JP2003523185A - Arrays based on ferrofluids - Google Patents

Arrays based on ferrofluids

Info

Publication number
JP2003523185A
JP2003523185A JP2001551242A JP2001551242A JP2003523185A JP 2003523185 A JP2003523185 A JP 2003523185A JP 2001551242 A JP2001551242 A JP 2001551242A JP 2001551242 A JP2001551242 A JP 2001551242A JP 2003523185 A JP2003523185 A JP 2003523185A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
array
particles
solid support
binding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001551242A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ダネシュ・ゴヘル
ショーン・マーク・オハラ
ガラ・チャンドラ・ラオ
アンソニー・バーンズ
レオン・ダブリュー・エム・エム・タースタッペン
ハーマン・ラトナー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Immunivest Corp
Original Assignee
Immunivest Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Immunivest Corp filed Critical Immunivest Corp
Publication of JP2003523185A publication Critical patent/JP2003523185A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6834Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
    • C12Q1/6837Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 強磁性流体をベースにした磁気的に得られるマイクロアレイが開示され、該マイクロアレイは、試験標本中の標的物質の同定、特徴付けおよび分析のための高処理量スクリーニングアッセイにおいて有用である。   (57) [Summary] Disclosed are magnetically derived microarrays based on ferrofluids, which are useful in high-throughput screening assays for identification, characterization and analysis of target substances in test specimens.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 関連特許出願の相互参照 本願は、35U.S.C.119(e)に基づいて、2000年1月13日出
願の米国仮出願第60/175828号に対して優先権を主張するものであり、
参照によりその開示を本明細書に一体化させる。
CROSS REFERENCE TO RELATED PATENT APPLICATION This application describes 35U. S. C. 119 (e), claiming priority to US Provisional Application No. 60/175828 filed January 13, 2000,
The disclosure of which is incorporated herein by reference.

【0002】 発明の分野 本発明は、分子生物学および分析方法の分野に関する。より詳細には、本発明
は、標的である生体物質に対するアフィニティーを有する特異的結合ペアーの少
なくとも1のメンバーを有する固体支持体上に磁力により整列させられた強磁性
流体のアレイを提供する。かかるアレイは、試験試料中の標的物質のスクリーニ
ング、検出および分析のために、蛋白/蛋白、薬剤/蛋白、薬剤/オリゴヌクレ
オチド、相補的オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーション、相補的(cDNA
、RNA)核酸ならびに蛋白/オリゴヌクレオチドの結合反応(これらに限らな
い)を包含する結合反応を評価するための優れたサポートを提供する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of molecular biology and analytical methods. More specifically, the present invention provides magnetically aligned arrays of ferrofluids on a solid support having at least one member of a specific binding pair that has an affinity for a target biomaterial. Such arrays provide protein / protein, drug / protein, drug / oligonucleotide, complementary oligonucleotide hybridization, complementary (cDNA) for screening, detection and analysis of target substances in test samples.
, RNA) nucleic acids as well as protein / oligonucleotide binding reactions, providing excellent support for assessing binding reactions.

【0003】 発明の背景 本発明が関連する分野の技術的現状をより十分に説明するために、いくつかの
刊行物および特許が本明細書の括弧内に示されている。これらの刊行物および特
許の各開示を、参照により本明細書に一体化させる。
BACKGROUND OF THE INVENTION In order to more fully describe the state of the art in the fields to which the present invention pertains, several publications and patents are shown within parentheses herein. The disclosures of each of these publications and patents are incorporated herein by reference.

【0004】 多くの研究室的手順および臨床手順は、標的物質または種を単離および分析す
るために、特異的なアフィニティーに基づく相互作用を用いており、該物質また
は種は本明細書において、生理学的、生物学的または化学的起源の試験試料中の
物質または分析対象として定義されている。通常には、診断試験および薬剤スク
リーニングにおいて、あるいは広範な可溶性および粒子状標的物質または分析対
象、特に、抗原、抗体、蛋白、核酸配列、オリゴヌクレオチド、細胞、細菌、ウ
イルス等のごとき生物学的物質の分離に、かかるアフィニティー相互作用が用い
られている。
Many laboratory and clinical procedures use specific affinity-based interactions to isolate and analyze target substances or species, which are herein referred to as Defined as a substance or analyte in a test sample of physiological, biological or chemical origin. Usually in diagnostic tests and drug screening, or in a wide range of soluble and particulate target substances or analytes, especially biological substances such as antigens, antibodies, proteins, nucleic acid sequences, oligonucleotides, cells, bacteria, viruses etc. Such affinity interactions have been used for the separation of

【0005】 標的物質と標的に対してアフィニティーを有する特異的結合物質との間の複合
体形成に基づいて試験試料から上記標的物質の分析または分離するには種々の方
法が利用可能である。未結合物質からのかかる複合体の選択的分離は、重力的に
、例えば、静置により、あるいは別法として、結合標的種に対して結合アフィニ
ティーを有する物質を有する小さい粒子またはビーズを遠心分離することにより
行なうことができる。所望ならば、そして好ましくは、かかる粒子またはビーズ
を帯磁させて、ビーズ上の結合フラクションおよび上清液体中の遊離フラクショ
ンの分離を容易ならしめてもよい。マイクロアレイ用途における非磁性粒子(た
と、ラテックス粒子)の限られた適用例が、「DNA Microassays, M. Schena, ed
., pages 7-18, 1999」という本で議論されている。
Various methods are available for analyzing or separating the target substance from a test sample based on the complex formation between the target substance and a specific binding substance having an affinity for the target. Selective separation of such complexes from unbound material can be accomplished by gravity, eg, by resting, or alternatively, by centrifuging small particles or beads with material having binding affinity for the bound target species. It can be done by If desired, and preferably, such particles or beads may be magnetized to facilitate separation of the bound fraction on the beads and the free fraction in the supernatant liquid. Limited applications of non-magnetic particles (and latex particles) in microarray applications are described in "DNA Microassays, M. Schena, ed.
., pages 7-18, 1999 ”.

【0006】 多くの異なる方法を用いて生物学的物質をマイクロアレイ固体支持体上に付着
させることができる。これらの方法は、毛細管付着、および米国特許第6083
763号に記載されたような光リソグラフ/毛細管付着を包含する。あるいは、
複数のインクジェットを用いて反応性種の慣用的なマイクロアレイ上への付着を
行なうこともできる。ジェット法を用いて、小体積の濃縮され、それゆえ粘性の
結合性試薬が、非反応性または化学的に反応性の平面表面上の定められた領域に
付着させられる。かかる方法も米国特許第6110426号に記載されている。
このアプローチは非常に小さい液滴体積を提供し、使用試薬を最少限にし、それ
ゆえ関連コストを最少限にする。そのうえ、印刷法は1秒間に数千の液滴を提供
するまでに加速され得、そのことにより多くの反応容器を処理することが可能と
なる。反応性種を連続的にアレイにアプライして所望プローブ配列または分析対
象を得てもよい(オン−チップ合成)。別法として、完全な前合成された配列ま
たは分析対象を、正確に制御された局所領域中のチップにアプライしてもよい(
オフ−チップ合成)。かかる局在化アレイはいくつかの会社から出ている(Erie
Scientific Company, Portsmouth, NHは一例である)。インクジェット付着法
は、試薬がデリバリーされる方法により、さらに分類される。かかる方法は、例
えば、圧電性毛細管、圧電性キャビティ、熱的、音響的、および連続フローを包
含する。
[0006] Many different methods can be used to deposit biological material on the microarray solid support. These methods include capillary attachment, and US Pat.
Includes photolithography / capillary attachment as described in US Pat. Alternatively,
Multiple inkjets can also be used to deposit reactive species onto conventional microarrays. Using the jet method, a small volume of concentrated and therefore viscous binding reagent is deposited in defined areas on a non-reactive or chemically reactive planar surface. Such a method is also described in US Pat. No. 6,110,426.
This approach provides a very small droplet volume, minimizes reagents used and therefore minimizes associated costs. Moreover, the printing process can be accelerated to provide thousands of drops per second, which makes it possible to process many reaction vessels. Reactive species may be sequentially applied to the array to obtain the desired probe sequence or analyte (on-chip synthesis). Alternatively, the complete pre-synthesized sequence or analyte may be applied to the chip in a precisely controlled local area (
Off-chip synthesis). Such localized arrays come from several companies (Erie
Scientific Company, Portsmouth, NH is an example). Inkjet deposition methods are further classified by the way the reagents are delivered. Such methods include, for example, piezoelectric capillaries, piezoelectric cavities, thermal, acoustic, and continuous flow.

【0007】 化学的に反応性のある表面への結合試薬の適用は、かかる試薬をマイクロアレ
イ表面に共有結合させ、一般的には不可逆的結合である。対照的に、結合試薬の
非反応性付着はしばしばコンホーメーション的に変化したあるいは変性した皮膜
の付着を引き起こし、分析対象認識および安定性が低下する。かかる非反応性結
合試薬はインキュベーション中に洗い流される傾向もあり、そのことによりハイ
ブリダイゼーション中のインキュベーション条件のストリンジェンシーが制限さ
れる。一官能化オリゴヌクレオチドプローブでの反応性コーティングにおいて通
常行なわれるようなシングルポイントの、方向付けされた、あるいは部位特異的
な結合を用いて、あるいは例えば、ビオチンアビジン結合ペアーを用いて、変性
の問題を最小にすることができる。しかしながら、所望結合ペアーのメンバーの
官能化は常に利用可能とは限らない。さらに、オリゴヌクレオチドを固体表面に
直接付着させる場合には、固体支持体との間に静電気的相互作用が生じ、固定化
オリゴヌクレオチドと標的拡散配列との間の有効なハイブリダイゼーションが妨
害される傾向がある。明らかに、マイクロアレイ表面上での付着の間の結合ペア
ーのメンバーのコンホーメーション的変化を最小にする改良された方法が非常に
望ましい。
Application of the binding reagent to the chemically reactive surface causes the reagent to covalently attach to the microarray surface, typically irreversible attachment. In contrast, non-reactive attachment of binding reagents often results in the attachment of conformationally altered or modified coatings, reducing analyte recognition and stability. Such non-reactive binding reagents also tend to be washed out during incubation, which limits the stringency of incubation conditions during hybridization. Problems of denaturation using single-point, directed, or site-specific conjugation, as is commonly done in reactive coating with monofunctionalized oligonucleotide probes, or using, for example, biotinavidin-conjugated pairs. Can be minimized. However, functionalization of members of the desired binding pair is not always available. Moreover, when the oligonucleotides are attached directly to a solid surface, electrostatic interactions with the solid support tend to interfere with effective hybridization between the immobilized oligonucleotides and the target diffusion sequence. There is. Clearly, an improved method that minimizes the conformational changes in the members of the binding pair during attachment on the microarray surface is highly desirable.

【0008】 免疫および他の特異的アフィニティー相互作用において使用されているように
、磁性粒子は当該分野においてよく知られている。例えば、米国特許第4554
088号およびImmunoassays for Clinical Chemistry, pp. 147-162, Hunter e
t al., eds., Churchill Livingston, Edinburgh (1983)参照。一般的には、磁
気的または重力的な分離を容易にするいずれの材料であってもこの目的に使用で
きる。しかしながら、磁力による分離手段が選択されるべき方法であることは明
らかである。
Magnetic particles are well known in the art as they have been used in immunity and other specific affinity interactions. For example, US Pat. No. 4,554.
088 and Immunoassays for Clinical Chemistry, pp. 147-162, Hunter e.
See t al., eds., Churchill Livingston, Edinburgh (1983). In general, any material that facilitates magnetic or gravitational separation can be used for this purpose. However, it is clear that a magnetic separation means is the method of choice.

【0009】 磁性粒子はサイズに基づいて大型(1.5μmないし約50μm)、小型(0
.7μmないし約1.5μm)、あるいはコロイド状(<200nm)に分類す
ることができ、本明細書において、磁性ナノ粒子、強磁性流体、およびコロイド
状または超常磁性粒子ともいう。これらのナノ粒子は、小型の磁鉄鉱または磁鉄
鉱結晶の凝集物から構成されており、後者は磁鉄鉱の酸化された形態である。
Magnetic particles are large (1.5 μm to about 50 μm) and small (0 μm) based on size.
. 7 μm to about 1.5 μm), or colloidal (<200 nm), and are also referred to herein as magnetic nanoparticles, ferrofluids, and colloidal or superparamagnetic particles. These nanoparticles are composed of aggregates of small magnetite or magnetite crystals, the latter being the oxidized form of magnetite.

【0010】 本明細書に記載されたタイプの磁性ナノ粒子は、特異的結合ペアーのメンバー
で慣用的にコーティングされて広い表面積および迅速な反応キネティクスが得ら
れているので、それらは特異的アフィニティー相互作用を用いる分析において非
常に有用である。0.7μmないし1.5μmの範囲の磁性粒子が特許文献、例
えば、米国特許第3970518、4018886、4230685、4267
234、4452773、4554088、および4659678号に記載され
ている。これらの粒子のうち特定のものは、免疫学的試薬用の有用な固体支持体
であることが開示されている。
Magnetic nanoparticles of the type described herein are conventionally coated with members of a specific binding pair to provide high surface area and rapid reaction kinetics so that they have specific affinity interactions. It is very useful in action-based analysis. Magnetic particles in the range of 0.7 μm to 1.5 μm have been described in the patent literature, eg, US Pat. Nos. 3,970,518, 4018886, 4230685, 4267.
234, 4452773, 4554088, and 4659678. Certain of these particles are disclosed to be useful solid supports for immunological reagents.

【0011】 本明細書で述べられる小型磁性粒子は、一般的には、2つの広いカテゴリーに
入る。第1のカテゴリーは、恒久的に磁化可能な粒子または強磁性粒子を包含す
る。第2のカテゴリーは、磁場にある場合にのみバルク磁性挙動を示す粒子を含
む。後者は磁気応答性または超常磁性粒子とよばれ、直径30nmまたはそれ未
満の磁鉄鉱またはヘマグネタイト(hemagnetite)結晶から構成されており、本
発明において使用される大型の凝集物を形成しうる。
The small magnetic particles described herein generally fall into two broad categories. The first category includes permanently magnetizable particles or ferromagnetic particles. The second category includes particles that exhibit bulk magnetic behavior only when in a magnetic field. The latter, called magnetically responsive or superparamagnetic particles, are composed of magnetite or hemagnetite crystals with a diameter of 30 nm or less and can form the large agglomerates used in the present invention.

【0012】 上記の小型磁性粒子と同様に、磁鉄鉱粒子が有機ポリマー中に分散または封入
されている大型磁性粒子(>1.5μmないし約50μm)もまた、超常磁性挙
動を示しうる。かかる材料の典型例はUgelstadにより米国特許第4654267
号に記載され、Dynal(Oslo, Norway)により製造されているものである。Ugels
tadの製造方法は、マイクロエマルジョンポリマー化によりポリマー粒子を合成
してポリマービーズを得て、それが膨潤し、磁鉄鉱粒子を吸収することを特徴と
する。分散した磁鉄鉱結晶の存在下でポリマー粒子を合成することによっても0
.5ないし20μmの同じサイズ範囲の磁性粒子が製造されうる。かかる合成は
ポリマーマトリックス中への磁鉄鉱結晶のトラッピングを引き起こし、かくして
、得られるビーズが帯磁する。両方の場合において、ポリマー磁性粒子は超常磁
性挙動を示し、そのことは、磁場を除去すると容易に分散しうることにより明ら
かである。すでに述べ、さらに後で詳述する磁性コロイド状ナノ粒子とは異なり
、これらの大型磁性ビーズならびに大型磁鉄鉱粒子は、粒子1個あたりの比較的
高い磁石質量により、単純な低−グラジエント磁気的分離装置を用いて容易に分
離される。それゆえ、試験管またはマイクロタイターウェルの場合に、数百ガウ
ス/cmないし約1.5キロガウス/cmの範囲のグラジエントを用いる慣用的
な磁気ラック分離装置中でこれらの大型粒子の分離を行なうことができる。一方
、サイズが約200nm未満のコロイド状磁性粒子は実質的に高い磁気グラジエ
ントを必要とする。なぜなら、それらの分散エネルギー、粒子1個あたりの小さ
な磁石質量およびStokesドラッグによるものであり、それらすべての要因は、有
効な磁気的収集能を発揮する高−グラジエント磁気分離装置の使用により克服さ
れなければならないからである。
Similar to the small magnetic particles described above, large magnetic particles (> 1.5 μm to about 50 μm) in which magnetite particles are dispersed or encapsulated in an organic polymer may also exhibit superparamagnetic behavior. A typical example of such a material is Ugelstad, US Pat. No. 4,654,267.
And manufactured by Dynal (Oslo, Norway). Ugels
The method for producing tad is characterized in that polymer particles are synthesized by microemulsion polymerization to obtain polymer beads, which are swollen and absorb magnetite particles. It can also be achieved by synthesizing polymer particles in the presence of dispersed magnetite crystals.
. Magnetic particles in the same size range of 5 to 20 μm can be produced. Such synthesis causes trapping of magnetite crystals into the polymer matrix, thus magnetizing the resulting beads. In both cases, the polymer magnetic particles exhibit superparamagnetic behavior, which is evidenced by the fact that they can be easily dispersed when the magnetic field is removed. Unlike the magnetic colloidal nanoparticles described above and further detailed below, these large magnetic beads as well as large magnetite particles are simple low-gradient magnetic separation devices due to the relatively high magnet mass per particle. Is easily separated using. Therefore, in the case of test tubes or microtiter wells, the separation of these large particles in a conventional magnetic rack separator using a gradient in the range of hundreds of Gauss / cm to about 1.5 kilogauss / cm. You can On the other hand, colloidal magnetic particles less than about 200 nm in size require a substantially high magnetic gradient. Because of their dispersion energy, small magnet mass per particle, and Stokes drag, all of which must be overcome by the use of high-gradient magnetic separation devices that exert effective magnetic collecting power. This is because it must be done.

【0013】 試料中の標的分析対象を検出し測定するためのもう1つの基準はPCT/US
98/05911に記載されている。これらの方法は、標的を磁気的に標識し、
次いで、標的結合能を有する収集表面に標的−磁性粒子複合体を引き寄せること
を特徴とする。この分析方法は標的に対する2つの特異的結合相互作用に基づく
ものであり、第1の相互作用は粒子によるものであり、第2の相互作用は収集表
面によるものである。しかしながら、かかる方法は、標的の特徴的な決定因子が
特異的な結合相互作用を可能にすることが知られている場合にのみ、適用可能で
ある。さらにそのうえ、使用される磁気的配列により定義される位置に特異的に
標的を結合させる方法が説明されているが、特異的にねらいを定めることができ
る位置をいかにして作るのか(すなわち、ねらいを定められたアレイを作ること
)についての説明はない。
Another standard for detecting and measuring target analytes in a sample is PCT / US
98/05911. These methods magnetically label the target,
The target-magnetic particle complex is then characterized by attracting it to a collection surface having target binding capacity. This analytical method is based on two specific binding interactions for the target, the first interaction is by the particle and the second interaction is by the collecting surface. However, such a method is applicable only if the characteristic determinants of the target are known to allow specific binding interactions. Furthermore, a method for specifically binding a target to a position defined by the magnetic sequence used is described, but how to create a position that can be specifically aimed (ie aim To make a defined array).

【0014】 先行技術において、単一試験または低体積フォーマットにおける磁性粒子アッ
セイおよび適用について説明され例示されているが、高処理量スクリーニングモ
デルにおいてかかる磁気的アッセイを行なう方法の開発が非常に望ましい。かか
る方法は、試験試料中の生物学的または薬理学的標的物質の同定、特徴付けおよ
び分析を容易にするはずである。
Although in the prior art, magnetic particle assays and applications in single test or low volume formats have been described and illustrated, it is highly desirable to develop methods for performing such magnetic assays in high throughput screening models. Such a method should facilitate the identification, characterization and analysis of biological or pharmacological target substances in test samples.

【0015】 発明の概要 本発明によれば、高処理量スクリーニングアッセイに使用される、標的物質を
固体支持体上に固定化し単離するための方法および装置が開示される。典型的な
方法は、結合されたコンパートメント中の磁力により整列させられたアレイを用
いることにより、特異的結合ペアーの第1のメンバーが付着している固体支持体
を用意し、それに磁性粒子を添加し、該第1のメンバーに対する結合アフィニテ
ィーを有する特異的結合ペアーの複数の第2のメンバーを、該付着した磁性粒子
に添加することにより、試験試料中の標的物質を固定化し、同定することを特徴
とする。次いで、該コンパートメント内部の磁気的手段により磁性粒子をアレイ
中に集中させ、そのことにより、固体支持体上の該第1の結合ペアーのメンバー
と該磁性粒子上の第2の結合メンバーとの間の相互作用により、該磁気応答粒子
を本質的に不可逆的に固定化する。次いで、該固体支持体上の該コンパートメン
ト中に固定化された粒子を、該特異的結合ペアーの第1のメンバーに作動可能尾
に連結された第1の核酸配列と接触させ、そのことにより該第1の核酸配列を該
固定化された粒子上に固定化する。次いで、該第1の核酸配列により結合された
固定化された粒子を、第1の核酸配列に対するアフィニティーを有する検出可能
に標識された標的物質を含む可能性のある試験試料と接触させる。該結合した標
識標的物質の検出可能シグナルを測定することにより、該1の核酸配列と試験試
料中に存在する該標的物質との間の結合を検出し、所望により定量する。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, methods and devices for immobilizing and isolating target substances on a solid support for use in high throughput screening assays are disclosed. A typical method is to use a magnetically aligned array in bound compartments to prepare a solid support to which the first member of a specific binding pair is attached and to which magnetic particles are added. And immobilizing and identifying the target substance in the test sample by adding to the attached magnetic particles a plurality of second members of a specific binding pair having a binding affinity for the first member. Characterize. Magnetic particles are then concentrated in the array by magnetic means inside the compartment, such that between the members of the first binding pair on the solid support and the second binding members on the magnetic particles. Interact with each other to immobilize the magnetically responsive particles essentially irreversibly. The particles immobilized in the compartment on the solid support are then contacted with a first nucleic acid sequence operably linked to a first member of the specific binding pair, whereby A first nucleic acid sequence is immobilized on the immobilized particles. The immobilized particles bound by the first nucleic acid sequence are then contacted with a test sample that may contain a detectably labeled target substance having an affinity for the first nucleic acid sequence. By measuring the detectable signal of the bound labeled target substance, the binding between the nucleic acid sequence of 1 and the target substance present in the test sample is detected and optionally quantified.

【0016】 プラスチック表面、ガラス表面、シリカ表面、金属表面、膜、マイクロタイタ
ープレート、マイクロタイター片、およびマイクロタイターウェルからなる群よ
り適当な固体支持体を選択する。固体支持体は、ピン位置上に重なる結合したコ
ンパートメントを含んでいてもよい。1の具体例において、固体表面上に疎水性
のラインを引くことによりかかるコンパートメントを形成する。別法として、固
体支持体は、約0.5μmないし約20μmのサイズ範囲のポリマー微粒子、ラ
テックス粒子および無機微粒子からなる群より選択される粒子を含んでいてもよ
い。本発明における使用に適した磁気粒子は、コロイド状強磁性流体、磁性ナノ
粒子、磁性微粒子および強磁性流体で被覆された微粒子からなる群より選択され
る。
A suitable solid support is selected from the group consisting of plastic surfaces, glass surfaces, silica surfaces, metal surfaces, membranes, microtiter plates, microtiter strips, and microtiter wells. The solid support may include a bound compartment overlying the pin location. In one embodiment, such a compartment is formed by drawing a hydrophobic line on the solid surface. Alternatively, the solid support may comprise particles selected from the group consisting of polymer particles, latex particles and inorganic particles in the size range of about 0.5 μm to about 20 μm. Magnetic particles suitable for use in the present invention are selected from the group consisting of colloidal ferrofluids, magnetic nanoparticles, magnetic microparticles and ferrofluid-coated microparticles.

【0017】 本発明の別の具体例において、第1の核酸配列をビオチン種に作動可能に連結
し、アレイ上の別個のコンパートメント中に置く。次いで、検出可能に標識され
た核酸の混合集団を含む試験試料にアレイを接触させる。核酸のサブセットは第
1の固定化された核酸に対して相補的である疑いのあるものである。固定化され
た第1の核酸配列および試験試料を、相補的核酸間のハイブリダイゼーションを
可能にする条件に付し、そのことにより、該試験試料中の複数の相補的標的核酸
の検出が可能となる。別の具体例において、複数の核酸配列をアレイに付着させ
てもよい。
In another embodiment of the invention, the first nucleic acid sequence is operably linked to a biotin species and placed in a separate compartment on the array. The array is then contacted with a test sample containing a mixed population of detectably labeled nucleic acids. A subset of nucleic acids is suspected of being complementary to the first immobilized nucleic acid. The immobilized first nucleic acid sequence and the test sample are subjected to conditions that allow hybridization between complementary nucleic acids, which allows the detection of multiple complementary target nucleic acids in the test sample. Become. In another embodiment, multiple nucleic acid sequences may be attached to the array.

【0018】 本発明の好ましい具体例において、特異的結合ペアーの第1のメンバーはビオ
チンであるか、あるいはアビジンまたはアビジン種に対してかなりのアフィニテ
ィーまたはやや低いアフィニティーを有するそのアナログ、例えばデスチオビオ
チンであり、特異的結合ペアーの第2のメンバーはストレプトアビジンであるか
、あるいはビオチンまたはビオチンアナログに対してかなりのアフィニティーま
たはやや低いアフィニティーを有するアビジン種、例えばアビジンまたはニトロ
−アビジンである。
In a preferred embodiment of the invention, the first member of the specific binding pair is biotin, or an analogue thereof having a considerable or slightly lower affinity for avidin or an avidin species, eg desthiobiotin. And the second member of the specific binding pair is streptavidin, or an avidin species with considerable or slightly lower affinity for biotin or biotin analogues, such as avidin or nitro-avidin.

【0019】 固定化された検出可能な標識を測定するのに適したデバイスは、蛍光計、分光
光度計、シンチレーションカウンター、重量測定バイオセンサー、および表面プ
ラスモン共鳴バイオセンサーからなる群より選択される。
A suitable device for measuring the immobilized detectable label is selected from the group consisting of a fluorometer, a spectrophotometer, a scintillation counter, a gravimetric biosensor, and a surface plasmon resonance biosensor. .

【0020】 本発明のさらなる具体例において、特異的結合ペアーのメンバー間の結合イベ
ントを検出するための装置が提供される。本発明の典型的な装置は、帯磁し得な
い固体支持体表面上の磁力により整列させられた応答性のアレイを定義する手段
、該固体支持体の該下面に直接接触した複数の帯磁可能なアレイピンを有するア
レイ鋳型を含む。さらに固体支持体は、アレイピン上に重なる結合したコンパー
トメント、さらに希土類磁石または電磁石に接続されているアレイ鋳型に分けら
れ、そのことにより、該アレイのチップに近接した位置で高い磁力グラジエント
が得られる。グラジエントは磁気応答アレイ中の磁気粒子の収集を有効にする。
好ましい具体例において、アレイは、1平方インチあたり約2ないし約1000
00本の範囲のピン密度、より好ましくは1平方インチあたり約4いし約200
0本の範囲のピン密度のマイクロアレイである。
In a further embodiment of the invention, an apparatus is provided for detecting binding events between members of a specific binding pair. A typical device of the invention is a means for defining a magnetically aligned responsive array on a non-magnetizable solid support surface, a plurality of magnetizable magnets in direct contact with the lower surface of the solid support. Includes an array template with array pins. Further, the solid support is divided into bonded compartments overlying the array pins, and an array template connected to a rare earth magnet or electromagnet, which results in a high magnetic gradient near the tip of the array. The gradient enables the collection of magnetic particles in the magnetically responsive array.
In a preferred embodiment, the array is from about 2 to about 1000 per square inch.
Pin density in the range of 00 pins, more preferably about 4 chairs per square inch and about 200
It is a microarray with a pin density in the range of 0.

【0021】 本発明の新規磁気マイクロアレイの有用性は、標本試料中の多くの標的物質の
同時検出またはスクリーニングを可能にする外部磁気グラジエントの使用により
さらに促進される。あるいはまた、薬剤候補のスクリーニングにより例示される
ように、それぞれが生物学的機能を示しうる複数の異なる特異的結合物質との単
一物質の複数の相互作用を同定し定量してもよい。
The utility of the novel magnetic microarrays of the present invention is further facilitated by the use of an external magnetic gradient that allows for simultaneous detection or screening of many target substances in a sample specimen. Alternatively, multiple interactions of a single substance with multiple different specific binding substances, each of which may exhibit a biological function, may be identified and quantified, as exemplified by screening drug candidates.

【0022】 発明の詳細な説明 本発明は、いわゆるバイオチップ形状を包含するマイクロアレイとして使用さ
れる、適当な平面状または粒子状固体支持体上のサブミクロンサイズの強磁性流
体粒子の秩序付けられたアレイの製造方法および複数の用途に関するものである
が、多くの他のバリエーションが実施可能である。1の具体例において、帯磁ピ
ンおよびピン位置に対応した結合コンパートメントにより定義されるマイクロア
レイ上の位置において強磁性流体スポットを形成させる静帯磁ピンの手段により
マイクロアレイが形成される。かかるアレイを多くの用途に有利に用いることが
でき、該用途は遺伝子発現分析、変異検出のためのハイブリダイゼーションアッ
セイ、多型分析、薬剤機構の研究を目的としたゲノムマッピング、リード化合物
の同定および最適化、コンビナトリアル合成、アレイイムノアッセイ、薬力学お
よび薬理ゲノム学における毒性の研究を包含するが、これらに限らない。好まし
くは、高処理量スクリーニング(HTS)法を用いて上記すべての反応を行なう
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides ordered micro-sized ferrofluid particles on a suitable planar or particulate solid support for use as microarrays containing so-called biochip geometries. Although it relates to an array fabrication method and multiple applications, many other variations are feasible. In one embodiment, the microarray is formed by means of static magnetizing pins that form a ferrofluidic spot at a location on the microarray defined by the magnetizing pin and the coupling compartment corresponding to the pin position. Such arrays can be used to advantage in many applications, including gene expression analysis, hybridization assays for mutation detection, polymorphism analysis, genomic mapping for drug mechanism studies, lead compound identification and Includes, but is not limited to, optimization, combinatorial synthesis, array immunoassays, toxicity studies in pharmacodynamics and pharmacogenomics. Preferably, all of the above reactions are performed using the High Throughput Screening (HTS) method.

【0023】 核酸含有生物学的試料を分析するための1の特別な有望な方法は、試料中のD
NAの特徴を示すハイブリダイゼーションパターンを生じさせるDNAに基づく
マイクロアレイを用いるものである。簡単に説明すると、慣用的なDNAマイク
ロアレイは固体支持体に結合された1本鎖DNAフラグメントを含んでいたが、
本発明の方法およびアレイは磁性粒子および磁場を用いて、評価すべき結合反応
の正確さ、再現性および詳細な分析を促進するものである。アレイ中の各エレメ
ントは同一の1本鎖核酸配列の数十ないし数百万のコピーを含む。核酸の同一ま
たは異なるフラグメントをアレイの異なるエレメントのそれぞれに提供してもよ
い。言い換えれば、位置(1,1)は、位置(1,2)とは異なった1本鎖核酸
フラグメントを含んでいてもよく、位置(1,2)は位置(1,3)とも異なっ
ていてもよい(以下同様)。化学発光、蛍光、または電気的現象を用いて核酸分
子間の相互作用を評価してもよい。
One particular promising method for analyzing a nucleic acid-containing biological sample is D in a sample.
It uses a DNA-based microarray that produces a hybridization pattern that is characteristic of NA. Briefly, conventional DNA microarrays contained single-stranded DNA fragments bound to a solid support,
The methods and arrays of the present invention use magnetic particles and magnetic fields to facilitate the accuracy, reproducibility and detailed analysis of the binding reactions to be evaluated. Each element in the array contains tens to millions of copies of the same single-stranded nucleic acid sequence. The same or different fragments of nucleic acid may be provided to each of the different elements of the array. In other words, position (1,1) may comprise a single-stranded nucleic acid fragment different from position (1,2), position (1,2) also being different from position (1,3). Good (same below). Chemiluminescence, fluorescence, or electrical phenomena may be used to assess interactions between nucleic acid molecules.

【0024】 かかる相互作用を検出するための種々のデバイスが知られている。これらのう
ち最も基本的なものは、金免疫粒子のごとき検出可能な反応生成物を測定または
定量することにより分析対象の存在または量がアッセイされる純粋に化学的/酵
素的アッセイである。特異的結合ペアーの相互作用を放射性標識アッセイにより
検出し定量することもできる。対照的に、バイオセンサー診断デバイスにおいて
は、アッセイ基質およびディテクター表面が単一デバイス中に統合される。1の
一般的タイプのバイオセンサーは、例えば、リガンド−受容体結合イベントの存
在に応答した電流またはインピーダンスの変化を検出するための電流またはイン
ピーダンス測定エレメントと組み合わされた電極表面を用いるものである。この
タイプのバイオセンサーは米国特許第5567301号に開示されている。
Various devices are known for detecting such interactions. The most basic of these are purely chemical / enzymatic assays in which the presence or amount of analyte is assayed by measuring or quantifying detectable reaction products such as gold immunoparticles. The interaction of specific binding pairs can also be detected and quantified by radiolabeling assays. In contrast, in biosensor diagnostic devices, the assay substrate and detector surface are integrated in a single device. One common type of biosensor uses, for example, an electrode surface combined with a current or impedance measuring element to detect changes in current or impedance in response to the presence of a ligand-receptor binding event. This type of biosensor is disclosed in US Pat. No. 5,567,301.

【0025】 質量測定バイオセンサーは圧電性結晶を用いて表面音波を発生させ、その周波
数、波長および/または共鳴状態は結晶表面に対する表面質量に感受性があるも
のである。それゆえ、音波特性の変化は、例えば、特異的結合ペアーの相互作用
イベントによる表面質量の変化を示すものである。米国特許第5478756号
および第4789804号には、このタイプの質量測定バイオセンサーが記載さ
れている。
Mass measurement biosensors use piezoelectric crystals to generate surface acoustic waves, the frequency, wavelength and / or resonance state of which is sensitive to the surface mass relative to the crystal surface. Therefore, changes in acoustic properties are indicative of changes in surface mass due to, for example, interaction events of specific binding pairs. U.S. Pat. Nos. 5,478,756 and 4,789,804 describe mass measuring biosensors of this type.

【0026】 表面プラスモン共鳴(SPR)効果に基づくバイオセンサーも、例えば米国特
許第5485277号および第5492840号において提案されている。これ
らのデバイスは、摂動、例えばSPR界面における結合イベントに伴って生じる
SPR表面反射角の変化を用いるものである。結局、バイオセンサー表面におけ
る光学的特性の変化を用いる種々のバイオセンサーが知られており、例えば、米
国特許第5268305号のものが知られている。バイオセンサーは、個々の反
応基質および読み取りデバイスを有する結合アッセイ系に優る多くの潜在的利点
を有している。1の重要な利点は、例えば、米国特許第5200051号および
第5212050号に記載されたようなマイクロチップ製造法を用いて、小規模
ではあるが高い再現性を有するバイオセンサーユニットを製造できることである
。もう1つの利点は、単一のバイオセンサーユニットに統合されうる潜在的に多
数の異なる分析対象検出領域であり、非常に少量の生物学的液体試料を用いてい
くつかの分析対象を感度良く検出できる。これらの利点は両方とも、試験1回あ
たりのコストの実質的節約を導くことができることである。
Biosensors based on the surface plasmon resonance (SPR) effect have also been proposed, for example in US Pat. Nos. 5,485,277 and 5,492,840. These devices use changes in the SPR surface reflection angle that occur with perturbations, such as binding events at the SPR interface. Finally, various biosensors are known that use changes in the optical properties of the biosensor surface, such as US Pat. No. 5,268,305. Biosensors have many potential advantages over binding assay systems with individual reaction substrates and reading devices. One important advantage is that microchip manufacturing methods such as those described in US Pat. Nos. 5,200,521 and 5,212,050 can be used to manufacture biosensor units that are small but highly reproducible. . Another advantage is the potentially large number of different analyte detection areas that can be integrated into a single biosensor unit, allowing sensitive detection of some analytes with very small amounts of biological liquid samples. it can. Both of these advantages can lead to substantial savings in cost per test.

【0027】 相補的核酸配列がアレイバイオチップ上でin situ合成される他のDNAアレ
イシステムとは異なり、本発明は、固体支持体上への特異的な相補的オリゴヌク
レオチドの直接付着を可能にする。この具体例において、オリゴヌクレオチドは
磁性粒子に作動可能に連結され、次いで、それらは磁力によりアレイ上に集中さ
せられて単一スポットとなる。そのようなものとして、複数の磁性粒子のスポッ
トから構成される単純なマイクロアレイとしてバルク様式で単純な未知試料を分
析することができ、各スポットは目的とする異なった相補的オリゴヌクレオチド
配列を含む。同様に、個々のスポット上にかかる試料を特別に分注することによ
り複数の未知試料を分析してもよい。
Unlike other DNA array systems in which complementary nucleic acid sequences are synthesized in situ on an array biochip, the present invention allows direct attachment of specific complementary oligonucleotides onto a solid support. To do. In this embodiment, the oligonucleotides are operably linked to magnetic particles, which are then magnetically focused onto the array into a single spot. As such, a simple unknown sample can be analyzed in bulk fashion as a simple microarray composed of multiple magnetic particle spots, each spot containing a different complementary oligonucleotide sequence of interest. Similarly, multiple unknown samples may be analyzed by specifically dispensing such samples on individual spots.

【0028】 蛍光イメージングが用いられる本発明の典型的方法において、先ず、分析され
る標的DNA試料を蛍光標識する。ついで、各DNA試料を変性させ、マイクロ
アレイにハイブリダイゼーションさせ、その後、相補的2本鎖の形成を蛍光によ
り測定する。各配列標的は、すでにマイクロアレイ上に付着しているその相補的
核酸配列とのみハイブリダイゼーションするようにハイブリダイゼーションのス
トリンジェンシーを制御する。マイクロアレイ上に存在するいずれの核酸に対し
ても相補的でない核酸配列は、マイクロアレイのいずれの部位にもハイブリダイ
ゼーションせず、その後の洗浄工程の間に洗い流される。
In a typical method of the invention in which fluorescence imaging is used, first the target DNA sample to be analyzed is fluorescently labeled. Each DNA sample is then denatured and hybridized to the microarray, after which the formation of complementary duplexes is measured by fluorescence. Each sequence target controls the stringency of hybridization so that it only hybridizes to its complementary nucleic acid sequence already attached to the microarray. Nucleic acid sequences that are not complementary to any nucleic acid present on the microarray do not hybridize to any part of the microarray and are washed away during the subsequent washing step.

【0029】 かくして、標的DNA試料中の相補的配列にハイブリダイゼーションするプロ
ーブ配列を含むマイクロアレイの位置のみが蛍光分子を受け取るであろう。典型
的には、その後、蛍光源をマイクロアレイに適用して蛍光イメージを得て、マイ
クロアレイのいずれのエレメントが例えば患者のDNA試料に結合するのか、あ
るいはいずれのエレメントが結合しないのかを確認する。次いで、イメージを分
析して、いずれの特異的DNAフラグメントが元の試料中に含まれていたのかを
決定し、その結果より、特定の疾病、変異または他の症状が患者の試料中に存在
するかどうかを決定する。
Thus, only those positions of the microarray containing probe sequences that hybridize to complementary sequences in the target DNA sample will receive the fluorescent molecules. Typically, a fluorescent source is then applied to the microarray to obtain a fluorescence image to determine which elements of the microarray bind, eg, to a patient DNA sample, or which elements do not. The image is then analyzed to determine which specific DNA fragment was contained in the original sample, which results in the presence of a particular disease, mutation or other condition in the patient sample. Decide whether or not

【0030】 例えば、マイクロアレイの特定のエレメントを、特定タイプの癌を示すDNA
配列に曝露する。蛍光イルミネーション下でアレイの当該エレメントが蛍光を発
した場合、試料のDNAは当該特定タイプの癌を示すDNA配列を含む。それゆ
え、試料を提供した患者はすでに当該タイプの癌を有しているか、あるいはおそ
らく当該癌にになりやすい傾向があるという結論を引き出すことができる。理解
できることであるが、様々な既知DNAフラグメントをマイクロアレイ上に提供
することにより、得られる蛍光イメージを分析して広範な症状を同定することが
できる。
For example, a specific element of a microarray may be a DNA that represents a specific type of cancer.
Expose to array. When the element of the array fluoresces under fluorescent illumination, the sample DNA contains a DNA sequence indicative of the particular type of cancer. It can therefore be drawn that the patient who provided the sample already has, or is likely to be predisposed to, that type of cancer. It will be appreciated that by providing various known DNA fragments on a microarray, the resulting fluorescence image can be analyzed to identify a wide range of conditions.

【0031】 一般的には、2つのタイプのDNAマイクロアレイがある:受動的ハイブリダ
イゼーションマイクロアレイおよび能動的ハイブリダイゼーションマイクロアレ
イである。受動的ハイブリダイゼーションでは、固相−プローブおよび溶液相−
標的として、DNA試料を特徴づけるオリゴヌクレオチドが単純にDNAマイク
ロアレイにアプライされ、標的は受動的にアレイプローブとともに相補的2本鎖
を形成する。能動的ハイブリダイゼーションでは、例えば磁気的方法を用いて、
DNA試料のフラグメントとマイクロアレイに付着したフラグメントとの間の相
互作用を外部から促進するようにDNAアレイが配置される。現在、個々のいず
れのマイクロアレイに関しても、受動的ハイブリダイゼーション工程または能動
的ハイブリダイゼーション工程のいずれか(両方ではない)が典型的に用いられ
ていることを理解すべきである。先ず受動的ハイブリダイゼーションについて述
べると、化学的な力または磁力によりマイクロアレイ中に付着または作動可能に
連結された目的のオリゴヌクレオチドを伴ったDNAマイクロアレイチップを前
もって製造する。標識試料標的配列をマイクロアレイにハイブリダイゼーション
させる。1の具体例において、マイクロアレイに付着したプローブオリゴヌクレ
オチドのいずれかにマッチする標識試料標的配列がハイブリダイゼーションする
一方で、それらの蛍光標識が維持され、その結果、試料標的とともに2本鎖を形
成したマイクロアレイ中の位置のみが蛍光を発する。高ストリンジェンシーハイ
ブリダイゼーション条件は、2本鎖が形成されて正確な配列ハイブリッドマッチ
を示すことを確実なものにすることに注意すべきである。蛍光照射された場合、
正確なマッチは最も有効に蛍光を発し、正確でないマッチはかなり弱い蛍光を発
するか、あるいは全く蛍光を発しない。
In general, there are two types of DNA microarrays: passive hybridization microarrays and active hybridization microarrays. In passive hybridization, solid phase-probe and solution phase-
As a target, the oligonucleotides that characterize the DNA sample are simply applied to the DNA microarray, and the target passively forms complementary duplexes with the array probe. In active hybridization, for example, using a magnetic method,
The DNA array is arranged to externally facilitate the interaction between the fragments of the DNA sample and the fragments attached to the microarray. It should be understood that currently either passive hybridization steps or active hybridization steps, but not both, are typically used for any individual microarray. Referring first to passive hybridization, a DNA microarray chip with oligonucleotides of interest attached or operably linked to the microarray by chemical or magnetic forces is prefabricated. The labeled sample target sequence is hybridized to the microarray. In one embodiment, labeled sample target sequences that match any of the probe oligonucleotides attached to the microarray hybridize while their fluorescent labels are retained, thus forming a duplex with the sample target. Only locations in the microarray fluoresce. It should be noted that high stringency hybridization conditions ensure that the duplex is formed and represents the correct sequence hybrid match. When fluorescent light is applied,
An exact match fluoresces most efficiently, and an inexact match fluoresces fairly weakly or not at all.

【0032】 試料をロードされたDNAマイクロアレイを、ハイブリダイゼーション反応を
容易ならしめるための化学物質、すなわち、試料配列とマイクロアレイ中の対応
相補的プローブとのハイブリダイゼーションを容易ならしめるための化学物質を
伴うフルイディクスステーション(fluidics station)中に置く。次いで、マイ
クロアレイを蛍光、おそらくイオン−アルゴンレーザーを用いて生じる蛍光に当
てて、生じる蛍光パターンをデジタル化し、記録する。別法として、蛍光パター
ンの写真を撮り、現像し、次いで、コンピューター中にスキャンして蛍光パター
ンのデジタル表示を得てもよい。いずれの場合においても、デジタルパターンに
焦点を合わせてパターンを定量し、マイクロアレイパターン中の各アレイの蛍光
強度値を得るように作動する専用ソフトウェアプログラムを用いてデジタル化パ
ターンを処理する。各アレイ位置における平均強度値を算出し、必要な正規化、
色彩補正およびスキャンイングを提供するさらなるソフトウェアプログラムを用
いて、得られたアレイパターンを処理する。この工程の後に、デジタル化蛍光パ
ターンを得て、DNA試料からの特定の遺伝子配列が2本鎖ハイブリッドを形成
したマイクロアレイ中の位置を同定する。
A DNA microarray loaded with a sample is accompanied by chemicals to facilitate the hybridization reaction, ie, chemicals to facilitate hybridization of the sample sequence with the corresponding complementary probe in the microarray. Place it in the fluidics station. The microarray is then exposed to the fluorescence, perhaps that produced using an ion-argon laser, and the resulting fluorescence pattern is digitized and recorded. Alternatively, the fluorescent pattern may be photographed, developed and then scanned into a computer to obtain a digital representation of the fluorescent pattern. In either case, the digitized pattern is processed using a dedicated software program that operates to focus on the digital pattern, quantify the pattern, and obtain fluorescence intensity values for each array in the microarray pattern. Calculate the average intensity value at each array position and perform the required normalization,
The resulting array pattern is processed with an additional software program that provides color correction and scanning. After this step, a digitized fluorescence pattern is obtained to identify the position in the microarray where the particular gene sequence from the DNA sample formed a double-stranded hybrid.

【0033】 すでに述べたように、本発明は、相補的核酸分子間の相互作用の評価には限定
されない。本明細書に開示した方法を用いていずれの特異的結合ペアーのメンバ
ー間の結合相互作用を評価してもよい。
As already mentioned, the invention is not limited to the evaluation of interactions between complementary nucleic acid molecules. The methods disclosed herein may be used to assess binding interactions between members of any specific binding pair.

【0034】 本明細書の用語「標的物質」は、生物学的または薬理学的に興味が持たれる様
々な可溶性および粒子状分析対象または物質をいう。可溶性標的物質の例は、ホ
ルモン、蛋白、ペプチド、レクチン、薬剤、化学物質、オリゴヌクレオチド、核
酸(例えば、RNAおよび/またはDNA)ならびに細胞、ウイルス、細菌等の
ごとき生物学的粒子を包含する粒子状標的物質を包含する。
As used herein, the term “target substance” refers to various soluble and particulate analytes or substances of biological or pharmacological interest. Examples of soluble target substances include hormones, proteins, peptides, lectins, drugs, chemicals, oligonucleotides, nucleic acids (eg RNA and / or DNA) and particles including biological particles such as cells, viruses, bacteria and the like. Target substances.

【0035】 「決定因子」なる語は、上記標的物質のいずれかをいう場合には、決定因子に
対する特異的結合アフィニティーを有する「結合物質」またはいずれかの分子に
より結合される標的の一部または基をいう。かかる結合物質は特異的結合ペアー
の1のメンバーを含んでもよく、含まなくてもよい。決定因子は「抗体結合物質
」により認識される抗原エピトープ、相補的核酸「結合物質」により認識される
核酸配列、あるいは特定の結合パートナーにより認識されるいずれかの分子から
なっていてもよい。基本的な用語において、決定因子は、特異的結合ペアーの相
互作用において認識される分子接触領域であると定義される。好ましい決定因子
は標的に対してユニークなものである。
The term “determinant”, when referring to any of the above target substances, refers to a “binding substance” having a specific binding affinity for the determinant or a portion of the target bound by any molecule or Refers to the group. Such binding agents may or may not include one member of a specific binding pair. A determinant may consist of an antigenic epitope recognized by an "antibody binding agent", a nucleic acid sequence recognized by a complementary nucleic acid "binding agent", or any molecule recognized by a particular binding partner. In basic terms, a determinant is defined as the region of molecular contact that is recognized in the interaction of a specific binding pair. Preferred determinants are unique to the target.

【0036】 「特異的結合ペアー」および「特異的結合パートナー」なる表現は混用され、
互いに選択的に認識し、相互作用する2つの物質をいい、試料媒体中に存在する
他の物質を実質的に排除するものとする。第1および第2の結合ペアーのメンバ
ーを含む特異的結合パートナーは、抗原および抗体、受容体およびホルモン、受
容体およびリガンド、アゴニストおよび受容体、アンタゴニストおよび受容体、
レクチンおよび炭水化物、相補的核酸(RNAまたはDNA)およびペプチド−
核酸(PNA)配列、Fc受容体およびマウスIgG−プロテインA、ビオチン
−またはビオチンアナログおよびアビジン、ビオチンまたはビオチンアナログお
よびストレプトアビジン、金属キレート剤および金属イオン(すなわち、EDT
AまたはDTPAおよびFe3+、Cr3+、またはNi2+)、酵素および基
質、ならびにウイルスおよびウイルス結合蛋白を包含するが、これらに限らない
。本発明の方法を実施するために、種々の他の特異的結合ペアーの組み合わせが
企図され、当業者に容易に明らかである。また、伝統的な抗体と同様の特異性を
もって決定因子を特異的に認識するペプチド、薬剤、核酸、またはそれらのアナ
ログの本発明における使用が企図される。
The expressions “specific binding pair” and “specific binding partner” are used interchangeably,
Two substances that selectively recognize and interact with each other are meant to substantially exclude other substances present in the sample medium. Specific binding partners comprising members of the first and second binding pairs include antigens and antibodies, receptors and hormones, receptors and ligands, agonists and receptors, antagonists and receptors,
Lectins and carbohydrates, complementary nucleic acids (RNA or DNA) and peptides-
Nucleic acid (PNA) sequences, Fc receptors and mouse IgG-Protein A, biotin- or biotin analogues and avidin, biotin or biotin analogues and streptavidin, metal chelators and metal ions (ie EDT
A or DTPA and Fe 3+ , Cr 3+ , or Ni 2+ ), enzymes and substrates, and viruses and virus binding proteins. Various other combinations of specific binding pairs are contemplated for practicing the methods of the present invention and will be readily apparent to those skilled in the art. Also contemplated for use in the present invention are peptides, agents, nucleic acids, or analogs thereof that specifically recognize determinants with similar specificity to traditional antibodies.

【0037】 本明細書の用語「オリゴヌクレオチド」は、本発明のプライマーおよびプロー
ブをいい、2またはそれ以上、好ましくは3つよりも多いリボ−またはデオキシ
リボヌクレオチドを含む核酸分子として定義される。オリゴヌクレオチドの正確
なサイズは種々の因子ならびにオリゴヌクレオチドの個々の適用例および用途に
依存する。
The term “oligonucleotide” as used herein refers to the primers and probes of the invention and is defined as a nucleic acid molecule containing two or more, preferably more than three ribo- or deoxyribonucleotides. The exact size of the oligonucleotide will depend on various factors and on the particular application and use of the oligonucleotide.

【0038】 本明細書の用語「プローブ」は、精製された制限酵素消化物となっている天然
に存在するものであっても、合成により製造されたものであってもよく、プロー
ブに対して相補的な配列を有する核酸にアニーリングまたは特異的にハイブリダ
イゼーションしうるオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチドまたは核酸(RNA
またはDNA)をいう。プローブは1本鎖であっても2本鎖であってもよい。プ
ローブの正確な長さは、温度、プローブ源および使用方法を包含する多くの因子
に依存するであろう。例えば、診断用途には、標的配列の複雑さに応じて、典型
的にはオリゴヌクレオチドは15〜25またはそれ以上のヌクレオチドを含むが
、より少ないオリゴヌクレオチドを含んでもよい。本発明のプローブは、個々の
標的核酸配列の異なる鎖に対して「実質的に」相補的であるように選択される。
このことは、1セットのあらかじめ決められた条件下においてプローブはそれら
の個々の標的鎖に対して「特異的にハイブリダイゼーション」し、あるいはアニ
ーリングするほど十分に相補的なものでなくてはならないことを意味する。それ
ゆえ、プローブ配列は標的の正確な相補的配列を反映する必要はない。例えば、
非相補的ヌクレオチドフラグメントがプローブの5’または3’末端に結合し、
プローブ配列の残りの部分が標的鎖に対して相補的であってもよい。あるいはま
た、非相補的塩基またはそれより長い配列がプローブ中に挿入されていてもよい
が、プローブ配列が標的核酸配列に対して十分な相補性を有し、それに特異的に
アニーリングすることが条件である。プローブは検出可能標識を含んでいてもよ
い。
The term “probe” as used herein may be a naturally-occurring substance that is a purified digestion product of a restriction enzyme or a synthetically-produced product, and is not defined as Oligonucleotides, polynucleotides or nucleic acids (RNA that can anneal or specifically hybridize to nucleic acids having complementary sequences)
Or DNA). The probe may be single-stranded or double-stranded. The exact lengths of the probes will depend on many factors, including temperature, source of probe and method of use. For example, for diagnostic applications, the oligonucleotide will typically contain 15-25 or more nucleotides, although fewer oligonucleotides may be included, depending on the complexity of the target sequence. The probes of the invention are selected to be "substantially" complementary to different strands of an individual target nucleic acid sequence.
This means that under a set of predetermined conditions the probes must be sufficiently complementary to "specifically hybridize" or anneal to their respective target strands. Means Therefore, the probe sequence need not reflect the exact complementary sequence of the target. For example,
A non-complementary nucleotide fragment is attached to the 5'or 3'end of the probe,
The remaining portion of the probe sequence may be complementary to the target strand. Alternatively, non-complementary bases or longer sequences may be inserted in the probe, provided that the probe sequence has sufficient complementarity to the target nucleic acid sequence and specifically anneals to it. Is. The probe may include a detectable label.

【0039】 用語「特異的にハイブリダイゼーションする」は、十分に相補的な配列を有す
る2つの1本鎖核酸分子間の会合であって、当該分野で一般的に使用されるあら
かじめ決定された条件下でかかるハイブリダイゼーションを可能にするものをい
う(時々、「実質的に相補的」という)。詳細には、該用語は本発明の1本鎖D
NAまたはRNA分子中に含まれる実質的に相補的な配列とのオリゴヌクレオチ
ドのハイブリダイゼーションをいい、非相補的配列の1本鎖核酸とオリゴヌクレ
オチドとのハイブリダイゼーションを排除する。
The term “specifically hybridize” refers to the association between two single-stranded nucleic acid molecules that have sufficiently complementary sequences and is a pre-determined condition commonly used in the art. The term below refers to those that allow such hybridization (sometimes referred to as "substantially complementary"). In particular, the term refers to the single chain D of the invention.
Hybridization of an oligonucleotide with a substantially complementary sequence contained in an NA or RNA molecule, which excludes hybridization of a single-stranded nucleic acid with a non-complementary sequence with the oligonucleotide.

【0040】 本明細書の用語「プライマー」は、RNAまたはDNA、1本鎖または2本鎖
、生物学的系由来、制限酵素消化により得られる、あるいは合成により得られる
オリゴヌクレオチドをいい、適当な環境に置かれた場合、鋳型依存的核酸合成の
イニシエーターとして機能的に作用するものである。適当な核酸鋳型、核酸の適
当なヌクレオシド三リン酸前駆体ポリメラーゼ酵素、適当なコファクターならび
に温度およびpHのごとき条件が提供された場合、ポリメラーゼまたは類似の活
性の作用によりヌクレオチドを付加することによりプライマーをその3’末端に
おいて伸長させてプライマー伸長生成物を得てもよい。個々の条件および用途に
関する必要事項によりプライマーの長さは様々であってよい。例えば、診断用途
には、典型的には、オチドプライマーは長さが15〜25またはそれ以上のヌク
レオチドである。プライマーは所望鋳型に対して十分に相補的で所望伸長生成物
の合成を開始させるものでなくてはならず、すなわち、ポリメラーゼまたは類似
酵素による合成の開始における使用に適した並置位置にプライマーの3’ヒドロ
キシル部分を提供する様式で所望鋳型鎖にアニーリングしうるものでなくてはな
らない。プライマー配列が所望鋳型に対する正確な相補配列である必要はない。
例えば、非相補的ヌクレオチド配列を相補的プライマーの5’末端に結合させて
もよい。別法として、非相補的塩基をオリゴヌクレオチドプライマー配列中に分
散させてもよいが、プライマー配列が所望鋳型配列に対して十分に相補性を有し
、伸長生成物合成のための鋳型−プライマー複合体を生じるものであることが条
件となる。プライマーは検出可能ラベルを含んでいてもよい。
As used herein, the term “primer” refers to RNA or DNA, single-stranded or double-stranded, derived from a biological system, obtained by restriction enzyme digestion, or obtained synthetically, and is a suitable oligonucleotide. When placed in the environment, it acts functionally as an initiator of template-dependent nucleic acid synthesis. Primers by the addition of nucleotides by the action of a polymerase or similar activity when provided with a suitable nucleic acid template, a suitable nucleoside triphosphate precursor polymerase enzyme for nucleic acids, a suitable cofactor and conditions such as temperature and pH. May be extended at its 3'end to give a primer extension product. The length of the primer may vary depending on the particular conditions and requirements of the application. For example, for diagnostic applications, otide primers are typically 15-25 or more nucleotides in length. The primer must be sufficiently complementary to the desired template to prime the synthesis of the desired extension product, ie, the 3 of the primer in a juxtaposed position suitable for use in initiating synthesis by a polymerase or similar enzyme. 'It must be able to anneal to the desired template strand in a manner that provides a hydroxyl moiety. The primer sequence need not be an exact complement to the desired template.
For example, a non-complementary nucleotide sequence may be attached to the 5'end of a complementary primer. Alternatively, non-complementary bases may be dispersed in the oligonucleotide primer sequence, but the primer sequence is sufficiently complementary to the desired template sequence that the template-primer complex for extension product synthesis is obtained. The condition is that it produces the body. The primer may include a detectable label.

【0041】 「インクジェット法」なる語句は、固体支持体上に所望試薬を付着させるのに
適した方法をいう。この付着法の利点は、図6に示すように正確に制御された位
置に非常に少量の試薬(<1μl)を付着させうることである。用いる化学反応
条件により、かかる付着は可逆的または不可逆的であってよい。
The phrase “inkjet method” refers to a method suitable for depositing a desired reagent on a solid support. The advantage of this deposition method is that it allows very small amounts of reagent (<1 μl) to be deposited at precisely controlled locations as shown in FIG. Depending on the chemical reaction conditions used, such attachment may be reversible or irreversible.

【0042】 用語「作動可能に連結」および「それに付着」を混用し、本明細書では、いず
れの機能も害さない2つの分子の、あるいは分子と固体支持体との共有または非
共有結合をいう。
The terms “operably linked” and “attached thereto” are used interchangeably and refer herein to the covalent or non-covalent association of two molecules with no loss of function, or of a molecule and a solid support. .

【0043】 本明細書の「検出可能標識」なる表現は、物理的または磁気的手段による直接
または間接的な検出または測定が、試験試料中の標的物質の存在を示すものであ
る物質をいう。有用な検出可能標識の典型例は、光吸収、蛍光、屈折率、光散乱
、燐光、またはルミネセンス特性を有する光学的に検出可能な分子またはイオン
;放射活性により検出可能な分子またはイオン;核磁気共鳴、残留磁気または常
磁性により検出可能な分子またはイオンを包含するが、これらに限らない。標的
配列にハイブリダイゼーションしない場合に蛍光を発しない消光蛍光標識(quen
ched fluorescent labels)は光吸収または蛍光に基づいて間接的に検出可能な
分子のグループに含まれる。この目的に適した試薬はRESEARCH GENETICSから販
売されている「分子ビーコン」である。
The expression “detectable label” as used herein refers to a substance whose direct or indirect detection or measurement by physical or magnetic means is indicative of the presence of the target substance in the test sample. Typical examples of useful detectable labels are optically detectable molecules or ions with light absorption, fluorescence, refractive index, light scattering, phosphorescence, or luminescence properties; molecules or ions detectable by radioactivity; nuclei. Includes, but is not limited to, molecules or ions detectable by magnetic resonance, remanence or paramagnetism. Quenched fluorescent label (quen that does not fluoresce unless hybridized to the target sequence)
ched fluorescent labels) are a group of molecules that can be indirectly detected based on light absorption or fluorescence. A suitable reagent for this purpose is the "Molecular Beacon" sold by RESEARCH GENETICS.

【0044】 好ましい具体例に使用されるような分子ビーコンは、均一溶液中の特異的核酸
の検出に有用なプローブである。分子ビーコン理論に基づくプローブは、ステム
−アンド−ループ構造(stem-and-loop structure)を有する1本鎖核酸分子で
ある。分子のループ部分は標的核酸中の予め決められた配列に相補的なプローブ
配列である。プローブ配列のいずれかの側にある2つの相補的なアーム配列のア
ニーリングによりステムが形成される。アーム配列は標的配列とは無関係である
。蛍光部分は一方のアームの末端に結合され、非蛍光性の消光部分は他方のアー
ムの末端に結合される。ステムはこれら2つの部分を互いに近接させておき、蛍
光共鳴エネルギー転移により蛍光発光団の蛍光の消光を引き起こす。結果として
、蛍光発光団は蛍光を発生することができない。プローブが標的分子と出会う時
、それはアーム配列により形成されるハイブリッドよりも長時間の安定したハイ
ブリッドを形成する。かくして、プローブは、アーム配列を引き離す自発的なコ
ンホーメーション変化を起こし、蛍光発色団および消光配列を互いに引き離す。
適当な波長の光が照射された場合、近接度におけるこの変化により蛍光発色団が
蛍光を発することができる。これらの「分子ビーコン」は、それらの標的分子に
ハイブリダイゼーションする場合には、バックグラウンド蛍光シグナルにおける
増大を放射しうるだけである。好ましい具体例において、分子ビーコンは、標的
物質としての相補的オリゴヌクレオチド配列に特異的であり、これと競争し、あ
るいはこれに結合する分析対象であり、そのことにより試験溶液中の標的物質量
に逆比例したシグナルを提供する。それゆえ、検出可能シグナルに関して、「消
光され」とは検出できないシグナルをいい、「消光されない」とは検出可能なシ
グナルをいう。 Molecular Beacons: Probes that Fluoresce upon Hybridization, Sanjay Tyag
i and Fred R. Kramer, Nature Biotechnology, volume 14 March, 1996参照。 酵素作用により、検出できないものから検出可能な光吸収性または蛍光性分子
に変換される検出可能でない酵素基質も包含される。
Molecular beacons, as used in the preferred embodiment, are useful probes for the detection of specific nucleic acids in homogeneous solution. A probe based on the molecular beacon theory is a single-stranded nucleic acid molecule having a stem-and-loop structure. The loop portion of the molecule is a probe sequence that is complementary to a predetermined sequence in the target nucleic acid. The stem is formed by annealing two complementary arm sequences on either side of the probe sequence. The arm sequence is independent of the target sequence. The fluorescent moiety is attached to the end of one arm and the non-fluorescent quencher is attached to the end of the other arm. The stem keeps these two parts in close proximity to each other and causes fluorescence resonance energy transfer to quench the fluorescence of the fluorophore. As a result, the fluorophore is unable to generate fluorescence. When the probe encounters the target molecule, it forms a stable hybrid for a longer time than the hybrid formed by the arm sequences. Thus, the probe undergoes a spontaneous conformational change that separates the arm sequences, separating the fluorophore and quencher sequence from each other.
This change in proximity can cause the fluorophore to fluoresce when illuminated with light of the appropriate wavelength. These "molecular beacons" can only emit an increase in background fluorescence signal when hybridized to their target molecule. In a preferred embodiment, the molecular beacon is an analyte that is specific for, competes with, or binds to the complementary oligonucleotide sequence as the target substance, thereby determining the amount of the target substance in the test solution. Provides an inversely proportional signal. Therefore, regarding a detectable signal, "quenched" refers to an undetectable signal, and "not quenched" refers to a detectable signal. Molecular Beacons: Probes that Fluoresce upon Hybridization, Sanjay Tyag
See i and Fred R. Kramer, Nature Biotechnology, volume 14 March, 1996. Also included are non-detectable enzyme substrates that are converted by enzymatic action from undetectable to detectable light absorbing or fluorescent molecules.

【0045】 「〜を実質的に排除」なる語句は、特異的結合ペアー中の特異的結合物質と特
異的標的物質を包含するその対応結合パートナーとの間の結合反応の特異性をい
う。特異的結合物質はそれらの標的物質に対して実質的に選択的な結合アフィニ
ティーを有しているが、試験試料中の他の非標的物質または成分に対して検出可
能なレベルの非特異的結合も示す。
The phrase “substantially excludes” refers to the specificity of a binding reaction between a specific binding substance in a specific binding pair and its corresponding binding partner that includes a specific target substance. Specific binding substances have a substantially selective binding affinity for their target substance, but at detectable levels of non-specific binding to other non-target substances or components in the test sample. Also shows.

【0046】 本明細書の用語「種」は、アイソマー、アナログ、および特定物質の誘導体か
らなる関連物質のファミリーをまとめていう。
As used herein, the term “species” refers collectively to a family of related substances consisting of isomers, analogs, and derivatives of the specified substance.

【0047】 用語「マイクロアレイ」または「バイオチップ」は、アレイ上の位置またはx
−y座標により同定可能な別個の複数の反応またはインキュベーションコンパー
トメントを構成する平面的な表面上の磁力により生じるアレイをいう。かかるア
レイは、特異的結合ペアーのメンバー間の特異的結合特性を評価するためのアッ
セイにおける使用に適する。
The term “microarray” or “biochip” refers to a position on an array or x
-Refers to an array generated by a magnetic force on a planar surface that constitutes a plurality of separate reactions or incubation compartments identifiable by the y-coordinate. Such arrays are suitable for use in assays to assess specific binding properties between members of a specific binding pair.

【0048】 本発明の「高処理量スクリーニング」なる語句は、短時間のうちに含まれてい
る多数の標的物質に関して多数の試験標本を処理しうる分析系であると定義され
る。あるいはまた、多数の潜在的結合パートナーへの結合を評価することにより
1の物質の生物学的特性を調べるために高処理量スクリーニングを用いてもよい
。例えば、Affymax Corporationは光リトグラフ法を用いて多数のユニークなD
NAプローブを含むDNAチップまたはマイクロアレイを製造している。固定化
結合パートナーを担持するイムノアッセイアレイパネルが米国特許第45915
70号および第4829010号に開示されている。
The phrase "high throughput screen" of the present invention is defined as an analytical system capable of processing a large number of test specimens for a large number of target substances contained within a short period of time. Alternatively, a high throughput screen may be used to characterize the biological properties of a substance by assessing its binding to multiple potential binding partners. For example, Affymax Corporation uses photolithography to create a number of unique D
Manufactures DNA chips or microarrays containing NA probes. An immunoassay array panel carrying immobilized binding partners is disclosed in US Pat.
70 and 4829010.

【0049】 マイクロアレイ上の結合種の付着に関連して用いられる「コンホーメーション
変化」なる語句は、最小ないし全体的な変性を包含し、さらに結合試薬の3次構
造の望ましくない変化をいう。かかる変化は、表面への多点結合により反応性ま
たは非反応性表面へのコーティングによりそれらの結合能を90%まで消失しう
る蛋白結合分子において特に問題である。
The term “conformational change” as used in connection with attachment of binding species on a microarray includes minimal to global denaturation and also refers to undesired changes in the tertiary structure of the binding reagent. Such changes are particularly problematic in protein binding molecules, which can lose up to 90% of their binding capacity by coating reactive or non-reactive surfaces by multipoint binding to the surface.

【0050】 本発明において「帯磁ピン」または「ピン」は、帯磁可能または帯磁不可能な
3次元平面物体の1の表面上に配置された突起または機械により加工された突起
をいう。
In the present invention, “magnetization pin” or “pin” means a protrusion arranged on the surface of one of a three-dimensional flat object capable of magnetizing or non-magnetizing or a protrusion processed by a machine.

【0051】 本発明の実施に使用される好ましい帯磁粒子は0.05ないし5μmの範囲、
より好ましくは0.05ないし0.5μmの範囲、最も好ましくは0.09ない
し0.15μm(90ないし150nm)のコロイド範囲のサイズの粒子である
。コロイド粒子は、長時間放置された場合の安定性および/または重力的分離に
対する耐性により特徴づけられる。他の多くの利点に加えて、このサイズ範囲の
粒子は大部分の検出方法をめったに妨害しない。例えば、かかる粒子は標的細胞
の顕微鏡分析を妨害しない。90〜150nmの範囲内であり、好ましくは5%
ないし99%の範囲、より好ましくは10%ないし95%の間、最も好ましくは
20%ないし90%の間の磁石質量を有する粒子が、本発明における使用に企図
される。適当な磁性粒子は磁鉄鉱またはマグヘマタイト(maghematite)の結晶
性コアを含み、それらは、磁性コアにコーティングまたは結合された、例えば、
物理的に吸着または共有結合され、安定なコロイド特性を付与する分子により取
り囲まれている。好ましくは、コーティング材料は、試験試料中の生物学的高分
子との非特異的相互作用から磁性コアを十分に遮蔽するのに有効な量または厚さ
で適用されるべきである。かかる生物学的高分子は、特異的結合ペアーの1のメ
ンバー、免疫グロブリン、アルブミン、非標的基細胞表面上のシアル酸残基、レ
クチン、糖蛋白、および他の細胞膜成分を包含しうる。
Preferred magnetized particles used in the practice of the present invention are in the range of 0.05 to 5 μm,
More preferred are particles with a size in the colloidal range of 0.05 to 0.5 μm, most preferably 0.09 to 0.15 μm (90 to 150 nm). Colloidal particles are characterized by stability when left for a long time and / or resistance to gravitational separation. In addition to many other advantages, particles in this size range rarely interfere with most detection methods. For example, such particles do not interfere with the microscopic analysis of target cells. Within the range of 90 to 150 nm, preferably 5%
Particles having a magnet mass in the range of to 99%, more preferably between 10% and 95%, most preferably between 20% and 90% are contemplated for use in the present invention. Suitable magnetic particles include a crystalline core of magnetite or maghematite, which is coated or bonded to the magnetic core, eg,
It is physically adsorbed or covalently bound and surrounded by molecules that impart stable colloidal properties. Preferably, the coating material should be applied in an amount or thickness effective to sufficiently shield the magnetic core from non-specific interactions with biological macromolecules in the test sample. Such biological macromolecules may include one member of a specific binding pair, immunoglobulins, albumins, non-target groups sialic acid residues on the cell surface, lectins, glycoproteins, and other cell membrane components.

【0052】 さらに、材料は粒子1個あたりできるだけ多くの磁石質量を含むべきである。
粒子状コアを含む磁性結晶のサイズは、完全な磁気ドメインを含まないように十
分小さいものである。ナノ粒子も、そのブラウン運動エネルギーがその磁気モー
メントを超えるほど十分に小さい。結果として、N極/S極の配置およびその結
果としてのこれらのコロイド磁性粒子の相互吸引/反発が、中程度の強度の磁場
においてさえ最小限に起こり、そのことによりそれらの沈降に対する耐性に貢献
する。結局、近接した位置に強力な磁場を発生させるが、試験試料の外部から磁
場を発生させることにより特徴づけられる高磁場グラジエント外部磁場分離装置
において磁性粒子が分離されるべきである。 米国特許第4795698、5597531、および5698271号に記載
されたベース材料を修飾することにより上記特性を有する磁性粒子を製造するこ
とができる。
Furthermore, the material should contain as much magnet mass as possible per particle.
The size of the magnetic crystal containing the particulate core is small enough not to contain the complete magnetic domain. Nanoparticles are also small enough that their Brownian kinetic energy exceeds their magnetic moment. As a result, the N / S pole arrangement and the resulting mutual attraction / repulsion of these colloidal magnetic particles occurs minimally even in moderately strong magnetic fields, thereby contributing to their resistance to sedimentation. To do. Eventually, magnetic particles should be separated in a high field gradient external magnetic field separation device characterized by generating a strong magnetic field in close proximity, but from the outside of the test sample. Magnetic particles having the above properties can be produced by modifying the base materials described in US Pat. Nos. 4,795,698, 5597531, and 5698271.

【0053】 アレイの作成方法は多くあり、実施例においてより詳細に説明する。しかしな
がら、各方法は磁力により集まる粒子に依存するものであり、それらの粒子は正
確に位置決めされたスポットとして収集表面に結合しうるものである。使用され
る磁気コンフィギュレーションはアレイの物理的レイアウトを決定するであろう
。収集表面は特異的結合ペアーの1のメンバーでコーティングされ、磁性粒子は
第2のメンバーでコーティングされる。粒子が収集構造へと引かれると、それら
は表面に結合される。
There are many ways to create an array, which will be described in more detail in the examples. However, each method relies on magnetically collecting particles, which can be bound to the collecting surface as precisely positioned spots. The magnetic configuration used will determine the physical layout of the array. The collection surface is coated with one member of the specific binding pair and the magnetic particles with a second member. As the particles are drawn into the collecting structure, they become bound to the surface.

【0054】 本発明の1の具体例において、実施例3および4に記載されたように、封じ込
めガスケットから500μLまでを含む平らな平面上にコンパートメントが形成
された。1ないし100μLの範囲の体積に適したより小さい表面コンパートメ
ントは、慣用的な機械的またはリトグラフ的なライン形成手段により容易に構築
でき、隣接アレイコンパートメントの内容物の相互混合を防止する疎水性ライン
または「フェンス」を用いるものである。
In one embodiment of the present invention, compartments were formed on a flat flat surface containing up to 500 μL from the containment gasket as described in Examples 3 and 4. Smaller surface compartments suitable for volumes in the range of 1 to 100 μL can be easily constructed by conventional mechanical or lithographic line forming means to prevent intermixing of the contents of adjacent array compartments with hydrophobic lines or " A fence is used.

【0055】 コンパートメントを有するかかるパターン化された支持体はErie Scientific
Company, Portsmouth, NHのごとき業者から、マイクロアレイガラスプレートの
形態で市販されており、96、384、1536およびより多くのパターンとな
った疎水性インクでカスタムプリントされた他の基材も市販されている。微小ウ
ェルコンパートメントを作成するための強固な耐性を有する疎水性パターンを付
着させることができ、そのことによりこの方法が開示された磁性マイクロアレイ
の概念に非常に適合し適用可能なものとなる。
Such a patterned support with compartments is available from Erie Scientific
Commercially available from companies such as Company, Portsmouth, NH in the form of microarray glass plates, 96, 384, 1536 and other substrates custom printed with more patterned hydrophobic inks. There is. A robust and durable hydrophobic pattern for making the microwell compartments can be deposited, which makes the method very compatible and applicable to the disclosed magnetic microarray concept.

【0056】 かかるアレイを使用する場合、強磁性流体粒子、試薬および試験溶液を、慣用
的なナノリットルまたはマイクロリットルデリバリーシステムにより分注するこ
とができる。かかるシステムは、DIE-MARK, San Diego, CAにより製造された上
記の単一または多チャンネル高精度インクジェット分注器を含む。試薬を平面状
表面コンパートメント中、あるいはマイクロタイターウェル中に直接付着させて
もよい。図5および6に示すように、高精度インクジェット分注器は試料全体あ
るいはアレイの特定位置に試薬をデリバリーできるものである。標的種上の目的
領域または配列に対して相補的である特徴的な決定因子を有する特異的結合ペア
ーのメンバーを、付着または帯磁ピン手段によるアレイ形成の前に強磁性流体粒
子にあらかじめ結合させることができる。図5に、1の決定因子に関して多数の
試料をアッセイするのに適した装置を示す。図6を図5と区別する装置および方
法の重要な特徴は、1の未知試料から多数の標的決定因子を検出できるように異
なる特性の強磁性粒子を含む強磁性流体スポットを付着させ、形成することがで
きることである。
When using such arrays, ferrofluidic particles, reagents and test solutions can be dispensed by conventional nanoliter or microliter delivery systems. Such systems include the single or multi-channel precision inkjet dispensers described above manufactured by DIE-MARK, San Diego, CA. The reagents may be deposited directly in the planar surface compartment or in microtiter wells. As shown in FIGS. 5 and 6, high precision inkjet dispensers can deliver reagents to the entire sample or to specific locations on the array. Pre-binding members of a specific binding pair with characteristic determinants that are complementary to a region of interest or sequence on a target species to ferrofluid particles prior to attachment or array formation by magnetic pinning means You can Figure 5 shows a device suitable for assaying multiple samples for a determinant of 1. An important feature of the apparatus and method that distinguishes FIG. 6 from FIG. 5 is the deposition and formation of ferrofluid spots containing ferromagnetic particles of different properties so that multiple target determinants can be detected from one unknown sample. It is possible.

【0057】 本発明のさらなる具体例において、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、連結鎖
反応(LCR)、インビトロRNAポリメラーゼ/プロモーターによる増幅(a
RNA、TMA、3SR等のごとき変種を用いる)、およびローリングサークル
増幅法(RCAT)のごとき慣用的な核酸増幅法によりハイブリダイゼーション
シグナルをさらに増幅することができる。さらにそのうえ、標準的なシグナル増
幅法により、選択されたコンパートメントのシグナルを増幅することができる。
可能なハイブリダイゼーションバッファーは、いずれかおよびすべての適当な反
応混合物を包含し、体積排除剤(volume excluders)、ハイブリダイゼーション
率増加剤および感度上昇剤(すなわち、デキストラン硫酸、ポリエチレングリコ
ール、フェノール等)のごとき試薬を含む。
In a further embodiment of the invention, polymerase chain reaction (PCR), ligation chain reaction (LCR), in vitro RNA polymerase / promoter amplification (a
Hybridization signals can be further amplified by conventional nucleic acid amplification methods such as RNA, TMA, 3SR and the like), and rolling circle amplification method (RCAT). Furthermore, standard signal amplification methods can amplify the signal of selected compartments.
Possible hybridization buffers include any and all suitable reaction mixtures, including volume excluders, hybridization rate enhancers and sensitivity enhancers (ie dextran sulfate, polyethylene glycol, phenol, etc.). Including reagents.

【0058】 強磁性流体が、本発明において開示されたようなインデックスを付したマイク
ロアレイの作成のための基材(substrate)として使用される場合、ユニークな
利益が提供される。かかる利点は下記のものを包含する:1)慣用的なポンプま
たはインクジェットデリバリーシステムを用いるとコロイド状強磁性流体は通常
の液体と同様に分注される。なぜなら粒子濃度および生じる粘度が低いからであ
る。2)分注された強磁性流体粒子を、非常に強固な点、点のグループ、あるい
はラインのごとき多くの典型的な形態として溶液から集中させることができ、有
意に希薄な溶液および低い試薬濃度の使用が可能となり、さらに、正確なアレ形
態おびサイズの非常に正確な制御が可能となる。3)磁力により保持された非結
合性支持体を用いて3次元パターンとして可逆的に、あるいは磁場除去後も固く
結合したままである2次元パターンとなった結合強磁性流体の薄層(実質的には
粒子の単層)を提供する結合性支持体を用いて不可逆的に、強磁性流体を付着さ
せることができる。4)平らな非多孔性支持体上に、あるいは96、384、1
536、およびより多数の別個のスポット、例えば、図4に示すような1平方イ
ンチあたり約2000のスポットを含むマイクロタイタープレートのあらかじめ
形成されたウェル中に、強磁性流体を分注することができる。5)強磁性流体は
、付着粒子の質量およびそれゆえ数を非破壊的に測定するための磁場検出器の使
用を可能にし、そのことにより検出可能なシグナルの正規化を可能にする内部標
準が作成される。6)磁気的手段により3次元磁気マイクロアレイスポットを可
逆的に開放し再捕捉することは、磁場の不存在下における懸濁液中で強磁性粒子
が局部的に混合することを可能にすることによりアフィニティー反応のキネティ
クスを増大させる;磁性粒子の実質的な分散が起こる前に磁場を適用すると、強
磁性流体粒子は元のスポットのコンフィギュレーションに戻る。
Unique benefits are provided when ferrofluids are used as substrates for the fabrication of indexed microarrays as disclosed in the present invention. Such advantages include: 1) Using conventional pumps or inkjet delivery systems, colloidal ferrofluids are dispensed like regular liquids. This is because the particle concentration and the resulting viscosity are low. 2) Dispensed ferrofluid particles can be concentrated from solution in many typical forms, such as very strong dots, groups of dots, or lines, significantly dilute solutions and low reagent concentrations. Can be used, and in addition, very precise control of the exact shape and size is possible. 3) A thin layer of coupled ferrofluid (reversible as a three-dimensional pattern using a non-bonding support held by magnetic force, or a two-dimensional pattern that remains firmly bonded even after the removal of a magnetic field The ferrofluid can be irreversibly deposited using a binding support that provides a monolayer of particles. 4) on a flat, non-porous support, or 96, 384, 1
Ferrofluid can be dispensed into preformed wells of a microtiter plate containing 536 and a larger number of discrete spots, eg, about 2000 spots per square inch as shown in FIG. . 5) Ferrofluids allow the use of magnetic field detectors for nondestructive measurement of the mass and hence the number of attached particles, thus providing an internal standard which allows normalization of the detectable signal. Created. 6) Reversibly opening and re-capturing the three-dimensional magnetic microarray spots by magnetic means allows the ferromagnetic particles to mix locally in suspension in the absence of a magnetic field. Increases the kinetics of the affinity reaction; applying a magnetic field before substantial dispersion of the magnetic particles occurs causes the ferrofluid particles to return to their original spot configuration.

【0059】 本発明のマイクロアレイを作成するための1の方法は、適当な磁場において強
磁性流体粒子の「ポイント」を平面的なパターンとして生じさせる帯磁ピンを使
用するマグネチックフォーカシング(magnetic focusing)を用いるものである
。この方法は、各位置をユニークに定義し、調査可能にし、かくして個々の標的
物質との結合相互作用を追跡可能にする。
One method for making the microarrays of the present invention involves magnetic focusing using magnetic pins that produce "points" of ferrofluid particles in a planar pattern in a suitable magnetic field. It is used. This method allows each position to be uniquely defined and probed, thus allowing the binding interactions with individual target substances to be traced.

【0060】 「帯磁ピン」は、図5に示すように、帯磁可能または帯磁不可能な3次元平面
物体の1の表面上にマウントされた突起または機械により加工された突起を形成
する。非磁性のかかるピン(54)は、ピン末端に適用される磁石からの磁場に
曝露された場合に帯磁するようになる。磁石(55)は電磁石であってもよく、
あるいは除去可能な希土類タイプの強力永久磁石であってもよく、固体表面上(
53)ピンに近接した位置に帯磁した強磁性流体粒子(52)を収集するピンの
先端に近接した位置に強い磁力グラジエントを誘導し、そのことによりアレイパ
ターンが形成される。いったん収集されると、アレイ中のストレプトアビジン担
持強磁性流体粒子は、表面上に共有結合された特異的結合ペアーのメンバーの不
存在または存在に応じて、可逆的に固定化され(3次元薄層として)あるいは不
可逆的に固定化される(未結合強磁性流体の洗浄後、2次元単層として)。典型
的なインクジェット分注器(51)も示す。
As shown in FIG. 5, the “magnetization pin” forms a protrusion mounted on the surface of one of the three-dimensional planar object which can be magnetized or cannot be magnetized, or a protrusion which is machined. Such non-magnetic pins (54) become magnetized when exposed to the magnetic field from the magnet applied to the pin ends. The magnet (55) may be an electromagnet,
Alternatively, it may be a removable rare earth type strong permanent magnet,
53) Inducing a strong magnetic gradient near the tip of the pin that collects the magnetized ferrofluid particles (52) near the pin, thereby forming an array pattern. Once collected, the streptavidin-loaded ferrofluidic particles in the array are reversibly immobilized (three-dimensional thin layer) depending on the absence or presence of members of the specific binding pair covalently bound to the surface. (As a layer) or irreversibly immobilized (as a two-dimensional monolayer after washing the unbound ferrofluid). A typical inkjet dispenser (51) is also shown.

【0061】 図6は単一の強磁性流体スポットの合成または形成を説明する。強磁性粒子(
62)上の相補的部分に対するアフィニティーを有する共有結合したリガンド(
63)を含む誘導体化された薄い固体支持体(64)を帯磁ピンの頂上に置く。
帯磁ピンの上方に非常に近接して配置された分注器のチップ(61)が示され、
矢印は強磁性流体粒子の非常に迅速な移動を示し、それはチップから帯磁ピンに
向かって放出される。この様式での強磁性粒子の集中は、その直径が使用される
ピンの直径のみにより限定される非常に小さいスポットの形成を可能にする。こ
のようにして、サブミクロンサイズからミクロンサイズまでの直径範囲の強磁性
スポットが容易に形成されうる。図5と区別される図6の特徴は、多数の標的が
1の未知試料から検出されうるように異なる特異性の強磁性流体粒子を含む強磁
性流体スポットを付着させ、形成する能力である。
FIG. 6 illustrates the synthesis or formation of a single ferrofluid spot. Ferromagnetic particles (
62) covalently bound ligand with affinity for complementary moieties on (
A derivatized thin solid support (64) containing 63) is placed on top of the magnetizing pin.
Dispenser tip (61) placed very close above the magnetising pin is shown,
The arrow indicates a very rapid movement of the ferrofluid particle, which is ejected from the tip towards the magnetic pin. The concentration of ferromagnetic particles in this manner allows the formation of very small spots whose diameter is limited only by the diameter of the pin used. In this way, ferromagnetic spots in the submicron to micron size diameter range can be easily formed. A feature of FIG. 6 that distinguishes it from FIG. 5 is the ability to deposit and form ferrofluid spots containing ferrofluid particles of different specificities so that multiple targets can be detected from one unknown sample.

【0062】 このことは、標的分子の存在または不存在のみならず、その相対濃度の決定を
可能にするであろう。スポットのシグナルが分かるであろうし、存在する標的分
子の量に対応した検出可能標識の相対強度と比較することができるので、このこ
とを行なうことができる。蛍光測定法によるイムノアッセイにおける標的物質の
検出限界を、例えば非常に小さい面積にシグナルを集中させる能力により、さら
に拡張することができる。対照的に、慣用的な蛍光測定法は光線をインキュベー
ション混合物の一部にのみ集中させるので、存在するすべての蛍光発色団を検出
できるとは限らない。
This will allow the determination of the relative concentration of the target molecule, as well as its presence or absence. This can be done because the signal of the spot will be known and can be compared to the relative intensity of the detectable label corresponding to the amount of target molecule present. The limit of detection of the target substance in the fluorometric immunoassay can be further extended, for example by the ability to concentrate the signal in a very small area. In contrast, conventional fluorometric methods focus the light beam only on a portion of the incubation mixture and may not be able to detect all the fluorophore present.

【0063】 別法は、1またはそれ以上の封入された蛍光体を担持する、さらに特異的結合
ペアーの第1のメンバーに共有結合した表面を担持する、検出可能に標識された
小型の非磁性微小球、例えば、0.5〜10μmのサイズの非磁性微小球を用い
るものである。磁性粒子は特異的結合ペアーの第2のメンバーを担持しており、
結合したペアーの形成、粒子の固定化を行なうことができる。磁性粒子上に得ら
れる結合層は微小球を磁気的に応答性のものにし、さらなる結合パートナーまた
は標識の結合を可能にする。かかる磁性微小球は磁気的に取り扱うこともでき、
ポイントまたは直線状アレイ中に集中させられうる。特異的結合ペアーのメンバ
ーの結合後、それらのうち1つは検出可能標識を含み、高処理量スクリーニング
モードにおけるスキャンニングレーザー分光光度計のごときデバイスを用いてマ
イクロアレイ上の微小粒子を分析することができる。磁気的収集効率に関する内
部標準として、磁気粒子検出器、例えば、Quantum Designにより記載されたMAR
II(WO99/27369)を用いて一定のアレイ部位における磁性粒子の質量
または数を決定してもよい。
An alternative method is a detectably labeled small non-magnetic carrying one or more encapsulated fluorophores and further carrying a surface covalently bound to the first member of the specific binding pair. Microspheres, for example, non-magnetic microspheres having a size of 0.5 to 10 μm are used. The magnetic particle carries the second member of the specific binding pair,
It can form bound pairs and immobilize particles. The resulting binding layer on the magnetic particles renders the microspheres magnetically responsive and allows the binding of additional binding partners or labels. Such magnetic microspheres can also be handled magnetically,
It can be concentrated in a point or linear array. After binding of the members of the specific binding pair, one of them contains a detectable label, and a device such as a scanning laser spectrophotometer in a high throughput screening mode can be used to analyze the microparticles on the microarray. it can. As an internal standard for magnetic collection efficiency, magnetic particle detectors, such as the MAR described by Quantum Design
II (WO99 / 27369) may be used to determine the mass or number of magnetic particles at a given array site.

【0064】 典型的な分析は以下の工程の配列を含む。標的に関する結合パートナーを磁性
粒子表面に結合させる。この複合体を試料と混合して、磁性粒子上への標的の捕
獲を促進する。次いで、シグナルを得て分析するために磁性粒子−標識複合体を
固体支持体収集表面上に集中させ、収集する。
A typical assay involves the sequence of the following steps. The binding partner for the target is bound to the magnetic particle surface. This complex is mixed with the sample to facilitate the capture of the target on the magnetic particles. The magnetic particle-label complex is then concentrated and collected on the solid support collection surface for signal acquisition and analysis.

【0065】 強磁性流体は、分子相互作用のための優れた基材を提供する。なぜなら、分散
した強磁性流体の標的種または標識種との反応キネティクスは、慣用的なマイク
ロアレイアッセイにおける不可逆アレイモードまたは固相モードと比較して、可
逆的アレイモードにおいて実質的に増大しうるからである。アレイとなった粒子
が表面に結合せず、かくして磁場の除去および回復により処理することができる
場合に、この可逆的アレイモードが可能である。保持力が除去されると、強磁性
流体粒子が表面に拡散し、反応種のより有効な相互作用が可能となる。しかしな
がら、実質的な拡散が起こる前に、磁力を再適用すると、その元の位置にスポッ
トが再形成される。
Ferrofluids provide an excellent substrate for molecular interactions. This is because the reaction kinetics of dispersed ferrofluids with target or labeled species can be substantially increased in reversible array mode compared to irreversible array or solid phase modes in conventional microarray assays. is there. This reversible array mode is possible if the arrayed particles do not bind to the surface and thus can be processed by magnetic field removal and recovery. When the coercive force is removed, the ferrofluid particles diffuse to the surface, allowing more efficient interaction of the reactive species. However, reapplying the magnetic force before the substantial diffusion has taken place reforms the spot in its original position.

【0066】 慣用的手段によるアレイ上の標的種の光学的検出または定量以外に、磁性粒子
数の計算を可能にする付着した磁石質量の測定を非破壊的に行なうこともできる
。ミニチュア化された高感度の残留または残存磁場検出デバイス(例えば、Quan
tum Design, San Diegoにより製造されているマグネチックアッセイリーダー、M
AR II)の最近の進歩に伴い、かかる高密度強磁性流体アレイが容易に局在化さ
れ、1スポットあたり100ないし10000強磁性流体粒子のレベルにまで定
量可能である。スポットを分析するためのこの非破壊的方法は、相対蛍光測定値
を内部標準としての磁場測定値と関連づけることを可能にし、収集された強磁性
流体粒子量の変動に関して測定されたシグナルの正規化または修正による、より
正確な標的種の決定を可能にする。 下記実施例は本発明の種々の具体例を説明するために提供される。それらは本
発明を何ら限定するものではない。
In addition to optical detection or quantification of target species on the array by conventional means, non-destructive measurements of attached magnet mass, which allows calculation of the number of magnetic particles, can also be made. Miniaturized and sensitive residual or residual magnetic field detection device (eg Quan
Magnetic Assay Reader, M, manufactured by tum Design, San Diego
With recent advances in AR II), such dense ferrofluid arrays are easily localized and quantifiable down to the level of 100 to 10,000 ferrofluid particles per spot. This non-destructive method for analyzing spots makes it possible to correlate relative fluorescence measurements with magnetic field measurements as an internal standard, normalizing the measured signal with respect to variations in the amount of ferrofluid particles collected. Or, correction allows for more accurate target species determination. The following examples are provided to illustrate various embodiments of the present invention. They do not limit the invention in any way.

【0067】 実施例1 ハイブリダイゼーションを行なうための直径5.5μmの磁性ビオチン化ポリス
チレンビーズの固体支持体としての使用 この実施例は、DNAハイブリダイゼーションにおける基材として使用するた
めの強磁性流体試薬の調製を説明する。ビオチン化オリゴヌクレオチドをストレ
プトアビジン強磁性流体に少しずつ添加し、次いで、ビオチン化ポリスチレン微
小球ビーズを添加した。磁気的に収集された微小球を可視化し、明視野顕微鏡に
よりカウントした。 蛋白β−アクチンをコードする26量体の5’−ビオチン化オリゴマー(分子
量=8684D)(OPERON TECHNOLOGIES INC., Alameda, CA)の量を増加させ
て、一定量(50μgの鉄)のストレプトアビジン強磁性流体(Cat.# F3107; I
MMUNICON CORP., Huntingdon Valley, PA)と混合し、インキュベーションした
。次に、5.5μmのビオチン化微小球(Cat.# CP10N ; BANGS LABORATORIES I
NC., Fishers, IN)1x10個を各混合物に添加し、室温で48時間混合しな
がらインキュベーションした。次いで、Microwell Magnetic Protein Separator
(Cat.# GS4108 ; IMMUNICON CORP., Huntingdon Valley, PA)の助けを借りて、
すべての上記混合物を10分間磁気的に分離し、磁場中で洗浄し、次いで、最後
にTEバッファー(TRIS / EDTA / MgCl2, pH 7.0)中に再懸濁した。その後、
各磁性ビーズ混合物をヘマサイトメーターでカウントして収集された帯磁ビーズ
数を定量した。結果は、最大結合能が50μgのストレプトアビジン強磁性流体
あたり約13ユニットのビオチンオリゴマーであることを示す。
Example 1 Use of 5.5 μm Diameter Magnetic Biotinylated Polystyrene Beads as a Solid Support to Perform Hybridization This example illustrates the use of a ferrofluid reagent for use as a substrate in DNA hybridization. The preparation will be described. Biotinylated oligonucleotides were added to streptavidin ferrofluid in small portions, followed by biotinylated polystyrene microsphere beads. The magnetically collected microspheres were visualized and counted by brightfield microscopy. By increasing the amount of 26-mer 5'-biotinylated oligomer (molecular weight = 8684D) (OPERON TECHNOLOGIES INC., Alameda, CA) encoding the protein β-actin, a constant amount (50 μg of iron) of streptavidin was detected. Magnetic fluid (Cat. # F3107; I
MMUNICON CORP., Huntingdon Valley, PA) and mixed and incubated. Next, 5.5 μm biotinylated microspheres (Cat. # CP10N; BANGS LABORATORIES I
NC., Fishers, IN) 1 × 10 6 were added to each mixture and incubated at room temperature for 48 hours with mixing. Next, Microwell Magnetic Protein Separator
(Cat. # GS4108; IMMUNICON CORP., Huntingdon Valley, PA) with the help of
All the above mixtures were magnetically separated for 10 minutes, washed in a magnetic field and finally finally resuspended in TE buffer (TRIS / EDTA / MgCl 2, pH 7.0). afterwards,
Each magnetic bead mixture was counted with a hemacytometer to quantify the number of magnetic beads collected. The results show that the maximum binding capacity is about 13 units of biotin oligomer per 50 μg of streptavidin ferrofluid.

【0068】 この実験の結果を図1に示す。データは、帯磁したストレプトアビジンビーズ
をうまく合成することができ、それはビオチン化オリゴヌクレオチドへの抱合後
、ビオチン化基材または固相上へのさらなる固定化のための残存ビオチン結合部
位を保持していることを示す。 該方法を拡張して、異なる相補性または特異性の多数のオリゴヌクレオチドに
及ぶようにして、多数の標的分析対象を分析することが可能となる。
The results of this experiment are shown in FIG. The data demonstrate that magnetized streptavidin beads can be successfully synthesized, which, after conjugation to biotinylated oligonucleotides, retain residual biotin binding sites for further immobilization on biotinylated substrates or solid phases. Indicates that The method can be extended to cover multiple oligonucleotides of different complementarity or specificity to analyze multiple target analytes.

【0069】 実施例2 ビーズ上のハイブリダイゼーション反応の定量 実施例1において調製されたいくつかの帯磁ビオチン−オリゴマー−強磁性流
体ビーズ混合物を用いてハイブリダイゼーション反応を行なった。なぜなら、こ
れらのビーズ混合物はさらなるビオチン化種の結合に利用可能なストレプトアビ
ジンを有しているからである。
Example 2 Quantification of Hybridization Reactions on Beads Hybridization reactions were performed using several magnetized biotin-oligomer-ferrofluid bead mixtures prepared in Example 1. This is because these bead mixtures have streptavidin available for attachment of additional biotinylated species.

【0070】 不完全に飽和した磁性ビオチン−ビーズ−ストレプトアビジン複合体(ビオチ
ン−オリゴ−26量体で約50%飽和)に、消光された蛍光発色団を含むβ−ア
クチン配列に相補的なオリゴマー(ハイブリダイゼーションしていない場合は蛍
光を発しない(Molecular Beacon from RESEARCH GENETICS, Huntsville, AL)
)を約10%の26量体レベルで添加した(図2C)。十分な時間インキュベー
ションした後、適当な対照を含む各混合物を、蛍光発生イベント(かかる検出可
能イベントはハイブリダイゼーションの成功を示す)に関してFACSCalibur Flow
Cytometer (BECTON DICKINSON, San Jose, CA)により分析した。マイクロビー
ズなしの対応対照(図2A)およびビオチン−オリゴマーなしの対応対照(図2
B)も分析した。図2はそれら3つの棒グラフを示す。ハイブリダイゼーション
した試料(図2C)は有意な量の蛍光イベントを示し(>99%)、強磁性固定
化ビオチン−オリゴマーが有効ハイブリダイゼーション反応を受けることが示さ
れた。
An oligomer complementary to the β-actin sequence containing an incompletely saturated magnetic biotin-bead-streptavidin complex (about 50% saturated with biotin-oligo-26mer) containing a quenched chromophore. (Does not fluoresce when not hybridized (Molecular Beacon from RESEARCH GENETICS, Huntsville, AL)
) Was added at a 26-mer level of about 10% (Fig. 2C). After incubation for a sufficient period of time, each mixture, including the appropriate controls, was subjected to FACSCalibur Flow for fluorogenic events (such detectable events indicate successful hybridization).
Analyzed by Cytometer (BECTON DICKINSON, San Jose, CA). Matched controls without microbeads (Figure 2A) and without biotin-oligomers (Figure 2).
B) was also analyzed. FIG. 2 shows those three bar graphs. The hybridized sample (FIG. 2C) showed a significant amount of fluorescent events (> 99%), indicating that the ferromagnetic immobilized biotin-oligomer undergoes an efficient hybridization reaction.

【0071】 上記磁性マイクロビーズをうまく用いて、平面状の表面の下およびこれに接触
している非磁性平面支持体中にマウントされた帯磁可能集中ピン(focusing pin
s)の手段により平面状表面上に秩序ある様式で単一または複数集団の帯磁マイ
クロビーズを固定化することによりアレイを形成することができる。帯磁可能集
中ピンの下方に配置された移動可能磁石または電磁石を用いてアレイポイントに
磁性粒子を磁力により引きつけて集中させることによりこのことを行なうことが
できる。比較的粘性のない強磁性流体懸濁液を正確にピペッティングすることは
、スポットの一貫したローディングを可能にする。支持体表面上のビオチンまた
は他の相補的結合パートナーの不存在または存在に応じて、固体支持体上に強磁
性流体ビーズを可逆的または不可逆的に付着させることができる。
The magnetic microbeads described above have been successfully used to mount a focusing pin (focusing pin) mounted in a non-magnetic planar support below and in contact with a planar surface.
Arrays can be formed by immobilizing single or multiple populations of magnetized microbeads on a planar surface in an ordered manner by means of s). This can be done by magnetically attracting and concentrating the magnetic particles to the array points using a moveable magnet or electromagnet located below the magnetizable concentrating pin. Precise pipetting of relatively viscous ferrofluid suspensions allows consistent loading of spots. Ferrofluidic beads can be reversibly or irreversibly attached to a solid support depending on the absence or presence of biotin or other complementary binding partners on the support surface.

【0072】 実施例3 強磁性流体粒子の完全性に対する標準的な「ハイブリダイゼーション条件」の影
響 表1に示す比較的荒っぽいハイブリダイゼーション条件に曝露することにより
強磁性流体複合体の頑丈さおよび機能性を試験した。実施例1記載の200ピコ
モルのビオチン−オリゴマーを用いて26量体5’−ビオチン化オリゴマー/ス
トレプトアビジン−強磁性流体複合体のストック溶液を作成した。次いで、この
複合体の一部を再懸濁し、種々のハイブリダイゼーションバッファー中で1時間
インキュベーションした。次いで、Microwell Magnetic Protein Separatorを用
いて各混合物を磁力により洗浄し、TEバッファーに再懸濁した。その後、洗浄
した各混合物を0.5x10個の5.5μmビオチン化微小球と室温で12時
間反応させた。次に、得られた100μlのビオチン−オリゴマー/ストレプト
アビジン−強磁性流体複合体およびビオチン−微小球を100μlの0.1μMM
olecular BeaconTMと混合し、室温で60分インキュベーションし、最後に蛍光
イベントに関してフローサイトメーターにより分析した。この実験の結果を表1
に示す。強磁性流体粒子が98%よりも大きい蛍光強度を保持し、それゆえ、こ
れらの荒っぽいハイブリダイゼーション条件下において安定であることがわか容
易にわかる。
Example 3 Effect of Standard "Hybridization Conditions" on the Integrity of Ferrofluidic Particles The robustness and functionality of ferrofluidic complexes by exposure to the relatively rough hybridization conditions shown in Table 1. Was tested. A stock solution of a 26-mer 5'-biotinylated oligomer / streptavidin-ferrofluid complex was made using 200 picomoles of biotin-oligomer as described in Example 1. A portion of this complex was then resuspended and incubated in various hybridization buffers for 1 hour. Each mixture was then magnetically washed using a Microwell Magnetic Protein Separator and resuspended in TE buffer. Then, each washed mixture was reacted with 0.5 × 10 6 5.5 μm biotinylated microspheres for 12 hours at room temperature. Then 100 μl of the resulting biotin-oligomer / streptavidin-ferrofluid complex and biotin-microspheres was added to 100 μl of 0.1 μM M.
Mixed with olecular Beacon , incubated for 60 minutes at room temperature and finally analyzed by flow cytometer for fluorescence events. The results of this experiment are shown in Table 1.
Shown in. It can be readily seen that ferrofluid particles retain a fluorescence intensity greater than 98% and are therefore stable under these rough hybridization conditions.

【0073】[0073]

【表1】 1 ExpressHyB (Clontech, Palo Alto, CA)-適宜処方2 SSC - a 6x 溶液は 0.9M 塩化ナトリウム および 0.09M クエン酸ナトリウム
を含む
[Table 1] 1 ExpressHyB (Clontech, Palo Alto, CA) -As formulated 2 SSC-a 6x solution contains 0.9M sodium chloride and 0.09M sodium citrate

【0074】 実施例4 強磁性流体アレイに基づくガラス基材の調製および使用 この手順は、ビオチン化ガラス基材上の不可逆的に結合したストレプトアビジ
ン−強磁性流体スポットの調製を説明するが、ポリスチレン、ポリカーボネート
、マイラー、シリコンウェハー等のごとき多くのタイプの有機または無機固相の
いずれであっても同様に使用できる。過剰の未結合強磁性流体が洗い流される場
合、得られるストレプトアビジン−強磁性流体の層は不可逆的に表面に結合し、
磁気的分離を必要としない。平面的あるいはマルチウェルフォーマット中のスポ
ットアレイは安定で、拡散時間を短縮するために超薄層として適用される標的種
の高処理量スクリーニングアッセイに使用するために前もって作成することがで
きる。
Example 4 Preparation and Use of Ferrofluidic Array-Based Glass Substrates This procedure describes the preparation of irreversibly bound streptavidin-ferrofluidic spots on biotinylated glass substrates, but with polystyrene. Any of a number of types of organic or inorganic solid phases such as, polycarbonate, mylar, silicon wafer, etc. can be used as well. When excess unbound ferrofluid is washed away, the resulting streptavidin-ferrofluid layer irreversibly binds to the surface,
Does not require magnetic separation. Spot arrays in planar or multiwell formats are stable and can be prefabricated for use in high throughput screening assays of target species applied as ultrathin layers to reduce diffusion times.

【0075】 この実施例において、先ず、#1厚さのガラス製カバースリップ(42mmx
40mm)(Cat. # C7931; SIGMA CHEMICAL COMPANY, St. Louis, MO)を濃塩
酸で20分間酸エッチングし、脱イオン水で洗浄し、次いで、濃硝酸で20分処
理し、脱イオン水で再洗浄し、メタノールに短時間浸し、次いで、90℃で10
分間乾燥させた。次に、エッチングしたカバースリップを10%N−2−アミノ
エチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(Cat.# 80379; PIERCE, Roc
kford, IL)エタノール性溶液で16時間室温で処理した。次いで、カバースリ
ップを90℃で1時間加熱し、放冷し、脱イオン水、エタノール、次いで脱イオ
ン水の順で洗浄し、最後に90℃で1時間乾燥させた。これらのアミノシラン化
カバースリップを、10mg/mlのビオチン−サクシンイミドエステル(Cat.
# S-1582; MOLECULAR PROBES INC., Eugene, OR)のジメチルスルホキシド溶液
で室温にて4時間ビオチン化させた。脱イオン水、20mM HEPES、次い
で、0.15M塩化ナトリウム、0.1%アジ化ナトリウム、pH7.5のバッ
ファーで同様に洗浄した後、カバースリップを5%ウシ血清アルブミン、リン酸
塩緩衝化セイライン、0.1%アジ化ナトリウムの溶液で室温にて4時間処理し
た。HEPESバッファーでさらに洗浄後、コーティングしたカバースリップを
室温で放置して乾燥させた。
In this example, first, a # 1 thick glass coverslip (42 mm x
40 mm) (Cat. # C7931; SIGMA CHEMICAL COMPANY, St. Louis, MO) is acid-etched with concentrated hydrochloric acid for 20 minutes, washed with deionized water, then treated with concentrated nitric acid for 20 minutes and re-treated with deionized water. Wash, briefly soak in methanol, then 10 ° C at 90 ° C.
Allow to dry for minutes. Next, the etched coverslip was treated with 10% N-2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (Cat. # 80379; PIERCE, Roc
kford, IL) treated with ethanolic solution for 16 hours at room temperature. The coverslips were then heated at 90 ° C for 1 hour, allowed to cool, washed with deionized water, ethanol, then deionized water, and finally dried at 90 ° C for 1 hour. These aminosilanized coverslips were treated with 10 mg / ml biotin-succinimide ester (Cat.
# S-1582; MOLECULAR PROBES INC., Eugene, OR) was biotinylated for 4 hours at room temperature. After similarly washing with a buffer of deionized water, 20 mM HEPES, then 0.15 M sodium chloride, 0.1% sodium azide, pH 7.5, the coverslips are 5% bovine serum albumin, phosphate buffered saline. , 0.1% sodium azide solution at room temperature for 4 hours. After further washing with HEPES buffer, the coated coverslips were left to dry at room temperature.

【0076】 次に、浅いインキュベーションチャンバを形成するプラスチックガスケット(
25mmx20mmx2.5mm)をカバースリップの1つの上に置き、帯磁さ
れ得ない台に固定された4つの長さ13mmの爪からなる4点アレイ上にアッセ
ンブリーを置き、点状の爪の先端をカバースリップの下側に接触させた。次いで
、このアッセンブリーを13mmx13mmx50mmのネオジウム/鉄/ホウ
素永久磁石の頂上に置き、爪の頭部を磁石に接触させた。点状の爪の先端は約0
.3mmの円を囲む。
Next, the plastic gasket (which forms the shallow incubation chamber
25 mm x 20 mm x 2.5 mm) on one of the coverslips and place the assembly on a 4-point array of four 13 mm long claws fixed to a table that cannot be magnetized, and cover the tip of the point claws with a slip. Underneath. The assembly was then placed on top of a 13mm x 13mm x 50mm neodymium / iron / boron permanent magnet with the claw head in contact with the magnet. The tip of the dotted nail is about 0
. Enclose a 3 mm circle.

【0077】 ガスケットにより囲まれたインキュベーションチャンバに400μlの10μ
g/mlストレプトアビジン強磁性流体溶液を満たし、10分間放置して強磁性
流体スポットアレイをカバースリップ表面上に形成させた。次いで、カバースリ
ップを帯磁した爪のベッドからはずし、脱イオン水、次いでHEPESバッファ
ーで繰り返し洗浄してゆるく結合した強磁性流体を除去し、次いで、室温で数時
間乾燥させてから使用した。
400 μl of 10 μ in the incubation chamber surrounded by the gasket
It was filled with g / ml streptavidin ferrofluid solution and left for 10 minutes to form a ferrofluid spot array on the coverslip surface. The coverslips were then removed from the magnetized nail bed and washed repeatedly with deionized water followed by HEPES buffer to remove loosely bound ferrofluid and then dried at room temperature for several hours before use.

【0078】 プラスチックガスケットにフィットしたこれらのカバースリップのうち1枚に
、400μlのTEバッファー中10μM 26量体ビオチンオリゴマー溶液を添
加し、放置して室温で2時間インキュベーションした。カバースリップを脱イオ
ン水、次いでHEPESバッファーで洗浄した後、室温で乾燥させ、1μM分子
ビーコン溶液を400μl添加した。20分後、カメラを装備したFOTODYNE-UV
ボックス中にカバースリップを置いて、ハイブリダイゼーション反応による蛍光
発光をモニターし、記録した。 ビオチン−オリゴマーインキュベーショ
ンが省略される陰性対照も、強磁性流体「スポット」を含む別個のカバースリッ
プ上で処理した。
To one of these coverslips fitted with a plastic gasket was added 400 μl of a 10 μM 26-mer biotin oligomer solution in TE buffer and left to incubate for 2 hours at room temperature. The coverslips were washed with deionized water, then HEPES buffer, then dried at room temperature and 400 μl of 1 μM molecular beacon solution was added. 20 minutes later, FOTODY NE-UV equipped with a camera
A coverslip was placed in the box to monitor and record the fluorescence emission from the hybridization reaction. Negative controls, where biotin-oligomer incubation was omitted, were also processed on separate coverslips containing ferrofluid "spots".

【0079】 図3Bはこの実験結果を示し、ビオチン−オリゴマーが固定化された4つの強
磁性流体「スポット」において有効なハイブリダイゼーションが起こり、明るい
白色「スポット」が生じたことが容易に明らかである。陰性対照カバースリップ
上および強磁性流体スポットに隣接した領域には蛍光があまり見られなかった(
図3A)。
FIG. 3B shows the results of this experiment and it is readily apparent that effective hybridization occurred in the four ferrofluid “spots” immobilized with biotin-oligomers, producing bright white “spots”. is there. Little fluorescence was seen on the negative control coverslip and in the region adjacent to the ferrofluid spot (
FIG. 3A).

【0080】 実施例5 マイクロアレイピン鋳型の構築および使用 図4Aにおいて、ストレプトアビジン−強磁性流体を不可逆的に集中させ、非
磁性領域に隣接した最小結合を有するピン位置により定義されるビオチン被覆ガ
ラス表面上に固定化した。図4Bにおいて反応成分を図式的に示す。
Example 5 Construction and Use of a Microarray Pin Template In FIG. 4A, a biotin-coated glass surface defined by pin positions that irreversibly concentrate streptavidin-ferrofluid and have minimal binding adjacent nonmagnetic regions. Immobilized on top. The reaction components are shown diagrammatically in FIG. 4B.

【0081】 1の表面が約45x45ピンの配列を有するように加工された帯磁可能なステ
ンレス鋼の25mmx25mmx25mm立方体ブロックからマイクロアレイピ
ン鋳型を構築した。各ピンは直径0.050mm、間隔0.50mmであり、1
平方インチあたり約2000スポットのピンパターンとなるようにした。実施例
3のように、ピン鋳型をビオチン化カバースリップ(ピン上に置く)と希土類磁
石(13mmx13mmx50mm)(ピンパターンから遠いほうの立方体下面
と接触)との間に挟んだ。
A microarray pin mold was constructed from a 25 mm x 25 mm x 25 mm cube block of magnetizable stainless steel that was machined so that one surface had an array of about 45 x 45 pins. Each pin has a diameter of 0.050 mm and a spacing of 0.50 mm.
The pin pattern had about 2000 spots per square inch. As in Example 3, the pin mold was sandwiched between a biotinylated coverslip (placed on the pin) and a rare earth magnet (13 mm x 13 mm x 50 mm) (contacting the lower cube surface away from the pin pattern).

【0082】 ストレプトアビジン−強磁性流体をガスケットにより封鎖されたビオチン化カ
バースリップ上に置き、10分間インキュベーションして強磁性流体を別個のス
ポットに集中させた。カバースリップを除去し、実施例3と同様にして過剰なゆ
るく結合した強磁性流体を流し去った。乾燥後、マイクロアレイのセクションを
、明視野顕微鏡にて約100倍に拡大し、写真を撮った(図4A)。マイクロア
レイパターンが明確に示され、集中されていない隣接領域への最小結合が得られ
た。
Streptavidin-ferrofluid was placed on a biotinylated coverslip sealed with a gasket and incubated for 10 minutes to concentrate the ferrofluid in separate spots. The coverslips were removed and excess loosely bound ferrofluid was flushed out as in Example 3. After drying, the sections of the microarray were magnified about 100 times under a brightfield microscope and photographed (Figure 4A). The microarray pattern was clearly shown, with minimal binding to unconcentrated adjacent regions.

【0083】 別法として、同じ粒子上に同時に集約されうる、ビオチン化結合パートナーま
たは検出可能なビオチン化標識を担持する、あらかじめ形成されたストレプトア
ビジンのビオチン化複合体を用いることもできる。なぜなら実施例1に示すよう
に粒子が比較的高い結合能を有しているからである。
Alternatively, a preformed biotinylated complex of streptavidin can be used that carries a biotinylated binding partner or a detectable biotinylated label that can be simultaneously aggregated on the same particle. This is because the particles have a relatively high binding ability as shown in Example 1.

【0084】 これらの実施例に使用されたガスケットエンクロージャは約500μlの溶液
を保持する。1〜100μlの範囲のより少量の体積を、隣接アレイ部位中の物
質の相互混合を防止するために機械的加工またはリソグラフ的加工された疎水性
境界または「フェンス」により区切られた四角いコンパートメント中に入れても
よい。 同様に、慣用的なビオチン化微小球、例えば、0.5ないし10μmのものを
ストレプトアビジン−強磁性流体で被覆することにより調製されるより大きな磁
性粒子を用いて微小球上に磁性層を付着させ、かくしてそれらを磁気的処理に供
することもできる。
The gasket enclosure used in these examples holds about 500 μl of solution. Smaller volumes in the range of 1-100 μl are placed in a rectangular compartment delimited by hydrophobic boundaries or “fences” that have been mechanically or lithographically processed to prevent intermixing of substances in adjacent array sites. You can put it in. Similarly, larger magnetic particles prepared by coating conventional biotinylated microspheres, eg, 0.5-10 μm, with streptavidin-ferrofluid, are used to deposit the magnetic layer on the microspheres. It is thus possible to subject them to a magnetic treatment.

【0085】 実施例6 結合アフィニティーを有する可能性のある複数の結合剤を含むマイクロアレイ中
の単一標的物質の固定化および同定 磁力により処理を行なうことのできる非結合性表面上または96、384、1
536ウェルのマイクロタイターウェルまたはより大型のアレイにおいて、同様
ではあるが可逆的に結合したパターンを得ることもできる。慣用的なインクジェ
ットまたは他の実行手段を用い、異なる結合材または磁気結合剤複合体を別個の
ウェル中に付着させて、遺伝子プロファイリングの場合のように、異なる結合剤
に対するアフィニティを有する複数の標的種に関する試験試料を高処理量スクリ
ーニングするための有効な手段を得てもよい。あるいは、逆に、薬剤プロファイ
リングおよび毒性研究のように、複数の異なる結合剤を用いて単一の標的物質を
試験してもよい。RNAおよびDNA基質、鋳型またはアンプリコンを用いるハ
イブリダイゼーションの研究を、本発明の方法により行なうこともできる。 本発明に開示された理論、方法論およびプロセスさらなる多くの変更を企図す
ることができる。
Example 6 Immobilization and Identification of a Single Target Agent in a Microarray Containing Multiple Binders with Potential Binding Affinity On a non-binding surface or 96, 384, which can be magnetically treated. 1
Similar but reversibly bound patterns can be obtained in 536 well microtiter wells or larger arrays. Using conventional inkjet or other means of implementation, different binders or magnetic binder complexes are deposited in separate wells to allow multiple target species with affinity for different binders, as in gene profiling. Effective means for high throughput screening of test samples for may be obtained. Alternatively, and conversely, a single target substance may be tested with multiple different binding agents, such as drug profiling and toxicity studies. Hybridization studies with RNA and DNA substrates, templates or amplicons can also be performed by the methods of the invention. Many more modifications to the theories, methodologies and processes disclosed in the present invention are possible.

【0086】 具体例の重要な特徴を説明するダイヤグラムを参照して典型的な具体例を最初
に説明した。各方法の工程は対応工程を行なうためのハードウェアまたはソフト
ウェアのコンポーネントであってもよい。実際のシステムを完全に実行するため
のコンポーネントまたは方法のすべてが必ずしも詳細に説明されているわけでは
ない。むしろ、本発明の理解に必要なコンポーネントまたは方法工程のみが詳細
に例示され説明されたのである。実際の実行にはより多くの工程またはコンポー
ネントを使用してもよく、あるいはより少ない工程またはコンポーネントをしよ
してもよい。かくして、本発明の好ましい具体例を上で説明し、個々に例示した
が、本発明はかかる具体例に限定されない。請求の範囲に示した本発明の範囲お
よび精神から離れることなく種々の修飾を本発明に対して行ない得る。
Exemplary embodiments were first described with reference to diagrams that illustrate important features of the embodiments. Each method step may be a hardware or software component for performing the corresponding step. Not all of the components or methods to fully implement an actual system are described in detail. Rather, only those components or method steps necessary for an understanding of the present invention have been illustrated and described in detail. More steps or components may be used in the actual implementation, or fewer steps or components may be involved. Thus, while the preferred embodiments of the invention have been described and illustrated individually, the invention is not limited to such embodiments. Various modifications may be made to the invention without departing from the scope and spirit of the invention as claimed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は5.5μmのビオチンビーズのストレプトアビジン−強磁
性流体への結合に対する阻害を示すグラフである。ビオチンオリゴマーの量を増
加させて、ストレプトアビジン−強磁性流体粒子の最大負荷能に対するビオチン
ビーズの最適負荷を決定した。
FIG. 1 is a graph showing the inhibition of binding of 5.5 μm biotin beads to streptavidin-ferrofluid. The amount of biotin oligomer was increased to determine the optimal loading of biotin beads on the maximum loading capacity of streptavidin-ferrofluid particles.

【図2】 図2A〜2Cは一連のフローサイトメトリーの棒グラフであり、
ハイブリダイゼーション反応による特異的結合ペアーのメンバー間の特異的結合
複合体の形成から生じる蛍光の増加を示す。
2A-2C are a series of flow cytometric bar graphs,
5 shows the increase in fluorescence resulting from the formation of a specific binding complex between members of a specific binding pair by the hybridization reaction.

【図3】 図3Aおよび3Bは、本発明の4点マイクロアレイに関する非特
異的ハイブリダイゼーション(図3A)および磁気的に集中された特異的オリゴ
ヌクレオチドハイブリダイゼーション(図3B)の影響を示す蛍光イメージであ
る。
3A and 3B are fluorescent images showing the effect of non-specific hybridization (FIG. 3A) and magnetically focused specific oligonucleotide hybridization (FIG. 3B) on a 4-point microarray of the invention. is there.

【図4】 図4Aは帯磁可能なマイクロアレイピン鋳型の頂上に置かれたビ
オチン化支持体に不可逆的に結合したストレプトアビジン−強磁性流体のマイク
ロアレイの拡大図(約100倍)を示す。該ピン鋳型はスチール製であり、0.
50mm間隔の直径0.05mmの円形ピンを有し、それらは希土類磁石の上部
に配置されている。このマイクロアレイは1平方インチあたり約2000本のピ
ンを有する。図4Bは、図4Aに示すマイクロアレイ中に示される反応成分を図
式的に示したものである。
FIG. 4A shows a magnified view (about 100 ×) of a streptavidin-ferrofluidic microarray irreversibly bound to a biotinylated support placed on top of a magnetizable microarray pin template. The pin mold is made of steel,
It has 0.05 mm diameter circular pins spaced 50 mm apart and they are located on top of the rare earth magnets. This microarray has about 2000 pins per square inch. FIG. 4B is a diagrammatic representation of the reaction components shown in the microarray shown in FIG. 4A.

【図5】 図5は、粒子をデリバリーする分注器を用いて均質なアレイを作
成するための装置であり、該粒子は収集表面に引き寄せられる。かかる方法およ
び装置を用いて、単一決定因子の存在に関して多数の試料をアッセイするのに適
したアレイを作成してもよい。
FIG. 5 is an apparatus for making a homogeneous array using a dispenser that delivers particles, which are attracted to a collection surface. Such methods and devices may be used to make arrays suitable for assaying multiple samples for the presence of a single determinant.

【図6】 図6は特異的に狙われるアレイを作成する装置であり、収集構造
体上の局在化したスポットに粒子が直接デリバリーされる。かかる方法および装
置を用いて、多数の決定因子の存在に関して1の試料をアッセイするためのアレ
イを作成してもよい。
FIG. 6 is a device for creating a specifically targeted array in which particles are delivered directly to localized spots on a collection structure. Such methods and devices may be used to create arrays for assaying a sample for the presence of multiple determinants.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ショーン・マーク・オハラ アメリカ合衆国19002ペンシルベニア州ア ンブラー、アイザックス・コート1519番 (72)発明者 ガラ・チャンドラ・ラオ アメリカ合衆国08540ニュージャージー州 プリンストン、ヘリティッジ・ブールバー ド6番 (72)発明者 アンソニー・バーンズ アメリカ合衆国31411ジョージア州サバナ、 ウィルフォード・ドライブ1番 (72)発明者 レオン・ダブリュー・エム・エム・タース タッペン アメリカ合衆国19006ペンシルベニア州ハ ンティンドン・バレー、オールド・フォー ド・ロード1354番 (72)発明者 ハーマン・ラトナー アメリカ合衆国19040ペンシルベニア州ハ ットボロ、アパートメント609、サウス・ ペン・ストリート50番 Fターム(参考) 4B024 AA11 BA80 CA01 HA12 4B029 AA07 AA21 AA23 BB20 CC03 FA01 FA12 4B063 QA01 QA18 QQ42 QR32 QR50 QR55 QS34 QX01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF , BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, G M, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ , UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, B Z, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK , DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, J P, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR , LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, R O, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ , TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Sean Mark O'Hara             United States 19002 A Pennsylvania             Humbler, Isaacs Court No. 1519 (72) Inventor Gala Chandra Rao             United States 08540 New Jersey             Princeton, Heritage Boulevard             No. 6 (72) Inventor Anthony Barnes             31411 Savannah, Georgia, United States             Wilford Drive No. 1 (72) Inventor Leon W. M. M. Turs             Tappen             United States 19006 Ha, Pennsylvania             Ntingdon Valley, Old Four             De Road 1354 (72) Inventor Herman Ratner             United States 19040 Ha, Pennsylvania             Tutboro, Apartment 609, South             Pen Street No. 50 F-term (reference) 4B024 AA11 BA80 CA01 HA12                 4B029 AA07 AA21 AA23 BB20 CC03                       FA01 FA12                 4B063 QA01 QA18 QQ42 QR32 QR50                       QR55 QS34 QX01

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結合されたコンパートメント中の磁力により整列させられた
アレイを用いることにより、試験試料中の標的物質を固定化および同定するため
の方法であって、下記工程: a)特異的結合ペアーの第1のメンバーが付着している固体支持体を用意し; b)該特異的結合ペアーの第1のメンバーに対して結合アフィニティを有する
特異的結合ペアーの複数の第2のメンバーが固定された磁性粒子を添加し; c)該コンパートメントの内側の磁気的手段により該磁性粒子をアレイに集中
させ、固体支持体上の該第1の結合ペアーのメンバーと該磁性粒子上の該第2の
結合ペアーのメンバーとの間の相互作用により該磁気応答粒子を本質的に不可逆
的に固定化し; d)該固体支持体上の該コンパートメント中の該固定化された粒子を、該特異
的結合ペアーの第1のメンバーに作動可能に連結された第1の核酸配列と接触さ
せ; e)該固定化された粒子および該第1の核酸配列を、該第1の核酸配列に対す
るアフィニティーを有する標的物質を含む可能性のある試験試料と接触させ;つ
いで f)該第1の核酸配列と試験試料中に存在する該標的物質との間の結合を、該
結合した標識標的物質の検出可能シグナルを測定することにより検出する を含む方法。
1. A method for immobilizing and identifying a target substance in a test sample by using a magnetically aligned array in a bound compartment, comprising the steps of: a) specific binding. Providing a solid support to which the first member of the pair is attached; b) immobilizing a plurality of second members of the specific binding pair having binding affinity for the first member of the specific binding pair. C) focusing the magnetic particles into an array by magnetic means inside the compartment, the members of the first binding pair on a solid support and the second on the magnetic particles. Immobilize the magnetically responsive particles by irreversible interactions with members of a binding pair of d); d) immobilize the immobilized particles in the compartment on the solid support. Contacting with a first nucleic acid sequence operably linked to a first member of the specific binding pair; e) bringing the immobilized particle and the first nucleic acid sequence into contact with the first nucleic acid sequence. Contacting with a test sample which may contain a target substance having affinity; then f) binding between said first nucleic acid sequence and said target substance present in the test sample by binding of said bound labeled target substance. A method comprising detecting by measuring a detectable signal.
【請求項2】 該固体支持体がプラスチック表面、ガラス表面、シリカ表面
、金属表面、膜、マイクロタイタープレート、マイクロタイター片、およびマイ
クロタイターウェルからなる群より選択される支持体である請求項1記載の方法
2. The solid support is a support selected from the group consisting of plastic surfaces, glass surfaces, silica surfaces, metal surfaces, membranes, microtiter plates, microtiter strips, and microtiter wells. The method described.
【請求項3】 該固体支持体が、ピン位置に重なる結合したコンパートメン
トを担持しており、該コンパートメントが、該固体支持体表面上に疎水性ライン
を付着させることにより形成されるものである、請求項1記載の方法。
3. The solid support carries bound compartments that overlap pin locations, the compartments being formed by depositing hydrophobic lines on the surface of the solid support. The method of claim 1.
【請求項4】 該固体支持体が、約0.5μmないし約20μmのサイズ範
囲のポリマー微粒子、ラテックス粒子および無機微粒子から選択されるものであ
る、請求項1記載の方法。
4. The method of claim 1, wherein the solid support is selected from polymer particles, latex particles and inorganic particles in the size range of about 0.5 μm to about 20 μm.
【請求項5】 該粒子が約0.5μmないし約5μmのサイズ範囲のもので
ある請求項4記載の方法。
5. The method of claim 4, wherein the particles are in the size range of about 0.5 μm to about 5 μm.
【請求項6】 該磁性粒子がコロイド状強磁性流体、磁性ナノ粒子、磁性微
粒子および強磁性流体を被覆した微粒子からなる群より選択されるものである請
求項1記載の方法。
6. The method of claim 1, wherein the magnetic particles are selected from the group consisting of colloidal ferrofluids, magnetic nanoparticles, magnetic microparticles and ferrofluid-coated microparticles.
【請求項7】 該特異的結合ベアーの第1のメンバーがビオチン種であり、
該特異的結合ベアーの第2のメンバーがストレプトアビジン種である請求項1記
載の方法。
7. The first member of the specific binding bear is a biotin species,
The method of claim 1, wherein the second member of the specific binding bear is a streptavidin species.
【請求項8】 該試験試料中に存在する標的生体物質の量を定量する工程を
さらに含む請求項1記載の方法。
8. The method of claim 1, further comprising quantifying the amount of target biological material present in the test sample.
【請求項9】 該第1の核酸配列がビオチン種に作動可能に連結され、アレ
イ上の別個のコンパートメント中に置かれており、該試験試料が検出可能に標識
された核酸の混合集団を含み、そのサブセットが該第1の核酸に相補的である可
能性があり、該第1の核酸配列および該試験試料が、相補的核酸間のハイブリダ
イゼーションを可能にする条件に付され、そのことにより該試験試料中の複数の
標的核酸の検出が可能になるものである、請求項1記載の方法。
9. The first nucleic acid sequence is operably linked to a biotin species and is located in a separate compartment on the array, the test sample comprising a detectably labeled mixed population of nucleic acids. , The subset may be complementary to the first nucleic acid and the first nucleic acid sequence and the test sample are subjected to conditions that allow hybridization between complementary nucleic acids, whereby The method according to claim 1, which enables detection of a plurality of target nucleic acids in the test sample.
【請求項10】 該検出可能標識が蛍光標識、放射性標識、化学発光標識お
よび磁気標識からなる群より選択されるものである請求項1記載の方法。
10. The method of claim 1, wherein the detectable label is selected from the group consisting of fluorescent labels, radioactive labels, chemiluminescent labels and magnetic labels.
【請求項11】 蛍光計、分光光度計、シンチレーションカウンター、質量
測定バイセンサー、および表面プラスモン共鳴バイオセンサーからなる群より選
択されるデバイスを用いて該検出可能標識が検出される請求項1記載の方法。
11. The detectable label is detected using a device selected from the group consisting of a fluorimeter, a spectrophotometer, a scintillation counter, a mass-measuring biosensor, and a surface plasmon resonance biosensor. the method of.
【請求項12】 磁化され得ない固体支持体の表面上で磁気により整列させ
られた磁気応答アレイを定義する手段 を含む、特異的結合ペアー間の結合イベントを検出するための装置であって、 アレイ鋳型は配列番号:固体支持体の下面と直接接触した複数の磁化可能アレ
イピンを担持しており;該固体支持体は該アレイピンと重なる結合したコンパー
トメントに分かれており;該アレイ鋳型はさらに希土類磁石または電磁石に接続
されており、そのことにより該アレイピン先端に近接して高磁場グラジエントが
得られ、該グラジエントにより該磁気応答性アレイ中の磁性粒子が収集されるも
のである装置。
12. An apparatus for detecting binding events between specific binding pairs comprising means for defining a magnetically aligned magnetic response array on the surface of a non-magnetizable solid support, The array template carries a plurality of magnetizable array pins in direct contact with the underside of the SEQ ID NO: solid support; the solid support is divided into bound compartments overlapping the array pins; the array template further comprises a rare earth magnet Alternatively, an apparatus that is connected to an electromagnet, which provides a high field gradient close to the array pin tip, which gradient collects the magnetic particles in the magnetically responsive array.
【請求項13】 該コンパートメントが機械的手段またはリソグラフ的手段
により作成された疎水性ラインにより結合されている、請求項12記載の装置。
13. A device according to claim 12, wherein the compartments are joined by hydrophobic lines made by mechanical or lithographic means.
【請求項14】 該アレイが1インチあたり約2ないし約100000本の
範囲のピン密度を有するマイクロアレイである請求項12記載の装置。
14. The device of claim 12 wherein the array is a microarray having a pin density in the range of about 2 to about 100,000 pins per inch.
【請求項15】 該ピン密度範囲が1インチあたり約4ないし約2000本
である請求項14記載の装置。
15. The device of claim 14, wherein the pin density range is from about 4 to about 2000 pins per inch.
【請求項16】 該アレイ鋳型が、磁化され得ない鋳型にマウントされた磁
化可能ピンから構成されている、請求項12記載の装置。
16. The apparatus of claim 12, wherein the array mold comprises magnetizable pins mounted on the mold that cannot be magnetized.
【請求項17】 機械的手段およびリソグラフ的手段からなる群より選択さ
れる手段により磁化可能アレイ鋳型の1の表面上に該ピンが設置される請求項1
2記載の装置。
17. The pin is mounted on the surface of one of the magnetizable array molds by means selected from the group consisting of mechanical means and lithographic means.
The device according to 2.
【請求項18】 該ピンに近接した磁場を変化させることにより該磁気応答
性アレイが処理される請求項12記載の装置。
18. The apparatus of claim 12, wherein the magnetically responsive array is processed by changing a magnetic field proximate the pin.
【請求項19】 収集された磁性粒子が光学的手段により分析される請求項
12記載の装置。
19. The apparatus of claim 12, wherein the collected magnetic particles are analyzed by optical means.
【請求項20】 収集された磁性粒子が磁気的シグナルを測定することによ
り分析される請求項12記載の装置。
20. The device of claim 12, wherein the collected magnetic particles are analyzed by measuring magnetic signals.
JP2001551242A 2000-01-13 2001-01-16 Arrays based on ferrofluids Pending JP2003523185A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17582800P 2000-01-13 2000-01-13
US60/175,828 2000-01-13
PCT/US2001/001378 WO2001051668A1 (en) 2000-01-13 2001-01-16 Ferrofluid based arrays

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003523185A true JP2003523185A (en) 2003-08-05

Family

ID=22641800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001551242A Pending JP2003523185A (en) 2000-01-13 2001-01-16 Arrays based on ferrofluids

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1246942A4 (en)
JP (1) JP2003523185A (en)
AU (1) AU2001227913A1 (en)
CA (1) CA2397341A1 (en)
WO (1) WO2001051668A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8247241B2 (en) 2006-03-22 2012-08-21 Fujifilm Corporation Method for detecting target compound
WO2014007034A1 (en) * 2012-07-06 2014-01-09 株式会社 日立ハイテクノロジーズ Analysis device and analysis method
JP2015014507A (en) * 2013-07-04 2015-01-22 株式会社ニコン Dispenser, biochip screening device, dispensing method, and biochip screening method

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4223804B2 (en) 2000-10-03 2009-02-12 ミナーヴァ・バイオテクノロジーズ・コーポレーション In situ dilution with magnetic force
US7169577B2 (en) 2001-07-27 2007-01-30 Surface Logix, Inc. Cell isolation and screening device and method of using same
US7169578B2 (en) 2001-07-27 2007-01-30 Surface Logix, Inc. Cell isolation and screening device and method of using same
US7285412B2 (en) 2001-07-27 2007-10-23 Surface Logix Inc. Device for magnetic immobilization of cells
JP4233807B2 (en) * 2002-05-31 2009-03-04 住友精密工業株式会社 Biochemical reactant detection method and biochip
EP2359689B1 (en) 2002-09-27 2015-08-26 The General Hospital Corporation Microfluidic device for cell separation and use thereof
US20070196820A1 (en) 2005-04-05 2007-08-23 Ravi Kapur Devices and methods for enrichment and alteration of cells and other particles
US8921102B2 (en) 2005-07-29 2014-12-30 Gpb Scientific, Llc Devices and methods for enrichment and alteration of circulating tumor cells and other particles
DE102006014000B4 (en) * 2006-03-27 2009-08-06 Advalytix Ag Method for characterizing a mixed sample
EP2029779A4 (en) 2006-06-14 2010-01-20 Living Microsystems Inc Use of highly parallel snp genotyping for fetal diagnosis
US8137912B2 (en) 2006-06-14 2012-03-20 The General Hospital Corporation Methods for the diagnosis of fetal abnormalities
EP2589668A1 (en) 2006-06-14 2013-05-08 Verinata Health, Inc Rare cell analysis using sample splitting and DNA tags
US20080050739A1 (en) 2006-06-14 2008-02-28 Roland Stoughton Diagnosis of fetal abnormalities using polymorphisms including short tandem repeats
PL2562268T3 (en) 2008-09-20 2017-06-30 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Noninvasive diagnosis of fetal aneuploidy by sequencing
JP5337912B2 (en) 2009-06-10 2013-11-06 シンベニオ・バイオシステムズ・インコーポレーテッド Sheath flow apparatus and method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5108933A (en) * 1988-09-16 1992-04-28 Immunicon Corporation Manipulation of colloids for facilitating magnetic separations
US5200084A (en) * 1990-09-26 1993-04-06 Immunicon Corporation Apparatus and methods for magnetic separation
US5466574A (en) * 1991-03-25 1995-11-14 Immunivest Corporation Apparatus and methods for magnetic separation featuring external magnetic means
US5610287A (en) * 1993-12-06 1997-03-11 Molecular Tool, Inc. Method for immobilizing nucleic acid molecules
AU693198B2 (en) * 1994-04-25 1998-06-25 Avitech Diagnostics, Inc. Detection of mutation by resolvase cleavage
US5660990A (en) * 1995-08-18 1997-08-26 Immunivest Corporation Surface immobilization of magnetically collected materials
AU730154B2 (en) * 1995-10-27 2001-03-01 Elliot R. Ramberg Methods and compositions for detection of specific nucleotide sequences
US5837860A (en) * 1997-03-05 1998-11-17 Molecular Tool, Inc. Covalent attachment of nucleic acid molecules onto solid-phases via disulfide bonds
ATE251306T1 (en) * 1997-03-25 2003-10-15 Immunivest Corp APPARATUS AND METHODS FOR CAPTURE AND ANALYZING PARTICLE UNITS
US6121023A (en) * 1998-01-22 2000-09-19 Akzo Nobel N.V. Isothermal transcription based assay for the detection and quantification of the chemokine rantes
WO1999040222A1 (en) * 1998-02-04 1999-08-12 Variagenics, Inc. Mismatch detection techniques

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8247241B2 (en) 2006-03-22 2012-08-21 Fujifilm Corporation Method for detecting target compound
WO2014007034A1 (en) * 2012-07-06 2014-01-09 株式会社 日立ハイテクノロジーズ Analysis device and analysis method
JPWO2014007034A1 (en) * 2012-07-06 2016-06-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ Analysis apparatus and analysis method
US9964539B2 (en) 2012-07-06 2018-05-08 Hitachi High-Technologies Corporation Analysis device and analysis method
JP2015014507A (en) * 2013-07-04 2015-01-22 株式会社ニコン Dispenser, biochip screening device, dispensing method, and biochip screening method

Also Published As

Publication number Publication date
AU2001227913A1 (en) 2001-07-24
EP1246942A4 (en) 2004-09-15
EP1246942A1 (en) 2002-10-09
WO2001051668A1 (en) 2001-07-19
CA2397341A1 (en) 2001-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4280637B2 (en) Analysis of multiple analyte molecules using application specific random particle arrays
US7232691B2 (en) Bioassay and biomolecular identification, sorting, and collection methods using magnetic microspheres
JP2003523185A (en) Arrays based on ferrofluids
US20070166835A1 (en) Multiplex assays using magnetic and non-magnetic particles
US7323309B2 (en) Bio-barcodes based on oligonucleotide-modified particles
US8426578B2 (en) Multiplex branched-chain DNA assays
AU2001272993B2 (en) Multianalyte molecular analysis
JP4146239B2 (en) Bio barcode based on oligonucleotide modified particles
US20020119470A1 (en) Magnetic bead-based array for genetic detection
JP2003504011A5 (en)
US20030186465A1 (en) Apparatus used in identification, sorting and collection methods using magnetic microspheres and magnetic microsphere kits
JP4425640B2 (en) DNA-binding protein detection method
US7553621B2 (en) Reading, detection or quantification method, hybrids or complexes used in said method and the biochip using same
TWI388831B (en) In-solution microarray assay
JP2005291952A (en) Particle for fixing biological substance and microarray
JP2002527751A (en) Microarray system and method for performing biochemical reaction
PERRIN Capture and detection of biomolecules using dual colloid particles