专利名称：生物芯片制造方法以及生物芯片制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在将源自生物体的物质固定于基板等对象物上的所谓生物芯片的制造中，使用液滴喷出装置时的改良技术。
背景技术：
近年来，将DNA(核酸)、蛋白质或抗体等源自生物体的物质作为探针，固定在基板(芯片)上的所谓生物芯片(微阵列)正大受瞩目。以往，生物芯片是通过实心针(solid pin)型测位仪(spotter)使含有DNA的试样液体附着在针的前端，将其转录到芯片上而制造的。但是，在该方法中，存在因与定位仪的接触而引起的污染、生产率低等不良情况。因此，为了能够制造非接触、高效率的生物芯片，正在研究使用液滴喷出装置。
通常，作为探针而使用的核酸等源自生物体的物质，价格大多都极其昂贵，而且，在医疗诊断用途等情况下能够获得的量(绝对量)大多也仅有一点点。因此，当在生物芯片的制造中使用液滴喷出装置时，存在下述课题，即，希望极力避免浪费包含源自生物体的物质的试样液体。针对这样的课题，在特开2004-160368号公报(专利文献1)中公开了一种小型墨盒，其通过使用多个毛细管的毛细管束等机构作为存贮含有源自生物体物质的液体的容器，即使是微量的试样溶液，也可以稳定保持。
但是，在使用液滴喷头的情况下会产生下述的特有课题，即，当试样液体从墨盒经过微小流路填充到喷头时，会存在下述特有的课题，即，因气泡的排出等会产生不少的废液，或在喷出后也会在喷头内残留无法喷出的残液等，即使利用上述墨盒的小型化也无法完全解决该课题，尚且留有改良的余地。具体而言，在将试样液体填充到液滴喷头时，采用从液滴喷头的喷嘴孔(喷出口)侧通过吸引泵来吸引等方法。在该情况下，假设即使在试样液体到达喷嘴孔的瞬间可以停止吸引动作，也难以使试样液体的惯性与吸引泵引起的负压瞬时消失，因此，在吸引动作停止后的一段时间内试样溶液会从喷嘴孔持续排出。更现实而言，因微小流路和与之连接的液滴喷头内的腔室(液体收容室)的急剧截面变化，大多会在试样液体中卷入气泡，由于因该气泡将会引起喷出不良，所以，为了实现将气泡完全排出的目的，在试样液体到达喷嘴孔之后的一段时间内，需要继续进行吸引动作。因此，现状是作为废液而被浪费的试样液体的量很多。
专利文献1特开2004-160368号公报发明内容因此，本发明的目的在于，提供一种能够极力避免试样液体的浪费来制造生物芯片的制造技术。
第一方式的本发明是一种生物芯片的制造方法，其使用具备液滴喷头和液体收容体的液滴喷出装置，将含有源自生物体的物质的试样液体从上述液滴喷头的喷嘴孔滴落到规定的对象物上，由此来制造生物芯片，所述液滴喷头具有腔室和与该腔室连通设置的上述喷嘴孔，所述液体收容体经由流路与上述腔室连接，该制造方法的特征在于，包括第一过程，其将比重与上述试样液体大致相等、且未与上述试样液体混合而相互分离的保持液体，填充到上述液体收容体、上述流路以及上述腔室中；第二过程，其将上述试样溶液注入到上述液体收容体；第三过程，其通过使上述保持液体从上述液滴喷头的上述喷嘴孔排出，使上述试样液体从上述液体收容体向上述腔室移动；第四过程，其通过传感器检测出上述试样液体到达了上述腔室的接近上述喷嘴孔的位置，停止上述第三过程中的上述保持液体的排出；第五过程，其将上述液滴喷头配置到上述对象物的上方，使上述试样液体从上述喷嘴孔喷出，滴落到上述对象物上。
第二方式的本发明是一种生物芯片的制造方法，其使用具备液滴喷头和液体收容体的液滴喷出装置，将含有源自生物体的物质的试样液体从上述液滴喷头的喷嘴孔滴落到规定的对象物上，由此来制造生物芯片，所述液滴喷头具有腔室和与该腔室连通设置的上述喷嘴孔，所述液体收容体经由流路与上述腔室连接，该制造方法的特征在于，包括第一过程，其将比重与上述试样液体大致相等、且未与上述试样液体混合而相互分离的保持液体，填充到上述液体收容体、上述流路以及上述腔室中；第二过程，其将上述试样溶液注入到上述液体收容体；第三过程，其通过使上述保持液体从上述液滴喷头的上述喷嘴孔排出，使上述试样液体从上述液体收容体向上述腔室移动；第四过程，其在排出上述保持液体的量与在上述第一过程中填充的量大致相等的时刻，停止上述第三过程中的上述保持液体的排出；第五过程，其使上述液滴喷头动作，通过传感器检测出由上述喷嘴孔喷出的液体，从上述保持液体变化成上述试样液体，然后停止上述液滴喷头的喷出动作；第六过程，其将上述液滴喷头配置到上述对象物的上方，从上述喷嘴孔喷出上述试样液体，使其滴落到上述对象物上。
根据各方式的制造方法，通过适当选择即使浪费成本也低的液体用作保持液体，可以将在试样液体充分填充到腔室之前的期间所排出的废液，替换成保持液体。因此，能够极力避免昂贵且量稀少的试样液体的浪费，来制造生物芯片。
进而，对上述各方式的本发明的更加优选的条件说明如下。
优选上述试样液体是以水为溶剂的液体，上述保持液体是油性液体。相反，也可以是上述试样液体是以油为溶剂的液体，上述保持液体是水性液体。
由此，能够容易地实现不混合而相互分离的试样液体和保持液体的组合。
而且，当在上述试样液体中含有荧光物质时，采用能够检测出上述荧光物质所发出的荧光的设备，作为上述传感器。
当在用于制造生物芯片的试样液体中含有荧光物质时，通过利用该物质，可以容易地检测出由保持液体向试样液体的切换。
而且，上述传感器包含设置在上述液滴喷头的上述喷嘴孔附近的一对电极而成，可以来检测出介于该电极之间的上述试样液体或上述保持液体的介电常数。
由此，即使在试样溶液中不含有荧光物质的情况下，也可以检测出从保持液体向试样液体的切换。
第三方式的本发明是一种生物芯片制造装置，用于通过将含有源自生物体的物质的试样液体，滴落到规定的对象物上，来制造生物芯片，包括液滴喷头，其具有腔室和与该腔室连通设置的喷嘴孔，根据驱动信号从上述喷嘴孔喷出液体；液体收容体，其经由流路与上述液滴喷头的上述腔室连接，收容上述试样液体和比重与该试样液体大致相等且不与上述试样液体混合而相互分离的保持液体；工作台，其用于支撑上述对象物；驱动机构，其使上述液滴喷头和上述工作台相对移动；和传感器，其检测出上述试样液体到达了上述腔室的靠近上述喷嘴孔的位置。
根据该构成，通过适当选择即使浪费成本也低的液体作为保持液体，可以将在试样液体充分填充到腔室之前的期间所排出的废液，替换成保持液体。因此，能够极力避免昂贵且量稀少的试样液体的浪费，来制造生物芯片。
优选上述传感器检测出由混入在上述试样液体中的荧光物质发出的荧光。
由于大多数情况下在用于制造生物芯片的试样液体含有荧光物质，所以，通过利用该物质，可以容易地检测出从保持液体向试样液体的切换。
而且，上述传感器包含设置在上述液滴喷头的上述喷嘴孔附近的一对电极而成，可以检测出介于该电极之间的上述试样液体或上述保持液体的介电常数。
由此，即使在试样溶液中不含有荧光物质的情况下，也可以检测出从保持液体向试样液体的切换。
图1是用于说明生物芯片制造装置的构成的概略立体图。
图2是用于说明液滴喷头的详细构成的图。
图3是用于对生物芯片的制造方法进行说明的图。
图4是用于对生物芯片的制造方法进行说明的图。
图5是用于说明荧光传感器的其他构成例的图。
图6是用于说明传感器的其他构成例的图。
图中1-生物芯片制造装置，10-液滴喷头，12-腔室，14-喷嘴孔，16-流路，18-试样盒，20-吸引机构，22-荧光传感器，26-工作台，30-Z方向驱动部，32-X方向驱动部，34-Y方向驱动部，50-保持液体，52-试样溶液，100-芯片。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是用于说明应用了本发明的一个实施方式的生物芯片制造装置的构成的概略立体图。图1所示的生物芯片制造装置1，是用于将含有源自生物体的物质的试样液体形成为液滴，通过将其滴落到由玻璃基板等构成的芯片(对象物)100上，来制造生物芯片的设备。如图所示，本实施方式的芯片制造装置1主要包括液滴喷头10、试样盒(液体收容体)18、吸引机构20、荧光传感器22、流路板24、工作台26、固定机构28、Z方向驱动部30、X方向驱动部32和Y方向驱动部34。
液滴喷头10根据由未图示的控制部提供的驱动信号，将从试样盒供给的液体形成液滴进行喷出。另外，对于液滴喷头10的详细构造将在后面进一步叙述。
试样盒18经由流路板24与液滴喷头10连接，收容应该提供给该液滴喷头10的液体，作为喷出对象。在本实施方式中，试样盒18中收容有上述的试样液体，和比重与该试样液体大致相等且与该试样液体不会混合而相互分离的保持液体。另外，对于试样液体与保持液体的关系将在后面详细叙述。
吸引机构20设置在工作台26的角落侧，在将成为喷出对象的液体填充到液滴喷头10时使用。具体而言，按照其喷嘴孔形成面与吸引机构20的吸引管帽接触的方式配置液滴喷头10，通过使与该吸引管帽连接的吸引泵(省略图示)工作，液滴喷头10内的液体被吸引、排出。并且，吸引机构20还兼具接收排出后的液体(废液)的功能。
荧光传感器22包含CCD相机等而构成，用于检测试样液体到达了液滴喷头10的喷嘴孔附近。具体而言，本实施方式的试样液体中含有荧光物质，荧光传感器22通过观测喷嘴孔附近有无从荧光物质发出的荧光，来检测出试样液体到达了喷嘴孔附近。另外，对于由荧光检测器22实现的检测动作，将在后面进一步详述。
流路板24是具有规定形状的槽或贯通孔等的板状部件，存在于液滴喷头10与试样盒12相互之间，用于构成使试样液体等通过用的流路16(参照后述的图3)。
工作台26支撑作为对象物的多个芯片100。如图所示，工作台26组装在Y方向驱动部34上。
固定机构28是用于将液滴喷头10、试样盒18以及流路板24固定在Z方向驱动部30的部件。
Y方向驱动部34用于使工作台26自如地在图示的Y方向移动。同样，X方向驱动部32用于使工作台26自如地在图示的X方向移动。在本实例中，工作台26以及Y方向驱动部34组装在X方向驱动部32上，能够将它们作为整体在X方向移动。并且，Z方向驱动部30用于使固定机构28以及被其固定的液滴喷头10等在图示的Z方向自如地移动。Z方向驱动部30、X方向驱动部32以及Y方向驱动部34的各自驱动信号的提供由未图示的控制部来执行。在本实施方式的生物芯片制造装置1中，通过使Z方向驱动部30、X方向驱动部32以及Y方向驱动部34适宜动作，使液滴喷头10相对工作台26相对移动，向芯片100上的适当位置喷出适量的试样溶液，由此来制造生物芯片。即，在本实施方式中，Z方向驱动部30、X方向驱动部32以及Y方向驱动部34相当于本发明的“驱动机构”。
图2是用于说明液滴喷头10的详细构成的图。更详细而言，图2(A)是液滴喷头10的立体图，图2(B)是液滴喷头10的分解立体图。图示的液滴喷头10是静电驱动方式的液滴喷头，通过贴合盖片41、加压室基板42以及电极基板43而构成。加压室基板42按照接收口44、腔室(加压室)12和喷嘴孔14连通的方式形成，所述接收口44是经由流路从试样盒12被提供液体的接收口。在腔室12的壁面的一部分设置有振动板。电极基板43具备对置电极45，该对置电极与腔室12的振动板保持规定间隔的空隙而对置配置。如果对振动板与对置电极45施加电位差，则振动板会产生弹性变形，被吸引向对置电极45，由此，在腔室12中产生负压。然后，如果解除振动板与对置电极45之间的电位差，则通过振动板的复员力，腔室12内的液体仅以微量从喷嘴孔14喷出。
本实施方式的生物芯片制造装置1具有以上的构成，下面，对使用该生物芯片制造装置1，通过将含有源自生物体的物质的试样液体滴落在芯片100上，由此来制造生物芯片的方法进行详细说明。
这里，在制造方法的说明之前，对本实施方式中所使用的试样液体以及保持液体进行说明。如上所述，保持液体使用比重与试样液体大致相等且具有不会与试样液体混合而相互分离的性质的液体。例如，在试样液体是将水作为溶剂的液体(水溶液)时，可以使用油性液体作为保持液体。作为该情况下的保持液体，例如适合使用常温下为液状的植物油。具体而言，优选使用以棕榈油酸、油酸、亚油酸、α-亚油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸、亚麻酸等为主要成分的植物油。另外，在试样溶液是将油作为溶剂的液体时，可以使用水性液体作为保持液体。作为该情况下的保持液体，可以使用水或含有与之相当的物质的溶液。
图3以及图4是用于对生物芯片的制造方法进行说明的图。在各图中，为了说明上的方便，将液滴喷头10与试样盒18等的结构简略化表示。
首先，将保持液体50填充到试样盒18、流路16以及液滴喷头10的腔室12中(图3(A))。具体而言，如上所述，按照其喷嘴孔14的形成面与吸引机构20接触的方式配置液滴喷头10，并使与吸引机构20连接的吸引泵(省略图示)工作。由此，保持液体50经由液滴喷头10的喷嘴孔14而被吸引，收容在试样盒18的保持液体50也会填充到流路16以及腔室12中。此时，因吸引而产生的废液50a被排出到吸引机构20内。
接着，使用分配器等将适量的试样溶液52注入到试样盒18中(图3(B))。此时，在试样盒18内，保持试样溶液52与保持溶液50相互分离的状态。如图所示，在本实施方式中，由于溶液50存在于试样溶液52的周围，保持试样溶液52不与外界(空气等)直接接触的状态，所以，可抑制试样溶液52的变质等。
接着，通过使保持液体50从液滴喷头10的喷嘴孔14排出，使试样溶液52从试样盒18向腔室12移动(图3(C)、图4(A))。具体而言，按照其喷嘴孔14的形成面与吸引机构20接触的方式配置液滴喷头10，并使与吸引机构20连接的吸引泵(省略图示)工作。由此，保持液体50经由液滴喷头10的喷嘴孔14而被吸引，收容在试样盒18中的保持溶液50通过流路16以及腔室12，作为废液50a而被排出。由于保持液体50与试样液体52为大致相同比重，所以，随着保持液体50被排出，如图所示，试样液体52也通过流路16，到达腔室12。
另外，在本工序中，虽然也可以通过进行将保持液体50喷出到液滴喷头10的动作，使试样液体52移动，但是，从进一步缩短本工序所需时间的观点出发，更优选采用上述那样的基于吸引的方法。
而且，与上述工序(参照图3(C)、图4(A))并行，通过荧光传感器22观测液滴喷头10的喷嘴孔14附近。具体而言，如图3(C)、图4(A)以及图4(B)所示，在本实施方式的液滴喷头10中，经由作为透明体的盖片41，可以通过荧光传感器22对喷嘴孔14附近进行观测。如果试样液体52到达接近腔室12的喷嘴孔14的位置，则荧光传感器22会检测出由该试样液体52中所含有的荧光物质发出的荧光，停止上述保持液体50的排出(图4(B))。具体而言，由荧光传感器22而得到的检测信号被输入到未图示的控制部，通过控制部进行使吸引机构20的吸引动作停止的控制。
接着，将液滴喷头10配置到对象物的芯片100的上方，使试样液体52从喷嘴孔14喷出滴落到芯片100上(图4(C))。由此，可以得到从液滴喷头10喷出的液滴52a排列在芯片100上而构成的生物芯片。
图5是用于说明荧光传感器22的其他构成例的图。在液滴喷头10由不透明的部件构成等难以观察喷嘴孔14附近的情况下，如图所示，按照能够观察从喷嘴孔14喷出的液体的方式配置荧光传感器22为佳。在该情况下，首先与上述同样，按照与吸引机构20接触的方式配置液滴喷头10，通过使与吸引机构20连接的吸引泵(省略图示)工作，来排出保持液体50。此时，当排出保持液体50的量与开始填充到试样盒12中的量(参照图3(A))大致相同时，停止吸引泵，来停止保持液体50的排出。接着，如图5(A)以及图5(B)所示，当使液滴喷头10动作，通过荧光传感器22检测到由喷嘴孔喷出的液滴从保持液体50的液滴50a变化成试样液体52的液滴52a时，停止液滴喷头10的喷出动作。另外，在图示的例子中，虽然构成为通过荧光传感器22观察刚从喷嘴孔14喷出之后的液滴的结构，但是，也可以构成为使液滴滴落附着在适当的位置(例如，作为虚设(dummy)而准备的芯片上)，然后通过荧光传感器22观察该附着的液滴的构造。
如上所述，在本实施方式中，通过适当选择即使浪费成本也低的物质用作保持液体50，可以将在试样液体52充分填充到腔室之前的期间所排出的废液，替换成保持液体50。因此，能够极力避免昂贵且量稀少的试样液体的浪费，由此，来制造生物芯片。
另外，本发明不限定于上述实施方式的内容，在本发明的主旨范围内，可以实施各种变更。例如，在上述的实施方式中，假设了试样液体中含有荧光物质的情况，使用检测出该荧光物质发出的荧光的荧光传感器22，但也可以使用基于这之外的原理的传感器。
图6是用于说明传感器其他构成例的图，表示液滴喷头10的喷嘴孔附近的局部剖视图。图6所示的传感器包括设置在液滴喷头10的喷嘴孔14附近的一对电极28而构成。当试样液体52或保持液体50在一对电极28之间通过时，试样液体52或保持液体50处于夹持在该电极之间的状态。此时，通过对电极之间施加微弱的电压，检测出静电容量，可以检测出试样液体52或保持液体50的介电常数。由于因试样液体52和保持液体50的溶剂不同而引起介电常数的检测值出现差异，所以，基于该差异，可以检测出从液滴喷头10的喷嘴孔14所喷出的液体的变化。另外，一对电极28也可以不设置在喷嘴孔14附近，而设置在腔室12内。而且，除此之外，也可以使用检测试样液体52和保持液体的光学特性(透过率、反射率等)的差异的传感器。在该情况下，优选例如实施在保持液体50中混入适当色素等的处置，以使保持液体50和试样液体52的光学特性差异显著。并且，也可以采用如下所示的检测方法等，即，使试样液体52或保持液体50含有氢同位素等放射性同位素，然后通过传感器检测出其所发出的放射线的方法；或使试样液体52或保持液体含有磁性材料，然后通过传感器检测出其所发出的磁力线的方法等。
并且，在上述的实施方式中，举例说明了静电驱动方式的液滴喷头，但也可采用这之外的方式(例如压电方式或气泡方式等)的液滴喷头。
另外，上述的实施方式着眼于生物芯片的制造装置以及制造方法，但是除此之外，在例如使用液滴喷出装置制造有机电致发光装置或有机薄膜晶体管等电子设备时等，也可以应用本发明。在该情况下，可以减少元件形成所使用的昂贵液体材料的使用量。
权利要求
1.一种生物芯片的制造方法，其使用具备液滴喷头和液体收容体的液滴喷出装置，将含有源自生物体的物质的试样液体从所述液滴喷头的喷嘴孔滴落到规定的对象物上，由此来制造生物芯片，所述液滴喷头具有腔室和与该腔室连通设置的所述喷嘴孔，所述液体收容体经由流路与所述腔室连接，该制造方法包括第一过程，其将比重与所述试样液体大致相等、且不与所述试样液体混合而相互分离的保持液体，填充到所述液体收容体、所述流路以及所述腔室中；第二过程，其将所述试样溶液注入到所述液体收容体；第三过程，其通过使所述保持液体从所述液滴喷头的所述喷嘴孔排出，使所述试样液体从所述液体收容体向所述腔室移动；第四过程，其通过传感器检测出所述试样液体到达了所述腔室的接近所述喷嘴孔的位置，停止所述第三过程中的所述保持液体的排出；和第五过程，其将所述液滴喷头配置到所述对象物的上方，使所述试样液体从所述喷嘴孔喷出，滴落到所述对象物上。
2.一种生物芯片的制造方法，其使用具备液滴喷头和液体收容体的液滴喷出装置，将含有源自生物体的物质的试样液体从所述液滴喷头的喷嘴孔滴落到规定的对象物上，由此来制造生物芯片，所述液滴喷头具有腔室和与该腔室连通设置的所述喷嘴孔，所述液体收容体经由流路与所述腔室连接，该制造方法包括第一过程，其将比重与所述试样液体大致相等、且不与所述试样液体混合而相互分离的保持液体，填充到所述液体收容体、所述流路以及所述腔室中；第二过程，其将所述试样溶液注入到所述液体收容体；第三过程，其通过使所述保持液体从所述液滴喷头的所述喷嘴孔排出，使所述试样液体从所述液体收容体向所述腔室移动；第四过程，其在排出所述保持液体的量与在所述第一过程中填充的量大致相等的时刻，停止所述第三过程中的所述保持液体的排出；第五过程，其使所述液滴喷头动作，通过传感器检测出由所述喷嘴孔喷出的液体从所述保持液体变化成所述试样液体的情况，并停止所述液滴喷头的喷出动作；和第六过程，其将所述液滴喷头配置到所述对象物的上方，使所述试样液体从所述喷嘴孔喷出，滴落到所述对象物上。
3.根据权利要求1或2所述的生物芯片的制造方法，其中，所述试样液体是以水为溶剂的液体，所述保持液体是油性液体。
4.根据权利要求1或2所述的生物芯片的制造方法，其中，所述试样液体是以油为溶剂的液体，所述保持液体是水性液体。
5.根据权利要求1或2所述的生物芯片的制造方法，其中，所述试样液体含有荧光物质，所述传感器检测所述荧光物质发出的荧光。
6.根据权利要求1或2所述的生物芯片的制造方法，其中，所述传感器包含设置在所述液滴喷头的所述喷嘴孔附近的一对电极而成，检测夹持在该电极之间的所述试样液体或所述保持液体的介电常数。
7.一种生物芯片制造装置，用于通过将含有源自生物体的物质的试样液体滴落到规定的对象物上，来制造生物芯片，包括液滴喷头，其具有腔室和与该腔室连通设置的喷嘴孔，根据驱动信号从所述喷嘴孔喷出液体；液体收容体，其经由流路与所述液滴喷头的所述腔室连接，收容所述试样液体、和比重与该试样液体大致相等且不与所述试样液体混合而相互分离的保持液体；工作台，其支撑所述对象物；驱动机构，其使所述液滴喷头和所述工作台相对移动；和传感器，其检测所述试样液体到达了所述腔室的靠近所述喷嘴孔的位置的情况。
8.根据权利要求7所述的生物芯片制造装置，其中，所述传感器检测由混入在所述试样液体中的荧光物质发出的荧光。
9.根据权利要求7所述的生物芯片制造装置，其中，所述传感器包含设置在所述液滴喷头的所述喷嘴孔附近的一对电极而成，检测夹持在该电极之间的所述试样液体或所述保持液体的介电常数。
全文摘要
本发明提供一种使用液滴喷出装置制造生物芯片的方法，包括第一过程，将比重与包含源自生物体的物质的试样液体(52)大致相等、且不与试样液体混合而相互分离的保持液体(50)，填充到液体收容体(18)、流路(16)以及腔室(12)中；第二过程，将试样溶液注入到液体收容体；第三过程，通过使保持液体从液滴喷头(10)的喷嘴孔(14)排出，使试样液体从液体收容体向腔室移动；第四过程，通过传感器(22)检测出试样液体到达了腔室的接近喷嘴孔的位置，停止第三过程中的保持液体的排出；和第五过程，将液滴喷头配置到对象物的上方，使试样液体从喷嘴孔喷出，滴落到对象物上。由此，本发明可以极力避免试样液体的浪费来制造生物芯片。
文档编号B05C5/00GK1924576SQ20061012136
公开日2007年3月7日 申请日期2006年8月21日 优先权日2005年8月30日
发明者小枝周史 申请人:精工爱普生株式会社