JP2005046665A

JP2005046665A - 高分子固定化基板の製造方法およびこの方法により得られる高分子固定化基板

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Publication number: JP2005046665A
Application number: JP2003203163A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 裕行田中; Tomoji Kawai; 知二川合
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: JP4318978B2

Abstract

【課題】基板上に線状高分子が一方向に伸長、配列してなる高分子固定化基板を簡便に製造する方法、およびこの方法により得られる高分子固定化基板を提供する。
【解決手段】真空チャンバー内で、噴霧方向に対して、雲母基板５表面を傾斜させた状態で、パルスバルブ２を介して、雲母基板５にＤＮＡ水溶液６を噴霧する。このとき噴霧方向に対して雲母基板５表面を４５度傾斜させることが最も好ましい。また、ＤＮＡ水溶液６の噴霧は、真空度が１０^−３Ｐａの真空中で行うことが好ましい。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子が基板上に固定されてなる高分子固定化基板の製造方法、およびこの方法により得られる高分子固定化基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴなどのエレクトロニクスやバイオテクノロジーなどの幅広い分野で、ナノテクノロジーの応用が期待され、その研究開発が盛んに行われている。これまでに、４種の塩基からなるデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）を用いるいわゆるバイオ素子（ＤＮＡナノデバイス）が、新しいコンピューター用集積回路などとして応用できる可能性があることが本発明者らの研究から判っている。このような状況下、ＤＮＡを基板上に固定させるための技術開発が精力的に行われている。
【０００３】
本発明者らは、これまでに、基板上にＤＮＡを網目状に構成する方法を発明している（特許文献１）。また、ＤＮＡを基板上へ伸長させる方法は、非特許文献１〜３に開示されている。非特許文献１は、化学修飾したマイカ基板上にＤＮＡの溶液を垂らし、ＤＮＡ溶液に流れを作ることにより、ＤＮＡを伸長させる方法である。また、非特許文献２は、ＤＮＡが結合するよう基板修飾を施し、この基板をＤＮＡ溶液に浸し、基板修飾されたところにＤＮＡを引っかけた後、さらに基板をＤＮＡ溶液から引き上げることにより伸長させる方法（分子櫛法）である。また、非特許文献３は、マイカ基板に溶液を垂らし、それをブロワー等で吹き飛ばすことによりＤＮＡを伸長させる方法である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３４８４３８号公報（公開日：平成１３年１２月１８日）
【０００５】
【非特許文献１】
ＪｉｎｇＹｏｎｇＹｅ，ＫａｚｕｏＵｍｅｍｕｒａ，ＭｉｔｓｕｒｕＩｓｈｉｋａｗａ，ａｎｄＲｅｉｋｏＫｕｒｏｄａ，ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙｏｆＤＮＡＭｏｌｅｃｕｌｅｓＳｔｒｅｔｃｈｅｄｂｙＳｐｉｎ−ＣｏａｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２８１，２１−２５（２０００）
【０００６】
【非特許文献２】
ＸａｖｉｅｒＭｉｃｈａｌｅｔ，ＲｏｓｅｍａｒｙＥｋｏｎｇ，ＦｒａｎｃｏｉｓｅＦｏｕｇｅｒｏｕｓｓｅ，ＳｏｐｈｉｅＲｏｕｓｓｅａｕｘＣａｔｈｅｒｉｎｅＳｃｈｕｒｒａ，ＮｉｃｋＨｏｒｎｉｇｏｌｄ，ＭａｒｊｏｎｖａｎＳｌｅｇｔｅｎｈｏｒｓｔ，ＪｐｎａｔｈａｎＷｏｌｆｅ，ＳｕｅＰｏｖｅｙ，ＪａｃｑｕｅｓＳ．Ｂｅｃｋｍａｎｎ，ＡａｒｏｎＢｅｎｓｉｍｏｎ，ＤｙｎａｍｉｃＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｏｍｂｉｎｇ：ＳｔｒｅｔｃｈｉｎｇｔｈｅＷｈｏｌｅＨｕｍａｎＧｅｎｏｍｅｆｏｒＨｉｇｈ−ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＳｔｕｄｉｅｓ，ＳＣＩＥＮＣＥ，ＶＯＬ．２７７１９９７年９月５日
【０００７】
【非特許文献３】
ＪｉａｎｗｅｉＬｉ，ＣｈｕｎｌｉＢａｉ，ＣｈｅｎＷａｎｇ，ＣｈｕａｎｆｅｎｇＺｈｕ，ＺｈａｎｇＬｉｎ，ＱｉｎｇＬｉａｎｄＥｎｈｕａＣａｏ，ＡｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆａｌｉｇｎｉｎｇｌａｒｇｅＤＮＡｍｏｌｅｃｕｌｅｓｏｎｂａｒｅｍｉｃａｓｕｒｆａｃｅｓｆｏｒａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＲｅｓｅａｒｃｈ，１９９８，Ｖｏｌ．２６．Ｎｏ．２０４７８５−４７８６
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１は、ＤＮＡを網目状に構成することを目的としてなされてものである。それゆえ、この特許文献１にはＤＮＡなどの線状高分子を基板上に伸長・配列させる方法については開示されていない。
【０００９】
また上記非特許文献２の方法では、基板を修飾すると基板の導電性等に影響があり、分子スケールデバイスやバイオ分子デバイスを作製する場合の制約になってしまう。また、基板を修飾すると基板表面の粗さも増加する。そのため、顕微鏡による分子の高分解能観察の妨げとなってしまう問題がある。
【００１０】
また上記非特許文献３の方法では、ＤＮＡを伸長させるための条件を得ることが難しいという問題がある。
【００１１】
このようなことから、無修飾の基板上に、ＤＮＡなどの線状高分子を簡便に伸長させて、配列、固定させる方法の開発が望まれている。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、基板上に高分子を一方向に伸長、配列させることで、基板上に一方向に伸長、配列した高分子が固定されてなる高分子固定化基板を簡便に製造する方法、およびこの方法により得られる高分子固定化基板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＤＮＡ水溶液を真空中で雲母基板へ噴霧する際、噴霧方向に対して雲母基板表面を傾斜させることによって、ＤＮＡを凝集することなく、一方向に伸長、配列させて固定させることに成功し、この知見に基づいて本発明を完成させるに至った。
【００１４】
すなわち、本発明に係る高分子固定化基板の製造方法は、線状高分子を基板上に固定させる工程を含んでおり、上記工程では、噴霧方向に対して上記基板の表面を傾斜させた状態で、上記線状高分子を含む高分子液を噴霧することを特徴としている。
【００１５】
上記製造方法においては、上記噴霧方向に対して、上記表面が１０度〜８０度の範囲内となるように、上記基板を傾斜させることが好ましい。
【００１６】
また、上記線状高分子は特に限定されるものではないが、生体鎖状高分子を好ましく用いることができる。この生体鎖状高分子としては、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、または糖鎖のいずれかを挙げることができる。上記ポリヌクレオチドとしては、ＤＮＡまたはＲＮＡを挙げることができる。
【００１７】
また、上記製造方法においては、用いられる基板において、上記表面の形状が、一辺が２０，０００μｍ以下の四角形、または、直径が２０，０００μｍ以下の円形であることが好ましい。
【００１８】
さらに、上記製造方法においては、上記高分子液は、線状高分子を溶媒に溶解させた溶液または分散させた分散液であればよい。このとき、上記高分子液に用いられる溶媒が、揮発性を有することが好ましく、より具体的には、上記溶媒には、水および／または有機溶媒が含まれることが好ましい。また、上記高分子液中に含まれる上記線状高分子の濃度は、０．１ｎｇ／ｍＬ〜５００μｇ／ｍＬの範囲内であることが好ましい。
【００１９】
加えて、上記製造方法においては、上記高分子液の噴霧を真空中で行うことが好ましく、その真空度を０．１Ｐａ以下とすることがより好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る高分子固定化基板は上記製造方法によって得られるものである。なお、本発明において、上記「高分子固定化基板」とは、表面に線状高分子が固定された基板を意味する。
【００２１】
上記の構成によれば、噴霧方向に対して表面を傾斜させた状態で線状高分子を含む高分子液を噴霧することで、高分子液は表面上を一方向に流れやすくなる。そして高分子液に含まれる高分子は、該高分子液の「流れ」（圧力）を受けて表面上を転がる過程で一方向に配列していく。このとき、上記高分子が凝集するより速く、上記高分子液中の溶媒が蒸発するので、一方向に配列した線状高分子は表面に吸着し、これにより一方向に配列した高分子が基板上に固定される。
【００２２】
それゆえ、本発明では、簡便な方法により線状高分子を基板上に一方向に配列させることができる。したがって、線状高分子が一方向に配列されてなる高分子固定化基板を簡便に得ることができる。
【００２３】
また、本発明により得られる高分子固定化基板は、分子スケールデバイスやバイオ分子デバイスとして好適に利用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。
本発明にかかる高分子固定化基板の製造方法は、線状高分子を基板上に固定させる工程を含むものである。以下、本発明に係る高分子固定化基板、その製造方法、並びにその利用についてそれぞれ説明する。
【００２５】
（１）本発明に係る高分子固定化基板
本発明に係る高分子固定化基板は、本発明に係る高分子固定化基板の製造方法（以下、適宜製造方法と略す）により得られるものであり、具体的には、線状高分子を一方向に伸長および配列させた状態で、基板上に高分子を固定化させてなる構成を有している。
【００２６】
＜基板＞
本発明に係る高分子固定化基板において、高分子を固定化する基板としては、平坦な表面を有するものであれば特に限定されるものではないが、十分な剛性や強度を確保できる点から、各種無機物質が好ましく用いられる。
【００２７】
上記無機物質としては、具体的には、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の金属；ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）等の半導体物質；シリカ（ＳｉＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、サファイヤ（Ａｌ_２Ｏ_３）、雲母（マイカ）等の絶縁体物質；等を挙げることができる。これら無機物質は１種類のみを用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、銅、シリコン、マイカからなる群より選ばれる１または２種類以上の無機物質を好ましく用いることができる。
【００２８】
例えば、銅は、水の曝露に対して原子的平坦性を失うことはなく、また高分子の一つＤＮＡを分解させる程には化学的に活性ではない物質である。それゆえ、銅、好ましくは、Ｃｕ（１１１）面を有する銅基板を用いれば、ＤＮＡを分解させることなく、高分子固定化基板を効率よく得ることができる。
【００２９】
またシリコンであれば、表面を化学処理することで、ＤＮＡやＲＮＡの固定力の強い疎水性を示す水素化シリコン（Ｓｉ−Ｈ）の領域と、ＤＮＡやＲＮＡの固定力の弱い親水性の酸化シリコン（ＳｉＯ_２）領域とを作り分けることができる。そして、ＳｉＯ_２領域にのみ、ＤＮＡやＲＮＡを吸着させることができる。
【００３０】
また雲母であれば、劈開性を有しているので、原子レベルで平坦な表面を簡便に得ることができる。
【００３１】
本実施の形態では、上記基板の大きさや、上記表面の形状は特に限定されるものではなく、高分子固定化基板の用途等に応じて適宜設定すればよい。具体的には、例えば、上記表面の形状は、一辺が２０，０００μｍ以下の四角形、または、直径が２０，０００μｍ以下の円形であればよい。上記範囲内であれば、本発明に係る高分子固定化基板を、超微細化加工が必要とされるエレクトロニクスやバイオテクノロジー等の分野で、好適に利用することができる。
【００３２】
本発明で用いられる基板の製造方法も特に限定されるものではなく、適切な大きさや形状表面状態となるように、公知の方法で製造すればよい。
【００３３】
＜線状高分子＞
本発明で用いられる線状高分子とは、一次方向に伸長する巨大分子であれば特に限定されるものではないが、具体的には、線状高分子の延伸方向の長さが、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲を外れる線状高分子の場合、当該線状高分子が長すぎるまたは短すぎるため、本発明に係る製造方法を用いても、線状高分子を一方向に伸長および配列させることが困難となる場合がある。上記線状高分子の分子量は特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、数平均分子量が１万〜１億の範囲内であることが好ましく、１０万〜１億の範囲内であることがより好ましく、１０万〜１，０００万の範囲内であることがより好ましい。
【００３４】
本発明で用いられる線状高分子は、１種類以上の原子が規則性をもって全体的に一方向に伸長するような構造をもっていればよいが、好ましくは、繰り返し単位を有する鎖状高分子を挙げることができる。一般に知られている高分子のうち、大部分の高分子は、いわゆる合成樹脂に代表される重合体であるため、鎖状高分子は入手が容易である等の利点がある。また、鎖状高分子であれば、導電性を容易に制御できるという利点もある。
【００３５】
本発明で用いられる線状高分子としては、特に限定されるものではなく、本発明に係る高分子固定化基板の用途等に応じて好ましい線状高分子を選択すればよい。具体的には、例えば、高分子固定化基板を、電子機器に応用可能なチップとして用いる場合には、カーボンナノチューブ；金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等からなる金属ワイヤー；ポリヌクレオチド、ポリペプチド、糖鎖等の生体鎖状高分子；ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポルフィリン等の導電性重合体；等を挙げることができるが、特に限定されるものではない。中でも、本発明では、ポリヌクレオチドに代表される生体鎖状高分子を好ましく用いることができる。
【００３６】
＜生体鎖状高分子＞
本発明において「生体鎖状高分子」とは、情報をコードする各単位の順列により特定の情報を示すことが可能なように、当該各単位が順列につながっている、生分解性を有する鎖状構造の高分子を意味している。生体鎖状高分子は、各種の生体機能を有している。それゆえ、これによれば、本発明の方法により得られる高分子固定化基板を、遺伝子工学や分子生物学の分野において好適に利用することができる。
【００３７】
生体鎖状高分子のうち、上記ポリヌクレオチドとしては、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）やリボ核酸（ＲＮＡ）等を挙げることができる。このうちＤＮＡは、例えばクローニングや化学合成技術又はそれらの組み合わせで得られるようなｃＤＮＡやゲノムＤＮＡ等を用いることができる。また、ＤＮＡは二本鎖でも一本鎖でもよい。
【００３８】
本発明で用いられるポリヌクレオチドの塩基配列は特に限定されるものではなく、任意の塩基配列を有するものを用いることができる。また、上記ポリヌクレオチドの長さは特に限定されるものではないが、３００〜３００ｋｂｐの範囲内が好ましく、３ｋ〜３００ｋｂｐの範囲内がより好ましい。この範囲内であれば、ポリヌクレオチドを上記線状高分子として好適に用いることができる。
【００３９】
本発明で用いられるポリヌクレオチドの具体例を挙げると、例えば、ＤＮＡとしては、λＤＮＡ，５−メチルシトシンフリーλＤＮＡ，ＣｏｌＥ１ＤＮＡ等の直鎖状ＤＮＡを挙げることができる。これらＤＮＡは１種または２種以上用いることができる。あるいは、ＲＮＡとしては、伝令ＲＮＡを挙げることができる。この伝令ＲＮＡは線状構造を持っていることがより好ましい。
【００４０】
上記生体鎖状高分子のうち、ポリペプチドは、アミノ酸が連続してペプチド結合してなるものであれば特に限定されるものではないが、一般的には、公知のタンパク質や、化学合成されたオリゴペプチド等を用いることができる。なお、ポリペプチドのアミノ酸の配列は特に限定されるものではなく、任意の配列のものを用いることができる。
【００４１】
ここで、上記タンパク質は、通常、αへリックスやβシート等の２次構造に代表されるような高次構造をとっているため、生体鎖状高分子とはいっても線状になっていない場合がある。このときには、必要に応じて公知の方法でタンパク質を変性させ、高次構造を解いて用いればよい。また、高次構造をとっているタンパク質自身が線状高分子となっている場合には、そのまま用いてもよい。
【００４２】
上記生体鎖状高分子のうち、糖鎖は、グルコース、ガラクトース、フコース、Ｎ−アセチルグルコサミン、シアル酸等の各種単糖が連続して結合してなるものであれば特に限定されるものではない。糖鎖としては、グルコースのみがつながってなるグルカンや、ガラクトースのみがつながってなるガラクタンのように、１種類の単糖からなっている構成であってもよいし、生体内で細胞表面等に存在する糖鎖のように、各種の糖鎖が任意の配列でつながっているものであってもよい。また、例えば、同じグルカンであっても、グルコースの結合位置によっては、アミロース（デンプンの１成分で、グルコースがα１−４結合でつながる）となったりセルロース（グルコースがβ１−４結合でつながる）となったりするが、各単糖の結合位置も特に限定されるものではない。さらに、アミロペクチンのように分岐鎖を有していてもよい。
【００４３】
（２）本発明に係る高分子固定化基板の製造方法
本発明に係る高分子固定化基板の製造方法は、上記線状高分子を基板上に固定させる工程を含んでおり、上記工程では、噴霧方向に対して上記基板の表面を傾斜させた状態で、上記線状高分子を含む高分子液を噴霧するようになっている。
【００４４】
本発明では、線状高分子を高分子液とした上で、基板を傾斜させた状態で高分子液を噴霧させることで、線状高分子を伸長かつ配列させて固定化させることができる。
【００４５】
＜高分子液＞
本発明で用いられる高分子液は、線状高分子を溶媒に溶解させた溶液または分散させた分散液であれば特に限定されるものではない。上記溶媒としては、用いる線状高分子の種類に応じて適宜好ましい溶媒を選択すればよく、特に限定されるものではなく、例えば、エタノール、クロロホルム、塩化メチレン、テトラヒドロフラン等を用いることができる。溶媒は１種類のみを用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、高分子液は分散液であってもよいため、上記溶媒は、線状高分子を溶解できるものでなくてもよい。例えば、溶媒を２種以上用いる場合には、上記線状高分子に対して可溶性を示す溶媒と、不溶性を示す溶媒とを組み合わせて用いてもよい。
【００４６】
特に本発明では、上記溶媒は揮発性を有するものであることが好ましく、常温でも揮発性を有する易揮発性溶媒であることがより好ましい。ここでいう常温とは２５℃を中心として前後に１０℃の範囲内、すなわち１５〜３５℃の範囲内と規定する。揮発性を有する溶媒を用いれば、高分子液を噴霧したときに、基板上に残存した溶媒は揮発するので、噴霧後に溶媒を除去する必要がなくなる。
【００４７】
上記線状高分子として生体鎖状高分子、特にＤＮＡやＲＮＡ等のポリヌクレオチドを用いる場合には、溶媒として、水および／またはエタノール等の有機溶媒を用いることが好ましい。より具体的には、例えば、脱イオン水、含水アルコール等を用いることが好ましい。これら溶媒は、優れた揮発性を有するとともに、ポリヌクレオチドを効率的に溶解または分散させることができる。
【００４８】
上記高分子液の濃度については特に限定されるものではないが、本発明では、基板上に噴霧した後に、線状高分子を効率的かつより確実に伸長および配列させる観点から、０．１ｎｇ／ｍＬ〜５００μｇ／ｍＬの範囲内であることが好ましく、０．１ｎｇ／ｍＬ〜１０μｇ／ｍＬの範囲内であることがより好ましい。また、高分子液中に含まれる線状高分子の濃度を変えることで、基板上に隣接して配列される高分子の間隔を制御することが可能である。例えば、上記間隔を密にしたければ、濃度の濃い溶液を使用し、間隔を粗くする場合には、濃度を比較的薄くするとよい。しかしながら、上述したように、高分子液の濃度が上記好ましい範囲を下回ると、配列される高分子の間隔が広くなりすぎるおそれがあるため好ましくない。一方、高分子液の濃度が上記好ましい範囲を上回ると、高分子液を噴霧したときに高分子が互いに絡み合い、これにより、凝集した高分子が基板に固定されてしまうおそれがあるため好ましくない。
【００４９】
上記高分子液の調製方法は特に限定されるものではなく、上記溶媒に線状高分子を加えて攪拌することにより、溶媒中に線状高分子を分散または溶解させればよい。必要に応じて攪拌時に加熱または冷却してもよい。また、攪拌の条件も特に限定されるものではなく、線状高分子や溶媒の物性、あるいは溶媒に対する線状高分子の溶解度等に応じて好ましい条件を適宜選択すればよい。
【００５０】
＜高分子液の噴霧＞
上述したように、本発明に係る製造方法では、高分子液を傾斜した基板表面に噴霧するが、このときの噴霧条件は特に限定されるものではなく、高分子液を傾斜した基板の上方にできる限り均一に噴霧できるような条件であればよい。ここで、高分子液の噴霧に用いる手段としては特に限定されるものではなく、公知の噴霧装置を用いることができる。後述する例では、パルスバルブを備える噴霧装置を用いている。
【００５１】
高分子液を噴霧する際の基板の傾斜角度は特に限定されるものではないが、上記噴霧方向に対して、上記表面が１０度〜８０度の範囲内となるように傾斜させることが好ましく、３０度〜６０度の範囲内となるように傾斜させることがより好ましい。
【００５２】
基板の傾斜角度がこの範囲内であれば、高分子液に含まれる線状高分子を、基板の表面上で転がりやすくすることができる。このように線状高分子が転がりやすくなると、高分子液（溶媒）の流れを受けて線状高分子が表面上を転がる過程で、一方向に伸長して配列される。その結果、線状高分子を基板表面上で一方向に伸長および配列することができる。されてなる高分子固定化基板を簡便に得ることができる。
【００５３】
上記高分子液の噴霧条件は特に限定されるものではないが、噴霧は真空中で行われることが好ましい。このときの真空度は０．１Ｐａ以下であることが好ましく、１０^−３Ｐａ以下であることがより好ましい。後述するように、真空中で高分子液を噴霧すれば、基板の汚染を回避できるとともに、溶媒の揮発も促進することが可能である。また、上記噴霧を行うときの温度としては、高分子液が安定した常態となり得る温度範囲であれば特に限定されないが、通常は常温の範囲内が好ましい。また、基板上に溶媒が残存している間に温度を変化させることにより、隣接する高分子の間隔を調整することも可能である。さらに、噴霧時間も特に限定されるものではなく、線状高分子の種類や得ようとする高分子固定化基板における線状高分子の固定密度等を考慮して適宜設定すればよい。
【００５４】
＜線状高分子としてＤＮＡを用いた場合の具体例＞
次に、線状高分子としてＤＮＡを用い、該ＤＮＡを雲母基板上に固定させる場合を例に挙げて、本発明に係る製造方法について、図１および図２に基づいてより詳細に説明する。本実施の形態では、本発明者らが考案した「真空噴霧法」により上記工程を行うものとする。
【００５５】
図１は、真空噴霧法を行うための、真空噴霧装置１の構成を概略的に示している。同図に示すように、噴霧装置１は、主として、パルスバルブ（高速電磁弁）２、チャンバー３、およびトランスファー４を備えて構成されている。
【００５６】
パルスバルブ２は、チャンバー３内に設けられた雲母基板５に中にＤＮＡ水溶液を噴霧するものである。チャンバー３は、図示しない真空ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）により、その内部を真空状態に保つことができるようになっている。該チャンバー３にはトランスファー４が備えられており、チャンバー３内側のトランスファー４には、図示しない試料台が設けられている。そしてこの試料台上に雲母基板５が搭載されるとともに、チャンバー３外側の操作により、雲母基板５に傾斜をつけられるように構成されている。
【００５７】
本発明にかかる方法は、大気中で行うことも可能であるが、好ましくは、本実施の形態のように、真空中で行うことである。本実施の形態では、特に限定されるものではないが、チャンバー３内の真空度を、０．１Ｐａ以下とすることが好ましく、１０^−３Ｐａ以下とすることがより好ましい。これにより、低温化に付随する結露や吸着等による基板表面の汚染を回避することができる。
【００５８】
そして、図示しないパルスバルブ２の噴霧口を介して、チャンバー３内にある雲母基板５をめがけて、ＤＮＡ水溶液を噴霧させる。図２に、ＤＮＡ溶液を噴射しているときの、パルスバルブ２と雲母基板５との様子を概略的に示す。図２に示すように、本実施の形態では、噴霧方向（図２中、矢印Ｄ方向）に対して雲母基板５の表面を傾斜させた状態で、パルスバルブ２内のＤＮＡ水溶液６を噴霧させる。なお、本実施の形態では、図２に示すように、噴霧方向に対して、雲母基板５の表面を角度「Ａ度」、傾斜させている。
【００５９】
本実施の形態では、特に限定されるものではないが、噴霧方向（矢印Ｄ方向）に対して、雲母基板５の表面を１０度以上、８０度以下傾斜させることが好ましく、３０度以上、６０度以下傾斜させることがより好ましく、４５度で傾斜させることが最も好ましい。
【００６０】
このとき、パルスバルブ２の噴霧口から、雲母基板５の表面までの距離は、例えば、１ｃｍ〜２０ｃｍの範囲内、好ましくは３ｃｍ〜１０ｃｍとすればよい。また、このとき使用するＤＮＡ水溶液は、雲母基板５、１ｃｍ^２に対して、１０^−４ｍＬ〜０．０１ｍＬ用いることが好ましい。
【００６１】
また、上記溶液の噴霧時間は、１ミリ秒〜１０ミリ秒、好ましくは１ミリ秒〜２ミリ秒の範囲内とすればよい。また、上記溶液を噴霧するときの圧力、およびパルスバルブ２の噴霧口の径は、それぞれ特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいものとする。
【００６２】
雲母基板５の表面を傾斜させることで、ＤＮＡ水溶液は雲母基板の表面上を図２に示すＢ方向に流れやすく（駆け抜けやすく）なる。そしてＤＮＡ水溶液に含まれるＤＮＡ７は、このＤＮＡ水溶液の流れ（圧力）を受けて雲母基板５を転がる過程で、一方向に伸長、配列する。このとき、ＤＮＡ７が凝集するより速く、ＤＮＡ水溶液中の水が蒸発するので、一方向に配列したＤＮＡ７は雲母基板５表面に吸着し、これにより一方向に配列したＤＮＡ７が雲母基板５上に固定される。また、チャンバー３内は真空状態であるので、ＤＮＡ水溶液６に含まれる水は蒸発し、ターボ分子ポンプで排気される。
【００６３】
それゆえ、これによれば、簡便な方法によりＤＮＡを一方向に配列させることで、高分子が一方向に配列された高分子固定化基板を簡便に得ることができる。また、基板に対して化学修飾等の処理を施す必要がない。
【００６４】
（３）本発明の用途
本発明に係る製造方法により得られる高分子固定化基板は、様々な分野で利用することができる。例えば、本発明にかかる製造方法によってＤＮＡが基板上に伸長、配列されてなる高分子固定化基板であれば、ナノ分子スケール回路などのナノデバイスとして用いることができる。
【００６５】
例えば、本発明の方法によって、ＳｉＯ_２／Ｓｉ上に形成した１０ｎｍ〜２０ｎｍ間隔のＡｕ／Ｔｉナノ電極間に数本のＤＮＡを伸長、配列させて固定すれば、ＤＮＡの塩基配列の組み合わせと電界によるトランジスタ制御が可能なＦＥＴを得ることが可能であると考えられる。このとき、塩基としてグアニン−シトシンのみから構成されたＤＮＡを用いれば、ｐ型的な電気特性を示す電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が得られると考えられる。一方、塩基としてアデニン−チミンのみから構成されたＤＮＡを用いれば、ｎ型的な電気特性を示すＦＥＴが得られると考えられる。
【００６６】
また、ＤＮＡは、それ自身が０．４ｎｍピッチのアドレスを有する情報記録分子であるが、その独特な自己組織構造をテンプレート（鋳型）にすることにより、さらに新しい機能が開けてくる。したがって例えば、雲母基板上にＤＮＡを一方向に伸長、配列してなるＤＮＡネットワーク構造の中に直径５ｎｍの金微粒子を組み込み、さらに金微粒子間の制御をすれば、ＤＮＡをテンプレートとして用いた単電子デバイスを提供することが可能であると考えられる。
【００６７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６８】
【実施例】
以下、実施例および比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６９】
〔実施例１〕
λＤＮＡ（ＴａＫａＲａＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製）を水に溶解し、λＤＮＡ水溶液を調製した。そして、真空噴霧装置を用いて、真空度が１０^−３Ｐａの真空中で、雲母基板上にλＤＮＡ水溶液を噴霧した。このとき、噴霧方向に対して雲母基板表面を４５度傾斜させた。また、パルスバルブから雲母基板表面までの距離を６ｃｍ、λＤＮＡ水溶液の噴霧時間を１．５ミリ秒とした。
【００７０】
噴霧後、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて雲母基板の様子を観察した。その結果を図３に示す。なお、図３における噴霧の流れはおおよそ左から右向きである。同図から、ほとんどのλＤＮＡが上下方向に伸長され、一方向に配列していることがわかる。
【００７１】
〔比較例１〕
雲母基板を真空噴霧装置のパルスバルブの正面に向けた（噴霧方向に対して雲母基板表面を９０度（垂直）にした）以外は、実施例１と同様にして、λＤＮＡ水溶液を噴霧した。そして噴霧後、原子間力顕微鏡を用いて雲母基板の様子を観察した。その結果を図４に示す。同図に示すように、伸長されたλＲＮＡは見られず、λＤＮＡ内で凝集していることがわかる。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る高分子固定化基板の製造方法は、線状高分子を基板上に固定させる工程を含んでおり、上記工程では、噴霧方向に対して上記基板の表面を傾斜させた状態で、上記線状高分子を含む高分子液を噴霧する方法である。また、本発明に係る高分子固定化基板は上記製造方法によって得られるものである。
【００７３】
本発明成によれば、噴霧方向に対して表面を傾斜させた状態で線状高分子を含む高分子液を噴霧することで、高分子液は表面上を一方向に流れやすくなる。そして高分子液に含まれる高分子は、該高分子液の「流れ」（圧力）を受けて表面上を転がる過程で一方向に配列していく。このとき、上記高分子が凝集するより速く、上記高分子液中の溶媒が蒸発するので、一方向に配列した線状高分子は表面に吸着し、これにより一方向に配列した高分子が基板上に固定される。
【００７４】
それゆえ、本発明では、簡便な方法により線状高分子を基板上に一方向に配列させることができる。したがって、線状高分子が一方向に配列されてなる高分子固定化基板を簡便に得ることができるという効果を奏する。
【００７５】
本発明により得られる高分子固定化基板は、分子スケールデバイスやバイオ分子デバイスとして好適に利用することができる。そのため、本発明は、各種ナノテクノロジーに広い範囲で応用することが可能となり、各種素材産業、情報技術産業、化学・バイオ産業等に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる真空噴霧装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示すパルスバルブと雲母基板との関係を概略的に示す図である。
【図３】実施例１において、原子間力顕微鏡を用いて観察した雲母基板の様子を示す図である。
【図４】比較例１において、原子間力顕微鏡を用いて観察した雲母基板の様子を示す図である。
【符号の説明】
１真空噴霧装置
２パルスバルブ
３チャンバー
４トランスファー
５雲母基板（基板）
６ＤＮＡ水溶液（溶液）
７ＤＮＡ（高分子）

Claims

線状高分子を基板上に固定させる工程を含んでおり、
上記工程では、噴霧方向に対して上記基板の表面を傾斜させた状態で、上記線状高分子を含む高分子液を噴霧することを特徴とする高分子固定化基板の製造方法。
上記噴霧方向に対して、上記表面が１０度〜８０度の範囲内となるように、上記基板を傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記線状高分子が、生体鎖状高分子であることを特徴とする請求項１または２に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記生体鎖状高分子が、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、または糖鎖のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記ポリヌクレオチドが、ＤＮＡまたはＲＮＡであることを特徴とする請求項４に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記表面の形状が、一辺が２０，０００μｍ以下の四角形、または、直径が２０，０００μｍ以下の円形であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記高分子液は、線状高分子を溶媒に溶解させた溶液または分散させた分散液であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記高分子液に用いられる溶媒が、揮発性を有することを特徴とする請求項７に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記溶媒には、水および／または有機溶媒が含まれることを特徴とする請求項８に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記高分子液中に含まれる上記線状高分子の濃度が、０．１ｎｇ／ｍＬ〜５００μｇ／ｍＬの範囲内であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記高分子液の噴霧を真空中で行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の高分子固定化基板の製造方法。
上記高分子液の噴霧における真空度を０．１Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項１１に記載の高分子固定化基板の製造方法。
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法によって得られる高分子固定化基板。