JP2001186881A - Ｄｎａチップの製造方法 - Google Patents

Ｄｎａチップの製造方法

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Juichi Hirota
寿一 廣田
Motoo Noritake
基生 則竹
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Abstract

(57)【要約】 【課題】試料溶液の品質を劣化させることなく、試料溶
液の調製から供給までの処理、あるいはＰＣＲ増幅から
供給までの処理を一連の工程で行えるようにし、しか
も、試料溶液の利用率の向上、試料溶液の保管設備の省
略化を実現でき、コストの低廉化、ＤＮＡチップの品質
の向上を図る。 【解決手段】ＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅してＰＣＲ産物を
調製する。その後、前記ＰＣＲ産物を乾燥させてＤＮＡ
粉末を調製する。その後、ＤＮＡ粉末を分注装置３０に
おける各マイクロピペットの試料注入口にＤＮＡ粉末を
充填し、次いで、緩衝液を試料注入口からキャビティ内
に注入し、試料溶液を調製する。そして、キャビティ内
において試料溶液の調製が完成した後、アクチュエータ
部を駆動させて、試料溶液を基板上に吐出供給させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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）の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】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ＤＮ
Ａ断片を微小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。
【０００３】このＤＮＡチップの製造は、一般的には、
ＤＮＡ断片を含んだ試料溶液の微小なスポットをガラス
等の基板上に複数個配列することによって行われ、微小
スポットの形成方法としては、ＱＵＩＬＬ方式、ピン＆
リング方式、あるいはソリッドピン方式といった、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、各微小スポッ
トの容量と形状のばらつきを低く抑えて、各微小スポッ
ト間の距離を一定に保つことが重要となる。
【０００４】また、ＤＮＡ断片を含んだ試料溶液の調製
には、ＰＣＲ増幅工程を用い、ごく僅かな元のＤＮＡか
ら、スポットに要する液量まで増幅して用いられること
が多いが、増幅によって得られる液量は、数１０μリッ
トル程度であり、かつ、増幅に必要な試薬は高価である
ため、得られた液の使用効率を上げることが望まれてい
る。
【０００５】一方、更なるスポットの高密度化に向け
て、微小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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、基板上に、
試料溶液の供給による微小スポットを形成する場合、予
めカートリッジなどの調製用容器においてＤＮＡ断片を
ＰＣＲ増幅してＰＣＲ産物を調製し、得られたＰＣＲ産
物を乾燥してＤＮＡ粉末とし、得られたＤＮＡ粉末を緩
衝液に溶かして試料溶液を調製するようにしている。
【０００７】そして、供給装置に試料溶液を充填し、こ
の供給装置を使用して基板上に試料溶液を供給して、基
板上に微小スポットを形成するようにしている。
【０００８】この場合、試料溶液を調製する工程と、試
料溶液を供給する工程がそれぞれ別々になるため、工程
間の管理が別途必要になると共に、試料溶液を保管する
ための設備が必要になり、また、試料溶液が大気中に触
れる機会が多くなることから、試料溶液が変質するおそ
れがある。
【０００９】また、カートリッジなどの調製用容器で試
料溶液の調製をするため、調製後の試料溶液をピペット
に移す際に、該試料溶液の一部がカートリッジに残存
し、更に、ピペットを通じて供給装置に試料溶液を供給
する際にも溶液の一部がピペット内に残存することとな
り、試料溶液の利用効率の面でも不利になるという問題
がある。
【００１０】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、試料溶液の品質を劣化させることなく、
試料溶液の調製から供給処理まで一連の工程で行うこと
ができ、しかも、試料溶液の利用率の向上、試料溶液の
保管設備の省略化を実現でき、コストの低廉化、ＤＮＡ
チップの品質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を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、試料溶液を基
板上に多数供給してＤＮＡチップを製造するＤＮＡチッ
プの製造方法において、ＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅してＰ
ＣＲ産物を調製する工程と、前記ＰＣＲ産物を乾燥させ
てＤＮＡ粉末を調製する工程と、溶液の供給装置内に前
記ＤＮＡ粉末を供給する工程と、前記供給装置内に緩衝
液を供給して試料溶液を調製する工程とを有し、前記供
給装置を使用して該供給装置内の前記試料溶液を前記基
板上に供給してＤＮＡチップを製造することを特徴とす
る。
【００１２】即ち、この発明においては、ＤＮＡ粉末と
緩衝液を混合して試料溶液を調製する処理と試料溶液を
前記基板上に供給する工程を同一の供給装置内で行うよ
うにしている。こうすることにより、調製用容器中の試
料溶液を粉末状で供給装置内に移動させるようにしたた
め、調製用容器内の容器壁等に付着する試料残留物の低
減ができると共に、試料移動用のピペット等を使用する
こともなく、該ピペットに残留、破棄される試料の発生
も防げる。
【００１３】また、本発明は、ＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅
してＰＣＲ産物を調製する工程と、前記調製されたＰＣ
Ｒ産物を溶液の供給装置内に供給する工程と、前記供給
装置内において前記ＰＣＲ産物を乾燥させてＤＮＡ粉末
を調製する工程と、前記供給装置内に緩衝液を供給して
試料溶液を調製する工程とを有し、前記供給装置を使用
して該供給装置内の前記試料溶液を前記基板上に供給し
てＤＮＡチップを製造することを特徴とする。
【００１４】即ち、この発明においては、ＰＣＲ産物を
乾燥してＤＮＡ粉末を調製する処理と、ＤＮＡ粉末と緩
衝液を混合して試料溶液を調製する処理を同一の供給装
置内で行うようにしている。
【００１５】そのため、乾燥工程における試料の飛散等
におけるロスを低減でき、もって試料溶液の利用効率を
向上させることができる。更に、１つの供給装置内でＤ
ＮＡ粉末の調製から供給処理までを行うため、試料溶液
が大気に触れることはほとんどなく、試料溶液の変質を
防止することができる。
【００１６】更にまた、本発明は、溶液の供給装置内に
おいてＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅してＰＣＲ産物を調製す
る工程と、前記供給装置内において前記ＰＣＲ産物を乾
燥させてＤＮＡ粉末を調製する工程と、前記供給装置内
に緩衝液を供給して試料溶液を調製する工程とを有し、
前記供給装置を使用して該供給装置内の前記試料溶液を
前記基板上に供給してＤＮＡチップを製造することを特
徴とする。
【００１７】即ち、本発明においては、ＰＣＲ増幅から
供給処理までの一連の工程を同一の供給装置内で行うよ
うにしている。そのため、試料溶液の品質を劣化させる
ことなく、試料溶液の調製から供給処理までを一連の工
程で行うことができ、しかも、試料溶液の保管設備の省
略化を実現でき、コストの低廉化、ＤＮＡチップの品質
向上を図ることができる。
【００１８】また、試料溶液を他の容器に移す工程を行
う必要がないため、試料溶液の利用率を更に向上させる
ことができる。更に、１つの供給装置内で、ＤＮＡ増幅
から供給処理までを行うため、試料溶液が大気に触れる
ことはほとんどなく、試料溶液の変質を防止することが
できる。
【００１９】更にまた、本発明は、溶液の供給装置内に
おいてＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅してＰＣＲ産物を調製す
る工程を有し、前記供給装置を使用して該供給装置内の
前記調製後試料溶液を前記基板上に供給してＤＮＡチッ
プを製造することを特徴とする。
【００２０】即ち、前記供給装置内において、ＰＣＲ増
幅して得られたＰＣＲ産物を直接基板上に供給する。
【００２１】こうすることにより、上述した発明の各作
用・効果に加えて、容器内の試料溶液の調製工程が簡素
化され、短時間で効率的にＤＮＡチップを製造すること
ができる。なお、前記供給装置内のＰＣＲ産物を含んだ
溶液中に、増幅時に作用した試薬で、ＤＮＡチップ作製
後のハイブリダイゼーション作用を阻害する成分がある
場合は、その作用を中和する試薬を注入してもよい。
【００２２】そして、前記試料溶液をインクジェット方
式で供給することが好ましい。この場合、前記供給装置
は、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、かつ、各
マイクロピペットの吐出口からそれぞれ異なる種類の試
料溶液が吐出される分注装置であることが好ましい。
【００２３】これにより、それぞれ種類の異なるＰＣＲ
産物を乾燥させたＤＮＡ粉末、あるいはそれぞれ種類の
異なるＰＣＲ産物、あるいはＰＣＲ増幅する前の元のＤ
ＮＡと、ＤＮＡ粉末を溶解させる緩衝液、あるいはＰＣ
Ｒ増幅試薬（プライマー、酵素、ＰＣＲ緩衝液、ｄＮＴ
Ｐ、蒸留水等）等を前記注入口から前記複数のキャビテ
ィ内に注入し、場合によっては、注入口部分でＰＣＲ産
物を乾燥させてＤＮＡ粉末を調製する工程を経て、試料
溶液を調製した後、前記圧電／電歪素子を駆動させるこ
とにより、前記複数のキャビティ内の異なる種類の試料
溶液を前記吐出口から吐出させて、ＤＮＡチップを製造
することができる。
【００２４】このように、供給装置内の試料が溜まる部
分の容積が数〜数１０μリットル程度ある前記インクジ
ェット方式の供給装置は、供給装置内での試料溶液の調
製、増幅、精製、作製等に適しており、供給装置の本来
の作用である基板上へのスポット形成に加え、そのよう
な作用を合わせ持つことが可能になり、非常に効率のよ
いＤＮＡチップ製造が可能になる。更に後述するよう
に、供給装置自体をガラス、プラスチック等よりも熱伝
導率のよいセラミックスで構成すると、サーマルサイク
ルを行うＰＣＲ増幅に好適である。
【００２５】そして、前記複数のキャビティ内における
前記試料溶液の調製完了を、前記キャビティ内の流体特
性の変化を検知することにより把握するようにしてもよ
い。前記キャビティを形成する前記基体の少なくとも一
壁面に形成された圧電／電歪素子は、キャビティ内の液
体の物性を検知するセンサとして作用し、これにより、
前記調製完了を精度よく検出することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るＤＮＡチップ
の製造方法の実施の形態例を図１〜図９を参照しながら
説明する。
【００２７】本実施の形態に係るＤＮＡチップの製造方
法においては、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２に示すような分
注装置３０を使用する。
【００２８】この分注装置３０は、矩形状の固定板３２
の上面に例えば１０個のマイクロピペット３４を５行２
列に配列し、各列方向に整列されたマイクロピペット３
４群をそれぞれ固定治具３６を介して固定板３２に固定
させた構成を有する。
【００２９】マイクロピペット３４は、図１Ｃ及び図２
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。
【００３０】従って、図２に示すように、前記固定板３
２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に供給されるこ
とになる。
【００３１】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６
２が形成され、試料注入口５２から注入された液体が導
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。
【００３２】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６
４が形成されている。本実施の形態では、キャビティ５
６の下面のうち、試料注入口５２寄りに第１の連通孔６
２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。
【００３３】更に、この実施の形態では、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６
６の上面に前記アクチュエータ部５８が形成されてい
る。
【００３４】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、第３のスペーサ層５０Ｅ及び第３の薄板層５
０Ｆ）を積層し、一体焼成して構成されている。
【００３５】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６
４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、第２の連通孔６４の一
部を構成する窓部が形成された厚肉の第３のスペーサ層
５０Ｅ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５０Ｆとを積層し、一体焼成して構
成されている。
【００３６】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／電歪層や反強
誘電体層等の圧電層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。
【００３７】下部電極７０と上部電極７４は、図１Ｃ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。
【００３８】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６
６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。
【００３９】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５
６に連通する試料吐出口５４から所定速度で吐出され、
図５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内に第１の連通孔６
２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。
【００４０】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）。
【００４１】そして、キャビティ（加圧室）５６は、Ｄ
ＮＡ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。
【００４２】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、形成密度より異なるが、
例えば、塩基対１〜１００００程度のＤＮＡ断片を１０
０μｇ／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３
０〜５００μｍφ液滴径の供給を行う場合においては、
図３に示すように、キャビティ長（Ｌ）は、１〜５ｍ
ｍ、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よく、その材質は、試料溶液と
親和性のよいセラミックスからなることが好ましい。
【００４３】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。
【００４４】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５０Ｆ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。
【００４５】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
であるとよい。
【００４６】ところで、図１Ａに示すように、固定板３
２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１Ｃ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
の並びで配列位置決めされることになる。
【００４７】また、各固定治具３６は、複数のマイクロ
ピペット３４を固定板３２に押さえ付ける押さえ板１０
０を有する。押さえ板１００の両端には、それぞれネジ
１０２が挿通される挿通孔が形成され、この挿通孔にネ
ジ１０２を挿通して、固定板３２にねじ込むことによっ
て、前記押さえ板１００で一度に複数のマイクロピペッ
ト３４を固定板３２に押さえ付けることができるように
なっている。そして、１つの押さえ板１００で押さえ付
けた複数のマイクロピペット３４で１つのユニットが構
成される。図１Ａの例では列方向に配列された５つのマ
イクロピペット３４で１つのユニットが構成された例を
示している。
【００４８】また、押さえ板１００には、複数のマイク
ロピペット３４を押さえ付けたときに、各マイクロピペ
ット３４の試料注入口５２に対応する箇所にそれぞれ試
料溶液を供給するための導入孔１０４（図１Ｂ参照）が
形成されており、各導入孔１０４の上端部にはそれぞれ
試料溶液を導入孔１０４に導くためのチューブ１０６が
保持されている。
【００４９】なお、押さえ板１００の幅は、配線作業の
効率化を考慮すると、複数のマイクロピペット３４を固
定板３２に押さえ付けた際に、アクチュエータ部５８の
各電極７０及び７４につながるパッド７６及び７８が上
方に臨むような寸法であることが好ましい。
【００５０】このように、上述の分注装置３０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。
【００５１】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。
【００５２】このような構成を有する分注装置３０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４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）１１
０が配列されたカートリッジ１１２を使用する方法があ
る。この方法は、カートリッジ１１２の各凹部１１０に
それぞれ種類の異なる試料溶液を入れ、該カートリッジ
１１２を各凹部１１０とチューブ１０６とがそれぞれ対
応するように取り付け、針等で各凹部１１０の底を開封
することによって、各凹部１１０内の試料溶液をチュー
ブ１０６を介して各マイクロピペット３４に供給する方
法等が考えられる。
【００５３】また、チューブ１０６を用いない場合は、
カートリッジ１１２を各凹部１１０と固定治具３６の各
導入孔１０４とがそれぞれ対応するように取り付け、針
等で各凹部１１０の底を開封することによって、各凹部
１１０内の試料溶液を導入孔１０４を介して各マイクロ
ピペット３４に供給する方法のほか、予め、固定治具３
６における各導入孔１０４の近傍に針等を形成し、カー
トリッジ１１２を固定治具３６に取り付けると同時に各
凹部１１０が開封されるようにしてもよい。
【００５４】なお、開封後に気体等を圧送し、試料溶液
を強制的に押し出す機構を加えてもよい。また、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
えることは、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
して吐出するために望ましい。
【００５５】図１Ａの例では、押さえ板１００の両端を
ネジ１０２で固定板２０に締め付けることで行っている
が、押さえ板１００の固定法としては、ネジ、バネ等で
機械的に行うほか、接着剤等で行ってもよい。
【００５６】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。
【００５７】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。
【００５８】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６
６）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。
【００５９】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、本実
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。
【００６０】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。
【００６１】更に、本実施の形態では、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。
【００６２】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。
【００６３】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、室温において、固体であ
って、かつ、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。
【００６４】次に、この分注装置３０を使った本実施の
形態に係るＤＮＡチップの製造方法について図６〜図９
を参照しながら説明する。
【００６５】まず、第１の実施の形態に係る製造方法
は、図６に示すように、ＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅してＰ
ＣＲ産物を調製する。その後、前記ＰＣＲ産物を乾燥さ
せてＤＮＡ粉末を調製する。その後、各チューブ１０６
からそれぞれ固定治具３６の挿入孔１０４を介して各マ
イクロピペット３４の試料注入口５２にＤＮＡ粉末を充
填し、次いで、緩衝液を試料注入口５２からキャビティ
５６内に注入し、試料溶液を調製する。その後、アクチ
ュエータ部５８に対して振動を励起する程度の電圧を印
加して、キャビティ５６内に充填されている液体を攪拌
混合して試料溶液を調製してもよい。そして、キャビテ
ィ５６内において試料溶液の調製が完成した後、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
吐出供給させる。
【００６６】次に、第２の実施の形態に係る製造方法
は、図７に示すように、まず、ＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅
してＰＣＲ産物を調製する。その後、各チューブ１０６
からそれぞれ固定治具３６の導入孔１０４を介して各マ
イクロピペット３４の試料注入口からキャビティ５６内
にＰＣＲ産物を充填する。
【００６７】その後、基体５０をＤＮＡが変性しない程
度の温度で加熱して、ＰＣＲ産物を乾燥させてＤＮＡ粉
末を調製する。その後、緩衝液を試料注入口５２からキ
ャビティ５６内に注入し、試料溶液を調製する。その
後、アクチュエータ部５８に対して振動を励起する程度
の電圧を印加して、キャビティ５６内に充填されている
液体を攪拌混合して試料溶液を調製してもよい。そし
て、キャビティ５６内において試料溶液の調製が完成し
た後、アクチュエータ部５８を駆動させて、試料溶液を
基板１０上に吐出供給させる。
【００６８】次に、第３の実施の形態に係る製造方法
は、図８に示すように、まず、各チューブ１０６からそ
れぞれ固定治具３６の導入孔１０４を介して各マイクロ
ピペット３４の試料注入口５２にＤＮＡ断片を充填し、
次いで、ＰＣＲ増幅試薬（プライマー、酵素、ＰＣＲ緩
衝液、ｄＮＴＰ、蒸留水等）を試料注入口５２からキャ
ビティ５６内に注入する。その後、基体５０の加熱冷却
を繰り返し、キャビティ５６内においてＰＣＲ増幅を行
う。
【００６９】その後、基体５０をＤＮＡが変性しない程
度の温度で加熱してＰＣＲ産物を乾燥させてＤＮＡ粉末
を調製する。その後、緩衝液を試料注入口５２からキャ
ビティ５６内に注入し、試料溶液を調製する。その後、
アクチュエータ部５８に対して振動を励起する程度の電
圧を印加して、キャビティ５６内に充填されている液体
を攪拌混合して試料溶液を調製してもよい。そして、キ
ャビティ５６内において試料溶液の調製が完成した後、
アクチュエータ部５８を駆動させて、試料溶液を基板１
０上に吐出供給させる。
【００７０】次に、第４の実施の形態に係る製造方法
は、図９に示すように、まず、各チューブ１０６からそ
れぞれ固定治具３６の導入孔１０４を介して各マイクロ
ピペット３４の試料注入口５２にＤＮＡ断片を充填し、
次いで、ＰＣＲ増幅試薬（プライマー、酵素、ＰＣＲ緩
衝液、ｄＮＴＰ、蒸留水等）を試料注入口５２からキャ
ビティ５６内に注入する。その後、基体５０の加熱冷却
を繰り返し、キャビティ５６内においてＰＣＲ増幅を行
う。その後、アクチュエータ部５８を駆動させて、試料
溶液を基板１０上に吐出供給させる。
【００７１】ここで、キャビティ５６内の加熱方法とし
ては、ヒータ等を用いて固定板３２ごと加熱してもよい
し、レーザ光、赤外線、電磁波等を用いて基板５０を加
熱してもよい。また、キャビティ５６内の冷却方法とし
ては、空冷式あるいは水冷式の冷却板を固定板３２に接
触させて冷却してもよいし、代替フロンや液体窒素等か
らなる冷却剤を基体５０に吹きかけてもよい。
【００７２】また、図８に示す第３の実施の形態に係る
製造方法において、ＰＣＲ産物の不純物濃度を低減させ
て、ＤＮＡチップの品質を向上させることを目的に、キ
ャビティ５６内でのＰＣＲ増幅後に、イソプロパノール
沈殿等を行い、目的とするＤＮＡの濃縮を行ってもよ
い。
【００７３】なお、イソプロパノール沈殿方法として
は、まず、イソプロピルアルコールを試料注入口５２か
らキャビティ５６内に注入する。その後、アクチュエー
タ部５８に対して振動を励起する程度の電圧を印加し
て、キャビティ５６内に充填されている液体を攪拌混合
する。その後、２０分程度放置する。その後、各チュー
ブ１０６及び貫通孔４０をテープ等で封止し、分注装置
３０ごと遠心機にかけ、目的ＤＮＡを沈殿させる。その
後、チューブ１０６からピペット等を用いて溶液を抜き
取ることにより、目的ＤＮＡの濃縮を行うことが好まし
い。
【００７４】ところで、キャビティ５６内におけるＰＣ
Ｒ増幅の完了や試料溶液の調製完了は、キャビティ５６
内の流体特性の変化を検知することにより把握すること
が好ましい。
【００７５】ここで、キャビティ５６内の流体特性の変
化は、アクチュエータ部５８に振動を励起する程度の電
圧を印加し、その振動に伴う電気的定数の変化を検出す
ることにより把握する。このような流体特性の変化の検
知については、例えば、特開平８−２０１２６５号公報
に開示されている。
【００７６】具体的には、アクチュエータ部５８に対し
て、所定の間隔で、吐出駆動用の電源からの電気的接続
をリレーで切り離し、同時に、共振周波数を測定する手
段をリレーにより接続し、その時点でのインピーダンス
あるいは共振周波数を電気的に測定する。
【００７７】これにより、液体の粘度、比重等が目的の
試料（ＤＮＡ断片などを含む液体）であるかどうかを把
握することができる。即ち、各マイクロピペット３４に
おいては、マイクロピペット３４自体がセンサとして機
能するため、マイクロピペット３４の構成も単純化する
ことができる。
【００７８】そして、アクチュエータ部５８を、求めら
れるスポット径に応じた液適量に対応した駆動条件にて
駆動し、試料溶液の供給を繰り返すことにより、ＤＮＡ
チップ２０を製造する。通常、１つの微小スポット８０
を形成するのに、マイクロピペット３４から１〜数百滴
を吐出して行う。
【００７９】なお、試料注入口５２中の試料の量が減少
した際には、緩衝液や精製水や塩化ナトリウムを含む水
溶液を追加して、流路中に気泡が入らないようにし、吐
出を続けることにより、試料溶液をマイクロピペット３
４内に残すことなく使い切ることができる。試料から置
換液への置換の完了（試料吐出の終了）は、同じく、ア
クチュエータ部５８を用いた液体の粘度、比重の検出で
行う。
【００８０】ここで、キャビティ５６内の置換液と試料
溶液の置換は層流で行われることが好ましいが、試料溶
液の種類が変わった場合や、液体の移動速度が非常に速
い場合においては、キャビティ５６のうち、第１の連通
孔６２の近辺部分は、必ずしも層流でなくてもよい。こ
の場合、試料と置換液の混合により、試料溶液のパージ
量は増大するが、キャビティ５６内の流体特性の変化を
検知することによって、置換完了を判断することによ
り、パージ量の増大を最小に抑えることができる。
【００８１】また、使用する置換液、試料溶液として
は、予め脱気操作を通して溶液中の溶存気体を取り除い
たものを使用することが好ましい。そのような溶液を用
いることにより、マイクロピペット３４の流路内に溶液
を充填する際に、流路途中で気泡がひっかかり充填が不
備になる場合でも、その気泡を溶液中に溶かし込んで不
具合を回避できると共に、吐出の途中において、流体中
に気泡が発生することがなく、吐出不具合を生じること
もない。
【００８２】このように、本実施の形態に係るＤＮＡチ
ップの製造方法においては、ＤＮＡ粉末と緩衝液を混合
して試料溶液を調製する処理、あるいはＰＣＲ産物を乾
燥してＤＮＡ粉末を調製した後に緩衝液を混合して試料
溶液を調製する処理、あるいはＰＣＲ増幅から試料溶液
を調製するまでの処理を同一の分注装置３０内で行うよ
うにしている。
【００８３】そのため、試料溶液の品質を劣化させるこ
となく、試料溶液の調製から供給処理まで、あるいはＰ
ＣＲ増幅から供給処理までを一連の工程で行うことがで
き、しかも、試料溶液の保管設備の省略化を実現でき、
コストの低廉化、ＤＮＡチップの品質向上を図ることが
できる。また、試料溶液を他の容器に移す工程が不要と
なるため、試料溶液の利用率を向上させることができ
る。更に、１つの分注装置３０内で試料溶液の調製から
供給処理まで、あるいはＰＣＲ増幅から供給処理までを
行うため、試料溶液が大気に触れることはほとんどな
く、試料溶液の変質を防止することができる。
【００８４】なお、この発明に係る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。
【００８５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＤＮ
Ａの製造方法によれば、試料溶液の品質を劣化させるこ
となく、試料溶液の調製から供給までの処理、あるいは
ＰＣＲ増幅から供給までの処理を一連の工程で行うこと
ができ、しかも、試料溶液の利用率の向上、試料溶液の
保管設備の省略化を実現でき、コストの低廉化、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】図１Ａは本実施の形態に係るＤＮＡチップの製
造方法で使用される分注装置の構成を示す平面図であ
り、図１Ｂはその正面図であり、図１Ｃは、分注装置を
構成する１つのマイクロピペットを示す拡大平面図であ
る。
【図２】マイクロピペットの構成を示す縦断面図であ
る。
【図３】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。
【図４】カートリッジと共に示す分注装置の分解斜視図
である。
【図５】製造されるＤＮＡチップを示す斜視図である。
【図６】第１の実施の形態に係る製造方法を示す説明図
である。
【図７】第２の実施の形態に係る製造方法を示す説明図
である。
【図８】第３の実施の形態に係る製造方法を示す説明図
である。
【図９】第４の実施の形態に係る製造方法を示す説明図
である。
【符号の説明】
１０…基板 ２０…ＤＮＡチップ ３０…分注装置 ３４…マイクロピペ
ット ５０…基体 ５２…試料注入口 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 33/566 Ｇ０１Ｎ 35/02 Ｆ 35/02 Ｃ１２Ｎ 15/00 Ａ 35/10 Ｇ０１Ｎ 35/06 Ａ Ｆターム(参考） 2G058 AA09 CC09 EA11 ED16 ED20 4B024 AA11 AA19 CA01 HA11 4B029 AA07 AA23 AA27 CC02 CC08 FA15 4B033 NA45 NB02 NB13 NB25 ND08 ND11 NE01 4B063 QA01 QA11 QQ42 QR08 QR42 QR62 QR84 QS25 QS34 QS39

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】試料溶液を基板上に多数供給してＤＮＡチ
    ップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、 ＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅してＰＣＲ産物を調製する工程
    と、 前記ＰＣＲ産物を乾燥させてＤＮＡ粉末を調製する工程
    と、 溶液の供給装置内に前記ＤＮＡ粉末を供給する工程と、 前記供給装置内に緩衝液を供給して試料溶液を調製する
    工程とを有し、 前記供給装置を使用して該供給装置内の前記試料溶液を
    前記基板上に供給してＤＮＡチップを製造することを特
    徴とするＤＮＡチップの製造方法。
  2. 【請求項２】試料溶液を基板上に多数供給してＤＮＡチ
    ップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、 ＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅してＰＣＲ産物を調製する工程
    と、 前記調製されたＰＣＲ産物を溶液の供給装置内に供給す
    る工程と、 前記供給装置内において前記ＰＣＲ産物を乾燥させてＤ
    ＮＡ粉末を調製する工程と、 前記供給装置内に緩衝液を供給して試料溶液を調製する
    工程とを有し、 前記供給装置を使用して該供給装置内の前記試料溶液を
    前記基板上に供給してＤＮＡチップを製造することを特
    徴とするＤＮＡチップの製造方法。
  3. 【請求項３】試料溶液を基板上に多数供給してＤＮＡチ
    ップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、 溶液の供給装置内においてＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅して
    ＰＣＲ産物を調製する工程と、 前記供給装置内において前記ＰＣＲ産物を乾燥させてＤ
    ＮＡ粉末を調製する工程と、 前記供給装置内に緩衝液を供給して試料溶液を調製する
    工程とを有し、 前記供給装置を使用して該供給装置内の前記試料溶液を
    前記基板上に供給してＤＮＡチップを製造することを特
    徴とするＤＮＡチップの製造方法。
  4. 【請求項４】試料溶液を基板上に多数供給してＤＮＡチ
    ップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、 溶液の供給装置内においてＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅して
    ＰＣＲ産物を調製する工程を有し、 前記供給装置を使用して該供給装置内の前記調製後試料
    溶液を前記基板上に供給してＤＮＡチップを製造するこ
    とを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
  5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＮ
    Ａチップの製造方法において、 前記試料溶液をインクジェット方式で供給することを特
    徴とするＤＮＡチップの製造方法。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のＤＮ
    Ａチップの製造方法において、 前記供給装置は、 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、かつ、各マイ
    クロピペットの吐出口からそれぞれ異なる種類の試料溶
    液が吐出される分注装置であることを特徴とするＤＮＡ
    チップの製造方法。
  7. 【請求項７】請求項６記載のＤＮＡチップの製造方法に
    おいて、 前記複数のキャビティ内における前記試料溶液の調製完
    了を、前記キャビティ内の流体特性の変化を検知するこ
    とにより把握することを特徴とするＤＮＡチップの製造
    方法。
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