JP2003121440A - 反応性チップの製造方法および該方法に用いる微小液滴吐出装置 - Google Patents
反応性チップの製造方法および該方法に用いる微小液滴吐出装置Info
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- JP2003121440A JP2003121440A JP2001315868A JP2001315868A JP2003121440A JP 2003121440 A JP2003121440 A JP 2003121440A JP 2001315868 A JP2001315868 A JP 2001315868A JP 2001315868 A JP2001315868 A JP 2001315868A JP 2003121440 A JP2003121440 A JP 2003121440A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ノズル径に影響されることなく極めて微量の
プローブを該プローブに損傷を与えずに、且つ、効率的
に固相上に固定する。 【解決手段】 高周波電源制御回路（図示せず）から圧
電素子１に高周波交流電圧を選択的に印加して超音波振
動を発生させると、その振動エネルギーは凹面レンズ２
により液体貯留部４の液面表面、すなわちノズル５位置
に集束され、これにより、液面表面に集束されたエネル
ギーにより液体貯留部４内のプローブを含む溶液が微小
液滴（液滴径が１８μｍ未満、好ましくは１０μｍ以
下）となってノズル５を介して固相上の所定位置に吐出
する。
プローブを該プローブに損傷を与えずに、且つ、効率的
に固相上に固定する。 【解決手段】 高周波電源制御回路（図示せず）から圧
電素子１に高周波交流電圧を選択的に印加して超音波振
動を発生させると、その振動エネルギーは凹面レンズ２
により液体貯留部４の液面表面、すなわちノズル５位置
に集束され、これにより、液面表面に集束されたエネル
ギーにより液体貯留部４内のプローブを含む溶液が微小
液滴（液滴径が１８μｍ未満、好ましくは１０μｍ以
下）となってノズル５を介して固相上の所定位置に吐出
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＤＮＡ等の
解析等にプローブとして使用されるＤＮＡ破片、ｃＤＮ
Ａ、 ＲＮＡ、ポリヌクレオチド等の物質を基板等の固相
上に固定した反応性チップを効率よく製造する方法およ
び該方法に用いる微小液滴吐出装置に関する。
解析等にプローブとして使用されるＤＮＡ破片、ｃＤＮ
Ａ、 ＲＮＡ、ポリヌクレオチド等の物質を基板等の固相
上に固定した反応性チップを効率よく製造する方法およ
び該方法に用いる微小液滴吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、各種生物のゲノム塩基配列の解読
が進み、核酸の塩基配列の決定やサンプル中の標的核酸
の検出を迅速におこなう技術として、例えば標的核酸と
特異的に結合し得る反応性物質、いわゆるプローブを基
板等の固相上に多数並べた反応性チップが提案されてい
る。
が進み、核酸の塩基配列の決定やサンプル中の標的核酸
の検出を迅速におこなう技術として、例えば標的核酸と
特異的に結合し得る反応性物質、いわゆるプローブを基
板等の固相上に多数並べた反応性チップが提案されてい
る。
【０００３】このような反応性チップの製造方法とし
て、例えば特表平１０−５０３８４１号公報に示すよう
に、予め合成した核酸プローブをマイクロピペットやピ
ン等の高精度分注器で固相上に供給するものが知られて
いるが、この方法では反応性チップを低コストで製造で
きるものの、分注器からのスポット液滴が１０〜２００
ｐｌと大きいために固相上に何万（ヒトの遺伝子数は３
万個強といわれている）ものプローブを高密度で配置す
ることができず、しかも、スポット速度が遅い（数ポイ
ント／（ｓｅｃ・１ピン当たり））という問題がある。
て、例えば特表平１０−５０３８４１号公報に示すよう
に、予め合成した核酸プローブをマイクロピペットやピ
ン等の高精度分注器で固相上に供給するものが知られて
いるが、この方法では反応性チップを低コストで製造で
きるものの、分注器からのスポット液滴が１０〜２００
ｐｌと大きいために固相上に何万（ヒトの遺伝子数は３
万個強といわれている）ものプローブを高密度で配置す
ることができず、しかも、スポット速度が遅い（数ポイ
ント／（ｓｅｃ・１ピン当たり））という問題がある。
【０００４】そこで、このような問題の解決策として、
特開平１１−１８７９００号公報および特開２００１−
１１６７５０号公報では、圧電式やサーマル式（バブル
ジェット（登録商標）式）等のインクジェット吐出技術
を用いた分注器で固相上にプローブを含む溶液を吐出供
給し、これにより、プローブの高密度化およびスポット
速度の高速化を図るようにしたものが開示されている。
特開平１１−１８７９００号公報および特開２００１−
１１６７５０号公報では、圧電式やサーマル式（バブル
ジェット（登録商標）式）等のインクジェット吐出技術
を用いた分注器で固相上にプローブを含む溶液を吐出供
給し、これにより、プローブの高密度化およびスポット
速度の高速化を図るようにしたものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
インクジェット法でノズルから吐出されるプローブの液
滴の大きさはノズル径に大きく影響されるため、 ノズル
の加工精度から液滴は直径でφ１８μｍ、体積で３ｐｌ
（ピコリットル）程度が限界といわれており、従って、
固相上に何万ものプローブを高密度で配置するには限界
がある。
インクジェット法でノズルから吐出されるプローブの液
滴の大きさはノズル径に大きく影響されるため、 ノズル
の加工精度から液滴は直径でφ１８μｍ、体積で３ｐｌ
（ピコリットル）程度が限界といわれており、従って、
固相上に何万ものプローブを高密度で配置するには限界
がある。
【０００６】また、ノズル径が小さいため目詰まりし易
く、ノズル洗浄も難しいばかりか、サーマル式のような
加熱プロセスを伴う場合は該プローブへの熱ダメージを
考慮する必要が有る。本発明はこのような技術的課題を
解決するためになされたものであり、ノズル径に影響さ
れることなく極めて微量のプローブを該プローブに損傷
を与えずに、且つ、効率的に固相上に固定することがで
きる反応性チップの製造方法および該方法に用いる微小
液滴吐出装置を提供することを目的とする。
く、ノズル洗浄も難しいばかりか、サーマル式のような
加熱プロセスを伴う場合は該プローブへの熱ダメージを
考慮する必要が有る。本発明はこのような技術的課題を
解決するためになされたものであり、ノズル径に影響さ
れることなく極めて微量のプローブを該プローブに損傷
を与えずに、且つ、効率的に固相上に固定することがで
きる反応性チップの製造方法および該方法に用いる微小
液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、固相上にインクジェット法
により標的物質に対して特異的に結合可能であるプロー
ブを含む溶液を吐出して反応性チップを製造する方法に
おいて、超音波エネルギーを前記プローブを含む溶液の
液面表面に集束させ、該液面表面に集束されたエネルギ
ーにより微小液滴をノズルを介して前記固相上に吐出す
ることを特徴とする。
に、請求項１に係る発明は、固相上にインクジェット法
により標的物質に対して特異的に結合可能であるプロー
ブを含む溶液を吐出して反応性チップを製造する方法に
おいて、超音波エネルギーを前記プローブを含む溶液の
液面表面に集束させ、該液面表面に集束されたエネルギ
ーにより微小液滴をノズルを介して前記固相上に吐出す
ることを特徴とする。
【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１におい
て、前記微小液滴の直径が１８μｍ以下であることを特
徴とする。請求項３に係る発明は、固相上にインクジェ
ット法により標的物質に対して特異的に結合可能である
プローブを含む溶液を吐出して反応性チップを製造する
ために用いる微小液滴吐出装置において、前記プローブ
を含む溶液を貯留する液体貯留部と、該液体貯留部の液
面近傍に配置されたノズルと、前記液体貯留部側に前記
ノズルと対向して配置された超音波発生部とを備えたこ
とを特徴とする。
て、前記微小液滴の直径が１８μｍ以下であることを特
徴とする。請求項３に係る発明は、固相上にインクジェ
ット法により標的物質に対して特異的に結合可能である
プローブを含む溶液を吐出して反応性チップを製造する
ために用いる微小液滴吐出装置において、前記プローブ
を含む溶液を貯留する液体貯留部と、該液体貯留部の液
面近傍に配置されたノズルと、前記液体貯留部側に前記
ノズルと対向して配置された超音波発生部とを備えたこ
とを特徴とする。
【０００９】請求項４に係る発明は、請求項３におい
て、前記微小液滴の直径が１８μｍ以下となる前記超音
波エネルギーの集束径を得るべく、該集束径に応じた前
記超音波発生部に対する駆動周波数を設定したことを特
徴とする。請求項５に係る発明は、請求項３又は４にお
いて、前記超音波発生部は、超音波振動子と、該超音波
振動子の前記ノズル側に装着された音響レンズとを備え
たことを特徴とする。
て、前記微小液滴の直径が１８μｍ以下となる前記超音
波エネルギーの集束径を得るべく、該集束径に応じた前
記超音波発生部に対する駆動周波数を設定したことを特
徴とする。請求項５に係る発明は、請求項３又は４にお
いて、前記超音波発生部は、超音波振動子と、該超音波
振動子の前記ノズル側に装着された音響レンズとを備え
たことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の
一例であるインクジェット法による微小液滴吐出装置を
説明するための説明的断面図である。この微小液滴吐出
装置はインクジェットプリンタのヘッドに相当するもの
であり、図１に示すように、超音波発生部を構成する超
音波振動子としての圧電素子１を備えている。
を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の
一例であるインクジェット法による微小液滴吐出装置を
説明するための説明的断面図である。この微小液滴吐出
装置はインクジェットプリンタのヘッドに相当するもの
であり、図１に示すように、超音波発生部を構成する超
音波振動子としての圧電素子１を備えている。
【００１１】圧電素子１の両面には電極（図示せず）が
装着されてその吐出液体供給側に凹面レンズ（音響レン
ズ）２が接着されており、該凹面レンズ２の凹面側には
所定の間隔を保ってノズルプレート３が配置され、該ノ
ズルプレート３と凹面レンズ２との間の空間に液体貯留
部４が形成されている。液体貯留部４には標的物質に対
して特異的に結合可能であるプローブを含む溶液が常時
供給されるようになっており、また、ノズルプレート３
に形成された穴状のノズル５と凹面レンズ２との中心は
同軸上に配置されるように設定されている。
装着されてその吐出液体供給側に凹面レンズ（音響レン
ズ）２が接着されており、該凹面レンズ２の凹面側には
所定の間隔を保ってノズルプレート３が配置され、該ノ
ズルプレート３と凹面レンズ２との間の空間に液体貯留
部４が形成されている。液体貯留部４には標的物質に対
して特異的に結合可能であるプローブを含む溶液が常時
供給されるようになっており、また、ノズルプレート３
に形成された穴状のノズル５と凹面レンズ２との中心は
同軸上に配置されるように設定されている。
【００１２】なお、液体貯留部４に供給される溶液とし
ては、例えばＤＮＡ断片、ｃＤＮＡ、ＲＮＡ、酵素、抗
原、抗体、タンパク質、ポリヌクレオチド、ペプチド等
からなる群から選ばれた少なくとも１種を含む液体を例
示できる。また、ノズル５から適当な距離を保ってガラ
ス基板（固相）１０が配置されている。そして、高周波
電源制御回路（図示せず）から圧電素子１に高周波交流
電圧を選択的に印加して超音波振動を発生させると、そ
の超音波エネルギーは凹面レンズ２により液体貯留部４
の液面表面、すなわちノズル位置に集束され、これによ
り、液面表面に集束されたエネルギーによりプローブを
含む溶液の微小液滴（この実施の形態では、液滴径が１
８μｍ未満、好ましくは１０μｍ以下）がノズル５を介
してガラス基板１０上に吐出するようになっている。
ては、例えばＤＮＡ断片、ｃＤＮＡ、ＲＮＡ、酵素、抗
原、抗体、タンパク質、ポリヌクレオチド、ペプチド等
からなる群から選ばれた少なくとも１種を含む液体を例
示できる。また、ノズル５から適当な距離を保ってガラ
ス基板（固相）１０が配置されている。そして、高周波
電源制御回路（図示せず）から圧電素子１に高周波交流
電圧を選択的に印加して超音波振動を発生させると、そ
の超音波エネルギーは凹面レンズ２により液体貯留部４
の液面表面、すなわちノズル位置に集束され、これによ
り、液面表面に集束されたエネルギーによりプローブを
含む溶液の微小液滴（この実施の形態では、液滴径が１
８μｍ未満、好ましくは１０μｍ以下）がノズル５を介
してガラス基板１０上に吐出するようになっている。
【００１３】このとき、ヘッドの位置決め制御によって
ガラス基板１０上の所定位置に微小液滴を複数箇所に吐
出することにより、ガラス基板１０上に複数のプローブ
が配置された反応性チップが製造される。ところで、集
束超音波理論（超音波工学便覧、日刊工業新聞社、ｐ１
７１）よりノズルから吐出される液滴径（直径）は下記
（１）式で決定されることが知られている。
ガラス基板１０上の所定位置に微小液滴を複数箇所に吐
出することにより、ガラス基板１０上に複数のプローブ
が配置された反応性チップが製造される。ところで、集
束超音波理論（超音波工学便覧、日刊工業新聞社、ｐ１
７１）よりノズルから吐出される液滴径（直径）は下記
（１）式で決定されることが知られている。
【００１４】
ｄ＝２．４４ＬＣ／Ｄｆ …（１）
ｄ：エネルギー集束径、 Ｌ：焦点距離、Ｃ：液中の音
速、 Ｄ: レンズ径、 ｆ: 駆動周波数ここで、 吐出液滴径
はエネルギー集束径ｄに線形比例しており、経験的にそ
の係数Ｋは約０．３である。 したがって、 エネルギー集
束径ｄが１．８ｍｍの時の吐出液滴径は０．６ｍｍ程度
となる。
速、 Ｄ: レンズ径、 ｆ: 駆動周波数ここで、 吐出液滴径
はエネルギー集束径ｄに線形比例しており、経験的にそ
の係数Ｋは約０．３である。 したがって、 エネルギー集
束径ｄが１．８ｍｍの時の吐出液滴径は０．６ｍｍ程度
となる。
【００１５】即ち、焦点距離Ｌ、液中の音速Ｃ、 レンズ
径Ｄが決まればあとは圧電素子の駆動周波数のみで液滴
径が決定される。 因みに、係数Ｋ＝０．３、口径比＝Ｌ
（焦点距離）／Ｄ（レンズ径）＝１、Ｃ＝１５００ｍ／
ｓとしたとき、径１０μｍ（０．５２ｐｌ）の液滴を吐
出するには圧電素子を約１１０ＭＨｚで駆動すればよい
ことになる。
径Ｄが決まればあとは圧電素子の駆動周波数のみで液滴
径が決定される。 因みに、係数Ｋ＝０．３、口径比＝Ｌ
（焦点距離）／Ｄ（レンズ径）＝１、Ｃ＝１５００ｍ／
ｓとしたとき、径１０μｍ（０．５２ｐｌ）の液滴を吐
出するには圧電素子を約１１０ＭＨｚで駆動すればよい
ことになる。
【００１６】このようにこの実施の形態では、インクジ
ェット法によりプローブを含む溶液の液滴をガラス基板
１０上に吐出して反応性チップを製造しているため、マ
イクロピペットやピンを用いたスポッティング法に比べ
てスポット速度の高速化を図ることができる。また、従
来のインクジェット法では実現できなかった直径１８μ
ｍ（体積３ｐｌ）未満、特に直径１０μｍ（体積０．５
２ｐｌ）以下の微小液滴を圧電素子１の駆動周波数を選
択的に制御することによりノズル径に影響されることな
く容易にノズル５から吐出させることができるため、極
めて微量のプローブをガラス基板１０上に固定すること
ができ、この結果、上述したスポット速度の高速化と相
まってガラス基板１０上に何万ものプローブを効率的に
配置することができ、プローブの高密度化を達成するこ
とができる。
ェット法によりプローブを含む溶液の液滴をガラス基板
１０上に吐出して反応性チップを製造しているため、マ
イクロピペットやピンを用いたスポッティング法に比べ
てスポット速度の高速化を図ることができる。また、従
来のインクジェット法では実現できなかった直径１８μ
ｍ（体積３ｐｌ）未満、特に直径１０μｍ（体積０．５
２ｐｌ）以下の微小液滴を圧電素子１の駆動周波数を選
択的に制御することによりノズル径に影響されることな
く容易にノズル５から吐出させることができるため、極
めて微量のプローブをガラス基板１０上に固定すること
ができ、この結果、上述したスポット速度の高速化と相
まってガラス基板１０上に何万ものプローブを効率的に
配置することができ、プローブの高密度化を達成するこ
とができる。
【００１７】更に、サーマル式のような加熱を伴うプロ
セスが無いため、核酸等からなるプローブヘの熱ダメー
ジをなくすことができる。更に、該プローブを含む溶液
の吐出液滴径は超音波エネルギーの集束径により決定し
ノズル径に影響されないことから、ノズル径は目詰まり
のし難さ等を考慮して自由に設定することができ、この
結果、目詰まりし難い、また容易に洗浄できる分注器が
実現できる。
セスが無いため、核酸等からなるプローブヘの熱ダメー
ジをなくすことができる。更に、該プローブを含む溶液
の吐出液滴径は超音波エネルギーの集束径により決定し
ノズル径に影響されないことから、ノズル径は目詰まり
のし難さ等を考慮して自由に設定することができ、この
結果、目詰まりし難い、また容易に洗浄できる分注器が
実現できる。
【００１８】なお、上記実施の形態では、説明の便宜
上、微小液滴吐出装置を単独ヘッドとした場合を例に採
ったが、通常のインクジェットプリンタで行われている
のと同様なマルチヘッド化にして容易に反応性チップを
製造できるようにしてもよいのは勿論である。また、上
記実施の形態では、音響レンズとして凹面レンズを例に
採ったが、これに代えて、フレネルレンズや電子走査レ
ンズなどを採用することができる。
上、微小液滴吐出装置を単独ヘッドとした場合を例に採
ったが、通常のインクジェットプリンタで行われている
のと同様なマルチヘッド化にして容易に反応性チップを
製造できるようにしてもよいのは勿論である。また、上
記実施の形態では、音響レンズとして凹面レンズを例に
採ったが、これに代えて、フレネルレンズや電子走査レ
ンズなどを採用することができる。
【００１９】更に、上記実施の形態では、凹面レンズ２
とノズル５との間に液体のみを介在させた場合を例に採
ったが、例えば、凹面レンズ２とノズル５との間に超音
波エネルギーの集束を助ける絞り部材（図示せず）を配
置して集束効率を高めるようにしてもよい。
とノズル５との間に液体のみを介在させた場合を例に採
ったが、例えば、凹面レンズ２とノズル５との間に超音
波エネルギーの集束を助ける絞り部材（図示せず）を配
置して集束効率を高めるようにしてもよい。
【００２０】
【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
によれば、ノズル径に影響されることなく極めて微量の
プローブを該プローブに損傷を与えずに、且つ、効率的
に固相上に固定することができるという効果が得られ
る。
によれば、ノズル径に影響されることなく極めて微量の
プローブを該プローブに損傷を与えずに、且つ、効率的
に固相上に固定することができるという効果が得られ
る。
【図１】本発明の実施の形態の一例である微小液滴吐出
装置を説明するための説明的断面図である。
装置を説明するための説明的断面図である。
１…圧電素子（超音波振動子）
２…凹面レンズ（音響レンズ）
３…ノズルプレート
４…液体貯留部
５…ノズル
１０…ガラス基板（固相）
─────────────────────────────────────────────────────
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 35/10 Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ
37/00 １０２ Ｇ０１Ｎ 35/06 Ｈ
Claims (5)
- 【請求項１】 固相上にインクジェット法により標的物
質に対して特異的に結合可能であるプローブを含む溶液
を吐出して反応性チップを製造する方法において、 超音波エネルギーを前記プローブを含む溶液の液面表面
に集束させ、該液面表面に集束されたエネルギーにより
微小液滴をノズルを介して前記固相上に吐出することを
特徴とする反応性チップの製造方法。 - 【請求項２】 前記微小液滴の直径が１８μｍ（体積３
ｐｌ）以下であることを特徴とする請求項１記載の反応
性チップの製造方法。 - 【請求項３】 固相上にインクジェット法により標的物
質に対して特異的に結合可能であるプローブを含む溶液
を吐出して反応性チップを製造するために用いる微小液
滴吐出装置において、 前記プローブを含む溶液を貯留する液体貯留部と、該液
体貯留部の液面近傍に配置されたノズルと、前記液体貯
留部側に前記ノズルと対向して配置された超音波発生部
とを備えたことを特徴とする微小液滴吐出装置。 - 【請求項４】 前記微小液滴の直径が１８μｍ（体積３
ｐｌ）以下となる前記超音波エネルギーの集束径を得る
べく、該集束径に応じた前記超音波発生部に対する駆動
周波数を設定したことを特徴とする請求項３記載の微小
液滴吐出装置。 - 【請求項５】 前記超音波発生部は、超音波振動子と、
該超音波振動子の前記ノズル側に装着された音響レンズ
とを備えたことを特徴とする請求項３又は４記載の微小
液滴吐出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001315868A JP2003121440A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 反応性チップの製造方法および該方法に用いる微小液滴吐出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001315868A JP2003121440A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 反応性チップの製造方法および該方法に用いる微小液滴吐出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003121440A true JP2003121440A (ja) | 2003-04-23 |
Family
ID=19133978
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001315868A Withdrawn JP2003121440A (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 反応性チップの製造方法および該方法に用いる微小液滴吐出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003121440A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100800321B1 (ko) | 2006-09-11 | 2008-02-01 | 한국생산기술연구원 | 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치 및 방법 |
| CN107238722A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 李木 | 液滴多路分选、原滴下沉、注物平走或上浮式微流控芯片 |
| CN107233936A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 李木 | 液滴向上及向下分选、原滴上浮、注物下沉式微流控芯片 |
| CN107233937A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 李木 | 液滴水平及向下分选、原滴平走、注物下沉式微流控芯片 |
| CN107238720A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 李木 | 液滴水平及向上分选、原滴平走、注物上浮式微流控芯片 |
| CN107238721A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 李木 | 一种通过改变液滴密度实现液滴分选的微流控方法 |
| CN107238724A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 李木 | 液滴水平及向上分选、原滴上浮、注物平走式微流控芯片 |
| CN107238718A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 李木 | 液滴向上及向下分选、原滴下沉、注物上浮式微流控芯片 |
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