(57)【要約】【課題】本発明は、基板上に特異性生体分子溶液を接触させて付着させる際に均一なスポットを形成することができるバイオチップの製造装置およびバイオチップの製造方法を提供することを主目的とするものである。【解決手段】本発明は、基板上に、ターゲットとなる生体分子と特異的に結合する特異性生体分子が配列され固定化されたバイオチップを製造するバイオチップの製造装置であって、毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、上記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに上記基板表面に接触する側の端部に上記毛管流路の開口部が形成されているスポットピンと、上記スポットピンを軸線方向に移動可能に保持するスポットピン用ホルダーと、前記スポットピン用ホルダーを固定するホルダー用支持部と、前記基板を固定するステージとを有し、前記ホルダー用支持部と前記ステージとがＸＹＺ方向に相対的に移動可能とされていることを特徴とするバイオチップの製造装置を提供することにより上記目的を達成するものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ターゲットとなる生体分子と特異的に結合する特異性生体分子が配列され固定化されたバイオチップを製造するバイオチップの製造装置であって、
毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、前記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに前記基板表面に接触する側の端部に前記毛管流路の開口部が形成されているスポットピンと、前記スポットピンを軸線方向に移動可能に保持するスポットピン用ホルダーと、前記スポットピン用ホルダーを固定するホルダー用支持部と、前記基板を固定するステージとを有し、前記ホルダー用支持部と前記ステージとがＸＹＺ方向に相対的に移動可能とされていることを特徴とするバイオチップの製造装置。
【請求項２】
前記ステージは、複数の基板を固定することができることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップの製造装置。
【請求項３】
前記毛管構造が、中心部から外周方向へ向かって形成された複数の溝からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオチップの製造装置。
【請求項４】
前記毛管構造が、同心円上に形成された複数の溝からなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のバイオチップの製造装置。
【請求項５】
前記毛管構造が、中空構造であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のバイオチップの製造装置。
【請求項６】
前記スポットピンを軸線方向に対し垂直に切断して得られた前記毛管流路の横断面形状が、軸線方向の任意の位置で同一形状となることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載のバイオチップの製造装置。
【請求項７】
前記毛管流路が、前記基板表面に接触する側と反対側の端部にも開口部を有することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載のバイオチップの製造装置。
【請求項８】
特異性生体分子溶液を基板表面に接触させ付着させる側の先端部分が、曲面形状を有しており、かつ前記先端部分に形成された毛管流路の開口部が、前記曲面形状を呈する側面部分にまで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載のバイオチップの製造装置。
【請求項９】
前記スポットピンは、スポットピンを軸線方向に移動可能に保持するスポットピン用ホルダーから外れないようにするためのストッパーを有することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載のバイオチップの製造装置。
【請求項１０】
基板上に、ターゲットとなる生体分子と特異的に結合する特異性生体分子を接触させて付着させ、前記基板表面に前記特異性生体分子を配列し、固定化するバイオチップの製造方法であって、
毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、前記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに前記基板表面に接触する側の端部に前記毛管流路の開口部が形成されているスポットピンを用い、前記スポットピンの、前記特異性生体分子溶液を基板表面に接触させ付着させる側の先端部分を、前記特異性生体分子が溶解もしくは分散した特異性生体分子溶液に浸漬し、毛管現象により前記毛管流路内に前記特異性生体分子溶液を供給する供給工程と、
前記毛管流路内に前記特異性生体分子溶液が供給されたスポットピンの先端を、前記基板表面に接触させ、特異性生体分子溶液を基板表面に付着させる接触付着工程と、
を有することを特徴とするバイオチップの製造方法。
【請求項１１】
前記接触付着工程は、同一のスポットピンを用いて、前記基板表面に、前記スポットピンの先端を接触させ前記特異性生体分子溶液を付着させることを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１０に記載のバイオチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオチップの作製に用いられるバイオチップの製造装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分子生物学の分野では、ＤＮＡやタンパク質などの生体分子を高密度に固定化したバイオチップが近年急速に注目を集めている。バイオチップを用いた実験においては、膨大な種類の試料（サンプル）を固定化した支持体（チップ）を大量に複製し、それぞれのチップ上のサンプルを、調査対象の試料（ターゲット）と反応させる。１回の実験により１チップ上のサンプル間における反応の違いを、また、条件の異なる実験を繰り返すことによって複数チップ間の同じサンプル集合の間における反応の違いを検出することができる。
【０００３】
このようなバイオチップには、通常数百から数万種類の異種の生体分子が基板上に配列されている。
【０００４】
このように生体分子を配列してバイオチップを製造する方法として、特許文献１では、毛管流路を有する細長い部材を用い、毛管現象を利用して基板上に生体分子をスポットさせる方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、ホルダーと、外部サンプルチャネルおよび平らな先端を有するスポットピンとからなるマイクロアレイ印刷用デバイスが開示されており、完全にフラットでない基板上に複数のスポットピンが同時に接触可能なように、スポットピンが軸線方向に移動できる構造を有し、かつ、スポットピンがホルダーから外れないようにストッパーが設けられた構成が開示されている。
【０００６】
しかしながら、これらのスポットピンはいずれも毛管流路の開口部面積が比較的大きなサイズであり、しかも先端が平坦であったために、スポットピンが少しでも基板に対して垂直に接触しない場合には、安定して同一形状のスポットを形成することは困難であった。また、スポットピンを繰り返し使用するために、洗浄工程が不可欠であり、数多くの異種生体分子をスポットするのに多大な時間を費やしていた。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第５８０７５２２号公報
【特許文献２】
米国特許第６１０１９４６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板上に特異性生体分子溶液を接触させて付着させる際に均一なスポットを形成することができるバイオチップの製造装置およびバイオチップの製造方法を提供することを主目的とするものである。
【０００９】
【課題が解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、請求項１に記載するように、基板上に、ターゲットとなる生体分子と特異的に結合する特異性生体分子が配列され固定化されたバイオチップを製造するバイオチップの製造装置であって、毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、前記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに前記基板表面に接触する側の端部に前記毛管流路の開口部が形成されているスポットピンと、前記スポットピンを軸線方向に移動可能に保持するスポットピン用ホルダーと、前記スポットピン用ホルダーを固定するホルダー用支持部と、前記基板を固定するステージとを有し、前記ホルダー用支持部と前記ステージとがＸＹＺ方向に相対的に移動可能とされていることを特徴とするバイオチップの製造装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、上記毛管構造を有するスポットピンを用いることにより、特異性生体分子が溶媒に溶解等した特異性生体分子溶液を毛管流路内に所定量保持させることができる。したがって、このようなスポットピンを備えたバイオチップの製造装置とすることにより、同一のスポットピンを用いて基板表面に特異性生体分子を接触付着させることを、特異性生体分子溶液をその都度補充することなく複数回繰り返した場合でも、均一な形状のスポットを形成することができ、スポットの形状にムラの少ないバイオチップを製造することができる。
【００１１】
上記請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載するように、上記ステージは、複数の基板を固定することができることが好ましい。ホルダー用支持部を操作することにより、スポットピン用ホルダーをＸＹＺの各方向へ移動させることができるため、同一のスポットピンを用いて複数の基板上に同様の配列で特異性生体分子を接触付着させることができ、複数の同一のバイオチップを効率良く製造することができるからである。
【００１２】
上記請求項１または請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載するように、上記毛管構造が、中心部から外周方向へ向かって形成された複数の溝からなることが好ましく、また上記請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の発明においては、請求項４に記載するように、上記毛管構造が、同心円上に形成された複数の溝からなることが好ましく、さらには、上記請求項３または請求項４に記載の発明においては、請求項５に記載するように、上記毛管構造が、中空構造であることが好ましい。いずれも、このような形状の毛管構造を有することにより、毛管現象をより効果的なものとすることができるからである。
【００１３】
上記請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の発明においては、請求項６に記載するように、上記スポットピンを軸線方向に対し垂直に切断して得られた上記毛管流路の横断面形状が、軸線方向の任意の位置で同一形状となることが好ましい。これにより、毛管流路内に特異性生体分子溶液を所定量確保することが可能となり、複数枚の基板表面に同一形状のスポットを安定して形成することができるからである。
【００１４】
上記請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項７に記載するように、上記毛管流路が、上記基板表面に接触する側と反対側の端部にも開口部を有することが好ましい。毛管流路の両端が開放されていることにより、毛管現象をより効果的なものとすることができるからである。
【００１５】
上記請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項８に記載するように、特異性生体分子溶液を基板表面に接触させ付着させる側の先端部分が、曲面形状を有しており、かつ上記先端部分に形成された毛管流路の開口部が、上記曲面形状を呈する側面部分にまで形成されていることが好ましい。曲面形状を有し、かつ曲面形状を呈する部分の側面部分にまで、毛管流路の開口部が形成されていることにより、スポットピンが基板に対して垂直に接触していない場合でも、側面部分から特異性生体分子溶液を供給することができるので、安定して同一形状のスポットを形成することができるといった利点を有するからである。
【００１６】
上記請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項９に記載するように、スポットピンを軸線方向に移動可能に保持するスポットピン用ホルダーから外れないようにするためのストッパーを有することが好ましい。スポットピン用ホルダーの構造を簡略化することが可能となるからである。
【００１７】
本発明においてはまた、請求項１０に記載するように、基板上に、ターゲットとなる生体分子と特異的に結合する特異性生体分子を接触させて付着させ、前記基板表面に前記特異性生体分子を配列し、固定化するバイオチップの製造方法であって、毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、前記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに前記基板表面に接触する側の端部に前記毛管流路の開口部が形成されているスポットピンを用い、前記スポットピンの、前記特異性生体分子溶液を基板表面に接触させ付着させる側の先端部分を、前記特異性生体分子が溶解もしくは分散した特異性生体分子溶液に浸漬し、毛管現象により前記毛管流路内に前記特異性生体分子溶液を供給する供給工程と、前記毛管流路内に前記特異性生体分子溶液が供給されたスポットピンの先端を、前記基板表面に接触させ、特異性生体分子溶液を基板表面に付着させる接触付着工程とを有することを特徴とするバイオチップの製造方法を提供する。
【００１８】
本発明によれば、上述したスポットピンを用い、特異性生体分子を基板上に接触付着させることにより、基板上に一定量の特異性生体分子を付着させることができるため、均一なスポットを有するバイオチップを製造することが可能となる。
【００１９】
上記請求項１０に記載された発明においては、請求項１１に記載するように、上記接触付着工程は、同一のスポットピンを用いて、上記基板表面に、上記スポットピンの先端を接触させ上記特異性生体分子溶液を付着させることを複数回繰り返してもよい。上記スポットピンを用いていることから、毛管流路内に必要量の特異性生体分子溶液が保持されている限り、接触付着工程を複数回繰り返しても、同一形状のスポット安定に形成することができる。したがって、同一基板上の異なる箇所に同様の配列で特異性生体分子が配列されているバイオチップや、複数枚の同一のバイオチップを製造する際に、効率良く製造することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバイオチップの製造装置およびバイオチップの製造方法についてそれぞれ詳細に説明する。
【００２１】
Ａ．バイオチップの製造装置
本発明のバイオチップの製造装置は、基板上に、ターゲットとなる生体分子と特異的に結合する特異性生体分子が配列され固定化されたバイオチップを製造するバイオチップの製造装置であって、毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、前記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに前記基板表面に接触する側の端部に前記毛管流路の開口部が形成されているスポットピンと、前記スポットピンを軸線方向に移動可能に保持するスポットピン用ホルダーと、前記スポットピン用ホルダーを固定し、ＸＹＺの各方向への移動を可能とするホルダー用支持部と、前記基板を固定するステージとを有することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明によれば、上記毛管構造を有するスポットピンを用いることにより、特異性生体分子溶液を毛管流路内に所定量保持させることができる。したがって、このようなスポットピンを備えたバイオチップの製造装置とすることにより、同一のスポットピンを用いて基板表面に特異性生体分子溶液を接触させて付着させることを、特異性生体分子溶液をその都度補充することなく複数回繰り返した場合でも、均一な形状のスポットを形成することができ、スポットの形状にムラの少ないバイオチップを製造することができる。
【００２３】
このような利点を有する本発明のバイオチップの製造装置について具体的に図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は本発明のバイオチップの製造装置の一例を図示した概略斜視図である。まず、ステージ１上には、特異性生体分子溶液を付着させる基板２が固定されている。さらに、スポットピン用ホルダー３には、複数のスポットピン４が保持されている。各々のスポットピン４の毛管流路内には、特異性生体分子溶液が所定量保持されており、このようなスポットピン４の先端を基板２表面に接触させることにより、基板２表面に特異性生体分子のスポットを多数形成することができる。また、スポットピン用ホルダー３は、ホルダー用支持部５により支持されている。ホルダー用支持部５は、ＸＹＺの各方向に移動することが可能であることから、このホルダー用支持部５の動きを操作することにより、スポットピン用ホルダー３を上下左右に移動させ、基板２上に特異性生体分子のスポットを形成するのである。
【００２５】
以下、本発明のバイオチップの製造装置を構成するスポットピン、スポットピン用ホルダー、ホルダー用支持部およびステージについてそれぞれ詳細に説明する。
【００２６】
１．スポットピン
まず、スポットピンについて説明する。
【００２７】
本発明におけるスポットピンは、毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、前記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに前記基板表面に接触する側の端部に前記毛管流路の開口部が形成されているものである。
【００２８】
本発明においては、複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造からなる毛管構造を有するスポットピンとすることにより、毛管流路内に所定量の特異性生体分子溶液を保持することが可能となり、均一な形状のスポットを安定して形成することができるのである。
【００２９】
このようなスポットピンの構造について、図面を参照して説明する。図２は、本発明のスポットピンの一例を示す概略正面図である。この例のスポットピンは、ピン本体１１と、このピン本体１１の基板表面に接触する側の端部に形成された曲面形状の先端部１２と、上記先端部１２と反対側の端部に形成されたストッパー１３とを有するものである。
【００３０】
上記先端部１２には、毛管流路の開口部１４が形成されており、基板表面に接触された際には、この開口部１４から特異性生体分子溶液が供給され、基板表面に特異性生体分子溶液を付着させる。そしてこれを乾燥させることにより、基板表面に特異性生体分子からなるスポットが形成される。
【００３１】
一方、ストッパー１３は、ピン本体１１より大きな径で形成されており、ピン本体１１より大きく、ストッパー１３より小さな径を有するスポットピン用ホルダーに装着した際、スポットピン用ホルダーに保持するための部材として機能する。
【００３２】
以下、上記ピン本体１１、先端部１２、およびストッパー１３、さらにはスポットピンの材料、製造方法等についてそれぞれ説明する。
【００３３】
（１）ピン本体
本発明のスポットピンのピン本体は、毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されてなることを特徴とするものである。
【００３４】
このようなピン本体は、通常細い筒状を呈するものであり、一般的には円筒状のものが好適に用いられる。このようなピン本体は、特に限定するものではないが、その径は、通常０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内、さらに好ましくは、０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内である。また、その長さは装着する装置により大幅に異なるものではあるが、通常５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内、さらに好ましくは、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内である。
【００３５】
以下、このようなスポットピン本体に形成されている毛管流路について詳細に説明する。
【００３６】
（毛管流路）
本発明のスポットピンは、そのピン本体に毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、上記毛管構造が複数の溝または複数の孔、もしくはその両者からなることを特徴としている。また、上記毛管流路は、少なくとも上記基板表面に接触する側の端部（すなわち、先端部、以下先端部とする場合がある。）に開口部を有するものである。
【００３７】
このように複数の溝および／または複数の孔からなる微細な毛管構造を有することにより、上記先端部の開口部を特異性生体分子溶液中に浸漬させた際に、毛管流路内に効果的に毛管現象を生じることができ、毛管流路内に必要量の特異性生体分子溶液を保持することができる。したがって、例えば複数の基板表面に対してでも、同一形状のスポットを安定して形成することが可能となるのである。
【００３８】
このような複数の溝からなる毛管構造としては、毛管現象を生じうる細長い切り欠きからなるものであればその形状等は特に限定されるものではなく、複数の溝が規則正しく配置されたものでもよく、ランダムに配置されたものであってもよい。
【００３９】
具体的には、中心部から外周方向へ向かって形成された複数の溝からなるもの、または、同心円上に形成された複数の溝からなるもの、さらにはこれらの組合せ等を好ましい例として挙げることができる。
【００４０】
毛管構造が複数の溝からなる場合に、中心部から外周方向へ向かって形成された複数の溝は、放射状に伸びたものであることが好ましく、その一部が互いに結合していてもよい。また、溝は分岐構造を有するものであってもよく、複数の形状を組み合わせたものであってもよい。
【００４１】
また、同心円上に形成された複数の溝は、対照的に配置されていてもよく、非対照的に配置されていてもよいが、横断面全体にわたって平均的に溝が分布していることが好ましい。
【００４２】
また、本発明においてはこのような毛管構造が、ピン本体の外周に上述したような溝を有するものであってもよいが、横断面において中空構造であることが好ましい。中空構造であれば、毛管現象が効率的に生じ、またピン本体内に保持された特異性生体分子溶液が空気に触れる面積が小さく、乾燥等の問題が生じない点で好ましい。
【００４３】
図３は、本発明のスポットピンの一例における、ピン本体の横断面を示すものである。この例では、溝１５は、ピン本体１１の外周に設けられている。図４は、毛管構造がピン本体内部で、中空構造を有するものを示すものであり、中心部から外周方向に向かって形成された溝１５は、ピン本体１１の内部に形成されている。
【００４４】
図５は、毛管構造が同心円上に形成された複数の溝１５から形成されたピン本体１１の例を示すものであり、図６は、毛管構造が、上記中心部から外周方向に向かって形成された溝と、同心円上に形成された溝との複合構造からなる溝１５を有する例を示すものである。
【００４５】
一方、本発明においては、このような毛管構造が溝である点に限定されるものではなく、複数の孔からなるものであってもよい。このような毛管構造としては、毛管現象を生じうるものであれば孔の形状や大きさ等は特に限定されるものではなく、複数の孔が均一に配置されたものでもよく、ランダムに配置されたものでもよい。また、このような孔は溝と複合された毛管構造としてもよい。
【００４６】
図７は、このような毛管構造の一例を示すものであり、径の異なる孔１６がピン本体１１の横断面においてランダムに配置されている状態を示すものである。
【００４７】
このような複数の溝または複数の孔の配置や、横断面における総面積等は特に限定されるものではなく、要求されるスポットの形状や大きさ等により適宜選択することができる。
【００４８】
本発明においては、このような上記スポットピン、すなわちピン本体を軸線方向に対し垂直に切断して得られた上記毛管流路の横断面形状が、軸線方向の任意の位置で同一形状となるように形成されたものであることが好ましい。このような構造とすることにより、ピン本体内における特異性生体分子溶媒の保持量を多くすることが可能となり、１回の特異性生体分子溶液の補給に対して、多数の基板へのスポットの形成が可能となるといった利点を有する。ここで、同一形状とは、目視により同一形状と認識しうる範囲を含むものとする。
【００４９】
また、本発明においては、上記毛管流路が先端部側および先端部と反対側の端部側の両方において開口部を有することが好ましい。このように、毛管流路の両端が開放されていることにより、特異性生体分子溶液中に先端部を浸漬した際に、より効果的に毛管現象を生ずることができ、毛管流路内に特異性生体分子溶媒を充分に導入することができるからである。
【００５０】
（２）先端部
本発明のスポットピンは、上記ピン本体の基板側に接触する端部、すなわち先端部を有するものであり、その先端部には、上述したように毛管流路の開口部が形成されている。
【００５１】
本発明においては、この先端部が、曲面形状を有しており、かつ、上記先端部分に形成された毛管流路の開口部が、上記曲面形状を呈する側面部分にまで形成されていることが好ましい。先端部がこのような形状を有することにより、例えば凹凸のあるような基板に対して特異性生体分子のスポットを形成する際に、斜めに当接した場合でも、基板表面に特異性生体分子溶液を付着させることが可能となり、安定して基板上に同一形状のスポットを形成することが可能となる。
【００５２】
このような曲面形状は特に限定されるものではないが、一般的には半球形状であることが好ましい。
【００５３】
（３）ストッパー
また、本発明のスポットピンには、必要に応じて、スポットピンを軸線方向に移動可能に保持するスポットピン用ホルダーから外れないようにするためのストッパーを有することが好ましい。このようなストッパーは、本発明のスポットピンに外れ防止機能を付与できるものであれば特に限定されるものではなく、通常、スポットピン用ホルダーに取り付ける側のピン本体端部の外周に設けることが好ましい。その径は、一般的には、スポットピンを保持するスポットピン用ホルダーのスポットピン取付孔より大きく、かつピン本体の径より大きければ特に限定されるものではない。
【００５４】
（４）材料
本発明のスポットピンを製造するための材料としては、上述のような微細な毛管構造をスポットピン内部に形成することのできるものであれば特に限定されるものではなく、例えば金属材料からなるものや、無機材料の多孔質焼結体等であってもよい。しかしながら、成形が容易であり、かつ安価であることから押出成形可能な樹脂材料であることが好ましく、具体的には熱可塑性樹脂が好ましい。
【００５５】
熱可塑性樹脂としては、耐久性および耐磨耗性を考慮すると、ポリアセタール、ポリアセタールコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニルサルファイド等が最適である。
【００５６】
また、本発明のスポットピンが、上述のようにスポットピンを軸線方向に移動可能に保持するスポットピン用ホルダーから外れないようにするためのストッパーを有する場合には、上記熱可塑性樹脂はストッパーの材料としても最適である。この場合、成形が容易となることから、スポットピンで用いたものよりも融点の低いものを用いるのが好ましい。
【００５７】
（５）製造方法
このような本発明のスポットピンを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、スポットピンの材料として熱可塑性樹脂を使用する場合には、押出成形機のダイスにより溶融樹脂をスポットピンの横断面形状として押出した後、または押出成形機における相互多数近接した小孔を開口したダイスから溶融樹脂を吐出させ、瞬時に相互の表面の一部を接触融着させた後、それぞれ冷却固化するまでに所望の寸法まで引き伸ばして成形することにより、軸線方向に目的の微細な毛管構造の毛管流路を形成した棒状体を成形する。そして、このようにして成形した棒状体を所望の寸法に切断し、必要に応じて表面を研磨することにより本発明のスポットピンとすることができる。製造装置としては、例えば、特公昭５６−１７２４０号公報に記載される装置を参照することができる。
【００５８】
また、本発明のスポットピンに外れ防止機能を付与するストッパーを設ける場合には、上述のようにして棒状体を成形した後、スポットピンの材料として用いたものよりも融点の低い熱可塑性樹脂をスポットピン外周に熱融着により巻き付け、冷却固化した後に、切削加工により所定の形状とすることにより製造することができる。
【００５９】
スポットピンの材料として金属を使用する場合には、外周をエッチングする方法や横断面において中空構造にする場合は、メタルインジェクションモールディング法等を用いることができる。
【００６０】
２．スポットピン用ホルダー
次に、スポットピン用ホルダーについて説明する。
【００６１】
本発明におけるスポットピン用ホルダーは、上述したスポットピンを軸線方向に移動可能に保持してなることを特徴としている。
【００６２】
このような本発明におけるスポットピン用ホルダーを有するバイオチップの製造装置により製造されるバイオチップは、通常異種の特異性生体分子を数百から数万種類配列してなるものであるため、本発明におけるスポットピン用ホルダーは、上述したスポットピンが複数本保持されたものであることが好ましい。一度の接触・付着により複数個のスポットを形成することができるからである。
【００６３】
本発明におけるスポットピン用ホルダーが保持することのできるスポットピンの個数は、通常４本〜２０００本の範囲内であり、特に２０本〜１０００本の範囲内であることが好ましい。
【００６４】
また、これらのスポットピンは一定間隔に配置されていることが好ましく、具体的に、隣接したスポットピン同士の間隔は、通常０．２ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内であり、特に１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００６５】
本発明におけるスポットピン用ホルダーは、スポットピンが軸線方向に移動可能に保持されているため、完全にフラットでない基板上にすべてのスポットピンが同時に接触することができるものである。
【００６６】
このように、軸線方向に移動可能にスポットピンを保持するホルダーの構造としては、例えば、図８に示すような構造を挙げることができる。この例においては、ストッパー１３を有するスポットピンを用いたものであり、支持板２１に貫通孔２２が形成されており、この貫通孔２２の径は上記ストッパー１３の径より小さく形成されている。そしてこの貫通孔２２にスポットピンのピン本体１１を挿入することにより、スポットピンをその軸線方向に移動自在に支持するものである。
【００６７】
３．ホルダー用支持部
次に、ホルダー用支持部について説明する。
【００６８】
本発明におけるホルダー用支持部は、上述したスポットピン用ホルダーを後述するステージ上において固定するものであれば特に限定されるものではない。このホルダー用支持部は、上記スポットピン用ホルダーが上記ステージに対してＸＹＺ方向に相対的に移動できるようにされている。すなわち、ホルダー用支持部がＸＹＺ方向に移動することにより、上記スポットピン用ホルダーを上記ステージに対してＸＹＺ方向に相対的に移動できるようにしてもよいし、上記ホルダー用支持部は固定されており、ステージがＸＹＺ方向に移動することにより、上記スポットピン用ホルダーを上記ステージに対してＸＹＺ方向に相対的に移動できるようにしてもよい。さらに、ホルダー用支持部およびステージの両者が移動するようにしてもよい。
【００６９】
このように、上記スポットピン用ホルダーを上記ステージに対してＸＹＺ方向に相対的に移動できるように形成することにより、基板表面の所定の位置に特異性生体分子のスポットを形成することができる。
【００７０】
なお、ここでいうＸＹＺの各方向への移動とは、少なくとも上下左右の方向へ動くことにより、三次元空間内を移動することを意味している。例えば、上下・左右の方向の他に、あらゆる斜め方向の移動も加えることにより、よりスムーズなスポットピン用ホルダーの移動が可能となる。
【００７１】
４．ステージ
本発明におけるステージは、スポットピンを用いて特異性生体分子溶液を基板表面に接触させて付着させる際、基板を固定するものである。
【００７２】
このようなステージは、基板を水平かつ安定に保持することができるものであれば特に限定はされないが、複数枚の基板を安定に固定することができるものであることが好ましい。複数枚のバイオチップを効率良く製造することができるからである。
【００７３】
なお、上述したように、本発明においてはこのステージがＸＹＺ方向に移動できるように形成されていてもよいし、上記ホルダー用支持部がＸＹＺ方向に移動し、ステージが固定されたものであってもよい。
【００７４】
５．その他
本発明のバイオチップ製造装置においては、上記ステージ上に複数の基板を配置し、これに対して一つのスポットピン用ホルダーを用いて上記基板上にスポットを形成してもよいが、複数のスポットピン用ホルダーを保持し、これを用いて基板上にスポットを形成するようにしてもよい。
【００７５】
このように複数のスポットピン用ホルダーを用いることにより、基板上により高密度にスポットを形成することができるという利点を有する。すなわち、通常、スポットピン用ホルダーに保持されたスポットピンは、各々別々の特異性生体分子溶液が入っている容器内の特異性生体高分子溶液に浸漬されて、内部に特異性生体高分子溶液を補充するのであるが、この際、上記容器の大きさは内部に液体を保持する必要上、ある程度の大きさを有するものとする必要がある。したがって、スポットピン用ホルダーに保持されるスポットピンはこの容器の大きさの制限から、ある程度の間隔をおいて配置される必要がある。よって、このようなスポットピン用ホルダーを用いて基板上にスポットを形成した場合は、それほど高密度にスポットを形成することができない。
【００７６】
一方、例えば２つのスポットピン用ホルダーを有するものであれば、第１のスポットピン用ホルダーで基板上にスポットを形成した後、第２のスポットピン用ホルダーを、第１のスポットピン用ホルダーで形成したスポットに隣接してスポットが形成できるように配置してスポットを行うことにより、２倍の密度でスポットを形成することができるようになる。
【００７７】
このように、スポットピン用ホルダーを少なくとも２個以上有することにより、基板上により高密度にスポットを形成することができるようになるのである。したがって、本発明のバイオチップの製造装置においては、複数のホルダー用支持部を有するものであってもよいのである。
【００７８】
なお、上記ステージ上に配置される基板については、後述する「Ｂ．バイオチップの製造方法」で説明するものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００７９】
Ｂ．バイオチップの製造方法
次に本発明のバイオチップの製造方法について説明する。
【００８０】
本発明のバイオチップの製造方法は、基板上に、ターゲットとなる生体分子と特異的に結合する特異性生体分子を接触させて付着させ、前記基板表面に前記特異性生体分子を配列し、固定化するバイオチップの製造方法であって、毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、前記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに前記基板表面に接触する側の端部に前記毛管流路の開口部が形成されているスポットピンを用い、前記スポットピンの、前記特異性生体分子溶液を基板表面に接触させ付着させる側の先端部分を、前記特異性生体分子が溶解もしくは分散した特異性生体分子溶液に浸漬し、毛管現象により前記毛管流路内に前記特異性生体分子溶液を供給する供給工程と、前記毛管流路内に前記特異性生体分子溶液が供給されたスポットピンの先端を、前記基板表面に接触させ、特異性生体分子溶液を基板表面に付着させる接触付着工程とを有することを特徴とするものである。
【００８１】
本発明によれば、上述したスポットピンを用い、特異性生体分子を基板上に接触付着させることにより、基板上に一定量の特異性生体分子を付着させることができるため、均一なスポットを有するバイオチップを製造することが可能となる。
【００８２】
このような本発明のバイオチップの製造方法について図面を用いて説明する。
【００８３】
図９は、本発明のバイオチップの製造方法の一例を示した工程図である。まず、図９（ａ）に示すように、特異性生体分子が溶媒に分散もしくは溶解している特異性生体分子溶液が入っている容器３１内に、スポットピン３２の基板表面に接触させる側の先端部分を浸漬する。これにより、スポットピン３２の毛管流路３３内に毛管現象により特異性生体分子溶液が吸い上げられる。
【００８４】
次に、毛管流路３３内に特異性生体分子が供給されたスポットピン３２の先端を、図９（ｂ）に示すように基板３４表面に接触させ、基板３４表面に特異性生体分子溶液を付着させる。基板３４表面に特異性生体分子溶液を付着させた後、乾燥させることにより図９（ｃ）に示すように、基板３４表面に特異性生体分子のスポット３５が形成される。図９に示す例では、一本のスポットピン３２を用いて特異性生体分子のスポット３５を形成する場合を示したが、複数本のスポットピンが保持されたスポットピン用ホルダーを用いて、基板表面に複数のスポットを形成する場合であってもよい。
【００８５】
以下、本発明のバイオチップの製造方法について各工程に分けて説明する。
【００８６】
１．供給工程
本発明における供給工程は、毛管現象を生じる毛管構造を有する毛管流路が軸線方向に形成されており、前記毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方の構造であり、さらに前記基板表面に接触する側の端部に前記毛管流路の開口部が形成されているスポットピンを用い、前記スポットピンの、前記特異性生体分子溶液を基板表面に接触させ付着させる側の先端部分を、前記特異性生体分子が溶解もしくは分散した特異性生体分子溶液に浸漬し、毛管現象により前記毛管流路内に前記特異性生体分子溶液を供給する工程である。
【００８７】
このような本工程において使用するスポットピンに関しては上述した「Ａ．バイオチップの製造装置」の項目の中に記載したものと同様であるのでここでの説明は省略する。
【００８８】
以下、本工程においてスポットピンの毛管流路内に供給される特異性生体分子について説明する。
【００８９】
（特異性生体分子）
本発明におけるバイオチップは、基板上に異種の特異性生体分子が配列され固定化されたものである。このバイオチップに配列され固定化される特異性生体分子としては、ターゲットとなる所定の生体分子と特異的に結合することができる特異性生体分子であれば特に限定されるものではない。
【００９０】
このような特異的に結合する場合としては、例えば、核酸（例えば、オリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチド）とそれに相補的な核酸との組み合わせ、抗原と抗体（又は抗体フラグメント）との組み合わせ、受容体とそのリガンド（例えば、ホルモン、サイトカイン、神経伝達物質、又はレクチン）との組み合わせ、酵素とそのリガンド（例えば、酵素の基質アナログ、補酵素、調節因子、又は阻害剤）との組み合わせ、酵素アナログとその酵素アナログの元となる酵素の基質との組み合わせ、又はレクチンと糖との組み合わせ等を挙げることができる。なお、「酵素アナログ」とは、元の酵素に対する基質との特異的な親和性は高いものの、触媒活性は示さないものを意味する。また、上記の各組み合わせにおける各化合物は、それぞれ、いずれか一方が「特異性生体分子」となり、他方が、検出される物質となることができる。例えば、「抗原と抗体との組み合わせ」では、抗原が「検出される物質」となる場合には、抗体が「特異性生体分子」となることができ、逆に、抗体が「検出される物質」となる場合には、抗原が「特異性生体分子」となることができる。
【００９１】
例えば、本発明におけるバイオチップを、核酸ハイブリダイゼーションアッセイに適用する場合には、上記特異性生体分子として、検出される物質である核酸（例えば、オリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチド）と相補的に結合することのできるオリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチドを用いることができる。本明細書においては、「オリゴヌクレオチド」又は「ポリヌクレオチド」には、２’−デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、及びペプチド核酸（ＰＮＡ）が含まれる。なお、ＰＮＡとは、ＤＮＡのホスホジエステル結合をペプチド結合に変換した人工核酸である。上記不溶性粒子に結合されるオリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチドの鎖長は、分析目的に応じて適宜選択することができ、例えば、捕捉しようとするＤＮＡ、ＲＮＡ、又はＰＮＡの相補的配列の鎖長に基づいて決定することができる。
【００９２】
上記特異性生体分子として用いるオリゴヌクレオチドの合成は、自動合成装置を用いて一般的に行なうことができる。また、必要に応じて、自動合成装置を用いて、末端アミノ基又は他の基が修飾されたオリゴヌクレオチドを製造することもできる。あるいは、自動合成装置を用いて未修飾オリゴヌクレオチドを予め合成しておき、必要に応じて、上記の未修飾オリゴヌクレオチドを修飾することもできる。オリゴヌクレオチドを修飾する方法は周知であり、例えば、アミン類やフルオレセイン等を付加することができる。このように修飾されたオリゴヌクレオチドは、未修飾のオリゴヌクレオチドと比べて、固定化させる際の親和性が大きい。また、特異性生体分子として用いるポリヌクレオチド（例えば、ｃＤＮＡ）の合成は、通常の遺伝子工学的手法、例えば、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）法を用いて行なうことができる。
【００９３】
また、本発明のバイオチップの製造方法により製造されたバイオチップを免疫学的アッセイに適用する場合には、上記特異性生体分子として、検出される物質と特異的に結合する抗原（ハプテンを含む）又は抗体を用いることができる。この場合に、上記検出される物質としては、被検試料中に一般的に含まれている成分で、しかも、免疫学的に検出することのできる物質あれば、特に制限されない。一例を挙げれば、各種タンパク質、多糖類、脂質、菌体、又は各種環境物質等を挙げることができる。より詳細には、免疫グロブリン（例えば、ＩｇＧ、ＩｇＭ、又はＩｇＡ）、感染症関連マーカー（例えば、ＨＢｓ抗原、ＨＢｓ抗体、ＨＩＶ−１抗体、ＨＩＶ−２抗体、ＨＴＬＶ−１抗体、又はトレポネーマ抗体）、腫瘍関連抗原（例えば、ＡＦＰ、ＣＲＰ、又はＣＥＡ）、凝固線溶マーカー（例えば、プラスミノーゲン、アンチトロンビン−ＩＩＩ、Ｄ−ダイマー、ＴＡＴ、又はＰＰＩ）、抗てんかん薬（例えば、ホルモン）、各種薬剤（例えば、ジゴキシン）、菌体（例えば、Ｏ−１５７又はサルモネラ）若しくはそれらの菌体内毒素若しくは菌体外毒素、微生物類、酵素類、残留農薬、又は環境ホルモン等を挙げることができる。上記特異性生体分子として用いる抗体としては、周知の方法で得られるポリクローナル抗体又はモノクローナル抗体のいずれをも使用することができる。さらに、上記抗体は、タンパク質［例えば、酵素（例えば、ペプシン又はパパイン）］処理したもの［例えば、抗体フラグメント（例えば、Ｆａｂ、Ｆａｂ’、Ｆ（ａｂ’）２、又はＦｖ）］を用いることもできる。
【００９４】
このような特異性生体分子が適当な溶媒に分散もしくは溶解している特異性生体分子溶液をスポットピンの毛管流路内に供給する量としては、特に限定されるものではないが、通常複数回スポットを行える量であることが好ましい。これにより、効率的にバイオチップを製造することができるからである。
【００９５】
２．接触付着工程
次に接触付着工程について説明する。本発明における接触付着工程は、前記毛管流路内に前記特異性生体分子溶液が供給されたスポットピンの先端を、前記基板表面に接触させ、特異性生体分子溶液を基板表面に付着させる工程である。
【００９６】
このような接触付着工程は、スポットピンの毛管流路内に特異性生体分子が必要量残存している限り、上述した供給工程により特異性生体分子を補充せずに、複数回繰り返してもよい。本発明においては、毛管流路の毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方からなる構造であるので、毛管流路内に特異性生体分子溶液を所定量保持することができ、接触付着工程を行うたびに上記供給工程により特異性生体分子を補充しなくとも、均一な形状のスポットを形成することができるからである。
【００９７】
したがって、例えば、同一基板上の異なる箇所に、異種の特異性生体分子が同様の配列で固定されているバイオチップを製造する場合や、複数枚の同一のバイオチップを製造する場合に、同一のスポットピンを用いて順番に、同一基板上または複数枚の基板に対して本工程を繰り返すことにより、そのようなバイオチップを効率良く製造することができる。
【００９８】
なお、本発明のバイオチップの製造方法においては、上記「Ａ．バイオチップの製造装置」の「５．その他」の欄で記載するように、複数のスポットピン用ホルダーを用いて接触付着工程を行ってもよい。
【００９９】
（１）基板
本発明において使用する基板としては、その材料が核酸ハイブリダイゼーションアッセイ又は免疫学的アッセイにおいて一般的に用いられている水又は有機溶媒に実質的に不溶性である有機材料又は無機材料、例えば、シリコン、ガラス、磁性金属若しくは非磁性金属、又はプラスチック等からなる基板を挙げることができる。特に、シリコン、各種プラスチック類（例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、又はポリプロピレン等）、石英、又はガラス等を用いることが好ましい。このような基板の形状としては、少なくとも１つの平坦表面を有するものである限り、その形状は特に限定されるものではないが、プレート状又はフィルム状であることが好ましいといえる。
【０１００】
また、基板表面への特異性生体分子溶液の付着が良好となることから、特異性生体分子溶液が適度に濡れる程度の親水性を有するものであることが好ましい。
【０１０１】
さらに、特異性生体分子溶液と基板表面との結合をより強固なものとするため、例えば、特異性生体分子がＤＮＡのようにマイナス電荷を有する場合には、ポリリジン等のプラス電荷を有する薄膜を基板表面全体もしくはパターン状に形成してもよい。
【０１０２】
（２）バイオチップ
このような本発明のバイオチップの製造方法により製造されるバイオチップは、基板上に異種の特異性生体分子が配列され固定化されているものであれば特に限定はされない。
【０１０３】
このようなバイオチップに形成されたスポットの大きさとしては、ターゲットとなる生体分子が結合するのに充分な量の特異性生体分子を保有できる大きさであれば特に限定はされない。
【０１０４】
本発明のバイオチップの製造方法により製造されたバイオチップは、内部に特異性生体分子溶液を必要量保持したスポットピンで製造されたものであるので、特異性生体分子溶液を一度補充すると、複数回にわたり特異性生体分子溶液を付着させることができる。したがって、製造時間を短縮することが可能であり、コストダウンを図ることができる。
【０１０５】
さらに、スポットピンの材料として熱可塑性樹脂を用いた場合には、安価であることからスポットピンをディスポーザブルとすることができ、従来洗浄工程に要していた時間分だけバイオチップの製造時間を短縮することが可能となり、この面でもコストダウンを図ることができる。
【０１０６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、毛管流路の毛管構造が複数の溝および複数の孔の少なくとも一方であるスポットピンを用いることにより、特異性生体分子溶液を毛管流路内に所定量保持させることができる。したがって、このようなスポットピンを備えたバイオチップの製造装置とすることにより、同一のスポットピンを用いて基板表面に特異性生体分子溶液を接触付着させることを、特異性生体分子溶液をその都度補充することなく複数回繰り返した場合でも、均一な形状のスポットを形成することができ、スポットの形状にムラの少ないバイオチップを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバイオチップの製造装置の一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明におけるスポットピンの一例を示す概略横正面図である。
【図３】本発明におけるスポットピンの一例を示す概略横断面図である。
【図４】本発明におけるスポットピンの他の例を示す概略横断面図である。
【図５】本発明におけるスポットピンの他の例を示す概略横断面図である。
【図６】本発明におけるスポットピンの他の例を示す概略横断面図である。
【図７】本発明におけるスポットピンの他の例を示す概略横断面図である。
【図８】本発明におけるスポットピン用ホルダーの一例を示す概略斜視図である。
【図９】本発明のバイオチップの製造方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１  …  ステージ
２  …  基板
３  …  スポットピン用ホルダー
４  …  スポットピン
５  …  ホルダー用支持部
【図１】
2004212303.tif 000003
【図２】
2004212303.tif 000004
【図３】
2004212303.tif 000005
【図４】
2004212303.tif 000006
【図５】
2004212303.tif 000007
【図６】
2004212303.tif 000008
【図７】
2004212303.tif 000009
【図８】
2004212303.tif 000010
【図９】
2004212303.tif 000011