JP3532829B2 - バイオチップ作成溶液及びバイオチップ作成方法 - Google Patents
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Description
どの生体高分子を基板上に固定化したバイオチップの作
成方法に関し、特にインクジェット方式でバイオチップ
を作成する方法及びそのときに用いるバイオチップ作成
溶液に関する。
生体高分子をガラスプレートなどの基板上に固定化した
ものである。インクジェット方式でバイオチップを作成
する方法は、インクジェットプリンタに用いられるイン
クジェット装置にインクの代わりにバイオチップ作成用
の生体高分子溶液(バイオチップ作成溶液)を入れ、バ
イオチップ作成溶液を基板上に噴射し、基板に生体高分
子をスポットするものである。
すように、緩衝液12としてのTris−HCl、キレ
ート剤13としてのEDTA、及びDNA14を混合し
て構成されたDNA溶液6が使用される。
装置によりバイオチップ作成手順を説明する断面図であ
る。図8を用いて、インクジェット装置内におけるDN
A溶液の状態について説明する。図8(a)は、インク
ジェット装置20のタンク1にバイオチップ作成溶液と
してDNA溶液6を入れた初期状態を示す図である。D
NA溶液6は、インクジェット装置20のタンク1及び
供給路2に入っている。図8(b)はDNA溶液6をプ
レート5に噴射している状態を表している。圧電素子3
に電圧を加えて供給路2を圧縮し、圧縮した圧力でDN
A溶液6を噴射口4から噴射してプレート5にDNAス
ポット8を打ち、DNAを植付けている。その後、電圧
素子3に印加する電圧を弱くして供給路2を圧縮状態か
ら元の状態に戻す。この動作を次のプレートへと繰り返
し行って複数個のバイオチップを作成する。
噴射の終了状態を示す図である。このとき、インクジェ
ット装置20のタンク1と供給路2にはDNA溶液6が
残っている。DNA溶液6が残っていても噴射すること
ができないのは、インクジェット方式ではタンク1側に
十分な量の溶液が入っていないと、供給路2を圧縮して
も噴射口4側に噴射に必要な圧力が発生しないためであ
る。その結果、タンク1と供給路2にDNA溶液6が残
った状態で噴射が終了することになる。
を用いるバイオチップの作成では、上述のように、タン
クに注入したバイオチップ作成溶液の全てをバイオチッ
プ作成のために使いきることができない。つまり、イン
クジェット装置内にバイオチップ作成溶液が残った状態
で終了するため、結果としてバイオチップ作成溶液を捨
てることになる。よって、バイオチップの作成に当たっ
ては基板に植付ける量と装置内に残る量を加算した合計
量のバイオチップ作成溶液が必要であり、植付けに使用
する以上のDNA溶液が必要となっている。例えば、D
NAスポット0.2nl(ナノリットル)のバイオチッ
プを10000個作成するには、10000個分の2μ
l(マイクロリットル)とインクジェット装置内に残っ
て捨てられる50μlの合わせて52μlのDNA溶液
が必要とされる。このように、従来の方法ではバイオチ
ップ作成のために用意した高価なDNA溶液の大部分が
利用されずに捨てられることになり、バイオチップのコ
スト上昇要因となっている。これは、圧電素子を用いる
インクジェット方式に限らず、ヒーター加熱で気泡を発
生させて溶液を噴射するタイプのインクジェット方式、
あるいは静電プロッタ方式など、DNA溶液を飛翔させ
て基板に付着させるすべてのタイプのバイオチップ作成
装置に存在する問題である。
鑑み、高価なDNA等の生体高分子が入っているバイオ
チップ作成溶液を無駄なく利用することのできるインク
ジェット方式あるいは静電プロッタ方式によるバイオチ
ップ作成方法を提供することを目的とする。また、本発
明は、インクジェット方式あるいは静電プロッタ方式に
よってバイオチップを作成する際に使用して好適なバイ
オチップ作成溶液を提供することを目的とする。
ンクジェット方式や静電プロッタ方式のバイオチップ作
成装置や内に残留する溶液を低コストのバッファ溶液と
することで前記目的を達成する。そのために、バイオチ
ップ作成溶液を基板にスポットされるDNA等の生体高
分子溶液と終了時に装置内に残るバッファ溶液とを組み
合わせて構成する。バッファ溶液には、生体高分子溶液
と比重が異なり生体高分子溶液と混ざらない溶液を用い
る。
わせたものをバイオチップ作成溶液とすることで、バイ
オチップ作成装置に注入する生体高分子溶液の量を必要
最少量に抑えることができる。例えば、従来インクジェ
ット方式でバイオチップを10000個生産するのに必
要なDNA溶液の量は基板にスポットされる2μlと装
置内に残留する50μlの合わせて52μlであった
が、本発明によると基板にスポットされる2μlだけで
よく(装置内に残留する50μlはバッファ溶液で代
替)、用意すべきDNA溶液の量を大幅に削減すること
が可能になる。従って高価なDNA溶液を捨てなくてす
むため、大幅なコスト削減を達成できる。
溶液は、生体高分子の入った第1の溶液と、第1の溶液
と混合しない第1の溶液と比重の異なる第2の溶液とを
含むことを特徴とする。
体高分子の入った第1の溶液と、第1の溶液と混合しな
い第1の溶液より比重の小さな第2の溶液とを含むこと
を特徴とする。本発明によるバイオチップ作成溶液は、
また、生体高分子の入った第1の溶液と、第1の溶液と
混合しない第1の溶液より比重の小さな第2の溶液と、
第1の溶液と混合しない第1の溶液より比重の大きな第
3の溶液とを含むことを特徴とする。
ンクジェット装置に生体高分子の入ったバイオチップ作
成溶液を注入し、インクジェット装置からバイオチップ
作成溶液を基板に噴射して基板上に生体高分子のスポッ
トを固定化するバイオチップ作成方法において、バイオ
チップ作成溶液として前述した生体高分子の入った第1
の溶液と、第1の溶液と混合しない第1の溶液と比重の
異なる第2の溶液とを含むバイオチップ作成溶液を用い
ることを特徴とする。
液)と混合しない比重の異なるバッファ溶液は、溶液噴
射側にDNA溶液が位置し、その後側にバッファ溶液が
位置するように溶液の比重が選択される。例えば、上方
から下方に向けて溶液を噴射する場合、DNA溶液より
比重の軽いバッファ溶液を用い、DNA溶液の上にバッ
ファ溶液が位置するようにする。逆に、下方から上方に
向けて溶液を噴射する場合には、バッファ溶液の比重を
DNA溶液より重くし、DNA溶液の下にバッファ溶液
が位置するようにする。
施の形態を説明する。バイオチップはガラスなどのプレ
ート(基板)上にDNAなどの生体高分子を植付けたも
のであり、インクジェット方式のバイオチップの作成シ
ステムは生体高分子をプレート上に植付けるインクジェ
ット装置と、生体高分子が入っているバイオチップ作成
溶液を使用する。以下では、説明を簡単にするために生
体高分子としてDNAを用いた場合について説明する。
法を実行するための装置構成図である。インクジェット
装置20にインクの代わりにバイオチップ作成溶液11
を入れて噴射し、プレート5の表面にDNAスポット8
を形成し、バイオチップ9を作成する。この原理は従来
法と同様である。インクジェット装置20のタンク1に
バイオチップ作成溶液11を注入し、供給路2を通して
噴射口4までバイオチップ作成溶液11を満たす。この
とき、バイオチップ作成溶液11は、インクジェット装
置20のタンク1及び供給路2に入っている。次に、供
給路2に設けられた電圧素子3で供給路2に圧力をかけ
て圧縮し、噴射口4からバイオチップ作成溶液を噴射さ
せ、プレート5にDNAスポット8を打つ。こうして、
バイオチップ9が作成される。
イオチップ作成溶液の構成例を示す。このバイオチップ
作成溶液は、DNA溶液6とバッファ溶液7とから構成
されている。DNA溶液6は、緩衝液としてのTris
−HClと、キレート剤としてのEDTAと、プレート
にスポットすべきDNAとで構成されている。バッファ
溶液7としては、DNA溶液6(比重約1.0)より比
重の軽い流動パラフィン(比重0.83〜0.86)ま
たはミネラルオイル(比重0.84〜0.88)を用
い、DNA溶液6と混ざらないようにした。
いたインクジェット方式によるバイオチップ作成方法を
説明する図である。図3(a)は、インクジェット装置
20のタンク1に図2のバイオチップ作成溶液を注入し
た初期の状態を表す図である。比重の異なる相互に混じ
り合わない2種類の溶液6,7で構成されたバイオチッ
プ作成溶液は、DNA溶液6とバッファ溶液7とが分離
した状態となっている。このとき、バイオチップ作成溶
液を別の容器で調製してタンク1へ一括注入するより、
タンク1への注入は比重の重い順に、DNA溶液6、バ
ッファ溶液7と順に注入する方が望ましい。これは、タ
ンク1へ注入するとき、各溶液ができるだけ混ざらない
ようにするためである。
る状態を示す模式図である。プレート5をインクジェッ
ト装置20の噴射口4の下に位置づけ、DNA溶液6を
噴射してプレート5にDNAを植付ける。DNA溶液6
はバッファ溶液7より比重が重いため噴射口4側に位置
し、バッファ溶液7はタンク1側に分離して位置してい
る。そのため、DNA溶液6を先に使用することができ
る。
子3に電圧を印加して供給路2を圧縮する。供給路2に
は圧電素子3の位置を中心にタンク1側と噴射口4側に
圧力が発生するが、タンク1側の圧力を噴射口4側の圧
力より大きく保っておけば、圧力の弱い方に力が移動す
るため、噴射口4からDNA溶液6を噴射することがで
きる。その後、圧電素子3への印加電圧を低下させ、供
給路2の圧縮を元の状態にする。すると圧縮解除による
吸引力が発生し、圧力の大きい方のタンク1から供給路
2にDNA溶液6を供給することができる。バイオチッ
プを複数個作成するときは、DNA溶液6を打ち付けた
あと、プレート5を送り出し、次のプレート5を噴射口
4の下に移動させる。これを繰り返して行えば複数のバ
イオチップを作成することができる。
わった状態を示している。このとき、インクジェット装
置20の供給路2とタンク1にはバッファ溶液7が残
る。これにより、DNA溶液6を無駄にすることなく全
てプレートに植付けることできる。
イオチップ作成溶液の他の構成例を示す。このバイオチ
ップ作成溶液は、インクジェット装置の初期調整で、噴
射動作が安定するまで試し噴射を必要とする場合に有効
な溶液である。
バッファ溶液7と初期調整液10とで構成されている。
DNA溶液6は、緩衝液としてのTris−HClと、
キレート剤としてのEDTAと、プレートにスポットす
べきDNAとで構成されている。バッファ溶液7として
は、DNA溶液6(約1.0)より比重の軽い流動パラ
フィン(比重0.83〜0.86)またはミネラルオイ
ル(比重0.84〜0.88)を使用する。初期調整液
10としては、DNA溶液6より比重の重いグリセロー
ル(比重約1.26)またはクロロホルム(約1.4
8)を使用する。
液を用いたインクジェット方式のバイオチップ作成方法
を説明する図である。図5(a)は、インクジェット装
置20のタンク1に図4に示したバイオチップ作成溶液
を注入した初期の状態を示す図である。比重の異なる相
互に混合しない3種類の溶液10,6,7で構成された
バイオチップ作成溶液は互いに分離した状態となってい
る。各溶液は比重の重い順に供給路2を満たし、一番比
重の軽いバッファ溶液7がバイオチップ作成溶液の上部
に浮いた状態となっている。すなわち、供給路2の噴射
口4の近くは初期調整液10が満たし、その上にDNA
溶液6が位置し、さらにその上にバッファ液7が位置す
る。インクジェット装置にバイオチップ作成溶液を注入
するときは、別の容器で調製したバイオチップ作成溶液
をタンク1へ一括注入するより、初期調整液10、DN
A溶液6、バッファ溶液7と比重の重い順にタンク1に
順番に注入する方が望ましい。これは、タンク1へ注入
するとき各溶液ができるだけ混ざらないようにするため
である。
動作が安定するまでの初期調整状態を示す図である。噴
射量が安定になるまで溶液の噴射動作をくり返し行う。
このとき、噴射口4から噴射される溶液は初期調整液1
0であり、DNA溶液6を使用しなくてすむ。
プを作成している状態を示す模式図である。バイオチッ
プ作成のための溶液噴射は、初期調整液10を完全に噴
射し終わり、DNA溶液6が噴射口4から噴射するよう
になった後で、プレート5をインクジェット装置20の
噴射口4の下に位置づけ、DNA溶液6を噴射すること
で行う。DNA溶液6はバッファ溶液7より比重が重い
ため噴射口4側に位置し、バッファ溶液7はタンク1側
に分離して位置している。そのため、DNA溶液6をバ
ッファ溶液7より先に使用することができる。
わった状態を示している。このとき、インクジェット装
置20の供給路2とタンク1にはバッファ溶液7が残
る。これにより、DNA溶液6を無駄にインクジェット
装置内に残すことなく全てプレート5に植付けることで
きる。
ップ作成溶液を用いた静電プロッタ方式によるバイオチ
ップ作成方法を説明する図である。静電プロッタ方式の
バイオチップ作成装置は、マイナス極側の放電ピン22
を装着したタンク21と、プラス極プレート23とで構
成される。DNA溶液6とバッファ溶液7からなるバイ
オチップ作成溶液をタンク21に入れ、プラス極プレー
ト23の上にプレート5を置く。比重の重いDNA溶液
6はタンク1内で下方のノズル24側に位置し、比重の
軽いバッファ液7はDNA溶液6の上部に分離して位置
する。
は、マイナス極側の放電ピン22とプラス極プレート2
3の間に直流の電圧を印加する。すると、マイナス極側
の放電ピン22からプラス極プレート23に向かって静
電気が生じ、静電力によってDNA溶液がノズル24か
らプラス極プレート23の方向に飛ぶ。こうすること
で、プレート5にDNA溶液を付着させることができ
る。この静電プロッタ方式によるバイオチップ作成方法
においても、従来法に比較してDNA溶液6の有効利用
が可能になる。
チップ作成溶液を用いると、高価なDNAが入っている
DNA溶液を捨てることなく、全てバイオチップに植付
けることができる。ここでは、生体高分子としてDNA
を用いた場合のバイオチップ作成溶液について説明し
た。しかし、本発明は蛋白質チップの作成など、DNA
以外の生体高分子を固定化したバイオチップの作成に適
用できることはもちろんのこと、インクジェット方式や
静電プロッタ方式に限らず生体高分子を溶液にし媒体へ
付着させてバイオチップを作成する全ての方式に適用で
きる。
静電プロッタ方式など、DNAを植付ける方式におい
て、高価なDNAが入っているDNA溶液を無駄にする
ことなく有効に使用してバイオチップを作成することが
できる。
ための装置構成図。
示す図。
ェット方式によるバイオチップ作成方法の説明図。
例を示す図。
ンクジェット方式によるバイオチップ作成方法の説明
図。
ッタ方式によるバイオチップ作成方法の説明図。
Claims (4)
- 【請求項1】 生体高分子の入った第1の溶液と、前記
第1の溶液と混合しない前記第1の溶液と比重の異なる
第2の溶液とを含むことを特徴とするバイオチップ作成
溶液。 - 【請求項2】 生体高分子の入った第1の溶液と、前記
第1の溶液と混合しない前記第1の溶液より比重の小さ
な第2の溶液とを含むことを特徴とするバイオチップ作
成溶液。 - 【請求項3】 生体高分子の入った第1の溶液と、前記
第1の溶液と混合しない前記第1の溶液より比重の小さ
な第2の溶液と、前記第1の溶液と混合しない前記第1
の溶液より比重の大きな第3の溶液とを含むことを特徴
とするバイオチップ作成溶液。 - 【請求項4】 インクジェット装置に生体高分子の入っ
たバイオチップ作成溶液を注入し、前記インクジェット
装置からバイオチップ作成溶液を基板に噴射して基板上
に生体高分子のスポットを固定化するバイオチップ作成
方法において、 前記バイオチップ作成溶液として請求項1〜3のいずれ
か1項記載のバイオチップ作成溶液を用いることを特徴
とするバイオチップ作成方法。
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