JP2003530549A - バイオポリマーアレイ用の極少量の液体を微量計量するための方法および装置 - Google Patents

バイオポリマーアレイ用の極少量の液体を微量計量するための方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、バイオポリマーアレイ作製用の極少量の液体を微量計量するための方法および装置に関する。分析すべきサンプル液は、洗浄液貯槽に連結されている吐出装置（1）により吐出される。正負逆転できる電圧（10）が吐出装置(1)に印加され、その結果として、サンプル液を検出用アレイに輸送するために自動調整電気浸透流を使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、バイオポリマーアレイまたはバイオポリマーフィールド用の、極少
量の液体を微量計量するための方法および装置に関する。
【０００２】 核酸、タンパク質、または多糖類のようなバイオポリマー（生体高分子）の高
度並行分析には、マイクロアレイとも呼ばれるマイクロポリマーフィールドが使
われる。このようなフィールドまたはアレイの製造には、ピコリットルからナノ
リットルの範囲の液体中に溶解または懸濁している極少量のバイオポリマーのサ
ンプルを、規則的な配列で、基体表面に、例えば試料用スライドに、つけなけれ
ばならない。従来のピペットによる分注方法では、そのような極少量の液体の場
合には、うまくいかない。
【０００３】 移動させる量の精密な計量は、これまで非常に難しかったので、精密計量は普
通行われず、ペンのように、機械的な接触を伴うやり方により、そのような少な
い量の移動は行われた。しかしながら、用いられたペンは、液体保持容量がほん
の限られたものなので、ペンにつける１回の液量で、基体表面の多数点に分注す
ることは可能でなかった。使用するペンの能力を上げるために、ペンがさらに多
量の、分注すべきサンプル基質を保持するように、これらのペンにノッチや溝を
設ける試みがなされた。これは確かに、ペンの液体保持容量を増大させることが
でき、ペンを液で１回満たすことで、多数のバイオポリマースポットを試料用ス
ライドにつけることができたが、溝やスロットが設けられているこの種のデザイ
ンのペンの掃除は非常に難しいものであった。このペンを使って、試料用スライ
ドに、新しいバイオポリマーのサンプルを分注しようとする場合、前のサンプル
分注ランからの残留物も溝やスロットから除去されて、ペンの能力を拡大してい
ることに注意を払わなければならない。
【０００４】 このようなバイオポリマーアレイを使用した分析における測定誤差を最小限に
留めるためには、一般に内部標準が用いられる。
【０００５】 先行技術から知られている解決策および先行技術が悩まされた問題点を考慮し
て、本発明の目的は、単純且つ確実な方法で、極少量の液体をバイオポリマーア
レイに分注することである。
【０００６】 本発明者等は、この目的は、本発明に従い、バイオポリマーアレイを作製する
ための、極少量の液体を微量計量する方法によって達成されることを見出した。
この方法では、分析すべきサンプル液を供給装置により供給するが、この供給装
置は洗浄液に連結されていて且つ可逆的な電圧が印加され、発生する電気浸透流
を使ってサンプル液を検出表面の上に輸送できるようになる。
【０００７】 本発明に従って提案された方法により達成できる効果は、主として、サンプル
基質を収容しているキャピラリーのピペット先端部に印加される電圧により、ピ
ペット先端部がそれぞれの試料用スライドの検出領域に対して位置決めされたそ
の位置で、遅れずに、極少量の液体の極めて正確な計量が可能となることである
。互いに平行に操作される複数のキャピラリーのピペット先端部を、サンプル液
の輸送を惹起する電圧を印加することにより用いると、個々のバイオポリマーの
スポットを、試料用スライドの検出表面上に、非常に正確な相互間の間隔を保ち
ながら精密なやり方で、安価且つ迅速に配列することができる。
【０００８】 本発明により提案される方法のもう１つの実施形態では、ドライブキャピラリ
ーおよび供給装置に電圧を印加することによって、サンプル液ストックからバイ
オポリマーが吸引され、電圧を逆転させると、計量すべき液体が吐出される。従
って、サンプル液量の吐出および検出フィールド表面上でのバイオポリマースポ
ットの形成には、キャピラリーの内腔部で機械的に起動される部品はもはや必要
とされない。
【０００９】 本発明により提案される方法のもう１つの有利な実施形態では、サンプル基質
の輸送のための電圧が、キャピラリーヘッドとドライブキャピラリーのキャピラ
リー空間部との間に印加される。これにより、電気供給ラインはガラス製キャピ
ラリーの上部に、ピペット先端部の反対側にあたるガラス製キャピラリーの末端
部で、供給することができる。
【００１０】 本発明の解決策のもう１つの有利な態様では、キャピラリー空間部のピペット
先端部を３方向に動かすことができる。検出フィールドの上でＸおよびＹ方向に
ピペット先端部を動かすことができるほかに、ピペット先端部は、液の吐出を惹
起する電圧がキャピラリー内腔部の内容物に印加される前に、検出フィールドの
表面に向かって、Ｚ方向に動かすことができる。
【００１１】 検出表面にバイオポリマーのパターンをつける際のエラーおよびサンプル液の
損失を避けるために、キャピラリー空間部からのサンプル基質の吐出を惹起する
電圧の逆転は、ピペット先端部を検出表面に対して位置決めしたうえで行う。
【００１２】 さらに、本発明で提案される極少量の液体の計量方法では、ドライブキャピラ
リーおよびそのピペット先端部を、バルブを介して、加圧容器に貯蔵されている
緩衝液に連結することが提案される。ここでは、電気浸透圧の発生に用いられる
該緩衝液は、それに対応するpH値およびイオン濃度を有する好適な緩衝液とする
。
【００１３】 最後に、荷電バイオポリマー種の試料用スライド上への電気泳動による付着を
、試料用スライドの表面、即ち検出表面上につけられる電気伝導層の上で行うこ
とが提案される。本発明により提案される方法のこの変法により、後続の分析操
作の分析工程を、バイオポリマーアレイの分注および作製の間も行うことができ
る。
【００１４】 本発明でもう１つ提案される極少量の液体の微量計量装置では、電圧を逆転さ
せることができ且つ電気接点を介して緩衝液容器の内容物に電気接続されている
スイッチング素子が、ドライブキャピラリーに電圧を印加するための電気供給ラ
インに組み入れられている。本発明により提案された装置を用いると、単なる電
圧の逆転により、サンプル基質中の電気浸透流によって、試料用スライドの検出
フィールドの上で、下げられた状態にあるピペット先端部から、極少量の液体を
分注することができる。
【００１５】 ドライブキャピラリーへの緩衝液の連続供給を確実なものにするために、緩衝
液容器の上の流れ抵抗を、バルブの後方に位置するドライブキャピラリーの分岐
の中に組み入れる。流れ抵抗を適切な大きさにすることにより、ドライブキャピ
ラリーへの泡や空洞の無い緩衝液の供給を行うことができる。
【００１６】 有利な方式では、単純なデザインのＸ／Ｙ位置決め装置を使って、１つのドラ
イブキャピラリーのピペット先端部あるいは複数のドライブキャピラリーのピペ
ット先端部を、検出フィールドの上で動かすことができ、その結果バイオポリマ
ースポットを検出表面に分注すべき正確な位置が決められる。ピペット先端部を
ＸおよびＹ方向に動かすことができるほかに、位置決め装置（例えば市販のプロ
ッター）は、検出フィールドの表面に向かうＺ方向にもピペット先端部の位置決
めを行うことができる。
【００１７】 ドライブキャピラリーおよびピペット先端部は、ガラスまたは石英でできてい
るのが有利である。
【００１８】 マイクロキャピラリーのピペット先端部は、先端部が小直径へと引き延ばされ
るように引き延ばすのが有利であり、先端部直径は10μm〜1000μmの範囲とする
。特に好ましくは、ピペット先端部の直径を50μm〜300μmの範囲とする。
【００１９】 接地を確実に行うために、ピペット先端部とドライブキャピラリーとの間にア
ースを設ける。
【００２０】 最後に、白金線電極がドライブキャピラリーのキャピラリーヘッドの中に入れ
られ、且つドライブキャピラリーの末端部のさらなる電気接続が、電気接点を備
えた緩衝液容器の中に沈められた状態で、電気浸透流を発生させるための電気接
続がピペット先端部とドライブキャピラリーとの間に設けられる。かくして、ド
ライブキャピラリーの電圧回路は、電極逆転スイッチにより簡単に遮断され、こ
れにより、検出表面へのバイオポリマースポットの必要とされる分注回数に対応
する頻度で、遮断あるいは閉鎖させることができる。
【００２１】 本発明を図面を参照しながら以下にさらに詳細に説明する。
【００２２】 唯一の図面は、本発明で提案される、ピコリットルからナノリットルまでの極
少量の液体を分注するための装置の構成を模式的に表現したものを示す。
【００２３】 試料用スライド９の検出表面18にサンプル液を分注するのに用いられるピペッ
ト先端部１は、作製するのが非常に安価であるガラス製のキャピラリーであり、
例えば200μmの直径に引き延ばされた先端部を有する。このキャピラリーは、ガ
スクロマトグラフィーでは普通のことであるが、その末端で、マイクロホースを
介して、ガラスまたは石英のドライブキャピラリー２に連結される。電気接続を
形成するための白金線電極３がマイクロホースのチューブ接続部の中に挿入され
ている。ドライブキャピラリー２の反対側の末端に第２の電気接点４があり、こ
れは、緩衝液容器14に入っている緩衝液内容物の中に突き出している。緩衝液容
器14に入っている液は、流れ抵抗13が導入されているライン分岐16から連続的に
供給され、その結果、電気接点４はドライブキャピラリー２の中の液と常に接触
状態にある。
【００２４】 ピペット操作の最初には、ガラス製キャピラリーのピペット先端部１が、Ｘ／
Ｙ位置決め装置、例えば市販のグラフィックプロッターまたは他のＸ／Ｙ位置決
め装置の形体にあるものを使って、まず廃液容器７の上に移動される。その後、
ドライブキャピラリー２の上流に配置されているバルブ５が少しの間開放され、
これによりドライブキャピラリー２が、廃液容器７の上に位置しているピペット
先端部１と共に、ガス連結部６によって加圧ストック容器11から来る新鮮な緩衝
液（pHおよびイオン濃度がドライブキャピラリー２の中で電気浸透流が発生する
ように適切な値に設定されている）で連続的に満たされ、その結果、ピペット先
端部１が、同時に、廃液容器７の上でその中身を吹き出す。前記分岐16の中に配
置されている流れ抵抗13（例えば、フリットの形）は、緩衝液の少量を緩衝液容
器14の中に押し入れるので、ピペット先端部に繋がるドライブキャピラリー２は
常時、連続的に流入してくる緩衝液ストックで確実に満たされることとなる。
【００２５】 図中では模式的に示されているスイッチング素子10が、電気供給ライン３と、
緩衝液容器14への電気接点４との間に組み入れられている。参照数字12aおよび1
2bで示される２つの電圧源がスイッチング素子10のスイッチ接点に接続され、且
つアース17を介して接地されている。
【００２６】 バイオポリマー容器８に入れられた、ピペット操作されるバイオポリマー溶液
を吸引するには、ドライブキャピラリー２の中で後方方向に電気浸透流を発生さ
せるために、適切な方向の電圧を、スイッチ10を介して２つの電気接点３および
４に印加する。ちょうどこの時点で、ピペット先端部１が、Ｚ方向から見て、サ
ンプル容器８の中に浸され、加えられた電圧に従ってピペット先端部１の開口部
からサンプル基質が吸引されるのを可能にする。バイオポリマー容器８（ここで
は、例えばマイクロタイタープレートのウエル）から十分なピペット操作用材料
が吸い上げられると、自動マイクロピペッティングシステム、即ちＸ／Ｙ位置決
め装置が、ピペット先端部１を分注すべき基体の上に位置決めする。該基体は、
例えば、顕微鏡検査でよく使われる試料用スライド９であってよい。ピペット先
端部１から出てくる個々のバイオポリマーの液滴がつけられる試料用スライド表
面18が試料用スライド９上に設けられている。検出表面18は、バイオポリマーと
化学的に結合するあるいはバイオポリマーと物理化学的に相互作用する表面であ
ってもよい。前記に加えて、検出フィールド18の方向にピペット先端部１を下げ
ることができるＸ／Ｙ供給装置により、試料用スライド表面18へのバイオポリマ
ースポットの分注が行われる。この目的のために、正負を逆にした電圧が、スイ
ッチ10を介して、選択可能な時間にわたりドライブキャピラリー２にかけられ、
その結果、ピペット操作されるべき液が、今度は逆の方向に流れている電気浸透
流によりピペット先端部１から押し出され、そして試料用スライド９の検出表面
18の上に出ていく。このようにしてサンプル液は、検出表面18の上にあるいは別
の器の中に吐出することができる。２つの電圧源を使用する代わりに、それに対
応するスイッチ切替素子を有する単一電圧源を使用することもでき、また例えば
アースなどの他の変形も全く構わない。
【００２７】 電気浸透流に影響を及ぼすパラメーター（主として、緩衝液のイオン濃度およ
びpH値ならびに印加する電圧の大きさなど）の適切な調節により、試料用スライ
ドの検出表面18上への個々のバイオポリマースポットの作製中に吐出される液量
は、ほぼ一定に保つことができる。これにより、ＸおよびＹの両方の方向に、互
いに規則的な間隔20で配列されたバイオポリマースポットを含むバイオポリマー
パターン19を、試料用スライド９の検出表面18上に作製することが可能となる。
【００２８】 バイオポリマーと化学的または物理化学的に相互作用する試料用スライド９の
適切な表面18へのバイオポリマースポットの結合を促進するため、また、その結
合を電気化学的に活性化するためには、適切な極性の電圧が、ピペット先端部１
の接触後に、ピペット先端部１の電気接続部３と試料用スライド９上の電気伝導
性表面との間に追加的に印加される。これは、荷電されたバイオポリマー種の試
料用スライド上への電気泳動付着を、それらの分注直後に可能にし、後続の分析
およびサンプル評価に大変有用となる。
【００２９】 図１に見られるように、ドライブキャピラリー２の先頭部はキャピラリーヘッ
ド21の中に入れられており、このキャピラリーヘッド21はそれ自体、例えばホー
スの短い断片のようなマウント（装着具）22により取り囲まれている。ピペット
操作されるサンプル液が吸引されて入る、あるいは電気浸透流の逆転でそこから
吐出される内腔部23を有するガラス製もしくは石英製のピペット先端部１は、適
当な方法で、マウント22の中に入れられる。ガラス製であるのが好ましいピペッ
ト先端部１は、10μm〜1000μmの開口部を有していてよく、直径50μm〜300μm
の開口部がピペット先端部１に形成されているのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１つの実施形態である、ピコリットルからナノリットルまでの極少量
の液体を分注するための装置の構成を示した模式図である。
【符号の説明】
１ ピペット先端部 ２ ドライブキャピラリー ３ 電気供給ライン ４ 電気接点 ５ バルブ ６ ガス連結部 ７ 廃液容器 ８ バイオポリマー容器 ９ 試料用スライド 10 極性逆転スイッチ 11 ストック用ボトル 12a ＋電圧源 12b −電圧源 13 流れ抵抗 14 緩衝液容器 15 加圧ライン 16 Ｔ型分岐 17 アース 18 試料用スライド表面 19 バイオポリマーパターン 20 バイオポリマースポットの間隔 21 キャピラリーヘッド 22 マウント 23 キャピラリー内腔部 24 緩衝液
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年５月２４日（２００２．５．２４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 アイペル，ハインツ ドイツ連邦共和国 64625 ベンシャイム， イン アイヒンベール 24 (72)発明者 バイエル，マルクス ドイツ連邦共和国 69120 ハイデルベル ク，ウェルダーシュトラーセ 42アー (72)発明者 マティシアク，ステファン ドイツ連邦共和国 88069 テットナンク， カールシュトラーセ 11 Ｆターム(参考） 2G052 AB17 AB18 AB20 AD06 CA02 CA28 CA30 CA40 DA05 FD02 HA02 HA12 HC03 JA07 JA09 JA11 2G058 AA01 CA00 CC01 EA02 EA04 EA11 EB01 ED02 ED12 ED14 GA11 4G068 AA03 AB11 AC20 AD47 AD50 AF31

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バイオポリマーアレイ作製用の極少量の液体を微量計量する
    ための方法であって、分析すべきサンプルを、洗浄液（24）に連結させることが
    できる供給装置（1、23）により供給し、供給装置（1、23）と緩衝液容器（14）
    との間に正負を逆転できる電圧を印加し、発生する電気浸透流を使って該サンプ
    ル液を検出表面（18）に輸送できるようにすることを特徴とする、上記方法。
  2. 【請求項２】 容器（8）からのバイオポリマー液の吸引および、電圧を逆
    転させた後の、計量すべきバイオポリマー液の吐出を、供給装置（1、23）のド
    ライブキャピラリー（2）に電圧を印加することにより行わせる、請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 キャピラリー空間部（23）のピペット先端部（1）を３方向
    に動かすことができる、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記サンプル液がキャピラリー空間部（23）から出ていくこ
    とを惹起する電圧の逆転を、ピペット先端部（1）が検出表面（18）に向かい合
    った位置に到達した後に行わせる、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 加圧容器中に貯蔵され且つ電気浸透圧の発生に適したpH値お
    よび適切なイオン濃度を有する緩衝液を、バルブ（5）により、ドライブキャピ
    ラリー（2）およびピペット先端部（1）に供給する、請求項１〜４のいずれか１
    項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 試料用スライド（9）上への荷電バイオポリマー種の電気泳
    動付着を、試料用スライド表面（18）上の電気伝導層により行わせる、請求項１
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】 バイオポリマーアレイ作製用の極少量の液体を微量計量する
    ための装置であって、分析すべきサンプル基質が、洗浄液（24）に連結させるこ
    とができる供給装置（1、23）により供給され、ここで、電気接点（4）を経て緩
    衝液容器（14）の内容物に接続されている電圧逆転用スイッチング素子(10)が、
    ドライブキャピラリー（2）に電圧を印加するための電気供給用ライン（3）に組
    み入れられていることを特徴とする、上記装置。
  8. 【請求項８】 ドライブキャピラリー（2）の連続供給を確実なものとする
    ために、また緩衝液（24）で洗浄するために、流れ抵抗（13）がドライブキャピ
    ラリー（2）の分岐の中に組み入れられている、請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 試料用スライド（9）の表面に対してピペット先端部（1）の
    位置決めを行うＸ／Ｙ位置決め装置が、検出フィールド（18）に対してピペット
    先端部（1）の位置決めを行うために備えられている、請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 ドライブキャピラリー（2）がガラスまたは石英から構成
    される、請求項８に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ピペット先端部（1）が、小直径に引き延ばされた先端部
    を有するガラス製キャピラリーから、10μm〜1000μmの先端部直径に引き延ばさ
    れたものである、請求項８に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 ピペット先端部（1）が、小直径に引き延ばされた先端部
    を有するガラス製キャピラリーから、50μm〜300μmの直径に引き延ばされたも
    のである、請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 ピペット先端部（1）とドライブキャピラリー（2）との間
    に電気アースが設けられている、請求項８に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 電気浸透流を発生させるためにピペット先端部（1）とド
    ライブキャピラリー（2）との間に電気接続が設けられており、その場合、キャ
    ピラリーヘッド（21）の中にある白金線電極（3）およびドライブキャピラリー
    （2）の末端部にあるその先の電気接点（4）が、電気接点を備えた緩衝液容器（
    14）の中に入れられている、請求項８に記載の装置。
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