(57)【要約】【課題】本発明は、生体分子（検体）の解析を行う際に検出される標識としての蛍光の強度を高めた、種々の解析の精度を向上させることのできる検出用基板を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の検出用基板は、表面が光反射面２とされた基板１と、基板１の光反射面２に形成され、検体試料である検体が固定される突起３とを備え、突起３は、基板１の光反射面２側に向かって横断面の幅が狭くなるように変化する形状を有することにより上記目的を達成するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が光反射面とされた基板と、該基板の光反射面に形成され、検体試料が固定される突起とを備え、該突起は、前記基板の光反射面に向かって横断面の幅が狭くなるように変化する形状を有することを特徴とする検出用基板。
【請求項２】
前記突起は、前記基板の光反射面に向かって、その横断面形状の幅が漸次狭くなることを特徴とする請求項１に記載の検出用基板。
【請求項３】
前記突起の表面に複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の検出用基板。
【請求項４】
前記凹部は、前記突起表面に溝状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の検出用基板。
【請求項５】
前記突起の表面が親水性であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の検出用基板。
【請求項６】
前記突起は前記基板の光反射面に複数形成されており、前記複数の突起間に位置する前記基板の光反射面に疎水性部材を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の検出用基板。
【請求項７】
前記疎水性部材は前記基板の光反射面に部分的に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の検出用基板。
【請求項８】
前記基板の光反射面はクロム、チタン、ニッケル、ニッケルクロム合金、窒化チタン、窒化ハフニウムの少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の検出用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＤＮＡ等の生物構成物質の配列を測定するための検出用基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＮＡチップまたはＤＮＡマイクロアレイと呼ばれる生体分子が搭載される検出用基板が広範に利用され始めている。このような検出用基板は、基板上に多種多数のＤＮＡオリゴヌクレオチド鎖やｃＤＮＡ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ＤＮＡ）等の生体分子（以下、検体とよぶ）が集積されて、分子間相互反応の解析が可能である。
【０００３】
検出用基板による解析手法の一例を簡単に説明すれば、基板上に固定化された検体に対して予め蛍光修飾された検体ＤＮＡを反応させ、その反応レベルにより変化する蛍光レベルを検出するというものである。検出精度は、検出される蛍光が多いほど高い。
【特許文献１】特開２００２−３２３４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の検出用基板では、励起された蛍光の強度が弱く、基板から発せられるバックグラウンドの蛍光によって分解能が低下し検出精度が劣るという問題があった。
【０００５】
従って、本発明は上記問題点を鑑みて完成されたものであり、その目的は、蛍光強度を高めることが可能な、検出精度の高い検出用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の検出用基板は、表面が光反射面とされた基板と、該基板の光反射面に形成され、検体試料が固定される突起とを備え、該突起は、前記基板の光反射面に向かって横断面の幅が狭くなるように変化する形状を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の検出用基板は、前記突起は、前記基板の光反射面に向かって、その横断面形状の幅が漸次狭くなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の検出用基板は、前記突起の表面に複数の凹部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の検出用基板は、前記凹部が前記突起表面に溝状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の検出用基板は、前記突起の表面が親水性であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の検出用基板は、前記突起が前記基板の光反射面に複数形成されており、前記複数の突起間に位置する前記基板の光反射面に疎水性部材を形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の検出用基板は、前記疎水性部材が前記基板の光反射面に部分的に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の検出用基板は、前記基板の光反射面はクロム、チタン、ニッケル、ニッケルクロム合金、窒化チタン、窒化ハフニウムの少なくとも１種からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の検出用基板は、突起が基板の光反射面に向かって横断面の幅が狭くなるように変化する形状を有することにより、検出基板表面に固定される検体試料（測定試料）の量が多くなり、検出用基板に固定された検体に反応する蛍光修飾された検体ＤＮＡ量が多くなる。よって、光源からの光や基板の光反射面で反射された光によって励起された蛍光体からの出射蛍光量が増大し、測定子の受光量が増大して検出精度が向上する。
【００１５】
本発明の検出用基板は、突起が基板の光反射面に向かって、その横断面形状の幅が漸次狭くなることにより、幅が広い領域の突起の表面において検体が高密度に捕集されて検出精度がさらに向上する。
【００１６】
本発明の検出用基板は、突起の表面に複数の凹部が形成されていることにより、検出用基板表面に高密度に検体を固定化でき検出精度を高めることができる。
【００１７】
本発明の検出用基板は、凹部が突起表面に溝状に形成されていることにより、検体がさらに高密度に固定されて検出精度を高めることができる。
【００１８】
本発明の検出用基板は、突起の表面が親水性であることから濡れ性が大きくなって高密度に検体を固定でき、検出精度を向上させることができる。また、検出に利用したい突起の表面領域において、検出に利用されない遊び面積を小さくすることができるため、滴下する検体溶液の量を制御できる。
【００１９】
本発明の検出用基板は、突起が基板の光反射面に複数形成されており、複数の突起間に位置する基板の光反射面に疎水性部材が形成されていることにより、検体を固定する際に検体溶液が毛管現象によって基板の表面を濡れ広がることを低減することができ、検体溶液の形状を任意のものとすることができる。このため検出用基板の小さな面積に多くの検体溶液を保持して、検出される蛍光量を増大することができる。
【００２０】
本発明の検出用基板は、疎水性部材が基板の光反射面に部分的に形成されていることにより、検体を固定する際に検体溶液が広がるのをさらに低減でき、検体を効率よく集積することができる。
【００２１】
本発明の検出用基板は、基板の光反射面がクロム、チタン、ニッケル、ニッケルクロム合金、窒化チタン、窒化ハフニウムの少なくとも１種からなることから、特に基板がセラミックスからなる場合に基板と反射面との密着性が良好となる。更に、耐薬品性にも優れるため様々な検体の検査処理溶液が使用可能となり、検体の固定から検体ＤＮＡの測定までの生化学的プロセスにおける検出用基板の劣化を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る検査用基板について図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１に第１実施形態の検出用基板の断面図を示す。
【００２４】
この検出用基板は、図１に示すように、基板１の上面に光反射面２が形成され、光反射面２の上面に疎水性部材４と検体試料が固定される突起３とが形成されており、突起３の表面には検体固定化膜５が形成されている。突起３は、図１に示すように突起３の先端から基板１の光反射面２に向かって横断面の幅が狭くなるように変化する形状を有している。なお、横断面の幅とは、基板1の光反射面２に対し平行な面において真円を考えたときの突起３の直径をさす。
【００２５】
基板１は、ガラス板や金属板、セラミックス板、プラスチック等から成り、表面に光反射面２が形成されている。光反射面２は、基板１の表面にアルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ）等の金属メッキや蒸着等により金属薄膜を形成することにより形成される方法、あるいは基体１をＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニッケル（Ｎｉ）、Ｔａ２Ｎ、ＴｉＮ、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金、窒化ハフニウム等から構成し直接光反射面２とする方法がある。特に基板１がセラミックスからなる場合に密着性を考慮すると、光反射面２はＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、ＴｉＮ等からなるのがよい。このような光反射面２の厚みは０.１〜０．５μｍであるとよい。０.１μｍ未満では光反射率が低くなる傾向がある。また、０．５μｍより大きいと、光反射面２を基板１に形成する際に内部応力によって基板１から剥離し易くなる。
【００２６】
突起３は、基板１の光反射面２に形成されており、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属、金属間化合物等からなる。具体的にはＳｉＯ２、ＴｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＳｉＮｘ、ＳｉＣ、Ａｕ、ＴｉＮｉｘ等からなる。（ｘは任意の値）このような突起３の形成方法は、例えばスパッタリング装置によりＳｉＯ２膜を低真空で基板１の光反射面２側に着膜し、核生成密度を低下させて柱状となるように成膜し、温度や出力及びバイアスを調整して断面形状を所望の形状とする方法や、上述の方法により基板１に成膜を行った後にウェットエッチングやドライエッチングによって、不要部を部分的に除去し所望の形状とする方法等が挙げられる。
【００２７】
本実施形態において、突起３は突起３の先端から基板１の光反射面２に向かって横断面の幅が狭くなるように変化する形状を有している。本実施形態の検出用基板は、このような構成により、検出基板表面に固定される検体量が多くなり、検出用基板に固定された検体に反応する蛍光修飾された検体ＤＮＡ量が多くなる。よって、光源からの光や基板１の光反射面２で反射された光によって励起された蛍光体からの出射蛍光量が増大し、測定子の受光量が増大して検出精度が向上する。
【００２８】
すなわち、本実施形態の検出用基板は、突起３の先端から基板１の光反射面２に向かって突起３の横断面積が小さくなるように変化する形状を有しており、このような形状によって検体が捕集される突起３の表面領域が大きく形成されているため、光源からの光が十分に蛍光修飾された検体ＤＮＡに当たるとともに、仮に溶液中に残存している検体があっても、検体未捕集部分で残存検体を捕集して励起光を有効に利用し精度の高い検出を行える検出用基板とすることができる。
【００２９】
ここで、突起３は基板１の光反射面２に向かって横断面の幅が狭くなるように変化しており、図１に示した形態において、突起３は基板１の光反射面２から離れるに従い、その横断面形状の幅が広くなるように、すなわち突起３が次第に太くなるよう（図1における突起３の下方から上方に向かって太くなるよう）に形成されている。このように突起３が基板１の光反射面２に向かって横断面の幅が狭くなるように形成されていることにより、突起３の幅が広い領域の表面において検体が高密度に捕集されて検出精度が向上する。
【００３０】
また、突起３は間隔を空けて複数形成されているのがよい。突起３が連続して形成されているよりも表面積が増すため検体をさらに高密度に捕集し、検出精度を高めることができる。
【００３１】
また、突起３の表面は複数の凹部が形成されているのが好ましい。このように突起３の表面を凹凸構造とするには、例えば突起３を所望の形状に形成した後、表面をエッチングする方法や、平均粒径１０ｎｍ以下の微粒子を突起３の表面に形成することによって凹凸面とする方法等が挙げられる。
【００３２】
また、突起３は透光性であるのが好ましい。なぜなら、突起３が透光性部材からなることによって、仮に複数の突起３が基板１の光反射面２に隣接するように形成されても、光源からの光は突起３によって遮られることなく透光性の突起３中を通過して光反射面２に達することができ、よって光反射面２で反射した光源からの光が再度突起３中を通って蛍光を励起するため、光源からの光を十分に利用することができるからである。
【００３３】
また、突起３の表面で効率よく検体固定化膜を形成するため、突起３をＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の親水性且つ透明性の物質から形成することが望ましい。あるいは突起３を形成した後、突起３の表面に光触媒技術により選択的に親水性を付与する方法や、親水性の塗料を塗布する方法によって突起３の表面のみを親水性とする方法なども挙げられる。
【００３４】
本実施形態の検出用基板において、突起３の表面には、図１に示すように検体固定化膜５が形成されている。このような検体固定化膜５はアミノシラン、アミノアルキルシランまたはポリ−Ｌ−リジン等からなる。好ましくは検体固定化膜５の表面に基板２から発せられるバックグラウンドの蛍光を低減するため、ブロッキング材や消光材（図示せず）が被着されているのがよい。
【００３５】
本実施形態の検出用基板において、基板１の光反射面２は、図１に示すように表面に疎水性部材４が形成されている。ここで疎水性部材４は、水の接触角が５０度以上の撥水性の材料から成り、例えば、無機フッ化物やフッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等からなる。
【００３６】
疎水性部材４の形成方法は、例えば、原料の液体を光反射面２にスピンコートして塗布、乾燥を行い必要に応じてキュアを行い熱硬化させる方法、光反射面２の表面を弗化物ガスにてプラズマ処理して撥水化処理を行ない形成する方法、蒸着やスパッタリング等にて弗化物等を着膜して形成する方法等が挙げられる。
【００３７】
ここで、図１において疎水性部材４は光反射面２の全面に形成されているが、突起３間に位置する光反射面２の一部に形成されていれば全面でなくてもよい。例えば、図２に示す様にアイランド状に点在するように形成されてもよく、図３に示す様に隣接する疎水性部材４同士が連結して線状または帯状に形成されてもよい。このように疎水性部材４が光反射面２の表面の一部に形成されると、疎水性部材４よりも接合性が良好な光反射面２に突起３は直接接合されるため、突起３の脱落が生じ難くなる。
【００３８】
また、本実施形態の検出用基板は、突起３の横断面形状が徐々に太くなるように形成されていることから、突起３の側面は光反射面に対向するように傾斜している。このような突起３の傾斜した側面と光反射面２とで囲まれた空間における検体溶液は、空気と接する比面積が小さい。このため突起３の傾斜した側面と光反射面２とで囲まれた領域において、検体溶液は乾燥速度が低下しブラウン運動律速の検体捕集時間がより長くなる。つまり、長い時間をかけて検体溶液が乾燥されるため、従来急激な乾燥によって検体が未捕集のままであった突起３の表面領域にも、本実施形態においては検体が捕集される確率が高くなるため、突起３表面に固定される検体密度が高まる。よって、検体を高密度に突起３に固定することができ、検出精度が向上する。
【００３９】
（実施形態２）
図４に第２実施形態の検出用基板の断面図を示す。この検出用基板は、実施形態１に示したものとは突起２がキノコ状である点で相違する。この突起３の形状は、横断面形状の幅が光反射面２側からみて最大になった後、光反射面２から遠ざかるに従って横断面形状の幅が狭くなる形状（突起３の側面に段差を有する形状）であり、言い換えると、突起３は、その側面が横方向に張り出しており、この張り出した部位の下面が光反射面２に対向している形状である。図４において突起３の表面全体に検体固定化膜５が形成されている。そのほかの構成は、第１実施形態と同様である。なお、突起３の側面から張り出した部位の下面は少なくとも一部が光反射面２に対してほぼ平行になっているのがよい。ここでほぼ平行とは、突起３の側面から張り出した部位の下面の接線が光反射面２に対して０度〜±５度で傾斜していることを示す。
【００４０】
本実施形態においては、突起３の側面に張り出した部位を有することにより、光反射面２と突起３側面の張り出した部位とに囲まれた空間における検体溶液の空気と接する比面積が小さくなり検体溶液は時間をかけて乾燥されて、突起３に固定される。このため、未捕集の検体を含む検体溶液が残存する可能性が高く、突起３の検体未捕集部分に検体が捕集される確率が大きくなる。このため、高密度に検体が捕集され、検出精度が高くなる。
【００４１】
なお、図４では、突起３の側面に張り出した部位よりも上方で段差のない傘形状を示したが、例えば傘状部分が２段、３段の段差を有していてもよい。
【００４２】
（実施形態３）
図５に第３実施形態の検出用基板の断面図を示す。この突起３は、実施形態１に示したものとは突起３が基板１の光反射面２に向かって横断面の幅が狭くなるように変化した後、さらに横断面の幅が広くなる形状を有する点で相違する。つまり、突起３はその中央付近に窪みを有しており、そのほかの構成は、第１実施形態と同様である。
【００４３】
本実施形態においては、検体溶液が窪み部に入り込むため空気と接する面積が小さくなり乾燥速度がさらに遅くなる。よって、検出用基板へ検体を高密度に固定することが容易となり、検出精度の信頼性が向上する。
【００４４】
（実施形態４）
図６に第４実施形態の検出用基板に用いられる突起３の斜視図を示す。この突起３は、実施形態１に示したものとは表面に凹部が形成されている点で相違する。図６において突起３の表面に形成された凹凸形状は溝から成っており、そのほかの構成は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
本実施形態においては、検体を検出用基板へ高密度に固定することが容易となり、検出精度の信頼性が向上する。
【実施例】
【００４６】
本発明の検出用基板と従来の検出用基板の実施例を以下に説明する。
【００４７】
本発明の検出用基板として、まず、基板１となる２６ｍｍ×７６ｍｍ×１．１ｍｍの硼珪酸ガラスを準備した。硼珪酸ガラスはアルカリ脱脂を行って十分に純水で洗浄された後、希塩酸にて中和処理が行われ十分に純水で洗浄され、さらに希弗酸液にてガラス表面がエッチングされ十分に純水で洗浄が行われたものである。
【００４８】
次にアルコール蒸気乾燥した基板１の上面にスパッタ装置にて光反射面２を形成し、光反射面２の上面に弗化マグネシウムから成る疎水性部材４を光学薄膜用蒸着装置によって数ｎｍの厚みで形成した。
【００４９】
次に、スパッタリング装置によりＳｉＯ２膜を低真空で柱状となるように成膜し、温度や出力及びバイアスを適宜調整して断面形状を所望の形状とする親水性かつ透光性の突起３とした。
【００５０】
成膜の終わった基板１はＲＣＡ洗浄を行って十分に純水洗浄した後、アルコール置換し、アルコール蒸気乾燥を行った。
【００５１】
次に検体固定化膜５として３−アミノプロピルトリエトキシシラン（以下ＡＰＳと略す）のコート液を作成した。コート液は溶媒としてイソプロピルアルコール（以下ＩＰＡと略す）を９４体積％、ＡＰＳを４体積％混ぜ、純水を２体積％添加して攪拌することで得ており、コート液中に、成膜後の洗浄が終わったガラスを３０秒浸漬した。その後、ガラスはＩＰＡにて５秒のリンスを施した後、リンサードライヤーにて乾燥を行った。次にＡＰＳの固着化を進めるために１５０℃にて１０分間のキュアを行い検出用基板とした。
【００５２】
比較例として硼珪酸ガラス基板に同様の洗浄を施した後に同様にＡＰＳコートを行ったものを用いた。
【００５３】
評価についてはＣｙ３蛍光体を修飾した１５塩基長のオリゴＤＮＡを用いた。オリゴＤＮＡは０．５μｍとなるように純水に溶解してスポット液とし、スポット液を上述の検出用基板に滴下し、湿潤箱に２５℃にて１２時間放置して検出用基板に固定した。次にクエン酸緩衝液にて洗浄した後に純水リンスを行い、ブロー乾燥した。
【００５４】
そして、励起波長５３２ｎｍにて励起したサンプルをスキャニングして、固定化されたオリゴＤＮＡの蛍光体から発生した蛍光の強度を数値化した。結果を表１に示す。
【表１】
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【００５５】
本発明の範囲内である試料番号１〜１２の蛍光強度は、比較例の試料番号１３の蛍光強度のおよそ５４倍〜１３２倍であり、試料番号１３と比べて精度の高い検出を十分に行える蛍光強度を有しているといえる。
【００５６】
以下、各試料について詳しく説明する。
【００５７】
（試料番号１）Ｃｒを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は２４，３２５であった。
【００５８】
（試料番号２）Ｃｒを材料とする光反射面２の上面に、図４の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は３４，６２７であった。
【００５９】
（試料番号３）Ｃｒを材料とする光反射面２の上面に、図５の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は３７，５８５であった。
【００６０】
（試料番号４）Ｔｉを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は１５，４７６であった。
【００６１】
（試料番号５）Ｎｉを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は１８，３８９であった。
【００６２】
（試料番号６）ＮｉーＣｒ合金を材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は１７，９９０であった。
【００６３】
（試料番号７）ＴｉＮを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は１９，７９５であった。
【００６４】
（試料番号８）ＨｆＮを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は２０，１４２であった。
【００６５】
（試料番号９）Ｃｒを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有する正方晶シリコンからなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は２３，２７９であった。
【００６６】
（試料番号１０）Ｃｒを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有する酸化錫からなる突起３をアイランド状に形成した。蛍光強度は１６，６３８であった。
【００６７】
（試料番号１１）Ｃｒを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３を光反射面２の全面に形成した。蛍光強度は１８，７７５であった。
【００６８】
（試料番号１２）Ｃｒを材料とする光反射面２の上面に、図１の形状を有するアモルファス硝子からなる突起３を線状に形成した。蛍光強度は３１，６４６であった。
【００６９】
（試料番号１３）光反射面２の上面に突起３が形成されていない。蛍光強度は２８４であった。
【００７０】
このように表１より、本発明の検出用基板（試料番号１〜１２）の蛍光強度が高く、優れていることがわかった。
【００７１】
なお、本発明は上述の最良の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことは何等差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の検出用基板の実施の形態の一例を示す断面図。
【図２】（ａ）は本発明の検出用基板の実施の形態の他の例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図。
【図３】（ａ）は本発明の検出用基板の実施の形態の他の例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図。
【図４】本発明の検出用基板の実施の形態の他の例を示す断面図。
【図５】本発明の検出用基板の実施の形態の他の例を示す断面図。
【図６】本発明の検出用基板の突起の実施の形態の他の例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００７３】
１：基板
２：光反射面
３：突起
４：疎水性部材
【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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