KR100453100B1 - High throughput screening assay system in microfluidic devices - Google Patents

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KR100453100B1
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Abstract

본 발명은 고출력 스크리닝 검정을 수행하는 데 유용한 미소 유체 장치 및 방법을 제공한다. 특히, 본 발명의 장치 및 방법은 다양한 화학적, 바람직하게는 생화학적 시스템에 대한 효과에 대해 다수의 상이한 화합물을 스크리닝하는 데 유용하다. 본 발명의 장치는 일련의 채널(110, 112), 및 기판의 표면에 구성되는 임의의 시약 채널(114)을 포함한다. 하나 이상의 이러한 채널은 일반적으로 단면적 치수가 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 약 500㎛로 매우 작을 것이다. 본 발명의 장치는 또한 채널(110 및 114)의 단부에 배치되고 유체식으로 연결된 저장기(104, 106 및 108)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 샘플 채널(112)은 다수개의 상이한 시험 화합물을 장치에 도입시키는 데 사용된다. 이와 같이, 상기 채널은 일반적으로 다수개의 개별적인 시험 화합물의 공급원에 유체식으로 연결되어, 시험 화합물을 동일 채널(112)로 개별적으로 도입시킨 후 채널(110)으로 도입시킨다.The present invention provides microfluidic devices and methods useful for performing high power screening assays. In particular, the devices and methods of the present invention are useful for screening many different compounds for effects on various chemical, preferably biochemical systems. The apparatus of the present invention includes a series of channels 110, 112, and any reagent channel 114 configured on the surface of the substrate. One or more such channels will generally have a very small cross-sectional dimension, for example from about 0.1 μm to about 500 μm. The apparatus of the present invention also includes reservoirs 104, 106 and 108 disposed at the ends of channels 110 and 114 and fluidly connected. As shown, sample channel 112 is used to introduce a number of different test compounds into the device. As such, the channels are generally fluidly connected to a plurality of sources of individual test compounds to introduce the test compounds individually into the same channel 112 and then into the channel 110.

Description

미세규모의 유체 장치 내의 고처리율 스크리닝 검정 시스템High Throughput Screening Assay System in Microscale Fluid Devices

본 발명은 분자 상호작용을 검출하기 위한 장치 및 검정 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 하나 이상의 교차 채널을 갖는 기판 및 전기삼투적 유체 이동 성분, 또는 기판 상의 채널 내에서 유체를 이동시키기 위한 기타 성분을 포함한다.The present invention relates to apparatus and assay systems for detecting molecular interactions. The apparatus of the present invention includes a substrate having one or more cross channels and an electroosmotic fluid transfer component, or other component for moving fluid within a channel on the substrate.

당 분야에는 다양한 생물학적 공정에 대한 화합물의 효과에 대해 화합물을 신속하게 검정하는 능력이 장기간 요구되어 왔다. 예를 들어, 효소학자들은 효소 반응을 위한 보다 나은 기질, 보다 나은 억제제 또는 보다 나은 촉매를 장기간 조사해왔다. 유사하게, 제약 업계에서는 생물학적 분자 간의 상호작용을 억제, 감소 또는 심지어 증강시킬 수 있는 화합물을 확인하는데 관심을 기울여 왔다. 특히, 생물학적 시스템의 경우, 수용체와 이것의 리간드와의 상호작용이 종종 직접 또는 일부 다운스트림 사건에 의해 시스템에, 결과적으로 치료가 필요한 환자에게 유해하거나 유리한 효과중의 하나를 생성시킬 수 있다. 따라서, 연구자들은 이러한 상호작용을 감소, 억제 또는 심지어 증강시킬 수 있는 화합물 또는 화합물의 혼합물을 장기간 조사해 왔다. 유사하게, 진단 또는 법적 분석에 관련된 생물학적 분자의 검출을 위해 샘플을 신속하게 처리하는 능력은, 예를 들어 진단 의학, 고고학, 인류학 및 현대 범죄 수사에서 중요한 가치가 있다.There is a long need in the art for the ability to rapidly assay compounds for their effects on various biological processes. For example, enzymaticians have long searched for better substrates, better inhibitors or better catalysts for enzymatic reactions. Similarly, the pharmaceutical industry has been interested in identifying compounds that can inhibit, reduce or even enhance the interaction between biological molecules. In particular, for biological systems, the interaction of a receptor with its ligand can often produce one of the deleterious or beneficial effects on the system, either directly or by some downstream event, resulting in patients in need of treatment. Thus, researchers have long investigated the compounds or mixtures of compounds that can reduce, inhibit or even enhance this interaction. Similarly, the ability to quickly process a sample for the detection of biological molecules involved in diagnostic or forensic analysis is of significant value, for example in diagnostic medicine, archeology, anthropology and modern criminal investigations.

현대 약제 발견은 이들 기술된 효과를 갖는 화합물을 스크리닝하기 위해 이용되는 검정의 처리율에 의해 제한된다. 특히, 최대 수의 상이한 화합물의 스크리닝시에는 각각의 스크리닝에 관련된 시간 및 필요한 노력을 감소시킬 필요가 있다.Modern drug discovery is limited by the throughput of the assays used to screen for compounds having these described effects. In particular, the screening of the maximum number of different compounds needs to reduce the time and effort required for each screening.

화학 합성 분자 및 천연 생성물(예를 들어, 발효 배양액)의 수집물의 고처리율 스크리닝은 새로운 약제의 개발을 위한 리드(lead) 화합물을 조사하는데 중추적인 역할을 한다. 분자 다양성을 발생시키고 평가하기 위한 조합 화학 및 관련 기술에 대해 현저한 관심 고조는 약제 발견에 있어서의 이 모범의 발전에서 현저한 이정표를 상징한다[참조: Pavia et al., 1993, Bioorg. Med. Chem. Lett. 3:387-396, 본원에 참고문헌으로 포함되어 있음]. 현재까지, 펩티드 화학은 리간드 확인에서의 조합 방법의 유용성을 조사하기 위한 근본 수단이었다[참조: Jung & Beck-Sickinger, 1992, Angew, Chem. Int. Ed. Engl. 31:367-383, 본원에 참고문헌으로 포함되어 있음]. 이는 크고, 구조적으로 다양한 범위의 아미노산 단량체의 유용성, 비교적 일반적인 고수율의 고체상 커플링 화학 및 재조합 펩티드 라이브러리를 생성시키기 위한 생물학적 방법과의 상승작용에 기인할 수 있다. 더욱이, 다수의 저분자량 펩티드의 유효하고 특이적인 생물학적 활성은 이들 분자를 치료 약제 발견을 위한 매력있는 출발점이 되게 한다[참조: Hirschmann, 1991, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 30:1278-1301, 및 Wiley & Rich, 1993, Med. Res. Rev. 13:327-384, 각각의 문헌은 본원에 참고문헌으로 포함되어 있음]. 그러나, 불량한 경구적 생체이용률 및 신속한 생체내 제거와 같은 바람직하지 않은 약물동력학적 특성으로 인해 약제로서의 펩티드 화합물의 보다 광범한 개발이 제한되어 왔다. 이러한 현실적인 인식은 최근에 실험가들로 하여금 조합적 유기 합성의 개념을 펩티드 화학 이상으로 확장시켜서 벤조디아제핀(참조: Bunin & Ellman, 1992, J. Amer. Chem. Soc. 114: 10997-10998, 본원에 참고문헌으로 포함되어 있음)과 같은 공지된 약물특이분자단의 라이브러리 뿐만 아니라 올리고머 N 치환된 글리신("펩토이드(peptoid)") 및 올리고카바메이트와 같은 중합체 분자를 생성시키도록 고무시켜 왔다 [참조; Simon et al., 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 9367-9371; Zuckermann et al., 1992, J. Amer. Chem. Soc. 114:10646-10647; 및 Cho et al., 1993, Science 261:1303-1305, 각각의 문헌은 본원에 참고문헌으로 포함되어 있음].High throughput screening of collections of chemical synthetic molecules and natural products (eg, fermentation broths) plays a pivotal role in investigating lead compounds for the development of new drugs. Significant interest in combinatorial chemistry and related technologies for generating and evaluating molecular diversity represents a significant milestone in the development of this model in drug discovery. Pavia et al., 1993, Bioorg. Med. Chem. Lett. 3: 387-396, incorporated herein by reference]. To date, peptide chemistry has been a fundamental means for investigating the usefulness of combinatorial methods in ligand identification. Jung & Beck-Sickinger, 1992, Angew, Chem. Int. Ed. Engl. 31: 367-383, incorporated herein by reference. This may be due to the utility of large, structurally diverse ranges of amino acid monomers, relatively general high yields of solid phase coupling chemistry and synergy with biological methods for producing recombinant peptide libraries. Moreover, the effective and specific biological activity of many low molecular weight peptides makes these molecules an attractive starting point for therapeutic drug discovery. Hirschmann, 1991, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 30: 1278-1301, and Wiley & Rich, 1993, Med. Res. Rev. 13: 327-384, each of which is incorporated herein by reference. However, the wider development of peptide compounds as medicaments has been limited due to undesirable pharmacokinetic properties such as poor oral bioavailability and rapid in vivo clearance. This realistic perception has recently led experimenters to extend the notion of combinatorial organic synthesis beyond peptide chemistry to benzodiazepines (Bunin & Ellman, 1992, J. Amer. Chem. Soc. 114: 10997-10998, herein incorporated by reference). Libraries of known drug specific molecule groups, such as those incorporated by reference, as well as oligomeric N-substituted glycine ("peptoids") and oligocarbamate, have been encouraged to produce ; Simon et al., 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 9367-9371; Zuckermann et al., 1992, J. Amer. Chem. Soc. 114: 10646-10647; And Cho et al., 1993, Science 261: 1303-1305, each of which is incorporated herein by reference.

유사한 개발에 있어서, 현대의 조합 화학에 의해 스크리닝될 수 있는 시험 화합물의 수가 급격히 증가된 것과 같이, 또한 인체 게놈 연구로 시험 화합물의 효능이 스크리닝된 다수의 새로운 표적 분자(예를 들어, 단백질 및 RNA와 같은 유전자 및 유전자 생성물)가 발견되어 왔다.In similar developments, many new target molecules (eg, proteins and RNAs) whose screening efficacy has also been screened by human genomic studies, such as the rapid increase in the number of test compounds that can be screened by modern combinatorial chemistry. Genes and gene products) have been found.

로봇공학 및 고처리율 검출 시스템과 같은 병렬 스크리닝 방법 및 그 밖의 기술 진보를 이용하여 달성된 개선에도 불구하고, 현재의 스크리닝 방법은 여전히 다수의 관련된 문제점을 갖는다. 예를 들어, 현존하는 병렬 스크리닝 방법을 사용하여 다수의 샘플을 스크리닝하려면 샘플 및 장비, 예를 들어 로보틱스를 수용하기 위한 넓은 공간 요건, 이 장비와 관련된 고비용 및 검정을 수행하기에 필요한 다량의 시약 요건이 필요하다. 추가로, 대부분의 많은 경우에, 이용가능한 시험 화합물이 소량이기 때문에 반응 부피가 적어야 한다. 이러한 적은 부피는 유체 취급 및 측정과 관련된 오차, 예를 들어 증발로 인한 오차, 조제과오 등을 가중시킨다. 추가로, 유체 취급 장비 및 방법에서는 이러한 적은 부피에서의 표면 장력 효과에 부분적으로 기인하여 허용 수준의 정확도로 이들 부피 범위를 취급하는 것이 전형적으로 불가능해왔다.Despite the improvements achieved using parallel screening methods such as robotics and high throughput detection systems and other technological advances, current screening methods still have a number of related problems. For example, screening multiple samples using existing parallel screening methods requires large space requirements to accommodate samples and equipment, such as robotics, the high costs associated with this equipment, and the large amount of reagents required to perform the assay. This is necessary. In addition, in most cases, the reaction volume should be low because of the small amount of test compounds available. These small volumes add to errors associated with fluid handling and measurement, such as errors due to evaporation, formulations, and the like. In addition, in fluid handling equipment and methods it has typically been impossible to handle these volume ranges with acceptable levels of accuracy due in part to the effect of surface tension at such small volumes.

이들 문제점을 해소하기 위한 시스템을 개발하기 위해서는 다양한 검정 방법의 측면을 고려해야 한다. 이러한 측면은, 표적 및 화합물 공급원, 시험 화합물 및 표적 취급, 특정 검정 요건, 및 데이터 입수, 정리 저장 및 분석을 포함한다. 특히, 고처리율 스크리닝 방법 및 반복적이고 정확한 검정 스크리닝을 수행하고, 매우 적은 부피로 조작할 수 있는 관련 장비 및 장치가 필요하다.Developing a system to solve these problems requires consideration of aspects of various testing methods. These aspects include target and compound sources, test compound and target handling, specific assay requirements, and data acquisition, clearance storage, and analysis. In particular, there is a need for high throughput screening methods and associated equipment and apparatus that can perform repeat and accurate assay screening and can be operated in very low volumes.

본 발명은 이들 필요성 및 다양한 기타 필요성을 충족시킨다. 특히, 본 발명은 이들 문제점에 대한 중요한 해결법을 제시하는 신규한 방법 및 스크리닝 검정을 수행하기 위한 장치를 제공한다.The present invention fulfills these and various other needs. In particular, the present invention provides novel methods and apparatus for performing screening assays that present important solutions to these problems.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명은 생화학적 시스템에 대한 효과에 대해 다수의 시험 화합물을 스크리닝하는 방법을 제공한다. 전형적으로 이들 방법은 하나 이상의 제 1 표면 및 제 1 표면내에 둘 이상의 교차 채널이 형성된 미세가공된 기판을 이용한다. 하나 이상의 교차 채널은 0.1 내지 500㎛의 하나 이상의 횡단면 치수를 가질 것이다. 본 발명의 방법은 둘 이상의 교차 채널 중 제 1 채널 내에 생화학적 시스템의 제 1 성분을 유동시키는 것을 포함한다. 최소한 제 1 시험 화합물은 제 2 채널로부터 제 1 채널로 유동하며, 이로써 시험 화합물이 생화학적 시스템의 제 1 성분과 접촉한다. 그후, 생화학적 시스템에 대한 시험 화합물의 효과가 검출된다.The present invention provides a method for screening a plurality of test compounds for effects on biochemical systems. Typically these methods utilize a microfabricated substrate having at least one first surface and at least two cross channels within the first surface. One or more crossover channels will have one or more cross-sectional dimensions of 0.1-500 μm. The method of the present invention comprises flowing the first component of the biochemical system in the first of the two or more cross channels. At least the first test compound flows from the second channel to the first channel, thereby contacting the test compound with the first component of the biochemical system. Thereafter, the effect of the test compound on the biochemical system is detected.

관련된 일면에 있어서, 본 발명의 방법은 생화학적 시스템의 제 1 성분을 둘 이상의 교차 채널 내에 연속 유동시키는 것을 포함한다. 상이한 시험 화합물이 제 2 채널로부터 제 1 채널 내로 주기적으로 도입된다. 그후, 생화학적 시스템에 대한 시험 화합물의 효과가 검출된다(효과가 있는 경우).In a related aspect, the methods of the present invention comprise continuously flowing a first component of a biochemical system into two or more crossover channels. Different test compounds are introduced periodically from the second channel into the first channel. Thereafter, the effect of the test compound on the biochemical system is detected (if effective).

또 다른 일면에 있어서, 본 발명의 방법은 제 1 표면내에 다수의 반응 채널이 형성된 하나 이상의 제 1 표면을 갖는 기판을 이용한다. 각각의 다수 반응 채널은 또한 표면내에 형성된 둘 이상의 횡단 채널에 유체적으로 연결되어 있다. 생화학적 시스템의 최소한의 제 1 성분은 다수의 반응 채널 내로 도입되고, 다수의 상이한 시험 화합물은 둘 이상의 횡단 채널 중의 하나 이상을 통해 유동된다. 또한, 각각의 상이한 시험 화합물은 이산 부피(discrete volume)로 횡단 채널 내에 도입된다. 각각의 다수의 상이한 시험 화합물이 별도의 반응 채널 내에 전달된 후에, 생화학적 시스템에 대한 각각의 시험 화합물의 효과가 검출된다.In another aspect, the method of the present invention utilizes a substrate having one or more first surfaces with a plurality of reaction channels formed in the first surface. Each multiple reaction channel is also fluidly connected to two or more transverse channels formed within the surface. At least the first component of the biochemical system is introduced into a plurality of reaction channels, and a plurality of different test compounds are flowed through one or more of the two or more transverse channels. In addition, each different test compound is introduced into the transverse channel in discrete volumes. After each of a number of different test compounds is delivered in separate reaction channels, the effect of each test compound on the biochemical system is detected.

또한, 본 발명은 상기 방법을 실시하기 위한 장치를 제공한다. 한 가지 일면에 있어서, 본 발명은 생화학적 시스템에 대한 효과에 대해 시험 화합물을 스크리닝하는 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 표면내에 둘 이상의 교차 채널이 형성된 하나 이상의 표면을 갖는 기판을 포함한다. 둘 이상의 교차 채널은 약 0.1 내지 약 500㎛의 하나 이상의 횡단면 치수를 갖는다. 또한, 본 발명의 장치는 둘 이상의 교차 채널중 제 1 채널에 유체적으로 연결된 상이한 시험 화합물의 공급원 및 둘 이상의 교차 채널중 제 2 채널에 유체적으로 연결된 생화학적 시스템의 하나이상의 성분의 공급원을 포함한다. 하나 이상의 성분을 교차 채널 내로 유동시키기 위한 유체 전달 시스템, 및 상이한 시험 화합물을 교차 채널의 제 1 채널로부터 제 2 채널로 도입시키기 위한 유체 전달 시스템이 포함된다. 또한, 본 발명의 장치는 상기 생화학적 시스템에 대한 상기 시험 화합물의 효과를 검출하기 위해 임의로 제 2 채널 내에 검출 영역을 포함한다.The invention also provides an apparatus for carrying out the method. In one aspect, the invention provides an apparatus for screening test compounds for effects on biochemical systems. The apparatus of the present invention includes a substrate having one or more surfaces with two or more crossing channels formed therein. The two or more crossover channels have one or more cross sectional dimensions of about 0.1 to about 500 μm. The apparatus of the present invention also includes a source of different test compounds fluidly connected to a first channel of two or more cross channels and a source of one or more components of a biochemical system fluidly connected to a second channel of two or more cross channels. do. Fluid delivery systems for flowing one or more components into the cross channel, and fluid delivery systems for introducing different test compounds from the first channel of the cross channel into the second channel. In addition, the device of the present invention optionally includes a detection region in a second channel to detect the effect of the test compound on the biochemical system.

바람직한 일면에 있어서, 본 발명의 장치는 3개 이상의 전극을 포함하는 유체 전달 시스템을 포함하며, 각각의 전극은 둘 이상의 교차 채널에 의해 형성된 교차의 상이한 면에서 둘 이상의 교차 채널과 전기적으로 접촉한다. 또한, 유체 전달 시스템은 각각의 전극에 가변 전압을 동시에 인가하기 위한 제어 시스템을 포함함으로써, 시험 화합물 또는 둘 이상의 교차 채널내의 최소한의 제 1 성분의 이동이 제어된다.In a preferred aspect, the device of the present invention comprises a fluid delivery system comprising at least three electrodes, each electrode being in electrical contact with at least two crossing channels at different sides of the intersection formed by the at least two crossing channels. The fluid delivery system also includes a control system for simultaneously applying a variable voltage to each electrode, whereby the movement of the minimum first component in the test compound or two or more cross channels is controlled.

또 다른 일면에 있어서, 본 발명은 표면내에 다수의 반응 채널이 형성된 하나 이상의 표면을 갖는 기판을 포함하는, 생화학적 시스템에 대한 시험 화합물의 효과를 검출하기 위한 장치를 제공한다. 또한, 본 발명의 장치는 표면내에 형성된 둘 이상의 횡단 채널을 지니며, 각각의 다수의 반응 채널은 각각의 반응 채널 내의 제 1 지점에서 둘 이상의 횡단 채널 중 제 1 채널에 유체적으로 연결되어 있고, 각각의 반응 채널중의 제 2 지점에서 제 2 횡단 채널에 유체적으로 연결되어 있다. 본 발명의 장치는 각각의 반응 채널에 유체적으로 연결된 시험 화합물의 공급원, 횡단 채널중 제 1 채널에 유체적으로 연결된 시험 화합물의 공급원, 및 횡단 채널 및 다수의 반응 채널 내에서 시험 화합물 및 제 1 성분의 이동을 제어하기 위한 유체 전달 시스템을 추가로 포함한다. 상기한 바와 같이, 또한, 본 발명의 장치는, 생화학적 시스템에 대한 시험 화합물의 효과를 검출하기 위해 제 2 횡단 채널 내에 임의로 검출 영역을 포함한다.In another aspect, the invention provides an apparatus for detecting the effect of a test compound on a biochemical system, comprising a substrate having one or more surfaces with a plurality of reaction channels formed therein. In addition, the apparatus of the present invention has two or more transverse channels formed in the surface, each of the plurality of reaction channels being fluidly connected to the first of the two or more transverse channels at a first point in each reaction channel, At a second point in each reaction channel is fluidly connected to the second transverse channel. The apparatus of the present invention provides a source of test compound fluidly connected to each reaction channel, a source of test compound fluidly connected to a first of the transverse channels, and a test compound and a first within the transverse channel and the plurality of reaction channels. It further includes a fluid delivery system for controlling the movement of the component. As noted above, the device of the present invention also optionally comprises a detection zone in the second transverse channel for detecting the effect of the test compound on the biochemical system.

도 1은 연속 흐름 검정 시스템을 실행하는데에 사용될 수 있는 본 발명의 미량실험용 스크리닝 검정 시스템의 한 구체예를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates one embodiment of a microexperimental screening assay system of the present invention that may be used to implement a continuous flow assay system.

도 2A 및 2B는 교대 검정 시스템에서 작동되는 도 1에 도시된 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2A는 효소-기질 상호작용의 이펙터를 스크리닝하기 위해 사용되는 시스템을 도시하며, 도 2B는 수용체-리간드 상호작용을 스크리닝하기 위해 사용되는 장치를 도시한 것이다.2A and 2B are schematic illustrations of the apparatus shown in FIG. 1 operating in an alternate calibration system. FIG. 2A shows a system used to screen effectors of enzyme-substrate interactions, and FIG. 2B shows a device used to screen for receptor-ligand interactions.

도 3은 스크리닝하려는 화합물이 장치 내에 직렬 도입되지만, 그후 장치 내에서 병렬 배향으로 스크리닝되는 "일련의 주입 병렬 반응" 미량실험용 검정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 3 schematically depicts a “serial injection parallel reaction” microassay system in which a compound to be screened is introduced in series in a device, but then screened in parallel orientation in the device.

도 4A 내지 4F는 다수의 비드 기본 시험 화합물의 스크리닝에서의 도 3에 도시된 장치의 작동을 개략적으로 도시한 것이다.4A-4F schematically illustrate the operation of the apparatus shown in FIG. 3 in the screening of multiple bead based test compounds.

도 5는 장기 인큐베이션 후에 분리 단계를 수행하기 위한 샘플 분로(shunt)를 포함하는 연속 흐름 검정 장치를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 5 schematically illustrates a continuous flow assay device that includes a sample shunt for performing a separation step after long term incubation.

도 6A는 유체 기본 시험 화합물과 함께 사용하기 위한 일련의 주입 병렬 반응 장치를 개략적으로 도시한 것이다.6A schematically depicts a series of injection parallel reaction apparatus for use with a fluid based test compound.

도 7은 시험 화합물을 스크리닝하기 위해 "랩칩스[등록상표: LabChipsTM]"로 표지된 다수의 미량실험용 장치를 사용하는 전체 검정 시스템의 한 구체예를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 7 schematically illustrates one embodiment of a complete assay system using multiple microexperimental devices labeled “LabChips ” to screen test compounds.

도 8은 연속 흐름 검정 스크리닝 시스템에 사용되는 칩 배치를 개략적으로 도시한 것이다.8 schematically illustrates chip arrangements used in a continuous flow assay screening system.

도 9는 연속 흐름 검정 스크린으로부터의 형광 데이터를 도시한 것이다. 도 9A는 공지된 억제제(IPTG)를 칩 형식으로 β -갈락토시다아제 검정 시스템 내에 주기적으로 도입시킨 시험 스크린으로부터의 형광 데이터를 도시하며, 도 9B는 억제제 데이터를 대조(완충) 데이터와 직접 비교하는, 도 9A로부터의 두 데이터 부분(segment)의 중첩(superposition)을 도시한 것이다.9 shows fluorescence data from a continuous flow assay screen. FIG. 9A shows fluorescence data from test screens in which a known inhibitor (IPTG) was periodically introduced into the β-galactosidase assay system in chip form, and FIG. 9B directly compares inhibitor data with control (buffer) data. The superposition of two data segments from FIG. 9A is shown.

도 10은 효소 억제제 스크리닝을 수행하기 위한 소형 칩 장치 상에서 유체 흐름 시스템의 파라미터를 조작하는 것을 도시한 것이다.10 illustrates manipulating the parameters of a fluid flow system on a small chip device for performing enzyme inhibitor screening.

도 11은 미세한 유체 장치 채널 내에서의 샘플/스페이서 로딩을 위한 시간조절을 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 11 schematically illustrates timing for sample / spacer loading in fine fluidic device channels.

도 12의 패널 A 내지 G는 본 발명의 장치에서 사용되는 전극을 개략적으로 도시한 것이다.Panels A to G of FIG. 12 schematically illustrate electrodes used in the apparatus of the present invention.

1. One. 본 발명의 적용분야Application Field of the Invention

본 발명은 고처리율 스크리닝 검정을 수행하기에 유용한 신규한 미량실험용 시스템 및 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 미세한 유체 장치, 및 다수의 상이한 화합물을 다양한 화학물질에 대한, 바람직하게는 생화학적 시스템에 대한 이들의 효과를 스크리닝하는데 이러한 장치를 사용하는 방법을 제공한다.The present invention provides novel microexperimental systems and methods useful for performing high throughput screening assays. In particular, the present invention provides microfluidic devices, and methods of using such devices to screen their effects on a variety of chemicals, preferably on biochemical systems.

본원에서 사용되는 용어 "생화학적 시스템"이란 일반적으로 생존 생물체내에서 일반적으로 발견되는 유형의 분자를 포함하는 화학적 상호작용을 의미한다. 이러한 상호작용은 효소 결합, 시그널링 및 그 밖의 반응을 포함하여 생존 시스템에서 발생하는 전범위의 이화 및 동화 반응을 포함한다. 또한, 본원에 규정된 생화학적 시스템은 특정 생화학적 상호작용을 모방하는 모델 시스템도 포함한다. 본 발명을 실시하는데에 있어서 특히 관심있는 생화학적 시스템의 예로는, 수용체-리간드 상호작용, 효소-기질 상호작용, 세포 시그널링 경로, 생체이용률 스크리닝을 위한 모델 장벽 시스템(예를 들어, 세포 또는 막 분획)을 포함하는 수송 반응, 및 다양한 그 밖의 일반적 시스템이 있다. 세포 또는 생물체 생존성 또는 활성은, 예를 들어 독물학 실험에서 본 발명의 방법 및 장치를 사용하여 또한 스크리닝될 수 있다. 검정되는 생물학적 물질은 세포, 세포 분획(막, 시토졸 제제 등), 세포막 수용체의 작용제 및 길항제(예를 들어, 세포 수용체-리간드 상호작용, 예를 들어 트랜스페린, c-킷, 바이러스 수용체 리간드(예를 들어, CD4-HIV), 시토카인 수용체, 케모카인 수용체, 인터루킨 수용체, 면역글로불린 수용체 및 항체, 카드헤레인(cadherein) 패밀리, 인터그린(intergrin) 패밀리, 셀렉틴(selectin) 패밀리 등; 참조: Pigott 및 Power (1993) The Adhesion Molecule FactsBook Academic Press New York 및 Hulme (ed) Receptor Ligand Interactions A Practical Approach Rickwood 및 Hames (series editors) IRL Press at Oxford Press NY), 독소 및 독액, 바이러스 에피토프, 호르몬(예를 들어, 아편제, 스테로이드 등), 세포내 수용체(예를 들어, 스테로이드, 갑상선 호르몬, 레티노이드 및 비타민 D를 포함하는, 다양한 소형 리간드의 효과를 매개함; 참조: Evans(1988) Science, 240:889-895; Ham 및 Parker (1989) Curr. Opin. Cell Biol., 1:503-511; Burnstein et al, (1989), Ann, Rev. Physiol., 51:683-699; Truss 및 Beato (1993) Endocr. Rev., 14:459-479), 펩티드, 레트로-인버소 펩티드, α -, β -, 또는 ω - 아미노산(D- 또는 L-)의 중합체, 효소, 효소 기질, 보조인자, 약제, 렉틴, 당, 핵산(선형 및 구형 중합체 배열 둘 모두), 올리고사카라이드, 단백질, 인지질 및 항체를 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다. 공지된 약제가 상기 열거된 물질 중의 하나에 공유결합되는 이종중합체와 같은 합성 중합체, 예를 들어 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리우레아, 폴리아미드, 폴리에틸렌이민, 폴리아릴렌 술파이드, 폴리실록산, 폴리이미드 및 폴리아세테이트가 또한 검정된다. 또한, 그 밖의 중합체는 본원에 기술된 시스템을 이용하여 검정되며, 이는 본 명세서를 읽은 당업자에게는 명백해질 것이다. 당 분야의 숙련자는 생물학적 문헌에 일반적으로 친숙할 것이다. 생물학적 시스템에 대한 개괄적인 해설에 대해서는 하기 문헌을 참조한다[참고문헌: Berger 및 Kimmel, Guide to Molecular Cloning Techniques, Methods in Enzymology volume 152 Academic Press, Inc., San Diego, CA (Berger); Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning - A Laboratory Manual (2nd ed.) Vol. 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Press, NY, (Sambrook); Current Protocols in Molecular Biology, F.M. Ausubel et al., eds., Current Protocols, a joint venture between Greene Publishing Associates, Inc. 및 John Wiley & Sons, Inc., (through 1997 Supplement)(Ausubel); Watson et al. (1987) Molecular Biology of the Gene, Fourth Edition The Benjamin/Cummings Publishing Co., Menlo Park, CA; Watson et al. (1992) Recombinant DNA Second Edition Scientific American Books, NY; Alberts et al., (1990) Molecular Biology of the Cell Second Edition Garland publishing, NY; Pattison (1994) Principles and Practice of Clinical Virology; Darnell et al., (1990) Molecular Cell Biology second edition, Scientific American Books, W.H. Freeman 및 Company; Berkow (ed.) The Merck Mannual of Diagnosis and Therapy, Merck & Co., Rahway, NJ; Harrison's Principles of Internal Medicine, Thirteenth Edition, Isselbacher et al. (eds). (1994) Lewin Genes,, 5th Ed., Oxford University Press (1994); The "Practical Approach" Series of Books (Rickwood and Hames (series eds.) by IRL Press at Oxford University Press, NY; The "FactsBook Series" of books from Academic Press, NY, ; 생물학적 시약 및 실험 장비의 제조업자로부터의 생성물 정보는 또한 생물학적 시스템을 검정하는데 유용한 정보를 제공한다. 이러한 제조업자로는 예를 들어, 시그마 케미칼 컴패니(SIGMA chemical company: 미주리 세인트 루이스에 소재), R&D 시스템스(미네소타 미네아폴리스에 소재), 파마시아 LKB 바이오테크놀로지(Pharmacia LKB Biotechnology: 뉴저지 피츠카타웨어에 소재), 클론테크 라보라토리스, 인코포레이티드(CLONTECH Laboratories, Inc.: 캘리포니아 팔로 알토에 소재), 켐 진스 코포레이션(Chem Genes Corp.), 알드리치 케미칼 컴패니(Aldrich Chemical Company: 와 이오밍 밀워키에 소재), 글렌 리서치, 인코포레이티드(Glen Research, Inc.), 깁코 BRL 라이프 테크놀로지스, 인코포레이티드(GIBCO BRL Life Technologies, Inc.: 메릴랜드 가이셔스버그에 소재), 플루카 케미카-바이오케미카 애널리티카(Fluka Chemica-Biochemica Analytika: 스위스 뷰크스에 소재), 인비트로겐(Invitrogen: 캘리포니아 샌디에고에 소재) 및 어플라이드 바이오시스템스(Applied Biosystems: 캘리포니아 포스터 시티에 소재) 뿐만 아니라 당업자에게 공지된 다수의 그 밖의 시판 공급원이 있다.As used herein, the term “biochemical system” generally refers to chemical interactions involving molecules of the type commonly found in living organisms. Such interactions include the full range of catabolic and assimilation reactions occurring in the survival system, including enzyme binding, signaling, and other reactions. In addition, the biochemical systems defined herein also include model systems that mimic certain biochemical interactions. Examples of biochemical systems of particular interest in practicing the present invention include model barrier systems (eg, cell or membrane fractions) for receptor-ligand interactions, enzyme-substrate interactions, cell signaling pathways, bioavailability screenings. Transport reactions, and a variety of other general systems. Cell or organism viability or activity can also be screened using the methods and devices of the invention, for example in toxicology experiments. Biological materials to be assayed include cells, cell fractions (membrane, cytosol preparations, etc.), agonists and antagonists of cell membrane receptors (eg, cell receptor-ligand interactions, eg transferrin, c-kit, viral receptor ligands (eg For example, CD4-HIV), cytokine receptors, chemokine receptors, interleukin receptors, immunoglobulin receptors and antibodies, cadherein family, intergrin family, selectin family and the like; see Pigott and Power. (1993) The Adhesion Molecule FactsBook Academic Press New York and Hulme (ed) Receptor Ligand Interactions A Practical Approach Rickwood and Hames (series editors) IRL Press at Oxford Press NY), toxins and venom, viral epitopes, hormones (e.g., Mediates the effects of various small ligands, including opiates, steroids, etc., intracellular receptors (eg, steroids, thyroid hormones, retinoids, and vitamin D). See Evans (1988) Science, 240: 889-895; Ham and Parker (1989) Curr. Opin. Cell Biol., 1: 503-511; Burnstein et al, (1989), Ann, Rev. Physiol., 51: 683-699; Truss and Beato (1993) Endocr. Rev., 14: 459-479), peptides, retro-inverso peptides, α-, β-, or ω- amino acids (D- or L-) Polymers, enzymes, enzyme substrates, cofactors, agents, lectins, sugars, nucleic acids (both linear and spherical polymer sequences), oligosaccharides, proteins, phospholipids and antibodies. Synthetic polymers, such as heteropolymers, in which known agents are covalently bonded to one of the materials listed above, for example polyurethanes, polyesters, polycarbonates, polyureas, polyamides, polyethyleneimines, polyarylene sulfides, polysiloxanes, Polyimides and polyacetates are also assayed. In addition, other polymers are assayed using the systems described herein, which will be apparent to those skilled in the art having read this specification. Those skilled in the art will generally be familiar with the biological literature. For an overview of biological systems, see the following references: Berger and Kimmel, Guide to Molecular Cloning Techniques, Methods in Enzymology volume 152 Academic Press, Inc., San Diego, CA (Berger); Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning-A Laboratory Manual (2nd ed.) Vol. 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Press, NY, (Sambrook); Current Protocols in Molecular Biology, FM Ausubel et al., Eds., Current Protocols, a joint venture between Greene Publishing Associates, Inc. And John Wiley & Sons, Inc., (through 1997 Supplement) (Ausubel); Watson et al. (1987) Molecular Biology of the Gene , Fourth Edition The Benjamin / Cummings Publishing Co., Menlo Park, CA; Watson et al. (1992) Recombinant DNA Second Edition Scientific American Books, NY; Alberts et al., (1990) Molecular Biology of the Cell Second Edition Garland publishing, NY; Pattison (1994) Principles and Practice of Clinical Virology ; Darnell et al., (1990) Molecular Cell Biology second edition , Scientific American Books, WH Freeman and Company; Berkow (ed.) The Merck Mannual of Diagnosis and Therapy , Merck & Co., Rahway, NJ; Harrison's Principles of Internal Medicine , Thirteenth Edition, Isselbacher et al. (eds). (1994) Lewin Genes , 5th Ed., Oxford University Press (1994); The "Practical Approach" Series of Books (Rickwood and Hames (series eds.) By IRL Press at Oxford University Press, NY; The "FactsBook Series" of books from Academic Press, NY,; from the manufacturer of biological reagents and laboratory equipment The product information also provides useful information for assaying biological systems, such as, for example, SIGMA chemical company (St. Louis, MO), R & D Systems (Minneapolis, Minnesota), Pharmacia LKB Pharmacia LKB Biotechnology (Pittscatware, NJ), CloneTech Laboratories, Inc. (Palo Alto, Calif.), Chem Genes Corp., Aldrich Aldrich Chemical Company (Milwaukee, WY), Glen Research, Inc., Glen Research, Inc., Gibco BRL Life Technologies, Inc. (GIBCO BRL Life Technologies, Inc., Gaiusburg, Maryland), Fluka Chemica-Biochemica Analytika (Buys, Switzerland), Invitrogen (San Diego, Calif.) And Applied Biosystems (Foster City, Calif.), As well as many other commercial sources known to those skilled in the art.

생화학적 시스템에 대한 화합물의 효과를 스크리닝하기 위한 방법 및 장치를 제공하기 위해, 본 발명은 일반적으로 이펙터 화합물이 바람직한 주어진 생체내 생화학적 시스템을 모방하는 시험관내 모델 시스템을 포함한다. 화합물이 스크리닝 될 수 있고, 이펙터 화합물이 바람직한 시스템의 범위는 넓다. 예를 들어, 화합물은 임의로 효과가 바람직하지 않은 생화학적 시스템과 관련된 중요한 사건을 블록킹, 지연 또는 억제시키는 효과에 대해 스크리닝된다. 예를 들어, 시험 화합물은 임의로 유전병, 암, 세균 또는 바이러스 감염 등을 포함하는 질병의 발병 또는 특정 증상의 발생에 최소한 부분적으로 원인이 있는 시스템을 블록킹하는 능력에 대해 스크리닝된다. 그후, 이들 스크리닝 검정 방법에서 유망한 결과를 나타내는 화합물에 추가의 시험을 수행하여, 질병의 치료 또는 질병의 증상에 대해 효과적인 약제가 확인될 수 있다.To provide a method and apparatus for screening the effects of a compound on a biochemical system, the present invention generally includes an in vitro model system in which an effector compound is desired to mimic a given in vivo biochemical system. Compounds can be screened and the range of systems in which effector compounds are preferred is wide. For example, compounds are optionally screened for the effect of blocking, delaying or inhibiting important events associated with biochemical systems in which the effect is undesirable. For example, test compounds are screened for the ability to block systems that are at least partially responsible for the development of diseases or the development of certain symptoms, including genetic diseases, cancer, bacterial or viral infections, and the like. Subsequent tests can then be conducted on the compounds that show promising results in these screening assay methods to identify agents effective for the treatment of the disease or symptoms of the disease.

다른 방법으로, 화합물은, 예를 들어 환자의 현존 결함을 치료하기 위해 바람직한 것으로 여겨지는 기능을 갖는 생화학적 시스템을 자극, 증강 또는 유도시키는 능력에 대해 스크리닝될 수 있다.Alternatively, the compounds can be screened for their ability to stimulate, augment or induce biochemical systems that have a function deemed desirable, for example, to treat existing defects in a patient.

모델 시스템이 선택되면, 그 후에 일련의 시험 화합물이 이들 모델 시스템에 적용될 수 있다. 시험관내에서 특정 생화학적 시스템에 대한 효과를 갖는 이들 시험 화합물을 확인함으로써, 생체내에서의 이러한 시스템에 대한 잠재적인 이펙터가 확인될 수 있다.Once the model system is selected, a series of test compounds can then be applied to these model systems. By identifying these test compounds that have an effect on a particular biochemical system in vitro, potential effectors for this system in vivo can be identified.

가장 간단한 형태의 본 발명의 방법 및 장치에 사용되는 생화학적 시스템 모델은, 생화학적 시스템의 두 성분 간의 상호작용, 예를 들어 수용체-리간드 상호작용, 효소-기질 상호작용 등에 대한 시험 화합물의 효과에 대해 스크리닝할 것이다. 이러한 형태의 생화학적 시스템 모델은, 전형적으로 이펙터가 조사된 시스템의 두가지 정상 상호작용 성분, 예를 들어 수용체와 이것의 리간드 또는 효소와 이것의 기질을 포함할 것이다.The biochemical system model used in the methods and devices of the present invention in its simplest form is intended for the effect of test compounds on the interaction between two components of the biochemical system, for example receptor-ligand interactions, enzyme-substrate interactions, and the like. Will be screened for. This type of biochemical system model will typically include two normal interacting components of the system to which the effector has been irradiated, such as a receptor and its ligand or enzyme and its substrate.

시험 화합물이 이 상호작용에 대해 효과를 갖는지의 여부를 결정하는 것은, 시스템을 시험 화합물과 접촉시키고, 시스템의 기능, 예를 들어 수용체-리간드 결합 또는 기질 턴오버(turnover)에 대해 검정하는 것을 포함한다. 그 후에, 검정된 기능은 대조군, 예를 들어 시험 화합물의 부재 또는 공지 이펙터의 존재하에서의 동일한 반응과 비교된다. 전형적으로, 이러한 검정은 생화학적 시스템의 파라미터의 측정을 포함한다. "생화학적 시스템의 파라미터"란 시스템 기능의 몇몇 측정가능한 증거, 예를 들어 (예를 들어, 결합 반응, 수송 스크린에서의) 표지기의 존재 또는 부재 또는 분자량의 변화, (기질 턴오버 측정에서의) 반응 생성물 또는 기질의 존재 또는 부재 또는 전기영동적 이동성의 변화(전형적으로 표지 화합물의 용출 시간의 변화에 의해 검출됨)를 의미한다.Determining whether a test compound has an effect on this interaction includes contacting the system with the test compound and assaying for the function of the system, such as receptor-ligand binding or substrate turnover. do. Thereafter, the assay function is compared with the same reaction in the control, for example in the absence of test compound or in the presence of known effectors. Typically, this assay involves the determination of the parameters of a biochemical system. "Parameter of a biochemical system" means some measurable evidence of system function, for example the presence or absence of a labeling group (eg, in a binding reaction, transport screen) or a change in molecular weight, (in substrate turnover measurements) Change in the presence or absence of a reaction product or substrate or electrophoretic mobility (typically detected by a change in the elution time of the labeling compound).

2성분 생화학적 시스템에 대해 설명되었지만, 본 발명의 방법 및 장치는 또한 훨씬 더 복잡한 시스템의 이펙터를 스크리닝하기 위해 사용될 수 있으며, 시스템의 결과물 또는 최종 생성물은 공지되어 있고, 몇몇 수준, 예를 들어 효소 경로, 세포 시그널링 경로 등에서 검정가능하다. 다른 방법으로, 본원 기술된 방법 및 장치는 임의로 생화학적 시스템의 단일 성분과 상호작용하는 화합물, 예를 들어 특정 생화학적 화합물, 예를 들어 수용체, 리간드, 효소, 핵산, 구조 거대분자 등과 특이적으로 결합하는 화합물을 스크리닝하기 위해 사용된다.Although described for two-component biochemical systems, the methods and apparatus of the present invention can also be used to screen effectors of even more complex systems, and the output or end product of the system is known and several levels, for example enzymes. Assays in pathways, cell signaling pathways, and the like. Alternatively, the methods and devices described herein may be specifically directed to compounds that optionally interact with a single component of a biochemical system, such as certain biochemical compounds such as receptors, ligands, enzymes, nucleic acids, structural macromolecules, and the like. Used to screen for compound to bind.

또한, 생화학적 시스템 모델은 전체 세포계에서 구체화될 수 있다. 예를 들어, 세포 반응의 효과에 대해 시험 화합물을 스크리닝하려는 경우에는, 임의로 전체 세포가 사용된다. 또한, 변형된 세포 시스템은 본원에 포함되는 스크리닝 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 키메라 리포터 시스템은 임의로 특정 생화학적 시스템에 대한 시험 화합물 효과의 지시제로서 사용된다. 키메라 리포터 시스템은 전형적으로 수용체의 리간드로의 결합을 시그널링하는 시그널링 경로에 통합되는 불균일 리포터 시스템을 포함한다. 예를 들어, 수용체는 이형 단백질, 예를 들어 활성이 용이하게 검정될 수 있는 효소로 용융된다. 그 다음 리간드 결합에 의한 수용체의 활성화에 의해서 이후 검출되는 이형 단백질이 활성화된다. 이와 같이, 대용의 리포터 시스템은 용이하게 검출될 수 있는 결과 또는 시그널을 발생시킴으로써, 수용체/리간드 결합에 대하여 검정한다. 상기 키메라 수용체 시스템의 예는 종래 기술에 기재된 바 있다.In addition, biochemical system models can be embodied in the entire cell line. For example, when screening test compounds for the effect of cellular responses, whole cells are optionally used. In addition, modified cell systems can be used in the screening systems included herein. For example, chimeric reporter systems are optionally used as indicators of test compound effects on certain biochemical systems. Chimeric reporter systems typically include heterogeneous reporter systems that are integrated into signaling pathways that signal binding of receptors to ligands. For example, the receptor is melted with a heterologous protein, for example an enzyme that can be easily assayed for activity. The heterologous protein subsequently detected is activated by activation of the receptor by ligand binding. As such, the alternative reporter system assays for receptor / ligand binding by generating a signal or result that can be easily detected. Examples of such chimeric receptor systems have been described in the prior art.

부가적으로, 생체 이용률, 예를 들어 수송에 대해 스크리닝시키는 지점에서, 생물학적 장벽이 임의적으로 포함된다. 용어 "생물학적 장벽"은 일반적으로 생물학적 시스템내의 세포층 또는 막층, 또는 이들의 합성 모델에 관한 것이다. 생물학적 장벽의 예로는, 상피층 및 내피층, 예컨대 혈관 내피층 등이 포함된다.In addition, biological barriers are optionally included at the point of screening for bioavailability, eg transport. The term “biological barrier” generally relates to a cell or membrane layer, or a synthetic model thereof, in a biological system. Examples of biological barriers include epithelial and endothelial layers such as the vascular endothelial layer and the like.

생물학적 반응은 종종 이것의 리간드에 대한 수용체의 결합에 의해 시작되고/되거나 조절된다. 예를 들어, 성장 인자, 즉 EGF, FGF, PDGF 등과 이들의 수용체와의 상호 작용은 예를 들어 세포 증식 및 분별, 중재 효소의 활성화, 전달자 교체의 자극, 이온 선속의 변형, 효소의 활성화, 세포 모양의 변형 및 유전 발현 수준의 변화를 포함하는 다양한 생물학적 반응을 자극한다. 따라서, 이것의 리간드와 수용체의 상호작용을 조절하면, 이 상호작용에 의해 유발되는 생물학적 반응을 조절할 수 있다.Biological responses are often initiated and / or modulated by the binding of a receptor to its ligand. For example, interactions with growth factors, such as EGF, FGF, PDGF, and their receptors, may, for example, promote cell proliferation and fractionation, activation of mediated enzymes, stimulation of messenger exchange, modification of ion flux, activation of enzymes, cellular It stimulates a variety of biological responses, including changes in shape and changes in the level of genetic expression. Thus, by regulating the interaction of its ligands with receptors, it is possible to modulate the biological response induced by this interaction.

따라서, 하나의 일면에서, 본 발명은 이것의 리간드와 수용체 분자 사이의 상호작용에 영향을 주는 화합물에 대해 스크리닝하는데 유용할 것이다. 본원에 사용된 용어 "수용체"는 일반적으로 서로 특이적으로 인식하고 결합하는 화합물 한쌍 중 하나의 성분에 관한 것이다. 한쌍의 성분 중 다른 것은 "리간드"로서 칭한다. 이와 같이, 수용체/리간드 쌍은 보편적인 단백질 수용체, 일반적으로 막 관련 수용체, 및 이것의 자연 리간드, 예를 들어 또 다른 단백질 또는 작은 분자를 포함할 수 있다. 또한, 수용체/리간드 쌍은 항체/항원 결합쌍, 상보적인 핵산, 핵산 관련 단백질 및 이것의 핵산 리간드를 포함할 수 있다. 특이적으로 결합되는 다수의 생화학적 화합물은 당해 분야에 널리 공지되어 있으며 본 발명의 실시에 이용될 수 있다.Thus, in one aspect, the present invention will be useful for screening for compounds that affect the interaction between its ligand and receptor molecules. As used herein, the term “receptor” generally relates to a component of one of a pair of compounds that specifically recognizes and binds to each other. The other of the pair of components is referred to as "ligand". As such, receptor / ligand pairs may include universal protein receptors, generally membrane related receptors, and their natural ligands such as another protein or small molecule. Receptor / ligand pairs may also include antibody / antigen binding pairs, complementary nucleic acids, nucleic acid related proteins and nucleic acid ligands thereof. Many biochemical compounds that are specifically bound are well known in the art and can be used in the practice of the present invention.

통상적으로, 수용체/리간드 상호작용의 이펙터를 스크리닝시키는 방법은 시험 화합물의 존재하에서 수용체/리간드 결합쌍을 인큐베이팅시키는 것을 포함한다. 인큐베이팅 후 수용체/리간드 쌍의 결합 수준을 음성 및/또는 양성 대조군과 비교한다. 정상적인 결합이 감소된 것이 보이는 경우, 시험 화합물이 수용체/리간드 결합의 억제제인 것으로 여겨진다. 결합이 증가된 것이 보이는 경우, 시험 화합물이 상호작용의 증강제 또는 유도제인 것으로 여겨진다.Typically, methods for screening effectors of receptor / ligand interactions include incubating receptor / ligand binding pairs in the presence of test compounds. After incubation the binding level of the receptor / ligand pairs is compared with negative and / or positive controls. If normal binding appears to be reduced, the test compound is considered to be an inhibitor of receptor / ligand binding. If binding is seen to be increased, the test compound is considered to be an enhancer or inducer of interaction.

효율의 측면에 있어서, 동시성이 허용되는 다중 웰 반응 플레이트, 예를 들어 다중 웰 마이크로플레이트에서 보편적으로 수행되는 스크리닝 검정은 다수의 시험 화합물의 스크리닝과 대등하다.In terms of efficiency, screening assays commonly performed in multi-well reaction plates, such as multi-well microplates, where concurrency is acceptable, are comparable to the screening of a large number of test compounds.

유사하며, 중복될 수 있는 생화학적 시스템은 효소 및 이들의 기질간의 상호 작용을 유도한다. 본원에서 사용되는 용어 "효소"는 일반적으로 다른 화합물 또는 "기질"에서 화학적 변화를 유도하기 위해 촉매로서 작용하는 단백질에 관한 것이다.Similar, overlapping biochemical systems induce interactions between enzymes and their substrates. As used herein, the term “enzyme” generally relates to a protein that acts as a catalyst to induce chemical changes in other compounds or “substrates”.

보편적으로, 효소의 기질에 대한 효소 활성의 이펙터는, 스크리닝하려는 화합물의 존재 및 부재하에 및 효소 활성의 변화를 검출하기 위한 최적 조건하에서 효소를 기질과 접촉시킴으로써 스크리닝된다. 반응 설정 시간 후에, 혼합물을 반응 생성물의 존재 또는 기질의 양의 감소에 대해 검정한다. 촉매화된 기질의 양을 대조군, 즉 시험 화합물의 부재 또는 공지된 이펙터의 존재하에 기질과 접촉된 효소와 비교한다. 상기와 같이, 효소의 기질에 대한 효소의 활성을 감소시키는 화합물은 "억제제"이라고 하는 반면에, 활성을 두드러지게 하는 화합물은 "유도제"이라고 한다.Typically, effectors of enzyme activity to a substrate of an enzyme are screened by contacting the enzyme with a substrate in the presence and absence of the compound to be screened and under optimal conditions for detecting changes in the enzyme activity. After the reaction set time, the mixture is assayed for the presence of the reaction product or the reduction of the amount of substrate. The amount of catalyzed substrate is compared with a control, ie, an enzyme contacted with the substrate in the absence of a test compound or in the presence of a known effector. As above, compounds that reduce the activity of the enzyme on the substrate of the enzyme are referred to as "inhibitors", whereas compounds that make the activity prominent are called "derivatives".

일반적으로, 본 발명에 포함되는 다양한 스크리닝 방법은 다수의 시험 화합물을 미세한 유체 장치내로 연속 도입시키는 것을 포함한다. 일단 장치내로 도입시킨 후, 시험 화합물은 연속 직렬 또는 병렬 검정 배향을 이용하는 생물학적 시스템에 대한 작용에 대해 스크리닝된다.In general, the various screening methods encompassed by the present invention include the continuous introduction of multiple test compounds into a microfluidic device. Once introduced into the device, the test compounds are screened for action on biological systems using continuous series or parallel assay orientation.

본원에서 사용되는 용어 "시험 화합물"은 특정 생화학적 시스템에 영향을 주는 능력에 대해 스크리닝되는 화합물에 관한 것이다. 시험 화합물은 화학적 화합물, 화학적 화합물의 혼합물, 예를 들어 폴리사카라이드, 작은 유기 또는 무기 분자, 생물학적 거대 분자, 예를 들어 펩티드, 단백질, 핵산, 또는 박테리아, 식물, 진균류, 또는 동물 세포 또는 조직으로부터 제조된 추출물, 천연 또는 합성 조성물을 포함하는 여러 가지 상이한 화합물을 포함할 수 있다. 실시되는 특정 구체예에 따라 시험 화합물이 제공되는데, 예를 들어 용액중에 유리된 형태로 주입되거나, 배리어, 또는 고체 지지물, 예를 들어 비드에 임의로 부착되어 제공된다. 수많은 적당한 고체 지지물이 시험 화합물을 고정화시키기 위해서 사용된다. 적합한 고체 지지물의 예로는, 아가로오스, 셀룰로오스, 덱스트란(즉, 세파덱스, 세파로오스로서 시판되고 있음), 카르복실메틸 셀룰로오스, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 여과지, 니트로셀룰로오스, 이온 교환 수지, 플라스틱 필름, 유리 비드, 폴리아민메틸비닐에테르 말레산 공중합체, 아미노산 공중합체, 에틸렌-말레산 공중합체, 나일론, 실크 등이 포함된다. 또한, 본원에 기재된 방법 및 장치에 있어서, 시험 화합물은 개별적으로, 또는 기내에서 스크리닝된다. 기 스크리닝은 효과적인 시험 화합물에 대한 명중 속도가 낮은 것으로 예상되어, 주어진 기에 있어서 단지 하나를 제외하고 양성 결과를 갖는 경우에 특히 유용하다. 대안적으로, 상기 기 스크리닝은 상이한 시험 화합물의 결과가 단일 시스템에서, 예를 들어 별도의 검출을 가능케하는 차별적 표지화, 또는 결과의 전기 영동 분리를 통해 차별적으로 검출되는 경우 사용된다.As used herein, the term “test compound” relates to a compound that is screened for its ability to affect a particular biochemical system. Test compounds may be derived from chemical compounds, mixtures of chemical compounds, for example polysaccharides, small organic or inorganic molecules, biological macromolecules such as peptides, proteins, nucleic acids, or bacteria, plants, fungi, or animal cells or tissues. It can include a variety of different compounds including prepared extracts, natural or synthetic compositions. Test compounds are provided in accordance with certain embodiments to be practiced, for example injected in free form in solution, or optionally attached to a barrier, or solid support, such as beads. Many suitable solid supports are used to immobilize the test compound. Examples of suitable solid supports include agarose, cellulose, dextran (ie, commercially available as Sephadex, Sepharose), carboxymethyl cellulose, polystyrene, polyethylene glycol (PEG), filter paper, nitrocellulose, ion exchange Resins, plastic films, glass beads, polyaminemethylvinylether maleic acid copolymers, amino acid copolymers, ethylene-maleic acid copolymers, nylon, silk and the like. In addition, in the methods and devices described herein, the test compounds are screened individually or in-flight. Group screening is particularly useful when it is expected to have a low hit rate for an effective test compound and has a positive result except for only one for a given group. Alternatively, the group screening is used when the results of different test compounds are differentially detected in a single system, for example via differential labeling to enable separate detection, or electrophoretic separation of the results.

시험 화합물은 시판되거나, 앞서 설명되고 당업자에게 자명한 여러 가지 생물학적 공급원 중 어느 하나로부터 유도된다. 하나의 일면에서, 환자로부터의 조직 균등액 또는 혈액 샘플은 본 발명의 검정 시스템으로 시험된다. 예를 들어, 하나의 일면에서, 혈액은 생물학적으로 관련된 분자의 존재 또는 활성에 대해 시험된다. 예를 들어, 효소의 존재 및 활성 수준은 생물학적 샘플에 효소 기질을 공급하고 본 발명의 검정 시스템을 사용하여 생성물의 형성을 검출함으로써 검출된다. 유사하게, 하나의 일면에서, 감염성 병원균(바이러스, 박테리아, 진균류 등) 또는 암성 종양의 존재는 병원균 또는 종양 세포, 단백질, 세포막, 세포 추출물등과 같은 병원균 또는 종양 성분에 표지된 리간드의 결합을 측정하거나, 대안적으로 환자의 혈액중에서 병원균 또는 종양에 대한 항체의 존재를 측정함으로써 시험될 수 있다. 예를 들어, HIV 단백질과 같은 바이러스성 단백질에 환자의 혈액으로부터의 항체 결합을 측정하는 것은 바이러스에 대한 환자 노출을 측정하기 위한 공통적인 시험이다. 병원균 감염에 대한 많은 검정은 널리 공지되어 있으며, 본 발명의 검정 시스템에 적용될 수 있다.Test compounds are commercially available or derived from any of a variety of biological sources described above and apparent to those skilled in the art. In one aspect, tissue equivalents or blood samples from the patient are tested with the assay system of the present invention. For example, in one aspect, blood is tested for the presence or activity of biologically related molecules. For example, the presence and activity level of an enzyme is detected by feeding the enzyme substrate to a biological sample and detecting the formation of the product using the assay system of the present invention. Similarly, in one aspect, the presence of infectious pathogens (viruses, bacteria, fungi, etc.) or cancerous tumors measure binding of labeled ligands to pathogens or pathogens or tumor components such as tumor cells, proteins, membranes, cell extracts, and the like. Or, alternatively, by measuring the presence of antibodies to pathogens or tumors in the blood of the patient. For example, measuring antibody binding from a patient's blood to viral proteins such as HIV proteins is a common test to measure patient exposure to viruses. Many assays for pathogen infections are well known and can be applied to the assay system of the present invention.

생물학적 샘플은 정맥 천자 또는 조직 생검과 같은 널리 공지된 기술을 사용하여 환자로부터 유도한다. 생물학적 물질이 사람을 제외한 동물, 예컨대 상업적으로 관련된 가축으로부터 유도되는 경우, 혈액 및 조직 샘플은 가축 처리 플랜트로부터 편리하게 수득된다. 유사하게, 본 발명의 검정에 사용되는 식물 재료는 농작물 또는 원예 작물 공급원으로부터 편리하게 유도된다. 대안적으로, 생물학적 샘플은 조직 및/또는 혈액이 저장되는 세포 또는 혈액 은행으로부터, 또는 세포 배양물과 같은 생체외 공급원으로부터 공급될 수 있다. 생물학적 물질의 공급원으로서 사용하기 위한 세포의 배양물을 설정하기 위한 기술 및 방법은 당업자들에게 널리 공지되어 있다. 하기 문헌은 세포 배양물에 대한 일반적인 유도법을 제공한다[참고 문헌: Freshney Culture of Animal Cells, a Manual of Basic Technique, Third Edition Wiley-Liss, New York (1994)].Biological samples are derived from patients using well known techniques such as venipuncture or tissue biopsy. If the biological material is derived from animals other than humans, such as commercially relevant livestock, blood and tissue samples are conveniently obtained from the livestock treatment plant. Similarly, the plant material used in the assays of the present invention is conveniently derived from a crop or horticultural crop source. Alternatively, the biological sample may be supplied from a cell or blood bank in which tissue and / or blood is stored, or from an ex vivo source such as a cell culture. Techniques and methods for establishing a culture of cells for use as a source of biological material are well known to those skilled in the art. The following documents provide general induction methods for cell cultures (Freshney Culture of Animal Cells, a Manual of Basic Technique, Third Edition Wiley-Liss, New York (1994)).

II.II. 검정 시스템Black system

상기에 기재한 바와 같이, 본 발명의 스크리닝 방법은 일반적으로 미세한 유체 장치 또는 "미량실험용 시스템"에서 수행되며, 이 시스템은 검정, 자동화를 수행하고 검정 시스템에 대한 환경 영향, 예를 들어 소실, 오염, 사람 실수 등을 최소화하는데 필요한 요소의 통합을 고려한다. 본 발명의 검정 방법을 수행하기 위한 수많은 장치가 하기의 상세한 설명 부분에 기재되어 있다. 그러나, 이러한 장치의 구체적인 배열은 일반적으로 검정 유형 및/또는 목적하는 검정 배향에 따라 달라지는 것이 인지될 것이다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 본 발명의 스크리닝 방법은 2개의 교차 채널을 갖는 미세한 유체 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 더욱 복잡한 검정 또는 검정 배향에 있어서, 다중 채널/교차 장치가 임의로 사용된다. 이 장치의 적은 범위의 통합률 및 자가 함유 특성은 미량실험용 시스템의 환경내에서 실현하려는 어떠한 검정 배열을 궁극적으로 고려한다.As described above, the screening methods of the present invention are generally carried out in microfluidic devices or "microscopic experimental systems", which perform assays, automation and environmental impacts on the assay system, e.g., loss, contamination. Consider integrating the elements necessary to minimize human error. Numerous devices for carrying out the assay methods of the present invention are described in the detailed description below. However, it will be appreciated that the specific arrangement of such a device generally depends on the type of assay and / or desired assay orientation. For example, in some embodiments, the screening method of the present invention can be performed using a microfluidic device having two crossing channels. For more complex assays or assay orientations, multichannel / crossover devices are optionally used. The low integration and self-contained nature of this device ultimately takes into account any assay arrangements to be realized within the environment of microexperimental systems.

A. 동전기적 물질 운반A. Electrokinetic Material Transport

바람직한 일면에서, 본원에 기재된 장치, 방법 및 시스템은 동전기적 물질 운반 시스템, 바람직하게는 조절된 동전기적 물질 운반 시스템을 사용한다. 본원에 사용되는 "동전기적 물질 운반 시스템"은 전기장 적용을 통해 서로 연결된 채널 및/또는 챔버를 함유하는 구조내에 물질을 운반시키고 유도함으로써, 채널 및/또는 챔버를 통한 이들 사이에서의 물질 운반, 즉 양이온이 음극으로 운반되는 동안, 음이온이 양극으로 이송하는 물질 운반을 일으키는 시스템을 포함한다.In a preferred aspect, the devices, methods and systems described herein use an electrokinetic material delivery system, preferably a controlled galvanic material delivery system. As used herein, a "dynamic electrical material delivery system" refers to the delivery and delivery of material between them through channels and / or chambers, by transporting and directing materials into structures containing channels and / or chambers connected to each other through electric field applications. While the cations are transported to the cathode, they include a system that causes material transport to transport the anions to the cathode.

상기 동전기적 물질 운반 및 유도 시스템은 구조에 적용되는 전기장내에서 하전된 물질의 전기 영동적 운반에 의해서 좌우되는 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 특히 전기 영동적 물질 운반 시스템으로 명명한다. 다른 동전기적 물질 유도 및 운반 시스템은 상기 구조에 반하는 전기장을 적용하였을 때의 채널 또는 챔버내에서 이루어지는 유체 및 물질의 전기삼투 흐름에 의해서 좌우된다. 간단히 언급하면, 유체가 에칭된 유리 채널 또는 유리 미세 모세관에서 하전된 작용기, 예를 들어 히드록실기가 있는 표면을 갖는 채널내로 유입되는 경우, 상기 기들은 이온화될 수 있다. 히드록실 작용기의 경우에, 예컨대 중성 pH에서의 이러한 이온화에 의해서 표면으로부터 및 유체내로 양성자가 방출되고, 유체/표면 계면 근처에서 양성자의 농도를 생성시키거나, 채널에서 다량의 유체를 둘러싸고 있는, 양성으로 하전된 시쓰(sheath)를 형성한다. 채널의 길이에 대한 전압 구배의 적용은 양성자 시쓰, 뿐만 아니라 이것이 둘러싸고 있는 유체가 전압 강하 방향으로, 즉 음극을 향해 운반되게 할 것이다.The electrokinetic material transport and induction system includes a system that depends on the electrophoretic transport of charged material in an electric field applied to the structure. The system is specifically termed an electrophoretic material transport system. Other electrokinetic material induction and delivery systems rely on the electroosmotic flow of fluids and materials within channels or chambers when an electric field against the structure is applied. In brief, when the fluid is introduced into an etched glass channel or a channel having a surface with charged functional groups, for example hydroxyl groups, in the glass microcapillary, the groups can be ionized. In the case of hydroxyl functional groups, such ionization at neutral pH, for example, releases protons from the surface and into the fluid, creating a concentration of protons near the fluid / surface interface, or enclosing a large amount of fluid in the channel. To form a charged sheath. Application of the voltage gradient to the length of the channel will cause the proton sheath as well as the fluid it surrounds to be carried in the direction of the voltage drop, ie towards the cathode.

본원에서 사용되는 "조절된 동전기적 물질 운반 및 유도"는 상기한 바와 같이, 다수의, 즉 두 개 보다 많은 전극에 적용되는 전압을 활발하게 조절하는 동전기적 시스템에 관한 것이다. 다시 말해, 상기 조절된 동전기적 시스템은 2개 이상의 교차 채널에 대해 적용되는 전압 구배를 동시에 조절한다. 조절된 동전기적 물질 운반은 본원에 참고 문헌으로서 인용된 람세이(Ramsey)의 PCT 출원 WO 96/04547에 기재되어 있다. 특히, 본원에 기재된 바람직한 미세한 유체 장치 및 시스템은 2개 이상의 교차 채널 또는 유체 도관, 예를 들어 서로 연결된 밀폐된 챔버를 포함하는 본체 구조를 포함하며, 채널은 3개 이상의 교차되지 않은 말단을 포함한다. 2개 채널의 교차 지점은 2개 이상의 채널이 서로 유체 소통되는 지점을 말하며, 다수 채널의 "T" 교차, 십자 교차, "웨건 바퀴" 교차, 또는 2개 이상의 채널이 서로 유체 소통되는 다른 채널 구조를 포함한다. 채널의 교차되지 않은 말단은 채널이 또 다른 채널과의 채널 교차, 예를 들어 "T" 교차의 결과로서 교차되지 않는 지점이다. 바람직한 일면에서, 장치는 4개 이상의 교차되지 않은 말단을 갖는 3개 이상의 교차 채널을 포함할 것이다. 기본 십자 채널 구조에서, 단일 수평 채널이 교차되고 단일 수직 채널에 의해 교차되는 경우, 조절된 동전기적 물질 운반은 교차 부분에서 다른 채널로부터의 흐름을 억제함으로써, 교차 부분을 통해 물질 운반 흐름을 조절적으로 유도하도록 작동한다. 예를 들어, 수평 채널을 통한 제 1 물질이 목적하는 수송 방향으로, 예를 들어 수직 채널과의 교차 부분에 대해 왼쪽에서 오른쪽으로 유도된다. 교차 부분에 대한 물질의 간단한 동전기적 물질 운반은 수평 채널을 길이에 대해 전압 구배를 적용함으로써, 즉 채널의 왼쪽 말단에 제 1 전압을 인가하고, 채널의 오른쪽 말단에 더 낮은 제 2 전압을 인가하거나, 오른쪽 말단을 부유시킴(전압이 전혀 적용되지 않음)으로써 수행된다. 그러나, 이러한 교차 부분을 통한 이러한 유형의 물질 흐름에 의해서 교차 부분에서 상당량이 확산되며, 이것은 사용된 매질중에 운반되는 물질의 자연적인 확산 성질 뿐만 아니라 교차 부분에서의 대류 효과로부터 기인하는 것이다.As used herein, “adjusted electrokinetic material transport and derivation” relates to an electrokinetic system that actively regulates the voltage applied to multiple, ie more than two electrodes, as described above. In other words, the regulated electrokinetic system simultaneously adjusts the voltage gradient applied for two or more crossover channels. Controlled electrokinetic material transport is described in Ramsey's PCT application WO 96/04547, which is incorporated herein by reference. In particular, the preferred microfluidic devices and systems described herein comprise a body structure comprising two or more cross channels or fluid conduits, for example a closed chamber connected to one another, the channels comprising three or more non-crossed ends. . An intersection point of two channels refers to a point at which two or more channels are in fluid communication with each other, and a "T" intersection, a cross, a "wagon wheel" intersection of multiple channels, or another channel structure in which two or more channels are in fluid communication with each other. It includes. The non-crossed end of the channel is the point where the channel does not cross as a result of channel crossing with another channel, eg, a "T" crossing. In a preferred aspect, the device will comprise three or more crossing channels with four or more non-crossing ends. In the basic cross-channel structure, when a single horizontal channel is crossed and crossed by a single vertical channel, the regulated electrokinetic material transport regulates the material transport flow through the intersection by inhibiting flow from other channels at the intersection. It works to induce For example, the first material through the horizontal channel is directed in the desired transport direction, for example from left to right with respect to the intersection with the vertical channel. Simple electrokinetic material transport of the material to the intersection can be achieved by applying a voltage gradient over the length of the horizontal channel, i.e. applying a first voltage at the left end of the channel and a lower second voltage at the right end of the channel, or , By floating the right end (no voltage applied). However, this type of mass flow through these cross sections results in significant diffusion at the cross sections, which results from the convective effect at the cross sections as well as the natural diffusion properties of the materials carried in the medium used.

조절된 동전기적 물질 운반에서, 교차 부분을 가로질러 운반되는 물질은 측면 채널, 예를 들어 상부 및 하부 채널로부터 낮은 수준의 흐름에 의해서 억제된다. 이것은 물질 흐름 경로를 따라, 예를 들어 수직 채널의 상부 또는 하부 말단에서 오른쪽 말단을 향해 약한 전압 구배를 적용함으로써 수행된다. 그 결과 교차 부분에서의 물질 흐름이 "중단(pinching)"되며, 이것은 수직 채널내로 물질이 확산되는 것을 방해한다. 그 다음 교차 부분에서 물질의 핀칭된 부피는 수직 채널 길이에 대해, 즉 상부 말단에서 하부 말단으로 전압 구배를 적용함으로써 수직 채널 내로 주입될 수 있다. 이러한 주입 과정 동안에 수평 채널로부터 물질이 방출되는 것을 피하기 위해, 낮은 수준의 흐름이 측면 채널내로 역으로 유도되어 교차 부분으로부터 물질이 역전된다.In controlled electrokinetic material delivery, the material carried across the intersection is suppressed by low levels of flow from the side channels, for example the upper and lower channels. This is done by applying a weak voltage gradient along the material flow path, for example from the upper or lower end of the vertical channel towards the right end. As a result, the material flow at the intersection is "pinching", which prevents material from diffusing into the vertical channel. The pinched volume of material at the intersection can then be injected into the vertical channel by applying a voltage gradient over the vertical channel length, ie from the top end to the bottom end. In order to avoid release of material from the horizontal channel during this injection process, a low level of flow is directed back into the side channel to reverse the material from the intersection.

중단된 주입 계획 이외에, 조절된 동전기적 물질 운반은 기계 또는 이동 부분을 전혀 포함하지 않는 가상 밸브를 형성하는데 용이하게 이용된다. 구체적으로, 상기에 기재된 십자 교차 부분과 관련하여, 하나의 채널 부분에서 또 다른 부분으로의 물질 흐름, 예를 들어 수평 채널의 왼쪽 아암(arm)에서 오른쪽 아암으로의 흐름은 수직 채널로부터의 조절된 흐름, 예를 들어 수직 채널로부터의 하부 아암에서 상부 아암으로의 흐름에 의해 효과적으로 조절되고, 중단되고 재개시될 수 있다. 구체적으로, "오프" 모드에서, 물질은 왼쪽 및 상부 말단에 대해 전압 구배를 적용함으로써 교차 부분을 통해, 왼쪽 아암에서 상부 아암내로 수송된다. 억제 흐름은 경로(하부 단부로부터 상부 단부)를 따라 유사한 전압 구배를 적용함으로써 하부 아암에서 상부 아암으로 유도된다. 그 다음 계량된 양의 물질이 왼쪽에서 상부, 왼쪽에서 오른쪽으로 적용된 전압 구배를 스위치시킴으로써 수평 채널의 왼쪽 아암에서 오른쪽 아암으로 분산된다. 적용된 전압 구배 및 시간의 양은 이러한 방식으로 분산되는 물질의 양을 규정한다. 예시 목적으로 4가지 방식에 대하여 기재할지라도, 십자 교차의, 이러한 조절된 동전기적 물질 운반 시스템은 더욱 복잡한 서로 연결된 채널 네트워크, 예를 들어 서로 연결된 병행 채널의 배열에 대해 서로 용이하게 적용할 수 있다.In addition to the interrupted infusion schedule, controlled electrokinetic material delivery is readily utilized to form a virtual valve that contains no mechanical or moving parts at all. Specifically, with respect to the cross-crossing portions described above, the flow of material from one channel portion to another, for example from the left arm to the right arm of the horizontal channel, is regulated from the vertical channel. It can be effectively controlled, interrupted and restarted by the flow, for example from the lower arm to the upper arm from the vertical channel. Specifically, in the "off" mode, the material is transported from the left arm to the upper arm through the intersection portion by applying a voltage gradient to the left and top ends. Inhibitory flow is directed from the lower arm to the upper arm by applying a similar voltage gradient along the path (lower end to upper end). A metered amount of material is then dispersed from the left arm of the horizontal channel to the right arm by switching the applied voltage gradient from left to top and from left to right. The amount of voltage gradient and time applied defines the amount of material dispersed in this manner. Although described for the four approaches for illustrative purposes, this controlled electrokinetic material transport system of cross-crossing can be easily adapted to each other for more complex interconnected channel networks, for example an array of interconnected parallel channels. .

B. 연속 흐름 검정 시스템B. Continuous Flow Assay System

하나의 바람직한 측면에서, 본 발명의 방법 및 장치는 연속 흐름 검정 시스템을 사용하여 시험 화합물을 스크리닝시키는데 사용된다. 일반적으로, 연속 흐름 검정 시스템은 효소 활성의 억제제 또는 유도제, 또는 수용체-리간드 결합의 효능제 또는 길항제를 스크리닝하는데 용이하게 사용될 수 있다. 간단하게, 연속 흐름 검정 시스템은 미세제조된 채널을 따른 특정 생화학적 시스템의 연속 흐름을 포함한다. 본원에 사용되는 용어 "연속"은 일반적으로 연속적으로 흐르는 특정 조성물의 끊어지지 않거나 계속되는 스트림을 말한다. 예를 들어, 연속 흐름은 속도 모음을 갖는 일정한 유체 흐름, 또는 대안적으로, 전체 시스템의 흐름 속도에서 일시적으로 멈춰서 다른 방식으로 흐름 스트림을 방해하지 않는 유체 흐름을 포함할 수 있다. 스트림의 기능은, 검출될 수 있는 사건 또는 시그널 발생으로 표시된다. 하나의 바람직한 구체예에서, 검출가능한 시그널은 사용되는 특정 모델 시스템의 작용과 관련된, 임의의 검출가능한 색소 생성 또는 형광 시그널을 포함한다. 효소 시스템에 있어서, 상기 시그널은, 예를 들어 색소 생성 또는 형광 발생 기질상에서의 일반적으로 효소의 촉매적 작용의 생성물에 의해 생성될 것이다. 결합 시스템, 예를 들어 수용체 리간드 상호 작용에 있어서, 시그널은 보편적으로 수용체를 갖는 표지된 리간드의 결합, 또는 그 반대 결합를 포함한다.In one preferred aspect, the methods and apparatus of the present invention are used to screen test compounds using a continuous flow assay system. In general, continuous flow assay systems can be readily used to screen inhibitors or inducers of enzymatic activity, or agonists or antagonists of receptor-ligand binding. In brief, the continuous flow assay system comprises a continuous flow of a particular biochemical system along the microfabricated channels. As used herein, the term "continuous" generally refers to an unbroken or continuous stream of a particular composition that flows continuously. For example, a continuous flow may include a constant fluid flow with a collection of velocities, or alternatively a fluid flow that temporarily stops at the flow velocity of the entire system and does not otherwise interfere with the flow stream. The function of the stream is indicated by the occurrence of an event or signal that can be detected. In one preferred embodiment, the detectable signal comprises any detectable pigment production or fluorescence signal related to the action of the particular model system used. In enzyme systems, the signal will be generated by, for example, the product of the catalytic action of the enzyme, generally on a pigment producing or fluorescence generating substrate. In binding systems, such as receptor ligand interactions, the signal typically involves binding of the labeled ligand with the receptor, or vice versa.

기타 여러 가지 검출가능한 시그널 및 표지(label)는 또한 본 발명의 검정 및 장치에서 사용될 수 있다. 상기 색소 생성 및 형광 발생 시그널 외에, 방사능 물질 붕괴, 전자 밀도, pH 변화, 용매 점도, 온도 및 염 농도가 또한 적절하게 측정된다.Various other detectable signals and labels can also be used in the assays and devices of the present invention. In addition to the pigmentation and fluorescence generation signals, radioactive material decay, electron density, pH change, solvent viscosity, temperature and salt concentration are also appropriately measured.

보다 일반적으로, 표지는 분광학, 광화학, 생화학, 면역 화학, 또는 다른 화학 수단에 의해 통상적으로 검출될 수 있다. 예를 들어, 유용한 핵산 표지는 32P, 35S, 형광 염료, 전자 농후성 시약, 효소(예를 들어, ELISA에서 통상적으로 사용되는 것), 비오틴, 디옥시게닌, 또는 합텐 및 항혈청 또는 모노클론성 항체가 이용될 수 있는 단백질을 포함한다. 생물학적 성분을 표지화시키는데 적합한 다양한 표지가 공지되어 있고 과학 및 특허 문헌 모두에 있어서 광범위하게 보고되어 있으며, 생물학적 성분의 표지화를 위해 본 발명에 일반적으로 적용될 수 있다. 적합한 표지는 또한 방사 누클레오티드, 효소, 기질, 보조 인자, 억제제, 형광 부분, 화학 발광 부분, 자기성 입자 등을 포함한다. 표지화제는 임의로, 예컨대 단클론성 항체, 다클론성 항체, 단백질, 또는 다른 중합체, 예컨대 친화성 매트릭스, 탄수화물 또는 지질을 포함한다. 검출은 방사성 또는 형광 마아커의 분광 광도 측정 또는 광학 탐지, 또는 크기, 전하 또는 친화도를 기초로 하는 분자를 탐지하는 다른 방법을 포함하는 여러 가지 공지된 방법중 하나에 의해 수행된다. 검출가능한 부분은 검출가능한 물리적 또는 화학적 성질을 갖는 어떠한 물질일 수 있다. 상기 검출가능한 표지는 겔 전기 영동, 칼럼 크로마토그래피, 고체 기질, 분광학 기술 등의 분야에서 널리 개발되어 있으며, 일반적으로, 상기 방법에 유용한 표지는 본 발명에 적용될 수 있다. 이와 같이, 표지는 분광학, 광화학, 생화학, 면역 화학, 전기, 광학 열 또는 화학 수단에 의해 검출될 수 있는 조성물이다. 본 발명에 유용한 표지는 형광 염료(예를 들어, 형광 이소티오시아네이트, 텍사스 레드, 로다민 등), 방사능 표지(예를 들어, 3H, 125I, 35S, 14C, 32P 또는 33P), 효소(예를 들어, LacZ, CAT, 양고추냉이 퍼옥시다아제, 알칼리성 포스파타아제 및 검출가능한 효소로서 사용되거나, 마아커 생성물로서나 ELISA에서 통상 사용되는 다른 물질), 핵산 삽입물(예를 들어, 에티듐 브로마이드), 및 비색계 표지, 예컨대 콜로이드성 금 또는 착색된 유리 또는 플라스틱(예를 들어, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 라텍스 등) 비드를 포함한다.More generally, the label can typically be detected by spectroscopy, photochemistry, biochemistry, immunochemistry, or other chemical means. For example, useful nucleic acid labels include 32P, 35S, fluorescent dyes, electron thickening reagents, enzymes (eg, those commonly used in ELISAs), biotin, dioxygenin, or hapten and antiserum or monoclonal antibodies. Include proteins that can be used. Various labels suitable for labeling biological components are known and widely reported in both the scientific and patent literature and can be generally applied to the present invention for labeling biological components. Suitable labels also include radiation nucleotides, enzymes, substrates, cofactors, inhibitors, fluorescent moieties, chemiluminescent moieties, magnetic particles, and the like. Labeling agents optionally include, for example, monoclonal antibodies, polyclonal antibodies, proteins, or other polymers such as affinity matrices, carbohydrates or lipids. Detection is performed by one of several known methods, including spectrophotometric or optical detection of radioactive or fluorescent markers, or other methods of detecting molecules based on size, charge, or affinity. The detectable moiety can be any substance having detectable physical or chemical properties. Such detectable labels are widely developed in the fields of gel electrophoresis, column chromatography, solid substrates, spectroscopy techniques and the like, and in general, labels useful in the method can be applied to the present invention. As such, the label is a composition that can be detected by spectroscopy, photochemistry, biochemistry, immunochemistry, electrical, optical thermal or chemical means. Labels useful in the present invention include fluorescent dyes (eg, fluorescent isothiocyanates, Texas red, rhodamine, etc.), radioactive labels (eg, 3H, 125I, 35S, 14C, 32P or 33P), enzymes (eg For example, LacZ, CAT, horseradish peroxidase, alkaline phosphatase and other substances used as detectable enzymes, or as marker products or commonly used in ELISAs), nucleic acid inserts (e.g., ethidium bromide) And colorimetric labels such as colloidal gold or colored glass or plastic (eg, polystyrene, polypropylene, latex, etc.) beads.

형광 표지는 특히 바람직한 표지이다. 바람직한 표지는, 보편적으로 표지화 시의 고민감성, 고안정성, 낮은 바탕값, 낮은 환경 민감성 및 고특이성 중 하나 이상에 의해 특징된다.Fluorescent labels are particularly preferred labels. Preferred labels are generally characterized by one or more of the high sensitivity, high stability, low background value, low environmental sensitivity and high specificity in labeling.

본 발명의 표지내로 혼입될 수 있는, 일반적으로 공지된 형광 부분으로는 1- 및 2-아미노나프탈렌, p,p'-디아미노스틸벤, 피렌, 4급 페난트리딘, 9-아미노아크리딘, p,p'-디아미노벤조페논 이민, 안트라센, 옥사카르보시아닌, 메로시아닌, 3-아미노에퀼레닌, 페릴렌, 비스-벤즈옥사졸, 비스-p-옥사졸릴 벤젠, 1,2-벤조페나진, 레티놀, 비스-3-아미노피리디늄 염, 헬레브리게닌, 테트라시클린, 스테로페놀, 벤즈이미다졸릴페닐아민, 2-옥소-3-크로멘, 인돌, 크산텐, 7-히드록시쿠마린, 페녹사진, 칼리실레이트, 스트로판티딘, 포르피린, 트리아릴메탄 및 플라빈이 포함된다. 본 발명의 장치 또는 검정에서 바람직하게 검출되는 효소에 결합하기 위한 작용기를 갖거나, 상기 작용기를 혼입하도록 개질될 수 있는 개개의 형광 화합물로는, 예를 들어 단실 클로라이드; 3,6-디히드록시-9-페닐크산히드롤과 같은 플루오레세인; 로드아민이소티오시아네이트; N-페닐 1-아미노-8-술포나토나프탈렌; N-페닐 2-아미노-6-술포나토나프탈렌; 4-아세트아미도-4-이소티오시아나토-스틸벤-2,2'-디술폰산; 피렌-3-술폰산; 2-톨루이디노나프탈렌-6-술포네이트; N-페닐-N-메틸-2-아미노나프탈렌-6-술포네이트; 에티듐 브로마이드; 스테브린; 아우로민-0,2-(9'-안트로일)팔미테이트; 단실 포스파티딜에탄올아민; N,N'-디옥타데실 옥사카르보시아닌; N,N'-디헥실 옥사카르보시아닌; 메로시아닌, 4-(3'-피레닐)스테아레이트; d-3-아미노데속시-에퀼레닌; 12-(9'-안트로일)스테아레이트; 2-메틸안트라센; 9-비닐안트라센; 2,2'-(비닐렌-p-페닐렌)비스벤즈옥사졸, p-비스(2-(4-메틸-5-페닐-옥사졸릴))벤젠; 6-디메틸아미노-1,2-벤조페나진; 레티놀; 비스(3'-아미노피리디듐); 1,10-데칸디일 디요다이드; 헬리브리에닌의 술포나프틸히드라존; 클로로테트라시클린; N-(7-디메틸아미노-4-메틸-2-옥소-3-크로메닐)말레이미드; N-(p-(2-벤즈이미다졸릴)-페닐)말레이미드; N-(4-플루오란틸)말레이미드; 비스(호모바닐산); 레사자린; 4-클로로-7-니트로-2,1,3-벤조옥사디아졸; 메로시아닌 540; 레조루핀; 로즈 벵골; 및 2,4-디페닐-3(2H)-푸라논이 포함된다. 여러 가지 형광 택(tag)은 시그마 케미칼 컴패니(SIGMA chemical company: 미주리 세인트 루이스에 소재), 몰레큘라 프로브스, R&D 시스템(Molecular probes, R&D systems: 미네소타 미네아 폴리스 소재), 파마시아 엘케이비 바이오테크놀로지(Pharmacia LKB Biotechnology: 뉴저지 피츠카타웨이에 소재), 클론테크 래버러토리스, 인코포레이티드(CLONTECH Laboratories, Inc.: 캘리포니아 팔로 알토 소재), 켐 진스 코포레이션, 알드리치 케미칼 컴패니(Chem Genes Corp., Aldrich Chemical Company: 와이오밍 밀워키 소재), 글렌 리서치 인코포레이티드, 기브코 비알엘 테크놀로지스, 인코포레이티드(Glenn Research Inc., GIBCO BRL Life Technologies, Inc.: 메릴랜드 가이써스버그 소재), 플루카 케미카-바이오케미카 어낼리티카(Fluka Chemica-Biochemika Analytica: 스위스 뷰크스 소재), 및 어플라이드 바이오시스템스(Applied Biosystems: 캘리포니아 포스터 시티 소재) 뿐만 아니라 당업자에게 공지된 다른 회사에서 시판되고 있다.Commonly known fluorescent moieties that can be incorporated into the labels of the invention include 1- and 2-aminonaphthalene, p, p'-diaminostilbene, pyrene, quaternary phenanthridine, 9-aminoacridine , p, p'-diaminobenzophenone imine, anthracene, oxcarbocyanine, merocyanine, 3-aminoequilenine, perylene, bis-benzoxazole, bis-p-oxazolyl benzene, 1,2 -Benzophenazine, retinol, bis-3-aminopyridinium salt, helebrigenin, tetracycline, sterophenol, benzimidazolylphenylamine, 2-oxo-3-chromen, indole, xanthene, 7 Hydroxycoumarins, phenoxazines, carboxylates, stropantidine, porphyrins, triarylmethanes and flavins. Individual fluorescent compounds which have a functional group for binding to an enzyme preferably detected in the device or assay of the present invention or which can be modified to incorporate the functional group include, for example, monosil chloride; Fluorescein, such as 3,6-dihydroxy-9-phenylxyl hydrochloride; Rod amine isothiocyanate; N-phenyl 1-amino-8-sulfonatonaphthalene; N-phenyl 2-amino-6-sulfonatonaphthalene; 4-acetamido-4-isothiocyanato-stilbene-2,2'-disulfonic acid; Pyrene-3-sulfonic acid; 2-toluidinonaphthalene-6-sulfonate; N-phenyl-N-methyl-2-aminonaphthalene-6-sulfonate; Ethidium bromide; Stebrin; Auromine-0,2- (9'-antroyl) palmitate; Single phosphatidylethanolamine; N, N'-dioctadecyl oxcarbocyanine; N, N'-dihexyl oxcarbocyanine; Merocyanine, 4- (3'-pyrenyl) stearate; d-3-aminodecoxy-equilenin; 12- (9'-antroyl) stearate; 2-methylanthracene; 9-vinylanthracene; 2,2 '-(vinylene-p-phenylene) bisbenzoxazole, p-bis (2- (4-methyl-5-phenyl-oxazolyl)) benzene; 6-dimethylamino-1,2-benzophenazine; Retinol; Bis (3'-aminopyrididium); 1,10-decanediyl diyodide; Sulfonaphthylhydrazone of helibrienin; Chlorotetracycline; N- (7-dimethylamino-4-methyl-2-oxo-3-chromenyl) maleimide; N- (p- (2-benzimidazolyl) -phenyl) maleimide; N- (4-fluoranthyl) maleimide; Bis (homovanylic acid); Resazarin; 4-chloro-7-nitro-2,1,3-benzooxadiazole; Merocyanine 540; Resorphin; Rose Bengal; And 2,4-diphenyl-3 (2H) -furanone. Several fluorescent tags are available from SIGMA chemical company (St. Louis, MO), Molecular probes, R & D systems (Minneapolis, Minneapolis), and Pharmacia Elkabi Biotechnology Pharmacia LKB Biotechnology: Fitzkataway, NJ), CloneTech Laboratories, Inc. (Palo Alto, Calif.), Chem Genes Corp., Aldrich Chemical Company Company: Milwaukee, WY, Glen Research Inc., Gibco BIAL Technologies, Inc. (GIBCO BRL Life Technologies, Inc., Gaithersburg, MD), Fluka Chemica Fluka Chemica-Biochemika Analytica (Bux, Switzerland), and Applied Biosyst ems (Foster City, Calif.) as well as other companies known to those skilled in the art.

바람직하게, 형광 표지는 약 300nm 초과, 바람직하게는 약 350nm 초과, 더욱 바람직하게는 약 400nm를 초과하는 파장에서 빛을 흡수하며, 흡수된 빛의 파장 보다 약 10nm 이상 더 높은 파장에서 방출한다. 결합된 표지의 흡수 및 방출 특징은 결합하지 않은 표지와 상이할 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 그러므로, 표지의 특징 및 다양한 파장 범위를 언급하는 경우, 사용된 표지는 나타내되 임의 용매에서 특징지어지고 컨쥬게이트되지 않는 표지는 나타내지 않는다.Preferably, the fluorescent label absorbs light at wavelengths greater than about 300 nm, preferably greater than about 350 nm, more preferably greater than about 400 nm, and emits at a wavelength that is at least about 10 nm higher than the wavelength of the absorbed light. It should be noted that the absorption and release characteristics of the bound label may differ from the unbound label. Therefore, when referring to the characteristics of the label and the various wavelength ranges, the label used is shown but not a label that is characterized and not conjugated in any solvent.

형광 표지는 빛으로 형광 표지를 조사함으로써, 발명자가 다수의 방출을 확인할 수 있기 때문에 바람직한 부류의 검출가능한 표지이다. 따라서, 단일 표지가 측정가능한 사건에 대해 제공될 수 있다. 검출가능한 시그널은 또한 화학적 발광 및 생발광 공급원에 의해 제공될 수 있다. 화학적 발광 공급원으로는, 화학 반응에 의해 전기적으로 여기된 후 검출가능한 시그널로서 작용하거나 형광 수용체에 에너지를 제공하는 빛을 방출할 수 있는 화합물이 포함된다. 다양한 화합물 부류가 변화 또는 조건하에서 화학적 발광을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 화합물 중 하나의 부류는 2,3-디히드로-1,4-프탈라진디온이다. 가장 대표적인 화합물은 5-아미노 화합물인 루미놀이다. 상기 부류의 다른 성분으로는, 5-아미노-6,7,8-트리메톡시- 및 디메틸아미노[ca]벤젠 유사체가 포함된다. 이들 화합물은, 알칼리성 과산화수소 또는 칼슘 하이포클로라이트 및 염기를 사용하여 발광될 수 있다. 다른 부류의 화합물은 2,4,5-트리페닐이미다졸이며, 이것의 모생성물에 대한 통상적인 명칭은 로핀이다. 화학발광 유사체는 파라-디메틸아미노 및 파라-메톡시 치환기를 포함한다. 화학발광은 염기 조건하에서 옥살레이트, 일반적으로는 옥살릴 활성 에스테르, 예를 들어 p-니트로페닐 및 퍼옥시드, 예를 들어 과산화수소로 수득될 수 있다. -N-알킬 아크리디늄 에스테르(염기성 H2O2) 및 디옥세탄을 포함하여, 그 밖의 유용한 화학발광 화합물이 공지되어 있으며 구입할 수 있다. 대안적으로, 루시페린이 루시페라아제 또는 루시게닌과 함께 사용되어 생물 발광을 제공할 수 있다.Fluorescent labels are a preferred class of detectable labels because the inventors can identify multiple emissions by irradiating the fluorescent labels with light. Thus, a single label can be provided for measurable events. Detectable signals can also be provided by chemiluminescent and bioluminescent sources. Chemiluminescent sources include compounds that can be electrically excited by a chemical reaction and then emit light that acts as a detectable signal or provides energy to the fluorescent receptor. Various classes of compounds have been found to provide chemiluminescence under changes or conditions. One class of compounds is 2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione. The most representative compound is luminol, a 5-amino compound. Other components of this class include 5-amino-6,7,8-trimethoxy- and dimethylamino [ca] benzene analogs. These compounds can be luminescent using alkaline hydrogen peroxide or calcium hypochlorite and bases. Another class of compounds is 2,4,5-triphenylimidazole, the common name for its parent product is lophin. Chemiluminescent analogues include para-dimethylamino and para-methoxy substituents. Chemiluminescence can be obtained under oxalates, generally oxalyl active esters such as p-nitrophenyl and peroxides such as hydrogen peroxide under basic conditions. Other useful chemiluminescent compounds are known and can be purchased, including -N-alkyl acridinium esters (basic H 2 O 2 ) and dioxetane. Alternatively, luciferin may be used in combination with luciferase or lucigenin to provide bioluminescence.

당해 기술분야에 널리 공지된 방법에 따라서 표지가 검출 대상 분자(생성물, 기질, 효소 등)에 직접 또는 간접적으로 커플링된다. 상기한 바와 같이, 요구되는 민감도, 화합물의 컨쥬게이션의 용이성, 안정도 요건, 이용가능한 장비 및 처분 규정의 선택과 함께 광범위한 표지가 사용된다. 비방사성 표지는 종종 간접 수단에 의해 부착된다. 일반적으로, 리간드 분자(예를 들어, 비오틴)가 중합체에 공유결합된다. 그런 다음, 리간드가 검출가능한 효소, 형광 화합물, 또는 화학발광 화합물과 같은, 본래 검출가능하거나 시그널 시스템에 공유결합되는 안티 리간드(예를 들어 스트렙타비딘) 분자에 결합된다. 다수의 리간드 및 안티 리간드가 사용될 수 있다. 리간드가 자연의 안티 리간드, 예를 들어, 비오틴, 티록신, 및 코티솔을 갖는 경우, 표지된 안티 리간드와 함께 사용될 수 있다. 대안적으로, 임의의 합텐성 또는 항원성 화합물이 항체와 조합하여 사용될 수 있다. 표지는 예를 들어 효소 또는 형광단과의 컨쥬게이션에 의해 시그널 발생 화합물에 직접 컨쥬게이션될 수 있다. 표지로서 관심의 대상인 효소는 주로 히드로라아제, 특히 포스파타아제, 에스테라아제 및 글리코시다아제, 또는 옥시도리덕타아제, 특히 페록시다아제일 것이다. 형광 화합물은 플루오레신 및 이의 유도체, 로다민 및 이의 유도체, 단실, 엄벨리페론 등을 포함한다. 화학발광 화합물은 루시페린, 및 2,3-디히드로프탈라진디온, 예를 들어 루미놀을 포함한다. 표지를 검출하는 수단은 당업자에게는 널리 공지되어 있다. 이와 같이, 예를 들어, 표지가 방사성 표지인 경우, 검출 수단은 섬광 계수기 또는 방사능 사진에서와 같은 사진 필름을 포함한다. 표지가 형광 표지인 경우 형광색소를 적합한 파장의 빛으로 여기시키고 생성된 형광을, 예를 들어 현미경 검사, 시각적인 조사, 및 디지털 카메라, 전하 커플링 장치(CCD) 또는 광전 배증관 및 광전관 등과 같은 전자 검출기를 사용하는 사진 필름으로 검출할 수 있다. 형광표지 및 검출 기술, 특히 현미경 검사및 분광학이 바람직하다. 유사하게, 효소 표지는 효소에 적합한 기질을 제공하고 생성된 반응 생성물을 검출함으로써 검출된다. 결국, 표지와 관련된 색만을 관찰함으로써 단순한 비색계 표지가 종종 검출된다. 예를 들어, 컨쥬게이션된 금은 종종 분홍색을 나타내며, 다양한 컨쥬게이션된 비즈는 비즈 색 자체를 나타낸다.Labels are coupled directly or indirectly to the molecule to be detected (product, substrate, enzyme, etc.) according to methods well known in the art. As noted above, a wide range of labels are used, with the required sensitivity, ease of conjugation of the compound, stability requirements, selection of available equipment and disposal regulations. Non-radioactive labels are often attached by indirect means. Generally, ligand molecules (eg biotin) are covalently bound to the polymer. The ligand is then bound to an anti-ligand (eg streptavidin) molecule that is inherently detectable or covalently bound to the signal system, such as a detectable enzyme, fluorescent compound, or chemiluminescent compound. Many ligands and anti ligands can be used. If the ligand has a natural anti ligand, such as biotin, thyroxine, and cortisol, it can be used with labeled anti ligand. Alternatively, any haptenic or antigenic compound can be used in combination with the antibody. The label can be conjugated directly to the signal generating compound, for example by conjugation with an enzyme or fluorophore. Enzymes of interest as labels will mainly be hydrolases, in particular phosphatase, esterases and glycosidases, or oxidoreductases, in particular peroxidases. Fluorescent compounds include fluorescein and derivatives thereof, rhodamine and derivatives thereof, dansyl, umbelliferon and the like. Chemiluminescent compounds include luciferin and 2,3-dihydrophthalazinedione such as luminol. Means for detecting the label are well known to those skilled in the art. As such, for example, where the label is a radiolabel, the detection means comprises a scintillation counter or photographic film as in radiographic photography. If the label is a fluorescent label, the fluorescent dye is excited with light of a suitable wavelength and the resulting fluorescence is, for example, microscopic, visual inspection, and digital cameras, charge coupling devices (CCDs) or photomultipliers and phototubes. It can detect with the photographic film using an electronic detector. Fluorescent labeling and detection techniques, in particular microscopy and spectroscopy, are preferred. Similarly, enzyme labels are detected by providing a substrate suitable for the enzyme and detecting the resulting reaction product. As a result, simple colorimetric labels are often detected by observing only the color associated with the label. For example, conjugated gold often shows pink, and various conjugated beads show the beads color itself.

바람직한 일면에서, 연속 시스템은 시스템에 영향을 미치는 시험 화합물이 도입되는 경우에만 변하는 일정한 시그널을 발생시킨다. 특히, 시스템 성분이 채널을 따라서 흐르는 경우, 성분은 채널의 윈도우 또는 검출 영역에서 비교적 일정한 수준의 시그널을 발생시킬 것이다. 시험 화합물이 주기적으로 도입되어, 시스템 성분과 혼합된다. 이들 시험 화합물이 시스템에 영향을 미치는 경우에, 이들은 검출 윈도우에서 일정한 수준의 시그널로부터 일탈될 것이다. 그런 다음, 이러한 일탈은 스크리닝되는 특정의 시험 화합물과 상호관련될 수 있다.In a preferred embodiment, the continuous system generates a constant signal that changes only when a test compound is introduced that affects the system. In particular, when system components flow along a channel, the components will generate a relatively constant level of signal in the window or detection region of the channel. Test compounds are introduced periodically and mixed with the system components. If these test compounds affect the system, they will deviate from a constant level of signal in the detection window. This deviation can then be correlated with the particular test compound being screened.

일련의 또는 연속적인 검정의 기하학적 구조에 사용하기 위한 장치의 한 구체예가 도 1에 도시된다. 도시된 바와 같이, 전체 장치(100)는 평면 기재(102)내에 제작된다. 적합한 기재 물질은 장치에 의해 수행하고자 하는 특정의 조작에 존재하는 조건과 이들의 양립성을 토대로 하여 일반적으로 선택된다. 이러한 조건은 pH의 양 극단, 온도, 염의 농도, 및 전기장의 인가를 포함할 수 있다. 또한, 기재 물질은 장치에 의해 수행하고자 하는 분석 또는 합성의 중요한 성분에 대한 이들의 불활성에 따라서 선택된다.One embodiment of an apparatus for use in a series or continuous calibration geometry is shown in FIG. 1. As shown, the entire apparatus 100 is fabricated within the planar substrate 102. Suitable substrate materials are generally selected based on their compatibility with the conditions present in the particular operation to be performed by the device. Such conditions may include both extremes of pH, temperature, salt concentration, and application of an electric field. In addition, the base materials are selected according to their inertness to important components of the analysis or synthesis to be performed by the device.

유용한 기판 재료의 예로는 중합체 기판, 예를 들어 플라스틱, 뿐만 아니라 유리, 석영 및 실리콘이 있다. 전도성 또는 반전도성 기판인 경우에, 기판상에 절연층을 포함하는 것이 일반적으로 바람직하다. 이것은 장치가 전기적인 요소, 예를 들어 전기 재료 및 유체 유도 시스템, 센서 등을 채택하고 있는 경우에 특히 중요하다. 중합체 기판의 경우에, 기판 재료는 이들이 사용될 용도에 따라서 임의로 경질성, 반경질성, 불투명, 반불투명 또는 투명하다. 예를 들어, 광학적이거나 가시적인 검출 요소를 포함하는 장치는, 적어도 부분적으로, 검출을 허용하거나 적어도 검출을 용이하게 하는 투명한 물질로 제작되는 것이 일반적일 것이다. 대안적으로, 예를 들어 유리 또는 석영의 투명한 윈도우가 이들 유형의 검출 요소에 대한 장치내로 임의로 혼입된다. 또한, 중합체 기판은 직쇄 또는 측쇄 골격을 가질 수 있으며, 임의로 가교되거나 비가교된다. 특히 바람직한 중합체 기판의 예로는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드(PVC) 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리카보네이트 등이 있다.Examples of useful substrate materials are polymeric substrates such as plastics, as well as glass, quartz and silicon. In the case of a conductive or semiconducting substrate, it is generally preferred to include an insulating layer on the substrate. This is particularly important where the device employs electrical elements, for example electrical materials and fluid induction systems, sensors and the like. In the case of polymeric substrates, the substrate materials are optionally rigid, semi-rigid, opaque, semi-opaque or transparent, depending on the use in which they are to be used. For example, a device comprising an optical or visible detection element will typically be made of a transparent material that, at least in part, permits or at least facilitates detection. Alternatively, transparent windows, for example glass or quartz, are optionally incorporated into the device for these types of detection elements. In addition, the polymer substrate may have a straight or branched backbone, optionally crosslinked or uncrosslinked. Examples of particularly preferred polymer substrates are polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane, polyvinylchloride (PVC) polystyrene, polysulfone, polycarbonate and the like.

도 1에 도시된 장치는 기재의 표면내로 제작된 일련의 채널(110, 112) 및 임의적인 시약 채널(114)을 포함한다. 하나 이상의 이들 채널은 전형적으로 매우 작은 횡단면 치수, 예를 들어 약 0.1㎛ 내지 약 500㎛ 범위의 치수를 가질 것이다. 바람직하게는, 채널의 횡단면 치수는 약 0.1 내지 약 200㎛ 및 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 약 100㎛ 범위일 것이다. 특히 바람직한 일면에서, 각각의 채널은 약 0.1㎛ 내지 약 100㎛ 범위내에서 하나 이상의 횡단면 치수를 가질 것이다. 곧은 채널로 일반적으로 도시되었지만, 기재상의 공간을 최대로 이용하기 위해서는 S자형, 톱니 또는 그 밖의 채널 형태가 보다 짧은 거리내에 보다 긴 채널을 효과적으로 채택하는 것이 인지될 것이다.The apparatus shown in FIG. 1 includes a series of channels 110, 112 and optional reagent channels 114 fabricated into the surface of the substrate. One or more of these channels will typically have very small cross sectional dimensions, for example, in the range from about 0.1 μm to about 500 μm. Preferably, the cross sectional dimension of the channel will range from about 0.1 to about 200 μm and more preferably from about 0.1 to about 100 μm. In one particularly preferred aspect, each channel will have one or more cross-sectional dimensions in the range of about 0.1 μm to about 100 μm. Although generally shown as straight channels, it will be appreciated that S-shaped, sawtooth or other channel shapes effectively employ longer channels within shorter distances in order to make full use of the space on the substrate.

기재의 표면내에 이들 미세규모(microscale)의 요소를 제조하는 것은, 당해 기술분야에 널리 공지된 임의적인 수의 미세제작 기술에 의해 일반적으로 수행될 것이다. 예를 들어, 사진 석판 에칭, 플라즈마 에칭 또는 습윤성 화학 에칭과 같은 반도체 제조 산업에 널리 공지된 방법을 사용하여, 예를 들어 유리, 석영 또는 실리콘 기재를 제조하는데 석판술이 임의로 사용된다. 유사하게, 중합체 기판에 대하여, 널리 공지된 제조 기술도 사용될 수 있다. 이들 기술에는, 예를 들어 커다란 시트형의 미세규모 기재를 생성시키는 롤링 스탬프를 사용하여, 다수의 기재가 임의로 제조되는 사출성형 또는 스탬프 성형법, 또는 기재가 미세 기계 모울더 내에 중합되는 중합체 미량주형 기술이 포함된다.Fabrication of these microscale elements within the surface of the substrate will generally be performed by any number of microfabrication techniques well known in the art. Lithography is optionally used to produce, for example, glass, quartz or silicon substrates using methods well known in the semiconductor manufacturing industry such as, for example, photolithographic etching, plasma etching or wettable chemical etching. Similarly, for polymer substrates, well known manufacturing techniques can also be used. These techniques include injection molding or stamp molding, in which a large number of substrates are optionally produced, for example, using a rolling stamp that produces large sheet-like microscale substrates, or polymer micromoulding techniques in which the substrates are polymerized in a micromechanical molder. Included.

장치는 다양한 채널을 밀폐시키고 유체로 밀폐시켜서 도관을 형성하는 채널화된 기재를 덮는 추가의 평면 요소를 전형적으로 포함할 것이다. 평평한 커버 요소를 부착시키는 것은 열적인 결합, 접착제, 또는, 특정 기재의 경우, 예를 들어 유리 또는 반강성 및 비강성 중합체 기판의 경우, 두 성분 사이의 자연적인 접착을 포함하는 다양한 수단에 의해 달성된다. 평평한 커버 요소에는 특정의 스크리닝에 필요한 다양한 유체 요소를 도입시키기 위한 접근 포트 및/또는 저장소가 추가로 제공될 수 있다.The device will typically include an additional planar element covering the channeled substrate that seals and fluidically seals the various channels to form a conduit. Attaching the flat cover element is accomplished by a variety of means including thermal bonding, adhesives, or natural adhesion between the two components in the case of certain substrates, for example glass or semi-rigid and non-rigid polymer substrates. do. The flat cover element may further be provided with access ports and / or reservoirs for introducing the various fluid elements required for a particular screening.

도 1에 도시된 장치는 채널(110 및 114)의 말단부에 배치되고 유체적으로 결합된 저장소(104, 106 및 108)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 샘플 채널(112)은 다수의 상이한 시험 화합물을 장치내로 도입시키는데 사용된다. 그 자체로서, 이러한 채널은 샘플 채널(112)내로, 그리고 채널(110)내로 개별적으로 도입될 다수의 별도의 시험 화합물의 공급원에 유체적으로 결합되는 것이 일반적일 것이다.The apparatus shown in FIG. 1 includes reservoirs 104, 106 and 108 disposed at the distal ends of channels 110 and 114 and fluidly coupled. As shown, sample channel 112 is used to introduce a number of different test compounds into the device. As such, it will typically be fluidly coupled to a plurality of separate test compounds sources to be introduced separately into sample channel 112 and into channel 110.

다수의 개별적이고 이산 용적의 시험 화합물은 다수의 방법에 의해 샘플내로 도입된다. 예를 들어, 미소피펫터가 임의로 사용되어 시험 화합물을 장치내로 도입시킨다. 바람직한 일면에서, 샘플 채널(112)에 유체로 연결된 전기피펫터가 사용된다. 상기 전기피펫터의 예는, 예를 들어 본원에 참조로 인용된 1996년 6월 28일에 출원된 미국특허출원 제 08/671,986호(대리인 서류 번호: 017646-000500)에 기술되어 있다. 일반적으로, 전기피펫터는 다수의 시험 화합물, 또는 "시험 물질", 및 스페이서 화합물을 번갈아 샘플링하기 위해 본원에 기술된 바와 같이 전기 삼투적 유체 유도를 이용한다. 그런 다음, 피펫터는 목적하는 물질 영역내의 개별적이고 물리적으로 절연된 샘플 또는 시험 화합물 용적물을 장치내 후속적인 조작을 위한 샘플 채널내로 일련의 방식으로 전달한다. 개별적인 샘플은 낮은 이온 강도 스페이서 유체의 스페이서 영역에 의해 전형적으로 분리된다. 이러한 저이온 강도 스페이서 영역은 높은 이온 강도의 목적하는 물질 또는 시험 화합물 영역에서 보다 높은 전압 강하를 가지며, 이로써 전기 동전기적인 펌핑을 유도한다. 보다 높은 이온 강도의 용액내에 전형적으로 존재하는 시험 화합물 또는 목적하는 물질 영역은, 목적하는 물질 영역의 계면과 접촉하는 제 1 스페이서 영역("보호 주파수대"로도 불리움)으로 언급된 유체 영역이다. 이들 제 1 스페이서 영역은 낮은 이온 강도의 유체 영역, 또는 전기영동 바이어스를 유발시킬 제 2 스페이서 영역내로 샘플 요소의 이동을 차단하기 위해 높은 이온 강도의 용액을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 스페이서 영역의 용도는, 본원에 참조로 인용된 1996년 6월 28일에 출원된 미국특허출원 제 08/671,986호(대리인 서류 번호: 017646-000500)에 상세하게 기술되어 있다.Many individual and discrete volume test compounds are introduced into a sample by a number of methods. For example, a micropipetter is optionally used to introduce test compounds into the device. In a preferred aspect, an electrical pipette fluidly connected to the sample channel 112 is used. Examples of such electric pipettes are described, for example, in US patent application Ser. No. 08 / 671,986 filed on June 28, 1996, which is incorporated herein by reference (Representative Document No. 017646-000500). In general, the electropipettor uses electroosmotic fluid induction as described herein to alternately sample multiple test compounds, or “test materials”, and spacer compounds. The pipette then delivers the individual or physically insulated sample or test compound volume in the desired material region in a series of ways into the sample channel for subsequent manipulation in the device. Individual samples are typically separated by spacer regions of low ionic strength spacer fluid. This low ionic strength spacer region has a higher voltage drop in the region of the desired material or test compound of high ionic strength, thereby inducing electrokinetic pumping. The test compound or region of interest that is typically present in a solution of higher ionic strength is the fluidic region referred to as the first spacer region (also referred to as the "guard band") in contact with the interface of the region of interest. These first spacer regions comprise a solution of high ionic strength to block the movement of the sample element into a low ionic strength fluid region, or a second spacer region that will cause electrophoretic bias. The use of the first and second spacer regions is described in detail in U.S. Patent Application Serial No. 08 / 671,986 filed on June 28, 1996, which is incorporated herein by reference (Representative Document No. 017646-000500). .

대안적으로, 샘플 채널(112)은 별도의 채널을 통해 다수의 별도 저장소에 임의적이고 개별적인 방법으로 유체적으로 연결된다. 별도의 저장소 각각은, 적합한 스페이서 화합물에 대하여 제공되는 추가의 저장소를 갖는 별도의 시험 화합물을 함유한다. 그런 다음, 시험 화합물 및/또는 스페이서 화합물이 적합한 물질 유도 설계를 사용하여 다양한 저장소로부터 샘플 채널내로 수송된다. 어느 경우든, 적합한 스페이서 영역을 갖는 이산 샘플 용적, 또는 시험 화합물을 분리하는 것이 일반적으로 바람직하다.Alternatively, sample channel 112 is fluidly connected in a random and separate manner to a plurality of separate reservoirs through separate channels. Each separate reservoir contains a separate test compound with additional reservoirs provided for suitable spacer compounds. Test compounds and / or spacer compounds are then transported into the sample channels from various reservoirs using suitable material induction designs. In either case, it is generally desirable to separate discrete sample volumes, or test compounds, having suitable spacer regions.

도시된 바와 같이, 장치는 생화학적인 시스템으로부터의 시그널을 임의로 모니터링하는 검출 윈도우 또는 영역(116)을 포함한다. 이러한 검출 윈도우는 가시적이거나 광학적인 관찰 및 검정 결과의 검출, 예를 들어 비색 또는 형광 반응의 관찰을 허용하는 투명한 커버를 전형적으로 포함할 것이다.As shown, the device includes a detection window or region 116 that randomly monitors signals from the biochemical system. Such detection windows will typically include a transparent cover that allows for the detection of visible or optical observations and assay results, for example the observation of colorimetric or fluorescence reactions.

특히 바람직한 일면에서, 검출 윈도우에서의 시그널은 광학적인 검출 시스템을 사용하여 모니터링된다. 예를 들어, 광학 기재 시그널은, 예를 들어 시스템내의 형광 지시제를 활성화시키기 위한 적합한 파장의 레이저광원을 사용하는 레이저 활성화된 형광 검출 시스템을 사용하여 전형적으로 모니터링된다. 그런 다음, 적합한 검출기 요소, 예를 들어 광전배증관 (PMT)을 사용하여 형광이 검출된다. 비색계 시그널을 사용하는 스크린에 대해서도 유사하게, 광원을 샘플에 유도하는 분광광도계적 검출 시스템이 임의적으로 사용되어 샘플의 흡광도 또는 투과도를 측정한다.In a particularly preferred aspect, the signal in the detection window is monitored using an optical detection system. For example, optical substrate signals are typically monitored using a laser activated fluorescence detection system using, for example, a laser light source of a suitable wavelength for activating a fluorescent indicator in the system. The fluorescence is then detected using a suitable detector element, for example photomultiplier tube (PMT). Similarly for screens using colorimetric signals, a spectrophotometric detection system that guides the light source to the sample is optionally used to measure the absorbance or transmittance of the sample.

대안적인 일면에서, 검출 시스템은 검출 윈도우(116)내에 배치된 시스템의 특성을 검출하기 위한 비광학적 검출기 또는 센서를 포함할 수 있다. 이러한 센서는 온도, 전도도, 전위차계(pH, 이온), 전류량계(산화되거나 환원되는 화합물, 예를 들어 O2, H2O2, I2, 산화성/환원성 유기 화합물 등에 대하여)를 포함한다.In an alternative aspect, the detection system may include a non-optical detector or sensor for detecting the characteristics of the system disposed within the detection window 116. Such sensors include temperature, conductivity, potentiometer (pH, ions), ammeter (for compounds that are oxidized or reduced, for example O 2 , H 2 O 2 , I 2 , oxidative / reducible organic compounds, etc.).

조작시에, 생물학적 시스템(예, 수용체 또는 효소를 포함하는 유체)의 유동 가능한 제 1 성분이 저장소(104)내에 위치한다. 이러한 제 1 성분은 주채널(110)을 통해, 검출 윈도우(116)을 지나서 폐저장소(108)로 유동한다. 생화학적인 시스템의 제 2 성분, 예를 들어 리간드 또는 기재는 측면 채널(114)로부터 주채널(110) 내로 동시에 유동하며, 그 후에 제 1 성분과 제 2 성분이 혼합되고 상호작용할 수 있다. 장치내 이들 요소의 증착은 다수의 방식으로 수행된다. 예를 들어, 효소 및 기질, 또는 수용체 및 리간드 용액이 평평한 커버에 있는 개구부 또는 밀폐가능한 진입 포트를 통해 장치내로 도입될 수 있다. 대안적으로, 이들 성분은 장치의 제조 동안 이들의 각각의 저장소에 임의로 첨가된다. 예를 들어, 효소/기질 또는 수용체/리간드 성분이 동결건조된 형태로 장치내에 임의로 제공된다. 사용하기 전에, 이들 성분은 완충 용액을 저장소로 도입시킴으로써 용이하게 구성된다. 대안적으로, 성분은 완충 염으로 동결건조되기 때문에, 재구성시 단지 물만 첨가하면된다.In operation, a flowable first component of a biological system (eg, a fluid comprising a receptor or an enzyme) is located in reservoir 104. This first component flows through the main channel 110, past the detection window 116 and into the waste reservoir 108. A second component of the biochemical system, such as a ligand or substrate, flows simultaneously from the side channel 114 into the main channel 110, after which the first component and the second component can be mixed and interact. Deposition of these elements in the device is performed in a number of ways. For example, enzymes and substrates or receptor and ligand solutions can be introduced into the device through openings or sealable entry ports in a flat cover. Alternatively, these components are optionally added to their respective reservoirs during the manufacture of the device. For example, enzyme / substrate or receptor / ligand components are optionally provided in the device in lyophilized form. Prior to use, these components are easily configured by introducing a buffer solution into the reservoir. Alternatively, the component is lyophilized with a buffered salt, so only water needs to be added during reconstitution.

상기한 바와 같이, 제 1 성분과 제 2 성분의 상호작용은 검출가능한 시그널에 의해 전형적으로 달성된다. 예를 들어, 제 1 성분이 효소이고 제 2 성분이 기질인 이들 구체예에서, 기질은 효소가 기질에 작용하는 경우 임의로 검출가능한 시그널을 발생시키는 색소 발생 또는 형광 발생 기질이다. 제 1 성분이 수용체이고 제 2 성분이 리간드인 경우에, 리간드 또는 수용체는 검출가능한 시그널을 임의로 포함한다. 어느 경우든, 화합물의 혼합 및 흐름 속도는 전형적으로 일정하게 유지되어 검출 윈도우(116)을 지나는 제 1 성분과 제 2 성분의 혼합물의 흐름이 정상 상태 시그널을 발생시킬 것이다. "정상 상태 시그널"은 일반적으로 규칙적이고, 예견될 수 있는 시그널 강도 분포를 갖는 시그널을 의미한다. 그 자체로서, 정상 상태 시그널은 일정한 시그널 강도 또는, 대안적으로, 규칙적인 주기의 강도를 갖는 시그널을 포함할 수 있으며, 이에 대하여 통상적인 시그널 분포의 변화가 측정된다. 이러한 후자의 시그널은 유체 흐름이 연속적인 흐름 시스템의 설명에 설명된 바와 같이, 예를 들어 추가의 시험 화합물을 로딩시키기 위해 주기적으로 방해되는 경우에 발생된다. 상기 효소 시스템에 생성된 시그널이 채널의 길이를 따라서 변화할 것이지만, 즉, 효소가 형광 발생 기재를 형광 생성물로 전환시키는 노출 시간에 따라 증가하지만, 채널에 따른 임의의 특정 지점에서 시그널은 일정할 것이며 일정한 흐름 속도를 제공한다.As noted above, the interaction of the first component with the second component is typically accomplished by a detectable signal. For example, in these embodiments where the first component is an enzyme and the second component is a substrate, the substrate is a pigment generating or fluorescence generating substrate that generates an optionally detectable signal when the enzyme acts on the substrate. When the first component is a receptor and the second component is a ligand, the ligand or receptor optionally comprises a detectable signal. In either case, the mixing and flow rate of the compound will typically remain constant such that the flow of the mixture of the first and second components through the detection window 116 will generate a steady state signal. "Normal state signal" generally means a signal that has a regular, predictable signal intensity distribution. As such, the steady state signal may comprise a signal having a constant signal strength or, alternatively, a regular period of strength, with which a change in the normal signal distribution is measured. This latter signal is generated when the fluid flow is interrupted periodically, for example to load additional test compounds, as described in the description of the continuous flow system. The signal generated in the enzyme system will change along the length of the channel, ie it will increase with the exposure time the enzyme converts the fluorescence generating substrate to the fluorescent product, but at any particular point along the channel the signal will be constant. Provide a constant flow rate.

샘플 채널(112)로부터, 시험 화합물은 주채널(110)내로, 그리고 "목적하는 물질 영역"으로 불리기도 하는 시험 화합물을 함유하는 유체 영역과 같은 제 1 및 제 2 성분의 스트림내로 주기적으로 또는 연속적으로 도입된다. 이들 시험 화합물이 제 1 요소와 제 2 요소의 상호작용에 영향을 미치는 경우에, 시험 화합물은 목적하는 물질 영역에 상응하는 검출 윈도우에서 검출된 시그널을 변경시킬 것이다. 상기한 바와 같이, 전형적으로는, 채널(112)을 통해 주입될 다양한 상이한 시험 화합물은 제 1 및, 심지어, 제 2 스페이서 유체 영역에 의해 분리되어 하나의 시험 화합물에서 또 다른 시험 화합물에 이르기까지 효과의 변화, 또는 효과의 부족을 허용할 것이다. 전기삼투 유체 유도 시스템이 사용되는 구체예에서, 스페이서 유체 영역은 또한 시험 샘플내에서 발생할 수 있는 임의의 전기영동 바이어스를 감소시키도록 작용할 수 있다. 샘플 또는 시험 화합물 또는 목적하는 물질 영역내에서 전기영동 바이어스의 일반적인 제거에서 뿐만 아니라 유체의 전기삼투 흐름을 유도하기 위한 이들 스페이서 영역의 사용은 앞서 본원에 참조로 인용된 1996년 6월 28일에 출원된 미국특허출원 제 08/671,986호(대리인 서류 번호: 017646-000500)에 실질적으로 기술되어 있다.From the sample channel 112, the test compound is periodically or continuously into the main channel 110 and into a stream of first and second components, such as a fluid region containing the test compound, also referred to as the "target material region". Is introduced. If these test compounds affect the interaction of the first element with the second element, the test compound will alter the detected signal in the detection window corresponding to the region of interest. As noted above, typically, various different test compounds to be injected through the channel 112 are separated by the first and, even, second spacer fluid regions to effect from one test compound to another test compound. Will allow change, or lack of effect. In embodiments in which an electroosmotic fluid induction system is used, the spacer fluid region may also act to reduce any electrophoretic bias that may occur in the test sample. The use of these spacer regions to induce electroosmotic flow of a fluid, as well as in the general removal of electrophoretic bias within a sample or test compound or region of interest, is filed on June 28, 1996, incorporated herein by reference. US Patent Application Serial No. 08 / 671,986 (Representative Document No. 017646-000500).

일례로서, 주채널(110)을 통해 효소 및 형광 발생 기질의 일정한 연속적인 흐름은 검출 윈도우(116)에서 일정한 형광 시그널을 발생시킬 것이다. 시험 화합물이 효소를 방해하는 경우, 시험 화합물의 도입(즉, 목적하는 물질 영역내에서)에 의해 목적하는 물질 영역에 상응하는 검출 윈도우에서 시그널 수준이 순간적이지만 검출가능하게 강하될 것이다. 그런 다음, 시그널에 있어서의 강하 타이밍이 검출 시간-프레임에 공지된 주입을 토대로 한 특정 시험 화합물과 상관될 것이다. 특히, 주입된 화합물이 관찰된 효과를 발생시키는데 필요한 시간은 양성 대조군을 사용하여 용이하게 결정될 수 있다.As one example, a constant continuous flow of enzyme and fluorescence generating substrate through main channel 110 will generate a constant fluorescence signal in detection window 116. If the test compound interferes with the enzyme, the introduction of the test compound (ie, within the desired material region) will result in a transient but detectably lower signal level in the detection window corresponding to the desired material region. The dropping timing in the signal will then be correlated with the particular test compound based on the injection known in the detection time-frame. In particular, the time required for the injected compound to produce the observed effect can be readily determined using a positive control.

수용체/리간드 시스템에 대해, 정상 상태 시그널에서의 유사한 변화가 관찰될 수 있다. 특히, 수용체 및 이의 형광성 리간드가 채널에 따라서 상이한 유속을 가질 수 있다. 이것은 채널내 크기 배제 매트릭스를 혼입시키거나, 전기삼투 방법의 경우에 두 화합물의 상대적인 전기영동 이동을 변경시켜서 수용체가 채널 하향으로 보다 신속하게 흐르게 함으로써 달성될 수 있다. 재차, 이것은 크기 배제 매트릭스의 사용에 의해, 또는 전하 가변 화합물의 유속차를 유발시키는 채널내 상이한 표면 전하를 사용함으로써 달성된다. 시험 화합물이 수용체에 결합되는 경우에, 형광 시그널의 어두운 펄스를 생성시킨 후 보다 밝은 펄스를 생성시킬 것이다. 특정의 조작 이론과 결부시키지 않아도, 정상 상태 시그널이 자유 형광성 리간드, 및 수용체에 결합된 형광성 리간드 둘 모두를 유발시키는 것으로 여겨진다. 결합된 시그널은 수용체와 동일한 유속으로 이동하며, 반면에 미결합된 리간드는 보다 느리게 이동한다. 시험 화합물이 수용체-리간드 상호작용을 방해하는 경우, 수용체는 형광성 리간드를 지니지 않을 것이며, 이로써 흐름 방향으로 형광성 리간드를 희석시키고 과량의 형광성 리간드를 남길 것이다. 이것은 정상 상태 시그널의 일시적인 감소를 유발시킨 후 형광의 일시적인 증가를 유발시킨다. 대안적으로, 효소 시스템에 사용된 방법과 유사한 방법이 사용되는 경우, 리간드를 갖는 수용체의 상호작용을 반영하는 시그널이 존재한다. 예를 들어, 수용체-리간드 결합의 pH 효과를 나타내는 pH 지시제가 생물학적인 시스템, 즉, 캡슐화된 세포 형태의 생물학적인 시스템과 함께 장치내로 혼입되어 결합으로부터 생성된 약간의 pH 변화가 검출될 수 있다[참고문헌: Weaver, et al., Biol/Technology(1988) 6:1084-1089]. 또한, 수용체-리간드 결합으로부터 생성된 효소의 활성, 예를 들어, 키나아제의 활성을 모니터링하거나, 활성화시에 효소에 대한 구조적인 변화에 의해 활성화되거나 급냉되는 형광단을 혼입하여 활성화시에 상기 효소의 구조적인 변화를 검출할 수 있다.For receptor / ligand systems, similar changes in steady state signals can be observed. In particular, the receptor and its fluorescent ligand may have different flow rates depending on the channel. This can be accomplished by incorporating an intra-channel size exclusion matrix or by altering the relative electrophoretic shift of the two compounds in the case of electroosmotic methods to allow the receptor to flow faster down the channel. Again, this is accomplished by the use of size exclusion matrices, or by using different surface charges in the channels that lead to a flow rate difference of the charge variable compound. If the test compound is bound to the receptor, it will generate a darker pulse of the fluorescence signal and then a brighter pulse. Without being bound to a particular theory of operation, it is believed that a steady state signal results in both a free fluorescent ligand and a fluorescent ligand bound to the receptor. The bound signal travels at the same flow rate as the receptor, while the unbound ligand travels more slowly. If the test compound interferes with the receptor-ligand interaction, the receptor will not have a fluorescent ligand, thereby diluting the fluorescent ligand in the flow direction and leaving excess fluorescent ligand. This causes a temporary decrease in steady state signals followed by a temporary increase in fluorescence. Alternatively, when a method similar to that used in the enzyme system is used, a signal exists that reflects the interaction of the receptor with the ligand. For example, a pH indicator that exhibits the pH effect of receptor-ligand binding can be incorporated into a device with a biological system, ie a biological system in the form of encapsulated cells, so that slight pH changes resulting from the binding can be detected [ References: Weaver, et al., Biol / Technology (1988) 6: 1084-1089. It is also possible to monitor the activity of enzymes generated from receptor-ligand bonds, for example the activity of kinases, or to incorporate fluorophores that are activated or quenched by structural changes to the enzymes upon activation of the enzymes upon activation. Structural changes can be detected.

미세규모의 유체 장치내 유체의 흐름 및 방향은 다양한 방법에 의해 수행된다. 예를 들어, 장치는 장치를 통한 다양한 유체의 펌핑 및 유도를 위해 피펫터펌프 및 피펫터밸브, 또는 추가의 요소, 예를 들어 펌프 및 스위칭 밸브와 같은 일체화된 미세한 유체 구조를 포함한다. 미세한 유체 구조의 예는 미국특허 제 5,271,724호, 제 5,277,556호, 제 5,171,132호 및 제 5,375,979호에 기술되어 있다. 또한, 공개된 영국특허출원 제 2 248 891호 및 공개된 유럽특허출원 제 568 902호에도 기술되어 있다.The flow and direction of fluid in the microscale fluidic apparatus is accomplished by a variety of methods. For example, the device includes an integrated microfluidic structure, such as a pipette pump and pipette valve, or additional elements, such as a pump and a switching valve, for pumping and directing various fluids through the device. Examples of microfluidic structures are described in US Pat. Nos. 5,271,724, 5,277,556, 5,171,132 and 5,375,979. It is also described in published British patent application 2 248 891 and published European patent application 568 902.

미세제조된 유체 펌프 및 밸브 시스템이 본 발명의 장치내에서 용이하게 사용되지만, 이들의 제조 및 조작과 관련된 비용 및 복잡성에 의해 본 발명에 의해 계획된 대량 생산된 처분가능한 장치가 사용될 수 없을 것이다. 이러한 이유 때문에, 특히 바람직한 일면에서, 본 발명의 장치는 전형적으로 전기삼투 유체 유도 시스템을 포함할 것이다. 이러한 유체 유도 시스템은 이동부가 결여된 유체 유도 시스템의 정밀함과 제조의 용이성, 유체 조절 및 저분성을 결합시킨다. 특히 바람직한 전기삼투 유체 유도 시스템은, 예를 들어 본원에 참조로 인용된 출원인이 람세이(Ramsey) 등인 국제특허출원 제 WO 96/04547호에 기술되어 있다.Microfabricated fluid pumps and valve systems are readily used within the apparatus of the present invention, however, due to the cost and complexity associated with their manufacture and operation, the mass produced disposable devices planned by the present invention will not be available. For this reason, in one particularly preferred aspect, the device of the present invention will typically include an electroosmotic fluid induction system. Such a fluid induction system combines the precision of a fluid induction system lacking a moving part with the ease of manufacture, fluid control and low powder properties. Particularly preferred electroosmotic fluid induction systems are described, for example, in WO 96/04547, to Ramsey et al., The applicant of which is incorporated herein by reference.

요컨대, 이들 유체 조절 시스템은 기재의 표면내에 제조된 다수의 교차 채널과의 유체 연결부에 놓인 저장소내에 배치된 전극을 포함한다. 저장소내에 저장된 물질은 적합한 용적의 다양한 물질을 기재상의 하나 이상의 영역에 전달하는 채널 시스템을 통해 수송되어 목적하는 스크리닝 검정을 수행한다.In sum, these fluid control systems include electrodes disposed in a reservoir placed in a fluid connection with a plurality of crossover channels fabricated within the surface of the substrate. The material stored in the reservoir is transported through a channel system that delivers a variety of materials in suitable volumes to one or more regions on the substrate to perform the desired screening assay.

유체 및 물질 수송 및 유도는 전기삼투 또는 동전기(electrokinesis)를 통해 달성된다. 요컨대, 적합한 물질, 전형적으로 유체를 포함하는 물질이 채널, 또는 표면에 존재하는 작용기를 갖는 그 밖의 유체 도관에 놓인 경우, 이들 작용기는 이온화될 수 있다. 예를 들어, 채널 표면에 히드록실 작용기가 포함되는 경우, 양성자는 채널의 표면을 떠나 유체내로 유입된다. 이러한 조건하에서, 표면은 순수한 음전하를 지닐 것이며, 반면에 유체는 특히 채널 표면과 유체 사이의 계면에 근접하는 위치에서 과량의 양성자 또는 양전하를 지닐 것이다. 채널 구간을 따라서 전기장을 인가시킴으로써, 양이온은 음전극 방향으로 흐를 것이다. 유체내 양전하종의 이동은 이들과 함께 용매를 끌어당긴다. 이러한 유체 이동의 정상 상태 속도는 일반적으로 하기 식으로 표시된다:Fluid and material transport and induction are accomplished through electroosmotic or electrokinesis. In sum, when a suitable material, typically a material comprising a fluid, is placed in a channel or other fluid conduit with functional groups present on the surface, these functional groups may be ionized. For example, when hydroxyl functional groups are included on the channel surface, protons leave the surface of the channel and enter the fluid. Under these conditions, the surface will have a pure negative charge, while the fluid will have an excess of protons or positive charges, especially at a location close to the interface between the channel surface and the fluid. By applying an electric field along the channel section, the cations will flow toward the negative electrode. Movement of positively charged species in the fluid attracts the solvent with them. The steady state velocity of this fluid movement is generally represented by the following equation:

상기 식에서,Where

v는 용매 속도이고,v is the solvent velocity,

ε 는 유체의 유전 상수이고,ε is the dielectric constant of the fluid,

ζ 는 표면의 제타 전위이고,ζ is the zeta potential of the surface,

E는 전기장 세기이고,E is the electric field strength,

η는 용매 점도이다.η is the solvent viscosity.

이와 같이, 상기 식으로부터 용이하게 알 수 있듯이, 용매 점도는 표면 전위에 직접 비례한다.As can be readily seen from the above equation, the solvent viscosity is directly proportional to the surface potential.

적합한 전기장을 제공하기 위해, 용매는 일반적으로 선택가능한 전압 수준을 각각의 저장소(접지를 포함)에 동시적으로 인가시킬 수 있는 전압 조절기를 포함한다. 이러한 전압 조절기는 다중 전압 디바이더 및 다중 계전기를 사용함으로써 선택가능한 전압 수준을 수득할 수 있다. 대안적으로, 다중의, 독립적인 전압 공급원이 임의로 사용된다. 전압 조절기는 각각의 다수의 저장소내에 위치되거나 제조된 전극을 통해 저장소 각각에 전기적으로 접속된다.To provide a suitable electric field, the solvent generally includes a voltage regulator capable of simultaneously applying a selectable voltage level to each reservoir (including ground). Such voltage regulators can obtain selectable voltage levels by using multiple voltage dividers and multiple relays. Alternatively, multiple, independent voltage sources can be used arbitrarily. The voltage regulator is electrically connected to each of the reservoirs via an electrode located or manufactured in each of the plurality of reservoirs.

전기삼투 유체 유도 시스템을 도 1에 도시된 장치내로 도입시키는 것은, 샘플 채널(112)의 말단 또는 이에 접속된 임의의 유체 채널 말단에서 각 저장소(104, 106 및 108)내에 전극의 도입을 포함하며, 이로써 전극은 각 저장소 또는 채널내에 배치된 유체와 전기적으로 접속된다. 유리 기재의 경우, 에칭된 채널은 표면에 자연적으로 존재하는 이온화된 히드록실로부터 생성된 네트 음전하를 지닐 것이다. 대안적으로, 표면이 임의로 개질되어 적합한 표면 전하, 예를 들어 코팅, 유도, 예를 들어 실란화, 또는 표면의 포화를 제공하여 표면상에 적합하게 하전된 기를 제공한다. 이러한 처리의 예는 본원에 참조로 인용된 1996년 4월 16일에 출원된 분할 특허출원 제 60/015,498호(대리인 서류 번호: 017646-002600)에 기술되어 있다.Introducing the electroosmotic fluid induction system into the apparatus shown in FIG. 1 includes the introduction of an electrode into each reservoir 104, 106 and 108 at the end of the sample channel 112 or any fluid channel end connected thereto. Thus, the electrode is electrically connected with the fluid disposed in each reservoir or channel. In the case of glass substrates, the etched channels will carry net negative charges generated from ionized hydroxyls that are naturally present on the surface. Alternatively, the surface is optionally modified to provide a suitable surface charge such as coating, induction, eg silanization, or saturation of the surface to provide a suitably charged group on the surface. An example of such a treatment is described in split patent application No. 60 / 015,498 (agent document number 017646-002600), filed April 16, 1996, incorporated herein by reference.

요컨대, 적합한 기재 물질은 장치에 의해 수행하고자 하는 특수 조작에 존재하는 조건과 이들의 양립성을 토대로 일반적으로 선택된다. 이러한 조건은 pH의 양극단, 온도 및 염 농도를 포함할 수 있다. 또한, 기재 물질은 장치에 의해 수행하고자 하는 분석 및 합성의 중요한 성분에 대한 이들의 불활성도에 따라 선택되기도 한다. 중합체 기판 재료는, 이들의 사용될 용도에 따라서 경질성, 반경질성 또는 비경질성, 불투명, 반불투명 또는 투명할 것이다. 예를 들어, 광학적인 또는 가시적인 검출 요소를 포함하는 장치가 투명한 중합체 기판으로부터 적어도 부분적으로 제조되어 이러한 검출을 용이하게 하는 것이 일반적일 것이다. 대안적으로, 예를 들어, 유리 또는 석영의 투명한 윈도우가 이러한 탐지 요소를 위한 장치에 도입될 수 있다. 또한, 중합 재료는 직쇄 또는 측쇄 골격을 가질 수 있으며, 교차되거나 비교차된다. 중합 재료의 예로는, 예를 들어, 아크릴 특히, PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)이 있으며; 아크릴의 예로는 CYRO 인더스트리로부터 입수 가능한 아크릴리트 M-30(Acrylite M-30) 또는 아크릴리트 L-40(Acrylite L-40), 오토하스노쓰 아메리카(Autohass North America)로부터 입수 가능한 로크어웨이(Rockaway), NJ 또는 플렉시글라스 VS UVT(PLEXIGLAS VS UVT); 폴리카보네이트(예를 들어, 모베이 코포레이션(Mobay Corporation)(펜실바니아 피츠버그에 소재함) 또는 베이어 코포레이션(Bayer Corporation)의 계열사인 더 플라스틱스 앤드 러버(The Plastics and Rubber)로부터 입수 가능한 마크롤론 CD-2005(Makrolon CD-2005), 또는 GE 플라스틱스(GE Plastics)로부터 입수 가능한 레잔 오큐 1020L(LEXAN OQ 1020L) 또는 레잔 오큐 1020); 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드(PVC) 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리카르보네이트 등이 있다. 많은 플라스틱에 대한 광학적, 기계적, 열적, 전기적 및 화학적 저항 특성은 잘 공지되어 있거나(일반적으로, 제조업자로부터 입수 가능함), 표준 분석법으로 쉽게 측정될 수 있다.In short, suitable substrate materials are generally selected based on their compatibility with the conditions present in the particular operation to be performed by the device. Such conditions may include the extreme, temperature and salt concentration of pH. In addition, the base material may be selected depending on their inactivation to important components of the analysis and synthesis to be performed by the device. The polymeric substrate materials will be hard, semi-rigid or non-hard, opaque, semi-opaque or transparent, depending on their use. For example, it will be common for devices comprising optical or visible detection elements to be at least partially fabricated from a transparent polymer substrate to facilitate such detection. Alternatively, for example, a transparent window of glass or quartz can be introduced into the device for this detection element. In addition, the polymeric material may have a straight or branched backbone, and may cross or cross. Examples of polymeric materials are, for example, acrylics, in particular PMMA (polymethylmethacrylate); Examples of acrylics are Acryllite M-30 or Acrylite L-40 available from CYRO Industries, and Rockaway available from Autohass North America. , NJ or PLEXIGLAS VS UVT; Macrocarbonate CD-2005 available from Polycarbonate (e.g., Mobay Corporation (Pittsburg, PA)) or The Plastics and Rubber, a subsidiary of Bayer Corporation. Makrolon CD-2005), or Rezan OQ 1020L or Rezan OQ 1020 available from GE Plastics; Polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane, polyvinylchloride (PVC) polystyrene, polysulfone, polycarbonate and the like. Optical, mechanical, thermal, electrical and chemical resistance properties for many plastics are well known (generally available from the manufacturer) or can be readily determined by standard analytical methods.

본원에 설명된 바와 같이, 본 발명의 장치에 사용된 동전기학 유체 조절 시스템은 일반적으로, 유리 표면상에 존재하는 히드록실기와 같이 이들 표면에 하전된 작용기를 갖는 물질을 이용한다. 설명된 바와 같이, 본 발명의 장치는 플라스틱 또는 다른 중합성 기판을 사용할 수도 있다. 일반적으로, 이러한 물질의 재료는 소수성 표면을 갖는다. 그 결과, 본 발명에 사용된 중합성 기판을 이용하는 장치로 동전기학 유체 조절 시스템을 사용하는 경우에는, 통상적으로 유체와 접촉되는 변형된 기판 표면이 사용된다.As described herein, electrokinetic fluid control systems used in the devices of the present invention generally utilize materials having functional groups charged on these surfaces, such as hydroxyl groups present on the glass surface. As described, the device of the present invention may use plastic or other polymerizable substrates. In general, the materials of such materials have a hydrophobic surface. As a result, when using an electrokinetic fluid control system as a device using the polymerizable substrate used in the present invention, a modified substrate surface that is in contact with the fluid is typically used.

중합성 기판의 표면 변형은 다양한 상이한 형태로 수행될 수 있다. 예를 들어, 표면은 적당하게 하전된 재료로 피복될 수 있다. 예를 들어, 하전된 기 및 소수성 테일을 갖는 계면 활성제가 피복 물질로 바람직하다. 간단히 말해서, 소수상 테일은 기판의 소수성 표면에 위치하여, 유체 층에서 하전된 헤드 기를 나타낸다.Surface modification of the polymerizable substrate can be performed in a variety of different forms. For example, the surface may be coated with a suitably charged material. For example, surfactants with charged groups and hydrophobic tails are preferred as coating materials. In short, the hydrophobic tail is located on the hydrophobic surface of the substrate, indicating a charged head group in the fluid layer.

일 구체예에서, 기판상에 하전된 표면의 제조에는, 중합성 기판 표면을 부분적으로 용해시키거나 연질화시키는 적당한 용매에, 예를 들어, 채널 및/또는 반응 챔버가 변형되도록 표면을 노출시키는 단계가 포함된다. 그 후, 세정제가 부분적으로 용해된 표면에 접촉된다. 세정제 분자의 소수성 부분은 부분적으로 용해된 중합체와 결합될 것이다. 그 후, 용매는 표면으로부터 예를 들어, 물을 이용하여 세척되며, 이 위에서, 중합체 표면은 표면에 남아있는 세정제로 경화되어, 하전된 헤드 기의 유체 경계면에 나타낸다.In one embodiment, the preparation of a charged surface on a substrate includes exposing the surface to a suitable solvent that partially dissolves or softens the polymerizable substrate surface, such as to deform the channel and / or reaction chamber, for example. Included. Thereafter, the cleaner is contacted with the partially dissolved surface. The hydrophobic portion of the detergent molecule will be combined with the partially dissolved polymer. The solvent is then washed from the surface, for example with water, on which the polymer surface is cured with a detergent remaining on the surface, which appears at the fluid interface of the charged head group.

또 다른 구체예에서, 폴리디메틸실록산과 같은 중합 재료는 플라즈마 방사에 의해 변형될 수 있다. 특히, PDMS의 플라즈마 방사는 메틸기를 산화시키고, 탄소를 유리시키고, 히드록실기를 이들의 위치에서 이탈시키고, 중합 재료상에 유리형 표면을 효과적으로 생성시키면서, 이것의 결합된 히드록실 작용기를 생성시킨다.In another embodiment, the polymeric material, such as polydimethylsiloxane, can be modified by plasma spinning. In particular, plasma spinning of PDMS produces its bound hydroxyl functionalities, oxidizing methyl groups, freeing carbon, leaving hydroxyl groups at their positions, and effectively creating a glassy surface on the polymeric material.

중합성 기판은 장치가 어디에 사용되냐에 따라 강성, 반강성, 비강성 또는 강성과 비강성 요소의 조합물일 수 있다. 한 구체예에서, 기판은 한 가지 이상의 연화제, 가용성 물질 요소 및 한가지 이상의 경화제, 더욱 강도가 높은 강성 요소, 표면에 제조된 채널 및 챔버를 포함하는 것중 하나로 구성된다. 두 물질을 결합시키자 마자, 연질 요소의 함유에 의해서 채널 및 챔버에 효과적인 유체 밀봉이 형성되며, 접착제로 붙여지거나 용융되는 강성 플라스틱 성분과 관련된 문제가 해소된다.The polymerizable substrate can be rigid, semi-rigid, non-rigid or a combination of rigid and non-rigid elements depending on where the device is used. In one embodiment, the substrate consists of one or more softeners, soluble material elements and one or more hardeners, more rigid rigid elements, channels and chambers fabricated on the surface. As soon as the two materials are combined, the inclusion of soft elements creates an effective fluid seal in the channels and chambers, and solves the problems associated with rigid plastic components that are glued or melted.

다수의 추가적 요소(element)가 중합성 기판에 첨가되어, 동전기학 유체 조절 시스템에 제공된다. 이러한 요소는 물질 형성 공정 동안, 즉, 성형 또는 스탬핑 단계 동안 첨가되거나, 그 후의 분리 단계 동안 첨가될 수 있다. 이러한 요소는 통상적으로 다양한 채널 교차점에서 다양한 유체 저장소 및 볼트 감지기에 대한 하전 볼트용 전극을 포함하여, 하전된 볼트를 모니터한다.Numerous additional elements are added to the polymerizable substrate and provided to the electrokinetic fluid control system. Such elements may be added during the material formation process, ie during the forming or stamping step, or during the subsequent separation step. Such elements typically include charged bolts, including electrodes for charged bolts for various fluid reservoirs and bolt detectors at various channel intersections.

전극은 성형(molding) 공정의 일부로서 포함될 수 있다. 특히, 전극은 금형내에서 패턴화되어, 중합 재료가 금형내로 도입될 때, 전극이 적당하게 위치된다. 대안적으로, 전극 및 다른 요소는 공지된 미세제작 기판을, 예를 들어, 스퍼터링(sputtering) 또는 조절된 증기 증착 방법이후, 화학적 에칭을 이용하여 물질이 형성된 후에 첨가될 수 있다.The electrode may be included as part of the molding process. In particular, the electrodes are patterned in the mold so that when the polymeric material is introduced into the mold, the electrodes are properly positioned. Alternatively, the electrodes and other elements can be added to known microfabricated substrates, for example after sputtering or controlled vapor deposition methods, after the material is formed using chemical etching.

중합성 기판 또는 다른 기판이 사용되든지, 볼트 조절은 동시에 다양한 저장소에 적용되어, 목적하는 유체 흐름 특징, 예를 들어, 시험 화합물의 도입 기간에 폐기 저장소에 대한 수용체/효소의 연속적인 흐름, 리간드/기질에 영향을 끼친다. 특히, 다양한 저장소에 인가된 볼트의 조절은 이동될 수 있으며, 조절된 방식으로 장치의 교차된 채널 구조를 통해 유체 흐름을 유도하여, 목적하는 스크리닝 분석 및 장치에 대한 유체 흐름에 영향을 끼칠 수 있다.Whether polymeric substrates or other substrates are used, the bolt control is applied to various reservoirs simultaneously, such that continuous flow of receptors / enzymes to the waste reservoir, ligand / Influence temperament. In particular, the adjustment of the bolts applied to the various reservoirs can be moved and induces fluid flow through the intersecting channel structure of the device in a controlled manner, affecting the desired screening analysis and fluid flow to the device. .

도 2A에는 통상적인 분석 스크린 동안의 유체 유도의 개략도가 도시되어 있다. 상세하게는, 시험 화합물(제재 영역에서)을 효소-형광성 기질 혼합물의 연속 스트림으로 주입하는 것이 도시되어 있다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 도 1을 참조로 하여, 효소의 연속 스트림은 저장소(104)로부터 주채널(110)에 따라 유동한다. 적당한 스페이서 영역(121), 예를 들어, 낮은 이온 강도 스페이서 영역에 의해 분리된 시험 화합물(120)은 샘플 채널(112)로부터 주채널(110)로 도입된다. 일단 주채널로 도입되면, 시험 화합물은 유동하는 효소 스트림과 상호 작용할 것이다. 그 후, 혼합된 효소/시험 화합물 영역은 채널(114)과의 교차점을 거쳐 주채널(110)을 따라 유동한다. 저장소(106)에 함유된 형광성 기질 또는 착색성 기질의 연속적 스트림은 샘플 채널(110)에 도입되며, 이 위에서, 시험 화합물(122)을 포함하는 시험 물질 영역을 포함하는 효소의 연속적 스트림과 접촉되고 혼합된다. 물질상의 효소의 작용은 형광 또는 착색 시그널 수준을 증가시킬 것이다. 이러한 증가된 시그널은 검출 윈도우에 가깝게 되도록 주채널내에 쉐이딩(shading)을 증가시킴으로써 인지된다. 이러한 시그널 방향은 또한, 상기 시험 화합물 또는 시험 물질 영역내에 발생하며, 이러한 영역은 효소/기질 상호작용, 예를 들어, 시험 화합물(126)에 영향을 끼치지 않는다. 시험 화합물이 효소와 기질의 상호작용에 영향을 끼치지 않는 곳에서 변형된 시그널로서 나타날 것이다. 예를 들어, 추정되는 형광성 기질, 즉, 효소와 기질의 상호작용을 방해하는 시험 화합물은 시험 물질 영역내에 생성되는 형광 생성물을 더 적게 유도할 것이다. 이는 유동 스트림이 검출 윈도우(116)을 지나치는 유동 스트림내에 비형광 영역을 유도하거나, 더 적은 형광 영역을 유도할 것이며, 윈도우는 시험 물질 영역에 상응한다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 시험 물질 영역은 시험 화합물(128)을 포함하며, 이는 효소-기질 상호 작용의 추정되는 억제 물질이며, 주변의 스트림보다 더 낮은 검출가능한 형광성을 나타낸다. 이는 시험 물질 영역(128)의 쉐이딩의 결핍으로 표시된다.2A shows a schematic of fluid induction during a conventional assay screen. Specifically, injection of test compounds (in the formulation region) into a continuous stream of enzyme-fluorescent substrate mixture is shown. As shown in FIG. 2A, with reference to FIG. 1, a continuous stream of enzyme flows from the reservoir 104 along the main channel 110. Test compound 120 separated by a suitable spacer region 121, eg, a low ionic strength spacer region, is introduced from sample channel 112 into main channel 110. Once introduced into the main channel, the test compound will interact with the flowing enzyme stream. The mixed enzyme / test compound region then flows along main channel 110 via the intersection with channel 114. A continuous stream of fluorescent or colored substrates contained in the reservoir 106 is introduced into the sample channel 110, from which it is contacted and mixed with a continuous stream of enzyme comprising a test substance region comprising the test compound 122. do. The action of enzymes on the material will increase the level of fluorescence or coloring signals. This increased signal is perceived by increasing shading in the main channel to be close to the detection window. This signal direction also occurs in the test compound or test substance region, which region does not affect enzyme / substrate interaction, eg, test compound 126. The test compound will appear as a modified signal where it does not affect the enzyme's interaction with the substrate. For example, a presumed fluorescent substrate, ie a test compound that interferes with the interaction of the enzyme with the substrate, will induce less fluorescent product generated in the test substance region. This will lead to a non-fluorescent region in the flow stream through which the flow stream passes the detection window 116, or to a less fluorescent region, the window corresponding to the test material region. For example, as shown, the test substance region includes test compound 128, which is a putative inhibitor of enzyme-substrate interaction and exhibits lower detectable fluorescence than the surrounding stream. This is indicated by the lack of shading of the test substance region 128.

검출 윈도우에 인접한 검출기는 형광성 또는 착색성 기질 상에 효소 활성에 의해 생성된 형광 시그널의 수준을 모니터링한다. 이러한 시그널은 상기 시험 화합물에 대해 비교적 일정한 수준을 유지하며, 상기 화합물은 효소-기질 상호작용에 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 억제성 화합물이 스크리닝된 경우, 이는 기질에 대한 감소되거나 억제된 효소 활성을 나타내는 형광 시그널에서의 순간적인 급감소를 유도할 것이다. 대조적으로, 스크리닝하자 마자, 유도체(inducer) 화합물은 기질에 대하여 증가된 효소 활성에 상응하는 형광 시그널을 순간적으로 증가시킨다.A detector adjacent to the detection window monitors the level of the fluorescence signal generated by the enzyme activity on the fluorescent or coloring substrate. This signal is maintained at a relatively constant level for the test compound, and the compound does not affect enzyme-substrate interactions. However, if inhibitory compounds are screened, this will lead to a momentary drastic decrease in the fluorescence signal indicating reduced or inhibited enzyme activity on the substrate. In contrast, upon screening, the derivative compound instantaneously increases the fluorescence signal corresponding to increased enzyme activity against the substrate.

도 2B에는 수용체-리간드 상호작용의 이펙터에 대한 스크린의 유사한 개략도가 도시되어 있다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 수용체의 연속 스트림은 주채널(110)을 통해 저장소(104)로부터 유동한다. 적당한 스페이서 유체 영역(121)에 의해 분리된 시험 화합물 또는 시험 물질 영역(150)은 샘플 채널(112)로부터 주채널(110)로 도입되며, 저장소(106)로부터 형광성 리간드의 연속 스트림은 측면 채널(114)로부터 도입된다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 검출 윈도우(116)를 통과하는 형광성 리간드와 수용체의 연속 스트림은 일정한 시그널 강도를 제공할 것이다. 수용체-리간드 상호작용에 어떠한 영향도 미치지 않는 시험 화합물을 함유하는 스트림중의 시험 물질 영역은 나머지 주변 스트림, 예를 들어, 시험 화합물 또는 시험 물질 영역(152)과 동일하거나 유사한 수준의 형광성을 제공할 것이다. 그러나, 수용체-리간드 상호작용에 상반되거나 억제 활동을 갖는 시험 화합물의 존재는 이러한 화합물이 위치하는 스트림의 일부, 예를 들어, 시험 화합물 또는 시험 물질 영역(154)에서 더 낮은 수준의 상기 상호작용을 유도할 것이다. 또한, 형광성 리간드 또는 자유 형광성 리간드에 결합된 수용체에 대한 유량차는, 미결합된 더 빠르게 이동하는 수용체로부터 유도된 형광성의 희석에 상응하는 형광 수준을 검출가능할 정도로 감소시킬 것이다. 그 후, 형광성이 감소할 뿐만 아니라, 더 느리게 이동하는 미결합된 형광성 리간드의 축적에 상응하여 형광성(156)이 증가된다.2B shows a similar schematic of the screen for effectors of receptor-ligand interactions. As shown in FIG. 2A, a continuous stream of receptors flows from reservoir 104 through main channel 110. Test compound or test substance region 150 separated by suitable spacer fluid region 121 is introduced from sample channel 112 to main channel 110, and a continuous stream of fluorescent ligand from reservoir 106 is connected to the lateral channel ( 114). As shown in FIG. 2A, a continuous stream of fluorescent ligands and receptors through the detection window 116 will provide a constant signal intensity. The test substance region in the stream containing the test compound that does not have any effect on the receptor-ligand interaction may provide the same or similar level of fluorescence as the remaining surrounding stream, eg, the test compound or test substance region 152. will be. However, the presence of a test compound that is opposite to the receptor-ligand interaction or has inhibitory activity results in a lower level of the interaction in a portion of the stream in which the compound is located, eg, in the test compound or test substance region 154. Will induce. In addition, the flow rate difference for the receptor bound to the fluorescent ligand or free fluorescent ligand will detectably reduce the fluorescence level corresponding to the fluorescent dilution derived from the unbound faster moving receptor. Thereafter, not only the fluorescence decreases, but also the fluorescence 156 is increased corresponding to the accumulation of slower moving unbound fluorescent ligands.

일부 구체예에서, 조작 완충제 및/또는 스페이서 영역으로부터 시험 물질 영역 반응 혼합물을 다른 곳으로 돌리거나 추출하기 위한 추가적 채널이 제공되는 것이 바람직하다. 이는 반응 동안 불연속 유체 영역내에 함유된 반응 요소를 유지시키는 반면, 이러한 요소가 데이터 획득 단계 동안 분리되게 한다. 상기 언급된 바와 같이, 샘플 사이에 적당한 스페이서 유체 영역을 도입시킴으로써 반응 채널을 통해 이동하는 시험 물질 영역에 반응물의 다양한 요소가 함께 유지될 수 있다. 일반적으로, 이러한 스페이서 유체 영역이 선택되어, 이러한 원래의 시험 물질 영역내에 샘플을 유지시키며, 특히, 연장된 반응 기간에도 스페이서 영역으로 샘플이 번지지 않게 된다. 그러나, 이러한 목적은 분석 요소 분리, 예를 들어, 상기 언급된 리간드-수용체 분석을 기초로 하는 이러한 분석이 일어나는 여분의 곳 또는 반응 생성물이 모세관내에서 분리되는 곳에서 달성될 수 있다. 따라서, 유체 유도의 초기 부분 동안 이러한 분리를 방지하는 이러한 요소를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.In some embodiments, it is desirable to provide additional channels for diverting or extracting the test substance region reaction mixture from the manipulation buffer and / or spacer regions. This keeps the reaction elements contained within the discontinuous fluid region during the reaction, while allowing these elements to separate during the data acquisition phase. As mentioned above, the various elements of the reactants can be held together in the region of test substance moving through the reaction channel by introducing an appropriate spacer fluid region between the samples. Generally, such spacer fluid regions are selected to keep the sample in this original test substance region, in particular, so that the sample does not spread to the spacer region even during extended reaction periods. However, this object can be achieved in analyte element separation, for example, where extra such assays are based on the ligand-receptor assays mentioned above or where the reaction product is separated in the capillary. Thus, it may be desirable to eliminate these elements that prevent this separation during the initial portion of fluid induction.

이러한 샘플 또는 시험 물질 분리 또는 추출을 수행하기 위한 장치(500)의 한 구체예에 대한 개략도가 도 5에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 시험 물질 또는 시험 화합물(504)는 샘플 채널(512)을 통해 장치 또는 칩으로 도입된다. 다시, 이들은 통상적으로 적합한 주입 장치(506), 예를 들어, 모세관 피펫터를 경유해 도입된다. 제 1 스페이서 영역(508) 및 제 2 스페이서 영역(502)의 이온 강도 및 길이는, 가장 높게 전기으로 영동 이동하는 샘플이 반응 채널 아래로 이동되는 시간 동안 제 1 스페이서 영역(508)을 통해 제 2 스페이서 영역(502)으로 이동할 수 없도록 선택된다.A schematic diagram of one embodiment of an apparatus 500 for performing such sample or test substance separation or extraction is shown in FIG. 5. As shown, the test substance or test compound 504 is introduced into the device or chip through the sample channel 512. Again, they are typically introduced via a suitable injection device 506, for example a capillary pipette. The ionic strength and length of the first spacer region 508 and the second spacer region 502 are determined by the second through the first spacer region 508 during the time that the highest electrically electrophoretic sample is moved below the reaction channel. It is selected such that it cannot move to the spacer region 502.

수용체 리간드 분석 시스템을 추정하는 동안에, 시험 화합물은 수용체와 처음으로 혼합되는 장치(500) 및 반응 채널(510)을 통과한다. 시험 물질 영역의 형태로서의 시험 화합물/수용체는 인큐베이션 영역(510a)내에서 반응 채널을 따라 유동한다. 이러한 초기 인큐베이션에 이어, 시험 화합물/수용체 혼합물은 표지화된 리간드(예를 들어, 형광성 리간드)와 결합되며, 여기에서, 이러한 혼합물은 반응 채널(510)의 제 2 인큐베이션 영역(510b)을 따라 유동한다. 시스템의 유량(각각의 저장소(514, 516, 518, 520, 522) 및 샘플 채널(512)의 말단에 인가된 전위에 의해 측정됨)의 유량 및 인큐베이션 영역의 길이는 형광성 리간드 및 시험 화합물이 결합된 수용체의 인큐베이션 시간을 측정한다. 수용체 및 형광성 리간드를 함유하는 용액의 이온 강도 및 이러한 요소를 샘플 채널로 하우징하는 저장소로부터의 물질의 유량은 제 1 및 제 2 스페이서 영역이 방해받지 않도록 선택된다.During estimating the receptor ligand assay system, the test compound passes through the device 500 and the reaction channel 510 which are first mixed with the receptor. The test compound / receptor in the form of the test substance region flows along the reaction channel in the incubation region 510a. Following this initial incubation, the test compound / receptor mixture is associated with a labeled ligand (eg, fluorescent ligand), where the mixture flows along the second incubation region 510b of the reaction channel 510. . The flow rate of the system (measured by the respective reservoirs 514, 516, 518, 520, 522 and the potential applied at the end of the sample channel 512) and the length of the incubation region are combined with the fluorescent ligand and the test compound. The incubation time of the receptor was measured. The ionic strength of the solution containing the receptor and the fluorescent ligand and the flow rate of the material from the reservoir housing these elements into the sample channel are chosen so that the first and second spacer regions are unobstructed.

수용체, 형광성 리간드 및 시험 화합물을 함유하는 분리된 시험 물질 영역은 예를 들어, 저장소(514, 516, 518) 및 샘플 채널(512)의 말단에서 전위의 인가에 의해 반응 채널(510)을 따라 유동한다. 또한 저장소(520 및 522) 및 분리 채널(524)의 반대 말단에도 전위가 이동 채널의 양 말단에서 전위가 매칭되도록 인가되어, 이동 채널을 가로지르는 네트(net) 흐름은 영이다. 시험 물질 영역이 반응 채널(510) 및 이동 채널(526)의 교차점을 통과할 때, 전위는 저장소(518 및 522)에 부유되며, 여기에서 저장소(514, 516, 520) 및 샘플 채널(526)의 말단에 인가된 전위는, 시험 물질 영역을 이동 채널(526)을 통해 분리 채널(524)로 유도한다. 분리 채널로 분리되면, 원래의 전위는 보든 저장소내에서 재인가되어, 이동 채널(526)을 통한 네트 유체 유동을 중단시킨다. 그 후, 시험 물질의 전환은 각 후속 물질 영역으로 반복될 수 있다. 분리 채널 내에서, 시험 물질 영역은 반응 채널의 상태와는 상이한 상태에 노출된다. 예를 들어, 상이한 유량이 이용되며, 모세관 처리가 상이하게 하전되거나 상이한 크기의 조각의 분리에 허용될 수 있다. 바람직한 일면에서, 시험 물질은 분리 채널로 유도되어, 시험 물질을 높은 이온 강도를 갖는 완충제로 충전된 모세관으로 위치시켜, 낮은 이온 강도의 스페이서 영역을 제거함으로써, 원래 시험 물질 영역의 한정된 외부의 다양한 샘플 성분을 분리시킨다. 예를 들어, 상기 언급된 수용체/리간드 스크린에 있어서, 수용체/리간드 착체는 이동 채널에서 리간드 단독으로 있을 때와는 상이한 전기 영동 이동을 나타냄으로, 리간드로부터 착체를 보다 잘 분리할 수 있으며, 후속적으로 이를 검출할 수 있다.Separate test material regions containing receptors, fluorescent ligands and test compounds flow along the reaction channel 510 by application of a potential at the ends of reservoirs 514, 516, 518 and sample channel 512, for example. do. In addition, potentials are applied to opposite ends of reservoirs 520 and 522 and separation channel 524 so that the potentials match at both ends of the mobile channel, so that the net flow across the mobile channel is zero. As the test material region passes through the intersection of reaction channel 510 and mobile channel 526, the potential is suspended in reservoirs 518 and 522, where reservoirs 514, 516, 520 and sample channel 526. The potential applied at the end of leads the test material region through the moving channel 526 to the separation channel 524. Once separated into the separation channel, the original potential is reapplied in all reservoirs, stopping the net fluid flow through the moving channel 526. Thereafter, the conversion of the test substance can be repeated for each subsequent material region. Within the separation channel, the test substance region is exposed to a different state than that of the reaction channel. For example, different flow rates may be used, and capillary treatment may be allowed for the separation of differently charged or different size pieces. In a preferred aspect, the test material is directed to a separate channel, placing the test material into a capillary filled with a buffer with high ionic strength to remove spacer regions of low ionic strength, thereby removing a variety of samples outside of the original test material region. Separate the components. For example, in the aforementioned receptor / ligand screen, the receptor / ligand complex exhibits a different electrophoretic shift than when the ligand alone is in the mobile channel, thus allowing better separation of the complex from the ligand and subsequent This can be detected.

이러한 변형은 매우 다양한 용도를 가지며, 특히 하기 반응, 예를 들어, 절단 반응, 분열 반응, PCR 반응 등에서 반응 생성물을 분리하는데 바람직하다.Such modifications have a wide variety of uses and are particularly preferred for separating reaction products in the following reactions, for example cleavage reactions, cleavage reactions, PCR reactions and the like.

C. C. 일련의 병렬 분석 시스템Series of parallel analysis systems

또한, 더욱 복잡한 시스템이 본 발명의 범위내에서 제조될 수 있다. 예를 들어, "일련의 주입 병렬 반응"의 기하학적 구조에 사용되는 선택적인 구체예의 개략적인 설명이 도 3에 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 장치(300)는 상기에 언급된 바와 같이 평면 기판(302)을 포함한다. 일련의 병렬 반응 채널(312-324)이 기판(302) 표면 내에 제작되어 있다. 또한, 각각의 병렬 반응 채널에 유동성있게 연결된 세 개의 횡단 채널이 도시되어 있다. 세 개의 횡단 채널은 샘플 주입 채널(304), 광학적 시딩 채널(306) 및 수집 채널(308)을 포함한다. 또한, 기판 및 채널은 일반적으로 재료를 이용하여 제작되고, 일반적으로 상기에 언급된 치수로 제작된다. 일련의 병렬채널이 도시되어 있고 설명되어 있지만, 반응 채널은 다양한 상이한 방향으로도 제작될 수 있다. 예를 들어, 단일 횡단 채널에 유체적으로 연결된 일련의 병렬채널을 제공되기 보다, 채널은 중앙 저장소에 임의적으로 연결되고, 이로부터 방사상으로 외부로 연장되어 있거나, 일부 다른 비병렬적인 형태로 임의적으로 배열되어 있다. 또한, 세 개의 횡단 채널이 도시되어 있지만, 더 적은 횡단 채널이 예를 들어, 생화학적 시스템 성분이 장치내에 선증착된(predeposited) 곳에 사용된다는 것을 인지할 것이다. 이와 유사하게, 필요에 따라, 임의적으로 제공된 분석 스크린내로 추가의 요소를 도입시키기 위해 더 많은 횡단 채널이 사용된다. 따라서, 본 발명의 일련의 병렬 장치는 일반적으로 두 개 이상의, 바람직하게는 세 개, 네 개, 다섯 개 이상의 횡단 채널을 포함할 것이다. 이와 유사하게, 반응 채널이 도 7에 도시되어 있지만, 본 발명의 미세 장치가 특정 스크린의 요구에 따라 일곱 개보다 많은 채널을 포함할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 바람직한 일면에서, 상기 장치는 10 내지 약 500개의 반응 채널, 더욱 바람직하게는 20 내지 약 200개의 반응 채널을 포함할 것이다.In addition, more complex systems can be manufactured within the scope of the present invention. For example, a schematic description of an alternative embodiment used for the "serial injection parallel reaction" geometry is shown in FIG. 3. As shown, the apparatus 300 includes a planar substrate 302 as mentioned above. A series of parallel reaction channels 312-324 are fabricated within the surface of the substrate 302. Also shown are three transverse channels fluidly connected to each parallel reaction channel. The three transverse channels comprise a sample injection channel 304, an optical seeding channel 306 and a collection channel 308. In addition, substrates and channels are generally fabricated using materials and generally fabricated to the dimensions mentioned above. Although a series of parallel channels are shown and described, the reaction channels can also be fabricated in a variety of different directions. For example, rather than providing a series of parallel channels fluidly connected to a single transverse channel, the channels are optionally connected to a central reservoir and extend radially outward therefrom, or optionally in some other non-parallel form. Are arranged. Also, while three transverse channels are shown, it will be appreciated that fewer transverse channels are used where, for example, biochemical system components are predeposited in the device. Similarly, more transverse channels are used to introduce additional elements into optionally provided assay screens as needed. Accordingly, the series of parallel devices of the present invention will generally comprise two or more, preferably three, four, five or more transverse channels. Similarly, although reaction channels are shown in FIG. 7, it will be readily appreciated that the microdevice of the present invention may include more than seven channels depending on the needs of a particular screen. In a preferred aspect, the device will comprise 10 to about 500 reaction channels, more preferably 20 to about 200 reaction channels.

특히, 상기 장치는 장치에 연속식으로 주입되는 시험 화합물을 스크리닝하는데 유용할 뿐만 아니라, 병렬적인 분석 형태를 사용하는데 유용하며, 일단 샘플이 장치내로 유입되면, 작업 처리량이 증가된다.In particular, the device is not only useful for screening test compounds that are continuously injected into the device, but also for the use of parallel assay forms, and once the sample enters the device, throughput is increased.

작동시, 분리된 시험 물질 영역에서의 시험 화합물은 상기 언급된 바와 같이 분리된 장치로 연속적으로 도입되며, 분리 주입 물질 영역이 반응 채널(310-324)과 병렬 샘플 채널(304)의 교차점에 근접할 때까지 횡단 샘플 주입 채널(304)을 따라 유동한다. 도 4A-4F에 도시된 바와 같이, 시험 화합물은 임의적으로 개별적인 비드상에 고정되도록 제공된다. 시험 화합물이 비드상에 고정된 경우, 병렬 채널이 임의적으로 제작되어, 샘플 주입 채널(304)과 반응 채널의 교차점에서 비드 고정식 웰(326-338)을 포함한다. 화살표(340)은 이러한 타입의 샘플/비드 주입 동안, 네트 유체 흐름을 나타낸다. 고정식 웰로의 개별적인 비드 정위에 따라, 특정 채널을 통과하는 유체 흐름이 일반적으로 제한될 것이다. 비제한된 유체 흐름에 이어서 일련의 다음 비드는 다음의 이용 가능한 고정식 웰로 흘러, 제 위치에 정위된다.In operation, the test compound in the separate test substance region is continuously introduced into the separated apparatus as mentioned above, with the separate injection substance region approaching the intersection of the reaction channels 310-324 and the parallel sample channel 304. Flow along the transverse sample injection channel 304 until As shown in Figures 4A-4F, test compounds are optionally provided to be immobilized on individual beads. When the test compound is immobilized on the beads, parallel channels are optionally fabricated to include the bead fixed wells 326-338 at the intersection of the sample injection channel 304 and the reaction channel. Arrow 340 represents the net fluid flow during this type of sample / bead injection. As individual bead positions into fixed wells, fluid flow through certain channels will generally be limited. Following the unrestricted fluid flow, the next series of beads flows to the next available fixed well and positioned in place.

병렬 반응 채널과 샘플 주입 채널의 교차점에 근접한 지점에서, 시험 화합물은 채널 아래로 유체 흐름의 방향을 전환시킴으로써 이들을 각각의 반응 채널로 유도시킨다. 또한, 비드상에 고정된 시험 화합물의 예에서, 일반적으로, 절단 가능한 연결기(linker group), 예를 들어, 광분해물, 산 또는 염기 분해 연결기를 통해 고정될 것이다. 따라서, 반응 채널 아래로 시험 화합물이 흐르기 전에, 예를 들어 광, 산, 염기 등과 같은 이형제에 노출시킴으로써 비드로부터 이탈시키는데 시험 화합물이 필요하다.At a point close to the intersection of the parallel reaction channel and the sample injection channel, the test compound directs them to each reaction channel by redirecting the fluid flow down the channel. In addition, in the example of a test compound immobilized on the beads, it will generally be immobilized via a cleavable linker group such as a photolysate, acid or base cleaved linker. Thus, before the test compound flows down the reaction channel, the test compound is needed to escape from the beads, for example by exposure to release agents such as light, acids, bases, and the like.

병렬 채널내에서, 시험 화합물은 이펙터 화합물이 추구되는 생화학적 시스템 내에 접촉될 것이다. 도시된 바와 같이, 생화학적 시스템의 제 1 성분은 시험 화합물에 대해 설명된 기술과 유사한 기술을 이용하여 반응 채널로 위치된다. 특히, 생화학적 시스템은 통상적으로, 하나 이상의 횡단 채널(306)을 경유해 도입된다. 화살표(342)는 시딩 채널(306)내의 유체 흐름 방향을 나타낸다. 생화학적 시스템은 임의적으로 예를 들어, 연속적으로 흐르는 상기 및 도 4A-4E에 언급된 효소/기질 또는 수용체-리간드 혼합물을 기재로 하는 용액이며, 전체 세포 또는 비드 기재 시스템, 예를 들어, 비드에 고정된 효소/기질 시스템을 갖는 비드일 수 있다.In parallel channels, the test compound will be contacted in the biochemical system in which the effector compound is sought. As shown, the first component of the biochemical system is placed into the reaction channel using techniques similar to those described for test compounds. In particular, biochemical systems are typically introduced via one or more transverse channels 306. Arrow 342 indicates the direction of fluid flow in the seeding channel 306. The biochemical system is optionally a solution based on the enzyme / substrate or receptor-ligand mixtures mentioned above, for example, in a continuous flow, and in FIGS. 4A-4E, and is incorporated into whole cell or bead based systems such as beads. It may be a bead with an immobilized enzyme / substrate system.

생화학적 시스템이 입자, 예를 들어, 세포 또는 비드에 혼입되는 구체예에서, 병렬 채널은 입자 보유 영역(344)을 포함할 수 있다. 통상적으로, 이러한 보유 영역은 입자 체(particle sieving) 또는 여과 매트릭스, 예를 들어, 미립자 물질은 통과하지 못하나 유리된 흐름의 유체는 통과하는 다공성 겔 또는 미세 구조를 포함할 것이다.In embodiments in which the biochemical system is incorporated into particles, eg, cells or beads, the parallel channels may include particle retention regions 344. Typically, such retention zones will comprise a porous structure or microstructure that does not pass through a particle sieving or filtration matrix, such as particulate material but through which a free flow of fluid passes.

이러한 여과기의 미세 구조의 예는 예를 들어, 미국 특허 제 5,304,487 호에 기재된 것을 포함하며, 상기 문헌은 본원에 참고문헌으로 인용되었다. 연속 시스템에 있어서, 더 많은 복합 시스템내의 유체 유도는 일반적으로, 미세제작된 유체 흐름 구조, 예를 들어, 펌프 및 밸브를 이용하여 조절될 수 있다. 그러나, 시스템이 더욱 복잡해질수록, 이러한 시스템은 더욱 제어하기 힘들게 된다. 따라서, 상기한 바와 같은 전기삼투적 시스템은 일반적으로, 이렇게 더욱 복잡한 시스템을 조절하는데 바람직하다. 통상적으로, 이러한 시스템은 다양한 횡단 채널의 말단에 위치하는 저장소내에 전극을 결합시켜, 장치를 통해 유체 흐름을 조절한다. 또 다른 일면에서, 다양한 모든 채널의 말단에서 전극을 포함하는 것이 바람직하다. 이는 일반적으로, 보다 직접적인 조절을 제공하며, 또한, 제어하기 힘든 더욱 복잡한 시스템으로 증대된다. 더 적은 전극을 사용하여 전위 복잡성을 감소시키기 위해, 병렬 시스템이 바람직하며, 예를 들어, 두 개의 유체가 다양한 흐름 채널의 기하학적 구조에 따라서 병렬채널에서 유사한 속도로 이동하는 것이 바람직하다. 특히, 채널 길이가 증가함에 따라, 채널에 따라 저항성도 또한 증가할 것이다. 이와 같이, 전극 사이의 흐름 길이는 사실상 선택된 병렬 경로에 상관 없이 동일하게 설계되어야 한다. 이는 일반적으로, 횡단 전기장의 생성을 억제하여, 모든 병렬 채널에서 동일한 흐름을 촉진한다. 전극사이의 사실상 동일한 저항성을 달성하기 위해, 채널 구조의 기하학적 구조를 변형시켜, 이동된 경로에 무관한 채널 저항성을 제공할 수 있다. 대안적으로, 채널의 저항성은 임의적으로 경로의 횡단면을 변화시킴으로써 조절되어, 채용된 경로에 상관 없이 저항 수준을 일정하게 한다.Examples of microstructures of such filters include, for example, those described in US Pat. No. 5,304,487, which is incorporated herein by reference. In continuous systems, fluid induction in more complex systems can generally be controlled using microfabricated fluid flow structures, such as pumps and valves. However, the more complex the system, the more difficult this system is to control. Thus, electroosmotic systems as described above are generally desirable for controlling such more complex systems. Typically, such systems couple electrodes in reservoirs located at the ends of the various transverse channels to regulate fluid flow through the device. In another aspect, it is desirable to include an electrode at the ends of all the various channels. This generally provides more direct control and also augments to more complex systems that are difficult to control. In order to reduce the potential complexity using fewer electrodes, parallel systems are preferred, for example, it is desirable for two fluids to move at similar speeds in parallel channels, depending on the geometry of the various flow channels. In particular, as the channel length increases, the resistance will also increase with the channel. As such, the flow length between the electrodes must be designed identically, regardless of the parallel path chosen. This generally suppresses the generation of transverse electric fields, promoting the same flow in all parallel channels. To achieve substantially the same resistance between the electrodes, the geometry of the channel structure can be modified to provide channel resistance independent of the traveled path. Alternatively, the resistance of the channel can be adjusted by arbitrarily changing the cross section of the path, thereby keeping the resistance level constant regardless of the path employed.

이들 각각의 병렬 반응 채널을 통해 유도된 시험 화합물에서와 같이, 이들은 문제의 생화학적 시스템과 접촉할 것이다. 상기에 언급된 바와 같이, 특수한 생화학적 시스템은 일반적으로, 유동가능한 표지 시스템을 포함할 것이며, 상기 시스템은 시스템, 예를 들어, 착색성 또는 형광성 기질, 표지화된 리간드 등과 같은 용해 가능한 표지기, 또는 침전제 또는 비드 결합된 시그널링 기와 같은 입자 기재 시그널의 상대적 작용을 나타낸다. 그 후, 유동 가능한 표지기는 각각의 병렬 채널을 통해 수집 채널(308)로 흐르며, 여기서, 각각의 병렬 채널로부터의 일련의 시그널은 검출 윈도우(116)을 지나 직렬로 유동한다.As with the test compounds derived through their respective parallel reaction channels, they will be in contact with the biochemical system in question. As mentioned above, special biochemical systems will generally comprise a flowable labeling system, which system may be a dissolvable labeling group such as a colorable or fluorescent substrate, labeled ligand, or the like, or a precipitating agent or The relative action of particle based signals such as bead bound signaling groups. The flowable indicator then flows through each parallel channel to the collection channel 308, where a series of signals from each parallel channel flow in series past the detection window 116.

도 3을 참조하여, 도 4A-4F에는 시험 화합물과 생화학적 시스템 성분을 "일련의 주입 병렬 반응" 장치에 주입하고, 시스템을 시험 화합물에 노출시키고, 병렬의 반응 채널로부터의 생성된 시그널을 흐르게 하고, 검출 윈도우를 지나는 과정이 도시되어 있다. 특히, 도 4A는 샘플 주입 채널(304)을 통해 비드(346)상에 고정된 시험 화합물의 도입을 도시하고 있다. 이와 유사하게, 생화학적 시스템 성분(348)은 시딩 채널(306)을 통해 반응 채널(312-324)로 도입된다. 상기에 설명된 바와 같이, 시험 화합물과 함께 장치에 도입되지만, 스크리닝될 모델 시스템의 성분은 임의적으로 제조동안 반응 채널내로 도입된다. 또한, 이러한 성분은 임의적으로 특정 스크리닝 장치의 저장 수명을 증가시키기 위해 액체 형태 또는 동결 건조된 형태로 제공된다.Referring to Figure 3, Figures 4A-4F show test compounds and biochemical system components injected into a "serial injection parallel reaction" device, the system is exposed to the test compounds, and the generated signals from the parallel reaction channels flow. The process of passing through the detection window is shown. In particular, FIG. 4A illustrates the introduction of a test compound immobilized on beads 346 through sample injection channel 304. Similarly, biochemical system components 348 are introduced into reaction channels 312-324 through seeding channels 306. As described above, the components of the model system to be screened are introduced into the reaction channel, optionally during manufacture, with the test compound. In addition, these components are optionally provided in liquid or lyophilized form to increase the shelf life of certain screening devices.

도시된 바와 같이, 생화학적 시스템 성분은 세포 또는 입자 기재 시스템내에 포함되어 있지만, 유체 성분은 또한 본원에 설명된 바와 같이 사용될 수 있다. 미립자 성분이 반응 채널로 흐를 때, 이들은 임의적으로 상기에 언급된 바와 같이, 매트릭스(344) 보유한 임의적인 광학적 입자상에 임의적으로 유지된다.As shown, the biochemical system components are included in the cell or particle based system, but fluid components can also be used as described herein. As the particulate component flows into the reaction channel, they are optionally retained on any optical particles retained by the matrix 344, as mentioned above.

도 4B는 비드를 이형제에 노출시킴으로써 비드(346)로부터 시험 화합물을 이탈시키는 것이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 비드는 적당한 광원(352), 예를 들어, 연결기를 광분해하기에 적합한 파장의 빛을 발생시킬 수 있는 광원으로부터의 광에 노출되며, 이로써 광분해 가능한 연결기를 통해 이들 각각의 비드에 커플링되는 화합물을 방출시킨다.4B depicts leaving the test compound from the beads 346 by exposing the beads to a release agent. As shown, the beads are exposed to light from a suitable light source 352, e.g., a light source capable of generating light of a wavelength suitable for photodegrading the connector, thereby allowing each of these beads to be subjected to photodegradable connector. Release the compound to be coupled.

도 4C에서, 방출된 시험 화합물은 이들 화합물이 생화학적 시스템 성분과 접촉할 때까지 화살표(354)로 도시된 바와 같이 병렬 반응 채널을 따라 흐르게 된다. 이후, 생화학적 시스템 성분(348)은 시험 화합물의 존재하에서 이들의 기능, 예를 들어, 효소 반응, 수용체/리간드 상호작용 등을 수행하게 된다. 생화학적 시스템의 여러 성분이 고체 지지체 상에 부동화되는 경우, 이들 지지체로부터 성분이 방출되어 시스템을 개시시키는 성과를 제공할 수 있다. 이후, 생화학적 시스템의 작용화에 상응하는 가용성 시그널(356)이 발생된다(도4D). 상기한 바와 같이, 발생된 시그널 수준에서의 변화는 특정 시험 화합물이 특정 생화학적 시스템의 이펙터임을 나타내는 표시사항(indication)이다. 이는 시그널(358)의 보다 밝은 부분의 쉐이딩으로 표시된다.In FIG. 4C, the released test compounds will flow along parallel reaction channels as shown by arrow 354 until these compounds come in contact with the biochemical system components. The biochemical system components 348 then perform their functions, eg, enzymatic reactions, receptor / ligand interactions, etc. in the presence of the test compound. When several components of the biochemical system are immobilized on a solid support, the components can be released from these supports to provide the effect of initiating the system. Thereafter, a soluble signal 356 is generated corresponding to the functionalization of the biochemical system (FIG. 4D). As noted above, the change in signal level generated is an indication that a particular test compound is an effector of a particular biochemical system. This is indicated by the shading of the brighter portion of the signal 358.

도 4E 및 4F에서, 가용성 시그널은 이후 반응 채널(312-324)에서 검출 채널(308)로 흐르고, 검출 채널을 따라 검출 윈도우(116)을 지난다.4E and 4F, the soluble signal then flows from reaction channels 312-324 to detection channel 308 and passes through detection window 116 along the detection channel.

다시, 검출 윈도우에 인접하여 위치한, 상기한 바와 같은 검출 시스템은 시그널 수준을 모니터할 것이다. 몇몇 구체예에서, 시험 화합물을 함유하는 비드가 임의적으로 재생되어 그 위에 존재하는 시험 화합물을 확인한다. 이는 일반적으로 비드상에서 시험 화합물을 합성하는 동안에 표지화 기의 혼입에 의해 달성된다. 도시된 바와 같이, 소모된 비드(360), 즉, 시험 화합물이 방출된 비드는 임의적으로 이것에 결합된 시험 화합물을 확인하기 위해 포트(port)(362)를 통해 채널 구조로부터 운반된다. 이러한 확인은 임의적으로 단편 수집기에 비드를 유도하므로써 장치의 외측에서 달성되며, 이 때 비드상에 존재하는 시험 화합물은 표지화 기의 확인을 통해 또는 잔류 화합물의 확인을 통해 임의적으로 확인된다. 결합적 화학 방법으로 표지화 기를 혼입시키는 것은 표지화 기로서 염소화/불소화 방향족 화합물 또는 잠재적 누클레오티드 서열을 사용하는 것으로 이미 기재되어 있다[참조: PCT 출원 WO 95/12608호]. 또한, 비드는 확인이 수행될 때, 장치 그 자체내에서 개별적인 검정 시스템에 임의적으로 운반될 수 있다.Again, a detection system as described above, located adjacent to the detection window, will monitor the signal level. In some embodiments, the beads containing the test compound are optionally regenerated to identify the test compound present thereon. This is generally accomplished by incorporation of the labeling group during the synthesis of the test compound on the beads. As shown, the spent beads 360, ie, the beads from which the test compound is released, are optionally transported from the channel structure through a port 362 to identify the test compound bound thereto. This identification is achieved outside of the device, optionally by inducing beads in the fragment collector, wherein test compounds present on the beads are optionally identified through identification of labeling groups or identification of residual compounds. The incorporation of labeled groups by a binding chemistry method has already been described using chlorinated / fluorinated aromatic compounds or potential nucleotide sequences as labeling groups (PCT Application WO 95/12608). In addition, the beads may optionally be transported to individual assay systems within the device itself when verification is performed.

도 6A는 "일련의 주입 병렬 반응" 장치의 또 다른 구체예를 도시한 것으로, 이 장치는 비드 기재 시스템과 대조적으로 유체 기재에 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 장치(600)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같은 두 개 이상의 횡단 채널, 즉, 샘플 주입 채널(604) 및 검출 채널(606)을 포함한다. 이들 횡단 채널은 샘플 채널(604)을 검출 채널(606)에 연결시키는 일련의 병렬 채널(612-620)에 의해 상호 연결된다.FIG. 6A illustrates another embodiment of a “serial injection parallel reaction” device, which device can be used for fluid substrates as opposed to bead based systems. As shown, the apparatus 600 includes two or more transverse channels, as shown in FIGS. 3 and 4, that is, a sample injection channel 604 and a detection channel 606. These transverse channels are interconnected by a series of parallel channels 612-620 connecting the sample channel 604 to the detection channel 606.

또한, 도시된 장치는 유체 시험 화합물의 흐름을 반응 채널에 유도하기 위한 추가의 채널 셋트를 포함한다. 특히, 추가의 횡단 펌핑 채널(634)는 일련의 병렬 펌핑 채널(636-646)을 통해 샘플 채널(604)에 유체적으로 연결된다. 펌핑 채널의 말단에는 저장소(650 및 652)를 포함한다. 병렬 채널(636-646)의 교차점은 병렬 채널(612-620)과 샘플 채널(604)의 교차점으로부터, 즉, 이들 사이에서 엇걸리게 된다. 유사하게, 횡단 펌핑 채널(608)은 병렬 펌핑 채널(622-632)에 의해 검출 채널(606)에 연결된다. 다시, 병렬 펌핑 채널(622-632)와 검출 채널(606)의 교차점은 반응 채널(612-620)과 검출 채널(606)의 교차점에서 엇걸리게 된다.The device shown also includes an additional channel set for directing the flow of fluid test compound into the reaction channel. In particular, the additional transverse pumping channel 634 is fluidly connected to the sample channel 604 through a series of parallel pumping channels 636-646. At the end of the pumping channel includes reservoirs 650 and 652. The intersection of parallel channels 636-646 is staggered from the intersection of parallel channels 612-620 and sample channel 604, ie between them. Similarly, the transverse pumping channel 608 is connected to the detection channel 606 by parallel pumping channels 622-632. Again, the intersection of parallel pumping channels 622-632 and detection channel 606 is staggered at the intersection of reaction channels 612-620 and detection channel 606.

본 시스템의 작동을 도시한 개략도가 도 6B-6C에 도시된다. 도시된 바와 같이, 서로 별개의 시험 물질 영역으로부터 물리적으로 분리된 일련의 시험 화합물이 앞서 기술된 방법을 사용하여 샘플 채널(604)로 도입된다. 전기삼투 시스템에 대해서는, 전압이 샘플 채널(604) 뿐만 아니라 저장소(648)에 인가된다. 전압은 또한 저장소(650:652), (654:656) 및 (658:660)에 인가된다. 이것은 화살표로 도시된 바와 같이 횡단 채널(634, 604, 606 및 608)을 따라 유체를 흐르게 하고, 도 6B에 도시된 바와 같이 이들 횡단 채널을 상호연결시키는 병렬 채널 어레이를 통해 제로 네트 흐름(zero net flow)을 초래한다. 도 6B의 어두운 영역(shaded area)에 의해 도시된 바와 같이, 시험 화합물을 함유하는 시험 물질 영역이 샘플 채널(604)을 검출 채널(606)에 연결시키는 병렬 반응 채널(612-620)과 정렬되면, 이들 채널의 말단에 있는 저장소에 인가된 전압을 제거하므로써 모든 횡 방향으로의 흐름은 중단된다. 상기 기재된 바와 같이, 채널의 구조는 기판상의 공간 사용을 최대화시키므로써 변화될 수 있다. 예를 들어, 샘플 채널이 직선인 경우, 반응 채널간의 거리(및, 크기 제한 기판 상에서 수행될 수 있는 병렬 반응기의 수)는 시험 물질 영역 사이의 거리에 의해 한정된다. 그러나, 이러한 한정은 채널의 기하학적 구조를 변경시키므로써 해소될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 제 1 및 제 2 스페이서 영역의 길이는 사문석, 방형파, 톱니 또는 기타 왕복 채널 구조에 의해 수용될 수 있다. 이것에 의해서 기판면의 제한된 영역에 최대수의 반응 채널을 패킹시킬 수 있다.A schematic diagram illustrating the operation of the system is shown in FIGS. 6B-6C. As shown, a series of test compounds physically separated from separate test material regions are introduced into the sample channel 604 using the method described above. For an electroosmotic system, a voltage is applied to the reservoir 648 as well as the sample channel 604. Voltage is also applied to reservoirs 650: 652, 654: 656, and 658: 660. This allows zero net flow through a parallel channel array that flows fluid along the transverse channels 634, 604, 606 and 608 as shown by the arrows and interconnects these transverse channels as shown in FIG. 6B. flow. As shown by the shaded area of FIG. 6B, the region of test substance containing the test compound is aligned with the parallel reaction channels 612-620 connecting the sample channel 604 to the detection channel 606. By removing the voltage applied to the reservoir at the ends of these channels, the flow in all transverse directions is interrupted. As described above, the structure of the channel can be varied by maximizing the use of space on the substrate. For example, if the sample channel is straight, the distance between the reaction channels (and the number of parallel reactors that can be performed on the size limiting substrate) is defined by the distance between the test material regions. However, this limitation can be solved by changing the geometry of the channel. For example, in some cases, the length of the first and second spacer regions can be accommodated by serpentine, square wave, sawtooth, or other reciprocating channel structures. This allows the maximum number of reaction channels to be packed in a limited area of the substrate surface.

병렬 반응 채널이 정렬되는 경우, 이후 샘플 또는 시험 물질은 제 1 전압을 저장소(650 및 652)에 인가하고, 동시에 제 2 전압을 저장소(658 및 660)에 인가하므로써 병렬 반응 채널(612-620)으로 이동하게 되어, 이로써 병렬 펌핑 채널(636-646)을 통과한 유체 흐름은 도 6C에 도시된 바와 같이 시험물질을 병렬 반응채널(612-620)로 진행시킨다. 이러한 과정 동안, 저장소(648, 654, 656) 또는 샘플 채널(604)의 말단에 인가되는 전압은 전혀 없다. 병렬 채널(636-646) 및 (622-632)는 일반적으로 길이가 조절되어 전체 채널 길이, 및 이에 따른 저장소(650 및 652)로부터 채널(604)로의 저항 수준 및 저장소(658 및 660)로부터 채널(606)로의 저항 수준이 사용되는 어떠한 경로에서도 동일하게 될 것이다. 저항은 일반적으로 채널의 길이 또는 폭을 조절하므로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 채널은 접기 또는 사문암 기하 구조를 포함시키므로써 연장될 수 있다. 이러한 것은 도시되지는 않았지만, 이와 같은 채널 길이를 연장시키기 위해서는, 채널(636 및 646)은 가장 길고, 채널(640 및 642)은 가장 짧아서 대칭 흐름을 발생시키고, 이로써 샘플을 채널로 진행시킨다. 확인할 수 있는 바와 같이, 샘플이 채널(612-620)을 통해 흐르는 동안, 개개의 채널 길이가 동일하므로, 이들 채널내 저항은 동일할 것이다.When the parallel reaction channels are aligned, the sample or test material then applies the first voltage to the reservoirs 650 and 652 and at the same time a second voltage to the reservoirs 658 and 660 by parallel reaction channels 612-620. The flow of fluid through the parallel pumping channels 636-646 thus leads the test material to the parallel reaction channels 612-620 as shown in FIG. 6C. During this process, no voltage is applied at the ends of reservoirs 648, 654, 656 or sample channel 604. Parallel channels 636-646 and 622-632 are generally length adjusted so that the overall channel length, and thus the level of resistance from reservoirs 650 and 652 to channel 604, and the channels from reservoirs 658 and 660 The resistance level to 606 will be the same in any path used. The resistance can generally be adjusted by adjusting the length or width of the channel. For example, the channel can be extended by including a fold or serpentine geometry. Although this is not shown, to extend this channel length, channels 636 and 646 are the longest, and channels 640 and 642 are the shortest to generate a symmetrical flow, thereby advancing the sample to the channel. As can be seen, while the samples flow through channels 612-620, the resistances in these channels will be the same, as the individual channel lengths are the same.

반응 물질이 스크리닝된 후, 시험 물질 영역/시그널 구성원은 전압을 저장소(650 및 652)에서 저장소(658 및 660)으로 인가하므로써 검출 채널(606)로 이동하게 되고, 동시에 나머지 저장소에서의 전압은 부동하게 한다. 이후, 상기 시험 물질 영역/시그널은 전압을 저장소(654 및 656)에 인가시키므로써 검출 윈도우/검출기(662)를 지나 연속적으로 이동하면서, 나머지 횡단 채널의 말단에 충분한 전압을 인가시키므로써 여러 병렬 채널을 따르는 흐름을 억제한다. 직각으로 교차하는 채널로 도시되었지만, 또한, 다른 기하학적 구조가 연속 주입 병렬 반응에 적합한 것으로 인지될 것이다. 예를 들어, 미국 특허 출원 제 08/835,101호(1997년 4월 4일자 출원)에는 유체 흐름을 제어하기 위해 폭을 변화시키는 채널 및 포물선 기하학적 구조에 이점이 있는 것으로 기재되어 있다. 요컨대, 전기삼투 시스템에서 유체 흐름은 전극간의 전류 흐름에 의해 제어되며, 따라서 이와 관련된다. 유체 채널내에서의 저항은 경로의 길이 및 폭의 함수로서 변할 수 있으며, 따라서 상이한 길이의 채널은 상이한 저항을 갖는다. 이러한 저항 차이는 보정되지 않으며, 이는 횡방향 전기장의 발생을 초래하여 유체 흐름을 특정 영역에 유도시키는 장치의 능력을 억제할 수 있다. 전류, 및 이에 따른 유체 흐름은 최소 저항의 경로, 예를 들어 최단 경로를 따른다. 횡방향 전기장의 이러한 문제가 각각의 그리고 모든 병렬 채널의 말단에 별개의 전기 시스템, 즉, 별개의 전극을 사용하므로써 경감시키기는 하나, 이러한 전극을 전부 포함하는 장치 및 각각의 이들 전극에 인가되는 전압을 제어하기 위한 제어 시스템을 제조하는 것은, 특히 단일 소규모 장치, 예를 들어 1 내지 2㎠에서 수백 내지 수천개의 병렬 채널을 다루는 경우에는 복잡할 수 있다. 따라서, 본 발명은 다수개의 병렬 채널을 각각 통과하는 전류 흐름이 이들 채널 또는 채널 네트워크를 통해 목적하는 유동 패턴을 보장하도록 하는 적합한 수준에 있도록 하므로써 연속적인 병렬 전환에 영향을 미치는 미세한 유체 장치를 제공하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서는 적당한 여러 방법 및 기판/채널 형태가 있다.After the reactant material is screened, the test substance region / signal member is moved to the detection channel 606 by applying a voltage from reservoirs 650 and 652 to reservoirs 658 and 660, while at the same time the voltage in the remaining reservoirs is floating. Let's do it. Thereafter, the test substance region / signal is continuously moved past the detection window / detector 662 by applying a voltage to the reservoirs 654 and 656, while applying sufficient voltage to the ends of the remaining transverse channels to provide several parallel channels. Suppress the flow following. Although shown as channels crossing at right angles, it will also be appreciated that other geometries are suitable for continuous injection parallel reactions. For example, US patent application Ser. No. 08 / 835,101, filed Apr. 4, 1997, describes the advantages of varying widths and parabolic geometries to control fluid flow. In sum, in an electroosmotic system the fluid flow is controlled by the current flow between the electrodes and thus is relevant. The resistance in the fluid channel can vary as a function of the length and width of the path, so channels of different lengths have different resistances. This resistance difference is not corrected, which can result in the generation of a lateral electric field, which can inhibit the device's ability to direct fluid flow to a particular area. The current, and thus fluid flow, follows the path of least resistance, for example the shortest path. Although this problem of transverse electric fields is alleviated by using separate electrical systems, i.e., separate electrodes at the ends of each and all parallel channels, a device comprising all of these electrodes and the voltage applied to each of these electrodes Manufacturing a control system to control the control can be complicated, especially when dealing with hundreds to thousands of parallel channels in a single small scale device, for example 1 to 2 cm 2. Accordingly, the present invention provides a microfluidic device that affects continuous parallel switching by ensuring that current flow through each of the multiple parallel channels is at a suitable level to ensure the desired flow pattern through these channels or channel networks. will be. There are several suitable methods and substrate / channel types to achieve this goal.

본 발명의 장치에 따른 채널의 포물선 기하학적 구조의 일 실시예에서, 기판은 주채널을 포함한다. 일련의 병렬 채널은 주채널에서 종결된다. 이들 병렬 채널의 반대 말단에는 포물선형 채널이 연결된다. 각각의 병렬 채널에서의 전류 흐름은 병렬 채널의 길이를 조절하므로써 일정하거나 균등하게 유지되어, 각각의 병렬 채널을 이들의 각 전극에 연결시키는 채널 구조가 포물선 형태가 되도록 한다. 병렬 채널 사이의 포물선형 채널내 전압 강하는 채널 폭을 조절하므로써 일정하게 유지되어 이들 병렬 채널에 의해 발생된 병렬 전류 경로로 인한 채널 전류를 다양하게 수용한다. 채널의 포물선 형태는 이들의 테이퍼링(tapering) 구조에 합쳐져 모든 병렬 채널을 따른 저항을 동일하게 하고, 이로써 선택된 경로에 상관없이 유체 흐름을 동일하게 한다. 일반적으로, 채널 간의 저항을 바람직하게 제어하도록 하는 채널 치수의 결정은 공지된 방법에 의해 수행될 수 있으며, 일반적으로 기판을 통해 이동되는 유체의 성질과 같은 요인에 의해 좌우된다.In one embodiment of the parabolic geometry of the channel according to the device of the invention, the substrate comprises a main channel. The series of parallel channels terminates in the main channel. Opposite ends of these parallel channels connect parabolic channels. The current flow in each parallel channel is kept constant or even by adjusting the length of the parallel channel so that the channel structure connecting each parallel channel to their respective electrodes becomes parabolic. The voltage drop in the parabolic channel between the parallel channels is kept constant by adjusting the channel width to accommodate various channel currents due to the parallel current paths generated by these parallel channels. The parabolic shape of the channels is combined with their tapering structure to equalize the resistance along all parallel channels, thereby making the fluid flow the same regardless of the path selected. In general, the determination of the channel dimensions to favorably control the resistance between the channels can be performed by known methods and generally depends on factors such as the nature of the fluid being moved through the substrate.

본 발명의 설명은 일반적으로 특정 상호작용에 영향을 미치는 화합물을 확인하기 위한 스크리닝 검정과 관련하여 기재하고 있으나, 상기 기재된 미량실험용 시스템이 또한 성분과 생화학적 시스템의 다른 구성원간의 상호 작용에 반드시 영향을 미치지는 않는 생화학적 시스템의 성분과 특이적으로 상호작용하는 화합물을 스크리닝하는데 사용될 수 있다. 이러한 화합물에는 일반적으로 치료 또는 마아커 기, 즉, 방사성 핵종, 염료 등에 대한 표적 기로서 예를 들어, 진단 및 치료 분야에 일반적으로 사용될 수 있는 결합 화합물이 포함된다. 예를 들어, 이러한 시스템은 생화학적 시스템의 주어진 성분을 결합시킬 수 있는 시험 화합물을 스크리닝 하는데 임의적으로 사용될 수 있다.While the description of the present invention generally describes a screening assay for identifying compounds that affect a particular interaction, the microexperimental systems described above must also affect the interaction between components and other members of the biochemical system. It can be used to screen compounds that specifically interact with components of the biochemical system that do not extend. Such compounds generally include binding compounds that can be used generally in the diagnostic and therapeutic art, for example, as therapeutic or marker groups, ie target groups for radionuclides, dyes, and the like. For example, such a system can optionally be used to screen test compounds that can bind a given component of a biochemical system.

II. II. 미량실험용 시스템Micro Experimental System

작업 편의상, 일반적으로 개개의 분리된 장치에 대해 기재되나, 기재되는 본 시스템은 일반적으로 보다 큰 시스템의 부분이며, 각각의 기부 상에서 또는 여러개의 스크린 장치와 병렬로, 장치의 기능을 모니터하고 조절할 수 있다. 이러한 시스템의 예가 도 7에 도시된다.For ease of operation, although generally described for individual discrete devices, the described system is generally part of a larger system and can monitor and adjust the function of the device on each base or in parallel with several screen devices. have. An example of such a system is shown in FIG.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 시스템에는 시험 화합물 처리 시스템(700)이 포함될 수 있다. 도시된 시스템에는 다수개의 개별적인 검정 칩 또는 장치(704)를 지지할 수 있는 기단(702)이 포함된다. 도시된 바와 같이, 각각의 칩에는 다수개의 분리된 검정 채널(706)이 포함되며, 이들 채널은 각각 시험 화합물을 장치에 도입시키기 위해 개별적인 인터페이스(interface)(708), 예를 들어, 피펫터(pipetter)를 갖는다. 상기 인터페이스는 장치에 시험 화합물을 시핑(sipping)하는데 사용되며, 시핑에 의해 분리된 제 1 및 제 2 스페이서 유체가 장치에 도입된다. 도시된 시스템에서, 칩의 인터페이스는 기단(702)의 바닥부로부터 개구부(710)을 통해 삽입되며, 상기 기단은 상승 및 하강이 가능하여 인터페이스를 기단 아래, 예를 들어, 컨베이어 시스템(712)상에 위치하는 멀티웰 마이크로플레이트(711)에 함유되는 시험 화합물 또는 세척/제 1 스페이서 유체/제 2 스페이서 유체와 접촉시킨다. 작업시, 상이한 시험 화합물을 다수 함유하는 멀티웰 플레이트는 컨베이어 시스템의 한 단부에 적재(714)된다. 상기 플레이트를 완충 시스템(720)으로 충전될 수 있는 적합한 완충액 저장소(716 및 718)에 의해 분리된 컨베이어 상에 배치한다. 상기 플레이트를 컨베이어에서 내리고, 시험 화합물을 칩에 샘플링하여, 적합한 스페이서 유체 영역에 의해 산재시킨다. 시험 화합물을 칩에 로딩시킨 후, 멀티웰 프레이트를 수집하거나 시스템의 말단에 적재(722)한다. 전체 제어 시스템에는 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 개개의 미량실험용 시스템 또는 장치가 포함된다. 각각의 장치는 컴퓨터 시스템에 접속되어, 적절하게 프로그래밍 되므로써 다양한 칩내에서 유체 흐름 및 방향을 제어하고, 여러 장치에 의해 수행된 스크리닝 검정으로부터 얻어진 데이타를 모니터하고, 기록하고 분석한다. 이러한 장치들은 일반적으로 컴퓨터와 각 장치 사이의 인터페이스를 제공하여 컴퓨터에서 장치로 작업 지시를 이행하고, 장치에서 컴퓨터로 데이타를 기록하는 중간 어뎁터 모듈을 통해 컴퓨터와 접속될 것이다. 예를 들어, 어뎁터는 일반적으로 각 장치의 상응하는 구성원에 대한 적절한 접속부, 예를 들어, 검출 시스템을 위한 전기 삼투 유체 흐름, 전력 입력 및 데이타 출력에 사용되는 저장소에 들어 있는 전극에 연결된 전기납, 전기 또는 광학섬유, 장치에 혼입되는 기타 센서 구성원을 위한 데이타 릴레이가 포함될 것이다. 또한, 어뎁터 장치는 제어가 필요한 경우, 예를 들어, 특정 스크리닝 검정을 수행하기 위한 선택적인 온도로 각 장치를 유지시키려는 경우에 각 장치에 대해 주변 제어를 제공한다.As shown in FIG. 7, the system may include a test compound processing system 700. The system shown includes a base 702 that can support a number of individual assay chips or devices 704. As shown, each chip includes a number of separate assay channels 706, each of which has a separate interface 708, such as a pipette, for introducing test compounds into the device. pipetter). The interface is used to sift the test compound into the device, wherein the first and second spacer fluids separated by the sipping are introduced into the device. In the illustrated system, the interface of the chip is inserted through the opening 710 from the bottom of the base 702, which base can be raised and lowered so that the interface is under the base, for example, on the conveyor system 712. Contact with a test compound or a wash / first spacer fluid / second spacer fluid contained in a multiwell microplate 711 located therein. In operation, a multiwell plate containing a large number of different test compounds is loaded 714 at one end of the conveyor system. The plate is placed on a separate conveyor by suitable buffer reservoirs 716 and 718 that can be filled into the buffer system 720. The plate is lowered from the conveyor and the test compound is sampled onto the chip and interspersed with a suitable spacer fluid region. After the test compound is loaded onto the chip, the multiwell plates are collected or loaded 722 at the end of the system. The overall control system includes a number of individual microexperimental systems or devices, as shown in FIG. Each device is connected to a computer system and properly programmed to control fluid flow and direction within the various chips and to monitor, record and analyze data obtained from screening assays performed by various devices. Such devices will typically be connected to the computer through an intermediate adapter module that provides an interface between the computer and each device to perform work instructions from the computer to the device and write data from the device to the computer. For example, adapters typically have suitable connections to corresponding members of each device, e.g., electrical osmotic fluid flow for detection systems, electrical leads connected to electrodes contained in reservoirs used for power input and data output, electrical Or optical relays, data relays for other sensor members incorporated into the device. The adapter device also provides periphery control for each device when control is needed, for example, to maintain each device at an optional temperature for performing a particular screening assay.

도시된 바와 같이, 각 장치는 또한 시험 화합물을 개개의 장치에 도입시키기 위한 적절한 유체 인터페이스, 예를 들어, 마이크로피펫터가 구비된다. 이러한 장치는 로보트 시스템에 쉽게 부착될 수 있어 시험 화합물을, 컨베이어 시스템을 따라 이동하는 다수개의 멀티웰 플레이트로부터 샘플링되도록 한다. 중간 스페이서 유체 영역이 또한 스페이서 용액 저장소를 거쳐 도입될 수 있다.As shown, each device is also equipped with a suitable fluid interface, eg, a micropipette, for introducing test compounds into the individual devices. Such a device can be easily attached to a robotic system to allow test compounds to be sampled from multiple multiwell plates moving along a conveyor system. Intermediate spacer fluid regions can also be introduced via the spacer solution reservoir.

III. III. 마이크로칩에서 화학종의 분해를 억제하는 유체 전극 인터페이스Fluid electrode interface inhibits decomposition of chemical species in microchips

유체 또는 기타 물질을 본 발명의 장치를 통해 전기삼투에 의해 또는 전기영동에 의해 펌핑시키는 경우, 유체중 화학종은 고전압 또는 전류가 인가되거나, 전압이 장시간 인가되는 경우에 분해될 수 있다. 화학종이 전극으로부터 채널 입구로 이동하는 것을 지연시키거나, 화학종이 전극으로 이동하는 것을 지연시키는 형태는 샘플내 화학종의 바람직하지 않은 분해를 감소시키므로써 화학 검정의 수행능을 개선시킨다. 이러한 형태는 전압이 장기간, 예를 들어, 수시간 내지 수일 동안 인가되는 검정 시스템에 특히 바람직하다.When pumping a fluid or other material by electroosmotic or electrophoresis through the device of the present invention, the species in the fluid may decompose when high voltage or current is applied, or when voltage is applied for a long time. Delaying the migration of the species from the electrode to the channel inlet or from the migration of the species to the electrode improves the performance of the chemical assay by reducing undesirable degradation of the species in the sample. This form is particularly desirable for assay systems in which voltage is applied for a long time, for example, from several hours to several days.

본 발명의 검정에서 화학종의 분해를 감소시키는 전극의 형태가 도 12의 패널 A-G에 도시되어 있다. 이러한 형태는 화학종이 전극으로부터 채널 입구로 이동하는 것을 지연시키거나, 화학종이 전극으로 이동하는 것을 지연시켜 화학 검정의 수행능을 개선시킨다. 도 12는 대표적인 전극 형태를 나타내고 있으며, 전극(1211)은 유체 채널(1217)에 유체적으로 접속된 저장소(1215)에 부분적으로 잠겨져 있다.The shape of the electrode to reduce degradation of species in the assay of the present invention is shown in panel A-G of FIG. 12. This form delays the migration of the species from the electrode to the channel inlet, or the migration of the species to the electrode improves the performance of the chemical assay. 12 illustrates a representative electrode configuration, in which electrode 1211 is partially submerged in reservoir 1215 fluidly connected to fluid channel 1217.

이에 비해, 도 12B는 프릿(1219)와 유체 채널(1223)에 유체적으로 연결된 유체 저장소(1221) 간의 염다리를 이용한 것이다.In comparison, FIG. 12B utilizes a salt bridge between frit 1219 and fluid reservoir 1221 fluidly connected to fluid channel 1223.

도 12C는 확산을 제한하기는 하지만 전기삼투 흐름이 적은 대채널(1231)에 의해 제 2 유체 저장소(1229)에 유체적으로 연결된 제 1 유체 저장소(1227)에 잠기는 전극(1225)를 제공하므로써 화학종의 분해를 감소시킨다.12C provides an electrode 1225 that is submerged in a first fluid reservoir 1227 fluidly connected to a second fluid reservoir 1229 by a large channel 1231 that limits diffusion but has low electroosmotic flow. Reduces degradation of species.

도 12D는 유사한 이분 저장소를 제공하고 있으며, 여기서 전극(1235)은 전기 삼투 흐름을 감소시키거나 제거하기 위해 처리되는 소채널(1243)에 의해 제 2 유체 저장소(1241)에 유체적으로 연결된 제 1 유체 저장소(1237)에 잠겨 있다.FIG. 12D provides a similar dichotomy reservoir wherein electrode 1235 is first fluidically connected to second fluid reservoir 1241 by small channel 1243 processed to reduce or eliminate electrical osmotic flow. Locked in fluid reservoir 1237.

도 12E는 또 다른 유사한 이분 저장소를 제공하고 있으며, 여기서 전극(1245)은 채널(1253)에 의해 제 2 유체 저장소(1251)에 유체적으로 연결된 제 1 유체 저장소(1247)에 잠겨 있다. 채널(1253)은 전기삼투 흐름을 감소시키기 위한 겔, 아가르, 유리 비드 또는 기타 매트릭스 물질과 같은 물질로 충전된다.12E provides another similar dichotomy reservoir wherein electrode 1245 is submerged in first fluid reservoir 1247 fluidly connected to second fluid reservoir 1251 by channel 1253. Channel 1253 is filled with a material such as gel, agar, glass beads or other matrix material to reduce electroosmotic flow.

도 12F는 변형된 이분 저장소를 제공하고 있으며, 여기서 전극(1255)은 채널(1261)에 의해 제 2 유체 저장소(1259)에 유체적으로 연결된 제 1 유체 저장소(1257)에 잠겨 있다. 제 2 유체 저장소(1259)의 유체 높이는 제 1 유체 저장소(1257)의 유체 높이보다 높아 유체를 전극(1255) 방향으로 유도한다.12F provides a modified bifurcation reservoir where electrode 1255 is submerged in first fluid reservoir 1257 fluidly connected to second fluid reservoir 1259 by channel 1261. The fluid height of the second fluid reservoir 1259 is higher than the fluid height of the first fluid reservoir 1257 to direct fluid toward the electrode 1255.

도 12G는 또 다른 변형된 이분 저장소를 제공하고 있으며, 여기서 전극(1265)은 채널(1271)에 의해 제 2 유체 저장소(1269)에 유체적으로 연결된 제 1 유체 저장소(1267)에 잠겨 있다. 제 1 유체 저장소(1267)의 직경은 모세관 힘이 유체를 제 1 유체 저장소(1267)로 충분히 흡인시킬 정도로 작다.12G provides another modified bifurcation reservoir wherein electrode 1265 is submerged in first fluid reservoir 1267 fluidly connected to second fluid reservoir 1269 by channel 1271. The diameter of the first fluid reservoir 1267 is small enough that the capillary force sufficiently attracts the fluid to the first fluid reservoir 1267.

본원에 기재된 바와 같은 방법 및 장치는 청구되는 본 발명의 의도 또는 범위에서 출발하지 않고도 변경될 수 있으며, 본 발명은 하기의 용도를 포함하는 많은 상이한 용도에 적용될 수 있다:The methods and apparatus as described herein can be changed without departing from the spirit or scope of the invention as claimed, and the invention can be applied to many different uses, including the following uses:

생화학적 시스템에 대해 다수개의 시험 화합물 각각의 효과를 시험하기 위해, 제 1 채널, 및 제 1 채널과 교차되는 제 2 채널을 가지는 하나 이상의 제 1 기판을 포함하며, 이들 채널중 하나 이상은 하나 이상의 횡단면 치수가 0.1 내지 500㎛인 미세한 유체 시스템으로의 용도.To test the effect of each of a plurality of test compounds on a biochemical system, one or more first substrates having a first channel and a second channel intersecting the first channel, one or more of these channels being one or more Use in fine fluid systems with cross-sectional dimensions of 0.1 to 500 μm.

생화학적 시스템이 사실상 연속적으로 채널중 하나를 관통하여 흘러, 다수개의 시험 화합물을 연속적으로 시험할 수 있는 상기 기재된 바와 같은 미세한 유체 시스템으로의 용도.Use as a microfluidic system as described above in which a biochemical system can flow substantially continuously through one of the channels to test a plurality of test compounds continuously.

제 1 기판에 다수개의 반응 채널을 제공하여 하나 이상의 생화학적 시스템에 다수개의 시험 화합물을 병행 노출시킬 수 있는, 상기 기재된 바와 같은 미세한 유체 시스템으로의 용도.Use as a microfluidic system as described above, which may provide a plurality of reaction channels in a first substrate to concurrently expose a plurality of test compounds to one or more biochemical systems.

각각의 시험 화합물이 인접한 시험 화합물로부터 물리적으로 분리되는, 상기 기재된 바와 같은 미세한 유체 시스템으로의 용도.Use as a microfluidic system as described above, wherein each test compound is physically separated from adjacent test compounds.

채널을 사용하면서 시험 물질 및 생화학적 시스템을 흐르게 하므로써 생화학적 시스템에 영향을 미치는 시험 물질을 스크리닝하는데 있어 기질 운반 교차 채널로의 용도.Use as a substrate transport cross-channel for screening test substances that affect the biochemical system by flowing the test substance and biochemical system while using the channel.

하나 이상의 채널이 하나 이상의 횡단면 치수가 0.1 내지 500㎛인 상기 기재된 바와 같은 기판으로서의 용도.Use as a substrate as described above wherein at least one channel has at least one cross-sectional dimension of 0.1 to 500 μm.

미세한 유체 시스템 또는 상기 기재된 바와 같은 기판중 어느 하나를 사용하는 검정.Assays using either a microfluidic system or a substrate as described above.

본 발명은 특히 표면내에 가공되는 다수개의 반응 채널과 함께 하나 이상의 표면을 가지는 기판을 포함하는, 생화학적 시스템에 대한 시험 화합물의 효과를 검출하기 위한 장치를 제공한다. 상기 기재된 바와 같은 장치는 2개 이상의 횡단 채널이 표면에 조립되고, 다수개의 반응 채널 각각은 각각의 반응 채널의 제 1 지점에서 2개 이상의 횡단 채널의 첫번째 채널에 유체적으로 연결되며, 각각의 반응 채널의 제 2 지점에서 제 2 횡단 채널에 유체적으로 연결되고, 검정 장치는 상기 기재된 바와 같은 장치를 포함한다.The present invention provides an apparatus for detecting the effect of a test compound on a biochemical system, in particular comprising a substrate having at least one surface with a plurality of reaction channels processed in the surface. The device as described above has two or more transverse channels assembled to a surface, each of the plurality of reaction channels being fluidly connected to the first channel of the two or more transverse channels at a first point of each reaction channel, each reaction Fluidly connected to the second transverse channel at a second point of the channel, the assay device comprising a device as described above.

하기 실시예는 예시를 위한 것이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자들은 실질적으로 유사한 결과를 얻을 수 있는 다수의 비필수적인 매개변수가 있음을 인정할 것이다.The following examples are for illustrative purposes and are not intended to be limiting. Those skilled in the art will recognize that there are a number of non-essential parameters that can yield substantially similar results.

실시예 1 - 효소 억제제 스크린Example 1 Enzyme Inhibitor Screen

효소 억제 검정 스크린 수행능을 평면 칩 형태로 입증하였다. 도 8에 도시된 바와 같은 배치를 가지는 6구 평면 칩을 사용하였다. 채널 옆에 있는 수치는 각 채널의 길이(mm)를 나타낸다. 두가지 전압 상태를 칩의 구에 인가하였다. 제 1 상태(상태 1)는 상부 완충제 웰로부터의 완충제를 가지는 효소를 주채널에 흐르게 하였다. 제 2 전압 상태(상태 2)는 상부 웰로부터 완충물의 흐름을 방해하고, 억제제 웰로부터 억제제를 도입시켜 효소와 함께 주채널에 흐르게 하였다. 또한, 완충제가 억제제 웰에 배치된 대조 시험을 수행하였다.Enzyme inhibition assay screen performance was demonstrated in planar chip form. A six ball planar chip with an arrangement as shown in FIG. 8 was used. The figures next to the channels indicate the length in mm of each channel. Two voltage states were applied to the spheres of the chip. The first state (state 1) allowed the enzyme with buffer from the upper buffer wells to flow into the main channel. The second voltage state (state 2) disrupted the flow of buffer from the top well and introduced the inhibitor from the inhibitor well to flow with the enzyme in the main channel. In addition, a control test was performed in which the buffer was placed in the inhibitor wells.

각각 두개의 인가된 전압 상태의 각구에 인가된 전압은 하기와 같다.The voltages applied to the spheres of the two applied voltage states are as follows.

시스템의 효율을 입증하기 위해, 하기 효소/기판/억제제를 사용하여 스크린 억제제의 β -갈락토시다제의 스크린 억제제로 검정하였다:To demonstrate the efficiency of the system, the following enzymes / substrates / inhibitors were used to screen inhibitors of β-galactosidase of screen inhibitors:

효소: β -갈락토시다제(50mM 트리스/300㎍/㎖ BSA 중의 180U/㎖)Enzyme: β-galactosidase (180 U / mL in 50 mM Tris / 300 μg / mL BSA)

기질: 플루오레세인-디칼락토시드(FDG) 400μ MSubstrate: Fluorescein-Dicalactoside (FDG) 400μM

억제제: IPTG, 200mMInhibitor: IPTG, 200 mM

완충제: 20mM 트리스, pH 8.5Buffer: 20 mM Tris, pH 8.5

효소 및 기질을 두 전압 상태하에서 각각의 구로부터 주채널을 통해 펌핑시켰다. 억제제 또는 완충액를 전압 상태 1 및 전압 상태 2 사이에서 변경시키므로써 각각의 웰로부터 교대로 주채널에 공급하였다. 억제제가 주채널의 검출 단부에 전혀 존재하지 않는 경우에, 바탕선 수준의 형광 생성물이 생성되었다. 억제제 도입시, 형광 시그널이 크게 감소되었으며, 이는 효소/기질 상호 작용의 억제를 나타낸다. 억제제 및 완충제의 주채널로의 교대 공급으로부터 얻어진 형광 데이타가 도 9A에 도시된다. 도 9A로부터 두 개의 데이타 부분을 겹쳐놓은 도 9B는 억제제 데이타를 대조군(완충제) 데이타와 직접 비교하고 있다. 대조군은 분명히 효소 기질 혼합물의 희석에 의한 형광 시그널에서 단지 약간의 변동이 있음을 보여주는 반면, 억제제 스크린은 분명한 억제를 나타내는 형광 시그널에서의 큰 감소를 나타낸다.Enzyme and substrate were pumped through the main channel from each sphere under two voltage conditions. Inhibitors or buffers were alternately supplied from each well to the main channel by changing between voltage state 1 and voltage state 2. When no inhibitor was present at the detection end of the main channel, a baseline level of fluorescence product was produced. Upon introduction of the inhibitor, the fluorescence signal was greatly reduced, indicating inhibition of the enzyme / substrate interaction. Fluorescence data obtained from alternating supply of inhibitor and buffer to the main channel is shown in FIG. 9A. 9B, which overlaps two data portions from FIG. 9A, compares inhibitor data directly with control (buffer) data. The control clearly shows that there is only a slight variation in the fluorescence signal by dilution of the enzyme substrate mixture, while the inhibitor screen shows a large decrease in the fluorescence signal indicating clear inhibition.

실시예 2 - 다수개의 시험 화합물의 스크리닝Example 2 Screening of Multiple Test Compounds

효소 반응의 억제제를 확인하기 위해 검정 스크린을 수행하였다. 사용하려는 칩의 개략도가 도 10에 도시되어 있다. 칩은 5cm 길이의 반응 채널을 가지며, 채널은 1cm의 인큐베이션 영역 및 4cm의 반응 영역을 포함한다. 샘플 채널의 개시점에 있는 저장소는 효소 용액으로 충전되며, 측부 저장소에는 불소생성 기질로 충전된다. 각각의 효소 및 기질은 희석되어 검출기에서 검정 시스템을 위한 선형 시그널 범위로 정상 상태 시그널을 제공한다. 전압을 각 저장소(샘플 공급원, 효소, 기질 및 폐기물)에 인가하여 200V/cm의 인가된 전기장을 달성하였다. 이러한 인가된 전기장은 유속이 2mm/초가 되게 하였다. 설정된 샘플이 칩을 통과하는 동안, 일반적으로 샘플은 확산되어 광범위하게 될 것이다. 예를 들어, 분자량이 적은 샘플의 경우, 예를 들어 약 0.38mm의 1mM의 벤조산 확산 범위와 0.4mm의 전기영동 이동이 관찰되었다.Assay screens were performed to identify inhibitors of the enzymatic reaction. A schematic of the chip to be used is shown in FIG. The chip has a 5 cm long reaction channel, which includes a 1 cm incubation zone and a 4 cm reaction zone. The reservoir at the beginning of the sample channel is filled with an enzyme solution and the side reservoir is filled with a fluorinating substrate. Each enzyme and substrate is diluted to provide a steady state signal in the linear range of signals for the assay system at the detector. Voltage was applied to each reservoir (sample source, enzyme, substrate and waste) to achieve an applied electric field of 200 V / cm. This applied electric field resulted in a flow rate of 2 mm / sec. While the established sample passes through the chip, the sample will generally spread out and become wider. For example, for samples of low molecular weight, a benzoic acid diffusion range of about 0.38 mm and an electrophoretic shift of 0.4 mm, for example, were observed.

150mM NaCl의 시험 화합물을 함유하는 시험 물질 영역은 150mM NaCl의 제 1 스페이서 영역 및 5mM 붕산염 완충제의 제 2 스페이서 영역에 의해 분리되는 샘플 채널에 도입하였다. 도시된 샘플 채널에 도입되는 경우, 시험 물질 영역은 샘플 채널의 길이를 이동하여 반응 채널의 인큐베이션 영역에 도달하는데 12초를 필요로 하였다. 이는 2mm/초의 유속의 결과이며, 이는 샘플로부터 스페이서 화합물로 샘플 피펫터를 이동시키는데는 1초가 허용된다는 것이다. 이러한 중단을 허용하기 위해, 실제 유속은 0.68mm/초이다. 효소/시험 화합물의 혼합물을 인큐베이션 영역을 통해 기질 채널의 교차점으로 이동시키는데 12초가 더 필요하며, 여기서 기질은 반응 채널의 반응 영역으로 지속적으로 유동한다. 이후, 시험 화합물을 함유하는 각각의 시험 물질 영역은 반응 영역의 길이를 이동하고 형광 검출기를 통과하는데 48초를 필요로 한다. 시험 물질 영역/스페이서 영역 로딩에 대한 타이밍의 개략도가 도 11에 도시된다. 상부 패널은 채널내 시험 물질/제 1 스페이서 영역/제 2 스페이이서 영역 분포를 나타내며, 저부 판넬은 채널을 로딩하는데 요구되는 타이밍을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이 개략도에는 고염(HS) 제 1 스페이서 유체의 로딩(시핑)("A"), 샘플 또는 시험 물질로 피펫터의 이동("B"), 샘플 또는 시험 물질의 시핑("C"), 고염 제 1 스페이서 유체로 피펫터 이동("D"), 제 1 스페이서 유체 시핑("E"), 저염(LS) 또는 제 2 스페이서 유체로 피펫터 이동("F"), 제 2 스페이서 유체 시핑("G") 및 제 1 스페이서 유체의 복귀("H")를 포함한다. 이 공정은 이후 각각의 추가 시험 화합물에 대해 반복된다.A test material region containing a test compound of 150 mM NaCl was introduced into the sample channel separated by a first spacer region of 150 mM NaCl and a second spacer region of 5 mM borate buffer. When introduced to the sample channel shown, the test material region required 12 seconds to shift the length of the sample channel to reach the incubation region of the reaction channel. This is the result of a flow rate of 2 mm / sec, which allows 1 second to move the sample pipettor from the sample to the spacer compound. To allow this interruption, the actual flow rate is 0.68 mm / sec. An additional 12 seconds is required to move the mixture of enzyme / test compounds through the incubation zone to the intersection of the substrate channels, where the substrate continues to flow into the reaction zone of the reaction channel. Each test substance region containing the test compound then requires 48 seconds to shift the length of the reaction region and pass the fluorescence detector. A schematic of the timing for the test material region / spacer region loading is shown in FIG. 11. The top panel shows the distribution of test material / first spacer area / second spacer area in the channel, and the bottom panel shows the timing required to load the channel. As shown, this schematic includes the loading (sipping) of the high salt (HS) first spacer fluid ("A"), the movement of the pipette ("B") to the sample or test substance, and the sipping of the sample or test substance (" C ″), pipette move to high salt first spacer fluid (“D”), pipette move to first spacer fluid (“E”), low salt (LS), or second spacer fluid (“F”), Two spacer fluid shiping ("G") and return of the first spacer fluid ("H"). This process is then repeated for each additional test compound.

일정한 기본 형광 시그널이 시험 화합물의 부재시에 검출기에서 성립된다. 시험 화합물의 도입시, 형광성의 감소는 시간 경과를 기준으로 하여 특정 개개의 시험 화합물에 상응하는, 도 9A 및 9B에 도시된 바와 유사함을 알 수 있다. 이 시험 화합물은 효소의 억제제로서 불확실하게 확인되었으며, 이를 확인하고 이 억제제의 효능을 정량화하기 위해 추가 시험을 수행하였다.A constant basic fluorescence signal is established at the detector in the absence of the test compound. Upon introduction of the test compound, it can be seen that the decrease in fluorescence is similar to that shown in Figures 9A and 9B, corresponding to the particular individual test compound over time. This test compound was uncertainly identified as an inhibitor of the enzyme, and further tests were conducted to confirm this and quantify the efficacy of this inhibitor.

상기 본 발명은 명료성 및 이해를 위해 일부 상세하게 기재되었지만, 당해 기술자들에게는 본 명세서를 숙지하므로써 본 발명의 실제 범위에서 출발하지 않고도 형태 및 세부 사항에 있어서 여러 변화가 이루어질 수 있다는 것은 자명할 것이다. 본원에서 인용된 모든 공보물 및 특허 문헌은 각각의 개별적인 공보물 또는 특허 문헌이 매우 개별적임을 나타내는 것처럼 동등한 자격으로 모든 목적에 대해 이들 전체가 참고문헌으로 인용된다.While the invention has been described in some detail for clarity and understanding, it will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the true scope of the invention. All publications and patent documents cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes, with equivalent qualifications indicating that each individual publication or patent document is very individual.

Claims (68)

하나 이상의 제 1 생화학적 성분에 대한 효과에 대하여 다수의 시험 화합물을 스크리닝 하기 위한 장치로서,An apparatus for screening a plurality of test compounds for effects on one or more first biochemical components, the apparatus comprising: (i) 그 내부에 배치된 2개 이상의 미세규모 채널을 포함하는 본체 구조;(i) a body structure comprising two or more microscale channels disposed therein; (ii) 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에 유체적으로 연결된 다수의 시험 화합물 공급원; 및(ii) a plurality of test compound sources fluidly connected to at least one of the at least two microscale channels; And (iii) 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에 유체적으로 연결된 제 1 생화학적 성분의 공급원을 포함함을 특징으로 하는 장치.(iii) a source of a first biochemical component fluidly connected to at least one of the at least two microscale channels. 제 1항에 있어서, 2개의 미세규모 채널중 하나 이상이, 약 0.1 내지 약 500㎛의 하나 이상의 횡단면 치수를 포함함을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein at least one of the two microscale channels comprises at least one cross sectional dimension of from about 0.1 to about 500 μm. 제 1항에 있어서, 2개 이상의 미세규모 채널이 교차 채널 또는 횡단 채널을 포함함을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the at least two microscale channels comprise cross channels or cross channels. 제 1항에 있어서, 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 또는 둘 모두에 유체적으로 연결된 다수의 반응 채널을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1 further comprising a plurality of reaction channels fluidly connected to one or both of the two or more microscale channels. 제 4항에 있어서, 다수의 반응 채널중 하나 이상의 채널이 약 0.1 내지 약 500㎛의 하나 이상의 횡단면 치수를 포함함을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 4, wherein at least one of the plurality of reaction channels comprises at least one cross sectional dimension of between about 0.1 μm and about 500 μm. 제 4항에 있어서, 다수의 반응 채널이 본체 구조 내에 배치된 다수의 병렬 반응 채널을 포함하며, 2개 이상의 미세규모 채널이 각 병렬 반응 채널의 반대측 단부에 유체적으로 연결됨을 특징으로 하는 장치.5. The device of claim 4, wherein the plurality of reaction channels comprise a plurality of parallel reaction channels disposed within the body structure, wherein at least two microscale channels are fluidly connected to opposite ends of each parallel reaction channel. 제 4항에 있어서, 2개 이상의 미세규모 채널이 내부 및 외부 동심원 채널의 본체내에 배치되며, 다수의 반응 채널이 내부 동심원 채널로부터 외부 동심원 채널로 방사상으로 연장됨을 특징으로 하는 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein at least two microscale channels are disposed within the body of the inner and outer concentric channels, and the plurality of reaction channels extend radially from the inner concentric channels to the outer concentric channels. 제 4항에 있어서, 각 반응 채널이 비드 고정식 웰(bead resting well), 입자 고정식 웰(particle resting well), 또는 입자 보유 영역(particle retention zone)을 포함함을 특징으로 하는 장치.5. The device of claim 4, wherein each reaction channel comprises a bead resting well, a particle resting well, or a particle retention zone. 제 8항에 있어서, 입자 보유 영역이 입자 보유 매트릭스 또는 미세구조 필터를 포함함을 특징으로 하는 장치.9. The apparatus of claim 8, wherein the particle retention region comprises a particle retention matrix or microstructured filter. 제 4항에 있어서, 다수의 시험 화합물의 공급원이 다수의 미세규모 채널의 각 채널에 유체적으로 연결됨을 특징으로 하는 장치.The device of claim 4, wherein a plurality of sources of test compound are fluidly connected to each channel of the plurality of microscale channels. 제 1항에 있어서, 다수의 시험 화합물의 공급원이 본체 구조내에 배치된 다수의 저장소(reservoir)를 포함함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the source of the plurality of test compounds comprises a plurality of reservoirs disposed within the body structure. 제 1항에 있어서, 다수의 시험 화합물의 공급원이 피펫터 요소(pipettor element)를 포함하며, 이 피펫터 요소는 장치를 조작하는 동안에 2개 이상의 미세규모 채널중의 하나 이상에 유체적으로 연결됨을 특징으로 하는 장치.The method of claim 1, wherein the source of the plurality of test compounds comprises a pipettor element, wherein the pipette element is fluidly connected to one or more of the two or more microscale channels during operation of the device. Characterized in that the device. 제 1항에 있어서, 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에 대한 제 1 단부에 유체적으로 연결된 모세관 채널(capillary channel)을 포함함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, comprising a capillary channel fluidly connected to the first end for at least one of the two or more microscale channels. 제 13항에 있어서, 모세관 공급원이 다수의 시험 화합물 공급원에 대한 제 2 단부에 유체적으로 연결됨을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 13, wherein the capillary source is fluidly connected to a second end for the plurality of test compound sources. 제 1 항에 있어서, 다수의 시험 화합물 공급원이 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에 배치된 다수의 입자를 포함함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the plurality of test compound sources comprise a plurality of particles disposed in one or more of the two or more microscale channels. 제 1항에 있어서, 다수의 시험 화합물 공급원이 다수의 시험 화합물을 포함함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the plurality of test compound sources comprises a plurality of test compounds. 제 1항에 있어서, 제 1 생화학적 성분의 공급원이 본체 구조의 표면 내에 배치됨을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the source of the first biochemical component is disposed within the surface of the body structure. 제 1항에 있어서, 본체 구조가, 내부에 에칭된 2개 이상의 미세규모 채널을 갖는 제 1 기판을, 이 제 1 기판내에 에칭된 2개 이상의 미세규모 채널을 덮는(overlaying) 제 2 기판에 열적으로 라미네이팅시킴으로써 제조됨을 특징으로 하는 장치.The method of claim 1, wherein the body structure is thermally thermally bonded to a second substrate overlying a first substrate having two or more microscale channels etched therein. By laminating with a device. 제 18항에 있어서, 제 1 기판 및 제 2 기판이 유리 기판을 포함함을 특징으로 하는 장치.19. The apparatus of claim 18, wherein the first substrate and the second substrate comprise a glass substrate. 제 1항에 있어서, 본체 구조가 에칭된 유리, 에칭된 실리콘 또는 성형된(molded) 중합체를 포함함을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the body structure comprises etched glass, etched silicon or molded polymer. 제 20항에 있어서, 본체 구조가 에칭된 실리콘, 및 이 에칭된 실리콘 상에 배치된 절연층을 포함함을 특징으로 하는 장치.21. The apparatus of claim 20, wherein the body structure comprises etched silicon and an insulating layer disposed on the etched silicon. 제 1항에 있어서, 본체 구조가 스탬프 성형(stamp-molding) 또는 사출 성형(injection-molding)으로 제조됨을 특징으로 하는 장치.2. An apparatus according to claim 1, wherein the body structure is made by stamp-molding or injection-molding. 제 1항에 있어서, 제 1 생화학적 성분이 효소 및 효소 기질을 포함하며, 이 효소 기질이 효소와 반응할 경우 검출가능한 시그널을 발생시킴을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the first biochemical component comprises an enzyme and an enzyme substrate, which generates a detectable signal when the enzyme substrate reacts with the enzyme. 제 23항에 있어서, 효소 기질이 착색성 또는 형광성 효소 기질임을 특징으로 하는 장치.The device of claim 23, wherein the enzyme substrate is a colored or fluorescent enzyme substrate. 제 1항에 있어서, 제 1 생화학적 성분이 수용체/리간드 결합쌍을 포함하며, 이 수용체 또는 리간드는 검출가능한 표지기(labeling group)를 포함함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the first biochemical component comprises a receptor / ligand binding pair, the receptor or ligand comprising a detectable labeling group. 제 25항에 있어서, 리간드에 대한 수용체의 결합에 의해 검출가능한 시그널이 발생됨을 특징으로 하는 장치.The device of claim 25, wherein a detectable signal is generated by binding of the receptor to the ligand. 제 1항에 있어서, 제 1 생화학적 성분이 항체/항원 결합쌍중 하나 또는 둘 모두를 포함하며, 이 항체가 항원과 특이적으로 면역 반응함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the first biochemical component comprises one or both of the antibody / antigen binding pairs, wherein the antibody specifically immune response to the antigen. 제 27항에 있어서, 항체 또는 항원이 검출가능한 표지기를 포함함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 27, wherein the antibody or antigen comprises a detectable label. 제 25항 또는 제 28항에 있어서, 검출가능한 표지기가 형광성 기를 포함함을 특징으로 하는 장치.29. The device of claim 25 or 28, wherein the detectable labeling group comprises a fluorescent group. 제 1항에 있어서, 제 1 생화학적 성분 또는 다수의 시험 화합물이 혈액으로부터 유래되거나, 환자로부터 유래함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the first biochemical component or the plurality of test compounds are derived from blood or from a patient. 제 1항에 있어서, 제 2 생화학적 성분의 공급원을 추가로 포함하며, 이 공급원이 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에 유체적으로 연결됨을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, further comprising a source of a second biochemical component, said source being fluidly connected to at least one of the at least two microscale channels. 제 1항에 있어서, 유체 유도 시스템을 추가로 포함하며, 이 유체 유도 시스템은 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상을 통하여 제 1 생화학적 성분을 유도하고, 다수의 시험 화합물을 다수의 시험 화합물 공급원으로부터 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상으로 유도함을 특징으로 하는 장치.The method of claim 1, further comprising a fluid induction system, wherein the fluid induction system induces a first biochemical component through at least one of the at least two microscale channels, and wherein the plurality of test compounds is supplied to a plurality of test compound sources. From to at least one of the two or more microscale channels. 제 32항에 있어서, 유체 유도 시스템에 의해서 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상을 따라 제 1 생화학적 성분의 연속적인 흐름이 형성되며, 다수의 시험 화합물중의 하나 이상의 성분이 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상으로 주기적으로 주입됨을 특징으로 하는 장치.33. The method of claim 32, wherein the fluid induction system forms a continuous flow of the first biochemical component along at least one of the at least two microscale channels, wherein at least one component of the plurality of test compounds is at least two microscale. Device periodically injected into one or more of the channels. 제 33항에 있어서, 유체 유도 시스템에 의해서 스페이서가 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상으로 주입되며, 이 스페이서는 다수의 시험 화합물의 상이한 성분을 분리시킴을 특징으로 하는 장치.34. The device of claim 33, wherein the spacer is introduced into one or more of the two or more microscale channels by a fluid induction system, wherein the spacer separates different components of the plurality of test compounds. 제 32항에 있어서, 유체 유도 시스템이,33. The system of claim 32, wherein the fluid induction system is 각 전극이 2개 이상의 채널에 의해 형성된 교차점의 상이한 측면상에서 2개 이상의 미세규모 채널과 전기적으로 접촉하는 세개 이상의 전극, 및At least three electrodes, each electrode being in electrical contact with at least two microscale channels on different sides of the intersection formed by the at least two channels, and 각 전극에 가변 전압을 동시에 인가시키므로써, 2개 이상의 채널내의 시험 화합물 또는 제 1 생화학적 성분의 이동이 제어되는 제어 시스템을 포함함을 특징으로 하는 장치.And a control system in which the movement of a test compound or a first biochemical component in two or more channels is controlled by simultaneously applying a variable voltage to each electrode. 제 32항에 있어서, 유체 유도 시스템이 압력 공급원을 포함함을 특징으로 하는 장치.33. The apparatus of claim 32, wherein the fluid induction system comprises a pressure source. 제 36항에 있어서, 압력 공급원이 펌프를 포함함을 특징으로 하는 장치.37. The apparatus of claim 36, wherein the pressure source comprises a pump. 제 1항에 있어서, 유체 유도 시스템 및 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에 유체적으로 연결된 제 2 생화학적 성분의 공급원을 추가로 포함하며, 유체 유도 시스템에 의해서 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상을 따라 제 1 생화학적 성분 및 제 2 생화학적 성분의 혼합물의 연속적인 흐름이 형성되며, 다수의 시험 화합물중 하나 이상의 성분이 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상으로 주기적으로 주입됨을 특징으로 하는 장치.The system of claim 1, further comprising a source of a second biochemical component fluidly connected to at least one of the fluid guide system and the at least two microscale channels, wherein the fluid guide system comprises one of the at least two microscale channels. In accordance with the above, a continuous flow of the mixture of the first biochemical component and the second biochemical component is formed, wherein at least one component of the plurality of test compounds is periodically injected into at least one of the at least two microscale channels. Device. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분에 대한 효과를 검출하기 위하여, 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에서 검출 영역을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, further comprising a detection region in one or more of the two or more microscale channels to detect effects on one or more biochemical components. 제 39항에 있어서, 검출 영역이 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에 검출 윈도우(detection window)를 포함함을 특징으로 하는 장치.40. The apparatus of claim 39, wherein the detection region comprises a detection window in one or more of the two or more microscale channels. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분에 대한 효과를 검출하기 위한 검출 시스템을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, further comprising a detection system for detecting effects on one or more biochemical components. 제 41항에 있어서, 검출 시스템이 형광 검출 시스템을 포함함을 특징으로 하는 장치.42. The apparatus of claim 41, wherein the detection system comprises a fluorescence detection system. 제 1항에 있어서, 2개 이상의 미세규모 채널중 하나 이상에 유체적으로 연결된 다수개의 저장소내에 다수개의 전극, 및The method of claim 1, further comprising: a plurality of electrodes in a plurality of reservoirs fluidly connected to at least one of the at least two microscale channels, 각 전극에 전압을 동시에 인가시켜, 2개 이상의 미세규모 채널내의 제 1 생화학적 성분 또는 다수의 시험 화합물의 이동을 제어하는 제어 시스템을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.And applying a voltage to each electrode simultaneously to control the movement of the first biochemical component or the plurality of test compounds in the two or more microscale channels. 제 43항에 있어서, 장치가 다수의 저장소내에 존재하는 하나 이상의 화학종의 분해를 최소화시킴을 특징으로 하는 장치.44. The device of claim 43, wherein the device minimizes degradation of one or more species present in the plurality of reservoirs. 제 44항에 있어서, 다수 전극중 하나 이상의 전극측으로 전기삼투 유량을 감소시키는 다수 전극중 하나 이상의 전극상의 프릿(frit),45. The frit of claim 44, wherein the frit on one or more of the plurality of electrodes reduces the electroosmotic flow rate toward one or more of the plurality of electrodes, 하나 이상의 화학종의 확산을 제한하며 전기삼투 유량이 적은, 다수의 저장소중 2개 이상의 저장소 사이에 위치하는 대형(large) 채널,A large channel located between two or more of the multiple reservoirs, which limits the diffusion of one or more species and has a low electroosmotic flow rate, 하나 이상의 화학종의 확산을 제한하며 전기삼투 유량이 적은, 다수의 저장소중 2개 이상의 저장소 사이에 위치하는 소형(narrow) 채널,Narrow channels located between two or more of the multiple reservoirs, which limit the diffusion of one or more species and have low electroosmotic flow rates, 다수의 저장소중 2개 이상의 저장소 사이에 위치하는 충전된 채널로서, 이를 통해 하나 이상의 화학종의 운반을 제한하는 매트릭스를 포함함으로써 전기삼투 유량이 낮은 채널,A filled channel located between two or more of the reservoirs, the channel having a low electroosmotic flow rate, comprising a matrix to restrict the transport of one or more species, 전극을 포함하는 하나 이상의 낮은 저장소보다는 유체 수위가 높고, 낮은 저장소에 유체적으로 연결되는 높은 저장소로서, 높은 저장소와 낮은 저장소 사이의 유압에 의해서 전극 측으로의 전기삼투 유량이 감소되는 높은 저장소, 및A high reservoir having a fluid level higher than at least one low reservoir comprising an electrode and fluidly connected to the low reservoir, wherein the high reservoir has reduced electroosmotic flow to the electrode side by hydraulic pressure between the high reservoir and the low reservoir, and 다수의 전극중 하나를 수용하도록 되어 있으며, 다수 전극중 한 전극 측으로 모세관 전기영동에 의해 유체를 흡인시키는데 적용되어 연결 채널내 전기삼투 유량을 계수하는 좁은 직경의 제 2 저장소에 연결 채널을 통해 유체적으로 연결된 제 1 저장소를 구비한 이중 저장소 시스템으로부터 선택되는, 전기 삼투 유량을 감소시키기 위한 하나 이상의 성분을 추가로 포함하는 장치.It is adapted to receive one of the plurality of electrodes and is adapted to aspirate fluid by capillary electrophoresis to one of the plurality of electrodes fluidly through the connection channel to a second narrow diameter reservoir that counts the electroosmotic flow rate in the connection channel. And at least one component for reducing the electrical osmotic flow rate, selected from a dual reservoir system having a first reservoir connected to the outlet. 하나 이상의 생화학적 성분에 대한 효과에 대하여 다수의 시험 화합물을 스크리닝하기 위한 방법으로서,A method for screening a plurality of test compounds for effects on one or more biochemical components, 하나 이상의 생화학적 성분을 제 1 미세규모 채널을 통하여 유동시키는 단계, 하나 이상의 생화학적 성분을 다수 시험 화합물중의 제 1 성분과 접촉시키는 단계 및 하나 이상의 생화학적 성분에 대한 다수의 시험 화합물중의 제 1 성분의 효과를 검출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.Flowing at least one biochemical component through the first microscale channel, contacting the at least one biochemical component with a first component of the plurality of test compounds, and subjecting the at least one biochemical component to the plurality of test compounds for the at least one biochemical component. Detecting the effect of one component. 제 46항에 있어서, 제 1 미세규모 채널을 통하여 하나 이상의 생화학적 성분을 연속적으로 유동시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, comprising continuously flowing one or more biochemical components through the first microscale channel. 제 47항에 있어서, 검출 단계가 연속적으로 유동하는 하나 이상의 생화학적 성분으로부터 정상 상태 세기를 포함하는 검출가능한 시그널을 연속적으로 모니터링하는 단계를 포함하며, 하나 이상의 생화학적 성분에 대한 다수의 시험 화합물중의 제 1 성분의 효과가 검출가능한 시그널의 정상 상태 세기로부터의 이탈을 포함함을 특징으로 하는 방법.48. The method of claim 47, wherein the detecting step comprises continuously monitoring a detectable signal comprising a steady state intensity from one or more biochemical components flowing in series, wherein the plurality of test compounds for the one or more biochemical components Wherein the effect of the first component of deviates from the steady state intensity of the detectable signal. 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분을 다수의 시험 화합물 중의 상이한 성분과 주기적으로 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.47. The method of claim 46, comprising periodically contacting one or more biochemical components with different components in the plurality of test compounds. 제 49항에 있어서, 다수의 시험 화합물중의 상이한 성분을 물리적으로 분리시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.50. The method of claim 49, comprising physically separating different components of the plurality of test compounds. 제 50항에 있어서, 하나 이상의 스페이서가 있는 다수의 시험 화합물 중의 상이한 성분을 물리적으로 분리시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.51. The method of claim 50, comprising physically separating different components of the plurality of test compounds with one or more spacers. 제 46항에 있어서, (i) 하나 이상의 생화학적 성분을 다수의 미세규모 반응 채널로 유동시키는 단계, 및 (ii) 다수의 시험 화합물중의 상이한 성분을 다수의 미세규모 반응 채널중의 각 성분으로 유동시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, further comprising: (i) flowing one or more biochemical components into the plurality of microscale reaction channels, and (ii) different components of the plurality of test compounds into each component in the plurality of microscale reaction channels. Flowing the method. 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분이 항체/항원중 하나 또는 둘 모두를 포함하며, 항체가 항원에 특이적으로 면역반응함을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein the one or more biochemical components comprise one or both of the antibodies / antigens, wherein the antibody specifically immunoreacts to the antigen. 제 53항에 있어서, 항체 또는 항원이 검출가능한 표지기를 포함함을 특징으로 하는 방법.The method of claim 53, wherein the antibody or antigen comprises a detectable label. 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분이 수용체/리간드 결합 쌍의 하나 또는 둘 모두를 포함하며, 수용체가 리간드에 특이적으로 결합함을 특징으로 하는 방법.The method of claim 46, wherein the one or more biochemical components comprise one or both of the receptor / ligand binding pairs, wherein the receptor specifically binds to the ligand. 제 55항에 있어서, 수용체 또는 리간드가 검출가능한 표지기를 포함함을 특징으로 하는 방법.56. The method of claim 55, wherein the receptor or ligand comprises a detectable label group. 제 54항 또는 제 56항에 있어서, 검출가능한 표지기가 형광성 기를 포함함을 특징으로 하는 방법.59. The method of claim 54 or 56, wherein the detectable labeling group comprises a fluorescent group. 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분이 효소 및 효소 기질을 포함하며, 효소 기질상에서 효소의 작용에 의해서 검출가능한 시그널이 발생됨을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein at least one biochemical component comprises an enzyme and an enzyme substrate, wherein a detectable signal is generated by the action of the enzyme on the enzyme substrate. 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분이 생물학적 배리어(barrier)를 포함하며, 다수의 시험 화합물중의 제 1 성분의 효과가 다수 시험 화합물중의 제 1 성분이 배리어를 횡단하는 능력을 포함함을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein the at least one biochemical component comprises a biological barrier and the effect of the first component in the plurality of test compounds comprises the ability of the first component in the plurality of test compounds to cross the barrier. Characterized by the above. 제 59항에 있어서, 생물학적 배리어가 상피층 또는 내피층을 포함함을 특징으로 하는 방법.60. The method of claim 59, wherein the biological barrier comprises an epithelial layer or an endothelial layer. 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분이 하나 이상의 세포를 포함하며, 검출 단계가 하나 이상의 세포에 대한 다수의 시험 화합물중의 제 1 성분의 효과를 측정하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein the at least one biochemical component comprises at least one cell and the detecting step comprises measuring the effect of the first component in the plurality of test compounds on the at least one cell. 제 61항에 있어서, 하나 이상의 세포에 의해서 세포 기능에 대응하는 검출가능한 시그널이 발생되며, 검출 단계가 검출가능한 시그널 수준을 검출함으로써 세포 기능에 대한 다수의 시험 화합물중의 제 1 성분의 효과를 검출하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.62. The method of claim 61, wherein a detectable signal corresponding to cell function is generated by one or more cells, and the detecting step detects the effect of the first component in the plurality of test compounds on the cell function by detecting the detectable signal level. Method comprising the step of: a. 제 61항에 있어서, 하나 이상의 세포에 대한 다수의 시험 화합물중의 제 1 성분의 효과를 측정하는 것이, 하나 이상의 세포의 생존성(viability)에 대한 효과를 검출하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.62. The method of claim 61, wherein measuring the effect of the first component in the plurality of test compounds on the one or more cells comprises detecting the effect on the viability of the one or more cells. . 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분 또는 다수의 시험 화합물이 혈액으로부터 유래되거나, 환자로부터 유래함을 특징으로 하는 방법.The method of claim 46, wherein the one or more biochemical components or a plurality of test compounds are derived from blood or from a patient. 제 46항에 있어서, 검출 단계가, 다수 시험 화합물중의 제 1 성분의 존재 및 부재하에 하나 이상의 생화학적 성분을 포함하는 생화학적 시스템의 파라미터를 측정하는 단계를 포함하며, 이 파라미터의 변화가 생화학적 시스템 또는 생화학적 성분에 대한 효과를 나타냄을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein the detecting comprises measuring a parameter of the biochemical system comprising at least one biochemical component in the presence and absence of the first component in the plurality of test compounds, wherein the change in the parameter is biochemical. Characterized by exhibiting an effect on the biological system or biochemical component. 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분에 의해서 생화학적 성분의 기능을 대표하는 검출가능한 시그널이 발생됨을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein the at least one biochemical component generates a detectable signal representative of the function of the biochemical component. 제 66항에 있어서, 검출가능한 시그널이 형광성 또는 착색성 시그널을 포함함을 특징으로 하는 방법.67. The method of claim 66, wherein the detectable signal comprises a fluorescent or chromatic signal. 제 46항에 있어서, 하나 이상의 생화학적 성분이, 제 1 생화학적 성분과 상호작용함으로써 생화학적 성분의 기능을 대표하는 검출가능한 시그널을 발생시키는 지시 화합물을 포함함을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein the at least one biochemical component comprises an indicator compound that interacts with the first biochemical component to generate a detectable signal representative of the function of the biochemical component.
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