(57)【要約】【課題】ＤＮＡ分析の信頼度が向上するＤＮＡチップ、ＤＮＡチップキット、及びＤＮＡチップの製造方法を提供する。【解決手段】基板１００上に互いに離隔して対向するように形成された少なくとも１つの第１電極２００及び第２電極３００と、一端が第１電極２００上に固定されている多数のオリゴヌクレオチドプローブ２２０と、第２電極３００上に形成され、かつ多数のオリゴヌクレオチドプローブ２２０の他端と接する電荷キャリヤ輸送層３２０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に互いに離隔して対向するように形成された少なくとも１つの第１電極及び第２電極と、
一端が前記第１電極上に固定されている多数のオリゴヌクレオチドプローブと、
前記第２電極上に形成され、かつ前記多数のオリゴヌクレオチドプローブの他端と接する電荷キャリヤ輸送層と、
を備えるＤＮＡチップ。
【請求項２】
前記オリゴヌクレオチドプローブは前記第２電極と対向する前記第１電極の側壁上に固定され、前記電荷キャリヤ輸送層は前記第１電極と対向する前記第２電極の側壁上に形成されている請求項１に記載のＤＮＡチップ。
【請求項３】
前記基板はトレンチを有し、前記第１電極及び前記第２電極は前記トレンチが対向する側壁に各々形成されている請求項２に記載のＤＮＡチップ。
【請求項４】
対向する前記第１電極及び前記第２電極の外側壁に各々接する隔壁パターンをさらに備える請求項２に記載のＤＮＡチップ。
【請求項５】
前記第２電極は対向する前記第１電極の反対方向に傾斜している請求項２に記載のＤＮＡチップ。
【請求項６】
前記第１電極は表面に直接または上方にオリゴヌクレオチド合成用モノマーと反応可能な活性化された作用基を有する請求項１に記載のＤＮＡチップ。
【請求項７】
多数のオリゴヌクレオチドプローブの一端が固定されている第１電極が形成されている第１基板と、
第２電極及び電荷キャリヤ輸送層が形成されている第２基板とを備え、
前記第１基板及び前記第２基板は前記電荷キャリヤ輸送層が前記オリゴヌクレオチドプローブの他端と接するように対向配置されているＤＮＡチップ。
【請求項８】
前記第１電極は互いに分離されて複数形成されている請求項７に記載のＤＮＡチップ。
【請求項９】
前記第１基板は少なくとも１つのトレンチを有し、前記第１電極は前記トレンチの底面に配置されている請求項８に記載のＤＮＡチップ。
【請求項１０】
前記電荷キャリヤ輸送層は互いに分離されて複数形成されている請求項７に記載のＤＮＡチップ。
【請求項１１】
前記第１電極は表面に直接または上方にオリゴヌクレオチド合成用モノマーと反応可能な活性化された作用基を有する請求項７に記載のＤＮＡチップ。
【請求項１２】
前記第１基板と前記第２基板との間に配置されたスペーサをさらに備える請求項７に記載のＤＮＡチップ。
【請求項１３】
前記第１基板または前記第２基板に結合されており、前記オリゴヌクレオチドプローブと結合される対象物質の発光物質から発光される光を検出する光検出部をさらに備える請求項７に記載のＤＮＡチップ。
【請求項１４】
第１基板、前記第１基板上の第１電極、及び前記第１電極上に一端が固定されている多数のオリゴヌクレオチドプローブを有する第１ユニットと、
第２基板、前記第２基板上の第２電極、及び前記第２電極上に形成されている電荷キャリヤ輸送層を有する第２ユニットと、
を備えるＤＮＡチップキット。
【請求項１５】
前記第１電極は互いに分離されて複数形成されている請求項１４に記載のＤＮＡチップキット。
【請求項１６】
前記第１基板は少なくとも１つのトレンチを有し、前記第１電極は前記トレンチの底面に配置されている請求項１５に記載のＤＮＡチップキット。
【請求項１７】
前記電荷キャリヤ輸送層は互いに分離されて複数形成されている請求項１４に記載のＤＮＡチップキット。
【請求項１８】
前記第１電極は表面に直接または上方にオリゴヌクレオチド合成用モノマーと反応し得る活性化された作用基を有する請求項１４に記載のＤＮＡチップキット。
【請求項１９】
前記オリゴヌクレオチドプローブに結合される有機発光物質をさらに備える請求項１４に記載のＤＮＡチップキット。
【請求項２０】
前記第１基板または前記第２基板に結合されている光検出部をさらに備える請求項１４に記載のＤＮＡチップキット。
【請求項２１】
基板上に互いに離れて対向する少なくとも１つの第１電極及び第２電極を形成する工程と、
前記基板上に形成された前記第２電極上に電荷キャリヤ輸送層を形成する工程と、
前記基板上に形成された前記第１電極上に複数のオリゴヌクレオチドプローブの他端が前記電荷キャリヤ輸送層に接するように前記複数のオリゴヌクレオチドプローブの一端を固定する工程と、
を含むＤＮＡチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡチップに関し、より詳しくは精密なＤＮＡ分析が可能なＤＮＡチップ、ＤＮＡチップキット、ＤＮＡチップの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオチップは小さい基板上にＤＮＡ、蛋白質などの生物分子を結合させて遺伝子欠陥、蛋白質分布、反応状態などを分析し得る生物学的マイクロチップであって、最近ゲノム分析プロジェクトが発展するに伴って多様な有機体のゲノムヌクレオチド配列が明らかになり、ＤＮＡチップのように有機体のＤＮＡを分析し得るマイクロチップに関する関心が高まっている。
【０００３】
ＤＮＡチップには多数の単一ストランドｃＤＮＡプローブまたはオリゴヌクレオチドプローブが固定されている。固定されるプローブの種類及び量はＤＮＡチップの用途によって多様に変えられる。
【０００４】
このようなＤＮＡチップに蛍光物質などで標識した分析対象物質を投入すれば、相補的な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ればこれを洗浄してもＤＮＡチップに標識物質が残り、このような標識物質を露光すれば、特殊な波長の蛍光ビームが放出される。放出された蛍光ビームは光検出装置により分析されてハイブリダイゼーションの有無及び強度を判断可能となる（特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、ハイブリダイゼーションが起こったＤＮＡチップを露光するとき、標識物質を励起した光が基板で乱反射されたり、標識物質の励起に寄与しなかった光がＤＮＡチップの基板で反射されて本来検出されるべき蛍光ビームと干渉するおそれがあり、この場合、全体的な蛍光ビームの強さが減衰するなどシグナルノイズとして作用するため精密なＤＮＡ分析が難しくなるなどＤＮＡ分析の信頼度を低下させる。
【０００６】
【特許文献１】韓国特許第０３８６６０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、ＤＮＡ分析の信頼度が向上するＤＮＡチップを提供することである。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、ＤＮＡ分析の信頼度が向上するＤＮＡチップキットを提供することである。
【０００９】
本発明が解決しようとするさらなる技術的課題は、前記のようなＤＮＡチップを製造する方法を提供することである。
【００１０】
本発明が解決しようとする技術的課題は、以上言及した技術的課題に制限されず、言及していないさらなる技術的課題は下記によって当業者に明確に理解できるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記技術的課題を解決するための本発明の一実施形態によるＤＮＡチップは、基板上に互いに離隔して対向するように形成された少なくとも１つの第１電極及び第２電極と、一端が前記第１電極上に固定されている多数のオリゴヌクレオチドプローブと、前記第２電極上に形成され、かつ前記多数のオリゴヌクレオチドプローブの他端と接する電荷キャリヤ輸送層と、を含む。
【００１２】
前記技術的課題を解決するための本発明の他の実施形態によるＤＮＡチップは、多数のオリゴヌクレオチドプローブの一端が固定されている第１電極が形成されている第１基板と、第２電極及び電荷キャリヤ輸送層が形成されている第２基板とを備え、前記第１及び第２基板は前記電荷キャリヤ輸送層が前記オリゴヌクレオチドプローブの他端と接するように対向配置されている。
【００１３】
前記他の技術的課題を解決するための本発明の一実施形態によるＤＮＡチップキットは、第１基板、前記第１基板上の第１電極、前記第１電極上に一端が固定されている多数のオリゴヌクレオチドプローブを有する第１ユニットと、第２基板、前記第２基板上の第２電極、前記第２電極上に形成された電荷キャリヤ輸送層を有する第２ユニットとを備える。
【００１４】
前記さらなる技術的課題を解決するための本発明の一実施形態によるＤＮＡチップの製造方法は、基板上に互いに離隔して対向する少なくとも１つの第１電極及び第２電極を形成し、前記第２電極上に電荷キャリヤ輸送層を形成し、前記第１電極上に複数のオリゴヌクレオチドプローブの他端が前記電荷キャリヤ輸送層に接するように前記複数のオリゴヌクレオチドプローブの一端を固定することを含む。
【００１５】
その他、実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び添付図面に含まれている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一実施形態によるＤＮＡチップによれば、ＤＮＡ分析は電気的方法により有機発光物質から直接発光された光を測定することによって行われるため、外部光やその反射光などによるノイズを抑制することができる。よって、より精密なＤＮＡ分析が可能になり、ＤＮＡ分析の信頼度が向上し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面とともに詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態によって具現でき、単に本実施形態は本発明の開示を完全なものにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであって、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。明細書全体にわたって同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００１８】
空間的に相対的な用語である「下」、「下部」、「上」、「上部」などは図示されているように、１つの素子または構成要素と他の素子または構成要素との相関関係を容易に記述するために使用する。空間的に相対的な用語は図示されている方向に加えて、使用時または動作時に素子の互いに異なる方向を含む用語として理解しなければならない。明細書全体にわたって同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００１９】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態によるＤＮＡチップを説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップの平面図であり、図２は図１のII−II’線に沿って切った断面図であり、図３は図１のIII−III’線に沿って切った断面図である。
【００２１】
図１から図３を参照すれば、本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップ７００は、基板１００上に形成された第１電極２００及び第２電極３００と、第１電極２００に固定されている多数のオリゴヌクレオチドプローブ２２０と、第２電極３００に形成された電荷キャリヤ輸送層３２０とを備える。
【００２２】
基板１００は、第１電極２００及び第２電極３００が形成される場所を提供し、これらを支持する役割をする。基板１００は適用されるオリゴヌクレオチドプローブ２２０の種類、オリゴヌクレオチドプローブ２２０の数などによって多様な大きさを有する。また、正方形、長方形、円形の形状であり得るが、これに制限されない。本実施形態に適用される基板１００は、第１電極２００及び第２電極３００を支持し得る基板であればいかなる基板でも良く、好ましくはガラス、シリコンウエハ、融合シリカ、ポリスチレン、ポリメチルアクリレート、ポリカーボネート、金、銀、銅、プラチナのいずれか１つからなる基板である。
【００２３】
基板１００上には第１電極２００及び第２電極３００が交互に形成されている。第１電極２００は第１方向（図１の縦方向）に延びている。第１電極２００は基板１００上に１つだけ備えてもよく、複数の活性領域を定義するために図１に示すように複数を備えて一定間隔で平行に配列してもよい。複数の第１電極２００は、基板１００の一端から第１方向に垂直する第２方向（図１の横方向）に延びている第１連結電極２５０により電気的に互いに連結されている。第１電極２００または第１連結電極２５０のエッジ領域には外部から電圧の印加を受ける第１電極パッド２５５が形成されており、複数の第１電極２００は第１電極パッド２５５及び第１連結電極２５０を通じて各々同じ電圧が印加される。第１電極２００は銅、銀、アルミニウム、金、インジウム、カルシウム、ＩＴＯ、ＩＺＯなどからなる。例えば第１電極２００がカソードとして適用される場合、第１電極２００は仕事関数（work function）が低い物質である銅、銀、アルミニウム、金、インジウム、カルシウムなどが使用される。
【００２４】
第２電極３００は第１電極２００のように第１方向に延びている。第２電極３００は第１電極２００と同数で備えられる。第２電極３００は第１電極２００と一対になって活性領域に電場を生成する。第２電極３００が複数備えられる場合、多数の第２電極３００は一定間隔で平行に配列される。複数の第２電極３００は、基板１００の他端から第２方向に延びている第２連結電極３５０により電気的に互いに連結されている。第２電極３００または第２連結電極３５０のエッジ領域には外部から電圧の印加を受ける第２電極パッド３５５が形成されており、複数の第２連結電極３５０は第２電極パッド３５５及び第２連結電極３５０により各々同じ電圧が印加される。第２電極３００は銅、銀、アルミニウム、金、インジウム、カルシウム、ＩＴＯ、ＩＺＯなどからなる。例えば第２電極３００がアノードとして適用される場合、第２電極３００は仕事関数が高い物質であるＩＴＯまたはＩＺＯなどからなる。
【００２５】
第１電極２００の一側壁表面または表面上の活性領域にはオリゴヌクレオチド合成用モノマーと反応し得る活性化された作用基が含まれている。前記活性化された作用基は第１電極２００の表面にコーティングされたリンカー（図示せず）に由来する。また、活性化された作用基は第１電極２００の表面、すなわち第１電極２００を構成する物質を由来とする。活性化された作用基としては、ヒドロキシル基、アミノ基、チオール基、アルデヒド基、カルボキシル基、アシル基などが例示される。活性化された作用基はオリゴヌクレオチドプローブ２２０とカップリングされることによって、オリゴヌクレオチドプローブ２２０が第１電極２００に固定される。一方、第１電極２００の活性領域には非活性化またはアセチル基などでキャッピングされた作用基が含まれるが、このような非活性化された作用基またはキャッピングされた作用基はオリゴヌクレオチドプローブ２２０の固定に寄与しない。
【００２６】
活性領域は第１電極２００の側壁全体に沿って形成することもできるが、図３に示すように第１電極２００１つ当たり多数の活性領域に分離することもできる。第１電極２００の側壁のうち互いに分離されて隣接する活性領域の間の領域は不活性領域（アイソレーション領域）になる。不活性領域は活性化された作用基を含まない領域であって、前記例示した作用基を全く含まなかったり、非活性化された作用基またはキャッピングされた作用基のみを含む。したがって不活性領域ではオリゴヌクレオチドプローブ２２０が固定されない。第１電極２００の不活性領域でも作用基を含むリンカーが含まれるが、この場合、前記作用基は非活性化またはキャッピングされている。
【００２７】
オリゴヌクレオチドプローブ２２０は活性領域で活性化された作用基とカップリングされて第１電極２００に固定される。オリゴヌクレオチドプローブ２２０は対象物質と相補的に結合するオリゴヌクレオチドが単一ストランドで連結されている。例えば対象物質のＤＮＡ配列を検出するためのものとして対象物質がＤＮＡの単一ストランドからなる場合、オリゴヌクレオチドプローブ２２０はアデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、チミン（Ｔ）、シトシン（Ｃ）の各モノマーの組み合わせからなる単一ストランドが使用できる。オリゴヌクレオチドプローブ２２０が含有するモノマーの数は５個から３０個であるが、前記例示に制限されない。
【００２８】
１つの活性領域内には多数のオリゴヌクレオチドプローブ２２０の一端が固定されている。例えば１つの活性領域内に５００個から１００，０００個のオリゴヌクレオチドプローブ２２０が固定される。このとき、１つの活性領域に固定されている全てのオリゴヌクレオチドプローブ２２０は実質的に同じモノマー配列を有する。また、他の活性領域に固定されるオリゴヌクレオチドプローブ２２０は必要に応じて１つの活性領域に固定されたオリゴヌクレオチドプローブ２２０と実質的に同じモノマー配列、１つまたは２つのモノマーが他のモノマーに置換された類似モノマー配列、または全く異なるモノマー配列を有する。
【００２９】
第２電極３００の一側壁には電荷キャリヤ輸送層３２０が形成されている。第２電極３００がアノードとして適用される場合、電荷キャリヤ輸送層３２０は第２電極３００から正孔キャリヤを輸送する役割をする。電荷キャリヤ輸送層３２０は、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリカーボネート、ポリ（フェニレンビニレン）などの物質からなる。
【００３０】
電荷キャリヤ輸送層３２０は第１電極２００と対向する第２電極３００の一側壁に形成される。電荷キャリヤ輸送層３２０は活性化された作用基を含む活性領域に属するか否かにかかわらず第２電極３００の側壁全面に形成される。
【００３１】
電荷キャリヤ輸送層３２０の表面は第１電極２００に固定されたオリゴヌクレオチドプローブ２２０の他端と接し、又は隣接して位置する。すなわち、第１電極２００と電荷キャリヤ輸送層３２０との間の間隔は固定されたオリゴヌクレオチドプローブ２２０の長さより小さい又は同一であるので、オリゴヌクレオチドプローブ２２０の他端が電荷キャリヤ輸送層３２０の表面に接する。また、第１電極２００と電荷キャリヤ輸送層３２０との間の間隔が固定されたオリゴヌクレオチドプローブ２２０の長さより大きくても、オリゴヌクレオチドプローブ２２０の他端が電荷キャリヤ輸送層３２０の表面と隣接し得る。この場合、オリゴヌクレオチドプローブ２２０の他端と電荷キャリヤ輸送層３２０との間の距離は、少なくともオリゴヌクレオチドプローブ２２０が有機発光物質を含有する対象物質とハイブリダイゼーションされたとき、有機発光物質が電荷キャリヤ輸送層３２０と当接し得る距離である。
【００３２】
前記ＤＮＡチップは対象物質のＤＮＡを分析するのに使用できる。以下、本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップを用いた対象物質のＤＮＡ分析方法について詳細に説明する。
【００３３】
図４及び図５は本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップを用いてＤＮＡを分析するための段階を示す断面図である。
【００３４】
図４に示すように、まず第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とで互いに異なるオリゴヌクレオチド配列を有するオリゴヌクレオチドプローブを備えるＤＮＡチップを準備する。次いで、分析対象となる物質の単一ストランドＤＮＡ８０１を準備し、末端に有機発光物質８０２を修飾して対象物質８００を準備する。有機発光物質８０２としては、アルミナキノン、アントラセン、シクロペンタジエン誘導体、ペリレンなどの有機単分子またはポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリチオフェン及びこれらの誘導体を使用可能である。
【００３５】
このとき、第１電極２００に固定されたオリゴヌクレオチドプローブ２２０の一端が３’末端の場合、有機発光物質８０２はオリゴヌクレオチドプローブ２２０の他端側に結合されなければならないため、有機発光物質が修飾される対象物質の単一ストランドＤＮＡの末端は３’末端になる。
【００３６】
次いで、有機発光物質８０２が修飾された対象物質８００をＤＮＡチップ上に供給してから一定時間経過後に洗浄する。
【００３７】
図５に示すように、ＤＮＡチップ上に供給された有機発光物質８０２が修飾された対象物質８００はオリゴヌクレオチドプローブ２２０と相補的にハイブリダイゼーションされる。例えば第１領域Ａ１のオリゴヌクレオチドプローブの塩基配列が対象物質８００の単一ストランドＤＮＡ８０１の塩基配列と相補的である場合、第１領域Ａ１でハイブリダイゼーションが起こり、対象物質８００の単一ストランドＤＮＡ８０１と非相補的なオリゴヌクレオチドプローブ２２０を含有する第２領域Ａ２ではハイブリダイゼーションが起こらず、オリゴヌクレオチドプローブ２２０が単一ストランドのまま残る。このとき、第１領域Ａ１でオリゴヌクレオチドプローブ２２０と結合した対象物質８００の有機発光物質８０２は電荷キャリヤ輸送層３２０の表面と接する。ここで、ハイブリダイゼーションしたＤＮＡ２２１が下方に垂れて電荷キャリヤ輸送層３２０と接するようにバッファー液を供給することができる。
【００３８】
第１領域Ａ１でハイブリダイゼーションしたＤＮＡ２２１は電気伝導性が大きいため、電子輸送能力を有する。したがって、第１電極２００に負の電圧を、第２電極３００に正の電圧を各々印加すれば、第１電極２００からハイブリダイゼーションされたＤＮＡ２２１に沿って電子が輸送されて有機発光物質８０２に至り、同時に第２電極３００から正孔が電荷キャリヤ輸送層３２０に沿って輸送されて有機発光物質８０２に至る。このように輸送された電子及び電荷が有機発光物質８０２に結合することにより、光８５０が発生する。
【００３９】
一方、第２領域Ａ２の単一ストランドオリゴヌクレオチドプローブ２２０は電気伝導性、すなわち電子の輸送能力がなかったり非常に弱い。したがって、第１電極２００及び第２電極３００に各々負の電圧及び正の電圧を印加しても、第１電極２００から電子がほとんど輸送されないため第２領域では光が発生しない。
【００４０】
このような光の発光の有無は肉眼またはＣＣＤ（Charge Couppled Device）、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）などのような光検出装置を用いて検出できる。このような光の放出結果から対象物質８００の単一ストランドＤＮＡ８０１配列が第１領域Ａ１に固定されたオリゴヌクレオチドプローブ２２０の配列と相補的であることを確認することができる。本実施形態によるＤＮＡチップ７００では対象物質８００のハイブリダイゼーションの有無が有機発光物質８０２から直接発光された光により測定されるため、外部光やその反射光によるノイズが発生しない。よって、より精密なＤＮＡ分析が可能になる。
【００４１】
次に、前記のような本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップの製造方法について説明する。
【００４２】
図６から図８は本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップの製造方法の工程段階別の断面図である。
【００４３】
まず、図６に示すように、基板上に第１電極２００及び第２電極３００を形成する。例えば第１電極２００と第２電極３００とが互いに異なる物質からなる場合、まず第１電極２００を構成する物質をスパッタリングなどで蒸着し、写真エッチング工程を行ってパターニングする。次いで、第２電極３００を構成する物質をスパッタリングなどで蒸着し、写真エッチング工程を行ってパターニングする。前記第１電極２００及び第２電極３００の形成順序は逆になっても良い。
【００４４】
次に、第２電極３００と対向する第１電極２００の側面に活性領域を定義する。例えば第１電極２００の表面にオリゴヌクレオチド合成用モノマーと反応可能な活性化された作用基が含まれている場合、活性領域を除いて残り領域を非活性化またはキャッピングする。もし、第１電極２００にリンカーをコーティングした場合、活性領域にのみ活性化された作用基を有するように処理する。このとき、活性化された作用基は光に敏感な保護基で保護することが望ましい。
【００４５】
次に、図７に示すように、第１電極２００と対向する第２電極３００の側面に電荷キャリヤ輸送層３２０を形成する。すなわち、図６の結果物にポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリカーボネート、ポリ（フェニレンビニレン）などの物質を積層した後、写真エッチング工程などによってパターニングする。ここで、本段階は前記活性領域を定義する段階前に行ってもよい。
【００４６】
次に、図８に示すように、第１電極２００に定義された活性領域にオリゴヌクレオチドモノマーをフォトリソグラフィ工程を用いて順に形成する。具体的には、マスクを用いて活性化された作用基を修飾する保護基を選択的に除去し、光に敏感な保護基及び活性化された作用基とカップリングできる作用基が結合されている第１オリゴヌクレオチドモノマーを活性領域に投入して反応させる。これによって、特定位置に第１オリゴヌクレオチドモノマーがカップリングされる。次いで、マスクを用いて選択的に露光してから、敏感な保護基及び活性化された作用基または第１オリゴヌクレオチドモノマーとカップリングする作用基が結合されている第２オリゴヌクレオチドモノマーを投入する。その結果、特定位置に第２オリゴヌクレオチドモノマーがカップリングされる。このような工程を繰り返し行えば、所望の大きさ及び所望のオリゴヌクレオチドモノマーの組み合わせを有するオリゴヌクレオチドプローブ２２０を合成することができ、図２に示すようなＤＮＡチップが完成する。
【００４７】
引き続き、本発明の第２実施形態から第８実施形態によるＤＮＡチップについて説明する。本発明の他の実施形態において、既に前記実施形態で説明した構成要素と同じ構成要素については重複説明を省略および簡略化し、その差異点を中心に説明する。
【００４８】
図９は本発明の第２実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図９に示すように、本発明の第２実施形態によるＤＮＡチップ７０１は基板１０１がトレンチ１５０を含み、第１電極２００及び第２電極３００がトレンチ１５０内に形成されている点が図２の実施形態と相違する。
【００４９】
具体的には、基板１０１は基板１０１の上面１０１ａから所定深さｄ１だけ陥没した少なくとも１つのトレンチ１５０を有する。トレンチ１５０は底面１５０ｃ及び底面１５０ｃと直交する側壁１５０ａ，１５０ｂを備える。トレンチ１５０の一側壁１５０ａには第１電極２００が形成されており、一側壁１５０ａと対向する他側壁１５０ｂには第２電極３００が形成されている。第１電極２００の側壁にはオリゴヌクレオチドプローブ２２０が固定されており、第２電極３００の側壁に形成された電荷キャリヤ輸送層３２０の表面と当接している。
【００５０】
基板１０１に備えられるトレンチ１５０の形状及び数は制限されず、トレンチに形成される第１電極２００の形状、活性領域の数も制限されない。例えばトレンチ１５０の側壁１５０ａ，１５０ｂが実質的に正方形に形成された場合、第１電極２００がトレンチ１５０の側壁１５０ａ，１５０ｂを全部覆い、トレンチオリゴヌクレオチドプローブ２２０が固定される活性領域はこのような第１電極２００の側面を全部含む。トレンチ１５０の側壁１５０ａ，１５０ｂが横方向へ長い長方形に形成された場合、第１電極２００がトレンチ１５０の側壁１５０ａ，１５０ｂを全部覆い、このような第１電極２００の側面を多数の領域に分割して、これを活性領域または不活性領域として使用することもできる。また、前記の場合、第１電極２００自体を多数の領域に分割してもよい。本実施形態では第１電極２００及び第２電極３００がトレンチの側壁上に形成されるため、第１電極２００及び第２電極３００が幅に比べて高さが高くても安定した構造となる。
【００５１】
前記のようなＤＮＡチップ７０１を製造する方法は、基板にトレンチを形成することを除いては本発明の第１実施形態と同一である。トレンチは本技術分野で公知された多様な方法で形成でき、本発明の限定的な解釈を避けるために具体的な説明は省略する。
【００５２】
図１０は本発明の第３実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図１０に示すように、本発明の第３実施形態によるＤＮＡチップ７０２は本発明の第２実施形態とは違って、トレンチ１５２の一側壁１５２ｂがトレンチ１５２の底面１５２ｃと一定の傾斜角θ１を有する。ここで、傾斜角θ１は９０゜より大きく、例えば９５゜から１７０゜の範囲である。また、トレンチ１５２の一側壁１５２ｂに形成される第２電極３０２及び電荷キャリヤ輸送層３２２も前記傾斜角θ１と実質的に同一の角度に傾斜している。その結果、電荷キャリヤ輸送層３２２の下段は第１電極２０２側により近く位置する。したがって、第１基板２０２の側壁から水平方向に固定されたオリゴヌクレオチドプローブ２２０、特に第１基板２０２の上段に固定されたオリゴヌクレオチドプローブ２２０が下方に垂れても電荷キャリヤ輸送層３２２と接することができる。
【００５３】
一方、トレンチ１５２の一側壁１５２ｂと対向する他側壁１５２ａは一側壁１５２ｂと同一の傾斜角を有しても良いが、垂直でも良く、傾斜角度に限定されない。
【００５４】
図１１は本発明の第４実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図１１に示すように、本発明の第４実施形態によるＤＮＡチップ７０３は本発明の第３実施形態と同じトレンチ１５２を備えるとともに、第２電極３０３及び電荷キャリヤ輸送層３２３がトレンチ１５２の底面１５２ｃ上にも形成されている。第２電極３０３はＬ字状を有する。したがって、オリゴヌクレオチドプローブ２２０が下方に垂れすぎても底面１５２ｃ上の電荷キャリヤ輸送層３２３と接し得、オリゴヌクレオチドプローブ２２０と電荷キャリヤ輸送層３２３の接触がさらに確実に保障できる。
【００５５】
図１２は本発明の第５実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図１２に示すように、本発明の第５実施形態によるＤＮＡチップ７０４は基板１００上に所定高さｈ１の隔壁パターン４００を備え、隔壁パターン４００の側壁に第１電極２００及び第２電極３００が対向する側壁の反対側の側壁、すなわち外側の側壁が接する。隔壁パターン４００で囲まれた空間は本発明の第２実施形態でのトレンチと実質的に同一である。隔壁パターン４００の形状は第２実施形態でのトレンチの多様な変形形状と同一空間を提供するために多様に変形してもよい。このような隔壁パターン４００によりその側壁に接する第１電極２００及び第２電極３００が構造的な安定性を有する。
【００５６】
図１３は本発明の第６実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図１３に示すように、本発明の第６実施形態によるＤＮＡチップ７０５は隔壁パターン４０５の側壁が基板１００の上面と所定の角度θ２をなす。本実施形態で、隔壁パターン４０５により囲まれた空間は本発明の第３実施形態でのトレンチの形状と実質的に同一である。したがって、隔壁パターン４０５の側壁に形成される第２電極３０５、電荷キャリヤ輸送層３２５が基板１００の上面と傾斜しており、電荷キャリヤ輸送層３２５の下段が第１電極２０５に近く位置するため、オリゴヌクレオチドプローブ２２０が下方に垂れても電荷キャリヤ輸送層３２５との接触確率を高めることができる。
【００５７】
図１４は本発明の第７実施形態によるＤＮＡチップの平面図である。図１４に示すように、本発明の第７実施形態によるＤＮＡチップ７０６は図１に示す本発明の第１実施形態と実質的に同一構造を有するとともに、電荷キャリヤ輸送層３２６がオリゴヌクレオチドプローブ２２０が固定された活性領域に対応してのみ形成されており、不活性領域では分離されている点が相異する。したがって、本実施形態によるＤＮＡチップ７０６を用いてＤＮＡを分析する場合、電荷キャリヤ輸送層３２６から無用な領域に正孔が移動するのを防止し、活性領域での正孔の移動密度を高めることができる。
【００５８】
図１５は本発明の第８実施形態によるＤＮＡチップの平面図である。図１５に示すように、本発明の第８実施形態によるＤＮＡチップ７０７は、図１４に示す本発明の第７実施形態からさらに第１電極２０７及び第２電極３０７が活性領域にのみ形成されており、これらは各々第１電圧供給ライン２６０及び第２電圧供給ライン３６０に連結されている。第１電圧供給ライン２６０及び第２電圧供給ライン３６０は各々第１電極パッド２５５と第２電極パッド３５５とからの電圧を受けて、これを第１電極２０７及び第２電極３０７に伝達する。前記構造から第１電極２０７及び第２電極３０７により生成される電場の密度が高まり、電子及び正孔の移動効率が向上する。
【００５９】
以下、図１６から図２４を参照して本発明の第９実施形態から第１４実施形態によるＤＮＡチップについて説明する。以下の実施形態において、既に前記実施形態で説明した構成要素と同じ構成要素については同じ参照符号で示し、重複説明を省略および簡略化するとともに、その差異点を中心に説明する。
【００６０】
図１６は本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図１６に示すように、本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップ７０８は互いに対向配置されている第１基板１００及び第２基板５００を備える。
【００６１】
第１基板１００は図１から図３の実施形態で説明した基板と実質的に同じ基板からなるため同じ参照符号で示す。第１基板１００上には第１電極２０８が形成されている。第１電極２０８は活性領域にかかわらず１つの層からなっている。第１電極２０８上の活性領域にはオリゴヌクレオチド合成用モノマーと反応可能な活性化された作用基が含まれており、活性化された作用基はオリゴヌクレオチドプローブ２２０の一端とカップリングされている。
【００６２】
第２基板５００は第１基板１００と同一基板であってもよいが、第２基板５００が第１基板１００上に対向配置されて、ＤＮＡ分析時に発光の有無を測定しなければならないことを考慮すると、第１基板１００及び第２基板５００のうち少なくとも１つは透明基板であることが望ましい。第２基板５００の下方には第２電極３０８が形成されている。第２電極３０８も活性領域にかかわらず１つの層からなる。第２電極３０８の下面は電荷キャリヤ輸送層３２８が覆っている。電荷キャリヤ輸送層３２８の下部表面はオリゴヌクレオチドプローブ２２０の他端と接し、又はそれに隣接する。
【００６３】
第１電極２０８と電荷キャリヤ輸送層３２８との間にはスペーサ６００が配置されている。スペーサ６００は上下に対向配置された第１基板１００及び第２基板５００が圧着変形されるのを防止し、ＤＮＡ分析時に対象物質を各活性領域のオリゴヌクレオチドプローブ２２０に供給可能な空間を提供する。スペーサ６００の位置は活性領域を除いたいかなる領域でもよく、その数及び大きさは多様に変形してもよい。
【００６４】
一方、図示していないが、本実施形態によるＤＮＡチップ７０８はオリゴヌクレオチドプローブ２２０が第１基板１００と第２基板５００との間に挟まれているため、対象物質が投入される投入口及び対象物質が排出される排出口をさらに備えてもよい。投入口及び排出口はＤＮＡチップ７０８の側面部に設けたり、第１基板１００または第２基板５００の一部領域を貫通することによって設けられる。
【００６５】
次に、前記のような本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップの製造方法について説明する。図１７から図１９は本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップの製造方法を示す工程段階別の断面図である。
【００６６】
まず、図１７に示すように、第１基板１００上に第１電極２０８を形成し、その上にスペーサ６００を形成する。スペーサ６００はスペーサ６００を構成する物質を第１電極２０８上に積層し、写真エッチングすることによってパターニングする。
【００６７】
次いで、図１８に示すように、第１電極２０８上に活性領域を定義する。本段階は図６に示す活性領域の定義の段階と同一であり、重複説明は省略する。次いで、活性領域にオリゴヌクレオチドプローブ２２０を形成する。このとき、オリゴヌクレオチドプローブ２２０の高さは後続する第２基板５００との接続工程で電荷キャリヤ輸送層と確実に接触できるように一定のマージンを有する。すなわち、オリゴヌクレオチドプローブ２２０はスペーサ６００より所定高さｈ２だけ高く形成する。または、オリゴヌクレオチドプローブ２２０の高さを先に決定し、これを考慮してスペーサ６００の製造段階に反映してもよい。
【００６８】
次に、図１９に示すように、第２基板５００上に第２電極３０８及び電荷キャリヤ輸送層３２８を形成する。
【００６９】
次いで、図１８及び図１９に示すように、第１基板１００と第２基板５００とを対向して配置し、これを接続する。その結果、図１６に示すようなＤＮＡチップ７０８が完成する。
【００７０】
一方、本実施形態の変形例として、オリゴヌクレオチドプローブ２２０をフォトリソグラフィ工程により形成せず、既に形成されたオリゴヌクレオチドプローブを直接スポッティング又は印刷してもよい。
【００７１】
図２０は本発明の第１０実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図２０に示すように、本発明の第１０実施形態によるＤＮＡチップ７０９の場合、第１電極２０９は互いに分離されて活性領域にのみ複数形成され、スペーサ６０９が第１基板１００の上面と電荷キャリヤ輸送層３２８との間に位置するため、高さｈ３が図１６のスペーサ６００より第１電極２０９の厚さだけ高いことを除いては本発明の第９実施形態と実質的に同一である。
【００７２】
図２１は本発明の第１１実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図２１に示すように、本発明の第１１実施形態によるＤＮＡチップ７１０は電荷キャリヤ輸送層３３０が互いに分離されて活性領域にのみ複数形成され、スペーサ６１０が第１基板１００の上面と第２電極３０８との間に位置するため、高さｈ４が図２０のスペーサ６０９より電荷キャリヤ輸送層３３０の厚さだけ高いことを除いては本発明の第１０実施形態と実質的に同一である。
【００７３】
図２２は本発明の第１２実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図２２に示すように、本発明の第１２実施形態によるＤＮＡチップ７１１は第２電極３１１が活性領域にのみ形成され、スペーサ６１１が第１基板１００の上面と第２基板５００との間に位置するため、高さｈ５が図２１のスペーサ６１０より第２電極３１１の厚だけ高いことを除いては本発明の第１１実施形態と実質的に同一である。
【００７４】
以上、説明した本発明の第１０実施形態から第１２実施形態によるＤＮＡチップ７０９〜７１１は活性化された領域に電子、正孔の移動または電場の生成が集中するため発光効率が向上する。
【００７５】
図２３は本発明の第１３実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図２３に示すように、本発明の第１３実施形態によるＤＮＡチップ７１２は第１基板１１２の上面１１２ａから所定深さｄ２陥没したトレンチ１６２を含む。トレンチ１６２は底面１６２ｃ及び側壁１６２ａ、１６２ｂからなる。オリゴヌクレオチドプローブ２２０が固定されている第１電極２０９はトレンチ１６２の底面１６２ｃに形成されている。スペーサ６１２の高さｈ６は第１基板１１２の上面１１２ａと電荷キャリヤ輸送層３２８との間の距離と同一である。本実施形態によるＤＮＡチップ７１２はトレンチ１６２内部に第１電極２０９及びオリゴヌクレオチドプローブ２２０の大部分が配置されているため、チップ７１２の厚さを減らすことができ、オリゴヌクレオチドプローブ２２０の保護に有利である。
【００７６】
図２４は本発明の第１４実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。図２４に示すように、本発明の第１４実施形態によるＤＮＡチップ７１３は第２基板５００の上側に光検出部６５０がさらに備えられている点を除いては本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップと実質的に同一である。この場合、第２基板５００は透明基板が適用される。光検出部６５０は第２基板５００または第１基板１００に一体、または分離可能に結合されている。光検出部６５０としては、例えばＣＣＤ、ＣＩＳなどの受光手段が使用される。本実施形態によるＤＮＡチップ７１３は対象物質のハイブリダイゼーション後、より速かにＤＮＡを分析するのに有利である。
【００７７】
以下、本発明の一実施形態によるＤＮＡチップキットについて説明する。図２５は本発明の一実施形態によるＤＮＡチップキットの断面図である。
【００７８】
図２５に示すように、本発明の一実施形態によるＤＮＡチップキット９００は、第１基板１００を有する第１ユニット９１０と、第２基板５００を有する第２ユニット９２０とを備える。
【００７９】
第１ユニット９１０の第１基板１００上には活性領域にかかわらず第１電極２０８が１つの層で形成されている。第１電極２０８上の活性領域はオリゴヌクレオチド合成用モノマーと反応可能な活性化された作用基を有し、活性化された作用基はオリゴヌクレオチドプローブ２２０の一端とカップリングされている。第１ユニット９１０はスペーサ６１９をさらに有してもよい。スペーサ６１９はオリゴヌクレオチドプローブ２２０の他端と第２ユニットの電荷キャリヤ輸送層３２８との接触マージンを確保するようにオリゴヌクレオチドプローブ２２０より所定高さｈ７だけ低い。
【００８０】
第２ユニット９２０の第２基板５００上には第２電極３０８及び電荷キャリヤ輸送層３２８が順に形成されている。
【００８１】
また、図２５には示していないが、ＤＮＡチップキット９００は第３ユニットとして、オリゴヌクレオチドプローブ２２０を修飾可能な有機発光物質をさらに備える。前記有機発光物質としては図４の実施形態で説明した物質を適用可能である。
【００８２】
前記のようなＤＮＡチップキット９００は本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップにおいて、第１基板１００と第２基板５００とを中心から互いに分離したものと実質的に同一構造である。但し、ＤＮＡチップキット９００の場合、ＤＮＡを分析するとき、第１ユニット９１０の上部が開放されているため、対象物質の供給が容易であり、追加的な投入口及び排出口を要しない。第１ユニット９１０に対象物質を供給してハイブリダイゼーションした後、第２ユニット９２０と第１ユニット９１０とを接続し、電圧を印加する。
【００８３】
一方、本実施形態ではＤＮＡチップキットの一例示として、図１６のＤＮＡチップがユニット別に分離された場合を説明したが、図１７から図２４に示したＤＮＡチップの場合にもユニット別に分離してＤＮＡチップキットとして使用してもよい。
【００８４】
また前記実施形態は相互組み合わせて実施してもよい。例えば図１１の実施形態と図１３の実施形態とを組み合わせて隔壁パターンを備える場合、第２電極及び電荷キャリヤ輸送層を基板の上面まで延ばすこともできる。
【００８５】
以上、添付する図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態によって実施できることを理解することができる。したがって前述した実施形態はすべての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。
【００８６】
（産業上の利用可能性）
本発明の実施形態によるＤＮＡチップは遺伝子発現分析、遺伝子型分析、ＳＮＰのような突然変異及び多形の検出、蛋白質及びペプチド分析、潜在的な薬のスクリーニング、新薬開発と製造などに適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップの平面図である。
【図２】図１のII−II’線に沿って切った断面図である。
【図３】図１のIII−III’線に沿って切った断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップを用いてＤＮＡを分析するための段階を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップを用いてＤＮＡを分析するための段階を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップの製造方法の工程段階別の断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップの製造方法の工程段階別の断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態によるＤＮＡチップの製造方法の工程段階別の断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図１４】本発明の第７実施形態によるＤＮＡチップの平面図である。
【図１５】本発明の第８実施形態によるＤＮＡチップの平面図である。
【図１６】本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図１７】本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップの製造方法の工程段階別の断面図である。
【図１８】本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップの製造方法の工程段階別の断面図である。
【図１９】本発明の第９実施形態によるＤＮＡチップの製造方法の工程段階別の断面図である。
【図２０】本発明の第１０実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図２１】本発明の第１１実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図２２】本発明の第１２実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図２３】本発明の第１３実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図２４】本発明の第１４実施形態によるＤＮＡチップの断面図である。
【図２５】本発明の一実施形態によるＤＮＡチップキットの断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１００：基板、２００：第１電極、２２０：オリゴヌクレオチドプローブ、３００：第２電極、３２０：電荷キャリヤ輸送層、７００：ＤＮＡチップ
【図１】
2007298516.tif 000003
【図２】
2007298516.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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