JP3991049B2 - 分注装置及びｄｎａチップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡スライドグラス等の基板上に、数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片を微小スポットとして高密度に整列固定させたＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）の製造に使用される分注装置と、該分注装置を用いてＤＮＡチップを製造する方法に関する。

近年における遺伝子構造の解析方法の進歩にはめざましいものがあり、ヒトの遺伝子をはじめとして、多数の遺伝子構造が明らかにされてきている。このような遺伝子構造の解析には、顕微鏡スライドグラス等の基板上に数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片をスポットとして整列固定させたＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）が用いられるようになってきている。

このＤＮＡチップの製造におけるスポットの形成方法としては、ＱＵＩＬＬ方式、ピン＆リング方式、あるいはスプリングピン方式といった、いわゆるピンによる基板上へのＤＮＡ断片を含んだ試料溶液の供給（打ち込み）を行う方式が広く用いられており、いずれの方法を採用した場合であっても、各スポットの容量と形状のばらつきを低く抑えて、各スポット間の距離を一定に保つことが重要となる。

一方、更なる高密度化に向けて、スポットの形状制御性が良好であり、生産性に優れた新しい方法の開発に対する期待も大きい。

ここで、ＱＵＩＬＬ方式は、ピン先に形成された凹部に試料を貯め、ピン先を基板に接触させることで凹部内の試料を基板上に移して微小スポットを形成する方法であるが、ピン先が基板との接触によって変形し、あるいは損傷する等の耐久性の問題や、凹部に溜められた試料の洗浄が不完全となってクロスコンタミネーションが起こりやすい等の問題がある。

また、ピン＆リング方式は、マイクロプレート中の試料溶液をリングでリザーブした後、溶液がリザーブされたリング内側を貫通するようにしてピン先でリング内の試料を捉え、基板上にスポットを形成していく方法であるが、１回にリザーブできる試料はリングの数に依存し、従来、その数は数種類程度であることから、数千種から数万種といった試料の微小スポットを形成するためには、数百から数千回程度の洗浄・乾燥工程もまた必要となり、従って、生産性は必ずしも高いものとは言い難い。

また、スプリングピン方式は、ピン先に付着した試料を、ピン先を基板に押し付けることで基板上に移して微小スポットを形成する方法であり、スプリングを内蔵した二重ピン構造で、ピン、基板の損傷をやわらげ、試料を吹き出すものであるが、基本的には１回のリザーブで１回のスポッティングしかできず、生産性に劣っている。

更に、これら従来の微小スポットの形成方法は、すべて試料溶液を大気中にさらした状態で基板上に運ぶため、運ぶ途中で試料が乾燥し、スポッティングができなくなるといった不具合が生じ、大変高価な試料溶液の使用効率が悪いといった問題がある。

一方、プリンタにおいて実用化されているいわゆるインクジェット方式を用いてスポッティングする方策も検討されているが、数千から数万といった試料を個別の流路で形成することは、サイズ的、コスト的に課題が多く、更にインクジェット方式は、スポッティング前にそのポンプ内に予め試料を気泡がないように充填する必要があり、そのため、大量のパージ用試料が必要となり、試料の使用効率が極めて劣るものであった。また、一般的には、ポンプ室を含む流路中は高速に液体が移動する方が気泡抜けには好ましく、そのため、試料が流路中で攪拌され、例えばデリケートなＤＮＡ溶液を試料とした場合、ＤＮＡが損傷することがあった。

特開平６−４００３０号公報

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、微小スポットの形成を高精度且つ高速に可能ならしめるマイクロピペットが多数配列して構成され、かつ、各マイクロピペットへの溶液の供給を迅速に、かつ、確実に行うことができ、溶液の供給から基板上への供給までの工程をスムーズに行わせることができる分注装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、溶液の供給から基板上への供給までの工程をスムーズに行わせることができ、ＤＮＡチップの品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができるＤＮＡチップの製造方法を提供することにある。

本発明に係る分注装置は、少なくとも１個以上の基体に、外部から試料溶液を注入するための注入口と、前記試料溶液が注入・充填されるキャビティと、前記試料溶液を吐出する吐出口とが形成され、前記キャビティを形成する前記基体の少なくとも一壁面に圧電／電歪素子を備え、前記キャビティ内において前記試料溶液が移動するように構成されたマイクロピペットが複数配列されて構成され、かつ、各マイクロピペットの吐出口から前記試料溶液が吐出される分注装置において、各マイクロピペットの注入口の周縁に、該注入口から溶液を注入するためのピペットを受けるための管を保持する保持部が設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係るＤＮＡチップの製造方法は、少なくとも１個以上の基体に、外部から試料溶液を注入するための注入口と、前記試料溶液が注入・充填されるキャビティと、前記試料溶液を吐出する吐出口とが形成され、前記キャビティを形成する前記基体の少なくとも一壁面に圧電／電歪素子を備え、前記キャビティ内において前記試料溶液が移動するように構成されたマイクロピペットが複数配列されて構成された分注装置を使用し、各マイクロピペットの吐出口から前記試料溶液を基板上に吐出してＤＮＡチップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、前記分注装置は、各マイクロピペットの注入口の周縁に、該注入口から溶液を注入するためのピペットを受けるための管を保持する保持部が設けられ、溶液を前記分注装置に供給する際に、前記保持部で前記ピペットを受けるための管を保持しながら行うことを特徴とする。

これにより、ピペットを用いて分注装置の各マイクロピペット内に溶液を注入する際に、ピペットを受けるための管が前記保持部にて保持されるため、溶液を確実にマイクロピペット内に注入することができ、溶液漏れなどを効果的に防止することができる。

特に、前記ピペットを受けるための管の少なくとも内壁を親水処理することによって、ピペットから吐出された溶液を気泡等をまき込むことなく確実にマイクロピペットの注入口に導くことができる。

また、本発明においては、前記ピペットを受けるための管の一部に、管内に注入された液量を測定する目盛りが形成されていたり、前記ピペットを受けるための管の内壁の一部に、突起を設けた部分と設けない部分が注入口から同一距離の箇所に形成されていてもよい。

目盛りの形成により、注入した試料溶液や吐出された試料溶液の量をその場で測定、確認でき、もって製品製造管理の品質管理に役立つと共に、前記マイクロピペット内に試料溶液を注入、充填するに際し、予め置換液や中間液を充填する方法を使用したときに置換液や中間液の液量管理に有効であり、結果として置換液、中間液から試料溶液への置換が確実なものとなり、もって供給される試料溶液の濃度ばらつきを低減することができ、製品の品質が向上する。

また、前記ピペットを受けるための管の内壁の一部に、突起を設けた部分と設けない部分を注入口から同一距離の箇所に形成することにより、突起に試料溶液を導入するピペットの先端を接触させるようにして導入作業を行うことが可能となり、ピペット注入位置を常に一定にすることができ、導入作業のばらつきが低減される。

更に、突起を設けた部分と設けない部分があることにより、注入時の気体の抜け道が確保され、気泡等を巻き込むことなく導入作業を行うことができる。なお、このような効果は、試料溶液、置換液等を導入（注入）する場合にのみ発揮されるわけではなく、余分な量の試料溶液、又は置換液、中間液を取り除くために、ピペッティングを行う際にも有効である。

また、本発明においては、前記ピペットを受けるための管と前記注入口との間に、注入される試料溶液中の異物を取り除く目的で、前記吐出口の開口面積以下の開口面積の開口部が多数形成されたフィルタが取り付けられていることが好ましい。このようにすることで、マイクロピペット内に異物が混入し、吐出口等が詰まってしまい試料溶液の供給が不能になることが未然に防げる。

以上説明したように、本発明に係る分注装置及びＤＮＡチップの製造方法によれば、各マイクロピペットへの溶液の供給を迅速、かつ、効率的に、かつ、確実に行うことができ、溶液の供給から基板上への供給までの工程をスムーズに行わせることができる。

以下、本発明に係る分注装置及びＤＮＡチップの製造方法の実施の形態例を図１〜図２２を参照しながら説明する。

まず、第１の実施の形態に係る分注装置３０Ａは、図１に示すように、矩形状の固定板３２の上面に複数個のマイクロピペット３４をマトリクス状に配列して構成されている。図１の例では、１０個のマイクロピペット３４を５行２列に配列した例を示している。

マイクロピペット３４は、図２及び図３に示すように、ほぼ直方体の形状を有する基体５０の上面に形成された試料注入口５２と、該基体５０の下面に形成された試料吐出口５４と、内部に試料注入口５２と試料吐出口５４との間に形成されたキャビティ５６と、基体５０（正確には後述する振動部６６）を振動させたり、キャビティ５６の体積を変化させたりするアクチュエータ部５８とを有して構成されている。

従って、図３に示すように、前記固定板３２には、マイクロピペット３４の試料吐出口５４に対応する箇所にそれぞれ貫通孔４０が設けられている。これにより、マイクロピペット３４の試料吐出口５４から吐出された試料溶液が、前記貫通孔４０を通じて、例えば固定板３２の下方に固定された基板１０に供給（滴下を含む）されることになる。

このマイクロピペット３４は、試料注入口５２から基体５０の内部にかけて開口幅の大きいほぼＬ字状の導入穴６０が形成されている。この導入穴６０とキャビティ５６との間には、径の小さい第１の連通孔６２が形成され、試料注入口５２から注入された試料溶液が導入穴６０及び第１の連通孔６２を通じてキャビティ５６に導入されるようになっている。

キャビティ５６のうち、前記第１の連通孔６２とは異なる位置に、試料吐出口５４に連通し、かつ、第１の連通孔６２よりも径の大きい第２の連通孔６４が形成されている。この第１の実施の形態では、キャビティ５６の下面のうち、試料注入口５２寄りに第１の連通孔６２を形成し、同じくキャビティ５６の下面のうち、試料吐出口５４に対応した位置に第２の連通孔６４を形成するようにしている。

更に、この第１の実施の形態では、基体５０のうち、キャビティ５６の上面が接する部分が薄肉とされ、外部応力に対して振動を受けやすい構造となっており、振動部６６として機能するようになっている。振動部６６の上面に前記アクチュエータ部５８が形成されている。

基体５０は、複数枚のジルコニアセラミックスのグリーンシート（第１の薄板層５０Ａ、第１のスペーサ層５０Ｂ、第２の薄板層５０Ｃ、第２のスペーサ層５０Ｄ及び第３の薄板層５０Ｅ）を積層し、一体焼成して構成されている。

つまり、基体５０は、試料注入口５２を構成する窓部が形成され、一部において振動部６６を構成する薄肉の第１の薄板層５０Ａと、導入穴６０の一部及びキャビティ５６を構成する複数の窓部がそれぞれ形成された厚肉の第１のスペーサ層５０Ｂと、導入穴６０の一部、第１の連通孔６２及び第２の連通孔６４の一部を構成する複数の窓部がそれぞれ形成された薄肉の第２の薄板層５０Ｃと、導入穴６０の一部及び第２の連通孔６４の一部を構成する複数の窓部がそれぞれ形成された厚肉の第２のスペーサ層５０Ｄと、試料吐出口５４を構成する窓部が形成された薄肉の第３の薄板層５０Ｅとを積層し、一体焼成して構成されている。

アクチュエータ部５８は、前記振動部６６のほか、該振動部６６上に直接形成された下部電極７０と、該下部電極７０上に形成された圧電／電歪素子や反強誘電体等からなる圧電層７２と、該圧電層７２の上面に形成された上部電極７４とを有して構成されている。

下部電極７０と上部電極７４は、図２に示すように、それぞれ基体５０の上面に形成された複数のパッド７６及び７８を通じて図示しない駆動回路に電気的に接続される。

上記のような構成のマイクロピペット３４によれば、上部電極７４と下部電極７０との間に電界が生じると、圧電層７２が変形し、それに伴って振動部６６が変形し、振動部６６に接しているキャビティ（加圧室）５６の容積が減少又は増加することになる。

このキャビティ５６の容積の減少によってキャビティ５６内に充填された試料溶液がキャビティ５６に連通する試料吐出口５４から所定速度で吐出され、図６に示すように、マイクロピペット３４から吐出された試料溶液が顕微鏡スライドガラス等の基板１０上に微小スポット８０として整列固定されたＤＮＡチップ２０を作製することができる。また、このキャビティ５６の容積増加によって、キャビティ５６内に連通孔６２から新たな試料溶液が注入、充填され、次の吐出に備えられる。

この場合、基板１０上に形成される微小スポット８０の配列ピッチよりも分注装置３０Ａにおける試料吐出口５４の配列ピッチが大きいため、分注装置３０Ａでの供給位置をずらしながら試料溶液を供給することになる。

なお、アクチュエータ部５８の駆動によって、キャビティ５６の容積が減少する構造としては、いわゆるインクジェット方式の装置構造を採用することができる（特開平６−４００３０号公報参照）。

そして、キャビティ（加圧室）５６は、ＤＮＡ断片などを含む試料溶液が乱れが少なく移動するような流路寸法に形成されている。

つまり、キャビティ５６の寸法は、試料の種類、作成する液滴の大きさ、形成密度により異なるが、例えば、塩基対１〜１００００程度のＤＮＡ断片を１００μｇ／μリットル以下の濃度で×１ＴＥバッファ溶液（緩衝液）に溶解させ、更に等量のポリマーを含んだ水溶液と混合させた試料を５０〜６００μｍピッチで３０〜５００μｍφ液滴径の滴下を行う場合においては、図４に示すように、キャビティ長（Ｌ）は、１〜５ｍｍ、キャビティ幅（Ｗ）は、０．１〜１ｍｍ、キャビティ深さ（Ｄ）は、０．１〜０．５ｍｍが好ましい。またキャビティ５６の内壁には、流れを乱す突起物がないように滑らかであることが好ましく、その材質は、試料溶液と親和性の良いセラミックスからなることがより一層好ましい。

このような形状にすることにより、キャビティ５６を試料注入口５２から試料吐出口５４に至る流路の一部として、試料注入口５２から導入穴６０、第１の連通孔６２を経てキャビティ５６内に移動する試料溶液の流れを乱すことなく試料吐出口５４に導くことができる。

なお、基体５０は、前述したように、ジルコニアセラミックスの一体積層、焼成体であるほかに、アクチュエータ部５８を形成したジルコニアセラミック焼結体と金属、樹脂フィルム等との接着体であってもよい。特に、試料吐出口５４を形成した薄板層５０Ｅは、その加工法とのマッチングを考慮して、ＰＥＴフィルム等の有機樹脂をエキシマレーザ等で加工したシート、あるいはステンレスフィルム等の金属を金型等で打ち抜いたシートであることが好ましい。

また、試料吐出口５４と第１の連通孔６２の寸法は、吐出する試料溶液の物性、吐出量、吐出速度等によって最適設計されるが、１０〜１００μｍφ程度であることがよい。

図５は、１つの試料注入口５２とそれに連結する導入穴６０に対し、２つの第１の連通孔６２が連通し、それぞれの第１の連通孔６２には、キャビティ５６、第２の連通孔６４及び試料吐出口５４が連続して形成された流路６５がそれぞれ独立して２つ形成されている。各キャビティ５６の上面には、それぞれ独立して配線、駆動するアクチュエータ部５８（図示せず）が形成される。このような構成のマイクロピペット３４によれば、同一の試料溶液を同時に、又はタイミングをずらして基板１０上に供給することができる。

ところで、図１に示すように、固定板３２の上面には、マイクロピペット３４を位置決め固定するための複数のピン３８が設けられている。マイクロピペット３４を固定板３２上に固定する場合は、マイクロピペット３４の基体５０の両側に設けられた位置決め用孔９０（図２参照）に固定板３２のピン３８を挿入させながら、マイクロピペット３４を固定板３２に載置することで、自動的に複数のマイクロピペット３４が所定の配列配置で位置決めされることになる。

そして、この第１の実施の形態においては、図２及び図３に示すように、試料注入口５２から上方に突出するピン１００が設けられて構成されている。図２及び図３の例では、基体５０を構成する各層５０Ａ〜５０Ｅのうち、最下層の第３の薄板層５０Ｅを除く４つの層５０Ａ〜５０Ｄにおいて、試料注入口５２の例えば中心部に向かって張り出す張出し部５０Ａａ、５０Ｂａ、５０Ｃａ、５０Ｄａを一体に設け、上層（第１の薄板層５０Ａ）の張出し部５０Ａａの上面にピン１００を例えば接着剤で固着した構成を示す。

その他の構成としては、例えば図７及び図８に示すように、試料注入口５２に連通する導入穴６０の底部にピン１００を接着する構成（第１の変形例）や、図９に示すように、試料注入口５２の周縁部５２ａを面取りし、該周縁部５２ａの一部にピン１００を接着する構成（第２の変形例）などがある。なお、ピン１００の形成は、例えば接着剤による接着のほかに、ジルコニアセラミックスの一体焼成で形成してもよい。

また、上述の分注装置３０Ａは、試料注入口５２及び試料吐出口５４を有するマイクロピペット３４の複数個をそれぞれ試料吐出口５４を下方向に向けた状態で立設させて構成されている。

即ち、各マイクロピペット３４は、それぞれの試料注入口５２を上側とし、試料吐出口５４を下側とし、かつ、各試料吐出口５４が縦横に配列配置されて、試料吐出口５４からそれぞれ種類の異なる試料溶液が吐出されるようになっている。

このような構成を有する分注装置３０Ａにおいて、各試料注入口５２に対応してそれぞれ種類の異なる試料溶液を供給する方法としては、図１に示すように、例えば多数の断面ほぼＶ字状の凹部（溜め部）１１０が配列されたカートリッジ１１２を使用する方法がある。

具体的に、カートリッジ１１２を用いて分注装置３０Ａの各マイクロピペット３４に試料溶液を注入するいくつかの方法を図１、図３、図８、図９並びに図１０〜図１２を参照しながら説明する。

第１の方法は、まず、カートリッジ１１２の各溜め部１１０にそれぞれ種類の異なる試料溶液を入れる。その後、図１に示すように、カートリッジ１１２を溜め部１１０の先端（頂部）を下に向けて、分注装置３０Ａの上方に位置させる。

その後、カートリッジ１１２を分注装置３０Ａ側に移動させる。図３、図８及び図９に示すように、カートリッジ１１２と分注装置３０Ａとの間隔が所定の距離になった段階で、溜め部１１０の頂部が各マイクロピペット３４に設けられたピン１００と接触し、更にカートリッジ１１２が下方に移動することによって、溜め部１１０の頂部にピン１００が突き刺さり、結果的に各溜め部１１０に孔が開けられることとなる。

溜め部１１０に孔が開いた段階で、カートリッジ１１２をわずかに上方に移動させることによって、孔とピン１００との隙間から試料溶液が漏れ出す。漏れ出した試料溶液は、ピン１００を伝って試料注入口５２に導入され、導入穴６０及び第１の連通孔６２を通じてキャビティ５６に導かれることとなる。特に、図８の例では、ピン１００の基底部が導入穴６０内に存在することから、カートリッジ１１２の各溜め部１１０にある試料溶液を漏れなく前記導入穴６０に導くことができる。

この第１の方法においては、少なくとも溜め部１１０の頂部に孔が開けられた段階からカートリッジ１１２の上方から気体をカートリッジ１１２に向けて圧送することが好ましい。これによって、注入時間の短縮化を図ることができる。

次に、第２の方法は、まず、カートリッジ１１２の各溜め部１１０にそれぞれ種類の異なる試料溶液を入れる。その後、図１０に示すように、カートリッジ１１２の各溜め部１１０を閉塞するように薄いフィルム材１３０を貼着する。その後、図１１に示すように、カートリッジ１１２を、溜め部１１０の先端（頂部）を上に向けて、分注装置３０Ａの上方に位置させる。即ち、フィルム材１３０と分注装置３０Ａとを対向させる。

その後、カートリッジ１１２を分注装置３０Ａ側に移動させる。図１２に示すように、カートリッジ１１２と分注装置３０Ａとの間隔が所定の距離になった段階で、フィルム材１３０が各マイクロピペット３４に設けられたピン１００と接触し、更にカートリッジ１１２が下方に移動することによって、フィルム材１３０にピン１００が突き刺さり、結果的にフィルム材１３０のうち、各溜め部１１０に対応した部分に孔が開けられることとなる。

フィルム材１３０に孔が開いた段階で、カートリッジ１１２をわずかに上方に移動させることによって、孔とピン１００との隙間から試料溶液が漏れ出す。漏れ出した試料溶液は、ピン１００を伝って試料注入口５２に導入され、導入穴６０及び第１の連通孔６２を通じてキャビティ５６に導かれることとなる。

この第２の方法においては、少なくとも溜め部１１０の頂部に孔が開けられた段階でカートリッジ１１２を熱することが好ましい。これによって、各溜め部１１０の試料溶液及び気体が膨張するため、フィルム材１３０に開けられた孔から試料溶液が急速に試料注入口５２に導入されることになり、その結果、試料溶液の注入時間の短縮化を図ることができる。

このように、第１の実施の形態に係る分注装置３０Ａ並びに上述した第１及び第２の方法においては、各マイクロピペット３４への試料溶液の供給を迅速に、かつ、効率的に、かつ、確実に行うことができ、試料溶液の供給から基板１０上への供給までの工程をスムーズに行わせることができ、ＤＮＡチップ２０の品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。

なお、上述した第１及び第２の方法においては、図３及び図１２に示すように、試料注入口５２に設けられた張出し部５０Ａａ上にピン１００を固着したマイクロピペット３４を有する分注装置３０Ａに適用した例を示したが、その他、図８に示すように導入穴６０の底部にピン１００を設けたマイクロピペット３４を有する分注装置３０Ａや、試料注入口５２の周縁部５２ａにピン１００を設けたマイクロピペット３４を有する分注装置３０Ａにも同様に適用させることができる。

なお、第１及び第２の方法において、各マイクロピペット３４の基体５０内に形成された試料注入口５２から試料吐出口５４に至る空間を洗浄する機構を備えるようにしてもよい。この場合、数千から数万種類という多種類のＤＮＡ断片などを汚染なく、しかも純度よく微小スポット８０として吐出することになり、好ましい。

また、マイクロピペット３４を構成する基体５０は、上述したように、セラミックスで形成されており、例えば、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素等を用いることができる。

このうち、安定化／部分安定化ジルコニアは、薄板においても機械的強度が大きいこと、靱性が高いこと、圧電層７２や電極材との反応性が小さいことから最も好適に採用される。

そして、基体５０等の材料として安定化／部分安定化ジルコニアを使用する場合には、少なくとも、アクチュエータ部５８が形成される部分（振動部６６）には、アルミナあるいはチタニア等の添加物が含有されることが好ましい。

また、アクチュエータ部５８を構成する圧電層７２は、圧電セラミックスとして、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム等やこれらのいずれかを組み合わせた成分を含有する複合セラミックスを用いることができるが、この第１の実施の形態においては、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛からなる成分を主成分とする材料が好適に用いられる。

これは、このような材料が、高い電気機械結合係数と圧電定数を有することに加え、圧電層７２の焼結時における基体材料との反応性が小さく、所定の組成のものを安定に形成することができることに基づくからである。

更に、この第１の実施の形態では、前記圧電セラミックスに、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ等の酸化物、もしくはこれらいずれかの組合せ、又は他の化合物を適宜、添加したセラミックスを用いてもよい。

例えば、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛を主成分とし、これにランタンやストロンチウムを含有するセラミックスを用いることもまた好ましい。

一方、アクチュエータ部５８における上部電極７４及び下部電極７０は、室温で、固体であって導電性の金属で構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等の金属単体あるいはこれらのいずれかを組み合わせた合金が用いられ、更に、これらに圧電層７２や基体５０と同じ材料を分散させたサーメット材料を用いてもよい。

そして、上述した第１の方法又は第２の方法によって、それぞれ種類の異なる試料溶液を各マイクロピペット３４に充填した後においては、各アクチュエータ部５８を駆動して、各マイクロピペット３４の試料吐出口５４から試料溶液を吐出させる。

ここで、アクチュエータ部５８の各電極７０及び７４に印加する電圧波形のうち、アクチュエータ部５８がオン動作して、キャビティ５６の容積を減少させる場合、各電極７０及び７４にはパルス的な電圧が印加されることになる。この場合、パルスの振幅（電圧）、単位時間当たりの変化量（電圧波形の立ち上がり角度）、パルス幅等を変化させることで、振動部６６の変形量、変形速度等が変化し、これにより、試料溶液の吐出量が制御できる。また、一定期間に発生させるパルス数を変化させることで、単位時間当たりの試料溶液の滴下回数を変更することができる。

試料溶液を複数供給して１つのスポット８０を形成する場合、通常、供給位置を固定して、供給回数を重ねるが、供給毎に供給位置をずらしてもよい。例えば図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、試料溶液の供給位置を適宜変えることによって、形成されるべき１つのスポット８０（二点鎖線で示す）内に複数の試料溶液による微小スポット８０ａが形成され、これら微小スポット８０ａが基板１０上で組み合わさることで（合体）、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、１つのスポット８０が形成されることになる。この場合、供給する試料溶液の種類に応じて、供給回数、供給位置及び１回の供給量を制御することで、基板１０上に形成される各スポット８０の径の均一化を図ることができる。

また、キャビティ５６に試料溶液を充填した後に、アクチュエータ部５８に振動を励起する程度の電圧を印加することが好ましい。これにより、キャビティ内に充填された試料溶液に含まれるＤＮＡ断片が均一に分散され、供給毎のＤＮＡ断片の量にばらつきは生じなくなる。

ところで、上述の例では、分注装置３０Ａの各マイクロピペット３４にそれぞれピン１００を設けるようにしたが、その他、各マイクロピペット３４にピン１００を設けずに、図１５に示すように、外方からピン１００でカートリッジ１１２の各溜め部１１０に孔を設けるようにしてもよい（第３の方法）。

即ち、図１５に示すように、分注装置３０Ａとして、各マイクロピペット３４の試料注入口５２にピン１００が設けられていないものを使用する。そして、二点鎖線で示すように、例えばカートリッジ１１２の各溜め部１１０がマイクロピペット３４の試料注入口５２に接する、あるいは近接した段階で、各溜め部１１０の上方からピン１００を溜め部１１０に突き刺し、該溜め部１１０に孔を開ける。

溜め部１１０に孔が開いた段階で、ピン１００を引き抜くことにより、該孔から試料溶液が吐出して試料注入口５２に導入され、導入穴６０及び第１の連通孔６２を通じてキャビティ５６に導かれることとなる。

上述した第１の実施の形態に係る分注装置３０Ａでは、各マイクロピペット３４の配列ピッチが、カートリッジ１１２の各溜め部１１０の配列ピッチとほぼ同じである場合を示したが、その他、図１６Ａ及び図１６Ｂの第２の実施の形態に係る分注装置３０Ｂのように、各マイクロピペット３４の配列ピッチを可変にするようにしてもよい。

即ち、この第２の実施の形態に係る分注装置３０Ｂは、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、各マイクロピペット３４の配列ピッチを可変とするピッチ可変機構１４０が設けられて構成されている。このピッチ可変機構１４０としては、ネジを主体にした機構や、バネを主体にした機構、あるいはこれらの組合せ機構等を採用することができる。

特に、この第２の実施の形態に係る分注装置３０Ｂを使用する場合は、図１６Ａに示すように、多数のピペット１４２が配列された溶液供給装置１４４を使用することができる。

各マイクロピペット３４の配列ピッチの可変設定としては、ピッチ可変機構１４０で各マイクロピペット３４の配列ピッチを例えば最小にしたとき、図１６Ｂに示すように、基板１０上への供給が最適なピッチとされ、前記配列ピッチを例えば最大にしたときに、図１６Ａに示すように、溶液供給装置１４４の各ピペット１４２の配列ピッチとほぼ同じとされることが好ましい。各マイクロピペット３４間において、それぞれのピッチ上のばらつきを抑えることができるからである。

そして、この分注装置３０Ｂを使用する場合は、まず、図１６Ａに示すように、ピッチ可変機構１４０によって各マイクロピペット３４の配列ピッチを最大にして、溶液供給装置１４４における各ピペット１４２の配列ピッチとほぼ同じにし、この状態で、溶液供給装置１４４から試料溶液を分注装置３０Ｂの各マイクロピペット３４に供給する。

分注装置３０Ｂへの試料溶液の供給が完了した段階で、図１６Ｂに示すように、ピッチ可変機構１４０によって各マイクロピペット３４の配列ピッチを最小にする。次いで、分注装置３０Ｂを基板１０上に搬送し、その後、各マイクロピペット３４のアクチュエータ部５８を駆動させて、試料溶液を基板１０上に吐出供給し、基板１０上に微小スポット８０を形成する。

この第２の実施の形態に係る分注装置３０Ｂ及び該分注装置３０Ｂを使用した製造方法においては、溶液供給装置１４４から分注装置３０Ｂへの試料溶液の供給、並びに分注装置３０Ｂから基板１０上への供給を、迅速、かつ、効率的に、かつ、確実に行うことができ、試料溶液の供給から基板１０上への供給までの工程をスムーズに行わせることができ、ＤＮＡチップ２０の品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。

上述の第２の実施の形態においては、分注装置３０Ｂにピッチ可変機構１４０を設けるようにしたが、その他、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、溶液供給装置１４４にピッチ可変機構１５０を設けるようにしてもよい。このピッチ可変機構１５０は、溶液供給装置１４４を構成する各ピペット１４２の配列ピッチを可変する機構を有する。このピッチ可変機構１５０としては、ネジを主体にした機構や、バネを主体にした機構、あるいはこれらの組合せ機構等を採用することができる。

この場合、分注装置３０としては、図１７Ｂに示すように、各マイクロピペットの配列ピッチが、試料溶液を基板１０上に供給する上で最適なピッチに固定されたものを使用することができる。

溶液供給装置１４４における各ピペット１４２の配列ピッチの可変設定としては、ピッチ可変機構１５０で各ピペット１４２の配列ピッチを例えば最小にしたとき、図１７Ｂに示すように、分注装置３０における各マイクロピペット３４の試料注入口５２の配列ピッチとされ、前記各ピペット１４２の配列ピッチを例えば最大にしたときに、図１７Ａに示すように、カートリッジ１１２の各溜め部１１０の配列ピッチとほぼ同じとされることが好ましい。これは、溶液供給装置１４４における各ピペット１４２間において、それぞれのピッチ上のばらつきを抑えることができるからである。

そして、この溶液供給装置１４４を使用する場合は、まず、図１７Ａに示すように、ピッチ可変機構１５０によって各ピペット１４２の配列ピッチを最大にして、カートリッジ１１２における各溜め部１１０の配列ピッチとほぼ同じにし、この状態で、カートリッジ１１２の溜め部１１０に溜められている試料溶液を各ピペット１４２を介して溶液供給装置１４４に吸引導入する。

溶液供給装置１４４への試料溶液の供給が完了した段階で、図１７Ｂに示すように、ピッチ可変機構１５０によって各ピペット１４２の配列ピッチを最小にして、分注装置３０における各マイクロピペット３４の配列ピッチとほぼ同じにし、この状態で、溶液供給装置１４４から試料溶液を分注装置３０の各マイクロピペット３４に供給する。

分注装置３０への試料溶液の供給が完了した段階で、図１７Ｃに示すように、分注装置３０を基板１０上に搬送し、その後、各マイクロピペット３４のアクチュエータ部５８を駆動させて、試料溶液を基板１０上に吐出供給し、基板１０上に微小スポット８０を形成する。

このように、ピッチ可変機構１５０を有する溶液供給装置１４４を使用した製造方法においては、カートリッジ１１２から溶液供給装置１４４への試料溶液の供給、溶液供給装置１４４から分注装置３０への試料溶液の供給、並びに分注装置３０から基板１０上への供給を迅速、かつ、効率的に、かつ、確実に行うことができ、試料溶液の供給から基板１０上への供給までの工程をスムーズに行わせることができ、ＤＮＡチップ２０の品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。

次に、第３の実施の形態に係る分注装置３０Ｃについて図１８〜図２２を参照しながら説明する。

この第３の実施の形態に係る分注装置３０Ｃは、図１８に示すように、特に、第２の実施の形態に係る分注装置３０Ｂや、図１７Ｂの分注装置３０に適用されるもので、各マイクロピペット３４の試料注入口５２の周縁部に、溶液供給装置１４４の各ピペット１４２を保持するための保持部１６０が設けられて構成されている。この保持部１６０は、試料注入口５２の周縁部に設けられた例えばＯリング１６２と、該Ｏリング１６２を固定する固定部１６４を有して構成されている。

固定部１６４は、例えば図１９に示すように、リング状に形成された側壁１６６とＯリング１６２の上方への離脱を防止するための円形の孔１６８が形成された上壁１７０が一体に形成されて構成されている。この固定部１６４は、基体５０と一体に形成してもよいし、その他、基体５０とは別体に形成し、接着剤等で基体５０上に固着するようにしてもよい。図１８では、接着剤で固着した例を示す。

固定部１６４の他の例としては、例えば図２０に示すように、上部が試料注入口５２の軸線ｍに向かって屈曲するＬ字状の保持片１７２を複数個（図２０の例では４個）設けて構成するようにしてもよい。

そして、溶液供給装置１４４を使用して、この第３の実施の形態に係る分注装置３０Ｃの各マイクロピペット３４に試料溶液を使用する場合は、図１８に示すように、溶液供給装置１４４の各ピペット１４２の先端部を、それぞれ対応するマイクロピペット３４の前記保持部１６０におけるＯリング１６２内に差し込むことで行われる。

試料溶液の供給の他の例としては、例えば図２１に示すように、溶液供給装置１４４の各ピペット１４２が挿入可能な管１８０を保持部１６０に保持させて、試料溶液をマイクロピペット３４に供給するようにしてもよい。この管１８０としては、上方に向かって徐々に径が大きくなるように設定され、かつ、下端部の径がＯリング１６２の内径とほぼ同じに設定されたものを用いることができる。

この管１８０を用いる場合、ピペット１４２の先端を管１８０の内壁に近づけて行うようにすれば、ピペット１４２から吐出された試料溶液が管１８０の内壁に当たって飛び散るなどの不都合が生じないため、好ましい。

この第３の実施の形態に係る分注装置３０Ｃにおいては、ピペット１４２を用いて分注装置３０Ｃの各マイクロピペット３４内に試料溶液を注入する際に、ピペット１４２又は管１８０が前記保持部１６０にて保持されるため、試料溶液を確実にマイクロピペット３４内に注入することができ、溶液漏れなどを効果的に防止することができる。

特に、前記管１８０の少なくとも内壁を親水処理すれば、ピペット１４２から吐出された試料溶液を確実にマイクロピペット３４の試料注入口５２に導くことができるため、好ましい。

試料溶液の供給の更なる他の例としては、例えば図２２に示すように、溶液供給装置１４４の各ピペット１４２を受けるための管１８０の一部に、管１８０内に注入された液量を測定する目盛り１８２が形成され、更に、管１８０の内壁の一部に、各ピペット１４２の一部を接触させるための突起１８４を設けた部分と設けない部分を試料注入口５２から同一距離の箇所に形成するようにしてもよい。

そして、この図２２では、管１８０と試料注入口５２との間に、注入される試料溶液中の異物を取り除く目的で、試料吐出口５４の開口面積以下の開口面積を有する開口部が多数形成されたフィルタ１８６が、保持部１６０と基体５０と接着剤１８８とで周りを保持して取り付けられている。

ここで、保持部１６０は、全体がゴムのような弾性体で構成されており、保持部のみで、管１８０を気密に保持している。目盛り１８２によって、注入した試料溶液の量をその場で確認でき、また、突起１８４に各ピペット１４２を接触させて注入することで、注入する位置が常に一定になり、注入作業のばらつきが低減されると共に、突起１８４が形成されていない部分が注入時の気体を逃がすためのパスを構成することになり、試料溶液に気泡を巻き込むことなく、確実に注入することができる。

更に、フィルタ１８６によって、マイクロピペット３４内への異物の混入を遮断でき、異物の詰まりによる吐出不良を回避することができる。なお、フィルタ１８６の開口部分の大きさ（径）は、吐出口の大きさ（径）以下であることが好ましい。但し、開口が小さすぎると、試料溶液の注入が困難になるため、吐出口の開口径の７０％程度の大きさであるとより好ましい。

このように、第１〜第３の実施の形態に係る分注装置３０Ａ〜３０Ｃや、図１７Ａに示す溶液供給装置１４４を使用してＤＮＡチップ２０を製造することにより、試料溶液の供給から基板１０上への供給までの工程をスムーズに行わせることができ、ＤＮＡチップ２０の品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。

特に、第１〜第３の実施の形態に係る分注装置３０Ａ〜３０Ｃや、図１７Ｂに示す分注装置３０において、それぞれの試料注入口５２を親水処理することで、該試料注入口５２を通じて供給される試料溶液をスムーズにキャビティ５６側に導くことができるため、試料溶液の供給時間の短縮化を図ることができる。

なお、この発明に係る分注装置及びＤＮＡチップの製造方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１の実施の形態に係る分注装置の構成をカートリッジと共に示すもので、分注装置を使用してＤＮＡチップを製造する第１の方法を説明するための斜視図である。 第１の実施の形態に係る分注装置を構成するマイクロピペットの構成を示す平面図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面図である。 マイクロピペットの基体内に形成されるキャビティを含む流路の形状を示す斜視図である。 マイクロピペットの基体内に形成されるキャビティを含む流路の他の形状を示す斜視図である。 製造されるＤＮＡチップを示す斜視図である。 第１の変形例に係るマイクロピペットの構成を示す平面図である。 図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線上の断面図である。 第２の変形例に係るマイクロピペットの構成を示す断面図である。 分注装置を使用してＤＮＡチップを製造する第２の方法を説明するためのものであって、カートリッジの各溜め部を閉塞するようにフィルム材を貼着する状態を示す説明図である。 フィルム材を貼着したカートリッジを分注装置上に搬送した状態を示す説明図である。 マイクロピペットでフィルム材に孔をあける状態を示す断面図である。 図１３Ａは基板上に試料溶液を供給して、形成されるべき１つのスポット内に多数の微小スポットが形成されていく過程を示す断面図であり、図１３Ｂはその平面図である。 図１４Ａは基板上において、多数の微小スポットが合体して１つのスポットが形成された状態を示す断面図であり、図１４Ｂはその平面図である。 分注装置を使用してＤＮＡチップを製造する第３の方法を示す説明図である。 図１６Ａは溶液供給装置から試料溶液を第２の実施の形態に係る分注装置に供給する状態を示す説明図であり、図１６Ｂは第２の実施の形態に係る分注装置から試料溶液を基板上に供給する状態を示す説明図である。 図１７Ａはカートリッジの各溜め部から溶液供給装置に試料溶液を供給する状態を示す説明図であり、図１７Ｂは溶液供給装置から試料溶液を分注装置に供給する状態を示す説明図であり、図１７Ｃは分注装置から試料溶液を基板上に供給する状態を示す説明図である。 第３の実施の形態に係る分注装置におけるマイクロピペットの構成を示す断面図である。 保持部の一例を示す斜視図である。 保持部の他の例を示す斜視図である。 第３の実施の形態に係る分注装置におけるマイクロピペットの他の例の構成を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る分注装置におけるマイクロピペットの更に他の例の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０…基板 ２０…ＤＮＡチップ
３０、３０Ａ〜３０Ｃ…分注装置 ３４…マイクロピペット
５０…基体 ５２…試料注入口
５２ａ…周縁部 ５４…試料吐出口
５６…キャビティ ５８…アクチュエータ部
８０…微小スポット １００…ピン
１１０…凹部（溜め部） １１２…カートリッジ
１３０…フィルム材 １４０…ピッチ可変機構
１４４…溶液供給装置 １５０…ピッチ可変機構
１６０…保持部 １８０…管
１８２…目盛り １８４…突起
１８６…フィルタ

Claims (9)

1. 少なくとも１個以上の基体に、外部から試料溶液を注入するための注入口と、前記試料溶液が注入・充填されるキャビティと、前記試料溶液を吐出する吐出口とが形成され、前記キャビティを形成する前記基体の少なくとも一壁面に圧電／電歪素子を備え、前記キャビティ内において前記試料溶液が移動するように構成されたマイクロピペットが複数配列されて構成され、かつ、各マイクロピペットの吐出口から前記試料溶液が吐出される分注装置において、
   各マイクロピペットの注入口の周縁に、該注入口から溶液を注入するためのピペットを受けるための管を保持する保持部が設けられていることを特徴とする分注装置。
2. 請求項１記載の分注装置において、
   前記ピペットを受けるための管の少なくとも内壁が親水処理されていることを特徴とする分注装置。
3. 請求項１又は２記載の分注装置において、
   前記ピペットを受けるための管の一部に、前記管内に注入された液量を測定する目盛りが形成されていることを特徴とする分注装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の分注装置において、
   前記ピペットを受けるための管の内壁の一部に、突起を設けた部分と設けない部分が注入口から同一距離の箇所に形成されていることを特徴とする分注装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の分注装置において、
   前記ピペットを受けるための管と前記注入口との間に、前記吐出口の開口面積以下の開口面積の開口部が多数形成されたフィルタが取り付けられていることを特徴とする分注装置。
6. 少なくとも１個以上の基体に、外部から前記試料溶液を注入するための注入口と、前記試料溶液が注入・充填されるキャビティと、前記試料溶液を吐出する吐出口とが形成され、前記キャビティを形成する前記基体の少なくとも一壁面に圧電／電歪素子を備え、前記キャビティ内において前記試料溶液が移動するように構成されたマイクロピペットが複数配列されて構成された分注装置を使用し、各マイクロピペットの吐出口から前記試料溶液を基板上に吐出してＤＮＡチップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、
   前記分注装置は、各マイクロピペットの注入口の周縁に、該注入口から溶液を注入するためのピペットを受けるための管を保持する保持部が設けられ、
   溶液を前記分注装置に供給する際に、前記保持部で前記ピペットを受けるための管を保持しながら行うことを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
7. 請求項６記載のＤＮＡチップの製造方法において、
   前記ピペットを受けるための管として、一部に、前記管内に注入された液量を測定する目盛りが形成されたものを使用することを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
8. 請求項６又は７記載のＤＮＡチップの製造方法において、
   前記ピペットを受けるための管として、内壁の一部に、突起を設けた部分と設けない部分が注入口から同一距離の箇所に形成されたものを使用することを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
9. 請求項６〜８のいずれか１項に記載のＤＮＡチップの製造方法において、
   前記ピペットを受けるための管と前記注入口との間に、前記吐出口の開口面積以下の開口面積の開口部が多数形成されたフィルタを取り付けて行うことを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。

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