JP2003530550A - リアルタイム制御を行うバイオポリマーフィールドの形成方法 - Google Patents

リアルタイム制御を行うバイオポリマーフィールドの形成方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、バイオポリマーフィールドまたはバイオポリマーアレイの製造においてサンプル物質の試料スライド（３）の表面（４）上への移送を確認するための方法および装置に関するものである。試料スライド（３）の表面（４）は導電性物質（14）を有し、その導電性物質のサンプル液（12）を介した給液装置（１）への電気的接続が確認信号（８）となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、分析用に製造されるバイオポリマーの割付配置(arrangement)の品
質を高めるためのリアルタイム制御を行うバイオポリマーフィールド（アレイ）
の形成方法に関する。
【０００２】 バイオポリマーフィールドまたはバイオポリマーアレイは現在、主として２種
類の方法によって形成される。極めて少量のバイオポリマー溶液を支持材に移送
するのにこれまで行われてきた手順では、極めて少量のバイオポリマー溶液を、
インクジェット印刷法によって、試料スライドの表面に小測定ドットとして移送
する。しかしながらこの方法では、移送するサンプル溶液で見られる粘度差なら
びにインクジェットプリンターで時々起こる気泡形成のため、サンプル移送が不
確実であるという問題がある。
【０００３】 試料スライド表面にバイオポリマーフィールドを設ける別の手順は、ペン先に
よって試料スライド表面に、極めて少量の分析サンプル液を移送する段階がある
。この関係での「ペン先」という用語は、例えば万年筆で用いることができるペ
ン先を意味するものである。規則的な形で配置されたバイオポリマーアレイを設
ける場合、他の方法では所望の量のサンプルを十分な量で移送することができな
いか、全く移送することができないことから、移送する液体サンプルで濡らした
ペン先または針によって、移送する表面とその都度良好な液体接触が得られるよ
うにして液を移送させることが必要である。
【０００４】 液体サンプル移送時に起こることがあるエラーは、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の全てのサンプルスポットが個々の試料スライド表
面上に完全に配置されてしまうまで気づかないことが非常に多い。バイオポリマ
ーアレイ配列に残るギャップにより、自動手段によるバイオポリマーアレイの評
価はより困難になる。エラーを含むバイオポリマーが完全に完了するのを待つの
は経済的に許容できるものではない。
【０００５】 現在までのところ、試料スライド表面に形成されたバイオポリマーフィールド
の完全性はビデオカメラを用いて調べられていたが、その方法では物理的な大き
さのために、移送領域のごく小さい環境で貴重な空間が必要とされる。さらに、
ビデオカメラからの信号は、比較的多くの労力を費やして初めて自動化すること
ができる。
【０００６】 解決が困難な先行技術の欠点を考慮して、本発明の目的は、バイオポリマーフ
ィールドの品質向上を、その形成時であっても得ることにある。
【０００７】 本発明者らは、この目的が、試料スライド表面上でのバイオポリマーフィール
ド形成においてサンプル移送を観察する方法であって、前記試料スライド表面が
導電性物質を含み、その物質の前記サンプル材料を介した給液装置への電気的接
続が確認信号となることを特徴とする方法によって達成されることを認めた。
【０００８】 本発明によって提案される解決の利点は主として、提案の方法においては、電
圧印加後に、給液装置とスライド上の導電層との間を流れる電流から、液体接触
を確認することができるというものである。給液装置内の液体は、バッファーイ
オンが存在することから導電性であるため、スライドの導電性コーティングに移
送された分析対象のバイオポリマーサンプルは、導電性物質が設けられたスライ
ドガラス表面と給液装置との間で電流回路を閉じる液体架橋(liquid bridge)を
表すものとなる。それによって、試料スライドに対する分析には十分なバイオポ
リマーサンプル移送を、高い信頼性で検出することができることから、液体接触
が起こっていない場合にそれに応じて発生および増幅される確認信号を介して、
充填または移送操作を繰り返す指令が、液体接触の確認が起こるまで、給液装置
を制御するコンピュータに与えられるか、あるいは複数回の試みが不首尾に終わ
った後に、制御コンピュータのエラー記録に相当する入力を行うことができる。
【０００９】 本発明による提案の方法のさらに別の実施形態では、サンプルと試料スライド
表面との液体接触のモニタリングをリアルタイムで行う。
【００１０】 確認信号は、給液装置と試料スライドの導電性表面との間で検出された電流フ
ローから特に効果的に得られる。この場合、サンプル液が、給液装置と試料スラ
イドとの間の液体架橋として有効に用いられる。
【００１１】 さらに処理することが可能な意味のある確認信号を得るために、検出電流フロ
ーから得られる信号を、高抵抗増幅装置によって増幅する。例えば10メガオーム
の前抵抗を、高抵抗増幅器の上流に取り付けることができる。
【００１２】 給液装置と試料スライド表面の間に電流フローを発生させる液体架橋がそれら
の間に設けられていないことが検出された場合に、給液装置の相応するアドレス
指定(addressing)による移送操作繰り返しの自動開始に、相応に増幅された確認
信号を用いることができる。
【００１３】 本発明によればさらに、試料スライド表面への給液装置からのサンプル量のバ
イオポリマー移送を検出する装置であって、前記給液装置が、電流フローを起こ
し、導電性物質を含む前記試料スライド表面とともに前記サンプル液を介して信
号を発生させ、接続部を有する導電体を有する装置が提案される。
【００１４】 ビデオカメラを用いてバイオポリマーフィールドの量をモニタリングし、さら
にその信号を処理するための先行技術から公知の解決策と比較して、本発明によ
る解決策は、かなり簡単で、より信頼性の高いリアルタイムモニタリングの可能
性を表すものである。試料スライドの電気的接続部と共働する導電体は有利には
、サンプル液用の給液装置として働く毛管の取付台に埋め込むことができ、試料
スライドの接続部とともに、電圧電源に簡単に接続することができる。
【００１５】 本発明の基礎となる考え方をさらに改良したものによれば、試料スライドの表
面は導電性プラスチックからなるものとすることができ、一方で試料スライド自
体はそれより安価な材料製とすることができる。試料スライドの表面は、例えば
薄肉金属板を施した場合には金属材料からなるものとすることができる。
【００１６】 最後に、ガラスまたはプラスチックからサンプルスライドを作製し、導電性物
質を使用することでそれを導電性とすることも想到される。比較的安価な材料製
の試料スライドの導電性コーティングは、導電性ポリマーであることができる。
その導電性コーティングはさらに、金属または半導体材料からなるものとするこ
とができる。使用可能な半導体材料の例としては、インジウム−スズ酸化物があ
るが、その場合には、コスト上の理由から、試料スライドのコーティングの全表
面を導電性物質でコーティングする必要はなく、ある種の利用分野では、試料ス
ライド表面の部分領域を導電性物質でコーティングすることで十分な場合がある
。
【００１７】 以下、図面を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。
【００１８】 唯一の図には、バイオポリマーアレイのリアルタイムモニタリングに用いられ
る配置の線図を示してある。
【００１９】 図１に示した配置によれば、毛管11の毛管端１は、試料スライド３の表面４に
当たって配置されている。試料スライドガラス３の表面４は、導電性コーティン
グ14を有する。導電性コーティング14は、導電性ポリマーからなることができる
。それは金属製であることができるか、あるいは半導体材料を含むことができる
。インジウム−スズ酸化物が、試料スライド３の表面４に設ける半導体材料とし
て有効であることが明らかになっている。当然のことながら、試料スライド３の
表面４に導電性物質として他の半導体材料を設けることも可能である。
【００２０】 それとは対照的に、試料スライド３は、例えばプラスチック、金属またはガラ
スなどの安価な材料からなる。導電体２が毛細管11の取付台13にあり、毛細管11
の内部に存在するサンプル液と電気的に接続されている。その液は、毛管端１の
領域における下側末端で、試料スライド３の表面14の方向に、毛細管11を出る。
導電体配線２が、増幅器７の入力部に接続されており、例えば10メガオームの前
抵抗５を介して電圧電源９に接続されている。導電性物質14を有する表面４は、
弾性的にその表面に当たって配置された接続部６により、電力供給線を介して電
圧電源９に接続している。弾性接続部６はまた同様に、増幅器の入力部に接続さ
れており、その増幅器は特に、確認信号８が発生する高抵抗構成を有する。電圧
タップ箇所15では、導電体配線２が電圧電源９の前抵抗５に接続しており、弾性
的に表面４に当たって配置された接続部６は、高抵抗増幅器７の入力部に接続さ
れている。
【００２１】 ピコリットルおよびナノリットル程度の極めて少量の液体の移送については、
例えばガラス毛管１を使用し、その毛管は例えば100ミクロンの直径を有する微
細先端まで引き延ばされ、細い導電体配線２に囲まれており、それによって、移
送されるバイオポリマーサンプルへの電気的接続が起こる。その液は、その中に
存在するバッファーイオンのために導電性である。
【００２２】 形成されるバイオポリマーフィールドまたはアレイに用いられる試料スライド
３は、顕微鏡検査で普通の試料スライドであることができ、導電性コーティング
14、例えば半導体材料であるインジウム−スズ酸化物を有しており、弾性的に当
接して配置された接続部６を介する電気的接触が設けられている。移送させるバ
イオポリマーの、導電性物質14でコーティングされた試料スライド３の表面４と
の強い共有結合的化学結合および静電気的結合を得るために、ポリリジンまたは
ポリエチレンイミンなどのポリマー薄層を導電性コーティングに設けることがで
きる。
【００２３】 導電性コーティングおよび毛細管11中の液を含めて、試料スライド３とそれが
有する表面４との間に、例えば10メガオームの前抵抗５を介して、例えば５ボル
トの電圧を印加する。毛管先端１と試料スライド３の表面４上の導電性コーティ
ング14との間に液体接触が起こったら、導電体配線２および導電性コーティング
14と接触している接続部６が電圧電源９に接続されていることから、測定電圧が
短絡する。毛管先端１の開口と導電性コーティング14の設けられた試料スライド
表面４との間の液体架橋12の存在は、例えば高抵抗増幅器７によって観測され、
液体接触が起こったことについての確認信号８として制御コンピュータに送られ
る。
【００２４】 液体接触の検出を実施する上での電気回路のさらに別の可能な実施形態は、当
業者には明らかであり、代替形態として用いることができる。
【００２５】 液体架橋形成の形での予想される液体接触が起こらなかった場合は、毛管先端
１と表面４の導電性コーティング14との間の液体架橋12形成の形での液体接触の
確認が生じるまで、充填および移送を繰り返す指令が、給液装置１を制御するコ
ンピュータに出される。毛管先端１と試料スライド３の導電性コーティング14と
の間に液体架橋12を形成する試みが複数回不首尾に終わった後には、制御コンピ
ュータのエラー記録への相当する入力が起こる。
【００２６】 これによって、不正確に移送されたサンプルによるエラーが、バイオポリマー
フィールドまたはバイオポリマーアレイの形成時に直接検出することが可能とな
る。従って、本発明によって生じる確認信号８を、移送操作繰り返しの自動開始
以外に、バイオポリマー移送時に観察されるエラーの記録にも用いることができ
る。本発明の基礎となる考え方をさらに改善すると、導電的接触が形成されるま
で、毛細管を表面14の方へ移動させる。この実施形態において確認信号は、バイ
オポリマーを移送する手段、例えば毛細管の接触運動の確認に役立つ。
【００２７】 金属材料または前述のインジウム−スズ酸化物などの半導体化合物の試料スラ
イド３の表面４上での導電性コーティング14の形成以外に、それらは炭素または
炭素化合物を含む材料製とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 バイオポリマーアレイのリアルタイムモニタリングに用いられる配置の線図で
ある。
【符号の説明】
１ 毛管先端／給液装置 ２ 導電体配線 ３ 試料スライド ４ 表面 ５ 前抵抗 ６ 弾性接触部 ７ 増幅器 ８ 確認信号 ９ 電圧電源 １０ 毛管ヘッド １１ 毛細管 １２ サンプル液、バイオポリマーサンプル １３ ホルダー １４ 導電性コーティング １５ 電圧タップ箇所
【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２７日（２００２．５．２７）
【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】
───────────────────────────────────────────────────── 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 ベンシァイム， イム アイヘンベー 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，ヴェルダーシュトラーセ 42アー (72)発明者 マチシアク，ステファン ドイツ連邦共和国 88069 テトナンク， カールシュトラーセ 11 Ｆターム(参考） 4G068 AA02 AA04 AB15 AC20 AD19 AD47 AF40

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 試料スライド（３）の表面（４）上でのバイオポリマーフィ
    ールド形成においてサンプル物質の移送を確認する方法において、前記試料スラ
    イド（３）の表面（４、14）が導電性物質（14）を含み、該物質のサンプル液（
    12）を介した給液装置（１）への電気的接続が確認信号（８）となることを特徴
    とする方法。
  2. 【請求項２】 サンプル液（12）と試料スライド（３）の表面（４）との液
    体接触のモニタリングを、前記サンプル液移送時にリアルタイムで行う請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 確認信号（８）が、給液装置（１）と試料スライド（３）の
    表面（４）との間での電流フローから発生する請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 検出された電流フローから得られる測定信号を、増幅装置（
    ７）によって、さらに処理することができる確認信号（８）に変換する請求項３
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】 確認信号（８）を利用して、給液装置（１）の相当するアド
    レス指定により移送操作の繰り返しを自動的に開始する請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 確認信号を利用して、移送操作中Ｚ方向でサンプル物質キャ
    リヤーを正確に位置決めする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 確認信号（８）を利用して、試料スライド（３）の表面（４
    ）上へのサンプル液（12）の移送時におけるエラーを自動的に記録する請求項１
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】 試料スライド（３）の表面（４）上への給液装置（１）から
    のバイオポリマーのサンプル液（12）の移送を検出する装置において、前記給液
    装置（１）が導電体（２）を有しており、該導電体が、導電性物質（14）を有す
    る試料スライド（３）の表面（４）とともに、また電気接続部（６）とともに前
    記サンプル液（12）を介して電流フローを起こし、信号（８）を発生させること
    を特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 試料スライド（３）の表面（４）が導電性プラスチックから
    構成されている請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 試料スライド（３）の表面（４）が金属材料からなる請求
    項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 試料スライド（３）がガラスまたはプラスチックから構成
    されており、導電性物質（14）により導電性となっている請求項８に記載の装置
    。
  12. 【請求項１２】 導電性コーティング（14）が導電性ポリマーである請求項
    １１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 導電性物質（14）が金属である請求項１１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 導電性物質が半導体材料である請求項１１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 半導体がインジウム−スズ酸化物である請求項１４に記載
    の装置。
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