感光性である必要がないため、樹脂の選択の幅を広げることができる。
【０１０９】
図１３は、この発明の第４の実施形態を説明するための図１に対応する図である。図１３において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１０】
図１３に示したプローブアレイ用基体１００ｃでは、複数のプローブ保持部１０２の各々において、突起１０３を取り囲むように隔壁１１６が形成されていることを特徴としている。隔壁１１６は、突起１０３と同じ高さである。隣り合う隔壁１１６間に挟まれた溝部分には、樹脂１１７が充填される。疎水性領域１０４は、この溝部分を充填する樹脂１１７の表面によって与えられる。また、検査用領域１０６は、隣り合う隔壁１１６間の溝部分に島状に形成された立ち上がり壁１１８の上面によって与えられる。
【０１１１】
このようなプローブアレイ用基体１００ｃを製造するにあたっては、前述の図３（１）〜（３）に示した工程と同様の工程を実施して、突起１０３を形成すると同時に隔壁１１６および立ち上がり壁１１８を形成する。そして、隣り合う隔壁１１６間に、液状の樹脂を流し込み、これを硬化させる。次いで、隣り合う隔壁１１６間に充填された樹脂１１７がなくならない程度に、たとえばプラズマアッシングを実施し、隣り合う隔壁１１６間の溝以外の部分や立ち上がり壁１１８の上面に付着した樹脂を除去する。このような加工を行なう材料基板がシリコンからなる場合、上述のプラズマアッシングによって、その最表面に酸化膜が形成される。
【０１１２】
上述のようなプローブアレイ用基体１００ｃを使用した場合、プローブ保持部１０２が陥凹した形状によって与えられているため、前述のプローブアレイ用基体１００を使用した場合と比較して、大量のプローブ溶液をプローブ保持部１０２で保持することができる。このように、比較的大量のプローブ溶液をスポッティングすることができるため、スポッティングするプローブ溶液量の制御が容易であり、スポッティングされるプローブ溶液量のばらつきを小さくすることが容易である。
【０１１３】
また、このようなプローブアレイ用基体１００ｃを使用した場合には、若干過剰量のプローブ溶液をスポッティングしても、隔壁１１６でプローブ溶液の濡れ広がりを食い止めることができる。したがって、スポッティングするプローブ溶液量を多めに設定することができる。このことも、スポッティングするプローブ溶液量の制御の容易化、およびスポッティングされるプローブ溶液量のばらつきの低減の容易化に寄与する。
【０１１４】
さらに、このようなプローブアレイ用基体１００ｃを使用した場合、プローブ保持部１０２が陥凹した形状によって与えられているため、その側面にもプローブ分子が保持されることができる。したがって、プローブ保持部１０２に保持され得るプローブ分子の数、すなわち、スポットに保持されるプローブ分子の数を多くすることができ、プローブアレイの感度を高めることができる。
【０１１５】
なお、図１３に示したプローブアレイ用基体１００ｃの変形例として、検査用領域１０６を与える立ち上がり壁１１８を備えず、隣り合う隔壁１１６間の間隔をより狭くして、プローブアレイ用基体を小型化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】この発明の第１の実施形態によるプローブアレイ用基体１００の一部を示す斜視図である。
【図２】図１に示したプローブアレイ用基体１００の一部を示す上面図である。
【図３】図１に示したプローブアレイ用基体１００を製造するために実施される工程を示す断面図である。
【図４】図１に示したプローブアレイ用基体１００を用いてプローブアレイを製造するため、プローブアレイ用基体１００と組み合わされて有利に用いられる供給器２００を示す断面図である。
【図５】図４に示した供給器２００を製造するために実施される工程を説明するためのもので、供給器２００における特定の切断面で切断して示した端面図である。
【図６】図１に示したプローブアレイ用基体１００と図４に示した供給器２００とを用いてプローブアレイを製造するために実施される工程を示す断面図である。
【図７】液体４００の液面に、固体の円柱４０１を、液面に対して垂直に入れたときの状態を説明するための図である。
【図８】プローブ保持部１０２の親水性領域１０５にまで導かれたプローブ水溶液２１０が、親水性領域１０５上で十分に濡れ広がる過程を説明するための図である。
【図９】プローブ保持部１０２の親水性領域１０５の全域をカバーした状態にあるプローブ水溶液２１０の、ノズル２０４の外周面に沿う濡れ上がりを説明するための図であって、Ｉ≦Ｄ／２の関係が成立する場合を示している。
【図１０】プローブ保持部１０２の親水性領域１０５の全域をカバーした状態にあるプローブ水溶液２１０の、ノズル２０４の外周面に沿う濡れ上がりを説明するための図であって、Ｉ＞Ｄ／２の関係が成立する場合を示している。
【図１１】この発明の第２の実施形態を説明するための図２に対応する図である。
【図１２】この発明の第３の実施形態を説明するための図１に対応する図である。
【図１３】この発明の第４の実施形態を説明するための図１に対応する図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ プローブアレイ用基体
１０１ 主面
１０２ プローブ保持部
１０３ 突起
１０４ 疎水性領域
１０５ 親水性領域
１０６ 検査用領域
１０９，１１２ 案内溝
１２２ 感光性樹脂膜
２００ 供給器
２０４ ノズル
２１０ プローブ水溶液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有し、かつ前記主面に沿って複数のプローブ保持部が配列されているプローブアレイ用基体であって、
各前記プローブ保持部には、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す突起が設けられ、
プローブ溶液に対して比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各前記プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成されている、プローブアレイ用基体。
【請求項２】
前記突起は、前記低濡れ性領域から立ち上がるように設けられていて、前記プローブ保持部は、前記突起のみによって与えられる、請求項１に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項３】
前記主面上であって、前記突起の周囲の領域に、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す高濡れ性領域が形成され、前記プローブ保持部は、前記突起および前記高濡れ性領域によって与えられる、請求項１に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項４】
各前記プローブ保持部には、前記主面から陥凹した形状が付与されている、請求項３に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項５】
複数の前記プローブ保持部間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す検査用領域が、複数の前記プローブ保持部の隣り合うものの間において、各前記プローブ保持部に対して前記低濡れ性領域を隔てて位置するように形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のプローブアレイ用基体。
【請求項６】
前記突起には、前記プローブ保持部へのプローブ溶液の導入を円滑にするための案内溝が形成されている、請求項１ないし５のいずれかに記載のプローブアレイ用基体。
【請求項７】
主面を有し、かつ前記主面に沿って複数のプローブ保持部が配列されているプローブアレイ用基体であって、
各前記プローブ保持部は、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す領域によって与えられ、
プローブ溶液に対して比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各前記プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成され、
複数の前記プローブ保持部間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す検査用領域が、複数の前記プローブ保持部の隣り合うものの間において、各前記プローブ保持部に対して前記低濡れ性領域を隔てて位置するように形成されている、
プローブアレイ用基体。
【請求項８】
プローブ溶液は水溶液であり、前記プローブアレイ用基体は親水性を有する材料からなり、前記低濡れ性領域はプローブアレイ用基体の表面にフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされて形成された感光性樹脂膜によって与えられる、請求項１ないし７のいずれかに記載のプローブアレイ用基体。
【請求項９】
プローブ溶液は水溶液であり、前記プローブアレイ用基体は親水性を有する材料からなり、前記プローブアレイ用基体の主面には樹脂膜が形成され、前記プローブ保持部は、前記樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜をプラズマアッシングによって除去した部分に形成され、前記低濡れ性領域は、プラズマアッシングによって除去した後に残った前記樹脂膜によって与えられる、請求項１ないし８のいずれかに記載のプローブアレイ用基体。
【請求項１０】
複数の前記プローブ保持部の各々において、前記突起を取り囲むように隔壁が形成され、隣り合う前記隔壁間には溝部分が形成され、前記溝部分には樹脂が付与され、前記低濡れ性領域は、前記溝部分内の前記樹脂がなくならない程度にプラズマアッシングされた後に残された前記樹脂の表面によって与えられ、前記高濡れ性領域の少なくとも一部は、前記プラズマアッシングされて余分な前記樹脂が除去された部分によって与えられる、請求項３または４に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載のプローブアレイ用基体と、前記プローブアレイ用基体の各前記プローブ保持部に保持されたプローブ分子とを備える、プローブアレイ。
【請求項１２】
請求項１ないし６および１０のいずれかに記載のプローブアレイ用基体を用意する工程と、
複数の前記突起に対応するように配列され、かつ各々にプローブ溶液が充填されたノズルを有する、供給器を用意する工程と、
前記プローブアレイ用基体の前記突起に、前記供給器の前記ノズルを近接させて、前記プローブ溶液と前記突起とを接触させることによって、前記プローブ溶液を前記プローブ保持部に導く工程と
を備える、プローブアレイの製造方法。
【請求項１３】
前記突起の中心から前記低濡れ性領域までの距離をＩ、および、
前記ノズルの外径をＤとしたとき、
Ｉ≦Ｄ／２の関係が成立する、
請求項１２に記載のプローブアレイの製造方法。
【請求項１４】
前記突起の中心から前記低濡れ性領域までの距離をＩ、
前記ノズルの外径をＤ、
前記ノズルの長さをＮ、および、
前記ノズルの外周面と前記プローブ溶液との間の濡れ角をθ３とし、かつ、
ψを、ψ＝arcsinh (tan θ３)で定義したとき、
Ｉ＞Ｄ／２のときに、
Ｎ＞Ｄ×［arccosh ｛（２Ｉ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］
の関係が成立する、
請求項１２に記載のプローブアレイの製造方法。
【請求項１５】
請求項３、４または１０に記載のプローブアレイ用基体を用意する工程と、
複数の前記突起に対応するように配列され、かつ各々にプローブ溶液が充填されたノズルを有する、供給器を用意する工程と、
前記プローブアレイ用基体の前記突起に、前記供給器の前記ノズルを近接させて、前記プローブ溶液と前記突起とを接触させることによって、前記プローブ溶液を前記プローブ保持部に導く工程と
を備え、
前記ノズルの外径をＤ、
前記突起の中心から前記低濡れ性領域までの距離をＩ、
前記プローブアレイ用基体における前記プローブ保持部周辺の前記高濡れ性領域と前記プローブ溶液との間の濡れ角をθ２、および、
前記ノズルの外周面とプローブ溶液との間の濡れ角をθ３としたとき、
Ｉ＜［Ｄ×cosh ｛arcsinh （１／tan θ２）｝］／［２×cosh ｛arcsinh （tan θ３）｝］
の関係が成立する、
プローブアレイの製造方法。
【請求項１６】
請求項５に記載のプローブアレイ用基体を用意する工程と、
複数の前記突起に対応するように配列され、かつ各々にプローブ溶液が充填されたノズルを有する、供給器を用意する工程と、
前記プローブアレイ用基体の前記突起に、前記供給器の前記ノズルを近接させて、前記プローブ溶液と前記突起とを接触させることによって、前記プローブ溶液を前記プローブ保持部に導く工程と、
次いで、前記検査用領域に前記プローブ溶液が付着していないことを確認する工程と
を備える、プローブアレイの製造方法。
【請求項１】
主面を有し、かつ前記主面に沿って複数のプローブ保持部が配列されているプローブアレイ用基体であって、
各前記プローブ保持部には、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す突起が設けられ、
プローブ溶液に対して比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各前記プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成されている、プローブアレイ用基体。
【請求項２】
前記突起は、前記低濡れ性領域から立ち上がるように設けられていて、前記プローブ保持部は、前記突起のみによって与えられる、請求項１に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項３】
前記主面上であって、前記突起の周囲の領域に、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す高濡れ性領域が形成され、前記プローブ保持部は、前記突起および前記高濡れ性領域によって与えられる、請求項１に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項４】
各前記プローブ保持部には、前記主面から陥凹した形状が付与されている、請求項３に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項５】
複数の前記プローブ保持部間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す検査用領域が、複数の前記プローブ保持部の隣り合うものの間において、各前記プローブ保持部に対して前記低濡れ性領域を隔てて位置するように形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のプローブアレイ用基体。
【請求項６】
前記突起には、前記プローブ保持部へのプローブ溶液の導入を円滑にするための案内溝が形成されている、請求項１ないし５のいずれかに記載のプローブアレイ用基体。
【請求項７】
主面を有し、かつ前記主面に沿って複数のプローブ保持部が配列されているプローブアレイ用基体であって、
各前記プローブ保持部は、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す領域によって与えられ、
プローブ溶液に対して比較的低い濡れ性を示す低濡れ性領域が各前記プローブ保持部の周囲を実質的に取り囲むように形成され、
複数の前記プローブ保持部間でのプローブ溶液の混じり合いの有無を検査するため、プローブ溶液に対して比較的高い濡れ性を示す検査用領域が、複数の前記プローブ保持部の隣り合うものの間において、各前記プローブ保持部に対して前記低濡れ性領域を隔てて位置するように形成されている、
プローブアレイ用基体。
【請求項８】
プローブ溶液は水溶液であり、前記プローブアレイ用基体は親水性を有する材料からなり、前記低濡れ性領域はプローブアレイ用基体の表面にフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされて形成された感光性樹脂膜によって与えられる、請求項１ないし７のいずれかに記載のプローブアレイ用基体。
【請求項９】
プローブ溶液は水溶液であり、前記プローブアレイ用基体は親水性を有する材料からなり、前記プローブアレイ用基体の主面には樹脂膜が形成され、前記プローブ保持部は、前記樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜をプラズマアッシングによって除去した部分に形成され、前記低濡れ性領域は、プラズマアッシングによって除去した後に残った前記樹脂膜によって与えられる、請求項１ないし８のいずれかに記載のプローブアレイ用基体。
【請求項１０】
複数の前記プローブ保持部の各々において、前記突起を取り囲むように隔壁が形成され、隣り合う前記隔壁間には溝部分が形成され、前記溝部分には樹脂が付与され、前記低濡れ性領域は、前記溝部分内の前記樹脂がなくならない程度にプラズマアッシングされた後に残された前記樹脂の表面によって与えられ、前記高濡れ性領域の少なくとも一部は、前記プラズマアッシングされて余分な前記樹脂が除去された部分によって与えられる、請求項３または４に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載のプローブアレイ用基体と、前記プローブアレイ用基体の各前記プローブ保持部に保持されたプローブ分子とを備える、プローブアレイ。
【請求項１２】
請求項１ないし６および１０のいずれかに記載のプローブアレイ用基体を用意する工程と、
複数の前記突起に対応するように配列され、かつ各々にプローブ溶液が充填されたノズルを有する、供給器を用意する工程と、
前記プローブアレイ用基体の前記突起に、前記供給器の前記ノズルを近接させて、前記プローブ溶液と前記突起とを接触させることによって、前記プローブ溶液を前記プローブ保持部に導く工程と
を備える、プローブアレイの製造方法。
【請求項１３】
前記突起の中心から前記低濡れ性領域までの距離をＩ、および、
前記ノズルの外径をＤとしたとき、
Ｉ≦Ｄ／２の関係が成立する、
請求項１２に記載のプローブアレイの製造方法。
【請求項１４】
前記突起の中心から前記低濡れ性領域までの距離をＩ、
前記ノズルの外径をＤ、
前記ノズルの長さをＮ、および、
前記ノズルの外周面と前記プローブ溶液との間の濡れ角をθ３とし、かつ、
ψを、ψ＝arcsinh (tan θ３)で定義したとき、
Ｉ＞Ｄ／２のときに、
Ｎ＞Ｄ×［arccosh ｛（２Ｉ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］
の関係が成立する、
請求項１２に記載のプローブアレイの製造方法。
【請求項１５】
請求項３、４または１０に記載のプローブアレイ用基体を用意する工程と、
複数の前記突起に対応するように配列され、かつ各々にプローブ溶液が充填されたノズルを有する、供給器を用意する工程と、
前記プローブアレイ用基体の前記突起に、前記供給器の前記ノズルを近接させて、前記プローブ溶液と前記突起とを接触させることによって、前記プローブ溶液を前記プローブ保持部に導く工程と
を備え、
前記ノズルの外径をＤ、
前記突起の中心から前記低濡れ性領域までの距離をＩ、
前記プローブアレイ用基体における前記プローブ保持部周辺の前記高濡れ性領域と前記プローブ溶液との間の濡れ角をθ２、および、
前記ノズルの外周面とプローブ溶液との間の濡れ角をθ３としたとき、
Ｉ＜［Ｄ×cosh ｛arcsinh （１／tan θ２）｝］／［２×cosh ｛arcsinh （tan θ３）｝］
の関係が成立する、
プローブアレイの製造方法。
【請求項１６】
請求項５に記載のプローブアレイ用基体を用意する工程と、
複数の前記突起に対応するように配列され、かつ各々にプローブ溶液が充填されたノズルを有する、供給器を用意する工程と、
前記プローブアレイ用基体の前記突起に、前記供給器の前記ノズルを近接させて、前記プローブ溶液と前記突起とを接触させることによって、前記プローブ溶液を前記プローブ保持部に導く工程と、
次いで、前記検査用領域に前記プローブ溶液が付着していないことを確認する工程と
を備える、プローブアレイの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１４６４７（Ｐ２０１０−１４６４７Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７６７１６（Ｐ２００８−１７６７１６）
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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