JP2001240499A - Crystal preparation equipment - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、有機分子の結晶を
調製するための装置に関し、特に、タンパク質、酵素等
の種々の生体高分子、およびそれらの複合体を含む高分
子の結晶化に適用される装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for preparing crystals of organic molecules, and more particularly, to an apparatus for crystallization of various biological macromolecules such as proteins and enzymes, and macromolecules including complexes thereof. Related devices.
【0002】[0002]
【従来の技術】タンパク質等の生体高分子の結晶化は、
通常の無機塩等の低分子量化合物の場合と同様、高分子
を含む水または非水溶液から溶媒を奪う処理を施すこと
により、過飽和状態にして、結晶を成長させるのが基本
となっている。このための代表的な方法として、バッチ
法、透析法および気液相間拡散法があり、これらは、試
料の種類、量、性質等によって使い分けられている。2. Description of the Related Art Crystallization of biopolymers such as proteins
As in the case of ordinary low molecular weight compounds such as inorganic salts, it is fundamental to grow the crystals in a supersaturated state by performing a treatment for removing the solvent from water or a non-aqueous solution containing a polymer. Representative methods for this include a batch method, a dialysis method, and a gas-liquid interphase diffusion method, which are properly used depending on the type, amount, and property of the sample.
【0003】図1(a)および図1(b)は、気液相間
拡散法に含まれるハンギングドロップ法およびシッティ
ングドロップ法を概略的に示す。図1(a)に示すハン
ギングドロップ法では、沈殿剤222を収容する密閉容
器220内において、結晶化すべき生体高分子を含む母
液221が垂下される。図1(b)に示すシッティング
ドロップ法では、密閉容器230内において、プレート
233上に結晶化すべき生体高分子を含む母液221が
置かれる。沈殿剤222は、密閉容器230内におい
て、別の容器231に収容される。これらの方法では、
沈殿剤および母液中の揮発成分の蒸発によって、緩やか
に平衡が成立する。FIGS. 1A and 1B schematically show a hanging drop method and a sitting drop method included in the gas-liquid interphase diffusion method. In the hanging drop method shown in FIG. 1A, a mother liquor 221 containing a biopolymer to be crystallized is dropped in a closed container 220 containing a precipitant 222. In the sitting drop method shown in FIG. 1B, a mother liquor 221 containing a biopolymer to be crystallized is placed on a plate 233 in a closed container 230. The precipitant 222 is accommodated in another container 231 in the closed container 230. With these methods,
Evaporation of the precipitant and volatile components in the mother liquor slowly establishes equilibrium.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】X線結晶構造解析によ
り生体高分子の3次元構造を決定するためには、目的と
する物質を抽出・精製後、結晶化することが必須とな
る。しかし、現在のところ、どの物質に対しても適用す
れば必ず結晶化できるといった手法および装置がないた
め、勘と経験に頼ったトライアンドエラーを繰返しなが
ら結晶化を進めているのが実状である。生体高分子の結
晶を得るためには、非常に多くの実験条件による探索が
必要であり、結晶成長がX線結晶解析の分野での最も大
きなボトルネックとなっている。In order to determine the three-dimensional structure of a biopolymer by X-ray crystal structure analysis, it is essential to extract and purify the target substance and then crystallize it. However, at present, there is no method or device that can be applied to any substance to ensure crystallization, so the reality is that crystallization is being promoted by repeating trial and error based on intuition and experience. . In order to obtain biopolymer crystals, it is necessary to search under a great number of experimental conditions, and crystal growth is the biggest bottleneck in the field of X-ray crystal analysis.
【0005】本発明の目的は、上述したように多様な特
性を有するために試行錯誤を繰返しながら進められてき
た従来の結晶化プロセスの欠点を技術的に解消すること
である。It is an object of the present invention to technically solve the drawbacks of the conventional crystallization process which has been carried out through trial and error due to having various characteristics as described above.
【0006】具体的には、本発明の目的は、種々の生体
高分子および生体高分子から主として構成される生体組
織の結晶化において、結晶核の形成を空間的に制御でき
る装置を提供することである。Specifically, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of spatially controlling the formation of crystal nuclei in crystallization of various biopolymers and a biological tissue mainly composed of biopolymers. It is.
【0007】さらなる本発明の目的は、大型の結晶の調
製を促進し得る装置を提供することである。It is a further object of the present invention to provide an apparatus that can facilitate the preparation of large crystals.
【0008】さらなる本発明の目的は、少量の生体高分
子溶液で、結晶化を可能にし得る装置を提供することで
ある。[0008] It is a further object of the present invention to provide an apparatus which can enable crystallization with a small amount of a biopolymer solution.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明により、溶液中に
含まれる有機分子の結晶を調製するための装置が提供さ
れ、該装置は、基板、および基板上に形成された対向す
る一対の凸部を備える。該装置は、対向する一対の凸部
の間に有機分子の結晶化のための空間を形成し、該空間
に有機分子を含む溶液を存在させて使用されるものであ
る。該装置において、結晶化のための空間をはさむ1対
の凸部表面は、溶液中においてそれら表面の間で有機分
子を特定の方向に配向させる性質を有している。According to the present invention, there is provided an apparatus for preparing a crystal of an organic molecule contained in a solution, the apparatus comprising a substrate, and a pair of opposed convexes formed on the substrate. It has a unit. The device is used by forming a space for crystallization of organic molecules between a pair of opposed convex portions and allowing a solution containing the organic molecules to exist in the space. In this apparatus, a pair of convex surfaces sandwiching a space for crystallization has the property of orienting organic molecules in a specific direction between the surfaces in a solution.
【0010】好ましくは、本発明による装置において、
一対の凸部表面は、溶液中において互いに異なる表面電
位またはゼータ電位を有するものであり、それにより、
それら表面の間で有機分子を静電的な作用により特定の
方向に配向させる性質がもたらされる。好ましくは、一
対の凸部表面は、互いに異なる等電点を有する材料から
なり、かつ一対の凸部の間に存在する基板の表面は、一
対の凸部表面がそれぞれ有する等電点の間の等電点を有
する材料からなる。また、一対の凸部の頂上に存在する
表面も、一対の凸部表面がそれぞれ有する等電点の間の
等電点を有する材料からなることが好ましい。Preferably, in the device according to the invention,
The pair of convex surfaces have different surface potentials or zeta potentials from each other in the solution,
The property of orienting organic molecules in a specific direction by electrostatic action between the surfaces is provided. Preferably, the pair of convex surfaces are made of materials having different isoelectric points from each other, and the surface of the substrate existing between the pair of convex portions is between the isoelectric points of the pair of convex surfaces. It is made of a material having an isoelectric point. Further, it is preferable that the surfaces existing on the tops of the pair of projections also be made of a material having an isoelectric point between the isoelectric points of the surfaces of the pair of projections.
【0011】本発明による装置において、一対の凸部を
囲むように基板上に壁を設け、該壁の内側に溶液を保持
することが好ましい。In the apparatus according to the present invention, it is preferable that a wall is provided on the substrate so as to surround the pair of projections, and the solution is held inside the wall.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】タンパク質や酵素などの生体高分
子の表面は、通常、溶液中で解離してpHに依存する表
面電荷を帯びる。たとえば、図2(a)に示すように、
表面の一方に多数の正電荷を有し、他方に多数の負電荷
を有する生体高分子をマクロ的に見た場合、図2(b)
に示すような双極子構造をなしているとみなすことがで
きる。このような双極子の形をとる生体高分子の結晶化
に関し、多数の該分子を一定の向き(たとえば双極子モ
ーメントの方向)に配向させて、擬集させれば、結晶核
を形成することができ、この核を中心とする結晶成長が
期待できる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The surface of a biopolymer such as a protein or an enzyme is usually dissociated in a solution and has a pH-dependent surface charge. For example, as shown in FIG.
FIG. 2 (b) shows a macroscopic view of a biopolymer having many positive charges on one surface and many negative charges on the other surface.
Can be regarded as having a dipole structure as shown in FIG. Regarding the crystallization of a biopolymer in the form of such a dipole, a crystal nucleus can be formed by orienting a large number of such molecules in a certain direction (for example, the direction of a dipole moment) and assembling them. Thus, crystal growth centering on this nucleus can be expected.
【0013】そこで、本発明によれば、例えば、図3に
示すように表面1aが溶液中で負に帯電する第1の固体
材料1と、表面2aが正に帯電する第2の固体材料2と
を対面させて配置する。図に示すように、それらの間に
おいて、双極子の形態である多数の生体高分子3は、矢
印で示す表面1aから表面2aの方向(これらの表面に
略垂直な方向)に対して、双極子モーメントが略平行に
なるよう配向し得る。そして、生体高分子3の+側表面
を負に帯電する表面1aに吸着させることができ、一
方、生体高分子3の−側表面を正に帯電する表面2aに
吸着させることができる。このようにして、表面1aと
表面2aとの間で、多数の分子3を配列させ、結晶核を
形成させて、結晶化を生じさせることができる。結晶化
のために配置する固体材料は、図4に示すように配置さ
れてもよい。この場合、正に帯電する第1の固体材料1
と負に帯電する第2の固体材料2とが背中あわせに重ね
られた1対の組合せ体5が、対向して配置される。Therefore, according to the present invention, for example, as shown in FIG. 3, a first solid material 1 whose surface 1a is negatively charged in a solution, and a second solid material 2 whose surface 2a is positively charged, as shown in FIG. And are arranged facing each other. As shown in the figure, between them, a large number of biopolymers 3 in the form of dipoles are dipolar with respect to the direction from the surface 1a to the surface 2a indicated by the arrow (a direction substantially perpendicular to these surfaces). The child moments can be oriented to be substantially parallel. The positive surface of the biopolymer 3 can be adsorbed to the negatively charged surface 1a, while the negative surface of the biopolymer 3 can be adsorbed to the positively charged surface 2a. In this way, a large number of molecules 3 can be arranged between the surface 1a and the surface 2a to form a crystal nucleus, thereby causing crystallization. The solid material arranged for crystallization may be arranged as shown in FIG. In this case, the positively charged first solid material 1
And a pair of combined bodies 5 in which the second solid material 2 negatively charged and the second solid material 2 are stacked back to back.
【0014】このように、本発明は、結晶化すべき分子
の配向をもたらす性質を有する1対の異なる固体表面を
与え、それら表面の間に結晶化のための空間を形成す
る。本発明において、そのような表面を与える固体材料
は、基板上で凸部を形成する。本発明において、対向す
る1対の凸部表面の間隔(図3および4に示すd1、d
2)は、その間で結晶化の目的とする有機分子を静電的
な作用により一定方向に配向させて固定させ、そこに結
晶核が形成される程度の間隔に設定すればよい。従っ
て、目的とする有機分子の大きさに応じて調整すればよ
い。たとえば、タンパク質分子の場合であれば、該間隔
は、5nm〜2μmとすることができ、30nm〜50
0nmが好ましい。凸部の高さも同様に5nm〜2μm
とすることができ、30nm〜500nmが好ましい。Thus, the present invention provides a pair of different solid surfaces that have the property of providing the orientation of the molecules to be crystallized, creating a space between the surfaces for crystallization. In the present invention, the solid material providing such a surface forms a protrusion on the substrate. In the present invention, the distance between the surface of a pair of opposing convex portions (d1, d shown in FIGS. 3 and 4)
In 2), an organic molecule to be crystallized may be oriented and fixed in a certain direction by electrostatic action in the meantime, and an interval may be set such that crystal nuclei are formed there. Therefore, it may be adjusted according to the size of the target organic molecule. For example, in the case of protein molecules, the spacing can be between 5 nm and 2 μm, and between 30 nm and 50 μm.
0 nm is preferred. Similarly, the height of the convex portion is 5 nm to 2 μm.
And it is preferably 30 nm to 500 nm.
【0015】特に本発明において、結晶化のための空間
をはさむ1対の凸部表面は、溶液中で互いに異なる表面
電位もしくはゼータ電位、または表面電荷を有し、上述
したような静電界を形成することが好ましい。このよう
な構造は、等電点が高い物質と等電点が低い物質を対面
させることで得ることができる。等電点が異なる固体表
面を対向させ、両表面に接触させる溶液のpHをそれら
の等電点の間に調整すれば、等電点が高い固体表面を
正、等電点が低い固体表面を負に帯電させることができ
る。例えば、図3および図4において第1の固体1をS
iO2(等電点約2)、第2の固体1をAl2O3(等電
点約9)とし、溶液のpHを5に調整すると、表面1a
は負に、表面2aは正に帯電する。Particularly, in the present invention, a pair of convex surfaces sandwiching a space for crystallization have different surface potentials or zeta potentials or surface charges in a solution, and form the above-mentioned electrostatic field. Is preferred. Such a structure can be obtained by making a substance having a high isoelectric point face a substance having a low isoelectric point. If solid surfaces with different isoelectric points are opposed to each other and the pH of the solution contacting both surfaces is adjusted between those isoelectric points, a solid surface with a high isoelectric point is positive and a solid surface with a low isoelectric point is It can be negatively charged. For example, in FIG. 3 and FIG.
When iO 2 (isoelectric point: about 2) and the second solid 1 were Al 2 O 3 (isoelectric point: about 9) and the pH of the solution was adjusted to 5, the surface 1a
Is negatively charged and the surface 2a is positively charged.
【0016】一般に、タンパク質分子、コロイド粒子、
ならびに金属、半導体、およびそれらの酸化物、水酸化
物または窒化物などの化合物の表面は、水溶液中で、そ
の溶液のpH値によって定まる表面電位(一般にゼータ
電位として測定できる)に帯電する。この表面電位が見
かけ上ゼロになるときの溶液のpH値が、等電点であ
る。等電点は物質によって異なるが、この等電点より低
いpHにおいて物質は正に帯電し、等電点より高いpH
において物質は負に帯電する。たとえば、金属もしくは
半導体の酸化物または水酸化物の表面は、水と接すると
水和を起こし、水酸基を生成させる。この水酸基の解離
により、酸化物または水酸化物の表面は、水溶液のpH
に応じて表面電位(ゼータ電位)を生じさせる。たとえ
ば、SiO 2では次のような解離が生じる。 固体表面−Si・OH+H+→固体表面−SiOH2 ++
OH- 固体表面−Si・OH+OH-→固体表面−SiO-+H
2O+H+ したがって、酸化物または水酸化物の表面は、低いpH
で、プロトン付加により正の電位を帯び、高いpHで、
OH基からのプロトンの引き抜きにより負の電位を帯び
る。In general, protein molecules, colloid particles,
And metals, semiconductors and their oxides, hydroxylated
Surfaces of compounds such as nitrides or nitrides
Surface potential (generally zeta
(Which can be measured as a potential). This surface potential is
The pH value of the solution at the time when it is virtually zero is the isoelectric point.
You. The isoelectric point differs depending on the substance, but is lower than this isoelectric point.
At positive pH the substance is positively charged and has a pH above the isoelectric point.
At, the material is negatively charged. For example, metal or
When the surface of the oxide or hydroxide of the semiconductor comes in contact with water,
Causes hydration to generate hydroxyl groups. Dissociation of this hydroxyl group
Due to the oxide or hydroxide surface, the pH of the aqueous solution
A surface potential (zeta potential) is generated in accordance with. for example
For example, SiO TwoThen, the following dissociation occurs. Solid surface -SiOH + H+→ Solid surface-SiOHTwo ++
OH- Solid surface-Si OH + OH-→ Solid surface-SiO-+ H
TwoO + H+ Therefore, the surface of the oxide or hydroxide has a low pH
At a positive potential by protonation, at high pH,
Negative potential due to proton abstraction from OH group
You.
【0017】参考として、図5にアルミナ、p型シリコ
ン、窒化シリコン、n型シリコンおよび酸化シリコンの
ゼータ電位のpH依存性を示す。このように、物質の種
類によって、所定のpHにおけるゼータ電位は異なって
くる。本発明は、このような物質の性質を利用して、異
なる材料の組合せにより、結晶化のための空間を形成す
る。たとえば、溶液のpHが6〜8であるとき、図5か
ら、アルミナ−窒化シリコン、アルミナ−n型シリコ
ン、アルミナ−酸化シリコンの組合せは、それぞれ顕著
な正−負の表面の組合せを与え得る。特に、アルミナ−
酸化シリコンの組合せは、広範囲なpHにおいて、結晶
化のための空間に強い静電界をもたらし得る。For reference, FIG. 5 shows the pH dependence of the zeta potential of alumina, p-type silicon, silicon nitride, n-type silicon and silicon oxide. As described above, the zeta potential at a predetermined pH differs depending on the type of the substance. In the present invention, a space for crystallization is formed by a combination of different materials utilizing the properties of such substances. For example, from FIG. 5, when the pH of the solution is between 6 and 8, the alumina-silicon nitride, alumina-n-type silicon, and alumina-silicon oxide combinations can each provide a significant positive-negative surface combination. In particular, alumina
Combinations of silicon oxides can produce strong electrostatic fields in the space for crystallization over a wide range of pH.
【0018】本発明による装置において、結晶化のため
の固体表面の材料は、上記を考慮して、金属、半導体、
金属化合物、半導体化合物、樹脂等のポリマーなどから
適宜選択することができる。1対の固体表面の組合わせ
は、任意であるが、両表面のゼータ電位が顕著に異なる
ことが好ましい。好ましい半導体には、シリコン、ガリ
ウム・ヒ素(GaAs)、ガリウム・リン(GaP)な
どがある。好ましい半導体化合物には、酸化シリコン、
窒化シリコンなどがあり、好ましい金属化合物には、酸
化アルミニウム(α−Al2O3、γ−Al2O3)、酸化
チタン、酸化銅などの金属酸化物や、窒化アルミニウ
ム、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、T
aSiN、WSiNなどの金属窒化物や、水酸化アルミ
ニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物などが
ある。好ましい組合わせには、シリコン−アルミナ、酸
化シリコン−アルミナ、窒化シリコン−アルミナ、酸化
シリコン−酸化チタン、シリコン−酸化チタン、酸化チ
タン−アルミナなどがある。In the device according to the invention, the material of the solid surface for crystallization may be a metal, semiconductor,
It can be appropriately selected from metal compounds, semiconductor compounds, polymers such as resins, and the like. The combination of the pair of solid surfaces is optional, but it is preferable that the zeta potentials of both surfaces are significantly different. Preferred semiconductors include silicon, gallium arsenide (GaAs), gallium phosphorus (GaP), and the like. Preferred semiconductor compounds include silicon oxide,
Preferred examples of the metal compound include metal oxides such as aluminum oxide (α-Al 2 O 3 , γ-Al 2 O 3 ), titanium oxide, and copper oxide; aluminum nitride, titanium nitride, and tungsten nitride. , Tantalum nitride, T
There are metal nitrides such as aSiN and WSiN, and metal hydroxides such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide. Preferred combinations include silicon-alumina, silicon oxide-alumina, silicon nitride-alumina, silicon oxide-titanium oxide, silicon-titanium oxide, titanium oxide-alumina, and the like.
【0019】本発明による装置において、生体高分子を
配向させるべく対向する1対の表面以外の面は、溶液中
で低い表面電位またはゼータ電位(たとえば、1対の表
面の表面電位またはゼータ電位の間にある電位)を有す
る材料からなることが好ましい。図6(a)および
(b)に示すように、対向する凸部11および12の間
にある基板10の表面10aは、そのような電位を有す
る材料からなることが好ましい。図7(a)および
(b)に示すように、表面10aの電位が+側または−
側に高いと、分子13は表面10aの影響を受け、好ま
しい配向が阻害されるおそれがある。また、図6(a)
および(b)に示すように、凸部11および12の上面
(頂上を構成する面)11bおよび12bやその他の基
板表面10bも、溶液中で小さい電位を示す材料で形成
することが好ましい。例えば、表面10a、10b、1
1bまたは12bは、1対の表面11aおよび12aの
等電点の間の等電点を有する材料からなることが好まし
い。すなわち、凸部11が約2の等電点を有する材料か
らなり、凸部12が約9の等電点を有する材料からなる
場合、表面10a、10b、11bまたは12bは、等
電点が約5の材料からなるのが好ましい。この場合、溶
液のpHを約5とすると、凸部11の表面電位は負に、
凸部12の表面電位は正になるが、表面10a、10
b、11bまたは12bの電位は0に近くなる。かくし
て、双極子構造の生体分子は、凸部の上面や基板表面の
電位の影響を受けず、1対の凸部の間にうまく配向され
得る。In the device according to the present invention, the surfaces other than the pair of surfaces facing each other to orient the biopolymer may have a low surface potential or zeta potential (for example, the surface potential or zeta potential of a pair of surfaces) in a solution. It is preferably made of a material having an intermediate potential). As shown in FIGS. 6A and 6B, it is preferable that the surface 10a of the substrate 10 between the opposing projections 11 and 12 is made of a material having such a potential. As shown in FIGS. 7A and 7B, the potential of the surface 10a is changed to the positive side or the negative side.
If it is higher on the side, the molecules 13 will be affected by the surface 10a and the preferred orientation may be impaired. FIG. 6 (a)
As shown in (b) and (b), the upper surfaces (surfaces constituting the apexes) 11b and 12b of the protrusions 11 and 12 and the other substrate surface 10b are also preferably formed of a material exhibiting a small potential in a solution. For example, the surfaces 10a, 10b, 1
Preferably, 1b or 12b is made of a material having an isoelectric point between the isoelectric points of the pair of surfaces 11a and 12a. That is, when the convex portion 11 is made of a material having an isoelectric point of about 2 and the convex portion 12 is made of a material having an isoelectric point of about 9, the surface 10a, 10b, 11b or 12b has an isoelectric point of about 2 5 of the material. In this case, assuming that the pH of the solution is about 5, the surface potential of the convex portion 11 becomes negative,
Although the surface potential of the projection 12 becomes positive, the surface 10a, 10
The potential of b, 11b or 12b approaches zero. Thus, the dipole-structured biomolecule can be well oriented between the pair of protrusions without being affected by the potential of the upper surface of the protrusions or the substrate surface.
【0020】具体的には、凸部11をSiO2、凸部1
2をAl2O3、表面10a、10b、11bまたは12
bを構成する層をSi3N4(等電点約5)で形成し、溶
液のpHを約5に調整すると、凸部11の表面電位は
負、凸部12の表面電位は正、他の表面電位をほぼ零に
することができる。Specifically, the protrusion 11 is made of SiO 2 , and the protrusion 1
2 is Al 2 O 3 , surface 10a, 10b, 11b or 12
When the layer constituting b is formed of Si 3 N 4 (isoelectric point of about 5) and the pH of the solution is adjusted to about 5, the surface potential of the projection 11 is negative, the surface potential of the projection 12 is positive, and the others. Can be made substantially zero.
【0021】半導体基板、より好ましくはシリコン基板
を用いることで、CVD、ホトリソグラフィー、エッチ
ング等の通常の半導体集積回路の製造と同様な手法によ
って、比較的容易に基板上に凸部が形成された構造を作
製できる。すなわち、CVD技術を用いてシリコン基板
上に所望の材料の膜を成膜し、ホトリソグラフィー技術
を用いて所望の形状のマスクを形成し、エッチング技術
を用いてマスクを施した領域以外を除去していけば、基
板上に凸部を形成することができる。By using a semiconductor substrate, more preferably, a silicon substrate, the projections can be formed on the substrate relatively easily by the same method as that for manufacturing a normal semiconductor integrated circuit such as CVD, photolithography, and etching. Structure can be made. That is, a film of a desired material is formed on a silicon substrate using a CVD technique, a mask having a desired shape is formed using a photolithography technique, and an area other than the masked area is removed using an etching technique. As a result, a projection can be formed on the substrate.
【0022】たとえば、図8(a)に示すとおり、シリ
コン基板20を用意し、次いで図8(b)に示すよう
に、シリコン基板20上にCVDによってSiO2膜2
1およびSi3N4膜22を順に堆積させる。さらに図8
(c)に示すように、スパッタリングによってAl2O3
膜23を形成する。その後、図8(d)に示すように、
ホトリソグラフィー法を用いて、レジストのマスク24
を形成する。エッチングを行い、マスクを除去すると、
図8(e)に示すようなAl2O3からなる凸部31が形
成される。次いで、図8(f)に示すように、CVDに
よってSiO2膜25を形成し、凸部31を覆う。この
とき、凸部31の形にあわせてSiO2膜25には凹凸
ができる。そこで、SiO2膜25を化学機械研磨し、
図8(g)に示すようにAl2O3を露出させ、平坦な表
面を得る。次いで、図8(h)に示すように、Si3N4
膜26を形成し、その上にレジストのマスク27を形成
する。エッチングを行い、マスクを除去すると、図8
(i)に示すような構造が得られる。Al2O3からなる
凸部31の上面はSi3N4膜26で覆われている。Si
O2からなる凸部32の上面もSi3N4膜26で覆われ
ている。対向する凸部31と凸部32との間は、結晶化
のための空間である。該空間は、Al2O3表面31aと
SiO2表面32aとにはさまれる。基板20の表面も
Si3N4膜22で覆われる。Si3N4は、Al2O3とS
iO2の間の等電点を有する材料であるため、基板表面
および凸部上面が結晶化に与える影響は抑えられてい
る。[0022] For example, as shown in FIG. 8 (a), providing a silicon substrate 20, then as shown in FIG. 8 (b), SiO 2 film by CVD on the silicon substrate 20 2
1 and a Si 3 N 4 film 22 are sequentially deposited. Further FIG.
As shown in (c), Al 2 O 3 by sputtering
A film 23 is formed. Then, as shown in FIG.
The resist mask 24 is formed by using photolithography.
To form After etching and removing the mask,
A projection 31 made of Al 2 O 3 is formed as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 8F, a SiO 2 film 25 is formed by CVD to cover the convex portions 31. At this time, irregularities are formed in the SiO 2 film 25 according to the shape of the convex portion 31. Therefore, the SiO 2 film 25 is subjected to chemical mechanical polishing,
As shown in FIG. 8G, Al 2 O 3 is exposed to obtain a flat surface. Next, as shown in FIG. 8 (h), Si 3 N 4
A film 26 is formed, and a resist mask 27 is formed thereon. After etching and removing the mask, FIG.
The structure as shown in (i) is obtained. The upper surface of the projection 31 made of Al 2 O 3 is covered with the Si 3 N 4 film 26. Si
The upper surface of the convex portion 32 made of O 2 is also covered with the Si 3 N 4 film 26. The space between the opposing convex portions 31 and 32 is a space for crystallization. The space is sandwiched between the Al 2 O 3 surface 31a and the SiO 2 surface 32a. The surface of the substrate 20 is also covered with the Si 3 N 4 film 22. Si 3 N 4 is composed of Al 2 O 3 and S
Since the material has an isoelectric point between iO 2, the influence of the substrate surface and the upper surface of the convex portion on crystallization is suppressed.
【0023】別の凸部形成プロセスを図9(a)〜
(i)に示す。図9(a)に示すとおり、シリコン基板
40を用意し、次いで図9(b)に示すように、シリコ
ン基板30上にCVDによってSiO2膜41およびS
i3N4膜42を順に堆積させる。SiO2膜41は、基
板に対するSi3N4膜42の結合を強めるため形成され
る。さらに図9(c)に示すように、スパッタリングに
よってAl2O3膜43を形成する。その後、図9(d)
に示すように、ホトリソグラフィー法を用いて、レジス
トのマスク44を形成する。ドライエッチングを行い、
マスクを除去すると、図9(e)に示すようなAl2O3
からなる凸部51が形成される。次いで、図9(f)に
示すように、CVDによってSiO2膜45を形成し、
凸部51を覆う。このとき、凸部51の形にあわせてS
iO2膜45には凹凸ができる。そこで、SiO2膜45
を化学機械研磨し、図9(g)に示すようにAl2O3を
露出させ、平坦な表面を得る。次いで、図9(h)に示
すように、CVDによりSi 3N4膜46を形成し、その
上にホトリソグラフィー法を使用してレジストのマスク
47を形成する。エッチングを行い、マスクを除去する
と、図9(i)に示すような構造が得られる。Al2O3
からなる凸部51とSiO2からなる凸部52が背中合
わせに重ねられた組合せ凸部53aおよび53bが形成
される。凸部53aおよび53bの上面はSi3N4膜4
6で覆われている。対向する凸部53aと凸部53bと
の間は、結晶化のための空間である。該空間は、Al2
O3表面51aとSiO2表面52aとにはさまれる。基
板40の表面もSi3N4膜42で覆われる。Si3N4に
よって基板表面および凸部上面が結晶化に与える影響は
抑えられている。Another projection forming process is shown in FIGS.
It is shown in (i). As shown in FIG. 9A, a silicon substrate
40, and then, as shown in FIG.
SiO on the substrate 30 by CVDTwoMembrane 41 and S
iThreeNFourThe films 42 are sequentially deposited. SiOTwoThe membrane 41 is
Si for plateThreeNFourFormed to enhance the bonding of membrane 42
You. Further, as shown in FIG.
Therefore AlTwoOThreeA film 43 is formed. Then, FIG.
As shown in the figure,
A mask 44 is formed. Perform dry etching,
When the mask is removed, Al as shown in FIG.TwoOThree
Is formed. Next, FIG.
As shown, the SiOTwoForming a film 45,
The projection 51 is covered. At this time, according to the shape of the convex portion 51, S
iOTwoThe film 45 has irregularities. Therefore, SiOTwoMembrane 45
Is chemically and mechanically polished, and as shown in FIG.TwoOThreeTo
Exposure to get a flat surface. Then, as shown in FIG.
As shown in FIG. ThreeNFourForming a film 46;
Resist mask using photolithography on top
47 is formed. Perform etching and remove the mask
Then, a structure as shown in FIG. 9 (i) is obtained. AlTwoOThree
Convex portion 51 made of SiO and SiOTwoThe convex part 52 consisting of
Combined convex portions 53a and 53b are formed in parallel.
Is done. The upper surfaces of the projections 53a and 53b are SiThreeNFourMembrane 4
6 is covered. Opposing convex portions 53a and 53b
Is a space for crystallization. The space is AlTwo
OThreeSurface 51a and SiOTwoIt is sandwiched between the surface 52a. Base
The surface of the plate 40 is also SiThreeNFourCovered with membrane 42. SiThreeNFourTo
Therefore, the effect of the substrate surface and the upper surface of the projection on crystallization
It is suppressed.
【0024】また、凸部の形成方法は、上述した手法以
外の手法でもよく、たとえば、陽極酸化などの電気化学
的手法を用いてもよい。Further, the method of forming the convex portion may be a method other than the above-described method, and for example, an electrochemical method such as anodic oxidation may be used.
【0025】図10(a)および(b)に示す装置を本
発明により提供できる。結晶調製用装置200を構成す
る基板210上には、9組の凸部対220が形成されて
いる。各凸部対220では、基板210上で、凸部22
1と凸部222が所定の間隔で離れて対向する。凸部2
21と凸部222との間が、結晶化のための空間であ
る。隣合う凸部対間の距離は、凸部221と凸部222
との間の距離より顕著に長い。したがって、各凸部対
は、互いに独立して結晶化を進めることができる。基板
および凸部対の構造は、たとえば図8(i)または図9
(i)に示すようなものとすることができる。9組の凸
部対220において、凸部221の材料と凸部222の
材料の組合せは、すべて同じでもよいし、部分的に異な
っていてもよいし、あるいはすべての凸部対が互いに異
なる組合せを有していてもよい。また、凸部221と凸
部222との間隔も、各凸部対ですべて同じでもよい
し、部分的あるいはすべての凸部対で異ならせてもよ
い。The device shown in FIGS. 10A and 10B can be provided by the present invention. Nine pairs of convex portions 220 are formed on a substrate 210 constituting the crystal preparation apparatus 200. In each convex portion pair 220, the convex portions 22
1 and the convex portion 222 face each other at a predetermined interval. Convex part 2
The space between the projection 21 and the projection 222 is a space for crystallization. The distance between adjacent pairs of convex portions is determined by the convex portions 221 and 222.
Significantly longer than the distance between. Therefore, each pair of protrusions can proceed with crystallization independently of each other. The structure of the substrate and the pair of projections is, for example, as shown in FIG.
It can be as shown in (i). In the nine pairs of convex portions 220, the combination of the material of the convex portions 221 and the material of the convex portions 222 may be all the same, may be partially different, or may be a combination in which all the pairs of convex portions are different from each other. May be provided. Further, the intervals between the convex portions 221 and the convex portions 222 may be the same for each pair of convex portions, or may be partially different or different for all the pairs of convex portions.
【0026】さらに、基板210上には、9組の凸部対
220を囲む壁230が設けられている。図11に示す
ように、壁230の内側に結晶化すべき有機分子を含む
溶液240を保持することができる。凸部221および
222は保持された溶液240に接触する。囲い壁によ
り、基板上に溶液を保持する部分を簡単に形成すること
ができる。囲い壁は、ガラス、セラミックス、ポリカー
ボネート樹脂、アクリル樹脂等のプラスチック類、ステ
ンレス鋼等の金属などからなる。囲い壁は、溶液中の有
機分子の吸着を阻害し得る材料、すなわち溶液中で小さ
い電位を示す材料で形成することが好ましい。ただし、
結晶化のための空間(各凸部対220)と囲い壁との距
離が溶液中の有機分子の拡散距離(有機分子が溶液中で
移動し得る距離)よりも十分に長い場合は、この限りで
はなく、他の材料で囲い壁を形成しても問題ない。Further, on the substrate 210, a wall 230 surrounding the nine sets of convex portions 220 is provided. As shown in FIG. 11, a solution 240 containing organic molecules to be crystallized can be held inside the wall 230. The protrusions 221 and 222 come into contact with the held solution 240. Due to the surrounding wall, a portion for holding the solution can be easily formed on the substrate. The surrounding wall is made of glass, ceramics, plastics such as polycarbonate resin and acrylic resin, and metals such as stainless steel. The enclosure wall is preferably formed of a material that can inhibit the adsorption of organic molecules in the solution, that is, a material having a small potential in the solution. However,
If the distance between the space for crystallization (each pair of projections 220) and the surrounding wall is sufficiently longer than the diffusion distance of the organic molecules in the solution (the distance that the organic molecules can move in the solution), However, there is no problem if the surrounding wall is formed of another material.
【0027】囲い壁は、貫通孔を有する別の基板、たと
えばパイレックスガラス基板を、凸部対220を有する
基板210と接合することにより形成できる。貫通孔を
有する基板が壁を形成し、貫通孔の部分に溶液を保持で
きる。貫通孔は、レジストパターンを使用したエッチン
グ、機械加工などによりガラス等の基板に形成できる。
また、原料の型成形等により、はじめから貫通孔を有す
る基板を得ることができる。貫通孔を有する基板と凸部
対を有する基板とは、分離可能に接合してもよいし、分
離不能に接合してもよい。たとえば、陽極接合法、また
は接着剤により、接合、固定することができる。ガラス
基板と半導体基板とを接合する場合、陽極接合法が好ま
しく用いられる。一方、接着力のそれほど強くないシー
ル剤または接着剤を使用して、後に分離できるように接
合してもよい。また、嵌め合いの構造によって、他の材
料を介さずに接合してもよい。また、囲い壁は、凸部対
を有する基板上に比較的厚い膜を形成し、ホトリソグラ
フィー、エッチングを用いて一体的に形成してもよい。The surrounding wall can be formed by joining another substrate having a through hole, for example, a Pyrex glass substrate, to the substrate 210 having the pair of convex portions 220. The substrate having the through hole forms a wall, and the solution can be held in the portion of the through hole. The through hole can be formed in a substrate such as glass by etching using a resist pattern, machining, or the like.
In addition, a substrate having a through hole from the beginning can be obtained by molding a raw material or the like. The substrate having the through hole and the substrate having the pair of projections may be joined in a separable manner or inseparable. For example, they can be joined and fixed by an anodic bonding method or an adhesive. When bonding a glass substrate and a semiconductor substrate, an anodic bonding method is preferably used. On the other hand, a sealant or an adhesive having a low adhesive strength may be used so as to be joined so as to be separated later. In addition, depending on the structure of the fitting, the bonding may be performed without using any other material. Alternatively, the surrounding wall may be formed by forming a relatively thick film on a substrate having a pair of convex portions and integrally forming the film using photolithography and etching.
【0028】さらに、図12(a)および図12(b)
に示す装置を本発明により提供できる。結晶調製用装置
270は、囲い壁を形成するための第1の基板271
と、凸部対を有する3つの第2の基板272とを接合し
た組立体である。第1の基板271は、互いに離れて配
置された9の円筒状貫通孔273を有する。貫通孔27
3が配列された各位置に、基板272が配置される。貫
通孔273の1つの開口(図12(b)における下側の
開口)は、基板272によってふさがれ、他の開口(図
12(b)における上側の開口)は、開けられたままで
ある。基板272によってふさがれた貫通孔273は、
結晶化すべき有機分子(たとえばタンパク質分子)を含
む溶液を保持する部分274を形成する。各溶液保持部
274は、結晶化のためのウェルとなる。各基板272
の表面には、基板271の貫通孔の配列に対応して3組
の凸部対が形成されている。凸部対において、凸部27
5と凸部276とが対向する。3つの基板272は、す
べて同じであってもよいし、そのうちのいくつかが異な
ってもよいし、すべて異なっていてもよい。凸部対の材
質の組合せや間隔は、基板ごとに異なってもよいし、す
べて同じでもよい。複数の貫通孔を有する基板と、凸部
対をそれぞれ有する複数の基板とを組合せることによ
り、複数の条件下で同時に結晶化を行う装置を簡便に提
供できる。Further, FIGS. 12 (a) and 12 (b)
The present invention can provide the apparatus shown in the following. The apparatus for crystal preparation 270 includes a first substrate 271 for forming an enclosure wall.
And an assembly in which three second substrates 272 each having a pair of convex portions are joined. The first substrate 271 has nine cylindrical through holes 273 arranged apart from each other. Through hole 27
The substrate 272 is arranged at each position where 3 is arranged. One opening (the lower opening in FIG. 12B) of the through hole 273 is closed by the substrate 272, and the other opening (the upper opening in FIG. 12B) remains open. The through hole 273 closed by the substrate 272 is
A portion 274 is formed that holds a solution containing the organic molecules (eg, protein molecules) to be crystallized. Each solution holding section 274 becomes a well for crystallization. Each substrate 272
Are formed with three pairs of convex portions corresponding to the arrangement of the through holes of the substrate 271. In the convex part pair, the convex part 27
5 and the convex portion 276 face each other. The three substrates 272 may all be the same, some of them may be different, or all may be different. The combination and spacing of the materials of the pair of protrusions may be different for each substrate, or may be the same for all. By combining a substrate having a plurality of through holes and a plurality of substrates each having a pair of projections, an apparatus for simultaneously performing crystallization under a plurality of conditions can be easily provided.
【0029】また、図13(a)および図13(b)に
示すような装置を本発明によって提供できる。結晶調製
用装置370は、第1の基板371と、第2の基板37
2との組立体である。第1の基板371は、互いに離れ
て配置された9の円筒状貫通孔373を有する。貫通孔
373の1つの開口は、基板372によってふさがれ、
他の開口は、開けられたままである。基板372によっ
てふさがれた貫通孔373は、結晶化すべき有機分子を
含む溶液を保持する部分374を形成する。各溶液保持
部374は、結晶化のためのウェルとなる。基板372
上には、基板371の貫通孔の配列に対応して、9組の
凸部対が配置されている。凸部対において、凸部375
と凸部376とが対向する。9組の凸部対の材質の組合
せや間隔は、すべて同じであってもよいし、部分的に異
なってもよいし、すべて異なっていてもよい。この装置
においても、複数の条件下で同時に結晶化を行える。Further, an apparatus as shown in FIGS. 13A and 13B can be provided by the present invention. The crystal preparation apparatus 370 includes a first substrate 371 and a second substrate 37.
2 is an assembly. The first substrate 371 has nine cylindrical through holes 373 arranged apart from each other. One opening of the through hole 373 is closed by the substrate 372,
Other openings remain open. The through hole 373 closed by the substrate 372 forms a portion 374 that holds a solution containing the organic molecules to be crystallized. Each solution holding section 374 becomes a well for crystallization. Substrate 372
On the upper side, nine pairs of convex portions are arranged corresponding to the arrangement of the through holes of the substrate 371. In the convex portion pair, the convex portion 375
And the convex portion 376 are opposed to each other. The combinations and intervals of the materials of the nine pairs of convex portions may be the same, may be partially different, or may be all different. Also in this apparatus, crystallization can be performed simultaneously under a plurality of conditions.
【0030】図12に示す第2の基板272および図1
3に示す第2の基板372は、図8または図9に示すよ
うな方法により作製することができる。The second substrate 272 shown in FIG.
The second substrate 372 shown in FIG. 3 can be manufactured by a method as shown in FIG. 8 or FIG.
【0031】本発明による装置は、溶液のpHを測定す
るための手段を含むことができる。上述したように固体
表面および結晶化すべき有機分子の表面電位または実効
表面電荷は、溶液のpHに左右されるため、結晶化の操
作において、溶液のpHをモニタすることは、有意義で
ある。pH測定手段には、通常のpHメーター、イオン
感応性電界効果型トランジスタ(ISFET)と基準電
極を組合わせた従来型のpHセンサー等を用いることが
できる。[0031] The device according to the invention may include means for measuring the pH of the solution. As described above, the surface potential or the effective surface charge of the solid surface and the organic molecule to be crystallized depends on the pH of the solution, and therefore, it is significant to monitor the pH of the solution in the crystallization operation. As the pH measuring means, a normal pH meter, a conventional pH sensor in which an ion-sensitive field effect transistor (ISFET) and a reference electrode are combined, and the like can be used.
【0032】一方、pH測定手段として、図14に示す
ような装置を用いてもよい。pH測定装置100におい
て、n型シリコン基板101上にはSiO2膜102が
形成されている。基板101上には溶液保持部110が
設けられる。溶液保持部110は、溶液105の流れを
堰きとめる囲い壁106およびSiO2膜102から構
成される。囲い壁106上には金属電極107が設けら
れる。金属電極107は、SiO2膜102の方に延び
ていて、溶液保持部110内に保持される溶液と接触す
るように配置される。シリコン基板101の裏面(Si
O2膜102が設けられた面と対向する面)には、端子
電極108が設けられる。On the other hand, an apparatus as shown in FIG. 14 may be used as the pH measuring means. In the pH measuring device 100, an SiO 2 film 102 is formed on an n-type silicon substrate 101. A solution holding unit 110 is provided on the substrate 101. The solution holding unit 110 includes an enclosure wall 106 for blocking the flow of the solution 105 and the SiO 2 film 102. On the surrounding wall 106, a metal electrode 107 is provided. The metal electrode 107 extends toward the SiO 2 film 102 and is arranged so as to be in contact with the solution held in the solution holding unit 110. Back surface of silicon substrate 101 (Si
A terminal electrode 108 is provided on the surface opposite to the surface on which the O 2 film 102 is provided).
【0033】酸化物の表面は、上述したように水和反応
を起こして、水酸基を生成させる。その水酸基の解離に
よって酸化物表面に電荷が生じる。したがって、酸化物
の表面には、溶液のpHに応じた表面電位が発生する。
たとえば、SiO2の場合、以下のような解離がおこ
り、その表面電位はpHによって変化する。 他の酸化物でも同様な機構により表面電位が生じ、酸化
物の種類に応じて等電点や発生する電位の値は異なる。
なお、SiO2の等電点はおよそ1.8〜2.8であ
る。また、詳細な機構は分からないが、窒化物の表面に
も酸化物と同様に水溶液中でその水溶液のpHに応じた
電位が発生する。たとえば、Si3N4の場合は等電点が
およそ4〜5程度であって、それより低いpHで正の表
面電位を、それより高いpHで負の表面電位を帯びる。
このため、絶縁層としてSiO2膜のかわりにSi3N4
膜等の窒化物膜を用いてもよい。As described above, the surface of the oxide undergoes a hydration reaction to generate a hydroxyl group. An electric charge is generated on the oxide surface by the dissociation of the hydroxyl group. Therefore, a surface potential corresponding to the pH of the solution is generated on the surface of the oxide.
For example, in the case of SiO 2 , the following dissociation occurs, and the surface potential changes depending on pH. Surface potential is generated by the same mechanism in other oxides, and the isoelectric point and the value of the generated potential are different depending on the type of the oxide.
The isoelectric point of SiO 2 is approximately 1.8 to 2.8. Although the detailed mechanism is unknown, a potential corresponding to the pH of the aqueous solution is generated in the aqueous solution as well as the oxide on the surface of the nitride. For example, Si 3 N 4 has an isoelectric point of about 4 to 5, and has a positive surface potential at a lower pH and a negative surface potential at a higher pH.
For this reason, instead of the SiO 2 film, Si 3 N 4
A nitride film such as a film may be used.
【0034】したがって、図14に示す装置100にお
いて、SiO2膜102が露出した溶液保持部110に
水溶液を入れると、SiO2膜102の表面にその水溶
液のpHに応じた電位が発生する。この電位によって、
酸化膜を介して設けられるシリコン基板表面のキャリア
濃度が変化する。したがって、シリコン基板101の溶
液105に近い部分に形成される空乏層109の容量が
変化する(空乏層の幅が変化する)。したがって、MO
S(MIS)に相当する構造を有する装置100におい
て、金属電極107と端子電極108との間の容量電圧
特性(高周波特性)は、溶液105のpHに応じて変化
する。この変化を、図15に示す。図15は、pHの異
なる2種の溶液に関して容量電圧特性を示している。容
量電圧特性は、図に示すようにpHに応じて電圧軸方向
に変化する。Therefore, in the apparatus 100 shown in FIG. 14, when an aqueous solution is put into the solution holding section 110 where the SiO 2 film 102 is exposed, a potential corresponding to the pH of the aqueous solution is generated on the surface of the SiO 2 film 102. With this potential,
The carrier concentration on the surface of the silicon substrate provided via the oxide film changes. Therefore, the capacitance of the depletion layer 109 formed near the solution 105 of the silicon substrate 101 changes (the width of the depletion layer changes). Therefore, MO
In the device 100 having a structure corresponding to S (MIS), the capacitance-voltage characteristics (high-frequency characteristics) between the metal electrode 107 and the terminal electrode 108 change according to the pH of the solution 105. This change is shown in FIG. FIG. 15 shows the capacitance-voltage characteristics of two solutions having different pHs. The capacitance-voltage characteristics change in the voltage axis direction according to the pH as shown in the figure.
【0035】あらかじめ、図14に示すpH測定装置を
用いて、測定周波数1MHz程度で、pHの分かってい
る種々の溶液の容量電圧特性を測定し、pH値とフラッ
トバンド電位(VFB)との関係を得ることができる。p
H値とフラットバンド電位(VFB)は、たとえば図16
に示すような関係を有する。この関係に基づいて、未知
の溶液のpHが求められる。すなわち、pH測定装置1
00をC−VメーターおよびC−Vレコーダーに接続す
る。次いで、溶液保持部110に測定すべき溶液を入
れ、電極107と108との間のC−V特性を測定し、
VFBを求める。得られたVFBと、予め得られたpH値と
フラットバンド電位(VFB)との関係から、当該溶液の
pHが決定される。Using a pH measuring device shown in FIG. 14 at a measuring frequency of about 1 MHz, the capacitance-voltage characteristics of various solutions whose pH is known are measured, and the pH value and the flat band potential (V FB ) are measured. You can get a relationship. p
The H value and the flat band potential (V FB ) are, for example, as shown in FIG.
Has the relationship shown in FIG. Based on this relationship, the pH of the unknown solution is determined. That is, the pH measuring device 1
00 is connected to a CV meter and a CV recorder. Next, the solution to be measured is placed in the solution holding unit 110, and the CV characteristics between the electrodes 107 and 108 are measured.
Find V FB . And V FB obtained from the relationship between the previously obtained pH values and the flat band potential (V FB), pH of the solution is determined.
【0036】このpH測定装置において、n型Si基板
の代わりにp型Si基板を用いてもよいし、他の半導体
基板、たとえば、Ge基板やGaAs等の化合物半導体
基板を用いてもよい。また、SiO2膜の代わりに他の
酸化物膜たとえばAl2O3膜、TiO2膜を用いてもよ
いし、Si3N4等の窒化物膜を用いてもよい。絶縁層の
厚みは、たとえば100Å〜1μmであり、好ましくは
500Å〜3000Åである。電極用の材料には、P
t、Pd、Au等を用いることができる。In this pH measuring apparatus, a p-type Si substrate may be used instead of the n-type Si substrate, or another semiconductor substrate, for example, a compound semiconductor substrate such as a Ge substrate or GaAs may be used. Further, instead of the SiO 2 film, another oxide film such as an Al 2 O 3 film or a TiO 2 film may be used, or a nitride film such as Si 3 N 4 may be used. The thickness of the insulating layer is, for example, 100 ° to 1 μm, and preferably 500 ° to 3000 °. The material for the electrode is P
t, Pd, Au or the like can be used.
【0037】このpH測定装置は、極めて単純な構造
(MOS(MIS)構造)を有し、通常の半導体加工技
術(リソグラフィー、CVD、エッチング等)を用いて
簡単に製作できる。当該装置の溶液保持部にピペットな
どで溶液を滴下し、数μl〜数十μlの微量の溶液につ
いてpHを測定できる。この装置は、シリコン基板上に
作製することができ、したがって、本発明による結晶成
長用装置と同じ基板上に作り込むことができる。This pH measuring device has a very simple structure (MOS (MIS) structure) and can be easily manufactured using ordinary semiconductor processing techniques (lithography, CVD, etching, etc.). The solution can be dropped on the solution holding section of the apparatus by a pipette or the like, and the pH can be measured for a very small amount of several μl to several tens μl of the solution. This device can be made on a silicon substrate and can therefore be built on the same substrate as the device for crystal growth according to the invention.
【0038】図17に示す装置430は、図12に示す
ような結晶調製用装置の9つの溶液保持部(結晶化のた
めのウェル)のうちの1つに上述のpH測定装置を作り
込んだ適用例であり、pHモニタを一体化した結晶成長
用装置である。この例においては、9つの溶液保持部の
うち1つは溶液のpH測定用に用いられ、残りの8つを
有機分子の結晶調製用に用いることができる。また、残
りの8つのうちいくつかに沈殿剤を保持してもよい。The apparatus 430 shown in FIG. 17 has the above-mentioned pH measuring apparatus built in one of the nine solution holding sections (wells for crystallization) of the apparatus for preparing crystals as shown in FIG. This is an application example, and is a crystal growth apparatus in which a pH monitor is integrated. In this example, one of the nine solution holding units can be used for measuring the pH of the solution, and the remaining eight can be used for preparing crystals of organic molecules. Further, a precipitant may be retained in some of the remaining eight.
【0039】図17に示すように、装置430のウェル
を透明なガラスの蓋500で密封し、冷暗所に保管する
ことで結晶を作製(調製)することができる。各ウェル
での結晶成長の様子は、透明な蓋の上から顕微鏡により
観察される。その際、図に示すように、pHモニタ用セ
ルの電極にC−Vメーター401を接続し、X−Yレコ
ーダー402でC−V特性を測定する。これにより、結
晶成長中の溶液のpHがモニタされる。As shown in FIG. 17, a crystal can be prepared (prepared) by sealing the well of the apparatus 430 with a transparent glass lid 500 and storing it in a cool and dark place. The state of crystal growth in each well is observed with a microscope from above the transparent lid. At this time, as shown in the figure, a CV meter 401 is connected to the electrode of the pH monitor cell, and an XY recorder 402 measures CV characteristics. This monitors the pH of the solution during crystal growth.
【0040】本発明の装置を用いて有機分子の結晶を作
製(調製)するには、まず、本発明の装置の凸部対が形
成された領域に結晶化の目的とする有機分子を含む溶液
を供給して保持する(囲い壁が設けられた装置の場合
は、囲い壁の内側に溶液を供給しそこに保持する。囲い
壁を有さない装置の場合には、基板表面の凸部対が形成
された部分に溶液を滴下し、表面張力により保持す
る)。そして、沈殿剤とともに密封して結晶が成長する
まで放置することにより、有機分子の結晶を作製するこ
とができる。沈殿剤は、別の容器に入れて本発明の結晶
調製用装置と並べて置いてガラスの蓋などで密封しても
よい。また、結晶成長用装置に一体的に沈殿剤保持部を
形成し、そこに沈殿剤を入れてもよい。すなわち、複数
の溶液保持部(ウェル)を有する装置構成とし、そのう
ちの一部を沈殿剤保持用のウェルとして用い、沈殿剤を
入れてもよい。結晶化用のウェルと沈殿剤保持用のウェ
ルとでは、その容量を変えてもよい。なお、pHモニタ
は必ずしも必要ではない。In order to prepare (prepare) a crystal of an organic molecule using the apparatus of the present invention, first, a solution containing the organic molecule to be crystallized is formed in the region where the pair of convex portions of the apparatus of the present invention is formed. (In the case of an apparatus provided with an enclosure wall, the solution is supplied to the inside of the enclosure wall and held therein. In the case of an apparatus having no enclosure wall, a pair of convex portions on the substrate surface is provided. The solution is dropped on the portion where is formed, and held by surface tension). Then, it is sealed with a precipitant and left to stand until crystals grow, whereby crystals of organic molecules can be produced. The precipitant may be put in a separate container, placed side by side with the crystal preparation device of the present invention, and sealed with a glass lid or the like. Further, a precipitant holding section may be formed integrally with the crystal growth apparatus, and the precipitant may be put therein. That is, the apparatus may be configured to have a plurality of solution holding units (wells), some of which may be used as wells for holding the precipitant, and into which the precipitant may be charged. The volumes of the crystallization well and the precipitant holding well may be changed. Note that a pH monitor is not always necessary.
【0041】[0041]
【発明の効果】本発明によれば、凸部対が形成する空間
に選択的に有機分子を配列させ、それによって、対流の
有機分子への影響を低減し、有機分子の結晶核の形成を
安定化させることができる。本発明によれば、X線構造
解析を可能にし得る大型の結晶を得ることができる。さ
らに本発明によれば、多数組の凸部対を結晶化に用いる
ことによって、多くの種類の有機分子の結晶化に対応す
ることができる。また、本発明では、極微量の試料につ
いて結晶化を行なうことができる。According to the present invention, the organic molecules are selectively arranged in the space formed by the pair of convex portions, thereby reducing the influence of convection on the organic molecules and forming the crystal nuclei of the organic molecules. Can be stabilized. According to the present invention, it is possible to obtain a large crystal capable of performing X-ray structural analysis. Further, according to the present invention, it is possible to cope with crystallization of many types of organic molecules by using a large number of pairs of convex portions for crystallization. In the present invention, crystallization can be performed on a very small amount of sample.
【0042】本発明は、製薬産業や食品産業等におい
て、種々の高分子化合物、特に高分子電解質を精製また
は結晶化するために用いることができる。本発明は特
に、酵素および膜タンパク質等のタンパク質、ポリペプ
チド、ペプチド、ポリサッカライド、核酸、ならびにこ
れらの複合体および誘導体等を精製または結晶化させる
ため好ましく適用される。特に本発明は、生体高分子の
精製または結晶化のため好ましく適用される。The present invention can be used to purify or crystallize various polymer compounds, particularly polymer electrolytes, in the pharmaceutical industry, the food industry, and the like. The present invention is particularly preferably applied to purify or crystallize proteins such as enzymes and membrane proteins, polypeptides, peptides, polysaccharides, nucleic acids, and complexes and derivatives thereof. In particular, the present invention is preferably applied for purification or crystallization of a biopolymer.
【図1】 (a)および(b)は、従来の結晶成長法を
示す模式図である。FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams showing a conventional crystal growth method.
【図2】 (a)は表面電荷分布を有する高分子を示す
模式図であり、(b)は(a)に示す分子を双極子とみ
なせることを示す模式図である。2A is a schematic diagram showing a polymer having a surface charge distribution, and FIG. 2B is a schematic diagram showing that the molecule shown in FIG. 2A can be regarded as a dipole.
【図3】 本発明による装置の一具体例を示す概略断面
図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing a specific example of the device according to the present invention.
【図4】 本発明による装置のもう一つの具体例を示す
概略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing another embodiment of the device according to the present invention.
【図5】 いくつかの物質のゼータ電位のpH依存性を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing pH dependence of zeta potential of some substances.
【図6】 (a)および(b)は、本発明による装置の
他の具体例を示す概略断面図である。6 (a) and 6 (b) are schematic cross-sectional views showing another specific example of the device according to the present invention.
【図7】 (a)および(b)は、基板表面が分子の配
向を阻害する様子をしめす模式図である。FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams showing a state in which the substrate surface inhibits the orientation of molecules.
【図8】 (a)〜(i)は、本発明による装置を製造
するための方法を示す概略断面図である。8 (a) to (i) are schematic sectional views showing a method for manufacturing a device according to the present invention.
【図9】 (a)〜(i)は、本発明による装置を製造
するためのもう一つの方法を示す概略断面図である。9 (a) to (i) are schematic sectional views showing another method for manufacturing a device according to the present invention.
【図10】 (a)は本発明により溶液を保持するため
の囲い壁を有する装置の一具体例を示す平面図であり、
(b)はその断面図である。FIG. 10 (a) is a plan view showing a specific example of an apparatus having an enclosure for holding a solution according to the present invention,
(B) is a sectional view thereof.
【図11】 図10(a)および(b)に示す装置が溶
液を保持する様子を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing how the apparatus shown in FIGS. 10A and 10B holds a solution.
【図12】 (a)は、本発明により複数の条件下で同
時に結晶化を行うことのできる装置の一例を示す平面
図、(b)はその断面図である。FIG. 12A is a plan view showing an example of an apparatus capable of simultaneously performing crystallization under a plurality of conditions according to the present invention, and FIG. 12B is a cross-sectional view thereof.
【図13】 (a)は、本発明による複数の条件下で同
時に結晶化を行うことのできる装置のもう一つの例を示
す平面図、(b)はその断面図である。FIG. 13A is a plan view showing another example of an apparatus capable of simultaneously performing crystallization under a plurality of conditions according to the present invention, and FIG. 13B is a cross-sectional view thereof.
【図14】 本発明の装置に設けられるpHセンサーの
一例を示す概略断面図である。FIG. 14 is a schematic sectional view showing an example of a pH sensor provided in the device of the present invention.
【図15】 図14に示すpHセンサーで測定される容
量電圧特性の例を示す図である。15 is a diagram showing an example of a capacitance-voltage characteristic measured by the pH sensor shown in FIG.
【図16】 図14に示すpHセンサーで測定される容
量電圧特性から求められるフラットバンド値と溶液のp
Hとの関係を示す図である。FIG. 16 shows a flat band value obtained from the capacitance-voltage characteristic measured by the pH sensor shown in FIG.
It is a figure showing the relation with H.
【図17】 図14に示す装置を図12に示す結晶成長
用装置に組込んだpHモニタ一体型装置においてpHを
測定する流れを示す模式図である。17 is a schematic diagram showing a flow of measuring pH in a pH monitor-integrated device in which the device shown in FIG. 14 is incorporated in the crystal growth device shown in FIG.
1,2,11,12,31,32,51,52 凸部、
10,20,40 基板。1, 2, 11, 12, 31, 32, 51, 52 convex portion,
10, 20, 40 substrates.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01D 9/02 625 B01D 9/02 625Z C30B 7/06 C30B 7/06 // C12M 1/42 C12M 1/42 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) B01D 9/02 625 B01D 9/02 625Z C30B 7/06 C30B 7/06 // C12M 1/42 C12M 1 / 42
Claims (5)
するための装置であって、 基板、および前記基板上に形成された対向する一対の凸
部を備え、 前記対向する一対の凸部の間に前記有機分子の結晶化の
ための空間を形成し、前記空間に前記有機分子を含む溶
液を存在させて使用するものであり、かつ前記結晶化の
ための空間をはさむ1対の凸部表面は、前記溶液中にお
いてそれら表面の間で前記有機分子を特定の方向に配向
させる性質を有していることを特徴とする、結晶調製用
装置。1. An apparatus for preparing a crystal of an organic molecule contained in a solution, comprising: a substrate; and a pair of opposed convex portions formed on the substrate, wherein the pair of opposed convex portions are provided. A space for crystallization of the organic molecule is formed between them, a solution containing the organic molecule is used in the space, and a pair of protrusions sandwiching the space for crystallization are used. An apparatus for preparing a crystal, wherein the surface of the part has a property of orienting the organic molecules in a specific direction between the surfaces in the solution.
いて互いに異なる表面電位またはゼータ電位を有するも
のであり、それにより、 それら表面の間で前記有機分子を特定の方向に配向させ
る性質がもたらされることを特徴とする、請求項1に記
載の装置。2. The surface of the pair of convex portions has a surface potential or a zeta potential different from each other in the solution, whereby a property of orienting the organic molecules in a specific direction between the surfaces is provided. The device according to claim 1, wherein the device is provided.
電点を有する材料からなり、かつ前記一対の凸部の間に
存在する前記基板の表面は、前記一対の凸部表面がそれ
ぞれ有する等電点の間の等電点を有する材料からなるこ
とを特徴とする、請求項2に記載の装置。3. The surface of the pair of protrusions is made of a material having a different isoelectric point from each other, and the surface of the substrate existing between the pair of protrusions has the surface of the pair of protrusions. 3. The device according to claim 2, wherein the device comprises a material having an isoelectric point between the isoelectric points.
電点を有する材料からなり、かつ前記一対の凸部の頂上
に存在する表面は、前記一対の凸部表面がそれぞれ有す
る等電点の間の等電点を有する材料からなることを特徴
とする、請求項2または3に記載の装置。4. The surface of the pair of protrusions is made of a material having a different isoelectric point, and the surface existing on the top of the pair of protrusions is the isoelectric point of the pair of protrusions. Device according to claim 2 or 3, characterized in that it consists of a material having an isoelectric point between:
に壁が設けられており、 前記壁の内側に前記溶液が保持されることを特徴とす
る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。5. The device according to claim 1, wherein a wall is provided on the substrate so as to surround the pair of protrusions, and the solution is held inside the wall. An apparatus according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000050958A JP2001240499A (en) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | Crystal preparation equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2001240499A true JP2001240499A (en) | 2001-09-04 |
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ID=18572678
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JP2000050958A Withdrawn JP2001240499A (en) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | Crystal preparation equipment |
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JP (1) | JP2001240499A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010220618A (en) * | 2002-07-30 | 2010-10-07 | Kurt Hoffmann | Protein crystallization method |
-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000050958A patent/JP2001240499A/en not_active Withdrawn
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