JP2003149094A - スポッティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロウェル集積体の個々のマイクロウェ
ル内に定められた試薬を正確に配置する又は個々のマイ
クロウェル内の試薬を正確に採取することができるスポ
ッティング装置を得る。 【解決手段】 マイクロウェル集積体を載置した基台上
面に対して縦・横・高さの３方向に相対移動可能な移動
手段と、この移動手段に備えられ個々のウェル内に試薬
を配置又は個々のウェル内から試薬を採取するスポッテ
ィングヘッド手段と、複数のウェルの配列を上方より撮
影する撮像手段と、この撮像手段で得た画像情報から個
々のウェル像の位置情報を算出する演算手段と、演算手
段によって算出された位置情報に基づいて前記移動手段
及びスポッティングヘッド手段を制御する制御手段とを
備え、演算手段が撮像手段の画像情報から個々のウェル
像の面積重心位置の情報を含む位置情報を算出するも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に複数のマ
イクロウェルが集積化されたマイクロウェル集積体の個
々のマイクロウェル内に定められた試薬を配置する又は
個々のマイクロウェル内の試薬を採取するスポッティン
グ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来．ガラスプレートなどに試薬をスポ
ットする装置では、平面のガラスプレート上に対して、
試薬を予め定められたピッチでスポットしていた。画像
処理は備えていたとしてもチップ上の一部分を測定し
て、チップ全体の位置補正を行うものであった。

【０００３】また近年、医療の分野では遺伝子（ＤＮ
Ａ）を用いた治療や薬品の開発が行われている。例え
ば、異なる遺伝子のコピーを試料としてガラス板や合成
樹脂板等からなる基板上に数千個〜数万個張り付けた所
謂「ＤＮＡチップ」と呼ばれるものや、また、半導体等
の基板上に数千個〜数万個の極小の反応槽（マイクロウ
ェル）を備え、このマイクロウェル内に遺伝子（ＤＮ
Ａ）を始めとして、蛋白質を合成する試料や酵素を入れ
て反応を行う所謂「タンパク合成チップ」と呼ばれるも
のが提案されている（特開２０００−２３６８７６）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のような装置で
は、多数の極小の反応槽（マイクロウェル）が存在する
チップでは、ウェルに対して正確に試薬を滴下するのは
困難であった。画像処理が無いものはもちろんであるが
画像処理を備えていても、ノズルの中心と位置決め点と
のずれや実際のスポットでのずれが必ず生じる。

【０００５】また、チップ自体の製造精度が悪いと正確
な位置に位置決めが出来ない。ウェル間の距離が極めて
狭いので、従来のようにスポットがずれると隣接するウ
ェルとのコンタミネーションが発生する恐れがある。ま
た、ウェルの検査、指定が出来ないため、特定のウェル
に対して試薬を配置、もしくは採取するということが出
来ない。

【０００６】本発明は、マイクロウェル集積体の個々の
マイクロウェル内に定められた試薬を正確に配置するこ
とができる、又は個々のマイクロウェル内の試薬を正確
に採取することができるスポッティング装置を得ること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明に係るスポッティング装置は、基板上に複数のマイク
ロウェルが集積化されたマイクロウェル集積体の個々の
マイクロウェル内への試薬の配置又は個々のマイクロウ
ェル内からの試薬の採取を行うスポッティング装置であ
って、前記マイクロウェル集積体を載置した基台上面に
対して縦・横・高さの３方向に相対移動可能な移動手段
と、前記移動手段に備えられ、前記個々のマイクロウェ
ル内に試薬を配置又は個々のマイクロウェル内から試薬
を採取するスポッティングヘッド手段と、前記複数のマ
イクロウェルの配列を上方より撮影する撮像手段と、前
記撮像手段で得た画像情報から個々のマイクロウェル像
の位置情報を算出する演算手段と、前記演算手段によっ
て算出された位置情報に基づいて前記移動手段及びスポ
ッティングヘッド手段を制御する制御手段とを備え、前
記演算手段が、前記撮像手段の画像情報から個々のマイ
クロウェル像の面積重心位置の情報を含む位置情報を算
出することを特徴とするものである。

【０００８】請求項２に記載された発明に係るスポッテ
ィング装置は、請求項１に記載の基台上面には予め位置
情報が既知の少なくとも２つの基準点が設定され、前記
２つの基準点への前記スポッティングヘッド手段による
疑似スポッティングを行い、前記基準点とノズル先端位
置とのズレ量を前記画像情報から計測して前記制御手段
の校正情報として用いることを特徴とするものである。

【０００９】請求項３に記載された発明に係るスポッテ
ィング装置は、請求項１又は２に記載の撮像手段で得た
画像情報中の個々のマイクロウェル像に識別情報を付す
ラベル付与手段を備え、前記制御手段が個々の識別情報
に対応して位置制御を行うことを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明においては、基板上に複数
のマイクロウェルを集積化するマイクロウェル集積体を
載置した基台上面に対して縦・横・高さの３方向に相対
移動可能な移動手段と、この移動手段に備えられ前記個
々のマイクロウェル内に試薬を配置又は個々のマイクロ
ウェル内から試薬を採取するスポッティングヘッド手段
と、複数のマイクロウェルの配列を上方より撮影する撮
像手段と、この撮像手段で得た画像情報から個々のマイ
クロウェル像の位置情報を算出する演算手段と、この演
算手段によって算出された位置情報に基づいて前記移動
手段及びスポッティングヘッド手段を制御する制御手段
とを備え、演算手段が前記撮像手段の画像情報から個々
のマイクロウェル像の面積重心位置の情報を含む位置情
報を算出するものであるため、マイクロウェル集積体の
個々のマイクロウェル内に定められた試薬を正確に配置
することができる、又は個々のマイクロウェル内の試薬
を正確に採取することができる。

【００１１】本発明の移動手段としては、マイクロウェ
ル集積体が載置される基台自体をスポッティングヘッド
手段を備えた移動手段に対して縦・横・高さの３方向に
移動させても良いし、基台に対して移動手段を縦・横・
高さの３方向に移動させても良い。装置のコンパクト化
の点から基台に対して移動手段を移動させる方が有利で
ある。

【００１２】この移動手段は、基台上面に対して縦・横
・高さの３方向に相対移動可能であるならば如何なる機
構のものをも含む。例えば、基台上面に対して平行なｙ
方向に延ばされた一対のレール（ｙアーム部）上に横架
された状態で移動可能な基台上面に対して平行で尚且つ
ｙ方向に直行するｘ方向に延ばされたｘアーム部（ｙス
テージ）を備え、このｘアーム部上を移動可能なｘステ
ージにｘ方向とｙ方向とに直行するｚ方向にｚアーム部
を備え、このｚアーム部上にスポッティングヘッド手段
を備えたｚステージを備えればよい。個々のアーム部と
ステージとは個別のモータを制御手段で制御して移動す
る。

【００１３】本発明のスポッティングヘッド手段として
は、マイクロウェル集積体上に集積された複数のマイク
ロウェル内に試薬を配置するもの、又はマイクロウェル
内の試薬を採取するものであればよい。例えば、試薬を
先端につけてこの先端部をマイクロウェル内壁に接触さ
せて試薬を配置させ、逆にマイクロウェル内の試薬を先
端につけて採取する棒状のスポッティングヘッド手段で
も可能であるが、マイクロピペット、マイクロシリンジ
のような注液又は吸引ノズルを備え、試薬を出し入れす
るものでもよい。

【００１４】本発明の撮像手段としては、マイクロウェ
ル集積体の複数のマイクロウェルの配置を上方より撮影
するものであればよい。例えば、マイクロウェル集積体
の複数のマイクロウェルの配置認識可能な解像度を有す
るラインカメラ、エリアカメラ等が挙げられる。この撮
像手段は、少なくとも基台上のマイクロウェル集積体の
上部に配置されればよく、移動手段とは別に支持アーム
を用いて配置しても良いし、移動手段の何れかのステー
ジ、例えば前述のｚステージ又はｘステージに配置して
も良い。

【００１５】本発明の演算手段は、撮像手段の画像から
個々のマイクロウェル像の正確な位置情報を算出するも
のであればよく、特に、撮像手段の画像から個々のマイ
クロウェル像の重心位置によって位置情報を算出するも
のである。この演算手段は、例えば画像の輝度又は明度
に応じてマイクロウェルを特定し、その領域内の画素に
応じた重心を求めるようにすればよい。従って、専用の
中央演算処理を備えた演算手段を装置に付設させても良
いし、市販のパーソナルコンピュータによって演算処理
を行っても良い。

【００１６】本発明の制御手段としては、演算手段によ
って算出された位置情報に基づいて移動手段及びスポッ
ティングヘッド手段を制御するものであればよい。具体
的には、移動手段のｙアーム部、ｘアーム部、ｚアーム
部上を各々のステージが移動するためのモータの駆動量
を各々制御すればよい。従って、専用の中央演算処理を
備えた制御手段を装置に付設させても良いし、市販のパ
ーソナルコンピュータによって個々のモータを制御する
制御処理を行っても良い。

【００１７】本発明のマイクロウェル集積体としては、
例えば、開口部が１００μｍ×１００μｍで深さが４０
μｍの四角錐状のマイクロウェルを、隣接するマイクロ
ウェル間の間隙が１００μｍで均等に縦横に並べたもの
が挙げられる。このマイクロウェル集積体を基台上の定
められた位置に誤差なく載置・固定すればマイクロウェ
ル集積体ごとに設定する必要はない。しかし、載置・固
定する際にマイクロウェル集積体の固定位置にはずれが
生じる。また、スポッティングヘッド手段も取り替えた
り、曲がったりして先端位置がずれる場合もある。

【００１８】そこで、本発明においては、基台上面には
予め位置情報が既知の少なくとも２つの基準点が設定さ
れ、２つの基準点へのスポッティングヘッド手段による
疑似スポッティングを行い、基準点とノズル先端位置と
のズレ量を前記画像情報から計測して前記制御手段の校
正情報として用いるため、マイクロウェル集積体や吸引
ノズルの取替に応じても補正が可能でマイクロウェル集
積体の個々のマイクロウェル内に定められた試薬を正確
に配置することができる、又は個々のマイクロウェル内
の試薬を正確に採取することができる。尚、疑似スポッ
ティングとは、試薬を含めたスポット液を基準点又は基
準点から所定距離離れた位置に重なるようにスポットす
る試し打ち行為を指す。

【００１９】即ち、本発明では、マイクロウェルに対し
て試薬を配置又は試薬を採取する前に、キャリブレーシ
ョン用の基準マークを用いて試し打ちを行いその位置を
検出させ、計測したスポット位置のずれを実際のウェル
ヘのスポットに反映させ、ノズルの位置校正を行う。

【００２０】また、本発明では、撮像手段で得た画像情
報中の個々のマイクロウェル像に識別情報を付すラベル
付与手段を備え、制御手段が個々の識別情報に対応して
位置制御を行うものであるため、マイクロウェル集積体
や吸引ノズルの取替に応じても補正が可能でマイクロウ
ェル集積体の個々のマイクロウェル内に定められた試薬
を正確に配置することができる、又は個々のマイクロウ
ェル内の試薬を正確に採取することができる。

【００２１】即ち、本発明では、マイクロウェル集積体
のセット時の位置ずれを補正し、各ウェルに正確にスポ
ットするために、撮像手段を用い、マイクロウェル集積
体上の全てのウェルについてその面積及び重心を計測す
る。画像処理によって計測されたウェルに対してその重
心位置によって順番にラベリングをおこなう。ラベルは
作業者が目的のウェルを特定、確認し易いように縦、横
の配列で並べる。これにより目視では確認できないよう
な微小なウェルの指定およびそのウェルヘの位置決めに
よる試薬の配置、採取が容易となる。

【００２２】また、読込んだマイクロウェル集積体画像
を拡大して各ウェルをモニタで確認できるので、反応が
確認されたウェルを検出し、反応後の試料を採取した
り、そこにさらに別の試薬やビーズなどの物質を滴下す
ることも可能である。また、ゴミの付着があった場合に
不良ウェルとして認識したりもできる。

【００２３】

【実施例】図１は本発明のスポッティング装置の概略を
示す側面図である。図２は図１の平面図である。図に示
す通り、基台１１の対向する平行な２辺を囲むように一
対のレール１２，１３が立上り、このｙアーム部として
のレール１２，１３上に横架された状態で移動可能なｙ
ステージ１４が備わっている。ｙステージ１４は一対の
レール上を移動させるためのリニアモータ（図示せず）
が搭載され、高い位置精度を得ることができる。

【００２４】ｙステージ１４にはレール１２，１３に直
行する方向に渡されたｘアーム部１５に沿って移動可能
なｘステージ１６が備わっている。このｘステージ１６
にもｘアーム部１５上を移動させるためのラインモータ
（図示せず）が搭載され、高い位置精度を得ることがで
きる。このｘステージ１６には高さ方向に延ばされたｚ
アーム部１７に沿って移動可能なｚステージ１８が備わ
っている。このｚステージ１８ではサーボモータとボー
ルネジ（図示せず）でｚアーム部１７上を移動させるた
め、高い位置精度を得ることができると共に電源が切れ
た場合でも自重で下がることがない利点も有する。尚、
ｘアーム部１５には、撮像手段としてのラインカメラ１
９が載置されている。

【００２５】ｚステージ１８には、基台１１上に載置・
固定されたマイクロウェル集積体２０に形成されたマイ
クロウェル内に試薬を配置及び個々のマイクロウェル内
から試薬を採取するスポッティングヘッド２１が備わっ
ている。

【００２６】マイクロウェル集積体２０が載置・固定さ
れている基台１１上には、ノズルの洗浄を行う洗浄ユニ
ット２２と、洗浄したノズルを乾燥させる乾燥ユニット
２３と、ノズル先端位置の誤差修正を行うための位置情
報が既知のキャリブレーションチップ２４と、試薬入れ
２５とが並設されている。尚、マイクロウェル集積体２
０としては、特開２０００−２３６８７６に示されたも
のと類似のものを用いた。

【００２７】図３は本発明のスポッティング装置の制御
構成を示す説明図である。図に示す通り、ホストＰＣ３
１は主に移動手段としてのｙ，ｘ，ｚステージに搭載さ
れた各々のリニアモータをコントロールして各々のステ
ージの位置制御を行っている。画像処理ＰＣ３２はｘア
ーム部１５に搭載されたラインカメラ１９の制御と、基
台１１周辺に配した照明器具（図示せず）の光量調整の
制御とを行っている。

【００２８】ホストＰＣ３１と画像処理ＰＣ３２はそれ
ぞれシリアル通信又はイーサネット（登録商標）で接続
し、画像処理で計測された各データや、設定値の転送を
おこなう。特にウェルに関するデータはデータ量が大き
いので、イーサネットにより高速データ転送を行った。

【００２９】尚、高解像度を得るためにラインカメラを
用いているが、エリアカメラを用いても良い。また、高
い位置精度を得るためリニアモータ及びサーボモータを
使用したステージを使用しているが、その他にもステッ
ピングモータを使用しても可能である。

【００３０】本発明のスポッティング装置の動作は次の
通りである。 (1) 作業者がマイクロウェル集積体２０を基台１１上に
セットする。図４は基台上にマイクロウェル集積体をセ
ットする際の説明図であり、ａ図は平面図、ｂ図は断面
図である。図に示す通り、基台１１上にはマイクロウェ
ル集積体２０の４辺を固定する固定治具４１が備わり、
これら固定治具４１に囲まれたほぼ中央の基台１１に
は、吸引孔４２が穿設されている。このため、マイクロ
ウェル集積体２０を４つの固定治具４１で固定した後、
エアで吸着してしっかりと固定する。

【００３１】(2) キャリブレーションをおこなう。即
ち、基台１１に設定されたキャリブレーションチップ２
４上の２つの基準マークを読み込む。図５はキャリブレ
ーションの状態を示す説明図である。ａ図に示す通り、
定められた距離の２つの基準マーク５１間の画素数を測
定し、１画素あたりの距離を補正する。次にｂ図に示す
通り、２つの基準マークの座標を測定し、装置全体のズ
レ量（θ）を補正する。次にｃ図に示す通り、基準マー
ク座標から決められた位置（基準マークでも可）でスポ
ットして、実際の位置５２を測定し．装置と実際のスポ
ット位置とのズレ量（ａ，ｂ）を調べ、補正する。

【００３２】(3) マイクロウェル集積体画像をラインカ
メラで読み込む。 (4) 各ウェルにラベルを付ける。図６はラインカメラで
読み込んだマイクロウェル集積体２０の部分図の各ウェ
ルに識別符号を付した状態を示す説明図である。図に示
す通り、マイクロウェル集積体２０の左上のウェルを１
番目として、左から右方向及び上から下方向にかけて、
順番に番号を付した。尚、ラベルの順番はマイクロウェ
ル集積体によらず常に同じとし、左から右方向につけて
いく。

【００３３】(5) 各ウェルの画像取込点からの距離を計
測する。尚、(4) 及び(5) の操作は、新規画像取り込み
後、画像処理ＰＣにて自動で処理する。 (6) 画像処理で計測したデータをホストＰＣに転送す
る。

【００３４】(7) 作業者がスポットする条件をホストＰ
Ｃ上で設定する。尚、設定項目は次の通りである。 ・各ウェルに対してスポットする試薬Ｎｏ、 ・スポットするマイクロウェル集積体数、 ・試薬変更時の洗浄工程有無、 ・同一試薬使用時の連続スポット数、 ・洗浄時間、 ・乾燥時間、

【００３５】(8) 設定に台わせて指定された試薬を各ウ
ェルに対してスポットする。 (9) 一つのマイクロウェル集積体が完了したら、次のマ
イクロウェル集積体に対して(2) から画像処理をおこな
う。 (10)全てのマイクロウェル集積体に対してスポットが完
了したら、運転終了とする。

【００３６】以上のように、本発明によりマイクロウェ
ル集積体上の微細なウェル上でＤＮＡをはじめとする各
種の反応試験が一度に大量に可能とすることができる。
ＤＮＡやタンパク質の試験において使用される試薬は高
価であり、またサンブル数を多数とらなくてはならない
ため、１つのマイクロウェル集積体上でおこなう場合に
は、隣接するウェルとのコンタミネーションの発生を抑
える必要がある。本発明では高精度にウェルに対してス
ポット可能であり、このようなコンタミネーションを極
力抑えることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上説明した通り、マイクロウ
ェル集積体の個々のマイクロウェル内に定められた試薬
を正確に配置することができる、又は個々のマイクロウ
ェル内の試薬を正確に採取することができるスポッティ
ング装置を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスポッティング装置の概略を示す側面
図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】本発明のスポッティング装置の制御構成を示す
説明図である。

【図４】基台上にマイクロウェル集積体をセットする際
の説明図である。

【図５】キャリブレーションの状態を示す説明図であ
る。ａ図は１画素あたりの距離の補正、ｂ図は装置全体
のズレ量（θ）の補正、ｃ図はスポット位置とのズレ量
（ａ，ｂ）の補正を行う場合を示す。

【図６】ラインカメラで読み込んだマイクロウェル集積
体２０の部分図の各ウェルに識別符号を付した状態を示
す説明図である。

【符号の説明】

１１…基台、 １２…レール、 １３…レール、 １４…ｙステージ、 １５…ｘアーム部、 １６…ｘステージ、 １７…ｚアーム部、 １８…ｚステージ、 １９…ラインカメラ、 ２０…マイクロウェル集積体、 ２１…スポッティングヘッド、 ２２…洗浄ユニット、 ２３…乾燥ユニット、 ２４…キャリブレーションチップ、 ２５…試薬入れ、 ３１…ホストＰＣ、 ３２…画像処理ＰＣ、 ４１…固定治具、 ４２…吸引孔、 ５１…基準マーク、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 晴記 富山県魚津市本江2410番地 株式会社スギ ノマシン内 (72)発明者 民谷 栄一 石川県金沢市平和町３−17−14 平和宿舎 Ｃ58棟13号 (72)発明者 村上 裕二 石川県能美郡辰口町旭台１−50 Ｄ棟３− 33号 Ｆターム(参考） 2G052 AB18 AB20 AD26 AD46 CA08 CA28 CA32 CA40 DA06 FD20 HA12 HB04 HB06 HB08 HB10 HC04 HC16 HC35 HC44 JA04 JA08 JA09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に複数のマイクロウェルが集積化
   されたマイクロウェル集積体の個々のマイクロウェル内
   への試薬の配置又は個々のマイクロウェル内からの試薬
   の採取を行うスポッティング装置であって、 前記マイクロウェル集積体を載置した基台上面に対して
   縦・横・高さの３方向に相対移動可能な移動手段と、 前記移動手段に備えられ、前記個々のマイクロウェル内
   に試薬を配置又は個々のマイクロウェル内から試薬を採
   取するスポッティングヘッド手段と、 前記複数のマイクロウェルの配列を上方より撮影する撮
   像手段と、 前記撮像手段で得た画像情報から個々のマイクロウェル
   像の位置情報を算出する演算手段と、 前記演算手段によって算出された位置情報に基づいて前
   記移動手段及びスポッティングヘッド手段を制御する制
   御手段とを備え、 前記演算手段が、前記撮像手段の画像情報から個々のマ
   イクロウェル像の面積重心位置の情報を含む位置情報を
   算出することを特徴とするスポッティング装置。
2. 【請求項２】 前記基台上面には予め位置情報が既知の
   少なくとも２つの基準点が設定され、 前記２つの基準点への前記スポッティングヘッド手段に
   よる疑似スポッティングを行い、前記基準点とノズル先
   端位置とのズレ量を前記画像情報から計測して前記制御
   手段の校正情報として用いることを特徴とする請求項１
   に記載のスポッティング装置。
3. 【請求項３】 前記撮像手段で得た画像情報中の個々の
   マイクロウェル像に識別情報を付すラベル付与手段を備
   え、 前記制御手段が個々の識別情報に対応して位置制御を行
   うことを特徴とする請求項１又は２に記載のスポッティ
   ング装置。