(57)【要約】本発明は、少なくとも一つの薄膜（２）が配置された基板（１）を備えている、蛍光測定器を較正又は標準化するための標準マイクロ素子（４）に関する。この薄膜（２）は、蛍光成分を含む。薄膜（２）には、厚さのない少なくとも一つの第１の領域（３）が形成され、それによって基板（１）を露光する。この薄膜（２）は、第１及び第２の蛍光レベルがそれぞれ薄膜（２）の非露光部分と露光部分（２ａ）とにおいて規定されるように、少なくとも一つの露光領域（２ａ）を備えている。第２の蛍光レベルは、第１の蛍光レベルより低い。標準マイクロ素子（４）はまた、複数の蛍光レベルを規定するように複数の積層された薄膜を備えることもできる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光成分を含む少なくとも一つの薄層（２、６）が配置されている基板（１）を備える蛍光測定器を較正及び標準化するための標準マイクロ素子であって、前記マイクロ素子は、少なくとも第１及び第２の蛍光レベルを備え、前記第１及び第２の蛍光レベルは、それぞれ前記薄層（２、６）の非露光部分と少なくとも一つの露光領域（２ａ）とにより規定され、前記第２の蛍光レベルは前記第１の蛍光レベルより低いことを特徴とする標準マイクロ素子。
【請求項２】
前記薄層（２、６）は、前記第１及び第２の蛍光レベルより低い第３の蛍光レベルを規定する少なくとも一つの開口部（３）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の標準マイクロ素子。
【請求項３】
前記第３の蛍光レベルは、前記基板の蛍光レベルに対応することを特徴とする請求項２に記載の標準マイクロ素子。
【請求項４】
前記第３の蛍光レベルは、前記第１の蛍光レベルより少なくとも１０倍低いことを特徴とする請求項２又は３のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項５】
前記第３の蛍光レベルは、前記第１の蛍光レベルより少なくとも１００倍低いことを特徴とする請求項４に記載の標準マイクロ素子。
【請求項６】
前記薄層（２、６）は、蛍光材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項７】
前記薄層（２、６）は、複数の異なる蛍光レベルを規定するように複数の露光領域を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項８】
前記薄層（２、６）は、感光性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項９】
前記基板（１）は、シリコン、合成シリカ、石英、プラスチック及びガラスからなるグループから選択される材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項１０】
前記薄層（２、６）の少なくとも一部は、保護薄層（９）により被覆されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項１１】
前記保護薄層（９）は、前記薄層（２、６）により送受される光読取り信号に対して透過性であることを特徴とする請求項１０に記載の標準マイクロ素子。
【請求項１２】
前記マイクロ素子（４）は、複数の積層された保護薄層（９）を備えていることを特徴とする請求項１０又は１１のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項１３】
前記保護薄層（９）を形成する材料は、以下の材料、即ち、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＭｇＦ２、ＹＦ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ４Ｔｉ、Ｙ２Ｏ３、ダイアモンド、及び、酸窒化物からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項１４】
前記保護薄層（９）の厚さは、以下の公式ｎ．ｅ＝ｋ．λ／４を使用して計算され、ｎは前記薄層（２、６）により受け取られる光読取り信号の波長λに関する、前記保護薄層（９）を構成する材料の屈折率であり、ｅは前記保護薄層（９）の光学的厚さであり、ｋは奇数であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項１５】
前記マイクロ素子（４）は、複数の蛍光レベルを規定するように複数の積層された薄層（２、６）を備えていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子。
【請求項１６】
少なくとも二つの薄層（２、６）の前記開口部（３）は、重ね合わされることを特徴とする請求項１５に記載の標準マイクロ素子。
【請求項１７】
単一の基板の上に少なくとも一つの生物学的センサと、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の少なくとも一つの標準マイクロ素子とを備えていることを特徴とするバイオチップ。
【請求項１８】
蛍光成分を含む少なくとも一つの薄層（２、６）の基板（１）上への堆積を含む、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子の製造プロセスであって、前記プロセスは、第１及び第２の蛍光レベルがそれぞれ前記薄層（２、６）の非露光部分と露光領域（２ａ）とにより規定されるように、前記薄層（２、６）の少なくとも一つの領域（２ａ）を露光することにより構成されることを特徴とする標準マイクロ素子の製造プロセス。
【請求項１９】
複数の積層された薄層（２、６）の前記基板（１）上への堆積を含むことを特徴とする請求項１８に記載の標準マイクロ素子の製造プロセス。
【請求項２０】
露光後の保護薄層（９）の堆積を含むことを特徴とする請求項１８又は１９のいずれか一項に記載の標準マイクロ素子の製造プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光成分を含む少なくとも一つの薄層が配置されている基板を備える、蛍光測定器を較正及び標準化するための標準マイクロ素子であって、少なくとも第１、第２の蛍光レベルを含む標準マイクロ素子に関する。
【０００２】
本発明はまた、上記マイクロ素子を備えるバイオチップに関する。
【０００３】
本発明はまた、蛍光成分を含む少なくとも一つの薄層の基板への堆積を含む、上記マイクロ素子を製造するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００４】
公知の標準マイクロ素子（図１）は、３ミクロンの厚さを有する蛍光有機材料の層２が堆積された非蛍光ガラス基板１を備えている。これはまた、エッチングによって層２に形成された開口部３を備えている。このタイプのマイクロ素子は、層２の蛍光レベルに対応する蛍光レベルが得られることを可能にする。しかしながら、開口部３は、約４ミクロンの幅を持っており、８ミクロン間隔で互いに離間しており、これは、一般に使用される測定器の較正には十分ではない。
【０００５】
国際公開公報第ＷＯ−Ａ−０，１５９，５０３号（特許文献１）は、基板上に堆積された蛍光層を含む標準マイクロ素子を記述している。これは一般に、異なる顕微鏡の間における基準ベースを確立するため、及び、例えば解像度とコントラストと被写界深度とディストーションとに関して画像品質を特徴付けるために使用される。この層は、開口部を含む薄い非蛍光マスクによって被覆される。このマスクと蛍光層とは互いに押し付けられており、これは、層の製造とマスクの製造とこれらの組立てという三つの製造作業を必要とする。更にマスクと層とは二つの異なる材料により作製されるので、これらは同じ光学的平面に配置できず、これは観測領域の光学像を変形させやすくする。
【０００６】
ドイツ公開特許公報第ＤＥ−Ａ−１０，２００，８６５号（特許文献２）は、それぞれ異なる厚さの領域によって規定されるいくつかの蛍光レベルを含む、蛍光を検出するための標準を記述している。予め決められた厚さの各領域は、予め決められた数の薄いポリマー層の積み重ねに対応している。更に一つの薄層の蛍光特性は、フォトリソグラフィプロセス時に薄層の露光によって得られる、薄いポリマー層のちりめんじわ（縮緬皺：reticulation）のレベルに依存する。露光による蛍光成分の酸化現象（漂白と呼ばれる現象）がドイツ公開特許公報第ＤＥ−Ａ−１０，２００，８６５号に記載された標準測定器において回避される有害な現象であることも示されている。しかしながら、このような標準は、その製造が一連の長い単調なステップを必要とし、こうして得られた標準は煩雑であると判明する可能性があるので、実施するにはあまり実用的でない。
【特許文献１】国際公開公報第ＷＯ−Ａ−０，１５９，５０３号
【特許文献２】ドイツ公開特許公報第ＤＥ−Ａ−１０，２００，８６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来の技術の標準マイクロ素子の欠点が無く、製造が容易である標準マイクロ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この目的は、添付の請求項によって達成される。
【０００９】
特に、この目的は、第１及び第２の蛍光レベルがそれぞれ上記薄層の非露光部分と少なくとも一つの露光領域とにより規定され、上記第２の蛍光レベルが上記第１の蛍光レベルより低いということによって達成される。
【００１０】
本発明の発展によれば、上記薄層は、上記第１及び第２の蛍光レベルより低い第３の蛍光レベルを規定する少なくとも一つの開口部を備えている。
【００１１】
好適な実施の形態によれば上記薄層は、複数の異なる蛍光レベルを規定するように複数の露光領域を含む。
【００１２】
本発明のもう一つの特徴によれば、標準マイクロ素子は、複数の蛍光レベルを規定するように複数の積層された薄層を備えている。
【００１３】
単一の基板上に少なくとも一つの生物学的センサと上述のような少なくとも一つの標準マイクロ素子とを備えているバイオチップを提供することもまた、本発明の目的である。
【００１４】
このような標準マイクロ素子の製造プロセスを提供することもまた、本発明の目的である。
【００１５】
本発明によれば、この目的は、本プロセスが、第１及び第２の蛍光レベルがそれぞれ薄層の非露光部分と露光領域とにより規定されるように、薄層の少なくとも一つの領域を露光することにより構成されることによって達成される。
【００１６】
他の利点と特徴は、単に非限定的例として与えられ、添付図面に示された本発明の特定の実施の形態についての以下の説明から、より明確になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２において共焦点又は非共焦点蛍光顕微鏡といった蛍光測定器を較正又は標準化するために設計された標準マイクロ素子４は、少なくとも一つの薄層又は薄膜２が堆積された非蛍光基板１を備えている。基板１は、好適には、シリコン、シリカ、石英、プラスチック及びガラスからなるグループから選択される材料によって構成される。
【００１８】
薄層２は、第１の蛍光レベルを規定する蛍光成分を含む。これは、蛍光材料により作製されることができ、又は、蛍光粒子若しくは分子を含むものとすることもできる。従って、これは、蛍光の感光性樹脂、又は、オーリン・マイクロエレクトロニック・マテリアル・コーポレーション（OLIN Microelectronic Material corporation）によって市販されているＤｕｒａｍｉｄｅ(R)（登録商標）７５０５といった蛍光粒子を含む感光性樹脂によって構成され得る。
【００１９】
薄層２は、任意のタイプの公知のプロセスによって基板１上に堆積される。例えばこれは、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）又はプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスによって堆積され得る。薄層２はまた、遠心分離及びいわゆるスピンコーティングによって、又は局所化樹脂堆積（リフトオフプロセス）によって、又は蒸着によって、又はスパッタリングによって、又はディップコーティング及び引き上げによって達成されるフォトレジスト層の堆積プロセスによるテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４又はＴＥＯＳ）の堆積によっても実現され得る。
【００２０】
薄層２は、好適には、基板１の表面を開放する少なくとも一つの開口部３を含む。図２においては、薄層２に７個の開口部３が形成されていて、基板１の蛍光レベルに対応する第２の蛍光レベルを規定している。基板１の蛍光レベルは薄層２の第１の蛍光レベルより少なくとも１０倍低く、また好適には第１の蛍光レベルより１００倍低い。開口部３はパターンを形成し、これらは任意の公知の手段によって達成される。これらは、例えばエッチングによって、又はフォトリソグラフィによって、又はエッチングを伴うフォトリソグラフィ（リフトオフプロセス）によって形成される。こうして感光性樹脂により作製された薄層２に関して開口部３は、好適には通常のフォトリソグラフィステップ（露光とそれに続く化学現像）によって実現される。
【００２１】
薄層２は、例えば水銀灯である光源５によって露光される少なくとも一つの領域２ａを含む。図２においては、二つの露光される領域２ａが示されている。薄層２の領域２ａの露光は、それらの蛍光特性を低下させる薄層２の蛍光成分の酸化を引き起こす。漂白としてよく知られたこの現象は、一般には有害であると考えられている。この先入観にも拘わらず、この現象は、本発明によれば、制御された方法により領域２ａのレベルにおける薄層２の蛍光特性を低下させるために、また従って、領域２ａの蛍光レベルを低減するために使用される。こうして薄層２は、薄層２の非露光部分と露光領域２ａとによって規定される二つの異なる蛍光レベルを示す。
【００２２】
それから領域２ａは、非露光薄層２の非露光部分により規定される第１の蛍光レベルより低く、また前述の例において開口部３の第２の蛍光レベルより高い中間の蛍光レベルを有する。光源５によって放射される光放射の波長、出力及び時間といったパラメータの選択は、非露光薄層２の第１の蛍光レベルより低く、第２の蛍光レベルより高くなるように、即ち、一般にゼロではないように、中間の蛍光レベルを決定する。これらのパラメータは、薄層を形成する材料のタイプと薄層の厚さとに応じて調整される。例えば約１０ミクロンの厚さを有するＤｕｒａｍｉｄｅ(R)（登録商標）７５０５の薄層の蛍光レベルは、この薄層を１４，５００Ｗ／ｍ２の出力の水銀灯によって２４０分の露光時間だけ露光することによって半分に低減され得る。
【００２３】
マイクロ素子４は、得られ易いという利点を示す。実現されている方法は、実際に、約０．３μｍのパターン寸法が実現されることを可能にするマイクロエレクトロニクスにおいて使用される方法である。これらの方法は、多数の標準マイクロ素子が単一の基板上において一括して製造されることを可能にし、また、製造プロセス数は限定される。従って、本発明によれば、マイクロ素子の製造プロセスは、蛍光成分を含む少なくとも一つの薄層を一つの基板上に堆積することと、第１及び第２の蛍光レベルがそれぞれ薄層の非露光部分と露光部分とにより規定されるように、薄層の少なくとも一つの領域を露光することとにある。
【００２４】
第１の代替的な実施の形態によれば、薄層２は、複数の異なる中間蛍光レベルを規定するように、複数の露光領域を含むことができる。これら中間蛍光レベルは、全体的な局所露光特性（露光パワー及び露光時間）に応じて決定される。これらの全体的特性は、一つ以上の連続する露光、独立の露光又は相補的な露光によって得られる。
【００２５】
もう一つの代替的な実施の形態によれば、標準マイクロ素子は更に、複数の蛍光レベルを規定するように、完全に又は部分的に非露光であり得る複数の積層された薄層を含むことができる。各薄層は、少なくとも一つの開口部３を含んでおり、少なくとも二つの層の開口部３は重なり合うことができる。このようなマイクロ素子の製造プロセスは、さらに、基板上での複数の積層される薄層の堆積を含む。これは、較正又は標準化されるべき読取り器によって読み取られる対象の寸法に等しい寸法を有する標準マイクロ素子を実現するという利点を与える。特にパターンを構成する蛍光材料の厚さは、例えばバイオチップ上において測定される領域の厚さに近い。これは、読取り器が通常の示度の光学的条件に等しい光学的条件下で較正されることを可能にする。標準マイクロ素子の厚さは好適には、５０ミクロン未満であり、１０ミクロン程度の薄さでさえある。
【００２６】
こうして図３においては、第２の薄層６は、図２において述べたような第１の層２を含む標準マイクロ素子４上に任意の適当な手段によって堆積される。そのようにして、この第２の層６は、開口部３と第１の薄層２と露光領域２ａとを被覆する。第１、第２の層２、６は、それらが含むそれぞれの蛍光成分の性質によるか、又は、それらそれぞれの蛍光成分濃度によるか、いずれかによって異なる蛍光特性を有する。
【００２７】
その後、第２の層６の一部は、それぞれ第１の薄層２の領域２ａの一部と開口部３の一部と薄層２の一部とを被覆する領域６ａ、６ｂ、６ｃを形成するように、任意の適当なタイプの手段によって除去される（図４）。領域６ｂは、第２の薄層６の蛍光特性に対応する第３の蛍光レベルを規定する。従って、いくつかの蛍光薄層の互いの累積が蛍光レベルを増加させるので、領域２ａと薄層２との上にそれぞれ重ね合わされる領域６ａ、６ｃは、第４、第５の蛍光レベルを規定する。これら第４、第５の蛍光レベルは、露光されない第１、第２の層２、６の最も高い蛍光レベルよりも高い。そのようにして、図４に従う標準マイクロ素子４は、五つの異なる蛍光レベルを含む。
【００２８】
生物学的センサがその後にその上に実現される基板上に、標準マイクロ素子が実現され得る。そのようにして、図５においては、バイオチップ７は、生物学的センサ８と標準マイクロ素子４とが堆積された基板１を備えている。従って、単一の基板上に少なくとも一つの標準マイクロ素子と少なくとも一つの生物学的センサとを備えているバイオチップを達成することが可能となる。
【００２９】
標準マイクロ素子の蛍光レベルはまた、標準マイクロ素子の薄層の少なくとも一部の上における少なくとも一つの保護薄層の、露光後の堆積による配置によって、時間的に安定化され得る。この保護薄層は、薄層の少なくとも一部が外部環境から隔離されることを可能にする。
【００３０】
図６に示される一例として、図２に示すタイプのマイクロ素子４は、少なくとも第１の構築された薄層２が堆積される非蛍光基板１を備えている。この薄層２はまた、蛍光粒子又は分子によって特徴付けられた生物学的分子によって形成されることも可能である。その場合、この層は、バイオチップの分野において公知の任意のプロセス（機能化、ハイブリッド化、吸着等）によって実現され画定される。そのようにして、このタイプの薄層を備えているマイクロ素子は、基準バイオチップとして機能することができる。
【００３１】
第１の薄層２は、マイクロ素子４が位置する外部環境から第１の薄層２を隔離するように設計された保護薄層９によって被覆される。外部環境は、一般に空気である。そのようにして、保護薄層９は、薄層２に含まれる蛍光成分の酸化を防止し、それが蛍光成分を時間的に安定にする。
【００３２】
保護層は、基板を通してマイクロ素子の読取りが行われるときに、非透過性又は半透過性であり得る。そのとき、基板は、光読取り信号に対して透過性であって、例えばガラス、シリカ又はプラスチックにより作製され得る。これに対して、マイクロ素子の読取りが基板の反対側で行われる場合には、保護層９は、第１の薄層２によって送受される光読取り信号に対して透過性でなければならない。これは、蛍光現象がそれを乱すことなく励起され観測されることを可能にする。
【００３３】
保護薄層９は、保護層９の要件に適した任意のタイプのプロセスによって実現される。例えばそれは、ＬＰＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、蒸着、スパッタリング又はスピンコーティングによって達成され得る。好都合にも保護層９は、例えば蛍光領域の少なくとも一部を被覆するように、マイクロエレクトロニクスでは公知の任意のタイプの手段によって構築され得る。
【００３４】
一つの代替の実施の形態によれば、薄層２は、複数の積層された保護薄層によって被覆され得る。更に保護薄層（単数又は複数）は、薄層２の蛍光特性を向上させるために使用され得る。この場合、保護薄層は、国際公開公報第ＷＯ−Ａ−０，２４８，６９１号に記載された薄層と同じタイプであり得る。特に保護薄層を形成する材料は、以下の材料、即ち、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＭｇＦ２、ＹＦ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ４Ｔｉ、Ｙ２Ｏ３、ダイアモンド、及び、酸窒化物からなるグループから選択され得る。更にこの保護薄層又は各保護薄層の厚さは、好適には、以下の公式ｎ．ｅ＝ｋ．λ／４を使用して計算され、ここで、ｎは第１の薄層によって受け取られる光読取り信号の波長λに関する保護薄層を構成する材料の屈折率であり、ｅは保護薄層の光学的厚さであり、ｋは奇数である。この光学的厚さは、考えられる波長に関して、屈折率ｎと、考えられる薄層の厚さとの積に対応する。
【００３５】
図７に示すように、標準マイクロ素子は、複数の蛍光レベルを規定するように、図４のように、複数の積層された薄層２、６を備えることができる。薄層６の構築後に、例えば、層２、６と基板１の被覆されていない部分とを完全に被覆するように、マイクロ素子４の上に保護薄層９が堆積される。そのようにして、蛍光測定器を較正又は標準化するために特に設計されたマイクロ素子４は、外部環境に対して保護されたいくつかの蛍光レベルを備える。
【００３６】
保護薄層の使用は、時間的に安定な蛍光特性を有する標準チップ等のマイクロ素子又は標準マイクロ素子が達成されることを可能にし、また、時間による変化を受けない基準に関して、時間的に変動するいくつかの測定値間で、又は、異なる測定器間で比較が行われることを可能にする。
【００３７】
本発明は、前述の実施の形態に限定されない。従って、波長、露光時間又は出力といった露光パラメータが異なる又は等しい条件で、領域２ａと同時又はその前又は後に、第２の薄層６の少なくとも一部が露光されることもあり得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の技術による標準マイクロ素子の模式図である。
【図２】本発明に係る標準マイクロ素子の第１の実施の形態を模式的に示す図である。
【図３】第２の薄層のエッチング前における本発明に係る標準マイクロ素子の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】第２の薄層のエッチング後における本発明に係る標準マイクロ素子の第２の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明に係る標準マイクロ素子を含むバイオチップの模式図である。
【図６】本発明に係る保護薄層を含む標準マイクロ素子の第３の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明に係る保護薄層を含む標準マイクロ素子の第４の実施の形態を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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2006510916.tif 000012
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