JP2007535681A - 物質を表面上に堆積させるための方法と装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
生体物質の配列又は他のパターンを表面に生成するための方法と装置は数多くある。そのような方法と装置の(並びに、一般的には微小配列技術の)好都合な点として、並列処理と試料処理に必要な物質と労力の量の削減とによってもたらされるスループットの増加が挙げられるが、これは生産性の向上と費用の削減につながる。各種物質を微量(数十ミクロン規模)に堆積させるための既存の装置と方法は、成功と失敗が入り混じっている。
従って、細長い梁部102の厚さtと長さlを操作して、所望の力定数kを実現することができる。所望の力定数kを実現するため、幾つかの実施形態では、細長い梁部102は(上記の関係式に基づき)比較的長くなるように大きさが決められている。しかしながら、細長い梁部102の長さlが増すと、液体輸送距離(例えば、細長い開口部104の長さl)が延びる。液体輸送距離が延びると、結果的に、閉塞又はその他の形態の制約の可能性が増して、細長い開口部104に沿う流体流量の低下を引き起こしかねない。その結果、細長い梁部102の幾何学的形状は、所与の物質が所望の力定数kを実現できるように最適化される。
図6と図7に示す堆積装置300と同じように、図8と図9に示す堆積装置400は、図4と図5に示す第2部分212と同様な第2部分を含んではいない。即ち、細長い開口部404は、その長さに沿って深さdを有しており、細長い開口部404には、細長い梁部402の厚さtを貫通して伸張している部分が無い。細長い開口部404は、細長い開口部404の或る長さの部分に沿って略一定の幅bを有し、細長い梁部402が細くなり始める箇所(即ち、細長い梁部402の終端部414から長さfの位置)で徐々に細くなり始める。細長い開口部404は、細長い開口部404の終端部424まで先細りになり続けている。
実施例1−本発明の細長い梁部の製作
開始材は、3インチ両面研磨n型[100]シリコンウェーハであった。ウェーハの両面に、2から3ミクロンのSiO2を熱成長させた(湿式酸化)。表面のSiO2層を、細長い梁部の製作に使用した。裏面のSiO2層は、最終的なシリコン異方性エッチング工程で、細長い梁部を切り出すためのマスクとして使用した。表面のSiO2層に、細長い梁部、細長い開口部、及び貯留部を画定するためパターン形成を施した。従来のUVフォトリソグラフィーを使用して、1ミクロンの面造形寸法と3:1の縦横比を備えたギャップを製作するのは並大抵のことではない。この処理を行うために、マスク電気鍍金により、負のフォトレジストパターンを500nm厚のニッケル正パターンに転写し、次いで、ニッケル金属層を、異方性RIE(反応性イオンエッチング)による下層SiO2エッチングのためのハードマスクとして用いた。反応ガスは、圧力50mトールのCHF3(50SCCM)とSF6(1SCCM)の混合気体であった。50WのRF電力を使用した。SiO2対ニッケルのエッチング選択性は、対フォトレジストの場合よりも遥かに高いので、厚いフォトレジストをSiO2エッチング用のマスクとして使用した場合よりも、細長い開口部の幾何学的形状を更に高い精度で制御することができた。細長い梁部を画定した後、オーバーレイ・フォトリソグラフィーに続いてRIEを施すことにより、深さ1ミクロンの細長い開口部を作成した。最後に、裏面のSiO2ウインドウを開けて、細長い梁部をKOH異方性エッチングにより切り出した。KOHの濃度は、水分中約35重量%であり、処理温度は約80℃であった。
実施例2−試料調製と物質堆積
グリセロール10%を含んだリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中に、精製したCy3−ストレプタビジン(ペンシルベニア州ウエストグローブ、Jackson ImmunoResearch 研究所)を溶解して使用した。グリセロールは、蒸発を防ぎ蛋白質を水和及び生物活性状態に保つために添加した。Cy3フッカ物担体により、堆積又はパターン形成後、蛍光透視法によりストレプタビジンを監視することができた。Cy3−ストレプタビジンを装填する前に、堆積装置に対して、TIPCLEANERTM(アイオワ州エームズのBioForce Nanoscience, Inc.から入手可能)を使用してUV/O3で20分間、処理を施した。この処理により、細長い開口部の内面を洗浄すると共に内面を親水性にして、試料充填をやり易くした。Cy3−ストレプタビジン試料溶液(約1μl)を、マイクロピペットで片持ち梁の後側の貯留部に送給した。この送給によって、親水性毛管力により細長い開口部が自然に充填された。次いで、後方装填式堆積装置を、NANOARRAYERTM堆積システム上に搭載し、パターン作成を行った。ジチオビス−スクシンイミジル・ウンデカノエート(DSU)(日本、ドージンドー社)で処理した金の表面を、堆積基板として使用した。DSUは、イオウと金の間の化学反応並びにアルキル鎖の疎水パッキングを介して、金の表面上に自己集合単分子層を形成する。露出されたアミノ活性スクシンイミド基は、堆積基板に対するCy3−ストレプタビジンの共有結合を可能にした。
Claims (30)
- 表面上に物質を堆積させるための装置において、
基部と、
前記基部から伸張している近位部分と前記近位部分から離れた位置にある遠位部分とを有し、前記基部に対して片持ち梁を形成する実質的に平面状の細長い梁部であって、長さが約2mm以下である細長い梁部と、
前記細長い梁部に形成された細長い開口部であって、受動吸着作用により前記細長い開口部に沿って液体を移動させる大きさに作られた内表面を少なくとも部分的には形成しており、遠位部を有していて、そこから物質を表面上に堆積させるようになっている、細長い開口部と、を備えている装置。 - 前記細長い梁部の長さは、約100nm以上で且つ約1mm以下である、請求項1に記載の装置。
- 前記細長い開口部の近位部分と流体連通している貯留部を更に備えており、前記貯留部は堆積させる前記物質を保持するようになっている、請求項1に記載の装置。
- 前記貯留部は、前記細長い梁部よりも幅が広く、前記基部に配置されている、請求項3に記載の装置。
- 前記細長い開口部の少なくとも一部は、前記細長い開口部の少なくとも一部に沿って幅が先細になっている、請求項1に記載の装置。
- 前記細長い開口部は、前記細長い梁部の終端部から或る距離だけ離れた位置まで伸張して終端している、請求項1に記載の装置。
- 前記細長い開口部は。前記細長い梁部の終端部まで伸張して貫通している、請求項1に記載の装置。
- 前記細長い梁部は、上面と下面を含んでおり、
前記上面と前記下面は、前記細長い梁部の長さに沿って、実質的に平行、平坦、及び平面状である、請求項1に記載の装置。 - 前記細長い梁部は、少なくとも1つの物質を前記表面上に堆積させ易くするために前記基部から伸張している複数の細長い梁部の1つである、請求項1に記載の装置。
- 前記細長い梁部は或る厚さを有しており、
前記細長い開口部は、前記細長い梁部の厚さよりも浅い深さを有する第1部分を含んでおり、
前記細長い開口部は、前記細長い梁部の厚さにほぼ等しい深さを有する第2部分を含んでいる、請求項1に記載の装置。 - 物質を表面上に堆積させるための装置において、
基部と、
前記基部から片持ち梁形状に伸張している細長い梁部であって、
実質的に全長に沿って実質的に平面状の上面と、
実質的に全長に沿って実質的に平面状の下面と、
前記基部から伸張している近位部分と、
前記近位部分から離れた位置にある遠位部分と、を有しており、前記表面に対して鋭角を成すように配置されている、細長い梁部と、
前記細長い梁部に形成された細長い開口部であって、前記物質を前記細長い開口部に沿って受動吸着作用により移動させ易くするようになっている内表面と、少なくとも1つの物質を前記細長い梁部へ装填すると共に前記物質を前記細長い梁部から堆積させるようになっている遠位部分と、を少なくとも部分的には形成している、細長い開口部と、を備えている装置。 - 前記細長い梁部は或る厚さを有しており、
前記細長い開口部の少なくとも一部は、前記細長い梁部の前記厚さを貫通して伸張している、請求項11に記載の細長い梁部。 - 前記細長い開口部の少なくとも一部は、前記細長い梁部の終端部に向けて先細になっている、請求項11に記載の装置。
- 前記細長い梁部の少なくとも一部は、前記細長い梁部の終端部に向けて先細になっている、請求項13に記載の装置。
- 前記細長い梁部は、長さが約2mm以下であり、
前記細長い梁部の厚さは、約2ミクロン以上で且つ3ミクロン以下である、請求項11に記載の装置。 - 前記細長い開口部の前記遠位部分は、幅が約1ミクロン以下である、請求項11に記載の装置。
- 前記細長い梁部の前記遠位部分と前記細長い開口部の前記遠位部分は、直径が約2ミクロン以上で且つ約3ミクロン以下のスポットを生成する形状に作られている、請求項11に記載の装置。
- 前記基部に、前記細長い開口部と流体連通状態に配置されており、前記物質を保持するようになっている貯留部を、更に備えている、請求項11に記載の装置。
- 物質を表面上に堆積させるための方法において、
基部から伸張し、前記基部に隣接する近位部分と前記近位部分から離れた位置にある遠位部分とを有している、細長い梁部であって、長さに沿って実質的に平面状である、前記細長い梁部を提供する段階と、
前記細長い梁部に形成された細長い開口部であって、遠位部分を有しており、そこから材料を表面上に堆積させるように構成されている、前記細長い開口部に沿って、前記物質を、前記細長い梁部の遠位部分に向けて、受動吸着作用によって移動させる段階と、
前記細長い梁部の前記遠位部分を前記表面に向けて移動させる段階と、
前記物質を、前記表面上の、前記基部から約2mm以内の位置に堆積させる段階と、から成る方法。 - 前記表面を、前記細長い梁部の前記遠位部分に接触させる段階を更に含んでいる、請求項19に記載の方法。
- 前記細長い梁部の前記遠位部分に隣接する少なくとも1つの環境パラメータを制御する段階と、前記物質を、前記細長い開口部に沿って毛管作用により移動させる段階と、の内の少なくとも1つの段階を更に含んでいる、請求項19に記載の方法。
- 前記細長い梁部を、前記表面に対して鋭角を成すように配置する段階を更に含んでいる、請求項19に記載の方法。
- 前記細長い梁部は或る厚さを有しており、
前記物質を、細長い開口部に沿って移動させる前記段階は、
前記物質を、前記細長い梁部の厚さよりも浅い深さを有する前記細長い開口部の第1部分に沿って移動させる段階と、
前記物質を、前記細長い梁部の厚さにほぼ等しい深さを有する前記細長い開口部の第2部分に沿って移動させる段階と、を含んでいる、請求項19に記載の方法。 - 前記物質を、細長い開口部に沿って移動させる前記段階は、前記物質を、前記細長い開口部の長さの前記少なくとも一部に沿って幅が先細になっている前記細長い開口部の一部に沿って移動させる段階を含んでいる、請求項19に記載の方法。
- 前記物質を、前記細長い梁部の終端部を貫通して移動させる段階を更に含んでいる、請求項19に記載の方法。
- 物質を表面上に堆積させるための方法において、
基部を提供する段階と、
前記基部から片持ち梁形状に伸張している細長い梁部であって、実質的に全長に沿って実質的に平面状であり、前記基部に隣接する近位部分と前記近位部分から離れた位置にある遠位部分とを有している、前記細長い梁部を提供する段階と、
前記細長い梁部に形成された細長い開口部であって、遠位部分を有していて、そこから前記物質を前記表面上に堆積させるようになっている、前記細長い開口部を提供する段階と、
前記細長い梁部の前記遠位部分を前記表面に対して鋭角を成すように配置する段階と、
前記物質を、前記細長い開口部に沿って、前記細長い開口部の遠位部分に向けて、受動吸着によって移動させる段階と、
前記物質を、前記細長い開口部の前記遠位部分から前記表面に向けて堆積させる段階と、から成る方法。 - 前記物質を前記細長い開口部に沿って移動させる前記段階は、電気力とは無関係に前記物質を移動させる段階を含んでいる、請求項26に記載の方法。
- 前記物質は、少なくとも部分的には、
少なくとも1つの環境パラメータを制御することと、
毛管作用と、
の内の少なくとも一方によって、前記細長い開口部に沿って動かされる、請求項26に記載の方法。 - 前記物質を、前記細長い開口部の前記遠位部分から前記表面に向けて堆積させる前記段階は、前記物質を、前記表面上の、前記基部から約2mm以内の位置に堆積させる段階を含んでいる、請求項26に記載の方法。
- 前記細長い開口部に前記物質を後方装填する段階を更に含んでいる、請求項26に記載の方法。
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