(57)【要約】本発明による装置は、１以上の堆積材料から成る１以上の堆積ドメインを含む配列を形成する専用の配列装置である。この装置は、Ｘ，Ｙコントローラ、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ、搭載基板、堆積基板、Ｚコントローラ及び堆積プローブを含む。コンピュータは、各々の構成要素の相対的な位置の全てを制御する。さらに、この配列装置は、湿度制御システムを利用し、プローブと基板との間に、搭載基板、堆積プローブ及び堆積基板の間で堆積材料を移動させるキャピラリーブリッジを生成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
土台と、
前記土台に接続され、Ｚ軸に沿って選択的に位置決め可能なＺコントローラと、
前記Ｚコントローラに着脱可能に取り付けられ、前記ＺコントローラによってＺ軸に沿って選択的に位置決め可能な堆積プローブと、
前記土台に接続され、Ｘ軸及びＹ軸に沿って選択的に位置決め可能なＸ，Ｙコントローラと、
前記土台に接続され、Ｘ軸及びＹ軸に沿って選択的に位置決め可能なＸ，Ｙ平行移動ステージと
を備える分子配列生成装置であって、
前記Ｘ，Ｙコントローラは、さらに、堆積基板を備え、前記堆積基板を第１の位置と第２の位置の間で動かし、前記第２の位置は、前記堆積プローブに相対的に位置され、
前記Ｘ，Ｙ平行移動ステージは、さらに、搭載基板を備え、前記搭載基板を第１の位置と第２の位置の間で動かし、前記第２の位置は、前記堆積プローブに相対的に位置される装置。
【請求項２】
さらに、制御コンピュータを備える請求項１に記載の分子配列生成装置。
【請求項３】
さらに、前記土台に取り付けられた湿度コントローラを備え、前記湿度コントローラは、前記堆積プローブの周囲の湿度を制御する請求項２に記載の分子配列生成装置。
【請求項４】
前記湿度コントローラが、前記制御コンピュータに接続される請求項３に記載の分子配列生成装置。
【請求項５】
前記Ｚコントローラが、Ｚ軸に沿って約２００ナノメートルの空間解像度を有する請求項１に記載の分子配列生成装置。
【請求項６】
前記Ｘ，Ｙコントローラが、Ｘ軸及びＹ軸に沿って約２０ナノメートルの空間解像度を有する請求項５に記載の分子配列生成装置。
【請求項７】
前記搭載基板が、さらに、その上に堆積された１以上の堆積材料を備える請求項１に記載の分子配列生成装置。
【請求項８】
さらに、前記土台に取り付けられた光学顕微鏡を備える請求項１に記載の分子配列生成装置。
【請求項９】
さらに、力フィードバックモニタを備える請求項２に記載の分子配列生成装置。
【請求項１０】
前記堆積プローブは、さらに、先端を含む請求項２に記載の分子配列生成装置。
【請求項１１】
さらに、前記先端の周囲における気体の湿度を選択的に制御する湿度コントローラを備える請求項１０に記載の分子配列生成装置。
【請求項１２】
前記制御コンピュータは、さらに、ステッパモータ制御カードを備える請求項２に記載の分子配列生成装置。
【請求項１３】
前記湿度コントローラは、さらに、乾燥気体源、湿度源及びガスフローモニタを備える請求項１２に記載の分子配列生成装置。
【請求項１４】
（ａ）堆積材料を含む搭載基板を取得するステップと、
（ｂ）前記搭載基板及び堆積プローブの周囲の湿度レベルを変化させて、キャピラリーブリッジを生成することにより、前記堆積プローブ上に前記堆積材料を搭載するステップと、
（ｃ）前記堆積プローブから堆積基板へ、所望の量の前記堆積材料を移動させることによって、前記堆積基板に堆積ドメインを生成するステップと
を備える堆積ドメイン生成方法。
【請求項１５】
さらに、（ａ）から（ｃ）のステップを繰り返して、配列を生成するステップを請求項１４に記載の堆積ドメイン生成方法。
【請求項１６】
前記搭載基板を取得するステップが、さらに、前記搭載基板を、Ｘ，Ｙ平行移動ステージに取り付け、前記搭載基板を、前記堆積プローブに相対的な位置に動かすステップを含む請求項１４に記載の堆積ドメイン生成方法。
【請求項１７】
Ｚコントローラと、
前記Ｚコントローラに取り付けられた、先端を備える堆積プローブと、
前記Ｚコントローラに取り付けられたＸ，Ｙコントローラと、
前記Ｘ，Ｙコントローラに取り付けられた堆積基板と
を備える配列生成装置であって、
前記堆積基板は、第１の位置と第２の位置の間で選択的に可動であり、前記Ｘ，Ｙコントローラが、前記堆積基板を前記第２の位置に動かすとき、前記堆積基板は、前記先端に相対的に位置される装置。
【請求項１８】
さらに、前記Ｚコントローラと前記Ｘ，Ｙコントローラに接続される制御コンピュータと、
前記堆積プローブに取り付けられ、かつ、前記制御コンピュータに接続される力フィードバックモニタと、
前記Ｚコントローラに取り付けられ、かつ、前記制御コンピュータに接続される湿度コントローラと
を備える請求項１７に記載の配列生成装置。
【請求項１９】
さらに、前記堆積プローブを洗浄するオゾン源を備える請求項１７に記載の配列生成装置。
【請求項２０】
Ｘ，Ｙ，Ｚコントローラと、
前記Ｚコントローラに可動に取り付けられる搭載基板と、
前記Ｚコントローラに可動に取り付けられる堆積基板と、
前記Ｚコントローラに取り付けられる堆積プローブと、
前記Ｚコントローラに取り付けられる湿度コントローラと
を備えた堆積ドメイン生成装置であって、
前記湿度コントローラは、前記堆積プローブ、前記搭載基板及び前記堆積基板の周囲の湿度レベルを選択的に制御する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、固体分子配列の生成に関する。より詳細には、本発明は、そのドメインサイズが１マイクロメートルよりも小さい分子配列を、高いスループットで生成する専用装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
材料、分子及びセル間の結合親和力の測定は、材料開発、半導体製造、生物医学的分析、生物医学的診断及び薬品開発を含む広い範囲の産業にとって重要である。固体配列に基づく生物医学的診断や遺伝子診断並びに関連する装置の出現により、次第に、小型の固体形態で多数の反応をスクリーニングする新しい方法が望まれるようになってきた。データに対するアプローチで好まれているものは、光学特性の変化をモニタすることである。その光学特性は、大抵、蛍光性であり、このとき、蛍光に関してラベルの付された既知の分子は、分子配列における特定のアドレスで、既知の種類の分子と相互作用する。しかし、これらの装置及び方法は、しばしば、レポータシステムの追加によって、分子配列の問い合わせに使用される分子に対して立体化学的な制約を課す。従って、マイクロメカニカルな分子結合事象の、ラベルのいらない、直接的な問い合わせが有用なことは明らかである。それ故、これらの分子配列の生成に関する高度かつ強靭な計測装置が望まれる。
【０００３】
分子相互作用事象の直接検知の方法の１つは、走査プローブ顕微鏡である。走査プローブ顕微鏡の種類の１つは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）である。ＡＦＭにおいては、フレキシブルなカンチレバーの縁に、鋭い先端が位置され、それが、試料表面の上方で走査される。走査の間、カンチレバーは、その先端と試料の間の引力及び斥力の正味の和によって湾曲される。もし、カンチレバーのバネ定数が既知であるなら、相互作用する正味の力は、カンチレバーの湾曲から正確に判断できる。カンチレバーの湾曲は、大抵、カンチレバーの背面から分割フォトダイオードへの合焦レーザビームの反射によって測定される。その分割フォダイオードは、「光学レバー」または「ビーム偏向」機構を構成する。カンチレバーのたわみを検知する他の方法は、干渉分光法及び圧電性歪みゲージを含む。
【０００４】
最初の頃のＡＦＭは、カンチレバーの垂直方向の位置のみを記録した。最近の方法は、先端の共振を必要とし、一時的な接触しか許容せず、ある場合には、先端と試料とが全く接触しないことを要求する。地理的画像を生成するために、先端が表面を横断する際の先端の位置又は共振の変化のプロットが使用される。そのような画像は、材料、薬物及び生体学的試料を含むさまざまな種類の試料の３次元構造を示す。後者の例は、ＤＮＡ、プロテイン、クロマチン、染色体、イオンチャネル及び精細胞でさえも含む。
【０００５】
ＡＦＭは、その画像形成機能に加えて、非常に精密な力測定が可能である。ＡＦＭは、マイクロ（１０−６）ニュートンからピコ（１０−１２）ニュートンまでの範囲の力を直接検知し、かつ、測定できる。従って、ＡＦＭは、単分子内の分子であっても、２分子間の力を測定することができる。さらに、ＡＦＭは、磁場、熱勾配及び粘弾性等の他の広範囲な力及び現象を測定できる。この能力は、試料表面上の力場をマップするために利用され、例えば、特定表面上に位置される所定の合成物を検索する場合に、これらの場の位置及び規模を高い解像度で示すことができる。ＡＦＭプローブは、分子力を測定するために、所定の分子に対して機能してもよい。
【０００６】
（発明の開示）
（発明が解決しようとする技術的課題）
ＡＦＭで使用される、ソリッド支持材上における分子配列は、典型的に、複数の方法によって構成される。それらの方法は、「インサイチユ（ｉｎ ｓｉｔｕ）」及び「エクスサイチユ（ｅｘ ｓｉｔｕ）」の２つに大別できる。後者は、堆積表面上に試料を正確に配置する機械的堆積工程を含む。「インサイチユ」合成方法及び装置は、シリコン又はガラス基板上に空間アドレスを定めるために、核酸又は短いペプチドの光化学合成を必要とする場合がある。これらの方法は、マスク及び合成処理に使用される光の波長によって制限される場合がある。さらに、この方法は、費用によって制限される場合がある。故に、高速かつ高効率に配列を生成できる分子配列生成の専用装置が必要とされる。
【０００７】
表面上の機械的堆積が後に続く「エクスサイチユ」方法の例は、「ディップペン」方法によって説明できる。試料となる材料があらかじめ用意され、その後、ディップペンが、その堆積表面上に試料を配置するために使用される。ディップペン方法は、ディップペンを制御する標準的なＡＦＭを用いて、アルカンチオール系分子を使用したサブミクロンの分子線又はスポットを引くために、使用されてもよい。他の従来の装置には、試料の材料を含む溶液に浸されるピンツールを用いるものがある。ピンツールは、１滴の溶液を含み、その溶液は、その後、堆積表面上に配置される。しかし、この方法は、非常に小さい堆積ドメインの生成を可能にするものではない。これまで、ＡＦＭは、サブミクロンの分子線を引く、又は、分子スポットを形成するために使用された。しかし、ＡＦＭは、配列を生成するために最適ではない。なぜなら、コンピュータ制御されるサブミクロンまで正確な試料ステージ、試料登録に対する正確な光学アクセス、先端の動作を制御するために使用されるソフトウェアコードに対する邪魔のないアクセス等の機能を欠いているからである。さらに、市販されているＡＦＭの構成は、多種類の分子の急速な堆積に敏感に反応するものでない。結果として、ＡＦＭは、専用の試料堆積装置としてではなく、複数のタスクに対して設計され、故に、専用の配列装置よりも高価である。さらに、ＡＦＭに含まれないさらに別の機能が、専用の堆積装置に望まれる。従って、堆積ドメインから成る配列を生成する専用の装置が必要である。
【０００８】
サブミクロンの堆積ドメインを含む分子堆積配列を生成するために使用できる商業的に現実味のある堆積装置が必要とされる。この装置は、試料登録の正確な光学機能が組み込まれ、かつ、コンピュータ制御装置を用いて制御され、その結果、ユーザによって定められた配列パターン及びサイズが生成されてもよい。もし、この装置が、高いスループット形態で自動的に動作できるなら、特に有用である。
【０００９】
（発明の概要）
本発明に係る分子配列生成装置は、土台と、前記の土台に接続され、Ｚ軸に沿って選択的に位置決め可能なＺコントローラと、前記のＺコントローラに着脱可能に取り付けられ、前記のＺコントローラによってＺ軸に沿って選択的に位置決め可能な堆積プローブと、前記の土台に接続され、Ｘ軸及びＹ軸に沿って選択的に位置決め可能なＸ，Ｙコントローラと、前記の土台に接続され、Ｘ軸及びＹ軸に沿って選択的に位置決め可能なＸ，Ｙ平行移動ステージとを備える。前記のＸ，Ｙコントローラは、さらに、堆積基板を備え、前記の堆積基板を第１の位置と第２の位置の間で動かし、前記の第２の位置は、前記の堆積プローブに相対的に位置され、前記のＸ，Ｙ平行移動ステージは、さらに、搭載基板を備え、前記の搭載基板を第１の位置と第２の位置の間で動かし、前記の第２の位置は、前記の堆積プローブに相対的に位置され、前記の第１の位置は、ユーザによってアクセスできる位置にある。
【００１０】
本発明に係る堆積ドメイン生成方法は、（ａ）堆積材料を含む搭載基板を取得するステップと、（ｂ）堆積プローブ上に前記の堆積材料を搭載するステップと、（ｃ）前記の堆積プローブから堆積基板へ、所望の量の前記の堆積材料を移動させることによって、前記の堆積基板に堆積ドメインを生成するステップとを備える。
【００１１】
本発明に係る配列生成装置は、Ｚコントローラと、前記のＺコントローラに取り付けられた、先端を備える堆積プローブと、前記のＺコントローラに取り付けられたＸ，Ｙコントローラと、前記のＸ，Ｙコントローラに取り付けられた堆積基板とを備える。前記のＸ，Ｙコントローラは、第１の位置と第２の位置の間で選択的に可動であり、前記のＸ，Ｙコントローラが、前記の堆積基板を前記の第２の位置に動かすとき、前記の堆積基板は、前記の堆積プローブに相対的に位置される。
【００１２】
本発明は、１マイクロメートルよりも小さい堆積ドメインを備えた分子配列を形成する専用装置である。本発明による配列装置を用いると、高価な試薬や試験材料の使用を制限でき、さらに、大規模なコンビナトリアルケミストリー研究所において空間を節約する助けになりうる。結果として、本発明は、多種多様な堆積材料が配置された特注の配列を容易に作製できるので、高いスループットで多数の試料の試験を可能にできる。
【００１３】
本発明による装置は、試料が一時的に水和してキャピラリーブリッジを形成する堆積技術を使用する。そのキャピラリーブリッジは、搭載基板から堆積プローブまで、そして、その堆積プローブから堆積基板まで堆積材料を送り、堆積ドメインを生成できる。１以上の堆積ドメインは、配列を構成する。本発明による装置によって利用されるキャピラリーブリッジ堆積技術は、本明細書及び引用により本明細書に組み込まれる同時係属米国特許出願第０９／５７４５１９号に詳細に述べられる。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
以下に、堆積ドメインから成る配列を高いスループットで生成する配列装置１０について説明する。ある実施の形態において、配列装置は自動的に制御され、配列の形成をユーザが常にモニタする必要性を回避する。配列装置１０の構成要素の一般的な説明がなされ、その後、各々の構成要素のより具体的な説明がなされる。
【００１５】
図１及び図２に説明されるように、本発明の実施の形態による配列装置１０は、堆積プローブ２０、Ｘ，Ｙコントローラ１４、Ｚコントローラ１６、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８、湿度コントローラ２０、制御コンピュータ２２及び土台２４から成ってよい。堆積プローブ１２は、Ｚコントローラ１６に接続できる。Ｚコントローラ１６は、土台２４に取り付けられてよい。Ｘ，Ｙコントローラ１４は、Ｚコントローラ１６の第１の側面に接して、土台２４に取り付けられてよい。Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８は、さらに、Ｚコントローラ１６の第２の側面に接して、土台２４に取り付けられてよい。湿度コントローラ２０及び制御コンピュータ２２は、堆積プローブ１２、Ｘ，Ｙコントローラ１４、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８に相対的に位置され、その結果、湿度コントローラ２０が、個別の機能、すなわち、湿度の制御を適切に実行しうる。コンピュータ２２は、本発明による配列装置１０の種々の構成要素の機能を制御する。当業者によって考えられる多くの構成及び設計が、Ｘ，Ｙコントローラ１４、Ｚコントローラ１６及びＸ，Ｙ平行移動ステージ１８等を土台２４に取り付けるために使用されてよい。構成要素の位置の違いは、本発明の範囲を変えるものではない。さらに、これらの構成要素は、ボルト、溶接、スナップ等を含む多くの異なる方法で取り付けられてよい。
【００１６】
図３ａに示されるように、Ｘ，Ｙコントローラ１４は、さらに、着脱可能に取り付けられた可動の堆積基板２５を含む。堆積基板２５は、本発明による装置が材料を堆積する表面である。その基板は、Ｘ，Ｙコントローラ１４によって、Ｚコントローラ１６の下まで移動し、その結果、堆積プローブ１２が降ろされ、堆積材料が堆積される。基板２５は、スナップ、クリップ、持ち上げられた外形を用いて、又は、当業者に既知の他の方法によって、Ｘ，Ｙコントローラ１４に取り付けられてよい。配列装置１０が材料を堆積する方法の詳細は、本発明の各部分が説明された後に理解されるであろう。別の実施の形態においては、１つの制御装置が、堆積プローブ１２のＸ，Ｙ，Ｚ方向の動きを制御できる。
【００１７】
本発明による装置で使用される堆積基板２５は、堆積材料の性質に依存して、種々の材料から形成されてよい。そのような堆積基板２５の更なる説明は、米国特許出願第０９／５７４５１９号に見られるが、本発明による配列装置の性質又は範囲を変えることなく、変化又は変更されてよい。
【００１８】
さらに図３ｂに示されるように、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８は、さらに、搭載基板２７を含んでよい。搭載基板２７は、堆積材料が、配列装置１０の堆積プローブ１２、堆積基板２５に搭載される前に、その堆積材料が存在する表面であってよい。その堆積材料は、機械的堆積、「インサイチユ」光化学合成、「インクジェット」印刷及び電子駆動堆積等の当業者に既知の方法で、本発明の性質及び範囲を変えることなく、搭載基板２７上に配置されてよい。
【００１９】
図２に示されるように、ある実施の形態において、配列装置１０は、さらに、力フィードバックモニタ５０及び光学顕微鏡５２を含んでよい。力フィードバックモニタ５０は、堆積プローブ１２、Ｚコントローラ１６及び制御コンピュータ２２に接続できる。力フィードバックモニタ５０は、堆積基板２５及び搭載基板２７に相対的に堆積プローブ１２の高さを制御することで、本発明の装置を支援することができる。光学顕微鏡５２は、ユーザによる配列装置１０の動作の観察を助けるように、土台２４の下の位置に取り付けられてよい。
【００２０】
以下に、本発明による装置の構成要素の各々について説明する。
＜土台２４＞
図２を参照して、本発明による装置の土台２４を説明する。本実施の形態による装置の土台２４は、物理的に安定であり、本発明による装置の個々の部分が取り付けられる種々の場所を提供する。本実施の形態による装置の土台２４は、鋼製支柱２６に支持された１２インチ×２４インチの光学プレートを使用できる。光学プレートは、その上に種々の装置を構成する標準的なプラットフォームである。
【００２１】
本発明の配列装置１２における使用に適した光学プレート２４は、カリフォルニア州９２６２３−９６０７、アーバイン、Ｐ．Ｏボックス番号１９６０７のニューポート社から入手できる製品番号ＳＡ１２である。そのプレートは、１インチの中心に、ドリルで開けられた１／４インチの穴を有してもよい。また、本発明による装置に適した鋼製支柱２６は、同じ製造会社から製品番号ＳＰ１２として入手できる。
【００２２】
別の実施の形態において、光学プレートは、光学テーブルの上に位置されてよい。本実施の形態による装置においては、配列を生成するためにそのような極端なことをする必要はないが、光学テーブルは、窒素ピストン上で浮かされ、振動除去を最適化できてもよい。
【００２３】
＜コントローラ１４＞
以下に、図２及び図３ａを参照して、本発明による装置のＸ，Ｙコントローラ１４を説明する。図２及び図３ａに示されるように、Ｘ，Ｙコントローラ１４は、土台２４に取り付けられてよい。Ｘ，Ｙコントローラ１４は、取り付けられた堆積基板２５が、繰り返して、堆積プローブ１２の下に正確に位置されるように、微細に、かつ、繰り返し可能に動作できるべきである。図２に示されるように、Ｘ，Ｙコントローラ１４の動作端部は、そのコントローラが、堆積プローブ１２の下で、堆積基板２５をマイクロメートルの精度で動かし、また、基板２５を軌道から外して、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８がプローブ１２の下で搭載基板２７を動かすことを可能にできるように位置されてよい。
【００２４】
Ｘ，Ｙコントローラ１４は、圧電駆動のインチワーム型精密機械ステージであってよい。インチワーム機構は、本発明による装置に望まれる微細精度を維持する一方、広い範囲で動作可能である。そのようなステージは、ＸＹ平面において約２０ｎｍの空間解像度を有し、さらに、エンコーダを利用して、再現性を保証する。そのステージは、試料堆積基板２５を保持するために、当業者によって設計された平板に取り付けられてよい。有用な１インチのウォームステージは、ニューヨーク州１４４５３−０７５５、フィッシャー、Ｐ．Ｏ．ボックスＥ、バーリーパーク（Ｂｕｒｌｅｉｇｈ Ｐａｒｋ）のバーリーインスツルメンツ（Ｂｕｒｌｅｉｇｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社から入手できる。
【００２５】
別の実施の形態において、Ｘ，Ｙコントローラ１４として、圧電駆動のたわみステージが用いられてもよい。圧電駆動のたわみは、インチワームステージと本質的に同じ精度を持つことが可能である。さらに別の実施の形態において、例えば、イスラエルのナノモーション社から入手できる線形圧電歯止め機構が使用されてもよい。図２は、Ｘ方向及びＹ方向に対して別個のモータを備えるＸ，Ｙコントローラ１４を示す。これは、種々の設計が使用できる。
【００２６】
＜Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８＞
以下に、図２及び図３ｂを参照して、本発明による装置の平行移動ステージ１８を説明する。Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８は、Ｚコントローラ１６及び堆積プローブ１２に相対的な位置で、同じように相互作用するように土台２４に取り付けられる。本実施の形態による装置において、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８の動作端部は、搭載基板２７に取り付けられる。その搭載基板２７は、その上に１以上の堆積材料が配置されてあらかじめ構成される。搭載基板２７は、堆積基板２５がＸ，Ｙコントローラ１４に取り付けられる方法と大体同じ方法で、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８に取り付けられてよい。図２及び図３ｂに示されるように、Ｘ，Ｙ平行移動ステージは、搭載基板２７が堆積プローブ１２の下の動作位置に動かされるように位置されてよい。
【００２７】
ある実施の形態において、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８は、Ｘ，Ｙコントローラ１４と同じ種類のＸ，Ｙ方向の位置決めが可能なインチワーム、すなわち圧電素子を使用してもよい。別の実施の形態では、堆積材料が、堆積基板２５上に生成されるドメインと比較して、搭載基板２７上のより大きな、故に、アクセスし易いドメインに配置されるために、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８が、そのような微細制御を必要としない場合がある。図２に示されるように、本実施の形態において、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８は、Ｘ，Ｙコントローラ１４とほとんど同じ設計を有していてもよい。
【００２８】
さらなる別の実施の形態において、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８は、搭載基板２７が第１の位置に取り付けられ、その後、堆積プローブ１２の下の第２の位置に運ばれるような動作範囲を有していてもよい。このように、第１の堆積材料がプローブ上に搭載された後、搭載基板２７は、全自動で、洗浄され、かつ、第２の位置の材料が再搭載される。
【００２９】
＜Ｚコントローラ１６＞
以下に、図２を参照して、本発明による装置のＺコントローラ１６を説明する。Ｚコントローラ１６は、土台２４に取り付けられ、Ｘ，Ｙコントローラ１４及びＸ，Ｙ平行移動ステージ１８と相互作用できる。Ｚコントローラ１６は、垂直方向（Ｚ方向）に自由に動くことができる。本発明による装置のＺコントローラ１６は、好ましくは、Ｚ方向に２００ｎｍ以下の精度をもち、結果として、配列装置１０は、高いスループットで、繰り返し可能な不変の堆積ドメインを達成できる。また、好ましくは、Ｚコントローラ１６が、１マイクロメートル以下の横方向の繰り返しを持ち、結果として、本発明による装置が、配列上の各々のスポット間に１乃至２μ以下の大きさの空間、すなわちピッチをもつ高密度配列を生成できる。
【００３０】
ある実施の形態において、Ｚコントローラ１６は、ＣＡ９２９６２３−９６０７、アーバイン、Ｐ．Ｏボックス番号１９６０７のニューポート社から入手できる製品番号ＴＳＶ１５０である。本実施の形態において、Ｚコントローラ１６は、Ｘ，Ｙ方向に相対的に静止したままであり、Ｘ，Ｙコントローラ１４及びＸ，Ｙ平行移動ステージ１８が、基板２５，２７を所定の位置に動かすことを可能にする。別の実施の形態において、Ｚコントローラ１６は、本発明の性質及び範囲を変えることなく、Ｘ，Ｙ方向の移動性を有していてもよい。
【００３１】
＜堆積プローブ１２＞
以下に、図２（図示されないが、Ｚコントローラ１６の端部に固定される。）及び図４を参照して、本発明による装置の堆積プローブ１２を説明する。堆積プローブ１２は、好ましくは、その長さが１００乃至２００マイクロメートルであり、約１乃至２０マイクロメートルの高さの先端１３を有する。その先端１３の曲率半径は、約１０乃至５０ｎｍであってよい。ある実施の形態において、プローブは、カンチレバーの端部に取り付けられた５乃至１０マイクロメートルの直径をもつ球で置き換えられる。その球がプローブ１２の搭載及び堆積材料の堆積を容易にできる方法が、先に引用された特許出願においてさらに述べられる。さらに、そのようなプローブ１２のＺコントローラ１６への取り付けは、当業界で既知であり、ここで説明する必要はない。
【００３２】
市販のプローブが、本発明による装置の堆積プローブ１２として利用できる。そのようなプローブは、カリフォルニア州、サンタバーバラ、ロビンヒル通り１１２のＤｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ／Ｖｅｅｃｏ社から入手できる標準的な窒化シリコンＡＦＭであってよい。
【００３３】
＜湿度コントローラ２０＞
以下に、図２及び図５を参照して、本発明による装置の湿度コントローラ２０を説明する。図２に示されるように、湿度コントローラ２０は、土台２４に取り付けられてよい。図５に示されるように、湿度コントローラ２０は、さらに、湿度源３０、ガスフローモニタ及び制御装置３２（図示されない）、気体源３８、第１のソレノイド弁４０、第２のソレノイド弁４２及び内部接続チューブ４４を備えていてもよい。湿度源３０は、堆積材料の搭載及び堆積中、堆積プローブ１２の周囲の湿度を、効果的かつ正確に制御するように位置されてよい。モニタシステム３２は、湿度源３０と堆積プローブ１２との間に位置され、コンピュータ２２によって制御されてよい。気体源３８は、チューブ４４によって、第１のソレノイド４０及び湿度源３０に接続されてよい。気体源は、湿度源を回避することにより、チューブ４４を介して第２のソレノイド４２に接続されてよい。さらに、図２に示されるように、チューブ４４は、プローブ１２にガスを運ぶことができる。本発明による装置の湿度コントローラ２０は、サブマイクロメートル及びナノメートルドメインにおける試料の再現性のよい堆積を可能にしうる。
【００３４】
本実施の形態による装置の湿度源３０は、プラスチック製のカートリッジ内で、湿った１つのフィルタ紙又はスポンジを使用する。アルゴン等の乾燥した不活性ガスが、気体源３８からカートリッジに収められ、制御システムによって制御されるソレノイド弁４０の使用により、正の圧力下に維持される。図５に示されるように、気体は、ソレノイド弁４０及び湿度源３０を通して、湿度コントローラ２０によって放出される。気体は、モニタリング及び制御装置３２を過ぎると、堆積プローブ１２の上を流れ、堆積材料の搭載または堆積を達成するように、プローブ１２の周りの相対的な湿度を増大させる。
【００３５】
図５に示されるように、第２のソレノイド４２は、気体源３８から気体を引き出すが、その後、それを、プラスチック製カートリッジ３６を周回するチューブ４４を通して、モニタリング及び制御装置３２に送ってもよい。このように、乾燥気体は、堆積プローブ１２に送られてよい。ソレノイド４２は、乾燥気体が、プローブ１２に達する前に湿った気体と混合され、所望の湿度レベルを達成するようにコンピュータ２２及びモニタリング装置３２によって制御される。さらに、堆積材料が堆積プローブ１２又は堆積基板２５に配置された後、その堆積プローブ上に乾燥気体を吹き付けて、プローブ１２又は堆積基板２５上の堆積材料を乾燥させるために、乾燥気体ソレノイド４２が使用されてよい。好みに応じて、種々の堆積材料に対する再現性の良いかつ最良の堆積条件を改善するために、ソレノイド４０，４２からの出力が、モニタシステム３２に取り付けられたモニタ装置３２を通して送られてよい。各々の流速に数値が割り当てられてもよい。この数値の変動をモニタすることは、所望の湿度レベルを達成する助けになる。
【００３６】
別の実施の形態においては、より高度な湿度生成装置が使用され、その結果、本発明による装置は、さらに、試料の周囲の相対的な湿度の正確さ及び再現性を増大させることが可能である。さらに別の実施の形態においては、堆積プローブ１２の上で連続的に乾燥気体が吹き、湿った気体が吹きつける間は一時的に停止し、その後、すぐに動作を再開して、表面上の試料拡散を最小限にする。
【００３７】
さらに別の実施の形態においては、不変の湿度の多い環境が、試料の搭載及び堆積に適していている場合がある。本実施の形態について、本発明による装置は、堆積プローブ１２、Ｘ，Ｙコントローラ１４及びＸ，Ｙ平行移動ステージ１８の端部又は装置全体を含むプラスチック製チャンバ又は部屋を含んでよい。そのチャンバ又は部屋は、搭載及び堆積プログラムの期間、所望の湿度の気体で満たされてよい。
【００３８】
＜制御コンピュータ２２＞
以下に、図１及び図２を参照して、本発明による装置の制御コンピュータ２２を説明する。その制御コンピュータは、モニタ、ハードディスクその他を含む標準的な動作環境を備えた、ペンティアム、アスロン又は他のコンピュータチップを用いる標準的なコンピュータであってよく、本実施の形態による装置は、７８７５９−３５０４ テキサス州、オースチン、モーパックエキスプレスウェイ１１５００のナショナルインスツルメント社から入手できる、製品番号ＰＣＩ−６０２５ｅの標準的なデータ取得コンピュータボードを使用できる。そのような取得ボードは、湿度、堆積プローブ１２の高さ、及びＺコントローラ１６、Ｘ，Ｙコントローラ１４、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８の相対的位置を制御するために必要なデータをコンパイルし、また、堆積材料が堆積基板２５上に配置される位置をモニタしてもよい。標準又は特注のソフトウェアが、コンピュータ２２にロードされてよく、データ取得ボードの動作を制御してよい。特定用途の特注ソフトウェアは、ＬａｂＶｉｅｗから入手できる。
【００３９】
コンピュータコントローラ２２に加えて、Ｘ，Ｙコントローラ１４、Ｚコントローラ１６及びＸ，Ｙ平行移動ステージ１８の細かい動作を制御するために、ステッパコントローラカード（Ｍｉｌｌ−Ｓｈａｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＡ−１００）が使用されてよい。また、本実施の形態による装置のステッパモータコントローラカードは、ＬａｂＶｉｅｗ（ナショナルインスツルメント社製）ソフトウェア又は当業者によって記述された他のソフトウェアによって制御されてよい。
【００４０】
＜力フィードバックモニタ５０＞
以下に、図２を参照して、本発明による装置の力フィードバックモニタ５０を説明する。上述したように、力フィードバックモニタ５０は、Ｚコントローラ１６と制御コンピュータ２２に取り付けることができる。力フィードバックモニタ５０は、制御コンピュータ２２と共に、堆積プローブ１２及び搭載基板２７、又は堆積プローブ１２及び堆積基板２５がいつ接触するか正確に認識できる。プローブ１２と基板２５，２７との接触の正確な瞬間を知ることは、搭載基板２７から堆積プローブ１２、及び堆積プローブ１２から堆積基板２５への堆積材料の移動をより正確に可能にする。そのような結果を達成する、制御コンピュータ２２と結合される力フィードバックモニタ５０は、当業者に既知であってよい。
【００４１】
別の実施の形態において、力フィードバックモニタ５０は、基板２５，２７とプローブ１２の初期関係を決定するためだけに使用されてよい。
【００４２】
本発明による配列装置１０を用いるとき、プローブ１２は、基板２５，２７と接触し、その後、湿った気体にさらされる前に、１ｍｍ以上、引き戻されて上げられてよい。その湿った空気は、キャピラリーブリッジを形成させ、従って、堆積材料を搭載または堆積させる。一旦、プローブ１２に相対的な基板２５，２７の位置が定められると、コンピュータ２２は、続く堆積のために、プローブ１２を、基板２５，２の表面に接触させる必要なく、基板２５，２７の上方の所望のレベルまで運ぶだけでよい。
【００４３】
上述したように有効な種々の種類の力フィードバックモニタ５０が、当業者に既知であってよい。
【００４４】
入手可能な力フィードバックモニタは、デジタルインスツルメント社から入手可能なディメンジョン３１００シリーズの走査プローブ顕微鏡のＡＦＭヘッドであってよい。本発明の性質と範囲を変えることなく、他の力フィードバックモニタが、当業者によって利用されてよい。本実施の形態による装置において、モニタ５０の読み取りは、標準のブレークアウトボックスによって読まれてもよく、直接ＬａｂＶｉｅｗにかけられてもよい。動作中、たわみ値は、ＬａｂＶｉｅｗがＺコントローラ１４を停止させる閾値として設定できる。従って、本発明による装置は、一旦表面が「発見」されると、Ｚコントローラ１４を、同じ位置の２００ｎｍ以内で繰り返し移動させるようにプログラム設定されてよい。このようにして、本発明の装置は、各々の堆積サイクルで接触がなされるまで、減速ステップ及び注意深い計数ステップを必要とすることなく、繰り返し表面に近づき、かつ、表面から引っ込む。
【００４５】
＜光学顕微鏡５２＞
以下に、図２を参照して、光学顕微鏡５２を説明する。図２に示されるように、光学顕微鏡５２は、光学プレートの下方の逆の位置に取り付けられる。光学顕微鏡５２は、ユーザが、堆積プローブ１２の下から搭載ステップ及び堆積ステップを目に見えるようにすることを可能にする。そのようなモニタリングは、１０倍の接眼レンズを使って、１０倍、２０倍、４０倍及び６０倍の拡大オプションを含む標準的な顕微鏡のファーフィールド光学の分解能限界内であってよい。別の実施の形態において、そのような顕微鏡は、コンピュータ２２、別のモニタ又は記録装置に対する画像出力のために、カメラに取り付けられてよい。当業者によって理解されるように、顕微鏡は、本発明の性質及び範囲を変えることなく、本発明による配列装置１０から除去されてもよい。
【００４６】
堆積ドメインは、使用される光の波長よりも小さいが、それらは、２マイクロメートルのオーダで距離が開けられる。それは、その光学特性によって、それらが別個に観察されることを可能にする。これは、それぞれ、挿入されたｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅ又は反射されたフォトンから収集された光によって、個々のＤＮＡ分子及びナノメートルスケールのコロイド金属等のサブ波長の物体のファーフィールド光学観察に類似する。この光学モニタリングは、本発明による装置によって実施される堆積事象を予備的に評価する有効な方法である場合がある。
【００４７】
＜使用方法＞
以下に、本発明による装置の使用方法を説明する。プローブ１２を搭載基板２７に接触又は接近させるために、Ｚコントローラ１６が使用される。接触力は、ＬａｂＶｉｅｗにおけるカンチレバーたわみ信号を、力フィードバックモニタ５０を通じてモニタすることによって調整される。その後、湿った気体の吹き付けが利用され、プローブ１２と搭載基板２７との間にキャピラリーブリッジを生成される。このキャピラリーブリッジは、プローブ１２に少量の堆積材料を送る。その後、Ｚコントローラ１６を用いて、堆積プローブ１２が引っ込められる。その後、搭載基板２７は、Ｘ，Ｙ平行移動ステージ１８によって、プローブ１２下方の位置から外れるように動かされる。その後、Ｘ，Ｙコントローラ１４は、堆積基板２５をプローブ１２下方の位置へ動かす。その後、堆積基板２５上に堆積材料を堆積するために、Ｚコントローラ１２によってプローブ１２が所定の位置まで下げられ、湿度サイクルが繰り返される。
【００４８】
好みに応じて、この方法は、堆積材料によって堆積プローブ１２が実質的に劣化するまで、何回も実行されてよい。従って、１回だけプローブ１２をロードした後、各々の配列のために１個から数個の堆積ドメインが構成できる。新しい堆積材料が堆積される毎に、堆積プローブ１２が洗浄される。ある実施の形態において、プローブ１２は、第２の堆積材料を搭載する前に、ＵＶ又はオゾン爆発で洗浄されてもよい。
【００４９】
ある実施の形態において、清潔なガラス表面上に、マイクロドロップとして、ＰＢＳ（緩衝化したサリン溶液）における約０．１ｍｇ／ｍｌの濃度のプロテインの試料が堆積され、堆積材料／搭載基板として機能するように乾燥させられてもよい。堆積ツールは、乾いたマイクロドロップに接触し、湿度は、堆積プローブの先端１３に対するプロテインの吸着を可能にするように制御される。この方法は、典型的に、１０乃至１００の堆積事象のために、堆積ツールに十分な材料を搭載するという結果をもたらす。ロードされた堆積プローブ１２は、その後、新しく準備された金又は金／アルカンチオール系の表面に、ＰＢＳを堆積させるために使用される。
【００５０】
プローブをロードするサイクル及び堆積基板上に１つのドメインを作製するサイクルの各々は、１分しかかからなくてよい。加えて、実際の堆積事象は比較的短く、単一のソース材料で１つのスポットを作製すること及び複数のスポットを作成することの差は、せいぜい数秒しかない。従って、１００の異なる分子種の１つ又は多数の１０×１０の分子アレイを作るのにかかる時間は、約１時間４０分の場合がある。別の実施の形態において、本発明の性質及び範囲を変えることなく、この方法は、さらに、簡素化され、同様の時間フレームでずっと複雑なアレイ（数百から数千の分子種）、及びより多数のアレイの構成が可能になるまで高められてよい。これらのステップの全ては、コンピュータ２２を用いて、ＬａｂＶｉｅｗによって調整されてよい。
【００５１】
さらに別の実施の形態において、搭載基板２７を堆積プローブ１２の下の動作位置まで運ぶ複数のＸ，Ｙ平行移動ステージ１８が存在してもよい。このように、複数の堆積材料が、複数の堆積基板２７上にアクセスでき、非常に多種多様な配列の生成を可能にする。
【００５２】
さらに別の実施の形態において、光学顕微鏡５２は、区画化された物理的位置における試料堆積に対して登録マークを検索するために使用されてよい。
【００５３】
別の実施の形態において、プローブは、簡単な流体供給部を備えた微細加工井戸を用いて洗浄されてよい。その洗浄溶液（例えば、水）は、装置に供給されて、突き出る泡を形成し、その泡は、表面張力によって所定の位置に保持される。その後、堆積ツールは、その泡の中で、プローブにおける泡の圧電駆動による振動によって、洗浄できる。
【００５４】
当業者によって理解されるように、スポットサイズは、堆積ツールの曲率半径、ツール及び表面の疎水性／親水性、堆積事象中の湿度制御の関数である。本発明は、適切なパラメータが注意深くモニタされるとき、２００ｎｍの直径範囲のスポットサイズ（ツール半径は、典型的に４０ｎｍ）を再現性よく可能にしうる。試料の材料、及び堆積ドメインに想定された目的に応じて、これよりずっと小さいサイズのスポットが可能である。
【００５５】
本明細書で述べられる情報及び例は、目的を説明するためのものであり、本発明の範囲内で派生するもの又は代替の方法を排除するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、本実施の形態に対して種々の変形がなされることが意図される。従って、本発明の範囲は、上述の実施の形態ではなく、添付の特許請求の範囲によって特定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による１つの実施の形態の種々の構成要素を示すブロック図。
【図２】本発明による１つの実施の形態の装置の前面図。
【図３ａ】本発明による１つの実施の形態のＸ，Ｙコントローラの斜視図。
【図３ｂ】本発明による１つの実施の形態のＸ，Ｙ平行移動ステージの斜視図。
【図４】本発明による１つの実施の形態の堆積プローブの斜視図。
【図５】本発明による湿度コントローラの構成要素を示すブロック図。
【符号の説明】
１０  配列装置
１２  堆積プローブ
１４  Ｘ，Ｙコントローラ
１６  Ｚコントローラ
１８  Ｘ，Ｙ平行移動ステージ
２０  湿度コントローラ
２２  制御コンピュータ
２４  土台
【図１】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
2004538443.tif 000033