(57)【要約】【課題】ＤＮＡチップ内の既知ＤＮＡ断片領域を傷つけることなく、迅速にハイブリダイゼーションできるＤＮＡチップ作製装置を得る。【解決手段】本発明のＤＮＡチップ作製装置は、表面上に既知のＤＮＡ断片を高密度に整列して配置したＤＮＡチップ１と、ＤＮＡチップを加熱する加熱手段とを備え、ＤＮＡチップに検体ＤＮＡ溶液またはＲＮＡを一定量滴下して反応させるもので、ＤＮＡチップは、縁部を凸状とし中央部を凹状としたもので、この凸状部にシール部材を設け、そのシール部材８の上面に矩形状のカバー部９を設けたものとし、加熱手段は、冷却機能も有する加熱・冷却部１０としてＤＮＡチップの側面に設け、かつＤＮＡチップ１の裏面に振動部１１を設けたものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面上に既知のＤＮＡ断片を高密度に整列して配置したＤＮＡチップと、前記ＤＮＡチップを加熱する加熱手段とを備え、前記ＤＮＡチップに検体ＤＮＡ溶液またはＲＮＡを一定量滴下して反応させるＤＮＡチップ作製装置において、
前記ＤＮＡチップは、縁部を凸状とし中央部を凹状としたもので、前記ＤＮＡチップの凸状部にシール部材を設け、そのシール部材の上面に矩形状のカバー部を設けたものとし、前記加熱手段は、冷却機能を有する加熱・冷却部として前記ＤＮＡチップの側面に設け、かつ前記ＤＮＡチップ１の裏面に振動部を設けたことを特徴とするＤＮＡチップ作製装置。
【請求項２】
前記シール部材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはニトリルブタジェンゴム（ＮＢ）を基材とし、前記カバー部は、ガラス、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、アルミ、ステンレスの少なくとも一つの基材としたことを特徴とする請求項１記載のＤＮＡチップ作製装置。
【請求項３】
前記カバー部は、検体ＤＮＡ溶液の中に挿入しＤＮＡの拡散・移動速度および方向を自在にコントロールする電極の電極挿入口と、検体を供給する検体供給口と、検体排出口と、前記検体ＤＮＡ溶液の温度を検出する温度センサの温度センサ挿入口とを設けたことを特徴とする請求項２記載のＤＮＡチップ作製装置。
【請求項４】
前記加熱・冷却部をペルチェ素子とし、前記温度センサを白金側温体または熱電対として、前記温度センサの測定値によって前記加熱・冷却部の電圧・電流を制御する制御部を設けたことを特徴とする請求項３記載のＤＮＡチップ作製装置。
【請求項５】
前記振動部は、水晶振動子または超音波発振子から形成された振動子とし、前記振動子の底部に前記振動子を前記ＤＮＡチップの裏面に接触させた状態でＸＹ方向に移動させる移動手段を配設したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＤＮＡチップ作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオ分野において遺伝子発現や１塩基多型の解析に用いられているＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）を作製するＤＮＡチップ作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、酵母菌で約６０００個、ヒトゲノムで３〜４万個の遺伝子発現、個人個人の塩基配列タンパク質の機能を網羅的に解明するために、スライドガラスなどの基板から形成させたＤＮＡチップ技術が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８３号公報（第１―２頁）
【０００４】
この技術の目的は、光リソグラフィ法、スポッティング法、インクジェット法などを用いて、スライドガラスなどを基板とし、その表面をポリ−Ｌ−リシンやポリジメチルシロキサンなどのポリマーが一定の厚さでコーティングされたＤＮＡチップ上に、数千から数万種類のオリゴヌクレオチドを合成したり、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）装置の温度サイクルを２０〜３０回繰り返すことにより増幅された既知のＤＮＡ断片を高密度に整列して固定させる。次に、患者および健常者の血液、体液、毛髪などから抽出されたｃＤＮＡ（相補的ＤＮＡ）を一定量滴下して相補的な塩基同士をハイブリダイゼーション（反応；以下ハイブリと略す）させることにより、一枚のＤＮＡチップに固定化された数百から数万種類のＤＮＡ（遺伝子）の発現情報が得られる。
以下に、既知のＤＮＡ断片とｃＤＮＡのハイブリによるＤＮＡチップ作製方法について、図面を用いて説明する。
図５（ａ）、（ｂ）において、１は多数の既知のＤＮＡ断片が高密度に整列して固定化されたＤＮＡチップ、２は患者および健常者から抽出された検体ＤＮＡ溶液、３は検体ＤＮＡ溶液２を既知のＤＮＡ断片上に拡散させるとともに、溶液の乾燥を防ぐためのカバーガラス、４はハイブリを行うボックス、５は水分が染み込まれたペーパー、６は円柱状のステンレス棒、７はボックス内の湿度を維持するための蓋である。
以上の構成において、ＤＮＡチップ１において、酵母菌で約６０００種類、ヒトゲノムで３〜４万個の既知のＤＮＡ断片が高密度に配置・固定化され、図示していないマイクロピペットを用いて検体ＤＮＡ溶液２を一定量滴下したあと、カバーガラス３を静かにかぶせることにより、ＤＮＡチップ１上に固定化されたＤＮＡ断片の全面に検体ＤＮＡ溶液２を拡散させる。次に、水分を染み込ませたペーパー５をボックス４内の底部に敷き、そのペーパー５の左右にステンレス捧６を置き、そのステンレス棒６の上にカバーガラス３を被せたＤＮＡチップ１を置いた後、蓋７をセットして図示していない恒温槽内で一定時間、ハイブリを行う。
上記のようなＤＮＡチップ作製方法において、特殊な設備を必要とせず、一定の温度と湿度を管理するだけで、数千から数万種類のＤＮＡ断片と患者および健常者の血液や体液から抽出されたｃＤＮＡをハイブリさせることができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＤＮＡチップ作製方法においては、既知のＤＮＡ断片とｃＤＮＡのハイブリが自然拡散のみで行っているため、反応終了までに１０時間以上必要となるので、一日あたりの処理数が不足してしまう。また、カバーガラスを用いているため、取り外す際にＤＮＡチップの表面を傷つける可能性があるなどの問題があった。
そこで、本発明の目的は、ＤＮＡチップ内の既知ＤＮＡ断片領域を傷つけることなく、迅速にハイブリダイゼーションできるＤＮＡチップ作製装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明はつぎの構成にしている。
（１）表面上に既知のＤＮＡ断片を高密度に整列して配置しＤＮＡチップと、前記ＤＮＡチップを加熱する加熱手段とを備え、前記ＤＮＡチップに検体ＤＮＡ溶液またはＲＮＡを一定量滴下して反応させるＤＮＡチップ作製装置において、  前記ＤＮＡチップは、縁部を凸状とし中央部を凹状としたもので、前記ＤＮＡチップの凸状部にシール部材を設け、そのシール部材の上面に矩形状のカバー部を設けたものとし、前記加熱手段は、冷却機能を有する加熱・冷却部として前記ＤＮＡチップの側面に設け、かつ前記ＤＮＡチップ１の裏面に振動部を設けたものである。
本構成によれば、最適な温度と振動を付与するので、検体の溶液に溶解している多種類のＤＮＡが拡散・移動しやすく、したがって、短時間にハイブリさせることができる。
（２）前記シール部材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはニトリルブタジェンゴム（ＮＢ）を基材とし、前記カバー部は、スライドガラス、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、アルミ、ステンレスの少なくとも一つの基材としたものである。
本構成によれば、上記シール部材を介してＤＮＡチップ１とカバー部が密接しているため、長期使用しても検体ＤＮＡ溶液が系外に漏れ出す恐れがない。
（３）前記カバー部は、検体ＤＮＡ溶液の中に挿入しＤＮＡの拡散・移動速度および方向をコントロールする電極の電極挿入口と、検体を供給する検体供給口と、検体排出口と、前記検体ＤＮＡ溶液の温度を検出する温度センサの温度センサ挿入口とを設けたものである。
本構成によれば、検体ＤＮＡ溶液に直流電圧を印加することで、電気浸透流を形成でき、微小電極の極性を切り替えることで、ＤＮＡの拡散・移動速度および方向を自在にコントロールすることができる。また、検体ＤＮＡ溶液の温度測定ができるので、既知のＤＮＡ断片と検体ＤＮＡとのハイブリに最適な温度を維持することができる。また、検体供給口および検体排出口より検体ＤＮＡおよび洗浄液を導入・排出できるので、ハイブリから洗浄・乾燥までの一連の操作を自動で行うことができる。したがって、ランニングコストの低減化を図ることができる。
（４）前記加熱・冷却部をベルチェ素子とし、前記温度センサを白金側温体または熱電対として、前記温度センサの測定値によって前記加熱・冷却部の電圧・電流を制御する制御部を設けたものである。
本構成によれば、ＤＮＡチップの側面から加熱冷却し、裏面から微小な振動を付与しているので、抽出されたＤＮＡの拡散・移動速度をより一層促進させることができるので、ハイブリ時間の短縮化が可能となる。
（５）前記振動部は、水晶振動子または超音波発振子から形成された振動子とし、前記振動子の底部に前記振動子を前記ＤＮＡチップの裏面に接触させた状態でＸＹ方向に移動させる移動手段を配設したものである。
本構成によれば、振動子を移動させながら検体ＤＮＡ溶液に微小な振動を付与するので、数百から数万種類のＤＮＡの拡散・移動速度及び距離を増大することができ、ハイブリダイゼーションの時間をより一層短縮することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示すＤＮＡチップ作製装置の側断面図である。図において、１はＤＮＡチップ、２は検体ＤＮＡ溶液、８はシール部材、９はカバー部、１０は加熱・冷却部、１１は振動部である。
ＤＮＡチップ１は、凹状をしておりこの凹状部に既知のＤＮＡが高密度に整列して配置している。
シール部材８はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用い、カバー部９はガラスとした。加熱・冷却部１０はペルチェ素子を用い、振動部１１は超音波振動子を用いた。
次に、動作について述べる。
▲１▼ＤＮＡチップ１上にシール部材８とカバー部９をセットする。
▲２▼次に、検体ＤＮＡ溶液２に対して、ＤＮＡチップ１の側面に配置された加熱・
冷却部１０により、２０〜８０℃の範囲に加熱・冷却するとともに、ＤＮＡチップ１の裏面に密接している振動部１１によって、検体ＤＮＡ溶液２に微小の振動を付与する。
この実施の形態のＤＮＡチップ作製装置は、検体ＤＮＡ溶液２に対して強制的な温度変化と微小振動を付与することにより、ハイブリダイゼーションの時間を短くすることができる。
本実施形態によれば、ＤＮＡチップ１とカバー部９はシール部８を介して密に接しているため、多少の振動を与えても検体ＤＮＡ溶液２が系外に漏れ出す恐れがない。また、ＤＮＡチップ１の両側面に設置された加熱・冷却部１０の温度を一定に維持したり、間欠的に加熱・冷却を繰り返すことで、検体ＤＮＡ溶液中に熱分布を形成できるため、検体ＤＮＡに存在する数百から数万種類のＤＮＡが拡散・移動しやすくなっているとともに、ＤＮＡチップ１の裏面から微小振動を与えているので、振動による拡散と温度変化による拡散との相乗効果によりハイブリの時間を短くすることが可能となる。
【０００８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。
図２は本発明の第２の実施形態を示す全体の構成図、図３は図２におけるカバー部を示す平面図である。  図において、１２は電極挿入口、１３は検体供給口、１４は検体排出口、１５は温度センサ挿入口、１６は電源、１７は温度センサ、１８は制御部、１９は高圧電源、２０は微小電極、２１はステージ、２２は振動子、２３は駆動部である。
温度センサ１５は、熱電対を用いている。シール部材８およびカバー部９は、第１の実施形態と同じである。
つぎに、動作について説明する。
▲１▼  ＤＮＡチップに検体ＤＮＡ溶液や洗浄液など導入する。
検体供給口１３から検体ＤＮＡ溶液２や洗浄液などを図示しないマイクロピペットや微小流量送液ポンプなどを用いてＤＮＡチップ１の凹部領域に導入する。
▲２▼  検体排出口１４から不要となった検体ＤＮＡ２や洗浄液を系外に排出させる。また、電極挿入口１２から微小のワイヤー電極や板状電極を挿入する。
▲３▼  温度・電場付与する。
温度センサ１７で検体ＤＮＡ溶液２の温度を計測し、その温度センサ１７から送信された計測値を用いて、制御部１８で電源１６から加熱・冷却部１０に供給する電圧および電流を制御し、高圧電源１９から微小電極２０に直流電圧を供給する。
▲４▼  振動を付与する。
ステージ２１に取り付けられた駆動部２３を用いて、ＤＮＡチップ１の下面に密接している振動子２２を一定速度でＸＹ方向に移動させる。
このＤＮＡチップ作製方法は、ハイブリが行われている検体ＤＮＡ溶液２の温度をコントロールしながら、溶液中に電場および振動を付与することにより、ハイブリ時間の更なる短縮化を図ったものである。
本実施形態によれば、白金預り温体や熱電対などの温度センサ１７によって、検体ＤＮＡ溶液２の温度を計測しながら、その溶液の温度を２０〜８０℃の範囲の中で、±１℃の精度で調整するとともに、間欠的に加熱・冷却部に印加する電圧および電流を変更することにより、溶液中に熱分布を形成できるため、健常者又は患者の血液や体液から抽出されたＤＮＡないしＲＮＡなどが拡散しやすい環境を形成している。また、微小電極にＤＣ±２〜５ｋＶの直流電圧を印加することで、溶液中に電気浸透流を形成できるとともに、印加する電圧の極性を定期的に切り替えることで、溶液中のＤＮＡの拡散・移動速度および方向を自在にコントロールすることが可能となる。
更に、振動子２２をＸＹ方向に移動させながら、ＤＮＡチップ１に微小の振動を付与することで、電場による物質移動と振動との物質移動との相乗効果によって、検体に溶解している数百から数万種類のＤＮＡの拡散・移動速度をより一層加速することができるので、ハイブリ時間の更なる短縮化が可能となる。
なお、本実施形態ではシール部材として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いたが、これに限らずニトリルブタジェンゴムやバイトン製のゴムを用いてもよい。また、カバー部の材質をガラスとしたが、スライドガラス、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、アルミ、ステンレス、アクリル樹脂など各種高分子樹脂を用いてもよい。
【０００９】
【発明の効果】
以上のべたように、本発明によればつぎの効果がある
（１）ＤＮＡチップの縁部を凸状とし中央部を凹状とし、ＤＮＡチップの凸状部にシール部材を設け、そのシール部材の上面に矩形状のカバー部を設け、加熱手段は、冷却機能も有する加熱・冷却部としてＤＮＡチップの側面に設け、かつＤＮＡチップ１の裏面に振動部１１を設けたので、検体の溶液に溶解している多種類のＤＮＡが拡散・移動しやすく、したがって、短時間にハイブリさせることができる。
（２）シール部材を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはニトリルブタジェンゴム（ＮＢ）を基材とし、カバー部は、スライドガラス、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、アルミ、ステンレスの少なくとも一つの基材としたので、ＤＮＡチップ１とカバー部が密接し、長期使用しても検体ＤＮＡ２溶液が系外に漏れ出す恐れがない。
（３）カバー部に、検体ＤＮＡ溶液２の中に挿入しＤＮＡの拡散・移動速度および方向をコントロールする電極の電極挿入口１２と、検体を供給する検体供給口１３と、検体排出口１４と、検体ＤＮＡ溶液の温度を検出する温度センサの温度センサ挿入口１５とを設けたので、ハイブリから洗浄・乾燥までの一連の操作を自動で行うことができる。したがって、ランニングコストの低減化を図ることができる。
（４）加熱・冷却部をベルチェ素子とし、温度センサを白金側温体または熱電対として、温度センサの測定値によって加熱・冷却部の電圧・電流を制御する制御部を設けたので、抽出されたＤＮＡの拡散・移動速度をより一層促進させることができ、ハイブリ時間の短縮化ができる。
（５）振動部は、水晶振動子または超音波発振子から形成された振動子とし、振動子の底部に振動子をＤＮＡチップの裏面に接触させた状態でＸＹ方向に移動させる移動手段を配設したので、数百から数万種類のＤＮＡの拡散・移動速度及び距離を増大することができ、ハイブリダイゼーションの時間をより一層短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すＤＮＡチップ作製装置の側断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す全体の構成図である。
【図３】図２におけるカバー部の平面図である。
【図４】従来のＤＮＡチップ作製方法を示す側断面図である。
【符号の説明】
１  ＤＮＡチップ
２  検体ＤＮＡ溶液
３  カバーガラス
４  ボックス
５  ペーパー
６  ステンレス棒
７  蓋
８  シール部材
９  カバー部
１０  加熱・冷却部
１１  振動部
１２  電極挿入口
１３  検体供給口
１４  検体排出口
１５  温度センサ挿入口
１６  電源
１７  温度センサ
１８  制御部
１９  高圧電源
２０  微小電極
２１  ステージ
２２  振動子
２３  駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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