(57)【要約】【課題】本発明は、分析チップ使用時に各スポットの蛍光強度のＳ／Ｎ比を向上させ、精確で感度の高い測定ができる、バイオチップまたはマイクロ化学チップなどの分析チップ用ガラス基板の提供を目的とする。【解決手段】ガラス基板がソーダライム系シリカガラスであり、かつＦｅ含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．１質量％以下であることを特徴とする分析チップ用ガラス基板。好ましくは、前記分析チップ用ガラス基板の分析チップとして使用する面を表面処理剤で処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板がソーダライム系シリカガラスであり、かつＦｅ含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．１質量％以下であることを特徴とする分析チップ用ガラス基板。
【請求項２】
前記ソーダライム系シリカガラスのＦｅ含有量以外の組成が、酸化物基準でＳｉＯ２を６５〜７５質量％、Ａｌ２Ｏ３を０〜５質量％、Ｎａ２Ｏを１０〜１６質量％、Ｋ２Ｏを０〜５質量％、ＣａＯを５〜１５質量％、ＭｇＯを０〜７質量％である請求項１記載の分析チップ用ガラス基板。
【請求項３】
前記分析チップ用ガラス基板の分析チップとして使用する面を表面処理剤で処理した請求項１または２記載の分析チップ用ガラス基板。
【請求項４】
前記表面処理剤がシランカップリング剤である請求項１、２または３記載の分析チップ用ガラス基板。
【請求項５】
前記ソーダライム系シリカガラスはフロート法で製造されたガラス板である請求項１〜４のいずれか記載の分析チップ用ガラス基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載の分析チップ用ガラス基板を用いることを特徴とする分析チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数百〜数万種類以上の遺伝子に対応するＤＮＡ、ＲＮＡ、糖鎖やタンパク質断片などの生体高分子オリゴマを微小量ずつ整列、固定化するバイオチップに好適なガラス素板に関する。また、本発明は、主に化学分析や化学反応用途であって、数百ｎｍから数百μｍ程度の幅の微細な流路を基板上や基板内部に形成し、流路内で液体試料や液体反応物の輸送、混合、反応、分離精製などを行うことにより、分析の前処理から検出までを同一基板内で終わらせるマイクロ化学チップに好適なガラス素板にも関する。
【背景技術】
【０００２】
分析チップの一つである、バイオチップについて最初に説明する。バイオチップの代表的なものとして、多種類のＤＮＡの断片（以下、検出ＤＮＡという）を数百〜数万の微小なスポットとして基板上に固定させた、ＤＮＡチップがある。ＤＮＡチップに人間や動物のＤＮＡで評価したいもの（以下、評価ＤＮＡという）を作用させる（ハイブリダイゼーション）ことにより一度に多数のＤＮＡの配列を検出評価し、個体間の配列の違いや、細胞状態の違いによる遺伝子発現量の差などを解析できる。なお、ＲＮＡ、タンパクまたは糖鎖等についても同様であり、以下の説明では代表例としてＤＮＡについて説明する。
【０００３】
バイオチップには、基板上にＤＮＡを固定させる方法により、フォトリソグラフィを利用した固相合成法と、あらかじめ用意した多種類の検出ＤＮＡを基板上に並べていくスタンフォード法（スタンピング法または点着法とも称される）とに大別される。いずれの方法によっても基板上に固定化されたＤＮＡ（以下、プローブＤＮＡという）に対して、これに作用させるほうの混合ＤＮＡ断片（以下、検体ＤＮＡという）を検出する手段としては、あらかじめ検体ＤＮＡに蛍光分子を修飾し、これを蛍光読取装置にかけ、励起光を当てたときの、各スポットの蛍光強度の相対的な強弱を調べるのが一般的である。
【０００４】
蛍光強度は励起光強度に対して弱く、また検体ＤＮＡの濃度は、最も薄いＤＮＡから最も濃いＤＮＡのものまで千倍から一万倍以上の開きがある。特に、濃度が薄い検体ＤＮＡについては、基板自身の表面や付着物（ごみ、有機物汚れ）などからの自家蛍光や反射がノイズとなって、精確な検出が難しい。
【０００５】
蛍光強度とノイズの比（Ｓ／Ｎ比）を向上させるため、凹凸を有する基板上にプローブＤＮＡと親和性の高い膜を形成しておくことでスポット形成の確度を高め、蛍光密度を高くする方法（特許文献１参照）やサンドブラストなどで基板表面に微細な傷をランダムに形成しスポット内の表面積を大きくしてスポット形成の確度を高め、蛍光密度を高くする方法（特許文献２参照）が提案されているが、いずれも基板表面に凹凸を形成する必要があり、そのために特別な材料を使用したり、加工工程および洗浄工程を必要とするなど、原価面で不利である。本発明のように、基板自身によりＳ／Ｎ比を向上させようとする発明はいまだ提案されていない。
【０００６】
また、基板表面からの蛍光ノイズ（蛍光バックグラウンド）の低いバイオチップ用基板として、石英ガラス（合成石英、シリカガラスとも称されることがある）やホウケイ酸系ガラスの板が知られているが（特許文献１，２参照）、バッチ処理で製造され、しかも表面を精密研磨するため製造コストが高く、バイオチップ普及の障害の一つとなっている。一方、表面の平坦姓、平滑性に優れ、しかも製造コストの低いガラス板としては、窓ガラスなどに使用されているソーダライム系シリカガラスがあるが、石英ガラスやホウケイ酸系ガラスに比べて蛍光バックグラウンドが高いという問題点があった。
【０００７】
すなわち、蛍光バックグラウンドが石英ガラス等と同等の低レベルで、基板として使用する際に精密研磨などを必要とせず、また、基板表面に特段微細な凸凹を形成しなくても充分なＳ／Ｎ比の得られる、低原価な、バイオチップ基板はいまだ提案されていない。
【０００８】
同様に、分析チップの一つである、マイクロ化学チップ（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）においても、チップ上またはチップ内部に形成された流路内を流れる微量の液状分析対象物等を精確で感度の高い蛍光測定ができる低原価なマイクロ化学チップ基板はいまだ提案されていない。なお、本明細書では、以下、バイオチップとマイクロ化学チップを総称して、分析チップという。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１４７４４号公報（発明の実施の形態）
【特許文献２】特開２００３−１０７０８６号公報（発明の実施の形態）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、使用時の蛍光バックグラウンドが低く、各スポットのＳ／Ｎ比を向上させ、精確で感度の高い測定ができる、低原価な分析チップ用ガラス基板の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ガラス基板がソーダライム系シリカガラスであり、かつＦｅ含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．１質量％以下であることを特徴とする分析チップ用ガラス基板を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の分析チップ用ガラス基板をバイオチップ用ガラス基板に使用すると、蛍光バックグラウンドが低いために、検体ＤＮＡからの蛍光強度が相対的に高くなり優れたＳ／Ｎ比が得られる。しかもガラス基板のガラスがソーダライム系シリカガラスであるので石英ガラスなどに比べて原料価格が安価で、製造しやすいため原価面でも有利である。平坦で平滑な面が安定して得られるフロート法で製造でき、しかも精密研磨をせずにそのままバイオチップ用ガラス基板として使用できるため、研磨工程や研磨工程後の洗浄・乾燥工程も不要であり、生産性の面でも有利である。そのためバイオチップ診断の普及に大きく寄与できる。
【００１３】
また、本発明のバイオチップ用ガラス基板のバイオチップとして使用するガラス面を、プローブＤＮＡと親和性の高い表面処理剤で処理すると、優れたＳ／Ｎ比が得られるようになるほか、バイオチップとしてのデータの再現性がよくなる。
【００１４】
このように基板自身により、表面全域にわたって優れたＳ／Ｎ比を有することから、従来のバイオチップの利用方法、測定機器などを特段変更しなくてもそのまま使用でき、しかも、蛍光シグナルを得るための励起光強度を一定に保ったまま、蛍光強度が飽和しやすい高濃度の検体ＤＮＡから蛍光強度が微弱な低濃度の検体ＤＮＡまでの広い範囲にわたって高精度に測定できる。
【００１５】
これにより、バイオチップ上の各試料のスポット径を小さくして、より高密度化、高集積化を図れ、バイオチップ１枚あたりの情報量が向上して、バイオチップの使用枚数を削減できる。１測定で使用するバイオチップの枚数が１枚ですめば、各基板間のデータのバラツキ計算等で補正することが不要となるため測定データの品質、信頼性も向上する。
【００１６】
同様に本発明の分析チップ用ガラス基板をマイクロ化学チップに使用すると、チップ上またはチップ内部に形成された流路内を流れる微量の液状分析対象物等を精確に感度よく測定できる。その結果、流路をより微細に設計でき、分析濃度限界を下げ、測定データの品質、信頼性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の分析チップ用ガラス基板（以下、本基板という）は、ＤＮＡなどの生体高分子オリゴマを固定化するため、または微量の液状分析対象物等を流す流路形成のため、に用いるガラス基板であって、Ｆｅ含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．１質量％以下であるソーダライム系シリカガラスであることを特徴とする。
【００１８】
本発明者は、ソーダライム系シリカガラスにおいて、Ｆｅ含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．１質量％以下であると、バイオチップに主に利用される、５３２ｎｍと６３５ｎｍの励起光に対する、蛍光バックグランド強度が低くなることを見出した。同様に、マイクロ化学チップにおいても、使用される蛍光バックグランド強度も低くなる。なお、本基板においては、ソーダライム系シリカガラスのＦｅ含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．０７質量％以下であると好ましく、Ｆｅ含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．０５質量％以下であると特に好ましい。
【００１９】
本基板において、ソーダライム系シリカガラスのＦｅ含有量以外の組成については、フロート法で製造できるような組成であれば特に制限されないが、酸化物基準でＳｉＯ２を６５〜７５質量％、Ａｌ２Ｏ３を０〜５質量％、Ｎａ２Ｏを１０〜１６質量％、Ｋ２Ｏを０〜５質量％、ＣａＯを５〜１５質量％、ＭｇＯを０〜７質量％含有すると成形性などの点で好ましい。より好ましくは、さらにＫ２Ｏが０．１質量％、Ｃｌが０．１質量％未満であり、Ａｌ２Ｏ３が１．５質量％以上であるとよい。
【００２０】
上記以外の成分として、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２等をガラス基板の機械的特性または熱的特性の調整を目的として、または不純物としてそれぞれ例えば１質量％以下の範囲で含有してもよい。Ｓｂ２Ｏ３、Ｆ、Ｃｌ等を清澄剤または不純物としてそれぞれたとえば、０．５質量％以下の範囲で含有してもよい。ＳｎＯ２を、ガラスの還元度調整を目的として、または不純物としてそれぞれ例えば、０．５質量％以下の範囲で含有してもよい。
【００２１】
本基板の製造方法としては、特に、制限されるものではないが、フロート法で製造されると平滑性、平坦性に優れた基板を大量に生産できるため原価面で有利となり好ましい。フロート法以外の方法で製造する場合には、必要に応じて精密研磨等を行うことが望ましい。本基板の表面粗さＲａとしては、１００ｎｍ以下であると、シランカップリング剤などの表面処理剤を施しやすく、ハイブリダイゼーションも均一にでき、また検体の蛍光シグナル読み取り時に焦点も均一になるため好ましい。本基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であるとさらに好ましく、１ｎｍ以下であると特に好ましい。
【００２２】
本基板において、分析チップをバイオチップとして使用する場合、その使用するガラス表面に表面処理剤を施して、該ガラス表面にプローブＤＮＡに対して反応性の高い官能基を有するようにすると、プローブＤＮＡをより強固にガラス基板表面に結合できるようになり、優れたＳ／Ｎ比が得られるほか、バイオチップのデータの再現性が高くなるため好ましい。
【００２３】
同様に、本基板において、分析チップをマイクロ化学チップとして使用する場合には、流路として使用する部分の表面を、その流路内を流れる液状分析対象物等に対して親和性や反応性のない表面処理剤で処理すると、液状分析対象物等が流路内で閉塞するの防止でき、また、優れたＳ／Ｎ比が得られたり、データの再現性が高くなるため好ましい。
【００２４】
このような表面処理剤としては上記のような機能を有するものであれば特に制限されないが、シランカップリング剤が好ましいものとして挙げられる。詳細な原因は不明であるが、ガラス基板とプローブＤＮＡとの結合がシランカップリング剤の仲介により強固になることと、ガラスがソーダライム系シリカガラスであるのでシランカップリング剤との反応点が表面に多く、均一な表面処理がしやすいことと関係しているものと思われる。
【００２５】
シランカップリング剤は、有機官能性基をＲ、無機材料と反応する加水分解性基をＸとすると、典型的にはＲＳｉＸ３化学構造を有するもので、有機官能性基Ｒとしては、ビニル、グリシドキシ、メタクリル、アミノ、メルカプト、アルデヒド、エポキシ、カルボキシル、水酸基などの基を有するものが好ましく挙げられる。一方、Ｘは塩素とアルコキシ基などが好ましく挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、などが例示される。
【００２６】
シランカップリング剤の一例としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。また、シランカップリング溶液としては、上記のシランカップリング剤を、その加水分解性基と同じ構造のアルコール類で希釈し、加水分解性基を活性化させるために、適当量の水分を加えたたものが、好ましく用いられる。
【００２７】
本基板において、表面処理剤の使用方法は特に制限されるものではないが、塗布または浸漬などが好ましい方法として挙げられる。例えば、本基板表面を布で拭いたり、アルカリや有機溶剤などで清浄乾燥させた後、当該本基板をシランカップリング溶液中に所定時間浸漬後、乾燥させ、加熱脱水結合させる方法などがよく例示される。ガラス基板上の表面処理剤の厚さとしては、１ｎｍ〜１００ｎｍであると好ましく、２ｎｍ〜５０ｎｍであるとさらに好ましく、３ｎｍ〜３０ｎｍであると特に好ましい。
【実施例】
【００２８】
以下に、本発明の実施例を示す。
【００２９】
［ガラス基板］
まず、実験に使用した本基板はフロート法で製造した、厚さ１ｍｍのソーダライム系シリカガラス（旭硝子社製）で、約２５ｍｍ×７６ｍｍの長方形にカットされ、表面の付着物を除去するため、１０質量％水酸化ナトリウム水溶液に３０分間浸漬後、蒸留水でよくリンスして供試体とした。表面粗さ測定機（ＴＡＹＬＯＲ  ＨＯＢＳＯＮ社製、ＴＡＬＹＳＵＲＦ）で測定した、表面粗さＲａは約０．６ｎｍであった。
【００３０】
一方、比較基板としては市販のソーダライム系シリカガラス（Ｔｅｌｅｃｈｅｍ社製、商品名：ＳｕｐｅｒＣｌｅａｎ、約２５ｍｍ×７６ｍｍ、厚さ約１ｍｍ）を使用した。洗浄法については本基板と同様にした。本基板と同様に測定した、表面粗さＲａは約５ｎｍであった。
【００３１】
また、本基板および比較基板の組成について、蛍光Ｘ線分析装置（リガク社製、商品名：ＺＳＸ１００ｅ）で測定した値を表１に示す。なお、本基板のガラス組成は本実施例の組成に限定されるものではない。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
［評価方法］
供試基板について、蛍光測定装置（Ａｘｏｎ社製ＧｅｎｅＰｉｘ４０００Ｂ）を用いて、励起光のエネルギーを最大値設定（出力１００％、エネルギー１０００）にし、励起波長５３２ｎｍおよび６３５ｎｍに対する基板の蛍光反射を観察した。基板の蛍光反射の観察は、約２５ｍｍ×７６ｍｍの長方形のうち、中央の約２５ｍｍ×２５ｍｍの部位について行った。励起波長５３２ｎｍおよび６３５ｎｍに対する観察結果は付属のコンピューターに、それぞれ、単色６５５３６諧調（１６ビット）のＴＩＦＦ形式の画像として取り込んだ。画像の解像度はおよそ１０００ピクセル四方になった。
【００３４】
得られた画像について、標準的な画像処理ソフトであるＧＩＭＰを用い、１６ビット階調情報を維持したまま、ヒストグラム解析した。ここでいうヒストグラムとは、画像中の黒（明度０）から白（明度６５５３５）までの各明度の画素が画像中に占める存在比率を、横軸に明度、縦軸にその明度を示す画素の存在数をとってグラフに示したものである。各画素の示す明度が低い（０、すなわち黒に近い）ほど、また、明度の低いところに鋭い分布を有するほど、基板の蛍光バックグラウンドが低く、分析チップ（バイオチップ）用基板として好ましいことを示す。
【００３５】
励起波長５３２ｎｍに対する解析結果を図１に、励起波長６３５ｎｍに対する解析結果を図２に、それぞれ示す。図１、図２から、本基板（１１、２１）の方が比較基板（１２、２２）より明度が低く、しかもピークが急峻で、蛍光バックグランドが低いことから、バイオチップ用ガラス基板として優れていることがわかる。なお、図１、図２について平均明度、標準偏差、中央明度を求めた結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００３７】
本基板は、基板自身からの蛍光バックグラウンドが低いことから、これに対する検体ＤＮＡ等からの蛍光強度のＳ／Ｎ比が高く、精確な情報が得られる。特に、従来高精度の分析が難しいとされていた、低発現の検体ＤＮＡであっても高精度の分析が期待できる。また、Ｓ／Ｎ比が高いことから、スポットの微小化ができ、高集積化されたバイオチップを提供できる。本基板は前記のような優れた特性を有しながら、フロート法で製造できるガラス基板なので低原価であり、バイオチップの遺伝子関連の研究や遺伝子解析等への普及に大きく貢献する。
【００３８】
同様に、本基板は、精確な検出や分析が可能なマイクロ化学チップを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】励起波長５３２ｎｍに対する蛍光バックグラウンド測定結果。
【図２】励起波長６３５ｎｍに対する蛍光バックグラウンド測定結果。
【符号の説明】
【００４０】
１１：励起波長５３２ｎｍに対する本基板からの蛍光バックグランド特性。
１２：励起波長５３２ｎｍに対する比較基板からの蛍光バックグランド特性。
２１：励起波長６３５ｎｍに対する本基板からの蛍光バックグランド特性。
２２：励起波長６３５ｎｍに対する比較基板からの蛍光バックグランド特性。
【図１】
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【図２】
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