(57)【要約】  主として近接場光学顕微鏡による表面増強ラマン散乱分光による高速ＤＮＡ塩基配列解析法や、その他の走査型ＤＮＡ塩基配列解析法に適用する事が出来るナノアレイＤＮＡチップ構造を提供する。  ナノアレイＤＮＡチップとして基板或いは基体表面に形成された細溝内に単一分子ＤＮＡ鎖を伸張して固定化して配置及び配列する手段を取る。
2007040219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成された少なくとも１本の細溝内にＤＮＡ鎖を伸張して固定化して配置及び配列した事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項２】
基板表面上の薄膜表面に形成された細溝内に、少なくとも１本の細溝内にＤＮＡ鎖を伸張して固定化して配置及び配列した事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項３】
請求項１及び２記載のＤＮＡ鎖の末端にはナノ粒子が固定化され、該ナノ粒子が基板上に形成したパッド部にボンディングされて成る事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項４】
請求項３記載のナノ粒子は、金製ナノ粒子、ガラス製ナノ粒子、合成樹脂製ナノ粒子の何れかから成る事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項５】
請求項３記載のパッド部は金薄膜、合成樹脂薄膜の何れかから成る事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項６】
請求項１から５に記載された、基板は円盤状のディスクであり、ディスク表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項７】
請求項１から５に記載された、基板は円筒状のマイクロシリンダーであり、マイクロシリンダー表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項８】
請求項７に記載された、基板は円柱状のマイクロシリンダー基体であり、マイクロシリンダー表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項９】
請求項１及び２記載の細溝は、（１１１）結晶面方位のシリコン単結晶基板又はシリコン単結晶膜の表面から形成されたＶ型断面構造である事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ鎖の塩基配列情報を解析する際に必要なＤＮＡチップ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＮＡチップは図７に示す如く、スライドガラスから成る基板１０１の表面に官能基から成るＤＮＡ固定端１０４を形成し、該ＤＮＡ固定端１０４上にＤＮＡ鎖１０３を固定して林立させてマイクロアレイＤＮＡチップを構成しているのが通例である。【０００３】
【特許文献１】ＵＳ６３７６１６６「Apparatus and Method for The Analysis of Numeric Acids Hybridization on High   Density NA Chips」Vladimir Poponin.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来のマイクロアレイＤＮＡチップは、[特許文献１]に示されている如き、近接場光学顕微鏡による表面増強ラマン散乱分光による高速ＤＮＡ塩基配列解析法やその他の走査型ＤＮＡ塩基配列解析法に適用する事は出来ない。【０００５】
すなわち、近接場光学顕微鏡による表面増強ラマン散乱分光による高速ＤＮＡ塩基配列解析法や、その他の走査型ＤＮＡ塩基配列解析法では、基板表面に添って形成された単一分子マクロＤＮＡ鎖やＤＮＡ鎖断片を配置或いは配列されたＤＮＡチップを要する。【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、主として近接場光学顕微鏡による表面増強ラマン散乱分光による高速ＤＮＡ塩基配列解析法や、その他の走査型ＤＮＡ塩基配列解析法に適用する事が出来るナノアレイＤＮＡチップ構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し、上記目的を達成するために、ナノアレイＤＮＡチップとして基板表面に形成された細溝内に、少なくとも１本の細溝内にＤＮＡ鎖を伸張して固定化して配置及び配列する手段を取る。【０００８】
又、上記課題を解決し、上記目的を達成するために、ナノアレイＤＮＡチップとして基板上の薄膜表面に形成された細溝内に、少なくとも１本の細溝内にＤＮＡ鎖を伸張して固定化して配置及び配列する手段を取る。【０００９】
請求項１及び２記載のナノアレイＤＮＡチップに於けるＤＮＡ鎖の末端にはナノ粒子が固定化され、該ナノ粒子が基板上に形成したパッド部にボンディングする手段を取る。【００１０】
請求項３記載のナノアレイＤＮＡチップに於けるナノ粒子は、金製ナノ粒子、ガラス製ナノ粒子、合成樹脂製ナノ粒子の何れかから成る手段を取る。【００１１】
請求項３記載のナノアレイＤＮＡチップに於けるパッド部は金薄膜、合成樹脂薄膜の何れかから成る手段を取る。【００１２】
請求項１から５に記載されたナノアレイＤＮＡチップの基板は、円盤状のディスクであり、ディスク表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である手段を取る。【００１３】
請求項１から５に記載されたナノアレイＤＮＡチップの基板は、円筒状のマイクロシリンダーであり、マイクロシリンダー表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である手段を取る。【００１４】
請求項７に記載されたナノアレイＤＮＡチップの基板は、円柱状のマイクロシリンダー基体であり、マイクロシリンダー表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である手段を取る。【００１５】
請求項１及び２記載の細溝は、（１１１）結晶面方位のシリコン単結晶基板又はシリコン単結晶膜の表面から形成されたＶ型断面構造とするで手段を取る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、ＤＮＡ鎖（含むＲＮＡ）の配置及び配列が高精度化され、主として近接場光学顕微鏡による表面増強ラマン散乱分光によるＤＮＡ塩基配列解析法や、その他の走査型ＤＮＡ塩基配列解析法によるＤＮＡの塩基配列解析を高速且つ高精度に行う事が出来ると共に、取分けマルチプローブによるＤＮＡ塩基配列解析を高速且つ高精度に行う事が出来る効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るナノアレイＤＮＡチップの要部の模式図である。
【図２】本発明に係るナノアレイＤＮＡチップの要部の模式図である。
【図３】本発明に係るナノアレイＤＮＡチップの要部の模式図である。
【図４】本発明に係るディスク状ナノアレイＤＮＡチップの要部の模式図である
【図５】本発明に係るマイクロシリンダー状ナノアレイＤＮＡチップの要部の模式図    である。
【図６】従来技術に於けるマイクロアレイＤＮＡチップの要部の断面模式図。
【図７】本発明に係るシリコン単結晶基板及び単結晶膜の表面から形成されたＶ型細    溝の断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０１  基板
１０２  細溝
１０３  ＤＮＡ鎖
１０４  ＤＮＡ固定端
２０１  薄膜
３０１  パッド部
３０２  ナノ粒子
４０１，５０１  細溝内ＤＮＡ鎖
６０１  Ｖ型細溝
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態に係るナノアレイＤＮＡチップに関し、図面に基いて詳細に説明する。【００２０】
図１は、本発明に係るナノアレイＤＮＡチップの一例を示す要部の模式図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＤＮＡ鎖を含むＸ方向の模式断面図、（ｃ）はＤＮＡ鎖を含むＹ方向の模式断面図である。【００２１】
前記ナノアレイＤＮＡチップは、基板１０１の表面から形成された細溝１０２内に伸張されたＤＮＡ鎖１０３の末端をＤＮＡ固定端１０４で固定して、線状に配置及び配列した構造から成る。【００２２】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１としては、スライドガラスや、アクリル樹脂板やシリコーン樹脂板やポリカーボネイト樹脂板を代表とするエンジニアリングプラスチック板の他、望ましくは低熱膨張率の石英版やシリコン基板から成る。【００２３】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１の表面から形成された細溝１０２は、ＤＮＡ鎖の半径１ｎｍ〜直径２ｎｍ程度の深さとＤＮＡ鎖の直径２ｎｍ程度の幅の、直線状或いは螺旋状或いは同心円状の所定の形状に、ＤＮＡ鎖断片や単一分子マクロＤＮＡ鎖（平均長さ：５ｃｍ）の所定の長さに、Ｘ線露光法（解像力：＜０．５ｎｍ）やイオンビーム露光法（解像力：０．５ｎｍ）やインプリント法（解像力：２ｎｍ）により基板表面に図形状レジスト膜を形成後にイオンエッチング法或いはプラズマエッチング法或いは化学エッチング法によりエッチングしてからレジスト膜を除去して形成される。【００２４】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１表面に形成された細溝１０２内に伸張した１本鎖或いは２本鎖のＤＮＡ鎖１０３を配置及び配列するには、原子間力顕微鏡のプローブをマイクロピンセットとする方法や、ＤＮＡ鎖の末端にナノ粒子を官能基で固定して光ピンセットで移動する方法を用いる。【００２５】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１表面に形成された細溝１０２内に伸張した１本鎖或いは２本鎖のＤＮＡ鎖１０３を配置及び配列するには、原子間力顕微鏡のプローブをマイクロピンセットとする方法や、ＤＮＡ鎖の末端にナノ粒子を官能基で固定して光ピンセットで移動する方法を用いる。【００２６】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１表面に形成された細溝１０２内に伸張した１本鎖或いは２本鎖のＤＮＡ鎖１０３を配置及び配列すると共に固定化するには、ＤＮＡ鎖１０３全体を吸着させたり、ＤＮＡ鎖１０３の化学修飾した末端（ＤＮＡ固定端１０４）を官能基で固定させる事が出来る。【００２７】
固定操作に於いて、ＤＮＡ鎖１０３全体を吸着させる場合には、細溝１０２内面を疎水性にしてＤＮＡ鎖１０３全体を細溝１０２内に吸着させたり、細溝１０２内が親水性の場合は細溝１０２内に２価カチオンを吸着させる事で、ＤＮＡ鎖１０３を細溝１０２内に固定させる事も出来る。【００２８】
図２は、本発明に係るナノアレイＤＮＡチップの他の例を示す要部の模式図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＤＮＡ鎖を含むＸ方向の模式断面図、（ｃ）はＤＮＡ鎖を含むＹ方向の模式断面図である。【００２９】
前記ナノアレイＤＮＡチップは、基板１０１の表面に形成された薄膜２０１に細溝１０２を形成し、該細溝１０２内に伸張されたＤＮＡ鎖１０３の末端をＤＮＡ固定端１０４で固定して、線状に配置及び配列した構造から成る。【００３０】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１は、スライドガラスや、アクリル樹脂板やシリコーン樹脂板やポリカーボネイト板を代表とするエンジニアリングプラスチック板の他、望ましくは石英板やシリコン基板から成る。【００３１】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１表面の薄膜２０１としての材料は、アクリル樹脂やシリコーン樹脂やポリイミド樹脂やフッ素樹脂やゴム系樹脂を代表とするエンジニアリングプラスチック材の他、酸化シリコン（石英）やシリコンやその他のセラミックス材や金属材や炭素材である。取分け、露光技術で図形状の薄膜２０１を形成する場合には感光性のアクリル樹脂やシリコーン樹脂やポリイミド樹脂やフッ素樹脂やゴム系樹脂を用いる。【００３２】
ナノアレイＤＮＡチップの厚さ１〜２ｎｍ程度の薄膜２０１に形成された細溝１０２は、ＤＮＡ鎖の直径２ｎｍ程度の幅で直線状或いは螺旋状或いは同心円状の所定の形状に、ＤＮＡ鎖断片や単一分子マクロＤＮＡ鎖（平均長さ５ｃｍ）の所定の長さに、Ｘ線露光法（解像力：<0.5nm）やイオンビーム露光法(解像力：0.5nm)やインプリント法(解像力：2nm)によって形成される。【００３３】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１表面の薄膜２０１に形成された細溝１０２内に伸張した１本鎖或いは２本鎖のＤＮＡ鎖１０３を配置及び配列するには、原子間力顕微鏡のプローブをマイクロピンセットとする方法や、ＤＮＡ鎖の末端にナノ粒子を官能基で固定して光ピンセットで移動する方法を用いる。【００３４】
ナノアレイＤＮＡチップの基板１０１表面の薄膜２０１に形成された細溝１０２内に伸張した１本鎖或いは２本鎖のＤＮＡ鎖１０３を配置及び配列すると共に固定化するには、ＤＮＡ鎖１０３全体を吸着させたり、ＤＮＡ鎖１０３の化学修飾した末端（ＤＮＡ固定端１０４）を官能基で固定させる事が出来る。【００３５】
固定操作に於いて、ＤＮＡ鎖１０３全体を吸着させる場合には、細溝１０２内面を疎水性にしてＤＮＡ鎖１０３全体を細溝１０２内に吸着させたり、細溝１０２内が親水性の場合は細溝１０２内に２価カチオンを吸着させる事で、ＤＮＡ鎖１０３を細溝１０２内に固定させる事も出来る。【００３６】
図３は、本発明に係るナノアレイＤＮＡチップのその他の例を示す要部の模式図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＤＮＡ鎖を含むＸ方向の模式断面図である。【００３７】
すなわち、基板１０１表面の細溝１０２内に配置及び配列されたＤＮＡ鎖１０３の末端のＤＮＡ固定端１０４にはナノ粒子３０２が固定化され、該ナノ粒子３０２を基板１０１上に形成されたパッド部３０１にボンディングされて成る。【００３８】
前記ナノ粒子(ビーズ)３０２は、直径１０ｎｍ程度の金ナノ粒子やガラスナノ粒子や合成樹脂ナノ粒子を含むナノサイズの粒子から成る。【００３９】
前記パッド部３０１は、厚さ１ｎｍ以上で１０ｎｍ平方程度以上の面積の図形状の金薄膜や合成樹脂薄膜を含む薄膜類から成る。【００４０】
前記ボンディング処理は、カンチレバーのプローブ先端をパッド部３０１上のナノ粒子に押し当て、圧着、熱圧着或いは超音波ボンディングで行われる。【００４１】
前記パッド部３０１材料とナノ粒子３０２材料との相性は、金ナノ粒子と金薄膜パッドとの組み合わせが最も確実で信頼性が有るボンディングが出来る。ガラスナノ粒子と金薄膜パッドとの組み合わせはボンディングが極めて困難である。合成樹脂ナノ粒子と合成樹脂パッドとの組み合わせはかなり確実にボンディング出来る。ガラスナノ粒子と合成樹脂パッドとの組み合わせは或る程度の確実性でボンディング出来る。【００４２】
図４は、本発明に係る一応用例を示す、ディスク状のナノアレイＤＮＡチップの要部の模式図であり、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は断面模式図である。【００４３】
すなわち、ディスク状の基板１０１表面には同心円状又は螺旋状に形成された細溝１０２内にＤＮＡ鎖１０３を配置及び配列した細溝内ＤＮＡ鎖４０１がＤＮＡ固定端１０４で固定されている。【００４４】
前記ＤＮＡ鎖１０３は、単一分子マクロＤＮＡ鎖が適してはいるが、ＤＮＡ鎖断片であっても良く、ＤＮＡ鎖の長さが異なる場合にはＤＮＡ固定端１０４を一本のＤＮＡ鎖の両末端に固定する事も出来る。【００４５】
図５は、本発明に係る他の応用例を示す、マイクロシリンダー状のナノアレイＤＮＡチップの要部の模式図であり、（ａ）は外観模式図、（ｂ）は断面模式図である。【００４６】
すなわち、円筒状又は円柱状のマイクロシリンダーの基板（含む基体）１０１表面には同心円状又は螺旋状に形成された細溝１０２内にＤＮＡ鎖１０３を配置及び配列した細溝内ＤＮＡ鎖５０１がＤＮＡ固定端１０４で固定されている。【００４７】
前記ＤＮＡ鎖１０３は、単一分子マクロＤＮＡ鎖が適してはいるが、ＤＮＡ鎖断片であっても良く、ＤＮＡ鎖の長さが異なる場合にはＤＮＡ固定端１０４を一本のＤＮＡ鎖の両末端に固定する事も出来る。【００４８】
図７は、本発明に係るその他の実施例を示すシリコン単結晶から成る基板１０１の表面からV型細溝６０１を形成し、該V型細溝６０１内にDNA鎖１０３を配置した（a）Ｖ型細溝断面図−１、及び基板１０１表面に形成されたシリコン単結晶の薄膜２０１の表面から６０１を形成し、該V型細溝６０１内にDNA鎖１０３を配置した(b)Ｖ型細溝断面図−２である。【００４９】
V型細溝６０１は、（１１１）結晶面方位のシリコン単結晶基板又はシリコン単結晶の薄膜２０１の表面から各種露光法により基板表面に図形状レジスト膜を形成後に、KOH水溶液等による異方性化学エッチングによりＶ型断面構造のV型細溝６０１とし、レジスト膜を除去後に、該V型細溝６０１内の底部方向DNA鎖１０３を落し込んで配置する。【００５０】
尚、細溝構造はＶ型断面構造に限らずU型や半円型など他の断面構造であっても良く、Ｖ型断面構造を他のナノアレイDNAチップに適用しても良い事は言うまでも無い。
【図１】
2007040219.tif 000003
【図２】
2007040219.tif 000004
【図３】
2007040219.tif 000005
【図４】
2007040219.tif 000006
【図５】
2007040219.tif 000007
【図６】
2007040219.tif 000008
【図７】
2007040219.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月24日(2007.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に少なくとも１本の細溝が形成され、前記細溝は、前記基板の表面から形成されたＶ型断面構造を有し、前記細溝内にＤＮＡ鎖が伸張され固定化され配置及び配列される事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項２】
基板表面に少なくとも１本の細溝が形成され、前記細溝は、前記基板の表面から形成されたＵ型断面構造を有し、前記細溝内にＤＮＡ鎖を伸張され固定化され配置及び配列される事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項３】
基板表面に少なくとも１本の細溝が形成され、前記細溝は、前記基板の表面から形成された半円型断面構造を有し、前記細溝内にＤＮＡ鎖を伸張され固定化され配置及び配列される事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項４】
基板表面上の薄膜表面に細溝が形成され、前記細溝は、前記薄膜の表面から形成されたＶ型断面構造を有し、前記細溝のうち、少なくとも１本の細溝内にＤＮＡ鎖が伸張され固定化され配置及び配列される事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項５】
基板表面上の薄膜表面に細溝が形成され、前記細溝は、前記薄膜の表面から形成されたＵ型断面構造を有し、前記細溝のうち、少なくとも１本の細溝内にＤＮＡ鎖が伸張され固定化され配置及び配列される事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項６】
基板表面上の薄膜表面に細溝が形成され、前記細溝は、前記薄膜の表面から形成された半円型断面構造を有し、前記細溝のうち、少なくとも１本の細溝内にＤＮＡ鎖が伸張され固定化され配置及び配列される事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項７】
請求項１から６記載のＤＮＡ鎖の末端にはナノ粒子が固定化され、該ナノ粒子が基板上に形成したパッド部にボンディングされて成る事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項８】
請求項７記載のナノ粒子は、金製ナノ粒子、ガラス製ナノ粒子、合成樹脂製ナノ粒子の何れかから成る事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項９】
請求項７記載のパッド部は金薄膜、合成樹脂薄膜の何れかから成る事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項１０】
請求項１から９に記載された、基板は円盤状のディスクであり、ディスク表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項１１】
請求項１から９に記載された、基板は円筒状のマイクロシリンダーであり、マイクロシリンダー表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項１２】
請求項１１に記載された、基板は円柱状のマイクロシリンダー基体であり、マイクロシリンダー表面に形成された細溝は同心円状或いは螺旋状である事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【請求項１３】
請求項１から６記載の細溝は、（１１１）結晶面方位のシリコン単結晶基板又はシリコン単結晶膜の表面から形成される事を特徴とするナノアレイＤＮＡチップ。
【国際調査報告】
2007040219.tif 000010
2007040219.tif 000011
2007040219.tif 000012
2007040219.tif 000013