特開 2023-173873 ＤＮＡ薄膜の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023173873

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】ＤＮＡ薄膜の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C07H 21/04 20060101AFI20231130BHJP

   C23C 14/28 20060101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

C07H21/04

C23C14/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022086392

(22)【出願日】2022-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】592218300

【氏名又は名称】学校法人神奈川大学

(71)【出願人】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】松木 伸行

(72)【発明者】

【氏名】有賀 克彦

(72)【発明者】

【氏名】鯉沼 秀臣

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 知正

(72)【発明者】

【氏名】森 泰蔵

(72)【発明者】

【氏名】南 皓輔

(72)【発明者】

【氏名】村田 朋大

【テーマコード（参考）】

4C057

4K029

【Ｆターム（参考）】

4C057AA30

4C057BB05

4C057DD01

4C057MM04

4C057MM08

4K029AA06

4K029AA24

4K029BA62

4K029CA01

4K029DB06

4K029DB20

(57)【要約】

【課題】制御性に優れ、良好に薄膜化できるＤＮＡ薄膜の製造方法を提供する。
【解決手段】ＤＮＡを含むターゲット材料に可視レーザーを照射し、前記ターゲット材料に対向配置される基板の表面にＤＮＡ薄膜を形成する、ＤＮＡ薄膜の製造方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＤＮＡを含むターゲット材料に可視レーザーを照射し、前記ターゲット材料に対向配置される基板の表面にＤＮＡ薄膜を形成する、ＤＮＡ薄膜の製造方法。

【請求項2】

前記ターゲット材料は、さらにグリセロールを含む、請求項１に記載のＤＮＡ薄膜の製造方法。

【請求項3】

前記可視レーザーは、可視パルスレーザーである、請求項１に記載のＤＮＡ薄膜の製造方法。

【請求項4】

前記ＤＮＡ薄膜に対するフーリエ変換赤外分光光度計で測定される赤外吸収スペクトルにおいて、核酸塩基由来のピークおよびリン酸骨格由来のピークを有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のＤＮＡ薄膜の製造方法。

【請求項5】

ＤＮＡに結合する蛍光物質を備えるゲルを用いた前記ＤＮＡ薄膜に対するゲル電気泳動分析において、前記ＤＮＡ薄膜を構成するＤＮＡに応じた蛍光スペクトルを得る、請求項１～３のいずれか１項に記載のＤＮＡ薄膜の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＤＮＡ薄膜の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

生物は、多様な物質の中から目的物質を少ない消費エネルギーで特異的に検出できたり、複雑な化合物を簡単に合成できたりするなど、エネルギー面、機能面で多くの長所があることが知られている。近年、このような生物の優れた機能をより幅広くより積極的に産業に活用しようとする考えが、バイオテクノロジーの発展を受けて高まっており、その対象は食料、化学品だけにとどまることなく、工業や健康・医療、更に環境・エネルギー分野まで広がっている。

【0003】

生物自体の不確定要素を除いて、生物の機能をより安定して効率的に利用する上では、生物機能を担う反応素子を電子システムや機械システムなどの非生物素材と融合させてデバイス化することが必要であり、いわゆるリビングデバイスとして、開発が進められている。

【0004】

このようなリビングデバイスにおいて中核となるものは、対象物質との生化学反応や相互作用を通じて対象物質の検出や変換を行い、生化学的なシグナル（分子立体構造変化、イオン濃度勾配など）やエネルギーを取得する、生物機能素子（以下、反応部ともいう）である。

【0005】

リビングデバイスの反応部である生体機能素子を作製する上では、一般的に、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、ＤＮＡやＲＮＡのフラグメント、ヌクレオチド、ペプチドなどの生体分子を薄膜状に形成することが行われる。

【0006】

例えば、特許文献１では、陽極と陰極の間に少なくとも１層の有機薄膜を含有し、有機薄膜の少なくとも１層はＤＮＡの薄膜で構成されている、情報記録素子が記載されている。特許文献１では、ＤＮＡを溶解した溶液を塗布乾燥してＤＮＡの薄膜を作製している。

【0007】

また、特許文献２では、センシング素子として光応答性ＤＮＡ薄膜を用いることが提案されている。特許文献２では、ＤＮＡの水溶液または疎水処理ＤＮＡの有機溶液を用い、スピンコート法、溶媒蒸発法、ＬＢ(Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ)法、交互吸着法などで光応答性ＤＮＡ薄膜を作製している。

【0008】

しかしながら、特許文献１～２では、湿式法による成膜方法であるため、他の薄膜材料と多層化を行ってハイブリッド化したり、デバイスの形状に微細加工したりすることは、極めて困難であり、更なる薄膜化を実現することについても容易ではない。また、ＬＢ法では、薄膜形成速度や制御性の点で課題が多い。また、色素、指示薬、薬剤などの物質をＤＮＡなどの生体分子に侵入させる場合、湿式法では水分子の介在による静電反発力により、生体分子に侵入可能な物質は正電荷を有する分子に限られるといった制約もある。

【0009】

また、非特許文献１～２では、真空蒸着法、プラズマ重合法、分子線エピタキシー法のような乾式法での有機化合物の薄膜形成技術が報告されている。しかしながら、非特許文献１～２では、これらの手法によりＤＮＡなどの生体分子の薄膜を形成することに関する検討は何らなされていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００７－７３５５６号公報

【特許文献2】特開２００３－３４４２８６号公報

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】「有機機能性分子の薄膜化技術」、志村美知子、表面技術 １９９４年、４５巻、１２号、１１８９－１１９３頁

【非特許文献2】「選択吸着を利用した蒸着重合法によるキラル分子薄膜の作製」、久保野敦史、科学研究費助成事業データベース、23651090研究成果報告書、2013年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、制御性に優れ、良好に薄膜化できるＤＮＡ薄膜の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

［１］ ＤＮＡを含むターゲット材料に可視レーザーを照射し、前記ターゲット材料に対向配置される基板の表面にＤＮＡ薄膜を形成する、ＤＮＡ薄膜の製造方法。
［２］ 前記ターゲット材料は、さらにグリセロールを含む、上記［１］に記載のＤＮＡ薄膜の製造方法。
［３］ 前記可視レーザーは、可視パルスレーザーである、上記［１］または［２］に記載のＤＮＡ薄膜の製造方法。
［４］ 前記ＤＮＡ薄膜に対するフーリエ変換赤外分光光度計で測定される赤外吸収スペクトルにおいて、核酸塩基由来のピークおよびリン酸骨格由来のピークを有する、上記［１］～［３］のいずれか１つに記載のＤＮＡ薄膜の製造方法。
［５］ ＤＮＡに結合する蛍光物質を備えるゲルを用いた前記ＤＮＡ薄膜に対するゲル電気泳動分析において、前記ＤＮＡ薄膜を構成するＤＮＡに応じた蛍光スペクトルを得る、上記［１］～［３］のいずれか１つに記載のＤＮＡ薄膜の製造方法。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、制御性に優れ、良好に薄膜化できるＤＮＡ薄膜の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法で用いられるＤＮＡ薄膜製造装置の一例を示す概略図である。

【図2】図２は、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜を上方から光学顕微鏡で観察した画像である。

【図3】図３は、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜および比較例１で得られたＤＮＡ薄膜の紫外可視透過スペクトル結果である。

【図4】図４は、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜および比較例１で得られたＤＮＡ薄膜をフーリエ変換赤外分光光度計で測定した赤外吸収スペクトル結果である。

【図5】図５は、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜および比較例１で得られたＤＮＡ薄膜をゲル電気泳動分析した結果である。

【図6】図６は、実施例２で得られたＤＮＡ薄膜を上方から光学顕微鏡で観察した画像である。

【図7】図７は、実施例２で得られたＤＮＡ薄膜を触針式表面形状測定器で測定した結果である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0017】

本発明者らは、従来の湿式法による成膜方法では、他の薄膜材料と多層化を行ってハイブリッド化したり、デバイスの形状に微細加工したりすることは、極めて困難であり、更なる薄膜化を実現することについても容易ではないという課題に着目した。また、ＤＮＡにレーザーを照射すると、ＤＮＡは破壊されてしまい、ＤＮＡの分子構造を維持できない、という課題にも着目した。そして、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ＤＮＡを含むターゲット材料に可視レーザーを照射することによって、制御性に優れた製造方法で、ＤＮＡ構造を維持するＤＮＡ薄膜を良好に製造できることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。

【0018】

図１は、実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法で用いられるＤＮＡ薄膜製造装置の一例を示す概略図である。実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法で用いられるＤＮＡ薄膜製造装置は、実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法を行うことができれば特に限定されるものではないが、図１に示すＤＮＡ薄膜製造装置１であることが好ましい。

【0019】

実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法は、ＤＮＡを含むターゲット材料４に可視レーザー５を照射し、ターゲット材料４に対向配置される基板３の表面にＤＮＡ薄膜２を形成する。

【0020】

実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法では、ターゲット材料４に可視レーザー５を照射する。可視レーザー５がターゲット材料４に照射されると、ターゲット材料４が加熱されて、ターゲット材料４に含まれるＤＮＡが気化される。気化されたＤＮＡは、反応容器６内を移動し、基板３の表面に到達する。こうして、基板３の表面にＤＮＡ薄膜２を形成できる。

【0021】

ターゲット材料４中のＤＮＡが可視レーザーによって気化されても、ＤＮＡ薄膜２を構成するＤＮＡは、大きく熱変性や分解を生じないことから、ＤＮＡ薄膜２はＤＮＡに基づく生体機能を有する。ＤＮＡの骨格構造や機能などの特性は、ＤＮＡ薄膜２においても基本的に維持される。

【0022】

このように、実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法では、ターゲット材料４に可視レーザー５を照射する。そのため、ＤＮＡの分子構造を維持したＤＮＡ薄膜２を得ることができる。また、実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法では、可視レーザー５の照射を利用することから、制御性に優れ、良好にＤＮＡを薄膜化できる。さらに、ＤＮＡ薄膜２を他の薄膜材料と多層化を行ってハイブリッド化することが容易になることや、製造条件を調整することで、ＤＮＡ薄膜２をデバイスの形状に微細加工することや、ＤＮＡ薄膜２を極薄化することについても容易になる。

【0023】

以下、ＤＮＡ薄膜製造装置１を用いたＤＮＡ薄膜の製造方法について詳細に説明する。

【0024】

図１に示すＤＮＡ薄膜製造装置１は、主に、基板３、ターゲット材料４、不図示のレーザー源から照射される可視レーザー５、反応容器６、反応容器６に設けられるレーザー透過窓７、膜厚計８、およびステージ９を備える。反応容器６の内部には、基板３、ターゲット材料４、膜厚計８、およびステージ９が設けられる。

【0025】

反応容器６の下方に設置されるステージ９上には、ターゲット材料４が設けられている。例えば、ターゲット材料４は、シリコンや石英などの基板上に膜の形態で設置される。反応容器６の内部は密閉されている。

【0026】

ターゲット材料４に含まれるＤＮＡの状態は、特に限定されるものではなく、製造されるＤＮＡ薄膜の用途、機能などに応じて適宜選択される。好適には、ＤＮＡ、ＤＮＡのフラグメントであることが好ましい。また、ＤＮＡは、二重らせん構造を形成可能であればよく、リボ核酸（ＲＮＡ）を含む構造でもよい。例えば、ターゲット材料４は常温で固形状である。一例として、ＤＮＡを純水に溶解して乾燥させることで、常温で固形状のターゲット材料４を得ることができる。

【0027】

ターゲット材料４に含まれるＤＮＡとしては、天然ＤＮＡおよび合成ＤＮＡのいずれも使用することができ、製造されるＤＮＡ薄膜の用途、機能などに応じて、適宜選択される。天然ＤＮＡとしては、細菌ウイルスのλファージＤＮＡ、大腸菌染色体ＤＮＡ、仔牛胸腺ＤＮＡ、サケ精子ＤＮＡなどが好ましい。また、合成ＤＮＡとしては、ポリ（ｄＡ）、ポリ（ｄＴ）、ポリ（ｄＧ）、ポリ（ｄＣ）、ポリ（ｄＡ－ｄＴ）、ポリ（ｄＧ－ｄＣ）などを用いて合成装置によって合成可能な合成ＤＮＡが好ましい。また、ＤＮＡは、塩基配列の異なる種々の合成ＲＮＡ、相補的塩基対を有するＤＮＡ／ＲＮＡハイブリッドを含んでもよい。

【0028】

ターゲット材料４に含まれるＤＮＡのサイズとしては、一般的には製造方法の種類に応じて制限されるものの、実施形態のＤＮＡ薄膜の製造方法では制限されるものではない。ＤＮＡのサイズは、例えば、１ｂｐ以上１５０Ｇｂｐ以下である。

【0029】

また、ターゲット材料４は、ＤＮＡに加えて、さらにグリセロールを含むことが好ましい。ターゲット材料４がグリセロールを含むと、製造されるＤＮＡ薄膜の表面粗さ（Ｒｍｓ）を低下できる。そのため、ターゲット材料４中のグリセロールの含有量を調整することで、ＤＮＡ薄膜の表面粗さ（Ｒｍｓ）を容易に制御できる。

【0030】

また、製造されるＤＮＡ薄膜がＤＮＡ骨格を有し、ＤＮＡ薄膜の製造方法の制御性が低下しなければ、ターゲット材料４には、ＤＮＡに加えて、レーザー吸収材料などの添加物が含まれてもよい。レーザー吸収材料は、可視レーザーによる加熱効率を向上できる。

【0031】

また、ＤＮＡ薄膜２に層間化合物を含ませる場合、ＤＮＡ薄膜を構成するＤＮＡに侵入させる色素、指示薬、薬剤などの物質についても、ターゲット材料４に含まれてもよい。このような物質について、スピンコート法のような湿式法による成膜方法とは異なり、正電荷を有する分子に限られるといった制約はなく、負電荷を有する分子を用いることも可能である。

【0032】

なお、図１では、ＤＮＡに侵入させる物質がターゲット材料４に含まれる例について示しているが、この物質は、ターゲット材料４とは別個に反応容器６内に設けてもよい。この場合、この物質は、可視レーザー５ではなく、高周波誘導加熱や他のレーザーの照射などによって気化され、ＤＮＡ薄膜２に混入させてもよい。

【0033】

ターゲット材料４に照射して気化させる可視レーザー５は、連続可視レーザー、可視パルスレーザー、周波数変調可視レーザー、振幅数変調可視レーザーであることが好ましく、複数のレーザーを組み合わせて用いてもよいし、１つのレーザーを単独で用いてもよい。そのなかでも、可視レーザー５は、可視パルスレーザーを含むことが好ましく、可視パルスレーザーのみであることがより好ましい。

【0034】

また、可視レーザー５は、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長の光であることが好ましい。可視レーザー５が上記範囲内の波長の光であると、ＤＮＡ薄膜の製造制御性が良好であり、製造されるＤＮＡ薄膜中のＤＮＡ構造が十分に維持される。また、不図示のレーザー源から照射される可視レーザーに対して、光学フィルターを用いて波長を制御して、波長を上記範囲内に調整してもよい。

【0035】

また、可視レーザー５が可視パルスレーザーである場合、ＤＮＡ薄膜の製造制御性およびＤＮＡ構造の維持を向上する観点から、可視パルスレーザーの出力は、０．５Ｗ以上３．５Ｗ以下であることが好ましい。また、同様の観点から、可視パルスレーザーの繰り返し周波数は、５Ｈｚ以上１５Ｈｚ以下であることが好ましい。

【0036】

ＤＮＡ薄膜２を表面に形成する基板３は、反応容器６内でターゲット材料４に対向配置される。図１に示すように、ターゲット材料４が反応容器６の下方に設けられる場合には、基板３は反応容器の上方に設けられる。

【0037】

基板３には、無機材料、有機材料、またはハイブリット材料などを用いることができ、ＤＮＡ薄膜２の用途や機能に応じて適宜設定される。好適には、シリコン（シリコンウェハ）、石英などである。また、基板３は、電子デバイスや電子素子でもよい。基板３の形状としては、基板３の表面に良好なＤＮＡ薄膜２が形成できれば、平面状に限定されるものではなく、曲面状やメッシュ状でもよい。また、基板３としては、シリコーンオイルのような液状層やゲル状層、もしくはそれらの性状を表面に具備する支持体であってもよい。

【0038】

ＤＮＡ薄膜の製造時における基板３の温度は、良好な製造制御性および成膜速度でＤＮＡ薄膜２を形成する観点から、１５℃以上３５℃以下であることが好ましい。例えば、反応容器６内に設けられる不図示の加熱器により、基板３の温度を所定範囲内に制御できる。

【0039】

反応容器６内の圧力は、好ましくは１×１０^-４Ｐａ以下であることが好ましい。上記範囲内の圧力下でＤＮＡ薄膜の製造方法が行われると、ＤＮＡ薄膜２を良好に薄膜化できる。例えば、ＤＮＡ薄膜製造装置１に設けられる不図示の減圧ポンプにより、反応容器６内の圧力を所定範囲内に制御できる。

【0040】

反応容器６には、反応容器６の外側に設置される不図示のレーザー源から照射された可視レーザー５を透過するレーザー透過窓７が設けられる。例えば、図１に示すように、レーザー透過窓７は、反応容器６の側壁の一部に設けられる。レーザー源から照射された可視レーザー５は、反応容器６の外部からレーザー透過窓７を透過して反応容器６の内部に進入し、ステージ９上のターゲット材料４に照射される。レーザー透過窓７は、上記したレーザーの波長を制御する光学フィルターで構成されてもよい。

【0041】

可視レーザー５は、ターゲット材料４の表面に対して、スポット状に照射することができる。ターゲット材料４の表面におけるスポット状の照射位置は、ターゲット材料４を搭載するステージ９の回転、可視レーザー５の照射角度や照射位置の変更などによって、適宜変更できる。

【0042】

ターゲット材料を全体的に加熱する場合には、多量のＤＮＡが気化されることによって、反応容器６内の圧力変動が大きくなるため、ＤＮＡ薄膜の成膜速度の制御が困難になる。一方、上記のように、可視レーザー５をターゲット材料４の表面に対してスポット状に照射し、ターゲット材料４中のＤＮＡを局所的に気化できる。そのため、反応容器６内の圧力変動が小さいことから、ＤＮＡ薄膜２の成膜速度を容易に制御できる。

【0043】

反応容器６の内部には、膜厚計８が設けられている。膜厚計８は、ＤＮＡ薄膜２の厚さを測定できる。

【0044】

また、反応容器６の内部には、マスク１０が設けられてもよい。マスク１０は、ＤＮＡ薄膜２が形成される側の基板表面の近傍に設けられる。マスク１０は、不図示のモーターによって、基板３の表面に対して移動し、基板３の表面の露出状態を制御できる。

【0045】

マスク１０で覆われている基板３の表面部分には、ＤＮＡ薄膜２が堆積されず、マスク１０で覆われていない基板３の表面部分には、ＤＮＡ薄膜２が堆積される。マスク１０を基板表面に対して適宜移動することによって、基板３の表面に堆積されるＤＮＡ薄膜２の膜厚を制御できる。このような膜厚制御は、コンビナトリアル膜厚傾斜サンプルの製造に好適である。コンビナトリアル膜厚傾斜サンプルとは、１つの基板上に設けられた、任意の膜厚を連続的に変化させた薄膜を備えるサンプルである。

【0046】

また、マスク１０の移動や形状、可視レーザー５の照射条件を適宜設定することで、ナノメートルオーダー（例えば１００ｎｍ^２程度）の微細なＤＮＡ薄膜を形成できる。また、基板２を大きくすることで、メートルオーダー（例えば１００ｎｍ^２程度）の大型のＤＮＡ薄膜を形成できる。さらには、ナノメートルオーダーの微細なＤＮＡ薄膜をメートルオーダーのスケールにわたって形成できる。

【0047】

また、図１では、１つのマスク１０が設置されている例を示しているが、２つ以上のマスク１０が設置されてもよい。

【0048】

膜厚計８で測定されるＤＮＡ薄膜２の厚さが所定範囲内に到達後、可視レーザー５の照射を停止して、ＤＮＡ薄膜の製造を終了する。また、可視レーザー５の照射を停止後、反応容器６に窒素を供給して、ＤＮＡ薄膜を窒素処理してもよい。

【0049】

また、用途や機能に応じて、ＤＮＡ薄膜２を基板３から取り外してもよい。例えば、基板３を溶解する溶液に、ＤＮＡ薄膜２を備える基板３を投入することで、ＤＮＡ薄膜２が基板３から取り外される。続いて、溶液中からＤＮＡ薄膜２を取り出すことで、ＤＮＡ薄膜２を得ることができる。

【0050】

また、基板３の表面に設けられているＤＮＡ薄膜２を別の基板（転写基板）に転写してもよい。例えば、離型剤を表面に備える基板３を用いる。離型剤の表面にＤＮＡ薄膜２を形成した後、離型剤の表面から転写基板の表面にＤＮＡ薄膜２を転写する。基板３には、例えばメッシュ状の基板が用いられる。

【0051】

また、得られたＤＮＡ薄膜２に対するフーリエ変換赤外分光光度計で測定される赤外吸収スペクトルにおいて、核酸塩基由来のピークおよびリン酸骨格由来のピークを有する。ＤＮＡ薄膜２は、生体機能を有する。また、ＤＮＡ薄膜２には、少なくともＤＮＡの鎖長方向で切断されたＤＮＡのフラグメントが含まれており、ＤＮＡ（切断されていないＤＮＡ）が含まれていることが好ましい。核酸塩基由来のピークおよびリン酸骨格由来のピークとは、ＤＮＡに由来するものである。具体的には、核酸塩基由来のピークとは、Ｃ＝Ｎの伸縮振動、Ｃ＝Ｏの伸縮振動、Ｃ＝Ｃの伸縮振動に由来するピークであり、リン酸骨格由来のピークとは、ＰＯ_２ ^－の伸縮振動に由来するピークである。

【0052】

ＤＮＡ薄膜２の赤外吸収スペクトルにおいて、核酸塩基由来のピークおよびリン酸骨格由来のピークを有すると、ＤＮＡ薄膜２は、ＤＮＡの基本的な構造を有することから、ＤＮＡに基づく生体機能を十分に有する。そのため、リビングデバイスの反応部などに好適に用いられる。

【0053】

また、ＤＮＡ薄膜２の表面粗さ（Ｒｍｓ）（二乗平均平方根粗さ）は、用途や機能に応じて適宜選択されるが、例えば５００．０ｎｍ以下である。また、ＤＮＡ薄膜２の表面粗さ（Ｒｍｓ）は、好ましくは１０．０ｎｍ以下であり、より好ましくは９．０ｎｍ以下、さらに好ましくは７．０ｎｍ以下、最も好ましくは５．０ｎｍ以下である。ＤＮＡ薄膜２の表面粗さ（Ｒｍｓ）の下限値としては、ＤＮＡ薄膜を製造するときに用いる基板３の表面状態に影響されることがあるが、例えば０．１ｎｍ以上である。表面粗さ（Ｒｍｓ）が上記範囲内であると、ＤＮＡ薄膜２の平坦性が良好であるため、リビングデバイスの反応部などに好適に用いられる。

【0054】

また、ＤＮＡ薄膜２の厚さは、例えば１．０×１０^－３μｍ以上１．０×１０^３μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以上５．０μｍ以下である。ＤＮＡ薄膜２の厚さが上記範囲内であると、リビングデバイスの反応部に好適に用いられる。ただし、ＤＮＡ薄膜２の厚さは、特に限定されるものではなく、用途や機能に応じて適宜選択される。

【0055】

また、ＤＮＡに結合する蛍光物質を備えるゲルを用いたＤＮＡ薄膜２に対するゲル電気泳動分析において、ＤＮＡ薄膜２を構成するＤＮＡに応じた蛍光スペクトルを得る。このように、ゲル電気泳動分析において、ＤＮＡ薄膜２を構成するＤＮＡに応じた蛍光スペクトルが得られることから、ＤＮＡ薄膜２はＤＮＡの分子構造を安定して維持しているため、リビングデバイスの反応部に好適に用いられる。

【0056】

また、ＤＮＡ薄膜２は、ＤＮＡとＤＮＡ中に侵入した物質とを有する層間化合物をさらに含んでもよい。ＤＮＡ中に侵入する物質は、着色剤、蛍光物質などが好ましい。

【0057】

また、ＤＮＡ薄膜２の面積は、特に限定されるものではなく、用途や機能に応じて適宜選択される。例えば、ＤＮＡ薄膜２の面積は、１００ｎｍ^２（例えば１０ｎｍ×１０ｎｍ）以上１００ｍ^２（例えば１０ｍ×１０ｍ）以下である。このように、ＤＮＡ薄膜２は、ナノメートルオーダーの微細な薄膜から、メートルオーダーの大型の薄膜まで可能である。また、ナノメートルオーダーの微細なＤＮＡ薄膜２をメートルオーダーのスケールにわたって薄膜化できる。

【0058】

上記のように、ＤＮＡ薄膜２は、ＤＮＡ骨格を有する。さらには、ＤＮＡ薄膜は、薄膜化に優れ、生体機能を有する。そのため、ＤＮＡ薄膜２は、リビングデバイスの反応部などに好適に用いられる。リビングデバイスとしては、生物化学的な反応に基づいて物質を測定するセンサ、生物化学的な反応によりエネルギーや物質の生産を行うリアクタ、生物化学的な反応を使って物質を動かすアクチュエータ、生物化学的な反応を利用して情報を処理するプロセッサなどが好適である。例えばセンサとしては、アンペア測定電気化学的バイオセンサー、カロリー測定、音響、電位差測定、放射線検知センサ、光学およびＩＳＦＥＴ基礎バイオセンサーなどが好適である。

【0059】

以上説明した実施形態によれば、ＤＮＡを含むターゲット材料に可視レーザーを照射することで、制御性に優れた製造方法で、ＤＮＡ構造を維持するＤＮＡ薄膜を良好に製造できる。

【0060】

以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

【実施例0061】

次に、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【0062】

（実施例１）
図１に示すＤＮＡ薄膜製造装置を用い、以下の条件により、基板上にＤＮＡ薄膜を作製した。

【0063】

基板：Ｓｉ基板（１００）（ｎ型） （長さ４２ｍｍ×幅１９ｍｍ）
系内圧力：４×１０^-５Ｐａ
ターゲット材料：精製サケ精子ＤＮＡ（固形状）
基板温度：２３℃（室温）
基板とターゲット材料の距離：２～５ｃｍ
可視パルスレーザーの波長：５３２ｎｍ
可視パルスレーザーの出力：１．０～３．０Ｗ
可視パルスレーザーの繰り返し周波数：１０Ｈｚ

【0064】

（比較例１）
精製サケ精子ＤＮＡ２０ｇを精製水１ｍｌに分散させたキャスト液を調製した。続いて、実施例１と同じ基板上に、キャスト液をスピンコート法により塗布した後、２３℃（室温）にて１ａｔｍ（＝１０１３．２５ｈＰａ）で９６時間乾燥させて、ＤＮＡ薄膜を作製した。なお、ＤＮＡ薄膜が基板表面全体を覆い且つ最小膜厚となるように、比較例１を行った。

【0065】

図２は、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜を上方から光学顕微鏡で観察した画像である。図２において、下側はＤＮＡ薄膜表面であり、上側は基板表面を示す。このように、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜では、ＤＮＡが凝集されていることがわかった。また、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜を触針式表面形状測定器（触針式プロファイリングシステム）で測定した結果、表面粗さ（Ｒｍｓ）は５３６．６ｎｍであった。また、図３は、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜および比較例１で得られたＤＮＡ薄膜の紫外可視透過スペクトル結果である。図３の紫外可視透過スペクトルから、核酸塩基由来のピークである波長２６０ｎｍ近傍にピークを確認した。また、図４は、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜および比較例１で得られたＤＮＡ薄膜をフーリエ変換赤外分光光度計で測定した赤外吸収スペクトル結果である。図４の赤外吸収スペクトルから、核酸塩基に由来する１７０４ｃｍ^－１と１６６７ｃｍ^－１のピーク、およびリン酸骨格に由来する１２３０ｃｍ^－１と１０７６ｃｍ^－１と１０１５ｃｍ^－１と９６７ｃｍ^－１のピークを確認した。これらの結果から、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜について、ＤＮＡの構造を保持していることがわかった。また、図５は、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜および比較例１で得られたＤＮＡ薄膜をゲル電気泳動分析した結果である。図５の結果から、実施例１で得られたＤＮＡ薄膜の蛍光分布は、原料ＤＮＡと同様の挙動であった。

【0066】

（実施例２）
固形状のターゲット材料にグリセロールを加えたこと以外は実施例１と同様にして基板上にＤＮＡ薄膜を作製した後、反応容器に窒素を供給してＤＮＡ薄膜を窒素処理することで、ＤＮＡ薄膜を作製した。

【0067】

図６は、実施例２で得られたＤＮＡ薄膜を上方から光学顕微鏡で観察した画像である。図６において、右側はＤＮＡ薄膜表面であり、左側は基板表面を示す。また、図７は、実施例２で得られたＤＮＡ薄膜を触針式表面形状測定器で測定した結果である。実施例１に比べて、実施例２で得られたＤＮＡ薄膜の表面粗さ（Ｒｍｓ）を小さくできたことから、実施例２では、ＤＮＡ薄膜をさらに平坦化できた。このように、グリセロールを含むターゲット材料を用いることで、ＤＮＡ薄膜の表面粗さ（Ｒｍｓ）を容易に制御できた。

【0068】

以上の実施例から、ＤＮＡ骨格を有するＤＮＡ薄膜を精度よく良好に薄膜化することができた。さらには、ＤＮＡ薄膜の表面粗さを容易に制御することができた。例えば、表面粗さが小さいＤＮＡ薄膜は、反射率が小さいことから、オプティカルデバイスなどに好適に応用可能であり、表面粗さが大きいＤＮＡ薄膜は、表面積が大きいことから、センサなどに好適に応用可能であることが示唆された。

【符号の説明】

【0069】

１ ＤＮＡ薄膜製造装置
２ ＤＮＡ薄膜
３ 基板
４ ターゲット材料
５ 可視レーザー
６ 反応容器
７ レーザー透過窓
８ 膜厚計
９ ステージ
１０ マスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】