(57)【要約】【課題】安定して化学的なパターニング処理を行うことができるバイオチップの製造方法を提供する。【解決手段】本発明のバイオチップの製造方法は、パターン部４を有するスタンプ２のパターン部４に反応剤を含む溶媒５を塗布する工程と、スタンプ２と基板６との距離を制御し、溶媒５を該スタンプ２のパターン部４と基板６との間で表面張力により保持する工程と、スタンプ２のパターンを６基板に転写する工程と、基板６に生理活性物質と反応するプローブを固定する工程を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2008249423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオチップの製造方法において、
パターン部を有するスタンプの該パターン部に反応剤を含む溶媒を塗布する工程と、前記スタンプと基板との距離を制御し、前記溶媒を該スタンプのパターン部と該基板との間で表面張力により保持する工程と、
前記スタンプのパターンを前記基板に転写する工程と、
前記基板に生理活性物質と反応するプローブを固定する工程と、
を含むバイオチップの製造方法。
【請求項２】
前記スタンプのパターン部が凹凸により形成される請求項１記載のバイオチップの製造方法。
【請求項３】
前記スタンプのパターン部が薬液による化学的処理により形成される請求項１記載のバイオチップの製造方法。
【請求項４】
前記スタンプと基板との距離の制御が、スペーサにより制御される請求項１〜３のいずれか１記載のバイオチップの製造方法。
【請求項５】
前記スペーサが前記スタンプと一体成型される請求項４記載のバイオチップの製造方法。
【請求項６】
前記スペーサが前記スタンプ及び前記基板とは別部材である請求項４記載のバイオチップの製造方法。
【請求項７】
前記スタンプと前記基板との距離の制御が、前記スタンプを保持する基台と前記基板を保持する基台とを備える調整機構により該スタンプと該基板を相対移動させることで制御される請求項１〜３のいずれか１記載のバイオチップの製造方法。
【請求項８】
前記反応剤が固定剤である請求項１〜７のいずれか１記載のバイオチップの製造方法。
【請求項９】
前記反応剤が改質剤である請求項１〜７のいずれか１記載のバイオチップの製造方法。
【請求項１０】
前記溶媒塗布工程から前記転写工程が溶媒雰囲気下で行われる請求項１〜９のいずれか１記載のバイオチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオチップの製造方法に関し、特に、パターニング技術を利用したバイオチップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検体中の情報を得るために、被検出物質を検出する一連の工程をマイクロメートルオーダーの微小空間内ですべて行ってしまう、いわゆるバイオチップに注目が集まっている。
【０００３】
このバイオチップの分野では、検出部表面とそれ以外の部分とをそれぞれ別の機能的表面（生体内分子の特異吸着性、非特異吸着防止性）に改質する、いわゆるパターニングが必須となっている（特許文献１）。
【０００４】
これまで微細パターニング技術の分野では、電子部品の微細配線等で行われているフォトリソグラフィー法により、マスクパターンを光学的に転写する方法が一般的であった。
【０００５】
しかし、フォトリソグラフィー法の場合、工程の複雑化、設備投資費・保守費の高額化、レジスト等の材料の大半を廃棄する、といった問題があった。
【０００６】
そこで近年、微細パターニング技術として注目されている方法として、マイクロコンタクトプリント法がある。マイクロコンタクトプリント法は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等の樹脂で作製したスタンプに目的物を塗布し、スタンプから基板表面に目的物を転写することでパターニングする方法である。この方法では比較的低導入コストで、且つ簡便に所望のパターニングされた膜を得ることができる。
【０００７】
そのため、例えば、光学基板用ブラックマトリックス膜のパターン形成（特許文献２）や、強誘電体メモリ用強誘電体膜のパターン形成（特許文献３）にマイクロコンタクトプリント法が利用されている。また、光学基板や強誘電体メモリ強誘電体膜のパターニングの他、バイオチップの分野においてもマイクロコンタクトプリント法を応用するための研究がなされている（非特許文献１）。
【０００８】
一般にバイオチップの製造において、良質な膜を得るために、バイオチップ用の基板に対し、例えばシランカップリング等の化学的な処理が行われる。この場合、改質剤が溶媒に溶けた状態である程度の時間をかけて、基板と溶媒中の改質剤とを反応させる必要がある。
【０００９】
このシランカップリング等の化学的な処理を基板の選択された領域にのみに施す、いわゆるパターニングをする際に、マイクロコンタクトプリント法をそのまま応用することは困難であった。
【００１０】
その理由は、改質剤の物性、特に粘度、表面張力が低い場合（例えば改質剤の溶媒がアルコールの場合など）、スタンプと基板の密着時にスタンプから改質剤が漏れるおそれがあり、また、漏れを抑制するため改質剤の量を減らすと転写前に乾燥してしまうといったおそれがあるからである。
【特許文献１】特開２００４−１２５４６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５５７９号公報
【特許文献３】特開２００３−２８２８２９号公報
【非特許文献１】Andre Bernard et al. Adv. Mater. 2000, 12, No 14, p1067-1070
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、安価且つ簡便にパターン処理を行うことができ、また、溶媒の物性によらず、正確なパターニングを行うことができ、さらには反応剤と基板との反応時間によらず、安定して化学的なパターニング処理を行うことができるバイオチップの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は前記目的を達成するために、本発明のバイオチップの製造方法は、パターン部を有するスタンプの該パターン部に反応剤を含む溶媒を塗布する工程と、前記スタンプと基板との距離を制御し、前記溶媒を該スタンプのパターン部と該基板との間で表面張力により保持する工程と、前記スタンプのパターンを前記基板に転写する工程と、前記基板に生理活性物質と反応するプローブを固定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
スタンプと基板との間に一定間隔を与えることで、溶媒をスタンプと基板の間で表面張力により保持することができる。それにより、反応剤が溶媒に溶けた状態で一定の時間基板上に維持させながら、反応剤を含む溶媒と基板を反応させることができるので、基板の表面を良好に改質することができる。
【００１４】
また、溶媒を表面張力により保持しているので、スタンプのパターン部と基板が密着せず、溶媒が漏れだすのを防止することができる。その結果として、良質な機能的表面を有する基板を持つバイオチップを得ることができる。
【００１５】
本発明のバイオチップの製造方法においては、スタンプのパターン部が凹凸により形成されることが好ましい。凸部に溶媒を塗布し、基板に転写することで精度よく基板をパターニングすることができる。
【００１６】
本発明のバイオチップの製造方法においては、スタンプのパターン部が薬液による化学的処理により形成されることが好ましい。スタンプの表面を化学的に処理し、溶媒を化学的処理部又は非処理部に塗布し、基板に転写することで精度よく基板をパターニングすることができる。
【００１７】
本発明のバイオチップの製造方法においては、スタンプと基板との距離の制御が、スペーサにより制御されることが好ましい。スペーサを用いることで簡便にスタンプと基板との距離を制御することができる。
【００１８】
本発明のバイオチップの製造方法においては、スペーサがスタンプと一体成型されることが好ましい。スタンプと一体成型されたスペーサを基板に押し当てるだけで容易にスタンプと基板との距離を制御することができる。
【００１９】
本発明のバイオチップの製造方法においては、スペーサがスタンプ及び基板とは別部材であることが好ましい。複数のスペーサを準備することで、スタンプと基板との間にスペーサを挿入するだけで容易にスタンプと基板との距離を制御することができる。
【００２０】
本発明のバイオチップの製造方法においては、スタンプと基板との距離の制御が、スタンプを保持する基台と基板を保持する基台とを備える調整機構によりスタンプと基板を相対移動させることで制御されることが好ましい。
【００２１】
調整機構を利用することで、溶媒の特性や反応剤の特性に応じてその距離を自由に制御することができる。
【００２２】
本発明のバイオチップの製造方法においては、反応剤が固定剤であることが好ましい。また、反応剤が改質剤であることが好ましい。
【００２３】
本発明のバイオチップの製造方法においては、溶媒塗布工程から転写工程が溶媒雰囲気下で行われることが好ましい。
【００２４】
溶媒が転写工程前に蒸発して、反応剤が乾燥するのを防止するためである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、適切なスタンプ材質を選択することで、安価且つ簡便に基板をパターニングすることができる。スタンプのパターン部と基板とを接触させず、反応剤を含む溶媒の表面張力を利用してパターニングすることで、低粘度・低表面張力の溶媒等であっても正確にパターニングすることができる。また、表面張力を利用してパターニングすることで、スタンプへ比較的多く溶媒を塗布することができ、転写前の乾燥を防ぐことができる。
【００２６】
その結果、特性の優れたバイオチップを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明に係るバイオチップの製造方法の好ましい実施の形態を説明する。
【００２８】
ここでバイオチップとは、ＤＮＡ、蛋白質、糖鎖等のバイオ分子、や細胞等を基板上（支持体）に固定化し、固定化されたバイオ分子等と、バイオ分子あるいはそれ以外の化合物を接触させ、生じた特異的な相互作用を検出するものを意味し、ＤＮＡチップ、マイクロチップ、バイオセンサー、Ｌａｂ  ｏｎ  ａ  ｃｈｉｐ及びμ-ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）等が含まれる。
【００２９】
［バイオチップの製造方法］
図１は、本発明のバイオチップの製造方法の第１実施形態を示す図である。図１（ａ）に示すように、凹凸が形成されたマスター基板１上にＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を塗布し硬化させることで、スタンプ２が製作される。スタンプ２にはマスター基板１の凹凸パターンに応じたパターン部４が形成される。さらに、本実施例ではスタンプ２の両側にスペーサ３が設けられている。パターン部４の凸部の高さはスペーサ３の凸部の高さより低く形成される。
【００３０】
次に、図１（ｂ）に示すように、スタンプ２からマスター基板１が取り除かれ、スタンプ２の凸部に反応剤を含む溶媒５が塗布される。但し、スペーサ３に対応する凸部には溶媒５は塗布されない。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示すように、スタンプ２のパターン部４と基板６がスタンプ２に一体成型されたスペーサ３を介して一定の距離を有するよう対向配置される。スペーサ３のパターン部４の凸部の高さがスペーサ３の凸部の高さより低く形成されているので、パターン部４の凸部と基板６に一定の距離が与えられる。パターン部４の凸部と基板６の距離は、溶媒５がパターン部４の凸部と基板６と間で、表面張力で保持されるよう、スペーサ３により調整される。スタンプ２と基板６との間に一定の間隔を与えて、溶媒５を表面張力により保持したことで、反応剤が溶媒５に溶けた状態で一定の時間基板６上に維持することができる。反応剤が溶媒５に溶けた状態で反応させることで基板６の表面を良好に改質することができる。基板６として、ガラス基板（特に石英ガラス）、樹脂製基板、金属基板や半導体基板が好適に使用される。
【００３２】
次いで、図１（ｄ）に示すように、基板６からスタンプ２を取り除くことで、スタンプ２のパターンが基板６に転写される。ここで「転写」の用語は、スタンプのパターン部に塗布された材料をそのまま基板側に移動させるもの以外に、パターン部に塗布された材料と基板を反応させて基板に特定の機能を付与するものも含め、スタンプのパターンが基板に再現されることを意味する。本実施例ではスタンプ２のパターンと同パターンの改質部１０が基板６の表面に形成される。図示しないが、最終的に基板６に生理活性物質と反応するプローブが固定される。
【００３３】
図２は、本発明のバイオチップの製造方法の第２実施形態を示す図である。図２（ａ）に示すように、ガラス製からならスタンプ２の表面に化学的な処理が施され、第１化学処理領域７と第２化学処理領域８とで構成されるパターン部４が形成される。第１化学処理領域７と第２化学処理領域８とは、化学処理が異なることでその表面の特性が異なることを意味する。表面の特性が異なるという意味から、化学処理された領域と化学処理されない領域も第１化学処理領域７と第２化学処理領域８に含まれる。なお、本実施例のスタンプ２はスペーサを備えていない。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、スタンプ２の第１化学処理領域７に反応剤を含む溶媒５が塗布される。塗布は、例えばスタンプ２を溶媒中に浸漬させ、第１化学処理領域７のみに溶媒５を付着させることで実現できる。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、スタンプ２のパターン部４と基板６が別部材のスペーサ９を介して一定の距離を有するよう対向配置される。パターン部４と基板６の距離は、溶媒５がパターン部４の凸部と基板６と間で、表面張力で保持されるよう、スペーサ９により調整される。スタンプ２と基板６との間に一定の間隔を与えて、溶媒５を表面張力により保持したことで、反応剤が溶媒５に溶けた状態で一定の時間基板６上に維持することができる。反応剤が溶媒５に溶けた状態で反応させることで基板６の表面を良好に改質することができる。
【００３６】
次いで、図２（ｄ）に示すように、基板６からスタンプ２を取り除くことで、スタンプ２のパターンが基板６に転写される。本実施例ではスタンプ２のパターンと同パターンの改質部１０が基板６の表面に形成される。第１実施形態と同様に、図示しないが、最終的に基板６に生理活性物質と反応するプローブが固定される。
【００３７】
図３は、本発明のバイオチップの製造方法の第３実施形態を示す図である。第３実施例は、凹凸が形成されたパターン部４を有するスタンプ２でパターンを基板６に転写する点で第１実施例と共通している。一方、第３実施例ではスタンプ２と基板６の距離を制御する方法が異なっている。図３ではスタンプ２と基板６の距離を制御する工程のみを説明する。
【００３８】
図３に示すように、スタンプ２は凹凸で形成されたパターン部４を備えている。パターン部４には反応剤５が塗布されている。スタンプ２と基板６は、それぞれ基台２２，２４に支持される。スタンプ２のパターン部４と基板６が対向配置される。スタンプ２と基板６との距離が、調整機構２０により任意に制御される。スタンプ２に塗布される反応剤の量、粘度等の特性応じて距離を制御することで、表面張力により反応剤５を保持しながらパターニングが可能となる。
【００３９】
実施例１〜３において、転写の工程は、反応剤の乾燥を防ぐため溶媒雰囲気下で行われることが好ましい。
【００４０】
また、パターニングされた基板に対し、同じ又は別のスタンプを使用して、さらに他の目的物を転写することも可能である。
【００４１】
［塗布液］
スタンプから基板に転写される塗布液として以下のものが好適に使用される。但し、これらに限定されるものではない。
【００４２】
（改質剤）
代表的な改質剤としてシランカップリング剤が使用される。シランカップリング剤とは、固定化層の表面と親和性のある加水分解基と、有機材料と親和性を有する官能基、例えばビニル基、エポキシ基、アミノ基、メルカトプ基を有する有機珪素化合物をいう。シランカップリング剤は導入したい官能基、固定したい固定化層の種類に応じて適宜調整することができる。官能基の種類に応じてアミノシラン及びＰＥＧ（ポリエチレングリコール）シラン等のシランカップリング剤を使用することができる。
【００４３】
また、一端に金属結合性官能基してチオール基を備え、他端に、例えばアミノ基、カルボシル基及びＰＥＧを備えた化合物や、末端にチオール基を備えた一本鎖ＤＮＡ又はＲＮＡ等が改質剤として使用される。
【００４４】
上述の改質剤により表面が改質され、アミノ基等が導入された基板に対し、さらにアミノ基等との反応性を有する物質を反応させることにより、別の官能基を導入することができる。
【００４５】
（固定剤）
シランカップリング剤との反応についてはポリシラザン、チオール基との反応については金属（金、銀、白金等）ペーストが好適に使用される。
【００４６】
（溶媒）
溶媒としては水、アルコールなどを好適に用いることができる。溶媒は基本的に塗布したい分子を溶かすことが可能なものを使用することが好ましいが、特に基板にアミノ基を導入する場合、エタノール及び水が分子の溶解性の理由で好ましい。
【００４７】
[生理活性物質]
代表的なものとして抗原、抗体、基質（特定の酵素に特異性を持つタンパク質、糖質、脂質等）、核酸がある。
【００４８】
[プローブ]
代表的なものとして抗体、酵素、核酸がバイオチップに固体される。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。但し、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００５０】
〔実施例１〕
図４に本発明に係るバイオチップの製造方法及び製造されたバイオチップを示す。  図４（ａ）に示すように、基板３０はマイクロメートルオーダーの溝３１と、溝３１の両端に形成された入口３１ａと出口３１ｂを備えている。溝３１、入口３１ａ及び出口３１ｂは、公知の機械加工技術を利用して加工され、溝３１は幅１００μｍ、深さ１００μｍ、入口３１ａ及び出口３１ｂは直径１０００μｍ、深さ１００μｍで形成される。
【００５１】
図４（ｂ）に示すように、ＰＤＭＳ等の成形性の良い樹脂により凸部を有するスタンプ４０が比較的簡便に作製される。スタンプ４０の材質は特に限定はされない。
【００５２】
本実施例では、スタンプ４０は、内部に５個の凸部４１と、周囲を囲む凸部４２を有している。特に、凸部４２はスペーサとして機能する。反応剤を含む溶媒４３がスタンプ４０の凸部４１に塗布されている。
【００５３】
図４（ｃ）に示すように、スタンプ４０の凸部４２が基板３０に押し当てられる。図４（ｄ）にＡ-Ａの断面図を示す。溶媒４３が塗布された凸部４１が基板３０に形成された溝３１の底部と密着しないよう、凸部４２の高さが調節されている。スタンプ４０の凸部４１と溝３１の底部の間に、表面張力により溶媒４３を保持しながら、溶媒４３と基板３０を反応させることが可能となる。反応剤が溶媒４３中に溶解している状態で反応が生じるので、基板３０の表面に良好な改質部３２を形成することが可能となる。
【００５４】
また、反応中スタンプ４０の凸部４２と基板３０が密着しているので、スタンプ４０と基板３０の間に密閉性の高い空間が形成される。この空間を反応剤の溶媒雰囲気で満たすこと溶媒４３の蒸発を防ぐことが可能となる。また、必要に応じて反応中基板３０とスタンプ４０を溶媒雰囲気下に置くことで反応剤の蒸発を防ぐことも可能である。
【００５５】
さらに、図４（ｂ）に示すスタンプ４０の凸部４１に異なる反応剤を含む溶媒４３（例えば各ウイルスに対応した抗体）を塗布し、基板３０と反応させることにより、基板３１の表面を異なる特性を有する改質部３２に改質することも可能となる。それぞれの改質部３２で対応する抗原を特異的に捉え、それを光学的あるいは電気的に測定することで、検体中に複数のウイルスの量を同時に検出することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施形態を示す概略図。
【図２】第２の実施形態を示す概略図。
【図３】第３の実施形態を示す概略図。
【図４】第１実施例を示す概略図。
【符号の説明】
【００５７】
１：マスター基板、２：スタンプ、３，９：スペーサ、４：パターン部、５:溶媒、６：基板、７:第１化学処理領域、８：第２化学処理領域、１０：改質部、２０：調整機構、２２，２４：基台
【図１】
2008249423.tif 000003
【図２】
2008249423.tif 000004
【図３】
2008249423.tif 000005
【図４】
2008249423.tif 000006