JP2005283377A - マイクロアレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料スポットの品質の安定化及び均一化、並びにスポット形成位置の高精度化及び高密度化を図ることができ、高精細で、長期安定性に優れたマイクロアレイを得ることができるマイクロアレイの製造方法を提供する。
【解決手段】複数の吐出ユニット５０を有する吐出手段１００と、一以上の担体６０を装着できる装着部材２１０が脱着可能な固定台２２０を有する装着手段２００とを用いて、吐出ユニットから外部に吐出させた液体試料Ｓを、装着部材に装着した担体上の所定の位置に着弾させて、担体上に試料スポット７０が所定パターンで整列したマイクロアレイ３００の製造方法であって、担体を装着部材に装着する時（開始時）から、担体上に試料スポットが所定パターンで整列したマイクロアレイを得る時（終了時）までの間における、担体並びに装着手段の温度を、設定温度から±２℃の範囲内となるように一定に保持するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロアレイ（例えば、ＤＮＡマイクロアレイ（バイオチップ）等）の製造方法に関する。さらに詳しくは、所定の担体（基板）上に、微小体積の液体試料の液滴を着弾させて高密度に整列、固定した微小スポット（試料スポット）を形成させることによってマイクロアレイを製造する場合に、試料スポットの品質の安定化及び均一化、並びにスポット形成位置の高精度化及び高密度化を図ることができ、高精細で、長期安定性に優れたマイクロアレイを得ることができるマイクロアレイの製造方法に関する。

近年における遺伝子構造の解析方法の進歩は目覚しく、ヒトの遺伝子を初めとして、多数の遺伝子構造が明らかにされてきている。このような遺伝子構造の解析には、顕微鏡スライドガラス等の担体（基板）上に数千から数万種類以上の異種のＤＮＡ断片を微小スポット（試料スポット）として整列、固定させたＤＮＡマイクロアレイ（バイオチップ）が用いられている。

このようなマイクロアレイの製造方法としては、インクジェット方式を用いた方法が、スポッティング動作の高速化、スポット品質の均一化の点から採用され始めている。

このようなマイクロアレイの製造方法としては、例えば、注入口、流路、キャビティ（貯留室）及び吐出口が形成された本体（基体）と圧電／電歪素子とを備えた吐出ユニットを用い、液体試料を、注入口を経由してキャビティに導入し、吐出口に対向した位置に担体（基板）を配設し、キャビティに導入した液体試料を、吐出口から微小体積の液滴として吐出させて、担体（基板）上にスポットを形成させるとともに、この工程を、複数種の液体試料について繰り返すことによって、担体（基板）上に複数種の液体試料からなる複数種のスポットを高密度に配列したバイオチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）を製造する方法が開示されている（特許文献１参照）。この方法は、一以上の吐出ユニットから構成されてなる吐出モジュールを一以上備えた吐出ヘッドを用いて、複数種の液体試料のうちの少なくとも一種の試料を、吐出ヘッドにおける吐出ユニットの注入口から、一つの吐出ユニットには一種の試料のみが配設されるようにそれぞれ注入することによって、キャビティにそれぞれ導入し、一以上の担体（基板）が固定されてなる一以上のトレーが、脱着可能に載置された移動テーブルを、担体（基板）上の所定位置に対応した吐出ユニットの吐出位置まで移動させるとともに、吐出口から、キャビティに導入した各液体試料を、担体（基板）上の所定の位置に液滴として吐出させて、担体（基板）上に、複数種の液体試料からなるスポットを高密度に配列させることによって、スポットの形成作業の高精細化及びスポットの形成作業時間の短縮化が図ることができるという優れた効果を発揮するものである。
国際公開ＷＯ０２／９０９８４号パンフレット

しかしながら、マイクロアレイの高品質化に対する要請が飛躍的に増大した現在、これまでの方法においては、例えば、ＤＮＡマイクロアレイを製造する場合、液体試料中に含有された被検体であるＤＮＡ断片と結合するための結合材が塗布された担体（スライドガラス）上に、試料スポットを形成したときに、ＤＮＡ断片と結合材との結合力の経時的変化（製造期間及び保存期間が長期に亘る場合には、ＤＮＡ断片の担体上への固定化率及び担体のＤＮＡ断片に対する固定力が変動すること）に由来して、固定化率及び固定力にムラやバラツキが発生するということまでもが問題となり、その改良が望まれるに至っている。また、ＤＮＡ断片の担体への固定化率は、スポット着弾前後の環境温度にも依存しており、スポット時の担体の温度を一定にすることが望まれている。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、所定の担体（基板）上に、微小体積の液体試料の液滴を着弾させて高密度に整列、固定した微小スポット（試料スポット）を形成させることによってマイクロアレイを製造する場合に、試料スポットの品質の安定化及び均一化、並びにスポット形成位置の高精度化及び高密度化を図ることができ、高品質で、長期安定性に優れたマイクロアレイの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば以下のマイクロアレイの製造方法が提供される。

［１］液体試料を吐出させることが可能な複数の吐出ユニットを有する吐出手段と、一以上の担体を装着することが可能な装着部材が脱着可能に固定された、前記吐出ユニットに対する関係において少なくともいずれか一方が相対的に移動可能な固定台を有する装着手段とを用いて、前記吐出ユニットから外部に吐出させた液体試料を、前記装着部材に装着した前記担体上の所定の位置に着弾させて、前記担体上に所定パターンで整列した前記吐出ユニットのそれぞれに対応した試料スポットを形成し、前記担体上に前記試料スポットが所定パターンで整列したマイクロアレイを得るマイクロアレイの製造方法であって、前記担体を前記装着部材に装着する時（開始時）から、前記担体上に前記試料スポットが所定パターンで整列した前記マイクロアレイを得る時（終了時）までの間における、前記担体及び前記装着手段の温度を、設定温度から±２℃の範囲内となるように一定に保持するマイクロアレイの製造方法。

［２］前記開始時から前記終了時までの間に、前記試料スポットの少なくとも一部が形成された前記担体を保管庫に一時的に保管する場合、前記保管庫における保管温度を、前記設定温度から±２℃の範囲内となるように一定に保持する前記［１］に記載のマイクロアレイの製造方法。

［３］前記設定温度が１０℃〜３０℃の範囲内のいずれか一の温度である前記［１］又は［２］に記載のマイクロアレイの製造方法。

［４］前記設定温度が、室温（２０℃〜２８℃の範囲内のいずれか一の温度）である前記［３］に記載のマイクロアレイの製造方法。

［５］前記固定台を脱着可能に固定可能であるとともに、Ｘ−Ｙ方向に移動可能な移動手段をさらに用いて、前記固定台が固定された前記移動手段をＸ−Ｙ方向に移動させることによって、前記吐出ユニットと前記固定台とをＸ−Ｙ方向に相対的に移動させる前記［１］〜［４］のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。

［６］前記装着部材の下面と前記移動手段の上面との間に挟持、配設された加熱手段をさらに用いて、前記担体及び前記装着手段を加熱することによって、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する前記［５］に記載のマイクロアレイの製造方法。

［７］前記装着部材の下面と前記移動手段の上面との間に挟持、配設された断熱手段をさらに用いて、前記担体及び前記装着手段を断熱した状態で、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する前記［５］に記載のマイクロアレイの製造方法。

［８］前記装着手段の下面と前記移動手段の上面との間又は前記移動手段の内部に形成された冷却用媒体（第一の媒体）の流路手段（第一の流路手段）をさらに用い、前記第一の流路手段の中を前記第一の媒体に通過させ前記担体及び前記装着手段を冷却することによって、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する前記［５］に記載のマイクロアレイの製造方法。

［９］前記装着手段の内部に形成された温度調節用媒体（第二の媒体）の流路手段（第二の流路手段）をさらに用い、前記第二の流路手段の中を前記第二の媒体に通過させ前記担体及び前記装着手段の温度を調節することによって、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する前記［５］、［７］又は［８］に記載のマイクロアレイの製造方法。

［１０］前記吐出手段の内部に形成された温度調節用媒体（第三の媒体）の流路手段（第三の流路手段）をさらに用い、前記第三の流路手段の中を前記第三の媒体に通過させ前記担体及び前記装着手段の温度を調節することによって、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する前記［５］、［７］、［８］又は［９］に記載のマイクロアレイの製造方法。

［１１］前記担体及び前記装着手段の周囲の温度を、加熱又は冷却することによって制御して、前記担体及び前記装着手段の前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する前記［１］〜［１０］のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。

［１２］前記保管庫に、温度調節用手段を配設して、前記保管庫の前記保管温度を一定に保持する前記［２］〜［１１］のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。

［１３］前記吐出ユニットが、前記液体試料の注入口、流路、貯留室及び吐出口を有する基体と、前記基体を構成する前記貯留室に配設された圧電／電歪素子とを備えたものである前記［１］〜［１２］のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。

［１４］前記液体試料として、ＤＮＡ断片を含む溶液を用いる前記［１］〜［１３］のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。

［１５］前記担体として、その表面に、前記液体試料と結合する結合材が塗布されたスライドガラスを用いる前記［１］〜［１４］のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。

［１６］
前記［１］〜［１５］のいずれかに記載の方法を用いて製造されたマイクロアレイ。

本発明のマイクロアレイの製造方法によって、所定の担体（基板）上に、微小体積の液体試料の液滴を着弾させて高密度に整列、固定した微小スポット（試料スポット）を形成させることによってマイクロアレイを製造する場合に、スポット時の温度の違いや、試料スポット、結合材（樹脂コート）等が温度変動すると思われることに起因して、ＤＮＡ断片と結合材との結合力が変化して固定化率及び固定力にムラやバラツキが発生することを低減することができ、試料スポットの品質の安定化及び均一化を図ることができるとともに、スポット形成位置の高精度化及び高密度化を図ることができ、高精細で、長期安定性に優れたマイクロアレイを得ることができる。

本発明のマイクロアレイの製造方法の実施の形態を図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態を模式的に示す断面図であり、図２は、本実施の形態に用いられる吐出手段及び装着手段を備えたマイクロアレイ製造装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態に用いられる吐出手段１００（図２参照）を構成する吐出ユニット５０は、液体試料Ｓの注入口１、流路２、貯留室３及び吐出口４を有する基体１０と、基体１０を構成する貯留室３に対応して配設された圧電／電歪素子２０とを備えている。図１及び図２に示すように、本実施の形態は、液体試料Ｓを吐出させることが可能な複数の吐出ユニット５０を有する吐出手段１００と、一以上の担体６０を装着することが可能な装着部材２１０が脱着可能に固定された、吐出ユニット５０に対する関係において少なくともいずれか一方が相対的に移動可能な固定台２２０を有する装着手段２００とを用いて、吐出ユニット５０から外部に吐出させた液体試料Ｓを、装着部材２１０に装着した担体６０上の所定の位置に着弾させて、担体６０上に所定パターンで整列した吐出ユニット５０のそれぞれに対応した試料スポット７０を形成し、担体６０上に試料スポット７０が所定パターンで整列したマイクロアレイ３００を得るマイクロアレイの製造方法であって、担体６０を装着部材２１０に装着する時（開始時）から、担体６０上に試料スポット７０が所定パターンで整列したマイクロアレイ３００を得る時（終了時）までの間における、担体６０並びに装着手段２００（装着部材２１０及び固定台２２０）の温度を、設定温度から±２℃の範囲内となるように一定に保持するように構成されている。

このように、マイクロアレイ３００の製造時における担体６０及び装着手段２００（装着部材２１０及び固定台２２０）の温度を一定に保持することによって、マイクロアレイ３００の製造に伴う熱による影響を解消することができる。すなわち、熱サイクルがなくなり、担体６０表面の結合材（図示せず）と液体試料Ｓ中の被検体（例えば、ＤＮＡ断片）の結合力の低下及びばらつきを防止することができる。同時に、スポット時の温度の変化が小さくなることにより、ＤＮＡ断片の担体への固定化率のばらつきを低減することができる。また、製造時間のバラツキ等による熱履歴の差異が原因となって担体６０相互間の試料スポット７０の品質に差異が生じることを抑制することができる。具体的には、熱サイクルで引き起こされる結合材の塗膜に亀裂が発生するのを防止することができるとともに、担体６０表面のチャージの低下によるＤＮＡ断片に対する結合力の低下を防止することができる。また、試料スポット７０の形成位置の精度が向上するため、マイクロアレイ３００を後処理（例えば、ＤＮＡ固定化からハイブリッド化すること）後のスキャナ等による検査の効率化を図ることができる。

本実施の形態に用いられる吐出手段及び装着手段について、これらを備えたマイクロアレイ製造装置を示す図２によって具体的に説明する。図２に示すように、本実施の形態に用いられるマイクロアレイ製造装置は、吐出手段１００としての吐出ヘッド（以下、吐出ヘッド１００ということがある）、装着部材２１０としてのトレー（以下、トレー２１０ということがある）、固定台２２０、移動手段２３０としての第一の移動テーブル（以下、第一の移動テーブル２３０ということがある）、第二の移動テーブル２４０及び担体（基板）高さセンサ２５０を備えている。吐出ヘッド１００は、一以上の吐出ユニット５０（図１参照）を有する一以上の吐出モジュール（図示せず）から構成されている。吐出ヘッド１００を構成する吐出ユニット５０（図１参照）の吐出口４に対向した位置に、一以上の担体６０としての顕微鏡スライドガラス（以下、スライドガラス６０ということがある）がトレー２１０上に固定されている。トレー２１０は、固定台２２０上に脱着可能に載置、固定されている。固定台２２０は第一の移動テーブル２３０によって又は第一の移動テーブル２３０とともに、Ｘ−Ｙ方向に移動可能であり、担体６０上の所望の位置に、吐出ヘッド１００を構成する吐出ユニット５０（図１参照）の吐出口４から液体試料Ｓを吐出、着弾させるように、トレー２１０（担体６０）の位置を移動させることが可能である。固定台２２０の上方には、吐出ヘッド１００の吐出口４と担体６０のスポット面との距離を一定に制御するため、担体（基板）高さセンサ２５０が配設されている。吐出ヘッド１００が脱着可能に載置された第二の移動テーブル２４０は、吐出ヘッド１００をＸ−Ｙ−Ｚ方向及びＸ−Ｙ平面上を回転角θで移動させることが可能で、トレー２１０及び固定台２２０が載置、固定された第一の移動テーブル２３０と、吐出ヘッド１００が脱着可能に載置された第二の移動テーブル２４０とを用いて、担体６０と吐出口４との相対位置を調整することができる。

このように構成することによって、予め、吐出ヘッド１００に各液体試料Ｓを導入し、確実に液体試料Ｓの液滴ｄを吐出できることを確認した後、吐出ヘッド１００を第二の移動テーブル２４０に載置し、さらに、トレー２１０に複数の担体６０を固定しておき、固定台２２０に装着することによって、スポッティングの実稼動時間を限界まで低減することができる。特に、スポッティングに用いる液体試料Ｓが、大気と接触することにより、吐出開始時から急速に経時変化を生じる場合（例えば、ＤＮＡ断片を含む溶液、蒸発し易い有機溶媒、増粘性が高く乾燥し易い有機ポリマー含有水溶液等の場合）及び大気中の水分で担体６０の表面の状態が急速に変化する場合（例えば、担体６０としてポリリジンコーティング基板等を用いる場合）には有効である。

液体試料ＳとしてＤＮＡ断片を含む溶液を用いてＤＮＡマイクロアレイ（バイオチップ）を製造する場合は、担体６０上の、わずか数ｍｍ²〜数ｃｍ²の領域に、数十〜数万のスポットを一箇所でも重なることなく整然と配置させる必要があるため特に有効である。このようなＤＮＡマイクロアレイを製造する場合、具体的には、一つの吐出ヘッド１００に９６個の吐出口４を有するものを用い、一つのトレー２１０に１０枚の担体６０を固定させることができるものを用い、一枚の担体６０に６０４８スポットが形成されたＤＮＡマイクロアレイを１０００枚生産する場合は、第二の移動テーブル２４０への吐出ヘッド１００の脱着は、６０４８／９６＝６３回行わねばならず、トレー２１０にいたっては、固定台２２０への脱着を（１０００／１０）×６３＝６３００回行わねばならない。従って、吐出ヘッド１００及びトレー２１０の載置部分の機械的精度を向上させたとしても、その状態を維持することは困難であり、上述したような位置制御、相対位置制御を行うことによって、スポットが高精度に配列したＤＮＡマイクロアレイを製造することができる。

図１及び図２に示すように、このようなマイクロアレイ製造装置を用いて、例えば、複数種の液体試料Ｓのそれぞれを、対応する吐出ユニット５０の注入口１からそれぞれ注入することによって貯留室３にそれぞれ導入し、貯留室３に導入した一種の液体試料Ｓを、担体６０上の所定の位置に液滴ｄとして吐出させて、担体６０上に試料スポット７０を形成させるとともに、この工程を、複数種の液体試料Ｓについて繰り返すことによって、担体６０上に、短時間かつ容易に複数種の試料スポット７０を形成させることができる。

また、複数種の液体試料Ｓのうちの少なくとも一種の液体試料Ｓを、吐出ヘッド１００の各吐出ユニット５０の注入口１から、一つの吐出モジュール（図示せず）には一種の液体試料Ｓのみが配設されるようにそれぞれ注入することによって貯留室３にそれぞれ導入し、貯留室３に導入した一種の液体試料Ｓを、担体６０上の所定の位置に液滴ｄとして吐出させて、担体６０上に試料スポット７０を形成させるとともに、この工程を、複数種の液体試料Ｓについて繰り返してもよい。

また、吐出ヘッド１００を複数用い、複数種の液体試料Ｓのうちの少なくとも一種を、各吐出ヘッド１００の各吐出ユニット５０の注入口１から、それぞれ注入することによって貯留室３に導入し、液体試料Ｓを導入した一の吐出ヘッド１００を第二の移動テーブル２４０に載置し、担体６０と一の吐出ヘッド１００における吐出口４との相対位置を調整しながら、貯留室３に導入した液体試料Ｓを、担体６０上の所定の位置に液滴ｄとして吐出させて、担体６０上に前述した液体試料Ｓからなる試料スポット７０を形成させ、次いで、一の吐出ヘッド１００を第二の移動テーブル２４０から取り外し、前述した液体試料Ｓとは異なる他種の液体試料Ｓを導入した他の吐出ヘッド（図示せず）を第二の移動テーブル２４０に載置し、担体６０と吐出口４との相対位置を、一の吐出ヘッド１００における場合とは異なるように調整しながら、貯留室３に導入した他種の液体試料Ｓを、担体６０上の所定の位置に液滴ｄとして吐出させて、担体６０上に他種の液体試料Ｓからなる試料スポット７０を形成させるとともに、この工程を上述した吐出ヘッド１００の数だけ繰り返してもよい。

また、トレー２１０を複数枚用い、複数枚のトレー２１０のうちの一のトレー２１０を固定台２２０に載置、固定し、一のトレー２１０に固定した担体６０と吐出口４との相対位置を調整しながら、貯留室３に導入した液体試料Ｓを、担体６０上の所定の位置に液滴ｄとして吐出させて、一の担体６０上に吐出ヘッド１００に配設された液体試料Ｓからなる試料スポット７０を形成させ、次いで、一のトレー２１０を固定台２２０から取り外し、他の担体（図示せず）を固定した他のトレー（図示せず）を固定台２２０に載置、固定し、他の基板（図示せず）と吐出口４との相対位置を調整しながら、貯留室３に導入した液体試料Ｓを、他の基板（図示せず）上の所定の位置に液滴ｄとして吐出させて、他の基板（図示せず）上に吐出ヘッド１００に配設された液体試料Ｓからなる試料スポット７０を形成させるとともに、この工程を上述したトレー２１０の数だけ繰り返してもよい。

また、上述した複数の吐出ヘッド１００を有する構成と、複数枚のトレー２１０を有する構成とを組み合わせることによって、例えば、複数の吐出ユニット５０から構成された吐出ヘッド１００を複数用い、かつ、複数の担体６０が固定されたトレー２１０を複数枚用いることによって、液体試料Ｓの種類、担体６０の枚数を増加させることができ、多品種大量生産に対応することができる。

具体的には、一つのトレー２１０に保持された担体６０上に、必要なＤＮＡ断片等を含んだ液体試料Ｓを吐出し、その後、固定台２２０から、このトレー２１０ごと担体６０を取り出し、新たに、試料スポット７０が形成されていないトレー２１０を固定台２２０に載置、固定し、液体試料Ｓを吐出する。この作業を、必要な担体６０の数を満たすトレー２１０の枚数だけ繰り返す。この際、各トレー２１０に、発光素子からなるトレー用基準マーク（図示せず）を二箇所に穿設し、マークをトレー上面からＣＣＤカメラ等の第一テーブル固定基準（図示せず）で観察、確認することで、トレー２１０の載置位置を確認、調整することができる。次いで、第二の移動テーブル２４０から、吐出ヘッド１００を取り外し、別の種類のＤＮＡ断片等の液体試料Ｓが入った別の吐出ヘッド（図示せず）をあらためて載置し、トレー２１０上の担体６０上への試料スポット７０の形成を繰り返す。このように構成することによって、具体的には、一万種のＤＮＡ断片の入った試料スポットが形成されたマイクロアレイを、数千枚製造した場合、サテライト等が発生することなく、試料スポット７０の品質が良好で安定したＤＮＡマイクロアレイ３００を得ることができる。

本実施の形態においては、マイクロアレイの製造の開始時から終了時までの間に、試料スポット７０の少なくとも一部が形成された担体６０を保管庫（図示せず）に一時的に保管する場合、保管庫における保管温度を、設定温度から±２℃の範囲内となるように一定に保持することが好ましい。このように構成することによって、保管時間の差による経時変化の差を低減できるとともに、装着部材２１０を保管庫から取り出して固定台２２０に装着した際に、設定温度になじむまで待つ必要がなくなり、迅速にスポッティングに移行することができる。

本実施の形態においては、設定温度は、１０℃〜３０℃の範囲内のいずれか一の温度であることが好ましい。このように構成することによって、上記効果に加え、製造装置の安定稼動とスライドガラス６０への結露防止が可能となり、安定かつ効率よくマイクロアレイを製造することができる。

さらに、設定温度は、室温（２０℃〜２８℃の範囲内のいずれか一の温度）であることがさらに好ましい。このように構成することによって、室温よりも高温時に想定される、装置に用いられる潤滑剤の乾燥によるステージレールの劣化を低減することができ、また、室温よりも低温時に想定される、ステージレールとベアリングとの間における抵抗の増大の発生を低減することができる。さらに、高温度化で発生が危惧される潤滑剤の低粘度化による潤滑剤の飛散を低減することができる。

本実施の形態においては、前述のように、固定台２２０を脱着可能に固定可能であるとともに、Ｘ−Ｙ方向に移動可能な移動手段（第一の移動テーブル２３０）をさらに用いて、固定台２２０が固定された移動手段（第一の移動テーブル２３０）をＸ−Ｙ方向に移動させることによって、吐出ユニット５０と固定台２２０とをＸ−Ｙ方向に相対的に移動させることができる。このように、担体が設置された固定台を移動させるようにすると、ヘッドを稼動させたときに想定される、吐出口の液面のゆれによる液漏れ等の不具合を回避することができる。この場合、例えば、固定台２２０をＸ方向に第一の移動テーブル２３０をＹ方向に移動させることによって、固定台２２０と第一の移動テーブルとを全体としてＸ−Ｙ方向に移動させるようにしてもよい。

以下、本実施の形態において、担体６０及び装着手段２００（装着部材２１０及び固定台２２０）の温度を一定に保持するための具体的な手段について説明する。

図３に示すように、装着部材２１０の下面と移動手段（第一の移動テーブル）２３０の上面との間に挟持、配設された加熱手段４００をさらに用いて、担体６０及び装着手段２００を加熱することによって、開始時から終了時までの温度を一定に保持することを挙げることができる。このような加熱手段４００としては、温度制御が可能なものであれば特に制限はないが、例えば、金属ヒーターやシリコーンラバーヒーターを挙げることができる。このように構成することによって、移動装置からの熱流入が変動するような場合に、比較的簡単な構造で温度を一定に保つことができ、担体６０及び装着手段２００の温度を一定に保持することができる。

図４に示すように、装着部材２１０の下面と移動手段（第一の移動テーブル）２３０の上面との間に挟持、配設された断熱手段５００をさらに用いて、担体６０及び装着手段２００を断熱した状態で、開始時から前記終了時までの温度を一定に保持してもよい。このような断熱手段５００としては、熱伝導率が低いものであれば特に制限はないが、例えば、エンジニアリングプラスッチックを挙げることができる。このように構成することによって、製造装置の駆動部（図示せず）からの発熱が大きく、変動する温度の中心温度が高温になりすぎる場合にも、装着手段２００への熱の流入を防止して温度上昇を低減し、かつ環境雰囲気に対する担体６０及び装着手段２００の温度を一定に保持することができる。図３に示す加熱手段４００及び図４に示す断熱手段５００の両方を用いてもよい。

図５に示すように、装着手段２００の下面と移動手段（第一の移動テーブル）２３０の上面との間又は移動手段（第一の移動テーブル）２３０の内部に形成された冷却用媒体（第一の媒体）Ｍ１の流路手段（第一の流路手段）６１０をさらに用い、第一の流路手段６１０の中を第一の媒体Ｍ１に通過させ担体６０及び装着手段２００を冷却することによって、開始時から終了時までの温度を一定に保持してもよい。このように構成することによって、製造装置の駆動部（図示せず）からの発熱が無視できないような場合、製造装置の駆動部からの発熱そのものを除去することができ、装着手段２００への熱の流入を防止して温度上昇を低減し、環境雰囲気に対する担体６０及び装着手段２００の温度を一定に保持することができる。ここで、第一の流路手段６１０としては、例えば、所望の流路の形状に形成したジャケットを装着することによって得られる流路を挙げることができる。ここで、第一の媒体Ｍ１としては、例えば、水、エチレングリコール、フッ化炭素系不活性液体（例えば、米国３Ｍ社（米国ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー）製、商品名：フロリナート）を挙げることができる。

この場合、第一の流路手段６１０を、図４に示す断熱手段５００の上面側に形成することによって、担体６０及び装着手段２００（装着部材２１０及び固定台２２０）の温度を所定の値に確実に管理することができる。すなわち、製造装置の稼動条件の変更等によって製造装置からの発熱量が増大し、第一の流路手段６１０だけでは熱を完全に除去することができないような場合（例えば、製造装置を高速で運転する場合）であっても、装着手段２００及び第一の流路手段６１０と第一の移動テーブル２３０との間に、図４に示す断熱手段５００が配設されているため、装着手段２００及び第一の流路手段６１０側への熱の流入が抑えられ、担体６０及び装着手段２００の温度の大きな変動を有効に防止することができる。

図６に示すように、装着部材２１０の内部に形成された温度調節用媒体（第二の媒体）Ｍ２の流路手段（第二の流路手段）６２０をさらに用い、第二の流路手段６２０の中を第二の媒体Ｍ２に通過させ担体６０及び装着部材２１０の温度を調節することによって、開始時から終了時までの温度を一定に保持してもよい。このように構成することによって、保管、移動、装着時等に、常に温度調整をすることができ、担体６０及び装着手段２００の温度をより精密に保持することができる。ここで、第二の流路手段６２０としては、例えば、上述の第一の流路手段６１０と同様にして得られるものを挙げることができる。第二の媒体Ｍ２としては、例えば、水、エチレングリコール、フッ化炭素系不活性液体（例えば、米国３Ｍ社（米国ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー）製、商品名：フロリナート）等を挙げることができる。

図７に示すように、吐出手段１００の内部に形成された温度調節用媒体（第三の媒体）Ｍ３の流路手段（第三の流路手段）６３０をさらに用い、第三の流路手段６３０の中を第三の媒体Ｍ３に通過させ吐出手段１００の温度を調節することによって、開始時から終了時までの温度を一定に保持してもよい。このように構成することによって、液体試料Sの特性が温度変化に敏感な場合、スポット前後の温度を一定にすることができ、各々のスポットの温度履歴を一定にすることができる。ここで、第三の流路手段６３０としては、例えば、上述の第一の流路手段６１０と同様にして得られるものを挙げることができる。第三の媒体Ｍ３としては、例えば、水、エチレングリコール、フッ化炭素系不活性液体（例えば、米国３Ｍ社（米国ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー）製、商品名：フロリナート）等を挙げることができる。

なお、第一の流路手段、第二の流路手段及び第三の流路手段のうち、少なくともいずれか一つを用いてもよく、二つ以上を組み合わせて用いてもよい。このように構成することによって、実際の環境や液体試料の性質に応じて無駄のない設備を構築することができる。

図８に示すように、担体６０及び装着手段２００の周囲の空気を、加熱又は冷却することによって制御して、担体６０及び装着手段２００の開始時から終了時までの温度を一定に保持してもよい。具体的には、定温空気発生装置８５０から空気を供給することを挙げることができる。このように構成することによって、第一〜第三の流路手段６１０、６２０、６３０が組み込みが困難な場合、同様な効果を装置に手を加えることなく実現することができ、担体６０及び装着手段２００の温度に加えて、さらに吐出手段１００の温度を一定に保持することができる。

図９に示すように、保管庫７００に、温度調節用手段７５０を配設して、保管庫７００の保管温度を一定に保持してもよい。このような温度調節用手段７５０としては、例えば、定温空気発生装置からの空気を供給する方法を挙げることができる。このように構成することによって、固定台２２０の温度が室温と異なるような場合、保管時間の差による経時変化の差を低減できるとともに、装着部材２１０を保管庫から取り出して固定台２２０に装着した際に、設定温度になじむまで待つ必要がなくなり、迅速にスポッティングに移行することができる。

前述のように、本実施の形態においては、吐出ユニット５０は、液体試料Ｓの注入口１、流路２、貯留室３及び吐出口４を有する基体１０と、基体１０を構成する貯留室３に配設された圧電／電歪素子２０とを備えたものであることが好ましい。このような吐出ユニット５０は、圧電／電歪素子２０の駆動によって液体試料Ｓを吐出するので、液体を加熱して吐出する方法、例えば、バブルジェット法に比べ、液体が、加熱に起因する高温に曝されることがなく、ＤＮＡ断片が切断される等の不具合の発生を未然に防止することができる。

前述のように、本実施の形態は、液体試料Ｓとして、ＤＮＡ断片を含む溶液を用いてＤＮＡマイクロアレイ（バイオチップ）を製造する場合に特に有効である。このような被検体としては、ＤＮＡ断片の他に、例えば、酵素／基質反応時の酵素、抗原／抗体反応時の抗体等を挙げることができる。

本実施の形態は、担体６０として、その表面に、液体試料Ｓと結合する結合材が塗布されたスライドガラスを用いる場合に特に有効である。このような結合材としては、例えば、アミノ基（例えば、ポリエルリジン等）、エポキシ基等を含むコーティング材料を挙げることができる。このような結合材（コーティング材料）は、通常、担体６０の表面に塗布されてコーティング層の形態で用いられる。

本実施の形態に用いられる吐出ユニット５０を構成する基体１０の材質としては特に制限はないが、例えば、少なくとも貯留室３の形成位置及び圧電／電歪素子２０の配設位置に対応した部位は、ジルコニアセラミックスからなるように構成することが好ましく、基体１０の全ての部位をジルコニアセラミックスからなるように構成することがさらに好ましい。ジルコニア、中でも、安定化ジルコニアと部分安定化ジルコニアは、薄板状としても機械的強度が大きいこと、靭性が高いこと、酸／アルカリ溶液に耐久性があること、及び圧電膜や電極材との反応性が小さいこと等から、本実施の形態に用いられる基体１０の材質として好ましい。この場合、ジルコニアセラミックスは、グリーンシート積層焼成法を用いて作製されたものであることが好ましい。すなわち、基体１０は、セラミック薄板（所謂グリーンシート）を積層し、その積層体を焼成することによって作製することが好ましい。なお、基体１０の、吐出口４が形成された部位を、成形性及びコストの面から、樹脂からなるように構成してもよい。

本実施の形態に用いられる圧電／電歪素子２０としては特に制限はないが、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種の鉛化合物を主成分として含有する圧電／電歪膜から構成されることが好ましい。すなわち、このような圧電／電歪膜は、高い電気機械結合係数と圧電定数とを有し、圧電膜の焼結時における基体１０（ジルコニアセラミックス）との反応性が小さく、安定した組成のものが得られる点から好ましい。

本発明のマイクロアレイは、上述の、いずれかに記載の方法を用いて製造され、高品質で、長期安定性に優れている。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図２に示すマイクロアレイ製造装置を用いてマイクロアレイを作製した。その作製条件は下記のようにした。
吐出孔数：１ヘッド当りの吐出孔数は１個とした。
スポット数：１２種×１２段取＝１４４スポット、同一種のスポットを１２スポット作製し、一日に全１２種を１箇所スポットするのを一段取りとし、１２日間繰り返して全段取りのスポット完了とした。
液体試料：Ｃ−ＤＮＡをリン酸バッファー１０ｍＭで溶解したものを用いた（ｃ−ＤＮＡの濃度は０．１μｇ／μＬ）。
担体：７６ｍｍ×２６ｍｍ×１ｍｍ（厚み）の形状のＰＬＬ（ポリエルリジン）コーティングしたスライドガラスを用いた。
スポットパターン：３列×４行×１２ブロック（ブロック内ピッチ０．３ｍｍピッチ）とした。なお、ブロック間ピッチはＸＹ方向とも４．５ｍｍとした。
作製枚数：３０枚とした。なお、トレー数は１０トレーとした（３枚／トレー）。

図１０（ａ）に示す断熱手段５００及び第一の流路手段６１０と、図１０（ｂ）に示す温度調節用手段７５０を配設して一定温度に保った保管庫７００とを用いて担体６０及び装着手段２００の温度を一定に保って製造した。この時の設定温度は２５℃であったが、実際に測定した保管庫７００、担体６０及び装着手段２００の温度は、それぞれ２３〜２７℃に保持され、設定温度から±２℃の範囲内で温度管理がされたことがわかる。

また、図１０（ａ）に示すように、稼動状況が変動しても担体６０及び装着手段２００の温度が安定するようにするため、固定台２２０は、第一の流路手段６１０及び柱状の断熱手段５００を介した２階立て構造とし、移動手段２３０との接触面積を減少させて、移動手段２３０からの熱伝導を低減させた。さらに、合計５箇所の柱状の断熱手段５００には断熱材としてエポキシガラスを使用し、第一の流路手段６１０の下面には熱伝達を防ぐためにエポキシ樹脂を含む断熱材５１０を貼り付けた。このようにすることにより、連続的に移動手段２３０を動かした場合であっても、温度上昇を２度以下に抑えることができた。

（スポットの評価）スポット形成後、得られたスポットに、加湿、固定化処理（８０℃で数時間ベーキング）を行い、蛍光標識されたｃ−ＤＮＡでハイブリタイゼーションを行い、各スポットの蛍光値を測定し、同一種のスポット開始時（一段取り目）のスポットの蛍光量に対するスポット完了時（１２段取り目）の蛍光量の割合を測定した。また、位置精度については、設計値に対するスポットの位置ずれを顕微鏡による測定で評価した。具体的には、３０枚について、それぞれ１４４スポットの狙い位置からのずれ量（ｍｍ）を測定し、その全スポットから平均値を算出した。ここでの蛍光比率は同一種の一段取り目と１２段取り目の蛍光値の差を一段取り目の蛍光値で割ったものである。この蛍光比率を全スライドガラス、全種で平均したものを蛍光比率平均値とした。評価結果を表１に示す。

（比較例１）
実施例１において格別の温度管理をしなかったこと以外は実施例１と同様にした。具体的には、固定台２２０として、図１０に示すものから第一の流路手段６１０及び断熱手段５００を取り外したものを用いた。また、保管庫７００の温度調節用手段７５０は稼動させなかった。

比較例１における設定温度は２４℃であったが、実際に測定した温度は、保管庫の温度は２１〜２７℃で設定温度から±３℃であり、担体６０及び装着手段２００の温度も、２１〜２７℃で設定温度から±３℃となってしまい、温度管理が不十分であったことが分かる。

得られたスポットについて、実施例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。

以上より、実施例１で得られたスポットの方が比較例１で得られたスポットよりも、位置精度が向上するとともに、蛍光量の低下とばらつきの低減が図られることを確認することができた。

実施例１では、断熱手段、第一の流路手段及び一定温度に保った保管庫を用いて温度管理をする例を示したが、駆動装置や運転条件の違いに応じて、加熱手段、断熱手段、第一の流路、第二の流路、第三の流路、一定温度に保った保管庫、空気の加熱・冷却手段を、一種単独で又は複数種を適宜組み合わせて用いて温度管理をすることが好ましい。また、同種のものを複数用いてもよい。

本発明のマイクロアレイの製造方法は、研究、創薬、診断、医療の分野で、例えば、遺伝子構造の解析、遺伝子発現の検出、遺伝子機能の研究等に有効に利用される。

本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態を模式的に示す断面図である。 本発明の一の実施の形態に用いられるマイクロアレイ製造装置を模式的に示す斜視図である。 本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態において、担体及び装着手段の温度を一定に保持するための具体的な手段の一例（加熱手段を具備する場合）を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態において、担体及び装着手段の温度を一定に保持するための具体的な手段の他の例（断熱手段を具備する場合）を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態において、担体及び装着手段の温度を一定に保持するための具体的な手段の他の例（第一の流路手段を具備する場合）を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態において、担体及び装着手段の温度を一定に保持するための具体的な手段の他の例（第二の流路手段を具備する場合）を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態において、担体及び装着手段の温度を一定に保持するための具体的な手段の他の例（第三の流路手段を具備する場合）を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態において、担体及び装着手段の温度を一定に保持するための具体的な手段の他の例（担体及び装着手段の周囲の温度を加熱又は冷却する手段を具備する場合）を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施の形態において、担体及び装着手段の温度を一定に保持するための具体的な手段の他の例（保管庫に温度調節用手段を具備する場合）を模式的に示す断面図である。 図１０（ａ）は、本発明のマイクロアレイの製造方法の一の実施例におけるスポッティング装置（装置治具）の構成を模式的に示す説明図であり、図１０（ｂ）は、保管庫の構成を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１…注入口、２…流路、３…貯留室、４…吐出口、１０…基体、２０…圧電／電歪素子、５０…吐出ユニット、６０…担体（スライドガラス）、７０…試料スポット、１００…吐出手段（吐出ヘッド）、２００…装着手段、２１０…装着部材（トレー）、２２０…固定台、２３０…移動手段（第一の移動テーブル）、２４０…第二の移動テーブル、２５０…担体（基板）高さセンサ、３００…マイクロアレイ（ＤＮＡマイクロアレイ）、４００…加熱手段、５００…断熱手段、５１０…断熱材、６１０…第一の流路手段、６２０…第二の流路手段、６３０…第三の流路手段、７００…保管庫、７５０…温度調節用手段、Ｓ…液体試料、ｄ…液滴、Ｍ１…第一の媒体、Ｍ２…第二の媒体、Ｍ３…第三の媒体。

Claims (16)

1. 液体試料を吐出させることが可能な複数の吐出ユニットを有する吐出手段と、一以上の担体を装着することが可能な装着部材が脱着可能に固定された、前記吐出ユニットに対する関係において少なくともいずれか一方が相対的に移動可能な固定台を有する装着手段とを用いて、前記吐出ユニットから外部に吐出させた液体試料を、前記装着部材に装着した前記担体上の所定の位置に着弾させて、前記担体上に所定パターンで整列した前記吐出ユニットのそれぞれに対応した試料スポットを形成し、前記担体上に前記試料スポットが所定パターンで整列したマイクロアレイを得るマイクロアレイの製造方法であって、
   前記担体を前記装着部材に装着する時（開始時）から、前記担体上に前記試料スポットが所定パターンで整列した前記マイクロアレイを得る時（終了時）までの間における、前記担体及び前記装着手段の温度を、設定温度から±２℃の範囲内となるように一定に保持するマイクロアレイの製造方法。
2. 前記開始時から前記終了時までの間に、前記試料スポットの少なくとも一部が形成された前記担体を保管庫に一時的に保管する場合、前記保管庫における保管温度を、前記設定温度から±２℃の範囲内となるように一定に保持する請求項１に記載のマイクロアレイの製造方法。
3. 前記設定温度が１０℃〜３０℃の範囲内のいずれか一の温度である請求項１又は２に記載のマイクロアレイの製造方法。
4. 前記設定温度が、室温（２０℃〜２８℃の範囲内のいずれか一の温度）である請求項３に記載のマイクロアレイの製造方法。
5. 前記固定台を脱着可能に固定可能であるとともに、Ｘ−Ｙ方向に移動可能な移動手段をさらに用いて、前記固定台が固定された前記移動手段をＸ−Ｙ方向に移動させることによって、前記吐出ユニットと前記固定台とをＸ−Ｙ方向に相対的に移動させる請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。
6. 前記装着部材の下面と前記移動手段の上面との間に挟持、配設された加熱手段をさらに用いて、前記担体及び前記装着手段を加熱することによって、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する請求項５に記載のマイクロアレイの製造方法。
7. 前記装着部材の下面と前記移動手段の上面との間に挟持、配設された断熱手段をさらに用いて、前記担体及び前記装着手段を断熱した状態で、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する請求項５に記載のマイクロアレイの製造方法。
8. 前記装着手段の下面と前記移動手段の上面との間又は前記移動手段の内部に形成された冷却用媒体（第一の媒体）の流路手段（第一の流路手段）をさらに用い、前記第一の流路手段の中を前記第一の媒体に通過させ前記担体及び前記装着手段を冷却することによって、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する請求項５又は７に記載のマイクロアレイの製造方法。
9. 前記装着手段の内部に形成された温度調節用媒体（第二の媒体）の流路手段（第二の流路手段）をさらに用い、前記第二の流路手段の中を前記第二の媒体に通過させ前記担体及び前記装着手段の温度を調節することによって、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する請求項５、７又は８に記載のマイクロアレイの製造方法。
10. 前記吐出手段の内部に形成された温度調節用媒体（第三の媒体）の流路手段（第三の流路手段）をさらに用い、前記第三の流路手段の中を前記第三の媒体に通過させ前記担体及び前記装着手段の温度を調節することによって、前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する請求項５、７、８又は９に記載のマイクロアレイの製造方法。
11. 前記担体及び前記装着手段の周囲の温度を、加熱又は冷却することによって制御して、前記担体及び前記装着手段の前記開始時から前記終了時までの温度を一定に保持する請求項１〜１０のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。
12. 前記保管庫に、温度調節用手段を配設して、前記保管庫の前記保管温度を一定に保持する請求項２〜１１のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。
13. 前記吐出ユニットが、前記液体試料の注入口、流路、貯留室及び吐出口を有する基体と、前記基体を構成する前記貯留室に配設された圧電／電歪素子とを備えたものである請求項１〜１２のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。
14. 前記液体試料として、ＤＮＡ断片を含む溶液を用いる請求項１〜１３のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。
15. 前記担体として、その表面に、前記液体試料と結合する結合材が塗布されたスライドガラスを用いる請求項１〜１４のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の方法を用いて製造されたマイクロアレイ。

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