專利名稱：粒子陣列的制造裝置以及制造方法和靶物質的檢測方法
技術領域：
本發明涉及含有表面固定了生物相關物質的粒子的微陣列的制造裝置以及其制造方法和靶物質的檢測方法。
背景技術：
現在，基因和蛋白質的解析技術進步驚人，與特定疾病或癌癥相關的機制也正在被闡明。微陣列以這些知識為基礎，可用于迅速進行疾病的診斷和體質檢查等。微陣列分為DNA微陣列和蛋白質微陣列。
DNA微陣列由于是將很多具有序列已知的核酸探針點排列在固相基板表面，利用互補核酸鏈的相互作用(雜交)，捕捉靶核酸，通過表面等離振子共振(SPR)或熒光分子標記檢測核酸。由于檢測核酸的點的核酸探針的堿基序列事先知道，所以可以特定含有希望研究的基因的樣品DNA堿基序列。
蛋白質微陣列用于利用對蛋白質微陣列的點表面的親和性，從血清、尿、脊髓液、關節液、唾液、組織勻漿液等生物樣品或細胞培養上清、培養細胞破碎液等含有蛋白質的各種各樣的樣品中捕捉靶蛋白質。
關于由核酸或蛋白質構成的探針的固定場所有以點狀直接固定于平坦的固相基板的方法的報道(諸如參照專利文獻1)，有將多種生物相關物質固定于表面的粒子(珠)收納到微滴板的孔中，在將粒子固定在光纖維的前端進行識別的同時，檢測在粒子表面的生物相關物質反應的方法的報道。(諸如參照專利文獻2)[專利文獻1]特開2001-186880、段落號0012、0013[專利文獻2]特表2002-533727、段落號0009、0012將由核酸或蛋白質構成的探針固定于粒子(珠)表面后使用的方法，與以點直接將探針固定于平坦基板上后使用的方法比較，具有可以使探針存在的固體表面積擴大，靈敏度提高，相鄰點之間的相互污染的危險少，難于發生由于干燥引起的生物相關物質的失活，可以根據固定的生物相關物質的種類改變固相表面的處理等優點。然而，雖然對于象微滴板的孔那樣的反應區域可以適時選擇單一種類或由任意混合比構成的多種類生物相關物質，但將少量的粒子正確地配置在反應區域是困難的。
發明內容
本發明的目的在于提供在固相基板上配置了表面固定有由核酸或蛋白質構成的探針的粒子的粒子陣列的制造中，可以精度更好地將該粒子供給固相基板上的任意反應區域的制造裝置和粒子陣列的制造方法。
即，本發明涉及[1]、一種粒子陣列制造裝置，備有收容含有表面固定了生物相關物質的粒子的液體的機構，以及將含有上述粒子的液體噴出到固相基板上的任意位置的機構；[2]、根據[1]所述的粒子陣列制造裝置，其中噴出上述液體的機構是使用噴墨法的機構；[3]、根據[1]或[2]所述的粒子陣列制造裝置，其中上述收容機構是將2種以上的不同種類的液體分別收容的機構；[4]、一種粒子陣列制造方法，是使用上述[1]～[3]任一項所述的粒子陣列制造裝置制造粒子陣列的方法，通過將含有上述粒子的液體保持在上述收容的機構，將上述液體噴出到上述固相基板上的任意位置，形成反應區域；[5]、根據[4]所述的粒子陣列制造方法，形成由2個以上固定了單一種類的生物相關物質的粒子構成的上述反應區域；[6]、根據[4]所述的粒子陣列制造方法，形成由2個以上固定了單一種類的生物相關物質的不同的粒子群構成的上述反應區域；[7]、根據[4]所述的粒子陣列制造方法，將含有表面固定有上述生物相關物質并且帶有可識別信號的粒子的液體，分別保持在上述收容機構中，將上述液體噴出到固相基板上；[8]、根據[7]所述的粒子陣列制造方法，上述可識別信號至少是從粒子大小、粒子密度、粒子的著色、熒光、磁性以及放射線標記中選出的一種；[9]、根據[4]所述的粒子陣列制造方法，其中上述生物相關物質是核酸或蛋白質；[10]、根據[4]～[6]任一項所述的粒子陣列制造方法，其中上述粒子的粒徑為0.02～10μ；[11]、根據[4]～[6]任一項所述的粒子陣列制造方法，其中上述粒子的粒徑為0.2～5μ；[12]、根據[4]所述的粒子陣列制造方法，其中上述固相基板是微滴板；[13]、根據[4]～[12]任一項所述的粒子陣列制造方法，所述粒子陣列制造裝置，在基板表面的孔中形成上述反應區域，還具有隔著比粒子直徑小的間隙形成的緊貼在基板的孔側的蓋板；[14]、根據[13]所述的粒子陣列制造方法，其中上述固相基板和蓋板是玻璃。
圖1是本發明的粒子陣列制造裝置的概略立體2噴出頭的俯視3噴出頭的斷面4微陣列基板斷面5微陣列基板俯視中10粒子陣列制造裝置，11基體，12滑架，13臺，14吸引單元，15滑架和臺驅動部，16微陣列基板，20噴出頭，21噴出機構，22收容部，23振動板，24流路，30玻璃基板，31孔，32玻璃蓋板，33環氧樹脂粘接劑，34間隙，35流入口，36流出口。
具體實施例方式
本發明中使用的所謂“生物相關物質”無論是核酸還是蛋白質都可以，沒有限定。核酸指的是各個核酸的一部分或全部可以被修飾(包括置換)并且各自為單鏈或雙連的寡核苷酸或聚核苷酸，最好是各自一部分或全部可以被修飾(包括置換)的單鏈寡核苷酸或聚核苷酸。若舉出該核酸中最合適的例子，如從DNA、RNA、PNA(肽核酸)、CAN(氨基環己乙酸核酸)、HNA(己糖醇核酸)、p-RNA(吡喃RNA)、由上述核酸構成的寡核苷酸等選出的核酸。蛋白質指的是至少是由兩個氨基酸共價鍵合的分子，包括蛋白質類、多肽、寡肽和肽。蛋白質可以是由天然存在的氨基酸和肽鍵形成的，或由合成肽模擬結構形成。
上述核酸、蛋白質可以通過熒光標記、根據熒光強度變化檢測靶物質，進行定量。熒光標記用的熒光分子的合適例子如FITC(Fluoreseinisothiocyanate)、RITC(Rhodamine isotiocyanate)、FMRITC(Tetramethyl Rhodamine isotiocyanate)、Cy3(Carboxymethyindocyanin)、PE(Phycoerythrin)等熒光分子。
作為本發明中使用的“粒子”的材料可以使用塑料、陶瓷、聚苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸聚合物、三唑、碳石墨、二氧化鈦、玻璃、二氧化硅、膠乳、磁性珠等，但并不限定于這些。本發明中的粒子的粒徑使用0.02～10μm比較合適，最好使用0.2～5μm。“粒子”即使不是球狀的也可以，為了使表面積擴大，可以是多孔的。粒徑即使存在分布也可以，但最好是包括在上述數值范圍內。
上述“粒子”的表面固定有作為探針的上述“生物相關物質”。生物相關物質可以在粒子上直接合成，也可以合成后粘在粒子上。粒子表面可以預先進行化學修飾，作為表面化學基團的例子沒有限定，如包括脂肪族和芳香族胺在內的氨基酸、羧酸、醛、酰胺、氯甲基、酰肼、羥基、磺酸酯、硫酸酯等。
用于固定化的加熱方法可以使用加熱、激光、紅外線、電磁波等。固定化的反應溫度通常在0～40℃附近，最好在20～35℃附近。反應時間也沒有特別限定，通常30分鐘到24小時足夠了，最好是1小時～12小時。
本發明中使用的“識別方法”，為了判別由固定于粒子表面的核酸、蛋白質構成的探針，可以使各個粒子帶有判別功能。作為「識別方法」可以使用粒子大小、粒子密度、粒子的著色、熒光、磁性以及放射線標記等，也可以使用它們的組合。使用熒光信號最合適。
本發明中使用的“固相基板”，在不妨礙“粒子”表面的“生物相關物質”的作用情況下，可以沒有限定地使用任意基板。例如，從玻璃基板、硅基板、金屬基板(例如金、銀、銅、鋁、鉑等)、金屬氧化物基板(例如SrTiO3、LaAlO3、NdGaO3、ZrO2、氧化硅等)、樹脂基板(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯)等選出來的材料。“固相基板”的表面可以是平坦的，但最好使用通過蝕刻或成型形成許多作為反應區域供給粒子的孔(凹部)的表面。其中，從容易獲得，價格等方面考慮，最好使用玻璃基板。而作為樹脂基板的合適的具體例子，可以使用市售的微滴板。
該“固相基板”的材料、種類以及其厚度的選擇，本技術領域的技術人員可以根據核酸或蛋白質探針的種類、為了檢測而采用的信號檢測機構等選擇最適的條件。
作為本發明的“將含有粒子的液體噴出到任意位置的機構”可以采用各種各樣的方法。作為合適的方法，如將備有噴出機構的噴出頭搭載到可在X軸方向移動的滑架上，將固相基板置于可在與X軸垂直的Y軸移動的臺上，通過滑架和臺的移動，使噴出頭在作為目標的座標上移動的方法。該方法容易進行數值控制，可以正確控制噴出頭。另外，裝置整體的構造也可簡單、緊湊地構成。
作為本發明的“噴出液體的機構”可以使用可精度高地供給少量液體的噴墨法。在噴墨法中，作為噴出液體的方法有使用壓電元件的壓電噴墨法、使用熱效應元件的熱噴射法、利用振動板和電極間的靜電力的靜電驅動法。可以使用任一方法，但在處理對溫度敏感的生物相關物質時，最好使用對噴出液體不施加高溫的壓電噴射法、靜電驅動法。
作為本發明的“收容液體的機構”對于2個以上的不同種類的液體分別收容，液體通過分別噴出的機構噴出。收容液體的機構和噴出的機構可以各自分開配置，作為優選的例子，有在噴出頭中將收容液體的機構和噴出的機構一體化設置的方法。通過一體化，噴出頭可以簡單的構造構成，由于可以使由收容機構向噴出的機構的路程變短，可以減少耗費的液體。另外通過拆卸噴出頭，可以變更噴出的液體。
作為含有“粒子”的液體，從容易進行粒子混合時的控制考慮，最好使用多個含有固定了一種生物相關物質的粒子的液體。種類不同的液體分別收容到收容機構，以便使其不相互混雜，被分別單獨控制而噴出。通過分別進行噴出調控，可以形成單一種類的反應區域、或在單一的反應區域內以任意比例混合不同種類的液體，形成由2個以上的不同種類的粒子群構成的反應區域。
作為液體的溶劑可以使用水、各種磷酸緩沖液、TE緩沖液等、含有氯化鈉的緩沖液、含有聚合物的水溶液。另外最好是通過添加物調整到適合噴墨法的粘度、表面張力。粘度最好在20cp以下，而表面張力最好在20～40dyn/cm。另外，稀釋作為探針的蛋白質的液體最好使用通過預先脫氣除去液體中溶存的氣體后的液體。
在本發明中，含有粒子的液體向基板上的供給位置，雖然也可以供給平板上，形成點，但為了發揮粒子陣列的性能，最好是將含有粒子的溶液供給固相基板上的孔中。從供給了粒子的上述孔上加蓋，各個孔可以作為微小的反應室使用。通過做成這樣的構成，粒子可以在孔內自由地在分析用液體中運動，反應面積、反應效率都提高。
作為上述構成的組裝方法可以舉出以下合適的例子。在固相基板上的形成有孔的面外周形成用于間隙形成和蓋粘接的樹脂被膜等。樹脂被膜的厚度比粒子的直徑小。然后如果使蓋板緊貼樹脂被膜等形成蓋，可以形成各個孔通過比粒子的直徑還小的間隙連通的反應室。由于間隙窄，粒子不能移動到相鄰的室內。另外如果在蓋板上形成用于供給對象樣品或反應試劑等的供給口和排出它們的排出口，使用注射器或自動化的分析裝置送液，可以進行反應試驗。蓋可以使用任何蓋，但在靶物質的檢測中使用光時，最好使用玻璃。反應試驗后，進行靶物質的檢測，判定靶物質的有無和進行定量。
本發明這樣的“靶物質的檢測方法”可以使用各種各樣的方法，作為合適的例子如檢測熒光標記的分子的量的方法、檢測基于酶反應的色素的方法。
在本說明書中使用的語句的意義以及本發明的詳細說明就象以上說明的那樣，為了更容易理解本發明，以下描述了本發明的特征。
首先，本發明的第1個特征是使用噴墨法，對含有表面固定了生物相關物質的粒子的多種液體分別收容后，可以噴出到任意位置的制造裝置。
本發明的第2個特征是將含有粒子的液體個別收容，將含有上述粒子的液體噴出到固相基板上的任意位置，形成反應區域的粒子陣列制造方法。可以將單一種類、或多種少量的液體供給任意的反應區域。
本發明的第3個特征是在基板表面的孔中形成反應區域，隔著比粒子直徑還小的間隙，蓋板緊貼在基板的孔側的粒子陣列的制造方法。通過該方法制作的粒子陣列由于在單一的反應室內形成多個反應區域，所以可以同時進行多個生物相關物質與對象樣品的反應。
在本發明中最好使用噴墨法，使用該噴墨法時，用少量的粒子可以形成高密度的陣列。因此可以削減反應需要的樣品和試劑的量。另外，與在基板上形成點的微陣列相比，由于固體表面積大，所以靈敏度高。另外，由于可以預先在粒子表面固定探針樣品，所以與多種樣品相對應的同時，不會由于干燥使生物相關物質的活性喪失，不會引起相鄰反應區域間的相互污染。
在將單一種類的粒子群配置在各個反應區域時，由于由其面內的配置可以識別粒子的種類，所以不需要粒子的識別機構。另外，對于分區域來識別混合了多種粒子群的粒子群時，可以將反應區域數(孔數)×識別粒子種類的多個反應匯總在一起進行。
以下給出了本發明的實施例，但本發明并不限定于以下具體的例子。本技術領域的技術人員可以對以下給出的實施例進行各種各樣的變更，最大限度地實施本發明，這樣的變更也包括在本申請的范圍內。
圖1是表示在本實施例中使用的微陣列制造裝置的梗概的立體圖。微陣列制造裝置10備有在基臺11上可以在X軸上進行往復移動的卡盤支架(滑架)12和在與X軸垂直的Y軸方向可以往復移動的臺13，以及在卡盤支架12的起始點位置(處于臺13的可動區域以外的區域的收容位置)上噴出液充填用的吸引單元14，以及滑架和臺驅動部15。驅動部15，使用同步帶輪機構或滾珠螺桿機構等，通過數值控制方式等移動卡盤支架12和臺13，可以確定對于微陣列基板12的噴出液供給位置。在卡盤支架中搭載噴出頭(沒有圖示)。
在本實施例中，用使用靜電驅動器的噴出頭。圖2、圖3中給出了噴出頭基板和其斷面圖。噴出頭20的噴出機構21和收容部22形成一體。噴出機構由壁上帶有振動板23的加壓室和噴出口形成。
在各個收容部中收容含有表面固定了種類不同的探針樣品的粒子的液體。噴出機構和收容部用通路24連接，通過振動板的驅動由加壓室噴出液體，在下一次驅動中由收容部供給液體。
通過使搭載有噴出頭的滑架連動將含有以下所示的粒子的液體供給玻璃基板30上的圖4所示配置的通過蝕刻形成的120個孔31。噴出在驅動頻率16kHz、每滴20pI的條件下進行，可以向一個孔供給單一種類的液體以及向同一孔供給不同種類的液體，進行不同粒子的混合。其結果是對于一個孔可以供給500～1000個粒子。
(含有粒子的液體)準備數種在4μ直徑的由聚苯乙烯構成的球珠上固定了抗體蛋白質的球珠。粒子分散于磷酸緩沖液后作為含有粒子的液體(懸浮液)。
利用噴墨法供給粒子后，象圖5所示那樣隔著間隙34用厚度為3μ的環氧樹脂粘接劑將玻璃蓋板貼在孔側。
在玻璃蓋板中留出對象樣品、反應試劑等的流入口35、流出口36，由流入口35供給的這些液體與保持在孔31的粒子反應后，由流出口36排出。
權利要求
1.一種粒子陣列制造裝置，備有收容含有表面固定了生物相關物質的粒子的液體的機構，以及將含有上述粒子的液體噴出到固相基板上的任意位置的機構。
2.根據權利要求1所述的粒子陣列制造裝置，其中噴出上述液體的機構是使用噴墨法的機構。
3.根據權利要求1或2所述的粒子陣列制造裝置，其中上述收容機構是將2種以上的不同種類的液體分別收容的機構。
4.一種粒子陣列制造方法，使用權利要求1～3中任一項所述的粒子陣列制造裝置制造粒子陣列，其中通過將含有上述粒子的液體保持在上述收容的機構中，并將上述液體噴出到上述固相基板上的任意位置，形成反應區域。
5.根據權利要求4所述的粒子陣列制造方法，其中形成由2個以上固定了單一種類的生物相關物質的粒子構成的上述反應區域。
6.根據權利要求4所述的粒子陣列制造方法，其中形成由2種以上固定了單一種類的生物相關物質的不同粒子群構成的上述反應區域。
7.根據權利要求4所述的粒子陣列制造方法，其中將含有表面固定了上述生物相關物質并且具有可識別信號的粒子的液體分別保持在上述收容機構中，將上述液體噴出到固相基板上。
8.根據權利要求7所述的粒子陣列制造方法，其中上述可識別信號是選自由粒子大小、粒子密度、粒子的著色、熒光、磁性以及放射線標記構成的一組中的至少一種。
9.根據權利要求4所述的粒子陣列制造方法，其中上述生物相關物質是核酸或蛋白質。
10.根據權利要求4～6中任一項所述的粒子陣列制造方法，其中上述粒子的粒徑為0.02～10μ。
11.根據權利要求4～6中任一項所述的粒子陣列制造方法，其中上述粒子的粒徑為0.2～5μ。
12.根據權利要求4所述的粒子陣列制造方法，其中上述固相基板是微滴板。
13.根據權利要求4～12中任一項所述的粒子陣列制造方法，其中所述粒子陣列制造裝置，在基板表面的孔中形成有上述反應區域，并且還具有隔著比粒子直徑小的間隙而形成的緊貼在基板的孔側的蓋板。
14.根據權利要求13所述的粒子陣列制造方法，其中上述固相基板和蓋板是玻璃。
全文摘要
本發明提供一種粒子陣列的制造裝置和粒子陣列的制造方法。所述粒子陣列制造裝置，備有收容含有表面固定了生物相關物質的粒子的液體的機構，以及將含有上述粒子的液體噴出到固相基板上的任意位置的機構。根據本發明的粒子陣列制造裝置，可以精度更好地將該粒子供給固相基板上的任意反應區域。
文檔編號C12N15/09GK1626678SQ20041005794
公開日2005年6月15日 申請日期2004年8月26日 優先權日2003年9月1日
發明者高城富美男 申請人:精工愛普生株式會社