JP4606926B2 - Sample inspection apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、特定遺伝子や特定タンパク質等の分析すべき測定対象物を含む液滴中で起こる発光反応を検出することより分析を行う試料検査装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a sample inspection apparatus that performs analysis by detecting a luminescence reaction that occurs in a droplet containing a measurement object to be analyzed such as a specific gene or a specific protein, and a method for manufacturing the same.
近年、病気の診断や予防、創薬等を目的とした遺伝子解析の新たなツールとして、DNAチップやDNAマイクロアレイ(以下、「DNAチップ」という)が広く実用化されている。DNAチップとしては、一般に、ガラス基板上に既知遺伝子配列のDNAプローブを含むDNA溶液の液滴を試料の液滴を固定するための面(以下、必要に応じて「試料載置面」という)上にスポットして、多種のDNAプローブを高密度に固定化したものや、ガラス基板上(ガラス基板の試料載置面上)でDNAを合成することによってDNAプローブを固定化したもの等がある。 In recent years, DNA chips and DNA microarrays (hereinafter referred to as “DNA chips”) have been widely put into practical use as new tools for gene analysis for the purpose of disease diagnosis and prevention, drug discovery, and the like. As a DNA chip, generally, a surface for fixing a droplet of a DNA solution containing a DNA probe of a known gene sequence on a glass substrate (hereinafter referred to as a “sample mounting surface” if necessary) There are a variety of DNA probes that are spotted on top and fixed at high density, and DNA probes that are immobilized by synthesizing DNA on a glass substrate (on the sample mounting surface of the glass substrate). .
このようなDNAチップは、多項目(多種類、異なる組成)かつ多数の試料についての同時分析、同一項目(同一種類、同一組成)かつ多数の試料についての同時分析を実現し、分析効率を向上させ、分析コストを低減し、更には、分析装置の小型化を図ることが望まれている。そのために、試料載置面上の反応場(試料溶液の液滴)の微細化、高密度化を更に進めるための様々な検討が行われている。 Such a DNA chip realizes simultaneous analysis of multiple items (multiple types, different compositions) and many samples, and simultaneous analysis of the same items (same types and same compositions) and many samples, improving analysis efficiency Therefore, it is desired to reduce the analysis cost and further reduce the size of the analyzer. For this purpose, various studies have been made to further advance the miniaturization and densification of the reaction field (sample solution droplets) on the sample mounting surface.
DNAチップは、例えば、検査対象から採取したmRNAから逆転写した相補的DNA(cDNA)を、DNAプローブを固定化した分析部にアプライし、cDNAと基板上のDNAプローブとのハイブリッド形成を検出することによって、目的遺伝子の発現の有無を検出できる。また、このようなDNAチップによれば、例えば、少量の試料でも有効に分析が可能である。更に、このようなDNAチップによれば、多種のDNAプローブを一つの基板に固定化できるため、一つのDNAチップにおいて同一検体につき、多項目の分析を行うことができる。 A DNA chip, for example, applies complementary DNA (cDNA) reversely transcribed from mRNA collected from a test object to an analysis unit to which a DNA probe is immobilized, and detects hybridization between the cDNA and the DNA probe on the substrate. Thus, the presence or absence of expression of the target gene can be detected. Moreover, according to such a DNA chip, for example, even a small amount of sample can be effectively analyzed. Furthermore, according to such a DNA chip, since various types of DNA probes can be immobilized on one substrate, it is possible to perform multi-item analysis on the same specimen in one DNA chip.
前述のようなハイブリッド形成等を検出する際には、一般に蛍光標識等が利用されている。例えば、検出対象の遺伝子を、PCR(polymerase chain reaction)法により増幅する際に、蛍光物質で増幅産物が標識されるようにする。これによって、標識化された増幅産物と固定化されたDNAプローブとのハイブリッド形成を、蛍光によって検出できる。 In detecting hybridization as described above, a fluorescent label or the like is generally used. For example, when a gene to be detected is amplified by a PCR (polymerase chain reaction) method, the amplification product is labeled with a fluorescent substance. Thereby, the hybridization between the labeled amplification product and the immobilized DNA probe can be detected by fluorescence.
上記の発光(又は発色)を検出するための検出手段としては、DNAチップにおける発光状態(又は発色状態)を2次元的なマップとして認識し、一度に多くの情報を得ることを意図して、CCD(チャージカップルドデバイス:電荷結合素子)が一般に使用されている。CCDを発光検出手段として備える従来の検出装置は、暗室である装置内部にCCDが配置されており、使用時には、検出対象遺伝子と固定化プローブとのハイブリッド形成を行ったDNAマイクロチップを装置内部に配置し、その発光を検出する構成を有する(例えば、非特許文献1参照)。 As a detection means for detecting the light emission (or color development) described above, the light emission state (or color development state) in the DNA chip is recognized as a two-dimensional map, with the intention of obtaining a lot of information at one time. CCD (charge coupled device: charge coupled device) is generally used. A conventional detection apparatus equipped with a CCD as a light emission detection means has a CCD arranged in a dark room, and when used, a DNA microchip in which a detection target gene and an immobilized probe are hybridized is placed inside the apparatus. It arrange | positions and has the structure which detects the light emission (for example, refer nonpatent literature 1).
また、検出感度の向上を意図して、発光検出手段としてフォトダイオードを使用し、このフォトダイオードの上に蛍光反応の反応場となる蛍光反応槽を形成した構成の蛍光検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, with the intention of improving detection sensitivity, a fluorescence detection apparatus having a configuration in which a photodiode is used as a luminescence detection means and a fluorescence reaction tank serving as a reaction field for fluorescence reaction is formed on the photodiode is proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
更に、基板上(基板の試料載置面上)に、金属やプラスチックポリマー製のマトリクスパターンを形成することにより、試料等の液溶媒に対して非親和性を示す凸部を設け、隣りあう反応場同士を隔離する構成を有する反応場アレーが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この反応場アレーは、上記凸部を形成することにより、基板上の反応場(試料溶液の液滴)を微細化しかつ基板上に多数集積化して配置する場合に、基板上での試料溶液の液滴の拡散による、隣接する反応場同士の混合(コンタミネーション)の発生を防止することを意図したものである。 Furthermore, by forming a matrix pattern made of metal or plastic polymer on the substrate (on the sample mounting surface of the substrate), a convex portion showing non-affinity for a liquid solvent such as a sample is provided, and adjacent reactions are performed. A reaction field array having a configuration for isolating the fields has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In this reaction field array, when the above-mentioned convex portions are formed, the reaction field (liquid droplets of the sample solution) on the substrate is miniaturized and arranged in a large number on the substrate to arrange the sample solution on the substrate. It is intended to prevent the occurrence of mixing (contamination) between adjacent reaction fields due to droplet diffusion.
また、遺伝子検査を安価、簡便に行うための装置として、生体試料が収納される複数の反応槽が1次元又は2次元に配列される試料プレートと、光センサが形成される複数のピクセルが1次元又は2次元に配列される光センサアレイ及び信号を読み出す上記ピクセルを選択するピクセル選択回路が形成される光センサアレイ基板と、上記反応槽と上記ピクセルとが1対1で垂直方向で対応するように、試料プレートと上記光センサアレイ基板とを固定する部材とを有し、選択された上記ピクセルに対応する上記反応槽内で、上記生体試料と試薬との反応により生成する光を、選択された上記ピクセルの上記光センサにより受光して、選択された上記ピクセルから信号を読み出す構成を有する生体試料検査装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。この装置は、遺伝子検査を安価、簡便に行うために、小型化、高感度化、低コスト化を目指した構成を意図したものである。
しかしながら、上述の技術をはじめとする従来技術では、DNAチップの試料載置面上に滴下する液滴の体積を更に微量化し、かつ、その数を更に増加させることにより、反応場の微細化、高密度化を更に進め、分析効率の更なる向上、分析コストの更なる低減、分析装置の更に小型化を同時に図る場合には、分析精度の低下が起こり易くなり、その実現が極めて困難となっていた。 However, in the prior art including the above-described technology, the volume of the droplets dropped on the sample mounting surface of the DNA chip is further reduced, and the number of the droplets is further increased, thereby miniaturizing the reaction field, If the density is further increased, the analysis efficiency is further improved, the analysis cost is further reduced, and the analyzer is further miniaturized, the analysis accuracy is likely to be lowered, which is extremely difficult to realize. It was.
より具体的には、分析試料の液滴の体積(反応場)を1000pL以下としかつ試料の液滴の配置される分析試料の液滴の体積(反応場)の密度(試料載置面の単位面積当たりに配置される液滴の数)を1万個/cm2以上とする場合、液滴同士のコンタミネーションの発生が発生し易くなり、分析精度の低下が起こり易くなっていた。 More specifically, the volume of the analysis sample droplet (reaction field) is set to 1000 pL or less, and the density of the volume (reaction field) of the analysis sample in which the sample droplet is placed (unit of the sample mounting surface) When the number of droplets arranged per area) is 10,000 / cm 2 or more, the occurrence of contamination between droplets is likely to occur, and the analysis accuracy is likely to be lowered.
特に、液滴の体積を好ましくは35pL以下(より好ましくは1.2pL以下)とし、かつ、反応場の密度を好ましくは10万個/cm2以上(より好ましくは100万個/cm2以上)とし、従来では実現することが極めて困難であった高いレベルで試料載置面上の反応場の微細化、高密度化を試みる場合、一度に多種、多数かつ極微量の分析試料を、正確かつ迅速に、然も小さな分析スペースで分析することが極めて困難であった。 In particular, the volume of the droplet is preferably 35 pL or less (more preferably 1.2 pL or less), and the density of the reaction field is preferably 100,000 / cm 2 or more (more preferably 1,000,000 / cm 2 or more). When trying to miniaturize and increase the density of the reaction field on the sample mounting surface at a high level, which has been extremely difficult to achieve in the past, a large number of analytical samples at once can be accurately and accurately It was extremely difficult to analyze quickly and in a small analysis space.
例えば、非特許文献1に記載のDNAチップ及び検出装置は、DNAチップにおける、試料載置面は親水性の材料(例えば、ガラス等)からなる。そのため、試料載置面に滴下された液滴の面上での拡がりの進行を十分に防止することには限界があり、そのため、上述の極めて高いレベルを目指して試料載置面上の反応場の微細化、高密度化を試みる場合には、試料載置面に滴下された液滴のうちの隣接するもの同士が混ざり合う、いわゆるコンタミネーションの発生を十分に防止することが極めて困難であり、十分な分析精度を確保することが極めて困難となっていた。 For example, in the DNA chip and the detection device described in Non-Patent Document 1, the sample mounting surface of the DNA chip is made of a hydrophilic material (for example, glass). For this reason, there is a limit to sufficiently preventing the spread of the droplets dropped on the sample placement surface, so that the reaction field on the sample placement surface aiming at the extremely high level described above. When trying to reduce the size and increase the density, it is extremely difficult to sufficiently prevent the occurrence of so-called contamination, in which adjacent droplets dropped on the sample mounting surface mix together. It has been extremely difficult to ensure sufficient analysis accuracy.
また、非特許文献1に記載のDNAチップ及び検出装置では、DNAチップの試料載置面の上方に配置されるCCDを精度よく位置決めすることが困難なため、分析精度の更なる向上を図るには限界があった。より詳しくは、試料載置面に滴下された全ての液滴に対してCCDの距離を正確に一定とすることが極めて困難であり、試料載置面上の液滴の滴下位置(固定位置)の違いによる各液滴とCCDとの距離のバラつきを無くすことが極めて困難であった。 In addition, in the DNA chip and the detection device described in Non-Patent Document 1, it is difficult to accurately position the CCD arranged above the sample mounting surface of the DNA chip, so that the analysis accuracy can be further improved. There was a limit. More specifically, it is extremely difficult to make the distance of the CCD exactly constant for all droplets dropped on the sample mounting surface, and the droplet dropping position (fixed position) on the sample mounting surface. It was extremely difficult to eliminate the variation in the distance between each droplet and the CCD due to the difference.
更に、このDNAチップ及び検出装置の場合、発光や発色の信号が微弱な場合、信号をCCDで受けることが困難になり、分析感度が低下するという問題があった。また、DNAチップの大きさと比較した場合、装置の暗室は極めて大きく設計することが必要であるため、装置の小型化を試みる場合にも限界があった。 Furthermore, in the case of the DNA chip and the detection device, when the light emission or color development signal is weak, it is difficult to receive the signal by the CCD, and there is a problem that the analysis sensitivity is lowered. Further, when compared with the size of the DNA chip, it is necessary to design the dark room of the apparatus to be extremely large, so there is a limit when attempting to downsize the apparatus.
また、特許文献1に記載の検出装置は、透明基板上に立設した透明材料からなる容器を蛍光反応槽とする構成、又は、表面透明基板の表面を加工して形成した凹部を蛍光反応槽とする構成を有しており、上述のようなレベルで反応場(液滴)の微細化、高密度化を更に進め、分析効率の更なる向上、分析コストの更なる低減、分析装置の更なる小型化を同時に図る場合には限界があった。すなわち、1000pL以下(好ましくは35pL以下、より好ましくは1.2pL以下)の体積の液滴を収容可能な微小なスケールの凹部を透明基板表面に高密度で形成することは容易ではなく、その際に、各凹部の容積のバラつきを十分に低減することも容易ではなかった。各凹部の容積のバラつきを十分に低減できない場合には、十分な分析精度を確保することが困難となる。 Moreover, the detection apparatus described in Patent Document 1 has a configuration in which a container made of a transparent material standing on a transparent substrate is used as a fluorescence reaction tank, or a recess formed by processing the surface of a surface transparent substrate is a fluorescence reaction tank. And further refine the reaction field (droplets) and increase the density at the level described above to further improve the analysis efficiency, further reduce the analysis cost, and further improve the analysis equipment. However, there was a limit in simultaneously reducing the size. That is, it is not easy to form minute scale concave portions capable of accommodating droplets having a volume of 1000 pL or less (preferably 35 pL or less, more preferably 1.2 pL or less) on the surface of the transparent substrate. In addition, it is not easy to sufficiently reduce the variation in the volume of each recess. If the variation in volume of each recess cannot be sufficiently reduced, it is difficult to ensure sufficient analysis accuracy.
また、特許文献2に記載の反応場アレーにおいて、試料の液滴が水系の場合には、基板表面に形成する凸状マトリクスパターン(第2の領域)は疎水性である必要があり、具体的には感光性樹脂等の樹脂材料から形成されている(例えば、特許文献2中、段落番号0029、段落番号0035〜0038を参照)。基板上に形成される感光性樹脂等の樹脂材料からなる凸状マトリクスパターンは、基板から剥離しやすく、十分な信頼性を得ることが困難であった。特に、基板からの凸状マトリクスパターンの全て又は部分的な剥離を十分に防止することが困難であり、長期にわたり繰り返し使用する場合、又は、長期にわたり保存する場合に、十分な信頼性を得ることが困難であった。この凸状マトリクスパターンが基板から剥離しやすいことについての理由については明確に解明されていないが、凸状マトリクスパターンは、物理吸着、分子間力、又は水素結合などの弱い結合で基板表面に固定されていることが要因の一つとなっていると本発明者らは考えている。 Further, in the reaction field array described in Patent Document 2, when the sample droplet is aqueous, the convex matrix pattern (second region) formed on the substrate surface must be hydrophobic. Is formed from a resin material such as a photosensitive resin (see, for example, paragraph number 0029 and paragraph numbers 0035 to 0038 in Patent Document 2). The convex matrix pattern made of a resin material such as a photosensitive resin formed on the substrate is easy to peel off from the substrate, and it is difficult to obtain sufficient reliability. In particular, it is difficult to sufficiently prevent all or partial peeling of the convex matrix pattern from the substrate, and sufficient reliability is obtained when repeatedly used over a long period of time or when stored for a long period of time. It was difficult. The reason why this convex matrix pattern is easy to peel off from the substrate is not clearly clarified, but the convex matrix pattern is fixed to the substrate surface by weak bonds such as physical adsorption, intermolecular force, or hydrogen bond. The present inventors consider that this is one of the factors.
更に、特許文献2に記載の反応場アレーにおいては、基板表面に形成する凸状マトリクスパターンを、蒸着法を用いた成膜技術により形成される金属製の凸状マトリクスパターンとする場合にも、上述の剥離を十分に防止することが困難であり、長期にわたり繰り返し使用する場合、又は、長期にわたり保存する場合に、十分な信頼性を得ることが困難であった。また、金属製の凸状マトリクスパターンとする場合、この凸状マトリクスパターン表面は、金属酸化物からなる親水性の膜が形成され易く、水系の試料の液滴を使用すると、コンタミネーションが発生し易くなる。 Furthermore, in the reaction field array described in Patent Document 2, when the convex matrix pattern formed on the substrate surface is a metal convex matrix pattern formed by a film forming technique using a vapor deposition method, It is difficult to sufficiently prevent the above-described peeling, and it has been difficult to obtain sufficient reliability when repeatedly used for a long period of time or when stored for a long period of time. When a metal convex matrix pattern is used, a hydrophilic film made of a metal oxide is easily formed on the surface of the convex matrix pattern, and contamination occurs when water-based sample droplets are used. It becomes easy.
更に、特許文献2に記載の反応場アレーにおいて、感光性樹脂等の樹脂材料からなる凸状マトリクスパターンを基板上に形成する場合、樹脂材料からなる膜の膜厚の寸法設定や、膜厚の均一化の実現が極めて困難であった。例えば、基板上に樹脂材料からなる膜を形成し、その一部をエッチング等の技術により除去してパターニングして凸状マトリクスパターンを形成する場合、膜の一部を除去する際に、膜厚ムラが顕著に生じ易くなる。膜厚ムラが顕著になると、反応場の体積にバラつきが生じ、十分な分析精度が得にくくなる。 Furthermore, in the reaction field array described in Patent Document 2, when a convex matrix pattern made of a resin material such as a photosensitive resin is formed on a substrate, the dimension setting of the thickness of the film made of the resin material, It was extremely difficult to achieve homogenization. For example, in the case where a film made of a resin material is formed on a substrate and a part thereof is removed by patterning by a technique such as etching to form a convex matrix pattern, the film thickness is removed when part of the film is removed. Unevenness easily occurs remarkably. When the film thickness unevenness becomes significant, the reaction field volume varies, making it difficult to obtain sufficient analysis accuracy.
更に、特許文献2に記載の反応場アレーの場合、凸状マトリクスパターンの高さが大きく、反応場の密度を1万個/cm2以上とすることは極めて困難であった。例えば、特許文献2に記載の反応場アレーの場合、凸状マトリクスパターンの高さを1μm以上とする構成を採用することにより、コンタミネーションの発生を防止することができる旨の記載(例えば、特許文献2の請求項24、特許文献2の段落番号0044の記載内容参照)があるが、この場合、反応場の体積を1000pL以下とすること(例えば800pLとすること)ができても、反応場の密度を1万個/cm2以上とすることは極めて困難であると考えられる。 Further, when the reaction field array described in Patent Document 2, greater height of the convex matrix pattern, it is extremely difficult to the density of the reaction field 10,000 / cm 2 or more. For example, in the case of the reaction field array described in Patent Document 2, it is described that the occurrence of contamination can be prevented by adopting a configuration in which the height of the convex matrix pattern is 1 μm or more (for example, Patent In this case, the reaction field can be set to 1000 pL or less (for example, 800 pL) even if the volume of the reaction field can be set to 1000 pL or less (see, for example, 800 pL). It is considered that it is extremely difficult to set the density of the resin to 10,000 pieces / cm 2 or more.
また、特許文献3に記載の生体試料検査装置は、反応槽の容積が大きい(例えば、反応槽の大きさが直径2mm,深さ2mm、特許文献3中の段落番号0016参照)。これに対して、遺伝子や固定化DNAなどの分析対象は、ナノメートルオーダーである。このように、分析対象の遺伝子や固定化DNAの大きさに対して、反応場が極めて大きいため、1つの反応槽に対して大量の試料溶液が必要となっていた。また、試料が不足すると、ハイブリッド形成が効率よくできず検出精度が低下するおそれがあった。 Moreover, the biological sample test apparatus described in Patent Document 3 has a large reaction tank volume (for example, the reaction tank has a diameter of 2 mm and a depth of 2 mm, see paragraph No. 0016 in Patent Document 3). On the other hand, analysis objects such as genes and immobilized DNA are on the nanometer order. Thus, since the reaction field is extremely large with respect to the size of the gene to be analyzed and the immobilized DNA, a large amount of sample solution is required for one reaction tank. In addition, if there is a shortage of samples, hybrid formation could not be performed efficiently and the detection accuracy could be reduced.
また、上述の課題は何れもDNAチップを用いる分析に関する技術分野にのみ生じるものではなく、液相中に含まれる物質の定性又は定量分析を行う技術分野、並びに、液相を反応場とする化学反応及び生化学反応に関する反応開発やその反応解析を行う技術分野においても、上述のような高いレベルでの試料載置面上の反応場の微細化、高密度化を試みる場合には、同様に生じるものである。 In addition, none of the above-mentioned problems occur only in the technical field related to the analysis using a DNA chip. The technical field performs qualitative or quantitative analysis of substances contained in the liquid phase, and the chemistry using the liquid phase as a reaction field. In the technical field of reaction development and reaction analysis related to reactions and biochemical reactions, when trying to make the reaction field on the sample mounting surface at a high level as described above fine and dense, It will occur.
本発明は以上の問題を鑑みてなされたものであり、反応場の微細化、高密度化を図る場合(特に、反応場の体積を1000pL以下とし、かつ、反応場の密度を1万個/cm2以上とすること)であっても十分な分析精度を確保することができ、小型化が容易で、繰り返し使用の可能な試料検査装置、及び、その製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in the case of miniaturizing and increasing the density of the reaction field (particularly, the volume of the reaction field is set to 1000 pL or less, and the density of the reaction field is 10,000 / It is an object of the present invention to provide a sample inspection apparatus that can ensure sufficient analysis accuracy even if it is equal to or greater than cm 2, can be easily miniaturized, and can be used repeatedly, and a method for manufacturing the same. .
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、分析対象となる分析すべき測定対象物を含む液滴が水又は水溶性の溶媒のうちの少なくとも1種の溶媒を含む液滴の場合、当該分析すべき測定対象物を含む液滴が滴下される基板の面(試料載置面)に、有機分子を原料とする疎水性の単分子膜を用いて複数の凹部を形成し、当該凹部に上記液滴を収容させる構成とすることが上述の目的を達成する上で極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention include a droplet containing a measurement object to be analyzed, which is an analysis object, containing at least one kind of water or a water-soluble solvent. In the case of a droplet, a plurality of recesses are formed on the surface (sample mounting surface) of the substrate on which the droplet containing the measurement object to be analyzed is dropped using a hydrophobic monomolecular film made of organic molecules as a raw material. The inventors have found that it is extremely effective to achieve the above-described object by forming and forming the liquid droplets in the recesses, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明は、分析すべき測定対象物を含む2以上の液滴をそれぞれ独立に収容するための2以上の凹部が設けられた試料載置面を有する基板を少なくとも備えており、
試料載置面は、疎水性の第1の単分子膜により被覆される第1の領域と、内部が第1の単分子膜に被覆されておらずかつ親水性を有する2以上の第2の領域と、に少なくとも区分されており、
凹部の底面は第2の領域により形成されており、凹部の全内側面を含む全外周部分は第1の領域を被覆する第1の単分子膜により形成されており、
基板の内部には、2以上の凹部のそれぞれに収容された2以上の液滴のそれぞれから放出される光をそれぞれ独立に光電変換可能な2以上の光電変換部が、2以上の凹部のそれぞれに対して1対1で対応するように設けられており、
第1の単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、試料載置面に共有結合により固定されており、
前記凹部の底面が、前記光に対する光透過性を有する材料からなる第2の単分子膜により更に被膜されており、
前記第2の単分子膜の厚さは、前記第1の領域を被覆する前記第1の単分子膜の厚さ以下であり、
前記第2の単分子膜の表面には、前記液滴に含まれる溶媒と少なくとも水素結合可能な親水性の第4特性基が結合されており、
前記第2の単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、前記試料載置面に共有結合により固定されていること、
を特徴とする試料分析装置を提供する。
That is, the present invention comprises at least a substrate having a sample placement surface provided with two or more recesses for independently containing two or more droplets containing a measurement object to be analyzed,
Sample mounting surface has a first area covered by the first monolayer of hydrophobic, inside two or more second having a first and not covered in monolayer hydrophilic And at least divided into areas,
The bottom surface of the recess is formed by the second region, and the entire outer peripheral portion including the entire inner surface of the recess is formed by the first monomolecular film covering the first region,
Two or more photoelectric conversion units capable of independently photoelectrically converting light emitted from each of the two or more droplets accommodated in each of the two or more recesses are provided inside the substrate. For one-to-one correspondence
The first monomolecular film is formed using organic molecules, and is fixed to the sample mounting surface by a covalent bond ,
The bottom surface of the concave portion is further coated with a second monomolecular film made of a material having optical transparency to the light,
A thickness of the second monomolecular film is equal to or less than a thickness of the first monomolecular film covering the first region;
A hydrophilic fourth characteristic group capable of at least hydrogen bonding with the solvent contained in the droplet is bonded to the surface of the second monomolecular film,
The second monomolecular film is formed using an organic molecule, and is fixed to the sample mounting surface by a covalent bond ,
A sample analyzer characterized by the above is provided.
ここで、本発明において「液滴」とは、被検体となる物質と、水及び水溶性の溶媒のうちの少なくとも1種の溶媒と、を含む液滴をいう。この液滴には、上記の特性を保持可能な範囲であれば、分析の目的等により必要に応じて他の溶質、溶媒を含有させてもよい。 Here, the “droplet” in the present invention refers to a droplet containing a substance to be analyzed and at least one solvent selected from water and a water-soluble solvent. As long as the above characteristics can be maintained, the droplets may contain other solutes and solvents as necessary depending on the purpose of analysis.
また、本発明において「2以上の光電変換部が、2以上の凹部のそれぞれに対して1対1で対応するように設けられている」状態とは、以下の状態をいう。すなわち、試料載置面上に形成されたα個の凹部{凹部1,凹部2,…,凹部i,…,凹部α}(ここで、i=1,2,…,α;1≦α,ここでのiは凹部の番号を示す。)に対し、同数のα個の光電変換部{光電変換部1,光電変換部2,…,光電変換部i,…,光電変換部α}(ここで、i=1,2,…,α;1≦α,ここでのiは2以上の光電変換部のそれぞれの番号を示し、光電変換部iは凹部iと同じ番号のものを示す。)が基板中に設けられており、1つの凹部(凹部i)に対し、当該凹部(凹部i)に固定された液滴の分析のみを専用に行うための光電変換部(光電変換部i)が1つ配置されている状態を示す。 Further, in the present invention, the state “two or more photoelectric conversion units are provided so as to correspond one-to-one with each of the two or more recesses” refers to the following state. That is, α recesses {recesses 1, recesses 2,..., Recesses i,..., Recesses α} (where i = 1, 2,..., Α; 1 ≦ α, Here, i indicates the number of the recess.) The same number of photoelectric conversion units {photoelectric conversion unit 1, photoelectric conversion unit 2,..., Photoelectric conversion unit i,. I = 1, 2,..., Α; 1 ≦ α, where i indicates the number of each of the two or more photoelectric conversion units, and the photoelectric conversion unit i indicates the same number as the recess i.) Is provided in the substrate, and a photoelectric conversion unit (photoelectric conversion unit i) for performing only the analysis of a droplet fixed to the concave portion (recess i) with respect to one concave portion (recess i). The state where one is arranged is shown.
また、基板中における光電変換部の形成位置(凹部iに対応する光電変換部iの形成位置)は対応する凹部(凹部i)に固定された液滴から発せられる光を検出できれば、特に限定されないが、凹部から光電変換部まで(凹部iから光電変換部iまで)の実効光路を十分に短くして分析感度を十分に確保する観点及び装置の小型化を図る観点から、光電変換部は、これに対応する凹部のほぼ直下に配置されていることが好ましい。 The formation position of the photoelectric conversion portion in the substrate (the formation position of the photoelectric conversion portion i corresponding to the recess i) is not particularly limited as long as light emitted from the droplet fixed to the corresponding recess (recess i) can be detected. However, from the viewpoint of sufficiently shortening the effective optical path from the concave portion to the photoelectric conversion portion (from the concave portion i to the photoelectric conversion portion i) to sufficiently secure analysis sensitivity and from the viewpoint of downsizing the apparatus, the photoelectric conversion portion is It is preferable that it is arranged almost directly below the corresponding recess.
更に、本発明においては、1つの光電変換部が1つの光電変換素子(例えば、フォトダイオード)から構成されていてもよく、1つの光電変換部が2以上の光電変換素子から構成されていてもよい。試料検査装置の小型化を十分に図る観点からは1つの光電変換部が1つの光電変換素子から構成されていることが好ましく、装置の分析感度を容易かつ十分に確保する観点からは1つの光電変換部が2以上の光電変換素子から構成されていることが好ましい。 Furthermore, in the present invention, one photoelectric conversion unit may be composed of one photoelectric conversion element (for example, a photodiode), or one photoelectric conversion unit may be composed of two or more photoelectric conversion elements. Good. From the viewpoint of sufficiently reducing the size of the sample inspection apparatus, it is preferable that one photoelectric conversion unit is composed of one photoelectric conversion element. From the viewpoint of easily and sufficiently ensuring the analysis sensitivity of the apparatus, one photoelectric conversion unit is preferable. It is preferable that the conversion unit is composed of two or more photoelectric conversion elements.
また、本発明において「単分子膜」とは、有機分子を原料として用いて形成されており、試料載置面に共有結合により固定されている膜をいう。また、単分子膜は、上記凹部の容積と、上記凹部の密度を同時に達成することが可能であれば、単一の膜(1層)から構成されているものであってもよく、単一の膜が複数積層された積層体からなる膜であってもよい。なお、1層目の単分子膜を形成した後2層目の単分子膜を形成しようとする際に、当該単分子膜の表面に第1特性基が結合していない場合があるが、この場合には、表面処理により第1の特性基を結合させればよい。更に、単分子膜は、上記凹部の容積と、上記凹部の密度を同時に達成することが可能であれば、上記の単一の膜からなる部分と上記の積層体からなる部分とが混在する膜であってもよい。このような膜は、試料載置面上の複数の凹部を2以上のグループに分けて、各グループの凹部の容積に差異を設ける必要がある場合などに使用可能である。 In the present invention, the “monomolecular film” refers to a film that is formed using organic molecules as a raw material and is fixed to the sample mounting surface by a covalent bond. Further, the monomolecular film may be composed of a single film (one layer) as long as it can simultaneously achieve the volume of the recess and the density of the recess. It may be a film made of a laminate in which a plurality of these films are laminated. In addition, when the second monolayer is formed after the first monolayer is formed, the first characteristic group may not be bonded to the surface of the monolayer. In that case, the first characteristic group may be bonded by surface treatment. Furthermore, the monomolecular film is a film in which the portion made of the single film and the portion made of the laminate are mixed as long as the volume of the concave portion and the density of the concave portion can be achieved simultaneously. It may be. Such a film can be used when it is necessary to divide a plurality of recesses on the sample mounting surface into two or more groups and to provide a difference in the volume of the recesses in each group.
上述した本発明の試料検査装置において、試料載置面上に形成される単分子膜は、有機分子を用いて形成されるため、極めて薄い膜厚を有している。そのため、試料載置面上に形成される凹部の容積を極めて小さくすることができ、1000pL以下の体積の微小な液滴を容易に収容可能となる。なお、「収容」された状態とは、凹部中に液滴の全てが入っている状態の他に、凹部に液滴が固定されていれば凹部の開口部から液滴の一部がはみ出している状態も含まれる。 In the sample inspection apparatus of the present invention described above, since the monomolecular film formed on the sample mounting surface is formed using organic molecules, it has a very thin film thickness. Therefore, the volume of the concave portion formed on the sample mounting surface can be made extremely small, and minute droplets with a volume of 1000 pL or less can be easily accommodated. In addition to the state in which all of the droplets are contained in the recess, the “accommodated” state means that if the droplet is fixed in the recess, a part of the droplet protrudes from the opening of the recess. The state of being included is also included.
また、試料載置面上に形成される疎水性の単分子膜は、原料の有機分子の末端が試料載置面に共有結合された状態で固定されているため、試料載置面上に極めて強固に固定される。そのため、試料載置面上において隣り合う凹部間の距離(単分子膜で被覆された第1の領域の面積)を非常に小さくしても、隣り合う凹部間を隔てる単分子膜は試料載置面上に強固に結合しており、その剥離が十分に防止される。しかも、各凹部の底面(第2の領域)は親水性を有しているため、凹部内に収容された液滴は当該凹部の底面に水素結合により確実に固定され、一旦収容された凹部からその外部の領域へ拡散してしまうことが十分に防止される。 In addition, the hydrophobic monomolecular film formed on the sample mounting surface is fixed on the sample mounting surface because the end of the organic molecule of the raw material is covalently bonded to the sample mounting surface. It is firmly fixed. Therefore, even if the distance between adjacent recesses on the sample mounting surface (the area of the first region covered with the monomolecular film) is very small, the monomolecular film separating the adjacent recesses is not placed on the sample mounting surface. It is firmly bonded on the surface, and its peeling is sufficiently prevented. Moreover, since the bottom surface (second region) of each recess has hydrophilicity, the liquid droplets stored in the recesses are securely fixed to the bottom surface of the recesses by hydrogen bonding, and from the recesses once stored It is sufficiently prevented from diffusing to the outside area.
故に、本発明においては、隣り合う凹部間の距離を非常に小さくし、反応場(凹部に収容される液滴)の密度を1万個/cm2以上とする場合であっても、凹部内に収容された液滴同士の混合が十分に防止される(コンタミネーションの発生が確実に防止される)。そのため、本発明の試料検査装置は十分な分析精度を確保することもできる。 Therefore, in the present invention, even if the distance between the adjacent recesses is very small and the density of the reaction field (droplets contained in the recesses) is 10,000 / cm 2 or more, Is sufficiently prevented from mixing (contamination is surely prevented). Therefore, the sample inspection apparatus of the present invention can ensure sufficient analysis accuracy.
更に、試料載置面上に形成される疎水性の単分子膜は、均一な厚さで容易に形成し易いため、各凹部の容積のバラつきを十分に低減し、各反応場(各凹部に収容される液滴)の体積を容易に一定にすることができる。そのため、この観点からも本発明の試料検査装置は十分な分析精度を確保することができる。 Furthermore, since the hydrophobic monomolecular film formed on the sample mounting surface is easily formed with a uniform thickness, the variation in volume of each recess is sufficiently reduced, and each reaction field (in each recess) is reduced. The volume of the liquid droplets (contained) can be easily made constant. Therefore, also from this viewpoint, the sample inspection apparatus of the present invention can ensure sufficient analysis accuracy.
また、本発明においては、基板内部に設けられる光電変換部の微細な2次元配置パターンに応じて、試料載置面の第1の領域及び第2の領域の区分を適切に行い、第1の領域にのみ選択的に単分子膜を形成することが容易にできる。そのため、極めて微細なパターンで凹部を試料載置面上に2次元的に形成することが容易に可能である。このため、各凹部に収容された液滴で起こる発光反応を効率よく光電変換部で検出することが可能となる。 In the present invention, the first region and the second region of the sample mounting surface are appropriately classified according to the fine two-dimensional arrangement pattern of the photoelectric conversion unit provided in the substrate, and the first region A monomolecular film can be easily formed selectively only in the region. Therefore, it is possible to easily form the recesses two-dimensionally on the sample mounting surface with an extremely fine pattern. For this reason, it becomes possible to detect efficiently the light emission reaction which occurs with the droplet accommodated in each recessed part in a photoelectric conversion part.
従って、本発明の試料検査装置によれば、試料載置面上に、容積が極めて小さな凹部が、極めて高密度で形成されため、反応場の微細化、高密度化(特に、反応場の体積を1000pL以下とし、かつ、反応場の密度を1万個/cm2以上とすること)を容易かつ確実に図ることができる。また、本発明の試料検査装置によれば、十分な分析精度を確保することもできる。更に、本発明の試料検査装置によれば、極めて少量の試料で分析を行うことが可能となり、分析コストを低減することもできる。また、凹部を高密度に形成できるため、本発明の試料検査装置は、多数の試料、多項目の分析、同一項目の複数分析等を一度に効率よく行うことも可能となる。 Therefore, according to the sample inspection apparatus of the present invention, since the concave portion having a very small volume is formed at a very high density on the sample mounting surface, the reaction field is made finer and the density is increased (particularly, the reaction field volume). Can be made 1000 pL or less and the density of the reaction field can be 10,000 pieces / cm 2 or more). Moreover, according to the sample inspection apparatus of the present invention, sufficient analysis accuracy can be ensured. Furthermore, according to the sample inspection apparatus of the present invention, it is possible to perform analysis with a very small amount of sample, and the analysis cost can be reduced. In addition, since the concave portions can be formed with high density, the sample inspection apparatus of the present invention can efficiently perform many samples, multi-item analysis, multiple analysis of the same item, and the like at a time.
更に、本発明の試料検査装置は、上述のように反応場の微細化、高密度化を容易かつ確実に図ることができる構成を有するため、小型化を容易に図ることができる。 Furthermore, since the sample inspection apparatus of the present invention has a configuration capable of easily and reliably miniaturizing and increasing the density of the reaction field as described above, it can be easily reduced in size.
また、上述のように、本発明の試料検査装置において、単分子膜は、試料載置面の第1の領域に共有結合により固定されている。そのため、試料検査装置を長期にわたり繰り返し使用する場合、又は、長期にわたり保存する場合であっても、単分子膜の剥離が十分に防止されるので、本発明の試料検査装置は十分な信頼性を得ることができる。 Further, as described above, in the sample inspection apparatus of the present invention, the monomolecular film is fixed to the first region of the sample mounting surface by covalent bonding. Therefore, even when the sample inspection apparatus is used repeatedly over a long period of time or when it is stored for a long period of time, peeling of the monomolecular film is sufficiently prevented, so that the sample inspection apparatus of the present invention has sufficient reliability. Obtainable.
また、凹部の構成を、親水性を有する底面(第2の領域)と、疎水性の単分子膜で形成される全内側面とからなる構成(第1の領域を単分子膜で被覆する構成)とすることにより、凹部の底面上に滴下される液滴は、略半球状又は先端部が略半球状の略柱状の形状を呈した状態で固定されることになる。そのため、凹部の幾何学的容積に比較して、実際に凹部に収容される液滴(凹部の底面上に固定される液滴)の体積を非常に大きくすることができる。従って、幾何学的容積の小さな凹部を形成しても、十分な分析感度を得られるだけの量の液滴を使用することができる。しかも、凹部の底面上に滴下される液滴は、略半球状又は先端部が略半球状の略柱状の形状を呈した状態で固定されることになる。そのため、凹部の底面上に固定された液滴は、集光に有利な形状を呈していることになり、この観点からも本発明の試料分析装置は十分な分析感度を容易に得ることが可能となる。 Further, the configuration of the concave portion is a configuration comprising a hydrophilic bottom surface (second region) and an entire inner surface formed of a hydrophobic monomolecular film (a configuration in which the first region is covered with a monomolecular film). ), The liquid droplet dropped on the bottom surface of the concave portion is fixed in a state of a substantially hemispherical shape or a substantially columnar shape having a substantially hemispherical tip. Therefore, compared to the geometric volume of the recess, the volume of the droplet actually contained in the recess (droplet fixed on the bottom surface of the recess) can be made very large. Therefore, even when a concave portion having a small geometric volume is formed, it is possible to use an amount of droplets that can provide sufficient analysis sensitivity. In addition, the liquid droplets dropped on the bottom surface of the recess are fixed in a substantially hemispherical shape or a substantially columnar shape with the tip portion being substantially hemispherical. Therefore, the droplets fixed on the bottom surface of the recess have a shape that is advantageous for condensing, and from this viewpoint, the sample analyzer of the present invention can easily obtain sufficient analysis sensitivity. It becomes.
例えば、凹部の底面(第2の領域)を円形近似した場合、凹部の底面上には、その半径rにほぼ匹敵する高さ(凹部の底面から液滴の頂点までの距離)の大きさの液滴を保持できる。例えば、単分子の膜厚の1000倍以上の高さの液滴を凹部[凹部の底面(第2の領域)]に固定できることを本発明者らは確認した。例えば、後述の実施例においては約1万倍の高さの液滴を凹部[凹部の底面(第2の領域)]に固定できることを本発明者らは確認した。このように、極めて小さな領域に上記のように十分な量の液滴を固定することは、先に述べた従来技術の構成では実現することが極めて困難である。 For example, when the bottom surface (second region) of the recess is approximated by a circle, the height (distance from the bottom surface of the recess to the apex of the droplet) is approximately equal to the radius r on the bottom surface of the recess. Can hold droplets. For example, the present inventors have confirmed that a droplet having a height of 1000 times or more the monomolecular film thickness can be fixed to a concave portion [the bottom surface of the concave portion (second region)]. For example, the present inventors have confirmed that a droplet having a height of about 10,000 times can be fixed to a concave portion [the bottom surface of the concave portion (second region)] in the examples described later. As described above, fixing a sufficient amount of droplets in a very small area as described above is extremely difficult to achieve with the above-described configuration of the prior art.
例えば、先に述べた特許文献2には、凸状マトリクスパターンの高さを1μm以上とすることでコンタミネーションの発生を抑えることができる旨の記載(例えば、特許文献2の請求項24、特許文献2の段落番号0044の記載内容参照)があるが、本発明では、上記凸状マトリクスパターンの高さに相当する単分子膜の厚さを50nm以下としても十分にコンタミネーションが防止可能であることを発明者らは確認した。 For example, Patent Document 2 described above describes that the occurrence of contamination can be suppressed by setting the height of the convex matrix pattern to 1 μm or more (for example, claim 24 of Patent Document 2, Patent In the present invention, contamination can be sufficiently prevented even when the thickness of the monomolecular film corresponding to the height of the convex matrix pattern is 50 nm or less. The inventors confirmed that.
本発明の試料検査装置は、例えば、医療や創薬、分析等の各種分野において、DNAチップ、DNAマイクロアレイ等の分析装置やその製造方法として、極めて有用である。 The sample inspection apparatus of the present invention is extremely useful as an analysis apparatus such as a DNA chip and a DNA microarray and a manufacturing method thereof in various fields such as medical treatment, drug discovery, and analysis.
また、本発明において、単分子膜は、その分子構造、構成元素などの様々な分析手法によりその存在を確認することが可能である。例えば、後述する実施例において説明するように、赤外分光分析装置、核磁気共鳴装置、有機質量分析装置、二次イオン質量分析装置、X線光電子分光装置、X線反射率測定装置、及び透過型電子顕微鏡のうちの少なくとも1つの分析装置を用いて分析することによりその存在を確認することが可能である。 Further, in the present invention, the presence of a monomolecular film can be confirmed by various analysis methods such as its molecular structure and constituent elements. For example, as will be described later in the examples, an infrared spectrometer, a nuclear magnetic resonance apparatus, an organic mass spectrometer, a secondary ion mass spectrometer, an X-ray photoelectron spectrometer, an X-ray reflectivity measuring apparatus, and a transmission It is possible to confirm the presence by performing analysis using at least one analyzer of the scanning electron microscope.
ここで、本発明の試料検査装置においては、反応場(凹部に収容される液滴)の微細化、高密度化を図る観点、好ましくは反応場の体積を1000pL以下とし、かつ、反応場の密度を1万個/cm2以上とする観点から、凹部に収容される液滴の体積は、0.01pL〜1000pLであることが好ましく、0.01pL〜35pLであることがより好ましく、0.01pL〜1.2pLであることが更に好ましい。なお、凹部に収容される液滴の体積が0.01pL未満となると、十分な分析感度を得ることが困難となる傾向が大きくなる。 Here, in the sample inspection apparatus of the present invention, the reaction field (droplets contained in the recesses) is made finer and higher in density, preferably the reaction field volume is 1000 pL or less, and the reaction field From the viewpoint of setting the density to 10,000 / cm 2 or more, the volume of the liquid droplets accommodated in the recesses is preferably 0.01 pL to 1000 pL, more preferably 0.01 pL to 35 pL, and More preferably, it is 01 pL-1.2 pL. In addition, when the volume of the droplet accommodated in the concave portion is less than 0.01 pL, a tendency that it becomes difficult to obtain sufficient analysis sensitivity increases.
また、凹部に収容される液滴の体積が1000pLを超えると、反応場の微細化、高密度化を図ることが困難となる傾向が大きくなる。更に、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜35pLとすると、反応場の密度を容易に10万個/cm2以上とすることができる。また、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜1.2pLとすると、反応場の密度を容易に100万個/cm2以上とすることができる。 Moreover, when the volume of the droplet accommodated in the concave portion exceeds 1000 pL, it tends to be difficult to make the reaction field finer and higher in density. Furthermore, when the volume of the droplets accommodated in the recesses is set to 0.01 pL to 35 pL, the density of the reaction field can be easily increased to 100,000 / cm 2 or more. Further, when the volume of the droplets accommodated in the recesses is 0.01 pL to 1.2 pL, the density of the reaction field can be easily set to 1 million / cm 2 or more.
先にも述べたように本発明の試料検査装置においては、凹部に収容される液滴の体積に比べて凹部の容積(幾何学的容積)を十分に小さくすることができる。そのため、本発明においては、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜1000pLとする場合、凹部の容積はこれよりも十分に小さくすることができる。具体的には、この場合、凹部の容積は2×10-6pL〜1pLであることが好ましい。 As described above, in the sample inspection apparatus according to the present invention, the volume (geometric volume) of the recess can be made sufficiently smaller than the volume of the droplet accommodated in the recess. Therefore, in the present invention, when the volume of the liquid droplets accommodated in the recess is 0.01 pL to 1000 pL, the volume of the recess can be made sufficiently smaller than this. Specifically, in this case, the volume of the recess is preferably 2 × 10 −6 pL to 1 pL.
上記と同様の観点から、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜35pLとする場合、凹部の容積は2×10-6pL〜1×10-1pLであることが好ましい。更に、上記と同様の観点から、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜1.2pLとする場合、凹部の容積は2×10-6pL〜2×10-3pLであることが好ましく、2×10-6pL〜7×10-4pLであることがより好ましい。 From the same viewpoint as described above, when the volume of the liquid droplets contained in the recess is 0.01 pL to 35 pL, the volume of the recess is preferably 2 × 10 −6 pL to 1 × 10 −1 pL. Furthermore, from the same viewpoint as described above, when the volume of the liquid droplets contained in the recess is 0.01 pL to 1.2 pL, the volume of the recess is 2 × 10 −6 pL to 2 × 10 −3 pL. Is preferably 2 × 10 −6 pL to 7 × 10 −4 pL.
また、本発明の試料検査装置においては、反応場(凹部に収容される液滴)の微細化、高密度化を図る観点、好ましくは反応場の体積を1000pL以下とし、かつ、反応場の密度を1万個/cm2以上とする観点から、試料載置面の単位面積当たりに形成される凹部の数が1万個/cm2以上であることが好ましい。 In the sample inspection apparatus of the present invention, the reaction field (droplets contained in the recesses) is made finer and higher in density, preferably the reaction field has a volume of 1000 pL or less, and the density of the reaction field. from the viewpoint of 10,000 / cm 2 or more, it is preferable that the number of recesses formed per unit area of the sample mounting surface of 10,000 / cm 2 or more.
ここで、本発明において、「試料載置面の単位面積当たりに形成される凹部の数」を決定する場合の「試料載置面の単位面積」とは、試料載置面中の第1の領域の面積及び第2の領域面積の総和から算出される値を意味する。従って、試料載置面に第1の領域及び第2の領域以外に他の領域が含まれる場合にも、「試料載置面の単位面積」は、当該他の領域を除外した試料載置面中の第1の領域の面積及び第2の領域面積の総和から算出される。なお、本明細書においては、「試料載置面の単位面積当たりに形成される凹部の数」を必要に応じて「試料載置面の凹部の密度」ともいう。 Here, in the present invention, the “unit area of the sample mounting surface” when determining the “number of recesses formed per unit area of the sample mounting surface” is the first unit in the sample mounting surface. It means a value calculated from the sum of the area of the area and the area of the second area. Therefore, even when the sample placement surface includes other regions other than the first region and the second region, the “unit area of the sample placement surface” is the sample placement surface excluding the other regions. It is calculated from the sum of the area of the first region and the area of the second region. In this specification, “the number of recesses formed per unit area of the sample mounting surface” is also referred to as “the density of the recesses on the sample mounting surface” as necessary.
また、本発明においては、反応場の密度を10万個/cm2以上とする観点からは、試料載置面の単位面積当たりに形成される凹部の数が10万個/cm2以上であることがより好ましい。更に反応場の密度を100万個/cm2以上とする観点からは、試料載置面の単位面積当たりに形成される凹部の数が100万個/cm2〜800万個/cm2であることが更に好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of setting the density of the reaction field to 100,000 pieces / cm 2 or more, the number of recesses formed per unit area of the sample mounting surface is 100,000 pieces / cm 2 or more. It is more preferable. Furthermore, from the viewpoint of setting the density of the reaction field to 1 million pieces / cm 2 or more, the number of recesses formed per unit area of the sample mounting surface is 1 million pieces / cm 2 to 8 million pieces / cm 2 . More preferably.
ここで、試料載置面の単位面積当たりに形成される凹部の数が800万個/cm2を超えると、各凹部に対応する光電変換部の大きさが小さくなり、光電変換部の分析感度が低下する傾向が大きくなる。また、このように光電変換部が小さくなると、光電変換部に発生する暗電流の割合が多くなる傾向が大きくなる。また、この場合、凹部に収容される液滴の体積も小さくなる傾向にあり、蛍光の発光量も少なくなって分析感度が低下し、この低下分を補うために、受光時間(分析時間)を長くする、サンプリング回数を多くするなどの対処が必要になる傾向にある。 Here, if the number of recesses formed per unit area of the sample mounting surface exceeds 8 million / cm 2 , the size of the photoelectric conversion unit corresponding to each recess becomes small, and the analysis sensitivity of the photoelectric conversion unit The tendency to decrease is increased. In addition, when the photoelectric conversion unit becomes small in this way, the tendency of increasing the ratio of dark current generated in the photoelectric conversion unit increases. In this case, the volume of the liquid droplets stored in the recesses also tends to be small, the amount of fluorescent light emission is reduced, the analytical sensitivity is lowered, and the light receiving time (analytical time) is reduced to compensate for this decline. There is a tendency to take measures such as increasing the number of times or increasing the number of samplings.
本発明において、単分子膜の厚さは、反応場の微細化、高密度化が可能となる厚さ、特に試料載置面の凹部の容積を0.01pL〜1pLの範囲とし、かつ、試料載置面上に形成される凹部の密度を、1万個/cm2以上とすることが可能となる厚さであれば特に限定されない。例えば、試料載置面に共有結合した後の有機分子1つ(単分子)の大きさ(長さ)と等しくてもよく、1つの有機分子の大きさを超える厚さを有していてよい。ただし、本発明の効果をより確実に得る観点からは、単分子膜の厚さは、0.5nm〜50nmであることが好ましく、0.5nm〜10nmであることがより好ましく、0.5nm〜5nmであることが更に好ましい。 In the present invention, the thickness of the monomolecular film is such that the reaction field can be miniaturized and densified, in particular, the volume of the concave portion of the sample mounting surface is in the range of 0.01 pL to 1 pL, and the sample The thickness of the recesses formed on the mounting surface is not particularly limited as long as the thickness allows the density to be 10,000 pieces / cm 2 or more. For example, it may be equal to the size (length) of one organic molecule (single molecule) after covalently bonding to the sample mounting surface, or may have a thickness exceeding the size of one organic molecule. . However, from the viewpoint of more reliably obtaining the effects of the present invention, the thickness of the monomolecular film is preferably 0.5 nm to 50 nm, more preferably 0.5 nm to 10 nm, and 0.5 nm to More preferably, it is 5 nm.
より具体的には、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜1000pLとし、かつ、試料載置面上に形成される凹部の密度を1万個/cm2以上とする場合には、凹部の容積を2×10-6pL〜1pLとすることが好ましく、凹部の底面(第2の領域)の面積を4μm2〜17500μm2とすることが好ましく、単分子膜の厚さは、上記凹部の容積の大きさと面積の大きさを実現するように調節することが好ましい。 More specifically, when the volume of droplets contained in the recesses is 0.01 pL to 1000 pL and the density of the recesses formed on the sample placement surface is 10,000 / cm 2 or more. The volume of the recess is preferably 2 × 10 −6 pL to 1 pL, the area of the bottom surface (second region) of the recess is preferably 4 μm 2 to 17500 μm 2, and the thickness of the monomolecular film is It is preferable to adjust so as to realize the size and area of the recess.
また、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜35pLとし、かつ、試料載置面上に形成される凹部の密度を10万個/cm2以上とする場合には、凹部の容積を2×10-6pL〜1×10-1pLとすることが好ましく、凹部の底面(第2の領域)の面積を4μm2〜1600μm2とすることが好ましく、単分子膜の厚さを0.5nm〜50nmとすることが好ましい。 In addition, when the volume of the droplet accommodated in the recess is 0.01 pL to 35 pL and the density of the recess formed on the sample mounting surface is 100,000 / cm 2 or more, the volume of the recess Is preferably 2 × 10 −6 pL to 1 × 10 −1 pL, the area of the bottom surface (second region) of the recess is preferably 4 μm 2 to 1600 μm 2, and the thickness of the monomolecular film is The thickness is preferably 0.5 nm to 50 nm.
更に、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜1.2pLとし、かつ、試料載置面上に形成される凹部の密度を100万個/cm2以上とする場合には、凹部の容積を2×10-6pL〜2×10-3pLとすることが好ましく、凹部の底面(第2の領域)の面積を4μm2〜155μm2とすることが好ましく、単分子膜の厚さを0.5nm〜10nmとすることが好ましい。また、この場合、凹部の容積を更に小さくし、2×10-6pL〜7×10-4pLとすることも好ましく、凹部の底面(第2の領域)の面積を上記と同一の範囲として単分子膜の厚さは0.5nm〜5nmとすることが好ましい。 Furthermore, when the volume of the liquid droplets stored in the recesses is 0.01 pL to 1.2 pL and the density of the recesses formed on the sample mounting surface is 1 million pieces / cm 2 or more, the recesses it is preferred that the volume between 2 × 10 -6 pL~2 × 10 -3 pL, it is preferable that the area of the bottom surface of the recess (the second region) and 4μm 2 ~155μm 2, the thickness of the monolayer The thickness is preferably 0.5 nm to 10 nm. In this case, it is also preferable that the volume of the recess is further reduced to 2 × 10 −6 pL to 7 × 10 −4 pL, and the area of the bottom surface (second region) of the recess is in the same range as above. The thickness of the monomolecular film is preferably 0.5 nm to 5 nm.
また、本発明においては、上述の凹部に収容される液滴の体積、試料載置面上に形成される凹部の密度、凹部の容積、凹部の底面の面積及び単分子膜の厚さの各条件を満たす試料検査装置を容易かつ確実に形成し、本発明の効果をより確実に得る観点から、単分子膜は、基板として、有機分子と結合する末端部分に、−OH、−NH2、=N−H、及び、−SHからなる群より選択される少なくとも1種の構造を少なくとも有する親水性の第1特性基を試料載置面に有する基板を使用し、有機分子として、第1特性基と縮合反応可能な第2特性基を分子鎖の一端に有し、かつ、疎水性の第3特性基を分子鎖の他端に有する有機分子を使用し、有機分子を試料載置面に接触させ、第1特性基と第2特性基との縮合反応を進行させる、単分子膜形成工程を経て形成されていることが好ましい。 Further, in the present invention, each of the volume of the droplet accommodated in the above-described recess, the density of the recess formed on the sample mounting surface, the volume of the recess, the area of the bottom of the recess, and the thickness of the monomolecular film From the viewpoint of easily and surely forming a sample inspection apparatus that satisfies the conditions and obtaining the effect of the present invention more reliably, the monomolecular film is formed as a substrate at a terminal portion bonded to an organic molecule, -OH, -NH 2 , A substrate having a hydrophilic first characteristic group having at least one structure selected from the group consisting of N—H and —SH on the sample mounting surface is used as an organic molecule, and the first characteristic An organic molecule having a second characteristic group capable of undergoing a condensation reaction with a group at one end of the molecular chain and a hydrophobic third characteristic group at the other end of the molecular chain. A monomolecular film type that allows the first characteristic group and the second characteristic group to proceed with a condensation reaction with each other. It is preferably formed through the steps.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、上述の構成を有する基板と、上述の構成を有する有機分子を用いることが、極めて薄くかつ均一な厚さを有する単分子膜を容易かつ確実に形成するために有効であることを見出した。この単分子膜形成工程を経て単分子膜を形成することにより、先に述べたように、極めて微小の反応場を高密度で試料載置面に形成することが容易かつ確実にできる。ここで、基板は、試料載置面に第1特性基を結合可能な構成を有しているものであれば試料載置面に予め第1特性基を有しているものでなくてもよく、単分子膜形成工程において、表面修飾処理により試料載置面に第1特性基を結合させた基板であってもよい。 As a result of intensive studies, the present inventors have used a substrate having the above-described configuration and an organic molecule having the above-described configuration to easily and reliably form a monomolecular film having an extremely thin and uniform thickness. Found to be effective to form. By forming the monomolecular film through this monomolecular film forming step, as described above, it is possible to easily and reliably form an extremely minute reaction field at a high density on the sample placement surface. Here, the substrate may not have the first characteristic group in advance on the sample mounting surface as long as the substrate has a configuration capable of binding the first characteristic group to the sample mounting surface. In the monomolecular film forming step, a substrate in which the first characteristic group is bonded to the sample mounting surface by a surface modification process may be used.
更に、単分子膜形成工程には、容器中において、有機分子を非プロトン性溶媒中に添加して得られる有機分子含有液と、基板の試料載置面とを接触させて縮合反応を進行させる第1工程が含まれており、第1工程において、有機分子含有液に接触している気相中の水分量を、22℃における相対湿度値に換算して表現した場合、該相対湿度値が35%以下となるように調節することが好ましい。 Further, in the monomolecular film formation step, the condensation reaction proceeds in the container by bringing the organic molecule-containing liquid obtained by adding organic molecules into the aprotic solvent and the sample mounting surface of the substrate in contact with each other. The first step is included, and in the first step, when the moisture content in the gas phase in contact with the organic molecule-containing liquid is expressed in terms of a relative humidity value at 22 ° C., the relative humidity value is It is preferable to adjust so that it may be 35% or less.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、上記の第1工程の条件のもとで単分子膜と形成することにより上述の第1特性基を有する試料載置面と縮合反応する有機分子であって、反応性が非常に高くて重合し易い有機分子を使用する場合であっても、極めて薄くかつ均一な厚さを有する単分子膜を容易かつ確実に形成することができることを見出した。ここで、第1工程で有機分子含有液に使用する「非プロトン性溶媒」とは、非プロトン性溶媒のうち、有機分子を溶解可能又は分散可能な溶媒をいう。ただし、厚さが均一な単分子膜を容易かつ正確に得る観点からは、第1工程で使用する非プロトン性溶媒は、有機分子を溶解可能な溶媒であることが好ましい。 As a result of intensive research, the present inventors have conducted an organic molecule that undergoes a condensation reaction with the sample mounting surface having the above-mentioned first characteristic group by forming with a monomolecular film under the conditions of the above-mentioned first step. Thus, it was found that a monomolecular film having an extremely thin and uniform thickness can be easily and reliably formed even when an organic molecule having a very high reactivity and easily polymerized is used. . Here, the “aprotic solvent” used for the organic molecule-containing liquid in the first step refers to a solvent that can dissolve or disperse the organic molecules among the aprotic solvents. However, from the viewpoint of easily and accurately obtaining a monomolecular film having a uniform thickness, the aprotic solvent used in the first step is preferably a solvent capable of dissolving organic molecules.
また、第1工程において、有機分子含有液に接触している気相中の水分量が22℃における相対湿度値に換算して表現した場合に35%を超えると、製造中において、試料載置面と有機分子との縮合反応よりも有機分子同士の重合反応が進行し易くなり、有機分子を原料とする重合体からなる塊がミクロンオーダーまで容易に成長し、極めて薄くかつ均一な厚さを有する単分子膜を得ることが困難となる傾向が大きくなる。極めて薄くかつ均一な厚さを有する単分子膜を更に確実に得る観点から気相中の水分量は、22℃における相対湿度値に換算して表現した場合に25%以下であることがより好ましく、5%以下であることが更に好ましい。 In the first step, when the moisture content in the gas phase in contact with the organic molecule-containing liquid is expressed in terms of relative humidity at 22 ° C. and exceeds 35%, the sample is placed during production. The polymerization reaction between organic molecules is more likely to proceed than the condensation reaction between the surface and organic molecules, and a lump made of a polymer made from organic molecules is easily grown to the micron order, and has an extremely thin and uniform thickness. There is a greater tendency for it to be difficult to obtain a monomolecular film. From the viewpoint of more reliably obtaining a monomolecular film having an extremely thin and uniform thickness, the water content in the gas phase is more preferably 25% or less when expressed in terms of relative humidity at 22 ° C. More preferably, it is 5% or less.
更に、第1工程で使用する容器としてはグローブボックスが好ましい。第1工程で、水分量を上記の範囲に調節した気相を構成する構成成分ガスとしては、希ガス及び窒素ガスからなる群より選択される少なくとも1種のガスであることが好ましい。ただし、第1工程で、有機分子又は非プロトン性溶媒の酸化反応の進行、単分子膜の酸化による劣化の進行を十分に抑制することが可能な条件の下であれば、空気を使用してもよい。例えば、第1工程を行う際の気相の温度、有機分子含有液の温度、有機分子の濃度、有機分子と試料載置面の接触時間等を調整することにより空気を使用することもできる。 Furthermore, a glove box is preferable as the container used in the first step. In the first step, the constituent gas constituting the gas phase with the moisture content adjusted to the above range is preferably at least one gas selected from the group consisting of a rare gas and a nitrogen gas. However, in the first step, if conditions under which the progress of the oxidation reaction of the organic molecule or the aprotic solvent and the progress of the deterioration due to the oxidation of the monomolecular film can be sufficiently suppressed, air is used. Also good. For example, air can be used by adjusting the temperature of the gas phase during the first step, the temperature of the organic molecule-containing liquid, the concentration of the organic molecules, the contact time between the organic molecules and the sample mounting surface, and the like.
本発明における単分子膜の原料となる有機分子についての詳細な説明は後述する。 A detailed description of the organic molecules used as the raw material of the monomolecular film in the present invention will be described later.
また、本発明は、2以上の光電変換部が2次元的に配列された状態で内蔵されており、かつ、対向する2つの主面のうちの少なくとも一方の面に−OH、−NH2、=N−H、及び、−SHからなる群より選択される少なくとも1種の構造を少なくとも有する親水性の第1特性基が結合された基板を形成する基板形成工程と、
基板の第1特性基が結合された側の主面を、分析すべき測定対象物を含む2以上の液滴をそれぞれ独立に固定するための試料載置面とし、該試料載置面を、疎水性の第1の単分子膜により被覆される第1の領域と、内部が第1の単分子膜に被覆されておらず全外周部分が第1の領域により囲まれる2以上の第2の領域と、に少なくとも区分する領域区分工程と、
第1の領域のみに選択的に第1の単分子膜を形成することにより、2以上の液滴をそれぞれ独立に収容するための2以上の凹部を、2以上の光電変換部のそれぞれに対して1対1で対応するように設ける単分子膜形成工程と、
を少なくとも含んでおり、
前記凹部の底面が、光透過性を有する材料からなる第2の単分子膜により更に被膜されており、
前記第2の単分子膜の厚さは、前記第1の領域を被覆する前記第1の単分子膜の厚さ以下であり、
前記第2の単分子膜の表面には、前記液滴に含まれる溶媒と少なくとも水素結合可能な親水性の第4特性基が結合されており、
前記第2の単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、前記試料載置面に共有結合により固定されており、
単分子膜形成工程において、
第1特性基と縮合反応可能な第2特性基を分子鎖の一端に有し、かつ、疎水性の第3特性基を分子鎖の他端に有する有機分子を第1の単分子膜の原料として使用し、
得られる凹部の底面が第2の領域により形成され、凹部の全内側面を含む外周部分が第1の領域を被覆する第1の単分子膜により形成されるように、有機分子を試料載置面に接触させ、第1特性基と第2特性基との縮合反応を進行させ、第1の単分子膜を試料載置面に共有結合により固定された状態で形成すること、
を特徴とする試料検査装置の製造方法を提供する。
Further, the present invention incorporates two or more photoelectric conversion units in a two-dimensionally arranged state, and at least one of two opposing main surfaces has —OH, —NH 2 , A substrate forming step of forming a substrate to which a hydrophilic first characteristic group having at least one structure selected from the group consisting of ═N—H and —SH is bonded;
The main surface of the substrate to which the first characteristic group is bonded is used as a sample mounting surface for independently fixing two or more droplets containing the measurement object to be analyzed, and the sample mounting surface is a first area covered by the hydrophobicity of the first monomolecular film, inside the total peripheral portion not covered with the first monomolecular film is more than one second surrounded by the first region An area dividing step for dividing into at least areas;
By selectively forming the first monomolecular film only in the first region, two or more recesses for independently containing two or more droplets can be provided for each of the two or more photoelectric conversion units. A monomolecular film forming step provided to correspond one-to-one,
At least
The bottom surface of the recess is further coated with a second monomolecular film made of a light-transmitting material,
A thickness of the second monomolecular film is equal to or less than a thickness of the first monomolecular film covering the first region;
A hydrophilic fourth characteristic group capable of at least hydrogen bonding with the solvent contained in the droplet is bonded to the surface of the second monomolecular film,
The second monomolecular film is formed using an organic molecule, and is fixed to the sample mounting surface by a covalent bond,
In the monomolecular film formation process,
An organic molecule having a second characteristic group capable of undergoing a condensation reaction with the first characteristic group at one end of the molecular chain and having a hydrophobic third characteristic group at the other end of the molecular chain as a raw material for the first monomolecular film Use as
The organic molecule is placed on the sample so that the bottom surface of the obtained recess is formed by the second region, and the outer peripheral portion including the entire inner surface of the recess is formed by the first monomolecular film covering the first region. Contacting the surface, allowing the condensation reaction between the first characteristic group and the second characteristic group to proceed, and forming the first monomolecular film in a state of being covalently fixed to the sample mounting surface;
A method for manufacturing a sample inspection apparatus is provided.
本発明の試料検査装置の製造方法によれば、先に述べた本発明の試料検査装置を容易かつ確実に得ることができる。 According to the method for manufacturing a sample inspection apparatus of the present invention, the above-described sample inspection apparatus of the present invention can be obtained easily and reliably.
本発明の試料検査装置によれば、試料載置面上に、容積が極めて小さな凹部が、極めて高密度で形成されている。そのため、反応場の微細化、高密度化(特に、反応場の体積を1000pL以下とし、かつ、反応場の密度を1万個/cm2以上とすること)を容易かつ確実に図ることができる。 According to the sample inspection apparatus of the present invention, recesses having a very small volume are formed at a very high density on the sample mounting surface. Therefore, miniaturization and high density of the reaction field (particularly, the volume of the reaction field is 1000 pL or less and the density of the reaction field is 10,000 / cm 2 or more) can be easily and reliably achieved. .
また、本発明の試料検査装置は、凹部の全内側面を含む外周部分(第1の領域)が単分子膜により被覆された構成を有しているので、隣り合う凹部間の距離を非常に小さくしても、凹部内に収容された液滴同士の混合が確実に防止される。その際、凹部の底面(第2の領域)は親水性を有しているので、凹部内に収容された液滴は当該凹部の底面に水素結合により確実に固定される。即ち、本発明の試料検査装置は、隣り合う凹部間の距離を非常に小さくしても、コンタミネーションの発生が確実に防止される。その結果、本発明の試料検査装置では、上記のように反応場の微細化、高密度化を図る場合であっても十分な分析精度を確保することができる。 In addition, since the sample inspection apparatus of the present invention has a configuration in which the outer peripheral portion (first region) including the entire inner surface of the recess is covered with the monomolecular film, the distance between adjacent recesses can be greatly increased. Even if it is made small, mixing of the droplets accommodated in the recess is surely prevented. At this time, since the bottom surface (second region) of the recess has hydrophilicity, the liquid droplets accommodated in the recess are reliably fixed to the bottom surface of the recess by hydrogen bonding. That is, in the sample inspection apparatus of the present invention, the occurrence of contamination is reliably prevented even if the distance between adjacent recesses is very small. As a result, the sample inspection apparatus of the present invention can ensure sufficient analysis accuracy even when the reaction field is miniaturized and densified as described above.
更に、本発明の試料検査装置は、上述のように反応場の微細化、高密度化を容易かつ確実に図ることができる構成を有するため、小型化を容易に図ることができる。また、本発明の試料検査装置において、単分子膜は、試料載置面の第1の領域に共有結合により固定されている。そのため、基板からの単分子膜の全て又は部分的な剥離を十分に防止することが可能である。故に、本発明の試料検査装置は、長期にわたり繰り返し使用する場合、又は、長期にわたり保存する場合であっても十分な信頼性を得ることができる。 Furthermore, since the sample inspection apparatus of the present invention has a configuration capable of easily and reliably miniaturizing and increasing the density of the reaction field as described above, it can be easily reduced in size. In the sample inspection apparatus of the present invention, the monomolecular film is fixed to the first region of the sample placement surface by a covalent bond. Therefore, it is possible to sufficiently prevent all or partial peeling of the monomolecular film from the substrate. Therefore, the sample inspection apparatus of the present invention can obtain sufficient reliability even when used repeatedly over a long period of time or when stored for a long period of time.
また、本発明の試料検査装置の製造方法によれば、上記本発明の試料検査装置を容易かつ確実に製造することができる。 Further, according to the method for manufacturing the sample inspection device of the present invention, the sample inspection device of the present invention can be manufactured easily and reliably.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[第一実施形態]
図1は、本発明の試料検査装置の第一実施形態を示す斜視図である。また、図2は、図1に示す試料検査装置の基本構成を概略的に示す部分断面図である。図1及び図2に示すように、試料検査装置100は、分析すべき測定対象物を含む2以上の液滴をそれぞれ独立に収容するための2以上の凹部3が設けられた試料載置面F1を有する板状の基板1(半導体集積回路基板)と、基板1の側面に一体的に設けられた、CPU4、メモリー部5及びデータ入出力部6と、を少なくとも備えた構成を有している。
[First embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the sample inspection apparatus of the present invention. FIG. 2 is a partial sectional view schematically showing the basic configuration of the sample inspection apparatus shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the sample inspection apparatus 100 is provided with a sample mounting surface provided with two or more recesses 3 for independently containing two or more droplets containing a measurement object to be analyzed. It has a configuration including at least a plate-like substrate 1 (semiconductor integrated circuit substrate) having F1, and a CPU 4, a memory unit 5, and a data input / output unit 6 provided integrally on a side surface of the substrate 1. Yes.
図2に示すように、試料載置面F1は、疎水性の単分子膜2により被覆される第1の領域F11と、内部が単分子膜2に被覆されておらずかつ親水性を有する2以上の第2の領域F12とに少なくとも区分されている。そして、各凹部3の底面は上記第2の領域F12により形成されており、各凹部3の全内側面を含む全外周部分は上記第1の領域F11を被覆する単分子膜2により形成されている。更に、この試料検査装置100の場合には、試料載置面F1のうちの第2の領域F12以外の領域は全て第1の領域F11となっており、当該第1の領域F11は全て単分子膜2により被覆された構成を有している。更に、上記の単分子膜2は、有機分子を用いて形成されており、かつ、試料載置面F1に共有結合により固定されている。 As shown in FIG. 2, the sample mounting surface F1 has a first region F11 covered with the hydrophobic monomolecular film 2 and a hydrophilic area 2 that is not covered with the monomolecular film 2 and has a hydrophilic property. It is at least divided into the second region F12. The bottom surface of each recess 3 is formed by the second region F12, and the entire outer peripheral portion including the entire inner surface of each recess 3 is formed by the monomolecular film 2 covering the first region F11. Yes. Further, in the case of the sample inspection apparatus 100, all the regions other than the second region F12 in the sample mounting surface F1 are the first regions F11, and the first regions F11 are all monomolecular. The structure is covered with the film 2. Furthermore, the monomolecular film 2 is formed using organic molecules, and is fixed to the sample mounting surface F1 by a covalent bond.
また、基板1の内部には、各凹部3のそれぞれに収容された液滴から放出される光を独立に光電変換可能な光電変換部70が、2以上の凹部3のそれぞれに対して1対1で対応するように設けられている。更に、この試料検査装置100の場合、1つの光電変換部70が1つのフォトダイオード(光電変換素子)からなる構成を有している。 Further, inside the substrate 1, there are one pair of photoelectric conversion units 70 that can independently photoelectrically convert light emitted from droplets accommodated in the respective recesses 3 for each of the two or more recesses 3. 1 so as to correspond. Further, in the case of this sample inspection apparatus 100, one photoelectric conversion unit 70 has a configuration composed of one photodiode (photoelectric conversion element).
更に、この試料検査装置100の場合、基板1は、試料載置面F1を有し、液滴から放出される光に対する光透過性を有する保護層12(最上部の層)と、保護層12の下方に配置されており、上記光電変換部70を含む半導体層7と、を少なくとも有する積層体からなる。 Further, in the case of this sample inspection apparatus 100, the substrate 1 has a sample mounting surface F1, and has a protective layer 12 (uppermost layer) having light transmittance with respect to light emitted from the droplets, and the protective layer 12 And a semiconductor layer 7 including at least the photoelectric conversion unit 70.
より詳しく説明すると、図2に示すように、この試料検査装置100の場合、基板1は、保護層12と半導体層7との間に、半導体層7の側から保護層12の側に向けて見た場合に、主として、無機酸化物層8、層間絶縁膜9、絶縁膜10が順次積層された構成を有している。また、絶縁膜10と保護層12との間であって、各凹部3の直下の領域(光電変換部の直上の領域)にはカラーフィルタ11が更に配置されている。また、層間絶縁膜9と絶縁膜10との間であって、各凹部3の直下の領域以外の領域(光電変換部の直上の領域以外の領域)には、遮光膜15が更に配置されている。また、無機酸化物層8中には第1電極13が埋設されており、無機酸化物層8と層間絶縁膜9との間であって第1電極13の近傍の領域には第2電極14が配置されている。 More specifically, as shown in FIG. 2, in the case of this sample inspection apparatus 100, the substrate 1 is located between the protective layer 12 and the semiconductor layer 7 from the semiconductor layer 7 side toward the protective layer 12 side. When viewed, the inorganic oxide layer 8, the interlayer insulating film 9, and the insulating film 10 are mainly stacked in this order. Further, a color filter 11 is further disposed in a region between the insulating film 10 and the protective layer 12 and immediately below each recess 3 (a region immediately above the photoelectric conversion unit). Further, a light shielding film 15 is further disposed between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 10 and in a region other than the region directly below each recess 3 (a region other than the region immediately above the photoelectric conversion unit). Yes. Further, the first electrode 13 is embedded in the inorganic oxide layer 8, and the second electrode 14 is provided in a region between the inorganic oxide layer 8 and the interlayer insulating film 9 and in the vicinity of the first electrode 13. Is arranged.
無機酸化物層8は、第1の電極13及び第2の電極14を形成するために設けられる層である。この無機酸化物層8は半導体層7の上面に一体化された状態で配置される層であり、凹部3に収容される液滴から発せられる光に対する光透過性を有している。なお、この無機酸化物層8の第1の電極13の下部領域に窒化シリコンからなる領域を形成する場合もある。無機酸化物層8を構成する無機酸化物としては、凹部3に収容される液滴から発せられる光に対する光透過性を有していればよく特に限定されない。例えば、SiO2が挙げられる。 The inorganic oxide layer 8 is a layer provided for forming the first electrode 13 and the second electrode 14. The inorganic oxide layer 8 is a layer disposed in an integrated state on the upper surface of the semiconductor layer 7 and has a light-transmitting property with respect to light emitted from the droplets stored in the recess 3. Note that a region made of silicon nitride may be formed in the lower region of the first electrode 13 of the inorganic oxide layer 8. The inorganic oxide constituting the inorganic oxide layer 8 is not particularly limited as long as it has light transmittance with respect to light emitted from the droplets accommodated in the recess 3. An example is SiO 2 .
層間絶縁膜9は遮光膜15と第2の電極14との電気的接触を防止するために設けられる層である。層間絶縁膜9を構成する絶縁体材料としては、凹部3に収容される液滴から発せられる光に対する光透過性を有していればよく特に限定されない。例えば、SiO2が挙げられる。 The interlayer insulating film 9 is a layer provided to prevent electrical contact between the light shielding film 15 and the second electrode 14. The insulator material constituting the interlayer insulating film 9 is not particularly limited as long as it has light transmittance with respect to light emitted from the droplets accommodated in the recess 3. An example is SiO 2 .
絶縁膜10は、カラーフィルタ11と遮光膜15とが接触しないように分離するための層である。絶縁膜10を構成する絶縁体材料としては、凹部3に収容される液滴から発せられる光に対する光透過性を有していればよく特に限定されない。 The insulating film 10 is a layer for separating the color filter 11 and the light shielding film 15 so as not to contact each other. The insulator material constituting the insulating film 10 is not particularly limited as long as it has light transmission properties with respect to light emitted from the droplets stored in the recess 3.
保護層12(最上部の層)は、試料載置面F1を有しており凹部3が形成される層である。また、この保護層12は、上記カラーフィルタ11を設ける場合に、そのスペースを確保し、カラーフィルタ11を保護するために設けられる層である。この保護層12を構成する構成材料としては、凹部3に収容される液滴から発せられる光に対する光透過性を有していればよく特に限定されない。例えば、SiO2が挙げられる。 The protective layer 12 (the uppermost layer) is a layer that has the sample placement surface F1 and in which the recess 3 is formed. The protective layer 12 is a layer provided to secure the space and protect the color filter 11 when the color filter 11 is provided. The constituent material constituting the protective layer 12 is not particularly limited as long as it has a light-transmitting property with respect to light emitted from the liquid droplets stored in the recess 3. An example is SiO 2 .
遮光膜15は、光電変換部70のpn接合面以外の半導体層7の領域に凹部3に収容される液滴から発せられる光が入射することを防止するために設けられる膜である。この保護層12を構成する構成材料としては、凹部3に収容される液滴から発せられる光を遮蔽可能な光不透過性を有していればよく特に限定されない。例えば、金属製薄膜(アルミニウムやクロムなどの金属製薄膜)が挙げられる。 The light shielding film 15 is a film provided to prevent light emitted from the liquid droplets stored in the recess 3 from entering the region of the semiconductor layer 7 other than the pn junction surface of the photoelectric conversion unit 70. The constituent material constituting the protective layer 12 is not particularly limited as long as it has light impermeability capable of shielding light emitted from the droplets accommodated in the recess 3. For example, a metal thin film (a metal thin film such as aluminum or chromium) can be used.
カラーフィルタ11は、凹部3に収容される液滴から発せられる光のうちの特定の波長を有する光のみを選択的に光電変換部70に入射させるために使用するフィルタである。カラーフィルタ11は、凹部3に収容される液滴から発せられる光のうち、検出すべき特定の波長を有する光に対する光透過性を有していればよく、その構成材料も、上記の特定の波長を有する光に応じて適宜選択される。 The color filter 11 is a filter used for selectively allowing only light having a specific wavelength out of the light emitted from the liquid droplets stored in the recess 3 to enter the photoelectric conversion unit 70. The color filter 11 only needs to have a light-transmitting property with respect to light having a specific wavelength to be detected among the light emitted from the liquid droplets stored in the concave portion 3, and the constituent material thereof is also the above-described specific material. It is appropriately selected according to light having a wavelength.
第1電極13は光電変換部70に1対1で対応するように設けられる電極である。また、第1電極13は、光電変換部70のpn接合面の電位を独立に制御するために使用される。更に、光電変換部70のpn接合面の電位を独立に制御するために、第1電極13には、レジスター(図示せず)が電気的に接続されている。なお、レジスターは基板1中に埋設されている。そして、レジスターにより制御された第1電極13により、フォトダイオードのpn接合面の電位が変化し、フォトダイオードで生成する電子はp-分離領域76に移動し、更に垂直転送部n型領域78に移動することができるようになる。 The first electrode 13 is an electrode provided to correspond to the photoelectric conversion unit 70 on a one-to-one basis. The first electrode 13 is used for independently controlling the potential of the pn junction surface of the photoelectric conversion unit 70. Further, a resistor (not shown) is electrically connected to the first electrode 13 in order to independently control the potential of the pn junction surface of the photoelectric conversion unit 70. Note that the register is embedded in the substrate 1. The first electrode 13 controlled by the register changes the potential of the pn junction surface of the photodiode, and electrons generated by the photodiode move to the p − isolation region 76 and further to the vertical transfer portion n-type region 78. You will be able to move.
また、第2電極14も光電変換部70に1対1で対応するように設けられる電極である。第2電極14は、垂直転送部n型領域78の電荷を移動させるための電極である。なお、この第2電極14は、必須の構成要素ではなく、例えば、第1電極13が第2電極の機能を兼ねてもよい。 The second electrode 14 is also an electrode provided so as to correspond to the photoelectric conversion unit 70 on a one-to-one basis. The second electrode 14 is an electrode for moving charges in the vertical transfer portion n-type region 78. Note that the second electrode 14 is not an essential component. For example, the first electrode 13 may also function as the second electrode.
半導体層7は、n型シリコン基板71と、n型シリコン基板71上に配置される第1のpウェル72とを含む構成を有している。更に、第1のpウェル72の上面のうちの凹部3のほぼ直下にあたる領域には、n型半導体領域74が設けられている。このn型半導体領域74と第1のpウェル72とからなるフォトダイオード(光電変換素子)がpn接合面を有する光電変換部70として機能する。 The semiconductor layer 7 has a configuration including an n-type silicon substrate 71 and a first p-well 72 disposed on the n-type silicon substrate 71. Furthermore, an n-type semiconductor region 74 is provided in a region of the upper surface of the first p-well 72 that is directly below the recess 3. A photodiode (photoelectric conversion element) including the n-type semiconductor region 74 and the first p well 72 functions as a photoelectric conversion unit 70 having a pn junction surface.
また、第1のpウェル72の上面のうちの光電変換部70に隣接する領域上には、p-分離領域76が設けられている。また、第1のpウェル72の上面のうちのp-分離領域76に隣接する領域の上方には垂直転送部n型領域78が設けられている。更に、第1のpウェル72と垂直転送部n型領域78との間には第2のpウェル77が設けられている。また、第1のpウェル72の上面の領域のうちの、光電変換部70、p-分離領域76垂直転送部n型領域78、及び、第2のpウェル77からなるユニット間の領域には、当該ユニット間を隔てるp+分離領域73が設けられている。 A p − isolation region 76 is provided on a region adjacent to the photoelectric conversion unit 70 on the upper surface of the first p well 72. Further, a vertical transfer portion n-type region 78 is provided above a region adjacent to the p − isolation region 76 on the upper surface of the first p well 72. Further, a second p well 77 is provided between the first p well 72 and the vertical transfer portion n-type region 78. Further, in the region on the upper surface of the first p well 72, the region between the units consisting of the photoelectric conversion unit 70, the p − isolation region 76, the vertical transfer unit n type region 78, and the second p well 77 is included. A p + separation region 73 is provided to separate the units.
第1のpウェル72及び第2のpウェル77における導入不純物の濃度は、例えば、第1のpウェル72を相対的に低濃度、第2のpウェル77を相対的に高濃度とする。この第2のpウェル77は、通常、n型半導体領域74の小型化に伴う、電荷転送の効率低下を補助するために設けられるものである。また、p+分離領域73及びp-分離領域76は、通常、フォトダイオードと垂直転送部n型領域78とを分離するための領域である。p-分離領域76は、更に第1電極13による電位の読み出しの際に、光電変換部から垂直転送部n型領域78への電荷移動を行うためのものである。n型半導体領域74上のp+型領域75は、紫外線の入射が起こる場合であって、紫外線の入射が不都合な場合に、光電変換部への紫外線入射を防止するために設けられるものである。 The concentration of the introduced impurity in the first p well 72 and the second p well 77 is, for example, a relatively low concentration in the first p well 72 and a relatively high concentration in the second p well 77. The second p-well 77 is usually provided to assist in reducing the efficiency of charge transfer accompanying the downsizing of the n-type semiconductor region 74. Further, the p + isolation region 73 and the p − isolation region 76 are regions for normally separating the photodiode from the vertical transfer portion n-type region 78. The p − isolation region 76 is for performing charge transfer from the photoelectric conversion unit to the vertical transfer unit n-type region 78 when the potential is read by the first electrode 13. The p + -type region 75 on the n-type semiconductor region 74 is provided in order to prevent the incidence of ultraviolet rays on the photoelectric conversion unit when the incidence of ultraviolet rays occurs and the incidence of ultraviolet rays is inconvenient. .
垂直転送部n型領域78は、β行×γ列で2次元配列される光電変換部70(図1の試料検査装置100においては5行×7列の2次元配列)の列方向に平行に配置されている柱状の領域であって、1つの列ごとに1個設けられている。なお、「β行×γ列で2次元配列された状態」とは、平面上の行方向にγ個の光電変換部70が等間隔で直線状に配列され、かつ、上記平面と同一平面の列方向(行方向に略直交する方向)にβ個の光電変換部70が等間隔で直線状に配列されている状態を示す。第1の電極13及び第2の電極14によるpn接合面の電位の制御により、光電変換部70で発生した電荷は混合又は分散されることなく、この垂直転送部n型領域78中を垂直方向(列方向)に移動させられる。なお、試料載置面F1には、光電変換部70に対応する凹部3がβ行×γ列で2次元配列されている。 The vertical transfer unit n-type region 78 is parallel to the column direction of the photoelectric conversion unit 70 (two-dimensional array of 5 rows × 7 columns in the sample inspection apparatus 100 of FIG. 1) that is two-dimensionally arranged in β rows × γ columns. This is a columnar region that is arranged, one for each row. Note that “a state in which β rows × γ columns are two-dimensionally arranged” means that γ photoelectric conversion units 70 are linearly arranged at equal intervals in the row direction on the plane, and are in the same plane as the plane. A state is shown in which β photoelectric conversion units 70 are linearly arranged at equal intervals in the column direction (direction substantially orthogonal to the row direction). By controlling the potential of the pn junction surface by the first electrode 13 and the second electrode 14, the charges generated in the photoelectric conversion unit 70 are not mixed or dispersed, and the vertical transfer portion n-type region 78 moves in the vertical direction. It is moved in the (row direction). Note that the concave portions 3 corresponding to the photoelectric conversion units 70 are two-dimensionally arranged in β rows × γ columns on the sample mounting surface F1.
また、この基板1の場合、半導体層7のγ個の垂直転送部n型領域78と同一平面の外縁部に、当該γ個の垂直転送部n型領域78と直交するように配置される柱状の水平転送部n型領域(図示せず)が1つ設けられている。垂直転送部n型領域78中を垂直方向に移動してくる電荷はこの水平転送部n型領域に移動することにより水平方向(行方向)に移動させられる。 Further, in the case of this substrate 1, a columnar shape arranged on the outer edge of the semiconductor layer 7 on the same plane as the γ vertical transfer portion n-type regions 78 so as to be orthogonal to the γ vertical transfer portion n-type regions 78. One horizontal transfer portion n-type region (not shown) is provided. The charges moving in the vertical direction in the vertical transfer portion n-type region 78 are moved in the horizontal direction (row direction) by moving to the horizontal transfer portion n-type region.
更に、γ個の垂直転送部n型領域78のそれぞれには、垂直転送部操作信号入力端子(図示せず)が接続されている。この垂直転送部操作信号入力端子の他端は、先に述べたレジスター(図示せず)に電気的に接続されている。そして、垂直転送部操作信号入力端子を用いて第1の電極13に電圧を印加することにより垂直転送部n型領域78に光電変換部70のpn接合面で発生した電荷を移動させ、ついで第2の電極14に電圧を印加することにより、当該電荷を垂直転送部n型領域78中で垂直方向に移動させることができる。このような電圧の印加を第1の電極、第2の電極に順次行うことにより、光電変換部70のpn接合面で発生した電荷を垂直転送部n型領域78中で垂直方向に移動させることができる。 Further, a vertical transfer unit operation signal input terminal (not shown) is connected to each of the γ vertical transfer unit n-type regions 78. The other end of the vertical transfer unit operation signal input terminal is electrically connected to the register (not shown) described above. Then, by applying a voltage to the first electrode 13 using the vertical transfer unit operation signal input terminal, charges generated on the pn junction surface of the photoelectric conversion unit 70 are moved to the vertical transfer unit n-type region 78, and then By applying a voltage to the second electrode 14, the electric charge can be moved in the vertical direction in the vertical transfer portion n-type region 78. By sequentially applying such a voltage to the first electrode and the second electrode, the charges generated at the pn junction surface of the photoelectric conversion unit 70 are moved in the vertical direction in the n-type region 78 of the vertical transfer unit. Can do.
また、水平転送部n型領域には、水平転送部操作信号入力端子(図示せず)が接続されている。この水平転送部操作信号入力端子の他端は、先に述べたレジスター(図示せず)に電気的に接続されている。そして、この水平転送部操作信号入力端子を用いて第1の電極13、第2の電極14に電圧の印加を順次行うことにより、光電変換部70のpn接合面で発生した電荷を水平転送部n型領域中で水平方向に移動させることができる。 Further, a horizontal transfer unit operation signal input terminal (not shown) is connected to the horizontal transfer unit n-type region. The other end of the horizontal transfer unit operation signal input terminal is electrically connected to the register (not shown) described above. Then, by sequentially applying a voltage to the first electrode 13 and the second electrode 14 using the horizontal transfer unit operation signal input terminal, charges generated at the pn junction surface of the photoelectric conversion unit 70 are transferred to the horizontal transfer unit. It can be moved horizontally in the n-type region.
更に、この基板1の場合、受光情報を増幅して出力するための出力アンプ(図示せず)と、信号出力端子(図示せず)とが更に設けられている。 Further, in the case of this substrate 1, an output amplifier (not shown) for amplifying and outputting the received light information and a signal output terminal (not shown) are further provided.
また、試料検査装置100には、フォトダイオードで光電変換された電荷信号を増幅するための増幅トランジスタ、電荷信号を読み出した後にフォトダイオードの電荷をリセットするリセットトランジスタ、及び、それらに付属する金属配線、電源線(何れも図示せず)が設けられている。 The sample inspection apparatus 100 also includes an amplification transistor for amplifying the charge signal photoelectrically converted by the photodiode, a reset transistor for resetting the charge of the photodiode after the charge signal is read, and a metal wiring attached to them. , Power lines (both not shown) are provided.
メモリー部5は、光電変換部70から得られる分析情報{発光反応により得られる光の情報(波長又は色、強度、光量等)}の情報が順次蓄積される構成を有する。また、メモリー部5には、光電変換部70から得られる分析情報に基づき、凹部中に存在する分析すべき測定対象物の同定又は定量等の分析を行うための基準となる基準データが格納されている。例えば、プローブ遺伝子を用いて遺伝子解析を行う場合、試料載置面F1上の複数の凹部3のうちのどの位置の凹部3にどの種類のプローブ遺伝子を予め配置しておくのか等の情報である。また、例えば、どの凹部3で発光が検出されたか等の各凹部3の位置を特定するためのデータも格納されている。更に、カラーフィルタ11を使用する場合には、波長又は色を特定するための基準データも格納されている。更に、メモリー部5には、凹部3に液滴を滴下するための液滴吐出手段(例えば、後述の第2実施形態の試料検査装置101に備えられる液滴供給部40)の凹部3に対する位置決めを正確に行うための基準データが格納されていてもよい。例えば、凹部3間の距離、凹部3の底面の面積等の液滴吐出手段を基板1に対して相対的に移動させるための基準データである。更に、メモリー部5には、上記の基準データに基づいてCPU4が演算処理(分析の演算処理や位置決めのための演算処理)を行うためのプログラムが格納されていてもよい。更に、メモリー部5には、CPU4で行われた結果を格納する機能が備えられていてもよい。更に、メモリー部5には外部とのデータ、情報のやり取りを行うために必要なプログラム、データが格納されていてもよい。 The memory unit 5 has a configuration in which information of analysis information {light information (wavelength or color, intensity, light amount, etc.) obtained by the luminescence reaction} obtained from the photoelectric conversion unit 70 is sequentially accumulated. The memory unit 5 stores reference data serving as a reference for performing analysis such as identification or quantification of a measurement object to be analyzed that exists in the recess based on analysis information obtained from the photoelectric conversion unit 70. ing. For example, when gene analysis is performed using a probe gene, it is information such as which type of probe gene is previously arranged in the concave portion 3 at which position among the plurality of concave portions 3 on the sample placement surface F1. . Further, for example, data for specifying the position of each concave portion 3 such as which concave portion 3 has detected light emission is also stored. Further, when the color filter 11 is used, reference data for specifying the wavelength or color is also stored. Further, in the memory unit 5, positioning of the droplet discharge means for dropping droplets into the recess 3 (for example, a droplet supply unit 40 provided in the sample inspection apparatus 101 of the second embodiment described later) with respect to the recess 3. The reference data for performing correctly may be stored. For example, reference data for moving the droplet discharge means relative to the substrate 1 such as the distance between the recesses 3 and the area of the bottom surface of the recesses 3. Further, the memory unit 5 may store a program for the CPU 4 to perform calculation processing (analysis calculation processing or calculation processing for positioning) based on the reference data. Further, the memory unit 5 may be provided with a function for storing the results performed by the CPU 4. Furthermore, the memory unit 5 may store programs and data necessary for exchanging data and information with the outside.
また、CPU4は、メモリー部5及びデータ入出力部6に接続されており、光電変換部70から得られる分析情報と、メモリー部5に格納されている基準データとを比較して、これらの演算処理を行うためのプログラムに基づき演算処理する。そして、分析すべき測定対象物の同定又は定量等の分析に関する分析結果を求める。また、CPU4は、演算処理結果に基づき、その妥当性、各凹部3の分析結果を統計的に処理し、測定対象物の成分組成の推定等の判断を行わせる構成を備えていてもよい。更に、CPU4は、メモリー部5に格納されている位置決めのための基準データに基づき凹部3に液滴を滴下するための液滴吐出手段を制御し、凹部3に対する位置決めを正確に行う構成を有していてもよい。更に、CPU4は光電変換部70から得られるデータを補正する構成を備えていてもよい。更に、CPU4は分析結果、統計的手段等による解析結果、また、これら結果から得られる推定や判断を人に認識させる演算機能が備えられていてもよい。また、CPU4は計測、分析等に関係する異常を感知し、適切な回避を行うための機能、それを外部に警告する機能が備えられていてもよい。 The CPU 4 is connected to the memory unit 5 and the data input / output unit 6, compares the analysis information obtained from the photoelectric conversion unit 70 with the reference data stored in the memory unit 5, and performs these calculations. An arithmetic process is performed based on a program for performing the process. Then, an analysis result relating to analysis such as identification or quantification of the measurement object to be analyzed is obtained. Further, the CPU 4 may be configured to statistically process the validity and the analysis result of each concave portion 3 based on the calculation processing result, and make a determination such as estimation of the component composition of the measurement object. Further, the CPU 4 has a configuration for accurately controlling the positioning with respect to the recess 3 by controlling the droplet discharge means for dropping the droplet into the recess 3 based on the reference data for positioning stored in the memory unit 5. You may do it. Further, the CPU 4 may have a configuration for correcting data obtained from the photoelectric conversion unit 70. Further, the CPU 4 may be provided with a calculation function for causing a person to recognize analysis results, analysis results obtained by statistical means, and estimation and judgment obtained from these results. Further, the CPU 4 may be provided with a function for sensing an abnormality related to measurement, analysis, etc., and performing appropriate avoidance, and a function for warning the outside.
データ入出力部6は、モニタ等の情報出力機器、コンピュータ等の情報出入力機器に電気的に接続され、分析データの出力、分析を行うためのメモリー部5への基準データの入力等のデータのやり取りを行う。また、データ入出力部6は、必要に応じて電力を供給する役割を兼ねていてもよい。 The data input / output unit 6 is electrically connected to an information output device such as a monitor and an information input / output device such as a computer, and outputs data such as input of reference data to the memory unit 5 for outputting and analyzing analysis data. Exchange. The data input / output unit 6 may also serve to supply power as necessary.
基板1中における光電変換部70の形成位置は、対応する凹部3に固定された液滴から発せられる光を検出できれば、特に限定されないが、凹部3から光電変換部70までの実効光路を十分に短くして分析感度を十分に確保する観点及び試料検査装置100の小型化を図る観点から、図2に示すように、光電変換部70は、これに対応する凹部3のほぼ直下に配置されていることが好ましい。 The formation position of the photoelectric conversion unit 70 in the substrate 1 is not particularly limited as long as the light emitted from the droplet fixed to the corresponding recess 3 can be detected. However, the effective optical path from the recess 3 to the photoelectric conversion unit 70 is sufficient. From the viewpoint of shortening and ensuring sufficient analysis sensitivity and reducing the size of the sample inspection apparatus 100, as shown in FIG. 2, the photoelectric conversion unit 70 is disposed almost directly below the corresponding recess 3. Preferably it is.
試料載置面F1上に形成される各凹部3は、液滴を収容するためのものである。先にも述べたように、凹部3は、極めて薄い膜厚を有する単分子膜2を用いて形成されているため、1000pL以下の体積の微小な液滴を容易に収容可能な極めて小さな容積とすることができる。 Each concave portion 3 formed on the sample mounting surface F1 is for containing a droplet. As described above, since the recess 3 is formed using the monomolecular film 2 having an extremely thin film thickness, the recess 3 has an extremely small volume that can easily accommodate a minute droplet having a volume of 1000 pL or less. can do.
各凹部3の底面(第2の領域F12)には、後述する親水性の第1特性基が結合されている。これにより、凹部3内に収容された液滴は当該凹部3の底面に水素結合により確実に固定され、一旦収容された凹部3からその外部へ拡散してしまうことが十分に防止される。また、単分子膜2を形成する以前の試料載置面F1の第1の領域F11にも上記の親水性の第1特性基が結合されており、第1の領域F11上に単分子膜2を形成する際に、原料の有機分子と親水性の第1特性基との縮合反応が進行し、得られる単分子膜2は試料載置面F1に共有結合された状態で固定されることになる。 A hydrophilic first characteristic group, which will be described later, is bonded to the bottom surface (second region F12) of each recess 3. Thereby, the droplet accommodated in the recess 3 is securely fixed to the bottom surface of the recess 3 by hydrogen bonding, and is sufficiently prevented from diffusing from the recess 3 once accommodated to the outside. The hydrophilic first characteristic group is also bonded to the first region F11 of the sample mounting surface F1 before the monomolecular film 2 is formed, and the monomolecular film 2 is formed on the first region F11. In the formation of the film, the condensation reaction between the organic molecules of the raw material and the hydrophilic first characteristic group proceeds, and the resulting monomolecular film 2 is fixed in a state of being covalently bonded to the sample mounting surface F1. Become.
試料載置面F1に結合している親水性の第1特性基は、有機分子と縮合反応可能な活性水素を有していることが好ましい。有機分子と縮合反応可能な活性水素を有する第1特性基としては、上記の縮合反応により有機分子と結合する側の末端部分に、−OH、−NH2、=N−H、及び、−SHからなる群より選択される少なくとも1種の構造を少なくとも有するものであることがより好ましい。上記以外の第1特性基で、有機分子と縮合反応可能な活性水素を有する第1特性基としては、−SO3H、−SO2H、−PO3H、−PO3H2、及び−CO2Hからなる群より選択される少なくとも1種の構造を少なくとも有していることがより好ましい。 The hydrophilic first characteristic group bonded to the sample mounting surface F1 preferably has active hydrogen capable of undergoing a condensation reaction with organic molecules. As the first characteristic group having an organic molecule and a condensation reactive active hydrogen, the terminal portion of the side to be bonded with an organic molecule by a condensation reaction of the above, -OH, -NH 2, = N -H, and, -SH It is more preferable to have at least one structure selected from the group consisting of: In the first characteristic group other than the above, as the first characteristic group having an organic molecule and a condensation reactive active hydrogen, -SO 3 H, -SO 2 H , -PO 3 H, -PO 3 H 2 and - More preferably, it has at least one structure selected from the group consisting of CO 2 H.
なお、有機分子と縮合反応可能な活性水素を有する第1特性基は、全体が試料載置面F1から露出した状態だけでなく、活性水素のみ又は活性水素を含む−OH、−SH、=N−H、−NH2の部分のみ試料載置面F1から露出した状態であり活性水素以外の部分が基板1の内部に含まれている状態であってもよい。例えば、活性水素以外の部分が基板1の内部に含まれている場合、活性水素以外の部分が基板1の構成元素と結合していてもよい。より具体的には、例えば、基板1の試料載置面F1近傍が光透過性を有する金属酸化物を構成材料として構成されている場合であって、第1特性基が−PO3Hの場合、−PO3H全体が試料載置面F1から露出していてもよく、−PO3Hのうちの−OHのみ露出しており、−PO2−の部分が基板内部に含まれていてもよい。基板内部に含まれる−PO2−の部分は−PO2−の状態のままでもよく、Pに結合した酸素が金属酸化物バルク中の金属原子(金属イオン)Mと結合して、例えば、−P−O−M−のような構造を有した状態となっていてもよい。 Note that the first characteristic group having active hydrogen capable of undergoing a condensation reaction with an organic molecule is not only in a state where the whole is exposed from the sample mounting surface F1, but also includes only active hydrogen or -OH, -SH, = N containing active hydrogen. Only the portions of —H and —NH 2 may be exposed from the sample mounting surface F 1, and a portion other than active hydrogen may be included in the substrate 1. For example, when a portion other than active hydrogen is included in the substrate 1, the portion other than active hydrogen may be bonded to a constituent element of the substrate 1. More specifically, for example, in a case where the sample placement surface F1 near the substrate 1 is made of a metal oxide having light transmission properties as the material, if the first characteristic group is -PO 3 H , -PO 3 H may be entirely exposed from the sample mounting surface F1, or only -OH of -PO 3 H may be exposed, and the -PO 2- portion may be included in the substrate. Good. -PO 2 contained within the substrate - the portion of -PO 2 - may remain in the state, the oxygen bonded to P is bonded to a metal atom (metal ions) M of the metal oxides in bulk, for example, - It may be in a state having a structure such as POM.
上記第1特性基と後述する有機分子の第2特性基との縮合反応により、基板1の第1の領域F11と単分子膜2との間で形成される共有結合は、試料載置面F1に結合している親水性の第1特性基の構造と、単分子膜の原料となる有機分子の種類によるが、製造の容易さの観点から、−Si−O−、−Si−N−、及び、−Si−S−からなる群より選択される少なくとも1種の構造が含まれている結合であることが好ましい。 The covalent bond formed between the first region F11 of the substrate 1 and the monomolecular film 2 by the condensation reaction between the first characteristic group and the second characteristic group of the organic molecule described later is the sample mounting surface F1. Depending on the structure of the hydrophilic first characteristic group bonded to and the type of organic molecule used as the raw material of the monomolecular film, from the viewpoint of ease of production, -Si-O-, -Si-N-, And it is preferably a bond containing at least one structure selected from the group consisting of -Si-S-.
このように単分子膜2は、試料載置面F1上に極めて強固に固定されている。そのため、試料載置面F1上において隣り合う凹部3間の距離(単分子膜で被覆された第1の領域の面積)を非常に小さくしても、隣り合う凹部間を隔てる単分子膜2は試料載置面F1上に強固に結合しており、その剥離が十分に防止される。 Thus, the monomolecular film 2 is extremely firmly fixed on the sample mounting surface F1. Therefore, even if the distance between the adjacent recesses 3 on the sample mounting surface F1 (the area of the first region covered with the monomolecular film) is very small, the monomolecular film 2 that separates the adjacent recesses is The sample is firmly bonded on the sample mounting surface F1, and the separation thereof is sufficiently prevented.
故に、隣り合う凹部3間の距離を非常に小さくし、反応場(凹部に収容される液滴)の密度を1万個/cm2以上とする場合であっても、凹部3内に収容された液滴同士の混合が十分に防止される(コンタミネーションの発生が確実に防止される)。そのため、試料検査装置100は十分な分析精度を確保することもできる。 Therefore, even when the distance between the adjacent recesses 3 is made very small and the density of the reaction field (droplets accommodated in the recesses) is 10,000 / cm 2 or more, it is accommodated in the recesses 3. Mixing between the droplets is sufficiently prevented (contamination is surely prevented). Therefore, the sample inspection apparatus 100 can ensure sufficient analysis accuracy.
なお、各凹部3の大きさ(容積)、形状、配置位置、及び、配置間隔は、単分子膜2のパターニングの仕方によって容易に調節することができ、本発明の効果をより確実に得る観点から以下のように設定することができる。 In addition, the size (volume), shape, arrangement position, and arrangement interval of each recess 3 can be easily adjusted by the patterning method of the monomolecular film 2, and the viewpoint of obtaining the effect of the present invention more reliably. Can be set as follows.
即ち、試料検査装置100においては、反応場(凹部に収容される液滴)の微細化、高密度化を図る観点、好ましくは反応場の体積を1000pL以下とし、かつ、反応場の密度を1万個/cm2以上とする観点から、凹部3に収容される液滴の体積は、0.01pL〜1000pLであることが好ましく、0.01pL〜35pLであることがより好ましく、0.01pL〜1.2pLであることが更に好ましい。 That is, in the sample inspection apparatus 100, from the viewpoint of miniaturizing and increasing the density of the reaction field (droplets accommodated in the recesses), the reaction field volume is preferably set to 1000 pL or less, and the density of the reaction field is set to 1. From the viewpoint of setting it to 10,000 / cm 2 or more, the volume of the droplet accommodated in the recess 3 is preferably 0.01 pL to 1000 pL, more preferably 0.01 pL to 35 pL, and 0.01 pL to More preferably, it is 1.2 pL.
また、先にも述べたように、凹部3の構成を上述の構成とすることにより、凹部の底面上に滴下される液滴は、略半球状又は先端部が略半球状の略柱状の形状を呈した状態で固定されることになる。そのため、凹部3の幾何学的容積に比較して、実際に凹部3に収容される液滴(凹部3の底面上に固定される液滴)の体積を非常に大きくすることができる。従って、容積の小さな凹部3を形成しても、十分な分析感度を得られるだけの量の液滴を使用することができる。しかも、凹部3の底面上に滴下される液滴は、略半球状又は先端部が略半球状の略柱状の形状を呈した状態で固定されることになる。そのため、凹部3の底面上に固定された液滴は、集光に有利な形状を呈していることになり、この観点からも試料分析装置100は十分な分析感度を容易に得ることが可能となる。 Further, as described above, by setting the configuration of the recess 3 to the above-described configuration, the liquid droplet dropped on the bottom surface of the recess has a substantially hemispherical shape or a substantially columnar shape having a substantially hemispherical tip. It will be fixed in the state of presenting. Therefore, compared with the geometric volume of the recessed part 3, the volume of the droplet actually accommodated in the recessed part 3 (droplet fixed on the bottom face of the recessed part 3) can be made very large. Therefore, even when the concave portion 3 having a small volume is formed, it is possible to use an amount of droplets that can provide sufficient analysis sensitivity. In addition, the liquid droplets dropped on the bottom surface of the recess 3 are fixed in a substantially hemispherical shape or a substantially columnar shape with the tip portion being substantially hemispherical. For this reason, the droplet fixed on the bottom surface of the recess 3 has a shape advantageous for condensing, and from this viewpoint, the sample analyzer 100 can easily obtain sufficient analysis sensitivity. Become.
そのため、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜1000pLとする場合、凹部3の容積はこれよりも十分に小さくすることができる。具体的には、この場合、凹部3の容積は2×10-6pL〜1pLであることが好ましい。 For this reason, when the volume of the liquid droplets stored in the recesses is 0.01 pL to 1000 pL, the volume of the recesses 3 can be made sufficiently smaller than this. Specifically, in this case, the volume of the recess 3 is preferably 2 × 10 −6 pL to 1 pL.
上記と同様の観点から、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜35pLとする場合、凹部の容積は2×10-6pL〜1×10-1pLであることが好ましい。更に、上記と同様の観点から、凹部に収容される液滴の体積を0.01pL〜1.2pLとする場合、凹部の容積は2×10-6pL〜2×10-3pLであることが好ましく、2×10-6pL〜7×10-4pLであることがより好ましい。 From the same viewpoint as described above, when the volume of the liquid droplets contained in the recess is 0.01 pL to 35 pL, the volume of the recess is preferably 2 × 10 −6 pL to 1 × 10 −1 pL. Furthermore, from the same viewpoint as described above, when the volume of the liquid droplets contained in the recess is 0.01 pL to 1.2 pL, the volume of the recess is 2 × 10 −6 pL to 2 × 10 −3 pL. Is preferably 2 × 10 −6 pL to 7 × 10 −4 pL.
反応場(凹部に収容される液滴)の微細化、高密度化を図る観点、好ましくは反応場の体積を1000pL以下とし、かつ、反応場の密度を1万個/cm2以上とする観点から、試料載置面F1の単位面積当たりに形成される凹部3の数が1万個/cm2以上であることが好ましい。また、反応場の密度を10万個/cm2以上とする観点からは、試料載置面F1の単位面積当たりに形成される凹部3の数が10万個/cm2以上であることがより好ましい。更に、反応場の密度を100万個/cm2以上とする観点からは、試料載置面F1の単位面積当たりに形成される凹部の数が100万個/cm2〜800万個/cm2であることが更に好ましい。 From the viewpoint of miniaturizing and increasing the density of the reaction field (droplets contained in the recesses), preferably the volume of the reaction field is set to 1000 pL or less, and the density of the reaction field is set to 10,000 pieces / cm 2 or more. Therefore, it is preferable that the number of the concave portions 3 formed per unit area of the sample mounting surface F1 is 10,000 / cm 2 or more. Moreover, from the viewpoint of setting the density of the reaction field to 100,000 pieces / cm 2 or more, the number of the concave portions 3 formed per unit area of the sample mounting surface F1 is more preferably 100,000 pieces / cm 2 or more. preferable. Furthermore, from the viewpoint of setting the density of the reaction field to 1 million pieces / cm 2 or more, the number of recesses formed per unit area of the sample mounting surface F1 is 1 million pieces / cm 2 to 8 million pieces / cm 2. More preferably.
コンタミネーションの発生を十分に防止するために、単分子膜2は十分な疎水性を有していることが好ましい。そのため、この観点から単分子膜2は以下の特性を有していることが好ましい。すなわち、20℃で、5.3μLの水滴を単分子膜2の表面に滴下した際、当該表面に対する水滴の接触角が、80〜180°であることが好ましく、90〜180°であることがより好ましく、100〜160°であることが更に好ましい。また、単分子膜の臨界表面エネルギーは、20℃において、72mN/m以下であり、好ましくは8〜72mN/mの範囲であり、より好ましくは8〜25mN/mの範囲である。なお、接触角は、例えば、JIS R3257:1999に規定の測定方法により測定することができる。 In order to sufficiently prevent the occurrence of contamination, the monomolecular film 2 preferably has sufficient hydrophobicity. Therefore, from this viewpoint, the monomolecular film 2 preferably has the following characteristics. That is, when a 5.3 μL water droplet is dropped on the surface of the monomolecular film 2 at 20 ° C., the contact angle of the water droplet with respect to the surface is preferably 80 to 180 °, and preferably 90 to 180 °. More preferably, it is more preferably 100 to 160 °. The critical surface energy of the monomolecular film is 72 mN / m or less at 20 ° C., preferably in the range of 8 to 72 mN / m, more preferably in the range of 8 to 25 mN / m. In addition, a contact angle can be measured with the measuring method prescribed | regulated to JISR3257: 1999, for example.
単分子膜2の厚さは、反応場の微細化、高密度化が可能となる厚さ、特に試料載置面の凹部の容積を0.01pL〜1pLの範囲とし、かつ、試料載置面F1上に形成される凹部の密度を、1万個/cm2以上とすることが可能となる厚さであれば特に限定されない。例えば、試料載置面F1に共有結合した後の有機分子1つ(単分子)の大きさ(長さ)と等しくてもよく、1つの有機分子の大きさを超える厚さを有していてもよい。ただし、本発明の効果をより確実に得る観点からは、単分子膜2の厚さは、0.5nm〜50nmであることが好ましく、0.5nm〜10nmであることがより好ましく、0.5nm〜5nmであることが更に好ましい。 The thickness of the monomolecular film 2 is such that the reaction field can be miniaturized and densified, in particular, the volume of the concave portion of the sample mounting surface is in the range of 0.01 pL to 1 pL, and the sample mounting surface There is no particular limitation as long as the density of the recesses formed on F1 can be 10,000 pieces / cm 2 or more. For example, it may be equal to the size (length) of one organic molecule (single molecule) after covalently bonding to the sample mounting surface F1, and has a thickness exceeding the size of one organic molecule. Also good. However, from the viewpoint of obtaining the effect of the present invention more reliably, the thickness of the monomolecular film 2 is preferably 0.5 nm to 50 nm, more preferably 0.5 nm to 10 nm, and 0.5 nm. More preferably, it is ˜5 nm.
より具体的には、凹部3に収容される液滴の体積を0.01pL〜1000pLとし、かつ、凹部3の密度を1万個/cm2以上とする場合には、凹部3の容積を2×10-6pL〜1pLとすることが好ましく、凹部の底面(第2の領域F12)の面積を4μm2〜17500μm2とすることが好ましく、単分子膜3の厚さは、上記凹部3の容積の大きさと面積の大きさを実現するように調節することが好ましい。 More specifically, when the volume of the droplet accommodated in the recess 3 is 0.01 pL to 1000 pL and the density of the recess 3 is 10,000 / cm 2 or more, the volume of the recess 3 is 2 X10 −6 pL to 1 pL is preferable, the area of the bottom surface (second region F12) of the recess is preferably 4 μm 2 to 17500 μm 2, and the thickness of the monomolecular film 3 is the thickness of the recess 3 It is preferable to adjust so as to realize the size of the volume and the size of the area.
また、凹部3に収容される液滴の体積を0.01pL〜35pLとし、かつ、試料載置面F1上に形成される凹部の密度を10万個/cm2以上とする場合には、凹部3の容積を2×10-6pL〜1×10-1pLとすることが好ましく、凹部3の底面(第2の領域F12)の面積を4μm2〜1600μm2とすることが好ましく、単分子膜2の厚さを0.5nm〜50nmとすることが好ましい。 Further, when the volume of the droplets stored in the recess 3 is 0.01 pL to 35 pL and the density of the recesses formed on the sample mounting surface F1 is 100,000 / cm 2 or more, the recess it is preferred to 3 of the volume and 2 × 10 -6 pL~1 × 10 -1 pL, the area of the bottom surface of the recess 3 (second area F12) preferably in the 4μm 2 ~1600μm 2, monomolecular The thickness of the film 2 is preferably 0.5 nm to 50 nm.
更に、凹部3に収容される液滴の体積を0.01pL〜1.2pLとし、かつ、試料載置面F1上に形成される凹部の密度を100万個/cm2以上とする場合には、凹部3の容積を2×10-6pL〜2×10-3pLとすることが好ましく、凹部3の底面(第2の領域F12)の面積を4μm2〜155μm2とすることが好ましく、単分子膜2の厚さを0.5nm〜10nmとすることが好ましい。また、この場合、凹部3の容積を更に小さくし、2×10-6pL〜7×10-4pLとすることも好ましく、凹部3の底面(第2の領域)の面積を上記と同一の範囲として単分子膜2の厚さは0.5nm〜5nmとすることが好ましい。 Furthermore, when the volume of the droplets accommodated in the recess 3 is 0.01 pL to 1.2 pL and the density of the recesses formed on the sample mounting surface F1 is 1 million pieces / cm 2 or more. , it is preferred that the volume of the recess 3 and 2 × 10 -6 pL~2 × 10 -3 pL, the area of the bottom surface of the recess 3 (second area F12) preferably in the 4 [mu] m 2 ~155Myuemu 2, The thickness of the monomolecular film 2 is preferably 0.5 nm to 10 nm. In this case, it is also preferable to further reduce the volume of the recess 3 to 2 × 10 −6 pL to 7 × 10 −4 pL, and the area of the bottom surface (second region) of the recess 3 is the same as above. As a range, the thickness of the monomolecular film 2 is preferably 0.5 nm to 5 nm.
また、コンタミネーションをより確実に防止する観点から、隣り合う凹部3の間に形成される単分子膜2の幅は、0.1μm以上であることが好ましく、1〜100μmであることがより好ましい。このような単分子膜2の幅とする場合でも、凹部3の容積を0.01pL〜1pLの範囲とし、かつ、凹部3の密度を1万個/cm2以上とすることが容易にできる。隣り合う凹部3同士を隔てる部材が単分子膜2のみの場合には、隣り合う凹部3同士の間隔は上記単分子膜2の幅と等しくなるので、隣り合う凹部3同士の間隔は0.1μm以上であることが好ましく、1〜100μmであることがより好ましい。 Moreover, from the viewpoint of preventing contamination more reliably, the width of the monomolecular film 2 formed between the adjacent recesses 3 is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 1 to 100 μm. . Even when the width of the monomolecular film 2 is set, the volume of the recess 3 can be easily set in the range of 0.01 pL to 1 pL, and the density of the recess 3 can be easily set to 10,000 pieces / cm 2 or more. When the member that separates the adjacent recesses 3 is only the monomolecular film 2, the interval between the adjacent recesses 3 is equal to the width of the monomolecular film 2, so the interval between the adjacent recesses 3 is 0.1 μm. It is preferable that it is above, and it is more preferable that it is 1-100 micrometers.
有機分子としては、試料載置面F1に結合している第1特性基と縮合反応可能な第2特性基を分子鎖の一端に有し、かつ、疎水性の第3特性基を分子鎖の他端に有するものであることが好ましい。この第2特性基と試料載置面F1に結合している第1特性基との縮合反応が進行することにより、単分子膜2が共有結合により試料載置面F1に強固に固定されることになる。 The organic molecule has a second characteristic group capable of condensation reaction with the first characteristic group bonded to the sample mounting surface F1 at one end of the molecular chain, and a hydrophobic third characteristic group of the molecular chain. It is preferable to have it at the other end. As the condensation reaction between the second characteristic group and the first characteristic group bonded to the sample mounting surface F1 proceeds, the monomolecular film 2 is firmly fixed to the sample mounting surface F1 by covalent bonding. become.
0.5〜50nmの厚さの単分子膜をより確実に得る観点から、有機分子は、以下の(i)〜(iii)のうちの何れかの構造を有するものであることが好ましい。 From the viewpoint of more reliably obtaining a monomolecular film having a thickness of 0.5 to 50 nm, the organic molecule preferably has any one of the following structures (i) to (iii).
すなわち、(i)有機分子は、第2特性基として、第1特性基と縮合反応可能な下記一般式(1)で表される特性基を有しており、第3特性基として、メチル基、ハロゲン置換メチル基、ビニル基、炭素数が2〜4の環状エーテル基、フェニル基、ハロゲン置換フェニル基、及び、シアノ基からなる群より選択される特性基を有しており、かつ、第2特性基と第3特性基との間に、下記一般式(2)で表される2価の有機基が結合した構造を有していることが好ましい。 That is, (i) the organic molecule has a characteristic group represented by the following general formula (1) that can undergo a condensation reaction with the first characteristic group as the second characteristic group, and a methyl group as the third characteristic group , A halogen-substituted methyl group, a vinyl group, a cyclic ether group having 2 to 4 carbon atoms, a phenyl group, a halogen-substituted phenyl group, and a characteristic group selected from the group consisting of a cyano group, and It is preferable that a divalent organic group represented by the following general formula (2) is bonded between the two characteristic group and the third characteristic group.
−CbE2b− …(2)
ここで、式(1)中、Z1はF、Cl、Br、I、−OH、−SCN、−NCO、及び、炭素数が1〜5のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも1種の原子又は原子団を示す。Z2は、H、及び、炭素数が1〜5のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の原子又は原子団を示す。aは1〜3の整数を示す。式(2)中、Eは、H及びFからなる群より選択される少なくとも1種の原子を示す。bは2〜22の整数を示す。
−C b E 2b − (2)
Here, in formula (1), Z 1 is at least one selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, —OH, —SCN, —NCO, and an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms. Or an atomic group. Z 2 represents at least one atom or atomic group selected from the group consisting of H and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. a represents an integer of 1 to 3. In formula (2), E represents at least one atom selected from the group consisting of H and F. b shows the integer of 2-22.
また、(ii)有機分子は、上記一般式(2)で表される2価の有機基の炭素骨格を構成する炭素間に、下記一般式(3)で表される特性基、−O−、−COO−、及び、−C6H4−からなる群より選択される少なくとも1種の2価の特性基が更に結合された構造を有していることが好ましい。ここで、下記一般式(3)中、g及びhはそれぞれ独立に1〜3の整数を示す。 In addition, (ii) the organic molecule has a characteristic group represented by the following general formula (3), -O-, between carbons constituting the carbon skeleton of the divalent organic group represented by the general formula (2). It is preferable that at least one divalent characteristic group selected from the group consisting of —COO— and —C 6 H 4 — is further bonded. Here, in the following general formula (3), g and h each independently represent an integer of 1 to 3.
更に、(iii)有機分子は、第2特性基として、第1特性基と縮合反応可能な下記一般式(1)で表される特性基を有しており、第3特性基として、メチル基、ハロゲン置換メチル基、ビニル基、炭素数が2〜4の環状エーテル基、フェニル基、ハロゲン置換フェニル基、及び、シアノ基からなる群より選択される1価の基を2つ有しており、かつ、第2特性基と第3特性基との間に、下記一般式(4)で表される3価の有機基が結合した構造を有していることが好ましい。 Further, (iii) the organic molecule has, as the second characteristic group, a characteristic group represented by the following general formula (1) that can undergo a condensation reaction with the first characteristic group, and a methyl group as the third characteristic group , Halogen-substituted methyl group, vinyl group, cyclic ether group having 2 to 4 carbon atoms, phenyl group, halogen-substituted phenyl group, and two monovalent groups selected from the group consisting of cyano group And it is preferable to have the structure which the trivalent organic group represented by following General formula (4) couple | bonded between the 2nd characteristic group and the 3rd characteristic group.
ここで、式(1)中、Z1はF、Cl、Br、I、−OH、−SCN、−NCO、及び、炭素数が1〜5のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも1種の原子又は原子団を示す。Z2は、H、及び、炭素数が1〜5のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の原子又は原子団を示す。aは1〜3の整数を示す。また、式(4)中、CjL2jは第2特性基に結合する特性基である。CmG2m及びCnJ2nは第3特性基に結合する特性基である。G、J及びLはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、H及びFからなる群より選択される少なくとも1種の原子を示す。jは1〜18の整数を示す。m及びnはそれぞれ独立に0〜7の整数を示す。 Here, in formula (1), Z 1 is at least one selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, —OH, —SCN, —NCO, and an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms. Or an atomic group. Z 2 represents at least one atom or atomic group selected from the group consisting of H and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. a represents an integer of 1 to 3. In the formula (4), C j L 2j is a characteristic group that is bonded to the second characteristic group. C m G 2m and C n J 2n are characteristic groups bonded to the third characteristic group. G, J and L may be the same or different and each represents at least one atom selected from the group consisting of H and F. j represents an integer of 1 to 18. m and n each independently represents an integer of 0 to 7.
(i)〜(iii)のうちの何れかの構造を有する有機分子において、(1)で表現される第2特性基としては、例えば、ハロゲン化シリル基、アルコキシシリル基、イソシアネートシリル基等の各種置換シリル基があげられる。特にa=3のものが好ましく、トリハロゲン化シリル基、トリアルコキシシリル基、トリイソシアネートシリル基があげられる。 In the organic molecule having any one of the structures (i) to (iii), examples of the second characteristic group represented by (1) include a halogenated silyl group, an alkoxysilyl group, and an isocyanatesilyl group. Examples include various substituted silyl groups. In particular, a = 3 is preferable, and examples thereof include a trihalogenated silyl group, a trialkoxysilyl group, and a triisocyanatesilyl group.
上記トリハロゲンシリル基中に含まれるハロゲンとしては、F、Cl、Br、Iがあげられる。トリハロゲンシリル基の中でもクロロシリル基が好ましい。また、上記トリアルコキシシリル基におけるアルコキシ基は、その炭素数が、特に1〜3のものが好ましい。具体的には、メトキシシリル基、エトキシシリル基、ブトキシシリル基があげられる。 Examples of the halogen contained in the trihalogen silyl group include F, Cl, Br, and I. Of the trihalogensilyl groups, a chlorosilyl group is preferred. The alkoxy group in the trialkoxysilyl group preferably has 1 to 3 carbon atoms. Specific examples include a methoxysilyl group, an ethoxysilyl group, and a butoxysilyl group.
このような各種置換シリル基を末端に有する有機分子であれば、前述のように基板表面と共有結合を形成でき、共有結合によって、形成された単分子膜2は第1の領域F11に強固に結合することとなる。このため、単分子膜2は、耐久性に優れたものといえる。具体的には、ハロゲン化シリル基を有する有機分子であれば、第1の領域F11の第1の特性基に含まれる活性水素との間で脱ハロゲン化水素反応が生じ、アルコキシシリル基を有する有機分子であれば、第1の特性基に含まれる活性水素との間で脱アルコール反応が生じ、イソシアネートシリル基であれば、第1の特性基に含まれる活性水素との間で脱イソシアネート反応が生じ、それぞれ有機分子と基板との間がシロキサン結合(−Si−O−)により共有結合する。 Such organic molecules having various substituted silyl groups at their ends can form a covalent bond with the substrate surface as described above, and the formed monomolecular film 2 is firmly attached to the first region F11 by the covalent bond. Will be combined. For this reason, it can be said that the monomolecular film 2 is excellent in durability. Specifically, in the case of an organic molecule having a halogenated silyl group, a dehydrohalogenation reaction occurs between the active hydrogen contained in the first characteristic group in the first region F11 and an alkoxysilyl group is contained. If it is an organic molecule, a dealcoholization reaction occurs between the active hydrogen contained in the first characteristic group, and if it is an isocyanate silyl group, a deisocyanate reaction occurs between the active hydrogen contained in the first characteristic group. Each of the organic molecules and the substrate is covalently bonded by a siloxane bond (—Si—O—).
なお、有機分子と基板との共有結合は、第1特性基の種類によって異なり、例えば、第1特性基が−NHの場合には、共有結合として−Si−N−結合が形成され、−SHの場合には、共有結合として−Si−S−結合が形成される。 Note that the covalent bond between the organic molecule and the substrate varies depending on the type of the first characteristic group. For example, when the first characteristic group is —NH, a —Si—N— bond is formed as the covalent bond, and —SH In this case, a —Si—S— bond is formed as a covalent bond.
(i)〜(iii)のうちの何れかの構造を有する有機分子における第3特性基としてあげたもののうち、ハロゲン置換メチル基としては、十分な疎水性を有する単分子膜2をより確実に得る観点から、CF3−、CH2Br−、CH2Cl−が好ましく、CF3−がより好ましい。第3特性基がCF3−である有機分子は配向性が高く、単分子膜2の形成時において試料載置面F1上に配列される際の有機分子の分子密度が高くなる傾向にある。そのため、疎水性を有する単分子膜2をより確実に得ることができる。 Among the examples of the third characteristic group in the organic molecule having any one of the structures (i) to (iii), as the halogen-substituted methyl group, the monomolecular film 2 having sufficient hydrophobicity can be more reliably obtained. From the viewpoint of obtaining, CF 3 —, CH 2 Br—, and CH 2 Cl— are preferable, and CF 3 — is more preferable. The organic molecule whose third characteristic group is CF 3 — has high orientation, and tends to increase the molecular density of the organic molecule when arrayed on the sample mounting surface F1 when the monomolecular film 2 is formed. Therefore, the monomolecular film 2 having hydrophobicity can be obtained more reliably.
また、(i)〜(iii)のうちの何れかの構造を有する有機分子における第3特性基としてあげたもののうち、炭素数が2〜4の環状エーテル基としてはC2H3O−が好ましい。第3特性基がC2H3O−である場合には、そのエポキシ基の開環(付加)反応を利用して、単分子膜2の厚さを増大させることが容易にできる。その際、膜厚の均一性も十分に確保することが容易にできる。 Among the examples of the third characteristic group in the organic molecule having any one of the structures (i) to (iii), C 2 H 3 O— may be used as the cyclic ether group having 2 to 4 carbon atoms. preferable. When the third characteristic group is C 2 H 3 O—, the thickness of the monomolecular film 2 can be easily increased by utilizing the ring opening (addition) reaction of the epoxy group. At that time, it is possible to easily ensure sufficient uniformity of the film thickness.
例えば、第3特性基がC2H3O−である場合、一端形成した単分子膜2に対してアルコールを更に接触させることによりエポキシ基の開環(付加)反応を進行させ、第3特性基の先端にアルコールの−OH以外の部位(炭化水素基)を結合させ、単分子膜2の厚さを増大させることができる。膜厚の比較的大きな単分子膜2を形成する場合、その膜厚とほぼ同等の大きさの有機分子を使用すると膜厚の均一性を十分に確保することが困難となる傾向にある。そのため、上記の方法は、比較的小さな有機分子(第3特性基がC2H3O−である有機分子)を用いて膜厚が比較的大きくかつ膜厚の均一性が高い単分子膜2を容易に形成することができる点で有用である。 For example, when the third characteristic group is C 2 H 3 O—, the ring-opening (addition) reaction of the epoxy group is caused to proceed by further bringing the alcohol into contact with the monomolecular film 2 formed at one end. It is possible to increase the thickness of the monomolecular film 2 by bonding a portion (hydrocarbon group) other than —OH of alcohol to the tip of the group. When the monomolecular film 2 having a relatively large film thickness is formed, if organic molecules having a size substantially equal to the film thickness is used, it is difficult to ensure sufficient film thickness uniformity. Therefore, the above method uses a relatively small organic molecule (an organic molecule whose third characteristic group is C 2 H 3 O—) and has a relatively large film thickness and high film thickness uniformity. Is useful in that it can be easily formed.
更に、(i)〜(iii)のうちの何れかの構造を有する有機分子における第3特性基としてあげたもののうち、十分な疎水性を有する単分子膜2をより確実に得る観点から、ハロゲン置換フェニル基としてはC6F5−が好ましい。第3特性基がC6F5−である有機分子は配向性が高く、単分子膜2の形成時において試料載置面F1上に配列される際の有機分子の分子密度が高くなる傾向にある。そのため、疎水性を有する単分子膜2をより確実に得ることができる。 Furthermore, from the viewpoint of more surely obtaining the monomolecular film 2 having sufficient hydrophobicity among those listed as the third characteristic group in the organic molecule having any one of the structures (i) to (iii), halogen As the substituted phenyl group, C 6 F 5 — is preferable. The organic molecule whose third characteristic group is C 6 F 5 — has high orientation, and the molecular density of the organic molecule when arranged on the sample mounting surface F1 tends to be high when the monomolecular film 2 is formed. is there. Therefore, the monomolecular film 2 having hydrophobicity can be obtained more reliably.
(i)の構造を有する有機分子は、下記一般式(20)〜(29)のうちの何れかで表される構造を有していることが好ましい。 The organic molecule having the structure (i) preferably has a structure represented by any one of the following general formulas (20) to (29).
ここで、 式(20)〜(29)中、Zは式(1)中のZと同義であり、aは式(1)中のaと同義であり、qは2〜22の整数を示す。m及びnはそれぞれ下記式(I)〜(III)で表される条件;0≦m≦14…(I)、0≦n≦15…(II)、2≦(m+n)≦22…(III)を同時に満たす整数を示す。 Here, in formulas (20) to (29), Z is synonymous with Z in formula (1), a is synonymous with a in formula (1), and q is an integer of 2 to 22. . m and n are the conditions represented by the following formulas (I) to (III); 0 ≦ m ≦ 14 (I), 0 ≦ n ≦ 15 (II), 2 ≦ (m + n) ≦ 22 (III) ) Is an integer that simultaneously satisfies
(ii)の構造を有する有機分子は、下記一般式(30)〜(39)のうちの何れかで表される構造を有していることが好ましい。 The organic molecule having the structure (ii) preferably has a structure represented by any one of the following general formulas (30) to (39).
ここで、式(30)〜(39)中、Zは式(1)中のZと同義であり、aは式(1)中のaと同義であり、Aは一般式(3)で表される特性基、−O−、−COO−、及び、−C6H4−からなる群より選択される少なくとも1種の2価の特性基を示す。tは1〜10の整数を示す。pは1〜18の整数を示す。r及びsはそれぞれ下記式(IV)〜(VI)で表される条件;0≦r≦14…(IV)、0≦s≦15…(V)、2≦(r+s)≦22…(VI)を同時に満たす整数を示す。 Here, in the formulas (30) to (39), Z is synonymous with Z in the formula (1), a is synonymous with a in the formula (1), and A is represented by the general formula (3). Or at least one divalent characteristic group selected from the group consisting of —O—, —COO—, and —C 6 H 4 —. t shows the integer of 1-10. p shows the integer of 1-18. r and s are the conditions represented by the following formulas (IV) to (VI): 0 ≦ r ≦ 14 (IV), 0 ≦ s ≦ 15 (V), 2 ≦ (r + s) ≦ 22 (VI) ) Is an integer that simultaneously satisfies
(iii)の構造を有する有機分子は、下記一般式(40)〜(49)のうちの何れかで表される構造を有していることが好ましい。 The organic molecule having the structure (iii) preferably has a structure represented by any one of the following general formulas (40) to (49).
ここで、式(40)〜(49)中、Zは式(1)中のZと同義であり、aは式(1)中のaと同義であり、tは1〜10の整数を示す。pは1〜18の整数を示す。r及びsはそれぞれ下記式(IV)〜(VI)で表される条件;0≦r≦14…(IV)、0≦s≦15…(V)、2≦(r+s)≦22…(VI)を同時に満たす整数を示す。 Here, in formulas (40) to (49), Z is synonymous with Z in formula (1), a is synonymous with a in formula (1), and t is an integer of 1 to 10. . p shows the integer of 1-18. r and s are the conditions represented by the following formulas (IV) to (VI): 0 ≦ r ≦ 14 (IV), 0 ≦ s ≦ 15 (V), 2 ≦ (r + s) ≦ 22 (VI) ) Is an integer that simultaneously satisfies
一般式(20)〜(29)で表される有機分子の中では、単分子膜2の均一性を十分に確保する観点及び単分子膜2を形成する際に試料載置面F1上に配列される有機分子の分子密度を十分に確保する観点から、一般式(20)及び一般式(21)で表される有機分子が好ましい。 Among the organic molecules represented by the general formulas (20) to (29), the viewpoint of ensuring sufficient uniformity of the monomolecular film 2 and the arrangement on the sample mounting surface F1 when the monomolecular film 2 is formed. From the viewpoint of sufficiently securing the molecular density of the organic molecules to be formed, the organic molecules represented by the general formula (20) and the general formula (21) are preferable.
ここで、一般式(20)で表される有機分子の中では、上記と同様の観点から、下記一般式(201)で表される有機分子が好ましい。
CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3 ・・・(201)
また、一般式(21)で表される有機分子の中では、上記と同様の観点から、下記一般式(202)で表される有機分子が好ましい。
CH3(CH2)7(CH2)2SiCl3 ・・・(202)
上記の一般式(201)及び一般式(202)で表される有機分子の中では、十分な疎水性を得る観点から、一般式(201)で表される有機分子が好ましい。
Here, in the organic molecule represented by the general formula (20), the organic molecule represented by the following general formula (201) is preferable from the same viewpoint as described above.
CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 (201)
Moreover, in the organic molecule represented by General formula (21), the organic molecule represented by following General formula (202) is preferable from a viewpoint similar to the above.
CH 3 (CH 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 (202)
Among the organic molecules represented by the general formula (201) and the general formula (202), the organic molecule represented by the general formula (201) is preferable from the viewpoint of obtaining sufficient hydrophobicity.
更に、一般式(30)〜(39)で表される有機分子の中では、単分子膜2の均一性を十分に確保する観点及び単分子膜2を形成する際に試料載置面F1上に配列される有機分子の分子密度を十分に確保する観点から、一般式(30)及び一般式(31)で表される有機分子が好ましい。 Further, among the organic molecules represented by the general formulas (30) to (39), the viewpoint of sufficiently ensuring the uniformity of the monomolecular film 2 and the sample mounting surface F1 when the monomolecular film 2 is formed. From the viewpoint of sufficiently securing the molecular density of the organic molecules arranged in the organic molecules, the organic molecules represented by the general formula (30) and the general formula (31) are preferable.
ここで、一般式(30)で表される有機分子の中では、上記と同様の観点から、下記一般式(301)〜(306)で表される有機分子が好ましい。
CF3(CF2)3(CH2)2O(CH2)15SiCl3 ・・・(301)
CF3COO(CH2)15SiCl3・・・(302)
CF3(CF2)3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3・・・(303)
CF3(CF2)7Si(CH3)2(CH2)9SiCl3 ・・・(304)
CF3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3・・・(305)
CF3CH2O(CH2)15SiCl3・・・(306)
また、一般式(31)で表される有機分子の中では、上記と同様の観点から、下記一般式(307)〜(312)で表される有機分子が好ましい。
CH3(CH2)5O(CH2)15SiCl3 ・・・(307)
CH3COO(CH2)15SiCl3 ・・・(308)
CH3(CH2)5Si(CH3)2(CH2)9SiCl3 ・・・(309)
CH3(CH2)7Si(CH3)2(CH2)9SiCl3 ・・・(310)
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3 ・・・(311)
CH3CH2O(CH2)15SiCl3 ・・・(312)
なお、上述の一般式(201)、(202)及び(301)〜(312)で表される有機分子の中では、単分子膜2の均一性を十分に確保する観点、単分子膜2を形成する際に試料載置面F1上に配列される有機分子の分子密度を十分に確保する観点及び十分な疎水性を得る観点から、一般式(201)で表される有機分子が最も好ましい。
Here, among the organic molecules represented by the general formula (30), organic molecules represented by the following general formulas (301) to (306) are preferable from the same viewpoint as described above.
CF 3 (CF 2 ) 3 (CH 2 ) 2 O (CH 2 ) 15 SiCl 3 (301)
CF 3 COO (CH 2 ) 15 SiCl 3 (302)
CF 3 (CF 2 ) 3 (CH 2 ) 2 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 9 SiCl 3 (303)
CF 3 (CF 2 ) 7 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 9 SiCl 3 (304)
CF 3 (CH 2 ) 2 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 15 SiCl 3 (305)
CF 3 CH 2 O (CH 2 ) 15 SiCl 3 (306)
Moreover, in the organic molecule represented by General formula (31), the organic molecule represented by the following general formula (307)-(312) is preferable from a viewpoint similar to the above.
CH 3 (CH 2 ) 5 O (CH 2 ) 15 SiCl 3 (307)
CH 3 COO (CH 2 ) 15 SiCl 3 (308)
CH 3 (CH 2 ) 5 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 9 SiCl 3 (309)
CH 3 (CH 2 ) 7 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 9 SiCl 3 (310)
CH 3 (CH 2 ) 2 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 15 SiCl 3 (311)
CH 3 CH 2 O (CH 2 ) 15 SiCl 3 (312)
Among the organic molecules represented by the above general formulas (201), (202), and (301) to (312), the monomolecular film 2 is selected from the viewpoint of sufficiently ensuring the uniformity of the monomolecular film 2. The organic molecule represented by the general formula (201) is most preferable from the viewpoints of sufficiently securing the molecular density of the organic molecules arranged on the sample mounting surface F1 and forming sufficient hydrophobicity.
上述の好ましい有機分子を用いて、上述の好ましい第1特性基の結合した試料載置面F1上に形成される単分子膜2は、均一な厚さでより容易に形成し易いため、各凹部3の容積のバラつきを十分に低減し、各反応場(各凹部に収容される液滴)の体積を容易に一定にすることができる。そのため、この観点からも試料検査装置100は十分な分析精度を確保することができる。 Since the monomolecular film 2 formed on the sample mounting surface F1 to which the above-described preferable first characteristic group is bonded using the above-described preferable organic molecules, it is easy to form with a uniform thickness. 3 can be sufficiently reduced, and the volume of each reaction field (droplet accommodated in each recess) can be easily made constant. Therefore, also from this viewpoint, the sample inspection apparatus 100 can ensure sufficient analysis accuracy.
上述した有機分子の他の有機分子としては、本発明の効果を得ることが可能な範囲で、特開平4−132637号公報、特開平4−256466号公報、特開平10−180179号公報、及び、特開平4−359031号公報に記載の有機分子を使用することができる。 As other organic molecules described above, as long as the effects of the present invention can be obtained, JP-A-4-132737, JP-A-4-256466, JP-A-10-180179, and Organic molecules described in JP-A-4-359031 can be used.
なお、板状の基板1の大きさは、例えば、凹部3の数、光電変換部70(又は高電磁変換素子)の数、一度に分析したい分析サンプル(液滴)の数、分析項目の数等の条件に応じて適宜決定できるが、試料検査装置100の小型化を十分に図る観点から、試料載置面F1を含む主面の面積は0.05〜8×10-6mm2であることが好ましい。また、試料検査装置100の小型化を十分に図る観点から、基板1の厚さは、0.05〜1.5mmであることが好ましく、0.1〜1.0mmであることがより好ましい。 The size of the plate-like substrate 1 is, for example, the number of recesses 3, the number of photoelectric conversion units 70 (or high electromagnetic conversion elements), the number of analysis samples (droplets) to be analyzed at once, and the number of analysis items. However, from the viewpoint of sufficiently reducing the size of the sample inspection apparatus 100, the area of the main surface including the sample placement surface F1 is 0.05 to 8 × 10 −6 mm 2 . It is preferable. Further, from the viewpoint of sufficiently miniaturizing the sample inspection apparatus 100, the thickness of the substrate 1 is preferably 0.05 to 1.5 mm, and more preferably 0.1 to 1.0 mm.
また、先にも述べたように各凹部3の大きさ(容積)、形状、配置位置、及び、配置間隔は、単分子膜2のパターニングの仕方によって調節することができる。これにより基板1の内部に設けられる光電変換部70の微細な2次元配置パターンに応じて、試料載置面F1の第1の領域F11及び第2の領域F12の区分を適切に行い、第1の領域F11にのみ選択的に単分子膜2を形成することが容易にできる。そのため、極めて微細なパターンで凹部3を試料載置面F1上に2次元的に形成することが容易に可能である。このため、各凹部3に収容された液滴で起こる発光反応を効率よく光電変換部70で検出することが可能となる。 In addition, as described above, the size (volume), shape, arrangement position, and arrangement interval of each recess 3 can be adjusted by the patterning method of the monomolecular film 2. Thereby, according to the fine two-dimensional arrangement pattern of the photoelectric conversion unit 70 provided in the substrate 1, the first region F11 and the second region F12 of the sample mounting surface F1 are appropriately classified, and the first The monomolecular film 2 can be easily selectively formed only in the region F11. Therefore, it is possible to easily form the recess 3 in a two-dimensional manner on the sample placement surface F1 with a very fine pattern. For this reason, it becomes possible for the photoelectric conversion unit 70 to efficiently detect the luminescence reaction that occurs in the droplets accommodated in the respective recesses 3.
従って、試料検査装置100は、試料載置面F1上に、容積が極めて小さな凹部3が、極めて高密度で形成されるため、反応場の微細化、高密度化(特に、反応場の体積を1000pL以下とし、かつ、反応場の密度を1万個/cm2以上とすること)を容易かつ確実に図ることができる。また、試料検査装置100は、十分な分析精度を確保することもできる。更に、試料検査装置100によれば、極めて少量の試料で分析を行うことが可能となり、分析コストを低減することもできる。また、凹部3を高密度に形成できるため、試料検査装置100は、多数の試料、多項目の分析、同一項目の複数分析等を一度に効率よく行うことも可能となる。 Therefore, the sample inspection apparatus 100 has the recesses 3 having a very small volume formed on the sample mounting surface F1 with a very high density. Therefore, the reaction field is miniaturized and densified (particularly, the volume of the reaction field is reduced). It is possible to easily and reliably achieve 1000 pL or less and a reaction field density of 10,000 cells / cm 2 or more. Further, the sample inspection apparatus 100 can ensure sufficient analysis accuracy. Furthermore, according to the sample inspection apparatus 100, it is possible to perform analysis with a very small amount of sample, and the analysis cost can be reduced. In addition, since the concave portions 3 can be formed with high density, the sample inspection apparatus 100 can efficiently perform many samples, multi-item analysis, multiple analysis of the same item, and the like at a time.
更に、試料検査装置100は、上述のように反応場の微細化、高密度化を容易かつ確実に図ることができる構成を有するため、小型化を容易に図ることができる。また、試料検査装置100において、単分子膜2は、試料載置面F1の第1の領域F11に共有結合により固定されているため、試料検査装置100を長期にわたり繰り返し使用する場合、又は、長期にわたり保存する場合であっても、単分子膜2の剥離が十分に防止される。そのため、試料検査装置100は十分な信頼性を得ることができる。 Furthermore, since the sample inspection apparatus 100 has a configuration capable of easily and reliably miniaturizing and increasing the density of the reaction field as described above, the sample inspection apparatus 100 can be easily downsized. In the sample inspection apparatus 100, since the monomolecular film 2 is fixed to the first region F11 of the sample mounting surface F1 by covalent bonding, when the sample inspection apparatus 100 is used repeatedly over a long period of time, Even when stored for a long time, peeling of the monomolecular film 2 is sufficiently prevented. Therefore, the sample inspection apparatus 100 can obtain sufficient reliability.
また、試料検査装置100によれば、液滴に含まれる測定対象物の有無やその含有量を分析できる。生物学的分析を行う場合、液滴中に、分析すべき測定対象物と反応するプローブが更に含まれていてもよい。更には、凹部3に上記プローブが予め固定されていてもよい。このプローブと測定対象物との反応を、光電変換部70により検知することができる。なお、凹部3の周囲には、疎水性の単分子膜2が形成されていることから、凹部3にプローブを固定化する場合にも、プローブを含む溶液が拡散することを防止できる。 Further, according to the sample inspection apparatus 100, it is possible to analyze the presence / absence of the measurement target contained in the droplet and the content thereof. When performing biological analysis, the droplet may further include a probe that reacts with the measurement target to be analyzed. Furthermore, the probe may be fixed to the recess 3 in advance. The photoelectric conversion unit 70 can detect the reaction between the probe and the measurement object. Since the hydrophobic monomolecular film 2 is formed around the recess 3, even when the probe is immobilized on the recess 3, the solution containing the probe can be prevented from diffusing.
ここで、本発明において、「プローブ」とは、JIS K 3600 2392に規定されるプローブを示す。即ち、組換えDNA実験で目的遺伝子を探り出すために用いる核酸断片を示す。例えば、目的遺伝子のmRNAから作成したcDNAやタンパク質のアミノ酸配列をもとにしてデザインされ、合成されたものを示す。 Here, in the present invention, “probe” refers to a probe defined in JIS K 3600 2392. That is, a nucleic acid fragment used for searching for a target gene in a recombinant DNA experiment is shown. For example, it is designed and synthesized based on cDNA or protein amino acid sequence prepared from mRNA of the target gene.
上記プローブは、測定対象物とハイブリッドを形成するものが好ましい。このようなプローブとしては、例えば、オリゴヌクレオチドやポリヌクレオチド、cDNA、ゲノムDNA、1本鎖DNA、RNA、これらを標識化したもの、抗原、抗体、オリゴペプチド、ポリペプチドがあげられる。 The probe preferably forms a hybrid with the measurement object. Examples of such probes include oligonucleotides, polynucleotides, cDNA, genomic DNA, single-stranded DNA, RNA, those labeled with these, antigens, antibodies, oligopeptides, and polypeptides.
その中でも、プローブが、ポリヌクレオチド及び標識化ポリヌクレオチドからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。ポリヌクレオチド及び標識化ポリヌクレオチドからなる群より選択される少なくとも1種のプローブとしては、純化学的手法により合成された高分子であってもよく、生化学的手法により合成された高分子であってもよい。より具体的には、ポリヌクレオチド及び標識化ポリヌクレオチドからなる群より選択される少なくとも1種のプローブとしては、デオキシリボヌクレオチド及びリボヌクレオチドからなる群より選択される少なくとも1種を原料として合成された重合体であることが好ましい。すなわち、デオキシリボヌクレオチドに基づく繰り返し単位及びリボヌクレオチドに基づく繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位を含む構造の重合体であることが好ましい。 Among them, the probe is preferably at least one selected from the group consisting of a polynucleotide and a labeled polynucleotide. The at least one probe selected from the group consisting of a polynucleotide and a labeled polynucleotide may be a polymer synthesized by a pure chemical method or a polymer synthesized by a biochemical method. May be. More specifically, the at least one probe selected from the group consisting of a polynucleotide and a labeled polynucleotide is a heavy compound synthesized from at least one selected from the group consisting of deoxyribonucleotides and ribonucleotides. It is preferably a coalescence. That is, a polymer having a structure including at least one type of repeating unit selected from the group consisting of a repeating unit based on deoxyribonucleotides and a repeating unit based on ribonucleotides is preferable.
上記の他のプローブとしては、例えば、検査対象項目が酵素である場合には、それに対する基質であってもよいし、検査対象項目が基質である場合には、それを基質とする酵素であってもよい。なお、測定対象物の種類としては、特に制限されず、例えば、DNAやRNA等の核酸、タンパク質、脂質等があげられ、また、分析すべき測定対象物としては、例えば、血液や細胞等の生体検体、核酸やタンパク質等の合成検体等があげられる。 For example, when the test target item is an enzyme, the other probe may be a substrate for the enzyme. When the test target item is a substrate, the probe may be an enzyme using the same as a substrate. May be. The type of measurement object is not particularly limited, and examples thereof include nucleic acids such as DNA and RNA, proteins, lipids, and the like, and examples of measurement objects to be analyzed include blood and cells. Examples include biological specimens, synthetic specimens such as nucleic acids and proteins, and the like.
次に、試料検査装置100において、光の検出回路は、例えば、次のように作動する。まず、各光電変換部70のフォトダイオードに入射した光の光量に応じてpn接合面での光電変換によって生じた電荷(電子)がn型領域74に蓄積される。各光電変換部70のフォトダイオードで所定の時間に受光を行う。次に、第1の電極13に電圧を印加して、p-分離領域76に空乏層(図示せず)を形成して、n型領域74に蓄積された電荷を垂直転送部n型領域78に移す。なお、図2では垂直転送部n型領域78の上方の領域にのみ第1の電極13が図示されているが、第1の電極13はp-分離領域76上にも一部形成されており、上記操作はこの領域において実施される。この操作は各光電変換部70のフォトダイオードにおいて同時に行われる。第1の電極13および第2の電極14にはレジスターを通じて電圧が印加されるように設計されている。レジスターは第1の電極13および第2の電極14に一定の時間間隔を持たせて電圧印加するように設計されている。 Next, in the sample inspection apparatus 100, the light detection circuit operates, for example, as follows. First, charges (electrons) generated by photoelectric conversion at the pn junction surface according to the amount of light incident on the photodiode of each photoelectric conversion unit 70 are accumulated in the n-type region 74. The photodiode of each photoelectric conversion unit 70 receives light at a predetermined time. Next, a voltage is applied to the first electrode 13 to form a depletion layer (not shown) in the p − isolation region 76, and charges accumulated in the n type region 74 are transferred to the vertical transfer portion n type region 78. Move to. In FIG. 2, the first electrode 13 is shown only in the region above the vertical transfer portion n-type region 78, but the first electrode 13 is also partially formed on the p − isolation region 76. The above operations are performed in this area. This operation is performed simultaneously in the photodiodes of the photoelectric conversion units 70. A voltage is applied to the first electrode 13 and the second electrode 14 through a resistor. The resistor is designed to apply a voltage to the first electrode 13 and the second electrode 14 with a certain time interval.
また、第1の電極13および第2の電極14は垂直転送部n型領域78に沿って交互に並ぶように設計されており、図2に示すように第1の電極13および第2の電極14の一部はお互いに重なって設計されている場合が多い。第1の電極13に電圧を印加することにより垂直転送部n型領域78の第1の電極13の下部の領域にフォトダイオードで発生した電荷が蓄積される。次に、第2の電極14に電圧を印加し、第1の電極13に印加していた電圧を解除することにより、垂直転送部n型領域78の第1の電極13の領域にあった電荷は第2の電極14の下部の垂直転送部n型領域78の領域に移される。次に第1の電極13に電圧を印加し、第2の電極14に印加していた電圧を解除することにより、垂直転送部n型領域78の第2の電極14の領域にあった電荷は先程の第1の電極13の下部にあった垂直転送部n型領域78の領域ではなく、つぎの第1の電極13の下部にある垂直転送部n型領域78の領域に輸送される。なお、このとき先ほどの第1の電極13の下部の垂直転送部n型領域78の領域に電荷が戻らないために、垂直転送部n型領域78の領域の第1の電極13及び第2の電極14のそれぞれの下部の一部に不純物濃度を変えておく手法を採ることが多い。 Further, the first electrode 13 and the second electrode 14 are designed to be alternately arranged along the vertical transfer portion n-type region 78, and as shown in FIG. 2, the first electrode 13 and the second electrode 14 are arranged. In many cases, a part of 14 is designed to overlap each other. By applying a voltage to the first electrode 13, charges generated by the photodiode are accumulated in a region below the first electrode 13 in the vertical transfer portion n-type region 78. Next, by applying a voltage to the second electrode 14 and releasing the voltage applied to the first electrode 13, the charge in the region of the first electrode 13 in the n-type region 78 of the vertical transfer portion 78. Is transferred to the region of the vertical transfer portion n-type region 78 below the second electrode 14. Next, by applying a voltage to the first electrode 13 and releasing the voltage applied to the second electrode 14, the charge in the region of the second electrode 14 in the vertical transfer portion n-type region 78 is It is transported not to the region of the vertical transfer portion n-type region 78 under the first electrode 13 but to the region of the vertical transfer portion n-type region 78 under the next first electrode 13. At this time, since the charge does not return to the region of the vertical transfer portion n-type region 78 below the first electrode 13, the first electrode 13 and the second electrode 13 in the region of the vertical transfer portion n-type region 78. In many cases, a technique of changing the impurity concentration in a part of the lower portion of each electrode 14 is employed.
以上の操作を順次繰り返して垂直転送部n型領域78の領域に移った電荷を順次、垂直方向に転送することができる。垂直転送部n型領域78の端にまで到達した電荷は次に水平転送部(図示せず)に移される。操作は先の垂直転送部n型領域78の領域の操作で説明した方法と同じであり、フォトダイオードの列から移された電荷が水平転送部で一フォトダイオード単位分ごとに輸送される。出力アンプを経て電荷情報が外部に提供される。なお、垂直転送を行うレジスターの速度に比して水平転送を行うレジスターの速度が早いことは明白である。 The charges transferred to the vertical transfer unit n-type region 78 can be sequentially transferred in the vertical direction by sequentially repeating the above operation. The charges that have reached the end of the vertical transfer unit n-type region 78 are then transferred to a horizontal transfer unit (not shown). The operation is the same as the method described above for the operation of the n-type region 78 in the vertical transfer section, and the charges transferred from the photodiode row are transported for each photodiode unit in the horizontal transfer section. Charge information is provided externally through an output amplifier. It is obvious that the register that performs horizontal transfer is faster than the register that performs vertical transfer.
また、電荷転送操作中にフォトダイオードには次の受光操作が行われても構わない。なお、図2では第1の電極13及び第2の電極14の二つある場合を図示したが、電荷の輸送の取り扱いに応じて一つから三つ、四つと増やす場合もある。増やすことによってよりスムーズに電荷の輸送を行うことが可能となる。三つ、四つと数を増やすことにより、先ほど示した第1の電極13及び第2の電極14の下部の垂直転送部n型領域78の一部領域に不純物濃度が異なる領域をなくすことも可能となる。また、発光量が少ない場合は受光時間を増やすことによって適切な電荷を得ることができる。 Further, the next light receiving operation may be performed on the photodiode during the charge transfer operation. In FIG. 2, the first electrode 13 and the second electrode 14 are illustrated as being two, but the number may be increased from one to three or four according to the handling of charge transport. By increasing the number, it becomes possible to transport charges more smoothly. By increasing the number to three or four, it is possible to eliminate regions having different impurity concentrations in a part of the vertical transfer portion n-type region 78 below the first electrode 13 and the second electrode 14 shown above. It becomes. Further, when the light emission amount is small, an appropriate charge can be obtained by increasing the light receiving time.
また、分析結果に対する、各凹部3に発生する暗電流の影響を除去するために、測定対象物を含む液滴を各凹部3に収容させる前に上記の駆動を行うブランクテストを行い、このブランクテストの結果を、得られる分析結果に反映させてもよい。このブランクテストは、試料載置面F1上の少なくとも1つの凹部3を全ての凹部3の代表として選択し、選択した凹部3についてのみ行ってもよい。また、分析精度をよりいっそう向上させる観点から、このブランクテストは全ての凹部3について個別に行ってもよい。 Further, in order to remove the influence of the dark current generated in each recess 3 on the analysis result, a blank test is performed in which the above drive is performed before the droplet containing the measurement object is accommodated in each recess 3. The test result may be reflected in the obtained analysis result. This blank test may be performed only on the selected recesses 3 by selecting at least one recess 3 on the sample placement surface F1 as a representative of all the recesses 3. Further, from the viewpoint of further improving the analysis accuracy, this blank test may be performed individually for all the recesses 3.
以上の操作はチャージカップルドデバイス(CCD)方式における操作であり、メタルオンシリコン(MOS)方式の受光デバイスでは操作方法が異なることはもちろんである。しかし、MOS方式では駆動方法は上記とは異なるが、各フォトダイオードでの受光情報を読み取れるところには変わりなく、本願の必要な要件を満たすことには変わりない。 The above operation is an operation in a charge coupled device (CCD) system, and the operation method is naturally different in a metal-on-silicon (MOS) light receiving device. However, in the MOS method, the driving method is different from the above, but the light reception information from each photodiode can be read, and the necessary requirements of the present application are satisfied.
次に、試料検査装置100の製造方法の好適な一例(本発明の試料検査装置の製造方法の好適な実施形態)について説明する。 Next, a preferred example of the method for manufacturing the sample inspection apparatus 100 (a preferred embodiment of the method for manufacturing the sample inspection apparatus of the present invention) will be described.
先ず、基板形成工程において基板1を形成する。先に述べたように、基板1は2以上の光電変換部が2次元的に配列された状態で内蔵されており、かつ、対向する2つの主面のうちの少なくとも一方の面に−OH、−NH2、=N−H、及び、−SHからなる群より選択される少なくとも1種の構造を少なくとも有する親水性の第1特性基が結合された基板である。 First, the substrate 1 is formed in the substrate forming step. As described above, the substrate 1 includes two or more photoelectric conversion units arranged in a two-dimensional array, and at least one of the two main surfaces facing each other has —OH, It is a substrate to which a hydrophilic first characteristic group having at least one structure selected from the group consisting of —NH 2 , ═N—H, and —SH is bonded.
基板1は半導体集積回路基板であり、その製造方法は特に限定されず、公知の薄膜製造技術を用いて製造することができる。例えば、基板1は、例えば、シリコン基板からIC(集積回路)を製造するMOS(金属-酸化膜-半導体)プロセスに採用されている製造技術を用いて製造することができる。 The substrate 1 is a semiconductor integrated circuit substrate, and its manufacturing method is not particularly limited, and can be manufactured using a known thin film manufacturing technique. For example, the substrate 1 can be manufactured using, for example, a manufacturing technique employed in a MOS (metal-oxide film-semiconductor) process for manufacturing an IC (integrated circuit) from a silicon substrate.
ただし、最上部の層となる層(この基板1の場合には保護層12)については、第1特性基がその表面(試料載置面となる面)に予め結合された層を最上部の層(この基板1の場合には保護層12)として予め形成してもよく、第1特性基を含まない最上部の層を含む基板を形成した後、その表面(試料載置面となる面)を表面処理することにより、先に述べた第2特性基との縮合反応に対する活性水素を有する構造を有する第1特性基を結合させてもよい。 However, for the layer to be the uppermost layer (the protective layer 12 in the case of this substrate 1), the layer in which the first characteristic group is previously bonded to the surface (surface to be the sample mounting surface) is the uppermost layer. A layer (a protective layer 12 in the case of this substrate 1) may be formed in advance, and after forming a substrate including the uppermost layer not including the first characteristic group, its surface (surface serving as a sample mounting surface) ) May be combined with the first characteristic group having a structure having active hydrogen for the condensation reaction with the second characteristic group described above.
以下、上記表面処理を行い、最上部の層となる層の表面(試料載置面となる面)に、第2特性基との縮合反応に対する活性水素を有する構造を有する第1特性基を結合させる場合について説明する。 Hereinafter, the above surface treatment is performed, and the first characteristic group having a structure having active hydrogen with respect to the condensation reaction with the second characteristic group is bonded to the surface of the uppermost layer (the surface on which the sample is placed). The case where it is made to explain is demonstrated.
第1特性基を試料載置面F1に設ける方法については、公知の表面処理技術を用いることができる。例えば、最上部の層の表面を、化学的に酸化処理する方法、酸素存在下においてプラズマ処理する方法、オゾン処理する方法があげられる。また、最上部の層の表面(試料載置面となる面)を、例えば、SiCl4、HSiCl3、SiCl3O−(SiCl2−O)η−SiCl3(但し、ηは0〜6の整数)、Si(OH)4、HSi(OH)3、Si(OH)3O−(Si(OH)2−O)η−Si(OH)3(但し、ηは0〜6の整数)等によって親水化処理する方法もあげられる。 For the method of providing the first characteristic group on the sample placement surface F1, a known surface treatment technique can be used. For example, a method of chemically oxidizing the surface of the uppermost layer, a method of performing a plasma treatment in the presence of oxygen, and a method of treating with ozone. Further, the surface of the uppermost layer (the surface on which the sample is placed) is, for example, SiCl 4 , HSiCl 3 , SiCl 3 O— (SiCl 2 —O) η-SiCl 3 (where η is 0-6) Integer), Si (OH) 4 , HSi (OH) 3 , Si (OH) 3 O— (Si (OH) 2 —O) η-Si (OH) 3 (where η is an integer of 0 to 6), etc. There is also a method of hydrophilization treatment.
最上部の層の表面の酸化処理についてより具体的に説明する。例えば、最上部の層の表面の酸化処理は、酸素及び水素原子供給物質の存在下で最上部の層の表面に紫外線照射することにより行うことができる。紫外線照射により気相中の酸素が分解されてオゾンが生成し、このオゾンが水素原子供給物質と反応して、活性水素を有する活性種が生成する。また、最上部の層の表面に紫外線が照射されると、最上部の層の表面近傍を構成する材料の原子間の共有結合が切断され、未結合手が形成される。この未結合手に活性水素を含む活性種が作用することにより、第1特性基が結合した最上部の層の表面が得られることになる。 The oxidation treatment of the surface of the uppermost layer will be described more specifically. For example, the oxidation treatment of the surface of the uppermost layer can be performed by irradiating the surface of the uppermost layer with ultraviolet rays in the presence of an oxygen and hydrogen atom supply substance. Oxygen in the gas phase is decomposed by ultraviolet irradiation to generate ozone, and this ozone reacts with the hydrogen atom supply substance to generate active species having active hydrogen. Further, when the surface of the uppermost layer is irradiated with ultraviolet rays, the covalent bond between atoms of the material constituting the vicinity of the surface of the uppermost layer is broken, and a dangling bond is formed. When the active species containing active hydrogen acts on the dangling bonds, the surface of the uppermost layer to which the first characteristic group is bonded is obtained.
水素原子供給物質としては、例えば、入手容易性、取り扱い容易性の観点から、水、アンモニアなどを好ましく使用することができる。例えば、水素原子供給物質として水を用いた場合、最上部の層の表面において、第1特性基を−OHで表される構造を少なくとも含む特性基として存在させることができる。また、アンモニアを用いた場合は、第1特性基を−NHで表される構造を少なくとも含む特性基として存在させることができる。なお、紫外線照射処理に代えて、コロナ処理、プラズマ処理等を採用することもできる。 As the hydrogen atom supply substance, for example, water, ammonia and the like can be preferably used from the viewpoint of availability and ease of handling. For example, when water is used as the hydrogen atom supply substance, the first characteristic group can exist as a characteristic group including at least a structure represented by —OH on the surface of the uppermost layer. When ammonia is used, the first characteristic group can exist as a characteristic group including at least a structure represented by -NH. In place of the ultraviolet irradiation treatment, a corona treatment, a plasma treatment, or the like can be employed.
基板1のような半導体集積回路基板を採用する場合、以下の観点から最上部の層(ここでは保護層12)の構成材料としてシリコン材料が使用されることが好ましい。シリコン材料を含む層は、酸化され易いというシリコンの性質に起因してその表面に水酸基やシラノール基が予め結合した構造を有する。すなわち、シリコン材料を含む層は、上述の活性水素を含む第1特性基に富む層となる。そのため、最上部の層をシリコン材料を含む層とすることは、有機分子の第2特性基との縮合反応に有利となるため好ましい。また、基板1のような半導体集積回路基板を採用する場合、以下の観点から最上部の層(ここでは保護層12)として、無機酸化物からなる無機酸化物層を形成することが好ましい。無機酸化物層は、その表面に水酸基等を有し、活性水素を含む第1特性基に富む層となる。そのため、最上部の層を無機酸化物層とすることは、有機分子の第2特性基との縮合反応に有利となるため好ましい。無機酸化物層としては、SiO2があげられる。 When a semiconductor integrated circuit substrate such as the substrate 1 is employed, a silicon material is preferably used as a constituent material of the uppermost layer (here, the protective layer 12) from the following viewpoint. The layer containing a silicon material has a structure in which a hydroxyl group or a silanol group is bonded in advance to the surface due to the property of silicon that it is easily oxidized. That is, the layer containing a silicon material is a layer rich in the first characteristic group containing the above-described active hydrogen. Therefore, it is preferable that the uppermost layer is a layer containing a silicon material because it is advantageous for the condensation reaction with the second characteristic group of the organic molecule. When a semiconductor integrated circuit substrate such as the substrate 1 is employed, an inorganic oxide layer made of an inorganic oxide is preferably formed as the uppermost layer (here, the protective layer 12) from the following viewpoint. The inorganic oxide layer has a hydroxyl group or the like on its surface and is a layer rich in the first characteristic group containing active hydrogen. Therefore, it is preferable that the uppermost layer is an inorganic oxide layer because it is advantageous for the condensation reaction with the second characteristic group of the organic molecule. An example of the inorganic oxide layer is SiO 2 .
基板1の製造方法としては、以上説明したように基板1の最上部の層(ここでは保護層12)に単分子膜2を形成する方法だけでなく、最上部の層となる基板を別途用意し、この基板の表面に単分子膜2を予め形成しておき、この基板と、光電変換部70等を形成した基板と貼り合せる方法を採用することができる。この場合、予め単分子膜を形成するための基板(最上部の層となる基板)としては、第1特性基を予め有しているか又は表面処理により第1特性基を結合可能な表面を有しており、単分子形成工程における処理に耐えうる物理的耐久性及び化学的耐久性を有しており、かつ、凹部に収容される液滴から発せられる光に対する光透過性を有しているものであれば特に制限されない。 As described above, the substrate 1 is manufactured not only by the method of forming the monomolecular film 2 on the uppermost layer (here, the protective layer 12) of the substrate 1, but also by separately preparing the substrate to be the uppermost layer. In addition, it is possible to adopt a method in which the monomolecular film 2 is formed in advance on the surface of the substrate and bonded to the substrate on which the photoelectric conversion unit 70 and the like are formed. In this case, a substrate for forming a monomolecular film in advance (a substrate serving as the uppermost layer) has a first characteristic group in advance or has a surface to which the first characteristic group can be bonded by surface treatment. It has physical durability and chemical durability that can withstand the treatment in the single molecule formation step, and has light transmittance to light emitted from the droplets stored in the recesses. If it is a thing, it will not restrict | limit in particular.
例えば、ガラス基板、石英基板、合成石英基板、シリコン基板、アクリル製基板、ポリカーボネート製基板、ポリスチレン製基板、塩化ビニル製基板、エポキシ樹脂製基板、シリコーン樹脂(ポリジメチルシリコーン)製基板、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)製基板等の各種ポリマー製基板、セラミック製基板、金属製基板等、従来公知の基板が使用できる。中でも、ガラス基板や石英基板は、その表面に水酸基を多く有する構造を有しているため好ましい。なお、これらの基板を最上部の層として使用する場合にも、表面処理により基板表面に第1の特性基を結合させてもよい。また、第1の特性基を設けることが出来、且つ透明であれば、シート状の基板であってもよい。 For example, glass substrate, quartz substrate, synthetic quartz substrate, silicon substrate, acrylic substrate, polycarbonate substrate, polystyrene substrate, vinyl chloride substrate, epoxy resin substrate, silicone resin (polydimethylsilicone) substrate, PMMA (poly Conventionally known substrates such as various polymer substrates such as (methyl methacrylate) substrates, ceramic substrates, and metal substrates can be used. Among these, a glass substrate or a quartz substrate is preferable because it has a structure with many hydroxyl groups on its surface. Even when these substrates are used as the uppermost layer, the first characteristic group may be bonded to the substrate surface by surface treatment. Further, a sheet-like substrate may be used as long as the first characteristic group can be provided and is transparent.
次に、単分子膜形成工程において、基板1の試料載置面F1上に単分子膜2を形成する。即ち、試料載置面F1上に凹部3を形成する。 Next, in the monomolecular film forming step, the monomolecular film 2 is formed on the sample mounting surface F1 of the substrate 1. That is, the recess 3 is formed on the sample placement surface F1.
単分子膜形成工程は、基板1の第1特性基が結合された側の主面を、試料載置面F1とし、該試料載置面F1を、第1の領域F11と2以上の第2の領域F12とに少なくとも区分し、第1の領域F11のみに選択的に単分子膜2を形成することにより、2以上の液滴をそれぞれ独立に収容するための2以上の凹部3を、2以上の光電変換部のそれぞれに対して1対1で対応するように設ける工程である。 In the monomolecular film forming step, the main surface of the substrate 1 on which the first characteristic group is bonded is the sample mounting surface F1, and the sample mounting surface F1 is the first region F11 and two or more second regions. And forming the monomolecular film 2 selectively only in the first region F11, thereby providing two or more recesses 3 for independently containing two or more droplets. This is a step of providing one-to-one correspondence with each of the above photoelectric conversion units.
更に、単分子膜形成工程においては、試料載置面F1の第1特性基と縮合反応可能な第2特性基を分子鎖の一端に有し、かつ、疎水性の第3特性基を分子鎖の他端に有する有機分子を単分子膜の原料として使用する。そして、得られる凹部2の底面が第2の領域F12により形成され、凹部3の全内側面を含む外周部分が第1の領域F11を被覆する単分子膜2により形成されるように、有機分子を試料載置面F1に接触させ、第1特性基と第2特性基との縮合反応を進行させ、単分子膜を試料載置面に共有結合により固定された状態で形成する。 Further, in the monomolecular film forming step, the second characteristic group capable of condensation reaction with the first characteristic group on the sample mounting surface F1 is provided at one end of the molecular chain, and the hydrophobic third characteristic group is provided on the molecular chain. Organic molecules at the other end are used as raw materials for the monomolecular film. The bottom surface of the obtained recess 2 is formed by the second region F12, and the outer peripheral portion including the entire inner surface of the recess 3 is formed by the monomolecular film 2 covering the first region F11. Is brought into contact with the sample mounting surface F1, and the condensation reaction between the first characteristic group and the second characteristic group proceeds to form a monomolecular film fixed to the sample mounting surface by covalent bonds.
ここで、単分子膜2の膜厚の均一性の観点と製造作業の容易性の観点とから、単分子膜形成工程には、容器中において、有機分子を非プロトン性溶媒中に添加して得られる有機分子含有液と、基板の試料載置面とを接触させて縮合反応を進行させる第1工程が含まれていることが好ましい。そして、先に述べたように、この第1工程においては、有機分子含有液に接触している気相中の水分量を、22℃における相対湿度値に換算して表現した場合、該相対湿度値が35%以下、好ましくは25%以下、より好ましくは5%以下となるように調節する。 Here, from the viewpoint of the uniformity of the film thickness of the monomolecular film 2 and the viewpoint of the ease of manufacturing work, in the monomolecular film forming step, an organic molecule is added to the aprotic solvent in the container. It is preferable that the 1st process of advancing a condensation reaction by making the organic molecule containing liquid obtained and the sample mounting surface of a board | substrate contact is included. As described above, in this first step, when the moisture content in the gas phase in contact with the organic molecule-containing liquid is expressed in terms of a relative humidity value at 22 ° C., the relative humidity The value is adjusted to be 35% or less, preferably 25% or less, more preferably 5% or less.
この第1工程において採用可能な好適な方法の一例(本発明の試料検査装置の製造方法の第1実施形態)について説明する。 An example of a suitable method that can be employed in the first step (first embodiment of the method for manufacturing a sample inspection apparatus of the present invention) will be described.
先ず、試料載置面F1の第2の領域F12となるべき領域を被覆するためのレジストパターンを形成し、試料載置面のレジストパターンの形成されていない領域を第1の領域とする。このレジストパターン形成は、半導体薄膜製造技術により容易に行うことができる。次に、レジストパターンを形成した後の試料載置面F1に有機分子を接触させることにより、第1の領域F11にのみ単分子膜を選択的に被覆し、次いで、レジストパターンを除去することにより、2以上の凹部3を形成する。ここで、レジストパターンは、ポジ型のレジストパターンであってもよく、ネガ型のレジストパターンであってもよい。 First, a resist pattern for covering the region to be the second region F12 of the sample mounting surface F1 is formed, and a region where the resist pattern is not formed on the sample mounting surface is defined as a first region. This resist pattern can be easily formed by a semiconductor thin film manufacturing technique. Next, an organic molecule is brought into contact with the sample mounting surface F1 after the resist pattern is formed, thereby selectively covering only the first region F11 with the monomolecular film, and then removing the resist pattern. Two or more recesses 3 are formed. Here, the resist pattern may be a positive resist pattern or a negative resist pattern.
また、上記第1工程において試料載置面F1に有機分子を接触させる方法としては、以下の方法が好ましい。即ち、先ず、有機分子を非プロトン性溶媒中に添加し有機分子含有液を調製する。次に、有機分子含有液とレジストパターンを形成した後の基板とを、グローブボックスなどの内部の気相中の水分量を先に述べた範囲に容易に制御することのできる容器中に入れ、先に述べた縮合反応を進行させる。 In addition, the following method is preferable as a method of bringing the organic molecule into contact with the sample mounting surface F1 in the first step. That is, first, an organic molecule is added to an aprotic solvent to prepare an organic molecule-containing liquid. Next, the organic molecule-containing liquid and the substrate after forming the resist pattern are placed in a container in which the moisture content in the gas phase inside the glove box or the like can be easily controlled within the above-described range, The condensation reaction described above is allowed to proceed.
ここで、有機分子含有液の調製に使用する非プロトン性溶媒は、レジストパターンを溶解させない溶媒であれば有機分子の種類に応じて適宜決定できるが、膜厚が薄く(0.5nm〜50nm)かつ膜厚の均性に優れた単分子膜2を容易かつ確実に得る観点から、フッ素系溶剤であることが好ましい。フッ素系溶剤としては、住友スリーエム社製のパーフルオロカーボン性液体、ハイドロフルオロエーテル性液体が好ましく、具体的には、第1工程を実施する温度条件に見合う沸点を有している等の諸物性の観点から、住友スリーエム株式会社製の、商品名:「HFE−7200」、商品名:「PF−5080」、及び、「FC−77」が好ましい。なお、有機分子含有液における有機分子の濃度は、特に制限されないが、例えば、3×10-2〜1×10-1M程度である。試料載置面F1と有機分子含有液との接触時間は、特に制限されないが、例えば、数秒〜10時間、好ましくは1分〜1時間であり、また、有機分子含有液の温度は、例えば、10〜80℃であり、好ましくは20〜30℃の範囲である。 Here, the aprotic solvent used for the preparation of the organic molecule-containing liquid can be appropriately determined according to the type of organic molecule as long as it does not dissolve the resist pattern, but the film thickness is thin (0.5 nm to 50 nm). Further, from the viewpoint of easily and reliably obtaining the monomolecular film 2 excellent in film thickness uniformity, a fluorinated solvent is preferable. As the fluorinated solvent, perfluorocarbon liquids and hydrofluoroether liquids manufactured by Sumitomo 3M are preferable, and specifically, various physical properties such as having a boiling point corresponding to the temperature conditions for performing the first step. From the viewpoint, trade names: “HFE-7200”, trade names: “PF-5080”, and “FC-77” manufactured by Sumitomo 3M Limited are preferable. The concentration of the organic molecule in the organic molecule-containing liquid is not particularly limited, but is, for example, about 3 × 10 −2 to 1 × 10 −1 M. The contact time between the sample mounting surface F1 and the organic molecule-containing liquid is not particularly limited. For example, it is several seconds to 10 hours, preferably 1 minute to 1 hour, and the temperature of the organic molecule-containing liquid is, for example, It is 10-80 degreeC, Preferably it is the range of 20-30 degreeC.
水分量を上記の範囲に調節した気相を構成する構成成分ガスとしては、希ガス及び窒素ガスからなる群より選択される少なくとも1種のガスであることが好ましい。ただし、第1工程で、有機分子又は非プロトン性溶媒の酸化反応の進行、単分子膜の酸化による劣化の進行を十分に抑制することが可能な条件の下であれば、空気を使用してもよい。 The constituent gas constituting the gas phase with the water content adjusted to the above range is preferably at least one gas selected from the group consisting of a rare gas and a nitrogen gas. However, in the first step, if conditions under which the progress of the oxidation reaction of the organic molecule or the aprotic solvent and the progress of the deterioration due to the oxidation of the monomolecular film can be sufficiently suppressed, air is used. Also good.
次に、単分子膜を形成した後のレジストパターンの除去は、例えば、アセトンを使用することにより行うことができる。これにより2以上の凹部3を形成することができる。 Next, the removal of the resist pattern after forming the monomolecular film can be performed by using, for example, acetone. Thereby, the 2 or more recessed part 3 can be formed.
上記の方法(本発明の試料検査装置の製造方法の第1実施形態)において、レジストパターンを形成した後における試料載置面F1に単分子膜を形成する方法は、上述の方法に特に限定されず、例えば、印刷法、転写法、スクリーン法、吐液法、インクジェット法、スタンプ法等の方法を採用することができる。 In the above method (the first embodiment of the manufacturing method of the sample inspection apparatus of the present invention), the method of forming the monomolecular film on the sample mounting surface F1 after forming the resist pattern is particularly limited to the above method. For example, methods such as a printing method, a transfer method, a screen method, a liquid discharge method, an ink jet method, and a stamp method can be employed.
次に、第1工程において採用可能な他の好適な方法の一例(本発明の試料検査装置の製造方法の第2実施形態)について説明する。 Next, an example of another suitable method that can be employed in the first step (second embodiment of the method for manufacturing a sample inspection apparatus of the present invention) will be described.
先ず、試料載置面F1に単分子膜を形成する。この際の単分子膜の形成方法は、試料載置面F1の全面に単分子膜を形成すること以外の条件は、上述の第1工程と同一の条件で行うことが好ましい。即ち、グローブボックスなどの容器中において、有機分子を非プロトン性溶媒中に添加して得られる有機分子含有液と、基板の試料載置面とを接触させて縮合反応を進行させる第1工程が含まれていることが好ましい。そして、先に述べたように、有機分子含有液に接触している気相中の水分量を、22℃における相対湿度値に換算して表現した場合、該相対湿度値が35%以下、好ましくは25%以下、より好ましくは5%以下となるように調節することが好ましい。 First, a monomolecular film is formed on the sample mounting surface F1. In this case, the method for forming the monomolecular film is preferably performed under the same conditions as those in the first step, except that the monomolecular film is formed on the entire surface of the sample mounting surface F1. That is, in a container such as a glove box, a first step of causing a condensation reaction to proceed by bringing an organic molecule-containing liquid obtained by adding organic molecules into an aprotic solvent and a sample mounting surface of a substrate into contact with each other. It is preferably included. As described above, when the moisture content in the gas phase in contact with the organic molecule-containing liquid is expressed by converting it into a relative humidity value at 22 ° C., the relative humidity value is preferably 35% or less, preferably Is preferably adjusted to 25% or less, more preferably 5% or less.
ここで、この製造方法においてはレジストパターンを用いないため、有機分子含有液の調製に使用する非プロトン性溶媒は、有機分子の種類に応じて適宜決定できるが、膜厚が薄く(0.5nm〜50nm)かつ膜厚の均性に優れた単分子膜2を容易かつ確実に得る観点から、当該有機分子を十分に溶解できる溶媒であることが好ましい。例えば、ヘキサデカン、クロロホルム、四塩化炭素、シリコーンオイル、ヘキサン、トルエン等の有機溶剤が使用できる。これらの溶剤は、いずれか一種類を使用してもよいし、二種類以上を混合して使用してもよい。 Here, in this manufacturing method, since a resist pattern is not used, the aprotic solvent used for the preparation of the organic molecule-containing liquid can be appropriately determined according to the type of the organic molecule, but the film thickness is thin (0.5 nm From the viewpoint of easily and reliably obtaining the monomolecular film 2 having excellent film thickness uniformity (˜50 nm), a solvent capable of sufficiently dissolving the organic molecules is preferable. For example, organic solvents such as hexadecane, chloroform, carbon tetrachloride, silicone oil, hexane and toluene can be used. Any one kind of these solvents may be used, or two or more kinds may be mixed and used.
この中でも、ヘキサデカン、クロロホルム及び四塩化炭素を含む混合溶剤が非プロトン性溶媒として好ましい。このように有機溶剤を使用すれば、例えば、水分が介在することによる有機分子の重合(ポリマー化)を十分に防止できる。そのため、有機分子の第2特性基と、試料載置面F1の第1特性基との縮合反応を効率よく行うことができる。これにより、試料載置面F1に有機分子が共有結合{例えば、シロキサン結合(−Si−O−)}により結合され、単分子膜2が形成される。なお、有機分子含有液における有機分子の濃度は、特に制限されないが、例えば、3×10-2〜1×10-1M程度である。試料載置面F1と有機分子含有液との接触時間は、特に制限されないが、例えば、数秒〜10時間、好ましくは1分〜1時間であり、また、有機分子含有液の温度は、例えば、10〜80℃であり、好ましくは20〜30℃の範囲である。 Among these, a mixed solvent containing hexadecane, chloroform and carbon tetrachloride is preferable as the aprotic solvent. If an organic solvent is used in this way, for example, polymerization (polymerization) of organic molecules due to the presence of moisture can be sufficiently prevented. Therefore, the condensation reaction between the second characteristic group of the organic molecule and the first characteristic group of the sample placement surface F1 can be performed efficiently. As a result, organic molecules are bonded to the sample mounting surface F1 by covalent bonds {for example, siloxane bonds (-Si-O-)}, and the monomolecular film 2 is formed. The concentration of the organic molecule in the organic molecule-containing liquid is not particularly limited, but is, for example, about 3 × 10 −2 to 1 × 10 −1 M. The contact time between the sample mounting surface F1 and the organic molecule-containing liquid is not particularly limited. For example, it is several seconds to 10 hours, preferably 1 minute to 1 hour, and the temperature of the organic molecule-containing liquid is, for example, It is 10-80 degreeC, Preferably it is the range of 20-30 degreeC.
次に、試料載置面F1の第1の領域F11となるべき領域を被覆している単分子膜2を紫外線(紫外線の照射)から選択的に保護するためのフォトマスクを準備する。このフォトマスクは、紫外線の光源と、単分子膜を形成した試料載置面F1との間に配置された際に、試料載置面の第2の領域となるべき領域を被覆している単分子膜のみに選択的に紫外線が照射される構成を有している。次に、このフォトマスクを使用し、このフォトマスクを介して単分子膜2を形成した後の試料載置面F1に紫外線を照射し、試料載置面F1の第2の領域F12となるべき領域を被覆している単分子膜のみを選択的に除去する。これにより、2以上の凹部を形成する。 Next, a photomask for selectively protecting the monomolecular film 2 covering the region to be the first region F11 on the sample mounting surface F1 from ultraviolet rays (ultraviolet irradiation) is prepared. This photomask covers a region to be the second region of the sample mounting surface when it is disposed between the ultraviolet light source and the sample mounting surface F1 on which the monomolecular film is formed. Only the molecular film is selectively irradiated with ultraviolet rays. Next, using this photomask, the sample mounting surface F1 after the monomolecular film 2 is formed through this photomask is irradiated with ultraviolet rays to form the second region F12 of the sample mounting surface F1. Only the monolayer covering the region is selectively removed. Thereby, two or more recessed parts are formed.
なお、紫外線照射の手段として、例えば、エキシマレーザー等のレーザーを用いる場合は、フォトマスクを使用せずに、単分子膜の特定領域に紫外線をスポット照射する方法を採用することもできる。更に、紫外線照射を行うかわりに、電子線照射処理、コロナ処理、プラズマ処理などにより試料載置面F1の第2の領域F12となるべき領域を被覆している単分子膜のみを選択的に除去する方法を採用してもよい。また、これらの処理は、酸素の存在下で実施することが好ましい。これにより、試料載置面F1の第2の領域F12となるべき領域を被覆している単分子膜を酸化により除去できる。 For example, when a laser such as an excimer laser is used as a means for ultraviolet irradiation, a method of spot-irradiating ultraviolet rays onto a specific region of the monomolecular film without using a photomask can be employed. Further, instead of performing ultraviolet irradiation, only the monomolecular film covering the region to be the second region F12 of the sample mounting surface F1 is selectively removed by electron beam irradiation processing, corona processing, plasma processing, or the like. You may adopt the method of doing. These treatments are preferably carried out in the presence of oxygen. Thereby, the monomolecular film covering the region to be the second region F12 of the sample mounting surface F1 can be removed by oxidation.
次に、単分子膜2が除去された後の試料載置面F1の第2の領域F12に第1特性基が結合している場合には、基板1が完成する。また、第2の領域F12に第1特性基が結合していない場合には、例えば、先に述べた表面処理を第2の領域F12にのみ選択的に施すことにより、第2の領域F12に第1特性基を結合させる。 Next, when the first characteristic group is bonded to the second region F12 of the sample mounting surface F1 after the monomolecular film 2 is removed, the substrate 1 is completed. When the first characteristic group is not bonded to the second region F12, for example, the surface treatment described above is selectively performed only on the second region F12, so that the second region F12 A first characteristic group is attached.
この方法(本発明の試料検査装置の製造方法の第2実施形態)において、試料載置面F1の全面に単分子膜を形成する方法は、上述の方法に特に限定されず、例えば、印刷法、転写法、スクリーン法、吐液法、インクジェット法、スタンプ法等の方法を採用することができる。 In this method (the second embodiment of the method for manufacturing the sample inspection apparatus of the present invention), the method for forming the monomolecular film on the entire surface of the sample mounting surface F1 is not particularly limited to the above-described method. A transfer method, a screen method, a liquid discharge method, an ink jet method, a stamp method, or the like can be employed.
また、単分子膜2を単一の膜が複数積層された積層体からなる膜として形成する場合には、例えば、前述のようにして試料載置面F1上に1層目の単分子膜を形成した後2層目の単分子膜を形成しようとする際に、当該単分子膜の表面に第1特性基が結合していない場合があるが、この場合には、上述の表面処理により第1の特性基を結合させればよい。 In the case where the monomolecular film 2 is formed as a film made of a laminate in which a plurality of single films are laminated, for example, the first monomolecular film is formed on the sample mounting surface F1 as described above. When the second monolayer is formed after the formation, the first characteristic group may not be bonded to the surface of the monolayer. In this case, the first surface treatment may cause the first monolayer. One characteristic group may be bonded.
より具体的に説明すると、試料載置面F1に形成した1層目の単分子膜の表面にビニル基等の不飽和結合を有する基を含む特性基が結合されている場合には、水分が存在する雰囲気中で、電子線やX線などのエネルギー線を当該単分子膜の表面に照射することにより、不飽和結合を有する基の部分を変化させ、−OHの構造を少なくとも有する第1特性基を導入することができる。また、ビニル基等の不飽和結合を有する基を含む特性基が結合されている場合、例えば、過マンガン酸カリウム水溶液に浸漬することにより、不飽和結合を有する基の部分を変化させ−COOHの構造を少なくとも有する第1特性基を導入することができる。 More specifically, when a characteristic group including a group having an unsaturated bond such as a vinyl group is bonded to the surface of the first monomolecular film formed on the sample mounting surface F1, moisture is absorbed. A first characteristic having at least an —OH structure by changing the portion of the group having an unsaturated bond by irradiating the surface of the monomolecular film with an energy beam such as an electron beam or an X-ray in an existing atmosphere. Groups can be introduced. In addition, when a characteristic group including a group having an unsaturated bond such as a vinyl group is bonded, for example, by immersing in a potassium permanganate aqueous solution, the portion of the group having an unsaturated bond is changed, and -COOH A first characteristic group having at least a structure can be introduced.
単分子膜2の厚さは、有機分子の種類(長さ)の選択、上述の積層体とすることなどで適宜設定できるが、例えば、単分子膜を構成する有機分子の第3特性基の先端に、更に非親和性を示す分子を結合させる方法によっても調整できる。具体例を以下に示す。 The thickness of the monomolecular film 2 can be set as appropriate by selecting the type (length) of the organic molecule, making the above-described laminate, and the like. For example, the thickness of the third characteristic group of the organic molecule constituting the monomolecular film is It can also be adjusted by a method in which a molecule showing non-affinity is further bound to the tip. Specific examples are shown below.
また、単分子膜を構成する有機分子が、式(22)で示したように、第3特性基の先端に2重結合又は3重結合を有する場合、単分子膜を形成した後、例えば、単分子膜にグリニャール試薬(RMgX)を更に接触させればよい。この接触によって第3特性基とRMgXとの付加反応を進行させ、第3特性基の先端にRMgXの炭化水素基(R−)を結合させることができる。なお、RMgXは、Rが、炭素数1〜23のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、ハロゲン化アルケニル基のいずれでもよく、Xは、ハロゲン(F、Cl、Br、又はI)である。 Further, when the organic molecule constituting the monomolecular film has a double bond or a triple bond at the tip of the third characteristic group as shown in the formula (22), after forming the monomolecular film, for example, A Grignard reagent (RMgX) may be further brought into contact with the monomolecular film. By this contact, the addition reaction between the third characteristic group and RMgX can proceed, and the hydrocarbon group (R-) of RMgX can be bonded to the tip of the third characteristic group. RMgX may be any of an alkyl group having 1 to 23 carbon atoms, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, and a halogenated alkenyl group, and X is a halogen (F, Cl, Br, or I). .
また、単分子膜を構成する有機分子が、式(26)に示すように、第3特性基にエポキシ基を有する場合、単分子膜2を形成した後、単分子膜2にアルコール(ROH)を更に接触させればよい。この接触によってエポキシ基の開環(付加)反応が進行し、第3特性基にアルコール(ROH)の「R基」を結合させることができる。なお、ROHは、Rが、炭素数1〜23のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、ハロゲン化アルケニル基のいずれでもよく、Xは、ハロゲン(F、Cl、Br、又はI)である。 When the organic molecule constituting the monomolecular film has an epoxy group as the third characteristic group as shown in the formula (26), after the monomolecular film 2 is formed, alcohol (ROH) is added to the monomolecular film 2. May be further brought into contact with each other. By this contact, the ring opening (addition) reaction of the epoxy group proceeds, and the “R group” of alcohol (ROH) can be bonded to the third characteristic group. ROH may be any of an alkyl group having 1 to 23 carbon atoms, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, and a halogenated alkenyl group, and X is a halogen (F, Cl, Br, or I). .
また、単分子膜形成工程においては、保護層12などの基板1の最上部の層となる層の表面を、CMP(化学機械研磨技術)等の表面研磨処理により予め平坦化しておくことが好ましい。 In the monomolecular film forming step, the surface of the uppermost layer of the substrate 1 such as the protective layer 12 is preferably planarized in advance by a surface polishing process such as CMP (Chemical Mechanical Polishing Technology). .
次に、試料検査装置100を使用して、各凹部3の底面に、検出対象遺伝子と相補的配列の1本鎖DNA(プローブ)を予め固定し、検査を行う方法の一例を以下に示す。 Next, an example of a method in which a single-stranded DNA (probe) having a sequence complementary to the detection target gene is immobilized in advance on the bottom surface of each recess 3 using the sample inspection apparatus 100 will be described below.
先ず、1本鎖DNAを各凹部3の底面(第2の領域F12)に固定する。この固定方法は、特に制限されず、DNA分析で使用される公知の技術が適用できる。例えば、凹部3の底面に直接DNA(オリゴヌクレオチド)を合成する方法(例えば、Affimetrix法)、底面に予めリンカーを結合しておき、このリンカーに一本鎖DNAを結合させる方法、一本鎖DNAの末端に表面に固定化するための官能基を結合しておき、この固定化するための官能基を表面に結合する方法等が挙げられる。リンカーとしては、特に制限されないが、アミノ基、カルボキシル基等があげられる。なお、リンカーや固定化官能基は従来公知の方法によって、プローブや表面に結合させることができる。 First, single-stranded DNA is fixed to the bottom surface (second region F12) of each recess 3. This fixing method is not particularly limited, and a known technique used in DNA analysis can be applied. For example, a method of directly synthesizing DNA (oligonucleotide) on the bottom surface of the recess 3 (for example, Affymetrix method), a method in which a linker is previously bound to the bottom surface, and a single-stranded DNA is bound to this linker, a single-stranded DNA Examples include a method in which a functional group for immobilization on the surface is bonded to the end of the surface, and the functional group for immobilization is bonded to the surface. The linker is not particularly limited, and examples thereof include an amino group and a carboxyl group. The linker or the immobilized functional group can be bound to the probe or the surface by a conventionally known method.
次に、凹部3に分析すべき測定対象物を含む液滴を入れる。この場合、液滴に含まれるターゲットDNA自身をCy3等で蛍光標識しておいてもよいし、SYBR−Green等の蛍光インターカーレータを、液滴又は凹部3に添加しておいてもよい。そして、励起光を凹部3中に照射する。このとき、凹部3の底面に固定された一本鎖DNAとターゲットDNAがハイブリダイズして2本鎖が形成されている場合には、この中に入り込んだ蛍光インターカーレータ又はターゲットDNAの蛍光標識によって蛍光が発生する。 Next, a droplet containing a measurement object to be analyzed is placed in the recess 3. In this case, the target DNA itself contained in the droplet may be fluorescently labeled with Cy3 or the like, or a fluorescent intercalator such as SYBR-Green may be added to the droplet or the recess 3. Then, the recess 3 is irradiated with excitation light. At this time, when the single-stranded DNA immobilized on the bottom surface of the recess 3 and the target DNA are hybridized to form a double-stranded DNA, the fluorescent intercalator that has entered the target DNA or the fluorescent label of the target DNA Produces fluorescence.
例えば、SYBR−Greenを使用する場合は、波長473nmのSHGレーザーを照射すればよい。発生した蛍光が光電変換部70(この試料検査装置100の場合にはフォトダイオード)で検出される。なお、試料検査装置100において、各光電変換部70のそれぞれに対応する凹部に異なる一本鎖DNAを固定化すれば、一回の蛍光検出で複数項目の検査が可能になる。また、各光電変換部70のそれぞれに同じ一本鎖DNAを固定化すれば、測定精度の高い(信頼性の高い)データを得ることができる。先に述べたように、試料検査装置100は、凹部3を極めて高密度で形成できるため、従来の試料検査装置と同じ大きさであっても、試料載置面F1で1度に分析できるサンプル数を格段に向上させることができる。 For example, when SYBR-Green is used, an SHG laser with a wavelength of 473 nm may be irradiated. The generated fluorescence is detected by the photoelectric conversion unit 70 (a photodiode in the case of the sample inspection apparatus 100). In the sample inspection apparatus 100, if different single-stranded DNAs are immobilized in the recesses corresponding to the respective photoelectric conversion units 70, it is possible to inspect a plurality of items with a single fluorescence detection. In addition, if the same single-stranded DNA is immobilized on each photoelectric conversion unit 70, data with high measurement accuracy (high reliability) can be obtained. As described above, since the sample inspection apparatus 100 can form the recesses 3 with extremely high density, a sample that can be analyzed at a time on the sample mounting surface F1 even if it is the same size as the conventional sample inspection apparatus. The number can be greatly improved.
凹部3に固定化するプローブとして、検出対象遺伝子と相補的配列の1本鎖核酸を例示したが、これらには制限されず、先に述べたものがあげられる。例えば、抗原抗体反応により蛍光を発する機能を付与した抗原(又は抗体)をプローブとすれば、サンプル試料中の抗体(又は抗原)との反応をセンシングすることができる。この他にも、オリゴヌクレオチドやポリヌクレオチド、RNA、DNA、これらを標識化したもの、抗原、抗体、オリゴペプチド、アミノ酸配列、ポリペプチド、タンパク質、酵素、プロテイン核酸(PNA)、および上記名称の物質を含まれる物質等があげられる。 Examples of probes to be immobilized in the recesses 3 include single-stranded nucleic acids complementary to the detection target gene, but are not limited to these and include those described above. For example, when an antigen (or antibody) having a function of emitting fluorescence by an antigen-antibody reaction is used as a probe, a reaction with an antibody (or antigen) in a sample sample can be sensed. In addition to these, oligonucleotides, polynucleotides, RNA, DNA, labeled products thereof, antigens, antibodies, oligopeptides, amino acid sequences, polypeptides, proteins, enzymes, protein nucleic acids (PNA), and substances with the above names And the like.
試料検査装置101の凹部3に、分析すべき測定対象物を含む液滴を供給する方法としては、微量の液滴の供給の容易さ、液滴の供給量の精度及び液滴の供給スピードの観点から、インクジェットを用いた方法(たとえば、圧電素子を使用する方法、または加熱による気体の膨張を利用する方法)が好ましい。例えば、インクジェットを用いた方法であっても、DNA遺伝子解析やタンパク質解析に使用するような高価で希少な測定対象物を取り扱う分析の場合、測定対象物を含む液の使用量を十分に低減する必要がある場合がある。この場合、インクジェットに液貯めを設けずに、分析を行うごとに測定対象物を含む液中にインクジェットのノズルの先端を挿入し、測定対象物を含む液の必要量のみをノズルの先端部分に吸引させて、ノズルから凹部3に液滴を滴下する方法も採用可能である。この他に、マイクロディスペンサーやマイクロピペットを用いた方法も採用可能である。 As a method for supplying a droplet containing a measurement object to be analyzed to the concave portion 3 of the sample inspection apparatus 101, there are various eases of supplying a small amount of droplets, accuracy of the amount of supplying droplets, and droplet supply speed. From the viewpoint, a method using an ink jet (for example, a method using a piezoelectric element or a method utilizing gas expansion by heating) is preferable. For example, even in the method using an ink jet, in the case of analysis that handles expensive and rare measurement objects such as those used for DNA gene analysis or protein analysis, the amount of liquid containing the measurement object is sufficiently reduced. There may be a need. In this case, without providing a liquid reservoir in the ink jet, each time the analysis is performed, the tip of the ink jet nozzle is inserted into the liquid containing the measurement object, and only the necessary amount of the liquid containing the measurement object is inserted into the tip of the nozzle. It is also possible to adopt a method of sucking and dropping a droplet from the nozzle to the recess 3. In addition, a method using a microdispenser or a micropipette can be employed.
[第二実施形態]
次に、本発明の試料検査装置の第二実施形態について説明する。この第二実施形態の試料検査装置101は、図1及び図2に示した第一実施形態の試料検査装置100に、分析すべき測定対象物を含む液滴を凹部3に向けて吐出するためのノズルを有する液滴供給部40(インクジェットヘッド)を更に備えた構成を有するものであり、液滴供給部40以外の構成は第一実施形態の試料検査装置100と同様である。なお、このCPU4が、液滴供給部40のノズルを移動させることにより、凹部3に対するノズルの位置を調節する制御部となっている。すなわち、液滴供給部40にはCPU4の制御により試料載置面F1に対する相対的な位置を任意に変化させるための駆動機構が備えられている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the sample inspection apparatus of the present invention will be described. The sample inspection apparatus 101 according to the second embodiment discharges a droplet including a measurement target to be analyzed toward the concave portion 3 to the sample inspection apparatus 100 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2. The configuration further includes a droplet supply unit 40 (inkjet head) having the nozzles, and the configuration other than the droplet supply unit 40 is the same as that of the sample inspection apparatus 100 of the first embodiment. The CPU 4 is a control unit that adjusts the position of the nozzle with respect to the recess 3 by moving the nozzle of the droplet supply unit 40. That is, the droplet supply unit 40 is provided with a drive mechanism for arbitrarily changing the relative position with respect to the sample placement surface F1 under the control of the CPU 4.
以下、液滴供給部40について説明する。図3は本発明の試料検査装置の第二実施形態を示す斜視図である。 Hereinafter, the droplet supply unit 40 will be described. FIG. 3 is a perspective view showing a second embodiment of the sample inspection apparatus of the present invention.
図3に示すように、試料検査装置101の液滴供給部40は、試料載置面F1にβ行×γ列(この液滴供給部40の場合、具体的には、5行×7列)で2次元配列された凹部3のうちの、同一の列に属する凹部3に対して同時に液滴を滴下可能な構成を有している。即ち、液滴供給部40には5つのノズルが凹部3の列に平行になるように直線状に配置されている。5つのノズルの中心軸の間隔は、同一の列に属する5つの凹部3の底面の中心の間隔と同一となるように調節されている。これにより、5つのノズルのそれぞれの吐出孔(図示せず)から吐出される液滴は、凹部3の底面の中央に滴下されることになる。 As shown in FIG. 3, the droplet supply unit 40 of the sample inspection apparatus 101 has β rows × γ columns (specifically, in the case of this droplet supply unit 40, 5 rows × 7 columns) on the sample mounting surface F1. ) In the two-dimensionally arranged recesses 3, the droplets can be simultaneously dropped onto the recesses 3 belonging to the same row. That is, five nozzles are linearly arranged in the droplet supply unit 40 so as to be parallel to the row of the recesses 3. The interval between the central axes of the five nozzles is adjusted to be the same as the interval between the centers of the bottom surfaces of the five recesses 3 belonging to the same row. As a result, the liquid droplets discharged from the respective discharge holes (not shown) of the five nozzles are dropped onto the center of the bottom surface of the recess 3.
また、CPU4は、液滴供給部40に電気的に接続されており、メモリー部5に格納されている位置決めのための基準データに基づき、凹部3に対する液滴供給部40のノズルの位置を調節する。また、制御部は、各ノズルから吐出される液滴の液量を調節する。具体的には、制御部は、液滴を滴下すべき列の1つに液滴供給部40の位置(各ノズルの位置)を合わせ、次いで、各ノズルの吐出孔から、対応する列の各凹部3に向かって(図3中に示した矢印A方向に向けて)、液滴を吐出させる。次に、制御部は、液滴を滴下すべき別の列に液滴供給部40の位置(各ノズルの位置)を移動させて(例えば、図3中に示した矢印B方向移動させて)、対応する列の凹部3に液滴を吐出させる。 The CPU 4 is electrically connected to the droplet supply unit 40, and adjusts the position of the nozzle of the droplet supply unit 40 with respect to the recess 3 based on the reference data for positioning stored in the memory unit 5. To do. In addition, the control unit adjusts the amount of liquid droplets ejected from each nozzle. Specifically, the control unit aligns the position of each droplet supply unit 40 (the position of each nozzle) with one of the columns to which droplets are to be dropped, and then, from the discharge holes of each nozzle, each of the corresponding columns. A droplet is discharged toward the recess 3 (in the direction of arrow A shown in FIG. 3). Next, the control unit moves the position of each droplet supply unit 40 (the position of each nozzle) to another row where droplets should be dropped (for example, moved in the direction of arrow B shown in FIG. 3). Then, droplets are ejected into the recesses 3 of the corresponding row.
更に、図3に示す試料検査装置101の場合、液滴供給部40の各ノズルから滴下される液滴の滴下位置の精度を十分に確保するために、図4から図6を用いて説明する以下の構成が備えられている。 Further, in the case of the sample inspection apparatus 101 shown in FIG. 3, in order to sufficiently ensure the accuracy of the dropping position of the droplets dropped from each nozzle of the droplet supply unit 40, description will be made with reference to FIGS. 4 to 6. The following configuration is provided.
図4(a)は、図3に示した試料検査装置101の液滴供給部40に備えられるノズルの基本構成を概略的に示す斜視図である。また、図4(b)及び図4(c)は、試料検査装置101における凹部3に対する図4(a)に示した液滴供給部40の位置合せの方法を説明するための説明図である。 FIG. 4A is a perspective view schematically showing a basic configuration of a nozzle provided in the droplet supply unit 40 of the sample inspection apparatus 101 shown in FIG. FIGS. 4B and 4C are explanatory diagrams for explaining a method of aligning the droplet supply unit 40 shown in FIG. 4A with respect to the recess 3 in the sample inspection apparatus 101. FIG. .
図4(a)に示すように、液滴供給部40に備えられるノズル50は、円筒状の形状を呈している。また、ノズル50の先端部分は略円形状の平滑な面を有している。このノズル50の先端の中心部分には、液滴を吐出すための吐出孔501が設けられている。更にノズル50の先端には、位置合せ用の発光部502(例えば、発光ダイオード)が設けられている。この発光部502は、断面(ノズル50の先端に露出した表面)がリング状の形状を呈するものである。そして、この断面リング状の発光部502の中心(同心円の中心)に吐出孔501が配置されている。なお、この発光部の断面形状は上記リング状の形状に限定されるものではない。 As shown in FIG. 4A, the nozzle 50 provided in the droplet supply unit 40 has a cylindrical shape. Further, the tip portion of the nozzle 50 has a substantially circular smooth surface. A discharge hole 501 for discharging a droplet is provided at the center of the tip of the nozzle 50. Further, a light emitting section 502 (for example, a light emitting diode) for alignment is provided at the tip of the nozzle 50. The light emitting unit 502 has a ring-shaped cross section (surface exposed at the tip of the nozzle 50). And the discharge hole 501 is arrange | positioned in the center (center of concentric circle) of this light emitting part 502 of a cross-section ring shape. In addition, the cross-sectional shape of this light emission part is not limited to the said ring shape.
図4(b)に示すように、基板1の試料載置面F1の端部には、ノズル50の先端の発光部502から発せられる光を受光するための受光部51が設けられている。この受光部51は、基板1の内部に設けられた光電変換素子(例えば、フォトダイオード)を備えている。 As shown in FIG. 4B, a light receiving unit 51 for receiving light emitted from the light emitting unit 502 at the tip of the nozzle 50 is provided at the end of the sample mounting surface F <b> 1 of the substrate 1. The light receiving unit 51 includes a photoelectric conversion element (for example, a photodiode) provided inside the substrate 1.
次に、CPU4により制御された液滴供給部40の動作の一例について説明する。 Next, an example of the operation of the droplet supply unit 40 controlled by the CPU 4 will be described.
液滴の滴下を開始する際、図4(b)に示すように、CPU4は、メモリー部5に格納されている位置決めのための基準データ{例えば、予め設定されている、液滴を滴下させる直前の試料載置面F1に対する液滴供給部40の相対的位置の情報(試料載置面F1とノズル50の先端との距離、試料載置面F1に平行な面におけるノズル50の先端の座標位置等)}に基づき、先ず、複数のノズル50のうちの1つの先端が、基板1の受光部51の直上にくるように液滴供給部40を移動させる。 When starting the dropping of the droplet, as shown in FIG. 4B, the CPU 4 drops the reference data for positioning stored in the memory unit 5 (for example, dropping the droplet, which is set in advance). Information on the relative position of the droplet supply unit 40 with respect to the immediately preceding sample placement surface F1 (distance between the sample placement surface F1 and the tip of the nozzle 50, coordinates of the tip of the nozzle 50 in a plane parallel to the sample placement surface F1) First, the droplet supply unit 40 is moved so that the tip of one of the plurality of nozzles 50 is directly above the light receiving unit 51 of the substrate 1.
このとき、図4(c)に示すように、発光部502における発光を受光部51で検知した場合にCPU4が液滴供給部40の駆動機構に停止の指令を出す構成としておき、液滴供給部40の停止位置を決定してもよい。この場合、受光部51が発光部502からの発光を受光した時点で、液滴供給部40が停止し、液滴滴下前の液滴供給部40の位置合せが終了したことになる。 At this time, as shown in FIG. 4C, the CPU 4 issues a stop command to the drive mechanism of the droplet supply unit 40 when the light receiving unit 51 detects the light emission from the light emitting unit 502. You may determine the stop position of the part 40. FIG. In this case, when the light receiving unit 51 receives light emitted from the light emitting unit 502, the droplet supply unit 40 is stopped, and the alignment of the droplet supply unit 40 before droplet dropping is completed.
そして、液滴供給部40に、受光部51から液滴の供給を開始する凹部3までの距離のデータ、各凹部3間の距離データを格納しておき、これらのデータに基づいて、液滴供給部40を移動させその位置を制御することにより、液滴の滴下を開始することができる。これにより、液滴供給部40の位置決めを高い精度で行うことができる。更に、このとき、各凹部3の上方において、ノズル50の発光部502からの発光を凹部3の光電変換部70で検知した場合に、CPU4が各ノズル50に液滴の吐出の指令を出す構成としておき、液滴吐出の位置を決定してもよい。このようにすれば、各ノズル50の位置を、各凹部3に対して確実に決定することが可能となる。 The droplet supply unit 40 stores data on the distance from the light receiving unit 51 to the recess 3 where the supply of the droplet is started, and distance data between the recesses 3, and based on these data, the droplets are stored. By dropping the supply unit 40 and controlling its position, the dropping of the droplet can be started. Thereby, positioning of the droplet supply unit 40 can be performed with high accuracy. Further, at this time, when light emission from the light emitting portion 502 of the nozzle 50 is detected by the photoelectric conversion portion 70 of the concave portion 3 above each concave portion 3, the CPU 4 issues a droplet ejection command to each nozzle 50. Alternatively, the position of droplet discharge may be determined. In this way, the position of each nozzle 50 can be reliably determined with respect to each recess 3.
なお、1つのノズル50の発光部502から発せられる光を検知する凹部3の数を予め設定しておくこと(凹部3の光電変換部70で光を検知したか、検知していないかの判断基準となる光の強度の閾値を設定しておくこと)により、液滴を滴下する際に、試料載置面F1と液滴供給部40のノズル50の先端との距離をより正確に調節することも可能である。例えば、図5(a)に示すように、液滴供給部40を試料載置面F1に対して、垂直方向及び平行方向に移動させる際に、発光部502からの発光を検知できる凹部3の数によって、液滴供給部40のノズル50先端の高さが決定できる。すなわち、ノズル50の先端が試料載置面F1から十分に離れている場合、発光を検知する凹部3は多くなる{図5(a)において、受光している凹部3を斜線で示す}。そして、ノズル50の先端を試料載置面F1に近づけて行いくと、徐々に発光を検知する凹部3の数が減少し、最終的には、図5(b)に示すように、1つの受光部のみで光を受けることになる。この時点で高さを決定することができる。なお、表面とノズル50先端との距離は、1つの受光部のみで光を受けた場合には限られず、1つのノズル50からの発光を検知する凹部3の数を予め設定し、そのデータをメモリー部5に格納することによって任意に決定できる。 It should be noted that the number of recesses 3 for detecting light emitted from the light emitting unit 502 of one nozzle 50 is set in advance (determination of whether the photoelectric conversion unit 70 of the recess 3 has detected or not detected light). By setting a reference light intensity threshold value), the distance between the sample mounting surface F1 and the tip of the nozzle 50 of the droplet supply unit 40 is more accurately adjusted when droplets are dropped. It is also possible. For example, as shown in FIG. 5A, when the droplet supply unit 40 is moved in the vertical direction and the parallel direction with respect to the sample mounting surface F1, the recess 3 that can detect the light emission from the light emitting unit 502 is formed. The height of the tip of the nozzle 50 of the droplet supply unit 40 can be determined by the number. That is, when the tip of the nozzle 50 is sufficiently away from the sample mounting surface F1, the number of the recessed portions 3 that detect light emission increases (in FIG. 5A, the recessed portion 3 that receives light is indicated by hatching). Then, when the tip of the nozzle 50 is moved closer to the sample mounting surface F1, the number of the concave portions 3 for detecting light emission gradually decreases, and finally, as shown in FIG. Light is received only by the light receiving unit. At this point, the height can be determined. Note that the distance between the surface and the tip of the nozzle 50 is not limited to the case where light is received by only one light receiving unit, and the number of the recesses 3 for detecting light emission from one nozzle 50 is set in advance, and the data is It can be arbitrarily determined by storing in the memory unit 5.
また、ノズル50の発光部502から発せられる光の強度の違いを凹部3の光電変換部70で検知可能な構成としておけば、各凹部3が検知した発光の強度によっても高さを決定することができる。例えば、ノズル50の先端が適切な位置にある場合に凹部3が検知する発光の強度を設定しておき、その設定強度よりも弱ければ、ノズル50の先端を試料載置面F1に近づけ、設定強度よりも強ければ、ノズル50先端を試料載置面F1から離すように制御設定をおこなってもよい。そして、設定強度と同等となった場合に、液滴供給部40の位置を固定できる。 If the difference in the intensity of light emitted from the light emitting portion 502 of the nozzle 50 is configured to be detected by the photoelectric conversion portion 70 of the concave portion 3, the height is also determined by the intensity of light emission detected by each concave portion 3. Can do. For example, the intensity of light emission detected by the recess 3 when the tip of the nozzle 50 is in an appropriate position is set. If the intensity is weaker than the set intensity, the tip of the nozzle 50 is brought closer to the sample placement surface F1 and set. If it is stronger than the strength, the control setting may be performed so that the tip of the nozzle 50 is separated from the sample placement surface F1. And when it becomes equivalent to setting intensity | strength, the position of the droplet supply part 40 can be fixed.
また、液滴供給部40の他の構成の例を図6(a)に示す。図6(a)に示すように、液滴供給部40のノズル50Aは、吐出孔701を有し、その先端表面に、位置合せ用の発光部702、及び、発光部702からの発光を受光する受光部703を備えている。また、図6(b)の斜視図に示すように、基板1は、試料載置面F1の少なくとも一箇所に、発光部702からの発光を反射可能な、アルミ板等の反射板71を備えている。 An example of another configuration of the droplet supply unit 40 is shown in FIG. As shown in FIG. 6A, the nozzle 50 </ b> A of the droplet supply unit 40 has a discharge hole 701, and receives light emitted from the light emitting unit 702 for alignment and the light emitting unit 702 on the tip surface thereof. A light receiving portion 703 is provided. As shown in the perspective view of FIG. 6B, the substrate 1 includes a reflecting plate 71 such as an aluminum plate that can reflect the light emitted from the light emitting unit 702 at least at one place on the sample mounting surface F1. ing.
次に、この液滴供給部40の動作の例について説明する。ノズル50Aの先端が反射板71に対応する位置に来ると、発光部702からの発光は反射板71で反射される。そして、その反射光をノズル50Aの先端の受光部703が検知する。このようにして、液滴の供給開始前における液滴供給部40の位置合せを行うことができる。そして、反射板71から、液滴の供給を開始する凹部3までの距離及び凹部3間の距離を予め特定しておけば、これらのデータに基づいて、液滴供給部40を移動させその位置を制御することができる。これにより、液滴を滴下する凹部3に対する液滴供給部40の位置決めを高い精度で行うことができる。 Next, an example of the operation of the droplet supply unit 40 will be described. When the tip of the nozzle 50 </ b> A comes to a position corresponding to the reflecting plate 71, the light emitted from the light emitting unit 702 is reflected by the reflecting plate 71. Then, the light receiving unit 703 at the tip of the nozzle 50A detects the reflected light. In this way, it is possible to align the droplet supply unit 40 before the supply of droplets is started. If the distance from the reflecting plate 71 to the recess 3 where the supply of droplets is started and the distance between the recesses 3 are specified in advance, the droplet supply unit 40 is moved based on these data and the position thereof is determined. Can be controlled. Thereby, positioning of the droplet supply part 40 with respect to the recessed part 3 which drops a droplet can be performed with high precision.
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment.
例えば、上述の実施形態に記載の試料検査装置100、101及び102の場合には、1つの光電変換部70が1つの光電変換素子(フォトダイオード)から構成されている場合について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明においては、1つの光電変換部が1つの光電変換素子から構成されていてもよく、1つの光電変換部が2以上の光電変換素子から構成されていてもよい。 For example, in the case of the sample inspection apparatuses 100, 101, and 102 described in the above-described embodiments, the case where one photoelectric conversion unit 70 is configured by one photoelectric conversion element (photodiode) has been described. The invention is not limited to this embodiment. That is, in this invention, one photoelectric conversion part may be comprised from one photoelectric conversion element, and one photoelectric conversion part may be comprised from two or more photoelectric conversion elements.
また、上述の実施形態に記載の試料検査装置試料検査装置100、101及び102の場合には、光電変換部70に備えられる光電変換素子としてフォトダイオードを採用する場合について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明においては、光電変換部を構成する光電変換素子は、凹部に固定された液滴から発せられる光を受光し、当該光を光電変換して電子を発生させる構成を有するもの(例えば、pn接合、pin接合を有するもの)であれば特に限定されない。例えば、光電変換素子は、フォトダイオードの他に、フォトトランジスタ、アバランシェフォトダイオード、CdSセル、フォトICであってもよい。また、光電変換素子は、太陽電池(色素増感型太陽電池も含む)であってもよい。 In the case of the sample inspection apparatuses 100, 101, and 102 described in the above-described embodiments, the case where a photodiode is employed as the photoelectric conversion element provided in the photoelectric conversion unit 70 has been described. It is not limited to this embodiment. That is, in the present invention, the photoelectric conversion element that constitutes the photoelectric conversion unit has a configuration that receives light emitted from a droplet fixed to the recess and photoelectrically converts the light to generate electrons (for example, , Pn junction, and pin junction). For example, the photoelectric conversion element may be a phototransistor, an avalanche photodiode, a CdS cell, or a photo IC in addition to the photodiode. The photoelectric conversion element may be a solar cell (including a dye-sensitized solar cell).
更に、先に述べた1つの光電変換部を2以上の光電変換素子から構成する場合の例としては、上述の光電変換素子を複数個2次元的に配列させる構成が挙げられる。この構成を有するものとしてはイメージセンサが挙げられる。より具体的には、イメージセンサとしては、CCD(Charge Coupled Device)センサ、MOS(Metal Oxide Semiconductor)センサが挙げられる。これらは読み出し方法の違いにより分類されるものである。 Furthermore, as an example in the case where one photoelectric conversion unit described above is composed of two or more photoelectric conversion elements, there is a configuration in which a plurality of the photoelectric conversion elements described above are arranged two-dimensionally. An image sensor is mentioned as what has this structure. More specifically, examples of the image sensor include a CCD (Charge Coupled Device) sensor and a MOS (Metal Oxide Semiconductor) sensor. These are classified according to the difference in reading method.
更に詳しくは、IT−CCD(Inter Transfer−Charge Coupled Device)センサ、FT−CCD(Flame Transfer −Charge Coupled Device)センサ、FIT−CCD(Flame Inter Transfer−Charge Coupled Device)センサ、CMOS(Complementary−Charge Coupled Device)センサ、NMOS(N−Channel−Charge Coupled Device)センサ、PMOS(P−Channel−Charge Coupled Device)センサが挙げられる。更に、1つの光電変換部を複数のイメージセンサから構成してもよい。更に、暗電流の発生防止の観点、微小な発光をより確実に検出する観点から上述のセンサを冷却する構成を採用してもよい。 More specifically, an IT-CCD (Inter Transfer-Charge Coupled Device) sensor, an FT-CCD (Flame Transfer-Charge Coupled Device) sensor, and an FIT-CCD (Frame Inter-Transcharge-Charge Sensor-Charge Charge Sensor). Examples thereof include a device sensor, an NMOS (N-Channel-Charge Coupled Device) sensor, and a PMOS (P-Channel-Charge Coupled Device) sensor. Furthermore, one photoelectric conversion unit may be composed of a plurality of image sensors. Furthermore, a configuration in which the above-described sensor is cooled may be employed from the viewpoint of preventing the occurrence of dark current and from the viewpoint of more reliably detecting minute light emission.
また、本発明の試料検査装置は、図7に示す試料検査装置102のように、図1に示した試料検査装置100に搭載されているCPU4、メモリー部5及びデータ入出力部6を基板1に一体的に設けられていない構成を有していてもよい。また、CPU4、メモリー部5及びデータ入出力部6のうちの少なくとも1つの要素を基板1に一体的に設けた構成を有していてもよい。 Further, the sample inspection apparatus of the present invention is similar to the sample inspection apparatus 102 shown in FIG. 7 in that the CPU 4, the memory unit 5, and the data input / output unit 6 mounted on the sample inspection apparatus 100 shown in FIG. It may have a configuration that is not provided integrally. Further, at least one element of the CPU 4, the memory unit 5, and the data input / output unit 6 may be integrally provided on the substrate 1.
更に、図2に示した基板1の各構成要素において、p型半導体に属する構成要素の全てがn型半導体に属する構成要素となり、n型半導体に属する構成要素の全てがp型半導体に属する構成要素となった形態であってもよい。 Further, in each component of the substrate 1 shown in FIG. 2, all of the components belonging to the p-type semiconductor become components belonging to the n-type semiconductor, and all of the components belonging to the n-type semiconductor belong to the p-type semiconductor. It may be in the form of an element.
また、本発明において、試料載置面を有する基板の構成は、試料載置面を有し、この試料載置面に単分子膜により形成された2以上の凹部が形成されており、各凹部に1対1で対応するように設けられた光電変換部を有し、光電変換部に設けられた光電変換素子で生成する電荷に基づく電気信号を分析情報として出力するための機構を有する構成であれば特に限定されず、上述の実施形態に記載の試料検査装置100、101及び102に採用した半導体集積回路基板1の構成に限定されない。 In the present invention, the configuration of the substrate having the sample mounting surface has the sample mounting surface, and two or more recesses formed of a monomolecular film are formed on the sample mounting surface. With a photoelectric conversion unit provided in a one-to-one correspondence with a mechanism for outputting an electrical signal based on the charge generated by the photoelectric conversion element provided in the photoelectric conversion unit as analysis information There is no particular limitation as long as it is present, and the present invention is not limited to the configuration of the semiconductor integrated circuit substrate 1 employed in the sample inspection apparatuses 100, 101, and 102 described in the above embodiments.
例えば、試料検査装置100、101及び102に採用した半導体集積回路基板1では、光電変換素子で生成する電荷に基づく電気信号を分析情報として出力するための機構を有する構成として、フォトダイオードでの光の光電変換により生成する電子(電荷)を電圧の情報に変換する信号検出トランジスタ回路を有する構成を採用した場合について説明したが、本発明において、基板の構成は、このようなフォトダイオード、MOSセンサ等に好適な信号検出トランジスタ回路を有する構成に限定されるものではない。 For example, in the semiconductor integrated circuit substrate 1 employed in the sample inspection apparatuses 100, 101, and 102, the structure of having a mechanism for outputting an electrical signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion element as analysis information has been described. In the present invention, a configuration having a signal detection transistor circuit that converts electrons (charges) generated by photoelectric conversion into voltage information has been described. In the present invention, the configuration of the substrate is such a photodiode or MOS sensor. The present invention is not limited to the configuration having a signal detection transistor circuit suitable for the above.
更に、本発明の試料検査装置は、図2に示した基板1の各構成要素において、基板1中の遮光膜15、層間絶縁膜9及びカラーフィルタ11のうちの少なくとも1つの要素が設けられていない構成を有していてもよい。また、カラーフィルタ11を設けない場合、保護層12も設けない構成としてもよく、この場合、最上部の層は保護層12ではなく、基板1の最上部に配置された層となる(例えば、絶縁膜10、層間絶縁膜9、又は、無機酸化物層8となる。)
また、本発明の試料検査装置においては、凹部の底面が、光に対する光透過性を有する材料からなる第2の膜により更に被膜されている構成を有していてもよい。そして、この場合、第2の膜の表面には、液滴に含まれる溶媒と少なくとも水素結合可能な親水性の第4特性基が結合されている。液滴は、第4特性基と水素結合することにより、第2の単分子膜の表面に選択的に保持されるので、この場合であっても本発明の効果を得ることができる。ただし、この場合、第2の膜の厚さは、第1の領域を覆う単分子膜の厚さ以下である。
Furthermore, in the sample inspection apparatus of the present invention, at least one element of the light shielding film 15, the interlayer insulating film 9 and the color filter 11 in the substrate 1 is provided in each component of the substrate 1 shown in FIG. You may have the structure which is not. If the color filter 11 is not provided, the protective layer 12 may not be provided. In this case, the uppermost layer is not the protective layer 12 but a layer disposed on the uppermost part of the substrate 1 (for example, (This becomes the insulating film 10, the interlayer insulating film 9, or the inorganic oxide layer 8.)
Moreover, in the sample inspection apparatus of this invention, you may have the structure by which the bottom face of the recessed part was further coat | covered with the 2nd film | membrane which consists of a material which has the light transmittance with respect to light. In this case, a hydrophilic fourth characteristic group capable of at least hydrogen bonding with the solvent contained in the droplet is bonded to the surface of the second film. Since the droplet is selectively held on the surface of the second monomolecular film by hydrogen bonding with the fourth characteristic group, even in this case, the effect of the present invention can be obtained. However, in this case, the thickness of the second film is equal to or less than the thickness of the monomolecular film covering the first region.
第2の膜を構成する材料としては、凹部3に収容される液滴から発せられる光に対する光透過性を有しており、液滴に対して水素結合可能な第4特性基を有しており、かつ、基板1の試料載置面F1の第1特性基と縮合反応により共有結合を形成可能な特性を有しているものであれば特に限定されない。 As a material constituting the second film, the second film has a light-transmitting property with respect to light emitted from the droplet accommodated in the recess 3, and has a fourth characteristic group capable of hydrogen bonding to the droplet. In addition, there is no particular limitation as long as it has a characteristic capable of forming a covalent bond with the first characteristic group of the sample mounting surface F1 of the substrate 1 by a condensation reaction.
本発明の効果をより確実に得る観点から上記第4特性基としては、−OH、−NH2、=N−H、−SH、−SO3H、−SO2H、−PO3H、−PO3H2、−CHO、及び、−CO2Hからなる群より選択される少なくとも1種の構造を少なくとも有しているものであることが好ましい。 From the viewpoint of more reliably obtaining the effects of the present invention, the fourth characteristic group includes —OH, —NH 2 , ═N—H, —SH, —SO 3 H, —SO 2 H, —PO 3 H, — It preferably has at least one structure selected from the group consisting of PO 3 H 2 , —CHO, and —CO 2 H.
第4特性基は、上記の構造以外にも、金属原子(金属イオン)Mが酸素で架橋した構造(M−O−M)、メタルオキソの構造(M=O)、メタルヒドロキソの構造(M−O−H)を有しているものであってもよい。更に、この第2の膜の表面には、先に述べたプローブが固定されていてもよい。 In addition to the above structure, the fourth characteristic group includes a structure in which a metal atom (metal ion) M is cross-linked with oxygen (MOM), a structure of metal oxo (M = O), and a structure of metal hydroxo (M- O-H) may be used. Furthermore, the probe described above may be fixed to the surface of the second film.
第2の膜を構成する材料としては、上述の第4特性基を分子鎖の一端に有し、先に述べた第2特性基(第1特性基と縮合反応可能な特性基)を分子鎖の他端に有し、かつ、第4特性基と第2特性基との間に、先に述べた式(2)で表される2価の有機基が結合した構造を有する有機分子であることが好ましい。 As a material constituting the second film, the above-mentioned fourth characteristic group is provided at one end of the molecular chain, and the above-described second characteristic group (characteristic group capable of condensation reaction with the first characteristic group) is used as the molecular chain. And an organic molecule having a structure in which a divalent organic group represented by the formula (2) described above is bonded between the fourth characteristic group and the second characteristic group. It is preferable.
また、第2の膜を構成する材料としては、上記の第4特性基と第2特性基との間に、先に述べた式(2)で表される2価の有機基が結合した構造において、式(2)で表される2価の有機基の炭素骨格を構成する炭素間に、先に述べた式(3)で表される特性基、−O−、−COO−、及び、−C6H4−からなる群より選択される少なくとも1種の2価の特性基が更に結合された構造を有する有機分子であることが好ましい。 In addition, as a material constituting the second film, a structure in which a divalent organic group represented by the above-described formula (2) is bonded between the fourth characteristic group and the second characteristic group. In the carbon atoms constituting the carbon skeleton of the divalent organic group represented by the formula (2), the characteristic group represented by the formula (3), -O-, -COO-, and It is preferably an organic molecule having a structure in which at least one divalent characteristic group selected from the group consisting of —C 6 H 4 — is further bonded.
更に、第2の膜を構成する材料としては、上記第2特性基として、第1特性基と縮合反応可能な一般式(1)で表される特性基を有しており、第4特性基として、メチル基、ハロゲン置換メチル基、ビニル基、炭素数が2〜4の環状エーテル基、フェニル基、ハロゲン置換フェニル基、及び、シアノ基からなる群より選択される1価の基を2つ有しており、かつ、2つの第2特性基と第4特性基との間に、先に述べた式(4)で表される3価の有機基が結合した構造を有している有機分子であることが好ましい。 Further, the material constituting the second film has, as the second characteristic group, a characteristic group represented by the general formula (1) that can undergo a condensation reaction with the first characteristic group. Two monovalent groups selected from the group consisting of a methyl group, a halogen-substituted methyl group, a vinyl group, a cyclic ether group having 2 to 4 carbon atoms, a phenyl group, a halogen-substituted phenyl group, and a cyano group An organic compound having a structure in which a trivalent organic group represented by the formula (4) described above is bonded between two second characteristic groups and a fourth characteristic group It is preferably a molecule.
以下、実施例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these Examples at all.
(単分子膜確認の予備実験)
実施例1で使用した有機分子と同じCF3(CF2)7(CH2)2SiCl3(信越化学工業製)を用い、基板上に形成された単分子膜の確認実験を行った。赤外分光分析用試料にはガラス基板をアルミ蒸着により被覆した基板が、それ以外の分析用試料にはガラス基板が用いられた。
(Preliminary experiment for confirmation of monolayer)
Using the same CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as the organic molecules used in Example 1, a confirmation experiment of the monomolecular film formed on the substrate was performed. A substrate obtained by coating a glass substrate with aluminum vapor deposition was used for the infrared spectroscopic analysis sample, and a glass substrate was used for the other analysis samples.
CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3をハイドロフルオロエーテル(住友スリーエム社製:商品名「HFE−7200」)に溶解し、2質量%の有機分子含有液を調製した。そして、各基板をこの溶液中に15分間浸漬させた。浸漬後、溶液から取り出した基板を直ちにハイドロフルオロエーテルを用いて洗浄し、基板表面に余分に付着したCF3(CF2)7(CH2)2SiCl3等を除去した。次に、基板を自然乾燥させて、基板表面に付着した洗浄用ハイドロフルオロエーテルを除去した。なお、有機分子含有液の調製から基板の乾燥までの操作は、乾燥窒素ガスを導入して乾燥雰囲気としたグローブボックス内で行った。グローブボックス内の気相(窒素ガス雰囲気)の水分量は、22℃における相対湿度値に換算して表現した場合、該相対湿度値が5%以下となるように調節した。
以上の操作により、有機分子含有液中で、各基板の主面の水酸基やシラノール基と、CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3(有機分子)の末端にあるトリクロロシリル基(−SiCl3)との縮合反応(脱塩化水素反応)を進行させた。
CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 was dissolved in hydrofluoroether (manufactured by Sumitomo 3M: trade name “HFE-7200”) to prepare a 2 mass% organic molecule-containing liquid. Then, each substrate was immersed in this solution for 15 minutes. After the immersion, the substrate taken out of the solution was immediately washed with hydrofluoroether to remove CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 and the like that were excessively attached to the substrate surface. Next, the substrate was naturally dried to remove the cleaning hydrofluoroether adhering to the substrate surface. The operations from the preparation of the organic molecule-containing liquid to the drying of the substrate were performed in a glove box in which dry nitrogen gas was introduced to create a dry atmosphere. The moisture content of the gas phase (nitrogen gas atmosphere) in the glove box was adjusted so that the relative humidity value was 5% or less when expressed in terms of the relative humidity value at 22 ° C.
By the above operation, in the organic molecule-containing liquid, the hydroxyl group or silanol group on the main surface of each substrate and the trichlorosilyl group at the end of CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 (organic molecule) ( The condensation reaction (dehydrochlorination reaction) with -SiCl 3 ) was allowed to proceed.
形成した単分子膜は赤外分光分析装置、核磁気共鳴装置、有機質量分析装置、二次イオン質量分析装置、X線光電子分光装置、X線反射率測定装置、及び透過型電子顕微鏡により分析した。 The formed monomolecular film was analyzed by an infrared spectroscopic analyzer, a nuclear magnetic resonance apparatus, an organic mass spectrometer, a secondary ion mass spectrometer, an X-ray photoelectron spectrometer, an X-ray reflectivity measuring apparatus, and a transmission electron microscope. .
[赤外分光分析]
赤外分光分析はフーリエ赤外分析装置(サーモエレクトロン社製,Magna550)を用い、高感度反射測定法により測定を行った。図12に示すように、波数2930cm-1にメチレン基の逆対象伸縮振動を観測した。また、波数2888cm-1にメチレン基の対象伸縮振動を観測した。これにより単分子膜のCH2基の存在が確認された。
[Infrared spectroscopy]
Infrared spectroscopic analysis was performed by a highly sensitive reflection measurement method using a Fourier infrared analyzer (manufactured by Thermo Electron, Magna550). As shown in FIG. 12, the inverse target stretching vibration of the methylene group was observed at a wave number of 2930 cm −1 . Further, the target stretching vibration of the methylene group was observed at a wave number of 2888 cm −1 . This confirmed the presence of CH 2 groups in the monomolecular film.
[1H−核磁気共鳴分析]
核磁気共鳴分析はナノプローブによる微量分析が可能な核磁気共鳴装置(バリアン社製,UNITY INOVA600)を用いて、1H核の測定により行った。測定試料は単分子膜が形成された上記基板を酸化アルミニウムの研磨剤で研磨し、削り取った粉体に重水素化メタノールと水酸化ナトリウムを加え、溶液を加熱して単分子膜成分を基板から外すことによって調製した。図13に示すように、0.72ppmと2.35ppmに積分強度が各2Hの信号を観測した。これらはそれぞれSiの隣のCH2、CF2基の隣のCH2であると帰属された。これにより単分子膜の−CH2CH2−の存在が確認された。
[ 1 H-nuclear magnetic resonance analysis]
Nuclear magnetic resonance analysis was performed by measuring 1 H nuclei using a nuclear magnetic resonance apparatus (Varian, UNITY INOVA600) capable of microanalysis using a nanoprobe. The measurement sample is obtained by polishing the substrate on which the monomolecular film is formed with an aluminum oxide abrasive, adding deuterated methanol and sodium hydroxide to the scraped powder, and heating the solution to remove the monomolecular component from the substrate. It was prepared by removing. As shown in FIG. 13, signals with an integrated intensity of 2H were observed at 0.72 ppm and 2.35 ppm. They were assigned to be a CH 2 adjacent to the CH 2, CF 2 group next to Si, respectively. Thus -CH 2 CH 2 monolayers - presence of was confirmed.
[19F−核磁気共鳴分析]
上記と同様にナノプローブによる微量分析が可能な核磁気共鳴装置(バリアン社製,UNITY INOVA600)を用いて、19F核の測定を行った。試料は1H−核の測定と同様にして調製したものを用いた。図14に示すように、−126.5ppmに積分強度が2Fの信号、−123.5ppm、−123.0ppm及び−121.9ppmにそれぞれ積分強度が2Fずつの信号と−122.2ppmに積分強度が4Fの信号、−116.2ppmに積分強度が2Fの信号、−81.6ppmに積分強度が3Fの信号を観測した。これらはそれぞれCF3基の隣のCF2、CF2CF2CF2CF2CF2、CH2の隣のCF2、CF3であると帰属された。これにより単分子膜のCF3(CF2)7CH2−の存在が確認された。
[ 19 F-nuclear magnetic resonance analysis]
19 F nuclei were measured using a nuclear magnetic resonance apparatus (Varian, UNITY INOVA600) capable of microanalysis using a nanoprobe in the same manner as described above. A sample prepared in the same manner as the measurement of 1 H-nucleus was used. As shown in FIG. 14, a signal having an integrated intensity of 2F at -126.5 ppm, a signal having an integrated intensity of 2F at -123.5 ppm, -123.0 ppm and -121.9 ppm, and an integrated intensity at -122.2 ppm, respectively. Of 4F, a signal of 2F integrated intensity at -116.2 ppm, and a signal of 3F integrated intensity at -81.6 ppm. It was assigned to be CF 2, CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2, CF 2 next to the CH 2, CF 3 next to each CF 3 group. This confirmed the presence of CF 3 (CF 2 ) 7 CH 2 — in the monomolecular film.
[有機質量分析]
有機質量分析は飛行時間型二次イオン質量分析装置(PHI-CEA社製 TRIFT-II型飛行時間型二次イオン質量分析装置)を用い、単分子膜が形成された基板表面を分析した。その結果、図15に示すように正イオンの分析で、質量数31、69、119、169を観測した。これら各質量数はそれぞれCF+、CF3 +、C2F5 +、C3F7 +であると帰属された。また、図16に示すように負イオンの分析で、質量数19、38、69、119、169を観測した。これら各質量数はそれぞれF−、F2 −、CF3 −、C2F5 −、C3F7 −であると帰属された。これにより単分子膜のCF3CF2CF2−が確認された。
[Organic mass spectrometry]
Organic mass spectrometry used a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TRIFT-II type time-of-flight secondary ion mass spectrometer manufactured by PHI-CEA) to analyze the substrate surface on which the monomolecular film was formed. As a result, mass numbers 31, 69, 119, and 169 were observed by positive ion analysis as shown in FIG. These mass numbers were assigned to be CF + , CF 3 + , C 2 F 5 + , and C 3 F 7 + , respectively. Further, as shown in FIG. 16, mass numbers 19, 38, 69, 119, and 169 were observed by negative ion analysis. These mass numbers were assigned to be F − , F 2 − , CF 3 − , C 2 F 5 − and C 3 F 7 − , respectively. Thereby, CF 3 CF 2 CF 2-as a monomolecular film was confirmed.
[X線光電子分光分析]
また、X線光電子分光装置(SSI社製 SSX-100型)を用いて、単分子膜のC1s結合エネルギーを観測した。図17に示すように、285.8eV、287.3eV、289.2eV、291.1eV、292.5eV、294.9eVを観測した。各エネルギー値はそれぞれCHx(+SiCHx)、CF2CH2、CF、CF2CH2、CF2CF2、CF3に対応することが判った。これらは有機分子、CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3の各断片であることが判った。
[X-ray photoelectron spectroscopy]
Further, the C 1s bond energy of the monomolecular film was observed using an X-ray photoelectron spectrometer (SSX-100 type manufactured by SSI). As shown in FIG. 17, 285.8 eV, 287.3 eV, 289.2 eV, 291.1 eV, 292.5 eV, and 294.9 eV were observed. It was found that each energy value corresponds to CHx (+ SiCHx), CF 2 CH 2 , CF, CF 2 CH 2 , CF 2 CF 2 , and CF 3 , respectively. These were found to be fragments of organic molecules, CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 .
[膜厚分析]
X線反射率測定装置(理学電機社製)を用いて、基板上に形成された単分子膜の膜厚を測定した。その結果、膜厚は2.26nmであった。
[Thickness analysis]
The film thickness of the monomolecular film formed on the substrate was measured using an X-ray reflectivity measuring apparatus (manufactured by Rigaku Corporation). As a result, the film thickness was 2.26 nm.
また、透過型電子顕微鏡(日立製作所社製H-9000UHR)を用いて、単分子膜を形成した基板上にエポキシ樹脂を被覆し、断面の観察を行った。図18に示すように、得られた画像から基板上に形成された単分子膜の膜厚を測定した。その結果、膜厚は2〜2.5nmであった。 Further, using a transmission electron microscope (H-9000UHR manufactured by Hitachi, Ltd.), the epoxy resin was coated on the substrate on which the monomolecular film was formed, and the cross section was observed. As shown in FIG. 18, the thickness of the monomolecular film formed on the substrate was measured from the obtained image. As a result, the film thickness was 2 to 2.5 nm.
これら各分析結果から、基板上に形成された膜は相補的におよそ一分子長で基板に対して並んだ単分子膜様の形状をしていることが確認された。 From each of these analysis results, it was confirmed that the film formed on the substrate had a monomolecular film-like shape that was complementary to the substrate with a length of about one molecule.
(実施例1)
以下、図8〜図10を用いて説明する手順により図7に示した試料検査装置102と同様の構成を有する試料検査装置を作製した。
Example 1
Hereinafter, a sample inspection apparatus having the same configuration as that of the sample inspection apparatus 102 shown in FIG. 7 was manufactured according to the procedure described with reference to FIGS.
半導体薄膜製造技術により得られる図2に示した基板1と同様の構成を有する基板81(半導体集積回路基板、主面の大きさ:15mm×25mm,厚さ:0.8mm,等間隔で2次元配列されたフォトダイオードの数:120,000個,等間隔で2次元配列されたフォトダイオードの密度:37000/cm2)を準備した。 A substrate 81 (semiconductor integrated circuit substrate, main surface size: 15 mm × 25 mm, thickness: 0.8 mm, two-dimensional at regular intervals) having the same structure as the substrate 1 shown in FIG. The number of photodiodes arranged: 120,000, the density of photodiodes arranged two-dimensionally at equal intervals: 37000 / cm 2 ) was prepared.
次に、本発明に係る単分子膜形成工程に基づき以下の手順で基板81の主面(試料載置面となる側の面)に単分子膜83を形成した。 Next, the monomolecular film 83 was formed on the main surface of the substrate 81 (surface on the side on which the sample is placed) according to the following procedure based on the monomolecular film forming step according to the present invention.
先ず、基板81の主面を超純水で洗浄し、温風により表面に付着した超純水の液滴を除去した。次に、洗浄後の基板81の主面に、スピンナーを用いてポジレジスト(東京応化社製,商品名「OFPR5000」)を塗布し、この塗布面上にマスクパターン(基板81中のフォトダイオードの配置条件に対応するパターンを有する)を配置した。 First, the main surface of the substrate 81 was washed with ultrapure water, and droplets of ultrapure water adhering to the surface were removed by warm air. Next, a positive resist (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd., trade name “OFPR5000”) is applied to the main surface of the substrate 81 after cleaning using a spinner, and a mask pattern (the photodiodes in the substrate 81 is applied). Having a pattern corresponding to the arrangement condition).
次に、塗布面に対して、ステッパー(投影露光装置)を用いて紫外線露光、続いて現像及び洗浄を行うことにより、図8(a)及び図8(b)に示す基板81の主面にマスクパターンに基づくレジストパターンを形成した。図8(a)は、上記レジストパターンを模式的に示す断面図であり、図8(b)は図8(a)に示したレジストパターンを基板81の主面の法線方向から観察した場合の顕微鏡写真を示す図である。 Next, the coated surface is subjected to ultraviolet exposure using a stepper (projection exposure apparatus), followed by development and cleaning, so that the main surface of the substrate 81 shown in FIGS. 8A and 8B is formed. A resist pattern based on the mask pattern was formed. FIG. 8A is a cross-sectional view schematically showing the resist pattern, and FIG. 8B is a case where the resist pattern shown in FIG. 8A is observed from the normal direction of the main surface of the substrate 81. FIG.
図8(b)において、複数の長方形パターンが、レジストパターン82であり、その大きさは長さ60μm×幅20μmであった。なお、基板81の主面のうちのレジストパターン82が形成されていない領域は第1の領域(単分子膜が形成される領域)となる領域であり、レジストパターン82が形成された領域は第2の領域(凹部の底面)となる領域である。 In FIG. 8B, a plurality of rectangular patterns are resist patterns 82, and the size thereof is 60 μm long × 20 μm wide. In addition, the area | region where the resist pattern 82 is not formed of the main surfaces of the board | substrate 81 is an area | region used as 1st area | region (area | region where a monomolecular film is formed), and the area | region where the resist pattern 82 was formed is the 1st area | region. This is a region to be a region 2 (the bottom surface of the recess).
一方、有機分子としてCF3(CF2)7(CH2)2SiCl3(信越化学工業社製)をハイドロフルオロエーテル(住友スリーエム社製:商品名「HFE−7200」)に溶解し、2質量%の有機分子含有液を調製した。そして、レジストパターン82を形成した基板81をこの溶液中に15分間浸漬させた。浸漬後、溶液から取り出した基板81を直ちにハイドロフルオロエーテルを用いて洗浄し、基板81表面に余分に付着したCF3(CF2)7(CH2)2SiCl3等を除去した。次に、基板81を自然乾燥させて、基板81表面に付着した洗浄用ハイドロフルオロエーテルを除去した。なお、有機分子含有液の調製から基板の乾燥までの操作は、乾燥窒素ガスを導入して乾燥雰囲気としたグローブボックス内で行った。その際、有機分子含有液に接触するグローブボックス内の気相(窒素ガス雰囲気)の水分量は、22℃における相対湿度値に換算して表現した場合、該相対湿度値が5%以下となるように調節した。 On the other hand, CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as an organic molecule is dissolved in hydrofluoroether (manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd .: trade name “HFE-7200”). % Organic molecule-containing liquid was prepared. Then, the substrate 81 on which the resist pattern 82 was formed was immersed in this solution for 15 minutes. After the immersion, the substrate 81 taken out of the solution was immediately washed with hydrofluoroether to remove CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 and the like that were excessively attached to the surface of the substrate 81. Next, the substrate 81 was naturally dried to remove the cleaning hydrofluoroether adhering to the surface of the substrate 81. The operations from the preparation of the organic molecule-containing liquid to the drying of the substrate were performed in a glove box in which dry nitrogen gas was introduced to create a dry atmosphere. At that time, when the moisture content in the gas phase (nitrogen gas atmosphere) in the glove box in contact with the organic molecule-containing liquid is expressed in terms of a relative humidity value at 22 ° C., the relative humidity value is 5% or less. Adjusted as follows.
以上の操作により、有機分子含有液中で、基板81の主面の水酸基やシラノール基と、CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3(有機分子)の末端にあるトリクロロシリル基(−SiCl3)との縮合反応(脱塩化水素反応)を進行させた。その結果、図9(a)に示すように、基板81の主面のレジストパターン82が形成されていない領域にシロキサン結合(−Si−O−)によって強固に固定された単分子膜83を形成した。 Through the above operation, in the organic molecule-containing liquid, the hydroxyl group or silanol group on the main surface of the substrate 81 and the trichlorosilyl group at the end of CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 (organic molecule) ( The condensation reaction (dehydrochlorination reaction) with -SiCl 3 ) was allowed to proceed. As a result, as shown in FIG. 9A, a monomolecular film 83 firmly fixed by a siloxane bond (—Si—O—) is formed in a region where the resist pattern 82 of the main surface of the substrate 81 is not formed. did.
次に、グローブボックスから、単分子膜83が形成された基板81を取り出し、基板81の主面の顕微鏡観察を行った。図9(b)の顕微鏡写真に示すように、レジストパターン82が形成されていない領域に単分子膜83が形成されたことが確認された。更に、この顕微鏡観察から、レジストパターン82は、剥離、部分的な欠如、膨潤等が起こることなく、形成直後と同じ状態を保っていることが確認された。 Next, the substrate 81 on which the monomolecular film 83 was formed was taken out of the glove box, and the main surface of the substrate 81 was observed with a microscope. As shown in the micrograph of FIG. 9B, it was confirmed that the monomolecular film 83 was formed in the region where the resist pattern 82 was not formed. Furthermore, from this microscopic observation, it was confirmed that the resist pattern 82 was kept in the same state as that immediately after the formation without peeling, partial lack, swelling or the like.
更に、基板81をアセトン(関東化学社製)に浸漬し、基板81の主面のレジストパターン82を完全に溶解させて除去した(図10参照)。次に、基板81を超純水により洗浄し、その後乾燥させた。次に、乾燥後の基板81の主面を顕微鏡で観察した。顕微鏡観察の結果、基板81の表面からレジストパターン82が完全に除去されたことが確認された。すなわち、レジストパターン82が形成されていた領域は表面が露出し、その他の領域には表面上に単分子膜83が形成された基板81を得ることができたことが確認された。 Further, the substrate 81 was immersed in acetone (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and the resist pattern 82 on the main surface of the substrate 81 was completely dissolved and removed (see FIG. 10). Next, the substrate 81 was washed with ultrapure water and then dried. Next, the main surface of the substrate 81 after drying was observed with a microscope. As a result of microscopic observation, it was confirmed that the resist pattern 82 was completely removed from the surface of the substrate 81. In other words, it was confirmed that the surface of the region where the resist pattern 82 was formed was exposed, and the substrate 81 having the monomolecular film 83 formed on the surface could be obtained in the other regions.
また、顕微鏡観察の結果、基板81の主面に形成された各凹部の底面の大きさは約20μm×約60μmであり、合計120,000個形成することができたことが確認された。すなわち、基板81の主面の単位面積(1cm2)当たり37,000個の凹部(容積:1.2×10-3pL)を形成できたことが確認された。 As a result of microscopic observation, it was confirmed that the size of the bottom surface of each recess formed on the main surface of the substrate 81 was about 20 μm × about 60 μm, and a total of 120,000 pieces could be formed. That is, it was confirmed that 37,000 recesses (volume: 1.2 × 10 −3 pL) could be formed per unit area (1 cm 2 ) of the main surface of the substrate 81.
次に、このようにして作製した基板81に液体を滴下し、各凹部に収容された液滴同士のコンタミネーションの発生が十分に防止可能か否かを確認した。 Next, a liquid was dropped onto the substrate 81 thus manufactured, and it was confirmed whether or not the occurrence of contamination between the droplets accommodated in the respective recesses could be sufficiently prevented.
先ず、単分子膜83が形成された基板81の主面全体に、2質量%の塩化ナトリウム水溶液を塗布し、各凹部に塩化ナトリウム水溶液84からなる液滴(9pL,高さ:約10μm)を塗布した(図11(a)参照)。次に、この基板81を乾燥させた後、基板81の主面の顕微鏡観察を行った。その顕微鏡写真の結果を図11(b)に示す。図11(b)に示した結果から明らかなように、基板81の凹部のみに柱状の塩化ナトリウム結晶85(底面の大きさ:約20μm×約60μm)が選択的に形成されていることが確認された。なお、すべての塩化ナトリウム結晶85が凹部の位置にのみ選択的に形成されていることが確認された。 First, a 2% by mass sodium chloride aqueous solution is applied to the entire main surface of the substrate 81 on which the monomolecular film 83 is formed, and a droplet (9 pL, height: about 10 μm) made of the sodium chloride aqueous solution 84 is applied to each recess. It applied (refer Fig.11 (a)). Next, after the substrate 81 was dried, the main surface of the substrate 81 was observed with a microscope. The result of the micrograph is shown in FIG. As is clear from the results shown in FIG. 11B, it is confirmed that columnar sodium chloride crystals 85 (bottom size: about 20 μm × about 60 μm) are selectively formed only in the recesses of the substrate 81. It was done. It was confirmed that all the sodium chloride crystals 85 were selectively formed only at the positions of the recesses.
更に、塩化ナトリウム水溶液に代えて、SYBR−Greenを含有するDNA水溶液を用いて同様の確認試験を行った。DNA水溶液として、DNAプローブ(長さ:40bp)の水溶液を使用した。その結果、当該DNA水溶液からなる微小な液滴を、コンタミネーションさせることなく、基板1の露出部分のみに規則的に配置できることを確認した。なお、DNAプローブは37,000個/cm2の密度で設けることができた。 Furthermore, it replaced with sodium chloride aqueous solution, and performed the same confirmation test using DNA aqueous solution containing SYBR-Green. As an aqueous DNA solution, an aqueous solution of a DNA probe (length: 40 bp) was used. As a result, it was confirmed that minute droplets made of the DNA aqueous solution could be regularly arranged only on the exposed portion of the substrate 1 without contamination. The DNA probes could be provided at a density of 37,000 pieces / cm 2 .
上記実施例では有機分子としてCF3(CF2)7(CH2)2SiCl3が用いられたが、本明細書に列挙した他の有機分子でも同様に基板上に疎水性の単分子膜を形成することができる。 In the above embodiment, CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 was used as the organic molecule, but other organic molecules listed in the present specification similarly form a hydrophobic monomolecular film on the substrate. Can be formed.
本発明の試料検査装置は、反応条件、成分組成条件等の条件を変えた膨大な数のサンプルの分析を一度に行うことが要求される技術分野、例えば、医薬品開発におけるドラックスクリーニング、遺伝子解析、タンパク質解析、1塩基多型検出等を行う技術分野における分析装置として有用である。 The sample inspection apparatus of the present invention is a technical field that requires analysis of a huge number of samples at different conditions such as reaction conditions and component composition conditions, for example, drug screening, drug analysis, It is useful as an analyzer in the technical field for performing protein analysis, single nucleotide polymorphism detection, and the like.
1・・・基板(半導体集積回路基板)、2・・・単分子膜、3・・・凹部、4・・・CPU、5・・・メモリー部、6・・・データ出入力部、7・・・半導体層、8・・・無機酸化物層、9・・・層間絶縁膜、10・・・絶縁膜、11・・・カラーフィルタ、12・・・保護層、40・・・液滴供給部、50,50A・・・ノズル、70・・・光電変換部、72・・・pウェル、74・・・n型領域、100,101,102・・・試料検査装置、F1・・・試料載置面、F11・・・第1の領域、F12・・・第2の領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate (semiconductor integrated circuit board), 2 ... Monomolecular film, 3 ... Recess, 4 ... CPU, 5 ... Memory part, 6 ... Data input / output part, 7 ..Semiconductor layer 8 ... Inorganic oxide layer 9 ... Interlayer insulating film 10 ... Insulating film 11 ... Color filter 12 ... Protective layer 40 ... Drop supply Part, 50, 50A ... nozzle, 70 ... photoelectric conversion part, 72 ... p-well, 74 ... n-type region, 100, 101, 102 ... sample inspection device, F1 ... sample Placement surface, F11... First region, F12... Second region.
Claims (29)
前記試料載置面は、疎水性の第1の単分子膜により被覆される第1の領域と、内部が前記第1の単分子膜に被覆されておらず全外周部分が前記第1の領域により囲まれる2以上の第2の領域と、に少なくとも区分されており、
前記凹部の底面は前記第2の領域により形成されており、前記凹部の全内側面を含む外周部分は前記第1の領域を被覆する前記第1の単分子膜により形成されており、
前記基板の内部には、前記2以上の凹部のそれぞれに収容された前記2以上の液滴のそれぞれから放出される光をそれぞれ独立に光電変換可能な2以上の光電変換部が、前記2以上の凹部のそれぞれに対して1対1で対応するように設けられており、
前記第1の単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、前記試料載置面に共有結合により固定されており、
前記凹部の底面が、前記光に対する光透過性を有する材料からなる第2の単分子膜により更に被膜されており、
前記第2の単分子膜の厚さは、前記第1の領域を被覆する前記第1の単分子膜の厚さ以下であり、
前記第2の単分子膜の表面には、前記液滴に含まれる溶媒と少なくとも水素結合可能な親水性の第4特性基が結合されており、
前記第2の単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、前記試料載置面に共有結合により固定されていること、
を特徴とする試料検査装置。
At least a substrate having a sample mounting surface provided with two or more recesses for independently containing two or more droplets containing a measurement object to be analyzed;
The sample mounting surface has a first region covered with a hydrophobic first monomolecular film, and an inner periphery thereof is not covered with the first monomolecular film and the entire outer peripheral portion is the first region. And at least divided into two or more second regions surrounded by
The bottom surface of the recess is formed by the second region, and the outer peripheral portion including the entire inner surface of the recess is formed by the first monomolecular film covering the first region,
In the substrate, two or more photoelectric conversion units capable of independently photoelectrically converting light emitted from each of the two or more droplets accommodated in each of the two or more recesses are the two or more. Are provided so as to correspond one-to-one with each of the recesses of
The first monomolecular film is formed using an organic molecule, and is fixed to the sample mounting surface by a covalent bond ,
The bottom surface of the concave portion is further coated with a second monomolecular film made of a material having optical transparency to the light,
A thickness of the second monomolecular film is equal to or less than a thickness of the first monomolecular film covering the first region;
A hydrophilic fourth characteristic group capable of at least hydrogen bonding with the solvent contained in the droplet is bonded to the surface of the second monomolecular film,
The second monomolecular film is formed using an organic molecule, and is fixed to the sample mounting surface by a covalent bond ,
Sample inspection device characterized by
The sample inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the first monomolecular film is 0.5 to 50 nm.
前記基板として、前記有機分子と結合する末端部分に、−OH、−NH2、=N−H、及び、−SHからなる群より選択される少なくとも1種の構造を少なくとも有する親水性の第1特性基を前記試料載置面に有する基板を使用し、
前記有機分子として、前記第1特性基と縮合反応可能な第2特性基を分子鎖の一端に有し、かつ、疎水性の第3特性基を前記分子鎖の他端に有する有機分子を使用し、
前記有機分子を前記試料載置面に接触させ、前記第1特性基と前記第2特性基との縮合反応を進行させる、単分子膜形成工程を経て形成されている請求項1〜4のうちの何れか一項に記載の試料検査装置。
The first monomolecular film is:
As the substrate, a hydrophilic first having at least one structure selected from the group consisting of —OH, —NH 2 , ═N—H, and —SH at a terminal portion bonded to the organic molecule. Using a substrate having a characteristic group on the sample mounting surface,
As the organic molecule, an organic molecule having a second characteristic group capable of condensation reaction with the first characteristic group at one end of the molecular chain and a hydrophobic third characteristic group at the other end of the molecular chain is used. And
The organic molecule is brought into contact with the sample mounting surface, and formed through a monomolecular film forming step in which a condensation reaction between the first characteristic group and the second characteristic group proceeds. The sample inspection apparatus according to any one of the above.
前記第1工程において、前記有機分子含有液に接触している気相中の水分量を、22℃における相対湿度値に換算して表現した場合、該相対湿度値が35%以下となるように調節する請求項5に記載の試料検査装置。 In the monomolecular film forming step, the condensation reaction is carried out by bringing an organic molecule-containing liquid obtained by adding the organic molecules into an aprotic solvent in a container and a sample mounting surface of the substrate. Includes a first step to proceed,
In the first step, when the moisture content in the gas phase in contact with the organic molecule-containing liquid is expressed in terms of a relative humidity value at 22 ° C., the relative humidity value is 35% or less. The sample inspection apparatus according to claim 5 to be adjusted.
前記第2特性基として、前記第1特性基と縮合反応可能な下記一般式(1)で表される特性基を有しており、
前記第3特性基として、メチル基、ハロゲン置換メチル基、ビニル基、炭素数が2〜4の環状エーテル基、フェニル基、ハロゲン置換フェニル基、及び、シアノ基からなる群より選択される特性基を有しており、かつ、
前記第2特性基と前記第3特性基との間に、下記一般式(2)で表される2価の有機基が結合した構造を有している請求項1〜6のうちの何れか一項に記載の試料検査装置。
[式(1)中、Z1はF、Cl、Br、I、−OH、−SCN、−NCO、及び、炭素数が1〜5のアルコキシ基からなる群より選択される少なくとも1種の原子又は原子団を示し、Z2は、H、及び、炭素数が1〜5のアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種の原子又は原子団を示し、aは1〜3の整数を示し、
式(2)中、Eは、H及びFからなる群より選択される少なくとも1種の原子を示し、bは2〜22の整数を示す。] The organic molecule is
The second characteristic group has a characteristic group represented by the following general formula (1) capable of condensation reaction with the first characteristic group,
As the third characteristic group, a characteristic group selected from the group consisting of a methyl group, a halogen-substituted methyl group, a vinyl group, a cyclic ether group having 2 to 4 carbon atoms, a phenyl group, a halogen-substituted phenyl group, and a cyano group And
The structure according to any one of claims 1 to 6, which has a structure in which a divalent organic group represented by the following general formula (2) is bonded between the second characteristic group and the third characteristic group. The sample inspection apparatus according to one item.
[In the formula (1), Z 1 is at least one atom selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, —OH, —SCN, —NCO, and an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms. Or Z 2 represents at least one atom or atomic group selected from the group consisting of H and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and a represents an integer of 1 to 3. ,
In formula (2), E represents at least one atom selected from the group consisting of H and F, and b represents an integer of 2 to 22. ]
前記第2特性基として、前記第1特性基と縮合反応可能な下記一般式(1)で表される特性基を有しており、
前記第3特性基として、メチル基、ハロゲン置換メチル基、ビニル基、炭素数が2〜4の環状エーテル基、フェニル基、ハロゲン置換フェニル基、及び、シアノ基からなる群より選択される1価の基を2つ有しており、かつ、
前記第2特性基と前記第3特性基との間に、下記一般式(4)で表される3価の有機基が結合した構造を有している請求項1〜6のうちの何れか一項に記載の試料検査装置。
式(4)中、CjL2jは前記第2特性基に結合する特性基であり、CmG2m及びCnJ2nは前記第3特性基に結合する特性基であり、G、J及びLはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、H及びFからなる群より選択される少なくとも1種の原子を示し、jは1〜18の整数を示し、m及びnはそれぞれ独立に0〜7の整数を示す。] The organic molecule is
The second characteristic group has a characteristic group represented by the following general formula (1) capable of condensation reaction with the first characteristic group,
The third characteristic group is a monovalent group selected from the group consisting of a methyl group, a halogen-substituted methyl group, a vinyl group, a cyclic ether group having 2 to 4 carbon atoms, a phenyl group, a halogen-substituted phenyl group, and a cyano group. Having two groups, and
Any one of Claims 1-6 which has the structure which the trivalent organic group represented by following General formula (4) couple | bonded between the said 2nd characteristic group and the said 3rd characteristic group. The sample inspection apparatus according to one item.
In the formula (4), C j L 2j is a characteristic group bonded to the second characteristic group, C m G 2m and C n J 2n are characteristic groups bonded to the third characteristic group, and G, J And L may be the same or different, and each represents at least one atom selected from the group consisting of H and F; j represents an integer of 1 to 18; Independently represents an integer of 0 to 7. ]
0≦m≦14…(I)
0≦n≦15…(II)
2≦(m+n)≦22…(III)
を同時に満たす整数を示す。] The sample inspection apparatus according to claim 7, wherein the organic molecule has a structure represented by any one of the following general formulas (20) to (29).
0 ≦ m ≦ 14 (I)
0 ≦ n ≦ 15 (II)
2 ≦ (m + n) ≦ 22 (III)
An integer that satisfies ]
0≦r≦14…(IV)
0≦s≦15…(V)
2≦(r+s)≦22…(VI)
を同時に満たす整数を示す。] The sample inspection apparatus according to claim 8, wherein the organic molecule has a structure represented by any one of the following general formulas (30) to (39).
0 ≦ r ≦ 14 (IV)
0 ≦ s ≦ 15 (V)
2 ≦ (r + s) ≦ 22 (VI)
An integer that satisfies ]
0≦r≦14…(IV)
0≦s≦15…(V)
2≦(r+s)≦22…(VI)
を同時に満たす整数を示す。] The sample inspection apparatus according to claim 9, wherein the organic molecule has a structure represented by any one of the following general formulas (40) to (49).
0 ≦ r ≦ 14 (IV)
0 ≦ s ≦ 15 (V)
2 ≦ (r + s) ≦ 22 (VI)
An integer that satisfies ]
前記試料載置面の単位面積当たりに形成される前記凹部の数が100万個/cmThe number of the concave portions formed per unit area of the sample mounting surface is 1,000,000 / cm. 22 〜800万個/cm~ 8 million pieces / cm 22 であり、And
前記第1の単分子膜の厚さが0.5nm〜10nmであり、The first monomolecular film has a thickness of 0.5 nm to 10 nm;
前記凹部に収容される液滴の体積が0.01pL〜1.2pLである請求項1に記載の試料検査装置。The sample inspection apparatus according to claim 1, wherein a volume of a droplet accommodated in the concave portion is 0.01 pL to 1.2 pL.
The fourth characteristic group includes —OH, —NH 2 , ═N—H, —SH, —SO 3 H, —SO 2 H, —PO 3 H, —PO 3 H 2 , —CHO, and —CO. The sample inspection apparatus according to claim 1 , comprising at least one structure selected from the group consisting of 2 H.
The sample inspection apparatus according to claim 1 or 18, wherein a probe that reacts with a measurement object to be analyzed is fixed on a surface of the second monomolecular film.
前記試料載置面を有し、前記液滴から放出される前記光に対する光透過性を有する最上部の層と、
前記最上部の層の裏面に接合された状態で配置されており、前記2以上の光電変換部を含む半導体層と、
を少なくとも有する積層体からなり、
前記2以上の光電変換部のそれぞれに、光電変換素子が備えられている請求項1〜20のうちの何れか一項に記載の試料検査装置。 The substrate is
An uppermost layer having the sample placement surface and having optical transparency to the light emitted from the droplet;
A semiconductor layer disposed in a state bonded to the back surface of the uppermost layer, and including the two or more photoelectric conversion units;
A laminate having at least
The sample inspection apparatus according to claim 1, wherein a photoelectric conversion element is provided in each of the two or more photoelectric conversion units.
前記ノズルを移動させることにより、前記凹部に対する前記ノズルの位置を調節する制御部と、
を更に備えている請求項1〜21のうちの何れか一項に記載の試料検査装置。 A droplet supply unit that is disposed above the sample mounting surface and has a nozzle that discharges a droplet including the measurement object to be analyzed toward the recess;
A controller that adjusts the position of the nozzle relative to the recess by moving the nozzle;
The sample inspection apparatus according to any one of claims 1 to 21, further comprising:
前記試料載置面の前記第2の領域となるべき領域を被覆するためのレジストパターンを形成し、前記試料載置面の前記レジストパターンの形成されていない領域を前記第1の領域とし、
前記レジストパターンを形成した後の前記試料載置面に前記有機分子を接触させることにより、前記第1の領域にのみ前記第1の単分子膜を選択的に被覆し、次いで、前記レジストパターンを除去することにより、前記2以上の凹部を形成する請求項5〜23のうちの何れか一項に記載の試料検査装置。
In the monomolecular film forming step,
Forming a resist pattern for covering the region to be the second region of the sample mounting surface, and defining the region of the sample mounting surface where the resist pattern is not formed as the first region;
By contacting the organic molecules with the sample mounting surface after forming the resist pattern, the first monomolecular film is selectively covered only in the first region, and then the resist pattern is coated with the resist pattern. The sample inspection apparatus according to any one of Claims 5 to 23, wherein the two or more recesses are formed by removing.
前記試料載置面に前記第1の単分子膜を形成し、
前記試料載置面の前記第1の領域となるべき領域を被覆している第1の単分子膜を紫外線から選択的に保護するためのフォトマスクを使用し、
前記フォトマスクを介して前記第1の単分子膜を形成した後の前記試料載置面に前記紫外線を照射し、前記試料載置面の前記第2の領域となるべき領域を被覆している第1の単分子膜のみを選択的に除去することにより、前記2以上の凹部を形成する請求項5〜23のうちの何れか一項に記載の試料検査装置。
In the monomolecular film forming step,
Forming the first monomolecular film on the sample mounting surface;
Using a photomask for selectively protecting the first monomolecular film covering the region to be the first region of the sample mounting surface from ultraviolet rays,
The sample mounting surface after the first monomolecular film is formed through the photomask is irradiated with the ultraviolet rays to cover the region to be the second region of the sample mounting surface. The sample inspection apparatus according to any one of claims 5 to 23, wherein the two or more concave portions are formed by selectively removing only the first monomolecular film.
前記基板の第1特性基が結合された側の主面を、分析すべき測定対象物を含む2以上の液滴をそれぞれ独立に固定するための試料載置面とし、該試料載置面を、疎水性の第1の単分子膜により被覆される第1の領域と、内部が前記第1の単分子膜に被覆されておらず全外周部分が前記第1の領域により囲まれる2以上の第2の領域と、に少なくとも区分し、前記第1の領域のみに選択的に前記第1の単分子膜を形成することにより、前記2以上の液滴をそれぞれ独立に収容するための2以上の凹部を、前記2以上の光電変換部のそれぞれに対して1対1で対応するように設ける単分子膜形成工程と、
を少なくとも含んでおり、
前記凹部の底面が、光透過性を有する材料からなる第2の単分子膜により更に被膜されており、
前記第2の単分子膜の厚さは、前記第1の領域を被覆する前記第1の単分子膜の厚さ以下であり、
前記第2の単分子膜の表面には、前記液滴に含まれる溶媒と少なくとも水素結合可能な親水性の第4特性基が結合されており、
前記第2の単分子膜は、有機分子を用いて形成されており、かつ、前記試料載置面に共有結合により固定されており、
前記単分子膜形成工程において、
前記第1特性基と縮合反応可能な第2特性基を分子鎖の一端に有し、かつ、疎水性の第3特性基を前記分子鎖の他端に有する有機分子を前記第1の単分子膜の原料として使用し、
得られる前記凹部の底面が前記第2の領域により形成され、前記凹部の全内側面を含む外周部分が前記第1の領域を被覆する前記第1の単分子膜により形成されるように、前記有機分子を前記試料載置面に接触させ、前記第1特性基と前記第2特性基との縮合反応を進行させ、前記第1の単分子膜を前記試料載置面に共有結合により固定された状態で形成すること、
を特徴とする試料検査装置の製造方法。
Two or more photoelectric conversion units are built in a two-dimensional array, and at least one of the two main surfaces facing each other is —OH, —NH 2 , ═N—H, and A substrate forming step of forming a substrate to which a hydrophilic first characteristic group having at least one structure selected from the group consisting of -SH is bonded;
The main surface of the substrate to which the first characteristic group is bonded is used as a sample mounting surface for independently fixing two or more droplets containing the measurement object to be analyzed, and the sample mounting surface is a first region which is covered by the first monolayer of hydrophobic, 2 or more of the total peripheral portion not internally coated on the first monolayer is surrounded by said first region Two or more for independently containing the two or more droplets by forming at least the first region and selectively forming the first monomolecular film only in the first region. A monomolecular film forming step in which the concave portion is provided so as to correspond to each of the two or more photoelectric conversion portions on a one-to-one basis;
At least
The bottom surface of the recess is further coated with a second monomolecular film made of a light-transmitting material,
A thickness of the second monomolecular film is equal to or less than a thickness of the first monomolecular film covering the first region;
A hydrophilic fourth characteristic group capable of at least hydrogen bonding with the solvent contained in the droplet is bonded to the surface of the second monomolecular film,
The second monomolecular film is formed using an organic molecule, and is fixed to the sample mounting surface by a covalent bond,
In the monomolecular film forming step,
An organic molecule having a second characteristic group capable of condensation reaction with the first characteristic group at one end of the molecular chain and having a hydrophobic third characteristic group at the other end of the molecular chain is the first single molecule. Used as raw material for membranes,
The bottom surface of the obtained recess is formed by the second region, and the outer peripheral portion including the entire inner surface of the recess is formed by the first monomolecular film covering the first region. An organic molecule is brought into contact with the sample mounting surface, a condensation reaction between the first characteristic group and the second characteristic group proceeds, and the first monomolecular film is fixed to the sample mounting surface by a covalent bond. Forming in the state
A method of manufacturing a sample inspection apparatus characterized by the above.
前記第1工程において、前記有機分子含有液に接触している気相中の水分量を、22℃における相対湿度値に換算して表現した場合、該相対湿度値が35%以下となるように調節する請求項26に記載の試料検査装置の製造方法。 In the monomolecular film forming step, the condensation reaction is carried out by bringing an organic molecule-containing liquid obtained by adding the organic molecules into an aprotic solvent in a container and a sample mounting surface of the substrate. Includes a first step to proceed,
In the first step, when the moisture content in the gas phase in contact with the organic molecule-containing liquid is expressed in terms of a relative humidity value at 22 ° C., the relative humidity value is 35% or less. 27. A method of manufacturing a sample inspection apparatus according to claim 26, wherein the adjustment is performed.
前記試料載置面の前記第2の領域となるべき領域を被覆するためのレジストパターンを形成し、前記試料載置面の前記レジストパターンの形成されていない領域を前記第1の領域とし、
前記レジストパターンを形成した後の前記試料載置面に前記有機分子を接触させることにより、前記第1の領域にのみ前記第1の単分子膜を選択的に被覆し、次いで、前記レジストパターンを除去することにより、前記2以上の凹部を形成する請求項26又は27に記載の試料検査装置の製造方法。
In the monomolecular film forming step,
Forming a resist pattern for covering the region to be the second region of the sample mounting surface, and defining the region of the sample mounting surface where the resist pattern is not formed as the first region;
By contacting the organic molecules with the sample mounting surface after forming the resist pattern, the first monomolecular film is selectively covered only in the first region, and then the resist pattern is coated with the resist pattern. 28. The method of manufacturing a sample inspection apparatus according to claim 26 or 27, wherein the two or more recesses are formed by removing.
前記試料載置面に前記第1の単分子膜を形成し、
前記試料載置面の前記第1の領域となるべき領域を被覆している第1の単分子膜を紫外線から選択的に保護するためのフォトマスクを使用し、
前記フォトマスクを介して前記第1の単分子膜を形成した後の前記試料載置面に前記紫外線を照射し、前記試料載置面の前記第2の領域となるべき領域を被覆している第1の単分子膜のみを選択的に除去することにより、前記2以上の凹部を形成する請求項26又は27に記載の試料検査装置の製造方法。
In the monomolecular film forming step,
Forming the first monomolecular film on the sample mounting surface;
Using a photomask for selectively protecting the first monomolecular film covering the region to be the first region of the sample mounting surface from ultraviolet rays,
The sample mounting surface after the first monomolecular film is formed through the photomask is irradiated with the ultraviolet rays to cover the region to be the second region of the sample mounting surface. 28. The method of manufacturing a sample inspection apparatus according to claim 26, wherein the two or more recesses are formed by selectively removing only the first monomolecular film.
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