(57)【要約】  集積度が高く、十分な量のプローブ分子を保持でき、かつプローブ分子の量のばらつきの少ない、プローブアレイを構成するために適したプローブアレイ用基体を提供する。  配列される複数のプローブ保持部（１０２）の各々を陥凹した形状によって与え、プローブ保持部（１０２）内に導入されるべきプローブ溶液の濡れ広がりを防止するため、隣り合うプローブ保持部（１０２）間に隔離溝（１１２）を形成する。プローブ保持部（１０２）の内面を親水性にしながら、隔離溝（１１２）の内面を疎水性にする。プローブ保持部（１０２）の内部に、液導入用突起（１０４）を形成する。
2009066503.tif 000002
【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は、前記主面から陥凹した形状によって与えられ、
隣り合う前記プローブ保持部間には、前記主面から略垂直方向に垂れ下がる垂下壁面が形成されている、
プローブアレイ用基体。
【請求項２】
隣り合う前記プローブ保持部間に、前記主面側に開口を向けた隔離溝が形成され、前記垂下壁面は、前記隔離溝の側面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】
前記プローブ保持部を規定する内面は親水性を有し、前記垂下壁面は疎水性を有する、請求項１に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項４】
前記プローブ保持部の内部には、液導入用突起が形成されている、請求項１に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項５】
前記液導入用突起には、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４に記載のプローブアレイ用基体。
【請求項６】
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、全体として板状のプローブアレイ用基体を製造する方法であって、
前記プローブアレイ用基体となるべき板状の材料基板を用意する工程と、
複数の前記プローブ保持部を形成するため、前記材料基板に、前記主面から陥凹した形状を形成する工程と、
前記材料基板の隣り合う前記プローブ保持部間に、前記主面側に開口を向けた隔離溝を形成する工程と、
前記隔離溝の表面を疎水性にする作用を有する液体を前記隔離溝に流し込むことによって、前記隔離溝の内面に疎水性を付与する工程と
を備える、プローブアレイ用基体の製造方法。
【請求項７】
前記陥凹した形状を形成する工程と前記隔離溝を形成する工程とは同時に実施される、請求項６に記載のプローブアレイ用基体の製造方法。
【請求項８】
前記材料基板はシリコンからなり、前記陥凹した形状を形成する工程および前記隔離溝を形成する工程は、ドライエッチングによって前記陥凹した形状および前記隔離溝を形成する工程を備える、請求項７に記載のプローブアレイ用基体の製造方法。
【請求項９】
前記材料基板は、（１，１，０）結晶面を主面とする単結晶シリコン基板であって、前記陥凹した形状を規定する内面および前記隔離溝を規定する内面が（１，１，１）結晶面となるようにデザインされていて、前記陥凹した形状を形成する工程および前記隔離溝を形成する工程は、アルカリ性の液体を用いたウェットエッチングによって前記陥凹した形状および前記隔離溝を形成する工程を備える、請求項７に記載のプローブアレイ用基体の製造方法。
【請求項１０】
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と、前記プローブアレイ用基体に形成された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１１】
請求項４または５に記載のプローブアレイ用基体を用意する工程と、
プローブ溶液が充填されたノズルを用意する工程と、
前記プローブアレイ用基体の前記プローブ保持部に形成された前記液導入用突起に、前記ノズルを近接させて、前記プローブ溶液と前記液導入用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内に導く工程と
を備える、プローブアレイの製造方法。
【請求項１２】
前記ノズルの外径をＤ、
前記プローブ保持部の内側面と前記液導入用突起との間の距離を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主面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、
請求項１１に記載のプローブアレイの製造方法。
【請求項１３】
前記ノズルの外径をＤ、
前記ノズルの長さをＮ、
前記液導入用突起の中心から前記垂下壁面までの距離をＥ、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、
Ｎ＞Ｄ×［arccosh ｛（２Ｅ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］
の関係が成立する、
請求項１１に記載のプローブアレイの製造方法。
【請求項１４】
前記ノズルの外周面の少なくとも一部が疎水性を有する、請求項１１記載のプローブアレイの製造方法。
【請求項１５】
配列された複数の前記ノズルを備える供給器を用意する工程をさらに備え、
前記プローブ溶液を前記プローブ保持部内に導く工程は、前記供給器と前記プローブアレイ用基体とを近接させることによって、前記プローブ溶液と前記液導入用突起とを接触させて、複数の前記プローブ保持部に同時に前記プローブ溶液を導入する工程を備える、請求項１１に記載のプローブアレイの製造方法。
【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およびその製造方法、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】
プローブアレイにおいては、規定の面積の中に、なるべく多種類のプローブ（異なった種類のプローブ分子を保持したプローブまたはプローブそのもの）を配列できることが望ましい。すなわち、プローブアレイにおいては、集積度（単位面積あたりに配列されているスポットの数）が高い方が望ましい。しかしながら、上記スポッティングした後のプローブ溶液は基板上で濡れ広がってスポットの面積が大きくなってしまうため、集積度の十分大きなプローブアレイを製造できないという問題がある。【０００７】
また、プローブアレイにおけるプローブのスポットには、十分な量のプローブ分子が保持されている必要がある。プローブに十分な量のプローブ分子が保持されていないと、プローブにおける標的分子の結合量やハイブリダイゼーション量が不足するため、標的分子の検出が困難になるからである。しかしながら、プローブアレイにおいて、集積度を高めようとすると、スポットの面積が小さくなるため、プローブのスポット中のプローブ分子が不足しやすく、標的分子の検出感度が不足する問題が発生しやすい。【０００８】
さらに、プローブアレイにおけるプローブに保持されているプローブ分子の量は、一定していて、ばらつきが小さいことが望ましい。プローブに保持されているプローブ分子の量がばらついていると、試験溶液中の標的分子の濃度が同じであっても、プローブに結合もしくはハイブリダイゼーションする標的分子の量がばらついてしまうため、シグナルの強さがばらつき、試験溶液中の標的分子の濃度を正確に判定することができなくなるという不具合が発生するためである。しかしながら、上記のスポッティングによる方法においては、基板にスポッティングされるプローブ溶液の量がばらつきやすいため、プローブのスポットに保持されるプローブ分子の量がばらつきやすいという問題がある。【０００９】
特に集積度の高いプローブアレイを製造する場合には、上記の問題がより深刻になる。なぜなら、集積度の高いプローブアレイを製造する場合には、微少量のプローブ溶液をスポッティングすることになるため、プローブ溶液の量のわずかなばらつきがより大きく反映することになるからである。
【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】
【００１０】
そこで、この発明の目的は、集積度の高い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、ならびに上記のようなプローブアレイを実現するのに適したプローブアレイ用基体およびその製造方法を提供しようとすることである。【００１１】
この発明の他の目的は、集積度が高められても、各プローブ保持部に十分な量のプローブ分子を保持することができ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、ならびに上記のようなプローブアレイを実現するのに適したプローブアレイ用基体およびその製造方法を提供しようとすることである。【００１２】
この発明のさらに他の目的は、各プローブ保持部に保持されるプローブ溶液の量がばらつきにくく、それゆえ、各プローブ保持部に保持されるプローブ分子の量がばらつきにくい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、ならびに上記のようなプローブアレイを実現するのに適したプローブアレイ用基体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】
【００１３】
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、各プローブ保持部は、主面から陥凹した形状によって与えられ、隣り合うプローブ保持部間には、主面から略垂直方向に垂れ下がる垂下壁面が形成されていることを特徴としている。【００１４】
この発明に係るプローブアレイ用基体において、好ましくは、隣り合うプローブ保持部間に、主面側に開口を向けた隔離溝が形成され、上述した垂下壁面は、この隔離溝の側面によって与えられる。【００１５】
また、プローブ保持部を規定する内面は親水性を有し、垂下壁面は疎水性を有することが好ましい。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、本件においては、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。【００１６】
また、プローブ保持部の内部には、液導入用突起が形成されていることが好ましく、液導入用突起には、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より好ましい。【００１７】
この発明は、また、上述のように、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、全体として板状のプローブアレイ用基体を製造する方法にも向けられる。【００１８】
この発明に係るプローブアレイ用基体の製造方法は、プローブアレイ用基体となるべき板状の材料基板を用意する工程と、複数のプローブ保持部を形成するため、材料基板に、主面から陥凹した形状を形成する工程と、材料基板の隣り合うプローブ保持部間に、主面側に開口を向けた隔離溝を形成する工程と、隔離溝の表面を疎水性にする作用を有する液体を隔離溝に流し込むことによって、隔離溝の内面に疎水性を付与する工程とを備えることを特徴としている。【００１９】
この発明に係るプローブアレイ用基体の製造方法において、好ましくは、陥凹した形状を形成する工程と隔離溝を形成する工程とは同時に実施される。より好ましくは、材料基板はシリコンからなり、陥凹した形状を形成する工程および隔離溝を形成する工程では、ドライエッチングによって陥凹した形状および隔離溝が形成される。【００２０】
より具体的な実施態様では、材料基板は、（１，１，０）結晶面を主面とする単結晶シリコン基板であって、陥凹した形状を規定する内面および隔離溝を規定する内面が（１，１，１）結晶面となるようにデザインされていて、陥凹した形状を形成する工程および隔離溝を形成する工程では、アルカリ性の液体を用いたウェットエッチングによって陥凹した形状および隔離溝が形成される。【００２１】
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に形成された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。【００２２】
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。【００２３】
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、プローブ保持部の内部に液導入用突起が形成されている、プローブアレイ用基体が用意される。そして、プローブ溶液が充填されたノズルを用意する工程と、プローブアレイ用基体のプローブ保持部に形成された液導入用突起に、ノズルを近接させて、プローブ溶液と液導入用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内に導く工程とが実施される。【００２４】
この発明に係るプローブアレイの製造方法において、
ノズルの外径をＤ、
プローブ保持部の内側面と液導入用突起との間の距離を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主面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】
また、この発明に係るプローブアレイの製造方法において、
ノズルの外径をＤ、
ノズルの長さをＮ、
液導入用突起の中心から垂下壁面までの距離をＥ、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、
Ｎ＞Ｄ×［arccosh ｛（２Ｅ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］
の関係が成立することが好ましい。【００２６】
この発明に係るプローブアレイの製造方法において、ノズルの外周面の少なくとも一部が疎水性を有することが好ましい。【００２７】
また、この発明に係るプローブアレイの製造方法において、配列された複数のノズルを備える供給器を用意する工程をさらに備え、プローブ溶液をプローブ保持部内に導く前述の工程は、供給器とプローブアレイ用基体とを近接させることによって、プローブ溶液と液導入用突起とを接触させて、複数のプローブ保持部に同時にプローブ溶液を導入する工程を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、プローブ保持部が陥凹した形状によって与えられるとともに、隣り合うプローブ保持部間には、垂下壁面が形成されているので、プローブ保持部内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が生じにくく、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。【００２９】
また、この発明によれば、プローブ保持部が陥凹した形状によって与えられるので、プローブ保持部に比較的大量のプローブ溶液を導入することができるとともに、陥凹した形状部分の内側面にもプローブ分子を保持させることができる。そのため、上述のように集積度が高められても、各プローブ保持部に十分な量のプローブ分子を存在させることができる。したがって、プローブ分子の不足によって標的分子の検出感度が不足するといった問題を解消することができる。【００３０】
また、この発明によれば、プローブ保持部に導入されるプローブ溶液の量が、陥凹した形状によって与えられるプローブ保持部の形状や容積によって厳密に制御されるため、そのばらつきが低減され、そのため、プローブ保持部に保持されるプローブ分子の量の製造上のばらつきが低減する。その結果、プローブアレイの感度についての製造上のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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および図２に示したプローブアレイ用基体１００におけるプローブ保持部１０２の底面１０３に形成された液導入用突起１０４を拡大して示す上面図である。
【図４】図１および図２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５】図１および図２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６】図１および図２に示したプローブアレイ用基体１００と図５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】図５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８】固体表面３００に液体が接しているときの定常状態における液体表面３５１と固体表面３００とのなす角度θを説明するための図である。
【図９】固体表面３００に液滴が着地した瞬間の振舞について説明するための図である。
【図１０】架台状に配置された３つの固体表面３１０、３１１および３１２のうち、水平方向に向く表面３１０に載った液滴３１３の状態を説明するための図である。
【図１１】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１２】プローブ保持部１０２の底面１０３にまで導かれたプローブ水溶液２１０が、プローブ保持部１０２の底面１０３を十分に濡れ広がって、プローブ保持部１０２の内側面１１１にまで到達する過程を説明するための図である。
【図１３】プローブ水溶液２１０が、プローブ保持部１０２の内部を完全に満たした後、プローブアレイ用基体１００の主面１０１上を濡れ進み、隔離溝１１２に到達した段階で濡れ広がりを停止させた状態を説明するための図である。
【図１４】この発明の第２の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【図１５】この発明の第３の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【図１６】この発明の第４の実施形態を説明するための図３に相当する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００  プローブアレイ用基体
１０１  主面
１０２  プローブ保持部
１０３  底面
１０４，１５１，１５２，１５３  液導入用突起
１０７，１１０，１５６，１５９，１６２，１６５，１６８，１７２  案内溝
１１１  内側面
１１２  隔離溝
１１３  垂下壁面
１２０  材料基板
１２１  レジストパターン
１２２  疎水化処理剤
２００  供給器
２０４  ノズル
２１０  プローブ水溶液
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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。【００３４】
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。複数のプローブ保持部１０２の配列ピッチは、図２に表示されるように、たとえば１００μｍとされる。各プローブ保持部１０２は、主面１０１から陥凹した形状によって与えられる。図示の実施形態では、各プローブ保持部１０２は、主面１０１より低い位置に底面１０３を有する凹形状によって与えられる。なお、他の実施形態として、プローブ保持部が底面のない貫通した形状とされることもあり得る。【００３５】
プローブ保持部１０２の内部には、液導入用突起１０４が形成されている。この実施形態では、液導入用突起１０４は、プローブ保持部１０２の底面１０３の中央に位置されている。図３に、液導入用突起１０４が拡大されて示されている。液導入用突起１０４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。【００３６】
上述のような形状を有する液導入用突起１０４には、図３によく示されるように、面１０５および１０６によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１０７と、面１０８および１０９によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１１０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。図２に表示されるように、液導入用突起１０４からプローブ保持部１０２の内側面１１１までの間の距離はたとえば３０μｍである。【００３７】
上述した液導入用突起１０４および案内溝１０７および１１０のそれぞれの機能については後述する。【００３８】
隣り合うプローブ保持部１０２間には、主面１０１側に開口を向けた隔離溝１１２が形成されている。隔離溝１１２は、プローブアレイ用基体１００の主面１０１に沿って格子状に延びている。隔離溝１１２は、プローブ保持部１０２内に導入されるべきプローブ溶液の主面１０１上での濡れ広がりを防止するためのものである。隔離溝１１２による上述の機能は、後で詳細に説明するように、隔離溝１１２の側面、言い換えると、主面１０１から略垂直方向に垂れ下がる垂下壁面１１３が果たしている。この点で、垂下壁面１１３が形成されることが重要であり、隔離溝１１２は、たとえば、プローブアレイ用基体１００を厚み方向に貫通するスリットのようなもので置き換えられてもよい。【００３９】
図２に表示されているように、隔離溝１１２の幅はたとえば１０μｍであり、プローブ保持部１０２の内側面１１１から隔離溝１１２までの距離はたとえば１０μｍである。また、プローブ保持部１０２および隔離溝１１２の各々の深さは、たとえば、ともに１００μｍであり、これらは、たとえば厚み５００μｍの単結晶シリコンからなる材料基板を掘り込むことによって形成される。【００４０】
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４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。【００４１】
まず、図４（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。【００４２】
次に、図４（２）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、液導入用突起１０４となるべき部分を被覆するとともに、プローブ保持部１０２および隔離溝１１２となるべき部分以外の部分を被覆するように形成される。【００４３】
次に、図４（３）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、プローブ保持部１０２となるべき陥凹した形状が形成されるとともに、液導入用突起１０４および隔離溝１１２の形状が付与される。【００４４】
次に、図４（４）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。引き続いて、アンモニア水と過酸化水素水との混合液での洗浄が行なわれ、表面のほこり等が除去されるとともに酸化膜が形成され、その後、水洗され、乾燥される。この工程を終えたとき、材料基板１２０の表面は、上記酸化膜によって、すべて親水性となる。【００４５】
次に、図４（５）に示すように、材料基板１２０の隔離溝１１２に、疎水化処理剤１２２が流し込まれ、６０分間程度室温で放置される。疎水化処理剤１２２は、隔離溝１１２の表面を疎水性にする作用を有する液体であって、このような疎水化処理剤１２２として、たとえば、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、フロロ基などの疎水性の官能基を有するシランカップリング剤の溶液が用いられる。【００４６】
その後、図４（６）に示すように、疎水化処理剤１２２が吸い取られ、適切な温度で放置して乾燥される。この操作によって、垂下壁面１１３を含めて隔離溝１１２の内面に疎水性が付与される。【００４７】
以上のようにして、プローブアレイ用基体１００が完成される。【００４８】
なお、疎水化処理剤１２２として、上述したシランカップリング剤の溶液の他、たとえばシリコーン油など、疎水性でありかつ揮発しない液体を用いてもよい。このような疎水性液体を隔離溝１１２に流し込んだ後、過剰量の液体を吸い取れば、隔離溝１１２の表面に残留する疎水性液体によって、隔離溝１１２の内面は疎水性になる。【００４９】
引き続いて、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２の最表面に下記の手順でマレイミド基を導入する。すなわち、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシランの水溶液が調製され、そこにプローブアレイ用基体１００が浸漬される。その後、プローブアレイ用基体１００が、アミノシランの水溶液から取り出され、乾燥され、次いで、１２０℃程度に加熱される。以上の処理によって、プローブアレイ用基体１００の最表面にアミノ基が導入される。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変化させる。【００５０】
なお、上述したように、プローブアレイ用基体１００の最表面にマレイミド基を導入しても、プローブアレイ用基体１００が親水性であることに変わりない。マレイミド基を導入する工程は、隔離溝１１２の内面に疎水性を付与するための処理を施す前に実施されても、後に実施されてもよい。【００５１】
上述したプローブアレイ用基体１００の製造方法によれば、隔離溝１１２に疎水化処理剤１２２を流し込むだけで、隔離溝１１２の内面を疎水性にすることができるため、隔離溝１１２の側面によって与えられる垂下壁面１１３を疎水性にする工程を容易かつ低コストに実施できる。【００５２】
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、プローブ保持部１０２および隔離溝１１２の各々を形成した。この方法を用いれば、微細かつ高アスペクトの複数のプローブ保持部１０２および隔離溝１１２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。【００５３】
上述のドライエッチングによる方法に代えて、材料基板１２０として、（１，１，０）結晶面を主面とする単結晶シリコン基板を使用した上で、液導入用突起１０４を有するプローブ保持部１０２となる陥凹した形状部分を規定する内面および隔離溝１１２を規定する内面が（１，１，１）結晶面となるようにデザインしておけば、水酸化カリウム水溶液やＴＭＡＨ水溶液などのアルカリ性水溶液によるウェットエッチングによって、アスペクト比が２０を超えるような高アスペクト比のプローブ保持部１０２および隔離溝１１２を形成することができる。【００５４】
このウェットエッチングによる方法は、ドライエッチングによる方法と比較すると、プローブ保持部１０２および隔離溝１１２のデザインに制限があるという短所がある反面、エッチングに高額な真空設備を使用する必要がないため、低コストであるという長所を有する。【００５５】
ただし、アルカリ性の液体によるウェットエッチングを用いる場合には、フォトレジストのパターンをマスクとして使用することはできない。そのため、たとえば、ウェットエッチングの前に、材料基板１２０の表面に１μｍ程度の厚みの酸化膜を水蒸気酸化法などの方法で形成し、この酸化膜をパターンニングして、ウェットエッチング時のマスクとするといった方法を使う必要がある。【００５６】
次に、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。【００５７】
上述したプローブアレイとしてのＤＮＡチップを製造するにあたり、図５に示すような供給器２００が使用される。供給器２００は、たとえば、直径１８０μｍの貫通孔２０１が２００μｍのピッチで複数形成されたガラス部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２２０μｍである。【００５８】
この供給器２００の貫通孔２０１の各々には、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が装填される。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、ノズル２０４から自然に流れ落ちることはない。【００５９】
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。【００６０】
他方、前述したように、隔離溝１１２の内面が疎水性にされながら、プローブ保持部１０２の内面等の最表面にマレイミド基が導入された、プローブアレイ用基体１００が用意される。そして、図６（２）に示すように、プローブアレイ用基体１００と供給器２００とが位置合わせされた状態で互いに近接される。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側の液導入用突起１０４に接触する。このとき、一例として、ノズル２０４の先端とプローブ保持部１０２の底面１０３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の内部に液導入用突起１０４が２０μｍ程度挿入されるため、プローブ水溶液２１０と液導入用突起１０４とが確実に接触する。【００６１】
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と液導入用突起１０４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、図６（３）に示すように、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２の各々にプローブ水溶液２１０が導入されかつ充填される。【００６２】
次いで、図６（４）に示すように、供給器２００をプローブアレイ用基体１００から離した後、この状態で１時間程度放置される。これにより、プローブＤＮＡの５’末端のチオール基とプローブアレイ用基体１００の最表面のマレイミド基とが化学的に結合して、プローブアレイ用基体１００のプローブ保持部１０２に、プローブとなるプローブＤＮＡ分子が保持される。この後、水洗を行ない、乾燥すれば、ＤＮＡチップが完成される。【００６３】
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。【００６４】
プローブアレイ用基体１００に１００μｍピッチでプローブ保持部１０２が形成され、供給器２００に２００μｍ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ＤＮＡ水溶液を充填することはできない。しかし、異なるプローブＤＮＡ水溶液を充填した供給器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ＤＮＡ水溶液の導入を行なえば、すべてのプローブ保持部１０２に、それぞれ異なるプローブＤＮＡ水溶液を充填することができる。【００６５】
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水溶液を充填してもよいが、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。【００６６】
上述したようなプローブアレイの製造方法、より具体的には、ＤＮＡチップの製造方法では、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。そのため、プローブ保持部１０２の形状や容積によって、プローブ水溶液２１０の充填される量が支配される。【００６７】
図４に示したような方法でプローブアレイ用基体１００を作製した場合、プローブ保持部１０２の形状や容積は厳密に制御され得るため、従来のようなインクジェット吐出や針先の接触によってプローブ水溶液をスポッティングする方法と比較すると、スポッティングされるプローブ水溶液２１０の量を、はるかに厳密に制御することができる。その結果、作製されるプローブアレイの感度の製造上のばらつきを大幅に低減することができる。【００６８】
次に、図７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。【００６９】
まず、図７（１）に示すように、両面が平面研磨された厚み３５０μｍのガラスウエハ２５０と、両面が平面研磨された厚み２５０μｍのシリコンウエハ２６０とを準備する。【００７０】
次に、ガラスウエハ２５０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、図７（２）に示すように、ガラスウエハ２５０に貫通孔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２５０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２００μｍ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。【００７１】
次に、図７（３）に示すように、シリコンウエハ２６０の一方主面上に、レジストパターン２６１をフォトリソグラフィーによって形成する。【００７２】
次に、図７（４）に示すように、シリコンウエハ２６０に対して、レジストパターン２６１をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥによるエッチングを実施し、深さ５０μｍ程度の掘り込み加工を行なう。【００７３】
次に、シリコンウエハ２６０からレジストパターン２６１を除去し、図７（５）に示すように、供給器２００のためのシリコン部２０３を得る。【００７４】
次に、図７（６）に示すように、シリコン部２０３の掘り込み部とガラス部２０２の貫通孔２０１とを整列させた状態で、シリコン部２０３の、掘り込み加工を行なった側の主面とガラス部２０２の一方の主面とを、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。【００７５】
次に、図７（７）に示すように、シリコン部２０３の外方に向く主面上に、レジストパターン２６２をフォトリソグラフィーによって形成する。【００７６】
次に、図７（８）および（９）に順次示すように、シリコン部２０３に対して、レジストパターン２６２をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥによるエッチングを実施し、図７（４）に示した工程で形成された掘り込み部と連通する状態となり、かつノズル２０４が形成されるまで、掘り込み加工を行なう。【００７７】
次に、シリコン部２０３からレジストパターン２６２を除去し、図７（１０）に示すように、供給器２００を得る。【００７８】
この発明に係るプローブアレイ用基体１００を使用した場合、スポッティングされたプローブ溶液の量が多すぎた場合などにおいても、隔離溝１１２の側面によって与えられる垂下壁面１１３と主面１０１とがなす凸の角の稜線部分で、プローブ溶液の濡れ広がりが食い止められる。この理由について、図８ないし図１０を用いて説明する。【００７９】
図８（ａ）および（ｂ）を参照して、固体表面３００に液体が接しているとき、特殊な事情がない限りは、その定常状態において、液体表面３５１と固体表面３００とのなす角度θは、液体と固体との組み合わせによって決まる一定値となる。この角度θを、その液体と固体との間の濡れ角という。濡れ角は、固体の単位面積あたりの表面自由エネルギー、液体の単位面積あたりの表面自由エネルギー（表面張力）、ならびに固体と液体との界面の単位面積あたりの界面自由エネルギーで決定されており、固体表面と液体とが接するときに常に一定の濡れ角が得られることは、自由エネルギー最小の原理から導かれる。【００８０】
濡れ角が小さいことは固体表面が液体に濡れやすいことを表わし、濡れ角が大きいことは、固体表面が液体に濡れにくいことを表わす。液体が水もしくは水溶液の場合、固体表面が親水性ならば濡れ角は９０°未満となり、固体表面が疎水性ならば濡れ角は９０°よりも大きくなる。【００８１】
図９（ａ）および（ｂ）を用いて、固体表面３００に液滴が着地した瞬間の振舞について説明する。着地した瞬間の液滴の輪郭を点線３０２もしくは点線３０３で示す。【００８２】
図９（ａ）には、着地した瞬間の液滴の表面３０２と固体表面３００とがなす角度が、この固体表面３００と液滴の間の本来の濡れ角よりも小さい場合が示されている。この場合、液滴は固体表面３００から退くように丸まって、本来の濡れ角で規定される形状（実線３０１）に落ち着く。【００８３】
他方、図９（ｂ）には、着地した瞬間の液滴の表面３０３と固体表面３００とがなす角度が、この固体表面３００と液滴の間の本来の濡れ角よりも大きい場合が示されている。この場合、液滴は固体表面３００の上を濡れ広がって、やはり最終的には、本来の濡れ角で規定される形状（実線３０１）となる。【００８４】
図１０（ａ）および（ｂ）には、架台状に配置された３つの固体表面３１０、３１１および３１２と、水平方向に向く表面３１０に載った液滴３１３とが示されている。【００８５】
図１０（ａ）に示すように、液滴３１３と固体表面３１０がなす角度θａが、液滴３１３と固体表面３１０との間の本来の濡れ角よりも大きかったとしても、これ以上濡れ広がって自由エネルギーを減少させることはできないので、液滴３１３は、この状態で停止する。【００８６】
このような架台状に配置された３つの固体表面３１０、３１１および３１２のうち、中央の水平方向に向く固体表面３１０に載った液滴３１３は、図１０（ｂ）に示すように、固体表面３１から略垂直方向に垂れ下がる固体表面３１１または固体表面３１２に対する液滴３１３の表面の角度θｂが、液滴３１３と固体表面３１１および３１２の各々との間の本来の濡れ角よりも大きくなるまでは、濡れ広がることはない。図１０（ｂ）に示したθｂが、液滴３１３と固体表面３１１および３１２の各々との間の本来の濡れ角を超えたときにはじめて、液滴３１３が固体表面３１１または３１２の上を濡れ進んでいく。【００８７】
以上の説明からわかるとおり、図１０（ａ）および（ｂ）における、表面３１０と表面３１１との間や、表面３１０と表面３１２との間のような、凸の角形状は、液滴３１３の濡れ広がりを抑制することができる。また、架台状に配置された３つの固体表面３１０、３１１および３１２のうち、中央の水平方向に向く固体表面３１０から略垂直方向に垂れ下がる固体表面３１１または固体表面３１２が疎水性になっていれば、水溶液の液滴３１３の濡れ広がりは、さらに抑制され得る。【００８８】
以上のような原理に従い、この発明に係るプローブアレイ用基体１００においては、隔離溝１１２の側面すなわち垂下壁面１１３と主面１０１とがなす凸の角形状が、プローブ保持部１０２に導入されたプローブ溶液の濡れ広がりを効果的に抑制することになる。【００８９】
このように、この発明に係るプローブアレイ用基体１００によれば、プローブ溶液の濡れ広がりの影響を排除できるため、プローブのスポットの集積度を上げることができる。特に、隔離溝１１２の側面によって与えられる垂下壁面１１３と主面１０１とがなす角における、プローブ溶液の濡れ広がりを停止させる効果は、垂下壁面１１３が疎水性である方が大きいため、垂下壁面１１３は疎水性である方が望ましい。【００９０】
この発明に係るプローブアレイ用基体１００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、通常の平面状の基板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。【００９１】
また、この発明に係るプローブアレイ用基体１００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、隔離溝１１２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。【００９２】
さらに、この発明に係るプローブアレイ用基体１００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。【００９３】
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および隔離溝１１２を形成するため、ドライエッチングまたはアルカリ性の液体を用いたウェットエッチングを適用すると、アスペクト比が２０を超えるようなアスペクト比を実現することができ、深いプローブ保持部１０２を有するプローブアレイ用基体１００を作製することができる。すなわち、プローブ保持部１０２の容積を大きくすることができるばかりでなく、プローブ保持部１０２の内面の面積を大きくすることもできる。したがって、スポッティングすることのできるプローブ溶液の量を多くできることによる前述の効果や、プローブ保持部１０２の側面にもプローブ分子を保持させることができることによる前述の効果をより顕著なものとすることができる。【００９４】
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１１ないし図１３を用いて以下に説明する。【００９５】
説明の前準備として、まず、図１１を参照する。図１１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１１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。【００９６】
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。【００９７】
【数１】
2009066503.tif 000003
【００９８】
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）。【００９９】
【数２】
2009066503.tif 000004
【０１００】
上記数式２を整理していくと、次の数式３が得られる。【０１０１】
【数３】
2009066503.tif 000005
【０１０２】
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。【０１０３】
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１１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。【０１０４】
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に形成された液導入用突起１０４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が液導入用突起１０４に導かれてプローブ保持部１０２の底面１０３に到達する。液導入用突起１０４は親水性であるから、液導入用突起１０４の案内溝１０７および１１０（図３参照）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の底面１０３にまで誘引される。【０１０５】
なお、液導入用突起１０４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液導入用突起１０４を挿入して、ノズル２０４の先端とプローブ保持部１０２の底面１０３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の底面１０３にまで到達する。そのため、液導入用突起１０４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の底面１０３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、液導入用突起１０４に案内溝が形成されていることが望ましい。【０１０６】
上述のように、液導入用突起１０４がプローブ水溶液２１０をプローブ保持部１０２の底面１０３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の底面１０３を十分に濡れ広がって、プローブ保持部１０２の内側面１１１にまで到達することが必要である。この物理ステップが遂行されるための条件を、図１２を用いて説明する。【０１０７】
現実には、プローブ保持部１０２は有限の大きさを持ち、内側面１１１を有するが、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、内側面１１１が存在しない状態を考える。図１２においては、現実に存在するプローブ保持部１０２の内側面１１１などを破線で示している。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の内側面１１１の場所を越えていれば、プローブ水溶液２１０がプローブ保持部１０２の内側面１１１に到達することを理論上示したことになる。【０１０８】
図１２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の底面１０３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。【０１０９】
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、液導入用突起１０４の中心からプローブ保持部１０２の内側面１１１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の内側面１１１に到達すると言える。【０１１０】
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の底面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がプローブ保持部１０２の内側面１１１に到達しない、とは必ずしも言えないが、プローブ水溶液２１０をプローブ保持部１０２の内側面１１１に確実に到達させるためには、数式７が成立していることが望ましい。【０１１１】
前述した具体例に従って説明すると、液導入用突起１０４の中心からプローブ保持部１０２の内側面１１１までの距離Ｉは３５μｍ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。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３５［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の内側面１１１に確実に到達すると言える。【０１１２】
ここで、数式６および数式７に含まれる「arcsinh」という関数について説明しておく。「arcsinh」は双曲線正弦関数「sinh」の逆関数である。双曲線正弦関数「sinh」とは、下記の数式８で定義される関数である。【０１１３】
sinh ξ＝｛exp ξ −exp （−ξ）｝／２    …＜数式８＞
プローブ保持部１０２の表面は、シリコン酸化膜によって与えられ、親水性であるから、プローブ保持部１０２の内側面１１１に到達したプローブ水溶液２１０は、内側面１１１を濡れ上がっていく。そのため、結局、プローブ保持部１０２はプローブ水溶液２１０で満たされることになる。自由エネルギー最小の原理に従って議論すれば、この物理プロセスが進行することは自明である。【０１１４】
プローブ保持部１０２の内部が完全にプローブ水溶液２１０で満たされた後も、プローブ水溶液２１０はプローブアレイ用基体１００の主面１０１上を濡れ進んでいく。最終的には、隔離溝１１２にプローブ水溶液２１０が到達した段階で、濡れ広がりが停止し、図１３に示すような形状となる。濡れ広がりが停止するメカニズムは、図１０を用いて先に説明したとおりである。【０１１５】
ここで、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。【０１１６】
ノズル２０４の好ましい長さを求めるには、図１３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１３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９のとおりとなる。【０１１７】
Ｎｗ＝Ｄ×［arccosh ｛(２Ｅ／Ｄ）× cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］    …＜数式９＞
ここで、Ｄはノズル２０４の外径であり、Ｅは液導入用突起１０４の中心から隔離溝１１２（垂下壁面１１３）までの距離である。ψは、θ３を用いて、下記の数式１０により定義される。【０１１８】
ψ＝arcsinh (tan θ３）    …＜数式１０＞
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１１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 ｛（２Ｅ／Ｄ）×cosh （ψ）｝−ψ］／［２×cosh （ψ）］    …＜数式１１＞
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２２０μｍであり、ノズル２０４の外径Ｄが５０μｍであり、液導入用突起１０４の中心から隔離溝１１２（垂下壁面１１３）までの距離Ｅが４５μｍ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１１が成立しているかを確認する。【０１１９】
まず、数式１１の左辺は２２０μｍ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１１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。【０１２０】
数式９および数式１１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。【０１２１】
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１１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１１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。【０１２２】
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。【０１２３】
図１４、図１５および図１６は、それぞれ、この発明の第２、第３および第４の実施形態を説明するための図３に相当する図であって、プローブアレイ用基体におけるプローブ保持部の底面に形成される液導入用突起についての変形例を示している。【０１２４】
図１４、図１５および図１６にそれぞれ示す液導入用突起１５１、１５２および１５３は、いずれも、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を有している。【０１２５】
図１４に示した液導入用突起１５１では、互いに平行に延びる面１５４および１５５の間に規定される案内溝１５６が形成されている。【０１２６】
図１５に示した液導入用突起１５２では、面１５７および１５８によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１５９、面１６０および１６１によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１６２、面１６３および１６４によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１６５、ならびに、面１６６および１６７によって規定される断面Ｌ字状の案内溝１６８が形成されている。【０１２７】
図１６に示した液導入用突起１５３では、互いに直交する方向に順次延びる３つの面１６９、１７０および１７１によって規定される断面矩形状の案内溝１７２が形成されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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