JP3937954B2

JP3937954B2 - Probe carrier manufacturing method and manufacturing apparatus

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Publication number: JP3937954B2
Application number: JP2002209630A
Authority: JP
Inventors: 哲夫岡部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: JP2004053353A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式を用いて、プローブ担体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遺伝子ＤＮＡの塩基配列の解析、または、同時に多項目に関する、高信頼性の遺伝子診断などを行う際、目的とする塩基配列を有するＤＮＡを複数種のプローブを用いて選別することが必要となる。この選別作業に利用されるプローブ複数種を提供する手段として、ＤＮＡマイクロチップが注目を浴びている。また、薬剤等のハイスループット・スクリーニングやコンビナトリアル・ケミストリーにおいても、対象となるタンパク質や、薬物の溶液を多数（例えば、９６，３８４、１５３６種）並べ、秩序立ったスクリーニングを行うことが必要となる。その目的で多数種の薬剤を配列するための手法、その状態での自動化されたスクリーニング技術、専用の装置、一連のスクリーニング操作を制御し、また、結果を統計的に処理するためのソフトウェア等も開発されてきている。
【０００３】
これら並列的なスクリーニング作業は、基本的に、評価すべき物質に対して、選別する手段となる既知のプローブを多数並べて構成される、いわゆるプローブアレイを利用することで、同じ条件の下、プローブに対する作用、反応などの有無を検出するものである。一般的に、どのようなプローブに対する、作用、反応を利用するかは予め決定されており、したがって、ひとつのプローブアレイに搭載されるプローブ種は、例えば、塩基配列の異なる一群のＤＮＡプローブなど、大きく区分すると一種類の物質である。すなわち、一群のプローブに利用される物質は、例えば、ＤＮＡ、タンパク質、合成された化学物質（薬）などである。多くの場合、一群をなすプローブ複数種からなるプローブアレイを用いることが多いが、スクリーニング作業の性質によっては、プローブとして、同一の塩基配列を有するＤＮＡ、同一のアミノ酸配列を有するタンパク質、同一の化学物質を多数並べ、アレイ状とした形態を利用することもあり得る。これらは主として薬剤スクリーニング等に用いられる。
【０００４】
一群をなすプローブ複数種からなるプローブアレイでは、具体的には、異なる塩基配列を有する一群のＤＮＡ、異なるアミノ酸配列を有する一群のタンパク質、あるいは、異なる化学物質の一群について、その一群を構成する複数種を、所定の配列順序に従って、アレイ状に担体上などに配置する形態をとることが多い。なかでも、ＤＮＡプローブアレイは、遺伝子ＤＮＡの塩基配列の解析や、同時に多項目について信頼性の高い遺伝子診断を行う際などに用いられる。
【０００５】
この一群をなすプローブ複数種からなるプローブアレイにおける課題のひとつは、できるだけ多種類のプローブ、例えば、多種類の塩基配列を有するＤＮＡプローブを一つの担体上に載せることである。換言するならば、いかに高密度にプローブをアレイ状に並べることができるかである。
【０００６】
担体上にアレイ状にプローブ複数種を固定する一つの方法として、米国特許ＵＳＰ５，４２４，１８６号公報で開示されている、光分解性の保護基とフォトリソグラフィーを用いた担体上でのＤＮＡの逐次伸長反応により、互いに異なる塩基配列を有するＤＮＡプローブをアレイ状に製造する手法を挙げることができる。この手法を利用すると、例えば、１ｃｍ²当たり１００００種類以上の配列が異なるＤＮＡを搭載したＤＮＡプローブアレイの調製も可能である。なお、この手法では、遂次伸長反応によりＤＮＡを合成する際、４種の塩基（Ａ、Ｔ、Ｃ、Ｇ）ごとに、それぞれ専用のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィー工程を行い、アレイの所定箇所にいずれかの塩基を選択的に伸長させることで、所望の塩基配列を有する複数種のＤＮＡを所定の配列で担体上に合成する。したがって、ＤＮＡの鎖長が長くなると、調製に要するコストは高くなり、また、長時間を要する。加えて、各伸長段階における、ヌクレオチド合成の効率は１００％ではないため、設計した塩基配列に欠損を生じたＤＮＡの比率も小さくない。さらに、合成の際、光分解性の保護基を用いる場合、通常の酸分解性の保護基を用いる場合と比べて合成効率が落ちるため、最終的に得られるアレイにおいて、設計した塩基配列通りのＤＮＡの占める割合が小さくなるという問題もある。
【０００７】
また、担体上で直接合成した生成物をそのまま使用するものであるため、設計した塩基配列通りのＤＮＡから欠損のある塩基配列を有するＤＮＡを精製分別により取り除くことはもちろん不可能である。その他に、最終的に得られるアレイにおいて、担体上に合成されているＤＮＡの塩基配列を確認することができないという間題を秘めている。これは仮に、工程上のミスなどにより、ある伸長段階で所定の塩基の伸長がほとんどなされてなく、全くの不良品であった場合、この不良品のプローブアレイを用いたスクリーニングは、誤った結果を与えるが、それを未然に防止するすべが全くないことを意味している。この塩基配列を確認することができないということが、この手法における最大かつ本質的な問題である。
【０００８】
前記の手法とは別な方法として、プローブ用のＤＮＡを予め合成、精製し、場合によってはその塩基長を確認した上で、各ＤＮＡをマイクロディスペンサーのようなデバイス担体上に付与し、プローブアレイを調整する方法も提案されている。ＰＣＴ公開公報ＷＯ９５/３５５０５号にはキャピラリーを用いて、ＤＮＡをメンブラン上へ付与する手法が開示されている。この手法を適用すると、原理的には１ｃｍ²当たり１０００個程度のＤＮＡアレイの調整が可能である。基本的には、各プローブに一本のキャピラリー状ディスペンス・デバイスでプローブ溶液を担体上の所定の位置へ付与し、その作業を繰り返すことで、プローブアレイを調整する方法である。プローブごとに専用のキャピラリーを用意すれば問題は無いが、仮に、少数のキャピラリーを用いて、同じ作業を行おうとすれば、相互汚染を防止するため、プローブ種を入れ替える際、キャピラリーを十分に洗浄する必要がある。したがって、多種類のプローブを高密度に配列するアレイの調整に適している手法とはいえない。加えて、プローブ溶液の担体への付与は、キャピラリー先端を担体にタッピングして行うため、再現性・信頼性も完全とはいえない。
【０００９】
その他の手法として、担体上においてＤＮＡの固相合成を行う際、伸長段階ごとに、インクジェット法により合成に必要な物質の溶液を担体上に付与する手法も提案されている。例えば欧州特許公告公報ＥＰ０，７０３，８２５Ｂ１号には、ＤＮＡの固相合成において利用される、ヌクレオチドモノマー、ならびに、アクティペーターをそれぞれ別のビエゾ・ジェット・ノズルより付与することにより、それぞれ所定の塩基配列を有するＤＮＡ複数種を固相合成する方法が開示されている。このインクジェット法による付与（塗布）は、上記キヤピラリーを用いた溶液の付与（塗布）に比べ、付与量の再現性など信頼性も高く、また、ノズルの構造も微細化が可能なものであり、プローブアレイの高密度化には適した特徴を有している。しかしながら、この手法も、基本的には、担体上でのＤＮＡの遂次伸長反応を応用するものなので、先に述べた米国特許ＵＳＰ５，４２４，１８６号公報に開示された手法における最大の課題である、担体上に合成されているＤＮＡの塩基配列を確認することができないなどの問題点は依然として残っている。伸長段階ごとに、専用のマスクを用いるフォトリソグラフィーの工程を行うという煩雑さは解消されるものの、プローブアレイに不可欠な要件である、各ポイントに所定のプローブが固定されているという点に、若干の問題を含むものである。なお、前記ＥＰ０，７０３，８２５Ｂ１号公報には、単独に形成されたピエゾ・ジェット・ノズルを複数使用する方法しか記載されておらず、この少数のノズルを用いる際には、前述のキヤピラリーを用いる手法と同様に、高密度のプローブアレイの調整には必ずしも適しているとはいえない。
【００１０】
また、特開平１１−１８７９００号公報には、プローブを含む液体をサーマルインクジェットヘッドにより液滴として固相に付与させて、プローブを含むスポットを固相上に形成する方法が開示されているが、使用されているインクジェットヘッドが、一般のプリンタ用のヘッドであるため、プローブアレイを調整するにあたり最適な構成とは言いがたい。以下にこの点に関して詳しく説明する。
【００１１】
従来のインクジェットヘッドは、文字や画像の印刷のために開発された手法である。したがって、使われる溶液はモノクロ（一般的には黒）印刷の場合には一色（黒）のインク、カラー印刷の場合には、一般的に、色の三原色、すなわち、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の３色のインクとなる。カラー印刷の場合には必要により、黒、または、Ｙ、Ｍ、Ｃの濃淡インクを使用する場合があるが、多くても１０種類以上のインクを使用することはない。
【００１２】
また、紙面への印刷には多量のインクを用いるため、従来のインクジェット・プリンティング用のヘッドには、十分な容量を有するインクを充填するためのタンク（リザーバ）と、インクをノズルヘ導く流路と、インクを吐出するためのノズルが具備されている。
【００１３】
これに対し、プローブアレイ調製用のインクジェットヘッドは、これまで説明したように、できるだけ多くの種類の液体を吐出させることが望まれる。プローブ担体上に保持されるプローブアレイの製造では複数のノズルを有するヘッドを通常用いるが、これらの複数のノズルと同数、かつ、一対一に対応したプローブ溶液のリザーバを有するヘッドが望ましい。
【００１４】
さらに、プローブ担体の製造に用いられるインクジェット方式による液体吐出ヘッドノズルにおいては、１つのノズルから１種類のプローブを含むプローブ溶液が吐出される必要があるので、少なくともプローブピッチに対応したノズルピッチにする必要がある。したがって、高密度プローブアレイを製造するためには、計測可能なプローブ量およびプローブピッチにおいて、液体吐出ヘッドのノズルピッチ間隔をできるだけ狭小化することにより、高密度で多種類のプローブを配置することが可能となる。その結果、診断等の検出効率を向上させることができ、また、液体の量を多く用意しないためにも望ましい。
【００１５】
また、プローブ担体上に保持されるプローブアレイは、所定の位置に所望の量が固定されていることが望ましい。診断時等のエラーを防止するためにも、プローブ担体上の所定の場所には必要なプローブのみが固定されていることが望ましい。
【００１６】
したがって、プローブ担体の製造においては、計測可能なプローブ量およびプローブピッチ内において、液体吐出ヘッドのノズルピッチ間隔をできるだけ狭くして高密度化し、かつ、安定的に吐出して高信頼性のプローブ担体を製造することが望まれる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
これまでインクジェット方式を用いてプローブ担体を製造する場合、基本的には、一定の間隔（ピッチ）で複数個のノズルを有するマルチ液体吐出ヘッドを用いて、プローブピッチに合うノズルを使用して主走査方向に走査してプローブを担体へ付与し、次に副走査方向に液体吐出ヘッドまたは担体を移動させて、続いて主走査方向の吐出を繰り返すことによりプローブアレイを製造している。その際に用いられる液体吐出ヘッドは、走査方向と直交方向に複数の吐出ノズルを有する液体吐出ヘッドをこの担体に対して走査しながらインクジェット方式プローブ溶液を吐出することにより製造していた。
【００１８】
このような従来のプローブ担体の製造方法においては、プローブアレイの高密度化のため、上記のように液体吐出ヘッドブロックのノズルピッチ間隔を単に狭くしていった場合、吐出の際にノズル近傍に付着するプローブ溶液による弊害が起こりやすく、またこの付着した液滴を除去することがより因難になる。このようなプローブ溶液の付着は、吐出の際に発生する霧状のプローブ溶液（サテライトと呼ばれる場合もある）が付着すること等により不可避的に起こる。この付着したプローブ溶液がノズル吐出口縁にまで及ぶと新たに吐出されるプローブ溶液の吐出方向に影響を及ぼし、担体上の所望の吐出位置にばらつきが生じたり、異なるプローブ吐出位置へ着弾して異なるプローブが混在したりする場合もあり、また、上記ノズル近傍に付着したプローブ溶液が徐々に成長し、振動などがきっかけとなって近傍の異なるプローブ溶液と混液するおそれもある。したがって、従来法において、液体吐出ヘッドブロックのノズルピッチ間隔を狭くすることによるプローブアレイの高密度化には限界がある。また、これらをプローブ溶液の混液を解消する手段として、ワイパーで吐出面に吸着したプローブ形成用溶液を取り除くという手段を用いた場合でも、前記溶液が過度に吸収され、拡散し、交じり合う場合も多く、特に異なるプローブ形成用溶液同士の混液という間題は解消されていない。
【００１９】
一方、プローブアレイを製造する場合に、プローブアレイの一行ずつ印字していては、印字が終了するのにかなりの時間が必要になり、生産効率を落とし、コスト面で不利となる。そのために、低コストで、かつ、高密度・高信頼性のプローブ担体の生産性は確保しづらいといった課題がある。
【００２０】
本発明の目的は、ある程度、ノズルのピッチ間隔を空けながらも、プローブアレイの複数行を同時に印字することにより、生産効率を向上させ、しかも、安定な吐出を可能とし、プローブアレイが高密度化された低コスト・高信頼性の高密度化プローブ担体の製造方法、および、その製造方法に用いられるプローブ担体の製造装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ノズルアレイを有する液体吐出ヘッドが担体上を主走査方向に走査しながら、ノズルからプローブ溶液を担体上へインクジェット方式により吐出することによって、標的物質と特異的に結合可能な複数種のプローブが担体上にアレイ状に配置されたプローブアレイを有するプローブ担体を製造する。主走査方向と直交する副走査方向のプローブのピッチ間隔をａ、ノズルのピッチ間隔をｂとすると、ｂをaの整数倍とし、副走査方向のプローブの複数の行を同時に印字する。
【００２２】
また、プローブアレイが複数、副走査方向に周期的に並べられたプローブ担体を製造する場合、副走査方向のプローブのピッチ間隔をａ、ノズルのピッチ間隔をｂ、プローブアレイのピッチ間隔をｃとすると、ｂをaの整数倍とし、かつ、ｃをａの整数倍とし、複数のプローブアレイにわたって、前記副走査方向のプローブの複数の行を同時に印字する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１を参照すると、本発明の一実施形態のプローブ製造装置は、インクジェットヘッド１００と、シャフト１０１と、ステージ１０３からなる。
【００２５】
インクジェットヘッド１００はシャフト１０１に支持されている。本実施形態で使用するインクジェット方式としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェット方式、または、圧電素子を用いたピエゾジェット方式などが使用可能である。
【００２６】
プローブアレイが形成される複数の担体１０２は、ステージ１０３の上に固定されている。本実施形態では、担体１０２としてガラス基板を想定している。ガラス基板は、複数ガラス基板を配置し、ガラス基板１つに対し担体を１つ対応させる方式、または、１つのガラス基板に複数の担体を対応させる方式でも可能である。
【００２７】
インクジェットヘッド１００はシャフト１０１のガイドによって、図１の主走査方向に移動する。一方ステージ１０３は、副走査方向に移動する。これらの動作によって、インクジェットヘッド１００は、担体１０２に対して相対的に２次元移動が可能となっている。
【００２８】
図２を参照すると、図１に示した担体１０２を拡大したものが示されている。プローブ２０１が２次元に配置され、１２×１２のマトリックスに構成される。プローブ２０１は、用途により、種類やマトリックス配列が変更される。
【００２９】
図３を参照すると、インクジェットヘッド１００を下から見た図が示されている。インクジェットヘッド１００には、インクを吐出するための吐出ノズル３０１が、１２×１２のマトリックス上に構成されている。インク吐出ノズル３０１には、担体に固定されるプローブ入りインクが入っており、インク吐出ノズルごとに異なるプローブ入りインクが入っている。
【００３０】
図４を参照すると、担体１０２にプローブを印字していく様子を示した図が示されている。プローブピッチをａ＝４００μｍと設定し、インクジェットヘッドの吐出ノズルピッチをプローブピッチの６倍であるｂ＝２４００μｍと設定する。
【００３１】
印字は、副走査方向の行をまず設定する。まず、プローブの１行目の位置に、インクジェットヘッドの１１行目の吐出ノズルで印字するようにステージを移動させる。このステージ移動により、同時に、プローブの７行目の位置に、インクジェットヘッド１２行目の吐出ノズルで印字できる。その後、主走査方向にインクジェットヘッドを移動させ、吐出タイミングを制御しながら、あらかじめ決められた位置にプローブを印字する。次に、プローブの２行目の位置に、インクジェットヘッドの９行目の吐出ノズルで印字するようにステージを移動させる。このステージ移動により、同時に、プローブの８行目の位置に、インクジェットヘッド１０行目の吐出ノズルで印字できる。その後、主走査方向にインクジェットヘッドを移動させ、吐出タイミングを制御しながら、あらかじめ決められた位置にプローブを印字する。
【００３２】
以下、表1に示された順序で同様な操作を行う。
【００３３】
【表１】

【００３４】
以上、担体のプローブピッチをａ＝４００μｍに設定し、インクジェットの吐出ノズルピッチをｂ＝２４００μmに設定することにより、主走査方向の走査回数を１２回から６回と半分にすることができた。
【００３５】
図５を参照すると、図２に示したプローブアレイをステージ上の副走査方向に複数個、周期的に並べたものが示されている。プローブアレイを３個並べているが、この個数はガラス基板の大きさと１つのプローブアレイの大きさから最適な数を設定する。各プローブアレイは、同一なプローブ配列を有する。プローブアレイは、上のものをプローブアレイＩ、次のプローブアレイをプローブアレイＩＩ、一番下のものをプローブアレイＩＩＩとした。また、プローブアレイのピッチｃはプローブピッチａの２倍に設定した。プローブピッチはａ＝４００μｍ、ノズルピッチはプローブピッチａの６倍であるｂ＝２４００μｍ、プローブアレイのピッチはｃ＝８００μｍである。
【００３６】
まず、表１と同じ手順で、プローブアレイＩをすべて印字する。すると、表２に示された、プローブアレイＩＩ、プローブアレイＩＩＩの行も同時に印字可能となる。
【００３７】
【表２】

【００３８】
残った行は、プローブアレイＩＩの６行目と１２行目、プローブアレイＩＩＩの５行目と６行目と１１行目と１２行目のみである。次に、表３の手順でプローブアレイＩＩの残りを１回で印字する。
【００３９】
【表３】

【００４０】
最後にプローブアレイＩＩＩの６行目と１２行目だけが残る。これは、表４のように、一度で印字する。
【００４１】
【表４】

【００４２】
以上、プローブピッチをａ＝４００μｍに設定し、ノズルピッチをｂ＝２４００μmに設定し、プローブアレイのピッチをｃ＝８００μｍに設定したことにより、主走査方向の走査回数を３６回から８回へと大幅に減らすことができた。
【００４３】
図６を参照すると、図５の担体から、プローブアレイのピッチｃをプローブピッチａの１１倍（すなわち、４４００μｍ）に設定したものが示されている。このような配置にしたことにより、プローブ印字後に、ガラスを切断することが容易になる。
【００４４】
まず、下の表５の順序で、プローブアレイＩＩＩのすべての印字を行う。すると、表２に示された、プローブアレイＩＩ、プローブアレイＩの行も同時に印字可能となる。
【００４５】
【表５】

【００４６】
残った行は、プローブアレイＩＩの５、６、１１、１２行目、プローブアレイＩの３、４、５、６、９、１０、１１、１２行目である。次に、表６の手順でプローブアレイＩＩを印字する。
【００４７】
【表６】

【００４８】
最後に、プローブＩの５、６、１１、１２行目だけが残る。これは表７のように、２回で印字することができる。
【００４９】
【表７】

【００５０】
以上、プローブ印字後にガラスを切断することを念頭においた、プローブアレイのピッチが広い担体において、プローブピッチをａ＝４００μｍに設定し、ノズルピッチをｂ＝２４００μmに設定し、プローブアレイのピッチをｃ＝４４００μｍに設定したことにより、主走査方向の走査回数を３６回から１０回へと大幅に減らすことができた。
【００５１】
本実施形態では、インクジェットヘッド１００を主走査方向に移動させ、ステージ１０３、すなわち、担体を副走査方向に移動させるが、この逆でもよいし、どちらか一方を双方向に移動させてもよい。
【００５２】
さらに、複数のインクジェットヘッドを有するユニットを用いてもよい。
【００５３】
さらに、吐出ノズルから吐出されるプローブ溶液の量が０．１ピコリットルから１００ピコリットルであり、吐出ノズルから塗布されるプローブ溶液の各々の占める面積が０．０１μｍ²〜４００００μｍ²であることが好ましい。
【００５４】
さらに、プローブがＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃＤＮＡ（コンプリメンタリーＤＮＡ）、ＰＮＡ、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、その他の核酸、オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質、酵素、酵素に対する基質、抗体、抗体に対するエピトープ、抗原、ホルモン、ホルモンレセプター、リガンド、リガンドレセプター、オリゴ糖、ポリ糖、または、これらの組み合わせからなる群から選択されることが好ましい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プローブアレイの複数行を同時に印字することにより、製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プローブ担体製造装置の構成を示した図である。
【図２】プローブ担体の一例の概略図である。
【図３】インクジェットヘッドのノズル構成を示す概略図である。
【図４】図２のプローブ担体に印字を行う手順を示した図である。
【図５】同一のプローブアレイを担体に複数個並べた一例の概略図である。
【図６】同一のプローブアレイを担体に複数個並べた他の例の概略図である。
【符号の説明】
１００インクジェットヘッド
１０１シャフト
１０２担体
１０３ステージ
２０１プローブ
３０１吐出ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a probe carrier using an ink jet method.
[0002]
[Prior art]
When analyzing the base sequence of a gene DNA or performing highly reliable genetic diagnosis on multiple items at the same time, it is necessary to select DNA having a target base sequence using a plurality of types of probes. As a means for providing a plurality of types of probes used for this sorting operation, DNA microchips are attracting attention. In addition, in high-throughput screening and combinatorial chemistry of drugs, etc., it is necessary to arrange a large number of target protein and drug solutions (for example, 96, 384, 1536 types) and perform orderly screening. . There are also methods for arranging multiple types of drugs for that purpose, automated screening technology in that state, dedicated equipment, software for controlling a series of screening operations and statistically processing the results, etc. It has been developed.
[0003]
These parallel screening operations basically use a so-called probe array in which a large number of known probes serving as means for sorting the substances to be evaluated are arranged side by side under the same conditions. It detects the presence or absence of action, reaction, etc. In general, what kind of probe is used for the action and reaction is determined in advance. Therefore, the probe type mounted on one probe array is, for example, a group of DNA probes having different base sequences, etc. It is a kind of substance when roughly classified. That is, a substance used for a group of probes is, for example, DNA, protein, synthesized chemical substance (drug), and the like. In many cases, a probe array consisting of a plurality of types of probes forming a group is often used, but depending on the nature of the screening work, DNA having the same base sequence, protein having the same amino acid sequence, and the same chemistry may be used as the probe. It is also possible to use an array in which a large number of substances are arranged. These are mainly used for drug screening and the like.
[0004]
In a probe array comprising a plurality of types of probes forming a group, specifically, a group of DNAs having different base sequences, a group of proteins having different amino acid sequences, or a group of different chemical substances, a plurality of members constituting the group. In many cases, the seeds are arranged in an array on a carrier according to a predetermined arrangement order. In particular, the DNA probe array is used for analyzing the base sequence of gene DNA and simultaneously performing highly reliable genetic diagnosis for multiple items.
[0005]
One of the problems in a probe array composed of a plurality of types of probes forming a group is to mount as many kinds of probes as possible, for example, DNA probes having many kinds of base sequences, on one carrier. In other words, how densely the probes can be arranged in an array.
[0006]
As one method for immobilizing multiple types of probes in an array on a carrier, disclosed in US Pat. No. 5,424,186 is the use of a photodegradable protective group and DNA on a carrier using photolithography. An example is a method of producing DNA probes having different base sequences in an array by sequential extension reactions. If this technique is used, for example, it is possible to prepare a DNA probe array having DNAs with different sequences of 10,000 or more per 1 cm ² . In this method, when DNA is synthesized by a sequential extension reaction, a photolithography process is performed for each of the four types of bases (A, T, C, G) using a dedicated photomask. By selectively extending one of the bases at a position, a plurality of types of DNAs having a desired base sequence are synthesized on a carrier with a predetermined sequence. Therefore, as the DNA chain length increases, the cost required for preparation increases and a long time is required. In addition, since the efficiency of nucleotide synthesis at each extension step is not 100%, the proportion of DNA in which the designed base sequence is defective is not small. Furthermore, when synthesizing, when using a photodegradable protecting group, the synthesis efficiency is lower than when using a normal acid-decomposable protecting group. There is also a problem that the proportion of DNA is reduced.
[0007]
Moreover, since the product directly synthesized on the carrier is used as it is, it is of course impossible to remove DNA having a defective base sequence from the DNA according to the designed base sequence by purification fractionation. In addition, in the finally obtained array, there is a problem that the base sequence of DNA synthesized on the carrier cannot be confirmed. This is because if there is almost no extension of a given base at a certain extension stage due to a mistake in the process, and it is a completely defective product, screening using this defective probe array will give an incorrect result. Means that there is no way to prevent it. The inability to confirm this base sequence is the biggest and essential problem in this method.
[0008]
As a method different from the above method, probe DNA is synthesized and purified in advance. In some cases, after confirming the base length, each DNA is applied on a device carrier such as a microdispenser, and a probe array. A method of adjusting the value has also been proposed. PCT publication WO95 / 35505 discloses a technique for applying DNA onto a membrane using a capillary. When this technique is applied, in principle, about 1000 DNA arrays can be adjusted per 1 cm ² . Basically, this is a method of adjusting the probe array by applying a probe solution to a predetermined position on a carrier with a single capillary dispensing device for each probe and repeating the operation. If a dedicated capillary is prepared for each probe, there is no problem, but if the same operation is attempted using a small number of capillaries, the capillary should be thoroughly washed when changing the probe type to prevent cross-contamination. There is a need to. Therefore, it cannot be said that the method is suitable for adjusting an array in which many types of probes are arranged at high density. In addition, since the probe solution is applied to the carrier by tapping the tip of the capillary onto the carrier, reproducibility and reliability are not perfect.
[0009]
As another method, there has also been proposed a method in which a solution of a substance necessary for synthesis is applied to a carrier by an ink jet method at each extension stage when performing solid phase synthesis of DNA on the carrier. For example, in European Patent Publication No. EP 0,703,825B1, a nucleotide monomer and an activator used in solid phase synthesis of DNA are added from different piezo-jet nozzles, respectively. A method for solid-phase synthesis of a plurality of DNAs having sequences is disclosed. The application (application) by this ink jet method is more reliable than the application (application) of the solution using the above-mentioned capillary, such as the reproducibility of the application amount, and the nozzle structure can be made finer. It has characteristics suitable for increasing the density of the probe array. However, since this method also basically applies a sequential extension reaction of DNA on a carrier, it is the biggest problem in the method disclosed in US Pat. No. 5,424,186 described above. There still remain problems such as the inability to confirm the base sequence of the DNA synthesized on the carrier. Although the complexity of performing a photolithography process using a dedicated mask at each extension stage is eliminated, it is an indispensable requirement for the probe array, in that a predetermined probe is fixed at each point. Including the problem. In addition, the above-mentioned EP 0,703,825B1 only describes a method of using a plurality of independently formed piezo jet nozzles, and the above-mentioned capillary is used when using this small number of nozzles. Similar to the technique, it is not necessarily suitable for adjusting a high-density probe array.
[0010]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-187900 discloses a method in which a liquid containing a probe is applied to a solid phase as a droplet by a thermal ink jet head to form a spot containing the probe on the solid phase. Since the ink jet head used is a head for a general printer, it is difficult to say that the configuration is optimal for adjusting the probe array. This point will be described in detail below.
[0011]
A conventional inkjet head is a technique developed for printing characters and images. Therefore, the solution used is one color (black) ink for monochrome (typically black) printing, and generally three primary colors, ie yellow (Y), cyan (color) for color printing. C) and magenta (M) ink of three colors. In the case of color printing, black or Y, M, and C dark and light inks may be used as necessary, but at most 10 or more types of inks are not used.
[0012]
In addition, since a large amount of ink is used for printing on paper, a conventional ink jet printing head has a tank (reservoir) for filling ink having a sufficient capacity, and a flow path for guiding ink to the nozzle. , Nozzles for ejecting ink are provided.
[0013]
On the other hand, as described above, the inkjet head for preparing the probe array is desired to eject as many kinds of liquid as possible. In manufacturing a probe array held on a probe carrier, a head having a plurality of nozzles is usually used. However, a head having a reservoir of probe solutions corresponding to the number of nozzles and corresponding one to one is desirable.
[0014]
Further, in the liquid discharge head nozzle by the ink jet method used for manufacturing the probe carrier, it is necessary to discharge a probe solution including one type of probe from one nozzle, so that the nozzle pitch corresponds to at least the probe pitch. There is a need. Therefore, in order to manufacture a high-density probe array, it is possible to arrange many kinds of probes at high density by narrowing the nozzle pitch interval of the liquid ejection head as much as possible in the measurable probe amount and probe pitch. It becomes possible. As a result, it is possible to improve the detection efficiency for diagnosis and the like, and it is also desirable not to prepare a large amount of liquid.
[0015]
Further, it is desirable that a desired amount of the probe array held on the probe carrier is fixed at a predetermined position. In order to prevent errors during diagnosis or the like, it is desirable that only necessary probes are fixed at predetermined positions on the probe carrier.
[0016]
Therefore, in the manufacture of the probe carrier, within the measurable probe amount and probe pitch, the nozzle pitch interval of the liquid ejection head is made as narrow as possible to increase the density and stably ejected to provide a highly reliable probe carrier. Is desired.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, when a probe carrier is manufactured using an inkjet method, basically, a multi-liquid discharge head having a plurality of nozzles at a constant interval (pitch) is used, and nozzles that match the probe pitch are used. The probe array is manufactured by scanning in the scanning direction and applying the probe to the carrier, then moving the liquid ejection head or carrier in the sub-scanning direction, and then repeating ejection in the main scanning direction. The liquid discharge head used at that time is manufactured by discharging an inkjet probe solution while scanning a liquid discharge head having a plurality of discharge nozzles in a direction orthogonal to the scanning direction with respect to this carrier.
[0018]
In such a conventional probe carrier manufacturing method, if the nozzle pitch interval of the liquid discharge head block is simply narrowed as described above for the purpose of increasing the density of the probe array, Defects due to the attached probe solution are likely to occur, and it is more difficult to remove the attached droplets. Such adhesion of the probe solution inevitably occurs due to adhesion of a mist-like probe solution (sometimes referred to as satellite) generated during ejection. If this attached probe solution reaches the nozzle discharge port edge, it affects the discharge direction of the newly discharged probe solution, causing variations in the desired discharge position on the carrier or landing on different probe discharge positions. In some cases, different probes may coexist, and the probe solution adhering to the vicinity of the nozzle gradually grows, and vibrations or the like may cause a mixture with different probe solutions in the vicinity. Therefore, in the conventional method, there is a limit to increasing the density of the probe array by narrowing the nozzle pitch interval of the liquid ejection head block. In addition, even when using a means for removing the probe forming solution adsorbed on the ejection surface with a wiper as a means for eliminating the mixed solution of the probe solution, the solution may be excessively absorbed, diffused, and mixed. In particular, the problem of mixed solutions of different probe forming solutions has not been solved.
[0019]
On the other hand, when the probe array is manufactured, if the probe array is printed line by line, a considerable time is required to complete the printing, which lowers the production efficiency and is disadvantageous in terms of cost. For this reason, there is a problem that it is difficult to ensure the productivity of a low-cost, high-density, high-reliability probe carrier.
[0020]
The purpose of the present invention is to improve the production efficiency by simultaneously printing a plurality of rows of the probe array while keeping the nozzle pitch interval to some extent, enabling stable ejection and increasing the density of the probe array. methods for manufacturing low cost, reliable high density probe carrier, and is to provide a manufacturing equipment of a probe carrier used in the production process.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a target substance and a target substance by ejecting a probe solution from a nozzle onto a carrier by an inkjet method while a liquid ejection head having a nozzle array scans the carrier in the main scanning direction. A probe carrier having a probe array in which a plurality of types of probes capable of specifically binding are arranged in an array on the carrier is produced. If the pitch interval of the probes in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction is a and the pitch interval of the nozzles is b, b is an integral multiple of a, and a plurality of rows of probes in the sub-scanning direction are printed simultaneously.
[0022]
When manufacturing a probe carrier in which a plurality of probe arrays are periodically arranged in the sub-scanning direction, the probe pitch interval in the sub-scanning direction is a, the nozzle pitch interval is b, and the probe array pitch interval is c. Then, b is an integer multiple of a and c is an integer multiple of a, and a plurality of rows of probes in the sub-scanning direction are simultaneously printed across a plurality of probe arrays.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
Referring to FIG. 1, the probe manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes an inkjet head 100, a shaft 101, and a stage 103.
[0025]
The inkjet head 100 is supported on the shaft 101. As an ink jet method used in the present embodiment, a bubble jet method using an electrothermal transducer as an energy generating element, a piezo jet method using a piezoelectric element, or the like can be used.
[0026]
A plurality of carriers 102 on which the probe array is formed are fixed on a stage 103. In this embodiment, a glass substrate is assumed as the carrier 102. The glass substrate may be a system in which a plurality of glass substrates are arranged and one carrier corresponds to one glass substrate, or a system in which a plurality of carriers correspond to one glass substrate.
[0027]
The ink jet head 100 is moved in the main scanning direction of FIG. On the other hand, the stage 103 moves in the sub-scanning direction. By these operations, the inkjet head 100 can be moved two-dimensionally relative to the carrier 102.
[0028]
Referring to FIG. 2, an enlarged view of the carrier 102 shown in FIG. 1 is shown. Probes 201 are two-dimensionally arranged and configured in a 12 × 12 matrix. The type and matrix arrangement of the probe 201 are changed depending on the application.
[0029]
Referring to FIG. 3, a view of the inkjet head 100 viewed from below is shown. In the inkjet head 100, ejection nozzles 301 for ejecting ink are configured on a 12 × 12 matrix. The ink discharge nozzle 301 contains ink with a probe fixed to the carrier, and different ink with a probe is contained in each ink discharge nozzle.
[0030]
Referring to FIG. 4, a diagram showing how the probe is printed on the carrier 102 is shown. The probe pitch is set to a = 400 μm, and the discharge nozzle pitch of the inkjet head is set to b = 2400 μm, which is 6 times the probe pitch.
[0031]
For printing, lines in the sub-scanning direction are first set. First, the stage is moved to the position of the first row of the probe so that printing is performed by the discharge nozzle of the eleventh row of the inkjet head. By this stage movement, printing can be simultaneously performed at the position of the seventh row of the probe by the discharge nozzle of the 12th row of the ink jet head. Thereafter, the probe is printed at a predetermined position while moving the inkjet head in the main scanning direction and controlling the ejection timing. Next, the stage is moved to the position of the second row of the probe so that printing is performed by the discharge nozzle of the ninth row of the inkjet head. By this stage movement, printing can be simultaneously performed at the position of the eighth row of the probe by the ejection nozzle of the tenth row of the inkjet head. Thereafter, the probe is printed at a predetermined position while moving the inkjet head in the main scanning direction and controlling the ejection timing.
[0032]
Thereafter, the same operation is performed in the order shown in Table 1.
[0033]
[Table 1]

[0034]
As described above, the number of scans in the main scanning direction can be halved from 12 to 6 by setting the probe pitch of the carrier to a = 400 μm and the ink jet nozzle pitch to b = 2400 μm.
[0035]
Referring to FIG. 5, a plurality of probe arrays shown in FIG. 2 are periodically arranged in the sub-scanning direction on the stage. Three probe arrays are arranged, and the optimum number is set based on the size of the glass substrate and the size of one probe array. Each probe array has the same probe sequence. The probe array was the probe array I on the top, the probe array II on the next probe array, and the probe array III on the bottom. The pitch c of the probe array was set to twice the probe pitch a. The probe pitch is a = 400 μm, the nozzle pitch is 6 times the probe pitch a, b = 2400 μm, and the probe array pitch is c = 800 μm.
[0036]
First, all the probe array I is printed in the same procedure as in Table 1. Then, the rows of the probe array II and the probe array III shown in Table 2 can be printed simultaneously.
[0037]
[Table 2]

[0038]
The remaining rows are only the 6th and 12th rows of the probe array II and the 5th, 6th, 11th and 12th rows of the probe array III. Next, the remainder of the probe array II is printed at a time according to the procedure shown in Table 3.
[0039]
[Table 3]

[0040]
Finally, only the 6th and 12th rows of the probe array III remain. This is printed once as shown in Table 4.
[0041]
[Table 4]

[0042]
As described above, by setting the probe pitch to a = 400 μm, the nozzle pitch to b = 2400 μm, and the probe array pitch to c = 800 μm, the number of scans in the main scanning direction is increased from 36 to 8 times. We were able to reduce significantly.
[0043]
Referring to FIG. 6, the carrier shown in FIG. 5 is shown in which the pitch c of the probe array is set to 11 times the probe pitch a (that is, 4400 μm). With this arrangement, it becomes easy to cut the glass after the probe printing.
[0044]
First, all printing of the probe array III is performed in the order of Table 5 below. Then, the rows of the probe array II and the probe array I shown in Table 2 can be printed simultaneously.
[0045]
[Table 5]

[0046]
The remaining rows are the fifth, sixth, eleventh and twelfth rows of the probe array II, and the third, fourth, fifth, sixth, ninth, tenth, eleventh and twelfth rows of the probe array I. Next, the probe array II is printed according to the procedure shown in Table 6.
[0047]
[Table 6]

[0048]
Finally, only the fifth, sixth, eleventh and twelfth lines of probe I remain. This can be printed twice as shown in Table 7.
[0049]
[Table 7]

[0050]
As described above, in a carrier having a wide probe array pitch in consideration of cutting the glass after probe printing, the probe pitch is set to a = 400 μm, the nozzle pitch is set to b = 2400 μm, and the probe array pitch is set to c. By setting = 4400 μm, the number of scans in the main scanning direction could be greatly reduced from 36 to 10 times.
[0051]
In the present embodiment, the inkjet head 100 is moved in the main scanning direction, and the stage 103, that is, the carrier is moved in the sub-scanning direction, but this may be reversed, or one of them may be moved in both directions.
[0052]
Further, a unit having a plurality of inkjet heads may be used.
[0053]
Furthermore, the amount of probe solution discharged from the discharge nozzle is 100 picoliters from 0.1 picoliter, that the area occupied by each of the probe solution applied from the discharge nozzle is 0.01μm ^² ~40000μm ² preferable.
[0054]
Furthermore, the probe is DNA, RNA, cDNA (complementary DNA), PNA, oligonucleotide, polynucleotide, other nucleic acid, oligopeptide, polypeptide, protein, enzyme, substrate for enzyme, antibody, epitope for antibody, antigen, hormone , Preferably selected from the group consisting of hormone receptors, ligands, ligand receptors, oligosaccharides, polysaccharides, or combinations thereof.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve manufacturing efficiency by simultaneously printing a plurality of rows of the probe array.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a probe carrier manufacturing apparatus.
FIG. 2 is a schematic view of an example of a probe carrier.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a nozzle configuration of an inkjet head.
FIG. 4 is a diagram showing a procedure for performing printing on the probe carrier of FIG. 2;
FIG. 5 is a schematic view of an example in which a plurality of identical probe arrays are arranged on a carrier.
FIG. 6 is a schematic view of another example in which a plurality of the same probe arrays are arranged on a carrier.
[Explanation of symbols]
100 inkjet head 101 shaft 102 carrier 103 stage 201 probe 301 discharge nozzle

Claims

A plurality of types of probes that can specifically bind to a target substance by ejecting a probe solution from the nozzle onto the carrier by an ink jet method while a liquid ejection head having a nozzle array scans the carrier in the main scanning direction. Is a method of manufacturing a probe carrier having a probe array arranged in an array on the carrier,
If the pitch interval of the probes in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction is a and the pitch interval of the nozzles is b, b is an integer multiple of a, and a plurality of rows of probes in the sub-scanning direction are printed simultaneously. A method for producing a probe carrier.

The probe carrier manufacturing method according to claim 1, wherein the scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction moves the liquid discharge head relative to the carrier.

The scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction moves the carrier with respect to the liquid ejection head, or the scanning in the main scanning direction moves the liquid ejection head with respect to the carrier, and The scanning in the sub scanning direction moves the carrier relative to the liquid ejection head, or the scanning in the main scanning direction moves the carrier relative to the liquid ejection head, and the scanning in the sub scanning direction corresponds to the scanning in the sub scanning direction. The probe carrier manufacturing method according to claim 1, wherein a liquid discharge head is moved relative to the carrier.

A plurality of types of probes that can specifically bind to a target substance by ejecting a probe solution from the nozzle onto the carrier by an ink jet method while a liquid ejection head having a nozzle array scans the carrier in the main scanning direction. A probe carrier manufacturing method in which a plurality of probe arrays arranged in an array on the carrier are periodically arranged in a sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction,
When the pitch interval of the probes in the sub-scanning direction is a, the pitch interval of the nozzles is b, and the pitch interval of the probe array is c, b is an integral multiple of a, and c is an integral multiple of a. A method for manufacturing a probe carrier, wherein a plurality of probe rows are simultaneously printed across a plurality of probe arrays in the sub-scanning direction.

5. The probe carrier manufacturing method according to claim 4, wherein the scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction moves the liquid ejection head relative to the carrier.

The scanning in the main scanning direction and the sub-scanning direction moves the carrier with respect to the liquid ejection head, or the scanning in the main scanning direction moves the liquid ejection head with respect to the carrier, and The scanning in the sub scanning direction moves the carrier relative to the liquid ejection head, or the scanning in the main scanning direction moves the carrier relative to the liquid ejection head, and the scanning in the sub scanning direction corresponds to the scanning in the sub scanning direction. The method of manufacturing a probe carrier according to claim 4, wherein a liquid discharge head is moved relative to the carrier.

While the liquid discharge head having a nozzle array scans the carrier in the main scanning direction, it'll to discharge by the probe solution from the nozzle ink jet method onto the support, the target substance specifically bindable plurality A probe carrier manufacturing apparatus comprising a probe array in which seed probes are arranged in an array on the carrier,
Pitch b of the nozzles, when the pitch interval in the sub-scanning direction of the probe perpendicular to the main scanning direction is a, the print Ri integral multiple der of a, a plurality of rows of the sub-scanning direction of the probe at the same time An apparatus for manufacturing a probe carrier.

The probe carrier manufacturing apparatus according to claim 7, further comprising a liquid discharge head unit including a plurality of the liquid discharge heads.