JP2006058304A

JP2006058304A - インクジェット方式のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置及びそれを利用したスポッティング方法

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Publication number: JP2006058304A
Application number: JP2005236143A
Authority: JP
Inventors: Ji-Hyuk Lim; 志 ▲かく▼ 任; Dong-Kee Sohn; 東岐孫; Min-Soo Kim; ▲びん▼ 秀金; Keon Kuk; 鞠　健
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2006-03-02
Also published as: EP1627680B1; KR20060016221A; KR100657895B1; US20060040404A1; EP1627680A2; DE602005006912D1; EP1627680A3

Abstract

【課題】インクジェット方式のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置及びそれを利用したスポッティング方法を提供する。
【解決手段】第１方向Ｘに移動しつつ、所定のバイオ分子溶液を固体基質上に順次に吐出させてスポットアレイを形成するものであって、バイオ分子溶液が満たされる複数のリザーバ１１０と、リザーバのそれぞれに対応するように形成されて、バイオ分子溶液が吐出される複数のノズル１１２と、を備え、一つの列をなすノズル間の第１方向への間隔ｄ_２は、スポットアレイのスポット間の間隔より広いことを特徴とするスポッティング装置である。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット方式のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置及びそれを利用したスポッティング方法に関する。

マイクロアレイまたはバイオチップは、プローブＤＮＡや蛋白質のようなバイオ分子が、固体基質の表面に一定の形態に集積されたマイクロチップをいう。そのようなマイクロアレイは、疾病の診断、新薬の開発、核酸の配列究明などの生命工学分野で非常に重要な領域を占めている。

従来、マイクロアレイを製作するために、バイオ分子溶液が入っているピンを固体基質の表面に接触させる方法が使用されていた。しかし、そのような方法は、ピンと固体基質との物理的な接触によりピンのチップ部分と固体基質の表面とが変形されることによって、マイクロアレイの均一性が悪くなるという問題点がある。それにより、最近には、インクジェット方式を利用して非接触でバイオ分子溶液を固体基質にスポッティングするマイクロアレイ製作用のスポッティング装置が開発されている。

図１は、従来のインクジェット方式のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置を一部破断して示す斜視図である。図１を参照すれば、従来のスポッティング装置は、所定のバイオ分子溶液が外部から注入されて満たされる複数のリザーバ１０と、前記バイオ分子溶液が吐出される複数のノズル１２と、前記リザーバとノズルとを連結する流路である複数のマイクロチャンネル１４とを備える。ここで、前記ノズル１２は、その間隔がマイクロアレイのスポット間の間隔と同じく配置される。

しかし、前記のような構造を有するスポッティング装置では、リザーバ１０のサイズ（約数ｍｍ）がノズル１２のサイズ（約２０μｍ）より非常に大きく、リザーバ１０間の間隔（約数ｍｍ）もノズル１２間の間隔（約１５０μｍ）より非常に大きいため、リザーバ１０とノズル１２とを連結するマイクロチャンネル１４が、非常に複雑で且つ長くなる。それにより、バイオ分子溶液がリザーバ１０からノズル１２に円滑に供給され難いという問題点がある。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであって、単純なチャンネル構造を有するマイクロアレイ製作用のスポッティング装置及びそれを利用したスポッティング方法を提供するところにその目的がある。

前記目的を達成するために、本発明によれば、第１方向に移動しつつ、所定のバイオ分子溶液を固体基質上に順次に吐出させてスポットアレイを形成するマイクロアレイ製作用のスポッティング装置において、前記バイオ分子溶液が満たされる複数のリザーバと、前記リザーバのそれぞれに対応するように形成されて、前記バイオ分子溶液が吐出される複数のノズルと、を備え、一つの列をなす前記ノズル間の第１方向への間隔は、前記スポットアレイのスポット間の間隔より広いことを特徴とするマイクロアレイ製作用のスポッティング装置が開示される。

ここで、一つの列をなす前記ノズルは、前記第１方向に対して傾斜するように配置されることが好ましい。

前記ノズル間の第１方向への間隔は、前記ノズルに対応する前記リザーバ間の間隔と実質的に同じであることが好ましい。ここで、前記ノズルに対応する前記リザーバは、前記第１方向に配置されうる。前記ノズル間の第１方向への間隔は数ｍｍであり、好ましくは、１〜５ｍｍでありうる。

前記ノズル間の第２方向への間隔は、前記スポット間の間隔と実質的に同じであることが好ましい。ここで、前記第２方向は、前記第１方向に対して垂直であることが好ましい。前記ノズル間の第２方向への間隔は、３０〜３００μｍでありうる。

前記リザーバと前記ノズルとの間には、前記リザーバと前記ノズルとを連結する複数のチャンネルが形成されうる。

前記マイクロアレイ製作用のスポッティング装置は、前記複数のリザーバと形成される第１基板と、前記複数のノズルが形成される第２基板と、を備える。ここで、前記第２基板には、前記リザーバと前記ノズルとを連結する複数のチャンネルが更に形成されうる。

前記第１基板は、ガラスからなってもよく、前記第２基板は、シリコンからなりうる。そして、前記リザーバの断面形状は、円形、四角形または六角形でありうる。

前記バイオ分子溶液は、核酸または蛋白質を含んでもよく、前記核酸は、プローブＤＮＡを含みうる。

前記マイクロアレイ製作用のスポッティング装置は、インクジェット方式を利用して前記バイオ分子溶液を吐出させることが好ましい。この時、前記インクジェット方式は、熱駆動インクジェット方式、圧電駆動インクジェット方式または静電駆動インクジェット方式でありうる。

所定のバイオ分子溶液が満たされる複数のリザーバと、前記リザーバのそれぞれに対応するように形成されて、前記バイオ分子溶液が吐出される複数のノズルとを備え、一つの列をなす前記ノズル間の第１方向への間隔が、スポットアレイのスポット間の間隔より広いマイクロアレイ製作用のスポッティング装置を利用したスポッティング方法において、前記第１方向に移動しつつ一つの列をなす前記ノズルから、前記バイオ分子溶液を固体基質上の所定位置に順次に吐出させることを特徴とするスポッティング方法が開示される。

前記スポッティング方法は、前記第１方向に移動しつつ一つの列をなす前記ノズルから前記バイオ分子溶液を順次に吐出させて、前記固体基質上に前記第２方向のスポットカラムを形成する。ここで、前記第２方向は、前記第１方向に対して垂直であることが好ましい。

本発明に係るマイクロアレイ製造用スポッティング装置及びそれを利用したスポッティング方法によれば、次のような効果がある。

第一に、ノズル間の間隔をリザーバ間の間隔とほぼ同じくすることで、リザーバとノズルとを連結するチャンネルの構造を短く且つ単純に形成できる。それにより、バイオ分子溶液がリザーバからノズルに円滑に供給されうる。

第二に、チャンネル構造の単純化によって、製造工程が単純化され、収率が向上しうる。

第三に、比較的に短時間にマイクロアレイを量産できる。

以下、添付された図面を参照して、本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。そして、以下では、前記第１方向及び第２方向を、図面上のｘ方向及びｙ方向を例として挙げて説明する。

図２は、本発明の実施形態に係るマイクロアレイ製作用のスポッティング装置の一部を示す平面図であり、図３は、図２のIII−III’線の断面図である。

図２及び図３を参照すれば、本発明の実施形態に係るマイクロアレイ製作用のスポッティング装置は、第１基板１２０と、前記第１基板１２０に結合される第２基板１３０とを備える。ここで、前記第１基板１２０としては、グラス基板が使用され、前記第２基板１３０としてはシリコンウェハーが使用されうる。一方、前記第１基板１２０及び第２基板１３０は、一体型に製作されてもよい。

前記第１基板１２０には、所定のバイオ分子溶液１５０が外部から注入されて満たされる複数のリザーバ１１０が貫通されて形成される。ここで、前記各リザーバ１１０の断面形状は、図３に示されたように、円形でありうるが、それとは違って、四角形または六角形であってもよい。そして、前記各リザーバ１１０の直径は、約数ｍｍでありうる。一方、前記リザーバ１１０は、ｘ方向に沿って所定間隔離れて配置される。前記リザーバ１１０間の間隔ｄ１は、約数ｍｍ、好ましくは、約１〜５ｍｍでありうる。

前記第２基板１３０には、その下部に前記バイオ分子溶液１５０が吐出される複数のノズル１１２が、前記リザーバ１１０のそれぞれに対応するように形成される。ここで、前記各ノズル１１２の直径は、約２０μｍでありうる。そして、前記第２基板１３０の上部には、前記リザーバ１１０とノズル１１２とを連結する複数のチャンネル１１４が形成される。

前記ノズル１１２は、ｘ方向に対して所定角度で斜めに配置される。ここで、前記ノズル１１２間のｘ方向への間隔ｄ_２は、マイクロアレイに形成されるスポットアレイのスポット間の間隔より広いことが好ましい。そして、前記ノズル１１２間のｘ方向への間隔ｄ_２は、図２及び図３に示されたように、リザーバ１１０間の間隔ｄ_１と実質的に同じであることが更に好ましい。その場合、したがって、前記ノズル１１２間のｘ方向への間隔ｄ_２は約数ｍｍであり、好ましくは、約１ないし５ｍｍでありうる。そのように、ノズル１１２間のｘ方向への間隔ｄ_２をリザーバ１１０間の間隔ｄ_１と同じくすれば、チャンネル１１４を、短く且つ単純な構造に形成できるため、バイオ分子溶液１５０は、リザーバ１１０からチャンネル１１４を介してノズル１１２に円滑に供給されうる。前記ノズル１１２間のｙ方向への間隔ｈは、前記スポット間の間隔と実質的に同じであることが好ましい。その場合、前記ノズル間のｙ方向への間隔ｈは、３０ないし３００μｍでありうる。

本発明の実施形態に係るマイクロアレイ製作用のスポッティング装置は、インクジェット方式を利用してバイオ分子溶液を吐出させる。ここで、前記インクジェット方式は、熱駆動インクジェット方式、圧電駆動インクジェット方式または静電駆動インクジェット方式でありうる。

前記のようなリザーバ及びノズルの配置構造を適用したインクジェット方式のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置の一例は、図４に図示されている。図４を参照すれば、複数のリザーバ１１０は、４個の第１リザーバ列１６１、第２リザーバ列１６２、第３リザーバ列１６３及び第４リザーバ列１６４をなし、そのようなそれぞれのリザーバ列１６１、１６２、１６３、１６４には、１２個のリザーバ１１０がｘ方向に沿って所定間隔ｄ_１で配置される。そして、複数のノズル１１２が前記リザーバ１１０のそれぞれに対応して、４個のノズル列をなし、各ノズル列をなす１２個のノズル１１２は、ｘ方向に対して所定角度で斜めに配置される。この時、前記ノズル１１２間のｘ方向への間隔ｄ_２は、前記ノズル１１２に対応するリザーバ１１０間の間隔ｄ_１と同じであることが好ましい。そして、前記ノズル間のｙ方向への間隔ｈは、製作しようとするマイクロアレイのスポット間の間隔と同じであることが好ましい。

前記のような構造のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置は、各ノズル１１２からバイオ分子溶液を固体基質上に順次に吐出させることでスポットアレイを形成する。具体的には、図４に示されたように、スポッティング装置がｘ方向に移動しつつ、各ノズル列に配置されたノズル１１２からバイオ分子溶液を所定の時間間隔で順次に固体基質上の所定位置に吐出させれば、スポットアレイを構成するスポットカラムがｙ方向に形成される。図５は、図４の第１リザーバ列１６１及び第２リザーバ列１６２に対応する２４個のノズル１１２からバイオ分子溶液が順次に吐出されて、ｙ方向に形成された第１スポットカラム１６１’及び第２スポットカラム１６２’を示す。図５で、参照符号１ないし２４は、スポットが形成される順序を示す。図５を参照すれば、第１スポットカラム１６１’及び第２スポットカラム１６２’は、それぞれ第１リザーバ列１６１及び第２リザーバ列１６２に対応するように形成される。そして、各スポットカラム１６１’、１６２’を構成するスポット間の間隔ｈ’は、各ノズル列を構成するノズル１１２間のｙ方向への間隔ｈと同じくなる。

以上では、マイクロアレイ製作用のスポッティング装置が４個のリザーバ列を備え、各リザーバ列には、１２個のリザーバがｘ方向に配置された場合が説明されたが、本発明に係るマイクロアレイ製作用のスポッティング装置は、それに限定されずに、多様な変形が可能である。

以下では、図６Ａないし図６Ｈを参照して、前記した本発明に係るマイクロアレイ製作用のスポッティング装置を利用してマイクロアレイを製作する過程を説明する。図６Ａないし図６Ｈは、４個のスポッティング装置を利用してマイクロアレイを製作する場合を例として示す図面である。ここで、各スポッティング装置には、４個のユニットが備えられており、各ユニットには、一つの列をなすリザーバ及びそれに対応するノズルが前記したように配置されている。

まず、図６Ａに示されたように、第１スポッティング装置２１０を矢印方向に移動させつつ、第３ユニット２１３及び第４ユニット２１４からバイオ分子溶液を順次にスポッティングさせれば、固体基質２５０上の所定位置に第３ユニット２１３及び第４ユニット２１４に対応するスポットカラム２１３’、２１４’が形成される。そして、前記第１スポッティング装置２１０を所定距離ほど下方に移動させた後、図６Ｂに示されたように、前記第１スポッティング装置２１０を矢印方向に移動させつつ、第１ユニット２１１及び第２ユニット２１２からバイオ分子溶液を順次にスポッティングすれば、固体基質２５０上の所定位置に第１ユニット２１１及び第２ユニット２１２に対応するスポットカラム２１１’、２１２’が形成される。

次いで、第１スポッティング装置２１０を第２スポッティング装置２２０に交替した後、図６Ｃに示されたように、第２スポッティング装置２２０を矢印方向に移動させつつ、固体基質２５０上の所定位置に第３ユニット２２３及び第４ユニット２２４に対応するスポットカラム２２３’、２２４’を形成する。そして、前記第２スポッティング装置２２０を所定距離ほど下方に移動させた後、図６Ｄに示されたように、前記第２スポッティング装置２２０を矢印方向に移動させつつ、固体基質２５０上の所定位置に第１ユニット２２１及び第２ユニット２２２に対応するスポットカラム２２１’、２２２’を形成する。

次いで、第２スポッティング装置２２０を第３スポッティング装置２３０に交替した後、図６Ｅに示されたように、第３スポッティング装置２３０を矢印方向に移動させつつ、固体基質２５０上の所定位置に第３ユニット２３３及び第４ユニット２３４に対応するスポットカラム２３３’、２３４’を形成する。そして、前記第３スポッティング装置２３０を所定距離ほど下方に移動させた後、図６Ｆに示されたように、前記第３スポッティング装置２３０を矢印方向に移動させつつ、固体基質２５０上の所定位置に第１ユニット２３１及び第２ユニット２３２に対応するスポットカラム２３１’、２３２’を形成する。

最後に、第３スポッティング装置２３０を第４スポッティング装置２４０に交替した後、図６Ｇに示されたように、第４スポッティング装置２４０を矢印方向に移動させつつ、固体基質２５０上の所定位置に第３ユニット２４３及び第４ユニット２４４に対応するスポットカラム２４３’、２４４’を形成する。そして、前記第４スポッティング装置２４０を所定距離ほど下方に移動させた後、図６Ｈに示されたように、前記第４スポッティング装置２４０を矢印方向に移動させつつ、固体基質２５０上の所定位置に第１ユニット２４１及び第２ユニット２４２に対応するスポットカラム２４１’、２４２’を形成する。前記のような過程を経れば、固体基質２５０上には所定のスポットアレイが形成され、それにより、マイクロアレイが完成される。

そのように、本発明に係るインクジェット方式のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置を利用すれば、比較的に短い時間内にマイクロアレイを製作できる。例えば、６インチウェハーに、本発明に係るマイクロアレイ製作用のスポッティング装置を利用して、約１０分以内に９６個の１２ｍｍ×１２ｍｍサイズのマイクロアレイを製作できる。

以上で、本発明に係る好ましい実施形態が説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まらねばならない。

本発明は、マイクロアレイに関連した技術分野に好適に適用され得る。

従来のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置を切開して示す斜視図である。本発明の実施形態に係るマイクロアレイ製作用のスポッティング装置の一部を示す平面図である。図２のIII−III’線の断面図である。本発明の実施形態に係るマイクロアレイ製作用のスポッティング装置の一例を示す平面図である。図４に示されたマイクロアレイ製作用のスポッティング装置から、バイオ分子溶液が順次に吐出されて形成されたスポットカラムを示す図面である。本発明の実施形態に係るスポッティング装置を利用して、マイクロアレイを製作する過程を説明するための図面である。本発明の実施形態に係るスポッティング装置を利用して、マイクロアレイを製作する過程を説明するための図面である。本発明の実施形態に係るスポッティング装置を利用して、マイクロアレイを製作する過程を説明するための図面である。本発明の実施形態に係るスポッティング装置を利用して、マイクロアレイを製作する過程を説明するための図面である。本発明の実施形態に係るスポッティング装置を利用して、マイクロアレイを製作する過程を説明するための図面である。本発明の実施形態に係るスポッティング装置を利用して、マイクロアレイを製作する過程を説明するための図面である。本発明の実施形態に係るスポッティング装置を利用して、マイクロアレイを製作する過程を説明するための図面である。本発明の実施形態に係るスポッティング装置を利用して、マイクロアレイを製作する過程を説明するための図面である。

符号の説明

１１０リザーバ
１１２ノズル
１６１、１６２、１６３、１６４リザーバ列

Claims

第１方向に移動しつつ所定のバイオ分子溶液を固体基質上に順次に吐出させて、スポットアレイを形成するマイクロアレイ製作用のスポッティング装置において、
前記バイオ分子溶液が満たされる複数のリザーバと、
前記リザーバのそれぞれに対応するように形成されて、前記バイオ分子溶液が吐出される複数のノズルと、を備え、
一つの列をなす前記ノズル間の第１方向への間隔は、前記スポットアレイのスポット間の間隔より広いことを特徴とするマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
一つの列をなす前記ノズルは、前記第１方向に対して傾斜するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記ノズル間の第１方向への間隔は、前記ノズルに対応する前記リザーバ間の間隔と実質的に同じであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記ノズルに対応する前記リザーバは、前記第１方向に配置されることを特徴とする請求項３に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記ノズル間の第１方向への間隔は、数ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記ノズル間の第１方向への間隔は、１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記ノズル間の第２方向への間隔は、前記スポット間の間隔と実質的に同じであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記第２方向は、前記第１方向に対して垂直であることを特徴とする請求項７に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記ノズル間の第２方向への間隔は、３０〜３００μｍであることを特徴とする請求項８に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記リザーバと前記ノズルとを連結する複数のチャンネルを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記複数のリザーバが形成される第１基板と、
前記複数のノズルが形成される第２基板と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記第２基板には、前記リザーバと前記ノズルとを連結する複数のチャンネルが更に形成されることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記第１基板は、ガラスからなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記第２基板は、シリコンからなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記リザーバの断面形状は、円形、四角形または六角形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製作用のスポッティング装置。
前記バイオ分子溶液は、核酸または蛋白質を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記核酸は、プローブＤＮＡを含むことを特徴とする請求項１６に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
インクジェット方式を利用して前記バイオ分子溶液を吐出させることを特徴とする請求項１に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
前記インクジェット方式は、熱駆動インクジェット方式、圧電駆動インクジェット方式または静電駆動インクジェット方式であることを特徴とする請求項１８に記載のマイクロアレイ製作用のスポッティング装置。
所定のバイオ分子溶液が満たされる複数のリザーバと、前記リザーバのそれぞれに対応するように形成されて、前記バイオ分子溶液が吐出される複数のノズルとを備え、一つの列をなす前記ノズル間の第１方向への間隔がスポットアレイのスポット間の間隔より広いマイクロアレイ製作用のスポッティング装置を利用したスポッティング方法において、
固体基質上の所定位置に順次に吐出させることを特徴とするスポッティング方法。
一つの列をなす前記ノズルは、前記第１方向に対して傾斜するように配置されることを特徴とする請求項２０に記載のスポッティング方法。
前記ノズル間の第１方向への間隔は、前記ノズルに対応する前記リザーバ間の間隔と実質的に同じであることを特徴とする請求項２１に記載のスポッティング方法。
前記ノズル間の第２方向への間隔は、前記スポット間の間隔と実質的に同じであることを特徴とする請求項２１に記載のスポッティング方法。
前記第２方向は、前記第１方向に対して垂直であることを特徴とする請求項２３に記載のスポッティング方法。
前記第１方向に移動しつつ一つの列をなす前記ノズルから前記バイオ分子溶液を順次に吐出させて、前記固体基質上に前記第２方向のスポットカラムを形成することを特徴とする請求項２４に記載のスポッティング方法。
前記スポットカラムを形成するスポット間の間隔は、３０〜３００μｍであることを特徴とする請求項２５に記載のスポッティング方法。
前記バイオ分子溶液は、核酸または蛋白質を含むことを特徴とする請求項２０に記載のスポッティング方法。
前記核酸は、プローブＤＮＡを含むことを特徴とする請求項２７に記載のスポッティング方法。
インクジェット方式を利用して前記バイオ分子溶液を吐出させることを特徴とする請求項２０に記載のスポッティング方法。
前記インクジェット方式は、熱駆動方法、圧電駆動方法または静電駆動方法によって駆動されることを特徴とする請求項２９に記載のスポッティング方法。
複数の前記マイクロアレイ製作用のスポッティング装置を利用して、前記スポッティング装置を交替しつつスポッティングすることを特徴とする請求項２０に記載のスポッティング方法。