專利名稱：液滴噴出頭以及微陣列的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種液滴噴出頭，特別是適用于噴出生物相關物質的液滴噴出頭。
背景技術：
近年來，DNA堿基序列的破譯、以及基因信息的功能解析已經成為研究課題，作為用于基因表達模式的探測、新基因的篩選的技術，可以使用DNA微陣列。利用該陣列，通過制備探針DNA，高密度點印在載片玻璃等基板上，使熒光標記的靶DNA中具有與探針DNA互補的堿基序列的靶DNA雜交，通過對熒光圖像進行觀察，對基因表達量進行評價。該陣列的尺寸為1cm2～10cm2，在該區域中需要高密度地點印數千～數萬種探針DNA，以往，這樣的探針DNA的固化是通過接觸針進行的。
而隨著基因組計劃的結束，下一階段，人們又開始注目蛋白質解析上，正在進行使用與DNA微陣列同樣結構的蛋白質芯片的開發。
在這樣情況下，提出了利用噴墨技術的探針DNA或蛋白質的固化方法。
利用噴墨技術，可以迅速形成穩定的點形狀，另外，通過將噴嘴間孔距變窄，可以制作高密度的微陣列。
然而，例如在制作蛋白質芯片中，作為探針使用蛋白質，在噴墨頭中使用含有蛋白質的溶液時，蛋白質附著于噴墨頭的內壁，由于流路性能顯著變化，擔心噴出性能下降。另外由于附著于噴墨頭內壁，樣品溶液的濃度變得不均一，另外還擔心蛋白質結構本身變化后，蛋白質本來的活性喪失了等。

發明內容
本發明的課題在于提供特別適用于生物相關物質的液滴噴出頭。
另外，本發明的課題還在于提供不損壞生物相關物質，使探針簡易而且迅速地固定于固相上的液滴噴出頭的制造方法以及微陣列的制造方法。
解決上述課題的本發明的液滴噴出頭，是用于噴出樣品溶液的液滴噴出頭，其特征是上述液滴噴出頭的內壁中上述樣品溶液接觸的部位，用由含有磷酸膽堿基的不飽和化合物單元構成的聚合物或含有該聚合物的共聚物被覆。
利用這樣的構成，樣品溶液接觸的部位由于被作為生物膜構成成分的含有磷脂極性基團(磷酸膽堿基)的(共)聚合物被覆，所以可以提供生物適合性好的液滴噴出頭。因此，可以防止樣品溶液中的成分附著在液滴噴出頭的內壁，防止由于樣品和內壁的作用造成的噴出不良。另外，例如，由于樣品溶液含有的生物相關物質(例如蛋白質)附著在液滴噴出頭的內壁后，因結構變化引起失活的問題也可以防止。還有，由于可以防止樣品附著內壁，也可以防止樣品溶液的濃度隨時間的變化。這里所謂在上述液滴噴出頭的內壁中上述樣品溶液接觸的部位指的是溶液通過的流路的內壁，更具體的講，可以說是例如從收容室到噴嘴的溶液通過的流路的內壁。而這里流路也包括流路上形成的收容室、加壓室等。
在本發明中，作為樣品溶液，例如最好使用含有生物相關物質的溶液。具體來說，生物相關物質除了細胞、蛋白質、核酸等生物物質外，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))等類似物。
上述液滴噴出頭最好是靜電驅動方式和壓電驅動方式。利用這樣的方式，由于沒有象所說的熱噴墨方式那樣的發熱，可以不損傷例如樣品溶液中含有的生物相關物質，向固相表面上穩定噴出。
本發明的其他樣式的液滴噴出頭是用于噴出樣品溶液的液滴噴出頭，其特征是備有在表面含有1個或多個電極的第1基板；與上述第1基板的設置上述電極的部位通過微小間隙對置配置，通過與上述電極的電位差對應的靜電力進行彈性變形的振動扳；含有通過該振動扳的變位對加壓室內的壓力進行增減，而將充填到該加壓室內的上述樣品溶液擠出的1個或多個加壓室的第2基板；含有用于噴出來自上述加壓室擠出的上述樣品溶液的1個或多個噴嘴孔的第3基板；配置在上述第1基板的另一個側面，含有用于收容上述樣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基板中含有聯系上述收容部到上述加壓室的流路，至少上述收容部、上述加壓室、上述流路、以及上述噴嘴孔的內壁都被含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有該聚合物的共聚物被覆。
利用這樣的構成，樣品溶液接觸的部位，由于被作為生物膜構成成分的含有磷脂極性基團(磷酸膽堿基)的(共)聚合物被覆，所以可以提供生物適合性好的液滴噴出頭。因此，可以防止樣品溶液中的成分附著在液滴噴出頭的內壁等，以及防止與內壁引起的某種作用造成的噴出不良。另外，例如，由于樣品溶液含有的生物體相關物質(例如蛋白質)附著在液滴噴出頭的內壁后，由于結構變化引起失活的問題也可以防止。還有，由于可以防止樣品附著內壁，也可以防止樣品溶液的濃度隨時間的變化。另外，由于采用不兼有象噴墨方式那樣的發熱的靜電驅動方式，所以可以不損傷例如樣品溶液中含有的生物相關物質地向固相表面上穩定噴出。另外由于各一基板上備有多個收容室、加壓室、噴嘴以及聯絡他們的流路，在一并可以加工，簡化的工序中，可以提供點印DNA或蛋白質等更多種類原料溶液的液滴噴出頭。
上述含有磷酸膽堿基的不飽和化合物單元最好是2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿(以下稱MPC)單元。由于使用在一分子內含有作為生物膜組成成分的磷脂極性基團(磷酸膽堿基)和有利于聚合的甲基丙烯酰基的MPC，具有很好的生物適合性和被膜形成性，可以防止諸如樣品溶液中含有的蛋白質等生物相關物質的附著。
含有含上述磷酸膽堿不飽和化合物單元的共聚物，作為構成單元也可以含有2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿單元和(甲基)丙烯酸酯單元。利用這樣的構成，由于含有含不飽和磷酸膽堿基的不飽和單元，生物適合性好，另外由于含有(甲基)丙烯酸酯單元，機械強度也好。
上述含有含磷酸膽堿的不飽和化合物單元的共聚物，作為構成單元最好含有2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿單元和通過水解生成硅烷醇的含硅烷基的不飽和化合物單元。由于利用這樣的構成可以獲得長時間持續的生物適合性效果，所以可以認為能夠長時間地防止蛋白質等生物相關物質的附著。
上述液滴噴出頭最好是由玻璃和/或硅構成。玻璃和硅由于可通過光刻(蝕)法進行微細加工，所以很合適。另外作為含有含磷酸膽堿的不飽和化合物單元的共聚物，在作為構成單元含有通過水解生成硅烷醇的含硅烷基的不飽和化合物單元時，與硅烷醇的結合性高，可以形成穩定被膜。
上述第1基板是玻璃基板時，上述第2基板最好是硅基板。利用這樣的構成可通過光刻(蝕)法進行微細加工，所以很合適。另外利用靜電驅動方式時，由于用硅作為加壓室的振動板，所以耐久性高。另外作為構成單元含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元時，與硅烷醇的結合性高，可以形成穩定被膜。
上述第2基板是硅基板時，在上述第2基板備有的加壓室的內壁面與由上述含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有聚合物的共聚物形成的被膜之間最好形成硅氧化膜。利用這樣的構成，可使與被膜形成成分的結合性提高。
上述噴嘴孔附近的噴嘴面具有疏水性。由于噴嘴面具有疏水性，所以可以確實防止處于噴嘴面的樣品溶液、例如含有生物相關物質的溶液的混合。
本發明的液滴噴出頭的制造方法，是噴出樣品溶液的液滴噴出頭的制造方法，其特征是，包括使含有由磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有聚合物的共聚物的溶液附著在從上述樣品溶液的供給孔至液滴噴出嘴的溶液的流路的工序；以及使上述附著的溶液干燥，在上述流路內形成由含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有聚合物的共聚物構成的被膜的工序。
利用這樣的構成，由于在樣品溶液接觸的部位，可以形成由含有作為生物膜構成成分的磷脂極性基(磷酸膽堿)的(共)聚合物構成的被膜，所以可以提供生物適合性好的液滴噴出頭。因此，可以提供不會由于樣品溶液中的成分附著在液滴噴出頭的內壁，而使樣品溶液的濃度變化，以及不會由于生物相關物質(例如蛋白質)附著在液滴噴出頭的內壁造成結構變化而失活的液滴噴出頭。
上述附著工序是通過將含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有聚合物的共聚物的溶液充滿從上述樣品溶液的供給孔至液滴噴出嘴的溶液的流路內，使其附著的工序。利用這樣的構成，由于可以使被膜形成成分充分遍布于樣品溶液接觸的部分，因此在樣品溶液接觸的部分可以無遺漏地形成被膜。
本發明的其他形式的制造液滴噴出頭的制造方法，其特征在于，包括以下工序向液滴噴出頭的上述收容室、上述加壓室、上述流路以及上述噴嘴孔充填含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元構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劑蒸發，形成由上述聚合物或上述共聚物構成的被膜的工序，所述液滴噴出頭至少備有用于收容含有生物相關物質的溶液(以下也稱為含有生物相關物質溶液)的收容室，用于對噴出含有該生物相關物質溶液的的壓力進行加壓的加壓室，聯系上述收容部到上述加壓室的流路，將在上述加壓室擠出的液滴噴出的噴嘴孔。
利用這樣的構成，由于在含有生物關連物質溶液的接觸部位，可以形成由含有作為生物膜構成成分的磷脂極性基(磷酸膽堿基)的(共)聚合物構成的被膜，所以可以提供生物適合性好的液滴噴出頭。因此，可以提供不會由于樣品溶液中的成分附著在液滴噴出頭的內壁，而使樣品溶液的濃度變化，以及不會由于生物相關物質(例如蛋白質)附著在液滴噴出頭的內壁造成結構變化而失活的液滴噴出頭。
另外，也可以包括進行加熱處理后，對上述被膜進行固化的工序。當作為被膜形成成分，含有硅烷醇基，通過對硅烷醇基和基板表面的基團進行脫水縮合，對表面進行固化時，為了通過加熱促進被膜形成成分和基板的結合，根據需要也可以進行加熱處理。
本發明的微陣列制造裝置，其特征是，備有上述液滴噴出頭，以及對上述液滴噴出頭和接受來自該液滴噴出頭噴出的上述樣品溶液的微陣列基板的相對位置進行設定的位置控制機構。通過這樣的構成，由于使用生物適合性好的液滴噴出頭，可以防止樣品溶液中的成分附著在液滴噴出頭的內壁，而使樣品溶液的濃度變化，或不會由于生物相關物質(例如蛋白質)附著在液滴噴出頭的內壁造成結構變化而失活。另外，由于對液滴噴出頭和微陣列基板的位置可以相對地進行控制，可以自由地將液滴噴出頭移動到微陣列基板上的任一個地方，增加操作性。
本發明的微陣列的制造方法，其特征是，使用上述液滴噴出頭、上述微陣列制造裝置，將含有與靶分子特異結合的探針的溶液噴到微陣列上，使上述探針固定在微陣列表面。利用這樣的構成，由于使用生物適合性好的液滴噴出頭，可以防止樣品溶液中的成分附著在液滴噴出頭的內壁而使樣品溶液的濃度變化，以及不會由于生物相關物質(例如蛋白質)附著在液滴噴出頭的內壁造成結構變化而失活。因此可以形成探針量一定的的微陣列。
上述液滴噴出頭最好是有多個噴嘴，每個噴嘴噴出不同的探針。利用這樣的構成，可以提供在一個基板上進行多個試驗的微陣列。


圖1是本發明第1實施方式的液滴噴出頭的俯視圖。
圖2表示通過圖1的a～j的剖面圖。
圖3是用于說明本發明的第1實施方式的液滴噴出頭的動作機構的概念圖。
圖4是說明微陣列制造裝置具體例子的圖。
圖5是表示對液滴噴出頭的噴出性能進行評價的結果的圖。
具體實施例方式
以下，參照圖，就本發明的實施方式進行說明。
圖1是對本發明實施方式的液滴噴出頭進行大概說明的俯視圖。圖2表示對沿著圖1中的a點～j點的液滴噴出頭的剖面進行說明的剖面圖。圖3是用于說明本發明實施方式的液滴噴出頭的動作機構的概念圖。
就象圖1和圖2所表示的那樣，本實施方式的液滴噴出頭(噴墨頭)1備有多個可收容DNA以及蛋白質等生物相關物質的收容室101。這些收容室101中含有的供給的作為樣品溶液的DNA或蛋白質等生物相關物質的溶液，通過各個微陣列通道131，導入到加壓室105，通過由振動板109的彈性變位引起的內部壓力的變動，從噴嘴孔106以液滴形式噴出。
就象圖2所示的那樣，本實施方式的液滴噴出頭1是由形成有電極108的第1基板(以下稱為電極基板)、備有對用于噴出樣品溶液的壓力進行加壓的加壓室105的第2基板(以下稱為加壓室基板)，含有噴嘴孔106的第3基板(以下稱為噴嘴基板)，以及含有用于收容上述樣品溶液的收容室101的收容部120主要部分構成。另外，根據需要，也可以包含形成有聯系收容室101和加壓室105的微通道131(以下簡單地稱為流路)的流路基板124。
以下參照圖3對本實施方式的液滴噴出頭的構成及其動作機構進行說明。另外在該圖中，為了便于說明，記述了收容部、電極基板、加壓室基板、以及噴嘴基板等4層構造構成的液滴噴出頭，而沒有記述流路基板。另外，在同圖中只給出了單一的加壓室105圖示。
在加壓室基板122上與噴嘴基板123相對的面形成斷面凹部形狀的加壓室105和用于將來自設置在收容部120的收容室101的樣品溶液供給各個加壓室105的流路102、103、104。加壓室105的形狀沒有特別限制，例如，使用面取向為(110)的硅基板，用氫氧化鉀水溶液等進行各向異性蝕刻時，加壓室105變成了由相對于垂直于硅基板的面成約35度角的斜面構成的斷面舟型。在同一基板的表面和背面可以通過熱氧化法形成例如約1μm膜厚的硅氧化膜。另外對于流路102、103、104，形狀也沒有特別限定，例如可以通過蝕刻與加壓室105同時形成。那么來自收容室101的樣品溶液流過設置在基板的垂直方向的流路102，一旦滯留在連接于流路102下方的流路103，可以通過小徑的流路104送到加壓室105。
構成加壓室105的材料沒有特別限定，無論是玻璃、硅、還是樹脂都可以用，但從微細加工性、與硅烷醇基的結合性等觀點考慮，最好使用例如玻璃基板或硅基板，特別是從耐久性觀點考慮，硅基板最好。另外使用硅基板時，對該表面進行硅氧化膜表面處理最合適。通過做成硅氧化膜，可以提高與硅烷醇的結合性。
另外，作為這樣的硅基板，可以是單晶硅基板、多晶硅基板、SOI基板中的任一種。而作為硅氧化膜的成膜法，不限于熱氧化法，可以利用濺射法、蒸鍍法、離子鍍法、溶膠凝膠法、CVD法等各種成膜技術。
在噴嘴基板123中，用于將在各個加壓室105中擠出的樣品溶液噴到外部的噴嘴孔106，在對應于加壓室105的位置形成。作為噴嘴基板123，可以使用例如硅基板和玻璃基板，硅基板特別合適。通過將噴嘴基板123做成硅基板，可以確保與生物相關物質的親和性，另外加工性也好。與噴嘴基板123的加壓室基板122接合的相反一側的面(以下稱為噴嘴面)的噴嘴孔106附近，最好進行疏水處理。通過對噴嘴面進行疏水處理，可以防止噴嘴孔106間的交叉污染。
在電極基板121的與加壓室基板122相對的面中，在對應于加壓室105的位置，形成只與設置在加壓室基板122的加壓室105底部的振動板109形成大致一定的微小間隙的凹部。微小間隙的間隔是用于對液滴噴出頭進行靜電驅動所必需的，而且需要充分的間隔，例如，2μm合適。可以使在該凹部的底面成膜用于在與加壓室基板122之間使靜電力形成的細長電極108。為了成膜電極108，可以用濺射法，形成約0.1μm厚度的銦·錫·氧化物膜。
作為加壓室基板122、電極基板121、以及噴嘴基板123，在將硼硅酸玻璃以及硅基板組合用時，各個基板之間例如可以通過陽極接合進接合。如果利用陽極接合，由于通過靜電吸引可以強力接合，所以接合簡便。
另外，作為加壓室基板122、電極基板121、以及噴嘴基板123使用硅基板時，各個基板之間例如可以使用粘接劑等進行接合。另外，使用玻璃基板時，用稀氟酸溶液等可以對兩基板間進行接合。
為了對電極基板121和加壓室基板122進行陽極接合，例如可以使用由硼硅酸玻璃基板構成的電極基板121和由硅基板構成的加壓室基板122，使電極基板121和加壓室基板122的位置能夠使流路102進行連接，加壓室105對應于電極108那樣地精密對準，用適度的壓力使兩者疊合，升溫到接近300℃～500℃，在1×10-4Torr程度的真空或氮氣氛下，向兩個基板之間外加200V～1000V的直流電壓，使得硅基板側為正電位。這樣，硼硅酸玻璃基板含有的堿金屬離子鈉離子偏析到硼硅酸玻璃基板的另一側(圖示左側)的表面。另一方面，殘留在同一基板的多余的負離子在與硅基板的接合面中形成空間電荷層之后，在硅基板和硼硅酸玻璃基板之間誘發強靜電引力，使兩者強力接合。而硼硅酸玻璃基板含有很多堿性離子，不僅適合陽極接合，而且由于熱膨脹系數與硅基板幾乎一致，所以可以得到在基板的接合面變形少的確實的接合。
對加壓室基板122和電極基板121進行接合后，為了維持兩者的微小間隙，將環氧樹脂等有適度彈性和絕緣性好的支持構件110插入到同一基板上端部的微小間隙之間。
另外，在陽極接合中使用硼硅酸玻璃基板時，通過在同一玻璃基板中添加MgO，Al2O3，CaO等，使同一玻璃基板的熱膨脹系數與硅基板的熱膨脹系數吻合，可以進行調整以便降低陽極接合時的熱應力，另外，最好是通過將硼硅酸玻璃基板溫度設定得比硅基板溫度稍高些，使得熱應力引起的基板的變形量的差變小，在接合面盡可能不產生彎曲。
由硅基板構成的加壓室基板122和噴嘴基板123使用對生物相關物質沒有影響的粘合劑進行接合。而作為電極基板121或噴嘴基板123，也可以使用對表面進行了氧化處理的硅基板。特別是當電極基板121使用硅基板時，通過在應當成膜電極108的地方擴散p型或n型雜質，可以形成起到電極108作用的電極層。
在收容部120形成貫穿孔，通過與電極基板121接合，可以形成收容(儲留)樣品溶液的收容室101。收容室101的與基板平面平行的面的斷面形狀可以是圓形狀，也可以是四角形狀，沒有特別限定。但是，從防止樣品溶液損失觀點考慮，最好是圓形狀。另外在本實施方式中，收容部通過設置在基板上的貫穿孔形成的，但不限定于此，也可以是含有多個備有與各個加壓室聯系的流路連接的貫穿孔的凹部的容器。
收容部120的材料也沒有特別限定，可以使用玻璃、硅、樹脂等任一種，但從加工性等觀點考慮，可以使用丙烯酸樹脂(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))或聚氯乙烯(PVC)等樹脂。收容部120和電極基板121的接合是通過將兩個基板調整到所定的位置，用對生物相關物質沒有影響的粘合劑進行粘合固定來進行的。
另外，也可以在電極基板121和收容部120之間形成流路基板124(參照圖2)。這樣的流路基板124由例如硅基板或玻璃基板構成，通過蝕刻形成溝，可以形成聯系電極基板中形成的流路102和收容室101的微通道(流路)131。
在本實施方式中，液滴噴出頭的內壁中上述樣品溶液接觸的部位用由含有磷酸膽堿基的不飽和化合物單元構成的聚合物或含有聚合物的共聚物(以下稱為含有磷酸膽堿基的(共)聚合物)被覆。具體來說，在本實施方式中，收容液滴噴出頭的內壁的樣品溶液的收容室101、流路102、103、104、加壓室105、以及噴嘴孔106的內壁都被含有磷酸膽堿基的(共)聚合物被覆。
作為含有磷酸膽堿基的不飽和化合物，如MPC、2-甲基丙烯酰氧基乙氧基乙基磷酸膽堿、6-甲基丙烯酰氧基己基磷酸膽堿、10-甲基丙烯酰氧基癸基磷酸膽堿、丙烯基磷酸膽堿、丁烯基磷酸膽堿、己烯基磷酸膽堿、辛烯基磷酸膽堿、癸烯基磷酸膽堿等。從聚合性、容易獲得等觀點考慮，其中MPC最好。這些含有磷酸膽堿基的不飽和化合物無論單獨、還是2種以上組合使用都可以。含有磷酸膽堿基的不飽和化合物的含有量相對于整個構成單元，希望為5～100摩爾％，5～90摩爾％更好，25～90摩爾％最好。當不到5摩爾％時，生物材料適合性不能充分表現。另外包含含有后面敘述的硅烷基的不飽和化合物單元的聚合物，從與基體材料表面的結合性的觀點考慮更好。
另外，作為含有磷酸膽堿基的共聚物，作為含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元以外的構成單元，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-羥基乙基甲基丙烯酸酯等甲基丙烯酸酯類；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單體單元。其中如果使用甲基丙烯酸酯類，機械強度好，是優選的。這些共聚合性單體單元無論單獨、還是2種以上組合使用都可以。該共聚合性單體單元相對于整個構成單元，希望為0～95摩爾％，10～75摩爾％更好。
另外，作為含有磷酸膽堿基的共聚物，最好是含有作為構成單元含經水解生成硅烷醇基的含有硅烷基的不飽和化合物單元。
這里所謂的經水解生成硅烷醇基的硅烷基，是與水接觸容易受到水解，生成硅烷醇基的硅烷基，例如鹵化硅烷基、烷氧基硅烷基、苯氧基硅烷、乙酰氧基硅烷等。其中由于鹵化硅烷基、烷氧基硅烷基容易生成硅烷醇基，所以最理想。
作為上述含有硅烷基的不飽和化合物單元，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、乙烯基三異丙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基異丁基二甲氧基硅烷、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從與MPC的共聚物性好，獲得容易等方面考慮，更理想。這些含有磷酸膽堿基的不飽和化合物無論是單獨，還是2種以上組合使用都可以。
作為含有磷酸膽堿基的共聚物，含有上述硅烷基的不飽和化合物單元相對于整個構成單元含有0.01～10摩爾％最好。如果處于上述范圍，則與液滴噴出頭的內壁的結合性好，而且來自磷酸膽堿基的生物適合性也傾向于特別好。
這樣的含有磷酸膽堿基的(共)聚合物可以利用以往眾所周知的方法制造，另外作為商品也已經上市，例如從日本油脂(株)可以買到。
以下，就含有磷酸膽堿基的(共)聚合物的被覆方法的一個例子進行說明。
將含有磷酸膽堿基的(共)聚合物溶解于可溶解含有磷酸膽堿基的(共)聚合物的有機溶劑，終濃度例如可以為0.05～10重量％、最好是0.1～0.5重量％，制備被膜溶液。
然后使用諸如注射器將該被膜溶液充分地充填到從圖1所示的那樣液滴噴出頭的各個收容室101或噴嘴孔106到液滴噴出頭的內部孔洞內。
接下來，在室溫下或加溫下使有機溶劑干燥。
作為有機溶劑只要是可溶解含有磷酸膽堿基的(共)聚合物的溶劑都可以，例如可以使用甲醇、乙醇、1，4-二氧雜環己烷、丙酮等單獨溶劑或他們的混合溶劑。其中，甲醇和乙醇由于沸點低，容易干燥，另外從即使殘存對生物相關成分也沒有影響的觀點考慮，更好。
另外，含有磷酸膽堿基的(共)聚合物含有作為構成單元的含經水解生成硅烷醇基的硅烷的不飽和化合物單元時，由于需要使硅烷醇生成，所以在有機溶劑中最好含有少量水或酸。
作為向液滴噴出頭的內壁的被覆量，每1cm2磷酸膽堿基為10-10～10-5摩爾比較好，10-9～10-5摩爾更好。如果是這樣的范圍，可以充分發揮生物適合性。
另外，在上述干燥工序后，最好向液滴噴出頭內充填蒸餾水，在室溫下或加熱下放置一會兒。通過這樣的操作，可以提高在液滴噴出頭內形成的被膜與水的親和性(將該處理稱為平衡化)。
另外，含有磷酸膽堿基的(共)聚合物含有作為構成單元的含上述硅烷基的不飽和化合物單元時，在上述干燥工序后，為了促進含有磷酸膽堿基的(共)聚合物的硅烷醇基間、或硅烷醇基和羥基、氨基等通過脫水縮合交聯，以及提高與液滴噴出頭的內壁表面的羥基、羰基、氨基、酰胺基等和硅烷醇基的結合，最好進行加熱處理。在例如60～120℃下進行30分鐘～24小時進行加熱處理最好。另外加熱處理可以與干燥處理同時進行。
另外，構成液滴噴出頭的材料就象上述說明的那樣，從提高與作為被膜形成成分的含有磷酸膽堿基的共聚物的結合的觀點考慮，在表面含有可與硅烷醇基結合的羥基、羰基、氨基、酰胺基等的材料最好。而當在表面沒有可與硅烷醇結合的基團時，通過經氧化處理導入羥基，導入可與硅烷醇基結合的基團，可以提高成為基體材料的液滴噴出頭與被膜的結合性。
基體材料表面的氧化處理利用以往眾所周知的方法，無論是化學處理，還是物理處理都可以。具體來說，例如，對于硅基板，如常用上述熱氧化處理等，另外如在含有氧氣的氣體中進行等離子體處理的方法，用含有過錳酸鹽的硫酸溶液進行處理的方法。
要驅動象上述那樣構成的液滴噴出頭1，在加壓室基板122的右端面成膜的金或白金構成的共通電極112和于電極基板121成膜的電極108間外加來自外部電源107的輸出電壓。該輸出電壓振幅為從0V至35V的矩形脈沖波。加電壓后，電極108表面帶正電，而對置的加壓室基板122的表面帶負電。該結果使得靜電力對兩者都有作用，作為加壓室基板122壁薄部分的加壓室105的底部向電極基板121側稍彎曲，進行彈性變形。即，處于加壓室105的底部的可塑性的硅氧化膜，由于靜電驅動進行彈性變形，作為進行加壓室105內的壓力調整的振動板109起作用。然后當使加到電極108的電壓處于關閉時，由于靜電力解除后，振動板恢復到原來的位置，加壓室105內的壓力瞬間急劇增高，來自噴嘴孔106的樣品溶液以點狀的微小液滴噴出。液滴是幾個微微升程度的微滴。在加壓室105側彎曲的振動板109再度向電極基板121側彎曲，由于使加壓室105內的壓力急劇下降，由收容室101通過流路102、103、104向加壓室105補給樣品溶液。
例如，做成微陣列時，在液滴噴出方向配置作為探針的支持體(固相、微陣列基板)的載玻片，將含有探針DNA或蛋白質等的各種生物相關物質的液滴噴到載玻片上，通過使這些探針吸附在同一基板上，可以制作高集成化的探針陣列(微陣列)。
在含有探針DNA或蛋白質的溶液中，由于相應的核酸和蛋白質的種類的粘度顯著不同，所以如果使用同一的液滴噴出頭，每一個噴嘴噴出不同的蛋白質溶液，每次噴出的噴出量每個噴嘴都不相同。這樣一來，由于每個噴嘴噴出液的重量不同，每一點處探針的集成密度不同，所以不能制造均質的探針陣列。因此，使用同一的液滴噴出頭，由不同噴嘴噴出粘度不同的蛋白質溶液等時，通過對每一個噴嘴預先設定液滴噴出次數，可以將向載玻片上的噴出重量調整到大致均一。
另外，為了使液滴點的重量均一，除了象上述那樣根據液滴的粘度調整噴出次數的手法以外，通過預先改變每個噴嘴的驅動電壓的設定，也可以使液滴點的重量均一。
作為向固相上固定的探針(生物相關物質)，可以使用上述的物質，更具體地講，作為探針也可以使用與受體特異結合的配體、與抗原特異結合的抗體、與酶特異結合的底物等各種蛋白質、具有與靶DNA互補的堿基序列的探針DNA等。
另外，在本實施方式中，作為液滴噴出頭，如靜電驅動方式，本發明不限定于此，也可以是使用壓電元件的壓電驅動方式。
以下就備有本實施方式的液滴噴出頭的微陣列制造裝置進行說明。
圖4是說明微陣列制造裝置的具體例子的圖。該圖所示的微陣列制造裝置備有液滴噴出頭1、作業臺201、Y方向驅動軸202、X方向導向軸204、作業臺驅動馬達205、臺座206、控制部207。另外，在作業臺201上安置了例如48片微陣列用的基板208。在該基板208上通過點印所期望的探針溶液(含有生物相關物質的溶液)，可以制造微陣列。
在Y方向驅動軸202中連接著Y方向驅動馬達203。Y方向驅動馬達203例如可以是步進馬達等，如果由控制部207供給與Y軸方向對應的動作信號，可以使Y方向驅動軸202旋轉。Y方向驅動軸202一旋轉，液滴噴出頭1向Y方向驅動軸202的方向移動。
X方向導向軸204相對于臺座206不能動那樣固定。而在作業臺201中連接著作業臺驅動馬達205。作業臺驅動馬達205例如可以是步進馬達等，如果由控制部207供給與X軸方向對應的驅動信號，可以使作業臺201向X軸方向移動。就是說，通過將作業臺201向X方向驅動，驅動液滴噴出頭1向Y軸方向，可以將液滴噴出頭1在基板208上的所期望的地方移動。
控制部207向液滴噴出頭1供給用于控制探針溶液的噴出時間和噴出次數等的驅動信號。另外，控制部207對于Y方向驅動馬達203以及作業臺驅動馬達205的各個馬達供給用于控制這些動作的驅動信號。
而上述Y方向驅動軸202、Y方向驅動馬達203、控制部207分別對應于掃描驅動機構，而X方向導向軸202、作業臺驅動馬達205、控制部207分別對應于位置控制機構。
如果是備有這樣構成的本發明的探針陣列制造裝置，可以將更多種類的探針溶液噴出到基板208上，可顯著提高作業效率。
就象以上說明的那樣，通過本實施方式，由于樣品溶液，特別是含有生物相關物質的溶液的接觸部位，都被作為生物膜構成成分的磷脂極性基(磷酸膽堿基)的(共)聚合物被覆，所以可提供生物適合性好的液滴噴出頭。因此，可以防止樣品溶液中的成分附著在液滴噴出頭的內壁等產生不良的后果，另外，也可以防止由于生物相關物質(例如蛋白質)附著在液滴噴出頭的內壁造成結構變化引起失活的問題。另外由于可以防止樣品附著內壁等，也可以避免樣品溶液的濃度隨時間的變化。
液滴噴出頭由于是以玻璃基板和硅基板作為主要構成材料，用在半導體制造工序等中利用的平版印刷工序可以很容易設計、加工，另外，裝置參數的變更由于可以只通過變更光掩膜的圖形就可完成，設計變更便利。特別是含有蛋白質等的溶液的粘性如與通常的墨水比較，由于根據蛋白質等的種類而粘性、表面張力等物性的特性顯著不同，需要對液滴噴出頭的噴嘴直徑、噴嘴間距等各個尺寸進行最優化，由于只變更光掩膜的圖形就可以容易設計變更，是很便利的。另外，由于利用半導體制造工序可以進行高精度的微細加工，尺寸精度好，制造微陣列(探針陣列)時的液滴點的大小沒有偏差。另外由于利用半導體制造工序，所以有利于低成本進行生產。
另外，作為硼硅酸玻璃基板和硅基板的接合機構，由于可以利用陽極接合，可簡易結合。另外，由于用靜電力驅動，象Bubble Jet(注冊商標)那樣使蛋白質等變性的擔心也不存在了，由于可以進一步簡化裝置構成，所以可通過液滴噴出頭的小型化使得凈體積變小。另外，通過噴嘴的窄間距化可以形成高密度的點。另外由于利用靜電驅動，不僅操縱的可靠性高，壽命長，而且可以高頻驅動，可以高速噴出。
另外利用本實施方式的微陣列制造裝置，可以將更多種類的探針溶液(含有生物相關物質的溶液)噴到基板上，可以顯著地提高作業效率。
實施例(實施例1)液滴噴出頭的準備準備象圖1所示那樣的液滴噴出頭。
對于加壓室基板、噴嘴基板使用硅，對于電極基板使用硼硅酸玻璃，對于收容部使用PMMA(甲基丙烯酸樹脂)。
被膜溶液的制備準備MPC和MPTMS(3-甲基丙烯酰丙基三甲氧基硅烷)的摩爾比為9∶1的共聚物(以下稱之為MPC-MPTMS共聚物)。將該MPC-MPTMS共聚物溶解于乙醇中，制備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產品，而MPTMS使用信越硅公司制造的產品。
將所定量的MPC和MPTMS分別溶解于5ml乙醇后，進行混合使摩爾比為90/10，用乙醇稀釋使總單體濃度為10重量％，制備15ml的單體溶液。向玻璃制反應容器中加入作為聚合引發劑的AIBN 0.01mmol和單體溶液，進行5分鐘氮氣置換后進行封管。聚合反應于設定在60℃的油浴槽中進行6小時。于常溫下冷卻后，開管，用加入到500ml的燒杯的弱溶劑的醚和氯仿的混合溶液(體積比7∶3)300ml進行再沉淀。然后將經一夜減壓干燥得到的產物再一次溶解于15ml乙醇中，用同樣的條件進行再沉淀，然后經一夜減壓干燥得到目的MPC-MPTM共聚物。MPC-MPTM共聚物中的MPC組成，通過在重乙醇中的NMR測定進行確認。
被膜的形成由上述那樣準備的液滴噴出頭的收容室開始，用注射器將上述MPC-MPTM共聚物0.1重量％的乙醇溶液作為被覆液注入，充填到液滴噴出頭的流路內。在這一狀態下保持1分鐘后，吸濾除去被覆液。然后于80℃下保持1小時，使被覆液干燥、固定。然后于純水中浸漬2小時以上，進行被膜平衡化處理。通過這樣處理，可以得到經MPC-MPTMS共聚物被覆的液滴噴出頭。
(比較例1)用與實施例1同樣的液滴噴出頭，將不進行被膜形成(被覆)的液滴噴出頭作為比較例1。
(評價試驗)通過胰島素溶液的噴出性能對液滴噴出頭的噴出性能進行評價。胰島素溶液的噴出性能的評價根據ELISA法進行。作為ELISA法的試驗試劑盒使用Mercodia公司生產的商品名為Insulin，Mouse，ELISA Kit(96孔)。
以下就具體的順序進行說明。
首先，準備0.28μg/L、0.67μg/L、1.6μg/L、3.9μg/L、6.8μg/L5種不同濃度的胰島素溶液。
將這5種胰島素溶液分別收在液滴噴出頭內，注入培養板的各個孔內，每孔注射13000次。而13000注射在噴出良好的情況下，總量為25μl。噴出條件為f＝2kHz、Pw＝20μsec、38V。
然后，向已經加入胰島素溶液的各個孔各注入50μl的HRP標記的胰島素抗體。在振蕩器振蕩下于室溫下溫育2小時。
用巴氏移液管將上清液吸除后，用350μl的清洗液清洗5次。除去清洗液后，每個孔供給200μl的HRP底物TMB，放置15分鐘。然后加入反應終止劑硫酸50μl，用振蕩器振動5秒鐘后，使用平板讀出儀，測定450nm的吸光度。
另外通過與上述同樣的方法，就比較例1的液滴噴出頭(沒有被覆)也進行噴出性能評價。另外作為參考例，使用各種微量移液管將上述不同濃度的5種胰島素溶液供給各個孔中，進行與上述同樣的評價。
圖5給出了對液滴噴出頭的噴出性能進行評價的結果。
就象圖5所示的那樣，對于使用實施例1的實施了被覆的液滴噴出頭，可以觀察到與作為參考例表示的使用微量移液管各供給5μl的情況幾乎同等的吸光度。因此，如果用實施例1實施了被覆的液滴噴出頭，胰島素不會在液滴噴出頭內附著和變形等，而且可很好地噴出。另外，對于使用比較例1的沒被覆的液滴噴出頭情況，無論在哪一種胰島素濃度下，吸光度都減少了。吸光度減少的原因之一可能是在使用比較例1的液滴噴出頭時，也存在沒有噴出液滴的情況，認為沒有噴出全部量的胰島素溶液等。
權利要求
1.一種液滴噴出頭，用于噴出樣品溶液，其中，在上述液滴噴出頭的內壁中的、上述樣品溶液接觸的部位，被由含有磷酸膽堿基的不飽和化合物單元構成的聚合物或含有該聚合物的共聚物被覆。
2.根據權利要求1所述的液滴噴出頭，其中，上述液滴噴出頭是靜電驅動方式或壓電驅動方式。
3.一種液滴噴出頭，用于噴出樣品溶液，備有第1基板，在表面具有1個或多個電極；第2基板，具有通過微小間隙與上述第1基板的設置上述電極的部位對置配置的、利用與上述電極的電位差對應的靜電力進行彈性變形的振動扳，以及通過該振動扳的變位對加壓室內的壓力進行調整、將充填到該加壓室內的上述樣品溶液壓出到噴嘴的1個或多個加壓室；第3基板，具有1個或多個用于噴出從上述加壓室擠出的上述樣品溶液的噴嘴孔；收容部，配置在上述第1基板的另一面側，具有用于收容上述樣品溶液的收容室，其中，在上述第1基板以及上述第2基板中含有連接上述收容部到上述加壓室的流路，至少上述收容部、上述加壓室、上述流路、以及上述噴嘴孔的內壁，都被由含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有該聚合物的共聚物被覆。
4.根據權利要求1或3所述的液滴噴出頭，其中，含有磷酸膽堿基的不飽和化合物單元是2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿單元。
5.根據權利要求1或3所述的液滴噴出頭，其中，含有含上述磷酸膽堿不飽和化合物單元的共聚物，作為構成單元，含有2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿單元和(甲基)丙烯酸酯單元。
6.根據權利要求1或3所述的液滴噴出頭，其中，含有含磷酸膽堿的不飽和化合物單元的共聚物，作為構成單元，含有2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿單元和通過水解生成硅烷醇的含硅烷基的不飽和化合物單元。
7.根據權利要求1或3所述的液滴噴出頭，其中，上述液滴噴出頭是由玻璃和/或硅構成的。
8.根據權利要求3所述的液滴噴出頭，其中，第1基板是玻璃基板，第2基板是硅基板。
9.根據權利要求8所述的液滴噴出頭，其中，第2基板是硅基板，在上述第2基板備有的加壓室的內壁面和由上述含有磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有該聚合物的共聚物形成的被膜之間，還形成硅氧化膜。
10.根據權利要求3所述的液滴噴出頭，其中，噴嘴孔附近的噴嘴面具有疏水性。
11.一種液滴噴出頭的制造方法，是噴出樣品溶液的液滴噴出頭的制造方法，包括使含有由含磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有該聚合物的共聚物的溶液附著在從上述樣品溶液的供給孔至液滴噴出嘴的溶液的流路的工序；使上述附著的溶液干燥，在上述流路內形成由所述聚合物或含有該聚合物的共聚物構成的被膜的工序。
12.根據權利要求11所述的液滴噴出頭的制造方法，其中，上述附著工序，是通過在從上述樣品溶液的供給孔至液滴噴出嘴的溶液的流路內，充滿含有由含磷酸膽堿基不飽和化合物單元構成的聚合物或含有該聚合物的共聚物的溶液，使其附著的工序。
13.根據權利要求11或12所述的液滴噴出頭的制造方法，其中，還包括進行加熱處理后對上述被膜進行固化的工序。
14.一種微陣列制造裝置，備有權利要求1或3所述的液滴噴出頭，以及對上述液滴噴出頭和接受來自該液滴噴出頭噴出的上述樣品溶液的微陣列基板之間的相對位置，進行設定的位置控制機構。
15.一種微陣列的制造方法，使用權利要求1或權利要求3所述的液滴噴出頭、或權利要求14所述的微陣列制造裝置，將含有與靶分子特異結合的探針的溶液噴到微陣列上，使上述探針固定在微陣列表面。
16.根據權利要求15所述的微陣列制造方法，上述液滴噴出頭有多個噴嘴，每個噴嘴噴出不同的探針。
全文摘要
本發明提供一種適合于含有生物相關物質的樣品溶液噴出的液滴噴出頭。作為用于噴出樣品溶液的液滴噴出頭(1)，在液滴噴出頭(1)的內壁中的上述樣品溶液接觸的部位，用由含磷酸膽堿基的不飽和化合物單元構成的聚合物或含有該聚合物的共聚物被覆，通過這樣被覆的液滴噴出頭可以防止樣品溶液中的成分附著在液滴噴出頭的內壁，防止由于樣品和內壁的作用造成的噴出不良。另外，該液滴噴出頭最好是靜電驅動方式或壓電驅動方式。
文檔編號G01N37/00GK1572498SQ20041004530
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月21日 優先權日2003年5月28日
發明者高城富美男, 石原一彥 申請人:精工愛普生株式會社, 石原一彥