JP2002286735A - プローブ担体製造用の液体吐出装置、プローブ担体の製造装置及びプローブ担体の製造方法 - Google Patents

プローブ担体製造用の液体吐出装置、プローブ担体の製造装置及びプローブ担体の製造方法

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JP2002286735A JP2001093265A JP2001093265A JP2002286735A JP 2002286735 A JP2002286735 A JP 2002286735A JP 2001093265 A JP2001093265 A JP 2001093265A JP 2001093265 A JP2001093265 A JP 2001093265A JP 2002286735 A JP2002286735 A JP 2002286735A
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健太 宇田川
Toshiaki Hirozawa
稔明 広沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の大型化を招くことなく、多種のプロー
ブ溶液を吐出部に供給する場合に対応でき、かつ装置の
大型化を招くことない構成を有するプローブ担体製造用
の液体吐出装置、これを用いたプローブ担体製造用の装
置、及びこれらを用いたプローブ担体製造方法を提供す
ること。 【解決手段】 液体吐出装置に複数のプローブに対応し
て設ける複数個の液体吐出部の各々から得られる液体収
納部への供給口の配列ピッチを、ノズルの開口の配列ピ
ッチよりも大きくすることで、プローブ溶液を収納する
液体収納部の配置位置や容量に関する設計の自由度を高
める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、担体上に複数種の
プローブのそれぞれを固定したプローブ担体製造用の液
体吐出装置、これを用いたプローブ担体の製造装置及び
これらを用いたプローブ担体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】遺伝子ＤＮＡの塩基配列の解析、あるい
は、同時に多項目に関し、高信頼性で遺伝子診断などを
行う際、目的とする塩基配列を有するＤＮＡを複数種の
プローブを用いて選別することが必要となる。この選別
作業に利用されるプローブ複数種を提供する手段とし
て、ＤＮＡマイクロチップが注目を浴びている。また、
薬剤等のハイスループット・スクリーニングやコンビナ
トリアル・ケミストリーにおいても、対象となるタンパ
ク質や、薬物の溶液を多数（例えば、９６種、３８４
種、１５３６種）を並べ、秩序立ったスクリーニングを
行うことが必要となる。その目的で多数種の薬剤を配列
するための手法、その状態での自動化されたスクリーニ
ング技術、専用の装置、一連のスクリーニング操作を制
御し、また結果を統計的に処理するためのソフトウェア
等も開発されてきている。
【０００３】これら並列的なスクリーニング作業は、基
本的に、評価すべき物質に対して、選別する手段となる
既知のプローブを多数並べてなる、いわゆるプローブ・
アレイを利用することで、同じ条件の下、プローブに対
する作用、反応などの有無を検出するものである。一般
的に、どのようなプローブに対する作用、反応を利用す
るかは予め決定されており、従って、ひとつのプローブ
・アレイに搭載されるプローブ種は、例えば、塩基配列
の異なる一群のＤＮＡプローブなど、大きく区分すると
一種類の物質である。すなわち、一群のプローブに利用
される物質は、例えば、ＤＮＡ、タンパク質、合成され
た化学物質（薬剤）などである。多くの場合、一群をな
すプローブ複数種からなるプローブ・アレイを用いるこ
とが多いが、スクリーニング作業性質によっては、プロ
ーブとして、同一の塩基配列を有するＤＮＡ、同一のア
ミノ酸配列を有するタンパク質、同一の化学物質を多数
点並べ、アレイ状とした形態を利用することもあり得
る。これらは主として薬剤スクリーニング等に用いられ
る。
【０００４】一群をなすプローブ複数種からなるプロー
ブ・アレイでは、具体的には、異なる塩基配列を有する
一群のＤＮＡ、異なるアミノ酸配列を有する一群のタン
パク質、あるいは異なる化学物質の一群について、その
一群を構成する複数種を、所定の配列順序に従って、ア
レイ状に基板上などに配置する形態をとることが多い。
なかでも、ＤＮＡプローブ・アレイは、遺伝子ＤＮＡの
塩基配列の解析や、同時に、多項目について、信頼性の
高い遺伝子診断を行う際などに用いられる。
【０００５】この一群をなすプローブ複数種からなるプ
ローブ・アレイにおける課題のひとつは、できるだけ多
種類のプローブ、例えば、多種類の塩基配列を有するＤ
ＮＡプローブを一つの基板上に載せることである。換言
するならば、如何に高密度にプローブをアレイ状に並べ
ることができるかである。
【０００６】基板上にアレイ状にプローブ複数種を固定
する一つの方法として、米国特許（ＵＳＰ）５、４２
４、１８６号公報に記載される、光分解性の保護基とフ
ォトリソグラフィーを用いた担体上でのＤＮＡの逐次伸
長反応により、互いに異なる塩基配列を有するＤＮＡプ
ローブをアレイ状に作製する手法を挙げることができ
る。この手法を利用すると、例えば、１ｃｍ2当たり１
００００種類以上の配列が異なるＤＮＡを搭載したＤＮ
Ａプローブ・アレイの調製も可能でなる。なお、この手
法では、逐次伸長反応によりＤＮＡを合成する際、４種
の塩基（Ａ、Ｔ、Ｃ、Ｇ）毎に、それぞれ専用のフォト
マスクを用いてフォトリソグラフィー工程をおこない、
アレイの所定箇所に何れかの塩基を選択的に伸長させる
ことで、所望の塩基配列を有する複数種のＤＮＡを所定
の配列で基板上に合成する。従って、ＤＮＡの鎖長が長
くなると、調製に要するコストは高くなり、また、長時
間を要する。加えて、各伸長段階における、ヌクレオチ
ド合成の効率は１００％ではないため、設計した塩基配
列に欠損を生じたＤＮＡの比率も小さくない。さらに、
合成の際、光分解性の保護基を用いる場合、通常の酸分
解性の保護基を用いる場合と比べて合成効率が落ちるた
め、最終的に得られるアレイにおいて、設計した塩基配
列通りのＤＮＡの占める割合が小さくなるという問題も
ある。
【０００７】また、担体上で直接合成した生成物をその
まま使用するものであるため、設計した塩基配列通りの
ＤＮＡから欠損のある塩基配列を有するＤＮＡを精製分
別により取り除くことは勿論不可能である。その他に、
最終的に得られるアレイにおいて、基板上に合成されて
いるＤＮＡの塩基配列を確認することができないという
問題を秘めている。これは仮に、工程上のミスなどによ
り、ある伸長段階で所定の塩基の伸長がほとんどなされ
てなく、全くの不良品であった場合、この不良品プロー
ブ・アレイを用いたスクリーニングは、誤った結果を与
えるが、それを未然に防止する術が全くないことを意味
している。この塩基配列を確認することができないとい
うことが、この手法における最大かつ本質的な問題であ
る。
【０００８】前記の手法とは別な方法として、プローブ
用のＤＮＡを予め合成、精製し、場合によってはその塩
基長を確認した上で、各ＤＮＡをマイクロディスペンサ
ーのようなデバイスにより基板上に供給し、プローブ・
アレイを調製する手法も提案されている。ＰＣＴ公開公
報ＷＯ９５／３５５Ｏ５号には、キャピラリーを用い
て、ＤＮＡをメンブラン上へ供給する手法が記載されて
いる。この手法を適用すると、原理的には、１ｃｍ2当
たり１０００個程度のＤＮＡアレイの調製が可能であ
る。基本的には、各プローブ毎に一本のキヤピラリー状
ディスペンス・デバイスでプローブ溶液を基板上の所定
位置へ供給し、その作業を繰り返すことで、プローブ・
アレイを調製する手法である。各プローブ毎に専用のキ
ヤピラリーを用意すれば、問題はないが、仮に、少数の
キヤピラリーを用いて、同じ作業を行おうとすれば、相
互汚染を防止するため、プローブ種を入れ替える際、キ
ャピラリーを十分に洗浄する必要がある。また、供給す
る位置もその度毎に制御する必要がある。従って、多種
類のプローブを高密度に配列するアレイの調製に適して
いる手法とはいえない。加えて、プローブ溶液の基板へ
の供給は、キヤピラリー先端を基板にタッピングして行
うため、再現性・信頼性も完全とはいえない。
【０００９】また、特に薬剤のハイスループット・スク
リーニングに利用される９６ウェル、あるいは、３８４
ウェルのマイクロプレートに対して、個々のウェル毎
に、異なる薬剤溶液を供給するためマイクロ・ディスペ
ンサー・デバイスも、例えば、Robbins Scientific 社
からHYDRATMの商品名で市販されている。これは、基本
的には、マイクロシリンジを２次元状に配列したもので
あり、最少吐出量は１００ｎｌである。仮に、これをア
レイ形成に適用すると、この最少吐出量によりその密度
は制限され、高密度化には限界がある。
【００１０】その他の手法として、基板上においてＤＮ
Ａの固相合成を行う際、各伸長段階毎に、インクジェッ
ト法により合成に必要な物質の溶液を基板上に供給する
手法も提案されている。例えば、欧州特許公告公報EP 0
703 825B1号には、ＤＮＡの固相合成において利用され
る、ヌクレオチドモノマー、ならびに、アクティベ−タ
ーをそれぞれ別のピエゾ・ジェット・ノズルより供給す
ることにより、それぞれ所定の塩基配列を有するＤＮＡ
複数種を固相合成する方法が記載されている。このイン
クジェット法による供給（塗布）は、上記キャピラリー
を用いた溶液の供給（塗布）に比べ、供給量の再現性な
ど信頼性も高く、また、ノズルの構造も微細化が可能な
ものであり、プローブ・アレイの高密度化には適した特
徴を有している。しかしながら、この手法も、基本的に
は、基板上でのＤＮＡの逐次伸長反応を応用するものな
ので、先に述べた米国特許ＵＳＰ ５、４２４、１８６
号公報に記載される手法における最大の課題である、基
板上に合成されているＤＮＡの塩基配列を確認すること
ができないなどの問題点は依然として残っている。各伸
長段階毎に、専用のマスクを用いるフォトリソグラフィ
ーの工程を行うという煩雑さは解消されるものの、プロ
ーブ・アレイに不可欠な要件である、各ポイントに所定
のプローブが固定されているという点に、若干の問題を
含むものである。なお、前記ＥＰ ０、７０３、８２５
Ｂ１号公報には、単独に形成されたピエゾ・ジェット・
ノズルを複数個使用する方法しか記載されておらず、こ
の少数のノズルを用いる際には、前述のキャピラリーを
用いる手法と同様に、高密度のプローブ・アレイ調製に
は必ずしも適しているとはいえない。
【００１１】また、特開平11-187900号公報には、プロ
ーブを含む液体をサーマル液体吐出ユニットにより液滴
として固相に付着させて、プローブを含むスポットを固
相上に形成する方法が開示されている。
【００１２】またハイスループットプローブ溶液等はマ
イクロプレートで作るのが生化学分野では一般的であ
り、このプレートには９６ウェル、３８４ウェル、１５
３６ウェルと標準規格がありかつ、ウエル間の間隔も決
まっており、これを隣接する液体収納部の間隔がノズル
間隔で規制され、ウエルの間隔と一致していない液体吐
出装置に適用しようとすると、吐出ノズル間隔に配置さ
れた溶液収納部に液体を移動する手間も発生してしま
う。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】以上に紹介したよう
に、従来のプローブ・アレイを製造する方法は、基板上
に多種類のプローブを高い密度で載せるアレイを効率よ
く調製する上では、幾つかの課題を残している場合が多
い。例えば、マイクロプレート上で合成したプローブ溶
液をマイクロピペットなどで液体吐出装置に具備された
ノズル間隔に配置した液体収納部に移す場合、相互汚染
を防止するため、プローブ種を入れ替える際、ピペット
を十分に洗浄する必要がある。また、液体吐出装置にプ
ローブ溶液を供給する際にチューブを利用した場合、少
なくとも数百個以上のノズルを持つ液体吐出装置では装
置そのものが複雑になり、大型化してしまう懸念があっ
た。
【００１４】本発明はこのようなプローブ担体を製造す
るための液体吐出装置における課題を解決するもので、
その目的は、装置の大型化を招くことなく、多種のプロ
ーブ溶液を液体吐出部に供給する場合に対応できる構成
を有するプローブ担体製造用の液体吐出装置、これを用
いたプローブ担体製造用の装置、及びこれらを用いたプ
ローブ担体製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
の解決を図るべく、鋭意研究を進めた結果、例えば、液
体吐出装置を、液体吐出ノズルが１次元状または２次元
状に配列された部材と、各ノズルと接合される液体収納
部が１次元状または２次元状に配列された部材とを積層
した構成などのように、ノズル間隔による液体収納部の
配置間隔に対する規制を緩和できる構成とすることで、
簡略な構造で多種のプローブ溶液の液体収納部への供給
が簡易に行え、更に、容量や配置位置などに関する液体
収納部の設計の自由度が高まることを見出した。
【００１６】本発明はかかる本発明者らの知見に基づい
てなされたものである。
【００１７】本発明にかかる液体吐出装置は、標的物質
と特異的に結合可能な複数種のプローブが担体上の異な
る位置に固定されたプローブ担体を製造するために異な
るプローブを含有する異なるプローブ溶液を、これらの
プローブ溶液毎に吐出するための液体吐出装置であっ
て、プローブ溶液を収納する液体収納部と、該液体収納
部にプローブ溶液を供給するための供給口と、液体吐出
用のノズルと、該ノズルと前記液体収納部を連通する流
路と、を有する液体吐出部を前記複数種のプローブに応
じた個数備え、対向する２面を形成した部材のこれらの
面の一方に、各ノズルの開口が配列されたノズル開口配
列面を備え、他方に該液体収納部への液体の供給口が配
列された供給口配列面を備え、かつ各液体吐出部の有す
る流路を該部材を貫通する経路として設け、かつ、前記
供給口配列面内における供給口の配列ピッチを、前記ノ
ズル開口配列面におけるノズルの開口の配列ピッチより
も大きくしたことを特徴とする液体吐出装置である。
【００１８】また、本発明にかかるプローブ担体の製造
装置は、担体上に複数種のプローブのそれぞれが異なる
位置に固定されたプローブ担体の製造装置であって、上
記構成の液体吐出装置と、前記担体と前記液体吐出装置
とを相対的に位置合せさせる位置合せ手段とを備えるこ
とを特徴とするプローブ担体の製造装置である。
【００１９】また、本発明にかかるプローブ担体の製造
方法は、異なるプローブを含有する異なるプローブ溶液
を、これらのプローブ溶液毎に上記構成の液体吐出装置
から担体に吐出することで、該担体上に複数種のプロー
ブのそれぞれが異なる位置に固定されたプローブ担体を
製造する方法である。
【００２０】上記の液体吐出装置における液体収納部
は、板状部材の一方の面から他方の面に貫通する貫通穴
をその構成の一部とし、該貫通穴の一方が前記ノズルと
接続されている構成を有するのが好ましい。また、この
板状部材は、ノズルと接続される側と反対の面に貫通穴
の開口端を有するものであることが好ましい。更に、こ
れらの貫通穴はフォトリソグラフィーを利用して作製さ
れたものであることが好ましい。
【００２１】また、この板状部材の貫通穴が開口する面
の各開口の周囲が撥水性を有するものであることが好ま
しい。更に、この板状部材の貫通穴が開口する面に、各
開口に連通する溝を有する構成とすることが好ましい。
【００２２】本発明にかかる液体吐出装置は、ノズルか
らの液体の吐出のための液体吐出エネルギー発生素子を
有する構成とすることができる。この液体吐出エネルギ
ー発生素子としては、熱エネルギーを発生し、プローブ
溶液を加熱して膜沸騰させ、その圧力でノズルの開口
（吐出口）からプローブ溶液を吐出させるヒータ素子が
利用できる。また、液体吐出装置の有する液体吐出部
は、ヒータ素子の駆動によりノズルからプローブ溶液を
吐出させる際にプローブ溶液に気泡が発生し、この気泡
がノズルを介して外気と連通する構造を有するものであ
ることが好ましい。
【００２３】本発明によれば、液体収納部の配列に対す
るノズル配列による規制が緩和され、液体収納部の配置
における設計の自由度が高くなり、簡易な構成によって
多種のプローブ溶液を用いる場合に十分に対応した液体
吐出装置、それを用いたプローブ担体の製造装置及びこ
れらを用いたプローブ担体の製造方法を提供することが
できる。
【００２４】更に、液体収納部の配置における設計の自
由度が高くなることで、例えば、一般的に使用されるマ
イクロプレートのウエル間隔と液体収納部の開口部の配
置間隔とを同一にすることができ、マイクロプレートの
各ウエルにサンプルなどの液体を供給する各種の一般的
な装置の構成への対応が可能であり、これらの装置の利
用も可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明にかかる液体吐出装置は、
ノズルの開口の配列ピッチよりも大きいピッチで液体収
納部が配列された構造を有する。
【００２６】なお、ノズルの開口の配列ピッチとは、一
次元状または二次元状に配列されたノズルから任意に選
択された隣接する２つのノズル間の距離である。また、
液体収納部の配列ピッチとは、これらの任意に選択され
た２つのノズルと接続する２つの液体収納部の間隔をい
う。隣接する液体収納部においてこれらの間隔の基準と
なる点は、２つの液体収納部における同じ位置にある２
点が利用される。例えば、任意に選択した方向における
２つの液体収納部の先端の間隔を配列ピッチとすること
ができる。
【００２７】図１に示す例で説明すると、液体収納部と
しての各液体リザーバー109の開口は正方形の平面形状
を開口面に形成しており、同一の大きさの正方形の開口
が二次元状に等しい間隔で繰り返し配列されている。す
なわち、図１における例では、６個の液体リザーバーが
図１で示す横方向に６個配列された列が、図１における
縦方向に５列配置されている。これに対して、各液体リ
ザーバー109に接続された各ノズルの開口101もまた同様
の二次元状にノズル開口面に配列されている。図１の構
成においても、液体リザーバー109の配列ピッチＬ1（各
開口の左端を基準としている）はノズルの開口の配列ピ
ッチＬ2よりも大きく設定されている。
【００２８】各液体収納部は、その製造に用いる方法や
液体吐出装置の設計の面からは、通常、同一平面形状の
繰返しとして構成されることが好ましい。この、液体収
納部の開口の平面形状としては、円形、楕円形、矩形な
ど各種の形状からその製造方法に応じて適宜選択するこ
とができる。
【００２９】この液体収納部の配列ピッチをノズル開口
の配列ピッチよりも大きくした構成には、例えば、ノズ
ルを配置した部材と、液体収納部を配置した部材とを、
必要に応じて中間部材を介して積層接合した構造が好適
に用いられる。
【００３０】この積層構造としては、例えば、各ノズル
の開口からの液体の吐出のための吐出エネルギー発生手
段としてヒータ素子を用いた板状部材としてのヒーター
ボードに、液体収納部を配列した板状部材としての液体
供給プレートを積層接合した構成が好ましい。
【００３１】液体供給プレートは、ヒーターボードがプ
ローブ溶液吐出時に発生する熱の放熱を助ける必要があ
り、プローブ溶液にも悪影響を与えない接液性を保持し
ている必要がある。また、ヒーターボードと液体供給プ
レートの熱膨張率の差が大きいとこれらを直接貼り付け
た後の熱履歴によって、これらの接合部に剥がれや割れ
を発生する可能性があるため、液体供給プレートの板状
部材の部分もヒータープレートの基体部分と同一材料と
するか熱膨張率の近い材料とすることが好ましい。例え
ば、ヒーターボードがシリコン基板で作られるときは熱
膨張の観点から液体供給プレートにアルミナセラミック
を採用することができる。また、ヒーターボードと液体
供給プレートの間に塩素化ブチルゴムなどの弾性体を挟
むときは熱膨張率の差は無視でき、この場合は接液性や
加工性の観点からガラスや熱可塑性の樹脂を使用するこ
ともできる。
【００３２】さらに、液体供給プレートへのプローブ溶
液の供給操作を考慮した場合、液体供給プレートの有す
るプローブ溶液供給口の配置を、一般に使用されている
マイクロプレートにおけるウエルと同等の物とすること
で、マイクロプレートの各ウエル内で調製したプローブ
溶液を効率良く液体供給プレートの各供給口に付与する
ことができ、一般に利用されているマイクロプレートや
それに関連した装置のプローブ溶液の調製と液体供給プ
レートへの供給への流用が可能となる。
【００３３】本明細書において、担体上に固定されたプ
ローブは、特定の標的物質に対して特異的に結合可能な
ものである。更に、このプローブには、特定の標的によ
って認識され得るオリゴヌクレオチドやポリヌクレオチ
ド、あるいはその他のポリマーなどが含まれる。用語
「プローブ」は、個々のポリヌクレオチド分子などのプ
ローブ機能を有する分子、および分散した位置に表面固
定された同じ配列のポリヌクレオチドなどの同じプロー
ブ機能を有する分子の集団の両方をいい、しばしばリガ
ンドと呼ばれる分子も含まれる。また、プローブ及び標
的は、しばしば交換可能に使用され、プローブは、リガ
ンド−抗リガンド（レセプターと呼ぶこともある）対の
一部として標的と結合し得るか、または結合するように
なり得るものである。本発明におけるプローブ及び標的
は、天然において見出されるような塩基、またはその類
似物を含み得る。
【００３４】また、担体上に支持されるプローブの一例
としては、標的核酸とハイブリダイゼーション可能な塩
基配列よりなるオリゴヌクレオチドの一部にリンカーを
介して担体との結合部を有するもので、担体との結合部
において担体表面に連結された構造を有するものを挙げ
ることができる。なお、このような構成の場合における
担体と結合部のオリゴヌクレオチドの分子内での位置
は、所望とするハイブリダイゼーション反応を損なわな
い範囲内において特に限定されない。
【００３５】本発明の方法が適用されるプローブ・アレ
イに採用されるプローブは、その使用目的に応じて、適
宜選択されるものであるが、本発明の方法を好適に実施
する上では、プローブとしては、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃＤ
ＮＡ（コンプリメンタリーＤＮＡ）、ＰＮＡ、オリゴヌ
クレオチド、ポリヌクレオチド、その他の核酸、オリゴ
ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、酵素、酵素に対
する基質、抗体、抗体に対するエピトープ、抗原、ホル
モン、ホルモンレセプター、リガンド、リガンドレセプ
ター、オリゴ糖及びポリ糖から選択される少なくとも１
種であることが好ましい。
【００３６】本発明においては、これらのプローブの複
数種を、それぞれ独立した領域、例えばドット状スポッ
トとして担体表面に固定したものをプローブ担体とい
い、プローブのスポットの多数が平面状に配列された、
すなわち二次元アレイ状に配列されたものをプローブ・
アレイという。このプローブ担体には、ＤＮＡマクロア
レイ、ＤＮＡチップ、プローブ・アレイと一般的に呼ば
れている検査用のプレートやチップが含まれる。
【００３７】一方、プローブは担体表面に結合可能な構
造を有しており、担体上へのプローブの固定がこの結合
可能な構造を介して行われていることが望ましい。その
際、プローブが有する担体表面に結合可能な構造は、ア
ミノ基、メルカプト基、カルボキシル基、水酸基、酸ハ
ライド化物（ハロホルミル基；−ＣＯＸ）、ハライド化
物（−Ｘ）、アジリジン、マレイミド基、スクシイミド
基、イソチオシアネート基、スルフォニルクロリド基
（−ＳＯ2Ｃｌ）、アルデヒド基（ホルミル基；−ＣＨ
Ｏ）、ヒドラジン及びヨウ化アセトアミドなどの有機官
能基の少なくとも１種をを導入する処理により形成され
たものであることが好ましい。また、プローブ側の担体
への結合に必要な構造に応じて、担体の表面に必要とさ
れる処理を施してもよい。
【００３８】本発明における液体吐出装置およびそれを
用いたプローブ担体の製造装置の各構成要素には、プリ
ント用のインクジェット記録方式、あるいはそれを採用
したヘッドや記録装置で使用されているものから、本発
明の目的に応じて適宜選択したもの、あるいは本発明の
目的に応じて構造等を変更したものを選択して用いるこ
とができる。そのようなインクジェット記録方式につい
ての一例としては、特にインクジェット記録方式の中で
も、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギと
して熱エネルギを発生する手段（例えば電気熱変換体や
レーザ光等）を備え、上記熱エネルギによりインクの状
態変化を生起させる方式の記録ヘッド、記録装置を挙げ
ることができ、これらにおいて用いられた構成を利用す
ることで優れた効果をもたらすものである。かかる方式
によれば記録の高密度化，高精細化が達成できるからで
ある。
【００３９】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。
【００４０】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。
【００４１】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００４２】加えて、シリアルタイプのものでも、装置
本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着
されることで装置本体との電気的な接続や装置本体から
のインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの
記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインク
タンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを
用いた場合にも本発明は有効である。
【００４３】また、記録装置の構成として、記録ヘッド
の吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは
本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものであ
る。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対しての
キャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手
段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれら
の組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録と
は別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができ
る。
【００４４】上述した各インクに対して最も有効なもの
は、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００４５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。
【００４６】（実施例１）図１は本発明の第一の実施例
にかかるプローブ・アレイ製造用の液体吐出装置（液体
吐出ユニット）の三面図であり、図２は要部を断面図で
示した説明図である。この液体吐出ユニットはシリコン
基板でできたヒーターボード101上に液体供給を積層接
合した液体供給プレートを有して構成されているもので
ある。
【００４７】液体供給プレートは、アルミナセラミクス
でできたプレート部材102、103、104及び105の積層構造
を有する。プレート部材102、103及び104は、一方が、
ヒーターボード101の上面に異方性エッチングにより作
製された供給口106に連通し、他方が、最上部に設けら
れるプレート部材105に設けられた液体収納部としての
液体リザーバー109に連通する流路107を形成するもので
ある。
【００４８】最上部のプレート部材105は、液体リザー
バー109とその開口部に相当する供給口108を有する。
【００４９】ヒーターボード101の下面にはプローブ溶
液を吐出するノズルの開口（不示図）が２次元に配列さ
れており、各ノズルはプレート部材105に設けられた供
給口108に、流路107及び液体リザーバー109を介して連
通している。
【００５０】図３に各部品の液体流路形状を示す。プロ
ーブ溶液はマイクロピペットなどでプレート部材105の
上面に配列された供給口108内に滴下され、ノズルのメ
ニスカス力により流路108及び液体リザーバー109内に保
持される。液体リザーバー109内には、プローブ溶液の
表面張力によって毛管力を発生する負圧発生部材、例え
ば繊維状のポリプロピレンなどを束ねたもの等を挿入し
てもよい。このような負圧発生部材を充填しておくこと
で、液体リザーバー内へのプローブ溶液の効率的な取り
込みと、ノズルからのより良好なプローブ溶液の吐出状
態を得ることができる。
【００５１】なお、各々の供給口108に滴下されたプロ
ーブ溶液を混合させないために、プレート部材105の上
面（供給口の開口面）には撥水性を持たせてもよい。
【００５２】また、液体供給プレート上面に滴下された
プローブ溶液を確実に供給口108内に取り込むために、
毛管力によりプローブ溶液の供給口108への導入を可能
とする供給口まで連続した溝を液体供給プレートの上面
に設けてもよい。
【００５３】（実施例２）図４は本発明の第二の実施例
にかかるプローブ・アレイ製造用液体吐出ユニットの三
面図であり、図５は要部を断面で表した部分を含む斜視
図で示した説明図である。本実施例の液体吐出ユニット
はシリコン基板でできたヒーターボード201に液体供給
プレートが積層接合された構造を有する。
【００５４】ヒーターボード201の下面にはノズルの開
口（図５では不図示）が二次元アレイ状に配列されてい
る。
【００５５】液体供給プレートは、ヒーターボード201
の上面に設けられた供給口206と液体供給プレートの上
面に設けられた供給口208とを連通する流路の一部を構
成する貫通穴が設けられたプレート部材202上に、この
貫通穴と供給口208とを連絡する流路207を形成し、開口
部としての供給口を形成する樹脂層203と、を有して構
成されている。
【００５６】樹脂層203は、フォトリソグラフィー技術
を用いて形成可能な紫外線硬化性樹脂などの樹脂材料か
ら形成されている。このようにフォトリソグラフィー技
術を用いて加工可能な材料を用いることで、プレート部
材202の貫通口を異方性エッチングを利用して形成して
から、フォトリソグラフィー技術を用いて流路207の形
成を行うことができる。すなわち、フォトリソグラフィ
ー技術を用い半導体プロセスの延長で流路207を形成す
ることが可能となる。その結果、微細構造化を容易に達
成することができ、図６のような複雑な流路配置が可能
となる。
【００５７】液体リザーバーの容積を増加させるために
液体供給プレートの上面に増量用の液体リザーバープレ
ートを更に接着することも出来る。
【００５８】プローブ溶液はマイクロピペットなどで供
給口208内に滴下され、ノズルのメニスカス力により保
持される。この例においても、プローブ溶液の表面張力
によって液体リザーバー内に毛管力を発生する負圧発生
部材を液体リザーバー内に挿入してもよい。各々の液体
リザーバーに滴下されたプローブ溶液を混合させないた
めに、液体供給プレートの上面には撥水性を持たせても
よい。また、液体供給プレート上面に滴下されたプロー
ブ溶液を確実に供給口208内に取り込むために、毛管力
によりプローブ溶液の供給口208への導入を可能とする
供給口まで連続した溝を液体供給プレートの上面に設け
てもよい。
【００５９】（実施例３）図７は本発明の第三の実施例
のプローブ・アレイ製造用の液体吐出ユニットの三面図
であり、図８（Ａ）は要部を断面で表した部分を含む斜
視図で示した説明図であり、図８（Ｂ）は流路配置を示
す透視図である。
【００６０】本例の液体吐出ユニットは、シリコン基板
でできたヒーターボード301と液体供給プレートから成
る。ヒーターボード301は、異方性エッチングで作製さ
れた供給口306とこの供給口に連続な、異方性エッチン
グにより形成された液体供給路307を備え、プローブ溶
液を吐出するノズルの開口（図８では不示図）がその下
面に２次元に配列されているものである。液体供給プレ
ート302には液体リザーバー及びその開口部としての供
給口308が設けられている。
【００６１】プローブ溶液はマイクロピペットなどで供
給口308内に滴下され、ノズルのメニスカス力により保
持される。この例においても、プローブ溶液の表面張力
によって液体リザーバー内に毛管力を発生する負圧発生
部材を液体リザーバー内に挿入してもよい。各々の液体
リザーバーに滴下されたプローブ溶液を混合させないた
めに、液体供給プレートの上面には撥水性を持たせても
よい。また、液体供給プレート上面に滴下されたプロー
ブ溶液を確実に供給口208内に取り込むために、毛管力
によりプローブ溶液の供給口308への導入を可能とする
供給口まで連続した溝を液体供給プレートの上面に設け
てもよい。
【００６２】（実施例４）図９に、上記構成の液体吐出
ユニットを液体吐出手段として用いたプローブ担体製造
用の装置の一例を示す。図９中、31は、液体吐出ユニッ
ト22の移動を略平行に案内するシャフト、32はプローブ
・アレイ製造用の担体が固定されるステージ、33はプロ
ーブ・アレイが形成される担体（ガラス基板等を使用）
である。
【００６３】ユニットは図９中Ｘ方向を移動し、ステー
ジはＹ方向を移動し、これらの動作によって液体吐出ユ
ニットはステージに対して相対的に２次元状に移動でき
る。図９では複数のプローブ・アレイとなるガラス基板
を固定し、プローブを付与する場合の構造を示したが、
１枚の大きなガラス等の担体の各ウエルに所定のプロー
ブ溶液を供給してプローブ・アレイを製造し、その後、
該担体を切断して各プローブ・アレイを得ても良い。
【００６４】液体吐出ユニットは、例えば、基板33に対
して相対的に移動しながら製造しようとするプローブ・
アレイにおける各プローブの位置情報に応じて基板上に
プローブ溶液のスポットを形成するように駆動される。
【００６５】なお、液体吐出ユニットにおけるノズル開
口の配列状態がプローブ・アレイの配列状態と対応する
場合には、液体吐出ユニットにおけるノズル開口の配列
面を基板の所定面と対向させて所定位置に位置合せし、
液体吐出ユニットを基板に対して走査させずに位置固定
して各プローブの溶液を吐出させて基板上の所定位置に
所定のプローブ溶液のスポットが形成されるようにして
もよい。
【００６６】なお、上記構成のプローブ担体の製造装置
における液体吐出装置の吐出エネルギーエネルギー発生
手段や担体保持手段の駆動は、製造装置内に設けた制御
プログラムに基づいて制御されるようにしても良いし、
製造装置外に別途設けたホストコンピュータ等からの指
令により制御されるようにしても良い。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単純な構成によってノズル開口の配置による規制を緩和
し、プローブ溶液を収納する液体収納部の一次元または
二次元アレイ状等の配置における設計の自由度を大きく
することができる。その結果、プローブ溶液の液体収納
部への供給操作の更なる簡便化に好適な構成を液体吐出
装置に付与することができ、担体に固定させるプローブ
種の一層の多数化と、それに付随するドットの高密度化
の達成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の液体吐出ユニットを示
す三面図である。
【図２】本発明の第一の実施例の液体吐出ユニットの要
部を示す断面図である。
【図３】本発明の第一の実施例の液体吐出ユニットの各
部品の液体流路配置を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施例の液体吐出ユニットを示
す三面図である。
【図５】本発明の第二の実施例の液体吐出ユニットの示
す要部の断面として表した部分を含む斜視図である。
【図６】本発明の第二の実施例の液体吐出ユニットの液
体流路配置の透視図である。
【図７】本発明の第三の実施形態の液体吐出ユニットを
示す三面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の第三の実施形態の液体吐出ユ
ニットの要部の断面図として表わした部分を含む斜視図
であり、（Ｂ）は本発明の第三の実施例の液体吐出ユニ
ットの液体流路配置の透視図である。
【図９】本発明にかかるプローブ担体製造用の装置の一
例を示す図である。
【符号の説明】
101 ヒーターボード 102 液体供給プレート 103 液体供給プレート 104 液体供給プレート 105 液体供給プレート 106 供給口 107 流路 108 供給口 109 液体リザーバー 201 ヒーターボード 202 液体供給プレート 203 紫外線硬化樹脂 206 供給口 207 液体流路 208 液体リザーバー 301 ヒーターボード 302 液体供給プレート 306 供給口 307 液体流路 308 液体リザーバー
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ１２Ｎ 15/09 Ｇ０１Ｎ 33/566 ４Ｂ０２９ Ｇ０１Ｎ 1/00 １０１ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０１Ｚ 33/53 １０３Ｂ 33/566 Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ 35/10 Ｇ０１Ｎ 35/06 Ｊ Ｆターム(参考） 2C056 FA03 FB01 2C057 AF33 AF99 AG14 AG33 AG46 AG68 AN01 BA03 BA13 2G052 AA29 AB18 AB19 AB20 CA00 CA29 CA30 DA05 JA00 JA13 JA16 2G058 AA09 CC09 CD01 EA11 EB00 ED02 ED11 ED20 HA00 4B024 AA11 AA19 CA01 CA09 CA11 HA14 4B029 AA07 AA23 BB15 BB20 CC03 CC08 FA12 FA15

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 標的物質と特異的に結合可能な複数種の
    プローブが担体上の異なる位置に固定されたプローブ担
    体を製造するために異なるプローブを含有する異なるプ
    ローブ溶液を、これらのプローブ溶液毎に吐出するため
    の液体吐出装置であって、 プローブ溶液を収納する液体収納部と、該液体収納部に
    プローブ溶液を供給するための供給口と、液体吐出用の
    ノズルと、該ノズルと前記液体収納部を連通する流路
    と、を有する液体吐出部を前記複数種のプローブに応じ
    た個数備え、 対向する２面を形成した部材のこれらの面の一方に、各
    ノズルの開口が配列されたノズル開口配列面を備え、他
    方に該液体収納部への液体の供給口が配列された供給口
    配列面を備え、かつ各液体吐出部の有する流路を該部材
    を貫通する経路として設け、 かつ、前記供給口配列面内における供給口の配列ピッチ
    を、前記ノズル開口配列面におけるノズルの開口の配列
    ピッチよりも大きくしたことを特徴とする液体吐出装
    置。
  2. 【請求項２】 前記一対の対向する面を有する部材が、
    前記ノズルが形成された第１の板状部材と、前記液体収
    納部が形成された第２の板状部材との積層構造を有する
    請求項１に記載の液体吐出装置。
  3. 【請求項３】 前記液体収納部が前記第２の板状部材を
    貫通する貫通穴としてして形成されており、該貫通穴の
    一方の端部が前記ノズルとの接続口となり、反対の端部
    が開口端として前記供給口を形成している請求項２に記
    載の液体吐出装置。
  4. 【請求項４】 前記貫通穴は、フォトリソグラフィー技
    術を利用して作製されたものである請求項２または３に
    記載の液体吐出装置。
  5. 【請求項５】 前記供給口面の各供給口の周囲が撥水性
    を有する請求項３または４に記載の液体吐出装置。
  6. 【請求項６】 前記供給口面に、各供給口と連通する溝
    を有する請求項３〜５のいずれかに記載の液体吐出装
    置。
  7. 【請求項７】 前記ノズルからの液体の吐出のための液
    体吐出エネルギー発生素子を有する請求項１〜６のいず
    れかに記載の液体吐出装置。
  8. 【請求項８】 前記液体吐出エネルギー発生素子が、熱
    エネルギーを発生し、前記プローブ溶液を加熱して膜沸
    騰させ、その圧力で前記吐出口から液体を吐出させるヒ
    ータ素子である請求項７に記載の液体吐出装置。
  9. 【請求項９】 前記液体吐出部は、前記ヒータ素子の駆
    動により前記ノズルからプローブ溶液を吐出させる際に
    プローブ溶液に気泡が発生し、該気泡が該ノズルを介し
    て外気と連通する構造を有する請求項８に記載の液体吐
    出装置。
  10. 【請求項１０】 担体上に複数種のプローブのそれぞれ
    が異なる位置に固定されたプローブ担体の製造装置であ
    って、 請求項１〜９のいずれかに記載の液体吐出装置と、 前記担体と前記液体吐出装置とを相対的に位置合せさせ
    る位置合せ手段とを備えることを特徴とするプローブ担
    体の製造装置。
  11. 【請求項１１】 異なるプローブを含有する異なるプロ
    ーブ溶液を、これらのプローブ溶液毎に液体吐出装置か
    ら担体に吐出することで、該担体上に複数種のプローブ
    のそれぞれが異なる位置に固定されたプローブ担体を製
    造する方法であって、 前記液体吐出装置が、請求項１〜９のいずれかに記載の
    液体吐出装置であることを特徴とするプローブ担体の製
    造方法。
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