JP2000508961A - Reaction system plate - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 本発明は上部表面に形成された複数の均一な寸法の反応セルを有するプレートを提供するが、その際反応セルの密度は少なくとも約10セル/cm2である。好適には、反応セルの各開口の面積は、(1)別個の横列の反応セル間のピッチと(2)別個の縦列の反応セル間のピッチの積によって定義される面積の約55%程度である。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a plate having a plurality of uniformly sized reaction cells formed on an upper surface, wherein the density of the reaction cells is at least about 10 cells / cm 2 . Preferably, the area of each opening in the reaction cell is on the order of about 55% of the area defined by the product of (1) the pitch between separate rows of reaction cells and (2) the pitch between separate columns of reaction cells. It is.
Description
【発明の詳細な説明】 反応システム用プレート 本出願は、「反応システム用プレート」と題した1996年4月9日出願の米 国出願第08/630,018号、「液体分配システム」と題した1996年1 0月11日出願の米国出願第08/730,636号および、「液体分配システ ム」と題した1996年11月7日出願の米国出願第08/744,386号の 一部継続出願である。 本発明は、上部に形成された多数の小規模な反応セル(井戸状のくぼみ)を有 するプレートに関するが、こうしたセルは、その小さなサイズにもかかわらずセ ルを個別に指定できるようにし、各セルが反応用基板と適合し、光学的検出のた め各セルが個別に照明されることを可能にし、かつ反応セル間の十分な材料が、 プレートと、例えば、試薬を反応セルに供給する液体分配システムのような補助 装置との間の適当なシールの形成を維持するように構成される。 微小流体工学における最近の進歩、すなわち区画間の液体の小規模な移動によ って、超小規模装置で合成、分析評価といった反応を行うことが可能になった。 例えば、Zanzucchi他の1995年11月9日出願の米国特許出願第0 8/556,036号「液体分配システム」を参照されたい。こうした装置は、 数千の別個の反応の同時操作のプログラミングが可能である。 Zanzucchi他の特許出願によれば、こうした装置を使用して様々な液体 を数千の反応セルに分配することが可能であり、その反応セルはプレート上に製 作できる。 近年、薬物発見プログラムによって、製薬業務や、平行して小規模合成を行う ために生体外モデルで有望な薬剤の分析評価をする96または384のセルを有 する微小滴定濃度プレートの使用が注目されてきた。しかし、微小流体工学の進 歩によって提供されたこの装置は、例えば、1,000、10,000、100 ,000またはそれ以上の反応サイトまたはセルで反応を行うために使用される 。本発明によって、こうしたサイトまたはセルがプレート上に配置される。反応 セ ルのこうした数が意味する規模で操作しようとする場合、特に(1)他のセル用 の流体による相互汚染なしに流体が各セルに移送されるシール形成の必要、(2 )流体の移送を容易にする十分なセル・アパーチャ幅を提供する必要、(3)セ ルが光学的検出を考慮した十分な断面積と容積を有する必要、(4)容易に保管 でき比較的短い距離を液体が移動する液体分配システムと共に動作する比較的小 さいプレートを有する必要および(5)セルを個別に特定できる十分な整合とセ ルの分離の必要を考慮しなければならない。本発明によって、こうした必要は、 稠密に集積された反応セルを有する「ナノ滴定濃度」または「小規模」プレート によって満たされる。 発明の概要 本発明は、上部表面に形成された複数の均一な寸法の反応セルを有するプレー トを提供するが、反応セルの密度は少なくとも約10セル/cm2である。好適 には、反応セルは縦横の列に配列される。また好適には、プレートは矩形であり 、好適にはセルの縦横の列はプレートの周縁部と平行である。好適には、反応セ ルの各開口(すなわちアパーチャ)の面積は、(1)別個の横列の反応セル間の ピッチと(2)別個の縦列の反応セル間のピッチの積によって定義される面積の 約55%程度である。この横列ピッチと縦列ピッチの積はセルの「フットプリン ト」と呼ばれ、プレートの各セルを支持サポートする面積の量を意味する。より 好適には、このアパーチャ面積はセルのフットプリントの約50%程度であり、 より好適には45%である。好適には、セルの密度は約350/cm2程度であ り、より好適には約150/cm2程度、さらに好適には約120/cm2程度で ある。好適には、セルの密度は少なくとも約10セル/cm2であり、より好適 には少なくとも約20セル/cm2、さらに好適には少なくとも約40セル/c m2、またさらに好適には少なくとも約100セル/cm2である。 セルの上に対称的に重なるフットプリントは、セルの全側面でプレート表面積 を取り囲む。セルの周縁部からフットプリントの境界までの最小距離をここでは 「シールストリップ幅」と呼ぶが、それはガスケット材料が適用される範囲だか らである。1つの好適実施形態では、セルの密度は約10〜約45セル/cm2 、より好適には約10〜20セル/cm2であり、シールストリップ幅は約30 0 μm〜約1,000μm、より好適には約600〜約1,000μmである。 好適には、セルのアパーチャの直径または幅は約400μm〜約1,100μ m、より好適には約900μm〜約1,100μmである。セルの深さは好適に は約100μm〜約400μm、より好適には約250μm〜約350μmであ る。 好適には、プレート上で、横または縦の列の反応セル間のピッチは少なくとも 約0.5mm、好適には少なくとも約0.9mmである。好適には、各反応セル は、隣接するセルから少なくとも約0.15mm、より好適には少なくとも約0 .3mm離れている。好適には、各反応セルは実質上正方形の形状を有する。好 適には、プレートは少なくとも約1,000個、より好適には少なくとも約4, 000個、さらにより好適には少なくとも約10,000個の反応セルを有する 。好適には、プレートは上部表面にパターン成形されたガスケットを有する。 好適には、プレートはプレートの第1周縁部に第1マーカーを有することによ って整合を容易にするように設計されているが、このマーカーは反応セルの方向 を決めるためのものである。好適には、プレートは第1周縁部に垂直なプレート の第2周縁部に第2マーカーを有するが、この第2マーカーは反応セルの方向を 決めるためのものである。より好適には、プレートは第2周縁部に第3マーカー を有するが、この第3マーカーは反応セルの方向を決めるためのものである。好 適には、第1、第2および第3マーカーは、反応セルを機械的に方向付けるため に使用される位置決めピンと相互作用するよう設計された切り欠きである。これ に代えて、或いはこれを補足して、プレートは、反応セルに対して光学的検出器 のような装置を方向付ける2つ、より好適には3つの光学的基準構造を有する。 光学的基準構造は好適には少なくとも約4cm離れている。好適には、光学的基 準構造はプレートにエッチングされる。 本発明はまた、複数の反応を平行して行う反応システムを提供するが、この反 応システムは複数の液体を複数のセルへ向けて送り込む液体分配システムと、上 記で説明したプレートとを含む。 本発明はさらに、複数の液体を複数のセルへ向けて送り込む液体分配システム を操作するステップ(段階)を含む、複数の反応を平行して行う方法を提供するが 、 その際セルは液体分配システムに可逆的にシールされた上記で説明されたプレー トの1つに配置される。 本発明はさらに、基板の上部表面にガスケットを形成する方法を提供するが、 本方法は、露出した表面の範囲とフォトレジストで被覆された範囲とが存在する ように上部表面にフォトレジストの層をパターン成形するステップと、エラスト マー・ガスケット材料を露出した範囲に塗布するステップと、フォトレジストで 被覆された範囲からフォトレジストを除去するステップとを含む。好適には、塗 布するステップは、エラストマー・ガスケット材料を上部表面に配置するステッ プと、ガスケット材料を露出した表面に圧縮成形するステップとを含む。好適に は、圧縮成形後のフォトレジスト除去前に、ガスケット材料は硬化される。ガス ケット材料は好適にはシリコンである。基板は好適には平滑な表面、好適には平 坦な表面を有する。本方法は好適には、構造物、詳細には微細構造物が形成され たプレートに適用される。 図面の簡単な説明 図1は、本発明のプレートの4つの形式を示す。 図2は、本発明のプレートの形式を設計する際に検討されるいくつかのパラメ ータの概略を示す。 図3Aから図3Cは、3つのセルの設計を示す。 図4は、液体分配システムに連結された本発明のプレートを示す。 図5は、本発明のプレートを示す。 図6A及び図6Bは、ガスケットの印刷パターンの一部を示す。 <定義> 次の用語は以下に示すような意味を有する。 ・アドレス可能 プレートの各セルが個別に特定されその内容が操作される場合セルはアドレス 可能である。 ・整合 「整合」とは、本発明の小規模プレートのセルと、小規模プレートが共に操作 される別の装置の協調した配置のことである。すなわち、液体分配システムが小 規模プレートの各セルに液体を供給するよう配置されている場合、小規模プレー トは液体分配システムと整合している。同様に、光学的検出装置が各セルに光の 焦点を当て、各セルの透過または蛍光を個別に特定する場合、小規模プレートは その光学的検出装置と整合している。小規模プレートの製造中は、この概念は製 造装置のような装置間の相対的位置決めと、設計プランで示すような小規模プレ ートのセルの設計配置に関する。 ・微小機械加工 「微小機械加工」とは、基板上に微小構造を形成するよう計画された何らかの 処理のことである。 ・構造 プレートの上部表面に形成された「構造」は上部表面の高さの変化によって画 定された形状である。好適には、構造は約2mm以下の寸法を有する「微小構造 」である。 発明の詳細 本発明の小規模プレート100は、ここで説明される微小構造の形成に適した 有機または無機材料である基板から形成される。小規模プレート100は、使用 の際に遭遇が予想される種類の材料に耐性を有する材料から形成されるべきであ る。すなわち、例えば、診断用の設定では、小規模プレート100は、通常、水 性材料と遭遇するので、広い範囲の材料で製造することができる。小規模プレー ト100が合成反応で使用されるように設計されている場合、100は酸、塩基 および溶媒に耐性を有する材料で構成されるべきであることが多い。1つの好適 実施形態では、小規模プレート100はガラス、詳細には、ホウケイ酸ガラスか ら構成されている。 小規模プレート100の基本パラメータは隣接するセル101の中心間の間隔 であるが、この間隔は「ピッチ」と呼ばれる。プレートの4つのセル形式が図1 に示されるが、これらの形式は1K、4K、10Kおよび100K形式である。 1K形式は2260μmのピッチを有し、4K形式は1488μmのピッチを有 し、10K形式は965μmのピッチを有し、100K形式は558μmのピッ チを有する。これらの形式の例示としてのパラメータを以下に示す。 こうした形式のさらに別の例示としてのパラメータを以下に示す。 例示では、セルの容積と深さは、合成または他の化学現象が行われるビードの挿 入に適用するよう選択される。 1K形式に注目すると、ピッチは図1に示された2260μmである。ピッチ によって画定される面積はさらに、あるセル101が内部に存在する表面積の大 きさを画定する。すなわち、横列のセル101のピッチと縦列のセル101のピ ッチの積は個々のセル101が位置する表面積の大きさを決定する。各セル・ア パーチャの面積によって占められるこの表面積の比率はセル開口の面積を上記で 説明した積で割った数に100%をかけたものである。 小規模プレートの使用法を理解するには、その出願の全体を引用によって本明 細書の記載に援用するZanzucchi他の1995年11月9日出願の米国 特許出願第08/556,036号「液体分配システム」を参照するのが有益で ある。この出願は、流体を多数の槽から液体分配システム(「LDS」)に連結 された1組の反応セルすべてに供給し、また追加槽からこれらの反応セルに含ま れるかなりの部分に流体を供給するLDSを説明する。この液体分配装置は高密 度の反応セルを必要とする適用業務で使用するよう設計されている。好適実施形 態では、この装置は、流体を槽から反応セルに移送する、可動部分を有さない電 極によるポンプを使用する。反応セルは好適には、槽とポンプを含む液体分配シ ステムの部分から分離されたプレート100の上にある。分離可能プレート10 0は、通常両者の間に挿入されたガスケット材料(適当な位置に開口を有する) によって液体分配システムと合体し、セルは液体分配システムから液体を供給す る適当な出口の下側に整合する。 プレート100の形式にとって基本的な3つのパラメータは、セル101間の 間隔(すなわちピッチ)、セル・アパーチャと呼ばれるセル101の各開口の面 積および、マトリックス・レイアウトと呼ばれる縦横の列の配置である。セル1 01の深さはプレート100が使用される適用業務によって変化させることがで きる。支持機能のために必要な構造がセル・アパーチャ間の範囲に形成される。 ピッチの決定は以下を含む要素に基づいて行われる。 ・基板の大きさ ・セル・アパーチャに必要な表面積 ・セル101に導入される流体を導き制御する機能と装置の機械的および電気 的構成を考慮した十分な表面積 ・流体の分離を確保するシールを考慮した十分な表面積 ・流体、ビードおよびペレットといった材料の装填および取り出し処理の際に 実用的な機械的分解能を考慮する ・反応検出処理の際に個別的かつアドレス可能な方法で各セル101を照明す る手段との適合性 ・望ましい反応が行われる各セル101を個別に感知する手段との適合性 ・写真平版、微小機械加工、電気鋳造法および圧力成形といった製造技術との 適合性 ・基板の構造的完全性 セル・アパーチャの決定は以下を含む要素に基づいて行われる。 ・セル101で行われるよう計画された化学反応のために必要な十分な試薬流 体を提供する適当な寸法を選択する ・セル101を通る試薬流体の確実な流れを提供する十分な寸法を選択する。 その際この決定はセル101が固体支持媒体またはビード102を含む可能性を 考慮すること ・より小さいセル・ピッチ(すなわち、より大きいセル密度)とより大きいセ ル・アパーチャ(すなわち、より大きいセル容量とアクセス可能性)の両者を最 もよく妥協させることによる利用可能な表面積の制限 ・流体、ビードおよびペレットといった材料を装填および取り出しする器具が 入るよう考慮する ・表面の吸収を最小にしたり、表面の湿潤特性を管理するために使用されるシ リコン処理剤といった、セルの表面に機能性を追加するために使用される試薬が セルにアクセスできるようにする ・各セル101を個別に照明する手段との適合性 ・各セル101における反応を個別に検出する手段との適合性 ・写真平版、微小機械加工、電気鋳造法および圧力成形といった製造技術との 適合性 ・基板の構造的完全性 マトリックス・レイアウトの決定は以下を含む要素に基づいて行われる。 ・小規模プレート100で実験、診断、選別または合成処置を行う必要 ・基板の表面積を有効に使用する必要 ・小規模プレートと相互作用する液体分配システムの試薬流体回路の効率と密 度 ・各セル101の使いやすいアドレス可能性 ・各セルを個別に照明する手段との適合性 ・各セルの反応を個別に検出する手段との適合性 これらの変数の最上の妥協点を発見するために使用されるアルゴリズムが図2で 図表により示されているが、ここでは四角を連結する線は、ある形式に到達する までに考慮されなければならないセル・ピッチ、セル・アパーチャおよびマトリ ックス・レイアウトに関連する相互関係概念を示す。 特定の関心の対象となる設計は、32×32=1024個のセル101のマト リックスによって表される1,000個のセル101、64×64=4096個 のセル101のマトリックスによって表される4,000個のセル101および 、100×100=10,000個のセル101のマトリックスによって表され る10,000個のセル101のマトリックス形式によって満足される。こうし た設計が図1に示される。異なった数のセル101を含む中間的な形式や非対称 的なマトリックス・レイアウトも製造可能である。図1の形式のために行われた いくつかの設計の考察を以下概説する。 <形式1K> 形式1Kは、32の横列と32の縦列に対称的に形成され、少なくとも約12 0ナノリットル/セル101の反応セル容量を有する1024個のセル配列であ る。基板の寸法は、取り扱いと流体工学要因による小さな寸法の必要と、製造を 考慮することによる大きな寸法の必要のバランスを取ることによって選択された 。この形式に包含される性能を最大限に反映するアプローチを使用すると、7. 62cm(3インチ)×7.62cm(3インチ)の基板寸法が最上の妥協点と して選択された。この寸法と配列の組み合わせでは、通常の場合、2260μm のセル・ピッチが適応される。流体の供給、合成、分析評価および検出のための 容量および表面積の要求を満足するセルの構成は890μm×890μmである 。製造に適した通常の微細機械加工技術を使用すると(例えば、この技術の以下 の説明を参照されたい)、セル101は最小120ナノリットルの流体容量を有 する。 <形式4K> 形式4Kは、64の横列と64の縦列に対称的に形成され、少なくとも約12 0ナノリットル/セル101の反応セル容量を有する4,096個のセル配列で ある。上記のように、操作、取り扱いおよび製造の妥協の結果、10.16cm (4インチ)×10.16cm(4インチ)の基板寸法が選択された。この寸法 と配列の組み合わせでは、通常の場合、1488μmのセル・ピッチが適応され る。流体の供給、合成、分析評価および検出のための容量および表面積の要求を 満足する構成である、1K形式の890μmのセル構成が維持される。製造に適 した通常の微小機械加工技術を使用すると、セル101は最小120ナノリット ルの流体容量を有する。 <形式10K> 形式10Kは、100の横列と100の縦列に対称的に形成された10,00 0セルの配列である。取り扱いと製造の理由から最大10.16cm(4インチ )×10.16cm(4インチ)の基板寸法が選択された。微小機械加工の造作 は4Kセル形式より縮小される。この10Kプレートと共に使用するためには、 例えば、Zanzucchi他の1995年11月9日出願の米国特許出願第0 8/556,036号による液体分配システムである関連液体分配システムも、 対応する稠密なレイアウトの流体供給毛細管を有するように製造される。こうし た稠密なレイアウトの流体分配毛細管によって、小規模プレートの965μmの セル・ピッチが適応される。セル構成は、より高い密度のセルによって生じるよ り厳しい要求に合わせて調節される。流体の供給、合成、分析評価および検出の ために必要な容量および表面積の有効な表面積は635μm×635μmのセル ・アパーチャである。製造に適した微細機械加工技術を使用すると、セル101 は最小50ナノリットルの流体容量を有する。 反応セル・アパーチャの断面は好適には実質上正方形または矩形であり、配列 形式に最もよく適応する。アパーチャは使用される微小機械加工または成形/複 製技術に適応する丸い角を有する。すなわち、この場合、「実質上」という用語 は、こうした構造が1995年に広く実施されていたように化学的エッチングに よってガラスに形成される場合、予想されるわずかな量の形状の丸みや不規則性 を意味する。好適には、「矩形」または「正方形」のセルの周縁部に形成される 円形の造作はセルの深さと同程度までの半径を有し、セルのアパーチャの周縁部 はセルの深さより長い。 図3では、線Aの上には3つの異なった設計のセル101の3つの平面図(第 1セル101A、第2セル101Bおよび第3セル101C)が示される。線A の下には第1セル101A、第2セル101Bおよび第3セル101Cの側断面 図が示される。第1セル101Aの断面はシリコン基板の化学的エッチングによ って得られる比較的鋭利な周縁の線が示される。第2セル101Bの断面はガラ ス基板のレーザ・エッチングによって得られる比較的鋭利な周縁の線が示される 。ガラス基板を化学的エッチングする場合、得られる線は図3Cに示されるよう に、通常、あまり鋭利ではない。セル101の断面は微小機械加工または複製技 術によって様々な形状であるが、好適には最小流体容量を満足すべきであり、固 体支持具を必要とする合成または分析評価で使用するためのビード102を必要 とする実験に適応する十分な深さを提供しなければならない。実験によって1つ のセルに多数のビードが使用され、また異なった寸法のビードが使用されること があるが、好適な設計は、一定の最大特定膨張直径の1つのビードで合成または 他の反応を行う十分な空間を提供することに基づいて考慮される。ナノ滴定濃度 プレートの1つの使用例では、形式1K、4Kでは直径200μm、またはさら に直径400μmの膨張ビードを収容する十分なセル深さが使用され、形式10 0Kでは、直径100μmの膨張ビードを収容する十分な深さが使用される。 セル断面は、1つの基板のセルの微小機械加工、複製、成形等の製造方法によ って達成されるか、または多数の層の基板を結合することによって達成される。 層の結合は、周知の方法によってか、また適当な基板の場合、その全体を引用に よって本明細書に記載に援用する、1995年11月7日出願の「電界支援ガラ スーガラス・シーリング」と題されたZhonghui H.Fan他の米国仮 特許出願第P−89,876号で説明された電界支援シーリング法によって達成 される。小規模プレートが検出用に使用される場合、光学的要求はセル構造、断 面形状および材料を選択する際重要な変数である。小規模プレートは、流体の導 管および排出管、電気的バイアス、密閉機能等を提供するために使用されるセル 間の空間を考慮している。小規模プレートは適用業務に合致する任意の材料、材 料の組み合わせ、基板厚さおよび製造技術によって構成される。 図4は、セル・アパーチャ間の表面の範囲が使用される1つの方法を示す。小 規模プレート320は1つのプレートから形成され、その上にセル350が形成 される。小規模プレート320は、第1LDSプレート300と第2LDS31 0から形成された液体分配システム(「LDS」)と共に使用するよう設計され ている。液体は第1導管390を通じて各セル350に供給される。余分な流体 は、第3導管351を通じてセル350に連結された第2導管355を通じて流 出する。 (a)小規模プレートを製造する装置および、組立の際(b)液体分配システ ムおよび他の処理または検出機器との整合を促進する設備が好適には小規模プレ ート100になされる。多くの場合、3本のピンによる位置決めを使用する機械 的整合が条件に適っており、図5で指定された周縁部整合位置が使用される。他 の代替案も使用可能であるが、好適な方法は、例えば、図5に示す位置で第1周 縁部切り欠き105A、第2周縁部切り欠き105Bおよび第3周縁部切り欠き 105Cを研磨によって形成することである。この切り欠きの使用によって小規 模プレート100の周縁部のすべてを正確に機械加工する必要が回避され、プレ ート100の上部と下部を機械的に識別する方法が提供される。セル・パターン の中心の位置は図5では直線BとCの交点によって定義される。小規模プレート が共に動作する液体分配システムの製造の際に同等の切り欠きを使用することに よって機器と工具の製造をそれらの設計と調和させることができる。 図5の例示としての小規模プレートでは、R1、R2、R3、CmおよびCo によって表される距離の例は以下の通りである。 場合によっては、光学的整合が好適である。第1基準106A、第2基準10 6Bおよび第3基準106Cといった光学的基準の好適な位置が図5に示されて いる。 上記で説明されたすべての実施形態の場合、好適な支持材料は、約50ミクロ ン〜約250ミクロンの断面寸法を有する溝を形成できるような微小製造方法を 許容することが証明されたものである。こうした支持材料には、ガラス、融解石 英、石英、シリコン・ウェハまたは適当なプラスチックが含まれる。ガラス、石 英、シリコンおよびプラスチックの支持材料は好適には、蛋白質または核酸とい った生物学的分子と結合する反応性位置を含む材料上の反応性位置を最小にする 、シリコン処理剤のような適当な表面処理剤によって表面処理される。比較的稠 密に集積された電子装置を必要とする実施形態では、適当なガラスのような非導 電性支持材料が好適である。好適なガラスには、ホウケイ酸ガラス、低アルカリ 石灰石英ガラス、融解石英(石英)または多様な化学物質にさらされた場合同様 の耐久性を示す他のガラスが含まれる。好適なガラスの中には、ニューヨーク州 コーニングのCorning Glass Co.から入手可能なCornin g 0211、1733、1737または7740ガラスといったホウケイ酸ガ ラスがある。 小規模プレートの反応セルおよび水平溝および他の構造は次の手順によって製 造される。プレートは両面を、第1に約500の薄いクロム層と、第2に約20 00オングストローム厚の金薄膜で、蒸着またはスパッタリングといった周知の 方法によって順次コーティングされ、後続のエッチング液から保護される。ニュ ージャージー州ブリッジウォーターのHoechst−Celanese Co rp.のDynakem EPAといったフォトレジストの2ミクロンの層が回 転して塗布され、マサチューセッツ州アクトンのMRS Technology ,Inc.から入手可能なMRS 4500パネル・ステッパを適切に使用し、 マスクまたは正方形か矩形の画像のどちらかを使用して感光される。レジスト層 に開口を形成する現像と、溶剤を除去するレジストの焼成後、開口中の金の層が 、水25ml中のヨウ化カリウム4グラムとヨウ素(I2)1グラムの標準エッ チングによって除去される。その下のクロム層はその後、カリフォルニア州サニ ーヴェールのKTI Chemicals,Inc. のKTI Chrome Etchのような酸性クロム・エッチングを使用して 別にエッチングされる。その後プレートは、容量比14:20:66のHF−H NO3−H2Oの超音波槽といった槽の中でエッチングされる。例えば、超音波槽 でのこのエッチング液の使用は様々な構造で垂直な側壁を形成する。エッチング は望ましいエッチング深さが得られるまで継続される。垂直の溝は通常レーザ切 断によって形成される。 プレートをプレートと共に機能する器具に可逆的にシールするために使用され るガスケットが、必要に応じてセルと他の構造のための開口を残してプレートに 取り付けられる。ガスケットを取り付ける1つの方法はスクリーン印刷である。 印刷されたガスケットはシリコンまたは他の耐化学性弾性材料から製造される。 また、写真平版を利用する多段階圧縮成形処理が適用されることもある。第1 に、一般にセルと他の構造が形成されたプレートの上部表面にフォトレジストが コーティングされる。好適には、フォトレジスト層の厚さは約0.0254mm (1ミル)である。フォトレジスト層は標準写真平版技術によって処理され、ガ スケット材料の取付が望ましいセルのアパーチャから、その範囲(「ガスケット 範囲」)のフォトレジストが除去される。硬化して弾性エラストマー固体になる 流動性ガスケット材料が塗布される。例えば、研磨されたガラス表面である研磨 された表面を有するプラテンがガスケット材料の上に配置され圧力が適用されて ガスケット材料をガスケット範囲に押し込み、フォトレジストでコーティングさ れた範囲からガスケット材料を実質上除去する。ここでガスケット材料は硬化さ れる。その後フォトレジストは溶解され、パターン成形されたガスケットの付い たプレートを残す。下にあるフォトレジストが溶解するまで十分に除去された場 合、ガスケット材料は実質上除去される。 この処理では、ガスケット材料は上記で説明した圧縮成形技術での使用に適し た何らかのエラストマー材料であり、硬化した場合、ガスケットが形成されるプ レートで実施される化学作用に適合し、かつ硬化した場合、フォトレジストを除 去するために使用される溶剤に耐性がある。ガスケット材料は好適にはRTV形 シリコン・ゴム(例えば、ミシガン州ミッドランドのDow Corningか ら入手可能なSilastic J、RTVシリコン・ゴム)のようなシリコン が好適である。フォトレジストは、通常プレート上の構造物が圧縮成形処理の際 に閉塞されないようなフィルム状フォトレジストか、または構造物が圧縮成形処 理の際に一時的に閉塞され、処理の完了後エッチングによって除去されるような 液状フォトレジストである。場合によっては、フォトレジストを塗布する前に、 ミシガン州ミッドランドのDow Corningの1200 RTV Pri me Coatのようなガスケット材料の付着を促進する下塗り剤でプレートを 処理することが望ましい。ガスケット材料のプレートへの付着を促進するために プレートの表面が粗くされることもある。例えば、ラップ仕上げにより5ミクロ ンの粗さが生じる。プラテンは好適には剥離促進剤で処理されるか、またはSi lastic Jシリコン・ゴムの場合のように剥離促進剤がガスケット材料に 混合されている。圧縮成形処理によって望ましくない位置にガスケット材料の薄 い残余物が残ることがある。この残余物はレーザでプレートから除去されるか、 場合によっては、望ましい位置のガスケット材料の厚い層にはほとんど影響する ことなく露出したガスケット材料残余物の薄いフィルムを溶解する溶剤に一定時 間さらすことによって除去される。 ガスケットを取り付けるもう1つの方法はスクリーン印刷である。印刷される ガスケットはシリコンまたは他の耐化学性弾性材料製である。好適には、ガスケ ットは(a)ミシガン州ミッドランドのDow CorningのSylgar d 184TMブランドとして入手可能なものか、やはりDow Corning のMDX4−4210TMといったシリコン・ゴム形成材料と(b)M−5 gr ade Cab−o−silTM(Cabot Corp.、マサチューセッツ州 ボストン)として市販されているアモルファス薫蒸シリコンのような不活性充填 剤の混合物から製造される。Sylgard 184とMDX4−4210は2 つの成分の形で市販されている。成分の1つはシリコン・ゴムの粒子と重合触媒 を含むエマルジョンであり、第2の成分は二価モノマーの調合剤であるが、この モノマーは橋かけによってシリコン・ゴムを硬化する働きをする。MDX4−4 210の成分1、すなわち「エラストマー成分」はジメチルシロキサン・ポリマ ー、強化シリカおよびプラチナ触媒から製造される。MDX4−4210の成分 2、すなわち「硬化剤」もジメチルシロキサン・ポリマーを 含み、さらに重合抑制剤とシロキサン橋かけ剤を含む。これらの成分は一般に製 造業者の勧告に従って混合される。例えば、MDX4−4210の場合、重量比 10のエマルジョンすなわちエラストマーが1のモノマー溶液すなわち硬化剤と 混合される。 不活性充填剤の使用の例として、重量比約7.5%のM−5グレードCab− o−silがSylgard 184に追加され、また重量比約2〜3%のM− 5グレードCab−o−silがMDX4−4210に追加される。充填剤は重 合前の混合物を濃くしてスクリーン印刷特性を改善する働きをする。ガスケット 材料は一般に室温で硬化されるか、または例えば、熱によって硬化が加速される 。硬化される前、ガスケットを形成する材料は流動性であるが、その流れは一般 に、スクリーン印刷処理を促進するのに十分な粘性の流れである。ガスケットを 形成する材料はまた十分に粘着性で、塗布されるプレートかガスケット材料の下 側の第1の層のどちらかに付着する。 スクリーン印刷処理の1つのバージョンでは、ガスケット材料の第1の層がプ レートに印刷された後に硬化される。この最初の印刷の後、ガスケット材料の第 2の層が印刷されたガスケット材料の上に重ねられ、(以下さらに説明するよう なプラテンへのガスケット材料の破壊的な付着を防止するよう注意しながら)均 一な重量が印刷されたガスケット材料に適用されるように適当な形状(一般にき わめて平坦)の平滑なプラテンが印刷されたガスケット材料の上に重ねられ、ガ スケット材料が硬化される。ガスケットを形成する材料の2回の印刷を使用する ことによって第2印刷の後で行われる平滑化処理前のガスケット材料の基礎の形 成を助け、ガスケットのシール表面に必要な平滑さと均一な厚さを達成する。こ の必要な平滑さと均一な厚さを達成するためには、最終硬化処理の際に十分に均 一な圧力をガスケットに適用することが重要である。この圧力は、個々のガスケ ット塗布処理について、硬化処理中必要な均一性を生じるのに十分なだけ高いが 、圧力を開放する際これらの部分が再膨張して不均一なシール厚さを生じるよう にガスケット材料の硬化した部分を過度に圧縮するほどは高くないように選択さ れるべきである。1回印刷処理が使用されることもあり、この1回印刷プロセス はより簡単でより容易に製造工程に応用されるため一般に好適である。以下さら に 説明される1回印刷処理では、プラテンはガスケット材料の最初(かつ唯一)の 印刷の後直接適用され、機械的止め具によって過度に、また不均一に沈下するの を防止される。 各印刷造作の幅の不均一性によって処理終了時の厚さの不均一性が増大するた め、好適には、スクリーン上のその幅は均一である。図7は例示としての印刷ス クリーンのパターンを示すが、そこではガスケット材料は緊密な間隔にこでは例 えば、0.152mm(6ミル))の直線の間に塗布される。印刷と処理の後塗 布されたガスケット・パターンが広げられる。例えば、2回印刷工程と印刷スク リーン上の0.152mm(6ミル)幅のパターンを使用する適用業務では、0 .4572mm(18ミル)幅のパターンが形成される。図6Aでは、黒い線で 書かれた輪郭の中の50個の数字の「8」形パターンは反応セル・プレート上の 約100個の反応井戸を表し、個々の井戸(図示せず)は例示としての数字の「 8」形パターン中の2つの開口の中に配置される。図6Bでは、1つの数字の「 8」形パターンを生じるために使用されるプリント・スクリーン・パターンが示 される。別の実施形態では、各個別の反応井戸はその周囲に0形ガスケット・パ ターンを有する。この後者の実施形態では図6Aおよび図6Bのパターンで2つ の反応井戸によって共有されるガスケット境界が省略される。この共有された境 界はパターンの他の境界より不均一性に影響されやすい。図6Bで示される寸法 はセンチメートル(インチ)単位である。 例示としての2回印刷プロトコル:この場合5.08cm(2インチ)×5. 08cm(2インチ)のガラス・プレートであるプレートはクラス10,000 または好適にはより清潔なクリーンルーム環境でクリーニングされる。このプレ ートはリントと付着物について顕微鏡下で検査される。これらはピンセットや、 プロパノールまたは他の溶剤を流すことによって除去される。プレートはリント フリー布で拭かれ、エタノールで蒸気クリーニングされる。乾燥後プレートはコ ンテナに保存される。ガスケットを形成する材料が真空下で材料(例えば、MD X4−4210TM)をガス抜きすることによって準備される。プレートと印刷ス クリーンの位置を整合させるよう注意する。プレートは、図6Aで示されるプレ ートの周縁部に示される切り欠きとの3本のピンによる位置決めによって整合さ れる。その後ガスケット・パターンがプレート上に印刷され、プレートは清潔な コンテナ中に隔離され、コンテナを70℃の炉内に4時間置くことによって硬化 される。その後、同じガスケット・パターンが最初のパターンの上に重ねられる 。離型剤(例えば、3%wt/v水性ラウリル硫酸ナトリウム)で被覆された薄 い、好適には透明のプラスチック・フィルム(例えば、0.0762mm(3ミ ル)厚ポリエステル・フィルム)の層が印刷されたガスケット・パターンの上部 に形成される。その後、平坦で平滑なプラテンが剥離フィルムの上に設置され、 例えば、1132.5g(2 1/2ポンド)の重量を印刷されたガスケット・パ ターンに適用する。また、フィルムを使用する代わりに、界面活性剤のような離 型剤がプラテンに直接塗布され、プラテンがガスケット材料に付着しないように することもある。ガスケットはその後均一に分配された重量を適用しながら硬化 される。試験のため剥離フィルムが注意深く除去され、ガスケットの欠陥が顕微 鏡下で試験される。清潔で平滑なプレートがガスケットの上部に配置され、例え ば、9.06kg(20ポンド)の締付圧力が図6Aのガスケット・パターンに 適用される。印刷が成功した場合、各シール・セグメントの接触面は目で見られ る。ガスケットは剥離フィルムと接触した状態で保存される。 例示としての1回印刷プロトコル:プレートが上記で説明されたように準備さ れ、ガスケットを形成する材料が印刷スクリーンによって均一に塗布されるよう に特に注意して、ガスケットが上記で説明されたようにプレート上に印刷される 。この1回印刷の直後に、剥離コーティングによって被覆された透明なプラスチ ック・フィルムの層が印刷されたパターンの上に形成され、平滑で平坦なプラテ ンがフィルムとその下の印刷されたパターンの上に配置される。プラテンは、プ ラテンをプレート上の均一な高さに保持する機械的止め具と接触するまでパター ンの上に押しつけられる。その後プラテンが定位置にある間にガスケットが硬化 される。ガスケットは上記で説明されたように試験され保存される。 印刷で使用されるスクリーンは、例えば、従来の写真平版手段を使用して形成 される。すなわち、それはプリント回路板の製造で使用されるものと同じ種類の スクリーンである。スクリーンは例えば、0.02286mm(0.9ミル)の ステンレス鋼ワイヤから編んで製造される。網パターンは好適には印刷(スキー ジ)方向から約45度の角度の方向である。パターンが製造される写真平版エマ ルジョンは、例えば、0.0635mm(2.5ミル)厚である。図6Bで示さ れる0.1524mm(6ミル)のスクリーン・パターン幅と0.0635mm (2.5ミル)のスクリーン・パターン深さでは、硬化後のガスケット幅は通常 約0.4572mm(18ミル)であり、シールの厚さは通常約0.033mm (1.3ミル)である。MDX4−4210を使用する印刷では、通常の製品ガ スケットは約65デュロメータの硬度を有する。 ガスケットの幅と厚さは、例えば、スクリーン・パターンの寸法の変化、ガス ケットを形成する材料のポリマー成分中のエマルジョン粒子の寸法の変化、硬化 処理中に適用される重量の変化および、ガスケットを形成する材料への不活性充 填剤のような添加剤の追加によって変化する。 ガスケットを形成する処理は、好適には液体分配システムの好適な実施形態で 企図される平坦なプレートに適用されるが、相補的な表面がガスケットによって シールされる何らかの他の表面にも適用されることが認識されるべきである。一 般に、こうした他の表面は十分に平滑であり、ガスケットの印刷と相補的な表面 へのシールを促進する。 本発明は好適実施形態に重点を置いて説明されたが、当業技術分野に普通に熟 練した者には、好適な装置と方法の変形が使用されることが明らかであり、本発 明がここで特に説明された以外の形態で実施されることが企図される。従って、 本発明には以下の請求項によって定義される本発明の精神と範囲内に包含される すべての修正が含まれる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Reaction system plate This application filed on April 9, 1996, entitled "Plate for Reaction System," Application No. 08 / 630,018, entitled "Liquid Dispensing System", January 1996 U.S. application Ser. No. 08 / 730,636, filed Jan. 11, and "Liquid Distribution System" No. 08 / 744,386, filed Nov. 7, 1996, entitled " Partial continuation application. The present invention has a large number of small reaction cells (well-shaped depressions) formed in the upper part. These cells, despite their small size, are Each cell is compatible with the reaction substrate, and the optical detection To allow each cell to be individually illuminated, and that sufficient material between the reaction cells Plate and auxiliary, for example, a liquid distribution system that supplies reagents to the reaction cell It is configured to maintain the formation of a suitable seal with the device. Recent advances in microfluidics, i.e., the small-scale movement of liquids between compartments Thus, it has become possible to perform reactions such as synthesis and analysis and evaluation on a very small-scale device. For example, U.S. Patent Application No. 0, filed November 9, 1995, by Zanzuchi et al. See 8 / 556,036 "Liquid distribution system". These devices are The programming of the simultaneous operation of thousands of separate reactions is possible. According to the patent application of Zanzuchi et al., Various liquids can be produced using such a device. Can be distributed to thousands of reaction cells, and the reaction cells are manufactured on a plate. I can make it. In recent years, drug discovery programs have led to pharmaceutical operations and parallel small-scale synthesis 96 or 384 cells to evaluate promising drugs in in vitro models Attention has been focused on the use of microtiter plates. However, the advance of microfluidics This device provided by the step, for example, 1,000, 10,000, 100 Used to perform reactions at 2,000 or more reaction sites or cells . According to the invention, such sites or cells are arranged on a plate. reaction C If you are trying to operate on a scale that this number of cells implies, you should (1) The need to form a seal where fluid is transferred to each cell without cross-contamination by fluids, (2 ) Need to provide sufficient cell aperture width to facilitate fluid transfer; Must have sufficient cross-sectional area and volume for optical detection, (4) easily stored Relatively small working with a liquid distribution system where the liquid travels a relatively short distance (5) Sufficient alignment and cell identification to identify cells individually The need for separation of the tools must be considered. According to the present invention, these needs are: "Nanotiter" or "small" plates with densely packed reaction cells Filled by Summary of the Invention SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a plate having a plurality of uniformly sized reaction cells formed on an upper surface. The reaction cell density is at least about 10 cells / cmTwoIt is. Suitable The reaction cells are arranged in rows and columns. Also preferably, the plate is rectangular Preferably, the vertical and horizontal rows of cells are parallel to the perimeter of the plate. Preferably, the reaction cell The area of each opening (ie, aperture) in the reactor is (1) between the reaction cells in separate rows. Of the area defined by the pitch and (2) the product of the pitch between the reaction cells in separate columns. It is about 55%. The product of this row pitch and column pitch is the "footprint" of the cell. G "means the amount of area that supports and supports each cell of the plate. Than Preferably, this aperture area is on the order of about 50% of the cell footprint, More preferably, it is 45%. Preferably, the cell has a density of about 350 / cmTwoAbout More preferably about 150 / cmTwoDegree, more preferably about 120 / cmTwoAbout is there. Preferably, the density of the cells is at least about 10 cells / cmTwoAnd more preferred Has at least about 20 cells / cmTwoAnd more preferably at least about 40 cells / c mTwoAnd even more preferably at least about 100 cells / cmTwoIt is. The footprint that symmetrically overlies the cell is the plate surface area on all sides of the cell Surround. Here the minimum distance from the cell edge to the footprint boundary is Called the "seal strip width", is it the range to which the gasket material applies? It is. In one preferred embodiment, the density of the cells is from about 10 to about 45 cells / cmTwo , More preferably about 10-20 cells / cmTwoAnd the seal strip width is about 30 0 μm to about 1,000 μm, more preferably about 600 to about 1,000 μm. Preferably, the diameter or width of the cell aperture is from about 400 μm to about 1,100 μm. m, more preferably from about 900 μm to about 1,100 μm. Suitable cell depth Is about 100 μm to about 400 μm, more preferably about 250 μm to about 350 μm. You. Preferably, the pitch between the reaction cells in a horizontal or vertical row on the plate is at least It is about 0.5 mm, preferably at least about 0.9 mm. Preferably, each reaction cell Is at least about 0.15 mm from an adjacent cell, more preferably at least about 0 mm . 3 mm apart. Preferably, each reaction cell has a substantially square shape. Good Suitably, there are at least about 1,000 plates, more preferably at least about 4, 000, even more preferably at least about 10,000 reaction cells . Preferably, the plate has a gasket patterned on the upper surface. Preferably, the plate has a first marker on a first periphery of the plate. Is designed to facilitate alignment, but this marker is Is to decide. Preferably, the plate is a plate perpendicular to the first periphery Has a second marker on the second peripheral edge of the reaction cell. It is to decide. More preferably, the plate has a third marker on the second periphery. The third marker is used to determine the direction of the reaction cell. Good Suitably, the first, second and third markers are for mechanically orienting the reaction cell. Notches designed to interact with locating pins used in this Alternatively, or in addition, the plate is provided with an optical detector for the reaction cell. There are two, and more preferably three, optical reference structures for directing such a device. The optical reference structures are preferably at least about 4 cm apart. Preferably, the optical group The substructure is etched into the plate. The present invention also provides a reaction system for performing a plurality of reactions in parallel. The liquid handling system includes a liquid distribution system that sends multiple liquids to multiple cells, Described above. The present invention further provides a liquid distribution system for delivering a plurality of liquids to a plurality of cells. Providing a method for performing a plurality of reactions in parallel, including a step of operating , The cell is then reversibly sealed to the liquid distribution system, as described above. Placed on one of the The present invention further provides a method of forming a gasket on a top surface of a substrate, The method has areas of exposed surface and areas coated with photoresist. Patterning a layer of photoresist on the top surface, and Applying a masker gasket material to the exposed areas and applying a photoresist Removing the photoresist from the coated area. Preferably, the coating The fabricating step involves placing an elastomeric gasket material on the upper surface. And compression molding the gasket material to the exposed surface. Suitably Prior to photoresist removal after compression molding, the gasket material is cured. gas The ket material is preferably silicon. The substrate is preferably smooth, preferably flat. Has a flat surface. The method is preferably adapted to form structures, in particular microstructures. Applied to the plate. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 shows four types of plates of the present invention. FIG. 2 illustrates several parameters considered in designing the plate format of the present invention. An outline of the data is shown. 3A to 3C show three cell designs. FIG. 4 shows the plate of the present invention connected to a liquid distribution system. FIG. 5 shows the plate of the present invention. 6A and 6B show a part of the print pattern of the gasket. <Definition> The following terms have the following meanings: ・ Addressable If each cell of the plate is individually identified and its contents manipulated, the cell is addressed It is possible. ・ Alignment "Alignment" means that the cell of the small plate of the present invention and the small plate are operated together. Is the coordinated arrangement of another device. That is, the liquid distribution system is small. Small scale play, if arranged to supply liquid to each cell of the scale plate Is compatible with the liquid distribution system. Similarly, optical detectors apply light to each cell. When focusing and individually identifying the transmission or fluorescence of each cell, small plates It is compatible with the optical detection device. During the production of small plates, this concept is Relative positioning between devices, such as Related to the design and placement of the cells of the card. ・ Micro machining "Micromachining" is any process designed to form a microstructure on a substrate. Processing. ·Construction The “structure” formed on the upper surface of the plate is defined by changes in the height of the upper surface. It is a defined shape. Preferably, the structure has a dimension of about 2 mm or less. ". Details of the Invention The small plate 100 of the present invention is suitable for forming the microstructures described herein. It is formed from a substrate that is an organic or inorganic material. Small plate 100 is used Should be formed from materials that are resistant to the type of material You. That is, for example, in a diagnostic setting, the small plate Since it encounters conductive materials, it can be manufactured with a wide range of materials. Small play If 100 is designed to be used in a synthesis reaction, 100 And materials that are resistant to solvents. One suitable In an embodiment, the small-scale plate 100 is glass, in particular, borosilicate glass. It is composed of The basic parameter of the small plate 100 is the distance between the centers of adjacent cells 101. Where this spacing is called the "pitch". Fig. 1 shows the four cell types of the plate. , These formats are 1K, 4K, 10K and 100K formats. 1K type has a pitch of 2260 μm, 4K type has a pitch of 1488 μm The 10K type has a pitch of 965 μm, and the 100K type has a 558 μm pitch. Have a switch. Exemplary parameters for these types are shown below. Further exemplary parameters of this type are provided below. In the example, the volume and depth of the cell is determined by the bead insertion where the synthesis or other chemistry takes place. Selected to apply to the input. Focusing on the 1K format, the pitch is 2260 μm shown in FIG. pitch Is further increased by the surface area within which a cell 101 resides. Define the size. That is, the pitch of the cells 101 in the row and the pitch of the cells 101 in the column The product of the switches determines the amount of surface area on which the individual cells 101 are located. Each cell The ratio of this surface area, occupied by the area of the aperture, determines the area of the cell opening above. The number divided by the described product is multiplied by 100%. To understand the use of small plates, the entire application is hereby incorporated by reference. Zanzuchi et al., Filed Nov. 9, 1995, incorporated herein by reference. It is helpful to refer to patent application Ser. No. 08 / 556,036 “Liquid distribution system”. is there. This application connects fluid from multiple reservoirs to a liquid distribution system ("LDS"). Supplied to all of the one set of reaction cells, and included in these reaction cells from additional tanks. An LDS for supplying a substantial portion of the fluid will be described. This liquid distribution device is dense It is designed for use in applications that require multiple reaction cells. Preferred implementation In an embodiment, the device has no moving parts to transfer fluid from the bath to the reaction cell. Use a pole pump. The reaction cell is preferably a liquid distribution system that includes a bath and a pump. On the plate 100 separated from the stem part. Separable plate 10 0 is a gasket material normally inserted between the two (having an opening at an appropriate position) With the liquid distribution system, and the cell supplies liquid from the liquid distribution system. Below the appropriate outlet. The three basic parameters for the format of the plate 100 are Spacing (ie, pitch), the surface of each opening in cell 101 called the cell aperture The product and the arrangement of rows and columns called a matrix layout. Cell 1 01 can vary depending on the application in which the plate 100 is used. Wear. The necessary structure for the support function is formed in the area between the cell apertures. The pitch is determined based on factors including: ・ Board size ・ Surface area required for cell aperture -Mechanical and electrical functions and devices for guiding and controlling the fluid introduced into the cell 101 Surface area considering the dynamic configuration ・ Sufficient surface area considering seals to ensure fluid separation • During loading and unloading of materials such as fluids, beads and pellets Consider practical mechanical resolution Illuminate each cell 101 in an individual and addressable manner during the reaction detection process Compatibility with -Compatibility with means for individually sensing each cell 101 where the desired reaction takes place ・ With photolithography, micromachining, electroforming and pressure forming manufacturing technologies compatibility ・ Structural integrity of the substrate The determination of the cell aperture is made based on factors including: The sufficient reagent flow required for the chemical reaction planned to take place in cell 101 Choose appropriate dimensions to provide body -Choose sufficient dimensions to provide a reliable flow of reagent fluid through the cell 101. This determination then assumes that cell 101 may contain a solid support medium or bead 102. To consider A smaller cell pitch (ie, a larger cell density) and a larger cell Minimum aperture (ie, greater cell capacity and accessibility). The available surface area by compromising well Equipment for loading and unloading materials such as fluids, beads and pellets Consider entering ・ Systems used to minimize surface absorption and control surface wetting properties Reagents used to add functionality to the cell surface, such as recon treatment agents Make cells accessible -Compatibility with means for individually illuminating each cell 101 -Compatibility with means for individually detecting the reaction in each cell 101 ・ With photolithography, micromachining, electroforming and pressure forming manufacturing technologies compatibility ・ Structural integrity of the substrate The determination of the matrix layout is based on factors including: ・ It is necessary to perform experiments, diagnosis, screening or synthetic treatment on the small-scale plate 100 ・ Effective use of substrate surface area The efficiency and tightness of the reagent fluid circuit of the liquid distribution system interacting with the small plate Every time -Easy-to-use addressability of each cell 101 ・ Compatibility with means to individually illuminate each cell ・ Compatibility with means for detecting the reaction of each cell individually The algorithm used to find the best compromise between these variables is shown in FIG. As shown by the diagram, here the lines connecting the squares come in some form Cell pitch, cell aperture and matrix that must be considered by 2 illustrates the concept of interrelationships related to a layout. The design of particular interest is a matrix of 32 × 32 = 1024 cells 101. 1,000 cells 101 represented by Rix, 64 × 64 = 4096 4,000 cells 101 represented by a matrix of cells 101 of , 100 × 100 = represented by a matrix of 10,000 cells 101 This is satisfied by a matrix format of 10,000 cells 101. Like this The resulting design is shown in FIG. Intermediate forms or asymmetries with different numbers of cells 101 A typical matrix layout can also be manufactured. Made for the format of Figure 1 Some design considerations are outlined below. <Format 1K> Form 1K is formed symmetrically in 32 rows and 32 columns, and at least about 12 1024 cell arrays with a reaction cell capacity of 0 nanoliters / cell 101 You. Substrate dimensions require small dimensions due to handling and fluid engineering factors, Selected by balancing the need for large dimensions by taking into account . Using an approach that best reflects the performance embraced by this format, 7. 62cm (3 inch) x 7.62cm (3 inch) board size is the best compromise And selected. With this combination of dimensions and arrangement, usually 2260 μm Cell pitch is applied. For fluid delivery, synthesis, analytical evaluation and detection The cell configuration that satisfies the requirements of capacity and surface area is 890 μm × 890 μm. . Using normal micromachining techniques suitable for manufacturing (for example, Cell 101 has a fluid capacity of a minimum of 120 nanoliters. I do. <Format 4K> Type 4K is formed symmetrically in 64 rows and 64 columns, and at least about 12 In a 4,096 cell array with a reaction cell capacity of 0 nanoliters / cell 101 is there. As described above, a compromise between operation, handling and manufacturing results in 10.16 cm A substrate size of (4 inches) x 10.16 cm (4 inches) was selected. This dimension In the combination of and the arrangement, a cell pitch of 1488 μm is usually applied. You. Require volume and surface area requirements for fluid delivery, synthesis, analytical evaluation and detection A 1K 890 μm cell configuration, a satisfactory configuration, is maintained. Suitable for manufacturing Using conventional micromachining techniques, the cell 101 can be as small as 120 nanolitres. Fluid capacity. <Format 10K> Form 10K is a 10,000 symmetrically formed 100 rows and 100 columns. This is an array of 0 cells. 10.16 cm (4 inches) maximum for handling and manufacturing reasons ) × 10.16 cm (4 inches) substrate dimensions were selected. Features of micro machining Is reduced from the 4K cell format. For use with this 10K plate, For example, U.S. Patent Application No. 0, filed November 9, 1995, by Zanzuchi et al. A related liquid distribution system, which is the liquid distribution system according to 8 / 556,036, Manufactured to have a corresponding dense layout of fluid supply capillaries. Like this Small dense plate of 965 μm Cell pitch is adapted. Cell configurations are created by higher density cells. Adjusted to more stringent requirements. Fluid supply, synthesis, analytical evaluation and detection The effective surface area of the required volume and surface area is 635 μm x 635 μm cell ・ It is an aperture. Using micromachining techniques suitable for manufacturing, the cell 101 Has a minimum fluid volume of 50 nanoliters. The cross section of the reaction cell aperture is preferably substantially square or rectangular and the array Adapts best to format. The aperture is used for micromachining or molding / multiplying It has rounded corners adapted to manufacturing technology. That is, in this case, the term "substantially" Is a chemical etching process, as was widely practiced in 1995. Thus, when formed in glass, the expected slight amount of shape roundness and irregularity Means Preferably, formed at the periphery of a "rectangular" or "square" cell Circular features have a radius up to the depth of the cell, and the periphery of the cell aperture Is longer than the cell depth. In FIG. 3, three top views of three differently designed cells 101 (first A first cell 101A, a second cell 101B, and a third cell 101C are shown. Line A Below the side cross sections of the first cell 101A, the second cell 101B, and the third cell 101C The figure is shown. The cross section of the first cell 101A is formed by chemical etching of a silicon substrate. The resulting relatively sharp peripheral line is shown. The cross section of the second cell 101B is glass Shows relatively sharp peripheral lines obtained by laser etching of substrate . When chemically etching a glass substrate, the resulting lines are as shown in FIG. 3C. Usually, they are not very sharp. The cross section of the cell 101 is micromachined or replicated. Depending on the technique, it may have a variety of shapes, but should preferably satisfy a minimum fluid volume, Requires beads 102 for use in synthetic or analytical evaluations that require body support And provide sufficient depth to accommodate the experiment. One by experiment Many beads are used in different cells and beads of different sizes are used However, the preferred design is to synthesize or bead with one bead of constant maximum specific expansion diameter It is considered based on providing sufficient space for other reactions. Nano titration concentration One use of the plate is for a type 1K, 4K, 200 μm diameter, or even A sufficient cell depth to accommodate a 400 μm diameter expansion bead is used for At 0K, sufficient depth is used to accommodate a 100 μm diameter inflatable bead. The cell cross section is determined by a manufacturing method such as micromachining, duplication, molding, etc. of the cell of one substrate. Or by combining multiple layers of substrate. The bonding of the layers is carried out by known methods or, in the case of suitable substrates, by reference in its entirety. Accordingly, “Electric-field-assisted glass” filed on November 7, 1995, which is incorporated herein by reference. Zhonghui H., entitled "Su-Glass Sealing". Fan et al. Achieved by the electric field assisted sealing method described in Patent Application No. P-89,876 Is done. When small plates are used for detection, the optical requirements are It is an important variable when selecting surface shape and material. Small plates are used to conduct fluid Cells used to provide tubes and drains, electrical bias, sealing functions, etc. The space between them is taken into account. Small plates can be made of any material or material that matches the application. It depends on the combination of materials, substrate thickness and manufacturing technology. FIG. 4 shows one way in which the extent of the surface between the cell apertures is used. small Scale plate 320 is formed from one plate, on which cells 350 are formed Is done. The small-scale plate 320 includes the first LDS plate 300 and the second LDS 31 Designed for use with a liquid distribution system formed from zero ("LDS") ing. The liquid is supplied to each cell 350 through the first conduit 390. Extra fluid Flows through a second conduit 355 connected to the cell 350 through a third conduit 351. Put out. (A) a device for manufacturing small plates and during assembly (b) a liquid distribution system Equipment that facilitates alignment with the system and other processing or detection equipment is preferably small It is made to 100. Machines that often use three-pin positioning Target alignment meets the condition, and the peripheral edge alignment position specified in FIG. 5 is used. other An alternative to this is also possible, but a preferred method is, for example, the first round at the position shown in FIG. Edge Notch 105A, Second Peripheral Notch 105B, and Third Peripheral Notch 105C is formed by polishing. By using this notch The need to precisely machine all of the periphery of the template 100 is avoided, A method is provided for mechanically distinguishing the top and bottom of the sheet 100. Cell pattern Is defined by the intersection of the straight lines B and C in FIG. Small plate Use equivalent notches in the manufacture of liquid distribution systems that work together Thus, the manufacture of equipment and tools can be coordinated with their design. In the exemplary small plate of FIG. 5, R1, R2, R3, Cm and Co Examples of the distance represented by are as follows. In some cases, optical alignment is preferred. First criterion 106A, second criterion 10 Preferred locations for optical fiducials, such as 6B and third fiducial 106C, are shown in FIG. I have. For all the embodiments described above, a suitable support material is about 50 micron A microfabrication method capable of forming a groove having a cross-sectional dimension of about 250 microns. It has been proven to be acceptable. Such support materials include glass, fused stone Includes English, quartz, silicon wafers or suitable plastics. Glass, stone English, silicon and plastic support materials are preferably proteins or nucleic acids. Reactive sites on materials, including those that bind to biological molecules And a suitable surface treating agent such as a silicon treating agent. Relatively dense In embodiments requiring tightly integrated electronics, non-conductive materials such as suitable glass An electrically conductive support material is preferred. Suitable glasses include borosilicate glass, low alkali Same when exposed to lime quartz glass, fused quartz (quartz) or various chemicals Other glasses that exhibit durability. Some of the preferred glasses are New York Corning Glass Co. of Corning. Cornin available from g Borosilicate gas, such as 0211, 1733, 1737 or 7740 glass There is a lath. The reaction cells and horizontal channels and other structures for the small plate are manufactured by the following procedure. Built. The plate is on both sides, firstly about 500 thin chromium layers and secondly about 20 It is a thin gold film with a thickness of 00 angstroms, and is well-known such as evaporation or sputtering. Coated sequentially by the method and protected from subsequent etchants. New -Hoechst-Celanese Co, Bridgewater, Jersey rp. A 2 micron layer of photoresist, such as Dynakem EPA from Rolled and applied, MRS Technology, Acton, MA , Inc. Properly using the MRS 4500 panel stepper available from Photosensitized using either a mask or a square or rectangular image. Resist layer After development to form an opening in the opening and baking of the resist to remove the solvent, the gold layer in the opening , 4 grams of potassium iodide in 25 ml of water and iodine (ITwo) 1 gram of standard edge Removed by ching. The underlying chromium layer is then -KTI Chemicals, Inc. Using an acidic chromium etch such as the KTI Chrome Etch Etched separately. Thereafter, the plate was HF-H with a volume ratio of 14:20:66. NOThree-HTwoEtching is performed in a tank such as an O ultrasonic bath. For example, ultrasonic bath The use of this etchant in various structures forms vertical sidewalls. etching Is continued until the desired etching depth is obtained. Vertical grooves are usually laser-cut It is formed by breaking. Used to reversibly seal plates to instruments that work with plates Gasket is placed on the plate, leaving openings for cells and other structures as needed. It is attached. One method of attaching a gasket is screen printing. The printed gasket is manufactured from silicone or other chemically resistant elastic material. In addition, a multi-stage compression molding process using photolithography may be applied. First Typically, photoresist is applied to the top surface of the plate where the cells and other structures are formed. Coated. Preferably, the thickness of the photoresist layer is about 0.0254 mm (1 mil). The photoresist layer is processed by standard photolithographic techniques and From the aperture of the cell where the attachment of the sket material is desired, the range ("Gasket The area ") of the photoresist is removed. Cures to an elastic elastomer solid A flowable gasket material is applied. Polishing, for example, a polished glass surface A platen with a textured surface is placed over the gasket material and pressure is applied Push the gasket material into the gasket area and coat it with photoresist. The gasket material is substantially removed from the area. Here the gasket material is cured It is. The photoresist is then melted and a patterned gasket is attached. Leave the plate. If the underlying photoresist has been sufficiently removed to dissolve If so, the gasket material is substantially removed. In this process, the gasket material is suitable for use in the compression molding technique described above. Is an elastomeric material that, when cured, forms a gasket. The photoresist is removed if it is compatible with the chemistry performed at the rate and cures. Resistant to the solvent used to remove. Gasket material is preferably RTV type Silicone rubber (for example, Dow Corning, Midland, Michigan; Silicon, such as Silastic J, RTV silicone rubber available from Is preferred. Photoresist is usually used when the structures on the plate are Film-like photoresist or structures that are not blocked by Temporarily closed during processing and removed by etching after processing is complete. Liquid photoresist. In some cases, before applying the photoresist, 1200 RTV Pri from Dow Corning, Midland, Michigan Plate with primer to promote adhesion of gasket material such as me Coat It is desirable to process. To promote adhesion of gasket material to plate The surface of the plate may be roughened. For example, 5 micron by lapping Roughness occurs. The platen is preferably treated with a release accelerator or as in the case of plastic J rubber Mixed. The compression molding process thins the gasket material into undesired locations. Residue may remain. This residue is removed from the plate with a laser or In some cases, has little effect on thick layers of gasket material in desired locations Gasket material exposed without dissolving in a solvent that dissolves a thin film of residue Removed by exposure. Another method of attaching a gasket is screen printing. Printed The gasket is made of silicon or other chemically resistant elastic material. Preferably, gaske (A) Sylgar from Dow Corning, Midland, Michigan d 184TMDow Corning, available as a brand MDX4-4210TM(B) M-5 gr ade Cab-o-silTM(Cabot Corp., Mass.) Inert fillings such as amorphous fumigation silicon marketed as Boston Manufactured from a mixture of agents. Sylgard 184 and MDX4-4210 are 2 It is commercially available in the form of two components. One component is silicone rubber particles and a polymerization catalyst Wherein the second component is a preparation of a divalent monomer, The monomers serve to cure the silicone rubber by crosslinking. MDX4-4 Component 1 of 210, the "elastomer component", is a dimethylsiloxane polymer. , Manufactured from reinforced silica and platinum catalysts. Components of MDX4-4210 2, the “hardener” also uses dimethylsiloxane polymer And a polymerization inhibitor and a siloxane crosslinking agent. These components are generally manufactured Mixed according to manufacturer's recommendations. For example, in the case of MDX4-4210, the weight ratio Ten emulsions or elastomers are combined with one monomer solution or curing agent Mixed. As an example of the use of an inert filler, about 7.5% by weight of M-5 grade Cab- o-sil was added to Sylgard 184, and about 2-3% by weight of M- 5-grade Cab-o-sil is added to MDX4-4210. Filler is heavy It serves to thicken the mixture before joining to improve screen printing properties. gasket The material is generally cured at room temperature or, for example, heat accelerates the cure . Before being cured, the material forming the gasket is flowable, but its flow is generally In addition, the flow is viscous enough to facilitate the screen printing process. Gasket The forming material is also sufficiently sticky, under the plate or gasket material to be applied Adhere to either of the first layers on the side. In one version of the screen printing process, a first layer of gasket material is Cured after printing on the rate. After this first print, the second of the gasket material Two layers are overlaid on the printed gasket material (as described further below). Care to prevent destructive adhesion of gasket material to the A suitable shape (generally the size of the gasket) so that the same weight is applied to the printed gasket material. A flat platen with a flat surface overlaid on the printed gasket material The sket material is cured. Use two prints of the material that forms the gasket The shape of the base of the gasket material before the smoothing performed after the second printing To achieve the required smoothness and uniform thickness of the gasket seal surface. This To achieve the required smoothness and uniform thickness during the final curing process. It is important to apply a uniform pressure to the gasket. This pressure is The coating process is high enough to produce the required uniformity during the curing process, These parts may re-expand when pressure is released, resulting in uneven seal thickness Selected not to be too high to overcompress the cured portion of the gasket material Should be. One-time printing may be used, and this one-time printing process Is generally preferred because it is simpler and more easily applied to the manufacturing process. Below To In the single print process described, the platen is the first (and only) of the gasket material. Applied directly after printing and settles excessively and unevenly due to mechanical stops Is prevented. The non-uniformity of the width of each printing feature increases the non-uniformity of the thickness at the end of processing. Thus, preferably, its width on the screen is uniform. FIG. 7 illustrates an exemplary printing switch. Shows a clean pattern where the gasket material is tightly spaced For example, it is applied between straight lines of 0.152 mm (6 mils). Post-printing and processing The woven gasket pattern is spread. For example, two printing steps and a printing For applications that use a 0.152 mm (6 mil) wide pattern on the lean, 0 . A pattern having a width of 4572 mm (18 mils) is formed. In FIG. 6A, a black line The "8" -shaped pattern of 50 numbers in the written outline is on the reaction cell plate Approximately 100 reaction wells are represented, with each well (not shown) having an exemplary number " It is located in two openings in an 8 "pattern. In FIG. 6B, one number “ The print screen pattern used to produce the 8 "shaped pattern is shown Is done. In another embodiment, each individual reaction well has a 0-shaped gasket Having a turn. In this latter embodiment, two in the pattern of FIGS. 6A and 6B The gasket boundary shared by the reaction wells is omitted. This shared border Fields are more susceptible to non-uniformities than other boundaries of the pattern. The dimensions shown in FIG. 6B Is in centimeters (inches). Illustrative two-time printing protocol: 5.08 cm (2 inches) × 5. Plates that are 08 cm (2 inch) glass plates are class 10,000 Alternatively, it is preferably cleaned in a cleaner clean room environment. This press The leat is examined under a microscope for lint and deposits. These are tweezers, Removed by flowing propanol or other solvent. Plate is lint Wipe with a free cloth and steam clean with ethanol. After drying the plate Stored in the container. If the material forming the gasket is a material under vacuum (eg, MD X4-4210TM) Is prepared by degassing. Plates and printing plates Take care to align the position of the clean. The plate is the plate shown in FIG. 6A. Alignment by three pins with the notch shown on the perimeter of the seat It is. The gasket pattern is then printed on the plate and the plate is cleaned Isolated in container, cured by placing container in oven at 70 ° C for 4 hours Is done. Then the same gasket pattern is overlaid on top of the first pattern . Thin coated with a release agent (eg, 3% wt / v aqueous sodium lauryl sulfate) Preferably, a transparent plastic film (for example, 0.0762 mm (3 mm) G) the top of the gasket pattern with a layer of thick polyester film) printed on it Formed. After that, a flat and smooth platen is placed on the release film, For example, a gasket pack printed with a weight of 21/2 pounds Apply to turns. Also, instead of using a film, a release agent such as a surfactant is used. The mold is applied directly to the platen to prevent the platen from sticking to the gasket material Sometimes. The gasket is then cured while applying an evenly distributed weight Is done. The release film was carefully removed for testing, and gasket defects Tested under a mirror. A clean, smooth plate is placed on top of the gasket, For example, a 20 lb. tightening pressure would result in the gasket pattern of FIG. 6A. Applied. If printing is successful, the contact surface of each seal segment is visible. You. The gasket is stored in contact with the release film. One-time printing protocol as an example: Plates prepared as described above To ensure that the material forming the gasket is evenly applied by the printing screen. With special care, the gasket is printed on the plate as described above . Immediately after this one-time printing, a clear plastic coated with a release coating is used. A layer of backing film is formed over the printed pattern and provides a smooth, flat plate Is placed over the film and the printed pattern underneath. The platen is Putter until it comes in contact with a mechanical stop that holds the latin at a uniform height on the plate Pressed on top of Gasket then hardens while platen is in place Is done. The gasket is tested and stored as described above. Screens used in printing are formed, for example, using conventional photolithographic means Is done. That is, it is of the same type as that used in the manufacture of printed circuit boards Screen. The screen may be, for example, 0.9 mil (0.02286 mm). Manufactured by knitting from stainless steel wire. The net pattern is preferably printed (ski The direction is an angle of about 45 degrees from the direction. Photolithographic Emma where the pattern is manufactured The region is, for example, 0.0635 mm (2.5 mil) thick. Shown in FIG. 6B 0.1524mm (6mil) screen pattern width and 0.0635mm At (2.5 mil) screen pattern depth, the cured gasket width is typically About 0.4572 mm (18 mils) and seal thickness is typically about 0.033 mm (1.3 mils). For printing using the MDX4-4210, the normal product The sket has a hardness of about 65 durometer. The width and thickness of the gasket may vary, e.g., Change in size of emulsion particles in the polymer component of the material forming the ket, curing Changes in weight applied during processing and inert filling of the material forming the gasket Varies with the addition of additives such as fillers. The process of forming the gasket is preferably in a preferred embodiment of the liquid distribution system. Applies to the intended flat plate, but the complementary surface is It should be appreciated that it also applies to any other surface to be sealed. one Generally, these other surfaces are sufficiently smooth and complementary to the gasket printing Promotes sealing to. Although the present invention has been described with an emphasis on the preferred embodiment, those skilled in the art will no longer It will be apparent to those skilled in the art that suitable device and method variants will be employed. It is contemplated that the disclosure may be embodied in other forms than specifically described herein. Therefore, The invention is encompassed within the spirit and scope of the invention as defined by the following claims. All fixes are included.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 08/744,386 (32)優先日 平成8年11月7日(1996.11.7) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU ,AZ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,H U,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ ,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG, MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM ,TR,TT,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 ルバイン,アーロン,ウィリアム アメリカ合衆国08648 ニュージャージー 州ローレンスビル,スプリングウッド ド ライブ 6 (72)発明者 オマラ,ケリー,ディ. アメリカ合衆国08518 ニュージャージー 州フローレンス,ウエスト セカンド ス トリート 308────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (31) Priority claim number 08 / 744,386 (32) Priority date November 7, 1996 (November 17, 1996) (33) Priority country United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, S D, SZ, UG), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ , MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU , AZ, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, H U, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ , LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, R O, RU, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM , TR, TT, UA, UG, UZ, VN (72) Inventors Luvine, Aaron, William United States 08648 New Jersey Lawrenceville, Springwood Live 6 (72) Inventor Omara, Kelly, D. United States 08518 New Jersey State of Florence, West Seconds Treat 308
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