JPH05226637A - 微細物の配列方法並びにこれを用いたバイオ素子の製造方法、超微粒子の配列方法、微細配線法及び偏光子の製造方法 - Google Patents

微細物の配列方法並びにこれを用いたバイオ素子の製造方法、超微粒子の配列方法、微細配線法及び偏光子の製造方法

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JPH05226637A
JPH05226637A JP4062130A JP6213092A JPH05226637A JP H05226637 A JPH05226637 A JP H05226637A JP 4062130 A JP4062130 A JP 4062130A JP 6213092 A JP6213092 A JP 6213092A JP H05226637 A JPH05226637 A JP H05226637A
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Takeshi Koyano
武 小谷野
Minoru Saito
稔 斎藤
Hiroo Miyamoto
裕生 宮本
Katsuaki Umibe
勝晶 海部
Masakazu Kato
雅一 加藤
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板２１をアミノプロピルトリエトキシシラ
ン水溶液に浸漬してこの基板にアミノ基を結合させる。
電子ビームでアミノ基を選択的に除去しアミノ基の配列
パターン２３を得る。この基板をビオチン含有の重炭酸
バッファに浸漬しアミノ基の配列パターン２３にビオチ
ン２７を結合させる。この基板をアビジン含有の重炭酸
バッファに浸漬しビオチン２７にアビジン２９を結合さ
せる。一方、アラメシチンが組み込まれたリポソーム懸
濁液中にビオチンを入れこのアラメシチンのアミノ基に
ビオチン２７を結合させビオチン化プロテオリポソーム
１９懸濁液を得る。この懸濁液中に、アビジン２９結合
済みの基板を浸漬する。ビオチン化プロテオリポソーム
１９はアビジン２９を介し基板２１に固定される。 【効果】 リポソーム１９を基板２１に強固にかつ高密
度に固定できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、下地上に微細物の配
列パターンを形成する方法並びにこれを用いたバイオ素
子の製造方法、超微粒子の配列方法、微細配線法及び偏
光子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】種々の分野において、種々の目的のた
め、下地上に微細物を所望の配列で固定することが行な
われている。
【０００３】例えば、この出願人に係る特開昭６３−１
１１４２８号公報には、生体の機能を模倣したバイオ素
子を得る目的で、下地としての基板上に微細物としての
ある機能を有するリポソームを二次元配列する方法が開
示されている。具体的には、基板に抗体をＬＢ（ラング
ミュアブロジェット）法により固定し、この固定された
抗体にエレクトロンビームやイオンビームを選択的に照
射することによって抗体の不要部分を基板から選択的に
除去して基板上に抗体の任意パターンを形成し、この抗
体パターンに上記リポソームを抗原−抗体反応を利用し
て固定する、という方法であった。
【０００４】また、例えば特開平３−７９７７４号公報
には、種々の電子デバイスを得る目的で、下地としての
基板上に微細物としての金属の超微粒子、金属化合物の
超微粒子、セラミックスの超微粒子、酸化物超電導体の
超微粒子あるいは有機物の超微粒子を規則的に配列する
方法が開示されている。具体的には、基板に抗原を２次
元的に規則的に配列し、一方、この抗原に反応するモノ
クロナール抗体と超微粒子とを結合させておき、この抗
体結合済みの超微粒子を前記抗原配列済み基板に抗原−
抗体反応により結合させる、という方法であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
いずれの方法も下地への微細物の配列固定を抗原−抗体
反応を利用して行っていたので、微細物と下地との結合
強度は必ずしも満足のゆくものではなかった。また、微
細物を下地に高密度に固定しようとした場合おのずと限
界があった。
【０００６】また、近年、タンパク質を用いた新しいデ
バイスを構築するための研究が進められている。このよ
うなデバイスが得られれば、生体の脳神経系の優れた情
報処理能力を工学的に実現できる可能性があるからであ
る。その場合、基板上に機能性タンパク質を配列固定す
る必要がある。しかしながら、現在のところこれを実現
できる方法は開発されていないため、その方法が望まれ
ている。
【０００７】また、電子産業においては、より微細な配
線を形成できる技術がますます要求されている。そし
て、この要求を満たすために、配線形成を、従来多用さ
れていた光リソグラフィ技術の代わりに、電子線リソグ
ラフィやＸ線リソグラフィ等の新たな技術で行なうこと
も行なわれている。しかしながら、これらリソグラフィ
技術であっても現在のところクオータマイクロンルール
の配線を形成するのが限界であった。このため、線幅が
数１０ｎｍ以下の配線を簡易に形成できる方法が望まれ
ている。
【０００８】また、例えば文献Ｉ（ＭＥＬＬＥＳ ＧＲ
ＩＯＴ社の１９９０年版カタログ）には、下地としての
ガラス基板上に金属ウイスカーの薄膜から成る細線をリ
ソグラフィ技術により所定間隔で多数並置して偏光子を
形成する方法が開示されている。この偏光子は、ワイヤ
ーを多数並置して構成した従来公知のいわゆるワイヤー
グリッド偏光子と同様なメカニズムで光線の偏光化を行
なうものであるので、金属ウイスカーの薄膜から成る細
線の間隔が偏光されるべき光の波長に適した寸法となる
必要があった。しかしながら、上記細線の間隔を微細化
するにも現行技術では限界があるため、現在のところ、
上記文献Ｉにも示されている通り、波長７５０〜１２５
０ｎｍ用の偏光子、波長１２５０〜１５５０用の偏光子
など、近赤外光用の偏光子が実用化されているにすぎな
い。紫外線領域など短波長用の偏光子を製造するには上
記細線の間隔を２００〜４００ｎｍ程度にしなければな
らないことから、金属細線間の間隔を一層微細化できる
技術が望まれている。
【０００９】この出願はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの出願の第一発明の目的は、下地に
微細物を所定のパターンで配列する際に微細物を下地に
従来より強固に然も従来より高い密度で固定できる方法
を提供することにある。
【００１０】また、この出願の第二発明はリポソームを
下地に任意の配列で従来より強固にかつ高密度に配列固
定できまた下地上にタンパク質を配列することもできる
バイオ素子の製造方法を提供することにある。
【００１１】また、この出願の第三発明は超微粒子を下
地に任意の配列で従来より強固にかつ高密度に配列固定
できる超微粒子の配列方法を提供することにある。
【００１２】また、この出願の第四発明は下地に線幅が
数１０ｎｍ以下の微細配線を形成できる方法を提供する
ことにある。
【００１３】また、この出願の第五発明は金属細線の間
隔を従来より微細にできよって従来より短波長用の偏光
子を製造できる方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願に係る発明者は種々の検討を重ねた。その
結果、従来は抗原の同定のために免役組織化学染色シス
テムとして主に利用されていたアビジンとビチオンとの
特異的結合反応及び又は、ストレプトアビジンとビオチ
ンとの特異的結合反応を、下地への微細物の固定に利用
できないかと考えた。このような特異的結合反応での結
合力が抗原−抗体反応での結合力に比べ１００万倍以上
も強いからである。なお、アビジンとビチオンとの特異
的結合反応を利用した免役組織化学染色システムについ
ての説明、この反応の結合強度についての説明は、例え
ば文献（（株）ニチレイのパンフレット「ヒストファイ
ンＳＡＢ−ＰＯキット」（１９８９年１２月作成））に
開示されている。
【００１５】したがって、この出願の第一発明によれ
ば、下地に微細物を所定の配列で固定するに当たり、下
地への微細物の固定を、アビジンとビオチンとの特異的
結合反応及びストレプトアビジンとビオチンとの特異的
結合反応の双方又は一方を用いて行うことを特徴とす
る。
【００１６】なお、この第一発明において下地とは、微
細物を配列させたい種々のものであることができる。例
えば、半導体装置製造に用いられるシリコン基板や化合
物半導体基板のような半導体基板、偏光子作製に用いる
ガラス基板、及び電子素子作製に用いる無機物または有
機物から成る種々の基板であることができる。勿論、こ
れら基板は、基板上に他の構成成分を既に形成済みのも
のであっても良い。
【００１７】また、この第一発明の実施に当たり、前述
の下地にビオチンの所定の配列パターンを形成し、前述
の微細物にビオチンを結合させ、該ビオチンの配列パタ
ーン形成済みの下地に該ビオチン結合済みの微細物をス
トレプトアビジンまたはアビジンを介して結合させるの
が好適である。または、前述の下地にビオチンの所定の
配列パターンを形成し、前述の微細物にストレプトアビ
ジンまたはアビジンを結合させ、該ビオチンの配列パタ
ーン形成済みの下地に該ストレプトアビジン又はアビジ
ン結合済みの微細物を結合させるのが好適である。
【００１８】さらにこの第一発明の実施に当たり、前述
の下地への前述のビオチンの配列パターンの形成を、下
地全面にアミノ基を結合させ、該結合させたアミノ基群
をパターニングし、該パターニングにより得たアミノ基
のパターンにビオチンを結合させることにより行なう
か、または、前述の下地全面にアミノ基を結合させ、該
アミノ基群にビオチンを結合させ、該ビオチン群をパタ
ーニングすることにより行なうのが好適である。これら
アミノ基のパターニング及びビオチンのパターニング
は、下地全面に形成された前述のアミノ基群又はビオチ
ン群に例えば電子線、レーザ、紫外線またはＸ線を選択
的に照射することにより行なうことができる。
【００１９】また、この出願の第二発明のバイオ素子の
製造方法によれば、第一発明の微細物を生体物質及び生
体類似物質の一方または双方を用いて構成したリポソー
ムとし、第一発明の各処理を実施することを特徴とす
る。なお、この第二発明の実施に当たり、前述のリポソ
ームの脂質二重層にビオチンの結合部位としての膜タン
パク質を予め組み込み、該膜タンパク質にリポソーム側
のビオチンを結合させるのが好適である。
【００２０】また、この出願の第二発明のバイオ素子の
製造方法によれば、第一発明の微細物をタンパク質と
し、第一発明の各処理を実施することを特徴とする。
【００２１】また、この出願の第三発明の超微粒子の配
列方法によれば、第一発明の微細物を超微粒子とし、第
一発明の各処理を実施することを特徴とする。ここで、
超微粒子は目的に応じた種々のものであることができ
る。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐ
ｄなどの金属の超微粒子、ＷＣｌ6 、Ｗ2 Ｃ、Ｆｅ3 Ｏ
4 、γ−Ｆｅ2 Ｏ3 、ＣｒＯ2 などの金属化合物の超微
粒子、ＢａＴｉＯ3 、ＭｎＦｅ2 Ｏ4 などのセラミック
スの超微粒子、ＹＢａ2 Ｃａ3 Ｏ7 などの酸化物高温超
電導体の超微粒子、カーボンなどの有機物の超微粒子で
あることができる。
【００２２】また、この出願の第四発明の微細配線法に
よれば、第一発明の微細物を金属コロイドとし、第一発
明の各処理を実施することを特徴とする。
【００２３】また、この出願の第五発明の偏光子の製造
方法によれば、第一発明の微細物を金属コロイドとし、
第一発明の各処理を実施することを特徴とする。
【００２４】
【作用】この出願の第一〜第五発明の構成によれば、下
地への微細物の固定がアビジンとビオチンとの特異的結
合反応及び又はストレプトアビジンとビオチンとの特異
的結合反応を利用して行われるので、下地への微細物の
固定を抗原−抗体反応を利用して行っていた場合に比
べ、下地への微細物の固定強度が向上する。
【００２５】また、これら発明の構成によれば、理由は
定かではないが後述の実験結果から明らかなように、下
地に微細物を抗原−抗体反応により固定していた場合よ
り高い密度で固定できる。
【００２６】また、下地にアミノ基を介しビオチンを結
合させる構成とした場合、ビオチンはアミノ基と共有結
合する。さらに、下地表面には不可避的にＯＨ基が存在
していることが多くまた存在しないとしても下地表面に
ＯＨ基を付与することは容易であるので下地−アミノ基
間も共有結合で結ばれる。この結果、下地−ビオチン間
が共有結合で結ばれる。下地−ビオチン間が共有結合で
結ばれるとその結合は、ＬＢ法により下地に抗体を固定
していた従来構成と比べ十分に強いので、アビジン（ス
トレプトアビジン）−ビオチン間以外の部分の結合強度
も確保されるから、アビジンとビオチンとの特異的結合
及びまたはストレプトアビジンとビオチンとの特異的結
合をより有効に利用できる。
【００２７】また、アミノ基群やビオチン群に選択的に
電子線等を照射する構成では、ビオチン群やアミノ基群
の電子線等非照射部分に結合活性が残る。そして、結合
活性が残った部分がビオチンのパターンとして機能す
る。このように、ビオチン自体があたかもリソグラフィ
で多用されているレジストのごとくパターニングでき
る。然も、このビオチンの配列パターンの解像度は、例
えば電子ビーム径で直接制御できるから、従来のレジス
トパターンより充分微細なものとできる。そしてこのよ
うな微細なビオチンのパターンに微細物が倣って配列さ
れるから、従来のリソグラフィでは不可能であった線幅
数１０ｎｍの配列パターン形成も可能になる。
【００２８】なお、アビジンとビオチンとの特異的結合
反応に比べストレプトアビジンとビオチンとの特異的結
合反応の方が非特異性が少ないので、後者の反応（スト
レプトアビジンとビオチンとの特異的結合反応）を用い
る方が前者の反応を用いる場合より下地に形成したビオ
チンパターンへ微細物をより選択的に結合させることが
できると考えられる。
【００２９】また、抗原−抗体反応を利用して下地に微
細物を固定する場合両者の結合は緩衝液のｐＨの変動に
より不安定（可逆的）であるのに対し、この出願の各発
明では上述の特異的結合反応を利用しているので、下地
と微細物との結合を不可逆なものとできる。
【００３０】また、第二発明のバイオ素子の製造方法に
おいてリポソームの脂質二重層にビオチンの結合部位と
しての膜タンパク質を予め組み込み、該膜タンパク質に
リポソーム側のビオチンを結合させる構成では、膜タン
パク質に含まれるアミノ基を介しリポソームとビオチン
とが共有結合するようになり、かつ、膜タンパク質はそ
の構造上リポソームに強固に組み込まれているので、リ
ポソームとビオチンとの結合強度が確保される。このた
め、アビジン（ストレプトアビジン）−ビオチン間以外
の部分の結合強度も確保されるから、アビジンとビオチ
ンとの特異的結合及び又はストレプトアビジンとビオチ
ンとの特異的結合をより有効に利用できる。
【００３１】
【実施例】以下、図面を参照してこの出願の各発明の実
施例について説明する。なお、説明に用いる各図はこれ
ら発明を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状及び
配置関係を概略的に示してあるにすぎない。また、以下
の各図において同様な構成成分については同一の番号を
付して示し、その説明を省略する。また、以下の実施例
中で用いる使用薬品及び薬品濃度、薬品使用量、処理時
間、処理温度等の数値的条件、処理方法等はこれらの発
明の範囲内の好適例にすぎない。従って、これらの発明
がこれら条件にのみ限定されるものでないことは理解さ
れたい。
【００３２】Ａ．バイオ素子の製造方法の実施例 先ず、バイオ素子の製造方法の実施例について説明す
る。
【００３３】Ａ−ａ．アビジン及びリポソームを用いる
場合 ここでは、アビジンとビオチンとの特異的結合反応を利
用して下地にリポソームを配列固定する例を説明する。
【００３４】Ａ−ａ−１．ビオチン化プロテオリポソー
ム懸濁液の調整 下地に配列固定されるリポソーム（この実施例では膜タ
ンパクが組み込まれたリポソームを用いるので以下「プ
ロテオリポソーム」と称する。）は、この実施例の場
合、以下に説明するように用意する。なお、この実施例
では、リポソームを構成するための脂質として生体類似
物質であるジパルミトイルフォスファチジルコリン（以
下、「ＤＰＰＣ」と称する。日本油脂社製）を用いる。
また、リポソームの脂質二重層に組み込む膜タンパク質
としてアラメシチン（シグマ社製）を用いる。また、プ
ロテオリポソームに結合させるビオチンとしてこの実施
例ではサルフォサクシイミジル−６−（ビオチナミド）
ヘキサノエート［Sulfosuccinimidyl 6-(biotinamido)
Hexanoate ］（商品名ＮＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯＴＩＮと称
されるフナコシ薬品社製ビオチン誘導体）を用いる。
【００３５】先ず、クロロホルム１ｍｌにＤＰＰＣを２
０ｍｇの割合で含むＤＰＰＣのクロロホルム溶液５ｍｌ
と、エタノール１ｍｌにアラメシチンを１ｍｇの割合で
含むアラメシチンのエタノール溶液１ｍｌとを、５０ｍ
ｌの容量のナス型フラスコ中に入れ混合する。その後、
この混合溶液から溶媒をロータリーエバポレーターによ
り減圧除去する。
【００３６】次に、このフラスコ中に、ｐＨが８．５の
重炭酸バッファーを１０ｍｌ加える。その後、フラスコ
中のものを３７℃の温度下でボルテックスミキサーを用
い攪拌してプロテオリポソーム懸濁液を得る。この懸濁
液中にプロテオリポソームが存在していることを光学顕
微鏡を用いて確認した。
【００３７】次に、プロテオリポソーム懸濁液中に粒径
があまり大きいプロテオリポソームが存在しないように
するために、このプロテオリポソーム懸濁液をエクスト
ルーダー（日油リポソーム社製のリポソーム粒径調整器
の商品名）にかける。これによりプロテオリポソームの
粒径を２００ｎｍ以下にそろえる。プロテオリポソーム
の粒径をこのようにそろえた理由は、後に基板にプロテ
オリポソームの配列パターンを形成した際にプロテオリ
ポソームの配列具合を確認し易くするためである。もち
ろん、この粒径は一例にすぎない。
【００３８】次に、ＮＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯＴＩＮを１ｍ
ｇ含む重炭酸バッファー（ｐＨ８．５）溶液１ｍｌを、
粒径をそろえた上記プロテオリポソーム懸濁液中に、加
える。そして、このプロテオリポソーム懸濁液を２時間
攪拌することにより、プロテオリポソームの膜タンパク
質（この場合アラメシチン）と、ＮＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯ
ＴＩＮとを反応させる。
【００３９】図１は、この反応後のプロテオリポソーム
の構造を模式的に示した図である。図１において、１１
が脂質二重層、１３が膜タンパク質（この場合アラメシ
チン）、１３ａが膜タンパク質１３のアミノ基部分、１
５がビオチン、１７がＮＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯＴＩＮに由
来するスペーサ部である。図１に模式的に示したプロテ
オリポソーム１９を、説明の都合上、以下ビオチン化プ
ロテオリポソームと称する。
【００４０】次に、このビオチン化プロテオリポソーム
懸濁液を重炭酸バッファー（ｐＨ８．５）により１０倍
に希釈する。これを実験用ビオチン化プロテオリポソー
ム懸濁液とした。
【００４１】なおこのように希釈を行った理由は、ビオ
チン化プロテオリポソーム懸濁液中のリポソーム密度が
あまり高いと、後に形成するアビジンの配列パターンを
有する基板にビオチン化プロテオリポソームが非特異的
に結合してしまう危険性が生じるので、これを低減する
ためである。もちろん希釈率は一例にすぎない。
【００４２】Ａ−ａ−２．基板側の処理 一方、ビオチン化プロテオリポソームを固定するための
下地として、この実施例の場合、ビオチンの配列パター
ンを有するガラス基板を用いる。これを以下の様な手順
で用意する。
【００４３】先ず、ガラス基板に対しこの実施例では以
下のような前処理を実施する。
【００４４】アミノプロピルトリエトキシシラン（信越
シリコーン社製、型ＬＳ−３１５０）を１容積％の割合
で含むアミノプロピルトリエトキシシランの水溶液中
に、大きさが１ｃｍ×１ｃｍのガラス基板を、２分間浸
漬する。この水溶液から取り出したガラス基板を、純水
で洗浄した後、温度が１１０℃の恒温槽中に１０分間入
れる。この一連の処理により、ガラス基板表面には、Ｎ
ＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯＴＩＮと結合可能なアミノ基が固定
される。
【００４５】図２は、上記処理により表面が改質された
ガラス基板２１を模式的に示した図である。ガラス基板
２１全面にシロキサン部Ｐ1 とスペーサ部Ｐ2 とを介し
アミノ基が固定されている。
【００４６】次に、ガラス基板２１全面に固定されてい
るアミノ基に対し、この実施例では電子線露光装置の電
子ビームを選択的に照射しガラス基板からアミノ基を選
択的に除去して、ガラス基板２１上にアミノ基の配列パ
ターンを形成する。この実施例では、ガラス基板２１上
に幅が５μｍのライン状のアミノ基の除去領域が５μｍ
置きに形成されるようにすなわちアミノ基の有無により
５μｍのラインアンドスペースパターンが形成されるよ
うに、電子ビームを走査する。なお、電子線露光装置は
日本電子（株）社製のエリオニクス（商品名）を用い
た。また、電子線の露光量は１００μＣ／ｃｍ2 とし
た。
【００４７】図３は、電子ビームを上記のごとく選択的
に照射することにより形成したアミノ基の配列パターン
を模式的に示した図である。図３において、２１ａがア
ミノ基の配列パターンを有するガラス基板、２３がアミ
ノ基の配列パターン、２５がアミノ基の除去領域であ
る。
【００４８】次に、アミノ基の配列パターン２３を有す
るガラス基板２１ａを、ｐＨが８．５の重炭酸バッファ
ー１０ｍｌを入れてあるサンプル瓶中に、浸漬する。次
に、このサンプル瓶中に３ｍｇのＮＨＳ−ＬＳ−ＢＩＯ
ＴＩＮを添加した後直ちにこのサンプル瓶を振とうす
る。振とうは１時間行う。この振とう中にガラス基板２
１ａに結合しているアミノ基（図３参照）にビオチン誘
導体（ＮＨＳ−ＬＳ−ＢＩＯＴＩＮ）が結合するので、
基板にビオチンの配列パターンが形成できる。
【００４９】図４は、ガラス基板に形成されたビオチン
の配列パターンを模式的に示した図である。図４におい
て、２１ｘがビオチンの配列パターンを有するガラス基
板、２７がビオチン誘導体（ＮＨＳ−ＬＳ−ＢＩＯＴＩ
Ｎ）である。ビオチン誘導体２７は、アミノ基の配列パ
ターン２３を介しガラス基板と結合している。
【００５０】Ａ−ａ−３．基板へのプロテオリポソーム
の固定 次に、ビオチンの配列パターンを有するガラス基板２１
ｘ（図４参照）をｐＨ７．３のリン酸バッファーにより
洗浄する。次に、重炭酸バッファー（ｐＨ８．５）１ｍ
ｌにアビジンとしてこの場合卵白から抽出したアビジン
Ｄ（フナコシ薬品製）を０．１ｍｇの割合で含ませた、
アビジン含有重炭酸バッファー溶液中に、ガラス基板２
１ｘを室温で２時間浸漬する。この処理において、ビオ
チンの配列パターンを有するガラス基板のビオチンにア
ビジンが特異的に結合するので、ガラス基板にはビオチ
ンを介してアビジンの配列パターンが形成される。
【００５１】図５は、ガラス基板に形成されたアビジン
の配列パターンを模式的に示した図である。図５におい
て、２１ｙがアビジンの配列パターンを有するガラス基
板、２９がアビジンである。アビジン２９は、ビオチン
誘導体（ＮＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯＴＩＮ）２７及びアミノ
基の配列パターン２３を介しガラス基板と結合してい
る。
【００５２】次に、アビジンの配列パターンを有するガ
ラス基板２１ｙを、実験用ビオチン化プロテオリポソー
ム懸濁液（上記Ａ−ａ−１．項で調整したもの。）に室
温で２時間浸漬する。この処理において、実験用ビオチ
ン化プロテオリポソーム懸濁液中のビオチン化プロテオ
リポソーム（図１参照）は、アビジンの配列パターンを
有するガラス基板２１ｙにこのアビジンを介して固定さ
れる。この結果、図６に示すように実施例の方法による
バイオ素子が得られる。
【００５３】Ａ−ａ−４．パタン形成具合の確認 上述のように作製したバイオ素子（図６に示すもの。以
下、プロテオリポソーム固定済み基板と称することもあ
る。）におけるプロテオリポソームの配列パターンの良
否を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により確認するため
に、プロテオリポソーム固定済み基板を以下の手順で加
工してＳＥＭ用試料とした。
【００５４】先ず、１重量％の割合でマラカイトグリー
ンを含む１容積％のグルタールアルデヒド−リン酸バッ
ファー（ｐＨ７．３）であって４℃の温度に調整したも
のの中に、上述のプロテオリポソーム固定済み基板を、
２４時間浸漬する。
【００５５】次に、この基板を、バッファーから取り出
し、今度は１容積％の割合でＯｓＯ4 （オスミウム酸）
を含むリン酸バッファ（ｐＨ７．３）であって４℃の温
度に調整したものの中に、８時間浸漬する。
【００５６】この基板をバッファーから取り出した後、
５０，６０，７０，８０，９０，９５％メタノール水溶
液に２０分間ずつ順に浸漬し、さらにメタノール中に２
０分間浸漬することを行って、この基板を緩やかに脱水
する。その後、液体二酸化炭素を用い臨界点乾燥機によ
ってこの基板を乾燥する。
【００５７】次に、この基板に金（Ａｕ）をスパッタ法
により被着しＳＥＭ用試料とする。なお、スパッタは、
電圧を１．２ＫＶ、電流を５ｍＡ、スパッタ時間を８分
とした条件で行った。
【００５８】このようにして形成したＳＥＭ用試料をＳ
ＥＭにより観察したところ、基板上には幅が２〜４μｍ
のライン状のプロテオリポソーム付着層がおおよそ５μ
ｍ間隔で並んでいることが確認された。また、このプロ
テオリポソーム付着層でのプロテオリポソームの密度
は、抗原−抗体反応によってリポソームを基板に固定し
たもの（従来技術）より高いことが分かった。この理由
はまだ定かではない。
【００５９】Ａ−ｂ．ストレプトアビジン及びリポソー
ムを用いる場合の実施例 また、アビジンＤの代わりにストレプトアビジンを用
い、ストレプトアビジンとビオチンとの特異的結合反応
によりリポソームを下地に固定する実験を以下のように
行なう。ストレプトアビジンはバクテリアから抽出され
るものであり、卵白から抽出されるアビジンＤとは異な
るものである。
【００６０】Ａ−ｂ−１．ビオチン化プロテオリポソー
ム懸濁液の調整 先ず、上記Ａ−ａ−１．項と同様に、２０ｍｇ／ｍｌの
濃度のＤＰＰＣのクロロホルム溶液５ｍｌと、１ｍｇ／
ｍｌの濃度のアラメシチンのエタノール溶液１ｍｌと
を、５０ｍｌの容量のナス型フラスコ中に入れ混合す
る。その後、この混合溶液から溶媒をロータリーエバポ
レーターにより減圧除去する。
【００６１】次に、この実施例では、蛍光色素としての
４−ｄｉ−１０−ＡＳＰ（商品名：コスモバイオ社製）
を５ｍｇ含む１０ｍｌのリン酸バッファ（ｐＨ８．５）
を、上記フラスコ中にさらに加え、その後、このフラス
コ中のものを３７℃の温度下でボルテックスミキサーを
用いて攪拌しプロテオリポソーム懸濁液を得る。この懸
濁液中にプロテオリポソームが存在していることを蛍光
顕微鏡を用いて確認した。なお、蛍光色素を加えた理由
は、この実施例ではリポソームを基板に配列し終えた後
のリポソームの配列具合を蛍光顕微鏡及び高感度カメラ
により観察することとしているためである（詳細は後述
する）。
【００６２】次に、上記Ａ−ａ−１．項と同様にプロテ
オリポソームの粒径をそろえる。
【００６３】次に、ビオチンとしてのこの場合エヌ−ヒ
ドロキシサクシイミジル−６−（ビオチナミド）ヘキサ
ノエート［N-Hydroxysuccinimidyl-6-(biotinamido)hex
anoate］（商品名ビオチンロングアーム−ＮＨＳ：Vect
or Laboratory 社製。）１０ｍｇを１００ｍｌのジメチ
ルホルムアミドに溶解させた溶液と、１０ｍｌの重炭酸
バッファー（ｐＨ８．５）とを混合した溶液から１ｍｌ
を分取し、これを粒径をそろえた上記プロテオリポソー
ム懸濁液中に加える。そして、このプロテオリポソーム
懸濁液を２時間攪拌する。図７は、この反応後のプロテ
オリポソームの構造を模式的に示した図である。図７に
おいて、１８が蛍光色素である。
【００６４】次に、このビオチン化プロテオリポソーム
懸濁液を重炭酸バッファー（ｐＨ８．５）により１０倍
に希釈する。これを実験用ビオチン化プロテオリポソー
ム懸濁液とした。
【００６５】Ａ−ｂ−２．基板側の処理 一方、基板を大きさが１ｃｍ×１ｃｍのシリコン基板と
したこと以外は上記Ａ−ａ−２．項の手順と同様な手順
により、アミノプロピルトリエトキシシランの水溶液中
による処理を行ないさらにその後の所定の洗浄、乾燥処
理を行なって、シリコン基板にビオチンロングアーム−
ＮＨＳと結合可能なアミノ基を固定する。
【００６６】次に、この実施例では、ビオチンロングア
ーム−ＮＨＳ１０ｍｇを１００ｍｌのジメチルホルムア
ミドに溶解させた溶液と、１０ｍｌの重炭酸バッファー
（ｐＨ８．５）とを混合した溶液を入れたサンプル瓶中
に、上述のアミノ基固定済みのシリコン基板を、入れ
る。そして、このサンプル瓶を氷冷しながら２時間反応
させる。この反応においてシリコン基板全面にビオチン
誘導体（ロングアームビオチン−ＮＨＳ）がアミノ基を
介し結合する。図８はこの様子を模式的に示した図であ
る。図８において３１がシリコン基板、３３がビオチン
誘導体（ロングアームビオチン−ＮＨＳ）である。
【００６７】次に、ビオチン誘導体を全面に結合させた
上述のシリコン基板に紫外線照射装置（キャノン（株）
製ＰＬＡ−５２１）からこの場合主波長が２９０ｎｍの
光をホトマスクを介して照射する。なお、用いたホトマ
スクは１．２μｍのラインアンドスペースパターンを有
するものである。また、この実施例では紫外線は、出力
１．３ｍＷの強度で３０分間照射している。この処理に
より、シリコン基板上に幅が１．２μｍのライン状のビ
オチン活性領域が１．２μｍ間隔で多数形成される（ビ
オチンの配列パターンが形成される。）。このときの試
料の状態は図４のようになる。ただし、ビオチン誘導体
はＮＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯＴＩＮではなくロングアームビ
オチン−ＮＨＳである。なお、用いた紫外線や光量は一
例である。詳細は省略するが、主波長が例えば２５０ｎ
ｍの紫外線、２６０ｎｍの紫外線を用いた場合も、同様
な結果が得られている（以下の紫外線を用いた実施例に
おいて同じ。）。
【００６８】Ａ−ｂ−３．基板へのプロテオリポソーム
の固定 次に、ビオチンの配列パターンを有するシリコン基板を
ｐＨ７．３のリン酸バッファーにより洗浄する。次に、
ストレプトアビジン（フナコシ薬品社製）をリン酸バッ
ファ（ｐＨ７．３）に０．１ｍｇ／ｍｌの濃度で含ませ
たストレプトアビジンのリン酸バッファ（ｐＨ７．３）
溶液中に、このシリコン基板を室温で２０分間浸漬す
る。この処理において、ストレプトアビジンがビオチン
に結合するので、シリコン基板上にストレプトアビジン
のパターンが形成される。このときの試料の状態は図５
に示したと同様になる。ただし、この場合は、図５中の
ビオチン誘導体はＮＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯＴＩＮではなく
ロングアームビオチン−ＮＨＳであり、アビジンはスト
レプトアビジンである。
【００６９】次に、ストレプトアビジンの配列パターン
形成済みのシリコン基板を、実験用ビオチン化プロテオ
リポソーム懸濁液（上記Ａ−ｂ−１．項で調整したも
の。）に室温で１時間浸漬する。この処理において、実
験用ビオチン化プロテオリポソーム懸濁液中のビオチン
化リポソーム（図７参照）は、ストレプトアビジンの配
列パターンを有するシリコン基板にストレプトアビジン
を介して固定される。図９は、シリコン基板にプロテオ
リポソームがストレプトアビジンとビオチンとの特異的
結合により配列固定された様子を模式的に示した図であ
る。図９において３５がストレプトアビジンである。
【００７０】Ａ−ｂ−４．パタン形成具合の確認 次に、上述のように作製したプロテオリポソーム固定済
みのシリコン基板におけるプロテオリポソームの配列パ
ターンの良否を、この実施例では、蛍光顕微鏡（オプチ
フォト２：ニコン社製。）及び高感度カメラ（ＤＡＳ−
５１２−Ｇ１：イマジスタ社製）を用い観察する。この
観察において、線幅が１．２μｍのライン状の蛍光像が
１．２μｍ間隔で並ぶパターンが確認できた。
【００７１】なお、上述の各実施例ではリポソームの脂
質二重層に組込む膜タンパク質としてアラメシチンを用
いていた。しかし、膜タンパク質はこれに限られず脂質
二重層を貫通しリポソーム外側にアミノ基を露呈するも
のであれば種々のものを用いることができる。例えばグ
リコホリンはこのような性質を有しているので（例えば
文献「細胞の分子生物学」教育社（１９８７）ｐ．２７
１）、この発明における膜タンパク質として用いること
ができる。
【００７２】また、この発明において下地に配列固定し
得るリポソームは上述のものに限られず、種々の構成の
リポソーム、例えば、生体物質で構成したリポソーム、
生体物質及び生体類似物質双方を用いて構成したリポソ
ーム、リポソームに機能を付与するために他の好適な物
質を結合させたリポソームなどであることができる。
【００７３】Ａ−ｃ．アビジン及びタンパク質を用いる
場合の実施例 上述の２つの実施例はリポソームを基板に配列固定しバ
イオ素子を得る例であった。以下の実施例は、リポソー
ムの代わりにタンパク質をアビジンとビオチンとの特異
的結合反応を利用して基板に配列固定しバイオ素子を得
る例である。
【００７４】Ａ−ｃ−１．基板側の処理 大きさが１ｃｍ×１ｃｍのシリコン基板を、３１重量％
の過酸化水素水と９７重量％の硫酸との１：４混合液
（容積比）中に室温で１時間浸漬する。次に、このシリ
コン基板をＡ−ａ−２．項の手順と同様な手順により、
アミノプロピルトリエトキシシランの水溶液中による処
理を行ない、さらに、その後の所定の洗浄、乾燥処理を
行なう。これにより、シリコン基板にビオチンロングア
ーム−ＮＨＳと結合可能なアミノ基を固定する。なお、
過酸化水素水と硫酸との混合液による処理を行なった理
由は、シリコン基板表面にシランカップリング剤（ここ
ではアミノプロピルトリエトキシシラン）の結合を容易
にするＯＨ基を積極的に付与するためである。勿論、こ
の混合液処理は必須ではない。
【００７５】次に、この実施例では、Ａ−ｂ−２．項の
手順と同様に、ビオチンロングアーム−ＮＨＳ１０ｍｇ
を１００ｍｌのジメチルホルムアミドに溶解させた溶液
と、１０ｍｌの重炭酸バッファー（ｐＨ８．５）との混
合溶液を入れたサンプル瓶中に、上述のアミノ基固定済
みのシリコン基板を、入れる。そして、このサンプル瓶
を氷冷しながら２時間反応させる。この反応においてシ
リコン基板全面にビオチン誘導体（ロングアームビオチ
ン−ＮＨＳ）がアミノ基を介し結合する。このときの試
料の状態は図８のようになる。
【００７６】次に、ビオチン誘導体を全面に結合させた
上述のシリコン基板に紫外線照射装置（キャノン（株）
製ＰＬＡ−５２１）から主波長が２９０ｎｍの光をホト
マスクを介して照射する。なお、用いたホトマスクは
１．２μｍのラインアンドスペースパターンを有するも
のである。また、紫外線は出力１．３ｍＷの強度で３０
分間照射している。この処理により、シリコン基板上に
幅が１．２μｍのライン状のビオチン活性領域が１．２
μｍ間隔で多数形成される。
【００７７】Ａ−ｃ−２．基板へのタンパク質の固定 基板に配列固定するタンパク質としてこの実施例では蛍
光タンパク質であるベータ−フィコエリセリンを用い
る。このベータ−フィコセリンの基板への固定をアビジ
ンとビオチンとの特異的結合反応を利用して行なわせる
ため、先ず、このベータ−フィコエリセリンをアビジン
に結合させるが、この実施例では、市販されているベー
タ−フィコエリセリン結合アビジン（Molecular Probe
社製）を用いる。なお、ベータ−フィコエリセリンをア
ビジンに結合させることは、例えば文献（Ｊ．Ｃｅｌｌ
Ｂｉｏｌ．Ｖｏｌ．９３，ｐ．９８１〜９８６（１９
８２））に開示の方法により行なうことができる。ま
た、この方法によれば、アミノ基を有するタンパク質で
あればベータフィコエリセリンに限らず種々のタンパク
質をアビジンに結合させることができる（以下のストレ
プトアビジの場合も同様。）。
【００７８】１ｍｇのベータ−フィコエリセリン結合ア
ビジンを含む１０ｍｌのリン酸バッファ（ｐＨ７．２）
中に、上述のビオチンの配列パターン形成済みのシリコ
ン基板を、室温で２０分間浸漬する。この処理により、
ベータ−フィコエリセリンはアビジンを介しビオチンの
配列パターンに結合するので、シリコン基板にベータ−
フィコエリセリンが配列固定される。図１０は、シリコ
ン基板にベータ−フィコエリセリンがアビジンとビオチ
ンとの特異的結合により配列固定された様子を模式的に
示した図である。図１０において、３７がベータ−フィ
コエリセリンである。
【００７９】Ａ−ｃ−３．パタン形成具合の確認 次に、上述のように作製したベータ−フィコエリセリン
固定済みのシリコン基板におけるベータ−フィコエリセ
リンの配列パターンの良否を、蛍光顕微鏡（オプチフォ
ト２：ニコン社製。）及び高感度カメラ（ＤＡＳ−５１
２−Ｇ１：イマジスタ社製）を用い観察する。この観察
において、線幅が１．２μｍのライン状の蛍光像が１．
２μｍ間隔で並ぶパターンが確認できた。
【００８０】Ａ−ｄ．ストレプトアビジン及びタンパク
質を用いる場合の実施例 上述のＡ−ｃ．項では下地へのタンパク質の配列固定を
アビジンとビオチンとの特異的結合反応を利用して行な
っていた。この実施例ではストレプトアビジンとビオチ
ンとの特異的結合反応を利用して、タンパク質をシリコ
ン基板に配列固定する。
【００８１】このため、Ａ−ｃ項において用いたベータ
−フィコエリセリン結合アビジン（Molecular Probe 社
製）の代わりにベータ−フィコエリセリン結合ストレプ
トアビジン（Molecular Probe 社製）を用いること以外
はＡ−Ｃ項の手順と同じ手順で実験及びパタン形成具合
の確認をする。この結果、ストレプトアビジンを用いた
場合もアビジンを用いた場合と同様に、タンパク質の配
列固定が可能なことが分かった。
【００８２】なお、上述のＡ−ｃ項、Ａ−ｄ項の各実施
例では、下地に配列するタンパク質としてベータ−フィ
コエリセリンを用いていたが、この発明の方法で下地に
配列固定し得るタンパク質はこれに限られず他の種々の
ものであることができる。特に、アミノ基を有するもの
が好適である。
【００８３】Ｂ．超微粒子の配列方法の実施例 次に、第三発明の超微粒子の配列方法の実施例について
説明する。なお、この実施例では、超微粒子として金超
微粒子を用い、下地としてシリコン基板を用いる。
【００８４】Ｂ−１．基板側の処理 上述のＡ−ｂ−２．項において説明した手順に従い大き
さが１ｃｍ×１ｃｍのシリコン基板のシランカップリン
グ剤（アミノプロピルトリエトキシシラン）による処理
を行ない、さらにその後の所定の洗浄、乾燥を行なう。
さらに、Ａ−ｂ−２．項において説明した手順に従いこ
の基板へのロングアームビオチン−ＮＨＳを結合させ、
さらに、基板上のロングアームビオチン−ＮＨＳに対し
紫外線をホトマスクを介し選択的に照射する。この処理
により、シリコン基板上に幅が１．２μｍのライン状の
ビオチン活性領域が１．２μｍ間隔で多数形成される
（ビオチンの配列パターンが形成される。）。
【００８５】Ｂ−２．超微粒子とアビジンとの結合 また、超微粒子とアビジンとを結合させたものをこの実
施例では以下に説明するように用意する。なお、この実
施例では、アビジンとしてアビジンＤ（フナコシ薬品
製）を用い、超微粒子として金（Ａｕ）超微粒子を用い
る。金超微粒子は、Ｊ．Ｄｅｍｅｙらの学術論文（Pro
c.Natl.Acad.Sci.USA.79 巻、p.1898(1982年発行））に
開示の手法に従い、塩化金酸の水溶液をジエチルエーテ
ルの黄リン飽和液とアスコルビン酸またはクエン酸とで
還元することにより得た。そして、この金超微粒子とア
ビジンＤとを、５０ｍＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．
５）と５０ｍＭのＮａＣｌとの混合水溶液中に入れて２
４時間反応させて金超微粒子をアビジンＤに結合させ
る。以下、金超微粒子とアビジンとを結合させたものを
説明の都合上金コロイドアビジンと称する。
【００８６】Ｂ−３．金コロイドアビジンと基板上ビオ
チンとの結合 次に、上述のように調製した金コロイドアビジン溶液を
２μｌ分取しそれをリン酸バッファ（ｐＨ７．４）で２
ｍｌに希釈する。このようにして調製した金コロイドア
ビジン希釈溶液中に上述のサンプル基板（ビオチンの配
列パターン形成済みの基板）を室温で１時間浸漬する。
この結果、図１１に示したように、アビジン２９に結合
している金超微粒子（金コロイド）３９はシリコン基板
３１上のロングアームビオチン−ＮＨＳ３３にアビジン
を介し結合するので、基板に金超微粒子を配列させるこ
とができる。
【００８７】Ｂ−４．超微粒子配列パタンの確認 上記のようにして得た超微粒子配列済みの基板を走査型
電子顕微鏡で観察したところ、基板上に金超微粒子によ
る１．２μｍのライン・アンド・スペースパターンが形
成されていることが確認できた。
【００８８】上述の超微粒子の配列方法の実施例ではア
ビジンとビオチンとの特異的結合反応を利用して金超微
粒子を基板上に配列固定していたが、ストレプトアビジ
ンとビオチンとの特異的結合反応を利用した場合も実施
例と同様な効果を得ることができる。
【００８９】Ｃ．微細配線法の実施例 次に、第四発明の微細配線法の実施例について説明す
る。なお、この実施例を、下地をシリコン基板としこの
シリコン基板上に金（Ａｕ）配線を形成する例により説
明する。
【００９０】Ｃ−１．基板側の処理 アミノプロピルトリエトキシシラン（信越シリコーン社
製、型番ＬＳ−３１５０）を１０容積％の割合で含むエ
タノール中で大きさが１ｃｍ×１ｃｍの石英基板を４時
間還流する。この石英基板を上述の溶液から取り出した
後エタノールで洗浄し、その後熱水で洗浄する。この一
連の処理により石英基板表面にはビオチンと結合可能な
アミノ基が固定される。
【００９１】次に、１０ｍｌの重炭酸バッファ（ｐＨ
８．５）を入れてあるサンプル瓶中にアミノ基固定済み
の上述の石英基板を入れる。次に、このサンプル瓶中に
３０ｍｇ／ｍｌの濃度の、ＮＨＳ−ＬＯＮＧ ＡＲＭ−
ＢＩＯＴＩＮジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液を１
００μｌ添加し、その後直ちにサンプル瓶を約１時間振
とうし石英基板上のアミノ基とＮＨＳ−ＬＯＮＧ ＡＲ
Ｍ−ＢＩＯＴＩＮとを反応させる。この処理の後サンプ
ル瓶から石英基板を取り出し純水で洗浄する。このよう
な一連の処理により、石英基板全面にＮＨＳ−ＬＯＮＧ
ＡＲＭ−ＢＩＯＴＩＮがアミノ基を介し結合する。な
お、ＮＨＳ−ＬＯＮＧ ＡＲＭ−ＢＩＯＴＩＮとは、フ
ナコシ薬品社製ビオチン誘導体の商品名である。
【００９２】次に、ビオチンを全面に結合させた上述の
石英基板に対し電子線を選択的に照射する。この実施例
では、石英基板上に幅が２５ｎｍのライン状の電子線照
射部と電子線非照射部とが交互に多数形成されるよう電
子線を走査する。なお、電子線露光装置は日本電子
（株）社製のエリオニクス（商品名）を用いた。また、
電子線の露光量は１００μＣ／ｃｍ2 とした。
【００９３】なお、この実施例では、石英基板全面にア
ミノ基を固定し、さらにこのアミノ基にビオチンを固定
し、その後電子線によりビオチン及びアミノ基を選択的
に除去している。しかし、石英基板全面にアミノ基を固
定後直に電子線によりアミノ基を選択的に除去し、その
後、この基板を上記サンプル瓶に入れビオチンを結合さ
せるようにしても良い。
【００９４】Ｃ−２．金属コロイドを有するストレプト
アビジンとビオチンとの結合 金属コロイドを有するストレプトアビジンとしてこの実
施例では金（Ａｕ）コロイドアビジンを用いる。具体的
には、ストレプトアビジンゴールドコンジュゲート，Ｅ
Ｍ１５ｎｍ（Streptavidin Gold Conjugate,EM 15nm ：
Bio Cell社製の型番RL-1121-50）と称される金コロイド
ストレプトアビジンを用いる。
【００９５】この金コロイドストレプトアビジン溶液を
２μｌ分取しこれをリン酸バッファ（ｐＨ７．４）で２
ｍｌに希釈する。
【００９６】このようにして調整した金コロイドストレ
プトアビジン希釈溶液に、ビオチンの配列パターン形成
済みの上述の石英基板を室温で１時間浸漬する。この結
果、ストレプトアビジンに結合している金コロイドは、
石英基板上に形成されているビオチンの配列パターンに
ストレプトアビジンを介して結合するので、石英基板上
にはビオチンの配列パターンに倣った金コロイド配列パ
ターンで構成された配線が形成される。
【００９７】図１２は、このようにして形成された金コ
ロイド３９の配列パターンから成る金属配線４１の要部
を拡大して模式的に示した斜視図である。
【００９８】Ｃ−３．形成した配線の特性 次に、図１３に示すように、金属配線４１のライン方向
の両末端４１ａ、４１ｂに接続された電極４３であっ
て、この金属配線４１のライン方向と直交する方向が長
手方向でありかつ幅Ｗが２ｍｍの電極４３（Ｉ−Ｖ特性
測定用電極４３）をそれぞれ形成する。そして、金属配
線４１のＩ−Ｖ特性を測定する。なお、Ｉ−Ｖ特性測定
用電極４３はこの実施例では金の蒸着膜で構成してあ
る。
【００９９】図１４はこの測定結果を縦軸に電圧（Ｖ）
をとり、横軸に電流Ｉ（Ａ）をとってプロットした特性
図である。この図１４から明らかなように、金属配線４
１は良好なオーミック特性を有するものであることが分
かる。このことから、この第四発明の微細配線法によれ
ば、ナノメーターオーダの配線形成が可能なことが理解
できる。
【０１００】なお、上述の微細配線法の実施例ではシリ
コン基板上に金コロイドをストレプトアビジンとビオチ
ンとの特異的結合反応を利用して配列固定して金配線を
形成する例であったが、アビジンとビオチンとの特異的
結合反応を利用した場合も実施例と同様な効果が得られ
る。また、他の金属コロイドを用いることにより金配線
以外の金属配線の形成も期待できる。
【０１０１】Ｄ．偏光子の製造方法の実施例 次に、偏光子の製造方法の実施例について説明する。
【０１０２】Ｄー１．偏光子作製用基板側の処理 アミノプロピルトリエトキシシラン（型番LS-3150 ：信
越シリコーン社製）を１０容積％の割合で含むエタノー
ル中で、大きさが４ｃｍ×４ｃｍの石英基板を４時間還
流する。この基板を溶液から取り出し、エタノールで洗
浄した後、さらに熱水で洗浄する。この一連の処理によ
り、石英基板には後に用いるＮＨＳ−ＬＯＮＧ ＡＲＭ
−ＢＩＯＴＩＮ（フナコシ薬品社製）と結合可能なアミ
ノ基が固定される。このときの試料の状態は図２と同様
な状態になる。
【０１０３】次に、上述のように表面改質を行なった石
英基板を１０ｍｌの重炭酸バッファー（ｐＨ８．５）に
サンプル瓶中で浸漬し、その後、このサンプル瓶中に、
３０ｍｇ／ｍｌの濃度でＮＨＳ−ＬＯＮＧ ＡＲＭ−Ｂ
ＩＯＴＩＮを含むビオチン含有ＤＭＦ溶液１００μｌ
を、添加する。添加後、直ちにサンプル瓶を振とうし、
約１時間反応させる。得られた基板を純水で洗浄した
後、この基板に電子線露光装置（エリオニクス社製）を
用いて、２００ｎｍのライン・アンド・スペースパター
ンが形成できるように電子ビームを選択的に照射する。
この操作により、基板上に幅が２００ｎｍのビオチンの
細線状パターンが所定間隔（２００ｎｍ間隔）で形成さ
れる。このときの試料の状態は図４と同様な状態にな
る。
【０１０４】Ｄ−２．基板への金コロイドストレプトア
ビジンへの固定 次に、上述の微細配線法の実施例において用いた金コロ
イドストレプトアビジン溶液（Streptavidin Gold Co
njugate ，EM 15nm）を、２μｌ分取しリン酸バッファ
ー（ｐＨ７．４）で２ｍｌに希釈する。このようにして
調整した金コロイドストレプトアビジン希釈溶液に、上
述のビオチンのパターン形成済みの基板を室温で１時間
浸漬する。この結果、図１５に示すように、金コロイド
ストレプトアビジンの金コロイド３９は、予め基板上に
パターン形成しておいてビオチン３３に、ストレプトア
ビジン３５を介して結合するので、基板２１上には偏光
子を構成するための金属細線４５が所定間隔（この場合
は２００ｎｍ間隔）で多数形成できる。これにより実施
例の偏光子が形成できる。
【０１０５】なお、上述のようにして作製した実施例の
偏光子は、金属細線４５を保護する目的で、この実施例
の場合、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基板２
１の金属細線４５形成面側に別の石英基板４７を重ねて
金属細線４５を挟むサンドイッチ構造としている。ま
た、基板２１と別の石英基板４７とは接着剤４９により
固定している。もちろん、偏光子５１の構造は図１６の
ものには限られない。
【０１０６】Ｄ−３．偏光子の特性の確認 次に、実施例の方法で作製した図１６に示した偏光子５
１の偏光特性を以下のように測定する。
【０１０７】Ｄ−３ー１．一枚の偏光子での特性測定 先ず、実施例の方法で製造した偏光子５１を一枚用いた
場合の特性を測定する。このため、図１７に示すよう
に、光源としての波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ
５３と、偏光プリズム５５と、ディテクタ５７とを直線
状に配置した測定系の偏光プリズム５５及びディテクタ
ー５７間に、偏光子５１を設置する。そして、光軸Ｌを
回転軸として偏光子５１を回転させた際の透過光強度を
ディテクタ５７により測定する。なお、この実施例では
偏光プリズム５５側から見て偏光子５１を右回転させた
場合をプラス、左回転させた場合をマイナスと考え、こ
の実施例では偏光子５１を約−１００度〜＋３００度の
範囲で回転させ測定を行なう。ただし、回転角０度と
は、偏光プリズム５５から出力される光の偏光方向が偏
光子５１の金属細線４５と平行なときをいう。
【０１０８】図１８はこの測定結果を横軸に回転角
（度）をとり、縦軸に透過光強度（回転角０度での強度
で正規化した値）をとって示したものである。
【０１０９】図１８から明らかなようにこの発明の方法
で形成した偏光子５１は紫外領域の光（この場合は波長
３２５ｎｍの光）に対し良好な偏光特性を示すことが分
かる。
【０１１０】Ｄ−３ー２．二枚の偏光子を用いた場合 次に、実施例の方法で製造した偏光子２枚をオープン状
態（図１９（Ａ）参照）となるように重ねた場合及びク
ローズ状態（図１９（Ｂ）参照）となるように重ねた場
合各々での、光透過特性を測定する。なお、測定は図１
７に示した測定系の偏光子５１を設置するべき個所にオ
ープン状態或いはクローズ状態とされた偏光子を設置す
ることにより行なう。
【０１１１】図２０にその測定結果を示した。図２０か
ら明らかなようにこの発明の方法で形成した偏光子は良
好な偏光特性を示すことが分かる。
【０１１２】なお、上述の偏光子の製造方法において金
属細線４５の幅及び金属細線４５間の間隔は、偏光子が
扱う光の波長に応じ変更できることは明らかである。ま
た、実施例では基板上にビオチンの配列パターンを形成
する方法として電子線を選択的に照射する方法を用いて
いた。これは、金属細線間の間隔を紫外線領域の光を変
更できる微細寸法に容易にできるようにするためであ
る。これは、レーザ光を用いても可能である。しかし、
金属細線間の間隔をそれ程狭くする必要がない場合など
は紫外線等の他の光源を用いても良い。
【０１１３】上述においてはこの出願の各発明の実施例
についてそれぞれ説明したがこれらの発明は上述の実施
例に限られない。
【０１１４】各発明の実施例では電子線または紫外線を
用いてビオチンの配列パターンを形成していたが、場合
によっては、レーザ光を選択的に照射する方法、または
所定のパターンを有するＸ線マスクを介しＸ線を照射す
る方法などで行っても良い。
【０１１５】また、これらの発明で用い得るビオチン誘
導体は上述のものに限られない。例えば、エヌ−ヒドロ
キシサクシイニドイミノビオチン（N-Hydroxysuccinimi
de iminobiotin：例えばPierce Chemical Co. 製ＮＨＳ
−Ｉｍｉｎｏｂｉｏｔｉｎ）、サルフォサクシイミジル
−２−（ビオチンアミド）エチル−１，３−ジチオプロ
ピオネート（Sulfosuccinimidyl 2-(biotinamido)ethyl
-1,3-dithiopropionate ：例えばPierce Chemical Co.
製ＮＨＳ−ＳＳ−Ｂｉｏｔｉｎ）、サルフォサクシニミ
ドビオチン（Sulfosuccinimidobiotin：例えばPierce C
hemical Co. 製Ｓｕｌｆｏ−ＮＨＳ−Ｂｉｏｔｉｎ）な
どの各ビオチン誘導体も用いることができる。
【０１１６】また、上述の各実施例ではアミノ基を有す
るシランカップリング剤により下地（ガラス基板、シリ
コン基板、石英基板等）の前処理を行なっていたが、こ
のような前処理を行なわなくともビオチン誘導体は下地
に該下地表面のＯＨ基などを介し結合する。そしてこの
場合も抗原−抗体反応で微細物を下地に配列固定する場
合より微細物を下地に強固に固定できる。従って、設計
によってはこの前処理を省略することができる。しか
し、この前処理を行なった方が行なわない場合より下地
に微細物を強固に然も高密度に固定できるので好適であ
る。なお、前処理の方法は実施例の方法に限られず下地
の種類に応じた好適な方法に変更できる。
【０１１７】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の出願の第一〜第五発明によれば、下地上へ微細物を所
定の配列で固定することをアビジンとビオチンとの特異
的結合反応及び又はストレプトアビジンとビオチンとの
特異的結合反応を利用して行うので、下地への微細物の
固定を抗原−抗体反応を利用して行っていた場合に比
べ、強固に行なえる。しかも、上述の実験結果から明ら
かなように、下地に微細物を抗原−抗体反応により固定
していた場合より高い密度で固定できる。
【０１１８】また、下地にアミノ基を介しビオチンを結
合させる構成とした場合、下地−ビオチン間が共有結合
で結ばれビオチンとアビジンとの結合部以外の結合強度
も確保されるので、アビジンとビオチンとの特異的結合
及びまたはストレプトアビジンとビオチンとの特異的結
合をより有効に利用できる。
【０１１９】また、アミノ基群やビオチン群に選択的に
電子線等を照射する構成では、ビオチン群やアミノ基群
の電子線等非照射部分に結合活性が残る。そして、結合
活性が残った部分がビオチンのパターンとして機能す
る。このように、ビオチン自体があたかもリソグラフィ
で多用されているレジストのごとくパターニングでき
る。然も、このビオチンの配列パターンの解像度は、例
えば電子ビーム径で直接制御できるから、従来のレジス
トパターンより充分微細なものとできる。そしてこのよ
うな微細なビオチンのパターンに微細物が倣って配列さ
れるから、従来のリソグラフィでは不可能であった線幅
数１０ｎｍの配列パターン形成も可能になる。
【０１２０】また、第二発明のバイオ素子の製造方法に
よれば、光、味、臭い等の種々の外部情報に応答する種
々のリポソーム及びまたは種々の機能を持つタンパク質
を基板上に任意の配列で然も従来より強固にかつ高密度
に固定出来るので、生物の情報処理形態を模倣した多機
能なバイオ素子の構築が期待出来、さらには、バイオコ
ンピュータ、その入力装置或はその出力装置の構築に寄
与することが期待出来る。
【０１２１】さらに第二発明のバイオ素子の製造方法に
おいて、リポソームに膜タンパクを組み込みこの膜タン
パクに含まれるアミノ基を介しリポソームにビオチンを
結合させる構成ではビオチンとリポソームとを強固に結
合させることができる。このため、ビオチン−アビジン
の特異的結合、ビオチン−ストレプトアビジンの特異的
結合を有効に利用できる。
【０１２２】また、第三発明の超微粒子の配列方法によ
れば、下地に超微粒子を強固に然も簡易に配列固定でき
る。
【０１２３】また、第四発明の微細配線法によれば、線
幅が数１０ｎｍ以下の微細な配線の形成が可能になる。
【０１２４】また、第五発明の偏光子の製造方法によれ
ば、金属細線間の間隔が従来より狭い偏光子を得ること
ができるので、金属細線を多数並置して構成される偏光
子であって、従来困難とされていた可視領域さらに紫外
領域の光を偏光できる偏光子を製造することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】バイオ素子の製造方法の実施例の説明に供する
工程図であり、ビオチン化プロテオリポソームを模式的
に示した図である。
【図２】バイオ素子の製造方法の実施例の説明に供する
図１に続く工程図であり、アミノ基の配列パターン形成
手順の説明図である。
【図３】バイオ素子の製造方法の実施例の説明に供する
図２に続く工程図であり、アミノ基の配列パターンを有
する基板例を示した図である。
【図４】バイオ素子の製造方法の実施例の説明に供する
図３に続く工程図であり、ビオチンの配列パターンを有
する基板例を示した図である。
【図５】バイオ素子の製造方法の実施例の説明に供する
図４に続く工程図であり、アビジンの配列パターンを有
する基板例を示した図である。
【図６】実施例の製造方法で製造したバイオ素子を模式
的に示した図である。
【図７】バイオ素子の製造方法の他の実施例の説明に供
する工程図であり、ビオチン化プロテオリポソームを模
式的に示した図である。
【図８】バイオ素子の製造方法の他の実施例の説明に供
する図７に続く工程図であり、ビオチンの配列パターン
の形成手順の説明に供する図である。
【図９】バイオ素子の製造方法の他の実施例の説明に供
する図８に続く工程図であり、下地にビオチンとストレ
プトアビジンとの特異的結合反応を利用してリポソーム
を配列固定した様子を示した図である。
【図１０】バイオ素子の製造方法のさらに他の実施例の
説明に供する図であり、下地にタンパク質をビオチンと
アビジンとの特異的結合反応を利用して配列固定した様
子を示した図である。
【図１１】超微粒子の配列方法の実施例の説明に供する
図である。
【図１２】微細配線法の実施例の説明に供する図であ
り、金コロイドから成る金属配線が形成された様子を模
式的に示した図である。
【図１３】微細配線法の実施例の説明に供する図であ
り、実施例の方法で作製した金属配線のＩ−Ｖ特性測定
の説明図である。
【図１４】微細配線法の実施例の説明に供する図であ
り、実施例の方法で作製した金属配線のＩ−Ｖ特性を示
した図である。
【図１５】偏向子の製造方法の実施例の説明に供する図
であり、基板に金コロイドアビジンがビオチン細線状パ
ターンを介し固定された様子を模式的に示した図であ
る。
【図１６】偏向子の製造方法の実施例の説明に供する図
であり、（Ａ）は得られた偏光子の平面図、（Ｂ）は図
（Ａ）中のＩ−Ｉ線での断面図である。
【図１７】偏向子の製造方法の実施例の説明に供する図
であり、実施例の方法で製造した偏光子の偏光特性の測
定に用いた系の説明図である。
【図１８】偏向子の製造方法の実施例の説明に供する図
であり、実施例の方法で製造した偏光子の偏光特性を示
した図であり、偏光板の回転角と透過光強度との関係を
示した図である。
【図１９】偏向子の製造方法の実施例の説明に供する図
であり、（Ａ）は二枚の偏光子により構成されるオープ
ン状態の説明図であり、（Ｂ）は同じくクローズ状態の
説明図である。
【図２０】偏向子の製造方法の実施例の説明に供する図
であり、図１９（Ａ）、（Ｂ）各々の状態の偏光板の光
透過特性を示した図である。
【符号の説明】
１１：脂質二重層 １３：膜タンパク質（例えばアラメシチン） １３ａ：膜タンパク質のアミノ基 １５：ビオチン １７：ビオチン誘導体のスペーサ部 １８：蛍光色素 １９：ビオチン化プロテオリポソーム ２１：下地（例えばガラス基板） ２３：アミノ基の配列パターン ２５：アミノ基の除去領域 ２７：ビオチン誘導体（ＮＨＳ−ＬＣ−ＢＩＯＴＩＮ） ２９：アビジン ３１：下地（例えばシリコン基板） ３３：ビオチン誘導体（ビオチンロングアーム−ＮＨ
Ｓ） ３５：ストレプトアビジン ３７：タンパク質（ベータ−フィコエリセリン） ３９：金微粒子（金コロイド） ４１：配線 ４３：電極 ４５：偏光子を構成するための金属細線 ４７：別の石英基板 ４９：接着剤 ５１：実施例の偏光子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海部 勝晶 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 加藤 雅一 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下地に微細物を所定の配列で固定するに
    当たり、 下地への微細物の固定を、アビジンとビオチンとの特異
    的結合反応及びストレプトアビジンとビオチンとの特異
    的結合反応の双方又は一方を用いて行うことを特徴とす
    る微細物の配列方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の微細物の配列方法にお
    いて、 前記下地にビオチンの所定の配列パターンを形成し、 前記微細物にビオチンを結合させ、 前記ビオチンの配列パターン形成済みの下地に前記ビオ
    チン結合済みの微細物をストレプトアビジンまたはアビ
    ジンを介して結合させることを特徴とする微細物の配列
    方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の微細物の配列方法にお
    いて、 前記下地にビオチンの所定の配列パターンを形成し、 前記微細物にストレプトアビジンまたはアビジンを結合
    させ、 前記ビオチンの配列パターン形成済みの下地に前記スト
    レプトアビジン又はアビジン結合済みの微細物を結合さ
    せることを特徴とする微細物の配列方法。
  4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載の微細物の配列方
    法において、 前記所定の配列パターンの形成を、前記下地全面にアミ
    ノ基を結合させ、該結合させたアミノ基群をパターニン
    グし、該パターニングにより得たアミノ基のパターンに
    ビオチンを結合させることにより行なうか、または、前
    記下地全面にアミノ基を結合させ、該アミノ基群にビオ
    チンを結合させ、該ビオチン群をパターニングすること
    により行なうことを特徴とする微細物の配列方法。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の微細物の配列方法にお
    いて、 前記所定の配列パターンを形成する際のアミノ基群のパ
    ターニング及びビオチン群のパターニングを、前記アミ
    ノ基群又はビオチン群に電子線、レーザ、紫外線または
    Ｘ線を選択的に照射することで行なうことを特徴とする
    微細物の配列方法。
  6. 【請求項６】 請求項１の微細物を生体物質及び生体類
    似物質の双方又は一方で構成されたリポソームとしたこ
    とを特徴とするバイオ素子の製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のバイオ素子の製造方法
    において、 前記リポソームの脂質二重層にビオチンの結合部位とし
    て膜タンパク質を予め組み込み、該膜タンパク質にリポ
    ソーム側のビオチンを結合させることを特徴とするバイ
    オ素子の製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項１の微細物をタンパク質としたこ
    とを特徴とするバイオ素子の製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項１の微細物を超微粒子としたこと
    を特徴とする超微粒子の配列方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１の微細物を金属コロイドとし
    たことを特徴とする微細配線法。
  11. 【請求項１１】 請求項１の微細物を金属コロイドと
    し、請求項２又は３に記載の配列パターンを細線状パタ
    ーンが所定間隔で配列されたものとしたことを特徴とす
    る偏光子の製造方法。
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