(57)【要約】本発明は、特に、小胞をパッチクランプする、および／または、一定量の流体を表面に少量ずつ分配するための装置に関するものである。上記装置では、基板（２）に、少なくとも１つのピペットが、所定の直径を有する貫通孔（８）の形状で形成されており、貫通孔（８）の縁（１６）は、基板（２）の隣接する表面（４）から所定の長さだけ突出している。本発明は、さらに、以下の工程を含む装置の製造方法に関するものである。その工程とは、少なくとも１つの穴（８）を生成する工程と、穴（８）の少なくとも内部表面に少なくとも１つの補正された表面層（１２）を形成する工程と、基板（２）を選択的に除去する工程である。このとき、変化した表面層（１２）は基本的には影響を受けない。その結果、変化した表面層（１２）は、基板の表面（４）から突出し、突出した縁（１６）を形成する。適切な処理工程において穴（８）を貫通孔に仕上げる。
2005500519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２）に、少なくとも１つのピペットが、所定の直径を有する貫通孔（８）の形状で形成されており、上記貫通孔（８）には、基板（２）の隣接する表面（４）から所定の長さだけ突出している縁（１６）が設けられている装置。
【請求項２】
少なくとも上記縁（１６）は、基板（２）とは異なる１種以上の材料により構成されており、好ましくは上記縁（１６）は、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4を含んで構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記貫通孔（８）の内壁は、少なくとも部分的に、基板（２）とは異なる物質により構成されており、好ましくは上記貫通孔（８）の内壁は、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4を含んで構成されている、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
上記縁（１６）の内面および好ましくは上記貫通孔（８）の内壁は、縁（１６）の外面とは異なる物質により形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
上記貫通孔の縁および／または内壁に、導電性材料により構成される少なくとも１つの層が形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
上記縁（１６）の末端（１８）は、湾曲している、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
上記貫通孔（８）は、縁（１６）の末端（１８）に向かうにつれて狭くなっている、または、広がっている、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
上記基板（２）は、シリコンにより構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
上記基板（２）に、複数のピペットが形成されており、好ましくは、上記複数のピペットは、基板（２）に格子状に配置されている、請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのピペットを基板（２）に形成する方法であって、
少なくとも１つの穴（８）を形成する工程と、
少なくとも１つの変化した表面層（１２）を、穴（８）の少なくとも内面に形成する工程と、
基板（２）を選択的に除去する工程とを含み、
上記変化した表面層（１２）は、基本的に除去されず、その結果、上記変化した表面層（１２）は基板の表面（４）上に突出して、突出した縁（１６）を形成し、
穴（８）が、適切な工程によって、貫通孔として形成される方法。
【請求項１１】
上記穴（８）を、縁（１６）が形成される面に向かって先鋭化するように形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記穴（８）を、まず、止まり穴として形成する、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記止まり穴（８）の形成後、止まり穴（８）の開口部に対向する面（４）を、止まり穴（８）の底部（１０）まで除去し、これによって止まり穴（８）が開口して貫通孔（８）が形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記止まり穴（８）を、その底部（１０）に向かうにつれて先鋭化するように形成する、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記穴（８）を、エッチングにより形成する、請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
上記止まり穴（８）の開口部に対向する面（４）の基板（２）の除去を、化学的および／または機械的除去により行う、請求項１３〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
選択的な除去の後、上記突出している縁（１６）の辺（１８）を湾曲する、請求項１０〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
上記変化した表面層（１２）を、基板（２）の表面（４；６）上にさらに形成する、請求項１０〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
上記変化した表面層（１２）を、基板（２）の全表面（４；６）上に形成し、選択的な除去を行う前に、縁（１６）が形成される面（４）の基板（２）に対して、好ましくは化学的および／または機械的除去を行う、請求項１０〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
上記基板（２）の選択的な除去を、変化した表面（１２）を基本的に除去しないエッチング剤を使用したエッチングにより行う、請求項１０〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
上記基板（２）は、半導体材料、そして特にシリコンを含む材料により構成されている、請求項１０〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも上記変化した表面層（１２）を、基板（２）の表面の被膜および／または状態変化、特に、酸化または窒化により形成する、請求項１０〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
上記変化した表面層（１２）は、少なくとも穴（８）の領域において、少なくとも部分的に、好ましくは異なる物質により構成される複数の層を備えている、請求項１０〜２２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、特に、小胞（Vesikeln）をパッチクランプ（Patch-Clamping）するため、および／または、一定量の流体（definierten Fluessigkeitsmengen）を表面に少量ずつ分配するための装置と、少なくとも１つのピペットを、基板に形成する方法とに関するものである。
【０００２】
特に、最近のバイオテクノロジーの分野では、ピコリットルからナノリットル範囲の非常に少量の流体（kleinster Fluessigkeitsmengen）を操作することが非常に重要となっている（zentraler Bedeutung）。例えば、上記の体積範囲（Volumenbereich）で一定量の流体を均等に分配することは、いわゆるバイオチップ（Biochip）を製造する際の基本的な工程（grundlegender Schritt）である。半導体テクノロジーにおいて、電子半導体部品（elektronischen Halbleiterbauelementen）の構造寸法（Strukturgroesse）を縮小する試みが継続的に行われているように、いわゆる、バイオチップ上の情報密度（点密度；Spotdichte）を上昇することが試みられている。その結果、バイオチップにより実行できる定量法（アッセイ：Assays）の処理量が上昇し、特に、コスト削減に繋がる。高密度のアレイ（Arrays）を、低コストで迅速に大量生産できるように、一回の「印刷工程（Druckschritt）」につき多数（特に９６点以上）を同時に印刷することができる、いわゆる、印刷ヘッド（Druckkoepfe）が必要である。従って、このような印刷ヘッドは、多数の非常に少量の定量の（wohldefinierter）流体を正確な量で、かつ（parallel）、所定の点位置（Spotpositionen）に非常に正確に位置付けて複写可能なように（reproduzierbar）表面上に滴下（aufbfingen）できるように設計されている必要がある。この場合、点間隔（Spotabstaende）は、一般的に、１０μｍ〜１０００μｍの範囲である。高い点密度、および、非常に少量ではあるが正確に規定された供給量（Dispensiermengen）と共に、基板上への印刷プロセス（Druckprozesses）の高い均一性および再現性（Reproduzierbarkeit）が要求される。従来技術の印刷ヘッドは、上記の必要特性（Anforderungsprofil）を条件付でしか満たしていない。
【０００３】
本発明は、さらに、ネーアー（Neher）とサックマン（Sackmann）によって発明されたパッチクランプ技術（Patch-Clamp-Technik）において有効に利用できる。なお、この技術は、以前から細胞生物学の多数の分野において、主要な実験方法（Labormethoden）に属しているものである。パッチクランプ技術により、比較的大きく、同時に、小胞または細胞に対して良好に密着した接近（abgedichteter Zugang）が可能となる。上述のような接近により、一方では、細胞質の組成（Zusammensetzung）を操作できる。他方では、漏洩伝導性（Leckleitfaehigkeit）が非常に低いので、電気的に非常に低抵抗で接近できる。パッチクランプの場合、ガラスマイクロピペット（Glasmikropipette）の環状の先端と細胞膜とが非常に密着して結合（dichte Verbindung）される。密着（Abdichtung）の特徴は、環状の接触部（ringfoermigen Kontakts）の電気抵抗である。この抵抗は、ギガ抵抗の範囲（Gigaohm-Bereich）であることが好ましく、それゆえ、「ギガシール（Giga Seal）」と呼ばれる。
【０００４】
パッチクランプに使用されるパッチピペット（Patchpipetten）は、機械的張力（mechanischem Zug）および熱によって、ガラス管から形成される。このプロセスは、比較的複雑であり、制御が困難である。さらに、このような個々のパッチピペットの取り扱いは非常に複雑である。なぜなら、位置および固定精度（Positionier- und Haltgenauigkeit）をμｍ以下の領域（Sub-μm-Bereich）において達成しなければならないからである。そのためには、非常に複雑に設計された微調整装置（Mikromanipulatoren）が必要である。この微調整装置は、剛度（Setifigkeit）を高くし、振動が非常に少なくなるように設計して、搭載（galagert）されていなければならない。このような装置は、一方では、非常にコストがかかり、さらに、非常に大きくなってしまう。従って、３つから４つのピペットしか同時に使用できない。
【０００５】
さらに、その先端の壁の厚さ（Staerke）が約２００ｎｍ〜３００ｎｍのピペットの浮遊容量（Streukapazitaet）が問題となる。従って、ピペット壁（Pipettenwand）において浮遊容量または寄生容量（parasitaere Kapazitaet）をできるだけ小さくするために、大抵の場合、ほとんど先端までシリコンを手動で塗布することにより、パッチピペットの壁厚を増大させる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、特に、小胞に対して非常に低い抵抗で(niederohmigen)接近して小胞をパッチクランプするための装置、または、一定量の流体を表面に少量ずつ分配するための装置、および、このような装置の製造方法を提供することである。
【０００７】
上記目的は、請求項１に記載の特徴を有する装置、および、請求項９に記載の特徴を有する方法によって達成される。好ましい実施形態は、対応する従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明の装置は、特に、小胞のパッチクランプに適している。本願では、上記小胞（Vesikeln）は、物体、特に、閉鎖された脂質膜（geschlossenen Lipidmembran）により構成される生物学的な物体を意味する。なお、この生物学的な物体は、流体状態（fluessiger phase）、好ましくは水（Wasser）として取り扱うことができる。これらは、一般的に、少なくとも１つの脂質層（Lipidschicht）を有する脂質膜を持った粒子である。例えば、このような小胞は、細胞、特に、神経細胞、電圧依存性イオンチャネル（Ionenkanaelen）により遺伝子工学操作された細胞、赤血球が融合した巨細胞（Riesenzellen）、または、脂質二重層（Lipiddoppelschichten）により構成される球体（Kugeln）である。
【０００９】
さらに、本発明の装置は、ピコリットルからナノリットルの範囲の非常に少量の流体を、定量的に表面上に複写可能に塗布すること（印刷；Drucken）に適している。このような「印刷プロセス（Druckvorgang）」は、特に、バイオチップの製造における主要なプロセスである。
【００１０】
本発明の装置では、基板に、少なくとも１つのピペットが、所定の直径を有する貫通孔（Durchgangsloches）の形状で形成されており、貫通孔の縁（Rand）が、基板の隣接する表面から所定の長さ（Mass）だけ突出している。この突出している縁が、従来のパッチピペット先端に類似したピペット先端（Pipettenspitze）を形成する。このように形成したピペット先端により、「ギガシール」を作り出すことができる。すなわち、このピペットの先端は、小胞または細胞に密着して低抵抗で接近でき、その密着抵抗（Abdichtwiderstand）、すなわち、外側への抵抗は、ギガ抵抗範囲（Gigaohmbereich）内とすることができる。
【００１１】
縁が突出しているピペットは、さらに、特に枝分かれした（gespaltenen ）印刷針（Drucknadel）、印刷ノズル（-duese）、または、印刷毛管（-kapillare）の形状で構成されていてもよい。その結果、本発明の装置は、「印刷ヘッド」として適している。縁は、ピペット先端の所望の形状（geometrischen Form）に応じて形成できる。その結果、縁において、または、縁によって、特に最適なパッチクランプまたは最適な流体搬送特性（Fluessigkeitstransfereigenschaften）を達成できる。貫通孔の直径は、ピペット先端を形成する縁の領域において、０．５〜２０μｍであることが好ましく、１〜２μｍであることがより好ましい。
【００１２】
基板または担体（Traeger）におけるこのようなピペットの構造により、機械的な安定性を高くすることができる。その結果、複雑な微調整操作を省くことができる。基板は、プレーナー型に（planar）、または、平坦に（flaechig）形成されていることが好ましい。パッチクランプのために、個々の小胞、または、細胞が、ピペット先端または縁の領域に配置される（aufgesetzt）。さらに、付加的に、基板表面に、小胞のための位置調節補助装置（Positionierhilfen）が配置されていてもよい。その結果、ピペット先端上に正確に配置されるように小胞を位置付ける（plaziert）ことができる。貫通孔、すなわち、ピペットを、基板の正確に規定された位置に形成できる。その結果、小胞を、後から、非常に簡単に、自動的に配置することができる。
【００１３】
本発明の装置を印刷ヘッドとして使用する場合、ピペットにより分配される流体の滴（Fluessigkeitstropfen）の収縮または裂離作用（Abschnuer- bzw. Abrissverhalten）は、突出している縁の特別な形状（Geometrie）により制御することができる。これら縁の形状は、広範囲において自由に選択できる。特に、先鋭化した（verjuengende）形状、真っ直ぐな形状、または、漏斗状の縁形状（Randgeometrien）が可能である。このような縁形状（Randgeometrien）、および、ピペットの縁および開口部領域（Oeffnungsbereich）における他の形状の特性、特に、縁の厚さ、縁の高さおよび局部的な縁の湾曲によって、ピペット形状を、所望の収縮または裂離特性に正確に適合させることができる。ピペット縦軸（Pipettenlaengsachse）に対して垂直に延びる断面（Schichttflaeche）において、ピペットの開口形状（Oeffnungsgeometrie）は、特に、丸、長方形、または、細長い穴の形状に設計できる。同じく、突出している壁、または、縁の傾斜角度（開口角度）を、広範囲において変化させてもよい。その結果、本発明の装置により、ピコ〜ナノリットル領域の複写可能な最小の供給量（Dispensiermengen）が設定されると共に、印刷される基板上に対してプリントまたは供給プロセスの均一性が高くなる。
【００１４】
少なくとも縁は、基板とは異なる１種類以上の材料（Material）を含むことが好ましく、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4を含むことが好ましい。さらに、縁は、Ｔａ2Ｏ5，ＨｆＯ2，Ｙ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｎｂ2Ｏ5，ＴｉＯ2，ＴａＯ2、および／または、Ａｌ，ＳｉまたはＨｆの窒化物または酸窒化物（Oxynitrid）を含んでいてもよい。
【００１５】
本発明の装置を、小胞のパッチクランプとして使用するために、小胞膜を形成する物質に対して同様の良好な密着特性を保証することを目的として、ガラス製の従来のパッチピペットの材料に基本的に類似している材料により縁を構成してもよい。この場合、縁、すなわち、小胞と接触するピペット先端の材料は、基本的に、基板の材料とは無関係に選択できる。基板の材料は、装置にできるだけ高い安定性および（bzw.）剛度を付与するために、機械的観点（mechanischen Gesichtspunkten）に基づいて選択できる。縁の厚さは、２００〜３００ｎｍの範囲であることが好ましく、従って、特に、従来のパッチピペットの壁厚（Wanddicke）に相当している。
【００１６】
さらに、貫通孔の内壁は、少なくとも部分的に、基板とは異なる材料により構成されていることが好ましく、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4であることが好ましい。さらに、内壁は、Ｔａ2Ｏ5，ＨｆＯ2，Ｙ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｎｂ2Ｏ5，ＴｉＯ2，ＴａＯ2、および／または、Ａｌ，ＳｉまたはＨｆの窒化物または酸窒化物を含んでいてもよい。特に、このような場合、貫通孔の内壁は、縁と同じ物質から一体的に（einstueckig）構成できる。このような設計により、ピペットは、基本的に基板に集積して形成される。このピペットの内壁は、所望の材料特性を有している。貫通孔の内壁の被膜（Beschichtung）または材料を、パッチクランプの際にピペットの浮遊容量ができるだけ小いことを保証するため、特に、電気的な条件（elektrischer Anforderungen）に基づいて選択する。被膜の厚さは、任意に設定できるが、２００〜３００ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００１７】
縁の内面、および、好ましくは貫通孔の内面は、縁の外側の材料とは異なる材料により構成されることが好ましい。このような構造にすれば、縁を少なくとも２層で構成される。その結果、ピペット外側の特性は、ピペット内壁の特性とは無関係に設定できる。貫通孔の内壁は、縁と同じ材料により、すなわち、縁と一体的に構成されていることが好ましいので、それに応じて貫通孔の内壁も、少なくとも２つの異なる材料層で構成されていることが好ましい。この場合、第１材料層は、基板に面しており（zugewandt）、第２材料層が、実際のピペット内壁を形成している。
【００１８】
貫通孔の縁および／または内壁には、導電性材料（elektrisch leitfaehigem Material）により構成される層が少なくとも１つ形成されていることが好ましい。この場合、縁および貫通孔の内壁の被膜は、３層で構成されていることが好ましい。例えば、外側の２つの層、すなわち、穴に面する層と基板に面する層とは、電気的に絶縁性の特性を有し、一方、中間層（mittlere Schicht）は、導電性の性質（Natur）を有している。この中間層は、例えば、アルミニウムまたはＩＴＯ（インジウム酸化錫；Indium-Zinnoxid）のような金属の蒸着により形成されている。その結果、基板とは無関係にピペット穴をさらに電気的に遮蔽できる。この電気的な遮蔽は、各ピペットの混同（クロストーク：Uebersprech-）および遮蔽作用 und Abschirmverhalten）を、例えば「駆動シールド；driven shield」の型（Art）により改善できる。このことは、パッチクランプに本装置を利用するための利点である。
【００１９】
縁の末端（disatles Ende）は、湾曲するように構成されていることが好ましい。この末端は、ピペット先端を形成する縁の外部端である。上記湾曲は、従来のガラスピペットに類似して形成できる。しかし、特に、小胞または細胞膜との最適な接続を保証するため、または、プリンタヘッドの最適な流体搬送特性を引き出すために、縁すなわち、ピペット先端の形状を、自由に定義することができる。
【００２０】
さらに、貫通孔は、縁の末端に向かうにつれて狭くなる（verengt）ことが好ましい。その結果、従来のパッチピペットの形状にほぼ相当し、小胞のパッチクランプに特に適したピペット形状が提供される。ピペット先端領域において、すなわち、縁の末端において、貫通孔の直径は、０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜２μｍであることが好ましい。同じく、貫通孔が縁の末端に向かうにつれて広がっている、または、開口しているピペット形状も利点である。
【００２１】
基板は、シリコンを含む物質により構成されていることが好ましい。シリコンの所定の位置に、フォトリソグラフィー方法によって、非常に細い穴を簡単に形成できる。直径の小さな穴をシリコンに形成するためのこのような方法は、ＷＯ９９／５８７４６に記載されている。しかし、シリコンの代わりに、他の材料、特に、半導体材料、および、ゲルマニウムまたはＧａＡｓなどのドープされたその変異体（Modifikationen）も使用できる。このような物質は、特に、ＷＯ９９／５８７４６に記載の方法による加工に適している。すなわち、フォトリソグラフィーによりパターン化でき、異方性エッチング方法により加工できる。ＷＯ９９／５８７４６を、そこに記載の製造方法について、全体的に参照する。従って、ＷＯ９９／５８７４６は、本願の全開示内容（Gesamtoffenbarung）の一部分とみなす。
【００２２】
基板に、複数のピペットが形成されていることが好ましく、これらピペットは、格子状またはマトリックス状に（raster- bzw. matrixartig）基板に配置されていることが好ましい。このような構造では、多数の個々のピペットを、共通の担体または基板に配置できる。パッチクランプに本発明の装置を使用するため、１ｍｍ2につき４００個未満のピペットを使用することが好ましい。プリンタヘッドとして使用するためには、１ｍｍ2につき４個より多く２５００個未満のピペットを使用することが好ましい。この場合、基板が、平坦な担体、例えば、シリコンウエハーまたはシリコンチップの形状に形成されていることが好ましい。多数のピペットを、共通の担体(gemeinsamen Traeger)に結合して配置すること(gemeinsame Anordnung)により、安定性または剛度が高いピペットを、非常に簡単に構成できる。従って、特に、従来のガラスピペットのときに使用できたピペットよりも、かなり多くのピペットを同時に使用できる。
【００２３】
隣接するピペットの間隔は、フォトリソグラフィーの規定により複写できる５μｍ〜５００μｍ、好ましくは、１０μｍ〜２００μｍの範囲に設定される。
【００２４】
パッチクランプに装置を使用するために、複雑に搭載された、または、蒸着されたピペット用の操作装置をさらに使用する必要はない。基板において正確に定義された位置にピペットを形成できるので、小胞または細胞を、非常に簡単に、ピペット先端上のこの所定の位置に配置できる。さらに、位置調節補助装置が、基板に形成、または、基板上に搭載されていてもよい。装置をこのように設計することにより、非常に簡単に、多数の小胞を同時にパッチクランプできる。
【００２５】
少なくとも１つのピペットを基板に形成するための本発明の方法は、少なくとも以下の工程を含んでいる。まず、基板に穴を形成する。次に、変化した表面層（veraenderte Oberflaechenschicht）を、穴の少なくとも内面に形成する。その後、基板を選択的に除去する。このとき、変化した表面層は、基本的に侵食されない。その結果、この表面は、基板の表面から突出し、突出した縁を形成する。適切な方法工程では、方法が進むにつれて穴が貫通孔として形成される。このようにして、基板に集積されたピペットを形成する。この際、突出している縁が、ピペット先端を形成している。この方法により、基板の好ましくは平坦な表面の正確に定義された位置に、所定の穴径（Lochdurchmesser）を有する個々のピペットを形成できる。この方法により、多数のピペットを、同時に基板に形成できる。
【００２６】
特に、多数の小胞または細胞をパッチクランプするため、または、正確な量の少量の流体を同時に複写可能に配置するための多数のピペットを備える装置を非常に簡単に製造できる。本発明の方法により、穴および特に、突出している縁の形状を非常に正確に設定できる。従って、変化した表面層の厚さを相当して設定することにより、縁の厚さを正確に規定して形成できる。変化した表面層、および、それに伴う縁の厚さは、特に、従来のパッチピペット先端の壁厚（Wandstaerke）に相当して、約２００〜３００ｎｍに設定できる。さらに、基板の除去する厚さ（Staerke）を選択することにより、基板に隣接する表面から縁が突出する高さを正確に設定できる。穴の直径および形状も、所望の使用目的（Einsatzzwecke）に適合させることができる。穴の直径は、突出している縁の領域において少なくとも０．５〜２０μｍであることが好ましく、１〜２μｍであることがより好ましい。従って、穴の直径を、特に、従来のガラス製のパッチピペット先端と類似して選択できる。
【００２７】
穴は、縁が構成される面に向かうにつれて先鋭化したテーパー形状に設計されていることが好ましい。すなわち、穴は、基本的に、縁がピペット先端を形成する従来のパッチピペットの形状である。このように、基板に形成されたピペットの特性は、基本的に、従来のパッチピペットと同じである。すなわち、小胞に非常に密着して低抵抗で接近できる。しかし、この場合、基板におけるピペットの配置により、上述のような利点が得られる。同じく、縁も、ピペット開口部の方向において特に漏斗状となるように形成できる。
【００２８】
まず、穴を、止まり穴（Sackloch：袋小路状の穴）として形成する。止まり穴として形成することで、穴およびピペット先端の形状を非常に正確に決定できる。つまり、止まり穴の底形状（Bodenform）が、後に、ピペット先端の形状を決定する。止まり穴の形状は、非常に簡単に変化させることができるので、この方法によって、ピペット先端の形状も簡単に変化させることができる。
【００２９】
他の好ましい方法工程において、止まり穴の形成後、止まり穴の開口部に対向する面を、止まり穴が開口して貫通孔が形成されるように止まり穴の底部まで除去する。基板を除去することにより止まり穴の底部に形成された開口部は、後に、ピペット先端に構成された開口部を形成する。止まり穴の形状および除去する基板の厚さを、広範囲において変化させることができるので、この方法工程によりピペット先端を様々な形状にすることができる。方法またはプロセスは、非常に確実に制御または調整できるので、さらに、プロセス確実性（Prozesssicherheit）が高くなる。高いプロセス確実性は、ピペット先端の所定の形状、すなわち、止まり穴および基板除去（Substratabtrags）の良好な再現性を保証する。
【００３０】
止まり穴は、その底の方に向かうにつれて先鋭化した形状に形成されていることが好ましい。このように形成することで、止まり穴が、ほぼ従来のパッチピペット先端の形状となる。その後、ピペット先端、すなわち、止まり穴の底部において、非常に小さな開口部が形成される。開口部の直径は、１〜２μｍであることが好ましい。このように生成されたピペットは、開口部に向かうにつれて先鋭化している。
【００３１】
止まり穴を、エッチングにより形成することが好ましい。この場合、止まり穴の位置を、フォトリソグラフィー方法によって決定できる。このようにして、多数の止まり穴も同時に非常に簡単に基板に形成できる。
【００３２】
止まり穴の開口部に対向する面の基板の除去（Abtragen）を、化学的および／または機械的除去(chemisches und/oder mechanisches Abtragen)により行うことが好ましい。この方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ（chemical mechanical polishing））である。このような方法により、正確に規定された形状と所定の開口部直径を有するピペット先端を形成するために、基板を規定の厚さに除去できる。
【００３３】
さらに、選択的な除去の後、突出する縁の辺（Kanten）が湾曲されていることが好ましい。このことは、例えばエッチングにより行える。このようにして、縁すなわちピペット先端の形状が形成される。この形状は、従来のパッチピペットの形状に相当している。従って、従来のパッチピペットの場合のように、特に類似した特性、特に、小胞膜による「ギガシール」のための特性が保証される。
【００３４】
変化した表面層を、基板の表面上にさらに形成できる。このような方法により、選択的なエッチングの際に、突出している縁、すなわち、ピペット先端を形成するべき場所の基板表面のみを除去することを保証できる。基板の対向する面は、選択的な除去の間に、変化した表面層により保護されているので、除去されない。
【００３５】
あるいは、変化した表面層を、基板の全表面上に形成でき、選択的な除去を行う前に、縁が形成される面の基板に対して好ましくは化学および／または機械除去を行う。この除去工程は、止まり穴を開口するための基板の除去と同時に行えるこのような方法により、製造方法を簡易化できる。なぜなら、まず、変化した表面層を、基板の全体表面上に形成し、その後、選択的除去を行う必要のある面において、好ましくはその下に位置している基板の一部と共に、再び除去するからである。この工程は、付加的な方法工程を含まないことが好ましい。なぜなら、止まり穴を開口するため、いずれにしろ基板を除去しなければならないからである。
【００３６】
基板の選択的な除去を、エッチングにより行うことが好ましい。この際、変化した表面層を基本的に除去しないエッチング剤を使用することが好ましい。すなわち、変化した表面層は、基板とは異なる物質（材料）により構成されることになる。従って、エッチング剤により基板だけが除去されるが、変化した表面層は除去されない。従って、基板を除去した後、穴の内面に形成された変化した層が残り、基板除去が行われる側の基板の表面から突出する。従って、変化した表面層は、ピペット先端の役割を果たす、突出した縁を形成している。エッチングプロセスの期間により、基板除去の深さを非常に正確に調整できる。その結果、突出した縁の高さも、同じく正確に決定することができる。
【００３７】
基板は、半導体材料、および、特にシリコンを含む材料により構成されていることが好ましい。半導体材料および特にシリコンに、必要な細穴を、非常に簡単に形成できる。小さな直径のこのような穴をシリコンに形成する方法は、ＷＯ９９／５８７４６に記載されている。さらに、半導体材料および特にシリコンにより、基板において、自身が電気的に活性な構造（elektrisch aktive Strukturen）を構成できる。このような構造を、基板の表面と対向する縁またはピペット先端に形成することが好ましい。さらに、基板材料は、適切な回路構成（Beschaltung）の場合、縁またはピペット先端の縁上の妨害となる汚染物質（stoerender Verunreinigungen）の脱着を制御して剥離（Desorption）するための加熱素子（Heizelement）として使用できる。
【００３８】
少なくとも変化した表面層は、基板の表面の被膜および／または状態変化（Modifizieren）、特に、酸化または窒化により生成されることがさらに好ましい。表面層は、被膜の形状で基板物質上に塗布できる。この際、通常パッチピペットを製造するために用いられるガラスまたは水晶ガラスに類似した組成を含む被膜物質（Beschichtungsmaterial）を使用することが好ましい。表面を被膜する代わりに、基板の１つ以上の層、または、表面層を、状態変化させたり、または化学的に変化させたりすることができる。このことは、様々な物質（Substanzen）を反応させることにより行える。例えば、酸素または窒素大気中において酸化または窒化することにより行える。基板物質としてシリコンの場合、酸化または窒化により変化したＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4からなる表面層を非常に簡単に形成できる。
【００３９】
変化した表面層は、複数の層を備えていてもよい。そして、この複数の層は、少なくとも穴の領域において、少なくとも部分ごとに異なる材料により構成されることが好ましい。さらに、例えば、異なる材料により構成される２つの層を基板上に重ねて塗布できる。あるいは、基板の表面層を例えば、酸化または窒化により変化させて第１層を形成し、次に、被膜により第２層を塗布することが考えられる。その逆に、まず被膜により１つの層を塗布し、次に、塗布した物質層の表面層を、例えば酸化または窒化により変化させることも考えられる。変化した表面層の２層構成により、基板を選択的に除去した後、突出した層が２層構成されており、特に、外面は、内面とは異なる物質により形成されている。その結果、縁またはピペット先端部を、所望の使用目的に最適に適合できる。縁の内壁を形成する層は、穴を通ってさらに延び、穴の内壁を形成していることが好ましい。その結果、基板に形成されたピペットは、その内面において、均質（homogene）かつ連続的な（durchgehende）物質層を備えている。この物質は、特に、ピペットの浮遊容量ができるだけ低いように選択されている。さらに、導電性層を、例えば、アルミニウムまたはＩＴＯ（indium Zinnoxid）などの金属の蒸着（Aufdampfen）により形成することもできる。このような導電性（leitfaehige）層が備えられている場合、変化した表面層の３層構造が好ましい。この３層構造では、導電性層が、２つの電気的絶縁層の間に形成されている。
【００４０】
次に、本発明を添付図面に基づいて例示的に記載する。図１は、本発明の好ましい一実施形態にかかる装置を製造するための、本発明の方法の好ましい変形例の工程を示す概略図である。図２は、本発明にかかる方法の他の変形例の工程を示す図である。
【００４１】
図１ａに、担体（Traegers）または基板２の一部を概略的な断面図に示す。この基板２は、互いにほぼ平行に対向して配置されている２つの表面４・６を有しており、ほぼ円盤状に形成されている。この基板２をシリコンから形成することが好ましいが、他の材料、特に半導体材料からも製造できる。
【００４２】
図１ｂに示したように、基板２の表面６から、止まり穴８を形成する。この止まり穴８を、例えば、ＷＯ９９／５８７４６に記載された方法によって形成できる。電子化学孔エッチング（elektrochemisches Porenaetzen）とも呼ばれるエッチング方法は、さらに、ＥＰ０２９６３４８Ａ,  ＥＰ０６４５６２１Ａ,  ＷＯ９９／２５０２６,  ＥＰ０５５３４６５Ａ,および,  ＤＥ１９８２０７５６に詳述されている。これらの文献は、エッチング方法について全範囲にわたって記載しているので、上記文献の開示内容は、本出願に部分的に開示されていると理解される。この止まり穴は、表面６から、それに対してほぼ通常の大きさで（normal）表面４の方向に伸びている。止まり穴８には底部１０があり、この底部は、基板２の内部にあり、表面４から距離を保っている。この底部１０へと、止まり穴８の幅は狭くなっている。止まり穴８および（und）特に底部１０へ狭くなっている領域は、ここでは、ほぼ、形成されるピペット先端の形状をしている。止まり穴８の形状を決めることによって、形成されるピペット先端の形状を規定することができる。この電子化学孔エッチング方法によって、アスペクト比（止まり穴の直径対深さの比）が非常に高い穴または止まり穴をエッチングできる。例えば、１：１００およびそれ以上のアスペクト比を、シリコンを規則的に配置することによって実現することができる。止まり穴の直径は、０．５〜２μｍの範囲であることが好ましく、複数の止まり穴の縦の中央軸間の間隔（ピッチ）は、１０〜１００μｍであることが好ましい。また、この止まり穴の深さは、標準的な半導体ウェハーの厚さを含んだ約１００〜５０００μｍの範囲であってもよい。
【００４３】
図１ｃに示したように、次の工程では、基板２に変化した表面層１２が形成されている。図示した例では、変化した表面層１２は、止まり穴８の内壁および表面４・６に形成されている。基本的には、止まり穴８の形成、つまり表面４・６の表面層を変えることは、必ずしも必要ではないが、本方法においては有効である。図示した例では、表面層１２は２層に形成されている。つまり、この層は、上下方向に配置された２つの層からなる。また、この層は、１層であってもよいし、２層以上に形成してもよい。シリコン基板２の場合、この変化した表面層１２を、酸化または窒化することによって形成することが好ましい。これにより、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４からなる層が生成される。しかし、基板２の表面層を変化させることによって、または、被膜物質を塗布することによって、他の層を形成してもよい。また、この表面層１２は、ピペットに適した材料特性を有する物質からなり、公知のパッチピペットのガラスと似た、材料から形成されていることが好ましい。表面層１２を基板２の全表面（つまり、表面４・６および止まり穴８の内壁）上に形成した後、基板全体を、適切な雰囲気下で酸化、窒化、または、被膜できるので、被膜または表面の変更を非常に簡単に行うことができる。
【００４４】
図１ｄに、次の工程（すなわち、基板２の表面４の、表面層１２および基板２の一部を除去する工程）を示す。ここでは、止まり穴８の底部１０を開口するまで、基板を除去する。形成される開口部１４は、後に、ピペット先端の開口部となる。そのために、底部１０に所望の大きさの開口部１４を形成する丁度その箇所まで、基板２および表面層１２を除去する。この開口部１４の直径は、１〜２μｍであることが好ましい。この除去工程は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって行われることが好ましいが、他の適切な除去方法によっても行うことができる。この場合に重要となるのは、開口部１４を所望の大きさに正確に設定できるように、非常に正確に除去することである。
【００４５】
次の工程を、図１ｅに示す。この工程では、基板２の選択的除去を、好ましくはエッチングによって行う。このとき、用いられた表面層１２ではなく、基板２のみを除去するエッチング剤を使用する。したがって、特に表面４の基板２だけを除去する。その結果、本来の止まり穴８の底部１０の近傍に位置する表面層１２の部分が、縁１６となる。表面層１２からなるこの縁１６は、基板２の表面４から突出しており、ピペット先端となる。このピペット先端またはこの縁１６には、ピペット開口部として開口部１４が形成されている。基板２の表面６の上に表面層１２を形成した後、選択的除去することによって、表面６は除去されない。除去プロセス（つまり、好ましくはエッチングプロセス）の強度（Staerke）および持続期間が、基板２の除去範囲に影響を与えることができる。それによって、縁（つまりピペット先端１６）が表面４から突出するように、高さを正確に設定できる。表面４の基板２の除去は、少なくとも止まり穴（つまり穴８）の周辺で行われる。これによって、ピペット先端を規定する、突出している縁１６を形成できる。
【００４６】
図１ｆに示したように、最後の主要な工程では、ピペット先端１６の最終的な形状を形成するために、縁１６の末端１８に位置する辺を丸くする。このとき、開口部１４に沿った端部を、さらなる短いエッチング工程によって丸くしてもよい。
【００４７】
この方法の終了後、ピペット先端１６が、基板２の表面４上に完成する。このピペット先端を、従来のパッチピペットにほぼ相当するように、または、表面上に最も少ない量の流体を複写可能に（reproduzierbaren）分配するための印刷チャネル（Druckkanal）となるように形成することができる。公知の装置とは違って、本発明による好ましい構造の利点は、ピペット先端１６が、基板２に固定および固着されている点にある。上記の方法では、基板２中に多数のピペット先端１６を非常に簡単に、同時に形成できる。これらのピペット先端１６を、所定の格子状（つまりマトリックス）に配置することが好ましい。
【００４８】
この装置がパッチクランプ法に使用される場合、処理される（つまりパッチされる）小胞（Vesikel）を、同じ格子を用いて基板２上に配置する（abgesetzt）ことができる。このために、基板２には、他の位置調節補助装置（Positionierhilfen）が備えられているか、または、付加的な位置調節装置を使用してもよい。このことにより、ピペット先端１６に小胞を配置することができる。
【００４９】
本発明の装置を「印刷ヘッド（Druckkopf）」として使用する場合、上述の製造方法によって、供給チャネル間の距離がわずかであるピペット配列（つまり、印刷針（Drucknadel）または印刷ノズル配列）を形成することができる。このようにして、印刷工程中に、スポット数を上げ、同時に、スポット密度を高めることができる。また、圧力ヘッドを好ましくは一体構造（monolithische Aufbauch）にし、ピペットまたは毛管を好ましくはシリコンに埋設させることによって、この構造（dessen）の機械的安定性は向上する。このようにすると、ピペットまたは印刷ノズルを個々に後で調整しなくてもよい。
【００５０】
止まり穴８から生じる穴８の内面は、ピペット先端１６を形成する材料によって完全に被膜されている。したがって、基板２中のパッチピペットの末端領域全体を使用することができる。ピペットを基板２中に配置することによって、さらに、ピペット壁の領域（つまりこの場合は表面層１２）の浮遊容量（Streukapazitaet）を低減する。
【００５１】
図示した例では、表面層１２は、２層に形成されている。このことによって、ピペット先端１６の外面の材質は、その内面（つまり穴８の内面）の材質とは異なるようになる。あるいはそれに代わるものとして、表面層１２を、１層または多層に形成してもよい。さらに、表面層１２を、穴８の内面全体および表面６に、必ずしも形成しなくてよい。例えば、縁１６の方を向いた穴８の部分のみに、表面層１２を備えてもよい（koennte）。また、表面層は、ＳｉＯ２からなることが好ましい。なぜなら、酸化シリコンまたは窒化シリコンは、従来のパッチピペットの場合に用いられる水晶ガラス（Quarzglas）に酷似しているからである。
【００５２】
ここまで、本発明の方法の基本的特徴のみを記載してきたが、この方法を、多様に変更または拡張できる。例えば、図１ｂに示したような止まり穴に代わって、同様に、図１ｄに示した穴と類似した貫通孔を形成する。さらに、場合によっては、表面４の表面層１２を形成しなくてもよい。穴を貫通孔として形成する場合、第１除去プロセスを行わなくてよく、すぐに選択的エッチングの工程を実施する。さらに、この方法を、縁１６の方を向いた穴の下部の開口部を広げるために、前もって行われるＫＯＨエッチングプロセスと組合せることができる。これによって、発生したピペットに対する接近妨害（Zugansswiderstand）を低減できる。
【００５３】
図２ａ）〜ｆ）に、プロセス経過中の本発明の製造方法の他の好ましい２つの変形例を、Ｉ（左の列）およびＩＩ（右の列）によって示す。以下に示す差異を別にして、図２ａ）〜ｆ）の工程は、図１ａ）〜ｆ）のそれに対応しており、同じ参照符号のついた装置には、同じ特徴がある。したがってここでは繰り返し記載しない。
【００５４】
図２に示した変形例では、電子化学孔エッチングプロセスを適切に制御することによって、止まり穴８が基板２に泡の形状で（blasenfoermig）形成される。したがって、この止まり穴８の表面６に近い方の直径は、比較的小さい。例えば０．５μｍ〜数μｍの範囲である。止まり穴８の表面近傍の領域２０の先は、表面６に対して直角方向に、内部直径の大きな、泡の形状をした領域２２が隣接している。例えば、泡の形状をした領域２２の内部直径は、数μｍ〜１００μｍである。
【００５５】
表面４からの基板２の除去工程は、止まり穴８の泡の形状をした領域２２まで基板２を除去するように制御される。泡の形状をした領域２２の表面６側の部分に、止まり穴８の内壁が広がっているので、開口部の直径が縁１６の末端へと広がる、ピペットの開口部１４が生じる。これによって、図２ｄ）に示すように、カップ形状（図２のＩ）または漏斗の形状（図２のＩＩ）をしたピペット先端１６を形成できる。
【００５６】
同様に、本発明の装置は、分子を、場所を限定して光を制御して合成するための光のみならず、合成物質（Synthesestoffen）の供給にも適している。プレーナー型の基板上における光制御合成（lichtgesteurten Synthese）の基本的な操作方法に関しては、ＥＰ０６１９３２１およびＥＰ０４７６０１４を参照する必要がある。これらの文献の開示内容中の構造および光制御合成方法に関する全ての範囲を参照することによって、これらの文献は、この点は、本出願の開示内容に含まれている。本発明の装置のピペットを、基板に対して選択的・局部的照射を行うための光導波管として利用できる。埋設された物質としてシリコンを選択することによって、個々のピペットを、光学的に互いに絶縁し、光を通すために別々に互いに独立して使用できる。これによって局部的に照らし出すことができることによって、光を誘導する化学的合成を、空間を限定して行うことができる。本発明によって流体を局部的に使用し、同じ場所を選択的に照射することができる。これによって、材料および時間を節約して、局部的に絶縁された方式で、光を駆動した（lichtgetriebene）分子の化学的合成を実施することができる。
【００５７】
「印刷ヘッド」として本発明の装置を設計した場合、流体の供給は一束のガラス毛管を介して行うことができる。機械的に丈夫な接触を、印刷ヘッドの毛管を溶かすことによって達成できる。ピペットの縁から滴を裂離する（滴下する：Abreissen）工程は、特に、
（ａ）印刷ヘッドに上昇圧力をかけて、
（ｂ）印刷される基板を減圧（Vakuums）し、
（ｃ）流体の滴に重力をかけ、
（ｄ）圧電効果を用い、
（ｅ）滴と基板との間の電圧差が生じ（静電的相互作用）、
（ｆ）（電気泳動的または電気浸透的な）電流を供給し、および／または、
（ｇ）基板に対して適した湿潤能力で接触することによって機械的に接触する
ことによって開始することができる。
【００５８】
本発明の「印刷ヘッド」用に印刷可能な基板としては、あらゆる種類の多孔性の基板、特に多孔性シリコン、酸化アルミニウム、ケイ酸塩、および、ニトロセルロースのような多孔性有機物質が適している。ピペットの大きさまたは穴の大きさが小さくなることによって、多孔性表面と接触している流体上の（auf）毛管力は上昇する。印刷ヘッドからの多量の流体の供給を、基板の毛管作用によって軽減する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の好ましい一実施形態にかかる装置を製造するための、本発明の方法の好ましい変形例の工程を示す概略図である。
【図２】本発明にかかる方法の他の変形例の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
２        基板
４,６     表面
８        止まり穴、穴
１０      底部
１２      表面層
１４      開口部
１６      縁、ピペット先端
１８      末端
２０      止まり穴８の表面近傍領域
２２      止まり穴８の泡の形状をした領域
【国際公開パンフレット】
2005500519.tif 000003
2005500519.tif 000004
2005500519.tif 000005
2005500519.tif 000006
2005500519.tif 000007
2005500519.tif 000008
2005500519.tif 000009
2005500519.tif 000010
2005500519.tif 000011
2005500519.tif 000012
2005500519.tif 000013
2005500519.tif 000014
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2005500519.tif 000019
2005500519.tif 000020
2005500519.tif 000021
2005500519.tif 000022
2005500519.tif 000023
2005500519.tif 000024
2005500519.tif 000025
2005500519.tif 000026
2005500519.tif 000027
2005500519.tif 000028
2005500519.tif 000029
2005500519.tif 000030
2005500519.tif 000031
2005500519.tif 000032
2005500519.tif 000033
2005500519.tif 000034
【国際調査報告】
2005500519.tif 000035
2005500519.tif 000036
2005500519.tif 000037
2005500519.tif 000038