[发明专利]DNA输送控制设备及其制造方法、以及DNA测序装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制DNA链的输送的设备及其制造方法。此外，本发明涉及读取DNA链的碱基序列的DNA测序装置。

背景技术

作为不使用试剂而确定脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid：DNA)的碱基序列的方法，具备与DNA相同程度的大小的纳米尺寸的孔(纳米孔)且在其附近或内部具备读取碱基序列的传感器的纳米孔DNA测序仪引人注目(非专利文献1)。

纳米孔DNA测序仪通过直接测量DNA链通过纳米孔时的、基于DNA链所包含的各碱基种类的物理量变化，从而依次确定碱基种类。由于能够进行高速解读，并且不进行利用模板DNA的酶的扩增、不使用荧光体等标记物，因此人们期待其带来高通量、低成本、长碱基长度的解读。已提出测量DNA通过纳米孔时的横穿DNA链的隧穿电流变化、DNA链的电荷量、通过纳米孔的离子电流作为基于碱基种类的物理量变化的方法等。

在纳米孔DNA测序中，纳米孔发挥控制一个分子的DNA链的输送的作用。作为其主要课题，有以下2点。首先，第一课题为，提供稳定地大量生产仅使一个分子的DNA链通过的尺寸的纳米孔的方法。此外，第二课题为，延迟DNA链的纳米孔通过速度直至足够能读取DNA的碱基序列的速度。作为解决上述课题的方法，提出了以下2个途径。

第一途径为，使用改性蛋白质所形成的微细孔作为纳米孔的方法(生物纳米孔)。报道了通过制作具有选择性地使一个分子的DNA链通过的微细孔的蛋白质，使其担载于膜蛋白内，从而能够控制DNA的输送(非专利文献2)。第二途径为，使用半导体微细加工工艺，通过自上而下的方法在固体薄膜中制造纳米孔的方法(固态纳米孔)。作为代表性的制法之一，如非专利文献3所示，有在半导体基板上设置由薄膜的绝缘膜形成的区域，照射电子束来形成孔的方法。通过控制电子束的能量、照射面积、电流，能够形成10nm以下的微细的孔。

另一方面，就形成光刻的加工极限以下的极其微细的图案的方法而言，利用嵌段共聚物的自组织化过程即微相分离的嵌段共聚物光刻法作为新一代的半导体光刻技术而受到关注(非专利文献4)。利用作为嵌段共聚物的一种的聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)的微相分离，通过自组织化而形成圆柱状、线/空隙状的微细结构域，利用蚀刻来去除包含聚甲基丙烯酸甲酯的结构域，从而能够得到10nm～100nm左右的图案。正探讨将该微细结构域作为掩模而加工基板的方法。进而，示出了若使用包含疏水性高分子链和亲水性高分子链的嵌段共聚物，以贯通嵌段共聚物薄膜的方式，通过自组织化来形成包含亲水性高分子链的微细圆柱，则色素分子会透过微细圆柱(非专利文献5)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Meni Wanune,Physics of Life Reviews(2012)Vol.9,125-158

非专利文献2：Tom Z.Butler等人,Proceedings of the National Academy of Sciences(2008)Vol.105,No.52,20647-20652

非专利文献3：Diego Krapf等人,Nano Letters(2006)Vol.6,No.1,105-109

非专利文献4：Cheolmin Park等人,Polymer(2003)Vol.44,No.22,6725-6760

非专利文献5：Takashi Yamamoto等人,Advanced Functional Materials(2011)Vol.21,918-926

发明内容

发明所要解决的课题

作为用来解决纳米孔的课题的第一途径的生物纳米孔存在这样的问题：由于使用了生物分子，因此缺乏稳定性和可靠性，无法经受长时间的反复使用。进而，也难以为了高速读取而将纳米孔并排化。此外，作为第二途径的固态纳米孔存在这样的问题：即使应用最先进的半导体加工技术，也存在难以大量生产为使DNA链的通过速度充分地延迟而所需要的微细的孔、即直径为单纳米级的孔。进而，为了使DNA链的输送速度分布变小，需要高精度地控制孔的直径，但就目前的自上而下的微细加工技术而言，难以重现性良好地加工单纳米级的尺寸。