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JP2009191020A - 有機化合物合成装置および有機化合物合成方法 - Google Patents

有機化合物合成装置および有機化合物合成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】有機化合物の配列パターンの変更に即座に対応可能で、合成される有機化合物の均一性にも優れ、小型化を図ることが可能な有機化合物合成装置および有機化合物合成方法を提供する。
【解決手段】本発明によれば、１種または２種以上の重合可能な繰り返し単位を含む有機化合物を合成する有機化合物合成装置において、有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、加熱によりプロトンが発生する熱酸発生剤を含む反応液が供給される有機化合物合成用基板１０と、熱酸発生剤を含む反応液を加熱する熱源が設けられ、有機化合物合成用基板の所定箇所を選択的に加熱する基板加熱部２０と、を設けた。
【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、半導体製造装置などに設けられる有機化合物合成装置および有機化合物合成方法に関する。
生体物質であるＤＮＡ（ＤｅｏｘｙｒｉｂｏＮｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ：デオキシリボ核酸）を用いた診断において、ＤＮＡを基板上に配列したチップを用いる方法が、個々の人間の違いに対応したオーダーメイド医療実現に必須のものとして研究され、実用化されつつある。
ＤＮＡチップは、基板の上に配列の異なるＤＮＡのセグメントをスポット状に並べたものである。ＤＮＡチップの作製方法として、予めスポットの種類分だけのＤＮＡを合成しておき、合成しておいたＤＮＡをインクジェット方式で基板上に並べていく方法と、基板上で核酸をつなげて合成していく方法の２種類が考えられている。
基板上で核酸をつなげて合成していく方法は、四つの塩基に応じた材料だけで、任意の配列のＤＮＡを直接基板上に合成できる点で優れており、光リソグラフィに用いられる方法やインクジェット方式を用いて基板上にＤＮＡのパターン形成を行うことが可能である（例えば、特許文献１〜４を参照。）。この基板上で核酸をつなげて合成していく方法は、以下のような手順で行われる。
まず、基板上に所定のリンカーを介して保護基を形成する。この保護基は、光または酸に対して反応し、リンカーから離脱する。その結果、末端に水素原子を有するリンカーの端部が現れる。ここに、保護基が導入された塩基を反応させると、塩基のイソプロピル（ｉＰｒ）基を有した部分がリンカーの端部につながる。再び、新たな塩基をつなぎたい場所に光を照射したり酸を供給したりすると、保護基がはずれ、保護基が導入された塩基を反応させると、新たな塩基が保護基のはずれた部位につながっていく。このような工程を繰り返すことで任意の塩基配列を形成することができ、ＤＮＡチップを製造することができる。
このようにして製造されたＤＮＡチップで遺伝子診断を行う場合には、例えば検体で発現している遺伝子により合成されたｍＲＮＡ（メッセンジャーＲＮＡ）からｃＤＮＡ（相補的ＤＮＡ）を得て、このｃＤＮＡに蛍光標識等の検出に必要な信号を得ることができるものを付加する。ＤＮＡチップにこの試料を加えると、ＤＮＡチップ上の配列と合うｃＤＮＡのみが所定の塩基配列の部分に結合する。蛍光標識からの蛍光を検出することで、ＤＮＡチップ上のＤＮＡと試料中のｃＤＮＡが結合した部分を検出することができ、検体中でどのような遺伝子が発現しているかを知ることができる。これによって、病気の診断を行うことができる。また、遺伝子をいくつかの断片に分けて同様の操作をすることで、遺伝子の違いを検出することも可能である。
米国特許第６３７２４８３号明細書 米国特許第６４２０１８０号明細書 米国特許第６６０００３１号明細書 米国特許第６３７５９０３号明細書
ここで、基板上のどの場所にどのようなＤＮＡの配列を合成するかは、光の照射や酸の供給を行う位置やスポッティングを決めることで決定することができる。基板上での光照射パターンは、半導体集積回路を作製する場合に使用するガラスマスクを用いるのが主流である。しかしながら、このガラスマスクを用いる方法は、同じものを大量に生産する場合には良いが、パターン変更に即座に対応することが困難であるという問題がある。
パターン変更に対応する方法として、ディスプレイ用に開発されたマイクロマシンミラーや液晶を用いたものが考案されている。しかしながら、ガラスマスクと同様に投影系の光学系を用いているために、装置の小型化には限界があった。
また、レーザのスキャンまたは光ファイバを用いた光学系も提案されているが、実用性を考慮した装置は考えられていない。また、ガラスマスクを用いた方法は、スポット内での化学物質の均一性が優れているものの、他の方法では、化学物質の均一性に問題がある。
また、インクジェット方式では、スポッティングの回ごとの位置合わせに精密さが要求されること、乾燥時のムラなどで各ＤＮＡ区画の均一性がとりにくい、等の欠点を有していた。
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、有機化合物の配列パターンの変更に即座に対応可能で、合成される有機化合物の均一性にも優れ、小型化を図ることが可能な、新規かつ改良された有機化合物合成装置および有機化合物合成方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、１種または２種以上の重合可能な繰り返し単位を含む有機化合物を合成する有機化合物合成装置であって、前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、加熱によりプロトンが発生する熱酸発生剤を含む反応液が供給される有機化合物合成用基板と、前記熱酸発生剤を含む反応液を加熱する熱源が設けられ、前記有機化合物合成用基板の所定箇所を選択的に加熱する基板加熱部と、を備える有機化合物合成装置が提供される。
前記基板加熱部は、電熱ヒーターがアレイ状に配設されたサーマルヘッドであってもよい。
前記基板加熱部は、所定波長の光を射出する光照射装置を前記熱源として含み、前記所定波長の光を利用して前記熱酸発生剤を含む反応液を加熱するようにしてもよい。
前記有機化合物合成用基板には、前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、前記熱酸発生剤を含む反応液を保持する溝部がマトリクス状に形成されていてもよい。
所定波長の光が有するエネルギーを熱に変換する熱発生基板が、前記有機化合物合成用基板に対して離隔して配置され、前記光照射装置から前記熱発生基板に向かって前記所定波長の光が射出されてもよい。
前記熱発生基板と前記有機化合物合成用基板との間の空隙に、前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、前記熱酸発生剤を含む反応液が保持されてもよい。
前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液は、アミダイト試薬であってもよい。
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、１種または２種以上の重合可能な繰り返し単位を含む有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、加熱によりプロトンが発生する熱酸発生剤を含む反応液が供給される有機化合物合成用基板と、前記熱酸発生剤を含む反応液を加熱する熱源が設けられ、前記有機化合物合成用基板の所定箇所を選択的に加熱する基板加熱部と、を備える有機化合物合成装置を用いて前記有機化合物を合成する有機化合物合成方法であって、前記有機化合物合成用基板に対して、前記熱酸発生剤を含む反応液が供給されるステップと、前記有機化合物合成用基板を、前記基板加熱部により加熱するステップと、加熱された前記有機化合物合成用基板に対して、前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液を供給するステップと、を含む有機化合物合成方法が提供される。
本発明に係る有機化合物合成装置は、有機化合物の配列パターンの変更に即座に対応可能で、合成される有機化合物の均一性にも優れ、小型化を図ることが可能である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本発明に係る有機化合物合成装置は、上述したように、１または２以上の繰り返し単位を含む有機化合物を合成する装置である。この装置により合成される有機化合物としては、例えば、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡなど）またはタンパク質などの生体高分子化合物や、生体以外の通常の高分子化合物（ポリマー、オリゴマー）等がある。ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸の場合には、４種類の塩基（Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ）が繰り返し単位となり、タンパク質の場合には、種々のアミノ酸が繰り返し単位となり、通常の高分子化合物の場合には、モノマーが繰り返し単位となる。
以下、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態に係る有機化合物合成装置として、アレイ状に配置されたＤＮＡを合成するためのＤＮＡアレイ合成装置を例に挙げて説明する。
（第１の実施形態）
＜有機化合物合成装置の構成について＞
まず、図１Ａ〜図１Ｃを参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る有機化合物合成装置の構成について、詳細に説明する。図１Ａは、本実施形態に係る有機化合物合成装置の有機化合物合成用基板を説明するための平面図であり、図１Ｂは、本実施形態に係る有機化合物合成装置の基板加熱部を説明するための説明図であり、図１Ｃは、本実施形態に係る有機化合物合成装置を説明するための断面図である。
本実施形態に係る有機化合物合成装置は、有機化合物合成用基板１０と、基板加熱部２０と、を主に備える。
有機化合物合成用基板１０は、例えば図１Ａに示したように、ベース基板１１と、区画１３と、を備える。
ベース基板１１は、アルミなどの金属、ガラス、プラスチック等を材料として使用することが可能である。ベース基板１１の材質は、有機化合物の反応条件に応じて決定する。例えば、本実施形態に係る有機化合物合成装置では、反応中で酸やアルカリを使用するため、耐溶剤性に優れる基板を使用することが好ましい。また、光を照射して反応を誘起する場合には、用いる光の波長範囲を透過させる基板を用いることが好ましい。
このベース基板１１上に、縦横に複数の区画１３が形成される。各区画１３は、任意の大きさに形成することが可能であるが、例えば、１つの区画１３を、数十μｍ程度の大きさに形成してもよい。
図１Ａでは，区画１３の形状は、略円形状となっているが、この形状に限定されるわけではなく、略楕円形状であっても、略四角形状や略五角形状などの多角形状であってもよい。また、図１Ａでは、区画１３は、ベース基板１１上に縦４行、横６列で形成されているが、上記の行、列の数に限定されるわけではない。なお、区画１３の形状を略円形状とすることで、合成される有機化合物の均一性をより高くすることができる。
基板加熱部２０は、例えば図１Ｂに示したように、電熱ヒーター２１がアレイ状に配置されたサーマルヘッド２３を備える。サーマルヘッド２３に配設される電熱ヒーター２３として、例えば、数十μｍの細かさで局所的に熱を加えることができるものを用いることが可能である。また、サーマルヘッド２３に配設される電熱ヒーター２１の個数は、例えば有機化合物合成用基板１０の区画１３の行数と同じ個数以上とすることが好ましい。複数の電熱ヒーター２１は、個別に電源のＯＮ・ＯＦＦが可能であり、それぞれの電熱ヒーター２１の電源を制御することで、加熱を行う区画１３を選択することが可能である。
なお、本実施形態に係る基板加熱部２０に用いられるサーマルヘッド２３として、プリンタに使用されているものを利用することが可能である。
図１Ｃは、有機化合物合成用基板１０を図１ＡのＡ−Ａ切断線で切断した場合の断面図である。図１Ｃには、基板加熱部２０もあわせて図示している。
本実施形態に係る有機化合物合成用基板１０の区画１３は、平坦であってもよく、図１Ｃに示したように、溝部１５が設けられていてもよい。区画１３に溝部１５を設けることで、溝部１５にて合成された有機化合物と、サーマルヘッド２３との接触を防止することが可能となる。
図１Ｃに示したように、有機化合物合成用基板１０上には、温度上昇によりプロトンまたは酸が発生する熱酸発生剤（ＴＡＧ）を含む反応液４が供給される。熱酸発生剤として、公知の物質を使用することが可能であるが、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩等のオニウム塩を用いることが可能である。なかでも、ＳｂＦ６ −イオンやＰＦ６ −イオンを対イオン（カウンターイオン）とするスルホニウム塩等を用いることが好ましい。この熱酸発生剤を含む反応液４は、流体であってもよく、ゲル状であってもよい。
また、熱酸発生剤を含む反応液４中には、有機化合物の合成に要する化合物が更に含まれていてもよいが、有機化合物合成用基板１０上に供給されているのが望ましい。
基板加熱部２０のサーマルヘッド２３は、有機化合物合成用基板１０に供給された熱酸発生剤を含む反応液４の上方を、有機化合物合成用基板１０の一端から他端まで時間とともに移動する。サーマルヘッド２３は、移動している間に間欠的に所望の位置で電熱ヒーター２３が発熱し、熱酸発生剤を含む反応液４を加熱する。熱酸発生剤が加熱されるとプロトンが発生し、サーマルヘッド２３により加熱された区画１３には、液性が酸性である酸性領域１９が形成される。この酸性領域１９において有機化合物を合成するための化学反応が進行し、所望の有機化合物が生成されることとなる。
例えば、有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液が、熱酸発生剤を含む反応液とは別に供給される場合には、熱酸発生剤を含む反応液４がサーマルヘッド２３によって加熱され酸性領域５が形成された後に、熱酸発生剤を含む反応液４を除去し、有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液を供給する。これにより、所望の有機化合物を合成することが可能である。なお、各反応液の供給は、同一の槽内で行ってもよく、反応液ごとに異なる槽内で行ってもよい。また、各反応液の供給を異なる槽内で行う場合には、搬送系を用いて操作を自動化してもよい。
また、有機化合物の合成に要する化合物が、熱酸発生剤を含む反応液４に含有されている場合には、サーマルヘッド２３による加熱によって形成された酸性領域５において、反応液４中に含まれる化合物が反応を起こし、所望の化合物が合成される。
なお、図１Ｂおよび図１Ｃでは、サーマルヘッド２３の下端は平坦面になっているが、サーマルヘッド２３の下端を、丸みを帯びた形状にすると、有機化合物合成用基板１０に供給された各種反応液を乱すことが少なくなるため、より好ましい。
＜有機化合物合成装置の動作について＞
続いて、図２を参照しながら、本実施形態に係る有機化合物合成装置の動作について、詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る有機化合物合成装置の動作について、ＤＮＡの合成を例にとって説明する説明図である。この場合には、上記の１種または２種以上の重合可能な繰り返し単位が、４種類の塩基アデニン（Ａ）、チミン（Ｔ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）に対応する。
図２（Ａ）に示したように、本実施形態に係る有機化合物合成用基板１０の区画１３には、リンカー１を介して、保護基３を有する塩基（チミン）２が形成されている。この有機化合物合成用基板１０に対して、熱酸発生剤を含む反応液４が供給される。サーマルヘッド２３により熱酸発生剤を含む反応液４が加熱されると、加熱された箇所に酸性領域５が形成され、発生した酸（プロトン）により、保護基３が塩基２からはずれ、反応可能な塩基６が生成する（図２（Ｂ））。
ここで、図２（Ｃ）に示したように、有機化合物合成用基板１０から熱酸発生剤を含む反応液４が除去され、所望の塩基（図２（Ｃ）に示した例では、保護基３を有するアデニン）８を含む反応液であるアミダイト溶液７が供給されると、保護基３がはずれ反応可能となっている塩基６と、保護基３を有する塩基８とが反応し、ＤＮＡの伸張が生じる。また、サーマルヘッド２３により加熱が行われなかった区画１３については、区画１３上に導入されている塩基２に保護基３があるため、ＤＮＡの伸張は生じない。このようにして、図２（Ｄ）に示したように、１塩基だけ伸張したＤＮＡが生成される。
続いて、有機化合物合成用基板１０を洗浄液で洗浄した後、伸張したい塩基を含む溶液を変更しながら図２（Ａ）〜図２（Ｄ）の操作を繰り返すことで、所望の塩基配列を有するＤＮＡを有機化合物合成用基板１０上に合成することが可能である。
（第１変形例）
続いて、図３を参照しながら、本実施形態に係る有機化合物合成装置の第１変形例について、詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る有機化合物合成装置の第１変形例を説明するための説明図である。
本発明の第１の実施形態に係る有機化合物合成装置は、基板加熱部２０が有機化合物合成用基板１０を直接加熱するものであったが、本変形例に係る有機化合物合成装置は、基板加熱部２０が有機化合物合成用基板１０を直接加熱しないようにしたものである。本変形例に係る有機化合物合成装置は、熱により変性しやすいタンパク質等を合成する場合に、有効である。
本変形例に係る有機化合物合成装置は、図３に示したように、有機化合物合成用基板１０と、熱酸発生剤を含む反応液を供給する反応液供給装置３１と、ドラム３２と、サーマルヘッド３３と、転写ドラム３４と、クリーナー３５と、搬送装置３６と、反応装置３７と、洗浄装置３８と、を主に備える。
有機化合物合成用基板１０は、本発明の第１の実施形態に係る有機化合物合成用基板１０と同様の構成を有し、ほぼ同一の効果を奏するため、詳細な説明は省略する。
反応液供給装置３１は、熱酸発生剤を含む反応液をドラム３２に対して供給する供給装置である。この反応液供給装置３１は、例えば、スプレー型の装置であってもよく、ローラー型の装置であってもよく、スポイト型の装置であってもよい。
サーマルヘッド３３は、ドラム３２上の熱酸発生剤を含む反応液の所望の箇所を加熱する。このサーマルヘッド３３として、本発明の第１の実施形態に係るサーマルヘッド２３と同様のものを使用することが可能である。また、サーマルヘッド３３は、本変形例に係る有機化合物合成装置に複数個設けられていてもよい。
転写ドラム３４は、ドラム３２上に存在する、所望の箇所が加熱された熱酸発生剤を含む反応液を、有機化合物合成用基板１０へ転写する。この転写ドラム３４を用いずに、ドラム３２から有機化合物合成用基板１０へ直接反応液を転写してもよいが、転写ドラム３４を用いることで、有機化合物合成用基板１０への転写性を向上させることができる。
クリーナー３５は、所望の箇所が加熱された熱酸発生剤を含む反応液が転写ドラム３４または有機化合物合成用基板１０に転写された後のドラム３２を、清掃して初期状態に戻す機能を果たす。クリーナー３５は、例えば、ブレード方式のものであってもよいし、ローラー方式のものであってもよい。また、プリンタで使用されるスクレーパーを使用してもよく、酸中和剤を用いた洗浄を行う装置であってもよい。また、図３では、クリーナー３５は、ドラム３２用に設けられているが、必要に応じて、転写ドラム３４用のものを設けてもよい。
反応装置３７は、搬送装置３６によって搬送されてきた有機化合物合成用基板１０に、合成反応に要する反応試薬等を供給し、合成反応を進行させる装置である。この反応装置３７は、有機化合物合成用基板１０に、合成に要する化合物等を含む反応液を塗布するものであってもよく、合成に要する化合物等を含む反応液が入った槽であってもよい。また、反応に必要な試薬の性質や種類等に応じて、適宜複数の反応装置３７を設けることも可能である。
また、図３では、反応装置３７が１つだけ装備されている場合について示しているが、本変形例に係る有機化合物合成装置では、２つ以上の反応装置３７が設けられていてもよい。例えば，ＤＮＡを合成する場合には、アデニン（Ａ）、シトシン（Ｃ）、グアニン（Ｇ）、チミン（Ｔ）の４種の塩基に対応する４つの反応装置３７を設けてもよく、ｎ種類の繰り返し単位からなるｎ成分系のコポリマーを合成する際には、ｎ個の反応装置３７を設けてもよい。
洗浄装置３８は、有機化合物合成用基板１０から、余剰の反応液や未反応物等を除去するために用いられる。未反応物の除去に際しては、有機化合物合成用基板１０を、未反応物の除去に用いられる薬品の入った槽に浸すようにしてもよい。
搬送装置３６に配設された有機化合物合成用基板１０は、転写ドラム３４、反応装置３７および洗浄装置３８の間を往復することで、層を重ねるように、有機化合物合成用基板１０上に化合物が合成されていく。
なお、有機化合物合成装置に備えられる反応液供給装置３１、ドラム３２、サーマルヘッド３３、転写ドラム３４、クリーナー３５および搬送装置３６については、図３に示したような配置に限定されるわけでなく、適宜配置の変更をすることが可能である。
（第２の実施形態）
＜有機化合物合成装置の構成について＞
続いて、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る有機化合物合成装置について、詳細に説明する。図４Ａは、本実施形態に係る有機化合物合成装置を説明するための断面図であり、図４Ｂは、本実施形態に係る有機化合物合成装置の基板加熱部を説明するための説明図である。
図４Ａに示したように、本実施形態に係る有機化合物合成装置は、有機化合物合成用基板１０を含む反応容器４０と、基板加熱部である光照射装置５０と、を主に備える。
反応容器４０は、有機化合物合成用基板１０と、有機化合物合成用基板１０の一方の面に対して離隔して配置される熱発生基板４１と、熱発生基板４１の一方の面（本実施形態においては、有機化合物合成用基板１０側の面）を、有機化合物合成用基板１０を内包するように覆うとともに、有機化合物合成用基板１０との間に所定の空間を有して配置される基板４３と、を備える。
熱発生基板４１および基板４３と、有機化合物合成用基板１０との間に位置する空隙部は、有機化合物の合成に用いられる各種の反応液を保持する反応液保持部４５として機能する。
また、基板４３には、２つの貫通孔が設けられており、一方が反応液注入口４７として用いられ、他方が反応液排出口４９として用いられる。有機化合物の合成に用いられる各種の反応液は、反応液注入口４７から導入され、反応液保持部４５を通って、反応液排出口４９から排出される。このように、本実施形態に係る反応容器４０においては、反応液注入口４７→反応液保持部４５→反応液排出口４９という反応液の流路が形成されている。かかる反応容器４０の具体的な構造としては、例えば、基板上に溝を掘り込むことにより形成される、いわゆるマイクロ流体構造が代表的なものとして使用される。
本実施形態に係る有機化合物合成用基板１０は、本発明の第１の実施形態に係る有機化合物合成用基板１０と同様の構成を有し、ほぼ同一の効果を奏するため、詳細な説明は省略する。
熱発生基板４１は、後述する光照射装置５０から射出された光を吸収して熱に変換する基板である。この熱発生基板４１として、例えば、石英ガラス上にモリブデン（Ｍｏ）薄膜を蒸着したものを用いることが可能である。モリブデン薄膜が蒸着された側の面を有機化合物合成用基板１０側に向けて配設することで、発生した熱を効率よく反応液の加熱に利用することができる。
本実施形態に係る有機化合物合成装置の基板加熱部である光照射装置５０は、複数の光源５１を有し、光源５１から、反応容器４０の反応液保持部４５に保持された反応液（熱酸発生剤を含む反応液）に向けて光を射出する。このように、光照射装置５０の光源５１から、反応容器４０の反応液保持部４５に保持された反応液に光を照射することにより、有機化合物合成用基板１０を含む反応容器４０と光照射装置５０とにより構成される化学反応系に対して、空間分布を持った光化学反応を起こさせることができる。
本実施形態に係る光照射装置５０は、例えば図４Ａおよび図４Ｂに示したように、光源アレイ基板５５上にアレイ状に配置された複数の光源５１と、ロッドレンズ５３がアレイ状に配列されたロッドレンズアレイと、を主に備える。
本実施形態に係る複数の光源５１は、アレイ状に１列に配置されているが、必ずしもアレイ状に配置されている必要はなく、また、光源５１の配列の数も１列には限られず、有機化合物合成用基板１０の大きさや有機化合物合成用基板１０上に形成される光照射のパターン等により適宜変更することができる。さらに、光源５１の個数も有機化合物合成用基板１０の大きさや有機化合物合成用基板１０上に形成される光照射のパターン等により適宜選択することができる。
光源５１としては、例えば、半導体を用いた光学素子を使用することができるが、このような光学素子としては、例えば、発光ダイオードや半導体レーザなどを使用できる。発光波長の選択に当たっては、所望の発光波長を選択することが可能であるが、例えば、近赤外領域や赤外領域の波長を用いることが好ましい。
また、光源５１として発光ダイオードを使用した場合には、発光ダイオードのピッチ（隣り合う発光ダイオード間の間隔）を２０μｍ程度とし、ロッドレンズ５３の焦点距離を４ｍｍ程度とすることができる。さらに、光源５１として発光ダイオードを用いることにより、従来使用されていたＵＶランプ等と比べ、１００〜１０００倍程度高い輝度を得ることができるため、有機化合物の反応に要する時間を短縮することができる。
なお、発光ダイオードアレイを使用すると、従来のＵＶランプやレーザ等を用いる場合と比べて焦点距離を短くすることができるので、有機化合物合成用基板１０を含む反応容器４０と光照射装置５０との距離を短くすることができる。これにより、有機化合物合成装置全体の大きさを小型化することが可能となる。
ロッドレンズ５３は、光源５１から照射された光を集光して所望の焦点位置に調整する集光レンズの一例である。本実施形態においては、光源５１から射出された光が、熱発生基板４１のモリブデン薄膜部分に集光されるように、ロッドレンズ５３により焦点位置が調整される。
本実施形態においては、ロッドレンズ５３は、アレイ状に１列に配置されているが、必ずしもアレイ状に配置されている必要はなく、千鳥配置となるように配置されてもよい。また、光源５１の場合と同様に、ロッドレンズ５３の配置の仕方や個数も特に限定されない。
また、本実施形態に係る有機化合物合成装置は、光照射装置５０を反応容器４０に対して相対移動させる移動機構（図示せず）を有している。この移動機構は、例えば、光照射装置５０を、光源５１のアレイの軸方向と垂直な方向に、有機化合物合成用基板１０と平行に水平移動させるように構成することができる。ただし、光照射装置５０の相対移動の方向については、上記の場合には限られず、例えば、有機化合物合成用基板１０の対角線方向でもよく、あるいは、光照射装置５０が有機化合物合成用基板１０の辺方向に沿って往復しながら相対移動するように構成してもよい。
このように、光照射装置５０が有機化合物合成用基板１０に対して相対移動しながら光源５１の光照射を時間的・空間的にオンオフして、熱酸発生剤から酸を発生させたい所望の位置に選択的に光を照射することで、酸性領域５が生成される位置の空間パターンを有機化合物合成用基板１０上に形成することができる。
このような方法により酸性領域５が生成される位置の空間パターン（光照射のパターン）を形成することにより、光照射の空間パターン（酸性領域５が生成される位置の空間パターン）を変更したい場合には、光照射装置５０を相対移動させる際に、光源５１からの光照射のオンオフのタイミングを制御するだけで、容易にパターン変更に対応することができる。
ここで、本実施形態においては、光源５１およびロッドレンズ５３がアレイ状に配置された構造を有する光照射装置５０を用いて、この光照射装置５０をアレイの軸と垂直な方向に有機化合物合成用基板１０に対して相対移動させることにより、有機化合物合成用基板１０上に酸性領域５が生成される位置の空間パターンを形成している。このようにして上記空間パターンを形成することにより、光照射装置５０を有機化合物合成用基板１０に対して相対移動させるだけで、所望の位置に正確に光を照射することが可能となり化学物質の均一性を向上できるとともに、高速に空間パターンを形成することができる。
なお、本発明の第１の実施形態に係る有機化合物合成用基板１０と、本実施形態に係る光照射装置５０とを用いて有機化合物を合成する場合には、熱酸発生剤を含む反応液４の中に、更に、光照射装置５０から射出される光を吸収して熱を発生させる化合物や、ナノ粒子を添加することが好ましい。熱酸発生剤を含む反応液４に上述のような物質を添加することで、光照射装置５０から射出される光が有するエネルギーを、効率よく熱に変換することが可能となる。なお、この場合、熱発生基板４１は使用する必要がない。
上述の光を救出して熱を発生させる化合物として、例えば、波長７００ｎｍ以上の領域（好ましくは、７５０ｎｍ〜１２００ｎｍの領域）の光を高効率に吸収することが可能な染料または顔料を挙げることが可能である。
このような染料の例として、例えば、アゾ染料、金属錯塩アゾ染料、ピラゾロンアゾ染料、ナフトキノン染料、アントラキノン染料、フタロシアニン染料、カルボニウム染料、キノンイミン染料、メチン染料、シアニン染料、スクワリリウム色素、ピリリウム塩、金属チオレート錯体等の染料を挙げることができる。また、上述のような顔料の例として、例えば、不溶性アゾ顔料、アゾレーキ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料、フタロシナニン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレンおよびペリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、染付けレーキ顔料、アジン顔料、ニトロソ顔料、ニトロ顔料、天然顔料、蛍光顔料、無機顔料、カーボンブラック等を挙げることができる。
＜有機化合物合成装置の動作について＞
光源５１から射出された光は、熱発生基板４１によって吸収され、熱発生基板４１は、光源５１から射出された光が有するエネルギーに応じて熱を発生する。発生した熱によって反応液保持部４５に保持されている熱酸発生剤を含む反応液が加熱され、酸（プロトン）が発生し、酸性領域５が生成されることとなる。本実施形態に係る有機化合物合成装置は、このようにして生成された酸を利用して、有機化合物の合成を行う。酸を利用した有機化合物の合成反応の詳細については、図２に示した場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。
以下に、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態に係るＤＮＡの合成方法について、使用可能な試薬の例を示しながら、さらに具体的に説明する。
ＤＮＡの合成化学は、現在も開発が続いており、様々な方法がある。通常使用されている方法は、Ｐｈｏｓｐｈｏｒａｍｉｄｅを用いた４−ステップ法である。本実施形態に係る有機化合物合成装置では、従来の４−ステップ法において酸（ＴＣＡ）を供給する代わりに、熱により酸（プロトン）を発生する熱酸発生剤を供給する。本実施形態に係るＤＮＡの合成法の詳細は、以下の通りである。
まず、ガラス系ベース基板１１の表面に形成された区画１３に設けられたリンカーに、保護基として５’−ｄｉｍｅｔｈｏｘｙｔｒｉｔｙｌ基が導入された２’−ｄｅｏｘｙｎｕｃｌｅｏｓｉｄｅを固定する。塩基をリンカーに固定する方法は、従来の方法を用いることが可能である。なお、ベース基板１１として、ガラス系基板だけでなく、例えばポリスチレン基板を用いることも可能である。
プロトン供給材（ＰＧＡ：Ｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ａｃｉｄ）としては、上述したように、任意の熱酸発生剤（ＴＡＧ）を利用することが可能である。この熱酸発生剤の一例として、例えば、レジスト材料に多く使用されている、ＳｂＦ６ −系スルホニウム塩や、ＰＦ６ −系スルホニウム塩を挙げることができる。
また、光吸収を利用して熱を発生させる場合には、例えば、アゾ染料、金属錯塩アゾ染料、ピラゾロンアゾ染料、ナフトキノン染料、アントラキノン染料、フタロシアニン染料、カルボニウム染料、キノンイミン染料、メチン染料、シアニン染料、スクワリリウム色素、ピリリウム塩、金属チオレート錯体等の染料や、不溶性アゾ顔料、アゾレーキ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料、フタロシナニン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレンおよびペリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、染付けレーキ顔料、アジン顔料、ニトロソ顔料、ニトロ顔料、天然顔料、蛍光顔料、無機顔料、カーボンブラック等の顔料を使用することができる。
次に、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）、ジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）による洗浄の後、テトラゾール／ＣＨ３ＣＮ溶液中でＤＮＡの伸張反応を行う。
伸張反応を行った後、再びＣＨ３ＣＮで洗浄し，無水酢酸／ルチジン（ｌｕｔｉｄｉｎｅ）／テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）とＮ−メチルイミダゾール（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｅ）／ＴＨＦとの混合溶液でキャッピングを行う。次いで、洗浄した後、Ｉ２／ＴＨＦ／ピリジン（ｐｙｒｉｄｉｎｅ）／Ｈ２Ｏで酸化をする。このように、洗浄、キャッピング、洗浄で１サイクルが終了する。
このように、本発明の各実施形態に係る有機化合物合成装置を用いることにより、任意の有機化合物が配列された化合物チップを作製可能であり、印刷機と同様の利点を有した、小型で高速な有機化合物合成装置を実現することが可能である。
さらに、熱源として、プリンタまたは通信用に開発されたサーマルヘッドや、化合物半導体ＬＥＤや半導体レーザが使用可能であり、有機化合物合成装置の製造におけるコストを削減することが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態においては、目的とする有機化合物としてＤＮＡを例にとって説明を行ったが、目的とする有機化合物がタンパク質や通常の高分子化合物である場合であっても同様に合成を行うことが可能である。
本発明の第１の実施形態に係る有機化合物合成装置の有機化合物合成用基板を説明するための平面図である。 同実施形態に係る有機化合物合成装置の基板加熱部を説明するための説明図である。 同実施形態に係る有機化合物合成装置を説明するための断面図である。 同実施形態に係る有機化合物合成装置の動作について、ＤＮＡの合成を例にとって説明する説明図である。 同実施形態に係る有機化合物合成装置の第１変形例について説明するための説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る有機化合物合成装置を説明するための断面図である。 同実施形態に係る有機化合物合成装置の基板加熱部を説明するための説明図である。
符号の説明
１０ 有機化合物合成用基板
１１ ベース基板
１３ 区画
１５ 溝部
２０ 基板加熱部
２１ 電熱ヒーター
２３，３３ サーマルヘッド
３１ 反応液供給装置
３２ ドラム
３４ 転写ドラム
３５ クリーナー
３６ 搬送装置
３７ 反応装置
３８ 洗浄装置
４０ 反応容器
４１ 熱発生基板
４３ 基板
４５ 反応液保持部
４７ 反応液注入口
４９ 反応液排出口
５０ 光照射装置
５１ 光源
５３ ロッドレンズ
５５ 光源アレイ基板

Claims (8)

  1. １種または２種以上の重合可能な繰り返し単位を含む有機化合物を合成する有機化合物合成装置であって、
    前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、加熱によりプロトンが発生する熱酸発生剤を含む反応液が供給される有機化合物合成用基板と、
    前記熱酸発生剤を含む反応液を加熱する熱源が設けられ、前記有機化合物合成用基板の所定箇所を選択的に加熱する基板加熱部と、
    を備えることを特徴とする、有機化合物合成装置。
  2. 前記基板加熱部は、電熱ヒーターがアレイ状に配設されたサーマルヘッドである
    ことを特徴とする、請求項１に記載の有機化合物合成装置。
  3. 前記基板加熱部は、所定波長の光を射出する光照射装置を前記熱源として含み、
    前記所定波長の光を利用して前記熱酸発生剤を含む反応液を加熱する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の有機化合物合成装置。
  4. 前記有機化合物合成用基板には、
    前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、前記熱酸発生剤を含む反応液を保持する溝部がマトリクス状に形成される
    ことを特徴とする、請求項１に記載の有機化合物合成装置。
  5. 所定波長の光が有するエネルギーを熱に変換する熱発生基板が、前記有機化合物合成用基板に対して離隔して配置され、
    前記光照射装置から前記熱発生基板に向かって前記所定波長の光が射出される
    ことを特徴とする、請求項３に記載の有機化合物合成装置。
  6. 前記熱発生基板と前記有機化合物合成用基板との間の空隙に、前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、前記熱酸発生剤を含む反応液が保持される
    ことを特徴とする、請求項５に記載の有機化合物合成装置。
  7. 前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液は、アミダイト試薬である
    ことを特徴とする、請求項１に記載の有機化合物合成装置。
  8. １種または２種以上の重合可能な繰り返し単位を含む有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液、および、加熱によりプロトンが発生する熱酸発生剤を含む反応液が供給される有機化合物合成用基板と、前記熱酸発生剤を含む反応液を加熱する熱源が設けられ、前記有機化合物合成用基板の所定箇所を選択的に加熱する基板加熱部と、を備える有機化合物合成装置を用いて前記有機化合物を合成する有機化合物合成方法であって、
    前記有機化合物合成用基板に対して、前記熱酸発生剤を含む反応液が供給されるステップと、
    前記有機化合物合成用基板を、前記基板加熱部により加熱するステップと、
    加熱された前記有機化合物合成用基板に対して、前記有機化合物の合成に要する化合物を含む反応液を供給するステップと、
    を含むことを特徴とする、有機化合物合成方法。
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