JP2006078356A - バイオチップ作成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ピンへ直接溶液を供給できるようにすることにより、高速化、構造の簡単化、サイトのスポット量の均一化を同時に図ったバイオチップ作成装置を提供する。
【解決手段】基板上に生体高分子のアレイを形成するバイオチップ作成装置において、
前記基板を上下左右に移動する手段と、それぞれ固定配置されると共に生体高分子を含む溶液が充填されその溶液を前記基板に付着させることができるように形成された複数個の溶液供給装置を備え、前記基板を所定位置へ移動させて、各溶液供給装置の溶液を前記基板の所定位置にそれぞれ付着させ、基板上に生体高分子アレイを形成できるように構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】基板上に生体高分子のアレイを形成するバイオチップ作成装置において、
前記基板を上下左右に移動する手段と、それぞれ固定配置されると共に生体高分子を含む溶液が充填されその溶液を前記基板に付着させることができるように形成された複数個の溶液供給装置を備え、前記基板を所定位置へ移動させて、各溶液供給装置の溶液を前記基板の所定位置にそれぞれ付着させ、基板上に生体高分子アレイを形成できるように構成する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、バイオチップの作成に用いられるバイオチップの作成装置に関するものである。
ＤＮＡやタンパク質などの生体高分子を高密度に固定化したバイオチップが出現している。この種のバイオチップには、例えば数十個から数万種類の異種の生体高分子が基板上に配列されている。
生体高分子を基板上に複数配列してバイオチップを作成する方法の先行技術文献としては次のようなものがある。
生体高分子を基板上に複数配列してバイオチップを作成する方法の先行技術文献としては次のようなものがある。
図８は特許文献１に記載されたバイオチップ作成方法を実現するための分配装置の部分概略図である。この分配装置１は、細長い開放毛管流路４を有する試薬分配装置２を備える。毛管流路４は、一対の細長い部材２ａ、２ｂによって形成され、お互いに対して先細になり流路の下端の先端すなわち先端領域３で収束する。この先端領域３には、ある量の試薬溶液５が保持される。
試薬分配装置２は接続部材８に接続されていて、ソレノイド６のソレノイドピストン７の上下方向の動きに応じて試薬分配装置２も上下方向に移動できるようになっている。このソレノイド６はアーム９に接続されていて、分配装置１全体がこのアーム９によって適宜に上下左右に所定位置まで移動することができるようになっている。
このような分配装置１は、図９に示すように、分配装置保持器に取付けられ、分配位置に接近したり離れたりして、分配装置１の先端が支持体１０４の表面を軽くたたき、試薬分配装置２の先端の溶液が分配されるようになっている。以下さらに詳しく説明する。
この分配装置１は、ウォームスクリュー８０によってＸ軸（水平）方向に移動される。ウォームスクリュー８０は制御装置７７により制御されるステッパモータ８２によって回転駆動される。ステッパモータ８２はスリーブ８６に取付けられており、ウォームスクリュー８０の他端はスリーブ８４に回転自在に支持されている。
一方のスリーブ８６は一対のフレームバー９０と９２の間に取付けられた固定ロッド８８に係合し、他方のスリーブ８４は一対のフレームバー９６と９８の間で回転するように取付けられたウォームスクリュー９４に係合している。ウォームスクリュー９４は、制御装置７７によって制御されるステッパモータ９９により回転駆動される。ウォームスクリュー８０と９４の回転制御により、ウォームスクリュー８０全体がＹ軸（垂直）方向に移動される。
このような構成により、分配装置１はＸ軸方向およびＹ軸方向の任意の位置に位置決めし、分配装置１の溶液を、支持体（例えばバイオチップ）２１０の表面にスポットすることができる。
このような構成により、分配装置１はＸ軸方向およびＹ軸方向の任意の位置に位置決めし、分配装置１の溶液を、支持体（例えばバイオチップ）２１０の表面にスポットすることができる。
しかし、このような従来の方式においては次のような課題がある。
スポット作業の高速化のために試薬分配装置２の軽量化が望まれるが、試薬分配装置２の軽量化を図ろうとすると、試薬溶液を溜める溶液溜めを別途用意して、試薬分配装置２はそこに補給に行くような構成をとる必要がある。そうすると、動作および構造が複雑になりかえって時間がかかり、また試薬分配装置２が乾燥しやすくなるためスポット量が均一とならず不均一なサイトが生成されるなどの課題がある。
スポット作業の高速化のために試薬分配装置２の軽量化が望まれるが、試薬分配装置２の軽量化を図ろうとすると、試薬溶液を溜める溶液溜めを別途用意して、試薬分配装置２はそこに補給に行くような構成をとる必要がある。そうすると、動作および構造が複雑になりかえって時間がかかり、また試薬分配装置２が乾燥しやすくなるためスポット量が均一とならず不均一なサイトが生成されるなどの課題がある。
本発明の目的は、このような課題を解決するもので、スポット用ピン（以下単にピンという）へ直接溶液を供給できるようにすることにより、高速化、構造の簡単化、サイトのスポット量の均一化を同時に図ったバイオチップ作成装置を提供することにある。
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
基板上に生体高分子のアレイを形成するバイオチップ作成装置において、
前記基板を上下左右に移動する手段と、
それぞれ固定配置されると共に生体高分子を含む溶液が充填されその溶液を前記基板に付着させることができるように形成された複数個の溶液供給装置を備え、
前記基板を所定位置へ移動させて、各溶液供給装置の溶液を前記基板の所定位置にそれぞれ付着させ、基板上に生体高分子アレイを形成できるように構成したことを特徴とする。
基板上に生体高分子のアレイを形成するバイオチップ作成装置において、
前記基板を上下左右に移動する手段と、
それぞれ固定配置されると共に生体高分子を含む溶液が充填されその溶液を前記基板に付着させることができるように形成された複数個の溶液供給装置を備え、
前記基板を所定位置へ移動させて、各溶液供給装置の溶液を前記基板の所定位置にそれぞれ付着させ、基板上に生体高分子アレイを形成できるように構成したことを特徴とする。
このような構成によれば、溶液供給装置側を移動することなく、基板側のみ適宜に移動させることにより、基板上に生体高分子アレイを形成することができる。基板側の移動は高速化が容易であり、したがって、本発明によればスポット作業を容易に高速化できる。また、溶液供給のための構造や動作は簡単・単純である。さらに、スポットでは容易に適量の溶液を基板に付着させることができ、容易にサイトの均一化を図ることができる。
ここで、基板を上下左右に移動する手段としては、請求項２のように、基板を載置し、上下左右に移動できるように構成されたステージを使用することができる。
また、各容器供給装置には、請求項３のように、それぞれ種類の異なる生体高分子を含む溶液が充填される。
また、請求項４のように、基板は溶液供給装置の上側または下側に位置させて溶液の付着を行うことができる。
また、各容器供給装置には、請求項３のように、それぞれ種類の異なる生体高分子を含む溶液が充填される。
また、請求項４のように、基板は溶液供給装置の上側または下側に位置させて溶液の付着を行うことができる。
また、溶液供給装置としては、請求項５のように、シリンジ、または毛細現象を活用し溶液を供給できるように形成した針を使用することができる。
また、各溶液供給装置は、請求項６のように、１点または多点で溶液を基板に付着させるように形成したものが使用できる。そして、この場合、多点のピッチは、請求項７のように１ｍｍ以下である。
また、溶液供給装置は、請求項８のように、機械的な接触による方式のほか、インクジェット方式または静電吸着方式により基板に溶液を付着させることができる。
また、各溶液供給装置は、請求項６のように、１点または多点で溶液を基板に付着させるように形成したものが使用できる。そして、この場合、多点のピッチは、請求項７のように１ｍｍ以下である。
また、溶液供給装置は、請求項８のように、機械的な接触による方式のほか、インクジェット方式または静電吸着方式により基板に溶液を付着させることができる。
請求項９に記載の本発明は、
請求項１ないし８のいずれかに記載のバイオチップ作成装置により基板上に付着させた溶液を別の基板に転写して生体高分子アレイを形成するようにしたことを特徴とする。
請求項１ないし８のいずれかに記載のバイオチップ作成装置により基板上に付着させた溶液を別の基板に転写して生体高分子アレイを形成するようにしたことを特徴とする。
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）各溶液供給装置は固定したままで、基板側のみを適宜に所定位置に移動させることにより、溶液供給装置からの溶液を基板表面にスポットすることができる。このとき、スポット作業は従来の装置よりも格段に高速に行われる。
（２）溶液供給装置側には移動機構がなく、従来の装置に比べて構造がより簡単である。
（３）溶液供給装置からは常に適量の溶液が基板側に供給できるように構成されており、均一な量の溶液がスポットされるため、容易にサイトの均一化を図ることができる。
（１）各溶液供給装置は固定したままで、基板側のみを適宜に所定位置に移動させることにより、溶液供給装置からの溶液を基板表面にスポットすることができる。このとき、スポット作業は従来の装置よりも格段に高速に行われる。
（２）溶液供給装置側には移動機構がなく、従来の装置に比べて構造がより簡単である。
（３）溶液供給装置からは常に適量の溶液が基板側に供給できるように構成されており、均一な量の溶液がスポットされるため、容易にサイトの均一化を図ることができる。
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１はバイオチップ生成装置の一実施例を示す要部構成図である。図において、１０、２０、３０は溶液供給装置、１００はステージ、１１０は基板である。
溶液供給装置１０は、溶液供給部１１とピン１２から構成されている。溶液供給部１１は、生体高分子を含む溶液を溜めておきピン１２に溶液を供給することができるように形成されている。ピン１２は、針状に形成されており、その根元部分が溶液供給部１１に結合されていて、溶液供給部１１の溶液が先端部まで導かれる構造となっている。
溶液供給装置１０は、溶液供給部１１とピン１２から構成されている。溶液供給部１１は、生体高分子を含む溶液を溜めておきピン１２に溶液を供給することができるように形成されている。ピン１２は、針状に形成されており、その根元部分が溶液供給部１１に結合されていて、溶液供給部１１の溶液が先端部まで導かれる構造となっている。
他の溶液供給装置２０、３０も溶液供給装置１０と同様の構成である。これらの溶液供給装置は図示しない支持部材により所定の間隔で連結固定されている。
ステージ１００は板状に形成されており、その全体が周知の移動機構により上下左右方向に適宜移動できるように構成されている。基板１１０はステージ１００上に着脱自在に取付けられる。
ステージ１００は板状に形成されており、その全体が周知の移動機構により上下左右方向に適宜移動できるように構成されている。基板１１０はステージ１００上に着脱自在に取付けられる。
このような構成によれば、溶液供給装置１０側を固定したままでステージ１００のみを上下左右に適宜移動させることにより、ピン１２、２２、３２（以下代表してピン１２という）の先端部に導かれている溶液を基板１１０上の所望の位置にスポットすることができる。
いま、図１に示すように、溶液供給装置１０には種類Ａの溶液（溶液Ａという）、溶液供給装置２０には種類Ｂの溶液（溶液Ｂという）、溶液供給装置３０には種類Ｃの溶液（溶液Ｃという）がそれぞれ充填されているものとする。
（１）溶液Ａを付着させようとする基板１１０上の箇所がピン１２の直下に来るようにステージ１００を所定位置まで移動する。次にステージ１００を上方向に移動し、基板１１０をピン１２の先端部に当接させて、溶液Ａを基板１１０面にスポットする。なお、ステージ１００の移動速度は適宜に変化できるようになっていて、特に上記スポット時には迅速にステージ１００をピン１２に近づけたり遠ざけたりすることができる。
スポット後はステージ１００を所定位置まで下方向に移動して、基板１１０をピン１２から十分に離しておく。
（１）溶液Ａを付着させようとする基板１１０上の箇所がピン１２の直下に来るようにステージ１００を所定位置まで移動する。次にステージ１００を上方向に移動し、基板１１０をピン１２の先端部に当接させて、溶液Ａを基板１１０面にスポットする。なお、ステージ１００の移動速度は適宜に変化できるようになっていて、特に上記スポット時には迅速にステージ１００をピン１２に近づけたり遠ざけたりすることができる。
スポット後はステージ１００を所定位置まで下方向に移動して、基板１１０をピン１２から十分に離しておく。
（２）次に、ステージ１００を前記と同様にして所定位置まで移動し、基板１１０の所定位置に溶液Ｂをスポットする。
（３）次に、上記と同様な動作によりステージ１００を所定位置まで移動し、基板１１０の所定位置に溶液Ｃをスポットする。
（３）次に、上記と同様な動作によりステージ１００を所定位置まで移動し、基板１１０の所定位置に溶液Ｃをスポットする。
このようにして、図２に示すように、同一基板１１０上に溶液Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ付着させた生体高分子のアレイが形成できる。
このように、本発明によれば、試薬分配装置を上下左右に移動してスポットする従来の装置に比べて、構造がより簡単で、動作もより高速であり、またスポットの均一化（サイトの均一化）にも優れた生体高分子アレイを形成することができる。
特に臨床検査用のバイオチップ基板では、数万サイトの研究用のバイオチップ基板とは異なり１００サイト程度であるので、本発明の作成装置によるバイオチップ作成は極めて実用的である。
このように、本発明によれば、試薬分配装置を上下左右に移動してスポットする従来の装置に比べて、構造がより簡単で、動作もより高速であり、またスポットの均一化（サイトの均一化）にも優れた生体高分子アレイを形成することができる。
特に臨床検査用のバイオチップ基板では、数万サイトの研究用のバイオチップ基板とは異なり１００サイト程度であるので、本発明の作成装置によるバイオチップ作成は極めて実用的である。
なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、溶液供給装置は実施例のように３個とは限らず、必要に応じて増減してよい。
また、実施例ではステージ１００には１個の基板１１０を載置する例を示したが、ベルトコンベア風に同時に複数の基板１１０をステージ１００上に並べ、ステージを適宜に移動してスポットして行くようにしてもよい。これは、大量生産に大変適した手法である。
例えば、溶液供給装置は実施例のように３個とは限らず、必要に応じて増減してよい。
また、実施例ではステージ１００には１個の基板１１０を載置する例を示したが、ベルトコンベア風に同時に複数の基板１１０をステージ１００上に並べ、ステージを適宜に移動してスポットして行くようにしてもよい。これは、大量生産に大変適した手法である。
また、基板１１０と溶液供給装置１０，２０，３０は、図３に示すように、実施例とは上下を逆転した構成としても構わない。なお、溶液供給装置１０，２０，３０としては、例えば、シリンジを用いても構わない。あるいは、図４に示すように、毛細管１２２が形成された針１２１を用い、針１２１の下端部を容器１１１内の溶液中に浸漬させ、毛細管１２２により針の上端に溶液を吸い上げるようにした構造のものを使用してもよい。
また、図５（ａ）に示すように、各溶液供給装置にはそれぞれ複数本のピン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを設け、基板１１０には同時に複数個のスポットを行うようにしてもよい。図５（ｂ）はそのスポット結果を示す図である。図中の○印は溶液供給装置１０ａによる溶液Ａのスポット、△印は溶液供給装置２０ａによる溶液Ｂのスポット、□印は溶液供給装置３０ａによる溶液Ｃのスポットを示す。図からも明らかなように、各ピンの間隔（ピッチ）を広げておくとスポットのための作業は楽になる。
また、図５（ａ）に示すように、各溶液供給装置にはそれぞれ複数本のピン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを設け、基板１１０には同時に複数個のスポットを行うようにしてもよい。図５（ｂ）はそのスポット結果を示す図である。図中の○印は溶液供給装置１０ａによる溶液Ａのスポット、△印は溶液供給装置２０ａによる溶液Ｂのスポット、□印は溶液供給装置３０ａによる溶液Ｃのスポットを示す。図からも明らかなように、各ピンの間隔（ピッチ）を広げておくとスポットのための作業は楽になる。
図６は溶液を付着させる他の方式を示す図である。図６において、４０は複数のピン４１を植設したマルチピン植設体、５０はピン４１の植設ピッチと同じピッチで設けられた複数の溶液溜め部５１を有する溶液供給部である。マルチピン植設体４０は、溶液供給部５０および基板１１０に対して上下左右に移動可能に構成されている。
このような構成においては、あらかじめ各溶液溜め部５１に、例えば図１に示す手法を用いて溶液を注入しておき、同図（ａ）に示すように、マルチピン植設体４０を下方に移動してすべてのピン４１の先端部をそれぞれ溶液溜め部５１に浸漬し、ピン４１に溶液を付着させる。その後、マルチピン植設体４０を持ち上げ、基板１１０の真上まで横移動し、次に下方向に移動して固定された基板１１０にピン４１先端を当接させ、基板１１０表面に溶液を付着させる。溶液付着後はマルチピン植設体４０を上方向に移動する。この場合、図１に示す手法を用いることにより、例えば、ピッチＰが１ｍｍ程度の狭い間隔でも容易に実現できる。
図７は溶液付着の他の方式を示す図である。溶液供給部６０には山型の突出部６１が複数個設けられ、その突出部６１には図示のように溶液溜め部６２がそれぞれ形成されている。溶液溜め部６２内の溶液は、毛細現象などを活用した手段により、突出部６１の先端に吸い上げられるように形成されている。
突出部６１の山の高さは揃っており、溶液供給部６０を持ち上げると、複数の突出部６１の先端が一斉に基板１１０の下面に当接する。このようにして基板１１０上の複数箇所に同時に溶液をスポットすることができる。
突出部６１の山の高さは揃っており、溶液供給部６０を持ち上げると、複数の突出部６１の先端が一斉に基板１１０の下面に当接する。このようにして基板１１０上の複数箇所に同時に溶液をスポットすることができる。
また、溶液付着の方式は、上記のような機械的な接触により付着する方式ではなく、インクジェット方式や静電吸着による方式による付着方式としてもよい。
また、上述のようにして基板上にスポットされた生体高分子の溶液を、別な基板に転写して生体高分子のアレイを新規に作成するようにしても構わない。
また、上述のようにして基板上にスポットされた生体高分子の溶液を、別な基板に転写して生体高分子のアレイを新規に作成するようにしても構わない。
１０，２０，３０ 溶液供給装置
１０ａ，２０ａ，３０ａ 溶液供給装置
１１，２１，３１ 溶液供給部
１１１ 容器
１２，２２，３２ ピン
１２１ 針
１２２ 毛細管
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ ピン
４０ マルチピン植設体
５０ 溶液供給部
５１ 溶液溜め部
６０ 溶液供給部
６１ 突出部
６２ 溶液溜め部
１００ ステージ
１１０ 基板
１０ａ，２０ａ，３０ａ 溶液供給装置
１１，２１，３１ 溶液供給部
１１１ 容器
１２，２２，３２ ピン
１２１ 針
１２２ 毛細管
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ ピン
４０ マルチピン植設体
５０ 溶液供給部
５１ 溶液溜め部
６０ 溶液供給部
６１ 突出部
６２ 溶液溜め部
１００ ステージ
１１０ 基板
Claims (9)
- 基板上に生体高分子のアレイを形成するバイオチップ作成装置において、
前記基板を上下左右に移動する手段と、
それぞれ固定配置されると共に生体高分子を含む溶液が充填されその溶液を前記基板に付着させることができるように形成された複数個の溶液供給装置を備え、
前記基板を所定位置へ移動させて、各溶液供給装置の溶液を前記基板の所定位置にそれぞれ付着させ、基板上に生体高分子アレイを形成できるように構成したことを特徴とするバイオチップ作成装置。 - 前記手段は、前記基板を載置し、上下左右に移動できるように構成されたステージであることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ作成装置。
- 前記各容器供給装置にはそれぞれ種類の異なる生体高分子を含む溶液が充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオチップ作成装置。
- 前記基板は前記溶液供給装置の上側または下側の位置で溶液の付着を行うようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバイオチップ作成装置。
- 前記溶液供給装置として、シリンジ、または毛細現象を活用し溶液を供給できるように形成した針を使用することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバイオチップ作成装置。
- 前記各溶液供給装置は、１点または多点で溶液を基板に付着させるように形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のバイオチップ作成装置。
- 前記多点で溶液を基板に付着させるときの、多点のピッチは１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のバイオチップ作成装置。
- 前記溶液供給装置は、機械的な接触による方式またはインクジェット方式または静電吸着方式により基板に溶液を付着させるように形成されたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のバイオチップ作成装置。
- 請求項１ないし８のいずれかに記載のバイオチップ作成装置により基板上に付着させた溶液を別の基板に転写して生体高分子アレイを形成するようにしたことを特徴とするバイオチップ作成装置。
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