(57)【要約】【課題】接触ピンの磨耗や微小物質の損傷を引き起こす接触式でピックアップすることのないピックアップ技術及びスポッティング技術を得る。【解決手段】微小物質を指定した場所にスポットするスポッティング装置において、微小物質を先端部で保持するノズル手段と該ノズル手段をＸ−Ｙ−Ｚ座標軸方向に移動させるノズル移動手段とを備え、前記ノズル手段には微小物質を表面張力で引き寄せる液滴を吸引保持し指定された場所上で液滴ごと微小物質を滴下する液導管を備えたもの。【選択図】　　　図３
2004108907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物質を指定した場所にスポットするスポッティング装置において、
微小物質を先端部で保持するノズル手段と、該ノズル手段をＸ−Ｙ−Ｚ座標軸方向に移動させるノズル移動手段とを備え、
前記ノズル手段には、微小物質を表面張力で引き寄せる液滴を吸引保持し、指定された場所上で液滴ごと微小物質を滴下する液導管を備えたことを特徴とするスポッティング装置。
【請求項２】
微小物質を表面張力で引き寄せた液滴が落下しないようにこの液滴を吸引しつつ指定した場所に移動した際に、液導管内の液の押出圧力を高めて滴下する圧力制御手段を、前記液導管に連通して備えたことを特徴とする請求項１に記載のスポッティング装置。
【請求項３】
指定した場所への移動の際の液滴の吸引が毛細管現象によるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスポッティング装置。
【請求項４】
液導管内にエアを導出して液でぬれた管内を乾燥させるエア導出手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のスポッティング装置。
【請求項５】
ノズル移動手段で高さ調整をしつつ、ノズル手段の液導管で吸引保持することで液滴の表面張力で微小物質を引き寄せ、
前記ノズル移動手段のＸ−Ｙ座標軸方向の移動によって指定された場所上へ移動させた後、前記液導管に連通した圧力制御手段で圧力を高めて微小物質を液滴ごと滴下することを特徴とするスポッティング方法。
【請求項６】
微小物質を前記指定された場所で液滴ごと離反滴下した後であって、別の微小物質を液滴で引き寄せる前に、前記圧力手段で液導管に洗浄液を吸入・排出操作をした後に、液導管内にエアを導出して管内を乾燥させることを特徴とする請求項５に記載のスポッティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小物質を指定した場所にスポットするスポッティング技術の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体微細加工技術を基礎としたナノテクノロジー技術の発展にともない、分析装置の小型化が急速に進歩を遂げている。特に、数ｃｍ角のバイオチップや微小エリア上にＤＮＡや細胞などを集積化させる技術（特許文献１）は、フォトリソグラフィーに代表されるように技術的にかなり確立されてきたといえる。そこで、これらの次のステップ技術として最近注目を浴びてきているのは、微小エリア上で、指定した場所にある微小な液滴や物質を吸引し、指定した位置に高精度に移動させスポットさせるピックアップ＆プレースがある。
【０００３】
現在、微小な液滴や物質をピックアップ＆プレースする技術として、次の操作を行う装置が既に市販されている。
（１）　シャーレ等に培養された微生物コロニーを、ピンに吸着させることにより液体培地されているマイクロプレートに自動的に移植する方法。
（２）　５〜５００μｍの単一細胞をマイクロピペットで吸引し、自動的に移植する方法。
（３）　ＣＣＤカメラでばら撒かれた極小植物種子を認識し、特殊フェルトペンで全自動で培地に播種する方法。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２３６８７６
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら技術は、ピンの先端にコロニーなどの微小物質を吸着させたり、マイクロピペットで吸引することにより、指定した微小な液滴や物質を吸引している。しかし、これらは以下のような問題点ある。
（１）　直接、鋭利なピンを物質に接触させており、コロニーなどの微小物質を傷つける恐れがある。
（２）　コロニーなどの微小物質がマイクロオーダーの極小の場合、ピンやマイクロピペットでは吸引できない場合があり、再現性や定量性に欠ける。
（３）　ピンで吸引する場合はピン先端の磨耗が考えられ、コンタミネーションの原因となる。
（４）　マイクロピペットは使い捨てのためコスト的に問題がある。
上記の問題点より接触式で微小物質をピックアップするのは、生物学的見地からも物理上の観点からも望ましくない。
【０００６】
このため、これらをクリアにし微小物質を液接触でピックアップ＆プレースする本発明に至った。即ち、本発明は、接触ピンの磨耗や微小物質の損傷を引き起こす接触式でピックアップすることのないピックアップ技術及びスポッティング技術を得ることを目的とする。また、新しいピックアップ技術において使用に際してコンタミネーションの発生を防止する技術を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明に係るスポッティング装置は、微小物質を指定した場所にスポットするスポッティング装置において、
微小物質を先端部で保持するノズル手段と、該ノズル手段をＸ−Ｙ−Ｚ座標軸方向に移動させるノズル移動手段とを備え、
前記ノズル手段には、微小物質を表面張力で引き寄せる液滴を吸引保持し、指定された場所上で液滴ごと微小物質を滴下する液導管を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載された発明に係るスポッティング装置は、微小物質を表面張力で引き寄せた液滴が落下しないようにこの液滴を吸引しつつ指定した場所に移動した際に、液導管内の液の押出圧力を高めて滴下する圧力制御手段を、請求項１に記載の液導管に連通して備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載された発明に係るスポッティング装置は、請求項１又は２に記載の指定した場所への移動の際の液滴の吸引が毛細管現象によるものであることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載された発明に係るスポッティング装置は、請求項１〜３の何れかに記載の液導管内にエアを導出して液でぬれた管内を乾燥させるエア導出手段を更に備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に記載された発明に係るスポッティング方法は、ノズル移動手段で高さ調整をしつつ、ノズル手段の液導管で吸引保持することで液滴の表面張力で微小物質を引き寄せ、
前記ノズル移動手段のＸ−Ｙ座標軸方向の移動によって指定された場所上へ移動させた後、前記液導管に連通した圧力制御手段で圧力を高めて微小物質を液滴ごと滴下することを特徴とする方法である。
【００１２】
請求項６に記載された発明に係るスポッティング方法は、請求項５に記載の微小物質を前記指定された場所で液滴ごと離反滴下した後であって、別の微小物質を液滴で引き寄せる前に、前記圧力手段で液導管に洗浄液を吸入・排出操作をした後に、液導管内にエアを導出して管内を乾燥させることを特徴とする方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、微小物質を先端部で保持するノズル手段と、このノズル手段をＸ−Ｙ−Ｚ座標軸方向に移動させるノズル移動手段とを備えたスポッティング装置であって、ノズル手段には、微小物質を表面張力で引き寄せる液滴を吸引保持し、指定された場所上で液滴ごと微小物質を滴下する液導管を備えているものである。このため、接触式でピックアップすることがなく、微小物質を傷つける恐れもなく、マイクロオーダーの微小物質でも再現性や定量性に優れる。
【００１４】
本発明のノズル手段としては、微小物質を表面張力で引き寄せる液滴を吸引保持し、指定された場所上で液滴ごと微小物質を滴下する液導管を備えているものであればよい。具体的には、液導管に出入りする液体を先端部で液滴にして、微小物質をこの液滴の表面張力で引き寄せ、これを指定された場所までの移動の間、良好に保持するものであればよい。
【００１５】
ノズル手段の先端部での液滴の出入りは、液導管に連通した圧力制御手段で行うことができる。尚、液導管への液体の流入は液導管が充分に細い場合には毛細管現象で行っても良い。
【００１６】
本発明の微小物質としては、ノズル手段の先端部で形成される液滴に吸引保持されるものであればよい。例えば、生物学的なものとしては、微生物のコロニー、細胞、ＤＮＡ、ＲＮＡ等が挙げられる。また無機質、無生物のようなものとしては、結晶、ミセル、微小金属、塵等が挙げられる。何れにしても、液滴を形成する液体と相互に溶解しないものの組合せが選択される。
【００１７】
本発明の液滴を形成する液体としては、ノズル手段の先端部で液滴を形成する液体であればよく、吸引保持される微小物質に応じて選択される。例えば、微小物質が、ＤＮＡやＲＮＡのように生物学的に有用な物質の場合には、好ましくは緩衝液、生理食塩水等の微小物質を損傷しない溶液が選択される。また、微小物質が無機質、無生物のようなものであれば、溶解しないのであれば純水が洗浄という面で有利である。尚、純水は連続して使用する場合に先行して吸引保持された微小物質の影響を後続の微小物質に伝えないようにするための洗浄液としても利用することができる。
【００１８】
本発明のスポッテイング装置を連続して使用する場合には、先行して吸引保持された微小物質の影響を後続の微小物質に伝えないようにすることが肝要である。その為には、使用したノズル手段の先端部及び液導管内を純水等の洗浄水で洗浄する必要がある。洗浄されたノズル先端及び液導管内は洗浄水でぬれているため、本発明では液導管内にエアを導出して液でぬれた管内を乾燥させるエア導出手段を更に備える。特に生物学的コンタミネーションを防止するためには、エア導出手段から導出されるエアは７０℃以上の高温のエアが好ましい。また、ノズル外周部、内周部の乾燥を別置のエアブローノズル、或いは真空チャンバー等で行う。これにより、コンタミネーションも発生せず、ランニングコストの削減や洗浄度向上に大きく貢献することになる。
【００１９】
【実施例】
図１は本発明のスポッティング装置の概略を示す側面図である。図２は図１の平面図である。図に示す通り、基台１１の対向する平行な２辺を囲むように一対のレール１２，１３が立上り、このｙアーム部としてのレール１２，１３上に横架された状態で移動可能なｙステージ１４が備わっている。ｙステージ１４は一対のレール上を移動させるためのリニアモータ（図示せず）が搭載され、高い位置精度を得ることができる。尚、レールを移動させるためには、高精度ボールネジとサーボモータとで行っても良い。
【００２０】
ｙステージ１４にはレール１２，１３に直行する方向に渡されたｘアーム部１５に沿って移動可能なｘステージ１６が備わっている。このｘステージ１６にもｘアーム部１５上を移動させるためのラインモータ（図示せず）が搭載され、高い位置精度を得ることができる。このｘステージ１６には高さ方向に延ばされたｚアーム部１７に沿って移動可能なｚステージ１８が備わっている。尚、レールを移動させるためには、高精度ボールネジとサーボモータとで行っても良い。このｚステージ１８ではサーボモータと高精度ボールネジ（図示せず）とでｚアーム部１７上を移動させるため、高い位置精度を得ることができると共に電源が切れた場合でも自重で下がることがない利点も有する。尚、ｘアーム部１５には、撮像手段としてのカメラ１９が載置されている。これら、ｘアーム部１５，ｙアーム部１２，１３及びｚアーム部１７によってノズル移動手段を構成している。
【００２１】
ｚステージ１８には、基台１１上に載置・固定されたシャーレ２３に形成されたコロニーを採取し、個々のチップ２０へ移送するノズル手段としてのスポッティングノズル２１が備わっている。シャーレ２３が載置・固定されている基台１１上には、液滴となる液体や反応試薬等を入れたマイクロプレート２４、ノズルの洗浄を行う純水を貯留している洗浄槽２２と乾燥槽２５が並設されている。
【００２２】
図３はスポッティングノズルの動作を示す説明図である。図に示す通り、微小物質のピックアップの前段階として、ａ図に示す通り、ノズル２１の先端部３１に液滴となる液体を給液するため、マイクロプレート２４へ取りに行く。液滴が純水であれば純水を貯留した洗浄槽２２へ取りに行ってもよい。ノズル先端部３１を液中に浸し、ノズル先端に設置された液導管３２内に吸液する。液導管３２内への吸液は液導管３２の毛細管現象で行うことができる。尚、液導管３２が太い場合にはこの液導管１３に連通する圧力制御手段３３で負圧にして行っても良い。尚、圧力制御手段３３はｘステージ１８内部に配されている。
【００２３】
ｂ図に示す通り、カメラ１９でピックアップされる微小物質としてのコロニー３４の位置を認識させ、このカメラ１９によるコロニー３４の位置決めデータに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標軸方向に移動させるノズル移動手段によってノズル先端３１をコロニー３４が載置されている位置へ移動させる。
【００２４】
ｃ図に示す通り、圧力制御手段３３により液導管３２内を微小正圧にしてノズル先端に液滴３５を形成させ、コロニー３４と接触させる。ｄ図に示す通り、液滴３５によって微小なコロニー３４が引き寄せられ、ノズル先端３１にピックアップされる。尚、微小な物質がノズルの液導管３２内径よりも小さい場合にはノズル液導管３２内部に入り込むこともある。
【００２５】
ｄ図の状態でノズル移動手段によって予め定められたチップ２０内の特定の場所に移動させ、ｅ図に示す通り、圧力制御手段３３を正圧にすることにより、ノズルの液導管３２内の液体と共に保持されたコロニー３４を滴下する。
【００２６】
連続してスポッティングする場合には、ノズル先端部３１と液導管３２とを洗浄する。即ち、乾燥槽２５上部にノズル先端部３１を移動させ、エアー導出手段を兼用する圧力制御手段３３からエアを排出して液導管３２内部の液体を乾燥槽２５に排出する。また、周辺よりエアブロー、或いは負圧とすることでノズル外周面、内周面を乾燥させる。液体の除去後、ノズル先端部３１を洗浄槽２２内部に付け、毛細管現象又は圧力制御手段３３の圧力制御によって吸液を行う。吸液されたノズル先端部を再度乾燥槽２５上に移動させ、液体を除去する。この操作を２〜４回程度行うことにより、洗浄操作を終了する。尚、最後の液体の廃棄の後に液導管３２及び先端部３１が乾燥するようにエアーを充分に通す。この際のエアーの温度は好ましくは７０℃以上とし、細菌が付着していても殺菌が行えるようにする。
【００２７】
微小物質には、ＤＮＡやＲＮＡのように液滴に含まれた状態で載置されている場合もある。その場合には、図３のａ図の工程は不要となる。図４はスポッティングノズルの別の動作を示す説明図である。ａ図に示す通り、カメラ１９でピックアップされる液滴に包まれた微小物質４４の位置を認識させ、このカメラ１９による液滴４５に包まれた微小物質４４の位置決めデータに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標軸方向に移動させるノズル移動手段によってノズル先端３１を液滴に包まれた微小物質４４が載置されている位置へ移動させる。
【００２８】
ｂ図に示す通り、ノズル先端３１を液滴４５に接触させて液導管３２の毛細管現象によって液滴４５と共に微小物質４４を吸引保持する。ｃ図に示す通り、液滴４４と共に引き寄せられた微小物質４４は、ノズル先端３１にピックアップされ、ノズル移動手段によって予め定められたチップ２０内の特定の場所に移動する。
【００２９】
ｄ図に示す通り、圧力制御手段３３を正圧にすることにより、ノズルの液導管３２内の液体と共に保持された微小物質４４を滴下する。
【００３０】
以上のように、ノズル内にあらかじめ液体を吸液させておき、そのノズルに液体が落下しない圧力（高精度なエア制御を行うことで可能）を与えることで、一時的にノズル先端から液を懸下させ液滴を作り出す。この液滴の高さ方向の位置決めと高精度なエア圧カコントロールを行うことで、微小物質（ＤＮＡや細胞など）を液接触させて吸い上げる。その後、指定した場所に移動させ高圧のエアでスポットすることにより、ノズルと微小物質は液接触でピックアップ＆プレースを可能にした。
【００３１】
これらの方法でピックアップ＆プレースを行うことで、ノズルと微小物質との直接の接触はなく、ノズルの磨耗は半永久的にない。コンタミネーションも発生せず、ランニングコストの削減や洗浄度向上に大きく貢献することになる。同じく、微小物質もノズルと接触しないので微小物質に損傷を与えない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は以上説明した通り、接触式でピックアップすることがなく、微小物質を傷つける恐れもなく、マイクロオーダーの微小物質でも再現性や定量性に優れる。また、コンタミネーションも発生せず、ランニングコストの削減や洗浄度向上に大きく貢献することになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスポッティング装置の概略を示す側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】スポッティングノズルの動作を示す説明図である。
【図４】スポッティングノズルの別の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１１…基台、
１２…レール、
１３…レール、
１４…ｙステージ、
１５…ｘアーム部、
１６…ｘステージ、
１７…ｚアーム部、
１８…ｚステージ、
１９…カメラ、
２０…チップ、
２１…スポッティングノズル、
２２…洗浄槽、
２３…シャーレ、
２４…マイクロプレート、
２５…乾燥槽、
３１…ノズル先端部、
３２…液導管、
３３…圧力制御手段、
３４…コロニー（微小物質）、
３５…液滴、
４４…微小物質、
４５…液滴、
【図１】
2004108907.tif 000003
【図２】
2004108907.tif 000004
【図３】
2004108907.tif 000005
【図４】
2004108907.tif 000006