(57)【要約】分子電子および光デバイスの作成；シリコンまたは他の材料上へのナノ構造、サブミクロンおよびミクロンサイズの部品の組織化、アセンブリーおよび相互接続；マイクロエレクトロニックまたはオプトエレクトロニック・コンポーネントおよびデバイスのパラメータでのナノ構造、サブミクロンおよびミクロンサイズの部品の組織化、アセンブリーおよび相互接続；光および電子構造、デバイスおよびシステムの作成、配列および製造；高ビット密度三次元および四次元光学データ記憶材料およびデバイスの開発を行うための構成単位としての機能化されたプログラム可能な自己アセンブリー核酸、核酸修飾構造および他の選択的アフィニティーまたは結合成分の電界支援自己アセンブリーを可能にする方法と装置。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１の標的電極を有する標的デバイスを準備し、
第１のコンポーネント・デバイスおよび標的デバイスと接触した流体媒体を準備し、
標的デバイスからコンポーネント・デバイスへの少なくとも電気浸透力の作用により標的デバイスに対して第１のコンポーネント・デバイスを設置し、ついで　コンポーネント・デバイスを標的デバイスに結合する
段階を含むマイクロスケールおよびナノスケール・デバイスの製作方法。
【請求項２】
電気浸透力が少なくとも部分的に標的電極によって生成される請求項１記載の方法。
【請求項３】
標的デバイスがさらに作動電極と共に配設されている請求項１記載の方法。
【請求項４】
作動電極が標的電極に近接して配設されている請求項３記載の方法。
【請求項５】
電気浸透力が少なくとも部分的に作動電極によって発生される請求項３記載の方法。
【請求項６】
結合段階がはんだリフロー段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
さらに、標的デバイスに結合したコンポーネント・デバイスの電気的活性化の段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
コンポーネント・デバイスがマイクロエレクトロニック・コンポーネント・デバイスである請求項１記載の方法。
【請求項９】
マイクロエレクトロニック・デバイスが発光ダイオード（ＬＥＤ）である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
コンポーネント・デバイスがマイクロメカニカル・デバイスである請求項１記載の方法。
【請求項１１】
設置段階が電気浸透力に加えて電気泳動力を含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
設置段階が電気浸透力に加えて静電気力を含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
設置段階が電気浸透力に加えて誘電泳動力を含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】
設置段階が単一コンポーネント・デバイスの設置の一連の段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項１５】
複数のコンポーネント・デバイスを並行して設置する請求項１記載の方法。
【請求項１６】
コンポーネント・デバイスを、標的デバイスに結合するための混合系と共に準備する請求項１記載の方法。
【請求項１７】
結合系が核酸を含む請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
設置段階が標的デバイスの運動に影響する表面特徴を提供することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１９】
表面特徴が終止部を含む請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
表面特徴が凹部を含む請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
少なくともある段階を低重力環境で行う請求項１記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１の標的電極を有する標的デバイスを準備し、
第１のコンポーネント・デバイスおよび標的デバイスと接触した流体媒体を準備し、
標的デバイスからコンポーネント・デバイスへの電気力と流動力との作用により標的デバイスに対して第１のコンポーネント・デバイスを設置し、ついで
コンポーネント・デバイスを標的デバイスに結合する
段階を含むマイクロスケールおよびナノスケール・デバイスの製作方法。
【請求項２３】
電気力が電気浸透力を含む請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、それによって電場を印加して、ミクロンスケールないしナノスケール材料のアセンブリーを行う流動系取込み手段を設計、製作および使用するための方法および技術に関する。例えば、本発明は、二次元および三次元の両方で、マイクロエレクトロニック、マイクロメカニカル、マイクロオプティカルおよび複合機能のデバイスまたはアセンブリーを形成するように作用する。本発明は、また、自己アセンブリング、ナノストラクチャー、サブミクロンサイズおよびミクロンサイズのコンポーネントを含むコンポーネントをデバイス自体または他の基板材料の選択した場所に、電界輸送、および所望により選択的アドレス指定することを提供する、結合マイクロエレクトロニックおよびオプトエレクトロニック・デバイス、システムおよび製作プラットフォームにも関する。
【０００２】
関連出願情報
本願は、本明細書中に開示されている場合にはすべて出典明示して本明細書の一部とみなす、１９９７年５月１４日に出願し、現在係属中の“Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”なる発明の名称の出願番号０８／８５５，０５８号の一部継続出願である、１９９４年６月１０日に出願し、現在米国特許第６，７８７，０３２号として発行されている“ＤＮＡ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｔｏｒａｇｅ”なる発明の名称の出願番号０８／２５８，１６８号および１９９７年１２月５日に出願し、現在係属中の“Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ”なる発明の名称の出願番号０８／９６８，０６５号の継続出願である、現在米国特許第５，８３５，４０４号として発行されている“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｎｏｎ−Ｒａｄｉａｔｉｖｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ”なる発明の名称の出願番号０８／９０６，５６９号の継続出願である、１９９１年１１月７日に出願され、現在（１９９４年５月２７日に出願された継続出願番号０８／２５０，９５１号を介する）米国特許第５，５３２，１２９号として発行されている“Ｓｅｌｆ−Ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅ− ａｎｄ Ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｐｏｌｙｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｔｈｅｉｒ Ｕｓｅ”なる発明の名称の出願番号０７／７９０，２６２号および１９９８年８月５日に出願され、現在係属中の“ＤＮＡ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｍｅｍｏｒｙ”なる発明の名称の出願番号０９／１２９，４７０号の一部継続出願である、１９９４年５月５日に出願され、現在米国特許第５，５６５，３２２号として発行されている“Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅｓ ａｎｄ Ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅｓ ｔｏ Ｇｅｎｅｒａｔｅ Ｄｏｎｏｒ−ｔｏ−Ｄｏｎｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ”なる発明の名称の出願番号０８／２３２，２３３号の継続出願である、１９９３年１１月１日に出願され、補正され、現在米国特許第５，６０５，６６２号として発行されている“Ａｃｔｉｖｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ”なる発明の名称の出願番号０８／１４６，５０４号、１９９６年８月２３日に出願され、現在特許されている“Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅｓ ａｎｄ Ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅｓ ｔｏ Ｇｅｎｅｒａｔｅ Ｄｏｎｏｒ−ｔｏ−Ｄｏｎｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ”なる発明の名称の出願番号０８／７０３，６０１号の一部継続出願である、１９９４年７月７日に出願され、補正され、現在特許されている“Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔｒｉｎｇｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ”なる発明の名称の出願番号０８／２７１，８８２号の一部継続出願である、１９９４年９月９日に出願され、補正され、現在米国特許第５，６３２，９５７号として発行されている“Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”なる発明の名称の出願番号０８／３０４，６５７号の一部継続出願である、１９９５年９月２７日に出願され、現在米国特許第５，８４９，４８６号として特許されている“Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｄｅｖｉｃｅｓ”なる発明の名称の出願番号０８／５３４，４５４号の一部継続出願である、１９９６年１２月６日に出願された“Ａｆｆｉｎｉｔｙ Ｂａｓｅｄ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”なる発明の名称の出願番号０８／７６０，９３３号の一部継続出願である。
【０００３】
連邦基金陳述
本発明は、合衆国空軍に与えられた約定番号Ｆ３０６０３−９７−Ｃ−０１５５の下に連邦政府の支援によってなされた。連邦政府は本発明にある権利を有する。
【０００４】
発明の背景
分子エレクトロニクス／フォトニクスおよびナノテクノロジーの分野は、技術的に限りない将来性を提供する。ナノテクノロジーとは、対象物を複雑な原子仕様に構築する一般能力に基いた突出する技術と定義される（Ｄｒｅｘｌｅｒ， Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ， ７８：５２７５−５２７８，（１９８１））。ナノテクノロジーは、一般に、顕微鏡レベルに至るすべての複雑な構造を組織化および構築するための原子ごとまたは分子ごとの制御を意味する。ナノテクノロジーは半導体および集積回路産業で使用されている現在のリソグラフィー技術のようなトップダウン方式とは対照的なボトムアップ・アプローチである。ナノテクノロジーの成功は、広範な分子構造および分子デバイスの構築を可能とするプログラム可能な自己アセンブリング分子単位および分子レベルの工作ツール（いわゆるアセンブラー）の開発に基き得る（Ｄｒｅｘｌｅｒ， ”Ｅｎｇｉｎｅｓ ｏｆ Ｃｒｅａｔｉｏｎ”， Ｄｏｕｂｌｅｄａｙ ＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏ．， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ （１９８６））。
【０００５】
現在の分子電子／フォトニック技術には、様々な分野の科学者および技術者による多大な研究成果が含まれている（Ｃａｒｔｅｒ編， ”Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＩＩ”， Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ （１９８７））。それらの分野には、有機ポリマーベースの整流器（Ｍｅｔｚｇｅｒら， ”Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＩＩ”， Ｃａｒｔｅｒ編， Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ， ｐｐ．５−２５ （１９８７））、導電性共役ポリマー（ＭａｃＤｉａｒｍｉｄら， Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ， １８： ２８５ （１９８７））、有機薄膜またはラングミュア−ブロジェット膜の電子特性（Ｗａｔａｎａｂｅら， Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ， ２８： Ｃ４７３ （１９８９））、電子移動に基く分子シフトレジスター（Ｈｏｐｆｉｅｌｄら， Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２４１：８１７ （１９８８））、および様々な種類の「管状」微細構造を形成する合成修飾脂質をベースとする自己アセンブリング・システムがある（Ｓｉｎｇｈら， ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”， Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ， ｐｐ． ２３９−２４９ （１９８８））。共役有機ポリマーに基く分子オプティカルまたはフォトニック・デバイス（Ｂａｋｅｒら， Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ， ２８： Ｄ６３９ （１９８９））、および非線形有機材料も記述されている（Ｐｏｔｅｍｂｅｒら， Ｐｒｏｃ． Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆ． ＩＥＥＥ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ， Ｐａｒｔ ４／６： １３０２−１３０３ （１９８９））。
【０００６】
しかしながら、上記の文献は、いずれも高レベルのまたはプログラム可能なレベルの自己組織化または自己アセンブリングを製作することについて、何ら記述していない。通例、電子的および／またはフォトニック機構を実行する実際の分子コンポーネントは天然の生物学的タンパク質または他の分子である（Ａｋａｉｋｅら， Ｐｒｏｃ． Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆ． ＩＥＥＥ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ， Ｐａｒｔ４／６： １３３７−１３３８ （１９８９））。現在のところ、効率のよい電子的またはフォトニクス構造、機構またはデバイスを作製する完全に合成的でプログラム可能な自己アセンブリング分子の例は存在しない。
【０００７】
生体系における自己アセンブリングの理解に関する進歩はナノテクノロジーと関係する（Ｄｒｅｘｌｅｒ， Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ， ７８： ５２７５−５２７８ （１９８１）およびＤｒｅｘｌｅｒ， ”Ｅｎｇｉｎｅｓ ｏｆ Ｃｒｅａｔｉｏｎ”， Ｄｏｕｂｌｅｄａｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ （１９８６））。重要な進歩を遂げている分野には、集光性光合成系、エネルギー伝達電子輸送系、視覚処理、神経伝導の組織化、ならびに、それらの系を構成するタンパク質成分の構造および機能が含まれる。いわゆるバイオチップは合成的または生物学的に修飾されたタンパク質を用いた分子電子デバイスの構築を表わす（Ｈａｄｄｏｎら， Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ， ８２： １８７４−１８７８（１９８５）， ＭｃＡｌｅａｒら， ”Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＩＩ”， Ｃａｒｔｅｒ編， Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ．， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ， ｐｐ．６２３−６３３ （１９８７））。
【０００８】
合成タンパク質（ポリペプチド）に関する幾つかの研究が、導電性回路網を開発する目的で行われている（ＭｃＡｌｅａｒら， ”Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ｃａｒｔｅｒ編， Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ， ｐｐ．１７５−１８０ （１９８２））。また、核酸系バイオチップがより有望であろうと推測する研究者も存在する（Ｒｏｂｉｎｓｏｎら， ”Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｂｉｏｃｈｉｐ： ａ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｓｃａｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ｄｅｖｉｃｅ”， Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， １： ２９５−３００ （１９８７））。
【０００９】
生きているすべての生物における遺伝情報の担体である核酸、デオキシリボ核酸またはＤＮＡの構造および機能に関する理解においても偉大な研究がなされている（Ｗａｔｓｏｎら， ”Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｅｎｅ”， Ｖｏｌ． １， Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．， Ｍｅｎｌｏ Ｐａｒｋ， ＣＡ （１９８７））（図１を参照されたい）。ＤＮＡでは、情報がヌクレオチドの線状配列にその塩基単位アデニン、グアニン、シトシンおよびチミジン（Ａ、Ｇ、ＣおよびＴ）によってコードされている。ＤＮＡ（またはポリヌクレオチド）の１の鎖は、ハイブリダイゼーションによってそれらの相補鎖を認識し結合して二本鎖核酸二重らせん構造を形成するというユニークな性質を有する。これは、ＡがＴを認識し、ＧがＣを認識するという核酸固有の塩基対形成特性によって可能である。所与のポリヌクレオチド配列はいずれもその正確な相補的配列にのみハイブリダイズするため、この性質は極めて高度な特異性につながる。
【００１０】
核酸の分子生物学だけでなく、核酸の化学合成の分野も著しい進歩を遂げている。この技術により、現在では１時間あたり１５ヌクレオチドの合成速度で長さが１００ヌクレオチドを超える配列を効率よく合成し得る高度に自動化された装置が開発されている。また、発蛍光団、発色団、アフィニティーラベル、金属キレート団、化学反応性基および酵素を含む機能性基で核酸を修飾する技術も数多く開発されている（Ｓｍｉｔｈら， Ｎａｔｕｒｅ， ３２１： ６７４−６７９ （１９８６）； Ａｇａｒａｗａｌら， Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， １４： ６２２７−６２４５ （１９８６）；Ｃｈｕら， Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， １６： ３５７１−１６９１ （１９８８））。
【００１１】
合成核酸と修飾核酸の開発の原動力となったのは、臨床診断アッセイ（この分野はＤＮＡプローブ診断法とも呼ばれる）にそれらが使用されるという潜在性であった。ＤＮＡプローブ診断アッセイ系に、高感度な蛍光検出性を付与する目的で修飾オリゴヌクレオチドに簡単なフォトニック機構が組み込まれた。このアプローチにはフェルスター無放射エネルギー転移を行う発蛍光基および化学発光標識オリゴヌクレオチドが含まれていた（Ｈｅｌｌｅｒら， ”Ｒａｐｉｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｆｅｃｔｉｏｕｓ Ａｇｅｎｔｓ”， Ｋｉｎｇｓｂｕｒｙら編， Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ｐｐ． ３４５−３５６ （１９８５））。フェルスター無放射エネルギー転移はある波長で励起された蛍光供与基が吸収したそのエネルギーを共鳴双極子カップリング過程によって好適な蛍光受容基に転移する過程である。好適な供与基と受容基との間のエネルギー転移の効率は１／ｒ６の距離依存性を有する（Ｌａｋｏｗｉｃｚら， ”Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”， Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ， Ｃｈａｐ． １０， ｐｐ．３０５−３３７ （１９８３））。
【００１２】
光デバイスに関して述べると、それらは一般に開発の進んだマイクロ製作技術を用いて密なアレイで製作し得る。しかしながら、これらは、使用する基板の比較的高い欠陥密度によって制限される小さな領域に集積できるにすぎない。有用で経済的に価値を有するものであるためには、多くの場合、これらのデバイスを大領域のシリコン集積回路内で使用しなければならない。この問題の好適な例は、垂直発振器型面発光レーザーである。数多くの潜在的適用に対処するには、これらのデバイスを大領域のシリコンＩＣに集積化することが極めて望ましいであろう。これら新たなデバイスをシリコンに集積する際の主な障害は、材料的不適合性と構造的不適合性が存在することである。これらのデバイスは最小限の性能劣化でもって、かつ、下層のシリコン回路に影響を及ぼすことなく、大きなまばらなアレイでシリコンに集積化する必要がある。先年の間に、多くのコンポーネント・アセンブリー技術が、かかる化合物半導体デバイスのシリコン上の集積化に関して広く研究されてきた。それらにはハイブリッド・フリップチップまたはエピタキシャル・リフトオフおよび他の直接結合法が含まれる。これらのハイブリッド技術は顕著な進歩を遂げ、いくつかのコンポーネントのデモンストレーションによってこれらの技術の可能性が示されたが、これらの方法は構造的不適合性には対処していない。すなわち、特殊デバイスをそのマザー基板上に製作する際の寸法は、それをホスト基板上に結合する時に維持されなければならない。これは、大領域コンポーネント上の小領域デバイスの集積化を経済的に実行不可能にする。
【００１３】
これら新たなデバイスをシリコンに集積する際の主な障害は、材料的不適合性および構造的不適合性が存在することである。これらのデバイスは、最小限の性能劣化で、かつ、下層のシリコン回路に影響を及ぼすことなく、大きくまばらなアレイでシリコンに集積化する必要がある。先年の間に、多くのコンポーネント・アセンブリー技術が、シリコン上のかかる化合物半導体デバイスの集積化に関して広く研究されてきた。それらには、ハイブリッド・フリップチップ結合またはエピタキシャル・リフトオフおよび他の直接結合法が含まれる。これらのハイブリッド技術は顕著な進歩を遂げ、いくつかのコンポーネントのデモンストレーションによって、これらの技術の可能性が示されたが、これらの方法は構造的不適合性の問題には対処していない。すなわち、特殊デバイスをそのマザー基板上に製作する際の寸法は、それらをシリコンボード上に結合または移植する時に維持されなければならない。
【００１４】
流体輸送を介して自己アセンブリング微細構造を基板上に製作する研究が行われている。例えば、”Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”なる発明の名称の米国特許第５，７８３，８５６号においては、微細構造を基板に集積するように基板上に位置する凹部領域に自己整列する成形ブロックを有する微細構造を利用した方法および装置が開示されている。ついで、複数のデバイスを含有するスラリーを、微細構造が選択的に基板と一体化するように凹部領域を有する基板に注入する。
【００１５】
元々、デバイスが小領域に密に製作される場合、大領域に分布したデバイスのまばらなアレイを作成することができる集積技術を先行技術は有していない。このことは、ミクロンサイズのデバイスの集積から構成される大領域のコンポーネントを経済的に実行不可能にしている。この課題を解決するためにエレクトロニクス産業ではパッケージング技術の階層化が使用されている。しかしながら、比較的小さいピッチで大領域にデバイスの規則正しいデバイスが必要な場合は、この課題は未解決のままである。この課題は、シリコン能動的マトリクスを大領域にわたって分布させる必要がある小さなトランジスターからなるマトリクス・アドレスド・ディスプレイ（ｍａｔｒｉｘ ａｄｄｒｅｓｓｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）の実装に関わる高コストを見れば最もよくわかるだろう。したがって、先行技術のマイクロ製作技術では、密なアレイのデバイスを集積する小領域コンポーネントにデバイスが制限される。しかしながら、特殊デバイスを大領域によりまばらに集積することによって恩恵を受け得る多くの重要な適用が存在する。
【００１６】
構造的制限を取り除く１の可能な方法は、その欠陥密度がシリコンの欠陥密度に近づくまで半導体基板材料をさらに開発することである。これは、漸進的な進歩を必要とする長期の費用のかかるプロセスである。第２のアプローチは、ミクロンおよびサブミクロンサイズのデバイスを取扱うことができ、それらを適当な位置に移植できる特殊なロボットの開発である。その移植プロセスはなお逐次的で、そこではデバイスを１ずつ移植して非実用的なプロセシング時間を必要とし得るので、これもまた非実用的と思われる。いずれにせよ、これらのアプローチは両方とも、１０ｃｍ程度のマザーボード寸法に制限され得る。
【００１７】
メモリーに関しては、データ処理エンジンは、データおよびプログラム・コマンドを収容するメモリーから物理的にも概念的にも分離されている。プロセッサー速度が時と共に増すにつれて、常により大きなメモリーとより速いアクセスが要求される。プロセッサー速度の最近の進歩は、メモリーへのアクセスにシステムのボトルネックが生じるようになった。指令またはデータの獲得の遅延は大きなプロセッサー待機時間の原因となり得、それは貴重な処理時間の損失をもたらすため、この制限は重大である。
【００１８】
これらの懸念を解決するために様々なアプローチがとられてきた。一般に、その解決策には、異なる属性を有する様々なタイプのメモリーを使用することが含まれる。例えば、通例キャッシュメモリーと呼ばれる比較的少量の速くて一般に高価なプロセッサーユニットと直結したメモリーを使用することが一般的である。これに加えて、容量は大きいが一般により遅いＤＲＡＭまたはＳＲＡＭなどのメモリーがＣＰＵと連結されている。この中間メモリーは少数の当座のアプリケーションには十分に大きいこともあるが、すべてのシステムプログラムおよびデータを保持するには大きくない。通常、非常に大きいが比較的安価な大容量メモリーは比較的遅い。あらゆるタイプのメモリーのサイズおよび速度を改善すると共に一般にメモリー１ビットあたりのコストを下げることにおいては進歩は常になされているが、さらに速いプロセッサーの要求を満たす実質的な必要性は依然として残っている。
【００１９】
過去２０年間、大容量記憶デバイスの大部分は回転型記憶媒体を使用してきた。「フロッピー」（フレキシブル）ディスクドライブにも「ハード」ディスクドライブにも磁気媒体が使用されている。情報はディスク上の決った物理位置における磁化の存在または不存在によって収容される。通常、磁気媒体は、システムによってその記憶の書き込みおよび読出しの両方が可能であるという点で、「読出し−書き込み」メモリーである。データはディスク表面近くに設置されたヘッドによって、ディスクに書き込まれ、またディスクから読出される。
【００２０】
回転型大容量記憶媒体に関する最近の進歩は、オプティカル媒体である。コンパクトディスクはディスク中の物理的変形の有無がデータを示す読出し専用メモリーである。この情報は集束レーザービームを用いて読出され、ディスクの反射率特性における変化がデータ状態を示す。また光学分野にはデータの書き込みおよび読出しに磁気光学的特性を利用する様々なオプティカルメモリーも存在する。これらのディスクは両方とも、読出し専用ドライブ、追記型（”ＷＯＲＭ”）ドライブおよび多重読出し−書き込みメモリーである。一般にオプティカル媒体は磁気媒体と比較してより大きな収容容量を有するが、１ビットあたりのコストが高く、書き込み能に制限があることがわかっている。
【００２１】
分子電子メモリーへのポリマーの使用に関する提案がいくつかなされている。例えば、Ｈｏｐｆｉｅｌｄ， Ｊ．Ｊ， Ｏｎｕｃｈｉｃ， Ｊ．Ｎ．およびＢｅｒａｔａｎ， Ｄ．Ｎ．， ”Ａ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ”， Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２４１： ｐ．８１７ （１９８８）は、電荷移動基を組み込んだポリマー・べースのシフトレジスターメモリーを開示している。また、電子ベースのＤＮＡメモリーを提唱している研究者も存在する（Ｒｏｂｉｎｓｏｎら， ”Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｂｉｏｃｈｉｐ： Ａ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｓｃａｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ｄｅｖｉｃｅ”， Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， １： ２９５−３００ （１９８７））。この場合においては、ＤＮＡを電子伝導性ポリマーと共に分子メモリーデバイスに使用する。これら分子電子メモリーの概念は、いずれもデータの入力（書き込み）およびデータの出力（読出し）用の実行可能な機構を提供していない。
【００２２】
分子電子メモリーはとりわけその実際的な成果においては期待はずれであった。提唱がなされ、最小限の存在の試験が行われたが、一般にこれらの系が商業的実体に変換されることはなかった。さらに、上記のシステムに特有の欠点は、シーケンシャルメモリーが、ほとんどのシステムに使用されるランダムアクセスメモリーよりも一般にかなり遅いということである。
【００２３】
上記のオプティカルメモリーは、回折制限的な（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄ）光学系の使用を必要とするという特有の課題がある。このことは、データビットの最小サイズにサイズ制限を課し、それによって、メモリー密度が制限される。これはある物理的メモリー位置に単一ビットのデータを収容するシステムにおける固有の制限である。
【００２４】
さらに、上記のすべてのオプティカルメモリー・システムにおいては、メモリ中のある物理的位置にアクセスすることによって単一ビットのデータしか得られないような、情報はビットごとに収容されている。ワード・ワイドメモリアクセスシステムは実際に存在するが、これらは一般に単一ビットの情報以外をある位置に収容し、それによって、ビット方式でアクセスしようとワード・ワイド方式でアクセスしようと、実質的に同量の物理的メモリースペースが必要となる。
【００２５】
システムは一般に速度および記憶密度が向上し、１ビット当りのコストは低下しているが、プロセッサ速度とシステム要件の間には今なお明らかなギャップがある。一般的に、Ｂｙｔｅ（１９９３年７月号）、ｐｐ． ８６−８７， Ｔｏｍ Ｒ． Ｈａｌｆｈｉｌｌ， ”Ｎｅｗ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｔｏ Ｂｏｏｓｔ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”を参照されたい。より速くより密でかつ１ビットあたりのコストがより安価なメモリーが一般的に望まれているにも関らず、また現代のプロセッサシステム速度の要求に合致し得る大容量メモリに対する特異的な重大な必要性にも関らず、完全に満足し得る解決策は現在までのところ提案されていない。現存するパラダイムの根本的な限界は、それらシステムの漸進的な向上によっては克服され得ない。
この分野では新しい改善された装置および方法が明らかに望まれているにも関らず、最も適した解決策は従前に全く提唱されていない。
【００２６】
発明の概要
通信、情報処理およびデータ記憶の技術は、小さく速い電子および光デバイスの高集積アレイへ依存し始めつつある。デバイスサイズが小型化し、アレイサイズが大型化するにつれて、従来の集積化技術はますますコスト高となる。光デバイスおよび電子デバイスの寸法は、光および電子アレイコンポーネントの集積化および製造に、電子的アセンブリーおよび／または分子生物学的工学技術を使用することを可能にする。本発明は、デバイス自体または他の基板材料の選択した位置への自己アセンブリング、ナノ構造、サブミクロンおよびミクロンサイズのコンポーネントの電界輸送および選択的アドレス指定を提供する結合マイクロエレクトロニックおよびオプトエレクトロニック・デバイス、システムおよび製造プラットフォームに関する。
【００２７】
よりあまねくいえば、このことに関して、本発明は、第１の支持体上に第１のコンポーネント・デバイスを製作し、第１の支持体から少なくとも１の第１のコンポーネント・デバイスを遊離し、第１のコンポーネント・デバイスを第２の支持体に輸送し、ついで、第１のコンポーネント・デバイスを第２の支持体に結合する工程を含む、マイクロスケールおよびナノスケール・デバイスの製作方法に関する。詳細には、静電気力、電気泳動力および電気浸透力を用いて、逐次段階でまたは並行してのいずれかで、コンポーネントを適当に設計した基板に輸送、位置決定および方向付け得る。所望により、核酸ハイブリダイゼーションもしくは分子生物学の他の形態または可逆的に結合する系の他の形態を用いて、これらのアセンブリーのコンポーネント内またはコンポーネント間のコンポーネントとしての材料の自己アセンブリーおよび自己ソーティングを促進することもできる。本発明の別の態様には、低重力条件下で処理する種々の電界支援型アセンブリーを行うことが含まれ、これは全体の性能を改善し得る。
【００２８】
本発明は、コンポーネントおよびサブアセンブリーを設置するために電界を用いることによって流体媒体中のミクロンスケールおよびナノスケールのアセンブリーを可能とする手段に関する。本発明は、コンポーネント、アセンブリー基板またはプラットフォームおよびコンポーネント受け渡しシステムの設計、組成および製造、ならびに流体媒体の組成をも包含する。この技術は、それ自体を分子（サブナノメーター）ないしミクロンの範囲のスケールの寸法につなげる。さらに、ポリ核酸のごとき自己組織化または自己アセンブリング分子の使用が作用して、このアプローチの全体有用性を増し得る。この広い融通性はこの技術にユニークであって、電界、デバイスおよび材料の新規な適用を表す。集積シリコン回路上のマイクロエレクトロニック・コンポーネント、マイクロオプティカル・コンポーネントおよびマイクロメカニカル・コンポーネントの不均一なアセンブリーは、このアプローチの１のかかる用途を表す。したがって、本発明は、電界の使用、アセンブリーする材料の性質およびスケール、アセンブリー表面および環境の電気的および化学的性質、それによって電子的相互接続を形成し得る手段ならびにかかるアセンブルしたデバイスの潜在的有用性に関する。
【００２９】
本発明に係る電界は、全く静電気的、電気泳動的、電気浸透的または誘電泳動的のいずれかとし得る。さらに、コンポーネント位置決定に用いた生じた力は、これらの種々の組合せからなっていてもよい。適用においては、流体媒体、典型的には水性組成がアセンブリー表面に沈着するであろう。この表面は１またはそれを超える微細場所を有し、これは流体媒体を通るこれらの電界の印加を支配する。アセンブリー用のデバイスまたはコンポーネントを流体媒体に添加し、ついで電界の制御によってアセンブリー表面の決められた位置に標的化する。輸送は、デバイスと電界によって発生した力の性質および効果との間の相互作用によって行われる。詳細には、コンポーネントまたはデバイス上に正味電荷が存在する場合、電気泳動力またはおそらくは静電気力が材料の運動を支配する因子であろう。それとは別に、これらの材料上に正味電荷が存在しない場合、バルクの流体移動を可能にする電気浸透のごとき力または誘電泳動を用いて、表面上の特定の場所にデバイスを導きおよび設置することもできる。ある種の環境下では、電気泳動および電気浸透（または他の力の組合せ）の両方が組み合わさって作動して、コンポーネント・アセンブリーの位置および方向を案内し得る。
【００３０】
電界の使用は、分析、診断または分離の目的で、生物分子、典型的には核酸またはタンパク質の移動について記載されている。例えば、米国特許第５，６０５，６６２号を参照されたい。これらの発明は、より詳細には、ミクロンないしサブミクロンないしナノスケールのアセンブリーのコンポーネントをアセンブリーさせて、機能的コンポジットデバイスまたはサブアセンブリーを形成する。これらの電界を用いるかかる不均一集積は、それによってアセンブリー技術を新たな寸法および材料に進歩させ得る新規な手段を表す。この非機械的な“ピック・アンド・プレース式”アセンブリ技術の１の利点は、種々の形状およびサイズのコンポーネントを共通のプラットフォーム上で取扱う能力である。加えて、用いる力は、コンポーネントの運動がコンポーネント自体によって調節される、すなわち、それらの形状、それらの寸法およびそれらの表面電荷が外部の機械デバイスに依存しない限りにおいて自己支配されている。この特徴により、設置の間のひょっとしたら壊れ易いコンポーネントに対する可能性のある機械的損傷の確立が低下または最小限化される。
【００３１】
この技術を利用することの鍵となる事項は、適当に設計および構成されたアセンブリー・プラットフォームである。かかるプラットフォームには、アセンブリープロセスの間のデバイスおよびコンポーネントの輸送に必要な力を確立する電界を形成することができるアセンブリー表面上の電極が含まれる。この電極は、コンポーネントが設置される点またはこれらの場所（すなわち、“作動”電極）に隣接する点のいずれかに存在し得る。後者の形態の電極は、典型的に、アセンブリーへの電気的接合点として作用せず、アセンブリー・プロセスの支援として作用するであろう。他の電極は両方の役割を奏し得、アセンブリー用の作動点ならびにコンポーネントおよび下層アセンブリー・プラットフォームの間の電子的接触用の場所としての両方を作動し得る。作動電極および“接触”電極の両方の組合せは、いずれか１のアセンブリー場所またはアセンブリー・プラットフォーム全体を通して存在し得る。
【００３２】
また、アセンブリー・プラットフォームの表面は、リソグラフィー技術を採用またはそれを介して修飾して、そこにコンポーネントを電子的に位置させ得る終止点または凹部を与え得る。これらのそれら自体による拘束点は、印加する電子的制御の不存在下では、デバイスおよびコンポーネントの運動ならびにこれらの位置におけるそれらの方向付けが不可能であろうように構成する。
【００３３】
アセンブリープロセスの要望により正確に合致させるために、アセンブリー表面の組成も修飾可能である。詳細には、その表面は、ハイドロゲル、ＳｉＯ２、あるいはデバイス、コンポーネント、ナノスケールおよび分子スケールの材料を係留するのに、ならびに、水の電気分解が発生した場合に始動する反応ゾーンからアセンブリー部位を遠ざけるための手段として作用するのに有用な分子の結合部位を提供するのに好適な他の関連する材料からなる浸透性層でコートし得る。
【００３４】
他の形態のコーティングは、この表面に沿った電子浸透流を増加、中和または逆転する、表面の固有の電荷および流体の速度を修飾するものであろう。その機能性および役割が作動電極においてまたはそれに隣接して有用である浸透性層に対して、この表面修飾コートはそれ自体で活性電極においてではなく、電極場所の間のアセンブリーにおいて機能するであろう。
【００３５】
新たなクラスのコンポーネントまたはデバイスを、このシステムと使用するために設計する。すなわち、これらのコンポーネントは、電荷および／または自己アセンブリー機能性を与える分子に、例えば核酸に電荷および／またはその結合部位を与えるために好適な化学的方法で誘導化することを可能とする特徴を含み、かつ、コンポーネントと下層のアセンブリー・プラットフォームまたはそのコンポーネント自体に結合した他のデバイスもしくは材料のいずれかとの間の電気的接続を可能とする接触特徴を供するような様式で構成されるであろう。接触は、アセンブリー・プラットフォーム上のデバイスの特定の方向付けの必要性を除去するように構成し得るであろう。すなわち、コンポーネント・デバイス上の同心円の環状電極を使用することによって、その面においては好適なものでありつつ無限数の方向を有することによってアセンブリー・プラットフォーム上のデバイスを方向付けする必要性が除去される。また、コンポーネントまたはデバイスの外側面を、修飾したアセンブリー表面特徴に位置することを可能とするように成形し得る。例えば、対応する表面凹部または終止部を有する合した成形デバイスの使用。かかる設計は、デバイスおよびコンポーネントに、アセンブリー・プラットフォームならびに他のコンポーネント、デバイスおよびサブ−アセンブリーに対する電気的および機械的接触のアライメントを与えるように作用するであろう。
【００３６】
重要な特徴は、コンポーネントおよび材料をアセンブリー・プラットフォームに受け渡すための機構であろう。作業プラットフォームに適用する前のコンポーネントを含む手段およびアセンブリーを支援する適当な電界形状を設定するために必要なカウンター電極の両方からなる微小流動受け渡しヘッドは、用い得る設計のものである。これらの２の各々の態様は、存在する技術の新規な適用（および修飾）、例えば、微小流体工学および電極設計を表す。加えて、流体受け渡し手段それ自体を、デバイス・ヘッドを介してデバイスがアセンブリー・プラットフォームを覆う流体に電気泳動的または電気浸透的のいずれかで輸送されるように、カウンター電極と合することができる。別の態様において、デバイス・プラットフォームはマザーボードを受け、マザーボード上の電極部位にリターン電極または伝導路を供し得る。このように、マザーボード上の電極の数を減少することができ、デバイスを単純化することができる。デバイス・プラットフォームは、そこからコンポーネント・デバイスがリフトオフに付される基板のごときコンポーネント・デバイスの供給源を含み得る。
【００３７】
アセンブリーしたコンポーネント間の電気的または機械的接続は、各セットのコンポーネントを配設するため連続してか、またはアセンブリー・プロセスにおける最終工程時のいずれかで起こし得る。これらの接続は、部分的に、結合すべき表面および形成すべき結合の型に依存する。詳細には、本発明者らは、金属を浸透性層を通して電着させてこれらの場所に位置する材料に対して電気的接触を形成し得ることを見出した。加えて、導電性材料、例えば有機ポリマーを用いて、自己アセンブリーに用いるポリヌクレオチド足場をコートすることができた。
【００３８】
これらの幾つかの潜在的な応用は：（１）大きな表面にわたる発光アレイの製作；（２）二次元または三次元フォトニック結晶構造のアセンブリー；（３）二次元または三次元の高密度データ保存材料、デバイスおよびシステム；ならびに（４）フラットパネルディスプレイ、ワイヤレス／ＲＦ一体化デバイス、ラボ・オン・チップ（ｌａｂ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ）・デバイス、微小片持ち型センサーデバイス、原子間力顕微鏡デバイス、一体化ＭＥＭＳ／オプティカル／マイクロエレクトロニック・デバイス、一体化顕微鏡分析および診断デバイス、ならびにコンパクト／ハンドヘルド医学診断デバイスおよびシステムを含む種々のハイブリッド−集積コンポーネントの製造である。
【００３９】
フォトニクスは情報処理、通信および記憶システムにおいてますます重要な役割を果たしつつあるため、これによって、より速くより小さくより電力効率がよく機能的に用途の広い集積システムがより安価に供給されるだろう。ナノ構造の製作、集積化および自己アセンブリー技術を含む新たな製作技術が使用される。デバイス寸法がサブミクロンレベルに縮小するため、分子生物学的工学の概念および原理を集積フォトニックおよび電子デバイスを製作する製造技術として使用する本発明の概念を利用することが重要になる。
【００４０】
１の特定の実行において、発光ダイオード（ＬＥＤ）を支持体上に製作し、リフトオフ技術を利用してそれから除去し得る。ついで、ＬＥＤのごときコンポーネント・デバイスを、一般的には電気浸透力の使用を介して標的位置でマザーボードまたは標的デバイス上に設置し得る。コンポーネント・デバイスが適当に設置された場合には、マザーボードまたは標的デバイスとの実質的に恒久的な電気的接触が作用する。好ましい具体例において、コンポーネント・デバイスは、はんだリフロー技術のごときはんだ付け技術に付す。
【００４１】
本発明のなおもう１の態様において、低重力環境下でデバイスをアセンブリーする方法を提供する。より詳細には、好ましくは静電気的または電気泳動的であるが、電気浸透的または誘電泳動的な輸送も可能な電気的輸送を低重力環境下で利用して、デバイスの供給源からのデバイスを標的構造またはマザーボードに設置し、ついでこれらのデバイスをその標的デバイスまたはマザーボード上に固定し、活性化し得る。
【００４２】
したがって、本発明の１の目的は、電気的輸送の使用および供給源から標的場所へコンポーネント・デバイスを設置し、ついで固定し、ついでデバイスの性質によって必要な場合には、標的デバイスまたはマザーボードとの協同を介してデバイスを活性化することを介するミクロンおよびサブミクロン（ナノテクノロジーを含む）を可能とすることである。
【００４３】
いまだもう１の態様において、本発明は、静電気力、電気泳動力および電子浸透力のごとき電気的力を用いて、コンポーネントを設計した基板上に輸送、位置決定および方向付けすることを求める。
【００４４】
本発明のなおもう１の態様において、方法および装置を設計して、種々のコンポーネント・デバイスの複数の標的場所への並行輸送を介するごとき並行作動を最良に提供する。
【００４５】
本発明の目的は、プログラム可能な自己アセンブリー分子構造ユニットを開発することによってナノテクノロジーおよび自己アセンブリー技術を可能とすることである。
【００４６】
ＤＮＡの構造、特性および合成の重要な態様
合成ＤＮＡは、本発明の適用に有用な材料となる多くの重要な特性を有する。最も重要な特性は、（塩基対形成による）分子認識性および（ハイブリダイゼーションによる）自己アセンブリー特性であり、これらはすべてのＤＮＡ分子に固有である。他の重要な利点にはＤＮＡを容易に合成できる能力、およびその構造を種々の官能基で容易に修飾できる能力がある。本発明者らは、広範な種々の供与および受容発色基で機能化された合成ＤＮＡの自己アセンブル配置における光および電子エネルギー移動機構を広範に研究してきた。本発明者らは、これらの分子構造の出し入れの情報の通信または情報を獲得することに関わる基礎的な問題に注目した。この基礎的な作業は、現在、ある単一の波長で光エネルギーを吸収し、所定の複数波長で再放出するように設計された高密度光学記憶材料への潜在的応用に適用されつつある。本発明者らは、また、現在、シリコン表面上でのミクロンおよびサブミクロンサイズ構造の二次元および三次元組織化にもＤＮＡポリマーを使用している。この作業は新規なオプトエレクトロニック・デバイスの開発に指向されている。
【００４７】
ＤＮＡ分子は、本質的にプログラム可能であって自己アセンブリングし得るため、本発明のある種の態様および提唱した適用に重要であると考えられる。これらのシステムを設計、合成および組織化するには他の合成ポリマー系がほとんど適合し得ないナノメーター域の制御が必要である。また、ＤＮＡ分子は比較的安定であり、それらをナノ製作にとって好ましい材料とする多くの他の特性を有する。
【００４８】
ＤＮＡおよび他の核酸型ポリマーに関する基本的技術は、過去１５年間にわたって核酸合成化学に注ぎ込まれてきた莫大な努力に由来する。分子生物学者らはその診断薬、遺伝子配列決定および薬物発見の研究で、技術およびＤＮＡ材料に改良を加えてきた。効率よいＤＮＡ合成、その修飾、リガンドおよび発色団によるその標識、ならびに固形支持体への共有結合などの基礎的化学は、現在では十分に発達した技術になっている。合成ＤＮＡは極めて多くの重要な構造的、機能的および機械的特性を合することができる好ましい材料を表す。
【００４９】
ＤＮＡポリマーは、電子的および光学的適用に用いるいずれかの現在のポリマー材料とフォトニクスに現在使用されているどのポリマー材料を超える３の重要な利点を有する。第一に、ＤＮＡポリマーは半導体またはフォトニック表面に高度に特異的な結合部位アイデンティティーをコードする方法を提供する。決った場所に作成されるこれらの部位は、顕微鏡（ミクロン）、サブミクロン、または分子的（ナノメーター）寸法のものとし得る。第二に、ＤＮＡポリマーは、これらの場所のいずれかに特異的に接続する方法を提供する。予めプログラムされたＤＮＡポリマーは自動的に自己組織化する。最後に、ＤＮＡポリマーはナノテクノロジー用の構成単位となり、これらは真に分子レベルの電子的および光デバイスを作成するための自己組織化材料である。
【００５０】
ＤＮＡの特異性はその塩基成分の水素結合特性に固有である（アデニンはチミンのみと結合し、グアニンはシトシンのみと結合する）。ＤＮＡのこれらの特異的塩基対形成性により、ＤＮＡの相補的配列は互いに「ハイブリダイズ」して二本鎖構造を形成できる。ＤＮＡポリマーをプログラム可能な自己アセンブリング構造の形成に使用できるのはこの固有の特性による。したがって、フォトニックデバイスがそれに結合したある特定のＤＮＡポリマー配列を有する場合、それはその相補的ＤＮＡポリマー配列でコートされたデバイスまたは表面にのみ結合（ハイブリダイズ）するであろう。極めて多様なＤＮＡ配列を使用できるので、原理的には、それぞれが異なるＤＮＡ配列に結合した複数のデバイスを同時に自己アセンブリングさせることができる。以下に、自己アセンブリングナノ製作適用にＤＮＡポリマーを使用することの重要な利点を挙げる。
【００５１】
１．  ＤＮＡポリマーは自動機器で迅速かつ効率よく合成できる。従来のポリマー化学はかなり複雑で、開発にコストがかかる。
２．  自己アセンブリング単位格子として適当なサイズ（１ｎｍ〜６０ｎｍ）である２〜１５０ヌクレオチドの長さのＤＮＡポリマーを合成できる。
３．  所望の塩基配列でＤＮＡポリマーを合成でき、それらにはほとんど無限の特異的連結用のプログラム可能な認識を与えることができる。
４．  わずか１０ヌクレオチドほどのユニーク配列を有するＤＮＡポリマーでも高度に特異的であり、それらの相補的配列にのみ結合するだろう。したがって、この材料はわずか３．４ｎｍほどの特異的連結を分子単位間に作ることができる。
５．  ＤＮＡポリマーは発蛍光団、発色団、アフィニティーラベル、金属キレート団、化学反応性官能基および酵素で共有結合的に標識できる。これにより、重要なフォトニックおよび電子特性をＤＮＡポリマーに直接組み込むことができる。
６．  ＤＮＡポリマーはその配列内のどの位置でも修飾でき、また個々のヌクレオチド単位の数カ所を修飾できる。これは最大の性能が得られるように官能基の位置を定める手段になる。
７．  ＤＮＡポリマーはガラス、金属、シリコン、有機ポリマーおよび生体ポリマーなどの固体表面に共有結合的にも非共有結合的にも連結できる。それらの結合化学は既存のものもあるし、また容易に開発される。
８．  ＤＮＡ分子自体の主鎖構造は異なる特性を生むように高度に修飾できる。したがって、既存の半導体およびフォトニック基板材料との適合性がある。
９．  修飾ＤＮＡポリマーを用いて三次元構造を形成させることができるので、超高密度二次記憶機構につながり得る。
１０．  ＤＮＡポリマーは冷却および加熱によって可逆的にアセンブルまたは脱アセンブルさせ得、あるいはアセンブルした状態を保つように修飾し得る。これは、結果として得られるシステムの製造により多くの選択肢を生むことになるので、自己組織化材料にとって極めて重要な特性である。
１１．  ＤＮＡポリマー（核酸一般）の構造的特性と組織化特性はよく理解されており、簡単なコンピュータープログラムで容易にモデル化できる。したがって、より複雑な分子フォトニックおよび電子デバイスを設計し得る。
【００５２】
発明の詳細な説明
図２は、これらの発明の実行に含まれる主たるコンポーネントを示すフローチャートである。概略の１のレベルにおいて、本発明は、標的デバイス（しばしば、マザーボードという）上へのコンポーネント・デバイスの輸送および設置に、流体工学および電子工学の組合せを利用する。典型的には媒体中の、最も典型的には流体媒体中の、電子工学を利用する輸送の種々の様式には、方向付けおよび輸送を含む、電気泳動輸送、電気浸透輸送および誘電泳動作用が含まれる。静電電位は、流体が存在していても存在していなくても利用し得る。電気浸透輸送は、典型的に表面現象と考えられ、したがって、かかる輸送は典型的に表面の、最も典型的には荷電表面の近傍で見出され、これは正味の流体流動を生じる。
【００５３】
図２は２の主たるコンポーネント、チップまたはマザーボード２２およびコンポーネント・デバイス２２を明らかにしている。典型的には、チップまたはマザーボード２２は、下記のある種の設計態様を含み、それは、必要な場合に、コンポーネント・デバイス２２の設置、結合および活性化の機能の達成を支援する。同様にして、コンポーネント・デバイス２２は、必要な場合に、設置、結合および活性化の要件を達成するように設計および製作される。典型的には、コンポーネント・デバイス２２は工程２４でチップまたはマザーボード２０の付近に受け渡される。コンポーネント・デバイス２２は、下記するごとく多くの方法で工程２４において受け渡し得るが、好ましい具体例においては、少なくとも受け渡し路の部分には、流体受け渡し部が含まれる。設置工程２６は、コンポーネント・デバイス２２をチップまたはマザーボード２０に対して適当な関係で位置決めして、必要な場合には、コンポーネント・デバイス２２の有効な結合および活性化を許容する。結合工程２８は本発明の機能の他の言及する目標と一致するいずれの技術によっても達成し得るが、好ましい具体例においてははんだリフロー技術を含む。すなわち、チップまたはマザーボード２０および／またはコンポーネント・デバイス２２上に以前に載置したはんだにより、チップ／マザーボード２０に対するコンポーネント・デバイス２２の電気的および機械的結合を形成し得る。必要な場合には、さらなる機械的結合構造または機械的結合力を利用することもできる。デバイスの性質によって要求される場合には、活性化工程３０がチップまたはマザーボード２０とコンポーネント・デバイス２２との間の電気的相互作用を許容するように作用する。
【００５４】
図２には、コンポーネント・デバイス２２としての発光ダイオード（ＬＥＤ）の設置、結合および活性化に関するある種の詳細が含まれている。チップまたはマザーボード２０は、ＬＥＤコンポーネント・デバイス２２がそれに結合することができ、チップまたはマザーボード２０の操作を介して活性になるように、設計および製作し得る。１の具体例において、ＬＥＤコンポーネント・デバイス２２は、有効な電気泳動設置が実行できないようなサイズ（ほぼ直径２０ミクロン）および重量のものである。電気泳動輸送に作用するのに必要な電荷−対−質量比がコンポーネント・デバイス２２に対する損傷を引き起こすほど高かかった場合にはかかる輸送は実行できないであろう。あるいは、コンポーネント・デバイス２２上の電荷の設置を介しては、かかる輸送は達成できないであろう。かかる場合においては、チップまたはマザーボード２０に対してコンポーネント・デバイス２２を運動させて所望の設置を達成するために、電気浸透流動を、単独または他の力（流動、静電気、電気泳動および／または誘電泳動）と組合せて利用し得る。チップ２０に対してＬＥＤコンポーネント・デバイス２２について設置工程２６が達成されたら、好ましい具体例においてはんだリフロー工程２８を行うごときによって、電気的結合を達成し得る。ＬＥＤコンポーネント・デバイス２２の場合においては、チップまたはマザーボード２０からの電力供給によりＬＥＤ活性化を生じ得る。
【００５５】
ある種の具体例において、本発明は、自己アセンブリングＤＮＡポリマー、修飾ＤＮＡポリマー、ＤＮＡ誘導化構造および他のアフィニティー結合基を電子およびフォトニック機構、デバイスおよびシステムのナノ製作およびマイクロ製作に利用する方法、技術およびデバイスに関する。また、本発明は、複合および多段階製作、組織化またはアセンブリーにより修飾ＤＮＡポリマー、ＤＮＡ誘導化構造および他のタイプのアフィニティー構造または荷電構造をシリコン表面または他の表面上もしくはその内部でより複雑な構造し得る方法に関する。本発明の目的に関して、“ＤＮＡポリマー”とは、ポリマーまたはオリゴマー形状（線状または三次元状）の核酸（例えばデオキシリボ核酸、リボ核酸（合成または天然）、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、メチホスホネート、および主鎖構造が陰性、陽性または中性種もしくは天然のリン酸エステル以外の結合を生じるように修飾されている他の形態のＤＮＡなど）と広義に定義される。また、糖基または塩基基が修飾または置換されている形態のＤＮＡと、ヌクレオチド単位またはポリヌクレオチド単位にリン酸エステルスペーサー基、アミノ酸、ペプチド、多糖類、合成有機ポリマー、シリコンポリマーまたは無機ポリマー、導電性ポリマー、発色性ポリマーおよびナノ粒子またはナノ構造などといった（ただし、これらに限らない）他の単位が挿入されているポリマー形状のＤＮＡも含まれる。
【００５６】
本発明の目的に関して、“電気浸透”とは、電界が水分子および他の基の相対的運動が荷電表面付近で起こさせる電位泳動の態様として広義に定義される。
本発明の目的に関して、“電気泳動”とは、電界を用いて溶液中の電気的に荷電した粒子を輸送するためのプロセスとして広義に定義される。
本発明の目的に関して、“誘電泳動”とは、溶液中の分子または他の基の相対的運動を生じる高周波数ＡＣ電界を含むプロセスと広義に定義される。
【００５７】
本発明の目的に関して、“静電気”とは、分子または他の基上の正味電荷（性または負）として広義に定義される。
本発明の目的に関して、“修飾または誘導化ＤＮＡポリマー”とは、ＤＮＡを他の分子、構造または材料に共有結合または非共有結合することを許容する化学または生物学的基（例えば、アミン、チオール、アルデヒド、カルボキシ基、活性エステル、ビオチンおよびハプテン）で機能化された核酸であると広義に定義される。また、発色団、発蛍光団、キレート団、金属イオン、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、酵素、抗体、溶解度を変化させる脂肪族成分または芳香族成分、ＤＮＡ分子上の実効電荷を変化させる成分で修飾または誘導化された形態のＤＮＡも含まれる。
【００５８】
本発明において「ＤＮＡ誘導化構造」とはナノ構造（有機、無機、生物学的構造）、ナノ粒子（金、シリカおよび他の無機材料）、有機またはポリマーナノビーズ、サブミクロンデバイス、部品、粒子（フォトリソグラフィーまたはＥビームリソグラフィーによって製造されるシリコン系デバイス）およびマイクロスケールデバイスまたは粒子であって、その構造を別の構造、デバイスまたはある表面の特定位置に特異的に取付けまたは接続することを可能にする特定のＤＮＡ配列で機能化されているものと広義に定義される。
【００５９】
「ナノ構造」という用語はサブミクロンサイズの構造をいうが、「ナノ」や「マイクロ」などの用語は、ミクロンスケール・デバイスが技術的に１０〜１８０ナノメートルの長さを有するＤＮＡポリマーで機能化され得るという意味で限定を意図するものではない。
【００６０】
これらＤＮＡのユニークな性質は、サブミクロン構造およびナノスケール構造の特異的設置およびアラインメントに使用できる（ＤＮＡ塩基配列による）プログラム可能な認識コードを提供する。特定のＤＮＡ配列を有機、半導体および金属化合物に結合するために必要な基礎的な化学と技術は当技術分野で知られており、そのような適用を実施するための特殊な化学が記述されている。
【００６１】
この製作技術はオプトエレクトロニクスの分野と、フラットパネルディスプレイ、医学診断装置およびデータ記憶システムなどを含む様々なハイブリッド集積コンポーネントの製造に主な適用を有する。極めて小さい物理サイズを有する新規なデバイスは種々の量子閉じ込め技術の利点をとる。ほとんどの場合、これらのデバイスは大領域（例えば、スマートピクセルおよびディスプレイ）上に分布させることが好ましい。他のデバイスは密で規則正しい結晶格子（例えば、フォトニック・バンドギャップ結晶）で、結合させ得る。どちらの場合も、現在それらデバイスの物理特性は理解されており、実施可能な本発明の製作技術が必要とされる。新しい加工技術については、ＤＮＡ自己アセンブリー技術がこれらのデバイスの構築を可能にする。
【００６２】
集積フォトニックおよび電子的システムには、ナノ構造の製作、集積化、相互接続および自己アセンブリー技術を含む本発明の製作技術を利用する。このような適用に関しては、ＤＮＡ自己アセンブリー製作技術には以下の工程が含まれる。合成ＤＮＡポリマーは高度に特異的な結合親和性を有して設計される。ＤＮＡポリマーをナノスケールの有機、金属または半導体コンポーネント・デバイスに共有結合すると、これは自己アセンブリー製作機構を提供する。この機構は所望の表面上の予めプログラムされた特定場所にデバイスを選択的に移植するためにも、また予めプログラムされた二次元および三次元格子にデバイスをクラスター化するためにも使用できる。
【００６３】
ホスト基板にフォトニックコンポーネント・デバイスのアレイを移植するには、図２に示すようにまず相補的配列を有するＤＮＡポリマーを合成する。フォトニックコンポーネント・デバイスとホスト基板の所望の領域（受容領域）を、相補的ＤＮＡ配列でコートする。ついで、そのホスト基板をハイブリダイゼーション溶液に入れる。特定のＤＮＡポリマーでコートされたデバイスも、そのマザー基板から溶液に放出される。放出されたデバイスは電気的または光学的に誘導された局所的な場の影響下で、それらの受容領域に能動的に輸送できる（電気泳動）。ハイブリダイゼーションは溶液の温度、イオン強度または電界強度を注意深く制御することによって行われる。デバイスがハイブリダイゼーションによってその特異的受容領域に移植されたら、その溶液を除去し、基板を乾燥する。ここで、冶金的（または共融）ボンディングを高温で行うことにより、デバイスをホスト基板材料に完全に結合させることができる。サブミクロン要素およびナノスケール要素の二次元または三次元構造（例えばフォトニック・バンドギャップ結晶）へのクラスター化も、同様の方法で行うことができる。この場合においては、ホスト基板が他のナノスケール要素で置き換えられる。しかしながら、主な相違点はナノスケール要素上に異なるＤＮＡ鎖を位置決定するために使用する結合技術である。
【００６４】
ＤＮＡポリマーに基く自己アセンブリー製作技術は、２のユニークな特徴を提供する。第一に、デバイス移植（ハイブリダイゼーション）プロセスの間に相対的なデバイス間隔（基板によって規定される）を維持する要件が除去されることによって、この技術により、ミクロン、サブミクロンまたはナノスケールのデバイスをマザー基板上に密に製作し、ついでそれらを予めプログラムされた方法でホスト基板上に再分配させることができる（図４Ａ）。
【００６５】
この特徴は大きなチップ内でのチップ内の光学的相互接続の実施可能性に絶大なる影響を有する。これは、フォトニック・デバイスをより高価でより小さい基板上に製作しなければならないシリコンベースのスマートピクセルのコストを低下させる。第二の特徴は、多数のナノスケール・デバイス（例えば有機または金属ナノスフェア）を操作して相互に方向付ける能力である。この特徴は、大きい格子定数を持ち、フォトニック・バンドギャップ特性を示す望ましい配向対称性を有する合成フォトニック結晶の「成長」を可能にする（図４Ｂ）。
【００６６】
したがって、ＤＮＡポリマーの高度に特異的な結合アフィニティーおよび自己アセンブリーは：
（１）ミクロンスケールまたはナノスケールのフォトニック・デバイスまたは電子デバイスをシリコン基板または他の基板の非常に広い領域にわたって自己アセンブリーおよび集積させること、すなわちシリコン基板上の光エミッターのアレイの自己アセンブリーを可能とすることによる、低コストなスマートピクセルおよびディスプレイ・デバイス、
（２）誘電性ナノ構造を自己アセンブリーさせてフォトニック・バンドギャップ結晶を形成させること、すなわちＤＮＡナノスフェアの自己アセンブリーによって作成されるフォトニック・バンドギャップ結晶層内のエミッター・デバイスの封入を可能とすることによる、高度に選択的な波長のデバイスおよび波長可変デバイス、
（３）発色性分子およびナノ構造ユニットを選択的に自己位置決定させることによる超高密度オプティカル記憶媒体、および
（４）例えばフリップチップ適用用の、低コストまたは無支援のダイ・トゥ・ダイ（ｕｎａｓｓｉｓｔｅｄ ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ）加工を達成するためのボンディング構造（例えばボンディングパッドとしての金、スズまたははんだ構造）の選択的位置決定に通じ得る。
【００６７】
好ましい具体例において、これらの適用はプロセスに４の工程を要する。第一工程には、ＤＮＡポリマー配列の設計および合成ならびに目的のサブミクロンおよびナノスケールデバイスへのそれらの選択的結合が含まれる。第二工程には、ホスト基板表面上の予め選択された受容場所への特異的な相補的ＤＮＡポリマーの結合が含まれる。第三工程には、ＤＮＡハイブリダイゼーションプロセスによるデバイスの自己アセンブリーが含まれる。第四のプロセスには、電気的接触を確立することが含まれる。
【００６８】
本発明は、分子生物学的原理（ＤＮＡの構造と機能）ならびにフォトニックデバイスおよび電子デバイスの原理を相乗的な様式で一緒にするものである。フォトニックデバイスの側面では、極めて小さい物理寸法を有する新規なデバイスは、種々の量子閉じ込め技術を利用する。ほとんどの場合、これらのデバイスは大領域（例えば、スマートピクセルおよびディスプレイ）に分布させて、規則的な結晶格子（例えば、フォトニック・バンドギャップ結晶）を形成させなければならない。プロセシング技術に関しては、自己アセンブリーＤＮＡ技術がＤＮＡの合成、修飾およびハイブリダイゼーションというよく発達したその基礎とあいまって、これらの適用を可能にする技術である。固形支持体および他の様々な材料へのＤＮＡ連結は、シリコン、金、アルミニウムおよび他の無機ならびに有機材料にＤＮＡを選択的に結合させる種々のプロセスによって可能である。多くの薄膜プロセシング技術は、これらＤＮＡのプロセスを非常に補完する。例えば、後記するごとく、リフトオフ・プロセスを簡単に適合させて、結合したＤＮＡ配列を有するミクロンおよびサブミクロンデバイスを製造し得る。
【００６９】
マザーボードへのコンポーネント・デバイスとしてのＬＥＤの実験的輸送
発光ダイオード（ＬＥＤ）を原則的に電気浸透力を介してチップまたはマザーボードの標的部分に輸送および設置し、そこに電気的に接続して機械的に結合させ、ついで活性化した。図５は、チップまたはマザーボード上の接触および構造の計画図である。図６は、位置させ、結合し、および図５の接触構造を介して活性化するコンポーネント・デバイスＬＥＤの断面図である。
【００７０】
図５は、チップまたはマザーボードの表面または基板５０に配置した、第１電極５２、第２電極５４およびリード６４を有する一般的に平面な構造を示す。第１電極５２は馬蹄型を有し、電極領域を通して実質的に連続的である環状形の電極であり、２の末端を有するものとして示されている。第２電極５４も、中央電極もしくは接点またはアノード接点とも呼び得る。図示するごとく、中央接点５４は直接的かつ電気的にリード５６に接続される。リード５６は第１電極５２の末端の間であるが、それらから離されて配されている。
【００７１】
図６は、発光ダイオード／コンポーネント構造６０の１の実行を示す。基板６２には、その上に配設された第１層６４、および第１層６４と接触する第２層６６が含まれる。第１層６４と第２層６６との間の接面はＬＥＤ６０から光を発生する。光は、一般的に、基板６２を通って、図６に示す下方方向にＬＥＤ６０から発せられる。第１電極６８は、第２層６６および第１層６４に接触するようにデバイス６０上に配設される。第１電極６８は、一般的に、環状であって、デバイス６０のまわりに連続した環またはバンドを形成する。第２電極７０は、第２層６６の外側の面する部分に配設されている。一般的に、第２電極７０は、環状ディスク様形状のものである。第２電極７０は、第２層６６を構成するＰ−領域に対するアノード接点を含む。第１電極６８は、末端領域を構成する第１層６４に対する電気的接点として作用する。
【００７２】
アセンブリーした状態に設置する場合、図６のＬＥＤは第２層６６の外側の面する表面上に配設されるその環形部分の第１電極６８が図５の第１電極５２と接触するように設置する。第２電極７０は、基板５０上の中央接点５４に接触する。
【００７３】
図７は、標的部位およびＬＥＤの顕微鏡計画図を示す。ＬＥＤ７２は、（図５に関連して先に記載した）中央接点５４および馬蹄型カソード５２の上方に配設され、それらを覆っている。リード７４は中央接点５４に直接接続し、リード７６は中央接点５４に電気的に接続し、リード７６は中央接点に電気的に接続する。第１作動電極８０は、ＬＥＤ７２の標的場所に近接して配設される。第２作動電極８４は、輸送したデバイス、すなわちＬＥＤ７２に対して鏡像関係で配設される。作動電極８０、８４は、各々、第１作動電極リード８２および第２作動電極リード８６と接続される。リード８２、８６は、電源および制御システムから作動電極８０、８４に電気的接触を提供する。図７に図示するごとく、作動電極８０、８４はそれぞれ腎臓様に形成される。輸送、設置および／または結合の機能性と合致した別の形状も利用し得る。例えば、環形リングのセクションを利用し得る。
【００７４】
図８は、運動可能なコンポーネント・デバイス９０の設置または位置決定に有利な技術の断面概略図である。ホストデバイスまたはマザーボード９２には表面９４が含まれる。操作においては、表面９４は一般的に上方に方向付けられた構造で配設され、運動可能なコンポーネント・デバイス９０を受容する。通常、表面９４は、運動可能なコンポーネント・デバイス９０が全くまたは最小限の重力にしかさらされないように、水平に配設される。そのようにして、制御可能な電気力、例えば電気浸透力が運動可能なコンポーネント・デバイス９０を所望の場所に設置させる。表面９４は、その中に運動可能なコンポーネント・デバイス９０が入る溶液、典型的には緩衝液を受容する。
【００７５】
図８は、運動可能なコンポーネント・デバイス９０を所望の電極場所９６に設置するためのマザーボードの操作の１の有利な様式を示す。図８Ａは、基板９２の表面９４の上方に配された運動可能なコンポーネント・デバイス９０を示す。電気浸透流電流１００は、基板９２の表面９４の一般的に右方向で移動するとして示されている。作動電極９８は、電気浸透電流および流れ１００を発生するための活性電極である。運動可能なコンポーネント・デバイス９０は、右方向の側方の力に付され、標的場所、すなわち電極場所９６に向けてのその運動を生じる。作動電極９８に到達する場合、電気浸透流１００は一般的には上方方向で存在する。図８Ｂに示すごとく、運動可能なコンポーネント・デバイス９０は電極９６の上方の場所に運動する。その際、電気浸透流１００の進路は、運動可能なコンポーネント・デバイス９０の物理的存在に基づいてわずかに変化し得る。運動可能なコンポーネント・デバイス９０は、作動電極９８により電極９６のほぼ上方に位置決定し得る。図８Ｃは、電極場所９６上の運動可能なコンポーネント・デバイス９０をより正確に位置させるための有利な技術を示す。作動電極９８を不活性化し、一般流電流中の電気浸透流２０３を生じるように電極場所９６を活性化することによって、それから発生する電気浸透流および圧力の作用によって運動可能なコンポーネント・デバイスを電極９６に強固に圧迫させ得る。このようにして、作動電極９８の作用による運動可能なコンポーネント・デバイス９０の全体的またはおおまかな位置決定または設置を達成し、つづいて電極場所９６の作用によって運動可能なコンポーネント・デバイス９０の正確な位置決定を達成し得る。
【００７６】
ＬＥＤの設置および結合に関する詳細な工程
前処理
電極アレイチップはＯ２プラズマ洗浄につづいてＡｒプラズマ洗浄工程（各１０分間）を受ける。ついで、チップを、２滴の水および約１００μｌの（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）ジメチルクロロシラン（Ｇｅｌｅｓｔ）を含有する培地サイズのプラスチック製ペトリ皿に入れる。ペトリ皿を部分的にカバーし、約１５分間吸引（簡易真空）する。チップを清浄なガラス製ペトリ皿に入れ、９０℃にて１５−３０分間保存がきくようにする。
【００７７】
プレーティング
０．１ＭのＫ２Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６および０．５ＭのＫＣｌを含有する水溶液中でサイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）を行い、８０μｍ環状電極から得られたＣＶを比較することによって、活性電極領域を各チップについて決定する。ついで、決定した領域を用いて、８０μｍ環状電極上の３．７５μＡに対応する必要電流を算出する。チップ表面を水でよく濯ぎ、ついで錫−鉛（４０：６０）電気めき溶液（Ｔｅｃｈｎｉ Ｓｏｌｄｅｒ Ｍａｔｔｅ ＮＦ ８２０ ＨＳ， Ｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｃ．）で被覆する。定電流を数秒間印加して所望のメッキ高を生成する。メッキ溶液をただちに除去し、０．１Ｍ  ｐＨ５．２の酢酸ナトリウム緩衝液で置換える。すべての沈澱物を溶解するためには激しい攪拌が必要である。チップをよく水洗し、風乾させる。
【００７８】
ＬＥＤリフトオフ
標準手法
１００℃を超える温度まで加熱して結合用に用いたワックスを溶解させることによってＧａＡｓ基板を結合したＳｉウェハーから取り外す。ついで、遊離したＧａＡｓウェハーをジクロロメタン中に１５−４５分間浸漬し（ワックスを除去するため）、つづいてイソプロパノールおよび水で濯いだ。乾燥させた後、そのウェハーを緩衝化したＨＦ（６：１）に１５０秒間浸漬し、ついで水中に浸漬した。乾燥させた後に、そのウェハーを濃ＨＣｌ中に６０秒間浸漬し、ついで水中に浸漬した。この時点で、大部分のＬＥＤを、マイクロマニピュレーターチップと共にそのソケットから除去し得る。
【００７９】
修飾手法
濃ＨＦ／エタノール（１：３）への短時間（２０秒間）曝すことにより、ＬＥＤ性能に影響を及ぼすことなく、リフトオフを簡便に行う（多くのＬＥＤが「それらのソケットから除去される）。
【００８０】
エージング
リフトオフしたＬＥＤは時間経過とともに基板に強固に再吸着する傾向がある。それは、濃ＨＣｌに短時間（３０秒間）曝すことによって再放出させることができる。
【００８１】
プラズマ洗浄
プラズマ洗浄（ＡｒまたはＯ２）はＬＥＤのリフトオフに対しては何ら作用を有していない。しかしながら、それは溶液中のＬＥＤの挙動に対しては強い影響を有する。Ａｒプラズマ洗浄したＬＥＤはＳｉＯ２チップ表面に強固に吸着し、金側をフリップダウンすることが困難になり得る。フリップされると、それは非常に簡便にフリップバックしがちである。
【００８２】
ＬＥＤ誘導化
チオ酪酸／チオールエチルアミン
新たなＬＥＤは最初にアセトン中に浸漬し、つづいてイソプロパノールおよび水中に浸漬し、その後に風乾させる。用いたＬＥＤはＯ２／Ａｒプラズマ洗浄する（１０＋１０分間）。洗浄したＬＥＤは（その基板上で）、１：１のイソプロパノール／水中の適当なチオールの溶液１−１０％中に６０−１２０分間浸漬し、ついで１：１のイソプロパノール／水につづいて水中に浸漬する。
【００８３】
シラン
沈着させる前に、ＬＥＤをＯ２プラズマ洗浄する（１０分間）。揮発性シランは、常圧または減圧下で蒸気として１５分間沈着する。キュアリングは９０℃にて１５−３０分間行う。
不揮発性シランは２００プルーフのエタノール中の２％溶液から沈着させる（１０分間）。沈着後、その試料をエタノールで濯ぎ、９０℃にて１５−３０分間キュアリングする。
【００８４】
ＬＥＤ移送
標準手法
５−６ｇのＦｉｃｏｌ４００を２．５ｍｌのグリコールおよび０．５ｍｌの水中に混合することにより、水溶性接着剤を調製する。この混合物は非常に吸湿性が高く、比較的迅速にそのコンシステンシーを変化させる。理想的には、接着剤は、毛管力によって引っ込むことなく、鋭利な細いマイクロマニピュレーターチップのチップに留まるべきである。ＬＥＤは清浄なプローブチップでそのソケットから取り外す。プローブのヴェリーチップ（ｖｅｒｙ ｔｉｐ）を接着剤と接触させる。最小限量の接着剤を用いて、ＬＥＤをピックアップし、移送する。ＬＥＤとプローブチップは乾燥チップの表面に運動する。チップに水を添加して、接着剤の溶解によってプローブチップからＬＥＤを遊離する。プローブチップを取出し、洗浄する。チップは水で２回濯ぎ、１分間浸漬し、ついでさらに１回濯ぐ（エッペンドルフ・ピペット）。水を除去した後に、１０ｍＭのアミノカプロン酸溶液をチップに添加する。ＬＥＤが違ったように方向付けられた場合には、プローブチップに乱れ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）を導入するかまたはＬＥＤを電極の近くに運動させ、つづいて短パルスの電流（１００−２００ｎＡ）を印加するかのいずれかによって、それをフリップし得る。
【００８５】
ＬＥＤの運動およびアライメント
上方に面する金接点で方向付けられたＬＥＤは表面に粘着して運動しない傾向がある。金接点が基板表面に向かって面している場合、ＬＥＤは空中に浮いて、簡便に運動し得る（プローブチップ運動または対流によって電気的に）傾向がある。
１０ｍＭのε−アミノカプロン酸中では、約１００−３００ｎＡの電流で、数百マイクロにわたりＬＥＤを運動させるのに十分である。
【００８６】
標準的手法：
カウンター電極としての環状電極を用いて、カソードの電流（１００−３００ｎＡ）の２の作動電極のうちの１（ＬＥＤからより離れているもの）に印加する。ＬＥＤが電極に向かって加速し始めるとすぐに、電流を連続的に調節して安定な運動を維持する（運動が遅すぎる場合には、ＬＥＤを表面に固着し得る）。運動が速すぎる場合には、ＬＥＤは、電極付近でフリップされ得る。ＬＥＤが２の作動電極の間の空間に近づくと、電流を増大させることなく第２の作動電極が活性化される。この時点で、約１０−３０ｎＡの電流レベルでＬＥＤを接触電極の近くに維持するのに十分であるにちがいない。低レベルで電流を変化させる（５−１５ｎＡ）ことにより、ＬＥＤを接触電極の上方で中心化する。ＬＥＤが中心化されると、外側の接触電極がカウンター電極として活性化され、一方、環状電極は分離される。ここで、作動電極と外側の接触電極との間を流れる電流（２−１５ｎＡ）ＬＥＤを表面上に下方に押し下げる。ＬＥＤが十分に中心化されない場合には、先の工程を逆転させて繰返す。この工程の直後に液体を除去し、電極を分離する（時間経過にともない、位置決定したＬＥＤを維持するために、より大きな電流が必要となる）。
【００８７】
接点形成
標準的手法
ＬＥＤ／基板アセンブリーを風乾し、ついでＡｒプラズマ（２５０ｍＴｏｒｒにて約２５０Ｗ）に１０分間曝す。このプロセスは、ＬＥＤを接触電極に物理的に結合する。数マイクロリットルのフラックス（Ａｌｐｈａｍｅｔａｌｓ ２４９１−１２１）を表面に加える。試料を、二次成形ガス（９５％のＮ２、５％のＨ２）の穏かな流動を流したリフローチャンバーに封じ込める。固体フラックス成分が沈澱するまで、フラックス溶媒を６０℃にて乾燥させる。ついで、その試料を約９０℃／分の速度で最終温度２５０℃まで加熱する。ヒーターを消し、形成するガス流動を増大させて、試料を冷却させる。
【００８８】
低重力下の電界支援アセンブリー
本発明の１の態様は、低重力条件下における不均一集積を行うための電界支援型の選び取りおよび設置プロセスの性能を向上させる潜在性に関する。低重力条件により、電界支援プロセスの選び取りを通常の重力よりも全体的により低い場の条件下で行うことができる。したがって、ここでは、より大きなおよびより重いミクロンスケールの対象を、通常重力条件下よりも遥かに効率的に輸送し、方向付け、および位置決定し得るであろう。したがって、電界支援プロセスは、低重力条件が存在する宇宙プラットフォーム（宇宙ステーション）で行う場合に、より有用かつ価値あることが証明され得る。本発明のもう１の態様において、低重力条件下の電界支援アセンブリーは、制御された電界を用いることによって、流動環境の必要性なしに行って静電荷を有する対象を輸送および操作し得る。
【００８９】
ＤＮＡベースのコンポーネント・デバイス自己アセンブリーの重要なプロセス
ＤＮＡベースのコンポーネント・デバイスの自己アセンブリープロセスには４の技術が重要である。それらはＤＮＡポリマー合成、ＤＮＡ結合化学、ＤＮＡの選択的ハイブリダイゼーションおよび半導体薄膜および半導体デバイスのエピタキシャル・リフトオフである。下記のセクションにおいては、これらの技術を要約する。
【００９０】
ＤＮＡの合成および誘導化
ＤＮＡポリマー配列またはＤＮＡオリゴマー配列の合成、それらの精製ならびに適当な結合基および発色基によるそれらの誘導化は、下記の好ましい方法で行うことができる：ＤＮＡ配列は自動ＤＮＡ合成装置およびホスホルアミダイト化学法およびその試薬類を用いて周知の方法で合成する。ＤＮＡポリマー（ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、オリゴマー）はその後の結合または機能化反応用の化学結合部位に組み込まれた第一級アミン基を有し得る。この第一級アミン基はその特定の配列について必要に応じて、ＤＮＡ構造の正確な位置に組み込むことができる。結合配列は、その後の表面カップリング反応用の末端リボヌクレオチド基も含有し得る。配列は（アミノ修飾オリゴマーを含む）、分取型ゲル電気泳動（ＰＡＧＥ）または高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によって精製し得る。末端アミノ基を有する結合配列は、金、銀もしくはアルミニウム被覆部品または二酸化珪素が存在する小領域に共有結合するように設計し得る。これらの配列は、さらに３−（２−ピリジルジチオ）プロピオン酸スクシンイミジル（ＳＰＤＰ）と呼ばれるチオール化試薬で誘導化し得る。この特定の試薬は、その後の金属表面への結合に使用し得る末端スルフヒドリル基を有する配列を生成する。末端リボヌクレオチド基を含有する他の結合配列は、シッフ塩基反応によってジアルデヒド誘導体に変換し得る。この結合配列は、ついでアミノプロピル化二酸化珪素表面にカップリングし得る。電子またはフォトニック移動応答用に設計される特定の配列は、その適当な発色基、発蛍光基または電荷移動基で機能化し得る。これらの基の多くは、上記の化学結合部位と容易にカップリングして安定な誘導体を形成する活性化試薬として入手できる既製品である。
【００９１】
固体支持体へのＤＮＡの結合およびとホスト基板材料の調製
この工程には、結合配列を固体支持材料に共有カップリングすることが含まれる。固体材料にＤＮＡを結合する一般領域では、（ｉ）ガラス（ＳｉＯ２）、（ｉｉ）シリコン（Ｓｉ）、（ｉｉｉ）金属（金、銀、アルミニウム）、および（ｉｖ）ラングミュア−ブロジェット（ＬＢ）膜を含む多くの材料に配列が共有的に結合されている。ガラス、シリコンおよびアルミニウムの構造は、下記のようにして調製されている。最初に、ガラスおよびシリコン（ＳｉＯ２）は希水酸化ナトリウム溶液で処理され、アルミニウムは希フッ化水素溶液で処理されている。ついで、その材料を、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＳ）で処理することによって、結合配列との共有結合のために誘導化する。これは、その材料を１０％のＡＰＳ／トルエン溶液中で２−５分間還流することによって行う。ＡＰＳで処理した後、材料をトルエンで１回、ついでメタノールで１回洗浄し、最後に１００℃にて１時間乾燥させる。ＡＰＳ誘導化材料への結合は、０．１Ｍのリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ７．５）中、特定のジアルデヒド誘導化結合オリゴマーと１−２時間反応させることによって行う（図４を参照されたい）。さらに、金属（金、銀、アルミニウム）特色および有機特色への結合も行うことができる。
【００９２】
特殊デバイスの移植が起こる領域を線引きするために、相補的ＤＮＡポリマーの選択的結合工程を行い得る。選択的結合は、ＤＮＡ配列の固有の選択性もしくは選択的結合化学を使用することによって、または指向性電気泳動輸送によって実現し得る。また、結合後に、望ましくない領域中のＤＮＡ鎖をＵＶ照射によって破壊することもできる。この方法は、１のグループのデバイスを自己アセンブリーさせる必要がある場合にのみ有用である。この方法は、通常の作業ではその後のＤＮＡ結合操作を妨げ、幾つかの特殊デバイス群を自己アセンブリーさせないようである。結合化学は、ＤＮＡポリマーが結合し得る材料に強く依存する。
【 ００９３】
例えば、保護ガラス層で覆われたシリコンチップ上のアルミニウム・パッドにＤＮＡを結合するには、その試料を希薄な緩衝ＨＦ溶液に短時間浸漬することによってそのアルミニウム領域を活性化する。このプロセスの最終結果は、保護ガラス層には少数のＤＮＡ鎖が付着するだけであるが、露出したアルミニウムパッドはＤＮＡに対して反応性が高いというものである。この素材選択性は、ＤＮＡを所望の領域に結合させるのに便利で普遍的な方法である。素材選択性をＵＶによる不活性化および電気泳動輸送と組み合せると、反復可能な結合工程を逐次的に行うことができる。
【００９４】
数タイプの特殊デバイスの同時自己アセンブリーについて検討する。各受容パッドはそこにカップリングさせるべきデバイスに応じて分類する必要がある。この場合、各パッド群はそこに結合した特殊デバイスに結合したＤＮＡ配列に相補的な特定のＤＮＡ配列で覆う必要がある。受容パッドを「予めプログラム」するために、各ＤＮＡ配列を適当なパッドに逐次結合する。これは、電気泳動輸送プロセスを使用し、ＤＮＡ結合が望ましくないパッドに負の電位を印加することによって容易に達成できる。それと同時に、所望の場所への結合を促進するために正の電圧を印加することができる。また光学的に誘導される電界を用いて、ＤＮＡ鎖を所望の場所に移動させることもできる。第２のセットのＤＮＡ配列結合には、その手法を繰り返す。ホスト基板上に１のタイプのデバイスのみを自己アセンブリーさせる必要がある場合は、ＤＮＡ結合化学の材料選択性を使用するだけで十分であることに留意されたい。ＤＮＡハイブリダイゼーションを望まない領域のＵＶ照射が行われるであろう。
【００９５】
コンポーネント・デバイスの調製およびエピタキシャル・リフトオフ
自己アセンブリープロセスにとって重要なもう１の工程は、ＤＮＡ結合、結合工程中のその取扱い、およびハイブリダイゼーションに先立つその最終的な溶液中への放出のための、サブミクロンおよびミクロンスケールのコンポーネント・デバイスの調製である。エピタキシャル・リフトオフ（ＥＬＯ）プロセスは、この技術のこれらの態様を実質的に改善させ得る。厚さ２０ｎｍ−１０ｍｍのエピタキシャル膜がその成長基板から分離され、取扱われ、操作されている。例えば、この技術を用いてＩＩＩ−ＩＶ族半導体薄膜が加工シリコンウェーハなどの異種基板に直接結合されている。リフトオフに先立って、様々なデバイスをマザー基板上に保ったまま膜上に製作できる。本発明者らの自己アセンブリー技術の第１工程は、移植すべきフォトニック・デバイスの調製である。図５は、この調製工程に関する好ましいプロセスフローを記載する。フォトニック・デバイスは、標準的な方法でマザー基板上、ＥＬＯプロセスの要求に応じた犠牲層上に製作される。ついで、適当なコーティング層をそのデバイス上に沈着させる。デバイス材料に関して沈着材料の特徴を制御することにより、塩類溶液に放出されたときのデバイスの挙動を制御できる。例えば、コーティング材料特性を制御することにより、溶液中のデバイスの方向を制御できる。ポリイミド厚膜を遠沈して、ＥＬＯプロセス後のデバイスに物理的支持体を付与する。ＥＬＯプロセスを行い、薄膜デバイスをそのマザー基板から分離する。プラズマエッチングを用いることにより、そのポリイミド保持膜をデバイスを伴わない領域で窪ませる。必要であれば、フォトニック・デバイスへの良好な電気的接触を保証するために、金属層を沈着させることができる。ついで、ＤＮＡ結合プロセスを行い、特定のＤＮＡ配列をすべての金属表面に共有結合させる。前面をＵＶ光で照射することにより、フォトニック・デバイスをＤＮＡポリマーでコートされたポリイミド領域の曝露を可能にする自己アラインマスクとして使用する。これらの領域では、ＤＮＡポリマーが反応して、さらなるハイブリダイゼーションには適さない形態となる。ついで、溶媒を使いることによって、ポリイミドを除去し、さらなるハイブリダイゼーション・プロセスに使用する塩類溶液にデバイスを放出し得る。
【００９６】
選択的ＤＮＡハイブリダイゼーション技術
ホスト基板を予めプログラムし、コンポーネント・デバイスを溶液中に放出したら、自己アセンブリープロセスが起こり得る。ハイブリダイゼーションには２の異なるアプローチ、すなわち（１）従来のハイブリダイゼーションおよび（２）電界を用いた能動的ハイブリダイゼーションを適用し得る。
【００９７】
従来のハイブリダイゼーション・プロセスについては、すべてのデバイスを溶液中に同時に放出し得る。適切なハイブリダイゼーション・ストリンジェンシーの温度およびイオン強度の溶液中でデバイスを穏やかに撹拌することにより、適切なデバイス−受容対が接触すると相補的ＤＮＡ鎖のハイブリダイゼーションが起こる。ハイブリダイゼーションが起こる確率は、適切なデバイス−ホストパッド対が接触する確率に直接相関し得る。確率分布はおそらくランダムなため、溶液をデバイスで飽和させない限り、大領域表面で妥当なハイブリダイゼーション歩留まりを達成するにはこのプロセスでは長い時間を要し得る。選択性とアラインメント精度を向上させるために、このハイブリダイゼーション・プロセスの間に数回の制御した加熱および冷却サイクルを行い得る。加熱サイクルの間に、弱くハイブリダイズしたコンポーネントは解離し、より強固な結合を形成する機会を増やす。
【００９８】
能動的または電子的ハイブリダイゼーションについては、マザーボード自体または別の電極アレイ製造デバイスを用いて、選択した場所に選択したコンポーネント・デバイスを誘引し、濃縮する局所的電界を生じさせる。このプロセスについては、マザーボードまたは製造デバイスは電極として使用できる部位を有する。選択した受容部位と補助電極との間に溶液を横切る電位を印加する。選択したデバイス上の正味電荷（−）とは反対のバイアス（＋）を印加された受容部位は、ここで、これらデバイスの電気泳動輸送および濃度に影響を及ぼし、それによって、ハイブリダイゼーションおよび結合の速度を上昇させる。この部位は電子的またはフォトニック・アドレス指定を用いて、選択的にオン・オフできる。望ましくないデバイスタイプのスクリーニング効果を排除するために、パルスＤＣまたはバイアスＡＣ電界を適当な周波数で印加し得る。
【００９９】
電界効果は保護的様式でも使用できる。この場合は、ここで、受容パッドにデバイス上の正味電荷（−）と同じ（−）バイアスを印加する。その際、デバイスはそれらの領域から反発され、反対電荷（＋）を有する場所または中性である場所にのみ相互作用または結合する。能動的電界輸送は、マザーボードアレイ上の任意の位置へのコンポーネント・デバイスおよび構造の複合および多段階アドレス指定を行うために使用できる。
【０１００】
ハイブリダイゼーションの間に考慮すべきもう１の重要な点は、マザーボードまたはホスト基板上のフォトニック・デバイスのアラインメント精度である。回転が不変である円柱状のフォトニック・デバイスが想定される。この場合、デバイスおよびホストパッド直径をｄとすると、乾燥プロセスの前の自然なハイブリダイゼーション・プロセスではｄ／２のアラインメント精度がまず達成され得る。ｄ／２を超えるアラインメント不良で誤アライメントされたデバイスでは、ハイブリダイゼーション・プロセス間に強固な結合が形成されず、ハイブリダイゼーション・プロセスの加熱および冷却サイクルの間に適切な場所に保持されないであろう。より良好なアラインメント精度および方向付けは、能動的電界ハイブリダイゼーションを用いる場合に可能である。基板を溶液から取り出したら、乾燥プロセスの間に増加した表面張力によってアラインメント精度がさらに改善され得る。
【０１０１】
冶金的結合
ハイブリダイゼーション・プロセスの後、特殊デバイスは、極めて高い結合力を有する二本鎖ＤＮＡ構造の形成によって適正な位置に保持される。ついで、アセンブリー全体を濯ぎによって洗浄し、ついで乾燥させる。ＤＮＡ結合強度は固体状態のままであり、デバイスを適正な位置に維持する。しかしながら、このプロセスの時点では、ホスト基板とフォトニック・デバイスとの間に電気的接触は存在しない。ホスト基板とフォトニック・デバイスとの間のオーム接触を示す冶金的結合を達成する１の方法は、低温で共融的に結合させ得るパッドおよびデバイスに導電性材料を使用することである。第２の方法は、ＤＮＡ結合用の活性である金属層の下に、はんだまたはインジウムのような低融点を有する金属を使用することである。フォトニック・デバイスはＤＮＡ結合によって適正な場所で保持されるが、熱を加えることにより、治金的結合の形成が生じるであろう。ＤＮＡポリマーはこの結合内で崩壊するだろうが、使用した初期のＤＮＡ負荷因子に依存して接触抵抗増加の一因となり得るだけである。
【０１０２】
自己アセンブリー発光アレイの開発
本発明の有用性の一例として、発光アレイを有利に形成させ得る。特定のＤＮＡポリマー配列を半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）に共有結合し、相補的ＤＮＡ配列をホストシリコン基板上の受容パッドに結合させ得る。被覆表面でのＤＮＡの選択的活性化／不活化には、ＵＶ／ＤＮＡパターン形成技術を使用できる。ついで、すべてのＤＮＡ誘導化した試験構造および材料を、相補的蛍光ＤＮＡプローブを用いてその選択的ハイブリダイズ能について試験する。特定のＤＮＡ配列で誘導化したＬＥＤ試験デバイスは、相補的ＤＮＡ配列で誘導化された試験基板にハイブリダイズし得る。
【０１０３】
自己アセンブリーフォトニック・バンドギャップ構造の開発
ＤＮＡ自己アセンブリー技術を用いて、フォトニックまたは結晶を形成させ得る。フォトニック・バンドギャップ構造は、二次元または三次元配置の人工周期格子構造であって、適切な寸法、密度および間隔の要素から構成される。このような構造は状態のフォトニック密度の変化および電磁波分散のギャップをもたらす。実際に、特定の光学波長で作動するフォトニック・バンドギャップ構造が実証されている。フォトニック・バンドギャップ材料の潜在的な適用には、超低閾値レージングを達成するためのレーザーの自然放出の操作、放射損失のない修飾導波構造、新規な光学モジュレーターなどが含まれる。
【０１０４】
２０マーから５０マーのサイズ範囲にある上記の様々なＤＮＡポリマー（オリゴヌクレオチド）配列は、ホスホルアミダイト化学を用いて自動ＤＮＡ合成装置で合成できる。より長いＤＮＡ配列は一般に、より長い物体を表面に結合するために必要になる。結合力はその物体を除去する結果につながる力（例えば、剪断力）を克服するのに十分でなければならないからである。より長いＤＮＡ配列（＞５０マー）は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）技術を使って構築できる。ＤＮＡ配列は適当な官能基（アミン、チオール、アルデヒド、発蛍光団など）でさらに誘導化し得る。全ての配列はＰＡＧＥゲル電気泳動またはＨＰＬＣのいずれかによって精製し得る。精製後に、すべての配列を分析用ＰＡＧＥゲルでその純度についてチェックし、ついでハイブリダイゼーション解析によって特異性について試験し得る。
【０１０５】
いくつかのＤＮＡ配列を用いて、種々の有機ポリマーベースのナノスフェア、半導体基板および他の材質の基板（ガラス、金、酸化インジウムスズなど）への共有結合用のさらなる化学を開発し、試験し得る。さなる結合化学は、異なる半導体材料に対する結合選択性にさらなる選択肢と融通性を与える。
【０１０６】
特定のＤＮＡポリマー配列を半導体試験構造に共有結合し、相補的ＤＮＡ配列を試験基板（マザーボード）材料に共有結合し得る。被覆表面上のＤＮＡの選択的な活性化／不活性化には、ＵＶ／ＤＮＡパターン形成技術を使用し得る。ついで、ＤＮＡ誘導化した試験構造および材料を、相補的蛍光ＤＮＡプローブを用いて選択的ハイブリダイズ能について試験する。
【０１０７】
ここで、特定のＤＮＡ配列で誘導化したナノスフェア、ナノ粒子および半導体試験構造は、従来の技術（温度、塩類およびカオトロピック試薬）および電子技術（電気泳動）の両方を用いて、相補的ＤＮＡ配列で誘導化した試験基板（マザーボード）にハイブリダイズするであろう。ハイブリダイゼーション技術は、選択性が最高になり、非特異的結合が最小となるように最適化し得る。
【０１０８】
ＬＥＤアレイの製作
特定のＤＮＡポリマー配列を半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）コンポーネント・デバイスに共有結合し、マザーボード材料にその相補的ＤＮＡ配列を共有結合し得る。被覆表面上のＤＮＡの選択的活性化／不活性化には、ＵＶ／ＤＮＡパターン形成技術を用い得る。ついで、特定のＤＮＡ配列で誘導化したＬＥＤコンポーネント・デバイスを、相補的ＤＮＡ配列で誘導化した試験基板（マザーボード）にハイブリダイズさせる。
【０１０９】
フォトニック結晶構造の自己アセンブリー製作
マザーボード材料上に位置する発光試験デバイスの周囲に自己アセンブリーさせるために、複数の特定ＤＮＡポリマー・アイデンティティーをナノ粒子またはナノスフェアに組み込むことができる。被覆表面上のＤＮＡの選択的活性化／不活性化には、ＵＶ／ＤＮＡパターン形成技術を用い得る。ここで、特定のＤＮＡ配列で誘導化したナノ粒子は、相補的ＤＮＡポリマーで誘導化した基板（マザーボード）上に位置する発光試験デバイスにハイブリダイズするであろう。
【０１１０】
自己アセンブリーのさらなる態様
本発明は、“自己アセンブリー”技術を用いて大領域（一辺が数メートルに及ぶ）に特殊デバイスを平行してアセンブリーさせることを提供する。このアプローチにおいては、移植すべき各デバイスは、何らかの形で、それがマザーボード上のどこに向けられるものであるかを「知っている」。本発明は、生体系で認められるプログラム可能な自己アセンブリーの原理に基く新たな集積化技術に関する。この新たな技術により、移植工程の間の寸法維持の必要がなくなる。本発明者らの目的は、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）ポリマーを“選択的接着剤”として用いてシリコン上でのマイクロ／ナノ構造の自己アセンブリーを実証し、それによって、大領域のマザーボード上にこれらの構造をまばらに集積化する技術を開発することである。これは、図１０に示すように異なる実質密度を有する異なる材料で製作されたデバイスを低コストかつ高精度で統合する。このアプローチは、あらゆる生体系に見出されるプログラム可能な自己アセンブリーの原理に依拠し、よく理解されている既存の合成ＤＮＡ化学を実行プロセスとして使用する。これらの技術には：１）特殊デバイスをそのマザー基板からエピタキシャル・リフトオフ・プロセスを用いて取り出し、２）本発明者らの会社で特別に開発されたＤＮＡ結合化学を用いて、選択的ＤＮＡポリマー配列をその特殊デバイスに結合し、３）マザーボード基板上の適切な位置に相補的ＤＮＡポリマー配列を選択的に結合し、４）相補的ＤＮＡ鎖のハイブリダイゼーションを用いることによって、自己アセンブリーを行うことが含まれる。これは、ミクロン／ナノサイズの特殊デバイスをマザーボード上の指定領域に結合するためのスマートかつ非常に選択的な接着剤としてＤＮＡポリマー配列を用いる（図１１を参照されたい）。
【０１１１】
選択的ＤＮＡハイブリダイゼーションおよび電界輸送技術
ＤＮＡ配列を固形支持材料に結合した相補的ＤＮＡ配列にハイブリダイズさせる技術は、よく知られており、多くのバイオテクノロジー、分子生物学、および臨床診断適用に使用されている。一般に、ハイブリダイゼーション反応は、適当な緩衝電解質塩類（例えば、塩化ナトリウム、リン酸ナトリウム）を含有する水溶液中で行われる。温度は、ハイブリダイゼーション反応のストリンジェンシー（特異性）および速度を制御する上で重要なパラメーターである。半導体材料にＤＮＡ配列をハイブリダイズさせる技術が存在する。第１の技術は二酸化珪素および種々の金属のごとき固体支持体材料へのＤＮＡハイブリダイゼーションのインプリントまたはパターン形成を可能にするＵＶリソグラフィー法である。第２の技術は、ＤＮＡ−ナノ構造（特定のＤＮＡ配列を結合したナノ構造）を基板材料上の選択した場所に電気泳動的に輸送する方法である。ＤＮＡを用いたＵＶリソグラフィー技術には、まず、特定の結合ＤＮＡポリマー配列の分子層で基板材料を被覆することが含まれる。適当なマスクを使用して数秒間ＵＶ照射（３００ｎｍ）に曝すことにより、ＤＮＡの結合層にパターンをインプリントし得る。ＵＶ光に曝された基板上の領域に存在するＤＮＡは、その相補的ＤＮＡ配列とのハイブリダイゼーションに関して不活性になり、すなわち、二本鎖構造を形成できなくなる。図７は、電子顕微鏡のグリッドパターンを用いて１０ミクロンの線でパターン形成したシリコン構造上の蛍光ＤＮＡを示す。ＵＶパターン形成後、その材料を相補的蛍光標識ＤＮＡプローブとハイブリダイズさせ、エピ蛍光顕微鏡で調べる。蛍光画像解析は、相補的プローブがハイブリダイズした部分（蛍光部分）およびハイブリダイゼーションが起こらなかった部分（蛍光なし）を示す。ＤＮＡベースのＵＶフォトリソグラフィー型のプロセスのみならず、他の電界ベースのプロセスでも誘導化ＤＮＡおよび荷電蛍光ナノスフェアを固形支持体上の選択的微小場所に電気泳動的に輸送し沈着させることができる。この技術の基本的な方法および装置を図１２に示す。負に荷電したＤＮＡ、サブミクロンまたはミクロンスケールの構造を水溶液中に懸濁し、負のバイアスに印加した他の場所に対して、正のバイアスに印加した微小位置に電界（溶液中の電気泳動）によって輸送し得る。これは、基板材料上の特定の場所への特異的に標識したデバイスの輸送を指示する機構を提供するという点において、とりわけ重要な技術である。
【０１１２】
ミクロン／ナノスケール構造の調製
本発明者らの自己アセンブリー技術の第１工程は、移植用特殊デバイスの調製である。この場合においては、特殊デバイスは標準的な様式でそのマザー基板上、ＥＬＯプロセスが必要とする犠牲層上に製作する。ついで、それらが塩類溶液中でブラウン運動様の運動を有することを保証するために、適当なコーティング層をこれらのデバイス上に沈着させる。デバイス材料に関して沈着材料の特性を制御することにより、塩類溶液中に放出された際のデバイスの挙動を制御し得る。例えば、本発明者らは、コーティング材料の特性を制御することにより、溶液中のデバイスの方向を制御することができた。デバイスをコーティングしたら、ポリイミド厚膜を遠沈させて、ＥＬＯプロセス後のデバイスに物理的支持体を提供し得る。ＥＬＯプロセスを行って、その薄膜デバイスをマザー基板から分離させ得る。プラズマ・エッチングを用いることによって、ポリアミド膜を窪ませて、金属層が連続的とならない十分なステップを与えることができる。ついで、ＤＮＡ結合プロセスを行い、特定のＤＮＡ配列をすべての金属面に共有結合させ得る。ＵＶ光をデバイスの前面から照射することによって、露出して保護されていないＤＮＡ領域を破壊するか、またはさらなるハイブリダイゼーションには適さない形態とし得る。ついで、適当な溶媒を用いることによってポリアミドを除去し、さらなるハイブリダイゼーション・プロセスに使用する塩類溶液にデバイスを放出し得る。
【０１１３】
マザーボード基板の調製
特殊デバイスの移植が起こる領域を線引きするために、相補的ＤＮＡポリマーの選択的結合処理を行わなければならない。選択的結合はＤＮＡ配列に固有の選択性または選択的結合化学を用いることによって、あるいは指向性電気泳動輸送によって実現し得る。また、結合後に、望ましくない領域に存在するＤＮＡ鎖をＵＶ照射によって破壊することもできる。このアプローチは、一群のデバイスを自己アセンブリーさせる必要がある場合にのみ有用である。
【０１１４】
先のセクションで記載したごとく、ＤＮＡ結合化学は、ＤＮＡポリマーを結合し得る材料に強く依存する。例えば、保護ガラス層で被覆されたシリコンチップ上のアルミニウムパッドにＤＮＡを結合するために、本発明者らはまずその試料を希薄な緩ＨＦ溶液に短時間浸漬することによってそのアルミニウム領域を活性化する。このプロセスの最終結果は、保護ガラス層にはわずかなＤＮＡ鎖しか付着しない一方で、露出したアルミニウムパッドはＤＮＡに対する反応性が高いというものである。この材料選択性は、ＤＮＡを所望の領域に結合するための簡便かつ一般的な方法である。材料選択性を、ＵＶ指示不活性化および電気泳動輸送プロセスと組み合せた場合、反復可能な結合プロセスを逐次的に行うことができる。数タイプの特殊デバイスの同時自己アセンブリーについて検討する。ついで、各パッドはそこに結合させようとするデバイスに応じて分類する必要がある。この場合においては、各パッド群をそこに結合される特殊デバイスに結合したＤＮＡ配列に相補的な特定のＤＮＡ配列で被覆する必要がある。マザーボードパッドを“予めプログラムする”ために、各ＤＮＡ配列を適当なパッドに逐次的に結合し得る。これは、電気泳動プロセスを使用し、ＤＮＡ結合が望ましくないパッドに負の電位を印加することによって容易に達成し得る。それと同時に、所望の場所への結合を促進するために、正の電圧を印加し得る。第２のセットのＤＮＡ配列結合については、異なるセットのプログラム電圧を用いて、手法を反復し得る。したがって、複数のタイプのデバイスの自己アセンブリーを同時に行う必要がある場合には、マザーボード受容パッドに適当なセットの正および負の電位を印加することによってそのパッドをプログラムし得る。マザーボード上に１タイプのデバイスのみを自己アセンブリーさせる必要がある場合は、ＤＮＡ結合化学の材料選択性を使用するだけで十分である。
【０１１５】
特定のＤＮＡポリマー：選択的接着剤
マザーボードを予めプログラムし、かつ、特殊デバイスを塩類溶液浴に放出してその中で自由に運動させると、自己アセンブリープロセスが起こり得る。適当な（ハイブリダイゼーション）ストリンジェンシー温度では、溶液中のデバイスを穏やかに撹拌することにより、適当なデバイス−パッド対が接触した際に相補的ＤＮＡ鎖のハイブリダイゼーションが起こることが許容される（図１３を参照されたい）。このプロセスを達成するためには、幾つかの異なる方法を検討し得る。
【０１１６】
従来のハイブリダイゼーションおよび電子的ハイブリダイゼーション
この方法においては、すべてのデバイスを溶液中に同時に放出でき、ハイブリダイゼーションが起こる確率は、適当なデバイス−パッド対が接触する確率に相関し得る。非常に簡略化した仮定の下では、ハイブリダイゼーションの確率Ｐｈは、利用できるパッドの総面積Ａｐのマザーボード面積Ａｍｂに対する比にほぼ相関し得る：
Ｐｈ　ＮＡｐ／Ａｍｂ
（式中、Ｎは溶液中の特殊デバイス群のうちの１の真の密度である）。確率分布はランダムだと予想されるので、妥当なハイブリダイゼーション歩留まりを達成するには、このプロセスは非常に長い時間を要し得る。また、特殊デバイスで溶液を飽和させる必要があるかもしれない。これは、このプロセスのコストを引き上げ、自己アセンブリーし得る特殊デバイスのタイプの数を制限し得る。選択性およびアラインメント精度を向上させるためには、ハイブリダイゼーション・プロセスの間に数回の加熱および冷却サイクルを行う。加熱サイクルの間に、弱くハイブリダイズしたコンポーネントは解離して、より強固な結合が形成される機会が増加し得る。
【０１１７】
エピタキシャル・リフトオフ・プロセス
自己アセンブリー・プロセスの重要な部分は、ＤＮＡを結合し、その結合中にそれを操作し、最終的にハイブリダイゼーションの前にそれを塩類溶液中に放出するためのミクロン／ナノスケールデバイスの調製である。最も一般的なＥＬＯアプローチは、ＡｌＧａＡｓ系合金に対する希ＨＦ酸の選択性を使用することである。アルミニウムを豊富に含む合金はほぼ１ｍｍ／時の速度でエッチングされるが、ガリウムを豊富に含む合金のエッチング速度はほとんど検出不可能で０．１ｍｍ／時未満である。ＡｌＡｓの中間層は溶解し、上部のエピタキシャル層が基板から簡単に浮かび上がらせることができる。機械的剥離（ＣＬＥＦＴ）およびエッチング停止層までの全基板エッチングを含む、他の分離方法も使用されている。厚さ２０ｎｍ〜１０ｍｍの範囲のエピタキシャル膜が、その成長基板から分離され、取扱われ、操作されている。
【０１１８】
例えば、この技術を用いてＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜が加工シリコンウェーハなどの異種基板に直接接合されている。ＥＬＯ膜の機械的柔軟性により、基板トポグラフィーに対するその膜の完全な整合が可能となり、それによって強固で完全な結合が生成される。その際、ＥＬＯ技術は設計された基板上にモノリシック様のエピタキシャル薄膜を作製する。リフトオフの前に、様々なデバイスをマザー基板上に保ったまま膜上に製作できる。ＥＬＯ技術はフリップチップはんだ突起実装法などのハイブリッド法と直接ヘテロエピタキシー法などの完全モノリシック・アプローチとの間のどこかの中間に立脚するが、これは両者の利点を合わせ持つ。ＥＬＯはＩＩＩ−Ｖ族薄膜の縁部を超えてシリコンマイクロチップ基板に行き来し、シリコン・マイクロチップ基板上の薄膜金属配線を可能にする真の薄膜技術である。同時に、その薄膜は格子整合的かつ本質上ホモエピタキシー的に成長する。発光体などの少数単体デバイスにとって最も重要なことである材料品質は決して損なわれない。ハイブリッドフリップチップ技術を超えるＥＬＯ技術の利点には、実装キャパシタンスが低く、重点密度が高いことが含まれる。高速超小型回路に関しては、配線キャパシタンスは非常に低くなければならない。不利益は単なる加わった電力損失の負担ではない。金属相互接続の直列抵抗は無視できないので、ＲＣ時定数が、電力損失問題とは無関係に、最終的にオプト−エレクトロニック超小型回路の速度を制限するように作用するであろう。最終的に達成し得る充填密度は技術の作業寸法について幾分縮尺される。したがって、ＥＬＯはこの点ではんだ突起技術よりもより多くのものを提供する。
【０１１９】
加工シリコン超小型回路上でのＥＬＯ膜移植には、マイクロチップ上の沈着酸化膜表面の超微細スケールの粗度を考慮する必要がある。粗面性は、ファンデルワールス結合または冶金的結合の品質を損なう。
【０１２０】
ＤＣ電界下の逐次的ハイブリダイゼーション
ハイブリダイゼーションの確率を増加させるための第２の方法は、各デバイス群を個別に導入し、正のバイアスを印加したパッド付近の領域内に特殊デバイスを閉じ込めることである。この閉じ込めは、適当な正電圧をパッドに印加することによりＤＣ電界の影響下で行い得る。その際、電界の効果は上式における面積比を増加させる、あるいは換言すればデバイス密度Ｎを増加させるという見方ができる。しかしながら、この場合は、正しいデバイスがパッドに達するのを望ましくないデバイス群が遮蔽することがないように、各デバイス群を逐次的に導入する必要がある。
【０１２１】
ＡＣ電界下の並行ハイブリダイゼーション
逐次ハイブリダイゼーションの不利な点は、特殊デバイスのタイプが増えるにつれて製造コストが増加することである。これに代わる方法は、すべてのデバイス・タイプを溶液中に同時に導入し、各パッド周辺にデバイスを分布させるために初期ＤＣ電圧を印加した後に、適当な周波数でＡＣ電圧を印加して望ましくないデバイス・タイプの遮蔽効果を除去することである。ＡＣ電界の効果はより強力な撹拌機構と見ることができる。
【０１２２】
冶金的結合
ハイブリダイゼーション・プロセスの後、特殊デバイスはそれぞれ適切な位置に非常に高い結合力を有する二本鎖ＤＮＡ構造によって保持される。ついで、アセンブリー全体を濯ぐことによって洗浄した後、乾燥させる。この時点では、マザーボードと特殊デバイスの間に電気的接触は存在しない。ＤＮＡ結合強度は、固体状態のままで、デバイスを適所に維持する。オーム接触した冶金的結合を達成する１の方法は、パッドおよびデバイス上に低温で両者を共融的に結合させ得る導電性材料を使用することである。第２の方法は、ＤＮＡ結合について活性な金属層の下にはんだまたはインジウムのような低融点金属を使用することである。この場合においては、突起はナノメートルサイズで作成しなければならない。デバイスはＤＮＡ結合によって適所に保持されるが、どちらの場合も、加熱によって冶金的結合およびオーム接触の形成が生じるであろう。ＤＮＡポリマーはその結合内に残るが、使用した初期のＤＮＡ負荷因子に依存して、接触抵抗増加の一因となり得るだけである。図１４は、上記したプロセスを示している。
【０１２３】
特殊デバイスのアラインメントおよび方向付け
自己アセンブリー・アプローチで取り扱う必要のある重要な問題の１は、特殊デバイスをマザーボード上のパッドに位置合わせすることができる精度である。本発明者らは、まずそのプロセスが回転不変であるように特殊デバイスが環状基部を有することを予想する。この場合においては、パッドの直径をｄとすると、ＤＮＡ結合工程によりｄ／２のアラインメント精度を達成し得ると予想される。ｄ／２を超えるアラインメント不良で不良に位置合わせされたデバイスは、ハイブリダイゼーション・プロセスの間に強固な結合を形成せず、ハイブリダイゼーション・プロセスの加熱および冷却サイクル中に適所に保持されないだろう。さらに、先の項に概説したナノ突起技術を使用すれば、冶金結合を形成させるための高温サイクルの後に、フリップチップ・ボンディングで使用するＣ４技術と同様にしてパッドにデバイスを自己整列させ得る。
【０１２４】
特殊デバイスが円対称な基部を有しておらずに、パッド上にある方向で設置する必要がある場合には、さらに困難な問題が浮上する。適当な方向付けで結合するためには２の異なるアプローチを用い得る。第１のアプローチとして、図１５に示すように、適当にパターン形成した二酸化珪素層を用いて、間違った方向付けを有する特殊デバイスを物理的に遮蔽排除（ｍａｓｋ ｏｕｔ）する。デバイスはそれらが正しい方向を有する場合にのみ、パッドに適合するであろう。デバイスを方向付けするもう１のアプローチは、ＤＮＡのハイブリダイゼーションの前に、クーロン力を用いることである。イオン注入またはｅビームリソグラフィー照射によって、逆符号の電荷蓄積をパッド上およびデバイス上の一定の場所に実現し得る。これらの電荷パターンはデバイスをその適当な方向に案内する。図１５からわかり得るように、両方のアプローチを一緒に用いて、適当な方向の特殊デバイスとのＤＮＡ結合を提供し得る。
【０１２５】
前記の発明は、明らかにし、理解させる目的で図面および実施例によって幾分詳細に記載してきたが、本発明の教示に鑑みて、添付した請求の範囲の趣旨または範囲から逸脱することなくある種の変化および修飾をそこに作成し得ることは、当業者であれば容易に理解し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】図１ＡはＤＮＡの構造および関係する物理的寸法を示す図である。
【図１Ｂ】図１ＢはＤＮＡの構造および関係する物理的寸法を示す図である。
【図２】図２は全体の１レベルにおける全体プロセスのフロー図である。
【図３】図３は自己アセンブリープロセスのフロー図である。
【図４Ａ】マザー基板レイアウトを拘束することなくホスト基板上に密なアレイを製作したフォトニック・デバイスの再分布の装置および方法の斜視図である。
【図４Ｂ】合成フォトニック結晶を形成するための、ＤＮＡ支援自己アセンブリーによるナノスフェアのクラスター化の斜視図である。
【図５】図５は、標的基板またはマザーボードの接触およびリード部分の平面図である。
【図６】図６は、流体媒体を介して図５に示す標的への輸送に適合する発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面図である。
【図７】図７は、場所決定電極に近接して位置するＬＥＤの平面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、流動流路を含む設置および結合用のマザーボードおよび結合デバイスを示し、作動電極からの流路を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、流動流路を含む設置および結合用のマザーボードおよび結合デバイスを示し、作動電極からの流路を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、流動流路を含む設置および結合用のマザーボードおよび結合デバイスを示し、中央電極用の流路を示す。
【図９】マザーボード上の局所領域に対する特殊デバイスの小さな密なアレイのカップリングに通じる形状寸法を維持するフリップチップ・ボンディングの斜視図である。
【図１０】より密でないマザーボードに対する小さな密のチップからの小さな密な構造の全体的分布の斜視図である。
【図１１】所与のタイプの特殊デバイスに特異的ＤＮＡポリマー接着剤が配設された選択的接着剤を利用するマイクロまたはナノ構造の自己アセンブリーの構造の断面図であり、この領域ではこのデバイスは相補的ＤＮＡ接着剤で被覆されて結合しなければならない。
【図１２】特別に誘導化した微小電極表面に対するＤＮＡの選択的電場沈着の断面図である。
【図１３】相補的ＤＮＡ鎖間の選択的ＤＮＡハイブリダイゼーションによるそのホストマザーボード基板に結合したマイクロまたはナノスケール構造の断面図である。
【図１４】ＤＮＡ結合を介して適所に保持されるナノ構造（左手側）および高温サイクル後の治金的接触により保持されるナノ構造（右手側）の断面図である。
【図１５】物理的遮蔽および電荷案内によりハイブリダイゼーション前の特殊デバイスの方向についての装置の断面図。
【図１６】より大きなサイズのデバイスを基板またはマザーボードに結合および方向付けるための装置。
【図１７】ナノ構造を製作するための装置。
【図２】
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【図３】
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【図４Ｂ】
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【図６】
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【図８Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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