(57)【要約】【課題】  金属を点在させて電気伝導度に優れたＣＮＴおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  （ａ）カルボキシル基を有するＣＮＴを提供する工程；（ｂ）上記ＣＮＴのカルボキシル基をアミノ基およびチオール基を同時に有する化学物質のアミノ基と結合させてチオール基に改質されたＣＮＴを得る工程；（ｃ）上記工程で得られたチオール基に改質されたＣＮＴのチオール基に金属を結合させる工程を含む金属が点在している伝導性ＣＮＴの製造方法を提供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を含む金属が点在された伝導性ＣＮＴの製造方法：
（ａ）カルボキシル基を有するＣＮＴを提供する工程；
（ｂ）該ＣＮＴのカルボキシル基をアミノ基とチオール基を同時に有する化学物質のアミノ基と結合させ、チオール基で改質されたＣＮＴを得る工程；および
（ｃ）該工程で得られたチオール基で改質されたＣＮＴのチオール基に金属を結合させる工程。
【請求項２】
請求項１において、（ｃ）工程はチオール基で改質されたＣＮＴに金属ナノ粒子あるいはコロイドを反応させた後、還元させることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２において、金属は金（Ａｕ）であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１において、アミノ基とチオール基を同時に有する化学物質はＮＨ２−Ｒ１−ＳＨ（ここで、ＲはＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類または、芳香族有機基であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４の方法で製造され、ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する金属が点在している伝導性ＣＮＴ（ここで、Ｍは金属を示し、ｒは１以上の自然数でありＲ１は請求項４に定義されたようである）。
【請求項６】
下記の工程を含む伝導性ＣＮＴパターンの製造方法：
（ａ）表面にチオール基がパターン形で露出された基材を提供する工程；
（ｂ）該基材の表面のチオール基に請求項５の伝導性ＣＮＴの金属を結合させる工程；（ｃ）該結合された伝導性ＣＮＴに請求項５の伝導性ＣＮＴを結合させ、伝導性ＣＮＴを積層する工程；および
（ｄ）該（ｃ）工程を繰り返す工程。
【請求項７】
下記の工程を含む伝導性ＣＮＴフイルムの製造方法：
（ａ）表面にチオール基が露出された基材を提供する工程；
（ｂ）該基材の表面のチオール基に請求項５の伝導性ＣＮＴの金属を結合させる工程；（ｃ）該結合された伝導性ＣＮＴに請求項５の伝導性ＣＮＴを結合させ、伝導性ＣＮＴを積層する工程；および
（ｄ）該（ｃ）工程を繰り返して伝導性ＣＮＴ密度を高める工程。
【請求項８】
請求項６または７において、（ａ）工程は伝導性ＣＮＴを積層させる基材表面にアミノ官能基を露出させたあと、カルボキシル基とチオール基を同時に有する化学物質で処理して、該基材上のアミノ基と前記化合物のカルボキシル基の間にアミド結合を形成させることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８において、前記カルボキシル基とチオール基を同時に有する化学物質はＨＯＯＣ−Ｒ２−ＳＨ（ここでＲ２はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８において、表面にアミノ官能基が露出した基材は基材をアミノアルキルオキシシランで処理して得られたものであることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項６または７において、（ｃ）工程は二重チオール官能基を有するリンカーを利用することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１において、二重チオール官能基を有するリンカーはＨＳ−Ｒ３−ＳＨであることを特徴とする方法（ここでＲ３はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）。
【請求項１３】
請求項６の方法で製造され、基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴパターン（ここで、ｐとｑは１以上の自然数であり、Ｒ２およびＲ３はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）。
【請求項１４】
請求項７の方法で製造され、基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴフィルム（ここで、ｐとｑは１以上の自然数であり、Ｒ２およびＲ３はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）。
【請求項１５】
（ａ）ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する伝導性ＣＮＴ（ここで、Ｍは金属を示し、ｒは１以上の自然数であり、Ｒ１はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）；
（ｂ）基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴパターン（ここで、ｐとｑは１以上の自然数であり、Ｒ２およびＲ３はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）；および
（ｃ）基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴフィルムで構成された群から選択されたいずれか一つに標的バイオ物質と結合するか、反応するバイオレセプターが取り付けられていることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−バイオセンサー。
【請求項１６】
請求項１５において、バイオレセプターは酵素基質、リガンド、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、核酸、脂質、コファクターまたは炭水化物であることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−バイオセンサー。
【請求項１７】
請求項１５において、バイオレセプターはチオール基を有することを特徴とする伝導性ＣＮＴ−バイオセンサー。
【請求項１８】
請求項１５において、金属（Ｍ）は金（Ａｕ）であることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−バイオセンサー。
【請求項１９】
（ａ）ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する伝導性ＣＮＴ（ここで、Ｍは金属を示し、ｒは１以上の自然数であり、Ｒ１はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）；
（ｂ）基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴパターン（ここで、ｐとｑは１以上の自然数であり、Ｒ２およびＲ３はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）；および
（ｃ）基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴフィルムで構成された群から選択されたいずれか一つに標的バイオ物質と結合するか、反応するバイオレセプターが取り付けられていることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−バイオセンサーの製造方法。
【請求項２０】
請求項１５乃至請求項１９の中のいずれか一つのＣＮＴ−バイオセンサーを利用することを特徴とするバイオレセプターと結合するか、反応する標的バイオ物質の検出方法。
【請求項２１】
請求項２０において、検出は電気的信号を利用することを特徴とする方法。
【請求項２２】
ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する伝導性ＣＮＴの金属（Ｍ）に核酸が取り付けられていることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−Ｍ−核酸複合体。
【請求項２３】
請求項２２において、金属は金（Ａｕ）であることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−Ａｕ−核酸複合体。
【請求項２４】
請求項２３において、核酸はＤＮＡであることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−Ａｕ−核酸複合体。
【請求項２５】
アミン／リジン基が表面に取り付けられている基材に請求項２２の伝導性ＣＮＴ−Ｍ−核酸複合体を固定させることを特徴とする核酸チップの製造方法。
【請求項２６】
請求項２５において、前記固定は紫外線（ＵＶ）照射による架橋を利用することを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２４の伝導性ＣＮＴ−Ａｕ−核酸複合体がアミン／リジン基が表面に取り付けられている基材に固定されていることを特徴とするＤＮＡチップ。
【請求項２８】
請求項２７のＤＮＡチップを利用することを特徴とするＤＮＡハイブリッド化反応の検出方法。
【請求項２９】
ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する伝導性ＣＮＴの金属（Ｍ）に酵素基質が取り付けられていることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−Ｍ−核酸複合体。
【請求項３０】
請求項２９において、酵素基質はキナーゼの基質ペプチド（ＳＰ）であることを特徴とする複合体。
【請求項３１】
請求項３０の伝導性ＣＮＴ−Ｍ−ＳＰ複合体を利用することを特徴とするキナーゼが関与する酵素反応の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルボキシル化した炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）に化学的官能基を用いて金属ナノ結晶を点在（ｄｏｔ）させて得られる伝導性ＣＮＴ、上記伝導性ＣＮＴを基材上に高い表面密度を有するように繰り返して積層することを特徴とする伝導性ＣＮＴのパターン又はフィルムの製造方法、上記伝導性ＣＮＴ、上記伝導性ＣＮＴのパターンあるいは上記伝導性ＣＮＴのフィルムに標的バイオ分子と結合するバイオレセプターが選択的に取り付けられているバイオセンサーおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＮＴとは、地球上に多量に存在する炭素からなる炭素同素体であり、一つの炭素が他の炭素原子と六角形の蜂の巣柄に結合されてチューブ形状になっている物質であって、チューブの直径がナノメートル（ｎｍ＝１０億分の１メートル）レベルの極めて小さな領域の物質である。ＣＮＴは、優秀な機械的特性、電気的選択性、優れた電界放出特性、高效率の水素貯蔵媒体特性などを有しながら、現存する物質の中で欠陷がほとんどない完璧な新素材として知られている。
【０００３】
ＣＮＴは、各種装置の電子放出源（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｅｍｉｔｔｅｒ）、ＶＦＤ（ｖａｃｕｕｍ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｄｉｓｐｌａｙ）、白色光源、ＦＥＤ（ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙ）、リチウムイオン２次電池電極，水素貯蔵燃料電子，ナノワイヤ、ナノカプセル、ナノピンセットＡＦＭ／ＳＴＭチップ（ｔｉｐ），単電子素子，ガスセンサー，医・工学用微細部品，高機能複合体等で無限な応用可能性を見せている。ＣＮＴは、このように力学的強固性と化学的安全性に優れ、半導体および導体の性質を持ちいられ、直軽が短いし、長さが相対的に非常に長い特性を持ち、平板表示素子、トランジスター、エネルギー貯蔵体などの素材とナノサイズの各種センサーへの応用性が非常に高い。
【０００４】
上記表現した特性をより多様に応用するために単一壁ＣＮＴは強酸を用いてナノチューブ欠片に切られた。このように切られたＣＮＴは、オープンされたチューブ末端（ｅｎｄ）および横面（ｓｉｄｅｗａｌｌ）の一部に主に−ＣＯＯＨ化学的な官能基を有する。このような化学的な官能基を用いて多様な物質を化学的に結合してＣＮＴの性質を改質することもあった。さらに化学的機作によってＣＮＴの官能基を−ＳＨ基に置き換えた後、金の表面に微細接触印刷（ｍｉｃｒｏ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）を利用してパターン化した報告（非特許文献１８参照）と、静電気的方法（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｍｅｔｈｏｄ）を利用してＣＮＴを表面に多重膜で固着させた報告とがある（非特許文献２０参照）。しかし、上記はＣＮＴの表面密度が低く結合力が弱いという短所を持ち、後者は選択的に表面に固定するパターニング方法を適用することができないという致命的な短所を持っている。したがって、新しい形状の表面固定法の開発が切実に要求されている。
【０００５】
一方、大部分の病気は遺伝子レベルでなくタンパク質レベルから誘発されるので、現在開発されているか、あるいは開発中にある医薬品の９５％以上がタンパク質をターゲットとしている。従って、特定のタンパク質およびリガンドに相互作用する生体分子の機能を明らかにし、タンパク質の機能分析およびネットワーク分析を通して得られた資料に基づいて、古典的な方法ではできなかった病気に対する治療および予防法を開発する研究に必須的なものが効率的なタンパク質−タンパク質およびタンパク質−リガンド間の反応検出技術である。
【０００６】
これまで進行されてきたタンパク質−タンパク質間の反応検出技術はタンパク質チップ技術であり、目的タンパク質に親和性タグを利用して生体分子の配向性（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を分子レベルで調節して、均一で安定したタンパク質の単一層を支持体表面に特異的に固定した後、タンパク質−タンパク質間の相互作用を分析する技術であると言える（非特許文献３、１２および２８参照）。
【０００７】
最近、ＣＮＴにバイオ物質を固定した上で、ＣＮＴの電気化学的な変化を利用して蛋白質−蛋白質および蛋白質−リガンドの間の反応を検出する研究が進められている（非特許文献２、９、１０および２３参照）。蛋白質−リガンド反応として代表的な例としては、アビジン−ビオチン反応が挙げられるが、Ｓｔａｒなどは、高分子に処理された気質上にＣＮＴを用いてチャンネルを形成した後、電気化学的な方法でストレブトアビジンの結合を測定した（非特許文献２２参照）。
【０００８】
高密度のＣＮＴマルチレイヤーを作ってその上にＤＮＡを固定した後、相補的に結合するＤＮＡを検出する方法は、ゲノム分析（ｇｅｎｏｔｙｐｉｎｇ）、突然変異検索（ｍｕｔａｔｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）、病原性菌診断（ｐａｔｈｏｇｅｎ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などに有用である。ＰＮＡ（ｐｅｐｔｉｄｅ  ｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ：ＤＮＡ類似体）を単一壁（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌｅｄ）ＣＮＴに位置特異的に固定し、プローブＤＮＡと相補的に結合することを検出した報告がある（非特許文献２９参照）。また、化学的な方法を用いてオリゴヌクレオチドをＣＮＴアレーに固定し、グアニン酸化（ｇｕａｎｉｎｅ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）方法を用いてＤＮＡを検出した例もある（非特許文献１６参照）。しかし、これらはＣＮＴをバイオチップの作製および開発に適用したのではない。
【０００９】
最近、ＣＮＴを用いた高用量のバイオ分子検出センサー（特許文献２参照）が知られている。気質上に化学的連結体を使用して複数のＣＮＴを配列し、様々な種類のリセプターを結合させて得られるマルチチャンネル型バイオチップに関するものであるが、比較的電気伝導度が弱いため正確に分析するこのが難しい欠点がある。
【００１０】
バイオセンサーとしてＣＮＴが注目される理由は、第一、ラベリング（ｌａｂｅｌｉｎｇ）が不要であり、第二、蛋白質の変形なしに水溶液上で反応を行うことができるからである。新しいナノ材料と生物学的システムの結合は疾病診断（遺伝病）、プロテオミクス、ナノバイオ技術分野で重要な応用技術を創出するでろう。
【００１１】
人間ゲノムプロジェクトによって多量の遺伝情報を得ることになったが、このような情報は遺伝病に対する理解および診断において革新をもたらす足元を設けた。とりわけ、ゲノム配列（ｇｅｎｏｍｉｃ  ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）、突然変異検出（ｍｕｔａｔｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）、そして病原体診断（ｐａｔｈｏｇｅｎ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のための効果的なＤＮＡ鑑識システムの開発が求められている。
【００１２】
より速くて安価なバイオチップを開発するために、最近ＤＮＡハイブリッド化感知技術に対する多い研究が行われている。ＤＮＡのハイブリッド化を感知するための多様なラベリング技術が開発されており、現在、ラベリングには最も一般的に蛍光物質が使用されている。相補的なＤＮＡが感知できる単一のＤＮＡ鎖を固定して水溶液相の相補的なＤＮＡを認識し、信号変換器によってＤＮＡハイブリッド化信号を分析することができる信号に変える。
【００１３】
信号変換器としては、光学（蛍光）、圧電現像、電気化学反応が研究されている。この中で、電気化学反応は高い感知度、安価、マイクロ加工技術（ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）との互換性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）などの特徴を有し、迅速で且つ直接的に特定の塩基配列をもつＤＮＡを感知することができるという特徴を有する。
【００１４】
ＤＮＡプローブを信号変換器に該当する表面（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ；本発明の場合ＣＮＴに該当する）に固定化できる幾つかの方法があるが、これらを分類してみれば、化学吸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）、共有結合（ｃｏｖａｌｅｎｔ  ｂｉｎｄｉｎｇ）、静電結合（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｂｏｎｄ）、共重合（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）、アビジン−ビオチン結合システム（ａｖｉｄｉｎ−ｂｉｏｔｉｎ  ａｆｆｉｎｉｔｙ  ｓｙｓｔｅｍ）などの方法に分けられる。また、伝導性高分子を用いてＤＮＡをマイクロメートルサイズの表面に固定することもできる。
【００１５】
ＤＮＡチップでＤＮＡハイブリッド化を效率的に検出するためには、ハイブリッド化效率を高めると共に非特異的結合による背景（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）を除去し得る效果的な表面処理が必要である。よって、表面処理されたＤＮＡチッププラットフォーム（ｐｌａｔｆｏｒｍ）を作るために多くの研究が行われて来た（非特許文献１３および１９参照）。また、ＤＮＡハイブリッド化（ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）検出のための多様な方法が模索されたが、その方法としてはｓｃａｎｏｍｅｔｒｉｃ方法、ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ方法、ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅを用いた方法、電気化学を用いた方法などが挙げられる（非特許文献１、４、５および２６参照）。
【００１６】
一方、ＣＮＴを生命工学分野で応用する事例が最近多く登場している。グルコースセンサー、蛋白質の検出、特定ＤＮＡ配列の検出（非特許文献４、７および２３参照）などのバイオチップに対するＣＮＴの応用可能性が提示されている。ＣＮＴを基盤とした多層（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）からの生物分子検索は、表面積が広くて電気伝導度に優れていて、ＤＮＡのような生物分子が固定される量が増え、生物分子に対する検出敏感度が増大できる。
【００１７】
最近のＢＴ（ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）とＮＴ（ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）とが結合する趨勢は、特異的結合できるバイオ物質の性質を利用したハイブリッドナノ材料の開発を促進させた。ＤＮＡは所望の位置（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｌｏｃａｔｉｏｎ；本発明では金ナノ結晶が付いた位置）に移って結合できるスマートナノワイヤ（ｓｍａｒｔ  ｎａｎｏｗｉｒｅ）として脚光を浴びている。
【００１８】
ＩＴ（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、ＮＴおよびＢＴの結合により、電気的な検出法という迅速で正確なディジタル情報をバイオ物質の存在有無と反応性などのようなアナログデータ測定に利用できるようになった（非特許文献６および８参照）。
【００１９】
最初に明らかになった脂質／タンパク質の二重層は電気的な特性を有している。これによって、細胞の表面特性を研究するか、全ての表面相互作用を研究するために、細胞固定化に利用された。もっと実質的な適用は、光学的、電気的検出のためにバイオセンサーにレセプター層を利用するものであった。１９９３年ドイツのＳｔｅｌｚｌｅ氏らは、固体表面に脂質／レセプターの２つの層に基づいたセンサーにインピーダンス分析を通してバイオセンサーとして可能性を報告した（非特許文献２４参照）。また、電気的な方法でより小さな分子を検出する分野において、ＡＦＭのようなプローブに電荷を荷電させてスキャンすることで、有機分子内の電気双極子を操作することができるといった研究結果が発表された。この研究によれば、プローブを適宜な金属でコーティングして電気的な性質を帯びるようにし、＋と−を切り換えて有機物質を刺激する場合、デバイスのような高集積メモリチップを製作することができ、このような原理を利用して有機物の電荷を測定することもできる（非特許文献１７参照）。
【００２０】
また、生物分子の相対的含量を比較して試料から生物分子を親和性タグと質量分析法を用いて同定する方法に関する特許が最近出願された（特許文献１参照）。
【００２１】
現在、バイオチップから反応結果を検出する最も普遍的な方法としては、既存の蛍光物質と同位元素を利用する方法であるが（非特許文献１１、２５および２７参照）、より容易で正確に電気的または電気化学的信号を測定し得る新しい方法が試され、これによりＣＮＴという新素材の必要性がさらに高まっている
【特許文献１】ＷＯ  ０２／０８６１６８
【特許文献２】ＷＯ  ０３／０１６９０１
【非特許文献１】Ａｌｅｘａｎｄｒｅ，Ｉ．ｅｔ  ａｌ．，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．， ２９５：１，２００１
【非特許文献２】Ａｚａｍｉａｎ，Ｂ．Ｒ．ｅｔ  ａｌ．，ＪＡＣＳ，１２４：１２６６４，２００２
【非特許文献３】Ｂｅｎｊａｍｉｎ，Ｔ．ｅｔ  ａｌ．，Ｔｉｂｔｅｃｈ．，２０：２７９，２００２
【非特許文献４】Ｃａｉ，Ｈ．ｅｔ  ａｌ．，Ａｎａｌ．Ｂｉｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，３７５：２８７，２００３
【非特許文献５】Ｃａｉ，Ｈ．ｅｔ  ａｌ．，Ａｎａｌｙｓｔ．，１２７：８０３，２００２
【非特許文献６】Ｃｈｅｎ，Ｊ．ｅｔ  ａｌ．，ＪＡＣＳ，１２２：６５７，２０００
【非特許文献７】Ｃｈｅｎ，Ｒ．Ｊ．ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，１００（９）：４９８４，２００３
【非特許文献８】Ｄａｈｎｅ，Ｌ．ｅｔ  ａｌ．，ＪＡＣＳ，１２３：５４３１，２００１
【非特許文献９】Ｄａｉ，Ｈ．，Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．，３５：１０３５，２００２
【非特許文献１０】Ｅｒｌａｎｇｅｒ，Ｂ．Ｆ．ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．，１：４６５，２００１
【非特許文献１１】Ｇｒｏｗ，Ａ．Ｅ．ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏ．Ｍｅｔｈ．，５３：２２１，２００３
【非特許文献１２】Ｈｅｒｇｅｎｒｏｔｈｅｒ，Ｐ．Ｊ．ｅｔ  ａｌ．，ＪＡＣＳ，１２２：７８４９，２０００
【非特許文献１３】Ｈｕ，Ｊ．ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃ．Ａｃｉｄ．Ｒｅｓ．， ２９：１０６，２００１
【非特許文献１４】Ｊｉａｎｇ，Ｋ．ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．，３：２７５，２００３
【非特許文献１５】Ｋｏｕｗｅｎｈｏｖｅｎ，Ｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７５：１８９６，１９９７
【非特許文献１６】Ｌｉ，Ｊ．ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．，３：５９７，２００３
【非特許文献１７】Ｍａｔｓｕｓｈｉｇｅ，Ｋ．ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌ．，９：２０８，１９９８
【非特許文献１８】Ｎａｎ，Ｘ．ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉ．，２４５：３１１，２００２
【非特許文献１９】Ｒｏｇｅｒｓ，Ｙ．ｅｔ  ａｌ．，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，２６６：２３，１９９９
【非特許文献２０】Ｒｏｕｓｅ，Ｊ．Ｈ．ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．，３：５９，２００３
【非特許文献２１】Ｓｃｈｅｎａ，Ｍ．ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２７０：４６７，１９９５
【非特許文献２２】Ｓｔａｒ，Ａ．ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．，３：４５９，２００３
【非特許文献２３】Ｓｏｔｉｒｏｐｏｕｌｏｕ，Ｓ．ｅｔ  ａｌ．，Ａｎａｌ．Ｂｉｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，３７５：１０３，２００３
【非特許文献２４】Ｓｔｅｌｚｌｅ，Ｍ．ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９７：２９７４，１９９３
【非特許文献２５】Ｓｙｒｚｙｃｋａ，Ｍ．ｅｔ  ａｌ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ，４８４：１，２００３
【非特許文献２６】Ｔａｔｏｎ，Ｔ．Ａ．ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８９：１７５７，２０００
【非特許文献２７】Ｔｏｒｉｂａ，Ａ．ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｍｅｄ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．，１７：１２６，２００３
【非特許文献２８】Ｖｉｊａｙｅｎｄｒａｎ，Ｒ．Ｊ．ｅｔ  ａｌ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７３：４７１，  ２００１
【非特許文献２９】Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｋ．Ａ．ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，４２０：７６１，２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、金属を点在させて電気伝導度に優れたＣＮＴおよびその製造方法を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、金属が点在しているＣＮＴを基材上に積層してＣＮＴパターンを形成する方法を提供することにある。
【００２４】
本発明のまた他の目的は、高い表面密度および優秀な電気伝導度を有するＣＮＴフィルムを提供することにある。
【００２５】
本発明の別の目的は、伝導性ＣＮＴ、上記伝導性ＣＮＴのパターン又はフィルムに多様な種類のバイオレセプターが取り付けられている伝導性ＣＮＴ−バイオセンサーおよびその製造方法を提供することにある。
【００２６】
本発明のまた別の目的は上記ＣＮＴ−バイオセンサーを用いて多様な種類のバイオレセプターに結合するか、反応する多様な標的バイオ物質を検出する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明は、（ａ）カルボキシル基を有するＣＮＴを提供する工程；（ｂ）上記ＣＮＴのカルボキシル基をアミノ基およびチオール基を同時に有する化学物質のアミノ基と結合させてチオール基に改質されたＣＮＴを得る工程；（ｃ）上記工程で得られたチオール基に改質されたＣＮＴのチオール基に金属を結合させる工程を含む金属が点在している伝導性ＣＮＴの製造方法を提供する。
【００２８】
本発明において、上記アミノ基およびチオール基を同時に有する化学物質はＮＨ２−Ｒ１−ＳＨであることを望ましく、ここでＲ１はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である。また、上記（ａ）工程はＣＮＴを酸で処理することを特徴とし、上記金属は金（Ａｕ）であることを特徴とする。上記（ｃ）工程はチオール基に改質されたＣＮＴに金属ナノ粒子あるいはコロイドを反応させた後、還元させることを特徴とする。
【００２９】
本発明はまた、ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する金属が点在している伝導性ＣＮＴを提供する。ここで、Ｍは金属を示し、ｒは１以上の自然数であり、上記金属は金であることを特徴とする。
【００３０】
本発明はまた、（ａ）表面にチオール基がパターン形態で露出した基材を提供する工程；（ｂ）上記基材表面のチオール基に上記金属が点在している伝導性ＣＮＴの金属を結合させる工程；（ｃ）上記結合されたＣＮＴに上記金属が点在している伝導性ＣＮＴを結合させてＣＮＴを積層させる工程；および（ｄ）上記（ｃ）工程を繰り返す工程；を含む伝導性ＣＮＴパターンの製造方法および上記方法で製造され、基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴパターンを提供する。ここで、ｐとｑは１以上の自然数である。
【００３１】
本発明はまた、（ａ）表面にチオール基が露出した基材を提供する工程；（ｂ）上記基材表面のチオール基に上記金属が点在している伝導性ＣＮＴの金属を結合させる工程；（ｃ）上記基材に取り付けられた伝導性ＣＮＴに上記伝導性ＣＮＴを結合させて伝導性ＣＮＴを積層する工程；および（ｄ）上記（ｃ）工程を繰り返して伝導性ＣＮＴの密度を高める工程；を含む伝導性ＣＮＴフィルムの製造方法および上記方法で製造され、基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴフィルムを提供する。ここで、ｐとｑは１以上の自然数である。
【００３２】
本発明において、上記（ａ）工程は表面にアミノ官能基が露出した基材をカルボキシル基およびチオール基を同時に有する化学物質で処理して、上記基材上のアミノ基と上記化学物質のカルボキシル基との間にアミド結合を形成させるものであることを特徴とする。上記カルボキシル基およびチオール基を同時に有する化学物質はＨＯＯＣ−Ｒ２−ＳＨの物質が望ましく、ここでＲ２はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である。上記表面にアミノ官能基が露出した基材は基材をアミノアルキルオキシシランで処理して得られたものであることを特徴とする。
【００３３】
上記アミノ基とカルボキシル基との結合時にカップリング剤およびベース（ｂａｓｅ）を使用することを特徴とし、上記（ｃ）工程は二重チオール官能基を有するリンカーを利用することを特徴とする。上記二重チオール官能基を有するリンカーはＨＳ−Ｒ３−ＳＨであることが望ましく、ここでＲ３はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である。また、基材は所望する位置に伝導性ＣＮＴを取り付けるためにフォトレジストあるいは高分子パターンが形成されているものであることを特徴とし、ガラス、シリコン、溶融シリカ、プラスチックおよびＰＤＭＳで構成された群から選択されるものであることを特徴とする。
【００３４】
本発明はまた、（ａ）ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する伝導性ＣＮＴ（ここで、Ｍは金属を示し、ｒは１以上の自然数であり、Ｒ１はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）；（ｂ）基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴパターン（ここで、ｐとｑは１以上の自然数であり、Ｒ２およびＲ３はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）；および（ｃ）基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ｍ−ＣＮＴ−Ｍ）ｐ］ｑの構造を有する伝導性ＣＮＴフィルムで構成された群から選択されたいずれか一つに標的バイオ物質と結合するか、反応するバイオレセプターが取り付けられていることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−バイオセンサーおよびその製造方法を提供する。
【００３５】
本発明はまた、上記伝導性ＣＮＴ−バイオセンサーを用いることを特徴とするバイオレセプターと結合又は反応する標的バイオ物質の検出方法を提供する。
【００３６】
本発明はまた、ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する伝導性ＣＮＴの金属（Ｍ）に核酸が取り付けられていることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−Ｍ−核酸複合体および上記核酸複合体をアミン／リジン基が表面に取り付けられている基材に結合させることを特徴とする核酸チップの製造方法を提供する。本発明において、上記基材上にＣＮＴ−Ｍ−核酸の結合は紫外線（ＵＶ）照射による架橋結合（ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｉｎｇ）を利用することを特徴とし、上記核酸はＤＮＡであることを特徴とする。
【００３７】
更に本発明は、伝導性ＣＮＴ−Ａｕ−ＤＮＡ複合体が固体基材に取り付けられていることを特徴とするＤＮＡチップおよび上記ＤＮＡチップを利用することを特徴とするＤＮＡハイブリッド化反応の検出方法を提供する。
【００３８】
本発明はまた、ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ｍ）ｒの形態を有する伝導性ＣＮＴの金属（Ｍ）に酵素基質が取り付けられていることを特徴とする伝導性ＣＮＴ−Ｍ−酵素基質複合体を提供する。本発明において、上記酵素基質はキナーゼの基質ペプチド（ＳＰ）であることを特徴とする。
【００３９】
本発明はまた、上記伝導性ＣＮＴ−Ｍ−ＳＰ複合体を利用することを特徴とするキナーゼが関与する酵素反応の検出方法を提供する。本発明において、上記検出は電気的信号を利用することを特徴とする。
【００４０】
本発明において、標的バイオ物質はバイオレセプターと反応又は結合して検出される標的の役割をすることができる物質であって、望ましくはタンパク質、核酸、抗体、酵素、炭水化物、脂質あるいはその他生体由来の生物分子であり、望ましくは病気に関連したタンパク質であることを特徴とする。
【００４１】
本発明において、バイオレセプターは酵素基質、リガンド、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、核酸、脂質、コファクターまたは炭水化物であることを特徴とし、またこれらはチオール基を有することを特徴とする。
本発明において、金属は金（Ａｕ）であることが好適であるが、銀（Ａｇ）ナノ粒子、白金（Ｐｔ）ナノ粒子、鉄（Ｆｅ）ナノ粒子、ニッケル（Ｎｉ）ナノ粒子、コバルト（Ｃｏ）ナノ粒子などを使用しても良い。
【００４２】
本発明において、「伝導性ＣＮＴ−バイオセンサー」とは、伝導性ＣＮＴにバイオ物質と反応するレセプターが取り付けられているものを包括する概念であって、伝導性ＣＮＴに結合されているバイオチップを含むものと定義される。また、「点在（ｄｏｔ）」という用語は、ＣＮＴに金属が点形状に結合されるものと定義され、「酵素基質」とは酵素反応に関与する反応原料を総称するものと定義される。
【００４３】
本発明では既存のＣＮＴの電気的特性を改善するために金属粒子をＣＮＴを点在させ、金属ナノ結晶が点在しているＣＮＴを化学的官能基がコーティングされた固体基材上に化学的結合によって繰り返し積層して高い表面密度を有する伝導性ＣＮＴパターン（又はフィルム）を製作した。また高密度のＣＮＴパターンに存在する金ナノ結晶と反応する官能基を有する多様なバイオレセプターを上記ＣＮＴパターン又はフィルムに取り付けて多様な種類の標的バイオ物質を直接検出するか、電気化学的信号を用いて検出することができるバイオセンサーを製作した。
【００４４】
本発明によれば、ＣＮＴを一定した箇所に位置付けられた触媒から成長させて完成した従来の技術の限界から逸脱し、所望の位置に所望する模様のパターンを常温で形成することができる。すなわち、ＣＮＴを基材に取り付ける方法としては、大きく電気的な方法と化学的な方法がある。電気的な方法がＣＮＴの位置を比較的自由に調節することができることに対し、化学的な方法は基材を特定の官能基に修正した後、ＣＮＴが浮遊した溶液に一定時間浸す方式を採るため、全ての基材のうち特別に所望する部分のみに取り付けることを極めて困難である。
【００４５】
所望の位置にＣＮＴを結合させて多様なパターンを形成するためには、基材の特定部分のみを露出させ、ＣＮＴが分散された溶液に長時間耐えなければならないし、ＣＮＴ蒸着後はきれいに除去されてＰＤＭＳのような上板を容易に取り付けなければならない。
【００４６】
本発明は化学的な方法のメリットを最大限活用できるように、高分子を用いて基材のパターンを形成して前述のような従来の技術の不具合を改善した。更に、これまでプラズマ化学気相蒸着法、熱化学気相蒸着法のような高温機序に因る高分子パターニングなどの困難性および強酸における切断過程で得られる−ＣＯＯＨなどの化学官能基の不在などのような従来の技術の問題点を解決することができる。
【００４７】
尚、本発明のバイオセンサーを利用する場合、少量の反応物だけで正確な値を測定することができ、表面に蒸着されたイオン物質の濃度を液相で電気的に測定することができるという長所がある。
【発明の効果】
【００４８】
本発明は、既存のＣＮＴより電気伝導度が遥かに優れている金属が点在している伝導性ＣＮＴ、上記伝導性ＣＮＴのパターン又はフィルムを提供する効果がある。また、本発明は上記伝導性ＣＮＴパターン又はＣＮＴフィルムにバイオ物質と反応するバイオレセプターを取り付けたバイオセンサーを提供する効果がある。
【００４９】
本発明に係る伝導性ＣＮＴ−バイオセンサーは、表面積が広く、電気伝導度の性質が優れており、ＤＮＡのような生物分子の固定化量を高めることができ、生物分子に対する検出敏感度を増大させることができる。また、多様な標的バイオ分子を直接検出するか、電気化学的信号を測定することにより、バイオ物質とバイオレセプターとの反応を正確に一度に大量に検出することができる。
【００５０】
バイオ物質の特徴上、少量のみで液相で測定を行わなければならない場合は多いが、本発明に係るバイオセンサーはかかる条件を満たし、正確な値を測定できる電気的検出方法を適用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００５２】
１．金ナノ結晶が点在しているＣＮＴの製造
図１は強酸で切られたＣＮＴに酸化還元方法を用いて金粒子を点在（ｄｏｔ）させる方法を示す概略図である。強酸により切られたＣＮＴはカルボキシル官能基（−ＣＯＯＨ）をもっている。上記ＣＮＴのカルボキシル官能基をアミノ（−ＮＨ２）官能基およびチオール（−ＳＨ）官能基を同時に有するリンカーのアミノ官能基と結合させた。
【００５３】
上記結合反応のカップリング剤としてＤＣＣ（１，３−ジシクロヘキシルカルボジイミド），ＨＡＴＵ（Ｏ−（７−アザベンゾトリアゾール−１−イル）−１，１：３，３−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート），ＨＢＴＵ（Ｏ−（ベンゾトリアゾール−１−イル）−１，１，３，３−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート）、ＨＡＰｙＵ（Ｏ−（７−アザベンゾロチアゾール−１−イル）−１，１：３，３−ビス（テトラメチレン）ウロニウムヘキサフルオロホスフェート）、ＨＡＭＤＵ（０−（７−アザベンゾトリアゾール−１−イル）−１，３−ジメチル−１，３−ジメチレンウロニウムヘキサフルオロホスフェート），ＨＢＭＤＵ（Ｏ−（ベンゾトリアゾール−１−イル）−１，３−ジメチル−１，３−ジメチレンウロニウムヘキサフルオロホスフェート）、などとベース（ｂａｓｅ）としてＤＩＥＡ（ジイソプロピルエチルアミン）、ＴＭＰ（２，４，６−トリメチルピリジン）、ＮＭＩ（Ｎ−メチルイミダゾール）などを使用することが好ましい。また、水を溶媒として使用する場合は、カップリング剤としてＥＤＣ（１−エチル−３−（３−ジメチルアミノ−プロピル）カルボジイミド塩酸塩）を使用し、カップリング剤の補助制としてＮＨＳ（Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド）、ＮＨＳＳ（Ｎ−ヒドロキシイミドスクシンイミド）などを使用することが望ましい。
【００５４】
上記アミノ官能基およびチオール官能基を同時に有するリンカーはＮＨ２−Ｒ１−ＳＨに示される化学物質が望ましい。ここで、Ｒ１はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である。
【００５５】
上記チオール官能基に改質されたＣＮＴにＨＡｕＣｌ４、ＨＡｕＣｌ４・３Ｈ２Ｏ、ＨＡｕＢｒ４、ＡｕＣｌ４Ｋ、ＡｕＣｌ４Ｎａ，ＡｕＢｒ４Ｋ、ＡｕＢｒ４Ｎａなどのような金ナノ粒子、より望ましくはＨＡｕＣｌ４金コロイドを反応させて金の核生成サイト（ｇｏｌｄ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｓｉｔｅ）を形成した後、下記の反応式１のようにイオン抽出反応（ｉｏｎ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）を用いて金ナノ粒子を還元させてＣＮＴに金結晶を点在させた。
【００５６】
（反応式１）
ＡｕＣｌ４−（ａｑ）＋Ｎ（Ｃ８Ｈ１７）４＋（トルエン）→
Ｎ（Ｃ８Ｈ１７）４＋ＡｕＣｌ４−（トルエン）
ｍＡｕＣｌ４−（トルエン）＋ｎＣＮＴ−ＣＯＮＨ−Ｃ２Ｈ４ＳＨ（トルエン）＋３ｍｅ−→
４ｍＣｌ４−（ａｑ）＋（Ａｕｍ）（ＣＮＴ−ＣＯＮＨ−Ｃ２Ｈ４ＳＨ）ｎ（トルエン）
最終的に「ＣＮＴ−（ＣＯＮＨ−Ｒ１−Ｓ−Ａｕ）ｒ」の形態を有する金が点在している伝導性ＣＮＴが得られる。ここで、ｒは１以上の自然数である。
【００５７】
金の代わりに銀（Ａｇ）ナノ粒子、白金（Ｐｔ）ナノ粒子、鉄（Ｆｅ）ナノ粒子、ニッケル（Ｎｉ）粒子、コバルト（Ｃｏ）ナノ粒子なども使用可能である。このとき、酸化された形態の上記金属粒子は酸化還元反応を用いてチオール官能基などのような特異的化学官能基に改質されたＣＮＴに上記金属を還元させて点在させることができる（非特許文献１４）。
【００５８】
２．基材上にマルチチャンネルタイプ（ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  ｔｙｐｅ）のパターン形成
ガラス、シリコンウェハー、プラスチックなどの基材にＣＮＴを一定の部分固定させるためには、液相で長い間耐えられるパターンを形成することが必要である。基材にパターンを形成する方法には２通りがある。第一、ネガ型フォトレジストを用いてＣＮＴを積層する部分を除去し、ＣＮＴを積層させた後、残りのフォトレジスト膜を取り除く方法であり、第二、ＣＮＴを積層する部分をフォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を用いて高分子基材をエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）することにより形成することができる。
【００５９】
具体的な工程過程を察してみれば、第一、ネガ型フォトレジストを利用する方法によりＳＵ−８（Ｄｏｗｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏ．）のようなフォトレジスト膜を被覆させてフォトリソグラフィー工程を利用して一定の部分のみを取り除いてＣＮＴを蒸着させ、蒸着後に残りの部分のフォトレジスト膜を取り除くような半導体工程の最も一般的な方法を使用することができる。
【００６０】
第二、図２に示すように、シリコン基材（ａ）上にフォトレジスト膜をスピンコートし（ｂ）、一定した模様のマスクを用いて露光（ｅｘｐｏｓｅ）させた後（ｃ）、現像してフォトリソグラフィー工程による一次的なパターンをシリコン基材上に形成する（ｄ）。ここで、液相高分子を注いで５０℃で１時間程度だけ半架橋させた後（ｅ）、半架橋された半液相高分子上でフォトリソグラフィー工程をもう一度遂行する（ｆ）。図２ｆのようにフォトレジスト膜が取り除かれた部分にピラニア液（硫酸：硝酸＝３：１）や王水（硫酸：過酸化水素＝１０：１）などでエッチングして特定部分の高分子を取り除き（ｇ）、残りのフォトレジスト膜を取り除く（ｈ）。
【００６１】
このように形成された半架橋高分子を７０℃で２時間の間完全に硬化させる。架橋された高分子をシリコン基材から脱離させてコロナ放電によって親水性基を形成してきれいなシリコン基材に付けば一定の模様のみが露出されるシリコン基材が形成され、化学的ＣＮＴ蒸着時に溶液において所望する部分だけを蒸着させることができる。
【００６２】
前述によれば、パターン形成に当たって、一定した模様を形成することが最も重要であるが、他の方法では一定した模様のスタンプをまずシリコン基材上に載置し、液相の高分子を注いで固める方法があり、もっと巨視的には固い高分子板から物理的な方法により一定の部分のみを除去することができる。このようにして高分子マスクが形成できる。
【００６３】
現存するＣＮＴを利用したバイオチップの場合、ＣＮＴを一定の部分で成長させて電気的、光学的結果を測定したが、本発明ではＣＮＴを所望する位置に付着又は蒸着させることができるという長所を有していいる。
【００６４】
前述のように、ＣＮＴが配列された基材に取り付けられたバイオ物質を電気的に検出するためには、図６〜図８のように液相を保持しなければならず、このとき、必要な上板は数ｍｍから数μｍの流体が含まれる空間を確保しなければならない。ここに使用可能な基材はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）などの多様な高分子材料が利用できる。
【００６５】
本発明において、ＣＮＴはそれぞれ電荷が印加できるように、少なくとも一つの伝導性ナノワイヤ（ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）を介して電源に接続することができるし、この際、伝導性ナノワイヤは従来技術を利用して単一原子で形成することができ（非特許文献１５参照）、伝導性金属で一定のパターンを形成した上でイオン注入（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）やスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を利用して電流が流れる導線を蒸着させることができる。
【００６６】
３．固体基材上におけるチオール官能基（−ＳＨ）の製造
本発明ではガラス、シリコンウェハ、プラスチックなどの基材上に高分子やフォトレジストパターンを形成した後、上記パターンをマスクとしてアミノアルキルオキシシランを表面に固定してアミノ基を基材表面に露出させる方法を使用した。上記アミノアルキルオキシシランとしてはアミノプロピルトリエトキシシランを使用することが望ましい。
【００６７】
上記アミノ基が固定された表面にチオール官能基を露出させるために、上記アミノ基をＨＯＯＣ−Ｒ２−ＳＨ（Ｒ２はＣ１−２０である飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類又は芳香族有機基である）のようなチオール官能基およびカルボキシル官能基を同時に有する化学物質のカルボキシル官能基とアミド結合で連結させる。つまり、基材表面にチオール基が露出した「基材−ＣＯＮＨ−Ｒ２−ＳＨ」形態の構造が形成される。
【００６８】
この際、上記アミド結合のカップリング剤としてはＤＣＣ、ＨＡＴＵ、ＨＢＴＵ、ＨＡＰｙＵ、ＨＡＭＤＵ、ＨＢＭＤＵなどを、またベースとしてはＤＩＥＡ，ＴＭＰ、ＮＭＩなどを使用することが望ましい。また水を溶媒として使用する時、カップリング剤としてＥＤＣを、カップリング助剤としてはＮＨＳ、ＮＨＳＳなどを使用することが望ましい。
【００６９】
４．基材上にＣＮＴを積層してパターン又はフィルムを形成する方法
まず、金が点在しているＣＮＴ（Ａｕ−ＣＮＴ−Ａｕ）をチオール官能基が露出した基材（基材−ＣＯＮＨ−Ｒ２−ＳＨ）に結合させる。この時、基材表面のチオール官能基とＣＮＴに点在している金結晶との間にＡｕ−Ｓリンクが形成されて基材上にＣＮＴが結合されることになって、「基材−ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ａｕ−ＣＮＴ−Ａｕ」形態の構造が形成される（図３ａ）。
【００７０】
次に、基材に選択的に取り付けられたＣＮＴに点在している金と二重チオール官能基を有するリンカーであるＨＳ−Ｒ３−ＳＨに示される化学物質を反応させ、金が点在している伝導性ＣＮＴを上記リンカーの他方のチオール官能基と反応させる。この反応により「基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ａｕ−ＣＮＴ−Ａｕ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ａｕ−ＣＮＴ−Ａｕ）］」形態の構造が形成される（図３ｂ）。
【００７１】
その後、金が点在している伝導性ＣＮＴと上記二重チオール官能基を有する化学物質との化学反応を繰り返し行って表面に伝導性ＣＮＴの表面密度を高める。最終的に「基材−［ＣＯＮＨ−Ｒ２−Ｓ−Ａｕ−ＣＮＴ−Ａｕ−（Ｓ−Ｒ３−Ｓ−Ａｕ−ＣＮＴ−Ａｕ）ｐ］ｑ」の構造を有する伝導性ＣＮＴパターン又は伝導性フィルムが形成される（図３ｃから図３ｅ）。ここで、ｐとｑは１以上の自然数である。
【００７２】
５．金が点在している伝導性ＣＮＴにレセプターを結合する方法
本発明において、バイオレセプター（ｒｅｃｅｐｔｏｒ）は標的バイオ物質と結合又は反応する物質であって、上記結合又は反応を検出することができるプローブの役割をする物質が好適である。かかるバイオレセプターとしては、核酸（ｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）、タンパク質（ｐｒｏｔｅｉｎ）、ペプチド（ｐｅｐｔｉｄｅ）、アミノ酸（ａｍｉｎｏ  ａｃｉｄ）、リガンド（ｌｉｇａｎｄ）、酵素基質（ｅｎｚｙｍｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、コファクター（ｃｏｆａｃｔｏｒ）などがある。本発明において、標的バイオ物質はレセプターと結合又は反応して検出される標的役割をする物質であり、タンパク質、核酸、酵素又はその他バイオ分子がある。
【００７３】
図４は金ナノ粒子が点在しているＣＮＴの表面に金と結合又は反応する官能基を有する様々なレセプターが取り付けられた後、多様な種類の標的バイオ物質と選択的に相互作用することを示す概略図である。金ナノ粒子と反応する官能基としては、チオール基を含有することが望ましい。図４において、１、２は標的バイオ物質と反応できるバイオレセプターを示し、４は上記バイオレセプターと反応できる標的バイオ物質を示す。また、３はバイオレセプターの中でオリゴヌクレオチドを示し、５は伝導性ＣＮＴの金属に固定された上記オリゴヌクレオチドとハイブリッド化反応できる相補的核酸を示し、６は反応性のない一般のバイオ物質を示す。
【００７４】
図５はキナーゼ酵素反応のために金ナノ粒子が点在しているＣＮＴにチオール官能基を有するキナーゼの基質ペプチド（ＳＰ）を固定させたＣＮＴ−Ａｕ−基質ペプチド複合体を示す。これを多様なキナーゼ酵素によるリン酸化反応に適用して、ＣＮＴの電気化学的変化を測定することができる。
【００７５】
上記バイオレセプターとバイオ物質との間の反応検出方法としては、内蔵型検出システムとして当業界によく知られている電気的検出法、共振法（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、あるいは蛍光体を用いた方法などが使用可能である。電気的信号によって検出する方法を使用することが望ましく、この場合、バイオレセプターと標的バイオ物質との反応時、ＣＮＴから発生する微細な電位差の変化を適当な回路を介してモニタして検出することができる。
【００７６】
６．結合検出システム
バイオセンサーの電気的特性測定用途のプローブステーションおよび、バイオセンサーから発生される蛍光物質を検出する蛍光顕微鏡を用いて、反応結果を測定することができる。また、反応物に放射線同位元素を取り付けて反応させた後、一定の面で計測器を用いて放射線を測定する既存の方法を利用することもできる。
【００７７】
本発明ではＣＮＴの敏感な電気的な性質を活用するという旨で、上記方法のうち電気的な性質を用いた方法を具体化した。バイオ物質の特性上、液相で測定しなければならない場合が多いが、本発明では液相でＣＮＴの電気的数値を計測することに焦点を当てた。ＣＮＴの表面に付着されたバイオ物質のイオン濃度を測定するために本発明では３つの方法を利用した。具体的には、ＣＮＴの表面にキナーゼ酵素の基質ペプチドが結合されている、図５によるＣＮＴ−Ａｕ−基質ペプチド複合体をキナーゼ酵素反応に適用して上記反応結果として発生するイオン濃度は下記のような３つの方法で測定することが可能である。
【００７８】
第一の方法は、特殊な溶質を用いて酸化還元反応を誘導した後、ポテンショスタットのような装備を使用して測定するもので、第二の方法は、蓄電器の概念を用いて蓄電板内部のイオン量を電気的調節によって測定するもので、第三の方法は帯電体の原理を用いて周辺のイオンの強さによって帯電板の薄膜が開く程度を測定するものである。
【００７９】
第一の酸化還元反応は、現在普遍化した電気化学的検出法であって、サイクリックボルタンメトリー、ポテンショメトリー、およびアンペロメトリーなどの利用した装置（Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ／Ｇａｌｂａｎｏｓｔａｔ，Ａｍｅｔｅｃｈ．Ｃｏ．）を用いて、図６のように、ＣＮＴに連結された導線およびバイオ物質を包んでいる特定の溶質を含む液体に電極を浸して反応前後の結果を測定するものである。
【００８０】
第二の蓄電器の原理を用いたイオンの濃度測定は、図７のように、ＣＮＴが取り付けられた基材上に液体を介して白金や金で形成された新しい基材を製作して電極を連結し、振動電極を電解質が含まれた溶液に浸して直流と交流を適切に調節することにより溶液に生成される振動を測定することができる。
【００８１】
第三の帯電板原理を利用する方法は、図８のように、高分子で覆ったチップに帯電薄膜を差し込んで薄膜が開く程度をゲージを介して測定するものである。
【００８２】
ここで、電解質と電流の関係は、「電解質水溶液の濃度∝電流の強さ」である。即ち、ＣＮＴ表面に生じた反応物のイオン濃度による電解質の濃度分布が電流の強さに比例するので、下方の機序で形成されたイオンの濃度を測定することができる。
【実施例】
【００８３】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。但し、これらの実施例は本発明をより具体的に説明するためのもので、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではないとのことは、当業界における通常の知識をもつ者にとって自明なことである。
【００８４】
（実施例１：金（Ａｕ）が点在しているＣＮＴの製造）
強酸を用いて単一壁炭素ナノチューブ（Ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ；ＳＷＮＴ）を切断した後、カルボキシル官能基が存在するＣＮＴを液−液２相系（ｔｗｏ−ｐｈａｓｅ  ｌｉｑｕｉｄ−ｌｉｑｕｉｄ  ｓｙｓｔｅｍ）で酸化還元反応によって金ナノ粒子が点在（ｄｏｔ）しているＣＮＴを製造した（図１）。
【００８５】
まず、エタノール溶媒でカップリング剤ＤＣＣの助けで、アミノ（−ＮＨ２）官能基およびチオール基（−ＳＨ）官能基を同時に有するリンカー（２−アミノエタンチオール）を上記カルボキシル官能基を有するＣＮＴと常温で約２４時間攪拌した。ＣＮＴの末端と側面との結合位置にＡｕ−Ｓ化学結合によって金結晶の核生成サイトが形成された。
【００８６】
ガラス反応器に薄い黄色の０．０１％金コロイド溶液を２５ｍｌ入れた後、この溶液を速く攪拌しながら、０．０１６６５ｍｍｏｌのＮ（Ｃ８Ｈ１７）４Ｂｒ（トルエン）溶液１６．５ｍｌを徐に添加した。この反応において、水とトルエンとの相分離が起こり、この混合溶液を下層の水部分の色が全部消えてしまうまで非常に速く攪拌した。上記チオール基が形成されたＣＮＴ２ｍｇを１０ｍｌのトルエンに分散させた後、上層のトルエン有機相（ｏｒｇａｎｉｃ  ｐｈａｓｅ）に徐に添加した。次いで、０．０８２５ｍｍｏｌのＮａＢＨ４（水）溶液２０．５ｍｌを徐に攪拌しながら添加した。この反応混合物を常温で２０時間の間速く攪拌した後、トルエン有機相を分液漏斗を利用して水相から分離した。分離された有機相は１００ｎｍの気孔サイズを有するＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロリド）薄膜フィルター（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を用いてろ過し、このろ過過程でトルエンとエタノールを数回添加した。
【００８７】
濾過された試料を３次蒸留水に入れて超音波を用いて分散させた後、この分散液を２０００ｒｐｍの速度で６０分間遠心分離した。上層液を除去した後、試料を更に薄膜フィルターを用いてろ過した後、最終的に得た試料を真空乾燥させた。
【００８８】
上記方法で製造された金結晶が点在しているＣＮＴをＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）およびＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）により分析した。図９ａはＣＮＴにチオール基（−ＳＨ）を形成した後、金コロイドを反応させて得た、金結晶が点在しているＣＮＴのＴＥＭ写真であり、図９ｂはチオール基（−ＳＨ）が形成されていないＣＮＴを金コロイドと反応させたＣＮＴのＴＥＭ写真である。上記分析写真から、チオール基が存在するＣＮＴで形成された金結晶はＣＮＴの末端部より側面にもっと多く点在していることが分かり、チオール基のないＣＮＴでは金結晶が点在していないことが分かる。
【００８９】
図１０は、図９を高倍率で拡大して観察したＨＲ−ＴＥＭ写真である。該写真において測定された格子の規則的なｄ間隔（ｄ−ｓｐａｃｉｎｇ）は２．３６±０．０２Åであった。これは、金の｛１１１｝平面に対する文献上の値（２．３５５Å）とほぼ一致する値である（Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｆｉｌｅ  ３８−１３６４，Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｐｈａｓｅｓ，ＪＣＰＤＳ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｒｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ，Ｓｗａｔｈｍｏｒｅ，ＰＡ，１９９）。
【００９０】
ＣＮＴに点在している金結晶の酸化状態はＸＰＳを通しても確認することができた。図１１はＣＮＴに点在している金結晶に対するＸＰＳ二重線ピークスペクトルである。金（Ａｕ）の二重線ピーク結合エネルギーはそれぞれ４ｆ５／２（８７．９ｅＶ）およびＡｕ  ４ｆ７／２（８４．２ｅＶ）である。これは還元状態の金（Ａｕ０）に該当する値である。これから、ＣＮＴの表面に点在している金結晶は大部分がコロイド状態でなく還元された金結晶であることがわかる。
【００９１】
（実施例２：金が点在しているＣＮＴを用いたＤＮＡハイブリッド化反応検出）
チオール基を含有したＤＮＡやオリゴヌクレオチドはＣＮＴの壁面に点在している金ナノ結晶に位置特異的に結合されてＣＮＴ−Ａｕ−ＤＮＡ複合体を形成する（図１２ａ）。オリゴヌクレオチドが結合されたＣＮＴをポリ−Ｌ−リジンで処理されたガラススライド（Ｓｈｉｎ−Ｗｏｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）にＤＮＡチップを製造する時と同様な方法を経て固定化した（非特許文献２１）。
【００９２】
下記のような序例１のオリゴヌクレオチドが固定されたＣＮＴを０．２μｍテフロン（登録商標）フィルターに数回通過させて未反応のオリゴヌクレオチドを除去した。フィルタリング後、オリゴヌクレオチドが固定されたＣＮＴ溶液は遠心分離機を用いて濃縮した。
【００９３】
配列１：５’−ＴＧＴ  ＧＣＣ  ＡＣＣ  ＴＡＣ  ＡＡＧ  ＣＴＧ  ＴＧ（Ｃ３）−チオール−３
濃縮されたオリゴヌクレオチドをポリ−Ｌ−リジン処理が行われたガラス基材上にピペットを用いて１０μＬ量だけを落とし、常温で１２時間以上乾燥させた後、１ＸＳＳＣ（０．１５Ｍ  Ｎａｃｌ  ０．０１５Ｍ  クエン酸ナトリウム）が入っているウェットチャンバーに入れてガラス基材上に乾燥された溶液が飽和されてきらめくまで（約１分間）放置した。その後、９５℃のオーブンに入れて３秒間反応させた後、紫外線架橋装置（Ｓｐｅｃｔｒｏｌｉｎｋｅｒ  ＸＬ−１５００  ＵＶ  ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ）を用いて６５０ｍＪの条件で固定化した。
【００９４】
負のオリゴヌクレオチドのリン酸基（ＰＯ４−）と正のポリ−Ｌ−リジンのアミノ基（ＮＨ３＋）とが互いに静電的に結合するが、ここに紫外線を照射し、熱いオーブンに約３秒間乾燥すれば、共有結合が形成されてオリゴマーをリンカーとしてＣＮＴがガラス基材上に固定化される。図１２ｂはポリ−Ｌ−リジンで処理されたガラス基材上でＣＮＴ−Ａｕ−ＤＮＡ複合体が結合されていることを示す。
【００９５】
アミノ基で表面処理されたガラススライド（Ｃｏｒｉｎｇ  Ｃｏｐ．）上に残りの未反応のアミノ基をブロッキングするために６ｇの無水コハク酸（Ｓｉｇｍａ）を３５０ｍｌの１−マチル−２−ピリリジノン（Ｓｉｇｍａ）溶媒に溶かした。上記無水コハク酸が全部溶解された後、１５ｍｌの１Ｍホウ酸ナトリウム（ｐＨ８．０）を入れてガラススライドを１５分間その中に浸漬しておいた。このとき、無水コハク酸はガラススライドのアミノ基に付いてブロッキングの役割をする。
【００９６】
その後、余分の溶媒を除去するために、９５℃の超純水に２分間浸漬し、エタノールに１分間入れて反応させた後、６００ｒｐｍで遠心分離して乾燥させた。
【００９７】
用意された溶液３．５ＸＳＳＣ（０．５２５Ｍ  ＮａＣｌ、０．０５２５Ｍ  クエン酸ナトリウム、ｐＨ７．０）、０．１％ＳＤＳ、１０ｍｇ／ｍＬ  ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）混合液中に用意されたチップを入れて５０℃で２０分間反応させた後、超純水に１分ずつ２回浸漬する過程を経た後、イソプロピルアルコール（に１分間浸漬する。そして６００ｒｍｐで５分間遠心分離してチップに残っている余分の溶液を除去した。
【００９８】
作製されたＤＮＡチップをハイブリッド化チェンバー（ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ  ｃｈａｍｂｅｒ：  Ｔｅｌｅｃｈｅｍ）の中に置いた後、ＣＮＴが固定された部位にハイブリッド化溶液を落とし、その上部をカバースライドで覆った。この時、ハイブリッド化溶液は、３２μＬの相補的な塩基配列のオリゴヌクレオチドを有する溶液に入れ、最終濃度３ＸＳＳＣ（０．４５Ｍ  ＮａＣｌ、０．０４５Ｍ  クエン酸ナトリウム）および０．３％のＳＤＳ（硫酸ドデシルナトリウム）になるように作って、総容積を４０μＬとした。上記ハイブリッド化溶液の相補的なオリゴヌクレオチド塩基配列は下記配列２を使用した。
【００９９】
配列２：  ５’−  ＣＡＣ  ＡＧＣ  ＴＴＧ  ＴＡＧ  ＧＴＧ  ＧＣＡ  ＣＡ   ＦＩＴＣ  ３’
二本のオリゴヌクレオチドの非特異的結合を取り除くために、この溶液を１００℃で２分間放置した後、１２０００ｒｐｍで２分間遠心分離した。ハイブリッド化用チャンバーの中でハイブリッド化溶液が乾燥されることを防止するために、チャンバーの両縁部の凹んでいるところに３ＸＳＳＣ（０．４５Ｍ  ＮａＣｌ、０．０４５Ｍ  クエン酸ナトリウム）を３０μＬずつ入れた。チャンバーの蓋を閉めて５５℃の恒温槽に１０時間放置した。
【０１００】
１０時間後、ハイブリッド化チャンバーを恒温槽から取り出して２ＸＳＳＣ溶液に２分間浸漬し、その後、０．１ＸＳＳＣ（０．０１５Ｍ  ＮａＣｌ、０．００１５Ｍ  クエン酸ナトリウム）０．１％ＳＤＳ溶液に５分間浸漬した。最後に、０．１ＸＳＳＣに５分間浸漬した。チップの上に残っている溶液を除去するために、チップを遠心分離機内に入れて６００ｒｐｍで５分間遠心分離した。
【０１０１】
蛍光イメージは、スキャンアレイ５０００（ＳｃａｎＡｒｒａｙ  ５０００  Ｐａｃｋａｒｄ  ＢｉｏＳｃｉｅｎｃｅ，  ＢｉｏＣｈｉｐ  Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＬＬＣ）共焦点微細顕微鏡とクォントアレイ・マイクロアレイ分析プログラム（ＱｕａｎｔＡｒｒａｙ  Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ）を利用して得た。
【０１０２】
オリゴヌクレオチドが固定されたＣＮＴに相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをハイブリッド化反応させた時の蛍光が鮮やかで均一に示されるのが確認された（図１３ａの左の写真）。また、オリゴヌクレオチドが固定されてないＣＮＴはオリゴヌクレオチドが付いているＣＮＴに相補的ではない塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとハイブリッド化した場合には、全く蛍光が示されなかった（図１３ａの真ん中および右の写真）。この結果から非特異的な反応がほとんど起こらないことが確認された。
【０１０３】
また、図１３ｂに現したように、ＣＮＴでコットされたグラス気質の上、オリゴヌクレオチドを相補的ではない塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを共にハイブリッド化した結果、ハイブリッド化されたものとハイブリッド化されてないものとを確実に区別することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】金ナノ粒子が点在している炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）の製作過程を示す概略図である。
【図２】シリコン基材にフォトリソグラフィー技術を用いて図１のＣＮＴを集積するための一定の模様の高分子マスクパターンを作る過程を示す概略図である。
【図３−１】金ナノ粒子が点在しているＣＮＴパターンの製作方法を示す工程図であり、図３ａはパターンが形成された基材表面にチオール基（−ＳＨ）を露出させ、金ナノ結晶が点在しているＣＮＴ単層を固定する概略図である。図３ｂは図３ａで形成されたＣＮＴ単層に２つのチオール基を有する化学物質を用いて更なる金ナノ結晶が点在しているＣＮＴを固定する概略図である。図３ｃは上記図３ｂの方法を繰り返して表面に金ナノ粒子が点在しているＣＮＴの表面密度を高める方法の概略図である。
【図３−２】金ナノ粒子が点在しているＣＮＴパターンの製作方法を示す工程図であり、図３ｄは上記図３ｃの方法を繰り返して金ナノ粒子が点在しているＣＮＴを高密度に積層する方法を示す概略図である。図３ｅは基材上に金ナノ粒子が点在しているＣＮＴが高密度に積層されてパターンを形成した結果を示す概略図である。
【図４】金ナノ粒子が点在しているＣＮＴの表面に金結晶と結合又は反応する官能基を有する様々なレセプターが取り付けられた後、多様な種類の標的バイオ物質と選択的に相互作用することを示す概略図である。１、２は標的バイオ物質と反応できるバイオレセプターを示し、４は上記バイオレセプターと反応できる標的バイオ物質を示す。また、３はバイオレセプターの中でオリゴヌクレオチドを示し、５は伝導性ＣＮＴの金属に固定された上記オリゴヌクレオチドとハイブリッド化反応できる相補的核酸を示し、６は反応性のない一般のバイオ物質を示す。
【図５】キナーゼ酵素反応のために金ナノ粒子が点在しているＣＮＴにチオール官能基を有するキナーゼの基質ペプチドを固定させたＣＮＴ−Ａｕ−基質ペプチド複合体を示す。
【図６】ＣＮＴ上に固定された基質ペプチドを用いたキナーゼ酵素反応で生じたイオンを酸化還元反応を誘導させて測定する概略図である。
【図７】ＣＮＴ上に固定された基質ペプチドを用いたキナーゼ酵素反応で生じたイオンを蓄電器を利用してＣＮＴ上のイオンの濃度を測定する概略図である。
【図８】ＣＮＴ上に固定された基質ペプチドを用いたキナーゼ酵素反応で生じたイオンを帯電板を高分子チップに差し込んでイオンの濃度を測定する概略図である。
【図９】図９ａはＣＮＴにチオール基（−ＳＨ）を形成した後、金コロイドを反応させて得た、金結晶が点在しているＣＮＴのＴＥＭ写真であり、図９ｂはチオール基（−ＳＨ）が形成されていないＣＮＴを金コロイドと反応させたＣＮＴのＴＥＭ写真である。
【図１０】図９を高倍率で拡大したＨＲ−ＴＥＭ写真である。
【図１１】ＣＮＴに点在している金結晶に対するＸＰＳ二重線ピークスペクトルである。
【図１２】金ナノ粒子が点在しているＣＮＴにＤＮＡが結合してＣＮＴ−Ａｕ−ＤＮＡ複合体を形成することを示す概略図であり、図１２ａはＣＮＴ壁面に点在している金ナノ結晶にＤＮＡが位置特異的に結合されていることを示し、図１２ｂは基材上においてＣＮＴ−Ａｕ−ＤＮＡ複合体が結合されていることを示す。
【図１３】金ナノ粒子が点在しているＣＮＴにチオール官能基を有するＤＮＡを取り付けた写真であり、図１３ａは多様なＤＮＡの相互作用の結果を比較した写真であり、図１３ｂはＣＮＴパターンにＤＮＡが相補的に結合するか否かを調べるために比較した結果を示す写真である。
【符号の説明】
【０１０５】
１、２    バイオレセプター
３        オリゴヌクレオチド
４        標的バイオ物質
５        相補的核酸
６        一般のバイオ物質
【図１】
2005003687.tif 000003
【図１１】
2005003687.tif 000004
【図２】
2005003687.tif 000005
【図３−１】
2005003687.tif 000006
【図３−２】
2005003687.tif 000007
【図４】
2005003687.tif 000008
【図５】
2005003687.tif 000009
【図６】
2005003687.tif 000010
【図７】
2005003687.tif 000011
【図８】
2005003687.tif 000012
【図９】
2005003687.tif 000013
【図１０】
2005003687.tif 000014
【図１２】
2005003687.tif 000015
【図１３】
2005003687.tif 000016
【配列表】
2005003687000001.app