(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の本体と、前記本体の先端に四角錐の頂部の形状をした突起部を４個備え、各突起部を構成する四角錐の頂点は前記本体の周壁を延長した仮想的な面の内側に位置することを特徴とするスポットピン。
【請求項２】
請求項１記載のスポットピンにおいて、前記突起部を構成する四角錐の先端が前記本体の中心軸に垂直な面でカットされていることを特徴とするスポットピン。
【請求項３】
請求項１記載のスポットピンにおいて、隣接する２個の突起部が備える複数の壁面のうち、前記本体の中心側に位置する２つの壁面は第１の共通平面内にあり、前記本体の中心から遠い側に位置する２つの壁面は第２の共通平面内にあることを特徴とするスポットピン。
【請求項４】
請求項３記載のスポットピンにおいて、前記第１の共通平面は前記本体の中心軸と直交する平面と３０゜〜６０゜の範囲の角度で交わることを特徴とするスポットピン。
【請求項５】
請求項３記載のスポットピンにおいて、前記第２の共通平面は前記本体の中心軸と直交する平面と３０゜〜６０゜の範囲の角度で交わることを特徴とするスポットピン。
【請求項６】
請求項３記載のスポットピンにおいて、前記第１の共通平面と第２の共通平面の狭角は６０゜〜１２０゜の範囲にあることを特徴とするスポットピン。
【請求項７】
請求項１記載のスポットピンにおいて、隣接する突起部を構成する四角錐の頂点間の距離は５０μｍ〜２５０μｍの範囲にあることを特徴とするスポットピン。
【請求項８】
請求項１記載のスポットピンにおいて、前記本体はオーステナイト系ステンレス製であることを特徴とするスポットピン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオチップを製造する過程において、生体分子を含むスポット溶液を支持基体へスポットするのに用いられるスポットピンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から複数種類のＤＮＡ、ＲＮＡ、たんぱく質、オリゴヌクレオチド等の生体分子を含むスポット溶液を、スライドグラスやナイロンメンブレンなどの基体にスポットして、バイオチップを製造することが行われている。その製造過程で用いられるスポットピンにおいては、万年筆のペン先のように毛管現象を利用し連続してスポットすることが可能なスプリット方式のスポットピンや、ピン先に毎回スポット溶液を付着させて押印するソリッド方式のスポットピンなどが開発されている。ソリッド方式のスポットピンは洗浄が容易であり、また無駄にするスポット溶液が少ないなどの面で優れているが、連続して均一なスポットを形成することは難しく、品質が一定したバイオチップを大量に作製することは難しいとされていた。近年、徐々にその問題点は克服されつつあり、例えば、特開２０００−１５２７２号公報には、ピンヘッドに十字型の溝を作ることでスポット溶液を付着させる量を増やすことができるスポットピンが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１２は、先端を接地面と平行に切った従来のフラットカットピンの先端部の斜視図である。フラットカットピンは、ナイロンメンブレン等の吸水性支持基体に溶液をスポットする際に使われているが、スポットする際のスポットピンの降下速度が速いと、スポットの縁が円にならず形状が安定しないという問題があった。また、図１３は、略円柱形をした本体の先端にＶ字の挟み角が９０°であるＶ字溝を２本、十字に切った従来のスポットピン（Ｖカットピン）の先端部分の斜視図である。Ｖカットピンは、略円柱形をした本体１３０の外表面上にそれぞれ頂点を有する４個の略三角錐状の突起部１３１〜１３４を備える。Ｖカットピンによって形成したスポットは図１４に示すように、四角形になりやすく、しかも形状が安定しない。もし同形状のスポットが得られなければ、バイオチップを用いた実験の再現性や解析に支障を来してしまう。
【０００４】
また、より狭い領域に多種類の生体分子が高密度にスポットされていれば、一度に大量の遺伝子発現等を解析できるだけでなく、用いるサンプル量を減らすことができるため、高密度にスポットを形成する技術の必要性が高まっている。高密度にスポットするためには、形状を安定させ小さくかつ同形状で押印できるスポットピンが必要となる。
【０００５】
本発明の目的は、バイオチップの支持基体として用いられているスライドグラスやナイロンメンブレンに対して、連続して目指す直径のスポットを安定に形成するスポットピンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために、溶液を保持する先端部の形状を工夫したスポットピンを開発した。
【０００７】
本発明者らが開発したスポットピンは、棒状の本体と、本体の先端に四角錐の頂部の形状をした突起部を４個備え、各突起部を構成する四角錐の頂点は本体の周壁を延長した仮想的な面の内側に位置することを特徴とする。このスポットピンを用いると、生体分子を含むスポット溶液を、スライドグラスやナイロンメンブレン等の支持基体へ、連続して同形状で安定してスポットすることが出来る。
【０００８】
突起部を構成する四角錐の先端は、本体の中心軸に垂直な面でカットされているのが好ましい。先端をカットすることで、スポットピン自体が基体との接触によって損傷する可能性、及び基体がスポットピンによって損傷する可能性を低減することができる。
【０００９】
隣接する２個の突起部が備える複数の壁面のうち、本体の中心側に位置する２つの壁面は第１の共通平面内にあり、本体の中心から遠い側に位置する２つの壁面は第２の共通平面内にある。
【００１０】
ここで、第１の共通平面は前記本体の中心軸と直交する平面と３０゜〜６０゜の範囲の角度で交わるのが好ましい。第２の共通平面は本体の中心軸と直交する平面と３０゜〜６０゜の範囲の角度で交わるのが好ましい。第１の共通平面と第２の共通平面の狭角は６０゜〜１２０゜の範囲にあることが好ましい。また、隣接する突起部を構成する四角錐の頂点間の距離は５０μｍ〜２５０μｍの範囲とすることができる。
【００１１】
本発明のスポットピンがスポットする生体分子はＤＮＡに限られない。本発明のスポットピンは、ＲＮＡあるいはタンパク質、もしくはその混合物など、あらゆる生体分子をスライドグラスやナイロンメンブレン等の支持基体へスポットするのに用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明によるスポットピンの全体構造を示す概略図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は断面図である。スポットピン１０は、先端に溶液を付着させてバイオチップ用の基体に押印する棒状のプランジャ１１、プランジャ１１の後端が挿入される有底円筒形のバレル１２、バレル１２中に配置されてプランジャの後端を押すスプリング１３からなる。スポット溶液を付着させたプランジャ１１の先端を基体上に接触させ、スプリング１３に抗してバレル１２を基体の方向に押すことで、基体上にスポットが形成される。
【００１４】
プランジャ１１の材質としてオーステナイト系ステンレスを用いると、強度、耐酸性、耐薬品性を高めることができる。またバレル１２の中をダイヤモンドコートし、さらにスプリング１３の力を最小限に抑えることで、滑らかなプランジャの動きを可能にし、スポットする際にスライドグラスやナイロンメンブレン等に押印する圧力を小さく抑えることができ、スポットピン自体の劣化を防ぎ、連続して安定に同形状のスポットを形成することができる。
【００１５】
図２、図３、図４を用いて、本発明によるスポットピンの一例（Ｗカットピンと呼ぶ）の形状について説明する。図２はＷカットピンの先端形状を示す斜視図、図３はピン先端の上面図、図４は矢印Ａ方向から見た側面図である。Ｗカットピンは、略円柱状のプランジャ２０の先端に２つのＶ字溝を十字に切って４個の独立した三角錐状の突起部を形成し、さらにその４個の三角錐状の突起部の外側をＶ字溝に対して傾斜した平面で斜めに切って独立した４個の四角錐状の突起部を形成したものである。プランジャ２０の先端には、２つのＶ字溝で互いに区切られた４個の四角錐状の突起部が形成される。各突起部は、頂点２１、直交する２つのＶ字溝の斜面を形成する２つの平面２２，２３、一方のＶ字溝３１を斜めに切る平面２４、他方のＶ字溝３２を斜めに切る平面２５を備える。
【００１６】
隣接する２個の突起部、例えば図３の右上の突起部（第１突起部という）と左上の突起部（第２突起部という）について見ると、第１突起部の壁面２３と第２突起部の壁面４３は、同じＶ字溝３１の片方の壁面を構成する訳であるから同一平面を形成する。また、第１突起部の外周部の壁面２５と第２突起部の外周部の壁面４５は、Ｖ字溝３２を斜めに切るように同時に切削加工され、同一平面を形成する。他の２つの隣接する突起部のそれぞれの壁面も、この第１突起部の壁面２３，２５と第２突起部の壁面４３，４５と同様の関係を有する。
【００１７】
壁面２３と壁面４３で形成される平面は、プランジャ２０の中心軸と直交する平面と角度θ1で交わる。本実施例では、角度θ1を約４５゜とした。角度θ1は、３０゜〜６０゜の範囲とするのが好ましい。θ1が３０゜より小さいとピンヘッドに付着させる溶液量が十分量確保されず、６０゜より大きいとピンヘッドに付着させた溶液が支持体へうまく押印されない。
【００１８】
また、壁面２５と壁面４５によって形成される平面は、プランジャ２０の中心軸と直交する平面と角度θ2で交わる。本実施例では、角度θ2を約４５゜とした。角度θ2は、３０゜〜６０゜の範囲とするのが好ましい。θ2が３０゜より小さいか、もしくは６０゜より大きいとスポット形状が安定に円形にならない。
【００１９】
第１の共通平面と第２の共通平面の狭角θ3は本実施例では約９０゜とした。角度θ3は、６０゜〜１２０゜の範囲とするのが好ましい。θ3が６０゜より小さいと耐久性に問題が生じ、１２０゜より大きいと比較的円形のスポット形状が得られない。
【００２０】
また、隣接する突起部を構成する四角錐の頂点間の距離は本実施例では１００μｍとした。この距離は、形成したいスポットの寸法に合わせて５０μｍ〜２５０μｍ程度の範囲に適宜設定すればよい。
【００２１】
このＷカットピンを用いてＤＮＡ溶液をスポットしたところ、図５に示すように、連続して丸いスポット形状で安定にスポッティングすることができた。また突起部の先端角度がＶカットピンに比較して鈍角になっているため、スポットピン自体の破損の危険が少ない。さらにスポットピン先までの太さをＶカットピンほど細くしないで済むため、加工が容易になる。
【００２２】
Ｖカットピンによって形成したスポットが四角形になりやすいのに対して、Ｗカットピンによって形成したスポットが円形になるのは、次のような理由によると考えられる。図６は、スポットピンの先端がバイオチップの基体に接触したとき、スポットピンに保持されているＤＮＡ溶液の状態を示した模式図である。図６（ａ）は本発明のＷカットピンを示し、図６（ｂ）は従来のＶカットピンを示す。
【００２３】
図６（ｂ）に示すように、従来のＶカットピン１３０では、ＤＮＡ溶液６６はピン先端の４個の突起部６５の内側に保持されたまま基体６１にスポットされる。そのため、突起部６５の頂点の位置でスポット形状が外側に張り出し、図１４のような四角形のスポットが形成される。これに対して、本発明のＷカットピンの場合には、図６（ａ）に示すように、ＤＮＡ溶液６４はＷカットピン２０の４個の突起部６３を乗り越えてその外側にも存在する。その結果、Ｗカットピンによると、図５に示すような比較的円形のスポットが基体６１上に形成される。
【００２４】
次に、図７、図８、図９、図１０を用いて、本発明によるスポットピンの他の例（Ｗフラットカットピンと呼ぶ）について説明する。Ｗフラットカットピンは、Ｗカットピンの先端をさらに接地面と平行に切ったものである。図７はＷフラットカットピンの先端形状を示す斜視図、図８はピン先端の上面図、図９は矢印Ｂ方向から見た側面図である。また、図１０はＷフラットカットピンの先端部を撮影した写真である。図７から図９において、図２から図４に対応する個所には図２から図４と同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２５】
Ｗカットピンはピン先端に設けられた４個の突起部を構成する４つの四角錐の頂点が尖っていた。Ｗフラットカットピンは、その突起部の頂点部分を削って尖りをなくしたものである。Ｗフラットカットピンは突起部先端８１の角度が接地面と平行（プランジャの中心軸に直交する平面と平行）なため、ピン先が基体に接触することによる突起部の破損を防ぐことができる。また、ピン先端が尖っていると問題が生じる可能性のあるナイロンメンブレン等の膜状支持基体に対しても支障無くスポットを形成することができる。
【００２６】
図１１は、スポットピンを用いて基体にＤＮＡ溶液等をスポットしてバイオチップを製造するスポット装置の一例の説明図である。このスポット装置は、下部にスポットピン１１１を装着したピンヘッド１１２、ピンヘッド１１２をＸ軸方向に駆動するＸモータ１１３Ｘ、Ｚ軸方向に駆動するＺモータ１１３Ｚ、ベース１１４、ベース１１４をＹ方向に駆動するＹモータ１１３Ｙを備える。ベース１１４上には、スライドグラスやナイロンメンブレン等のバイオチップの基体１１５を複数保持したステージ１１６及び複数種類のＤＮＡ等の生体分子溶液が入ったマイクロプレート１１８が載置されている。スポットピン１１１としては、これまで説明した本発明のスポットピンが用いられる。
【００２７】
ピンヘッド１１２のＸ方向位置及びＺ方向位置をＸモータ１１３Ｘ及びＺモータ１１３Ｚによりに正確に制御し、ベース１１４のＹ方向位置をＹモータ１１３Ｙにより正確に制御することで、複数種類の生体分子溶液を複数枚の基体１１５に連続して等量ずつスポットすることを可能にする。マイクロプレート１１８に入っている別種類の生体分子溶液を同じスポットピンを用いて連続してスポットする場合には、スポットピンに次の生体分子溶液を装填する前にピン洗浄装置１１９で洗浄し、溶液の混入を防ぐ。ピン洗浄は超音波洗浄と真空乾燥を組み合わせて行う。すなわち、使用後に一度真空乾燥し、そののち超音波洗浄し、さらにもう一度真空乾燥を行うことによって、溶液の混入を防ぎ、連続して複数種類の生体分子溶液を基体１１５へスポットすることが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によると、複数種類のＤＮＡ、ＲＮＡ、たんぱく質等の生体分子を含むスポット溶液を、スライドグラスやナイロンメンブレン等の支持基体に対して、連続して安定に目指す形状にてスポッティングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスポットピンの全体構造を示す概略図。
【図２】本発明のＷカットピンの先端形状を示す斜視図。
【図３】本発明のＷカットピンのピン先端の上面図。
【図４】本発明のＷカットピンを矢印Ａ方向から見た側面図。
【図５】本発明のＷカットピンによって形成したスポットの図。
【図６】スポットピンの先端がバイオチップの基体に接触したとき、スポットピンに保持されているＤＮＡ溶液の状態を示した模式図。
【図７】本発明のＷフラットカットピンの先端形状を示す斜視図。
【図８】本発明のＷフラットカットピンのピン先端の上面図。
【図９】本発明のＷフラットカットピンを矢印Ｂ方向から見た側面図。
【図１０】本発明のＷフラットカットピンの先端部を撮影した写真。
【図１１】スポット装置の一例の説明図。
【図１２】先端を接地面と平行に切った従来のフラットカットピンの斜視図。
【図１３】従来のスポットピン（Ｖカットピン）の先端部分の斜視図。
【図１４】Ｖカットピンによって形成したスポットの図。
【符号の説明】
１０：スポットピン、１１：プランジャ、１２：バレル、１３：スプリング、２０：プランジャ、２１：頂点、３１，３２：Ｖ字溝、６１：Ｖ字溝、６３：突起部、６４：ＤＮＡ溶液、６５：突起部、６６：ＤＮＡ溶液、１１１：スポットピン、１１２：ピンヘッド、１１３Ｘ：Ｘモータ、１１３Ｙ：Ｙモータ、１１３Ｚ：Ｚモータ、１１４：ベース、１１５：基体、１１６：ステージ、１１８：マイクロプレート、１１９：ピン洗浄装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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