(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的に活性な複数種類の試料の各々を含む複数の溶液を順次静電噴霧するエレクトロスプレイ手段と、
このエレクトロスプレイ手段から噴霧される溶液中の試料が堆積される複数のサンプルチップを支持する支持手段と、
前記エレクトロスプレイ手段と前記支持手段との間に配置され、前記複数のサンプルチップの対応する所定の位置に、前記試料を選択的に同時に堆積させるように前記サンプルチップの個数と同数の孔を有するマスク手段と、
前記サンプルチップ支持手段とマスク手段とを相対的に移動させながら前記複数のサンプルチップのそれぞれの上に前記複数の試料を堆積させて複数のマイクロアレイを同時に作製する移動手段とを具え、
前記前記エレクトスプレイ手段に、前記キャピラリから静電噴霧される物質が拡散するのを防止するガードリングおよびシールドを設けたことを特徴とするマイクロアレイ作製装置。
【請求項２】
前記エレクトロスプレイ手段が、電極を有する単一のキャピラリと、このキャピラリに前記複数種類の試料をそれぞれ含む複数の溶液を順次に供給する液体供給手段とを具えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項３】
前記キャピラリを或る溶液の噴霧後、次の溶液の供給前に洗浄する洗浄手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項４】
前記エレクトロスプレイ手段が、それぞれが前記複数の試料を含む複数の溶液を収容し、それぞれが選択的に静電噴霧用電源に接続される電極を有する複数のキャピラリを保持する複数のマルチキャピラリカセットを保持する手段と、これら複数のマルチキャピラリカセットを順次に切換えてエレクトロスプレイ位置へ搬送する手段とを具えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項５】
前記エレクトロスプレイ手段に、静電噴霧を行うにあたり、前記キャピラリに加圧空気を供給してキャピラリの先端に溶液を搬送する加圧手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項６】
前記エレクトロスプレイ手段に、静電噴霧を行うにあたり、前記マルチキャピラリカセットの全てのキャピラリに同時に加圧空気を供給してこれらキャピラリの先端に溶液を搬送する加圧手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項７】
前記複数のマルチキャピラリカセットを保持する手段に、これら保持されているマルチキャピラリカセットに収容されている複数の溶液を温度制御する手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項８】
前記マスク手段の孔の、前記エレクトロスプレイ手段に対向する側のサイズを、前記支持手段に対向する側のサイズよりも大きくしたことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項９】
前記マスク手段が、前記孔内の粒子を静電的に収束するコリメーティングリングを一体的に具えることを特徴とする請求項８に記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項１０】
前記マスク手段のコリメーティングを、一対の絶縁体層の間に挟んだことを特徴とする請求項９に記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項１１】
前記サンプルチップ支持手段とマスク手段とを相対的に移動させる移動手段が、前記サンプルチップ支持手段をマスク手段に対して移動させるＸＹステージまたはＸＹＺステージを具えることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項１２】
前記マスク手段に形成された複数の孔の各々の近傍において、マスク手段の前記サンプルチップと対向する面に固着され、既に堆積された試料スポットと干渉しない形状および寸法を有する複数のスペーサを具えることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項１３】
前記キャピラリと、前記サンプルチップ支持手段及びマスク手段とを相対的に移動させながら前記複数のサンプルチップのそれぞれの上に前記複数の試料を堆積させて複数のマイクロアレイを同時に作製する移動手段を具えることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項１４】
少なくともエレクトロスプレイが行なわれる空間をケースで囲み、このケースを経て清浄な乾燥空気を流す手段を具えることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載のマイクロアレイ作製装置。
【請求項１５】
前記サンプルチップが、導電性の物質をコーティングした非導電性の物質、または導電性の物質から作られており、アースされていることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載のマイクロアレイ作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近年急速に発展しつつあるマイクロアレイ（ＤＮＡチップ、蛋白質チップ、有機化合物チップ）等を作製するマイクロアレイ作製装置（マイクロアレイヤー）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々の細菌や酵母等のゲノム、即ち全遺伝子の塩基配列が決定され、ヒトのゲノム塩基配列も近い将来に全て決定されようとしている。この様なゲノム科学の急速な進展は、決定された各遺伝子及びそれぞれの遺伝子によって生産される蛋白質の機能解明を可能にするものである。遺伝子の数は、酵母で約6200、ヒトでは約１0万と言われており、各遺伝子・蛋白質の機能解明には膨大な数の遺伝子・蛋白質等を一度に扱える技術が必要とされている。その目的を満たす技術として注目され近年急激に発展しつつあるのが「マイクロアレイ」技術である。この技術の目的は、スライドガラス等の基板上に多数のオリゴヌクレオチドを合成したり、ｃＤＮＡや蛋白質を固定化させたりすることにより高密度の実験系を実現しようとするものである。例えば、１つのスライドガラス上に全遺伝子（ゲノム）のｃＤＮＡスポットを作製し、ハイブリダイゼーションさせ、ハイブリッド形成の強度を指標にして各遺伝子の発現量を測定する実験系を構築するものである。
【０００３】
例えば、米国特許5445934号には、その基板上で合成されたオリゴヌクレオチドを1cm2に1000個以上含有するDNAチップが開示されている。一方、ネイチャー・ジェネティック・サプリメントVol.21（1999年１月、p33〜37;Patrick O.Brown他、p25〜32;David D.L.Bowtell）等には、ｃＤＮＡ溶液をピンを用いてスライドガラス上にスポットする方法が開示されている。また、米国特許5807522には、ソレノイドにより振動を与えて、ｃDNA溶液をスライドガラス上にスポットする方法が開示されている。
【０００４】
従来のマイクロアレイ作製方法として
（１） 光リソグラフィ法
（２） マイクロスポッティング法
（３） インクジェット法
が知られている。（１）は、半導体製造法と同様の技術（光リソグラフィ）によって基板上でオリゴヌクレオチドを合成する方法である。（２）は、ピン等を用いて機械的に基板上にcDNA等をスポットさせる方法である。（３）は、圧電素子等を用いて小さいノズルからcDNA等を滴下させる方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（１）の方法によれば、約５０〜２５μｍ間隔に１つのスポットを作ることができ、高密度のマイクロアレイを作製することができる。しかし、この方法では、その基板上でオリゴヌクレオチドを合成するため、別途に調製されたｃＤＮＡ等には適用できない。更に、フォトマスクは、設計、作製に時間がかかり高価である。（２）（３）の方法では、別途に調製されたｃＤＮＡ等を適用することができるが、スポットが３００〜１５０μｍ位と大きすぎるため、高密度のマイクロアレイを作ることが困難である。また、機械的操作によるため、少量のチップを作るのには適しているが、大量のチップを作るのには適さない。スポットの大きさが２００μｍから５０μｍになると必要な試料の量は約１００分の１で済むという計算もある（文献ネイチャー・ジェネティック・サプリメントVol.21（1999年１月、p15〜19;Vivian G.Cheung他）。従って、マイクロアレイの実用化にあたっては、スポットをどれ位小さくして高密度のアレイを形成できるかは、解決すべき極めて重要な問題の１つである。
【０００６】
大量の遺伝子・蛋白質の機能解明が行われ、これらの知見を新薬の開発・疾患の診断・個々の患者への最適な薬剤の選択等の実際の用途に生かしていくためには、ｃＤＮＡや蛋白質からなるマイクロアレイをより小さく高密度に、そして安価に作製する方法が必要である。従って、本発明の目的は、別途に調製されたｃＤＮＡや蛋白質の試料を対象として、数十μｍから数μｍの大きさのスポットから成る高密度マイクロアレイを作製する装置を提供することである。
【０００７】
ＰＣＴ国際公開ＷＯ98/58745や文献アナリティカル・ケミストリ Vol.71（1999年、p1415〜1420及びp3110〜3117;モロゾフ他）には、エレクトロスプレイ（静電噴霧）により核酸や蛋白質等の生体高分子の生物活性を保持したまま基板上にフィルム状やスポット状に固化する方法・装置が開示されている。また、種々の条件を変える事により極めて小さいスポットを同時に多数作る方法・装置も開示されている。しかし、これらの方法・装置では、既にメッシュ状構造を持つフィルタ等を用いるのみで、多くの試料を目的の位置に配置させるマイクロアレイを作製することはできない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの知見を発展させ、任意のパターンを持つｃＤＮＡや蛋白質の高密度マイクロアレイを作製する装置を提供するものである。本発明によるマイクロアレイ作製装置は、生物学的に活性な複数種類の試料の各々を含む複数の溶液を順次静電噴霧するエレクトロスプレイ手段と、このエレクトロスプレイ手段から噴霧される溶液中の試料が堆積される複数のサンプルチップを支持する支持手段と、前記エレクトロスプレイ手段と前記支持手段との間に配置され、前記複数のサンプルチップの対応する所定の位置に、前記試料を選択的に同時に堆積させるように前記サンプルチップの個数と同数の孔を有するマスク手段と、前記サンプルチップ支持手段とマスク手段とを相対的に移動させながら前記複数のサンプルチップのそれぞれの上に前記複数の試料を堆積させて複数のマイクロアレイを同時に作製する移動手段を具え、前記前記エレクトスプレイ手段に、前記キャピラリから静電噴霧される物質が拡散するのを防止するガードリングおよびシールドを設けたことを特徴とするものである。更に、本発明によるマイクロアレイ作製装置は、エレクトロスプレイの際に、キャピラリをエレクトロスプレイ中心部へ移動させ高圧電源と接触させた後、ＰＣＴ国際公開ＷＯ98/58745や文献アナリティカル・ケミストリ Vol.71（1999年、p1415〜1420及びp3110〜3117;モロゾフ他）に開示された方法によって行うことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の第１の実施態様によるマイクロアレイ作製装置は、このエレクトロスプレイ手段が、電極を有する単一のキャピラリと、このキャピラリに前記複数種類の試料をそれぞれ含む複数の溶液を順次に供給する液体供給手段とを具えることを特徴とする。また、必要に応じて、キャピラリを或る溶液の噴霧後、次の溶液の供給前に洗浄する洗浄手段を設けても良い。更に、本発明の第２の実施態様によるマイクロアレイ作製装置は、前記エレクトロスプレイ手段が、それぞれが前記複数の試料を含む複数の溶液を収容し、それぞれが選択的に静電噴霧用電源に接続される電極を有する複数のキャピラリを保持する複数のマルチキャピラリカセットを保持する手段と、これら複数のマルチキャピラリカセットを順次に切換えてエレクトロスプレイ位置へ搬送する手段とを具えることを特徴とする。更に、本発明によるマイクロアレイ作製装置は、両実施態様共に、前記エレクトロスプレイ手段に、静電噴霧を行うにあたり、前記キャピラリに加圧空気を供給してキャピラリの先端に溶液を搬送する加圧手段を設けたことを特徴とする。更に、本発明によるマイクロアレイ作製装置は、両実施態様共に、静電噴霧を行うにあたり、キャピラリを移動する移動手段を設ける事も可能である。
【００１０】
また、エレクトロスプレイを補助するために、エレクトロスプレイ手段において、静電噴霧を行うにあたり、前記マルチキャピラリカセットの全てのキャピラリに同時に加圧空気を供給してこれらキャピラリの先端に溶液を搬送する加圧手段を設けさせることも可能である。また、複数のマルチキャピラリカセットを保持する手段に、これら保持されているマルチキャピラリカセットに収容されている複数の溶液を温度制御（例えば、冷却）する手段を設けさせることも可能である。これによって、試料の生物学的活性や生物学的機能などを保持することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施態様１
本発明の第１の実施態様によるマイクロアレイ作製装置としてシングルキャピラリシステムについて説明する。図１に示すように、シングルキャピラリシステムは、キャピラリ１１が１本である。本装置は、大きくは、エレクトロスプレイ部１０、マスク部２０、基板支持部３０からなる。生物学的に活性な試料を含む溶液をエレクトロスプレイし、マスクを通過させることによって基板の堆積エリア上の所望の位置に堆積させるマイクロアレイ作製装置であって、この装置は、電極を有するキャピラリ１１とガードリング１２とシールド１３を具えたエレクトロスプレイ部１０と、マスク２１及びマスクホルダ２２を有するマスク部２０と、サンプルチップ３１とサンプルチップホルダ３２を具えた移動可能な基板支持部３０とを有する。本発明によるマイクロアレイ作製装置は、生物学的に活性な複数種類の試料の各々を含む複数の溶液を順次静電噴霧するエレクトロスプレイ手段と、このエレクトロスプレイ手段から噴霧される溶液中の試料が堆積される複数のサンプルチップ３１を支持する支持手段と、前記エレクトロスプレイ手段と前記支持手段との間に配置され、前記複数のサンプルチップの対応する所定の位置に、前記試料を選択的に同時に堆積させるように前記サンプルチップの個数と同数の孔を有するマスク手段と、前記サンプルチップ支持手段とマスク手段とを相対的に移動させながら前記複数のサンプルチップ３１のそれぞれの上に前記複数の試料を堆積させて複数のマイクロアレイを同時に作製する移動手段と、を特徴とする装置である。
【００１２】
このキャピラリ１１（ガラス、プラスチック製等）には、ｃＤＮＡ或いは蛋白質等の溶液を収めることができ、内部に電極を持ち溶液に電気を伝達できる構造であり、かつキャピラリ上部より必要に応じて加圧空気を注入できる。多種類のｃＤＮＡ或いは蛋白質等をスプレイする場合は、別途装備されるキャピラリ交換装置（図１には示さず）或いは手動により異なるキャピラリ１１を順次装着するか、または、コンタミネーションを防ぐため試料の変更毎にキャピラリ１１を純水等で洗浄した後、エレクトロスプレイを行う。静電噴霧を行うにあたり、キャピラリを移動させる移動手段を設けることも可能である（図１には示さず）。キャピラリを移動させることによって、一回でより大きな面積、即ち、より大量のサンプルチップに対して、試料を堆積させることができるようになる。移動手段は、キャピラリ側を移動させても、サンプルホルダ及びマスク側を移動させても良く、即ちキャピラリとサンプルチップの相対位置を変えることができれば良い。ガードリング１２は、スプレイされたパーティクル（粒子）が散乱するのを防ぐための電極であり電気伝導性の物質により構成される。ＥＳ（エレクトロスプレイ）装置全体は、ケース１４で覆われ、このケース１４によって外部の空気撹乱や湿度からスプレイ部分全体を保護する。シールド１３は、絶縁体或いは誘電体（プラスチック、ガラス等）から構成され、スプレイされたパーティクルの広がりを均一にする役割を持つ。
【００１３】
ケース１４には乾燥空気等の清浄かつ低湿度の気体を導入する乾燥空気入り口１５を設け、乾燥空気を導入することによってスプレイされたパーティクルの乾燥を促進するとともに汚染を防止する。サンプルチップホルダ３２は複数のサンプルチップ３１（マイクロアレイ）を固定するホルダであり、サンプルチップ３１を真空吸着、静電吸着等の方法により固定し、マスク２１との相対位置が正しく保たれるようにする。サンプルチップ３１とマスク２１とを正確に平行に保つことにより、サンプルチップ３１とマスク２１との距離（ギャップ）を一定に保つ機能を持つ。ＸＹステージ３３は、サンプルホルダ３２をＸＹ平面内で駆動させることによりサンプルチップ３１とマスク２１の相対位置を変化させ所望の位置に試料スポットが形成されるように制御する。
【００１４】
実施態様２
本発明の第２の実施態様によるマイクロアレイ作製装置としてマルチキャピラリシステムについて説明する。図２に示すように、マルチキャピラリシステムは、前述したシングルキャピラリシステムよりも多種類のｃＤＮＡや蛋白質等を効率よく静電噴霧しクロスコンタミネーションの無い試料スポットを形成するために複数のキャピラリ５１を一緒に装着し自動的に静電噴霧する対象物質を切り替えるのに適したシステムである。マルチキャピラリカセット５２は、複数のキャピラリ５１を一緒に固定させ、それぞれのキャピラリ内の電極に電気的接続を行うための配線及び多配線コネクタ５３及び加圧のための気体供給経路を持っている。これにより、ＥＳＤ電装ユニット５４（高電圧発生・スイッチング）から供給される多配線高電圧ケーブル５５の電圧を電気的に切り替えることにより静電噴霧される物質を選択することが可能であり、高速に多種類の物質を切り替えて静電噴霧しスポットを形成することが可能となる。
【００１５】
多配線コネクタ５３は多配線高電圧ケーブル５５と接続されており、マルチキャピラリカセット５２の装着によって、高圧電源とキャピラリ内の電極との電気的接続を行うことができる。ＥＳＤ（静電気放電）電装ユニットは、エレクトロスプレイに必要な高電圧を発生し多配線高電圧ケーブル５５、多配線コネクタ５３を通じての高電圧の切り替え（スイッチ）による静電噴霧物質の切り替えを制御する。高圧電源は、静電噴霧するサンプル溶液に供給される高電圧（２０００〜４０００Ｖ）以外にもガードリング（図２には示さず）、コリメーティングリングに必要とされる高電圧（５００〜３０００Ｖ程度）の供給も行う。
【００１６】
ケース５６は、シングルキャピラリシステムと同様にエレクトロスプレイを外乱から保護する。大型シールド５７は、絶縁体或いは誘電体のメッシュ状のもので構成されており、静電噴霧されたパーティクルの分布を均一にする効果を持つ。キャピラリ自動交換装置５８は、ロボットアーム或いはＸＹＺステージ等で構成され、エレクトロスプレイ部とマルチキャプラリカセット格納場所５９との間を移動可能であり、マルチキャピラリカセットを交換する。また、キャピラリ５１に対するサンプル溶液の供給は、格納場所５９に装備された供給装置で行うか或いは別途用意されたサンプルパレット６０から自動交換機により吸引する。
【００１７】
マルチキャピラリシステムにおいては、各キャピラリと、対象となるマスクや基板との相対位置が異なるが、キャピラリとマスクや基板との距離が十分にあればパーティクルは均一に分散し、各チップ上の堆積エリアに均一に堆積させることができる。もちろん、各キャピラリをエレクトロスプレイ部の中心部分に移動させ、そこでエレクトロスプレイを各キャピラリ毎に順次行うような装置を構成させることも可能である。シングルキャピラリシステムと同様にマルチキャピラリシステムにおいても、静電噴霧を行うにあたり、キャピラリを移動する移動手段を設けることが可能である（図２には示さず）。
【００１８】
マスク構造体４０は、静電噴霧によってキャピラリから放出されたパーティクル（粒子）を各スポットに集め、所望の大きさのスポットとして所望の位置へ堆積させる働きを持つ。マスク４０はシングルキャピラリシステム及びマルチキャピラリシステムで共通に利用可能であり、マスク４０は、キャピラリ側から順次に絶縁体層４１、電気導電体層４２、絶縁体層４３、マスク層４４（絶縁体マスク層）を積層させたものである。絶縁体層４１は、エレクトロスプレイの初期に荷電された粒子が付着することにより帯電し、静電気的な反発により、その後の粒子の付着を防ぎ、スプレイされた材料が微小孔内に集中するように働く。また、マスク構造体全体として、エレクトロスプレイ手段に対向する側の孔のサイズを、サンプルチップ側（基板支持部側）の孔のサイズよりも大きくすることによって、試料粒子を収束させる効果がある。電気導伝体層４２であるコリメーティングリングは、金属等の電気導伝体で形成されており、中間的な電圧を加えることにより粒子と静電気的に反発し、粒子を小孔の中央に集めるような磁界を発生させ、補集効率を向上させる働きを持つ。絶縁体層４３は、コリメーティングリングと後述するマスク層４４を絶縁する働きも持つ。
【００１９】
マスク層４４は、マイカ、石英ガラス等を材料とする絶縁体或いは誘電体からなる薄い層（１０〜数１００μｍ）で形成され、目的とするスポットとほぼ同じ大きさの孔４４a（孔径数μｍ〜１００μｍ）を持つ。このマスク層４４も、絶縁体層４１、絶縁体層４３と同様に荷電粒子が付着して、静電気的な反発によってパーティクルを孔の中に集める働きをするものと考えられる。スペーサ４５は、マスク構造体とサンプルチップ（サンプルホルダ）が直接接触しないように間隔を保つためのものであり、厚さ数μｍから数十μｍ程度のプラスチック、金属或いはガラス等の絶縁体から構成される。一枚のマスクには、約十〜数万個のマスク孔を設けることができ、これにより多数個のサンプルチップを同時に形成することができる。
【００２０】
即ち、通常は、マスクの孔の数と並べるサンプルチップの個数を同数にして、複数個のチップを一回の作業で作製する。サンプルチップとしては、光学ガラス等の表面に導電性の物質（ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、金属薄膜等）をコーティングしたもの、または金属板、ソーダガラス（導電性ガラス）、及び導電性プラスチック等が用いられる。但し、一般的には絶縁体であると考えられるプラスチック類であっても通常は僅かな導電性を有するため、導電性のコーティング剤を塗布することなく基板として用いることは可能である。従って、基板に適さないものは、実際にはフッ素樹脂、石英ガラス等に限られる。また、これらの導電性の部分等は、サンプルホルダ等を介してアースされている。各チップ上に堆積した粒子の電荷を抜く必要があるからである。本装置例では、チップ側の位置を移動させて、チップの堆積エリアを調整しているが、マスク側の位置を移動させても良い。また、透明ガラスの上に光によって導伝性を示す物質をコーティングして、下部から光を照射することによって各チップの堆積エリアを移動させるような装置（この場合、マスク部は不要となる）とすることも可能である。チップのサイズ等は、様々なバリエーションが考えられ、例えば、チップサイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ、一度にスプレー可能なサンプルチップの個数：１００個（１０×１０）〜数千個（３３×３３程度）、スポットの数：１，０００個〜１００，０００個、スポットサイズ：直径１０ミクロン〜５０ミクロン程度の円形、スポットのピッチ：２０ミクロン〜１００ミクロンが考えられる。スポットのサイズを大きくすることは容易であるが、その分チップの大きさが大きくなるか、スポットの数が減少することとなる。サンプルとしては、一般的には、タンパク質として、酵素、精製レセプター、モノクロナール抗体、抗体フラグメント等が挙げられる。また、DNA或いはｃDNAおよびそのフラグメント、各種有機高分子化合物、或いは、膜内レセプター、ウイルスなどの微小パーティクルもサンプルとして利用できる。
【００２１】
本実施例の場合は、１枚のマスクに１００個の孔が空いているものを使用する。従って、サンプルホルダには１０×１０＝１００個のチップ（マイクロアレイ））を並べる。キャピラリ収納器具として、９６ウェルを使用し、各々のキャピラリには異なる種類のサンプル溶液を収める。全部で１００００個のスポットを作製するため１００００種類のサンプル溶液とこれを収めた１０５個の９６ウェルのマルチキャピラリカセットを用意する。チップは、１０mm×１０mｍのものを使用し、直径２０μｍのスポットを８０μｍ間隔で形成させる。従って、１枚のチップには１００００個のスポットを形成させる。１個のスポットを作製するのに約１０秒かかり、このチップ１個に１００００個のスポットを作製するには約２８時間かかる。即ち、約２８時間で１万個のスポットを持つチップを１００個作製することができる。
【００２２】
また、このマスク構造体の全体の構造は、その構成から製作が容易な構成となっている。製作の工程は以下の通りである。
（１） 絶縁体（ＰＭＭＡ、フッ素樹脂等）、金属（アルミニウム、銅等）及び絶縁体を順次積層する。
（２） 積層されたプレートに上方からエンドミル等の工具により円錐形の孔を開ける。この状態で、コリメーティングリング電極（金属）が上方に向けて露出した状態となる。
（３） マイカ、石英ガラス等のマスクに、アブレイシブジェット、エッチング或いは微細機械加工等に方法により微細孔を多数形成し、これを（２）で形成された積層プレートに張り合わせる。
（４） 更に下部にスペーサを張り合わせ、マスク構造体を完成させる。
【００２３】
図４に示すマルチキャピラリカセット７０は、キャピラリ保持ベース７１（ＰＭＭＡ等のプラスチック等）に、ガラス或いはプラスチック等のキャピラリ７２を複数取り付けた構造となっている。各キャピラリには（多配線）電気コネクタ７３より配線７４が施され、キャピラリ内の電極と接続されている。各キャピラリには、各々異なる種類のサンプル溶液が収められる。また、これとは別途に加圧空気の入り口７５及びその流路７５を持っており、静電噴霧時にはサンプル溶液の加圧、或いは吸引時にはサンプル溶液の減圧を可能としている。この加圧、減圧については、本実施例の装置構成では、各キャピラリに対して同時に加圧、減圧を行う。即ち、キャピラリの加圧によって、各キャピラリの先端にサンプル溶液を搬送して、静電噴霧を行い易い状態にするためのものである。この加圧は必ずしも必要は無いが、エレクトロスプレイがし易い状態を作り出すために補助的に用いられる。このようにキャピラリ先端にサンプル溶液を搬送した状態で、キャピラリの１つに電圧をかけると、静電気的な力によって、このキャピラリ先端部からサンプル溶液が微小液滴状態で飛び出す。もちろん、この加圧を各キャピラリ毎に制御して、例えば、各キャピラリ１本づつ加圧をかけて、それと連動して同時にその加圧したキャピラリに対して電圧をかけるという構成をとることも可能である。このマルチキャピラリカセット７０は、通常はディスポーザブルであり、通常は洗浄を要しないが、洗浄手段を設けて再使用することも可能である。サンプル溶液は、図２に示すようなサンプルパレットから同時に多種類のサンプルを吸引しても良いし、予めサンプル溶液が収められたキャピラリを保持ベースに取り付けても良い。
【００２４】
図５に示すように、シングルキャピラリ８０は、ガラス或いはプラスチック等からできている構成された細い（数μｍ〜数十μｍ）先端を持つ単一のキャピラリ８１（直径１〜数ｍｍ程度）と電極としての導電性ワイヤ８２（プラチナ等）とキャピラリ保持具８３より構成され、このキャピラリ内には、サンプル溶液を収めることができる。キャピラリ保持具８３は、通常導電性ワイヤ８２と電気的に接続され、エレクトロスプレイ用の高圧電源へ接続される。キャピラリ保持具８３の上部には、エレクトロスプレイを補助する加圧空気の導入やサンプルをキャピラリ先端から供給する場合の減圧を行うことができるように入り口８４が設けられており、これによりサンプルを連続して供給することができる。多種類のサンプルを使用する場合は、各種類毎にキャピラリを交換するか、または純水を吸引、排出を行うこと等によって洗浄を行う。但し、スクリーニング実験等を目的とする等の場合は、多少のコンタミネーションは問題とならないため、キャピラリ交換、キャピラリ洗浄は必要でない。
【００２５】
図６は、マルチキャピラリシステムの電気接続図を示すものである。マルチキャピラリシステムにおいては、複数のキャピラリ９０、高電圧スイッチ９１（電装部に内臓）及び高圧電源Ｖ1、V2、V3、ガードリング９２、マスク構造体９３、サンプルチップ９４を並べた基板支持部より構成される。サンプルチップ９４の表面は、導電性の物質によってコーティングされているか、または導電性の物質でできており、０Ｖ（グランド電位）に接続されている。マスク構造体９３は、サンプルチップ９４のすぐ上方に位置し、ガードリング電極９５は、コリメーティング電圧Ｖ３に接続されている。ガードリング９２は、Ｖ２に接続されており、キャピラリ９０のうち静電噴霧すべき部分に高電圧スイッチ９１を介してエレクトロスプレイ電圧Ｖ１が供給される。３種類の電圧は、通常Ｖ１＝２０００〜５０００Ｖ、Ｖ２＝２０００〜５０００Ｖ、Ｖ３＝５００〜３０００Ｖ程度となっており、Ｖ１≧Ｖ２＞Ｖ３の関係を持つ。順次電圧がスイッチされるに従い、下方のマスク構造体９３がＸＹ（或いはＸＹＺ）ステージにより駆動され所望の位置に所望の大きさでサンプルのスポットが形成される。これを繰り返すことにより所望の個数、サイズのスポットを持つチップを同時に複数個作製することが可能となる。
【００２６】
図７は、シングルキャピラリシステムの電気・配管接続を示す図である。前述したマルチプルキャピラリシステムは複数のキャピラリを擁するのに対して、シングルキャピラリシステムは、１本のキャピラリ１００に順次サンプル溶液を供給することによりマイクロアレイを形成させるものである。このシングルキャピラリ１００の後方には、送液ポンプ１０１とサンプル溶液を順次吸引するためのサンプラー１０２が装備されており、ｃＤＮＡや蛋白質のサンプル溶液１０３を順次供給することができる。この場合、送管の径が十分に小さいため、各サンプル溶液はそれぞれの層を形成し、サンプル同志が混合することは無い。マイクロアレイの形成は、静電噴霧されるサンプル溶液が変わる毎にＸＹ（或いはＸＹＺ）ステージにより新たな位置にサンプルチップ１０４またはマスク１０５を移動し、所望の堆積エリアにスポットを形成させることにより行う。この場合も、スクリーニング実験等を目的とする等の場合には、多少のコンタミネーションは問題とならないため、キャピラリ交換・洗浄をせずに順次サンプル溶液を吸引して、エレクトロスプレイを行うか、または、サンプル溶液の間に純水を洗浄液として取り込み、サンプル溶液をスプレイ後、この純水をスプレイしてキャピラリ内と送管内とを洗浄することも可能である。この場合、洗浄に用いられた純水は、キャピラリ内から加圧空気で放出された後、蒸発してしまうため洗浄液を回収する機構などは一般的に必要ではない。
【００２７】
図８は、ＸＹ或いはＸＹＺステージによるマイクロアレイ形成時の駆動方法を示す図である。即ち、図８では、マイクロアレイ形成時のマスク構造体とサンプルチップの相対的な移動の様子を示している。前述したようにマスク構造体下部にはスペーサが装着されているが、これはマスクとサンプルチップ間の距離を適当にとり、マスクと既に形成されたｃＤＮＡや蛋白質のスポットに接触し損傷或いはコンタミネーション起こさないよう働くものである。このため、エレクトロスプレイ時にはスペーサーとサンプルチップ表面が接触している。スペーサの厚さは、スポットの高さに応じて決定される。また、スペーサは、既に堆積された試料スポットと干渉しないような形状及び寸法にデザインされる。マイクロアレイ形成時の移動方法には、ＸＹ平面内のみで動く方法（図８Ａ）とＸＹ平面内及びＺ方向（マスクが離れる方向）に移動する方法（図８Ｂ）の２方法が考えられる。前者は、サンプルチップ表面及びスペーサが比較的耐摩耗性に優れた材料で形成されている場合に有効な方法であり、Ｚ方向の制御を必要としないため、構造を簡素にできる。一方、後者の方法は、スペーサが移動することによってサンプルチップ或いはスペーサの表面が損傷される可能性がある場合に適応される。
【００２８】
ＸＹ平面内駆動法（図８Ａ）
（１） 開始時に、マスク構造体はサンプルチップの所定の位置に位置決めされている。
（２） エレクトロスプレイによりスポットを形成する。
（３） ＸＹステージを駆動することにより、ＸＹ平面内でサンプルチップを移動させ、次のスポット位置へと移動する。
（４） 新たにエレクトロスプレイによりスポットを形成する。
上記（３）、（４）を繰り返すことにより必要な数のスポットを形成する。
【００２９】
ＸＹＺ駆動法（図８Ｂ）
（１）開始時に、マスク構造体はサンプルチップの所定の位置に位置決めされている。
（２）エレクトロスプレイによりスポットを形成する。
（３）Ｚステージに駆動によりマスク構造体とサンプルチップを離す。
（４）ＸＹステージの駆動により、ＸＹ平面内でサンプルチップを移動させ、次のスポット位置に移動する。
（５）Ｚステージの駆動によりマスク構造体とサンプルチップを接触させる。
（６）エレクトロスプレイによりスポットを形成する。
（７）上記（３）、（４）を繰り返すことにより必要な数のスポットを形成する。
上記移動は、サンプルチップがＸＹ或いはＸＹＺステージ上に搭載され、マスクが固定されているという仮定の下で説明を行っているが、サンプルチップ、マスク構造体の相対位置が変化すれば良いため、サンプルチップ或いはマスク構造体のいずれかをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に駆動することによっても可能である。
【００３０】
図９は、ＸＹ平面内でのマスクの移動方法とスポット形成の順序を示している。図の左上部に示すように、マスクを上から見ると多数の微細孔を持つマスク構造体とその下方にサンプルチップ１１０が配置されている。サンプルチップ１個を拡大すると、微細孔１１１を持つマスク構造体の裏側にスペーサ１１２が配置されている。断面方向の移動の様子は図８で説明した通りであるが、ＸＹ方向の移動に際しても、既に形成されたスポットを損傷或いは汚染（コンタミネーション）しないようにマスク構造体とサンプルチップの相対移動を正しく制御する必要がある。図のようなスペーサ１１２を持つマスク構造体の場合のスポット形成手順を示す。
【００３１】
（１） サンプルチップ１１０の左上部に、マスクの微細孔１１１が位置決めされる。
（２） エレクトロスプレイによりスポットを形成する。
（３） マスクを移動する。
（４） ２番目のスポットをエレクトロスプレイによって形成する。
（５） 移動（３）とスポット形成（４）を繰り返し行い、サンプルチップ上のに多数のスポットを形成する。その際に、スペーサが既に形成されたスポットに接触しないよいうに軌跡を制御する。
図の場合、サンプルチップの左上から右に向かってスポット形成を行い、サンプルチップの右端部まで形成を完了した時点で、１列下側の左側のスポットから形成を開始する。これにより既に形成されたスポットにスペーサ１１２が接触することなく多数のスポットを平面状に形成することができる。以上のような、スポット形成に順序を示す軌跡とスペーサの関係は本図に示された形状に限らず様々な組み合わせが考えられる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の利点をまとめると、
（１） 別途に調製されたDNA、蛋白質その他の化合物に適用できる。
（２） 短時間で同時に多くのスポットを形成させ、同時に多数のサンプルチップを作製することができる。
（３） 極めて小さいスポット（１〜２μｍ）も作製することができるので高密度のチップを作製できる。
（４） 基板の移動を機械的に制御しているため、スポット間隔を短くでき、これによって高密度のチップを作製できる。
（５） 必要なサンプル量が少ない
（６） 従って、最終商品としてのチップの価格も現在のレベルから相当低減できる。
上述したように、本発明は様々なDNA・蛋白質に適用できるため、多くの用途がある。
【００３３】
大別すれば、
（１） 遺伝子解析（発現モニタリング、塩基配列決定等）
（２） 蛋白質の機能解明
（３） 診断薬（遺伝子診断、酵素のタイピング、アレルゲンの特定、感染菌の同定・タイピング等）
（４） 疾患治療（患者の遺伝的・生理的状態に合った最適薬剤の選択等）
（５） 医薬品等のスクリーニング（多元的なHigh-Throughput Screeningが可能）
（６） 分析（化合物の毒性、環境分析、食品の微生物コンタミネーション分析等）
等があるが、将来、更に広い分野での応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるシングルキャピラリシステムの構成を示す斜視図である。
【図２】  本発明によるマルチキャピラリシステムの構成を示す斜視図である。
【図３】  マスクの断面図及び分解斜視図である。
【図４】  マルチキャピラリカセットの構造を示す斜視図である。
【図５】  シングルキャピラリの構造を示す斜視図である。
【図６】  マルチキャピラリシステムの電気接続図である。
【図７】  シングルキャピラリシステムの電気・配管接続図である。
【図８】  ＸＹ或いはＸＹＺシステムとマイクロアレイ形成時の駆動方法を示す図である。
【図９】  ＸＹ平面内でのマスクの移動方法とスポット形成の順序を示す図である。
【符号の説明】
１０  エレクトロスプレイ部、２０  マスク部、３０  基板支持部、１１  キャピラリ、１２  ガードリング、１３  シールド、１４  ケース、１５乾燥空気入り口、２１  マスク、２２  マスクホルダ、３１  サンプルチップ、３２  サンプルチップホルダ、３３  ＸＹステージ（或いはＸＹＺステージ（手動または半自動））、５１  キャピラリ、５２  マルチキャピラリカセット、５３  多配線コネクタ、５４  ＥＳＤ電装ユニット（高電圧発生・スイッチング）、５５  多配線高圧ケーブル、５６  ケース、５７  大型シールド、５８  キャピラリ自動交換ユニット、５９  キャピラリカセット格納場所・サンプル溶液供給装置、６０  サンプル溶液パレット、６２  サンプルチップ、６３  サンプルチップホルダ、６４  ＸＹ（Ｚ）位置決めステージ、４０  マスク構造体、４１  絶縁体層、４２  電気導電体層、４３  絶縁体層、４４  マスク層（絶縁体マスク層）、４４ａ  孔、４５  スペーサ、７０  マルチキャピラリカセット、７１  キャピラリ保持ベース、７２  キャピラリ、７３  多配線コネクタ、７４  各キャピラリへの電気配線、７５  加圧空気入り口、７６  加圧空気流路、７７  サンプル溶液、８０  シングルキャピラリ、８１  キャピラリ、８２  導電体ワイヤ、８３  キャピラリ保持具、８４  加圧空気・サンプル溶液入り口、９０  キャピラリ、９１  高電圧スイッチ、９２  ガードリング、９３  マスク構造体、９４  サンプルチップ、９５  ガードリング電極、９６  導電性ワイヤ、９７  サンプル溶液、Ｖ１  エレクトロスプレイ高電圧、Ｖ２  ガードリング電圧、Ｖ３  コリメーティング電圧、１０１  送液ポンプ、１０２  サンプラー、１０３  サンプル溶液、１０４  サンプルチップ、１０５  マスク構造体、１０６  ガードリング、１０７  高電圧スイッチ、１０８  導電性ワイヤ、１１０  サンプルチップ、１１１  マスク孔、１１２  スペーサ、１１３  コリメーティング電極
【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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