專利名稱：分析芯片用玻璃基板及分析芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將對應(yīng)于大于等于數(shù)百～數(shù)萬種基因的DNA、RNA、糖鏈或者蛋白質(zhì)片斷等生物高分子低聚物微量有序地固化的生物芯片所適用的玻璃基板。另外，本發(fā)明還涉及微化學(xué)芯片所適用的玻璃基板，這種微化學(xué)芯片主要用于化學(xué)分析或者化學(xué)反應(yīng)，在基板或者基板內(nèi)部形成數(shù)百nm至數(shù)百μm程度寬的微小通路，通過在通路內(nèi)進行液體樣品或者液體反應(yīng)物的輸送、混合、反應(yīng)、分離精制等，可使自分析的前處理至檢測均在同一基板內(nèi)完成。
背景技術(shù)：
首先說明作為分析芯片之一的生物芯片。作為生物芯片的代表物，有將多種類的DNA片斷(以下稱為檢測DNA)作為數(shù)百～數(shù)萬的微小樣點固定在基板上的DNA芯片。將人或動物的DNA中欲評價的DNA與DNA芯片(以下稱為評價DNA)雜交(hybridization)，可一次檢測評價多個DNA的序列，可解析個體間的序列差異、由于細胞狀態(tài)不同引起的基因表達量的差異等。此外，對于RNA、蛋白質(zhì)或者糖鏈等也同樣，以下將以DNA為代表說明。
在生物芯片，在基板上使DNA固定的方法大致分為利用光刻法的固相合成法，和將事先準備的多種類的檢測DNA在基板上排列的scanford法(也稱為印刷(stamping法)或者點樣法)。但是對于由任一方法固化所得的在基板上的DNA(以下稱為探針DNA)，作為檢測與其雜交的混合DNA片斷(以下稱為被檢體DNA)的手段，一般為事先在被檢體DNA上修飾熒光分子，再將其放入熒光讀取裝置，檢測在激發(fā)光照射時的各樣點的熒光強度的相對強弱。
熒光強度相對于激發(fā)光強度較弱，另外，被檢體DNA的濃度，自最薄的DNA到最濃的DNA有千倍至大于等于一萬倍的差距。特別是對于濃度薄的被檢體DNA，由基板自身的表面或者附著物(雜質(zhì)，有機物污染)等產(chǎn)生的自身熒光或反射成為噪音，造成很難精確檢測。
為提高熒光強度與噪音之比(S/N比)，公開過以下兩種方法，一種是通過預(yù)先在有凸凹的基板上形成與探針親和性很高的膜，提高樣點形成的準確度，從而提高熒光密度的方法(參考專利文獻1)，另一種是通過噴沙器等在基板的表面形成無規(guī)則的微小劃痕，增大樣點內(nèi)的表面積，提高形成樣點形成的準確度，從而提高熒光密度的方法(參考專利文獻2)，但無論哪種方法均必須在基板表面形成凸凹，因此需使用特殊的材料，而且加工工序以及清洗工序也是必要的，在成本方面是不利的。如本發(fā)明這樣，提高基板自身的S/N比的發(fā)明還未見公開。
另，作為來自基板表面的熒光噪音(熒光背景)較低的生物芯片用基板，已知有石英玻璃(合成石英、也可稱為硅玻璃)或者硼硅酸鹽類玻璃板(參考專利文獻1，2)，但是由于需分批處理制造，而且需精密研磨表面，因而制造成本高，這成為阻礙生物芯片普及的一個原因。另一方面，作為表面平坦性和光滑性優(yōu)良而且制造成本低的玻璃板，有在窗玻璃中使用的鈉鈣硅玻璃，其與石英玻璃或者硼酸類玻璃相比存在熒光背景較高的問題。
即，還沒有公開過有與石英玻璃相當(dāng)?shù)牡退綗晒獗尘埃鳛榛迨褂脮r不必經(jīng)過精密研磨，另外即使在基板表面不特別形成微細凸凹，也可得到充分的S/N比的，低成本的生物芯片基板。
同樣，在作為分析芯片之一的微化學(xué)芯片方面也還沒有公開過，對在芯片上或者芯片內(nèi)部形成的通路內(nèi)流動的微量液狀分析物可進行精確且高敏度的熒光測定的低成本的微化學(xué)基板。另外，本發(fā)明說明書中，以下將生物芯片和微化學(xué)芯片統(tǒng)稱為分析芯片。
〔專利文獻1〕日本專利特開2003-14744號公報(發(fā)明的實施方式)〔專利文獻2〕日本專利特開2003-107086號公報(發(fā)明的實施方式)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，提供使用時熒光背景低，使各樣點的S/N比提高，可精確且高敏度地測定，而且低成本的分析用玻璃基板。
本發(fā)明提供分析芯片用玻璃基板，其特征在于，玻璃基板為鈉鈣硅玻璃，而且Fe的含量換算為Fe2O3為小于等于0.1質(zhì)量％。
將本發(fā)明的分析芯片用玻璃基板用于生物芯片用基板時，由于熒光背景低，由此來自被檢體DNA的熒光強度相對較高，可得到優(yōu)良的S/N比。而且，由于玻璃基板的玻璃是鈉鈣硅玻璃，與石英玻璃相比原料價格低、容易制造，因此在成本方面有優(yōu)勢?？刹捎迷谄教购凸饣矫婢€(wěn)定的浮法制得，而且可不經(jīng)過精密研磨直接作為生物芯片用玻璃基板使用，因而無需研磨工序及研磨工序后的洗凈·干燥工序，在生產(chǎn)性方面也有優(yōu)勢。因此非常有助于生物芯片診斷的普及。
另外，作為本發(fā)明的生物芯片用玻璃基板的生物芯片使用的玻璃面，用與探針DNA高親和的表面處理劑處理，可得到優(yōu)良的S/N比，另外作為生物芯片的數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性良好。
這樣在基板自身，整個表面均具有的優(yōu)良S/N比，因此現(xiàn)有的生物芯片的利用方法、測定儀器等無需特殊改動即可直接使用，而且，保持一定的用于得到熒光信號的激發(fā)光強度，可在自熒光強度易飽和的高濃度的被檢體DNA到熒光強度微弱的低濃度的被檢體DNA的大范圍內(nèi)高精確測定。
由此，使生物芯片上的各種樣品的樣點徑變小，實現(xiàn)更高密度化，更高集成化，每一片生物芯片的信息量上升，從而可減少生物芯片的使用片數(shù)。如果1次測定使用1片生物芯片即可完成的話，則無需通過各基板間數(shù)據(jù)的標準偏差計算等來修正，可提高所測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可信性。
同樣在微化學(xué)芯片中使用本發(fā)明的分析芯片用玻璃基板，可對在芯片上或者芯片內(nèi)部形成的通路內(nèi)流動的微量液狀分析對象物進行精確且高敏度地測定。結(jié)果，可更微細地設(shè)計通路，降低濃度檢測限值，提高測定數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可信性。


〔圖1〕激發(fā)波長為532nm的熒光背景測定結(jié)果。
〔圖2〕激發(fā)波長為635nm的熒光背景測定結(jié)果。
符號的說明11對于激發(fā)波長為532nm的來自本基板的熒光背景特性。
12對于激發(fā)波長為532nm的來自比較基板的熒光背景特性。
21對于激發(fā)波長為635nm的來自本基板的熒光背景特性。
22對于激發(fā)波長為635nm的來自比較基板的熒光背景特性。
具體實施例方式
本發(fā)明的分析芯片用玻璃基板(以下稱為本基板)是用于固定DNA等生物高分子低聚物，或者用于形成流動微量的液狀分析對象物等的通路的玻璃基板，其特征在于，其是Fe的含量換算為Fe2O3為小于等于0.1質(zhì)量％的鈉鈣硅玻璃。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，對于鈉鈣硅玻璃，如Fe的含量換算為Fe2O3為小于等于0.1質(zhì)量％，則對于主要應(yīng)用于生物芯片的，532nm和635nm的激發(fā)光，熒光背景的強度變小。同樣對于微化學(xué)芯片，被使用時熒光背景強度也下降。另外，本基板中，鈉鈣硅玻璃的Fe的含量較好是換算為Fe2O3為小于等于0.07質(zhì)量％，特好為Fe的含量換算為Fe2O3為小于等于0.05質(zhì)量％。
本基板中鈉鈣硅玻璃的Fe之外的組成，只要是可用浮法制造的組成則無特殊的限制，以氧化物為基準，如含有SiO265～75質(zhì)量％、Al2O30～5質(zhì)量％、Na2O10～16質(zhì)量％、K2O 0～5質(zhì)量％、CaO 5～15質(zhì)量％、MgO 0～7質(zhì)量％可表現(xiàn)出良好的成形性。更好為K2O 0.1質(zhì)量％、Cl未滿0.1質(zhì)量％、Al2O3大于等于1.5質(zhì)量％。
作為上述以外的成分，可以含有SrO、BaO、ZnO、ZrO2等，用以調(diào)整玻璃基板的機械特性或者熱的特性，或是作為雜質(zhì)，各含量分別在例如小于等于1質(zhì)量％的范圍內(nèi)，也可含有含量分別在例如小于等于0.5質(zhì)量％的范圍內(nèi)的Sb2O3、F、Cl等作為澄清劑或者雜質(zhì)。也可含有SnO2，用以調(diào)整玻璃的還原度，或者作為雜質(zhì)，其含量分別在例如小于等于0.5質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
作為本基板的制造方法，無特別的限制，采用浮法制造時可大量生產(chǎn)平滑性和平坦性均優(yōu)良的基板，因而在成本方面有優(yōu)勢，較為理想，用浮法以外的方法制造時，必要時最好進行精密研磨。本基板表面的粗糙度Ra，如小于等于100nm，則較易進行硅烷偶合劑等表面處理劑的處理，雜交也可均一進行，另外讀取被檢體的熒光信號時焦點也均一，因此較好。本基板的表面的粗糙度Ra更好為小于等于10nm，特好為小于等于1nm。
對于本基板，將分析芯片用作生物芯片時，對該使用的玻璃表面進行表面處理劑處理，使該玻璃表面具有與探針DNA反應(yīng)性高的官能基，這樣可使探針DNA更牢固地結(jié)合在玻璃基板表面，除得到優(yōu)良的S/N比，此外生物芯片的數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性提高，因此較好。
同樣，對于本基板，將分析芯片用作微化學(xué)芯片時，將用作通路部分的表面用與在該流路內(nèi)流動的液狀分析對象物等無親和性或者無反應(yīng)性的表面處理劑處理，可防止液狀分析對象物在通路內(nèi)堵塞，另外，可得到優(yōu)良的S/N比，且數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性提高，因此較好。
作為這種表面處理劑，如為具有上述功能的物質(zhì)，則無特定的限制，例如以硅烷偶合劑為好。雖不清楚詳細的原因，但認為與以下相關(guān)，即玻璃基板與探針DNA的結(jié)合由于硅烷偶合劑的介入變得更加穩(wěn)固，以及由于玻璃是鈉鈣硅玻璃，其與硅烷偶合劑的反應(yīng)點在表面較多，易于進行均一的表面處理。
硅烷偶合劑中，典型的為具有RSiX3的化學(xué)構(gòu)造，其中R表示有機官能團、X表示與無機材料反應(yīng)的水解性基團，作為有機官能團R，較好的是例如含有乙烯、環(huán)氧丙氧基、異丁烯、氨基、巰基乙酸、醛、環(huán)氧基、羧基、羥基等的基團為好。另一方面，X例如以氯和烷氧基為好。作為烷氧基，可例舉甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、已氧基等。
作為硅烷偶合劑的一例，可例舉γ-氨丙基三乙氧基硅烷。另外，作為硅烷偶合劑溶液較好的是采用，將上述硅烷偶合劑用與其水解性基團具有相同構(gòu)造的醇類稀釋，再加入適當(dāng)水份，使水解性基團活化所形成的硅烷偶合劑溶液。
對于本基板，表面處理劑的使用方法無特殊的限制，例如涂布或者浸漬等就是較好的方法。可例舉如下方法，將本基板表面用布擦拭，經(jīng)堿或者有機溶劑等清洗干燥后，將該基板在硅烷偶合劑溶液中浸漬一定時間，干燥后使之加熱脫水結(jié)合的方法。作為玻璃基板上表面處理劑的厚度，以1nm～100nm為好，更好為2nm～50nm，特好為3nm～30nm。
以下，說明本發(fā)明的實施例。
〔玻璃基板〕首先，采用浮法制造出實驗中使用的本基板，將厚度為1mm的鈉鈣硅玻璃(旭硝子公司制)，裁成約為25mm×76mm的長方形，為除去表面的附著物，在10質(zhì)量％的氫氧化鈉水溶液中浸漬30分鐘后，用蒸餾水充分沖洗，即可作為供試體。用表面粗糙度測定機(TAYLOR HOBSON公司制TALYSURF)測得的，表面粗糙度Ra為約0.6nm。
一方面，作為比較板使用市售的鈉鈣硅玻璃(Telechem公司制，商品名SuperClean，約25mm×76mm，厚度約1mm)。清洗法同本基板。經(jīng)過同本基板同樣的測定，表面粗糙度Ra為約5nm。
另外，對于本基板以及比較基板的組成，使用熒光X線分析裝置(リガク公司制，商品名ZSX100e)測定所得的結(jié)果示于表1。另外，本基板的玻璃組成不限制于本實施例的組成。
〔表1〕

〔評價方法〕對于供試基板，使用熒光測定裝置(Axon公司制，GenePix4000B)，將激發(fā)光的能量設(shè)置為最大值(功率100％，能量1000)，在激發(fā)波長為532nm以及635nm處觀察基板的熒光反射?；宓臒晒夥瓷涞挠^察為，對在約25mm×76mm的長方形的中央約25mm×25mm的部位進行觀察。將對激發(fā)波長為532nm以及635nm的觀察結(jié)果，以分別以用單色65536灰度(16位)的TIFF格式的圖像輸入到付配的計算機中。圖像的分辨率大致為1000像素大小。
對于所得的圖像，使用標準的圖像處理軟件，維持16位的灰度信息，進行直方圖解析。這里所說的直方圖是，將圖像中從黑(亮度為0)到白(亮度為65535)的各亮度的像素在圖像中所占的存在比率表示在，以亮度為橫軸，縱軸為顯示出該亮度的像素的存在數(shù)的圖中。通過分析顯示，各像素的所示亮度越低(0，即接近黑)，以及在亮度低的部分越有集中的分布，則基板的熒光背景越低，適宜作為分析芯片用基板。
對激發(fā)波長532nm的解析結(jié)果示于圖1，對激發(fā)波長635nm的解析結(jié)果示于圖2。由圖1、圖2可知，本基板(11、21)與比較基板(12、22)相比亮度低，而且峰銳，熒光背景低，因而非常適合作為生物芯片用玻璃基板。另外，根據(jù)圖1、圖2所求得的平均亮度、標準偏差、中央亮度的結(jié)果示于表2。
〔表2〕

本基板，由于來自基板本身的熒光背景較低，與此對應(yīng)的來自被檢體DNA等的熒光強度的S/N比較高，可得到準確的信息。特別是，即使是以往被認為難以進行分析的低表達的被檢體DNA也有望實現(xiàn)高精度的分析。另外，由于S/N比高，樣點可微小化，從而可提供高密集化的生物芯片。本基板具有上述優(yōu)良特點，而且由于是可用浮法制造的玻璃基板因而成本低，非常很有助于生物芯片在遺傳基因相關(guān)的研究或者遺傳基因解析等領(lǐng)域中的普及。
同樣，本基板可提供可實現(xiàn)精確檢測或分析的微化學(xué)芯片。
權(quán)利要求
1.分析芯片用玻璃基板，其特征在于，玻璃基板為鈉鈣硅玻璃，且Fe的含量換算為Fe2O3為小于等于0.1質(zhì)量％。
2.如權(quán)利要求1所述的分析芯片用玻璃基板，其特征還在于，上述鈉鈣硅玻璃的Fe之外的組成的含有量，以氧化物為基準，為SiO265～75質(zhì)量％、Al2O30～5質(zhì)量％、Na2O 10～16質(zhì)量％、K2O 0～5質(zhì)量％、CaO 5～15質(zhì)量％、MgO 0～7質(zhì)量％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的分析芯片用玻璃基板，其特征還在于，作為上述分析芯片用玻璃基板的分析芯片使用的面經(jīng)過表面處理劑的處理。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項所述的分析芯片用玻璃基板，其特征還在于，上述表面處理劑為硅烷偶合劑。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項所述的分析芯片用玻璃基板，其特征還在于，上述鈉鈣硅玻璃為浮法玻璃板。
6.分析芯片，其特征在于，使用權(quán)利要求1～5中任一項所述的分析芯片用玻璃基板。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供在使用分析芯片時可提高各樣點的熒光強度S/N比，可精確高敏測定的分析芯片用玻璃基板。一種生物芯片用玻璃基板，其特征在于，玻璃基板是鈉鈣硅玻璃，且Fe的含量換算為Fe
文檔編號C03C3/087GK1766612SQ200510108490
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者野本英男 申請人:旭硝子株式會社