(57)【要約】【課題】多層薄膜構造を有するＤＮＡチップを提供する。【解決手段】基板と、基板上の所定位置に順次積層された相対的に低い屈折率を有する低屈折率薄膜と相対的に高い屈折率を有する高屈折率薄膜とよりなり、基板の反射率より高い反射率を有する高反射領域と、基板上に高反射領域の周囲に積層された相対的に小さな屈折率を有する低屈折率薄膜よりなり、基板の反射率より低い反射率を有する低反射領域と、少なくとも高反射領域上に固定されるＤＮＡプローブと、を具備するＤＮＡチップ。前記高反射領域上でＤＮＡプローブと蛍光物質で表示された標的ＤＮＡとの混成化反応が起きる。このような本発明によれば、混成化シグナルの検出感度が高まってさらに正確な混成化シグナルが得られる。【選択図】図４
2004317517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の所定位置に順次積層された相対的に小さな屈折率を有する低屈折率薄膜と相対的に高い屈折率を有する高屈折率薄膜よりなり、前記基板の反射率より高い反射率を有する高反射領域と、
前記基板上に前記高反射領域周囲に積層された相対的に低い屈折率を有する低屈折率薄膜よりなり、前記基板の反射率より低い反射率を有する低反射領域と、
少なくとも前記高反射領域上に固定されるＤＮＡプローブと、を具備し、
前記高反射領域上で前記ＤＮＡプローブと標的ＤＮＡの混成化反応が起きることを特徴とするＤＮＡチップ。
【請求項２】
前記高反射領域は前記低屈折率薄膜と前記高屈折率薄膜とが交互に複数回積層されてなることを特徴とする請求項１に記載のＤＮＡチップ。
【請求項３】
前記低反射領域は前記低屈折率薄膜が複数回積層されてなったことを特徴とする請求項１に記載のＤＮＡチップ。
【請求項４】
前記標的ＤＮＡに表示された蛍光物質のエミッション波長をλＦとし、前記高屈折率薄膜の屈折率と前記低屈折率薄膜の屈折率とをそれぞれｎＨとｎＬとする時、前記高反射領域の前記高屈折率薄膜の厚さはλＦ／４ｎＨの７０％〜１３０％範囲内であり、前記高反射領域の前記低屈折率薄膜の厚さはλＦ／４ｎＬの７０％〜１３０％範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載のＤＮＡチップ。
【請求項５】
前記高反射領域の前記高屈折率薄膜の厚さは実質的にλＦ／４ｎＨであり、前記高反射領域の前記低屈折率薄膜の厚さは実質的にλＦ／４ｎＬであることを特徴とする請求項４に記載のＤＮＡチップ。
【請求項６】
前記標的ＤＮＡに表示された蛍光物質のエミッション波長をλＦとし、前記低屈折率薄膜の屈折率をｎＬとする時、前記低反射領域の厚さは実質的にλＦ／４ｎＬの奇数倍であることを特徴とする請求項１または３に記載のＤＮＡチップ。
【請求項７】
前記高屈折率薄膜は２.０〜２.５範囲の屈折率を有するＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２及びＴａ２Ｏ５よりなる群から選択された何れか１つの金属酸化物よりなることを特徴とする請求項１または２に記載のＤＮＡチップ。
【請求項８】
前記低屈折率薄膜はシリコン酸化物よりなることを特徴とする請求項１または３に記載のＤＮＡチップ。
【請求項９】
前記基板はシリコンウェーハ、ガラス、石英及びプラスチックよりなる群から選択された何れか１つよりなることを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１つに記載のＤＮＡチップ。
【請求項１０】
前記高反射領域と低反射領域の表面には前記ＤＮＡプローブを固定させるためのコーティング膜が形成されたことを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１つに記載のＤＮＡチップ。
【請求項１１】
前記コーティング膜はアミン基とアルデヒド基のうち何れか１つよりなることを特徴とする請求項１０に記載のＤＮＡチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、生命工学が発達するにつれて個体の遺伝情報を構成する塩基配列が明らかになっており、これによって塩基配列分析及び疾病診断などを目的とするＤＮＡチップを開発しようとする動きが活発である。
【０００３】
ＤＮＡチップはＤＮＡ分析システムの小型化をなして極微量の試料だけでも遺伝子分析を可能にして速かに遺伝情報が提供できる。また、ＤＮＡチップは膨大な量の遺伝情報を短時間内に同時に分析できるだけでなく、遺伝子間の相互連関性まで糾明できる。
【０００４】
したがって、ＤＮＡチップは今後、遺伝病及び癌の診断、突然変異の探索、病原菌の検出、遺伝子発現分析及び新薬開発など幅広い分野で応用されると予想される。また、微生物や環境汚染の感知器として利用して解毒物質の遺伝子を捜し出して遺伝子再組合せ技術を適用することによって、解毒物質を大量生産するか医薬用農作物、低脂肪含有肉類の生産にも応用できるなどほとんどの生物関連産業に利用されて革命的な発展をもたらしうる。
【０００５】
このような従来のＤＮＡチップの一例が図１及び図２に示されている。
【０００６】
図１及び図２を共に参照すれば、従来のＤＮＡチップ１０は、基板１１上に多数のＤＮＡプローブ１４をマイクロアレイ状態に配列したことを指す。具体的に、ＤＮＡチップ１０は、シリコンウェーハやガラスなどよりなった基板１１上の数百ないし数十万個の定められた位置に、既知の塩基配列を有する単一束のＤＮＡプローブ１４をスポット１３の形態に固定させたチップである。一般的に、基板１１の表面にはＤＮＡプローブ１４を固定させるためにアミン基またはアルデヒド基よりなるコーティング膜１２が形成される。このようなＤＮＡチップ１０上に分析しようとする標的ＤＮＡ１５を結合反応させた時、ＤＮＡプローブ１４と標的ＤＮＡ１５間に塩基配列の対が合えば、混成化されて２重らせん構造を形成する。この時、ＤＮＡプローブ１４と標的ＤＮＡ１５との塩基配列の相補的な程度によって相異なる混成化程度を表す。したがって、ＤＮＡチップ１０上のどの位置のスポット１３でどれほど程度の混成化が行われたかを検出すれば、標的ＤＮＡ１５の塩基配列が分析できる。混成化程度の検出は、主に蛍光物質１６で表示された標的ＤＮＡ１５をＤＮＡプローブ１４と混成化反応させた後、蛍光物質１６から発散されるシグナルを検出する光学的方法によって行われる。
【０００７】
前記したようなＤＮＡチップは使用されたプローブの種類によってオリゴチップとｃＤＮＡチップとに区分される場合もあり、製作された方法によってフォトリソグラフィチップ、ピン方式のスポッティングチップ、インクジェット方式のスポッティングチップなどに分類される場合もある。しかし、現在までのＤＮＡチップの共通点は、ＤＮＡチップ上に他種の単一束のＤＮＡプローブが固定されており、このＤＮＡプローブと分析しようとする標的ＤＮＡとの混成化程度を検出して所望の情報を得るということである。
【０００８】
したがって、ＤＮＡプローブと標的ＤＮＡ間の混成化反応によるシグナルを正確に得られるＤＮＡチップを開発することは正確な遺伝子分析結果を得るという側面で非常に重要である。
【０００９】
前述したように、従来のＤＮＡチップにおいては、殆ど標的ＤＮＡに蛍光物質を表示し、これをＤＮＡチップ前記のＤＮＡプローブと混成化反応させた後、特許文献１に開示されたように共焦点顕微鏡やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖiｃｅ）カメラを使用してＤＮＡチップ表面に残った蛍光物質から発散されるシグナルを検出する。
【００１０】
このような光学的検出方法において、共焦点顕微鏡を使用する場合、解像度は優秀であるが、検出時間が比較的長い短所がある。また、ＣＣＤカメラを使用する場合、検出速度は速いが、多少解像度が落ちる短所がある。したがって、混成化シグナルの検出時、比較的高コストの共焦点類型のスキャナーを使用せずに比較的低コストで、かつ検出速度の速いＣＣＤ類型のスキャナーでも検出可能にするために、標的ＤＮＡに付着された蛍光物質の量を増加させる多様な研究が進められている。例えば、特許文献２に開示された３次元のハイドロゲルパッドを利用する方法などの多様な新しい試みが行なわれている。
【特許文献１】米国特許第６,１４１,０９６号明細書
【特許文献２】米国特許第６,１１７,６３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、前記した光学的検出方法においては、小量の混成化シグナルを検出するのが困難であり、スポット周辺で発生する背景シグナルによるノイズによって混成化シグナルを正確に検出するのに困る問題点を有している。
【００１２】
したがって、前述したようにＤＮＡプローブと標的ＤＮＡとの相補的な混成化反応を利用するＤＮＡチップにおいて、混成化シグナルを光学的方法によってさらに正確に検出するためには混成化シグナルと背景シグナルとの差を可能な限り大きくして混成化シグナルの検出感度をさらに高める必要がある。
【００１３】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために創出されたものであって、特に、ＤＮＡプローブと標的ＤＮＡとの混成化反応による混成化シグナルの検出感度を高めるように高反射領域と低反射領域とに区画された多層薄膜構造を有するＤＮＡチップを提供するのにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の技術的課題を達成するための本発明によるＤＮＡチップは、基板と、前記基板上の所定位置に順次積層された相対的に低い屈折率を有する低屈折率薄膜と相対的に高い屈折率を有する高屈折率薄膜とよりなり、前記基板の反射率より高い反射率を有する高反射領域と、前記基板上に前記高反射領域の周囲に積層された相対的に低い屈折率を有する低屈折率薄膜よりなり、前記基板の反射率より低い反射率を有する低反射領域と、少なくとも前記高反射領域上に固定されるＤＮＡプローブと、を具備し、前記高反射領域上で前記ＤＮＡプローブと標的ＤＮＡとの混成化反応が起きることを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記高反射領域は前記低屈折率薄膜と前記高屈折率薄膜とが交互に複数回積層されてなることができ、前記低反射領域は前記低屈折率薄膜が複数回積層されてなりうる。
【００１６】
そして、前記標的ＤＮＡに表示された蛍光物質のエミッション波長をλＦとし、前記高屈折率薄膜の屈折率と前記低屈折率薄膜の屈折率とをそれぞれｎＨとｎＬとする時、前記高反射領域の前記高屈折率薄膜の厚さはλＦ／４ｎＨの７０％〜１３０％範囲内であり、前記高反射領域の前記低屈折率薄膜の厚さはλＦ／４ｎＬの７０％〜１３０％範囲内であることが望ましい。特に、前記高反射領域の前記高屈折率薄膜の厚さは実質的にλＦ／４ｎＨであり、前記高反射領域の前記低屈折率薄膜の厚さは実質的にλＦ／４ｎＬであることがさらに望ましい。
【００１７】
また、前記標的ＤＮＡに表示された蛍光物質のエミッション波長をλＦとし、前記低屈折率薄膜の屈折率をｎＬとする時、前記低反射領域の厚さは実質的にλＦ／４ｎＬの奇数倍であることが望ましい。
【００１８】
そして、前記高屈折率薄膜は２.０〜２.５範囲の屈折率を有するＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２及びＴａ２Ｏ５よりなる群から選択された何れか１つの金属酸化物よりなることができる。
【００１９】
また、前記基板はシリコンウェーハ、ガラス、石英及びプラスチックよりなる群から選択された何れか１つよりなることができる。
【００２０】
また、前記高反射領域と低反射領域との表面には前記ＤＮＡプローブを固定させるためのコーティング膜が形成でき、前記コーティング膜はアミン基とアルデヒド基のうち何れか１つよりなることが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるＤＮＡチップは高反射領域と低反射領域とを有する多層薄膜構造で製造される。ＤＮＡプローブと標的ＤＮＡとの混成化反応による混成化シグナルは高反射領域での高い反射率によってその強度がさらに高まり、背景シグナルは低反射領域での低い反射率によってその強度がさらに低くなる。したがって、混成化シグナルの検出感度が高まるようになってさらに正確な混成化シグナルが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付された図面を参照しながら本発明による多層薄膜構造を有するＤＮＡチップの望ましい実施例を詳細に説明する。以下の図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００２３】
図３は、本発明の望ましい第１実施例によるＤＮＡチップの平面構造を概略的に示した斜視図であり、図４は、図３に示されたＤＮＡチップの積層構造を示した部分断面図である。
【００２４】
図３及び図４を共に参照すれば、本発明の第１実施例によるＤＮＡチップ１００は、基板１１０と、前記基板１１０上に備えられた高反射領域Ｈ及び低反射領域Ｌと、少なくとも前記高反射領域Ｈの表面に固定されたＤＮＡプローブ１４０と、を具備する。
【００２５】
前記高反射領域Ｈは基板１１０の反射率より高い反射率を有する領域であって、基板１１０上に多数の高反射領域Ｈがマイクロアレイ状に配列される。そして、前記低反射領域Ｌは基板１１０の反射率より低い反射率を有する領域であって、基板１１０上に多数の高反射領域Ｈそれぞれの周囲に形成される。
【００２６】
前記基板１１０としては、屈折率が３.５であるシリコンウェーハが使われることができる。一方、前記基板１１０としてシリコンウェーハの代りにガラス、石英またはプラスチックなどの固体基板を使用することもできる。
【００２７】
前記基板１１０上には相対的に低い屈折率を有する第１薄膜１２１が積層される。前記第１薄膜１２１は、例えば、屈折率が１.４５であるシリコン酸化物よりなることができる。
【００２８】
前記第１薄膜１２１上には相対的に高い屈折率を有する第２薄膜１２２と相対的に低い屈折率を有する第３薄膜１２３とが積層される。具体的に、前記高反射領域Ｈでは第１薄膜１２１上に高屈折率の第２薄膜１２２が形成され、前記低反射領域Ｌでは第１薄膜１２１上に低屈折率の第３薄膜１２３が形成される。前記第２薄膜１２２は例えば、屈折率が２.３であるチタン酸化物よりなることができ、前記第３薄膜１２３は第１薄膜１２１のように屈折率が１.４５であるシリコン酸化物よりなることができる。一方、前記第２薄膜１２２はＴｉＯ２だけでなく２.０〜２.５範囲の屈折率を有するＺｒＯ２、ＣｅＯ２またはＴａ２Ｏ５のような金属酸化物よりなることもできる。
【００２９】
したがって、前記高反射領域Ｈは低屈折率の第１薄膜１２１と高屈折率の第２薄膜１２２とが順次積層された構造を有し、前記低反射領域Ｌは低屈折率の第１及び第３薄膜１２１、１２３が積層された構造を有する。
【００３０】
前記したように高反射領域Ｈは低屈折率の第１薄膜１２１と高屈折率の第２薄膜１２２とが順次積層された多層薄膜の構造を有するが、このような多層薄膜の反射率は基板１１０の反射率より高まるとよく知られている。
【００３１】
以下では、このような多層薄膜の反射率について下記の数学式（１）、（２）及び（３）を参照して簡略に説明する。
【００３２】
まず、下記数学式（３）は入射光の電場ベクトルの振幅Ｂと磁場ベクトルの振幅Ｃとをマトリックスフォームに示したものである。
【００３３】
【数１】
2004317517.tif 000003
前記の数学式（１）で、ｑは、積層された薄膜の数を示し、ｎｒとｎｍは、それぞれ薄膜の屈折率と基板の屈折率とを示す。そして、δｒは、薄膜の厚さをｄとする時、（２πｎｒ?ｄ）／λと表現される。ここで、λは、入射光の波長を示す。
【００３４】
前記数学式（１）から多層薄膜の反射率Ｒに関する下記数学式（２）が誘導できる。
【００３５】
【数２】
2004317517.tif 000004
そして、Ｃ／ＢをアドミタンスＹと定義すれば、前記の数学式（２）は下記数学式（３）に変換できる。
【００３６】
【数３】
2004317517.tif 000005
前記した数学式（１）、（４）及び（３）から低屈折率の薄膜と高屈折率の薄膜とが積層された多層薄膜の反射率は基板の反射率より高まることが分かる。特に、薄膜の層数が多いほどその反射率は順次高まることも分かる。
【００３７】
そして、低屈折率の薄膜と高屈折率の薄膜とがそれぞれ１／４波長の光学厚さを有する場合に、多層薄膜の反射率が最も高まることも知られている。したがって、低屈折率の薄膜と高屈折率の薄膜それぞれは下数学式（４）を満足する厚さを有することが望ましい。
【００３８】
【数４】
2004317517.tif 000006
前記の数学式（４）で、ｎｒは、薄膜の屈折率を示し、ｄｍは薄膜の厚さを示し、λは入射光の波長を示す。
【００３９】
また図４を参照すれば、本発明の第１実施例において、前記高反射領域Ｈの低屈折率の第１薄膜１２１と高屈折率の第２薄膜１２２それぞれの厚さは前記の数学式（４）を利用して下記のように定められることが望ましい。
【００４０】
後述する蛍光物質１５２のエミッション波長をλＦとし、前記低屈折率の第１薄膜１２１の屈折率をｎＬとする時、前記第１薄膜１２１の厚さは約λＦ／４ｎＬの７０％〜１３０％程度の範囲内で定められる。そして、前記高屈折率の第２薄膜１２２の屈折率をｎＨとする時、前記第２薄膜１２２の厚さは約λＦ／４ｎＨの７０％〜１３０％程度の範囲内で定められる。前記第１薄膜１２１と第２薄膜１２２とをそれぞれλＦ／４ｎＬとλＦ／４ｎＨとの厚さに合せることが最も望ましいが、基板１１０上に第１薄膜１２１と第２薄膜１２２とを数十ｎｍ程度の厚さに正確に積層することは製造上、非常に困難である。また、第１薄膜１２１と第２薄膜１２２との厚さが最も望ましい厚さの７０％〜１３０％程度の範囲を有するとしても、その範囲内では図７のグラフに示されたように基板１１０の反射率に比べて十分に高い高反射領域Ｈの反射率が得られる。
【００４１】
一方、前記低反射領域Ｌは低屈折率の第１薄膜１２１と第３薄膜１２３とのみよりなるので、前記したような多層薄膜の特性を表せない。したがって、低反射領域Ｌの全体厚さは、薄膜の光学厚さが１／２波長の整数倍、すなわち、１／４波長の偶数倍である時、基板の反射率と同様になり、１／４波長の奇数倍である時、反射率が最も低くなる点を利用して決定する。
【００４２】
これによって、蛍光物質のエミッション波長をλＦとし、低屈折率の第１及び第３薄膜１２１、１２３の屈折率をｎＬとする時、低反射領域Ｌの全体厚さは実質的にλＦ／４ｎＬの奇数倍になることが最も望ましい。ただし、高反射領域Ｈの全体厚さと低反射領域Ｌの全体厚さとの段差が激しい場合には、低反射領域Ｌの全体厚さを前記段差を減らす方向に調節できる。この場合、低反射領域Ｌの全体厚さはその反射率が基板１１０の反射率より十分に低く現れる範囲内で調節されることが望ましい。
【００４３】
このように本発明の第１実施例によれば、高反射領域Ｈは基板１１０の反射率より高い反射率を表す一方、低反射領域Ｌは基板１１０の反射率より低い反射率を表す。
【００４４】
そして、前記高反射領域Ｈ上には既知の塩基配列を有する単一束のＤＮＡプローブ１４０が前述したような多様な方法によって固定される。このために、高反射領域Ｈと低反射領域Ｌとの表面にはアミン基またはアルデヒド基よりなるコーティング膜１３０が形成される。
【００４５】
一方、図面にはＤＮＡプローブ１４０が高反射領域Ｈ上にのみ固定されていると示されているが、前記ＤＮＡプローブ１４０は高反射領域Ｈだけでなく低反射領域Ｌ上にも固定されうる。さらに説明すれば、前者の場合にはＤＮＡプローブ１４０が高反射領域Ｈ上にのみ固定されているので、標的ＤＮＡ１５０をＤＮＡチップ１００の前表面に流せば、高反射領域Ｈ上でのみ混成化反応が起きる。一方、後者の場合にはＤＮＡプローブ１４０が高反射領域Ｈだけでなく低反射領域Ｌ上にも固定されているので、標的ＤＮＡ１５０を高反射領域Ｈ上にのみ滴下することによって高反射領域Ｈ上でのみ混成化反応が起きる。
【００４６】
このような構成を有する本発明の第１実施例によるＤＮＡチップ１００の表面に蛍光物質１５２で表示された標的ＤＮＡ１５０を結合反応させた時、ＤＮＡプローブ１４０と標的ＤＮＡ１５０との相互間に塩基配列の対が合えば、混成化されて２重らせん構造を形成する。この時、ＤＮＡプローブ１４０と標的ＤＮＡ１５０との塩基配列の相補的な程度によって相異なる混成化程度を表す。次いで、洗浄過程を経れば、ＤＮＡプローブ１４０と混成化されて２重らせん構造を形成した標的ＤＮＡ１５０のみＤＮＡチップ１００上に残存し、２重らせん構造を形成できなかった標的ＤＮＡは除去される。しかし、この時、低反射領域Ｌにも蛍光物質１５２で表示された標的ＤＮＡ１５０が完全に除去されず、少量残存する恐れがある。
【００４７】
次いで、ＬＥＤ、ＬＤまたはハロゲンランプなどの光源（図示せず）から励起光を照射すれば、蛍光物質１５２は励起され、ストークスの法則によって励起波長より長い波長、すなわちエミッション波長λＦを有する蛍光シグナルが蛍光物質１５２から発散され、発散された蛍光シグナルは光検出器１６０で検出される。
【００４８】
前記蛍光シグナルの強度ＳＦは下数学式（５）に表すことができる。
【００４９】
【数５】
2004317517.tif 000007
前記の数学式（５）で、Ｆ（λ）は蛍光シグナルの振幅を波長の関数で表現したものである。
【００５０】
ところが、光検出器１６０で検出される高反射領域Ｈの混成化シグナルには、蛍光物質１５２から直接発散される前記蛍光シグナルだけでなく高反射領域Ｈの多層薄膜から反射される蛍光シグナルの反射シグナルも含まれる。
【００５１】
したがって、高反射領域Ｈの混成化シグナルの強度ＳＨは下数学式（６）に表すことができる。
【００５２】
【数６】
2004317517.tif 000008
前記の数学式（６）で、ＲＨ（λ）は前記した数学式（１）、（２）及び（３）から算出された高反射領域Ｈの反射率ＲＨを波長の関数で表現したものである。
【００５３】
前記の数学式（６）を見れば、高反射領域Ｈの反射率ＲＨが高まるほど反射シグナルの強度が高まり、これによって混成化シグナルの強度ＳＨも高まることが分かる。
【００５４】
一方、光検出器１６０で検出される低反射領域Ｌの背景シグナルには、前述したように低反射領域Ｌに残存する蛍光物質による蛍光シグナルと、その蛍光シグナルの反射シグナルとが含まれ、また光源から照射される励起光の反射シグナルも含まれる。したがって、低反射領域Ｌの背景シグナルの強度ＳＢは下数学式に表すことができる。
【００５５】
【数７】
2004317517.tif 000009
前記の数学式（７）で、Ｉ（λ）は光源から照射される励起光の振幅を波長（λ）の関数で表したものであり、ＲＬ（λ）は前記した数学式（１）、（２）及び（３）から算出された低反射領域Ｌの反射率ＲＬを波長の関数で表現したものである。
【００５６】
前記の数学式（７）を見れば、低反射領域Ｌの反射率ＲＬが低くなるほど反射シグナルの強度が低くなり、これによって背景シグナルの強度ＳＢも低くなることが分かる。
【００５７】
前記したように本発明によれば、ＤＮＡプローブ１４０と標的ＤＮＡ１５０との混成化反応による混成化シグナルの強度ＳＨは高反射領域Ｈでの高い反射率ＲＨによってさらに高まり、ノイズとして作用する背景シグナルの強度ＳＢは低反射領域Ｌでの低い反射率ＲＬによってさらに低くなる。したがって、光検出器１６０での混成化シグナルの検出感度が高まる。
【００５８】
図５は、本発明の望ましい第２実施例によるＤＮＡチップの積層構造を示した部分断面図である。前述した本発明の第１実施例で高反射領域と低反射領域とはそれぞれ２つの薄膜よりなるが、図５に示された本発明の第２実施例では高反射領域と低反射領域それぞれはさらに多くの薄膜よりなる点にその特徴がある。
【００５９】
図５を参照すれば、本発明の第２実施例によるＤＮＡチップ２００において、高反射領域Ｈは基板２１０上に低屈折率の第１薄膜２２１と高屈折率の第２薄膜２２２とが交互に複数回積層されてなる。そして、低反射領域Ｌは基板２１０上に低屈折率の第１薄膜２２１とやはり低屈折率の第３薄膜２２３とが複数回積層されてなる。
【００６０】
前記基板２１０としては前述した第１実施例でのように屈折率が３.５であるシリコンウェーハまたはガラス、石英、プラスチックなどの固体基板が使われうる。そして、前記高屈折率の第２薄膜２２２と低屈折率の第１及び第３薄膜２２１、２２３それぞれも前述した第１実施例でのようにチタン酸化物とシリコン酸化物とよりなることができる。
【００６１】
前記高反射領域Ｈの低屈折率の第１薄膜２２１と高屈折率の第２薄膜２２２それぞれの厚さは前述した第１実施例と同じ方式で決定される。また、前記低反射領域Ｌの全体厚さも前述した第１実施例と同じ方式で決定される。ただ、高反射領域Ｈの全体厚さが厚くなるにつれて低反射領域Ｌは実質的にλＦ／４ｎＬの３倍、５倍または７倍など奇数倍の厚さを有する。
【００６２】
前記高反射領域Ｈと低反射領域Ｌとの表面にはＤＮＡプローブ２４０を固定させるためにアミン基またはアルデヒド基よりなるコーティング膜１３０が形成され、少なくとも前記高反射領域Ｈ上には既知の塩基配列を有する単一束のＤＮＡプローブ２４０が固定される。
【００６３】
このような構成を有する本発明の第２実施例によるＤＮＡチップ２００において、前記高反射領域Ｈは低屈折率の第１薄膜２２１と高屈折率の第２薄膜２２２とが交互に複数回積層された構造を有するので、前記した数学式（１）、（２）及び（３）を参照して説明したように高反射領域Ｈの反射率はさらに高まる。
【００６４】
したがって、前記ＤＮＡチップ２００の表面に蛍光物質２５２で表示された標的ＤＮＡ２５０を結合反応させた時、ＤＮＡプローブ２４０と標的ＤＮＡ２５０との混成化反応による混成化シグナルの強度ＳＨが第１実施例よりさらに高まって光検出器２６０での混成化シグナルの検出感度がさらに高まるようになる。
【００６５】
図６は、本発明の望ましい第３実施例によるＤＮＡチップの積層構造を示した部分断面図である。前述した本発明の第１実施例と第２実施例とで低反射領域は複数の層で積層された低屈折率薄膜よりなるが、図６に示された本発明の第３実施例では低反射領域が１層の低屈折率薄膜よりなる点にその特徴がある。
【００６６】
図６を参照すれば、本発明の第３実施例によるＤＮＡチップ３００において、高反射領域Ｈは基板３１０上に順次積層された低屈折率の第１薄膜３２１と高屈折率の第２薄膜３２２とよりなる。前記第１薄膜３２１と第２薄膜３２２とは第２実施例でのように交互に複数回積層されうる。
【００６７】
そして、低反射領域Ｌは基板３１０上に積層された１層の低屈折率の第３薄膜３２３よりなる。
【００６８】
高反射領域Ｈの第１及び第２薄膜３２１、３２２と低反射領域Ｌの第３薄膜３２３それぞれの物質と厚さとは前述した実施例と同一であり、高反射領域Ｈと低反射領域Ｌとの表面にコーティング膜３３０が形成される点と高反射領域Ｈ上に既知の塩基配列を有する単一束のＤＮＡプローブ３４０が固定される点も前述した実施例と同一である。
【００６９】
これによって本発明の第３実施例によるＤＮＡチップ３００も前述した実施例と同じ効果を有する。さらに、前記したように低反射領域Ｌが１層の低屈折率薄膜３２３よりなるので、ＤＮＡチップ３００の製造において薄膜の積層が前述した実施例より容易な長所がある。
【００７０】
以下では、図４に示された本発明の第１実施例によるＤＮＡチップ１００での高反射領域Ｈ及び低反射領域Ｌそれぞれの反射率と、これによる混成化シグナル及び背景シグナルの強度に関する実験結果を説明する。
【００７１】
この実験で、基板１１０としては、屈折率が３.５であるシリコンウェーハが使われ、低屈折率の第１薄膜１２１と第３薄膜１２３としては、屈折率ｎＬが１.４５であるシリコン酸化物を使用し、高屈折率の第２薄膜１２２としては、屈折率ｎＨが２.３であるチタン酸化物を使用した。標的ＤＮＡ１５０の蛍光物質１５２としてはエミッション波長λＦが５５０ｎｍであるものが使われた。
【００７２】
そして、前記した高反射領域Ｈの薄膜厚さ決定方式によって第１薄膜１２１は９４.１８ｎｍ（λＦ／４ｎＨの約９９％）の厚さを有するように積層され、第２薄膜１２２は５７.６５ｎｍ（λＦ／４ｎＬの約９６％）の厚さを有するように積層された。一方、前記した低反射領域Ｌの厚さ決定方式によれば、第３薄膜１２３はないことが望ましいが、前述したように高反射領域Ｈと低反射領域Ｌの厚さの差による段差を最小化するために、第３薄膜１２３を２９.２６ｎｍの厚さを有するように積層して低反射領域Ｌの全体厚さを１２３.４４ｎｍ（λＦ／４ｎＬの約１３０％）とした。
【００７３】
前記したように構成されたＤＮＡチップ１００の高反射領域Ｈと低反射領域Ｌそれぞれの反射率ＲＨ、ＲＬを前記した数学式（１）、（２）及び（３）によって計算してみれば、図７のようなグラフが得られる。
【００７４】
図７のグラフを見れば、高反射領域Ｈの反射率は約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲で基板の反射率より高いことが分かる。特に、高反射領域Ｈの反射率は蛍光物質のエミッション波長λＦである５５０ｎｍ付近で最も高く現れることが分かる。
【００７５】
そして、図８のグラフを見れば、低反射領域Ｌの反射率は約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲で基板の反射率より低いことが分かる。ところが、低反射領域Ｌの反射率は約７００ｎｍの波長付近で最も低く現れるが、これは低反射領域Ｌの全体厚さを前記したようにλＦ／４ｎＬの約１３０％とした結果である。しかし、蛍光物質のエミッション波長λＦである５５０ｎｍ付近でも低反射領域Ｌの反射率は基板の反射率に比べて十分に低いことが分かる。
【００７６】
前記したような反射率を有する高反射領域Ｈの混成化シグナルの強度ＳＨと低反射領域Ｌの背景シグナルの強度ＳＢとを前記した数学式（５）、（６）及び（７）によって計算してみれば、下記表１のような結果が得られる。
【００７７】
【表１】
2004317517.tif 000010
表１を見れば、本発明によるＤＮＡチップの高反射領域Ｈから検出される混成化シグナルの強度ＳＨは従来のシリコン基板に比べて約３８.５％増加したことが分かり、本発明によるＤＮＡチップの低反射領域Ｌから検出される背景シグナルの強度ＳＢは従来のシリコン基板に比べて約２１,３％減少したことが分かる。
【００７８】
したがって、混成化シグナルの検出感度と直接的に関係する混成化シグナルの強度対背景シグナルの強度の比率ＳＨ／ＳＢは本発明によるＤＮＡチップで従来に比べて約７４.２％増加する。
【００７９】
このように混成化シグナルの検出感度が高まれば、さらに正確な混成化シグナルが得られるので、標的ＤＮＡの塩基配列をさらに正確に分析できる。
【００８０】
本発明は開示された実施例を参考で説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これによって多様な変形及び均等な他の実施例が可能である点が理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、ＤＮＡプローブと標的ＤＮＡとの混成化反応による混成化シグナルの検出感度が高められる構造を有するＤＮＡチップに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】従来のＤＮＡチップの一例を概略的に示した斜視図である。
【図２】図１に示された従来のＤＮＡチップの部分断面図である。
【図３】本発明の望ましい第１実施例によるＤＮＡチップの平面構造を概略的に示した斜視図である。
【図４】図３に示されたＤＮＡチップの積層構造を示した部分断面図である。
【図５】本発明の望ましい第２実施例によるＤＮＡチップの積層構造を示した部分断面図である。
【図６】本発明の望ましい第３実施例によるＤＮＡチップの積層構造を示した部分断面図である。
【図７】図４に示された本発明の第１実施例によるＤＮＡチップで高反射領域の反射率を基板の反射率と比較して示したグラフである。
【図８】図４に示された本発明の第１実施例によるＤＮＡチップで低反射領域の反射率を基板の反射率と比較して示したグラフである。
【符号の説明】
【００８３】
１００    ＤＮＡチップ
１１０    基板
１２１    第１薄膜
１２２    第２薄膜
１２３    第３薄膜
１３０    コーティング膜
１４０    ＤＮＡプローブ
１５０    標的ＤＮＡ
１５２    蛍光物質
１６０    光検出器
ＳＨ    混成化シグナルの強度
ＳＢ    背景シグナルの強度
Ｌ    低反射領域
Ｈ    高反射領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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