(57)【要約】【課題】検出対象物質の吸着の面内均一性に優れ、信頼性の高い検出結果が得られるバイオセンサを提供する。【解決手段】バイオセンサ１０は、検出対象物質を吸着させる吸着基材２０を備える。吸着基材２０は、主面２１０に複数の凸部３０を含む。凸部３０の頂部は以下の（Ａ）または（Ｂ）の形状である。（Ａ）頂部が、凸部３０の頂点または頂線を含む第１の曲面からなる。（Ｂ）凸部３０の頂面の外郭が、頂面に接する第２の曲面に囲まれており、第２の曲面は、主面２１０に垂直な断面において外側に凸となる曲線を成す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象物質を吸着させ、主面に複数の凸部を含む吸着基材を備えるバイオセンサであって、前記凸部の頂部は以下の（Ａ）または（Ｂ）の形状であるバイオセンサ
（Ａ）前記頂部が、前記凸部の頂点または頂線を含む第１の曲面からなる
（Ｂ）前記凸部の頂面の外郭が、前記頂面に接する第２の曲面に囲まれており、前記第２の曲面は、前記主面に垂直な断面において外側に凸となる曲線を成す。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオセンサにおいて、
前記第１の曲面または前記第２の曲面の下には、前記第１の曲面または前記第２の曲面に接し前記吸着基材の前記主面に垂直な断面において直線を成す側壁面を有し、
前記主面を基準とした、前記凸部の高さをｈＴ、前記第１の曲面または前記第２の曲面の下端の高さをｈＣとしたとき、ｈＣ／ｈＴで表される値が０．１０以上１．００未満であるバイオセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバイオセンサにおいて、
前記第１の曲面または前記第２の曲面の前記主面に垂直な断面における曲率半径の最小値が１０μｍ以上１０００μｍ以下であるバイオセンサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部の前記頂部が前記（Ａ）の形状であるバイオセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部の前記主面に垂直な断面の外郭線が全て曲線であるバイオセンサ。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部の前記頂部が前記（Ｂ）の形状であるバイオセンサ。
【請求項７】
請求項６に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部と前記主面との接合面の面積をＳＢ、前記頂面の面積をＳＴとしたとき、ＳＴ／ＳＢで表される値が０．５０未満であるバイオセンサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部は、前記主面から離れるほど細くなるテーパー形状を有するバイオセンサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部の、前記主面との接合部の形状が、前記主面に垂直な断面において外側に凹となる曲線を成す曲面であるバイオセンサ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部は、前記主面に平行な断面が円形であるバイオセンサ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記複数の前記凸部は前記主面に平行な第１の方向に一定の周期で設けられているバイオセンサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部は、前記主面に平行で前記第１の方向と垂直な第２の方向に、延在する壁状または畝状であるバイオセンサ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部は少なくとも一部に樹脂または有機無機複合体を含むバイオセンサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のバイオセンサにおいて、
前記凸部は、少なくとも一部にシルセスキオキサンを含むバイオセンサ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記吸着基材は、表面に水酸基、カルボキシル基およびアミノ基のうち少なくとも一つを有するバイオセンサ。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載のバイオセンサを製造する方法であって、
樹脂または有機無機複合体からなる前記主面を有する前記吸着基材と、複数の凹部を表面に有するモールドとを準備する工程と、
前記モールドの前記表面に前記吸着基材の前記主面を押し当てて、前記主面に複数の前記凸部を形成する工程と、
前記モールドから前記吸着基材を脱型する工程と
をこの順に含むバイオセンサの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のバイオセンサの製造方法において、
前記主面が熱可塑性樹脂からなり、
前記準備する工程の後、前記形成する工程の前に前記モールドを加熱する工程をさらに含むバイオセンサの製造方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載のバイオセンサの製造方法において、
前記主面が光硬化性樹脂からなり、
前記形成する工程の後、前記脱型する工程の前に前記光硬化性樹脂を硬化させる工程をさらに含み、
前記硬化させる工程では、前記光硬化性樹脂に光を照射するバイオセンサの製造方法。
【請求項１９】
請求項１６から１８のいずれか一項に記載のバイオセンサの製造方法において、
前記脱型する工程の後、前記吸着基材の表面に水酸基、カルボキシル基およびアミノ基のうち少なくとも一つを導入する工程をさらに含むバイオセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオセンサおよびバイオセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオセンサの感度を向上させる技術として、吸着基材表面に微細な凹凸を設ける技術がある。
特許文献１には、吸着基材の表面に微細な凸部を周期的に設けると共に、凸部の周期を検出光の波長の５０％以下とすることで感度を向上させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３７１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、検出対象の吸着量が面内に不均一となり、検出結果の信頼性が損なわれる場合があった。
【０００５】
本発明は、検出対象物質の吸着の面内均一性に優れ、信頼性の高い検出結果が得られるバイオセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
検出対象物質を吸着させ、主面に複数の凸部を含む吸着基材を備えるバイオセンサであって、前記凸部の頂部は以下の（Ａ）または（Ｂ）の形状であるバイオセンサが提供される。
（Ａ）前記頂部が、前記凸部の頂点または頂線を含む第１の曲面からなる
（Ｂ）前記凸部の頂面の外郭が、前記頂面に接する第２の曲面に囲まれており、前記第２の曲面は、前記主面に垂直な断面において外側に凸となる曲線を成す
【０００７】
本発明によれば、
上記のバイオセンサを製造する方法であって、
樹脂または有機無機複合体からなる前記主面を有する前記吸着基材と、複数の凹部を表面に有するモールドとを準備する工程と、
前記モールドの前記表面に前記吸着基材の前記主面を押し当てて、前記主面に複数の前記凸部を形成する工程と、
前記モールドから前記吸着基材を脱型する工程と
をこの順に含むバイオセンサの製造方法
が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検出対象物質の吸着の面内均一性に優れ、信頼性の高い検出結果が得られるバイオセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るバイオセンサの構造例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る凸部の、吸着基材の主面に垂直な面における断面形状の例を示す図である。
【図３】バイオセンサの構造の変形例を示す斜視図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、凸部の形状の変形例を示す断面図である。
【図５】複数の凸部の断面図である。
【図６】実施形態に係るバイオセンサの製造方法を示す図である。
【図７】凸部を形成する工程における、モールドおよび凸部の形状を示す断面図である。
【図８】（ａ）はレーザー顕微鏡で観察した実施例１の吸着基材の表面の断面形状を示す図、（ｂ）は原子間力顕微鏡で観察した実施例６の吸着基材表面の一部分の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るバイオセンサ１０の構造例を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る吸着基材２０の主面２１０に垂直な面における、凸部３０の断面形状の例を示す図である。図２（ａ）は、以下の（Ａ）の構造の例を示す断面図であり、図２（ｂ）は、以下の（Ｂ）の構造の例を示す断面図である。
【００１２】
本実施形態に係るバイオセンサ１０は、検出対象物質を吸着させる吸着基材２０を備える。吸着基材２０は、主面２１０に複数の凸部３０を含む。凸部３０の頂部は以下の（Ａ）または（Ｂ）の形状である。
（Ａ）頂部が、凸部３０の頂点または頂線を含む第１の曲面３２１からなる
（Ｂ）凸部３０の頂面３２２の外郭が、頂面３２２に接する第２の曲面３２３に囲まれており、第２の曲面３２３は、主面２１０に垂直な断面において外側に凸となる曲線を成す。以下に詳しく説明する。
【００１３】
バイオセンサ１０は、たとえば、ＤＮＡセンサ、糖鎖センサ、酵素センサ、免疫センサ、微生物センサ、またはタンパク質センサ等である。検出しようとする対象物質は、バイオセンサ１０において、吸着基材２０に吸着することで検出される。なお、バイオセンサ１０の検出原理は特に限定されず、たとえば光学的、電気的、化学的、あるいは機械的な検出原理によるものとすることができる。また、バイオセンサ１０は、たとえばマイクロ流路などを備えるバイオセンサチップ等であっても良い。
【００１４】
凸部３０が頂部に第１の曲面３２１または第２の曲面３２３を有することにより、検出対象物質を含む液体を均一に浸透させることができ、検出対象物質の吸着の均一性に優れる吸着基材２０を実現することができる。
【００１５】
吸着基材２０の主面２１０、すなわち検出対象物質を吸着させる側の表面には、凸部３０が複数設けられている。吸着基材２０の表面に複数の凸部３０が設けられていることにより、吸着基材２０の表面積が増大し、検出対象物質の吸着量を増やすことができ、バイオセンサ１０の感度を向上させることができる。吸着の均一性向上の観点から、複数の凸部３０は主面２１０に平行な少なくともひとつの方向（第１の方向２１２）に一定の周期で設けられていることが好ましい。
【００１６】
図１は、凸部３０が略円柱状である例について示したが、凸部３０としては、たとえば柱状構造のほか、主面２１０に平行で第１の方向２１２と垂直な第２の方向２１４（図３参照）に延在する壁状構造および畝状構造などがあり得る。なお、壁状構造および畝状構造とは、一方向に延在し、主面２１０に対して盛り上がった構造をいい、中でも側部が主に主面２１０に垂直な平面である構造を壁状構造、側部が主に主面２１０に垂直でない平面、または曲面である構造を畝状構造と呼ぶ。
【００１７】
図３は、バイオセンサ１０の構造の変形例を示す斜視図である。本図において、凸部３０は壁状構造である。本図における凸部３０は、主面２１０に平行で第１の方向２１２と垂直な第２の方向２１４に延在する壁状である。なお、第１の方向２１２は主面２１０に平行であり、凸部３０は第１の方向２１２において一定の周期で設けられている。
【００１８】
次に、図２を参照して、凸部３０の構造の詳細について説明する。
凸部３０の頂部は以下の（Ａ）または（Ｂ）の形状である。
（Ａ）頂部が、凸部３０の頂点または頂線を含む第１の曲面３２１からなる
（Ｂ）凸部３０の頂面３２２の外郭が、頂面３２２に接する第２の曲面３２３に囲まれており、第２の曲面３２３は、主面２１０に垂直な断面において外側に凸となる曲線を成す。
【００１９】
図２は、凸部３０の主面２１０に垂直な面による断面形状の例を示す図である。なお、いずれの図も、凸部３０の最上端を通る断面を示している。凸部３０はたとえばこれらの断面の縦方向に伸びる中心線を軸とした回転体（柱状構造）であり得る。もしくは、凸部３０は、たとえば第２の方向２１４に、垂直な面による断面として本図に示す断面形状を有する壁状構造であり得る。
【００２０】
まず、上記の（Ａ）の構造について説明する。
図２（ａ）は、上記の（Ａ）の構造の例を示す断面図である。
（Ａ）の構造では、頂部が第１の曲面３２１からなる。凸部３０が、図２（ａ）に示した断面の上述した回転体である場合、凸部３０の最高点３２０は第１の曲面３２１に含まれる頂点である。一方、凸部３０が、上述したような壁状構造である場合、凸部３０の頂部は、頂線（凸部３０の最高点から成る線）を含む第１の曲面３２１からなる。最高点３２０は第１の曲面３２１に含まれる頂線を成す。なお、第１の曲面３２１は、必然的に、主面２１０に垂直な断面において外側に凸となる曲線を成す。
【００２１】
図４（ａ）は、凸部３０の形状の変形例を示す断面図である。本図において、凸部３０の頂部は（Ａ）の形状を有する。本図の例では、凸部３０の主面２１０に垂直な断面の外郭線が全て曲線である点で、図２で示した例と異なる。このような構造を有することにより、検出対象物質を含む液体をより均一に浸透させやすくなり、吸着の均一性をより向上させることができる。
【００２２】
次に、上記の（Ｂ）の構造について説明する。
図２（ｂ）は、上記の（Ｂ）の構造の例を示す断面図である。
（Ｂ）の構造では、凸部３０は主面２１０に平行な頂面３２２を有する。頂面３２２の外郭は、頂面３２２に接する第２の曲面３２３に囲まれている。第２の曲面３２３の端部の少なくとも一部と頂面３２２の外郭が一致している。
【００２３】
凸部３０が上記の（Ｂ）の構造を有する場合、吸着の均一性をより確実に向上させる観点から、凸部３０と主面２１０との接合面の面積をＳＢ、頂面３２２の面積をＳＴとしたとき、ＳＴ／ＳＢで表される値が０．５０未満である事が好ましい。一方、当該値は０．０１以上であることが好ましい。なお、当該接合面とは、主面２１０と同一面内に位置する、凸部３０の底面に相当する部分を言う。
【００２４】
本図では、頂面３２２と第２の曲面３２３とが角を成さずになめらかに繋がっている例を示しているが、角を成して繋がっていても良い。また本図では、第２の曲面３２３と側壁面３２４とは角を成して交わっている例を示しているが、角を成さずになめらかに繋がっていても良い。なお、第１の曲面３２１または第２の曲面３２３の下側で、第１の曲面３２１または第２の曲面３２３に接し、主面２１０に垂直な断面において直線を成す面を、以下、側壁面３２４と呼ぶ。
【００２５】
図４（ｂ）は、凸部３０の形状の変形例を示す断面図である。図４（ｂ）の例では、第２の曲面３２３と側壁面３２４とが、角を成さずになめらかに繋がっている。このような構造を有することにより、検出対象物質を含む液体をより均一に浸透させやすくなり、吸着の均一性をより向上させることができる。
【００２６】
なお、図２（ａ）では、凸部３０の頂部が上記（Ａ）の形状を有し、第１の曲面３２１と側壁面３２４とが、角を成さずになめらかに繋がっている例を示しているが、これに限定されず、第１の曲面３２１と側壁面３２４とが角を成して繋がっていても良い。ただし、上述のように、吸着の均一性をより向上させる観点からは、角を成さずになめらかに繋がっていることが好ましい。
【００２７】
図４（ｃ）は、凸部３０の形状の変形例を示す断面図である。図４（ｃ）に示す例では、凸部３０の、主面２１０との接合部の形状が、主面２１０に垂直な断面において外側に凹となる曲線を成す曲面３２６である。このような構造を有することにより、検出対象物質を含む液体をより均一に浸透させやすくなり、吸着の均一性を向上させることができる。なお、本図では、凸部３０の頂部が上記（Ｂ）の形状を有する場合の例を示しているが、上記（Ａ）の形状を有していても良い。
【００２８】
図４（ｄ）は、凸部３０の形状の変形例を示す断面図である。図４（ｄ）に示す例では、側壁面３２４が傾いている。具体的には、断面形状において、主面２１０からの高さが高くなるにつれて、凸部３０の幅が狭くなるように、側壁面３２４により成る直線が、主面２１０に垂直な方向に対して傾いており、凸部３０は、主面２１０から離れるほど細くなるテーパー形状を有する。このような構造を有することにより、ナノインプリンティングによってバイオセンサ１０を製造する場合の製造安定性を向上させることができる。なお、本図では、凸部３０の頂部が上記（Ｂ）の形状を有する場合の例を示しているが、上記（Ａ）の形状を有していても良い。
【００２９】
吸着の均一性向上の観点から、第１の曲面３２１または第２の曲面３２３の主面２１０に垂直な断面における曲率半径の最小値は１０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。一方、当該最小値は７．０ｍｍ以下であることが好ましく、１０００μｍ以下であることがより好ましい。
【００３０】
なお、図２および図４では、断面形状が高さ方向に伸びる線について対称である例について説明したが、非対称であっても良い。
【００３１】
図５は、複数の凸部３０の断面図である。本図では、凸部３０が周期的に設けられた例を示している。凸部３０の高さ方向における中間位置の最小幅ｄｍは、製造安定性の観点から、１００ｎｍ以上であることが好ましく、３００ｎｍ以上であることがより好ましい。一方、当該中間位置の最小幅ｄｍは、感度向上の観点から、１００μｍ以下であることが好ましく、１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、当該中間位置の最小幅ｄｍとは、凸部３０の高さ方向における中間位置の、主面２１０に平行な断面形状の各方向の幅のうち、最小の幅を言う。なお、バイオセンサ１０の感度は、吸着基材２０の比表面積が大きいほど向上させることができる。ここで、比表面積とは、凸部３０の存在を無視して吸着基材２０の表面が平坦であるとした場合の、吸着基材２０の主面２１０の擬似的な表面積をＳＦ、凸部３０の表面と主面２１０の露出領域からなる吸着基材２０の実際の表面積をＳＣとしたとき、ＳＣ／ＳＦで表される値である。
【００３２】
感度向上の観点から、凸部３０の高さｈＴは２００ｎｍ以上であることが好ましく、３００ｎｍ以上であることがより好ましく、５００ｎｍ以上であることがさらに好ましい。一方、製造安定性の観点から、当該高さｈＴは、５００００ｎｍ以下であることが好ましく、２００００ｎｍ以下であることがより好ましく、１００００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。なお、高さｈＴは、凸部３０の最高点の主面２１０からの高さである。また、感度向上の観点から、ｈＴ／ｄｍの値は、０．１０以上であることが好ましく、０．５０以上であることがより好ましい。一方、製造安定性の観点から、ｈＴ／ｄｍの値は２０以下であることが好ましく、１０以下であることがより好ましく、５以下であることがさらに好ましい。
【００３３】
複数の凸部３０が周期的に設けられている場合、その周期ｃは、製造安定性の観点から１５０ｎｍ以上であることが好ましく、４００ｎｍ以上であることがより好ましく、５００ｎｍ以上であることがさらに好ましい。一方、感度向上の観点から、周期ｃは１００μｍ以下であることが好ましく、２０００ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、主面２１０に平行な複数の方向に凸部３０が周期的に設けられている場合、周期ｃは、各方向の周期の内、最小の周期である。また、製造安定性の観点から、ｃ／ｄｍの値は、１．０より大きいことが好ましく、１．５以上であることがより好ましく、２．０以上であることがさらに好ましい。一方、感度向上の観点から、ｃ／ｄｍの値は５．０以下であることが好ましく、３．０以下であることがより好ましい。
【００３４】
凸部３０が第１の曲面３２１または第２の曲面３２３の下側に側壁面３２４を有する場合、第１の曲面３２１または第２の曲面３２３の下端、すなわち、側壁面３２４との接合線の下端の、主面２１０を基準とした高さをｈＣとしたとき、ｈＣ／ｈＴで表される値が０．１０以上１．００未満であることが好ましい。このような構造を有することにより、吸着の均一性をより向上させることができる。
【００３５】
本実施形態において、凸部３０の主面２１０に平行な断面の形状は、円形、長方形、または正多角形などでありえ、特に限定されないが、検出対象物質の吸着の均一性向上の観点から、円形であることが好ましい。たとえば凸部３０は当該断面が円形の柱状構造であることが好ましい。ここで、円形とは、真円に限定されず、楕円を含む。
【００３６】
吸着の均一性向上の観点から、また、製造の容易さの観点から、凸部３０は、高さ方向に向かって幅が大きくなる漸増部を有さないことが好ましい。すなわち、凸部３０は、側壁において突き出る構造を有さず、オーバーハング形状を有さないことが好ましい。
【００３７】
上述した凸部３０の構造について、凸部３０が漸増部を有さない点は、吸着基材２０を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察することで確かめられる。また、その他の点については吸着基材２０をレーザー顕微鏡や原子間力顕微鏡により三次元観察することで確かめられる。
【００３８】
吸着基材２０の主要な材質は特に限定されないが、たとえば、ガラス、樹脂、半導体結晶、金属などでありうる。また、ガラスの表面に樹脂層が形成されたものなど、多層構造であってもよい。また、吸着基材２０の表面には、化学的な修飾や表面処理がされていても良いし、生体分子による修飾がされていても良い。そうすることで、吸着の均一性を向上させたり、もしくは吸着力を向上させたり、もしくは検出対象物質について選択的な吸着をさせたりすることができる。吸着性向上の観点から、吸着基材は、その表面に水酸基、カルボキシル基およびアミノ基のうち少なくとも一つを有することが好ましい。
【００３９】
凸部３０は、少なくとも一部に樹脂または有機無機複合体を含むことが好ましい。これらの材料を用いれば、ナノインプリンティングにより、微細な構造を効率良く形成することが出来る。製造の容易さの観点から、凸部３０は、全体が樹脂または有機無機複合体からなることがより好ましい。樹脂としてはたとえば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としてはたとえば、ポリスチレン、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、変成ポリフェニレンエーテル、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。熱硬化性樹脂としてはたとえば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等が挙げられる。さらに、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂であるシリコーン樹脂なども挙げられ、シリコーン樹脂としては、たとえば細胞培養等の分野で好適に用いられるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等が挙げられる。樹脂は、１種類の樹脂から成るものでも、２種類以上の樹脂から成るものでもよい。また、適宜、酸化防止剤や難燃剤等を添加したものでも良い。有機無機複合材料としてはたとえばシルセスキオキサンが挙げられる。
【００４０】
凸部３０は少なくとも一部にシルセスキオキサンを含むことが好ましい。そうすれば、光学的な原理で検出を行う場合にも、自家蛍光が小さく、検出への影響を抑えることができる。
【００４１】
凸部３０が少なくとも一部に樹脂または有機無機複合体を含む場合において、吸着性向上の観点から、凸部３０の表面には金属層が形成されていても良い。金属層はたとえば、金である。
【００４２】
バイオセンサ１０は、たとえば以下の様に用いることができる。
バイオセンサ１０の吸着基材２０の表面に検出対象物質を含む液体を接触させ、検出対象物質を吸着基材２０に吸着させる。そしてその吸着量を検出することによって、流体に検出対象物質が含まれるか否か、もしくは流体にどれほどの量の検出対象物質が含まれるかを知ることができる。
【００４３】
吸着基材２０の表面に検出対象物質を含む液体を接触させる方法の具体的な例としては、バイオセンサ１０を液体に浸漬させて吸着基材２０の表面が液体に触れるようにする方法、吸着基材２０の表面に液体を滴下する方法、吸着基材２０の表面に液体をフローさせる方法等がある。
【００４４】
検出対象物質は特に限定されないが、たとえばＤＮＡ、タンパク質、糖鎖、有機化合物、ナノ粒子等が挙げられる。液体は特に限定されないが、たとえば、検出対象物質を含む溶液、懸濁液、分散液、コロイド溶液等が挙げられる。
【００４５】
液体に含まれる検出対象物質は、少なくともその一部が吸着基材２０に吸着する。吸着は、たとえば分子間力や静電気力による物理吸着や、化学結合を伴う化学吸着などでありうる。検出対象物質は、吸着基材２０のうち、主面２１０、凸部３０の頂部および側部に吸着しうる。
【００４６】
吸着基材２０への検出対象物質の吸着状態を調べる方法は、特に限定されないが、一例として、光学的な方法がある。光学的な方法では、検出対象物質は、たとえば蛍光を発する部位を有しており、吸着基材２０の表面を蛍光顕微鏡により観察することで、検出対象物質の吸着状態を調べることができる。特に、蛍光強度から相対的な吸着量の情報を得ることができる。ここでもし、吸着が領域によって不均一に生じると、蛍光顕微鏡でサンプリングする領域の位置に応じて検出結果が異なってしまい、信頼性が損なわれる。そして、信頼性を向上させるためには複数の測定位置の結果を平均化したりする手間が生じる。本実施形態に係るバイオセンサ１０では、吸着基材２０の吸着の均一性が高いため、信頼性の高い結果が容易に得られる。ひいては、検出結果同士の比較も容易となる。
【００４７】
本実施形態に係るバイオセンサ１０の製造方法の例を以下に説明する。バイオセンサ１０の製造方法は特に限定されないが、以下の様にナノインプリンティングを用いて製造することにより、効率良く製造することができる。
図６は、本実施形態に係るバイオセンサ１０の製造方法を示す図である。ただし、凸部３０の断面構造は簡略化している。
【００４８】
本実施形態に係るバイオセンサ１０の製造方法は、吸着基材２０とモールド４１０とを準備する工程、凸部３０を形成する工程、および、モールド４１０から吸着基材２０を脱型する工程をこの順に含む。吸着基材２０は樹脂または有機無機複合体からなる主面２１０を有する。モールド４１０は複数の凹部４１２を表面４１４に有する。凸部３０を形成する工程では、モールド４１０の表面４１４に吸着基材２０の主面２１０を押し当てて、主面２１０に複数の凸部３０を形成する。以下に詳細に説明する。
【００４９】
図６（ａ）のように、モールド４１０の表面４１４には複数の凹部４１２が形成されている。凹部４１２の形成パターンは、形成したい凸部３０の形状および配列等に応じて定められている。たとえば、凹部４１２の深さは凸部３０の高さ以上であり、凹部４１２の幅および周期は凸部３０の幅および周期と同じである。
【００５０】
モールド４１０の凹部４１２の形状の一例としては、たとえば円筒形状が挙げられる。円筒形状とは表面４１４を平面視する方向から見て円形、断面視して矩形の形状である。たとえば凹部４１２の幅は１００ｎｍ以上１００μｍ以下、周期は２００ｎｍ以上１００μｍ以下、深さは１５０ｎｍ以上１５０００ｎｍ以下とすることができる。
【００５１】
モールド４１０の凹部４１２の形状の他の一例としては、たとえばライン状が挙げられる。ライン状とは表面４１４を平面視する方向から見て長方形、断面視して矩形または台形の形状である。たとえば凹部４１２の延在方向に垂直な方向の幅はたとえば１００ｎｍ以上１００μｍ以下、周期は２００ｎｍ以上１００μｍ以下、深さは１５０ｎｍ以上５０μｍ以下とすることができる。
【００５２】
モールド４１０の材質は特に限定されないが、たとえば、ガラス、石英、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリジメチルシロキサン、ニッケル、金、銀、銅、白金、鉄、ステンレス、アルミニウム、半導体基板等を用いることができる。なかでも、Ｓｉ等の半導体基板を微細加工技術によって加工して、モールド４１０とすることで、微細な凸部３０を精度良く形成することができる。また、モールド４１０の表面４１４には、モールド４１０から吸着基材２０を脱型する工程を安定的に行うことができるように、フッ素単分子膜コート等の表面処理がなされていてもよい。また、離型が容易になるようなモールド４１０と吸着基材２０の組み合わせを適宜選択することができる。
【００５３】
吸着基材２０は樹脂または有機無機複合体からなる主面２１０を有する。吸着基材２０は全体が樹脂、または有機無機複合体であっても良いし、異なる材料の層との積層構造を有しても良い。樹脂、または有機無機複合体の層は、凸部３０が形成されるに十分な厚みを有すればよく、たとえば、凹部４１２の深さ以上の厚さとすることができる。
【００５４】
具体的には、上述した樹脂または有機無機複合体を溶剤に溶解して得た樹脂ワニスをガラス基板などの部材上にスピンコート等で塗布し、乾燥させることで樹脂または有機無機複合体からなる主面２１０を有する吸着基材２０を準備することができる。溶剤は、樹脂の成分に応じて選択することができ、たとえばトルエンを用いることができる。ここでたとえば、樹脂ワニス中の樹脂の含有量は５質量％以上５０質量％以下とすることができ、樹脂ワニス中の溶剤の含有量は５０質量％以上９５質量％以下とすることができる。塗布した樹脂膜のウェット膜厚はたとえば３μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。
【００５５】
吸着基材２０の主面２１０が熱可塑性樹脂からなる場合の製造方法について、以下に説明する。本製造方法では、吸着基材２０とモールド４１０とを準備する工程の後、凸部３０を形成する工程の前にモールド４１０を加熱する工程をさらに含む。
【００５６】
具体的には、まず、準備したモールド４１０を、８０℃以上２００℃以下に加熱する。次いで、吸着基材２０上に加熱したモールド４１０を重ねる。このとき、吸着基材２０の主面２１０が、モールド４１０の表面４１４と向かい合うようにする。次いで、図６（ｂ）のようにモールド４１０を０．１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の圧力で吸着基材２０に押しつけ、そのまま室温で冷却する。樹脂が硬化した後、図６（ｃ）のようにモールド４１０を吸着基材２０から剥離することにより、複数の凸部３０を有する吸着基材２０が得られる。さらに、必要に応じて、吸着基材２０の保護部材、液体を流すための流路、検出に必要な電極等の構造を公知の方法により作製し、バイオセンサ１０が得られる。
【００５７】
変形例として、吸着基材２０の主面２１０が光硬化性樹脂からなる場合の製造方法について、以下に説明する。本製造方法では、凸部３０を形成する工程の後、モールド４１０から吸着基材２０を脱型する工程の前に光硬化性樹脂を硬化させる工程をさらに含む。硬化させる工程では光硬化性樹脂に応じて、適した波長と強度を有する光を照射する。
【００５８】
具体的には、まず、ガラス基板等に光硬化性樹脂として、紫外線硬化性樹脂組成物をたとえばスピンコート法により塗布して、吸着基材２０を準備する。次いで、吸着基材２０上にモールド４１０を重ねる。このとき、吸着基材２０の主面２１０が、モールド４１０の表面４１４と向かい合うように配置する。モールドは適宜加熱してもよい。次いで、モールド４１０を０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力で吸着基材２０に押しつけ、その状態で紫外光を照射し、紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させる。樹脂が硬化した後、モールド４１０を吸着基材２０から剥離することにより、複数の凸部３０を有する吸着基材２０が得られる。さらに、必要に応じて、吸着基材２０の保護部材、液体を流すための流路、検出に必要な電極等の構造を公知の方法により作製し、バイオセンサ１０が得られる。
【００５９】
図７は、凸部３０を形成する工程における、モールド４１０および凸部３０の形状を示す断面図である。本図において、モールド４１０の凹部４１２は、表面４１４に垂直な断面が矩形である。流動性のある樹脂から成る吸着基材２０の主面２１０に、モールド４１０を押しつけることにより、モールド４１０の凹部４１２に樹脂が入り込み、凸部３０が形成される。このとき、樹脂の粘性等の条件を制御することにより、凹部４１２の角にはガスポケット４１６を生じさせることができ、その結果、凸部３０の頂部には第１の曲面３２１または第２の曲面３２３を設けることができる。なお、凹部４１２は、上記の形状に限定されず、形成する凸部３０の形状に対応した曲面を有したものを用いて、直接的に第１の曲面３２１または第２の曲面３２３を形成しても良い。
【００６０】
凸部３０が熱可塑性樹脂を含む場合、熱可塑性樹脂のガラス転位点（Ｔｇ）における弾性率は１０５Ｐａ以上１０７Ｐａ以下であることが好ましい。凸部３０が光硬化性樹脂を含む場合、未硬化の光硬化性樹脂の２５℃における粘度は０．０１Ｐａ・ｓ以上１．０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。そうすれば、表面４１４に垂直な断面が矩形である凹部４１２を有するモールド４１０を用いる場合にも、上記の（Ａ）または（Ｂ）の構造を有する凸部３０を効率良く形成することができる。
【００６１】
上述のように、ナノインプリントを用いる例では、樹脂等の組成、粘度、離型性、モールド４１０の凹部４１２の構造などの条件を高度に制御することにより、凸部３０の頂部の形状が、上記（Ａ）または（Ｂ）であるバイオセンサを作製することができる。
【００６２】
なお、モールド４１０から吸着基材２０を脱型する工程の後、吸着基材２０の表面、すなわち主面２１０および凸部３０の表面に、水酸基、カルボキシル基およびアミノ基のいずれかを導入する工程をさらに含んでもよい。そうすることで、吸着基材２０に対する検出対象物質の吸着性を向上させることができる。変換する工程は、たとえば吸着基材２０の表面に対し、プラズマ処理する、もしくはポリマーを塗布することで行うことができる。当該ポリマーとしては、たとえば非特異吸着抑制ポリマー（ＭＰＣポリマー）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）ポリマーが挙げられる。
【００６３】
なお、モールド４１０から吸着基材２０を脱型する工程の後、プラズマ処理等により、吸着基材２０の表面を親水化しても良い。また、吸着基材２０の表面を、検出対象物質と選択的に結合または吸着する抗体や特定の官能基などにより修飾しても良い。
【００６４】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態に係るバイオセンサ１０は、吸着基材２０に上記の様な凸部３０を含むことにより、吸着の面内均一性を向上させることができ、信頼性の高い検出結果が得られる。
【００６５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
以下の様にバイオセンサを作製し、対象物質の吸着均一性の評価を行った。
【００６７】
［１］ モールドの準備
Ｓｉ基板の表面にリソグラフィにより微細な凹凸パターンを形成し、モールド１とした。モールド１の表面には、円筒形状の凹部が、互いに直交する２方向に周期的に複数設けられており、孔の幅（直径）は１５μｍ、周期は３０μｍ、深さは１０μｍであった。
モールド１の表面にはダイキン工業社製オプツールＨＤ−１１００を塗布することにより、フッ素単分子膜を形成する表面処理を施した。
【００６８】
［２］ 吸着基材の準備
一方、ポリスチレン樹脂１５質量％とトルエン８５質量％を混合し、樹脂ワニスを調製した。
調製した樹脂ワニスをガラス基板上にスピンコータ（ＭＳ−Ａ１５０、ミカサ社製）を用いてウェット（Ｗｅｔ）膜厚が１５０μｍとなるように樹脂膜を形成した。その後自然乾燥させることでトルエン成分を揮発させ、吸着基材を得た。
【００６９】
［３］ 凸部の形成
モールド１を１１０℃に加熱し、その上に上記［２］で樹脂膜を形成した吸着基材を重ねた。このとき、樹脂膜がモールド１の凹凸パターン側に向くようにした。続いて吸着基材を６ＭＰａの圧力でモールド１に押しつけ、そのまま冷却して硬化させた。樹脂が硬化した後、モールド１を剥離し、複数の凸部を形成した樹脂膜を吸着基材とするバイオセンサ１を得た。
【００７０】
［４］ 構造の特徴の評価
得られたバイオセンサ１の吸着基材の表面をレーザー顕微鏡で観察し、凸部の形状を確認した。凸部の頂部が、実施形態にて説明したように、凸部の頂点または頂線を含む曲面からなる場合（実施形態における（Ａ）の構造）をＡ、凸部が頂面を有し、その頂面の外郭が、頂面に接する曲面に囲まれている場合（実施形態における（Ｂ）の構造）をＢ、そのいずれでもない場合を×として評価した。
図８（ａ）は、レーザー顕微鏡で観察した本実施例の吸着基材の表面の断面形状である。本図は、各凸部の頂点を含み、吸着基材の主面に垂直な断面を示している。吸着基材の表面には複数の凸部が形成されていた。そして、凸部の頂部は、頂点を含む曲面からなることを確認し、Ａと評価した。
【００７１】
吸着基材をレーザー顕微鏡で三次元観察した結果から、形成された凸部の幅ｄｍ、周期ｃ、高さｈＴ、ｈＴ／ｄｍの値、ｃ／ｄｍの値、ｈＣ／ｈＴの値、曲面の曲率半径の最小値を求めた。また、頂部の形状がＢと評価された場合にはさらにＳＴ／ＳＢの値を求めた。
本実施例において、幅ｄｍは１５μｍ、周期ｃは３０μｍ、高さｈＴは２．５μｍ、ｈＴ／ｄｍの値は０．１７、ｃ／ｄｍの値は２．０、ｈＣ／ｈＴの値は０．６０、曲面の曲率半径の最小値は３９０μｍであった。
【００７２】
［５］ 吸着の均一性評価
作製したバイオセンサ１に対する対象物質の吸着の均一性を評価した。
まず、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）にストレプトアビジンを溶かした溶液（１００μｇ／ｍＬ）を用意した。ストレプトアビジンは蛍光基Ｃｙ３が付加されており、本実施例における対象物質である。そして、測定対象液体をバイオセンサ１に滴下し、１５分間静置することにより、対象物質を吸着基材に吸着させた。その後、吸着基材表面の未吸着物質を除去するため、０．１体積％Ｔｗｅｅｎ２０（和光純薬工業製）を含むＰＢＳによってリンスした。
【００７３】
蛍光顕微鏡で、対象物質を吸着させた吸着基材の表面の、互いに離れた４点の強度を測定し、４つの測定結果の変動係数を算出した。変動係数は、標準偏差／平均値×１００として算出した。変動係数が５未満の場合を◎、５以上１０未満の場合を○、１０以上の場合を×として評価した。本実施例の変動係数は２．９であり、吸着の均一性は◎と評価された。
【００７４】
（実施例２）
実施例２では、モールド１の代わりに、表面の凹凸パターンが異なるモールド２を準備して用いた以外は実施例１と同様にして、バイオセンサ２を得て評価した。
モールド２の表面には、円筒形状の凹部が、互いに直交する２方向に周期的に複数設けられており、孔の幅（直径）は５０μｍ、周期は１００μｍ、深さは１０μｍであった。
【００７５】
（実施例３）
実施例３では、モールド１の代わりに、表面の凹凸パターンが異なるモールド３を準備して用いた以外は実施例１と同様にして、バイオセンサ３を得て評価した。
モールド３の表面には、断面視して矩形のライン状の凹部が、凹部の延在方向に垂直な方向に一定の周期で複数設けられており、当該延在方向に垂直な方向の凹部の幅は１５μｍ、周期は３０μｍ、深さは２０μｍであった。
【００７６】
（実施例４）
実施例４では、モールド１の代わりに、表面の凹凸パターンが異なるモールド４を準備して用いた以外は実施例１と同様にして、バイオセンサ４を得て評価した。
モールド４の表面には、断面視して矩形のライン状の凹部が、凹部の延在方向に垂直な方向に一定の周期で複数設けられており、当該延在方向に垂直な方向の凹部の幅は５０μｍ、周期は１００μｍ、深さは２０μｍであった。
【００７７】
（実施例５）
実施例５では、モールド１の代わりに、表面の凹凸パターンが異なるモールド５を準備して用いた以外は実施例１と同様にして、バイオセンサ５を得て評価した。
モールド５の表面には、断面視して矩形のライン状の凹部が、凹部の延在方向に垂直な方向に一定の周期で複数設けられており、当該延在方向に垂直な方向の凹部の幅は１μｍ、周期は１．５μｍ、深さは４μｍであった。
【００７８】
（実施例６）
実施例６では、上記［３］において吸着基材を１５ＭＰａの圧力でモールド５に押しつけた以外は実施例５と同様にして、バイオセンサ６を得て評価した。
図８（ｂ）は原子間力顕微鏡で観察した実施例６の吸着基材表面の一部分の斜視図である。凸部が頂面を有し、その頂面の外郭が、頂面に接する曲面に囲まれた構造（（Ｂ）の構造）を有していた。さらに、ＳＴ／ＳＢの値は０．０５であった。
【００７９】
（比較例１）
比較例１では、上記［３］において吸着基材を２０ＭＰａの圧力でモールド１に押しつけた以外は実施例１と同様にして、バイオセンサ７を得て評価した。
【００８０】
（比較例２）
比較例２では、上記［３］において吸着基材を２０ＭＰａの圧力でモールド３に押しつけた以外は実施例３と同様にして、バイオセンサ８を得て評価した。
【００８１】
実施例１〜実施例６、比較例１、および比較例２の条件及び評価結果を表１にまとめて示す。
【００８２】
【表１】
2016109617.tif 000003
【００８３】
実施例１〜実施例６では、比較例１、および比較例２よりも吸着の均一性に優れ、よって、信頼性の高い検出結果が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００８４】
１０ バイオセンサ
２０ 吸着基材
２１０ 主面
２１２ 第１の方向
２１４ 第２の方向
３０ 凸部
３２０ 最高点
３２１ 第１の曲面
３２２ 頂面
３２３ 第２の曲面
３２４ 側壁面
３２６ 曲面
４１０ モールド
４１２ 凹部
４１４ 表面
４１６ ガスポケット
【図１】
2016109617.tif 000004
【図２】
2016109617.tif 000005
【図３】
2016109617.tif 000006
【図４】
2016109617.tif 000007
【図５】
2016109617.tif 000008
【図６】
2016109617.tif 000009
【図７】
2016109617.tif 000010
【図８】
2016109617.tif 000011