(57)【要約】【課題】ナノスケール構造を有する多様な機能要素を搭載した数ミクロンサイズの部品を、塩基配列を用いた結合手段によって、設計図に基づいて決められた位置に時系列的に配置する装置およびその方法を提供すること。【解決手段】複数の部品が組み立てられた状態を表す設計図から求められた、部品及び２種類の一本鎖塩基配列よりなる結合手段を供給する順序に関する情報に基づいて、  一本鎖塩基配列で修飾され、且つ前記部品を結合させる対象物に、一本鎖塩基配列で修飾された前記部品及び結合手段を、順次供給し（ステップＳ２〜Ｓ４）、  前記対象物を修飾する一本鎖塩基配列と、前記部品を修飾する一本鎖塩基配列とに、前記結合手段をそれぞれハイブリダイズすることにより、前記対象物と前記部品とを結合させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部品が組み立てられた状態を表す設計図から求められた、複数部品及び２種類以上の一本鎖塩基配列よりなる結合手段を供給する順序に関する情報に基づいて、
一本鎖塩基配列で修飾され、且つ前記部品を結合させる対象物に、一本鎖塩基配列で修飾された前記部品及び前記結合手段を、順次供給し、
前記対象物を修飾する一本鎖塩基配列と、前記部品を修飾する一本鎖塩基配列とに、前記結合手段をそれぞれハイブリダイズさせることにより、前記対象物と前記部品および前記部品同士を相互に時系列的に結合させることを特徴とする部品組立方法。
【請求項２】
制御部と、２つ以上の部品供給タンクと、２つ以上の塩基配列供給タンクとを備え、
前記部品供給タンクが、分散させた部品を含む複数の第１溶液を有し、
異なる前記第１溶液にそれぞれ含まれる前記部品が異なり、
前記部品の少なくとも１つの面が、第１の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記対象物が、第２の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記塩基配列供給タンクが、第３の一本鎖塩基配列を分散させた複数の第２溶液を有し、
異なる前記第２溶液にそれぞれ含まれる第３の一本鎖塩基配列が異なり、
前記制御部からの指令に基づいて、前記塩基配列供給タンクから異なる２つの前記第２溶液を選択して前記対象物上に供給し、
前記制御部からの指令に基づいて、前記部品供給タンクから１つの前記第１溶液を選択して前記対象物上に供給し、
前記対象物上に供給される異なる２つの前記第２溶液の一方に含まれる前記第３の一本鎖塩基配列が、前記第２の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であり、
前記対象物上に供給される異なる２つの前記第２溶液の他方に含まれる前記第３の一本鎖塩基配列が、前記対象物上に供給される前記第１溶液に含まれる前記部品を修飾している前記第１の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であることを特徴とする部品組立装置。
【請求項３】
制御部と、２つ以上の部品供給タンクと、２つ以上のリンカー供給タンクとを備え、
前記部品供給タンクが、部品を分散させた複数の第１溶液を有し、
異なる前記第１溶液にそれぞれ分散させた前記部品が異なり、
前記部品の少なくとも１つの面が、第１の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記対象物が、第２の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記リンカー供給タンクが、リンカーを分散させた複数の第２溶液を有し、
前記リンカーが、２種類の第３の一本鎖塩基配列を有し、
前記制御部からの指令に基づき、前記部品供給タンクから１つの前記第１溶液を選択して対象物に供給し、
前記制御部からの指令に基づき、前記リンカー供給タンクから１つの前記第２溶液を選択して前記対象物に供給し、
前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれるリンカーが有する２種類の前記第３の一本鎖塩基配列の一方が、前記第２の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であり、
前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれるリンカーが有する２種類の前記第３の一本鎖塩基配列の他方が、前記対象物に供給される前記第１溶液に含まれる前記第１の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であることを特徴とする部品組立装置。
【請求項４】
前記部品を構成する複数の面を修飾する前記第１の一本鎖塩基配列が、相互に異なることを特徴とする請求項２又は３に記載の部品組立装置。
【請求項５】
前記部品が、板状であり且つ３つ以上の側面を有し、
前記側面の各々が、長手方向の一方の領域に少なくとも１つの第１の凹凸部を有し、他方の領域に少なくとも１つの第２の凹凸部を有し、
１つの前記部品の前記側面の前記一方の領域に形成された前記少なくとも１つの第１の凹凸部と、別の前記部品の前記側面の前記他方の領域に形成された前記少なくとも１つの第２の凹凸部とが嵌合し得ることを特徴とする請求項２又は３に記載の部品組立装置。
【請求項６】
さらに加熱手段と冷却手段を備え、
前記部品を結合させる前記対象物の表面およびその表面近傍の溶液温度を、前記冷却手段によって二重鎖塩基配列の融解温度よりも低い温度に冷却し、
溶液の温度を前記加熱手段によって二重鎖塩基配列の融解温度より高い温度に加熱することを特徴とする請求項２又は３に記載の部品組立装置。
【請求項７】
結合された前記対象物と前記部品とをさらに結合する手段として、光架橋又は溶融金属バンプを使用することを特徴とする請求項２又は３に記載の部品組立装置。
【請求項８】
部品供給タンクと塩基配列供給タンクとを備えた装置を用いた部品組立方法であり、
前記部品供給タンクが、部品を分散させた複数の第１溶液を有し、
異なる前記第１溶液にそれぞれ含まれる前記部品が異なり、
前記部品の少なくとも１つの面が、第１の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記対象物が、第２の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記塩基配列供給タンクが、第３の一本鎖塩基配列を分散させた複数の第２溶液を有し、
異なる前記第２溶液にそれぞれ含まれる第３の一本鎖塩基配列が異なり、
前記塩基配列供給タンクから１つの前記第２溶液を選択して対象物に供給する第１ステップと、
前記部品供給タンクから１つの前記第１溶液を選択し、且つ、前記塩基配列供給タンクから１つの前記第２溶液を選択し、これらの第１溶液および第２溶液を混合した後に前記対象物に供給するか前記対象物上で混合する第２ステップとを含み、
前記第１ステップにおいて前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれる前記第３の一本鎖塩基配列が、前記第２の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であり、
前記第２ステップにおいて前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれる前記第３の一本鎖塩基配列が、前記第２ステップにおいて前記対象物に供給される前記第１溶液に含まれる前記第１の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であることを特徴とする部品組立方法。
【請求項９】
部品供給タンクとリンカー供給タンクとを備えた装置を用いた部品組立方法であり、
前記部品供給タンクが、部品を分散させた複数の第１溶液を有し、
異なる前記第１溶液にそれぞれ含まれる前記部品が異なり、
前記部品の少なくとも１つの面が、第１の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記対象物が、第２の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記リンカー供給タンクが、リンカーを分散させた複数の第２溶液を有し、
前記リンカーが、２種類の第３の一本鎖塩基配列を有し、
前記部品供給タンクから１つの前記第１溶液を選択して対象物に供給する第１ステップと、
前記リンカー供給タンクから１つの前記第２溶液を選択して前記対象物に供給する第２ステップとを含み、
前記第１ステップにおいて前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれるリンカーが有する２種類の前記第３の一本鎖塩基配列の一方が、前記第２の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であり、
前記第１ステップにおいて前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれるリンカーが有する２種類の前記第３の一本鎖塩基配列の他方が、前記第２ステップにおいて前記対象物に供給される前記第１溶液に含まれる前記第１の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であることを特徴とする部品組立方法。
【請求項１０】
前記部品を構成する複数の面を修飾する前記第１の一本鎖塩基配列が、相互に異なることを特徴とする請求項８又は９に記載の部品組立方法。
【請求項１１】
前記部品が、板状であり且つ３つ以上の側面を有し、
前記側面の各々が、長手方向の一方の領域に少なくとも１つの第１の凹凸部を有し、他方の領域に少なくとも１つの第２の凹凸部を有し、
１つの前記部品の前記側面の前記一方の領域に形成された前記少なくとも１つの前記第１の凹凸部と、別の前記部品の前記側面の前記他方の領域に形成された前記少なくとも１つの前記第２の凹凸部とが嵌合し得ることを特徴とする請求項８又は９に記載の部品組立方法。
【請求項１２】
前記部品を結合させる前記対象物の表面を冷却し、二重鎖塩基配列の融解温度よりも低い温度にし，前記部品が分散された溶液を加熱し，二重鎖塩基配列の融解温度よりも高い温度にする第３ステップを、前記第１ステップの前にさらに含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の部品組立方法。
【請求項１３】
光架橋又は溶融金属バンプを使用して、結合された前記対象物と前記部品とをさらに結合させる第５ステップを特徴とする請求項８又は９に記載の部品組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩基配列（以下「ＤＮＡ」とも記す）を用いた結合手段によって複数の微小部品を組み立てる装置および方法に関し、特に、ナノスケール構造を有する多様な機能要素を搭載したナノメートルオーダ〜マイクロメートルオーダのサイズの部品を、設計図に基づいて決められた位置に時系列的に配置する装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳは微小空間において、さまざまな物理化学量を相互作用させることで新規な機能を発現させるデバイスとして応用が拡大している。一方、Mooreの法則に従って微細化が進むＬＳＩにおいても、ＭＥＭＳとの融合による更なる機能向上を目指すMore than MooreあるいはBeyond Mooreの動きが活発化している。
【０００３】
一方、ナノスケールで発現する量子効果や表面効果を積極的に利用するために、原子、分子、あるいは微粒子の相互作用を用いた自己組織化（ボトムアップ手法）を用いてナノスケールで形状や配列を制御した機能材料を構築する試みは、ナノドット・ナノ微粒子の実現を好例とする多くの成果を挙げている。ボトムアップアプローチを用いた原子・分子の自己組織化はテーラーメイド感覚で多様な材料のナノコンポーネントを実現できる可能性がある。これらを規則的に配列したナノポーラス材料やメタマテリアル、さらにはDNA origamiなどのナノ構造を有するナノコンポーネントの研究も加速している。
【０００４】
必然の流れとして、これらのナノスケールで形状や配列を制御したナノコンポーネントをトップダウン手法で作製したＭＥＭＳ、ＬＳＩ、センサに組み込む（アセンブルする）ことで飛躍的に高機能化したデバイス・システムを実現できると期待され、これらは今後nanoelectronics、nanophotonics、plasmonics、nanocatalysisなどへの応用が期待されている。
【０００５】
トップダウンで作製したデバイスにボトムアップで作製した機能コンポーネントをアセンブルするアプローチの利点として、次の２点が考えられている。
（１）従来のシリコン微細技術をベースにしたトップダウン手法の限界である１０ｎｍの微細化の壁を超えたｎｍオーダのナノ構造をＭＥＭＳやＬＳＩに集積化できる。
（２）化合物半導体、ポリマー、セラミックス、多様なメタルなど従来のシリコン微細加工プロセスとコンパティビリティのない多様な材料を、それぞれに最適な合成・加工プロセスで機能コンポーネント化した後にＭＥＭＳやＬＳＩに集積化できる。
【０００６】
下記特許文献１には、電場を印加して、ミクロンスケールやナノスケール材料のアセンブルを行う方法が開示されている。具体的には、第１の支持体上に第１のコンポーネント・デバイスを製作し、第１の支持体から少なくとも１つの第１のコンポーネント・デバイスを遊離し、第１のコンポーネント・デバイスを第２の支持体に輸送し、ついで、第１のコンポーネント・デバイスを第２の支持体に結合する工程を含む、マイクロスケールおよびナノスケース・デバイスの製作方法が開示されている。輸送には、静電気力、電気泳動力、および電気浸透力が用いられることが記載されている。
【特許文献１】特表２００４−５００２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、機能コンポーネントは単にＭＥＭＳやＬＳＩのチップ上に均一に形成されても意味がない。何故ならば、システムは構成要素間で複雑な相互作用させることで高度機能を発現しており、“多様な機能コンポーネントの複雑な相互配置の実現手段”こそが、システム構築の本質だからである。しかし、ＭＥＭＳ・ＬＳＩの機能部品として、機能コンポーネントを決められた位置（プログラム）に、正しく組み込む（アセンブル）技術は未だ実現されていない。すなわちプログラムドアセンブル技術の実現なくしては、機能コンポーネントのＭＥＭＳ・ＬＳＩへの応用展開は極めて限定的になる。上記特許文献１に開示された方法によっても、プログラムドアセンブル技術を実現することはできない。
【０００８】
ＬＳＩにおいては、システム構造の複雑さはフォトマスクパターンに内包されている。電子ビーム露光においても本質は同じであり、２次元描画パターンデータがシステムの複雑さを内包している。
【０００９】
例えば、波長オーダの周期的構造を用いて光導波路などの機能構造を形成したフォトニックデバイスが注目を集めている。製作方法として電子ビーム露光とエッチングを用いるトップダウン手法が考えられるが、微粒子をセルフアセンブリにより配列してフォトニックデバイスを形成する試みもある。しかし、単純な直線状の光導波路ではなく、鋭角に曲がった光導波路や基板面垂直方向との光カップリングなどの機能を実現するためには、配列した微粒子パターン中に微粒子のない欠陥部位を意図的に付与したり、２種類の微粒子を非周期的に任意のパターンに配列することが必要である。しかし、微粒子配列中に意図的に欠陥を導入した配列構造の形成をセルフアセンブルで実現した例や複数種類の微粒子の非周期的なパターン形成をセルフアセンブルで実現した例はない。
【００１０】
また、特定のガス種濃度を検出するガスセンシングデバイスでは、ナノスケールの触媒を担持したポーラス基板で目的とするガスを選択吸着した後に、燃焼反応させた時の発熱を温度センサで検出する燃焼式の検出原理が一般的である。２種類あるいは３種類の触媒を用いて吸着反応と燃焼反応を分離する、あるいは燃焼反応を１段階ではなく２段階で行うことで、選択性と感度を向上させ得ることが知られている。異なる触媒微粒子をミクロンスケールで適切に配置する事が可能になれば、触媒間での物質伝達を最適化し、自然界に存在する触媒効果を凌駕する触媒構造を実現できると期待される。しかしこのようなナノスケール触媒をミクロンオーダで最適配置する事は従来不可能であった。また、触媒を作成するためのプロセスは熱処理条件などが複雑で、同一基板に異なる触媒を同一プロセスで担持させることは極めて困難である。
【００１１】
従って、本発明は、上述した既存技術で実現できなかったナノスケール構造を有する多様な機能要素を搭載したナノメートルオーダ〜マイクロメートルオーダのサイズの部品を、塩基配列を用いた結合手段によって、設計図に基づいて決められた位置に時系列的に配置する装置およびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る第１の部品組立方法は、複数の部品が組み立てられた状態を表す設計図から求められた、複数部品及び２種類以上の一本鎖塩基配列よりなる結合手段を供給する順序に関する情報に基づいて、一本鎖塩基配列で修飾され、且つ前記部品を結合させる対象物に、一本鎖塩基配列で修飾された前記部品及び前記結合手段を、順次供給し、前記対象物を修飾する一本鎖塩基配列と、前記部品を修飾する一本鎖塩基配列とに、前記結合手段をそれぞれハイブリダイズさせることにより、前記対象物と前記部品および前記部品同士を相互に時系列的に結合させることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る第１の部品組立装置は、
制御部と、部品供給タンクと、２つ以上の塩基配列供給タンクとを備え、
前記部品供給タンクが、部品を分散させた複数の第１溶液を有し、
異なる前記第１溶液にそれぞれ含まれる前記部品が異なり、
前記部品の少なくとも１つの面が、第１の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記対象物が、第２の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記塩基配列供給タンクが、第３の一本鎖塩基配列を分散させた複数の第２溶液を有し、
異なる前記第２溶液にそれぞれ含まれる第３の一本鎖塩基配列が異なり、
前記制御部からの指令に基づいて、前記塩基配列供給タンクから異なる２つの前記第２溶液を選択して前記対象物上に供給し、
前記制御部からの指令に基づいて、前記部品供給タンクから１つの前記第１溶液を選択して前記対象物上に供給し、
前記対象物上に供給される異なる２つの前記第２溶液の一方に含まれる前記第３の一本鎖塩基配列が、前記第２の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であり、
前記対象物上に供給される異なる２つの前記第２溶液の他方に含まれる前記第３の一本鎖塩基配列が、前記対象物上に供給される前記第１溶液に含まれる前記部品を修飾している前記第１の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る第２の部品組立装置は、制御部と、２つ以上の部品供給タンクと、２つ以上のリンカー供給タンクとを備え、
前記部品供給タンクが、部品を分散させた複数の第１溶液を有し、
異なる前記第１溶液にそれぞれ分散させた前記部品が異なり、
前記部品の少なくとも１つの面が、第１の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記対象物が、第２の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記リンカー供給タンクが、リンカーを分散させた複数の第２溶液を有し、
前記リンカーが、２種類の第３の一本鎖塩基配列を有し、
前記制御部からの指令に基づき、前記部品供給タンクから１つの前記第１溶液を選択して対象物に供給し、
前記制御部からの指令に基づき、前記リンカー供給タンクから１つの前記第２溶液を選択して前記対象物に供給し、
前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれるリンカーが有する２種類の前記第３の一本鎖塩基配列の一方が、前記第２の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であり、
前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれるリンカーが有する２種類の前記第３の一本鎖塩基配列の他方が、前記対象物に供給される前記第１溶液に含まれる前記第１の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係る第３の部品組立装置は、上記の第１又は第２の部品組立装置において、前記部品組立装置前記部品を構成する複数の面を修飾する前記第１の一本鎖塩基配列が、相互に異なることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る第４の部品組立装置は、上記の第１又は第２の部品組立装置において、前記部品が、板状であり且つ３つ以上の側面を有し、
前記側面の各々が、長手方向の一方の領域に少なくとも１つの第１の凹凸部を有し、他方の領域に少なくとも１つの第２の凹凸部を有し、
１つの前記部品の前記側面の前記一方の領域に形成された前記少なくとも１つの第１の凹凸部と、別の前記部品の前記側面の前記他方の領域に形成された前記少なくとも１つの第２の凹凸部とが嵌合し得ることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明に係る第５の部品組立装置は、上記の第１又は第２の部品組立装置において、さらに加熱手段と冷却手段を備え、
前記部品を結合させる前記対象物の表面およびその表面近傍の溶液温度を、前記冷却手段によって二重鎖塩基配列の融解温度よりも低い温度に冷却し、
溶液の温度を前記加熱手段によって二重鎖塩基配列の融解温度より高い温度に加熱することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明に係る第６の部品組立装置は、上記の第１又は第２の部品組立装置において、結合された前記対象物と前記部品とをさらに結合する手段として、光架橋又は溶融金属バンプを使用することを特徴としている。
【００１９】
本発明に係る第２の部品組立方法は、部品供給タンクと塩基配列供給タンクとを備えた装置を用いた部品組立方法であり、
前記部品供給タンクが、部品を分散させた複数の第１溶液を有し、
異なる前記第１溶液にそれぞれ含まれる前記部品が異なり、
前記部品の少なくとも１つの面が、第１の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記対象物が、第２の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記塩基配列供給タンクが、第３の一本鎖塩基配列を分散させた複数の第２溶液を有し、
異なる前記第２溶液にそれぞれ含まれる第３の一本鎖塩基配列が異なり、
前記塩基配列供給タンクから１つの前記第２溶液を選択して対象物に供給する第１ステップと、
前記部品供給タンクから１つの前記第１溶液を選択し、且つ、前記塩基配列供給タンクから１つの前記第２溶液を選択し、これらの第１溶液および第２溶液を混合した後に前記対象物に供給するか前記対象物上で混合する第２ステップとを含み、
前記第１ステップにおいて前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれる前記第３の一本鎖塩基配列が、前記第２の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であり、
前記第２ステップにおいて前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれる前記第３の一本鎖塩基配列が、前記第２ステップにおいて前記対象物に供給される前記第１溶液に含まれる前記第１の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明に係る第３の部品組立方法は、部品供給タンクとリンカー供給タンクとを備えた装置を用いた部品組立方法であり、
前記部品供給タンクが、部品を分散させた複数の第１溶液を有し、
異なる前記第１溶液にそれぞれ含まれる前記部品が異なり、
前記部品の少なくとも１つの面が、第１の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記対象物が、第２の一本鎖塩基配列で修飾され、
前記リンカー供給タンクが、リンカーを分散させた複数の第２溶液を有し、
前記リンカーが、２種類の第３の一本鎖塩基配列を有し、
前記部品供給タンクから１つの前記第１溶液を選択して対象物に供給する第１ステップと、
前記リンカー供給タンクから１つの前記第２溶液を選択して前記対象物に供給する第２ステップとを含み、
前記第１ステップにおいて前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれるリンカーが有する２種類の前記第３の一本鎖塩基配列の一方が、前記第２の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であり、
前記第１ステップにおいて前記対象物に供給される前記第２溶液に含まれるリンカーが有する２種類の前記第３の一本鎖塩基配列の他方が、前記第２ステップにおいて前記対象物に供給される前記第１溶液に含まれる前記第１の一本鎖塩基配列とハイブリダイズする相補的一本鎖塩基配列であることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明に係る第４の部品組立方法は、上記の第２又は第３の部品組立方法において、前記部品を構成する複数の面を修飾する前記第１の一本鎖塩基配列が、相互に異なることを特徴している。
【００２２】
また、本発明に係る第５の部品組立方法は、上記の第２又は第３の部品組立方法において、前記部品が、板状であり且つ３つ以上の側面を有し、
前記側面の各々が、長手方向の一方の領域に少なくとも１つの第１の凹凸部を有し、他方の領域に少なくとも１つの第２の凹凸部を有し、
１つの前記部品の前記側面の前記一方の領域に形成された前記少なくとも１つの前記第１の凹凸部と、別の前記部品の前記側面の前記他方の領域に形成された前記少なくとも１つの前記第２の凹凸部とが嵌合し得ることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明に係る第６の部品組立方法は、上記の第２又は第３の部品組立方法において、前記部品を結合させる前記対象物の表面を冷却し、二重鎖塩基配列の融解温度よりも低い温度にし，前記部品が分散された溶液を加熱し，二重鎖塩基配列の融解温度よりも高い温度にする第３ステップを、前記第１ステップの前にさらに含むことを特徴としている。
【００２４】
また、本発明に係る第７の部品組立方法は、上記の第２又は第３の部品組立方法において、光架橋又は溶融金属バンプを使用して、結合された前記対象物と前記部品とをさらに結合させる第５ステップを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来技術でのナノスケール〜マイクロメートル〜ミリメートルスケールにおけるスケール横断型のセルフアセンブリにおけるネックとなっていたボトムアップとトップダウンとを融合したナノ構造を有するシステム構築が可能となる。
【００２６】
このようなプログラマブルドセルフアセンブルの方法論は従来知られておらず、電子デバイス・システムのみならず、化学センシングシステム、マイクロＴＡＳ、医療分析など多くの分野におけるナノテクノロジーとシステムの融合を可能にする大きな波及効果が期待される。
【００２７】
例えば、フォトニックデバイスの場合、発光、受光、ストレート光導波路、コーナー光導波路、垂直光カップリングなどの要素機能を機能コンポーネントとし、プログラムに従って配置することで、種々のフォトニックデバイスを実現することが可能となる。また、ガスセンシングデバイスの場合、吸着、燃焼反応１、２などの基本機能を機能コンポーネントにし、これをプログラムに従って任意のモザイクパターンに最適配置することで、ガス種に最も適した触媒配置を実現することができる。さらに、触媒ごとに機能コンポーネント化することで、それぞれの触媒を最も適したプロセスで製作することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
１  概要
本発明の実施の形態では、機能コンポーネントとして、例えば大きさが数ミクロンのビルディングブロックを処理対象とする。機能コンポーネントは使用される材料、形状、構造に従って、特定の機能を発現するように設計されており、システム構築の際のビルディングブロックとして用いられる。本発明では、機能コンポーネント上に形成されたナノコンポーネントの構造を、従来のセルフアセンブリで実現できるレベルのシンプルな秩序構造とし、システムが要求する複雑さは、機能コンポーネントをプログラムに従って時系列的に空間配置していくことで実現する点が特徴である。機能コンポーネントの空間的な相互配置を設計図として用意し、「コンパイラ」が設計図に従って「アセンブラ」が実行する機能コンポーネントのアセンブルシーケンスを決定する。アセンブラは、基板がセットされると、設計図に応じて必要な機能コンポーネントをタンクから取り出し、その表面に後述する適切な物理化学的な処理を施してブロック間の相互作用力を制御する。その後、機能コンポーネントを分散した溶液を基板上に供給し、基板上の多数のアクティブサイトにおいて同時並行的に順次セルフアセンブルで配置することを時系列的に繰り返して、複雑システムを構築する。
【００２９】
２  構成
以下に、添付の図面を参照して本発明の実施の形態について、より詳細に説明する。  ここでは、２重鎖ＤＮＡの「末端結合」を利用して、ナノメートルオーダ（約１０ｎｍ〜１０００ｎｍ）〜マイクロメートルオーダ（約１μｍ〜１００μｍ）の大きさの部品を組み立てる場合について説明する。また、部品は厚さが薄くても実際には３次元部品であるが、以下においては、理解を容易にするために、主として２次元部品として説明する。従って、「辺」とは「側面」をも意味することとする。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態に係る塩基配列を用いた部品の組立装置（以下「本組立装置」とも記す）の構成を示すブロック図である。本組立装置は、制御部１と、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４と、第１〜第４弁Ｂ１〜Ｂ４と、ＤＮＡ供給部２と、混合部３と、ステージ４と、第１ノズル５と、第２ノズル６と、回収部７とを備えて構成されている。図１は、本組立装置の処理対処の一例として基板Ｐが、ステージ４の上に搭載された状態を示している。
【００３１】
２．１  制御部１
制御部１は、例えば、演算処理装置、メモリ装置および記録装置を備えて構成され、本組立装置を構成する各部を制御する。図１において、制御信号を伝送するための主な制御線を破線で示している。制御部１には、例えばコンピュータを使用することができる。
【００３２】
２．２  タンク
第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４は、機能コンポーネント（組み立てられる部品）供給用のタンクであり、それぞれ異なる種類の機能コンポーネントが分散された溶液を貯蔵している。
【００３３】
２．３  弁
第１〜第４弁Ｂ１〜Ｂ４は、制御部１による制御を受けて開閉し、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４から所定量の溶液を、混合部３に供給する。第１〜第４弁Ｂ１〜Ｂ４は、例えば電気的に制御可能な電磁弁である。詳細は後述するが、機能コンポーネントの各辺は、それぞれ異なる一本鎖ＤＮＡで修飾されている。一本鎖ＤＮＡは、複数の塩基（アデニン、グアニン、シトシン、チミン（以下、Ａ、Ｇ、Ｃ、Ｔと記す））が、所定数だけ一列に数繋がって形成されている。
【００３４】
２．４  ＤＮＡ供給部２
ＤＮＡ供給部２は、上記のコンポーネントを修飾している一本鎖ＤＮＡの相補的ＤＮＡを分散させた複数種類の溶液（溶液毎に異なるＤＮＡを分散させた）を、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４と同様に、それぞれ分離された状態で貯蔵している。また、図１では省略されているが、ＤＮＡ供給部２から混合部３への経路は複数本（貯蔵されているＤＮＡの種類数に対応）存在し、各経路には第１〜第４弁Ｂ１〜Ｂ４と同様に弁が配置され、これらの弁は制御部１による制御を受けて開閉し、ＤＮＡ供給部２から所定のＤＮＡを分散させた溶液を、所定量だけ混合部３に供給する。ここで、相補的ＤＮＡとは、ある一本鎖ＤＮＡを構成する塩基の並びにおいて、ＡとＴとが置換され、ＧとＣとが置換された一本鎖ＤＮＡである。４種類の塩基は、ＡとＴとが結合し、ＣとＧとが結合するので、２つの相補的ＤＮＡは結合して二重鎖ＤＮＡを形成する（以下、「ハイブリダイズ」とも記す）。
【００３５】
２．５  混合部３
混合部３は、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４及びＤＮＡ供給部２から供給される溶液を混合する。例えば、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４から１種類の溶液が供給され、ＤＮＡ供給部２から１種類の溶液が供給される場合、各溶液には、相補的ＤＮＡが含まれているように、溶液が選択される。従って、２種類の溶液が混合されると、２つの相補的ＤＮＡは結合して二重鎖ＤＮＡを形成する。
【００３６】
混合部３は、制御部１による制御を受けて、混合された溶液を第１ノズル５に供給する。これによって、第１ノズル５から混合溶液が基板Ｐの表面に供給される。
【００３７】
また、混合部３は、ＤＮＡ供給部２からのみ溶液が供給された場合には、供給された溶液をそのまま第１ノズル５を介して基板Ｐの表面に供給する。即ち、混合部３は、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４及びＤＮＡ供給部２から供給される溶液を混合する機能と、ＤＮＡ供給部２からの溶液をそのまま出力する機能とを有している。
【００３８】
２．６  回収部７
回収部７は、制御部１による制御を受けて、第１ノズル５から基板Ｐに供給された溶液を、第２ノズル６を用いて回収する。回収部７は、過熱などによって、回収した溶液中の二重鎖結合を解き、機能コンポーネントと一本鎖ＤＮＡとに分離し、それぞれを、対応する第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４及びＤＮＡ供給部２のタンクに戻す。なお、上記したようにＤＮＡ供給部２からのみ溶液が供給された場合には、回収部７は、回収した溶液をそのままＤＮＡ供給部２のタンクに戻す。
【００３９】
２．７  ステージ４、第１ノズル５、第２ノズル６
ステージ４、第１および第２ノズル５、６は、２次元的または３次元的に位置を変化させる機構（図示せず）を有しており、制御部１による制御を受けて、適宜、相対的位置を変更することができる。これによって、基板上の所定領域に溶液を供給し、基板上の所定領域から溶液を回収することができる。また、本組立装置は、基板Ｐを洗浄する手段（図示せず）を備えている。
【００４０】
３  動作
次に、本組立装置の動作について説明する。
【００４１】
３．１  動作の概要
本組立装置では、制御部１が、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４及びＤＮＡ供給部２から、所定の溶液を適宜選択する処理を繰り返すことによって、基板Ｐ上に、複数の機能コンポーネントを所望のパターンで配置することができる。図２は、この処理を模式的に示している。
【００４２】
図２では、４種類の２次元機能コンポーネントＮ１〜Ｎ４が示されており、各種類の機能コンポーネントは、一方の表面に複数の球状のナノ粒子Ｍが配置され、異なるパターン（Ｉ字形、Ｘ字形、Ｔ字形、Ｌ字形）の光動波路が形成されている。多様な大きさの微粒子を様々な配列で並べた機能コンポーネントを用意することで、目的に応じた多様なシステムを構築できる。
【００４３】
ここで、機能コンポーネントについて詳しく説明する。
【００４４】
４種類の機能コンポーネントＮ１〜Ｎ４は、各辺が異なる一本鎖ＤＮＡで修飾されており、上記したように、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４に貯蔵されている。ここで、機能コンポーネントの各辺は、凸部と凹部を有し、図３に示すように回転対称（回転角９０度）な形状である。本実施形態では、各辺は、破線で示された正方形の１辺（長さＬ）を基準として、一方の端点から１辺の１／３の範囲（長さＬ／３）において三角形の凸部が形成され、他方の端点から１辺の１／３の範囲（長さＬ／３）において三角形の凹部が形成されている。
【００４５】
機能コンポーネントを、このような形状に形成している第１の理由は、２つの機能コンポーネントが結合されるとき、両方の機能コンポーネントの光動波路が形成された面同士が、１つの平面を形成するように結合されるようにするためである。即ち、表面（光動波路が形成された面）と裏面（光動波路が形成されていない面）とが隣接して結合されることを防止するためである。また、第２の理由は、機能コンポーネント同士がミスアライメントした場合（隙間が形成された状態で結合した場合）に、隙間なく結合された場合よりも結合エネルギーが少なくなる、すなわちポテンシャルエネルギーを増大させるためである。これによって、機能コンポーネントのアライメント精度が高くなり、セルフアライメントがより確実かつ正確になる。
【００４６】
図２に戻って説明を続ける。
【００４７】
まず、後で詳述するように、予め基盤Ｐ上の所定領域を一本鎖ＤＮＡで修飾しておく。基板Ｐ上のこの一本鎖ＤＮＡに相補的なＤＮＡを供給して二重鎖ＤＮＡにした後、配置させたい機能コンポーネントＮ１を分散させた溶液を選択して、その４辺の表面を修飾している４種類の一本鎖ＤＮＡの相補的ＤＮＡのうち、基板とセルフアセンブルさせたい辺を修飾している一本鎖ＤＮＡの相補的ＤＮＡを分散させた溶液と混合させて（機能コンポーネントの１辺でのみ二重鎖ＤＮＡが形成される）、基板Ｐに供給することによって、二重鎖ＤＮＡの末端結合によって機能コンポーネントＮ１の所望の辺が基板Ｐに結合する（図４参照）。二重鎖ＤＮＡの末端結合に関しては、例えば、Yasunobu Sato, Kazuo Hosokawa, Mizuo Maeda; Detection of non-cross-linking interaction between DNA-modified gold nanoparticles and a DNA-modified flat gold surface using surface plasmon resonance imaging on a microchip, Colloids and Surfaces B 62(1), 71-76, 2008に記載されている。次に、基板Ｐ上から溶液を回収し、基板を洗浄した後、基板Ｐに結合した機能コンポーネントＮ１に、次に機能コンポーネントを結合させたい辺を修飾している一本鎖ＤＮＡの相補的なＤＮＡを分散させた溶液を供給して二重鎖ＤＮＡを形成する。また、機能コンポーネントＮ１に結合させたい機能コンポーネントＮ２を分散させた溶液を選択して、上記と同様の処理を行う。これによって、基板Ｐの上に機能コンポーネントＮ１が所望の向きで結合され、その機能コンポーネントＮ１に機能コンポーネントＮ２の所望の辺が結合された状態となる。以降、同様の処理を繰り返すことによって、図２の右側に示したように、基板Ｐの上に機能コンポーネントＮ１〜Ｎ４を組み立てることができる。なお、図２の左側には、基板Ｐに、順次、機能コンポーネントＮ１〜Ｎ４が供給される様子を示している。なお、二重鎖ＤＮＡの末端結合を利用する代わりに、後述するようにリンカーを利用してもよい。
【００４８】
３．２  動作の詳細
次に、本組立装置を用いて機能コンポーネントを組み立てる方法について詳細に説明する。図５は、処理の順序を示すフローチャートであり、図６は、図５の各ステップを示す模式図である。
【００４９】
ここで、基板Ｐ上の組み立ての始点となる領域は、予め一本鎖ＤＮＡ ＤＰで修飾されているとする。また、４種類の機能コンポーネントＮｉ（ここでｉ＝１〜４）の４つの側面Ｓｉｊ（ここでｊ＝１〜４）は、それぞれ異なる一本鎖ＤＮＡ Ｄｉｊで修飾されているとする。そして、機能コンポーネントＮｉは溶液に分散され、対応する第ｉタンクＴｉに保管されているとする。機能コンポーネントＮｉの修飾に用いたＤＮＡ Ｄｉｊと相補的なＤＮＡ Ｄｉｊ’を生成し、それぞれ機能コンポーネントＮｉとは別に、ＤＮＡ供給部２の１６個のタンクで保管されている。
【００５０】
また、これらの情報（即ち、ＤＮＡ ＤＰ、機能コンポーネントＮｉと第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４との対応関係、側面Ｓｉｊを修飾するＤＮＡ Ｄｉｊ、および、ＤＮＡ Ｄｉｊに対する相補的ＤＮＡ Ｄｉｊ’に関する情報。以下、「初期情報」と記す）は、予め決定され、例えば制御部１の記録手段に記録されているとする。
【００５１】
ステップＳ１において、初期設定を行う。即ち、制御部１（上記した「アセンブラ」に対応）は、目的とする組立設計図（例えば、部品が組み立てられた完成状態を示す構造図）から予め求められた、各部品を組み立てる順序に関する情報（以下、「順序情報」とも記す）を取得し、上記の初期情報を用いて、後述の各ステップにおいて使用されるべき、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４と、および、相補的ＤＮＡ Ｄｉｊ’を分散させた溶液が保管されているＤＮＡ供給部２のタンクとを決定する。決定された情報（以下「決定情報」という）は、記録手段に記録される。なお、組立設計図から順序情報を求める処理を「コンパイル」といい、これを実行する手段を「コンパイラ」という。なお、組立設計図から順序情報を生成する処理（コンパイル）は、人が行うこともできるが、コンピュータを用いて自動的に実行することもできる。コンピュータを用いたコンパイルは、公知の情報処理手段を組み合わせて実現することができるので、説明を省略する。
【００５２】
また、順序情報は、制御部１の記録手段に記録されていても、適宜外部から制御部１に入力されてもよい。順序情報は、例えば複数行のテキストデータで構成され、各行は、（１）２つの機能コンポーネントまたは基板Ｐおよび機能コンポーネントを指定する情報、（２）各機能コンポーネントの１辺を指定する情報、および、（３）２つの機能コンポーネントの結合／被結合関係の情報を含んでいる。
【００５３】
例えば、図７に示すような構成（組立設計図）がコンパイルされることによって、次のような順序情報が得られる。ここでは、機能コンポーネントの各辺は、反時計回りに１〜４の数字が付されている。
第１行：  Ｐ  ←  Ｎ１  Ｓ１１ 
第２行：  Ｎ１  Ｓ１３  ←  Ｎ２  Ｓ２１ 
第３行：  Ｎ２  Ｓ２４  ←  Ｎ３  Ｓ３３ 
ここで、矢印は２つの機能コンポーネントの結合／被結合関係を表し、矢印の先端側には既に組み立てられた機能コンポーネントの情報が配置され、矢印の元側にはこれから組み立てられる機能コンポーネントの情報が配置されている。
【００５４】
第１行は、基板Ｐに対して、第１の機能コンポーネントＮ１の第１の辺Ｓ１１を結合させることを表す。第２行は、結合された第１の機能コンポーネントＮ１の第３の辺Ｓ１３に、第２の機能コンポーネントＮ２の第１の辺Ｓ２１を結合させることを表す。同様に、第３行は、結合された第２の機能コンポーネントＮ２の第４の辺Ｓ２４に、第３の機能コンポーネントＮ３の第３の辺Ｓ３３を結合させることを表す。これらの処理が、第１行から順に実行されると、図７に示したような構成を実現することができる。
【００５５】
従って、制御部１は、順序情報の各行と初期情報とを用いて、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４の中から、順序情報の各行で指定された機能コンポーネント（既に結合された機能コンポーネントと、これから結合される機能コンポーネントとがある）が保管されたタンクを決定する。また、制御部１は、順序情報の各行で指定された辺を修飾しているＤＮＡに対する相補的ＤＮＡを決定し、それを分散させた溶液が保管されているＤＮＡ供給部２のタンクを決定する。なお、制御部１は、基板Ｐに関しては、基板Ｐの所定領域を修飾しているＤＮＡに対する相補的ＤＮＡを決定し、それを分散させた溶液が保管されているＤＮＡ供給部２のタンクを決定する。
【００５６】
図５の、本組立装置の動作の説明に戻る。
【００５７】
ステップＳ２において、対象部分にＤＮＡをハイブリダイズさせる。対象部分とは、基板Ｐに供給される機能コンポーネントの結合対象となる部分、すなわち、上述した基板Ｐ上の所定領域や、基板Ｐ上に既に結合している機能コンポーネントの所定部分である。後述するように、ステップＳ２以降の処理は繰り返し行なわれる（図６参照）。
【００５８】
最初にステップＳ２が実行される場合には、対象部分は基板Ｐ上の所定領域である。従って、制御部１は、ステップＳ１で決定されたＤＮＡ供給部２のタンク（基板Ｐを修飾しているＤＮＡに対する相補的ＤＮＡを分散させた溶液が保管されているタンク）から、所定量を混合部３に供給する。混合部３に供給された溶液は、第１ノズル５から基板Ｐ上に供給され、基板Ｐ上でハイブリダイズが起こる。
【００５９】
また、２回目以降にステップＳ２が実行される場合には、通常、対象部分は既に結合された機能コンポーネントの１辺である。従って、制御部１は、ステップＳ１で決定されたＤＮＡ供給部２のタンク（結合された機能コンポーネントの１辺を修飾しているＤＮＡに対する相補的ＤＮＡを分散させた溶液が保管されているタンク）から、所定量の液体を混合部３に供給する。混合部３に供給された溶液は、第１ノズル５から基板Ｐ上に供給され、基板Ｐ上でハイブリダイズが起こる。
【００６０】
ステップＳ３において、第１〜第４タンクＴ１〜Ｔ４のうちの一つから溶液を取り出し、取り出された溶液中の機能コンポーネントの１つの側面にＤＮＡをハイブリダイズさせる（図６参照）。即ち、制御部１は、ステップ２の対象部分に結合させる機能コンポーネント（Ｎｋとする）を供給するためのタンク（ステップＳ１で決定された決定情報に含まれる）から、所定量を混合部３に供給する。また、制御部１は、機能コンポーネントＮｋの、対象部分に結合させる１辺（Ｓｋｍとする）を修飾しているＤＮＡに対する相補的ＤＮＡを分散させた溶液が保管されているタンクから所定量を混合部３に供給する。混合部３に供給されたこれらの溶液は、混合されて、辺Ｓｋｍでハイブリダイズが起こる。
【００６１】
ステップＳ４において、ステップＳ３で混合された溶液を、第１ノズル５を介して基板Ｐに供給する（図６参照）。これによって、基板Ｐ上で、二重鎖ＤＮＡの末端結合が生じる（図４参照）。即ち、対象部分を修飾している二重鎖ＤＮＡの末端と、混合溶液に含まれる機能コンポーネントの１辺を修飾している二重鎖ＤＮＡの末端とが結合し、混合溶液に含まれる機能コンポーネントが対象部分に結合される。
【００６２】
ステップＳ４で混合溶液を基板Ｐに供給してから所定時間が経過した後、ステップＳ５において、基板Ｐ上に残った機能コンポーネントを回収する。即ち、制御部１は、回収部７に、第２ノズル６を用いて基板Ｐ上の溶液を回収させる。回収部７は回収した溶液を熱処理し、ハイブリダイズされた二重鎖ＤＮＡを解き、機能コンポーネントと、ステップＳ３においてハイブリダイズさせた相補的ＤＮＡとに分離してそれぞれの保管タンクに戻す。戻すタンクの情報は、制御部１から回収部７に伝送される。二重鎖ＤＮＡは、低温では安定であるが、融解温度以上（例えば、約５０〜８０℃以上、塩基配列によって異なる）になると２本の一本鎖ＤＮＡに分解する。
【００６３】
ステップＳ６において、基板Ｐを洗浄する。例えば、洗浄液を貯蔵したタンクから混合部３に洗浄液を供給し、混合部３が洗浄液をそのまま第１ノズル５から基板Ｐに供給する。
【００６４】
ステップＳ７において、制御部１は、ステップＳ１で得た順序情報によって指定される処理を全て完了したか否かを判断し、完了していなければステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返す。図６は、２回繰り返されることを示している。
【００６５】
以上によって、所定の組立設計図で指定される構成に、機能コンポーネントを組み立てることができる。なお、二重鎖ＤＮＡの末端結合を利用する代わりに、後述するようにリンカーを利用してもよい。
【００６６】
３．５  その他
なお、上記の処理は一例に過ぎず、種々変更して実行することができる。例えば、上記では、結合させる２つの部位のそれぞれを修飾しているＤＮＡをハイブリダイズする処理（ステップＳ２、Ｓ３）を順次行う場合を説明したが、一方の部位を修飾しているＤＮＡを相補的ＤＮＡでハイブリダイズする処理（ステップＳ２）と、他方の部位を修飾しているＤＮＡを相補的ＤＮＡでハイブリダイズさせる処理（ステプＳ３）とを並行して行ってもよい。末端結合は、反応速度が二重鎖結合に比して二桁以上速く、数分で完了する。従って、ハイブリダイズを順次行うよりも、並行して行うことによって全体の処理時間を短縮することができる。
【００６７】
また、ステップＳ３およびステップＳ４において、ハイブリダイズされた機能コンポーネント同士の結合（以下「自己結合」と記す）も生じるので、組み立てに寄与できる機能コンポーネント数が減少する。これに対しては、溶液中の機能コンポーネント数を十分多くしておくことにより、目的とする部位同士の結合を行うことが可能である。自己結合した機能コンポーネントは、回収して熱処理をすることにより再利用可能である。
【００６８】
また、図１に示した構成では、混合部３を備え、タンクから供給される複数の溶液を混合した後、基板に供給する場合を説明したが、混合部を備えていなくてもよい。その場合には、例えば、各タンクの溶液を直接基板Ｐに供給し、基板Ｐ上で混合すればよい。
【００６９】
また、図１に示した構成では、部品（機能コンポーネント）を拡散させた溶液を貯蔵する４つのタンクを備える場合を説明したが、これに限定されない。即ち、機能コンポーネントの種類は２種類以上であればよく、対応する数のタンクを備えて構成することができる。
【００７０】
また、上記した自己結合を抑制するには、基板を、二重鎖ＤＮＡの融解温度より低い温度に冷却する手段、および溶液を二重鎖ＤＮＡの融解温度より高い温度に過熱する手段を備えることが有効である。溶液が表面に付着した基板を冷却すると、基板表面には温度境界層と呼ばれる温度が基板温度から溶液温度に変化する薄い層が形成される。基板上のＤＮＡおよび基板の近傍に位置するコンポーネントのＤＮＡは、融解温度より低い温度環境にあるため、相補的ＤＮＡと結合して安定して二重鎖ＤＮＡを形成している。従って、末端結合も安定して維持される。一方、温度境界層より外側（基板から離れる方向）の溶液内の温度を、ＤＮＡの融解温度より高く設定しておけば、基板から離れて位置するコンポーネントのＤＮＡは、安定して二重鎖ＤＮＡを維持することができない。従って、末端結合も安定して起り得ないので、コンポーネント同士の自己結合を防止できる。
【００７１】
また、基板表面の所定領域や、機能コンポーネントの側壁を選択的に異なるＤＮＡで修飾するには、種々の方法が可能である。一例として、半導体プロセスを利用することができる。図８は、表面が５μｍ×５μｍ、厚さ２μｍのシリコン製マイクロコンポーネントを配置し、コンポーネントの表面をレジストポリマでマスクして、斜め方向から金（Ａｕ）を蒸着して、コンポーネントの側壁を選択的に金コートする方法を例示している。金コートされた面には、末端をチオール修飾したＤＮＡを容易に固定できる。蒸着する金属は金に限定されず、ＤＮＡを容易に固定できる金属であればよく、錫（Ｓｎ）などでもよい。また、コンポーネントの側面全体に、光照射することによって脱離する保護基をあらかじめ付着させておき、所定の側面を光照射してその側面の保護基を脱離させて、その側面にＤＮＡを固定することもできる。セラミック製のコンポーネントの場合には、無電解メッキによって表面に金属を付着させることができる。
【００７２】
上記では、結合手段として二重鎖ＤＮＡの末端結合を利用して、基板上に部品（機能コンポーネント）を組み立てる場合を説明したが、別の結合手段を用いてもよい。例えば、リンカーを用いることができる。ここで、リンカーとは、結合させたい２つの部位に修飾された２種類の一本鎖ＤＮＡのそれぞれに相補的な一本鎖ＤＮＡを有している微粒子や、これらを側鎖として持つポリマーを意味する。リンカーを使用する場合には、例えば、図１においてＤＮＡ供給部２の代わりに、リンカーを分散させた複数の溶液を保管するタンクを備え、基板の所定領域または既に基板上に組み立てられた部品の１辺を修飾しているＤＮＡの相補的ＤＮＡと、結合させたい部品を修飾しているＤＮＡの相補的ＤＮＡとを有するリンカーを分散させた溶液を保管しているタンクから、所定量の溶液を取り出し、基板に供給すればよい。これによって、リンカーの一方のＤＮＡと、基板の所定領域または既に基板上に組み立てられた部品の１辺を修飾しているＤＮＡとがハイブリダイズし、リンカーの他方のＤＮＡと、結合させたい部品の１辺を修飾しているＤＮＡとがハイブリダイズし、結合させたい部品が、基板の所定領域または既に基板上に組み立てられた部品に結合される。なお、目標の組立設計図によっては、部品の側面を修飾するＤＮＡの種類と、基板上を修飾するＤＮＡと、リンカーが有する２つのＤＮＡとを適切に決定すれば、複数種類の部品と複数種類のリンカーとを同時に、基板上に供給することもできる。
【００７３】
また、二重鎖ＤＮＡの末端結合は、高温にすると二重鎖結合が切れるため末端結合を維持できない。従って、融解温度よりも低い温度環境で、組み立てられた構造物を使用することが望ましい。一方、高温で使用することが要求される場合には、全てのコンポーネントの組み立てが終わった後に、末端結合および二重鎖結合を安定的に固定させること、あるいは末端結合とは別の手段で、末端結合が切れてもコンポーネントの結合を安定に維持させることが望ましい。例えば、末端結合および二重鎖結合の固定には、例えばソラレンを用いた光架橋法を利用することができる。また、多層配線と貫通配線とを形成した基板上に低融点金属のバンプ構造を形成し、コンポーネントにも貫通配線と、基板と接触する裏面側に低融点金属のバンプ構造とを形成しておき、全てのアセンブルが終了した最終段階で、基板全体を加熱してバンプを溶融させ、これによってコンポーネントを基板に固定することも可能である。低融点金属バンプは機能コンポーネントの固定と同時に、機能コンポーネントへの電力供給や、信号の入出力のための接続にも利用できる。
【００７４】
コンポーネントの材料は、特に限定されず、例えばシリコン、セラミック、有機物質など種々の材料を用いることができる。
【００７５】
また、１つの基板に対して、上記した一連の処理を、複数並行して行ってもよい。例えば、基板が大面積である場合や、基板上の各サイトで異なる構成に機能コンポーネント部品を組み立てる場合などには、作業効率が上がるので有効である。リンカーを使用する場合には、結合させたい辺を修飾している一本鎖ＤＮＡに対して、リンカーの両端のＤＮＡを決定する。従って、異なる複数のリンカーを使用すれば、同時に、異なる領域（辺を含む）に異なる辺を結合させることが可能である。末端結合の場合には選択性がなく、異なる領域に異なる辺を同時に結合させることはできないので、この点はリンカーを使用することの利点である。
【００７６】
また、複数の部品を予め結合させた後、基板の所定領域に結合させることもできる。但し、複数の部品が結合した状態では、質量および体積が大きくなるので、溶液中での活動性が低減し、さらなる結合が起こり難くなる。従って、予め部品同士を結合させる場合には、活動性が低下しない程度の数に、結合させる部品数を制限することが望ましい。
【００７７】
また、組立設計図が複雑である場合や、組み立てが進むにつれて、目的とする機能コンポーネント以外でも、結合が生じることがあり得る。例えば、既に２つの機能コンポーネント（Ｎ１とする）が組み立てられ、どちらの機能コンポーネントＮ１も同じ辺（Ｓ１１とする）が開放されていた場合、２つ目の機能コンポーネントＮ１の辺Ｓ１１にのみ、別の機能コンポーネント（Ｎ２とする）を結合させることはできない。これは、辺Ｓ１１を修飾しているＤＮＡの相補的ＤＮＡを分散させた溶液が供給されると、２つの機能コンポーネントＮ１の辺Ｓ１１でハイブリダイズが起るので、次に、供給される機能コンポーネントＮ２（１辺がハイブリダイズされている）を分散させた溶液が供給されると、機能コンポーネントＮ２は、２つの機能コンポーネントＮ１の辺Ｓ１１に結合するからである。これを回避するには、結合不要の側面を終端するためのＨＡＬＴブロックを用意しておき、組立の途中で必要に応じてＨＡＬＴブロックを供給することで、以後の反応を抑制することが可能である。上記の例では、１つ目の機能コンポーネントＮ１が結合された状態で、その辺Ｓ１１にＨＡＬＴブロックを結合させておけばよい。ＨＡＬＴブロックは、例えば、機能コンポーネントと同じ形状に、１つの側面のみをＤＮＡで修飾して作製できる。
【００７８】
ＤＮＡの長さ（繋がっている塩基数）は、組み立てるコンポーネントの種類数、および、１つのコンポーネントの辺の数に応じて、適宜決定すればよい。例えば、２つの塩基（Ａ、Ｇ、Ｃ又はＴ）を繋げる場合、４×４＝１６種類の一本鎖ＤＮＡを形成することができる。従って、各々４つの辺を持つ、２種類のコンポーネントの全ての辺を、異なる一本鎖ＤＮＡで修飾し（８種類必要）、且つ、それぞれの相補的ＤＮＡ（８種類必要）を提供することができる。しかし、その場合でも、相補的ＤＮＡと、安定した二重鎖ＤＮＡを形成するためには、数塩基〜数十塩基程度の長さの一本鎖ＤＮＡ、例えば、４塩基配列、９塩基配列、２１塩基配列、３０塩基配列などを使用してコンポーネントを修飾することが望ましい。なお、１つの部品の各辺を修飾するＤＮＡは全て同じ長さでなくてもよく、それぞれに対応する相補的ＤＮＡ（対応する辺を修飾するＤＮＡと長さが等しい）を準備すればよい。
【００７９】
また、機能コンポーネントは、上記した形状に限定されず、平面上に配置され得る三角形以上の多角形であればよい。さらには、結合部は機能コンポーネント間の機能を損なうような十分な結合が得られないほど大きな隙間が形成されない限り、若干の隙間が形成される形状であってもよい。
【００８０】
また、機能コンポーネントの形状はすべて同一である必要はなく、例えば概略正方形と概略長方形の２種類の機能コンポーネント形状が混在しても構わない。
【００８１】
機能コンポーネントの１辺の形状は、図３の形状に限定されない。１つのコンポーネントＮｉが別のコンポーネントＮｊに結合される場合に、コンポーネントＮｉに対して、コンポーネントＮｊの１つの面とその裏面とが任意に結合されることが無いような形状であればよい。例えば、１つの辺において、一方の端点からの所定領域に第１の凹凸形状を有し、他方の端点からの所定領域に、第１の凹凸形状と嵌合する第２の凹凸形状を有していてもよい。
【００８２】
また、機能コンポーネントは、上記で主として説明した２次元形状とみなせる薄板状に限定されず、３次元形状であってもよい。その場合にも、２次元コンポーネントについて上記で説明したように、３次元コンポーネントを構成する全ての面を異なるＤＮＡで修飾し、それぞれの相補的ＤＮＡを準備すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態に係る塩基配列を用いた部品組立装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る塩基配列を用いた部品の組み立て状況を模式的に示す図である。
【図３】機能コンポーネントの形状の一例を示す平面図である。
【図４】二重鎖ＤＮＡの末端結合を示す断面図である。
【図５】本組立装置を用いて機能コンポーネントを組み立てる方法を示すフローチャートである。
【図６】図５のフローチャートに対応する模式図である。
【図７】組立設計図の一例を示す図である。
【図８】コンポーネントの所定の辺に、一本鎖ＤＮＡを固定するための金属を付着させる方法の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１    制御部
２    ＤＮＡ供給部
３    混合部
４    ステージ
５、６    第１〜第２ノズル
７    回収部
Ｂ１〜Ｂ４    第１〜第４弁
Ｎ１〜Ｎ４    機能コンポーネント
Ｍ    ナノ粒子
Ｔ１〜Ｔ４    第１〜第４タンク
Ｐ    基板
【図１】
2010082731.tif 000003
【図３】
2010082731.tif 000004
【図４】
2010082731.tif 000005
【図５】
2010082731.tif 000006
【図７】
2010082731.tif 000007
【図２】
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【図６】
2010082731.tif 000009
【図８】
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