JP2001183373A - Ｄｎａチップ補修方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既存のＤＮＡチップを補修する。 【解決機構】 補修するＤＮＡチップ１を固定板４に固
定し、顕微鏡１０によって不良を起こした対象スポット
を検出する。マニピュレータ６を作動させてノズル８ａ
の先端をＤＮＡ分解酵素液を収容した容器に移動させ、
インジェクタ８を作動させてノズル８ａにＤＮＡ分解酵
素液を吸引し、ノズル８ａの先端を顕微鏡１０で検出し
た対象スポット上に移動させてその対象スポット上にＤ
ＮＡ分解酵素液を塗布して対象スポットのオリゴヌクレ
オチドを分解する。マニピュレータ６及びインジェクタ
８を作動させて、対象スポットの領域に存在するＤＮＡ
分解酵素液を吸引除去し、その対象スポットの領域をタ
ンパク質変性剤溶液によって洗浄した後、その領域に所
望のオリゴヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチド溶液
を塗布する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数のオリゴヌク
レオチドが固相表面に整列して固定化されたＤＮＡチッ
プの補修を行なう方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】遺伝子の発現の様子をモニタする方法と
して、ＤＮＡチップを用いる方法がある。ＤＮＡチップ
は、種々遺伝子に対応した多数のオリゴヌクレオチド
（ＤＮＡプローブともいう）が固相表面に整列して固定
化されてオリゴヌクレオチドマトリックスが形成された
素子である。通常、１枚のＤＮＡチップ上には、数千か
ら数万のオリゴヌクレオチドが固定化されている。ＤＮ
Ａチップを用いる方法では、ＲＴ−ＰＣＲ（Reverse Tr
anscriptase - Polymerase Chain Reaction）法を用い
て、ｍＲＮＡ（メッセンジャーＲＮＡ）のｃＤＮＡ（相
補的なＤＮＡ）を合成すると同時に増幅する。増幅され
た各ＤＮＡ断片に蛍光標識をつけて標識断片とする。こ
れらの標識断片をＤＮＡチップに接触させ、ＤＮＡチッ
プに固定化されたオリゴヌクレオチドにハイブリダイゼ
ーションさせる。標識断片は配列が相補的なオリゴヌク
レオチドに保持され、過剰量の標識断片は洗浄操作で除
去される。その後、蛍光顕微鏡を用いて保持された標識
断片の量及び位置を検出し、対応するオリゴヌクレオチ
ドの種類を調べる。この方法は配列既知の遺伝子の発現
をモニタするのに適している。

【０００３】現在のＤＮＡチップ作製装置では、スライ
ドガラスなどの基板上に、配列が既知のオリゴヌクレオ
チドを含むオリゴヌクレオチド溶液を、針先に付着させ
てスポッティングしたり、インクジェットノズルに吸引
して微量に吹付けを行なってスポッティングしたりする
ことにより、オリゴヌクレオチド溶液を１つ１つスポッ
ティングして多数のスポットをマトリックス状に形成し
た後、オリゴヌクレオチド溶液を乾燥させてオリゴヌク
レオチドを基板上に固定化し、ＤＮＡチップの作製を行
なっている。通常、スポットの寸法は８０〜１０００μ
ｍであり、隣接するスポットの間隔は１００〜１０００
μｍである。また、スポットの寸法が４０μｍ、スポッ
トの間隔が５０μｍのＤＮＡチップもあり、スポットの
寸法が１０μｍ、スポットの間隔が１５μｍのものまで
実現可能と考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＤＮＡチップで
は、固定化したオリゴヌクレオチドの品質や量の確認は
ほとんど行なっていなかった。そのため、用いたオリゴ
ヌクレオチドの品質が劣悪であったり、作製装置の不良
などによって、オリゴヌクレオチドの品質が劣化してい
たり、オリゴヌクレオチドの量が不足又は過剰で他のス
ポットとのバランスが悪かったり、スポットが大きすぎ
て隣接するスポットに重なっていたり、スポットが小さ
すぎて検出が困難であったり、スポットの形状が不定形
で検出が困難であったりするなど、ＤＮＡチップ上に不
良なスポットが存在することがあった。そのような不良
なスポットを確認した場合でも、ＤＮＡチップ作製装置
ではその補修ができないので、使用に耐え得るのであれ
ば品質が不十分なままＤＮＡチップを使用していた。

【０００５】また、ＤＮＡチップ作製装置では、基板を
装置に装着しＤＮＡチップを作製している間しっかり固
定することで位置を決定しているため、ＤＮＡチップを
装置から取り外した後、再度装着すると位置がずれる。
そのため、既製のＤＮＡチップに新規のスポットを追加
するのは困難であり、スポットを追加する場合は新たに
ＤＮＡチップを作製していた。また、ＤＮＡチップ作製
装置では、既存の特定のスポット上のみにオリゴヌクレ
オチド洗浄液やオリゴヌクレオチド分解液を塗布するこ
とはできない。そのため、既製のＤＮＡチップ上のスポ
ットの一部が必要でなくなった場合でも、そのスポット
のみを除去することは困難なため、必要のないスポット
を残したしたままＤＮＡチップを使用していた。

【０００６】そこで本発明は、ＤＮＡチップ上の所望の
スポットを除去し、そこに新たなスポットを形成した
り、さらにＤＮＡチップ上の任意の領域に新たにスポッ
トを形成できるようにすることにより、既製のＤＮＡチ
ップを補修できるＤＮＡチップ補修方法及び装置を提供
することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のＤＮＡチップ補
修方法の一態様は、ＤＮＡチップ上のスポットの位置を
検出するスポット位置検出機構によって検出した所望の
スポット上のみに、微量の溶液を吐出及び吸引する吐出
吸引機構並びにその吐出吸引機構の吐出吸引部を位置決
めする位置決め機構を用いてＤＮＡ分解試薬を塗布し
て、その所望のスポットに固定化されたオリゴヌクレオ
チドを分解除去する。

【０００８】本発明のＤＮＡチップ補修方法の他の態様
は、ＤＮＡチップ上のスポットの位置を検出するスポッ
ト位置検出機構によって検出したＤＮＡチップ上の任意
の領域に、微量の溶液を吐出及び吸引する吐出吸引機構
並びにその吐出吸引機構の吐出吸引部を位置決めする位
置決め機構を用いてオリゴヌクレオチドを含む溶液を既
存するスポットに重複しないように塗布して、その任意
の領域に新たにオリゴヌクレオチドを固定化する。

【０００９】本発明のＤＮＡチップ補修装置は、ＤＮＡ
チップを固定する固定機構と、その固定機構に固定され
たＤＮＡチップ上のスポットの位置を検出するスポット
位置検出機構と、微量の溶液を吐出吸引部の先端から吐
出及び吸引する吐出吸引機構と、吐出吸引機構の吐出吸
引部を位置決めする位置決め機構とを備えるものであ
る。

【００１０】ＤＮＡチップ上の既存する所望のスポット
を除去する場合、スポット位置検出機構によって、固定
機構に固定されたＤＮＡチップ上の所望のスポットの位
置を検出する。吐出吸引機構の吐出吸引部にＤＮＡ分解
試薬を吸引した後、位置決め機構によって所望のスポッ
トの位置に吐出吸引機構の吐出吸引部を移動させ、吐出
吸引機構を作動させて所望のスポット上のみにＤＮＡ分
解試薬を塗布する。その所望のスポットに固定化されて
いるオリゴヌクレオチドは分解される。分解されたオリ
ゴヌクレオチド残渣を含むＤＮＡ分解試薬を吐出吸引機
構によって吸引して除去する。ＤＮＡチップ上の任意の
領域に所望のオリゴヌクレオチドを固定化する場合は、
吐出吸引機構によってその任意の領域に所望のオリゴヌ
クレオチドを含む溶液を塗布してその所望のオリゴヌク
レオチドを固定化する。

【００１１】

【実施例】図１は、一実施例を示す概略構成図である。
装置本体２にＤＮＡチップ１を固定する固定板（固定機
構）４が設けられている。本体２の側部にマイクロマニ
ピュレータ（位置決め機構）６が設けられている。ここ
で用いたマニピュレータ６は例えば分解能０．１μｍの
動きをするものである。微量の溶液をノズル８ａの先端
から吐出及び吸引するセルインジェクタ（吐出吸引機
構）８がマニピュレータ６の近傍に配置されており、マ
ニピュレータ６のアクチュエータ６ａにインジェクタ８
のノズル（吸引吐出部）８ａが取り付けられている。こ
こで用いたインジェクタ８は容量が例えば数十フェムト
リットルの溶液まで扱えるものであり、溶液の吐出によ
って形成されるスポットの最小直径は約５μｍである。
ノズル８ａはマニピュレータ６によってＤＮＡチップ１
上の領域及びその周辺を移動される。ノズル８ａの先端
の移動範囲内に、図示は省略するが、オリゴヌクレオチ
ドを含むオリゴヌクレオチド溶液を収容する容器、オリ
ゴヌクレオチドを分解する酵素を含むＤＮＡ分解酵素液
（ＤＮＡ分解試薬）を収容する容器、ＤＮＡ分解酵素を
変性させるタンパク質変性剤を含むタンパク質変性剤溶
液を収容する容器、洗浄液としての界面活性剤溶液又は
ＤＮＡ変性剤溶液を収容する容器及び廃液を収容するド
レイン容器が配置されている。本体２の上部には、固定
板４に固定されたＤＮＡチップ１のスポットを検出する
顕微鏡（位置検出機構）１０が設けられている。

【００１２】図２はＤＮＡチップを概略的に示す平面図
である。ＤＮＡチップ１は、基板としての例えばスライ
ドガラス１ａ上に、配列既知のオリゴヌクレオチドが固
定化されたスポット１ｂがマトリックス状に形成されて
おり、スポット１ｂごとに異なる種類のオリゴヌクレオ
チドが固定化されている。例えばスポット１ｂの寸法は
１０μｍであり、隣り合うスポット１ｂ間の間隔Ａは１
５μｍである。

【００１３】例えば１つのスポット１ｂのオリゴヌクレ
オチドが何らかの原因で不良又は不調を起こし、そのＤ
ＮＡチップ１を補修する場合、ＤＮＡチップ１を固定板
４に固定し、顕微鏡１０によって不良を起こした対象ス
ポットを検出する。マニピュレータ６を作動させてノズ
ル８ａの先端をＤＮＡ分解酵素液を収容した容器に移動
させ、インジェクタ８を作動させてノズル８ａにＤＮＡ
分解酵素液を吸引する。

【００１４】マニピュレータ６により、ノズル８ａの先
端を顕微鏡１０で検出した対象スポット上に移動させて
位置決めし、インジェクタ８を作動させてその対象スポ
ット上にＤＮＡ分解酵素液を塗布する。このとき吐出さ
れるＤＮＡ分解酵素液の量は、対象スポットに隣接する
スポットにＤＮＡ分解酵素液が及ばないように、例えば
２５０フェムトリットルである。ＤＮＡ分解酵素液の作
用により、対象スポットに固定化されたオリゴヌクレオ
チドは分解される。ＤＮＡ分解酵素液の塗布量は、例え
ばＤＮＡチップ１のスポット１ｂの寸法が４０μｍのと
きは約１７０００フェムトリットルのＤＮＡ分解酵素
液、スポット１ｂの寸法が２０μｍのときは約２６００
フェムトリットルのＤＮＡ分解酵素液を塗布するのが適
当である。

【００１５】対象スポットのオリゴヌクレオチドが分解
された後、そのオリゴヌクレオチド残渣を含むＤＮＡ分
解酵素液をノズル８ａに吸引し、ノズル８ａをドレイン
容器位置に移動させてそのＤＮＡ分解酵素液を排出す
る。洗浄液によってノズル８ａを洗浄した後、タンパク
質変性剤溶液をノズル８ａに吸引し、オリゴヌクレオチ
ドを除去した対象スポットの位置にタンパク質変性剤溶
液を塗布して残留するＤＮＡ分解酵素を変性させ、対象
スポットの領域を洗浄する。その後、対象スポットの領
域のタンパク質変性剤溶液をノズル８ａに吸引し、ドレ
イン容器に排出する。

【００１６】洗浄液によってノズル８ａを洗浄した後、
所望のオリゴヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチド溶
液をノズル８ａに吸引し、対象スポットの領域にそのオ
リゴヌクレオチド溶液を塗布する。塗布されるオリゴヌ
クレオチド溶液の量は、対象スポットの領域に隣接する
スポットにオリゴヌクレオチド溶液が及ばないように、
例えば２５０フェムトリットルである。その後、オリゴ
ヌクレオチド溶液を乾燥させて対象スポットにオリゴヌ
クレオチドを固定化する。オリゴヌクレオチド溶液の塗
布量は、例えばＤＮＡチップ１のスポット１ｂの寸法が
４０μｍのときは約１７０００フェムトリットルのオリ
ゴヌクレオチド溶液、スポット１ｂの寸法が２０μｍの
ときは約２６００フェムトリットルのオリゴヌクレオチ
ド溶液を塗布するのが適当である。このようにして不良
を起こしたスポットを除去し、そのスポット領域に新た
に正常なオリゴヌクレオチドを固定化してＤＮＡチップ
を補修することにより、ＤＮＡチップは何度も繰り返し
使用できるようになり、実験効率の大幅向上及びコスト
の削減を図ることができる。

【００１７】セルインジェクタ８の動作は自動又は手動
のどちらでもよいが、自動であることが好ましく、さら
に、顕微鏡１０によって検出した対象スポットの位置を
指定することによりマニピュレータ６及びインジェクタ
８が上記の動作を全自動で行なう構成とすることが好ま
しい。この実施例では、スポットを除去した後、その領
域に新たにスポットを形成しているが、新たにスポット
を形成する必要がない場合はスポットを形成しなくても
よい。さらに、元のＤＮＡチップ上のスポットが形成さ
れていない領域に、新たにスポットを追加することもで
きる。その結果、ＤＮＡチップの品質の向上、再現性の
向上及び項目の最適化による性能の向上を図ることがで
きる。

【００１８】この実施例では、ＤＮＡ分解酵素液、タン
パク質変性剤溶液及びオリゴヌクレオチド溶液の吸引及
び吐出を１組のマニピュレータ及びインジェクタによっ
て行なっているが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、複数組のマニピュレータ及びインジェクタを用い
て、ＤＮＡ分解酵素液、タンパク質変性剤溶液又はオリ
ゴヌクレオチド溶液の吸引及び吐出をそれぞれ異なるマ
ニピュレータ及びインジェクタによって行なってもよ
い。さらに、各試料ごとにマニピュレータ及びインジェ
クタを設置する用にすれば、作業が効率的になる。ま
た、オリゴヌクレオチドの代わりに、ＤＮＡのホスホジ
エステル結合をペプチド結合に変換した人工核酸（ペプ
チド核酸ともいう）を用いてもよい。

【００１９】また、複数の種類のオリゴヌクレオチドが
マトリックス状に配列された既製のＤＮＡチップをマス
ターＤＮＡチップとし、そのマスターＤＮＡチップ上で
オリゴヌクレオチドの増幅を行ない、増幅したオリゴヌ
クレオチドをマスターＤＮＡチップのオリゴヌクレオチ
ドマトリックスに対応させて他の基板に固定化して、レ
プリカＤＮＡチップを作製する方法が考えられている。
その方法では同じオリゴヌクレオチドマトリックスをも
つレプリカＤＮＡチップを量産する。マスターＤＮＡチ
ップを繰り返し使用した場合、スポットの劣化が起こ
る。マスターＤＮＡチップのスポットに不具合がある
と、作製したレプリカＤＮＡチップすべてが不良とな
り、影響が大きく、マスターＤＮＡチップの補修及び改
良が必要となる。本発明によれば、マスターＤＮＡチッ
プの補修及び改良も行なうことができ、その結果、マス
ターＤＮＡチップ、ひいてはレプリカＤＮＡチップの品
質の向上、項目の最適化による性能の向上、ＤＮＡチッ
プの品質の向上を図ることができる。なお、本明細書に
おけるＤＮＡチップの語は、遺伝子の発現などをモニタ
するために使用されるテスト用ＤＮＡチップの他、マス
ターＤＮＡチップも含むものとして使用している。

【００２０】

【発明の効果】本発明のＤＮＡチップ補修方法及び装置
では、吐出吸引機構のノズルにＤＮＡ分解試薬を吸引し
た後、位置検出機構によって検出したＤＮＡチップ上の
所望のスポット上へ位置決め機構によってノズルを移動
させ、その所望のスポット上のみにＤＮＡ分解試薬を塗
布して、その所望のスポットに固定化されたオリゴヌク
レオチドを分解除去したり、吐出吸引機構のノズルにオ
リゴヌクレオチドを含む溶液を吸引した後、位置検出機
構によって検出したＤＮＡチップ上のスポット除去後の
領域又はスポットのなかった領域へ位置決め機構によっ
てノズルを移動させ、吐出吸引機構によってその領域に
オリゴヌクレオチドを含む溶液を既存するスポットに重
複しないように塗布して、その領域に新たにオリゴヌク
レオチドを固定化したりすることができるようにしたの
で、既存のＤＮＡチップを補修でき、ＤＮＡチップの品
質の向上、項目の最適化による性能の向上、ＤＮＡチッ
プの品質の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施例を示す概略構成図である。

【図２】 ＤＮＡチップを概略的に示す平面図である。

【符号の説明】

１ ＤＮＡチップ １ａ スライドガラス １ｂ スポット ２ 装置本体 ４ 固定板 ６ マイクロマニピュレータ ６ａ アクチュエータ ８ セルインジェクタ ８ａ ノズル １０ 顕微鏡

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＤＮＡチップ上のスポットの位置を検出
   するスポット位置検出機構によって検出した所望のスポ
   ット上のみに、微量の溶液を吐出及び吸引する吐出吸引
   機構並びに前記吐出吸引機構の吐出吸引部を位置決めす
   る位置決め機構を用いてＤＮＡ分解試薬を塗布して、そ
   の所望のスポットに固定化されたオリゴヌクレオチドを
   分解除去するＤＮＡチップ補修方法。
2. 【請求項２】 ＤＮＡチップ上のスポットの位置を検出
   するスポット位置検出機構によって検出したＤＮＡチッ
   プ上の任意の領域に、微量の溶液を吐出及び吸引する吐
   出吸引機構並びに前記吐出吸引機構の吐出吸引部を位置
   決めする位置決め機構を用いてオリゴヌクレオチドを含
   む溶液を既存するスポットに重複しないように塗布し
   て、その任意の領域に新たにオリゴヌクレオチドを固定
   化するＤＮＡチップ補修方法。
3. 【請求項３】 ＤＮＡチップを固定する固定機構と、 前記固定機構に固定されたＤＮＡチップ上のスポットの
   位置を検出するスポット位置検出機構と、 微量の溶液を吐出吸引部の先端から吐出及び吸引する吐
   出吸引機構と、 前記吐出吸引機構の前記吐出吸引部を位置決めする位置
   決め機構と、を備えたＤＮＡチップ補修装置。