ＤＮＡプローブの光学的合成のためのあらかじめパターン形成された基板、装置、及び方法
ＤＮＡポリマー合成装置のための光学的位置合わせシステムが、該システムの簡単な位置合わせのためのパターン形成された基板を提供する。この基板は、合成のために用いて、合成工程の各々の間、合成基板の正確な位置合わせを可能にすることもできる。基板のパターンは、反応部位の隔離を向上させるのに用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、生物学の分野に関し、具体的には、ＤＮＡ及び関連ポリマーの分析及び配列決定に有用なポリマーのアレイを製造するための技術及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡ配列の同定が、植物及び動物の遺伝子のマッピング並びに他の研究及び商業用途において有用である。
ＤＮＡ配列を同定する１つの方法は、フォトリソグラフィ技術を用いて合成されたオリゴヌクレオチド・プローブのアレイを用いるものである。アレイのプローブの各々は、特定のＤＮＡ標的とハイブリダイズするように設計され、後者は蛍光標的にカップリングさせることができる。ＤＮＡがどこにハイブリダイズするかを観察することにより、該ＤＮＡの同一性を推定することができる。この技術は、Ｐｅａｓｅらの「Ｌｉｇｈｔ−Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ａｒｒａｙｓ ｆｏｒ Ｒａｐｉｄ ＤＮＡ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ、９１、５０２２−５０２６（１９９４年５月）に、一般的に記載されている。
【０００３】
プローブは、光不安定な保護基で被覆された基板上に合成される。フォトリソグラフィ・マスクを通過する光に照射されることにより、基板上の或る位置が反応性を持つようになる。ＤＮＡモノマーが基板全体にそそがれて、反応性の部位に付着する。モノマーの露出端もまた、光不安定な材料によって保護され、該材料は次にまた、選択的照射によって反応性をもつことができる。
この処理は、任意のＤＮＡポリマーが様々な反応部位に蓄積するまで、異なるモノマー又は短いオリゴマーを用いて繰り返すことができる。フォトリソグラフィ・マスクを交換することにより、異なるＤＮＡ配列を、アレイの異なる位置で合成することができる。
【０００４】
フォトリソグラフィ・マスクは、取り扱いが厄介で、高価である。このため、別のアプローチにおいては、マスクの代わりに、電子的に方向付けすることができるマイクロミラーの２次元アレイといった切換可能な光学素子のアレイを用いることがある。投射光学系が、マイクロミラーのイメージを、ヌクレオチド付加反応が行われる基板上に合焦する。コンピュータ制御の下で、マイクロミラーの各々は、光学システムを通して光を基板上に投射する第１の位置と、光を該基板からそらす第２の位置との間で、選択的に切り換えられる。マスクのコストと、マスクの交換処理にかかる時間とが省かれる。
【０００５】
信頼性のある高密度のＤＮＡプローブ合成のためには、マスク又はマイクロミラー（以後、まとめて「パターン生成器」と呼ぶ）と、投射光学系と、基板とを慎重に位置合わせすることが必要である。この複雑で時間のかかる処理は、システムが用いられる時間にわたって、繰り返される必要がある。投射されたイメージの細部が極めて小さなサイズであること、及び、光エネルギーが典型的には紫外線領域にあるという事実が、位置合わせ処理を複雑なものにしている。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、パターン生成器から投射されたイメージを、あらかじめパターン形成された基板又は基板状標的の上に重ね合わせることによって、該パターン生成器と、投射光学系と、該基板とを位置合わせする簡単で正確な方法を提供する。この位置合わせシステムは、合成の前に基板の各々を位置合わせするのに役立ち、それにより、例えば、より高い反応の空間解像度を与えるように反応阻害材料を反応部位の間に位置決めするといった、位置合わせ感度の高い特性を基板が持つことを可能にする。
【０００７】
一実施形態においては、基板上のパターンは、パターン生成器のイメージと共に「モアレ」パターンを生成するものである。規則的なモアレパターンは、位置合わせの不具合を目に見えるように拡大したものを作り出し、目視検査による位置合わせを可能にする。或いは、モアレパターンを電子光センサと共に用いて、自動的な位置合わせを提供することができる。代替的な実施形態においては、あらかじめパターン形成された標的を用いることができ、システムの位置合わせは合成工程前に別のステップで行われ、該標的は、合成工程の時点で基板と交換される。
このように、ＤＮＡプローブ合成システムの簡単な光学的位置合わせ機構を提供することが、本発明の目的の１つである。本発明の別の目的は、例えば位置合わせ感度の高い特性を基板に組み込むことができるような、該基板の正確な位置合わせを可能にすることである。
本発明のさらなる目的、特徴、及び利点は、付属の図面と併せて見たときに以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ここで図１を参照すると、ＤＮＡ合成装置１０は光源１２を含み、該光源は、典型的には水銀灯等であるが、代替的には、紫外線又は近紫外線の光源ビーム１４を生成するレーザ、半導体光源及びガス放電光源を含む。このビーム１４は、所望の波長（例えば、３６５ナノメータの水銀線）のみを通すように選択されたフィルタ１６を透過させることができる。フィルタ以外に、光源をフィルタ処理すなわち単色化するための他の装置、例えば、回折格子、ダイクロイックミラー、及びプリズムを用いてもよく、これらの装置は、本明細書中では一般に「フィルタ」と呼ばれる。
フィルタ処理されたビーム１４は、特定の広がりの一様なビーム２０を形成する集光システム１８によって受け取る。この広がり（又は伝達）角は、照射の空間的コヒーレンス要件を満足する程度であり、典型的にはσ＝０．７である。例えば、２００２年１月３１日に出願され、本発明と同一の譲受人に譲渡され、引用により組み入れられる同時継続中の米国特許出願番号第６０／３５３，４９１号に記載されているようなプリズム／カレイドスコピック・コリメータを含む標準的な光学装置の多くを用いることができる。
照射ビーム２０は、明領域と暗領域とのパターンを該照射ビームに与えるパターン生成器に衝突する。好ましい実施形態においては、パターン生成器はマイクロミラーのアレイであり、これはすぐ以下で詳細に説明される。他の種類のパターン生成器には、従来型のフォトリソグラフィ・マスク及び反射標的などの静的な装置、並びに、マイクロシャッタ、バイモルフ圧電アクチュエータによって作動させられるマイクロミラー、ＬＣＤシャッタ、及び反射型ＬＣＤ装置などの動的な装置が含まれる。
【０００９】
図２も参照すると、好ましい実施形態において述べたように、パターン生成器はマイクロミラー２９のアレイ２２であり、該マイクロミラー２９の各々は実質的に正方形で、その一辺は１０から２０マイクロメータであるがこれに限定されるものではない。マイクロミラー２９は、縦横のアレイ２２に並べられ、６４０×８００、６４０×８４０、８００×６００、１０２４×７６８、及び１０２４×１２６０を含む様々なサイズで利用できるが、これらに限定されるものではない。マイクロミラー２９の各々は、ミラー自体に損傷を与えることのない効果的な方法で、紫外光及び近紫外光を含む通常用いられる波長の光を反射することができる。
一般に、マイクロミラー２９のアレイ２２は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から市販されているデジタル・ライト・プロセッサ（ＤＬＰ）とすることができる。こうしたアレイは、以下の論文及び特許で説明されている、すなわち、Ｌａｒｒｙ Ｊ．Ｈｏｒｎｂｅｃｋによる「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ＭＥＭｓ：Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｓｏｃｉｅｔｙ」、ＳＰＩＥ／ＥＯＳ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ，Ｏｐｔｉｃｓ，ａｎｄ Ｖｉｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ １、Ｂｅｓａｎｃｏｎ、Ｆｒａｎｃｅ、Ｊｕｎｅ１０−１４、１９９６、及び、米国特許第５，０９６，２７９号、同第５，５３５，０４７号、同第５，５８３，６８８号及び同第５，６００，３８３号明細書であり、これらは引用によりここに組み入れられる。
【００１０】
マイクロミラー２９の各々は、汎用デジタルコンピュータ２３の出力などからの電気制御により独立に作動させて、その対角線に沿ってほぼ１０から１２°の範囲にわたって向きを変えることが可能で、それにより、光を２０から４０°偏向させる。このように、マイクロミラー２９は、明るい正方形と暗い正方形とのパターンを平行ビーム２０に与えることができる。具体的には、さらに図２を参照すると、（平行ビーム２０の）入射光３０は、アレイ２２の面と垂直な方向に関して概ね２０°の角度でマイクロミラー２９に到達する。「吸収される」光３２は、マイクロミラー２９の第１の位置において、該マイクロミラー２９から（例えば、アレイ２２の面に関してマイナス１０°で）反射され、このシステムから吸収器（図示せず）へ方向付けられることになる。投射光３４は、第２の位置において、マイクロミラー２９からテレセントリック投射システム３６方向へ（例えば、アレイ２２の面に関してプラス１０°で）反射される。マイクロミラー２９は、一般には非反射レーン５０によって隔離される。
【００１１】
投射システム３６は、球面凹面ミラー３８及び対向する凸面ミラー４０からなる。ミラー３８及び４０は共に、球面形状であることが好ましいが、非球面形状であってもよい。ミラー３８及び４０は、高反射率とするために、強化されたＵＶコーティングを有する。アレイ２２からの投射光３４で形成されるビームは、ミラー３８の一端で受け取ってミラー４０へ反射され、該ミラー４０は、次にビーム３４を該ミラー３８の他端へ反射し、該ビーム３４は、そこから、フローセル４２に密閉されたガラス基板の活性表面に方向付けられる。ミラー３８及び４０は、フローセル４２内にマイクロミラー２９のアレイ２２のイメージを作るように、焦点を合わせる。
【００１２】
好ましい実施形態においては、凹面ミラー３８は、直径を１５２．４ミリメータ、ミラー表面の球面半径を３０４．８ミリメータとし、凸面ミラーは、直径を２５ミリメータ、ミラーの球面半径を１５２．９４ミリメータとすることができる。理想的には、凹面ミラーの曲率半径は、凸面ミラーの曲率半径のほぼ２倍である。こうした反射光学システムは周知であり、従来は、「ＭｉｃｒｏＡｌｉｇｎ」型システムの光リソグラフィで用いられる。例えば、引用によりここに組み入れられる、Ａ．Ｏｆｆｎｅｒの「Ｎｅｗ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｉｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｍａｓｋ Ａｌｉｇｎｅｒｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、１４巻、１３０−１３２頁（１９７５）、及び、Ｒ．Ｔ．Ｋｅｒｔｈらの「Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｏｎ ａ Ｆｕｌｌ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ＥＤＬ−７（５）巻、２９９−３０１頁（１９８６）を参照されたい。
【００１３】
ミラー３８は、ＸＹテーブル４４に取り付けて、該ミラー３８を、ミラーの対称半径と垂直な２つの垂直方向に動かすことができる。ＸＹテーブル４４は、後述のモータコントローラ４９と接続するモータでモータ駆動させるか、又は、バーニヤスクリューによって手動で動かすことができる。好ましい実施形態においては、ミラー３８は、ミラー軸線と垂直な２方向に正確に回転することができる傾斜ステージに取り付けられる。これらの回転は、イメージの正確な位置合わせ及び配置をもたらす。
同様に、ミラー４０は、焦点を合わせる目的で、該ミラー４０をミラー３８方向へ及びそれから離れるように動かすためのモータ又はスクリューの調整機構を有する合焦ステージ４６に取り付けることができる。モータ駆動とした場合、モータは、モータコントローラ４９と接続し、該コントローラは、動きを制御するこれらのモータの自動調整を行うか、又は、例えば対応するボタンが押されたときいずれかの軸線の定速運動を与えるキーパッド７０を通して手動入力を受け付けることができる。
【００１４】
フローセル４２は、ＸＹφテーブル４８又は同様の位置決め装置に取り付けて、該フローセル４２をビーム３４の軸線と垂直な２つの垂直方向のいずれか又は両方に動かすか、又は、該フローセル４２を該ビーム３４の軸線周りに回転させることができる。ここでも同様に、これらの動きは、既述のように、コントローラ４９と接続するモータを用いてモータ駆動させるか、又は、既述のように、手動で調整可能とすることができる。フローセルは、当該技術分野で周知の種類の試薬供給システム４３からの塩基性のＤＮＡモノマー及びポリマーの供給に連結される。
【００１５】
図１及び図３を参照すると、投射システム３６は、マイクロミラー２９のイメージを、機械ガイド４５によって位置合わせされた状態でフローセル４２内に収容される平面基板５２上に投射することになる。イメージ（図示せず）は、マイクロミラー２９が該マイクロミラー２９のアレイ２２の法線に沿って光を反射しているときの該ミラー２９の領域に対応する明部と、光を吸収器へ方向付けるように傾けられた該ミラー２９に対応する暗部とを有することになる。ミラー間のレーン５０は、一般に暗くなる。
【００１６】
基板５２は、ＤＮＡ合成のための反応部位を提供するか、又は、位置合わせ目的のみのための標的（これ以降、基板５２とも呼ぶ）とすることができ、該基板５２は、マイクロミラー２９のイメージを形成することができる領域に対応する「反応部位」５４と、レーン５０のイメージを形成することができる領域に対応する「反応隔離領域」５６とを含む。反応隔離領域５６の基板５２の表面は、反応隔離領域５６と比べて、所与の方向における光の伝搬を減少させるようにパターン形成することができる。この場合、伝搬という用語は、一般に、任意に定められた検出方向に沿って光を方向付けする性質を意味するものと理解すべきであり、したがって、反射、屈折、回折、及び透過を含むことがある。
再び図１を参照すると、反応隔離領域５６及び反応部位５４によって伝搬される光は、観察者５８か又は適切に配置された（例えば、光電セル、又はカメラ及び／又は画像処理回路等とすることができる）光センサ６０若しくは６０’かのどちらかで受け取ることができ、ここでセンサ６０の配置は反射光又は散乱光の検出を示し、センサ６０'は、透過光の検出を示す。電子センサ６０もまた、既述のように、コントローラ４９と接続する。
【００１７】
ここで、図４を参照すると、反応隔離領域５６においてはより多くの伝搬をもたらし、反応部位５４においてはより少ない伝搬を生じさせることもできるパターンをもつ別の基板５２を用いてもよい。
これらの伝搬の変化は、不透明な、吸収性の又は反射性の材料を様々な範囲に被覆する被覆処理を含むがこれに限定されるものではない様々な手段によってか、又は、線を基板５２の表面に刻印して所望の選択的な反射率を与える回折処理によって、作り出すことができる。
ここで、図５を参照すると、この後者の場合、光学格子６２は、基板５２の表面の選択的反射が望まれる領域に刻印することができる。格子６２は、基板５２の表面と垂直な方向に入射光の半波長だけ離れた溝及びリッジを備える。この刻印された表面の溝及びリッジから基板５２の表面と垂直な軸線６４に沿って反射した光は、干渉して弱め合うことになる。ところが、角度を持たせた軸線６６では、溝及びリッジからの光は、重なって強め合い、軸外し角で最大となる反射率分布６８を与えることになる。このように、軸外し反射を検出するための目５８又はセンサ６０への光を、最大にすることができる。
【００１８】
伝搬された光は、反応部位５４の位置とマイクロミラー２９の重ね合わされたイメージとの差の顕微鏡検査によって、基板５２を該マイクロミラー２９のイメージと位置合わせさせるのに用いることができる。しかしながら、より簡単には、反応部位５４における重ね合わせイメージの周期性によって巨視的な干渉特性が発生するモアレ干渉パターンを観察することができる。
ここで図６を参照すると、図３及び図４のパターンに関するアレイイメージの上端を（この例では）短くするようなイメージの台形ゆがみが、肉眼で見られるような内側に湾曲する一組のモアレ干渉縞を作る。このような台形ゆがみは、マイクロミラー２９のアレイ２２と非平行の面にある基板５２によって引き起こされる可能性があり、本発明のテレセントリック光学系によって最小になるが、他の光学的投射システムでは問題となることがある。基板５２をシム又は調節機構などによって適切に傾けることで、このゆがみを補正することができる。
【００１９】
ここで図７を参照すると、イメージに関する基板５２のＸＹの位置ずれ（この場合は、左方向のオフセット）は、伝搬される光の総量を減らす一組の水平の帯を生成することになる。この光の総量の変化は、視覚によって検出して手動調整を行うか、又はセンサ６０によって検出してコントローラ４９への入力として用い、伝搬される光を最大にする（又は最小にする）ことによって、このような変位を補正することができる。
【００２０】
図１１を参照すると、図３の基板の図７のパターンによって伝搬される光の総量は、ｘ軸変位に対して実線（光関数７４）で描かれて示され、図４の基板についての光の総量は、点線（光関数７４’）として示される。このように、最大化（又は最小化）規則に従うコントローラ４９は、基板５２とアレイ２２のイメージとの間のｘ又はｙ軸変位を自動的に補正することができる。当該技術分野で周知のこうしたアルゴリズムは、制御される軸（例えばｘ）において微小な摂動を作り、測定される性質（光の伝搬）の増加又は減少があったかどうかを検出し、次に、測定される性質を改善する方向に増加量を動かし、ピーク又は谷が見つかるまでこの処理を繰り返す。同様のアプローチを、ｙ軸変位を補正するのに用いることができる。示しはしないが一般に、焦点ずれも、伝搬される光の量に影響を与えることがある。したがって、焦点ずれは、同様の自動的なピーク（又は谷）補正機構を用いて補正することができる。
【００２１】
ここで図８を参照すると、イメージに関する基板５２の回転は、傾いた十字形の干渉パターンを生成し、該十字形が消滅するまで該基板を回転させることによって補正することができる。
図９を参照すると、イメージのゆがみ（糸巻形ゆがみ又は樽形ゆがみ）は、円形の干渉縞区域によって明らかになる。
図１０を参照すると、拡大エラーは、反応部位５４の拡大された仮想イメージの存在によって検出することもできる。本質的に一様な灰色領域を作り出すようにこれらの拡大領域を除去することで、１対１拡大を示すことになる。
【００２２】
標的を蛍光材料で処理するか、又は、蛍光材料で裏塗りして、これらのゆがみの測定を肉眼でも見えるものにするができる。このように、既に述べたように、人間のオペレータは、コントローラ４９に取り付けられた１組の軸制御装置７０を制御して、ミラー３８、４０及びＸＹφテーブル４８の光学要素を、図６から図１０までのパターンの理解に適切に基づいて手動で動かすことができる。或いは、これらの調整の幾つかは、ゆがみの大きさの１つとすることができるパラメータ７６の変化に基づいて、センサ６０又は６０’から受け取った光関数７４’を最小にするか、又は光関数７４を最大にしようとするコントローラ４９によって自動的に行うことができる。例えば、倍率の補正は、ミラーの軸に沿った該ミラー４０の位置の関数としての関数７４を最小にするように試みるものである。このようなサーボ制御技術は、当該技術分野において周知である。或いは、多軸補正のために、より精巧な機械認識システムを用いて、モアレパターンを観測する人間のオペレータの認識システムを模倣してもよい。
【００２３】
ここで図１２を参照すると、基板５２を正確に配置する能力は、位置合わせ目的のためだけではなく、合成処理においてパターンに２つの役割をさせるようにあらかじめパターン形成することを可能にする。例えば、基板５２は、反応部位５４以外でのモノマー８２の結合を拒絶して、反応部位と他の位置との間により大きなコントラストを与えるように、反応隔離領域５６に位置決めされた反発性コーティングなどの局所コーティング８０を含むことができる。
本発明は、本明細書に含まれる実施形態及び説明に限定されるものではなく、実施形態の一部を含むそれらの実施形態の改良形、及び、異なる実施形態の要素の組合せも、特許請求の範囲内に入るものとして包含されることが、明確に意図される。例えば、好ましい実施形態においてはフローセル４２を動かすが、マイクロミラー２２を動かして均等な効果を与えてもよい。さらに、基板は、既に述べたように、フローセル内に取り付けて位置合わせに用いられ、次に、該基板上のＤＮＡ合成のための基板と交換される標的としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に用いるのに適したＤＮＡプローブ合成のための、マイクロミラーのイメージを基板上に投射する反射光学系を備える光学システムのブロック線図であり、目視検査又は電子光センサからの信号にしたがって、これらの要素の位置合わせを可能にするサーボ制御された光学的実装を示すものである。
【図２】マイクロミラーアレイの表面の部分斜視図であり、レーンによって隔離された個々のミラーを示し、且つ、入射光と、１つのミラーについての該ミラーの状態にしたがった２つの反射方向とを示すものである。
【図３】あらかじめパターン形成された基板又は標的の平面図であり、隔離領域が反射率を増加させるように処理された状態で、図２のミラーに対応する標的領域と、レーンに対応する該隔離領域とを示す。
【図４】反射率を増加させるように処理された標的領域を示す、図３と同様の図である。
【図５】図３及び図４のあらかじめパターン形成された基板又は標的の概略断面図であり、光学格子の使用によって特定の角度において増加した反射率を与える方法を示すものである。
【図６】図２のミラーアレイのイメージと図３のパターンとの重ね合わせによって生成されたモアレパターンであり、投射されたイメージの「台形」ゆがみを生じるような光学的位置ずれを示すものである。
【図７】図６と同様の図であり、投射されたイメージの左右の面内オフセットを生じるような光学的位置ずれを示すものである。
【図８】図６と同様の図であり、投射されたイメージの相対的な回転を生じるような光学的位置ずれを示すものである。
【図９】図６と同様の図であり、投射されたイメージの「樽形」ゆがみを生じるような光学的位置ずれを示すものである。
【図１０】図６と同様の図であり、投射されたイメージの過剰拡大を生じるような位置ずれを示すものである。
【図１１】図１の光学システムの自動位置合わせ用の基準となるような、位置ずれの軸の１つに対するモアレパターンからの光の強度の変化を示す図である。
【図１２】合成されたＤＮＡポリマーを有する基板の部分断面図であり、レーン領域での合成を防止するための拒絶表面を有する中間レーンを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、生物学の分野に関し、具体的には、ＤＮＡ及び関連ポリマーの分析及び配列決定に有用なポリマーのアレイを製造するための技術及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡ配列の同定が、植物及び動物の遺伝子のマッピング並びに他の研究及び商業用途において有用である。
ＤＮＡ配列を同定する１つの方法は、フォトリソグラフィ技術を用いて合成されたオリゴヌクレオチド・プローブのアレイを用いるものである。アレイのプローブの各々は、特定のＤＮＡ標的とハイブリダイズするように設計され、後者は蛍光標的にカップリングさせることができる。ＤＮＡがどこにハイブリダイズするかを観察することにより、該ＤＮＡの同一性を推定することができる。この技術は、Ｐｅａｓｅらの「Ｌｉｇｈｔ−Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ａｒｒａｙｓ ｆｏｒ Ｒａｐｉｄ ＤＮＡ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ、９１、５０２２−５０２６（１９９４年５月）に、一般的に記載されている。
【０００３】
プローブは、光不安定な保護基で被覆された基板上に合成される。フォトリソグラフィ・マスクを通過する光に照射されることにより、基板上の或る位置が反応性を持つようになる。ＤＮＡモノマーが基板全体にそそがれて、反応性の部位に付着する。モノマーの露出端もまた、光不安定な材料によって保護され、該材料は次にまた、選択的照射によって反応性をもつことができる。
この処理は、任意のＤＮＡポリマーが様々な反応部位に蓄積するまで、異なるモノマー又は短いオリゴマーを用いて繰り返すことができる。フォトリソグラフィ・マスクを交換することにより、異なるＤＮＡ配列を、アレイの異なる位置で合成することができる。
【０００４】
フォトリソグラフィ・マスクは、取り扱いが厄介で、高価である。このため、別のアプローチにおいては、マスクの代わりに、電子的に方向付けすることができるマイクロミラーの２次元アレイといった切換可能な光学素子のアレイを用いることがある。投射光学系が、マイクロミラーのイメージを、ヌクレオチド付加反応が行われる基板上に合焦する。コンピュータ制御の下で、マイクロミラーの各々は、光学システムを通して光を基板上に投射する第１の位置と、光を該基板からそらす第２の位置との間で、選択的に切り換えられる。マスクのコストと、マスクの交換処理にかかる時間とが省かれる。
【０００５】
信頼性のある高密度のＤＮＡプローブ合成のためには、マスク又はマイクロミラー（以後、まとめて「パターン生成器」と呼ぶ）と、投射光学系と、基板とを慎重に位置合わせすることが必要である。この複雑で時間のかかる処理は、システムが用いられる時間にわたって、繰り返される必要がある。投射されたイメージの細部が極めて小さなサイズであること、及び、光エネルギーが典型的には紫外線領域にあるという事実が、位置合わせ処理を複雑なものにしている。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、パターン生成器から投射されたイメージを、あらかじめパターン形成された基板又は基板状標的の上に重ね合わせることによって、該パターン生成器と、投射光学系と、該基板とを位置合わせする簡単で正確な方法を提供する。この位置合わせシステムは、合成の前に基板の各々を位置合わせするのに役立ち、それにより、例えば、より高い反応の空間解像度を与えるように反応阻害材料を反応部位の間に位置決めするといった、位置合わせ感度の高い特性を基板が持つことを可能にする。
【０００７】
一実施形態においては、基板上のパターンは、パターン生成器のイメージと共に「モアレ」パターンを生成するものである。規則的なモアレパターンは、位置合わせの不具合を目に見えるように拡大したものを作り出し、目視検査による位置合わせを可能にする。或いは、モアレパターンを電子光センサと共に用いて、自動的な位置合わせを提供することができる。代替的な実施形態においては、あらかじめパターン形成された標的を用いることができ、システムの位置合わせは合成工程前に別のステップで行われ、該標的は、合成工程の時点で基板と交換される。
このように、ＤＮＡプローブ合成システムの簡単な光学的位置合わせ機構を提供することが、本発明の目的の１つである。本発明の別の目的は、例えば位置合わせ感度の高い特性を基板に組み込むことができるような、該基板の正確な位置合わせを可能にすることである。
本発明のさらなる目的、特徴、及び利点は、付属の図面と併せて見たときに以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ここで図１を参照すると、ＤＮＡ合成装置１０は光源１２を含み、該光源は、典型的には水銀灯等であるが、代替的には、紫外線又は近紫外線の光源ビーム１４を生成するレーザ、半導体光源及びガス放電光源を含む。このビーム１４は、所望の波長（例えば、３６５ナノメータの水銀線）のみを通すように選択されたフィルタ１６を透過させることができる。フィルタ以外に、光源をフィルタ処理すなわち単色化するための他の装置、例えば、回折格子、ダイクロイックミラー、及びプリズムを用いてもよく、これらの装置は、本明細書中では一般に「フィルタ」と呼ばれる。
フィルタ処理されたビーム１４は、特定の広がりの一様なビーム２０を形成する集光システム１８によって受け取る。この広がり（又は伝達）角は、照射の空間的コヒーレンス要件を満足する程度であり、典型的にはσ＝０．７である。例えば、２００２年１月３１日に出願され、本発明と同一の譲受人に譲渡され、引用により組み入れられる同時継続中の米国特許出願番号第６０／３５３，４９１号に記載されているようなプリズム／カレイドスコピック・コリメータを含む標準的な光学装置の多くを用いることができる。
照射ビーム２０は、明領域と暗領域とのパターンを該照射ビームに与えるパターン生成器に衝突する。好ましい実施形態においては、パターン生成器はマイクロミラーのアレイであり、これはすぐ以下で詳細に説明される。他の種類のパターン生成器には、従来型のフォトリソグラフィ・マスク及び反射標的などの静的な装置、並びに、マイクロシャッタ、バイモルフ圧電アクチュエータによって作動させられるマイクロミラー、ＬＣＤシャッタ、及び反射型ＬＣＤ装置などの動的な装置が含まれる。
【０００９】
図２も参照すると、好ましい実施形態において述べたように、パターン生成器はマイクロミラー２９のアレイ２２であり、該マイクロミラー２９の各々は実質的に正方形で、その一辺は１０から２０マイクロメータであるがこれに限定されるものではない。マイクロミラー２９は、縦横のアレイ２２に並べられ、６４０×８００、６４０×８４０、８００×６００、１０２４×７６８、及び１０２４×１２６０を含む様々なサイズで利用できるが、これらに限定されるものではない。マイクロミラー２９の各々は、ミラー自体に損傷を与えることのない効果的な方法で、紫外光及び近紫外光を含む通常用いられる波長の光を反射することができる。
一般に、マイクロミラー２９のアレイ２２は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から市販されているデジタル・ライト・プロセッサ（ＤＬＰ）とすることができる。こうしたアレイは、以下の論文及び特許で説明されている、すなわち、Ｌａｒｒｙ Ｊ．Ｈｏｒｎｂｅｃｋによる「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ＭＥＭｓ：Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｓｏｃｉｅｔｙ」、ＳＰＩＥ／ＥＯＳ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ，Ｏｐｔｉｃｓ，ａｎｄ Ｖｉｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ １、Ｂｅｓａｎｃｏｎ、Ｆｒａｎｃｅ、Ｊｕｎｅ１０−１４、１９９６、及び、米国特許第５，０９６，２７９号、同第５，５３５，０４７号、同第５，５８３，６８８号及び同第５，６００，３８３号明細書であり、これらは引用によりここに組み入れられる。
【００１０】
マイクロミラー２９の各々は、汎用デジタルコンピュータ２３の出力などからの電気制御により独立に作動させて、その対角線に沿ってほぼ１０から１２°の範囲にわたって向きを変えることが可能で、それにより、光を２０から４０°偏向させる。このように、マイクロミラー２９は、明るい正方形と暗い正方形とのパターンを平行ビーム２０に与えることができる。具体的には、さらに図２を参照すると、（平行ビーム２０の）入射光３０は、アレイ２２の面と垂直な方向に関して概ね２０°の角度でマイクロミラー２９に到達する。「吸収される」光３２は、マイクロミラー２９の第１の位置において、該マイクロミラー２９から（例えば、アレイ２２の面に関してマイナス１０°で）反射され、このシステムから吸収器（図示せず）へ方向付けられることになる。投射光３４は、第２の位置において、マイクロミラー２９からテレセントリック投射システム３６方向へ（例えば、アレイ２２の面に関してプラス１０°で）反射される。マイクロミラー２９は、一般には非反射レーン５０によって隔離される。
【００１１】
投射システム３６は、球面凹面ミラー３８及び対向する凸面ミラー４０からなる。ミラー３８及び４０は共に、球面形状であることが好ましいが、非球面形状であってもよい。ミラー３８及び４０は、高反射率とするために、強化されたＵＶコーティングを有する。アレイ２２からの投射光３４で形成されるビームは、ミラー３８の一端で受け取ってミラー４０へ反射され、該ミラー４０は、次にビーム３４を該ミラー３８の他端へ反射し、該ビーム３４は、そこから、フローセル４２に密閉されたガラス基板の活性表面に方向付けられる。ミラー３８及び４０は、フローセル４２内にマイクロミラー２９のアレイ２２のイメージを作るように、焦点を合わせる。
【００１２】
好ましい実施形態においては、凹面ミラー３８は、直径を１５２．４ミリメータ、ミラー表面の球面半径を３０４．８ミリメータとし、凸面ミラーは、直径を２５ミリメータ、ミラーの球面半径を１５２．９４ミリメータとすることができる。理想的には、凹面ミラーの曲率半径は、凸面ミラーの曲率半径のほぼ２倍である。こうした反射光学システムは周知であり、従来は、「ＭｉｃｒｏＡｌｉｇｎ」型システムの光リソグラフィで用いられる。例えば、引用によりここに組み入れられる、Ａ．Ｏｆｆｎｅｒの「Ｎｅｗ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｉｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｍａｓｋ Ａｌｉｇｎｅｒｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、１４巻、１３０−１３２頁（１９７５）、及び、Ｒ．Ｔ．Ｋｅｒｔｈらの「Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｏｎ ａ Ｆｕｌｌ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ＥＤＬ−７（５）巻、２９９−３０１頁（１９８６）を参照されたい。
【００１３】
ミラー３８は、ＸＹテーブル４４に取り付けて、該ミラー３８を、ミラーの対称半径と垂直な２つの垂直方向に動かすことができる。ＸＹテーブル４４は、後述のモータコントローラ４９と接続するモータでモータ駆動させるか、又は、バーニヤスクリューによって手動で動かすことができる。好ましい実施形態においては、ミラー３８は、ミラー軸線と垂直な２方向に正確に回転することができる傾斜ステージに取り付けられる。これらの回転は、イメージの正確な位置合わせ及び配置をもたらす。
同様に、ミラー４０は、焦点を合わせる目的で、該ミラー４０をミラー３８方向へ及びそれから離れるように動かすためのモータ又はスクリューの調整機構を有する合焦ステージ４６に取り付けることができる。モータ駆動とした場合、モータは、モータコントローラ４９と接続し、該コントローラは、動きを制御するこれらのモータの自動調整を行うか、又は、例えば対応するボタンが押されたときいずれかの軸線の定速運動を与えるキーパッド７０を通して手動入力を受け付けることができる。
【００１４】
フローセル４２は、ＸＹφテーブル４８又は同様の位置決め装置に取り付けて、該フローセル４２をビーム３４の軸線と垂直な２つの垂直方向のいずれか又は両方に動かすか、又は、該フローセル４２を該ビーム３４の軸線周りに回転させることができる。ここでも同様に、これらの動きは、既述のように、コントローラ４９と接続するモータを用いてモータ駆動させるか、又は、既述のように、手動で調整可能とすることができる。フローセルは、当該技術分野で周知の種類の試薬供給システム４３からの塩基性のＤＮＡモノマー及びポリマーの供給に連結される。
【００１５】
図１及び図３を参照すると、投射システム３６は、マイクロミラー２９のイメージを、機械ガイド４５によって位置合わせされた状態でフローセル４２内に収容される平面基板５２上に投射することになる。イメージ（図示せず）は、マイクロミラー２９が該マイクロミラー２９のアレイ２２の法線に沿って光を反射しているときの該ミラー２９の領域に対応する明部と、光を吸収器へ方向付けるように傾けられた該ミラー２９に対応する暗部とを有することになる。ミラー間のレーン５０は、一般に暗くなる。
【００１６】
基板５２は、ＤＮＡ合成のための反応部位を提供するか、又は、位置合わせ目的のみのための標的（これ以降、基板５２とも呼ぶ）とすることができ、該基板５２は、マイクロミラー２９のイメージを形成することができる領域に対応する「反応部位」５４と、レーン５０のイメージを形成することができる領域に対応する「反応隔離領域」５６とを含む。反応隔離領域５６の基板５２の表面は、反応隔離領域５６と比べて、所与の方向における光の伝搬を減少させるようにパターン形成することができる。この場合、伝搬という用語は、一般に、任意に定められた検出方向に沿って光を方向付けする性質を意味するものと理解すべきであり、したがって、反射、屈折、回折、及び透過を含むことがある。
再び図１を参照すると、反応隔離領域５６及び反応部位５４によって伝搬される光は、観察者５８か又は適切に配置された（例えば、光電セル、又はカメラ及び／又は画像処理回路等とすることができる）光センサ６０若しくは６０’かのどちらかで受け取ることができ、ここでセンサ６０の配置は反射光又は散乱光の検出を示し、センサ６０'は、透過光の検出を示す。電子センサ６０もまた、既述のように、コントローラ４９と接続する。
【００１７】
ここで、図４を参照すると、反応隔離領域５６においてはより多くの伝搬をもたらし、反応部位５４においてはより少ない伝搬を生じさせることもできるパターンをもつ別の基板５２を用いてもよい。
これらの伝搬の変化は、不透明な、吸収性の又は反射性の材料を様々な範囲に被覆する被覆処理を含むがこれに限定されるものではない様々な手段によってか、又は、線を基板５２の表面に刻印して所望の選択的な反射率を与える回折処理によって、作り出すことができる。
ここで、図５を参照すると、この後者の場合、光学格子６２は、基板５２の表面の選択的反射が望まれる領域に刻印することができる。格子６２は、基板５２の表面と垂直な方向に入射光の半波長だけ離れた溝及びリッジを備える。この刻印された表面の溝及びリッジから基板５２の表面と垂直な軸線６４に沿って反射した光は、干渉して弱め合うことになる。ところが、角度を持たせた軸線６６では、溝及びリッジからの光は、重なって強め合い、軸外し角で最大となる反射率分布６８を与えることになる。このように、軸外し反射を検出するための目５８又はセンサ６０への光を、最大にすることができる。
【００１８】
伝搬された光は、反応部位５４の位置とマイクロミラー２９の重ね合わされたイメージとの差の顕微鏡検査によって、基板５２を該マイクロミラー２９のイメージと位置合わせさせるのに用いることができる。しかしながら、より簡単には、反応部位５４における重ね合わせイメージの周期性によって巨視的な干渉特性が発生するモアレ干渉パターンを観察することができる。
ここで図６を参照すると、図３及び図４のパターンに関するアレイイメージの上端を（この例では）短くするようなイメージの台形ゆがみが、肉眼で見られるような内側に湾曲する一組のモアレ干渉縞を作る。このような台形ゆがみは、マイクロミラー２９のアレイ２２と非平行の面にある基板５２によって引き起こされる可能性があり、本発明のテレセントリック光学系によって最小になるが、他の光学的投射システムでは問題となることがある。基板５２をシム又は調節機構などによって適切に傾けることで、このゆがみを補正することができる。
【００１９】
ここで図７を参照すると、イメージに関する基板５２のＸＹの位置ずれ（この場合は、左方向のオフセット）は、伝搬される光の総量を減らす一組の水平の帯を生成することになる。この光の総量の変化は、視覚によって検出して手動調整を行うか、又はセンサ６０によって検出してコントローラ４９への入力として用い、伝搬される光を最大にする（又は最小にする）ことによって、このような変位を補正することができる。
【００２０】
図１１を参照すると、図３の基板の図７のパターンによって伝搬される光の総量は、ｘ軸変位に対して実線（光関数７４）で描かれて示され、図４の基板についての光の総量は、点線（光関数７４’）として示される。このように、最大化（又は最小化）規則に従うコントローラ４９は、基板５２とアレイ２２のイメージとの間のｘ又はｙ軸変位を自動的に補正することができる。当該技術分野で周知のこうしたアルゴリズムは、制御される軸（例えばｘ）において微小な摂動を作り、測定される性質（光の伝搬）の増加又は減少があったかどうかを検出し、次に、測定される性質を改善する方向に増加量を動かし、ピーク又は谷が見つかるまでこの処理を繰り返す。同様のアプローチを、ｙ軸変位を補正するのに用いることができる。示しはしないが一般に、焦点ずれも、伝搬される光の量に影響を与えることがある。したがって、焦点ずれは、同様の自動的なピーク（又は谷）補正機構を用いて補正することができる。
【００２１】
ここで図８を参照すると、イメージに関する基板５２の回転は、傾いた十字形の干渉パターンを生成し、該十字形が消滅するまで該基板を回転させることによって補正することができる。
図９を参照すると、イメージのゆがみ（糸巻形ゆがみ又は樽形ゆがみ）は、円形の干渉縞区域によって明らかになる。
図１０を参照すると、拡大エラーは、反応部位５４の拡大された仮想イメージの存在によって検出することもできる。本質的に一様な灰色領域を作り出すようにこれらの拡大領域を除去することで、１対１拡大を示すことになる。
【００２２】
標的を蛍光材料で処理するか、又は、蛍光材料で裏塗りして、これらのゆがみの測定を肉眼でも見えるものにするができる。このように、既に述べたように、人間のオペレータは、コントローラ４９に取り付けられた１組の軸制御装置７０を制御して、ミラー３８、４０及びＸＹφテーブル４８の光学要素を、図６から図１０までのパターンの理解に適切に基づいて手動で動かすことができる。或いは、これらの調整の幾つかは、ゆがみの大きさの１つとすることができるパラメータ７６の変化に基づいて、センサ６０又は６０’から受け取った光関数７４’を最小にするか、又は光関数７４を最大にしようとするコントローラ４９によって自動的に行うことができる。例えば、倍率の補正は、ミラーの軸に沿った該ミラー４０の位置の関数としての関数７４を最小にするように試みるものである。このようなサーボ制御技術は、当該技術分野において周知である。或いは、多軸補正のために、より精巧な機械認識システムを用いて、モアレパターンを観測する人間のオペレータの認識システムを模倣してもよい。
【００２３】
ここで図１２を参照すると、基板５２を正確に配置する能力は、位置合わせ目的のためだけではなく、合成処理においてパターンに２つの役割をさせるようにあらかじめパターン形成することを可能にする。例えば、基板５２は、反応部位５４以外でのモノマー８２の結合を拒絶して、反応部位と他の位置との間により大きなコントラストを与えるように、反応隔離領域５６に位置決めされた反発性コーティングなどの局所コーティング８０を含むことができる。
本発明は、本明細書に含まれる実施形態及び説明に限定されるものではなく、実施形態の一部を含むそれらの実施形態の改良形、及び、異なる実施形態の要素の組合せも、特許請求の範囲内に入るものとして包含されることが、明確に意図される。例えば、好ましい実施形態においてはフローセル４２を動かすが、マイクロミラー２２を動かして均等な効果を与えてもよい。さらに、基板は、既に述べたように、フローセル内に取り付けて位置合わせに用いられ、次に、該基板上のＤＮＡ合成のための基板と交換される標的としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に用いるのに適したＤＮＡプローブ合成のための、マイクロミラーのイメージを基板上に投射する反射光学系を備える光学システムのブロック線図であり、目視検査又は電子光センサからの信号にしたがって、これらの要素の位置合わせを可能にするサーボ制御された光学的実装を示すものである。
【図２】マイクロミラーアレイの表面の部分斜視図であり、レーンによって隔離された個々のミラーを示し、且つ、入射光と、１つのミラーについての該ミラーの状態にしたがった２つの反射方向とを示すものである。
【図３】あらかじめパターン形成された基板又は標的の平面図であり、隔離領域が反射率を増加させるように処理された状態で、図２のミラーに対応する標的領域と、レーンに対応する該隔離領域とを示す。
【図４】反射率を増加させるように処理された標的領域を示す、図３と同様の図である。
【図５】図３及び図４のあらかじめパターン形成された基板又は標的の概略断面図であり、光学格子の使用によって特定の角度において増加した反射率を与える方法を示すものである。
【図６】図２のミラーアレイのイメージと図３のパターンとの重ね合わせによって生成されたモアレパターンであり、投射されたイメージの「台形」ゆがみを生じるような光学的位置ずれを示すものである。
【図７】図６と同様の図であり、投射されたイメージの左右の面内オフセットを生じるような光学的位置ずれを示すものである。
【図８】図６と同様の図であり、投射されたイメージの相対的な回転を生じるような光学的位置ずれを示すものである。
【図９】図６と同様の図であり、投射されたイメージの「樽形」ゆがみを生じるような光学的位置ずれを示すものである。
【図１０】図６と同様の図であり、投射されたイメージの過剰拡大を生じるような位置ずれを示すものである。
【図１１】図１の光学システムの自動位置合わせ用の基準となるような、位置ずれの軸の１つに対するモアレパターンからの光の強度の変化を示す図である。
【図１２】合成されたＤＮＡポリマーを有する基板の部分断面図であり、レーン領域での合成を防止するための拒絶表面を有する中間レーンを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイを有するあらかじめパターン形成された基板をもつ反応器と、
（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光を与える光源と、
（ｃ）前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取り、この光が、前記あらかじめパターン形成された基板の前記隔離された反応部位のサブセットに対応する照射部分をもつように、光にパターンを印加するパターン生成器と、
（ｄ）前記照射部分が該反応部位と位置合わせされるように、前記光パターンを該あらかじめパターン形成された基板上に投射する投射光学系と、
を備えることを特徴とするＤＮＡ合成装置。
【請求項２】
前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記基板のうちの少なくとも２つの相対的配置を調整する位置合わせ手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記基板のうちの少なくとも２つの相対的配置の調整を制御するために、前記あらかじめパターン形成された基板からの光を受け取る光センサをさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記あらかじめパターン形成された基板の前記空間的に隔離された反応部位の前記アレイと前記光パターンの前記照射部分との間の、糸巻形、台形、樽形、該基板に関して該基板の面に沿った並進、該基板と垂直な回転、過剰拡大、及び過小拡大からなる群から選択される該照射部分のゆがみをもたらす位置ずれを補正するために、前記投射光学系、前記パターン生成器、及び該基板のうちの少なくとも２つの相対的配置の手動調整を可能にする位置合わせ手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光パターンで照射されたとき、前記あらかじめパターン形成された基板が、該光パターンの少なくとも一部のイメージを再生して、モアレ干渉パターンを与えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記パターン生成器が、前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取って反射する電子的に方向付けすることができる１組のマイクロミラーであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記電子的に方向付けすることができるマイクロミラーのイメージが、ミラー領域とレーン領域とを含み、前記あらかじめパターン形成された基板が、前記ミラー領域に対応する反応部位と、前記レーンに対応する反応隔離領域とを含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記反応隔離領域が、前記反応部位と比べて少ない光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記反応隔離領域が、前記反応部位と比べて多くの光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記反応隔離領域が、角度を持たせた反射を与えるように格子状に刻印されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記反応隔離領域が、該反応隔離領域におけるヌクレオチド付加反応を阻害するように処理されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
（ａ）ヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイを有する基板のための支持体をもつ反応器と、
（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光を与える光源と、
（ｃ）前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取り、この光にパターンを印加するパターン生成器と、
（ｄ）画像面に前記パターンのイメージを投射する投射光学系と、
（ｅ）前記画像面において位置決め可能で、該パターンと共にモアレ干渉をもたらすパターンを有する位置合わせ標的と、
を備えることを特徴とするＤＮＡ合成装置。
【請求項１３】
前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記標的のうちの少なくとも２つの相対的配置を動的に調整する位置合わせ手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記標的のうちの少なくとも２つの相対的配置の調整を制御するために、前記標的からの光を受け取る光センサをさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記標的と前記光パターンとの間の、糸巻形、台形、樽形、該標的に関して該標的の面に沿った並進、該標的と垂直な回転、過剰拡大、及び過小拡大からなる群から選択される該標的上のゆがみパターンをもたらす位置ずれを補正するために、前記投射光学系、前記パターン生成器、及び該標的のうちの少なくとも２つの相対的配置の手動調整を可能にする位置合わせ手段を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記パターン生成器が、前記光源と前記標的との間の光路に沿って配置され、前記光を受け取って反射する電子的に方向付けすることができる１組のマイクロミラーであることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記電子的に方向付けすることができるマイクロミラーのイメージが、ミラー領域とレーン領域とを含み、前記標的が、前記ミラー領域に対応する標的領域と、前記レーンに対応する隔離領域とを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記標的が、前記隔離領域が前記標的領域と比べて多くの光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記標的が、前記隔離領域が前記標的領域と比べて少ない光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記反応隔離領域が、角度を持たせた反射を与えるように格子状に刻印されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記標的領域が、角度を持たせた反射を与えるように格子状に刻印されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
（ａ）基板を保持するための反応器と、（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光を与える光源と、（ｃ）前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取り、該光にパターンを印加して、該光が、該基板に投射される照射部分をもつようにするパターン生成器と、を用いるタイプの光学的ＤＮＡ合成のための基板であって、
ヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイをもつ基板表面と、
前記基板表面に形成され、該基板が位置合わせされた位置にあるときに、該基板上に投射された前記光パターンの前記照射部分の少なくとも一部と対応するパターンと、
を備えることを特徴とする基板。
【請求項２３】
前記光パターンで照射されたとき、前期基板表面における前記パターンが、該光パターンの少なくとも一部のイメージを再生して、モアレ干渉パターンを与えることを特徴とする、請求項２２に記載の基板。
【請求項２４】
前記パターン生成器が、前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取って反射する電子的に方向付けすることができる１組のマイクロミラーであり、前記光パターンが、ミラー領域とレーン領域とを含む前記電子的に方向付けすることができるマイクロミラーのイメージであり、前記基板表面の前記パターンが、前記ミラー領域に対応する反応部位を、前記レーンに対応する反応隔離領域から分けるものであることを特徴とする、請求項２２に記載の基板。
【請求項２５】
前記基板表面の前記パターンが、前記反応部位における前記パターンと比べて少ない光反射を与えることを特徴とする、請求項２４に記載の基板。
【請求項２６】
前記基板表面の前記パターンが、前記反応部位における前記パターンと比べて多くの光反射を与えることを特徴とする、請求項２４に記載の基板。
【請求項２７】
前記反応隔離領域における前記基板のパターンが、角度を持たせた反射を与える格子であることを特徴とする、請求項２４に記載の基板。
【請求項２８】
前記反応隔離領域における前記基板表面のパターンが、該反応隔離領域におけるヌクレオチド付加反応を阻害する材料であることを特徴とする、請求項２４に記載の基板。
【請求項２９】
（ａ）反応器内でヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイを有するあらかじめパターン形成された基板を位置決めし、
（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光源を設け、
（ｃ）前記隔離された反応部位のサブセットに対応する照射部分をもつ光パターンを、前記照射部分が該反応部位と位置合わせされるように、前記あらかじめパターン形成された基板上に投射する、
ステップを含むことを特徴とするＤＮＡ合成方法。
【請求項３０】
前記あらかじめパターン形成された基板上の前記光パターンの相対的配置を調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記あらかじめパターン形成された基板上の前記光パターンの相対的配置の調整を制御するために、該あらかじめパターン形成された基板から出る光を検出するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
糸巻形、台形、樽形、前記基板に関して該基板の面に沿った並進、該基板と垂直な回転、過剰拡大、及び過小拡大からなる群から選択されるゆがみを補正するために、前記光パターンを手動で調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記光パターンで照射されたとき、前期あらかじめパターン形成された基板の前記パターンが、該光パターンの少なくとも一部のイメージを再生して、モアレ干渉パターンを与えることを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記あらかじめパターン形成された基板の前記パターンが、ミラー領域とレーン領域とを有する電子的に方向付けすることができる１組のマイクロミラーのイメージを再生し、該あらかじめパターン形成された基板の該パターンが、前記ミラー領域に対応する反応部位と、前記レーンに対応する反応隔離領域とを含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記反応部位と比べて少ない光反射を与えるように、前記反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３７】
前記反応部位と比べて多くの光反射を与えるように、前記反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
角度を持たせた反射を与えるように、前記反応隔離領域を格子状に刻印するステップを含むことを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記反応隔離領域におけるヌクレオチド付加反応を阻害するように、該反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項１】
（ａ）ヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイを有するあらかじめパターン形成された基板をもつ反応器と、
（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光を与える光源と、
（ｃ）前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取り、この光が、前記あらかじめパターン形成された基板の前記隔離された反応部位のサブセットに対応する照射部分をもつように、光にパターンを印加するパターン生成器と、
（ｄ）前記照射部分が該反応部位と位置合わせされるように、前記光パターンを該あらかじめパターン形成された基板上に投射する投射光学系と、
を備えることを特徴とするＤＮＡ合成装置。
【請求項２】
前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記基板のうちの少なくとも２つの相対的配置を調整する位置合わせ手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記基板のうちの少なくとも２つの相対的配置の調整を制御するために、前記あらかじめパターン形成された基板からの光を受け取る光センサをさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記あらかじめパターン形成された基板の前記空間的に隔離された反応部位の前記アレイと前記光パターンの前記照射部分との間の、糸巻形、台形、樽形、該基板に関して該基板の面に沿った並進、該基板と垂直な回転、過剰拡大、及び過小拡大からなる群から選択される該照射部分のゆがみをもたらす位置ずれを補正するために、前記投射光学系、前記パターン生成器、及び該基板のうちの少なくとも２つの相対的配置の手動調整を可能にする位置合わせ手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光パターンで照射されたとき、前記あらかじめパターン形成された基板が、該光パターンの少なくとも一部のイメージを再生して、モアレ干渉パターンを与えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記パターン生成器が、前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取って反射する電子的に方向付けすることができる１組のマイクロミラーであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記電子的に方向付けすることができるマイクロミラーのイメージが、ミラー領域とレーン領域とを含み、前記あらかじめパターン形成された基板が、前記ミラー領域に対応する反応部位と、前記レーンに対応する反応隔離領域とを含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記反応隔離領域が、前記反応部位と比べて少ない光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記反応隔離領域が、前記反応部位と比べて多くの光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記反応隔離領域が、角度を持たせた反射を与えるように格子状に刻印されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記反応隔離領域が、該反応隔離領域におけるヌクレオチド付加反応を阻害するように処理されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
（ａ）ヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイを有する基板のための支持体をもつ反応器と、
（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光を与える光源と、
（ｃ）前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取り、この光にパターンを印加するパターン生成器と、
（ｄ）画像面に前記パターンのイメージを投射する投射光学系と、
（ｅ）前記画像面において位置決め可能で、該パターンと共にモアレ干渉をもたらすパターンを有する位置合わせ標的と、
を備えることを特徴とするＤＮＡ合成装置。
【請求項１３】
前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記標的のうちの少なくとも２つの相対的配置を動的に調整する位置合わせ手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記標的のうちの少なくとも２つの相対的配置の調整を制御するために、前記標的からの光を受け取る光センサをさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記標的と前記光パターンとの間の、糸巻形、台形、樽形、該標的に関して該標的の面に沿った並進、該標的と垂直な回転、過剰拡大、及び過小拡大からなる群から選択される該標的上のゆがみパターンをもたらす位置ずれを補正するために、前記投射光学系、前記パターン生成器、及び該標的のうちの少なくとも２つの相対的配置の手動調整を可能にする位置合わせ手段を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記パターン生成器が、前記光源と前記標的との間の光路に沿って配置され、前記光を受け取って反射する電子的に方向付けすることができる１組のマイクロミラーであることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記電子的に方向付けすることができるマイクロミラーのイメージが、ミラー領域とレーン領域とを含み、前記標的が、前記ミラー領域に対応する標的領域と、前記レーンに対応する隔離領域とを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記標的が、前記隔離領域が前記標的領域と比べて多くの光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記標的が、前記隔離領域が前記標的領域と比べて少ない光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記反応隔離領域が、角度を持たせた反射を与えるように格子状に刻印されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記標的領域が、角度を持たせた反射を与えるように格子状に刻印されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
（ａ）基板を保持するための反応器と、（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光を与える光源と、（ｃ）前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取り、該光にパターンを印加して、該光が、該基板に投射される照射部分をもつようにするパターン生成器と、を用いるタイプの光学的ＤＮＡ合成のための基板であって、
ヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイをもつ基板表面と、
前記基板表面に形成され、該基板が位置合わせされた位置にあるときに、該基板上に投射された前記光パターンの前記照射部分の少なくとも一部と対応するパターンと、
を備えることを特徴とする基板。
【請求項２３】
前記光パターンで照射されたとき、前期基板表面における前記パターンが、該光パターンの少なくとも一部のイメージを再生して、モアレ干渉パターンを与えることを特徴とする、請求項２２に記載の基板。
【請求項２４】
前記パターン生成器が、前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取って反射する電子的に方向付けすることができる１組のマイクロミラーであり、前記光パターンが、ミラー領域とレーン領域とを含む前記電子的に方向付けすることができるマイクロミラーのイメージであり、前記基板表面の前記パターンが、前記ミラー領域に対応する反応部位を、前記レーンに対応する反応隔離領域から分けるものであることを特徴とする、請求項２２に記載の基板。
【請求項２５】
前記基板表面の前記パターンが、前記反応部位における前記パターンと比べて少ない光反射を与えることを特徴とする、請求項２４に記載の基板。
【請求項２６】
前記基板表面の前記パターンが、前記反応部位における前記パターンと比べて多くの光反射を与えることを特徴とする、請求項２４に記載の基板。
【請求項２７】
前記反応隔離領域における前記基板のパターンが、角度を持たせた反射を与える格子であることを特徴とする、請求項２４に記載の基板。
【請求項２８】
前記反応隔離領域における前記基板表面のパターンが、該反応隔離領域におけるヌクレオチド付加反応を阻害する材料であることを特徴とする、請求項２４に記載の基板。
【請求項２９】
（ａ）反応器内でヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイを有するあらかじめパターン形成された基板を位置決めし、
（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光源を設け、
（ｃ）前記隔離された反応部位のサブセットに対応する照射部分をもつ光パターンを、前記照射部分が該反応部位と位置合わせされるように、前記あらかじめパターン形成された基板上に投射する、
ステップを含むことを特徴とするＤＮＡ合成方法。
【請求項３０】
前記あらかじめパターン形成された基板上の前記光パターンの相対的配置を調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記あらかじめパターン形成された基板上の前記光パターンの相対的配置の調整を制御するために、該あらかじめパターン形成された基板から出る光を検出するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
糸巻形、台形、樽形、前記基板に関して該基板の面に沿った並進、該基板と垂直な回転、過剰拡大、及び過小拡大からなる群から選択されるゆがみを補正するために、前記光パターンを手動で調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記光パターンで照射されたとき、前期あらかじめパターン形成された基板の前記パターンが、該光パターンの少なくとも一部のイメージを再生して、モアレ干渉パターンを与えることを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記あらかじめパターン形成された基板の前記パターンが、ミラー領域とレーン領域とを有する電子的に方向付けすることができる１組のマイクロミラーのイメージを再生し、該あらかじめパターン形成された基板の該パターンが、前記ミラー領域に対応する反応部位と、前記レーンに対応する反応隔離領域とを含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記反応部位と比べて少ない光反射を与えるように、前記反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３７】
前記反応部位と比べて多くの光反射を与えるように、前記反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
角度を持たせた反射を与えるように、前記反応隔離領域を格子状に刻印するステップを含むことを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記反応隔離領域におけるヌクレオチド付加反応を阻害するように、該反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００６−５０１８０７（Ｐ２００６−５０１８０７Ａ）
【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２００３−５６３７０７（Ｐ２００３−５６３７０７）
【出願日】平成１５年１月２８日（２００３．１．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／００２５２５
【国際公開番号】ＷＯ２００３／０６４０２６
【国際公開日】平成１５年８月７日（２００３．８．７）
【出願人】（５０４２９１６５０）ニンブルゲン システムズ リミテッド ライアビリティ カンパニー (3)
【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１月２８日（２００３．１．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／００２５２５
【国際公開番号】ＷＯ２００３／０６４０２６
【国際公開日】平成１５年８月７日（２００３．８．７）
【出願人】（５０４２９１６５０）ニンブルゲン システムズ リミテッド ライアビリティ カンパニー (3)
【Ｆターム（参考）】
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