JP2004325422A - Method, head, and apparatus for manufacturing microarray - Google Patents

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JP2004325422A JP2003124655A JP2003124655A JP2004325422A JP 2004325422 A JP2004325422 A JP 2004325422A JP 2003124655 A JP2003124655 A JP 2003124655A JP 2003124655 A JP2003124655 A JP 2003124655A JP 2004325422 A JP2004325422 A JP 2004325422A
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Hideo Tashiro
英夫 田代
Tokuji Kitsunai
徳司 橘内
Tsutomu Koike
力 小池
Akihiro Iimura
彰浩 飯村
Motoki Abe
元気 阿部
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
THK Co Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a microarray capable of uniformly forming the size of each spot when arranging a plurality of spots on a substrate, reliably, quickly performing a cleaning operation prior to the next spot formation after forming the spot, efficiently manufacturing the microarray, and increasing the quality of the microarray and to provide an apparatus for manufacturing the microarray. <P>SOLUTION: In the microarray manufacturing method, the plurality of spots of a solution containing a biological sample are formed on the substrate. In this case, at least one portion of a contact surface with the solution in a spot arranging tool for forming the spots is covered with a surface-active agent. In this state, the solution is supplied for forming the spots. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、DNA断片やオリゴヌクレオチド等の生体試料を基板上に多数配列させるマイクロアレイ作製方法およびマイクロアレイ作製装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、多彩な生物の全遺伝子機能を効率的に解析するための技術開発が進んでいる。DNAマイクロアレイ(すなわちDNAチップ)は、スライドガラスやシリコンの基板にDNA断片等を含むスポットを多数整列させたものであり、遺伝子の発現や変異、多様性などの解析に非常に有効である。
【0003】
一般的な基板の大きさは1〜数十cmで、この領域に数千〜数十万種のDNA断片のスポットが整列されている。基板上のDNA断片は、相補性を有する蛍光標識DNAを用いて調べられる。基板上のDNA断片と蛍光標識DNAとでハイブリタイゼーションが生じると蛍光が発する。この蛍光が生じるスポットを蛍光スキャナ等で検出し、蛍光イメージを解析することで遺伝子の発現や変異、多様性などを解析することができる。
【0004】
このDNAマイクロアレイの技術を発展させるためには、基板上に密集したDNA断片のスポットを精度良く配列させるマイクロアレイ作製技術が必要になる。
【0005】
例えば特許文献1には、あらかじめ調整したDNA断片を基板に配列させるマイクロアレイ作製装置が開示されている。この装置は、細長い一対の部材間に形成された開放毛管流路に試料を保持するとともに、細長い一対の部材で構成されるヘッドの先端を基板に軽く打ち付けることにより、基板上にスポットを配置している。また、ヘッドにはこれ以外にも、溶液を保持する液溜め部、及び該液溜め部から突出し、基板にスポットを配置するスポット配置具(例えばピン又はニードル)で構成されるものも知られている。
【0006】
このようなマイクロアレイ作製装置にあっては、スポット毎の試料の量を相互に均等となるように制御する必要があるが、従来知られる装置においては、基板上に多数のスポットを形成するほど、すなわち、設計上での各スポットの所定量が小さくなるほど、バラツキが生じるようになり、これを改善する上での技術が望まれるところであった。
【0007】
なお、このようなマイクロアレイ作製装置にあっては、スポットの形成作業を終えたヘッドに種類の異なる次の溶液を保持させる際、前の溶液が混濁しないようにヘッドを洗浄する必要がある。ヘッドには、複数の基板に同時にスポットを形成するために複数のスポット配置具(例えばピン又はニードル)が設けられることが多いが、溶液の混濁を防止するためには、これら複数のスポット配置具全てを確実に洗浄しなければならない。従来、このようなマイクロアレイ作製装置のスポット配置具の洗浄は、生体試料への影響性を考慮して、水のみを用いて行われていた。そして、その洗浄作用を高める上で、例えば特許文献2、3におけるような医療用分析機の分注ノズルの洗浄の場合と同様に、洗浄部に超音波振動をかけることが行われていた。しかしながら、前の溶液によるコンタミネーションを防止する上での洗浄操作には、このような超音波振動を併用しても水のみでは相当の時間を要し、この洗浄工程が、マイクロアレイ作製における律速となっているところがあった。
【特許文献1】
特表平10−503841号公報
【特許文献2】
特開平1−254871号公報
【特許文献3】
特開平8−21840号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、基板上に複数のスポットを配置するにおいて、各スポットの大きさを均等に形成することのできるマイクロアレイ作製方法およびマイクロアレイ作製装置を提供することを課題とする。本発明はまた、スポット形成作業後に、次のスポット形成に先立ち行われる洗浄操作を確実かつ迅速なものとし、マイクロアレイ作製の効率化を図ると共に品質の高いマイクロアレイを提供し得るマイクロアレイ作製方法およびマイクロアレイ作製装置を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、基板上に、生体試料を含有する溶液のスポットを、複数形成するマイクロアレイ製作方法であって、前記スポットを形成するためのスポット配置具における前記溶液との接触面の少なくとも一部を、界面活性剤にて被覆し、この状態で前記溶液を供給してスポットを形成することを特徴とするマイクロアレイ作製方法である。
【0010】
このように本発明においては、スポット配置具における生体試料含有溶液との接触面を界面活性剤にて被覆しているため、このようなスポット配置具を構成する部材、例えば、ステンレス鋼などの表面と比べて親水化がなされており、スポット配置具における狭窄の流路においても生体試料含有溶液が液滴等を形成することなくスムーズに流れ、結果的に、形成する各スポットの大きさを均等に保つことができる。
【0011】
さらに本発明のマイクロアレイ作製方法の一実施形態においては、前記界面活性剤による被覆は、前記溶液を供給してスポットを形成する毎に、これに先立ち、当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を供給し、水でリンスして過剰分を除去することによって行われるものであるものが示される。このように、界面活性剤による被覆を、スポット形成毎にこれに先立ち行えば、界面活性剤による被覆をより確実にかつ安定して行えると共に、併せてこの処理において、スポット配置具に付着した前回使用の溶液の迅速かつ確実な洗浄除去が可能となり、各試料間のコンタミネーションが防止できると共に、マイクロアレイ作製時間の短縮化が可能となる。
【0012】
さらに本発明のマイクロアレイ作製方法の一実施形態においては、前記界面活性剤の使用濃度が、5%以上であるものが示される。
【0013】
また、本発明のマイクロアレイ作製方法の一実施形態においては前記リンスは、使用した界面活性剤の量に対し、100〜1000容量倍の水を用いて行われるものであることが示される。
【0014】
本発明のマイクロアレイ作製方法の別の実施形態においては、前記界面活性剤による被覆は、当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を塗布し、固定化処理することで行われたものであることを特徴とする。このように界面活性剤を固定化処理していると、前記した実施形態の場合のように、スポット形成後毎に、界面活性剤を用いて処理する必要はなく、使用する界面活性剤の量を低減させることができる。
【0015】
本発明のマイクロアレイ作製方法の一実施形態においては、スポット配置具の界面活性剤による被覆部分の水に対する接触角が、当該部位の顕微鏡による断面観察における任意の3点の平均値として、界面活性剤による洗浄処理前と比較して、10%以上低減されているものである。界面活性剤による被覆部分において水に対する接触角が10%以上低減されると、試料溶液の良好な流通が保たれるものである。
【0016】
上記課題を解決する本発明は、また、生体試料を含む溶液を保持し、先端が基板に接触することで当該溶液のスポットを基板上に配置するスポット配置具を、1ないし複数個搭載してなるマイクロアレイ作製用ヘッドであって、前記スポット配置具が、前記生体試料との接触面の少なくとも一部を、界面活性剤にて被覆されていることを特徴とするマイクロアレイ作製用ヘッドである。
【0017】
このようなマイクロアレイ作製用ヘッドを用いて、生体試料溶液のスポット形成を行えば、上記したように、マイクロアレイにおける各スポットの大きさを均等に保つことができるものである。
【0018】
上記課題を解決する本発明は、さらに、生体試料を含む溶液を貯える溶液貯留部と、複数枚の基板を配列し得る作業台と、前記溶液貯留部から前記溶液を取り入れて保持し、前記基板上に溶液のスポットを形成するためのスポット配置具を備えた溶液保持手段と、前記保持手段の洗浄等が行われる洗浄等施工部と、前記保持手段を前記基板に対して近接・離間する方向に移動させ、前記保持手段をしてスポットを形成せしめる移動手段と、前記保持手段を前記溶液貯留部、前記作業台及び前記洗浄等施工部を含む領域において搬送し且つ二次元座標を与える搬送手段と、を備え、前記スポット配置具における前記生体試料との接触面の少なくとも一部が、界面活性剤にて被覆されてなることを特徴とするマイクロアレイ作製装置である。
【0019】
このようなマイクロアレイ作製装置を用いて、生体試料溶液のスポット形成を行えば、上記したように、マイクロアレイにおける各スポットの大きさを均等に保つことができるものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施形態に基づき詳細に説明する説明する。
【0021】
本発明のマイクロアレイ作製方法は、生体試料を含有する溶液のスポットを、複数形成するマイクロアレイ製作方法であって、前記スポットを形成するためのスポット配置具における前記溶液との接触面の少なくとも一部を、界面活性剤にて被覆し、この状態で前記溶液を供給してスポットを形成することを特徴とする。
【0022】
本発明において、前記スポット配置具における生体試料含有溶液との接触面の少なくとも一部を被覆する界面活性剤としては、特に限定されるものではなく、公知のいずれのものを使用することは可能であるが、生体試料含有溶液中に含まれるDNA,RNA等の生体高分子に及ぼす影響性の点から、非イオン性界面活性剤および両性界面活性剤であることが望ましい。
【0023】
非イオン界面活性剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、脂肪酸グリセリンエステル、ソルビタン脂肪酸エステル、スクロース脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、高級アルコールエチレンオキシド付加物、単長鎖ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンラノリンアルコール、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸、ポリオキシエチレンプロピレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンヒマシ油若しくは硬化ヒマシ油誘導体、ポリオキシエチレンラノリン誘導体、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルピロリドン、グルカミド、アルキルポリグルコシド、モノ若しくはジアルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルコールモノ若しくはジアミドおよびアルキルアミンオキシドなどを挙げることができる。このうち、好ましい一例としては、1〜10のオキシエチレン部分とC10−C20の直鎖若しくは分岐アルキル鎖を含むポリオキシエチレンエーテル、および1〜20のオキシエチレンのモノ−、ジ−またはトリ−脂肪酸エステルを挙げることができ、具体的には例えば、ポリオキシエチレン(8)オクチルフェニルエーテル(Triton X−114)、ポリオキシエチレン(9)オクチルフェニルエーテル(NP−40)、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル(Triton X−100)、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート(Tween20)、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノパルミテート(Tween40)、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート(Tween60)、ポリオキシエチレン(20)ソルビタントリオレエートなどを挙げることができる。特に、ポリオキシエチレンソルビタンモノ脂肪酸エステル、代表的には、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートを好ましく用いることができる。
【0024】
両性界面活性剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリウムベタイン、アルキルアミドプロピルベタインなどが挙げられる。
【0025】
界面活性剤としては、上記に例示した非イオン性界面活性剤および両性界面活性剤を単独にて用いることができるが、必要に応じてこれらのものを複数組み合わせて用いることも、また、これらをさらに、各種アニオン界面活性剤および/またはノニオン界面活性剤と組み合わせて用いることもできる。
【0026】
このような界面活性剤によって、スポット配置具の生体試料含有溶液との接触面の少なくとも一部を被覆する方法としても、特に限定されるものではないが、好ましい第一の態様においては、前記界面活性剤による被覆は、前記溶液を供給してスポットを形成する毎に、これに先立ち、当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を供給し、水でリンスして過剰分を除去することによって行う方法を挙げることができる。
【0027】
マイクロアレイの作製においては、前記したように数千〜数十万種という非常に多くの種類の生体試料含有溶液のスポットを形成するため、同時に複数のスポット配置具を用いることが一般的であるが、そのスポット配置具の数は、形成しようとするスポットの生体試料含有溶液の全種類に対応する程に多数設けることは限界があり、通常は、各スポット配置具が、いくつかの種類の生体試料含有溶液のスポット形成に兼用されることになる。
【0028】
このため、1つの種類の生体試料含有溶液のスポット形成が終了後、次の種類の生体試料含有溶液のスポット形成に先立ち、スポット配置具に付着残留する前の生体試料含有溶液による、後の生体試料含有溶液のコンタミネーションを防止するため、従来、水による洗浄操作が行われている。本発明のこの実施形態においては、これに代えて、上記したような当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を供給し、水でリンスして過剰分を除去するという操作を行うことにより、スポット配置具の接触面を界面活性剤で被覆すると同時に、界面活性剤の洗浄作用によって、水のみを用いた場合と比較して、より短時間で効率的にスポット配置具に付着残留する生体試料含有溶液を除去することができ、生体試料含有溶液のコンタミネーションを併せて防止できる。
【0029】
このように、生体試料含有溶液を供給してスポットを形成する毎に、これに先立ち、当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を供給し、水でリンスして過剰分を除去することによって、スポット配置具の接触面に界面活性剤の被膜を形成する態様において、使用される界面活性剤の濃度等は、特に限定されるものではなく、また使用する界面活性剤の種類によってもある程度左右されるものであるが、例えば、界面活性剤の濃度が5容量%以上、好ましくは20〜60容量%、より好ましくは30〜50容量%であることが望ましい。界面活性剤の濃度が極端に低いものであると、スポット配置具の接触面を界面活性剤で良好に被覆できず、また、残存する生体試料含有溶液を良好に除去するという洗浄効果も期待できなくなる虞れがあり、一方、界面活性剤の濃度を極端に高いものとしても、上記した範囲内における濃度を使用した場合と接触面の被覆および残留溶液の洗浄除去作用において顕著な差異が見られず、経済性等の面から不利となるためである。
【0030】
スポット配置具の接触面に界面活性剤を供給する際には、この界面活性剤による洗浄作用を高めるため、必要に応じ、超音波振動等の従来行われているような付加的な洗浄操作を加えても良い。
【0031】
上記したように、スポット配置具の接触面に界面活性剤を供給した後、過剰に付着した界面活性剤を除去するために、水でのリンスを行う。
【0032】
使用される水としては、純水、脱イオン水、蒸留水などの不純物の少ないものを用いる。
【0033】
また、リンスに使用される水の量としては、特に限定されるものではないが、使用した界面活性剤の量に対し、100〜1000容量倍、より好ましくは100〜300容量倍であることが望ましい。リンスに使用する水の量が極端に多すぎると、スポット配置具の接触面に付着した界面活性剤がほとんど洗い流されてしまい、界面活性剤による当該接触面の改質作用が期待できなくなる虞れが生じ、一方、水の量が極端に少なすぎると、余剰の界面活性剤がスポット配置具中に残ってしまうため、続いて生体試料含有溶液のスポットを形成した場合に、このスポット中に界面活性剤が多く流出し、場合によっては、得られるマイクロアレイの特性を低下させてしまう虞れが生じる。
【0034】
このように、水によるリンスを行った後に、必要に応じて、風乾、加熱乾燥等の処理を行ってもよい。
【0035】
あるいは、上記したような界面活性剤によって、スポット配置具の生体試料含有溶液との接触面の少なくとも一部を被覆する好ましい第二の態様においては、前記界面活性剤による被覆は、当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を塗布し、固定化処理することで行われる。
【0036】
スポット配置具の接触面に界面活性剤を塗布する方法としては、特に限定はないが、例えば、上記したと同様に、所定濃度の界面活性剤をスポット配置具の接触面に接触させた後、余剰の界面活性剤を水等の溶媒でリンスすることで除去するといった方法が採択できる。また、界面活性剤のスポット配置具の接触面への固定化処理の方法としても、特に限定されず、例えば、加熱処理、プラズマ処理、電子線照射といった処理による物理的結合、あるいはリンカー使用、界面活性剤への結合基ないし結合団導入などによる化学的結合、ならびにこれらの併用といったいかなるものであってもよく、また結合自体も強固な形態のものでも、界面活性剤の徐放をもたらすような比較的緩やかな結合のものであってもよい。
【0037】
このように界面活性剤を固定化処理していると、前記した実施形態の場合のように、スポット形成後毎に、界面活性剤を用いて処理する必要はなく、使用する界面活性剤の量を低減させることができる。
【0038】
また、この場合も、スポットを形成する生体試料含有溶液の種類を交換する場合には、先の試料での使用後に、スポット配置具を洗浄する必要があるが、前記界面活性剤による被覆がなされているため、水のみでの洗浄によっても、従来の場合と比較して、より容易にかつ迅速に、スポット配置具に残存付着する生体試料含有溶液を除去することができる。
【0039】
本発明においては、このようにしてスポット配置具の生体試料含有溶液との接触面の少なくとも一部が、界面活性剤によって被覆され親水化される。特に限定されるわけではないが、当該被覆部分の水に対する接触角が、当該部位の顕微鏡による断面観察における任意の3の平均値として、界面活性剤による洗浄処理前と比較して、10%以上低減されており、例えば40〜65°、より好ましくは55〜65°の範囲内となる程度に改質される。
【0040】
このため、このような界面活性剤によって被覆されたスポット配置具を用いて、各スポットの所定容積が、1スポット当たり3〜5×10−4mmの範囲内にある生体試料含有溶液のスポットを形成した場合に、各スポット間の容積の変動率(バラツキ)は、代表的には、10%以下といった非常に低い値に抑えられる。
【0041】
なお、本発明において、生体試料含有溶液のスポットを形成するのに用いられるスポット配置具の形状としては特に限定されず、従来公知の各種のものを用いることができる。例えば、QUILL方式、ピン&リング方式、スプリングピン方式、圧電/電歪素子をマイクロポンプとして使用したマイクロピペット方式、その他のいずれの形態のものであってもよい。
【0042】
ここで、QUILL方式は、ピン先に形成した凹部に試料を貯め、ピン先を基板に接触させることで凹部内の試料を基板上に移して微小スポットを形成する方法であり、ピン&リング方式は、試料溶液をリング内でリザーブした後、溶液がリザーブされたリング内側を貫通するようにしてピン先でリング内の試料を捉え、基板上にスポットを形成していく方法であり、スプリングピン方式は、スプリングを内蔵した二重ピン構造で、ピン先に付着した試料を、ピン先を基板に押付けることで基板上に移して微小スポットを形成する方法であり、また、圧電/電歪素子をマイクロポンプとして使用したマイクロピペット方式は、一般にインクジェット記録方式において広く応用されている技術におけるものと同様の方式である。
【0043】
いずれの形態のスポット配置具においても、生体試料含有溶液に対する接触面、特に、微小孔路となる内面部に対し、界面活性剤による被覆処理を施すことが有効である。
【0044】
次に、本発明のマイクロアレイ作製用ヘッドおよびマイクロアレイ作製装置につき、好ましい一実施形態を挙げて説明するが、本発明のマイクロアレイ作製用ヘッドおよびマイクロアレイ作製装置は、上記したように、そのスポット配置具の生体試料含有溶液に対する接触面が界面活性剤による被覆処理をなされたものである限りにおいて、何ら限定されるものではない。
【0045】
図1は本発明の一実施形態のマイクロアレイ作製装置を示す平面図、図2は図1におけるII−II線方向から見たこの装置の正面図、図3は図2におけるIII−III線方向から見たこの装置の右側面図、図4は図2におけるIV−IV線方向から見たこの装置の左側面図、図5は図1におけるV−V線方向から見たこの装置の断面図である。
【0046】
この装置は、スライドガラスやシリコン等からなる基板に、あらかじめ調製したDNA断片やオリゴヌクレオチド等の生体試料の溶液のスポットを多数配列する。一般的な基板の大きさは1〜数十cmで、この領域に多数のDNA断片のスポットを配列する。スポットの径は例えば数十ミクロンから数百ミクロンのサイズを有する。
【0047】
図1に示すように、マイクロアレイ作製装置は二つの領域を有する。一つは、溶液を保持するマイクロアレイ作製用ヘッド51(以下単にヘッドという)を基板に打ち付け、基板上に生体試料の溶液のスポットを配列させるスタンピング領域1である。もう一つはスポットを形成した後のヘッド51を洗浄し、洗浄したヘッド51に種類の異なる次の溶液を保持させる洗浄領域2である。ヘッドの構成については後述する。
【0048】
まず、スタンピング領域について説明する。作業台4上には多数の基板3…がマトリクス状に載置される。基板3はスライドガラスやシリコン等からなり、基板3の表面には生体試料を付着できるように表面処理がなされている。
【0049】
作業台4の一画には、試験的にマイクロアレイを作製するための2枚の基板又はダミー基板が載置されるテスト台5が設けられる。溶液を保持したヘッド51のニードルをいきなり基板3に打ち付けると、溶液が付きすぎた状態でニードルを打ち付けることになる。これを避けるために、テスト台5上の基板3にニードルを打ち付け、ニードルに付きすぎた溶液が落とされる。
【0050】
作業台4上にはヘッド51を搬送し、ヘッド51に二次元座標を与える第2の搬送手段としてのXY2軸搬送機構6が取り付けられる。このXY2軸搬送機構6は後述する受け渡し位置104までヘッド51を受け取りにいき、スポットの形成が終了した後のヘッド51を再び受け渡し位置104まで搬送する。
【0051】
図1及び図4に示すように、XY2軸搬送機構6は、X軸搬送機構6XとY軸搬送機構6Yとから構成される。X軸移動機構6XはX軸方向に延設された長手固定フレーム8と、この固定フレームにX軸方向に伸長して装着されたレール9,9及び該レール9,9に対して移動自在に組まれたスライダ10,10からなるリニアガイドと、このリニアガイドによって案内されるテーブル11と、該テーブル11を駆動するリニアモータ12とを備える。X軸搬送機構6Xの、基板を挟んで反対側にはX軸方向に延設された長手固定フレーム13と、固定フレーム13にX軸方向に伸長して装着されたレール14及び該レール14に対して移動自在に組み込まれたスライダ15からなるリニアガイドが設けられる。
【0052】
図1及び図2に示すように、Y軸駆動機構6Yは、X軸駆動機構6Xによって駆動されるテーブル11とスライダ15との間に架設された長手可動フレーム17と、この可動フレーム17にY軸方向に伸長して装着されたレール18,18及び該レール18,18に対して移動自在に組み込まれたスライダ19,19からなるリニアガイドと、このリニアガイドによって案内されるテーブル20と、該テーブル20を駆動するリニアモータ21とを備える。
【0053】
XY2軸搬送機構6には、移動手段としてのZ軸駆動機構23が支持される。このZ軸駆動機構23が上記X軸及びY軸に直交するZ軸方向、すなわち基板3に対して近接・離間する方向にヘッド51を移動する。Z軸駆動機構23は、ヘッド51全体を昇降させるためにZ1軸駆動機構23Z1を有し、ヘッド51の液溜め部材からニードルを突出させるためにZ2軸駆動機構23Z2を有する。
【0054】
Z1軸駆動機構23Z1は、送りねじ及び電動モータを用いてスライダを移動させる電動アクチュエータからなる。
【0055】
図1、図2及び図5に示すように、Z1軸駆動機構23Z1のスライダには、テーブル41が取り付けられ、このテーブル41にZ2軸移動機構23Z2が取り付けられている。Z2軸駆動機構23Z2は、Z1軸駆動機構23Z1と同様な構成を有する電動アクチュエータからなり、Z1軸駆動機構23Z1よりも小型化されている。このZ2軸移動機構23Z2のスライダにはヘッド51のニードルを昇降させるためのL形アーム42が取り付けられる。L形アーム42は図示しないエアシリンダによってヘッド51に差し込み可能にされている(図7参照)。L形アーム42の先端をヘッド51に差し込み、この差し込んだL形アーム42をZ2軸移動機構23Z2によって降下させることによってヘッド51の液溜め部材からニードルが突出する。
【0056】
Z1軸駆動機構23Z1のテーブル41には、ヘッド51の姿勢を変化させる姿勢変化手段としてのΘ軸回転機構43が取り付けられる。このΘ軸回転機構43はヘッド51を水平面内で旋回させる。Θ軸回転機構43は、テーブル41に取り付けられた電動モータ44と、テーブル41にZ軸周りにおいて回転自在に支持された略円筒状のチャック部45とを備える。チャック部45は電動モータ44に継ぎ手を介して連結されている。このチャック部45がヘッド51を着脱自在に把持する。
【0057】
図6及び図7は、保持手段としてのヘッド51を示す。ヘッド51はチャック部45に取り付けられる円筒状の被チャック部54と、この被チャック部54の下面に固定される略矩形状の上部プレート55と、この上部プレート55に複数本の支柱56…を介して結合される基体部としての略矩形状の下部プレート57とを概略備える。
【0058】
下部プレート57には、基板3…に供給すべき溶液が保持される液溜め部としての液溜め部材52…が互いに平行にして縦横に取り付けられる。この液溜め部材52…内にはスポット配置具としてのニードル53…(あるいはピンとも呼ばれる)が収納されている。このニードル53は、下部プレート57に固定された複数のニードル用ブッシュ66によって上下方向へ往復運動可能に案内されている。この実施形態では縦4列横12列の合計48本の液溜め部材52…及びニードル53…が取り付けられているが、勿論液溜め部材52…及びニードル53…の本数はひとつの基板に同時にスポットを形成するスポット数によって種々設定し得る。
【0059】
また、下部プレート57には、複数のニードル53…全体にわたる洗浄液等供給用空間58が設けられる。そして、この洗浄液等供給用空間58は図8にも示すように、縦横に配列された複数の液溜め部材52…全てに連通している。
【0060】
しかして、この実施形態においては、このニードル53…の外表面および液溜め部材52…の内表面は、少なくとも試料スポット形成操作時においては、界面活性剤による被覆処理がなされた状態とされている。
【0061】
上部プレート55と下部プレート57との間には、支柱に対してスライド可能に中間プレート59が設けられる。中間プレート59の下面には連結部60を介してニードル支持プレート61が固定され、複数本のニードル53…はこのニードル支持プレート61に支持されている。ニードル53…の上部にはニードル支持プレート61の上面に載せられるフランジ53d…が形成され、このフランジ53d…と中間プレート59との間には、コイルスプリング62…が介在されている。このコイルスプリング62…は、ニードル53が基板3に当接するとき圧縮変形し、ニードル53から基板3に加わる荷重を調整する。また、中間プレート59には支柱56に対する中間プレート59のスライド運動を案内するブッシュ63が設けられる。中間プレート59と下部プレート57との間にはニードル53を上昇させ、液溜め部材52内に待避させるためのコイルスプリング64が設けられる。
【0062】
図9は、ニードル53…が降下した状態を示す。この図に示すように中間プレート59を降下すると、ニードル53…も中間プレート59と共に降下し、液溜め部材52…の下端からニードル53…が突出する。ニードル53…が基板3…に当接すると、ニードル53…から基板3…に過度の荷重がかからないようにコイルスプリング62…が圧縮変形する。
【0063】
各駆動機構によるヘッド51の動作について説明する。まず、ヘッド51はXY2軸搬送機構6によって基板3上方のX方向及びY方向に位置決めされる。次に、Z1軸移動機構23Z1によってヘッド51全体が降下され、ヘッド51が基板からZ方向に所定距離離して位置決めされる。次に、Z2軸移動機構23Z2のL形アーム42がヘッド51内の中間プレート59上方に進出される。Z2軸移動機構23Z2によってL形アーム42を降下すると、中間プレート59がL形アーム42によって押し下げられ、これによりニードル53が液溜め部材52から突出する。一方、Z2軸移動機構23Z2によってL形アーム42を上昇すると、コイルスプリング64の復元力によって中間プレート59が上昇し、これによりニードル53が液溜め部材52内に退避する。
【0064】
図10は、溶液を保持する液溜め部材52及びニードル53を示す。液溜め部材52は先細りのテーパ管形状に形成され、そのテーパ状の内部空間には溶液と共にニードル53が収納されている。最も幅が狭くなっている液溜め部材52の下部でもニードル53の上下運動を案内している。
【0065】
ニードル53の先端部53aも外周面が先細りのテーパ形状に形成されている。また、基板3に接触するニードル53の先端面53bは円形又は多角形の平坦面に形成される。先端部53aの外周面は、ストレート部53cの外周面及びニードル53の先端面53bに比べ、溶液を保持できるようにその表面粗さが粗くされている。この表面粗さは、ニードル53が液溜め部材52から所定量突出し、ニードル53の先端面53bが基板3に接触するとき、先端面53bに保持される溶液と液溜め部材52内の溶液とがつながるように設定される。また、この表面粗さは砥石加工又は放電加工によって形成される。例えば砥石加工の場合、砥石をニードル53の長手方向に移動することで、先端部53aの外周面が粗くされる。
【0066】
図11(a)〜(e)は、液溜め部材52内に溜められた溶液を基板3上に配置する方法を示す工程図である。この図(a)〜(e)は、液溜め部材52に対してニードル53がZ軸方向(すなわち上下方向)に移動する場合の溶液の様子を示している。
【0067】
まず、図中(a)に示すように、基板3の上方に液溜め部材52が位置決めされる。次に図中(b),(c)に示すように、液溜め部材52に対してニードル53を除々に下降させる。次に図中(d)に示すように、ニードル53を液溜め部材52から突出させる。このとき、溶液がニードルに付着することによって、液溜め部材52内の溶液が引っ張り出される。そして、ニードル53の先端面53bを基板3に接触させる。ニードル53の先端面53bが基板3に機械的に接触すると、ニードル53の先端面53bから基板3に溶液が移動し、基板3上に溶液が配置される。このとき、ニードル53の先端に保持される溶液と液溜め部材52内の溶液とがつながっている。そして、図中(e)に示すように、ニードル53を基板3から退避させると、基板3上に溶液のスポットが形成される。
【0068】
このように、液溜め部材52に保持される溶液とニードル53の先端に保持される溶液とを一体にし、溶液がニードルに付着することを利用して液溜め部材52から溶液を引っ張り出して基板3に配置することで、基板3に配置するスポットの大きさや形状を一定に保つことができる。特に本発明においては、溶液とのこれらの部材の接触面が界面活性剤により被覆処理されているため、スポットの大きさや形状を一定に保つことができる。また、ニードル53の外周面を粗くすることで、ニードル53の外周面に保持される溶液の量が安定する。このため、基板3に配置するスポットの大きさや形状をより一定に保つことができる。
【0069】
次に、洗浄領域について説明する。この洗浄領域ではスポットを形成した後のヘッド51を超音波洗浄し、その後すすぎ洗浄し、その後乾燥する。洗浄後のヘッド51は新しい次の生体試料の溶液を保持する。
【0070】
図1に示すように、洗浄台96上には、ヘッド51を超音波洗浄する洗浄等施工部としての超音波洗浄部71と、ヘッド51を界面活性剤溶液にて処理する界面活性剤溶液処理部72aと、ヘッド51をすすぎ洗浄する洗浄等施工部としてのすすぎ洗浄部72bと、ヘッド51を乾燥する乾燥部73と、生体試料を含む溶液を貯える溶液貯留部74とが設けられる。
【0071】
また、洗浄台96上には、これら超音波洗浄部71、界面活性剤溶液処理部72a、すすぎ洗浄部72b、乾燥部73及び溶液貯留部74の間でヘッド51を搬送し、ヘッド51に2次元座標を与える第1の搬送手段としてのXY2軸搬送機構75が設けられる。
【0072】
このXY2軸搬送機構75は、X軸搬送機構75XとY軸搬送機構75Yとから構成される。
【0073】
図1及び図3に示すように、X軸移動機構75XはX軸方向に延設された長手固定フレーム81と、この固定フレーム81にX軸方向に伸長して装着されたレール82,82及び該レール82,82に対して移動自在に組まれたスライダ83,83からなるリニアガイドと、このリニアガイドによって案内されるテーブル84と、該テーブル84を駆動する送りねじ85とを備える。
【0074】
Y軸駆動機構75Yは、X軸駆動機構75Xによって駆動されるテーブル84上に固定された長手可動フレーム87と、この可動フレーム87にY軸方向に伸長して装着されたレール88及び該レール88に対して移動自在に組み込まれたスライダ89からなるリニアガイドと、このリニアガイドによって案内されるテーブル90と、該テーブル90を駆動する送りねじ91とを備える。
【0075】
図1及び図2に示すように、XY2軸搬送機構75には移動手段としてのZ軸駆動機構95が取り付けられる。Z軸駆動機構95は、ヘッド51をX軸及びY軸に直交するZ軸方向、すなわち洗浄台96に対して直交する方向に移動する。このZ軸駆動機構95は、スタンピング領域におけるZ軸駆動機構23と同様に、Z1軸駆動機構95Z1及びZ2軸駆動機構95Z2を有する。そして、超音波洗浄部71、界面活性剤溶液処理部72a、すすぎ洗浄部72b、乾燥部73及び溶液貯留部74のどの位置でも液溜め部材52に対してニードル53を突出できるようになっている。
【0076】
Z1軸駆動機構95Z1は、スタンピング領域におけるZ1軸駆動機構23Z1と同様に、送りねじ及び電動モータを用いてブロックを移動させる電動アクチュエータからなる。
【0077】
Z1軸駆動機構95Z1のテーブル97には、Z2軸移動機構95Z2が取り付けられる。Z2軸駆動機構95Z2は、Z1軸駆動機構95Z1と同様な構成を有する電動アクチュエータからなり、Z1軸駆動機構95Z1よりも小型化されている。このZ2軸移動機構95Z2のテーブル98にはヘッド51のニードル53を昇降させるためのL形アーム99が取り付けられる。L形アーム99は図示しないエアシリンダによってヘッド51に差し込み可能にされている。L形アーム99の先端をヘッドに差し込み、この差し込んだL形アーム99をZ2軸移動機構95Z2によって降下させることによってヘッド51の液溜め部材52からニードル53が突出する。
【0078】
また、Z1軸駆動機構のテーブル97には旋回部としての旋回用モータ100が取り付けられ、この旋回用モータ100の出力軸には水平面内を旋回する円板101が取り付けられる。円板101の下面には180度間隔を開けてヘッド51を把持可能な把持部としての一対のクランプ102,102が取り付けられる。クランプ102,102は図示しないエアシリンダ等によって開閉され、ヘッド51の外周に形成された平坦部103(図6及び図7参照)を挟む。
【0079】
洗浄領域のXY2軸搬送機構75によって搬送されるヘッド51は、上記スタンピング領域の2軸搬送機構6によって搬送されるヘッド51と同一の構成を有するので、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0080】
旋回用モータ100は180度ずつ旋回し、これによりスタンピング領域のXY2軸搬送機構6から洗浄領域のXY2軸搬送機構75へのヘッド51の受け渡し、並びに洗浄領域のXY2軸搬送機構75からスタンピング領域のXY2軸搬送機構6へのヘッド51の受け渡しが行われる。
【0081】
具体的には、図1及び図2に示すように、まずスタンピング領域のXY2軸搬送機構6がスポットを形成した後のヘッド51を受け渡し位置104まで搬送する。一方、洗浄領域のXY2軸搬送機構75が新しい溶液を保持したヘッド51を受け渡し位置104から180度位置をずらした控え位置105まで搬送する。このとき、受け渡し位置104にはヘッドを把持していない空のクランプが位置する。次に洗浄領域のXY2軸搬送機構75のクランプ102が受け渡し位置104に搬送されたスポット形成後のヘッド51を把持する。これによりスタンピング領域のXY2軸搬送機構6から洗浄領域のXY2軸搬送機構75にヘッドが受け渡される。次に旋回用モータ100が円板101を180度旋回させ、スポット形成後のヘッド51を控え位置105に位置させ且つ新たな溶液を保持したヘッド51を受け渡し位置104に位置させる。次にスタンピング領域のXY2軸搬送機構75のチャック部45が新たな溶液を保持したヘッド51を把持する。これにより、洗浄領域のXY2軸搬送機構75からスタンピング領域のXY2軸搬送機構6にヘッドが受け渡される。
【0082】
このように、スタンピング領域のXY2軸搬送機構6と洗浄領域のXY2軸搬送機構75とで互いにヘッド51を受け渡せるようにしたので、一方のヘッド51で基板3上にスポットを形成している間に、他方のヘッド51を洗浄等することができる。
【0083】
次に、上記したような本発明の一実施態様のマイクロアレイ作製装置において、生体試料含有溶液を供給してスポットを形成する毎に、これに先立ち、当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を供給し、水でリンスして過剰分を除去することによって、スポット配置具の接触面に界面活性剤の被膜を形成する操作につき説明する。
【0084】
まず、スポット形成後のヘッド51は、XY2軸搬送機構75によって界面活性剤溶液処理部72aに搬送される。界面活性剤溶液処理部72aは、界面活性剤溶液槽を有しており、この上部にヘッド51を移動させ、ヘッド51に取り付けられたスポット配置具の液溜め部材52の先端部を、界面活性剤溶液槽中の界面活性剤溶液中に浸漬させる。この状態で、ニードル53を上下動させる、例えば、0.5〜2回/秒程度の速さで、1〜10回、好ましくは3〜5回程度上下動させると、この動きによって、比較的高濃度の界面活性剤溶液であっても、液溜め部材52の内部へと容易に運ばれ、液溜め部材52の内側、及びニードル53の外面に界面活性剤溶液を被覆することができる。
【0085】
次いで、洗浄領域のXY2軸搬送機構75によってヘッド51が、超音波洗浄部71に搬送される。超音波洗浄部71では、超音波振動をかけた純水中に液溜め部材52を浸して、その外側を洗浄する。なお、この超音波洗浄部71では、液溜め部材52からニードル53を突出させた状態でニードル53の外側も洗浄するのが望ましい。この操作により、主として液溜め部材52の外側に付着した余剰の界面活性剤が取り除かれる。
【0086】
さらに、ヘッド51は、XY2軸搬送機構75によってすすぎ洗浄部72bに搬送される。すすぎ洗浄部72bは、液溜め部材52の内側、外側及びニードル53の外側に付着した余剰の界面活性剤を除去する。
【0087】
洗浄液としての超純水が貯えられる純水槽にヘッド51を組み込み、液溜め部材52を超純水に漬けることによって、液溜め部材52の外側が洗浄される。また、ヘッド51を純水槽に組み込むことによって、純水槽に設けた、前記図6における純水供給管108がヘッド51に接続され、純水供給管と洗浄液等供給用空間58とが連通する。ヘッド51の下部プレート57には、液溜め部材52の後端に対応して洗浄液等供給用空間58が設けられる。該洗浄液等供給用空間58は各液溜め部材52にわたる広範な単一空間とされている。純水供給管108から圧力をもった純水が供給されると、純水がこの単一空間内で拡がる。単一空間を充満した純水は各液溜め部材52に供給される。
【0088】
液溜め部材52の内側に圧力をかけて水を供給することで、余剰の界面活性剤のリンスないし付着残留試料の洗浄時間を短くすることができる。また、複数の液溜め部材52…にわたる単一空間を形成することで、複数の液溜め部材52…内に供給される純水の圧力損失が低減し、且つ各液溜め部材52間で圧力損失が略均等になる。したがって、複数の液溜め部材52…の内側及び複数のニードル53…の外側に略均等な圧力をかけて洗浄することができる。
【0089】
図1に示すように、すすぎ洗浄後のヘッド51は、XY2軸搬送機構75によって乾燥部73に搬送される。
【0090】
乾燥部73の乾燥槽の中で、前記図6における純水供給管108と同様な配置構成を有する真空吸引管(図示せず)がヘッド51に接続され、乾燥槽につながっているこの真空吸引管と洗浄液等供給用空間58とが連通する。この状態で、洗浄液等供給用空間58を真空吸引し、液溜め部材52空間内に残る水分等を吸引除去する。
【0091】
なお、余剰の界面活性剤の除去が、十分でないときは、必要に応じて、この乾燥部での水分の真空吸引の後に、ヘッド51を再度、前記超音波洗浄部71へと、さらにすすぎ洗浄部72b、乾燥部73へと送り、超音波洗浄部71およびすすぎ洗浄部72bでの洗浄および真空吸引の工程を複数回繰り返すことができる。
【0092】
その後、この乾燥部73では、液溜め部材52の内側及び外側、及びニードル53の外側を、例えば乾燥圧縮エアー、真空吸引等を用いて十分に乾燥させる。
【0093】
なお、使用される界面活性剤の汚れ性という面から考えれば、スポット形成後のヘッド51を、界面活性剤溶液槽へと浸漬させる前に、先に、超音波洗浄部71ないしすすぎ洗浄部72bで一旦水洗し、大方の残存試料を除去するという手法も考えられるが、このようにして、一旦、液溜め部材52内部に、水が入った状態となると、その後に、上記したような操作にて、液溜め部材52内部に界面活性剤溶液を送り込もうとしても、存在する水によってこれが阻害され、結局、十分な量ないし濃度の界面活性剤を液溜め部材52内部等と接触させることが困難となる虞れがあるので、上記したように、先に界面活性剤を供給する手法を採ることが望ましい。
【0094】
その後、図1及び図2に示すように、乾燥後のヘッド51は、XY2軸搬送機構75によって溶液貯留部74に搬送される。溶液貯留部74は、溶液を貯える複数枚の溶液保持プレートとしてのタイタープレート121…が収納されるカセット122と、このカセット122からタイタープレート121を取り出し、ロード位置132に搬送するプレート搬送機構123とを備える。この溶液貯留部74では、洗浄後のヘッド51に新しい生体試料の溶液を充填する。溶液にヘッド51を漬けて溶液を吸引する動作はロードと呼ばれる。
【0095】
各タイタープレート121には複数の(例えば384個の)凹部が配列され、この凹部に生体試料の溶液が溜められている。例えばヘッドが48本の液溜め部材を有するとすると、一枚のタイタープレートで8回ロードすることができる。複数の凹部には同種類の溶液が充填される場合もあるし、異種の溶液が充填される場合もある。
【0096】
複数枚(例えば10枚)のタイタープレート121…は、Z軸方向(すなわち上下方向)に均等間隔を開けてカセット122に収納されている。カセット122は洗浄台96の上下に2組設けられ、この装置では合計20枚のタイタープレート121を収納している。カセット122の搬送機構123側にはタイタープレート121を出し入れするための開口が形成されている。また、カセット122の上面には人手でつかむための把手125が設けられる。
【0097】
カセット122は装置にスライド可能に取り付けられたカセット支持台124上に載置される。このカセット支持台124を人手で引き出し、カセット支持台124の上にカセット122を載せ、カセット支持台124を人手で再び元の位置に戻すことで、カセット122が装置に組み込まれる。
【0098】
プレート搬送機構123は、Z軸駆動機構123ZとY軸駆動機構123YとX軸駆動機構123Xとから構成される。Z軸駆動機構123Zは、送りねじ及び電動モータを用いてスライダを移動させる上述の電動アクチュエータと同じ構成を有する。Z軸駆動機構123Zは、上端のタイタープレート121と下端のタイタープレート121との間でタイタープレート121を支持する支持板126を上下動させる。
【0099】
Z軸駆動機構123Zのテーブル127にはX軸移動機構123Xが取り付けられる。このX軸移動機構123Xは、所謂ロッドレスシリンダからなる。ロッドレスシリンダは、X軸方向に伸長する軌道レール128と、該軌道レール128をスライド可能なテーブル129とを備える。
【0100】
X軸移動機構123Xのテーブル129にはY軸移動機構123Yが取り付けられる。このY軸移動機構123Yも、所謂ロッドレスシリンダからなり、テーブル130をY軸方向に移動させると共にテーブル130をY軸方向の2つの位置で位置決めする。
【0101】
タイタープレート121がロード位置132まで搬送された後、洗浄・乾燥後のヘッド51も2次元搬送機構75によってロード位置まで搬送される。このロード位置132では、生体試料の溶液に液溜め部材52を漬けて溶液が吸引される。
【0102】
溶液の吸引方法について説明する。まず液溜め部材52をタイタープレート121内の凹部に差込み、液溜め部材52の先端を溶液に浸ける。次に液溜め部材52の位置を固定したままニードル53を上昇させると、ニードル53の上昇に合わせて溶液が引き上げられ、液溜め部材52内に溶液が充填される。この状態から液溜め部材52及びニードル53を引き上げると、液溜め部材に充填された溶液がそのまま保持される。
【0103】
洗浄台96上には、ヘッド置場135が設けられる。ヘッド51は最初にこのヘッド置場135におかれる。洗浄領域のXY2軸搬送機構75がヘッド置場135に置かれた、ヘッド51を取りに行くことから装置の動作が始まる。
【0104】
次に、マイクロアレイを作製する手順に則して、本実施形態のマイクロアレイ作製装置の全体動作について説明する。なお、以下の工程では、スタンピング領域のXY2軸搬送機構6及びZ軸駆動機構23、及び洗浄エリアのXY2軸搬送機構75及びZ軸駆動機構95を適宜動作させることにより、ヘッド51を所定の位置に順次位置決めする。このような制御は不図示の制御装置により実行される。
【0105】
まず、準備段階としてスタンピング領域に複数の基板3…を配列し、真空装置を作動させて基板3…を吸引・固定する。テスト台5には試験的にマイクロアレイを形成するための基板あるいはダミー基板を固定する。一方、洗浄領域の溶液貯留部74のカセット122内に複数枚のタイタープレート121…を収納する。タイタープレート121…の各凹部には例えば複数種のDNA断片の溶液が入れられる。
【0106】
次に、洗浄領域のXY2軸搬送機構75がヘッド置場135に置かれているヘッド51を取りに行く。ここでは、一対のクランプ102,102の内、一方のクランプ102のみがヘッド51を把持する。
【0107】
次に、XY2軸搬送機構75は把持したヘッド51をロード位置132に搬送する。ここでは、液溜め部材52内に溶液を吸引するロード工程が行われる。プレート搬送機構123は、ヘッド51がロード位置132に搬送される前に、必要な溶液が入れられたタイタープレート121をロード位置132に搬送する。XY2軸搬送機構75がヘッド51をロード位置132まで搬送した後、洗浄領域のZ軸駆動機構123Zは、液溜め部材52が溶液を吸引するように液溜め部材52及びニードル53を昇降する。
【0108】
次に、洗浄領域のXY2軸搬送機構75は、溶液を保持したヘッド51を受け渡し位置104まで搬送する。
【0109】
次に、スタンピング領域のXY2軸搬送機構6は、空のチャック部45を受け渡し位置104まで搬送する。そして、スタンピング領域のZ1軸駆動機構がチャック部45を降下し、チャック部45で溶液を保持しているヘッドを把持する。これにより、洗浄領域のXY2軸搬送機構75からスタンピング領域のXY2軸搬送機構6へヘッドが受け渡される。
【0110】
次に、スタンピング領域のXY2軸搬送機構6は、ヘッド51をテスト台5に搬送する。このテスト台5では、ニードル53に付着する溶液の量を調整するテスト工程が行われる。
【0111】
テスト工程が終了した後、基板3にスポットを形成するスタンピング工程が行われる。このスタンピング工程では、まずスタンピング領域のXY2軸搬送機構6がヘッド51を基板3上のスポット形成位置に移動する。そして、スタンピング領域のZ1軸駆動機構23Z1がヘッド51を降下し、基板3の僅か上方にヘッド51を位置させる。次に、スタンピング領域のZ2軸駆動機構23Z2が液溜め部材52からニードル53を突出させ、基板3にニードル53を打ち付ける。
【0112】
所定の基板にスポットを形成した後、スタンピング領域のXY2軸搬送機構はヘッドを次の基板に移動する。そして再び上述のスタンピング工程を繰り返す。
【0113】
スタンピング領域のXY2軸搬送機構6がスタンピング工程を繰り返している間、洗浄領域のXY2軸搬送機構75は、ヘッド置場135に置かれた残りのヘッド51を把持し、ロード位置132に搬送する。このロード位置132では液溜め部材52内に溶液を吸引するロード工程が行われる。そして、洗浄領域のXY2軸搬送機構75は、溶液を保持したヘッド51を控え位置105まで搬送する。このとき受け渡し位置104にはヘッドを把持していない空のクランプ102が位置する。
【0114】
作業台4上の全ての基板3…にスポットを形成した後、スタンピング領域のXY2軸搬送機構6はスポットを形成した後のヘッド51を受け渡し位置104に搬送する。そして、スタンピング領域のXY2軸搬送機構6と洗浄領域のXY2軸搬送機構75との間で把持しているヘッド51,51を互いに受け渡す。
【0115】
受け渡し工程を終えたスタンピング領域のXY2軸搬送機構6は、再びヘッド51を基板上に搬送する。そして、上記テスト工程及びスタンピング工程を実行する。
【0116】
受け渡し工程を終えた洗浄領域のXY2軸搬送機構75は、スタンピング領域のXY2軸搬送機構6がテスト工程及びスタンピング工程を実行するのと同時に、洗浄工程を実行する。この洗浄工程では、まずスポットを形成した後のヘッド51を前記したようにまず、界面活性剤溶液処理部72aに搬送し、液溜め部材52の内面および外面、並びにニードル53の外面を界面活性剤で被覆処理する。次いで、ヘッド51を超音波洗浄部71に搬送し、液溜め部材52の外側を超音波洗浄する。次いで、ヘッド51をすすぎ洗浄部72に搬送し、液溜め部材52の内側、外側及びニードル53をすすぎ洗浄する。その後ヘッド51を乾燥部73に搬送し、液溜め部材52及びニードル53を乾燥する。
【0117】
洗浄領域のXY2軸搬送機構75は洗浄後のヘッド51をロード位置132に再び搬送する。このロード位置では、洗浄後のヘッド51に新しい溶液を吸引させるロード工程が再び行われる。
【0118】
これ以降、スタンピング領域のXY2軸搬送機構6は、上記ヘッド受け渡し工程、上記テスト工程、及び上記スタンピング工程を順次実行する。一方、洗浄領域のXY2軸搬送機構75は、上記ヘッド受け渡し工程、上記洗浄工程、及びロード工程を順次実行する。
【0119】
なお、上記実施形態では、保持手段(ヘッド)として、ニードルと液溜め部材を具備したものを示したが、ニードルのみを有する保持手段も適用可能である。
【0120】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
実施例1
図1に示すような構成を有する装置において、16本のスポット配置具(液溜め部材52およびニードル53)を有するヘッドを用い、連続して100スポットの試料のスタンピングを行った。なお、試料としては、蛍光色素(ローダミン)溶液を用い、ニードルの先端直径は75μmであった。
【0121】
各スポットのスタンピング操作の後には、スポット配置具は、40容量%濃度の界面活性剤(Tween20)溶液の被覆およびその後の水でのリンスという処理を行われた。なお、比較対照のため、界面活性剤を使用せず同量の水のみにて洗浄操作を行ったものについても同様に測定した。
【0122】
100スポットのスタンピングにおいて、全スポット中の最大直径のものと最小直径のものとの比率、全スポット中の最大量と最小量との比率、また、比較対照における平均スポット量と実施例における平均スポット量との比を求めた。
【0123】
得られた結果を以下に示す。
【0124】
【表1】

Figure 2004325422
表1に示すように、界面活性剤による被覆処理を行うことにより、液溜め部材52およびニードル53の表面状態が安定(濡れ性が安定)し、スポットのばらつきが少なくなり、またスポット量が増加した。
実施例2
図1に示すような構成を有する装置において、16本のスポット配置具(液溜め部材52およびニードル53)を有するヘッドを用い、実施例1と同様にして、100回の試料のスタンピングを行った。なお、試料としては、3xSSCバッファー中に蛍光色素(ローダミン)に10pmol/μL添加したものを用い、各スポットの蛍光強度を測ることにより、各スポットの相対的液量を求めた。
【0125】
各スポットのスタンピング操作の後には、スポット配置具は、40容量%濃度の界面活性剤(Tween20)溶液の被覆およびその後の水でのリンスという処理を行われた。なお、比較対照のため、界面活性剤を使用せず同量の水のみにて洗浄操作を行ったものについても同様に測定した。
【0126】
その結果、界面活性剤による被覆を行った場合には、各スポットのばらつき(標準偏差)は、0.076であり、一方、水のみで洗浄したものにおいては、0.117であり、また界面活性剤による被覆を行った場合と水のみで洗浄した場合における蛍光強度比は、水のみで洗浄した場合を1とした場合に、界面活性剤による被覆を行った場合は1.8であった。これらの点から、実施例1の場合と同様に、界面活性剤による被覆処理を行うことにより、液溜め部材52およびニードル53の表面状態が安定(濡れ性が安定)し、スポットのばらつきが少なくなり、またスポット量が増加した。
実施例3
界面活性剤被覆による濡れ性の変化を測定した。円筒形の液溜め部材52内面上での測定は困難であるため、この液溜め部材52と同じステンレス鋼製のプレートを、同様の面粗度(Ra=0.1 #600番研磨)としたものを使用し、界面活性剤(Tween20)被覆前後の接触角を測定することで、濡れ性の変化を測定した。なお、Tween20溶液としては、40容量%濃度のものを用い、これをプレート上に塗布後、実際のリンス工程と同様となるように30秒ほどの流水洗浄をおこなって、余剰の界面活性剤を除去した後に、試験を行った。
【0127】
なお、測定においては、水滴量は12μLとし、顕微鏡による断面観察における任意の3点の平均値として界面活性剤被覆前後による接触角を求めた。
【0128】
この結果、界面活性剤被覆前においては、接触角は74.95°であったのに対し、被覆後においては64.49°となり、その差が10.46°と、大きく濡れ性が変化した。
【0129】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板上に、生体試料を含有する溶液のスポットを、複数形成するマイクロアレイ製作方法において、前記スポットを形成するためのスポット配置具における前記溶液との接触面の少なくとも一部を、界面活性剤にて被覆し、この状態で前記溶液を供給してスポットを形成するものであるので、各スポットの大きさおよび形状等を均一なものとしてマイクロプレートを作製することができ、また、各試料溶液間のコンタミネーションも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態におけるマイクロアレイ作製装置を示す平面図。
【図2】図1におけるII−II線方向から見たマイクロアレイ作製装置の正面図。
【図3】図2におけるIII−III線方向から見たマイクロアレイ作製装置の右側面図。
【図4】図2におけるIV−IV線方向から見たマイクロアレイ作製装置の左側面図。
【図5】図1におけるV−V線方向から見たマイクロアレイ作製装置の断面図。
【図6】ヘッドの正面図。
【図7】図6におけるIX−IX線方向から見たヘッドの右側面図。
【図8】図6におけるX−X線方向から見たヘッドの底面図。
【図9】ニードルが液溜め部材から突出している状態を示すヘッドの正面図。
【図10】液溜め部材及びニードルを示す詳細図。
【図11】液溜め部材内に溜められた溶液を基板上に配置する方法を示す工程図。
【符号の説明】
3…基板
4…作業台
6…スタンピング領域のXY2軸搬送機構(搬送手段)
23,95…Z軸駆動機構(移動手段)
51…ヘッド(保持手段)
52…液溜め部材(液溜め部)
53…ニードル(スポット配置具)
57…下部プレート(基体部)
58…洗浄液等供給用空間
71…超音波洗浄部(洗浄等施工部)
71a…界面活性剤処理部(洗浄等施工部)
72b…すすぎ洗浄部(洗浄等施工部)
74…溶液貯留部(洗浄等施工部)
75…洗浄領域のXY2軸搬送機構(搬送手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microarray manufacturing method and a microarray manufacturing apparatus for arranging a large number of biological samples such as DNA fragments and oligonucleotides on a substrate.
[0002]
[Prior art]
At present, technology development for efficiently analyzing all gene functions of various organisms is progressing. A DNA microarray (that is, a DNA chip) is one in which a large number of spots containing DNA fragments and the like are arranged on a slide glass or silicon substrate, and is very effective for analyzing gene expression, mutation, diversity, and the like.
[0003]
Typical substrate size is 1 to several tens cm 2 In this region, spots of thousands to hundreds of thousands of DNA fragments are aligned. The DNA fragment on the substrate is examined using complementary fluorescently labeled DNA. When hybridization occurs between the DNA fragment on the substrate and the fluorescently labeled DNA, fluorescence is emitted. The spot where this fluorescence occurs is detected with a fluorescence scanner or the like, and the expression, mutation, diversity, etc. of the gene can be analyzed by analyzing the fluorescence image.
[0004]
In order to develop the technology of the DNA microarray, a microarray fabrication technology for precisely arranging spots of densely packed DNA fragments on a substrate is required.
[0005]
For example, Patent Literature 1 discloses a microarray manufacturing apparatus that arranges DNA fragments prepared in advance on a substrate. This apparatus holds a sample in an open capillary channel formed between a pair of elongated members, and places a spot on the substrate by lightly tapping the tip of a head composed of the pair of elongated members onto the substrate. ing. In addition, the head is also known to include a liquid reservoir for holding a solution and a spot arranging device (for example, a pin or a needle) projecting from the liquid reservoir and disposing a spot on the substrate. I have.
[0006]
In such a microarray manufacturing apparatus, it is necessary to control the amount of sample for each spot so as to be equal to each other, but in a conventionally known apparatus, the more spots are formed on a substrate, That is, the smaller the predetermined amount of each spot in the design, the more the variation occurs, and a technique for improving the variation has been desired.
[0007]
In such a microarray manufacturing apparatus, it is necessary to wash the head so that the previous solution is not turbid when the next solution of a different type is held in the head after the spot forming operation. A head is often provided with a plurality of spot arranging devices (for example, pins or needles) for simultaneously forming spots on a plurality of substrates. However, in order to prevent turbidity of the solution, these plurality of spot arranging devices are provided. Everything must be cleaned thoroughly. Conventionally, washing of the spot arrangement tool of such a microarray manufacturing apparatus has been performed using only water in consideration of the influence on a biological sample. Then, in order to enhance the cleaning effect, ultrasonic vibration is applied to the cleaning unit in the same manner as in the case of cleaning the dispensing nozzle of a medical analyzer as in Patent Documents 2 and 3, for example. However, the washing operation to prevent contamination by the previous solution requires a considerable amount of time with water alone even when such ultrasonic vibration is used in combination. There was a place.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. Hei 10-503841
[Patent Document 2]
JP-A-1-254871
[Patent Document 3]
JP-A-8-21840
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a microarray manufacturing method and a microarray manufacturing apparatus which can form spots of a uniform size when a plurality of spots are arranged on a substrate. The present invention also provides a microarray production method and a microarray production method that can ensure and promptly perform a washing operation performed prior to the next spot formation after a spot formation operation, thereby improving the efficiency of microarray production and providing a high-quality microarray. It is an object to provide a device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problems is a method for producing a microarray in which a plurality of spots of a solution containing a biological sample are formed on a substrate, and a contact surface with the solution in a spot arrangement tool for forming the spots. Is coated with a surfactant, and the solution is supplied in this state to form spots.
[0010]
As described above, in the present invention, since the contact surface of the spot placement device with the biological sample-containing solution is coated with a surfactant, a member constituting such a spot placement device, for example, a surface of stainless steel or the like. The solution containing the biological sample flows smoothly without forming droplets, etc., even in the narrow flow path of the spot placement device, and as a result, the size of each spot to be formed is equalized. Can be kept.
[0011]
Further, in one embodiment of the method for producing a microarray of the present invention, the coating with the surfactant is carried out such that each time the solution is supplied to form a spot, the surface of the surfactant is applied to the contact surface of the spot arranging tool. And rinsing with water to remove the excess. As described above, if the coating with the surfactant is performed prior to each spot formation, the coating with the surfactant can be performed more reliably and stably. The solution to be used can be quickly and reliably washed and removed, contamination between samples can be prevented, and the time for preparing a microarray can be shortened.
[0012]
Further, in one embodiment of the method for producing a microarray of the present invention, a method is described in which the concentration of the surfactant used is 5% or more.
[0013]
Also, in one embodiment of the method for producing a microarray of the present invention, it is shown that the rinsing is performed using 100 to 1000 times the volume of the used surfactant.
[0014]
In another embodiment of the method for producing a microarray of the present invention, the coating with the surfactant is performed by applying a surfactant to a contact surface of the spot placement tool and performing an immobilization treatment. It is characterized by. When the surfactant is immobilized in this manner, it is not necessary to perform the treatment using the surfactant every time after spot formation, as in the case of the above-described embodiment, and the amount of the surfactant used Can be reduced.
[0015]
In one embodiment of the method for producing a microarray of the present invention, the contact angle of water on the portion of the spot placement tool coated with the surfactant is determined as an average value of any three points in a cross-sectional observation of the site with a microscope. Is reduced by 10% or more as compared with before the cleaning process. When the contact angle with water is reduced by 10% or more in the portion coated with the surfactant, good circulation of the sample solution is maintained.
[0016]
The present invention for solving the above-mentioned problems also has a spot placement tool that holds a solution containing a biological sample and places a spot of the solution on the substrate by contacting the tip with the substrate. A microarray producing head, wherein at least a part of a contact surface of the spot placement tool with the biological sample is coated with a surfactant.
[0017]
If spots of a biological sample solution are formed using such a microarray manufacturing head, the size of each spot on the microarray can be kept uniform as described above.
[0018]
The present invention for solving the above-mentioned problems further includes a solution storage section for storing a solution containing a biological sample, a worktable on which a plurality of substrates can be arranged, and the solution storage section taking in the solution from the solution storage section and holding the substrate. A solution holding means provided with a spot arranging tool for forming a spot of a solution thereon, a cleaning application section for cleaning the holding means, etc., and a direction in which the holding means approaches and separates from the substrate. Moving means for moving the holding means to form a spot by the holding means, and conveying means for transferring the holding means in an area including the solution storage section, the work table, and the cleaning and working section and giving two-dimensional coordinates. Wherein at least a part of a contact surface of the spot placement tool with the biological sample is coated with a surfactant.
[0019]
If spots of a biological sample solution are formed using such a microarray manufacturing apparatus, the size of each spot on the microarray can be kept uniform as described above.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0021]
The microarray manufacturing method of the present invention is a microarray manufacturing method for forming a plurality of spots of a solution containing a biological sample, wherein at least a part of a contact surface with the solution in a spot arrangement tool for forming the spots. And coating with a surfactant, and supplying the solution in this state to form a spot.
[0022]
In the present invention, the surfactant that covers at least a part of the contact surface of the spot placement device with the biological sample-containing solution is not particularly limited, and any known surfactant can be used. However, nonionic surfactants and amphoteric surfactants are desirable from the viewpoint of the effect on biopolymers such as DNA and RNA contained in the biological sample-containing solution.
[0023]
The nonionic surfactant is not particularly limited, for example, fatty acid glycerin ester, sorbitan fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, polyglycerin fatty acid ester, higher alcohol ethylene oxide adduct, single long chain polyoxyethylene alkyl ether , Polyoxyethylene alkyl allyl ether, polyoxyethylene lanolin alcohol, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene glycerin fatty acid, polyoxyethylene propylene glycol fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, polyoxyethylene castor oil or hydrogenated castor oil Derivative, polyoxyethylene lanolin derivative, polyoxyethylene fatty acid amide, polyoxyethylene alkylamine, alkyl Pyrrolidone, glucamides, alkylpolyglucosides, mention may be made of mono- or di-alkanolamide, polyoxyethylene alcohols mono- or diamides and alkylamine oxides and the like. Of these, preferred examples are 1 to 10 oxyethylene moieties and C 10 -C 20 And mono-, di- or tri-fatty acid esters of 1 to 20 oxyethylenes, and specifically, for example, polyoxyethylene (8) Octyl phenyl ether (Triton X-114), polyoxyethylene (9) octyl phenyl ether (NP-40), polyoxyethylene (10) octyl phenyl ether (Triton X-100), polyoxyethylene (20) sorbitan monolau Rate (Tween 20), polyoxyethylene (20) sorbitan monopalmitate (Tween 40), polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate (Tween 60), polyoxyethylene (20) sorbitan trioleate, and the like. Door can be. In particular, polyoxyethylene sorbitan monofatty acid ester, typically, polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate can be preferably used.
[0024]
Examples of the amphoteric surfactant include, but are not particularly limited to, alkyldimethylaminoacetic acid betaine, alkyldimethylamine oxide, alkylcarboxymethylhydroxyethyl imidazolium betaine, and alkylamidopropyl betaine.
[0025]
As the surfactant, the above-mentioned nonionic surfactant and amphoteric surfactant can be used alone, but if necessary, a plurality of these may be used in combination, or these may be used. Further, it can be used in combination with various anionic surfactants and / or nonionic surfactants.
[0026]
The method for coating at least a part of the contact surface of the spot placement device with the biological sample-containing solution with such a surfactant is not particularly limited, but in the first preferred embodiment, The coating with the activator is performed by supplying a surfactant to the contact surface of the spot disposing device and rinsing with water to remove the excess before each supply of the solution to form a spot. Examples of the method include:
[0027]
In the production of a microarray, as described above, in order to form spots of a very large number of kinds of biological sample-containing solutions of several thousand to several hundred thousand kinds, it is general to use a plurality of spot arrangement tools at the same time. However, there is a limit to providing a large number of spot arranging devices so as to correspond to all types of biological sample-containing solutions of spots to be formed. This is also used for spot formation of the sample-containing solution.
[0028]
For this reason, after the formation of the spot of one type of biological sample-containing solution is completed, prior to the formation of the spot of the next type of biological sample-containing solution, the subsequent biological sample-containing solution before adhering and remaining on the spot placement tool is used. Conventionally, a washing operation with water has been performed to prevent contamination of the sample-containing solution. In this embodiment of the present invention, instead of this, by supplying a surfactant to the contact surface of the spot placement tool as described above, by performing an operation of rinsing with water to remove the excess, Biological samples that adhere to the spot placement tool efficiently and in a shorter time than the case where only water is used due to the cleaning action of the surfactant while the contact surface of the spot placement tool is coated with the surfactant. The containing solution can be removed, and the contamination of the biological sample containing solution can also be prevented.
[0029]
As described above, each time a spot is formed by supplying the biological sample-containing solution, a surfactant is supplied to the contact surface of the spot placement tool, and the excess is removed by rinsing with water. In the embodiment in which a surfactant film is formed on the contact surface of the spot arranging device, the concentration of the surfactant used is not particularly limited, and depends to some extent on the type of the surfactant used. For example, it is desirable that the concentration of the surfactant is 5% by volume or more, preferably 20 to 60% by volume, more preferably 30 to 50% by volume. If the concentration of the surfactant is extremely low, the contact surface of the spot disposition device cannot be covered with the surfactant satisfactorily, and a cleaning effect of satisfactorily removing the remaining biological sample-containing solution can be expected. On the other hand, even when the concentration of the surfactant is extremely high, there is a remarkable difference between the case where the concentration within the above range is used and the action of coating the contact surface and washing and removing the residual solution. This is disadvantageous in terms of economy and the like.
[0030]
When supplying a surfactant to the contact surface of the spot placement device, additional cleaning operations such as ultrasonic vibrations, which are conventionally performed, may be performed as necessary in order to enhance the cleaning effect of the surfactant. May be added.
[0031]
As described above, after the surfactant is supplied to the contact surface of the spot disposition device, rinsing with water is performed to remove the surfactant that has excessively adhered.
[0032]
As the water to be used, water with little impurities such as pure water, deionized water and distilled water is used.
[0033]
Further, the amount of water used for rinsing is not particularly limited, but may be 100 to 1000 times, more preferably 100 to 300 times, the amount of the surfactant used. desirable. If the amount of water used for rinsing is excessively large, the surfactant attached to the contact surface of the spot disposition tool is almost washed away, and there is a possibility that the modifying action of the contact surface by the surfactant cannot be expected. On the other hand, if the amount of water is extremely small, surplus surfactant remains in the spot disposition device, and when a spot of the biological sample-containing solution is subsequently formed, an interface is formed in the spot. A large amount of the active agent flows out, and in some cases, the properties of the obtained microarray may be deteriorated.
[0034]
After rinsing with water, a process such as air drying or heat drying may be performed as necessary.
[0035]
Alternatively, in a second preferred embodiment in which at least a part of the contact surface of the spot placement tool with the biological sample-containing solution is coated with the surfactant as described above, the coating with the surfactant is performed using the spot placement tool. This is performed by applying a surfactant to the contact surface of the substrate and performing a fixing treatment.
[0036]
The method of applying the surfactant to the contact surface of the spot placement tool is not particularly limited, for example, as described above, after contacting the surfactant of a predetermined concentration to the contact surface of the spot placement tool, A method of removing excess surfactant by rinsing with a solvent such as water can be adopted. The method of immobilizing the surfactant on the contact surface of the spot arranging tool is not particularly limited. For example, heat treatment, plasma treatment, physical bonding by treatment such as electron beam irradiation, or use of a linker, Any chemical bonding, such as introduction of a bonding group or a bonding group to an active agent, or a combination thereof may be used, and even if the bonding itself is in a strong form, it may cause a sustained release of the surfactant. A relatively loose connection may be used.
[0037]
When the surfactant is immobilized in this manner, it is not necessary to perform the treatment using the surfactant every time after spot formation, as in the case of the above-described embodiment, and the amount of the surfactant used Can be reduced.
[0038]
Also, in this case, when the type of the biological sample-containing solution that forms the spot is exchanged, it is necessary to wash the spot placement tool after use in the previous sample, but the coating with the surfactant is performed. Therefore, even with washing with water alone, the biological sample-containing solution remaining on the spot placement tool can be removed more easily and more quickly than in the conventional case.
[0039]
In the present invention, at least a part of the contact surface of the spot disposition device with the biological sample-containing solution is coated with the surfactant and made hydrophilic. Although not particularly limited, the contact angle of the coated portion with water is 10% or more as an average value of an arbitrary 3 in a cross-sectional observation of the site with a microscope, as compared with before the cleaning treatment with the surfactant. It is reduced, for example, to such an extent that it falls within the range of 40 to 65 °, more preferably 55 to 65 °.
[0040]
For this reason, using the spot dispenser coated with such a surfactant, the predetermined volume of each spot is 3 to 5 × 10 5 per spot. -4 mm 3 When spots of the biological sample-containing solution within the range are formed, the variation rate (variation) of the volume between the spots is typically suppressed to a very low value of 10% or less.
[0041]
In the present invention, the shape of the spot arranging device used for forming the spot of the biological sample-containing solution is not particularly limited, and various types of conventionally known devices can be used. For example, a QUIILL method, a pin & ring method, a spring pin method, a micropipette method using a piezoelectric / electrostrictive element as a micropump, or any other form may be used.
[0042]
Here, the QUIILL method is a method in which a sample is stored in a concave portion formed on a pin tip, and the pin tip is brought into contact with a substrate to transfer the sample in the concave portion onto the substrate to form a minute spot. Is a method in which a sample solution is reserved in a ring, then the solution penetrates the inside of the reserved ring, the sample in the ring is captured with a pin tip, and a spot is formed on a substrate. The method uses a double pin structure with a built-in spring, and transfers the sample attached to the pin tip onto the substrate by pressing the pin tip onto the substrate to form a minute spot. The micropipette system using the element as a micropump is the same system as that generally used in the ink jet recording system.
[0043]
In any of the spot arranging devices, it is effective to perform a coating treatment with a surfactant on a contact surface with the biological sample-containing solution, particularly on an inner surface portion that becomes a micropore channel.
[0044]
Next, the microarray manufacturing head and the microarray manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to a preferred embodiment, but the microarray manufacturing head and the microarray manufacturing apparatus of the present invention have the There is no particular limitation as long as the contact surface with the biological sample-containing solution has been coated with a surfactant.
[0045]
FIG. 1 is a plan view showing a microarray manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the microarray manufacturing apparatus seen from the II-II line direction in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a left side view of the device as viewed from the line IV-IV in FIG. 2, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the device as viewed from the line VV in FIG. is there.
[0046]
This device is mounted on a glass slide or silicon Preparation A number of spots of a solution of a biological sample such as a DNA fragment or an oligonucleotide are arranged. Typical substrate size is 1 to several tens cm 2 Then, spots of many DNA fragments are arranged in this region. The spot diameter has a size of, for example, several tens of microns to several hundreds of microns.
[0047]
As shown in FIG. 1, the microarray manufacturing device has two regions. One is a stamping region 1 in which a microarray manufacturing head 51 (hereinafter, simply referred to as a head) holding a solution is hit on a substrate, and a spot of a solution of a biological sample is arranged on the substrate. The other is a cleaning area 2 in which the head 51 after forming the spot is cleaned, and the cleaned head 51 holds the next solution of a different type. The configuration of the head will be described later.
[0048]
First, the stamping area will be described. A large number of substrates 3 are placed on the worktable 4 in a matrix. The substrate 3 is made of a glass slide, silicon, or the like, and the surface of the substrate 3 is subjected to a surface treatment so that a biological sample can be attached thereto.
[0049]
On one part of the work table 4, a test table 5 on which two substrates or dummy substrates for producing a microarray on a trial basis are provided. When the needle of the head 51 holding the solution is suddenly struck against the substrate 3, the needle is struck while the solution is excessively applied. In order to avoid this, a needle is hit on the substrate 3 on the test table 5, and the solution that has excessively adhered to the needle is dropped.
[0050]
An XY two-axis transport mechanism 6 as a second transport unit that transports the head 51 and gives the head 51 two-dimensional coordinates is mounted on the work table 4. The XY two-axis transport mechanism 6 proceeds to receive the head 51 to a transfer position 104 described later, and transports the head 51 after the spot formation is completed to the transfer position 104 again.
[0051]
As shown in FIGS. 1 and 4, the XY two-axis transport mechanism 6 includes an X-axis transport mechanism 6X and a Y-axis transport mechanism 6Y. The X-axis moving mechanism 6X has a longitudinal fixed frame 8 extending in the X-axis direction, rails 9, 9 mounted on the fixed frame so as to extend in the X-axis direction, and movably with respect to the rails 9, 9. It includes a linear guide composed of assembled sliders 10, 10, a table 11 guided by the linear guide, and a linear motor 12 for driving the table 11. On the opposite side of the X-axis transport mechanism 6X across the substrate, a longitudinal fixed frame 13 extending in the X-axis direction, a rail 14 extending on the fixed frame 13 in the X-axis direction, and a rail 14 On the other hand, a linear guide including a slider 15 movably incorporated is provided.
[0052]
As shown in FIGS. 1 and 2, the Y-axis driving mechanism 6Y includes a longitudinal movable frame 17 provided between the table 11 and the slider 15 driven by the X-axis driving mechanism 6X. A linear guide comprising rails 18, 18 mounted to extend in the axial direction, and sliders 19, 19 movably incorporated with respect to the rails 18, 18; a table 20 guided by the linear guide; A linear motor 21 for driving the table 20;
[0053]
The XY two-axis transport mechanism 6 supports a Z-axis drive mechanism 23 as moving means. The Z-axis drive mechanism 23 moves the head 51 in a Z-axis direction orthogonal to the X-axis and the Y-axis, that is, in a direction approaching / separating from the substrate 3. The Z-axis drive mechanism 23 has a Z1-axis drive mechanism 23Z1 for raising and lowering the entire head 51, and has a Z2-axis drive mechanism 23Z2 for projecting the needle from the liquid reservoir member of the head 51.
[0054]
The Z1-axis drive mechanism 23Z1 is composed of an electric actuator that moves a slider using a feed screw and an electric motor.
[0055]
As shown in FIGS. 1, 2 and 5, a table 41 is attached to the slider of the Z1-axis driving mechanism 23Z1, and a Z2-axis moving mechanism 23Z2 is attached to the table 41. The Z2-axis drive mechanism 23Z2 is composed of an electric actuator having the same configuration as the Z1-axis drive mechanism 23Z1, and is smaller than the Z1-axis drive mechanism 23Z1. An L-shaped arm 42 for moving the needle of the head 51 up and down is attached to the slider of the Z2-axis moving mechanism 23Z2. The L-shaped arm 42 can be inserted into the head 51 by an air cylinder (not shown) (see FIG. 7). The tip of the L-shaped arm 42 is inserted into the head 51, and the inserted L-shaped arm 42 is lowered by the Z2-axis moving mechanism 23 </ b> Z <b> 2 so that the needle protrudes from the liquid storage member of the head 51.
[0056]
The table 41 of the Z1-axis drive mechanism 23Z1 is provided with a Θ-axis rotation mechanism 43 as posture changing means for changing the posture of the head 51. The Θ-axis rotation mechanism 43 rotates the head 51 in a horizontal plane. The Θ-axis rotating mechanism 43 includes an electric motor 44 attached to the table 41 and a substantially cylindrical chuck portion 45 supported on the table 41 so as to be rotatable around the Z-axis. The chuck part 45 is connected to the electric motor 44 via a joint. The chuck portion 45 detachably holds the head 51.
[0057]
6 and 7 show a head 51 as a holding unit. The head 51 includes a cylindrical chucked portion 54 attached to the chuck portion 45, a substantially rectangular upper plate 55 fixed to the lower surface of the chucked portion 54, and a plurality of columns 56 on the upper plate 55. And a lower plate 57 having a substantially rectangular shape as a base portion to be joined through the lower plate 57.
[0058]
A liquid storage member 52 as a liquid storage part for holding a solution to be supplied to the substrate 3 is attached to the lower plate 57 horizontally and vertically. A needle 53 (also referred to as a pin) as a spot placement tool is housed in the liquid reservoir members 52. The needle 53 is guided by a plurality of needle bushes 66 fixed to the lower plate 57 so as to be able to reciprocate in the vertical direction. In this embodiment, a total of 48 liquid reservoir members 52... And needles 53... Of 4 rows and 12 columns are attached. Of course, the number of the liquid reservoir members 52. Can be set in various ways depending on the number of spots forming.
[0059]
The lower plate 57 is provided with a space 58 for supplying a plurality of needles 53... As shown in FIG. 8, the supply space 58 for the cleaning liquid or the like communicates with all of the plurality of liquid storage members 52 arranged vertically and horizontally.
[0060]
In this embodiment, the outer surfaces of the needles 53 and the inner surfaces of the liquid reservoirs 52 are coated with a surfactant at least at the time of the sample spot forming operation. .
[0061]
An intermediate plate 59 is provided between the upper plate 55 and the lower plate 57 so as to be slidable with respect to the columns. A needle support plate 61 is fixed to the lower surface of the intermediate plate 59 via a connecting portion 60, and the plurality of needles 53 are supported by the needle support plate 61. A flange 53d to be placed on the upper surface of the needle support plate 61 is formed above the needle 53, and a coil spring 62 is interposed between the flange 53d and the intermediate plate 59. The coil springs 62 are compressed and deformed when the needle 53 comes into contact with the substrate 3, and adjust the load applied from the needle 53 to the substrate 3. The intermediate plate 59 is provided with a bush 63 for guiding the sliding movement of the intermediate plate 59 with respect to the column 56. A coil spring 64 is provided between the intermediate plate 59 and the lower plate 57 for raising the needle 53 and retracting the needle 53 in the liquid storage member 52.
[0062]
FIG. 9 shows a state where the needles 53 are lowered. When the intermediate plate 59 is lowered as shown in this figure, the needles 53 are also lowered together with the intermediate plate 59, and the needles 53 project from the lower ends of the liquid reservoir members 52. When the needles 53 contact the substrate 3, the coil springs 62 are compressed and deformed so that no excessive load is applied from the needles 53 to the substrate 3.
[0063]
The operation of the head 51 by each drive mechanism will be described. First, the head 51 is positioned by the XY biaxial transport mechanism 6 in the X and Y directions above the substrate 3. Next, the entire head 51 is lowered by the Z1-axis moving mechanism 23Z1, and the head 51 is positioned at a predetermined distance from the substrate in the Z direction. Next, the L-shaped arm 42 of the Z2-axis moving mechanism 23Z2 is advanced above the intermediate plate 59 in the head 51. When the L-shaped arm 42 is lowered by the Z2-axis moving mechanism 23Z2, the intermediate plate 59 is pushed down by the L-shaped arm 42, whereby the needle 53 protrudes from the liquid storage member 52. On the other hand, when the L-shaped arm 42 is raised by the Z2-axis moving mechanism 23Z2, the intermediate plate 59 is raised by the restoring force of the coil spring 64, whereby the needle 53 is retracted into the liquid storage member 52.
[0064]
FIG. 10 shows a liquid reservoir member 52 and a needle 53 that hold a solution. The liquid storage member 52 is formed in a tapered tapered tube shape, and a needle 53 is stored in the tapered internal space together with the solution. The vertical movement of the needle 53 is also guided at the lower part of the liquid reservoir member 52 having the narrowest width.
[0065]
The distal end portion 53a of the needle 53 also has a tapered outer peripheral surface. Further, the distal end surface 53b of the needle 53 that contacts the substrate 3 is formed as a circular or polygonal flat surface. The outer peripheral surface of the distal end portion 53a is rougher than the outer peripheral surface of the straight portion 53c and the distal end surface 53b of the needle 53 so as to hold the solution. This surface roughness is such that when the needle 53 projects a predetermined amount from the liquid storage member 52 and the distal end surface 53b of the needle 53 comes into contact with the substrate 3, the solution held on the distal end surface 53b and the solution in the liquid storage member 52 are separated. Set to be connected. Further, this surface roughness is formed by grinding or electric discharge machining. For example, in the case of grindstone processing, by moving the grindstone in the longitudinal direction of the needle 53, the outer peripheral surface of the tip 53a is roughened.
[0066]
FIGS. 11A to 11E are process diagrams illustrating a method of disposing the solution stored in the liquid storage member 52 on the substrate 3. FIGS. 7A to 7E show the state of the solution when the needle 53 moves in the Z-axis direction (that is, the vertical direction) with respect to the liquid storage member 52.
[0067]
First, the liquid storage member 52 is positioned above the substrate 3 as shown in FIG. Next, as shown in (b) and (c) in the figure, the needle 53 is gradually lowered with respect to the liquid storage member 52. Next, the needle 53 is made to protrude from the liquid reservoir member 52 as shown in FIG. At this time, the solution in the liquid storage member 52 is pulled out by the solution adhering to the needle. Then, the distal end face 53 b of the needle 53 is brought into contact with the substrate 3. When the distal end surface 53b of the needle 53 comes into mechanical contact with the substrate 3, the solution moves from the distal end surface 53b of the needle 53 to the substrate 3, and the solution is disposed on the substrate 3. At this time, the solution held at the tip of the needle 53 and the solution in the liquid storage member 52 are connected. Then, as shown in (e) in the figure, when the needle 53 is retracted from the substrate 3, a solution spot is formed on the substrate 3.
[0068]
As described above, the solution held by the liquid storage member 52 and the solution held at the tip of the needle 53 are integrated, and the solution is pulled out from the liquid storage member 52 by utilizing the solution adhering to the needle, and the substrate is removed. By arranging the spots on the substrate 3, the size and shape of the spots arranged on the substrate 3 can be kept constant. In particular, in the present invention, since the contact surfaces of these members with the solution are coated with a surfactant, the size and shape of the spot can be kept constant. Further, by making the outer peripheral surface of the needle 53 rough, the amount of the solution held on the outer peripheral surface of the needle 53 is stabilized. For this reason, the size and shape of the spot arranged on the substrate 3 can be kept more constant.
[0069]
Next, the cleaning region will be described. In this cleaning area, the head 51 after the formation of the spot is ultrasonically cleaned, rinsed and then dried. After the cleaning, the head 51 holds a new solution of the next biological sample.
[0070]
As shown in FIG. 1, an ultrasonic cleaning section 71 as a cleaning section for ultrasonically cleaning the head 51 and a surfactant solution processing for treating the head 51 with a surfactant solution are provided on the cleaning table 96. A section 72a, a rinsing section 72b as a cleaning section for rinsing the head 51, a drying section 73 for drying the head 51, and a solution storage section 74 for storing a solution containing a biological sample are provided.
[0071]
The head 51 is transported between the ultrasonic cleaning unit 71, the surfactant solution processing unit 72a, the rinsing cleaning unit 72b, the drying unit 73, and the solution storage unit 74 on the cleaning table 96. An XY two-axis transport mechanism 75 is provided as first transport means for giving dimensional coordinates.
[0072]
The XY two-axis transport mechanism 75 includes an X-axis transport mechanism 75X and a Y-axis transport mechanism 75Y.
[0073]
As shown in FIGS. 1 and 3, the X-axis moving mechanism 75 </ b> X includes a longitudinal fixed frame 81 extending in the X-axis direction, rails 82, 82 that are attached to the fixed frame 81 so as to extend in the X-axis direction, and A linear guide comprising sliders 83, 83 movably assembled to the rails 82, 82, a table 84 guided by the linear guide, and a feed screw 85 for driving the table 84 are provided.
[0074]
The Y-axis driving mechanism 75Y includes a longitudinal movable frame 87 fixed on a table 84 driven by the X-axis driving mechanism 75X, Y-axis direction A linear guide comprising a rail 88 extended and mounted on the rail and a slider 89 movably mounted on the rail 88, a table 90 guided by the linear guide, and a feed screw 91 for driving the table 90 And
[0075]
As shown in FIGS. 1 and 2, a Z-axis drive mechanism 95 as a moving unit is attached to the XY two-axis transport mechanism 75. The Z-axis drive mechanism 95 moves the head 51 in a Z-axis direction orthogonal to the X-axis and the Y-axis, that is, in a direction orthogonal to the washing table 96. The Z-axis drive mechanism 95 has a Z1-axis drive mechanism 95Z1 and a Z2-axis drive mechanism 95Z2, like the Z-axis drive mechanism 23 in the stamping area. The needle 53 can be projected from the liquid storage member 52 at any position of the ultrasonic cleaning section 71, the surfactant solution processing section 72a, the rinse cleaning section 72b, the drying section 73, and the solution storage section 74. .
[0076]
The Z1-axis drive mechanism 95Z1 is composed of an electric actuator that moves a block using a feed screw and an electric motor, like the Z1-axis drive mechanism 23Z1 in the stamping area.
[0077]
A Z2-axis moving mechanism 95Z2 is attached to the table 97 of the Z1-axis driving mechanism 95Z1. The Z2-axis drive mechanism 95Z2 is composed of an electric actuator having the same configuration as the Z1-axis drive mechanism 95Z1, and is smaller than the Z1-axis drive mechanism 95Z1. An L-shaped arm 99 for raising and lowering the needle 53 of the head 51 is attached to the table 98 of the Z2-axis moving mechanism 95Z2. The L-shaped arm 99 can be inserted into the head 51 by an air cylinder (not shown). The tip of the L-shaped arm 99 is inserted into the head, and the inserted L-shaped arm 99 is lowered by the Z2-axis moving mechanism 95Z2 so that the needle 53 projects from the liquid storage member 52 of the head 51.
[0078]
A turning motor 100 as a turning unit is attached to the table 97 of the Z1-axis drive mechanism, and a disk 101 that turns in a horizontal plane is attached to an output shaft of the turning motor 100. A pair of clamps 102, 102 as gripping portions capable of gripping the head 51 are attached to the lower surface of the disk 101 at intervals of 180 degrees. The clamps 102, 102 are opened and closed by an air cylinder (not shown) or the like, and sandwich a flat portion 103 (see FIGS. 6 and 7) formed on the outer periphery of the head 51.
[0079]
The head 51 transported by the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area has the same configuration as the head 51 transported by the two-axis transport mechanism 6 in the stamping area. I do.
[0080]
The turning motor 100 turns by 180 degrees so that the head 51 is transferred from the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area to the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area, and is also transferred from the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area to the stamping area. Delivery of the head 51 to the XY two-axis transport mechanism 6 is performed.
[0081]
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, first, the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area transports the head 51 after forming the spot to the transfer position 104. On the other hand, the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area transports the head 51 holding the new solution to the copy position 105 shifted 180 degrees from the transfer position 104. At this time, an empty clamp that does not grip the head is located at the transfer position 104. Next, the clamp 102 of the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area grips the head 51 after the spot transported to the transfer position 104. Thus, the head is transferred from the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area to the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area. Next, the rotating motor 100 rotates the disk 101 by 180 degrees, and positions the head 51 after spot formation at the copy position 105 and positions the head 51 holding the new solution at the transfer position 104. Next, the chuck portion 45 of the XY biaxial transport mechanism 75 in the stamping area grips the head 51 holding the new solution. Thus, the head is transferred from the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area to the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area.
[0082]
As described above, the heads 51 can be transferred between the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area and the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area, so that one head 51 forms a spot on the substrate 3. Then, the other head 51 can be cleaned or the like.
[0083]
Next, in the microarray manufacturing apparatus of one embodiment of the present invention as described above, each time a biological sample-containing solution is supplied to form a spot, before this, a surfactant is applied to the contact surface of the spot placement tool. An operation of forming a surfactant film on the contact surface of the spot disposing device by supplying and rinsing with water to remove the excess is described.
[0084]
First, the head 51 after spot formation is transported to the surfactant solution processing section 72a by the XY two-axis transport mechanism 75. The surfactant solution processing section 72a has a surfactant solution tank, and moves the head 51 to an upper part of the tank. The tip of the liquid storage member 52 of the spot disposition tool attached to the head 51 is cleaned by the surfactant. It is immersed in the surfactant solution in the solution tank. In this state, if the needle 53 is moved up and down, for example, up and down 1 to 10 times, preferably 3 to 5 times at a speed of about 0.5 to 2 times / second, the movement relatively Even if the surfactant solution has a high concentration, the surfactant solution can be easily carried into the inside of the liquid reservoir member 52, and the inside of the liquid reservoir member 52 and the outer surface of the needle 53 can be coated with the surfactant solution.
[0085]
Next, the head 51 is transported to the ultrasonic cleaning unit 71 by the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area. In the ultrasonic cleaning section 71, the liquid storage member 52 is immersed in pure water subjected to ultrasonic vibration to clean the outside thereof. In the ultrasonic cleaning section 71, it is desirable to clean the outside of the needle 53 with the needle 53 protruding from the liquid storage member 52. By this operation, surplus surfactant mainly adhered to the outside of the liquid storage member 52 is removed.
[0086]
Further, the head 51 is transported by the XY two-axis transport mechanism 75 to the rinse cleaning section 72b. The rinsing washing section 72b removes surplus surfactant attached to the inside and outside of the liquid storage member 52 and the outside of the needle 53.
[0087]
By mounting the head 51 in a pure water tank storing ultrapure water as a cleaning liquid and immersing the liquid reservoir member 52 in ultrapure water, the outside of the liquid reservoir member 52 is cleaned. Further, by incorporating the head 51 into the pure water tank, the pure water supply pipe 108 shown in FIG. 6 provided in the pure water tank is connected to the head 51, and the pure water supply pipe communicates with the supply space 58 for cleaning liquid and the like. The lower plate 57 of the head 51 is provided with a space 58 for supplying a cleaning liquid or the like corresponding to the rear end of the liquid storage member 52. The cleaning liquid supply space 58 is a wide single space extending over each liquid storage member 52. When pressured pure water is supplied from the pure water supply pipe 108, the pure water spreads in this single space. The pure water filling the single space is supplied to each liquid storage member 52.
[0088]
By supplying water to the inside of the liquid storage member 52 by applying pressure, it is possible to shorten the time for rinsing excess surfactant or cleaning the sample remaining on the surface. By forming a single space extending over the plurality of liquid storage members 52, the pressure loss of pure water supplied into the plurality of liquid storage members 52 is reduced, and the pressure loss between the liquid storage members 52 is reduced. Becomes substantially equal. Accordingly, the inside of the plurality of liquid reservoir members 52 and the outside of the plurality of needles 53 can be washed by applying substantially equal pressure.
[0089]
As shown in FIG. 1, the head 51 after the rinsing is transported to the drying unit 73 by the XY two-axis transport mechanism 75.
[0090]
In the drying tank of the drying unit 73, a vacuum suction pipe (not shown) having the same configuration as the pure water supply pipe 108 in FIG. 6 is connected to the head 51, and this vacuum suction is connected to the drying tank. The tube communicates with the space 58 for supplying a cleaning liquid or the like. In this state, the space 58 for supplying the cleaning liquid or the like is suctioned by vacuum, and the water and the like remaining in the space of the liquid reservoir member 52 are suctioned and removed.
[0091]
If the excess surfactant is not sufficiently removed, the head 51 is again rinsed with the ultrasonic cleaning unit 71 after the vacuum suction of water in the drying unit, if necessary. The cleaning and vacuum suction steps in the ultrasonic cleaning unit 71 and the rinsing cleaning unit 72b can be repeated a plurality of times.
[0092]
Thereafter, in the drying section 73, the inside and outside of the liquid storage member 52 and the outside of the needle 53 are sufficiently dried using, for example, dry compressed air, vacuum suction, or the like.
[0093]
From the viewpoint of the contamination of the surfactant used, before the head 51 after spot formation is immersed in the surfactant solution tank, first, the ultrasonic cleaning unit 71 or the rinsing cleaning unit 72b is used. A method of once washing with water to remove most of the remaining sample is also conceivable. In this way, once the water is contained in the liquid reservoir member 52, the operation described above is thereafter performed. Therefore, even if an attempt is made to feed the surfactant solution into the inside of the liquid storage member 52, this is hindered by the existing water, and eventually, a sufficient amount or concentration of the surfactant is brought into contact with the inside of the liquid storage member 52 or the like. Since it may be difficult, it is desirable to adopt a method of first supplying a surfactant as described above.
[0094]
Thereafter, as shown in FIGS. 1 and 2, the dried head 51 is transported to the solution storage 74 by the XY biaxial transport mechanism 75. The solution storage unit 74 includes a cassette 122 in which a plurality of titer plates 121 as solution holding plates for storing a solution are stored, a plate transport mechanism 123 that takes out the titer plate 121 from the cassette 122 and transports the titer plate 121 to a load position 132. Is provided. In the solution storage section 74, the head 51 after washing is filled with a new biological sample solution. The operation of immersing the head 51 in the solution and sucking the solution is called loading.
[0095]
A plurality of (for example, 384) recesses are arranged in each titer plate 121, and the solution of the biological sample is stored in the recesses. For example, assuming that the head has 48 reservoir members, one titer plate can be loaded eight times. The plurality of recesses may be filled with the same type of solution, or may be filled with different types of solutions.
[0096]
A plurality of (for example, ten) titer plates 121 are stored in the cassette 122 at equal intervals in the Z-axis direction (that is, in the vertical direction). Two cassettes 122 are provided above and below the washing table 96. In this apparatus, a total of 20 titer plates 121 are stored. An opening for taking in and out the titer plate 121 is formed on the side of the transport mechanism 123 of the cassette 122. Further, a handle 125 for grasping by hand is provided on the upper surface of the cassette 122.
[0097]
The cassette 122 is placed on a cassette support 124 slidably mounted on the apparatus. The cassette support base 124 is manually pulled out, the cassette 122 is placed on the cassette support base 124, and the cassette support base 124 is manually returned to the original position, whereby the cassette 122 is incorporated into the apparatus.
[0098]
The plate transport mechanism 123 includes a Z-axis drive mechanism 123Z, a Y-axis drive mechanism 123Y, and an X-axis drive mechanism 123X. The Z-axis drive mechanism 123Z has the same configuration as the above-described electric actuator that moves the slider using a feed screw and an electric motor. The Z-axis drive mechanism 123Z vertically moves a support plate 126 that supports the titer plate 121 between the upper end titer plate 121 and the lower end titer plate 121.
[0099]
The X-axis moving mechanism 123X is attached to the table 127 of the Z-axis driving mechanism 123Z. The X-axis moving mechanism 123X is composed of a so-called rodless cylinder. The rodless cylinder includes a track rail 128 extending in the X-axis direction, and a table 129 that can slide the track rail 128.
[0100]
The Y-axis moving mechanism 123Y is attached to the table 129 of the X-axis moving mechanism 123X. The Y-axis moving mechanism 123Y also includes a so-called rodless cylinder, and moves the table 130 in the Y-axis direction and positions the table 130 at two positions in the Y-axis direction.
[0101]
After the titer plate 121 is transported to the load position 132, the head 51 after washing and drying is also transported to the load position by the two-dimensional transport mechanism 75. At the loading position 132, the solution is aspirated by immersing the liquid reservoir member 52 in the solution of the biological sample.
[0102]
The method for sucking the solution will be described. First, the liquid storage member 52 is inserted into the concave portion in the titer plate 121, and the tip of the liquid storage member 52 is immersed in the solution. Next, when the needle 53 is raised while the position of the liquid reservoir 52 is fixed, the solution is pulled up in accordance with the rise of the needle 53, and the solution is filled in the liquid reservoir 52. When the liquid storage member 52 and the needle 53 are pulled up from this state, the solution filled in the liquid storage member is held as it is.
[0103]
A head storage 135 is provided on the washing table 96. The head 51 is first placed in the head storage 135. The operation of the apparatus starts when the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area goes to the head place 135 to pick up the head 51.
[0104]
Next, the overall operation of the microarray manufacturing apparatus of the present embodiment will be described according to the procedure for manufacturing a microarray. In the following steps, the head 51 is moved to a predetermined position by appropriately operating the XY two-axis transport mechanism 6 and the Z-axis drive mechanism 23 in the stamping area and the XY two-axis transport mechanism 75 and the Z-axis drive mechanism 95 in the cleaning area. Are sequentially positioned. Such control is performed by a control device (not shown).
[0105]
First, as a preparation stage, a plurality of substrates 3 are arranged in a stamping area, and a vacuum device is operated to suction and fix the substrates 3. On the test table 5, a substrate or a dummy substrate for forming a microarray on a test basis is fixed. On the other hand, a plurality of titer plates 121 are stored in the cassette 122 of the solution storage section 74 in the cleaning area. In each of the recesses of the titer plates 121, for example, solutions of a plurality of types of DNA fragments are put.
[0106]
Next, the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area goes to pick up the head 51 placed in the head place 135. Here, of the pair of clamps 102, only one clamp 102 grips the head 51.
[0107]
Next, the XY two-axis transport mechanism 75 transports the gripped head 51 to the load position 132. Here, a loading step of sucking the solution into the liquid storage member 52 is performed. The plate transport mechanism 123 transports the titer plate 121 containing the required solution to the load position 132 before the head 51 is transported to the load position 132. After the XY two-axis transport mechanism 75 transports the head 51 to the load position 132, the Z-axis drive mechanism 123Z in the cleaning area raises and lowers the reservoir 52 and the needle 53 so that the reservoir 52 sucks the solution.
[0108]
Next, the XY biaxial transport mechanism 75 in the cleaning area transports the head 51 holding the solution to the transfer position 104.
[0109]
Next, the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area transports the empty chuck portion 45 to the transfer position 104. Then, the Z1-axis driving mechanism in the stamping area moves down the chuck unit 45, and the chuck unit 45 grips the head holding the solution. Thus, the head is transferred from the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area to the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area.
[0110]
Next, the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area transports the head 51 to the test table 5. In the test table 5, a test process for adjusting the amount of the solution adhering to the needle 53 is performed.
[0111]
After the test process is completed, a stamping process for forming a spot on the substrate 3 is performed. In this stamping step, first, the XY biaxial transport mechanism 6 in the stamping area moves the head 51 to the spot forming position on the substrate 3. Then, the Z1-axis driving mechanism 23Z1 in the stamping area descends the head 51, and positions the head 51 slightly above the substrate 3. Next, the Z2 axis drive mechanism 23Z2 in the stamping area causes the needle 53 to protrude from the liquid storage member 52, and strikes the needle 53 on the substrate 3.
[0112]
After forming a spot on a predetermined substrate, the XY biaxial transport mechanism in the stamping area moves the head to the next substrate. Then, the above-described stamping step is repeated again.
[0113]
While the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area repeats the stamping process, the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area grips the remaining head 51 placed on the head storage 135 and transports it to the load position 132. At the loading position 132, a loading step of sucking the solution into the liquid storage member 52 is performed. Then, the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area transports the head 51 holding the solution to the copy position 105. At this time, an empty clamp 102 that does not grip the head is located at the transfer position 104.
[0114]
After forming the spots on all the substrates 3 on the worktable 4, the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area transports the head 51 after the spot formation to the transfer position 104. Then, the heads 51, 51 gripped between the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area and the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area are transferred to each other.
[0115]
The XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area after the transfer step transports the head 51 onto the substrate again. Then, the test step and the stamping step are performed.
[0116]
The XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area after the delivery step executes the cleaning step at the same time that the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area executes the test step and the stamping step. In this cleaning step, first, the head 51 after forming the spot is first conveyed to the surfactant solution processing section 72a as described above, and the inner surface and the outer surface of the liquid storage member 52 and the outer surface of the needle 53 are washed with the surfactant. Coating treatment. Next, the head 51 is conveyed to the ultrasonic cleaning section 71, and the outside of the liquid storage member 52 is ultrasonically cleaned. Next, the head 51 is transported to the rinsing section 72, and the inside and outside of the liquid reservoir member 52 and the needle 53 are rinsed. Thereafter, the head 51 is transported to the drying unit 73, and the liquid reservoir 52 and the needle 53 are dried.
[0117]
The XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area transports the cleaned head 51 to the load position 132 again. At this loading position, the loading process for sucking a new solution into the head 51 after cleaning is performed again.
[0118]
Thereafter, the XY two-axis transport mechanism 6 in the stamping area sequentially executes the head transfer step, the test step, and the stamping step. On the other hand, the XY two-axis transport mechanism 75 in the cleaning area sequentially executes the head transfer step, the cleaning step, and the loading step.
[0119]
In the above embodiment, the holding means (head) provided with the needle and the liquid storage member has been described, but a holding means having only the needle is also applicable.
[0120]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described based on examples.
Example 1
In a device having a configuration as shown in FIG. 1, a sample having 100 spots was continuously stamped using a head having 16 spot arranging devices (a liquid reservoir member 52 and a needle 53). In addition, a fluorescent dye (rhodamine) solution was used as a sample, and the tip diameter of the needle was 75 μm.
[0121]
After the stamping operation of each spot, the spot arranging device was subjected to a treatment of coating a surfactant (Tween 20) solution at a concentration of 40% by volume, followed by rinsing with water. In addition, for comparison, the same measurement was performed for the case where the washing operation was performed only with the same amount of water without using a surfactant.
[0122]
In the stamping of 100 spots, the ratio of the largest diameter to the smallest diameter in all the spots, the ratio of the largest amount to the smallest amount in all the spots, the average spot amount in the control and the average spot in the examples The ratio with the amount was determined.
[0123]
The results obtained are shown below.
[0124]
[Table 1]
Figure 2004325422
As shown in Table 1, by performing the coating treatment with the surfactant, the surface states of the liquid reservoir member 52 and the needle 53 are stabilized (the wettability is stable), the dispersion of the spots is reduced, and the spot amount is increased. did.
Example 2
In a device having a configuration as shown in FIG. 1, a sample having 100 spots was stamped 100 times in the same manner as in Example 1 using a head having 16 spot arranging devices (a liquid reservoir member 52 and a needle 53). . As a sample, a fluorescent dye (rhodamine) added at 10 pmol / μL in 3 × SSC buffer was used, and the relative liquid volume of each spot was determined by measuring the fluorescence intensity of each spot.
[0125]
After the stamping operation of each spot, the spot arranging device was subjected to a treatment of coating a surfactant (Tween 20) solution at a concentration of 40% by volume, followed by rinsing with water. In addition, for comparison, the same measurement was performed for the case where the washing operation was performed only with the same amount of water without using a surfactant.
[0126]
As a result, when the coating was carried out with the surfactant, the variation (standard deviation) of each spot was 0.076, while that obtained by washing with water only was 0.117. The fluorescence intensity ratio between the case where the coating with the surfactant was performed and the case where the coating with the surfactant was performed was 1.8 when the case where the coating with the surfactant was performed was 1 when the case where the coating was washed with water alone was 1. . From these points, as in the case of the first embodiment, by performing the coating treatment with the surfactant, the surface states of the liquid storage member 52 and the needle 53 are stable (the wettability is stable), and the dispersion of the spot is small. And the spot volume increased.
Example 3
The change in wettability due to the surfactant coating was measured. Since it is difficult to measure on the inner surface of the cylindrical liquid storage member 52, the same stainless steel plate as this liquid storage member 52 is made to have the same surface roughness (Ra = 0.1 # 600 polishing). The change in wettability was measured by measuring the contact angle before and after coating with a surfactant (Tween 20). As a Tween 20 solution, a solution having a concentration of 40% by volume was used. After applying the solution on a plate, washing with running water was performed for about 30 seconds in the same manner as in the actual rinsing step to remove excess surfactant. After removal, the test was performed.
[0127]
In the measurement, the amount of water droplets was 12 μL, and the contact angle before and after coating with a surfactant was determined as the average value of any three points in cross-sectional observation with a microscope.
[0128]
As a result, before the surfactant was coated, the contact angle was 74.95 °, whereas after the coating, the contact angle was 64.49 °, a difference of 10.46 °, indicating a significant change in wettability. .
[0129]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a microarray manufacturing method for forming a plurality of spots of a solution containing a biological sample on a substrate, contact with the solution in a spot disposing tool for forming the spots Since at least a part of the surface is coated with a surfactant and the solution is supplied in this state to form spots, a microplate is prepared with uniform size and shape of each spot. In addition, contamination between sample solutions can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a microarray manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the microarray manufacturing apparatus as viewed in the direction of the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a right side view of the microarray manufacturing apparatus as viewed from the line III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is a left side view of the microarray manufacturing apparatus as viewed from the direction of line IV-IV in FIG. 2;
FIG. 5 is a cross-sectional view of the microarray manufacturing apparatus as viewed from the line VV in FIG. 1;
FIG. 6 is a front view of the head.
FIG. 7 is a right side view of the head as seen from the direction of line IX-IX in FIG. 6;
FIG. 8 is a bottom view of the head as seen from the line XX in FIG. 6;
FIG. 9 is a front view of the head showing a state where the needle protrudes from the liquid storage member.
FIG. 10 is a detailed view showing a liquid storage member and a needle.
FIG. 11 is a process chart showing a method of arranging a solution stored in a liquid storage member on a substrate.
[Explanation of symbols]
3 ... substrate
4 ... Work table
6. XY biaxial transport mechanism (transport means) in stamping area
23,95 ... Z-axis drive mechanism (moving means)
51 head (holding means)
52: Liquid storage member (liquid storage part)
53 ... Needle (spot arrangement tool)
57 ... Lower plate (base)
58 ... space for supplying cleaning liquid etc.
71 ... Ultrasonic cleaning part (cleaning etc. construction part)
71a: Surfactant processing section (cleaning and other processing section)
72b: Rinse cleaning part (cleaning etc. construction part)
74 ... solution storage part (washing etc. working part)
75: XY two-axis transport mechanism (transport means) for cleaning area

Claims (8)

基板上に、生体試料を含有する溶液のスポットを、複数形成するマイクロアレイ製作方法であって、前記スポットを形成するためのスポット配置具における前記溶液との接触面の少なくとも一部を、界面活性剤にて被覆し、この状態で前記溶液を供給してスポットを形成することを特徴とするマイクロアレイ作製方法。A microarray manufacturing method for forming a plurality of spots of a solution containing a biological sample on a substrate, wherein at least a part of a contact surface with the solution in a spot arranging device for forming the spots is formed by a surfactant. And forming a spot by supplying the solution in this state. 前記界面活性剤による被覆は、前記溶液を供給してスポットを形成する毎に、これに先立ち、当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を供給し、水でリンスして過剰分を除去することによって行われるものであることを特徴とする請求項1に記載のマイクロアレイ作製方法。In the coating with the surfactant, each time the solution is supplied to form a spot, a surfactant is supplied to the contact surface of the spot disposing tool prior to this, and the excess is removed by rinsing with water. 2. The method for producing a microarray according to claim 1, wherein the method is performed. 前記界面活性剤の使用濃度が、5%以上である請求項2に記載のマイクロアレイ作製方法。The method for producing a microarray according to claim 2, wherein the concentration of the surfactant used is 5% or more. 前記リンスは、使用した界面活性剤の量に対し、100〜1000容量倍の水を用いて行われるものであることを特徴とする請求項2または3に記載のマイクロアレイ作製方法。4. The method according to claim 2, wherein the rinsing is performed using 100 to 1000 times by volume of water with respect to the amount of the surfactant used. 5. 前記界面活性剤による被覆は、当該スポット配置具の接触面に界面活性剤を塗布し、固定化処理することで行われたものである請求項1に記載のマイクロアレイ作製方法。The method for producing a microarray according to claim 1, wherein the coating with the surfactant is performed by applying a surfactant to a contact surface of the spot disposition tool and performing a fixing treatment. スポット配置具の界面活性剤による被覆部分の水に対する接触角が、当該部位の顕微鏡による断面観察における任意の3点の平均値として、界面活性剤による洗浄処理前と比較して、10%以上低減されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のマイクロアレイ作製方法。The contact angle of the spot disposition device with water of the portion covered with the surfactant is reduced by 10% or more as an average value of any three points in a cross-sectional observation of the site with a microscope as compared to before the cleaning treatment with the surfactant. The method for producing a microarray according to claim 1, wherein the method is performed. 生体試料を含む溶液を保持し、先端が基板に接触することで当該溶液のスポットを基板上に配置するスポット配置具を、1ないし複数個搭載してなるマイクロアレイ作製用ヘッドであって、前記スポット配置具が、前記生体試料との接触面の少なくとも一部を、界面活性剤にて被覆されていることを特徴とするマイクロアレイ作製用ヘッド。A microarray manufacturing head comprising one or more spot placement tools for holding a solution containing a biological sample and placing a spot of the solution on the substrate by contacting the tip with the substrate, wherein the spot A microarray producing head, wherein the placement tool covers at least a part of a contact surface with the biological sample with a surfactant. 生体試料を含む溶液を貯える溶液貯留部と、複数枚の基板を配列し得る作業台と、前記溶液貯留部から前記溶液を取り入れて保持し、前記基板上に溶液のスポットを形成するためのスポット配置具を備えた溶液保持手段と、前記保持手段の洗浄等が行われる洗浄等施工部と、前記保持手段を前記基板に対して近接・離間する方向に移動させ、前記保持手段をしてスポットを形成せしめる移動手段と、前記保持手段を前記溶液貯留部、前記作業台及び前記洗浄等施工部を含む領域において搬送し且つ二次元座標を与える搬送手段と、を備え、
前記スポット配置具における前記生体試料との接触面の少なくとも一部が、界面活性剤にて被覆されてなることを特徴とするマイクロアレイ作製装置。
A solution storage portion for storing a solution containing a biological sample, a worktable on which a plurality of substrates can be arranged, and a spot for taking and holding the solution from the solution storage portion and forming a solution spot on the substrate A solution holding unit having an arrangement tool, a cleaning application section for performing washing and the like of the holding unit, and moving the holding unit in a direction of approaching / separating from the substrate; A moving means for forming, and a transport means for transporting the holding means in an area including the solution storage unit, the work table and the cleaning or the like application unit, and providing two-dimensional coordinates,
A microarray manufacturing apparatus, wherein at least a part of a contact surface of the spot placement tool with the biological sample is coated with a surfactant.
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