(57)【要約】複数の捕捉分子をカンチレバーなどのセンサ素子に付着させる、生物学的用途のセンサを機能化するための多重化ディップ・ペン・ナノリソグラフィを提供する。センサ素子は、マイクロカンチレバーであってもよい。2013530383.tif 000003
2013530383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサを機能化するための方法であって、
センサ素子を用意する工程;
少なくとも第1のチップおよび第2のチップを備えたペンアレイを用意する工程;
該第1のチップを第1のインク組成物でコーティングし、かつ該第2のチップを第2のインク組成物でコーティングする工程;
該チップから該センサ素子へと該第1のインク組成物および該第2のインク組成物を同時に付着させて、10ミクロン以下の横寸法をそれぞれ有する第1のパターンおよび第2のパターンを形成させることによって、該センサ素子を機能化する工程
を含む、方法。
【請求項２】
第1および第2のパターンの各々が、1ミクロン以下の横寸法を有している、請求項1記載の方法。
【請求項３】
第1および第2のチップが、原子間力顕微鏡チップである、請求項1記載の方法。
【請求項４】
ペンアレイが、一次元のペンアレイである、請求項1記載の方法。
【請求項５】
ペンアレイが、二次元のペンアレイである、請求項1記載の方法。
【請求項６】
センサ素子が、マイクロカンチレバーまたはナノカンチレバーを備える、請求項1記載の方法。
【請求項７】
センサ素子が、剛性の振動カンチレバーを備える、請求項1記載の方法。
【請求項８】
センサ素子が、可撓性カンチレバーを備える、請求項1記載の方法。
【請求項９】
センサ素子が、マイクロ流体チャネルを備える、請求項1記載の方法。
【請求項１０】
センサ素子が、ピラーアレイを備える、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
センサ素子が、迷路を備える、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
インク組成物が、捕捉分子を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１３】
チップを備えた装置であって、
該チップが複数のセンサ素子を備え、
各センサ素子上に複数のパターンが配置され、少なくとも1つのパターンが10ミクロン未満の横寸法を有しており、
少なくとも1つのセンサ素子が、第1の検知分子を含む第1のパターンおよび第2の検知分子を含む第2のパターンを備え、かつ
該第1のセンサ分子が該第2のセンサ分子とは異なる、装置。
【請求項１４】
チップが、少なくとも50個のセンサ素子を備える、請求項13記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも1つのセンサ素子が、少なくとも50個のパターンを備える、請求項13記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも1つのパターンが、1ミクロン以下の横寸法を有する、請求項13記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも1つのセンサ素子の少なくとも一部が不動態化されている、請求項13記載の装置。
【請求項１８】
センサチップを備えた装置であって、
該チップが、第1のセンサ素子および第2のセンサ素子を少なくとも含む、複数のセンサ素子を備え、
各センサ素子上に、10ミクロン未満の横寸法をそれぞれが有している複数のパターンが配置され、各センサ素子上の少なくとも1つのパターンが検知分子を含み、かつ
該第1のセンサ素子が、該第2のセンサ素子とは異なる少なくとも1つの検知分子を含む、装置。
【請求項１９】
少なくとも1つのセンサが、第1の検知分子を含む第1のパターンおよび第2の検知分子を含む第2のパターンを備え、第1のセンサ分子が第2のセンサ分子とは異なる、請求項18記載の装置。
【請求項２０】
センサを機能化するための方法であって、
複数のセンサ素子を備えたチップを用意する工程;
第1のチップおよび第2のチップを少なくとも備えたペンアレイを用意する工程;
該第1のチップを、少なくとも1つの第1の検知分子を含む第1のインク組成物でコーティングし、かつ該第2のチップを、該第1の検知分子とは異なる少なくとも1つの第2の検知分子を含む第2のインク組成物でコーティングする工程;
該チップから該センサ素子のうちの少なくとも1つへと該第1のインク組成物および該第2のインク組成物を同時に付着させて、該第1の検知分子を含む第1のパターンおよび該第2の検知分子を含む第2のパターンを形成させることによって、該チップを機能化する工程
を含み、
該第1のパターンおよび該第2のパターンの各々が10ミクロン以下の横寸法を有しており、
該機能化されたチップが、試料から少なくとも1つの分析物を検知することができる、方法。
【請求項２１】
センサを機能化するための方法であって、
少なくとも1つの第1のセンサ素子および少なくとも1つの第2のセンサ素子を含む複数のセンサ素子を備えたチップを用意する工程;
少なくとも1つの検知分子を含むインク組成物でそれぞれがコーティングされた複数のチップを備えたペンアレイを用意する工程;
該チップから該センサ素子へと該インク組成物を付着させて各センサ素子上に複数のパターンを形成することによって、該チップを機能化する工程
を含み、
該パターンの各々が、10ミクロン以下の横寸法を有し、
該機能化されたチップが、試料から少なくとも2つの異なる分析物を検知でき、
該第1のセンサ素子が、該第2の検知素子とは異なる分析物を検知できる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、2010年4月20日付の米国特許仮出願第61/326,103号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
背景
多重化された小さな構造体の印刷のためのより良好な方法を提供する必要が存在する。さらに、より高感度で、高精度で、多用途で、ロバストな、かつ低コストの検出方法、ならびにこれらの改善されたセンサの製造および使用のための方法を開発する必要が存在する。特に、生物学関連の検出には重要な商業的需要があり、多重化された生物学的構造が必要とされる。例えば、より良好なセンサにより、医薬の多数の分野が進歩すると考えられる。また、センサを製造および使用するための生産性の高い方法も必要とされる。
【発明の概要】
【０００３】
概要
本明細書に記載される態様は、例えば、装置、物品、キット、および組成物、ならびにそれらの製造方法および使用方法を含む。
【０００４】
一態様は例えば、予め製造された構造体への、ナノスケールおよびマイクロスケールでの多重化された位置指定可能な印刷を提供する。この印刷を、例えばセンサおよびラボオンチップ装置を形成するために使用することができる。予め製造される構造体は、例えばカンチレバー、マイクロ流体チャネル、PDMSピラーアレイ、またはPDMS迷路であってもよい。
【０００５】
一態様においては、センサを機能化するための方法であって、センサ素子を用意する工程と、少なくとも第1のチップおよび第2のチップを備えたペンアレイを用意する工程と、第1のチップを第1のインク組成物でコーティングし、かつ第2のチップを第2のインク組成物でコーティングする工程と、チップからセンサ素子へと第1のインク組成物および第2のインク組成物を同時に付着させて、10ミクロン以下の横寸法をそれぞれが有する第1のパターンおよび第2のパターンを形成させることによって、センサ素子を機能化する工程とを含む方法が提供される。
【０００６】
一態様においては、第1および第2のパターンの各々は、1ミクロン以下の横寸法を有する。一態様においては、第1および第2のチップは、原子間力顕微鏡チップである。一態様においては、ペンアレイが一次元のペンアレイである。一態様においては、ペンアレイが二次元のペンアレイである。
【０００７】
一態様においては、センサ素子がマイクロカンチレバーを備える。一態様においては、センサ素子がナノカンチレバーを備える。一態様においては、センサ素子が剛性の振動カンチレバーを備える。一態様においては、センサ素子が可撓性カンチレバーを備える。一態様においては、センサ素子がマイクロ流体チャネルを備える。一態様においては、センサ素子がPDMSピラーアレイを備える。一態様においては、センサ素子がPDMS迷路を備える。
【０００８】
一態様においては、インク組成物が捕捉分子を含む。一態様においては、インク組成物は、タンパク質、ペプチド、または核酸を含む。一態様においては、インク組成物は、水性の担体を含む。一態様においては、インク組成物は、界面活性剤またはマトリクス成分を含む。
【０００９】
一態様においては、付着によって少なくとも1本の線が形成される。一態様においては、付着によって少なくとも1つのドットが形成される。一態様においては、付着によって約1ミクロン〜約10ミクロンの線幅またはドット径がもたらされる。一態様においては、付着によって約1ミクロン以下の線幅またはドット径がもたらされる。一態様においては、第1のパターンは、第2のパターンとは異なる捕捉分子を備える。
【００１０】
一態様においては、機能化されたセンサ素子において、クロスコンタミネーションが実質的に存在しない。一態様においては、機能化されたセンサ素子において、バックグラウンドのコンタミネーションが実質的に存在しない。一態様において、センサ素子は、任意の非平坦な表面を備えた予め製造された表面構造体を備え、付着は、クロスコンタミネーションおよびバックグラウンドのコンタミネーションの両方を実質的に生じることなく、任意の非平坦な表面において適合される。
【００１１】
一態様においては、ペンアレイは、少なくとも4つのチップまたは少なくとも8つのチップを備える。一態様においては、ペンアレイが複数のカンチレバーを備え、カンチレバーのうちの少なくとも1つが、前面と、第1の側縁と、第2の側縁と、自由端である第1の端部と、非自由端である第2の端部とを備え、前面が、（1）カンチレバーの第1の側縁に配置された少なくとも1つの第1の側壁、および、カンチレバーの第1の側縁に対向するカンチレバーの第2の側縁に配置された少なくとも1つの第2の側壁と、（2）第1および第2の側壁の間に配置され、流体を保持するように適合された少なくとも1つのチャネルと、（3）第1の縁、第2の縁、およびカンチレバーの自由端によって、ならびに第1の側壁、第2の側壁、およびチャネルによって画定された境界を有するベース領域とを備え、チャネル、第1の側壁、および第2の側壁が、カンチレバーの自由端に向かって延びているが、自由端には達しておらず、ベース領域が、カンチレバーの前面から遠ざかるように延びているチップを備える。一態様においては、チャネル、第1の側壁、および第2の側壁がいずれも、ベース領域に向かって延びるにつれて次第に狭くなるように先細りになっており、ベース領域がチャネルの底面と実質的に同一平面にある。一態様においては、ペンアレイは、少なくとも1つのDPN M-expチップを備える。
【００１２】
別の態様は、以下の工程を含む、センサを機能化するための方法を提供する:センサ素子を用意する工程;少なくとも1つのカンチレバーを用意する工程であって、カンチレバーが、前面と、第1の側縁と、第2の側縁と、自由端である第1の端部と、非自由端である第2の端部とを備え、前面が、（1）カンチレバーの第1の側縁に配置された少なくとも1つの第1の側壁、および、カンチレバーの第1の側縁に対向するカンチレバーの第2の側縁に配置された少なくとも1つの第2の側壁と、（2）第1および第2の側壁の間に配置され、流体を保持するように適合された少なくとも1つのチャネルと、（3）第1の縁、第2の縁、およびカンチレバーの自由端によって、ならびに第1の側壁、第2の側壁、およびチャネルによって画定された境界を有するベース領域とを備え、チャネル、第1の側壁、および第2の側壁が、カンチレバー自由端に向かって延びているが、自由端には達しておらず、ベース領域が、カンチレバーの前面から遠ざかるように延びているチップを備える、工程;センサ分子を含むインク組成物でチップをコーティングする工程;チップからセンサ素子へとセンサ分子を付着させて、10ミクロン以下の横寸法を有するパターンを形成させることによって、センサ素子を機能化する工程であって、パターン内のセンサ分子が、試料から少なくとも1つの分析物を検知するように適合されている、工程。
【００１３】
簡潔に述べると、チップを備えた装置であって、チップが複数のセンサ素子を備え、各センサ素子上に複数のパターンが配置され、少なくとも1つのパターンが10ミクロン未満の横寸法を有しており、少なくとも1つのセンサ素子が、第1の検知分子を含む第1のパターンおよび第2の検知分子を含む第2のパターンを備え、かつ第1のセンサ分子が第2のセンサ分子とは異なる、装置もまた提供される。
【００１４】
一態様においては、チップが少なくとも10個のセンサ素子を備える。一態様においては、チップが少なくとも50個のセンサ素子を備える。一態様においては、少なくとも1つのセンサ素子は、少なくとも5個のパターンを備える。一態様においては、少なくとも1つのセンサ素子は、少なくとも50個のパターンを備える。一態様においては、少なくとも1つのパターンは、1ミクロン以下の横寸法を有する。一態様においては、第1のパターンおよび第2のパターンは、1ミクロン以下の距離によって隔てられている。
【００１５】
一態様においては、センサ素子がマイクロカンチレバーを備える。一態様においては、センサ素子がナノカンチレバーを備える。一態様においては、センサ素子が剛性の振動カンチレバーを備える。一態様においては、センサ素子が可撓性カンチレバーを備える。一態様においては、センサ素子がマイクロ流体チャネルを備える。一態様においては、センサ素子がPDMSピラーアレイを備える。一態様においては、センサ素子がPDMS迷路を備える。一態様においては、少なくとも1つのセンサ素子は、予め製造された表面構造体を備え、予め製造される表面構造体は、任意の非平坦である。
【００１６】
一態様においては、検知分子が捕捉分子を含む。一態様においては、検知分子がタンパク質を含む。一態様においては、検知分子が核酸を含む。一態様においては、検知分子が抗体または抗原を含む。一態様においては、検知分子がセンサ素子へと化学吸着され、あるいはセンサ素子と共有結合する。
【００１７】
一態様においては、少なくとも1つのセンサ素子の少なくとも一部分が不動態化される。
【００１８】
簡単に述べると、センサチップを備えた装置であって、チップが、第1のセンサ素子および第2のセンサ素子を少なくとも含む、複数のセンサ素子を備え、各センサ素子上に、10ミクロン未満の横寸法をそれぞれが有している複数のパターンが配置され、各センサ素子上の少なくとも1つのパターンが検知分子を含み、かつ第1のセンサ素子が第2のセンサ素子とは異なる少なくとも1つの検知分子を含む、装置も提供される。
【００１９】
一態様においては、少なくとも1つのセンサは、第1の検知分子を含む第1のパターンと第2の検知分子を含む第2のパターンとを備え、第1のセンサ分子は、第2のセンサ分子とは異なる。
【００２０】
別の態様は、センサを機能化するための方法であって、複数のセンサ素子を備えたチップを用意する工程;第1のチップおよび第2のチップを少なくとも備えたペンアレイを用意する工程;第1のチップを、少なくとも1つの第1の検知分子を含む第1のインク組成物でコーティングし、かつ第2のチップを、第1の検知分子とは異なる少なくとも1つの第2の検知分子を含む第2のインク組成物でコーティングする工程;チップからセンサ素子のうちの少なくとも1つへと第1のインク組成物および第2のインク組成物を同時に付着させて、第1の検知分子を含む第1のパターンおよび第2の検知分子を含む第2のパターンを形成させることによって、チップを機能化する工程を含み、第1のパターンおよび第2のパターンの各々が10ミクロン以下の横寸法を有しており、機能化されたチップが、試料から少なくとも1つの分析物を検知することができる、方法を提供する。
【００２１】
別の態様は、センサを機能化するための方法であって、少なくとも1つの第1のセンサ素子および少なくとも1つの第2のセンサ素子を含む複数のセンサ素子を備えたチップを用意する工程;少なくとも1つの検知分子を含むインク組成物でそれぞれがコーティングされた複数のチップを備えたペンアレイを用意する工程;チップからセンサ素子へとインク組成物を付着させて各センサ素子上に複数のパターンを形成することによって、チップを機能化する工程を含み、パターンの各々が10ミクロン以下の横寸法を有し、機能化されたチップが試料から少なくとも2つの異なる分析物を検知でき、第1のセンサ素子が第2の検知素子とは異なる分析物を検知できる、方法を提供する
【００２２】
少なくとも1つの態様における少なくとも1つの利点は、センサ素子の調製における空間分解能の改善を含む。
【００２３】
少なくとも1つの態様における少なくとも1つの利点は、同時に複数の分析物を検知できることである。
【００２４】
少なくとも1つの態様における少なくとも1つの利点は、より高感度な検知である。
【００２５】
少なくとも1つの態様における少なくとも1つの利点は、より正確な検知である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】NanoInk M-exp型チップを使用した市販のAFMカンチレバーへの、蛍光タグ付きIgGの6ミクロンのドットの印刷を示す、明視野ライブ画像（上）、およびカンチレバーに印刷されたドメインの蛍光画像（下）を示している。
【図２】異なるばね定数を有するカスタムカンチレバーアレイに印刷された蛍光タグ付きの4つの異なるタンパク質を示している。
【図３】センサの製造に使用される剛性カンチレバーおよびNanoInk M-exp型チップ（上）、ならびに本出願の一態様による可撓性カンチレバー（下）を示している。
【図４】本出願の一態様による機能化されたバイオセンサを示しており、センサが剛性カンチレバー上に製造されている。
【図５】本出願の一態様による機能化されたバイオセンサを示しており、センサが可撓性カンチレバー上に製造されている。
【図６】本出願の一態様による機能化されたバイオセンサを示しており、センサがマイクロ流体チャネル内に製造されている。
【図７】本出願の一態様による機能化されたバイオセンサを示しており、センサがマイクロ流体チャネル内に製造されている。
【図８】市販のマイクロ流体システム上部への印刷を示している。
【図９】センサが10ミクロンのPDMSピラーアレイ上に製造されている本出願の一態様による機能化されたバイオセンサと、該バイオセンサを機能化するためのNanoInk M-expチップとを示している。
【図１０】センサが10ミクロンのPDMSピラーアレイ上に製造されている本出願の一態様による機能化されたバイオセンサと、機能化されていないPDMSピラーアレイとを示している。
【図１１】本出願の一態様による機能化されたバイオセンサを示しており、センサがPDMS迷路上に製造されている。
【図１２】本出願の一態様による機能化されたバイオセンサを示しており、センサがPDMS迷路上に製造されている。
【図１３Ａ】公知のカンチレバー100の上面図である。ここに示されているようなカンチレバーを、NanoInk（イリノイ州Skokie）から入手することができる。カンチレバーは、カンチレバーの直線アレイの一部を形成しており、付着がカンチレバーのチップから基板へと行なわれるように設計されている。
【図１３Ｂ】通常の動作の最中の公知のカンチレバー100の上面図であり、インクが基板へ付着するようにカンチレバー上に配置されている。
【図１３Ｃ】公知のカンチレバー100の上面図である。表面に液滴が形成されており、これは、チップから基板への付着が起こるべきチップから遠ざかるように移動している。
【図１４Ａ】カンチレバーの端部212に凹状の領域214を有している公知のカンチレバー210の斜視図であり、凹状の領域214がチップ216を囲んでいる。
【図１４Ｂ】第1の凹状の領域（チャネル）221および第2の凹状の領域224を有するカンチレバー220の斜視図である。
【図１４Ｃ】一態様によるカンチレバー230の斜視図である。凹状の領域の第1の細長い部分（チャネル）231が先細りになっている。側壁235a、235bの上面も先細りになっている。
【図１４Ｄ】一態様における図2Cに示したカンチレバー230の側面図である。
【図１４Ｅ】チャネルの側壁245bと、凹状の領域の第2の拡張された部分244の側壁244bとを有するカンチレバー240の一態様における側面図である。側壁244bの高さが側壁245bの高さよりも低い。
【図１５Ａ】カンチレバー構造体の製造に使用される多数のマスク（異なる色で示されている）の図を示している。
【図１５Ｂ】本明細書に開示の態様によるカンチレバー構造体の製造に使用される多数のマスク（異なる色で示されている）の図を示している。
【図１５Ｃ】図3Aに示したマスクの概略図である。側壁の上面350a、350bの各々は、実質的に平行な縁を有しており（101度の角度によって示されているとおり）、すなわち各々の上面の幅は、チャネルの全長にわたって実質的に一定である（2つの端部に12μmおよび11μmと示されている）。
【図１５Ｄ】図3Bに示したマスクの概略図である。チャネル331の側壁の上面360a、360bの各々は、端部に向かって幅が約50％（9μmから4μmへと）狭くなる先細りの形状を有している。上面360bの内縁とチャネルの端縁との間の角度（101度）は、外縁とチャネルの端縁との間の角度よりも小さい。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
詳細な説明
序論
本明細書において言及される参考文献は、それらの全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【００２８】
器械、材料、装置、付属品、およびキットを、NanoInk,Inc.（イリノイ州Skokie）から入手することができる。
【００２９】
優先権主張出願である2010年4月20日付の米国特許仮出願第61/326,103号は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【００３０】
センサ
マイクロおよびナノ電気機械（MEMSおよびNEMS）センサは、当技術分野において公知である。センサは、物理センサまたは化学センサであってもよい。例えば、生物学的な疾患を診断するためのセンサを使用することができる。複数の分析物を同時に検知するためのセンサを使用することができる。
【００３１】
検知ならびに関連する装置および方法を説明している技術文献として、例えば（1）Sauran et al.,Anal.Chem.,2004,76,3194-3198、（2）Dhayal et al.,J Am.Chem.Soc,128,11（2006）,3716-3721、（3）Dutta et al,Anal.Chem.,2003,75,2342-2348、（4）Belaubre et al.,Applied Physics Letters,2003,82,18,3122、（5）Yue et al.,Nanoletters,2008,8,2,520-524、および（6）Lynch et al,Proteomics,2004,4,1695-1702が挙げられる。
【００３２】
特許文献として、例えば米国特許出願公開第2010/0086992号（Himmelhaus et al.）および第2010/0086735号（Baldwin et al.）が挙げられる。
【００３３】
ナノリソグラフィを含む直描リソグラフィ
直描（direct write）リソグラフィおよびナノリソグラフィが、当技術分野において公知である。例えば、インク組成物をチップ上に配置することができ、インク組成物をチップから基板へと移動させることができる。ディップペン法を使用することができる。ナノスケールおよびマイクロスケールの印刷を実行することができる。以下の文献、すなわち米国特許出願公開第2010/0048427号（マトリクスインク）、米国特許出願公開第2009/0143246号（マトリクスインク）、米国特許出願公開第2010/0040661号（幹細胞）、米国特許出願公開第2008/0105042号（二次元アレイ）、米国特許出願公開第2009/0325816号（二次元アレイ）、米国特許出願公開第2008/0309688号（ビューポート）、米国特許出願公開第2009/0205091号（レベリング）、米国特許出願公開第2009/0023607号（器械）、米国特許出願公開第2002/0063212号（DPN）、米国特許出願公開第2002/0122873号（APN）、米国特許出願公開第2003/0068446号（タンパク質のアレイ）、米国特許出願公開第2005/0009206号（タンパク質の印刷）、米国特許出願公開第2007/0129321号（ウイルスのアレイ）、米国特許出願公開第2008/0269073号（核酸のアレイ）、米国特許出願公開第2009/0133169号（カンチレバーのインキング）、米国特許出願公開第2008/0242559号（タンパク質のアレイ）、米国特許仮出願第61/225,530号（ヒドロゲルのアレイ）、米国特許仮出願第61/314,498号（ヒドロゲルのアレイ）、米国特許仮出願第61/324,167号および2011年4月13日付の国際出願PCT/US2011/032369号（改善されたペン）、米国特許第7,034,854号（インクつぼ）、国際公開公報第2009/132321号（ポリマー・ペン・リソグラフィ）、国際公開公報第2010/096591号、国際公開公報第2010/124210号、国際公開公報第2010/141836号、ならびにJang et al,Scanning,31,（2000）,1-6の全体が、参照により本明細書に組み入れられる。
【００３４】
ペンアレイ
ペンアレイは、当技術分野において公知である。例えば、米国特許出願公開第2008/0105042号を参照されたい。ペンアレイは、一次元のアレイまたは二次元のアレイのいずれであってもよい。一態様においては、ペンアレイは、チップを各々が備えた複数のカンチレバーを備える。そのようなペンアレイにおけるカンチレバーの数は、例えば少なくとも4個、少なくとも8個、少なくとも12個、または少なくとも250個であってもよい。
【００３５】
チップ
カンチレバーおよびカンチレバーの端部に配置されたチップは、当技術分野において公知である。中実であって中空でないチップを使用することができる。チップは、開口部を有さなくてもよい。チップは、ナノスケールのチップであってもよい。チップは、原子間力顕微鏡チップなどの走査探針マイクロスケールチップであってもよい。例えば100nm未満、50nm未満、または25nm未満のチップ半径を有することができる。チップを、当技術分野において公知の方法によって尖らせることができ、さらには清浄化することができる。チップを、当技術分野において公知のように付着を改善すべく表面処理することができる。例えば、米国特許出願公開第2008/0269073号（核酸のアレイ）、米国特許出願公開第2003/0068446号（タンパク質のアレイ）、および米国特許出願公開第2002/0063212号（DPN）を参照されたい。必要に応じてプラズマ清浄化を使用することができる。一態様においては、NanoInkのM-expチップが、センサの機能化に使用される。
【００３６】
センサチップ
ラボオンチップ（LOC）を含むセンサチップは、当技術分野において公知である。例えばYue et al.,Nanoletters,2008,8,2,520-524を参照されたい。本出願の一態様においては、センサチップは、カンチレバーなどの複数のセンサ素子を備える。複数のセンサ素子を、センサチップ上にアレイとして配置することができる。1つのセンサチップ上のそのようなセンサ素子の数は、例えば少なくとも3個、少なくとも10個、少なくとも50個、または少なくとも100個であってもよい。例えば、図2、図3（下）、および図5の各々は、少なくとも3つのセンサ素子を備えたセンサチップを示している。一態様においては、センサチップは、例えば20cm以下、10cm以下、5cm以下、または2cm以下の少なくとも1つの横寸法を有する。チップのサイズは、例えば1000cm2超、100cm2〜1000cm2の間、10cm2〜100cm2の間、1cm2〜10cm2の間、または1cm2未満であってもよい。
【００３７】
センサ素子
センサ素子は、当技術分野において公知である。例えば、Dutta et al.,Anal.Chem.,2003,75,2342-2348およびYue et al,Nanoletters,2008,8,2,520-524を参照されたい。いくつかの態様においては、センサ素子は、例えばカンチレバー（マイクロカンチレバーまたはナノカンチレバー）、膜、マイクロ流体チャネル、PDMSピラーアレイ、またはPDMS迷路などであってもよい。センサ素子は、光学的、電気化学的、および電気的検知に関連しうる。生物学的反応性のある結合部分または捕捉剤のための基板として機能するセンサ素子を使用することができる。
【００３８】
本出願の一態様においては、センサ素子は、センサ素子上に配置された複数のパターンを備える。例えば、図1（下）および図4の各々は、8つのドットパターンを備えた機能化された剛性カンチレバーを示している。各パターンは、試料から分析物を検知することができる少なくとも1つの分子を含むことができる。好ましい態様においては、少なくとも1つのセンサ素子は、複数の異なる分析物を同時に検知することができる。
【００３９】
センサ素子は、その表面が疎水性または親水性であってもよい。センサ素子を、使用の前に清浄化することができる。例えば、センサ素子を、プラズマ清浄化によって清浄化することができる。清浄化の時間を、最良の結果をもたらすように適合させることができる。センサ素子を、使用前に表面コーティングによって処理することができる。例えば、反応性のシランコーティングを使用することができる。タンパク質の吸着の阻止など、分子および物質の吸着を阻止するコーティングを有するようにセンサ素子を処理することができる。
【００４０】
カンチレバー
マイクロカンチレバーおよびナノカンチレバーは、当技術分野において公知である。例えばGoeders et al,Chem.Rev.,2008,108,522-542、ならびに米国特許第7,207,206号および第7,291,466号を参照されたい。マイクロカンチレバーは、AFMカンチレバーであってもよい。カンチレバーは、Aフレーム型または飛び込み板型であってもよい。カンチレバーは、剛性の振動カンチレバー（図4に示されている）または可撓性カンチレバー（図5に示されている）であってもよい。所望であれば検知の性能および印刷能力を向上させるために、カンチレバーの幅、長さ、および形状を増減させることができる。マイクロ流体チャネルは、流体の流れをチップへと案内するとともに、リザーバとしての働きをするように、カンチレバー上に存在することができる。
【００４１】
一態様においては、チップのないカンチレバーを使用することが可能である。カンチレバーの構造体は、例えばチッ化ケイ素、ケイ素、およびポリマー材料などの材料を含むことができ、そのような材料で製造され得る。
【００４２】
マイクロ流体チャネル
マイクロ流体チャネルは、当技術分野において公知である。例えば、米国特許出願公開第2005/0130226号および米国特許出願公開第2010/0304501号を参照されたい。マイクロ流体チャネルは、一般に、1mm未満の少なくとも1つの横寸法を有する。MEMS装置にもとづくマイクロ流体チャネルは、極めて少量の試料しか必要とせず、迅速な反応時間をもたらし、安価に操作できるため、生物医学研究において極めて有用である。図6および図7は、複数の異なる検知分子が各々の上に配置されている、マイクロ流体チャネルを示している。一態様においては、マイクロ流体チャネルは、試料からの複数の異なる分析物を同時に検知することができる。
【００４３】
ピラーアレイ
ポリマー、エラストマー、およびPDMSピラーアレイなどのピラーアレイは、当技術分野において公知である。例えば、米国特許出願公開第2008/0169059号を参照されたい。PDMSピラーアレイの製造は、Zhao et al.,Sensors and Actuators A 125:398-404（2006）に記載されている。PDMSピラーアレイは、生物医学研究およびラボオンチップ装置における使用に成功している。例えば、Tanaka et al.,Lab on a chip 6:230-235（2006）およびZhao et al.,Sensors and Actuators A,125:398-404（2006）を参照されたい。PDMSピラーアレイは、任意の非平坦な表面を備えた予め製造される表面構造体である。一態様においては、図9および図10に示されるように、クロスコンタミネーションまたはバックグラウンドのコンタミネーションを実質的に生じることなく、PDMSピラーアレイなどのピラーアレイを複数の検知分子によって機能化することができる。
【００４４】
迷路
ポリマー、エラストマー、およびPDMS迷路などの迷路は、当技術分野において公知であり、生物医学研究における使用に成功している。例えば、Park et al.,Science 301:188（2003）を参照されたい。一態様においては、図11および図12に示されるように、クロスコンタミネーションまたはバックグラウンドのコンタミネーションを実質的に生じることなく、PDMS迷路を複数の検知分子によって機能化することができる。PDMS迷路アレイは、任意の非平坦な表面と特殊な形状とを備えた、予め製造される表面構造体である。
【００４５】
他のセンサ素子
機能化が可能な他のセンサ素子として、これらに限定されるわけではないが、ナノワイヤ、膜、光共振器、多孔質シリコン、および回折格子が挙げられる。一態様においては、ナノワイヤ、膜、光共振器、多孔質シリコン、および回折格子などの機能化されたセンサ素子上に、クロスコンタミネーションまたはバックグラウンドのコンタミネーションを実質的に生じることなく、少なくとも2つの異なる検知分子が配置される。別の態様においては、ナノワイヤ、膜、光共振器、多孔質シリコン、および回折格子などの機能化されたセンサ素子は、試料から複数の異なる分析物を同時に検知することができる。
【００４６】
インク組成物
インク組成物とは当技術分野において公知であり、例えば本明細書に記載のパターン形成方法に適合したインク組成物である。インク組成物は、ナノ粒子または他のナノ構造体などのパターンを形成すべき少なくとも1つのパターン形成用の組成物または物質を含むことができる。インク組成物は、少なくとも1つの担体および付着させるべき少なくとも1つの検知分子を含むことができる。
【００４７】
担体は、例えば水だけを含むか、あるいは、好ましくは水と混和性の1つまたは複数の他の溶媒を水に添加した、水性の担体系であってもよい。担体のpHを適合させることができる。
【００４８】
付着させるべき検知分子は、生物学的分子であってもよい。生物学的分子として、例えばタンパク質、ペプチド、核酸、DNA、RNA、酵素などが挙げられる。
【００４９】
インク組成物は、さらなる反応によってヒドロゲルを生成するように設計されたポリマー（例えば、ヒドロゲル前駆体）など、少なくとも1つの合成ポリマーを含むことができる。
【００５０】
インク組成物は、例えば界面活性剤などの添加剤を含むことができる。
【００５１】
インク組成物は、チップからセンサ素子への検知分子の付着を促進するためのマトリクス成分を含むことができる。マトリクス成分の例として、例えば多糖類および脂質が挙げられる。例えば、米国特許出願公開第2010/0048427号および米国特許出願公開第2009/0143246号を参照されたい。
【００５２】
パターン
本出願の一態様においては、センサ素子は、パターンのアレイが配置されることによって機能化される。パターンは、任意の形状（例えば、ドット、線、円形、正方形、または三角形）であってもよく、任意のより大きなパターン（例えば、個別の試料領域からなる行および列、格子、編み目など）に配列することが可能である。パターンは、検知分子を含むことができる。或るパターンは、別のパターンに含まれる検知分子と同じまたは異なる検知分子を含むことができる。
【００５３】
各パターンには、検知分子を1回付着させる。例えば、検知分子は、核酸（例えば、オリゴヌクレオチド、DNA、またはRNA）、タンパク質またはペプチド（例えば、抗体または酵素）、リガンド（例えば、抗原、酵素基質、受容体、または受容体のリガンド）などの生物学的分子、あるいは生物学的材料の組み合わせまたは混合物（例えば、タンパク質または核酸の混合物）であってもよい。
【００５４】
ドットの直径および線の幅を含む個々のパターンの横寸法は、例えば約10ミクロン以下、約1,000nm以下、約500nm以下、約300nm以下、約200nm以下、より具体的には約100nm以下であってもよい。寸法の範囲は、例えば約1nm〜10ミクロン、約1nm〜約750nm、約10nm〜約500nm、より具体的には約100nm〜約350nmであってもよい。約10nm〜約100nmという小さい範囲を使用することができる。
【００５５】
単一のセンサ上のパターンの数に、とくに制限はない。例えば、少なくとも5個、少なくとも10個、少なくとも50個、少なくとも100個、少なくとも1,000個であってもよく、少なくとも10,000個でもよい。例えば10個×10個のアレイなどの正方形の配置が可能である。一般的には個別の素子が1平方センチメートル当たりに少なくとも100個、好ましくは少なくとも1,000個、より好ましくは少なくとも10,000個、さらに好ましくは少なくとも100,000個であるより高密度のアレイが好ましい。特筆すべきことに、本明細書に記載のナノテクノロジーを使用して、パターンの密度として1平方センチメートル当たりに100万個超、100,000,000個超、より具体的には10億個超の個別の素子を含む、超高密度のナノアレイを生成することができる。
【００５６】
ナノアレイ上の個別のパターンの間の距離はさまざまであってもよく、とくに制限はない。例えば、パターンの間隔は、1ミクロン未満、1〜10ミクロンの間、または10ミクロン超の距離とすることができる。距離は、例えば約300〜約1,500ミクロンまたは約500ミクロン〜約1,000ミクロンであってもよい。間隔をあけたパターン間の距離を、点の中心または線の真ん中などのパターンの中心から測定することができる。
【００５７】
特定のスポットまたは付着における検知分子の量に制限はないが、例えばpgまたはngのレベルであってもよく、例えば約0.1ng〜約100ng、より具体的には約1ng〜約50ngなどであってもよい。
【００５８】
検知分子
センサ素子上に付着させる検知分子は、当技術分野において公知の捕捉分子であってもよい。当技術分野において公知の標的分子と結合させるために、捕捉分子を適合させかつ選択することができる。特異結合を実現することができる。
【００５９】
捕捉分子の例として、核酸、タンパク質、ペプチド、抗体、および抗原が挙げられる。DPNを使用して核酸を付着させる様式が、米国特許出願公開第2008/0269073号に詳しく記載されている。DPNを使用してタンパク質を付着させる様式が、米国特許出願公開第2008/0242559号に記載されている。多重化された核酸、タンパク質、ペプチド、抗体、および抗原など、多重化された捕捉剤の系を使用することができる。
【００６０】
一態様においては、検知分子は、修飾されるかあるいはセンサ素子への共有結合または化学吸着をもたらす化学構造体を有する。固定化された検知分子は、高い特異性認識特性を保持でき、標的分子を捕捉することができる。
【００６１】
標的分子/試料
試料は、当技術分野において公知の1つまたは複数の標的分子を含むことができる。標的分子を、当技術分野において公知の捕捉分子と結合させるために適合させかつ選択することができる。例えば、捕捉分子が抗体である一方、標的分子が抗原であってもよく;捕捉分子が受容体である一方、標的分子がリガンドであってもよく;かつ捕捉分子が核酸である一方、標的分子が相補的な核酸であってもよい。
【００６２】
付着
付着は、当技術分野において周知であり、例えば米国特許出願公開第2002/0063212号に詳しく記載されている。本出願による付着は、一般に、マイクロスケールまたはナノスケールでのチップから基板へのインク組成物の移動を含む。例えば、チップを基板に対して動かすことができ、あるいは基板をチップに対して動かすことができる。チップと基板とを接触させることができる接触法を使用することができる。
【００６３】
一態様においては、インクジェット印刷は実行されない。
【００６４】
フェムトリットル、ピコリットル、場合によってはナノリットルの量の分子を、付着させることができる。
【００６５】
曲線または直線を含む線を生成するために、チップを基板に対して横寸法に動かしながら付着を行うことができ、あるいはドットまたは円を生成するために、チップを基板に対して横寸法に静止させながら付着を行うことができ。
【００６６】
所望の線幅またはドット径をもたらすように滞留時間、移動の速度、および付着の速度を適合させることができる。
【００６７】
同一スポットにおける印刷を、該スポットで繰り返すことができる。
【００６８】
印刷を改善するために、印刷の際の相対湿度を適合させることができる。例えば、50％超または60％超の相対湿度を、印刷のために使用することができる。
【００６９】
不動態化
検知分子および不動態化剤の両方を表面に有するようにセンサ素子を処理することができる。例えば、センサ素子対して、検知分子によってパターン形成した後、不動態化を行なうことができる。不動態化の一態様においては、センサ素子のパターン形成されていない領域を、さらなる処理の際のパターン形成されていない領域の反応性を低下させるように、不動態化剤によって処理することができる。不動態化は、例えばパターン形成された検知分子の選択性の向上や、センサ素子と標的分子との間の非特異的結合の低減など、いくつかの理由で実行することができる。不動態化は、パターン形成後のセンサ素子を、金などのセンサ素子のパターン形成されていない領域に選択的に吸着するアルカンチオールなどの不動態化剤を含む溶液に浸すことによって、実行することができる。したがって、不動態化剤は、パターン形成されていない領域への化学吸着または共有結合をもたらす1つの反応性官能基を含むことができるが、他の官能基は有さない。例えば、不動態化剤は、通常は標的分子に対して非反応性であるメチル基を吸着時に表面に露出させる、長鎖アルキル基を含むことができる。一態様においては、不動態化により、センサ素子の残りの部分を疎水性にすることができる。例えば、検知分子がすでにパターン形成された金のセンサ素子を、1-オクタデカンチオール（ODT、1mM）のエタノール溶液に1分間にわたって浸すことができる。この手法により、パターン形成されていない金表面が疎水性の単分子層で覆われ、これによって標的分子の非特異的な吸着に対して不動態化される。
【００７０】
別の不動態化の態様においては、最初にセンサ素子に対して不動態化剤をパターン形成し、次いで検知分子でパターン形成する。換言すると、センサ素子を、パターン形成に先立って不動態化させることができる。例えば、基板を、例えばオリゴヌクレオチドおよび他の核酸を結合させることができる吸着抵抗性のヒドロゲルなどの不動態化剤で処理することができる。マイクロアレイ技術の技術分野において公知の不動態化剤を使用することができる。
【００７１】
検知
捕捉分子の標的分子への結合は、センサ素子における例えば応力、共振、および/またはたわみなどの検出可能な変化をもたらし得る。また、検知分子は、公知の研究装置によって検出することができる蛍光シグナルおよびフォトルミネセンスシグナルなどの検出可能なシグナルを、直接的または間接的に生成することができる。
【００７２】
用途
さらなる使用のために、所望であれば、機能化されたセンサ素子をより高い相対湿度で保管して、タンパク質を含むスポットの水和状態を維持することができる。
【００７３】
用途として、例えば疾病のスクリーニング、点変異の分析、血糖の監視、診断、組織工学、細胞よりも小さな特徴の調査、ラボオンチップにおける使用、基礎研究、ならびに化学および生物兵器剤の検出が挙げられる。他の用途は、本明細書において言及される参考文献に記載されている。
【００７４】
ウイルスを分析することができる。幹細胞を含む細胞を分析することができる。抗体および抗原を分析することができる。アトグラムの感度を実現することができる。
【００７５】
さらなる態様は、以下の実施例に提示される（ただし、これらに限定されるわけではない）。
【実施例】
【００７６】
材料および方法
1.NLP2000システム、DPN（登録商標）ペンアレイ:タイプM、DPN（登録商標）ペンアレイ:タイプE、DPN（登録商標）インクつぼアレイ:タイプM-12MW、およびDPN（登録商標）基板:二酸化ケイ素などのNanoInk,Inc.（イリノイ州Skokie）からの器械、装置、および方法を使用した。
【００７７】
2.インクおよびインクつぼ:
タンパク質インクを印刷するための手法に従ってインクおよびインクつぼを調製した。AlexaFluorで標識したインクをタンパク質インクと混合した。
【００７８】
基板:
カンチレバーは、均一なドットサイズを確実に達成するのに役立つように疎水性とした。カンチレバーを、200mTorrの媒体において20秒間にわたって酸素プラズマ清浄化器で処理した。グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（GTMO）をカンチレバーの下面へと蒸着した。摂氏80度で2時間および100℃でGTMOなしで一晩。
【００７９】
3.インクの購入:
以下のNタンパク質およびそれらの複合体を、Invitrogenから購入した:標準ヤギカタログ番号10200 5ml 5mg/ml、標準マウスIgGカタログ番号10400C 5ml、標準ウサギIgGカタログ番号10500C 5ml、ロバ抗ヒツジIgG（H＋L）Alexa Fluor（登録商標）350カタログ番号A21097 0.5ml＊2mg/ml＊、ニワトリ抗ヤギIgG（H＋L）Alexa Fluor（登録商標）488カタログ番号A21467 0.5ml＊2mg/ml＊、ロバ抗マウスIgG（H＋L）Alexa Fluor（登録商標）546カタログ番号A10036 0.5ml＊2mg/ml＊、およびニワトリ抗ウサギIgG（H＋L）Alexa Fluor（登録商標）647カタログ番号A214430.5ml＊2mg/ml＊。
【００８０】
4.インクの調製:
これらのタンパク質を、いくつかに分けた。後に使用する分を、真空密封して-80℃の冷凍庫に置いた。すぐに使用する標準タンパク質の溶液は、1×PBS緩衝液で2.5mg/mlへと希釈した。複合IgGタンパク質を、反応前に20×または500×に希釈した。
【００８１】
印刷のために、タンパク質を、タンパク質インク溶液と5:3の比で混合した。これを次に、0.3μlを使用してM型インクつぼにピペットで入れ、3つのリザーバを各々の種類のタンパク質で満たした。
【００８２】
5.チップ:
この実験においては、NanoInkのM-EXPチップを使用し、当日の使用の前に200mtTorrで20秒間にわたって酸素プラズマ清浄化を行なった。
【００８３】
6.基板:
シリコンウエハを切断し、ダイアモンドスクライブによる粗いフィーチャーで印を付けた。個々のSiチップを、超高純度のアセトン中で20分間にわたって超音波洗浄し、その後に超高純度のイソプロパノール中で20分間にわたって超音波洗浄することによって、徹底的に清浄化した。次いで、チップを、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（GPTMS）を有するガラス製のペトリ皿に置いた。シリンジによってGPTMSを、該ガラス製のペトリ皿に置かれた遠心分離管のいくつかのキャップに入れた。カバーをペトリ皿上に置き、次いでGPTMSを基板へと蒸着するために2時間にわたって100℃のオーブン内にセットした。GPTMSを取り除いた後、基板を一晩にわたり80℃のオーブンへと再導入した。これにより、基板の疎水性が極性インクの印刷に適切であること、およびタンパク質がエポキシ表面に恒久的に結合できることを確実にした。
【００８４】
7.印刷:
タンパク質インクを、いくつかの異なる湿度条件で印刷した。使用した最も一般的な湿度条件は50％であった。高い湿度においては、極めて大きいドットが良好な一貫性で印刷され、低い湿度においては、より小さいドットが印刷された。
【００８５】
インクを、印刷の前に浸み出させることができる。比較的大きな6ミクロンのドットについて、さらなる3〜10個の複製ドットをその後に印刷するために、通常は、4回浸み出させたドットで十分である。より小さな1〜2ミクロンのドットについては、10〜20個のフィーチャーを印刷するために、8〜10回浸み出させたドットが必要である。
【００８６】
異なるタンパク質を互いに近接して印刷するために、第1のチップで基板に点を形成し、後続のチップを最初のドットの極めて近くにフィーチャーを付着させるために動かす高度なパターンシーケンスを使用した。11ミクロン、16.5ミクロン、および33ミクロンといういくつかの異なる印刷ピッチを利用した。
【００８７】
各々のドットの印刷について同じ圧力が加えられたこと、および良好な円形ドットが形成されたことを確実にするために、印刷用のチップを印刷対象のカンチレバーの上方25ミクロンに配置した。次いで、ステージを上方へと20ミクロン動かし、印刷を確認した。ステージを、単一の均一なドットが印刷されるまで一度に1ミクロンずつ上方に動かした。
【００８８】
別のインクが（異なる蛍光プローブゆえに）より小さいドットサイズを有する場合、より大きいドットを形成するために正確に同じ位置に再びインクを付着させた。
【００８９】
イメージングまで、試料を水和した状態に保った。
【００９０】
8.反応:
印刷後に、基板およびインクを湿潤容器（70〜100％の湿度）に置き、室温において3時間にわたって反応させた。これにより、タンパク質を表面に結合できた。
【００９１】
次いで、基板をミリQ水で洗浄した後、PBSと0.1％のTween 20の混合物と共に振とうした。
【００９２】
その後、カゼインタンパク質溶液の大きな滴を阻止剤として反応領域上に置き、印刷されたフィーチャーの間の未反応のエポキシに結合させた。これを、高い湿度において1時間にわたって反応させた。基板を上述のように再び洗浄した。
【００９３】
3つの複合抗体を100μg/mlに希釈し、単一の溶液に混ぜ合わせた。この溶液を、反応領域を覆う大きな滴に置き、高い湿度で1時間にわたって反応させた。
【００９４】
基板を最終的に洗浄し、蛍光顕微鏡で観察した。
【００９５】
実施例1
図1および図4は、一態様に従って機能化された剛性カンチレバーを示している。明視野ライブ画像は、市販の剛性の振動カンチレバーへの、蛍光タグ付きIgGの6ミクロンのドットの印刷を示している。印刷されたドットのサイズは、特定の目的のために極めて小さなカンチレバー（Prime Probes TMP-50;ばね定数k＝25-75N/m）に印刷できることを示している。
【００９６】
実施例2
図2および図5は、異なるばね定数を有する可撓性カンチレバーからなるカスタムカンチレバーアレイに印刷された蛍光タグ付きの4つの異なるタンパク質の蛍光画像を示している。青色の背景は、バックグラウンドからの350波長のチャネル散乱に由来する。
【００９７】
実施例3
図6および図7は、ラボオンチップ装置に有用な機能化されたマイクロ流体チャネルを示している。4つの異なるタンパク質を含むドット状のパターンを、パターンアレイに形成でき、あるいはマイクロ流体チャネルの内側に任意に付着させることができる。図8は、市販のマイクロ流体システム上部へのパターンの印刷を示し、本出願による方法の能力を実証している。
【００９８】
実施例4
図9および図10は、DPN（登録商標）のM-expチップを使用して機能化されたPDMSピラーアレイを示している。任意の非平坦な表面を有するPDMSピラーアレイは、タンパク質インクの均一な滴をPDMSピラーに付着させて10ミクロンのドットのアレイを形成することによって、機能化されている。機能化されたPDMSピラーアレイには、クロスコンタミネーションまたはバックグラウンドのコンタミネーションが実質的に存在していない。
【００９９】
実施例5
図11および図12は、本出願に従って機能化されたPDMS迷路を示している。PDMS迷路は、任意の非平坦な表面を有するだけでなく、特殊な形状も有している。しかしながら、機能化されたPDMS迷路には、クロスコンタミネーションまたはバックグラウンドのコンタミネーションが実質的に存在していない。
【０１００】
さらなる態様
センサおよびセンサ素子の調製に関して、いくつかのチップの態様が特に有用である。例えば、2011年4月13日付の米国特許仮出願第61/324,167号およびPCT/US2011/032369を参照されたい。例えば、本明細書に開示される追加の態様は、例えば、前面と、第1の側縁と、第2の側縁と、自由端である第1の端部と、非自由端である第2の端部とを備えた少なくとも1つのカンチレバーを備える、装置に関する。前面は、カンチレバーの第1の側縁に配置された少なくとも1つの第1の側壁と、カンチレバーの第1の側縁に対向するカンチレバーの第2の側縁に配置された少なくとも1つの第2の側壁と、第1および第2の側壁の間に配置され、流体を保持するように適合された少なくとも1つのチャネルと、第1の縁、第2の縁、およびカンチレバーの自由端によって、ならびに第1の側壁、第2の側壁、およびチャネルによって画定された境界を有するベース領域とを備えることができ、ここで、チャネル、第1の側壁、および第2の側壁は、カンチレバーの自由端に向かって延びているが自由端には達していない。ベース領域は、カンチレバーの前面から遠ざかるように延びているチップを備えることができる。流体インクは、チャネルに貯蔵され、ベース領域に流れてチップ上へと至ることができ、チップから基板へと付着させることができる。理論に制約されるわけではないが、流体インクは、印刷が進むにつれて側壁の領域から動いて離れチャネルおよび/またはベース領域に入るように見受けられる。少なくともいくつかの態様においては、表面張力によって流体をチャネルからベース領域に向かって動かすことができる。センサおよびセンサ素子を調製することができる。
【０１０１】
一態様においては、チャネルが先細りになっており、ベース領域に向かって次第に狭くなる幅を有している。側壁も先細りになっていてよく、自由端およびベース領域に向かって動かすにつれて狭くなることができる。理論に制限されるものではないが、ベース領域を、例えばベースを覆う流体とチャネル内の流体との間の表面張力の差によってチャネルから流体を引き込むように構成することができる。ベース領域は、チャネルの底面と実質的に同一平面にあってもよい。
【０１０２】
いくつかの態様においては、第1の側縁と第2の側縁とが平行でなく、カンチレバーが自由端に近付くにつれて細くなっている。
【０１０３】
別の態様は、本明細書に記載のように少なくとも1つのチップを各々が備えた複数のカンチレバーを備える装置へと少なくとも1種類のインクを装填する工程、ならびにインクを複数のカンチレバーおよびチップから基板へと付着させる工程を含み、チップのうちの少なくとも80％、少なくとも90％、または少なくとも95％が、基板へのインクの付着の成功を示す、方法を含む。この方法を、1,000個を超えるフィーチャーをパターン形成する試みのために使用することができ、該フィーチャーのうちの80％超、90％超、または95％超について、パターン形成を成功させることができる。該基板は、本明細書に記載のセンサまたはセンサ素子であることができる。
【０１０４】
他の局面においては、マイクロスケールまたはナノスケールをパターン形成するために流体を送り出すようにシステムが構成され、このシステムは、少なくとも1つの、マイクロ梁のアレイと、マイクロ梁のアレイの運動を制御するように構成された制御装置とを備える。各々のマイクロ梁は、端部と、端部のベース領域から突き出しているチップと、マイクロ梁に沿っておりかつベース領域に流体接続しているチャネルとを含むことができ、チャネルが側壁を有し、ベース領域が、側壁の外面に対して凹んでおり、端部の少なくとも1辺へと延びている。
【０１０５】
一態様においては、ベースが端部の3辺へと延びている。ベースを、端部を完全にマスキングすることによって形成することができる。
【０１０６】
一態様においては、チャネルが先細りになっており、ベース領域に向かって次第に狭くなる幅を有している。ベースは、ベースを覆う流体とチャネル内の流体との間の表面張力の差によってチャネルから流体を引き込むように構成される。ベース領域は、チャネルの拡大部分を有することができ、拡大部分の少なくとも1辺が側壁を有していない。
【０１０７】
ベース領域は、チャネルの底面と実質的に同一平面にある横方向の表面を有することができる。チップを、ベース領域と一体に形成することができる。
【０１０８】
他の局面においては、表面にマイクロスケールまたはナノスケールのパターンを印刷する方法が提供される。この方法は、カンチレバー内のチャネルからの流体をカンチレバーの端部において表面へと付着させる工程を含む。端部は、上にチップを有するベース領域を備え、ベース領域は、少なくとも1辺には境界を有していないか、あるいは、チャネルの側壁よりも実質的に低い1つの側壁を有している。
【０１０９】
付着させる工程は、ベース領域内の流体とチャネル内の流体との間の表面張力の差によってチャネルからベース領域に向かって流体を引き込む工程を含むことができる。この方法は、流体がカンチレバーの端部から表面へと送り出されるように、カンチレバーの端部を表面に対して動かす工程をさらに含むことができる。
【０１１０】
流体は、約1ミクロン〜約15ミクロンの幅など、約15nm〜約100ミクロンまたは約1ミクロン〜約100ミクロンの幅を有するフィーチャーを表面に形成することができる。付着させる工程において、カンチレバーを表面に接触させることができる。
【０１１１】
別の局面においては、マイクロカンチレバーの製造方法が提供される。この方法は、端部を有する細長い梁を用意する工程、端部にチップを形成する工程、梁に沿った先細りのチャネル領域を有するマスクを適用する工程であって、チャネルのマスク部分が、端部を実質的に囲む拡張部分を有している工程、および、細長い梁をエッチングして、先細りの領域と拡張部分に対応するベース領域とを形成する工程であって、ベース領域が、端部の少なくとも1辺を完全に通過して延びている、工程を含む。
【０１１２】
別の局面においては、カンチレバーを備えた装置であって、該カンチレバーが、チャネルと、チャネルを挟む2つの側壁領域と、カンチレバーの自由端部に配置されたチップと、チップを囲む広がったチャネル領域とを備える、装置が提供される。広がったチャネル領域は、自由端部の少なくとも1辺を完全に通過して延びている。
【０１１３】
一態様は、本明細書に記載の態様による装置を用意する工程、装置のチャネル内およびチップ上にインクを配置する工程、およびインクをチップから基板へと付着させる工程を含む方法を提供する。
【０１１４】
別の態様は、基板上にインクを印刷するのに適合され、かつ本明細書に記載の装置を備える、器械を提供する。
【０１１５】
別の態様は、本明細書に記載の装置を含むキットを提供する。別の態様において、キットは、本明細書に記載の装置の使用説明書をさらに含む。別の態様において、キットは、本明細書に記載の装置とともに使用するためのインクをさらに含む。
【０１１６】
別の態様は、少なくとも1つのチップを各々が備えた複数のカンチレバーを備える装置へと、少なくとも1種類のインクを装填する工程、ならびに、インクを複数のカンチレバーおよびチップから基板へと付着させる工程を含み、チップのうちの少なくとも80％が、基板へのインクの付着の成功を示す方法を提供する。別の態様においては、チップのうちの少なくとも90％は、基板へのインクの付着の成功を示す。別の態様においては、この方法は、1,000個を超えるフィーチャーをパターン形成するために使用され、フィーチャーのうちの80％超についてパターン形成を成功させる。別の態様においては、この方法は、1,000個を超えるフィーチャーをパターン形成するために使用され、フィーチャーのうちの90％超についてパターン形成を成功させる。別の態様においては、この方法は、1,000個を超えるフィーチャーをパターン形成するために使用され、フィーチャーのうちの95％超についてパターン形成を成功させる。
【０１１７】
別の態様においては、第1の表面および第2の表面を有する細長いカンチレバーを備えた装置が提供され、該カンチレバーは、カンチレバーの端部に配置された少なくとも1つのチップと、第1の表面に位置する凹状の領域とを備え、該凹状の領域は、カンチレバーの長さ方向に沿った第1の細長い部分と、チップの周囲の第2の拡張部分とを備える。
【０１１８】
1つの重要な態様は、センサおよびセンサ素子を製造するために本明細書に記載の方法および装置を使用することである。
【０１１９】
少なくとも1つの態様の少なくとも1つの利点は、例えば付着の一貫性、一様性、および/または速度の改善などの改善された付着を含む。少なくとも1つの態様の別の利点として、印刷の際に必要となるインクの補充が少なくて済むことが挙げられる。
【０１２０】
a. 序論
2010年4月14日付の米国仮特許出願第61/324,167号は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【０１２１】
本明細書において言及される参考文献は、本明細書に開示の態様の理解および/または実施において助けとなることがある。印刷、製造方法、および/または流体の流れに関する先行技術文献の例として、基本的なディップペン印刷法ならびに関連の製造方法および流体の流れの技術を説明している米国特許第6,642,129号、第6,635,311号、第6,827,979号、および第7,034,854号、ならびに米国特許出願公開第2005/0235869号が挙げられる。また、例えば米国特許出願公開第2008/0105042号、第2009/0023607号、第2009/0133169号、第2010/0071098号も参照されたい。他の例として、米国特許第7,610,943号、ならびに米国特許出願公開第2003/0166263号、第2007/0178014号、および第2009/0104709号が挙げられる。他の例として、米国特許第7,690,325号および第7,008,769号が挙げられる。米国特許第7,081,624号、第7,217,396号、および第7,351,303号も参照されたい。米国特許出願公開第2003/0148539号および第2002/0094304号も参照されたい。
【０１２２】
他の例として、受動AFMカンチレバーを製造するためのプロセスを開示しているAlbrechtらの米国特許第5,221,415号および第5,399,232号ならびに「Microfabrication of Cantilever Styli for the AFM」なる文献（J.Vac.Sci.Technol.A8（4）Jul/Aug 1990）が挙げられる。
【０１２３】
マイクロファブリケーションは、M.J.MadouのFundamentals of Microfabriation,The Science of Miniaturizationに概説されている。
【０１２４】
NanoInk,Inc.（イリノイ州Skokie）から市場で入手することができる市販の印刷ペンおよびペンアレイ製品ならびに印刷器械および他の関連の付属品も参照されたい。
【０１２５】
本明細書に開示の態様は、固体表面への流体「インク」のフェムトおよびアトリットルの容積範囲でのより一貫性がありかつ制御可能な付着に関することができる。いくつかの態様においては、マイクロ流体チャネルを有する原子間力顕微鏡（AFM）カンチレバーの新規な設計が、ナノスケールでの制御された量の化学的および生物学的流体の一貫した送り出しを改善することができる。従来からのカンチレバーの設計と対照的に、一態様によるカンチレバーは、流体を保持しかつカンチレバーの遠位端の尖ったチップに向かって導くための凹状のチャネルと共に製造することができる。カンチレバーの凹状の領域および/または凹所と縁との間の領域は、チップに向かって先細りになっていてもよい。先細りの結果として、これらの表面上の液体を表面張力によってチップに向かって動かすことができる。そのような設計においては、流体は、チップに向かって自然に進むことが可能で、チップから固体基板へと一貫したインクの流れを形成することができる。チャネルを形成する側壁も、チップに近付くにつれて薄くなるように先細りにすることができる。
【０１２６】
b. マイクロ梁およびカンチレバー
カンチレバーおよびマイクロ梁は、インクの印刷およびイメージングならびに表面の走査における使用を含めて、当技術分野において公知である。例えば、「飛び込み板（diving board）型」カンチレバーおよび「Aフレーム型」カンチレバーが公知である。カンチレバーの細長い側面は、平行または先細りであってもよい。カンチレバーは、カンチレバーの拘束端に配置されたギャップ部を備えることができる。カンチレバーは、任意で、自由端にチップを備えることができる。カンチレバーを、能動的または受動的な印刷に適合させることができる。駆動方法として、熱および静電気が挙げられる。カンチレバーは、1次元および2次元のアレイを含むカンチレバーアレイの一部分を形成することができる。
【０１２７】
典型的なマイクロスケールまたはナノスケールの印刷装置またはシステムは、従来のディップペンによく似た1つまたは複数の細長い部材を使用して流体を付着させる。細長い部材は、カンチレバーなどのマイクロ梁の形態であってもよい。カンチレバーは、通常は、基板へと固定された1つの端部と、もう1つの自由端部とを有している。カンチレバーを、MEMSマイクロファブリケーション技術などの公知の技術を使用して製造することができる。例えば序論において言及した参考文献を参照されたい。カンチレバーおよびチップは、例えばチッ化ケイ素、二酸化ケイ素、または半導体産業において使用される任意の他の適切な半導体材料などの無機材料を含むことができる。カンチレバーおよびチップはまた、シリコーンポリマーなどのポリマーおよびエラストマーなど、より柔らかい有機材料をも含むことができる。
【０１２８】
本明細書に記載されるようなDPNの用途においては、カンチレバーの表面は、インクを貯蔵して探針へと送り出すプールとして機能する。インクを付けるプロセスは、カンチレバーを、インクを有するマイクロ流体チャネルまたはリザーバ（例えば、インクつぼ）へと浸すことを含み得る。典型的には、インクは、薄い液体膜の形態でカンチレバーの表面に広がる。図13は、表面上に流体の液滴が形成されている従来からのカンチレバー100のアレイの上面図を示している。図13Aは、インクのない状態のカンチレバーアレイを示している。図13Bおよび図13Cは、インクが配置された状態のカンチレバーを示している。インクは、探針への接続性のないカンチレバーの中央に（薄い液体膜よりも熱力学的に安定である）液滴を形成する可能性がある。特に図13Cを参照されたい。満足できない印刷パターンは、場合によっては、これらのカンチレバーからもたらされる可能性がある。いくつかの態様においては、カンチレバー上の流体の活動により、印刷のばらつきがもたらされる可能性がある。
【０１２９】
カンチレバーまたはマイクロ梁は、前面、後面、第1の側縁、第2の側縁、第1の端部、および第2の端部を備えることができる。例えば、前面はチップを備えることができる。例えば、後面はチップを備えなくてよい。第1および第2の側縁を、細長くすることができる。第1の端部は自由端であってもよい。第2の端部を、ベースと関連付けることができ、あるいは非自由端とすることができる。ベース領域を、第1の端部または自由端と関連付けることができる。ベース領域は、チップを備えることができる。
【０１３０】
所望であれば、各々のカンチレバーに2つ以上のチップを配置することができる。
【０１３１】
一態様においては、カンチレバーの前面が親水性である。水滴は、例えば50度未満、40度未満、または30度未満の接触角を形成することができる。カンチレバーの製造後に、カンチレバーを、表面の親水性を調節するためのさらなる処理を必要とせずに直接使用することができる。したがって、一態様においては、カンチレバーの前面に、親水性または疎水性を変化させるための処理が行なわれない。あるいは、カンチレバーを、カンチレバーの前面全体または前面の選択された部分について処理してもよい。
【０１３２】
所望であれば、印刷を改善するために、チップ表面の改変を行なうことができる。例えば、チップの表面をさらに親水性にすることができる。チップを尖らせることができる。
【０１３３】
一態様においては、カンチレバーの表面を、生体適合性かつ親水性の表面層を形成する、例えばアルキレンオキシまたはエチレンオキシユニットを含む化合物（例えば、PEG）などの親水性の化合物など、吸着に対して表面を不動態化することができる化合物で処理することができる。この表面処理の1つの利点は、例えば、タンパク質の吸収を抑制し、チップから表面へのタンパク質の移送に必要な活性化エネルギーを小さくすることにある。この表面処理がない場合、タンパク質を含むインクは、処理なしのカンチレバーを濡らすことができない場合がありうる。
【０１３４】
図14Aは、くぼみの形態のベース領域214を有する端部212を含む従来からのカンチレバーまたはマイクロ梁210の斜視図を示している。チップ216は、ベース領域に配置されている。端部212は、カンチレバーの自由端であってもよい。図14Aの左側である反対側の端部は、カンチレバーの固定端であってもよい。
【０１３５】
c. チャネルおよびベース領域
チャネルは、マイクロ流体およびMEMSの技術分野において一般に知られている。チャネルは、流体の貯蔵および流体の移送の両方に機能することができる。チャネルは、対向する側壁などの側壁と、床とから形成することができ、所望であれば囲むことも可能である。チャネルの一端は、さらに壁を備えてもよい。チャネルの一端は、より大きな領域へと開口していてもよく、壁で囲まれていなくてもよい。例えば、チャネルは、インクをベース領域に流体連通させ、チャネルからベース領域内へと流すことができるように、本明細書に記載のベース領域内へと開口していてもよい。
【０１３６】
一態様においては、図14Bに示されているように、カンチレバー220は、チャネル221と称される先細りの凹状のスロットを有し、これは、カンチレバーの中央からまたは第2の固定された端部から第1の自由端部222に向かって延びることができる。チャネル221のマイクロキャビティ効果および先細りの形状ゆえに、インクを凹状の領域内に保持することができ、表面張力によって先細りの端部へと送ることができる。したがって、インクが端部222に向かって自然に動き、ベース領域224に入り、チップ226から付着することができる。したがって、探針から基板表面へのより一貫性のあるインクの付着を実現することが可能である。さらに、チャネル221は、より多くの量のインクを貯蔵することを可能にする。したがって、インクの補給が必要になるまでに、より広い面積に付着させることができる。
【０１３７】
図14C
図14Cに示されている態様においては、カンチレバー230は、カンチレバーの前面233に対して凹んでいる、先細りのチャネル231を備える。チャネル231は先細りになっており、ベース領域に向かって次第に狭くなる幅を有している。
【０１３８】
図14Cにおいて、前面233は、4つの縁を有することができ、2つの側壁領域235aおよび235bを含むことができる。ベース領域234は、端部232に配置されている。ベース領域234は、ベース領域の前面から遠ざかるように延びているチップ236を有する。この態様においては、側壁領域235a、235bは、ベース領域234内へと延びてはいない。したがって、図14Aおよび2Bに示した構造と異なり、チップ236が側壁によって囲まれておらず、ベース領域234は、ベース領域234の底面がチャネル231の底面と実質的に同一平面であるように、端部232全体に延びている。
【０１３９】
図14Cに示した態様においては、ベース領域234は、ベース領域234を覆う流体とチャネル231内の流体との間の表面張力の差によってチャネル231から流体（インク）を引き込むように構成されている。特に、ベース領域が基本的に境界を有していないため、より大きな液滴をチップ236の周囲のベース領域234に形成することができる。より大きな液滴は、より小さい表面積を有するチャネル231から表面張力の差によって流体を引き込む傾向を有する。
【０１４０】
一態様である図14Dは、図14Cに示したカンチレバー230の側面図である。カンチレバー230を、リザーバ部230aおよび端部232へと分割することができる。チップ236は、チャネル領域が有するような側壁を有していないベース領域234の底面から突き出している。ベース領域234を、チャネルの側壁、チャネル、および端部232の3つの縁によって画定することができるが、ベース領域234は、実質的に3つの縁に境界を有していない。
【０１４１】
図14Eに示されている態様においては、カンチレバー240は、チャネルの側壁245bの高さよりも小さい高さを有する側壁244bを有するベース領域244を有している。ベース領域は、側壁を持たない残りの2つの縁を完全に通過して延びていることができる。あるいは、ベース領域244は、任意で、端部の3つの縁のすべてに側壁を有してもよい。
【０１４２】
ベース領域は、境界または側壁を備えず、あるいはチャネルの側壁よりも低い1つの側壁を備えることで、ベース領域に保持される液滴に対する抑制を少なくすることができる。したがって、ベース領域234、244に、より大きな液滴を形成することができる。より大きな液滴は、チャネル内の流体と比べてより小さな表面張力を有することができ、表面張力の差によって流体をチャネルからベース領域内へと引き込むことができる。したがって、チップを囲むベース領域の液滴は、チャネル内の流体に吸引力を効果的にもたらすことができる。
【０１４３】
図14Bおよび図14Cに示したカンチレバーの設計の態様は、短いスケールおよび長いスケールの印刷（より多数のフィーチャーを印刷することができる長時間の印刷）を達成することができる。
【０１４４】
d. カンチレバーの寸法および他のパラメータ
当業者であれば、用途に応じて寸法を変えることが可能である。例えばカンチレバーがAフレーム型であるか、あるいは飛び込み板型であるかに応じて、寸法を適合させることができる。また、インクの種類もカンチレバーの設計において考慮することができる。例えば、インクの粘度を考慮することができる。例えば、DNAインクは極めて高粘性である可能性がある。より高い剛性およびばね定数を有するAフレーム型のカンチレバーを使用することができる。
【０１４５】
例えば、一態様においては、カンチレバーの前面の面積は、約10,000平方ミクロン未満であってもよい。別の態様においては、カンチレバーの前面の面積は、約2,700平方ミクロン未満であってもよい。
【０１４６】
一態様においては、（第1および第2の両方の）側壁は、少なくとも約200nmの高さを有することができる。別の態様においては、（第1および第2の両方の）側壁は、少なくとも約400nmの高さを有することができる。第1および第2の側壁の高さは、同じであってもよい。
【０１４７】
一態様においては、第1および第2の側壁は、最大幅および最小幅を有することができ、最大幅は、側壁が先細りになるように最小幅よりも大きくてよい。例えば、側壁は、約3ミクロン〜約20ミクロンの最大幅を有することができ、あるいは約5ミクロン〜約15ミクロンの最大幅を有することができる。側壁は、約1ミクロン〜約10ミクロンの最小幅を有することができ、あるいは約2ミクロン〜約8ミクロンの最小幅を有することができる。側壁の最大および最小幅の差は、例えば、約3ミクロン〜約10ミクロンであってもよい。
【０１４８】
一態様においては、チャネルは、約10ミクロン〜約200ミクロン、約50ミクロン〜約175ミクロン、または約75ミクロン〜約160ミクロンの長さを有することができる。一態様においては、長さが約90ミクロン〜約130ミクロンであってもよい。
【０１４９】
一態様においては、チャネルは、約50ミクロン以下、約35ミクロン以下、または約25ミクロン以下の最大幅を有することができる。この範囲は、例えば約10ミクロン〜約50ミクロン、または約20ミクロン〜約30ミクロンであってもよい。この最大幅は、カンチレバーの後端に位置することができる。幅は、チャネルを自由端およびベース領域に向かうにつれて狭くなり得る。
【０１５０】
一態様においては、チャネルは、約3〜25ミクロン、約5〜10ミクロン、または約6ミクロンの最小幅を有することができる。この最小幅の領域は、ベース領域との境界をもたらすことができる。
【０１５１】
一態様においては、チャネルの最大および最小幅の間の差は、例えば約5ミクロン〜約50ミクロン、約10ミクロン〜約30ミクロン、または約15ミクロン〜約25ミクロンであってもよい。
【０１５２】
一態様においては、チャネルは、チャネルとベース領域との間の境界、すなわち「スロート部」（または、チャネルの第1の端部）に最小幅を有する一方で、カンチレバーの非自由端に近い反対側の端部、すなわち「尾部」（または、チャネルの第2の端部）に最大幅を有する。尾部（または、チャネルの第2の端部）の幅は、例えば約5〜100ミクロン、約15〜75ミクロン、または約25〜50ミクロンであってもよい。スロート部（または、チャネルの第1の端部）の幅は、例えば約1〜25ミクロン、約2〜15ミクロン、または約3〜9ミクロンであってもよい。スロート部とチップとの間の距離は、例えば約1および25ミクロン、または約2〜11ミクロンであってもよい。
【０１５３】
さらに、側壁の外縁を、カンチレバーの垂直な横断面に対する第1の角度によって特徴付けることができ、側壁の内縁を、第2の角度によって特徴付けることができ、第1の角度が第2の角度よりも大きい。例えば、第1の角度は、第2の角度よりも約1〜20度、または約3〜約10度大きくてもよい。これは、先細りの効果をもたらすことができる。
【０１５４】
カンチレバーの幅は、例えば約10ミクロン〜約100ミクロン、約20ミクロン〜約75ミクロン、約10ミクロン〜約30ミクロン、または約15ミクロン〜約25ミクロンであってもよい。
【０１５５】
チップの高さおよびチップの半径は、AFMによる撮像ならびにAFMおよび同様のチップを用いた、チップから表面へのインクの移動の技術分野などを含む当技術分野において公知の値であってもよい。例えば、チップの高さは、約20ミクロン以下、約10ミクロン以下、または約5ミクロン以下であってもよい。チップの半径は、例えば約50nm以下または約25nm以下であってもよい。チップの半径は、例えば約15nmであってもよい。ナノスケールのチップを製造および使用することができる。
【０１５６】
複数のカンチレバーからなるアレイにおいては、カンチレバーのチップの間のピッチも、当技術分野において公知のように調節することができる。ピッチは、例えば約50ミクロン〜約150ミクロンまたは約60ミクロン〜約110ミクロンであってもよい。
【０１５７】
一態様においては、第1の側壁、第2の側壁、およびチャネルがいずれも、自由端に向かって動かすと細くなるように先細りになっており、第1および第2の側壁が少なくとも4ミクロン細くなり、チャネルが少なくとも15ミクロン狭くなる。
【０１５８】
一態様においては、カンチレバーがチッ化ケイ素を含む。そのようなカンチレバーの厚さは、例えば約1,000nm以下、約800nm以下、約600nm以下、または約400nm以下であってもよい。
【０１５９】
カンチレバーのばね定数も適合可能である。例として、約0.1N/m〜約10N/mまたは約0.3N/m〜約0.7N/mが挙げられる。一態様においては、ばね定数が0.6N/mである。
【０１６０】
e. インク
インクを、本明細書に記載のカンチレバーおよびマイクロ梁における装填、流れ、付着、および使用に合わせて適合させることができる。例えば、インクの粘度を適合させることができる。固体および液体の濃度を適合させることができる。表面張力を適合させることができる。必要であれば、界面活性剤を使用することができる。添加剤および乾燥剤を使用することができる。水性および非水性のインクを使用することができ、溶媒の割合を混合溶媒系に合わせて適合させることができる。
【０１６１】
1つまたは複数の生物学的成分を含むインクが、とくに興味深い。例えば、タンパク質、核酸、脂質などを使用することができる。
【０１６２】
カンチレバーへのインクの導入および、装填のための所望の位置へとインクを導くのにインクつぼを用いる使用のために、インクを適合させることもできる。
【０１６３】
f. 製造方法
マイクロファブリケーション方法は、序論において言及した種々の参考文献に記載されている。
【０１６４】
好ましい態様においては、チャネルを形成するための三角形の流体チャネル部分とベース領域を形成するための正方形部分とが一体に接続されているシャープ化マスクを、チップを鋭くするために使用することができる。チッ化物にパターンを加工するカンチレバーマスクは、元のマスク（M-ED）ではなく、より狭いM型のマスクである。このマスクは、インクをチップへと注ぐように機能する狭い横領域を有している。この2つのマスクの組み合わせは、改善されたインクの利用およびより均一なインクのパターンをもたらす。
【０１６５】
カンチレバー220、230をそれぞれ製造するためのマスクの平面図が、図15Aおよび15Bに示されている（それぞれ図15Cおよび図15Dも参照のこと）。図15Aには、ベース領域のための正方形のマスク部分324は、端部322よりも小さいことが示されている。したがって、後に形成されるベース領域は、側壁によって囲まれる。図15Bには、正方形のマスク部分334は、端部332の全体よりも大きいことが示されている。したがって、得られるベース領域234は、基本的に境界を有さない。図15Bにおいて、ベース領域234のためのマスク部分334は、チャネル231のためのマスク部分331の拡張延長部であってもよい。さらに、図15Bおよび図15Dのマスクは、（図15Aおよび図15Cとは異なり）側壁を実質的に先細りにする。
【０１６６】
ピラミッド形のチップが一体化されたチッ化ケイ素のカンチレバーを、Albrechtら（Albrecht et al,Micro fabrication of cantilever styli for the atomic force microscope.Journal of Vacuum Science＆Technology A:Vacuum,Surfaces,and Films 1990;8:3386-3396）によって説明された方法と同様の方法によって製造することができる。ピラミッド状のピットの結晶学的エッチングおよびシリコンウエハからのマスキング層の除去の後に、酸化物層が形成される。次いで、この酸化物は、ピラミッド状のピットおよび隣接する三角形の領域を含む領域を形成するようにパターン加工される。この酸化物層が、チップを鋭くし、さらには/あるいは他の様式でピットの頂点の半径および形状を制御する役割を果たすことができる（Akamine,Low temperature thermal oxidation sharpening of microcast tips.J Vac Sci Technol B 1992;10:2307-2310）。理論に縛られるわけではないが、酸化物層の圧縮応力により、酸化物を表面と垂直な方向に膨張させることができる。ピラミッド状のピットの底部の付近において、この膨張を、反対側の面の近接によって妨げることができる。これが、V字形から尖頭への断面形状の変化につながり、頂点の曲率半径を小さくすることにつながる。
【０１６７】
酸化物層は、後に形成されるチッ化ケイ素カンチレバー内のチャネルのモールドを形成する役割も果たすことができる。したがって、尖ったチップを形成するためにすでに実行された工程を、カンチレバー上に開いたチャネルを形成するために改変することができる。流体の移送のための開いたチャネルは、NanoInk,Inc.（イリノイ州Skokie）によって開発および販売されているインクつぼ製品に使用されている。
【０１６８】
いくつかの代替の態様においては、凹状のベース部は、1つ、2つ、または3つの側に側壁を有することができる。側壁は、チャネルの側壁領域よりも低くてよい。
【０１６９】
7. 印刷方法
広い領域に何百万ものフィーチャーを速やかに形成するために、DPN印刷は、高密度の1Dおよび2Dのペンアレイを備えたMEMS装置を使用することができる。これらのMEMS装置は、多数の材料の並列印刷におけるDPNの能力を大幅に拡張させるが、同時に、アレイ内の各ペンの並外れた性能を必要とする。
【０１７０】
ナノリソグラフィが直面している最近の課題のうちの1つは、生産性が高く、再現性があり、低コストであるナノスケールのパターンである。
【０１７１】
固体基板上の再現性のある高密度の化学的および生物学的パターンを、本明細書に開示のシステムを使用して実現することができる。そのようなパターンは、例えば高密度のタンパク質および核酸のスポット形成、DNAナノアレイおよびマイクロアレイ、ならびにラボオンチップ（lab-on-a-chip）センサ、集積回路、およびMEMSの製造のために、ナノテクノロジーおよびバイオテクノロジーに関する研究および商業の用途にとって有用となりうる。
【０１７２】
表面上にマイクロスケールまたはナノスケールのパターンを印刷する方法が提供される。この方法は、上述のカンチレバー内のチャネルからの流体をカンチレバーの端部の表面へと付着させる工程を含む。端部は、上部にチップを有するベース領域を備え、ベース領域は、少なくとも1つの側には境界を有さず、あるいはチャネルの側壁よりも実質的に低い1つの側壁を有している。付着させる工程は、ベース領域内の流体とチャネル内の流体との間の表面張力の差によってチャネルからベース領域に向かって流体を引き込む工程を含む。カンチレバーの端部を表面に対して動かすことによって、流体をカンチレバーの端部から表面の種々の位置に送り出すことができる。
【０１７３】
得られるパターンは、約1ミクロン〜約15ミクロンなど、約15nm〜約100ミクロン、約100nm〜約50ミクロン、または約1ミクロン〜約25ミクロンの幅を有するフィーチャーを有することができる。カンチレバーの端部、特にチップを、付着のプロセスの際に表面に接触させることができる。フィーチャーの横寸法（例えば、直径または線幅）は、1ミクロン以下であってもよい。
【０１７４】
本明細書に開示の態様は、高いおよび生物学的なチップまたはMEMS装置の製造に関して、DPNの印刷能力（バイオまたはMEMSに限定されるわけではない任意の液体インクDPN印刷について）を改善する。マイクロ流体チャネルを有するカンチレバーを使用すると、製品の品質を改善し、生産量を増やすことができる。
【０１７５】
本明細書に記載の装置を備えたキットを提供することができる。キットは、少なくとも1種類のインク、少なくとも1つの基板、少なくとも1つのインクつぼ、1つまたは複数の他の付属品、ならびに/あるいはキットを使用するための少なくとも1つの使用説明書をさらに含むことができる。
【０１７６】
本明細書に記載の装置を使用するための器械を製造することも可能である。例えば、DPN 5000またはNLP 2000といった器械などの印刷器械を、NanoInk,Inc.（イリノイ州Skokie）から入手することができる。例えば、ナノリソグラフィ器械を説明している米国特許出願公開第2009/0023607号（NanoInk,Inc.）を参照されたい。
【図１】
2013530383.tif 000004
【図２】
2013530383.tif 000005
【図３】
2013530383.tif 000006
【図４】
2013530383.tif 000007
【図５】
2013530383.tif 000008
【図６】
2013530383.tif 000009
【図７】
2013530383.tif 000010
【図８】
2013530383.tif 000011
【図９】
2013530383.tif 000012
【図１０】
2013530383.tif 000013
【図１１】
2013530383.tif 000014
【図１２】
2013530383.tif 000015
【図１３Ａ】
2013530383.tif 000016
【図１３Ｂ】
2013530383.tif 000017
【図１３Ｃ】
2013530383.tif 000018
【図１４Ａ】
2013530383.tif 000019
【図１４Ｂ】
2013530383.tif 000020
【図１４Ｃ】
2013530383.tif 000021
【図１４Ｄ】
2013530383.tif 000022
【図１４Ｅ】
2013530383.tif 000023
【図１５Ａ】
2013530383.tif 000024
【図１５Ｂ】
2013530383.tif 000025
【図１５Ｃ】
2013530383.tif 000026
【図１５Ｄ】
2013530383.tif 000027
【国際調査報告】
2013530383.tif 000028
2013530383.tif 000029
2013530383.tif 000030
2013530383.tif 000031