(57)【要約】【課題】スポットのシグナルばらつきが小さくかつシグナル強度が高いバイオデバイスを提供することを目的とする。【解決手段】バイオデバイス１０は、基板１と、この基板１表面に接続した多孔質層２とを備え、多孔質層２は、基板１表面に接合した複数の繊維３からなる繊維層４と、繊維層４の上方で、それぞれの繊維３が絡まり、一部が結合して接続した接続層５とからなり、この接続層５は繊維３が結合した結合体７と、結合体７と結合体７との隙間からなる空孔８を有している。これにより、繊維密度や高さ分布の発生を抑制し、スポットのシグナルばらつきを低減し、シグナル強度が高いバイオデバイスを提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板表面に接続した多孔質層とを備え、
前記多孔質層は、
前記基板表面に接合した複数の繊維からなる繊維層と、
前記繊維層の上方で、それぞれの前記繊維が絡まり、一部が結合して接続した接続層とからなり、
前記接続層は前記繊維が結合した結合体と、前記結合体と結合体との隙間からなる空孔を有するバイオデバイス。
【請求項２】
前記結合体の幅は前記繊維の径よりも大きい、請求項１に記載のバイオデバイス。
【請求項３】
前記多孔質層の厚みばらつきが１０μｍ以下である、請求項１に記載のバイオデバイス。
【請求項４】
前記接続層の厚みは０．５μｍ〜３０μｍである、請求項１に記載のバイオデバイス。
【請求項５】
前記繊維層の厚みは５μｍ〜５０μｍである、請求項１に記載のバイオデバイス。
【請求項６】
前記繊維層が基板と垂直に配向している、請求項１に記載のバイオデバイス。
【請求項７】
前記繊維は、二酸化ケイ素よりなる、請求項１に記載のバイオデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ、たんぱく質などの生体分子の分析に用いられるバイオデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二酸化ケイ素、ガラスなどの無機材料、ニトロセルロース、ナイロン、ポリビニリデンジフルオライド、ポリエステル、アクリルなどの有機材料を用いたバイオデバイスが分析に用いられている。
【０００３】
バイオデバイスは、予め相互作用を引き起こす反応場となる複数の分析領域を有し、検出用物質の検出方法として、検出用物質と選択的に結合するプローブ物質を分析領域の表面に吸着させておく方法が広く行われている。これによりプローブ物質と試料中に含有されている検出用物質との間の相互作用を進行させ、主に蛍光などによりその相互作用の度合いを検出することができる。
【０００４】
バイオデバイスの分析領域における相互作用強度を向上させる手段として、投影単位面積当たりの表面積を増大させる方法がある。例えば、表面積を増大させるために、多孔質ガラス粉末を用いたものが開示されている（特許文献１−３）。あるいは、繊維構造体を用いたものが開示されている（特許文献４、５）。あるいは、分相法により形成された多孔質ガラスからなるタイル状の担体を用いたものが開示されている（特許文献６、７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８１２５１号公報
【特許文献２】特開２００２−２１８９７４号公報
【特許文献３】特開２００４−９３３３０号公報
【特許文献４】特表２００７−５２６４３９号公報
【特許文献５】特開２０１０−１８３９００号公報
【特許文献６】特開２００２−９８６９７号公報
【特許文献７】特開２００７−１９２８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構成では、検出時にシグナルがばらつくという問題を有する場合があった。例えば、従来の分析領域に多孔質ガラス粉末を用いたバイオデバイスの場合、分析領域内あるいは、分析領域毎で多孔質ガラス粉末量のむらが起こる場合があった。また、複数の繊維からなる繊維構造体を用いたバイオデバイスの場合、繊維構造体の表面をプローブ物質に適した表面状態に改質する時にスティッキングが発生したり、洗浄時に繊維構造体の一部が剥離したりしてしまう場合があった。これらのように分析領域内で密度や高さがばらついてしまうと、検出用物質やプローブ物質の付着量がばらついたり、装置の焦点距離がばらついたりすることから、スポット形状の円形度が悪くなったり、スポットのシグナル強度やスポット形状にばらつきが生じたりする場合があった。
【０００７】
また、例えば、従来の分析領域に分相法より形成された多孔質ガラス担体を用いた場合、分析領域内での密度や高さのばらつきは低減できるが、形成された細孔は蛇行性で狭いため、検出用物質の拡散が困難となる場合があった。
【０００８】
本発明は、上記従来課題を解決するものであり、スポットのシグナルばらつきが小さくかつシグナル強度が高いバイオデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明のバイオデバイスは、基板と、基板表面に接続した多孔質層とを備えている。そして、多孔質層は、基板表面に接合した複数の繊維からなる繊維層と、繊維層の上方で、それぞれの繊維が絡まり、一部が結合して接続した接続層とからなる構成を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のバイオデバイスは、繊維層の上方で、それぞれの繊維が絡まり、一部が結合して接続した接続層を備え、この接続層は、繊維が結合した結合体と、この結合体と結合体との隙間からなる空孔を有する。その結果、繊維密度や高さ分布の発生を抑制し、スポットのシグナルばらつきを低減し、シグナル強度が高いバイオデバイスを提供できるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるバイオデバイスの部分分解斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるバイオデバイスの斜視図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１におけるバイオデバイスのＳＥＭ写真、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるバイオデバイスの要部ＳＥＭ写真、（ｃ）本発明の実施の形態１におけるバイオデバイスの要部ＳＥＭ写真
【図３】本発明の実施の形態１におけるバイオデバイスの側面の要部ＳＥＭ写真
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１におけるバイオデバイスのスポット観察写真、（ｂ）比較例のバイオデバイスのスポット観察写真
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるバイオデバイスについて図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本実施の形態におけるバイオデバイスの（ａ）部分分解斜視図、（ｂ）斜視図、図２は本実施の形態におけるバイオデバイスの（ａ）斜視ＳＥＭ写真、（ｂ）繊維層側面のＳＥＭ写真、（ｃ）接続層側面のＳＥＭ写真、図３は本実施の形態におけるバイオデバイスの接続層上面のＳＥＭ写真である。
【００１４】
バイオデバイス１０は、基板１と、この基板１表面に接続した多孔質層２からなる。多孔質層２は、基板１表面に接合した複数の繊維３からなる繊維層４と、この繊維層４の上方で、それぞれの繊維３が絡まり、一部が結合して接続した接続層５とを備えている。
【００１５】
基板１は、例えば、ガラス、シリコン、石英、セラミック、樹脂、金属を用いることが可能である。
【００１６】
繊維３は、それぞれ基板１に接合している。繊維３の基板１への接合方法は、化学結合による直接接合であっても接着剤などを用いた間接接合でもどちらでもよい。
【００１７】
繊維３は、太さが１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、複数の繊維３からなる繊維層４と、その繊維層４の上方において、それぞれの繊維３が絡まって一部が結合して接続した接続層５を有している。接続層５の繊維３は、例えば適度にカールした状態で互いに絡み合って密集し一部が結合している。図２（ａ）に示すように、接続層５を設けることによって、多孔質層２の上面での高さばらつきが低減され、多孔質層２の密度や高さ分布の発生を抑制することができる。
【００１８】
繊維層４の繊維３は、繊維３と繊維３との間で空隙６を有する。繊維３間に設けた空隙６の大きさは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。例えば、図２（ｂ）に示すように、繊維層４の繊維３はそれぞれが単独で存在している。
【００１９】
この繊維３間に設けた空隙６に、検出用物質と選択的に結合するプローブ物質を固定させることができる。そのため、空隙６は、プローブ物質が拡散し固定することのできる１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの大きさである。
【００２０】
空隙６が１０００ｎｍよりも大きすぎると表面積の増大効果が低く、十分なシグナル強度の増加が望めないので好ましくない。
【００２１】
図２（ｃ）に示すように、接続層５の繊維３は、繊維３同士が一部結合している。そして図３に示すように接続層５は、複数の繊維３が結合した結合体７と、結合体７と結合体７との隙間からなる空孔８とを有する。
【００２２】
このように結合体７を設けることにより多孔質層２の強度が増加し、プローブ物質に適した表面状態に改質する時にスティッキングが発生したり、洗浄時に多孔質層２の一部が破断し剥離したりする課題を抑制することができる。空孔８を設けることによって空隙６へ検出用物質やプローブ物質が拡散できる。
【００２３】
接続層５に設けた空孔８の大きさは、１０ｎｍ〜２０μｍである。
【００２４】
空孔８が小さすぎると、検出用物質やプローブ物質が効率よく空隙６に拡散することができない。また、空孔８が大きすぎるとシグナル強度に分布が生じてしまう。
【００２５】
なお、結合体７の幅（大きさ）は、０．５μｍ〜２０μｍであり、繊維３の径よりも大きい。結合体７が小さすぎると、強度の増加効果が不十分で、スティッキングや破断し剥離する課題を抑制する効果が低下する。結合体７が大きすぎると、下部の繊維層４に設けた空隙６に検出用物質やプローブ物質が拡散しにくくなる。
【００２６】
なお、接続層５は少なくとも分析領域に設けられていれば良く、繊維層４の上方全てが接続層５で覆われていなくても良い。
【００２７】
なお、繊維層４の繊維３も、それぞれ適度にカールした状態で互いに絡み合ったものが含まれていても構わない。
【００２８】
なお、多孔質層２の高さ方向の厚みばらつきは、１０μｍ以下であることが好ましい。多孔質層２の厚みが場所によって大きく異なっていると、測定時に検出装置からの焦点ばらつきが大きくなり、シグナル強度のばらつきが大きくなる。
【００２９】
接続層５の厚みは、０．５μｍ〜３０μｍであることが好ましい。
【００３０】
接続層５が薄すぎると、多孔質層２の強度が不十分でスティッキングや破断し剥離する課題を抑制する効果が低下する。
【００３１】
また、接続層５は複数の繊維３が結合しているため、接続層５の表面積は繊維層４の表面積よりも低下している。そのため接続層５が厚すぎると多孔質層２の表面積の増大効果が低く、十分なシグナル強度の増加が望めないので好ましくない。
【００３２】
繊維層４の高さ方向の厚みは５μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
【００３３】
繊維層４が薄すぎると、投影単位面積当たりの表面積増大効果が低くなり、十分なシグナル強度の増加が望めないので好ましくない。
【００３４】
また、繊維層４が検出装置の測定可能範囲以上に厚くても  測定装置の検出範囲外となり光が届かない、あるいは焦点深度の範囲外となるため、シグナル強度の増加は望めない。
【００３５】
繊維層４の厚みが検出装置の測定範囲内であっても洗浄工程で洗い流すことができないほど厚いと、蛍光色素、抗体、抗原等の非特異吸着によるバックグラウンドノイズが高くなってしまう。
【００３６】
なお、繊維層４は基板１と垂直に配向して設けられていることが望ましい。繊維層４が基板１と垂直に配向することによって、多孔質層２の厚み方向に液が浸透しやすくなるため、スポット広がりを抑制しつつもシグナルを増加することができる。また、垂直方向の機械的強度が強くなるため、多孔質層２が変形しにくくなる。
【００３７】
なお、繊維３は、二酸化ケイ素、特に、アモルファスの二酸化ケイ素からなることが好ましい。
【００３８】
二酸化ケイ素は、生体適合性が高く、化学的、熱的に安定な材料であるため、表面処理も行いやすいためである。
【００３９】
さらに、二酸化ケイ素は耐薬品性が高い材料である。このため薬品処理により表面処理を施しても、繊維を破損しない。
【００４０】
また、二酸化ケイ素は耐熱性が１０００度以上と高い。このため表面処理時に熱処理がされても繊維３を破損しない。二酸化ケイ素は自家蛍光が低い。このため検出用物質の検出方法として蛍光を用いた際に、バックグラウンドノイズが低く、検出感度を高くできる。アモルファスの二酸化ケイ素からなると、繊維３が柔軟となりより繊維３同士が絡まりやすくなるため好ましい。
【００４１】
以上のように構成されたバイオデバイス１０と、比較例として接続層が無い繊維構造体を用いてそれぞれプローブ物質を固定化し、スポット評価を行った。なお、プローブ物質として、ストレプトアビジンＣｙ３を用いた。
【００４２】
最初に表面洗浄工程として、オゾンアッシングを５分間行った。その後、表面処理工程として、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの５％エタノール溶液中に２時間浸漬、室温で乾燥させた後、１０５度のホットプレート上で３０分間乾燥させた。次に、スポット形成工程として２．５μｇ／ｍｌのストレプトアビジンＣｙ３を１ｎｌ滴下し、室温で乾燥した。その後、蛍光顕微鏡によりスポットの観察を行った。
【００４３】
図４（ａ）は、本実施の形態におけるバイオデバイスのスポット観察写真、図４（ｂ）は、比較例のバイオデバイスのスポット観察写真である。図４（ａ）の実施例におけるスポット観察画像では、優れた円形度を示し、スポット内のシグナルばらつきも小さかった。一方で、図４（ｂ）の比較例におけるスポット観察画像では、円形度が低く、スポット内でのシグナルばらつきが大きかった。これは表面処理工程における乾燥時に、繊維構造体がスティッキングをおこし、繊維構造体の密度分布が発生したためであると考えられる。
【００４４】
以上のように構成されたバイオデバイス１０について、以下にその効果を説明する。
【００４５】
本実施の形態におけるバイオデバイス１０は、複数の繊維３からなる繊維層４と、この繊維層４の上方で、それぞれの繊維３が絡まり、一部が結合して接続した接続層５とを備えることにより、バイオデバイス表面の平坦性を向上できる。すなわち、多孔質層２の密度分布や高さ分布を均一にすることができる。その結果、表面処理時に発生するスティッキングや、洗浄時に発生する繊維の破断を抑制し、繊維密度の均一な構造を実現できる。
【００４６】
また、多孔質層２の表面が平坦であることで、焦点深度ばらつきを抑制できるので、バイオデバイスを分析デバイスとして用いた際に、スポットのシグナルばらつき、形状ばらつきを抑制できる。
【００４７】
また、接続層５において繊維３が結合した結合体７を有することによって、多孔質層２の物理的強度を向上させることができる。
【００４８】
さらに、繊維層４には複数の空隙６があるため、結合体７と結合体７との隙間からなる空孔８を伝って、繊維層４にもプローブ物質を拡散させやすくなる。従って、接続層５だけでなく、繊維層４の繊維３表面にも容易にプローブ物質を固定することができる。その結果、プローブ物質を固定する表面積を増大させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のバイオデバイスは、例えばプロテオミクス研究や病気の診断などのバイオアッセイに用いるデバイスとして有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  基板
２  多孔質層
３  繊維
４  繊維層
５  接続層
６  空隙
７  結合体
８  空孔
１０  バイオデバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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