分注装置、マイクロアレイの製造装置、分注方法及びマイクロアレイの製造方法
【課題】スポットサイズのばらつきを低減させることが可能な分注技術を提供する。
【解決手段】分注装置１は、生体試料を含む液体を保持する保持部１０４と、当該保持した液体を押圧する押圧手段１０６と、液滴を吐出可能な分注針１０２とを備え、押圧手段１０６により液体を押圧することにより分注針１０２先端に液滴２０を形成可能な分注ユニット１００と、分注針１０２の先端と被吐出対象体１０の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、分注針１０２の先端に形成する予定の液滴２０の落下方向の長さと略同一になるように、分注針１０２の先端位置を上記略垂直方向に移動させ、固定させる第１の移動手段２０２と、を備える。
【解決手段】分注装置１は、生体試料を含む液体を保持する保持部１０４と、当該保持した液体を押圧する押圧手段１０６と、液滴を吐出可能な分注針１０２とを備え、押圧手段１０６により液体を押圧することにより分注針１０２先端に液滴２０を形成可能な分注ユニット１００と、分注針１０２の先端と被吐出対象体１０の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、分注針１０２の先端に形成する予定の液滴２０の落下方向の長さと略同一になるように、分注針１０２の先端位置を上記略垂直方向に移動させ、固定させる第１の移動手段２０２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分注技術に関する。詳しくは、マイクロアレイの作成等に用いられる生体試料を含む液体等の微量分注技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡチップ、ＲＮＡチップ、プロテインチップ、糖鎖チップなどのバイオチップ（マイクロアレイ）は、数百から数万種類の生体関連物質や化学物質などを数平方センチメートルのガラススライドなどの基板に高密度に整列させ、固定化させたものである。バイオチップは、チップ上の物質と相互作用する物質の探索や相互作用をする物質のシグナルパターンから情報などを得るのに用いられる。バイオチップは、大量の情報を一度に処理、解析できるため、治療薬の開発ツール、病気の診断、健康のモニター等の様々な分野で期待されている。
【０００３】
バイオチップの作成方法は、大まかに分類すると、光リソグラフ方式、表面接着方式、インクジェット方式に分けられる。
【０００４】
分注法のうち表面接着方式は、分注針の針先を、例えばＤＮＡ断片などの生体関連試料を含む液体に浸した後、基板上に針先を接触させて液体をスポットしていく方法である。分注針は、洗浄液などで洗浄することにより再使用が可能であり、同じ分注針を用いて多種類の生体関連試料をスポッティングすることが可能である。この方式は、コストが安く、独自の配列パターンを作りやすいという利点がある。しかし、その一方で、針先を最初に液体に浸した際に、分注針の先端の周りに付着した余分な液体によって、最初に形成したスポットと後のスポットでスポットサイズのばらつきが生じたり、あるいは、針先と基板の接触時間や接触角度などの接触の具合によってスポットサイズにばらつきが生じる場合があった。
【０００５】
このような状況下、上記問題を解決するために、特許第３４３６７４１号（特許文献１）には、分注針を液体に浸した後、針先に付着した余剰の液体を捨て打ち操作をすることにより除去する方法が開示されている。また、特開２００４−３２５３２９号公報（特許文献２）には、分注ピンと分注対象物との距離を位置決めピンにより一定に保ち、分注ピン先端は分注対象物表面に接触させず、分注ピン先端に保持されたタンパク質を含む液滴を分注対象物に接触させ、液滴の表面張力により非接触で分注する方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３４３６７４１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、直接分注針が基板に接触するため、接触によるばらつきが生じる虞がある。また、特許文献２の方法では、分注ピン先端を液体に浸して液体を分取するため、分注ピン先端周囲に付着した余剰の液体により、最初と後のスポットでスポットサイズにばらつきが生じる虞がある。また、液滴が保持された状態で分注ピンの移動を行うため、液滴が予定外の場所やタイミングで落下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明はスポットサイズのばらつきをさらに低減させることが可能な分注技術を提供することを目的としている。また、本発明は液滴が予定外の場所やタイミングで落下することにより生じる虞のある汚染を回避することが可能な分注技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、生体試料を含む液体を保持する保持部と、当該保持した液体を押圧する押圧手段と、液滴を吐出可能な分注針と、を備え、上記押圧手段により上記液体を押圧することにより上記分注針先端に液滴を形成可能な分注ユニットと、上記分注針の先端と被吐出対象体の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、上記分注針の先端に形成する予定の液滴の落下方向の長さと略同一になるように、上記分注針の先端位置を上記略垂直方向に移動させ、固定させる第１の移動手段と、を備える、分注装置を提供するものである。
【０００９】
かかる構成によれば、分注ユニットに押圧手段が設けられているので、被吐出対象体のスポット形成位置で液滴を形成することが可能となり、予定外の場所やタイミングで液滴が落下することにより生じる虞のある汚染を回避することが可能となる。また、分注針の先端位置を形成予定の液滴の落下方向の長さと同程度の距離離れた位置に移動させて、固定させることが可能であるので、分注針の先端位置をかかる位置に固定し、液滴を被吐出対象体の吐出対象面に接するまで形成することで、針先端が吐出対象面に接することなく（非接触で）液滴の表面張力により被吐出対象体に分注することが可能となる。したがって、分注針が被吐出対象体に接触することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。また、本発明では、生体試料を含む液体を分注針に供給する際に、分注針を液体に浸す必要が無く、分注針の先端周囲に余剰の液体が付着する虞がない。したがって、分注針先端に余剰の液体が付着することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。
【００１０】
好ましくは、上記分注ユニットを上記被吐出対象体上のスポット形成位置に上記被吐出対象体の吐出対象面と略水平に相対的に移動させる第２の移動手段を備える。これによれば、分注ユニットを吐出対象面上の所望の位置に３次元的に移動が可能となる。
【００１１】
好ましくは、上記分注針の先端に撥液処理が施されている。これによれば、液滴が被吐出対象体に接触した際に液滴の被吐出対象体への移行を促進させることが可能となる。
【００１２】
好ましくは、上記被吐出対象体に親液処理が施されている。これによれば、液滴の被吐出対象体への移行を促進させることが可能となる。
【００１３】
好ましくは、上記押圧手段が送りねじ機構により上記分注ユニット内に備えられたプランジャーを移動させることにより液体を押圧する手段である。これによれば、微量な液量の調整が可能となるので分注針先端の液滴のサイズを所望の大きさに容易に調整することが可能となる。
【００１４】
好ましくは、上記送りねじ機構がアクチュエータにより駆動される。これによれば、液滴サイズの自動制御が可能となる。
【００１５】
好ましくは、本発明の分注装置が、所望のスポットサイズを入力する入力手段と、上記分注針先端及び上記被吐出対象体間の距離と上記スポットサイズとの関係が、読み出し可能に記憶された記憶手段と、上記入力手段へのスポットサイズの入力に応じて上記記憶手段から読み出された距離を移動するように、上記第１の移動手段に第１の駆動信号を送信する、上記第１の移動手段を制御する移動制御手段と、上記分注針の先端位置が上記距離に移動され、固定された後に、上記押圧手段に第２の駆動信号を送信する押圧制御手段と、上記分注針先端に形成される液滴と上記被吐出対象体の吐出対象面との位置関係を検出する検出手段と、をさらに備え、上記押圧制御手段が、さらに上記検出手段により検出された上記液滴と上記吐出対象面との位置関係に応じて上記押圧手段に駆動を停止するよう停止信号を送信する。
【００１６】
これによれば、所望のスポットサイズを入力することで、分注針先端と被吐出対象体表面との距離に応じた大きさの液滴を自動で形成することが可能となり、作業効率の向上を図ることができる。ここで、液滴と吐出対象面との位置関係には、例えば、液滴の先端と吐出対象面との距離などが挙げられる。
【００１７】
好ましくは、上記検出手段が、上記分注針先端に形成される液滴と上記被吐出対象体の吐出対象面を観察する観察手段と、上記観察手段により観察された光像に基づいて、液滴先端と吐出対象面との距離を算出し、当該距離と所定値を比較して、当該距離が所定値と一致するか否かを判別する判別手段とを備える。これによれば、精度よく、押圧手段の駆動制御をすることが可能となる。なお、ここで観察手段としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）カメラなどの光学観察手段が挙げられる。
【００１８】
また、上記検出手段は、観察手段を用いた検出手段に代えて、レーザ光源と受光センサとから構成され、上記分注針先端から吐出された液滴がレーザ光線を横切る際の受光強度変化から液滴位置を検出するよう機構であってもよい。これによれば、より単純な構成で液滴と吐出対象面との位置関係の検出が可能となる。
【００１９】
上記押圧制御手段が、上記第１の駆動信号の停止後、所定時間後に上記第２の駆動信号を送信するものであってもよい。これによれば、単純な構成で分注ユニットの移動と液滴形成の連続動作が可能となる。
【００２０】
本発明の他の態様は、上記分注装置を備えた、マイクロアレイの製造装置を提供するものである。これによれば、上記分注装置を備えているので、マイクロアレイ製造時の汚染を回避することができ、また、スポットサイズのばらつきを低減させることができるので、マイクロアレイの精度及び歩留まりを向上させることができる。
【００２１】
本発明の他の態様は、生体試料を含む液体を分注針で被吐出対象体に分注する分注方法であって、上記分注針の先端と被吐出対象体の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、上記分注針の先端に形成する予定の液滴の落下方向の長さと一致するように、上記分注針の先端位置を移動させて固定し、上記分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより分注針の先端に滲出させ、当該分注針先端に形成される液滴を徐々に成長させることにより、当該液滴先端を上記吐出対象体に接触させると略同時に押圧を停止し、生体試料を含む液体を上記吐出対象体に移動させる、分注方法を提供するものである。
【００２２】
これによれば、分注針の先端を、形成予定の液滴の落下方向の長さと一致する位置に移動させて固定した後、分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより液滴を形成するので、予定外の場所やタイミングで液滴が落下することにより、汚染が生じるのを回避することが可能となる。また、分注針の先端を被吐出対象体に接触させず（非接触で）、液滴の先端を被吐出対象体に接触させると略同時に、液滴の表面張力により被吐出対象体に液滴を移行させるので、分注針が被吐出対象体に接触することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。また、本発明では、生体試料を含む液体を分注針に供給する際に、分注針を液体に浸す必要が無く、分注針の先端周囲に余剰の液体が付着する虞がない。したがって、分注針先端に余剰の液体が付着することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。
【００２３】
本発明の他の態様は、生体試料を含む液体を分注針で被吐出対象体に分注する分注方法であって、上記分注針を、入力された所望のスポットサイズに応じて予め定められた距離になるように上記被吐出対象体の吐出対象面に対して略垂直方向に移動させて固定し、上記分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより分注針の先端に滲出させ、当該分注針先端に形成される液滴の先端と上記被吐出対象体の吐出対象面との位置関係を光学観察手段により観察しながら、当該液滴を徐々に成長させ、上記位置関係から上記液滴先端と吐出対象面との距離を求め、上記距離が上記液滴の先端が上記吐出対象体に接触可能な所定値に達したときに、押圧を停止させ、上記液滴先端を上記吐出対象体に接触させることにより、生体試料を含む液体を上記吐出対象体に移動させる、分注方法を提供するものである。
【００２４】
これによれば、分注針の先端を、形成予定の液滴の落下方向の長さと一致する位置に移動させて固定した後、分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより液滴を形成するので、予定外の場所やタイミングで液滴が落下することにより、汚染が生じるのを回避することが可能となる。また、分注針の先端を被吐出対象体に接触させず（非接触で）、液滴の先端を被吐出対象体に接触させ、液滴の表面張力により被吐出対象体に液滴を移行させるので、分注針が被吐出対象体に接触することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。さらに、分注針の先端と吐出対象面との位置関係をＣＣＤ（Charge Coupled Devices）などの光学観察手段により観察し、分注針の先端と吐出対象面との距離を算出し、この距離が０、即ち、液滴先端が吐出対象体に接触可能な所定値に達したときに押圧を停止させることで、被吐出対象体に分注する液滴の量を適切かつ容易に制御することが可能となる。
【００２５】
本発明の他の態様は、上記分注方法を用いてマイクロアレイを製造する、マイクロアレイの製造方法を提供するものである。これによれば、上記分注方法を用いてマイクロアレイを製造するので、マイクロアレイ製造時の汚染を回避することができ、また、スポットサイズのばらつきを低減させることができ、マイクロアレイの精度及び歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の分注技術について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明の分注技術を概略的に説明するための説明図である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、分注針１０２の先端は、被吐出対象体の吐出対象面に対して略垂直方向（ｚ軸方向）に、後述するｚ軸方向移動部２０２により移動可能に構成されている。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、まず、分注針１０２の先端を所定距離ｄだけ移動させて、固定する。ここで、距離ｄは、形成を予定しているスポットサイズの大きさ又は１つのスポットを形成するために吐出する予定液量に応じて定められる。具体的には、例えば、予め液滴の大きさ（落下方向の長さ）とスポットサイズとの関係を実験的に測定して表を作成しておき、この表を参照することにより、形成したいスポットサイズに応じた距離ｄを決定する。或いは、液滴の大きさの代わりに、液体の押出し量とスポットサイズとの関係を予め測定し、表を作成しておき、形成したいスポットサイズから、表を参照して押出し量を定め、押出し量と分注針１０２の径などから、液滴２０の大きさ（落下方向の長さ）を計算により求め、距離ｄを定めてもよい。より具体的には、押出し量と分注針１０２の径から形成されると予想される液滴２０を球体に近似して、液滴２０の落下方向の長さ、すなわち距離ｄを算出し、決定してもよい。
【００３０】
次に、図１（ｃ）に示すように、後述する押圧機構１０６（押圧手段）により分注ユニット内に液体を分注針１０２先端に徐々に押し出す（滲出させる）。次に、図１（ｄ）に示すように、分注針１０２先端に形成された液滴２０を被吐出対象体１０の吐出対象面に液滴２０の先端が達するまで成長させ、液滴２０が吐出対象面に接すると略同時に液体の押し出しを止める。すると、図１（ｅ）に示すように、液体の表面張力によって液滴２０が被吐出対象体１０に移行し、図１（ｆ）に示すように、被吐出対象体１０上に所望のスポットサイズのスポットが形成される。
【００３１】
このように、本発明では、分注針１０２と被吐出対象体１０との位置決めがなされた後で、分注ユニット内に保持した液体を押圧し、分注針１０２先端に形成される液滴２０を成長させ、液滴２０先端を接触させることで被吐出対象体１０に液体を分注する。したがって、本発明では、分注針１０２の先端を被吐出対象体１０に接触させることなく、被吐出対象体１０に液体を分注することができる。また、分注針１０２の移動時には、分注針１０２先端に液滴が形成されていないので、移動時の液滴の落下の虞がない。また、分注ユニット内に保持した液体を分注針１０２に供給するので、分注針１０２先端の周囲（外周）に余剰の液体が付着することがない。
【００３２】
ここで、分注針から吐出される液体に含まれる生体試料は、特に限定されるものではなく、例えば、タンパク質、核酸等の生体分子の他、人工的に合成されたオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、オリゴペプチド、ポリペプチド、ＰＮＡ（peptide nucleic acid）等の類縁体をも含む。
【００３３】
被吐出対象体１０は、特に限定するものではないが、例えば、ガラス、膜、合成樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなど）等が挙げられる。このような被吐出対象体１０には、少なくともスポット形成予定位置に親液処理がなされていることが好ましい。これにより、液滴２０先端が被吐出対象体１０に接触した際に、液滴２０の被吐出対象体１０への移行が促進される。
【００３４】
次に、本発明の実施形態について、具体的に説明する。
図２は、本発明の分注装置の全体構成を示す概略図であり、図３は、本発明の分注装置の一例を説明するためのブロック図である。以下、図２及び図３を参照しながら、本発明について説明する。
【００３５】
図２及び図３に示されるように、分注装置１は、生体試料を含む液体を押圧する押圧機構１０６（押圧手段）を備えた分注ユニット１００、分注ユニット１００と被吐出対象体１０とを相対的にｘ−ｙ−ｚ軸方向に移動可能に構成された位置決め機構、分注ユニット１００から吐出される液量を制御する押圧制御部３０２、及び分注針１０２の先端に形成される液滴と被吐出対象体１０との位置関係を検出する検出部４００等を主に備えて構成されている。
【００３６】
分注ユニット１００は、図３に示すように、分注針１０２と、生体試料を含む液体（試料溶液ともいう）を保持する保持部１０４と、液体を押圧する押圧機構１０６とから構成されている。分注針１０２と保持部１０４は、本実施形態では別々に構成されているが、一体として形成されていてもよい。また、分注針１０２の先端には、撥液処理がなされていることが好ましい。これにより、液滴２０の被吐出対象体１０への移行を促進させることが可能になる。
【００３７】
押圧機構１０６は、分注ユニット１００内に保持された試料溶液を押圧し得るものであれば、特に限定されるものではないが、分注針１０２の先端に所望の大きさの液滴を形成し得るように、分注針１０２先端に押出す液量を精度良く調整し得るものであることが望まれる。一例を挙げると、押圧機構１０６は、マイクロメーターなどの送りねじ機構によって、分注ユニット１００内に備えたプランジャーを移動させることにより押出す液量を微量調節可能に構成されていてもよい。また、送りねじ機構をアクチュエータにより駆動させるよう構成させることで、自動制御可能となる。
【００３８】
分注ユニット１００と被吐出対象体１０とを相対的にｘ−ｙ−ｚ軸方向に移動可能に構成された位置決め機構は、ｘ軸方向移動部２０４、ｙ軸方向移動部２０６、ｚ軸方向移動部２０２、また各移動部の駆動を制御する、ｘ軸方向移動制御部３０４、ｙ軸方向移動制御部３０６、及びｚ軸方向移動制御部３０８から構成されている。なお、ｚ軸方向移動部２０２が第１の移動手段に対応し、ｘ軸方向移動部２０４及びｙ軸方向移動部２０６が第２の移動手段に対応する。
【００３９】
ｘ軸方向移動部２０４は、ｘ軸方向駆動モータ（例えばステッピングモータ等）と分注ユニット１００を運搬するキャリア１０８とを駆動ベルトにより接続し、ｘ軸方向移動制御部３０４から供給される駆動信号に応じて、駆動するよう構成されている。ｘ軸方向移動部２０４が駆動されると、キャリア１０８がｘ軸方向に移動する。
【００４０】
ｙ軸方向移動部２０６は、ｙ軸方向駆動モータ（例えばステッピングモータ等）により駆動される送りねじ方式により、被吐出対象体１０を載置する移動作業台（ステージ）をｙ軸方向に移動可能に構成されている。
【００４１】
ｚ軸方向移動部２０２は、ｚ軸方向駆動モータ（例えばステッピングモータ等）により駆動される送りねじ方式により、分注ユニット１００を運搬するキャリア１０８を固定する固定バー２０８をｚ軸方向に移動可能に構成されている。
【００４２】
ｘ軸方向移動制御部３０４及びｙ軸方向移動制御部３０６は、入力部６００により入力される、例えば、被吐出対象体１０上のスポット形成開始位置、被吐出対象体１０のサイズなどのｘｙ方向相対位置決め情報に応じて、各々ｘ軸方向移動部２０４及びｙ軸方向移動部２０６に駆動信号を送り、分注針１０２を被吐出対象体１０上の所定位置に略水平方向に移動させる。
【００４３】
ｚ軸方向移動制御部３０８は、入力部６００により入力される形成予定のスポットサイズ又は吐出予定液量に応じて、記憶部５００に記憶された情報を参照し、移動距離を決定し、所定距離移動するよう、ｚ軸方向移動部２０２に駆動信号を送る。
【００４４】
記憶部５００には、例えば、スポットサイズと液滴の落下方向の長さ（距離ｄに対応）との関係を実験的に測定して作成した表又はスポットサイズと液体の押出し量との関係を実験的に測定して作成した表等が蓄積されている。
【００４５】
押圧制御部３０２は、分注ユニット１００から吐出する液量（液滴２０の大きさ）を制御する。具体的には、押圧制御部３０２は、例えば、分注針１０２の先端位置がｚ軸方向移動部２０２により所定距離移動され、固定された後に、押圧機構１０６に駆動信号を送信する。また、後述する検出部４００により検出された液滴２０と被吐出対象体１０との位置関係情報に応じて、押圧機構１０６に押圧を停止するよう停止信号を送信する。
【００４６】
検出部４００は、分注針１０２の先端に形成される液滴２０と被吐出対象体１０との位置関係を検出する。具体的には、検出部４００は、液滴２０と被吐出対象体１０表面を観察する観察部４０２と、観察部４０２により観察された光像に基づいて、液滴２０の先端及び被吐出対象体の吐出対象面に対応する特徴点を抽出する画像認識部４０４と、画像認識部４０４で抽出された特徴点間距離を算出し、当該距離が所定値に一致するか否かを判別する判別部４０６とから構成されている。
【００４７】
観察部４０２には、例えば、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）カメラ等の光学的観察手段が用いられる。観察部４０２で取り込んだ光像は、ＡＤ変換器によりデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号は、光像データとして、一旦メモリに蓄積される。
【００４８】
画像認識部４０４は、蓄積された光像データより、液滴２０の先端位置と、吐出対象面上の液滴２０の先端が接触する予定位置に対応する特徴点を抽出する。この特徴点から特徴点間の距離を算出し、算出したパラメータを判別部４０６に送信する。
【００４９】
判別部４０６では、このパラメータ（液滴２０の先端と吐出対象面との距離）と基準値とが比較され、パラメータが基準値と一致した場合には、押圧制御部３０２に停止信号が送られる。
【００５０】
ここで、基準値は、例えば、液滴２０の先端が吐出対象面に接する瞬間の距離０としてもよく、また、停止信号が送られて押圧が停止されるタイムラグと液滴２０の成長速度を考慮して計算した値としてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態の分注方法の流れについて、図４を参照しながら説明する。図４は、分注方法の流れを説明するフロー図である。
【００５２】
まず、スポッティング開始座標のｘ−ｙ座標を入力部６００から入力する（Ｓ１）。入力された座標に基づき、ｘ軸方向移動制御部３０４及びｙ軸方向移動制御部３０８が、各々ｘ軸方向移動部２０４及びｙ軸方向移動部２０６に駆動信号を送り、分注ユニット１００が被吐出対象体１０上のスポッティング開始位置に移動する（Ｓ２）。
【００５３】
次に、所望のスポットサイズを入力部６００から入力する（Ｓ３）。記憶部５００に記憶されたスポットサイズと距離ｄ（液滴の落下方向の長さと吐出対象面との距離）とのテーブルを参照し、入力されたスポットサイズに対応する距離ｄを決定する（Ｓ４、Ｓ５）。
【００５４】
ｚ軸方向移動制御部３０６は、ｚ軸方向移動部２０２に駆動信号を送信し、分注針１０２の先端と液滴吐出対象面との距離が、距離ｄだけ離れた位置に分注ユニット１００を移動させる（Ｓ６）。なお、ここで、分注ユニット１００のｘ−ｙ方向の移動とｚ軸方向の移動は順序が逆であってもよい。
【００５５】
分注ユニット１００の位置が固定されると、押圧制御部３０２が押圧機構１０６に液体をゆっくりと押出すように指示する（Ｓ７）。液滴２０と被吐出対象体１０との距離関係を、ＣＣＤカメラなどの観察手段（観察部４０２）で撮像し、画像認識部４０４において、得られた光像から特徴点を抽出し、特徴点間距離から液滴２０の先端と吐出対象面との距離Ｌを算出する。次に、判別部４０６において、距離Ｌが上述のように予め定められた基準値と一致するか否かを判断し、一致しない場合は、液滴の成長を観察し、一致する場合には、押圧制御部３０２に指示を送り、押圧機構１０６の駆動を停止する（Ｓ１０）。液滴２０は、被吐出対象体１０に接触すると表面張力により被吐出対象体１０側に移行し、所望のサイズのスポットが形成される。
【００５６】
なお、押圧制御部３０２が押圧機構１０６に駆動信号を送信するタイミングは、ｚ軸方向移動制御部３０６による駆動信号を送信して、ｚ軸方向移動部２０２が実際に移動を完了するまでに生じるタイムラグを考慮して、ｚ軸方向移動制御部３０６からの駆動信号の停止後所定時間後に、押圧制御部３０２が押圧機構１０６に駆動信号を送信するよう構成してもよい。
【００５７】
本実施形態によれば、分注ユニット１００が被吐出対象体１０上の所定位置に到達した後で、分注ユニット１００に設けられた押圧機構１０６により、液滴を形成するので、分注ユニット１００の移動時などに、予定外の場所やタイミングで液滴が落下して、他のスポットが汚染されるのを回避することが可能となる。また、分注針１０２は接触させず、分注針１０２の先端に形成された液滴を被吐出対象体１０の吐出対象面に接触させ、分注するので、分注針１０２が被吐出対象体１０に接触することによるスポットサイズのばらつきや生体試料の変性といった不具合を回避することができる。また、本実施形態では、試料溶液が分注ユニット１００内に予め保持されており、分注針１０２に試料溶液を補給するために分注針１０２を試料溶液に浸す必要が無いので、分注針１０２の先端の外周に余剰の液体が付着することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。
【００５８】
また、使用する試料溶液の性状（例えば、粘度など）や湿度などの周囲の環境によって、分注針１０２に形成される液滴の大きさが異なる場合があるが、本実施形態では、検出部により液滴２０の大きさを確認しながら液滴２０を成長させているので、確実に液滴２０を被吐出対象体１０に接触させることが可能となる。したがって、液滴２０が被吐出対象体１０に接することができず、分注されない場合が生じるなどの不具合を回避することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、一本の分注ユニット１００を用いた場合を例に採り説明したが、複数本の分注ユニットを同時に用いてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、分注ユニット１００は、ｚ軸方向移動制御部３０６からの駆動信号によりｚ軸方向移動部２０２を移動させ、ｚ軸方向に移動させていたが、これに限定されず、例えば、図５に示すように、手動により分注ユニット１００を移動させたい位置に予め位置決め部材２１０を固定し、位置決め部材２１０の固定位置に固定バー２０８を移動させることにより分注ユニット１００のｚ軸方向の位置決めがなされてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、液滴２０の先端と被吐出対象体１０との距離をＣＣＤなどの観察手段を用いた検出部４００により検出したが、これに限定されず、液滴２０と被吐出対象体１０との距離を目視により観察し、手動で押圧を停止してもよい。或いは、レーザ光源と受光センサとを用い、レーザ光源から発生されたレーザ光源を液滴が横切る際の受光強度変化により押圧停止のタイミングを計ってもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、液滴の形成を毎回観察する構成となっているが、初回の液滴形成時に使用した液量を測定しておき、２回目以降は初回時に使用した液量を吐出するように、押圧制御部３０２に指示するように構成してもよい。これによれば、２回目以降の分注にかかる時間を短縮することが可能となり、作業の効率化が図れる。
【００６３】
本発明の分注装置は、マイクロアレイの製造装置として用いることが可能であり、また、本発明の分注方法を用いてマイクロアレイを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の分注技術を概略的に説明するための説明図である。
【図２】図２は、本発明の分注装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の分注装置の一例を説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、分注方法の流れを説明するフロー図である。
【図５】図５は、分注ユニット１００をｚ軸方向へ移動させる方法の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 被吐出対象体、２０ 液滴、１００ 分注ユニット、１０２ 分注針、１０４ 保持部、１０６ 押圧機構、１０８ キャリア、２０２ ｚ軸方向移動部、２０４ ｘ軸方向移動部、２０６ ｙ軸方向移動部、２０８ 固定バー、２１０ 位置決め部材、３０２ 押圧制御部、３０４ ｘ軸方向移動制御部、３０６ ｚ軸方向移動制御部、３０８ ｙ軸方向移動制御部、４００ 検出部、４０２ 観察部、４０４ 画像認識部、４０６ 判別部、５００ 記憶部、６００ 入力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分注技術に関する。詳しくは、マイクロアレイの作成等に用いられる生体試料を含む液体等の微量分注技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡチップ、ＲＮＡチップ、プロテインチップ、糖鎖チップなどのバイオチップ（マイクロアレイ）は、数百から数万種類の生体関連物質や化学物質などを数平方センチメートルのガラススライドなどの基板に高密度に整列させ、固定化させたものである。バイオチップは、チップ上の物質と相互作用する物質の探索や相互作用をする物質のシグナルパターンから情報などを得るのに用いられる。バイオチップは、大量の情報を一度に処理、解析できるため、治療薬の開発ツール、病気の診断、健康のモニター等の様々な分野で期待されている。
【０００３】
バイオチップの作成方法は、大まかに分類すると、光リソグラフ方式、表面接着方式、インクジェット方式に分けられる。
【０００４】
分注法のうち表面接着方式は、分注針の針先を、例えばＤＮＡ断片などの生体関連試料を含む液体に浸した後、基板上に針先を接触させて液体をスポットしていく方法である。分注針は、洗浄液などで洗浄することにより再使用が可能であり、同じ分注針を用いて多種類の生体関連試料をスポッティングすることが可能である。この方式は、コストが安く、独自の配列パターンを作りやすいという利点がある。しかし、その一方で、針先を最初に液体に浸した際に、分注針の先端の周りに付着した余分な液体によって、最初に形成したスポットと後のスポットでスポットサイズのばらつきが生じたり、あるいは、針先と基板の接触時間や接触角度などの接触の具合によってスポットサイズにばらつきが生じる場合があった。
【０００５】
このような状況下、上記問題を解決するために、特許第３４３６７４１号（特許文献１）には、分注針を液体に浸した後、針先に付着した余剰の液体を捨て打ち操作をすることにより除去する方法が開示されている。また、特開２００４−３２５３２９号公報（特許文献２）には、分注ピンと分注対象物との距離を位置決めピンにより一定に保ち、分注ピン先端は分注対象物表面に接触させず、分注ピン先端に保持されたタンパク質を含む液滴を分注対象物に接触させ、液滴の表面張力により非接触で分注する方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３４３６７４１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、直接分注針が基板に接触するため、接触によるばらつきが生じる虞がある。また、特許文献２の方法では、分注ピン先端を液体に浸して液体を分取するため、分注ピン先端周囲に付着した余剰の液体により、最初と後のスポットでスポットサイズにばらつきが生じる虞がある。また、液滴が保持された状態で分注ピンの移動を行うため、液滴が予定外の場所やタイミングで落下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明はスポットサイズのばらつきをさらに低減させることが可能な分注技術を提供することを目的としている。また、本発明は液滴が予定外の場所やタイミングで落下することにより生じる虞のある汚染を回避することが可能な分注技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、生体試料を含む液体を保持する保持部と、当該保持した液体を押圧する押圧手段と、液滴を吐出可能な分注針と、を備え、上記押圧手段により上記液体を押圧することにより上記分注針先端に液滴を形成可能な分注ユニットと、上記分注針の先端と被吐出対象体の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、上記分注針の先端に形成する予定の液滴の落下方向の長さと略同一になるように、上記分注針の先端位置を上記略垂直方向に移動させ、固定させる第１の移動手段と、を備える、分注装置を提供するものである。
【０００９】
かかる構成によれば、分注ユニットに押圧手段が設けられているので、被吐出対象体のスポット形成位置で液滴を形成することが可能となり、予定外の場所やタイミングで液滴が落下することにより生じる虞のある汚染を回避することが可能となる。また、分注針の先端位置を形成予定の液滴の落下方向の長さと同程度の距離離れた位置に移動させて、固定させることが可能であるので、分注針の先端位置をかかる位置に固定し、液滴を被吐出対象体の吐出対象面に接するまで形成することで、針先端が吐出対象面に接することなく（非接触で）液滴の表面張力により被吐出対象体に分注することが可能となる。したがって、分注針が被吐出対象体に接触することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。また、本発明では、生体試料を含む液体を分注針に供給する際に、分注針を液体に浸す必要が無く、分注針の先端周囲に余剰の液体が付着する虞がない。したがって、分注針先端に余剰の液体が付着することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。
【００１０】
好ましくは、上記分注ユニットを上記被吐出対象体上のスポット形成位置に上記被吐出対象体の吐出対象面と略水平に相対的に移動させる第２の移動手段を備える。これによれば、分注ユニットを吐出対象面上の所望の位置に３次元的に移動が可能となる。
【００１１】
好ましくは、上記分注針の先端に撥液処理が施されている。これによれば、液滴が被吐出対象体に接触した際に液滴の被吐出対象体への移行を促進させることが可能となる。
【００１２】
好ましくは、上記被吐出対象体に親液処理が施されている。これによれば、液滴の被吐出対象体への移行を促進させることが可能となる。
【００１３】
好ましくは、上記押圧手段が送りねじ機構により上記分注ユニット内に備えられたプランジャーを移動させることにより液体を押圧する手段である。これによれば、微量な液量の調整が可能となるので分注針先端の液滴のサイズを所望の大きさに容易に調整することが可能となる。
【００１４】
好ましくは、上記送りねじ機構がアクチュエータにより駆動される。これによれば、液滴サイズの自動制御が可能となる。
【００１５】
好ましくは、本発明の分注装置が、所望のスポットサイズを入力する入力手段と、上記分注針先端及び上記被吐出対象体間の距離と上記スポットサイズとの関係が、読み出し可能に記憶された記憶手段と、上記入力手段へのスポットサイズの入力に応じて上記記憶手段から読み出された距離を移動するように、上記第１の移動手段に第１の駆動信号を送信する、上記第１の移動手段を制御する移動制御手段と、上記分注針の先端位置が上記距離に移動され、固定された後に、上記押圧手段に第２の駆動信号を送信する押圧制御手段と、上記分注針先端に形成される液滴と上記被吐出対象体の吐出対象面との位置関係を検出する検出手段と、をさらに備え、上記押圧制御手段が、さらに上記検出手段により検出された上記液滴と上記吐出対象面との位置関係に応じて上記押圧手段に駆動を停止するよう停止信号を送信する。
【００１６】
これによれば、所望のスポットサイズを入力することで、分注針先端と被吐出対象体表面との距離に応じた大きさの液滴を自動で形成することが可能となり、作業効率の向上を図ることができる。ここで、液滴と吐出対象面との位置関係には、例えば、液滴の先端と吐出対象面との距離などが挙げられる。
【００１７】
好ましくは、上記検出手段が、上記分注針先端に形成される液滴と上記被吐出対象体の吐出対象面を観察する観察手段と、上記観察手段により観察された光像に基づいて、液滴先端と吐出対象面との距離を算出し、当該距離と所定値を比較して、当該距離が所定値と一致するか否かを判別する判別手段とを備える。これによれば、精度よく、押圧手段の駆動制御をすることが可能となる。なお、ここで観察手段としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）カメラなどの光学観察手段が挙げられる。
【００１８】
また、上記検出手段は、観察手段を用いた検出手段に代えて、レーザ光源と受光センサとから構成され、上記分注針先端から吐出された液滴がレーザ光線を横切る際の受光強度変化から液滴位置を検出するよう機構であってもよい。これによれば、より単純な構成で液滴と吐出対象面との位置関係の検出が可能となる。
【００１９】
上記押圧制御手段が、上記第１の駆動信号の停止後、所定時間後に上記第２の駆動信号を送信するものであってもよい。これによれば、単純な構成で分注ユニットの移動と液滴形成の連続動作が可能となる。
【００２０】
本発明の他の態様は、上記分注装置を備えた、マイクロアレイの製造装置を提供するものである。これによれば、上記分注装置を備えているので、マイクロアレイ製造時の汚染を回避することができ、また、スポットサイズのばらつきを低減させることができるので、マイクロアレイの精度及び歩留まりを向上させることができる。
【００２１】
本発明の他の態様は、生体試料を含む液体を分注針で被吐出対象体に分注する分注方法であって、上記分注針の先端と被吐出対象体の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、上記分注針の先端に形成する予定の液滴の落下方向の長さと一致するように、上記分注針の先端位置を移動させて固定し、上記分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより分注針の先端に滲出させ、当該分注針先端に形成される液滴を徐々に成長させることにより、当該液滴先端を上記吐出対象体に接触させると略同時に押圧を停止し、生体試料を含む液体を上記吐出対象体に移動させる、分注方法を提供するものである。
【００２２】
これによれば、分注針の先端を、形成予定の液滴の落下方向の長さと一致する位置に移動させて固定した後、分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより液滴を形成するので、予定外の場所やタイミングで液滴が落下することにより、汚染が生じるのを回避することが可能となる。また、分注針の先端を被吐出対象体に接触させず（非接触で）、液滴の先端を被吐出対象体に接触させると略同時に、液滴の表面張力により被吐出対象体に液滴を移行させるので、分注針が被吐出対象体に接触することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。また、本発明では、生体試料を含む液体を分注針に供給する際に、分注針を液体に浸す必要が無く、分注針の先端周囲に余剰の液体が付着する虞がない。したがって、分注針先端に余剰の液体が付着することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。
【００２３】
本発明の他の態様は、生体試料を含む液体を分注針で被吐出対象体に分注する分注方法であって、上記分注針を、入力された所望のスポットサイズに応じて予め定められた距離になるように上記被吐出対象体の吐出対象面に対して略垂直方向に移動させて固定し、上記分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより分注針の先端に滲出させ、当該分注針先端に形成される液滴の先端と上記被吐出対象体の吐出対象面との位置関係を光学観察手段により観察しながら、当該液滴を徐々に成長させ、上記位置関係から上記液滴先端と吐出対象面との距離を求め、上記距離が上記液滴の先端が上記吐出対象体に接触可能な所定値に達したときに、押圧を停止させ、上記液滴先端を上記吐出対象体に接触させることにより、生体試料を含む液体を上記吐出対象体に移動させる、分注方法を提供するものである。
【００２４】
これによれば、分注針の先端を、形成予定の液滴の落下方向の長さと一致する位置に移動させて固定した後、分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより液滴を形成するので、予定外の場所やタイミングで液滴が落下することにより、汚染が生じるのを回避することが可能となる。また、分注針の先端を被吐出対象体に接触させず（非接触で）、液滴の先端を被吐出対象体に接触させ、液滴の表面張力により被吐出対象体に液滴を移行させるので、分注針が被吐出対象体に接触することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。さらに、分注針の先端と吐出対象面との位置関係をＣＣＤ（Charge Coupled Devices）などの光学観察手段により観察し、分注針の先端と吐出対象面との距離を算出し、この距離が０、即ち、液滴先端が吐出対象体に接触可能な所定値に達したときに押圧を停止させることで、被吐出対象体に分注する液滴の量を適切かつ容易に制御することが可能となる。
【００２５】
本発明の他の態様は、上記分注方法を用いてマイクロアレイを製造する、マイクロアレイの製造方法を提供するものである。これによれば、上記分注方法を用いてマイクロアレイを製造するので、マイクロアレイ製造時の汚染を回避することができ、また、スポットサイズのばらつきを低減させることができ、マイクロアレイの精度及び歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の分注技術について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明の分注技術を概略的に説明するための説明図である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、分注針１０２の先端は、被吐出対象体の吐出対象面に対して略垂直方向（ｚ軸方向）に、後述するｚ軸方向移動部２０２により移動可能に構成されている。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、まず、分注針１０２の先端を所定距離ｄだけ移動させて、固定する。ここで、距離ｄは、形成を予定しているスポットサイズの大きさ又は１つのスポットを形成するために吐出する予定液量に応じて定められる。具体的には、例えば、予め液滴の大きさ（落下方向の長さ）とスポットサイズとの関係を実験的に測定して表を作成しておき、この表を参照することにより、形成したいスポットサイズに応じた距離ｄを決定する。或いは、液滴の大きさの代わりに、液体の押出し量とスポットサイズとの関係を予め測定し、表を作成しておき、形成したいスポットサイズから、表を参照して押出し量を定め、押出し量と分注針１０２の径などから、液滴２０の大きさ（落下方向の長さ）を計算により求め、距離ｄを定めてもよい。より具体的には、押出し量と分注針１０２の径から形成されると予想される液滴２０を球体に近似して、液滴２０の落下方向の長さ、すなわち距離ｄを算出し、決定してもよい。
【００３０】
次に、図１（ｃ）に示すように、後述する押圧機構１０６（押圧手段）により分注ユニット内に液体を分注針１０２先端に徐々に押し出す（滲出させる）。次に、図１（ｄ）に示すように、分注針１０２先端に形成された液滴２０を被吐出対象体１０の吐出対象面に液滴２０の先端が達するまで成長させ、液滴２０が吐出対象面に接すると略同時に液体の押し出しを止める。すると、図１（ｅ）に示すように、液体の表面張力によって液滴２０が被吐出対象体１０に移行し、図１（ｆ）に示すように、被吐出対象体１０上に所望のスポットサイズのスポットが形成される。
【００３１】
このように、本発明では、分注針１０２と被吐出対象体１０との位置決めがなされた後で、分注ユニット内に保持した液体を押圧し、分注針１０２先端に形成される液滴２０を成長させ、液滴２０先端を接触させることで被吐出対象体１０に液体を分注する。したがって、本発明では、分注針１０２の先端を被吐出対象体１０に接触させることなく、被吐出対象体１０に液体を分注することができる。また、分注針１０２の移動時には、分注針１０２先端に液滴が形成されていないので、移動時の液滴の落下の虞がない。また、分注ユニット内に保持した液体を分注針１０２に供給するので、分注針１０２先端の周囲（外周）に余剰の液体が付着することがない。
【００３２】
ここで、分注針から吐出される液体に含まれる生体試料は、特に限定されるものではなく、例えば、タンパク質、核酸等の生体分子の他、人工的に合成されたオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、オリゴペプチド、ポリペプチド、ＰＮＡ（peptide nucleic acid）等の類縁体をも含む。
【００３３】
被吐出対象体１０は、特に限定するものではないが、例えば、ガラス、膜、合成樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなど）等が挙げられる。このような被吐出対象体１０には、少なくともスポット形成予定位置に親液処理がなされていることが好ましい。これにより、液滴２０先端が被吐出対象体１０に接触した際に、液滴２０の被吐出対象体１０への移行が促進される。
【００３４】
次に、本発明の実施形態について、具体的に説明する。
図２は、本発明の分注装置の全体構成を示す概略図であり、図３は、本発明の分注装置の一例を説明するためのブロック図である。以下、図２及び図３を参照しながら、本発明について説明する。
【００３５】
図２及び図３に示されるように、分注装置１は、生体試料を含む液体を押圧する押圧機構１０６（押圧手段）を備えた分注ユニット１００、分注ユニット１００と被吐出対象体１０とを相対的にｘ−ｙ−ｚ軸方向に移動可能に構成された位置決め機構、分注ユニット１００から吐出される液量を制御する押圧制御部３０２、及び分注針１０２の先端に形成される液滴と被吐出対象体１０との位置関係を検出する検出部４００等を主に備えて構成されている。
【００３６】
分注ユニット１００は、図３に示すように、分注針１０２と、生体試料を含む液体（試料溶液ともいう）を保持する保持部１０４と、液体を押圧する押圧機構１０６とから構成されている。分注針１０２と保持部１０４は、本実施形態では別々に構成されているが、一体として形成されていてもよい。また、分注針１０２の先端には、撥液処理がなされていることが好ましい。これにより、液滴２０の被吐出対象体１０への移行を促進させることが可能になる。
【００３７】
押圧機構１０６は、分注ユニット１００内に保持された試料溶液を押圧し得るものであれば、特に限定されるものではないが、分注針１０２の先端に所望の大きさの液滴を形成し得るように、分注針１０２先端に押出す液量を精度良く調整し得るものであることが望まれる。一例を挙げると、押圧機構１０６は、マイクロメーターなどの送りねじ機構によって、分注ユニット１００内に備えたプランジャーを移動させることにより押出す液量を微量調節可能に構成されていてもよい。また、送りねじ機構をアクチュエータにより駆動させるよう構成させることで、自動制御可能となる。
【００３８】
分注ユニット１００と被吐出対象体１０とを相対的にｘ−ｙ−ｚ軸方向に移動可能に構成された位置決め機構は、ｘ軸方向移動部２０４、ｙ軸方向移動部２０６、ｚ軸方向移動部２０２、また各移動部の駆動を制御する、ｘ軸方向移動制御部３０４、ｙ軸方向移動制御部３０６、及びｚ軸方向移動制御部３０８から構成されている。なお、ｚ軸方向移動部２０２が第１の移動手段に対応し、ｘ軸方向移動部２０４及びｙ軸方向移動部２０６が第２の移動手段に対応する。
【００３９】
ｘ軸方向移動部２０４は、ｘ軸方向駆動モータ（例えばステッピングモータ等）と分注ユニット１００を運搬するキャリア１０８とを駆動ベルトにより接続し、ｘ軸方向移動制御部３０４から供給される駆動信号に応じて、駆動するよう構成されている。ｘ軸方向移動部２０４が駆動されると、キャリア１０８がｘ軸方向に移動する。
【００４０】
ｙ軸方向移動部２０６は、ｙ軸方向駆動モータ（例えばステッピングモータ等）により駆動される送りねじ方式により、被吐出対象体１０を載置する移動作業台（ステージ）をｙ軸方向に移動可能に構成されている。
【００４１】
ｚ軸方向移動部２０２は、ｚ軸方向駆動モータ（例えばステッピングモータ等）により駆動される送りねじ方式により、分注ユニット１００を運搬するキャリア１０８を固定する固定バー２０８をｚ軸方向に移動可能に構成されている。
【００４２】
ｘ軸方向移動制御部３０４及びｙ軸方向移動制御部３０６は、入力部６００により入力される、例えば、被吐出対象体１０上のスポット形成開始位置、被吐出対象体１０のサイズなどのｘｙ方向相対位置決め情報に応じて、各々ｘ軸方向移動部２０４及びｙ軸方向移動部２０６に駆動信号を送り、分注針１０２を被吐出対象体１０上の所定位置に略水平方向に移動させる。
【００４３】
ｚ軸方向移動制御部３０８は、入力部６００により入力される形成予定のスポットサイズ又は吐出予定液量に応じて、記憶部５００に記憶された情報を参照し、移動距離を決定し、所定距離移動するよう、ｚ軸方向移動部２０２に駆動信号を送る。
【００４４】
記憶部５００には、例えば、スポットサイズと液滴の落下方向の長さ（距離ｄに対応）との関係を実験的に測定して作成した表又はスポットサイズと液体の押出し量との関係を実験的に測定して作成した表等が蓄積されている。
【００４５】
押圧制御部３０２は、分注ユニット１００から吐出する液量（液滴２０の大きさ）を制御する。具体的には、押圧制御部３０２は、例えば、分注針１０２の先端位置がｚ軸方向移動部２０２により所定距離移動され、固定された後に、押圧機構１０６に駆動信号を送信する。また、後述する検出部４００により検出された液滴２０と被吐出対象体１０との位置関係情報に応じて、押圧機構１０６に押圧を停止するよう停止信号を送信する。
【００４６】
検出部４００は、分注針１０２の先端に形成される液滴２０と被吐出対象体１０との位置関係を検出する。具体的には、検出部４００は、液滴２０と被吐出対象体１０表面を観察する観察部４０２と、観察部４０２により観察された光像に基づいて、液滴２０の先端及び被吐出対象体の吐出対象面に対応する特徴点を抽出する画像認識部４０４と、画像認識部４０４で抽出された特徴点間距離を算出し、当該距離が所定値に一致するか否かを判別する判別部４０６とから構成されている。
【００４７】
観察部４０２には、例えば、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）カメラ等の光学的観察手段が用いられる。観察部４０２で取り込んだ光像は、ＡＤ変換器によりデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号は、光像データとして、一旦メモリに蓄積される。
【００４８】
画像認識部４０４は、蓄積された光像データより、液滴２０の先端位置と、吐出対象面上の液滴２０の先端が接触する予定位置に対応する特徴点を抽出する。この特徴点から特徴点間の距離を算出し、算出したパラメータを判別部４０６に送信する。
【００４９】
判別部４０６では、このパラメータ（液滴２０の先端と吐出対象面との距離）と基準値とが比較され、パラメータが基準値と一致した場合には、押圧制御部３０２に停止信号が送られる。
【００５０】
ここで、基準値は、例えば、液滴２０の先端が吐出対象面に接する瞬間の距離０としてもよく、また、停止信号が送られて押圧が停止されるタイムラグと液滴２０の成長速度を考慮して計算した値としてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態の分注方法の流れについて、図４を参照しながら説明する。図４は、分注方法の流れを説明するフロー図である。
【００５２】
まず、スポッティング開始座標のｘ−ｙ座標を入力部６００から入力する（Ｓ１）。入力された座標に基づき、ｘ軸方向移動制御部３０４及びｙ軸方向移動制御部３０８が、各々ｘ軸方向移動部２０４及びｙ軸方向移動部２０６に駆動信号を送り、分注ユニット１００が被吐出対象体１０上のスポッティング開始位置に移動する（Ｓ２）。
【００５３】
次に、所望のスポットサイズを入力部６００から入力する（Ｓ３）。記憶部５００に記憶されたスポットサイズと距離ｄ（液滴の落下方向の長さと吐出対象面との距離）とのテーブルを参照し、入力されたスポットサイズに対応する距離ｄを決定する（Ｓ４、Ｓ５）。
【００５４】
ｚ軸方向移動制御部３０６は、ｚ軸方向移動部２０２に駆動信号を送信し、分注針１０２の先端と液滴吐出対象面との距離が、距離ｄだけ離れた位置に分注ユニット１００を移動させる（Ｓ６）。なお、ここで、分注ユニット１００のｘ−ｙ方向の移動とｚ軸方向の移動は順序が逆であってもよい。
【００５５】
分注ユニット１００の位置が固定されると、押圧制御部３０２が押圧機構１０６に液体をゆっくりと押出すように指示する（Ｓ７）。液滴２０と被吐出対象体１０との距離関係を、ＣＣＤカメラなどの観察手段（観察部４０２）で撮像し、画像認識部４０４において、得られた光像から特徴点を抽出し、特徴点間距離から液滴２０の先端と吐出対象面との距離Ｌを算出する。次に、判別部４０６において、距離Ｌが上述のように予め定められた基準値と一致するか否かを判断し、一致しない場合は、液滴の成長を観察し、一致する場合には、押圧制御部３０２に指示を送り、押圧機構１０６の駆動を停止する（Ｓ１０）。液滴２０は、被吐出対象体１０に接触すると表面張力により被吐出対象体１０側に移行し、所望のサイズのスポットが形成される。
【００５６】
なお、押圧制御部３０２が押圧機構１０６に駆動信号を送信するタイミングは、ｚ軸方向移動制御部３０６による駆動信号を送信して、ｚ軸方向移動部２０２が実際に移動を完了するまでに生じるタイムラグを考慮して、ｚ軸方向移動制御部３０６からの駆動信号の停止後所定時間後に、押圧制御部３０２が押圧機構１０６に駆動信号を送信するよう構成してもよい。
【００５７】
本実施形態によれば、分注ユニット１００が被吐出対象体１０上の所定位置に到達した後で、分注ユニット１００に設けられた押圧機構１０６により、液滴を形成するので、分注ユニット１００の移動時などに、予定外の場所やタイミングで液滴が落下して、他のスポットが汚染されるのを回避することが可能となる。また、分注針１０２は接触させず、分注針１０２の先端に形成された液滴を被吐出対象体１０の吐出対象面に接触させ、分注するので、分注針１０２が被吐出対象体１０に接触することによるスポットサイズのばらつきや生体試料の変性といった不具合を回避することができる。また、本実施形態では、試料溶液が分注ユニット１００内に予め保持されており、分注針１０２に試料溶液を補給するために分注針１０２を試料溶液に浸す必要が無いので、分注針１０２の先端の外周に余剰の液体が付着することによるスポットサイズのばらつきを回避することができる。
【００５８】
また、使用する試料溶液の性状（例えば、粘度など）や湿度などの周囲の環境によって、分注針１０２に形成される液滴の大きさが異なる場合があるが、本実施形態では、検出部により液滴２０の大きさを確認しながら液滴２０を成長させているので、確実に液滴２０を被吐出対象体１０に接触させることが可能となる。したがって、液滴２０が被吐出対象体１０に接することができず、分注されない場合が生じるなどの不具合を回避することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、一本の分注ユニット１００を用いた場合を例に採り説明したが、複数本の分注ユニットを同時に用いてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、分注ユニット１００は、ｚ軸方向移動制御部３０６からの駆動信号によりｚ軸方向移動部２０２を移動させ、ｚ軸方向に移動させていたが、これに限定されず、例えば、図５に示すように、手動により分注ユニット１００を移動させたい位置に予め位置決め部材２１０を固定し、位置決め部材２１０の固定位置に固定バー２０８を移動させることにより分注ユニット１００のｚ軸方向の位置決めがなされてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、液滴２０の先端と被吐出対象体１０との距離をＣＣＤなどの観察手段を用いた検出部４００により検出したが、これに限定されず、液滴２０と被吐出対象体１０との距離を目視により観察し、手動で押圧を停止してもよい。或いは、レーザ光源と受光センサとを用い、レーザ光源から発生されたレーザ光源を液滴が横切る際の受光強度変化により押圧停止のタイミングを計ってもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、液滴の形成を毎回観察する構成となっているが、初回の液滴形成時に使用した液量を測定しておき、２回目以降は初回時に使用した液量を吐出するように、押圧制御部３０２に指示するように構成してもよい。これによれば、２回目以降の分注にかかる時間を短縮することが可能となり、作業の効率化が図れる。
【００６３】
本発明の分注装置は、マイクロアレイの製造装置として用いることが可能であり、また、本発明の分注方法を用いてマイクロアレイを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の分注技術を概略的に説明するための説明図である。
【図２】図２は、本発明の分注装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の分注装置の一例を説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、分注方法の流れを説明するフロー図である。
【図５】図５は、分注ユニット１００をｚ軸方向へ移動させる方法の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 被吐出対象体、２０ 液滴、１００ 分注ユニット、１０２ 分注針、１０４ 保持部、１０６ 押圧機構、１０８ キャリア、２０２ ｚ軸方向移動部、２０４ ｘ軸方向移動部、２０６ ｙ軸方向移動部、２０８ 固定バー、２１０ 位置決め部材、３０２ 押圧制御部、３０４ ｘ軸方向移動制御部、３０６ ｚ軸方向移動制御部、３０８ ｙ軸方向移動制御部、４００ 検出部、４０２ 観察部、４０４ 画像認識部、４０６ 判別部、５００ 記憶部、６００ 入力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体試料を含む液体を保持する保持部と、当該保持した液体を押圧する押圧手段と、液滴を吐出可能な分注針と、を備え、
前記押圧手段により前記液体を押圧することにより前記分注針先端に液滴を形成可能な分注ユニットと、
前記分注針の先端と被吐出対象体の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、前記分注針の先端に形成する予定の液滴の落下方向の長さと略同一になるように、前記分注針の先端位置を前記略垂直方向に移動させ、固定させる第１の移動手段と、
を備える、分注装置。
【請求項２】
前記分注ユニットを前記被吐出対象体上のスポット形成位置に、前記被吐出対象体の吐出対象面と略水平に相対的に移動させる、第２の移動手段を備える、請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
前記分注針の先端に撥液処理が施されている、請求項１又は請求項２に記載の分注装置。
【請求項４】
前記被吐出対象体に親液処理が施されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の分注装置。
【請求項５】
前記押圧手段が送りねじ機構により前記分注ユニット内に備えられたプランジャーを移動させることにより液体を押圧する手段である、請求項１乃至４のいずれかに記載の分注装置。
【請求項６】
前記送りねじ機構がアクチュエータにより駆動される、請求項１乃至５のいずれかに記載の分注装置。
【請求項７】
所望のスポットサイズを入力する入力手段と、
前記分注針先端及び前記被吐出対象体間の距離と前記スポットサイズとの関係が、読み出し可能に記憶された記憶手段と、
前記入力手段へのスポットサイズの入力に応じて前記記憶手段から読み出された距離を移動するように、前記第１の移動手段に第１の駆動信号を送信する、前記第１の移動手段を制御する移動制御手段と、
前記分注針の先端位置が前記距離に移動され、固定された後に、前記押圧手段に第２の駆動信号を送信する押圧制御手段と、
前記分注針先端に形成される液滴と前記被吐出対象体の吐出対象面との位置関係を検出する検出手段と、をさらに備え、
前記押圧制御手段が、さらに前記検出手段により検出された前記液滴と前記吐出対象面との位置関係に応じて前記押圧手段に駆動を停止するよう停止信号を送信する、
請求項１乃至６のいずれかに記載の分注装置。
【請求項８】
前記検出手段が、前記分注針先端に形成される液滴と前記被吐出対象体の吐出対象面を観察する観察手段と、前記観察手段により観察された光像に基づいて、液滴先端と吐出対象面との距離を算出し、当該距離と所定値を比較して、当該距離が所定値と一致するか否かを判別する判別手段とを備える、請求項７に記載の分注装置。
【請求項９】
前記押圧制御手段が、前記第１の駆動信号の停止後、所定時間後に前記第２の駆動信号を送信する、請求項７又は請求項８に記載の分注装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の分注装置を備えた、マイクロアレイの製造装置。
【請求項１１】
生体試料を含む液体を分注針で被吐出対象体に分注する分注方法であって、
前記分注針の先端と被吐出対象体の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、前記分注針の先端に形成する予定の液滴の落下方向の長さと一致するように、前記分注針の先端位置を移動させて固定し、
前記分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより分注針の先端に滲出させ、当該分注針先端に形成される液滴を徐々に成長させることにより、当該液滴先端を前記吐出対象体に接触させると略同時に押圧を停止し、生体試料を含む液体を前記吐出対象体に移動させる、分注方法。
【請求項１２】
生体試料を含む液体を分注針で被吐出対象体に分注する分注方法であって、
前記分注針を、入力された所望のスポットサイズに応じて予め定められた距離になるように前記被吐出対象体の吐出対象面に対して略垂直方向に移動させて固定し、
前記分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより分注針の先端に滲出させ、当該分注針先端に形成される液滴の先端と前記被吐出対象体の吐出対象面との位置関係を光学観察手段により観察しながら、当該液滴を徐々に成長させ、
前記位置関係から前記液滴先端と吐出対象面との距離を求め、
前記距離が前記液滴の先端が前記吐出対象体に接触可能な所定値に達したときに、押圧を停止させ、
前記液滴先端を前記吐出対象体に接触させることにより、生体試料を含む液体を前記吐出対象体に移動させる、分注方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の分注方法を用いてマイクロアレイを製造する、マイクロアレイの製造方法。
【請求項１】
生体試料を含む液体を保持する保持部と、当該保持した液体を押圧する押圧手段と、液滴を吐出可能な分注針と、を備え、
前記押圧手段により前記液体を押圧することにより前記分注針先端に液滴を形成可能な分注ユニットと、
前記分注針の先端と被吐出対象体の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、前記分注針の先端に形成する予定の液滴の落下方向の長さと略同一になるように、前記分注針の先端位置を前記略垂直方向に移動させ、固定させる第１の移動手段と、
を備える、分注装置。
【請求項２】
前記分注ユニットを前記被吐出対象体上のスポット形成位置に、前記被吐出対象体の吐出対象面と略水平に相対的に移動させる、第２の移動手段を備える、請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
前記分注針の先端に撥液処理が施されている、請求項１又は請求項２に記載の分注装置。
【請求項４】
前記被吐出対象体に親液処理が施されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の分注装置。
【請求項５】
前記押圧手段が送りねじ機構により前記分注ユニット内に備えられたプランジャーを移動させることにより液体を押圧する手段である、請求項１乃至４のいずれかに記載の分注装置。
【請求項６】
前記送りねじ機構がアクチュエータにより駆動される、請求項１乃至５のいずれかに記載の分注装置。
【請求項７】
所望のスポットサイズを入力する入力手段と、
前記分注針先端及び前記被吐出対象体間の距離と前記スポットサイズとの関係が、読み出し可能に記憶された記憶手段と、
前記入力手段へのスポットサイズの入力に応じて前記記憶手段から読み出された距離を移動するように、前記第１の移動手段に第１の駆動信号を送信する、前記第１の移動手段を制御する移動制御手段と、
前記分注針の先端位置が前記距離に移動され、固定された後に、前記押圧手段に第２の駆動信号を送信する押圧制御手段と、
前記分注針先端に形成される液滴と前記被吐出対象体の吐出対象面との位置関係を検出する検出手段と、をさらに備え、
前記押圧制御手段が、さらに前記検出手段により検出された前記液滴と前記吐出対象面との位置関係に応じて前記押圧手段に駆動を停止するよう停止信号を送信する、
請求項１乃至６のいずれかに記載の分注装置。
【請求項８】
前記検出手段が、前記分注針先端に形成される液滴と前記被吐出対象体の吐出対象面を観察する観察手段と、前記観察手段により観察された光像に基づいて、液滴先端と吐出対象面との距離を算出し、当該距離と所定値を比較して、当該距離が所定値と一致するか否かを判別する判別手段とを備える、請求項７に記載の分注装置。
【請求項９】
前記押圧制御手段が、前記第１の駆動信号の停止後、所定時間後に前記第２の駆動信号を送信する、請求項７又は請求項８に記載の分注装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の分注装置を備えた、マイクロアレイの製造装置。
【請求項１１】
生体試料を含む液体を分注針で被吐出対象体に分注する分注方法であって、
前記分注針の先端と被吐出対象体の吐出対象面との間の、当該吐出対象面に対して略垂直方向の距離が、前記分注針の先端に形成する予定の液滴の落下方向の長さと一致するように、前記分注針の先端位置を移動させて固定し、
前記分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより分注針の先端に滲出させ、当該分注針先端に形成される液滴を徐々に成長させることにより、当該液滴先端を前記吐出対象体に接触させると略同時に押圧を停止し、生体試料を含む液体を前記吐出対象体に移動させる、分注方法。
【請求項１２】
生体試料を含む液体を分注針で被吐出対象体に分注する分注方法であって、
前記分注針を、入力された所望のスポットサイズに応じて予め定められた距離になるように前記被吐出対象体の吐出対象面に対して略垂直方向に移動させて固定し、
前記分注針に保持された液体を、押圧手段により押圧することにより分注針の先端に滲出させ、当該分注針先端に形成される液滴の先端と前記被吐出対象体の吐出対象面との位置関係を光学観察手段により観察しながら、当該液滴を徐々に成長させ、
前記位置関係から前記液滴先端と吐出対象面との距離を求め、
前記距離が前記液滴の先端が前記吐出対象体に接触可能な所定値に達したときに、押圧を停止させ、
前記液滴先端を前記吐出対象体に接触させることにより、生体試料を含む液体を前記吐出対象体に移動させる、分注方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の分注方法を用いてマイクロアレイを製造する、マイクロアレイの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２７８９８６（Ｐ２００７−２７８９８６Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０８９３９（Ｐ２００６−１０８９３９）
【出願日】平成１８年４月１１日（２００６．４．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１１日（２００６．４．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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