JP2002286737A

JP2002286737A - プローブ担体製造方法および装置

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Publication number: JP2002286737A
Application number: JP2001094111A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kameyama; 誠亀山; Nobuyuki Okamura; 信行岡村; Hisashi Okamoto; 尚志岡本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-10-03
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: JP4854124B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プローブ溶液吐出用のノズル先端部の乾燥を
常時防止することができ、供給されるプローブ溶液中に
気泡が生じることのなく、それによって、一発目のプロ
ーブ溶液の吐出が確実に生じさせることができ、さら
に、プローブ担体を継続的に製造し続けても、プローブ
溶液の吐出に不都合が生じることのないプローブ担体製
造方法および装置を提供する。【解決手段】担体表面にプローブを含む溶液の液滴を
吐出する液体吐出装置の複数のノズルの雰囲気湿度を５
０％以上好ましくは６０％以上に制御するとともに、前
記複数のノズルへの溶液供給路の一部を減圧下で気液分
離可能な気体透過膜から構成し、この部分をひとまとめ
にして一括して減圧下に置き、複数のノズルに供給され
る各溶液から気泡を除去するとともに気泡発生の原因と
なる溶存ガス量を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、担体上にプローブ
担体を製造する方法および装置に関する。より具体的に
は、担体上にプローブを二次元アレイ状配置に固定して
なるプローブ担体の製造方法および装置に関する。

【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、３８４、１
５３６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、いわゆるプローブ担
体を利用することで、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、ひとつのプローブ担
体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担体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
ブ担体では、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
状に担体上などに配置する形態をとることが多い。なか
でも、ＤＮＡプローブ担体は、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
ローブ担体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ＤＮＡ
プローブを一つの担体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】担体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ＵＳＰ５，４２４，
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固相担体上での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、１ｃｍ^２当たり１
００００種類以上の配列が異なるＤＮＡを搭載したＤＮ
Ａプローブ担体の製造も可能でなる。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
列で担体上に合成する。従って、ＤＮＡの鎖長が長くな
ると、製造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、固相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、担体上に合成さ
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
ローブ担体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担体上に供給し、プローブ担
体を製造する手法も提案されている。ＰＣＴ公開公報Ｗ
Ｏ９５／３５５０５号には、キャピラリーを用いて、Ｄ
ＮＡ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、１ｃｍ^２当たり１
０００個程度のＤＮＡアレイの製造が可能である。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担体上の所定位置へ供
給し、その作業を繰り返すことで、プローブ担体を製造
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製造に適している手法とは
いえない。加えて、プローブ溶液の担体への供給は、キ
ヤピラリー先端を担体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】その他の手法として、担体上において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担体上に供給する
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、プローブ担体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、
担体上での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ＵＳＰ５，４２４，１８６号
公報に記載される手法における最大の課題である、担体
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
ブ担体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ＥＰ０，７０３，８２５Ｂ１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、高密度のプローブ担体製造には必ずしも
適しているとはいえない。

【００１０】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インクジェットヘッ
ド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が、
使用されているインクジェットヘッドが、一般のプリン
タ用のヘッドであるため、プローブ担体を製造するにあ
たり最適な構造とは言いがたい。以下にこの点に関して
詳しく説明する。

【００１１】従来のインクジェットヘッドは、文字や画
像の印刷のために開発された手法である。従って、使わ
れる溶液はモノクロ（一般的には黒）印刷の場合には一
色（黒）のインク、カラー印刷の場合には、一般的に、
色の三原色、すなわち、イエロー（Ｙ）、シアン
（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の３色のインクとなる。カラー
印刷の場合には必要により、黒、または、Ｙ、Ｍ、Ｃ、
の濃淡インクを使用する場合があるが、多くても１０種
類以上のインクを使用することはない。

【００１２】また、紙面への印刷には多量のインクを用
いるため、従来のインクジェット・プリンティング用の
ヘッドには、十分な容量を有するインクを充填するため
のタンク（リザーバー）と、インクをノズルへ導く流路
と、インクを吐出するためのノズルが具備されている。

【００１３】これに対し、プローブ担体製造用の液体吐
出ヘッドは、これまで説明したように、出来るだけ多く
の種類の液体を吐出させることが望まれる。複数のノズ
ルを有するヘッドがあった場合、複数のノズルと同数の
これら複数のノズルと一対一に対応した溶液のリザーバ
ーを有するヘッドが望ましい。

【００１４】また、プローブ担体製造用の液体吐出装置
では、紙面に印字する場合に比べて液体消費は少ないの
で、リザーバーの容積も比較的小さなもので充分であ
る。

【００１５】さらに、従来の一般的なインクジェット・
プリンティング用のヘッドでは、文字や画像の形成のた
めに、紙面上の所望の位置に所望のインクを吐出する必
要がある。そのために各ノズルを独立に任意のタイミン
グで選択できるヘッド構成をとっている。所望のノズル
からインク（液体）を吐出させるために必要なパワード
トランジスタや、論理回路は、ヘッドの外部に設けて
も、ヘッドの内部に設けてもよい。

【００１６】インクジェットの方式としては、ヒーター
から発生する熱エネルギーにより液体の吐出を行うサー
マルジェット方式と、ピエゾ素子に電圧を印加して生じ
る素子の変形により液体の吐出を行うピエゾインクジェ
ット方式がある。これらの内、サーマルジェット方式は
ピエゾイングジェットと比較して構造が簡単であり、ヘ
ッドの小型化や多ノズル化に向いている。

【００１７】以上に紹介したように、液体吐出装置を用
いてプローブ担体を製造する方法は、微少量のプローブ
溶液の付与を高密度に固相担体上に配列するという点に
おいて、優れている。液体吐出装置の吐出口から一度に
吐出される液体の最小吐出量は、０．１ｐｌ〜５０ｐｌ
の範囲まで減少させることができ、担体上に多数のウエ
ルを配置して各ウエル中に微少量のプローブ溶液を供給
する場合においても、ウエルの大きさを小さくして、よ
り一層の高密度化を達成することができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】プローブ担体を製造す
るのに前述のような液体吐出装置を用いることによっ
て、様々な利点が得られるが、この液体吐出装置を用い
たプローブ担体製造方法および装置を実施に移す段にな
ると、新たな解決しなければならない問題点が浮上して
くる。それは、一発目の溶液吐出が不全になることがあ
ることであり、また、その後の吐出にも支障を来す場合
がある点である。

【００１９】その原因の一つとして、液体吐出装置のノ
ズル先端部が乾燥しやすく、それによってノズル内の溶
液の粘度が上昇し、プローブ溶液の吐出が行えなかった
り、あるいは吐出方向に狂いが生じたりすることであ
る。

【００２０】プローブ担体を製造すると言うことは、例
えば、溶液種が１０００〜１００００に亘る場合があ
り、このような多数のウエルに所望のプローブをそれぞ
れのノズルから正確に付与することを意味する。このこ
とが意味するのは、印刷用のインクジェットヘッドとは
異なり、各ノズルの吐出使用頻度が極端に少ないと言う
ことであり、印刷用のヘッドでは待機中にノズル先端部
の乾燥を防ぐためにヘッドをキャッピングすることがで
きるが、プローブ担体製造用の液体吐出ヘッドでは、多
数のノズルのいずれかが使用中であるので、ヘッドに対
してノズル先端部の乾燥防止用のキャッピングができな
いと言うことである。これが、プローブ担体製造装置に
組み込んだ液体吐出装置のノズル先端部が乾燥しやすく
なる原因である。

【００２１】不吐出が生じる他の原因として、プローブ
溶液中に混入ないし発生した気泡が挙げられる。すなわ
ち、それぞれのプローブ溶液リザーバーから各ノズル先
端部に至る溶液供給路のいずれかで溶液中に気泡が混入
あるいは発生し、それがノズル先端に至ると、ノズル内
に溶液な存在しない状態になり、結果的に不吐出とな
る。また、ノズル内に溶液が存在しない状態では、ノズ
ル先端のノズル内部までが直接外気に曝されることにな
り、ノズル先端部が急激に乾燥してしまう。さらに、ノ
ズル内の溶液中に気泡が存在する場合は、気泡が吐出圧
の低下を来たしてプローブ溶液の吐出不全を直接に引き
起こすことになる。

【００２２】したがって、本願発明の課題は、プローブ
溶液吐出用のノズル先端部の乾燥を常時防止することが
でき、供給されるプローブ溶液中に気泡が生じることの
なく、それによって、一発目のプローブ溶液の吐出が確
実に生じさせることができ、さらに、プローブ担体を継
続的に製造し続けても、プローブ溶液の吐出に不都合が
生じることのないプローブ担体製造方法および装置を提
供することにある。

【００２３】

【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、以下のよう
な知見を得た。

【００２４】（ｉ）ノズル先端部の雰囲気湿度を少な
くとも５０％以上に維持すれば、経時的にノズル先端部
が乾燥するのを防止できる。前記設定湿度は、好ましく
は６０％以上である。このような雰囲気湿度を設定維持
するための具体的構成としては、担体を支持する支持装
置と、固定された担体上にプローブ溶液を付与する液体
吐出ノズルを多数有する液体吐出ヘッドと、この液体吐
出ヘッドを走査する走査装置とを有するプローブ形成手
段を、湿度を５０％以上、好ましくは６０％以上に維持
することのできる環境に設置する構成が好適である。

【００２５】（ii）複数のプローブ溶液リザーバーと
それぞれのノズルとの間の溶液供給路の一部を、減圧下
で気液分離を可能とする気体透過膜からなる中空糸によ
り構成し、この中空糸供給路部分を束にし、この束にし
た中空糸供給路部分を真空減圧チャンバー内に通し、前
記束にした中空糸供給部分の外側を減圧すれば、混入し
ている気泡を除去できるばかりでなく、気泡発生の原因
となる液中の溶存酸素量をも効率的に低減させることが
できる。

【００２６】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものである。本発明に係るプローブ担体製造装置は、担
体を支持する支持装置と、それぞれ標的物質と特異的に
接合可能な複数種のプローブを含有する複数の溶液を前
記担体上のそれぞれの所定位置に付与する液体吐出ヘッ
ドと、この液体吐出ヘッドと前記支持装置を相対的に走
査させる走査装置とを有し、前記液体吐出ヘッドは、そ
れぞれ標的物質に特異的に接合する複数種のプローブを
含有する複数のプローブ溶液を収容する複数のリザーバ
ーと、該複数のリザーバーからそれぞれのプローブ溶液
の供給を受けて前記担体上の所定位置にそれぞれのプロ
ーブ溶液の液滴を付与する複数の液体吐出ノズルとを有
し、少なくとも前記支持装置と液体吐出ヘッドが、湿度
を５０％以上に維持することのできる環境に設置されて
いることを特徴とする。

【００２７】また、この装置において、前記複数のプロ
ーブ溶液リザーバーとそれぞれのノズルとの間の溶液供
給路の一部が減圧下で気液分離を可能とする気体透過膜
からなる中空糸により構成され、この中空糸供給路部分
が束にされ、この束にされた中空糸供給路部分が真空減
圧チャンバー内に通されていることが、望ましい。この
構成によって、前記束にした中空糸供給部分の外側を減
圧することができ、その結果、各ノズルに供給されるプ
ローブ溶液に混入している気泡を除去できるばかりでな
く、気泡発生の原因となる液中の溶存酸素量をも効率的
に低減させることができる。

【００２８】本発明に係るプローブ担体製造方法は、担
体を支持装置に支持し、複数の液体吐出ノズルを有する
液体吐出ヘッドを用い、この液体吐出ヘッドを前記支持
装置を相対的に走査させて、それぞれ標的物質を特異的
に接合可能な複数種のプローブを含有する複数の溶液を
前記担体上のそれぞれの所定位置に付与してプローブ担
体を得るプローブ担体製造方法であって、少なくとも前
記支持装置と液体吐出ヘッドとを、湿度を５０％以上に
維持することのできる環境に設置することを特徴とす
る。

【００２９】また、この方法において、前記液体吐出装
置の前記複数のノズルにそれぞれ複数種のプローブ溶液
を供給する複数のプローブ溶液リザーバーとそれぞれの
ノズルとの間の溶液供給路の一部を減圧下で気液分離を
可能とする気体透過膜からなる中空糸により構成し、こ
の中空糸供給路部分を束にし、この束にした中空糸供給
路部分を真空減圧チャンバー内に通して、前記束にした
中空糸供給部分の外側を減圧し、各ノズルに供給される
プローブ溶液に混入している気泡を除去するとともに、
気泡発生の原因となる液中の溶存酸素量をも効率的に低
減させることが好ましい。

【００３０】

【発明の実施の形態】前述の構成を有する本願発明にお
いて、環境制御室内の設定湿度は、少なくとも５０％で
あり、好ましくは、６０％以上である。

【００３１】また、液体吐出装置としては、ノズル内の
液体に吐出のための熱エネルギーを与える熱エネルギー
発生体を備える装置であることが望ましい。

【００３２】また、前記プローブとしては、ＤＮＡ、Ｒ
ＮＡ、ｃＤＮＡ（コンプリメンタリーＤＮＡ）、ＰＮ
Ａ、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、ポリ糖のいずれかであ
ることが適当である。

【００３３】

【実施例】図１は、本発明の実施例を示すもので、図中
符号１はプローブの担体である。この担体１は、プロー
ブのスポッティングを施されるために、一般に描画装置
と呼称されているプローブ付与装置（手段）２の支持装
置３の上に固定される。この支持装置３は固定的である
場合もあれば、プローブ付与位置を変更するために水平
方向に走査可能になっている場合もある。

【００３４】前記支持装置３の真上には、複数のプロー
ブ溶液吐出用の複数のノズル（不図示）を有する液体吐
出ヘッド（液体吐出装置）４が上下動可能かつ水平方向
の走査が自在に設けられている。この液体吐出ヘッド４
の上下動および水平方向の走査は、走査装置５によって
行われるようになっている。

【００３５】前記液体吐出ヘッド４にはプローブ付与に
必要な複数種のプローブに対応する数の液体吐出ノズル
が形成されており、各々のノズルには、それぞれが付与
用のプローブを含む溶液がそれぞれに液体流路を介して
それぞれのプローブ溶液リザーバー（不図示）から供給
されるようになっている。通常、各ノズルは前記担体１
の表面に付与される１ドットに対応しており、そのドッ
ト数だけノズル、溶液供給路、およびリザーバーが存在
する。

【００３６】この実施例の液体吐出ヘッドとしては、各
ノズル内に吐出用ヒーターが設けられたサーマルジェッ
トタイプの液体吐出ヘッドを使用した。

【００３７】前記プローブ付与装置２は、少なくとも前
述の支持装置３、液体吐出ヘッド４、および走査装置５
から構成されており、この装置２全体が環境制御室６内
に設置されている。この環境制御室６は、室内の湿度を
５０％以上の一定の高湿度に維持する機能を持ってお
り、本実施例では、常に６０％になるように設定した。

【００３８】前述の複数の溶液供給路は、図２に示すよ
うに、通常、中空糸と呼称される細いチューブ部材１０
から構成されている。本実施例では、多数の溶液供給路
である多数の中空糸１０の一部を減圧下で気液分離を可
能とする気体透過膜から構成した。そして、この気体透
過膜からなる多数の中空糸２０を一束にまとめ、この束
ねた部分を真空脱気チャンバー３０内に置いた。すなわ
ち、束ねた多数の溶液供給路（中空糸）１０が真空脱気
チャンバー３０を貫通するように該チャンバー３０を取
り付け、多数の中空糸の内気体透過膜からなる部分２０
が真空脱気チャンバー３０内に位置するようにした。多
数の中空糸が貫通するチャンバー３０の側壁には、溶融
樹脂によるシーリング３１が施されており、高い気密性
が確保されている。このチャンバー３０の脱気は外部に
設けた真空ポンプ３２によりなされるようになってい
る。

【００３９】前記構成のプローブ担体の製造装置を用い
て担体１上に多種類のプローブ溶液を付与してプローブ
担体を作成した。まず、外部から環境制御室６の担体搬
入出ゲート６ａ介して担体を室内に搬入し、担体１を支
持装置３上に固定した。その後、室内の湿度が乱されな
いように、すぐに前記ゲート６ａを閉じた。つづいて、
予め走査装置５に入力していたプローブ付与プログラム
にしたがって、液体吐出ヘッド４を走査および駆動して
所定の付与を完了した。プローブ付与作業中は、前述の
真空脱気チャンバー３０内を所定の真空度に維持して、
脱気を継続させた。

【００４０】プローブ付与を完了した担体１をゲート６
ａから取り出し、不図示の検査室に搬入し、担体１の表
面に付着しているプローブ溶液のドットを観察した。そ
の結果、ノズルの不吐出を原因とするドットの欠落や変
形したドットは観察されなかった。つづいて、複数枚の
担体に対して、順次、プローブ付与を行ったが、そのい
ずれの担体にもドットの欠落、ドットの変形は認められ
なかった。

【００４１】このような一連の付与作業では、１ドット
が１ノズルが対応しており、付与作業が比較的長時間に
及ぶと、それだけ長い時間各ノズルの先端部が待機状態
で雰囲気に露出したままになる。にもかかわらず、前述
のように、付与ドットに異常が生じなかったのは、ノズ
ル周辺の雰囲気がノズル先端部の乾燥が生じない高湿度
に維持されているためであり、さらにノズルに供給する
プローブ溶液から気泡が除去されていたためである。な
お、前記真空脱気チャンバー３０の連続運転によりプロ
ーブ溶液中の溶存酸素量は少なくとも５ｐｐｍ（通常
０．５ｐｐｍ）以下に低減できることが判明している。
溶存酸素量が低減されれば、このチャンバー３０を通過
後において溶液中に新たに気泡が発生することも防止さ
れる。

【００４２】前記実施例では、環境湿度を６０％に設定
したが、他の実施例で５０％に設定してみたが、６０％
の場合よりは、歩留まりに若干の低減が認められる傾向
があるものの、得られたプローブ担体の性能は充分なも
のであり、製造の信頼性は充分であった。

【００４３】なお、本明細書において、担体（固相基
板）上に固定されたプローブは、特定の標識物質に対し
て特異的に結合可能である。さらに、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、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療法を言
い、しばしば、リガンドと呼ばれる分子も含まれる。プ
ローブおよび標的は、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（レセプターと呼ば
れることもある。）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
におけるプローブおよび標的は、天然において見いださ
れるような塩基、またはその類似物を含み得る。

【００４４】また、担体上に支持されるプローブの一例
としては、標的核酸とバ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とを
挙げることができる。なお、このような構成の場合にお
ける担体との結合部のオリゴヌクレオチドの分子内での
位置は、所望とするバ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。

【００４５】本発明の方法が適用されるプローブ担体に
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、製造される前記二次元プローブ担体が、そのプ
ローブはＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃＤＮＡ（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、およ
びポリ糖から選択される少なくとも一種あることが好ま
しい。

【００４６】一方、本発明の方法により製造されるプロ
ーブ担体は、担体表面に結合可能な構造を有したプロー
ブを含んでいることが好ましく、この担体上へのプロー
ブの固定は、前記プローブを担体表面に結合させてなす
ことが望ましい。

【００４７】その際、プローブが有する前記担体表面に
結合可能な構造は、アミノ基、ネルカプト基、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（−ＳＯ_２Ｃｌ）基、アルデヒド基
（ホルミル基；−ＣＨＯ）、ヒドラジン、ヨウ化アセト
アミドなどの有機官能基の少なくとも一種を導入する処
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。

【００４８】（その他）なお、本発明は、特に液体吐出
装置の中でも、溶液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液体吐出ヘッド、
液体吐出装置において優れた効果をもたらすものであ
る。かかる方式によればプローブ・付与の高密度化、プ
ローブ担体高精細化が達成できるからである。

【００４９】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インク記録分野での基
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（液体吐出ヘッ
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。

【００５０】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
（液体吐出ヘッド）の形態がどのようなものであって
も、本発明によればプローブの付与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。

【００５１】さらに、液体吐出装置がプローブ付与でき
る担体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイ
プの液体吐出ヘッドに対しても本発明は有効に適用でき
る。そのような液体吐出ヘッドとしては、複数のヘッド
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個のヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００５２】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プ
ローブ溶液の供給が可能になる交換自在のチップタイプ
の液体吐出ヘッド、あるいは液体吐出ヘッド自体に一体
的に溶液リザーバーが設けられたカートリッジタイプの
ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００５３】また、液体吐出装置の構成として、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、液体吐出ヘッドに対し
てのクリーニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱
変換体あるいはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの
組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、付与のた
めの吐出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。

【００５４】上述した溶液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。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の特徴は、
担体表面にプローブを含む溶液の液滴を吐出する液体吐
出装置の複数のノズルの雰囲気湿度を５０％以上好まし
くは６０％以上に制御するとともに、前記複数のノズル
への溶液供給路の一部を減圧下で気液分離可能な気体透
過膜から構成し、この部分をひとまとめにして一括して
減圧下に置き、複数のノズルに供給される各溶液から気
泡を除去するとともに気泡発生の原因となる溶存ガス量
を低減させることにある。

【００５６】したがって、本発明によれば、高い品質の
プローブ担体を高い歩留まりで製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプローブ担体製造装置の一実施例
を示すもので、本装置の概略斜視図である。

【図２】本発明に係るプローブ担体製造装置の一実施例
を示すもので、本装置の要部である真空脱気チャンバー
の断面構成図である。

【符号の説明】

１担体（固相基板）２プローブ付与装置（描画装置）３支持装置４液体吐出ヘッド（液体吐出装置）５走査装置６環境制御室６ａ担体搬入出ゲート１０中空糸（プローブ溶液供給路）２０気体透過膜からなる中空糸（プローブ溶液供給
路）３０真空脱気チャンバー３１溶融樹脂によるシーリング３２真空ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ１２Ｍ 1/00 Ｇ０１Ｎ 33/566 Ｃ１２Ｎ 15/09 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０１ＺＧ０１Ｎ 33/53 １０２Ｎ１０２Ｚ 33/566 Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ 35/10 Ｇ０１Ｎ 35/06 ＡＺＣＣＺＣＣＪ (72)発明者岡本尚志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2C056 EA15 EA17 FA03 JA25 KB26 KD02 2G058 AA09 CC09 CC11 EA11 EB00 ED02 ED19 ED21 4B024 AA19 CA01 CA09 CA11 HA12 4B029 AA07 AA21 AA23 AA27 BB15 BB20 CC03 CC08 FA12 FA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】担体を支持装置に支持し、複数の液体吐
出ノズルを有する液体吐出ヘッドを用い、この液体吐出
ヘッドを前記支持装置を相対的に走査させて、それぞれ
標的物質を特異的に接合可能な複数種のプローブを含有
する複数の溶液を前記担体上のそれぞれの所定位置に付
与してプローブ担体を得るプローブ担体製造方法であっ
て、少なくとも前記支持装置と液体吐出ヘッドとを、湿度を
５０％以上に維持することのできる環境に設置すること
を特徴とするプローブ担体製造方法。
【請求項２】前記液体吐出ヘッドの前記複数のノズル
にそれぞれ複数種のプローブ溶液を供給する複数のプロ
ーブ溶液リザーバーとそれぞれのノズルとの間の溶液供
給路の一部を減圧下で気液分離を可能とする気体透過膜
からなる中空糸により構成し、この中空糸供給路部分を
束にし、この束にした中空糸供給路部分を真空減圧チャ
ンバー内に通して、前記束にした中空糸供給部分の外側
を減圧し、各ノズルに供給されるプローブ溶液に混入し
ている気泡を除去するとともに、気泡発生の原因となる
液中の溶存酸素量をも効率的に低減させることを特徴と
する請求項１に記載のプローブ担体製造方法。
【請求項３】前記環境の湿度を６０％以上に維持する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ担
体製造方法
【請求項４】前記液体吐出ヘッドとしてノズル内の液
体に吐出のための熱エネルギーを与える熱エネルギー発
生体を備えるものを用いることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載のプローブ担体製造方法。
【請求項５】前記プローブが、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、ポリ糖のいずれかであることを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載のプローブ担体の製
造方法。
【請求項６】担体を支持する支持装置と、それぞれ標
的物質と特異的に接合可能な複数種のプローブを含有す
る複数の溶液を前記担体上のそれぞれの所定位置に付与
する液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドと前記支持
装置を相対的に走査させる走査装置とを有し、前記液体吐出ヘッドは、それぞれ標的物質に特異的に接
合する複数種のプローブを含有する複数のプローブ溶液
を収容する複数のリザーバーと、該複数のリザーバーか
らそれぞれのプローブ溶液の供給を受けて前記担体上の
所定位置にそれぞれのプローブ溶液の液滴を付与する複
数の液体吐出ノズルとを有し、少なくとも前記支持装置と液体吐出ヘッドが、湿度を５
０％以上に維持することのできる環境に設置されている
ことを特徴とするプローブ担体の製造装置。
【請求項７】前記複数のプローブ溶液リザーバーとそ
れぞれのノズルとの間の溶液供給路の一部が減圧下で気
液分離を可能とする気体透過膜からなる中空糸により構
成され、この中空糸供給路部分が束にされ、この束にさ
れた中空糸供給路部分が真空減圧チャンバー内に通され
ていることを特徴とする請求項６に記載のプローブ担体
の製造装置。
【請求項８】前記環境の設定湿度が６０％以上である
ことを特徴とする請求項６または７に記載のプローブ担
体の製造装置
【請求項９】前記液体吐出ヘッドがノズル内の液体に
吐出のための熱エネルギーを与える熱エネルギー発生体
を備えていることを特徴とする請求項６ないし８のいず
れかに記載のプローブ担体の製造装置。
【請求項１０】前記プローブが、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃ
ＤＮＡ（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、ポリ糖のいずれかであることを特徴
とする請求項６〜９のいずれかに記載のプローブ担体の
製造装置。