JP2003021640A - 生物学的試料の微細配列用スポッティング装置及びこれに使用されるスポッティングピン - Google Patents

生物学的試料の微細配列用スポッティング装置及びこれに使用されるスポッティングピン

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政 郁 安
Gu-Young Song
邱 永 宋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来品よりも耐久性及び機能が向上したスポ
ッティングピンを提供すると共に、該スポッティングピ
ンによって点滴されるスポットの位置再現性を確保して
スポッティングピンの上下方向の精巧な直線運動をする
ようにさせるピンガイディングホルダーを含むスポッテ
ィング装置を提供する。 【解決手段】 生物学的試料の微細配列のためのスポッ
ティング装置は、生物学的試料を吸い込んで基板上に微
細点滴するスポッティングピン８と、２ヶ所のピン支持
点を形成するピンの挿入穴を持つ上部ガイド板１と、１
ヶ所のピン支持点を形成するガイドワイヤ３と、ガイド
ワイヤ３が装着される調節ブロック４と、調節ブロック
４を装着するためのフレーム５と、該フレーム５に装着
された調節ブロック４の位置を調節するためのスプリン
グ部材６及び調節ねじ７と、２ヶ所のピン支持点を形成
するピンの挿入穴を持つ下部ガイド板２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は生物学的試料の微細
配列（ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ）のためのスポッティング
装置及びこれに使用されるスポッティングピンに関す
る。本発明は、より詳しくは、多数のピンと前記ピンを
多数の地点で接触支持してピンが精巧な上下方向の直線
運動をするようにするピンガイディングホルダーを含む
生物学的試料の微細配列のためのスポッティング装置及
びこれに使用されるスポッティングピンに関する。
【０００２】
【従来の技術】人間ゲノムプロジェクトが終りの段階を
迎え、大量の遺伝体情報が継続的に明かになってきた。
このように明かになった遺伝子の塩基序列情報を基にし
て多様な生物体の遺伝子の機能を効率的に解釈する技術
が開発されている。
【０００３】従って、ポストゲノムの研究課題として機
能的ゲノム学またはシステム生物学が登場している。こ
れは、人間ゲノムプロジェクトの成果を商業的に応用す
るための研究である。このような研究中の例がスライド
ガラスまたはシリコンなどの基板上に多数のＤＮＡ分子
を配列したＤＮＡチップに対する研究である。
【０００４】いわゆる、ＤＮＡチップ技術、一名ＤＮＡ
微細配列（ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ）技術は特定遺伝子の
発現、変異とか多形性などを同時に解釈するのにとても
有用な記述であり、既に知られている遺伝子の発現程度
を観察したり新しい遺伝子の検索のためにとても適した
記述である（Ｌｉｐｓｈｕｔｚ、 Ｒ．Ｊ． ｅｔａ
ｌ．（１９９５） Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ１９，
４４２−４４７；Ｃｈｅｅ，Ｍ． ｅｔａｌ．（１９９
６） Ｓｃｉｅｎｃｅ２７４，６１０−６１４）。
【０００５】ＤＮＡチップは既存の分子生物学的知識と
機械及び電子工学技術によって製造される。ＤＮＡチッ
プは自動化された機械的装置とこれに対する電子制御技
術を使って数百種類ないし数十万種類のＤＮＡを小さな
空間に集積させたものである。このように数百種類ない
し数十万種類のＤＮＡを集積させたＤＮＡチップを使え
ば一度に最少限数百種類以上の遺伝子を短い時間以内に
検索することができる。ＤＮＡチップはガラス板、半導
体ウエハ等を基板として使用していて、この基板にはと
ても小さな量の数十万種のＤＮＡが高度に集積されて配
列されてあるから、一度に多種類の遺伝子を短時間に検
索することができる。
【０００６】現在まで多様な方式のＤＮＡチップ製造技
術が開発されたが、これらは、スポッティング（ｓｐｏ
ｔｔｉｎｇ）または接触プリンティング方式、非接触プ
リンティング（ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔｐｒｉｎｔｉｎ
ｇ）方式、写真蝕刻方式（ｐｈｏｔｏ−ｌｉｔｈｏｇｒ
ａｐｈｙ）に大別される。
【０００７】これら方式の中で、非接触プリンティング
方式は、ＤＮＡ溶液貯蔵槽に熱又は、ソレノイドアクチ
ュエータまたは圧電素子を利用した電気的な力を加えて
ＤＮＡ溶液を基板に定量的に噴射する方法である。しか
し、一般的にＤＮＡチップに噴射するＤＮＡ溶液の種類
が非常に多いので、多数の貯蔵槽が必要であり、チャン
ネル内部に存在する残余空間が噴射圧力緩衝機能をする
ようになって精巧な定量噴射が難しいという問題があ
る。
【０００８】スポッティングまたは接触プリンティング
方法は、尖き出ている針と同じ精密なピンをＤＮＡオリ
ゴマー溶液に浸漬させた後、スライドガラス基板上にピ
ンの末端を接触させて微量のＤＮＡオリゴマー溶液を点
滴する方法である。ＤＮＡオリゴマー溶液が貯蔵される
内部空間がない針の形状のピンを使う場合、スポッティ
ングする時に、その都度ＤＮＡオリゴマー溶液にピンを
浸漬しなければならないので、一部の特殊な配列装置
（ａｒｒａｙｅｒ）もコロニーピッキングロボットを使
う装置だけで制限的に使用することができる。
【０００９】このような針の形状のピンの使用上の限界
を乗り越えるためにピンの内部と外部に１００ミクロン
くらいの幅を持つホームが形成されたステルス（ｓｔｅ
ａｌｔｈ）ピンが提示された（ブラウンのＵＳＰ６，１
１０，４２６と ＵＳＰ ５，８０７，５２２、マーチ
ンスキーの ＵＳＰ ６，１０１，９４６を参照）。
【００１０】このような形状のピンは、ＤＮＡオリゴマ
ー溶液にピンを浸漬させる時、ＤＮＡオリゴマー溶液を
毛細管現象により吸い上げるから、多数の基板上に繰り
返してＤＮＡオリゴマー溶液をスポッティングすること
ができる。スポッティングピンは点滴方式の微細配列装
置の核心部品として、その性能と耐久性は製作される微
細配列製品の品質に直接的な影響を及ぼす。
【００１１】これらのピンを試料溶液に浸漬させて毛細
管現象によって試料溶液が毛細管内部に吸入された後、
ピンを基板表面に接触させて、ピン内部に吸入された試
料が基板表面に点滴されるようにする。毛細管を通じて
ピン内部に吸入される試料溶液はピン内部で毛細管内壁
と接触し、また、そのときの表面エネルギーの差異によ
ってピン内部方向または外部方向にメニスカスを形成す
るようになる。
【００１２】ブラウンまたはマーチンスキーが発明した
金属製毛細管ピンは、高強度のステンレススチールで製
作されて試料溶液との反応を防止すると同時に、基板と
反復的な接触の衝撃に耐えることができる。これらピン
には試料溶液を吸い込んで貯えられる貯蔵空間が確保さ
れていて、その貯蔵空間の大きさ及び形態は多様であ
る。
【００１３】その形状は平らな先端部分と試料溶液の一
定量を保有するようになっている開放されたチャンネル
とで構成されている。このようなステルスピン形状のピ
ンを加工するためには電気放電加工（ＥＤＭ、ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ ｄｉｓｃｈａｎｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）工程
などが使用される。その工程は、先ず金属棒（ｓｈａｆ
ｔ）の一方先端を前記放電加工（ＥＤＭ）でピンの中心
軸から一定の長さカッティングして開放されたチャンネ
ルを作り、ポイントにギャップを形成して製造する。通
常、このようなステルスピンのカッティングされたチャ
ンネルの上部はチャンネルによる毛細管力によって吸入
された試料溶液が貯蔵される場所とすることが可能であ
る。
【００１４】しかし、このようなチャンネルの上部は、
詰まっているその上部の空間の大きさを大きくしてもそ
の空間は制限的になるから、結局前記ピンが保有できる
試料溶液の量は一定量で制限されるようになる。従って
このような構造は吸入された試料溶液とピン内部表面の
接触とを極大化して、これによって高い表面張力が発生
して、その結果メニスカスはチャンネル内方で奥深く形
成されるようになる。
【００１５】前記形状を持つスポッティングピンを使っ
て試料溶液を基板の上に点滴するためにはピンの末端部
を基板に接触させなければならない。毛細管力によって
ピン内部に吸入された試料溶液が基板上で適正量移動す
るためにはピンの末端部が基板に一定の速度または加速
されたまま接触して、接触した瞬間ピンの運動が停止さ
れながら、試料溶液が基板上に噴出される。即ち、従来
のスポッティングピンを使って試料溶液を基板に点滴す
るためにはピンの末端部が基板に接触するようになっ
て、試料がピンから基板に移動して点滴されるためにピ
ンが基板に接触する瞬間にピンの運動方向が逆に変わっ
たり運動が停止されて、試料が運動慣性によって基板に
噴出されなければならない。
【００１６】従ってこのような従来方式のスポッティン
グピンを使う場合には基板とピン末端の衝突によってピ
ン末端が磨耗されてスポットの直径がだんだん大きくな
ったり、基板が破損されたり、ピンが破損される危険が
多く、性能と耐久性で問題点があった。
【００１７】従って、ピン末端の磨耗とか基板の損傷を
防ぐためには、スポッティングピンの機械的作動を精密
に操らなければならない。また、ピンに吸入される試料
溶液の量は一定量で限定されてまた少量であるので、ス
ポッティングピンが１回吸入で反復点滴できる回数に限
界があるという問題点があった。
【００１８】このような問題点は基板上に多様な種類の
蛋白質とか核酸試料を多数、反復的に点滴しなければな
らない微細配列装置にあって工程上の大きい制約が働く
から、ピンの耐久性とか点滴されたスポットの不均一
性、容量の制限性の問題などのいろいろな種類の問題点
を引き起こしている。
【００１９】一方、微細配列（ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｅ
ｒ）は内径５０ないし３００μｍの断面部を持つピンを
ホルダーに多数個装着した後、ホルダーを上下左右に移
動させてＤＮＡオリゴマー溶液にピンの末端を浸漬させ
てＤＮＡオリゴマー溶液をピン内部に吸入させた後、吸
入されたＤＮＡオリゴマー溶液を基板の上に点滴してＤ
ＮＡオリゴマー微細配列を形成するための装置である。
このような装置にあっては、ピンホルダーの上下方向移
動によって同時にピンが移動してＤＮＡオリゴマー溶液
が基板に点滴されるから、ピンホルダーの上下方向の作
動を精密に制御する機械装置が必要である。
【００２０】また、１ｃｍ2の面積内に１００μｍ直径
のスポットを高密度に形成するためにはピンの上下方向
の精密な直線運動が要求される。しかし、現在まで知ら
れたＤＮＡ微細配列装備に使用されるスポッティング装
置は、ＤＮＡオリゴマースポットを基板上に高密度で配
列するために、ピンがホルダーの作動によって上下方向
の精巧な直線運動をしなければならないのであるが、ピ
ンがホルダー内で傾いて精密に上下方向直線運動をしな
いから、結果的に生物学的試料のスポットの位置が目的
した位置から外れたり、ほかの点滴した地点と重なる場
合が発生するという問題点があった。
【００２１】また、従来のピンスポッティング装置は基
板上に形成される点滴の大きさが一定ではなかったり、
ピンが基板と接触した後、離れつつ目的位置外まで引か
れる現象が発生して精巧な高密度微細配列を製作しにく
いという問題点があった。従って、当業界では、１回の
吸入で反復的に点滴できる試料の量を画期的に増大させ
ることができると同時に、スポッティングピンの末端と
基板との接触及び接触時基板とピンに加えられる衝撃を
極小化できて、点滴されるスポットの量と形態が均一
で、従来のスポッティングピンに比べて耐久性と性能が
向上するスポッティングピン、及び多数の毛細管スポッ
ティングピンを使うＤＮＡ微細配列装置にあって、狭い
基板上に微細なスポットを高密度で形成するために、ス
ポッティングピンが付着されて上下方向に精巧な直線運
動をするようにさせるピンスポッティング装置の開発が
希求されている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、スポッティングピンによって点滴されるスポットの
位置再現性を確保してスポッティングピンの上下方向の
精巧な直線運動をするようにさせるピンガイディングホ
ルダーとこれに装着されるのに適したスポッティングピ
ンから成るスポッティング装置を提供することである。
【００２３】本発明の他の目的は、１回の吸入で反復的
に点滴できる試料の量を画期的に増大させと同時に、ス
ポッティングピンの末端と基板の接触及び接触時基板と
ピンに加えられる衝撃を極小化できて、点滴されるスポ
ットの量と形態が均一で、従来のスポッティングピンに
比べて耐久性と性能が向上するスポッティングピンを提
供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、生
物学的試料を吸い込んで基板上に微細点滴する多数のス
ポッティングピンと、２ヶ所のピン支持点を形成するピ
ンの挿入穴を持つ上部ガイド板と、１ヶ所のピン支持点
を形成するガイドワイヤと、前記ガイドワイヤが上下複
数個の列で装着される調節ブロックと、フレームに装着
された前記調節ブロックを調節ねじが設置された方向に
押圧するためのスプリング部材と、前記調節ブロックを
スプリング部材が設置された方向に押圧するための調節
ねじと、前記調節ブロックが装着されてスプリング部材
が挿入されて調節ねじが装着されるフレームと、２ヶ所
のピン支持点を形成するピンの挿入穴を持つ下部ガイド
板とを備えることを特徴とする生物学的試料の微細配列
のためのスポッティング装置を提供することにより達成
される。
【００２５】本発明のガイドワイヤは弾性を持つ材料で
製作されて、調節ねじの調節を通じてピンを支持する力
の強弱を調節する機能を遂行する。一方、本発明の他の
目的は内部が空いている円筒形状の管として、尖ってい
る末端部を形成する毛細管部と試料溶液が貯蔵される貯
蔵槽部とから成る毛細管スポッチングピンを提供するこ
とにより達成される。
【００２６】本発明のスポッティングピンを構成する毛
細管部の末端の直径は、点滴しようとするスポットの大
きさによって適切に調節されることができ、毛細管部の
直径及び長さと貯蔵槽部の直径及び長さはピン外部に突
出させようとする溶液の面の形態によって適切に調節さ
れることができる。
【００２７】本発明のスポッティングピンは毛細管部で
発生する試料溶液の吸入力と貯蔵槽部で発生する試料溶
液の重力がお互いに対抗して、貯蔵槽部で発生される試
料溶液の重力が毛細管部で発生される毛細管力より少し
強く、毛細管部末端に形成される試料溶液の断面がピン
の下向き、即ち基板の方を向けて突出されるようにする
点に特徴がある。即ち、本発明のスポッティングピンは
お互いに異なる直径と長さを持つ円筒管がつながってい
て、上部円筒管は試料溶液を貯蔵するのと同時にピン下
部末端での試料溶液の面が下部にふくらんでいるように
突出されるように重力を加える機能をする貯蔵槽部であ
り、下部円筒管は小さくて細密なスポッティングができ
るようにする小さな直径を持つ毛細管で製作されて毛細
管現象によって試料溶液を吸い込む吸入力を発生させる
毛細管部である。
【００２８】本発明のスポッティングピンの末端部に形
成される溶液面の形状は、貯蔵槽部に満たされた試料溶
液の重力と毛細管部で発生される毛細管力によって適切
に調整される。前記毛細管力は毛細管部の直径と長さに
よって変わる。毛細管力は、試料溶液の表面エネルギー
と毛細管内壁の表面エネルギーの違いに起因していて、
各表面エネルギーは試料溶液と毛細管内壁の材質に固有
な値である。従って、毛細管内部の表面を改質して毛細
管部末端の溶液面のプロフィールを変化させることがで
きる。
【００２９】本発明の毛細管部及び貯蔵槽部はお互いに
同一の材質でもよく、相異なる材質であってもよく、も
っとも望ましくは金属製またはガラス材質である。ま
た、毛細管部と貯蔵槽部の内部表面を親水性または疎水
性を持つようにお互いに相異なるように改質することが
できる。
【００３０】次の各式は本発明のスポッティングピンの
毛細管力と試料の重力とを計算するための式であり、こ
の式は本発明のスポッティングピンの具体的実施態樣を
決めるのに利用される。本発明のスポッティングピンの
実施例は貯蔵槽部の直径と長さ、毛細管部の直径と長
さ、それから試料溶液及び貯蔵槽部と毛細管部を形成す
る材料を特定して具体化される。
【００３１】試料溶液に毛細管を漬けたとき、毛細管現
象によって試料溶液が吸入される場合、毛細管力（σ）
は次式で表される。 σ＝２πｒΥｃｏｓθ ここで、２ｒは毛細管部の内径であり、Υは試料溶液の
界面張力、θはピンの上部表面で形成されるメニスカス
の接触角度である。毛細管力はｃｏｓθ、Υ及びｒが増
えることによって比例的に増える。ところが、θとΥは
試料溶液と毛細管の材質によって前もって決まった値で
あり、ガラスと金属とで値が似ているので、毛細管力は
主にｒによって決まる。即ち、ｒが増えによって毛細管
力が増えるようになる。
【００３２】貯蔵槽部の溶液の重力は次の式による。 ω＝πｒ2ρｇｈ ここで、ρは比重であり、ｈはピンの毛細管が漬けられ
た溶液表面で毛細管液面までの高さである。
【００３３】σ＝ωであってこの二力が同じであれば、
毛細管の液面は水平に形成される。 ２πｒΥｃｏｓθ＝πｒ2ρｇｈ 従って、毛細管が溶液に漬けられて平衡を成している
時、上記したのと同じ式で表現される。
【００３４】毛細管力はｒが増えるのに比例して増える
ようになる反面、試料溶液の重力はｒ2に比例する。結
果的にｒが非常に小さな場合、試料溶液は高い毛細管力
によってピン内部にもっと高く吸入される。ｒが増えれ
ば試料溶液の重力が毛細管力より大きくなるようにな
り、試料溶液は少なめに吸入される。しかし、毛細管を
溶液から持ち上げれば毛細管の末端面にまた一つの界面
が形成されて下記と同じ式が誘導される。
【００３５】 ２πｒΥｃｏｓθ＝２πｒΥｃｏｓθ′＋πｒ2ρｇｈ ここで、θ′は毛細管末端面に形成される溶液面、即ち
メニスカスの接触角である。毛細管を溶液から持ち上げ
た時、毛細管力と重力は一致するようになって、この
時、ｃｏｓθ′＝０、即ちθ′＝９０°である。従って
毛細管末端の液面は水平となる。毛細管内の溶液を続け
て使えばｈは減るようになって、従って重力値は減るよ
うになる。しかし、毛細管力（σ）はいつも一定である
から、前記式が平衡を維持するために、ｃｏｓθ′値は
大きくなるようになって、即ちθ′は小さなくなるよう
になるから、毛細管末端のメニスカスはもっと内方に凹
んでいるように形成される。
【００３６】毛細管表面が疎水性または親水性である場
合、各々のΥ（界面張力）値は親水性である場合が疎水
性である場合より非常に高い。従って、毛細管表面が親
水性である場合重力値は界面張力に比べて相対的に小さ
くなる。結局ｈが変動してもｃｏｓθ′の値は大きく変
わらなくて、結局θ′の変化量も小さくなる。
【００３７】しかし毛細管が疎水性なら、界面張力は小
さくなるようになって、結局相対的に重力値が及ぶ影響
は大きくなるようになる。従って、前記式でｈが変わる
ことによってｃｏｓθ′の値は大きく変わるようにな
り、結局θ′の変化量も大きくなるからメニスカスはも
っと内方に凹んでいるようになる。従って毛細管表面を
親水性で処理すればθ′の変化が微小になって、平行な
液面を保つようになって液面が凹となる現象が最小化さ
れる。
【００３８】前記と同様に、本発明のスポッティングピ
ン内部に吸入される試料溶液の量を調節することができ
る。試料溶液を満たすべき位置までピン内部を親水性と
し残った部分を疎水性とすると、試料溶液は親水性表面
を持つ部分まで上昇して、これを超える量の試料溶液が
ピン内部に満たされなくなる。これを利用して毛細管ピ
ン内部に吸入される試料溶液の量を調節する。この結
果、毛細管ピン内部に過量の試料溶液が吸入されなくて
適正量の溶液が吸入される。またピンの外面を疎水化さ
せれば試料溶液がピンの外面にはつかなくなる。
【００３９】従って、ピンの外面に付く試料溶液の量が
最小化されて、また外面に付いた試料を除くために実施
しなければならなかった初期の試験用スポッティング過
程を最小化したり省略することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、本発明のスポッティングピ
ン及びスポッティング装置の実施例を添付された図面を
通じてより詳しく説明する。添付した図面及び実施例に
開示した本発明のスポッティングピン及びスポッティン
グ装置は本発明の一つの例を説明するに過ぎず、本発明
の内容は下記の図面及び実施例に開示されたことに限定
されるものではないことを述べておく。
【００４１】図１は本発明による生物学的試料の微細配
列のためのスポッティング装置の分解斜視図である。フ
レーム５のどれか一つの内面にスプリング板６が装着さ
れていて、前記内面に対向する内壁には調節ブロック４
の位置を調整するための調節ねじ７を締める穴が形成さ
れている。本実施例のフレーム５の上下両面にはガイド
板１，２が装着されて、フレーム５内には調節ブロック
４が装着される。
【００４２】図１に示すように、調節ブロック４には、
ピン８が挿入される通路が横方向に並んで形成されてい
る。また、調節ブロック４には、各々の円筒形ピンと一
つの接触支持点を持つようになるガイドワイヤ３が多数
個並んで配置される。より具体的には、ガイドワイヤ３
は調節ブロック４を横切って一定の間隔で配置されて、
調節ブロック４の壁面に上下多数個の列に形成された各
々の穴に挿入されて調節ブロッ４クに装着される。望ま
しくは、調節ブロック４の４壁面中のうち、スプリング
板６及び調節ねじ７のための穴が形成されなかった残り
の壁面に、上下２列で穴を形成して各穴にガイドワイヤ
３を装着する。ピン８が垂直方向に挿入されると、ピン
８は上下２個のガイドワイヤ３と各々接触するようにな
る。従って、ピン８は調節ブロック４に挿入されて、調
節ブロック４に装着された２個のガイドワイヤ３と接触
して支持される。
【００４３】調節ブロック４はフレーム５内に装着され
て、スプリング板６と調節ブロック４の位置を調節する
ねじ７によって固定される。スプリング板６は、調節ブ
ロック４とフレーム５間に設置されてフレーム５を押圧
して、これと対向する面に設置された調節ねじ７はフレ
ーム５内で調節ブロック４の左右位置を調節することが
できる。通常、フレーム５内に装着される調節ブロック
４の大きさをフレーム５の大きさより小さくしてフレー
ム５内でスプリング板６とねじ７によって左右の位置を
調節する。
【００４４】このような場合に、フレーム５内で調節ブ
ロック４の位置を調節することができてピン８と接触す
るガイドワイヤ３がピン８に加える支持力を調節するよ
うになる。ガイド板はフレームの上面と下面に各々装着
される上部ガイド板１と下部ガイド板２とから成る。上
下部ガイド板１に形成されるピン８の挿入口は円形また
は多角形の穴で形成されてピン８と各々２ヵ所以上の接
触支持点を持つ。このような接触支持点を形成するため
には図１に図示されたように、望ましくは三角形ないし
八角形、もっとも望ましくは三角形形状の穴を形成す
る。ガイド板に形成される穴の形状は円形または多角形
など多様な形状にして、挿入されるピン８の数に従って
その穴数を調節することができる。
【００４５】本発明の一つの態樣では、ガイド板は３２
個の三角形の穴が形成されていて３２個のピンを装着す
ることができる。使用されるピン８の数によってガイド
板に形成される穴の数は適切に調節される。図１に示す
ように、前記穴は正三角形として横に８個、縱に４個で
全部３２個が形成される。ピン８は上下部のガイド板
１，２に形成された三角形の穴に挿入されて穴の縁の二
点で接触するようになる。
【００４６】図２は本発明によるピンの概略図である。
ピン８は上部ガイド板１の三角形の穴の縁と各々二点で
接触するようになって、フレーム５内の調節ブロック４
上に装着された２列のワイヤ３と二点で接触するように
なり、下部ガイド板２の三角形の穴の縁と二点で接触す
るようになり、全部で六点で支持される。前記接触点で
支持力を加えてピンホルダーに固定するためには、調節
ねじ７を左右に移動させて調節ブロック４の位置を調節
する。
【００４７】ピン８はガイド板１，２に形成された穴の
４ヵ所の固定支持点と接触されて、弾性素材であるガイ
ドワイヤ３がピン８を４つの固定支持点で押圧するの
で、ガイドワイヤ３によってピン８の固定の程度が調節
される。従って、ピン８が装着されたホルダーを上下方
向に作動させる場合でも、ピンがホルダー内で傾斜する
ことなく、精巧な上下方向の直線運動をするようにな
る。
【００４８】ピンとホルダー間の接触点が多くなって、
接触面積が大きくなるほどピンと接触面の摩擦力が増加
されて、ピンが容易に磨耗され、ピンの上下運動時の摩
擦力によってピンの垂直移動に問題が起これる。本発明
のスポッティング装置にあっては、ピン８と接触される
ピン支持点を５点以上望ましくは６点にして、ピンの摩
擦力を最小化するのと同時に、ピン８を適切に固定して
ピン８が上下方向の精巧かつ円滑な直線運動をするよう
にしている。
【００４９】本発明のピン８としては毛細管ピンまたは
ステルスピンを使用することができる。ピンはチップを
製作するのにあたって、形成されるスポットの大きさを
決めるので、その直径が非常に重要である。本発明にあ
っては、望ましくは毛細管ピンを使用することができる
が、内径が０．０５ないし３ｍｍである毛細管ピンを使
用するのが望ましく、通常的には０．０５ｍｍないし２
ｍｍの毛細管ピンを使用する。
【００５０】また、本発明のスポッティング装置には毛
細管ピンだけなくて万年筆先と同じ形状のステルスピン
及びこれの変形ピンを装着して使うことができる。本発
明で”ステルスピン”というのは、ブラウン（Ｂｒｏｗ
ｎの米国特許第６，１１０，４２６号と第５，８０７，
５２２号）とマーチンスキー（Ｍａｒｔｉｎｓｋｙの米
国特許第６，１０１，９４６号）によって考案されたも
のとして、商品化されたステルスピンの例えば米国Ｔｅ
ｌｅＣｈｅｍ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃが
市販中であるＡｒｒａｙＩｔＴＭピンがある。
【００５１】望ましくは各スポッティングピンをホルダ
ーに設置するためにピンの毛細管部分の反対側の端部分
にストッパを差し込む。ストッパはピンの端に差し込む
ことができ、ピンの一定部位に差し込むことができる。
本発明においてストッパの材質として弾性材質のゴムを
用い、中央に穴を作ってそこにピンを差し込んでいる。
ストッパの材質としては、他の弾性材または金属、合金
などを使用することができる。
【００５２】本発明では横に８個、縱に４個の３２個の
ピンが装着されるホルダーが提示されているが、これに
制限されるわけではなく、横に１６個、縱に８個の１２
８個のピンが装着されるホルダーも使用することができ
る。本発明では３２個のピンを使う場合、３８４ＷＥＬ
プレートが適切に使用されて短時間に試料を微細配列す
ることができ、１２８個のピンを使う場合、１５３６Ｗ
ＥＬプレートを使って多量の試料を短時間に微細配列す
ることができる。
【００５３】生物学的試料が入っているＷＥＬにスポッ
ティングピンを浸すと、ピンの内に試料が吸入されて、
試料が入っているピンをＸＹＺ直交座標ロボットによっ
て基板上に移して接触させれば試料が基板上にスポット
として形成される。図２に示すように、貯蔵槽部を形成
する管の内径は毛細管部を形成する管の内径より大き
い。これは試料溶液の重力が毛細管力と等しくするよう
にするためである。図３は、本発明のスポッティングピ
ンの毛細管力による試料溶液の流入図であり、図４は、
本発明のスポッティングピンの末端部に形成される試料
溶液の断面の拡大図である。
【００５４】本実施例では、試料溶液の重力が毛細管力
を少し超えて溶液の断面が外部に突出されるように毛細
管部と貯蔵槽部の内径の比率と毛細管部の長さを正確に
計算した。本発明の毛細管スポッティングピンは商業的
に購入可能する０．８ないし１．７５ｍｍの内径を持つ
ガラス管を使用し、その毛細管部が５０ないし３００μ
ｍ程度の内径を持つように製作し、貯蔵槽部と毛細管部
内径の比率は５：１から３０：１までの範囲内で多様に
調節することができた。
【００５５】＜実施例１＞毛細管スポッティングピンの
製作 本発明の毛細管スポッティングピンを製作するために、
使った毛細管はワールドプリシジョンインストルメント
（Ｗｏｒｌｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅ
ｎｔｓ）社で製作したクィックフィール硼珪酸ガラス毛
細管（Ｋｗｉｋ−ＦｉｌＴＭ Ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔ
ｅ Ｇｌａｓｓ Ｃａｐｉｌｌａｒｉｅｓ）として外径
が１．５ｍｍであり内径は１．１２ｍｍであり、長さは
７６ｍｍであるものを使用した。製作は実験室で使うガ
ラス器具を製作する一般的なガラス加工法に従って製作
した。
【００５６】即ち、ガラス毛細管の中央部位に熱を加え
た後、毛細管がとけ始める時両先方向に引いて、中央部
分が細くなるようにした後、適切な位置に半導体基板加
工用セラミックで傷つけた後、切出した。この過程をい
ろいろな回数繰り返して切断部が毛細管中央に位置した
のを選び、切断部の外径が適切なのを選ぶ。この実施例
の場合切断部の外径は約０．２ｍｍであり、毛細管部の
長さは約２ｍｍであった。
【００５７】＜実施例２＞ピン内部表面の改質 スポッティングピンの内面の改質による毛細管末端部で
の溶液面のプロフィールの変化を見分けるために直径が
約１ｍｍの毛細管を親水性コーテイングを利用して化学
的に処理した。具体的には、前記毛細管をコーテイング
液に接触させて１２５℃以上で約３０分間硬化させた。
その後毛細管を試料水溶液に浸した後、形成される毛細
管末端の溶液面を確かめた。その結果を図６に示した。
図６は、毛細管改質による毛細管断面の拡大図である。
【００５８】図６に示すように、本実施例によって化学
的に処理された毛細管は液面が毛細管の末端部から水平
に形成され、一方処理されない毛細管は液面が毛細管内
方に登ることがわかった。これと同様に、毛細管内面を
親水性で処理する場合、ピン内部の毛細管張力と溶液の
重力がほとんど同等であったり、溶液の重力が優勢なこ
とがわかった。従って、表面処理された毛細管を使え
ば、試料液の点滴時ピンに力が加えられなくてスポッテ
ィングが容易に行うことができる。 ＜実施例３＞点滴回数によるピンの磨耗程度 前記実施例で製作されたスポッティングピンを自動微細
配列装置に装着して一般的に微細配列スライド製作に使
ういろいろな種類のスライドの上に点滴してピンの使用
回数によるピンの磨耗程度を観察した。スポッティング
ピンの点滴速度は１秒当り２回であり、使用されたスラ
イドは、ＡｒｒａｙＩｔ社から購入したスーパーアルデ
ハイド（Ｓｕｐｅｒ Ａｌｄｅｈｙｄｅ）スライド、Ｓ
ｉｇｍａ社から購入したポリＬ−リシンがコーテイング
されたスライドであり、発明者によって製作されたゼル
パド（Ｇｅｌ ｐａｄ）スライドであり、各回に２０個
ずつ点滴した。
【００５９】蛍光物質で標識された合成オリゴヌクレオ
チド水溶液を試料として使用し、対照群（０回）として
最初点滴された試料を一万回スポッティングした後比較
群の試料と比べた。前記と同一の方法で２万、４万、６
万、１０万、２０万、３０万、５０万、７０万、１００
万回スポッティングで試料を点滴し、ピンの試料汚染を
防ぐために、点滴直前に３次滅菌蒸溜水で３回洗滌をし
た後、同一の試料をまた点滴した。
【００６０】点滴された試料の模様と大きさはＡｘｏｎ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のスキャナー（Ｇｅｎｅｐ
ｉｘ ４０００Ａ Ｍｉｃｒｏ ａｒｒａｙ ｓｃａｎ
ｎｅｒ）を利用して試料内の蛍光物質を探知して観察し
た。図５に、本発明のスポッティングピンを使ってガラ
ス基板の上に点滴する場合に点滴回数によるピン末端部
の磨耗の程度を示す。
【００６１】図５に示す用に、前記実験の結果対照群の
試料と比べて三スライド全部点滴された試料の模様と大
きさに変化がなかった。本発明のスポッティングピンは
１００万回のスポッティング以後にも磨耗の程度を感知
しないくらいの強度と弾性力を保った。
【００６２】
【発明の効果】本発明のスポッティング装置は多数のピ
ンと前記多数のピン各々を５ヶ所以上で接触支持するピ
ンガイディングホルダーを含む生物学的試料の微細配列
のためのスポッティング装置として、ピンとホルダーの
接触を最小化してピンとホルダー間の摩擦が最小化され
てピンの耐久性が向上されて、ピンの位置再現性を確保
してピンの上下方向の精巧な直線運動を可能するので、
基板上に生物学的試料の精巧な微細配列が可能となる。
【００６３】また、本発明の毛細管スポッティングピン
を使って生物学的試料を基板の上に点滴する場合に試料
溶液が末端部で突出された溶液面（ｃｏｎｖｅｘ）を形
成したから、毛細管末端部と基板の接触衝撃を極小化し
ながらも、試料溶液が基板に点滴される。即ち、毛細管
末端部と基板の接触衝撃を最小化して基板とかピンの末
端が傷つくのを防ぐことができるだけなく、貯蔵槽部に
吸入される生物学的試料溶液の量を画期的で増大させる
ことができるから生物学的試料のスポッティング工程に
対した生産効率を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスポッティング装置の分解斜視図であ
る。
【図２】本発明のスポッティングピンの斜視図である。
【図３】本発明のスポッティングピンの毛細管力による
試料溶液の流入図である。
【図４】本発明のスポッティングピンの末端部に形成さ
れる試料溶液の断面の拡大図である。
【図５】本発明のスポッティングピンを使ってガラス基
板の上に点滴する場合に点滴回数によるピン末端部の磨
耗の程度を示す図である。
【図６】毛細管改質による毛細管断面の拡大図である。
【符号の説明】
１ 上部ガイド板 ２ 下部ガイド板 ３ ガイドワイヤ ４ 調節ブロック ５ フレーム ６ スプリング部材 ７ 調節ねじ ８ ピン
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ (72)発明者 安 政 郁 大韓民国大田廣域市大徳區文坪洞49−３ (72)発明者 宋 邱 永 大韓民国大田廣域市大徳區文坪洞49−３ (72)発明者 呉 貴 煥 大韓民国大田廣域市大徳區文坪洞49−３ (72)発明者 ▲ちょう▼ 閏 碩 大韓民国大田廣域市大徳區文坪洞49−３ (72)発明者 崔 壹 奎 大韓民国大田廣域市大徳區文坪洞49−３ Ｆターム(参考） 4B024 AA11 CA09 HA14 HA19 4B029 AA09 AA23 HA02 HA05

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数のスポッティングピン（８）と、 ２ヵ所のピン支持点を形成するピン挿入穴を持つ上部ガ
    イド板（１）と、 １ヵ所のピン支持点を形成するガイドワイヤ（３）と、 前記ガイドワイヤが上下複数個の列で挿着される調節ブ
    ロック（４）と、 フレーム（５）に装着される前記調節ブロック（４）を
    調節ねじ（７）が設置された方向に押圧するためのスプ
    リング部材（６）と、 前記調節ブロック（４）をスプリング板（６）が設置さ
    れた方向に押圧するための調節ねじ（７）と、 前記調節ブロックが装着されると共に、スプリング板
    （６）が挿入されかつ調節ねじ（７）が装着されるフレ
    ーム（５）と、 ２ヵ所のピン支持点を形成するピン挿入穴を持つ下部ガ
    イド板（２）と、 を備えることを特徴とする生物学的試料の微細配列用ス
    ポッティング装置。
  2. 【請求項２】 前記ガイドワイヤが金属材質からなるこ
    とを特徴とする請求項１記載の生物学的試料の微細配列
    用スポッティング装置。
  3. 【請求項３】 前記ピンが毛細管ピンまたはステルスピ
    ンであることを特徴とする請求項１記載の生物学的試料
    の微細配列用スポッティング装置。
  4. 【請求項４】 前記毛細管ピンが毛細管部とその毛細管
    部の内径より大きい内径を持つ管からなる貯蔵槽部につ
    ながっていることを特徴とする請求項３記載の生物学的
    試料の微細配列用スポッティング装置。
  5. 【請求項５】 前記毛細管部の内径が貯蔵槽部の内径の
    ０．０３〜０．２倍であることを特徴とする請求項４記
    載の生物学的試料の微細配列用スポッティング装置。
  6. 【請求項６】 前記毛細管部の内径が０．０１乃至０．
    ５ｍｍであり長さは０．５〜３ｍｍであることを特徴と
    する請求項４記載の生物学的試料の微細配列用スポッテ
    ィング装置。
  7. 【請求項７】 前記ガイドワイヤが前記調節ブロックに
    上下２個の列で形成された穴に挿入されることを特徴と
    する請求項１記載の生物学的試料の微細配列用スポッテ
    ィング装置。
  8. 【請求項８】 前記ピンがストッパに挿入されて装着さ
    れることを特徴とする請求項１または３記載の生物学的
    試料の微細配列用スポッティング装置。
  9. 【請求項９】 前記ストッパが弾性材質のゴムからなる
    ことを特徴とする請求項８記載の生物学的試料の微細配
    列用スポッティング装置。
  10. 【請求項１０】 毛細管部とその毛細管部の内径より大
    きい内径を持つ管からなる貯蔵槽部につながっているこ
    とを特徴とする生物学的試料の微細配列用スポッティン
    グピン。
  11. 【請求項１１】 前記毛細管部の内径が貯蔵槽部の内径
    の０．０３３〜０．２倍であることを特徴とする請求項
    １０記載の生物学的試料の微細配列用スポッティングピ
    ン。
  12. 【請求項１２】 前記毛細管部の内径が０．０１〜０．
    ５ｍｍであり、長さは０．５〜３ｍｍであることを特徴
    とする請求項１０記載の生物学的試料の微細配列用スポ
    ッティングピン。
  13. 【請求項１３】 前記毛細管部の内径が貯蔵槽部の内径
    の０．００３〜０．２倍であることを特徴とする請求項
    １２記載の生物学的試料の微細配列用スポッティングピ
    ン。
  14. 【請求項１４】 前記毛細管部の内径が貯蔵槽部の内径
    の０．００３〜０．１倍であることを特徴とする請求項
    １２記載の生物学的試料の微細配列用スポッティングピ
    ン。
  15. 【請求項１５】 前記毛細管部の内径が貯蔵槽部の内径
    の０．００３〜０．０２倍であることを特徴とする請求
    項１２記載の生物学的試料の微細配列用スポッティング
    ピン。
  16. 【請求項１６】 前記毛細管部の末端部の内径が１０μ
    ｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１０記載の
    生物学的試料の微細配列用スポッティングピン。
  17. 【請求項１７】 前記毛細管部の末端部の内径が１０μ
    ｍ〜５００μｍであることを特徴とする請求項１２記載
    の生物学的試料の微細配列用スポッティングピン。
  18. 【請求項１８】 前記ピンの材質がガラスであることを
    特徴とする請求項１０記載の生物学的試料の微細配列用
    スポッティングピン。
  19. 【請求項１９】 前記ピンの材質がソーダライムガラス
    または硼珪酸ガラスであることを特徴とする請求項１８
    記載のスポッティングピン。
  20. 【請求項２０】 前記毛細管部は下部の内径が上部の内
    径より小さなテーパ形状で成ったことを特徴とする請求
    項１０記載の生物学的試料の微細配列用スポッティング
    ピン。
JP2002119216A 2001-04-23 2002-04-22 生物学的試料の微細配列用スポッティング装置及びこれに使用されるスポッティングピン Pending JP2003021640A (ja)

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