JP2001527642A - ビーズを配列するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンビナトリアルライブラリーからのビーズの混合物を、気泡を上昇させることにより尖った容器（２４）に液体の循環流を誘導させることによるか、または、２種類の混和しない液体の界面間にビーズを浮遊させることにより、懸濁状態に保持する。ビーズの直径よりも小さな円形開口部を有する針（２２）の先端に液体を吸引することにより懸濁液からビーズを個々に選択する。ビーズを針の先端に捕獲後、過量のビーズを揺さぶり落とすか、または、針（２２）を取り囲む囲いに溶媒を流して洗い流し、針（２２）をロボットマニピュレーター（１２）により、ビーズが放出されるウェル（３４）にまで動かす。

Description

【発明の詳細な説明】 ビーズを配列するための装置および方法発明の分野 本発明は、一般に、ビーズの取り扱いに、より詳細には、２次元配列にてかか るビーズを配置するための改良法および装置に関する。発明の背景 ビーズ支持担体上でのコンビナトリアル化合物ライブラリーの合成は、薬理学 的関連の標的をスクリーニングするための化学的多様性を得るための十分に確立 された方法である。かかるライブラリーは、デコンヴォルーションのための識別 タグと共にまたはなしで、バルク集団または別々のサブライブラリーとして合成 されてもよい。ほとんどの場合、各ビーズは、単一の独特な化合物を坦持し、他 の化合物を含むビーズの混合物中に存在する。薬理学的標的に対する活性につい てビーズを試験するためには、各ビーズを１またはそれ以上の標的に対して個々 にアッセイできるように、ビーズを分離することが望ましい。活性化合物を坦持 するビーズを同定し、化合物の構造を解明することもできる。ロボットスクリー ニングシステムと幾何学的に互換性のあるアレイ、例えば、８×１２のアレイま たは３８４または８９６−ウェル構成などの他のフォーマットにビーズを分離す ることもまた望ましい。 ビーズを配列する現行法は、マニュアルピッキング、および、ビーズを１つの 孔を通して流し、一旦検出されたビーズをアッセイウェル中に配置させる、流体 力学ソーティングを包含する。マニュアルピッキングは、遅く単調である。これ まで使用されている流体力学法は、遅く、装置が詰まりやすい。ビーズライブラ リー内の浮力変化もまた、流体力学ソーティングにおいて問題を引き起こすこと が知られている。従来の方法に共通する１つの問題点は、ビーズが極端に小さく 、典型的には３００μｍ（０．３ｍｍ）またはそれよりも小さいため、異なる化 合 物を坦持する２またはそれ以上のビーズが、アレイの単一の位置に、時に配置さ れる傾向のあることである。ビーズの配列において起こるさらにもう１つ別の問 題は、ビーズが壊れやすく、特に機械的に撹拌した場合にフラグメントにばらば らになり得ることである。 単一のビーズをアレイの各ポイントに確実にデリバリーするための、単純な、 迅速な、確実な方法および装置が必要とされている。それゆえ、本発明の第一の 目的は、コンビナトリアルライブラリーから個々の化合物−坦持ビーズを選択し 、個々のビーズをアレイに確実に配置するための、改良装置および方法を提供す ることである。高価でなく、使用が容易で、ビーズ上の化合物の性質とは無関係 に、ビーズを配列するための改良装置を提供することもまた、本発明の目的であ る。本発明のさらに別の目的は、ビーズがフラグメント中にばらばらになる段階 を避けるかまたは少なくとも減少させることである。発明の概要 本発明によれば、液体中に懸濁したビーズの混合物を含む容器から、中空の、 可動ピックアップエレメント、好ましくは針の内管へ、該内管の端にある開口部 を通して、液体を吸引する。開口部はいずれのビーズよりも小さく、少なくとも 球状のビーズの場合には、ビーズが開口部を実質的にふさぐことができるように 、その開口部は円形であることが好ましい。ビーズが開口部をふさぐと、ビーズ 上に働く外圧が、管内の圧力よりも大きくなるように圧力差が維持される。圧力 差が、開口部とかみ合わせてビーズを保持する。圧力差を維持しながら、その開 口部とかみ合わせて保持されたビーズと一緒に、可動ピックアップエレメントを 容器から引き抜き、開口部からビーズを放出させることにより容器から離れた位 置にビーズを配置させる。 管に液体を吸引することによりビーズを選択し、そのビーズを圧力差により管 の開口部に保持する方法は、所定のアレイ位置において複数のビーズが配置され ることを少なくする。しかしながら、開口部をふさぐビーズ以外の、可動ピック アップエレメントに付着するビーズを取り除く方法により、さらなる改良が達成 可能である。かかる方法の１つは、可動エレメントを振動させることである。 単一のビーズのみが配置されるようにするもう１つ別の方法は、可動エレメン トの少なくとも一部上に液体の流れを起こし、望ましくないビーズを取り除くこ とである。過量のビーズを洗い流す好ましい方法は、内管を提供する中空の針を 取り囲む囲いにより形成される環状の管を通して液体を流すことである。 コンビナトリアルケミストリーで用いられるビーズは、典型的にはきわめて壊 れやすい。それゆえ、中空の可動エレメント中への液体の流れによりビーズをピ ックアップすることができるようにビーズを懸濁状態に保持する場合には、ビー ズを壊さないようにすることが重要である。このことは、本発明の２つの方法の いずれで行ってもよい。 第１の方法は、容器中にガスの流れを導入し、そこに気泡を発生させることに より、混合物のビースを液体中に懸濁状態に保持することである。好ましくは、 容器の底から上方に伸びる容器の内部の少なくとも一部分は、その水平面が上方 向に連続して増大している。容器の底で容器中の液体にガスの流れを導入し、液 体中に気泡の上昇を発生させ、これが、ビースがフラグメントに壊れるような力 で、ビーズが互いにまたは容器壁に衝突しないように、ビーズをおだやかに循環 させることにより、混合物のビーズを液体中に懸濁状態に保持してもよい。 別の方法において、ビーズを懸濁させる液体は、一方の成分が他方を浮遊させ る、２種類の混和しない液体成分を含む。ビーズの密度は、一方の成分の密度よ りも高く、他方の成分の密度よりも低く、結果として、ビーズは２種の成分の界 面間に懸濁される。内管末端の開口部を界面を介して移動させながら、中空の可 動エレメントの内管中への液体の吸引を行う。 本発明において用いる装置は、また、中空の可動エレメントの開口部または内 管の詰まりを検出する簡単な操作に役立つ。詰まりを検出するため、圧力を内管 のガスに付し、付する圧力に応答する開口部のガスの流れがないこと、または流 れが減少することを感知することにより、詰まりを検出する。 以下の詳細な記載に見られるように、本発明は、化合物坦持ビーズの混合物か ら個々のビーズを高い信頼性で選択し、およびアレイに選択したビースを配置し 、 同時に単一のアレイポイントでの望ましくない複数のビーズの配置を減少させる かまたは実質的に除去するための、単純で、高価でなく、使用の容易な、方法お よび装置を提供する。 種々の他の目的、本発明の詳細および利点は、図面と合わせて読む場合、以下 の詳細な記載から明らかになるであろう。図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法を行うのに用いるロボット試料プロセッサーの斜視的模 式図である。 図２は、懸濁液ホルダーの斜視図である。 図３は、粒子を懸濁状態に維持するためのバブルの使用を示す、図２の平面３ −３の懸濁液ホルダーの部分断面図である。 図４は、図２の平面４−４の懸濁液ホルダーの部分断面図である。 図５は、ビーズを保持する針を示す部分断面図である。 図６は、囲いを有する針を示す部分断面図である。 図７は、別の懸濁液ホルダーの部分断面図である。 図８は、さらに別の懸濁液ホルダーの部分断面図である。詳細な説明 本発明は、好ましくは修飾されたロボット試料プロセッサーを利用する。適当 なプロセッサーは、商標名GENESISとして販売され、TecanU.S.Inc.,P.O.Box1395 ，Research Triangle Park，North Carolina 27709，U．S．A.から利用可能であ る。プロセッサーを図１に模式的に示す。プロセッサーは、作業台１０、および 、作業台上を水平方向に移動できる、移動ロボットマニピュレーターアーム１２ を有する。アーム内で、可動台１４は、アーム移動に対して垂直方向に、水平に 可動する。可動台は、一連のピペット１６を支持し、ピペットは、可動台上のス リーブ１８において垂直に可動する。アームと可動台の水平な移動およびピペッ トの垂直な移動は、マイクロプロセッサーの制御下にある。それゆえ、ピペ ットの移動は、液体サンプルの自動取り扱い用に、３次元方向にて制御可能であ る。ピペットを、可撓性チューブ２０を介して、マイクロプロセッサー−制御液 体ポンプ（図１中に示さない）に連結する。 本発明の配列プロセスを行うため、試料プロセッサーを中空の針２２を有する ピペットを取りつけることにより修飾する。直径が２３０μｍの球状のポリスチ レンビーズの配列における使用に適当な針は、２５〜３０ゲージの範囲の大きさ を有する、その針の延長縦軸方向に垂直な平面に円形開口部を提供するようにそ の先端を研いた皮下注射用の針である。このように、針の先端の開口部は、配列 するビーズの直径よりも小さく、開口部の円形構造により、球状ビーズが実質的 に完全に開口部をふさぐことを可能とする。 針がビーズをピックアップするトレイ２４を作業台上に設ける。図示されてい るトレイは、４つの別々の区画を有する（図２において、区画２６、２８、３０ および３２として示す）。これらの区画は、針２２が同時に入ることができるよ うな間隔で、互いに離れている。 作業台上には、また、慣用されているウェルプレート３４を置き、その中にビ ーズを針で配置する。ウェルプレートは、典型的には、８×１２配列中の９６ウ ェルを含むアレイ３６を有する。針２２の間隔は、ウェルプレート中のウェルの 各列において２つのウェル毎に針が入ることができるようなものであってもよい 。それゆえ、一列の８個すべてのウェルに作用するために、針は初めに、１番目 、３番目、５番目および７番目のウェルにビーズを配置する。ついで、トレイ２ ４に戻って、さらに４個のビーズをピックアップした後、可動台１４の移動によ り、２番目、４番目、６番目および８番目のウェルにビーズを配置する位置にな るように、針がスライドする。 図１にはまた、供給ライン４０から、導管４２、４４、４６および４８を介し てトレイ２４の区画へ窒素などのガスを分配するのに用いるマニホルド３８を示 す。図２に示すように、区画２６〜３２のそれぞれは、傾斜する側壁を有し、側 壁は、水平面が上方向に連続して増大するように、互いに分岐し、狭い底から上 方に続く。各導管４２〜４８は、その区画の傾斜する側壁の１つに沿って、区画 の底にほとんど隣接する位置にまで伸び、そこで、図２および３に示すように、 区画の液体中にガスバブルを放出できる。各区画中の液体５０は、典型的には、 ２０％メタノールおよび８０％水（容量で）からなる溶液である。ポリスチレン ビーズ、特に化合物が固着するビーズは、この溶液の密度よりもわずかに大きな 密度を有し、通常底に沈む。しかしながら、図２および３の矢印で示すように、 上昇する気泡が液体の循環流を誘導する。この循環流が、各区画の底からビーズ を持ち上げ、懸濁状態に保つ。各区画のテーパーを付した形状は、ビーズが集ま ることのできる流れのない場所が確実に生じないようにする。 図４に示すように、針２２の端５２を、区画２６の液体５０中に挿入する。マ イクロプロセッサーの制御下で、機械的アクチュエーター５４は、シリンジ５８ のプランジャー５６を作動させ、その内部は、Ｙ−連結器６０により可撓性チュ ーブ２０を介してピペット１６に連結する。Ｙ−連結器の他方の枝６２は、バル ブ６４を介して空気供給器６６に連結する。バルブは、コントロール６８により 作動され、空気供給器を針に連結する。針の詰まりの結果による枝６２中の圧力 増加を圧力センサー７０により検出でき、これにより作業者に通知するシグナル を提供するか、または、自動的に針を作業から取り外すことができる。 アクチュエーター５４によるプランジャー５６の引き込みにより、針２２中に 液体５０が吸引される。液体の最大量は、プランジャーのストロークおよびシリ ンジの容量により定められる。例えば、針中に吸引される液体の量を２００μＬ に限定できる。液体が針２２中に流れると、針の先端５２付近の懸濁液中のビー ズの１つが、結局、針の先端の開口部に対して吸引される。図５に示すようにビ ーズ５４が開口部を閉じ、さらにシリンジ５８のプランジャー５６が引き込まれ ると、シリンジおよびライン６０内の空気、および、ピペット１６または針２２ 内に残っている空気の圧力が減少する。針の先端の液体の外圧（本質的に大気圧 ）と針の内圧との間に生じる差は、ビーズを針の先端に対して保持し、針により ウェルプレート３４（図１）中のウェルの１つに運ぶことができる。ビーズが針 の先端で捕獲されているときに生じる、針内の圧力減少もまた、コントロール６ ８にシグナルをデリバリーする圧力センサー７０により検出する。すべての針に 連 結する圧力センサーからのシグナルは、コントロール６８により処理され、ビー スが作動中のすべての針により捕獲された場合、ロボットマニピュレーター７２ を作動し、針をトレイ２４からウェルプレート３４に移動させる。 図１〜５に示す装置は、液体を針中に吸引し、針の先端にてビーズを捕獲する 。捕獲されたビーズを、ウェルプレートに移動し、シリンジ５８のプランジャー および他の針に連結するその対応物の逆操作により選択されたウェル中に個々に 配置させる。 トレイ２４から引き抜かれる時に、１より多くのビーズが針に付着することが 多々ある。このことが生じた場合、典型的には１またはそれ以上の過剰のビーズ が針の先端にて捕獲されたビースに付着している。同一のウェルに異なる化合物 を含むビーズが存在することは望ましくないため、１つのビーズのみが各ウェル に確実に配置されることが重要である。それゆえ、針がウェルプレートの近くに 移動する前に、いずれの過剰のビーズをも振り落とすことができる。過剰なビー ズを除去するため、マニピュレーターアームは、突然に止めることができるか、 または、針は、停止物（図示せず）に接触し、過剰のビーズを失うように振動さ せることができる。 過剰のビーズを除去する別法は、針の先端から過剰のビーズを洗浄することで ある。このことは、図６に示すように、同軸の囲いを各針に設けることにより行 うことができ、この場合、針７４は、針の外壁から一定間隔離れた囲い７６によ り取り囲まれており、環状管７８が得られる。針の先端に捕らえられたビーズと 共に囲まれた針をビーズの懸濁液から引き抜いた後、コントローラーは、環状管 ７８を通して外方向に溶媒を一瞬流出し、捕獲されたビースに付着する過剰なビ ーズを洗い流す。別に、囲いを介する空気または他のガスの流れを用い、過剰な ビーズを取り除くことができる。 図１および２に示すトレイ２４は、各針について１つの、別々の区画を有する 。各区画の先の尖った形状により、上昇する気泡により誘導される液体流により ビーズを懸濁状態に維持することが可能となる。別々の区画の使用により、ウェ ルプレート上に同時に配列すべきビーズのマルチプルサブ−ライブラリーもまた 可 能となる。しかしながら、気泡を用い、複数の針を用いてビーズを捕獲し配列す る間、単一のビーズライブラリーの懸濁液を維持することが可能である。単一の ビーズライブラリーから複数の針にビーズを捕獲するための配置を図７に示す。 ここでは、トレイ８２は、それぞれその底に隣接する位置に伸びるガスデリバリ ーチューブ８８を有する、複数の先の尖った凹所８６で形成される底を有する単 一の区画８４を有する。トレイ中の液体９０のレベルは、底の先の尖った凹所が 示すピークよりも上にある。結果として、所定の凹所にあるビーズは、上昇する バブルにより誘導される上方向液体流で持ち上げられ、他の凹所に落ちることが できる。このトレイは、いずれの数のビーズ捕獲針でも作動することができる。 上昇する気泡を用いてビーズを懸濁状態に維持する代わりに、ビーズが壊れる のを防ぐ別法は、図８に示すような２種類の混和しない液体の界面間にビーズを 浮かせるものである。トレイ９４の内部区画９２は、一定量の水９８上に浮く一 定量のトルエン９６を含む。水の密度よりもわずかに小さく、トルエンの密度よ りも大きな密度を有するビーズ１００は、２種類の液体の界面１０２間に浮き、 下方または上方のいずれかで界面を通る時に、針の先端１０６中に液体を吸引す ることにより針１０４により個々に捕獲することができる。 これまでの記載から明らかなように、本発明は、コンビナトリアルライブラリ ーから個々にビーズを選択し、選択したビーズをアレイ中に配置するための、き わめて単純で、確実な、高価でなく、使用が容易な、装置および方法を提供する 。 種々の修飾を、記載した装置および方法に行うことができる。例えば、ビーズ を捕獲するために中空の針の使用が好ましいが、例えば、チューブなどの、液体 中にビーズの懸濁液を含む容器中へまたは容器から移動可能である、他のエレメ ントに形成される管の開口部にてビーズを捕獲し、過剰のビーズを洗い流すこと が可能である。 ビーズの懸濁液を含むトレイを種々の方法で修飾できる。バブルを生成するた めのガスデリバリー管を、トレイの壁中に組み入れることができ、トレイの区画 の壁を種々の形状に形成できる。それゆえ、区画は、円形上の錐体の形状にある ことができるか、または、下方部分のみが尖っており、その壁の上部が垂直であ るように形作ることができる。 気泡を上昇させることまたは２種類の混和しない液体間の界面上にビーズを浮 遊させることの使用が、ビーズを懸濁状態に維持する方法として好ましいが、液 体をゆっくりと撹拌することにより、液体に超音波エネルギーを付すことにより 、または、液体を含む容器を振動させることにより、懸濁液を維持することも可 能である。 ロボットマニピュレーターの針の数を修飾することができる。例えば、８×１ ２プレートの場合には、ロボットマニピュレーターアームにより坦持される針の 数は、８であり得る。別に、ビーズの懸濁液を含むのに適当なトレイを用いる限 り、さらに多くの数の針、例えば、９６の針を用いて、より迅速にビーズを配列 することができる。 シリンジを用いて捕獲および針からのビーズの放出を制御する代わりに、バル ブされた空気供給器と組み合わせた適当な真空ポンプにより、針の中へおよび外 への液体の流れを、作成することができる。針の詰まりを、バック圧力を感知す る代わりに、外部の流れを感知することにより検出できる。同様に、バック捕獲 を、圧力感知の代わりに光学検出器により感知できる。最後に、過量のビーズを 振動させて落とすか、または、針を取り囲む囲いを通る液体の流れにより洗い流 すことに代えて、補助溶媒浴に針を通すことにより洗い流すことができる。 さらに他の修飾を、以下の請求の範囲において記載する本発明の範囲から逸脱 することなく記載した装置および方法に行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 37/00 １０３ Ｇ０１Ｎ 35/06 Ａ (72)発明者 グリーソン，ジョン・ジェラルド アメリカ合衆国19335ペンシルベニア州ダ ウニングタウン、ヘロン・ヒル・ドライブ ８番 (72)発明者 レーバー，ジャック・デイル アメリカ合衆国18901ペンシルベニア州ド イルズタウン、パイン・ラン・ロード403 番 (72)発明者 シモライク，ジェラルド・クレイグ アメリカ合衆国19079ペンシルベニア州シ ャロン・ヒル、フェルトン・アベニュー 616番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ビーズを配列する方法であって： 液体中に懸濁させたビーズの混合物を含む容器から、中空の可動エレメントの 内管中に、内管の末端での開口部を通して、液体を吸引し、ここで、開口部は、 いずれのビーズよりも小さく、ビーズが実質的にふさぐことができるような形状 であり； ビーズが開口部をふさぐ時、開口部をふさぐビーズ上に働く外圧が、管内の圧 力よりも大きく、それにより、ビーズを開口部とかみ合わせて保持できるように 圧力差を維持し； 圧力差を維持しながら、その開口部とかみ合わせて保持されているビーズとと もに、可動エレメントを容器から引き抜き； 開口部からビーズを放出させることにより容器から離れた位置にビーズを配置 させる ことを含む方法。 ２．ビーズが球状であり、開口部が円状である請求項１記載の方法。 ３．ビーズで中空の可動エレメントの内管の末端にある開口部をふさいだ後、中 空の可動エレメントを振動させ、開口部をふさぐビーズ以外の、それに付着する ビーズを取り除く、請求項１記載の方法。 ４．ビーズで中空の可動エレメントの内管の末端にある開口部をふさいだ後、中 空の可動エレメントの少なくとも一部の上に液体の流れを起こし、開口部をふさ ぐビーズ以外の、それに付着するビーズを取り除く、請求項１記載の方法。 ５．中空の可動エレメントが針である請求項１記載の方法。 ６．中空の可動エレメントが、軸に沿って伸びる中空の針、および、該針と同軸 で、その針を取り囲み、針と一定間隔離れて針を取り囲む環状の管を提供する囲 いを有し、ここで、内管は針内の管であり、ビーズが内管の末端にある開口部を ふさいだ後、環状管を通して液体を流し、開口部をふさぐビーズ以外の、中空の 可動エレメントに付着するいずれのビーズも取り除く、請求項１記載の方法。 ７．ガスの流れを容器中に導入し、そこで気泡を発生させることにより混合物の ビーズを液体にて懸濁状態に保持する請求項１記載の方法。 ８．容器の底から上方に伸びる容器の内部の少なくとも一部分が、その断面が上 方向に連続して増加する水平面を有し、容器の底で容器の液体中にガスの流れを 導入し、液体中に気泡の上昇を起こさせることにより、ビーズの混合物を液体に て懸濁状態に保持する請求項１記載の方法。 ９．ビーズが懸濁している液体が、一方の成分が他方の上に浮遊する、２種類の 混和しない液体成分を含み、ビーズの密度は、一方の成分の密度よりも高く、他 方の成分の密度よりも低く、それにより、ビーズは２種類の成分の界面間に懸濁 され、液体の吸引を、中空の可動エレメントの内管末端にある開口部を、界面を 介して移動させながら行う、請求項１記載の方法。 １０．中空の可動エレメントの内管のガスを加圧し、その加圧に応答して該開口 部を介するガスの流れを感知し、内管の詰まりを検出する工程により、液体を吸 引する工程を行う、請求項１記載の方法。 １１．液体中に懸濁させたビーズの混合物を含む容器； 内管と、内管の末端に開口部を有し、その開口部が、球状のビーズにより実質 的にふさぐことができるような円形の形状にある、中空の可動エレメント； 開口部を介して中空の可動エレメントの内管へ容器から液体を吸引し、開口部 をふさぐビーズ上に働く外圧が管内の圧力よりも大きく、それにより開口部にか み合わせてビーズを保持するように圧力差を維持し、開口部からビーズを放出さ せることにより容器から離れた位置にビーズを配置するための手段； 開口部にかみ合わせて保持されたビーズと共に可動エレメントを容器から引き 抜き、その離れた位置に可動エレメントを動かすための手段 を有するビーズを配列するための装置。