少量マイクロアレイ処理用の機器、方法、およびシステム
少量マイクロアレイ処理用の機器（１０）、方法およびシステムを開示する。本マイクロアレイ機器（１０）は好適には、電磁気信号、蛍光により試料内に１個以上の選択された捕捉反応物を含む複数の反応物サイト（３０）を有する反応物表面（２０）を含んでいる。反応物表面（２０）上における試料の混合および／または分布は、試料が重力の影響により反応物表面（２０）上を流れて、試料の一部が第一エッジ（２２）に沿ってビードに溜まるまで反応物表面（２０）を軸（１４）の回りに傾ける操作により実現される。反応物表面（２０）は、分析物試料が反応物表面（２０）上を流れて、第二エッジ（２４）に溜まるように、再び傾けられる。反応物表面（２０）は好適には、試料が反応物表面（２０）に保持されるように、試料に対し十分な毛管力を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少量マイクロアレイ処理用の機器、方法、およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロアレイは、遺伝子塩基配列決定、遺伝子発現の監視、遺伝子マッピング、細菌識別、創薬、組み合わせ化学等、各種の処理に利用することができる。これらの用途の多くは、高価および／または入手困難な分析物試料および／または試薬を要する。処理用に少量の分析物試料を希釈して量を増やすと問題が生じる恐れがある。例えば、少量の分析物試料を希釈して量を増やした結果、検出が困難または過度に長い処理時間を要するまでに濃度が薄くなる。
【０００３】
従って、マイクロアレイが望ましい理由は、そのようなアレイを利用すれば分析物試料が少量でも済むためである。マイクロアレイを用いる処理には例えば、分析物試料の微小な液滴（例えば１０〜２０マイクロリットル）をマイクロアレイに堆積させ、続いてマイクロアレイ面上に分析物試料を拡散させてカバースリップで覆う操作が含まれる。カバースリップは、カバースリップとマイクロアレイ面との隙間に押圧重量および毛管力を与えて、分析物試料をマイクロアレイ面上に拡散させる。しかし通常は、その同じ毛管力によってマイクロアレイ面上における分析物試料の混合または均一に拡散されることが阻害される。すなわち、マイクロアレイ面上における分析物分子の拡散を逆に制約する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロアレイ面上で分析物試料を拡散または混合する問題に対処する一つの方法に、ポンピング機構の利用が含まれる。しかし、この方法自体にも不都合な点がある。例えば、ポンピングに十分なボリュームを得るために、分析物試料の量を、分析物試料を追加するか、または所定量の分析物試料を希釈することにより増やす必要がある。また、ポンピング機構は処理システムを益々複雑にする。更に、ポンプを使用するいくつかのシステムにおいて、マイクロアレイ面上で分析物の分子を十分に拡散しようとして攪拌機（塗料ミキサーに類似）を用いてマイクロアレイ上の分析物試料を更に攪拌する。
【０００５】
対象分子を拡散させるためにポンプを使用するシステムにおける別の潜在的不具合は、ポンピングおよび／または攪拌が行なわれる間、分析物試料を保持しておくために、通常はマイクロアレイ面を密封チャンバ内に格納しておく必要がある点である。その結果、マイクロアレイ機器は通常、必要とされる密封チャンバを提供可能な筐体に合わせて設計されなければならない。その筐体が更にマイクロアレイのコストおよび複雑度を増大させる。
【０００６】
マイクロアレイの筐体に用いる密封チャンバの更に別の潜在的不具合は、例えば壁の接合部やその他の隅等、チャンバ内において液体の表面張力により結果的に液体が滞留する液体滞留界面が形成される点である。滞留した液体は、マイクロアレイの表面全体にわたって拡散することできない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少量のマイクロアレイを処理する機器、方法、およびシステムを提供する。本マイクロアレイ機器は好適には、反応物表面上に複数の反応物サイトを含んでいる。反応物サイトは、１個以上の選択された分析物を捕捉すべく動作する反応物を含む、当該分析物は次いで、マイクロアレイ機器に入射された励起エネルギーに応答して各分析物により発される蛍光等の電磁気信号に基づいて検出可能である。
【０００８】
反応物表面上における分析物試料の混合および／または分布は、反応物表面を傾けて分析物試料が反応物表面から溢れされることで実現される。その際、分析物試料の一部が反応物表面の第一エッジに沿ってビードに溜まるように傾けられる。反応物表面は次いで、分析物試料の一部が反応物表面から溢れて第二エッジに溜まるように、異なる方向へ傾けられる。反応物表面は好適には、分析物試料が反応物表面に保持されるように分析物試料に対して十分な毛管力を発生する。傾け操作およびその結果生じる流れは、反応物表面上に分析物試料を所望のように混合および／または分布させるために必要な回数だけ実行することができる。
【０００９】
本発明の原理に従い、分析物試料が反応物表面に露出している間、傾け操作が実行される。本発明に関わる用語として、分析物試料が「露出」しているとは、反応物表面の傾け操作に応答して分析物試料の一部が自由に流れて、反応物表面のエッジに沿って露出すなわち覆われていないビードに溜まる場合をいう。対照的に、例えば反応物表面上の分析物試料と接触するカバースリップを配置すれば、分析物試料の流れがカバースリップにより制約されるため、露出した分析物試料は得られない。本発明を特徴づける別の方法において、側壁、カバーまたはその他反応物表面の上方に伸びる構造がない場合、露出した分析物試料は傾け操作される間反応物表面に保持される。更に、露出した分析物試料は（分析物試料がアレイの表面以外にカバースリップおよび／または側壁と接触する公知の機器とは異なり）、反応物表面だけに接触していてよい。
【００１０】
本発明の利点の一つは例えば、反応物表面上に少量の分析物試料を適切に分布および／または混合できることである。ここでの「少量」の分析物試料という用語は、反応物表面１平方センチメートル当たりの分析物試料が１０マイクロリットル以下であることを意味する。本明細書において「少量」という用語は好適には、反応物表面１平方センチメートル当たりの分析物試料が平均５マイクロリットル以下であることを意味する。
【００１１】
本発明の別の利点は例えば、非乱流液体流を用いて反応物表面上の分析物試料を分布および／または混合させて、処理中における分析物試料または試薬の劣化を低減または防止することである。
【００１２】
本発明の別の利点として例えば、マイクロアレイ機器に付随するいかなる外部ポンプ機器の必要がなく、ポンプ機器とマイクロアレイ機器が配置されたチャンバとの間が液体連通している必要がなく、マイクロアレイ機器上に密封された反応チャンバを設ける必要がなく、反応物表面と筐体間の液体滞留界面を減少または除去することができる。
【００１３】
本発明における用語「分析物」とは、天然または合成の、注目する試料から検出または測定される、あるいは分離される分子、化合物、組成または錯体を意味する。分析物として、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、脂肪酸、核酸、炭水化物、ホルモン類、ステロイド、脂質、ビタミン、バクテリア、ウイルス、医薬品および代謝物質が挙げられるが、これに限定されない。
【００１４】
本発明における用語「反応物サイト」とは、天然または合成のあらゆる化学分子、化合物、組成または錯体上を含む表面上の区別された場所を意味し、補酵素等の基板に分析物を単独で結合する、または当該基板への結合を支援する分子または化合物とともに分析物を結合する能力を有するものである。本発明の反応物サイトにおける反応物は、化学または生化学測定、検出、分離等に有用である。反応物の例として、アミノ酸、核酸（オリゴヌクレオチドおよびｃＤＮＡを含む）、炭水化物、およびタンパク質（酵素や抗体等）が挙げられるがこれに限定されない。
【００１５】
本発明は一態様において、反応物を分析物に接触させる方法であって、反応物表面を含むマイクロアレイ機器を提供し、反応物表面上に分散した複数の反応物サイトを反応物表面が有し、当該複数の反応物サイトが互いに区別されていて、反応物表面が、各々対向して位置する第一エッジおよび第二エッジを含むようにするステップと、一定量の液体および分析物を反応物表面に堆積させるステップと、反応物表面を回転軸の回りに第一の方向へ傾けて、重力の影響により液体の一部が反応物表面の第一エッジの方へ移るようにするステップと、反応物表面を回転軸の回りに第二の方向へ傾けて、重力の影響により液体の一部が第一エッジから第二エッジへ向かって移るようにするステップとを含む方法を提供する。傾け操作ステップの間、液体が反応物表面上に残留する。
【００１６】
本発明は別の態様において、反応物を分析物に接触させる方法であって、マイクロアレイ機器に親水性反応物表面を提供し、反応物表面上に分散した複数の反応物サイトを反応物表面が有し、当該複数の反応物サイトが互いに区別されていて、反応物表面が各々対向して位置する第一エッジおよび第二エッジを含むようにするステップを含む方法を提供する。本方法は更に、一定量の液体および分析物を反応物表面に堆積させるステップと、反応物表面上の分析物および液体が露出している間に反応物表面を回転軸の回りに第一の方向へ傾けて、反応物表面が第一の方向へ傾いた後で、重力の影響により液体の一部が反応物表面の第一エッジの方へ移動し、反応物表面の第一エッジの近傍の反応物表面の上方にビードを形成するステップと、傾け中、反応物表面上の分析物および液体が露出している間に反応物表面を回転軸の回りに第二の方向へ傾けて、反応物表面を第二の方向へ傾けた後で、重力の影響により液体の一部が第一エッジから第二エッジへ向かって移動し、反応物表面の第二エッジの近傍の反応物表面の上方にビードを形成するステップとを含む。傾け操作ステップの間、液体が反応物表面上に残留する。
【００１７】
本発明は別の態様において、基板と、当該基板上にマイクロレプリケーションされた親水性構造化反応物表面と、反応物表面上に分散した複数の反応物サイトとを含み、当該複数の反応物サイトが互いに区別されている、少量液体処理用のマイクロアレイ機器を提供する。
【００１８】
本発明は別の態様において、キャリアと、当該キャリアの表面に配置された複数の別個の反応物表面とを含み、各々の反応物表面がマイクロレプリケーションされた親水性構造化反応物表面であって反応物表面上に分散する複数の反応物サイトを含み、当該複数の反応物サイトが互いに区別されている、少量液体処理用の装置を提供する。
【００１９】
本発明は別の態様において、キャリアと、行および列の両方向に９ミリメートル（ｍｍ）間隔を置いた８×１２アレイ内で当該キャリアの表面に配置された複数の別個の反応物表面を含み、各々の反応物表面が親水性構造化反応物表面であって反応物表面上に分散する複数の反応物サイトを含み、当該複数の反応物サイトが互いに区別されている、少量液体処理用の装置を提供する。
【００２０】
本発明は別の態様において、少量マイクロアレイ機器処理用のシステムを提供し、当該システムは処理チャンバと、当該処理チャンバ内の温度を制御すべく当該処理チャンバ内で動作可能な温度調節装置と、当該処理チャンバ内の回転装置とを含み、当該回転装置が当該処理チャンバ内に位置するマイクロアレイ機器を傾けるように動作可能である。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の特徴や利点について、本発明の実施形態を参照しつつ以下に詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、少量マイクロアレイ処理用の機器、方法、およびシステムを提供する。分析物試料は多くの場合、本発明のマイクロアレイ機器の反応物表面に堆積される液体の状態である。分析物試料は例えば、キャリア液体（キャリア液体は一種以上の異なる組成を含んでいてよい）に一種以上の分析物を含んでいてよい。反応物表面上における分析物試料およびその分析物の分布は、重力の影響により液体分析物試料がほぼ一様に空所がないように反応物表面全体にわたって流れるように、反応物表面を傾ける操作により実現される。反応物表面上における分析物試料の流れはまた、マイクロアレイ機器の反応物表面上における試料液体内で分析物または分析物を混合する際に有用である。
【００２３】
分析物試料の表面張力および毛管力は、反応物表面が傾けられている間、分析物試料を反応物表面上に保持するよう機能する。反応物表面上における液体滞留の釣合いをとる際に、反応物表面が傾けられるにつれて液体分析物試料が反応物表面を横断的に移動し、結果的に反応物表面全体を濡らすことが好適である。
【００２４】
一般に、固体表面が液体による濡れやすさは、水平に配置された表面に液体が堆積され、その上で安定した後に固体表面となす接触角度により特徴付けられる。これを「静的平衡接触角度」と呼ぶ場合があり、本明細書では単に「接触角度」と呼ぶ。米国特許第６，３７２，９５４Ｂ１号明細書（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）および国際公開第９９／０９９２３号パンフレット（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）に記述されているように、接触角度とは、表面上に堆積した液体のビード面と当該表面の接点における接線と、当該表面の平面とがなす角度である。接線が当該表面の平面と直交する液体のビードの接触角度は９０度である。通常、接触角度が９０度以下である場合、固体表面が液体により濡れているとみなされる。水または水溶液の液滴との接触角度が９０度未満である表面は一般に「親水性」であると言われる。
【００２５】
本明細書における用語「親水性」とは、材料の表面特徴を示す目的でのみ用いられる。すなわち、当該材料が水溶液で濡らされることだけを示し、水溶液を吸収または吸着するか否かを示すものではない。従って、材料の層が水溶液を浸透させる／させないにかかわらず、当該材料は親水性であると呼ばれる。このように、本発明の反応物表面として使用する親水性フィルムは、ポリ（ビニルアルコール）等、本質的に親水性である樹脂材料から作られたフィルムで形成されていてよい。
【００２６】
表面上での接触角度がほぼ０度である液体分析物試料は、表面を完全に濡らすとみなされる。しかし、ポリオレフィンは通常、本質的に疎水性であり、ポリエチレンまたはポリプロピレン等のポリオレフィンフィルムと水との接触角度は通常９０度より大きい。本発明の反応物表面に堆積される分析物試料の多く水性である。このように、そのようなフィルムを本発明の反応物表面として用いる場合、接触角度が９０度以下となるように表面を親水性とし、反応物表面を濡れやすくして液体輸送特性を向上させるべく、例えば表面処理、表面コーティングの適用、または選択された薬剤の注入当による改良を要する場合がある。
【００２７】
任意の適切な公知の方法を用いて、本発明の液体制御フィルム上に親水性表面を実現することができる。表面処理は、界面活性剤の局部適用、プラズマ処理、フィルム面上への親水性部分のグラフティング、ゾル−ゲル・コーティング、コロナまたはフレーム処理等を用いて行なうことができる。あるいは、フィルム押出時に内部添加物として界面活性剤またはその他の適切な薬剤を樹脂と混合してもよい。しかし、界面活性剤コーティングの局所適用に依存するのではなく、反応物表面が作られるポリマー組成に界面活性剤を注入する方が好適である。
【００２８】
図１は、本発明によるマイクロアレイ機器１０の斜視図である。マイクロアレイ機器１０は、２つの対向するエッジ２２、２４を有する反応物表面２０を含む。反応物サイト３０は、反応物表面２０上に分布している。反応物サイト３０が反応物表面２０上に規則的な、秩序ある配列状に分布しているように描かれているが、反応物サイト３０が反応物表面２０上に任意の適当な仕方またはパターンで分布していてもよい点を理解されたい。例えば代替的に、反応物サイト３０が反応物表面２０上に不規則な仕方でランダムに分布していてよい。他の代替方式において、反応物サイト３０は反応物表面２０の異なる部分の上に異なるパターンまたは仕方で分布していてよい。
【００２９】
マイクロアレイ機器１０はまた、反応物表面２０が配置された基板１２も含んでいる。基板１２は、任意の適当な形状をなしていてよい。例えば、基板１２はガラス、ポリマー、シリコンまたはその他の適当な材料で形成されていてよい。反応物表面２０が基板１２の表面のほぼ全体を占めているように描かれているが、ある場合には反応物表面２０が基板１２より小さくても大きくてもよい。別の変型例において、反応物表面２０および／または基板１２が比較的平坦に描かれているが、凹型、円筒型等、他の任意の適当な形状に形成されていてよい点を理解されたい。
【００３０】
図１にはまた、反応物表面２０の対向するエッジ２２、２４の間を伸びる軸１４も示す。以下により詳しく述べるように、反応物表面２０の上で分析物試料を分布させるおよび／または混合するために、この軸の回りにマイクロアレイ機器１０が傾けられる。
【００３１】
図２は、図１のマイクロアレイ機器１０の軸１４に沿った（従って図２の視点から見た）の側面図である。マイクロアレイ機器１０は基板１２と、軸１４の対向する面に配置された対向エッジ２２、２４を含んでいる。図２にはまた、マイクロアレイ機器１０の反応物表面２０に液体分析物試料４０を堆積させるために用いる配送機器４２も示す。配送機器４２は、ピペットまたはその他の液体配送機器等、任意の方式であってよい。配送機器４２は手動で操作しても、あるいは自動化された液体配送システムの一部であってもよい。
【００３２】
分析物試料４０は、ユーザーが反応物表面２０上の反応物サイト３０の反応物に露出させたいと望む１種以上の分析物を含む。分析物試料４０を反応物表面２０の中央部付近に堆積させることが望ましいが、分析物試料４０を反応物表面２０上のほぼ任意の場所に堆積させてもよく、後述するようにマイクロアレイ機器１０を傾ける操作により反応物表面２０上に分析物試料４０を所望のように分布させることが可能な点を理解されたい。
【００３３】
ある場合には、分析物試料４０は、マイクロアレイ機器１０が傾けなくても、または傾きがなくても、反応物表面２０上を自然に流れたり、または分布する場合がある。別のケースでは、分析物試料４０が反応物表面２０上を流れるように反応物表面２０に何らかの操作を行わない限り分析物試料４０が反応物表面２０全体にわたって分布することができない。
【００３４】
別の変型例において、分析物試料４０を段階的に堆積させてもよい点を理解されたい。例えば、ある状況で、１種以上の分析物をキャリア液体から別々に堆積させて、当該１種以上の分析物を反応物表面２０に分布させてもよい。そのような状況において、当該１種以上の分析物の堆積は、分析物の特性、およびキャリア液体を堆積させる前か後のどちらに分析物を堆積させた方が好ましいかにより、キャリア液体の堆積前後のいずれに行なってもよい。
【００３５】
図３は、図２のマイクロアレイ機器１０を軸１４の回りに第一の方向１３へ回転させた後の図である。分析物試料４０の少なくとも一部が、反応物表面２０を傾けた結果、反応物表面２０上に分布している。分析物試料４０、または少なくともその一部が溜まり、反応物表面２０のエッジ２２に沿ってビード４４を形成している。分析物試料４０の毛管力および表面張力により、分析物試料４０は、反応物表面２０の向きを傾けて、かつ分析物試料４０に重力が作用しているにもかかわらず、流出または漏出することなく反応物表面２０上に保持されている。
【００３６】
分析物試料４０は、まだ反応物表面２０全体にわたっては分布していない。例えば、処理のこの段階においては、エッジ２４は液体に作用する重力によりエッジ２２の方へ引っ張られて反応物表面２０のエッジ２４から離されるため、分析物試料４０から基本的に離れている。
【００３７】
分析物試料４０の粘性その他の変数に応じて、マイクロアレイ機器１０を回転させて、図３に示したよりも上回るかまたは下回る程度に第一エッジ２２を重力に抗して下げることが必要な場合がある。例えば、粘性が低い分析物試料４０は、粘性が高い分析物試料４０と比較して少ない回転量で反応物表面２２上を移動または分布することができる。更に、分析物試料４０が流れて反応物表面２０の第一エッジ２２に沿ってビード４４に溜まる時間を与えるように、反応物表面２０が（例えば図３に示すように）傾いた向きにドウェル時間静止できることが望ましい。別の例では、回転範囲の一端でのドウェル時間は必要とされない。
【００３８】
本発明と関係付けて記述した反応物表面上の液体の移動は、実際の重力または見かけの重力のいずれからの重力にせよ、重力の影響下にあることを理解されたい。見かけの重力は、本発明によるマイクロアレイ機器の反応物表面上に液体を分布させる際に、実際の重力が十分無い場合、または制御可能な擬似的重力の提供が求められる場合に、重力の代わりとすべく発生された回転力により与えることができる。見かけの重力は例えば、回動システム内で任意の向きに発生させることができる。対照的に、実際の重力は例えば、地球の質量により生じる重力に基づくものである。分析物試料に作用する重力は約１Ｇ以下であることが好適である。更に、本明細書に記述するように、反応物表面の傾け操作は、実際または見かけの重力の力ベクトルにほぼ直交する水平軸（または軸）の回りに行なわれるのが好適である。
【００３９】
図４に、マイクロアレイ機器１０を軸１４の回りに第二の方向１５へ回転した後の状態を示す。この方向では、反応物表面２０は、結果的に分析物試料４０の一部がエッジ２２から遠ざかり、かつエッジ２４へ向かって流れる方向を向いたエッジ２４を含んでいる。反応物表面２０は好適には、分析物試料の一部４０が反応物表面２０のエッジ２４に沿ってビード４４に溜まるまで図４に示す方向に保持される。
【００４０】
反応物表面２０上を分析物試料４０が流れる結果、分析物試料４０は通常、エッジ２２からエッジ２４まで反応物表面２０のほぼ全体にわたり分布する。ここに、分析物試料４０のビード４４は反応物表面２０のエッジ２４に好適に配置されている。
【００４１】
反応物表面２０上に分析物試料４０を分布させることだけが目的であるため、反応物表面２０が図４に示す方向に保持できるだけで十分である。あるいは、図２に示すように分析物試料４０が配置された反応物表面２０を、分析物試料４０が反応物表面２０上のビードに溜まらない中間位置まで回転させてもよい。
【００４２】
しかし、反応物表面２０上の分析物試料４０を更に混合させることが必要な場合、図３、４に示す方向の間で反応物表面２０を回転し続けることが望ましい。例えば、処理の間、反応物表面２０および付随する基板を方向１３と１５の間で揺することにより、分析物試料４０の反応物表面２０上における混合および分布を続けることが望ましい場合がある。反応物表面２０が分析物試料４０により濡れるにつれて、反応物表面２０および付随する基板１２の回転または傾き度合いを小さくすることが望ましい場合がある。更に、一つ以上の異なる方向における反応物表面２０のドウェル時間を延長または短縮することが望ましい場合がある。他の変型例として、例えば、反応物表面の回転速度の変更を含んでいてよい。
【００４３】
本発明に関わる他の変型例として、マイクロアレイ機器１０および反応物表面２０を回転させて所望の傾きを得るための回転軸の位置がある。図１〜４に示す実施形態において、軸１４は第一エッジ２２と第二エッジ２４の間の反応物表面２０の中心点付近にある平面内に位置している。軸１４が位置する平面は例えば、一般に反応物表面２０と平行または直交（反応物表面が平坦である前提）していてよい。しかし軸１４の位置は、反応物表面２０が軸の回りに回転させられた際に、反応物表面２０全体にわたって液体の流れが得られるように変えてもよい。液体を流れさせるための動力として実際の重力が使われる場合、回転の結果、反応物表面２０のエッジ２２および２４の間で高さの違いが生じる。例えば、軸１４は反応物表面２０が占める領域の外側に位置するかもしれない（下記図８参照）。
【００４４】
軸１４が基板１２内に位置しているように描かれているが、例えば基板１２の上下等、軸１４を任意の好都合な場所に配置してよい。例えば、マイクロアレイ機器１０を従来の揺動機器上に配置する場合、軸１４は通常、基板１２の下、すなわち反応物表面２０から見て基板１２の反対側に配置される。
【００４５】
図５は、反応物表面２０の一部および付随する基板１２の拡大部分断面図である。反応物表面２０は、反応物表面２０上に配置された任意の分析物試料４０の分布および／または保持を容易にする構造化表面であってよい。この点に関しては有用な１つの潜在的構造として、一連の整列されたチャネル５０がある。当該実施形態のチャネル５０の各々は一対の側壁５２および谷状部５４により形成されていて、チャネル５０が反応物表面２０内に形成されるようにする。隣接するチャネル５０の側壁５２は、図５に示すように会合してピーク５６を形成することができる。
【００４６】
いくつかの例において、反応物表面２０のエッジに沿って分析物試料４０のビード４４が生ずるように、反応物表面２０が少なくとも１回傾けられるまで、分析物試料が反応物表面２０の幅全体（幅が軸１４の方向に沿って測定されている前提）にわたって分布しない場合がある。分析物試料４０の量により、反応物表面の幅全体にわたって分布することが制限される場合がある。例えば反応物表面２０上のチャネル５０（または他の構造）を充満させるには不十分な場合、ビード４４内の反応物表面２０のエッジに沿って溜まるまで待つが、その位置まで来れば、分析物試料４０が反応物表面２０の幅全体にわたって広がることができる。
【００４７】
チャネル５０が、エッジ２２からエッジ２４まで反応物表面２０の長さにわたって連続的に伸びることが好適である。あるいは、チャネル５０が対向するエッジ間で不連続な場合がある。チャネル５０は、反応物表面２０上で互いに平行であるように整列していることが更に好適であるが、チャネル５０が必ずしも互いに平行でなくてもよい点を理解されたい。
【００４８】
別の変型例において、構造化反応物表面２０上に形成された構造は、任意の適当な形状をなしていてよい。例えば、図５に示すようにＶ型でないチャネルを使用することが有用なこともある。他の例において、反応物表面上で複数の方向にチャネルまたは液体経路の配列を規定するピラミッド形またはその他の構造のアレイを提供することが望ましい場合がある。代替的なチャネル付き構造の例が、米国特許第６，３７２，９５４Ｂ１号明細書、同第６，４３１，６９５Ｂ１号明細書、並びに国際公開第９９／０９９２３号パンフレット（全てジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）に見られる。
【００４９】
構造化反応物表面は、マイクロレプリケーション、機械加工、スタンピング、エンボシング等、任意の適当な技術または技術群を用いて製造することができる。本発明にかかわる有用な構造化表面を形成する適切な技術の例が、米国特許第６，４３１，６９５号明細書（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）、同第６，３７２，９５４号明細書（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）、並びに国際公開第９９／０９９２３号パンフレット（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）、国際公開第９９／６５６６４号パンフレット（ベンツェン（Ｂｅｎｔｓｅｎ）他）に記述されている。
【００５０】
本発明の構造化反応物表面は、マイクロレプリケーションされているのが好適だが、これは必須ではない。マイクロレプリケーションされた構造化反応物表面の利用が有利な点は、比較的複雑な処理技術を使用しなくても、製品間にバラツキがほとんど無く反応物表面を大量生産できることである。本発明における用語「マイクロレプリケーションされた」とは、製品間のバラツキが５０マイクロメートル以下であるように構造化表面特徴が個別特徴忠実度を維持する製造工程を介した構造化表面の製造を意味する。マイクロレプリケーションされた構造化反応物表面は好適には、製品間のバラツキが２５マイクロメートル以下であるように構造化表面特徴が個別特徴忠実度を維持するように製造される。
【００５１】
本発明に従い、マイクロレプリケーションされた構造化反応物表面は、解像度が５０マイクロメートル〜０．０５マイクロメートルの間、より好適には、２５マイクロメートル〜１マイクロメートルの間であるように維持された個別特徴忠実度を有するトポロジー（物体、場所またはその領域の表面特徴）を有する表面を含む。
【００５２】
反応物表面２０および基板１２は図５に示すように、一体形の完全に統合された構造として提供できる点を理解されたい。あるいは、反応物表面および付随する構造は、基板から別々に形成して、そこへ取り付けてもよい。
【００５３】
図６に、基板１１２に取り付けられた別々の構造１２８として形成された反応物表面１２０を含むマイクロアレイ機器１１０の構造を示す。反応物表面１２０は例えば、多孔性を示す別々のフィルムまたは膜から形成され、その上に配置された液体が吸収または吸着されて反応物表面上の液体を保持するようにしてもよい。適切な膜の例として、バイオロボティクス（Ｂｉｏｒｏｂｏｔｉｃｓ）社が製造する商品名ＴＡＳで販売されている、孔サイズが０．４５ミクロンのナイロン微多孔膜が含まれる。
【００５４】
層１２８および付随する反応物表面１２０の代替的構造として、織布、不織布等の繊維材料、固定ビードまたはその他の物体、エッチング・ガラス等の粗い表面等が含まれるが、これに限定されない。
【００５５】
層１２８および付随する反応物表面１２０の代替的構造として、例えば米国特許第６，３９５，４８３Ｂ１号明細書（パティル（Ｐａｔｉｌ）他）および国際公開第９９／５３３１９号パンフレット（ハルバーソン（Ｈａｌｖｅｒｓｏｎ）他）に記述されている波状表面が含まれる。それらの参照文献はまた、弾性材料、延伸ポリマーフィルム等の基板１１２の、各種の代替物についても述べている。
【００５６】
本発明における用語「波紋」または「波状」とは、例えば図６Ａ、６Ｂに見られるような回旋した波状の形状を意味する。本発明の目的のために、波状表面がパターンに関して不規則な波紋を含んでいることが好適である。「波紋」または「波状」は、印刷、エンボシング、鋳造、金型成形、レーザスクライビング、フォトリソグラフィ、エッチング、機械的擦過または刻み付け等の方法により生成されたチャネル、液溜めまたはマイクロウェル等の構造は含まない。
【００５７】
このような波状表面は、基板１１２に取り付けられた１個以上のコーティングを含んでいてよい。通常、波紋が形成されるのは、上記参照文献で述べているように、例えば、延伸ポリマーフィルムを弛緩させたり、または弾性基板の弛緩を許すことにより基板１１２のサイズが減少した場合である。波状表面の利点には、反応物表面１２０のトポグラフィ表面積が射影表面積より大きい点が含まれる。ここでの用語「トポグラフィ表面積」とは、反応物表面１２０の実際の表面積を意味し、換言すれば反応物表面１２０の波状特徴全体の表面積の測定値である。「射影表面積」とは、反応物表面１２０を反応物表面１２０に対向する平面に射影することにより定義される面積の測定値を意味する。
【００５８】
図７は、図５のマイクロアレイ機器１１０の斜視図であり、本発明の方法に従って反応物表面を傾けるいくつかの代替的方法を記述するために用いる。２本の回転軸１１４、１１８を図７に示し、これらの軸は好適には互いに直交している。しかし、軸１１４、１１６は必ずしも互いに直交していなくてもよい点を理解されたい。
【００５９】
マイクロアレイ機器１１０の回転は、先に図３、４に関して説明した、反応表面２０を軸１４の回りに傾けるのと同様の仕方で、反応表面１２０を軸１１４の回りの反対向きの方向１１３および１１５へ傾ける操作により実行することができる。そのように傾けることで好適には、分析物試料が反応表面１２０上をエッジ１２２またはエッジ１２４の方へ流れる結果が生じる。好適には、流れが生じた結果、上述のように反応物表面の下側エッジに沿って、分析物試料の一部が溜まる。
【００６０】
マイクロアレイ機器１１０の回転はまた、あるいは代替的に、先に図３、４に関して説明した、反応表面２０を軸１４の回りに傾けるのと同様の仕方で、反応表面１２０を軸１１８の回りに反対向きの方向１１７および１１９へ傾ける操作により実行することができる。そのように傾けることで好適には、分析物試料が結果的に反応表面１２０上をエッジ１２３またはエッジ１２５の方へ流れる。好適には、流れた結果、上述のように反応物表面の下側エッジに沿って分析物試料の一部が溜まる。
【００６１】
異なる軸１１４、１１８の回りの回転順序は、分析物試料を反応物表面１２０上で所望のように分布および／または拡散させるべく選択することができる。例えば、最初に反応物表面１２０を軸１１４の回りに反対向きの方向１１３、１１５へ１回以上傾けてから、反応物表面１２０を軸１１８の回りに反対向きの方向１１７、１１９へ１回以上傾けるのが望ましい場合がある。
【００６２】
別の変型例において、反応物表面１２０を軸１１４、１１８の回りに別の仕方で傾けることが好適である。例えば、最初に反応表面１２０を軸１１４の回りに方向１１３へ傾けて、分析物試料がエッジ１２２に沿って流れ、そこで溜まるようにしてよい。次のステップでは、反応表面１２０を軸１１８の回りに、例えば方向１１７および／または反対方向１１９へ傾けるようにしてよい。軸１１８回りのこの第二の傾け操作は、反応物表面１２０が方向１１５へ傾けられて水平位置に戻る前に実行しても、あるいは反応物表面１２０が分析物試料に作用している重力に関して水平または中立位置に保持されている間に実行してもよい。いくつかの事例では、反応物表面１２０を軸１１８の回りに方向１１７および１１９へ傾ける前に、反応物表面１２０を軸１１４の回りに方向１１３および１１５へ１回以上傾けることが望ましい場合がある。
【００６３】
更に別の変型例において、反応表面１２０が軌道に沿って傾くように、反応物表面１２０を軸１１４および１１８の両方の回りに同時に傾けてもよい。そのような傾け操作は、同時の多軸傾け操作と記述する場合がある。いくつかの事例では、液体分析物試料のビードは、反応物表面１２０に沿って放射状に拡散することができる。
【００６４】
図８に目を転じれば、本発明によるマイクロアレイ機器の他の代替案を示している。マイクロアレイ機器２１０と、図１に示すマイクロアレイ機器１０の一つの相違点は、マイクロアレイ機器２１０は非長方形の反応物表面２２０を含んでいる点である。図８の反応物表面２２０は形状がほぼ円形であり、基本的に本発明によるマイクロアレイ機器の反応物表面が任意の選択された形状をとり得ることを示している。
【００６５】
マイクロアレイ機器２１０はまた、回転軸線２１４に関して反応物表面２２０の対向する側に配置された２つの対向するエッジ２２２、２２４を含んでいる。図１のマイクロアレイ機器１０との関連でわかるように、エッジ２２２、２２４は直線状ではない。むしろエッジ２２２、２２４は、各々領域２２１、２２３に配置された弧状をなしている。
【００６６】
図８に示すように、回転軸２１４は反応物表面２２０が占める領域の外側に位置する。それにもかかわらず、軸２１４は対向するエッジ２２２、２２４を規定するのに有用である。更に、マイクロアレイ機器２１０を回転軸２１４の回りに回転させることでまた、対向するエッジ２２２、２２４の間を横断して液体が反応物表面２２０を流れるようにする。
【００６７】
本発明のマイクロアレイ機器を用いるプロセスを実行する際に有用なシステムを図９に示す。本システムは、処理チャンバ３６０内に配置されたマイクロアレイ機器３１０を含む。マイクロアレイ機器３１０は処理チャンバ３６０内で傾けられて、上述の原理に従い分析物試料をマイクロアレイ機器３１０の反応物表面上に分布および／または拡散させることができる。更に、本システムはまた、温度調節装置３６２およびチャンバ３６０内でマイクロアレイ機器３１０を所望のように回転させることが可能な回転装置３６４を含む。
【００６８】
温度調節装置３６２は、処理チャンバ３６０内で所望の温度を維持することが可能な冷房暖房の一方または両方の装置を含んでいてよい。温度調節装置３６０は例えば、処理チャンバ３６０内お空気（または他の気体）の温度を制御する装置を含んでいてよい。温度調節装置３６２は、例えば、マイクロアレイ機器（またはそれらが取り付けられているキャリア）が搭載された熱ブロック用いる熱伝導を通じて、処理チャンバ３６０内に配置されたマイクロアレイ機器または機器群の温度を制御する装置を含んでいてよい。
【００６９】
回転装置の一例として例えば、カリフォルニア州サニーヴェール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）のロビンズ科学モデル（Ｒｏｂｂｉｎｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｍｏｄｅｌ）４００ＨＩ等のロッカー・プラットフォームであってよい。
【００７０】
マイクロアレイ機器３１０上で分析物および反応物の処理を行なう間、有用である湿度および／または他の環境特性を維持すべくチャンバ３６０が密封されていることが望ましい場合がある。オプションの温度調節装置３６２は、当該処理が、マイクロアレイ機器３１０上で分析物および反応物を処理している間にチャンバ３６０の加熱または冷却を必要とする場合に有用である。
【００７１】
本発明によるマイクロアレイ機器は単独で用いてもよいが、多くの例において、２個以上のマイクロアレイ機器を装置内で用いて、次いで当該装置を本発明によるマイクロアレイ機器の反応物表面に配置された分析物と反応物の間で所望の反応を得るために処理することが望ましい場合がある。２個のマイクロアレイ機器４１０ａおよび４１０ｂ（以下、集合的にマイクロアレイ機器４１０と表わす）を含む装置の実施形態を図１０、１１に示す。図に示す装置は一例に過ぎないことを理解されたい。
【００７２】
図に示す実施形態において、例えばキャリア４７０に配置されたマイクロアレイ機器４１０を保護するためのガスケットもキャリア４７０に用意されている。最も外側のガスケット４８０を用いて、例えばマイクロアレイ機器４１０上で任意の分析物および反応物を熱処理する間にマイクロアレイ機器４１０の上に配置されたカバー４８２を支持することができる。カバー４８２の利用は、マイクロアレイ機器４１０上の反応物表面が収まっている体積内の湿度を維持する技術の一例である。別の例において、カバー４８２は不要な放射、汚染等、他の環境条件から保護することができる。ガスケット４８０および遮蔽物４８２は別々の物品として描かれているが、カバー４８２を除去すればキャリア４７０からガスケットも除去されるようにガスケット４８０はカバー４８２の一部であってもよい点が理解されよう。
【００７３】
キャリア４７０との関連で示す別オプションの特徴として、キャリア４７０に配置されたマイクロアレイ機器４１０を撮像する際に使用できる内側ガスケット４９０がある。例えば、ガスケット４９０は不透明な材料で作られていてよく、マイクロアレイ機器４１０の撮像は、撮像している間に外光がマイクロアレイ機器４１０に入ったり当たったりしないように強化することができる。他の例において、ガスケット４９０はスペーサとして機能することにより、撮像装置とマイクロアレイ機器４１０の反応物表面との接触およびを防止することができる。
【００７４】
マイクロアレイ機器４１０が、上にチャネルが形成された構造化反応物表面を含む装置において、別個のマイクロアレイ機器４１０各々のチャネルが互いに整列していることが好適である。換言すれば、全てのチャネルは、どのマイクロアレイ機器に配置されているかに関係なく、共通の軸に沿って整列していることが好適である。その結果、キャリア４７０を傾けた結果、各反応物表面上の全てのチャネルが実質的に同じ方向を向く。
【００７５】
図１２に、キャリア５７０上に複数のマイクロアレイ機器５１０を含む装置の更に別の実施形態を示す。キャリア５７０は、従来の９６穴マイクロタイタープレート、例えば行および列方向の両方における隣接するマイクロアレイ機器間の中心間距離が９ｍｍ、と整合する間隔を置いた９６個マイクロアレイ機器５１０を８行×１２列のアレイ状に保持する。隣接するマイクロアレイ機器のエッジが、マイクロアレイ機器間で相互汚染が生じる可能性を減らすべく、十分間隔が空けられていることが好適である（例えば１ｍｍ以上）。このような構造の一つの利点は、装置が最小限の変更により従来の分析物分布および画像処理システムで利用可能な点である。
【００７６】
図１３は、図１２の装置を線分１３−１３に沿って切った断面図である。キャリア５７０は好適には、マイクロアレイ機器５１０が配置された表面５７４に直交する高さであって、従来の設備を用いて当該装置の取扱いを容易にする従来のマイクロタイタープレートとほぼ同じの高さを有する側壁５７２を含んでいてよい。側壁５７２はまた、マイクロアレイ機器５１０の格納または処理を行なう間にカバー（図示せず）を好都合に支持することができる。キャリア表面５７４上にガスケットを用意してマイクロアレイ機器５１０同士の相互汚染の可能性を低減させることができるが、いかなるガスケットも好適には分析物試料および／または反応物表面とは接触しない点を理解されたい。あるいは、ガスケットはキャリア表面５７４上に被せられたカバーの上に配置されてもよい。
【００７７】
複数のマイクロアレイ機器５１０を有するキャリア５７０を用いる方法は、全てのマイクロアレイ機器を、上述のような傾け操作方法を用いて同時に処理することができる。
【実施例】
【００７８】
以下の実施例は、本発明の特徴、利点およびその他の詳細事項を示す目的でのみ選ばれている。しかし、これらの例がこの目的に沿うものでありながら、ここで用いた特定の成分および量、並びその他の条件および詳細事項は、過度に本発明の範囲を限定する仕方で解釈されてはならない。
【００７９】
実施例１：波状表面を有するコーティング熱収縮フィルム
国際公開第９９／５３３１９号パンフレットに従い、アズラクトン／ジメチルアクリルアミド・コポリマーがコーティングされたポリエチレン熱収縮フィルムの試料を用意し、反応物表面に波状のしわを付けた。寸法が１．８×２．５ｃｍであるマイクロアレイ機器をガラス顕微鏡スライドに接着した。マイクロアレイ機器が配置されたガラススライドを平坦かつ水平（０度）な表面に配置し、１００マイクロリットルのＤＮＡハイブリッド化バッファ（３Ｘ ＳＳＣ、０．３％のＳＤＳ、１ｍｇ／ｍｌのイーストｔＲＮＡ、および１ｍｇ／ｍｌのＰｏｌｙ Ａ）をマイクロアレイ機器の中央に配置した。液体が放射状に拡がって、マイクロアレイ機器の外側エッジに到達するまで伝播する様子が観察された。試料は次いで、水平から約２０度傾けられた。反応物表面上方の自由液体がフィルムの「低い」側に移動して、流出することなくフィルムのエッジにおいて線形ビードに溜まる様子が観察された。マイクロアレイ機器を反対方向に（かつ水平から２０度ずらして）回転させることにより、液体が、線形ビードが形成された反対側に到達するまで、反応物表面上をカスケードする「シート」状（液体が殆ど指状に流れない）に伝播した。
【００８０】
実施例２：多孔性繊維網を有するナイロン膜
断面が約２×２．５ｃｍであるナイロン膜（孔サイズ０．４５ミクロンのＴＡＳ膜、英国ケンブリッジのバイオロボティクス社（ＢｉｏＲｏｂｏｔｉｃｓ，Ｉｎｃ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ ＵＫ）製）を、両面粘着テープを用いてガラス顕微鏡スライドに接着して反応物表面を形成した。
【００８１】
ガラススライドを平坦かつ水平な（０度）表面に配置し、その時点で緑色食品着色料を含む１５０マイクロリットルの水をフィルム中央部にピペット注入した。膜の上を溶液が放射状に拡がる様子が観察された。試料は、実施例１において記述したように緩やかに回転された。膜に吸着されなかった自由液体は、エッジから溢れ出ることなく膜のエッジに溜まる様子が観察された。試料は次いで垂直位置、すなわち水平位置から９０度回転された。溶液は、そのような極端な角度でも膜に保持されていた。
【００８２】
実施例３：Ｖ字チャネル構造を有するポリマーフィルム
米国特許第５，７２８，４６６号明細書に従い、表面に線形Ｖ字溝チャネルが隣接してエンボス加工されたマイクロレプリケーション構造化表面を有する親水性ポリプロピレン膜を用意した。エンボス加工されたポリマー表面は、底角（「Ｖ」字の根元）が約１３５度、高さが約１００マイクロメートルである二等辺三角形の横断面を有する開Ｖ字溝を含んでいる。両面粘着テープを用いて、約２×２ｃｍのフィルム断面をガラス顕微鏡スライドに接着した。
【００８３】
次いでガラススライドを平坦かつ水辺な表面に配置し、その時点で（対照例を提供すべく）緑色食品着色料を含む７５マイクロリットルの水をフィルム中央部にピペット注入した。液体がフィルムのエッジに到達するまで、Ｖ字溝チャネルに沿って拡がる様子が観察された。試料は約２０度傾けられた。液体がチャネルに沿ってフィルムの「低い」側に移動し、溢れ出ることなくフィルムのエッジに溜まる様子が観察された。液体が溜まるにつれて、フィルムの外側エッジに到達するまで、Ｖ字溝の方向に直交して拡がった。フィルムを水平方向から２０度回転させることにより、液体がフィルム領域の全表面の上を、反対側のエッジに到達するまで移動する。次いでフィルムを垂直位置（水平位置から９０度）に回転した。その時点で液体はフィルムのエッジから溢れ出ることなくフィルムの底部エッジまで完全に移動した。
【００８４】
実施例４：少量ハイブリッド化のデモンストレーション
この実施例は、本発明の方法を用いて反応物表面上へ分析物が一様に分布される様子をデモンストレーションするものである。実施例１に記述したように、コーティング熱収縮フィルム上にオリゴヌクレオチド・アレイを用意した。要約すれば、２５基のオリゴヌクレオチド・シーケンスをコーティング熱収縮フィルム上に、マイクロアレイ表面全体にわたって均一に分布した特徴を生じるように設計されたパターンで配列した。当該パターンは、直径が約６０マイクロメートルである特徴を３５０マイクロメートル間隔で９列１６行に配置した４連グループを含む。４連グループの列と行の間隔は９００マイクロメートルであった。転写接着剤を用いて、長方形アレイ（２．８ｃｍ×３．７ｃｍ）をガラス顕微鏡スライドに取り付けた。
【００８５】
ハイブリッド化は、実施例１で述べた方法に従い、相補的２５塩基のターゲットシーケンスを用いて一定範囲の量について実行された。相補的シーケンスに、蛍光色素（Ｃｙ５、アマーシャム・ファルマシア・バイオテック（Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ）によりラベル付けした。ハイブリッド化は、ハイブリッド化バッファ（３Ｘ ＳＳＣ、０．３％のＳＤＳ、１ｍｇ／ｍｌのイーストｔＲＮＡ、および１ｍｇ／ｍｌのＰｏｌｙ Ａ）内で５〜１５０マイクロリットルの間で変動している量について、５０℃で１８時間にわたり１０００ピコモルの相補的ターゲットを用いて実行した。ターゲット溶液の蒸発を防止すべく、アレイはパラフィルムで密封された加湿ペトリ皿に封入された。ペトリ皿内部の加湿は、水で飽和した紙タオルの小片を用いて実現した。
【００８６】
封入されたアレイを、毎分約１サイクルで循環するロッカー・プラットフォーム（カリフォルニア州サニーベール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）のロビンス・サイエンティフィック・モデル（Ｒｏｂｂｉｎｓ Ｓｃｉｅｎｔｆｉｃ Ｍｏｄｅｌ）４００ＨＩ、ロッカー・プラットフォーム１０４０−２１−０）を備えたハイブリッド化オーブン内に入れた。約１８時間にわたり揺動した後でアレイが除去され、各々４２℃で１．１Ｘ ＳＳＣ、０．０３％ＳＤＳおよび０．０６％ＳＳＣで１０分間洗浄された。アレイは、６３５ナノメートルのチャネル（カリフォルニア州フォスターシティー（Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ）のアクソン・インスツルメンツ（Ａｘｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を用いるマイクロアレイスキャナを用いて撮像された。画像は、画像処理ソフトウェア（カリフォルニア州フォスターシティー（Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ）のアクソン・インスツルメンツ（Ａｘｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）のジーンピックス（ＧｅｎｅＰｉｘ）を用いて、マイクロアレイ面上の蛍光ハイブリッド化信号強度の均一性について調べた。下表は、その結果を要約したものである。
【００８７】
【表１】
【００８８】
実施例５：アッセイのダイナミックレンジおよび感度のデモンストレーション
実施例４に記述したように表面全体にわたりオリゴヌクレオチド特徴が一様に分布しているアレイを用意した。アレイは、実施例４に記述した条件下で、１、１０、１００、１０００および１０，０００ピコモルのターゲット・オリゴヌクレオチド濃度において、１００マイクロリットルの相補的蛍光ターゲット（１平方センチメートル当たり９．７の量を与える）を用いてハイブリッド化した。各濃度における蛍光強度（Ｆ６３５〜Ｂ６３５）を、ジーンピックス（ＧｅｎｅＰｉｘ）ソフトウェア（カリフォルニア州フォスターシティー（Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ、ＣＡ）のアクソン・インスツルメンツ（Ａｘｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）製）を用いて定量化された。この実験から得られたデータを図１４のグラフに示す。
【００８９】
上述の特定の実施形態は、本発明の実装を解説したものである。本発明は、本明細書に特に記述していない任意の要素または項目が無くても適宜実施可能である。全ての特許、特許出願および刊行物の完全な開示内容を、本明細書にその個々の全文を引用している。
【００９０】
本発明の範囲が逸脱することなく、本発明の各種の変更および代替案が当業者には明らかになろう。また、本発明が本明細書に記述した実施形態の例に限定されず、請求項により規定される限定内容およびこれら限定内容のあらゆる等価物の支配下にあることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明による１個のマイクロアレイ機器の斜視図である。
【図２】軸１４に沿って描かれ、マイクロアレイ機器の反応物表面状に液体を堆積させる様子を示す、図１のマイクロアレイ機器の側面図である。
【図３】図２のマイクロアレイ機器を軸１４の回りに第一の方向へ傾けた状態で示す。
【図４】図２のマイクロアレイ機器を軸１４の回りに第二の方向へ傾けた状態で示す。
【図５】本発明によるマイクロアレイ機器上の反応物表面用の構造の一例を示す、図１のマイクロアレイ機器の拡大部分断面図である。
【図６】本発明によるマイクロアレイ機器の別の実施形態の側面図である。
【図６Ａ】弛緩後のチタン・コーティングされた基板の反応物表面のＳＥＭである。
【図６Ｂ】弛緩後の金コーティングされた基板の反応物表面のＳＥＭである。
【図７】図６のマイクロアレイ機器の斜視図である。
【図８】本発明による非長方形マイクロアレイ機器の平面図である。
【図９】本発明による一システムの模式図である。
【図１０】２個のマイクロアレイ機器を組み込んだ本発明による１個の装置の平面図である。
【図１１】図１０の装置の部分断面側面図である。
【図１２】９６個のマイクロアレイ機器を含んでいる本発明による装置の平面図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿って切られた、図１２の装置の断面図である。
【図１４】実施例５との関係において記述された、対象オリゴヌクレオチド濃度の関数としての蛍光強度のグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少量マイクロアレイ処理用の機器、方法、およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロアレイは、遺伝子塩基配列決定、遺伝子発現の監視、遺伝子マッピング、細菌識別、創薬、組み合わせ化学等、各種の処理に利用することができる。これらの用途の多くは、高価および／または入手困難な分析物試料および／または試薬を要する。処理用に少量の分析物試料を希釈して量を増やすと問題が生じる恐れがある。例えば、少量の分析物試料を希釈して量を増やした結果、検出が困難または過度に長い処理時間を要するまでに濃度が薄くなる。
【０００３】
従って、マイクロアレイが望ましい理由は、そのようなアレイを利用すれば分析物試料が少量でも済むためである。マイクロアレイを用いる処理には例えば、分析物試料の微小な液滴（例えば１０〜２０マイクロリットル）をマイクロアレイに堆積させ、続いてマイクロアレイ面上に分析物試料を拡散させてカバースリップで覆う操作が含まれる。カバースリップは、カバースリップとマイクロアレイ面との隙間に押圧重量および毛管力を与えて、分析物試料をマイクロアレイ面上に拡散させる。しかし通常は、その同じ毛管力によってマイクロアレイ面上における分析物試料の混合または均一に拡散されることが阻害される。すなわち、マイクロアレイ面上における分析物分子の拡散を逆に制約する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロアレイ面上で分析物試料を拡散または混合する問題に対処する一つの方法に、ポンピング機構の利用が含まれる。しかし、この方法自体にも不都合な点がある。例えば、ポンピングに十分なボリュームを得るために、分析物試料の量を、分析物試料を追加するか、または所定量の分析物試料を希釈することにより増やす必要がある。また、ポンピング機構は処理システムを益々複雑にする。更に、ポンプを使用するいくつかのシステムにおいて、マイクロアレイ面上で分析物の分子を十分に拡散しようとして攪拌機（塗料ミキサーに類似）を用いてマイクロアレイ上の分析物試料を更に攪拌する。
【０００５】
対象分子を拡散させるためにポンプを使用するシステムにおける別の潜在的不具合は、ポンピングおよび／または攪拌が行なわれる間、分析物試料を保持しておくために、通常はマイクロアレイ面を密封チャンバ内に格納しておく必要がある点である。その結果、マイクロアレイ機器は通常、必要とされる密封チャンバを提供可能な筐体に合わせて設計されなければならない。その筐体が更にマイクロアレイのコストおよび複雑度を増大させる。
【０００６】
マイクロアレイの筐体に用いる密封チャンバの更に別の潜在的不具合は、例えば壁の接合部やその他の隅等、チャンバ内において液体の表面張力により結果的に液体が滞留する液体滞留界面が形成される点である。滞留した液体は、マイクロアレイの表面全体にわたって拡散することできない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少量のマイクロアレイを処理する機器、方法、およびシステムを提供する。本マイクロアレイ機器は好適には、反応物表面上に複数の反応物サイトを含んでいる。反応物サイトは、１個以上の選択された分析物を捕捉すべく動作する反応物を含む、当該分析物は次いで、マイクロアレイ機器に入射された励起エネルギーに応答して各分析物により発される蛍光等の電磁気信号に基づいて検出可能である。
【０００８】
反応物表面上における分析物試料の混合および／または分布は、反応物表面を傾けて分析物試料が反応物表面から溢れされることで実現される。その際、分析物試料の一部が反応物表面の第一エッジに沿ってビードに溜まるように傾けられる。反応物表面は次いで、分析物試料の一部が反応物表面から溢れて第二エッジに溜まるように、異なる方向へ傾けられる。反応物表面は好適には、分析物試料が反応物表面に保持されるように分析物試料に対して十分な毛管力を発生する。傾け操作およびその結果生じる流れは、反応物表面上に分析物試料を所望のように混合および／または分布させるために必要な回数だけ実行することができる。
【０００９】
本発明の原理に従い、分析物試料が反応物表面に露出している間、傾け操作が実行される。本発明に関わる用語として、分析物試料が「露出」しているとは、反応物表面の傾け操作に応答して分析物試料の一部が自由に流れて、反応物表面のエッジに沿って露出すなわち覆われていないビードに溜まる場合をいう。対照的に、例えば反応物表面上の分析物試料と接触するカバースリップを配置すれば、分析物試料の流れがカバースリップにより制約されるため、露出した分析物試料は得られない。本発明を特徴づける別の方法において、側壁、カバーまたはその他反応物表面の上方に伸びる構造がない場合、露出した分析物試料は傾け操作される間反応物表面に保持される。更に、露出した分析物試料は（分析物試料がアレイの表面以外にカバースリップおよび／または側壁と接触する公知の機器とは異なり）、反応物表面だけに接触していてよい。
【００１０】
本発明の利点の一つは例えば、反応物表面上に少量の分析物試料を適切に分布および／または混合できることである。ここでの「少量」の分析物試料という用語は、反応物表面１平方センチメートル当たりの分析物試料が１０マイクロリットル以下であることを意味する。本明細書において「少量」という用語は好適には、反応物表面１平方センチメートル当たりの分析物試料が平均５マイクロリットル以下であることを意味する。
【００１１】
本発明の別の利点は例えば、非乱流液体流を用いて反応物表面上の分析物試料を分布および／または混合させて、処理中における分析物試料または試薬の劣化を低減または防止することである。
【００１２】
本発明の別の利点として例えば、マイクロアレイ機器に付随するいかなる外部ポンプ機器の必要がなく、ポンプ機器とマイクロアレイ機器が配置されたチャンバとの間が液体連通している必要がなく、マイクロアレイ機器上に密封された反応チャンバを設ける必要がなく、反応物表面と筐体間の液体滞留界面を減少または除去することができる。
【００１３】
本発明における用語「分析物」とは、天然または合成の、注目する試料から検出または測定される、あるいは分離される分子、化合物、組成または錯体を意味する。分析物として、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、脂肪酸、核酸、炭水化物、ホルモン類、ステロイド、脂質、ビタミン、バクテリア、ウイルス、医薬品および代謝物質が挙げられるが、これに限定されない。
【００１４】
本発明における用語「反応物サイト」とは、天然または合成のあらゆる化学分子、化合物、組成または錯体上を含む表面上の区別された場所を意味し、補酵素等の基板に分析物を単独で結合する、または当該基板への結合を支援する分子または化合物とともに分析物を結合する能力を有するものである。本発明の反応物サイトにおける反応物は、化学または生化学測定、検出、分離等に有用である。反応物の例として、アミノ酸、核酸（オリゴヌクレオチドおよびｃＤＮＡを含む）、炭水化物、およびタンパク質（酵素や抗体等）が挙げられるがこれに限定されない。
【００１５】
本発明は一態様において、反応物を分析物に接触させる方法であって、反応物表面を含むマイクロアレイ機器を提供し、反応物表面上に分散した複数の反応物サイトを反応物表面が有し、当該複数の反応物サイトが互いに区別されていて、反応物表面が、各々対向して位置する第一エッジおよび第二エッジを含むようにするステップと、一定量の液体および分析物を反応物表面に堆積させるステップと、反応物表面を回転軸の回りに第一の方向へ傾けて、重力の影響により液体の一部が反応物表面の第一エッジの方へ移るようにするステップと、反応物表面を回転軸の回りに第二の方向へ傾けて、重力の影響により液体の一部が第一エッジから第二エッジへ向かって移るようにするステップとを含む方法を提供する。傾け操作ステップの間、液体が反応物表面上に残留する。
【００１６】
本発明は別の態様において、反応物を分析物に接触させる方法であって、マイクロアレイ機器に親水性反応物表面を提供し、反応物表面上に分散した複数の反応物サイトを反応物表面が有し、当該複数の反応物サイトが互いに区別されていて、反応物表面が各々対向して位置する第一エッジおよび第二エッジを含むようにするステップを含む方法を提供する。本方法は更に、一定量の液体および分析物を反応物表面に堆積させるステップと、反応物表面上の分析物および液体が露出している間に反応物表面を回転軸の回りに第一の方向へ傾けて、反応物表面が第一の方向へ傾いた後で、重力の影響により液体の一部が反応物表面の第一エッジの方へ移動し、反応物表面の第一エッジの近傍の反応物表面の上方にビードを形成するステップと、傾け中、反応物表面上の分析物および液体が露出している間に反応物表面を回転軸の回りに第二の方向へ傾けて、反応物表面を第二の方向へ傾けた後で、重力の影響により液体の一部が第一エッジから第二エッジへ向かって移動し、反応物表面の第二エッジの近傍の反応物表面の上方にビードを形成するステップとを含む。傾け操作ステップの間、液体が反応物表面上に残留する。
【００１７】
本発明は別の態様において、基板と、当該基板上にマイクロレプリケーションされた親水性構造化反応物表面と、反応物表面上に分散した複数の反応物サイトとを含み、当該複数の反応物サイトが互いに区別されている、少量液体処理用のマイクロアレイ機器を提供する。
【００１８】
本発明は別の態様において、キャリアと、当該キャリアの表面に配置された複数の別個の反応物表面とを含み、各々の反応物表面がマイクロレプリケーションされた親水性構造化反応物表面であって反応物表面上に分散する複数の反応物サイトを含み、当該複数の反応物サイトが互いに区別されている、少量液体処理用の装置を提供する。
【００１９】
本発明は別の態様において、キャリアと、行および列の両方向に９ミリメートル（ｍｍ）間隔を置いた８×１２アレイ内で当該キャリアの表面に配置された複数の別個の反応物表面を含み、各々の反応物表面が親水性構造化反応物表面であって反応物表面上に分散する複数の反応物サイトを含み、当該複数の反応物サイトが互いに区別されている、少量液体処理用の装置を提供する。
【００２０】
本発明は別の態様において、少量マイクロアレイ機器処理用のシステムを提供し、当該システムは処理チャンバと、当該処理チャンバ内の温度を制御すべく当該処理チャンバ内で動作可能な温度調節装置と、当該処理チャンバ内の回転装置とを含み、当該回転装置が当該処理チャンバ内に位置するマイクロアレイ機器を傾けるように動作可能である。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の特徴や利点について、本発明の実施形態を参照しつつ以下に詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、少量マイクロアレイ処理用の機器、方法、およびシステムを提供する。分析物試料は多くの場合、本発明のマイクロアレイ機器の反応物表面に堆積される液体の状態である。分析物試料は例えば、キャリア液体（キャリア液体は一種以上の異なる組成を含んでいてよい）に一種以上の分析物を含んでいてよい。反応物表面上における分析物試料およびその分析物の分布は、重力の影響により液体分析物試料がほぼ一様に空所がないように反応物表面全体にわたって流れるように、反応物表面を傾ける操作により実現される。反応物表面上における分析物試料の流れはまた、マイクロアレイ機器の反応物表面上における試料液体内で分析物または分析物を混合する際に有用である。
【００２３】
分析物試料の表面張力および毛管力は、反応物表面が傾けられている間、分析物試料を反応物表面上に保持するよう機能する。反応物表面上における液体滞留の釣合いをとる際に、反応物表面が傾けられるにつれて液体分析物試料が反応物表面を横断的に移動し、結果的に反応物表面全体を濡らすことが好適である。
【００２４】
一般に、固体表面が液体による濡れやすさは、水平に配置された表面に液体が堆積され、その上で安定した後に固体表面となす接触角度により特徴付けられる。これを「静的平衡接触角度」と呼ぶ場合があり、本明細書では単に「接触角度」と呼ぶ。米国特許第６，３７２，９５４Ｂ１号明細書（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）および国際公開第９９／０９９２３号パンフレット（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）に記述されているように、接触角度とは、表面上に堆積した液体のビード面と当該表面の接点における接線と、当該表面の平面とがなす角度である。接線が当該表面の平面と直交する液体のビードの接触角度は９０度である。通常、接触角度が９０度以下である場合、固体表面が液体により濡れているとみなされる。水または水溶液の液滴との接触角度が９０度未満である表面は一般に「親水性」であると言われる。
【００２５】
本明細書における用語「親水性」とは、材料の表面特徴を示す目的でのみ用いられる。すなわち、当該材料が水溶液で濡らされることだけを示し、水溶液を吸収または吸着するか否かを示すものではない。従って、材料の層が水溶液を浸透させる／させないにかかわらず、当該材料は親水性であると呼ばれる。このように、本発明の反応物表面として使用する親水性フィルムは、ポリ（ビニルアルコール）等、本質的に親水性である樹脂材料から作られたフィルムで形成されていてよい。
【００２６】
表面上での接触角度がほぼ０度である液体分析物試料は、表面を完全に濡らすとみなされる。しかし、ポリオレフィンは通常、本質的に疎水性であり、ポリエチレンまたはポリプロピレン等のポリオレフィンフィルムと水との接触角度は通常９０度より大きい。本発明の反応物表面に堆積される分析物試料の多く水性である。このように、そのようなフィルムを本発明の反応物表面として用いる場合、接触角度が９０度以下となるように表面を親水性とし、反応物表面を濡れやすくして液体輸送特性を向上させるべく、例えば表面処理、表面コーティングの適用、または選択された薬剤の注入当による改良を要する場合がある。
【００２７】
任意の適切な公知の方法を用いて、本発明の液体制御フィルム上に親水性表面を実現することができる。表面処理は、界面活性剤の局部適用、プラズマ処理、フィルム面上への親水性部分のグラフティング、ゾル−ゲル・コーティング、コロナまたはフレーム処理等を用いて行なうことができる。あるいは、フィルム押出時に内部添加物として界面活性剤またはその他の適切な薬剤を樹脂と混合してもよい。しかし、界面活性剤コーティングの局所適用に依存するのではなく、反応物表面が作られるポリマー組成に界面活性剤を注入する方が好適である。
【００２８】
図１は、本発明によるマイクロアレイ機器１０の斜視図である。マイクロアレイ機器１０は、２つの対向するエッジ２２、２４を有する反応物表面２０を含む。反応物サイト３０は、反応物表面２０上に分布している。反応物サイト３０が反応物表面２０上に規則的な、秩序ある配列状に分布しているように描かれているが、反応物サイト３０が反応物表面２０上に任意の適当な仕方またはパターンで分布していてもよい点を理解されたい。例えば代替的に、反応物サイト３０が反応物表面２０上に不規則な仕方でランダムに分布していてよい。他の代替方式において、反応物サイト３０は反応物表面２０の異なる部分の上に異なるパターンまたは仕方で分布していてよい。
【００２９】
マイクロアレイ機器１０はまた、反応物表面２０が配置された基板１２も含んでいる。基板１２は、任意の適当な形状をなしていてよい。例えば、基板１２はガラス、ポリマー、シリコンまたはその他の適当な材料で形成されていてよい。反応物表面２０が基板１２の表面のほぼ全体を占めているように描かれているが、ある場合には反応物表面２０が基板１２より小さくても大きくてもよい。別の変型例において、反応物表面２０および／または基板１２が比較的平坦に描かれているが、凹型、円筒型等、他の任意の適当な形状に形成されていてよい点を理解されたい。
【００３０】
図１にはまた、反応物表面２０の対向するエッジ２２、２４の間を伸びる軸１４も示す。以下により詳しく述べるように、反応物表面２０の上で分析物試料を分布させるおよび／または混合するために、この軸の回りにマイクロアレイ機器１０が傾けられる。
【００３１】
図２は、図１のマイクロアレイ機器１０の軸１４に沿った（従って図２の視点から見た）の側面図である。マイクロアレイ機器１０は基板１２と、軸１４の対向する面に配置された対向エッジ２２、２４を含んでいる。図２にはまた、マイクロアレイ機器１０の反応物表面２０に液体分析物試料４０を堆積させるために用いる配送機器４２も示す。配送機器４２は、ピペットまたはその他の液体配送機器等、任意の方式であってよい。配送機器４２は手動で操作しても、あるいは自動化された液体配送システムの一部であってもよい。
【００３２】
分析物試料４０は、ユーザーが反応物表面２０上の反応物サイト３０の反応物に露出させたいと望む１種以上の分析物を含む。分析物試料４０を反応物表面２０の中央部付近に堆積させることが望ましいが、分析物試料４０を反応物表面２０上のほぼ任意の場所に堆積させてもよく、後述するようにマイクロアレイ機器１０を傾ける操作により反応物表面２０上に分析物試料４０を所望のように分布させることが可能な点を理解されたい。
【００３３】
ある場合には、分析物試料４０は、マイクロアレイ機器１０が傾けなくても、または傾きがなくても、反応物表面２０上を自然に流れたり、または分布する場合がある。別のケースでは、分析物試料４０が反応物表面２０上を流れるように反応物表面２０に何らかの操作を行わない限り分析物試料４０が反応物表面２０全体にわたって分布することができない。
【００３４】
別の変型例において、分析物試料４０を段階的に堆積させてもよい点を理解されたい。例えば、ある状況で、１種以上の分析物をキャリア液体から別々に堆積させて、当該１種以上の分析物を反応物表面２０に分布させてもよい。そのような状況において、当該１種以上の分析物の堆積は、分析物の特性、およびキャリア液体を堆積させる前か後のどちらに分析物を堆積させた方が好ましいかにより、キャリア液体の堆積前後のいずれに行なってもよい。
【００３５】
図３は、図２のマイクロアレイ機器１０を軸１４の回りに第一の方向１３へ回転させた後の図である。分析物試料４０の少なくとも一部が、反応物表面２０を傾けた結果、反応物表面２０上に分布している。分析物試料４０、または少なくともその一部が溜まり、反応物表面２０のエッジ２２に沿ってビード４４を形成している。分析物試料４０の毛管力および表面張力により、分析物試料４０は、反応物表面２０の向きを傾けて、かつ分析物試料４０に重力が作用しているにもかかわらず、流出または漏出することなく反応物表面２０上に保持されている。
【００３６】
分析物試料４０は、まだ反応物表面２０全体にわたっては分布していない。例えば、処理のこの段階においては、エッジ２４は液体に作用する重力によりエッジ２２の方へ引っ張られて反応物表面２０のエッジ２４から離されるため、分析物試料４０から基本的に離れている。
【００３７】
分析物試料４０の粘性その他の変数に応じて、マイクロアレイ機器１０を回転させて、図３に示したよりも上回るかまたは下回る程度に第一エッジ２２を重力に抗して下げることが必要な場合がある。例えば、粘性が低い分析物試料４０は、粘性が高い分析物試料４０と比較して少ない回転量で反応物表面２２上を移動または分布することができる。更に、分析物試料４０が流れて反応物表面２０の第一エッジ２２に沿ってビード４４に溜まる時間を与えるように、反応物表面２０が（例えば図３に示すように）傾いた向きにドウェル時間静止できることが望ましい。別の例では、回転範囲の一端でのドウェル時間は必要とされない。
【００３８】
本発明と関係付けて記述した反応物表面上の液体の移動は、実際の重力または見かけの重力のいずれからの重力にせよ、重力の影響下にあることを理解されたい。見かけの重力は、本発明によるマイクロアレイ機器の反応物表面上に液体を分布させる際に、実際の重力が十分無い場合、または制御可能な擬似的重力の提供が求められる場合に、重力の代わりとすべく発生された回転力により与えることができる。見かけの重力は例えば、回動システム内で任意の向きに発生させることができる。対照的に、実際の重力は例えば、地球の質量により生じる重力に基づくものである。分析物試料に作用する重力は約１Ｇ以下であることが好適である。更に、本明細書に記述するように、反応物表面の傾け操作は、実際または見かけの重力の力ベクトルにほぼ直交する水平軸（または軸）の回りに行なわれるのが好適である。
【００３９】
図４に、マイクロアレイ機器１０を軸１４の回りに第二の方向１５へ回転した後の状態を示す。この方向では、反応物表面２０は、結果的に分析物試料４０の一部がエッジ２２から遠ざかり、かつエッジ２４へ向かって流れる方向を向いたエッジ２４を含んでいる。反応物表面２０は好適には、分析物試料の一部４０が反応物表面２０のエッジ２４に沿ってビード４４に溜まるまで図４に示す方向に保持される。
【００４０】
反応物表面２０上を分析物試料４０が流れる結果、分析物試料４０は通常、エッジ２２からエッジ２４まで反応物表面２０のほぼ全体にわたり分布する。ここに、分析物試料４０のビード４４は反応物表面２０のエッジ２４に好適に配置されている。
【００４１】
反応物表面２０上に分析物試料４０を分布させることだけが目的であるため、反応物表面２０が図４に示す方向に保持できるだけで十分である。あるいは、図２に示すように分析物試料４０が配置された反応物表面２０を、分析物試料４０が反応物表面２０上のビードに溜まらない中間位置まで回転させてもよい。
【００４２】
しかし、反応物表面２０上の分析物試料４０を更に混合させることが必要な場合、図３、４に示す方向の間で反応物表面２０を回転し続けることが望ましい。例えば、処理の間、反応物表面２０および付随する基板を方向１３と１５の間で揺することにより、分析物試料４０の反応物表面２０上における混合および分布を続けることが望ましい場合がある。反応物表面２０が分析物試料４０により濡れるにつれて、反応物表面２０および付随する基板１２の回転または傾き度合いを小さくすることが望ましい場合がある。更に、一つ以上の異なる方向における反応物表面２０のドウェル時間を延長または短縮することが望ましい場合がある。他の変型例として、例えば、反応物表面の回転速度の変更を含んでいてよい。
【００４３】
本発明に関わる他の変型例として、マイクロアレイ機器１０および反応物表面２０を回転させて所望の傾きを得るための回転軸の位置がある。図１〜４に示す実施形態において、軸１４は第一エッジ２２と第二エッジ２４の間の反応物表面２０の中心点付近にある平面内に位置している。軸１４が位置する平面は例えば、一般に反応物表面２０と平行または直交（反応物表面が平坦である前提）していてよい。しかし軸１４の位置は、反応物表面２０が軸の回りに回転させられた際に、反応物表面２０全体にわたって液体の流れが得られるように変えてもよい。液体を流れさせるための動力として実際の重力が使われる場合、回転の結果、反応物表面２０のエッジ２２および２４の間で高さの違いが生じる。例えば、軸１４は反応物表面２０が占める領域の外側に位置するかもしれない（下記図８参照）。
【００４４】
軸１４が基板１２内に位置しているように描かれているが、例えば基板１２の上下等、軸１４を任意の好都合な場所に配置してよい。例えば、マイクロアレイ機器１０を従来の揺動機器上に配置する場合、軸１４は通常、基板１２の下、すなわち反応物表面２０から見て基板１２の反対側に配置される。
【００４５】
図５は、反応物表面２０の一部および付随する基板１２の拡大部分断面図である。反応物表面２０は、反応物表面２０上に配置された任意の分析物試料４０の分布および／または保持を容易にする構造化表面であってよい。この点に関しては有用な１つの潜在的構造として、一連の整列されたチャネル５０がある。当該実施形態のチャネル５０の各々は一対の側壁５２および谷状部５４により形成されていて、チャネル５０が反応物表面２０内に形成されるようにする。隣接するチャネル５０の側壁５２は、図５に示すように会合してピーク５６を形成することができる。
【００４６】
いくつかの例において、反応物表面２０のエッジに沿って分析物試料４０のビード４４が生ずるように、反応物表面２０が少なくとも１回傾けられるまで、分析物試料が反応物表面２０の幅全体（幅が軸１４の方向に沿って測定されている前提）にわたって分布しない場合がある。分析物試料４０の量により、反応物表面の幅全体にわたって分布することが制限される場合がある。例えば反応物表面２０上のチャネル５０（または他の構造）を充満させるには不十分な場合、ビード４４内の反応物表面２０のエッジに沿って溜まるまで待つが、その位置まで来れば、分析物試料４０が反応物表面２０の幅全体にわたって広がることができる。
【００４７】
チャネル５０が、エッジ２２からエッジ２４まで反応物表面２０の長さにわたって連続的に伸びることが好適である。あるいは、チャネル５０が対向するエッジ間で不連続な場合がある。チャネル５０は、反応物表面２０上で互いに平行であるように整列していることが更に好適であるが、チャネル５０が必ずしも互いに平行でなくてもよい点を理解されたい。
【００４８】
別の変型例において、構造化反応物表面２０上に形成された構造は、任意の適当な形状をなしていてよい。例えば、図５に示すようにＶ型でないチャネルを使用することが有用なこともある。他の例において、反応物表面上で複数の方向にチャネルまたは液体経路の配列を規定するピラミッド形またはその他の構造のアレイを提供することが望ましい場合がある。代替的なチャネル付き構造の例が、米国特許第６，３７２，９５４Ｂ１号明細書、同第６，４３１，６９５Ｂ１号明細書、並びに国際公開第９９／０９９２３号パンフレット（全てジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）に見られる。
【００４９】
構造化反応物表面は、マイクロレプリケーション、機械加工、スタンピング、エンボシング等、任意の適当な技術または技術群を用いて製造することができる。本発明にかかわる有用な構造化表面を形成する適切な技術の例が、米国特許第６，４３１，６９５号明細書（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）、同第６，３７２，９５４号明細書（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）、並びに国際公開第９９／０９９２３号パンフレット（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）他）、国際公開第９９／６５６６４号パンフレット（ベンツェン（Ｂｅｎｔｓｅｎ）他）に記述されている。
【００５０】
本発明の構造化反応物表面は、マイクロレプリケーションされているのが好適だが、これは必須ではない。マイクロレプリケーションされた構造化反応物表面の利用が有利な点は、比較的複雑な処理技術を使用しなくても、製品間にバラツキがほとんど無く反応物表面を大量生産できることである。本発明における用語「マイクロレプリケーションされた」とは、製品間のバラツキが５０マイクロメートル以下であるように構造化表面特徴が個別特徴忠実度を維持する製造工程を介した構造化表面の製造を意味する。マイクロレプリケーションされた構造化反応物表面は好適には、製品間のバラツキが２５マイクロメートル以下であるように構造化表面特徴が個別特徴忠実度を維持するように製造される。
【００５１】
本発明に従い、マイクロレプリケーションされた構造化反応物表面は、解像度が５０マイクロメートル〜０．０５マイクロメートルの間、より好適には、２５マイクロメートル〜１マイクロメートルの間であるように維持された個別特徴忠実度を有するトポロジー（物体、場所またはその領域の表面特徴）を有する表面を含む。
【００５２】
反応物表面２０および基板１２は図５に示すように、一体形の完全に統合された構造として提供できる点を理解されたい。あるいは、反応物表面および付随する構造は、基板から別々に形成して、そこへ取り付けてもよい。
【００５３】
図６に、基板１１２に取り付けられた別々の構造１２８として形成された反応物表面１２０を含むマイクロアレイ機器１１０の構造を示す。反応物表面１２０は例えば、多孔性を示す別々のフィルムまたは膜から形成され、その上に配置された液体が吸収または吸着されて反応物表面上の液体を保持するようにしてもよい。適切な膜の例として、バイオロボティクス（Ｂｉｏｒｏｂｏｔｉｃｓ）社が製造する商品名ＴＡＳで販売されている、孔サイズが０．４５ミクロンのナイロン微多孔膜が含まれる。
【００５４】
層１２８および付随する反応物表面１２０の代替的構造として、織布、不織布等の繊維材料、固定ビードまたはその他の物体、エッチング・ガラス等の粗い表面等が含まれるが、これに限定されない。
【００５５】
層１２８および付随する反応物表面１２０の代替的構造として、例えば米国特許第６，３９５，４８３Ｂ１号明細書（パティル（Ｐａｔｉｌ）他）および国際公開第９９／５３３１９号パンフレット（ハルバーソン（Ｈａｌｖｅｒｓｏｎ）他）に記述されている波状表面が含まれる。それらの参照文献はまた、弾性材料、延伸ポリマーフィルム等の基板１１２の、各種の代替物についても述べている。
【００５６】
本発明における用語「波紋」または「波状」とは、例えば図６Ａ、６Ｂに見られるような回旋した波状の形状を意味する。本発明の目的のために、波状表面がパターンに関して不規則な波紋を含んでいることが好適である。「波紋」または「波状」は、印刷、エンボシング、鋳造、金型成形、レーザスクライビング、フォトリソグラフィ、エッチング、機械的擦過または刻み付け等の方法により生成されたチャネル、液溜めまたはマイクロウェル等の構造は含まない。
【００５７】
このような波状表面は、基板１１２に取り付けられた１個以上のコーティングを含んでいてよい。通常、波紋が形成されるのは、上記参照文献で述べているように、例えば、延伸ポリマーフィルムを弛緩させたり、または弾性基板の弛緩を許すことにより基板１１２のサイズが減少した場合である。波状表面の利点には、反応物表面１２０のトポグラフィ表面積が射影表面積より大きい点が含まれる。ここでの用語「トポグラフィ表面積」とは、反応物表面１２０の実際の表面積を意味し、換言すれば反応物表面１２０の波状特徴全体の表面積の測定値である。「射影表面積」とは、反応物表面１２０を反応物表面１２０に対向する平面に射影することにより定義される面積の測定値を意味する。
【００５８】
図７は、図５のマイクロアレイ機器１１０の斜視図であり、本発明の方法に従って反応物表面を傾けるいくつかの代替的方法を記述するために用いる。２本の回転軸１１４、１１８を図７に示し、これらの軸は好適には互いに直交している。しかし、軸１１４、１１６は必ずしも互いに直交していなくてもよい点を理解されたい。
【００５９】
マイクロアレイ機器１１０の回転は、先に図３、４に関して説明した、反応表面２０を軸１４の回りに傾けるのと同様の仕方で、反応表面１２０を軸１１４の回りの反対向きの方向１１３および１１５へ傾ける操作により実行することができる。そのように傾けることで好適には、分析物試料が反応表面１２０上をエッジ１２２またはエッジ１２４の方へ流れる結果が生じる。好適には、流れが生じた結果、上述のように反応物表面の下側エッジに沿って、分析物試料の一部が溜まる。
【００６０】
マイクロアレイ機器１１０の回転はまた、あるいは代替的に、先に図３、４に関して説明した、反応表面２０を軸１４の回りに傾けるのと同様の仕方で、反応表面１２０を軸１１８の回りに反対向きの方向１１７および１１９へ傾ける操作により実行することができる。そのように傾けることで好適には、分析物試料が結果的に反応表面１２０上をエッジ１２３またはエッジ１２５の方へ流れる。好適には、流れた結果、上述のように反応物表面の下側エッジに沿って分析物試料の一部が溜まる。
【００６１】
異なる軸１１４、１１８の回りの回転順序は、分析物試料を反応物表面１２０上で所望のように分布および／または拡散させるべく選択することができる。例えば、最初に反応物表面１２０を軸１１４の回りに反対向きの方向１１３、１１５へ１回以上傾けてから、反応物表面１２０を軸１１８の回りに反対向きの方向１１７、１１９へ１回以上傾けるのが望ましい場合がある。
【００６２】
別の変型例において、反応物表面１２０を軸１１４、１１８の回りに別の仕方で傾けることが好適である。例えば、最初に反応表面１２０を軸１１４の回りに方向１１３へ傾けて、分析物試料がエッジ１２２に沿って流れ、そこで溜まるようにしてよい。次のステップでは、反応表面１２０を軸１１８の回りに、例えば方向１１７および／または反対方向１１９へ傾けるようにしてよい。軸１１８回りのこの第二の傾け操作は、反応物表面１２０が方向１１５へ傾けられて水平位置に戻る前に実行しても、あるいは反応物表面１２０が分析物試料に作用している重力に関して水平または中立位置に保持されている間に実行してもよい。いくつかの事例では、反応物表面１２０を軸１１８の回りに方向１１７および１１９へ傾ける前に、反応物表面１２０を軸１１４の回りに方向１１３および１１５へ１回以上傾けることが望ましい場合がある。
【００６３】
更に別の変型例において、反応表面１２０が軌道に沿って傾くように、反応物表面１２０を軸１１４および１１８の両方の回りに同時に傾けてもよい。そのような傾け操作は、同時の多軸傾け操作と記述する場合がある。いくつかの事例では、液体分析物試料のビードは、反応物表面１２０に沿って放射状に拡散することができる。
【００６４】
図８に目を転じれば、本発明によるマイクロアレイ機器の他の代替案を示している。マイクロアレイ機器２１０と、図１に示すマイクロアレイ機器１０の一つの相違点は、マイクロアレイ機器２１０は非長方形の反応物表面２２０を含んでいる点である。図８の反応物表面２２０は形状がほぼ円形であり、基本的に本発明によるマイクロアレイ機器の反応物表面が任意の選択された形状をとり得ることを示している。
【００６５】
マイクロアレイ機器２１０はまた、回転軸線２１４に関して反応物表面２２０の対向する側に配置された２つの対向するエッジ２２２、２２４を含んでいる。図１のマイクロアレイ機器１０との関連でわかるように、エッジ２２２、２２４は直線状ではない。むしろエッジ２２２、２２４は、各々領域２２１、２２３に配置された弧状をなしている。
【００６６】
図８に示すように、回転軸２１４は反応物表面２２０が占める領域の外側に位置する。それにもかかわらず、軸２１４は対向するエッジ２２２、２２４を規定するのに有用である。更に、マイクロアレイ機器２１０を回転軸２１４の回りに回転させることでまた、対向するエッジ２２２、２２４の間を横断して液体が反応物表面２２０を流れるようにする。
【００６７】
本発明のマイクロアレイ機器を用いるプロセスを実行する際に有用なシステムを図９に示す。本システムは、処理チャンバ３６０内に配置されたマイクロアレイ機器３１０を含む。マイクロアレイ機器３１０は処理チャンバ３６０内で傾けられて、上述の原理に従い分析物試料をマイクロアレイ機器３１０の反応物表面上に分布および／または拡散させることができる。更に、本システムはまた、温度調節装置３６２およびチャンバ３６０内でマイクロアレイ機器３１０を所望のように回転させることが可能な回転装置３６４を含む。
【００６８】
温度調節装置３６２は、処理チャンバ３６０内で所望の温度を維持することが可能な冷房暖房の一方または両方の装置を含んでいてよい。温度調節装置３６０は例えば、処理チャンバ３６０内お空気（または他の気体）の温度を制御する装置を含んでいてよい。温度調節装置３６２は、例えば、マイクロアレイ機器（またはそれらが取り付けられているキャリア）が搭載された熱ブロック用いる熱伝導を通じて、処理チャンバ３６０内に配置されたマイクロアレイ機器または機器群の温度を制御する装置を含んでいてよい。
【００６９】
回転装置の一例として例えば、カリフォルニア州サニーヴェール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）のロビンズ科学モデル（Ｒｏｂｂｉｎｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｍｏｄｅｌ）４００ＨＩ等のロッカー・プラットフォームであってよい。
【００７０】
マイクロアレイ機器３１０上で分析物および反応物の処理を行なう間、有用である湿度および／または他の環境特性を維持すべくチャンバ３６０が密封されていることが望ましい場合がある。オプションの温度調節装置３６２は、当該処理が、マイクロアレイ機器３１０上で分析物および反応物を処理している間にチャンバ３６０の加熱または冷却を必要とする場合に有用である。
【００７１】
本発明によるマイクロアレイ機器は単独で用いてもよいが、多くの例において、２個以上のマイクロアレイ機器を装置内で用いて、次いで当該装置を本発明によるマイクロアレイ機器の反応物表面に配置された分析物と反応物の間で所望の反応を得るために処理することが望ましい場合がある。２個のマイクロアレイ機器４１０ａおよび４１０ｂ（以下、集合的にマイクロアレイ機器４１０と表わす）を含む装置の実施形態を図１０、１１に示す。図に示す装置は一例に過ぎないことを理解されたい。
【００７２】
図に示す実施形態において、例えばキャリア４７０に配置されたマイクロアレイ機器４１０を保護するためのガスケットもキャリア４７０に用意されている。最も外側のガスケット４８０を用いて、例えばマイクロアレイ機器４１０上で任意の分析物および反応物を熱処理する間にマイクロアレイ機器４１０の上に配置されたカバー４８２を支持することができる。カバー４８２の利用は、マイクロアレイ機器４１０上の反応物表面が収まっている体積内の湿度を維持する技術の一例である。別の例において、カバー４８２は不要な放射、汚染等、他の環境条件から保護することができる。ガスケット４８０および遮蔽物４８２は別々の物品として描かれているが、カバー４８２を除去すればキャリア４７０からガスケットも除去されるようにガスケット４８０はカバー４８２の一部であってもよい点が理解されよう。
【００７３】
キャリア４７０との関連で示す別オプションの特徴として、キャリア４７０に配置されたマイクロアレイ機器４１０を撮像する際に使用できる内側ガスケット４９０がある。例えば、ガスケット４９０は不透明な材料で作られていてよく、マイクロアレイ機器４１０の撮像は、撮像している間に外光がマイクロアレイ機器４１０に入ったり当たったりしないように強化することができる。他の例において、ガスケット４９０はスペーサとして機能することにより、撮像装置とマイクロアレイ機器４１０の反応物表面との接触およびを防止することができる。
【００７４】
マイクロアレイ機器４１０が、上にチャネルが形成された構造化反応物表面を含む装置において、別個のマイクロアレイ機器４１０各々のチャネルが互いに整列していることが好適である。換言すれば、全てのチャネルは、どのマイクロアレイ機器に配置されているかに関係なく、共通の軸に沿って整列していることが好適である。その結果、キャリア４７０を傾けた結果、各反応物表面上の全てのチャネルが実質的に同じ方向を向く。
【００７５】
図１２に、キャリア５７０上に複数のマイクロアレイ機器５１０を含む装置の更に別の実施形態を示す。キャリア５７０は、従来の９６穴マイクロタイタープレート、例えば行および列方向の両方における隣接するマイクロアレイ機器間の中心間距離が９ｍｍ、と整合する間隔を置いた９６個マイクロアレイ機器５１０を８行×１２列のアレイ状に保持する。隣接するマイクロアレイ機器のエッジが、マイクロアレイ機器間で相互汚染が生じる可能性を減らすべく、十分間隔が空けられていることが好適である（例えば１ｍｍ以上）。このような構造の一つの利点は、装置が最小限の変更により従来の分析物分布および画像処理システムで利用可能な点である。
【００７６】
図１３は、図１２の装置を線分１３−１３に沿って切った断面図である。キャリア５７０は好適には、マイクロアレイ機器５１０が配置された表面５７４に直交する高さであって、従来の設備を用いて当該装置の取扱いを容易にする従来のマイクロタイタープレートとほぼ同じの高さを有する側壁５７２を含んでいてよい。側壁５７２はまた、マイクロアレイ機器５１０の格納または処理を行なう間にカバー（図示せず）を好都合に支持することができる。キャリア表面５７４上にガスケットを用意してマイクロアレイ機器５１０同士の相互汚染の可能性を低減させることができるが、いかなるガスケットも好適には分析物試料および／または反応物表面とは接触しない点を理解されたい。あるいは、ガスケットはキャリア表面５７４上に被せられたカバーの上に配置されてもよい。
【００７７】
複数のマイクロアレイ機器５１０を有するキャリア５７０を用いる方法は、全てのマイクロアレイ機器を、上述のような傾け操作方法を用いて同時に処理することができる。
【実施例】
【００７８】
以下の実施例は、本発明の特徴、利点およびその他の詳細事項を示す目的でのみ選ばれている。しかし、これらの例がこの目的に沿うものでありながら、ここで用いた特定の成分および量、並びその他の条件および詳細事項は、過度に本発明の範囲を限定する仕方で解釈されてはならない。
【００７９】
実施例１：波状表面を有するコーティング熱収縮フィルム
国際公開第９９／５３３１９号パンフレットに従い、アズラクトン／ジメチルアクリルアミド・コポリマーがコーティングされたポリエチレン熱収縮フィルムの試料を用意し、反応物表面に波状のしわを付けた。寸法が１．８×２．５ｃｍであるマイクロアレイ機器をガラス顕微鏡スライドに接着した。マイクロアレイ機器が配置されたガラススライドを平坦かつ水平（０度）な表面に配置し、１００マイクロリットルのＤＮＡハイブリッド化バッファ（３Ｘ ＳＳＣ、０．３％のＳＤＳ、１ｍｇ／ｍｌのイーストｔＲＮＡ、および１ｍｇ／ｍｌのＰｏｌｙ Ａ）をマイクロアレイ機器の中央に配置した。液体が放射状に拡がって、マイクロアレイ機器の外側エッジに到達するまで伝播する様子が観察された。試料は次いで、水平から約２０度傾けられた。反応物表面上方の自由液体がフィルムの「低い」側に移動して、流出することなくフィルムのエッジにおいて線形ビードに溜まる様子が観察された。マイクロアレイ機器を反対方向に（かつ水平から２０度ずらして）回転させることにより、液体が、線形ビードが形成された反対側に到達するまで、反応物表面上をカスケードする「シート」状（液体が殆ど指状に流れない）に伝播した。
【００８０】
実施例２：多孔性繊維網を有するナイロン膜
断面が約２×２．５ｃｍであるナイロン膜（孔サイズ０．４５ミクロンのＴＡＳ膜、英国ケンブリッジのバイオロボティクス社（ＢｉｏＲｏｂｏｔｉｃｓ，Ｉｎｃ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ ＵＫ）製）を、両面粘着テープを用いてガラス顕微鏡スライドに接着して反応物表面を形成した。
【００８１】
ガラススライドを平坦かつ水平な（０度）表面に配置し、その時点で緑色食品着色料を含む１５０マイクロリットルの水をフィルム中央部にピペット注入した。膜の上を溶液が放射状に拡がる様子が観察された。試料は、実施例１において記述したように緩やかに回転された。膜に吸着されなかった自由液体は、エッジから溢れ出ることなく膜のエッジに溜まる様子が観察された。試料は次いで垂直位置、すなわち水平位置から９０度回転された。溶液は、そのような極端な角度でも膜に保持されていた。
【００８２】
実施例３：Ｖ字チャネル構造を有するポリマーフィルム
米国特許第５，７２８，４６６号明細書に従い、表面に線形Ｖ字溝チャネルが隣接してエンボス加工されたマイクロレプリケーション構造化表面を有する親水性ポリプロピレン膜を用意した。エンボス加工されたポリマー表面は、底角（「Ｖ」字の根元）が約１３５度、高さが約１００マイクロメートルである二等辺三角形の横断面を有する開Ｖ字溝を含んでいる。両面粘着テープを用いて、約２×２ｃｍのフィルム断面をガラス顕微鏡スライドに接着した。
【００８３】
次いでガラススライドを平坦かつ水辺な表面に配置し、その時点で（対照例を提供すべく）緑色食品着色料を含む７５マイクロリットルの水をフィルム中央部にピペット注入した。液体がフィルムのエッジに到達するまで、Ｖ字溝チャネルに沿って拡がる様子が観察された。試料は約２０度傾けられた。液体がチャネルに沿ってフィルムの「低い」側に移動し、溢れ出ることなくフィルムのエッジに溜まる様子が観察された。液体が溜まるにつれて、フィルムの外側エッジに到達するまで、Ｖ字溝の方向に直交して拡がった。フィルムを水平方向から２０度回転させることにより、液体がフィルム領域の全表面の上を、反対側のエッジに到達するまで移動する。次いでフィルムを垂直位置（水平位置から９０度）に回転した。その時点で液体はフィルムのエッジから溢れ出ることなくフィルムの底部エッジまで完全に移動した。
【００８４】
実施例４：少量ハイブリッド化のデモンストレーション
この実施例は、本発明の方法を用いて反応物表面上へ分析物が一様に分布される様子をデモンストレーションするものである。実施例１に記述したように、コーティング熱収縮フィルム上にオリゴヌクレオチド・アレイを用意した。要約すれば、２５基のオリゴヌクレオチド・シーケンスをコーティング熱収縮フィルム上に、マイクロアレイ表面全体にわたって均一に分布した特徴を生じるように設計されたパターンで配列した。当該パターンは、直径が約６０マイクロメートルである特徴を３５０マイクロメートル間隔で９列１６行に配置した４連グループを含む。４連グループの列と行の間隔は９００マイクロメートルであった。転写接着剤を用いて、長方形アレイ（２．８ｃｍ×３．７ｃｍ）をガラス顕微鏡スライドに取り付けた。
【００８５】
ハイブリッド化は、実施例１で述べた方法に従い、相補的２５塩基のターゲットシーケンスを用いて一定範囲の量について実行された。相補的シーケンスに、蛍光色素（Ｃｙ５、アマーシャム・ファルマシア・バイオテック（Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ）によりラベル付けした。ハイブリッド化は、ハイブリッド化バッファ（３Ｘ ＳＳＣ、０．３％のＳＤＳ、１ｍｇ／ｍｌのイーストｔＲＮＡ、および１ｍｇ／ｍｌのＰｏｌｙ Ａ）内で５〜１５０マイクロリットルの間で変動している量について、５０℃で１８時間にわたり１０００ピコモルの相補的ターゲットを用いて実行した。ターゲット溶液の蒸発を防止すべく、アレイはパラフィルムで密封された加湿ペトリ皿に封入された。ペトリ皿内部の加湿は、水で飽和した紙タオルの小片を用いて実現した。
【００８６】
封入されたアレイを、毎分約１サイクルで循環するロッカー・プラットフォーム（カリフォルニア州サニーベール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）のロビンス・サイエンティフィック・モデル（Ｒｏｂｂｉｎｓ Ｓｃｉｅｎｔｆｉｃ Ｍｏｄｅｌ）４００ＨＩ、ロッカー・プラットフォーム１０４０−２１−０）を備えたハイブリッド化オーブン内に入れた。約１８時間にわたり揺動した後でアレイが除去され、各々４２℃で１．１Ｘ ＳＳＣ、０．０３％ＳＤＳおよび０．０６％ＳＳＣで１０分間洗浄された。アレイは、６３５ナノメートルのチャネル（カリフォルニア州フォスターシティー（Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ）のアクソン・インスツルメンツ（Ａｘｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を用いるマイクロアレイスキャナを用いて撮像された。画像は、画像処理ソフトウェア（カリフォルニア州フォスターシティー（Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ）のアクソン・インスツルメンツ（Ａｘｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）のジーンピックス（ＧｅｎｅＰｉｘ）を用いて、マイクロアレイ面上の蛍光ハイブリッド化信号強度の均一性について調べた。下表は、その結果を要約したものである。
【００８７】
【表１】
【００８８】
実施例５：アッセイのダイナミックレンジおよび感度のデモンストレーション
実施例４に記述したように表面全体にわたりオリゴヌクレオチド特徴が一様に分布しているアレイを用意した。アレイは、実施例４に記述した条件下で、１、１０、１００、１０００および１０，０００ピコモルのターゲット・オリゴヌクレオチド濃度において、１００マイクロリットルの相補的蛍光ターゲット（１平方センチメートル当たり９．７の量を与える）を用いてハイブリッド化した。各濃度における蛍光強度（Ｆ６３５〜Ｂ６３５）を、ジーンピックス（ＧｅｎｅＰｉｘ）ソフトウェア（カリフォルニア州フォスターシティー（Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ、ＣＡ）のアクソン・インスツルメンツ（Ａｘｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）製）を用いて定量化された。この実験から得られたデータを図１４のグラフに示す。
【００８９】
上述の特定の実施形態は、本発明の実装を解説したものである。本発明は、本明細書に特に記述していない任意の要素または項目が無くても適宜実施可能である。全ての特許、特許出願および刊行物の完全な開示内容を、本明細書にその個々の全文を引用している。
【００９０】
本発明の範囲が逸脱することなく、本発明の各種の変更および代替案が当業者には明らかになろう。また、本発明が本明細書に記述した実施形態の例に限定されず、請求項により規定される限定内容およびこれら限定内容のあらゆる等価物の支配下にあることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明による１個のマイクロアレイ機器の斜視図である。
【図２】軸１４に沿って描かれ、マイクロアレイ機器の反応物表面状に液体を堆積させる様子を示す、図１のマイクロアレイ機器の側面図である。
【図３】図２のマイクロアレイ機器を軸１４の回りに第一の方向へ傾けた状態で示す。
【図４】図２のマイクロアレイ機器を軸１４の回りに第二の方向へ傾けた状態で示す。
【図５】本発明によるマイクロアレイ機器上の反応物表面用の構造の一例を示す、図１のマイクロアレイ機器の拡大部分断面図である。
【図６】本発明によるマイクロアレイ機器の別の実施形態の側面図である。
【図６Ａ】弛緩後のチタン・コーティングされた基板の反応物表面のＳＥＭである。
【図６Ｂ】弛緩後の金コーティングされた基板の反応物表面のＳＥＭである。
【図７】図６のマイクロアレイ機器の斜視図である。
【図８】本発明による非長方形マイクロアレイ機器の平面図である。
【図９】本発明による一システムの模式図である。
【図１０】２個のマイクロアレイ機器を組み込んだ本発明による１個の装置の平面図である。
【図１１】図１０の装置の部分断面側面図である。
【図１２】９６個のマイクロアレイ機器を含んでいる本発明による装置の平面図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿って切られた、図１２の装置の断面図である。
【図１４】実施例５との関係において記述された、対象オリゴヌクレオチド濃度の関数としての蛍光強度のグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物を分析物に接触させる方法であって、
反応物表面を含むマイクロアレイ機器を提供し、前記反応物表面上に分散した複数の反応物サイトを前記反応物表面が有し、前記複数の反応物サイトが互いに区別されていて、前記反応物表面が各々対向して位置する第一エッジおよび第二エッジを含むようにするステップと、
一定量の液体および分析物を前記反応物表面に堆積させるステップと、
前記反応物表面を回転軸の回りに第一の方向へ傾けて、重力の影響により前記液体の一部が前記反応物表面の第一エッジの方へ移るようにするステップと、
前記反応物表面を前記回転軸の回りに第二の方向へ傾けて、重力の影響により前記液体の一部が前記第一エッジから前記第二エッジへ向かって移るようにするステップとを含み、
前記傾け操作ステップの間、前記液体が前記反応物表面上に残留する方法。
【請求項２】
前記傾け操作ステップが、前記反応物表面上の分析物および液体が露出している間に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応物表面の前記第一の方向への傾け操作ステップにより前記液体の一部が、前記反応物表面が前記第一の方向へ傾けられた後で前記反応物表面の前記第一エッジの近傍かつ前記反応物表面の上方にビードを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記反応物表面の前記第二の方向への傾け操作ステップにより前記液体の一部が、前記反応物表面が前記第二の方向へ傾けられた後で前記反応物表面の前記第二エッジの近傍かつ前記反応物表面の上方にビードを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第一の方向への傾け操作ステップが少なくとも２回実行され、前記第二の方向への傾け操作ステップが少なくとも２回実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記傾け操作ステップが、前記反応物表面を水平方向から２０度以上傾けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記反応物表面が親水性である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記反応物表面が、マイクロレプリケーションされた構造化反応物表面を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応物表面が、前記第一エッジと第二エッジとの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応物表面が、前記第一エッジから第二エッジへ伸びる複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記マイクロアレイ機器が基板を含み、前記反応物表面が少なくとも部分的に前記基板に接着されたコーティングを含み、更に前記コーティングがトポグラフィ表面領域および射影表面領域を含み、前記トポグラフィ表面領域が前記射影表面領域より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記反応物表面が波状表面を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応物表面が複数の繊維を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応物表面が多孔膜を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記回転軸が、前記反応物表面における前記第一エッジと第二エッジとの間の中心点近傍の平面内に配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記液体および前記分析物がその上に堆積される際に、前記反応物表面がほぼ水平に方向付けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記分析物が前記液体内に配置され、更に、前記液体の堆積および前記分析物の堆積が同時に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記液体および前記分析物が別個に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記液体および前記分析物が異なる時点で堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
反応物を分析物に接触させる方法であって、
親水性反応物表面を含むマイクロアレイ機器に提供し、前記反応物表面上に分散した複数の反応物サイトを前記反応物表面が有し、前記複数の反応物サイトが互いに区別されていて、前記反応物表面が各々対向して位置する第一エッジおよび第二エッジを含むようにするステップと、
一定量の液体および分析物を前記反応物表面に堆積させるステップと、
前記反応物表面上の前記分析物および前記液体が露出している間に、前記反応物表面を回転軸の回りに第一の方向へ傾けて、前記反応物表面が前記第一の方向へ傾いた後で、重力の影響により前記液体の一部が前記反応物表面の第一エッジの方へ移動し、前記反応物表面の前記第一エッジの近傍かつ前記反応物表面の上方にビードを形成するステップと、
前記傾け操作ステップの間、前記反応物表面上の前記分析物および前記液体が露出している間に、前記反応物表面を回転軸の回りに第二の方向へ傾けて、前記反応物表面が第二の方向へ傾いた後で、重力の影響により前記液体の一部が前記第一エッジから前記第二エッジへ向かって移動し、前記反応物表面の前記第二エッジの近傍かつ前記反応物表面の上方にビードを形成するステップとを含み、
前記傾け操作ステップの間、前記液体が前記反応物表面上に残留する方法。
【請求項２１】
少量液体処理用のマイクロアレイ機器であって、
基板と、
前記基板上にマイクロレプリケーションされた親水性構造化反応物表面と、
前記反応物表面上に分散した複数の反応物サイトとを含み、前記複数の反応物サイトが互いに区別されている機器。
【請求項２２】
前記反応物表面が、前記反応物表面の第一エッジと前記反応物表面の第二エッジの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含む、請求項２１に記載の機器。
【請求項２３】
前記反応物表面が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる複数のチャネルを含む、請求項２１に記載の機器。
【請求項２４】
少量液体処理用の装置であって、
キャリアと、
前記キャリアの表面に配置された複数の別個の反応物表面とを含み、各々の反応物表面がマイクロレプリケーションされた親水性構造化反応物表面および前記反応物表面上に分散する複数の反応物サイトを含み、前記複数の反応物サイトが互いに区別されている装置。
【請求項２５】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジと前記反応物表面の第二エッジの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジと前記反応物表面の第二エッジの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含み、更に、前記別個の反応物表面内の前記複数チャネルが互いに整列している、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる複数のチャネルを含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含み、更に、前記別個の反応物表面内の前記複数チャネルが互いに整列している、請求項２４に記載の装置。
【請求項２９】
少量液体処理用の装置であって、
キャリアと、
行および列の両方向に９ミリメートル間隔を置いた８×１２アレイ内で前記キャリアの表面に配置された複数の別個の反応物表面を含み、各々の前記反応物表面が親水性構造化反応物表面および前記反応物表面上に分散する複数の反応物サイトを含み、前記複数の反応物サイトが互いに区別されている装置。
【請求項３０】
前記複数の反応物表面が、９６個の反応物表面を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の前記第一エッジと前記反応物表面の第二エッジとの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジと前記反応物表面の第二エッジとの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含み、更に、前記別個の反応物表面内の前記複数チャネルが互いに整列している、請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含み、更に、前記別個の反応物表面内の前記複数チャネルが互いに整列している、請求項２９に記載の装置。
【請求項３５】
少量マイクロアレイ機器処理用のシステムであって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内の温度を制御すべく前記処理チャンバ内で動作可能な温度調節装置と、
前記処理チャンバ内の回転装置とを含み、前記回転装置が前記処理チャンバ内に位置するマイクロアレイ機器を傾けるように動作可能であるシステム。
【請求項３６】
前記回転装置がロッカー・プラットフォームを含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記回転装置に配置されたマイクロアレイ機器を更に含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項１】
反応物を分析物に接触させる方法であって、
反応物表面を含むマイクロアレイ機器を提供し、前記反応物表面上に分散した複数の反応物サイトを前記反応物表面が有し、前記複数の反応物サイトが互いに区別されていて、前記反応物表面が各々対向して位置する第一エッジおよび第二エッジを含むようにするステップと、
一定量の液体および分析物を前記反応物表面に堆積させるステップと、
前記反応物表面を回転軸の回りに第一の方向へ傾けて、重力の影響により前記液体の一部が前記反応物表面の第一エッジの方へ移るようにするステップと、
前記反応物表面を前記回転軸の回りに第二の方向へ傾けて、重力の影響により前記液体の一部が前記第一エッジから前記第二エッジへ向かって移るようにするステップとを含み、
前記傾け操作ステップの間、前記液体が前記反応物表面上に残留する方法。
【請求項２】
前記傾け操作ステップが、前記反応物表面上の分析物および液体が露出している間に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応物表面の前記第一の方向への傾け操作ステップにより前記液体の一部が、前記反応物表面が前記第一の方向へ傾けられた後で前記反応物表面の前記第一エッジの近傍かつ前記反応物表面の上方にビードを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記反応物表面の前記第二の方向への傾け操作ステップにより前記液体の一部が、前記反応物表面が前記第二の方向へ傾けられた後で前記反応物表面の前記第二エッジの近傍かつ前記反応物表面の上方にビードを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第一の方向への傾け操作ステップが少なくとも２回実行され、前記第二の方向への傾け操作ステップが少なくとも２回実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記傾け操作ステップが、前記反応物表面を水平方向から２０度以上傾けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記反応物表面が親水性である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記反応物表面が、マイクロレプリケーションされた構造化反応物表面を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応物表面が、前記第一エッジと第二エッジとの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応物表面が、前記第一エッジから第二エッジへ伸びる複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記マイクロアレイ機器が基板を含み、前記反応物表面が少なくとも部分的に前記基板に接着されたコーティングを含み、更に前記コーティングがトポグラフィ表面領域および射影表面領域を含み、前記トポグラフィ表面領域が前記射影表面領域より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記反応物表面が波状表面を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応物表面が複数の繊維を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応物表面が多孔膜を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記回転軸が、前記反応物表面における前記第一エッジと第二エッジとの間の中心点近傍の平面内に配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記液体および前記分析物がその上に堆積される際に、前記反応物表面がほぼ水平に方向付けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記分析物が前記液体内に配置され、更に、前記液体の堆積および前記分析物の堆積が同時に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記液体および前記分析物が別個に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記液体および前記分析物が異なる時点で堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
反応物を分析物に接触させる方法であって、
親水性反応物表面を含むマイクロアレイ機器に提供し、前記反応物表面上に分散した複数の反応物サイトを前記反応物表面が有し、前記複数の反応物サイトが互いに区別されていて、前記反応物表面が各々対向して位置する第一エッジおよび第二エッジを含むようにするステップと、
一定量の液体および分析物を前記反応物表面に堆積させるステップと、
前記反応物表面上の前記分析物および前記液体が露出している間に、前記反応物表面を回転軸の回りに第一の方向へ傾けて、前記反応物表面が前記第一の方向へ傾いた後で、重力の影響により前記液体の一部が前記反応物表面の第一エッジの方へ移動し、前記反応物表面の前記第一エッジの近傍かつ前記反応物表面の上方にビードを形成するステップと、
前記傾け操作ステップの間、前記反応物表面上の前記分析物および前記液体が露出している間に、前記反応物表面を回転軸の回りに第二の方向へ傾けて、前記反応物表面が第二の方向へ傾いた後で、重力の影響により前記液体の一部が前記第一エッジから前記第二エッジへ向かって移動し、前記反応物表面の前記第二エッジの近傍かつ前記反応物表面の上方にビードを形成するステップとを含み、
前記傾け操作ステップの間、前記液体が前記反応物表面上に残留する方法。
【請求項２１】
少量液体処理用のマイクロアレイ機器であって、
基板と、
前記基板上にマイクロレプリケーションされた親水性構造化反応物表面と、
前記反応物表面上に分散した複数の反応物サイトとを含み、前記複数の反応物サイトが互いに区別されている機器。
【請求項２２】
前記反応物表面が、前記反応物表面の第一エッジと前記反応物表面の第二エッジの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含む、請求項２１に記載の機器。
【請求項２３】
前記反応物表面が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる複数のチャネルを含む、請求項２１に記載の機器。
【請求項２４】
少量液体処理用の装置であって、
キャリアと、
前記キャリアの表面に配置された複数の別個の反応物表面とを含み、各々の反応物表面がマイクロレプリケーションされた親水性構造化反応物表面および前記反応物表面上に分散する複数の反応物サイトを含み、前記複数の反応物サイトが互いに区別されている装置。
【請求項２５】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジと前記反応物表面の第二エッジの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジと前記反応物表面の第二エッジの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含み、更に、前記別個の反応物表面内の前記複数チャネルが互いに整列している、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる複数のチャネルを含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含み、更に、前記別個の反応物表面内の前記複数チャネルが互いに整列している、請求項２４に記載の装置。
【請求項２９】
少量液体処理用の装置であって、
キャリアと、
行および列の両方向に９ミリメートル間隔を置いた８×１２アレイ内で前記キャリアの表面に配置された複数の別個の反応物表面を含み、各々の前記反応物表面が親水性構造化反応物表面および前記反応物表面上に分散する複数の反応物サイトを含み、前記複数の反応物サイトが互いに区別されている装置。
【請求項３０】
前記複数の反応物表面が、９６個の反応物表面を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の前記第一エッジと前記反応物表面の第二エッジとの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジと前記反応物表面の第二エッジとの間を伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含み、更に、前記別個の反応物表面内の前記複数チャネルが互いに整列している、請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
前記反応物表面の各々が、前記反応物表面の第一エッジから前記反応物表面の第二エッジまで伸びる軸に合わせて整列している複数のチャネルを含むマイクロレプリケーションされた構造化表面を含み、更に、前記別個の反応物表面内の前記複数チャネルが互いに整列している、請求項２９に記載の装置。
【請求項３５】
少量マイクロアレイ機器処理用のシステムであって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内の温度を制御すべく前記処理チャンバ内で動作可能な温度調節装置と、
前記処理チャンバ内の回転装置とを含み、前記回転装置が前記処理チャンバ内に位置するマイクロアレイ機器を傾けるように動作可能であるシステム。
【請求項３６】
前記回転装置がロッカー・プラットフォームを含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記回転装置に配置されたマイクロアレイ機器を更に含む、請求項３５に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００６−５０２４０８（Ｐ２００６−５０２４０８Ａ）
【公表日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４３２４０（Ｐ２００４−５４３２４０）
【出願日】平成１５年８月１４日（２００３．８．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２５３８６
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３４０１４
【国際公開日】平成１６年４月２２日（２００４．４．２２）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年８月１４日（２００３．８．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２５３８６
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３４０１４
【国際公開日】平成１６年４月２２日（２００４．４．２２）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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