(57)【要約】      （修正有）【課題】電気流体力学的な現象を利用した生体分子をプリンティングする装置。【解決手段】プリンティング装置において、導電性の素材からなり、上下方向に長く配置されており、生体分子溶液の収容部及び収容部の下端部に形成された吐出口を有する針状の電界形成第１電極と、上記電極の下方に配置され、上記電極の吐出口から吐出される生体分子溶液が落ちて付着される標的部を有する基板と、上記電極の下方に配置され、導電性の素材からなる電界形成第２電極と、上記第１電極及び上記第２電極と電気的に連結され、吐出口につるされている生体分子溶液の周りに電場が形成されるように、上記第１及び上記第２電極に電圧を印加して、電場の分布と、自由界面を有する生体分子溶液及び大気の誘電率の勾配との相互作用によって生体分子溶液の周りから生体分子溶液側に電気力を発生させて、生体分子溶液を基板の標的部に落とす電圧印加装置とを備えることを特徴とする。【選択図】図５
2006317455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置において、
導電性の素材からなり、上下方向に長く配置されており、前記生体分子溶液が収容される収容部、及び前記収容部と連結され、前記生体分子溶液がその収容部の外部に吐出されるように、その収容部の下端部に形成された吐出口を有する針状の電界形成第１電極と、
前記電界形成第１電極の下方に配置されており、前記電界形成第１電極の吐出口から吐出される生体分子溶液が落ちて付着される標的部を有する基板と、
前記電界形成第１電極の下方に配置されており、導電性の素材からなる電界形成第２電極と、
前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極と電気的に連結され、前記吐出口につるされている前記生体分子溶液の周りに電場が形成されるように、前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極に電圧を印加して、前記電場の分布と、自由界面を有する前記生体分子溶液及び大気の誘電率の勾配との相互作用によって前記生体分子溶液の周りから前記生体分子溶液側に電気力を発生させて、前記生体分子溶液を前記基板の標的部に落とす電圧印加装置と、
を備えることを特徴とする電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子をプリンティングする装置。 
【請求項２】
前記電界形成第１電極の吐出口の上方に配置されており、前記電界形成第１電極を支持するプリンタのボディーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項３】
前記電界形成第１電極と電圧印加装置は、前記電界形成第１電極の上端部に接続されている電極リード線により電気的に連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項４】
前記電圧印加装置は、前記吐出口につるされている前記生体分子溶液の周りに電場が形成されるように交流電圧及び直流電圧を同時に印加することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項５】
前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極には、５００Ｖないし１０,０００Ｖの前記直流電圧及び５００Ｖないし１０,０００Ｖの前記交流電圧が同時に印加されることを特徴とする請求項４に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項６】
前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極には、１０Ｈｚないし１,０００Ｈｚの前記交流電圧が印加されることを特徴とする請求項５に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項７】
１５５０Ｖの前記直流電圧並びに５００Ｖ及び１００Ｈｚの前記交流電圧が印加されることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項８】
前記基板は、シリコン、ガラス及びポリマーのうちの何れか一つを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項９】
前記基板は、平板状の平板部と、前記平板部から上方に突出した複数の突出部と、を有し、前記各突出部が前記基板の標的部であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項１０】
前記電界形成第２電極は、前記基板の標的部の周りを取り囲むように、その基板の表面に配置された環状の電極であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項１１】
前記電界形成第２電極は、前記電界形成第１電極とほぼ直交するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項１２】
前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極は、何れも金からなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項１３】
前記電界形成第１電極の吐出口の付近は、疎水性の処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【請求項１４】
前記電界形成第１電極は、同一ピッチで複数設けられており、前記基板には、複数の標的部が設けられており、その標的部は、前記電界形成第１電極とそれぞれ対応するように、その電界形成第１電極と同一ピッチで配置されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の電気流体力学的な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気流体力学的（ＥｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒｏＤｙｎｎａｍｉｃ：ＥＨＤ）な現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置に係り、さらに詳細には、プローブＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）、ＲＮＡ（Ｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）、ＰＮＡ（Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）、ＬＮＡ（Ｌｏｃｋｅｄ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ）などの核酸類；抗原、抗体などの蛋白質類；及びオリゴペプチド類のような生体分子の溶液を固体基板の表面上に落として固定化させ、バイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイを製作するための、ＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間ゲノムプロジェクトが驚異的に進むにつれて、遺伝病の診断、治療及び予防において莫大な量の遺伝子の情報を迅速に提供できる方法に対する要求が急増した。これまで塩基配列の分析法として使用されてきたサンガーの方法は、ＤＮＡを複製する重合酵素連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ＰＣＲ）法の開発及びその自動化などによって発展し続けてきたにもかかわらず、過程が面倒であり、長い時間や手間、コスト及び高度な熟練度を必要とするため、膨大な量の遺伝子を分析できず、新たな塩基配列の分析システムが摸索され続けた。このような時代的な要求に応じて、さる数年間バイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイの製作及び利用技術に関連した多くの分野において進展がみられている。
【０００３】
バイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイとは、シリコン、表面改質ガラス、ポリプロピレン、活性化ポリアクリルアミドのような固体の表面に塩基配列が知られた、少なくは数個、多くは数百個の塩基サイズのオリゴヌクレオチドプローブを数百ないし数十万個の所定の位置に付着させて微細集積させたチップの通称である。このようなバイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイに、分析しようとする標的ＤＮＡ断片を結合させれば、バイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイに付着されているプローブ及び標的ＤＮＡ断片上の塩基配列の相補的な程度によってそれぞれ異なる混成化結合状態をなすが、これを光学的な方法または放射化学的な方法などによって観察、かつ解析することによって、標的ＤＮＡの塩基配列を同定できる（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｂｙ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ；ＳＢＨ）。
【０００４】
このようなバイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイの製作に使用するプリンティング装置の一例が、特許文献１に開示されている。図１に示すように、前記プリンティング装置１は、プローブＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡなどの核酸類；抗原、抗体などの蛋白質類；及びオリゴペプチド類のような生体分子の溶液１０を吐出可能な吐出口２を有するキャピラリー３と、前記キャピラリー３を支持するプリンタボディー４と、前記生体分子溶液１０が固定化される標的部５と、を有し、前記吐出口２の下方に設置される基板６と、前記吐出口２の枠部に沿って前記プリンタボディー４に設置される電界形成第１電極７と、前記電界形成第１電極７と所定間隔離されて設置される電界形成第２電極８と、を備える。また、前記電界形成第１電極７及び前記電界形成第２電極８は、それぞれ電極第１リード線７ａ及び電極第２リード線８ａにより電圧印加装置９に連結されている。そして、前記電界形成第１電極７は、図２に示すように、長方形であってもよく、図３に示すように、円形であってもよい。
【０００５】
前述したように構成されたプリンティング装置１において、電圧印加装置９を駆動して電界形成第１電極７及び電界形成第２電極８に直流電圧及び交流電圧を同時に印加すれば、図１及び図４に示すように、前記電界形成第１電極７と電界形成第２電極８との間に電場が発生する。このように発生した電場の分布、自由界面を有する前記生体分子溶液１０及び大気の誘電率の勾配の相互作用によって、前記生体分子溶液１０の周りから前記生体分子溶液１０側へ、図１の矢印で示す方向に電気力が発生し、これにより、キャピラリー３の吐出口２につるされていた生体分子溶液１０の液滴が前記基板６の標的部５に落ちる。
【０００６】
ところが、前述したようなプリンティング装置１を使用して生体分子溶液１０をプリンティングした場合、キャピラリー３の吐出口２につるされている生体分子溶液１０の液滴がプリンタボディー４に広がる現象が発生し、特に、基板６にプリンティングされる生体分子溶液１０の液滴が、吐出口２の直径より非常に広い直径を有する。したがって、同じサイズの基板６に多くの生体分子溶液１０をプリンティングすることによって、高密度のバイオチップを製作するには限界がある。
【０００７】
また、電極第１リード線７ａが電界形成第１電極７と同じ平面上に配置されているので、電圧印加時に電極第１リード線７ａと電界形成第２電極８との間に発生した電場の分布、及び電極第１リード線７ａと電極第２リード線８ａとの間に発生した電場の分布が生体分子溶液１０に発生するＥＨＤ現象に影響を及ぼすだけでなく、電界形成第１電極７を複数個形成するのに限界があるという問題点もある。
【特許文献１】韓国特許出願第２００４−８８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、生体分子溶液を、ＥＨＤ現象を利用して、さらに小さなサイズ及び体積で基板に落として付着させるだけでなく、同じサイズの基板に多くの生体分子溶液をプリンティングすることによって、高密度のバイオチップを製作することが可能な、ＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を解決するために、本発明に係る、ＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置は、導電性の素材からなり、上下方向に長く配置されており、前記生体分子溶液が収容される収容部、及び前記収容部と連結され、前記生体分子溶液がその収容部の外部に吐出されるように、その収容部の下端部に形成された吐出口を有する針状の電界形成第１電極と、前記電界形成第１電極の下方に配置されており、前記電界形成第１電極の吐出口から吐出される生体分子溶液が落ちて付着される標的部を有する基板と、前記電界形成第１電極の下方に配置されており、導電性の素材からなる電界形成第２電極と、前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極と電気的に連結され、前記吐出口につるされている前記生体分子溶液の周りに電場が形成されるように、前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極に電圧を印加して、前記電場の分布と、自由界面を有する前記生体分子溶液及び大気の誘電率の勾配との相互作用によって前記生体分子溶液の周りから前記生体分子溶液側に電気力を発生させて、前記生体分子溶液を前記基板の標的部に落とす電圧印加装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、前記電界形成第１電極の吐出口の上方に配置されており、前記電界形成第１電極を支持するプリンタのボディーをさらに備えることが望ましい。
【００１１】
また、本発明によれば、前記電界形成第１電極と電圧印加装置は、前記電界形成第１電極の上端部に接続されている電極リード線により電気的に連結されていることが望ましい。
【００１２】
また、本発明によれば、前記電圧印加装置は、前記吐出口につるされている前記生体分子溶液の周りに電場が形成されるように交流電圧及び直流電圧を同時に印加することが望ましい。
【００１３】
また、本発明によれば、前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極には、５００Ｖないし１０,０００Ｖの前記直流電圧及び５００Ｖないし１０,０００Ｖの前記交流電圧が同時に印加されることが望ましい。
【００１４】
また、本発明によれば、前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極には、１０Ｈｚないし１,０００Ｈｚの前記交流電圧が印加されることが望ましい。
【００１５】
また、本発明によれば、１５５０Ｖの前記直流電圧並びに５００Ｖ及び１００Ｈｚの前記交流電圧が印加されることが望ましい。
【００１６】
また、本発明によれば、前記基板は、シリコン、ガラス、ポリマーのうちの何れか一つを含むことが望ましい。
【００１７】
また、本発明によれば、前記基板は、平板状の平板部と、前記平板部から上方に突出した複数の突出部と、を有し、前記各突出部が前記基板の標的部であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明によれば、前記電界形成第２電極は、前記基板の標的部の周りを取り囲むように、その基板の表面に配置された環状の電極であることが望ましい。
【００１９】
また、本発明によれば、前記電界形成第２電極は、前記電界形成第１電極とほぼ直交するように配置されていることが望ましい。
【００２０】
また、本発明によれば、前記電界形成第１電極及び電界形成第２電極は、何れも金からなることが望ましい。
【００２１】
また、本発明によれば、前記電界形成第１電極の吐出口の付近は、疎水性の処理が施されていることが望ましい。
【００２２】
また、本発明によれば、前記電界形成第１電極は、同一ピッチで複数設けられており、前記基板には、複数の標的部が設けられており、その標的部は、前記電界形成第１電極とそれぞれ対応するように、その電界形成第１電極と同一ピッチで配置されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子をプリンティングする装置によれば、生体分子溶液を、ＥＨＤ現象を利用して、さらに小さなサイズ及び体積で基板に落として付着させるだけでなく、同じサイズの基板に多くの生体分子溶液をプリンティングして高密度のバイオチップが製作可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る望ましい実施態様を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図５は、本発明の一実施態様に係る、ＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置を概略的に示す断面図であり、図６は、図５に示す基板の平面図であり、図７は、図５に示すプリンティング装置に電圧が印加された場合に生成される電場の分布を概略的に示す図面であり、図８ないし図１１は、図５に示すプリンティング装置を使用して生体分子溶液をプリンティングする過程を説明するための図面である。
【００２６】
図５ないし図１１に示すように、本発明の実施態様によっては、ＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液１０をプリンティングする装置１００は、電界形成第１電極２０と、基板３０と、プリンタボディー４０と、電界形成第２電極５０と、電圧印加装置６０と、を備える。
【００２７】
前記電界形成第１電極２０は、金、白金、銅、導電性ポリマー類、カーボンナノチューブのような導電性の素材から形成されうるが、金から形成されるのが望ましい。前記電界形成第１電極２０は、一方向に長く形成されており、全体的に針状に形成されており、上下方向に長く配置されている。前記電界形成第１電極２０の上端部には、電極リード線２１が接続されており、この電極リード線２１により、前記電界形成第１電極２０と後述する電圧印加装置６０とは電気的に連結されている。
【００２８】
前記電界形成第１電極２０は、収容部２２及び吐出口２３を備える。
【００２９】
前記収容部２２は、プローブＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡなどの核酸類；抗原、抗体などの蛋白質類；及びオリゴペプチド類のような生体分子の溶液１０が収容される部分である。
【００３０】
前記吐出口２３は、前記収容部２２の下端部に形成されており、その収容部２２と連結されている。前記吐出口２３の内径は、非常に小さく形成されているので、外部から力が加えられなければ、生体分子溶液１０が表面張力により重力に耐えてその吐出口２３につるされている。前記吐出口２３を通じて前記収容部２２に収容されている生体分子溶液１０は、後述するＥＨＤ現象によりその収容部２２の外部に吐出可能である。前記吐出口２３の付近は、疎水性の処理が施されているのが好ましく、この場合、前記生体分子溶液１０の接触角が大きくなって、生体分子溶液１０は、吐出口２３の側方に流れない。
【００３１】
前記基板３０は、バイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイを構成するものであって、シリコン、ガラス、ポリマーのうちの何れか一つを含んで形成されうるが、シリコンから形成されるのが望ましい。前記基板３０は、前記電界形成第１電極２０の下方に配置されている。前記基板３０には、標的部３１が形成されている。前記標的部３１に、前記電界形成第１電極２０の吐出口２３から吐出される生体分子溶液１０が落ちて付着される。
【００３２】
前記プリンタボディー４０は、前記電界形成第１電極２０の前記吐出口２３の上方に配置されている。前記プリンタボディー４０は、前記電界形成第１電極２０を支持するものであり、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などからなっている。前記プリンタボディー４０は、別途の駆動装置（図示せず）によりｘ、ｙ及びｚ軸方向に３次元的に移動が可能である。したがって、前記別途の駆動装置を駆動させて、前記プリンタボディー４０に支持されている前記電界形成第１電極２０を前記標的部３１の上方に移動させて、その標的部３１と所定の距離離されるように配置させ得る。
【００３３】
前記電界形成第２電極５０は、前記標的部３１の周りを取り囲むように前記基板３０の表面に形成され、全体的に環状になっている。前記電界形成第２電極５０は、金、白金、銅、導電性のポリマー類、カーボンナノチューブのような導電性の素材から形成されうるが、金から形成されるのが望ましい。前記電界形成第２電極５０は、前記電界形成第１電極２０と離されて、その電界形成第１電極２０の下方に配置される。また、前記電界形成第２電極５０は、その表面が前記電界形成第１電極２０の仮想の中心軸線とほぼ直交するように配置されるのが望ましい。前記電界形成第２電極５０は、導電性の素材から形成される電極リード線５１と接続しており、この電極リード線５１により、前記電界形成第２電極５０と後述する電圧印加装置６０とは電気的に連結されている。
【００３４】
前記電圧印加装置６０は、前記電界形成第１電極２０及び電界形成第２電極５０と電気的に連結されている。前記電圧印加装置６０は、前記電極リード線２１及び５１を通じて前記電界形成第１電極２０及び電界形成第２電極５０に直流電圧及び交流電圧を同時に印加でき、このような直流電圧及び交流電圧の印加によって、前記吐出口２３につるされている前記生体分子溶液１０の周りに、図７に示すような電場が形成される。このように、前記電界形成第１電極２０と電界形成第２電極５０との間に直流電圧及び交流電圧が印加されれば、その電界形成第１電極２０と電界形成第２電極５０との間に電場が分布され、自由界面を有する前記生体分子溶液１０と大気との間には誘電率の勾配が発生して、これにより、前記電場の分布及び誘電率の勾配の相互作用によって、前記生体分子溶液１０の周りから前記生体分子溶液１０側に電気力が発生して、前記生体分子溶液１０が前記基板３０の前記標的部３１に落ちる。
【００３５】
一方、図７に示す電場の分布は、電荷の不均一な分布に起因して、図４に示す従来の電場の分布に比べて、生体分子溶液１０の接触角θが４５°ないし９０°の位置ではるかに厚く形成される。したがって、前記吐出口２３につるされている生体分子溶液１０の液滴には、従来に比べてさらに大きな電気力が作用して、生体分子溶液１０の液滴をさらに小さなサイズ及び体積で前記基板３０に落とす。
【００３６】
前記電圧印加装置６０によって、５００Ｖないし１０,０００Ｖの直流電圧と、５００Ｖないし１０,０００Ｖ及び１０Ｈｚないし１,０００Ｈｚの交流電圧とが同時に印加される。前記のような電圧の範囲及び周波数の範囲を逸脱した直流電圧及び交流電圧を印加した場合、前記生体分子溶液１０に適切な電場を形成させて、前記生体分子溶液１０を前記基板３０に効率的に落とせないため望ましくない。そして、１５５０Ｖの前記直流電圧並びに５００Ｖ及び１００Ｈｚの前記交流電圧が印加されることが最も望ましい。
【００３７】
以下、本発明の一実施態様である、ＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置１００を使用して生体分子溶液１０をプリンティングする過程の一例を図８ないし図１１を参照しつつ詳細に説明する。
【００３８】
まず、駆動装置を駆動して電界形成第１電極２０が支持されているプリンタボディー４０を基板３０の標的部３１の上方に移動させる。その後に、プローブＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡなどの核酸類；抗原、抗体などの蛋白質類；及びオリゴペプチド類のような生体分子の溶液１０を電界形成第１電極２０の収容部２２に供給する。このとき、電界形成第１電極２０は、その下端部に吐出口２３が形成されているが、その吐出口２３の内径は、非常に狭く形成されているので、外部から力が加えられなければ生体分子溶液１０が表面張力により重力に耐えて吐出口２３につるされる。
【００３９】
このように、生体分子溶液１０を供給した後に、電圧印加装置６０に電界形成第１電極２０及び電界形成第２電極５０に５００Ｖないし１０,０００Ｖの直流電圧と、５００Ｖないし１０,０００Ｖ及び１０Ｈｚないし１,０００Ｈｚの交流電圧とを同時に印加して、吐出口２３につるされている生体分子溶液１０の周りに、図８に示すような電場を形成させる。
【００４０】
このように、吐出口２３の円周方向の接線方向に作用する表面張力により、重力に耐えてつるされている生体分子溶液１０の周りに電場が加えられれば、図７に示すように、接触角及び曲律半径を有している生体分子溶液１０の周りに、曲線型の電位線が分布する。この電場の分布と、自由界面を有する生体分子溶液１０の液滴及び大気の誘電率の勾配との相互作用によって、生体分子溶液１０の液滴の周りから生体分子溶液１０の液滴へのＥＨＤ力が発生する。この力は、特に、生体分子溶液１０の液滴の下部面より電界形成第１電極２０と接触している接触点の近傍である生体分子溶液１０の液滴の上側にさらに強く作用して、図８のように、全体的に生体分子溶液の液滴の上側に集中分布する。これにより、生体分子溶液１０の液滴は変形を起こして、図９のような形態を有する。
【００４１】
このようになった後には、図９のように、上部が凹状に変形した生体分子溶液１０の液滴の周りに、さらに勾配が生じた電場が分布され、この結果、変形された生体分子溶液１０の液滴の上部にさらに強いＥＨＤ力が集中する。この力は、生体分子溶液１０の液滴をさらに変形させて、図１０のように、上側に首状部を有する生体分子溶液１０の液滴を形成させる。生体分子溶液１０の液滴の首状部でさらに集中する電気力によって、結局、生体分子溶液１０の液滴は、図１１のように二つの生体分子溶液１０の液滴に分離され、これによって、電界形成第１電極２０の吐出口２３で表面張力によりつるされていた生体分子溶液１０の液滴を、下方に配置された基板３０の標的部３１に落とし得る。
【００４２】
本発明の実施態様においては、電界形成第１電極２０が一方向に長く形成された針状になっており、これにより、この電界形成第１電極２０に供給される電荷が不均一に分布するので、電界形成第１電極２０と電界形成第２電極５０との間には、図７に示すような電場が形成される。このように形成された電場の分布は、図４に示す従来の電場の分布に比べて、生体分子溶液１０の接触角θが４５°ないし９０°の位置ではるかに厚く形成される。したがって、吐出口２３につるされている生体分子溶液１０の液滴には、従来に比べてさらに大きな電気力が作用して、その生体分子溶液１０の液滴をさらに小さなサイズ及び体積で前記基板の標的部３１に落とし得る。
【００４３】
そして、基板に複数の標的部が形成されるように構成して、生体分子溶液１０をその各標的部ごとにプリンティングすれば、従来とは異なり、同じサイズの基板３０に多くの生体分子溶液１０をプリンティングすることが可能となるので、高密度のバイオチップを製作することも容易となるという長所もある。
【００４４】
このように、本発明によれば、従来とは異なり、生体分子溶液をさらに小さなサイズ及び体積で基板にプリンティングできるという点を定量的に確認するために、次のような実験を行った。
【００４５】
生体分子溶液としては、５’−ＧＣＣＴＧＡ ＴＡＧ ＧＧＴ ＧＣＴ ＴＧＣ ＧＡＧ Ｔ−３’なるオリゴヌクレオチド配列を有するＣ型肝炎ウイルス（ＨＣＶ）を含む溶液を選択した。そして、電界形成第１電極を、それぞれ内径が２１０μｍ、１１０μｍになるように形成して、その各電界形成第１電極に対して実験を行った。そして、従来のプリンティング装置と比較するために、図２に示すように、電界形成第１電極を２２ｍｍ（長さ）×２２ｍｍ（幅）×１５ｍｍ（厚さ）の平板状に形成し、キャピラリーの吐出口の内径を１００μｍにした場合と、電界形成第１電極を４ｍｍの直径の円形に形成し、キャピラリーの吐出口の直径を１００μｍにした場合についても実験を行った。
【００４６】
まず、本発明のプリンティング装置においては、電界形成第１電極と電界形成第２電極とが相互に６.５ｍｍ離れるように配置した後に、１ｎＭのＤＮＡ溶液を１０μｍ／ｍｉｎでキャピラリーに供給し、その後に、１５００Ｖの直流電圧並びに５００Ｖ及び１００Ｈｚの交流電圧を電界形成第１電極と電界形成第２電極とに同時に印加する。その後に、吐出口につるされている生体分子溶液を経時的に撮影して、図１２ないし図１５に示す写真を得た。
【００４７】
これらの図面に示すように、生体分子溶液１０を電界形成第１電極２０の収容部２２に供給すれば、図１２に示すように、その生体分子溶液１０は、電界形成第１電極の吐出口２３につるされており、この状態で直流電圧及び交流電圧を印加して、９.０４秒後の吐出口２３につるされている生体分子溶液１０は、図１３に示す通りである。そして、９.１０秒後の生体分子溶液１０には、図１４に示すように、首状部が形成され、９.１３秒後には、図１５に示すように、生体分子溶液１０の液滴が基板３０の標的部３１にプリンティングされる。
【００４８】
このようにプリンティングされた生体分子溶液の液滴のサイズ及び体積を測定して記録し、その測定値を次の表１に記録した。
【００４９】
そして、本発明のプリンティング装置と比較するために、従来のプリンティング装置についても同様に実験を行い、その記録も表１に記録した。
【００５０】
【表１】
2006317455.tif 000003
【００５１】
前記表１に表すように、本発明のプリンティング装置を使用して生体分子溶液をプリンティングすれば、そのプリンティングされた液滴のサイズ及び体積が従来に比べて顕著に減ることが確認できる。
【００５２】
本発明のプリンティング装置においては、電界形成第１電極２０と電気的に連結された電極リード線２１が電界形成第１電極２０の上端部に接続されているので、電圧の印加時にその電極リード線２１が電界形成第１電極２０と電界形成第２電極５０との間に発生する電場の分布に影響を及ぼさないだけでなく、電界形成第１電極２０を複数個形成することも容易となるという長所もある。
【００５３】
また、上記本発明のプリンティング装置においては、基板の表面が平坦に形成されており、その基板には、一つの標的部のみが形成されており、その標的部を取り囲むように環状の電界形成第２電極が備えられているが、図１６に示すように、基板７０の表面に複数の突出部７２を形成させ、その突出部７２が標的部となるように構成することもできる。図１６に示すように、前記基板７０は、平板状の平板部７１と、前記平板部７１から上方に突出した複数の突出部７２とを有する。前記突出部７２は、同一ピッチで配列されている。前記各突出部７２は、前記電界形成第１電極２０の吐出口２３から吐出される生体分子溶液１０が落ちて付着される標的部である。そして、電界形成第２電極８０は、前記基板７０の下面に配置されており、その基板７０の下面と同じ形状になっている。前記電界形成第２電極８０は、基板７０を支持するステージ９０に設置されており、このステージは、コンベヤーなどにより移動できる。
【００５４】
このように構成された、ＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置２００においては、生体分子溶液１０をプリンティングしようとする突出部７２の上方に電界形成第１電極２０が位置するように、別途の駆動装置を駆動させてプリンタボディー４０を移動させた後に、電界形成第１電極２０及び電界形成第２電極８０に直流電圧及び交流電圧を印加して、生体分子溶液１０を基板７０の突出部７２に落とす。そして、再び駆動装置を駆動してプリンタボディー４０を移動させて、他の突出部７２の上方に電界形成第１電極２０を位置させ、再び電界形成第１電極２０及び電界形成第２電極８０に直流電圧及び交流電圧を印加して生体分子溶液１０をプリンティングする。このような方式でプリンタボディー４０を移動させて全ての突出部７２に対して生体分子溶液１０を落として固定させ得る。
【００５５】
このように、全ての突出部７２に生体分子溶液１０をプリンティングしてバイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイを製作し、そのバイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイに、分析しようとする標的ＤＮＡ断片を結合させれば、突出部７２は、凹部によって相互隔離されているので、実験者は、各突出部７２に形成された混成化結合のみを光学的な方法または放射化学的な方法などによって観察でき、さらに正確に標的ＤＮＡの塩基配列を分析できる。
【００５６】
図１６に示す本発明の一実施態様においては、電界形成第１電極２０が一つ設けられており、その電界形成第１電極２０が別途の駆動装置により３次元的に移動して、基板７０の各突出部７２に生体分子溶液をプリンティングするように構成されているが、図１７に示すように、電界形成第１電極２０を基板７０の各突出部７２に対応するように複数個設けて構成してもよい。このように構成された前記電界形成第１電極２０は、基板７０の突出部７２と同じピッチで配列されており、これにより、各突出部７２は、各電界形成第１電極２０と対応する。そして、前記電界形成第１電極２０は、電気的に連結されており、その電界形成第１電極２０の一つは、電極リード線２１により電圧印加装置６０と電気的に連結されている。したがって、電圧印加装置６０を駆動させれば、全ての電界形成第１電極２０に電圧が印加される。
【００５７】
このように構成されたＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置３００においては、他の種類の生体分子溶液を同時にプリンティングしようとするときに特に有効である。図１８は、図１７に示す装置を使用して基板７０に生体分子溶液をプリンティングする態様を示す図面であって、ＥＨＤ現象を利用して複数枚の基板、すなわち、バイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイを製作する状態を示している。図１８に示すように、一つの基板７０への生体分子溶液のプリンティングが終われば、自動的に基板７０を支持するステージ９０が移動し、これにより、他の基板７０に連続的に生体分子溶液をプリンティングすることができる。
【実施例】
【００５８】
前述したような本発明に係る、ＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子溶液をプリンティングする装置を使用してマイクロアレイを製作した後に、病原性バクテリアの検出を行った。
【００５９】
表２には、５種の病原性バクテリア細胞に対する捕獲プローブ配列が列挙されている。呼吸器感染性の疾患に特異的なそれぞれのオリゴヌクレオチドプライマーを考案して適用した。マイクロアレイに対する捕獲プローブを一般的なフォスフォラミダイト合成（韓国、バイオニア（Ｂｉｏｎｅｅｒ））によって合成し、混成化反応効率を向上させ、ＤＮＡマイクロアレイの表面を固定するために全ての捕獲プローブの５’末端をＮＨ２（ＣＨ２）６でラベルした。効率的に捕獲プローブを固定するために、２０μＭの捕獲プローブ、２.２５ｍＭのポリエチレングリコールを６.２５ｍＭのＮａ２ＳＯ４、５０％のホルムアミドと混合した。供給者が推奨する過程によって、シリコン基材マイクロアレイチップ（韓国、Ｓａｍｓｕｎｇ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＳＡＩＴ））上にＥＨＤ法で分散させた捕獲プローブを、非特異的な結合を遮断するために、遮断緩衝液（韓国、ＳＡＩＴ）で処理した。
【００６０】
【表２】
2006317455.tif 000004
【００６１】
その後、上記捕獲プローブを、９５℃で５分間沸騰させた後、供給者が推奨する過程によってＱＩＡａｍｐ ＤＮＡミニキット（ドイツ、キアゲン（Ｑｉａｇｅｎ））を使用して（各バクテリア細胞の溶解に使用される細胞の数に該当する０.９×１０５細胞から）各バクテリアゲノムＤＮＡを準備した。
【００６２】
その後、上記溶解した細胞から遊離したＤＮＡを定量するための、重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）の増幅にアジレント・バイオアナライザーを使用した。プライマーの下記の対をＰＣＲのために使用した。プライマーＡは５’−Ｃｙ３−ＣＣＡ ＫＡＣ ＴＣＣ ＴＡＣ ＧＧＧ ＡＧＧ ＣＷ−３’；プライマーＢは５’−Ｃｙ３−ＧＴＡ ＴＴＡ ＣＣＧ ＣＲＲ ＣＴＧ ＣＴＧ ＧＣＡ Ｃ−３’。プライマーのこの対は、１６ＳリボソームＲＮＡをコーディングする遺伝子のそれぞれの末端に相補的であり、ＰＣＲ中にその全体コーディング領域の増幅を可能にする。ＰＣＲ増幅を３０周期（９５℃で１分間前変性、９５℃で５秒間変性、６０℃で１３秒間アニーリング、及び７２℃で１５秒間延長、及び７５℃で１分間追加延長）の間、Ｔａｑポリメラーゼ（韓国、ソルゲント（Ｓｏｌｇｅｎｔ））を使用して行った。増幅されたＤＮＡを市販のＤＮＡ ５００サイジング試薬セットを使用して、アジレント・バイオアナライザー２１００（カリフォルニア州のパロ・アルト、アジレント・テクノロジー）で分析した。増幅後に、供給者が推奨する過程によって生成物をＱＩＡｑｕｉｃｋ ＰＣＲ増幅キット（ドイツ、２８１０６、キアゲン）で精製した。
【００６３】
次いで、Ｃｙ３−ラベルＰＣＲ生成物を混成化緩衝液（３０μｌ、韓国、サイト（ＳＡＩＴ））及び６０μｌの蒸溜水と混合し、９５℃で５分間加熱して変成した。６０μｌの変性１０ｎＭ ＰＣＲ生成物を混成化パッチ（６０μｌ、韓国、サイト）に挿入し、４２℃で１時間混成化を行った。混成化の後、マイクロアレイを室温で洗浄緩衝液Ｉ（３×ＳＳＣ）、次いで、緩衝液ＩＩ（１×ＳＳＣ）でそれぞれ５分間洗浄し、十分に空気乾燥した。マイクロアレイを５３２ｎｍ（６００ ＰＭＴ ｇａｉｎ）でＧｅｎｅＰｉｘＴＭ ４０００Ｂアレイスキャナー（米国、カリフォルニア州のポスターシティ、アクソンインストルメンツ）でスキャンした。ここで、Ｃｙ３−ラベルＰＣＲ生成物を混成化に使用し、マイクロアレイをスキャンし、病原性バクテリア細胞の類型に特異的な捕獲プローブで１列に２部位ずつアドレッシングした。そして、図１９に示す１、２、３、４、５は、それぞれレーン１、レーン２、レーン３、レーン４、レーン５を表し、そのレーンには、順にそれぞれＨ１−Ｒ２−１、ＫＰ−Ｆ２−１、ＭＰ−Ｆ１−４、ＳＰ−Ｆ２−３、ＳＡ−Ｆ１−２が固定されている。また、図１９に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、それぞれヘルモフィルスインフルエンザ、クレブシエラ・ニューモニエ、マイコプラズマ・ニューモニエ、肺炎連鎖球菌、黄色ブドウ球菌が検出されたマイクロアレイをそれぞれ表す。
【００６４】
前述したように実験すれば、次のような結果を導出可能である。
【００６５】
ＤＮＡの安定性に対する高電場の影響を調べるために、単一針状の電極分散器を使用したケイ素基材チップ上でＥＨＤ法によって５種の捕獲プローブを製造した。混成化及び洗浄段階後にＤＮＡスポット強度を確認した。図１９に示すように、標的バクテリアの核酸がＤＮＡマイクロアレイによって検出されるということが明らかに表された。これは、ＤＮＡマイクロアレイを製造するために、ＤＮＡの安定性を損なうことなくＥＨＤ法によってＤＮＡが効率的に分散されるということを示す。また、４２℃で１時間の混成化した後、病原性バクテリアはそれぞれ顕著な信号レベルを示し（図１９；Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）、信号対ノイズの比率が、交差混成化を伴うことなく１０倍以上であった。この結果より、ＥＨＤ法を使用した急速分散によるＤＮＡマイクロアレイが、呼吸器感染関連の病源体の検出において成功裏に行われるということを見出した。
【００６６】
以上、本発明を望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想内で当業者によって多様な多くの変形が可能であるということは明らかである。
【００６７】
例えば、本実施例では、プリンタのボディーが備えられているが、プリンタのボディーが備えられていなくてもよい。
【００６８】
また、本実施例では、電界形成第１電極及び電界形成第２電極に交流電圧と直流電圧とが同時に印加されるように構成されているが、交流電圧のみを印加させるか、または直流電圧のみを印加させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、生体分子溶液のプリンティング装置に関連した技術分野に好適に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】従来のＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子をプリンティングする装置の一例を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示すプリンティング装置に備えられた平板状の電極を概略的に示す平面図である。
【図３】図１に示すプリンティング装置に備えられた円形の電極を概略的に示す平面図である。
【図４】図１に示すプリンティング装置に電圧が印加された場合に生成される電場の分布を概略的に示す図面である。
【図５】本発明の一実施態様に係るＥＨＤ現象を利用して基板上に生体分子をプリンティングする装置を概略的に示す断面図である。
【図６】図５に示す基板の平面図である。
【図７】図５に示すプリンティング装置に電圧が印加された場合に生成される電場の分布を概略的に示す図面である。
【図８】図５に示すプリンティング装置を使用して生体分子溶液をプリンティングする過程を説明するための図面である。
【図９】図５に示すプリンティング装置を使用して生体分子溶液をプリンティングする過程を説明するための図面である。
【図１０】図５に示すプリンティング装置を使用して生体分子溶液をプリンティングする過程を説明するための図面である。
【図１１】図５に示すプリンティング装置を使用して生体分子溶液をプリンティングする過程を説明するための図面である。
【図１２】図５に示すプリンティング装置を使用してシリコン基板に生体分子溶液をプリンティングする過程を撮影した写真である。
【図１３】図５に示すプリンティング装置を使用してシリコン基板に生体分子溶液をプリンティングする過程を撮影した写真である。
【図１４】図５に示すプリンティング装置を使用してシリコン基板に生体分子溶液をプリンティングする過程を撮影した写真である。
【図１５】図５に示すプリンティング装置を使用してシリコン基板に生体分子溶液をプリンティングする過程を撮影した写真である。
【図１６】本発明の他の実施態様に係るＥＨＤ現象を利用して、基板上に生体分子をプリンティングする装置を概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施態様に係るＥＨＤ現象を利用して、基板上に生体分子をプリンティングする装置を概略的に示す断面図である。
【図１８】図１７に示す装置を使用して、基板に生体分子溶液を連続的にプリンティングする態様を概略的に示す図面である。
【図１９】図５に示すプリンティング装置を使用して製作したマイクロアレイを使用して、病原性のバクテリア細胞を検出したものを撮影した写真である。
【符号の説明】
【００７１】
１    プリンティング装置
２    吐出口
３    キャピラリー
４    プリンタボディー
５    標的部
６    基板
７    電界形成第１電極
７ａ  電極第１リード線
８    電界形成第２電極
８ａ  電極第２リード線
９    電圧印可装置
１０  生体分子
２０  電界形成第１電極
２１  電極リード線
２２  収容部
２３  吐出口
３０  基板
３１  標的部
４０  プリンタボディー
５０  電界形成第２電極
５１  電極リード線
６０  電圧印加装置
７０  基板
７１  平板部
７２  突出部
８０  電界形成第２電極
９０  ステージ
１００  プリンティング装置
２００  プリンティング装置
３００  プリンティング装置
【図１】
2006317455.tif 000005
【図２】
2006317455.tif 000006
【図３】
2006317455.tif 000007
【図４】
2006317455.tif 000008
【図５】
2006317455.tif 000009
【図６】
2006317455.tif 000010
【図７】
2006317455.tif 000011
【図８】
2006317455.tif 000012
【図９】
2006317455.tif 000013
【図１０】
2006317455.tif 000014
【図１１】
2006317455.tif 000015
【図１６】
2006317455.tif 000016
【図１７】
2006317455.tif 000017
【図１８】
2006317455.tif 000018
【図１２】
2006317455.tif 000019
【図１３】
2006317455.tif 000020
【図１４】
2006317455.tif 000021
【図１５】
2006317455.tif 000022
【図１９】
2006317455.tif 000023
【配列表】
2006317455000001.app