JP2004101218A - Method and apparatus for manufacturing microarray, control method, control apparatus, and cartridge for manufacturing microarray - Google Patents
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Abstract
【課題】ソフト的、制御法的な手法でノズル位置または液滴の着弾位置の位置ずれを補正することによって、高密度のマクロアレイを短時間で製造することが可能なマイクロアレイの製造方法及び製造装置並びにマイクロアレイ製造のための制御方法、制御装置及び吐出容器を提供する。
【解決手段】インクジェット方式の吐出ヘッド22を有するカートリッジ20を複数搭載したキャリッジ12をX方向に等速度で移動し、基板100をセットしたテーブル14をキャリッジの移動方向Xと直角なY方向に間欠的に移動して、基板上にカートリッジ内の液体を吐出ヘッドから吐出してマイクロアレイを製造する方法であって、事前に、カートリッジ20の吐出ヘッド22の全数について、液滴の着弾位置を撮像手段30とその画像データの画像処理により測定し、その測定結果をもとに目標位置に液滴を吐出するよう吐出位置を補正する。
【選択図】 図1A method and a method for manufacturing a microarray capable of manufacturing a high-density macroarray in a short time by correcting a positional deviation of a nozzle position or a landing position of a droplet by a method of software and a control method. An apparatus and a control method, a control apparatus, and a discharge container for manufacturing a microarray are provided.
A carriage on which a plurality of cartridges each having an ink jet type ejection head are mounted is moved at a constant speed in an X direction, and a table on which a substrate is set is intermittently moved in a Y direction perpendicular to the carriage movement direction. Moving the liquid and discharging the liquid in the cartridge from the discharge head onto the substrate to manufacture a microarray. In this method, beforehand, for all the discharge heads 22 of the cartridge 20, the droplet landing positions are imaged. The measurement is performed by image processing of the image data 30 and the image data, and the ejection position is corrected based on the measurement result so that the droplet is ejected to the target position.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばDNAやRNA、タンパク質などのプローブサンプルを例えばインクジェット方式により基板上に吐出して作製するマイクロアレイの製造方法及び製造装置並びにマイクロアレイ製造のための制御方法、制御装置及びカートリッジに関する。
【0002】
【従来の技術】
遺伝子研究機関、医療、薬品開発の研究機関等においては、DNA解析や免疫学的解析等のために、スライドグラスのような基板上に、数千〜数万種類のDNA(デオキシリボ核酸)やRNA(リボ核酸)、タンパク質などの生体分子溶液をマトリックス状にスポットしたマイクロアレイ(バイオチップサンプル)が用いられる。このようなマイクロアレイを作製するには、例えば、特許文献1に示すような接触ピン、または特許文献2に示すようなマイクロピペットを用いて、基板上にプローブとなる液体サンプルを付着あるいはスポットする方法がとられている。
【0003】
前記の接触ピン法は、複数の接触ピンを液体容器と基板との間でX,Y,Z方向に移動させて、接触ピンに付着させた液滴を基板上に付着する方法である。
また、マイクロピペット法は、試料の液体を入れたマイクロピペットをX,Y,Z方向に移動させ、試料液に圧力を加えてマイクロピペットの先端から液滴を基板上にスポットする方法である。
しかしながら、これらの方法では、接触ピンまたはマイクロピペットの数が少ないため、高密度のマイクロアレイを作製するためには、接触ピンやマイクロピペット、あるいはヘッドを頻繁にX,Y,Z方向に移動させる必要があり、非常に時間がかかるという問題がある。また、液滴の量的コントロールも非常に困難である。
【0004】
そこで一方では、電気泳動法によるキャピラリアレイによってマイクロアレイを作製する方法が提案されている(例えば、特許文献3)。
電気泳動法は、キャピラリと基板との間に電圧を印加してキャピラリ内の液体を電界作用で盛り上がらせ液滴に分離する方法である。
しかし、この方法でも、基板及びウェルまたはマイクロタイタープレートをセットしたテーブルをX,Y,Z方向に移動させる必要があり、時間がかかるものである。また、高密度化にも難点がある。
【0005】
その反面、最近ではインクジェット法により複数のノズルからプローブとなる液体(プローブサンプルまたは液体サンプルともいう)を基板上に吐出するマイクロアレイ製造技術が注目を浴びている。これは、インクジェット法が、インクジェットヘッドの小型・高密度化が可能なこと、極少量の液滴を目的の位置に高精度に打つことができること、吐出ヘッドが基板に接触しないこと、基板材料にガラスや合成樹脂、金属、フィルム等任意の材料が使用できること、動作音が低いこと、低コストであることなどの特徴を有しているからである。
インクジェット法は、インクジェットヘッドのアクチュエータ部を、例えば圧電体により変位させることにより、ダイヤフラムポンプの作用でノズル先端から液滴を吐出させる方法である。
【0006】
このようなインクジェット法を用いたものとして、例えば特許文献4がある。この方法は、それぞれ異なる種類の液体を入れたリザーバタンクを複数配列した取付板の下面に、単一の液体サンプルを吐出できるマイクロピペットをリザーバタンクと同数並べて一体化した吐出ヘッドを用いて、インクジェット法により多種類の液体サンプルを基板上に吐出することとしている。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−287670号公報(特許請求の範囲、図3)
【特許文献2】
米国特許第5601980号明細書(特許請求の範囲、図1)
【特許文献3】
特開2001−165904号公報(特許請求の範囲、図1)
【特許文献4】
特開2001−186880号公報(特許請求の範囲、図4−図8)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなインクジェット法によれば、吐出ヘッドと基板とを水平面内で相対的に移動させ、その移動の走査を制御することにより、液体サンプルを例えば0.2mm×0.2mmピッチで吐出させることができ、高密度のマイクロアレイを作製することができる。
しかしながら、このような高密度のマイクロアレイを作製するためには、まずノズル位置及びノズル間隔の寸法精度が機械的に高精度に確保されていることが前提となる。しかるに、前記特許文献4の吐出ヘッドは、単一のノズルを有するヘッド部を複数並べて配置したものであるので、ヘッド部の製作誤差や取付誤差等が累積する結果、ノズル位置または液滴の着弾位置に位置ずれが生じる。
マイクロアレイでは、ノズル位置または液滴の着弾位置の位置ずれが大きいと、隣同士の液体サンプルが接触・混合して使いものにならなくなるため、そのような事態は絶対に避けなければならない。また、ノズル位置または液滴の着弾位置の位置ずれを抑えるために製作精度を上げることには限界があるだけでなく、コストアップとなる。また、位置決め精度を上げるなどの手段にもコスト面で限界がある。
【0009】
したがって、本発明の目的は、吐出ヘッドやノズル位置の寸法精度に起因する位置ずれを許容したうえで、ソフト的、制御法的な手法でノズル位置または液滴の着弾位置の位置ずれを補正することによって、高密度のマクロアレイを短時間で製造することが可能なマイクロアレイの製造方法及び製造装置並びにマイクロアレイ製造のための制御方法、制御装置及びカートリッジを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロアレイの製造方法は、液滴吐出方式の吐出ヘッドを有するカートリッジを複数搭載したキャリッジをX方向に等速度で移動し、基板をセットしたテーブルを前記キャリッジの移動方向Xと直角なY方向に間欠的に移動して、前記基板上に前記カートリッジ内の液体を前記吐出ヘッドから吐出して多数のプローブサンプルをマトリックス状に配列してなるマイクロアレイを製造する方法であって、
事前に、前記カートリッジの吐出ヘッドの全数について、液滴の着弾位置を測定する工程と、その測定結果をもとに目標位置に液滴を吐出するよう吐出位置を補正する工程とを含むことを特徴とする。
【0011】
本発明は、液滴吐出方式の吐出ヘッドを有する複数のカートリッジをキャリッジに搭載し、テーブルにはマイクロアレイ作製用の基板をセットし、キャリッジ及びテーブルをそれぞれX,Y方向に走査してマイクロアレイを作製するものである。そのため、キャリッジに各カートリッジを装着したときに、必ずしも各カートリッジの吐出ヘッドのノズル位置、またはノズルから吐出された液滴の着弾位置が正確に出ているとは限らない。
そこで、実際にマイクロアレイを作製する前に、液滴の着弾位置の位置ずれを検査・測定することにしている。そして、その測定結果をもとに目標位置に液滴を吐出するよう吐出位置を補正するので、マイクロアレイ作製時には目標位置に正確に液滴を吐出させることができる。
したがって、本発明によれば、カートリッジの吐出ヘッドやノズル位置の寸法精度をそれほど高い精度に向上させなくても、高い精度で吐出させることができ、高密度のマイクロアレイを短時間で製造することができる。
なお、本発明において、キャリッジとテーブルの関係は相対的に移動するものであり、等速運動と間欠運動が互いに反対になってもよいものである。
【0012】
本発明において、マイクロアレイとは、ガラス等の基板上に、数千〜数万種類のDNAやRNA、タンパク質などのプローブサンプルが配列されたものである。DNAマイクロアレイ(DNAチップともいう)がその代表的な例である。また、DNA(Deoxyribo Nucleic Acids:デオキシリボ核酸(遺伝物質))とは、塩基、糖(デオキシリボーズ)及びリン酸が結合したもの(ヌクレオチド)がさらに結合し、最終的には二重らせん形となったものである。ここで、塩基はアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)の4種類がある。また、DNAマイクロアレイは、DNAの相補性を利用し、検査、解析に利用するものである。
RNA(ribonuclec acid:リボ核酸)は、リボヌクレオチドが重合した核酸で、リボソームRNA、伝令RNA、転移RNAなどがあり、核のみでなく細胞全体に分布している。塩基はアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、ウラシル(U)の4種類である。また、1本鎖構造である。
タンパク質は、生物細胞に不可欠の主要成分として、20種のL−アミノ酸がペプチド結合することで合成される高分子ポリペプチドの総称であり、様々な分子量、構造、機能をもった生体高分子である。
【0013】
また、本発明において、前記液滴の着弾位置の測定工程は、前記基板上に前記各吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出して吐出テストパターンを作成する工程と、撮像手段により前記吐出テストパターンを撮像し、その画像データを画像処理することにより液滴の着弾位置のX及びY方向の位置ずれ量を求める工程とを含むものである。
【0014】
本発明において、液滴の着弾位置を測定するための一つの手法は、キャリッジに搭載されたカートリッジの全数について吐出テストを行うことである。吐出テストパターンを作成(描画)して、このパターンを撮像手段で撮像し、その画像データを画像処理することでノズル位置または液滴の着弾位置のX及びY方向の位置ずれ量を求めることができる。
【0015】
また、前記撮像手段は特に限定されるものではないが、一般的にはCCDカメラを用いることが好ましい。
【0016】
前記吐出位置の補正工程は、前記X方向位置ずれ量から吐出タイミング補正時間を求め、該吐出タイミング補正時間に基づいて、吐出タイミングを求めることである。
【0017】
前記吐出位置の補正工程は、前記Y方向位置ずれ量からテーブル位置補正値を求め、該テーブル位置補正値に基づいて、テーブル駆動モータを制御する駆動パルスの発生時間を求めることである。
【0018】
キャリッジ及びテーブルはそれぞれの駆動モータを制御するパルスのパルス数によって管理制御されているので、キャリッジについては、X方向位置ずれ量からキャリッジ駆動モータのパルス信号を基準とする吐出タイミング補正時間を求めることによって、吐出位置のX方向位置ずれを補正することができる。
また、テーブルについては、テーブルの停止中のみ吐出するため、Y方向位置ずれ量からテーブル位置補正値を求め、テーブル位置補正値に基づいて、次にテーブルを停止させるためのテーブル駆動モータの駆動パルスの発生時間を求めることにより、吐出位置のY方向位置ずれを補正することができる。
【0019】
前記カートリッジがそれぞれ複数のノズルを有する場合には、任意に選ばれた一もしくは複数のノズルについて、吐出テストを行うものである。
【0020】
各カートリッジが複数のノズルを有する場合には、そのうちの一または複数のノズルを任意に選択し、もしくはノズルを間引く方式で選択して前述の吐出テストを行う。インクジェット方式の場合、各吐出ヘッドにおけるノズル間隔は一般的に高精度に製作されているため、各カートリッジの全てのノズルについて吐出テストを行う必要はない。また、複数のノズルから、それぞれ異なる液体サンプルを吐出することにより、吐出制御装置をよりコンパクト、安価に構成することができる。
【0021】
また、本発明に係るマイクロアレイの製造装置は、
基台と、
前記基台上において、X方向に等速度で移動するキャリッジと、
前記キャリッジの移動方向Xに直角なY方向に間欠的に移動するテーブルと、
前記キャリッジに着脱自在に装着され、先端部に液滴吐出方式の吐出ヘッドを有し、吐出する液体が入れられた複数のカートリッジと、
前記テーブル上にセットされる一または複数の基板と、
前記各カートリッジの液滴の着弾位置を測定するための撮像手段及び画像処理手段と、
前記液滴の着弾位置の測定結果をもとに吐出位置を補正し、その補正データに基づいて吐出タイミング及びテーブル位置を制御する吐出制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0022】
このように構成することにより、前述した本発明のマイクロアレイ製造方法を効率よく実施することができ、高い生産効率で高密度のマイクロアレイを製造することができる。
【0023】
また、本発明のマイクロアレイの製造装置において、前記キャリッジは、前記カートリッジの装着時、該カートリッジと電気的に接続する構成となっているものである。
【0024】
このように構成することにより、各カートリッジをキャリッジに着脱自在に装着することができ、かつ、装着時、電気的に接続されるため、液滴吐出方式で各カートリッジの吐出ヘッドのノズルから液滴を基板上に吐出してマイクロアレイを製造することができる。また、カートリッジの交換が容易である。
【0025】
前記カートリッジは、一または複数のノズルを有する前記吐出ヘッドと、吐出する液体を入れるタンクとを一体に構成してなるものであり、または、複数のノズルと複数のリザーバタンクとがそれぞれ独立して連通してなる吐出ヘッドを有する構成である。
【0026】
本発明で使用するカートリッジは、このように構成されており、各カートリッジのタンクにはプローブサンプルを生成する生体分子溶液が入れられている。その液体は全て同一種類またはそれぞれ異なる種類のものとすることができる。しかも、カートリッジであるため、取り扱い、交換が容易である。
【0027】
また、本発明に係るマイクロアレイ製造のための制御方法は、液滴吐出方式の吐出ヘッドを有するカートリッジを複数搭載したキャリッジをX方向に等速度で移動し、基板をセットしたテーブルを前記キャリッジの移動方向Xと直角なY方向に間欠的に移動して、前記基板上に前記カートリッジ内の液体を前記吐出ヘッドから吐出して多数のプローブサンプルをマトリックス状に配列してなるマイクロアレイの製造において、
事前に、前記カートリッジの吐出ヘッドの全数について、吐出テストを行い、吐出テストパターンにおける液滴の着弾位置の測定結果をもとに目標位置に液滴を吐出するよう吐出位置を補正する工程と、
前記吐出位置の補正データに基づいて吐出タイミング及びテーブル位置を制御する工程と、
を含むことを特徴とする。
【0028】
本発明の制御方法は、前述のように、カートリッジの吐出ヘッドの全数について、事前に吐出テストを行い、その吐出テストパターンにおける液滴の着弾位置を測定した測定結果をもとに吐出位置を補正し、その吐出位置の補正データに基づいて吐出タイミング及びテーブル位置を制御するので、ほぼ正確に目標位置に液滴を吐出させることができる。
【0029】
この場合、キャリッジの移動方向X(等速移動方向)については、制御工程は、キャリッジ駆動モータを制御する機械原点からの累積パルス数と、前記液滴の着弾位置のX方向位置ずれ量から求められる吐出タイミング補正時間とからなるキャリッジ位置制御データにより前記吐出タイミングを制御する。
ここに、機械原点とは、マイクロアレイ製造装置に定められた座標原点であり、一般的にはキャリッジのホームポジションを指す。
【0030】
また、テーブルの移動方向Y(間欠移動方向)については、制御工程は、前記液滴の着弾位置のY方向位置ずれ量から求められるテーブル位置補正値からなるテーブル位置制御データによりテーブル駆動モータを制御する。
【0031】
また、本発明に係るマイクロアレイ製造のための制御装置は、液滴吐出方式の吐出ヘッドを有するカートリッジを複数搭載したキャリッジをX方向に等速度で移動し、基板をセットしたテーブルを前記キャリッジの移動方向Xと直角なY方向に間欠的に移動して、前記基板上に前記カートリッジ内の液体を前記吐出ヘッドから吐出して多数のプローブサンプルをマトリックス状に配列してなるマイクロアレイの製造において、
事前に、前記カートリッジの吐出ヘッドの全数について、吐出テストを行い、吐出テストパターンにおける液滴の着弾位置を測定するための撮像手段及び画像処理手段と、
前記液滴の着弾位置のX及びY方向の位置ずれ量を演算する位置ずれ演算手段と、
前記液滴の着弾位置のX方向位置ずれ量から吐出タイミング補正時間を演算する吐出タイミング補正手段と、
前記液滴の着弾位置のY方向位置ずれ量からテーブル位置補正値を演算するテーブル位置補正手段と、
吐出位置の補正データに基づいて吐出タイミング及びテーブル位置を制御する吐出制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0032】
前記吐出制御手段は、キャリッジ駆動モータを制御する機械原点からの累積パルス数と、前記液滴の着弾位置のX方向位置ずれ量から求められる吐出タイミング補正時間とからなるキャリッジ位置制御データを生成して前記吐出タイミングを制御する。
【0033】
前記吐出制御手段は、前記液滴の着弾位置のY方向位置ずれ量から求められるテーブル位置補正値からなるテーブル位置制御データを生成してテーブル駆動モータを制御する。
【0034】
また、本発明に係るマイクロアレイ製造のためのカートリッジは、請求項1乃至6のいずれかに記載のマイクロアレイの製造方法または請求項7乃至10のいずれかに記載のマイクロアレイの製造装置に使用するカートリッジであって、
前記カートリッジが、一または複数のノズルを有する液滴吐出方式の吐出ヘッドと、吐出する液体を入れるタンクとを一体に構成してなるカートリッジであることを特徴とする。
【0035】
前記カートリッジは、前記キャリッジに装着時、前記吐出ヘッドと前記キャリッジとが電気的に接続される構成となっているものである。
【0036】
本発明のカートリッジは、前記のように構成することによって、液滴をインクジェット方式で吐出させることができ、かつ、キャリッジとの着脱を自在に行えるため、その取り扱い、交換が容易である。そしてさらに、吐出位置を前述したように補正するため、カートリッジの寸法精度を高くする必要がなく、コストダウンを図ることができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1によるマイクロアレイ製造装置の概要を示す斜視図、図2はキャリッジ及びこれに搭載されたカートリッジの概略断面図、図3はキャリッジの平面図、図4乃至図6はカートリッジの拡大斜視図、断面図、下面図である。
このマイクロアレイ製造装置10は、基台11上において、水平面内でX方向に等速度で移動するキャリッジ12と、キャリッジ12に複数並べて搭載されるカートリッジ式のカートリッジ20と、水平面内でX軸と直角のY方向に所定の送りピッチで間欠的に移動するテーブル14と、テーブル14上にセット(載置)されるスライドグラスや樹脂製等からなるマイクロアレイ作製用の基板100と、基板100上に吐出された液滴の着弾位置を検出するための撮像手段30と、さらにX軸(キャリッジ)及びY軸(テーブル)の駆動制御手段40並びに撮像手段30からの画像信号に基づく吐出制御手段(図示せず)とを備えている。吐出制御手段は一般的にPC(パーソナルコンピュータ)と専用回路にて構成される。
なお、この例ではキャリッジ12を等速運動、テーブル14を間欠運動としているが、反対にキャリッジ12を間欠運動、テーブル14を等速運動としてもよいものである。
【0038】
キャリッジ12には、複数のカートリッジ20が並べて着脱自在に搭載されている。したがって、キャリッジ12はカートリッジホルダでもある。カートリッジ20は、例えば10mm×10mmのピッチで、4行×6列に配置されている。
このカートリッジ20は、図5、図6に示すように、カバーのためのケース21と、ケース21の先端部(下端部)に取り付けられて例えばインクジェット方式により液滴を吐出する吐出ヘッド22と、吐出用の液体27(例えば、生体分子溶液)を収容したゴム製等の液体タンク28とを一体的に構成したものとなっている。さらに、吐出ヘッド22のアクチュエータを駆動する配線部25、ケース21の下面に設けられた配線部25の接点26a及び26b、液体タンク28に吐出用液体を供給するための液供給口24を備えている。なお、ゴム製等の液体タンク28を省いてハードケース21それ自体を液体タンクとしてもよい。
【0039】
そして、キャリッジ12の底部には、カートリッジ20の吐出ヘッド22が密接に嵌合する貫通口121と、カートリッジ20の装着時、前記接点26a、26bと接触し電気的に接続される電極122a、122bとが設けられており、各カートリッジ20の電極122a、122bとの配線はキャリッジ12の側面に設けられたコネクタ124を介して前記吐出制御手段に接続されている。
【0040】
キャリッジ12は、機械原点Oとなるホームポジションから移動を開始し、少なくともテーブル14上の吐出領域の範囲内では等速度を維持するように制御される。
キャリッジ12のX軸駆動機構は図示していないが、公知のタイミングベルト機構やボールネジ機構等を用い、これにキャリッジ12を結合してパルスモータを駆動することで実施できる。図1では、このようなX軸駆動機構がX軸ダクト15内に内蔵されているものであり、さらにキャリッジ12の長穴16がX軸ダクト15に設けられている。また、キャリッジ12を駆動するパルスモータには、例えばエンコーダが取り付けられている。
【0041】
テーブル14上には、マイクロアレイ作製用の基板100が1枚または複数枚セット(載置)される。吐出テストを行う際には、実際に用いるマイクロアレイ作製用基板100の中から1枚を選んで吐出テストを行う。もちろん、別にテスト用基板を用いてもよい。
テーブル14は、図示しないY軸駆動機構によりY方向に間欠的にピッチ送りされる。このY軸駆動機構は、前記X軸駆動機構と同様の構成であり、図1のY軸ダクト17内に内蔵されており、さらにテーブル14の長穴18がY軸ダクト17に設けられている。
【0042】
前記撮像手段30は、例えばCCDカメラを使用している。イメージセンサは、この場合、1次元センサよりも2次元センサのほうが適当である。例えば、撮像手段30は、Y方向の側壁に取り付けて、基板100上に吐出された液滴のパターン(吐出テストパターン)を撮像するように設置されている。この画像信号は吐出制御手段内の画像処理部に送られる。
【0043】
次に、図7により、ひとつのカートリッジ20の吐出ヘッド22についてそのノズル構造及び動作を説明する。
吐出ヘッド22は、一または複数のノズル(吐出口)220を有する。各ノズル220は例えば0.5mm間隔で等ピッチに形成されている。また、吐出ヘッド22は、図7において上側のガラス基板221と、中間部のSi基板222と、図7において下側のガラス基板223とを相互に陽極接合で接合してなるもので、Si基板222には予めエッチングにより流路部分を構成するノズル220、吐出室224、オリフィス225が形成されている。そして、吐出室224の底部が液滴を吐出するための振動板227となっている。
【0044】
下側のガラス基板223には、凹部228が形成されており、この凹部228内に所定の空隙でもって振動板227に対面するようにアクチュエータ電極229が形成されている。そして、図示しない発振回路をアクチュエータ電極229とSi基板222との間に接続して駆動することにより、静電引力を発生させて振動板227を変位させ、これにより吐出室224の容積を増加させることで液体23を吸い込み、振動板227を復元させることでノズル220から液滴を吐出する。振動板227の駆動方式としては、上記の静電アクチュエータ以外に、圧電方式のアクチュエータでもよい。
【0045】
次に、本実施の形態における制御系について説明する。図8はノズル位置または液滴の着弾位置の位置ずれを検出するための吐出テストパターンの一例を示すものである。また、図9は吐出位置を補正するための制御ブロック図、図10は吐出位置を補正するためのフローチャート、図11は吐出位置補正後の吐出タイミング及びテーブルモータ駆動タイミング等をあらわすタイミングチャートである。
図9において、31は撮像手段30のCCDカメラ、51は画像処理部、52は位置ずれ演算部、41はX軸エンコーダ、53は吐出タイミング補正部、54はテーブル位置補正部、42はヘッド駆動制御部、43はテーブル駆動モータ制御部、22は各カートリッジ20の吐出ヘッド、44はテーブル駆動モータである。
【0046】
カートリッジ20はキャリッジ12にM行×N列で配列される。このとき、各カートリッジ20は、その吐出ヘッド22をキャリッジ12の貫通口121に密接に嵌合して装着される。貫通口121の寸法やそのピッチ間隔の寸法等は機械加工により、ある程度高精度に製作されているものの、それにも限度があるため、装着時に全体としてノズル位置に位置ずれが生じる。その結果、液滴の着弾位置も所定の目標位置からずれることになる。このことが、マイクロアレイの製造において、高密度化を実現するうえで大きな問題となっている。
【0047】
そこでまず、事前に吐出テストを行って、各ノズル位置の位置ずれを測定し、その測定結果をもとに液滴が目標位置に吐出されるように吐出位置を補正してから、実際のマイクロアレイを製造することにしている。なお、吐出テストはそのカートリッジ20を使用する限り、1回行えば十分である。
【0048】
図9、図10を参照して説明すると、まず、必要な全部のカートリッジ20をキャリッジ12にセットし(図10のS1)、各カートリッジ20のノズル220から基板100上に液滴を吐出させることによって、ノズル位置の位置ずれをあらわす図8に示すような位置ずれ検出用の吐出テストパターン300を作成(描画)する(図10のS2)。なお、図8には、基準カートリッジによる着弾位置と各カートリッジ20のノズル220の位置ずれに基づく実際の吐出位置(または実際の着弾位置)とが示されている。
【0049】
吐出テストパターン300を作成するには、テーブル14の基板100上において、キャリッジ12をX方向に等速度で走査し、かつ、テーブル14をY方向に走査して、所定の時間間隔で吐出信号を発することにより、基準カートリッジおよび各カートリッジ20の吐出ヘッド22のノズル220から基板100上に液滴が吐出され、これによって、吐出テストパターン300を作成(描画)することができる。ここでは、図8に示すように、各カートリッジについて全数、例えば3回ずつ吐出させ、位置ずれ量の平均値を求めることにしている。なお、吐出回数は限定的ではなく1回ずつでもよい。
【0050】
このようにして得られた吐出テストパターン300を撮像手段30のCCDカメラ31で撮像する。この画像データは吐出制御手段の画像処理部51に入力され、画像処理部51にて2値化処理されたのち、液滴の着弾位置(x,y座標値)が測定される。そして、位置ずれ演算部52において、カートリッジ20ごとに、目標吐出位置に対する各着弾位置のX方向及びY方向の位置ずれ量(平均値)を求める(図10のS3)。
求められたX方向位置ずれ量(平均値)は、吐出タイミング補正部53に入力され、ここで次式により吐出タイミングの補正時間dtが計算される(図10のS4)。
【0051】
【数1】
dt=Σ(xn−x0)/N・v (n=1,2,3,…N)
ここに、v:キャリッジ速度(一定)
N:テスト吐出回数
【0052】
また、位置ずれ演算部52からのY方向位置ずれ量(平均値)は、テーブル位置補正部54に入力され、ここで次式によりテーブル位置補正値dyが計算される(図10のS4)。
【0053】
【数2】
dy=Σ(yn−y0)/N (n=1,2,3,…N)
図10のS4における補正データの演算処理では、数式(1)から求められた吐出タイミング補正時間dt及び数式(2)から求められたテーブル位置補正値dyをもとに、それぞれキャリッジ位置補正データ、テーブル位置補正データが演算される。
【0054】
そして、吐出タイミング補正部53では、吐出タイミング補正時間dtに基づくキャリッジ位置補正データを、X軸エンコーダ(キャリッジ駆動モータに設けられるエンコーダで、エンコーダスケールとエンコーダセンサとから構成される)41のパルス信号を基準とする時間データT1(図11参照)に変換し、さらに図11のタイミングチャートに示すように、(T0+T1)のキャリッジ位置制御データに変換される(図10のS5)。
ここに、T0はキャリッジ12のホームポジション(機械原点O)から目標吐出位置までの時間であり、X軸エンコーダ41のパルス数(累積パルス数)で管理している。また、T1はX軸エンコーダ41のパルス信号を基準にした吐出までの時間で、前述のように事前の吐出テスト描画の情報から得られる吐出タイミング補正時間dtに基づいて補正された値である。
【0055】
また、テーブル位置補正部54にて計算されたテーブル位置補正値dyに基づく補正データは、図11に示すように、時間T3を含むテーブル位置制御データに変換される(図10のS5)。ここに、T3は補正後の吐出信号を基準にテーブル14が動き出すまでの時間(テーブル移動開始時間)で、テーブル14は次の吐出位置まで移動する。また、テーブル14が移動している間は吐出させない。吐出はテーブル停止中に行う。また、T4はテーブル移動のためのパルス発生時間で、事前の吐出テスト描画の情報から得られるテーブル位置補正値dyに基づいて補正された値である。テーブル14の移動は、加速、減速を含めたパルス数で管理されている。なお、図11において、T2は吐出ヘッド22のアクチュエータを駆動し吐出するためのパルス幅である。
【0056】
前記キャリッジ位置制御データはヘッド駆動制御部42に送られ、ヘッド駆動制御部42は、前記のように補正された吐出タイミングで当該カートリッジ20の吐出ヘッド22に対して吐出信号を発する。この時、吐出ヘッド22のアクチュエータには、T2のパルス幅の吐出パルスが印加される。
また、テーブル駆動モータ制御部43は、吐出信号を基準とするテーブル移動開始時間T3からなるテーブル位置制御データによりテーブル駆動モータ44を制御する。
【0057】
以上のようにして、全部のカートリッジ20の吐出位置が目標吐出位置となるように補正されたうえで、吐出ヘッド22が吐出を開始する(図10のS6)ので、たとえ製作誤差等に起因するノズル位置の位置ずれが生じていても、ほぼ正確に目標位置に吐出させることができる。
各カートリッジ20は、インクジェット方式により数pl(ピコリットル)オーダの液滴を吐出させることができるので、例えば0.2mm×0.2mmピッチ間隔のように、高密度のマイクロアレイの製造が可能となる。
また、1ステップごとに停止する必要がないため、高速スポッティングが可能で、マイクロアレイの生産効率が高いものとなる。
また、カートリッジ20に高い寸法精度は要求されないので、コスト面で有利となる。
カートリッジ20は、キャリッジ12の貫通口121に吐出ヘッド22を差し込むだけでよいので、カートリッジ交換時の着脱が容易で複雑な調整が不要である。したがって、カートリッジの向きさえ間違えないように貫通口121の位置や形状等を工夫すれば、特段の位置決め手段は不要である。
それぞれ独立したカートリッジ20で吐出ヘッド22を構成しているので、液体の混ざり合いがない。
【0058】
実施の形態2.
各カートリッジ20の吐出ヘッド22が、図5の断面図に示すように、複数のノズル220を有する場合には、その中から任意に一または複数のノズル220を選定し、例えば図5において、左から1、3、6番目のノズルという具合に選定し、これらの特定されたノズル220について、かつ全部のカートリッジ20について、実施の形態1に述べたとおりの吐出位置の補正を行う。もちろん、各カートリッジ20のノズル220の全数についてノズル位置の補正を行ってもよいが、時間がかかること、ノズルピッチ間隔は通常、高精度に製作されているため、むしろキャリッジ12に装着時の位置ずれが問題であることに配慮すれば、前記のように取り扱ってもそれほど大きな問題とはならない。
また、ノズルを一定間隔で間引く方式を採用しても構わない。
【0059】
実施の形態3.
図12はカートリッジに装着されるマルチリザーバ方式の吐出ヘッドの概略構成図である。前述の実施の形態1で示したカートリッジ20は、主として1種類の生体分子容器を吐出するようになっている。これに対して、この実施の形態では、各カートリッジまたは1つのカートリッジにより複数種類の生体分子溶液を吐出できるようにしたものである。
そのため、各カートリッジ20の先端部(下端部)に装着されるマルチリザーバヘッド22Aは、複数のノズル220と複数のリザーバタンクリザーバタンク226とがそれぞれ独立した流路230で連通する構成となっている。また、ノズル220を含む吐出部は、図7に示したように、ノズル、吐出室、振動板、アクチュエータ電極等から構成される。
このマルチリザーバヘッド22Aに対する吐出位置の補正は、実施の形態2で説明したと同様に、任意に選ばれた一または複数のノズル220について補正を行えばよい。
したがって、このように構成され、かつ吐出位置が補正されたマルチリザーバヘッド22Aを有するカートリッジ20を使用すれば、数千〜数万種類のマイクロアレイ群を短時間に製造することができる。
【0060】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、キャリッジに搭載される液滴吐出方式のカートリッジの全部について、液滴の着弾位置を測定し、その測定結果をもとに吐出位置を補正するので、カートリッジの寸法精度が高くなくても、またその寸法精度を高くする必要もなく、経済的に高密度のマイクロアレイを製造することができ、しかも生産効率を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるマイクロアレイ製造装置の概略斜視図である。
【図2】図1のキャリッジ及びこれに搭載されたカートリッジの概略断面図である。
【図3】図1のキャリッジの平面図である。
【図4】カートリッジの拡大斜視図である。
【図5】カートリッジの断面図である。
【図6】カートリッジの下面図である。
【図7】カートリッジの吐出ヘッドの断面図である。
【図8】ノズル位置または液滴の着弾位置の位置ずれを検出するための吐出テストパターンの一例を示す図である。
【図9】吐出位置を補正するための制御ブロック図である。
【図10】吐出位置を補正するためのフローチャートである。
【図11】吐出位置制御のタイミングチャートである。
【図12】マルチリザーバ方式の吐出ヘッドの概略構成図である。
【符号の説明】
10:マイクロアレイ製造装置、11:基台、12:キャリッジ、14:テーブル、15:X軸ダクト、16:ガイド用長穴、17:Y軸ダクト、18:ガイド用長穴、20:カートリッジ、21:ケース、22:吐出ヘッド、23:液体、24:液供給口、25:配線部、26a、26b:接点、27:液体、28:液体タンク、30:撮像手段、31:CCDカメラ、40:駆動制御手段、41:X軸エンコーダ、42:ヘッド駆動制御部、43:テーブル駆動モータ制御部、44:テーブル駆動モータ、51:画像処理部、52:位置ずれ補正部、53:吐出タイミング補正部、54:テーブル位置ずれ補正部、100:基板、121:貫通口、122a、122b:電極、124:コネクタ、220:ノズル、221: ガラス基板、222:Si基板、223:ガラス基板、224:吐出室、225:オリフィス、226:リザーバタンク、227:振動板、228:凹部、229:アクチュエータ電極、230:流路、300:吐出テストパターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a microarray, which is manufactured by discharging a probe sample such as DNA, RNA, or protein onto a substrate by, for example, an inkjet method, a control method, a control apparatus, and a cartridge for manufacturing a microarray.
[0002]
[Prior art]
Genetic research institutes, medical institutions, research institutes for drug development, and the like, for DNA analysis, immunological analysis, and the like, have thousands to tens of thousands of types of DNA (deoxyribonucleic acid) and RNA on a substrate such as a slide glass. A microarray (biochip sample) in which biomolecule solutions such as (ribonucleic acid) and proteins are spotted in a matrix form is used. In order to manufacture such a microarray, for example, a method in which a liquid sample serving as a probe is attached or spotted on a substrate using a contact pin as disclosed in
[0003]
The contact pin method is a method in which a plurality of contact pins are moved in the X, Y, and Z directions between a liquid container and a substrate, and droplets attached to the contact pins are attached to the substrate.
The micropipette method is a method in which a micropipette containing a sample liquid is moved in the X, Y, and Z directions, pressure is applied to the sample liquid, and droplets are spotted on the substrate from the tip of the micropipette.
However, in these methods, since the number of contact pins or micropipettes is small, it is necessary to frequently move the contact pins, micropipette, or head in the X, Y, and Z directions to produce a high-density microarray. There is a problem that it takes a very long time. Also, it is very difficult to control the quantity of the droplet.
[0004]
Therefore, on the other hand, a method of producing a microarray by a capillary array by an electrophoresis method has been proposed (for example, Patent Document 3).
The electrophoresis method is a method in which a voltage is applied between a capillary and a substrate to cause the liquid in the capillary to rise by the action of an electric field and to be separated into droplets.
However, even in this method, it is necessary to move the table on which the substrate and the well or the microtiter plate are set in the X, Y, and Z directions, which is time-consuming. Also, there is a problem in increasing the density.
[0005]
On the other hand, recently, a microarray manufacturing technique of discharging a liquid serving as a probe (also referred to as a probe sample or a liquid sample) from a plurality of nozzles onto a substrate by an inkjet method has been receiving attention. This is because the inkjet method can reduce the size and density of the inkjet head, can discharge very small amounts of droplets to the target position with high accuracy, the ejection head does not contact the substrate, This is because it has features such as that any material such as glass, synthetic resin, metal, and film can be used, operation noise is low, and cost is low.
The ink-jet method is a method in which an actuator of an ink-jet head is displaced by, for example, a piezoelectric body to discharge droplets from the nozzle tip by the action of a diaphragm pump.
[0006]
As an example using such an ink-jet method, there is
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-287670 (Claims, FIG. 3)
[Patent Document 2]
US Pat. No. 5,601,980 (Claims, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP 2001-165904 A (Claims, FIG. 1)
[Patent Document 4]
JP 2001-186880 A (Claims, FIGS. 4 to 8)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
According to the inkjet method as described above, the liquid sample is discharged at a pitch of, for example, 0.2 mm × 0.2 mm by moving the discharge head and the substrate relatively in a horizontal plane and controlling the scanning of the movement. And a high-density microarray can be manufactured.
However, in order to manufacture such a high-density microarray, it is first assumed that the dimensional accuracy of the nozzle position and the nozzle interval is mechanically secured with high accuracy. However, since the ejection head of
In the case of a microarray, if the positional deviation between the nozzle position and the landing position of the droplet is large, adjacent liquid samples come into contact with and mix with each other and become unusable, and such a situation must be avoided. In addition, there is a limit in increasing the manufacturing accuracy in order to suppress the positional deviation of the nozzle position or the landing position of the droplet, and the cost increases. In addition, there is a limit in cost in terms of improving positioning accuracy and the like.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to correct the positional deviation of the nozzle position or the landing position of the liquid droplet by a method of software and control method while allowing the positional deviation due to the dimensional accuracy of the ejection head and the nozzle position. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for manufacturing a microarray capable of manufacturing a high-density macroarray in a short time, and a control method, a control apparatus, and a cartridge for manufacturing a microarray.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the method for manufacturing a microarray according to the present invention, a carriage on which a plurality of cartridges each having a droplet discharge type ejection head is mounted is moved at a constant speed in the X direction, and a table on which substrates are set is perpendicular to the movement direction X of the carriage. A method for manufacturing a microarray in which a plurality of probe samples are arranged in a matrix by intermittently moving in the Y direction and discharging the liquid in the cartridge from the discharge head onto the substrate,
In advance, for all of the ejection heads of the cartridge, the method includes a step of measuring a landing position of the droplet, and a step of correcting the ejection position to eject the droplet to a target position based on the measurement result. Features.
[0011]
According to the present invention, a plurality of cartridges having a discharge head of a droplet discharge method are mounted on a carriage, a substrate for preparing a microarray is set on a table, and the carriage and the table are scanned in the X and Y directions to form a microarray. Is what you do. Therefore, when each cartridge is mounted on the carriage, the nozzle position of the ejection head of each cartridge or the landing position of the droplet ejected from the nozzle is not always accurate.
Therefore, before actually fabricating the microarray, the displacement of the landing position of the droplet is inspected and measured. Then, based on the measurement result, the ejection position is corrected so that the droplet is ejected to the target position, so that the droplet can be ejected accurately to the target position when the microarray is manufactured.
Therefore, according to the present invention, it is possible to perform ejection with high accuracy without increasing the dimensional accuracy of the ejection head and the nozzle position of the cartridge to very high accuracy, and to manufacture a high-density microarray in a short time. it can.
In the present invention, the relationship between the carriage and the table moves relatively, and the constant speed motion and the intermittent motion may be opposite to each other.
[0012]
In the present invention, a microarray is one in which thousands to tens of thousands of types of probe samples such as DNA, RNA, and protein are arranged on a substrate such as glass. A DNA microarray (also referred to as a DNA chip) is a typical example. Further, DNA (Deoxyribonucleic Acids: deoxyribonucleic acid (genetic material)) further binds a nucleotide (nucleotide) to which a base, a sugar (deoxyribose) and a phosphate are bound, and finally forms a double helix. It has become. Here, there are four types of bases: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and thymine (T). Further, the DNA microarray utilizes the complementarity of DNA and is used for inspection and analysis.
RNA (ribonucleic acid: ribonucleic acid) is a nucleic acid in which ribonucleotides are polymerized, and includes ribosomal RNA, messenger RNA, transfer RNA, and the like, and is distributed not only in the nucleus but also in the whole cell. There are four types of bases: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and uracil (U). It has a single-stranded structure.
Protein is a general term for a high molecular weight polypeptide synthesized by peptide bonding of 20 kinds of L-amino acids as an indispensable main component of biological cells. It is a biopolymer having various molecular weights, structures and functions. is there.
[0013]
In the present invention, the step of measuring the landing position of the droplet includes the step of discharging a droplet from a nozzle of each of the discharge heads on the substrate to form a discharge test pattern; And calculating the amount of displacement in the X and Y directions of the landing position of the droplet by image processing the image data.
[0014]
In the present invention, one method for measuring the landing position of the droplet is to perform a discharge test on all the cartridges mounted on the carriage. An ejection test pattern is created (drawn), this pattern is imaged by an imaging unit, and the image data is subjected to image processing, thereby obtaining the amount of displacement in the X and Y directions of the nozzle position or the landing position of the droplet. it can.
[0015]
The imaging means is not particularly limited, but it is generally preferable to use a CCD camera.
[0016]
In the ejection position correcting step, an ejection timing correction time is obtained from the X-direction position shift amount, and an ejection timing is obtained based on the ejection timing correction time.
[0017]
In the ejection position correcting step, a table position correction value is obtained from the Y-direction positional deviation amount, and a generation time of a drive pulse for controlling a table driving motor is obtained based on the table position correction value.
[0018]
Since the carriage and the table are managed and controlled by the number of pulses for controlling the respective drive motors, for the carriage, it is necessary to determine the ejection timing correction time based on the pulse signal of the carriage drive motor from the amount of displacement in the X direction. Thus, the displacement of the ejection position in the X direction can be corrected.
In addition, for the table, since ejection is performed only when the table is stopped, a table position correction value is obtained from the amount of displacement in the Y direction, and based on the table position correction value, a driving pulse of the table drive motor for stopping the table next is used. , The displacement of the ejection position in the Y direction can be corrected.
[0019]
When each of the cartridges has a plurality of nozzles, an ejection test is performed for one or a plurality of arbitrarily selected nozzles.
[0020]
When each cartridge has a plurality of nozzles, one or a plurality of the nozzles are arbitrarily selected, or the nozzles are thinned out to perform the above-described ejection test. In the case of the ink jet system, the nozzle interval in each ejection head is generally manufactured with high accuracy, so it is not necessary to perform an ejection test on all nozzles of each cartridge. Further, by discharging different liquid samples from the plurality of nozzles, the discharge control device can be configured more compactly and inexpensively.
[0021]
Further, the microarray manufacturing apparatus according to the present invention,
A base,
A carriage that moves at a constant speed in the X direction on the base;
A table that intermittently moves in a Y direction perpendicular to the moving direction X of the carriage;
A plurality of cartridges which are detachably mounted on the carriage, have a discharge head of a droplet discharge method at a tip portion, and contain a liquid to be discharged,
One or more substrates set on the table,
Imaging means and image processing means for measuring the landing position of the droplet of each cartridge,
Discharge control means for correcting the discharge position based on the measurement result of the landing position of the droplet, and controlling the discharge timing and the table position based on the correction data,
It is characterized by having.
[0022]
With this configuration, the microarray manufacturing method of the present invention described above can be efficiently performed, and a high-density microarray can be manufactured with high production efficiency.
[0023]
Further, in the microarray manufacturing apparatus of the present invention, the carriage is electrically connected to the cartridge when the cartridge is mounted.
[0024]
With this configuration, each cartridge can be detachably mounted on the carriage, and is electrically connected at the time of mounting, so that the droplets are ejected from the nozzles of the ejection head of each cartridge by a droplet ejection method. Is discharged onto a substrate to manufacture a microarray. Further, replacement of the cartridge is easy.
[0025]
The cartridge is configured such that the ejection head having one or a plurality of nozzles and a tank for containing a liquid to be ejected are integrally formed, or a plurality of nozzles and a plurality of reservoir tanks are independently provided. This is a configuration having a discharge head that communicates.
[0026]
The cartridge used in the present invention is configured as described above, and the tank of each cartridge contains a biomolecule solution for generating a probe sample. The liquids can all be of the same type or different types. Moreover, the cartridge is easy to handle and replace.
[0027]
Further, in the control method for manufacturing a microarray according to the present invention, a carriage on which a plurality of cartridges each having a droplet discharge type ejection head is mounted is moved at a constant speed in the X direction, and a table on which a substrate is set is moved by the carriage. In the manufacture of a microarray in which a plurality of probe samples are arranged in a matrix by intermittently moving in the Y direction perpendicular to the direction X and discharging the liquid in the cartridge from the discharge head onto the substrate,
In advance, performing a discharge test on the total number of discharge heads of the cartridge, and correcting the discharge position so as to discharge the droplet to the target position based on the measurement result of the landing position of the droplet in the discharge test pattern,
Controlling a discharge timing and a table position based on the correction data of the discharge position,
It is characterized by including.
[0028]
As described above, the control method of the present invention performs an ejection test on all the ejection heads of the cartridge in advance, and corrects the ejection position based on the measurement result of the landing position of the droplet in the ejection test pattern. Since the ejection timing and the table position are controlled based on the ejection position correction data, the droplet can be ejected to the target position almost accurately.
[0029]
In this case, with respect to the movement direction X (constant speed movement direction) of the carriage, the control step obtains the number of accumulated pulses from the mechanical origin for controlling the carriage drive motor and the displacement amount of the landing position of the droplet in the X direction. The ejection timing is controlled by carriage position control data including the ejection timing correction time.
Here, the mechanical origin is the coordinate origin defined by the microarray manufacturing apparatus, and generally indicates the home position of the carriage.
[0030]
Further, with respect to the table movement direction Y (intermittent movement direction), the control step controls the table drive motor by table position control data including a table position correction value obtained from the Y direction displacement amount of the droplet landing position. I do.
[0031]
Further, the control device for manufacturing a microarray according to the present invention moves a carriage on which a plurality of cartridges each having a droplet discharge type discharge head is mounted at a constant speed in the X direction, and moves a table on which a substrate is set to a position where the carriage moves. In the manufacture of a microarray in which a plurality of probe samples are arranged in a matrix by intermittently moving in the Y direction perpendicular to the direction X and discharging the liquid in the cartridge from the discharge head onto the substrate,
In advance, an imaging unit and an image processing unit for performing an ejection test on all the ejection heads of the cartridge, and measuring a landing position of a droplet in an ejection test pattern,
Position shift calculating means for calculating the amount of shift in the X and Y directions of the landing position of the droplet;
Discharge timing correction means for calculating a discharge timing correction time from the amount of displacement of the landing position of the droplet in the X direction,
Table position correction means for calculating a table position correction value from the amount of displacement of the landing position of the droplet in the Y direction,
Discharge control means for controlling the discharge timing and the table position based on the correction data of the discharge position,
It is characterized by having.
[0032]
The discharge control unit generates carriage position control data including a cumulative number of pulses from a mechanical origin for controlling a carriage drive motor and a discharge timing correction time obtained from an X-direction displacement amount of a landing position of the droplet. To control the ejection timing.
[0033]
The ejection control means controls the table drive motor by generating table position control data including a table position correction value obtained from the Y direction displacement of the landing position of the droplet.
[0034]
Further, a cartridge for producing a microarray according to the present invention is a cartridge used in the method for producing a microarray according to any one of
The cartridge is a cartridge in which a discharge head of a droplet discharge method having one or a plurality of nozzles and a tank for storing a liquid to be discharged are integrally formed.
[0035]
The cartridge is configured such that the ejection head and the carriage are electrically connected when the cartridge is mounted on the carriage.
[0036]
With the cartridge of the present invention configured as described above, the droplets can be ejected by the ink jet method and can be freely attached to and detached from the carriage, so that the handling and replacement are easy. Further, since the ejection position is corrected as described above, it is not necessary to increase the dimensional accuracy of the cartridge, and the cost can be reduced.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a microarray manufacturing apparatus according to
The
In this example, the
[0038]
On the
As shown in FIGS. 5 and 6, the
[0039]
The bottom of the
[0040]
The
Although the X-axis driving mechanism of the
[0041]
On the table 14, one or a plurality of
The table 14 is intermittently fed in the Y direction by a Y-axis drive mechanism (not shown). This Y-axis drive mechanism has the same configuration as the X-axis drive mechanism, is built in the Y-
[0042]
The imaging means 30 uses, for example, a CCD camera. In this case, as the image sensor, a two-dimensional sensor is more appropriate than a one-dimensional sensor. For example, the
[0043]
Next, the nozzle structure and operation of the
The
[0044]
A
[0045]
Next, a control system according to the present embodiment will be described. FIG. 8 shows an example of an ejection test pattern for detecting a positional shift between a nozzle position or a droplet landing position. FIG. 9 is a control block diagram for correcting the discharge position, FIG. 10 is a flowchart for correcting the discharge position, and FIG. 11 is a timing chart showing the discharge timing after the discharge position correction, the table motor drive timing, and the like. .
9,
[0046]
The
[0047]
Therefore, first, an ejection test is performed in advance, the displacement of each nozzle position is measured, and based on the measurement result, the ejection position is corrected so that the droplet is ejected to the target position, and then the actual microarray Is going to manufacture. Note that it is sufficient to perform the ejection test once as long as the
[0048]
Referring to FIGS. 9 and 10, first, all
[0049]
In order to form the
[0050]
The
The calculated X-direction displacement amount (average value) is input to the ejection timing correction unit 53, where the correction time dt of the ejection timing is calculated by the following equation (S4 in FIG. 10).
[0051]
(Equation 1)
dt = Σ (xn−x0) / N · v (n = 1, 2, 3,... N)
Where: v: carriage speed (constant)
N: Number of test ejections
[0052]
The amount of displacement (average value) in the Y direction from the
[0053]
(Equation 2)
dy = Σ (yn−y0) / N (n = 1, 2, 3,... N)
In the calculation processing of the correction data in S4 of FIG. 10, the carriage position correction data and the table position correction value dy obtained from Expression (1) and the table position correction value dy obtained from Expression (2) are respectively used. Table position correction data is calculated.
[0054]
The ejection timing correction unit 53 converts the carriage position correction data based on the ejection timing correction time dt into a pulse signal of an X-axis encoder (an encoder provided on the carriage drive motor, which is composed of an encoder scale and an encoder sensor) 41. Is converted to time data T1 (see FIG. 11) based on the reference, and is further converted to (T0 + T1) carriage position control data as shown in the timing chart of FIG. 11 (S5 in FIG. 10).
Here, T0 is the time from the home position (mechanical origin O) of the
[0055]
Further, the correction data based on the table position correction value dy calculated by the table
[0056]
The carriage position control data is sent to the head drive control unit 42, and the head drive control unit 42 issues an ejection signal to the
Further, the table drive
[0057]
As described above, after the ejection positions of all the
Since each
In addition, since it is not necessary to stop at each step, high-speed spotting is possible, and the production efficiency of the microarray is high.
Further, since high dimensional accuracy is not required for the
The
Since the ejection heads 22 are constituted by
[0058]
When the
Further, a method of thinning out nozzles at regular intervals may be adopted.
[0059]
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a multi-reservoir type ejection head mounted on a cartridge. The
Therefore, the
The correction of the ejection position with respect to the
Therefore, if the
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the landing positions of droplets are measured for all of the droplet discharge type cartridges mounted on the carriage, and the discharge positions are corrected based on the measurement results. Even if the dimensional accuracy of the microarray is not high, there is no need to increase the dimensional accuracy, and there is an effect that a high-density microarray can be economically manufactured and the production efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a microarray manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of the carriage of FIG. 1 and a cartridge mounted thereon.
FIG. 3 is a plan view of the carriage of FIG. 1;
FIG. 4 is an enlarged perspective view of the cartridge.
FIG. 5 is a sectional view of the cartridge.
FIG. 6 is a bottom view of the cartridge.
FIG. 7 is a sectional view of a discharge head of the cartridge.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an ejection test pattern for detecting a positional shift of a nozzle position or a landing position of a droplet.
FIG. 9 is a control block diagram for correcting a discharge position.
FIG. 10 is a flowchart for correcting a discharge position.
FIG. 11 is a timing chart of discharge position control.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a multi-reservoir type ejection head.
[Explanation of symbols]
10: Microarray manufacturing apparatus, 11: Base, 12: Carriage, 14: Table, 15: X-axis duct, 16: Guide slot, 17: Y-axis duct, 18: Guide slot, 20: Cartridge, 21 : Case, 22: discharge head, 23: liquid, 24: liquid supply port, 25: wiring section, 26a, 26b: contact point, 27: liquid, 28: liquid tank, 30: imaging means, 31: CCD camera, 40: Drive control means, 41: X-axis encoder, 42: Head drive control section, 43: Table drive motor control section, 44: Table drive motor, 51: Image processing section, 52: Position shift correction section, 53: Ejection timing correction section , 54: table displacement correction unit, 100: substrate, 121: through hole, 122a, 122b: electrode, 124: connector, 220: nozzle, 221: glass substrate, 222: Si substrate, 223: glass substrate, 224: discharge chamber, 225: orifice, 226: reservoir tank, 227: diaphragm, 228: recess, 229: actuator electrode, 230: flow path, 300: discharge test pattern
Claims (18)
事前に、前記カートリッジの吐出ヘッドの全数について、液滴の着弾位置を測定する工程と、その測定結果をもとに目標位置に液滴を吐出するよう吐出位置を補正する工程とを含むことを特徴とするマイクロアレイの製造方法。A carriage equipped with a plurality of cartridges having a discharge head of a droplet discharge method is moved at a constant speed in the X direction, and a table on which substrates are set is intermittently moved in a Y direction perpendicular to the movement direction X of the carriage. A method for producing a microarray in which a large number of probe samples are arranged in a matrix by discharging the liquid in the cartridge from the discharge head onto the substrate,
In advance, for all of the ejection heads of the cartridge, the method includes a step of measuring a landing position of the droplet, and a step of correcting the ejection position to eject the droplet to a target position based on the measurement result. A method for producing a microarray.
前記基台上において、X方向に等速度で移動するキャリッジと、
前記キャリッジの移動方向Xに直角なY方向に間欠的に移動するテーブルと、
前記キャリッジに着脱自在に装着され、先端部に液滴吐出方式の吐出ヘッドを有し、吐出する液体が入れられた複数のカートリッジと、
前記テーブル上にセットされる一または複数の基板と、
前記各カートリッジの液滴の着弾位置を測定するための撮像手段及び画像処理手段と、
前記液滴の着弾位置の測定結果をもとに吐出位置を補正し、その補正データに基づいて吐出タイミング及びテーブル位置を制御する吐出制御手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロアレイの製造装置。A base,
A carriage that moves at a constant speed in the X direction on the base;
A table that intermittently moves in a Y direction perpendicular to the moving direction X of the carriage;
A plurality of cartridges which are detachably mounted on the carriage, have a discharge head of a droplet discharge method at a tip portion, and contain a liquid to be discharged,
One or more substrates set on the table,
Imaging means and image processing means for measuring the landing position of the droplet of each cartridge,
Discharge control means for correcting the discharge position based on the measurement result of the landing position of the droplet, and controlling the discharge timing and the table position based on the correction data,
An apparatus for manufacturing a microarray, comprising:
事前に、前記カートリッジの吐出ヘッドの全数について、吐出テストを行い、吐出テストパターンにおける液滴の着弾位置の測定結果をもとに目標位置に液滴を吐出するよう吐出位置を補正する工程と、
前記吐出位置の補正データに基づいて吐出タイミング及びテーブル位置を制御する工程と、
を含むことを特徴とするマイクロアレイ製造のための制御方法。A carriage equipped with a plurality of cartridges having a discharge head of a droplet discharge method is moved at a constant speed in the X direction, and a table on which substrates are set is intermittently moved in a Y direction perpendicular to the movement direction X of the carriage. In the manufacture of a microarray in which a large number of probe samples are arranged in a matrix by discharging the liquid in the cartridge from the discharge head onto the substrate,
In advance, performing a discharge test on the total number of discharge heads of the cartridge, and correcting the discharge position so as to discharge the droplet to the target position based on the measurement result of the landing position of the droplet in the discharge test pattern,
Controlling a discharge timing and a table position based on the correction data of the discharge position,
A control method for manufacturing a microarray, comprising:
事前に、前記カートリッジの吐出ヘッドの全数について、吐出テストを行い、吐出テストパターンにおける液滴の着弾位置を測定するための撮像手段及び画像処理手段と、
前記液滴の着弾位置のX及びY方向の位置ずれ量を演算する位置ずれ演算手段と、
前記液滴の着弾位置のX方向位置ずれ量から吐出タイミング補正時間を演算する吐出タイミング補正手段と、
前記液滴の着弾位置のY方向位置ずれ量からテーブル位置補正値を演算するテーブル位置補正手段と、
吐出位置の補正データに基づいて吐出タイミング及びテーブル位置を制御する吐出制御手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロアレイ製造のための制御装置。A carriage equipped with a plurality of cartridges having a discharge head of a droplet discharge method is moved at a constant speed in the X direction, and a table on which substrates are set is intermittently moved in a Y direction perpendicular to the movement direction X of the carriage. In the manufacture of a microarray in which a large number of probe samples are arranged in a matrix by discharging the liquid in the cartridge from the discharge head onto the substrate,
In advance, an imaging unit and an image processing unit for performing an ejection test on all the ejection heads of the cartridge, and measuring a landing position of a droplet in an ejection test pattern,
Position shift calculating means for calculating the amount of shift in the X and Y directions of the landing position of the droplet;
Discharge timing correction means for calculating a discharge timing correction time from the amount of displacement of the landing position of the droplet in the X direction,
Table position correction means for calculating a table position correction value from the amount of displacement of the landing position of the droplet in the Y direction,
Discharge control means for controlling the discharge timing and the table position based on the correction data of the discharge position,
A control device for manufacturing a microarray, comprising:
前記カートリッジが、一または複数のノズルを有する液滴吐出方式の吐出ヘッドと、吐出する液体を入れるタンクとを一体に構成してなるカートリッジであることを特徴とするマイクロアレイ製造のためのカートリッジ。A cartridge used in the method for manufacturing a microarray according to any one of claims 1 to 6 or the apparatus for manufacturing a microarray according to any one of claims 7 to 10.
A cartridge for manufacturing a microarray, wherein the cartridge is a cartridge in which a droplet discharge type discharge head having one or a plurality of nozzles and a tank for storing a liquid to be discharged are integrally configured.
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