专利名称：液滴喷出头以及微阵列的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种液滴喷出头，特别是适用于喷出生物相关物质的液滴喷出头。
背景技术：
近年来，DNA碱基序列的破译、以及基因信息的功能解析已经成为研究课题，作为用于基因表达模式的探测、新基因的筛选的技术，可以使用DNA微阵列。利用该阵列，通过制备探针DNA，高密度点印在载片玻璃等基板上，使荧光标记的靶DNA中具有与探针DNA互补的碱基序列的靶DNA杂交，通过对荧光图像进行观察，对基因表达量进行评价。该阵列的尺寸为1cm2～10cm2，在该区域中需要高密度地点印数千～数万种探针DNA，以往，这样的探针DNA的固化是通过接触针进行的。
而随着基因组计划的结束，下一阶段，人们又开始注目蛋白质解析上，正在进行使用与DNA微阵列同样结构的蛋白质芯片的开发。
在这样情况下，提出了利用喷墨技术的探针DNA或蛋白质的固化方法。
利用喷墨技术，可以迅速形成稳定的点形状，另外，通过将喷嘴间孔距变窄，可以制作高密度的微阵列。
然而，例如在制作蛋白质芯片中，作为探针使用蛋白质，在喷墨头中使用含有蛋白质的溶液时，蛋白质附着于喷墨头的内壁，由于流路性能显著变化，担心喷出性能下降。另外由于附着于喷墨头内壁，样品溶液的浓度变得不均一，另外还担心蛋白质结构本身变化后，蛋白质本来的活性丧失了等。
发明内容
本发明的课题在于提供特别适用于生物相关物质的液滴喷出头。
另外，本发明的课题还在于提供不损坏生物相关物质，使探针简易而且迅速地固定于固相上的液滴喷出头的制造方法以及微阵列的制造方法。
解决上述课题的本发明的液滴喷出头，是用于喷出样品溶液的液滴喷出头，其特征是上述液滴喷出头的内壁中上述样品溶液接触的部位，用由含有磷酸胆碱基的不饱和化合物单元构成的聚合物或含有该聚合物的共聚物被覆。
利用这样的构成，样品溶液接触的部位由于被作为生物膜构成成分的含有磷脂极性基团(磷酸胆碱基)的(共)聚合物被覆，所以可以提供生物适合性好的液滴喷出头。因此，可以防止样品溶液中的成分附着在液滴喷出头的内壁，防止由于样品和内壁的作用造成的喷出不良。另外，例如，由于样品溶液含有的生物相关物质(例如蛋白质)附着在液滴喷出头的内壁后，因结构变化引起失活的问题也可以防止。还有，由于可以防止样品附着内壁，也可以防止样品溶液的浓度随时间的变化。这里所谓在上述液滴喷出头的内壁中上述样品溶液接触的部位指的是溶液通过的流路的内壁，更具体的讲，可以说是例如从收容室到喷嘴的溶液通过的流路的内壁。而这里流路也包括流路上形成的收容室、加压室等。
在本发明中，作为样品溶液，例如最好使用含有生物相关物质的溶液。具体来说，生物相关物质除了细胞、蛋白质、核酸等生物物质外，也包括人工合成的寡核苷酸、聚核苷酸、寡肽、多肽、PNA(肽核酸(peptide nucleicacid))等类似物。
上述液滴喷出头最好是静电驱动方式和压电驱动方式。利用这样的方式，由于没有象所说的热喷墨方式那样的发热，可以不损伤例如样品溶液中含有的生物相关物质，向固相表面上稳定喷出。
本发明的其他样式的液滴喷出头是用于喷出样品溶液的液滴喷出头，其特征是备有在表面含有1个或多个电极的第1基板；与上述第1基板的设置上述电极的部位通过微小间隙对置配置，通过与上述电极的电位差对应的静电力进行弹性变形的振动扳；含有通过该振动扳的变位对加压室内的压力进行增减，而将充填到该加压室内的上述样品溶液挤出的1个或多个加压室的第2基板；含有用于喷出来自上述加压室挤出的上述样品溶液的1个或多个喷嘴孔的第3基板；配置在上述第1基板的另一个侧面，含有用于收容上述样品溶液的收容室的收容部，其中，在上述第1基板以及上述第2基板中含有联系上述收容部到上述加压室的流路，至少上述收容部、上述加压室、上述流路、以及上述喷嘴孔的内壁都被含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有该聚合物的共聚物被覆。
利用这样的构成，样品溶液接触的部位，由于被作为生物膜构成成分的含有磷脂极性基团(磷酸胆碱基)的(共)聚合物被覆，所以可以提供生物适合性好的液滴喷出头。因此，可以防止样品溶液中的成分附着在液滴喷出头的内壁等，以及防止与内壁引起的某种作用造成的喷出不良。另外，例如，由于样品溶液含有的生物体相关物质(例如蛋白质)附着在液滴喷出头的内壁后，由于结构变化引起失活的问题也可以防止。还有，由于可以防止样品附着内壁，也可以防止样品溶液的浓度随时间的变化。另外，由于采用不兼有象喷墨方式那样的发热的静电驱动方式，所以可以不损伤例如样品溶液中含有的生物相关物质地向固相表面上稳定喷出。另外由于各一基板上备有多个收容室、加压室、喷嘴以及联络他们的流路，在一并可以加工，简化的工序中，可以提供点印DNA或蛋白质等更多种类原料溶液的液滴喷出头。
上述含有磷酸胆碱基的不饱和化合物单元最好是2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱(以下称MPC)单元。由于使用在一分子内含有作为生物膜组成成分的磷脂极性基团(磷酸胆碱基)和有利于聚合的甲基丙烯酰基的MPC，具有很好的生物适合性和被膜形成性，可以防止诸如样品溶液中含有的蛋白质等生物相关物质的附着。
含有含上述磷酸胆碱不饱和化合物单元的共聚物，作为构成单元也可以含有2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱单元和(甲基)丙烯酸酯单元。利用这样的构成，由于含有含不饱和磷酸胆碱基的不饱和单元，生物适合性好，另外由于含有(甲基)丙烯酸酯单元，机械强度也好。
上述含有含磷酸胆碱的不饱和化合物单元的共聚物，作为构成单元最好含有2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱单元和通过水解生成硅烷醇的含硅烷基的不饱和化合物单元。由于利用这样的构成可以获得长时间持续的生物适合性效果，所以可以认为能够长时间地防止蛋白质等生物相关物质的附着。
上述液滴喷出头最好是由玻璃和/或硅构成。玻璃和硅由于可通过光刻(蚀)法进行微细加工，所以很合适。另外作为含有含磷酸胆碱的不饱和化合物单元的共聚物，在作为构成单元含有通过水解生成硅烷醇的含硅烷基的不饱和化合物单元时，与硅烷醇的结合性高，可以形成稳定被膜。
上述第1基板是玻璃基板时，上述第2基板最好是硅基板。利用这样的构成可通过光刻(蚀)法进行微细加工，所以很合适。另外利用静电驱动方式时，由于用硅作为加压室的振动板，所以耐久性高。另外作为构成单元含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元时，与硅烷醇的结合性高，可以形成稳定被膜。
上述第2基板是硅基板时，在上述第2基板备有的加压室的内壁面与由上述含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有聚合物的共聚物形成的被膜之间最好形成硅氧化膜。利用这样的构成，可使与被膜形成成分的结合性提高。
上述喷嘴孔附近的喷嘴面具有疏水性。由于喷嘴面具有疏水性，所以可以确实防止处于喷嘴面的样品溶液、例如含有生物相关物质的溶液的混合。
本发明的液滴喷出头的制造方法，是喷出样品溶液的液滴喷出头的制造方法，其特征是，包括使含有由磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有聚合物的共聚物的溶液附着在从上述样品溶液的供给孔至液滴喷出嘴的溶液的流路的工序；以及使上述附着的溶液干燥，在上述流路内形成由含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有聚合物的共聚物构成的被膜的工序。
利用这样的构成，由于在样品溶液接触的部位，可以形成由含有作为生物膜构成成分的磷脂极性基(磷酸胆碱)的(共)聚合物构成的被膜，所以可以提供生物适合性好的液滴喷出头。因此，可以提供不会由于样品溶液中的成分附着在液滴喷出头的内壁，而使样品溶液的浓度变化，以及不会由于生物相关物质(例如蛋白质)附着在液滴喷出头的内壁造成结构变化而失活的液滴喷出头。
上述附着工序是通过将含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有聚合物的共聚物的溶液充满从上述样品溶液的供给孔至液滴喷出嘴的溶液的流路内，使其附着的工序。利用这样的构成，由于可以使被膜形成成分充分遍布于样品溶液接触的部分，因此在样品溶液接触的部分可以无遗漏地形成被膜。
本发明的其他形式的制造液滴喷出头的制造方法，其特征在于，包括以下工序向液滴喷出头的上述收容室、上述加压室、上述流路以及上述喷嘴孔充填含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有聚合物的共聚物的溶液的工序；使上述充填的溶液的溶剂蒸发，形成由上述聚合物或上述共聚物构成的被膜的工序，所述液滴喷出头至少备有用于收容含有生物相关物质的溶液(以下也称为含有生物相关物质溶液)的收容室，用于对喷出含有该生物相关物质溶液的的压力进行加压的加压室，联系上述收容部到上述加压室的流路，将在上述加压室挤出的液滴喷出的喷嘴孔。
利用这样的构成，由于在含有生物关连物质溶液的接触部位，可以形成由含有作为生物膜构成成分的磷脂极性基(磷酸胆碱基)的(共)聚合物构成的被膜，所以可以提供生物适合性好的液滴喷出头。因此，可以提供不会由于样品溶液中的成分附着在液滴喷出头的内壁，而使样品溶液的浓度变化，以及不会由于生物相关物质(例如蛋白质)附着在液滴喷出头的内壁造成结构变化而失活的液滴喷出头。
另外，也可以包括进行加热处理后，对上述被膜进行固化的工序。当作为被膜形成成分，含有硅烷醇基，通过对硅烷醇基和基板表面的基团进行脱水缩合，对表面进行固化时，为了通过加热促进被膜形成成分和基板的结合，根据需要也可以进行加热处理。
本发明的微阵列制造装置，其特征是，备有上述液滴喷出头，以及对上述液滴喷出头和接受来自该液滴喷出头喷出的上述样品溶液的微阵列基板的相对位置进行设定的位置控制机构。通过这样的构成，由于使用生物适合性好的液滴喷出头，可以防止样品溶液中的成分附着在液滴喷出头的内壁，而使样品溶液的浓度变化，或不会由于生物相关物质(例如蛋白质)附着在液滴喷出头的内壁造成结构变化而失活。另外，由于对液滴喷出头和微阵列基板的位置可以相对地进行控制，可以自由地将液滴喷出头移动到微阵列基板上的任一个地方，增加操作性。
本发明的微阵列的制造方法，其特征是，使用上述液滴喷出头、上述微阵列制造装置，将含有与靶分子特异结合的探针的溶液喷到微阵列上，使上述探针固定在微阵列表面。利用这样的构成，由于使用生物适合性好的液滴喷出头，可以防止样品溶液中的成分附着在液滴喷出头的内壁而使样品溶液的浓度变化，以及不会由于生物相关物质(例如蛋白质)附着在液滴喷出头的内壁造成结构变化而失活。因此可以形成探针量一定的的微阵列。
上述液滴喷出头最好是有多个喷嘴，每个喷嘴喷出不同的探针。利用这样的构成，可以提供在一个基板上进行多个试验的微阵列。
图1是本发明第1实施方式的液滴喷出头的俯视图。
图2表示通过图1的a～j的剖面图。
图3是用于说明本发明的第1实施方式的液滴喷出头的动作机构的概念图。
图4是说明微阵列制造装置具体例子的图。
图5是表示对液滴喷出头的喷出性能进行评价的结果的图。
具体实施例方式
以下，参照图，就本发明的实施方式进行说明。
图1是对本发明实施方式的液滴喷出头进行大概说明的俯视图。图2表示对沿着图1中的a点～j点的液滴喷出头的剖面进行说明的剖面图。图3是用于说明本发明实施方式的液滴喷出头的动作机构的概念图。
就象图1和图2所表示的那样，本实施方式的液滴喷出头(喷墨头)1备有多个可收容DNA以及蛋白质等生物相关物质的收容室101。这些收容室101中含有的供给的作为样品溶液的DNA或蛋白质等生物相关物质的溶液，通过各个微阵列通道131，导入到加压室105，通过由振动板109的弹性变位引起的内部压力的变动，从喷嘴孔106以液滴形式喷出。
就象图2所示的那样，本实施方式的液滴喷出头1是由形成有电极108的第1基板(以下称为电极基板)、备有对用于喷出样品溶液的压力进行加压的加压室105的第2基板(以下称为加压室基板)，含有喷嘴孔106的第3基板(以下称为喷嘴基板)，以及含有用于收容上述样品溶液的收容室101的收容部120主要部分构成。另外，根据需要，也可以包含形成有联系收容室101和加压室105的微通道131(以下简单地称为流路)的流路基板124。
以下参照图3对本实施方式的液滴喷出头的构成及其动作机构进行说明。另外在该图中，为了便于说明，记述了收容部、电极基板、加压室基板、以及喷嘴基板等4层构造构成的液滴喷出头，而没有记述流路基板。另外，在同图中只给出了单一的加压室105图示。
在加压室基板122上与喷嘴基板123相对的面形成断面凹部形状的加压室105和用于将来自设置在收容部120的收容室101的样品溶液供给各个加压室105的流路102、103、104。加压室105的形状没有特别限制，例如，使用面取向为(110)的硅基板，用氢氧化钾水溶液等进行各向异性蚀刻时，加压室105变成了由相对于垂直于硅基板的面成约35度角的斜面构成的断面舟型。在同一基板的表面和背面可以通过热氧化法形成例如约1μm膜厚的硅氧化膜。另外对于流路102、103、104，形状也没有特别限定，例如可以通过蚀刻与加压室105同时形成。那么来自收容室101的样品溶液流过设置在基板的垂直方向的流路102，一旦滞留在连接于流路102下方的流路103，可以通过小径的流路104送到加压室105。
构成加压室105的材料没有特别限定，无论是玻璃、硅、还是树脂都可以用，但从微细加工性、与硅烷醇基的结合性等观点考虑，最好使用例如玻璃基板或硅基板，特别是从耐久性观点考虑，硅基板最好。另外使用硅基板时，对该表面进行硅氧化膜表面处理最合适。通过做成硅氧化膜，可以提高与硅烷醇的结合性。
另外，作为这样的硅基板，可以是单晶硅基板、多晶硅基板、SOI基板中的任一种。而作为硅氧化膜的成膜法，不限于热氧化法，可以利用溅射法、蒸镀法、离子镀法、溶胶凝胶法、CVD法等各种成膜技术。
在喷嘴基板123中，用于将在各个加压室105中挤出的样品溶液喷到外部的喷嘴孔106，在对应于加压室105的位置形成。作为喷嘴基板123，可以使用例如硅基板和玻璃基板，硅基板特别合适。通过将喷嘴基板123做成硅基板，可以确保与生物相关物质的亲和性，另外加工性也好。与喷嘴基板123的加压室基板122接合的相反一侧的面(以下称为喷嘴面)的喷嘴孔106附近，最好进行疏水处理。通过对喷嘴面进行疏水处理，可以防止喷嘴孔106间的交叉污染。
在电极基板121的与加压室基板122相对的面中，在对应于加压室105的位置，形成只与设置在加压室基板122的加压室105底部的振动板109形成大致一定的微小间隙的凹部。微小间隙的间隔是用于对液滴喷出头进行静电驱动所必需的，而且需要充分的间隔，例如，2μm合适。可以使在该凹部的底面成膜用于在与加压室基板122之间使静电力形成的细长电极108。为了成膜电极108，可以用溅射法，形成约0.1μm厚度的铟·锡·氧化物膜。
作为加压室基板122、电极基板121、以及喷嘴基板123，在将硼硅酸玻璃以及硅基板组合用时，各个基板之间例如可以通过阳极接合进接合。如果利用阳极接合，由于通过静电吸引可以强力接合，所以接合简便。
另外，作为加压室基板122、电极基板121、以及喷嘴基板123使用硅基板时，各个基板之间例如可以使用粘接剂等进行接合。另外，使用玻璃基板时，用稀氟酸溶液等可以对两基板间进行接合。
为了对电极基板121和加压室基板122进行阳极接合，例如可以使用由硼硅酸玻璃基板构成的电极基板121和由硅基板构成的加压室基板122，使电极基板121和加压室基板122的位置能够使流路102进行连接，加压室105对应于电极108那样地精密对准，用适度的压力使两者叠合，升温到接近300℃～500℃，在1×10-4Torr程度的真空或氮气氛下，向两个基板之间外加200V～1000V的直流电压，使得硅基板侧为正电位。这样，硼硅酸玻璃基板含有的碱金属离子钠离子偏析到硼硅酸玻璃基板的另一侧(图示左侧)的表面。另一方面，残留在同一基板的多余的负离子在与硅基板的接合面中形成空间电荷层之后，在硅基板和硼硅酸玻璃基板之间诱发强静电引力，使两者强力接合。而硼硅酸玻璃基板含有很多碱性离子，不仅适合阳极接合，而且由于热膨胀系数与硅基板几乎一致，所以可以得到在基板的接合面变形少的确实的接合。
对加压室基板122和电极基板121进行接合后，为了维持两者的微小间隙，将环氧树脂等有适度弹性和绝缘性好的支持构件110插入到同一基板上端部的微小间隙之间。
另外，在阳极接合中使用硼硅酸玻璃基板时，通过在同一玻璃基板中添加MgO，Al2O3，CaO等，使同一玻璃基板的热膨胀系数与硅基板的热膨胀系数吻合，可以进行调整以便降低阳极接合时的热应力，另外，最好是通过将硼硅酸玻璃基板温度设定得比硅基板温度稍高些，使得热应力引起的基板的变形量的差变小，在接合面尽可能不产生弯曲。
由硅基板构成的加压室基板122和喷嘴基板123使用对生物相关物质没有影响的粘合剂进行接合。而作为电极基板121或喷嘴基板123，也可以使用对表面进行了氧化处理的硅基板。特别是当电极基板121使用硅基板时，通过在应当成膜电极108的地方扩散p型或n型杂质，可以形成起到电极108作用的电极层。
在收容部120形成贯穿孔，通过与电极基板121接合，可以形成收容(储留)样品溶液的收容室101。收容室101的与基板平面平行的面的断面形状可以是圆形状，也可以是四角形状，没有特别限定。但是，从防止样品溶液损失观点考虑，最好是圆形状。另外在本实施方式中，收容部通过设置在基板上的贯穿孔形成的，但不限定于此，也可以是含有多个备有与各个加压室联系的流路连接的贯穿孔的凹部的容器。
收容部120的材料也没有特别限定，可以使用玻璃、硅、树脂等任一种，但从加工性等观点考虑，可以使用丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))或聚氯乙烯(PVC)等树脂。收容部120和电极基板121的接合是通过将两个基板调整到所定的位置，用对生物相关物质没有影响的粘合剂进行粘合固定来进行的。
另外，也可以在电极基板121和收容部120之间形成流路基板124(参照图2)。这样的流路基板124由例如硅基板或玻璃基板构成，通过蚀刻形成沟，可以形成联系电极基板中形成的流路102和收容室101的微通道(流路)131。
在本实施方式中，液滴喷出头的内壁中上述样品溶液接触的部位用由含有磷酸胆碱基的不饱和化合物单元构成的聚合物或含有聚合物的共聚物(以下称为含有磷酸胆碱基的(共)聚合物)被覆。具体来说，在本实施方式中，收容液滴喷出头的内壁的样品溶液的收容室101、流路102、103、104、加压室105、以及喷嘴孔106的内壁都被含有磷酸胆碱基的(共)聚合物被覆。
作为含有磷酸胆碱基的不饱和化合物，如MPC、2-甲基丙烯酰氧基乙氧基乙基磷酸胆碱、6-甲基丙烯酰氧基己基磷酸胆碱、10-甲基丙烯酰氧基癸基磷酸胆碱、丙烯基磷酸胆碱、丁烯基磷酸胆碱、己烯基磷酸胆碱、辛烯基磷酸胆碱、癸烯基磷酸胆碱等。从聚合性、容易获得等观点考虑，其中MPC最好。这些含有磷酸胆碱基的不饱和化合物无论单独、还是2种以上组合使用都可以。含有磷酸胆碱基的不饱和化合物的含有量相对于整个构成单元，希望为5～100摩尔％，5～90摩尔％更好，25～90摩尔％最好。当不到5摩尔％时，生物材料适合性不能充分表现。另外包含含有后面叙述的硅烷基的不饱和化合物单元的聚合物，从与基体材料表面的结合性的观点考虑更好。
另外，作为含有磷酸胆碱基的共聚物，作为含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元以外的构成单元，例如可以使用甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸己酯、2-羟基乙基甲基丙烯酸酯等甲基丙烯酸酯类；氯乙烯、丙烯腈、乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯、乙酸乙烯酯等共聚合性单体单元。其中如果使用甲基丙烯酸酯类，机械强度好，是优选的。这些共聚合性单体单元无论单独、还是2种以上组合使用都可以。该共聚合性单体单元相对于整个构成单元，希望为0～95摩尔％，10～75摩尔％更好。
另外，作为含有磷酸胆碱基的共聚物，最好是含有作为构成单元含经水解生成硅烷醇基的含有硅烷基的不饱和化合物单元。
这里所谓的经水解生成硅烷醇基的硅烷基，是与水接触容易受到水解，生成硅烷醇基的硅烷基，例如卤化硅烷基、烷氧基硅烷基、苯氧基硅烷、乙酰氧基硅烷等。其中由于卤化硅烷基、烷氧基硅烷基容易生成硅烷醇基，所以最理想。
作为上述含有硅烷基的不饱和化合物单元，如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基甲基二氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三苯氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基异丁基二甲氧基硅烷、乙烯基甲氧基二丁氧基硅烷、乙烯基三己基氧基硅烷、乙烯基三辛基氧基硅烷、乙烯基甲基二月桂基氧基硅烷、丙烯基三氯硅烷、苯基丙烯基二氯硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷、丙烯基甲基二甲氧基硅烷、丙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基二甲基乙氧基硅烷、3-丁烯基三甲氧基硅烷、5-己烯基二甲基氯硅烷、7-辛烯基三氯硅烷、19-十二烷烯基三甲氧基硅烷、苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷等乙烯硅烷化合物；3-(甲基)丙烯氧丙烯基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯氧丙基二(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷、3-(甲基)丙烯氧丙基二甲基氯硅烷、3-(甲基)丙烯氧丙基二甲基乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯氧丙基甲基二氯硅烷、3-(甲基)丙烯氧丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯氧丙基三氯硅烷、3-(甲基)丙烯氧丙基三溴硅烷、3-(甲基)丙烯氧丙基三甲氧基硅烷(3-三甲氧基甲硅烷基丙基(甲基)丙烯酸酯)、3-(甲基)丙烯氧丙基三(甲氧基乙氧基)硅烷、8-(甲基)丙烯氧辛烯基三甲氧基硅烷、11-(甲基)丙烯氧十一碳烯基三甲氧基硅烷等(甲基)丙烯氧烷基硅烷化合物；3-(甲基)丙烯酰胺丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰胺丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰胺三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、2-(甲基)丙烯酰胺乙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰胺丙基三乙酰氧基硅烷、4-(甲基)丙烯酰胺丁基三乙酰氧基硅烷、3-(N-甲基-(甲基)丙烯酰胺)丙基三甲氧基硅烷、2-(N-甲基-(甲基)丙烯酰胺)乙基三乙酰氧基硅烷、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙基氯二甲氧基硅烷等(甲基)丙烯酰胺硅烷化合物等。其中3-甲基丙烯氧丙基三氯硅烷、3-甲基丙烯氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯氧丙基三乙氧基硅烷从与MPC的共聚物性好，获得容易等方面考虑，更理想。这些含有磷酸胆碱基的不饱和化合物无论是单独，还是2种以上组合使用都可以。
作为含有磷酸胆碱基的共聚物，含有上述硅烷基的不饱和化合物单元相对于整个构成单元含有0.01～10摩尔％最好。如果处于上述范围，则与液滴喷出头的内壁的结合性好，而且来自磷酸胆碱基的生物适合性也倾向于特别好。
这样的含有磷酸胆碱基的(共)聚合物可以利用以往众所周知的方法制造，另外作为商品也已经上市，例如从日本油脂(株)可以买到。
以下，就含有磷酸胆碱基的(共)聚合物的被覆方法的一个例子进行说明。
将含有磷酸胆碱基的(共)聚合物溶解于可溶解含有磷酸胆碱基的(共)聚合物的有机溶剂，终浓度例如可以为0.05～10重量％、最好是0.1～0.5重量％，制备被膜溶液。
然后使用诸如注射器将该被膜溶液充分地充填到从图1所示的那样液滴喷出头的各个收容室101或喷嘴孔106到液滴喷出头的内部孔洞内。
接下来，在室温下或加温下使有机溶剂干燥。
作为有机溶剂只要是可溶解含有磷酸胆碱基的(共)聚合物的溶剂都可以，例如可以使用甲醇、乙醇、1，4-二氧杂环己烷、丙酮等单独溶剂或他们的混合溶剂。其中，甲醇和乙醇由于沸点低，容易干燥，另外从即使残存对生物相关成分也没有影响的观点考虑，更好。
另外，含有磷酸胆碱基的(共)聚合物含有作为构成单元的含经水解生成硅烷醇基的硅烷的不饱和化合物单元时，由于需要使硅烷醇生成，所以在有机溶剂中最好含有少量水或酸。
作为向液滴喷出头的内壁的被覆量，每1cm2磷酸胆碱基为10-10～10-5摩尔比较好，10-9～10-5摩尔更好。如果是这样的范围，可以充分发挥生物适合性。
另外，在上述干燥工序后，最好向液滴喷出头内充填蒸馏水，在室温下或加热下放置一会儿。通过这样的操作，可以提高在液滴喷出头内形成的被膜与水的亲和性(将该处理称为平衡化)。
另外，含有磷酸胆碱基的(共)聚合物含有作为构成单元的含上述硅烷基的不饱和化合物单元时，在上述干燥工序后，为了促进含有磷酸胆碱基的(共)聚合物的硅烷醇基间、或硅烷醇基和羟基、氨基等通过脱水缩合交联，以及提高与液滴喷出头的内壁表面的羟基、羰基、氨基、酰胺基等和硅烷醇基的结合，最好进行加热处理。在例如60～120℃下进行30分钟～24小时进行加热处理最好。另外加热处理可以与干燥处理同时进行。
另外，构成液滴喷出头的材料就象上述说明的那样，从提高与作为被膜形成成分的含有磷酸胆碱基的共聚物的结合的观点考虑，在表面含有可与硅烷醇基结合的羟基、羰基、氨基、酰胺基等的材料最好。而当在表面没有可与硅烷醇结合的基团时，通过经氧化处理导入羟基，导入可与硅烷醇基结合的基团，可以提高成为基体材料的液滴喷出头与被膜的结合性。
基体材料表面的氧化处理利用以往众所周知的方法，无论是化学处理，还是物理处理都可以。具体来说，例如，对于硅基板，如常用上述热氧化处理等，另外如在含有氧气的气体中进行等离子体处理的方法，用含有过锰酸盐的硫酸溶液进行处理的方法。
要驱动象上述那样构成的液滴喷出头1，在加压室基板122的右端面成膜的金或白金构成的共通电极112和于电极基板121成膜的电极108间外加来自外部电源107的输出电压。该输出电压振幅为从0V至35V的矩形脉冲波。加电压后，电极108表面带正电，而对置的加压室基板122的表面带负电。该结果使得静电力对两者都有作用，作为加压室基板122壁薄部分的加压室105的底部向电极基板121侧稍弯曲，进行弹性变形。即，处于加压室105的底部的可塑性的硅氧化膜，由于静电驱动进行弹性变形，作为进行加压室105内的压力调整的振动板109起作用。然后当使加到电极108的电压处于关闭时，由于静电力解除后，振动板恢复到原来的位置，加压室105内的压力瞬间急剧增高，来自喷嘴孔106的样品溶液以点状的微小液滴喷出。液滴是几个微微升程度的微滴。在加压室105侧弯曲的振动板109再度向电极基板121侧弯曲，由于使加压室105内的压力急剧下降，由收容室101通过流路102、103、104向加压室105补给样品溶液。
例如，做成微阵列时，在液滴喷出方向配置作为探针的支持体(固相、微阵列基板)的载玻片，将含有探针DNA或蛋白质等的各种生物相关物质的液滴喷到载玻片上，通过使这些探针吸附在同一基板上，可以制作高集成化的探针阵列(微阵列)。
在含有探针DNA或蛋白质的溶液中，由于相应的核酸和蛋白质的种类的粘度显著不同，所以如果使用同一的液滴喷出头，每一个喷嘴喷出不同的蛋白质溶液，每次喷出的喷出量每个喷嘴都不相同。这样一来，由于每个喷嘴喷出液的重量不同，每一点处探针的集成密度不同，所以不能制造均质的探针阵列。因此，使用同一的液滴喷出头，由不同喷嘴喷出粘度不同的蛋白质溶液等时，通过对每一个喷嘴预先设定液滴喷出次数，可以将向载玻片上的喷出重量调整到大致均一。
另外，为了使液滴点的重量均一，除了象上述那样根据液滴的粘度调整喷出次数的手法以外，通过预先改变每个喷嘴的驱动电压的设定，也可以使液滴点的重量均一。
作为向固相上固定的探针(生物相关物质)，可以使用上述的物质，更具体地讲，作为探针也可以使用与受体特异结合的配体、与抗原特异结合的抗体、与酶特异结合的底物等各种蛋白质、具有与靶DNA互补的碱基序列的探针DNA等。
另外，在本实施方式中，作为液滴喷出头，如静电驱动方式，本发明不限定于此，也可以是使用压电元件的压电驱动方式。
以下就备有本实施方式的液滴喷出头的微阵列制造装置进行说明。
图4是说明微阵列制造装置的具体例子的图。该图所示的微阵列制造装置备有液滴喷出头1、作业台201、Y方向驱动轴202、X方向导向轴204、作业台驱动马达205、台座206、控制部207。另外，在作业台201上安置了例如48片微阵列用的基板208。在该基板208上通过点印所期望的探针溶液(含有生物相关物质的溶液)，可以制造微阵列。
在Y方向驱动轴202中连接着Y方向驱动马达203。Y方向驱动马达203例如可以是步进马达等，如果由控制部207供给与Y轴方向对应的动作信号，可以使Y方向驱动轴202旋转。Y方向驱动轴202一旋转，液滴喷出头1向Y方向驱动轴202的方向移动。
X方向导向轴204相对于台座206不能动那样固定。而在作业台201中连接着作业台驱动马达205。作业台驱动马达205例如可以是步进马达等，如果由控制部207供给与X轴方向对应的驱动信号，可以使作业台201向X轴方向移动。就是说，通过将作业台201向X方向驱动，驱动液滴喷出头1向Y轴方向，可以将液滴喷出头1在基板208上的所期望的地方移动。
控制部207向液滴喷出头1供给用于控制探针溶液的喷出时间和喷出次数等的驱动信号。另外，控制部207对于Y方向驱动马达203以及作业台驱动马达205的各个马达供给用于控制这些动作的驱动信号。
而上述Y方向驱动轴202、Y方向驱动马达203、控制部207分别对应于扫描驱动机构，而X方向导向轴202、作业台驱动马达205、控制部207分别对应于位置控制机构。
如果是备有这样构成的本发明的探针阵列制造装置，可以将更多种类的探针溶液喷出到基板208上，可显著提高作业效率。
就象以上说明的那样，通过本实施方式，由于样品溶液，特别是含有生物相关物质的溶液的接触部位，都被作为生物膜构成成分的磷脂极性基(磷酸胆碱基)的(共)聚合物被覆，所以可提供生物适合性好的液滴喷出头。因此，可以防止样品溶液中的成分附着在液滴喷出头的内壁等产生不良的后果，另外，也可以防止由于生物相关物质(例如蛋白质)附着在液滴喷出头的内壁造成结构变化引起失活的问题。另外由于可以防止样品附着内壁等，也可以避免样品溶液的浓度随时间的变化。
液滴喷出头由于是以玻璃基板和硅基板作为主要构成材料，用在半导体制造工序等中利用的平版印刷工序可以很容易设计、加工，另外，装置参数的变更由于可以只通过变更光掩膜的图形就可完成，设计变更便利。特别是含有蛋白质等的溶液的粘性如与通常的墨水比较，由于根据蛋白质等的种类而粘性、表面张力等物性的特性显著不同，需要对液滴喷出头的喷嘴直径、喷嘴间距等各个尺寸进行最优化，由于只变更光掩膜的图形就可以容易设计变更，是很便利的。另外，由于利用半导体制造工序可以进行高精度的微细加工，尺寸精度好，制造微阵列(探针阵列)时的液滴点的大小没有偏差。另外由于利用半导体制造工序，所以有利于低成本进行生产。
另外，作为硼硅酸玻璃基板和硅基板的接合机构，由于可以利用阳极接合，可简易结合。另外，由于用静电力驱动，象Bubble Jet(注册商标)那样使蛋白质等变性的担心也不存在了，由于可以进一步简化装置构成，所以可通过液滴喷出头的小型化使得净体积变小。另外，通过喷嘴的窄间距化可以形成高密度的点。另外由于利用静电驱动，不仅操纵的可靠性高，寿命长，而且可以高频驱动，可以高速喷出。
另外利用本实施方式的微阵列制造装置，可以将更多种类的探针溶液(含有生物相关物质的溶液)喷到基板上，可以显著地提高作业效率。
实施例(实施例1)液滴喷出头的准备准备象图1所示那样的液滴喷出头。
对于加压室基板、喷嘴基板使用硅，对于电极基板使用硼硅酸玻璃，对于收容部使用PMMA(甲基丙烯酸树脂)。
被膜溶液的制备准备MPC和MPTMS(3-甲基丙烯酰丙基三甲氧基硅烷)的摩尔比为9∶1的共聚物(以下称之为MPC-MPTMS共聚物)。将该MPC-MPTMS共聚物溶解于乙醇中，制备0.1％的乙醇溶液。
MPC-MPTMS共聚物的制法如下所示。MPC使用日本油脂公司制造的产品，而MPTMS使用信越硅公司制造的产品。
将所定量的MPC和MPTMS分别溶解于5ml乙醇后，进行混合使摩尔比为90/10，用乙醇稀释使总单体浓度为10重量％，制备15ml的单体溶液。向玻璃制反应容器中加入作为聚合引发剂的AIBN 0.01mmol和单体溶液，进行5分钟氮气置换后进行封管。聚合反应于设定在60℃的油浴槽中进行6小时。于常温下冷却后，开管，用加入到500ml的烧杯的弱溶剂的醚和氯仿的混合溶液(体积比7∶3)300ml进行再沉淀。然后将经一夜减压干燥得到的产物再一次溶解于15ml乙醇中，用同样的条件进行再沉淀，然后经一夜减压干燥得到目的MPC-MPTM共聚物。MPC-MPTM共聚物中的MPC组成，通过在重乙醇中的NMR测定进行确认。
被膜的形成由上述那样准备的液滴喷出头的收容室开始，用注射器将上述MPC-MPTM共聚物0.1重量％的乙醇溶液作为被覆液注入，充填到液滴喷出头的流路内。在这一状态下保持1分钟后，吸滤除去被覆液。然后于80℃下保持1小时，使被覆液干燥、固定。然后于纯水中浸渍2小时以上，进行被膜平衡化处理。通过这样处理，可以得到经MPC-MPTMS共聚物被覆的液滴喷出头。
(比较例1)用与实施例1同样的液滴喷出头，将不进行被膜形成(被覆)的液滴喷出头作为比较例1。
(评价试验)通过胰岛素溶液的喷出性能对液滴喷出头的喷出性能进行评价。胰岛素溶液的喷出性能的评价根据ELISA法进行。作为ELISA法的试验试剂盒使用Mercodia公司生产的商品名为Insulin，Mouse，ELISA Kit(96孔)。
以下就具体的顺序进行说明。
首先，准备0.28μg/L、0.67μg/L、1.6μg/L、3.9μg/L、6.8μg/L5种不同浓度的胰岛素溶液。
将这5种胰岛素溶液分别收在液滴喷出头内，注入培养板的各个孔内，每孔注射13000次。而13000注射在喷出良好的情况下，总量为25μl。喷出条件为f＝2kHz、Pw＝20μsec、38V。
然后，向已经加入胰岛素溶液的各个孔各注入50μl的HRP标记的胰岛素抗体。在振荡器振荡下于室温下温育2小时。
用巴氏移液管将上清液吸除后，用350μl的清洗液清洗5次。除去清洗液后，每个孔供给200μl的HRP底物TMB，放置15分钟。然后加入反应终止剂硫酸50μl，用振荡器振动5秒钟后，使用平板读出仪，测定450nm的吸光度。
另外通过与上述同样的方法，就比较例1的液滴喷出头(没有被覆)也进行喷出性能评价。另外作为参考例，使用各种微量移液管将上述不同浓度的5种胰岛素溶液供给各个孔中，进行与上述同样的评价。
图5给出了对液滴喷出头的喷出性能进行评价的结果。
就象图5所示的那样，对于使用实施例1的实施了被覆的液滴喷出头，可以观察到与作为参考例表示的使用微量移液管各供给5μl的情况几乎同等的吸光度。因此，如果用实施例1实施了被覆的液滴喷出头，胰岛素不会在液滴喷出头内附着和变形等，而且可很好地喷出。另外，对于使用比较例1的没被覆的液滴喷出头情况，无论在哪一种胰岛素浓度下，吸光度都减少了。吸光度减少的原因之一可能是在使用比较例1的液滴喷出头时，也存在没有喷出液滴的情况，认为没有喷出全部量的胰岛素溶液等。
权利要求
1.一种液滴喷出头，用于喷出样品溶液，其中，在上述液滴喷出头的内壁中的、上述样品溶液接触的部位，被由含有磷酸胆碱基的不饱和化合物单元构成的聚合物或含有该聚合物的共聚物被覆。
2.根据权利要求1所述的液滴喷出头，其中，上述液滴喷出头是静电驱动方式或压电驱动方式。
3.一种液滴喷出头，用于喷出样品溶液，备有第1基板，在表面具有1个或多个电极；第2基板，具有通过微小间隙与上述第1基板的设置上述电极的部位对置配置的、利用与上述电极的电位差对应的静电力进行弹性变形的振动扳，以及通过该振动扳的变位对加压室内的压力进行调整、将充填到该加压室内的上述样品溶液压出到喷嘴的1个或多个加压室；第3基板，具有1个或多个用于喷出从上述加压室挤出的上述样品溶液的喷嘴孔；收容部，配置在上述第1基板的另一面侧，具有用于收容上述样品溶液的收容室，其中，在上述第1基板以及上述第2基板中含有连接上述收容部到上述加压室的流路，至少上述收容部、上述加压室、上述流路、以及上述喷嘴孔的内壁，都被由含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有该聚合物的共聚物被覆。
4.根据权利要求1或3所述的液滴喷出头，其中，含有磷酸胆碱基的不饱和化合物单元是2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱单元。
5.根据权利要求1或3所述的液滴喷出头，其中，含有含上述磷酸胆碱不饱和化合物单元的共聚物，作为构成单元，含有2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱单元和(甲基)丙烯酸酯单元。
6.根据权利要求1或3所述的液滴喷出头，其中，含有含磷酸胆碱的不饱和化合物单元的共聚物，作为构成单元，含有2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱单元和通过水解生成硅烷醇的含硅烷基的不饱和化合物单元。
7.根据权利要求1或3所述的液滴喷出头，其中，上述液滴喷出头是由玻璃和/或硅构成的。
8.根据权利要求3所述的液滴喷出头，其中，第1基板是玻璃基板，第2基板是硅基板。
9.根据权利要求8所述的液滴喷出头，其中，第2基板是硅基板，在上述第2基板备有的加压室的内壁面和由上述含有磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有该聚合物的共聚物形成的被膜之间，还形成硅氧化膜。
10.根据权利要求3所述的液滴喷出头，其中，喷嘴孔附近的喷嘴面具有疏水性。
11.一种液滴喷出头的制造方法，是喷出样品溶液的液滴喷出头的制造方法，包括使含有由含磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有该聚合物的共聚物的溶液附着在从上述样品溶液的供给孔至液滴喷出嘴的溶液的流路的工序；使上述附着的溶液干燥，在上述流路内形成由所述聚合物或含有该聚合物的共聚物构成的被膜的工序。
12.根据权利要求11所述的液滴喷出头的制造方法，其中，上述附着工序，是通过在从上述样品溶液的供给孔至液滴喷出嘴的溶液的流路内，充满含有由含磷酸胆碱基不饱和化合物单元构成的聚合物或含有该聚合物的共聚物的溶液，使其附着的工序。
13.根据权利要求11或12所述的液滴喷出头的制造方法，其中，还包括进行加热处理后对上述被膜进行固化的工序。
14.一种微阵列制造装置，备有权利要求1或3所述的液滴喷出头，以及对上述液滴喷出头和接受来自该液滴喷出头喷出的上述样品溶液的微阵列基板之间的相对位置，进行设定的位置控制机构。
15.一种微阵列的制造方法，使用权利要求1或权利要求3所述的液滴喷出头、或权利要求14所述的微阵列制造装置，将含有与靶分子特异结合的探针的溶液喷到微阵列上，使上述探针固定在微阵列表面。
16.根据权利要求15所述的微阵列制造方法，上述液滴喷出头有多个喷嘴，每个喷嘴喷出不同的探针。
全文摘要
本发明提供一种适合于含有生物相关物质的样品溶液喷出的液滴喷出头。作为用于喷出样品溶液的液滴喷出头(1)，在液滴喷出头(1)的内壁中的上述样品溶液接触的部位，用由含磷酸胆碱基的不饱和化合物单元构成的聚合物或含有该聚合物的共聚物被覆，通过这样被覆的液滴喷出头可以防止样品溶液中的成分附着在液滴喷出头的内壁，防止由于样品和内壁的作用造成的喷出不良。另外，该液滴喷出头最好是静电驱动方式或压电驱动方式。
文档编号G01N37/00GK1572498SQ20041004530
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月21日 优先权日2003年5月28日
发明者高城富美男, 石原一彦 申请人:精工爱普生株式会社, 石原一彦