(57)【要約】【目的】表面の濡れ性に優れ、生化学物質の固定化が容易であり、ＤＮＡチップ、プロテインチップ等の生化学物質固定用基板として好適に用いることができるアモルファスカーボン性基板を提供する。【構成】アモルファスカーボンからなる基板であって、基板表面の水に対する接触角が７０°以下であることを特徴とする生化学物質固定用アモルファスカーボン基板。また、熱硬化性樹脂を炭化して得たアモルファスカーボンを、酸化雰囲気中２５０℃〜５００℃で熱処理することを特徴とする生化学物質固定用アモルファスカーボン基板の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファスカーボンからなる基板であって、基板表面の水に対する接触角が７０°以下であることを特徴とする生化学物質固定用アモルファスカーボン基板。
【請求項２】
熱硬化性樹脂を炭化して得たアモルファスカーボンを、酸化雰囲気中２５０℃〜５００℃で熱処理することを特徴とする生化学物質固定用アモルファスカーボン基板の製造方法。
【請求項３】
前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の生化学物質固定用アモルファスカーボン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＤＮＡチップやプロテインチップ等に用いられる、濡れ性の高い生化学物質固定用アモルファスカーボン基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＮＡチップによる遺伝子解析法が開発され、遺伝子解析の速度が飛躍的に向上すると期待されている。また、ＤＮＡチップ法はプロテインチップとしてタンパク質解析にも応用されている。こうしたチップの基板材料としては、ガラス、シリコン、各種ポリマー等が用いられてきている。
【０００３】
ＤＮＡチップやプロテインチップでは基板の表面にそれぞれＤＮＡおよびタンパク質といった生化学物質を固定化している。固定化の方法は、例えば、生化学物質との親和性が高い固定化剤を基板表面に塗布した後、生化学物質を固定化する方法や、生化学物質と共有結合を形成できる官能基を基板表面に導入した後、生化学物質を共有結合によって固定化する方法等がある。
【０００４】
ところで、アモルファスカーボン材料も基板材料として検討されており、「ＤＮＡチップ応用技術ＩＩ」（シーエムシー出版）には、アモルファスカーボン基板が、寸法安定性、強度、耐薬品性、表面平滑性、導電性等の点でＤＮＡチップ基板材料として優れた材料であることが示されている。これらの特性により、アモルファスカーボンを用いたＤＮＡチップは、検出精度や耐久性が高い等の特徴を持っている。しかしながら、従来のアモルファスカーボン基板は、基板表面が疎水性であるか、または親水性が十分ではなかったため、基板に固定化剤を塗布する際に、固定化剤溶液がはじかれて均一に塗布することが困難であるという問題があった。また、ＷＯ００／２２１０８には、ＤＮＡ等を固定化する基体として、非ダイヤモンド炭素を含むダイヤモンド、グラファイト、非晶質炭素、無定形炭素が挙げられている。ここでは、ポリイミド系材料からなるレジスト膜を蒸し焼きにして得られる水素を含有した非晶質炭素からなる薄板を、酸素プラズマにより表面酸化した後、塩素化、アルカリ中煮沸することにより試料表面をヒドロキシル基で置換、さらに塩化スクシニルと反応させ、マロン酸がエステル結合を介して結合した末端にカルボキシル基を有する基体とすることでＤＮＡを固定化しやすくなり、ＤＮＡ増幅反応操作の作業をきわめて容易にできるという記載がある。しかしながら、この方法は基体の調製工程が非常に複雑で実用的でないばかりでなく、ＤＮＡをマロン酸等のジカルボン酸を介して基板に結合させるため、固定化するＤＮＡの種類によっては、検出精度が低下する場合があるという問題があった。
【０００５】
一方、アモルファスカーボン材料に親水性を賦与する試みとしては、ＷＯ９９／４０６４２に、親水化ガス中で親水化処理して親水性を賦与した燃料電池用セパレータ及びその製造方法が開示されている。しかし、前記発明は燃料電池発電時の生成水が、水滴状となって燃料電池セルへの反応ガスの流通路を塞いでしまうのを防ぐことを目的としており、基板に溶液を均一に塗布することを目的としたものではなく、ＤＮＡチップ等の生化学物質固定用基板に関する記載もなかった。
【０００６】
このように、アモルファスカーボン基板は、ガラス基板等に比べて優れた特性を有しているにもかかわらず、これまで生化学物質固定用基板としては普及していなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題に対し、本発明はアモルファスカーボン基板の濡れ性を改善し、生化学物質の固定化を容易にするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、アモルファスカーボン基板に酸化処理を施すと濡れ性が向上し、生化学物質の固定化が容易になることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の要旨は、アモルファスカーボンからなる基板であって、水に対する接触角が７０°以下であることを特徴とする生化学物質固定用アモルファスカーボン基板である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の基板を構成するアモルファスカーボンとは、非晶質炭素あるいはガラス状炭素（グラッシーカーボン）とも呼ばれる等方性の炭素材料である。アモルファスカーボンは、真空中又は不活性ガス雰囲気中では２０００℃以上の耐熱性を有し、さらに軽量、高強度、高硬度、耐薬品性が高い、導電性を有する、ガス不透過性が高いといった特徴を有する材料であり、例えば、熱硬化性樹脂からなる成形品を炭化焼成して得ることができる。
【００１０】
熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フルフリルアルコール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、カルボジイミド樹脂等が挙げられ、これらの樹脂を単独で用いても、２種類以上を混合して用いても構わない。なかでもフェノール樹脂を用いることが好ましく、また、種々のフィラーを添加することもできる。添加するフィラーとしては、カーボンブラック、アモルファスカーボン、黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、フラーレン等の炭素系粉末、金属粉末、酸化チタン等の無機物粉末、有機物粉末等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに、酸化防止剤、滑剤等種々の添加剤、および熱可塑性樹脂を添加しても構わない。また、未硬化樹脂単独で用いても、未硬化樹脂と硬化樹脂を混合して用いても構わない。
【００１１】
上記の樹脂の成形方法は特に限定されないが、射出成形法、圧縮成形法、流延成形法等が挙げられ、中でも生産性の点から射出成形法が好ましい。
【００１２】
樹脂成形品の炭化は、不活性雰囲気中で熱処理することにより行われる。不活性雰囲気としては、窒素雰囲気中、アルゴン雰囲気中、真空等が挙げられるが、窒素雰囲気中、真空が好ましい。また、その雰囲気は流動していても静止していても構わない。炭化の際の熱処理温度としては４００℃〜３０００℃が好ましく、より好ましくは５００℃〜２０００℃である。熱処理温度が４００℃未満であると炭化が十分に進行せず、３０００℃を超えると黒鉛化が進行しすぎて、後の酸化処理が困難になることがあるため好ましくない。
【００１３】
本発明のアモルファスカーボン基板の水に対する接触角は７０°以下であり、より好ましくは１０°以上６０°以下である。接触角が７０°を超えると、濡れ性が低くアモルファスカーボン基板に溶液を均一に塗布することが困難となるため好ましくない。
【００１４】
アモルファスカーボン基板の水に対する接触角を７０°以下とする方法としては、例えば、基板表面を酸化処理する方法が挙げられる。酸化処理は、酸化雰囲気中で熱処理する方法、酸化剤を用いる方法等が挙げられるが、酸化雰囲気中で熱処理する方法が好ましい。酸化雰囲気としては、酸素雰囲気中、酸素を含んだ混合ガス雰囲気中、空気雰囲気中等が挙げられるが、空気雰囲気中が好ましい。また、その雰囲気は流動していても静止していても構わない。
【００１５】
酸化処理の際の熱処理温度としては２５０℃〜５００℃が好ましく、より好ましくは３５０℃〜４９０℃である。熱処理温度が２５０℃未満であると酸化が進行しにくくなり、５００℃を超えると酸化が進行しすぎて基板が損傷するため好ましくない。また、酸化剤としては、有機酸化剤、あるいは硝酸、硫酸、過酸化水素水等の無機酸化剤のいずれも用いることができ、酸化剤を直接基板に接触させる方法でも、酸化剤の溶液に基板を浸漬させる方法でも構わない。
【００１６】
本発明のアモルファスカーボン基板に塗布する、生化学物質を固定化するための固定化剤としては、生化学物質を固定化できる物質であれば特に限定されず、ポリリジン、ポリエチレンイミン、ポリアルキルアミン等のポリ陽イオンポリマー等を用いることができる。
【００１７】
また、酸化処理によって基板を改質した場合には、その表面にはカルボキシル基、水酸基等の酸素含有官能基が導入されるため、固定化剤を用いずにこれら官能基と生化学物質との共有結合によって、生化学物質を固定化することもできる。
【００１８】
本発明のアモルファスカーボン基板に固定化する生化学物質としては、ＤＮＡ、タンパク質等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに、固定化する生化学物質は、天然物、合成物のいずれでも構わない。
【００１９】
本発明の生化学物質固定化用アモルファスカーボン基板は、研究用途、診断用途等あらゆる用途に適用可能である。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
アモルファスカーボン基板の水に対する接触角は、協和界面化学社製のＣＡ−Ｓミクロ２型を用いて測定した。
また、アモルファスカーボン基板への溶液の塗布性の評価及びアモルファスカーボン基板上のスポットの蛍光強度の測定は、下記のようにして行った。
アモルファスカーボン基板をポリリジン溶液（シグマ社製）に室温で１時間浸漬した後取出し、目視にて塗布状態を観察して、塗布性を評価した。引き続き、遠心機で基板上の余分な溶液を除いた後、４０℃で５分間減圧乾燥した。末端に蛍光色素（Ｃｙ３）を導入したヒト遺伝子断片の１μｇ／μＬ、３×ＳＳＣ溶液をＡｆｆｙｍｅｔｒｉｘ　４１７　Ａｒｒａｙｅｒ（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社製）のスポッターを用いて、このアモルファスカーボン基板上にスポッティングした。基板を水蒸気にかざして表面を曇らせた後、９５℃のホットプレート上に載せ、曇りを取った。６０ｍＪのＵＶを照射した後、洗浄液（無水こはく酸　５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン　３１５ｍＬ、０．２Ｍ　Ｎａ２Ｂ４Ｏ７（ｐＨ８）　３５ｍＬ）及び蒸留水で洗浄し、乾燥した。その後、蛍光測定器ＧＴＭＡＳ−Ｓｃａｎ２（日本レーザー電子社製）を用いてアモルファスカーボン基板上のスポットの蛍光強度を測定した。
【００２１】
参考例
未硬化フェノール樹脂（Ｎタイプ、ユニチカ社製）に、中心粒径が１０μｍの真球状フェノール樹脂硬化物（Ｃタイプ、ユニチカ社製）を、フェノール樹脂硬化物を添加した全フェノール樹脂成形材料に対して、５０重量％混ぜた成形材料を、金型を用いて射出成形を行い、縦１２５ｍｍ×横１２５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの成形体を得た。この成形体を、高性能焼成炉を用い、窒素ガス雰囲気中１０００℃で炭化焼成して、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ、厚さ２．０ｍｍのアモルファスカーボン基板を得た。
得られたアモルファスカーボン基板の水に対する接触角、溶液の塗布性、蛍光強度を評価した結果を表１に示す。
【００２２】
実施例１
参考例で得られたアモルファスカーボン基板を、横型管状炉を用い、空気流量２Ｌ／分、昇温速度２００℃／ｈｒで４００℃まで昇温し、４００℃で１時間保持した後、加熱を停止し室温まで降温させることにより酸化処理を施した。
得られたアモルファスカーボン基板の水に対する接触角、溶液の塗布性、蛍光強度を評価した結果を表１に示す。
【００２３】
実施例２
参考例で得られたアモルファスカーボン基板を、横型管状炉を用い、空気流量２Ｌ／分、昇温速度２００℃／ｈｒで４５０℃まで昇温し、４５０℃で１時間保持した後、加熱を停止し室温まで降温させることにより酸化処理を施した。
得られたアモルファスカーボン基板の水に対する接触角、溶液の塗布性、蛍光強度を評価した結果を表１に示す。
【００２４】
実施例３
参考例で得られたアモルファスカーボン基板を、横型管状炉を用い、空気流量２Ｌ／分、昇温速度２００℃／ｈｒで４７０℃まで昇温し、４７０℃で１時間保持した後、加熱を停止し室温まで降温させることにより酸化処理を施した。
得られたアモルファスカーボン基板の水に対する接触角、溶液の塗布性、蛍光強度を評価した結果を表１に示す。
【００２５】
比較例１
参考例で得られたアモルファスカーボン基板を、横型管状炉を用い、空気流量２Ｌ／分、昇温速度２００℃／ｈｒで５５０℃まで昇温し、５５０℃で１時間保持した後、加熱を停止し室温まで降温させることにより酸化処理を施した。
しかし、こうして得られたアモルファスカーボン基板は基板表面の損傷が激しく、以後の使用に供することができなかった。
【００２６】
比較例２
参考例で得られたアモルファスカーボン基板を、横型管状炉を用い、空気流量２Ｌ／分、昇温速度２００℃／ｈｒで２００℃まで昇温し、２００℃で１時間保持した後、加熱を停止し室温まで降温させることにより酸化処理を施した。
得られたアモルファスカーボン基板の水に対する接触角、溶液の塗布性、蛍光強度を評価した結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2004045144.tif 000002
【００２８】
【発明の効果】
本発明のアモルファスカーボン基板は、濡れ性に優れるため、生化学物質の固定化が容易であり、ＤＮＡチップ、プロテインチップ等の生化学物質固定用基板として好適に用いることができる。