JP2003515133A - フィルムベースのアドレス可能なプログラマブル電子マトリックス物品およびその製造と使用方法 - Google Patents

フィルムベースのアドレス可能なプログラマブル電子マトリックス物品およびその製造と使用方法

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Abstract

(57)【要約】 分子生物学的プロセスを実行するために適合された電子装置。この装置は、第１の表面と第２の表面とを有する可撓性ポリマ基材を含む。複数のミクロ位置は第１の表面を遮断し、前記ミクロ位置の各々は可撓性基材の第２の表面に配設された電極を含む。親水性マトリックスは、可撓性基材の第１の表面に配置され、電極と電気接触することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、フィルムベースのアドレス可能なプログラマブル電子マトリックス
物品およびその製造と使用方法に関する。物品は可撓性フィルム上に製造され、
生物学的活性分子を含む種々の標的種と選択的に結合または反応するように調製
されたパターン化ポリマフィルムと共に使用するのに適している。
【０００２】 発明の背景 現代の医学および生物学分野の最も重要な活動の１つは、細胞培養アッセイ、
免疫学的アッセイ、ＤＮＡハイブリダイゼーションアッセイ、ロボット支援のサ
ンプル取扱プロセス、およびマイクロ流体サンプル処理のような医学的診断アッ
セイを実施することである。これらの活動によって、安全で有効な医学診断、な
らびに徹底的かつ正確な生化学的調査および研究が可能になる。
【０００３】 臨床検査室装置で種々の病気についてテストを行うために、自動化微生物培養
システムが近年開発されてきた。これらのシステムは、サンプルを含有する培養
チューブ、選択的生長培地、および微生物の成長に反応する蛍光指示薬を含むこ
とが多い。チューブは、結核または抗生物質耐性の黄色ブドウ球菌のような微生
物を検出するために、サンプルの蛍光特性の変化を測定する光学読取り装置によ
って連続的に処理される。残念ながら、このようなシステムでは、標準試験方法
による同定に必要な充分な量の微生物を培養するために何日もかかることがある
。
【０００４】 患者の血液、流体または他の組織から抽出された単一のサンプルからマルチア
ッセイを実施するために、米国特許第５，６０９，８２８号に記述されているよ
うなバイオカードも、開発されてきた。これらのサンプルは、分光学的または他
の自動化分析技術を利用して通常検査される。バイオカードはプラスチックで典
型的に成形され、カード内に形成された一連の小さなサンプルウェル内に液体サ
ンプルを受容するように設計される。各サンプルウェルは、通常、サンプル内の
異なる生物学的病原体を同定するために、異なる組の乾燥試薬（選択生長栄養お
よび標識ダイ）を含有する。分析の間、サンプルは流体取入れ口に入り、取入れ
リザーバ内で収集し、分配チャネルに沿ってサンプルウェルに移動する。各サン
プルウェルはまた、典型的に、成長する微生物コロニーによって形成されるガス
をトラップするように設計された気泡トラップを含む。サンプルウェル内の試薬
は、流体サンプルが導入されると溶ける。サンプルウェル内のサンプルの培養後
に、カードリーダは、各ウェルについて自動化された分光学的または蛍光分析を
実行する。バイオカードによる分析は成功するかもしれないが、微生物の数を増
やすために最初に微生物が培養されないならば、分析時間が非常に長くなる。さ
らに、密接に関連した微生物の菌株は、上記方法によって区別することが困難で
ある。
【０００５】 培養技術に関連した遅れを短縮する核酸とタンパク質を分析するためのアッセ
イ技術を開発し、アッセイの特異性を増し、また新しい病気を検出するための手
段を提供する努力が行われてきた。かかる努力の一つは、１時間未満に選択され
るＤＮＡ標的の何億ものコピーを製造するための手段を提供するＤＮＡ増幅技術
の開発であった。対象の微生物は、それらのＤＮＡ材料を解放するために最初に
溶解される。ＤＮＡ材料は単離され、次に試薬で処理されて、対象の微生物に特
異的なオリゴヌクレオチド配列の増幅を実行する。ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣ
Ｒ）はこれらの増幅方法の内で最もよく知られているが、温度サイクルおよび継
続的な試薬添加が必要である。Ｂｅｃｔｏｎ Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ ｏｆ Ｆｒ
ａｎｋｌｉｎ Ｌａｋｅｓ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙで開発された鎖の置換増幅方
法のような他の方法は、単一のサンプルウェルで一定の温度において１５分間で
実行することができる。このような増幅方法は、ゲノムＤＮＡ分析の複雑さと感
受性に関係する問題を克服するのに役立つ。
【０００６】 多数のアンプリコンを製造するためにＤＮＡ標的が再生によって一旦「増幅さ
れた」場合、相補的なオリゴヌクレオチドプローブを使用してＤＮＡアンプリコ
ンを捕捉することができる。これらのプローブはＤＮＡアンプリコンを選択的に
保持し、それらの単離と同定を可能にする。しかし、これらのプローブは、従来
、ＤＮＡアンプリコンを捕捉するための拡散制御プロセスに頼ってきた。拡散の
完成には時間がかかることがあり、ＤＮＡ標的の迅速な同定にとって相当の障害
となる。このような拡散方法は従来の細胞培養技術よりも相当速いが、高速のＤ
ＮＡ増幅と比較してなお比較的遅い。
【０００７】 Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｂｌｏｔとして知られるＤＮＡ増幅の代わりの方法は、Ｄ
ＮＡを制限酵素で切断し、電気泳動ゲル上でＤＮＡフラグメントを分離し、メン
ブレンフィルタにブロットし、次に、ブロットと特異的なＤＮＡプローブ配列と
をハイブリダイズすることを含む。この方法は、粗製のＤＮＡサンプルの複雑さ
を有効に低減し、これによってハイブリダイゼーション特異性および感受性の向
上が支援される。しかし、ＳｏｕｔｈｅｒｎＢｌｏｔで生成される標的の総数は
、ＤＮＡ増幅法によって生成されるアンプリコンの数よりも小さい。さらに、電
気泳動分離の完了には時間を要することがある。
【０００８】 最近、ＤＮＡアンプリコンの分離と捕捉を速めるための努力が行われてきた。
研究者は、アレイの個々のプローブ上の標的ＤＮＡを濃縮して精製するために、
自由場電気泳動を利用することによって捕捉プロセスをスピードアップする微小
電極アレイを開発してきた。これらのアレイは、アレイの１つ以上のプローブの
荷電ＤＮＡアンプリコンを単離する荷電場を生成する。「アドレス可能なプログ
ラマブル電子マトリックス」（「ＡＰＥＸ」）として知られるこの種類のマイク
ロエレクトロニクスアレイは、捕捉プロセスの実行時間を時間から分に低減する
ことができる。いくつかの特許は、ＡＰＥＸアレイを有するシリコンベースのチ
ップについて記述している。例えば、米国特許第５，６５３，９３９号および第
５，６３２，９５７号は、リソグラフィプロセスを利用する剛性シリコンＡＰＥ
Ｘアレイの製造を教示している。これらのシリコンＡＰＥＸアレイは捕捉速度の
向上を可能にするが、それらの製造は比較的高価である。また、それらは、製造
環境においてＤＮＡプローブによって清浄および再パターン化することなしには
容易に再利用できない。それらは比較的高価であるが、シリコンＡＰＥＸアレイ
は典型的に１回使用され、次に処分される。
【０００９】 このように、既存のＡＰＥＸアレイはＤＮＡ同定試験の実行速度を向上させた
が、費用効率の高い大量生産可能なＡＰＥＸアッセイシステムの必要性を満たす
ことに失敗した。既存のＡＰＥＸチップシステムに関連した大きな費用を考慮す
ると、プログラマブルマイクロエレクトロニクスマトリックスの速度の向上を提
供するが、既存のシリコンベースのチップよりも少ない費用で製造できるＡＰＥ
Ｘチップに対する必要性が存在する。
【００１０】 発明の概要 本発明は、電子的にアドレスされるミクロ位置（ｍｉｃｒｏ−ｌｏｃａｔｉｏ
ｎ）の化学的、生物学的または微粒子材料を処理するために適合されたフィルム
ベースの微小電極アレイ装置に関する。装置の用途には、核酸ハイブリダイゼー
ション反応、抗体／抗原反応、種々の細胞分別操作、ＤＮＡ増幅と種々の自由場
電気泳動操作とを含む合成反応を含む化学的および分子的な生物学型の分析が含
まれる。
【００１１】 特定の態様では、装置は、第１または上部の表面と第２または下部の表面とを
有する可撓性ポリマ基材を含む。複数のミクロ位置は第１の表面を遮断し、これ
らのミクロ位置の各々は可撓性基材の第１または第２の表面に配設された電極を
含む。回路トレースは、同様に可撓性基材の第１または第２の表面に配設された
より大きな接触パッドに電極を接続する。親水性の浸透マトリックスおよび選択
的に生物学的受容ポリマは可撓性基材の第１の表面に配置され、また電極と、可
撓性基材の第１の表面と接触している流体サンプルとの間に配置された電気接触
部を支持することができる。本発明の可撓性ポリマ基材は、特にＡＰＥＸチップ
の製造に適合し、新規なＡＰＥＸバイオカードおよびＡＰＥＸスプールの製造を
可能にする。
【００１２】 本発明のある実施では、可撓性ポリマ基材はポリイミドから形成される。可撓
性ポリマ基材は、ポリイミドから完全に、実質的にまたは部分的に形成可能であ
り、他の材料と組み合わせ得る。本発明は、電極によって遮断される第１の表面
の形成および第２の表面の形成を可能にする任意の可撓性基材に関することが理
解される。基材と電極はまた、それらを使用してプログラマブル自由場電気泳動
プロセスを行うことができるように、誘導化可能ゲルのような親水性の浸透マト
リックスの保持を可能にすべきである。親水性の浸透マトリックスは生物学的受
容ゲルを含み得るか、あるいは固有の生物学的受容特性を有し得る。
【００１３】 実施の１つにおいて、第１の表面を遮断するミクロ位置は、第１の表面からポ
リマ基材の中に延在するビアを含む。ビアは、電極を形成するための位置を提供
する。電極は、例えば、可撓性基材の第２または下部の表面に導電金属層を固定
し、次に、導電金属層上方のポリマ基材を選択的に除去することによって形成さ
れる。ポリマ基材は選択的に除去されて導電金属層を露出し、これによって電極
を形成する。基材の除去は、化学エッチング法、プラズマ除去法、レーザ除去法
、あるいは他の適切な方法によって実行される。
【００１４】 他の実施では、電極は、可撓性ポリマシートの第１または上部の表面に金属層
を蒸着することによって形成される。金属層の蒸着後、非導電性のマスキング層
が金属層の上方に加えられる。このマスキング層は、複数の露出した電極を形成
すべく金属層の部分を露出するために、フォトリソグラフィのような適切な方法
によって除去される。
【００１５】 本発明のある実施では、金属層を露出することによって形成される電極は、追
加の金属を電極上に蒸着することによって引き続き大きくし得ることが理解され
る。電極を選択的に厚くするための追加金属の蒸着は、例えば、電極を電気めっ
きすることによって達成される。代わりに、小さな金属部片を各電極の上方の各
ビアに機械的に挿入可能であり、次に、ミクロ位置の電極を厚くするために、こ
れらの金属部片を熱または圧力によって融合することができる。このような電極
の肥厚は、接触面の調製を可能にすることによって、例えば、金のような電極金
属を選択することによって、ＡＰＥＸの性能を強化することができる。同様に、
ビア内に電極を融合することにより金属層を基材に有効に固定することによって
、金属を追加することにより性能を強化することができる。
【００１６】 金属層を露出することによって形成される電極は、金属トレースによって、可
撓性ポリマ基材の第１または第２の表面の他の場所に配置されたはるかに大きな
接触パッドに接続し得る。ビアによって電極を回路トレースに接続し、接触パッ
ドを基材の第２の表面にプリントするとき、露出した電極を支承する第１の表面
は、流体サンプルを電極アレイに導く流体取扱アーキテクチャに直接ラミネート
し得る。第２の表面の接触パッドは、装置の縁部に延在するように、またチップ
を噛合コネクタ内に滑動することによって電圧制御ユニットと直接噛合するよう
に設計できる。この設計は、従来技術のＡＰＥＸチップの厄介なワイヤボンディ
ング工程を克服し、また可撓性ポリマ基材によって流体サンプルに対する露出か
らリード線が遮蔽されるので、リード線を保護材料の中にカプセル封止する必要
性をなくす。
【００１７】 電極は、可撓性ポリマ基材のビア内にはめ込み、可撓性ポリマ基材の第２の表
面の導体トレースを通して導き得る。このようなワンピース構造は電極上方にミ
クロウェルを具備し、追加の保護層の必要なしに回路トレースに保護を提供する
。ミクロウェルはサンプル用のリザーバとして機能できるか、あるいはミクロウ
ェルに部分的または完全に親水性ポリマを充填して、電極の上方に浸透層または
生物学的受容ゲルを導入し得る。このようにして、本発明の改良ＡＰＥＸ装置は
、米国特許第５，６０５，６６２号に記述されているような、回路基板をミクロ
ウェルアレイに結合する際の困難を克服する。
【００１８】 電極上面の親水性の浸透マトリックスは、ＡＰＥＸ回路の上面におけるサンプ
ルの自由場電気泳動の配置を可能にし、一方、同時に、マトリックスを通して電
極の表面に大きな生物分子、生物学的受容分子、生物学的反応分子、試薬または
生成物の拡散を妨げる。このマトリックスは生物学的に受容的であり、生物分子
を電極に付着させるために使用し得る。ある態様では、別個の生物学的受容ゲル
を浸透マトリックスまたは電極それ自体に化学的または物理的に接着して、生物
分子の付着を支援し得る。生物学的受容ゲルまたは浸透マトリックスは、アズラ
クトン官能性モノマを含み得る。本発明で使用されるように、「アズラクトン官
能性モノマ」とは、その構造がアズラクトン部分を含むモノマを意味し、当該部
分は、アズラクトンの開環反応によって生物分子に選択的に結合されて、例えば
アミド結合を形成する。ゲルは膨潤可能であることが好ましく、これによって、
コーティングとして使用される場合、単位面積当たりの生物学的受容分子の濃度
上昇が提供される。生物学的受容ゲルは、高分解能にそれをパターン化し得るよ
うに、構成かつ配列し得る。このゲルは、化学線によって硬化可能であり、また
硬化された組成は選択的な生物分子と反応して、微小電極の上方に生物分子を即
座に固定化し得る。
【００１９】 本発明の特定の実施態様において、アズラクトン官能性ゲルまたは浸透マトリ
ックスを使用し、電極のすぐ上にまたビアの境界内に局在化することができる。
本実施態様では、簡単な付加反応によって、特定の電極のアズラクトン基のいく
つかまたはすべてと所定のアミンまたはチオール末端の生物分子とを反応させて
、これらの生物分子を電極の上方に固定化し、かくして生物学的受容ゲルを形成
することができる。これらの所定の生物分子は、オリゴヌクレオチドまたは抗体
プローブ、ポリメラーゼのような酵素、あるいは分析に有用な他の生物分子であ
り得る。本発明のアズラクトンベースのＡＰＥＸフィルムの１つの利点は、試薬
添加または生成物を除去する必要なしに、簡単なウェブコーティング、インクジ
ェットプリントまたはサーマルイメージ技術によって、アズラクトンおよび生物
分子をフィルムのミクロ位置に固定し、これにより従来技術のＡＰＥＸチップに
較べて製造を大幅に簡略化できることである。
【００２０】 本発明で使用される場合、「親水性の浸透マトリックス」とは、例えば吸着ま
たは化学的相互作用によって水で膨らむことができるポリマ材料であり、水で膨
らむ前または後のマトリックス材料を指す。「光架橋剤」は、電磁放射線の照射
に反応して２つ以上のポリマ分子を結合できる化学種を意味する。光架橋剤は、
生長するポリマ鎖の末端以外の部位のポリマ分子に付着できる。「コポリマ架橋
剤」とは、２つ以上のポリマ分子を結合できると共に生長するポリマ鎖の末端の
ポリマに付着する化学種を意味する。
【００２１】 本明細書で用いられる場合、「生物学的に活性」とは、生化学的に、免疫化学
的に、生理的に、または薬学的に活性であることを含み、また「生物学的活性分
子」と「生物分子」は相互に交換可能に用いられ、そして免疫抗体、坑原蛋白、
酵素、コファクタ、阻害剤、ホルモン、レセプタ、凝固因子、アミノ酸、ヒスト
リ、ビタミン、薬、細胞表面マーカ、炭水化物、タンパク質とポリペプチド、Ｄ
ＮＡ（ＤＮＡオリゴヌクレオチドを含む）、ＲＮＡ（リボ核酸オリゴヌクレオチ
ドを含む）、およびそれらの誘導体を含む。「置換される」とは、所望の生成物
に干渉しない従来の置換基によって置換されることを意味する。例えば、置換基
はアルキル、アルコキシ、アリール、フェニル、ハロ（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、
シアノ、ニトロ等であり得る。
【００２２】 本発明は、容易に保管および取扱いができるロール品の便利な形態により商業
規模で連続的に製造できる可撓性ポリマ基材を提供する。完成ロール品は、親水
性マトリックスまたは生物学的活性ゲルを加えた後に直接使用して、電子的にア
ドレスされるミクロ位置の化学的、生物学的または微粒子材料の電気泳動によっ
て支援された処理を実行することができる。例えば、可撓性ポリマ基材は、複数
のアドレス可能なプログラマブル電極マトリックスが順次供給され、使用され、
また巻き取られる連続的なリールからリールへのプロセスにおいて、スプールま
たはロール品に使用することができる。代わりに、ロール品は、バイオカードに
組み込むために複数のＡＰＥＸアレイを含有する部分に切断することができる。
また、代わりに、ロール品は個別に使用するために別個のＡＰＥＸユニットに切
断し得る。１つまたは複数のＡＰＥＸユニットを含有する可撓性ポリマ基材は、
他のマイクロ電子工学素子、ミクロ光学素子、微細構造素子、および／またはミ
クロ機械素子をさらに含むか、あるいはそれらと組み合わせできることが理解さ
れる。これらのミクロ素子は多層の物品に組み込み得る。
【００２３】 さらに本発明は、可撓性のプラスチック流体取扱アーキテクチャにＡＰＥＸフ
ィルムのロールの第１の表面をラミネート可能なマルチサンプルＡＰＥＸ処理ス
プールとシステムに関し、前記流体取扱アーキテクチャは、処理のために、２〜
１０，０００の独立した生物サンプルをＡＰＥＸフィルム上の対応する数の独立
してアドレス可能なＡＰＥＸアレイに導くように設計される。スプールは、処理
のために、サンプルをＡＰＥＸアレイのサブセットに注入する機械を通して前進
させることができる。サンプルがアッセイされると、スプールを前進させて追加
のＡＰＥＸアレイを露出することができる。電圧制御ユニットは、常に、スプー
ル上のＡＰＥＸアレイの各々に処理電流または電圧を同時に供給できる。検出シ
ステムは、各ＡＰＥＸアレイの個々の電極における生物学的事象に応答して光学
的、電気的および機械的信号を供給できる。かくして、順次または同時にせよ、
廉価で使い捨て可能なアレイを用いて数千ものサンプルの連続的な自動化処理を
実施することができる。
【００２４】 さらに本発明は、半剛性のガラスまたはプラスチック流体取扱アーキテクチャ
にＡＰＥＸフィルムのシートをラミネートし得るマルチサンプルＡＰＥＸバイオ
カードとシステムに関し、前記流体取扱アーキテクチャは、処理のために、多数
の、好ましくは２〜２００のサンプルの独立した生物サンプルをＡＰＥＸフィル
ム上の対応する数の独立してアドレス可能なＡＰＥＸアレイに導くように設計さ
れる。流体取扱アーキテクチャは、カセットが水平のときにサンプルが注入され
る開口ウェルを含むＡＰＥＸアレイの間の簡単な障壁から、注射器またはポンプ
でサンプルが注入される閉鎖チャネル構造までの任意のものであり得る。機械は
、ＡＰＥＸカセットを受け入れかつ操作するように適合できる。機械は、流体取
扱アーキテクチャ内のポートを介してバイオカードの上に多数の（好ましくは２
〜２００の）独立した生物サンプルを用意するためのサンプル注入ユニットと、
処理電流または電圧をＡＰＥＸアレイの各々に同時に供給できる電圧制御ユニッ
トと、各ＡＰＥＸアレイの個々の電極における生物学的事象に応答して光学的、
電気的および機械的信号を供給できる検出システムとを具備することが可能であ
る。
【００２５】 さらに本発明は、分子生物学的プロセスを実行する方法に関し、本方法は、第
１の表面と第２の表面とを有する可撓性ポリマ基材を含有する電子装置を提供す
ることを含む。電子装置は、可撓性基材の第１または第２の表面に配設されると
共に第１の表面に向かって露出される一配列の電極を具備し得る。共有的に結合
された生物学的分子を有する親水性の浸透マトリックスと生物学的受容ポリマは
、それらが電極のアレイと接触するように可撓性基材の第１の表面に配置でき、
次に、電気泳動によって支援された生物サンプルの処理を行うように電気力を電
極に印加できる。同様の手段による化学物質または粒子状物質の電気泳動処理も
考えられる。
【００２６】 本発明の方法の特定の実施では、電子装置は複数の電極を含み得る。電極の荷
電電位は個別に制御可能であることが好ましい。代わりに、電極の荷電電位は、
１つのユニットとして、あるいは互いに電子的に結合された複数の電極を各々が
有するサブユニットの群として共に制御できる。操作時、電極の荷電電位は、電
子装置の電界を修正するために選択的に変更することができる。このような電界
の変更は、例えば、最初に、荷電されたすべての生物学的活性分子を生物学的受
容ゲルに引き付け、次に、受容ゲルによって保持されない生物学的活性分子を引
き続き忌避するために利用することができる。これらの操作によって、個々の微
小電極に関連した抗体またはオリゴヌクレオチドプローブによる特異的な生物分
子の認識に基づき、電極の位置から所望の生物分子の蓄積および望ましくない分
子の除去を行うことができる。
【００２７】 本発明の他の特徴、目的および利点は、本発明の以下の詳細な説明および特許
請求の範囲から明白であろう。本明細書の原理についての上記の概要は、本明細
書の各実施態様またはすべての実施を説明するように意図されていない。以下の
図面と詳細な説明によって、本明細書に開示した原理を利用したある実施態様に
ついてより詳しく例示する。
【００２８】 発明の詳細な説明 本発明は、電子的にアドレスされるミクロ位置の化学的、生物学的または微粒
子材料を処理するために適合された電子装置を提供する。特定の態様では、装置
は、第１の表面と第２の表面とを有する可撓性ポリマ基材を含む。使用時、第１
の表面は上方に方向付けされることが好ましく、第２の表面は下方に配向される
ことが好ましい。複数のミクロ位置は第１の表面を遮断し、これらのミクロ位置
の各々は可撓性基材の第１または第２の表面に配設された電極を含むことが好ま
しい。
【００２９】 可撓性ポリマ基材によって、ロールからロールの連続的な大量生産方式による
電子装置の製造が可能になり、シリコン基板上にバッチ式に製造される電子装置
に見られる固有の限界はない。さらに、可撓性ポリマ基材によって、スプールま
たはロール品として電子装置を製造して、保管することが可能になる。このロー
ル品は、使用時に互いに分離されるか、あるいはロール上にある間に順次使用さ
れる複数の独立した電子装置を含有することができる。
【００３０】 親水性の浸透マトリックスおよび任意の生物学的受容ゲルは、可撓性基材の第
１の表面に位置し、個々の電極と電気接触できる。特定の実施態様では、浸透マ
トリックスと生物学的受容ゲルは個々のミクロ位置に位置する。浸透マトリック
スは、巨大分子および粒子が電極を汚すか、あるいは電気化学反応を受ける可能
性がある場合、好ましくは電極表面へのそれらの拡散を妨げつつ、それらの自由
場電気泳動を可能にする。生物学的受容ゲルは、化学的、生物学的または微粒子
材料を電極表面の近くで処理するために有用なＤＮＡプローブ、免疫抗体、酵素
等のような生物分子の共有結合を可能にする。本発明の一態様では、マトリック
スとゲルは、ＤＮＡフラグメント、坑原蛋白、および他の生物学的活性分子のよ
うな生物学的標的の単離を可能にする。
【００３１】 ある実施態様における本発明の操作時、生物学的標的種の混合物を含有する少
量の試験液がＡＰＥＸアレイに加えられる。バイアス信号（電圧または電流）が
所定の電極に印加され、これによって所定の電極の上方の親水性マトリックスへ
の標的種の輸送を加速する。次に、バイアス電圧が停止され、標的種が１つ以上
のミクロ位置に濃縮される。生物分子プローブがミクロ位置に存在するならば、
所定の試験種は、生物分子プローブを特異的にハイブリダイズするか、さもなけ
ればそれと相互作用し、プローブによって特異的に認識されない他の試験種は拡
散して溶液内に戻ることができる。選択的に、ハイブリダイズされないすべての
種をミクロ位置から急速除去するために逆電圧バイアスが電極に印加される。
【００３２】 このプロセスは、試験種に特異的なプローブを有するミクロ位置に試験種が到
達して、そこで結合するまで、試験種が１つのミクロ位置から他のミクロ位置に
移動されるように、異なるミクロ位置で繰り返すことができる。次に、標的種の
存在または欠如は、各ミクロ位置における所定の標的種に付着されたレポータ種
の蛍光シグネチャを測定するような従来の同定方法を用いて決定される。
【００３３】 他の実施態様では、ミクロ位置は化学反応のための部位として機能するように
構成し得る。例えば、酵素はミクロ位置において共有的に結合することができる
。バイアス信号をそのミクロ位置に印加して、酵素が基質に作用できるそのミク
ロ位置に酵素基質を導くことができる。バイアスを逆にすることによって、酵素
反応の生成物を電極から駆逐するか、あるいは自由場電気泳動輸送に基づき異な
る電極に再方向付けすることができる。
【００３４】 次に、より完全に本発明について説明するため、本発明に従って構成される電
子回路の種々の態様を示す図を参照する。図１は、可撓性ポリマ基材１２上に構
成されるアドレス可能なプログラマブル電極マトリックス（ＡＰＥＸ）回路１０
の底面図である。回路１０は、金属トレース２０によって個々にアドレス可能な
接触パッド２１に接続される多数のミクロ電極を含み、さらに接触パッドは電流
または電圧制御回路（図示せず）に接続し得る。本実施態様では、ミクロ電極は
可撓性ポリマ基材を通して底面１８から上面１６に延在し、基材１２の上面１６
の対応するミクロ位置１４を画定する（図２Ａと図２Ｂに図示）。ＡＰＥＸ回路
１０のさらに明瞭な詳細が図２ａと図２ｂに示されている。図２ａは、可撓性ポ
リマ基材１２上に構成されたＡＰＥＸ回路１０の一部分の拡大平面図である。Ａ
ＰＥＸ回路１０は、金属電極１５を具備するポリマ基材１２に複数のミクロ位置
１４を有する。図２ｂは、図２ａに示したＡＰＥＸ回路１０の一部分の拡大底面
図であり、ミクロ位置１４に配置された金属電極１５に終端する金属トレース２
０と共に可撓性ポリマ基材１２の底面１８を示している。図示した態様では、各
金属トレース２０は異なるミクロ位置１４に接続し、接触パッド２１を含む（図
１に図示）。使用時、金属トレース２０は、各電極を通してバイアス電圧の生成
を可能にする接触パッド２１を介して電圧源と電気接触状態にある。ある実施で
は、各電極のバイアス電圧は個別に制御可能であり、また他の電極とは異なるこ
とが理解される。しかし、他の態様では、電極は１つ以上の群として制御される
。
【００３５】 図３は、図２ａと図２ｂに示した可撓性ポリマ基材１２上に構成されたＡＰＥ
Ｘ回路１０の側断面図である。親水性浸透マトリックス２２は個々のミクロ位置
１４に配置され、可撓性ポリマ基材１２の上面１６上に延在し得る。図示した実
施態様では、金属トレース２０は可撓性ポリマ基材１２の底面１８に示されてい
る。浸透マトリックス２２は、電極１５に対応するミクロ位置１４の領域に位置
するが、ある実施では、浸透マトリックス２２がポリマ基材１２の上面１６全体
を覆うことがわかる。他のある実施では、浸透マトリックス２２がミクロ位置１
４の領域に位置し、また可撓性基材１２の厚さと異なる厚さであり得ることも理
解される。
【００３６】 ＡＰＥＸ回路１０は、米国特許第５，４０１，９１３号に開示された方法（コ
ラム３、４、５および図１〜図７）に従って、種々の方法と材料を用いて製造可
能であり、その教示全体は参考として本出願に援用されている。次に、図４Ａ、
図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ及び図４Ｅを参照して一実施を示す。図４Ａに示したよ
うに、金属層３０は可撓性ポリマ基材３２の表面に蒸着される。次に、複数の金
属トレース３４を形成するために、従来の方法を用いて金属層３０をパターン化
して、エッチングし、その一例が図４Ｂの断面図に示されている。金属トレース
３４を可撓性ポリマ基材３２に形成した後、基材３２の部分を各電極から除去ま
たは「ミリング」して、図４Ｃに示したように各電極３７の上方にビア３６を形
成し、これによってむき出しの金属を露出する。基材３２の除去は、化学的プロ
セス、プラズマプロセスおよびレーザプロセスを含む関連技術で知られる方法に
よって実行することができる。図示した実施態様では、金属トレース３４のむき
出しの金属は、突出部３９を形成するために、追加の金属を蒸着することによっ
て電極３７の位置で拡張されている。突出部３９は、電極３７の表面積を増加す
ることによってより優れた伝導性を保証し、また基材３２に僅かに重なり合いか
つ組み合うリップ部４１を形成することによって金属トレース３４のより優れた
接着も提供する。ビア３６を形成し、また突出部３９を電極３７に形成した後、
図４Ｅに示したように、電極３７を被覆し、ビア３６を選択的に充填する親水性
マトリックス３８を加える。最後に、マトリックス３８の適切に画定されたミク
ロ位置４０は、図３Ｅに示したように、種々の試験種の化学的シグネチャを決定
できる適切なレセプタによってドープされる。
【００３７】 次に図５を参照すると、ＡＰＥＸアレイの他の電極構造が部分断面図で示され
ている。図５では、最初に、導電金属５３を可撓性ポリマ基材４２に蒸着するこ
とによってミクロ位置５２が形成される。適切な金属は、アルミニウム、金、銀
、錫、銅、パラジウム、白金、炭素および種々の金属の組合せを含む。異なる金
属について、断熱ポリマ基材（例えば、ポリイミドまたはポリエステル）に対し
適切な接着を保証するための特別な技術が利用される。導電金属を選択的に除去
して、複数のトレース４４を形成し、その１つが図５に示されている。トレース
４４の形成後、金属トレース４４を覆って実質的に覆い隠すように、非導電マス
キング層４６が可撓性ポリマ基材４２の上方に加えられる。非導電マスキング層
４６はまた、ポリマ基材４２と共に曲がることをできる可撓性材料から構成され
ることが好ましい。非導電マスキング層４６は引き続きミルされ、また金属トレ
ース４４を露出するために部分的に除去され、これによって電極４８を形成する
。電極４８の形成後、マトリックス５０がマスキング層４６の頂部の上方に蒸着
される。図示した実施態様では、マトリックス５０は非導電マスキング層４６を
完全に覆う。しかし、他の実施態様では、マトリックス５０はマスキング層４６
の一部分のみを覆うか、あるいは電極４８のみを覆ってもよい。その後、マトリ
ックス５０の部分５１は、例えば、ミクロ位置５２のレセプタ分子とドープされ
る。
【００３８】 電極５７を示した本発明のさらにもう１つの態様が図６に示され、金属トレー
ス５４は、ポリマ基材５９に形成されたビア５８内に突出する隆起領域５６を作
製するために拡大されている。電極５７は金属蒸着によって拡大される。この蒸
着は、例えば、電極５７を電気めっきしてその上面を選択的に厚くすることによ
って形成される。代わりに、各電極５７の上方の各ビア内に小さな金属部片を機
械的に挿入可能であり、これらの金属部片にリフローはんだ付けをし、隆起領域
５６を形成することができる。電極５７のこのような肥厚は、より大きく、より
均一な電極を形成することによってＡＰＥＸアレイの性能を強化することができ
る。さらに、隆起領域５６は、金属層を基材に有効に固定することによって性能
を強化することができる。電極５７を形成した後、マトリックス６１は基板５９
の頂部上方に蒸着される。図示した実施態様では、マトリックス６１は基板５９
を完全に覆う。しかし、他の実施態様では、マトリックス６１は基板５９の一部
分のみ、または電極５７のみを覆い得る。その後、マトリックス６１の部分６３
は、例えばレセプタ分子によってドープされる。
【００３９】 図７は、電極６２の上方に配置される電気抵抗層６０を示した本発明のさらに
他の実施を示している。図７はまた、可撓性ポリマ基材６４と、マトリックス６
６と、例えば受容体分子にドープされたマトリックス部分６８とを示している。
さらに、共通の接地面６９は電気抵抗層６０および基材６４の頂部上方に配置さ
れる。接地面６９は、電極６２から抵抗層６０を通して、次に接地面６９への電
気伝導を可能にする。電気抵抗層６０の電気抵抗の故に、電極の上方のゲル部分
６８の温度を上昇かつ制御できる。ＡＰＥＸ回路の電極の各々が個別に制御され
るならば、電極の各々の温度も個別に制御できる。抵抗層とゲルとの間に電極を
配置することを含み、異なる構成の電極に抵抗層を結合できることが理解される
。
【００４０】 上述の実施態様は、金属トレースの１つの層を有する単一層基材を示している
。しかし、基材が１つ以上の層を有し得ることが理解される。さらに、用途の指
示に応じて１つ以上の層に金属トレースを配置し得る。例えば、図８Ａ〜図８Ｅ
は、さらに他のＡＰＥＸ回路の製造ステップ、および完成済みのＡＰＥＸ回路の
部分断面図を示している。図８Ａでは、可撓性ポリマ基材７２は、２つの別々の
トレース７４ａ及び７４ｂとして示した金属層７４と共に示されている。従来の
エッチング方法を用いることによって、トレース７４ａ及び７４ｂを金属の単一
層から形成し得る。別々のトレース７４ａ及び７４ｂを形成した後、図８Ｂに示
したように、マスキング層７６はトレースの上方に適用される。図８Ｃに示した
ように、独立した電極８１は付加金属トレース８４の蒸着によって形成される。
その後、マスキング層７６および基材７２をエッチングしてビア７８及び８２を
形成でき、この後、図８Ｄに示したように、追加の金属を電着して電極８１及び
８５を形成し得る。次に、図８Ｅに示したように、ビア７８及び８２は、例えば
アズラクトンを含むポリマであり得る親水性マトリックス８０によって充填され
る。高電極密度が望まれる実施では、より多くの電極を特定表面領域に配置する
のを可能にするために、金属トレースを層状にすることが好ましい。
【００４１】 使用時に、ミクロ位置１４のアレイは、上面１６と接触するが底面１８と接触
しない単一流体容量と接触させられる。接触パッド２１を介して電流または電圧
を印加することによって、自由場電気泳動を各ミクロ位置１４で制御できる。単
一流体容量は、疎水性の可撓性ポリマ基材１２に対する接触角度で位置保持され
る独立液体（例えば水性の緩衝溶液）であり得る。代わりに、図９に示したよう
に、単一流体容量は、上面１６と流体取扱アーキテクチャ９１とを接触させるこ
とによって画定でき、このアーキテクチャは、特定容量のサンプルを含む流体を
単一流体容量９３としてミクロ位置１４のアレイの上方に閉じ込めるように設計
される。ミクロ位置１４のアレイ上方に閉じ込められる容量は、ＡＰＥＸサンプ
ルチャンバ９２として画定できる。流体取扱アーキテクチャ９１は、引き続く分
析のために流体サンプルをＡＰＥＸサンプルチャンバ９２内に輸送するのを可能
にするために、少なくとも１つの入口ポート９４および／または少なくとも１つ
の出口ポート９５を設けるように設計できる。選択的に、流体取扱アーキテクチ
ャ９１は、ミクロ位置１４の１つ以上のアレイに結合できる１つ以上のＡＰＥＸ
サンプルチャンバ９２を用意できる。このようにして形成されるサンプルチャン
バは、ミクロチャネル、ミクロチューブ、ミクロピペット等の形態の入口ポート
９６および／または出口ポート９７によって流動接続できる。
【００４２】 すべての実施態様において、可撓性ポリマ基材は、電気回路の完全性の大きな
損失なしに直径２フィートのマンドレルの周囲に曲げ得るように十分に可撓性で
あることが好ましい。より好ましくは、可撓性ポリマ基材は、回路の完全性の大
きな損失なしに、直径１フィートのマンドレルの周囲に曲げ、最も好ましくは直
径６インチのマンドレルの周囲に曲げ得る。
【００４３】 本発明のある実施では、可撓性ポリマ基材は、完全に、主にまたは部分的にポ
リイミドから構成される。また、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリカーボネ
ート、ポリオレフィン、ポリアミド、塩化ポリビニル、およびポリテトラフルオ
ロエチレン、ポリエステルまたはエポキシを含む他の可撓性基材材料を使用し得
る。付与される成分のいずれによっても、ＡＰＥＸアレイに意図される化学的ま
たは生化学的プロセスが妨害されないことを前提として、基材に組み込み得る他
の成分は、可塑剤、強化剤、顔料、充填材、安定剤、酸化防止剤、流動剤、増粘
剤、レベリング剤、着色料、結合剤、真菌剤、殺菌剤、界面活性剤、ガラスおよ
びセラミックビード、および有機および無機繊維の織布および不織布ウェブのよ
うな補強材を含む。
【００４４】 ある実施では、生物学的受容ゲルはアズラクトン官能性モノマを含む。ゲルは
膨潤可能であることが有利であり、これによって、コーティングとして使用する
ときに単位面積当たりの生物学的受容分子の濃度の増加を提供する。生物学的受
容ゲルは、高分解能にパターン化し得るように構成かつ配列される。このパター
ン化された生物学的受容ゲルは化学線により硬化可能であり、また硬化された組
成は選択的生物分子と反応して、生物分子をミクロ電極のすぐ上に固定化できる
。生物学的活性材料を含有するゲルを含むアズラクトン官能性ゲルの高分解能パ
ターニングは、１９９８年１０月３０日出願の本出願人の同時係属中の米国特許
出願第０９／１８３１９７号に記載され、これらの教示は参考として本出願全体
に援用されている。
【００４５】 本発明の金属ミクロ電極の誘導のための好ましい手順の１つは、透過層および
／またはプライマ層としてアミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＳ）を使用
する。ＡＰＳは金属面の酸化物および／または水酸基と容易に反応して、高レベ
ルの官能化を提供し、残りのポリマ基材に対する結合は非常に限定される。この
プライマは、より大きな生物分子の拡散を妨げつつ、電気泳動を維持するために
必要な少量のイオンと水の輸送を支援する。さらに、ＡＰＳプライマフィルムに
対する簡単な付加反応によって、プライマ内のアミン基をアズラクトン官能性ポ
リマと反応させて、電極上方に機能的な親水性マトリックスを導入できる。この
アズラクトンポリマは、各ミクロ位置のゲルパッドへのフォトリソグラフィによ
るポリマのパターン化を可能にする光架橋剤によって構成できる。このアズラク
トン官能性ゲルは、親水性ゲルを付与するカルボン酸に加水分解できる付加官能
基を含む。ロール品の各ミクロ位置に結果として得られるアズラクトン官能性ゲ
ルパッドのパターン化アレイは、共試薬または望ましくない副産物の除去を必要
としない簡単かつ定量の付加反応によって、生物分子と反応させることができる
。したがって、標準インクジェット、フレキソ印刷または他のプリント方法を用
いて選択的に印刷することによって、本発明のロール品を生物分子でドープでき
る。これによって、自由場電気泳動を用いて共有付着可能な生物分子を共有付着
用の個別のミクロ位置に導く非常に単調な従来技術のプロセスが克服される。
【００４６】 アズラクトン官能性モノマは、アズラクトン官能基を含む任意の適切なモノマ
であり得る。コモノマを含むことも可能であり、またコモノマは任意の適切なモ
ノマであり得る。好ましいモノマは、ビニル基含有およびアクリル基含有の化合
物を含む。このようなモノマの代表的なリストは、アクリルアミド、メタアクリ
ルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ−
ビニルピロリドン、ヒドロキシエチルメタクリレート、２−アクリルアミド−２
−メチルプロパンスルホン酸およびその塩、Ｎ−（３−メタクリルアミドプロピ
ル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウム塩、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル
メタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、およびそれらの組合
せを含む。好ましいコモノマは、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドおよびＮ−ビ
ニルピロリドンである。
【００４７】 ＡＰＥＸチップの調製に有用なリソグラフィによってパターン化可能なアズラ
クトン官能性ポリマの例は、等量のビニルジメチルアズラクトンとジメチルアク
リルアミドとから調製されるコポリマである。このポリマ組成は、アズラクトン
に結合するアミン官能基と、ＵＶ光を当てると架橋剤を他のポリマ鎖に形成する
アジド官能基とを有するヘテロ二官能性光架橋剤と反応させることができる。こ
の材料をＡＰＳ修正電極面と熱反応させて電極への共有付着を行う。次に、材料
をリソグラフィによって光架橋して、各ミクロ位置に個別のゲルパッドを生成し
、また余分な材料が除去される。各ゲルパッドは残留アズラクトン官能性を有し
、次に、前記パッドは、そのミクロ位置に特異的なチオールまたはアミン末端の
生物分子と加水分解または選択的に反応させることができる。
【００４８】 任意のコポリマ架橋剤をゲルに含み得る。これらの架橋剤は２つ以上の重合可
能な官能基を有する任意の適切な種であり得る。適切な多官能性架橋モノマは、
エチレン系不飽和トリメチロールプロパントリアクリレートおよびトリメタクリ
レート、エチレンジアクリレートおよびエチレンジメタクリレートのような（α
−不飽和の）エステル、Ｎ，Ｎ’−ジメタクリロイル−１，２−ジアミノエタン
のようなアミド、および短鎖ジアミンを有する２−アルケニルアズラクトンの反
応生成物を含む。
【００４９】 光架橋剤は、電磁放射線の照射に反応して２つ以上のポリマ分子と結合するこ
とができる任意の適切な化学種であることが可能であり、この化学種は、生長ポ
リマ鎖の末端以外の部位でゲル形成ポリマに付着できる。光架橋剤は、ポリマの
重合が完了した後にポリマに付着できなければならない。好ましい光架橋剤は、
ビスアジド、ビスジアゾカルボニルおよびビスジアジリンを含む。ビスアジドは
使いやすさに関して最も好ましい。アジド（−Ｎ3）基はＵＶ光を当てると窒素
（Ｎ2）を遊離し、高反応性二価窒素、すなわちニトレンを後に残す。反応性カ
ルベンはジアゾカルボニルまたはジアジリンの光分解によって生成できる。活性
ニトレンまたはカルベン種を、予備重合されたポリマ上のＣ−ＣまたはＣ−Ｈ結
合を含む多くのタイプの結合に挿入して、架橋を行うことができる。アジド、ビ
スアジド、アゾカルボニルおよびビスジアゾカルボニル架橋剤は、基材とポリマ
ゲルのリンクならびにポリマゲルとポリマゲルの架橋を形成することが可能であ
り、したがって好ましい。好ましいジアジド種は、２，６−ビス（４−アジドベ
ンジリデン）−４−メチルシクロヘキサノン（３ＡＭＣ）、４，４’−ジアジド
フェニルエーテル、４，４’−ジアジドフェニルスルホン、４，４’−ジアジド
フェニルアセトンおよび４，４’−ジアジドフェニルメタンを含む。好ましいビ
スジアゾカルボニル種は４，４−ビス（ｍ−ジアゾベンジル）ベンゼンを含む。
光架橋剤は熱硬化ならびに光硬化させることができる。
【００５０】 他の実施では、光架橋剤は、ポリマに付着する第１の官能基と、光を当てると
架橋を形成する第２の官能基とを有するヘテロ二官能性化合物であり得る。例え
ば、４−［ｐ−アジドサリチルアミド］ブチルアミン（イリノイ州、ロックフォ
ードのＰｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から入手可能なＡＳＢＡ）は、
上述したように、アズラクトンに結合するアミン官能基と、ＵＶ光を当てると架
橋をポリマ鎖に形成するアジド官能基とを有する。
【００５１】 ポリマのアズラクトン官能基を占有することによって光架橋剤がポリマに付着
する場合、架橋剤は、生物分子を結合するために必要なすべてのアズラクトン部
位を占有しないように、１等量未満で存在しなければならない。換言すれば、光
架橋剤に存在するアズラクトン反応性官能基の数は、ポリマに存在するアズラク
トン官能基の総数よりも少なくなければならない。しかし、生物分子が光架橋の
前に付着されるならば、すなわち、組成が生物分子アズラクトン結合を既に含む
ならば、この条件を適用する必要はない。
【００５２】 ゲル組成物は、可撓性基材上にコーティングし、硬化（すなわち光架橋）し、
パターン化し、また生物分子で反応させ得る。様々な方法によって、これらのス
テップを任意の順序で行い得る。フォトリソグラフィによるパターニングおよび
レーザ誘発サーマルイメージング（ＬＩＴＩ）パターニングのような多くの技術
は、組成のコーティング、硬化またはパターンニングから選択される同時のまた
は同時に近いステップを含む。ゲルパッドをＡＰＥＸフィルムのミクロ位置にパ
ターン化する好ましい方法は、ＬＩＴＩによるものであるが、これは、このプロ
セスによって高精度の位置合わせが達成可能であるからである。特に、ドナーシ
ートからＡＰＥＸアレイのウェブのミクロ位置の上にゲルパッドを正確に転移す
るために、ウェブにわたって高精度のスポット配置を実施できる。
【００５３】 基材上の組成物のコーティングは任意の適切な方法によって達成し得る。コー
ティングは２０〜５００μｍの範囲の厚さを有するが、好ましくは０．０５〜１
００μｍ、最も好ましくは１〜２０μｍである。組成物は、溶剤の添加または添
加なしにコーティングし得る。適切な方法は、スピンコーティング、スプレコー
ティング、ナイフコーティング、ディッピングまたはローラコーティングを含む
。組成物を選択的にコーティングして、パターン化面を提供し得る。このような
方法は、インクジェット印刷、オフセット、フレキソ印刷等のような公知のプリ
ント方法を含む。組成物がミクロ構造にのみ位置して、組成物のパターン化アレ
イを提供するように、組成物をミクロ構造面（例えばミクロンスケールの窪みま
たはチャネルを有する表面）の上にナイフコーティングし得る。
【００５４】 電磁放射、好ましくはＵＶ光、最も好ましくはＵＶ−Ａ光に露光することによ
ってゲルを硬化し得る。光に対し選択的に露光することによってゲルを選択的に
硬化し得る。選択的な露光方法は、マスキングまたは写真ネガによる露光、ある
いは方向性のある光またはレーザビームによる露光を含む。次に、例えば洗浄に
よって未硬化のゲルを除去して、パターン化コーティングを用意し得る。次に、
光または熱硬化によってゲルをさらに硬化し得る。ある状況において、特に、ゲ
ルがパターン化されない場合、あるいはフォトパターニング以外の手段によって
、例えば機械的な手段によってパターン化される場合、熱硬化は光硬化に完全に
とって代わり得る。
【００５５】 パターニングは、基材上のゲルの選択的コーティング、ゲルの選択的硬化また
は基材からのゲルの選択的除去を含む種々の手段によって達成し得る。ゲルの選
択的硬化によって２μｍ未満の分解能でゲルをフォトパターン化し得ることが本
発明の利点である。典型的な特徴は１０００μｍ未満のサイズである。パターン
化コーティングは２００μｍ未満のサイズの特徴を有することが好ましい。好ま
しくは、パターン化コーティングは電極面１４を覆うべきである。上に参照した
サイズ寸法はコーティングされた特徴部のまたはコーティングされた特徴部の間
の間隔の面内寸法である。
【００５６】 ドープされたゲルは、参考として本出願に組み込まれた米国特許第５，７２５
，９８９号に記述したようなレーザアドレス可能な熱転写イメージング（例えば
レーザ誘発サーマルイメージングまたはＬＩＴＩ）プロセスによって、基材上に
パターン化し得る。このプロセスでは、支持層、光から熱への変換層、およびパ
ターン化すべき組成を含む転写層を含む熱転写ドナー要素が構成される。ドナー
要素がレセプタと接触させられ、また選択的に照射されてパターンまたはイメー
ジを形成するとき、メルトスティック転写プロセスが行われ、また転写層を含む
組成物がレセプタ上に像様に形成される。本発明の光架橋可能なアズラクトン組
成物はこのようなシステムの転写層に利用できる。この光架橋可能なアズラクト
ン組成物は、転写層に組み込む前、転写層に組み込んだ後、あるいはレセプタに
レーザアドレスによる熱転写した後に生物分子と反応させることができる。本発
明のアズラクトン組成物は、転写プロセスの前または後に熱的または光化学的に
架橋できる。
【００５７】 このプロセスは、個別のアズラクトン生物分子結合のレーザアドレスによるサ
ーマルイメージングをレセプタ基材に対して行う前に、本発明のアズラクトン組
成物を含む転写層上に異なる生物分子を予備パターン化する機会を提供する。任
意またはすべての転写ステップの間に要素の位置合わせをロボットで変更して、
転写層の生物分子のパターニングと異なるレセプタ上に転写される要素の所望の
アレイ間隔とサイズを形成し得る。レーザアドレス可能なサーマルイメージング
プロセスによって、高分解能イメージングおよび高精度の位置合わせが提供され
る。
【００５８】 ドープされたポリマのアズラクトン官能基は、第１級アミン、第２級アミン、
ヒドロキシおよびチオールを含む生物分子に存在する種々の付着官能基に結合し
得る。これらの基は、適切な触媒がある場合またはない場合にも、求核追加によ
りアズラクトンと反応して、残りのアズラクトン官能基に結合される残りの生物
分子を生成する。
【００５９】 生物分子の付着官能基に応じて、有効な付着反応速度を達成するために触媒が
必要となるかもしれない。第１級アミンまたはチオール官能基は触媒を必要とし
ない。トリフルオロ酢酸、エタンスルホン酸、トルエンスルホン酸等のような酸
触媒は、ヒドロキシおよび第２級アミン官能基に有効である。一般的に、用いら
れる触媒レベルは、アズラクトンの１００部をベースとして１から１０部、好ま
しくは１から５部である。本発明のアズラクトン官能基は、有利に、末端の炭水
化物、ポリペプチドおよび／またはポリヌクレオチド配列への付着を優先する。
【００６０】 生物分子をポリマに付着するステップは、コーティングの前または後、硬化の
前または後、およびパターニングの前または後に実施し得る。生物分子の付着後
にキャッピング基を加えて、未使用の任意のアズラクトン官能基を占有し、望ま
しくない材料によるその後のゲルの汚染を防止し得る。キャッピング基はアズラ
クトンと容易に反応することが好ましく、またゲルの所望の特性に干渉しないこ
とが好ましい。好ましくは、キャッピング基は水溶性であり、したがってゲルの
膨潤性を高める。
【００６１】 結果として得られる硬化ゲルは膨潤可能であることが有利であるが、これは、
膨潤可能なゲルがより多くの量の生物分子を基材の所定の領域に結合し得るから
である。面積密度のこの増加は標的部位の光学読取のような測定を行う機能を向
上し、小型化を促進する。本発明は、特に、種々の異なる生物分子を基材の緻密
領域に使用することが望ましい場合、テストプローブまたは基準標準として生物
分子を使用する分析装置に有用である。例えば、ＤＮＡ配列操作をマイクロチッ
プ上で小型化することによって、速度および費用の利点が提供される。本発明の
ゲルパッドを含むオリゴヌクレオチドを使用して、チップの表面にスポットされ
る数千から数百万のミクロ電極を有する高密度ＤＮＡチップを作製できる。ハイ
ブリダイゼーションによる配列方法では、完全なアレイのオリゴヌクレオチドプ
ローブ（例えば、１０２４の可能なすべてのペンタマーまたは６５，５３６の可
能なすべてのオクタマー）は基材上にパターン化され、配列すべきＤＮＡサンプ
ルをアレイに特にハイブリダイズすることが可能になる。ハイブリダイゼーショ
ンプロセスは、ＤＮＡ分子の簡単な拡散によって支配されるならば、数時間かか
ることがある。本発明のミクロ位置に電流または電圧信号を適用することによっ
て、ＤＮＡサンプルをハイブリダイゼーション用の個別のゲルパッドに迅速に付
着できる。信号を反転することによって、非特異的に結合されるサンプルが駆逐
される。プロセスを数回繰り返すことによって、ＡＰＥＸアレイ上の正確に特定
されたミクロ位置におけるサンプル取込みを強化できる。本出願では、電極に個
別にアドレスできるか、あるいは並列にアドレスできる。後者の例では、電極を
共通の接地面に選択的に接続し得る。標的ＤＮＡ配列は、標的配列による完全な
二重構造を形成するオリゴマの重なり合う組の分析によって同定できる。一例と
して、これらのようなチップは、多遺伝子性の疾病の検出に必要とされ得るよう
なマルチプル遺伝子突然変異の配列を必要とする用途に有用であり得る。
【００６２】 一般的に、低密度ＤＮＡチップは最大３００のプローブを有することができ、
特に、特異的な生物または菌株の検出またはテストパネルが必要とされる場合の
診断用途に適する。ＤＮＡサンプルは１つのミクロ位置から次のミクロ位置に電
気泳動により移動させることができる。電子ストリンジェンシ制御を利用して、
捕捉プローブに適合するＤＮＡを各ミクロ位置に保持できる。
【００６３】 本発明の酵素含有ゲルパッドのミクロアレイを使用して、酵素を阻止または活
性化する効果のためにスクリーニングすることができる。微生物の表面の生物分
子は、ゲルに付着するための固定点として機能する。化学的刺激または他の環境
状態に対する微生物の生物学的反応を監視できる。セルの付着および生長を促進
する生物学的分子（例えば生長因子またはコラーゲン）を含むゲルは、上述の方
法と組成を用いてパターン化できる。結果として得られるパターン化ゲルを使用
して、２次元細胞構造を生成できる。
【００６４】 また、個別のゲルパッドをミクロ反応器として使用し得る。例えば、ポリメラ
ーゼ酵素を個別のミクロ電極に共有固定して、特定のミクロ位置におけるＤＮＡ
増幅を支援するために使用し得る。この場合、電極を荷電して、試薬および転写
増幅生成物をさらなる処理のための特定のミクロ位置に導入する。
【００６５】 また、本発明の装置を使用して、免疫学的アッセイパネル、薬物の乱用に関す
るパネル、酵素ベースの電極および光極を支援できる。また、一配列のゲルパッ
ドを使用して、検出すべき微生物を含む配量された量の流体を吸い上げることが
できる。生長栄養および蛍光プローブはゲルパッドに組み込むことができる。サ
ンプルの生存能力のある生物の数は、螢光反応を示すゲルパッドの数に関係させ
得る。
【００６６】 さらに、本発明の装置を使用して、薬物レセプタのような生物分子に対する特
異的な親和力について炭水化物オリゴマのライブラリをスクリーニングすること
ができる。アミノまたはチオリンケージに終わる炭水化物オリゴマは、ＡＰＥＸ
アレイのアズラクトン官能基のミクロ位置に共有付着できる。特異的なレセプタ
を含むサンプルをアッセイ中に１つ以上のミクロ位置の上に電気泳動的に濃縮で
きる。電子ストリンジェンシ制御を利用して、アッセイ内の個別の炭水化物オリ
ゴマに対するレセプタの相対親和力を決定できる。
【００６７】 本発明の可撓性ＡＰＥＸアレイは、基材の第１の表面のミクロ位置のアレイ上
方の領域に流体を導くかまたは閉じ込めるように設計された構造化流体取扱アー
キテクチャ（ガラスまたはプラスチック）にラミネートできる。好ましい実施態
様では、得られるラミネートが一連のＡＰＥＸチップを画定し得るように、ミク
ロ複製プラスチックフィルムを可撓性ＡＰＥＸアレイフィルムの第１の表面にラ
ミネートすることが可能であり、前記一連のＡＰＥＸチップは、個別の装置に切
断するか、あるいは将来の使用のためのロール商品として保管できる。この好ま
しい実施態様では、接触パッドが一旦分割切断された場合各個別のチップの縁部
に終端するように、電極トレースおよび接触パッドをＡＰＥＸフィルムの第２の
表面にパターン化できる。ミクロ複製フィルムは特徴部によってエンボス加工で
きることが好ましく、前記特徴部はラミネートされたときにＡＰＥＸミクロ位置
のアレイ上方の閉じたサンプルウェルを画定する。このようなウェルの典型的な
寸法は１ｃｍ×１ｃｍ、深さ５０μｍであり得る。少なくとも２つのミクロ複製
チャネルは、それらのビアによって画定されるサンプル入口および出口ポートに
このウェルを接続し得る。フィルムは、必要に応じて、追加のミクロ流体処理ア
ーキテクチャを画定し得る。
【００６８】 使用時、このチップは、入口および出口ポートならびに接触パッドに結合する
ように設計されたＡＰＥＸ制御器に挿入できる。制御器は、制御電圧または制御
電流を個別のミクロ電極に印加することによってサンプルをアクティブに処理し
つつ、サンプルをチップ上に注入し、またＡＰＥＸアレイに光学的に問い合わせ
できる。
【００６９】 図１０Ａと図１０Ｂに示したような他の実施態様では、ＡＰＥＸバイオカード
１００は、図１０Ｂに示したバイオカード１００を形成するために、図１０Ａに
示した２〜２００の別個のＡＰＥＸアレイ１１０を有するＡＰＥＸフィルム１９
０のシートを剛性ガラス、好ましくはミクロ成形のプラスチック流体取扱アーキ
テクチャ１２０に、ＡＰＥＸアレイと位置合わせしてラミネートすることによっ
て調製できる。本実施態様では、流体取扱アーキテクチャ１２０は、対応する入
口チャネル１４０および出口チャネル１５０を有する各ＡＰＥＸアレイ１１０に
１つずつ、２〜２００の独立したサンプルウェル１３０を画定するように設計で
きる。このフォーマットでは、異なる生物サンプルは、２〜２００の間で、バイ
オカード１００のＡＰＥＸアレイの数に対応して、各々について評価できる。流
体取扱アーキテクチャは、カセットを垂直位置に保持できるようにサンプルを注
射器またはポンプで注入できる閉構造に較べて、ＡＰＥＸアレイの間の簡単なバ
リヤ（例えば、カセットが水平でなければならないようにサンプルが注入される
開口ウェル）であり得る。
【００７０】 ＡＰＥＸバイオカードまたはカセットを受容して作動するための機械も用意し
得る。ＡＰＥＸバイオカード制御器はサンプル注入ユニットを備え、流体取扱ア
ーキテクチャ内のポートを介してバイオカード上に２〜２００の独立した生物サ
ンプルを用意できる。電圧制御ユニットは、電気泳動処理のために、制御電流ま
たは電圧を２〜２００のＡＰＥＸアレイの各々に並列に同時に供給できる。検出
システムは、各ＡＰＥＸアレイの個別の電極における生物学的事象に反応して、
光学的、電気的または機械的信号を供給できる。
【００７１】 一実施態様では、インテークポートは流体注入先端および関連アセンブリを受
容するように構成可能であり、これを通して、サンプルはバイオカードに適用さ
れる負圧下でＡＰＥＸアレイに到達し、次に大気圧に解放される。注入ポートは
、流体バッファとして機能する小さなインテークリザーバを選択的に含み得る。
流体（例えば患者のサンプルまたは他の溶液）はインテークポートに入り、イン
テークリザーバに集まり、また分布チャネルに沿ってサンプルウェルに移動でき
る。各充填チャネルは、重力による充填チャネルを通した下方へのサンプル流体
の自然な流れをもたらすある角度で、サンプルウェルに下降して、それに入るこ
とができる。サンプルウェルの各々は、サンプルウェルに接続された関連気泡ト
ラップを有することが可能であり、このトラップは、カード面のウェルよりも僅
かに高く配置される。短い導管によって各気泡トラップをそのそれぞれのウェル
に接続できる。
【００７２】 操作時、２〜２００のサンプルの各々は、バイオカードを作動する１つの制御
器ユニットによって同時に処理できる。単一の制御電圧または電流源は制御信号
をすべてのＡＰＥＸアレイに並列に印加できる。１つのアレイから次のアレイに
移動するＸ−Ｙステージに装着されるイメージングシステムは、各アレイの電気
泳動処理されたサンプルに関する光学情報を収集できる。
【００７３】 図１１に示したようなさらに他の実施態様では、上述のように可撓性プラスチ
ックの流体取扱アーキテクチャがラミネートされたＡＰＥＸフィルムロール２１
０を含むスプールが調製される。流体取扱アーキテクチャは、さらなる処理のた
めに２〜１０，０００の独立した生物サンプルをＡＰＥＸフィルム２２０上の対
応する数の独立してアドレス可能なＡＰＥＸアレイに導くように設計できる。フ
ィルム２２０は、ＡＰＥＸアレイの予め選択された小部分にアドレスするアッセ
イ機械２３０を用いて前進させることができる。サンプルが分析されると、スプ
ールをさらに前進させることができる。
【００７４】 アッセイ機械２３０は、流体取扱アーキテクチャ内のポートを介してカセット
上に生物サンプルを用意するために、サンプル注入ユニットを含み得る。電圧制
御ユニットは、アッセイ機械２３０に存在し得るＡＰＥＸアレイの各々に処理電
流または電圧を同時に供給し得る。検出システムは、各ＡＰＥＸアレイの個別の
電極における生物学的事象に反応して、光学的、電気的または機械的信号を供給
できる。
【００７５】 以下の実施例によって本発明についてさらに記述する。
【００７６】 実施例 ミクロ回路の自由場電気泳動 図１に示したのと本質的に同一のラミネートミクロ相互接続（ＬＭＩ）回路が
、米国特許第５，４０１，９１３号に開示された方法（コラム３、４、５および
図１〜７）に従って調製され、この回路は、片側に銅製ミクロ回路トレースを有
するポリイミド基材を含んでいた。直径約６０μｍのビアは、２００μｍのピッ
チで、銅製回路終端に位置合わせしたミクロ回路の反対側から化学的にミルされ
た。
【００７７】 ｐＨ７．０のリン酸緩衝食塩液（ＰＢＳ）のフルオレセインイソチオシアネー
ト（ＦＩＴＣ）で示されたウシ血清アルブミン（ミズーリ州、セントルイスのＢ
ＳＡ，Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）を含む水溶液を、ビアを有する
側面のＬＭＩに加えた。プラチナミクロプローブを用いて個別の電極との電気接
続を行い、またコンピュータ制御の電圧源を用いて電圧を印加した。ｐＨ７．０
で、ＢＳＡを正に荷電して、負にバイアスされた電極に蓄積した。Ｌ３フィルタ
キューブを備えたＬｅｉｃａエピ蛍光顕微鏡（イリノイ州、ディアフィールドの
Ｌｅｉｃａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．）を用いて、電極の負のバイ
アスに従って蓄積されたビアにおいて、ラベルＢＳＡの蛍光を検出できた。青色
ＬＥＤを用いて４７０ｎｍの照射によって蛍光を誘発し、Ｌｅｉｃａ顕微鏡によ
って５１０ｎｍで監視した。
【００７８】 このようにして、他のすべての電極を接地しつつ、１つの電極に１０Ｖのビア
スを印加することによって、ＦＩＴＣ−ラベルＢＳＡを１つの電極上に電気泳動
により濃縮した。次に、第１の電極を接地しつつ、顕微鏡フィールドの第２の電
極を−１０Ｖにバイアスした。数秒以内に、ラベルＢＳＡが第２の負極に移動す
ることが観察された。荷電サイクルの繰返しにより、ラベルＢＳＡの移動の繰返
しが観察された。
【００７９】 上述の説明および実施例によって、本発明の特定の実施態様の製造と使用に関
する完全な記述が提供されると考えられる。本発明の多くの実施態様は本発明の
精神と範囲から逸脱することなしに実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って構成されるＡＰＥＸ回路の底面図である。
【図２ａ】 本発明に従って構成されたＡＰＥＸ回路を含有する可撓性ポリマ基材の拡大平
面図であり、ミクロウェル位置を示している。
【図２ｂ】 図１に示した可撓性ポリマ基材の拡大底面図であり、電気接触点を含む本発明
に従って構成されたＡＰＥＸ回路の底部を示している。
【図３】 本発明の実施に従って構成された可撓性ポリマ基材と電極の部分断面図である
。
【図４Ａ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図４Ｂ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図４Ｃ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図４Ｄ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図４Ｅ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図５】 本発明の他の実施に従って構成された可撓性ポリマ基材と電極の部分断面図で
ある。
【図６】 本発明の他の実施に従って構成された可撓性ポリマ基材と電極の部分断面図で
ある。
【図７】 本発明の他の実施に従って構成された可撓性ポリマ基材と電極の部分断面図で
ある。
【図８Ａ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図８Ｂ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図８Ｃ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図８Ｄ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図８Ｅ】 可撓性ポリマ基材上に製造されるＡＰＥＸ回路の部分断面図であり、種々の製
造ステップの１のＡＰＥＸ回路を示している。
【図９】 本発明の他の態様による流体取扱アーキテクチャを含むＡＰＥＸ回路の断面図
である。
【図１０Ａ】 本発明の１態様によるバイオカードの斜視図である。
【図１０Ｂ】 本発明の１態様によるバイオカードの斜視図である。
【図１１】 本発明のロールからロールのプロセスの概略図である。 本発明の原理は種々の変更と代替形態に修正可能であり、一方その原理の詳細
は図面の実施例によって示されており、またそれについて詳細に説明する。しか
し、記載した特定の実施態様に本発明を限定することが意図されないことを理解
すべきである。反対に、本明細書の精神と範囲内に含まれるすべての変更、等価
物および代替物を網羅することが意図される。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ１２Ｑ 1/68 Ａ // Ｃ１２Ｑ 1/68 Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ビアナス，ロルフ ダブリュ． アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427， セント ポール，ピー．オー．ボックス 33427 Ｆターム(参考） 2G045 AA25 DA12 DA13 FB02 FB03 FB05 4B024 AA11 CA01 CA09 HA12 4B029 AA07 AA23 BB15 BB20 CC11 FA01 FA12 4B063 QA01 QA18 QQ42 QQ79 QQ96 QR32 QR48 QS32 QX05

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気泳動によって支援されるプロセスを実行するために適合
    された電子装置であって、 第１の表面と第２の表面とを有する少なくとも１つの可撓性ポリマ基材と、 前記第１の表面を遮断する１つ以上のミクロ位置であって、前記可撓性基材の
    第２の表面に配設された電極を各々が含む１つ以上のミクロ位置と、 前記可撓性基材の第１の表面に配置されると共に少なくとも１つの前記電極と
    電気接触する親水性マトリックスとを具備する電子装置。
  2. 【請求項２】 前記親水性マトリックスが生物学的受容ゲルを含む、請求項
    １に記載の電子装置。
  3. 【請求項３】 前記親水性マトリックスが生物学的反応ゲルを含む、請求項
    １に記載の電子装置。
  4. 【請求項４】 前記電気泳動によって支援されるプロセスが生物学的プロセ
    スを含む、請求項１に記載の電子装置。
  5. 【請求項５】 前記電気泳動によって支援されるプロセスが分子生物学的プ
    ロセスを含む、請求項１に記載の電子装置。
  6. 【請求項６】 前記可撓性ポリマ基材がポリイミドを含む、請求項１に記載
    の電子装置。
  7. 【請求項７】 前記第１の表面を遮断する前記複数のミクロ位置が、前記第
    １の表面から前記ポリマ基材の中に延在するビアを含む、請求項１に記載の電子
    装置。
  8. 【請求項８】 前記第１の表面を遮断する前記複数のミクロ位置が、導電性
    材料からなる隆起領域をさらに含む、請求項１に記載の電子装置。
  9. 【請求項９】 前記ミクロ位置が、第１の表面の面に２００μｍ未満の最小
    寸法を有する、請求項１に記載の電子装置。
  10. 【請求項１０】 前記親水性マトリックスがアズラクトン官能性ポリマを含
    む、請求項１に記載の電子装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１の表面、前記第２の表面、あるいは両方の表面の
    一部分が部分的にマスキングされる、請求項１に記載の電子装置。
  12. 【請求項１２】 前記電極の少なくとも１つに各々が接続される複数の導電
    性トレースをさらに具備する、請求項１に記載の電子装置。
  13. 【請求項１３】 電気泳動によって支援されるプロセスを実行するために適
    合された電子装置であって、 第１の表面と、第２の表面と、第１のポリマ基材の第２の表面に隣接して第１
    の表面を有する少なくとも第２の可撓性ポリマ基材と、を有する少なくとも第１
    の可撓性ポリマ基材と、 位置合せした前記第１のポリマ基材と前記第２のポリマ基材とを貫通する少な
    くとも１つのミクロ位置であって、前記第２のポリマ基材の第２の表面に配設さ
    れた電極を各々が含む少なくとも１つのミクロ位置と、 前記第１のポリマ基材の第１の表面に配置されると共に前記第２のポリマ基材
    の第２の表面の少なくとも１つの電極と電気接触する親水性マトリックスとを具
    備する電子装置。
  14. 【請求項１４】 電気泳動によって支援されるプロセスを実行するために適
    合された電子装置であって、 第１の主面を有する少なくとも１つの可撓性ポリマ基材と、 前記基材の第１の主面に配設された、各々が電極を含む１つ以上のミクロ位置
    と、 前記基材の第１の主面に配置され、また前記第１の主面に配設された少なくと
    も１つの電極と電気接触する親水性マトリックスとを具備する電子装置。
  15. 【請求項１５】 前記装置が、前記導電性トレースの一体性を維持しつつ２
    ４インチの直径を有するマンドレルの周囲に曲がることができる、請求項１２に
    記載の電子装置。
  16. 【請求項１６】 前記装置が、前記導電性トレースの一体性を維持しつつ１
    ２インチの直径を有するマンドレルの周囲に曲がることができる、請求項１４に
    記載の電子装置。
  17. 【請求項１７】 前記装置が、前記導電性トレースの一体性を維持しつつ６
    インチの直径を有するマンドレルの周囲に曲がることができる、請求項１４に記
    載の電子装置。
  18. 【請求項１８】 前記ミクロ位置に位置合わせして前記第１の表面と密封係
    合した流体取扱アーキテクチャをさらに具備する、請求項１４に記載の電子装置
    。
  19. 【請求項１９】 前記流体取扱アーキテクチャが、ミクロ成形された可塑性
    の流体取扱アーキテクチャを具備する、請求項１８に記載の電子装置。
  20. 【請求項２０】 複数のアドレス可能なプログラマブル電子マトリックス（
    ＡＰＥＸ）アレイを含有する可撓性ポリマシートであって、各アレイが、電気泳
    動によって支援されるプロセスを実行するために適合され、前記アレイの各々が
    、 第１の主面を有する可撓性ポリマ基材と、 前記可撓性ポリマ基材の第１の表面に配置された親水性マトリックスと、 前記第１の表面を遮断する複数のミクロ位置であって、前記可撓性基材の第２
    の表面に配設された電極を各々が含む複数のミクロ位置とを具備する可撓性ポリ
    マシート。
  21. 【請求項２１】 前記可撓性ポリマ基材がポリイミドを含む、請求項２０に
    記載の可撓性ポリマシート。
  22. 【請求項２２】 前記複数のアレイが、実質的に連続したシート上に構成さ
    れる、請求項２０に記載の可撓性ポリマシート。
  23. 【請求項２３】 前記親水性マトリックスがアズラクトン官能性ポリマを含
    む、請求項２０に記載の可撓性ポリマシート。
  24. 【請求項２４】 前記可撓性ポリマ基材上の第２の表面と、前記第２の表面
    に配設された電極とをさらに具備し、 前記電極が前記ミクロ位置の各々に隣接して配置され、前記親水性マトリック
    スが前記電極と電気接触する、請求項２０に記載の可撓性ポリマシート。
  25. 【請求項２５】 １〜２００のＡＰＥＸアレイを具備する、請求項２４に記
    載の可撓性ポリマシート。
  26. 【請求項２６】 流体取扱アーキテクチャによって前記第１の表面に位置合
    せして結合される、請求項２５に記載の可撓性ポリマシートを具備するバイオカ
    ード。
  27. 【請求項２７】 前記流体取扱アーキテクチャが、成形される可撓性ポリマ
    部を具備する、請求項２６に記載のバイオカード。
  28. 【請求項２８】 分子生物学的プロセスを実行するために適合された電子装
    置を製造する方法であって、 第１の表面と第２の表面とを有する可撓性ポリマ基材を用意するステップと、 前記第１の表面を遮断する複数のミクロ位置であって、前記可撓性基材の第２
    の表面に配設された電極を各々が含む複数のミクロ位置を形成するステップと、 前記可撓性基材の第１の表面および前記ミクロ位置の少なくとも１つに親水性
    マトリックスを加えて、該親水性マトリックスが前記電極と電気接触するステッ
    プとを含む方法。
  29. 【請求項２９】 前記少なくとも１つのミクロ位置に、生物学的材料と化学
    的材料の少なくとも一方を加えるステップをさらに含む、請求項２８に記載の方
    法。
  30. 【請求項３０】 前記親水性マトリックスが、レーザアドレス可能な熱転写
    イメージングによって前記少なくとも１つのミクロ位置に加えられる、請求項２
    ９に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記親水性マトリックスが生物学的受容ポリマをさらに含
    む、請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 生物学的材料と化学的材料の前記少なくとも一方が、フォ
    トリソグラフィイメージングによって前記少なくとも１つのミクロ位置に加えら
    れる、請求項２９に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 分子生物学的プロセスを実行する方法であって、 第１および第２の表面を有する可撓性ポリマ基材を含む電子装置を用意し、前
    記電子装置が、前記可撓性基材の第１の表面に配置された親水性マトリックスと
    、前記可撓性基材の第２の表面に配設された電極とを具備し、前記親水性マトリ
    ックスが前記電極と電気接触するように配置されるステップと、 生物サンプルを前記親水性マトリックスの上に配置するステップと、 前記生物サンプルの転移または変換を行うように前記電極に電気力を印加する
    ステップとを含む方法。
  34. 【請求項３４】 同時プロセスおよび順次プロセスの少なくとも１つに従っ
    て実施される、１〜２００の分子生物学的プロセスを実行するステップをさらに
    含む、請求項３３に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 電気泳動によって支援されるプロセスを実行するために適
    合された電子装置であって、 少なくとも部分的にスプールの周囲に巻き付けられる、第１および第２の表面
    を有する可撓性ポリマ基材と、 前記基材の第１の表面を遮断する複数のミクロ位置であって、前記可撓性基材
    の第２の表面に配設された電極を各々が含む複数のミクロ位置と、 前記可撓性基材の第１の表面に配置されると共に前記電極と電気接触する親水
    性マトリックスとを具備する電子装置。
  36. 【請求項３６】 前記親水性マトリックスが生物学的受容ゲルを含む、請求
    項３５に記載の電子装置。
  37. 【請求項３７】 前記可撓性ポリマ基材がポリイミドを含む、請求項３５に
    記載の電子装置。
  38. 【請求項３８】 前記第１の表面を遮断する前記複数のミクロ位置が、前記
    第１の表面から前記ポリマ基材の中に延在するビアを含む、請求項３５に記載の
    電子装置。
  39. 【請求項３９】 前記第１の表面を遮断する前記複数のミクロ位置が、追加
    の導電性材料をさらに含む、請求項３５に記載の電子装置。
  40. 【請求項４０】 前記ミクロ位置が、前記第１の表面の面に２００μｍ未満
    の最小寸法を有する、請求項３５に記載の電子装置。
  41. 【請求項４１】 リールフォーマットの可撓性ポリマ基材に配設された複数
    のＡＰＥＸ装置を処理するための装置であって、 第１の表面を有する可撓性ポリマ基材と、前記可撓性ポリマ基材の第１の表面
    に配置された親水性マトリックスと、前記第１の表面を遮断する複数のミクロ位
    置であって、その各々が、電極と電気接触する前記可撓性基材の第２の表面に配
    設された前記電極と流体取扱アーキテクチャとを含む複数のミクロ位置と、を各
    々が具備する複数のＡＰＥＸ装置と、 少なくとも１つのサンプル注入手段と、 電圧制御手段と、 ＡＰＥＸアレイの少なくとも１つの電極における生物学的事象に応答して光学
    的、電気的および機械的信号の１つを供給する検出システムとを具備する装置。
  42. 【請求項４２】 少なくとも１つの電極に隣接して配置された少なくとも１
    つの電気抵抗層をさらに具備する、請求項１に記載の電子装置。
  43. 【請求項４３】 少なくとも１つの電気抵抗層が、少なくとも１つの電極の
    温度を上昇させるように機能できる、請求項４２に記載の電子装置。
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