JP2000513266A

JP2000513266A - 液体粒子噴射装置及びその利用方法

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Publication number: JP2000513266A
Application number: JP09542504A
Authority: JP
Inventors: ガンブル、ロナルド・シー; セリオウルト、トーマス・ピー; ボールドシュイーラー、ジョン
Original assignee: Incyte Pharmaceuticals Inc
Current assignee: Incyte Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2000-10-10
Also published as: AU3125097A; WO1997044134A1; US6001309A; US5958342A; EP0898495A1

Abstract

(57)【要約】マイクロスポットのアレイを精密に低減させるための装置及び方法。パルス噴射装置は、ミクロンサイズの細管１６を有しており、細管の一部が圧電変換器５６によって外囲された噴射オリフィス６０に近接している。細管１６、オリフィス６０、及び圧電変換器５６の適切な設計により、液体粒子が、中心間距離がわずか８０ミクロン、境界における間隔が少なくとも約１５ミクロンとなるように分離された形態で表面上に形成され得る。本発明の基板アレイを、サンプルにおける相同な配列の存在の検出を目的とした、例えば核酸のような試薬の小型化されたアレイを準備するために用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】液体粒子噴射装置及びその利用方法発明の背景小型化は、さまざまな分野における主な目標であった。オリゴマー、即ちオリゴヌクレオチド及びオリゴペプチドの双方の合成は、非常に活発に研究がなされてきた分野であった。異なるオリゴマーの大型のアレイを有することによって、様々な方法で組成物を選別を行うことができる。例えば、オリゴヌクレオチドを用いて、相同な配列や相補的な配列について、組成物を選別することができる。このようにして、相同な配列の存在を判定することができ、核酸配列の配列決定をすることができ、更に、菌株、ヒト、植物等のような個体が関連し得る結合のパターンを特定することができる。また、オリゴペプチドを用いて、特定のオリゴペプチドに高い特異性を有する特異的結合タンパク質をスクリーニングする機会が得られる。標識の改善のための絶え間ない努力により、大型のアレイに対する関心が高まってきた。こうして、感度の高い蛍光標識や化学ルミネッセンス標識が開発され、より微量の材料の検出の機会が得られた。また、多くの場合、特に材料の複合混合物の場合にはサンプル内の材料はごく微量にしか得られず、従って微量の高濃度の試薬が必要となり、更に相補的な物質も高濃度に濃縮されることになる。大型の、小さいドットのアレイの準備において、考慮すべきことが数多く存在する。まず、特に分析物の定量を行う場合、ドットはそのサイズについて概ね再現性を有しているべきである。第２に、過去において、液体粒子は衛星状の液体粒子を伴うことが多く、それが中心点から離れて他のスポットを汚染し、アッセイを損なう可能性があった。第３に、使用する装置は、それが市販の商品として許容されるものであるならば、容易に試薬の充填を行うことができ、液体粒子の形成について信頼性を有しており、洗浄が容易で、かつ性能が再現性のあるものである必要があった。米国特許第４，８７７，７４５号には、アッセイ用のアレイを作製するための小さい液体粒子を供給する圧電式噴射装置（piezo jet）について記載されている。この装置の操作性は特に優れたものではなく、液体粒子は１００ｐＬ〜１μ Ｌの範囲で、各液体粒子によって形成されるスポットのサイズは直径約０．００１〜０．０１２インチであることが報告されている。また、SchenaらScience(19 95)270:467-470には、分析用のドットアッセイの準備について記載されている。発明の開示微小スポットが形成されるように精密に溶液の微小量を供給する装置を提供する。表面上に予め定められた溶液スポットの分散を作り出すために、この装置は、微小液体粒子形成装置のアレイと、貯蔵ステーションにおいて微小液体粒子形成装置の充填と洗浄を行うための手段と、微小液体粒子形成装置を、前記貯蔵ステーションから、その上の正確な位置に前記液体粒子が被着されスポットを形成する表面に対して一定の位置に移動させる手段と、前記微小液体粒子形成装置及び該表面を、互いに相対的に移動させる手段とを有する。微小液体粒子形成装置の群は、基板上に正確な配列をなすように液体粒子を配向するために設けられる。微小液体粒子装置は、細管（capi llary）をエネルギー変換器（energy transducer）とともに用いる。このエネルギー変換器は細管中の溶液にエネルギーを与える。エネルギー変換器は、細管の分配端または加熱要素に近い部分を外囲する圧電変換器であり得る。細管と変換器のほかに、細管における液体の入口であるサンプル受容端に液体を移送するように設けられているサンプル容器、及びハウジングがある。約５００ｐＬ未満の微小液体粒子が確実に分配され得、１ｃｍ²当たり１００００スポットのアレイが提供される。極性培養液を用いる場合は、細管の受容端の近傍に親水性の表面を有する分配器（dispenser）が設けられ、これにより極性培養液が毛細管作用によって細管を充填する。変換器の作用により、変換器の外部の細管の領域における液体が高速で確実に分配され、所望のアレイが得られる。基板の適切な選択により、種々の試薬が基板の表面に結合され得、安定なアッセイ用アレイが提供される。アッセイ用アレイは、相補的物質の特異的な結合を検出するために用いられ得る。図面の簡単な説明第１図は、装置の立面斜視図である。第２図は、細管ホルダの横断立面図である。第３図は、細管及び圧電変換器の立面斜視図である。第４図は、オリフィスに向かう方向から見た、細管及び圧電変換器の断面図である。第５図は、細管のオリフィス領域の拡大図である。第６図は、ｘ−ｙ位置決め装置（positioner）を、アレイを作製するための噴射装置とともに示す線図である。第７図は、回転プラットホームを、アレイ作製用のリニア位置決め装置上の噴射装置とともに示す線図である。第８図は、本発明において使用するためのバブル噴射器の立面線図である。第９図は、本発明によるシステムの略図である。第１０図は、本発明による、アレイを作製するためのシステムの略系統図である。特定の実施例の説明本発明は、微小液体粒子を表面上に、精密な配列、即ちアレイをなす微小な重複しないスポット群として正確に配置するためのシステムを提供する。このシステムは、液体パルス噴射装置を格納バンクから表面上の所定の部位に液体粒子を配向する噴射位置まで移動させ、噴射動作の終了時に噴射装置を格納バンクに戻す。別形態では、この噴射装置は使い捨てのものであり得る。格納バンクにおいて、この噴射装置はマニホルドに取り付けられ、これによって噴射装置は洗浄され、噴射装置で供給される液体が充填される。このシステムは、制限された空間内に多数の小スポットからなるアレイを生成するものである。このシステムは複数のパルス噴射装置、噴射装置の洗浄及び充填用の格納バンク、噴射装置を格納バンク内の非稼動位置から液体粒子を表面上に供給するための稼動位置またはアクティブ位置に移動させ、且つ噴射装置がその役割を終了した時に格納バンクに戻すための手段、及び該表面及び該噴射装置間の相対的な位置関係を動かすための手段を含む。又、噴射装置が格納バンク内にある間、噴射装置の細管に液体を充填するために毛細管作用を利用して噴射装置の洗浄や上部からの液体の充填を行うことができる。噴射装置が使い捨てのものである場合、格納バンクにはサンプルを負荷した噴射装置が収納され、特に各噴射装置に分配される同種又は異なる種類の培養液が装填され、噴射装置群が所定の培養液の配置で格納される。噴射位置に移動した時、噴射装置群は予め配置された形態で表面上にスポットのアレイを作り出す。非使い捨て噴射装置の場合は、装置はサンプルの溶液をサンプル容器に誘導する。ここで溶液が極性溶液である場合はサンプル容器はサンプルによる濡れを生じない。容器の入口は細管の溶液受容ポートと密に結合され、従って極性培養液の場合、サンプルと接触させると、毛細管作用以外の力を加えることなく細管に急速に溶液が充填されることになる。低圧供給コンジットを含む弁付き圧力システムを備えたマニホルドが備えられており、これによって使用後の細管の洗浄のため溶液が吸い上げられ得る。又マニホールドは高圧供給コンジットを備えた弁付き高圧システムも備えており、これにより細管内に残存するサンプル溶液、洗浄液、又は他の溶液を細管から噴出させ得る。個々の液体粒子が微少量であることから、細管を充填し、大きなサイズのスポットアレイを生成するのに必要な溶液の量は極僅かである。細管の保護のため、装置は細管を一定の位置に保持し、細管をハウジング内に維持するための細管ケーシング又は支持体を有し、このケーシングは、細管のサンプル受容ポートの近傍の領域に設けられている。このケーシングは、細管とハウジングの内壁の間の空間を埋め、好ましくはハウジング内に螺合されている。液体粒子の形成のために様々な変換器（transducer）が使用され得るが、このような変換器は市販のものである。これらの変換器には圧電変換器及び熱変換器（バブルジェット）が含まれる。圧電変換器は細管のオリフィスの近傍の領域を同心状に外囲する形態で設けられる。圧電変換器からの配線は、上向きに又はケーシングの表面上をひき回すことができ、ケーシングの外部に延びて、電源に接続される。細管は平坦な底部を有し、その底部における外径は概ね一定であるが、内径が実質的に小さくなっており、これによって所望のサイズのオリフィスが形成されている。バブルジェットは内部に抵抗性ヒータを有するヒータチャネルに結合された遠位充填開口部を有し、そのチャネルの末端はオリフィス内にきている。液体噴射装置は単体でも、１又は２以上の既定の群をなす複数の噴射装置と組み合わせても用いることができ、後者の場合は各装置が異なるサンプルを有していても良い。組み合わせて用いる場合、噴射装置のアセンブリラインを設けて、各装置が基板上の正確な位置に試薬を噴射してアレイを形成するようにしてもよいが、ロボットを用いて噴射装置を基板上の異なる位置に移動させるか、基板を噴射装置に対して移動させるか、或いは両方法を組み合わせてアレイを形成するようにしてもよい。噴射装置はそれが形成するスポットよりも遙かに大きいものであり得ることから、各群が全基板アレイの一部を形成する噴射装置群を形成することができる。噴射装置は基板に対してある角度をもって配設され、各装置アレイにおける噴射装置の数を増加させたり、スポットのサイズを制御して、噴射装置の表面に対する相対的位置の移動によってスポットが長く伸ばされるようにしても良い。又、複数の個別の噴射装置を用いて、個々の噴射装置が選択されてロボットである位置に移動され、装置のバンクから特定の噴射装置を選出して、様々な形態の基板アレイスポットを形成するようにすることもできる。システム全体はコンピュータプログラムを用いて制御され噴射装置の洗浄と充填は格納バンクから表面上の分配位置に移動する噴射装置の格納バンク内からの選択、表面に対する噴射装置のアレイの編成、噴射装置と表面の相対的位置の移動の制御、表面上に所望のスポットのアレイを形成するための液体粒子の分配の制御、及びその機能を終了した際の噴射装置の格納バンクへの戻りを自動的に行い得る。移動はＸ−Ｙ方向、或いは円周角度方向、或いは両者の組み合わせの方向に行われ得る。噴射装置群はブロックを成すように結合され得、又コネクタに配線され得る。従って各噴射装置はコネクタの特定の位置に配線される。このコネクタはオス又はメスのコネクタであって、逆のコネクタにプラグインされた時、回路を形成する。この回路はコンピュータにより制御され、全ての噴射装置が同時に、若しくは固定のログラムに従って液体の供給を行い得ることになる。複数の噴射装置群を設け、これらの噴射装置群が表面上に配置され、同時に若しくは連続的に噴射を行い、所望のアレイパターンを形成するようにしても良い。本システムは、アレイを形成したり、サンプル若しくは試薬等を供給する様々な状況において使用され得る。溶液は様々な成分を含んだもので良く、各化合物、オリゴマー、及びポリマー、天然、合成又化学的に反応性若しくは非反応性の化合物等が含まれ得る。本システムは、ポリ（アミノ酸）のようなオリゴマーを合成するのに用いることができる。この場合個々のアミノ酸は天然若しくは合成のものであり得る。アミノ酸の代わりに、天然又は合成のヌクレオチド、単糖類、若しくは他の反応性化合物から、オリゴマーや新たな化合物を合成するのに用いても良い。このように組み合わせ式の方法を用いて、アレイにおける複数の部位に異なる化合物を配したアレイを準備することができる。別法として、スクリーニングや診断等の目的で、オリゴマーを含む化合物を特定の部位に加えても良い。本装置は、興味の対象である特定の活性についてスクリーニングを行う場合に使用され得る。このような活性の例にはリガンドー受容体結合、相補的配列の核酸のハイブリダイゼーション、アゴニスト又はアンタゴニストの活性、若しくは蛍光、ルミネッセンス、光吸収等のような物理的特性がある。スクリーニングアッセイのために、アッセイの１又は２以上の試薬を含む第２のサンプルがアッセイの１又は２以上の試薬を含む第１のサンプルに接触されるアッセイにおいては、例えばアナライト、オリゴヌクレオチドプローブ等の１又は２以上のアッセイのメンバを含む第１のサンプルが、この装置によってパルス噴射されて、表面上に第１のサンプルの通常アレイを成すスポットを１又は２以上形成する。例えば受容体等の追加のアッセイメンバを含む第２のサンプルは第１のサンプルのスポットのアレイの上にパルス噴射されて、その後対象の活性、例えば結合やハイブリダイゼーション等の有無を検出する検出過程が実行される。別形態では、第１のサンプルが、予め形成された分散したスポット等のアレイとして、連続層として、又は皮膜として基板上に存在し得る。検出過程は、必要ならば、検出のために必要な他の工程や１又は２回以上の洗浄工程を含み得る。液体粒子が噴射される表面は、噴射される材料の性質やアレイの使用目的に応じて様々な形態であり得る。この表面は化学的に反応性のものか例えば結合のような物理的に活性のものであり得、従って液体粒子の成分は表面に非拡散的に結合し、例えば静電引力や共有結合等によって表面に結合する。化合物、例えばオリゴマーを合成する場合、通常表面に結合された初期前駆物質が存在し、これが反応部位を形成している。この前駆物質は切れやすい結合によって表面に結合され得、従って生成物は表面から分離し得る。光分解切断性の結合により、特定の部位にある分子を個別に分離させることができる。組み合わせ化学物質のために使用されるこの方法は本システムの使用にも適用可能である。更に、診断目的で使用する場合は、サンプル、試薬等を放出させることができる。特に、アレイを試薬に浸漬する必要はないが、異なる部位に同じ又は異なる試薬を被着させて、同じ又は異なる複数のアッセイを実行することができる。従って、既知又は未知の第１アッセイ試薬を含む液体粒子又はスポットのアレイが基板上に準備され、次いで第２アッセイ試薬が液体粒子又はスポットの形態でアッセイの以前に被着された液体粒子のメンバの上に誘導され、そこで必要に応じて湿った条件の下でアッセイが実行されるようなアッセイを設計することができる。例えば、サンプルで表面をコーティングするか、サンプルを個別の液体粒子として噴射し、サンプルのアレイを形成することができる。次いで異なる試薬を異なる部位に精度について多少の余裕をもって噴射して、サンプルを複数の異なる表示についてスクリーニングすることができる。一例として、溶解された細胞のサンプルに由来するＤＮＡで表面をコーティングして、ハイブリッド形成可能な条件の下で異なるＤＮＡ配列の標識されたフラグメントを含む液体粒子をそこに噴射することができる。結合していない標識されたフラグメントを除去した後、残っているサンプルのパターンを観察することにより、法医学的な目的での個人の特定や、病原の存在を判定や、細胞型の同定や、新生物細胞の同定や、予後の判定すを行うことができる。生理学的活性についてのスクリーニングを行いたい場合は、異なる化合物を有する各部位に同じ又は異なる受容体を噴射し、個々の部位における受容体の結合を判定することができる。結合のパターンに基づき、構造的活性プロフィールを得て、結合親和性を最適化させるための追加の化合物を設計することができる。培養液の性質によっては、混合溶媒が望ましい、若しくは必要不可欠であることもある。ＤＮＡの場合、１〜１００％の、好ましくは３０〜７０％のジメチルスルホキシドを添加することが、緩衝ＤＮＡ溶液をカットするために望ましい。これによって、より均一なスポットを形成し、且つ溶液蒸発速度を遅くすることにより噴射が改善され、スポットの縁の部分が中心部と同様により均一なものとなり得る。ＤＮＡ溶液の粘性が高すぎる場合は、他の溶媒を用いて、噴射装置に適切な所望の粘性を得ることができる。ＤＮＡサンプルやヌクレオチドモノマーと共に合成用に用いられ得る例えばホスホラミダイトのような便利な溶媒は、ホセトニトリル、ジメチルフォルムアミド、トリメチルフォスファーテ等を通常約１〜２０容量％含むものがあり、例えばエタノールのような低級アルカノールは、塩の濃度に応じて１〜１０％の範囲で用いられ得る。本発明を更に理解するため、以下図面を参照しつつ説明する。第１図では、装置１０が外部ハウジング１２を有しており、この外部ハウジングは細管アセンブリを内部に包入し、装置を保護すると共に装置１０の取り扱いを容易にしている。ハウジング１２は任意の形状であり得るが、ハウジング１２の形状で便利なのは円筒形であり、この場合市販のチュービングを用いることができる。更に、ハウジング１２は加工されて、様々な部品の組立体となってもよい。ハウジング１２は対称な位置に配置された開口部１４を有し、この開口部を通して細管１６が延在している。ねじ山が設けられたサイドブラケット１８は、ハウジング１２を支持体に取り付けるために設けられている。ハウジングをホルダに取り付けるために任意の便利な手段が用いられ得るが、このホルダにより装置の位置決めや、適切な装置の移動が可能となる。ハウジングの上部にはガスケット２０が設けられており、これによって気密状態を作り出している。又、蓋部又はカバー２２も図示されており、これは装置の洗浄又は充填の際に用いられる。カバー２２は、洗浄の間、細管１６の上の領域を密封するために用いられる。カバー２２には洗浄液を追加するための第１コンジット２４が設けられており、このコンジットはシステムが吸引されたり加圧されたりする必要がある時、弁２６により閉鎖され得る。又第２コンジット２８は図示されてはいないが真空源に結合するためのものであり、真空状態からシステムを遮断するための弁３０を有している。第３コンジット３２はガス圧力を導入するためのものであり、このガス圧の導入は弁３４により制御される。様々なコンジットの使用については後に説明する。最後に、洗浄用及び充填用カバーを一定位置に固定しつつ密閉状態にすることを更に確実なものとするため、カバー２２を定位置にロックし、カバー２２をガスケット２０に対して気密状態に保持するため、ヒンジピン３８に取り付けられたクリップ３６が用いられ得る。第２図はハウジング１２の内部を示す断面図である。細管１６はハウジング１２の開口部１４を通して延在している。ハウジング１２の内部には、ねじ山４２が設けられ、このねじ山はハウジングの約２／３の長さに延在している。カバー２２はハウジング１２内部のネジ山を設けたチューブ４４に隣接しており、クランプされてガスケット２０と共に気密状態を形成する位置をとることができる。ねじ山付チューブ４４は、ナイロンのような疎水性材料から作ることができ、これがねじ山と共に密閉状態を作り出し、かつハウジング１２における細管ケーシング５０をロックする役目を果たし得る。ねじ山付チューブ４４はサンプルを受容するための円錐形の受容器４６を有している。洗浄の後、カバー２２を除去して円錐形の受容器４６を露出し、容器がサンプルを受容するために使用可能な状態にする。円錐形の受容器４６はポート４８を有しており、このポートは細管を受容すべく適合されており、密閉状態を形成し、これによってサンプルが細管１６に接触できるようになり、且つ表面張力によってサンプルが細管１６の中を移動して細管を充填できるようになる。細管１６はねじ山付ケーシング５０にぴったりと適合し、その長さの実質的な部分に対する支持を与えられる。ねじ山付ケーシング５０は、切り込み、即ちノッチ５２を有しており、このノッチはねじ山付ケーシング５０を通して下向きに延在し、変換器５６を駆動させるためのワイヤ５４を受容する。細管１６及び圧電変換器５６はキャビティー６０を通して延在するが、これらの要素はハウジング１２によって保護されている。細管１６はねじ山付ケーシング５０に、例えばエポキシ材料のようなセメント材料により取着され得る。ねじを切られたケーシング５０は、一体型の部材であるか、或いは２以上の部分に分けられ得る。例えば、ワイヤ用の垂直ノッチ５２を備えた下側部分、ワイヤにアクセスできるようにするチャネルを有する中央部分、及びケーシングを形成し、細管１６を完全に外囲させる上側部分を有する形態にすることができる。ケーシングが取り得る特定の形態は組立の方式によって決まり、細管１６のケーシング５０内での組み立てが容易になるように、或いはケーシング５０への細管１６の固定が容易になるように止められる。細管１６をケーシング５０に導入し、細管１６をケーシング５０にセメンチングすることにより装置は容易に組み立てられる。ケーシング５０の上側表面において、細管１６は研磨され、平滑な表面を有し、容器ポート４８に対して密閉状態で液体を移送できる形態をとり得るようになる。図３には細管１６が、ケーシング５０は除いているが、細管１６に装着された圧電変換器５６を有する形態で示されている。圧電変換器５６はオリフィス６０の近傍に設けられており、変換器５６の上側に細管１６の長さの約１／２から２／３程度が露出された形態となっている。変換器５６の誤差許容度は細管に対して非常に狭い範囲であり、通常約０．００１インチ未満であって細管にセメントで取り付けられている。変換器の材料としてはVernitron Piezoelectric Divisi onから市販されているPZT-5aのようなセラミック圧電チューブを用いることができる。圧電変換器の特性は、Piezoelectric Technology，Data for Designers,1 990なる名称の製造者のマニュアルに記載されている。細管１６の壁は非常に薄いもので、圧電変換器５６の緊縮により動くことができる。第５図に示すように、細管１６は小径のオリフィス６０が設けられた平坦な底部６２を有している。細管の丸い内部の底部６４によって、細管１６の内部の直径からオリフィス６０の小さい径までの急速な縮径が形成されている。これは、細管の加熱により形成され得、ガラス又は水晶が収縮してオリフィスが形成されることになるのである。リード線６８は、圧電変換器に電気的な接続をなさしめるために設けられる。セメント７０は変換器５６と細管１６との間に導入されて、変換器５６と細管１６との間の堅い結合を維持する。図４において、圧電変換器５６が細管１６を外囲し、セメント７０によって細管が密閉されているところが示されている。細管、オリフィス、及び変換器の寸法は本発明の液体パルス噴射装置がうまく動作するために重要である。オリフィス領域は正確に一定の外径を有していなければならないが、これは細管のチューブを加熱して、ガラスを軟化させ、細管の内部の部分を満たして所望のオリフィス径を形成することによって達成される。このオリフィスの直径は、使用する液体の表面張力に応じて約１０〜１００μの範囲で変わってくる。表面張力が低い場合、オリフィスの径は小さくすることができる。一般に水の場合は、表面張力を低減させる添加物がなければ、オリフィスは約４０〜８０ミクロンの範囲の大きさとなる。表面張力を低下させる添加物がある場合は、オリフィスは約１０〜５０ミクロンの直径の範囲であるのが望ましい。細管の長さは約０．５〜４ｃｍの範囲にあり、通常約２〜３．５ｃｍである。圧電変換器から延び出しているオリフィス領域は、細管の長さの約５〜１５％であり、通常は、細管の長さの約５〜１０％である。変換器は細管の長さの約２０〜４０％を通常占めており、多くの場合細管の長さの約２５〜３５％ある。変換器の上側の領域は、細管の少なくとも４０％の長さを占め、最大７５％を占める。多くの場合その部分の長さが細管の約６０％以下である。細管のハウジング１２に外囲されている部分の長さは少なくとも８０％、通常は少なくとも９０％、多くの場合約９９％以上である。細管の壁の厚みは通常約０．１０〜０．４０ｍｍの範囲にあり、好ましくは約０．２５ｍｍである。又細管の内部の直径は少なくとも約０．１０ｍｍ、最大約０．５０ｍｍ未満、通常は約０．４０ｍｍ未満で、好ましくは約０．２５ｍｍである。このような直径を有する細管の液体保有量は洗浄や再充填が必要となる前に１０，０００個以上のスポットを形成できる量であり、この細管の容積は概ね約１〜１０μｌの範囲にある。液体噴射装置の形成においては、予め形成された細管をその内部表面上に少量のセメントを付着させた圧電変換器に通す。細管の外側表面と変換器の内部表面の間の公差は、非常に小さく好ましくは約１ｍｍ未満である。セメントが乾燥して変換器の内部壁と細管の外部壁との間の強力な結合を成し、変換器及び壁は一体に動くようになる。この時細管はそれがケーシングの長さだけ延在するまでねじ山を設けたケーシングを通して導入され得る。細管の末端はケーシングの長さを越えて延び、切断されて研磨され平滑な表面にされる。別法では、細管を予め切断し研磨しておき注意深くケーシング内に装着して、その末端部がケーシングの表面の所にくるようにする。細管とケーシングを結合し、はめ合わせる特定の方式は主として生産方法によって決まってくる。次いで変換器用のワイヤをノッチ及びボアに通し、ハウジングの開口部を通してアクセスできるようにする。別法では、ワイヤをケーシングのボアの所にあるコネクタにはんだ付けして、ハウジング内に螺合された時、このコネクタが、ハウジングに設けられた電源やレギュレータへのアクセスのためのコネクタへの接続をなすようにすることができる。次いで細管及びケーシングをハウジングに螺合し、細管がハウジングの開口部を越えて伸び出し、確実に位置決めされるようにする。洗浄を行う際に、カバーはハウジングに螺合され、細管及びホルダを定位置にロックし、安定な構造となるようにする。カバーはその一部に一体的に設けられたコンジットを有し得る。別形態ではカバーが中央に開口部を有しその上に蓋が設けられるが、この蓋には蓋をカバーに密着させるガスケットも備えられている。蓋は必要なコンジットを備えており、ハウジングに係合する位置からハウジングから外れる位置に動かすことができる。別形態では、カバーが比較的大きな開口部を有し、これによって様々なコンジットを有するプラグをそのカバーの開口部に挿入する形態とすることができる。プラグは複数のプラグのマニホルドの一部であり得、これらのプラグは複数の開口部にはめ込むことができ、従って複数の細管に対して同時に充填や洗浄のような処理を行うことができる。細管は洗浄の後に、後に充填を行うため保管されるか或いは洗浄の後すぐに充填が行われる。どのような便宜的な形態が採用されるかは、その装置がどのように利用されるかによってある程度決まってくる。装置が固定ステーションにおいて利用される場合は、コンジットと装置との固定的な結合が便利である。しかし、装置が動作の際に保管位置或いは保存位置から可動位置に移動する場合、或いは洗浄のために移動する場合は、蓋、又はプラグを洗浄動作の際にだけ取り付けるのが便利である。必要な場合は、加熱要素を装置内に設けて細管を暖め、細管内の液体の粘性を低下させることができる。加熱装置はハウジングに外囲され、細管ケーシング等に取り付けられ得る。細管への熱伝達の特定の方式は重要ではなく、種々の従来の設計パラメータを用いることができる。圧電噴射装置の代わりに、液体粒子を生成するために加熱素子を用いてするバブルジェットを用いても良い。Asai等（Japanese Journal of Applied Physics( 1987)26:1794-1801）を参照されたい。バブルジェットは約３０μｍの幅を有し、少なくとも６４個のジェットの群、即ちクラスタに編成され得、１ｍｍあたり１４ドットのクラスタを形成する。バブルジェットチューブの一例は、約５００〜６００μｍの長さを有し、内径が約６０μｍ、ノズルが約４６μｍで、ノズルから約１９０μｍの位置に配置された加熱素子を備えている。この加熱素子は複数の層で０．５μｍのアルミニウム電極を用いており、ＳｉＯ₂（５μｍ及び１．９μｍ）のコーティング、ＨｆＢ₂のレジスタ（０．１３μｍ）、Ｔａ₂Ｏ₅パッシベーション層（１．９μｍ）、Ｔａ保護層（０．５５μｍ）、及び５５０μｍのＳｉ基板を有する。ヒータの長さは約１５０μｍである。第８図において、バブルジェット２００はＶ形状のリザーバ又はサンプル容器２０２を有しており、これは末端の充填のためのものであって、圧電噴射装置と同様の方法でサンプルの充填を行う。リザーバの容積は約０．２〜２０μｌで、通常は約０．５〜５μｌである。リザーバ２０２はヒータチャネル２０４に結合されている。抵抗性ヒータ２０６は導線２０８及び２１０によってそれぞれコンタクト２１２及び２１４に接続されている。ヒータチャネル２０４はオリフィス２１６内にその末端を有する。細管壁２１８は任意の材料及び必要な電気的接続及び壁２１８上或いはその内部又はチャネル２０４内に配置されたヒータから、既知の手順に従って容易に形成され得る。バブルジェットは市販されており、これを改変して、リザーバ２０２を設けることによりサンプルの上側からの負荷を可能にしても良い。ジェットのグループは、噴射位置の横又は上の格納バンク内に配置され得る。ジェットのグループを用いることにより、表面上に同時に複数のスポットを形成することができる。更に、このジェットのグループを同時に或いは連続的に一定位置に配置して、間欠的に液体粒子を噴射し、アレイを成すように異なる位置にスポットを形成することもできる。ジェットのグループを表面に対して位置をずらして配置して、最終的に形成されるアレイの一部分のみを成す異なるパターンにスポットを形成するように液体粒子を供給しても良く、ここで異なるパターンは、最終的にアレイの全ての位置に形成される。このジェットのグループは、一体的に動かされ、従ってロボットアームは複数のジェットを同時に定位置に移動させることができる。ジェット及び／又は表面の移動に応じて、ジェットは表面に対してある角度をもって配置され、スポットが長く延びてしまうことを防ぐことができる。相対的な移動速度及び液体粒子の速度によってこの角度が決定される。例えば、液体粒子の速度が３ｍ／秒であり、ジェットの表面に対する移動速度が１ｍ／秒である場合は、この角度は約２０°となる。ジェットから表面までの距離はある程度の幅を有するが、通常少なくとも約０．１ｍｍから０．５ｍｍ以下であり、一般には最大約０．２ｍｍ以下である。アレイを準備するために、基板及び液体噴射装置が相対的に移動する様々なシステムを用いることができる。２つの使用可能なシステムが第６図及び第７図に示されている。第１のシステムは、固定された基板に対して平行な面においてｘ −ｙ方向に噴射装置を移動するための装置である。この装置１００は噴射装置をｙ方向に動かすためのｙビーム１０２及び１０４を備え、ｙビーム１０２及び１０４に支持されたｘビーム１０６が、液体噴射装置をｘ方向に動かすｘ−ｙ位置決め装置である。この装置の分解能は１〜１０ミクロンの範囲である。ｘビーム１０６のｙ方向の移動は噴射装置のｙ方向の移動を伴い、ｙ−ラスターモーションサーボ機構（図示せず）により制御され、噴射装置のｘ方向の移動はｘ−ラスターモーションサーボ機構（図示せず）により制御される。噴射装置１０８はｘビーム１０６上に配置されているのが図示されている。移動の範囲は基板のサイズに応じて変化し、このシステムは通常約１００ｃｍ未満約１０ｃｍ以上の範囲で移動が可能である。基板１１０にはジェットが液体粒子を被着可能であり、これにより基板１１０の左側の角部に示すアレイ１１２が形成される。複数の保存噴射装置はホルダ１１６によって支持されており、予備のものとして保持されている。更に、複数の噴射装置がホルダ１１８に支持されており、ここでは噴射装置が様々な成分を噴射装置に供給し、又洗浄のために用いられるコンジット１２２を備えた蓋１２０によりカバーされている。これらの蓋はマニホルドに結合され得、同時に移動され得る。ｘ−ｙサーボ機構の動作において、Ｘビーム１０６は保存された噴射装置の保管バンクに移動でき、有効な噴射装置１０８が保管バンクに戻され、異なる噴射装置がＸビーム１０６に載せられる。動作中、各噴射装置は基板上の異なる部位に同じ試薬の複数のスポットを形成し、基板上の各部分は各アレイにおける比較部位に同じ試薬を有することになる。第６図に示すように、基板１１０は多数のボックスを形成するように線引きされ、各ボックスは他のボックスと同じアレイを形成するスポットを有し得る。ｘ−ｙ位置決めにおいて、高速（３０ｉｎ／秒）位置決め装置（各寸法における１２〜３０をカバーする）は市販のものである（例えばAsymtek Carlsvad，CA ）。繰り返しパターンの大きさは２５μ未満である。カスタム位置決め装置は、１０μ未満の程度での位置決めのための所望に応じてコード化されたフィードバックを用いるより大きなスケール上で製造され得る。例えば、一方の側における符号３０で示すサブシステムにより、一度に１２００個以上のアレイを形成することができる。（この数宇は１×１ｃｍのアクティブなアレイに対してエッジ状の１．５ｃｍを割り当てることにより計算される。）スポットが形成される各位置に止まるのではなく、噴射が行われる位置に向けての噴射パルスを同期させることが可能である。サブシステム用のコントローラは、マスターシステムからスポット位置情報を受け取った時、ジェットパルスのタイミングを補正して、液滴が表面に実際に付着する時間の僅かな遅れ（１８０μのギャップに対して約６０ μ秒）を考慮に入れて動作できるようにする。第７図において、同様の装置が示されているが、この状況では、固定基板と移動可能な噴射装置の代わりに、移動可能な基板と固定された噴射装置が設けられている。更に、基板は円周方向に移動し、元のアレイを含む１又は２以上の同心リングが形成され得る。基板回転装置１５０は同心円上を動く基板リング１５４及び１５６を備えた回転プラットホーム１５２を有する。各リングは複数のアレイ部位１５８を有し、ここではアレイ部位の外観が符号１６０を付して示されている。この装置はリニアサーボ機構１６２を有し、このサーボ機構１６２上でホルダ１６６に保持されたパルス噴射装置１６４が移動する。パルス噴射装置の予備バンク１６８は蓋１７０を外して使用することができる。蓋１７０は予備噴射装置１７２上の位置に移動されて、噴射装置の充填若しくは洗浄を適切に行い、必要に応じてこのようなプロセスの他の工程を実行する。２つの蓋１７４が噴射装置の上に設けられているところが図示されているが、これは噴射装置が何らかの処理を受けているところが示されている。細管は１又は２回以上リンス及び／又は洗浄され且つ乾燥される。乾燥は空気乾燥若しくは細管に低圧又は高圧によって空気を通すことにより行われる。マイクロピケッタ１７６はロボットアーム１７８上に取り付けられ、パルス噴射装置１７２の上に位置するように移動されて、開口部１８０を通して装置にサンプルを導入することができる。発射時に噴射装置は通常基板の近傍にあり、総距離は通常約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である。 θ−ｘポジショニングのためには、１つのサンプルの高速直線移動と中程度の速度の基板の回転が伴う。この回転はプラットホーム１５２により与えられる。直線移動を行うリニア平行移動器（トランスレータ）は市販のものであり（前述）プラットホーム支持体、モータ、及びコントロールはコンピュータに用いられるハードディスクメモリ内のプラタのコントロールに類似した装置を用いてカスタマイズされる。回転速度はジェットからの液化の速度により部分的に制限され、通常３ｍ／秒である。プラタ表面速度は放出速度の分数の速度、例えば１ｍ／秒であるべきであり、これにより球形の液滴が接触時に長く延びることが最小限に押さえられる。このことはプラットホームの方向にオリフィスを向けることにより又回転の方向により部分的に回避され得る。第９図において、噴射装置のグループが共にバッテリに保持され、共通のコネクタを共有しているシステムが示されている。このシステム２５０は第１レール２５２及び第２レール２５４をそれぞれ有する。レール２５２はモータ２５６によりシャフト２５８を介して駆動されるエンドレスベルトである。噴射装置２６０の複数のバッテリはレール２５２及び２５４上に取り付けられ、噴射のためのアクティブ位置に動かされるまで待機している。各バッテリ２６０は複数のリード線に接続されたコネクタ２６２を有し、各リード線は噴射装置２６４を噴射装置２６４の充填を制御する外部の回路に接続している。モータ２５６がエンドレスベルトを駆動している時、バッテリ２６０は前方に動かされ、バッテリの１つの２６６は表面２６８上のアクティブ位置に動かされる。第７図に関連して以前に説明したように、回転プラットホーム２７０は外側基板リング２７２及び内側基板リング２７４をそれぞれ有する。各リングは複数のアレイ部位２７６を有し、このアレイ部位は十字線により表される。バッテリ２６６が表面２６８の上のアクティブ位置に移動された時、ロボットアーム２７８は相補型のコネクタ２８０をバッテリコネクタ２６２に係合する位置に移動させる。この相補型コネクタ２８０は電気コンジット２８２によりジェットの全てを同時に充填する、或いは所定のプログラムに従って異なる時間にジェットを噴射させる回路に接続される。バッテリ２６６の使用が終了すると、ロボットアーム２７８コネクタ２８０をバッテリコネクタ２６２から外すようにされる。モータ２５６はバッテリ２６６をアクティブ位置から出すように移動させ、新たなバッテリ２６０をこの格納位置からアクティブ位置に持ち出し、バッテリ２６６と入れ替えるように駆動される。次いでバッテリ２６６はレール２５２及び２５４に沿って移動され、最終的にレールの末端位置２８４に達し、そこで回収ボックス２８６内に入れられる状態となる。回収ボックスからのバッテリは再利用されるか、廃棄されるか、別の使用のために保管され得る。バッテリが再利用される場合は、バッテリが手で取り出されるか、或いはバッテリを格納位置に移動させるために設けられる機構により取り出されて、そこでバッテリが上述のように選別され充電され得る。第１０図において格納用サブシステム３００がラックのアレイとして示されており、各ラックはコンピュータ／バーコードコントロールの下でアドレス指定されている。ラックにおける各ビンはストレージウェルプレートの配列３０２（例えば９６穴又は３８４穴マイクロタイタープレート）を含む。格納システムにおけるサンプルは、サンプルの完全性を維持するため適切な温度で保管され得る。マスターコントローラ３０４がシステムを制御する。コンピュータ信号の下で、１又は２以上のマイクロタイターアレイ３０２が格納エリア３００からトランスファーエリア３０５に搬送される。マイクロタイターアレイ３０２を次のステーション３０６に移送するために任意の便利なトランスファーシステムを用いることができる。ステーション３０６においては、ロボットアーム３０８がサブシステムコントローラ３０９の制御の下にあるが、このサブシステムコントローラはマスターコントローラ３０４と通信を行う。マイクロピペットチップ３１０を用いてロボットアーム３０８はμｌの量の液体をマイクロタイター予備アレイ３０２からメンテナンス位置に配置されている１又は２以上の適切な充填されるジェット３１２に移送し、ステーション３１４をサブシステムコントローラ３１５の制御の下で充填する。このサブシステムコントローラはマスターコントローラ３０４と通信を行っている。再利用可能な噴射デバイスについては、メンテナンス及び充填ステーションはメンテナンスキャップ３１６を有し、このメンテナンスキャップは前述のように洗浄液を加えることと共に吸引又は加圧のためのコンジットとなる。ホルダ３１８は噴射装置３１２の平行移動バー３２０上に配置する。平行移動バー３２０及び噴射装置３１２を平行移動バー３２０に結合するためのホルダ３１８を用いて、噴射装置３１２はサブシステムコントローラ３２３の制御の下、試験ステーション３２２に移動される。ストローブライト３２４及びミラー３２６により、ストローブライトが噴射装置と電圧パルスの同期を捉えることによって、液体粒子の画像３２８がビデオカメラ３３２に転送され、ヒデオカメラは信号をモニタ３３２に送り、液体粒子３２８のサイズ及び頻度が評価される。噴射装置３１２が正しい特性を有していない場合には、噴射装置３１２は不合格となり、情報がマスターコントローラ３０４に送られて、同じ培養液を充填した代わりの噴射装置が提供されることになる。噴射装置３１２が試験ステーションを通過した場合は、次いで平行移動バー３２０により噴射位置３３４に移動される。平行移動バー３２０及びホルダ３１８により基板３３６の上に配置されることになる。噴射装置が噴射位置に配置された時、液滴な噴射を開始しアレイを生成する。基板３３６は、モータ３４０によって動かされるプラットホーム３３７上に載置される。モータ３４０はコントローラ３４２の制御の下にあり、このコントローラ３４２はマスターコントローラ３０４と信号のやりとりをする。コンピュータに基づくシステムは各サブシステムの動作を制御及び総合させて、スループットが最大となるようにする。このスループットは１単位時間あたりに製造される正しいスポットの分散を有するマイクロアレイの数で測定される。マスターコンピュータが各サブシステムを単に整合させるだけで直接制御しないことから、マイクロコンピュータベースのマスターは満足に機能を果たすことができる。同型のアレイを大量に（数百から数千）生産する場合、各アレイは１０，０００種類の異なる成分、例えばｃＤＮＡクローンを含む１００×１００スポットを有する。しかし、精度及び信頼性の点から２〜３倍の余分な量を有するのが有益である。又、アレイの形態にスポットされる各サンプルの数についても同様である。システムの実例として、１又は２以上のｃＤＮＡ配列の検出を実例として示す。まずマスターコントローラがスポットされるクローンのリストを受け取る。このリストはアドレスのリストに変換される。このアドレスはストレージから引き出されるマイクロタイタープレートの数及び列を決定するアドレスである。コンベアは連続した各プレートを抽出し、プレートをマイクロピペットへの移送のための位置に配置する。サンプルを解凍又は温めた後、必要に応じてマイクロピペットは、ロボットによって使用可能な（洗浄された又は新しい）噴射装置に少量のサンプルを移送する。マスターコントローラはメンテナンス／充填ステーションに噴射装置の使用可能性及びステイタスについて問い合わせする。そしてマスターコントローラはジェット交換／移動サブシステムにどのジェットが充填されており噴射可能な状態にあるかを通知する。アクティブな噴射サブシステムに向かう途中、平行移動は噴射テストステーションの所で停止し、その装置が適切に作動しているか否かを確認する。アクティブな噴射サブシステムの近くでジェットは位置決め装置に結合される。この位置決め装置は装置を表面から約１００〜２００μの位置に適切な角度で配置し、セットをサブシステムコントローラに電気的に接続する。マスターコントローラはサブシステムに基板上に形成されるアレイのそれぞれに対する各ジェットのアドレス位置を通知する。次いでサブシステムコントローラは最適な噴射経路を決定する。噴射の終了時、使用済みの噴射装置は廃棄されるか、メンテナンス／充填ステーションに洗浄及び再充填のために戻される。既に説明したように、アクティブな噴射は幾つかのモードの１つで行われる。好適なモードは、（ａ）静止した基板上のｘ−ｙ平面にジェットを移動させ、（ｂ）円盤状の基板を回転させると共にジェットを１次元の方向に移動させる。マスターコントローラは噴射サブシステムに各アレイ上のスポッティングされる位置に対するアドレスを供給する。このプロセスを完遂するため、多数のステップが実行されて、パルス噴射用の細管が準備される。細管が使用済みである場合は、コンタミを防止するため洗浄が必要となる。パルス噴射装置は、洗浄液に浸漬された細管を備えるか、吸引により容器まで延びる細管内を洗浄液を吸い上げることができる。充分な時間の経過後、洗浄液が細管から噴出され得る。サンプルの性質に応じて種々の溶液を用いることができる。揮発性極性有機溶媒は、特定の用途を有するが、例えば水溶液を含む水性活性剤、弱酸性又はアルカリ性溶液、有機溶媒等のような異なる洗浄液で反復的にリンスするために用いることができる。細管にガスの圧力を加えることにより、洗浄液は排出され洗浄プロセスが反復される。高圧ガスラインを設けることにより、乾燥空気、高温空気等を用いて細管内に液滴や他の液体が残らないようにすることができる。一度洗浄液が蒸発すると、サンプルが容器に加えられ得る。一般に、サンプルは約１０〜１００μｌの容積を有する。液体粒子は、細管の上側表面に接触した時、毛細管作用により細管内に引き込まれ、細管が完全に充填され、液体粒子の僅かな部分が容器に残される。例えば、液体が細管に即座に接触しない場合、短時間の小さな圧力パルスを加えることにより接触を達成することができる。ここにおいてパルス噴射装置は液体粒子の供給のための使用が可能な状態となっている。噴射装置を垂直位置で用いて、液体粒子を上向き又は下向きに配向したり、液体粒子を細管を軸にして水平な方向に導くことができる。アレイの形態のジェットを用いることにより、多くの時間が節約され、各スポットアレイが予め設計された分散状態の多数の個々のスポットを有する多数のスポットアレイを生産することが可能となる。例えば、４００組のチップであって、それぞれが２５００種類の異なるサンプル又は試薬の溶液（例えばＤＮＡ又はＲＮＡ断片又はオリゴヌクレオチド）から生成される１００×１００エレメントアレイを重複度（redundancy）４で含むチップを製造しようとしている場合を考えられたい。スポット分布が水平方向及び垂直方向の双方の異なるライン上の予備のスポット群を有する。チップサイズは２×２ｃｍで、それぞれが１×１ｃｍのアレイ（スポット間距離１００μ）を含むものと設定される。アクティブな噴射エリアは正方形で４０×４０ｃｍ（即ち２０×２０チップ）の大きさである。アクティブエリア上への噴射は、スポッティングされる表面に対するジェットのＸ−Ｙデカルト座標系の動き（ラスタリング）を用いて達成される。アレイに対するジェットの相対速度は５０ｃｍ／秒である。（加速時の時間はこれらの計算に含められていない。これを含めた場合全スキャン時間は約１０〜２０％増加する。）噴射は、液体粒子が噴射装置から噴射されている間に噴射装置が移動しているという意味で「飛行中（on the fly）」に実行される。一回の噴射にかかる噴射時間は以下の通りである。水平スキャンライン：４ライン／チップ×２０チップ（垂直方向）＝８０ライン（予備スポットが４つの異なるライン上にあると仮定）水平及び垂直スキャンのための距離（ｃｍ）：４０ｃｍ／ライン×８０ライン＝３２００ｃｍ（水平方向）４０ｃｍ／ライン×２ライン（アップダウン各１回）＝８０ｃｍ（垂直方向）全スキャン距離：３２８０ｃｍスキャン時間：５０ｃｍ／秒×３２８０ｃｍ＝１６４，０００秒、又は約１１４時間水平方向に位置合わせされた１０個のジェットの直線アレイを用いることにより、スキャンにかかる時間を１／１０の１２時間以下に低減することができる。ジェットの交換時間を短くすることにより更にスキャン時間を減らすことができる。スキャンの間、ジェットの噴射及び充填を連続的に行って必要な変化及びアレイサイズを適当な時間枠の中で得ることができる。噴射装置は、内径０．２５ｍｍ、外形０．７５ｍｍで、噴射間に４５ミクロンのオリフィスを有する細管を備える形態で構成された。セラミック製チューブ（ＰＺＴ−５ａ）を、エポキシ接着剤によりオリフィス末端の近傍に取り付けた。メインハウジング（真鍮製）は、細管の遊端の上にねじ山を切られ、細管の末端が小さな穴を通して突出できるようにした。ねじ山式ロッドにおける小さな溝は、小さなロッジ付きカラーと共に、変換器のワイヤ用の入口として設けられた。ねじ山付きチューブ（真鍮製）は、ねじ山付きロッドに螺合されて、ロッジ付きカラーを定位置に保持するようにされた。円錐形状の穴を有するねじ山付きナイロン製アダプタは、アセンブリの供給末端に螺合された。ナイロン製アダプタの非湿性の円錐形の内部構造は、サンプルの負荷に便利なように設計された。少量（１０〜５０μＬ）の溶液がマイクロピペットによりトランスファーされる時、重力及び／又は他の力の組み合わせにより液体粒子が細管チューブに隣接する円錐形の開口部の底部に誘導される。ナイロン製アダプタの穴の直径は細管チューブの外径（約０．２５ｍｍ）に等しい。細管の末端のガラスが濡れた時、細管全体はオリフィスの領域も含めて毛細管作用ににより急速に液体で満たされる。液体粒子を生成するためにこれ以上の初回刺激は不要である。ドライバ電圧は通常約０〜３００Ｖの範囲にあり、パルス時間は約５〜１５０ μ秒の範囲にある。反復速度は最大約１０，０００回／秒の範囲にある。外部の加熱なしに収容され得る液体の粘性は約０．１〜１０００ｍＰａの範囲にあり、ヒータを用いる場合には粘性は２０，０００ｍＰａ以上となり得る。水性媒溶液と共に用いる典型的な電圧パルスは両極性で、８０μ秒の長さを有し、約１００Ｖが同じ時間持続し、立ち上がり及び立ち下がり時間は約１０μ秒である。パルスの形状及び振幅はコンピュータにより制御され、衛星状の液体粒子の形成が最小限で良い形態の液体粒子を形成するため様々に変更され得る。圧電噴射装置は、細管の変換器の上に液体が存在する限り、数百若しくは数千パルス／秒で（１０，０００Ｈｚ以上で）反復的に噴射され得る。同様に、バブルジェットは１０００パルス／秒以上で噴射し得る。上述の圧電噴射装置を用いることにより、パルス噴射装置において試験され、満足に噴射されることが分かった液体は、水、及び緩衝ＤＮＡ溶液（１〜１００ μｇ／ｍＬ）を含んでいた。このＤＮＡ溶液はポリリジンをコーティングした標準的な顕微鏡用スライドガラス上に噴射された。このポリリジンはＤＮＡの表面への結合を促進するものであり、エッジ間距離約２０ミクロンで、中心間距離８０〜１００ミクロンの、１０×１０アレイのＤＮＡスポットが形成された。このＤＮＡはフルオレセインにより標識され、これによってＤＮＡのアレイを形成したスライドが蛍光スキャナ（解像度１５ミクロン）を用いて可視化できるようになった。核酸溶液の他に、タンパク質溶液、細胞下の実体及び細胞、分子の集合体等を用いることができる。媒溶液は有機物又は無機物、或いはそれらの組み合わせであり得、例えば水性媒溶液、アルコール、エーテル、生理食塩水、極性有機溶媒、油、水銀等がある。本発明の噴射装置の使用を制御するコンピュータプログラムが提供され得る。様々なプログラムが、噴射装置の洗浄及び充填、装置の基板に対する移動、及び所望のアレイを形成するための装置の噴射ができるように容易に変更され得る。特定の制御機構は、重要ではなく、システムの必要に応じて変更される。システムの洗練は、使用される噴射装置の数、アレイパターンの複雑さ、サンプル及び試薬の種類の数等によって決まる。本発明のパルス噴射装置は、細管の上の容器にサンプルを供給するのに特に便利である。従って細管をサンプル内に入れる必要はなく、そこで細管がサンプルを汚染したり、サンプル内に特定の物質が存在する時細管がつまることがない。従って、吸引するのではなく細管の上部からサンプルを供給することにより、故障が少なくより用途の広い装置が得られる。本発明の装置は容易に準備することができ、頑丈で、正確なパルス噴射が可能となるように容易に加工し製造することができる。形成されるスポットのサイズを制御するべく細管は様々なサイズのオリフィスを備える形で形成することができる。オリフィスはサンプルの性質を反映して、サンプル溶液の粘性や表面張力に応じてサイズを変更することができる。更に、多数のパルス噴射装置を複製して、正確で反復的な液体粒子の供給を行うことができる。本明細書に記載の全ての文献及び特許出願は、各文献又は特許出願が個別に引用されているのと同じ程度に本明細書全体に一体に組み込まれていると理解されたい。本発明について説明してきたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく様々に変更及び改変した実施が可能であることは当業者には明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＲ，ＣＮ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＲＵ，ＳＥ，ＳＧ，ＵＳ (72)発明者ボールドシュイーラー、ジョンアメリカ合衆国カリフォルニア州91105・パサデナ・ブッシュプレース 571

Claims

【特許請求の範囲】１．中心間距離５００ミクロンのスポットのアレイを、スポット間の相互汚染なしに形成できる、液体粒子を供給するパルス噴射装置であって、一端に第１縮径開口部、他端に第２開口部を有するハウジングと、約１０〜１００ミクロンの直径の噴射オリフィスを備え、約１〜１０μＬの容積を有し、前記第１開口部を通して突出する前記噴射オリフィスとともに前記ハウジングの長さの延在部分を有する、薄い壁の細管と、前記噴射オリフィスの近傍に、前記細管と同心円上に取着され、かつ前記細管に貼着された圧電変換器であって、前記細管の壁が前記変換器とともに動く、該圧電変換器と、前記第２末端の近傍に、前記細管の長さの少なくとも約４０％の長さで延在する、前記細管に貼着された細管ケーシングであって、前記ケーシングが、前記細管と前記ハウジングの内側壁との間の空間を埋めている、該ケーシングと、前記第２末端に液体を移送できるように、前記ハウジング内に延びているサンプル容器であって、前記サンプルと前記細管が接触しているときに前記サンプルが毛細管作用により前記細管の中に充填されるように、前記容器及び細管の構成物が選択された、該サンプル容器と、前記圧電変換器と制御システムとを接続するための手段とを有することを特徴とするパルス噴射装置。２．前記細管の壁の厚みが、約０．１０−０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のパルス噴射装置。３．前記サンプル容器の容積が、約５〜５０μＬであることを特徴とする請求項１に記載のパルス噴射装置。４．前記細管が親水性であり、かつ前記容器が疎水性であることを特徴とする請求項１に記載のパルス噴射装置。５．前記細管がガラス製であり、かつ前記容器がナイロン製であることを特徴とする請求項４に記載のパルス噴射装置。６．前記パルス噴射装置が、複数の蓋を有し、前記蓋のそれぞれが弁付きで、蓋により前記容器を気密封止状態にするための手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のパルス噴射装置。７．中心間距離５００ミクロンのスポットのアレイを、スポット間の相互汚染なしに形成できる、液体粒子を供給するパルス噴射装置であって、一端に第１縮径開口部、他端に第２開口部を有するハウジングと、約１０〜１００ミクロンの直径の噴射オリフィスを備え、約１〜１０μＬの容積を有し、前記第１開口部を通して突出する前記噴射オリフィスとともに前記ハウジングの長さの延在部分を有する、薄い壁のガラス製の細管と、前記噴射オリフィスの近傍に、前記細管と同心円上に取着され、かつ前記細管に貼着された圧電変換器であって、前記細管の壁が前記変換器とともに動く、該圧電変換器と、前記第２末端の近傍に、前記細管の長さの少なくとも約４０％の長さで延在する、前記細管に貼着され、前記ハウジングに螺合された細管ケーシングであって、前記ケーシングが、前記細管と前記ハウジングの内側壁との間の空間を埋めており、前記ケーシングの上部が前記第２末端と同じ高さで、かつ前記ハウジングの上部の下にくる、該ケーシングと、前記第２末端に液体を移送できるように、前記ハウジング内に延びているサンプル容器であって、前記容器の構成物が疎水性であり、極性サンプルと前記細管が接触しているときに前記極性サンプルが毛細管作用により前記細管の中に充填される、該サンプル容器と、前記圧電変換器と制御システムとを接続するための手段とを有することを特徴とするパルス噴射装置。８．前記噴射オリフィスの直径が、１０〜８０ミクロンの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載のパルス噴射装置。９．前記細管の壁の厚みが、０．１０〜０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のパルス噴射装置。１０．前記サンプル容器の容積が、約５〜５０μＬの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載のパルス噴射装置。１１．前記パルス噴射装置が、複数の蓋を有し、前記蓋のそれぞれが弁付きで、蓋により前記容器を気密封止状態にするための手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載のパルス噴射装置。１２．前記細管の長さが、１．５〜４ｃｍの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載のパルス噴射装置。１３．スポットアレイ形成システムであって、複数の、請求項１に記載のパルス噴射装置と、少なくとも１つの前記パルス噴射装置を、保存位置から液体粒子を供給するアクティブ位置へ同時に移動させる移動手段と、前記液体粒子を受容する位置に基板を保持するための基板保持装置と、前記基板上にスポットアレイを形成するように正確にスポットを位置決めするため、前記少なくとも１つのパルス噴射装置と、前記基板保持装置とを、互いに関連させて正確に移動させるための位置決め移動手段とを有することを特徴とするスポットアレイ形成システム。１４．隣接しあうスポットの中心間距離が５００ミクロン未満であり、スポットの縁の間の距離が少なくとも１５ミクロンであることを特徴とする請求項１３に記載のスポットアレイ形成システム。１５．前記位置決め移動手段が、ｘ−ｙラスターサーボ機構を含むことを特徴とする請求項１３に記載のスポットアレイ形成システム。１６．前記位置決め移動手段がリニアサーボ機構であり、前記基板保持装置が前記基板を保持するための回転プラットホームを含むことを特徴とする請求項１３に記載のスポットアレイ形成システム。１７．前記アレイにおいて、隣接し合うスポットの中心間距離が１００ミクロン以下であることを特徴とする請求項１３に記載のスポットアレイ形成システム。１８．複数の噴射装置が、群として移動するように一体に保持されることを特徴とする請求項１３に記載のスポットアレイ形成システム。１９．スポットアレイ形成システムであって、複数の、請求項７に記載のパルス噴射装置と、少なくとも１つの前記パルス噴射装置を、保存位置から液体粒子を供給するアクティブ位置へ同時に移動させる移動手段と、前記液体粒子を受容する位置に基板を保持するための基板保持装置と、前記基板上にスポットアレイを形成するように正確にスポットを位置決めするべく、前記少なくとも１つのパルス噴射装置と前記基板保持装置とを動かして両者の相対的な位置を正確に移動させるための位置決め移動手段とを有することを特徴とするスポットアレイ形成システム。２０．中心間距離５００ミクロンのスポットのアレイを、スポット間の相互汚染なしに形成できる、液体粒子を供給するパルス噴射装置であって、一端に第１縮径開口部、他端に第２開口部を有するハウジングを有することを特徴とし、前記ハウジングが、前記第１開口部を通して延びるノズルを有するヒータチャネルと、前記ヒータチャネルにおける前記ノズルの近傍に設けられたヒータ素子と、前記第２末端に液体を移送できるように、前記ハウジング内に延びているサンプル容器であって、前記サンプルと前記ヒータチャネルとが接触しているときに前記サンプルが毛細管作用により前記ヒータチャネルの中に充填されるように、前記容器及びヒータチャネルの構成物が選択された、該サンプル容器と、前記ヒータ素子と制御システムとを接続するための手段とを有することを特徴とするパルス噴射装置。２１．前記サンプル容器の容積が、約０．２〜２０μＬの範囲にあることを特徴とする請求項２０に記載のパルス噴射装置。２２．前記ヒータチャネルが親水性で、前記リザーバが疎水性であることを特徴とする請求項２０に記載のパルス噴射装置。２３．スポットアレイ形成システムであって、複数の、請求項１１に記載のパルス噴射装置と、少なくとも１つの前記パルス噴射装置を、保存位置から液体粒子を供給するアクティブ位置へ同時に移動させる移動手段と、前記液体粒子を受容する位置に基板を保持するための基板保持装置と、前記基板上にスポットアレイを形成するように正確にスポットを位置決めするべく、前記少なくとも１つのパルス噴射装置と前記基板保持装置とを動かして両者の相対的な位置を正確に移動させるための位置決め移動手段とを有することを特徴とするスポットアレイ形成システム。２４．複数の噴射装置が、群として移動するように一体に保持されることを特徴とする請求項２３に記載のスポットアレイ形成システム。２５．噴射装置からの微小液体粒子を用いて、微小スポットのアレイを形成するためのシステムであって、保管ステーション、メンテナンス及び充填用ステーション、試験用ステーション、及び噴射ステーションを有することを特徴とし、前記保管ステーションが、各コンテナに多数の異なる特定されたサンプルを保管するための手段を有することを特徴とし、前記メンテナンス及び充填用ステーションが、複数の噴射装置と、前記噴射装置のそれぞれを保持するホルダと、前記ホルダに保持された前記噴射装置を前記試験用ステーションに移動させるための移動手段と、前記噴射装置に特定されたサンプルを充填するための手段とを有することを特徴とし、前記試験用ステーションが、前記噴射装置から供給される液体粒子の頻度及び安定性を監視するための手段を有することを特徴とし、各コンテナ内のサンプルの種別を記録するための記録手段と、噴射される前記液体粒子の組成に応じて、前記サンプルコンテナを、前記保管ステーションから前記メンテナンス及び充填用ステーションへ再配置するための手段と、前記噴射装置を、前記試験ステーションから前記噴射ステーションに輸送し、前記噴射ステーションの位置決めをするための手段と、前記噴射装置か基板の少なくとも何れか一方を動かして、両者の相対的位置を移動させるための手段とを有することを特徴とする微小スポットアレイ形成システム。２６．前記噴射装置が、毛細管作用によって上部から充填される細管を有することを特徴とする請求項２５に記載のシステム。２７．前記移動手段が、前記基板を支持する円形プラットホームと、前記プラットホームの回転を制御するためのモータとを有することを特徴とする請求項２５に記載のシステム。２８．前記移動手段が、前記噴射装置を前記基板に対してｘ−ｙ方向に移動させるためのサーボ機構を含むことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。２９．複数の噴射装置が、前記基板に対して群として移動するように一体に保持されることを特徴とする請求項２５に記載のに記載のシステム。３０．前記噴射装置が、請求項１に記載のパルス噴射装置であることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。３１．前記噴射装置が、請求項２０に記載のパルス噴射装置であることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。３２．請求項１１若しくは請求項２３の何れか１つに記載のシステムを用いて、隣接し合うスポットの中心間距離が５００ミクロン以下のスポットのアレイを形成するための方法であって、（１）低圧または高圧により、少なくとも１回、前記細管に洗浄液を充填して、前記細管から洗浄液を排出させる過程と、（２）前記疎水性容器にサンプルを添加することにより、毛細管作用によって前記サンプルを急速に前記細管に充填させる過程と、（３）少なくとも１つの前記パルス噴射装置を、保管ステーションから、その上にアレイが形成される基板に対する相対的な位置であるアクティブ位置に移動させる過程と、（４）少なくとも１つの前記パルス噴射装置及び前記基板を動かして、両者の相対的位置を移動させるとともに、前記少なくとも１つのパルス噴射装置を稼動させて、前記基板上の少なくとも１つの所定の位置に液体粒子を供給する過程と、（５）前記パルス噴射装置を前記保管位置に戻す過程と、（６）少なくとも１つの前記アレイが形成されるまで、（１）〜（５）の過程と反復する過程とを含むことを特徴とするスポットアレイの形成方法。３３．前記サンプルが、混合された溶媒を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。３４．前記サンプルが、水性核酸緩衝溶液であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。３５．前記水性核酸緩衝溶液が、ＤＭＳＯ、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、トリメチルホスファート、及び低級アルカノールからなる群から選択された溶媒を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。３６．第１サンプルを第２サンプルに接触させる過程を含む対象の活性をスクリーニングするための方法であって、請求項１若しくは請求項２０に記載のパルス噴射装置を含む装置を用いて、前記第１サンプルを前記第２サンプルに接触させる過程を含むことを特徴とする活性スクリーニング方法。３７．前記第１サンプルが、請求項３０に記載の方法によって形成されたスポットアレイとして準備されることを特徴とする請求項３６に記載の活性スクリーニング方法。３８．前記第１サンプルが、基板上の連続な層として準備されることを特徴とする請求項３６に記載の活性スクリーニング方法。