(57)【要約】【課題】タンパク質等の各種標的を高感度に検出可能な検出素子、その製造方法およびこの検出素子を用いた標的検出装置を提供する。【解決手段】標的検出装置１０は、検出素子２０、励起光源１１、光検出部１２、データ処理部１３、電源１６等から構成され、検出素子２０は、基板２１と、基板２１に貼合されたカバー２２と、カバー２２の基板２１側の面に形成され、試料溶液２９が流通される流路２２ａと、基板２１の表面に、流路２２ａに露出するＡｕ電極２５およびＰｔ電極２６等により構成される。Ａｕ電極２５の表面には標的を捕捉する標的検出体３０が結合されている。Ａｕ電極２５はチオール基を含む分子を有する材料からなる電極接着層２４を介して基板２１に固着されている。さらに、基板２１とカバー２２とはシラノール基およびアミノ基を含む分子を有する材料からなる基板接着層２３を介して貼合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板に第１の接着層を介して貼合された第２の基板と、
前記第１の基板および第２の基板のいずれか一方の、互いに貼合された面に形成された流路と、
前記流路内に設けられた第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極に結合され、流路を流通する試料溶液中の標的を捕捉可能な標的検出体と、を備え、
前記第１の接着層はシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料からなり、
前記第１の電極は、第１の基板の表面に第２の接着層を介して固着され、該第２の接着層がシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料からなる検出素子。
【請求項２】
前記第２の基板は透明基板材料からなり、前記流路が第２の基板に形成された溝部と第１の基板の表面に画成されてなり、
前記第２の電極は第１に基板の表面に第１の電極から離隔して形成されてなることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の検出素子。
【請求項３】
工程基板上に第１の電極を選択的に形成する工程と、
前記第１の電極の表面にシラノール基およびチオール基を有する分子を含む接着層を形成する工程と、
前記第１の電極を接着層を介して第１の基板を接合する工程と、
前記第１の電極から工程基板を除去する工程と、
前記第１の基板の第１の電極側の表面にシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む他の接着層を形成する工程と、
前記第１の基板と、流路が形成された第２の基板とを他の接着層を介して貼合する工程と、
前記流路内に第２の電極を形成する工程と、
前記第１の電極に標的を捕捉可能な標的検出体を結合させる工程と、を含む検出素子の製造方法。
【請求項４】
前記工程基板上に第１の電極を選択的に形成する工程は、
前記工程基板に犠牲膜を形成する処理と、
前記犠牲膜の表面に選択的に開口部を形成する処理と、
前記開口部に第１の電極材料を充填する処理と、を含み、
前記接着層を形成する工程は、前記犠牲膜および第１の電極材料の表面を覆うように形成することを特徴とする請求項３記載の検出素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２記載の検出素子と、
前記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記検出素子の第１の電極に向けて光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された光を受けて前記標的検出体が発光する光を検出する光検出手段と、を備える標的検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンパク質等の各種標的を高感度に検出可能な検出素子、その製造方法およびこの検出素子を用いた標的検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒトゲノム解析研究の急速な進展によって得られる塩基配列、遺伝子発現情報、およびたんぱく質などに関するゲノム情報を利用して、効率的に医薬品の開発を行う、いわゆるゲノム創薬が進められている。ゲノム創薬ではゲノム情報をもとに、病気に関係する遺伝子を探し出し、その解析から発病のメカニズムを解明すると共に、治療に最も有効なたんぱく質等の標的分子を決定する。そのうえで、この標的分子に対して薬効のある医薬品候補化合物の設計、合成等を行う。このようなプロセスにおいて、タンパク質等の標的分子を容易に検出可能な装置の重要性が高まっている。
【０００３】
一方、Ａｕ薄膜は、可視光領域においてエバネッセント光を発光させられること、およびその表面に種々の分子が自発的に高密度・高配向な分子膜が形成される自己組織化が生じ、いわゆる自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ：ＳＡＭｓ）が形成されることによって、タンパク質検出センサの機能を構築できる素材として注目を集めている（例えば特許文献１参照。）。Ａｕ薄膜は、ガラス基板表面に形成され、Ａｕ薄膜の表面には、ポリヌクレオチドの分子鎖に標的分子を捕捉する抗体等が結合した検出ユニットが自己組織的に結合されている。タンパク質検出センサは、検出ユニットが結合したＡｕ薄膜を、標的分子を含む試料溶液に浸漬し、検出ユニットからの発光等により光学的あるいは電気化学的に標的分子の分子量分布や密度を検出可能である。
【特許文献１】特開２００３−２０２３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、タンパク質検出の効率化を図るためにはタンパク質検出センサの高感度化が望まれる。すなわち、少ない量の試料溶液で目的の標的分子を検出することが望まれる。そのため、微小な空間に高密度にＡｕ薄膜および検出ユニットを配置することが必要となる。Ａｕ薄膜はガラス基板との接着性が弱いため、接着層としてＣｒ膜やＴｉ膜が用いられている。しかし、ガラス基板により微小な空間を形成するためには、ガラス基板同士の貼合が必要となり、そのため、加熱温度が１０００℃以上の熱融着が用いられている。かかる高温に曝露すると、Ｃｒ膜やＴｉ膜はＡｕ薄膜中に拡散しＡｕ膜の電気伝導度が低下し、さらには、検出ユニットのＳＡＭｓが安定して形成できないという問題を生じる。また、Ｃｒ膜やＴｉ膜等の接着膜を用いずに、安定したＳＡＭｓの形成に必要なガラス基板表面の強酸、例えば、いわゆるピラニア溶液（硫酸：過酸化水素水＝３：１）や、６０％硝酸による前処理を用いた場合はＡｕ薄膜を形成後、超音波洗浄を用いるとガラス基板からＡｕ薄膜が剥離し易く、信頼性に劣るという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、タンパク質等の各種標的を高感度に検出可能な検出素子、その製造方法およびこの検出素子を用いた標的検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、第１の基板と、前記第１の基板に第１の接着層を介して貼合された第２の基板と、前記第１の基板および第２の基板のいずれか一方の、互いに貼合された面に形成された流路と、前記流路内に設けられた第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極に結合され、流路を流通する試料溶液中の標的を捕捉可能な標的検出体と、を備え、前記第１の接着層はシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料からなり、前記第１の電極は、第１の基板の表面に第２の接着層を介して固着され、該第２の接着層がシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料からなる検出素子が提供される。
【０００７】
本発明によれば、第１の基板と第２の基板とが貼合された構造を有し、その構造中に流路が形成されている。さらに流路内に標的を捕捉する標的検出体が結合したＡｕ電極が設けられている。流路内にＡｕ電極を高密度に配置できるので、検出素子は標的を高感度に検出可能である。また、検出素子は極めて小型化できる。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、工程基板上に第１の電極を選択的に形成する工程と、前記第１の電極の表面にシラノール基およびチオール基を有する分子を含む接着層を形成する工程と、前記第１の電極を接着層を介して第１の基板を接合する工程と、前記第１の電極から工程基板を除去する工程と、前記第１の基板の第１の電極側の表面にシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む他の接着層を形成する工程と、前記第１の基板と、流路が形成された第２の基板とを他の接着層を介して貼合する工程と、前記流路内に第２の電極を形成する工程と、前記第１の電極に標的を捕捉可能な標的検出体を結合させる工程と、を含む検出素子の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明によれば、第１の基板と第２の基板とをシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む他の接着層により貼合しているので、従来よりも低温で貼合でき、既に形成されているＡｕ電極に悪影響を与えることがない。
【００１０】
本発明のその他の観点によれば、請求項１または２記載の検出素子と、前記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記検出素子の第１の電極に向けて光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された光を受けて前記標的検出体が発光する光を検出する光検出手段と、を備える標的検出装置が提供される。
【００１１】
本発明によれば、標的の検出感度が高感度な標的検出装置が実現できる。また、標的検出装置は小型化および集積化が可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タンパク質等の各種標的を高感度に検出可能な検出素子、その製造方法およびこの検出素子を用いた標的検出装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る検出装置の概略構成図、図２は、検出装置を構成する本発明の実施の形態に係る検出素子の分解斜視図である。
【００１５】
図１および図２を参照するに、標的検出装置１０は、検出素子２０、励起光源１１、光検出部１２、データ処理部１３、電源１６等から構成される。
【００１６】
検出素子２０は、基板２１と、基板２１に貼合されたカバー２２と、カバー２２の基板２１側の面に形成され、試料溶液２９が流通される流路２２ａと、基板２１の表面に形成され、流路２２ａに露出するＡｕ電極２５およびＰｔ電極２６と、Ａｕ電極２５およびＰｔ電極２６のそれぞれと配線パターン２７ａ，２７ｂにより接続されたパッド電極２８ａ，２８ｂ等から構成される。さらに、Ａｕ電極２５には標的を捕捉する標的検出体３０が結合されている。Ａｕ電極２５は電極接着層２４を介して基板２１に固着されている。さらに、基板２１とカバー２２とは基板接着層２３を介して貼合されている。また、流路に露出するように参照電極３８が設けられ、参照電極３８は電圧計３９を介してＡｕ電極２５に電気的に接続される。なお、電圧計３９により測定された電圧と予め設定された電圧との電圧差に基づいて電圧計３９から電源１６に電圧差を低減あるいは零にするためのフィードバックをかけてもよい。
【００１７】
基板２１は、例えば、ガラス基板（例えば強化ガラス基板や結晶化ガラス基板）、石英ガラス基板、シリコン基板等を用いることができる。励起光をカバー２２を介してＡｕ電極２５に照射する場合は、基板２１は不透明あるいは半透明基板でもよい。また、後述する基板接着層２３の材料としてシランカップリング剤を用いる場合は、強固に貼合可能な点でガラス基板、および石英ガラスを用いることが好ましい。
【００１８】
カバー２２は、励起光を透過する透明基板からなり、ガラス基板（例えば強化ガラス基板や結晶化ガラス基板）、石英ガラス基板等を用いることができる。
【００１９】
また、カバー２２には、基板２１側の表面に溝部が形成されている。溝部は、カバー２２と基板２１とが貼合されることで流路２２ａが形成される。図１では溝部の断面形状を矩形で示しているが、特に限定されない。また、カバー２２の表面には溝部に連通する試料溶液供給口２２ｂおよび試料溶液排出口２２ｃが形成されている。試料溶液２９は、ポンプ等により試料溶液供給口２２ｂから供給され、流路２２ａを通過して標的検出体３０、Ａｕ電極２５、およびＰｔ電極２６に接触し、試料溶液排出口２２ｃから排出される。
【００２０】
基板２１とカバー２２との間に基板接着層２３が設けられている。基板接着層２３には、アミノ基およびシラノール基を有する分子が含まれる材料を用いることが好ましく、アミノ基を有するシランカップリング剤を用いることが好ましい。これにより、基板２１とカバー２２とを強固に接着し、後ほど説明するように、接着の際に、従来よりも極めて低い加熱温度で接着可能になる。
【００２１】
図３は、基板接着層の一例を示す説明図である。図３を参照するに、基板接着層２３はシラノール基が基板２１に結合し、アミノ基がカバー２２に強固に結合し、基板２１とカバー２２とを強固に接着する。基板接着層２３に好適なシランカップリング剤としては、例えば、下記の一般式を有する材料が挙げられる。
【００２２】
ＮＨ2(ＣＨ2)x[(ＣＨ2)l(ＣＨＲ)m(ＣＨ2)n]y(ＣＨ2)zＳｉＯＨ    …  （１）
但し、上記（１）式中のｘ，ｙ，ｌ，ｍ，ｎはそれぞれ０〜１８の整数、ｚは１〜１８の整数である。ＲはＨまたはフェニル基である。例えばｍが０で、ｘおよびｙが１以上の場合、上記（１）式で表される分子は、直鎖状のアルキル基が一方向延びた構造を有する。この場合、分子同士が束状となり易くなるのでシラノール基およびアミノ基がそれぞれ局在する。そのため、シラノール基が基板２１に強固に結合する。一方、アミノ基は、その分極δ＋とカバー２２の表面のＯＨ基の分極δ−との静電気力により強固に結合する。
【００２３】
また、例えばｍが１で、Ｒがフェニル基の場合は、各々の分子のフェニル基が他の分子のフェニル基と疎水相互作用や分子間力の引力を互いに及ぼし合って分子同士が束状となり易くなり、上記と同様の効果が得られる。
【００２４】
標的検出体３０は、相互作用部３１と、発光部３２と、結合部３３とを有してなり、さらに必要に応じて適宜選択したその他の部（不図示）を有してなる。
【００２５】
相互作用部３１は、Ａｕ電極２５と電気的な相互作用が可能な領域を含み、かつ一端がＡｕ電極２５と結合可能な領域を含む限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。相互作用部３１の具体的な例としては、電気的な相互作用が可能な点で、イオン性ポリマーが挙げられる。イオン性ポリマーは、正に帯電したイオンポリマー（正イオンポリマー）および負に帯電したイオンポリマー（負イオンポリマー）から選択されるのが好ましい。正イオンポリマーとしては、例えば、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、グアニジンＤＮＡ、ポリアミン等が挙げられ、負イオンポリマーとしては、例えば、ポリヌクレオチド、ポリリン酸等が挙げられる。これらの負イオンポリマーは、負電荷が分子中に一定間隔で存在する点でＡｕ電極２５との電気的な相互作用を制御し易い点で好ましい。ポリヌクレオチドでは、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）やＲＮＡ（リボ核酸）を適宜選択可能である。なお、図１および後ほど説明する図５および図６においては、２本鎖のＤＮＡを一例として示しており、相互作用部３１は負に帯電している。なお、ポリヌクレオチドを作成する方法としては特に制限はなく、公知の方法（例えば、ＤＮＡ自動合成機を用いる方法）から適宜選択すればよい。
【００２６】
相互作用部３１は、その一端にＡｕ電極２５と結合する部位を有する。この部位として例えばチオール基（−Ｓ−）が好適に挙げられる。チオール基はＡｕ電極２５（あるいはＡｕ電極２５の代替としてのＡｌ電極や、ＴｉＯ2電極、Ａｇ電極）に強固に結合する。このため、Ａｕ電極２５に交番するパルス電圧を印加した場合に標的検出体３０がＡｕ電極２５と吸着・反発を繰り返したときでも結合が切れ難い点で好ましい。また、チオール基に限定されず、他の基を適宜選択してもよい。
【００２７】
発光部３２は、相互作用部３１の所定の位置、例えば一端に結合してなる。発光部３２は、励起光が照射されている場合で、相互作用部３１がＡｕ電極２５と相互作用を及ぼし合っていないときは発光し、相互作用部３１がＡｕ電極２５と相互作用を及ぼし合っているときは発光が弱まるか発光しない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択可能である。このような発光部３２としては、蛍光色素、金属等が挙げられる。ここでは一例として、発光部３２が蛍光色素のシアニン系のＣｙ３（商標）として説明する。
【００２８】
蛍光色素は、Ａｕ電極２５と近接して相互作用している間は吸収可能な波長の光が照射されても発光が弱まるか発光しない。また、蛍光色素は、Ａｕ電極２５と離隔されて相互作用しなくなったときには励起光により発光可能である。
【００２９】
結合部３３は、標的を捕捉可能である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。捕捉の態様としては特に制限はなく、吸着、化学結合等が挙げられる。結合部３３としては、例えば、標的に対する抗体、抗原、酵素、補酵素等が挙げられる。また、標的としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。標的としては、例えば、タンパク質、リポ蛋白、糖蛋白、ポリペプチド、脂質、多糖類、リポ多糖類、核酸、薬物等の有機分子が挙げられる。
【００３０】
なお、上記標的を含む試料溶液２９としては、例えば、細菌、ウイルス等の病原体、生体から分離された細胞液や、リンパ液、血液等が挙げられ、直接、又は必要に応じて濃縮した後細胞破壊処理を予め施したものを使用することができる。
【００３１】
Ａｕ電極２５は、基板２１上に電極接着層２４を介して形成されてなり、例えば厚さが１００ｎｍである。Ａｕ電極２５はその表面が流路２２ａに露出している。Ａｕ電極２５は、例えば厚さ１００ｎｍであり、上述した標的検出体３０を結合させてなると共に、標的検出体３０に電界を印加する一方の電極としての機能を有する。Ａｕ電極２５は、その代わりに導電性材料を用いることができ、例えば、Ａｌ電極や、ＴｉＯ2電極、Ａｇ電極を用いてもよい。
【００３２】
電極接着層２４は、基板２１の表面とＡｕ電極２５とを固着している。電極接着層２４としては、シラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料を用いることが好ましい。電極接着層２４のシラノール基が基板２１に結合し、チオール基にＡｕが強固に結合する。電極接着層２４として、例えば、チオール基を有するシランカップリング剤を用いることができる。
【００３３】
図４は、電極接着層の一例を示す説明図である。図４を参照するに、基板２１が特にガラス基板や石英基板の場合に、電極接着層２４は、シラノール基が基板２１に極めて強固に結合するので、基板２１とＡｕ電極２５とが強固に固着される。ここで、シラノール基とチオール基とは直鎖によって接続されているが、これに限定されない。例えば、電極接着層２４に好適なシランカップリング剤としては、下記の一般式を有する材料が挙げられる。
【００３４】
ＨＳ(ＣＨ2)x[(ＣＨ2)l(ＣＨＲ)m(ＣＨ2)n]y(ＣＨ2)zＳｉＯＨ  …  （２）
但し、上記（２）式中のｘ，ｙ，ｌ，ｍ，ｎはそれぞれ０〜１８の整数、ｚは１〜１８の整数である。ＲはＨまたはフェニル基である。例えばｍが０で、ｘおよびｙが１以上の場合、上記（２）式で表される分子は、直鎖状のアルキル基が一方向延びた構造を有する。この場合、分子同士が束状となり易くなるのでシラノール基およびチオール基がそれぞれ局在する。そのため、シラノール基が基板２１に強固に結合する。一方、チオール基がＡｕ電極２５に強固に結合する。
【００３５】
また、例えばｍが１で、Ｒがフェニル基の場合は、各々の分子のフェニル基が他の分子のフェニル基と疎水相互作用や分子間力の引力を互いに及ぼし合って分子同士が束状となり易くなり、上記と同様の効果が得られる。
【００３６】
図１および図２に戻り、Ａｕ電極２５は配線パターン２７ａを介して電極パッド２８ａに引き出されるが、配線パターン２７ａおよびパッド電極２８ａもＡｕにより形成してもよい。
【００３７】
Ｐｔ電極２６は、基板２１上に直接形成されており、例えば厚さが８０ｎｍである。Ｐｔ電極２６はその表面が流路２２ａに露出し、Ａｕ電極２５から所定の距離を離隔して形成される。Ｐｔ電極２６は対向電極として、標的検出体３０に電界を印加する一方の電極としての機能を有する。また、Ｐｔ電極２６は基板２１との接着性が良好であるので電極接着層２４を形成する必要はない。
【００３８】
参照電極３８は、Ａｕ電極２５へ印加される電圧を電圧計３９により測定する際の、基準電位となる。参照電極３８として、例えば、Ａｇ／ＡｇＣｌ／３Ｍ  ＫＣｌや飽和カルメロ電極が挙げられる。
【００３９】
励起光源１１は、Ａｕ電極２５に向けて光を照射できる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。励起光源１１は、例えば可視光を発光する光源が好ましく、例えばキセノンランプ、レーザ等を用いることができる。さらに、各々のＡｕ電極２５に選択的に励起光を照射するための光学系、例えば光ファイバ等を用いてもよい。励起光源１１から出射された光は，透明材料からなるカバー２２を透過し、Ａｕ電極２５および標的検出体３０に照射される。
【００４０】
光検出部１２は、励起光源１１から照射された光を受けた標的検出体３０が発光する光を検出することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。光検出部１２は例えば受光センサ、ＣＣＤカメラ、フォトマル、フォトダイオード（例えばアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ））を用いることができる。
【００４１】
データ処理部１３は，光検出部１２からの光強度変化のデータおよび印加電圧の時間変化に基づいて、結合部３３に捕捉された標的の重量等を解析し、その結果を入出力部１４のモニタやプリンタに出力し、あるいは記憶装置１５に記録する。
【００４２】
電源１６は、例えばパルス電源が用いられる。電源１６は、図２に示すパッド電極２８ａ，２８ｂおよび配線パターンを介してＡｕ電極２５とＰｔ電極２６との間に正負の電圧が交番するパルス電圧を印加して、標的検出体３０に電界を印加する。
【００４３】
次に、標的検出装置１０の動作を説明する。
【００４４】
図５は標的を検出する説明図であり、（Ａ）はＰｔ電極２６に対してＡｕ電極２５に負電圧を印加した場合、および（Ｂ）は正電圧を印加した場合である。また、図６は、印加電圧と蛍光強度との関係図であり、図６（Ａ）の縦軸は、図５（Ａ）および（Ｂ）に示す電圧計により測定した印加電圧を示す。印加電圧は参照電極３８に対するＡｕ電極２５の電圧を示している。印加電圧は、参照電極の平衡電極電位ＶEだけずれて示されているが、実質的には正負のそれぞれに対して同等の電圧が印加されている。また、図６（Ｂ）の縦軸は蛍光強度を示す。
【００４５】
図５および図６を図１と共に参照するに、励起光をＡｕ電極２５に照射しながら、図６（Ａ）に示すパルス電圧をＰｔ電極２６とＡｕ電極２５との間に印加する。図５（Ａ）に示すように、Ａｕ電極２５に負電圧が印加されている場合は、相互作用部３１は負に帯電しているためＡｕ電極２５から離れるように略直立する。このときは、発光部３２はＡｕ電極２５から離隔されているので、励起光のエネルギーにより発光する。
【００４６】
次いで、図５（Ｂ）に示すように、Ａｕ電極２５に正電圧が印加されている場合は、相互作用部３１は負に帯電しているためＡｕ電極２５に近接する。このときは、発光部３２  はＡｕ電極２５に近接しているので、発光が弱まりあるいは発光しなくなる。
【００４７】
これらのように、パルス電圧を交番して印加することで、光検出部１２には図６（Ｂ）に示す蛍光強度の変化が得られる。蛍光強度は、最も強い蛍光強度Ｉ1（図５（Ａ）の状態における蛍光強度）から減少して最も弱い蛍光強度Ｉ2（図５（Ｂ）の状態における蛍光強度）に変化する。このときの蛍光強度の変化は、捕捉された標的の分子量に依存する。すなわち、標的の分子量が大きいほど変化の速度が遅くなる。この蛍光強度の変化をデータ処理部１３により解析し、捕捉された標的の分子量や捕捉された数等の解析結果が得られる。以上のようにして、標的検出装置１０は試料溶液２９中の標的を検出して分析が可能となる。
【００４８】
本実施の形態に係る検出素子２０は、基板２１およびカバー２２が貼合された構造を有し、その構造中に微細な流路２２ａ（例えば幅および高さが１００μｍ）が形成されている。さらに流路２２ａ内に標的を捕捉する標的検出体３０が結合したＡｕ電極２５（例えば一辺が５０μｍ）が設けられている。流路２２ａにＡｕ電極２５を高密度に配置できるので、検出素子２０は標的を高感度に検出可能である。また、検出素子２０は極めて小型化可能である。
【００４９】
また、Ａｕ電極２５は電極接着層２４により基板２１に強固に接着されているので、Ａｕ電極２５の基板２１からの剥離が生じ難い。したがって、検出素子２０は信頼性および耐久性に優れる。そのため、検出素子２０を繰り返し使用可能となるため、コストが低減される。
【００５０】
なお、上記の説明では、Ａｕ電極２５を基板２１表面に形成し、流路２２ａとなる溝部をカバー２２に形成したが、基板２１表面に流路２２ａとなる溝部を形成し、溝部の底にＡｕ電極２５を形成してもよい。
【００５１】
また、本実施の形態に係る標的検出装置１０は標的の検出感度が高感度な装置が実現できる。また、標的検出装置１０の小型化が可能である。
【００５２】
次に、実施の形態に係る検出素子の製造方法を図７および図８を参照しつつ説明する。  図７および図８は検出素子の製造工程図である。なお、説明の便宜のため、図８（Ａ）〜（Ｃ）は、図７（Ａ）〜（Ｄ）に対して上下を入れ換えて示している。
【００５３】
図７（Ａ）の工程では、工程基板４１上に、スピンコート法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により犠牲膜４２を形成する。犠牲膜４２は、Ａｕ電極２５とエッチング選択性を有する材料でかつ互いに固溶しない材料であれば特に制限はないが例えばメチルシロキサン膜や酸化シリコン膜を用いることができる。絶縁膜の膜厚は次の工程で形成するＡｕ電極２５と同等かそれよりも薄く設定する。
【００５４】
図７（Ａ）の工程ではさらに、犠牲膜４２上にレジスト膜４３を形成する。次いでレジスト膜４３をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、Ａｕ電極２５を形成する位置に開口部を形成する。なお、図２に示したＡｕ電極２５と接続される配線パターンおよびパッド電極を形成する開口部も形成する。配線パターンおよびパッド電極は次の工程においてＡｕ電極２５と同様に形成されるので、特に断らない限りＡｕ電極２５は配線パターンおよびパッド電極を含むとする。さらに、開口部が形成されたレジスト膜４３をマスクとして犠牲膜４２をエッチングし、開口部を形成する。このエッチングは、犠牲膜４２をエッチング可能な方法であれば特に制限はなく、例えばウエットエッチング法を用いる。
【００５５】
次いで、図７（Ｂ）の工程では、図７（Ａ）に示す構造体の表面に真空蒸着法、スパッタ法等により例えば厚さ１００ｎｍのＡｕ膜を形成する。さらに、レジスト膜４３上に形成された余分なＡｕ膜をレジスト膜４３とともにリフトオフする。このようにして、犠牲膜４２に選択的に形成されたＡｕ電極２５が形成される。
【００５６】
次いで、図７（Ｃ）の工程では、犠牲膜４２およびＡｕ電極２５の表面に電極接着層２４を形成する。具体的には、犠牲膜４２およびＡｕ電極２５の表面にシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料、例えば、チオール基を有するシランカップリング剤を有機溶媒に希釈しスピンコート法、スプレー法等により塗布する。さらに乾燥させて有機溶媒を除去する。
【００５７】
図７（Ｃ）の工程ではさらに、基板２１を工程基板４１と位置合わせを行う。さらに、基板を電極接着層２４を介して工程基板４１に押圧して、基板２１と工程基板４１とを接合する。この際、加熱は必要ない。電極接着層２４のシラノール基と基板２１とが強く結合する。なお、基板２１の表面にＰｔ電極２６、およびＰｔ電極２６に接続される配線パターンおよび電極パッド（図２示す。）を前もって形成しておいてもよい。Ｐｔ電極２６は基板２１、特にガラス基板との接着性が良好であるため、例えばスパッタ法によって形成できる。
【００５８】
次いで、図７（Ｄ）の工程では、ウエットエッチングにより犠牲膜４２を溶解し、Ａｕ電極２５、電極接着層２４、および基板２１の構造体から工程基板４１を剥離させる。ウエットエッチング液は、例えば犠牲膜４２がメチルシロキサン膜や酸化シリコンの場合、フッ酸を用いることができる。
【００５９】
次いで、図８（Ａ）の工程では、図７（Ｄ）の構造体の電極接着層２４のうち、Ａｕ電極２５を接着している部分以外をアッシングにより除去する。
【００６０】
図８（Ａ）の工程ではさらに、基板２１の表面に基板接着層２３を形成する。具体的には、基板２１の表面に、シラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料、例えば、アミノ基を有するシランカップリング剤を有機溶媒に希釈しスピンコート法、スプレー法等により塗布する。さらに乾燥させて有機溶媒を除去する。
【００６１】
次いで、図８（Ｂ）の工程では、カバー２２を図８（Ａ）の構造体に対して位置決めを行う。カバー２２には図２に示す流路となる溝部２２ａ、試料溶液供給口２２ｂおよび試料溶液排出口２２ｃを予め形成しておく。カバー２２の位置決め後、カバー２２を基板２１に貼合する。この貼合は、基板接着層２３を介してカバー２２を基板２１に押圧すると共に１５０℃〜４５０℃（好ましくは１５０℃〜２５０℃）の範囲の温度に設定して加熱する。これにより、基板２１とカバー２２とが基板接着層２３を介して強固に接着される。基板接着層２３はアミノ基がカバー２２の表面のＯＨ基と脱水反応を起こして、例えばカバー２２がガラス基板の場合はガラス基板のシリコン原子と結合する。これにより流路２２ａ内にＡｕ電極２５およびＰｔ電極２６が配置されると共に流路２２ａが形成される。
【００６２】
次いで、図８（Ｃ）の工程では、流路２２ａ内に緩衝液（例えば、Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．５））を流し、さらに、予め合成した標的検出体３０を緩衝液に混合して流路２２ａに注入し、１８０分程度静置する。これにより、標的検出体３０のチオール基がＡｕ電極２５の表面に強固に結合する。さらに、緩衝液を流路２２ａに注入して、流路２２ａ内の余分な標的検出体３０を除去する。以上により、検出素子が形成される。
【００６３】
この製造方法では、基板２１とカバー２２とを基板接着層２３により貼合しているので、既に形成されているＡｕ電極２５に悪影響を与えることがない。特に、基板接着層２３にアミノ基を有するシランカップリング剤を用いることで、従来よりも低い温度範囲（１５０℃〜４５０℃）で基板２１とカバー２２との貼合が可能となり、Ａｕ電極２５への熱による悪影響、例えば、Ａｕ電極２５の表面に標的検出体３０が結合し難くなったり、結合が不安定になる等して標的検出体３０の集合体の形成が困難になるという障害を回避できる。
【００６４】
なお、Ｐｔ電極２６およびその配線パターンおよびパッド電極を図８（Ａ）の工程の電極接着層２４を除去した後に真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法により基板２１表面に形成してもよい。この場合、例えば、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングしたレジスト膜や、金属マスクを用いて選択的に形成する。
【００６５】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６６】
なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
（付記１）  第１の基板と、
前記第１の基板に第１の接着層を介して貼合された第２の基板と、
前記第１の基板および第２の基板のいずれか一方の、互いに貼合された面に形成された流路と、
前記流路内に設けられた第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極に結合され、流路を流通する試料溶液中の標的を捕捉可能な標的検出体と、を備え、
前記第１の接着層はシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料からなり、
前記第１の電極は、第１の基板の表面に第２の接着層を介して固着され、該第２の接着層がシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料からなる検出素子。
（付記２）  前記第１の接着層は末端基としてシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料からなることを特徴とする付記１記載の検出素子。
（付記３）  前記第１の接着層は、下記一般式（１）で示されることを特徴とする付記１記載の検出素子。
【００６７】
ＮＨ2(ＣＨ2)x[(ＣＨ2)l(ＣＨＲ)m(ＣＨ2)n]y(ＣＨ2)zＳｉＯＨ    …  （１）
（但し、ｘ，ｙ，ｌ，ｍ，ｎはそれぞれ０〜１８の整数、ｚは１〜１８の整数である。ＲはＨまたはフェニル基である。）。
（付記４）前記第２の接着層は末端基としてシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料からなる特徴とする付記１記載の検出素子。
（付記５）  前記第２の接着層は、下記一般式（２）で示されることを特徴とする付記１記載の検出素子。
【００６８】
ＨＳ(ＣＨ2)x[(ＣＨ2)l(ＣＨＲ)m(ＣＨ2)n]y(ＣＨ2)zＳｉＯＨ  …  （２）
（但し、ｘ，ｙ，ｌ，ｍ，ｎはそれぞれ０〜１８の整数、ｚは１〜１８の整数である。ＲはＨまたはフェニル基である。）。
（付記６）  前記第１の基板および第２の基板のうち、いずれか一方が透明基板材料からなることを特徴とする付記１記載の検出素子。
（付記７）  前記第２の基板は透明基板材料からなり、前記流路が第２の基板に形成された溝部と第１の基板の表面に画成されてなり、
前記第２の電極は第１に基板の表面に第１の電極から離隔して形成されてなることを特徴とする付記１記載の検出素子。
（付記８）  前記標的検出体は、第１の電極と相互作用可能な相互作用部と、該相互作用部が第１の電極と相互作用していない場合に光の照射を受けると発光可能な発光部と、標的を捕捉可能な検出部からなることを特徴とする付記１記載の検出素子。
（付記９）  前記相互作用部がイオン性ポリマーであることを特徴とする付記８記載の検出素子。
（付記１０）  前記発光部が蛍光色素であることを特徴とする付記８記載の検出素子。
（付記１１）  工程基板上に第１の電極を選択的に形成する工程と、
前記第１の電極の表面にシラノール基およびチオール基を有する分子を含む接着層を形成する工程と、
前記第１の電極を接着層を介して第１の基板を接合する工程と、
前記第１の電極から工程基板を除去する工程と、
前記第１の基板の第１の電極側の表面にシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む他の接着層を形成する工程と、
前記第１の基板と、流路が形成された第２の基板とを他の接着層を介して貼合する工程と、
前記流路内に第２の電極を形成する工程と、
前記第１の電極に標的を捕捉可能な標的検出体を結合させる工程と、を含む検出素子の製造方法。
（付記１２）  前記接着層を形成する工程は、チオール基を含むシランカップリング剤を第１の電極の表面に塗布することを特徴する付記１１記載の検出素子の製造方法。
（付記１３）  前記他の接着層を形成する工程は、アミノ基を含むシランカップリング剤を第１の基板の第１の電極側の表面に塗布することを特徴する付記１１記載の検出素子の製造方法。
（付記１４）  前記１の基板と第２の基板との貼合工程は、１５０℃〜４５０℃の範囲に設定して貼合することを特徴とする付記１１記載の検出素子の製造方法。
（付記１５）  前記工程基板上に第１の電極を選択的に形成する工程は、
前記工程基板に犠牲膜を形成する処理と、
前記犠牲膜の表面に選択的に開口部を形成する処理と、
前記開口部に第１の電極材料を充填する処理と、を含み、
前記接着層を形成する工程は、前記犠牲膜および第１の電極材料の表面を覆うように形成することを特徴とする付記１１記載の検出素子の製造方法。
（付記１６）  付記１記載の検出素子と、
前記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記検出素子の第１の電極に向けて光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された光を受けて前記標的検出体が発光する光を検出する光検出手段と、を備える標的検出装置。
【００６９】
（付記１７）  前記第２の基板は透明基板材料からなり、
前記光照射手段あるいは光検出手段は、第２の基板を介して光を照射あるいは検出することを特徴とする付記１６記載の標的検出装置。
【００７０】
（付記１８）  前記第２の電極は第１の基板の表面に、第１の電極から離隔して形成されてなることを特徴とする付記１７記載の標的検出装置。
【００７１】
（付記１９）  第１の基板と、
前記第１の基板に第１の接着層を介して貼合された第２の基板と、
前記第１の基板および第２の基板のいずれか一方の、互いに貼合された面に形成され流路と、
前記流路内に設けられ、標的を捕捉可能な標的検出体が結合可能な第１の電極と第２の電極と、を備え、
前記第１の接着層はシラノール基およびアミノ基を含む分子を有する材料からなり、
前記第１の電極は、前記第１の基板の表面に第２の接着層を介して固着され、該第２の接着層がシラノール基およびチオール基を含む分子を有する材料からなる構造体。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態に係る検出装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る検出素子の分解斜視図である。
【図３】基板接着層の一例を示す説明図である。
【図４】電極接着層の一例を示す説明図である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は標的を検出する説明図である。
【図６】印加電圧と蛍光強度との関係図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は検出素子の製造工程図（その１）である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は検出素子の製造工程図（その２）である。
【符号の説明】
【００７３】
１０    標的検出装置
１１    励起光源
１２    光検出部
１３    データ処理部
１４    入出力部
１５    記憶装置
１６    電源
２０    検出素子
２１    基板
２２    カバー
２２ａ  流路（溝部）
２２ｂ  試料溶液供給口
２２ｃ  試料溶液排出口
２３    基板接着層
２４    電極接着層
２５    Ａｕ電極
２６    Ｐｔ電極
２７ａ，２７ｂ    配線パターン
２８ａ，２８ｂ    パッド電極
２９    試料溶液
３０    標的検出体
３１    相互作用部
３２    発光部
３３    結合部
３６    標的
４１    工程基板
４２      犠牲膜
４３      レジスト膜
【図１】
2007315955.tif 000003
【図２】
2007315955.tif 000004
【図３】
2007315955.tif 000005
【図４】
2007315955.tif 000006
【図５】
2007315955.tif 000007
【図６】
2007315955.tif 000008
【図７】
2007315955.tif 000009
【図８】
2007315955.tif 000010