(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に試料溶液の供給による微小スポットが多数形成されたＤＮＡチップにおいて、
前記基板は、前記微小スポットの位置ずれを自動的に補正する位置ずれ補正手段を有し、前記位置ずれ補正手段は、前記微小スポットの接触すべき面が粗面であり、該粗面における前記微小スポットの接触面積が前記粗面以外の部分よりも大きいことを特徴とするＤＮＡチップ。
【請求項２】
基板上に試料溶液の供給による微小スポットが多数形成されたＤＮＡチップにおいて、
前記基板は、前記微小スポットの位置ずれを自動的に補正する位置ずれ補正手段を有し、前記位置ずれ補正手段は、前記基板のうち、前記微小スポットが形成されるべき位置に形成された突起であることを特徴とするＤＮＡチップ。
【請求項３】
試料溶液を基板上に多数供給してＤＮＡチップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、
前記基板として、前記試料溶液の供給による微小スポットの位置ずれを自動的に補正する位置ずれ補正手段を有し、前記位置ずれ補正手段は、前記微小スポットの接触すべき面が粗面であり、該粗面における前記微小スポットの接触面積が前記粗面以外の部分よりも大きいことを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
【請求項４】
試料溶液を基板上に多数供給してＤＮＡチップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、
前記基板は、前記微小スポットの位置ずれを自動的に補正する位置ずれ補正手段を有し、前記位置ずれ補正手段は、前記基板のうち、前記微小スポットが形成されるべき位置に形成された突起であることを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載のＤＮＡチップの製造方法において、
前記試料溶液を、供給装置を用いてインクジェット方式で供給することを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のＤＮＡチップの製造方法において、
前記供給装置は、
少なくとも１個以上の基体に、外部から前記試料溶液を注入するための注入口と、前記試料溶液が注入・充填されるキャビティと、前記試料溶液を吐出する吐出口とが形成され、前記キャビティを形成する前記基体の少なくとも一壁面に圧電／電歪素子を備え、前記キャビティ内において前記試料溶液が移動するように構成されたマイクロピペットが複数配列されて構成され、かつ、各マイクロピペットの吐出口からそれぞれ異なる種類の試料溶液が吐出される分注装置であることを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載のＤＮＡチップの製造方法において、
前記分注装置は、前記キャビティ内において前記試料溶液が層流で移動するように構成されたマイクロピペットが複数配列されて構成されていることを特徴とするＤＮＡチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡スライドグラス等の基板上に、数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片を微小スポットとして高密度に整列固定させたＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における遺伝子構造の解析方法の進歩にはめざましいものがあり、ヒトの遺伝子をはじめとして、多数の遺伝子構造が明らかにされてきている。このような遺伝子構造の解析には、顕微鏡スライドグラス等の基板上に数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片を微小スポットとして整列固定させたＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）が用いられるようになってきている。
【０００３】
このＤＮＡチップの製造における微小スポットの形成方法としては、ＱＵＩＬＬ方式、ピン＆リング方式、あるいはスプリングピン方式といった、いわゆるピンによる基板上へのＤＮＡ断片を含んだ試料溶液の接触供給を行う方式が広く用いられており、いずれの方法を採用した場合であっても、各微小スポットの容量と形状のばらつきを低く抑えて、各微小スポット間の距離を一定に保つことが重要となる。
【０００４】
一方、更なる高密度化に向けて、微小スポットの形状制御性が良好であり、生産性に優れた新しい方法の開発に対する期待も大きい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、基板上に試料溶液の供給（滴下を含む）による多数の微小スポットを形成する場合、多数の供給ノズル（ピンやスプリングピン等）が例えばマトリクス状に配列された分注装置を用いて行うようにしている。
【０００６】
通常、基板上に形成される微小スポットの配列ピッチよりも供給ノズルの配列ピッチが大きいため、分注装置での供給位置をずらしながら試料溶液を供給するようにしている。
【０００７】
このとき、分注装置のずらし幅や、供給ノズルの配列ピッチにばらつきがあった場合、そのばらつきがそのまま微小スポットの配列状態に反映してしまい、隣接する微小スポット同士が合流して１つのスポットを形成してしまうというおそれがある。
【０００８】
一方、プリンタにおいて実用化されている、いわゆるインクジェット方式を用いてスポッティングする方策も検討されているが、インクジェット方式の供給装置を用いた場合、吐出滴の方向が曲がる、いわゆる飛行曲がりや、サテライトと称する不要な吐出滴などの影響で隣接する微小スポット同士が合流して１つのスポットを形成してしまうおそれがある。
【０００９】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、分注装置のずらし幅や供給ノズルの配列ピッチにばらつきがあったとしても、また、インクジェット方式の供給装置を用いた場合において、飛行曲がりやサテライトによる吐出滴の位置ずれがあったとしても、基板上に形成される多数の微小スポットの配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができるＤＮＡチップを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、分注装置のずらし幅や供給ノズルの配列ピッチにばらつきがあったとしても、また、インクジェット方式の供給装置を用いた場合において、飛行曲がりやサテライトによる吐出滴の位置ずれがあったとしても、基板上に形成される多数の微小スポットの配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができ、ＤＮＡチップの品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができるＤＮＡチップの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に試料溶液の供給による微小スポットが多数形成されたＤＮＡチップにおいて、前記基板に、前記微小スポットの位置ずれを自動的に補正する位置ずれ補正手段を設けて構成する。
【００１２】
これにより、基板上に試料溶液を供給した際に、その供給位置が規定の位置からずれていたとしても、前記試料溶液の供給による微小スポットは、前記位置ずれ補正手段によって、前記規定の位置に移動し、その位置ずれが補正されることになる。
【００１３】
このように、本発明に係るＤＮＡチップにおいては、分注装置のずらし幅や供給ノズルの配列ピッチにばらつきがあったとしても、また、インクジェット方式の供給装置を用いた場合において、飛行曲がりやサテライトによる吐出滴の位置ずれがあったとしても、基板上に形成される多数の微小スポットの配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができる。
【００１４】
また、本発明は、試料溶液を基板上に多数供給してＤＮＡチップを製造するＤＮＡチップの製造方法において、前記基板として、前記試料溶液の供給による微小スポットの位置ずれを自動的に補正する位置ずれ補正手段を有する基板を用いてＤＮＡチップを製造することを特徴とする。
【００１５】
これにより、分注装置のずらし幅や供給ノズルの配列ピッチにばらつきがあったとしても、また、インクジェット方式の供給装置を用いた場合において、飛行曲がりやサテライトによる吐出滴の位置ずれがあったとしても、基板上に形成される多数の微小スポットの配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができ、ＤＮＡチップの品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。
【００１６】
そして、前記試料溶液をインクジェット方式の供給装置を用いて供給することが好ましい。この場合、前記供給装置は、少なくとも１個以上の基体に、外部から前記試料溶液を注入するための注入口と、前記試料溶液が注入・充填されるキャビティと、前記試料溶液を吐出する吐出口とが形成され、前記キャビティを形成する前記基体の少なくとも一壁面に圧電／電歪素子を備え、前記キャビティ内において前記試料溶液が移動するように構成されたマイクロピペットが複数配列されて構成され、かつ、各マイクロピペットの吐出口からそれぞれ異なる種類の試料溶液が吐出される分注装置であることが好ましく、更には、前記試料溶液の移動が層流であることがより好ましい。
【００１７】
インクジェット方式では、高速で微小スポットを形成でき、吐出滴のスピード、液量を自由に設定できるため、微小スポットを規定の液量／形状に正確に形成でき、各微小スポット間のばらつきが、ピンやスプリングピンで行う方式と比較して少ないという利点がある。
【００１８】
また、インクジェット方式は、ピン式と異なり、非接触で微小スポットを形成するため、位置ずれ補正手段と物理的な干渉、接触がなく、好適に使用できる。
【００１９】
更に、インクジェット方式が有するスポット量、吐出速度等の設計の自由度に関しては、前記位置ずれ補正手段とのマッチングをとりやすいという利点も有する。即ち、位置ずれ量が大きいため、大きく補正しなければならないときは、例えば吐出量、吐出速度を増して基板上でのスポットの広がりを大きくすることで、位置ずれ補正手段と接触しやすくし、位置ずれ補正を確実に行わせることができるといった利点がある。
【００２０】
上述の位置ずれ補正手段としては、前記微小スポットの接触すべき面を粗面にして、該粗面における前記微小スポットの接触面積を前記粗面以外の部分よりも大きくするようにしてもよいし、前記基板のうち、前記微小スポットが形成されるべき位置に形成された突起であってもよく、前記基板のうち、前記微小スポットが形成されるべき位置に形成された親水性領域とそれ以外の部分に形成された撥水性領域とで構成されるものでもよい。
【００２１】
また、上述の前記位置ずれ補正手段としては、前記基板のうち、前記微小スポットが形成されるべき位置に形成された凹部であってもよく、前記基板のうち、前記微小スポットが形成されるべき部分とそれ以外の部分とで表面状態を異ならせるようにしてもよい。
【００２２】
また、上述の前記位置ずれ補正手段としては、前記基板のうち、前記微小スポットが形成されるべき部分を、前記試料溶液とは逆の帯電状態とさせる電界発生手段を有するようにしてもよい。
【００２３】
例えば、試料溶液が負に帯電（マイナスチャージ）しているとき、前記微小スポットが形成されるべき部分を前記試料溶液とは逆の帯電状態、即ち、正の帯電状態（プラスチャージの状態）にさせる電界発生手段を有するようにすると、規定の位置に確実にスポッティングすることができ好適である。なお、試料溶液がプラスチャージの状態である場合は、微小スポットが形成されるべき部分をマイナスチャージの状態にすればよい。
【００２４】
更に、試料溶液を供給する方式としてインクジェット方式を用いた場合、非接触で微小スポットを形成することができるため、電界方向に滴の吐出方向が揃い、かつ、電界で滴下位置の補正がやりやすくなるため、好適に使用することができる。
【００２５】
また、試料溶液がＤＮＡ断片を含む溶液の場合、電界による位置ずれ補正効果をより有効とするために、ＤＮＡ断片に電荷を付加する官能基を付けること、あるいは電荷をもった溶液中にＤＮＡ断片を分散させることも好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＤＮＡチップ及びその製造方法の実施の形態例を図１〜図１９Ｂを参照しながら説明する。
【００２７】
本実施の形態に係るＤＮＡチップ２０は、図１に示すように、基板１０上に試料溶液の供給（滴下を含む）による微小スポット８０が多数配列されて構成されている。特に、基板１０上には、前記微小スポット８０の位置ずれを自動的に補正する位置ずれ補正手段が設けられている。
【００２８】
具体的には、図２に示すように、基板１０は、その表面に親水性を有するpoly-L-lysine層１２が形成され、該基板１０上のうち、微小スポット８０が形成されるべき位置の各中心部分にそれぞれ突起１４が形成されている。これら突起１４が位置ずれ補正手段として機能することになる。
【００２９】
即ち、図２に示すように、基板１０上に試料溶液の供給によって微小スポット８０が形成された際において、該微小スポット８０の一部が突起１４にかかったとき（二点鎖線参照）、該微小スポット８０の表面張力によって、該微小スポット８０が移動し、微小スポット８０の中心位置と突起１４とがほぼ一致することになる。
【００３０】
このように、この本実施の形態に係るＤＮＡチップ２０においては、微小スポット８０が規定の位置からずれて滴下されたとしても、基板１０上に形成された突起１４によって規定の位置に移動し、その位置ずれが補正されることになる。
【００３１】
ところで、基板１０上に試料溶液の供給による微小スポット８０を形成してＤＮＡチップ２０を製造するには、例えば図３に示す製造工程を踏んで行われる。
【００３２】
即ち、基板１０の表面にpoly-L-lysine層１２（図２参照）を形成する前処理工程Ｓ１と、ＤＮＡ断片を含む試料溶液を調製する試料調製工程Ｓ２と、得られた試料溶液を基板１０上に供給する供給工程Ｓ３とを踏んでＤＮＡチップ２０が製造される。
【００３３】
前記試料調製工程Ｓ２は、図４に示すように、ＤＮＡ断片をＰＣＲ増幅してＰＣＲ産物を調製する増幅工程Ｓ１１と、得られたＰＣＲ産物を乾燥してＤＮＡ粉末とする粉末生成工程Ｓ１２と、得られたＤＮＡ粉末を緩衝液に溶かす混合工程Ｓ１３とを含む。
【００３４】
具体的に説明すると、前処理工程Ｓ１は、まず、基板１０をアルカリ溶液に浸し、室温で少なくとも２時間ゆっくりと振盪する。前記アルカリ溶液は、例えばＮａＯＨを蒸留水に溶かし、更にエタノールを加えて、完全に透明になるまで攪拌した溶液である。
【００３５】
その後、基板１０を取り出して、蒸留水中に移し、リンスして、アルカリ溶液を除去する。次いで、蒸留水中にpoly-L-lysineを加えて調製されたpoly-L-lysine液に基板１０を浸し、１時間放置する。
【００３６】
その後、基板１０を取り出して、遠心機にかけて遠心し、余分なpoly-L-lysine液を除去する。次いで、基板１０を４０℃、５分ほど乾燥させて、表面にpoly-L-lysine層１２が形成された基板１０を得る。
【００３７】
次に、試料調製工程Ｓ２は、まず、既知のＰＣＲ機で増幅したＰＣＲ産物（増幅工程Ｓ１１）に、３Ｍsodium acetateとイソプロパノールとを加え、数時間放置する。その後、このＰＣＲ産物溶液を遠心機で遠心し、ＤＮＡ断片を沈殿させる。
【００３８】
沈殿させたＤＮＡ断片をエタノールでリンスし、遠心した後、乾燥させてＤＮＡ粉末を生成する（粉末生成工程Ｓ１２）。得られたＤＮＡ粉末に×１ＴＥバッファを加え、数時間放置して完全に溶かすことによって（混合工程Ｓ１３）、試料溶液が調製される。この段階での試料溶液の濃度は１〜１０μｇ／μリットルである。なお、この後に固定化液を試料注入口５２からキャビティ５６内に供給するようにしてもよい。
【００３９】
そして、本実施の形態では、得られた試料溶液を基板１０上に供給してＤＮＡチップ２０を製造する（供給工程Ｓ３）。なお、試料調製工程Ｓ２を経て得られた試料溶液に固定化液を混合するようにしてもよいし、試料溶液を希釈するようにしてもよい。この場合、希釈液として水やＮａＣｌを含んだ水溶液又はポリマーを含んだ水溶液を使用することができる。
【００４０】
更に、この実施の形態においてＤＮＡチップ２０を製造する場合、例えば図５Ａ〜図７に示す分注装置３０が有効に使用される。
【００４１】
この分注装置３０は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、矩形状の固定板３２の上面に例えば１０個のマイクロピペット３４を５行２列に配列し、各列方向に整列されたマイクロピペット３４群をそれぞれ固定治具３６を介して固定板３２に固定させた構成を有する。
【００４２】
マイクロピペット３４は、図５Ｃ及び図６に示すように、ほぼ直方体の形状を有する基体５０の上面に形成された試料注入口５２と、該基体５０の下面に形成された試料吐出口５４と、内部に試料注入口５２と試料吐出口５４との間に形成されたキャビティ５６と、基体５０を振動させたり、キャビティ５６の体積を変化させたりするアクチュエータ部５８とを有して構成されている。
【００４３】
従って、図６に示すように、前記固定板３２には、マイクロピペット３４の試料吐出口５４に対応する箇所にそれぞれ貫通孔４０が設けられている。これにより、マイクロピペット３４の試料吐出口５４から吐出された試料溶液が、前記貫通孔４０を通じて、例えば固定板３２の下方に固定された基板２０に供給されることになる。
【００４４】
このマイクロピペット３４は、試料注入口５２から基体５０の内部にかけて開口幅の大きいほぼＬ字状の導入穴６０が形成されている。この導入穴６０とキャビティ５６との間には、径の小さい第１の連通孔６２が形成され、試料注入口５２から注入された試料溶液が導入穴６０及び第１の連通孔６２を通じてキャビティ５６に導入されるようになっている。
【００４５】
キャビティ５６のうち、前記第１の連通孔６２とは異なる位置に、試料吐出口５４に連通し、かつ、第１の連通孔６２よりも径の大きい第２の連通孔６４が形成されている。本実施の形態では、キャビティ５６の下面のうち、試料注入口５２寄りに第１の連通孔６２を形成し、同じくキャビティ５６の下面のうち、試料吐出口５４に対応した位置に第２の連通孔６４を形成するようにしている。
【００４６】
更に、この実施の形態では、基体５０のうち、キャビティ５６の上面が接する部分が薄肉とされ、外部応力に対して振動を受けやすい構造となっており、振動部６６として機能するようになっている。振動部６６の上面に前記アクチュエータ部５８が形成されている。
【００４７】
基体５０は、複数枚のジルコニアセラミックスのグリーンシート（第１の薄板層５０Ａ、第１のスペーサ層５０Ｂ、第２の薄板層５０Ｃ、第２のスペーサ層５０Ｄ及び第３の薄板層５０Ｅ）を積層し、一体焼成して構成されている。
【００４８】
つまり、基体５０は、試料注入口５２を構成する窓部が形成され、一部において振動部６６を構成する薄肉の第１の薄板層５０Ａと、導入穴６０の一部及びキャビティ５６を構成する複数の窓部がそれぞれ形成された厚肉の第１のスペーサ層５０Ｂと、導入穴６０の一部、第１の連通孔６２及び第２の連通孔６４の一部を構成する複数の窓部がそれぞれ形成された薄肉の第２の薄板層５０Ｃと、導入穴６０の一部及び第２の連通孔６４の一部を構成する複数の窓部がそれぞれ形成された厚肉の第２のスペーサ層５０Ｄと、試料吐出口５４を構成する窓部が形成された薄肉の第３の薄板層５０Ｅとを積層し、一体焼成して構成されている。
【００４９】
アクチュエータ部５８は、前記振動部６６のほか、該振動部６６上に直接形成された下部電極７０と、該下部電極７０上に形成された圧電／電歪層や反強誘電体層等の圧電層７２と、該圧電層７２の上面に形成された上部電極７４とを有して構成されている。
【００５０】
下部電極７０と上部電極７４は、図５Ｃに示すように、それぞれ基体５０の上面に形成された複数のパッド７６及び７８を通じて図示しない駆動回路に電気的に接続される。
【００５１】
上記のような構成のマイクロピペット３４によれば、上部電極７４と下部電極７０との間に電界が生じると、圧電層７２が変形し、それに伴って振動部６６が変形し、振動部６６に接しているキャビティ（加圧室）５６の容積が減少することになる。
【００５２】
このキャビティ５６の容積の減少によってキャビティ５６内に充填された試料溶液がキャビティ５６に連通する試料吐出口５４から所定速度で吐出され、図１に示すように、マイクロピペット３４から吐出された試料溶液が顕微鏡スライドガラス等の基板５０上に微小スポット８０として整列固定されたＤＮＡチップ２０を作製することができる。
【００５３】
この場合、基板１０上に形成される微小スポット８０の配列ピッチよりも分注装置３０における試料吐出口５４の配列ピッチが大きいため、分注装置３０での供給位置をずらしながら試料溶液を供給することになる。
【００５４】
このとき、分注装置３０のずらし幅や試料吐出口５４の配列ピッチにばらつきがあったとしても、試料溶液の供給による微小スポット８０は、基板１０上に形成された突起１４によって、規定の位置にそれぞれ移動し、その位置ずれが補正されることになる。そのため、この実施の形態においては、基板１０上に形成される多数の微小スポット８０の配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができる。
【００５５】
更に、前記位置補正後、基板１０に水分を付加することで、微小スポット８０を移動しやすくし、微小スポット８０を突起１４に移動させることも好適である。また、突起１４に集結した微小スポット８０の断面形状を半球状に修正できる効果も期待でき好ましい。
【００５６】
なお、アクチュエータ部５８の駆動によって、キャビティ５６の容積が減少する構造としては、いわゆるインクジェット方式の装置構造を採用することができる（特開平６−４００３０号公報参照）。
【００５７】
そして、キャビティ（加圧室）５６は、ＤＮＡ断片などを含む試料溶液が層流で移動するような流路寸法に形成されていることが好ましい。
【００５８】
つまり、キャビティ５６の寸法は、試料の種類、作成する液滴の大きさ、形成密度より異なるが、例えば、塩基対１〜１００００程度のＤＮＡ断片を１μｇ／μリットルの濃度で緩衝液（ＴＥバッファ）に分散させた試料を数百μｍピッチで数百μｍφ液滴径の滴下を行う場合においては、図７に示すように、キャビティ長（Ｌ）は、１〜５ｍｍ、キャビティ幅（Ｗ）は、０．１〜１ｍｍ、キャビティ深さ（Ｄ）は、０．１〜０．５ｍｍが好ましい。またキャビティ５６の内壁には、流れを乱す突起物がないように滑らかであることがよく、その材質は、試料溶液と親和性のよいセラミックスからなることが好ましい。
【００５９】
このような形状にすることにより、キャビティ５６を試料注入口５２から試料吐出口５４に至る流路の一部として、試料注入口５２から導入穴６０、第１の連通孔６２を経てキャビティ５６内に移動する試料溶液の流れを乱すことなく試料吐出口５４に導くことができる。
【００６０】
ところで、図５Ａに示すように、固定板３２の上面には、マイクロピペット３４を位置決め固定するための複数のピン３８が設けられている。マイクロピペット３４を固定板３２上に固定する場合は、マイクロピペット３４の基体５０の両側に設けられた位置決め用孔９０（図５Ｃ参照）に固定板３２のピン３８を挿入させながら、マイクロピペット３４を固定板３２に載置することで、自動的に複数のマイクロピペット３４が所定の並びで配列位置決めされることになる。
【００６１】
また、各固定治具３６は、複数のマイクロピペット３４を固定板３２に押さえ付ける押さえ板１００を有する。押さえ板１００の両端には、それぞれネジ１０２が挿通される挿通孔が形成され、この挿通孔にネジ１０２を挿通して、固定板３２にねじ込むことによって、前記押さえ板１００で複数のマイクロピペット３４を一度に固定板３２に押さえ付けることができるようになっている。そして、１つの押さえ板１００で押さえ付けた複数のマイクロピペット３４で１つのユニットが構成される。図５Ａの例では列方向に配列された５つのマイクロピペット３４で１つのユニットが構成された例を示している。
【００６２】
また、押さえ板１００には、複数のマイクロピペット３４を押さえ付けたときに、各マイクロピペット３４の試料注入口５２に対応する箇所にそれぞれ試料溶液を供給するための導入孔１０４（図５Ｂ参照）が形成されており、各導入孔１０４の上端部にはそれぞれ試料溶液を導入孔１０４に導くためのチューブ１０６が保持されている。
【００６３】
なお、押さえ板１００の幅は、配線作業の効率化を考慮すると、複数のマイクロピペット３４を固定板３２に押さえ付けた際に、アクチュエータ部５８の各電極７０及び７４につながるパッド７６及び７８が上方に臨むような寸法であることが好ましい。
【００６４】
このように、上述の分注装置３０は、試料注入口５２及び試料吐出口５４を有するマイクロピペット３４の複数個をそれぞれ試料吐出口５４を下方向に向けた状態で立設させて構成されている。
【００６５】
即ち、各マイクロピペット３４は、それぞれの試料注入口５２を上側とし、試料吐出口５４を下側とし、かつ、各試料吐出口５４が縦横に配列配置されて、試料吐出口５４からそれぞれ種類の異なる試料溶液が吐出されるようになっている。
【００６６】
このような構成を有する分注装置３０において、各試料注入口５２に対応してそれぞれ種類の異なる試料溶液を供給する方法としては、図８に示すように、例えば多数の断面ほぼＶ字状の凹部（溜め部）１１０が配列されたカートリッジ１１２を使用する方法がある。この方法は、カートリッジ１１２の各凹部１１０にそれぞれ種類の異なる試料溶液を入れ、該カートリッジ１１２を各凹部１１０とチューブ１０６とがそれぞれ対応するように取り付け、針等で各凹部１１０の底を開封することによって、各凹部１１０にあった試料溶液をチューブ１０６を介して各マイクロピペット３４に供給する方法等が考えられる。
【００６７】
また、チューブ１０６を用いない場合は、カートリッジ１１２を各凹部１１０と固定治具３６の各導入孔１０４とがそれぞれ対応するように取り付け、針等で各凹部１１０の底を開封することによって、各凹部１１０にあった試料溶液を導入孔１０４を介して各マイクロピペット３４に供給する方法のほか、予め、固定治具３６における各導入孔１０４の近傍に針等を形成し、カートリッジ１１２を固定治具３６に取り付けると同時に各凹部１１０が開封されるようにしてもよい。
【００６８】
なお、開封後に気体等を圧送し、試料溶液を強制的に押し出す機構を加えてもよい。また、各マイクロピペット３４の基体５０内に形成された試料注入口５２から試料吐出口５４に至る空間を洗浄する機構を備えることは、数千から数万種類という多種類のＤＮＡ断片などを汚染なく、しかも純度よく微小スポット８０として吐出するために望ましい。
【００６９】
図５Ａの例では、押さえ板１００の両端をネジ１０２で固定板２０に締め付けることで行っているが、押さえ板１００の固定法は、ネジ、バネ等で機械的に行うほか、接着剤等で行ってもよい。
【００７０】
また、マイクロピペット３４を構成する基体５０は、上述したように、セラミックスで形成されており、例えば、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素等を用いることができる。
【００７１】
このうち、安定化／部分安定化ジルコニアは、薄板においても機械的強度が大きいこと、靱性が高いこと、圧電層７２や電極材との反応性が小さいことから最も好適に採用される。
【００７２】
そして、基体５０等の材料として安定化／部分安定化ジルコニアを使用する場合には、少なくとも、アクチュエータ部５８が形成される部分（振動部６６）には、アルミナあるいはチタニア等の添加物が含有されることが好ましい。
【００７３】
また、アクチュエータ部５８を構成する圧電層７２は、圧電セラミックスとして、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム等やこれらのいずれかを組み合わせた成分を含有する複合セラミックスを用いることができるが、本実施の形態においては、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛からなる成分を主成分とする材料が好適に用いられる。
【００７４】
これは、このような材料が、高い電気機械結合係数と圧電定数を有することに加え、圧電層７２の焼結時における基体材料との反応性が小さく、所定の組成のものを安定に形成することができることに基づくからである。
【００７５】
更に、本実施の形態では、前記圧電セラミックスに、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ等の酸化物、もしくはこれらいずれかの組合せ、又は他の化合物を適宜、添加したセラミックスを用いてもよい。
【００７６】
例えば、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛及びマグネシウムニオブ酸鉛を主成分とし、これにランタンやストロンチウムを含有するセラミックスを用いることもまた好ましい。
【００７７】
一方、アクチュエータ部５８における上部電極７４及び下部電極７０は、室温で、固体であって導電性の金属で構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等の金属単体あるいはこれらのいずれかを組み合わせた合金が用いられ、更に、これらに圧電層７２や基体５０と同じ材料を分散させたサーメット材料を用いてもよい。
【００７８】
次に、この分注装置３０を使ってＤＮＡチップ２０を製造する第１及び第２の方法について図９及び図１０を参照しながら説明する。
【００７９】
まず、第１の方法は、図９に示すように、各チューブ１０６からそれぞれ固定治具３６の導入孔１０４を介して各マイクロピペット３４のキャビティ５６内にそれぞれ種類の異なる試料溶液を充填し、次いで、各アクチュエータ部５８を駆動して、各マイクロピペット３４の試料吐出口５４から試料溶液を吐出させる。キャビティ５６内に溶液を充填する方法は、試料注入口５２より導入された溶液の毛細管力により注入してもよいが、試料吐出口５４から真空吸引して充填する方法が確実である。
【００８０】
ここで、アクチュエータ部５８の各電極７０及び７４に印加する電圧波形のうち、アクチュエータ部５８がオン動作して、キャビティ５６の容積を減少させる場合、各電極７０及び７４にはパルス的な電圧が印加されることになる。この場合、パルスの振幅を上げることによって、振動部６６の変形が大きくなり、その分、試料溶液の吐出量も多くなる。また、一定期間に複数のパルスを印加する場合は、パルス周期を短くし、各パルスの振幅を小さくすることによって、少量の試料溶液を多数吐出させることができる。
【００８１】
このとき、供給位置を適宜変えることによって、供給された試料溶液が基板１０上で組み合わされて（合体）、１つのスポット径を有する試料溶液となるが、供給する試料溶液の種類に応じて、供給数、供給位置及び１回の供給量を制御することで、基板１０上に形成されるスポット径の均一化を図ることができる。
【００８２】
次に、分注装置３０を使った第２の方法について説明する。この第２の方法は、図１０に示すように、各チューブ１０６からそれぞれ固定治具３６の導入孔１０４を介して各マイクロピペット３４のキャビティ５６内に緩衝液やＮａＣｌを含んだ水溶液、ポリマーを含んだ水溶液などの置換液を充填し、次いで、試料を試料注入口５２からキャビティ５６内に層流置換させながら注入した後、置換の完了を待つ。その後、アクチュエータ部５８を駆動させて、試料溶液を基板１０上に吐出供給させる。
【００８３】
キャビティ５６内における試料の層流置換完了は、キャビティ５６内の流体特性の変化を検知することにより把握することが好ましい。
【００８４】
なお、キャビティ５６内の置換液と試料の置換は層流で行われることが好ましいが、試料の種類が変わった場合や、液体の移動速度が非常に速い場合においては、キャビティ５６のうち、第１の連通孔６２の近辺部分は、必ずしも層流でなくてもよい。この場合、試料と置換液の混合により試料溶液のパージ量は増大するが、キャビティ５６内の流体特性の変化を検知して置換完了を判断することにより、パージ量の増大を最小に抑えることができる。
【００８５】
ここで、キャビティ５６内の流体特性の変化は、アクチュエータ部５８に振動を励起する程度の電圧を印加し、その振動に伴う電気的定数の変化を検出することにより把握する。このような流体特性の変化の検知については、例えば、特開平８−２０１２６５号公報に開示されている。
【００８６】
具体的には、アクチュエータ部５８に対して、所定の間隔で、吐出駆動用の電源からの電気的接続をリレーで切り離し、同時に、共振周波数を測定する手段をリレーにより接続し、その時点でのインピーダンスあるいは共振特性、例えば共振周波数や減衰率等を電気的に測定する。
【００８７】
これにより、液体の粘度、比重等が目的の試料（ＤＮＡ断片などを含む液体）であるかどうかを把握することができる。即ち、各マイクロピペット３４においては、マイクロピペット３４自体がセンサとして機能するため、マイクロピペット３４の構成も単純化することができる。
【００８８】
そして、アクチュエータ部５８を、求められるスポット径に応じた液滴量に対応した駆動条件にて駆動し、試料溶液の供給を繰り返すことにより、ＤＮＡチップ２０を製造する。通常、１つの微小スポット８０を形成するのに、マイクロピペット３４から１〜数百滴を吐出して行う。
【００８９】
なお、試料注入口５２中の試料の量が減少した際には、緩衝液を追加し、流路中に気泡が入らないようにして、吐出を続けることにより、試料溶液をマイクロピペット３４内に残すことなく使い切ることができる。試料から置換液への置換の完了（試料吐出の終了）は、同じく、アクチュエータ部５８を用いた液体の粘度、比重の検出で行う。
【００９０】
また、使用する置換液、試料としては、予め脱気操作を通して溶液中の溶存気体を取り除いたものを使用することが好ましい。そのような溶液を用いることにより、マイクロピペット３４の流路内に溶液を充填する際に、流路途中で気泡がひっかかり充填が不備になる場合でも、その気泡を溶液中に溶かし込んで不具合を回避できると共に、吐出の途中において、流体中に気泡が発生することがなく、吐出不具合を生じることもない。
【００９１】
また、上述の第２の方法において、試料溶液を吐出しつつ、緩衝液やＮａＣｌを含んだ水溶液、ポリマーを含んだ水溶液のような置換液を試料注入口５２からキャビティ５６に注入し、キャビティ５６内に残留する試料溶液を完全に吐出し、次の試料注入に備えることができる。
【００９２】
そして、キャビティ５６内に試料溶液が残留しているかどうか（試料溶液として吐出できるかどうか）を検知するのにも、同じく、キャビティ５６内の流体特性の変化を検知することにより把握できる。この場合、置換完了検出機構により使用に供しない試料のパージ量を極めて少なくすることができると共に、試料溶液の使用効率を向上させることができる。
【００９３】
また、試料を試料注入口５２からキャビティ５６に充填する際に、アクチュエータ部５８を駆動させながら試料を試料注入口５２からキャビティ５６内に置換させてもよい。この場合、予め安価な置換液によりキャビティ５６内を確実に置換でき、その結果、吐出不良が発生することを完全に防止でき、高価な試料を効率よく吐出できる。
【００９４】
更に、キャビティ５６内に緩衝液やＮａＣｌを含んだ水溶液、ポリマーを含んだ水溶液などの置換液を充填し、キャビティ５６内と試料注入口５２内にある置換液の量を調整して所定の量にし、次に、試料溶液を試料注入口５２から所定の液量だけ注入した後、アクチュエータ部５８を所定のパルス数だけ駆動し、キャビティ５６内と試料注入口５２内にある置換液の量だけ排出してもよい。
【００９５】
そうすることにより、キャビティ５６内と試料注入口５２内にある置換液の量だけ正確に排出され、無駄なく試料溶液の充填を完了することができる。
【００９６】
このように、本実施の形態に係るＤＮＡチップ２０においては、基板１０に、微小スポット８０の位置ずれを自動的に補正する位置ずれ補正手段としての突起１４を設けるようにしたので、基板１０上に試料溶液を供給した際に、その供給位置が規定の位置からずれていたとしても、前記試料溶液の供給による微小スポット８０は、突起１４によって前記規定の位置に移動し、その位置ずれが補正されることになる。
【００９７】
このように、本実施の形態に係るＤＮＡチップ２０及びその製造方法においては、分注装置３０のずらし幅や試料吐出口５４の配列ピッチにばらつきがあったとしても、基板１０上に形成される多数の微小スポット８０の配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができ、ＤＮＡチップ２０の品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。
【００９８】
次に、基板１０に設けられる位置ずれ補正手段の変形例について図１１〜図１９Ｂを参照しながら説明する。
【００９９】
第１の変形例は、図１１に示すように、基板１０のうち、微小スポット８０が形成されるべき位置に親水性領域Ｚ１を形成し、それ以外の部分に撥水性領域Ｚ２を形成した点で異なる。具体的には、微小スポット８０が形成されるべき位置以外の部分に撥水性の膜１６を形成することで達成される。撥水性の膜１６としては、例えばＳｉコート、フッ素樹脂等を使用することができる。
【０１００】
これによれば、図１１に示すように、基板１０上に試料溶液の供給によって微小スポット８０が形成された際において、該微小スポット８０の一部が撥水性の膜１６にかかったとき（二点鎖線参照）、該微小スポット８０の表面張力と膜１６の撥水作用によって、該微小スポット８０が移動し、規定の位置に微小スポット８０の中心を位置決めできる。この場合、微小スポット８０の一部が撥水性の膜１６にかかったときでも、膜１６が撥水性のため、試料溶液が移動した後の痕跡がなく、固定化後のスポット形状が親水性の部分のみの形状になり、形状のばらつきが低減される。
【０１０１】
第２の変形例は、図１２に示すように、前記撥水性の膜１６において、親水性領域Ｚ１の周辺部のみに該親水性領域Ｚ１に向かって下り傾斜とされたテーパ面１６ａを設けた例を示す。この場合、一点鎖線に示すように、撥水性の膜１６に微小スポット８０がかかったときでも、撥水性の膜１６の撥水作用と、微小スポット８０の表面張力と、テーパ面の傾斜による重力で、前記微小スポット８０は、該微小スポット８０が形成されるべき位置に移動し、規定の位置に微小スポット８０の中心を位置決めすることができる。
【０１０２】
第３の変形例は、図１３に示すように、基板１０のうち、微小スポット８０が形成されるべき位置に凹部１８を形成した点で異なる。
【０１０３】
これによれば、図１３に示すように、基板８０上に試料溶液の供給によって微小スポット８０が形成された際において、該微小スポット８０の一部が凹部１８の肩部分にかかったとき（二点鎖線参照）、該微小スポット８０の表面張力によって、該微小スポット８０が移動し、凹部１８内に微小スポット８０を位置させることができる。この場合、凹部１８内に試料溶液が入ると、試料膜厚が均一化され、スポットの厚みのばらつきが低減できる。その結果、スポットが発する蛍光を検査する際の感度ばらつき、感度劣化を抑制できるという利点がある。
【０１０４】
第４の変形例は、図１４に示すように、微小スポット８０が形成される部分の周辺部に複数の凸部１５０を形成する、あるいは前記周辺部に環状の凸部１５２を形成した例を示す。環状の凸部１５２の場合には、微小スポット８０が形成される部分がクレータ状に形成されることになる。この第４の変形例の場合、上述した第３の変形例による効果に加えて、所定位置（微小スポット８０が形成されるべき位置）に微小スポット８０が集まりやすくなるという効果がある。特に、凸部１５０や１５２の裾の部分をなだらかな傾斜面１５４に形成すれば、前記効果は更に顕著となる。
【０１０５】
上述のような凸部１５０や１５２は、プリンタにおいて実用化されているインクジェット方式で、噴射圧力やジェットノズルと基板１２との距離等を適宜調整して、スポッティングすることにより、基板１２上に形成することができる。
【０１０６】
第５の変形例は、図１５に示すように、基板１０のうち、微小スポット８０が形成されるべき部分とそれ以外の部分とで表面状態を異ならせた点で異なる。
【０１０７】
これによれば、図１５に示すように、基板１０上に試料溶液の供給によって微小スポット８０が形成された際において、該微小スポット８０の一部が粗面２２以外の部分にかかったとき（二点鎖線参照）、該微小スポット８０の表面張力によって、該微小スポット８０が移動し、規定の位置に微小スポット８０の中心を位置させることができる。この場合、上述した第１の変形例と同様に、該微小スポット８０の一部が粗面２２以外にかかったときでも、粗面２２以外の部分は、試料が移動した後の痕跡がなく、固定化後のスポット形状が粗面２２のみの形状になり、形状のばらつきが低減される。また、微小スポット８０は、接触する面が粗面であるため、接触面積が大きく、基板１０に強固に固定され、スポッティング後の固定化時において、試料溶液が流れ出すことを低減できる。
【０１０８】
上述の第２、第３及び第５の変形例でのテーパ面１６ａの形成並びに凹部１８の形成や粗面２２の形成など、表面状態の変更は、ブラスト加工、レーザ加工、切削加工等の加工によって一度に大量の基板を処理することができるため、安価に実施でき好ましい。
【０１０９】
第６の変形例は、電界をかけて位置ずれ補正を行うようにしたものである。具体的には、例えば図１６に示すように、基板１０におけるpoly-L-lysine層１２の下層において、微小スポット８０を形成すべき箇所に対応する部分に、金属膜による多数の電極パターン１３０を形成し、更にその下層に各電極パターン１３０に共通とされた金属膜による共通電極パターン１３２を形成する。
【０１１０】
そして、共通電極パターン１３２と例えば接地間に電源１３４を接続し、各電極パターン１３０を例えば＋側に帯電させる。この状態で、基板１０上に試料溶液の供給によって微小スポット８０が形成されると、該微小スポット８０を構成する試料溶液は−側に帯電しているため、微小スポット８０の一部が電極パターン１３０上にかかったとき（二点鎖線参照）、電界の吸引力によって、該微小スポット８０が電極パターン１３０上に移動し、規定の位置に微小スポット８０の中心が位置することになる。
【０１１１】
また、電界強度を上げれば、各マイクロピペット３４の試料吐出口５４から吐出された液滴１４０は、空中において、その飛行方向が対応する電極パターン１３０に向かうべく補正され、前記液滴１４０による微小スポット８０は対応する電極パターン１３０上に正確に落下することとなる。この場合、液滴１４０が基板１０の表面で移動することがないため、液滴移動による痕跡がなく、スポット形状を安定化（均一化）できるという効果がある。
【０１１２】
第７の変形例は、図１７に示すように、上述した第６の変形例（図１６参照）とほぼ同じ原理であるが、基板１０が載置固定されるステージ１４２に所定の電極パターン１３０及び１３２を設けたものである。この場合、基板１０に電極パターン１３０及び１３２を設ける必要がないため、安価に実施できるという利点がある。
【０１１３】
第８の変形例は、図１８に示すように、基板１０を例えばガラスで構成し、更に、該基板１０内に所定の電極パターン１３０及び１３２を形成し、特に、電極パターン１３０を基板１０の表面に露出させた例である。電極パターン１３０及び１３２への電圧供給は、ステージ１４２に形成された電極１４４を通じて行われる。
【０１１４】
この第８の変形例においては、基板１０のガラス表面は撥水性を呈し、ガラス表面に露出した電極パターン１３０は親水性を呈するため、上述した第１の変形例と同様に、例えば図１９Ａに示すように、基板１０上に試料溶液の供給によって微小スポット８０が形成された際において、該微小スポット８０の一部が撥水性のガラス表面にかかったとき（二点鎖線参照）、該微小スポット８０の表面張力とガラス表面の撥水作用によって、該微小スポット８０が移動し、規定の位置に微小スポット８０の中心を位置決めすることができる。この場合、微小スポット８０の一部がガラス表面にかかったときでも、ガラス表面が撥水性のため、試料溶液が移動した後の痕跡がなく、固定化後のスポット形状が親水性の部分のみの形状になり、形状のばらつきが低減される。
【０１１５】
また、電界強度を上げれば、図１９Ｂに示すように、上述した第６の変形例と同様に、落下過程にある液滴１４０は、空中において、その飛行方向が対応する電極パターン１３０に向かうべく補正され、前記液滴１４０による微小スポット８０は対応する電極パターン１３０上に正確に落下することとなる。この場合、液滴１４０が基板１０の表面で移動することがないため、液滴移動による痕跡がなく、スポット形状を安定化（均一化）できるという効果がある。
【０１１６】
このように、第８の変形例においては、上述した第１の変形例と第６の変形例の効果を合わせ持ったものとなり、より好ましい。なお、基板１０の材質は、ガラスに限ることなく、セラミックス、プラスチック等の絶縁物であってもよい。
【０１１７】
このように、第１〜第８の変形例に係る位置ずれ補正手段を用いても、上述した本実施の形態と同様に、分注装置３０のずらし幅や試料吐出口５４の配列ピッチにばらつきがあったとしても、基板１０上に形成される多数の微小スポット８０の配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができ、ＤＮＡチップ２０の品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。
【０１１８】
なお、この発明に係るＤＮＡチップ及びその製造方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＤＮＡによれば、分注装置のずらし幅や滴下ノズルの配列ピッチにばらつきがあったとしても、基板上に形成される多数の微小スポットの配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができる。
【０１２０】
また、本発明に係るＤＮＡの製造方法によれば、分注装置のずらし幅や滴下ノズルの配列ピッチにばらつきがあったとしても、基板上に形成される多数の微小スポットの配列状態を規定の配列ピッチに沿った状態にさせることができ、ＤＮＡチップの品質の向上並びに歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るＤＮＡチップ（本実施の形態に係る製造方法で製造されるＤＮＡチップ）を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るＤＮＡチップの構成を示す拡大断面図である。
【図３】本実施の形態に係るＤＮＡチップの製造方法を示す工程ブロック図である。
【図４】試料調製工程の内訳を示す工程ブロック図である。
【図５】図５Ａは第１の実施の形態に係るＤＮＡチップの製造方法で使用される分注装置の構成を示す平面図であり、図５Ｂはその正面図であり、図５Ｃは、分注装置を構成する１つのマイクロピペットを示す拡大平面図である。
【図６】マイクロピペットの構成を示す縦断面図である。
【図７】マイクロピペットの基体内に形成されるキャビティを含む流路の形状を示す斜視図である。
【図８】カートリッジと共に示す分注装置の分解斜視図である。
【図９】分注装置を使用してＤＮＡチップを製造する場合の第１の方法を示す説明図である。
【図１０】分注装置を使用してＤＮＡチップを製造する場合の第２の方法を示す説明図である。
【図１１】第１の変形例に係る位置ずれ補正手段を示す断面図である。
【図１２】第２の変形例に係る位置ずれ補正手段を示す断面図である。
【図１３】第３の変形例に係る位置ずれ補正手段を示す断面図である。
【図１４】第４の変形例に係る位置ずれ補正手段を示す断面図である。
【図１５】第５の変形例に係る位置ずれ補正手段を示す断面図である。
【図１６】第６の変形例に係る位置ずれ補正手段を示す断面図である。
【図１７】第７の変形例に係る位置ずれ補正手段を示す断面図である。
【図１８】第８の変形例に係る位置ずれ補正手段を示す断面図である。
【図１９】図１９Ａは第８の変形例に係る位置ずれ補正手段において第１の変形例と同様の効果を奏することを示す図であり、図１９Ｂは第８の変形例に係る位置ずれ補正手段において第６の変形例と同様の効果を奏することを示す図である。
【符号の説明】
１０…基板                        １２…poly-L-lysine層
１４…突起                        １６…撥水性の膜
１８…凹部                        ２０…ＤＮＡチップ
２２…粗面                        ３０…分注装置
３４…マイクロピペット            ５４…試料吐出口
５８…アクチュエータ部            ８０…微小スポット
１３０…電極パターン              １３２…共通電極パターン
１３４…電源                      １４０…液滴
１４２…ステージ                  Ｓ１…前処理工程
Ｓ２…試料調製工程                Ｓ３…供給工程
Ｓ１１…増幅工程                  Ｓ１２…粉末生成工程
Ｓ１３…混合工程
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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