JP2003520972A - 生物学的反応を行う合成物および方法 - Google Patents

生物学的反応を行う合成物および方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は生物学的反応を行う装置に関する。特に、本発明は、可撓カバーを備えた基板を使用して、多数のオリゴヌクレオチド結合部位を有する基板層上で核酸ハイブリダイゼーション反応を行う装置に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この出願は、２００年１月２６日に出願された米国出願番号第０９／４９２０
１３号の継続出願である。
【０００２】 発明の技術分野 本発明は、生物学的反応を行う組成物および方法に関する。特に、本発明は、
複数のオリゴヌクレオチド結合部位が配設された基板層上で、可撓カバーを備え
た基板を使用して、核酸ハイブリダイゼーション（hybridization）反応を行う
装置、および該装置から気泡を除去する方法に関する。特に、本発明は、接着剤
で基板層に付着された可撓性のガス浸透層を有する装置に関する。ここで、可撓
性のガス浸透層、接着剤および基板層は反応室を囲み、拡散促進手段は可撓性の
ガス浸透層を横切っている。拡散促進手段は、可撓性のガス浸透層を横切る圧力
勾配または濃度勾配を引き起こし、これにより可撓性のガス浸透層を横切る反応
室からガス分子の拡散速度を増加する。
【０００３】 分子生物学における最近の発展により、所望目的に特有の遺伝子配列を使用し
て、病原体を識別し、病状を診断し、司法決定（forensic determination）を
行う機会が提供されてきている。遺伝子情報の功績により、分子生物学アッセイ
特に核酸ハイブリダイゼーションアッセイを行う高容量の分析機器が必要とされ
ている。最も緊急のものは、このようなアッセイを小型化し、自動化し、標準化
し、単純化することが必要になっている。この必要性は、ハイブリダイゼーショ
ンアッセイがもともと精製品を用いて研究室で発展し、高度に熟練した人によっ
て行われる一方、これらの手順を診断のような臨床分野、法科学、その他の分野
に採用することにより、より大きな容量で厳格でないアッセイ条件で、熟練のな
いオペレータが有効にアッセイを行うことができる装置と方法の必要性が生じた
という事実から生じている。
【０００４】 既存の技術は、生物学的反応試料流体内に含まれる分子（以下目標分子という
）を生物学的反応部位（以下プローブ分子という）に結合することを利用してい
る。この技術を可能にする第一のもの（primary enabler）は、一般にバイオチ
ップと称する装置であり、これは、基板の面に固定された生物学的反応部位の１
または複数の規則正しい顕微鏡アレイ（「マイクロアレイ」）を有する。生物学
的反応部位は、生物学的試薬を含む小容量の流体を基板の面上の別個の位置に分
配することによって生成することができ、これを一般にスポッティング（spotti
ng）と称する。プローブ分子の固定を促進するために、バイオチップは、基板の
表面に取り付けられた３次元重合固定構造の２次元アレイ（例えばポリアクリル
アミドゲルパッド）からなる。オリゴヌクレオチドのようなプローブ分子は、生
体分子と同族化学基からなる誘導化ポリマーとの間に、アミド、エステルまたは
ジスルフィド結合を形成することによって、ポリアミド固定構造に電子対を共有
して（covalently）取り付けられる。このような重合固定構造へのプローブ分子
の共有取付けは、一般に、基板へのポリマーの重合および化学的クロスリンク（
cross−linking）が完了した後に行われる。
【０００５】 バイオチップは、その表面に生物学的反応を行うのに有利に使用される。しか
し、基板表面で生物学的反応を行う既存の装置は、適切に作動させるのに受容で
きない多量の試料流体を必要とし、従来の顕微鏡スライドと同じまたはそれより
大きな基板に適応できないし、複数の独立した反応に独立して適応できないし、
あるいはヒドロゲル基のマイクロアレイを含む基板に適応できないという欠点が
ある。また既存の装置は、試料流体に加えて（洗浄緩衝剤、蛍光染料等）の流体
を反応室に導入することができない。使い捨ての装置は、新たな流体が導入され
る毎に、分解し、バイオチップの回りに組み立てなければならない。他の既存の
装置は、標準のピペットチップや関連ピペット装置を搭載することができないの
で、実験室環境で使用することが困難である。
【０００６】 また、多くの既存の装置は、受容できない反応再現性、効率および持続時間を
示す。反応再現性は、反応室内の気泡や、反応室に対する生物学的に相容れない
材料の使用により、逆の影響を受ける。反応持続時間や効率は、反応室内の濃度
分布の存在により逆の影響を受ける。
【０００７】 気泡は試料流体の反応室への導入時、または反応室材料のアウトガス（outgas
sing）によって形成される。ガス気泡が生物学的反応部位を含む領域の基板表面
に広がると、意図された試料流体の混合の濃度がガス気泡の存在により傷つけら
れる（compromise）ので、意図された反応が間欠的に失敗し、誤差のある結果を
生じる。
【０００８】 生物学的に相容れない反応室材料は、試料流体との相互作用により、受容でき
ない反応再現性を生じ、これにより意図された反応が間欠的に失敗したり、誤差
のある結果を生じる。
【０００９】 試料流体の不完全混合は、試料流体に濃度勾配を生じ、反応効率と持続時間に
逆の影響を与える。この効果は、生物学的反応部位を囲む局地容量（local vol
ume）内の目標分子の消耗があるときに、表明される。生物学的反応中、特定の
目標分子が相補（固定）プローブ分子に結合する可能性は、試料流体容量内に存
在する目標分子の所定の濃度、反応室を通る目標分子の拡散速度、目標分子と相
補プローブ分子の間の相互作用の統計値によって決定される。診断アッセイでは
、目標ＤＮＡは微小（＜ピコモル）容量得られる。実際には、生物学的使用に入
手可能な低目標核酸レベルでハイブリダイゼーション反応が実質的に完了するの
に十時間かかる。ハイブリダイゼーション室内の濃度勾配は、さらにこの問題を
悪化させる。
【００１０】 コッティングハムの米国特許第５９４８６７３号は、シールされたユニット内
でＤＮＡ増幅およびＤＮＡプローブアッセイを行う自給（self−contained）多
室反応器を開示し、ここでいつかの反応物は室の壁をコーティングすることで設
けられ、他の反応物は室の内外への流れを防止するために反応開始前に室に導入
される。室からのガス気泡を排除する手段は講じられていない。
【００１１】 小容量の試料流体を使用し、従来の顕微鏡スライドと同じくらい大きくまたそ
れ以上の基板を収容し、複数の独立した反応に適応し、１または複数のヒドロゲ
ル基のマイクロアレイを有する基板面に適応する、基板面上で生物学的反応を行
う方法および装置が要望されている。また、試料流体に加えて各反応室に標準の
ピペットチップおよびピペット装置を介して流体を導入することができる装置が
要望されている。さらに、反応再現性を増加し、反応効率を増加し、反応持続時
間を減少する装置が要望されている。さらに、このような装置からガス気泡を除
去する除去する単純な方法が要望されている。これらの要望は、バイオチップ技
術における多大な興味、バイオチップ技術への研究により生じる投資や実質的な
金融的報酬、およびこのような研究により生じる製品の多様性に照らすと、特に
著しい。
【００１２】 核酸ハイブリダイゼーションアッセイは、プローブアレイ技術を使用して有利
に達成される。このプローブアレイ技術は、目標単一鎖ＤＮＡを固定ＤＮＡ（通
常はオリゴヌクレオチド）プローブに結束することを利用している。核酸ハイブ
リダイゼーションアッセイの検出限界は、ハイブリダイゼーション中の検出デバ
イスの感度と、典型的にはオリゴヌクレオチドプローブであるプローブに結束す
るのに利用される目標核酸の量とにより決定される。
【００１３】 核酸ハイブリダイゼーション室は、ハイブリダイゼーション室を開示するSmyc
zekらの米国特許第５１００７５５号で公知である。Ravaらの米国特許第５５４
５５３１号は、複数のオリゴヌクレオチドアレイからなるハイブリダイゼーショ
ン板を開示している。Hunnellの米国特許第５３６０７４１号は、ガス加熱ハイ
ブリダイゼーション室を開示している。Andersonらの米国特許第５９２２５９１
号は、オリゴヌクレオチドアレイを用いて使用する小型化されたハイブリダイゼ
ーション室を開示している。Bsesemerの米国特許第５９４５３３４号は、オリゴ
ヌクレオチドアレイパッケージングを開示している。
【００１４】 現在利用されているオリゴヌクレオチドアレイ技術は最大ハイブリダイゼーシ
ョン効率を与えない。既存の核酸ハイブリダイゼーションアッセイ装置は多大な
部材を有し、各部材は非能率と不正確の要因となっている。
【００１５】 オリゴヌクレオチドアレイを使用するハイブリダイゼーションは、少量の目標
ＤＮＡまたは他の核酸を固定（immobilized）プローブに有効にアニール（annea
l）することができる空間（volume）で達成しなければならない。診断アッセイ
では、目標ＤＮＡ分子は微量（ピコモル）得られる。実際には、生物学的サンプ
ルに有用な低核酸レベルでハイブリダイゼーションが実質的に完了するのに数時
間（１０時間）要する。
【００１６】 さらに、アレイハイブリダイゼーションは、従来、活性混合（active mixing
）のない静止ハイブリダイゼーション室で行われる。このような条件では、特定
の目標分子が、表面に固定された相補オリゴヌクレオチドプローブにアレイハイ
ブリダイゼーションされる可能性は、目標分子の濃度、拡散速度、目標分子と相
補オリゴヌクレオチドとの間の相互作用の統計によって決定される。したがって
、有用な情報を得るには多数のサンプルをテストしなければならないので、ハイ
ブリダイゼーション時間と非能率性が増加する。
【００１７】 さらに、ユーザ操作の量を最小に維持すると効率が増加する。現在実行されて
いるように、オリゴヌクレオチドアレイハイブリダイゼーションは、多大なオペ
レータの注意深さと操作が必要であり、分析を行う熟練度は高い。例えば、ハイ
ブリダイゼーションは典型的にはアッセイ室で行われ、データの収集と分析は（
レーザスキャナや蛍光顕微鏡のような）別個の装置で行われる。この装置は、ユ
ーザによる相当な量の取り扱いが必要であり、アッセイの時間浪費とユーザエラ
ーを生じる。
【００１８】 ハイブリダイゼーションを一時に１つのアレイで行うことが現在の方法の限界
であるので、並行処理とデータ分析の経済性を無視している。
【００１９】 他の限界や不効率、出費は、既存の装置の構造的特徴から生じている。多くの
既存の装置は、収容できる基板のサイズが制限されている。他の装置は、廃棄で
きないし、サンプル汚染を防止するために操作間で大規模な洗浄を行う必要があ
る。さらに他の装置は、かさが大きく、有効なハイブリダイゼーションに必要な
迅速加熱および冷却が不可能である。さらに他の装置は、反応生成物の分析に高
価な光学機器を使用しなければならない。
【００２０】 小さな反応空間（reaction volume）を有し、流体成分が活性混合され、並行
処理が可能であり、ユーザ介入を最小化できる、特に拡散ハイブリダイゼーショ
ンのような生物学的反応を行う使用容易な装置が要求されている。さらに、種々
の大きさに容易に製造でき、廃棄可能で、サンプル汚染を最小化し、低コストの
光学分析機器を使用することができ、サンプル流体の迅速な加熱冷却が可能なよ
うに小空間である装置が要求されている。またさらに、このような装置を利用し
て、特に当業者に理解されているバイオチップアレイに関してハイブリダイゼー
ション効率を増加することができる方法が要求されている。バイオチップ技術に
おける強大な興味や、バイオチップ技術への投資および研究により生じる財政的
報酬、そのような研究により生じる広範な生成物に照らすと、この要求は特に著
しい。
【００２１】 （発明の概要） 前記目的に従って、本発明は、生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は
、第１面と第２面（通常、平坦な基板の場合は互いに対向する）を有する基板か
らなる。生体分子のアレイは第１面に設置され、可撓層は接着層によって基板の
第１面に付着される。ここで、接着層は第１面に配置され、反応空間を形成する
。基板は、第１面から第２面に基板を通して延びる少なくとも第１ポートを有し
、該ポートは第１開口と第２開口を有する。ポートの第１開口は接着層で境界づ
けられた領域内に設けられ、可撓層で被覆される（例えば反応空間）。ポートの
第２開口は、基板の第２面に設けられる。代案として、ポートは反応空間の可撓
層に設けられる。
【００２２】 オプションとして、箔テープのようなポートの第２開口の上に配置された取り
外し可能なカバーと、第１温度では個体で第２の高い温度では液体であって、基
板の第１面と可撓層の間に配置された水溶性化合物層とがあってもよい。オプシ
ョンとして、可撓層は半透明プラスチックまたはガス浸透性膜である。
【００２３】 さらなる特徴では、本発明は、基板面上で生物学的反応を行う装置、および基
板面上の反応部位でのハイブリダイゼーションのような生物学的反応との干渉を
避けるために、その装置からガス気泡を除去する方法を提供する。特に、本発明
の方法は、接着剤でバイオチップに固定された可撓性のあるガス浸透層を有し、
ここで可撓性のあるガス浸透層、接着剤、バイオチップは反応室を囲み、反応室
の外でのガス分子の拡散を向上する手段は可撓性のあるガス浸透層を横切る。拡
散向上手段は、ガス拡散加速器と称するが、可撓性のあるガス浸透層を横切る圧
力勾配または濃度勾配を生成し、これにより可撓性のあるガス浸透層を通る反応
室からのガス分子の拡散速度を増加する。
【００２４】 ポートは、小径端と大径端を有する円錐台とすることができ、ここで小径端は
接着層で境界づけられた第１基板面上の領域に設けられ（反応空間）、大径端は
第２基板面上に設けられる。ある実施形態におけるポートの壁は、第２基板面と
ともに９０℃以下の角度を形成する。オプションとして、ポートはある接触角を
有する試料流体を収容する。第２基板面とポート壁の間の角度は試料流体の接触
角以下または同一である。
【００２５】 第２ポートを含めることができる。この実施形態では、第２ポートは第１面か
ら第２面まで基板を貫通して延び、第１開口と第２開口を有する。ここで、出口
ポートの第１開口は、接着層で境界づけられ可撓層で被覆された領域内の第１基
板面に設けられている。出口ポートの第２開口は、第２基板面に設けられ、取り
外し可能なカバーで被覆される。代案として、第２ポートは可撓層に設ける。
【００２６】 オプションとして、本発明の装置は、アレイと第１基板面の間に配置された反
射層、および／または抵抗ヒータを有する。後者は、アレイと第１基板面の間に
配置された反射層とすることができる。
【００２７】 さらに、本装置は、パリレンのような不動態化層、またはスキャナーを有する
ことができる。スキャナーは、アレイの上の位置で可撓層と接触する。スキャナ
ーは導波管（light pipe）とすることができ、反応空間の全体を被覆する。
【００２８】 好ましい特徴では、装置はさらに第２基板面と接触する試料調製チップを有す
る。ここで、試料調製チップは装置の第１ポートと一致するポートを有する。
【００２９】 さらなる特徴では、装置はさらにローラを有する。ここで、ローラはアレイ上
の位置で可撓層と接触する。例えば、このローラは、反応空間を横切って長手方
向に移動することができる。
【００３０】 さらなる特徴では、装置は蓋を有するケースと、空間を備えた基台と、スキャ
ナーとローラを備えたキャリッジとを含む。ここで、キャリッジは空間に設けら
れ、基板は第１基板面がキャリッジと動作可能に接触するようにキャリッジの上
に取り外し可能に設置される。
【００３１】 追加の特徴では、本発明は生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は、 第１面と該第１面に対向する第２面を有するガラス製顕微鏡スライドと； スライドの第１面に配置された生体分子のアレイであって、該アレイ内の各生体
分子はポリアクリルアミドのゲルパッドで第１面に固定されている生体分子アレ
イと； 両面接着層でスライドの第１面に付着された塩化ポリビニリデン層であって、接
着層はスライドの第１面に設置され、その領域を包囲している塩化ポリビニリデ
ン層と； 第１面から第２面にスライドを貫通して延びる第１と第２のポートであって、各
ポートは第１開口と第２開口を有し、各ポートの第１開口は接着剤により境界づ
けられたスライドの第１面上の領域内に設けられて可撓層により被覆され、各ポ
ートの第２開口はスライドの第２面上に設けられ、各ポートは小径端と大径端を
有する円錐台の形状を有し、小径端は第１開口で、大径端は第２開口である第１
と第２のポートと； 各ポートの第２開口の上に配置された箔テープの層と； スライドの第１面と塩化ポリビニリデンの層の間に配置されたポリエチレングリ
コールの層と； アレイと第１基板面の間の配置された反射層と； 反射層と塩化ポリビニリデンの層の間に配置されたパリレンの層と； 抵抗ヒータとからなる。
【００３２】 さらなる特徴では、本発明は、生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は
、第１面と第２面を有する基板と、基板の第１面に配置された複数の生体分子と
、基板の第１面に接着層により付着された可撓層とからなる。ここで、接着層は
、基板の第１面に配置されてその上の領域を包囲する。反応空間は、可撓層と接
着層で規定された領域の第１基板面との間に包囲されている。可撓層と接着層を
貫通して、可撓層と接着層で規定された領域の第１基板面との間に包囲された空
間に延びる第１と第２のポートがある。
【００３３】 追加の特徴では、複数の生体分子の各々は、別個の部位または連続層として、
ポリアクリルアミドのような重合材料からなるゲルパッドのような固定構造に付
着されている。
【００３４】 さらなる特徴では、装置は、可撓層に付着された標識層を有する。ここで、第
１と第２のポートは標識層と可撓層を貫通して延びている。標識層は、接着面と
非接着面とを有し、ここで標識層は接着面を使用して可撓層に付着されている。
標識層は、サイズと位置が接着層で境界づけられた領域に対応する窓を有する。
ここで、窓は可撓層と、該可撓層と接着層で規定される領域の第１基板面との間
に包囲される空間の視覚的検査を許容する。オプションとして、アレイと第１基
板面との間に配置された反射層、および／または抵抗ヒータが設けられる。
【００３５】 さらなる特徴では、本発明は、装置を使用して目標分析物を検出する方法を提
供する。
【００３６】 （発明の実施形態の詳細な説明） 本発明の現在好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００３７】 本発明は、生物学的結合部位のアレイを有する基板からなるバイオチップ上で
大容量の生物学的反応を行う方法および組成物に向けられている。本発明は、バ
イオチップが核酸からなる場合における反応室のような反応室を提供する。反応
室には、基板、接着層、可撓カバーが形成されている。このシステムは、試料お
よび／または試薬を供給するために、基板または可撓カバーのいずれかに設けた
ポートを利用する。さらに、本発明は、ガス浸透可撓膜を通る拡散速度を向上し
加速するガス拡散加速器を使用して、装置からガス気泡を除去する方法を提供す
る。
【００３８】 したがって、本発明は、試料中の目標分析物（target analyte）を検出する
のに使用されるデバイスを提供する。「目標分析物」または「分析物」あるいは
文法的均等物（grammatical equivalents）は、検出される如何なる分子や化合
物、粒子をも意味する。以下に概説するように、目標分析物は好ましくは結合リ
ガンド（binding ligand）に結束（bind）している。当業者に明らかなように
、この方法を使用して多数の検出物を検出することができる。基本的には、ここ
に記載された結合リガンドが作られる如何なる検出物も本発明の方法を使用して
検出することができる。
【００３９】 適切な検出物は、有機または無機分子を含み、生体分子を含む。好ましい実施
形態では、検出物は、環境汚染物（農薬、殺虫剤、毒素等を含む）、化学薬品（
溶剤、ポリマー、有機物質等を含む）、治療分子（治療および濫用薬物、抗生物
質等を含む）、生体分子（ホルモン、シトキン、蛋白質、脂質、炭水化物、細胞
膜抗原および受容体（神経、ホルモン、および細胞面の受容体）、またはこれら
のリガンド等を含む）、完全細胞（原核生物（病原菌のような）、哺乳類腫瘍細
胞を含む真核生物細胞等を含む）、ウィルス（レトロウィルス、ヘルペスウィル
ス、アデノウィルス、レンチウィルス等を含む）、胞子等であってもよい。特に
好ましい分析物は、環境汚染物、核酸、蛋白質（酵素、抗体、抗原、発育因子、
シトキン等を含む）、治療および濫用薬物、およびウィルスである。
【００４０】 好ましい実施形態では、目標検出物は核酸である。「核酸」または「オリゴヌ
クレオチド」あるいは文法的均等物は、互いに共有連鎖（covalently linked）
された少なくとも２つのヌクレオチドを意味する。本発明の核酸は、一般にホス
ホジエステル結合を含むが、ある場合には以下に概説するように、核酸アナログ
を含む。互生主鎖（alternate bakbone）を有する。例えば、燐酸アミド（Beau
cageら，Tetrahedron４９（１０）：１９２５（１９２３）およびその参照文献
；Letsinger，J.Org.Chem.３５：３８００（１９７０）；Sprinzlら，Eur．J．B
iochem．８１：５７９（１９７７）；Letsingerら，Nucl．Acids Res．１４：
３４８７（１９８６）；Sawalら，Chem．Lett．８０５（１９８４）；Letsinger
ら，J．A．Chem．Soc．１１０：４４７０（１９８８）；Pauwelsら，Chemica S
cripta２６：１４１（１９８６））、燐酸硫黄塩（Magら，Nucleic Acid Res.
１９：１４３７（１９９１）；米国特許第５６４４０４８号）、燐酸二硫黄塩（
Briuら，J.Am.Chem.Soc.１１１：２３２１（１９８９）参照）、Ｏ−メチルポポ
ロアミド（Eckstein，Oligonucleotides and Analogues：A Practical Appr
oach，Oxford University Press参照）、およびペプチド核酸主鎖および連鎖
（Egholm, J.Am.Chem.Soc.１１４；１８９５（１９９２）；Meierら，Chem．In
t．Ed．Engl．３１：１００８（１９９２）；Nielsen，Nature，３６５：５６６
（１９９３）；Carlssonら，Nature３８０：２０７（１９９６）参照、これらは
ここに組み入れる）。他のアナログ核酸は、正主鎖をもつもの（Denpcyら，Proc
．Natl．Acad．Sci．USA９２：６０９７（１９９５）；非イオン主鎖（米国特許
第５３８６０２３号、第５６３７６８４号、第５６０２２４０号、５２１６１４
１号および第４４６９８６３号；Kiedrowshiら，Angew．Chem．Intl．Ed．Engli
sh３０：４２３（１９９１）；Letsingerら，J．Am．Chem．Soc．１１０：４４
７０（１９８８）；Letsingerら，Nucleosides＆Nucleotide１３：１５９７（１
９９４）；第２，３章，ASCシンポジウムシリーズ５８０，“Carbohydrate Mod
ification in Antisense Research”，Ed.Y.S.SanghuiとP．Dan Cook；Mesm
aekerら、Bioorganic＆Medicinal Chem．Lett．４：３９５（１９９４）；Jeff
sら，J．Biomolecular NMR３４：１７（１９９４）；Tetrahedron Lett．３７
：７４３（１９９６））、および米国特許第５２３５０３３号、第５０３４５０
６号、第６および７章，ASCシンポジウムシリーズ５８０，“Carbohydrate Mod
ifications in Antisense Research”，Ed.Y.S.SanghuiおよびP.Dan Cookに
記載されたものを含む非リボース主鎖を含む。１または複数の炭素環式糖を含む
核酸も核酸の定義に含まれる（Jenkinsら，Chem．Soc．Rev．（１９９５）１６
９−１７６頁）。幾つかの核酸アナログが、Rawls,C＆E News１９９７年６月２
日第３５頁に記載されている。また、核酸アナログ（analog）は、「閉鎖（lock
ed）核酸」を含む。これらの全ての参照文献は、参照することでここに組み入れ
る。リボース燐酸塩主鎖の修飾は、電子伝達部分（moieties）の添加を促進し、
生理学的環境におけるそのような分子の安定性および半減期を増加する。
【００４１】 当業者に明らかなように、全ての核酸アナログを本発明で使用してもよい。さ
らに、核酸とアナログの混合は自然に生じる。例えば、導電性オリゴマーまたは
電子移動部分（moiety）の取付部位で、アナログ構造を使用してもよい。代案と
して、異なる核酸アナログの混合、自然に生じる核酸とアナログの混合を行って
もよい。
【００４２】 概説したように、核酸は単鎖または複鎖であってもよいし、複鎖配列または単
鎖配列の両方の部分を含んでいてもよい。核酸は、ＤＮＡであってもよいし、ゲ
ノムとｃＤＮＡ、ＲＮＡまたは雑種（hybrid）との両方であってもよい。ここで
、核酸は、デオキシリボヌクレオチドとリボヌクレオチドの組合せ、ウラシル、
アデニン、チミン、シトシン、グアニン、イノシン、キサニンヒポキサニン、イ
ソシトシン、イソグアニン等を含む塩基の組合せを含む。ここで使用する用語「
ヌクレオシド」は、ヌクレオチドとヌクレオシド、ヌクレオチドアナログ、アミ
ノ修飾ヌクレオシドのような修飾ヌクレオシドを含む。さらに、「ヌクレオシド
」は、非自然的に生じるアナログ構造を含む。例えば、ペプチド核酸の個々のユ
ニットは、塩基（base）を含むが、ここではヌクレオシドと言及する。
【００４３】 好ましい実施形態において、本発明は目標核酸を検出する方法を提供する。「
目標核酸」、「目標配列」およぼその文法的均等物は、単鎖核酸上の核酸配列を
意味する。目標配列は、遺伝子の一部、調節配列、ゲノムＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍ
ＲＮＡおよびｒＲＮＡを含むＲＮＡその他であってもよい。配列が長ければ特異
（specific）であることを考えると、如何なる長さでもよい。幾つかの実施形態
では、試料核酸を裂いて（fragment、cleave）１００から１００００の塩基対の
破片にすることが好ましく、ある実施形態では約５００の塩基対の断片が好まし
い。当業者に明らかなように、相補目標配列は多くの形態をとることができる。
例えば、より大きな核酸配列内に含めてもよい。すなわち、遺伝子またはｍＲＮ
Ａの全てまたは一部、プラスミドまたはゲノムＤＮＡの制限断片（restriction
fragment）に含めてもよい。
【００４４】 以下に概説するように、プローブ（プライマーを含む）を作成して、目標配列
にハイブリダイゼーションし、試料中に目標配列の有無を決定する。概して言え
ば、この用語は当業者に理解されるであろう。
【００４５】 また、目標配列は、接近（すなわち連続）または離隔した異なる目標ドメイン
からなっていてもよい。例えば、リゲーション（ligation）鎖反応（ＬＣＲ）技
術を使用するとき、第１プライマーは第１目標ドメインにハイブリダイゼーショ
ンし、第２プライマーは第２目標ドメインにハイブリダイゼーションする。ドメ
インは近接していてもよいし、以下に詳細に説明するようにポリメラーゼとｄＮ
ＴＰの使用と合わせて１または複数のヌクレオチドにより離隔していてもよい。
「第１」および「第２」の用語は、５´−３´方位の目標配列に対してある方位
の配列を授与することを意味しない。例えば、５´−３´方位の相補目標配列を
仮定すると、第１目標ドメインは第２ドメインまで５´、または第２ドメインま
で３´に配置してもよい。
【００４６】 好ましい実施形態では、目標検出物は蛋白質である。当業者に明らかなように
、本発明を使用して検出される可能性のある多数の蛋白質目標検出物がある。こ
こで、「蛋白質」またはその文法的均等物は、蛋白質、オリゴペプチドおよびペ
プチド、誘導体およびアナログ、非自然的に生じるアミノ酸およびアミノ酸アナ
ログを含有する蛋白質、ペプチド様構造を意味する。側鎖は（Ｒ）または（Ｓ）
配置のいずれであってもよい。好ましい実施形態では、アミノ酸は（Ｓ）または
Ｌ配置である。以下に説明するように、蛋白質が結合リガメントとして使用され
るとき、試料汚染物による退化（degradation）を遅延させるのに蛋白質アナロ
グを利用することが望ましい。
【００４７】 適切な蛋白質目標検出物は、以下のものを含むが、これらに限定されるもので
はない。 （１）免疫グロブリン、特にｌｇＥｓ，ｌｇＧｓ，ｌｇＭｓ、特に治療または診
断関連抗体、例えば限定されるものではないがヒトアルブミン抗体、アポリポ蛋
白質（アポリポ蛋白質Ｅを含む）、ヒト絨毛膜刺激ホルモン、コルチゾール、α
−フェトプロテイン、チロキシン、甲状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、抗トロンビ
ン、薬剤抗体（抗エプチレプチック薬（フェニトイン、プリミドン、カーバリエ
ンゼピン、エトサクシミド、バルプロイック酸、フェノバルビトール）、心作用
薬（ジゴキシン、リドカイン、プロカインアミドおよびジソピラミド）、気管支
拡張薬（テオフィリン）、抗生物質（クロラムフェニコール、スルホンアミド）
、抗鬱薬、免疫抑制薬、濫用薬（アンフェタミン、メタンフェタミン、カンナビ
ノイド、コカインおよびアヘン）、任意数のウィルス抗体（オルソミクソウィル
ス、（例えば、インフルエンザウィルス）、パラミクソウィルス（例えば呼吸シ
ンシチウムウィルス、耳下腺炎ウィルス、ミーシエスウィルス）、アデノウィル
ス、ライノウィルス、コロナウィルス、レオウィルス、トガウィルス（例えば風
疹ウィルス）、パルボウィルス、ポックスウィルス（例えば痘瘡ウィルス、痘疹
ウィルス）、腸内ウィルス（例えばポリウィルス、コクサッキーウィルス）、肝
炎ウィルス（Ａ、ＢおよびＣを含む）、ヘルペスウィルス（例えば単純疱疹ウィ
ルス、水痘帯状疱疹ウィルス、巨細胞ウィルス、エプスタイン−バーウィルス）
、ロータウィルス、ノーウォークウィルス、ハンタウィルス、アリーナウィルス
、ラブドウィルス（例えば狂犬病ウィルス）、レトロウィルス（ＨＩＶ，ＨＴＬ
Ｖ−ＩおよびＩＩ）、パポーベウィルス（例えば乳頭腫ウィルス）、ポリオーマ
ウィルス、およびピコルナウィルス等）、およびバクテリア（広範な病原性およ
び非病原性原核生物を含む、バチルス菌；ビブリオ菌，例えばＶ．cholerae；エ
シェリヒア菌，例えば腸毒素原性Ｅ．coli；シゲラ菌，例えばＳ．dysenteriae
；サルモネラ菌、例えばＳ.typhi；ミコバクテリウム，例えばＭ．Tuberculosis
,Ｍ．leprae；クロストリディウム菌例えばＣ．botulinum,Ｃ.tetani,ＣＣ.diff
icile,Ｃ.perfringens；穀物バクテリア，例えばＣ．diphtheriae；連鎖球菌，
例えばＳ．pyogenes,Ｓ．pneumoniae；ぶどう状球菌，例えばＳ．aureus；ヘモ
フィラス菌，例えばＨ．いinfluenzae；ナイセリア菌，例えばＮ．meningitidis
,Ｎ．gonorrhoeae；エルシニア菌，例えばＧ．lamblia，Ｙ．pestis；シュード
モナス菌，例えばＰ．aeruginosa，Ｐ．putida；クラミジア菌，Ｃ．trachomati
s；ボルデテラ菌，例えばＢ．pertussis；トレポネマ菌，例えばＴ．palladium
等）。 （２）酵素（および他の蛋白質）。以下のものを含むがこれに限定されるもので
はない。心臓病の標識薬または治療薬として使用される酵素；クレアチンキナー
ゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アスパラギン酸塩アミノ基転移酵素、トロポニンＴ
、ミオグロビン、フィブリノゲン、コレステロール、トリグリセリド、トロンビ
ン、組織プラスミノゲン活性剤（ｔＰＡ）；アミラーゼ、リパーゼ、キモトリプ
シンおよびトリプシンを含む膵臓病指示薬；コリンエステラーゼ、ビリルビン、
アルカリホスファターゼを含む肝臓機能酵素および蛋白質；アルドラーゼ、前立
腺酸ホスファターゼ、末期デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ、および
ＨＩＶプロテアーゼのようなバクテリアおよびウィルス性酵素。 （３）ホルモンおよびシトキン（これらの多くは細胞受容体用のリガンドとして
役立つ）、例えばエリトロポイエチン（ＥＰＯ）、血栓ポイエチン（ＴＰＯ）、
インターロイキン（ＩＬ−１からＩＬ−１７を含む）、インシュリン、インシュ
リン様発育因子（ＩＧＦ−１から−２を含む）、上皮細胞増殖因子（ＥＧＦ）、
変態発育因子（ＴＧＦ−αおよびＴＧＦ−βを含む）、ヒト成長ホルモン、トラ
ンスフェリン、上皮細胞増殖因子（ＥＧＦ）、低密度リポ蛋白、高密度リポ蛋白
、レプチン、ＶＥＧＦ、ＰＤＧＦ、細毛神経組織栄養因子、プロラクチン、副腎
皮質刺激性ホルモン（ＡＣＴＨ）、カルシトニン、ヒト絨毛膜刺激ホルモン、コ
トリソル（cotrisol）、エストラジオール、濾胞刺激ホルモン（ＦＳＨ）、甲状
腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、レウチンジング（leutinzing）ホルモン（ＬＨ）、
プロゲテロン（progeterone）およびテストステロン。 （４）他の蛋白質（α−フェトプロテイン、癌肺抗原ＣＥＡ、癌マーカー等）。
【００４８】 さらに、抗体が検出される如何なる生体分子も直接検出することができる。す
なわち、ウィルスまたはバクテリア細胞、治療および濫用薬物等は直接検出する
ことができる。
【００４９】 適切な目標検出物は、炭水化物を含み、胸部癌用マーカー（ＣＡ１５−３，Ｃ
Ａ５４９，ＣＡ２７，２９）、ムチン様癌腫関連抗原（ＭＣＡ）、卵巣癌（ＣＡ
１２５）、膵臓癌（ＤＥ−ＰＡＮ−２）、前立腺癌（ＰＳＡ）、ＣＥＡ、および
結腸直腸および膵臓癌（ＣＡ１９，ＣＡ５０，ＣＡ２４２）を含むが、これに限
定されるものではない。
【００５０】 適切な目標検出物は、金属イオン、特に重金属および／または毒性金属であり
、アルミニウム、砒素、カドミウム、セレニウム、コバルト、銅、クロム、鉛、
銀およびニッケルを含むが、これらに限定されるものではない。
【００５１】 これらの目標検出物は、血液、リンパ液、唾液、膣および肛門分泌物、尿、糞
、汗および涙を含む体液、肝臓、脾臓、骨髄、肺、筋肉、脳等を含む固形組織を
含むがこれらに限定されるものではない、任意数の異なる試料タイプに存在して
いてもよい。
【００５２】 したがって、本発明は、固形基板を有する目標検出物を検出するためのデバイ
スを提供する。固形基板は、ここに記載し、また当業者に明らかなように、広範
な材料で、多くの方法で形成することができる。さらに、単一のデバイスは１以
上の基板からなっていてもよい。例えば、別個の「検出」カセットとインターフ
ェースを介して連結する「試料処理」カセットがあってもよい。生の試料を試料
処理カセットに加え、当該試料を操作して検出の準備をする。試料を試料処理カ
セットから取り出して検出カセットに加える。デバイスが適合する追加の機能カ
セット、例えば試料カセットと接触するように設置されてＰＣＲのような反応を
生じさせる加熱要素のようなものがあってもよい。ある場合には、基板の一部を
除去可能であり、例えば、試料カセットは、試料カセット全体が検出装置と接触
しないように、着脱可能な検出カセットを有していてもよい。例えば、米国特許
第５６０３３５１号、ＰＣＴＵＳ９６／１７１１６、および２０００年１２月１
１日に出願された「検出物反応のための多層微流体デバイス」、出願番号ＰＣＴ
／ＵＳ００／３３４９９を参照。これらは参照することで、ここに組み入れる。
【００５３】 固形基板の組成は、デバイスを形成するのに使用される技術、デバイスの使用
、試料の組成、検出すべき検出物、ウェルおよびマイクロチャンネルの大きさ、
電子部品の有無等を含む洋々な因子に依存する。一般に、本発明のデバイスは容
易に滅菌可能でなければならない。
【００５４】 好ましい実施形態では、固形基板は、シリコンウェハーのようなシリコン、二
酸化シリコン、窒化シリコン、ガラスおよび融解シリカ、ガリウム砒素、燐火イ
ンジウム、アルミニウム、セラミック、ポリイミド、石英、プラスチック、樹脂
および、ポリメチルメタクリレート、アクリル酸、ポリエチレン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリカーカーボネート、ポリスチレンおよび他のスチレン共重
合体、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、超合金、ジルカロイ、鋼
、金、銀、銅、タングステン、モリブデン、タンタル、コバール（ＫＯＶＡＲ）
、ケブラー（ＬＥＶＬＡＲ）、カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）、マイラー（ＭＹＬＡ
Ｒ）、真鍮、サファイア等を含むがこれらに限定されない広範な材料から形成す
ることができる。試料操作工程が光ベース技術を必要とするときには、光透過性
のある高融解ホウ珪酸塩や融解シリカのような高品質ガラスが好ましい。さらに
、ここに概説するように、デバイスの内面の一部は、非特異性結合を減少し、生
体適合性や流体抵抗のための結合リガメントの取り付けを許容するために、必要
に応じて様々なコーティングで被覆してもよい。
【００５５】 好ましい実施形態では、固形サポートは、米国特許出願番号第０９／２３５０
８１号、第０９／３３７０８６号、第０９／４６４４９０号、第０９／４９２０
１３号、第０９／４６６３２５号、第０９／４６０２８１号、第０９／４６０２
８３号、第０９／３８７６９１号、第０９／４３８６００号、第０９／５０６１
７８号、第０９／４５８５３４号に概説されているようなセラミック材料からな
り、これらの文献は参照することでその全体をここに組み入れる。この実施形態
では、グリーンシートを積層し、互いに焼結して実質的にモノリシック（monoli
thic）構造を形成したグリーンシート層から作られる。グリーンシートは、ガラ
ス、ガラス−セラミック、セラミック、またはこれらの混合の無機粒子をポリマ
ー結合剤中で分散した複合材料であり、可塑剤や分散剤のような添加剤を含めて
もよい。グリーンシートは、５０から２５０ミクロンの厚さのシートの形態であ
ることが好ましい。セラミック粒子は典型的には酸化アルミニウムや酸化ジルコ
ニウムのような酸化金属である。ガラス−セラミック粒子を含むグリーンシート
の例は、Ｅ．Ｉ．Du Pont de Nemours and Companyから販売されている「
ＡＸ９５１」である。酸化アルミニウム粒子を含むグリーンシートの例は、Ferr
o Corpから販売されている「フェロアルミナ」である。グリーンシートの組成
は特定に用途に合致するような注文仕様であってもよい。グリーンシート層は互
いに積層され、燃焼されて実質的にモノリシック多層構造を形成している。セラ
ミックグリーンシートの製造、処理および適用は、Richard E. Mistier，「テ
ープキャスティング：電子工業の要求にかなう基本プロセス」，Ceramic Bulle
tin，vol．６９、no．６，pp．１０２２−２６（１９９０）や、米国特許第３９
９１０２９号に記載され、これらは参照することでここに組み入れる。
【００５６】 デバイス（図２７−３０にデバイス１００と２００で示す）を製作する方法は
、好ましくは５０から２５０ミクロン厚であるグリーンシートのシートを準備す
ることから始める。グリーンシートのシートは、所望のサイズに切断され、従来
の処理には典型的には６インチ×６インチであるが、より小さなまたはより大き
なデバイスも必要に応じて使用してもよい。各グリーンシート層は種々の技術を
使用してテクスチャー（texture）し、最終多層構造の中に、バイアス（vias）
、溝または空洞のような所望の構造を形成する。
【００５７】 グリーンシート層をテクスチャーするのに種々の技術を使用してもよい。例え
ば、グリーンシート層の一部を穿孔してバイアスや溝を形成してもよい。この操
作は、Pacific Trinetics Corp.のモデルＡＰＳ−８７１８自動穿孔装置のよ
うな従来の多層セラミック穿孔器を使用して行うことができる。材料の一部を穿
孔する代わりに、溝やウェルのような特徴は、所望構造の負像（negative imag
e）を有するエンボスプレートに対してグリーンシートを押し付けることにより
、グリーンシートの表面に打ち出し（emboss）してもよい。また、織り込み（te
xturing）は、Pacific TrineticsのＬＶＳ−３０１２のようなレーザ媒介シス
テムを有するレーザ工具によって行ってもよい。
【００５８】 次に、各織グリーンシート層に、好ましくは厚膜ペーストの形態で、広範な材
料を適用してもよい。例えば、金属含有厚膜ペーストをグリーンシート層に設置
することで、電気的に導通した通路を設けてもよい。厚膜ペーストは典型的には
所望の材料を含むが、それは有機媒体（vehicle）に分散されたパウダーの形態
の金属や誘電体でもよい。またペーストは、スクリーン印刷のような所望のデポ
ジション（deposition）技術に適した粘度を有するように設計される。有機媒体
は、焼結を促進するために、ガラスフリットのような少量のフラックスを含めて
もよい。厚膜技術は、J．D．Provance，「厚膜材料の性能レビュー」，「Insula
tion／Circuits（１９７７年４月）」や、Morton L．Topfer，厚膜マイクロエ
レクトロニクス、製作、設計および適用（１９７７），pp．４１−５９に記載さ
れ、これらは参照することでここに組み入れる。
【００５９】 得られた厚膜の有孔率（porosity）は、厚膜ペーストに存在する有機媒体の量
を調整することで調整することができる。すなわち、厚膜の有孔率は、厚膜ペー
スト中の有機媒体のパーセンテージを増加することで、増加することができる。
同様に、グリーンシート層の有孔率は、有機結合剤の比率を増加することで増加
することができる。厚膜およびグリーンシート層の有孔率を増加する他の方法は
、有機媒体すなわち有機結合内で、有機媒体に溶解しない他の有機相を分散する
ことである。ポリマーミクロスフェアはこの目的のために有利に使用することが
できる。
【００６０】 電気的に導通する通路を加えるために、厚膜ペーストは、典型的には銀、プラ
チナ、パラジウム、金、銅、タングステン、ニッケル、錫、またはこれらの合金
のような金属粒子を含む。適切な銀ペーストの例は、Ｅ．Ｉ．Du Pont de Ne
mours and Companyから販売されている銀導体組成番号７０２５および７７１
３である。
【００６１】 厚膜ペーストは、スクリーン印刷によりグリーンシート層に付与することが好
ましい。スクリーン印刷処理では、厚膜ペーストは、パターンシルクスクリーン
に押しつけて、対応するパターン内のグリーンシート層に設置する。典型的には
、シルクスクリーンパターンは、マスクに露光することで写真的に形成する。こ
のようにして、導電性トレースをグリーンシート層の表面に付与する。グリーン
シート層に存在するバイアスは、厚膜ペーストで満たしてもよい。電気的に導通
する材料を含む厚充填ペーストで満たされた場合、バイアスは層間に電気接続を
与えるのに役立つ。
【００６２】 所望の構造をグリーンシートの各層に形成した後、接着層をグリーンシートの
いずれかの表面に付与する。好ましくは、接着剤は室温接着剤である。このよう
な室温接着剤は、室温すなわち約２０°Ｃのガラス遷移温度を有し、これにより
室温で互いに基板を接合することができる。さらに、化学変化を受け、基板と化
学的に反応し、あるいは基板の成分を溶解するというよりも、室温接着剤は基板
の表面に浸透することで、基板を互いに結合する。時々、このような室温接着剤
は「感圧接着剤」と言及される。適切な室温接着剤は、典型的には、水性乳剤（
emulsion）として供給され、Rohm and Haas，Inc．やAir Products，Inc.か
ら入手可能である。例えば、Air Products，Inc.から「Flexcryl１６５３」と
して販売されている材料がよいことが分かった。
【００６３】 室温接着剤は、従来のコーティング技術によってグリーンシートに塗布しても
よい。コーティングを促進するために、使用されるコーティング技術や出発材料
の装填時の粘性および固形度に依存して、塗布された感圧接着剤を水に希釈する
ことが望ましい。コーティング後、室温接着剤は乾燥することができる。室温接
着剤の膜の乾燥厚さは、１から１０ミクロンの範囲であることが好ましく、厚さ
はグリーンシートの全表面にわたって均一でなければならない。１５ミクロンを
越える膜厚は望ましくない。このような膜厚の接着剤を用いると、多量の有機材
料を除去しなければならないために、焼成中に空隙や層間剥離が生じるおそれが
ある。乾燥時に約０．５ミクロン厚以下の膜は、層間の接着が不十分であるため
、薄すぎる。
【００６４】 従来のコーティング技術のうち、スピンコーティングやスプレーが好ましい方
法である。スピンコーティングを使用する場合、１０グラムの「Flexcryl１６５
３」に対して１グラムの消イオン水を加えることが好ましい。スプレーを使用す
る場合は、スプレーを容易にするために、より高い希釈レベルが好ましい。さら
に、室温接着剤をスプレーするとき、グリーンシートを約６０から７０°Ｃの温
度に上昇させることが好ましい。これにより、材料はグリーンシートに設置した
際に殆ど瞬間的に乾燥する。この瞬間的な乾燥により、接着剤はさらに均一で同
質の膜となる。
【００６５】 室温接着剤をグリーンシート層に塗布した後、当該層を互いに積み重ねて多層
グリーンシート層を形成する。当該層を調整ダイ（alignment die）の中に積み
重ねて、各層構造間の所望のレジストレーションを維持することが好ましい。調
整ダイを使用するとき、調整孔を各グリーンシート層に付加しなければならない
。典型的には、室温接着剤を使用するときには、積み重ね工程だけでもグリーン
シート層を互いに接合するのに十分である。換言すれば、層を互いに接合するの
に圧力は少しでよいし、無くてもよい。しかしながら、層をより強固に接合する
ためには、層は積み重ねた後に互いに積層することが好ましい。
【００６６】 積層工程は、積み重ねた層に圧力を加えることを含む。例えば、従来の積層プ
ロセスでは、積み重ねたグリーンシート層に約１０００から１５００ｐｓｉの一
軸圧力を付与した後、例えば７０°Ｃに昇温して約１０から１５分間、約３００
０から５０００ｐｓｉの均衡圧を付与する。従来の積層工程を使用するときは、
グリーンシート層を互いに接合するのに接着剤を使用する必要はない。
【００６７】 しかしながら、内部または外部の空洞や溝のような構造の範囲にわたって良好
な制御を行うために、２５００ｐｓｉ以下の圧力が好ましい。空洞や溝のような
より長い構造の形成を許容するためには、より低い圧力が好ましい。例えば、２
５００ｐｓｉの積層圧力を使用する場合、正しく形成された内部空洞や溝の大き
さは、典型的には、概略２０ミクロン以下に限定される。したがって、１０００
ｐｓｉ以下の圧力は、このような圧力により約１００ミクロン以上のサイズを有
する構造をある寸法制御手段を用いて形成することができるので、好ましい。３
００ｐｓｉ以下の圧力は、このような圧力により２５０ミクロン以上のサイズを
有する構造をある程度の寸法制御を用いて形成することができるので、好ましい
。１００ｐｓｉ以下の圧力は、ここでは「近ゼロ圧力」と言及するが、多層構造
に形成することができる内部および外部の空洞または溝のサイズに関していくつ
かの限界が存在するので、好ましい。
【００６８】 圧力は、積層工程で一軸プレスにより付与することが好ましい。
【００６９】 代案として、約１００ｐｓｉ以下の圧力を手動で付与してもよい。
【００７０】 半導体デバイスの製作については、各シートに多くのデバイスを介在させても
よい。
【００７１】 したがって、積層後、多層構造を従来のグリーンシートダイシングまたはソー
イング装置を使用して切断し、個々のデバイスに分離してもよい。室温接着剤に
よって与えられる剥離またはせん断抵抗のレベルが高いので、ダイシング工程中
に非常に小さなエッジの層間剥離が発生する。ダイシング後にエッジの回りでい
くつかの層が分離しても、手動で当該エッジに圧力を付与することにより、デバ
イスの残部に害を与えることなく、当該層を容易に再積層することができる。
【００７２】 最終処理工程は、積層された多層グリーンシート構造を「グリーン」状態から
最終の実質的にモノリシックな多層構造を形成するための焼成である。焼成工程
は温度が上昇するにつれて２つの重要な段階で生じる。最初の重要な段階は、約
２５０から５００°Ｃの温度範囲で生じる結合剤バムアウト（bumout）段階であ
り、その間に、グリーンシート層中の結合剤や塗布された厚膜ペースト中の有機
要素のような他の有機材料が当該構造から除去される。
【００７３】 次の重要な段階は高温で起こる焼結段階であり、この段階では、無機粒子が互
いに焼結し、これにより多層構造が緻密になり、実質的にモノリシックになる。
使用する焼結温度は、グリーンシート内に存在する無機粒子の性質に依存する。
多くのタイプのセラミックに対して、適切な焼結温度は約９５０から約１６００
℃の範囲であり、材料に依存する。例えば、酸化アルミニウムを含有するグリー
ンシートに対しては１４００から１６００℃の間の焼結温度が典型的である。窒
化シリコン、窒化アルミニウムおよびシリコンカーバイドのような他のセラミッ
ク材料は、例えば１７００から２２００℃のようなより高い焼結温度を必要とす
る。ガラス−セラミック粒子を有するグリーンシートに対しては、７５０から９
５０℃の範囲の焼結温度が典型的である。ガラス粒子は一般に約３５０から７０
０℃の範囲の焼結温度を必要とする。最後に、金属粒子は、当該金属に依存する
が、５５０から１７００℃の焼結温度を必要とする。
【００７４】 典型的には、デバイスは使用する材料に応じて約４時間から約１２時間または
それ以上の間、焼成する。一般に、焼成は、構造から有機材料を除去し、無機粒
子を完全に焼結するために十分な持続時間を有していなければならない。特に、
ポリマーがグリーンシートや室温接着剤に結合剤として存在する。焼成は、これ
らのポリマーを分解し、多層構造から除去するのに十分な温度と持続時間を有し
ていなければならない。
【００７５】 典型的には、多層構造は焼成工程中に空間の減少をこうむる。結合剤バムアウ
ト段階では、約０．５から１．５％の小さな空間の減少が通常みられる。それよ
り高温では、焼結段階で、約１４から１７％のさらなる空間の減少が典型的にみ
られる。
【００７６】 一方、焼成による空間変化は制御することができる。特に、グリーンシートや
厚膜ペーストのような２つの材料における空間変化を調和（match）させるため
に、（１）粒子サイズと、（２）焼成工程中に除去される結合剤のような有機成
分のパーセンテージを調和するべきである。さらに、この空間変化は正確に調和
させる必要がないが、不調和（mismatch）によりデバイスに内部応力が生じる。
しかし、対称処理、すなわち、デバイスの対向位置に同一の材料または構造を配
置することで、ある程度、収縮した不調和の材料に対する補償をすることができ
る。焼結温度または空間変化における大きな不調和により、デバイスの部分ある
いは全体に欠陥や破損を生じる。例えば、デバイスは個々の層に分離し、または
そらせたり、ゆがめたりしてもよい。
【００７７】 前述したように、グリーンシート層に加えられる非類似の如何なる材料も同時
焼成（co−fire）される。このような非類似材料は厚膜ペーストとして、または
他のグリーンシート層として加えることができ、あるいは製造工程の後に、すな
わち焼結後に加えることができる。同時焼成の利点は、加えた材料をグリーンシ
ート層に焼結して、実質的にモノリシックな微流体デバイスに一体化されること
である。しかしながら、同時焼成可能であるためには、加えられた材料はグリー
ンシート層と調和する焼結温度と空間の変化を有していなければならない。焼結
温度は材料に大いに依存するので、焼結温度を調和するには材料の適切な選択が
必要である。例えば、銀は電気的に導通する通路を適用するのに好ましい材料で
あるが、もしグリーンシート層が１４００から１６００℃の範囲の焼結温度を必
要とするアルミニウム粒子を含んでいる場合、銀の融点（９６１℃）が比較的低
いことにより、プラチナのような他の金属を使用しなければならない。
【００７８】 代案として、他の基板の追加または２つの燒結後部品の接合は、ここで概説し
たような広範な接着技術を使用して行うことができる。例えば、デバイスの２つ
の「半分（half）」は互いに接着または融着することができる。例えば、特定の
検出台（detection platform）や、ヒドロゲルのような試薬混合物、高温で安
定しない生物学的成分を２つの半部間に挟むことができる。代案として、開口溝
やウェルを有するセラミックデバイスを作製し、該デバイスに追加の基板や材料
を設置し、他の材料でシールしてもよい。
【００７９】 特に好ましい基板は、顕微鏡スライドのようなガラスである。
【００８０】 好ましい実施形態では、固体基板は、複数の目標検出物を含む単一試料を取り
扱うように形成される。すなわち、単一試料をデバイスに加え、該試料を等分し
て平行処理し検出物を検出してもよいし、あるいは連続的に処理し、個々の目標
検出物を連続的に検出してもよい。さらに、試料を周期的、またはインラインサ
ンプリングのために異なる位置から除去してもよい。
【００８１】 好ましい実施形態では、個体基板は１または複数の目標検出物を含む複数の試
料を取り扱うように形成されている。一般に、この実施形態では、各試料は個別
に取り扱う。すなわち、操作と分析は並行して行い、それらの間に接触や汚染が
ないことが好ましい。代案として、共通のいくつかの工程があってもよい。例え
ば、異なる試料を別個に処理するが、単一の検出台上で目標検出物の全てを検出
することが望ましい。
【００８２】 さらに、ある実施形態では、基板は、多数のアレイ、特に核酸アレイ１からな
り、これらは複数の反応容量（例えば、接着剤により境界付けられ、可撓層によ
って覆われている）に含まれている。
【００８３】 さらに、ここになされた全ての議論は微小溝とウェルを備えたほぼ平坦な基板
を使用することに向けられているが、他の形状も使用することができる。例えば
、２またはそれ以上の平坦な基板を積み重ねて３次元デバイスを製造することも
でき、それは１つの平面内またはそれらの平面間に流れる微小溝を有する。同様
に、ウェルは２またはそれ以上の基板間にまたがってより大きな空間の試料を許
容することができる。例えば、基板の両側をエッチングして微小溝を形成するこ
とができる。例えば、米国特許第５６０３３５１号および第５６８１４８４号を
参照。これらは参照することでここに組み入れる。
【００８４】 本発明のバイオチップ基板は、アレイ形式で取り付けられた捕獲結合リガンド
（capture binding ligands）を有する。ここで「アレイ」または「バイオチ
ップ」は、複数の捕獲結合リガンド、好ましくはアレイ形式の核酸を意味し、ア
レイのサイズは組成およびアレイの最終使用に依存する。ここでなされる議論の
大部分は、捕獲プローブを備えた核酸アレイの使用に向けられているが、本発明
の範囲を限定することを意味しない。他のタイプの捕獲結合リガンド（蛋白質等
）を使用することができる。ここで「アレイ」は、規則正しい（ordered）空間
的配置、特に固定（immobilized）生物分子または重合固定（anchoring）構造を
いう。「アドレス可能アレイ」は、個々の要素が正確に規定されたＸＹ座標を有
するアレイをいい、これにより特定の位置における所定の要素を識別することが
できる。
【００８５】 核酸アレイは当業者に公知であり、多くの方法で分類することができ、整列（
ordered）アレイ（例えば、別個の位置で化学作用（chemistries）を解明（reso
lve）する能力）とランダムアレイとを含む。整列アレイは、写真石版技術（登
録商標Affymetrix GeneChip）、スポッティング技術（Synteiその他）、印刷技
術（Hewlette Packard and Rosetta）、３次元「ゲルパッド」アレイ等を使
用して行うものを含むが、これらに限定されるものではない。アレイのサイズは
変化させることができる。２から多数の異なる捕獲プローブを有するアレイが作
られると、非常に大きなアレイが可能となる。一般に、アレイは２から１００，
０００からなり、約４００から約１０００が最も好ましく、約１０００が特に好
ましい。アレイは「アドレス可能」なものとして分類することができる。これは
、アレイの個々の要素はｘｙ座標を正確に規定し、これにより所定のアレイ要素
をピンポイントすることができることを意味する。
【００８６】 本発明は、バイオチップ１８を使用してアッセイを行うのに有利に使用される
。当業者で使用されているバイオチップは、生物学的結合対の１つのメンバーか
らなる生体分子のアレイまたはマイクロアレイ、好ましくは整列アレイ、さらに
好ましくは整列およびアドレス可能アレイを含む基板を包含する。典型的には、
このようなアレイは、生物学的試料に存在すると期待される少なくとも１つの配
列に相補するヌクレオチド配列からなるオリゴヌクレオチドアレイである。代案
として、ペプチドまたは他の小さな分子をバイオチップに配列して、免疫分析（
ここで整列分子は抗原である）を行い、あるいは生物学的受容体（ここで、整列
分子は前記受容体のガンド、作用薬または拮抗薬である）を分析することができ
る。これにより、「プローブ」は一般に目標核酸に実質的に相補的である核酸を
いい、また「プローブ」および「生物分子プローブ」は他の生物分子、例えばそ
の結合相手（binding partner）を検出するのに使用される生物分子をいう。
【００８７】 バイオチップの１つの有益な特徴は、生体分子をバイオチップの表面に取り付
ける方法である。従来、このような方法は、複数の反応工程を有し、固体サポー
ト（solid support）それ自身の化学的修飾（chemical modification）が必要
であった。固体サポート上に存在するヒドロゲルのような吸収マトリックス（ad
sorption）を有する実施形態では、生体分子で共有結合を形成することができる
化学的機能を提供するために、ゲルポリマーの化学的修飾が必要である。付着作
用（attachment chemistry）の効率および形成された化学的結合の強度は、マ
イクロアレイの製造および最終的性能に不可欠（critical）である。
【００８８】 重合ヒドロゲルおよびゲルパッドは、生体分子の表面に接着する結合層として
使用される。生体分子は、蛋白質、ペプチド、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレ
オチドおよび大きな核酸断片を含むが、これらに限定されるものではない。オリ
ゴヌクレオチドプローブは、ヒドロゲルの連続層の表面またはゲルパッドのアレ
イに結合してもよい。本発明の装置とともに使用するバイオチップからなるゲル
パッドは、薄シートまたは平板（slab）として都合よく製造され、典型的には、
アクリルアミドモノマーの溶液、メチレンビスアクリアミドのような架橋剤、お
よびＮ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルエチレンジアミド（ＴＥＭＥＤ）のよう
な触媒の溶液と、化学重合用アンモニウム過硫酸塩、または光重合用２，２−ジ
メトキシ−２−フェニル−アセトフェノン（ＤＭＰＡＰ）のような開始剤とを、
スペーサを使用して２つのガラス面（例えば、ガラス板または顕微鏡スライド）
の間に設置し、所望の厚さの重合ゲルを得る。一般に、アクリルアミドモノマー
と架橋剤を、水／グリセロール中で約４−５％のアクリルアミド（１９／１のア
クリルアミド／ビスアクリルアミド比を有する）の溶液内で調製し、僅かな量の
開始剤を加える。この溶液を、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、少なくとも約１５
分、２５４ｎｍ、または他の適切なＵＶ条件、集合的に「光重合」とよぶ）、ま
たは高温（例えば典型的には約４０℃）での熱イニシエーションのいずれかによ
り、重合し架橋する。重合および架橋の後、上のガラススライドを表面から除去
し、ゲルを取り出す。ゲルの孔のサイズ（すなわち「篩特性（sieving propert
y）」）は、架橋剤の量とモノマー溶液中の固形物パーセントを変更することで
制御する。孔のサイズは重合温度を変更することによっても制御することができ
る。
【００８９】 生体分子用の結合層として使用される本発明の重合ヒドロゲルアレイ（すなわ
ちパターンゲル（patterned gel））のポリアクリルアミドの実施形態の製造に
おいて、アクリルアミド溶液は、典型的には、ＵＶ重合／架橋工程中にマスクを
介してイメージ（image）する。上のガラススライドを重合後に取り除き、未重
合モノマーを水で洗い流し（現像し）、ポリアクリルアミドヒドロゲルの細微な
特徴パターンを残し、これを架橋ポリアクリルアミドヒドロゲルパッドを製造す
るのに使用する。さらに、半導体工業で知られている石版技術を適用する場合、
ポリアクリルアミドヒドロゲルの表面上の個々の位置に光を照射し、これらの特
定位置を活性化し、オリゴヌクレオチド、抗体、抗原、ホルモン、ホルモン受容
体、リガンドまたは多糖類を固形サポート（例えば、国際出願公開第ＷＯ９１／
０７０８７参照。これは参照することでここに組み入れる。）の表面（例えばポ
リアクリルアミドヒドロゲル表面）に付着させる。
【００９０】 ポリアクリルアミドを使用するヒドロゲル基アレイには、（オリゴヌクレオチ
ドのような）生体分子は、生体分子と同属化学基からなる派生ポリマー（deriva
tized polymer）との間にアミド、エステル、または二硫化結合剤を形成するこ
とによって、電子対を共有して（covalently）付着させる。生体分子のポリマー
への共有付着は、通常、ポリマーの重合化および化学架橋が完了した後に行う。
【００９１】 代案として、５´−最終アクリルアミド修飾を支持するオリゴヌクレオチドを
使用することができる。それは、アクリルアミドモノマーと有効に共重合して、
ＤＮＡ−含有ポリアクリルアミド共重合を形成する（Rehmanら、１９９９，Nucl
eic Acids Research２７：６４９−６５５）。この試みを使用して、安定プロ
ーブ含有層を、露出したアクリル基を有するサポート（例えばマイクロチター（
microtiter）プレートやシラナイズド（silanized）ガラス）上に製作すること
ができる。この試みは、市販の「Acrydite（登録商標）」捕獲プローブ（メリー
ランド州ボストンにあるMosaic Technologiesから入手できる）を利用する。Ac
ryditeの部分（moiety）は、アクリルアミドと遊離基共重合が可能なエチレン基
を有するフォスポルアミダイト（phosporamidite）であり、標準ＤＮＡシンセサ
イザーで、オリゴヌクレオチドプローブの５´ターミナル（terminus）で共重合
基を導入するのに使用することができる。
【００９２】 図１を参照すると、バイオチップからなるハイブリダイゼーション室１０を提
供し、該ハイブリダイゼーション室１０は、第１面１２と該第１面１２に対向す
る第２面１３を有する基板１１と、接着層１５によって第１基板面１２に取り付
けられた可撓層１６とからなっている。第１面１２には、領域１４が接着層１５
によって結合され、可撓層１６によって被覆されている。可撓層１６、接着層１
５および第１基板面１２は、反応空間（volume）２５を規定している（ここでは
ときどき反応室と言及する）。領域１４に対する空間２５の比は、好ましくは、
約０．０２５ｍＬ／ｍｍ２から約０．２５ｍＬ／ｍｍ２、好ましくは約０．１ｍ
Ｌ／ｍｍ２から約０．２５ｍＬ／ｍｍ２、さらに好ましくは約０．１ｍＬ／ｍｍ ２ から約０．２ｍＬ／ｍｍ２である。
【００９３】 本発明は基板、接着剤および可撓層によって規定される反応空間を含むが、当
業者に明らかなように、反応空間を形成することができる様々な方法がある。例
えば、室の「壁」を形成するのに役立つ（例えばガスケットの形態の）接着剤を
有するよりも、基板それ自身がこれらの壁を構成するように形成してもよい。当
業者に明らかなように、他の様々な形態も可能である。
【００９４】 図３に示すように、領域１４の可撓層１６と第１基板面１２の間には、複数の
生体分子が配設されている。好ましい実施形態では、複数の生体分子は、生体分
子のアレイ１７からなり、該アレイは好ましくは第１基板面１２に付着している
。アレイ１７はさらにゲルパッド２２を有するのが好ましい。代案の好ましい実
施形態では、アレイ１７はポリアクリルアミドの連続層に設置されている。図２
は、アレイ１７の一部の分解断面図であり、ゲルパッド２２を示す。各ゲル構造
２２は好ましくは円柱形で、さらに好ましくは約１１３ミクロンの径と、約２５
ミクロンの厚さを有する。各アレイ１７内の各部位間の距離は、好ましくは約３
００ミクロンである。
【００９５】 オプションである水溶性化合物層２８は、第１温度例えば室温または保管温度
で固体または高粘度を有し、第２のより高い温度で液体またはさらに粘性がある
。合成物を利用する好ましい実施形態は、約３０から約６０℃、好ましくは約３
５から約５０℃、さらに好ましくは約３５から約４５℃の融点を有するが、第１
基板面１２、可撓層１６および接着層１５によって境界づけられた空間２５に配
置されている。好ましくは、水溶性化合物は生物学的適合性であり、可撓層１６
に付着せず、ゲルパッド２２への機械的損傷を防止するのに役立つ。この化合物
は、任意数の材料からなるが、グリコールポリマーのようなポリマー、デキスト
ラン、糖および他の炭水化物が好ましい。好ましい実施形態では、化合物は、ポ
リエチレングリコール、好ましくはポリエチレングリコール６００である。化合
物２８は、全空間２５がアレイ１７によって占有されている部分を除き化合物２
８からなるように設置されている。
【００９６】 アレイ１７は、マーキングを設けることによって面１２に配置することができ
る。マーキングは、好ましくは面１２に設けたホールまたはピットであるが、ア
レイ１７を正確に配置するための面１２上の基準点または参照点として作用する
。前記基準点の存在は、面１２上の１または複数の領域１４に複数のアレイ１７
を有する実施形態において特に有利である。ここで、前記アレイの正確な設置は
、ハイブリダイゼーション室にアレイを適切に配置し方位するのに必要である。
【００９７】 好ましい実施形態では、第１ポート１９と第２ポート２０が、図７に示すよう
に、可撓層１６を貫通して延びているが、ある実施形態では、入口と出口の両方
を兼用する単一のポートだけがある。第１ポート１９は、入力ポートとして作用
し、第１開口２９が第１面１２に接着層１５によって境界づけられた領域１４（
反応室）に設けられるように、可撓層１６に配置されている。第２ポート２０は
、出口ポートとして作用し、第１開口３１が第１面１２上の接着層１５によって
境界づけられる領域１４内で開口するように、可撓層１６に設けられている。
【００９８】 入力および出力ポート１９および２０は、プラスチックピペット、好ましくは
１０μＬピペットチップ、または２００μＬピペットチップを受け入れるように
形成されている。好ましい実施形態では、入力および出力ポート１９および２０
は、図４に示すように、円錐台の形状であり、ここで小径を有する円錐の端部は
、それぞれ各ポート２０および３１の第１開口を形成し、大径を有する円錐の端
部は、それぞれ各ポート３０および３２の第２開口を形成する。この形状は、ピ
ペットチップとポートの間のシールを形成し、オペレータの正確性のためのポー
トの可視性を向上し、空間２５内へのピペットの突出を防止し、これによりその
中の要素特に可撓性のあるガス浸透層１６の潜在的損傷を防止する。これらの実
施形態では、各ポートは、約１．０ｍｍから約２．０ｍｍの第２基板面１３上の
径を有し、約０．３ｍｍから約０．６ｍｍの第１基板１２上の径を有するのが好
ましい。ポート１９および２０の円錐壁は、第２基板面１３と角度５４を形成し
、それは９０°以下が好ましい。さらに好ましくは、角度５４は、生物試料流体
２６の接触角５５以下またはそれに等しい。さらに好ましくは、角度５４は、ポ
ート内の流体の表面が平坦であるような接触角５５に等しい。この幾何学的配置
は、漏出しそうにないポートを提供するが、そのかわり空間２５に流体を運び、
これにより第２基板面１３は、取り替え可能なカバー２１が当てられたときに乾
燥する。
【００９９】 ポート１９と２０の開口は、着脱可能なカバー２１によって覆うようにしても
よい。好ましい実施形態では、取り換え可能なカバー２１は、ストッパー、ガス
ケット、テープであり、好ましくは箔テープである。
【０１００】 これらの好ましい実施形態では、１または複数の第１ノッチ７０は、該第１ノ
ッチ７０が第１接着層１５によって境界づけられた第１基板面１２上の領域１４
と直接連通するように、第１接着層１５に切り込まれている。第２ノッチ７２は
、接着層１５の第１ノッチ７０のサイズと位置に対応する位置において、可撓層
１６に切り込まれ、これにより１または複数のポートを形成する。特に好ましい
実施形態では、接着層７４のリングは各第２ノッチ７２の周囲に配置される。こ
れにより、接着リング７４の内周は第２ノッチ７２の外周と同一の広がり（coex
tensive）を有する。好ましくは、第１ノッチ７０と第２ノッチ７２は、形状が
円で、接着リング７４の内径と等しい径を有する。好ましくは、接着リング７４
の内径および外径は、ピペットの先端と密着シールを形成するように選択される
。代案の好ましい実施形態では、第２接着層７６は、第１基板面１２上の涼気１
４を覆わずに、かつ、第１ポート１９と第２ポート２０を規定しないように、可
撓層１６の一部に配置されている。この実施形態では、装置はさらに第１接着層
１５と同じ方法でダイカットされて窓５８を形成するように、標識層５７を有す
る。窓は、第１基板面１２上の領域１４に位置が対応し、第２接着層７６に適用
される。この実施形態では、１または複数の第３ノッチ７８が第２接着層７６に
切り込まれ、これにより第３ノッチ７８は形状、サイズおよび位置において第１
ノッチ７０と第２ノッチ７２に対応する。第４ノッチ８０は、第１ノッチ７０、
第２ノッチ７２、第３ノッチ７８に対応する形状と位置を有するが、標識層５７
に切り込まれている。第４ノッチ８０の径は、第１ノッチ７０、第２ノッチ７２
、第３ノッチ７８の径より大きいことが好ましく、これにより、装置が組み立て
られた後に第２接着層７６の一部が第４ノッチ８０によって露光される。好まし
くは、第２接着層７６の露光位置はピペットの形状とサイズに相当する。
【０１０１】 本発明の代案の実施形態では、第１ポート１９と第２ポート２０は、可撓層１
６よりもむしろ、基板１１を貫通して延びている。図示した実施形態は、共有に
かかる同時継続の特許出願第０９／４６４４９０号に記載され、それは参照する
ことでここに組み入れる。本発明の好ましい実施形態では、第１基板面１２上の
領域１４は、該領域１４の対角方向に対向するコーナーに体格２つの丸いエッジ
を備えるとともに、領域１４の残りの対角方向に対向するコーナーで２つの９０
°の角度を備えている正方形または矩形である。好ましくは、第１ポート１９ま
たは第２ポート２０が可撓層１６を貫通して延びるとき、第１接着層１５の第１
ノッチ７０は、図７に示すように、領域１４の先鋭なエッジで切り込まれている
。これらの実施形態は、コーナーを排除した結合構造からなるので特に好まれ、
領域１４に気泡の形成を防止することで有益である。
【０１０２】 基板１１は、任意の固形サポート物質から製作されるが、その物資は、金属、
セラミックおよびガラスを含むが、これらに限定されるものではない。好ましく
は、基板１１は、シリコンまたはガラス（正確と剛性のため）、成形プラスチッ
ク（製造コストと熱慣性を減少する）、またはセラミック（一体加熱要素をフィ
組む微小流体要素のため）から作製されている。好ましくは、基板はガラスであ
る。
【０１０３】 接着層１５は、基板１１と可撓層１６の間に水密結合を行うのに適した接着剤
を使用する。該接着剤は、高温アクリル樹脂、ゴム基接着剤およびシリコン基接
着剤を含むが、これに限定されるものではない。接着層１５の形状はアレイ１７
を含むように形成する。接着層１５は、所望の形状に領域１４を形成するパター
ンで第１基板面１２に設置することができるが、好ましくは長円領域１４である
。接着層１５はインクジェット印刷やオフセット印刷法を使用して、あるいは接
着剤のシートから所望の形状をダイカッティングして設置することができる。さ
らに、第１基板面１２のほぼ全体部分を接着剤で被覆し、接着剤を保持すること
を望まない基板の部分は例えば紫外線硬化により硬化させることができる。これ
らの実施形態では、接着特性を保有する部分はマスクを使用して規定し、可撓層
１６を面１２に付着させるのに必要な接着特性を保持する。ダイカット接着剤を
使用する実施形態では、接着剤は両面接着テープ、好ましくはキャリアのない両
面接着テープである。接着層１５は、１から１００μｍ厚、好ましくは２５から
５０μｍ厚、さらに好ましくは約５０μｍ厚の層に設置することが好ましい。
【０１０４】 可撓層１６は可撓性のある任意の固体物質で形成する。個体物質は、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン（サラン（商標）ラップとして販売
されている）を含むプラスチック、シリコンゴムを含むゴム、高温ポリエステル
、および多孔テフロン（商標）を含むが、これらに限定されるものではない。可
撓層１６は、好ましくは変形可能でかつ生物学的適合性を有し、可撓層と基板の
間に含まれる基板から水が蒸発するのを防止するために、液体に対して低浸透性
を有することが好ましい。すなわち、好ましい実施形態は、ガスに対して浸透性
を有するが、液体に対して非浸透性または実質的に非浸透性を有する可撓層を使
用した。可撓層１６はまた、光学的に透明（clear）であることが好ましく、８
から１２時間、収縮することなく５０から９５℃の温度に耐えることができなけ
ればならない。可撓層１６は、約５ｍｍ２から約１４００ｍｍ２、好ましくは約
５ｍｍ２から約６００ｍｍ２、さらに好ましくは約１００ｍｍ２から約６００ｍ
ｍ２の領域を被覆するのが好ましい。
【０１０５】 好ましい実施形態では、可撓層はガス浸透膜である。さらに好ましくは、可撓
性ガス浸透層１６は、試料流体２６の表面張力により試料流体が膜の孔を通過す
るのを防止し、ガス分子が可撓性のあるガス浸透層を通過するのを許容するよう
な物理的、化学的および機械的特性を有するように選択される。可撓性のあるガ
ス浸透層１６は、０．２と３．０μｍの間、好ましくは０．２と１μｍの間、さ
らに好ましくは約０．２μｍである。可撓性のあるガス浸透層１６は、また半透
明であることが好ましく、８から１２時間の間、収縮することなく、５０℃と９
５℃の間の温度に耐えることができなければならない。好ましい実施形態では、
可撓性のあるガス浸透層は、多孔テフロン（登録商標）である。このような特徴
を有する膜は、ポールスペシャルティマテリアルから入手可能である。
【０１０６】 好ましい実施形態では、図５に示すように、本発明は標識層５７を有する。標
識層５７は、接着剤と同様にダイカットして、第１基板面１２上の領域１４に対
応する窓５８を形成する。標識層は、接着層を有する厚膜、好ましくはAveryレ
ーザラベルが好ましい。標識層は好ましくは真空ラミネーションによって可撓層
の外面に付与する。領域１４は、標識層５７の窓５８から視認可能であることが
好ましい。
【０１０７】 好ましい実施形態では、本発明はさらに、可撓性のあるガス浸透層を通る拡散
を促進する手段を備えており、ここではこれを「ガス拡散加速器」と言及する。
ガス拡散加速器は、該加速器が無い場合の拡散速度に比べて、可撓層を横切って
反応層からガス気泡の拡散速度を増加するのに使用される。ガス拡散加速器は、
様々な形態を採ることができるが、好ましくは、反応質からガス気泡を除去する
ために、可撓性のあるガス浸透層、または存在するのであれば標識層に着脱可能
に取り付けられる。ガス拡散加速器は、可撓性のあるガス浸透層１６を横切る圧
力勾配または濃度勾配を形成し、これにより可撓性のあるガス浸透層２６を横切
る空間２５内に含まれる試料流体２６からのガス分子の拡散速度を増加する。ガ
ス拡散加速器の好ましい実施形態は、可撓性のあるガス浸透層１６を横切る圧力
勾配を形成するが、図１４に示されている。この実施形態では、真空源７０が可
撓性のある浸透層１６に着脱可能に取り付けられている。好ましい実施形態では
、真空源７０は、真空ポンプ７１と、領域１４を完全に包囲して可撓性のある浸
透層１６に着脱可能に取り付けられている室シール７２と、真空ポンプ７１をレ
ジューサ７２に接続する所定長さのプラスチックチューブ配管７３とからなって
いる。室シールは吸引カップや、レジューサ、その他類似した化学的および機械
的特性を有する構造であってもよい。最も好ましくは、プラスチックチューブ配
管はポリウレタンチューブ配管である。最も好ましくは、室シールはポリビニリ
デンフッ化物（エルフアトケムノースアメリカによりＫｙｎａｒ（登録商標）の
名で販売されている。）で作成される。膜を横切る濃度勾配を形成する拡散促進
手段も好ましい。濃度勾配は、例えば、可撓性のあるガス浸透層１６を横切る不
活性ガスの流れを与えることにより形成され、ここで、不活性ガスの分子は大き
過ぎて可撓性のあるガス浸透層１６を通過することができないが、空間２５内に
含まれるガスは可撓性のあるガス浸透層１６を自由に通過する。当業者であれば
、選択した試料流体２６に適する可撓性のあるガス浸透層１６とガス拡散加速器
の特性を選択することができるであろう。
【０１０８】 第１基板面１２上の領域に含まれるアレイ１７は、オプションとして、水溶性
化合物２８で被覆される。この水溶性化合物２８は、使用する前にバイオチップ
を保護し封止するとともに、アレイの退化その他の損傷を防止する。約３０℃か
ら約６０℃、好ましくは約３５℃から約５０℃、さらに好ましくは約３５℃から
約４５℃の融点を有する水溶性化合物２８は、アレイ１７と可撓層１６の間の空
間２５を満たすのに有利に使用される。好ましくは、この化合物は、ポリエチレ
ングリコール、好ましくはポリエチレングリコール６００である。本発明のハイ
ブリダイゼーション室１０の特に好ましい特徴は、水溶性化合物２８が空間２５
の全体を満たし、好ましくは少なくとも入力ポート１９の一部を満たすことであ
る。これにより、空間２５に気泡が形成されるのが防止される。なぜなら、化合
物２８がまず溶融し、ローラ４０を使用して、ハイブリダイゼーション流体２６
中に気泡を生じることなく、試料流体２６と混合するからである。反応空間２５
に気泡がないことにより、目標分析物とプローブの間のハイブリダイゼーション
のような相互作用がこのような気泡からの干渉なしに、生物学的結合反応の効率
が向上される。さらに、スキャナー３６または光パイプ３７により検出される人
為的信号が最小化される。
【０１０９】 ポートまたはホールは、ガラス基板の実施形態ではダイヤモンドドリルにより
、プラスチック基板の実施形態では打ち抜きまたは成形により、あるいはここの
概説するセラミック調製技術を使用して、基板１１に形成することができる。こ
れは、例えば第１ポート１９および第２ポート２０が単一操作で形成される基板
を形成することで、ハイブリダイゼーション室の寸法の標準化を促進する。基板
１１と着脱可能なカバー２１は、ストリップまたは大シートとして設置すること
ができ、転がせて気泡の閉じ込みを防止することができる。可撓層１６は、空気
の閉じ込みを防止するために真空ラミネーションを適用することができ、あるい
は接着層１５と水溶性化合物２８を処理した後に、基板１１上に液体プラスチッ
クをスピニングしたり流動させ、続いて可撓層を硬化させることで設置すること
ができる。個々のハイブリダイゼーション室１０は、例えば図６に示すようなダ
イヤモンドソーを使用して積層して形成することができる。
【０１１０】 図６は、ハイブリダイゼーション室１０を製作するための好ましい配置を示す
。ここで、可撓層１６、接着層１５、アンカット基板１１および取り外し可能な
カバー２１からなる交互層が設置され、ハイブリダイゼーション室は例えばダイ
ヤモンドソーや任意の製作工具を用いて積層層を切断することで製造される。シ
ール空間２５は、切断工程中に生じるくずからアレイを保護する。
【０１１１】 本発明のハイブリダイゼーション室１０の代案の実施形態は、可撓層１６の下
の複数の領域１４に規定された複数のアレイ１７を包含する。各領域はアレイ１
７を有し、第１ポート１９とオプションとして第２ポート２０を供給されている
。これらの実施形態では、接着層１５は各領域１４を規定するパターンで第１基
板面１２上に設置され、可撓層１６は前記面上の領域１４を包含するように接着
層１５に当接されている。
【０１１２】 本発明のある実施形態では、アレイ１７またはここに記載したような複数のア
レイ１７を含むハイブリダイゼーション室１０が製造される。ここで、１または
複数の目標分子からなるハイブリダイゼーション流体２６の添加により、使用の
準備ができたハイブリダイゼーション室が提供される。代案の実施形態では、ハ
イブリダイゼーション室１０は、アレイ１７なしに製造され、ユーザがそのアレ
イ１７を挿入できるようにする。これらの実施形態では、可撓層１６の少なくと
も１つのエッジは、アレイガス拡散加速器１７が挿入されるまで、第１基板面１
２に接着されていない。
【０１１３】 本発明のハイブリダイゼーション室または反応室１０の使用においては、好ま
しくは目標核酸を含む生物学的試料からなるある量の試料流体２６を第１ポート
１９を介して反応室に添加する。ハイブリダイゼーション流体２６をハイブリダ
イゼーション室に適用する前に、空間２５を水溶性化合物２８の融点より高いま
たは等しい温度まで加熱するのが好ましい。溶融すると、ハイブリダイゼーショ
ン流体２６をハイブリダイゼーション室に添加し、図１８に示すような水溶性化
合物と混合することができる。水溶性化合物２８は室内のハイブリダイゼーショ
ンに影響を及ぼさないのが好ましい。さらにある量の化合物２８は、該化合物２
８が試料流体２６と混合したときにハイブリダイゼーション効率が改良されるよ
うに、選択する。
【０１１４】 第２ポート２０ではなく第１ポート１９を有するハイブリダイゼーション室の
実施形態では、化合物２８が溶融した後にハイブリダイゼーション流体をハイブ
リダイゼーション室に導入し、ハイブリダイゼーション流体を好ましくはピペッ
トを使用してハイブリダイゼーション室の内外に循環させるのが好ましい。これ
により、ハイブリダイゼーション流体２６と化合物２８が完全に混合してハイブ
リダイゼーション流体２６がアレイ１７の面上で均一に分布し、あるいは前記ア
レイのある実施形態からなるゲルパッド２２に混合する。代案として、以下に詳
細に説明するように可撓層１６を物理的に操作することによって、ハイブリダイ
ゼーション流体２６をアレイ１７の面上に均一に分布させ、またはゲルパッド２
２に混合させる。これらの実施形態では、ハイブリダイゼーションが完了した後
、図９に示すように、ハイブリダイゼーション流体２６を除去し、好ましくはピ
ペットを使用して十分な量の洗浄液２７をハイブリダイゼーション室の内外に循
環させることにより、アレイ１７を洗浄する。
【０１１５】 第１ポート１９と第２ポート２０の両方からなるハイブリダイゼーション室の
実施形態では、化合物２８が溶融した後、ハイブリダイゼーション流体をハイブ
リダイゼーション室に導入し、好ましくは少なくとも１つのピペットを使用して
ハイブリダイゼーション流体をハイブリダイゼーション室の内外に循環させるの
が好ましい。これにより、ハイブリダイゼーション流体２６と化合物２８が完全
に混合してハイブリダイゼーション流体２６がアレイ１７の面上で均一に分布し
、あるいは前記バイオチップのある実施形態からなるゲルパッド２２に混合する
。次に、ハイブリダイゼーションを達成するのに十分な時間と温度でハイブリダ
イゼーション室を培養（incubate）することにより、ハイブリダイゼーションを
行う。ハイブリダイゼーションが完了すると、出口ポート２０を介してハイブリ
ダイゼーション流体２６を除去し、十分な量の洗浄液を付与し好ましくはピペッ
トを使用してハイブリダイゼーション室の内外に循環させることで、バイオチッ
プを洗浄する。これらの実施形態では、洗浄液を入力ポートを介して付与し、出
口ポートを介して除去することで、洗浄液を連続的に供給することができる。あ
る実施形態では、ハイブリダイゼーションされたアレイを含むバイオチップを、
ハイブリダイゼーション室から除去して成長（development）させ，必要に応じ
てさらに操作する。好ましい実施形態では、ハイブリダイゼーションアレイを含
むバイオチップを以下に説明するようにもとの場所（in situ）で分析する。
【０１１６】 反応を開始する前に、反応装置１０を真空源７０を使用して脱ガスする。好ま
しくは、１３から２７ｋＰａ（１００から２００torr）、好ましくは１３から２
０ｋＰａ（１００から１５０torr）、さらに好ましくは約１３（１００torr）の
真空を付与する。好ましくは、真空は１０秒から２分間、好ましくは１０秒から
１分間、さらに好ましくは１０秒から３０秒、付与する。次に、真空源７０は、
可撓性のあるガス浸透層１６から取り外し、空間２５を視覚的に検査して、ガス
気泡の存在を確認する。
【０１１７】 図１Ｂは、さらに加熱要素３３を有する本発明のハイブリダイゼーション室１
０の有利な実施形態を示す。加熱要素３３はさらに可撓層１６の下の領域１４を
ほぼ覆うようにハイブリダイゼーション室１０の形状に適合した加熱面３４を有
する。加熱要素３３は、如何なる加熱手段でもよく、抵抗ヒータ、熱電気ヒータ
、マイクロ波吸収ヒータを含むが、これらに限定されるものではない。
【０１１８】 本発明のハイブリダイゼーション室１０は、該ハイブリダイゼーション室１０
のハイブリダイゼーション流体２６の温度を測定する熱伝対３５または他の温度
検出または測定要素を有するのが有利である。これらの温度検出要素は、ハイブ
リダイゼーション流体２６と洗浄溶液２７の温度を制御するように加熱要素３３
と結合するのが有利であり、以下に説明する温度に敏感な走査デバイス３６のよ
うな他の要素を更正するのに使用することができる。
【０１１９】 本発明のある実施形態では、ハイブリダイゼーションが生じるバイオチップ１
８の部位で可視光を反射する染料や他の材料を生成することで、塩基性（positi
ve）ハイブリダイゼーションを可視的に検出することができる。これらの実施形
態では、染料や他の材料は、染料の生成を引き起こす酵素に結合した抗体のよう
な例えばハイブリダイゼーション特定免疫試薬を使用して、酵素により生成する
ことが好ましい。可視的検査は、塩基性ハイブリダイゼーションの部位を検出す
るのに使用することができる。さらに好ましくは、ハイブリダイゼーションアレ
イを含むバイオチップを以下に説明するスキャナ３６を使用して走査することが
好ましい。
【０１２０】 バイオチップ１８上の塩基性ハイブリダイゼーションは、生物学的試料内の標
識目標分子を使用する蛍光によって、またはハイブリダイゼーションされた二本
鎖ＤＮＡ分子により結合されて特定波長の光で照明されたときに蛍光を発する介
入染料（intercalating dye）をハイブリダイゼーション液体中に含めることに
よって、検出することが好ましい。適切な介入染料は、臭化エチジウム、ヘキス
トＤＡＰＩ、アレクサフルオロ染料（Alexa Fluor dye）を含むが、これらに
限定されるものはない。適切な蛍光標識は、フルオレセイン、ローダミン、プロ
ピディウムヨー化物、Ｃｙ３およびＣｙ５（Amersham）を含むが、これらに限定
されるものではない。これらは、標識オリゴヌクレオチドプライマーを使用して
、目標分子例えば生体外増殖断片に組み込むことができる。
【０１２１】 図１０Ａ−１０Ｃは、スキャナー３６を有する本発明の実施形態を示す。この
スキャナー３６は、可撓層１６の上（または下）に配置され、連続的に領域１４
とその上に配置されたアレイ１７を照明しながら、領域１４の一端から他端に移
動する。ハイブリダイゼーションされたアレイの分析前に、全ての流体を空間２
５から除去し、これにより可撓層１６はアレイ１７と接触する。スキャナー３６
は、好ましくは短波長光、さらに好ましくは２５０ｎｍから６００ｎｍの波長を
有する光で蛍光染料を励起する。スキャナー３６は特定領域からの放射光を収集
する。放射光の量は、領域内に存在する蛍光染料の量、すなわち標識目標の量を
決定するのに使用する。
【０１２２】 スキャナーと走査デバイス３６の特定の実施形態を図１１Ａから１１Ｅに示す
。ハイブリダイゼーション室１０の特に有利な特徴は、可撓層１６がスペクトル
の紫外および可視部の光を含む適切な波長光に対して半透明であることである。
ハイブリダイゼーション室１０のさらに有利な特徴は、ハイブリダイゼーション
流体２６または洗浄流体２７がハイブリダイゼーション室１０から除去された後
に、非常に薄い可撓層１６が直ちにバイオチップ１８と近接し接触することであ
る。この特徴の組合せは、スキャナーからの照明の自由表面反射、内部反射、照
明光の分散または散乱を減少し排除し、これによりアレイ１７を照明する入射光
を最適化される。この配置は、高研磨でかつ低散乱の面や複雑で高価なレンズが
不用であり、さらに複雑な光学検出器における焦点および深度に関する問題を排
除することができるので、既存の装置より経済的である。
【０１２３】 他の実施形態では、導波管３７は可撓層１６の面と接触し、該可撓層１６は直
ちに、図１１Ｂに示すように、アレイ１７の面に近接し接触する。これらの実施
形態では、照明光および放射光は導波管３７によって伝播され収集される。導波
管は、可撓層１６の輪郭面に適合するように、わずかに可撓性を有するように設
計されている。導波管３７は可撓層１６と接触し、該可撓層１６はアレイ１７と
接触し、これによりアレイ１７および導波管３７が種々の高さで配置されている
状況においても表面反射なく接触する。導波管３７はアレイ１７より大きな表面
積を有する。これにより、最大量の照明光がアレイ１７に供給され、該アレイ１
７から放射される最大量の光が導波管３７によって収集される。導波管３７のさ
らなる利点は、ハイブリダイゼーション流体２６または洗浄緩衝剤２７の中に形
成される気泡を検出することができ、その検出結果を、ローラ４０が可撓層１６
をアドレスしてそのような気泡を除去する信号として使用することができる。ハ
イブリダイゼーション流体２６または洗浄緩衝剤２７中の気泡を除去することに
より、非特定結合（non−specific binding）やスキャナー３６によって検出さ
れる人為的信号の頻度を減少する。
【０１２４】 本発明の追加の実施形態では、接着層１５によって規定される領域１４は、反
射層３８をさらに有する。この反射層は、領域１４の全体をほぼ被覆し、アレイ
１７と第１基板面１２の間に配置されている。好ましい実施形態では、反射層３
８は、アルミニウム、金、銀、またはプラチナからなる。これらの実施形態では
、反射した光信号、またはスキャナー３８の光検出部に移送した光信号は、４重
（four−fold）まで増加する。本発明のさらなる有利な実施形態では、反射層３
８は、金属膜抵抗またはＲＦ誘導加熱である。これらの実施形態では、反射層３
８は、追加の加熱要素３３を必要とすることなくスライドを加熱することができ
る。これは本発明のハイブリダイゼーション室１０の携帯型の実施形態において
特に望ましい特徴である。
【０１２５】 もし必要なら、反射層３８の上に不動態層３９を設けることができる。不動態
層２９は蒸着によって設けられる数ミクロン厚のパリレン層であることが好まし
い。これらの実施形態では、必要な照明量、すなわち、スキャナー３６を操作す
るのに必要な電力量は減少する。これは、携帯型デバイスのようなバッテリー駆
動型の実施形態にはバッテリー寿命を向上するのに特に適している。さらに、不
動態層３９は、異物（obscuring objects）による光放出データ中の人為的信号
を減少する。
【０１２６】 ハイブリダイゼーション室１０は、可撓層１６と取り外し可能に接触するロー
ラ４０を設けることが好ましい。このローラ４０は、第１基板面１２上の領域１
４を長手方向に横切って移動することができる。好ましい実施形態では、ローラ
４０の表面は、当該ローラが領域１４とアレイ１７を横切ってハイブリダイゼー
ション流体と洗浄液を有効に混合させることができる織地パターン４１、好まし
くは螺旋パターンからなる。ローラは、必要に応じて試料流体と洗浄溶液を混合
するために、室の表面を横切って長手方向に移動することができる。ローラ４０
（重ねて言うが、模様（patterned）をつけられたローラが好ましい）とハイブ
リダイゼーション室１０の１つの有利な配置は、図１１Ｅに示されている。図に
示すように、ローラ４０は可動アーム４２に有利に接続することができる。可動
アーム４２は、第１位置にある時にローラ４０が可撓層１６と接触するように配
置することができ、また可撓層１６と接触しない第２位置に移動することができ
る。好ましくは、可動アーム４２は、回動点４４を有し、該回動点４４の回りの
移動はソレノイドによって制御するのが好ましい。ハイブリダイゼーション室１
０と接離するローラの移動に加えて、ローラ４０若しくはハイブリダイゼーショ
ン室１０、またはそれらの両方は、長手方向に移動可能である。これにより、ロ
ーラ４０は、アレイ１７を含む領域１４内で可撓層１６、接着層１５および第１
基板面１２によって境界づけられた空間２５内のハイブリダイゼーション流体２
６または洗浄液２７を混合させることができる。複数のアレイ１７を有する複数
の領域１４からなる実施形態では、ローラ４０は複数の各領域１４を長手方向に
横切るように配置され、アレイ１７を含むいずれかの空間２５内でハイブリダイ
ゼーション流体２６または洗浄液２７を混合させることができる。
【０１２７】 追加の実施形態では、図１２Ａから図１２Ｃに示すように、ポート４６を有す
る試料調製チップ４５をハイブリダイゼーション室１０に取り付けることができ
る。この試料調製チップ４５のポート４６は、ハイブリダイゼーション室１０の
第１ポート１９と一致し、試料の空間２５への有効な移動を許容する。ハイブリ
ダイゼーション室１０と試料調製チップ４５を正確に一致させるために、追加の
基準参照部（fiducial reference）を使用することができる。第１ポート１９
へのアクセスは第２基板面１３を通して行われるので、アレイは取り付けられた
試料調製チップからの干渉なく走査される。本発明の代案の実施形態では、試料
調製チップ４５は、第２基板面１３に結合することができ（図１２Ｂ）、あるい
は基板１１の一体部分として形成することができる（図１２Ｃ）。
【０１２８】 本発明のハイブリダイゼーション室１０の好ましい実施形態は、さらにスキャ
ナー３６を有する図１０Ａ−１０Ｃに示すような携帯型の実施形態である。これ
らの実施形態では、携帯型デバイス４７は、基台４８、蓋４９、ローラ４０を具
体化したキャリッジ５０、スキャナー３６、加熱要素３３および熱伝対３５から
なる。キャリッジ５０は、図１１Ａに示されている。デバイス４７は、ハイブリ
ダイゼーション室１０をキャリッジ５０の近傍に配置するための区画を有する。
キャリッジ５０は、前述したような操作に要求されるように、ローラ４０、スキ
ャナー３６および加熱要素３３をハイブリダイゼーション室１０に対して移動さ
せる可動手段を備えている。キャリッジ５０と蓋４９は、ユーザが必要に応じて
ハイブリダイゼーション流体２６と洗浄液２７を第１ポート１９と第２ポート２
０を介してハイブリダイゼーション室に導入し除去することができるように配置
されている。代案として、デバイス４７はさらに第１および第２ポートの各々へ
の流体接続部５２を有し、試料をハイブリダイゼーションした後の試料導入とア
レイ洗浄に備える。デバイス４７はバッテリーで駆動されることが好ましいが、
ＡＣアダプターも本発明の範囲に含まれる。さらなる好ましい実施形態では、蓋
４９は分析結果を表示するための表示装置５６をさらに有する。
【０１２９】 デバイスを使用する方法に関しては、様々な方法がある。必要なら、目標配列
を公知の技術を使用して調整する。例えば、当業者に明らかなように、公知の溶
解緩衝（lysis buffer）、超音波処理（sonication）、電子穿孔（electropora
tion）等を使用して、細胞を溶解（lyse）する処理を行ない、必要に応じて精製
および増幅を行わせてもよい。さらに、ここに説明する反応は当業者に明らかな
ように様々な方法で行なうことができる。反応の成分は、以下に説明する好まし
い実施形態では、同時に付加してもよいし、任意の順番で連続的に行ってもよい
。さらに、反応は、アッセイに含まれる他の様々な試薬（reagent）を含む。こ
れらには、塩、緩衝剤、中性蛋白質、例えばアルブミン、洗浄剤のような試薬を
含み、これらは最適なハイブリダイゼーションと検出を促進し、および／または
、非特異性または背景（background）の相互作用を減少する。また、アッセイの
効率を向上するプロテアーゼ抑制剤、ヌクレアーゼ抑制剤、抗菌剤等のような試
薬を、試料調製法や目標の純度に依存して使用してもよい。
【０１３０】 さらに、たいていの実施形態では、二本鎖目標核酸を変性して単鎖にし、プラ
イマーと本発明の他のプローブのハイブリダイゼーションを許容する。好ましい
実施形態は、一般に反応温度を約９５℃に上昇させることで、加熱工程を利用す
るが、ＰＨ変更や他の技術を使用してもよい。
【０１３１】 ここで概説するように、本発明は、目標配列のある部分すなわちドメインにハ
イブリダイゼーションする多数の捕獲プローブを提供する。本発明のプローブは
、目標配列（試料の目標配列、または、例えば当業者に公知のサンドイッチアッ
セイで使用する他のプローブ配列）に相補的であるように設計される。これによ
り、目標配列および本発明のプローブのハイブリダイゼーションが生じる。以下
に概説するように、この相補性は完全である必要はない。目標配列と本発明の単
鎖核酸との間のハイブリダイゼーションと干渉する多数の塩基対の不一致（mism
atch）があってもよい。しかしながら、突然変異の数が多くてハイブリダイゼー
ション条件が厳格（stringent）でなくてもハイブリダイゼーションが生じない
場合、配列は相補目標配列ではない。したがって、「実質的に相補的」は、プロ
ーブが通常反応条件でハイブリダイゼーションするのに十分に目標配列に対して
相補的であることを意味する。
【０１３２】 本発明では、高、中、低の厳格条件（stringency condition）を含む様々な
ハイブリダイゼーション条件を使用してもよい。例えば、Maniatisら，分子クロ
ーニング：実験室マニュアル，第２版，１９８９、および分子生物学におけるシ
ョートプロトコル，ed．Ausubelら参照。これらは、参照することでここに組み
入れる。厳格条件は配列に依存し、環境が異なると異なる。核酸のハイブリダイ
ゼーションに対する広範囲のガイドは、Tijssen，核酸プローブを用いた生物化
学および分子生物学における技術，「ハイブリダイゼーションの原理と核酸アッ
セイの戦略の概観」（１９９３）にみられる。一般に、厳格条件は、所定のイオ
ン強度およびｐＨで、特定の配列に対して融点（Ｔｍ）より約５−１０℃低く選
択される。Ｔｍは、（所定のイオン強度、ｐＨおよび核酸濃度で）目標に相補的
な５０％のプローブが平衡して目標配列にハイブリダイゼーションする温度であ
る（Ｔｍでは目標配列が過剰に存在するので、５０％のプローブが平衡になる）
。厳格条件は、塩濃度が約１．０Ｍナトリウムイオンより小さいことであり、典
型的にはｐＨ７．０から８．３で約０．０１から１．０Ｍナトリウムイオン濃度
（または他の塩）である。温度は、短いプローブ（例えば１０から５０ヌクレオ
チド）に対しては少なくとも約３０℃であり、長いプローブ（例えば５０以上の
ヌクレオチド）に対しては少なくとも約６０℃である。厳格条件は、ホルムアミ
ドのような螺旋不安定化剤の添加により達成してもよい。ハイブリダイゼーショ
ン条件は、非イオン主鎖（backbone）すなわちＰＮＡが使用されるときは変化さ
せてもよい。さらに、架橋剤を目標結合後に付加して、二本鎖のハイブリダイゼ
ーション錯体を架橋すなわち電子対を共有して付着させてもよい。
【０１３３】 このように、アッセイは一般に、目標が存在する場合のみにハイブリダイゼー
ション錯体の形成を許容する厳格条件で進行する。厳格条件は、熱力学的変数で
ある工程パラメータを変更することで制御することができる。熱力学的変数は、
温度、ホルムアミド濃度、塩濃度、攪乱塩濃度、ｐＨ、有機溶剤濃度等を含むが
これらに限定されるものではない。
【０１３４】 これらのパラメータは、米国特許第５６８１６９７号に概説されているように
、特異的結合を制御するのに使用してもよい。これにより、特異的結合を減少す
るために、より高い厳格条件で、工程を実行することが好ましい。
【０１３５】 ここで記載するように、本発明で利用することができる多くの可能な検出技術
がある。好ましい実施形態では、ここで概説するように、光標識技術を使用する
。好ましい実施形態では、光学染料（例えば蛍光色素）のような標識を、目標検
出物と捕獲結合リガンドからなるアッセイ錯体に加える。ある実施形態では、例
えば核酸の場合、ＰＣＲのような増幅反応中に混合（incorporation）すること
によって、標識を目標に加えることができる。例えば、蛍光色素またはビオチン
のような他の標識をＰＣＲプライマーまたは酵素混合のためのｄＮＴＰに加える
ことができる。代案として、前述したように、インターカレータ（intercalator
）を使用することができる。
【０１３６】 代案として、好ましい実施形態では、米国出願第０９／４５８５５３；０９／
４５８５０１；０９／５７２１８７；０９／４９５９９２；０９／３４４２１７
；ＷＯ００／３１１４８；０９／４３９８８９；０９／４３８２０９；０９／３
４４６２０；０９／４７８７２７；ＰＣＴＵＳ００／１７４２２；ＷＯ９８／２
０１６２；ＷＯ９８／１２４３０；ＷＯ９８／５７１５８；ＷＯ９９／５７３１
７；ＷＯ９９／６７４２５；ＰＣＴ００／１９８８９；ＷＯ９９／５７３１９に
記載されたような電子検出法を使用することができる。これらは全て参照するこ
とでここに組み入れる。これらの実施形態は基板上でマイクロ電極のアレイを使
用する。
【０１３７】 以下の実施例は、本発明の特定の実施形態およびその使用を示す。これらは説
明目的で記載され、本発明を限定するものではない。ここで引用する文献は参照
することでここに組み入れる。
【０１３８】 実施例１ ハイブリダイゼーション室のアセンブリ 本発明によりハイブリダイゼーション室を組み立てる方法は図１３に示されて
いる。
【０１３９】 ダイカッターを使用して、５０２ＦＬウルトラ−クリーン積層接着フィルム（
３Ｍ）の層に４つの楕円孔を形成した。フレームおよび標識層として使用するエ
ーベリーレーザラベル５６６３に同様のパターンを穿孔した。その間、塩化ポリ
ビニリデンフィルムのシートをステンレス鋼フレーム上に引き伸ばし、１００℃
で３０分、アニールした。エーベリーラベルを真空積層プレス内に真空積層する
ことで、当該エーベリーラベルを塩化ポリビニリデンフィルムの片面に付着した
。１５ｐｓｉの真空を３０分間作用させ、該真空を除去した後、１５ｐｓｉの機
械的圧力を１分間維持した。ラベルと同じ方法で、塩化ポリビニリデンフィルム
の他方の面に接着剤を塗布した。
【０１４０】 次に、接着剤塗布フィルムを予め調製したガラススライドに付着した。核酸プ
ローブとゲルパッドのアレイを標準の方法でガラススライドに設置した。ダイヤ
モンドドリルを使用してスライドにポートを穿孔した。真空積層プレスを使用し
て塩化ポリビニリデンフィルムをスライドに付着した。１５ｐｓｉの真空を１分
間維持してから、１５ｐｓｉの機械的圧力を維持した。
【０１４１】 各ハイブリダイゼーション室を１０ｍＬピペットを使用してポリエチレングリ
コール５００で満たした。３Ｍ７３５０ポリエステルテープの層をスライドに付
着させてポートをシールした。
【０１４２】 実施例２ 上方装入ハイブリダイゼーション室のアセンブリ ダイカッターを使用して、５０２ＦＬウルトラ−クリーン積酢接着フィルム（
３Ｍ）に４つの楕円孔を形成した。フレームおよび標識層として使用するエーベ
リーレーザラベル５６６３に同様のパターンを穿孔した。その間、塩化ポリビニ
リデンフィルムのシートをステンレス鋼フレーム上に引き伸ばし、１００℃で３
０分、アニールした。エーベリーラベルを真空積層プレス内に真空積層すること
で、当該エーベリーラベルを塩化ポリビニリデンフィルムの片面に付着した。１
５ｐｓｉの真空を３０分間作用させ、該真空を除去した後、１５ｐｓｉの機械的
圧力を１分間維持した。ラベルと同じ方法で、塩化ポリビニリデンフィルムの他
方の面に接着剤を塗布した。
【０１４３】 次に、接着剤塗布フィルムを予め調製したガラススライドに付着した。核酸プ
ローブとゲルパッドのアレイを標準の方法でガラススライドに設置した。真空積
層プレスを使用して塩化ポリビニリデンフィルムをスライドに付着した。１５ｐ
ｓｉの真空を１分間維持してから、１５ｐｓｉの機械的圧力を維持した。
【０１４４】 各ハイブリダイゼーション室を１０ｍＬピペットを使用してポリエチレングリ
コール５００で満たした。３Ｍ７３５０ポリエステルテープの層をスライドに付
着させてポートをシールした。
【０１４５】 実施例３ 反応層からのガス気泡の除去 本発明による室の組み立ての過程は、図１４に示されている。
【０１４６】 ４つの反応室装置は、可撓性のあるガス浸透層として０．２μｍ多孔テフロン
不支持膜（unsupported membrane）を使用し、米国特許出願第０９／４６４４
９０号に提供された方法（参照することでここに組み入れる）に従って製造する
。各反応層は、２００μＬピペッタ（ＲａｉｎｉｎＰ−２００）を使用する３０
０μＬピペットチップ（ＶＷＲ部品番号５３５１０−０８４）を介して注入する
ことで、生物目標分子を含む７５μＬの試料流体で満たす。気泡は注入後に室内
で視覚的に検出可能である。
【０１４７】 反応室は、Cole-parmer-Kynar１／４"×５／８”バーブド（burbed）レジュー
サを直接フレーム層に付与し、室の周りにシールを形成することで隔離する。「
ハウス（house）」真空源は、ある長さのポリウレタンチューブ配管によって、
レジューサに接続する。２００torrの真空を２分間付与する。真空付与後の室の
視覚的検査により、室にガス気泡が残留していないことがわかった。
【０１４８】 反応装置は２５℃で大気圧に８時間、反応が完了するまで、維持する。室から
の水の蒸発は認められなかった。
【０１４９】 以上の開示は、本発明の特定の実施形態を強調するものであり、これらに均等
な全ての修正または代案は請求の範囲に記載の発明の精神および範囲に入ること
を理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ−１Ｄ】 本発明の好ましい実施形態の図であり、反応室の準備を
示す。
【図１Ａ】 加熱要素と接触するように水溶性化合物で予め満たされた反応
室を示す装置の断面図である。
【図１Ｂ】 水溶性化合物と生物学的試料液体との混合を示す装置の断面図
である。
【図１Ｃ】 試料液体／水溶性化合物の混合物で満たされた室を示す装置の
断面図であり、第１と第２ポートはシールで蓋されている。
【図１Ｄ】 オリゴヌクレオチドプローブのアレイを含む個々の領域を規定
する接着パターンを示す装置の平面図である。
【図２】 本発明の好ましい実施形態のゲルパッドのアレイを示す室の分解
断面図である。
【図３】 本発明の好ましい実施形態の基板へのゲルパッドの位置決めを示
す生体分子プローブのアレイを示す分解斜視図である。
【図４】 本発明の好ましい実施形態の円錐形状のポートを示すポートの分
解断面図である。
【図５】 本発明の好ましい実施形態の標識層、可撓層および接着層の斜視
図である。
【図６】 好ましい実施形態による積層室の断面図である
【図７Ａ−７Ｅ】 可撓層を貫通して延びる入口および出口ポートを有する
本発明の他の好ましい実施形態の層の平面図である。
【図７Ａ】 第１接着層の平面図である。
【図７Ｂ】 可撓層の平面図である。
【図７Ｃ】 第２接着層の平面図である。
【図７Ｄ】 標識層の平面図である。
【図７Ｅ】 図７Ａから図７Ｄの層を組み合わせた平面図である。
【図８Ａ−８Ｂ】 可撓層を貫通して延びる入口および出口ポートを有する
本発明の好ましい実施形態の第１接着層と標識層に切り込まれたノッチの詳細図
である。
【図９Ａ−９Ｃ】 反応完了後にアレイを分析する過程を示す本発明の好ま
しい実施形態の断面図である。
【図９Ａ】 反応完了時の装置を示す図である。
【図９Ｂ】 可撓層がアレイと接触するように室から試料流体を除去する状
態を示す図である。
【図９Ｃ】 レーザスキャナを使用してアレイを分析する状態を示す図であ
る。
【図１０Ａ−１０Ｃ】 本発明の携帯型の実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】 携帯型の走査システムの側面図である。
【図１０Ｂ】 キャリッジと接触する可撓層を示す携帯型走査装置を有する
好ましい実施形態の斜視図である。
【図１０Ｃ】 ディスプレイ装置を有する蓋を示す携帯型システムの図であ
る。
【図１１−１１Ｅ】 図１０に示す直接接触光ファイバスキャナの断面図で
ある。
【図１２Ａ−１２Ｃ】 試料調製チップに接続された装置を示す他の実施形
態の図である。
【図１２Ａ】 試料調製チップを基板の第２面に着脱可能に配置する実施形
態を示す図である。
【図１２Ｂ】 試料調製チップを基板の第２面に固定する実施形態を示す図
である。
【図１２Ｃ】 試料調製チップを基板に組み込む実施形態を示す図である。
【図１３】 本発明の好ましい実施形態のアセンブリとその使用を示す図で
ある。
【図１４】 反応室または容量への真空の適用を示す本発明の好ましい
【手続補正書】
【提出日】平成１４年８月９日（２００２．８．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 生物学的反応を行う合成物および方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】 この出願は、２００年１月２６日に出願された米国出願番号第０９／４９２０
１３号の継続出願である。
【０００２】 発明の技術分野 本発明は、生物学的反応を行う組成物および方法に関する。特に、本発明は、
複数のオリゴヌクレオチド結合部位が配設された基板層上で、可撓カバーを備え
た基板を使用して、核酸ハイブリダイゼーション（hybridization）反応を行う
装置、および該装置から気泡を除去する方法に関する。特に、本発明は、接着剤
で基板層に付着された可撓性のガス浸透層を有する装置に関する。ここで、可撓
性のガス浸透層、接着剤および基板層は反応室を囲み、拡散促進手段は可撓性の
ガス浸透層を横切っている。拡散促進手段は、可撓性のガス浸透層を横切る圧力
勾配または濃度勾配を引き起こし、これにより可撓性のガス浸透層を横切る反応
室からガス分子の拡散速度を増加する。
【０００３】 分子生物学における最近の発展により、所望目的に特有の遺伝子配列を使用し
て、病原体を識別し、病状を診断し、司法決定（forensic determination）を
行う機会が提供されてきている。遺伝子情報の功績により、分子生物学アッセイ
特に核酸ハイブリダイゼーションアッセイを行う高容量の分析機器が必要とされ
ている。最も緊急のものは、このようなアッセイを小型化し、自動化し、標準化
し、単純化することが必要になっている。この必要性は、ハイブリダイゼーショ
ンアッセイがもともと精製品を用いて研究室で発展し、高度に熟練した人によっ
て行われる一方、これらの手順を診断のような臨床分野、法科学、その他の分野
に採用することにより、より大きな容量で厳格でないアッセイ条件で、熟練のな
いオペレータが有効にアッセイを行うことができる装置と方法の必要性が生じた
という事実から生じている。
【０００４】 既存の技術は、生物学的反応試料流体内に含まれる分子（以下目標分子という
）を生物学的反応部位（以下プローブ分子という）に結合することを利用してい
る。この技術を可能にする第一のもの（primary enabler）は、一般にバイオチ
ップと称する装置であり、これは、基板の面に固定された生物学的反応部位の１
または複数の規則正しい顕微鏡アレイ（「マイクロアレイ」）を有する。生物学
的反応部位は、生物学的試薬を含む小容量の流体を基板の面上の別個の位置に分
配することによって生成することができ、これを一般にスポッティング（spotti
ng）と称する。プローブ分子の固定を促進するために、バイオチップは、基板の
表面に取り付けられた３次元重合固定構造の２次元アレイ（例えばポリアクリル
アミドゲルパッド）からなる。オリゴヌクレオチドのようなプローブ分子は、生
体分子と同族化学基からなる誘導化ポリマーとの間に、アミド、エステルまたは
ジスルフィド結合を形成することによって、ポリアミド固定構造に電子対を共有
して（covalently）取り付けられる。このような重合固定構造へのプローブ分子
の共有取付けは、一般に、基板へのポリマーの重合および化学的クロスリンク（
cross−linking）が完了した後に行われる。
【０００５】 バイオチップは、その表面に生物学的反応を行うのに有利に使用される。しか
し、基板表面で生物学的反応を行う既存の装置は、適切に作動させるのに受容で
きない多量の試料流体を必要とし、従来の顕微鏡スライドと同じまたはそれより
大きな基板に適応できないし、複数の独立した反応に独立して適応できないし、
あるいはヒドロゲル基のマイクロアレイを含む基板に適応できないという欠点が
ある。また既存の装置は、試料流体に加えて（洗浄緩衝剤、蛍光染料等）の流体
を反応室に導入することができない。使い捨ての装置は、新たな流体が導入され
る毎に、分解し、バイオチップの回りに組み立てなければならない。他の既存の
装置は、標準のピペットチップや関連ピペット装置を搭載することができないの
で、実験室環境で使用することが困難である。
【０００６】 また、多くの既存の装置は、受容できない反応再現性、効率および持続時間を
示す。反応再現性は、反応室内の気泡や、反応室に対する生物学的に相容れない
材料の使用により、逆の影響を受ける。反応持続時間や効率は、反応室内の濃度
分布の存在により逆の影響を受ける。
【０００７】 気泡は試料流体の反応室への導入時、または反応室材料のアウトガス（outgas
sing）によって形成される。ガス気泡が生物学的反応部位を含む領域の基板表面
に広がると、意図された試料流体の混合の濃度がガス気泡の存在により傷つけら
れる（compromise）ので、意図された反応が間欠的に失敗し、誤差のある結果を
生じる。
【０００８】 生物学的に相容れない反応室材料は、試料流体との相互作用により、受容でき
ない反応再現性を生じ、これにより意図された反応が間欠的に失敗したり、誤差
のある結果を生じる。
【０００９】 試料流体の不完全混合は、試料流体に濃度勾配を生じ、反応効率と持続時間に
逆の影響を与える。この効果は、生物学的反応部位を囲む局地容量（local vol
ume）内の目標分子の消耗があるときに、表明される。生物学的反応中、特定の
目標分子が相補（固定）プローブ分子に結合する可能性は、試料流体容量内に存
在する目標分子の所定の濃度、反応室を通る目標分子の拡散速度、目標分子と相
補プローブ分子の間の相互作用の統計値によって決定される。診断アッセイでは
、目標ＤＮＡは微小（＜ピコモル）容量得られる。実際には、生物学的使用に入
手可能な低目標核酸レベルでハイブリダイゼーション反応が実質的に完了するの
に十時間かかる。ハイブリダイゼーション室内の濃度勾配は、さらにこの問題を
悪化させる。
【００１０】 コッティングハムの米国特許第５９４８６７３号は、シールされたユニット内
でＤＮＡ増幅およびＤＮＡプローブアッセイを行う自給（self−contained）多
室反応器を開示し、ここでいつかの反応物は室の壁をコーティングすることで設
けられ、他の反応物は室の内外への流れを防止するために反応開始前に室に導入
される。室からのガス気泡を排除する手段は講じられていない。
【００１１】 小容量の試料流体を使用し、従来の顕微鏡スライドと同じくらい大きくまたそ
れ以上の基板を収容し、複数の独立した反応に適応し、１または複数のヒドロゲ
ル基のマイクロアレイを有する基板面に適応する、基板面上で生物学的反応を行
う方法および装置が要望されている。また、試料流体に加えて各反応室に標準の
ピペットチップおよびピペット装置を介して流体を導入することができる装置が
要望されている。さらに、反応再現性を増加し、反応効率を増加し、反応持続時
間を減少する装置が要望されている。さらに、このような装置からガス気泡を除
去する除去する単純な方法が要望されている。これらの要望は、バイオチップ技
術における多大な興味、バイオチップ技術への研究により生じる投資や実質的な
金融的報酬、およびこのような研究により生じる製品の多様性に照らすと、特に
著しい。
【００１２】 核酸ハイブリダイゼーションアッセイは、プローブアレイ技術を使用して有利
に達成される。このプローブアレイ技術は、目標単一鎖ＤＮＡを固定ＤＮＡ（通
常はオリゴヌクレオチド）プローブに結束することを利用している。核酸ハイブ
リダイゼーションアッセイの検出限界は、ハイブリダイゼーション中の検出デバ
イスの感度と、典型的にはオリゴヌクレオチドプローブであるプローブに結束す
るのに利用される目標核酸の量とにより決定される。
【００１３】 核酸ハイブリダイゼーション室は、ハイブリダイゼーション室を開示するSmyc
zekらの米国特許第５１００７５５号で公知である。Ravaらの米国特許第５５４
５５３１号は、複数のオリゴヌクレオチドアレイからなるハイブリダイゼーショ
ン板を開示している。Hunnellの米国特許第５３６０７４１号は、ガス加熱ハイ
ブリダイゼーション室を開示している。Andersonらの米国特許第５９２２５９１
号は、オリゴヌクレオチドアレイを用いて使用する小型化されたハイブリダイゼ
ーション室を開示している。Bsesemerの米国特許第５９４５３３４号は、オリゴ
ヌクレオチドアレイパッケージングを開示している。
【００１４】 現在利用されているオリゴヌクレオチドアレイ技術は最大ハイブリダイゼーシ
ョン効率を与えない。既存の核酸ハイブリダイゼーションアッセイ装置は多大な
部材を有し、各部材は非能率と不正確の要因となっている。
【００１５】 オリゴヌクレオチドアレイを使用するハイブリダイゼーションは、少量の目標
ＤＮＡまたは他の核酸を固定（immobilized）プローブに有効にアニール（annea
l）することができる空間（volume）で達成しなければならない。診断アッセイ
では、目標ＤＮＡ分子は微量（ピコモル）得られる。実際には、生物学的サンプ
ルに有用な低核酸レベルでハイブリダイゼーションが実質的に完了するのに数時
間（１０時間）要する。
【００１６】 さらに、アレイハイブリダイゼーションは、従来、活性混合（active mixing
）のない静止ハイブリダイゼーション室で行われる。このような条件では、特定
の目標分子が、表面に固定された相補オリゴヌクレオチドプローブにアレイハイ
ブリダイゼーションされる可能性は、目標分子の濃度、拡散速度、目標分子と相
補オリゴヌクレオチドとの間の相互作用の統計によって決定される。したがって
、有用な情報を得るには多数のサンプルをテストしなければならないので、ハイ
ブリダイゼーション時間と非能率性が増加する。
【００１７】 さらに、ユーザ操作の量を最小に維持すると効率が増加する。現在実行されて
いるように、オリゴヌクレオチドアレイハイブリダイゼーションは、多大なオペ
レータの注意深さと操作が必要であり、分析を行う熟練度は高い。例えば、ハイ
ブリダイゼーションは典型的にはアッセイ室で行われ、データの収集と分析は（
レーザスキャナや蛍光顕微鏡のような）別個の装置で行われる。この装置は、ユ
ーザによる相当な量の取り扱いが必要であり、アッセイの時間浪費とユーザエラ
ーを生じる。
【００１８】 ハイブリダイゼーションを一時に１つのアレイで行うことが現在の方法の限界
であるので、並行処理とデータ分析の経済性を無視している。
【００１９】 他の限界や不効率、出費は、既存の装置の構造的特徴から生じている。多くの
既存の装置は、収容できる基板のサイズが制限されている。他の装置は、廃棄で
きないし、サンプル汚染を防止するために操作間で大規模な洗浄を行う必要があ
る。さらに他の装置は、かさが大きく、有効なハイブリダイゼーションに必要な
迅速加熱および冷却が不可能である。さらに他の装置は、反応生成物の分析に高
価な光学機器を使用しなければならない。
【００２０】 小さな反応空間（reaction volume）を有し、流体成分が活性混合され、並行
処理が可能であり、ユーザ介入を最小化できる、特に拡散ハイブリダイゼーショ
ンのような生物学的反応を行う使用容易な装置が要求されている。さらに、種々
の大きさに容易に製造でき、廃棄可能で、サンプル汚染を最小化し、低コストの
光学分析機器を使用することができ、サンプル流体の迅速な加熱冷却が可能なよ
うに小空間である装置が要求されている。またさらに、このような装置を利用し
て、特に当業者に理解されているバイオチップアレイに関してハイブリダイゼー
ション効率を増加することができる方法が要求されている。バイオチップ技術に
おける強大な興味や、バイオチップ技術への投資および研究により生じる財政的
報酬、そのような研究により生じる広範な生成物に照らすと、この要求は特に著
しい。
【００２１】 （発明の概要） 前記目的に従って、本発明は、生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は
、第１面と第２面（通常、平坦な基板の場合は互いに対向する）を有する基板か
らなる。生体分子のアレイは第１面に設置され、可撓層は接着層によって基板の
第１面に付着される。ここで、接着層は第１面に配置され、反応空間を形成する
。基板は、第１面から第２面に基板を通して延びる少なくとも第１ポートを有し
、該ポートは第１開口と第２開口を有する。ポートの第１開口は接着層で境界づ
けられた領域内に設けられ、可撓層で被覆される（例えば反応空間）。ポートの
第２開口は、基板の第２面に設けられる。代案として、ポートは反応空間の可撓
層に設けられる。
【００２２】 オプションとして、箔テープのようなポートの第２開口の上に配置された取り
外し可能なカバーと、第１温度では個体で第２の高い温度では液体であって、基
板の第１面と可撓層の間に配置された水溶性化合物層とがあってもよい。オプシ
ョンとして、可撓層は半透明プラスチックまたはガス浸透性膜である。
【００２３】 さらなる特徴では、本発明は、基板面上で生物学的反応を行う装置、および基
板面上の反応部位でのハイブリダイゼーションのような生物学的反応との干渉を
避けるために、その装置からガス気泡を除去する方法を提供する。特に、本発明
の方法は、接着剤でバイオチップに固定された可撓性のあるガス浸透層を有し、
ここで可撓性のあるガス浸透層、接着剤、バイオチップは反応室を囲み、反応室
の外でのガス分子の拡散を向上する手段は可撓性のあるガス浸透層を横切る。拡
散向上手段は、ガス拡散加速器と称するが、可撓性のあるガス浸透層を横切る圧
力勾配または濃度勾配を生成し、これにより可撓性のあるガス浸透層を通る反応
室からのガス分子の拡散速度を増加する。
【００２４】 ポートは、小径端と大径端を有する円錐台とすることができ、ここで小径端は
接着層で境界づけられた第１基板面上の領域に設けられ（反応空間）、大径端は
第２基板面上に設けられる。ある実施形態におけるポートの壁は、第２基板面と
ともに９０℃以下の角度を形成する。オプションとして、ポートはある接触角を
有する試料流体を収容する。第２基板面とポート壁の間の角度は試料流体の接触
角以下または同一である。
【００２５】 第２ポートを含めることができる。この実施形態では、第２ポートは第１面か
ら第２面まで基板を貫通して延び、第１開口と第２開口を有する。ここで、出口
ポートの第１開口は、接着層で境界づけられ可撓層で被覆された領域内の第１基
板面に設けられている。出口ポートの第２開口は、第２基板面に設けられ、取り
外し可能なカバーで被覆される。代案として、第２ポートは可撓層に設ける。
【００２６】 オプションとして、本発明の装置は、アレイと第１基板面の間に配置された反
射層、および／または抵抗ヒータを有する。後者は、アレイと第１基板面の間に
配置された反射層とすることができる。
【００２７】 さらに、本装置は、パリレンのような不動態化層、またはスキャナーを有する
ことができる。スキャナーは、アレイの上の位置で可撓層と接触する。スキャナ
ーは導波管（light pipe）とすることができ、反応空間の全体を被覆する。
【００２８】 好ましい特徴では、装置はさらに第２基板面と接触する試料調製チップを有す
る。ここで、試料調製チップは装置の第１ポートと一致するポートを有する。
【００２９】 さらなる特徴では、装置はさらにローラを有する。ここで、ローラはアレイ上
の位置で可撓層と接触する。例えば、このローラは、反応空間を横切って長手方
向に移動することができる。
【００３０】 さらなる特徴では、装置は蓋を有するケースと、空間を備えた基台と、スキャ
ナーとローラを備えたキャリッジとを含む。ここで、キャリッジは空間に設けら
れ、基板は第１基板面がキャリッジと動作可能に接触するようにキャリッジの上
に取り外し可能に設置される。
【００３１】 追加の特徴では、本発明は生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は、 第１面と該第１面に対向する第２面を有するガラス製顕微鏡スライドと； スライドの第１面に配置された生体分子のアレイであって、該アレイ内の各生体
分子はポリアクリルアミドのゲルパッドで第１面に固定されている生体分子アレ
イと； 両面接着層でスライドの第１面に付着された塩化ポリビニリデン層であって、接
着層はスライドの第１面に設置され、その領域を包囲している塩化ポリビニリデ
ン層と； 第１面から第２面にスライドを貫通して延びる第１と第２のポートであって、各
ポートは第１開口と第２開口を有し、各ポートの第１開口は接着剤により境界づ
けられたスライドの第１面上の領域内に設けられて可撓層により被覆され、各ポ
ートの第２開口はスライドの第２面上に設けられ、各ポートは小径端と大径端を
有する円錐台の形状を有し、小径端は第１開口で、大径端は第２開口である第１
と第２のポートと； 各ポートの第２開口の上に配置された箔テープの層と； スライドの第１面と塩化ポリビニリデンの層の間に配置されたポリエチレングリ
コールの層と； アレイと第１基板面の間の配置された反射層と； 反射層と塩化ポリビニリデンの層の間に配置されたパリレンの層と； 抵抗ヒータとからなる。
【００３２】 さらなる特徴では、本発明は、生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は
、第１面と第２面を有する基板と、基板の第１面に配置された複数の生体分子と
、基板の第１面に接着層により付着された可撓層とからなる。ここで、接着層は
、基板の第１面に配置されてその上の領域を包囲する。反応空間は、可撓層と接
着層で規定された領域の第１基板面との間に包囲されている。可撓層と接着層を
貫通して、可撓層と接着層で規定された領域の第１基板面との間に包囲された空
間に延びる第１と第２のポートがある。
【００３３】 追加の特徴では、複数の生体分子の各々は、別個の部位または連続層として、
ポリアクリルアミドのような重合材料からなるゲルパッドのような固定構造に付
着されている。
【００３４】 さらなる特徴では、装置は、可撓層に付着された標識層を有する。ここで、第
１と第２のポートは標識層と可撓層を貫通して延びている。標識層は、接着面と
非接着面とを有し、ここで標識層は接着面を使用して可撓層に付着されている。
標識層は、サイズと位置が接着層で境界づけられた領域に対応する窓を有する。
ここで、窓は可撓層と、該可撓層と接着層で規定される領域の第１基板面との間
に包囲される空間の視覚的検査を許容する。オプションとして、アレイと第１基
板面との間に配置された反射層、および／または抵抗ヒータが設けられる。
【００３５】 さらなる特徴では、本発明は、装置を使用して目標分析物を検出する方法を提
供する。
【００３６】 （発明の実施形態の詳細な説明） 本発明の現在好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００３７】 本発明は、生物学的結合部位のアレイを有する基板からなるバイオチップ上で
大容量の生物学的反応を行う方法および組成物に向けられている。本発明は、バ
イオチップが核酸からなる場合における反応室のような反応室を提供する。反応
室には、基板、接着層、可撓カバーが形成されている。このシステムは、試料お
よび／または試薬を供給するために、基板または可撓カバーのいずれかに設けた
ポートを利用する。さらに、本発明は、ガス浸透可撓膜を通る拡散速度を向上し
加速するガス拡散加速器を使用して、装置からガス気泡を除去する方法を提供す
る。
【００３８】 したがって、本発明は、試料中の目標分析物（target analyte）を検出する
のに使用されるデバイスを提供する。「目標分析物」または「分析物」あるいは
文法的均等物（grammatical equivalents）は、検出される如何なる分子や化合
物、粒子をも意味する。以下に概説するように、目標分析物は好ましくは結合リ
ガンド（binding ligand）に結束（bind）している。当業者に明らかなように
、この方法を使用して多数の検出物を検出することができる。基本的には、ここ
に記載された結合リガンドが作られる如何なる検出物も本発明の方法を使用して
検出することができる。
【００３９】 適切な検出物は、有機または無機分子を含み、生体分子を含む。好ましい実施
形態では、検出物は、環境汚染物（農薬、殺虫剤、毒素等を含む）、化学薬品（
溶剤、ポリマー、有機物質等を含む）、治療分子（治療および濫用薬物、抗生物
質等を含む）、生体分子（ホルモン、シトキン、蛋白質、脂質、炭水化物、細胞
膜抗原および受容体（神経、ホルモン、および細胞面の受容体）、またはこれら
のリガンド等を含む）、完全細胞（原核生物（病原菌のような）、哺乳類腫瘍細
胞を含む真核生物細胞等を含む）、ウィルス（レトロウィルス、ヘルペスウィル
ス、アデノウィルス、レンチウィルス等を含む）、胞子等であってもよい。特に
好ましい分析物は、環境汚染物、核酸、蛋白質（酵素、抗体、抗原、発育因子、
シトキン等を含む）、治療および濫用薬物、およびウィルスである。
【００４０】 好ましい実施形態では、目標検出物は核酸である。「核酸」または「オリゴヌ
クレオチド」あるいは文法的均等物は、互いに共有連鎖（covalently linked）
された少なくとも２つのヌクレオチドを意味する。本発明の核酸は、一般にホス
ホジエステル結合を含むが、ある場合には以下に概説するように、核酸アナログ
を含む。互生主鎖（alternate bakbone）を有する。例えば、燐酸アミド（Beau
cageら，Tetrahedron４９（１０）：１９２５（１９２３）およびその参照文献
；Letsinger，J.Org.Chem.３５：３８００（１９７０）；Sprinzlら，Eur．J．B
iochem．８１：５７９（１９７７）；Letsingerら，Nucl．Acids Res．１４：
３４８７（１９８６）；Sawalら，Chem．Lett．８０５（１９８４）；Letsinger
ら，J．A．Chem．Soc．１１０：４４７０（１９８８）；Pauwelsら，Chemica S
cripta２６：１４１（１９８６））、燐酸硫黄塩（Magら，Nucleic Acid Res.
１９：１４３７（１９９１）；米国特許第５６４４０４８号）、燐酸二硫黄塩（
Briuら，J.Am.Chem.Soc.１１１：２３２１（１９８９）参照）、Ｏ−メチルポポ
ロアミド（Eckstein，Oligonucleotides and Analogues：A Practical Appr
oach，Oxford University Press参照）、およびペプチド核酸主鎖および連鎖
（Egholm, J.Am.Chem.Soc.１１４；１８９５（１９９２）；Meierら，Chem．In
t．Ed．Engl．３１：１００８（１９９２）；Nielsen，Nature，３６５：５６６
（１９９３）；Carlssonら，Nature３８０：２０７（１９９６）参照、これらは
ここに組み入れる）。他のアナログ核酸は、正主鎖をもつもの（Denpcyら，Proc
．Natl．Acad．Sci．USA９２：６０９７（１９９５）；非イオン主鎖（米国特許
第５３８６０２３号、第５６３７６８４号、第５６０２２４０号、５２１６１４
１号および第４４６９８６３号；Kiedrowshiら，Angew．Chem．Intl．Ed．Engli
sh３０：４２３（１９９１）；Letsingerら，J．Am．Chem．Soc．１１０：４４
７０（１９８８）；Letsingerら，Nucleosides＆Nucleotide１３：１５９７（１
９９４）；第２，３章，ASCシンポジウムシリーズ５８０，“Carbohydrate Mod
ification in Antisense Research”，Ed.Y.S.SanghuiとP．Dan Cook；Mesm
aekerら、Bioorganic＆Medicinal Chem．Lett．４：３９５（１９９４）；Jeff
sら，J．Biomolecular NMR３４：１７（１９９４）；Tetrahedron Lett．３７
：７４３（１９９６））、および米国特許第５２３５０３３号、第５０３４５０
６号、第６および７章，ASCシンポジウムシリーズ５８０，“Carbohydrate Mod
ifications in Antisense Research”，Ed.Y.S.SanghuiおよびP.Dan Cookに
記載されたものを含む非リボース主鎖を含む。１または複数の炭素環式糖を含む
核酸も核酸の定義に含まれる（Jenkinsら，Chem．Soc．Rev．（１９９５）１６
９−１７６頁）。幾つかの核酸アナログが、Rawls,C＆E News１９９７年６月２
日第３５頁に記載されている。また、核酸アナログ（analog）は、「閉鎖（lock
ed）核酸」を含む。これらの全ての参照文献は、参照することでここに組み入れ
る。リボース燐酸塩主鎖の修飾は、電子伝達部分（moieties）の添加を促進し、
生理学的環境におけるそのような分子の安定性および半減期を増加する。
【００４１】 当業者に明らかなように、全ての核酸アナログを本発明で使用してもよい。さ
らに、核酸とアナログの混合は自然に生じる。例えば、導電性オリゴマーまたは
電子移動部分（moiety）の取付部位で、アナログ構造を使用してもよい。代案と
して、異なる核酸アナログの混合、自然に生じる核酸とアナログの混合を行って
もよい。
【００４２】 概説したように、核酸は単鎖または複鎖であってもよいし、複鎖配列または単
鎖配列の両方の部分を含んでいてもよい。核酸は、ＤＮＡであってもよいし、ゲ
ノムとｃＤＮＡ、ＲＮＡまたは雑種（hybrid）との両方であってもよい。ここで
、核酸は、デオキシリボヌクレオチドとリボヌクレオチドの組合せ、ウラシル、
アデニン、チミン、シトシン、グアニン、イノシン、キサニンヒポキサニン、イ
ソシトシン、イソグアニン等を含む塩基の組合せを含む。ここで使用する用語「
ヌクレオシド」は、ヌクレオチドとヌクレオシド、ヌクレオチドアナログ、アミ
ノ修飾ヌクレオシドのような修飾ヌクレオシドを含む。さらに、「ヌクレオシド
」は、非自然的に生じるアナログ構造を含む。例えば、ペプチド核酸の個々のユ
ニットは、塩基（base）を含むが、ここではヌクレオシドと言及する。
【００４３】 好ましい実施形態において、本発明は目標核酸を検出する方法を提供する。「
目標核酸」、「目標配列」およぼその文法的均等物は、単鎖核酸上の核酸配列を
意味する。目標配列は、遺伝子の一部、調節配列、ゲノムＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍ
ＲＮＡおよびｒＲＮＡを含むＲＮＡその他であってもよい。配列が長ければ特異
（specific）であることを考えると、如何なる長さでもよい。幾つかの実施形態
では、試料核酸を裂いて（fragment、cleave）１００から１００００の塩基対の
破片にすることが好ましく、ある実施形態では約５００の塩基対の断片が好まし
い。当業者に明らかなように、相補目標配列は多くの形態をとることができる。
例えば、より大きな核酸配列内に含めてもよい。すなわち、遺伝子またはｍＲＮ
Ａの全てまたは一部、プラスミドまたはゲノムＤＮＡの制限断片（restriction
fragment）に含めてもよい。
【００４４】 以下に概説するように、プローブ（プライマーを含む）を作成して、目標配列
にハイブリダイゼーションし、試料中に目標配列の有無を決定する。概して言え
ば、この用語は当業者に理解されるであろう。
【００４５】 また、目標配列は、接近（すなわち連続）または離隔した異なる目標ドメイン
からなっていてもよい。例えば、リゲーション（ligation）鎖反応（ＬＣＲ）技
術を使用するとき、第１プライマーは第１目標ドメインにハイブリダイゼーショ
ンし、第２プライマーは第２目標ドメインにハイブリダイゼーションする。ドメ
インは近接していてもよいし、以下に詳細に説明するようにポリメラーゼとｄＮ
ＴＰの使用と合わせて１または複数のヌクレオチドにより離隔していてもよい。
「第１」および「第２」の用語は、５´−３´方位の目標配列に対してある方位
の配列を授与することを意味しない。例えば、５´−３´方位の相補目標配列を
仮定すると、第１目標ドメインは第２ドメインまで５´、または第２ドメインま
で３´に配置してもよい。
【００４６】 好ましい実施形態では、目標検出物は蛋白質である。当業者に明らかなように
、本発明を使用して検出される可能性のある多数の蛋白質目標検出物がある。こ
こで、「蛋白質」またはその文法的均等物は、蛋白質、オリゴペプチドおよびペ
プチド、誘導体およびアナログ、非自然的に生じるアミノ酸およびアミノ酸アナ
ログを含有する蛋白質、ペプチド様構造を意味する。側鎖は（Ｒ）または（Ｓ）
配置のいずれであってもよい。好ましい実施形態では、アミノ酸は（Ｓ）または
Ｌ配置である。以下に説明するように、蛋白質が結合リガメントとして使用され
るとき、試料汚染物による退化（degradation）を遅延させるのに蛋白質アナロ
グを利用することが望ましい。
【００４７】 適切な蛋白質目標検出物は、以下のものを含むが、これらに限定されるもので
はない。 （１）免疫グロブリン、特にｌｇＥｓ，ｌｇＧｓ，ｌｇＭｓ、特に治療または診
断関連抗体、例えば限定されるものではないがヒトアルブミン抗体、アポリポ蛋
白質（アポリポ蛋白質Ｅを含む）、ヒト絨毛膜刺激ホルモン、コルチゾール、α
−フェトプロテイン、チロキシン、甲状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、抗トロンビ
ン、薬剤抗体（抗エプチレプチック薬（フェニトイン、プリミドン、カーバリエ
ンゼピン、エトサクシミド、バルプロイック酸、フェノバルビトール）、心作用
薬（ジゴキシン、リドカイン、プロカインアミドおよびジソピラミド）、気管支
拡張薬（テオフィリン）、抗生物質（クロラムフェニコール、スルホンアミド）
、抗鬱薬、免疫抑制薬、濫用薬（アンフェタミン、メタンフェタミン、カンナビ
ノイド、コカインおよびアヘン）、任意数のウィルス抗体（オルソミクソウィル
ス、（例えば、インフルエンザウィルス）、パラミクソウィルス（例えば呼吸シ
ンシチウムウィルス、耳下腺炎ウィルス、ミーシエスウィルス）、アデノウィル
ス、ライノウィルス、コロナウィルス、レオウィルス、トガウィルス（例えば風
疹ウィルス）、パルボウィルス、ポックスウィルス（例えば痘瘡ウィルス、痘疹
ウィルス）、腸内ウィルス（例えばポリウィルス、コクサッキーウィルス）、肝
炎ウィルス（Ａ、ＢおよびＣを含む）、ヘルペスウィルス（例えば単純疱疹ウィ
ルス、水痘帯状疱疹ウィルス、巨細胞ウィルス、エプスタイン−バーウィルス）
、ロータウィルス、ノーウォークウィルス、ハンタウィルス、アリーナウィルス
、ラブドウィルス（例えば狂犬病ウィルス）、レトロウィルス（ＨＩＶ，ＨＴＬ
Ｖ−ＩおよびＩＩ）、パポーベウィルス（例えば乳頭腫ウィルス）、ポリオーマ
ウィルス、およびピコルナウィルス等）、およびバクテリア（広範な病原性およ
び非病原性原核生物を含む、バチルス菌；ビブリオ菌，例えばＶ．cholerae；エ
シェリヒア菌，例えば腸毒素原性Ｅ．coli；シゲラ菌，例えばＳ．dysenteriae
；サルモネラ菌、例えばＳ.typhi；ミコバクテリウム，例えばＭ．Tuberculosis
,Ｍ．leprae；クロストリディウム菌例えばＣ．botulinum,Ｃ.tetani,ＣＣ.diff
icile,Ｃ.perfringens；穀物バクテリア，例えばＣ．diphtheriae；連鎖球菌，
例えばＳ．pyogenes,Ｓ．pneumoniae；ぶどう状球菌，例えばＳ．aureus；ヘモ
フィラス菌，例えばＨ．いinfluenzae；ナイセリア菌，例えばＮ．meningitidis
,Ｎ．gonorrhoeae；エルシニア菌，例えばＧ．lamblia，Ｙ．pestis；シュード
モナス菌，例えばＰ．aeruginosa，Ｐ．putida；クラミジア菌，Ｃ．trachomati
s；ボルデテラ菌，例えばＢ．pertussis；トレポネマ菌，例えばＴ．palladium
等）。 （２）酵素（および他の蛋白質）。以下のものを含むがこれに限定されるもので
はない。心臓病の標識薬または治療薬として使用される酵素；クレアチンキナー
ゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アスパラギン酸塩アミノ基転移酵素、トロポニンＴ
、ミオグロビン、フィブリノゲン、コレステロール、トリグリセリド、トロンビ
ン、組織プラスミノゲン活性剤（ｔＰＡ）；アミラーゼ、リパーゼ、キモトリプ
シンおよびトリプシンを含む膵臓病指示薬；コリンエステラーゼ、ビリルビン、
アルカリホスファターゼを含む肝臓機能酵素および蛋白質；アルドラーゼ、前立
腺酸ホスファターゼ、末期デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ、および
ＨＩＶプロテアーゼのようなバクテリアおよびウィルス性酵素。 （３）ホルモンおよびシトキン（これらの多くは細胞受容体用のリガンドとして
役立つ）、例えばエリトロポイエチン（ＥＰＯ）、血栓ポイエチン（ＴＰＯ）、
インターロイキン（ＩＬ−１からＩＬ−１７を含む）、インシュリン、インシュ
リン様発育因子（ＩＧＦ−１から−２を含む）、上皮細胞増殖因子（ＥＧＦ）、
変態発育因子（ＴＧＦ−αおよびＴＧＦ−βを含む）、ヒト成長ホルモン、トラ
ンスフェリン、上皮細胞増殖因子（ＥＧＦ）、低密度リポ蛋白、高密度リポ蛋白
、レプチン、ＶＥＧＦ、ＰＤＧＦ、細毛神経組織栄養因子、プロラクチン、副腎
皮質刺激性ホルモン（ＡＣＴＨ）、カルシトニン、ヒト絨毛膜刺激ホルモン、コ
トリソル（cotrisol）、エストラジオール、濾胞刺激ホルモン（ＦＳＨ）、甲状
腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、レウチンジング（leutinzing）ホルモン（ＬＨ）、
プロゲテロン（progeterone）およびテストステロン。 （４）他の蛋白質（α−フェトプロテイン、癌肺抗原ＣＥＡ、癌マーカー等）。
【００４８】 さらに、抗体が検出される如何なる生体分子も直接検出することができる。す
なわち、ウィルスまたはバクテリア細胞、治療および濫用薬物等は直接検出する
ことができる。
【００４９】 適切な目標検出物は、炭水化物を含み、胸部癌用マーカー（ＣＡ１５−３，Ｃ
Ａ５４９，ＣＡ２７，２９）、ムチン様癌腫関連抗原（ＭＣＡ）、卵巣癌（ＣＡ
１２５）、膵臓癌（ＤＥ−ＰＡＮ−２）、前立腺癌（ＰＳＡ）、ＣＥＡ、および
結腸直腸および膵臓癌（ＣＡ１９，ＣＡ５０，ＣＡ２４２）を含むが、これに限
定されるものではない。
【００５０】 適切な目標検出物は、金属イオン、特に重金属および／または毒性金属であり
、アルミニウム、砒素、カドミウム、セレニウム、コバルト、銅、クロム、鉛、
銀およびニッケルを含むが、これらに限定されるものではない。
【００５１】 これらの目標検出物は、血液、リンパ液、唾液、膣および肛門分泌物、尿、糞
、汗および涙を含む体液、肝臓、脾臓、骨髄、肺、筋肉、脳等を含む固形組織を
含むがこれらに限定されるものではない、任意数の異なる試料タイプに存在して
いてもよい。
【００５２】 したがって、本発明は、固形基板を有する目標検出物を検出するためのデバイ
スを提供する。固形基板は、ここに記載し、また当業者に明らかなように、広範
な材料で、多くの方法で形成することができる。さらに、単一のデバイスは１以
上の基板からなっていてもよい。例えば、別個の「検出」カセットとインターフ
ェースを介して連結する「試料処理」カセットがあってもよい。生の試料を試料
処理カセットに加え、当該試料を操作して検出の準備をする。試料を試料処理カ
セットから取り出して検出カセットに加える。デバイスが適合する追加の機能カ
セット、例えば試料カセットと接触するように設置されてＰＣＲのような反応を
生じさせる加熱要素のようなものがあってもよい。ある場合には、基板の一部を
除去可能であり、例えば、試料カセットは、試料カセット全体が検出装置と接触
しないように、着脱可能な検出カセットを有していてもよい。例えば、米国特許
第５６０３３５１号、ＰＣＴＵＳ９６／１７１１６、および２０００年１２月１
１日に出願された「検出物反応のための多層微流体デバイス」、出願番号ＰＣＴ
／ＵＳ００／３３４９９を参照。これらは参照することで、ここに組み入れる。
【００５３】 固形基板の組成は、デバイスを形成するのに使用される技術、デバイスの使用
、試料の組成、検出すべき検出物、ウェルおよびマイクロチャンネルの大きさ、
電子部品の有無等を含む洋々な因子に依存する。一般に、本発明のデバイスは容
易に滅菌可能でなければならない。
【００５４】 好ましい実施形態では、固形基板は、シリコンウェハーのようなシリコン、二
酸化シリコン、窒化シリコン、ガラスおよび融解シリカ、ガリウム砒素、燐火イ
ンジウム、アルミニウム、セラミック、ポリイミド、石英、プラスチック、樹脂
および、ポリメチルメタクリレート、アクリル酸、ポリエチレン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリカーカーボネート、ポリスチレンおよび他のスチレン共重
合体、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、超合金、ジルカロイ、鋼
、金、銀、銅、タングステン、モリブデン、タンタル、コバール（ＫＯＶＡＲ）
、ケブラー（ＬＥＶＬＡＲ）、カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）、マイラー（ＭＹＬＡ
Ｒ）、真鍮、サファイア等を含むがこれらに限定されない広範な材料から形成す
ることができる。試料操作工程が光ベース技術を必要とするときには、光透過性
のある高融解ホウ珪酸塩や融解シリカのような高品質ガラスが好ましい。さらに
、ここに概説するように、デバイスの内面の一部は、非特異性結合を減少し、生
体適合性や流体抵抗のための結合リガメントの取り付けを許容するために、必要
に応じて様々なコーティングで被覆してもよい。
【００５５】 好ましい実施形態では、固形サポートは、米国特許出願番号第０９／２３５０
８１号、第０９／３３７０８６号、第０９／４６４４９０号、第０９／４９２０
１３号、第０９／４６６３２５号、第０９／４６０２８１号、第０９／４６０２
８３号、第０９／３８７６９１号、第０９／４３８６００号、第０９／５０６１
７８号、第０９／４５８５３４号に概説されているようなセラミック材料からな
り、これらの文献は参照することでその全体をここに組み入れる。この実施形態
では、グリーンシートを積層し、互いに焼結して実質的にモノリシック（monoli
thic）構造を形成したグリーンシート層から作られる。グリーンシートは、ガラ
ス、ガラス−セラミック、セラミック、またはこれらの混合の無機粒子をポリマ
ー結合剤中で分散した複合材料であり、可塑剤や分散剤のような添加剤を含めて
もよい。グリーンシートは、５０から２５０ミクロンの厚さのシートの形態であ
ることが好ましい。セラミック粒子は典型的には酸化アルミニウムや酸化ジルコ
ニウムのような酸化金属である。ガラス−セラミック粒子を含むグリーンシート
の例は、Ｅ．Ｉ．Du Pont de Nemours and Companyから販売されている「
ＡＸ９５１」である。酸化アルミニウム粒子を含むグリーンシートの例は、Ferr
o Corpから販売されている「フェロアルミナ」である。グリーンシートの組成
は特定に用途に合致するような注文仕様であってもよい。グリーンシート層は互
いに積層され、燃焼されて実質的にモノリシック多層構造を形成している。セラ
ミックグリーンシートの製造、処理および適用は、Richard E. Mistier，「テ
ープキャスティング：電子工業の要求にかなう基本プロセス」，Ceramic Bulle
tin，vol．６９、no．６，pp．１０２２−２６（１９９０）や、米国特許第３９
９１０２９号に記載され、これらは参照することでここに組み入れる。
【００５６】 デバイス（図２７−３０にデバイス１００と２００で示す）を製作する方法は
、好ましくは５０から２５０ミクロン厚であるグリーンシートのシートを準備す
ることから始める。グリーンシートのシートは、所望のサイズに切断され、従来
の処理には典型的には６インチ×６インチであるが、より小さなまたはより大き
なデバイスも必要に応じて使用してもよい。各グリーンシート層は種々の技術を
使用してテクスチャー（texture）し、最終多層構造の中に、バイアス（vias）
、溝または空洞のような所望の構造を形成する。
【００５７】 グリーンシート層をテクスチャーするのに種々の技術を使用してもよい。例え
ば、グリーンシート層の一部を穿孔してバイアスや溝を形成してもよい。この操
作は、Pacific Trinetics Corp.のモデルＡＰＳ−８７１８自動穿孔装置のよ
うな従来の多層セラミック穿孔器を使用して行うことができる。材料の一部を穿
孔する代わりに、溝やウェルのような特徴は、所望構造の負像（negative imag
e）を有するエンボスプレートに対してグリーンシートを押し付けることにより
、グリーンシートの表面に打ち出し（emboss）してもよい。また、織り込み（te
xturing）は、Pacific TrineticsのＬＶＳ−３０１２のようなレーザ媒介シス
テムを有するレーザ工具によって行ってもよい。
【００５８】 次に、各織グリーンシート層に、好ましくは厚膜ペーストの形態で、広範な材
料を適用してもよい。例えば、金属含有厚膜ペーストをグリーンシート層に設置
することで、電気的に導通した通路を設けてもよい。厚膜ペーストは典型的には
所望の材料を含むが、それは有機媒体（vehicle）に分散されたパウダーの形態
の金属や誘電体でもよい。またペーストは、スクリーン印刷のような所望のデポ
ジション（deposition）技術に適した粘度を有するように設計される。有機媒体
は、焼結を促進するために、ガラスフリットのような少量のフラックスを含めて
もよい。厚膜技術は、J．D．Provance，「厚膜材料の性能レビュー」，「Insula
tion／Circuits（１９７７年４月）」や、Morton L．Topfer，厚膜マイクロエ
レクトロニクス、製作、設計および適用（１９７７），pp．４１−５９に記載さ
れ、これらは参照することでここに組み入れる。
【００５９】 得られた厚膜の有孔率（porosity）は、厚膜ペーストに存在する有機媒体の量
を調整することで調整することができる。すなわち、厚膜の有孔率は、厚膜ペー
スト中の有機媒体のパーセンテージを増加することで、増加することができる。
同様に、グリーンシート層の有孔率は、有機結合剤の比率を増加することで増加
することができる。厚膜およびグリーンシート層の有孔率を増加する他の方法は
、有機媒体すなわち有機結合内で、有機媒体に溶解しない他の有機相を分散する
ことである。ポリマーミクロスフェアはこの目的のために有利に使用することが
できる。
【００６０】 電気的に導通する通路を加えるために、厚膜ペーストは、典型的には銀、プラ
チナ、パラジウム、金、銅、タングステン、ニッケル、錫、またはこれらの合金
のような金属粒子を含む。適切な銀ペーストの例は、Ｅ．Ｉ．Du Pont de Ne
mours and Companyから販売されている銀導体組成番号７０２５および７７１
３である。
【００６１】 厚膜ペーストは、スクリーン印刷によりグリーンシート層に付与することが好
ましい。スクリーン印刷処理では、厚膜ペーストは、パターンシルクスクリーン
に押しつけて、対応するパターン内のグリーンシート層に設置する。典型的には
、シルクスクリーンパターンは、マスクに露光することで写真的に形成する。こ
のようにして、導電性トレースをグリーンシート層の表面に付与する。グリーン
シート層に存在するバイアスは、厚膜ペーストで満たしてもよい。電気的に導通
する材料を含む厚充填ペーストで満たされた場合、バイアスは層間に電気接続を
与えるのに役立つ。
【００６２】 所望の構造をグリーンシートの各層に形成した後、接着層をグリーンシートの
いずれかの表面に付与する。好ましくは、接着剤は室温接着剤である。このよう
な室温接着剤は、室温すなわち約２０℃のガラス遷移温度を有し、これにより室
温で互いに基板を接合することができる。さらに、化学変化を受け、基板と化学
的に反応し、あるいは基板の成分を溶解するというよりも、室温接着剤は基板の
表面に浸透することで、基板を互いに結合する。時々、このような室温接着剤は
「感圧接着剤」と言及される。適切な室温接着剤は、典型的には、水性乳剤（em
ulsion）として供給され、Rohm and Haas，Inc．やAir Products，Inc.から
入手可能である。例えば、Air Products，Inc.から「Flexcryl１６５３」とし
て販売されている材料がよいことが分かった。
【００６３】 室温接着剤は、従来のコーティング技術によってグリーンシートに塗布しても
よい。コーティングを促進するために、使用されるコーティング技術や出発材料
の装填時の粘性および固形度に依存して、塗布された感圧接着剤を水に希釈する
ことが望ましい。コーティング後、室温接着剤は乾燥することができる。室温接
着剤の膜の乾燥厚さは、１から１０ミクロンの範囲であることが好ましく、厚さ
はグリーンシートの全表面にわたって均一でなければならない。１５ミクロンを
越える膜厚は望ましくない。このような膜厚の接着剤を用いると、多量の有機材
料を除去しなければならないために、焼成中に空隙や層間剥離が生じるおそれが
ある。乾燥時に約０．５ミクロン厚以下の膜は、層間の接着が不十分であるため
、薄すぎる。
【００６４】 従来のコーティング技術のうち、スピンコーティングやスプレーが好ましい方
法である。スピンコーティングを使用する場合、１０グラムの「Flexcryl１６５
３」に対して１グラムの消イオン水を加えることが好ましい。スプレーを使用す
る場合は、スプレーを容易にするために、より高い希釈レベルが好ましい。さら
に、室温接着剤をスプレーするとき、グリーンシートを約６０から７０℃の温度
に上昇させることが好ましい。これにより、材料はグリーンシートに設置した際
に殆ど瞬間的に乾燥する。この瞬間的な乾燥により、接着剤はさらに均一で同質
の膜となる。
【００６５】 室温接着剤をグリーンシート層に塗布した後、当該層を互いに積み重ねて多層
グリーンシート層を形成する。当該層を調整ダイ（alignment die）の中に積み
重ねて、各層構造間の所望のレジストレーションを維持することが好ましい。調
整ダイを使用するとき、調整孔を各グリーンシート層に付加しなければならない
。典型的には、室温接着剤を使用するときには、積み重ね工程だけでもグリーン
シート層を互いに接合するのに十分である。換言すれば、層を互いに接合するの
に圧力は少しでよいし、無くてもよい。しかしながら、層をより強固に接合する
ためには、層は積み重ねた後に互いに積層することが好ましい。
【００６６】 積層工程は、積み重ねた層に圧力を加えることを含む。例えば、従来の積層プ
ロセスでは、積み重ねたグリーンシート層に約１０００から１５００ｐｓｉの一
軸圧力を付与した後、例えば７０℃に昇温して約１０から１５分間、約３０００
から５０００ｐｓｉの均衡圧を付与する。従来の積層工程を使用するときは、グ
リーンシート層を互いに接合するのに接着剤を使用する必要はない。
【００６７】 しかしながら、内部または外部の空洞や溝のような構造の範囲にわたって良好
な制御を行うために、２５００ｐｓｉ以下の圧力が好ましい。空洞や溝のような
より長い構造の形成を許容するためには、より低い圧力が好ましい。例えば、２
５００ｐｓｉの積層圧力を使用する場合、正しく形成された内部空洞や溝の大き
さは、典型的には、概略２０ミクロン以下に限定される。したがって、１０００
ｐｓｉ以下の圧力は、このような圧力により約１００ミクロン以上のサイズを有
する構造をある寸法制御手段を用いて形成することができるので、好ましい。３
００ｐｓｉ以下の圧力は、このような圧力により２５０ミクロン以上のサイズを
有する構造をある程度の寸法制御を用いて形成することができるので、好ましい
。１００ｐｓｉ以下の圧力は、ここでは「近ゼロ圧力」と言及するが、多層構造
に形成することができる内部および外部の空洞または溝のサイズに関していくつ
かの限界が存在するので、好ましい。
【００６８】 圧力は、積層工程で一軸プレスにより付与することが好ましい。
【００６９】 代案として、約１００ｐｓｉ以下の圧力を手動で付与してもよい。
【００７０】 半導体デバイスの製作については、各シートに多くのデバイスを介在させても
よい。
【００７１】 したがって、積層後、多層構造を従来のグリーンシートダイシングまたはソー
イング装置を使用して切断し、個々のデバイスに分離してもよい。室温接着剤に
よって与えられる剥離またはせん断抵抗のレベルが高いので、ダイシング工程中
に非常に小さなエッジの層間剥離が発生する。ダイシング後にエッジの回りでい
くつかの層が分離しても、手動で当該エッジに圧力を付与することにより、デバ
イスの残部に害を与えることなく、当該層を容易に再積層することができる。
【００７２】 最終処理工程は、積層された多層グリーンシート構造を「グリーン」状態から
最終の実質的にモノリシックな多層構造を形成するための焼成である。焼成工程
は温度が上昇するにつれて２つの重要な段階で生じる。最初の重要な段階は、約
２５０から５００℃の温度範囲で生じる結合剤バムアウト（bumout）段階であり
、その間に、グリーンシート層中の結合剤や塗布された厚膜ペースト中の有機要
素のような他の有機材料が当該構造から除去される。
【００７３】 次の重要な段階は高温で起こる焼結段階であり、この段階では、無機粒子が互
いに焼結し、これにより多層構造が緻密になり、実質的にモノリシックになる。
使用する焼結温度は、グリーンシート内に存在する無機粒子の性質に依存する。
多くのタイプのセラミックに対して、適切な焼結温度は約９５０から約１６００
℃の範囲であり、材料に依存する。例えば、酸化アルミニウムを含有するグリー
ンシートに対しては１４００から１６００℃の間の焼結温度が典型的である。窒
化シリコン、窒化アルミニウムおよびシリコンカーバイドのような他のセラミッ
ク材料は、例えば１７００から２２００℃のようなより高い焼結温度を必要とす
る。ガラス−セラミック粒子を有するグリーンシートに対しては、７５０から９
５０℃の範囲の焼結温度が典型的である。ガラス粒子は一般に約３５０から７０
０℃の範囲の焼結温度を必要とする。最後に、金属粒子は、当該金属に依存する
が、５５０から１７００℃の焼結温度を必要とする。
【００７４】 典型的には、デバイスは使用する材料に応じて約４時間から約１２時間または
それ以上の間、焼成する。一般に、焼成は、構造から有機材料を除去し、無機粒
子を完全に焼結するために十分な持続時間を有していなければならない。特に、
ポリマーがグリーンシートや室温接着剤に結合剤として存在する。焼成は、これ
らのポリマーを分解し、多層構造から除去するのに十分な温度と持続時間を有し
ていなければならない。
【００７５】 典型的には、多層構造は焼成工程中に空間の減少をこうむる。結合剤バムアウ
ト段階では、約０．５から１．５％の小さな空間の減少が通常みられる。それよ
り高温では、焼結段階で、約１４から１７％のさらなる空間の減少が典型的にみ
られる。
【００７６】 一方、焼成による空間変化は制御することができる。特に、グリーンシートや
厚膜ペーストのような２つの材料における空間変化を調和（match）させるため
に、（１）粒子サイズと、（２）焼成工程中に除去される結合剤のような有機成
分のパーセンテージを調和するべきである。さらに、この空間変化は正確に調和
させる必要がないが、不調和（mismatch）によりデバイスに内部応力が生じる。
しかし、対称処理、すなわち、デバイスの対向位置に同一の材料または構造を配
置することで、ある程度、収縮した不調和の材料に対する補償をすることができ
る。焼結温度または空間変化における大きな不調和により、デバイスの部分ある
いは全体に欠陥や破損を生じる。例えば、デバイスは個々の層に分離し、または
そらせたり、ゆがめたりしてもよい。
【００７７】 前述したように、グリーンシート層に加えられる非類似の如何なる材料も同時
焼成（co−fire）される。このような非類似材料は厚膜ペーストとして、または
他のグリーンシート層として加えることができ、あるいは製造工程の後に、すな
わち焼結後に加えることができる。同時焼成の利点は、加えた材料をグリーンシ
ート層に焼結して、実質的にモノリシックな微流体デバイスに一体化されること
である。しかしながら、同時焼成可能であるためには、加えられた材料はグリー
ンシート層と調和する焼結温度と空間の変化を有していなければならない。焼結
温度は材料に大いに依存するので、焼結温度を調和するには材料の適切な選択が
必要である。例えば、銀は電気的に導通する通路を適用するのに好ましい材料で
あるが、もしグリーンシート層が１４００から１６００℃の範囲の焼結温度を必
要とするアルミニウム粒子を含んでいる場合、銀の融点（９６１℃）が比較的低
いことにより、プラチナのような他の金属を使用しなければならない。
【００７８】 代案として、他の基板の追加または２つの燒結後部品の接合は、ここで概説し
たような広範な接着技術を使用して行うことができる。例えば、デバイスの２つ
の「半分（half）」は互いに接着または融着することができる。例えば、特定の
検出台（detection platform）や、ヒドロゲルのような試薬混合物、高温で安
定しない生物学的成分を２つの半部間に挟むことができる。代案として、開口溝
やウェルを有するセラミックデバイスを作製し、該デバイスに追加の基板や材料
を設置し、他の材料でシールしてもよい。
【００７９】 特に好ましい基板は、顕微鏡スライドのようなガラスである。
【００８０】 好ましい実施形態では、固体基板は、複数の目標検出物を含む単一試料を取り
扱うように形成される。すなわち、単一試料をデバイスに加え、該試料を等分し
て平行処理し検出物を検出してもよいし、あるいは連続的に処理し、個々の目標
検出物を連続的に検出してもよい。さらに、試料を周期的、またはインラインサ
ンプリングのために異なる位置から除去してもよい。
【００８１】 好ましい実施形態では、個体基板は１または複数の目標検出物を含む複数の試
料を取り扱うように形成されている。一般に、この実施形態では、各試料は個別
に取り扱う。すなわち、操作と分析は並行して行い、それらの間に接触や汚染が
ないことが好ましい。代案として、共通のいくつかの工程があってもよい。例え
ば、異なる試料を別個に処理するが、単一の検出台上で目標検出物の全てを検出
することが望ましい。
【００８２】 さらに、ある実施形態では、基板は、多数のアレイ、特に核酸アレイ１からな
り、これらは複数の反応容量（例えば、接着剤により境界付けられ、可撓層によ
って覆われている）に含まれている。
【００８３】 さらに、ここになされた全ての議論は微小溝とウェルを備えたほぼ平坦な基板
を使用することに向けられているが、他の形状も使用することができる。例えば
、２またはそれ以上の平坦な基板を積み重ねて３次元デバイスを製造することも
でき、それは１つの平面内またはそれらの平面間に流れる微小溝を有する。同様
に、ウェルは２またはそれ以上の基板間にまたがってより大きな空間の試料を許
容することができる。例えば、基板の両側をエッチングして微小溝を形成するこ
とができる。例えば、米国特許第５６０３３５１号および第５６８１４８４号を
参照。これらは参照することでここに組み入れる。
【００８４】 本発明のバイオチップ基板は、アレイ形式で取り付けられた捕獲結合リガンド
（capture binding ligands）を有する。ここで「アレイ」または「バイオチ
ップ」は、複数の捕獲結合リガンド、好ましくはアレイ形式の核酸を意味し、ア
レイのサイズは組成およびアレイの最終使用に依存する。ここでなされる議論の
大部分は、捕獲プローブを備えた核酸アレイの使用に向けられているが、本発明
の範囲を限定することを意味しない。他のタイプの捕獲結合リガンド（蛋白質等
）を使用することができる。ここで「アレイ」は、規則正しい（ordered）空間
的配置、特に固定（immobilized）生物分子または重合固定（anchoring）構造を
いう。「アドレス可能アレイ」は、個々の要素が正確に規定されたＸＹ座標を有
するアレイをいい、これにより特定の位置における所定の要素を識別することが
できる。
【００８５】 核酸アレイは当業者に公知であり、多くの方法で分類することができ、整列（
ordered）アレイ（例えば、別個の位置で化学作用（chemistries）を解明（reso
lve）する能力）とランダムアレイとを含む。整列アレイは、写真石版技術（登
録商標Affymetrix GeneChip）、スポッティング技術（Synteiその他）、印刷技
術（Hewlette Packard and Rosetta）、３次元「ゲルパッド」アレイ等を使
用して行うものを含むが、これらに限定されるものではない。アレイのサイズは
変化させることができる。２から多数の異なる捕獲プローブを有するアレイが作
られると、非常に大きなアレイが可能となる。一般に、アレイは２から１００，
０００からなり、約４００から約１０００が最も好ましく、約１０００が特に好
ましい。アレイは「アドレス可能」なものとして分類することができる。これは
、アレイの個々の要素はｘｙ座標を正確に規定し、これにより所定のアレイ要素
をピンポイントすることができることを意味する。
【００８６】 本発明は、バイオチップ１８を使用してアッセイを行うのに有利に使用される
。当業者で使用されているバイオチップは、生物学的結合対の１つのメンバーか
らなる生体分子のアレイまたはマイクロアレイ、好ましくは整列アレイ、さらに
好ましくは整列およびアドレス可能アレイを含む基板を包含する。典型的には、
このようなアレイは、生物学的試料に存在すると期待される少なくとも１つの配
列に相補するヌクレオチド配列からなるオリゴヌクレオチドアレイである。代案
として、ペプチドまたは他の小さな分子をバイオチップに配列して、免疫分析（
ここで整列分子は抗原である）を行い、あるいは生物学的受容体（ここで、整列
分子は前記受容体のガンド、作用薬または拮抗薬である）を分析することができ
る。これにより、「プローブ」は一般に目標核酸に実質的に相補的である核酸を
いい、また「プローブ」および「生物分子プローブ」は他の生物分子、例えばそ
の結合相手（binding partner）を検出するのに使用される生物分子をいう。
【００８７】 バイオチップの１つの有益な特徴は、生体分子をバイオチップの表面に取り付
ける方法である。従来、このような方法は、複数の反応工程を有し、固体サポー
ト（solid support）それ自身の化学的修飾（chemical modification）が必要
であった。固体サポート上に存在するヒドロゲルのような吸収マトリックス（ad
sorption）を有する実施形態では、生体分子で共有結合を形成することができる
化学的機能を提供するために、ゲルポリマーの化学的修飾が必要である。付着作
用（attachment chemistry）の効率および形成された化学的結合の強度は、マ
イクロアレイの製造および最終的性能に不可欠（critical）である。
【００８８】 重合ヒドロゲルおよびゲルパッドは、生体分子の表面に接着する結合層として
使用される。生体分子は、蛋白質、ペプチド、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレ
オチドおよび大きな核酸断片を含むが、これらに限定されるものではない。オリ
ゴヌクレオチドプローブは、ヒドロゲルの連続層の表面またはゲルパッドのアレ
イに結合してもよい。本発明の装置とともに使用するバイオチップからなるゲル
パッドは、薄シートまたは平板（slab）として都合よく製造され、典型的には、
アクリルアミドモノマーの溶液、メチレンビスアクリアミドのような架橋剤、お
よびＮ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルエチレンジアミド（ＴＥＭＥＤ）のよう
な触媒の溶液と、化学重合用アンモニウム過硫酸塩、または光重合用２，２−ジ
メトキシ−２−フェニル−アセトフェノン（ＤＭＰＡＰ）のような開始剤とを、
スペーサを使用して２つのガラス面（例えば、ガラス板または顕微鏡スライド）
の間に設置し、所望の厚さの重合ゲルを得る。一般に、アクリルアミドモノマー
と架橋剤を、水／グリセロール中で約４−５％のアクリルアミド（１９／１のア
クリルアミド／ビスアクリルアミド比を有する）の溶液内で調製し、僅かな量の
開始剤を加える。この溶液を、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、少なくとも約１５
分、２５４ｎｍ、または他の適切なＵＶ条件、集合的に「光重合」とよぶ）、ま
たは高温（例えば典型的には約４０℃）での熱イニシエーションのいずれかによ
り、重合し架橋する。重合および架橋の後、上のガラススライドを表面から除去
し、ゲルを取り出す。ゲルの孔のサイズ（すなわち「篩特性（sieving propert
y）」）は、架橋剤の量とモノマー溶液中の固形物パーセントを変更することで
制御する。孔のサイズは重合温度を変更することによっても制御することができ
る。
【００８９】 生体分子用の結合層として使用される本発明の重合ヒドロゲルアレイ（すなわ
ちパターンゲル（patterned gel））のポリアクリルアミドの実施形態の製造に
おいて、アクリルアミド溶液は、典型的には、ＵＶ重合／架橋工程中にマスクを
介してイメージ（image）する。上のガラススライドを重合後に取り除き、未重
合モノマーを水で洗い流し（現像し）、ポリアクリルアミドヒドロゲルの細微な
特徴パターンを残し、これを架橋ポリアクリルアミドヒドロゲルパッドを製造す
るのに使用する。さらに、半導体工業で知られている石版技術を適用する場合、
ポリアクリルアミドヒドロゲルの表面上の個々の位置に光を照射し、これらの特
定位置を活性化し、オリゴヌクレオチド、抗体、抗原、ホルモン、ホルモン受容
体、リガンドまたは多糖類を固形サポート（例えば、国際出願公開第ＷＯ９１／
０７０８７参照。これは参照することでここに組み入れる。）の表面（例えばポ
リアクリルアミドヒドロゲル表面）に付着させる。
【００９０】 ポリアクリルアミドを使用するヒドロゲル基アレイには、（オリゴヌクレオチ
ドのような）生体分子は、生体分子と同属化学基からなる派生ポリマー（deriva
tized polymer）との間にアミド、エステル、または二硫化結合剤を形成するこ
とによって、電子対を共有して（covalently）付着させる。生体分子のポリマー
への共有付着は、通常、ポリマーの重合化および化学架橋が完了した後に行う。
【００９１】 代案として、５´−最終アクリルアミド修飾を支持するオリゴヌクレオチドを
使用することができる。それは、アクリルアミドモノマーと有効に共重合して、
ＤＮＡ−含有ポリアクリルアミド共重合を形成する（Rehmanら、１９９９，Nucl
eic Acids Research２７：６４９−６５５）。この試みを使用して、安定プロ
ーブ含有層を、露出したアクリル基を有するサポート（例えばマイクロチター（
microtiter）プレートやシラナイズド（silanized）ガラス）上に製作すること
ができる。この試みは、市販の「Acrydite（登録商標）」捕獲プローブ（メリー
ランド州ボストンにあるMosaic Technologiesから入手できる）を利用する。Ac
ryditeの部分（moiety）は、アクリルアミドと遊離基共重合が可能なエチレン基
を有するフォスポルアミダイト（phosporamidite）であり、標準ＤＮＡシンセサ
イザーで、オリゴヌクレオチドプローブの５´ターミナル（terminus）で共重合
基を導入するのに使用することができる。
【００９２】 図１を参照すると、バイオチップ１８からなるハイブリダイゼーション室１０
を提供し、該ハイブリダイゼーション室１０は、第１面１２と該第１面１２に対
向する第２面１３を有する基板１１と、接着層１５によって第１基板面１２に取
り付けられた可撓層１６とからなっている。第１面１２には、領域１４が接着層
１５によって結合され、可撓層１６によって完全に被覆されている。可撓層１６
、接着層１５および第１基板面１２は、反応空間（volume）２５を規定している
（ここではときどき反応室と言及する）。領域１４に対する空間２５の比は、好
ましくは、約０．０２５ｍＬ／ｍｍ２から約０．２５ｍＬ／ｍｍ２、好ましくは
約０．１ｍＬ／ｍｍ２から約０．２５ｍＬ／ｍｍ２、さらに好ましくは約０．１
ｍＬ／ｍｍ２から約０．２ｍＬ／ｍｍ２である。
【００９３】 本発明は基板、接着剤および可撓層によって規定される反応空間を含むが、当
業者に明らかなように、反応空間を形成することができる様々な方法がある。例
えば、室の「壁」を形成するのに役立つ（例えばガスケットの形態の）接着剤を
有するよりも、基板それ自身がこれらの壁を構成するように形成してもよい。当
業者に明らかなように、他の様々な形態も可能である。
【００９４】 図３に示すように、領域１４の可撓層１６と第１基板面１２の間には、複数の
生体分子が配設されている。好ましい実施形態では、複数の生体分子は、生体分
子のアレイ１７からなり、該アレイは好ましくは第１基板面１２に付着している
。アレイ１７はさらにゲルパッド２２を有するのが好ましい。代案の好ましい実
施形態では、アレイ１７はポリアクリルアミドの連続層に設置されている。図２
は、アレイ１７の一部の分解断面図であり、ゲルパッド２２を示す。各ゲル構造
２２は好ましくは円柱形で、さらに好ましくは約１１３ミクロンの径と、約２５
ミクロンの厚さを有する。各アレイ１７内の各部位間の距離は、好ましくは約３
００ミクロンである。
【００９５】 オプションである水溶性化合物層２８を有し、それは、第１温度例えば室温ま
たは保管温度で固体または高粘度を有し、第２のより高い温度で液体または低粘
性を有する。合成物を利用する好ましい実施形態は、約３０から約６０℃、好ま
しくは約３５から約５０℃、さらに好ましくは約３５から約４５℃の融点を有す
るが、第１基板面１２、可撓層１６および接着層１５によって境界づけられた空
間２５に配置されている。好ましくは、水溶性化合物は生物学的適合性であり、
可撓層１６に付着せず、ゲルパッド２２への機械的損傷を防止するのに役立つ。
この化合物は、任意数の材料からなるが、グリコールポリマーのようなポリマー
、デキストラン、糖および他の炭水化物が好ましい。好ましい実施形態では、化
合物は、ポリエチレングリコール、好ましくはポリエチレングリコール６００で
ある。化合物２８は、全空間２５がアレイ１７によって占有されている部分を除
き化合物２８からなるように設置されている。
【００９６】 アレイ１７は、マーキングを設けることによって面１２に配置することができ
る。マーキングは、好ましくは面１２に設けたホールまたはピットであるが、ア
レイ１７を正確に配置するための面１２上の基準点または参照点として作用する
。前記基準点の存在は、面１２上の１または複数の領域１４に複数のアレイ１７
を有する実施形態において特に有利である。ここで、前記アレイの正確な設置は
、ハイブリダイゼーション室にアレイを適切に配置し方位するのに必要である。
【００９７】 好ましい実施形態では、第１ポート１９と第２ポート２０が、図７に示すよう
に、可撓層１６を貫通して延びているが、ある実施形態では、入口と出口の両方
を兼用する単一のポートだけがある。第１ポート１９は、入力ポートとして作用
し、第１開口２９が第１面１２に接着層１５によって境界づけられた領域１４（
反応室）に設けられるように、可撓層１６に配置されている。第２ポート２０は
、出口ポートとして作用し、第１開口３１が第１面１２上の接着層１５によって
境界づけられる領域１４内で開口するように、可撓層１６に設けられている。
【００９８】 入力および出力ポート１９および２０は、プラスチックピペット、好ましくは
１０μＬピペットチップ、または２００μＬピペットチップを受け入れるように
形成されている。好ましい実施形態では、入力および出力ポート１９および２０
は、図４に示すように、円錐台の形状であり、ここで小径を有する円錐の端部は
、それぞれ各ポート２０および３１の第１開口を形成し、大径を有する円錐の端
部は、それぞれ各ポート３０および３２の第２開口を形成する。この形状は、ピ
ペットチップ１１０とポートの間のシールを形成し、オペレータの正確性のため
のポートの可視性を向上し、空間２５内へのピペットチップ１１０の突出を防止
し、これによりその中の要素特に可撓性のあるガス浸透層１６の潜在的損傷を防
止する。これらの実施形態では、各ポートは、約１．０ｍｍから約２．０ｍｍの
第２基板面１３上の径を有し、約０．３ｍｍから約０．６ｍｍの第１基板１２上
の径を有するのが好ましい。ポート１９および２０の円錐壁は、第２基板面１３
と角度５４を形成し、それは９０°以下が好ましい。さらに好ましくは、角度５
４は、生物試料流体２６の接触角５５以下またはそれに等しい。さらに好ましく
は、角度５４は、ポート内の流体の表面が平坦であるような接触角５５に等しい
。この幾何学的配置は、漏出しそうにないポートを提供するが、そのかわり空間
２５に流体を運び、これにより第２基板面１３は、取り替え可能なカバー２１が
当てられたときに乾燥する。
【００９９】 ポート１９と２０の開口は、着脱可能なカバー２１によって覆うようにしても
よい。好ましい実施形態では、取り換え可能なカバー２１は、ストッパー、ガス
ケット、テープであり、好ましくは箔テープである。
【０１００】 これらの好ましい実施形態では、１または複数の第１ノッチ７０は、該第１ノ
ッチ７０が第１接着層１５によって境界づけられた第１基板面１２上の領域１４
と直接連通するように、第１接着層１５に切り込まれている。第２ノッチ７２は
、接着層１５の第１ノッチ７０のサイズと位置に対応する位置において、可撓層
１６に切り込まれ、これにより１または複数のポートを形成する。特に好ましい
実施形態では、接着層のリング（不図示）は各第２ノッチ７２の周囲に配置され
る。これにより、接着リング（不図示）の内周は第２ノッチ７２の外周と同一の
広がり（coextensive）を有する。好ましくは、第１ノッチ７０と第２ノッチ７
２は、形状が円で、接着リング（不図示）の内径と等しい径を有する。好ましく
は、接着リング（不図示）の内径および外径は、ピペットのチップ１１０の先端
と密着シールを形成するように選択される。代案の好ましい実施形態では、第２
接着層７６は、第１基板面１２上の涼気１４を覆わずに、かつ、第１ポート１９
と第２ポート２０を規定しないように、可撓層１６の一部に配置されている。こ
の実施形態では、装置はさらに第１接着層１５と同じ方法でダイカットされて窓
５８を形成するように、標識層５７を有する。窓は、第１基板面１２上の領域１
４に位置が対応し、第２接着層７６に適用される。この実施形態では、１または
複数の第３ノッチ７８が第２接着層７６に切り込まれ、これにより第３ノッチ７
８は形状、サイズおよび位置において第１ノッチ７０と第２ノッチ７２に対応す
る。第４ノッチ８０は、第１ノッチ７０、第２ノッチ７２、第３ノッチ７８に対
応する形状と位置を有するが、標識層５７に切り込まれている。第４ノッチ８０
の径は、第１ノッチ７０、第２ノッチ７２、第３ノッチ７８の径より大きいこと
が好ましく、これにより、装置が組み立てられた後に第２接着層７６の一部が第
４ノッチ８０によって露光される。好ましくは、第２接着層７６の露光位置はピ
ペットチップ１１０の形状とサイズに相当する。
【０１０１】 本発明の代案の実施形態では、第１ポート１９と第２ポート２０は、可撓層１
６よりもむしろ、基板１１を貫通して延びている。図示した実施形態は、共有に
かかる同時継続の特許出願第０９／４６４４９０号に記載され、それは参照する
ことでここに組み入れる。本発明の好ましい実施形態では、第１基板面１２上の
領域１４は、該領域１４の対角方向に対向するコーナーに体格２つの丸いエッジ
を備えるとともに、領域１４の残りの対角方向に対向するコーナーで２つの９０
°の角度を備えている正方形または矩形である。好ましくは、第１ポート１９ま
たは第２ポート２０が可撓層１６を貫通して延びるとき、第１接着層１５の第１
ノッチ７０は、図７に示すように、領域１４の先鋭なエッジで切り込まれている
。これらの実施形態は、コーナーを排除した結合構造からなるので特に好まれ、
領域１４に気泡の形成を防止することで有益である。
【０１０２】 基板１１は、任意の固形サポート物質から製作されるが、その物資は、金属、
セラミックおよびガラスを含むが、これらに限定されるものではない。好ましく
は、基板１１は、シリコンまたはガラス（正確と剛性のため）、成形プラスチッ
ク（製造コストと熱慣性を減少する）、またはセラミック（一体加熱要素をフィ
組む微小流体要素のため）から作製されている。好ましくは、基板はガラスであ
る。
【０１０３】 接着層１５は、基板１１と可撓層１６の間に水密結合を行うのに適した接着剤
を使用する。該接着剤は、高温アクリル樹脂、ゴム基接着剤およびシリコン基接
着剤を含むが、これに限定されるものではない。接着層１５の形状はアレイ１７
を含むように形成する。接着層１５は、所望の形状に領域１４を形成するパター
ンで第１基板面１２に設置することができるが、好ましくは長円領域１４である
。接着層１５はインクジェット印刷やオフセット印刷法を使用して、あるいは接
着剤のシートから所望の形状をダイカッティングして設置することができる。さ
らに、第１基板面１２のほぼ全体部分を接着剤で被覆し、接着剤を保持すること
を望まない基板の部分は例えば紫外線硬化により硬化させることができる。これ
らの実施形態では、接着特性を保有する部分はマスクを使用して規定し、可撓層
１６を面１２に付着させるのに必要な接着特性を保持する。ダイカット接着剤を
使用する実施形態では、接着剤は両面接着テープ、好ましくはキャリアのない両
面接着テープである。接着層１５は、１から１００μｍ厚、好ましくは２５から
５０μｍ厚、さらに好ましくは約５０μｍ厚の層に設置することが好ましい。
【０１０４】 可撓層１６は可撓性のある任意の固体物質で形成する。個体物質は、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン（サラン（商標）ラップとして販売
されている）を含むプラスチック、シリコンゴムを含むゴム、高温ポリエステル
、および多孔テフロン（商標）を含むが、これらに限定されるものではない。可
撓層１６は、好ましくは変形可能でかつ生物学的適合性を有し、可撓層と基板の
間に含まれる基板から水が蒸発するのを防止するために、液体に対して低浸透性
を有することが好ましい。すなわち、好ましい実施形態は、ガスに対して浸透性
を有するが、液体に対して非浸透性または実質的に非浸透性を有する可撓層を使
用した。可撓層１６はまた、光学的に透明（clear）であることが好ましく、８
から１２時間、収縮することなく５０から９５℃の温度に耐えることができなけ
ればならない。可撓層１６は、約５ｍｍ２から約１４００ｍｍ２、好ましくは約
５ｍｍ２から約６００ｍｍ２、さらに好ましくは約１００ｍｍ２から約６００ｍ
ｍ２の領域を被覆するのが好ましい。
【０１０５】 好ましい実施形態では、可撓層はガス浸透膜である。さらに好ましくは、可撓
性ガス浸透層１６は、試料流体２６の表面張力により試料流体が膜の孔を通過す
るのを防止し、ガス分子が可撓性のあるガス浸透層を通過するのを許容するよう
な物理的、化学的および機械的特性を有するように選択される。可撓性のあるガ
ス浸透層１６は、０．２と３．０μｍの間、好ましくは０．２と１μｍの間、さ
らに好ましくは約０．２μｍである。可撓性のあるガス浸透層１６は、また半透
明であることが好ましく、８から１２時間の間、収縮することなく、５０℃と９
５℃の間の温度に耐えることができなければならない。好ましい実施形態では、
可撓性のあるガス浸透層は、多孔テフロン（登録商標）である。このような特徴
を有する膜は、ポールスペシャルティマテリアルから入手可能である。
【０１０６】 好ましい実施形態では、図５に示すように、本発明は標識層５７を有する。標
識層５７は、接着剤と同様にダイカットして、第１基板面１２上の領域１４に対
応する窓５８を形成する。標識層は、接着層を有する厚膜、好ましくはAveryレ
ーザラベルが好ましい。標識層は好ましくは真空ラミネーションによって可撓層
の外面に付与する。領域１４は、標識層５７の窓５８から視認可能であることが
好ましい。
【０１０７】 好ましい実施形態では、本発明はさらに、可撓性のあるガス浸透層を通る拡散
を促進する手段を備えており、ここではこれを「ガス拡散加速器」と言及する。
ガス拡散加速器は、該加速器が無い場合の拡散速度に比べて、可撓層を横切って
反応層からガス気泡の拡散速度を増加するのに使用される。ガス拡散加速器は、
様々な形態を採ることができるが、好ましくは、反応質からガス気泡を除去する
ために、可撓性のあるガス浸透層、または存在するのであれば標識層に着脱可能
に取り付けられる。ガス拡散加速器は、可撓性のあるガス浸透層１６を横切る圧
力勾配または濃度勾配を形成し、これにより可撓性のあるガス浸透層２６を横切
る空間２５内に含まれる試料流体２６からのガス分子の拡散速度を増加する。ガ
ス拡散加速器の好ましい実施形態は、可撓性のあるガス浸透層１６を横切る圧力
勾配を形成するが、図１４に示されている。この実施形態では、真空源（矢印で
示す）が可撓性のある浸透層１６に着脱可能に取り付けられている。好ましい実
施形態では、真空源（矢印で示す）は、真空ポンプ（矢印で示す）と、領域１４
を完全に包囲して可撓性のある浸透層１６に着脱可能に取り付けられている室シ
ール１２０と、真空ポンプ（矢印で示す）をレジューサ１２０に接続する所定長
さのプラスチックチューブ配管７３とからなっている。室シール１２０は吸引カ
ップや、レジューサ、その他類似した化学的および機械的特性を有する構造であ
ってもよい。最も好ましくは、プラスチックチューブ配管はポリウレタンチュー
ブ配管である。最も好ましくは、室シールはポリビニリデンフッ化物（エルフア
トケムノースアメリカによりＫｙｎａｒ（登録商標）の名で販売されている。）
で作成される。膜を横切る濃度勾配を形成する拡散促進手段も好ましい。濃度勾
配は、例えば、可撓性のあるガス浸透層１６を横切る不活性ガスの流れを与える
ことにより形成され、ここで、不活性ガスの分子は大き過ぎて可撓性のあるガス
浸透層１６を通過することができないが、空間２５内に含まれるガスは可撓性の
あるガス浸透層１６を自由に通過する。当業者であれば、選択した試料流体２６
に適する可撓性のあるガス浸透層１６とガス拡散加速器の特性を選択することが
できるであろう。
【０１０８】 第１基板面１２上の領域に含まれるアレイ１７は、オプションとして、水溶性
化合物２８で被覆される。この水溶性化合物２８は、使用する前にバイオチップ
を保護し封止するとともに、アレイの退化その他の損傷を防止する。約３０℃か
ら約６０℃、好ましくは約３５℃から約５０℃、さらに好ましくは約３５℃から
約４５℃の融点を有する水溶性化合物２８は、アレイ１７と可撓層１６の間の空
間２５を満たすのに有利に使用される。好ましくは、この化合物は、ポリエチレ
ングリコール、好ましくはポリエチレングリコール６００である。本発明のハイ
ブリダイゼーション室１０の特に好ましい特徴は、水溶性化合物２８が空間２５
の全体を満たし、好ましくは少なくとも入力ポート１９の一部を満たすことであ
る。これにより、空間２５に気泡が形成されるのが防止される。なぜなら、化合
物２８がまず溶融し、ローラ４０を使用して、ハイブリダイゼーション流体２６
中に気泡を生じることなく、試料流体２６と混合するからである。反応空間２５
に気泡がないことにより、目標分析物とプローブの間のハイブリダイゼーション
のような相互作用がこのような気泡からの干渉なしに、生物学的結合反応の効率
が向上される。さらに、スキャナー３６または光パイプ３７により検出される人
為的信号が最小化される。
【０１０９】 ポートまたはホールは、ガラス基板の実施形態ではダイヤモンドドリルにより
、プラスチック基板の実施形態では打ち抜きまたは成形により、あるいはここの
概説するセラミック調製技術を使用して、基板１１に形成することができる。こ
れは、例えば第１ポート１９および第２ポート２０が単一操作で形成される基板
を形成することで、ハイブリダイゼーション室の寸法の標準化を促進する。基板
１１と着脱可能なカバー２１は、ストリップまたは大シートとして設置すること
ができ、転がせて気泡の閉じ込みを防止することができる。可撓層１６は、空気
の閉じ込みを防止するために真空ラミネーションを適用することができ、あるい
は接着層１５と水溶性化合物２８を処理した後に、基板１１上に液体プラスチッ
クをスピニングしたり流動させ、続いて可撓層を硬化させることで設置すること
ができる。個々のハイブリダイゼーション室１０は、例えば図６に示すようなダ
イヤモンドソーを使用して積層して形成することができる。
【０１１０】 図６は、ハイブリダイゼーション室１０を製作するための好ましい配置を示す
。ここで、可撓層１６、接着層１５、アンカット基板１１および取り外し可能な
カバー２１からなる交互層が設置され、ハイブリダイゼーション室は例えばダイ
ヤモンドソーや任意の製作工具を用いて積層層を切断することで製造される。シ
ール空間２５は、切断工程中に生じるくずからアレイを保護する。
【０１１１】 本発明のハイブリダイゼーション室１０の代案の実施形態は、可撓層１６の下
の複数の領域１４に規定された複数のアレイ１７を包含する。各領域はアレイ１
７を有し、第１ポート１９とオプションとして第２ポート２０を供給されている
。これらの実施形態では、接着層１５は各領域１４を規定するパターンで第１基
板面１２上に設置され、可撓層１６は前記面上の領域１４を包含するように接着
層１５に当接されている。
【０１１２】 本発明のある実施形態では、アレイ１７またはここに記載したような複数のア
レイ１７を含むハイブリダイゼーション室１０が製造される。ここで、１または
複数の目標分子からなるハイブリダイゼーション流体２６の添加により、使用の
準備ができたハイブリダイゼーション室が提供される。代案の実施形態では、ハ
イブリダイゼーション室１０は、アレイ１７なしに製造され、ユーザがそのアレ
イ１７を挿入できるようにする。これらの実施形態では、可撓層１６の少なくと
も１つのエッジは、アレイ１７のガス拡散加速器が挿入されるまで、第１基板面
１２に接着されていない。
【０１１３】 本発明のハイブリダイゼーション室または反応室１０の使用においては、好ま
しくは目標核酸を含む生物学的試料からなるある量の試料流体２６を第１ポート
１９を介して反応室に添加する。ハイブリダイゼーション流体２６をハイブリダ
イゼーション室に適用する前に、空間２５を水溶性化合物２８の融点より高いま
たは等しい温度まで加熱するのが好ましい。溶融すると、ハイブリダイゼーショ
ン流体２６をハイブリダイゼーション室に添加し、図１８に示すような水溶性化
合物と混合することができる。水溶性化合物２８は室内のハイブリダイゼーショ
ンに影響を及ぼさないのが好ましい。さらにある量の化合物２８は、該化合物２
８が試料流体２６と混合したときにハイブリダイゼーション効率が改良されるよ
うに、選択する。
【０１１４】 第２ポート２０ではなく第１ポート１９を有するハイブリダイゼーション室の
実施形態では、化合物２８が溶融した後にハイブリダイゼーション流体をハイブ
リダイゼーション室に導入し、ハイブリダイゼーション流体を好ましくはピペッ
トを使用してハイブリダイゼーション室の内外に循環させるのが好ましい。これ
により、ハイブリダイゼーション流体２６と化合物２８が完全に混合してハイブ
リダイゼーション流体２６がアレイ１７の面上で均一に分布し、あるいは前記ア
レイのある実施形態からなるゲルパッド２２に混合する。代案として、以下に詳
細に説明するように可撓層１６を物理的に操作することによって、ハイブリダイ
ゼーション流体２６をアレイ１７の面上に均一に分布させ、またはゲルパッド２
２に混合させる。これらの実施形態では、ハイブリダイゼーションが完了した後
、図９に示すように、ハイブリダイゼーション流体２６を除去し、好ましくはピ
ペットを使用して十分な量の洗浄液２７をハイブリダイゼーション室の内外に循
環させることにより、アレイ１７を洗浄する。
【０１１５】 第１ポート１９と第２ポート２０の両方からなるハイブリダイゼーション室の
実施形態では、化合物２８が溶融した後、ハイブリダイゼーション流体をハイブ
リダイゼーション室に導入し、好ましくは少なくとも１つのピペットを使用して
ハイブリダイゼーション流体をハイブリダイゼーション室の内外に循環させるの
が好ましい。これにより、ハイブリダイゼーション流体２６と化合物２８が完全
に混合してハイブリダイゼーション流体２６がアレイ１７の面上で均一に分布し
、あるいは前記バイオチップのある実施形態からなるゲルパッド２２に混合する
。次に、ハイブリダイゼーションを達成するのに十分な時間と温度でハイブリダ
イゼーション室を培養（incubate）することにより、ハイブリダイゼーションを
行う。ハイブリダイゼーションが完了すると、出口ポート２０を介してハイブリ
ダイゼーション流体２６を除去し、十分な量の洗浄液を付与し好ましくはピペッ
トを使用してハイブリダイゼーション室の内外に循環させることで、バイオチッ
プを洗浄する。これらの実施形態では、洗浄液を入力ポートを介して付与し、出
口ポートを介して除去することで、洗浄液を連続的に供給することができる。あ
る実施形態では、ハイブリダイゼーションされたアレイを含むバイオチップを、
ハイブリダイゼーション室から除去して成長（development）させ，必要に応じ
てさらに操作する。好ましい実施形態では、ハイブリダイゼーションアレイを含
むバイオチップを以下に説明するようにもとの場所（in situ）で分析する。
【０１１６】 反応を開始する前に、反応装置１０を真空源（矢印で示す）を使用して脱ガス
する。好ましくは、１３から２７ｋＰａ（１００から２００torr）、好ましくは
１３から２０ｋＰａ（１００から１５０torr）、さらに好ましくは約１３（１０
０torr）の真空を付与する。好ましくは、真空は１０秒から２分間、好ましくは
１０秒から１分間、さらに好ましくは１０秒から３０秒、付与する。次に、真空
源（矢印で示す）は、可撓性のあるガス浸透層１６から取り外し、空間２５を視
覚的に検査して、ガス気泡の存在を確認する。
【０１１７】 図１Ｂは、さらに加熱要素３３を有する本発明のハイブリダイゼーション室１
０の有利な実施形態を示す。加熱要素３３はさらに可撓層１６の下の領域１４を
ほぼ覆うようにハイブリダイゼーション室１０の形状に適合した加熱面３４を有
する。加熱要素３３は、如何なる加熱手段でもよく、抵抗ヒータ、熱電気ヒータ
、マイクロ波吸収ヒータを含むが、これらに限定されるものではない。
【０１１８】 本発明のハイブリダイゼーション室１０は、該ハイブリダイゼーション室１０
のハイブリダイゼーション流体２６の温度を測定する熱伝対（不図示）または他
の温度検出または測定要素を有するのが有利である。これらの温度検出要素は、
ハイブリダイゼーション流体２６と洗浄溶液２７の温度を制御するように加熱要
素３３と結合するのが有利であり、以下に説明する温度に敏感な走査デバイス３
６のような他の要素を更正するのに使用することができる。
【０１１９】 本発明のある実施形態では、ハイブリダイゼーションが生じるバイオチップ１
８の部位で可視光を反射する染料や他の材料を生成することで、塩基性（positi
ve）ハイブリダイゼーションを可視的に検出することができる。これらの実施形
態では、染料や他の材料は、染料の生成を引き起こす酵素に結合した抗体のよう
な例えばハイブリダイゼーション特定免疫試薬を使用して、酵素により生成する
ことが好ましい。可視的検査は、塩基性ハイブリダイゼーションの部位を検出す
るのに使用することができる。さらに好ましくは、ハイブリダイゼーションアレ
イを含むバイオチップを以下に説明するスキャナ３６を使用して走査することが
好ましい。
【０１２０】 バイオチップ１８上の塩基性ハイブリダイゼーションは、生物学的試料内の標
識目標分子を使用する蛍光によって、またはハイブリダイゼーションされた二本
鎖ＤＮＡ分子により結合されて特定波長の光で照明されたときに蛍光を発する介
入染料（intercalating dye）をハイブリダイゼーション液体中に含めることに
よって、検出することが好ましい。適切な介入染料は、臭化エチジウム、ヘキス
トＤＡＰＩ、アレクサフルオロ染料（Alexa Fluor dye）を含むが、これらに
限定されるものはない。適切な蛍光標識は、フルオレセイン、ローダミン、プロ
ピディウムヨー化物、Ｃｙ３およびＣｙ５（Amersham）を含むが、これらに限定
されるものではない。これらは、標識オリゴヌクレオチドプライマーを使用して
、目標分子例えば生体外増殖断片に組み込むことができる。
【０１２１】 図１０Ａ−１０Ｃは、スキャナー３６を有する本発明の実施形態を示す。この
スキャナー３６は、可撓層１６の上（または下）に配置され、連続的に領域１４
とその上に配置されたアレイ１７を照明しながら、領域１４の一端から他端に移
動する。ハイブリダイゼーションされたアレイの分析前に、全ての流体を空間２
５から除去し、これにより可撓層１６はアレイ１７と接触する。スキャナー３６
は、好ましくは短波長光、さらに好ましくは２５０ｎｍから６００ｎｍの波長を
有する光で蛍光染料を励起する。スキャナー３６は特定領域からの放射光を収集
する。放射光の量は、領域内に存在する蛍光染料の量、すなわち標識目標の量を
決定するのに使用する。
【０１２２】 スキャナーと走査デバイス３６の特定の実施形態を図１１Ａから１１Ｅに示す
。ハイブリダイゼーション室１０の特に有利な特徴は、可撓層１６がスペクトル
の紫外および可視部の光を含む適切な波長光に対して半透明であることである。
ハイブリダイゼーション室１０のさらに有利な特徴は、ハイブリダイゼーション
流体２６または洗浄流体２７がハイブリダイゼーション室１０から除去された後
に、非常に薄い可撓層１６が直ちにバイオチップ１８と近接し接触することであ
る。この特徴の組合せは、スキャナーからの照明の自由表面反射、内部反射、照
明光の分散または散乱を減少し排除し、これによりアレイ１７を照明する入射光
を最適化される。この配置は、高研磨でかつ低散乱の面や複雑で高価なレンズが
不用であり、さらに複雑な光学検出器における焦点および深度に関する問題を排
除することができるので、既存の装置より経済的である。
【０１２３】 他の実施形態では、導波管３７は可撓層１６の面と接触し、該可撓層１６は直
ちに、図１１Ｂに示すように、アレイ１７の面に近接し接触する。これらの実施
形態では、照明光および放射光は導波管３７によって伝播され収集される。導波
管は、可撓層１６の輪郭面に適合するように、わずかに可撓性を有するように設
計されている。導波管３７は可撓層１６と接触し、該可撓層１６はアレイ１７と
接触し、これによりアレイ１７および導波管３７が種々の高さで配置されている
状況においても表面反射なく接触する。導波管３７はアレイ１７より大きな表面
積を有する。これにより、最大量の照明光がアレイ１７に供給され、該アレイ１
７から放射される最大量の光が導波管３７によって収集される。導波管３７のさ
らなる利点は、ハイブリダイゼーション流体２６または洗浄緩衝剤２７の中に形
成される気泡を検出することができ、その検出結果を、ローラ４０が可撓層１６
をアドレスしてそのような気泡を除去する信号として使用することができる。ハ
イブリダイゼーション流体２６または洗浄緩衝剤２７中の気泡を除去することに
より、非特定結合（non−specific binding）やスキャナー３６によって検出さ
れる人為的信号の頻度を減少する。
【０１２４】 本発明の追加の実施形態では、接着層１５によって規定される領域１４は、反
射層３８をさらに有する。この反射層は、領域１４の全体をほぼ被覆し、アレイ
１７と第１基板面１２の間に配置されている。好ましい実施形態では、反射層３
８は、アルミニウム、金、銀、またはプラチナからなる。これらの実施形態では
、反射した光信号、またはスキャナー３８の光検出部に移送した光信号は、４重
（four−fold）まで増加する。本発明のさらなる有利な実施形態では、反射層３
８は、金属膜抵抗またはＲＦ誘導加熱である。これらの実施形態では、反射層３
８は、追加の加熱要素３３を必要とすることなくスライドを加熱することができ
る。これは本発明のハイブリダイゼーション室１０の携帯型の実施形態において
特に望ましい特徴である。
【０１２５】 もし必要なら、反射層３８の上に不動態層３９を設けることができる。不動態
層２９は蒸着によって設けられる数ミクロン厚のパリレン層であることが好まし
い。これらの実施形態では、必要な照明量、すなわち、スキャナー３６を操作す
るのに必要な電力量は減少する。これは、携帯型デバイスのようなバッテリー駆
動型の実施形態にはバッテリー寿命を向上するのに特に適している。さらに、不
動態層３９は、異物（obscuring objects）による光放出データ中の人為的信号
を減少する。
【０１２６】 ハイブリダイゼーション室１０は、可撓層１６と取り外し可能に接触するロー
ラ４０を設けることが好ましい。このローラ４０は、第１基板面１２上の領域１
４を長手方向に横切って移動することができる。好ましい実施形態では、ローラ
４０の表面は、当該ローラが領域１４とアレイ１７を横切ってハイブリダイゼー
ション流体と洗浄液を有効に混合させることができる織地パターン４１、好まし
くは螺旋パターンからなる。ローラは、必要に応じて試料流体と洗浄溶液を混合
するために、室の表面を横切って長手方向に移動することができる。ローラ４０
（重ねて言うが、模様（patterned）をつけられたローラが好ましい）とハイブ
リダイゼーション室１０の１つの有利な配置は、図１１Ｅに示されている。図に
示すように、ローラ４０は可動アーム４２に有利に接続することができる。可動
アーム４２は、第１位置にある時にローラ４０が可撓層１６と接触するように配
置することができ、また可撓層１６と接触しない第２位置に移動することができ
る。好ましくは、可動アーム４２は、回動点４４を有し、該回動点４４の回りの
移動はソレノイドによって制御するのが好ましい。ハイブリダイゼーション室１
０と接離するローラの移動に加えて、ローラ４０若しくはハイブリダイゼーショ
ン室１０、またはそれらの両方は、長手方向に移動可能である。これにより、ロ
ーラ４０は、アレイ１７を含む領域１４内で可撓層１６、接着層１５および第１
基板面１２によって境界づけられた空間２５内のハイブリダイゼーション流体２
６または洗浄液２７を混合させることができる。複数のアレイ１７を有する複数
の領域１４からなる実施形態では、ローラ４０は複数の各領域１４を長手方向に
横切るように配置され、アレイ１７を含むいずれかの空間２５内でハイブリダイ
ゼーション流体２６または洗浄液２７を混合させることができる。
【０１２７】 追加の実施形態では、図１２Ａから図１２Ｃに示すように、ポート４６を有す
る試料調製チップ４５をハイブリダイゼーション室１０に取り付けることができ
る。この試料調製チップ４５のポート４６は、ハイブリダイゼーション室１０の
第１ポート１９と一致し、試料の空間２５への有効な移動を許容する。ハイブリ
ダイゼーション室１０と試料調製チップ４５を正確に一致させるために、追加の
基準参照部（fiducial reference）を使用することができる。第１ポート１９
へのアクセスは第２基板面１３を通して行われるので、アレイは取り付けられた
試料調製チップからの干渉なく走査される。本発明の代案の実施形態では、試料
調製チップ４５は、第２基板面１３に結合することができ（図１２Ｂ）、あるい
は基板１１の一体部分として形成することができる（図１２Ｃ）。
【０１２８】 本発明のハイブリダイゼーション室１０の好ましい実施形態は、さらにスキャ
ナー３６を有する図１０Ａ−１０Ｃに示すような携帯型の実施形態である。これ
らの実施形態では、携帯型デバイス４７は、基台４８、蓋４９、ローラ４０を具
体化したキャリッジ５０、スキャナー３６、加熱要素３３および熱伝対（不図示
）からなる。キャリッジ５０は、図１１Ａに示されている。デバイス４７は、ハ
イブリダイゼーション室１０をキャリッジ５０の近傍に配置するための区画を有
する。キャリッジ５０は、前述したような操作に要求されるように、ローラ４０
、スキャナー３６および加熱要素３３をハイブリダイゼーション室１０に対して
移動させる可動手段を備えている。キャリッジ５０と蓋４９は、ユーザが必要に
応じてハイブリダイゼーション流体２６と洗浄液２７を第１ポート１９と第２ポ
ート２０を介してハイブリダイゼーション室に導入し除去することができるよう
に配置されている。代案として、デバイス４７はさらに第１および第２ポートの
各々への流体接続部５２を有し、試料をハイブリダイゼーションした後の試料導
入とアレイ洗浄に備える。デバイス４７はバッテリーで駆動されることが好まし
いが、ＡＣアダプターも本発明の範囲に含まれる。さらなる好ましい実施形態で
は、蓋４９は分析結果を表示するための表示装置５６をさらに有する。
【０１２９】 デバイスを使用する方法に関しては、様々な方法がある。必要なら、目標配列
を公知の技術を使用して調整する。例えば、当業者に明らかなように、公知の溶
解緩衝（lysis buffer）、超音波処理（sonication）、電子穿孔（electropora
tion）等を使用して、細胞を溶解（lyse）する処理を行ない、必要に応じて精製
および増幅を行わせてもよい。さらに、ここに説明する反応は当業者に明らかな
ように様々な方法で行なうことができる。反応の成分は、以下に説明する好まし
い実施形態では、同時に付加してもよいし、任意の順番で連続的に行ってもよい
。さらに、反応は、アッセイに含まれる他の様々な試薬（reagent）を含む。こ
れらには、塩、緩衝剤、中性蛋白質、例えばアルブミン、洗浄剤のような試薬を
含み、これらは最適なハイブリダイゼーションと検出を促進し、および／または
、非特異性または背景（background）の相互作用を減少する。また、アッセイの
効率を向上するプロテアーゼ抑制剤、ヌクレアーゼ抑制剤、抗菌剤等のような試
薬を、試料調製法や目標の純度に依存して使用してもよい。
【０１３０】 さらに、たいていの実施形態では、二本鎖目標核酸を変性して単鎖にし、プラ
イマーと本発明の他のプローブのハイブリダイゼーションを許容する。好ましい
実施形態は、一般に反応温度を約９５℃に上昇させることで、加熱工程を利用す
るが、ＰＨ変更や他の技術を使用してもよい。
【０１３１】 ここで概説するように、本発明は、目標配列のある部分すなわちドメインにハ
イブリダイゼーションする多数の捕獲プローブを提供する。本発明のプローブは
、目標配列（試料の目標配列、または、例えば当業者に公知のサンドイッチアッ
セイで使用する他のプローブ配列）に相補的であるように設計される。これによ
り、目標配列および本発明のプローブのハイブリダイゼーションが生じる。以下
に概説するように、この相補性は完全である必要はない。目標配列と本発明の単
鎖核酸との間のハイブリダイゼーションと干渉する多数の塩基対の不一致（mism
atch）があってもよい。しかしながら、突然変異の数が多くてハイブリダイゼー
ション条件が厳格（stringent）でなくてもハイブリダイゼーションが生じない
場合、配列は相補目標配列ではない。したがって、「実質的に相補的」は、プロ
ーブが通常反応条件でハイブリダイゼーションするのに十分に目標配列に対して
相補的であることを意味する。
【０１３２】 本発明では、高、中、低の厳格条件（stringency condition）を含む様々な
ハイブリダイゼーション条件を使用してもよい。例えば、Maniatisら，分子クロ
ーニング：実験室マニュアル，第２版，１９８９、および分子生物学におけるシ
ョートプロトコル，ed．Ausubelら参照。これらは、参照することでここに組み
入れる。厳格条件は配列に依存し、環境が異なると異なる。核酸のハイブリダイ
ゼーションに対する広範囲のガイドは、Tijssen，核酸プローブを用いた生物化
学および分子生物学における技術，「ハイブリダイゼーションの原理と核酸アッ
セイの戦略の概観」（１９９３）にみられる。一般に、厳格条件は、所定のイオ
ン強度およびｐＨで、特定の配列に対して融点（Ｔｍ）より約５−１０℃低く選
択される。Ｔｍは、（所定のイオン強度、ｐＨおよび核酸濃度で）目標に相補的
な５０％のプローブが平衡して目標配列にハイブリダイゼーションする温度であ
る（Ｔｍでは目標配列が過剰に存在するので、５０％のプローブが平衡になる）
。厳格条件は、塩濃度が約１．０Ｍナトリウムイオンより小さいことであり、典
型的にはｐＨ７．０から８．３で約０．０１から１．０Ｍナトリウムイオン濃度
（または他の塩）である。温度は、短いプローブ（例えば１０から５０ヌクレオ
チド）に対しては少なくとも約３０℃であり、長いプローブ（例えば５０以上の
ヌクレオチド）に対しては少なくとも約６０℃である。厳格条件は、ホルムアミ
ドのような螺旋不安定化剤の添加により達成してもよい。ハイブリダイゼーショ
ン条件は、非イオン主鎖（backbone）すなわちＰＮＡが使用されるときは変化さ
せてもよい。さらに、架橋剤を目標結合後に付加して、二本鎖のハイブリダイゼ
ーション錯体を架橋すなわち電子対を共有して付着させてもよい。
【０１３３】 このように、アッセイは一般に、目標が存在する場合のみにハイブリダイゼー
ション錯体の形成を許容する厳格条件で進行する。厳格条件は、熱力学的変数で
ある工程パラメータを変更することで制御することができる。熱力学的変数は、
温度、ホルムアミド濃度、塩濃度、攪乱塩濃度、ｐＨ、有機溶剤濃度等を含むが
これらに限定されるものではない。
【０１３４】 これらのパラメータは、米国特許第５６８１６９７号に概説されているように
、特異的結合を制御するのに使用してもよい。これにより、特異的結合を減少す
るために、より高い厳格条件で、工程を実行することが好ましい。
【０１３５】 ここで記載するように、本発明で利用することができる多くの可能な検出技術
がある。好ましい実施形態では、ここで概説するように、光標識技術を使用する
。好ましい実施形態では、光学染料（例えば蛍光色素）のような標識を、目標検
出物と捕獲結合リガンドからなるアッセイ錯体に加える。ある実施形態では、例
えば核酸の場合、ＰＣＲのような増幅反応中に混合（incorporation）すること
によって、標識を目標に加えることができる。例えば、蛍光色素またはビオチン
のような他の標識をＰＣＲプライマーまたは酵素混合のためのｄＮＴＰに加える
ことができる。代案として、前述したように、インターカレータ（intercalator
）を使用することができる。
【０１３６】 代案として、好ましい実施形態では、米国出願第０９／４５８５５３；０９／
４５８５０１；０９／５７２１８７；０９／４９５９９２；０９／３４４２１７
；ＷＯ００／３１１４８；０９／４３９８８９；０９／４３８２０９；０９／３
４４６２０；０９／４７８７２７；ＰＣＴＵＳ００／１７４２２；ＷＯ９８／２
０１６２；ＷＯ９８／１２４３０；ＷＯ９８／５７１５８；ＷＯ９９／５７３１
７；ＷＯ９９／６７４２５；ＰＣＴ００／１９８８９；ＷＯ９９／５７３１９に
記載されたような電子検出法を使用することができる。これらは全て参照するこ
とでここに組み入れる。これらの実施形態は基板上でマイクロ電極のアレイを使
用する。
【０１３７】 以下の実施例は、本発明の特定の実施形態およびその使用を示す。これらは説
明目的で記載され、本発明を限定するものではない。ここで引用する文献は参照
することでここに組み入れる。
【０１３８】 実施例１ ハイブリダイゼーション室のアセンブリ 本発明によりハイブリダイゼーション室を組み立てる方法は図１３に示されて
いる。
【０１３９】 ダイカッターを使用して、５０２ＦＬウルトラ−クリーン積層接着フィルム（
３Ｍ）の層に４つの楕円孔を形成した。フレームおよび標識層として使用するエ
ーベリーレーザラベル５６６３に同様のパターンを穿孔した。その間、塩化ポリ
ビニリデンフィルムのシートをステンレス鋼フレーム上に引き伸ばし、１００℃
で３０分、アニールした。エーベリーラベルを真空積層プレス内に真空積層する
ことで、当該エーベリーラベルを塩化ポリビニリデンフィルムの片面に付着した
。１５ｐｓｉの真空を３０分間作用させ、該真空を除去した後、１５ｐｓｉの機
械的圧力を１分間維持した。ラベルと同じ方法で、塩化ポリビニリデンフィルム
の他方の面に接着剤を塗布した。
【０１４０】 次に、接着剤塗布フィルムを予め調製したガラススライドに付着した。核酸プ
ローブとゲルパッドのアレイを標準の方法でガラススライドに設置した。ダイヤ
モンドドリルを使用してスライドにポートを穿孔した。真空積層プレスを使用し
て塩化ポリビニリデンフィルムをスライドに付着した。１５ｐｓｉの真空を１分
間維持してから、１５ｐｓｉの機械的圧力を維持した。
【０１４１】 各ハイブリダイゼーション室を１０ｍＬピペットを使用してポリエチレングリ
コール５００で満たした。３Ｍ７３５０ポリエステルテープの層をスライドに付
着させてポートをシールした。
【０１４２】 実施例２ 上方装入ハイブリダイゼーション室のアセンブリ ダイカッターを使用して、５０２ＦＬウルトラ−クリーン積酢接着フィルム（
３Ｍ）に４つの楕円孔を形成した。フレームおよび標識層として使用するエーベ
リーレーザラベル５６６３に同様のパターンを穿孔した。その間、塩化ポリビニ
リデンフィルムのシートをステンレス鋼フレーム上に引き伸ばし、１００℃で３
０分、アニールした。エーベリーラベルを真空積層プレス内に真空積層すること
で、当該エーベリーラベルを塩化ポリビニリデンフィルムの片面に付着した。１
５ｐｓｉの真空を３０分間作用させ、該真空を除去した後、１５ｐｓｉの機械的
圧力を１分間維持した。ラベルと同じ方法で、塩化ポリビニリデンフィルムの他
方の面に接着剤を塗布した。
【０１４３】 次に、接着剤塗布フィルムを予め調製したガラススライドに付着した。核酸プ
ローブとゲルパッドのアレイを標準の方法でガラススライドに設置した。真空積
層プレスを使用して塩化ポリビニリデンフィルムをスライドに付着した。１５ｐ
ｓｉの真空を１分間維持してから、１５ｐｓｉの機械的圧力を維持した。
【０１４４】 各ハイブリダイゼーション室を１０ｍＬピペットを使用してポリエチレングリ
コール５００で満たした。３Ｍ７３５０ポリエステルテープの層をスライドに付
着させてポートをシールした。
【０１４５】 実施例３ 反応層からのガス気泡の除去 本発明による室の組み立ての過程は、図１４に示されている。
【０１４６】 ４つの反応室装置は、可撓性のあるガス浸透層として０．２μｍ多孔テフロン
不支持膜（unsupported membrane）を使用し、米国特許出願第０９／４６４４
９０号に提供された方法（参照することでここに組み入れる）に従って製造する
。各反応層は、２００μＬピペッタ（ＲａｉｎｉｎＰ−２００）を使用する３０
０μＬピペットチップ（ＶＷＲ部品番号５３５１０−０８４）を介して注入する
ことで、生物目標分子を含む７５μＬの試料流体で満たす。気泡は注入後に室内
で視覚的に検出可能である。
【０１４７】 反応室は、Cole-parmer-Kynar１／４”×５／８”バーブド（burbed）レジュ
ーサを直接フレーム層に付与し、室の周りにシールを形成することで隔離する。
「ハウス（house）」真空源は、ある長さのポリウレタンチューブ配管によって
、レジューサに接続する。２００torrの真空を２分間付与する。真空付与後の室
の視覚的検査により、室にガス気泡が残留していないことがわかった。
【０１４８】 反応装置は２５℃で大気圧に８時間、反応が完了するまで、維持する。室から
の水の蒸発は認められなかった。
【０１４９】 以上の開示は、本発明の特定の実施形態を強調するものであり、これらに均等
な全ての修正または代案は請求の範囲に記載の発明の精神および範囲に入ること
を理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ−１Ｄ】 本発明の好ましい実施形態の図であり、反応室の準備を
示す。
【図１Ａ】 水溶性化合物で予め満たされた反応室を示す装置の断面図であ
る。
【図１Ｂ】 加熱要素と接触するように水溶性化合物で予め満たされた反応
室を示す装置の断面図である。
【図１Ｃ】 試料液体／水溶性化合物の混合物で満たされた室を示す装置の
断面図であり、第１と第２ポートはシールで蓋されている。
【図１Ｄ】 オリゴヌクレオチドプローブのアレイを含む個々の領域を規定
する接着パターンを示す装置の平面図である。
【図２】 本発明の好ましい実施形態のゲルパッドのアレイを示す室の分解
断面図である。
【図３】 本発明の好ましい実施形態の基板へのゲルパッドの位置決めを示
す生体分子プローブのアレイを示す分解斜視図である。
【図４】 本発明の好ましい実施形態の円錐形状のポートを示すポートの分
解断面図である。
【図５】 本発明の好ましい実施形態の標識層、可撓層および接着層の斜視
図である。
【図６】 好ましい実施形態による積層室の断面図である。
【図７Ａ−７Ｅ】 可撓層を貫通して延びる入口および出口ポートを有する
本発明の他の好ましい実施形態の層の平面図である。
【図７Ａ】 第１接着層の平面図である。
【図７Ｂ】 可撓層の平面図である。
【図７Ｃ】 第２接着層の平面図である。
【図７Ｄ】 標識層の平面図である。
【図７Ｅ】 図７Ａから図７Ｄの層を組み合わせた平面図である。
【図８Ａ−８Ｂ】 可撓層を貫通して延びる入口および出口ポートを有する
本発明の好ましい実施形態の第１接着層と標識層に切り込まれたノッチの詳細図
である。
【図９Ａ−９Ｃ】 反応完了後にアレイを分析する過程を示す本発明の好ま
しい実施形態の断面図である。
【図９Ａ】 反応完了時の装置を示す図である。
【図９Ｂ】 可撓層がアレイと接触するように室から試料流体を除去する状
態を示す図である。
【図９Ｃ】 レーザスキャナ１００を使用してアレイを分析する状態を示す
図である。
【図１０Ａ−１０Ｃ】 本発明の携帯型の実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】 携帯型の走査システムの側面図である。
【図１０Ｂ】 キャリッジと接触する可撓層を示す携帯型走査装置を有する
好ましい実施形態の斜視図である。
【図１０Ｃ】 ディスプレイ装置を有する蓋を示す携帯型システムの図であ
る。
【図１１−１１Ｅ】 図１０に示す直接接触光ファイバスキャナの断面図で
ある。
【図１２Ａ−１２Ｃ】 試料調製チップに接続された装置を示す他の実施形
態の図である。
【図１２Ａ】 試料調製チップを基板の第２面に着脱可能に配置する実施形
態を示す図である。
【図１２Ｂ】 試料調製チップを基板の第２面に固定する実施形態を示す図
である。
【図１２Ｃ】 試料調製チップを基板に組み込む実施形態を示す図である。
【図１３】 本発明の好ましい実施形態のアセンブリとその使用を示す図で
ある。
【図１４】 反応室または容量への真空の適用を示す本発明の好ましい実施
形態を示す断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 37/00 １０２ 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，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ダブリュー・トラビス・ジョンソン アメリカ合衆国85224アリゾナ州チャンド ラー、ウエスト・デル・リオ・ストリート 1771番 (72)発明者 ジョージ・ダブリュー・ホーキンズ アメリカ合衆国85234アリゾナ州ギルバ− ト、バーバリタ・アベニュー429番 Ｆターム(参考） 4B024 AA19 CA01 CA09 CA11 HA14 4B029 AA07 AA08 AA21 AA23 BB20 CC01 CC02 CC03 CC08 FA12 FA15 GA08 GB01 GB02 GB04 GB06 GB09 GB10 4B063 QA01 QQ42 QQ52 QR32 QR35 QR38 QR55 QR84 QS34 QS39 QX02 4G057 AB06 AB31 AB38 【要約の続き】

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生物学的反応を行う装置において、 ａ）第１面と第２面を有する基板と、 ｂ）前記第１面に配置された生物分子のアレイと、 ｃ）接着層により前記第１面に付着し、反応容量を生成する多孔可撓層と、 ｄ）ガス拡散加速器と、 ｅ）前記第２面から前記第１面の反応容量に延びる第１ポートと、 からなる装置。
  2. 【請求項２】 前記生物分子が核酸である請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記基板がガラス、シリコン、セラミックまたはプラスチッ
    クである請求項１または２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記生物分子が核酸である請求項１、２、３のいずれかに記
    載の装置。
  5. 【請求項５】 前記生物分子はゲルパッドを使用して前記基板に取り付けら
    れている請求項１、２、３、４のいずれかに記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記反応容量は、第１温度では個体で、より高い第２温度で
    は液体である水溶性化合物からなる請求項１、２、３、４、５のいずれかに記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 前記多孔性可撓層は多孔テフロン（登録商標）である請求項
    １、２、３、４、５、６のいずれかに記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ガス拡散加速器は前記多孔可撓層に付着された真空源か
    らなる請求項１、２、３、４、５、６、７のいずれかに記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記真空源は、 ａ）真空ポンプと、 ｂ）前記反応容量に付着された室シールと、 からなる請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 試料中の目標分析物の存在を検出する方法において、 ａ）前記目標分析物が少なくとも１つの生物分子に結合する条件で、 前記試料を次の構成からなる装置に接触させ、 i）第１面と第２面を有する基板と、 ii）前記第１面に配置された生物学的分子のアレイと、 iii）接着層により前記第１面に付着し、反応容量を生成する多孔可撓層
    と、 iv）ガス拡散加速器と、 v）前記第２面から前記第１面の反応容量に延びる第１ポートと、 ｂ）前記ガス拡散加速器を使用してガス気泡を除去し、 ｃ）前記目標分析物の存在を検出する ことからなる方法。
  11. 【請求項１１】 前記生物分子が核酸である請求項１０に記載の方法。
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