(57)【要約】  電解液内の電気化学検出方法において生体分子の担体として用いるための電気基体が提供され、かかる電気基体は、導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)と接続用接触面とを有する導電パターン(２０;２０Ａ−２０Ｃ、２８)を担う絶縁支持プレート(１２)を有し、かつ、導体通路(２０;２０Ａ−２００)上に配置され、生体分子(２６)を施行するための試験部位(２４)を有し、かかる導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)は導電性の高いベースメタルと、金の層の外側(１８)とで作成されたメタルコア(１４)を示し、かつ前記導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)は電気化学検出方法が行なわれている間、電解液がメタルコア(１４)と直接接触することを防ぐ拡散障壁層(１６)を施されている。
2006519975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液内の電気化学検出方法において生体分子の担体として用いるための電気基体であって、導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)と接続用接触面とを有する導電パターン(２０;２０Ａ−２０Ｃ、２８)を担う絶縁支持プレート(１２)を有し、かつ、
導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)上に配置され、生体分子(２６)を施行するための試験部位(２４)を有し、前記導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)は導電性の高いベースメタルと、メタルコア(１８)を取り囲む金の層とで作成されたメタルコア(１４)を示し、かつ
前記導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)は電気化学検出方法が行なわれている間、電解液がメタルコア(１４)と直接接触することを防ぐ拡散障壁層(１６)を連続的に施されている電解液内の電気化学検出方法において生体分子の担体として用いる電気基体。
【請求項２】
前記メタルコア(１４)は銅、タングステンおよび／またはアルミニウムから構成されることを特徴とする請求項１に記載の電気基体。
【請求項３】
前記メタルコア(１４)は銅から形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電気基体。
【請求項４】
前記拡散障壁層はメタルコア(１４)とその外側の金の層(１８)との間に配置されたニッケル、チタンおよび／または白金で作成された中間層(１６)から構成されることを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項５】
前記中間層(１６)は厚さが約２マイクロメートルから約１０マイクロメートル、好ましくは約３マイクロメートルから約８マイクロメートル、特に好ましくは約４マイクロメートルから約６マイクロメートルであることを特徴とする請求項４に記載の電気基体。
【請求項６】
前記拡散障壁層は前記金の層(１８)に塗布されたラッカー層を含むことを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項７】
前記拡散障壁層は前記メタルコアに配置されており、孔が前記金の層(１８)の表面領域の前記初期融解により実質的に閉じられた金の層(１８)を有することを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項８】
前記金の層は厚さが約０．１５マイクロメートルから約１０マイクロメートル、好ましくは約１マイクロメートルから約５マイクロメートル、特に好ましくは約２マイクロメートルから約３マイクロメートルであることを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項９】
前記拡散障壁層は前記メタルコアに配置された金の層から形成され、厚さが前記電解液の前記メタルコア(１４)との直接接触を防ぐような大きさに選択されたことを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１０】
前記絶縁支持プレート(１２)は片側固定型支持プレート、両側固定型支持プレート、多層固定型支持プレートであることを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１１】
前記絶縁支持プレート(１２)は特にポリイミドフイルムで作成された、片側または両側フレキシブル支持プレート、あるいは固定フレキシブル支持プレートであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１２】
前記絶縁支持プレート(１２)は、
ＢＴ(シリカガラスを有するビスマレイミドトリアジン樹脂)、ＣＥ(シリカガラスを有するシアン酸塩エステル)、ＣＥＭ１(ＦＲ４外層を有する強靭な紙芯)、ＣＥＭ３(ＦＲ４外層を有するファイバーガラスマット芯)、ＦＲ２(石炭酸樹脂紙)、ＦＲ３(強靭な紙)、ＦＲ４(エポキシド織ガラス布)、ＦＲ５(クロスリンクされた樹脂系を有するエポキシド織ガラス布)、ＰＤ(アラミド強化されたポリイミド樹脂)、ＰＴＦＥ(ガラスまたはセラミックを有するポリテトラフルオロエチレン)、ＣＨｎ(セラミックと高度にクロスリンクされた炭化水素)およびガラス、の群から選択される基礎原料から構成されることを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１３】
前記絶縁支持プレート(１２)は半導体プレート、または支持プレート絶縁層を設けられた半導体プレートから形成されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１４】
前記絶縁支持プレート(１２)はＳｉＮｘ絶縁層を設けられたシリコンプレートから形成されることを特徴とする請求項１３に記載の電気基体。
【請求項１５】
前記導体通路（２０）は幅が５０マイクロメートルから２５０マイクロメートル、特に８０マイクロメートルから２００マイクロメートルであることを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１６】
絶縁層(２２)はサブ領域で前記金の層(１８)を施されることを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１７】
前記絶縁層(２２)は熱および／または光学的に硬化されうる、構成可能なラッカーにより形成されることを特徴とする請求項１６に記載の電気基体。
【請求項１８】
前記絶縁層（２２）はパリレン層により形成されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の電気基体。
【請求項１９】
前記絶縁層(２２)は厚さが約１マイクロメートルから約３０マイクロメートル、好ましくは約５マイクロメートルから約２０マイクロメートルであることを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項２０】
前記絶縁層（２２）は、前記導体通路（２０）の一部分において、前記生体分子（２６）を適用するための試験部位を形成する前記下層の金の層（１８）の下まで伸びる間隙（２４）を示すことを特徴とする請求項１６ないし１９のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項２１】
前記導電パターンは、前記周縁端部面に配置され、極めて導電性の高いベースメタルから作成されたメタルコアを示し、金の層が前記メタルコアを取り囲む１以上のバイアを含み、前記バイアは拡散障壁層に連続的に設けられるため、前記電気化学検出法が行なわれている際に、前記電解液が前記メタルコアと直接接触することが回避されることを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項２２】
前記バイアの前記メタルコアはタングステンまたはアルミニウムで形成される請求項２１に記載の電気基体。
【請求項２３】
前記拡散障壁層は前記バイアの前記メタルコアと前記金の層の外側との間に配置されたニッケル、チタンおよび／または白金で作成された中間層により形成されたことを特徴とする請求項２１または２２に記載の電気基体。
【請求項２４】
前記バイアの前記中間層は厚さが約０．０１マイクロメートルから約１マイクロメートル、好ましくは約０．０５マイクロメートルから約０．５マイクロメートル、特に好ましくは約０．１マイクロメートルから約０．２マイクロメートルを示すことを特徴とする請求項２３に記載の電気基体。
【請求項２５】
前記バイアの前記金の層は厚さが約０．０５マイクロメートルから約０．７５マイクロメートル、好ましくは約０．１５マイクロメートルから約０．５マイクロメートル、特に好ましくは約０．３マイクロメートルを示すことを特徴とする請求項２１ないし２４のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項２６】
定電位電解法(ＣＡ)、クロノクーロメトリー(ＣＣ)、リニアスィープボルタンメトリー(ＬＳＶ)、サイクリックボルタンメトリー(ＣＳＶ)、ＡＣボルタンメトリー、種々のパルス形を備えたボルタンメトリー技術、特に矩形波ボルタンメトリー(ＳＷＶ)、微分パルスボルタンメトリー(ＤＰＶ)、または通常パルスボルタンメトリー(ＮＰＶ)、ＡＣｏｒＤＣＡＣまたはＤＣインピーダンス分光分析法、定電流電解法およびサイクリック定電流電解法、
の群から選択される電気化学検出法において、前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体の利用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電解液内の電気化学検出法における生体分子の担体として使用される電気基体に関する。本発明はまた生体分子を検出するための電気化学法におけるかかる担体の利用法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
電解液内に含まれる物質の検出は、たとえばドイツ国特許公報１９９５６７２９Ｃ１に示されている。「高圧液体クロマトグラフィー」"(ＨＰＬＧ)として公知である方法においては、トレーサ物質が担体液に加えられるとともに、作成された電解液は分離カラムを通過する。この分離カラムは種々のトレーサ物質に対する種々の高度な保持効果を示す。このため、種々の物質がカラムの出口に到着する時間は異なっており、個別に分析が可能となる。
【０００３】
分析を行なうために分離カラムの後方にはフロースルーチャンバが設けられた測定セルが配置される。このチャンバ内では作用電極および対向電極が突出しており、このチャンバを超えて電解液が流れる。トレーサ物質を検出するには、作用電極と対向電極との間にトレーサ物質を酸化させたり減少させたりする電位差をかける。電子の流れは作用電極において、電流の流れとして測定されるとともに試料内のトレーサ物質の含有率の測標となる。
【０００４】
このような系列的な方法に加えて、いわゆるＤＮＡまたはたんぱく質のチップを用いたアレー技術による並列的な検出方法が多く適用されつつある。本願明細書においてはたとえば遺伝子分析には、公知のＤＮＡ塩基配列のライブラリー、プローブオリゴヌクレオチドのライブラリーが表面のチップ上の規則グリッド内に固定されるため、それぞれ個々のＤＮＡ塩基配列の位置が知られる。仮に、その配列がチップ上の特定のプローブオリゴヌクレオチドを補完するものである、対象とされるオリゴヌクレオチドの活性遺伝子の断片が試験溶液内に存在するのであれば、この対象とされるオリゴヌクレオチドはチップ上のハイブリダイゼーションと対応するイベントを検出することにより確認されるとともに読み取りが可能となる。
【０００５】
ＤＮＡ／ＲＮＡ配列内の放射活性標識の公知である使用方法には、放射能物質を扱う場合の綿密な使用上の注意が必要であるなどの、多くの不利な点がある。蛍光性または分光計検出に伴う公知の方法においては、設備に対応する費用が極めて高い。
【０００６】
これら不利な点に対処するために、結合に伴うプローブオリゴヌクレオチドの電気化学特性における変化を使用した結合イベントの検出が提案されてきたが、これについては、国際特許出願９７／４６５６８、国際特許出願９９／５１７７８、国際特許出願００／３１１０１または国際特許出願００／４２２１７を比較されたい。
【発明の詳細な説明】
【０００７】
第一に本発明の目的は、特許請求の範囲にて特徴が示されているように、上述された電気化学検出法の検出精度を高めることである。
【０００８】
本発明によると、かかる目的は請求項１にしたがった電気基体および請求項２６にしたがった使用法により解決される。さらなる有利な詳細、本発明の要旨および実施形態は従属請求項、詳細な説明、図面および実施例から明らかにされるであろう。
【０００９】
本発明における電気基体は、導体通路および接続接触面を有する導電性パターンを持つ絶縁支持プレートを含み、生体分子を適用するための試験部位である導体通路上に配置される。ここで導体通路は、極めて導電性の高いベースメタルと、このメタルコアを取り囲む金の層から作成されるメタルコアを示す。さらに、導体通路は連続的に拡散障壁層を設けられるが、これは電気化学検出法を実行する時に、メタルコアを有する電解液と直接接触することを防止する。
【００１０】
本発明は、ベースメタルコアが通常、銅から作成され、電気基体上に設けられて、電気化学検出時の試験信号に強力に影響を与えることができるという本願明細書の発明者らの知見に基づくものである。したがって、たとえば、銅が酸化することにより、Ａｇ／ＡｇＣｌの参照電極に対する２５０ミリボルトの電位差の信号ピークが起こされる。多くの好ましい電気化学検出法もまたこの電位差範囲内で行なわれる。特に極めて少量の試験物質を検出する場合においては、比較的少量の銅原子でさえ存在した際には試験信号が破壊されたり、試験信号に望ましくない影響を与えたりする場合がある。
【００１１】
本願明細書の発明者らの実験により、簡易な手段では、ベースメタルコアの干渉を必要とされる低い比率に減少させるのに十分ではないことが判明された。たとえばまずニッケル障壁層と金層とを支持プレートに施された銅板に施し、この層の構造を導電パターンに構成することが十分ではないことが判明された。このことにより連続的な拡散障壁層はもたらされないからである。この工程において銅原子は十分に保護されていない導体通路の水平面を通って電解液と接触することになる。
【００１２】
また、電気化学検出によりさらなる利点が多くもたらされるが、これらは付随して発生する好ましくないベースメタルの電気化学的影響が、拡散障壁層により減少されたり、または完全に除去された場合にのみ実証されるものである。これらにはたとえば、キャッチャー分子を続く電子に直接結合することにより伝統的な方法と比較した場合、著しく高感度を示す電気化学読出方法が含まれる。このようにして、必要とされる評価時間もまた大幅に減少させることが可能である。さらに、準備が比較的容易であるため、全体的な所要測定時間の短縮につながる。伝統的な方法とは異なり、対象とされる物質は特別なマーカーにより改良されたり、または誤った増幅(増殖方法)を介して検出可能な量の物質を生み出したりという必要がない。
【００１３】
好ましい実施形態によると、本発明にしたがった基体のメタルコアは、銅、タングステンおよび／またはアルミニウムを含む。特にメタルコアは、銅で有利に形成されてもよい。
【００１４】
本発明の有利な開発において、拡散障壁層はニッケル、チタンおよび／または白金で作成される中間層を含み、この層はメタルコアとその外側の金の層との間に配置されている。かかる中間層はベースメタルコアから電解液内への原子の拡散を効果的に防止し、これにより極めて高感度の電気化学検出法が可能となる。
【００１５】
中間層は厚さが約２マイクロメートルから約１０マイクロメートルであることが好都合であり、より好ましくは約３マイクロメートルから約８マイクロメートルであり、特に好ましくは約４マイクロメートルから約６マイクロメートルである。
【００１６】
本発明のさらに有利な実施形態によると、拡散障壁層は金の層に塗布されるラッカー層を含む。
同様に、拡散障壁層は、メタルコア上に配置されて、孔が金の層の表面領域の初期融解により実質的に閉じられた金の層を含んで設けられてもよく、これによりメタルコアからの原子の移動は実際的に防止される。
【００１７】
拡散障壁層はまた、多くの上述された方法を組み合わせることにより形成されてもよいことを理解されたい。たとえば拡散障壁層は、金の層に塗布されるラッカー層により、サブ領域にのみ形成されてもよい。試験部位などの、ラッカー層が塗布されていない領域においては、金の層がレーザ照射により初期融解されてもよく、これにより金の層自体がこれらの領域内で拡散障壁層を形成する。
【００１８】
上述された実施形態における金の層は、厚さが約０．１５マイクロメートルから約１０マイクロメートル、好ましくは、約１マイクロメートルから約５マイクロメートル、特に好ましくは約２マイクロメートルから約３マイクロメートルである場合に特に有利であることが実証されている。
【００１９】
本発明の他の実施形態によると、拡散障壁層は、メタルコア上に配置された金の層により形成されており、その厚さは、電解液がメタルコアと直接接触しないような大きさに選択されている。
【００２０】
絶縁支持プレートは片側固定型支持プレート、両側固定型支持プレート、もしくは多層固定型支持プレートであることが好都合である。また、絶縁支持プレートは特にポリイミドフイルムで作成された、片側または両側フレキシブル支持プレートであってもよく、あるいは固定フレキシブル支持プレートであってもよい。基礎原料は：ＢＴ(シリカガラスを有するビスマレイミドトリアジン樹脂)、ＣＥ(シリカガラスを有するシアン酸塩エステル)、ＣＥＭ１(ＦＲ４外層を有する強靭な紙芯)、ＣＥＭ３(ＦＲ４外層を有するファイバーガラスマット芯)、ＦＲ２(石炭酸樹脂紙)、ＦＲ３(強靭な紙)、ＦＲ４(エポキシド織ガラス布)、ＦＲ５(クロスリンクされた樹脂系を有するエポキシド織ガラス布)、ＰＤ(アラミド強化されたポリイミド樹脂)、ＰＴＦＥ(ガラスまたはセラミックを有するポリテトラフルオロエチレン)、ＣＨｎ(セラミックと高度にクロスリンクされた炭化水素)およびガラス、からなる群から選択されると有利である。
【００２１】
本発明のさらに好ましい実施形態によると絶縁支持プレートは、半導体プレート、または支持プレート絶縁層を設けられた半導体プレートにより形成されている。たとえば、電気基体の絶縁支持プレートは、ＳＩＮＸ絶縁層を設けられたシリコンプレートにより有利に形成されてもよい。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態において、電気基体の導体通路は、幅が５０マイクロメートルから２５０マイクロメートル、特に８０マイクロメートルから２００マイクロメートルである。
【００２３】
上述されたＳｉＮＸを塗布されたＳｉプレートなどの半導体基体上に導体通路が形成される場合、伝統的な半導体技術加工に準じて、かなりより細く形成されることも可能であり、その際、幅は数マイクロメートルまたは１マイクロメートルよりもさらに細いものとなる。仮に導体通路が極めて細く形成される場合には、これらの通路は生体分子を受けるための十分な大きさの面をもたらすために、試験部位の領域が有利に拡大される。
【００２４】
さらに本発明によると、絶縁層がサブ領域内において外側の金の層に塗布されるように施されると有利である。特に、絶縁層は熱および／または光学的に硬化されうる、構成可能なラッカーにより有利に形成されてもよい。有利な実施形態においては、絶縁層はパリレン層により形成されてもよい。
【００２５】
本発明にしたがうと絶縁層は、厚さが好ましくは約１マイクロメートルから約３０マイクロメートル、特に好ましくは約５マイクロメートルから約２０マイクロメートルである。
絶縁層は、導体通路の一部分において間隙が、生体分子を適用するための試験部位を形成する下層の金の層まで伸びると有利である。
【００２６】
本発明の有利な成果にしたがうと、前記導電パターンは、周縁端部面に配置され、極めて導電性の高いベースメタルから作成されたメタルコアを示し、金の層がメタルコアを取り囲む１以上のバイアを含む。かかるバイアは拡散障壁層に連続的に設けられるため、電気化学検出法が行なわれている際に、電解液がメタルコアと直接接触することが回避される。
【００２７】
本実施形態においては、バイアのメタルコアはタングステンまたはアルミニウムで形成されることが好ましい。拡散障壁層はバイアのメタルコアと外側の金の層との間に配置されたニッケル、チタンおよび／または白金から作成される中間層により有利に形成される。
【００２８】
バイアの中間層はその厚さが、約０．０１マイクロメートルから約１マイクロメートル、好ましくは約０．０５マイクロメートルから約０．５マイクロメートルであり、特に好ましくは約０．１マイクロメートルから約０．２マイクロメートルであることが有利である。バイアの金の層はその厚さが、約０．０５マイクロメートルから約０．７５マイクロメートル、好ましくは約０．１５マイクロメートルから約０．５マイクロメートルであり、特に好ましくは約０．３マイクロメートルであることが有利である。
【００２９】
本発明はまた、定電位電解法(ＣＡ)、クロノクーロメトリー(ＣＣ)、リニアスィープボルタンメトリー(ＬＳＶ)、サイクリックボルタンメトリー(ＣＳＶ)、ＡＣボルタンメトリー、特に矩形波ボルタンメトリー(ＳＷＶ)、微分パルスボルタンメトリー(ＤＰＶ)、または通常パルスボルタンメトリー(ＮＰＶ)、を有する種々の技術、ＡＣまたはＤＣインピーダンス分光分析法、定電流電解法およびサイクリック定電流電解法を有する種々のパルス形を備えたボルタンメトリー技術、の群から選択される電気化学検出法の上述した種類の電気基体の使用からなる。
【００３０】
本発明のさらなる有利な実施形態、特徴、および詳細は従属請求項、例示的な実施形態の説明および図面から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明は、図面を伴って例示的な実施形態を参照することによりさらなる詳細を下記に示すものとする。本発明を理解するうえで重要である構成要素のみが図示されている。
【図１】本発明の例示的な実施形態にしたがった電気基体の概略説明図を示す断面図である。
【図２】図１の電気基体を線Ａ−Ａに沿って断面した図である。
【図３】本発明の他の例示的な実施形態にしたがった電気基体を図２において断面した図である。
【本発明の実施方法】
【００３２】
図１および図２の概略的な説明を参照すると１０は、たとえば国際特許出願００／４２２１７で示された電解液内の電気化学検出法における生体分子の担体として用いられる電気基体を示す。
【００３３】
電気基体１０は、エポキシド織ガラス布ＦＲ４から作成された絶縁支持プレート１２を含み、このプレート上に例示的な実施形態５０において、複数の並列な導体通路を有する導電パターンが配置される。図１の断面図において、複数の導体通路は対向電極２８の一部のみであり、４８の並列な作用電極のうちの３つが２０Ａから２０Ｇとして示されている。４８の並列な作用電極はそれぞれ、作用電極２０Ａから２０Ｇの例により示されているように、実質的に矩形の試験部位２４を示すものであるが、ここに電気化学検出法を実行させるために生体分子２６が施行されている。
【００３４】
図２は図１の線Ａ−Ａに沿って導体通路２０Ａから２０Ｃを介して断面した図である。導体通路２０のそれぞれは、ニッケル障壁層１６および金の層１８により連続的に塗布された銅コア１４から構成される。例示的な実施形態において、銅コア１４は厚さが約２８マイクロメートルである。銅コアは導体通路２０の主な要素を構成し、経済的で極めて導電性が高い。
【００３５】
水性媒体における電気化学検出時に高い精度の測定を行なうためには、銅コア１４を厚さが約２マイクロメートルの金の層１８で連続的に塗布する。各硬化層の銅コア１４と金の層１８との間には、それぞれの層において拡散障壁として厚さが約６マイクロメートルの連続的なニッケル層１６を配置する。
【００３６】
構成可能で光学的に硬化できるラッカーで作成された例示的な実施形態においては、導電パターン全体は厚さが１５マイクロメートルから２０マイクロメートルの絶縁層２２により塗布される。この絶縁層２２の内部には、たとえばエキシマーレーザの高いエネルギーインパルスを有する絶縁層２２のレーザ照射により、矩形の間隙２４が導入される。間隙２４は生体分子２６を受けるための試験部位を形成する。
【００３７】
図１および図２の例示的な実施形態の導体通路２０はその幅が約１００マイクロメートルであり、中心部から中心部まで約２００マイクロメートルの間隔をあけて支持プレート１２が配置されている。試験部位２４は約６０マイクロメートルｘ６０マイクロメートル平方の範囲を示す。作用電極２０Ａから２０Ｃと、対向電極２８と参照電極とは同様に設けられて、必要に応じて、それぞれが接合接触面により接触するために電気基体１０に接着されるが、これらは図示されていない。
【００３８】
クロノクーロメトリーで電気化学検出を行なうためには、国際特許出願００１４２２１７で詳細が公表されているように、たとえば変化時間曲線が記録される。このために、４８個の作用電極２０Ａ、２０Ｂ、２０・・・の試験部位２４を選択的にたとえば２０−ヌクレオチド−結合−オリゴヌクレオチドのプローブ生体分子に装荷させる。試験部位２４はついでたとえば１２−ヌクレオチド−信号−核酸低重合配位子の信号−オリゴヌクレオチド溶液と接触させられて、所定の培養期間を経て測定される。ここで信号−核酸−低重合体−配位子は１以上の酸化還元標識を担う。これは結合−オリゴヌクレオチドの表面近くの領域に対して相補的であるため、結合−オリゴヌクレオチドと酸化還元−標識信号−核酸−低重合体−錯生成剤との間で結合が起こりうる。
【００３９】
ついでポテンシオスタットにより作用電極が個々または群で第１の電位差に設定されるが、ここでは、酸化還元標識の電気分解(酸化還元状態での電気化学変化)はほとんどあるいは全く起こりえない。たとえば例示的な実施形態(Ａｇ／ＡｇＣｌ(ＫＣＩ))において、フェロセン−改質結合−オリゴヌクレオチドでは、作用電極がそれぞれの硬化層で参照電極に対して約１００ミリボルトの電位差に設定される。
【００４０】
こののちに単／複の作用電極が電位差の急上昇により第２の高電位差に設定されるが、ここで拡散−限定境界域硬化層では酸化還元標識の電気分解が起きる。フェロセン−改質−ＳＳ−核酸−低重合体−錯生成剤では作用電極はＡｇ／ＡｇＣｌ(ＫＣＩ)に対して約５００ミリボルトに設定される。移行された電荷は時間に対する試験信号として記録される。
【００４１】
時間ｔに対する移行された電荷Ｑである、クロノクーロメトリー内の試験信号は、３つの構成要素からなる。その構成要素は、容積相で融解された酸化還元要素により励磁され、ｔ１／２依存を示す拡散性部分、電極面での二層の電荷再配分に起因する第１瞬時部分、電極面で固定された酸化還元要素の変換に影響される第２瞬時部分である。
【００４２】
第１測定後、配位子核酸低重合体(ターゲット)を含有すべき、または含有できる試料溶液が加えられる。この溶液は、１つの領域で結合−オリゴヌクレオチドの２０−ヌクレオチドと相補的であるヌクレオチド配列を示す。ターゲットの結合−オリゴヌクレオチドへのハイブリダイゼーションに続いて、ひいては信号−核酸−低重合体−配位子の部分的置換に続いて第２の電気化学測定が行なわれる。瞬時電荷信号の変化は置換された信号−オリゴヌクレオチド−配位子の数と正比例するものであり、ひいては試験溶液内のターゲット−オリゴヌクレオチドの数と正比例する。
【００４３】
本発明の他の例示的な実施形態における電気基体１０の断面が図３に示されている。図２の例示的な実施形態で示されているように、導体通路２０のそれぞれが銅コア１４を含む。しかしながら上述された実施形態とは対照的に、銅コア１４は厚さが約７マイクロメートルの金の層１８で直接被覆されており、その導電パターンは厚さが１５マイクロメートルのパリレンラッカー層２２で覆われる。
【００４４】
試験部位２４を画定するために各導体通路２０には、エキシマーレーザ照射によりラッカー層２２内に間隙が導入される。ここでレーザエネルギーおよびレーザパルスの数が選択されるため、ラッカー層２２が除去されたのちには、ラッカー層の下に置かれた金の層１８が表面領域２６で融解し始める。この結果、金の層１８の表面孔が試験部位２４の領域内で閉じられ、このためここで金の層１８は拡散銅原子に対して不浸透性である障壁層を形成する。他の領域においてラッカー層２２は、銅原子が電解液と接触するのを防止する。
【００４５】
本発明のさらに例示的な実施形態において、全ての導体通路２０は厚さが約２マイクロメートルのタングステンで作成されたメタルコアを有する。ここでタングステンコアは、各硬化層の厚さが２マイクロメートルのチタンおよび白金の層で形成された拡散障壁層により連続的に覆われる。この拡散障壁層には厚さが約２マイクロメートルの金の層が連続的に施され、この層の上には上述された態様で試験部位のアレーが生体分子を受けるために画定されているため、かかる電気基体により高感度の電気化学検出法の実行が可能となる。
【００４６】
本発明のさらに他の例示的な実施形態にしたがうと、ＳＩＮＸで被覆されたシリコン支持プレートは複数の球形バイアを含み、バイアの端部を取り囲むタングステンコアは、厚さが約０．１マイクロメートルのチタン層および厚さが約０．１マイクロメートルの白金層に覆われる。このような態様で形成された障壁層は、厚さが０．３マイクロメートルの金の層で被覆される。このようにして、高感度の電気化学検出法に適した半導体基体が作成される。
【００４７】
好ましい例示的な実施形態を参照して本発明が例示され説明されてきたが、本発明の本来の精神と範囲から逸脱することなく、設計および詳細において様々な修正が為されうることは当事者なら理解されるであろう。たとえばバイアのタングステンコアの代わりに、アルミニウムコアが用いられてもよい。また支持プレート絶縁層は、シリコン窒化物の代わりにシリコン酸化物またはオキシナイトライド化合物で形成されてもよい。したがって、本発明の開示されているものはこれに限定されるものではなく、以下の特許請求項内で規定される範囲を例示するためになされたものであることを理解されたい。
【図１】
2006519975.tif 000003
【図２】
2006519975.tif 000004
【図３】
2006519975.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月24日(2005.6.24)
【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】
電解液内の電気化学検出方法において生体分子の担体として用いるための電気基体であって、導電パターンはその周縁面に配置され、導電性の高いベースメタルと、メタルコアを取り囲む金の層から作成された前記メタルコアを示す１以上のバイアを有し、
前記バイアは電気化学検出方法が行なわれている間、電解液がメタルコアと直接接触することを防ぐ拡散障壁層を連続的に施されている電解液内の電気化学検出方法において生体分子の担体として用いるための電気基体。
【請求項２】
前記バイアの前記メタルコアはタングステンまたはアルミニウムで形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気基体。
【請求項３】
前記拡散障壁層は前記バイアの前記メタルコアと前記金の層外側との間に配置され、ニッケル、チタンおよび／または白金から作成された中間層により形成されたことを特徴とする請求項１または２のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項４】
前記バイアの前記中間層は厚さが約０．０１マイクロメートルから約１マイクロメートル、好ましくは約０．０５マイクロメートルから約０．５マイクロメートル、特に好ましくは約０．１マイクロメートルから約０．２マイクロメートルを示すことを特徴とする請求項３に記載の電気基体。
【請求項５】
前記バイアの金の層は厚さが約０．０５マイクロメートルから約０．７５マイクロメートル、好ましくは約０．１５マイクロメートルから約０．５マイクロメートル、特に好ましくは約０．３マイクロメートルを示すことを特徴とする前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項６】
導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)と接続用接触面とを有する導電パターン(２０;２０Ａ−２０Ｃ、２８)を担う絶縁支持プレート(１２)と、導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)上に配置された、生体分子(２６)を塗布するための試験部位(２４)と、を有し、
前記導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)は導電性の高いベースメタルと、メタルコアを取り囲む金の層(１８)とで作成されたメタルコア(１４)を示し、かつ前記導体通路(２０;２０Ａ−２０Ｃ)は電気化学検出方法が行なわれている間、電解液がメタルコア(１４)と直接接触することを防ぐ拡散障壁層(１６)を連続的に施されている前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項７】
前記メタルコア(１４)は銅、タングステンおよび／またはアルミニウムを含むことを特徴とする請求項６に記載の電気基体。
【請求項８】
前記メタルコア(１４)は銅で形成されることを特徴とする請求項６または７に記載の電気基体。
【請求項９】
前記拡散障壁層は前記メタルコア(１４)と外側にある前記金の層(１８)の間に配置され、ニッケル、チタンおよび／または白金で作成される中間層(１６)を含むことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１０】
前記中間層(１６)は厚さが約２マイクロメートルから約１０マイクロメートル、好ましくは約３マイクロメートルから約８マイクロメートル、特に好ましくは約４マイクロメートルから約６マイクロメートルを示すことを特徴とする請求項９に記載の電気基体。
【請求項１１】
前記拡散障壁層は前記金の層(１８)に塗布されたラッカー層を含むことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１２】
前記拡散障壁層は前記メタルコア上に配置され、孔が前記金の層(１８)の表面領域(２６)の初期融解により実質的に閉じられた金の層(１８)を含むことを特徴とする請求項６ないし１１のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１３】
前記金の層(１８)は厚さが約０．１５マイクロメートルから約１０マイクロメートル、好ましくは約１マイクロメートルから約５マイクロメートル、特に好ましくは約２マイクロメートルから約３マイクロメートルを示すことを特徴とする請求項６ないし１２のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１４】
前記拡散障壁層は前記メタルコア上に配置された金の層により形成され、その厚さは前記電解液が前記メタルコア(１４)と直接接触することを防止する大きさが選択されていることを特徴とする請求項６ないし１３のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１５】
前記絶縁支持プレートは（１２）片側固定型支持プレート、両側固定型支持プレートまたは多層固定型支持プレートであることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１６】
前記絶縁支持プレート（１２）は特にポリイミドフイルムで作成された、片側または両側フレキシブル支持プレート、あるいは固定フレキシブル支持プレートであることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１７】
前記絶縁支持プレート(１２)は、
ＢＴ(シリカガラスを有するビスマレイミドトリアジン樹脂)、ＣＥ(シリカガラスを有するシアン酸塩エステル)、ＣＥＭ１(ＦＲ４外層を有する強靭な紙芯)、ＣＥＭ３(ＦＲ４外層を有するファイバーガラスマット芯)、ＦＲ２(石炭酸樹脂紙)、ＦＲ３(強靭な紙)、ＦＲ４(エポキシド織ガラス布)、ＦＲ５(クロスリンクされた樹脂系を有するエポキシド織ガラス布)、ＰＤ(アラミド強化されたポリイミド樹脂)、ＰＴＦＥ(ガラスまたはセラミックを有するポリテトラフルオロエチレン)、ＣＨｎ(セラミックと高度にクロスリンクされた炭化水素)およびガラス、の群から選択される基礎原料から構成されることを特徴とする請求項６ないし１６のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１８】
前記絶縁支持プレート(１２)は半導体プレートまたは支持プレート絶縁層を設けられた半導体プレートから形成されることを特徴とする請求項６ないし１６のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項１９】
前記絶縁支持プレート（１２）はＳｉＮｘ絶縁層を設けられたシリコンプレートにより形成されることを特徴とする請求項１８に記載の電気基体。
【請求項２０】
前記導体通路(２０)は幅が５０マイクロメートから２５０マイクロメートル、特に８０マイクロメートルから２００マイクロメートルを示すことを特徴とする請求項６ないし１９のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項２１】
絶縁層(２２)はサブ領域内の前記金の層(１８)に塗布されることを特徴とする請求項６ないし２０のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項２２】
前記絶縁層(２２)は熱および／または光学的に治せ得る、構成可能なラッカーにより形成されることを特徴とする請求項２１に記載の電気基体。
【請求項２３】
前記絶縁層（２２）はパリレン層により形成されることを特徴とする請求項２１または２２に記載の電気基体。
【請求項２４】
前記絶縁層(２２)は厚さが約１マイクロメートルから約３０マイクロメートル、好ましくは約５マイクロメートルから約２０マイクロメートルであることを特徴とする請求項２１ないし２３のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項２５】
前記絶縁層（２２）は、前記導体通路（２０）の一部分において間隙（２４）が、生体分子（２６）を塗布するための試験部位を形成する前記金の層（１８）の下まで伸びることを特徴とする請求項２１ないし２４のいずれかひとつに記載の電気基体。
【請求項２６】
定電位電解法(ＣＡ)、クロノクーロメトリー(ＣＣ)、リニアスィープボルタンメトリー(ＬＳＶ)、サイクリックボルタンメトリー(ＣＳＶ)、ＡＣボルタンメトリー、特に矩形波ボルタンメトリー(ＳＷＶ)、微分パルスボルタンメトリー(ＤＰＶ)、または通常パルスボルタンメトリー(ＮＰＶ)、ＡＣまたはＤＣインピーダンス分光分析法、定電流電解法およびサイクリック定電流電解法を有する種々のパルス形を備えたボルタンメトリー技術、
の群から選択される電気化学検出法において、前述の請求項のいずれかひとつに記載の電気基体の利用法。
【国際調査報告】
2006519975.tif 000006
2006519975.tif 000007
2006519975.tif 000008
2006519975.tif 000009
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