(57)【要約】【課題】  電気的特性，化学的特性に全く影響を与えずに金薄膜と基板との結合力を向上させ，安価な製造が可能な，有機高分子リンカー物質層を含む生体物質固定用基板，生体物質固定用基板の製造方法，及びその生体物質固定用基板に生体物質分子を固定したバイオチップを提供する。【解決手段】  基板１と，生体物質を固定化する金薄膜３と，基板と金薄膜の間に形成され，基板と金薄膜との結合力を向上させる有機高分子リンカー物質層２と，を備え，金薄膜３の厚さは３０〜２００ｎｍであり，金薄膜３にＸ線を１．５度の入射角で照射する時に（１１１）及び（２００）面でＸＲＤピークを示す。ここで，有機高分子リンカー物質層２の一側には，基板１表面の作用基と反応し得る作用基を有し，他側には金薄膜３表面の負電荷と強いイオン相互作用を可能にする正電荷の作用基を有している。【選択図】    図１
2004361387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と，
生体物質を固定化する金薄膜と，
前記基板と前記金薄膜の間に形成され，前記基板と前記金薄膜との結合力を向上させる有機高分子リンカー物質層と，
を備え，
前記金薄膜の厚さは３０〜２００ｎｍであり，前記金薄膜にＸ線を１．５度の入射角で照射する時に（１１１）及び（２００）面でＸＲＤピークを示す生体物質固定用基板。
【請求項２】
前記基板は，ガラス，ポリカーボネート，ポリエステル，ポリエチレン，ポリプロピレン，またはウエハーのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の生体物質固定用基板。
【請求項３】
前記有機高分子リンカー物質層の一側には，前記基板表面の作用基と反応し得る作用基を有しており，他側には前記金薄膜表面の負電荷と強いイオン相互作用を可能にする正電荷の作用基を有することを特徴とする請求項１または２に記載の生体物質固定用基板。
【請求項４】
前記有機高分子リンカー物質層は，化学式１を有する物質からなることを特徴とする請求項１に記載の生体物質固定用基板。
【化１】
2004361387.tif 000017
Ｘは金コロイド表面の負電荷と強いイオン相互作用を可能にする正電荷の作用基であり，Ｒ１はスペーサ基として（ＣＨ２）ｎ，カルボキシル基またはイミノ基を含む（ＣＨ２）ｎ（ｎは１〜８の整数）であり，Ｓｉ（Ｒ２）は固体基板表面の作用基と反応し得る作用基であり，Ｒ２は，アルコキシ，ハロゲン化合物，又はアルデヒドである。
【請求項５】
前記正電荷の作用基はイミン基であることを特徴とする請求項３に記載の生体物質固定用基板。
【請求項６】
前記正電荷の作用基は２つ以上のイミン基を有する作用基であることを特徴とする請求項５に記載の生体物質固定用基板。
【請求項７】
前記有機高分子リンカー物質層は，化学式２〜化学式４の作用基を有するビオルゲン系化合物，化学式５のイミン基を含むポリエチレン骨格を有する高分子物質，化学式６の化合物，化学式７の化合物のいずれか１つの物質からなることを特徴とする請求項３に記載の生体物質固定用基板。
【化２】
2004361387.tif 000018
【化３】
2004361387.tif 000019
【化４】
2004361387.tif 000020
【化５】
2004361387.tif 000021
【化６】
2004361387.tif 000022
【化７】
2004361387.tif 000023
Ｒ２はアルコキシ基であり，ハロゲン化合物又はアルデヒド基であり，ｈ，ｈ’，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ及びｍは１〜８の範囲である。また，Ｒ３又はＲ４は各々独立的に（Ｒ６）２であって，Ｒ６はハロゲン元素であり，炭素数１〜６個のアルキル基である。Ｒ５はハロゲン元素であり，炭素数１〜６個のアルキル基である。
【請求項８】
前記有機高分子リンカー物質層は，化学式８〜化学式１０のビオルゲン系化合物，化学式１１のイミン基を含むポリエチレン骨格を有する高分子化合物，化学式１２のメチレンブルー，化学式１３のフェナジンメトスルフェートのいずれか１つの物質からなることを特徴とする請求項７に記載の生体物質固定用基板。
【化８】
2004361387.tif 000024
【化９】
2004361387.tif 000025
【化１０】
2004361387.tif 000026
【化１１】
2004361387.tif 000027
【化１２】
2004361387.tif 000028
【化１３】
2004361387.tif 000029
Ｒ２は，アルコキシ基，ハロゲン化合物，又はアルデヒド基である。
【請求項９】
前記有機高分子リンカー物質層は，トリメトキシシリルプロピル（ポリエチレンイミン）からなることを特徴とする請求項６に記載の生体物質固定用基板。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちのいずれか１つによる生体物質固定用基板に生体物質を固定化したバイオチップ。
【請求項１１】
前記生体物質は，酵素，蛋白質，ＤＮＡ，ＲＮＡ，微生物，動植物細胞及び器官，または神経細胞のいずれかであることを特徴とする請求項１０に記載のバイオチップ。
【請求項１２】
基板上に有機高分子リンカー物質を含むコーティング液でコーティングして有機高分子リンカー物質層を形成する段階と，
前記有機高分子リンカー物質層が形成された基板を金コロイド分散液でコーティングし，シードコロイド触媒層を形成する段階と，
前記シードコロイド触媒層が形成された基板を乾燥又は熱処理する段階と，
金塩含有水溶液と還元剤溶液との混合物からなるコーティング液で乾燥又は熱処理された前記基板をコーティングし，金薄膜を得る段階と，
を含むことを特徴とする生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項１３】
前記有機高分子リンカー物質層の一側には，前記基板表面の作用基と反応できる作用基を有しており，他側には前記金薄膜表面の負電荷と強いイオン相互作用を可能にする正電荷の作用基を有することを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項１４】
前記有機高分子リンカー物質層は，化学式１を有する物質からなることを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項１５】
前記正電荷の作用基はイミン基であることを特徴とする請求項１３に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項１６】
前記有機高分子リンカー物質層は，化学式２〜化学式４の作用基を有するビオルゲン系化合物，化学式５のイミン基を含むポリエチレン骨格を有する高分子物質，化学式６の化合物，化学式７の化合物のいずれか１つの物質からなることを特徴とする請求項１３に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項１７】
前記有機高分子リンカー物質層は，化学式８〜化学式１０のビオルゲン系化合物，化学式１１のイミン基を含むポリエチレン骨格を有する高分子物質，化学式１２のメチレンブルー及び化学式１３のフェナジンメトスルフェートのいずれか１つ１つの物質からなることを特徴とする請求項１６に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項１８】
前記有機高分子リンカー物質層は，トリメトキシシリルプロピル（ポリエチレンイミン）からなることを特徴とする請求項１３に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項１９】
前記有機高分子リンカー物質層を含むコーティング液において，前記有機高分子リンカー物質は，コーティング液に対して０．０１重量％〜５０重量％用いられることを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２０】
前記有機高分子リンカー物質層のコーティング方法は，磁気組立薄膜コーティング方式，スピンコーティング法，浸漬法，スプレー法，プリンティング法またはＬＢ技法のいずれかであることを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２１】
前記シードコロイド触媒層は，粒径が５ｎｍ〜５００ｎｍの金コロイドを含むことを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２２】
前記金コロイド分散液は，金塩，還元剤，安定化剤及び溶媒を含むことを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２３】
前記金塩は，ＨＡｕＣｌ４，ＮａＡｕＣｌ４，またはＨＡｕＣｌ４とＮａＡｕＣｌ４との混合物のいずれかであることを特徴とする請求項２２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２４】
前記還元剤は，ＮａＢＨ４，チオシアネート，カリウムカーボネート，トリソジウムシートレート，ＮａＢＨ４の水和物，チオシアネートの水和物，カリウムカーボネートの水和物，トリソジウムシートレートの水和物，タンニン酸，ヒドロキシルアミン，タンニン酸の塩，ヒドロキシルアミンの塩のいずれか１つ，または，これら１２種類の物質の任意の混合物であることを特徴とする請求項２２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２５】
前記安定化剤はソジウムシートレートであることを特徴とする請求項２２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２６】
前記シードコロイド触媒層のコーティング方法は，浸漬法，スプレー法，スピンコーティング法またはプリンティング法のいずれかであることを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２７】
前記金塩含有水溶液の製造時に用いられる金塩は，ＨＡｕＣｌ４，ＮａＡｕＣｌ４，またはＨＡｕＣｌ４とＮａＡｕＣｌ４との混合物のいずれかであることを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２８】
前記金塩含有水溶液は０．０１重量％〜２０重量％の金塩を含有することを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項２９】
前記還元剤溶液の製造時に用いられる還元剤は，ヒドロキシルアミン，ヒドロキシルアミンの塩，ＮａＢＨ４，チオシアネート，カリウムカーボネート，トリソジウムシートレート，ＮａＢＨ４の水和物，チオシアネートの水和物，カリウムカーボネートの水和物，トリソジウムシートレートの水和物，タンニン酸，ヒドロキシルアミン，タンニン酸の塩，ヒドロキシルアミンの塩のいずれか１つ，または，これら１４種類の物質の任意の混合物であることを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項３０】
前記還元剤溶液の濃度は０．０１ｍＭ〜１Ｍであることを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項３１】
前記還元剤溶液の濃度は０．０１ｍＭ〜１００ｍＭであることを特徴とする請求項３０に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【請求項３２】
前記金薄膜を形成するためのコーティング方法はメッキ法であることを特徴とする請求項１２に記載の生体物質固定用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体物質固定用基板，生体物質固定用基板の製造方法，及びバイオチップに係り，より詳しくは，金薄膜を基板に固定する有機高分子リンカー物質を含む生体物質固定用基板，生体物質固定用基板の製造方法，及び生体物質固定用基板に生体物質を固定したバイオチップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近，生命工学と半導体製造技術を接続して核酸，蛋白質，酵素，抗原，抗体などのような生体物質分子の活性を明らかにしようという努力が全世界的に拡大している。小さいシリコンチップ上に半導体加工技術を利用して微細な特定の区域内に所望の生体物質分子を固定したバイオチップを生化学的に一括検索すれば有用な情報が容易に得られる。
【０００３】
バイオチップは生物に由来した酵素，蛋白質，抗体，ＤＮＡ，微生物，動植物細胞及び器官，神経細胞及び器官，神経細胞などのような生体有機物と半導体のような無機物を組み合わせて既存の半導体チップ形態に作った素子である。バイオチップは大きくＤＮＡ探針（ｐｒｏｂｅ）が固定されたＤＮＡチップ，酵素，抗体，抗原などのような蛋白質が固定された蛋白質チップ，試料の前処理，生化学反応，検出，資料解釈機能まで小型集積化されて自動分析機能を有するｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐなどに分類できる。
【０００４】
このようなバイオチップを開発するためには生体物質と基板の界面を効率的に形成し，生体物質の固有機能を最大限活用できるようにする生体物質の固定化技術が重要である。生体物質の固定化はスライドガラス，シリコンウエハー，マイクロウェルプレート，チューブ，球形粒子，多孔性膜の表面で行われる。特に，ＤＮＡチップや蛋白質チップなどのようなバイオチップでは，関連生体物質をマイクロメータースケールの制限された領域に固定化するのが何より重要である。
【０００５】
非特許文献１や非特許文献２に示すように，蛋白質固定用として用いられる代表的な基質の一つである金の場合，金表面に化学的結合形成の可能なスルファイド，ダイスルファイドなどの機能基を有するチオクト酸，Ｌ−システイン，メルカプトプロピル酸，パラアミノチオフェン，システアミンなどが多く用いられており，分子の一側末端に金との反応が可能な−ＳＨ，−ＮＨ２などの機能基を有し，他の末端は蛋白質との親和力が優れた−ＯＨ，−ＮＨ２などの機能基を有するカリキサレン，シクロデキストリンなどの誘導体が含まれている。また，高分子を通じた２次元的網構造として−ＮＨ２基を形成するために，ポリ−Ｌ−リジンを用いることもある。
【０００６】
ガラスやシリコンウエハー又はプラスチック基板上に蛋白質固定化が可能な金表面を形成するために最も一般に用いる方法がスパッタ法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）又は蒸発法（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）である。しかし，この方法は高価で精密な真空設備が必要であり，大量生産時に大規模の投資を避けられないという短所がある。
【０００７】
一般に金と基板間の結合力が弱いので，これらの間の結合力を向上させるために，クロム，チタニウム，タングステンなどの金属をまず基板にコーティングした後，金をスパッタ法，蒸発法でコーティングする。ところが，付着力を向上させるために用いられた金属が金表面の性質を変えたり，電子伝達現象を妨害する障害物となったりするという問題点を有している。
【０００８】
１９６０年にサムエルウェインによって発表された非特許文献３に示す金コーティング技術は，浸漬方法やスプレー方法によって所望の金表面を得ることができた。しかし，反応速度が遅く，高温が要求されるという短所がある。
【０００９】
その他にも自発触媒金薄膜形成による多くの研究があるが，例えば，特許文献１では，シアン化金の錯体とアルカリ金属ボロハイドライド又はジメチルアミンボランを還元剤として用いて薄膜を形成する方法を開示した。しかし，このような方法もまた還元剤の加水分解反応のためには温度を上げなければならず，溶液内で金溶液の自発的分解によってスラッジが発生するという問題点がある。
【００１０】
最近は，電子製品パッケージングに用いるために溶液のｐＨを低くした非シアン化物金錯体を用いた特許文献２〜７が出願されている。前記特許によって提案された方法は，回路基板，ＩＣチップのような電子製品に活用するために開発されており，一般に金薄膜の厚さは０．５から２マイクロメーター程度である。
【００１１】
一方，蛋白質チップ又はＤＮＡチップのようなバイオチップの分析装置はチップに結合される生体物質の相互作用を分析する装置であり，その核心技術は，現在，レーザー発光イメージ解釈技術，電気化学的分析機種，ＳＰＲ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）とＳＥＬＤＩ（Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）ＴＯＦなどの技術が用いられ，特に金薄膜基板の場合には，ＳＰＲ技術のような光学的方法と電気化学的分析技術が主に用いられている。
【００１２】
しかし前記特許による方法ではこのような分析技術を適用するのが難しいという問題点があるので，０．１マイクロメーター以下の均一な厚さを得られるコーティング方法が必要である。
【００１３】
最近の特許文献８には，金イオン溶液と還元剤を用いて３００ナノメートル以下の薄膜を製造することができることが示されている。また，非特許文献４によれば，アミノシランコーティング基板上に金コロイドを形成した後，ＳＰＲ基板としての活用可能性を提示している。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第３，７００，４６９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８０４，５５９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，１９８，２７３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，２０２，１５１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，３１８，６２１号明細書
【特許文献６】米国特許第５，４７０，３８１号明細書
【特許文献７】米国特許第５，９３５，３０６号明細書
【特許文献８】米国特許第６，１６８，８２５号明細書
【非特許文献１】Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ＆  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１３，１２１３（１９９８）
【非特許文献２】Ａｎａｌ  Ｂｉｏｃｈｅｍ．２７２，６６（１９９９）
【非特許文献３】Ｓａｍｕｅｌ  Ｗｅｉｎ．Ｇｏｌｄ  Ｆｉｌｍｓ，Ｔｈｅ  Ｇｌａｓｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｍａｙ  １９５９  ｐ．２８０  ａｎｄ  Ｊｕｎｅ  １９５９，ｐ３３０
【非特許文献４】Ｙｏｎｇｄｏｎｇ  Ｊｉｎなど，Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ．，２００１，ｖｏｌ７３，２８４３−２８４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし，特許文献８の方法を用いても自発的分解によってスラッジが発生する問題点が依然として残っている。また，非特許文献４の方法を用いてもＳＰＲ特性が既存のスパッタリング金基板よりは多少低下するという問題点があった。
【００１６】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電気的特性，化学的特性に全く影響を与えずに金薄膜と基板との結合力を向上させ，安価な製造が可能な，有機高分子リンカー物質層を含む生体物質固定用基板，生体物質固定用基板の製造方法，及びその生体物質固定用基板に生体物質分子を固定したバイオチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，基板と，生体物質を固定化する金薄膜と，基板と金薄膜の間に形成され，基板と金薄膜との結合力を向上させる有機高分子リンカー物質層と，を備え，金薄膜の厚さは３０〜２００ｎｍであり，前記金薄膜にＸ線を１．５度の入射角で照射する時に（１１１）及び（２００）面でＸＲＤピークを示す生体物質固定用基板が提供される。
【００１８】
ここで，基板は，ガラス，ポリカーボネート，ポリエステル，ポリエチレン，ポリプロピレン，またはウエハーのいずれかを用いることができる。
【００１９】
金薄膜と基板との結合力を向上させるために，有機高分子リンカー物質層の一側には，基板表面の作用基と反応し得る作用基を有しており，他側には金薄膜表面の負電荷と強いイオン相互作用を可能にする正電荷の作用基を有していることが好ましい。
【００２０】
有機高分子リンカー物質層は，化学式１を有する物質を用いることができる。
【００２１】
【化１】
2004361387.tif 000003
【００２２】
Ｘは金コロイド表面の負電荷と強いイオン相互作用を可能にする正電荷の作用基であり，Ｒ１はスペーサ基として（ＣＨ２）ｎ，カルボキシル基またはイミノ基を含む（ＣＨ２）ｎ（ｎは１〜８の整数）であり，Ｓｉ（Ｒ２）は固体基板表面の作用基と反応し得る作用基であり，Ｒ２は，アルコキシ，ハロゲン化合物，又はアルデヒドである。
【００２３】
正電荷の作用基はイミン基であることが好ましく，２つ以上のイミン基を有していてもよい。
【００２４】
有機高分子リンカー物質層は，化学式８〜化学式１０のビオルゲン系化合物，化学式１１のイミン基を含むポリエチレン骨格を有する高分子化合物，化学式１２のメチレンブルー，及び化学式１３のフェナジンメトスルフェートからなる群より選択される少なくとも１つの物質からなることができる。
【００２５】
【化２】
2004361387.tif 000004
【００２６】
【化３】
2004361387.tif 000005
【００２７】
【化４】
2004361387.tif 000006
【００２８】
【化５】
2004361387.tif 000007
【００２９】
【化６】
2004361387.tif 000008
【００３０】
【化７】
2004361387.tif 000009
【００３１】
Ｒ２はアルコキシ基であり，ハロゲン化合物又はアルデヒド基であり，ｈ，ｈ’，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ及びｍは１〜８の範囲である。また，Ｒ３又はＲ４は各々独立的に（Ｒ６）２であって，Ｒ６はハロゲン元素であり，炭素数１〜６個のアルキル基である。Ｒ５はハロゲン元素であり，炭素数１〜６個のアルキル基であり，Ｒ６とは例えば置換基の位置が異なる。
【００３２】
有機高分子リンカー物質層は，例えば化学式８〜化学式１０のビオルゲン系化合物，化学式１１のイミン基を含むポリエチレン骨格を有する高分子化合物，化学式１２のメチレンブルー，及び化学式１３のフェナジンメトスルフェートからなる群より選択される少なくとも１つの物質からなることができる。
【００３３】
【化８】
2004361387.tif 000010
【００３４】
【化９】
2004361387.tif 000011
【００３５】
【化１０】
2004361387.tif 000012
【００３６】
【化１１】
2004361387.tif 000013
【００３７】
【化１２】
2004361387.tif 000014
【００３８】
【化１３】
2004361387.tif 000015
【００３９】
Ｒ２は，アルコキシ基，ハロゲン化合物，又はアルデヒド基である。
【００４０】
また上記課題を解決するため，本発明の別の観点から，上記の生体物質固定用基板に生体物質を固定化したバイオチップが提供される。ここで，生体物質は，酵素，蛋白質，ＤＮＡ，ＲＮＡ，微生物，動植物細胞及び器官，または神経細胞のいずれかとすることができる。
【００４１】
さらに，上記の生体物質固定用基板を得るために，基板上に有機高分子リンカー物質を含むコーティング液でコーティングして有機高分子リンカー物質層を形成する段階と，有機高分子リンカー物質層が形成された基板を金コロイド分散液でコーティングし，シードコロイド触媒層を形成する段階と，シードコロイド触媒層が形成された基板を乾燥又は熱処理する段階と，金塩含有水溶液と還元剤溶液との混合物からなるコーティング液で乾燥又は熱処理された基板をコーティングし，金薄膜を得る段階と，を含むことを特徴とする生体物質固定用基板の製造方法が提供される。
【００４２】
有機高分子リンカー物質層は，トリメトキシシリルプロピル（ポリエチレンイミン）からなっていてもよい。
【００４３】
有機高分子リンカー物質層を含むコーティング液において，リンカー物質の濃度が０．０１重量％より低いとリンカー効果が現れないので，有機高分子リンカー物質は，コーティング液に対して０．０１重量％〜５０重量％用いられ，さらに好ましくは，０．０１重量％〜１０重量％用いられる。
【００４４】
有機高分子リンカー物質層のコーティング方法は，磁気組立薄膜コーティング方式，スピンコーティング法，浸漬法，スプレー法，プリンティング法またはＬＢ技法のいずれかを用いることができる。
【００４５】
シードコロイド触媒層は，粒径が５ｎｍ〜５００ｎｍの金コロイドを含むことが好ましい。
【００４６】
金コロイド分散液は，金塩，還元剤，安定化剤及び溶媒を含むことが好ましい。安定化剤はソジウムシートレートを用いることができる。
【００４７】
金塩は，ＨＡｕＣｌ４，ＮａＡｕＣｌ４，またはＨＡｕＣｌ４とＮａＡｕＣｌ４との混合物のいずれかを用いることができる。
【００４８】
還元剤は，ＮａＢＨ４，チオシアネート，カリウムカーボネート，トリソジウムシートレート，ＮａＢＨ４の水和物，チオシアネートの水和物，カリウムカーボネートの水和物，トリソジウムシートレートの水和物，タンニン酸，ヒドロキシルアミン，タンニン酸の塩，ヒドロキシルアミンの塩のいずれか１つ，または，これら１２の物質の任意の混合物であることが好ましい。
【００４９】
シードコロイド触媒層のコーティング方法は，浸漬法，スプレー法，スピンコーティング法またはプリンティング法のいずれかを用いることができる。
【００５０】
金塩含有水溶液の製造時に用いられる金塩は，ＨＡｕＣｌ４，ＮａＡｕＣｌ４，またはＨＡｕＣｌ４とＮａＡｕＣｌ４との混合物のいずれかを用いることができる。
【００５１】
金塩含有水溶液は０．０１重量％〜２０重量％の金塩を含有することが好ましい。金塩の濃度が０．０１重量％より低いと所望の厚さが得られず，２０重量％以上となると薄膜の厚さが均一でなく，高価な金塩が過剰消耗されるためである。
【００５２】
前記還元剤溶液の製造時に用いられる還元剤は，ヒドロキシルアミン，ヒドロキシルアミンの塩，ＮａＢＨ４，チオシアネート，カリウムカーボネート，トリソジウムシートレート，ＮａＢＨ４の水和物，チオシアネートの水和物，カリウムカーボネートの水和物，トリソジウムシートレートの水和物，タンニン酸，ヒドロキシルアミン，タンニン酸の塩，ヒドロキシルアミンの塩のいずれか１つ，または，これら１４の物質の任意の混合物であることが好ましい。
【００５３】
還元剤溶液の濃度は０．０１ｍＭ〜１Ｍであることが好ましい。さらに０．０１ｍＭ〜１００ｍＭであることがより好ましい。還元剤溶液の濃度が０．０１ｍＭ以下であると所望の金薄膜の厚さが得られず，時間が多く消耗される。また，１Ｍ以上であると反応速度が速いため，金薄膜厚さの調節の容易性が劣るためである。
【００５４】
金薄膜を形成するためのコーティング方法はメッキ法であることが好ましい。
【発明の効果】
【００５５】
以上詳述したように本発明の生体物質固定用基板は，真空蒸着設備のような高価な設備投資がなくても大量生産に必須な大型基板を低費用で製造することができる。また，金薄膜表面での電子伝達の流れを妨害しない有機高分子物質に，基板と金薄膜との付着力を増加させるためのリンカー物質を用いることにより，金薄膜表面の電気的特性，化学的特性に全く影響を与えない結合力に優れた生体物質固定用基板，生体物質固定用基板の製造方法，及びバイオチップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００５７】
本発明の生体物質固定用基板は，基板上に形成された有機高分子リンカー物質層とその上に形成された金薄膜を含む。基板は，透明な固体基質又はシリコンウエハーのような不透明固体基質のいずれもが使用可能である。好ましくは，環境的に安定しているか又は耐化学性を有するガラス，ポリカーボネート，ポリエステル，ポリエチレン，ポリプロピレン又はウエハーなどが可能であるが，これらに限られるわけではない。
【００５８】
有機高分子リンカー物質層の一側には基板表面の作用基と反応できる作用基を有しており，他側には，金コロイド表面の負電荷と強いイオン相互作用を可能にする正電荷の作用基を有している。有機高分子リンカー物質は化学式１で示すことができる。
【００５９】
前記正電荷の作用基の好ましい例としてはイミン基がある。本発明に用いられる有機高分子リンカー物質では，２つ以上のイミン基を含む化合物を好ましく用いることができる。
【００６０】
前記基板表面と反応できる作用基は，基板の作用基と共有結合をしたり，親水性（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ）又は疏水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ）作用基と物理的，化学的吸着によって結合することができる。基板の作用基がヒドロキシル基の場合には，有機高分子リンカー物質は作用基を有するのが好ましい。その他基板の作用基と反応できる有機高分子リンカー物質の作用基としては，ＳｉＣｌ３などのようなハロゲン化合物又はアルデヒド基が使用できる。
【００６１】
前記有機高分子リンカー物質の好ましい例としては，化学式２〜４のビオルゲン系化合物，化学式５のイミン基を含むポリエチレン骨格を有する高分子物質，化学式６の化合物又は化学式７の化合物などがある。
【００６２】
例えば，化学式８〜１０の化合物，化学式１１の高分子物質，化学式１２のメチレンブルー（ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｂｌｕｅ）及び化学式１３のフェナジンメトスルフェート（ｐｈｅｎａｚｉｎｅ  ｍｅｔｈｏｓｕｌｐｈａｔｅ）を好ましく用いることができる。
【００６３】
化学式８〜１０を有する化合物の好ましい例としては，トリメトキシシリルプロピル（ポリエチレンイミン）（Ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｐｒｏｐｙｌ  ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｉｍｉｎｅ；ＰＥＩＭ）がある，
【００６４】
有機高分子リンカー物質層の厚さは，５〜２０ｎｍであるのが好ましく，さらに好ましくは５〜１０ｎｍである。金薄膜の厚さは３０〜２００ｎｍであるのが好ましく，さらに好ましくは３０〜７０ｎｍであり，より好ましくは３０〜５０ｎｍである。
【００６５】
また，金薄膜サンプルにＸ線を１．５度の入射角で照射する時，（１１１）及び（２００）面でＸＲＤピーク（Ｘ線回折の強度ピーク）を示す。ＸＲＤの測定は，基質表面に金薄膜を形成し，Ｃｕターゲットを用い，０．０２度／秒のスキャン速度でスキャンして行うのが好ましい。
【００６６】
本実施の形態の生体物質固定用基板は，チオクト酸，Ｌ−システイン，メルカプトプロピル酸，パラアミノチオフェン，システアミンなどを用いて生体物質を基板に固定することができ，生体物質が固定されたか否かと生体物質の相互作用については，ＳＰＲ又は電気化学的方法などのようなバイオチップ分析方法によって分析可能である。
【００６７】
また，金薄膜基板の付着力の向上のためにクロム，チタニウム，タングステンのような金属を用いる代わりに，非金属の有機高分子リンカー物質を用いるので，金表面の電気的特性，化学的特性に全く影響を与えずに結合力に優れた基板を提供することができる。本実施の形態のリンカー物質は金コロイド粒子とイオン相互作用で結合して，金基板の付着力を向上させることができる。
【００６８】
ここで生体物質とは，生物から由来したり，これと同等なものや生体外で製造されたりしたものを全て含み，例えば，酵素，蛋白質，抗体，微生物，動植物細胞及び器官，神経細胞，ＤＮＡ，及びＲＮＡなどを意味する。さらに好ましくはＤＮＡ，ＲＮＡ又は蛋白質であることができ，ここで，前記ＤＮＡはｃＤＮＡ，ゲノムＤＮＡ，オリゴヌクレオチドを含み，前記ＲＮＡはゲノムＲＮＡ，ｍＲＮＡ，オリゴヌクレオチドを含み，前記蛋白質の例としては抗体，抗原，酵素，ペプチドなどがある。
【００６９】
生体物質は，フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方法，インクジェットプリンタのような圧電印刷（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方法，マイクロピペッティング，スポッティング（ｓｐｏｔｔｉｎｇ）などの方法によって固定化基板に固定できる。
【００７０】
本実施の形態の生体物質固定用基板の製造工程の概略図は図１に示している。まず，洗浄した基板１を，有機高分子リンカー物質を含有するスラリー状態のコーティング液でコーティングして有機高分子リンカー物質層２を形成する。有機高分子リンカー物質（リンカー物質）として用いられる物質は前記に記載されたものを用い，コーティング液は，リンカー物質を希釈溶媒に添加して製造する。前記希釈溶媒は，水，有機溶媒又は水と有機溶媒の混合溶媒が使用可能である。前記有機溶媒としては，メタノール，エタノール，プロパノール，セロソルブ類溶媒及びジメチルフォルムアルデヒドからなる群より選択されるのが好ましい。
【００７１】
コーティング液に含まれているリンカー物質の濃度は０．０１重量％〜５０重量％であるのが好ましく，０．０１重量％〜１０重量％であるのがさらに好ましい。リンカー物質の濃度が０．０１重量％より低いとリンカー効果が現れず，１０重量％が超えると基板が不均一となる。
【００７２】
リンカー物質のコーティング方法としては，磁気組立薄膜コーティング方式，スピンコーティング法，浸漬法，スプレー法，プリンティング法，又はＬＢ技法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ  Ｂｌｏｄｇｅｔｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）など湿式コーティング方法を用いることができる。リンカー物質層は，基板と以後工程でリンカー物質上にコーティングされる金シードコロイドの付着性を向上させ，自発触媒反応のシード役割を果たす。
【００７３】
リンカー物質層２が形成された基板を金コロイド分散液でコーティングして，シードコロイド触媒層３を形成する。シードコロイド触媒層３は，粒径が５ｎｍ〜５００ｎｍの金コロイドを含む。
【００７４】
前記金コロイド分散液は，金塩，還元剤，安定化剤及び溶媒を含む。前記金塩としては，ＨＡｕＣｌ４，ＮａＡｕＣｌ４などの金塩化物を用いることができるが，これに限られるわけではない。金塩の濃度は０．０１〜１００ｍＭであるのが好ましく，金コロイド粒子の分散性及び大きさ調節の容易性を考慮すれば，０．１〜１０ｍＭであるのがさらに好ましい。金塩の濃度が１００ｍＭより高いとコロイド粒子の単分散性が低下するので好ましくなく，０．０１ｍＭより低いとコロイド粒子を形成するのに十分でない。
【００７５】
前記還元剤としては，ＮａＢＨ４，チオシアネート，カリウムカーボネート，トリソジウムシートレート又はこれらの水和物，タンニン酸，ヒドロキシルアミン又はその塩又はこれらの混合物などが使用可能である。還元剤は０．０１ｍＭ〜１Ｍ，好ましくは０．０１ｍＭ〜１００ｍＭの濃度で用いることができる。還元剤の濃度が０．０１ｍＭ以下であると所望の金コロイド粒子が得られず，１Ｍ以上であると反応速度が速くなって金コロイド粒子の大きさの分布が悪い。
【００７６】
安定化剤としてはソジウムシートレートなどが使用可能である。前記溶媒は，水，メタノール，エタノール，プロパノール，セロソルブ類溶媒，ジメチルフォルムアルデヒドのいずれかを用いる。
【００７７】
コーティング方法としては，浸漬法，スプレー法，スピンコーティング法，プリンティング法などのような湿式コーティング方法を用いることができ，この中で浸漬法が好ましい。浸漬コーティング時の浸漬時間は１分以上であれば充分である。
【００７８】
シードコロイドが吸着されてシードコロイド触媒層３が形成された基板を乾燥又は熱処理する。その後，自発触媒薄膜形成方法（ａｕｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて金薄膜４を形成して生体物質固定用基板を製造する。自発触媒薄膜形成時のコーティング液は金塩含有水溶液と還元剤溶液との混合物である。
【００７９】
前記金塩含有水溶液と還元剤溶液は別途に製造した後，コーティング直前に混合して用いる。前記金塩は，シードコロイド触媒層を形成するためのコーティング液製造時に用いられた金塩と同一である。金塩の濃度は，金塩含有水溶液に対して０．０１重量％〜２０重量％を用いることができ，０．１重量％〜１０重量％の濃度で用いるのがさらに好ましい。金塩の濃度が０．０１重量％より低いと所望の厚さが得られず，２０重量％以上となると薄膜の厚さが均一でないため，高価な金塩が過剰消耗されるという短所がある。
【００８０】
還元剤としては，ＮａＢＨ４，チオシアネート，カリウムカーボネート，トリソジウムシートレート又はこれらの水和物，タンニン酸，ヒドロキシルアミン又はその塩又はこれらの混合物などが使用可能であるが，この中でヒドロキシルアミン又はその塩が均一な薄膜を得ることができるので好ましい。
【００８１】
還元剤溶液の濃度は０．０１ｍＭ〜１Ｍ，好ましくは０．０１ｍＭ〜１００ｍＭの濃度で用いることができる。還元剤の濃度が０．０１ｍＭ以下であると所望の金薄膜の厚さが得られず，時間が多く消耗される。また，１Ｍ以上であると反応速度が速いため，金薄膜厚さの調節の容易性が劣る。
【００８２】
前記金薄膜を形成するためのコーティング方法としてはメッキ法を用い，特に無電解メッキ法（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  ｐｌａｔｉｎｇ）が用いられる。つまり，金塩含有水溶液と還元剤溶液を反応容器でよく混合した後，シードコロイド触媒層が形成された基板を浸漬し，攪拌して金薄膜を形成する。金薄膜の厚さと反応時間は線的関係を有するので，適正な時間浸漬すれば所望の厚さの金薄膜を形成することができ，ＳＰＲ特性を得るためには１０分程度反応させるのが好ましい。このようなメッキ法を用いれば，薄膜の厚さを所望のナノ厚さまで容易に調節することができる。また，真空蒸着設備のような高価な設備投資がなくても，大量生産に必須な大型基板を低費用で製造することができる。
【００８３】
以下，本発明の好ましい実施例を記載する。しかし，下記の実施例は本発明を例示するためのものであり，本発明が下記の実施例に限られるわけではない。
【００８４】
（実施例１）
１−１金コロイド分散液の製造
脱イオン水（ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ  ｗａｔｅｒ）１００ｍｌに１％のＨＡｕＣｌ４・３Ｈ２Ｏ水溶液１ｍｌを添加した後，激しく攪拌しながら煮沸した。最初に煮沸してから６分後，１％ソジウムシートレート水溶液２ｍｌと１％タンニン酸水溶液０．４５ｍｌを同時に添加して反応させた。１分間攪拌した後，常温まで冷却し，使用前まで４℃で保管した。
【００８５】
この方法で製造した金コロイド分散液の特性は，図２から分かるように，５２４ｎｍで最大の吸光度を示した。金コロイド粒子の大きさ及び形状は，図３から分かるように９〜１０ｎｍの大きさの均一な球形粒子形状を示した。
【００８６】
１−２金薄膜形成用コーティング液の製造
ＨＡｕＣｌ４・３Ｈ２Ｏを蒸留水に添加して１重量％濃度の金塩化物水溶液を製造した。還元剤として８ｍＭのＮＨ２ＯＨ・ＨＣｌを蒸留水に添加して還元剤溶液を製造した。
【００８７】
１−３生体物質固定用基板の製造
洗浄したスライドグラス（２５×７５ｍｍ）をポリエチレンイミン（ＰＥＩＭ）０．０５％溶液に１０分間浸漬し，エタノールで１０分間攪拌洗浄した後，窒素雰囲気で乾燥させた。この基板を前記１−１で製造された金コロイド分散液に１５分間浸漬してシードコロイド触媒層を形成した。シードコロイド触媒層が形成された基板を，金塩化物水溶液０．５ｍｌと還元剤溶液１５ｍｌが混合されている反応容器に浸漬して金薄膜を形成した。
【００８８】
（比較例１）
ＵＬＶＡＣ社のＳＲＨ−８２０スパッタリング装置を用いて，金薄膜を形成したガラス基板を製造した。
【００８９】
（比較例２）
洗浄したスライドグラス（２５×７５ｍｍ）をアミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）１％溶液に１０分間浸漬した後，窒素雰囲気で乾燥させた。この基板を前記１−１で製造された金コロイド分散液に１５分間浸漬してシードコロイド触媒層を形成した。シードコロイド触媒層が形成された基板を，金塩化物水溶液０．５ｍｌと還元剤溶液１５ｍｌが混合されている反応容器に浸漬して金薄膜を形成した。
【００９０】
（比較例３）
ＵＬＶＡＣ社のＳＲＨ−８２０スパッタリング装置を用いてＣｒの無機物リンカー層を２ｎｍ厚さでコーティングした後，同じ装備を用いて金薄膜を形成したガラス基板を製造した。
【００９１】
実施例１によって製造された生体物質固定用基板のＳＰＲスペクトルをＳＰＲ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（Ｏｐｔｒｅｌ  ＧＢＲ，  ＦＲＧ）を用いて測定した。その結果を図４に示した。図４に示されているように，ＳＰＲピークが明確に発現されることが確認できる。したがって，本発明によって製造された基板は光学的分析装置への適用が可能である。
【００９２】
また，実施例１によって製造された金薄膜のＳＥＭ写真を図５ａ及び図５ｂに示した。図５ａ及び図５ｂのように，金属コロイドシード層から成長して金薄膜の表面にグレーン（ｇｒａｉｎ）領域が形成されたことが分かる。これにより，金薄膜がシードコロイドから成長したことを確認できる。
【００９３】
前記実施例及び比較例によって製造された金基板の付着力を測定するために，酸，塩基洗浄テスト，超音波洗浄テスト，剥離テストを行った。酸，塩基洗浄テストは，金基板を１ＭのＨＣｌ水溶液と１ＭのＮａＯＨ水溶液に各々２０分間洗浄した場合，金基板表面がどれくらい剥落したかを観察するために実験した。
【００９４】
実施例１の実験結果を図６ａに示し，比較例２の実験結果を図６ｂに示した。図６ａのように本発明によって製造された金基板をテストした結果，剥落した部分が一箇所もなかった。反面，図６ｂのように比較例２によって製造された金基板の場合には，所々剥落した部分が観察された。
【００９５】
そして，常温で４０ＫＨｚ振動の超音波を金基板に加える超音波洗浄テストを行った結果，剥落した部分がなく，しっかりと結合していて超音波テストを通過した。これに比べて比較例２の場合には，超音波テストによって金基板の一部が損傷した。
【００９６】
剥離テストは，１．５×１．５ｃｍ大きさのスコッチテープ（３Ｍ）を金基板に貼った後，０．５ｃｍ／ｓの速度で剥がした時にテープに付いた金の量で結合力を測定した。ＰＥＩＭ物質を用いて作った金基板（実施例１），蒸着法を用いた金基板（比較例１），及びアミノシランを用いて作った金基板（比較例２）のテスト結果を表１に示した。表１において，剥離度は，０．３ｃｍ間隔で１．５×１．５ｃｍ大きさのスコッチテープ（３Ｍ）に２５間を作り，剥離テストを行った時にテープに金が付いた間数を数えて，全体２５間に対するパーセントに計算された値であり，１０回のテスト結果の平均値である。
【００９７】
【表１】
2004361387.tif 000016
【００９８】
表１から分かるように，実施例１の有機高分子ＰＥＩＭリンカー物質層が形成された金基板の接着力が最も優れていた。
【００９９】
実施例１及び比較例１の方法で形成された金薄膜に対し，銅ターゲットを用いて０．０２度／秒のスキャン速度でＸＲＤ分析を行った。デテクターの解像度は０．０３７度であった。Ｘ線照射はＣｕＫａを用いた。その結果を図７ａ及び図７ｂに示した。
【０１００】
図７ａのように実施例１による薄膜は，（１１１）及び（２００）面で結晶像が優先的に成長することが分かる。これに比べて図７ｂに示された比較例１の薄膜は２２０面で結晶像が成長し，実施例１の薄膜とは異なる結晶像を示した。
【０１０１】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は，生体物質を固定したバイオチップに用いる生体物質固定用基板に適用可能であり，特に金薄膜を基板に固定する有機高分子リンカー物質を含む生体物質固定用基板に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施の形態の生体物質固定用基板の製造工程段階を示した説明図である。
【図２】金コロイド溶液の吸光度を示した説明図である。
【図３】金コロイド溶液の粒子分散状態を示した説明図である。
【図４】本発明の実施例１の金薄膜の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）測定結果を示した図である。
【図５ａ】実施例１によって製造された金薄膜の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×２５０００）である。
【図５ｂ】実施例１によって製造された金薄膜の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×５００００）である。
【図６ａ】実施例１及び比較例２によって製造された金薄膜の酸塩基テスト結果を示した説明図である。
【図６ｂ】実施例１及び比較例２によって製造された金薄膜の酸塩基テスト結果を示した説明図である。
【図７ａ】実施例１及び比較例１によって製造された金薄膜に対するＸＲＤ分析結果を示した説明図である。
【図７ｂ】実施例１及び比較例１によって製造された金薄膜に対するＸＲＤ分析結果を示した説明図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１      基板
２      有機高分子リンカー物質層
３      触媒層
４      金薄膜
【図１】
2004361387.tif 000030
【図２】
2004361387.tif 000031
【図３】
2004361387.tif 000032
【図４】
2004361387.tif 000033
【図５ａ】
2004361387.tif 000034
【図５ｂ】
2004361387.tif 000035
【図６ａ】
2004361387.tif 000036
【図６ｂ】
2004361387.tif 000037
【図７ａ】
2004361387.tif 000038
【図７ｂ】
2004361387.tif 000039