JP2010008096A - Substrate for microarray and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロアレイ用基板及びその製造方法に関し、特に、基板上にパターン化された炭素質膜を備えたマイクロアレイ用基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a microarray substrate and a manufacturing method thereof, and more particularly to a microarray substrate including a carbonaceous film patterned on the substrate and a manufacturing method thereof.
近年、マイクロ化学分析システム（μ−ＴＡＳ）と呼ばれる一つのチップ又はデバイスにより様々な液体又は気体を分析する技術が注目を集めている。バイオテクノロジーの分野においても、遺伝子の解析等の分析にμ−ＴＡＳを利用することが検討されている。μ−ＴＡＳを利用して遺伝子の解析を行うことにより、複数の遺伝子発現を一度に解析することが可能となるだけでなく、極微量のサンプルにより解析が可能となる。 In recent years, a technique for analyzing various liquids or gases with a single chip or device called a microchemical analysis system (μ-TAS) has attracted attention. Also in the field of biotechnology, the use of μ-TAS for analysis such as gene analysis has been studied. By analyzing a gene using μ-TAS, not only a plurality of gene expressions can be analyzed at once, but also an analysis can be performed with a very small amount of sample.
μ−ＴＡＳを利用して遺伝子の解析を行うためには、ＤＮＡが固定されたＤＮＡマイクロアレイを形成する必要がある。ＤＮＡマイクロアレイは、数万から数十万のＤＮＡの部分配列が高密度に且つ規則正しく配置された基板である。ＤＮＡマイクロアレイを用いることにより、数万から数十万の遺伝子発現を一度に解析することが可能となる。 In order to analyze genes using μ-TAS, it is necessary to form a DNA microarray in which DNA is immobilized. A DNA microarray is a substrate on which tens of thousands to hundreds of thousands of partial DNA sequences are regularly arranged with high density. By using a DNA microarray, it is possible to analyze tens of thousands to hundreds of thousands of gene expressions at once.
ＤＮＡマイクロアレイを形成するためには、ＤＮＡを規則正しく且つ強固に結合できる基板が必要となる。また、基板には非特異的なＤＮＡの吸着が少なく、結合されたＤＮＡの機能を阻害しないという特性も必要となる。 In order to form a DNA microarray, a substrate capable of binding DNA regularly and firmly is required. In addition, the substrate is required to have a characteristic that the non-specific adsorption of DNA is small and the function of the bound DNA is not inhibited.
ＤＮＡマイクロアレイ用の基板として、ダイヤモンド様膜（ＤＬＣ膜）等の炭素質膜が期待を集めている。例えば、ＤＬＣ膜の表面に、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド等の活性化エステルを有する微小な化学修飾スポットを２次元配列することによりＤＮＡマイクロアレイ用の基板を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
しかしながら、前記従来のＤＬＣ膜を用いたＤＮＡマイクロアレイ用基板には以下のような問題がある。 However, the conventional DNA microarray substrate using the DLC film has the following problems.
まず、ＤＬＣ膜の表面に化学修飾スポットを形成しただけの場合には、ＤＮＡを固定するためにスポッティング技術を用いる必要があり、操作が煩雑になるという問題が生じる。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりＤＬＣ膜の不要部分を除去する方法も知られているが、選択性に乏しいためＤＬＣ膜だけでなく下側の基材にダメージが生じたり、ＤＬＣ膜の表面が粗くなり非特異的な吸着が生じたりするという問題が生じる。 First, in the case where a chemical modification spot is merely formed on the surface of the DLC film, it is necessary to use a spotting technique for immobilizing DNA, which causes a problem that the operation becomes complicated. A method of removing unnecessary portions of the DLC film by reactive ion etching (RIE) is also known. However, since the selectivity is poor, not only the DLC film but also the lower substrate is damaged, or the surface of the DLC film is The problem arises that it becomes coarse and nonspecific adsorption occurs.
また、ＤＮＡをＮ−ヒドロキシスクシンイミド等の活性化エステルを用いて固定している。これにより、ＤＮＡが共有結合により強固に固定されるというメリットがあるが、固定したＤＮＡにダメージを与えることなく回収することは不可能である。 In addition, DNA is immobilized using an activated ester such as N-hydroxysuccinimide. Thereby, there is a merit that DNA is firmly fixed by a covalent bond, but it is impossible to recover the DNA without damaging the fixed DNA.
このような問題は、ＤＮＡマイクロアレイだけでなく、細胞マイクロアレイ又はプロテインマイクロアレイ等においても同様に生じる。 Such a problem occurs not only in DNA microarrays but also in cell microarrays or protein microarrays.
本発明は、前記従来の問題を解決し、ＤＮＡ等のターゲットの固定が容易で且つダメージを与えることなく回収することが可能なマイクロアレイ用基板を実現できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to realize a microarray substrate that can be easily fixed and can be recovered without causing damage.
前記の目的を達成するため、本願はマイクロアレイ用基板を、炭素質膜と炭素質膜の表面に形成されたプラズマ処理層とを有するターゲット固定領域を備えている構成とする。 In order to achieve the above object, the present application has a microarray substrate including a target fixing region having a carbonaceous film and a plasma treatment layer formed on the surface of the carbonaceous film.
具体的に、本発明に係るマイクロアレイ用基板は、基材と、基材の上に規則的に配置された複数のターゲット固定領域とを備え、ターゲット固定領域は、炭素質膜と、該炭素質膜の表面に形成されたプラズマ処理層とを有し、プラズマ処理層は、炭素質膜を構成する炭素と結合したイオン性の官能基を有していることを特徴とする。 Specifically, the microarray substrate according to the present invention includes a base material and a plurality of target fixing regions regularly arranged on the base material, the target fixing region including a carbonaceous film and the carbonaceous material. A plasma treatment layer formed on the surface of the film, and the plasma treatment layer has an ionic functional group bonded to carbon constituting the carbonaceous film.
本発明のマイクロアレイ用基板は、ターゲット固定領域の表面にイオン性の官能基を有するプラズマ処理層が形成されている。このため、ターゲット固定領域の上に、ＤＮＡ、タンパク質又は細胞とうのターゲットをイオン結合により固定することができる。ターゲットをイオン結合により固定するため、雰囲気のイオン強度又はｐＨ等を変化させることにより、固定されたターゲットを容易に回収することが可能となる。 In the microarray substrate of the present invention, a plasma treatment layer having an ionic functional group is formed on the surface of the target fixing region. For this reason, a target of DNA, protein or cell can be fixed on the target fixing region by ionic bonding. Since the target is fixed by ionic bonding, the fixed target can be easily recovered by changing the ionic strength or pH of the atmosphere.
本発明のマイクロアレイ用基板において、イオン性の官能基は、アミノ基及びカルボキシル基の少なくとも一方であればよい。 In the microarray substrate of the present invention, the ionic functional group may be at least one of an amino group and a carboxyl group.
本発明のマイクロアレイ用基板において、複数のターゲット固定領域は、電圧が印加できるように形成されていてもよい。 In the microarray substrate of the present invention, the plurality of target fixing regions may be formed so that a voltage can be applied.
この場合において、炭素質膜からなり、複数のターゲット固定領域同士を互いに接続するブリッジ部をさらに備えていてもよい。 In this case, a bridge portion made of a carbonaceous film and connecting a plurality of target fixing regions to each other may be further provided.
この場合において、ブリッジ部における炭素質膜の膜厚は、ターゲット固定領域よりも薄いことが好ましい。 In this case, it is preferable that the carbonaceous film in the bridge portion is thinner than the target fixing region.
本発明のマイクロアレイ用基板において、基材はガラス又はシリコンとすればよい。 In the microarray substrate of the present invention, the base material may be glass or silicon.
本発明に係るマイクロアレイ用基板の製造方法は、基材の上に炭素質膜を形成する工程（ａ）と、炭素質膜を選択的に除去することにより複数のターゲット固定領域を形成する工程（ｂ）と、炭素質膜の表面にプラズマを照射することにより、炭素質膜の表面にイオン性の官能基を有するプラズマ処理層を形成する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とする。 The method for manufacturing a microarray substrate according to the present invention includes a step (a) of forming a carbonaceous film on a substrate and a step of forming a plurality of target fixing regions by selectively removing the carbonaceous film ( b) and a step (c) of forming a plasma treatment layer having an ionic functional group on the surface of the carbonaceous film by irradiating the surface of the carbonaceous film with plasma. .
本発明のマイクロアレイ用基板の製造方法は、プラズマ照射により炭素質膜の表面にイオン性の官能基を導入する工程とを備えている。このため、ターゲット固定領域の表面に選択的にイオン性の官能基を導入できる。従って、ターゲットの固定及び回収が容易なマイクロアレイ用基板を実現することができる。 The method for producing a microarray substrate of the present invention includes a step of introducing an ionic functional group into the surface of a carbonaceous film by plasma irradiation. For this reason, an ionic functional group can be selectively introduced on the surface of the target fixing region. Therefore, it is possible to realize a microarray substrate in which the target can be easily fixed and collected.
本発明のマイクロアレイ用基板の製造方法において、工程（ｃ）では、塩基性窒素含有化合物のプラズマを照射すればよい。 In the method for producing a microarray substrate of the present invention, in step (c), plasma of a basic nitrogen-containing compound may be irradiated.
本発明のマイクロアレイ用基板の製造方法において、基材は、シリコン又は酸化シリコンからなり、工程（ｂ）では、フルオロカーボン及び酸素を含み且つ酸素がフルオロカーボンよりも多い混合ガスのプラズマを用いてエッチングを行えばよい。 In the method for producing a microarray substrate of the present invention, the base material is made of silicon or silicon oxide, and in the step (b), etching is performed using plasma of a mixed gas containing fluorocarbon and oxygen and containing more oxygen than fluorocarbon. Just do it.
本発明のマイクロアレイ用基板の製造方法において、工程（ｂ）では、複数のターゲット固定領域同士を接続するブリッジ部を残すようにエッチングを行えばよい。 In the method for manufacturing a microarray substrate of the present invention, in the step (b), etching may be performed so as to leave a bridge portion connecting a plurality of target fixing regions.
本発明のマイクロアレイ用基板の製造方法において、工程（ｂ）は、炭素質膜におけるターゲット固定領域及びブリッジ部を除く領域をエッチングにより除去する工程（ｂ１）と、工程（ｂ１）よりも後にブリッジ部を選択的にエッチングして、ブリッジ部の高さをターゲット固定領域よりも低くする工程（ｂ２）とを含む用にすればよい。 In the method for manufacturing a microarray substrate of the present invention, the step (b) includes a step (b1) of removing a region excluding the target fixing region and the bridge portion in the carbonaceous film by etching, and a bridge portion after the step (b1). And a step (b2) in which the height of the bridge portion is made lower than that of the target fixing region.
本発明に係るマイクロアレイ用基板及びその製造方法によれば、ＤＮＡ等の固定が容易で且つダメージを与えることなく回収することが可能なマイクロアレイ用基板を実現できる。 According to the microarray substrate and the method for manufacturing the same according to the present invention, it is possible to realize a microarray substrate that allows DNA to be fixed easily and recovered without damage.
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係るマイクロアレイ用基板であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。図１に示すように、ガラス等からなる基材１１の上に、複数のターゲット固定領域１２が規則的に形成されている。ターゲット固定領域１２は、炭素質膜１３のスポットであり、表面にプラズマ処理層１３Ａが形成されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are microarray substrates according to an embodiment, FIG. 1A shows a planar configuration, and FIG. 1B shows a cross-sectional configuration taken along line Ib-Ib in FIG. Yes. As shown in FIG. 1, a plurality of
炭素質膜１３は、ＳＰ２（グラファイト）結合した炭素及びＳＰ３（ダイヤモンド）結合した炭素を含む炭素骨格を主成分とする膜である。具体的には、グラファイト膜、ダイヤモンド膜及びいわゆるダイヤモンド様薄膜（ＤＬＣ膜）等が含まれる。
The
プラズマ処理層１３Ａは、炭素質膜１３にプラズマを照射することにより形成された層であり、炭素質膜１３を構成する炭素と結合したイオン性の官能基を有している。イオン性の官能基とは、カルボキシル基（−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ）及びアミノ基（−ＮＨ2）を含む正又は負の電荷を有する官能基である。
The
炭素質膜は、平滑で不活性であるため通常は、その表面にＤＮＡ、タンパク質及び細胞等のターゲットを強固に固定することができない。このため、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド等の活性化エステルを導入することにより、ターゲットの固定を行っている。しかし、この場合にはターゲットが有する官能基と活性エステルとが反応して共有結合を形成するため、ターゲットを回収できないという問題がある。 Since the carbonaceous film is smooth and inactive, it is usually impossible to firmly fix targets such as DNA, protein and cells on the surface. For this reason, the target is fixed by introducing an activated ester such as N-hydroxysuccinimide. However, in this case, there is a problem that the target cannot be recovered because the functional group of the target reacts with the active ester to form a covalent bond.
本実施形態のマイクロアレイ用基板は、ターゲット固定領域１２を形成する炭素質膜１３の表面にイオン性の官能基が導入されている。このため、ＤＮＡ、タンパク質及び細胞等のターゲットをイオン結合により固定することができる。また、ターゲットを固定した後、雰囲気のイオン濃度等を変化させることによりターゲットを脱離させ、回収することが可能となる。
In the microarray substrate of this embodiment, ionic functional groups are introduced on the surface of the
以下に、本実施形態のマイクロアレイ用基板の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ガラス等の基材１１の上に炭素質膜１３を形成する。炭素質膜１３の形成はどのような方法でもよいが、例えば以下のようにして行えばよい。
Below, the manufacturing method of the board | substrate for microarrays of this embodiment is demonstrated. First, as shown in FIG. 2A, a
まず、基材１１をプラズマＣＶＤ装置のチャンバ内にセットし、チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）を圧力が２Ｐａとなるように導入する。続いて、電極間に高周波電力を印加し、プラズマを生成し、プラズマ中のＡｒイオンにより、基材１１表面を３０分間ボンバードクリーニングする。続いて、チャンバ内にアセチレン（Ｃ2Ｈ2）を導入し、３分間成膜を行う。これにより、厚さが１３０ｎｍ程度のＤＬＣ膜である炭素質膜１３が得られる。炭素質膜１３を形成する際は、高周波電力を１００Ｗ程度とすればよい。
First, the
次に、図２（ｂ）に示すように、炭素質膜１３をエッチングして、スポット状に形成する。スポットのサイズ及び数量は適宜決定すればよいが、例えば、７５ｍｍ×２５ｍｍの基材の上に直径が３０μｍのスポットを形成する場合には、１４区画に分割して各区画に２００００個ずつスポットを形成すればよい。
Next, as shown in FIG. 2B, the
炭素質膜のエッチングは、ＲＩＥ等による方法が知られている。しかし、ＲＩＥにより炭素質膜をエッチングすると炭素質膜の表面がダメージを受け、表面粗度が大きくなる。また、基材もダメージを受ける等の問題が発生するおそれがある。このため、以下のような炭素質膜を選択的にエッチングする方法を用いることが好ましい。 A method using RIE or the like is known for etching a carbonaceous film. However, when the carbonaceous film is etched by RIE, the surface of the carbonaceous film is damaged and the surface roughness increases. Moreover, there is a possibility that problems such as damage to the base material may occur. For this reason, it is preferable to use the following method of selectively etching a carbonaceous film.
まず、炭素質膜１３を形成した基材にマスクを形成する。マスクはどのようなものでもよいが、例えば、クロム（Ｃｒ）マスクとすればよい。Ｃｒマスクは、炭素質膜１３を形成した基材１１上の全面に厚さが１０ｎｍのＣｒ膜を形成した後、ヘキサメチルジシラザン（ＨＤＭＳ）を塗布し９０℃で５分間ベーキングを行う。続いて、レジストを塗布し９０℃で３０分間プリベークした後、マスクアライナーによりスポット形状をしたマスクをかぶせた基材に４秒間紫外線をあて露光を行う。次に、基材１１を現像液に浸漬し、７５秒間現像を行い、１００℃で３０分間ポストベークを行う。次に、Ｃｒをエッチング液（硝酸第２セリウムアンモニウム５１ｇ＋過塩素酸１５ｇ＋純水３００ｍｌ）を用いて１５秒間エッチングする。この後、アセトンを用いて３分間洗浄し、Ｃｒマスク上のレジストを除去する。
First, a mask is formed on the base material on which the
次に、Ｃｒマスクを形成した基材１１を、容量結合（ＣＣＰ）型のプラズマ処理装置を用いて、選択的にエッチングする。プラズマ処理装置のチャンバ内に基材１１をセットした後、チャンバ内の圧力を３×１０-3Ｐａとする。次に、チャンバー内にエッチングガスを導入し、平行平板電極間に１００Ｗの高周波電力を印加することによりプラズマを生成させる。プラズマを２０分間照射することにより、炭素質膜１３を選択的にエッチングする。この後、Ｃｒエッチング液（硝酸第２セリウムアンモニウム５１ｇ＋過塩素酸１５ｇ＋純水３００ｍｌ）を用いて、Ｃｒマスクを１５秒間エッチングして除去する。
Next, the
エッチングガスには、酸素を用いればよい。また、酸素とフルオロカーボン及び不活性ガスとの混合ガスとしてもよい。図３は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）及びシリコン（Ｓｉ）と、炭素質膜であるＤＬＣとのエッチングレートの違いを示している。ＳｉＯ2及びＳｉは、４フッ化カーボン（ＣＦ4）の流量が多いほどエッチングレートが大きく、酸素だけではほとんどエッチングされない。一方、ＤＬＣは、酸素の流量が多いほどエッチングレートが大きくなる。このため、酸素を多く含む混合ガスのプラズマを用いることにより、ガラス又はシリコン等の基材１１の上に形成した炭素質膜１３を選択的にエッチングすることが可能となる。
Oxygen may be used as the etching gas. Alternatively, a mixed gas of oxygen, fluorocarbon, and inert gas may be used. FIG. 3 shows the difference in etching rate between silicon oxide (SiO 2 ) and silicon (Si) and DLC, which is a carbonaceous film. The etching rate of SiO 2 and Si increases as the flow rate of carbon tetrafluoride (CF 4 ) increases, and is hardly etched with oxygen alone. On the other hand, the etching rate of DLC increases as the flow rate of oxygen increases. For this reason, it is possible to selectively etch the
表１は、プラズマ照射後の炭素質膜表面の表面粗度の測定結果を示している。酸素プラズマを照射した場合には、他のプラズマを照射した場合と比べて表面粗度が非常に大きくなる。このため、炭素質膜の平滑性を生かすためには、エッチングレートが少し低下するが、酸素とアルゴン等の不活性ガスとの混合ガス又は酸素と不活性ガスとＣＦ4等のフルオロカーボンとの混合ガスを用いることが好ましい。 Table 1 shows the measurement results of the surface roughness of the carbonaceous film surface after plasma irradiation. When the oxygen plasma is irradiated, the surface roughness becomes very large as compared with the case where the other plasma is irradiated. Therefore, in order to take advantage of the smoothness of the carbonaceous film, the etching rate is slightly reduced, but a mixed gas of oxygen and an inert gas such as argon or a mixture of oxygen and an inert gas and a fluorocarbon such as CF 4. It is preferable to use a gas.
酸素のみを用いてエッチングした場合、特にスポットの側面部分の表面粗度が大きくなり、表面積が増大する。このため、後のプラズマ処理の際にスポットの側面部分にも官能基が導入されるおそれが増大する。酸素と不活性ガスとの混合ガス又は、酸素と不活性ガスとフルオロカーボンとの混合ガスとすることにより、スポットの側面部分への官能基の導入を低減できるという効果が得られる。 When etching is performed using only oxygen, the surface roughness of the side surface portion of the spot increases, and the surface area increases. For this reason, a possibility that a functional group is also introduced into the side surface portion of the spot during the subsequent plasma treatment increases. By using a mixed gas of oxygen and an inert gas or a mixed gas of oxygen, an inert gas, and a fluorocarbon, an effect of reducing the introduction of functional groups into the side surface portion of the spot can be obtained.
フルオロカーボンを加える場合には、基材とのエッチング選択性を確保するために、フルオロカーボンよりも酸素の比率が高い方がよい。 In the case of adding a fluorocarbon, it is preferable that the ratio of oxygen is higher than that of the fluorocarbon in order to ensure etching selectivity with the substrate.
次に、図２（ｃ）に示すように、スポット状の炭素質膜１３にプラズマを照射することによりプラズマ処理層１３Ａを形成する。プラズマ照射は、以下のようにして行えばよい。
Next, as shown in FIG. 2C, the
まず、スポット状の炭素質膜１３を形成した基材１１を平行平板型のプラズマ照射装置のチャンバにセットし、チャンバー内の圧力を３×１０-3Ｐａとする。続いて、チャンバ内に反応ガスを圧力が１Ｐａとなるように導入して、平行平板電極間に１００Ｗの高周波電力を印加することによりプラズマを発生させる。プラズマを１５秒間照射することにより、プラズマ処理層１３Ａを形成した。
First, the
反応ガスには、アンモニア（ＮＨ3）又はアンモニアを含む混合ガスを用いればよい。このように、アンモニアを用いることにより、アミノ基を導入できる。また、酸素又は酸素を含む混合ガスを用いることにより、カルボキシル基を導入できる。酸素に代えて不活性ガスを用いた場合にも、空気中の酸素又は水分等との反応によりカルボキシル基が導入される。アンモニア等と酸素等とを組み合わせることにより、カルボキシル基とアミノ基の両方を導入することも可能となる。また、プラズマ照射前のチャンバの到達真空度を低く設定することにより、アンモニアを照射した場合にもアミノ基だけでなくカルボキシル基が導入される。 As the reaction gas, ammonia (NH 3 ) or a mixed gas containing ammonia may be used. Thus, an amino group can be introduced by using ammonia. In addition, a carboxyl group can be introduced by using oxygen or a mixed gas containing oxygen. Even when an inert gas is used in place of oxygen, a carboxyl group is introduced by reaction with oxygen or moisture in the air. By combining ammonia or the like with oxygen or the like, both a carboxyl group and an amino group can be introduced. In addition, by setting the ultimate vacuum in the chamber before plasma irradiation to be low, not only amino groups but also carboxyl groups are introduced when ammonia is irradiated.
図４はＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）法により求めたプラズマ照射後の炭素質膜における窒素のカルボキシル基に対する存在比（Ｎ／Ｃ（＝Ｏ）Ｏ）と、表面電位との関係を示している。 FIG. 4 shows the relationship between the surface potential and the abundance ratio of nitrogen to carboxyl groups (N / C (= O) O) in the carbonaceous film after plasma irradiation obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Yes.
ＸＰＳ測定には、日本電子株式会社製の光電子分光装置ＪＰＳ−９０１０ＭＣを用いた。Ｘ線源にはＡｌを用い、加速電圧が１２．５ｋＶで、エミッション電流が１７．５ｍＡの条件でＸ線を発生させた。試料中から任意に選択した直径５ｍｍのエリアについて測定を行った。また、Ｘ線を試料に対して垂直に入射させ、検出角度を０度とすることにより、５ｎｍ程度の深さまでの組成を測定している。 For the XPS measurement, a photoelectron spectrometer JPS-9010MC manufactured by JEOL Ltd. was used. Al was used as the X-ray source, and X-rays were generated under the conditions of an acceleration voltage of 12.5 kV and an emission current of 17.5 mA. Measurement was performed on an area of 5 mm in diameter arbitrarily selected from the sample. Further, the composition up to a depth of about 5 nm is measured by making X-rays incident on the sample perpendicularly and setting the detection angle to 0 degree.
結合エネルギーの測定領域は、２７４ｅＶ〜２９４ｅＶ、３８９ｅＶ〜４０９ｅＶ及び５２２ｅＶ〜５４２ｅＶとし、それぞれＣ１ｓ、Ｎ１ｓ及びＯ１ｓのピークを得た。得られたピークの面積比を比較することにより炭素に対する酸素の存在比Ｏ／Ｃ及び炭素に対する窒素の存在比Ｎ／Ｃを求めた。また、Ｃ１ｓピークは、カーブフィッティングによりＣ−Ｃ成分、Ｃ−Ｏ成分、Ｃ＝Ｏ成分及びＣ（＝Ｏ）Ｏ成分に分割した。Ｃ（＝Ｏ）Ｏ成分のＣ１ｓピークに対する面積比を求めることによりカルボキシル基成分Ｃ（＝Ｏ）Ｏの全炭素に対する存在比Ｃ（＝Ｏ）Ｏ／Ｃを求めた。 The binding energy measurement region was 274 eV to 294 eV, 389 eV to 409 eV, and 522 eV to 542 eV, and peaks of C1s, N1s, and O1s were obtained, respectively. By comparing the area ratios of the obtained peaks, the abundance ratio of oxygen to carbon O / C and the abundance ratio of nitrogen to carbon N / C were determined. The C1s peak was divided into a C—C component, a C—O component, a C═O component, and a C (═O) O component by curve fitting. The abundance ratio C (= O) O / C of the carboxyl group component C (= O) O to the total carbon was determined by determining the area ratio of the C (= O) O component to the C1s peak.
窒素についてはどのような状態となっているかは明確ではない。しかし、アミノ基、アミド基及びアミン基等の窒素を含む官能基（窒素性官能基）を形成していると考えられる。窒素性官能基の詳細な分析は困難であるが、ＸＰＳ測定においてＮ１ｓピークは、３９８．９ｅＶに出現した。これは、アミン及びアミドのＮ１ｓの束縛エネルギー（４００±１ｅＶ）からずれており、今回のサンプルにおいては、窒素性官能基のうちの少なくとも一部はアミノ基となっていると考えられる。 The state of nitrogen is not clear. However, it is considered that functional groups containing nitrogen (nitrogenous functional groups) such as amino groups, amide groups, and amine groups are formed. Although detailed analysis of the nitrogenous functional group is difficult, the N1s peak appeared at 398.9 eV in the XPS measurement. This is deviated from the binding energy (400 ± 1 eV) of N1s of amine and amide, and it is considered that at least a part of the nitrogenous functional groups is an amino group in this sample.
表面電位の測定は以下のようにして行った。測定には、大塚電子株式会社製のゼータ電位・粒径測定システムＥＬＳ−Ｚを用いた。ガラス基材の表面に形成した炭素質膜に所定のプラズマを照射した後、炭素質膜を平板試料用セルに密着させ、セル内にモニタ用粒子を注入した。モニタ用粒子は１０ｍＭの塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）溶液中に分散させた大塚電子株式会社製のものを用いた。セル深さ方向の各レベルについてモニタ粒子の電気泳動を行い、セル内部の見かけの速度分布を測定した。電気泳動は、平均電場が１７．３３Ｖ／ｃｍで、平均電流が１．０２ｍＡの条件で行った。得られた見かけの速度分布を森・岡本の式に基づいて解析することにより、炭素質膜表面の表面電位を求めた。なお、平板試料用セルは、セル表面の電荷の影響を抑えるため、ポリアクリルアミドによりコーティング処理して用いた。 The surface potential was measured as follows. For the measurement, a zeta potential / particle size measurement system ELS-Z manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. was used. After irradiating the carbonaceous film formed on the surface of the glass substrate with a predetermined plasma, the carbonaceous film was brought into close contact with the flat plate sample cell, and monitoring particles were injected into the cell. The monitoring particles used were those manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. dispersed in a 10 mM sodium chloride (NaCl) solution. The monitor particles were electrophoresed at each level in the cell depth direction, and the apparent velocity distribution inside the cell was measured. Electrophoresis was performed under the conditions of an average electric field of 17.33 V / cm and an average current of 1.02 mA. By analyzing the apparent velocity distribution obtained based on the Mori-Okamoto equation, the surface potential of the carbonaceous film surface was obtained. The plate sample cell was used after being coated with polyacrylamide in order to suppress the influence of the charge on the cell surface.
図４に示すように、チャンバの到達真空度が高い状態（５×１０-3Ｐａ）においてアンモニアのプラズマを照射した場合には、Ｎ／Ｃ（＝Ｏ）Ｏの値が大きくなり表面電位も正の値を示した。一方、到達真空度が低い状態（２Ｐａ）において、酸素又はアルゴンのプラズマを照射した場合には、Ｎ／Ｃ（＝Ｏ）Ｏの値が小さくなり、表面電位は大きな負の値を示した。酸素又はアルゴンの後にアンモニアのプラズマを照射した場合にはその中間の値を示している。 As shown in FIG. 4, when the plasma of ammonia is irradiated in a state where the ultimate vacuum of the chamber is high (5 × 10 −3 Pa), the value of N / C (═O) O is increased and the surface potential is also increased. A positive value was shown. On the other hand, when oxygen or argon plasma was irradiated in a state where the ultimate vacuum was low (2 Pa), the value of N / C (= O) O was small, and the surface potential showed a large negative value. When the plasma of ammonia is irradiated after oxygen or argon, an intermediate value is shown.
このように、プラズマ処理層１３Ａを形成する際のプラズマ照射の条件を変化させることにより、プラズマ処理層１３Ａに導入されるイオン性官能基の量と種類とを制御し、任意の表面電位を有するプラズマ処理層を形成することができる。このため、ターゲットの種類に応じた表面電位を有するプラズマ処理層が形成されたマイクロアレイ用基板を用いることにより、ＤＮＡ、タンパク質又は細胞等のターゲットをターゲット固定領域１２の表面にイオン結合により結合することが可能となる。
Thus, by changing the plasma irradiation conditions when forming the
イオン結合は、溶液中のイオン濃度によってその強度が大きく変化する。このため、ターゲットを固定したマイクロアレイ用基板を固定した際とはイオン濃度又はｐＨ等が異なる溶液に浸漬することにより、ターゲット固定領域１２の表面に固定されたターゲットを容易に回収することができる。
The strength of ionic bonds varies greatly depending on the concentration of ions in the solution. For this reason, the target fixed on the surface of the
また、炭素質膜は半絶縁性であり抵抗値を調整することにより微弱な電流を流すことが可能となる。このため、図５に示すように、ターゲット固定領域１２同士がブリッジ部１４により互いに接続されるようにすれば、ターゲット固定領域１２に電圧を印加することが可能となる。ターゲット固定領域１２に微弱な電圧を印加することにより、イオン性官能基を有するプラズマ処理層の表面の電気的特性が変化する。これにより、ターゲットの固定及び剥離が容易となる。特に、細胞の場合には電気的特性により固定量等が大きく変化するため、特に有用である。
The carbonaceous film is semi-insulating, and a weak current can be passed by adjusting the resistance value. Therefore, as shown in FIG. 5, if the
炭素質膜の抵抗値は、ＳＰ２結合とＳＰ３結合との比率等によって変化させることができる。また、表面への官能基の導入によっても変化させることができる。 The resistance value of the carbonaceous film can be changed by the ratio of the SP2 bond and the SP3 bond. It can also be changed by introducing a functional group on the surface.
ブリッジ部１４の高さは、ターゲット固定領域１２と同じでもよい。しかし、ターゲット固定領域１２よりもブリッジ部１４の高さを低くすることにより、スポットの測定精度が向上する。ブリッジ部１４の高さをターゲット固定領域１２よりも低くする場合には、まず、基材の上に炭素質膜を形成した後、ターゲット固定領域及びブリッジ部となる領域をマスクしてエッチングする。この後、ターゲット固定領域のみをマスクしてブリッジ部となる領域をエッチングし、ブリッジ部の高さを調整すればよい。
The height of the
なお、図５においてはブリッジ部１４を形成した後、プラズマ照射を行うことにより、ブリッジ部１４の上部にもプラズマ処理層が形成されている例を示している。しかし、プラズマ照射を行った後、ブリッジ部１４を形成すれば、ブリッジ部１４の上部にはプラズマ処理層は形成されない。
FIG. 5 shows an example in which a plasma treatment layer is also formed on the
本実施形態において、基材１１にはガラスを用いる例を示したが、他のシリコン系の材料、例えばシリコン基板又は酸化シリコン被膜が形成されたシリコン基板等を用いてもよい。また、プラスチック等の材料からなる基材を用いてもよい。
In the present embodiment, an example in which glass is used as the
プラズマ処理層を形成するプラズマ照射には、アンモニア以外の塩基性窒素含有化合物を用いてもよい。塩基性窒素含有化合物としては、一般式がＮＲ1Ｒ2Ｒ3により示される有機アミン類（但し、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は水素、−ＣＨ3、−Ｃ2Ｈ5、−Ｃ3Ｈ7又は−Ｃ4Ｈ8であり、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は互いに同一であっても、異なっていてもよい。）又はベンジルアミン及びその２級、３級アミン等が挙げられる。但し、アンモニアがコスト、取り扱いの容易さから好ましい。 A basic nitrogen-containing compound other than ammonia may be used for the plasma irradiation for forming the plasma treatment layer. Examples of basic nitrogen-containing compounds include organic amines represented by the general formula NR 1 R 2 R 3 (wherein R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen, —CH 3 , —C 2 H 5 , —C 3 H 7 or —C 4 H 8 , and R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different from each other.) Or benzylamine and its secondary and tertiary amines. However, ammonia is preferable because of cost and ease of handling.
また、エッチングによりターゲット固定領域を形成した後、プラズマ処理層を形成する例を示したが、プラズマ処理層を形成した後、エッチングを行ってもよい。 In addition, although an example in which the plasma treatment layer is formed after the target fixing region is formed by etching has been shown, etching may be performed after the plasma treatment layer is formed.
本発明に係る、マイクロアレイ用基板及びその製造方法は、ターゲットの固定が容易で且つダメージを与えることなく回収することが可能なマイクロアレイ用基板を実現でき、基板上にパターン化された炭素質膜を備えたマイクロアレイ用基板及びその製造方法等として有用である。 The microarray substrate and the manufacturing method thereof according to the present invention can realize a microarray substrate that can be easily fixed without being damaged and can be recovered without damaging the substrate, and a carbonaceous film patterned on the substrate can be formed. It is useful as a provided microarray substrate and a method for manufacturing the same.
１１ 基材
１２ ターゲット固定領域
１３ 炭素質膜
１３Ａ プラズマ処理層
１４ ブリッジ部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記基材の上に規則的に配置された複数のターゲット固定領域とを備え、
前記ターゲット固定領域は、炭素質膜と、該炭素質膜の表面に形成されたプラズマ処理層とを有し、
前記プラズマ処理層は、前記炭素質膜を構成する炭素と結合したイオン性の官能基を有していることを特徴とするマイクロアレイ用基板。 A substrate;
A plurality of target fixing regions regularly arranged on the substrate;
The target fixing region has a carbonaceous film and a plasma treatment layer formed on the surface of the carbonaceous film,
The said plasma processing layer has an ionic functional group couple | bonded with the carbon which comprises the said carbonaceous film | membrane, The board | substrate for microarrays characterized by the above-mentioned.
前記炭素質膜を選択的に除去することにより複数のターゲット固定領域を形成する工程（ｂ）と、
前記炭素質膜の表面にプラズマを照射することにより、前記炭素質膜の表面にイオン性の官能基を有するプラズマ処理層を形成する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とするマイクロアレイ用基板の製造方法。 Forming a carbonaceous film on the substrate (a);
A step (b) of forming a plurality of target fixing regions by selectively removing the carbonaceous film;
And (c) forming a plasma treatment layer having an ionic functional group on the surface of the carbonaceous film by irradiating the surface of the carbonaceous film with plasma. A method for manufacturing a substrate.
前記工程（ｂ）では、フルオロカーボン及び酸素を含み且つ酸素がフルオロカーボンよりも多い混合ガスのプラズマを用いてエッチングを行うことを特徴とする請求項７又は８に記載のマイクロアレイ用基板の製造方法。 The substrate is made of silicon or silicon oxide,
9. The method of manufacturing a microarray substrate according to claim 7, wherein in the step (b), etching is performed using plasma of a mixed gas containing a fluorocarbon and oxygen and containing more oxygen than the fluorocarbon.
前記炭素質膜における前記ターゲット固定領域及びブリッジ部を除く領域をエッチングにより除去する工程（ｂ１）と、
前記工程（ｂ１）よりも後に前記ブリッジ部を選択的にエッチングして、前記ブリッジ部の高さを前記ターゲット固定領域よりも低くする工程（ｂ２）とを含むことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロアレイ用基板の製造方法。 The step (b)
Removing the region excluding the target fixing region and the bridge portion in the carbonaceous film by etching (b1);
The step (b2) of selectively etching the bridge portion after the step (b1) to make the height of the bridge portion lower than the target fixing region. The manufacturing method of the board | substrate for microarrays of description.
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