JP2003236411A

JP2003236411A - スポッティングノズル

Info

Publication number: JP2003236411A
Application number: JP2002042422A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Muratsubaki; 良司村椿; Masanori Kanemitsu; 雅則金三津; Yasunobu Nakagawa; 泰伸中川; Eiichi Tamiya; 栄一民谷
Original assignee: HOKUTO KAGAKU SANGYO KK; Sugino Machine Ltd; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: HOKUTO KAGAKU SANGYO KK; Japan Science and Technology Agency; Sugino Machine Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-26
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP3898526B2

Abstract

(57)【要約】【課題】異なる液を自由に選択し非接触でピコリット
ルオーダーのスポットを行うことのできるスポッティン
グノズルを得る。【解決手段】スポッティングノズル先端部に形成され
たノズル孔の先端から予め定められた距離を隔てた位置
で側方からノズル孔内を外部に連通させている開放孔
と、前記位置よりもノズル孔先端側のノズル孔部分を形
成する先端細管部と、前記位置よりも後方のノズル孔部
分から前記先端細管部に向かって高圧エアを供給する高
圧エア供給手段とを備え、前記ノズル先端部を保持槽に
浸した際に先端細管部内に被転写液を保持させ、前記高
圧エア供給手段の高圧エアによって基板上に液滴を噴射
して転写するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被転写液を保持し
た保持槽から受け取って、バイオチップ等の基板上に微
量の被転写液の液滴を転写するスポッティングノズルに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、発病リスクの診断、迅速で正確な
病気の診断、テーラメード医療などにバイオチップが使
用され始めている。バイオチップは数ｃｍ角のガラスや
シリコンのプレート（基板）上にＤＮＡ断片などの微量
の試薬を数百から数万個、正確にスポットして配列する
必要があり、各社よりＤＮＡチップ作成装置として市販
されている。

【０００３】従来、プレート上にピコリットルオーダー
の液滴をスポットするには以下の２つの方法がある。１．スタンピングノズルを直接プレートに打ち付けて、
ノズル先端に付着させた液をプレート上に連続的に転写
させる方法。２．閉鎮系エリアに充填してある液を加圧し微量噴射さ
せ、プレート上に連続的にスポットしていく方法。（例
えば、ポンプ加圧方式、圧電素子加圧方式、電界加速方
式など）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術は、以下のような課題があった。１．スタンピングノズルの場合ノズルとプレートとが接触するためにノズル先端部が磨
耗してしまう。また、プレートが割れたり、傷がついて
しまう可能性があり、それらからコンタミが発生する危
険性もある。また予め試料が置かれた場所に、あるいは
異なる液を重ねてスポットを行うとプレート上の試料が
ノズルに付着、場合によっては試料が破損する恐れもあ
る。

【０００５】２．閉鎖系加圧噴射の場合閉鎮系のノズルは、液滴を連続的にスポットすることは
可能であるが、異なった液をすばやく指定された場所に
スポットすることはできない。ノズル内は閉鎖系のた
め、次に異なった液を使用する場合、ノズル内洗浄や注
入が困難である。また、必要とするスポット数が少なく
ても閉鎖形容機内に一定量以上の液を充填しておく必要
があり、使用する液の無駄が多く、ノズルに応じた液の
み使用可能で限定されるため、汎用性に乏しい。

【０００６】これらのことから、ノズル先端部の磨耗や
プレートの損傷の問題や、異なる液のスポットする際に
ノズル内洗浄、液の注入が困難。また、異なった液の切
り替えが不便などの問題があった。

【０００７】本発明は、これらの問題を鑑み、異なる液
を自由に選択し非接触でピコリットルオーダーのスポッ
トを行うことのできるスポッティングノズルを得ること
を目的とする。

【０００８】

【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ノズルは、被転写液を液保持槽
から受け取って基板上に微量の被転写液の液滴を転写す
るスポッティングノズルにおいて、前記スポッティング
ノズル先端部に形成されたノズル孔の先端から予め定め
られた距離を隔てた位置で側方からノズル孔内を外部に
連通させている開放孔と、前記位置よりもノズル孔先端
側のノズル孔部分を形成する先端細管部と、前記位置よ
りも後方のノズル孔部分から前記先端細管部に向かって
高圧エアを供給する高圧エア供給手段とを備え、前記ノ
ズル先端部を保持槽に浸した際に先端細管部内に被転写
液を保持させ、前記高圧エア供給手段の高圧エアによっ
て基板上に液滴を噴射して転写することを特徴とするも
のである。

【０００９】請求項２に記載された発明に係るスポッテ
ィングノズルは、請求項１に記載の後方のノズル孔部分
から開放孔へ向かうエアの定常流れを生じさせる低圧エ
ア供給手段を更に備え、前記ノズル先端部を保持槽に浸
した際に開放孔から前記後方のノズル孔部分への液の浸
入を防ぐことを特徴とするものである。

【００１０】請求項３に記載された発明に係るスポッテ
ィングノズルは、請求項１又は２に記載の高圧エア供給
手段と低圧エア供給手段とに共用されるエア発生手段を
備えたことを特徴とするものである。

【００１１】請求項４に記載された発明に係るスポッテ
ィングノズルは、請求項１〜３の何れかに記載の高圧エ
ア供給手段と低圧エア供給手段とが、各々圧力調整手段
を備えたことを特徴とするものである。

【００１２】請求項５に記載された発明に係るスポッテ
ィングノズルは、請求項１〜４の何れかに記載のノズル
先端部の洗浄時の一動作として、エアの圧力によって洗
浄液を前記開放孔及び先端管部よりノズル内に吸引する
吸引手段を備えたことを特徴とするものである。

【００１３】請求項６に記載された発明に係るスポッテ
ィングノズルは、請求項１〜５の何れかに記載の高圧エ
ア供給手段と低圧エア供給手段との何れか１つ以上の供
給エアをノズル先端部の洗浄時に乾燥エアとして用いる
ことを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明においては、スポッティン
グノズル先端部に形成されたノズル孔の先端から予め定
められた距離を隔てた位置で側方からノズル孔内を外部
に連通させている開放孔と、前記位置よりもノズル孔先
端側のノズル孔部分を形成する先端細管部と、前記位置
よりも後方のノズル孔部分から前記先端細管部に向かっ
て高圧エアを供給する高圧エア供給手段とを備え、前記
ノズル先端部を保持槽に浸した際に先端細管部内に被転
写液を保持させ、前記高圧エア供給手段の高圧エアによ
って基板上に液滴を噴射して転写する。これにより、本
発明のスポッティングノズルは、異なる液を自由に選択
し非接触でピコリットルオーダのスポットを可能とした
ものである。

【００１５】図１は本発明の一実施例のスポッティング
ノズルの構成を示す説明図である。図に示す通り、本発
明のスポッティングノズル(10)は、スポッティングノズ
ルの略中心を貫通した口径ｄの細管からなるノズル孔(1
2)の先端から予め定められた距離Ｌを隔てた位置で側方
から連通させた開放孔(13)と、この位置よりもノズル孔
先端側のノズル孔部分を形成する先端細管部(11)とを備
えている。

【００１６】即ち、ノズル先端から必要とするスポット
量を考慮して、その口径ｄと長さＬとを確保する先端細
管部(11)（液保持エリア）と、その位置で側方から外部
に開放された開放孔(13)とを設けている。尚、開放孔(1
3)の配置としては、洗浄等を考慮して任意に選択するこ
とができる。例えば、側方に１本の開放孔を設けてもよ
く、複数本の開放孔を例えば放射状に設けてもよい。

【００１７】先端細管部内に保持された保持液を液滴と
して噴射するには、後方のノズル孔部分から先端細管部
に向かって高圧エアを供給する高圧エア供給手段によっ
てなされる。例えば、ａ図に示す通り、エア発生手段(1
4a) と、このエア発生手段(14a) で発生したエアの高い
圧力を殆ど低減しない高圧エア調整手段(16a) とからな
る高圧エア供給手段(18a) によって、ノズル孔(12)の後
方から先端細管部方向に高圧エアを供給する。側方に設
けられた開放孔(13)を通過する以上の高圧のエアを供給
することにより、保持液を液滴として非接触の状態で基
板上に転写することができる。

【００１８】本発明では、好ましくは、同一のエア発生
手段(14a) から、後方のノズル孔(12)部分から開放孔(1
3)（及び先端細管部(11)）へ向かうエアの定常流れをも
生じさせている。即ち、エア発生手段(14a) と低圧エア
調整手段(17a) とからなる低圧供給手段(19a) として、
エア発生手段(14a) からの高圧のエアが低圧エア調整手
段(17a) を通過する際に、低圧の定常エアとして常に後
方のノズル孔(12)部分から開放孔(13)に流している。こ
れにより、ノズル先端部を保持槽に浸した際に後方のノ
ズル孔(12)部分への液の浸入を防ぐことができる。

【００１９】即ち、エア発生手段(14a) は、ノズル孔(1
2)の後方からエアを供給するが、特に、スポット液の充
填時には液保持エリアである先端細管部(11)の後方液面
部での濡れ又は毛細管現象による液面の壁面へのせり上
がりを防止する程度の低圧エアを低圧エア調整手段(17
a) によって定常的に供給し、プレート上では液保持エ
リア内の液滴がスポットするだけのエア圧をエア発生手
段(14a) で供給し、エア調整手段(17a) で高圧のままに
調整することで非接触でピコリットルオーダのスポット
を可能としている。

【００２０】尚、先端細管部(11)に向かって高圧エアを
発生するエア発生手段(14a) は、後方のノズル孔(12)部
分から開放孔(13)（及び先端細管部(11)）へ向かうエア
の定常流れをも生じさせているが、２つのエア発生装置
（即ち、高圧エア発生手段と低圧エア発生手段）の各々
で所望の圧力のエアを発生させ、これをエア調整手段に
よって微調整して、高圧エアと低圧の定常流れとの条件
に合致するエア流量及びエア圧を供給するようにしても
よい。

【００２１】ｂ図はスポッティングノズルに導入される
他のエア供給手段の構成を示す説明図である。図に示す
通り、先端細管部内に保持された保持液を液滴として噴
射する際には、ノズル孔(12)の後方から先端細管部方向
に高圧エアを供給するため、高圧エア発生手段(14)と高
圧エア調整手段(16)とからなる高圧エア供給手段(18)を
用い、側方に設けられた開放孔(13)を通過する以上の高
圧のエアを供給することにより、保持液を液滴として非
接触の状態で基板上に転写することができる。

【００２２】本発明では、好ましくは、後方のノズル孔
(12)部分から開放孔(13)（及び先端細管部(11)）へ向か
うエアの定常流れを生じさせる低圧エア供給手段(19)を
更に備える。即ち、低圧エア発生手段(15)と低圧エア調
整手段(17)とからなる低圧エア供給手段(19)を備える。
これにより、ノズル先端部を保持槽に浸した際に後方の
ノズル孔(12)部分への液の浸入を防ぐことができる。

【００２３】即ち、ノズル孔(12)の後方からエアを供給
するが、スポット液の充填時には液保持エリアである先
端細管部(11)の後方液面部での濡れ又は毛細管現象によ
る液面の壁面へのせり上がりを防止する程度の低圧エア
を低圧エア供給手段(19)から定常的に供給し、プレート
上では液保持エリア内の液滴がスポットするだけのエア
圧を高圧エア供給手段(18)で供給することで非接触でピ
コリットルオーダのスポットを可能としている。

【００２４】ところで、先端部の液保持エリアとしての
先端細管部(11)の口径ｄ、長さＬによって、保持される
液量が決定される。この口径ｄと長さＬとによって決定
される液量を定格液量とすると、この定格液量に対し
て、更に、定常流れの低圧エアの流量、高圧エアの圧力
波形等をコントロールすることで、スポットされる液滴
の微調整が可能である。

【００２５】例えば、液を保持させる際にエア定常流れ
の圧力を低圧エア調整手段(16)によって大きく設定する
ことにより、後方液面部の位置を先端方向へ下げるた
め、定格液量よりも若干少なく保持させることができ
る。また、スポットさせる際に高圧エアを高圧エア供給
手段で供給するが、この供給圧力と供給量とを高圧エア
調整手段(17)で調整することにより、定格液量よりも少
ない量をスポットさせることができる。例えば、高圧エ
アの圧力を高くそして短いインパルス状に吹き付ける
（即ち、供給量を少なく）することにより、定格液量の
例えば、１／２，１／３，１／４等の量をスポットさせ
ることが可能となる。

【００２６】本発明のノズルは、先端部が開放孔(13)に
より開口しているため、被転写液を保持する先端細管部
が、流水や超音波による洗浄が容易である。より好まし
くは、洗浄時に微少量の洗浄水を、開放孔から後方のノ
ズル孔(12)内に吸引する吸引手段(20)を更に備えること
により、吸引した洗浄水を高圧エアで押出すことによ
り、先端細管部(11)内部の洗浄が更に容易となる利点も
ある。

【００２７】尚、洗浄されたノズル先端部はエア供給手
段の供給エアをノズル先端部の洗浄時に乾燥エアとして
用いることにより、乾燥が容易となる利点もある。

【００２８】

【実施例】図２は図１に示したノズルによる液滴のスポ
ットの工程を示す説明図である。工程ａに示す通り、ノ
ズル(10)内部には低圧エアが供給されている。工程ｂに
示す通り、低圧エアを供給した状態でノズル(10)先端部
を被転写液(22)を保持した液保持槽(21)に浸す。このと
きに、濡れ又は毛細管現象で先端細管部(11)内に被転写
液(22)が充填されるが、エア抜け用の開放孔(13)より後
方のノズル孔(12)は低圧エアにより液が入り込めない。

【００２９】工程ｃに示す通り、ノズル(10)先端を被転
写液(22)から引き上げた際に、濡れ又は毛細管現象で先
端細管部(11)内に被転写液(22)が保持される。尚、低圧
エアは開放孔(13)より排出されるため、被転写液(22)が
先端細管部(11)から逸出することはない。また、エアの
定常流れであるため、常に一定の液量が先端細管部(11)
内に保持される。

【００３０】工程ｄに示す通り、ノズル(10)をスポット
エリアまで移動させる。所定の位置で高圧エアを供給
し、保持されていた被転写液(22)が直下の基板(23)上に
滴下される。

【００３１】図３は図１に示したノズルの洗浄工程を示
す説明図である。工程ｅに示す通り、低圧エアを供給し
た状態でノズル先端部を洗浄槽(31)内の洗浄液(32)に浸
す。このときに、エア抜け用の開放孔(13)より下部の先
端細管部(11)に洗浄液(32)が注入され洗浄される。尚、
開放孔(13)よりも後方のノズル孔(12)内のエア圧を吸引
手段(20)で吸引することにより、微少量の洗浄水を開放
孔(13)よりも後方のノズル孔(12)内に吸引させ、これを
高圧エアで先端細管部方向に押出してもよい。これよ
り、先端細管部(11)内部の洗浄が更に容易となる。

【００３２】工程ｆに示す通り、ノズル(10)を洗浄槽(3
1)から上げて、高圧エアを供給しノズル内を乾繰させ
る。

【００３３】以上のように、低圧エアの定常流れにより
先端細管の後方液面部の濡れ又は毛細管現象による液面
のせり上がりを防止することができ、常に一定の液を保
持することができる。これにより、先端細管部(11)に常
に一定の液を保持し、スポットすることができる。尚、
低圧エアの定常流れの大きさを大きくして、先端細管部
の定格液量よりも少ない量の液を保持させることも可能
となる。

【００３４】また、ノズル先端部が開口しているために
洗浄、乾繰が容易に行える。したがって１回ごとに異な
る液を任意の場所にスポットすることができる。無駄な
液を消費しないので、貴重な液が少なくて済み経済的で
ある。例えば、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るが、ピコリットルオーダーの量
のスポットなので経済的である。

【００３５】更に、スポットする際の高圧エアの圧力波
形を調整することにより、スポット量をコントロールす
ることができる。即ち、高圧エアの圧力を高くそして短
いインパルス状にすることにより、先端細管部に保持さ
れた液の全てを滴下させないようにすることにより、こ
れを調整して定格液量の例えば、１／２，１／３，１／
４等の量をスポットさせることも可能となる。

【００３６】また、ノズルの洗浄、乾燥が容易に行える
ため、１回ごとに異なる液を非接触で任意の場所に定量
的にスポットできる。これによりバイオチップ作製のバ
リエーションが増え、迅速で精密な検査が可能となる。
ノズルとプレートが接触しないために磨耗や衝撃がな
い。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上説明した通り、異なる液を
自由に選択し非接触でピコリットルオーダーのスポット
を行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のスポッティングノズルの構
成を示す説明図である。

【図２】図１に示したノズルによる液滴のスポットの工
程を示す説明図である。

【図３】図１に示したノズルの洗浄工程を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

(10)…スポッティングノズル、 (11)…先端細管部、 (12)…ノズル孔、 (13)…開放孔、 (14a) …エア発生手段 (16a) …高圧エア調整手段、 (17a) …低圧エア調整手段、 (18a) …高圧エア供給手段、 (19a) …低圧エア供給手段、 (14)…高圧エア発生手段 (15)…低圧エア発生手段、 (16)…高圧エア調整手段、 (17)…低圧エア調整手段、 (18)…高圧エア供給手段、 (19)…低圧エア供給手段、 (20)…吸引手段、 (21)…液保持槽、 (22)…被転写液、 (23)…基板、 (31)…洗浄槽、 (32)…洗浄液、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599027507 北斗科学産業株式会社富山県富山市田刈屋435−５ (72)発明者村椿良司富山県魚津市本江2410番地株式会社スギノマシン内 (72)発明者金三津雅則富山県魚津市本江2410番地株式会社スギノマシン内 (72)発明者中川泰伸富山県魚津市本江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Ｆターム(参考） 4B024 AA11 AA19 CA01 CA09 CA11 HA14 4B029 AA07 AA23 BB20 CC01 CC03 CC08 FA12 FA15 4F033 BA03 CA07 DA01 EA01 LA13 NA01 4F041 AA01 AB01 BA10 BA12 BA34 BA60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被転写液を液保持槽から受け取って基板
上に微量の被転写液の液滴を転写するスポッティングノ
ズルにおいて、前記スポッティングノズル先端部に形成されたノズル孔
の先端から予め定められた距離を隔てた位置で側方から
ノズル孔内を外部に連通させている開放孔と、前記位置よりもノズル孔先端側のノズル孔部分を形成す
る先端細管部と、前記位置よりも後方のノズル孔部分から前記先端細管部
に向かって高圧エアを供給する高圧エア供給手段とを備
え、前記ノズル先端部を保持槽に浸した際に先端細管部内に
被転写液を保持させ、前記高圧エア供給手段の高圧エア
によって基板上に液滴を噴射して転写することを特徴と
するスポッティングノズル。
【請求項２】前記後方のノズル孔部分から開放孔へ向
かうエアの定常流れを生じさせる低圧エア供給手段を更
に備え、前記ノズル先端部を保持槽に浸した際に前記後方のノズ
ル孔部分への液の浸入を防ぐことを特徴とする請求項１
に記載のスポッティングノズル。
【請求項３】前記高圧エア供給手段と低圧エア供給手
段とに共用されるエア発生手段を備えたことを特徴とす
る請求項１又は２に記載のスポッティングノズル。
【請求項４】前記高圧エア供給手段と低圧エア供給手
段とが、各々圧力調整手段を備えたことを特徴とする請
求項１〜３の何れかに記載のスポッティングノズル。
【請求項５】前記ノズル先端部の洗浄時の一動作とし
て、エアの圧力によって洗浄液を前記開放孔及び先端管
部よりノズル内に吸引する吸引手段を備えたことを特徴
とする請求項１〜４の何れかに記載のスポッティングノ
ズル。
【請求項６】前記高圧エア供給手段と低圧エア供給手
段との何れか１つ以上の供給エアをノズル先端部の洗浄
時に乾燥エアとして用いることを特徴とする請求項１〜
５の何れかに記載のスポッティングノズル。