JP2003527569A - マイクロアレイおよびその製造 - Google Patents

マイクロアレイおよびその製造

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JP2003527569A
JP2003527569A JP2001514567A JP2001514567A JP2003527569A JP 2003527569 A JP2003527569 A JP 2003527569A JP 2001514567 A JP2001514567 A JP 2001514567A JP 2001514567 A JP2001514567 A JP 2001514567A JP 2003527569 A JP2003527569 A JP 2003527569A
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JP
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fiber
fibers
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microarray
cells
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JP2001514567A
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アンダーソン，ノーマン，ジー．
アンダーソン，エヌ．，レイ
ブラーツ，ジェイムズ，エー．
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ラージ スケール プロテオミクス コーポレーション
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、生体反応分子を含むマイクロアレイ、その利用法、およびその製造方法に関する。それぞれ特異な反応物を含む細管あるいはロッドの束を薄切りしてこのアレイを作製すると、同じアレイを大量に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
本願は、１９９９年７月３０日に出願された特許出願第６０／１４６，６５３
号の一部継続出願である２０００年１月１３日に出願された特許出願第０９／４
８２，４６０号の一部継続出願である。これらの特許内容全体を本明細書内に引
用したものとする。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体反応分子を含むマイクロアレイ、その利用、およびその製造方
法に関する。このアレイは、特異な反応物をそれぞれ含む細管あるいはロッドの
束を薄切りにして大量に同一のアレイを作製することにより製造することができ
る。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロアレイは本質的に、二次元支持体あるいはシートであり、この支持体
あるいはシートの異なる部分あるいはセル（セクタ）に、ヌクレオチド、ポリヌ
クレオチド、ペプチド、ポリペプチド、糖あるいは多糖などの異なる生体分子あ
るいは成分を結合させて担持するものである。マイクロアレイは、マイクロアレ
イを用いるアッセイを小規模で行うことにより多くのアッセイを並行して行うこ
とができる点を除き、他の固相アレイと原理としては同じである。マイクロアレ
イはこれまで、通常生物科学において、数多くの解析を目的として利用されてき
ている。
【０００３】 これまでの技術では、マイクロアレイ上の生化学分子を、マイクロアレイに直
接、あるいはマイクロアレイの特定セル（セクタ）上に合成する、あるいは予備
形成した分子が化学結合あるいは他の手段によりマイクロアレイの特定セル（セ
クタ）に装着している。１つあるいは複数のマイクロアレイ上で同時に試験を行
う異なる種類のセル（セクタ）およびそれに伴う異なる種類の生化学分子の数は
数千におよぶ可能性がある。通常市販のマイクロアレイプレートリーダーを用い
て、各セル（セクタ）の蛍光を測定して同時に数千の反応に関するデータを得る
ことにより、時間および労力の節約を図っている。この分野における特許の代表
例が米国特許第５，５４５，５３１号である。
【０００４】 現在、マクロ分子の二次元アレイは、高分子が表面に結合するあるいは結合さ
れる条件下にて平坦な表面に少量のアリコットを付着させることにより、あるい
は、光活性反応あるいはこれ以外の合成反応を用いて高分子を表面上にて合成で
きるようにすることにより、作製されている。これまでの方法の例として、印刷
技術を利用してアレイを作製することも挙げられる。アレイ作製方法の数例は、
「Ｇｅｎｅ−Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ａｒｒａｙｓ： Ａ Ｎｅｗ
Ｔｏｏｌ ｆｏｒ Ｇｅｎｏｍｉｃｓ」Ｓｈａｌｏｎ，Ｄ．著、Ｆｕｎｃｔｉ
ｏｎａｌ Ｇｅｎｏｍｉｃｓ； Ｄｒｕｇ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ Ｇ
ｅｎｅ ｔｏ Ｓｃｒｅｅｎ、ＩＢＣ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｓｅｒｉｅｓ、Ｇｉｌ
ｂｅｒｔ，Ｓ．Ｒ．＆Ｓａｖａｇｅ，Ｌ．Ｍ．編、マサチューセッツ州Ｓｏｕｔ
ｈｂｏｒｏ のＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．、２．３．１．〜２．３．８頁；「ＤＮＡ Ｐｒｏ
ｂｅ Ａｒｒａｙｓ：Ａｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｄｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ」、Ｌｉｐｓｈｕｔｚ，Ｒ．Ｊ．著、Ｇｉｌｂｅｒｔ，Ｓ．Ｒ．＆Ｓａｖａｇ
ｅ，Ｌ．Ｍ．編、上記に同じ、２．４．１．〜２．４．１６頁；「Ａｐｐｌｉｃ
ａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｃｌｏｎｉｎｇ ｏｆ
Ｓｅｃｒｅｔｅｄ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ ａｎｄ Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ
Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ａｒｒａｙｓ ｔｏ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
Ｇｅｎｏｍｉｃｓ」、Ｌａｎｇｅｒ−Ｓａｆｅｒ，Ｐ．Ｒ．、Ｇｉｌｂｅｒｔ
，Ｓ．Ｒ．＆Ｓａｖａｇｅ，Ｌ．Ｍ．編、上記に同じ；Ｊｏｒｄａｎ，Ｂ．Ｒ．
著「Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｂｙ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ：ｆｒｏｍ ｈｉｇｈ−
ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ｔｏ"ＤＮＡ ｃｈｉｐｓ"」、 Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．
（東京）１２４：２５１〜８頁、１９９８年；Ｈａｃｉａ，Ｊ．Ｇ．，Ｂｒｏｄ
ｙ，Ｌ．Ｃ．＆Ｃｏｌｌｉｎｓ，Ｆ．Ｓ．著、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏ
ｆ ＤＮＡ ｃｈｉｐｓ ｆｏｒ ｇｅｎｏｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｍｏ
ｌ． Ｐｓｙｃｈｉａｔｒｙ３：４８３〜９２頁、１９９８年；および、Ｓｏｕ
ｔｈｅｒｎ，Ｅ．Ｍ．著、「ＤＮＡ ｃｈｉｐｓ：Ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｓｅｑ
ｕｅｎｃｅ ｂｙ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｔｏ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅ
ｏｔｉｄｅｓ ｏｎ ａ ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ」、Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｇ
ｅｎｅｔｉｃｓ１２：１１０〜５頁、１９９６年に掲載されている。
【０００５】 こうした技術のいずれを用いても、各マイクロアレイは個別に別々に作成され
、通常、一度のみの使用で、それぞれ予め較正して数値を求めることができない
。したがって、誤差のないアレイを作製する製造システムの再生産性に依存して
いる状態である。こうした要因から現在作製されているバイオチップあるいはマ
イクロアレイは高額になっており、この技術が日常的な臨床で利用されるまでに
は至っていない。
【０００６】 アレイのスキャンには、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラを利用することができ
る。こうした装置の価格は着実に低下してきており、現在では目的にかなったカ
メラやソフトウェアが広範に入手可能である。この装置では一般に、光源あるい
は吸光度を検出する。提案されている１つの応用例では、アレイを、一方の端部
に核酸あるいは抗体／抗原を装着している光ファイバ束のもう一方の端部に配置
する。これにより、光ファイバを介して蛍光を検出することができる。米国特許
第５，８３７，１９６号を参照されたい。
【０００７】 すべてのファイバを平行に保持した状態でアレイを介して光学画像を伝送でき
るように、ガラスあるいはプラスチック製ファイバを平行に整列させることによ
り、ファイバ光学アレイを作製することができる。平行なアレイを中空ガラスフ
ァイバで製造することも可能であり、このアレイを、ファイバの軸に垂直に薄切
りすると、光学画像の増幅に用いられるチャネルプレートを作製することができ
る。こうした装置は暗視および他の光学信号増幅設備として利用される。チャネ
ルプレートは、チャネルプレートの束を薄切りにし、その穴のグループ毎に分離
した別々の蛋白質あるいは核酸を固定化した後に、充填された各穴との結合反応
を検出できるように適合させたものである(米国特許第５，８４３，７６７号)。
【０００８】 中空多孔質ファイバは、腎臓透析器や浄水機など、生物試料の透析に利用され
ている。ファイバを平行なアレイに整列させ、プラスチックを含むファイバ内に
一定量を含浸させ、このアレイの端部を切削する方法がこれまで記載されてきて
いる(例えば米国特許第４，２８９，６２３号を参照されたい)。 例えば伊特許第８３６，４６２号に開示されているように、固定化された酵素
がエマルジョンからファイバ形態に形成されている。米国特許第４，０３１，２
０１号に開示されているように、抗体および抗原は固相ファイバ内に組入れられ
ている。固相イムノアッセイ、核酸ハイブリダイゼーションアッセイおよび固定
化酵素の分野では、この他にもさまざまな固定化技術が周知である。例えば、Ｈ
ｅｒｍａｎｓｏｎ，Ｇ．Ｔ．著、「Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｔｅｃｈｎｉｑ
ｕｅｓ」Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９９５年、７８
５頁；Ｈｅｒｍａｎｓｏｎ，Ｇ．Ｔ．、Ｍａｌｌｉａ，Ａ．Ｋ．およびＳｍｉｔ
ｈ，Ｐ．Ｋ．著、「Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ Ａｆｆｉｎｉｔｙ Ｌｉｇａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓプレス、Ｎｅｗ Ｙ
ｏｒｋ、１９９２年、４５４頁；および「Ａｖｉｄｉｎ−Ｂｉｏｔｉｎ Ｃｈｅ
ｍｉｓｔｒｙ： Ａ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、Ｄ．Ｓａｖａｇｅ、Ｇ．Ｍａｔｔｓ
ｏｎ、Ｓ．Ｄｅｓａｉ、Ｇ．Ｎｉｅｌａｎｄｅｒ、Ｓ．Ｍｏｒｇａｎｓｅｎおよ
びＥ．Ｃｏｎｋｌｉｎ著、イリノイ州ＲｏｃｋｆｏｒｄのＰｉｅｒｃｅ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ、１９９２年、４６７頁を参照されたい。
【０００９】 現在入手可能なバイオチップには、１種類の固定化反応物のみが含有されてお
り、実施できる反応も１種類のみである。多種類の臨床その他の分析をするため
には、１枚のチップ内に反応物をさまざまに固定化して組入れることのできるチ
ップが必要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、異種類の対象生体物質をそれぞれ封入あるいは付着したロッドある
いは細管を作製し、このロッドあるいは細管を平行な束の状態に配置して保持す
る。そして、切削可能な接着剤材料をこの束に含浸させるか、あるいは切削可能
な接着剤材料でこの束を包埋するかを任意に行い、含浸した後、この束の構成要
素すべてがその長手方向全体に一定の構成あるいはパターンを維持していること
を任意に確認し、これを薄切りにして、同じアレイあるいはチップを大量に作製
する。例えば蛍光、吸光度あるいは化学発光シグナルを得られる条件下にて、例
えば酵素作用、免疫作用、核酸ハイブリダイゼーションおよび小型分子結合に基
づいて各アレイあるいはチップについてさまざまな生化学的定量分析を行い、こ
のシグナルの画像を得て、これを電子的に処理して比較することにより、臨床上
および実験上有用なデータとするための方法に関する。
【００１１】 一態様において、本発明は、対象物質を含有するか、対象物質がコーティング
されているか、あるいは対象物質を中に含有した長いフィラメントあるいはチュ
ーブとその製造方法とに関する。 本発明はまた、他のすべてのファイバに対する各ファイバの位置がその長手方
向全体で変化しないようにファイバを束として構成するための方法に関する。
【００１２】 本発明はさらに、ファイバすべてを互いにその全長にわたり装着あるいは接着
させる手段および方法に関する。 関連態様において、本発明は、細長いフィラメントあるいはチューブを互いに
結束させ、これを何度も短い間隔で横切る方向に切削してその断面スライスを得
ることによるマイクロアレイの調整、マイクロアレイの作製、こうして作製され
たマイクロアレイとに関する。
【００１３】 本発明の別の態様は、チューブあるいはファイバと一体化されているか、中空
ファイバ内に含まれる媒体に含有されているかのいずれかにより標識を含有させ
て、そのファイバをその長手方向全体にわたり識別可能とすることである。 本発明の態様にはさらに、束の一方の端部にてファイバをそれぞれ照明し、光
電手段によりもう一方の端部を識別してファイバの構成の保全性を確認する手段
も含まれる。
【００１４】 もう１つの態様において、本発明は、対象物質を含むファイバを形成すること
、あるいは１つあるいは１種類の対象物質をファイバに固定化する手段に関する
。 さらに別の態様において、本発明は、その生体が各ファイバあるいは細管の切
削端部上に露出するように、生体セル、組織あるいは感染物質の全体あるいは断
片をファイバあるいは細管に包埋あるいは装着する手段に関する。
【００１５】 本発明の別の態様において、アレイは、細管壁部に接着するゲルあるいは他の
重合材料を含有した細管からなる。 本発明の別の態様において、対象物質は、細いチューブの内腔に含まれる重合
媒体あるいは懸濁媒体に付着している。 本発明のさらに別の態様において、対象物質は、重合媒体内に懸濁している粒
子に付着している。細管はこの懸濁液で充填され、この細管を用いてアレイ束お
よびアレイを作製する。
【００１６】 本発明はさらに、核酸の配列決定、リボ核酸（ＲＮＡ）およびデオキシリボ核
酸（ＤＮＡ）の錯体混合物の解析、その他の蛋白質、多糖、有機ポリマーおよび
低分子質量分析物などの分析物の検出および、核酸の定量に用いる固定化された
核酸系物質の同一の平坦な二次元アレイを、上記のような材料を含むファイバあ
るいはチューブの長い束の断面を薄切りにすることにより大量生産する方法に関
する。
【００１７】 これに関連する態様において、本発明は、１種類から多種類の対象物質までの
多数の試料のマススクリーニングにマイクロアレイを利用することに関連する。 本発明の別の態様において、製造した各ファイバに対して品質管理アッセイを
行い、ファイバ束を完全に機能するファイバのみで構成することができる。 関連する別の態様において、本発明は、選択的に枝分かれの手順で行われる異
なるチップあるいはマイクロアレイ上における試験セットの開発に関するもので
あり、これによりヒトの疾病の診断にかかる費用、遅滞および不便性を軽減しつ
つ、普通は時間のかかる一連の従来の試験により得られる複雑なデータを提供す
ることができる。
【００１８】 さらに別の態様において、本発明は、十分に安価な同じアレイを製造すること
により、品質管理を目的として同じアレイ数枚を１枚のスライドおよびあるいは
試験ストリップ上に搭載して比較することができるようにすることに関する。 さらに別の態様において、本発明は、蛍光を励起させる光がアレイに侵入する
深さを調節するために、非蛍光染料あるいはこれ以外の光吸収材料をアレイの物
質内に組入れて蛍光分析物を検出できる深さを調節し、セル含有物内に深く拡散
し過ぎて光を拡散しない蛍光分析物を検出しないようにすることに関する。
【００１９】 別の態様において、本発明は、細管が完全に支持媒体で充填されており、孔あ
るいは気泡を形成していないことを特定する方法に関する。 別の態様において、本発明は、静水力あるいは遠心力を利用して細いチューブ
を支持媒体で完全に充填する方法および装置に関する。 別の態様において、本発明は、バイオ分析用バイオチップあるいはマイクロア
レイの再製が可能な製造に関する。
【００２０】 別の態様において、本発明は、特定の疾病を検出および診断するように特に設
計されたアレイの設計および作製に関する。 さらに別の態様において、本発明は、マルチウェルプレートおよびその製造方
法に関する。 さらに別の態様において、本発明は、時間の経過に伴う蛍光あるいは吸光度の
連続測定を行い、時間の経過に伴うアレイの各素子における蛍光あるいは吸光度
の変化率を特定する手段を設けることにより、複数の平行したアッセイのダイナ
ミックレンジを拡大することに関する。
【００２１】 本発明の別の態様は、各分析、および比較試験や基準試験を日常的かつ同時に
並行して行うために、１枚以上の使用が可能である安価で十分に規格化されてい
るバイオチップを製造することである。品質をさらに保証するため、束の別々の
部分あるいは両端部からの切片を用いてもよい。束の別々の部分に薄切りする１
つの方法は、束を半分で切断あるいは折り曲げてその２本を揃えて１つの太い束
を形成することにより、各ファイバが２度現れる切片を作製することである。
【００２２】 別の態様において、本発明は、チューブ、支持媒体、固定化表面内の組成物に
おけるアレイ素子あるいはセル（セクタ）が互いに異なるか、あるいは、セル（
セクタ）が異なれば対象物質の種類が異なるチップの作製に関する。 別の態様において、本発明は、アレイの各セル（セクタ）表面にて、免疫反応
、酵素的反応あるいはハイブリダイゼーション反応などの異なる種類の反応を行
うことのできるチップの作製に関する。
【００２３】 本発明のさらに別の態様は、互いに接着して一面式リボン状アレイを形成して
おり別々に保管することも可能なファイバあるいは細管のサブアレイの作製に関
する。二次元アレイに組み合わせる前にこの「リボン」に品質管理分析を行って
もよい。異なる一次元アレイを用いて異なるアレイを組み合わせ、特定の研究お
よび臨床要件を満たす、注文にしたがったアレイを作製する選択肢を設けること
ができる。
【００２４】 本発明はさらに、生理学的温度において温度感受性反応が起こるように連続的
に温度を上昇させた後、ハイブリダイゼーション反応が起こるように温度を上昇
させることを含む、複数の平行なチップに基づく方法の開発に関する。 さらに別の態様において、本発明は、各ファイバがその１種類を含む化合物の
ライブラリを調製することに関する。特定の化学的あるいは生物学的作用に対し
、このアレイを用いてその化合物すべてを同時にスクリーニングすることができ
る。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
用語「結合成分」、「対象分子」、「対象物質」、「リガンド」あるいは「受
容体」は、数多くの異種分子、生体セルあるいはその集合体のいずれでもよく、
これらの用語は同義として交換して使用可能である。各結合成分は、アレイのセ
ル、セクタ、部位あるいは要素に固定化され、検出対象である分析物に結合する
。したがって、特異な結合成分を含む要素あるいはセルの位置により、結合する
分析物が決定される。蛋白質、ポリペプチド、ペプチド、核酸(ヌクレオチド、
オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチド)、抗体、リガンド、糖、多糖、細
菌、菌類およびウィルスなどの微生物、受容体、抗生物質、試験化合物(特に、
組み合わせ化学で生成されるもの)、植物および動物細胞、細胞小器官、あるい
はこれらの分画、およびその他の生体成分のいずれも、チップ上に固定化されれ
ば結合成分となり得る。これらがチップ上の結合成分に結合すると、今度はこれ
らがそれぞれ分析物と見なされる場合もある。
【００２６】 対象分子が高分子量である場合、これを「高分子」と呼ぶ。バイオポリマーの
場合、高分子量とはアミノ酸、ヌクレオチドあるいは糖分子１００個分の長さを
超えることをいう。 用語「結合」には、永久的あるいは一時的を問わず、あらゆる物理的あるいは
化学的吸着あるいは密接な会合を含む。一般に、水素結合の相互作用、疎水力、
ファンデルワールス力、共有結合およびイオン結合などにより、対象分子と測定
している分析物との間を物理的に吸着させることができる。「結合」相互作用は
、結合により化学変化が起こる場合のように短い場合がある。これは、結合成分
が酵素であり、その分析物が酵素用基質である場合に一般的である。結合物質と
分析物とが接触して生じる反応も本発明でいう結合の定義内である。
【００２７】 本願で用いる用語「セル」、「セクタ」、「部位」あるいは「要素」は、一般
に他のセル、セクタ、部位あるいは要素とはその中身ならびに位置が異なる独自
のアドレスで識別されるアレイの単位構成要素をいう。生体細胞は一般に、微生
物、動物および植物細胞などの種類でよぶ。 用語「ファイバ」にはフィラメントと中空毛細管との双方を含む。フィラメン
トあるいはロッドは、モノシリック、多孔質あるいは複合材料形態、あるいはそ
の集合形態の固形糸状体でよい。複数の、通常は大量のファイバをリボンあるい
は束として互いに隣接するように結合させると、「ファイバ束」が形成される。
「ファイバ束」が、リボンなど、使用される実際の束の一部を構成する場合もあ
る。このファイバの断面形状は、円形、三角形、四角形、矩形あるいは多角形な
ど、いずれでもよい。
【００２８】 用語「粒子」は、多数の非溶性材料を包括するものであり、その形状は、球状
、針状、ブラシ状および多くの不規則形状などのいずれでもよい。粒子は、規則
的あるいは無作為な内部チャネルを具備した多孔質である場合が多い。例として
、シリカ、セルロース、セファロース（Sepharose）ビーズ、ポリスチレン(固体
、多孔質および誘導体)ビーズ、制御された多孔質ガラス、ゲルビーズ、ゾル、
生体セル、細胞内粒子、微生物(原虫、細菌、酵母菌、ウィルスなど)ミセル、リ
ポソーム、シクロデキストリン、２相系(ワックス内アガロースビーズなど)およ
びこの他、材料を封入あるいは被包する構造体が挙げられる。対象蛋白質を発現
する組換え宿主およびウィルスが特に好適である。ポリマーおよび錯体などの特
定の高分子量材料も「粒子」を構成する固定化構造として作用する場合がある。
【００２９】 用語「焼結」は、ファイバ全体を実際に溶解することなくファイバの表面を接
着することをさす。これを化学的あるいは熱的のどちらで行ってもよく、活性化
可能な自動接着成分を用いてもよい。 用語「アレイ」および「マイクロアレイ」は、全体の寸法が異なる点を除き、
ある程度同義として交換可能に用いられる。本発明ではこのどちらをも製造およ
び使用するための同一方法に関する。各アレイには通常数多くのセル（通常１０
０〜１，０００，０００以上）が含まれており、各セルは周知の位置にあり、対
象特異成分を含有している。したがって、各アレイには、対象となる非常に多く
の異種成分が含まれている。
【００３０】 本発明では、核酸断片、ヌクレオチド、抗原、抗体、蛋白質、ペプチド、炭水
化物、リガンド、受容体、薬剤標的、生体セルあるいはそのサブフラクション(
粉砕した細胞、細胞小器官、溶剤抽出物など)、病原菌あるいはそのサブフラク
ション、薬剤、毒物あるいは天然生成物などの生体分子および成分を含む固定化
結合成分を含む小型プラスチック製ロッド、ファイバ、チューブ、あるいは細管
の束を薄切りすることにより、マイクロアレイ、「チップ」あるいは「バイオチ
ップ」を作製する。本発明における包埋媒体は、小型チューブ内で重合あるいは
固化することができるし、あるいはロッドあるいはシートに成形することができ
る。
【００３１】 このチューブは、ガラス、金属、セラミックあるいはプラスチックなどの材料
で製造可能である。核酸、蛋白質、セルなどの固定化された結合成分を、マイク
ロチューブ内あるいはチューブ外にコーティングするか、マイクロチューブ内の
ゲルに含有するか、あるいは小型粒子あるいはビーズに吸着させるか、あるいは
その中に包埋してこれを用いてチューブを充填することができる。この粒子ある
いはビーズは、ゲル化材料の成分でも、さまざまな合成プラスチック類(ポリス
チレンなど)から製造したラテックスビーズなどの分離した成分でもよい。各フ
ァイバが固形ロッドあるいはフィラメントである場合、対象物質を、そのフィラ
メントを型から成形、押出あるいは引抜く前にそのプラスチックの表面上あるい
は内側に組み入れる。切削される各切片がさまざまな結合アッセイに用いるマイ
クロアレイを構成する。
【００３２】 本発明の重要な態様は、経済的な利点を得られるものであり、すなわち、ファ
イバあるいは細管が、長期間の保存に安定な機能性を提供する方法のみを用いて
準備されることである。毎回新たに調製しなければならない蛋白質含有液が必要
な他の方法と異なり、比較的乾燥した形態である固定蛋白質は非常に長い時間に
わたり安定であり、凍結が不要な場合も多い。
【００３３】 作製されるマイクロアレイの各成分をファイバ内／表面上に別個に調製できる
ことにより、アレイに組み入れる前に、各成分の定量を行い、各成分の機能性あ
るいは反応性を評価することができる。スポッティング技術でもｉｎ ｓｉｔｕ
合成技術でも、アレイ作製前に試験を行うことはできない上、品質管理検査でも
マイクロアレイの少量部分のみしかサンプルすることができない。これは各ファ
イバを試験することのできる本発明と異なる点である。
【００３４】 本発明のさまざまな態様を図１〜図７に例示する。 一般原理を図１に示す。ロッドあるいはチューブ１に対象物質が組入れられて
いる。このロッドあるいはチューブを平坦で平行なアレイ２として接合し、その
後、複数の平坦なアレイを、複数の平行な束３として接合することができる。別
の方法として、束３を一連のロッド１から１つのステップで作製してもよい。束
３の端部を切削あるいは薄切りすると、束全体に含まれる各ロッドあるいはチュ
ーブの薄い切片５を含む最終的なアレイ４を得ることができる。長い束３を作製
し、極薄い切片４を切削することにより、同じアレイあるいはチップを大量に作
製することができる。例えば、束３の長さが１ｍであり、領域の厚さを１０ミク
ロンとする場合、１００，０００枚の同じチップを作製することが可能である。
【００３５】 チャネルプレートなどの中空ガラスファイバの場合、この中空ファイバを、固
定化された反応物を含むゲルあるいは粒子で充填し、その束全体をアレイに切削
する。 このように薄切りされる束を構成するロッドあるいは細管は少なくとも８つの
種類に分類し、それぞれをさらに細分化することができる。
【００３６】 第1の種類は、固定化した結合成分をロッドあるいはフィラメントの組成物の
一部とした固形ロッドあるいはフィラメントである。本発明における対象物質は
、非常に広範囲にわたる化学物質、錯体、組織、生体セルあるいはその分画を含
む可能性がある。有機溶媒内における溶解性を高めるために界面活性剤で変性あ
るいはコーティングすることのできる核酸、糖および蛋白質や、広範囲の有機化
合物をプラスチックの製造等に用いられる重合混合物内に組み入れることができ
る。オリゴヌクレオチドおよび核酸は塩化メチレン内で溶解するため、例えば、
重合時にアクリル樹脂内に含有することができる。
【００３７】 数多くの重合包埋剤が組織学および組織化学的研究上開発されてきた。その数
例を、組成、硬化温度、使用溶剤および粘性に関するデータとともに表１に掲載
する。
【００３８】
【表１】 固形ファイバを飽和させる他の方法の例として、超電力を利用して固形ファイ
バのマトリクスにより対象物質を集結させることが挙げられる。 ファイバの第２の種類は均質ではなく、重合あるいはゲル化材料に、フィラメ
ント、分岐要素などの固形構造体要素を含有してそのゲルをさらに強化し、対象
物質に対する吸着部位を設けることができる。したがって、添加する成分はゲル
を強化する作用をし、デンドリマー分岐ポリ核酸、分岐あるいは架橋ポリマー材
料、金属あるいはガラス繊維など、含有物に対する吸着部位を設けることができ
る。形状が糸、ヤーン状およびブラシ状である構造体要素をファイバに成形して
強度を高め、ファイバの取扱あるいは乾燥をさらに容易にしてもよい。この構造
体要素を所望の結合成分に対するファイバ内の固定化成分として作用させてもよ
い。
【００３９】 したがって本発明において現在利用可能な押出加工技術を利用して、異種対象
物質をそれぞれ含むアクリル製あるいは他のプラスチック製の長いファイバを作
製することは技術的に実現可能である。また、このファイバの切削端部を希釈溶
剤で短時間処理して活性基を露出させることができる。 ファイバの第３の種類には、押出あるいは成形プラスチックが含まれ、これに
、第２の相が含まれる。この第２の相は、例えば、炭化水素、水性あるいはフル
オロカーボンミクロ液滴、糖あるいは他の水性材料の粒子、あるいは、希薄酸に
溶解して活性基を出現させることのできる炭酸カルシウム粒子などの無機粒子の
形態でもよい。チップの切削表面を短時間溶剤に曝露すると、この含有物の幾つ
かが溶解し、対象物質を含んでいる支持プラスチックの表面積を拡大することが
できる。
【００４０】 蛋白質あるいは核酸を吸着するポリスチレンラテックスあるいはこれ以外のプ
ラスチック粒子を組入れた固形プラスチックも調製可能である。支持プラスチッ
クを数ミクロンの深さまで侵食して活性サブ粒子表面を出現させるが、支持プラ
スチックラテックスビーズは溶解しないように条件を整えることができる。例え
ば、フッ素化された基を伴って誘導された蛋白質は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）
微小粒子に強力に付着する。例えば、アクリル樹脂プラスチックあるいはこれ以
外の適した包埋媒体内に含まれるこのような誘導Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）粒子
を、塩化メチレンおよびエチルアルコールなどからなる希薄アクリル溶剤により
プラスチック表面に部分的に露出させることができる。別の方法として、粒子を
多孔質マトリクス内に包埋してもよい。
【００４１】 対象物質を吸着するビーズを、クロマトグラフィに用いるＳｅｐｈａｄｅｘ、
Ｂｉｏｇｅｌｓその他などの多孔質ゲルビーズにしても、クロマトグラフィに用
いる例などの固体ビーズにしてもよい。支持構造体を誘導し、これにポリペプチ
ド、蛋白質、核酸、ポリヌクレオチド、糖、多糖および小型分子を吸着させる方
法はこれまでさまざまな種類が開発されてきており、これらは当業者に周知であ
る。図２に示す細管の構造において、細管６は、粒子９を支持するゲル８を含有
したチューブ７からなる。この細管の端面図１０および拡大図１１に示すように
、切削した端部に粒子１２が露出している。領域１３をさらに拡大した１４には
、露出した粒子１２の表面に固定化された反応物１５があることを示している。
【００４２】 記載しているロッドのすべての中央にひもあるいは糸を配置して一緒に成形す
ることにより、ロッドの強度を高め、その取扱いを容易にすることができること
に留意されたい。 ファイバの第４の種類は、ガラスあるいはプラスチック製ビーズを焼結して、
質量に対する表面の比率が高い多孔質材料を形成することにより作製する。こう
した材料は従来、ガラス、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（Ｔｅｆｌ
ｏｎ（登録商標））、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ、ポリエチレン、ポリプロ
ピレンにより製造され、ポリスチレンから、またこれ以外にもさまざまなプラス
チックから製造することが可能である。熱、圧力あるいは溶剤蒸気への曝露によ
りプラスチックを焼結することができる。こうして焼結した材料をシートあるい
は切削ロッドに誘導することができる。対象物質をそこに結合させる見地から、
ポリスチレンが好適である。ポリスチレンの誘導については、蛋白質をそのアミ
ノ基、カルボキシル基あるいはスルフヒドリル基により吸着させる方法がこれま
で記載されている。他のプラスチックを接着する基を生成する有機溶剤内の金属
ナトリウム溶液を用いるとＴｅｆｌｏｎ（登録商標）を活性化させることができ
、これにより誘導することができる。ポリエチレンおよびポリスチレンの活性化
はコロナプラズマ放電あるいは電子ビーム放射線により行うことができる。ポリ
スチレンおよびポリエチレンの焼結複合材料を生成することが有利な手法である
。ナイロンビーズを焼結および誘導することも可能である。他にもすでに周知あ
るいは現在開発中の焼結材料があり、その多くを本発明に適用することができる
と考えられる。
【００４３】 対象分子の固体材料への付着は、焼結前あるいは焼結後のどちらに行ってもよ
い。リガンドの付着に関しては、付着させる物質を含むチューブ内にロッドを吸
引するか、あるいはロッドを帯状回転子を備える一般形状の中空ボール式遠心分
離機回転子（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｎ．Ｇ．著、Ｎａｔｌ．Ｃａｎｃｅｒ Ｉｎｓ
ｔ．、Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ Ｎｏ．２１を参照されたい）内部に巻入れることが
できるが、この場合遠心力により排液される可能性がある。そこで、付着物質の
溶液をまず焼結物内に遠心分離した後、ここから取出し、必要に応じて洗浄する
。焼結したロッドを乾燥させ、適した接着剤でコーティングし、束に組み合わせ
て薄切りすることができる。
【００４４】 別の方法として、対象物質および物体を吸着したビーズを圧力下で押出してロ
ッドを形成し、これを一緒に焼結してもよい。組み合わせたチューブをさまざま
なセメントあるいは重合可能プラスチックで一まとめに保持することができる。
このチューブの外側を改質あるいは処理して、セメントあるいは重合可能プラス
チックが接着できるようにしてもよい。
【００４５】 ファイバの第５の種類は、ポリエチレン、ポリプロピレン、Ｔｅｆｌｏｎ（登
録商標）あるいはポリ塩化ビニルなど、これらに限定しないプラスチックから通
常形成される中空不透過性細管からなり、対象物質が直接付着されたゲルあるい
はこれ以外の重合材料で完全に充填されたものである。チューブの外面を化学的
あるいは物理的に改質して、チューブを束にまとめて結合する接着剤を受容させ
ることができる。その内面も、チューブ内に導入されるゲルあるいは重合混合物
が好ましくは共有結合により接着するように、改質することができる。アクリル
アミド誘導体を壁部に架橋してアクリルアミドゲルを接着させつつ、ゼラチン、
寒天あるいはアガロース誘導体を吸着して同じように各ゲルに架橋させることが
できる。蛋白質および核酸などの対象物質の線状アクリルアミド、ゼラチンおよ
びアガロースへの架橋方法は周知であり、誘導分子を、成形に用いるゲル内に組
入れることができる。アクリルアミドを、室温にて化学的にあるいは光活性化を
利用してゲルにすることができるが、低温にてゲル化するＳｅｐｈａｒｏｓｅも
利用可能である。ゼラチンの形成は、室温を下回る温度にてゆっくり起こる。チ
ューブの充填に利用するポリマーは通常均質であるが、対象物質を含有する場合
もあり、この物質は重合媒体に付着する。例として、短いアクリルアミド鎖に対
する蛋白質の共有結合があり、これがアクリルアミドゲルに組入られて蛋白質は
ゼラチンに共有結合する。したがって、変性温度に曝露せずとも、変動性生体分
子を含むゲルを得ることができる、あるいは生成することができる。こうしたチ
ューブの構造を図３に例示する。チューブ１６は架橋したゲル１７で充填されて
おり、このゲルには対象物質１８が付着している。薄切りされたチューブの側面
図１９および端面図２０により、固定化物質２１が利用可能であることがわかる
。
【００４６】 中空ファイバを用いて作製するアレイの場合、アレイの組み合わせ前に、ファ
イバ内部を、共有結合あるいは適したポリマーコーティングにより、あるいはゲ
ル内にて生体分子でコーティングすることができる。全部ではないにしても大半
の水酸基がポリイソシアネート基を担持するオキシエチレン系ジオールあるいは
ポリオールなどのイソシアネートポリマーが適切である。こうしたポリマーには
ポリ尿素／ウレタンポリマーを含むものがある。このポリマーは良好に水和する
ため、ヒドロゲルとして分類することができる。適した開始材料の例として、グ
リセロール、トリメチルプロパンおよびトリエタノールアミンなどのトリオール
、テトラオールおよびポリエチレングリコールが挙げられる。適したポリイシア
ネートの例として、ジイソシアネートなどが挙げられる。ポリイソシアネートは
芳香族、脂肪族あるいは脂環式のいずれでもよい（Ｂｒａａｔｚ他に付与された
米国特許第５，１６９，７２０号およびＢｒａａｔｚ，Ｊ．著、Ｂｉｏｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ９：７１〜９６頁（１９９４年））。
別の方法として、束にまとめたアレイを、各中空ファイバが、薄切りされる前に
、ゲルとなる溶液内のバイオポリマーで充填されるように配置することもできる
。
【００４７】 第６の種類のファイバあるいはチューブには、対象分子を内面に付着させてい
るか、そうでなければ空であか、あるいは空にさている中身のない不浸透性チュ
ーブが含まれる。図４に例示するように、薄切りされたチップ２２には、支持プ
ラスチック２４内に包埋された薄切りプラスチックチューブ２３が含まれている
。このチューブの内壁には対象物質２５が吸着されており、中央部分２６は開口
した状態である。この結果得られるもの２７には、断面図からわかるように、薄
切りされたプラスチックチューブ２３と、固定化された物質２５と、これらによ
り形成された開口穴２６とが含まれ、これらすべてが互いに支持材料２４により
保持されている。このチップを超微量滴定量プレートと見なして、固定化された
親和力リガンド技術などに基づくフロースルー分析（Ｈｅｒｍａｎｓｏｎ他著、
Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ Ａｆｆｉｎｉｔｙ Ｌｉｇａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕ
ｅｓ， Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９９２年、４０７頁）に、固定化さ
れたオリゴヌクレオチドの複製連鎖反応（ＰＣＲ）による増幅に、あるいは、例
えば米国特許第５，８４３，７６７号に記載されているように、この規模で実現
し得る他の検出反応などに利用することができる。チューブを、内面あるいは外
面が親水性となるように処理したＴｅｆｌｏｎ(登録商標)で製造した場合にも、
その切削端部は疎水性のままである。このチップ表面全体に親水性試験溶液を広
げた場合にも、自動制御容量によりこの溶液が穴の中に流動する傾向にあるため
、流体の全体量を適切に調節していれば、隣接するセルに影響を及ぼすことは少
なくなる。次いで、この上面および下面を適した接着剤テープで密閉し、この全
体に、例えばＤＮＡ複製連鎖反応増幅に向けた反応を起こさせる。別の方法とし
て、図４に示すチップ３３の挟持構造３２では、ガラスあるいは石英などの材料
３４の二片を用いてチューブの端部を密閉し、マイクロチャンバ３５を形成する
ことができる。この透明な端部の窓を介して、蛍光あるいは光学吸収度における
変化３６を各環状構成要素について検出することができる。その反応を比色計あ
るいは蛍光計により測定する。
【００４８】 マイクロアレイ内部あるいはマイクロアレイの作成に用いる中空ファイバ内部
では、上記以外のさまざまな反応を発生させることができる。例えば、ポリペプ
チド、多糖あるいはポリヌクレオチドをその場で合成する、かつ／またはエステ
ル、アミド、カルボキシレートなどの組み合わせ小型分子のライブラリを調製す
ることができる。ＰＣＲなどの同じ反応を、ファイバがその反応物に対して十分
に浸透性であれば、固形ファイバなど他種類のファイバのいずれで行ってもよい
。
【００４９】 中空マイクロアレイの場合、対象物質をその内部あるいは表面上に固定化しな
くともよい。このような場合、それ自体は市販製品である非常に小型のマルチウ
ェルプレートを用意する。固定化の有無にかかわらず、生体セルを「空」の中空
ファイバ内に配置することにより、このマイクロアレイを用いて特異物質に対す
る細胞反応を特定することができる。基質あるいは試薬をその生体セルと同時に
固定化して、特異分析物との接触あるいは相互作用させた際に検出可能な生成物
の生成を刺激してもよい。
【００５０】 マイクロアレイの形成のために切削する前にファイバの内部に分子あるいは生
体成分を投入するのが通常の手法であるが、本発明の一実施態様では、分子ある
いは生体セルを、マイクロアレイの形成後に中空ファイバ内に投入する。１例と
して、希薄懸濁液をマイクロアレイに添加することにより、生体セル、ウィルス
あるいは他の粒子を複製するようなマイクロアレイの用途がある。多種の対象物
質をそれぞれ添加するには時間のかかる可能性があるが、許容できる範囲である
。隣接するアレイセル内にこぼれて流入する量をうまく利用するために、対象物
質で「充填」された各アレイセルの間に１列以上のセルを空のまま残しておいて
もよい。
【００５１】 上述した小型チューブの内面を化学的に改質して、ポリヌクレオチド、ポリペ
プチド、多糖あるいは他の分子を直接あるいはリンカーを介して付着させること
ができる。分子を付着させることにより、チューブ内部の反応部位数を増加する
ことができる。ＤＮＡおよびＲＮＡは従来小型ポリスチレンビーズ上で合成され
、核酸を得る最も直接的な手法は、さまざまなシーケンスを付着させたさまざま
なビーズ群を用いて小型ポリスチレンビーズ上でオリゴヌクレオチドを合成し、
小型のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンあるいは他のプラスチック
、金属あるいはセラミック製チューブをビーズで充填し、これを固めてチューブ
を完全に充填することである。このビーズを一定位置に保持し、注意深くこれを
加熱して焼結することができる。あるいは残存性ラテックスをチューブに添加し
て、チューブ内に空気を注入することにより一定位置で乾燥させる。
【００５２】 第７の種類のチューブあるいはファイバには、透過性壁部を具備した細管が含
まれる。腎臓透析機械での利用および分子量の分留を目的とした中空で選択的に
透過性であるファイバの製造方法および手順が開発されており(米国特許第４，
２８９，６２３号および同第３，９７６，５７６号）、現在では広範に利用され
ている。このファイバを、固体で薄切りすることのできるプラスチック内に包埋
する方法も開発されており、透析器端部にてファイバを細管に付着させるために
利用されている。
【００５３】 本発明では透過性中空ファイバを２通りで使用可能である。第1の方法として
、ファイバを、すでにプラスチック内に包埋されている反応物担持ゲルで充填す
る。このファイバを成形部分内に注意深く広げることにより、各チューブを上述
したように選択的に充填することができる。この手法では、小型アレイを迅速に
形成できるという利点や、別個の中空ファイバを形成するステップ、これを反応
物で充填するステップ、これをアレイに配列するステップ、およびこれを支持プ
ラスチックで浸潤させるために必要なステップすべてを行わなくとも新たなアッ
セイを展開できることという利点が得られる。
【００５４】 第２の使用方法では、プラスチック内に包埋する前に中空ファイバを充填する
必要がある。浸透性チューブの壁部浸透率を制御する技術がこれまでに開発され
ている。これにより、ゲル化する際のモノマーおよびゲル化剤の流入および流出
量を調節することができ、ゲル化後に透過性物質を除去することができる。例え
ば、アクリルアミドおよびビスアクリルアミドをリボフラビンの存在下にて紫外
線光で架橋させることによりアクリルアミドゲルを生成することができる。特定
の結合成分が感熱性であるか、あるいは他の化学物質に反応しやすい場合に、こ
の技術が好適である。引き続き行う蛍光測定に干渉する可能性のある触媒を、重
合後、細管の壁部を介して透析することにより除去することができる。
【００５５】 イソシアネート含有プレポリマーが、もう１つのゲル化材料であり、これは、
水との接触により重合し、重合の副生成物として二酸化炭素のみを生成する。こ
の結合成分をまず固相（１種類あるいは複数種類）上に組み入れるか、あるいは
別の方法でファイバ上に配置した後、これを重合かつ／または乾燥させて、ゲル
の水和に利用する結合成分を組み入れる。
【００５６】 透過性支持細管を利用すると、チューブ内のゲルに、反応物をより安定にでき
、ゲルの物性強度を高め、薄切りを可能にする物質を浸透させることができる。
例えば、ラクトースなどの糖、トレハロース、グリセロール、フラクトースおよ
び他の多価アルコールを投入して蛋白質を安定化させ、ゲルに固形分を添加して
薄切りを容易にすることができる。この添加剤を、包埋されている反応基を利用
できるようにチップを使用する際に、チップの露出面から部分的に除去してもよ
い。ゲル内に拡散する添加剤も、強度の増強および乾燥後のゲル量増加に利用し
てよい。
【００５７】 また、リガンドあるいは受容体を含む粒子をファイバ内に包埋する場合、包埋
媒体を溶解性あるいは溶融性にして、マイクロアレイの形成後に除去できるよう
にしてもよい。包埋媒体を除去すると、結合用に粒子上により多くの活性部位を
露出させることができる。このような応用は、粒子が実際に、図３に示した架橋
ポリマー（１７）と同様にリガンドあるいは受容体を固定化して含むマイクロフ
ィラメントのマイクロファイバあるいはマイクロブラシである場合に適している
。
【００５８】 チューブをゲルおよび試薬で充填した後、チューブの外側を清浄にし、透過性
支持プラスチックの接着力を強化するために試薬で処理してもよい。続いてこれ
を束にして、薄切りするための製造物を作製する。 第８の種類のチューブあるいはファイバには、大型ブロックから、好ましくは
ディスクから劈開することにより合成したものが含まれる。まず対象分子を含む
ファイバ材料をディスクとして成形した後、ディスクを回転させてその円周から
長いファイバを剥離する。この技術は本質的に、回転する丸太からベニアを製造
する技術を小規模にしたものと同じである。この技術には、長く薄いファイバに
対して幾つかの具体的な空間上および取扱い上の利点がある。ディスクにすれば
、凍結、緩衝剤内への浸漬、暗所などの特定条件下でその活性成分を維持する必
要がある場合には特に、より容易に保管することができる。
【００５９】 アレイあるいは平行なファイバを互いに装着させるには多くの技術がある。好
適な１方法は蒸着焼結である。蒸気、多くの場合高温溶剤であるが、これをアレ
イと特定の時間の間相互作用させた後、排気して除去する。加熱焼結では、アレ
イの側面を圧縮するように配置して、アレイをそのプラスチックの軟化点まで加
熱する。もう１つの手段は、ガリウムなどの融点の低い金属を利用することであ
る。低融点は、結合成分の生理学的温度における、あるいはその前後の温度をい
う。
【００６０】 生体分子を反応形態に維持するさまざまな組織学的包埋媒体がこれまでに開発
されている。例えば、Ｄｕｒｃｕｐａｎ、ＮａｎｏｐｌａｓｔおよびＱｕｅｔｒ
ｏｌ ６５１は、非常にゆっくりした加熱により硬化可能であり、ＪＢ−４およ
びＩｍｍｕｎｏｂｅｄは室温で重合可能であり、水性アクリルポリマー、Ｌｏｎ
ｄｏｎ Ｒｅｓｉｎ ＧｏｌｄおよびＬｏｗｉｃｒｙｌは凍結点以下にて紫外線
光により重合可能である（以上すべてＰｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｉｎｃ．から
入手可能）。従来の包埋媒体では溶剤やワックスを利用するため、分析前にはこ
のワックスを少なくとも部分的に除去しなくてはならない。
【００６１】 このように、特異な生体分子を識別および局在させる包埋および薄切り方法が
利用可能である。核酸の場合、特異な核酸標的を、例えば、ｉｎ ｓｉｔｕハイ
ブリダイゼーションおよび、複製連鎖反応（ＰＣＲ）およびこれ以外の核酸増幅
技術（ＬＣＲ、ＲＣＡ、ＳＤＡなど）による特異シーケンスの増幅により、検出
することができる。
【００６２】 包埋する方法は、生体セル内における結合成分に所望する特性あるいは複数の
特性を維持するものとする。したがって、抗体がセル内に固定化されており、抗
体に対する抗原の結合特異性を所望する場合には、その固定化方法は、抗体の抗
原結合性能を保持するものとなる。ファイバ同志を装着してアレイを形成する方
法および手段も、この抗体の抗原結合性能を保持するものである。
【００６３】 同様に、ホルモン受容体に対する結合分子候補がセルに含まれている場合、そ
の固定化および吸着方法および手段は、その候補分子の形状を維持してホルモン
受容体が識別および結合できるようにするものとする。 さらに、免疫試薬を用いて数多くの蛋白質あるいは炭水化物抗原を検出するこ
とができる。この検出は一般に、蛍光染料を分析物あるいはサンドイッチアッセ
イの第２の層内に組入れることにより、あるいは、蛍光性となる可能性のある不
溶性染料を生成する酵素を分析物あるいはサンドイッチアッセイの第２あるいは
第３の層に結合させることにより行う。
【００６４】 固相表面によっては、反応物の固定化に直接利用できるものもあるが、その他
の表面は改質して添加可能な状態にしなければならない。抗体は清浄なポリスチ
レン表面に接着し、多くの蛋白質も同じである（Ｖａｎ Ｏｓｓ，Ｃ．Ｊ．およ
びＳｉｎｇｅｒ，Ｊ．Ｍ．著「Ｔｈｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｏｆ ｉｍｍｕｎｅ
ｇｌｏｂｕｉｎｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｂｙ ｐｏｌｙｓ
ｔｙｒｅｎｅ ｌａｔｅｘ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｊ．Ｒｅｔｉｃｕｌｏｅｎ
ｄｏｔｈｅｌｉａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ３：２９０４０、１９６６年）。これま
では、マイクロタイタプレートあるいはビーズの形態であるポリスチレンを変性
して、ポリヌクレオチド、ポリペプチドおよび多糖などの生体分子を結合できる
ようにしてきた。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むパーフルオロ
カーボン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）として周知のフルオロカーボンポリマーな
ど）、ポリビニルフルオリド、ポリビニリデンジフルオリド製表面には、蛋白質
あるいは他の生体分子が結合する(米国特許第５，２７０，１９３号)。このよう
な表面には、表面を親水性に、または正あるいは負に帯電した状態に変化させる
フッ素化表面活性剤を含有させて製造することができる。制御された多孔質ガラ
スなどのガラスを改質して、抗体、抗原、多糖、ポリヌクレオチド、核酸などを
共有結合できるようにすることができる。プラスチック表面をコロナプラズマ放
電あるいは電子ビーム放射線により非特異的に改質して、これにさまざまなコー
ティングあるいは接着剤をコーティングして高分子を付着させることができる。
さまざまな改質を行うことにより、さらに特異的な生体分子の共有結合が可能と
なり、反応基がポリスチレンあるいはアクリル表面に付着する。続いてこの基が
、延出したリンカーの有無にかかわらず、緩やかな条件下にてバイオポリマーに
結合する。
【００６５】 これまでさまざまなクロマトグラフィ媒体が、固定化されたバイオリアクタを
支持するように適合させられてきた。こうした媒体の例として、主にアクリルア
ミド、アガロース、Ｓｅｐｈａｒｏｓｅで構成され、化学的に架橋可能な軟性ゲ
ルビーズ、および高圧力クロマトグラフィ用に設計された圧縮性の低いビーズが
挙げられる。固定化支持体として有用な天然生成物はセルロースであり、これは
粉体として容易に入手可能である。この支持体を、バイオリアクタを共有結合さ
せるように化学的に変性するか、あるいは結合可能な状態である変性形態として
購入することができる。
【００６６】 長いＤＮＡあるいはＲＮＡ分子をゲル内にて重合して固定化させることができ
、これを物理的な絡み合いにより純粋に保持する。１例が、寒天あるいはアクリ
ルアミドゲル内にＤＮＡを保持することである。さらに、ポリペプチド、蛋白質
、多糖あるいは核酸などの他の生体分子では、長いポリマーに互いに連鎖するこ
とにより、ゲル内に包埋した時点で拡散しなくなるため、この生体分子を溶解性
反応物との反応に利用できる状態を保つことができる。例として、蛋白質あるい
は核酸のポリエチレングリコール（所謂ペガレーション（PEGylation））あるい
は線状アクリルアミド鎖への結合が挙げられる。
【００６７】 対象となる受容体あるいは分子を固定化して反応物の結合に用いる方法のほか
に、ある種類の反応物の固定化成分に対する一般方法がある。例えば、Ａ蛋白質
あるいはＧ蛋白質を固定化した後、これを特異なイムノグロブリンの結合に用い
ることができる。次にこれが特異な分析物を結合する。さらに一般の手法は、ア
ビジンおよびビオチンなどの他のリガンドと受容体との間の強力かつ特異な反応
に関してのものである。アビジンを固形支持体に固定化あるいはゲルに付着させ
て、ビオチンが互いに連鎖した抗体あるいは他の反応物の結合に用いることがで
きる。これにより、さまざまな反応物が容易かつ迅速に付着することのできる表
面を生成することができる（Ｓａｖａｇｅ他著、「Ａｖｉｄｉｎ−Ｂｉｏｔｉｎ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：Ａ Ｈａｎｄｂｏｏｋ．」、Ｐｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ、１９９２年を参照されたい）。
【００６８】 これまで、固定化された対象分子と溶解性反応物との間の反応を検出するため
に、広範にさまざまな方法が開発されてきた。こうした方法における相違点は主
に、シグナルの生成に用いるメカニズムと、シグナル生成のために直接あるいは
間接的に互いに挟み合わなければならない異種試薬の数とである。例として、分
析物に共有結合された蛍光標識を伴う蛍光（遅延蛍光を含む）、分析物に結合す
る溶解性染料および、分析物への結合後に蛍光量が大幅に増加する染料を含む蛍
光が挙げられる。後者は核酸の検出に利用可能である。所謂サンドイッチアッセ
イなどのさらに複雑なシステムでは、検出錯体内に酵素を固定化し、溶解性基質
との組み合わせにより、蛍光性となり得て好ましくは不溶性である染料を生成す
る。あるいは、結合された分析物に付着した検出錯体に、多くの蛍光染料分子が
付着する、分岐ＤＮＡなどの樹状分子を含有することができる。
【００６９】 短い横軸方向のファイバを装着してブラシ状の形状を設けているデンタルフロ
スの製造方法を応用して、反応物を吸着することができる。ストランドあるいは
ファイバ上の情報をコードし識別するパターンを、小さな線状に配置したドット
の形態で用いることができる。マルチファイバ式内視鏡アレイの開発において、
アレイを点検する方法が開発されてきた。この方法では、光ビームあるいはラス
タ画像を、その光が各ファイバを連続して照射するようにファイバ束の一方の端
部に投入し、もう一方の端部から出る発光パターンを特定する。パターンが同じ
であれば、位置の変化したファイバがないことになる。
【００７０】 細管を充填している液体内の気泡あるいは空隙を検知する技術が周知であり、
これは、各チューブに沿って測定した際の屈折率、吸光度あるいは蛍光量におけ
る変化に依存する場合がある。 長さの短い細管の場合には遠心力を利用して粘性媒体を充填する技術が、当業
者には明白である。
【００７１】 組織ブロックは、軟質組織から骨までにわたる試料が含まれている可能性があ
る上、包埋材料（蝋など）のブロック内に包埋されていることも多い。こうした
組織ブロックを薄切りにするミクロトームが市販されており、ガラスあるいはプ
ラスチック製スライドに切片を装着し、そのスライドを自動的に処理して包埋媒
体をある程度あるいはすべて除去し、体系的にスライドを一連の試薬に曝露する
するさまざまな技術および設備も同様に入手可能である。
【００７２】 組み合わせられたチューブの束を薄い切片に切削し、薄切り後も構成要素であ
るチューブの配向を維持することのできるミクロトームおよび他の薄切りあるい
は切削機械が周知である。ブレードを利用して切削すると、マイクロアレイのセ
ル間における結合成分の劣化を低減できる可能性がある。 マイクロアレイの厚さは、予想されるその使用法の要件に応じていずれでもよ
い。ファイバ束の剛性がもう１つの特定要因となる場合もある。切片の厚さは１
ｃｍ未満になる場合が多い。切片の厚さは５０ｍｍ未満になる場合が多い。以下
にさらに詳細に例示するように、切片の厚さはミクロンの単位となり得る。
【００７３】 切片（マイクロアレイチップとして）を直接、可撓性フィルムの接着剤表面に
装着しても、あるいはガラス製スライドなどの固体表面に装着してもよい。複数
の切片（本明細書では「チップ」の代わりに「切片」を用いる）を他の切片を間
に介在させながら配置し、フィルムストリップに沿って間隔をあけながら装着す
ることも可能である。したがって、種類の異なる１ダースあるいは１ダース以上
の切片のセットをフィルムに沿って反復順序で配置し、このフィルムを切削して
１セットを得ることもできる。シーケンスの研究には、挿入ＤＮＡを増幅および
標識し、大量のセットの切片に対してそのハイブリダイゼーションパターンを調
べることができる。
【００７４】 変形不可能なファイバ束を用いることにより、この束を横切る方向に切削ある
いは切取り、再度整合できると良好な同じプレートを大量に形成することができ
る。これにより統一性に優れた再製可能なアレイが得られる。マイクロアレイの
位置合わせ手段として、１本以上のファイバに対して、容易に検出可能な異なる
種類の材料を用いることにより、再整合を容易にすることができる。
【００７５】 大半の免疫化学アッセイあるいは競合アッセイは、分析物ではなく試薬からの
シグナルに依存している。しかしながら、錯体混合物内に脂肪族アミノ基を含む
蛋白質などの抗原を蛍光標識する方法も開発されてきており、これらは複製可能
であり定量可能である。例えば、Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ
ｓからＣｙＤｙｅｓが市販されており、Ｃｙ２、Ｃｙ３およびＣｙ５が特に有用
である。このような標識混合物の成分が固定化抗体のアレイと反応すると、各特
異抗体が蛍光標識された分析物の１つに結合するため、特異的に結合された標識
分析物がそれぞれ蛍光を発し、これを検出することができる。この方法にさらに
改良を加えるには、この結合抗体アレイを非蛍光形態である周知の各分析蛋白質
の亜飽和量を含む溶液に曝露し、アレイを洗浄し、このアレイを標識蛋白質の試
験混合物に曝露することにより、複数の競合アッセイを生成する。
【００７６】 固定化された結合パートナーを用いる従来の結合アッセイ形式であればいずれ
も本発明のマイクロアレイシステムと併用可能である。簡単に言えば、マイクロ
アレイに複数のリガンドあるいは複数の受容体を含有し、分析物を複数のリガン
ドあるいは複数の受容体にすることができる。分析物かマイクロアレイセルかの
いずれかに結合する競合成分を添加してもよい。この試料を標識化する、かつ／
または競合成分を標識化する、かつ／またはマイクロアレイセルを標識化するこ
とができる。この標識を互いに相互作用させて、検出可能なシグナルあるいは生
成物を形成させる、あるいはシグナルあるいは生成物を消光させることができる
。その多様な組合わせの数は数ダースにのぼり、そのいずれも、マイクロアレイ
アッセイのさまざまなセルに対するさまざまな組合わせと同様、本発明に利用可
能である。
【００７７】 特定の疾病の診断をくだすために、数種類の臨床試験が必要となることが多い
。多くの場合、この複数の試験は連続的に行われ、一連の試験の１試験あるいは
１要素がその次に行うべき試験を示唆し、順番に第３の試験あるいは試験群を示
唆していく。こうした試験の中にはほとんどの場合外部に委託しなければならな
いものもある。したがって、機械が読み込める形態での正確な数値結果を出す方
法を利用して、一連の枝分かれした試験を同時に行うことができ、時間の経過に
対しても安定であり、現在使用されている臨床分析システムに比較して小型で安
価となりうる装置で読み取ることのできる安価なチップに対する要望がある。
【００７８】 多くの生化学的分析では、その分析処理のダイナミックレンジを広くする必要
がある。したがって、時間をかけて反応過程を特定することにより、あるいは一
連の希釈物に対して複数の分析を行うことにより酵素および免疫化学アッセイを
行うことが多い。こうした分析を、発現試薬の分析物混合物に曝露している間に
時間的間隔をおきながらそのマイクロアレイを「読む」ことにより行うことがで
きる。さらに、標準型とブランク（比較）とを用いる並行分析が必要であり、こ
れらを含むものとする。大量に作製し、標準化した安価なバイオチップにこうし
た要件を備える必要がある。このバイオチップに、例えば、抗原、薬剤、核酸あ
るいは他の分析物を検出し測定できる異なる種類の反応物を組み入れることがで
きる。
【００７９】 アレイには、生体作用特性を特定する以外にも数多くの用途がある。化学的相
互作用および反応を同様に試験することができる。このようなアッセイでは、例
えば、１種類の試験物質あるいは材料に対して異なる反応化学物質を同時に試験
して、腐食、電気化学変化あるいは他の相互作用を特定することができる。これ
は、化粧品、塗料、潤滑剤における例などの複数の物質の化学配合物に特に有用
である。あるいは、アレイ内の分析物と対象分子のすべてとの間で所望する相互
作用について分析してもよい。
【００８０】 反応物の固定化にゲルを用いる際に起こる一般の問題は、ゲルに固定化した対
象物質に付着する可能性のある反応物がゲル内外に拡散するのに長い時間がかか
ることである。蛍光により検出を行う場合、励起光を吸収する染料をゲル内に取
り込んで検出を行うため、その検出が表面に近い領域に限られてしまう。この問
題は、紫外線光吸収モノマー、４−メタクリルオキシ−２−ヒドロキシベンゾフ
ェノン（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．製）をアクリル系包埋媒体内に取
り込むことにより解決することができる。蛍光発光前にＤＡＢＳＹＬあるいはＤ
ＡＢＣＹＬなどの消光分子を添加して振動励起分子を受容することも有用となる
可能性がある。
【００８１】 マイクロアレイのファイバ内における粒子の表面領域上で分析物と結合パート
ナーとの間の結合を強化したい場合、各ファイバの包埋マトリクスをエッチング
して、マイクロアレイの各ファイバが含む粒子の表面積を拡大してもよい。 結合アッセイを行う際、分析物をマイクロアレイのセル内によりよく拡散させ
てリガンド／受容体結合（感度）を強化し、マイクロアレイをさらに量的に複製
可能とし、マイクロアレイに光を通過させて行う場合には分光光度検出の改良が
望まれる場合がある。マイクロアレイ内への拡散を促進するために、リガンドを
マイクロアレイのゲル材料内に押入れてもよい。これを、マイクロアレイを多孔
質膜上に配置し、リガンドあるいはリガンド溶液を流体力学、電気泳動あるいは
機械的手段を利用してそのマイクロアレイを通過させることにより行うことがで
きる。例えば、膜の両側における圧力差を利用し、マイクロアレイを介して流体
を流動させることもできる。膜の裏側に単に複数のペーパータオルを重ねて置き
、流体を吸い出すことにより、マイクロアレイを介して流体を引き抜くこともで
きる。電気泳動手段では、マイクロアレイ全体にわたりあるいはマイクロアレイ
の１セルあるいはセルグループの両側に配置した１地点式電極を用いて電位を印
加する。機械的手段としてさまざまな形状のポンプを用いて圧力差を設けること
により、マイクロアレイを介して流体を機械的に押出すあるいは引き抜くことが
できる。
【００８２】 多孔質膜を利用すると、マイクロアレイの洗浄時にバックグラウンドを低下さ
せることができるという具体的な利点も得られる。ファイバ内に多孔質粒子ある
いは糸状構成要素を包埋する場合、その多孔質粒子あるいは糸状構成要素を横切
る方向に薄切りすると、得られる構造の多孔度がさらに上昇し、試薬の接触面積
も洗浄面積も拡大できる可能性がある。包埋媒体あるいは毛細管をエッチングし
ても、多孔率を高め、対象固定化分子への曝露面積を拡大することができる。
【００８３】 多孔質粒子を、好ましくは２回、薄切りすると、より太いチャネルが形成され
て、より多くの流体を含有できる通路を設けることができる。切断された粒子を
含むファイバを、透過性膜支持体の上、あるいは固体基部支持体内の穴の上に搭
載することができる。こうすることにより、流体はマイクロアレイのセルを通過
できる。
【００８４】 本発明を用いることにより、固相上の各セルにそれぞれスポッティングする、
あるいは各セルに化合物を形成する難点を回避することができる。前者の方法で
は、必ず人の関与および装置が必要であり、少量の液体を定量測定できなければ
ならない。後者の技術では、固相上で合成できる化合物の種類には限りがある。
これら双方の従来技術は費用もかかり、各アレイをそれぞれ作製するには複雑で
自動化された装置あるいは時間のかかる作業が必要である。これに対して、「バ
ッチ」が数千から数百万個のマイクロアレイとなる本発明は、技術的に単純かつ
迅速である。各マイクロアレイに必要となる個々の作業は切削するステップのみ
である。
【００８５】 保管されていた複数セットの試薬から、あるいは異なる反応シーケンスあるい
は化合物を基部チップ上で合成することにより調製するマイクロアレイには、品
質管理に難しい問題がある。大型アレイでは、最終形態における試薬を利用前に
それぞれ別々に分析することができない。その上、アレイのセットを製造し終わ
るまで、その場で合成されたシーケンスの正確性を確認することができない。エ
ラーあるいは標準を満たしていない成分がアレイのバッチ内に見つかれば、アレ
イ全部を処分しなければならない。こうした問題が、「バイオチップ」を普段の
臨床研究に利用することに対する制約となっている。
【００８６】 固定化された蛋白質および核酸が、溶液内よりも、特に乾燥状態にあると安定
であることは周知である。 本発明における対象物質には、非常に広範な化学物質、錯体、生体セルあるい
はこれらの分画を含むことができる。核酸、多くの蛋白質および、ナトリウム、
ドデシル硫酸ナトリウムなどの界面活性剤で変性あるいはコーティングされた蛋
白質は有機溶媒および広範囲の有機化合物に溶解するため、プラスチックの製造
に用いられる例などの重合混合物内に組み入れることができる。したがって、本
発明の実施に当たり、現在利用されている押出加工技術を用いて異なる対象物質
を含むアクリルあるいはこれ以外のプラスチック製の長いファイバを作製するこ
とが技術的に実施可能である。
【００８７】 ファイバへの固定、束にまとめること、薄切りおよびマイクロアレイの形成を
行うことにより、多数の異種で、潜在的新規性を有する活性化合物を同時にスク
リーニングすることができる。植物エキスなど、分離後のピーク分画を同時に収
集してマイクロアレイの形成に利用することができる。次に、このマイクロアレ
イを同時に大量のアッセイシステムに利用することにより、劇的に時間および労
力を削減しながら、目的如何にかかわらず含有されている化合物すべてをスクリ
ーニングすることができる。
【００８８】 多数の蛋白質あるいはペプチドを大量生産技術により生成すると特に好ましい
。天然源からの分離技術で得たさまざまな分画では、多くの異種蛋白質およびペ
プチドを含むソースとなる。多種化合物の混合物を分離する数多くの分画処理が
周知である。異なる種類の分画あるいは特定組成物を用いて１本のファイバを形
成することができる。血清およびこれ以外の組織や天然源からの二次元電気泳動
ゲルでは、ゲル上に数千もの異種蛋白質が分離生成される。各蛋白質を個々にゲ
ルから取出し（切断、溶離などにより）、これを対象分子として利用して１本の
ファイバを形成することができる。このような方法では、異なる束では元である
試料も異なるため、異種試料間における蛋白質の違いを容易に比較することが可
能である。
【００８９】 固定化された高分子が抗体である場合、このマイクロアレイを用いて、蛋白質
に基づくさまざまな異常を診断することができる。対象蛋白質に対する標識した
第２の抗体を用いて、セルをさらに強調表示させてもよい。さらに、アレイを用
いて、予め染色されているか、固定化した後に染色するかのいずれかである病原
菌を固定化することもできる。このように、血清あるいは結晶などの生体試料か
らの微生物は純化され、ＴＯＴＯ−１あるいはＹＯＰＲＯ−１などの蛍光核酸染
色で染色された後、アレイ上で組合わせ抗体を発見することができる。次に、そ
の結合分析物を、蛍光をスキャンして検出し、その位置から同定することができ
る。
【００９０】 微生物あるいはこれ以外の対象分子を固定化し、この固定化試薬を用いて、個
体から得た流体から抗体を局在させ、その位置を蛍光型抗ヒト抗体により発見す
ることにより、もともと抗体の生成を誘発した疾病を診断することも同じように
本発明の一部である。 これまでは、特異遺伝子からの挿入物を含むファージディスプレイを用いるか
、合成オリゴヌクレオチドを用いるか、あるいは、ディスプレイ抗原あるいは抗
体をある程度まで用いてアレイを作製してきた。本願では、各ディスプレイファ
ージを１本のファイバ作成に用いる場合、ペプチドあるいは抗体ディスプレイフ
ァージの個体群を用いてもよい。このような構造では、ファージが大きいため、
各表面分子の一部がゲルあるいはプラスチックに包埋されたままであり、残りの
部分が露出することになる。対象分子をこのファイバ自体に結合してマトリクス
内部に封入しても、または、固相粒子あるいはファイバ内部あるいは表面上の微
小構造に結合してもよい。ファージ、組換え細菌あるいは他の錯体生体構造物も
固定可能であり、所望に応じて、含有蛋白質をグルタルアルデヒドあるいは同様
の固定材料で架橋する。
【００９１】 各ファイバに対象分子の混合物を含有することができる。例えば、化学合成時
に、数多くの異性体が調製される。場合によってはファイバの形成前にこの異性
体を分離せずにおくと便宜がよい。同様に、混合物を分断する場合、全体かつ完
全な単離は難しく時間もかかるため、受容体の混合物を含むファイバを形成して
もよい場合がある。
【００９２】 ファイバの集合体を用いる、あるいはこの他例えば、ファイバを形成するマト
リクス内に粒子を包埋する実施態様では、ファイバの相対的な位置をその束の長
手方向において維持する材料充填を用いると望ましい場合がある。さまざまな膠
および接着剤が従来技術において周知である。例えば、油脂成分を含む充填組成
物は、６００以上の比較的高い分子量の脂肪族炭化水素であり、無機成分および
ブロックコポリマーは材料を濃密化するがその粘性を低下させる。酸化防止剤、
老化防止剤も含有可能である。例えば米国特許第５，１８７，７６３号を参照さ
れたい。
【００９３】 充填材料として、ファイバの位置合わせした状態を維持し、切削可能であり、
マイクロアレイに施されるその後の処理を干渉しないものを選択する。例えば、
使用可能な他の例としてポリアクリルアミドなどの重合性材料が挙げられる。 ファイバに対する包埋マトリクスは、色が黒くても不透明でも、あるいはこれ
以外にも、標識の発光シグナルを吸収してセルとチップとの間のクロストークを
削減できればいずれでもよい。さらに、ファイバとファイバとの間の接着剤に同
じ吸収材料を含有してマイクロアレイのセル間のバックグラウンドを低減しても
よい。任意に、この材料の特定層をファイバとファイバとの間に配置してから束
を形成してもよい。中空ファイバを使用する場合、不透明材料をこの中空ファイ
バ外殻自体の内部に組み入れてもよい。
【００９４】 アレイには、さまざまなセルに抗原／抗体などのセット全体を比較例とともに
備えて、献血を輸血する前に一般の血液を媒介とする疾病に対する血液試料のス
クリーニングを行うことができる。同様に、特定の症状には数多くの一般原因が
あり、アレイを用いるとこれらを同時にスクリーニングできる可能性がある。例
えば、尿路感染症は一般的であり、これは、さまざまな抗生物質に対する感受性
がさまざまである数多くの種類の細菌によって引き起こされる。多種類の要因に
対して同時に試験を行うことができれば、かなりの時間と費用が節約される。
【００９５】 本発明によるチップの使用過程において、さまざまな周知の技術および材料を
用いて非特異的反応を低減する。したがって、従来技術で周知のように、蛋白質
によるアッセイの場合、ファイバあるいはフィラメントの物質、包埋材料および
対象結合成分以外の本質的にすべてによるチップ上の非特異部位を、アルブミン
あるいは乳などのブロッキング剤に反応させて、このブロッキング剤を、リガン
ド、分析物、レポータ分子あるいは結合成分に特異結合するすべてと反応し得る
結合成分を含有しない領域に結合させる。
【００９６】 アレイに異なるファイバで製造した２つ以上の同じセルがあってもよいが、こ
うしたセルには同じ結合剤を含有させるものとする。こうすることにより、この
アレイでは固有の品質保証確認を行うことができる。さらに、セルによっては、
分析物の定量測定用に異なる濃度の結合成分を備えると好ましい場合がある。こ
れにより、このマイクロアレイでは品質面での検出と量面での検出とに対する固
有の標準を設けることができる。例えば、一連のセルに濃度の異なる抗生物質を
含有させることができる。試料微生物をこのセルに接触させてインキュベートし
た場合に、１つのセルでは増殖が見れらず、別のセルでは増殖されれば、およそ
の最小発育阻止濃度がわかる。トリパンブルーあるいはフルオレセインアセテー
トなどの活性染料で染色して同じことを行うと、最小殺菌濃度を特定することが
できる。マイクロアレイには数千ものセルを設けられる可能性があるため、さま
ざまな抗生物質に対する抗生物質感受性を同時に特定することができる。ゲル内
で固定化されているリガンドあるいは受容体との他の生物学的活性を質量的に特
定することも可能である。
【００９７】 同じマイクロアレイにおいて本質的に同じファイバを複数回使用することがで
きる。こうすることにより、固有の品質管理点検が可能となり、結合アッセイの
結果をより確かなものとすることができる。精度を高めるように結合アッセイを
行えば、さらなる定量測定が可能となる。空のファイバ、対象分子を結合させて
いないファイバは有用な負の比較対照となるため、あらゆるマイクロアレイで利
用しなければならない。
【００９８】 長いフィラメント、毛細管あるいは同軸二部材料フィラメントを平行に配置し
、これを焼結あるいは接着剤により接合して束を形成する。この束は好ましくは
変形に対して耐性があり、各ストランドあるいは毛細管は一方の端部からもう一
方の端部まで連続したものである。ファイバあるいは毛細管の位置構成は束全体
にわたり不変としなければならない。同軸形成で２種類の材料からなるフィラメ
ントを使用してもよい。このコア材料は、溶解し得る１種類の材料で形成し、か
つ、被覆材が同じ溶解条件において耐性である材料で形成する。例えば、強アル
カリにより特定種類のガラスは溶解するが、それ以外のガラスは溶解しない材料
である。含有される材料に依存して、この溶解ステップを薄切りステップの前に
、あるいは好ましくは後に行うことができる。
【００９９】 別の方法として、被覆材を溶解性とし、耐性のあるコア部分を、裏打ちシート
に装着したマイクロアレイ上に「島」として隔離してもよい。いずれの場合も、
溶解ステップで形成された空間を、空のままとするか、あるいは異なる材で充填
することができる。一部を溶解させて多孔質材料を得ることも本発明の範囲内で
ある。多孔質材料では表面積が拡大されるため、結合アレイには特に望ましい。
【０１００】 粒子、特に多孔質ビーズを「化学的に焼結」してフィラメント、シート、ある
いは毛細管内部を形成してもよい。この技術を利用して、異なるファイバを互い
に接着してもよい。こうした１つの方法ではまず、対象分子を粒子に結合する。
ブロッキング剤を添加して、粒子上のその他の反応部位あるいは吸着領域をブロ
ックしてよい。まだ充填していなければ、ビーズをチューブあるいは中空ファイ
バ内に詰める。次に、ブロッキング剤および／または対象分子および／またはビ
ーズ上の非反応部位と架橋あるいは連結する化学反応化合物を添加すると、ビー
ズと接触した部分で化学的接着が起こる。このチューブあるいは中空ファイバを
そのままでも、あるいは除去してもよい。ビーズ内部の孔内にある対象分子は接
触しないため、大幅に変化することはない。別の方法として、ビーズ床と床との
間の空間を疎水性接着剤あるいは硬化性液体で充填しながら、ビーズの孔を親水
性溶液で充填して毛管作用によりこれを保持してもよい。
【０１０１】 化学的焼結の代表例が、多孔質ビーズ上にＧ蛋白質を吸着した後、ゼラチンの
ブロッキング剤を添加することである。得られたビーズを１ｍｍプラスチックチ
ューブ内に充填し、カルボジイミドなどの蛋白質架橋剤を添加する。反応の完了
後、非反応試薬を洗浄してすべて洗い流し、これに、適した対象抗体を添加して
Ｇ蛋白質に結合することにより、束ねた後に劈開してマイクロアレイを製造する
のに適したファイバを形成する。
【０１０２】 別の方法として、粒子表面をまずビオチン化し、アビジンを架橋剤として用い
ることができる。Ｇ蛋白質をビーズに吸着させる代わりにアビジン標識抗体を用
いてもよい。もう１つの方法は、比較的大きな多孔質ビーズと、ビーズとビーズ
との間の空間を充填する接着剤あるいは包埋媒体とを用いることである。このフ
ァイバを薄切りする場合、ビーズを劈開できるほどに大きなものにしてビーズ内
部を開き、結合している対象分子を露出させる。中に被包されている対象分子が
ビーズの劈開時に露出するため、多孔質ビーズの代わりに、中空ビーズあるいは
マイクロバルーンを用いてもよい。この概念は、組織あるいは包埋セルを薄切り
して、細胞内構造を曝露し、見えるようにすることと同じである。
【０１０３】 さらに、異なる２種類のビーズのセットを用いてもよい。第1のセットは多孔
質で、受容体／受容体結合物質を結合して具備しており、第２のセットは高反応
材料でコーティングされているか、または、第1のセットのビーズあるいはその
コーティングに結合する反応基で改質されている。チューブをまず、乾燥形態の
双方のビーズで充填し、このチューブを振った後、流体を注入して反応させるこ
とにより、ビーズによる固体ファイバを形成する。あるいは、第1のセットのビ
ーズが極めて大きな場合、このビーズをまず充填してから（流体の有無にかかわ
らず）第２のセットを添加して、このビーズを大きなビーズ間の空間内を通過さ
せ、それに応じて反応させる。ビーズ間の反応は、特異結合部分によるものでも
、あるいは、ビーズを架橋して薄切りにできる固体を形成する非特異結合反応に
よるものでもよい。第２のビーズを黒くして、蛍光検出時の迷光を低減してもよ
い。
【０１０４】 束にしたファイバを溶融あるいはこれ以外の方法で固定パターンに互いに接着
した後、この束を、横切る方向にあるいは角度をつけて数多くの薄いディスクに
切削し、所望に応じて一部を任意に溶解する。中空の毛細管を用いる場合、得ら
れるディスクを、光学画像および光導波管の増幅用のチャネルプレートとして利
用することができる。ロッドを使用してもファイバを使用しても、穴寸法が均一
であるため、この薄いディスクをフィルタとして利用することもできる。
【０１０５】 薄切りした二次元アレイの各ファイバ部分には比較的大量の、ＤＮＡ、ＲＮＡ
、あるいは蛋白質分子などの結合成分が含まれることになる。最終的に得られる
アレイを使用する第１のステップとして、アレイのプラスチック表面を非常にゆ
っくりと侵食できる溶液でその表面上を洗浄する。これを一定速度で行い、遊離
するあらゆるバイオポリ分子を除去する。この洗浄を継続し、プラスチックを侵
食しない溶液に変化させていく。次にこのアレイを乾燥させて使用するまで保管
しても、あるいは直ちに使用してもよい。プラスチック内に対象反応剤を曝露し
やすくするように、粒子の表面を溶解し、溶液を形成して分子を露出する。
【０１０６】 各ファイバは、マイクロアレイ内で含有されるものと同じ形態で対象分子を含
んでいるため、マイクロアレイ全体を用いずとも、ファイバ自体で品質管理点検
を行うことができる。これは、診断を目的としてマイクロアレイを使用する場合
に特に重要である。バッチからマイクロアレイをサンプリングしても品質管理点
検を行うことができるが、これでは販売されているマイクロアレイを実際に点検
したことにはならない。これに対して、本発明ではファイバの薄い切片自体を使
用する。ファイバ自体を分析するということは、マイクロアレイセルとしてファ
イバの切片を含む各マイクロアレイを実際に試験していることを表している。
【０１０７】 一方、マイクロアレイの各セルに直接対象分子を固相ｉｎ ｓｉｔｕ合成する
場合、対象分子を含んで使用される実際の組成物が、合成後、実際に試験される
ことはない。むしろ、スポットの点検が品質保証の拠り所となっている。固相に
対する液滴スポットによるマイクロアレイ製造では、その液体を試験すれば品質
管理点検とすることができる。しかしながら、液滴試料は、スライド上に固定化
される乾燥対象分子の品質を表すものではない。したがって、この品質管理点検
の結果は、販売されている実際の製品と同じではない。再度、これでは販売され
ているマイクロアレイのセルに含有される実際の組成物に対する品質保証が全く
されていない。
【０１０８】 本発明における品質管理では、ファイバをそれぞれ分析し、この分析を、リボ
ンあるいは小グループとして、あるいは薄切り前の束全体の一部として行うこと
ができる。さらに、１つの最終的なマイクロアレイを試験することにより、ファ
イバの組成物が最終製品のその部分と同一であることから、マイクロアレイ全体
を効率良く試験することができる。
【０１０９】 臨床試験では、試験およびシステムとその製造方法とに対して規制当局の認可
が必要である。チップをフォトリソグラフィおよびこれ以外の電子チップ製造に
由来する技術で製造すると、各チップの費用は並外れて高くなり、チップを個々
に製造した場合のエラー発生率は非常に高くなる。チップは個々に製造されて一
度しか使用されないため、品質管理が難しく、あらゆる所与チップを満足のいく
レベルにできる方法はない。採り得る最善の方法は、試験する部分を無作為にバ
ッチから大きく取ることである。本発明では、１つの複合材料アセンブリから大
量の切片を製造することができるため、隣接した切片同志ならびに互いに距離を
置いた切片同志も相互比較することができる。起こり得るエラーの比率を統計学
的に分析して予想することができる。しかしながら、さらに重要なことは、切片
を大量にしかもかなりの安価で製造することができるため、臨床試料に対して重
複して同じ分析を実施でき、重要な診断結果を得た場合に確認分析を行うことが
できることである。したがって、本発明を、医療実施現場において遺伝子分析に
対して広範かつ日常的に適用することができる。
【０１１０】 ファイバの重要な対象物質成分は、ファイバ内に固定化して保持する。固定化
はそれ自体が周知である数多くの技術により行うことができ、その例として、ア
ミノ、ヒドロキシ、スルフヒドリルあるいはカルボキシル部分を介する架橋部分
によることの多いマトリクス内封入および化学結合が挙げられる。この化学物質
をモノマーに化学的に吸着させる、あるいはモノマーとして用いて重合させても
、こうした成分を有効に組み入れることができる。結合も数多くのアフィニティ
技術により行うことができ、その例として、抗体吸着用のＡ蛋白質あるいはＧ蛋
白質、ビオチン−アビジン、ＨＩＶ−ＣＤ４、糖−レクチンなどのリガンド／受
容体の対、あるいはジゴキシゲニン−抗ジゴキシゲニンなどの受容体を有するリ
ガンドを介するなどが挙げられる。一方、ワックス、シリコーンポリマーおよび
シリコーンエマルジョンなどのゲルあるいは非ゲル、ゲルマトリクスを利用でき
る場合には特異結合は不要である。単純に液体ワックスあるいはゲル化剤をその
キー成分と混合し、これを冷却して成形あるいは押出すことにより固体ファイバ
を形成する。
【０１１１】 アレイを１つのステップで組合わせる必要はない。１セットのチューブを並行
に配置して含む平坦なアレイをまず準備し、このアレイの端部を薄切りにして試
験する。この平坦なアレイを適した接着剤を用いて互いに装着して立体的な束と
する。中間に平坦なアレイを設けるステップを入れると、この状態で作製して保
管しておき、異なる種類の１次元アレイを選択して装着することにより、注文に
応じた二次元アレイを作製することができることになる。このように段階を含む
組み立て操作により、各ステップで検査を行うことができるため、１本のロッド
あるいは細管におけるエラーあるいは低い結合有効性による損失を最小限に抑え
ることができ、新たなパターンの反応物を組合わせる柔軟性も得られる。
【０１１２】 一般の臨床用途では、チップを保持しているスライド上に識別材料を備えるこ
とが重要であり、その識別材料はチップと一体化していてもよい。図５には、ア
レイ素子４１を含むチップ４０を例示する。バーコード４２が、識別および方向
付け用に１つの縁部沿いに印刷されている。さらに、チューブの製造に選択した
ポリマー内に、通常非蛍光性である染料の少量の濃縮物を組み入れて、１以上の
数字あるいは１つ以上の文字を含む４３から４４までのパターンを形成してもよ
い。数個のセルあるいは素子に蛍光染料を組入れて、蛍光測定時の基準とするこ
とも有用である。選択チューブの成分内に染料を入れて、そのチューブをさらに
識別し易くすることもできる。対角線４３〜４４はまた、アレイを組立てている
チューブの水平列がきちんと整列していることを示していることを理解されたい
。１アレイ内のチューブが整合しておらず、列から１本のチューブあるいはロッ
ドが欠けていると、このパターン全体が崩れるため、これを容易に見分けること
ができる。
【０１１３】 チューブを束として保持するために用いる包埋材料あるいは接着剤は不透明で
もよいが、チューブおよび好ましくはその内容物についてはその長さ全体にわた
り光を透過させるものとする。アレイ素子の配向の最終確認として、図６に示す
ように、束の一方の端部にて一度に１つの素子を照明してもよい。そうすること
により、図６で示すようにもう一方の端部において光が検出され、アレイ位置を
示す。図６では、ファイバ５１を含む束５０を陰極線管（ＣＲＴ）５２で照明す
ると、形成されたラスター５３の焦点が、レンズ５４により束の末端部上に合う
。そこから透過してきた光をＣＣＤカメラ５５で記録する。各スポット５６が検
出されるシグナル５７となる。
【０１１４】 エピ蛍光を用いる検出用の構成を図７に概略的に示す。チップ６０はランプ６
２が発するビーム６１により照射されており、このビームはフィルタ６３を通過
して蛍光励起に最適な波長の光を分別する。分割ビームプリズム６４により、そ
の励起光をチップ６０に方向付ける。チップから発せられた光がこの分割ビーム
プリズムに戻ってこれを通過すると、発せられた波長がフィルタ６５により分別
されるため、これをＣＣＤカメラ６６で検出する。蛍光パターンを検出するには
他のシステムが当業者に周知である。
【０１１５】 束ねる前の別のファイバ形成方法として、大型材料からの劈開によりファイバ
を形成してもよい。図８では、吸収材料７０のシートを１種類のリガンドあるい
は受容体で飽和させる。これは、溶液内に化合物を溶解した後、吸収紙（濾過紙
など）のシートにこれを吸い込ませることにより行うことができる。架橋剤を添
加してこの受容体を紙のセルロース基剤あるいは他の支持体に吸着させてもよい
。あるいは、紙パルプを受容体に架橋させて紙あるいはフェルトのシートを形成
することができる。この技術ではさらにむらなく均一な分配ができるが、より多
くの受容体が必要となる。いずれかの方法でシート（７０）を製造する。数多く
の異なるシートを準備し、各シートに異なる受容体を含有させる。
【０１１６】 次に、このシートを、接着剤および任意に各シートの間のスペーサとして複合
材料活性シート（含浸されず、好ましくは黒色である）を含んで互いに積み重ね
る（本のように）。こうして本（７１）を形成する。次にこの本を紙用切削工具
あるいは同様の薄切り装置まで持って行き、図１の「リボン」物体（２）に似た
非常に薄いストリップ（７２）を切削する。これ以降の方法は図１に示したもの
と同じである。異なる本からの複数のストリップ（７２）を積み重ねて束（７３
）を形成し、次にこれを、横切る方向に切削してマイクロアレイ（７４）を形成
する。このリボンに接着剤を好ましくは添加して、これらを接着する。あるいは
、薄切りステップの前に、接着剤を固相あるいは束の端部に適用して、固相を束
の端部に接着してもよい。
【０１１７】 蛋白質を吸収する、ナイロンフィルムなどの他のフィルムを用いてもよい。異
なる２種の反応性官能基を持つ光活性化架橋試薬を用いて活性化されたポリオレ
フィンなどの不活性フィルムあるいはＴｈｅｒｍｅｄｉｃｓ製品などの単純なポ
リウレタンフィルムを使用してもよい。シートあるいはフィルムの両面に異なる
蛋白質を用い、このシートを不活性シートで分離して、最終的に得られるマイク
ロアレイにおけるセル（セクタ）およびシグナルを分離してもよい。
【０１１８】 ファイバ材料を、ガラス、金属、プラスチックあるいは他のポリマー材料とす
ると好ましい。同軸複合材料ファイバの場合、溶解性成分を大幅に広い範囲から
の材料で製造することができる。各材料を、２種類以上の成分の複合材料として
よい。このファイバは光導波管あるいは全反射ファイバ光学として作用して、位
置の整合性および表面で起こっている化学的および生物学的反応に関する情報を
伝達する可能性がある。このファイバ材料を、セルやオリゴヌクレオチド、ペプ
チドおよび多糖などの対象分子との吸着を支持するように選択すると好ましい。
中空ファイバを用いて、セルを未加工、凍結あるいは乾燥状態に保存することが
できる。ファイバ材料をガラスあるいはこれ以外の透明あるいは半透明材料で製
造する場合、ファイバ、特に毛細管などの中空ファイバ内部の反応あるいは成分
から直接あるいは間接的に発せられる光および電子を増幅して、検出し易くして
もよい。ファイバ材料に、ファイバ内の成分あるいはファイバ内で起こる反応に
より発せられる光、電子あるいは他の化学成分と反応する成分、これらを検出す
る成分、あるいはこれらを他の形態に変換する成分を含有することができる。フ
ァイバ内部およびファイバ上の化学発光反応を検出することが適した方法である
。
【０１１９】 本発明で用いるゲル化材料を、さまざまな種類の周知の材料から選択すること
ができる。アガロースなどのポリマー、ゼラチン、コラーゲン、キサンテン、カ
ラギナン、アルギン酸塩、あるいは熱硬化性、熱可塑性、化学硬化性あるいはＵ
Ｖ重合性ポリマーを用いることができる。ワックスやクレーを含む非ポリマー系
ゲル化材料も使用可能である。対象物質と呼びかけ用添加物質との間に起こる反
応に水性環境が必要な場合にはヒドロゲルが特に好適である。ファイバを成形し
た後、成形物をその溶液内に沈めることにより、あるいはファイバ成形物の外側
沿いにその薬剤を通過させることにより、重合剤あるいは硬化剤を添加してもよ
い。
【０１２０】 ヒドロゲルには、ゲル多孔率が多様であること、重合時あるいは重合後に蛋白
質を結合できること、非特異結合性が低いこと、透明であること、重合による副
生成物が無害であること、重合解放時間が調節可能であること、さまざまな溶剤
と併用可能であることなど、数多くの望ましい特徴がある。イソシアネートポリ
ウレタン液体プレポリマーが好適である。
【０１２１】 これらを、粘着付与剤、ゴム類、硬化剤および架橋剤、可塑剤およびさまざま
なゲル化材料の組合わせを用いて変性させてもよい。一般に、ゲル化材料を十分
に不活性なものとして、結合成分と分析物との間の相互作用を干渉させないよう
にする。 本発明では、対象物質を有機溶剤内に抽出する。この溶剤は、熱硬化性プラス
チック混合物と、あるいは、化学的にあるいはＵＶあるいは電離放射線により重
合する混合物と混和性である。この抽出を、対象物質に界面活性剤あるいはこれ
以外の試薬を含む物質でコーティングし、選択条件下における溶解性を高めるこ
とにより行うことができる。
【０１２２】 次に、この混合物を長いファイバ内に押出す、あるいはファイバに成形する。
このファイバを、ファイバ端部のタブあるいはファイバを担持するロール上のタ
グにより、および/または、異なる染料を組み入れることにより識別できるよう
にする。バーコードをファイバ端部付近に直接印刷してもよい。包埋される生成
物が十分に熱安定性であれば、熱可塑性ポリマーを用いてもよい。ファイバによ
って異なる色を着色して、アレイ内の特定リガンドの位置確認をしやすくする、
あるいはアレイ自体を識別してもよい。
【０１２３】 この溶剤を、ゲル化材料内にて混和性である、あるいは抽出可能である、ある
いは揮発性であるものとして最終的生成物を多孔質にすることができる。自己支
持型である固体フィラメントファイバでは多孔質生成物が特に好適である。 ファイバあるいはそのゲル化材料に染料あるいは他の光学的吸収体を含有して
、各セル表面上の分析物／結合成分のみを視角化することも可能である。こうし
た改良により、温度、時間、担体液の種類などにより変化する可能性のあるゲル
あるいは多孔質材料による拡散率の影響を少なくすることができる。ＵＶあるい
は発光蛍光を吸収する染料を用いると、非表面分析物／結合成分反応からの蛍光
量を削減することができる。
【０１２４】 各ファイバ内に異なる染料（蛍光あるいは非蛍光）を組み入れてもよい。これ
により、二次元アレイ内における各ファイバの位置を確認することができる。 ファイバを含む固体フィラメントあるいは毛細管をさまざまな技術で互いに接
着することができる。成分が十分に熱安定であれば、ファイバを互いに焼結して
もよい。あるいは、シアノアクリレート接着剤など、数多くの接着剤が周知であ
る。ファイバとファイバとの間の空間を、接着剤あるいはモノマーで完全に充填
し、これを重合させることができる。熱可塑性材料およびゲル化材料で接着剤を
構成し、大量のファイバをブロックとして互いにおよび保持させることもできる
。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）チューブなどの不活性材料であっても、その表面を
金属ナトリウムで反応性とし、炭化水素溶剤内において表面をエッチングさせる
ことができる。電流をファイバ内に通してファイバを溶合させるなど、非化学的
手段を用いてもよい。
【０１２５】 毛細管の開口端部を、その表面に対して変形性材料をプレスして表面上のプラ
スチック（パリレンなど）を気化させることにより、あるいは熱可塑性あるいは
熱硬化性プラスチック材料などの化学物質でシールすることにより、平坦なプレ
ートでシールしてもよい。 こうしたファイバから二次元アレイを製造するためには２種類の基本的な方法
がある。第１は、リボンを作製および鑑定してから、１セットのリボンを長い矩
形棒材として形成するものであり、第２は、その棒材を最初に作製してから１つ
のステップでファイバすべてを一まとめにするものである。完全なアレイを形成
する前にリボンを個々に鑑定ができるため、前者の選択肢の方が有利であると考
えられる。二次元アレイの棒材を形成できれば、これを従来のミクロトームを用
いて薄切りし、非常に大量の切片を形成することができる。これを例えばガラス
、金属あるいはプラスチックに装着することができる。別の方法として、束を薄
切りする前に、束の端部に固相材料をまず装着してもよい。これは、まずファイ
バ束の端部あるいは固相に必要に応じてシアノアクリレート接着剤などの接着剤
でまずコーティングする、あるいは予め薄切りする、あるいは薄切り後に焼結す
ることにより行うことができる。
【０１２６】 染色したファイバをこのアレイ内で見ることができるようにして、識別および
配向の確認をする。さらに、アレイが正確に製造されていれば可視パターンが形
成されるようにファイバを染色することができ、そのパターンに名前あるいは番
号を入れてもよい。 本システムの有利点は、非常に大量のアレイを切削することができ、標準とし
て特定の割合を用いることができる。例えば、長さ１００ｃｍの棒材を形成し、
その棒材を１００ミクロンの間隔で切削した場合、１０，０００枚のアレイが作
製される。その切片の厚さを１０ミクロンとすれば、そのアレイの数は１００，
０００枚となる。
【０１２７】 各ファイバの最大２点間距離が１００ミクロンであれば、１枚のリボンにつき
１００本のファイバが含まれ、１本のファイバの棒材には１０，０００本のファ
イバが含まれて、その断面積は１ｃｍ2となる。１枚のリボンにつき３３０本の
ファイバがある場合、ファイバの総数は１０８，９００本となり、ヒトゲノムに
含まれると仮定される発現遺伝子とほぼ同じ数となる。
【０１２８】 本発明は、チップに結合剤を共有結合させずにこのように大量の異なるセルを
マイクロアレイ上の単位面積当たりに含む第１のアレイである。本発明では、ア
レイ１ｃｍ2当たり少なくとも１００個のセルを含むと好ましく、２５０個、５
００個、１，０００個、５，０００個、１０，０００個、１００，０００個ある
いは１００万個以上のセルを含めばより好ましい。これは、市販のマイクロアレ
イにおけるマイクロフルイディックにより形成される使い捨てセルより格段に高
い密度である。
【０１２９】 この大きな数値よりもさらに１ｃｍ2当たりのセル数を大幅に増加させるため
には、比較的太いファイバによる大きなファイバ束を準備し、この束を延伸させ
る、あるいは引張ることができる。これにより各ファイバは細くなるが、互いに
対するその基本的構成あるいは配向および断面形状は変わらない。この手法には
、より多くのマイクロアレイの作製およびより小さなマイクロアレイの作成とい
う２つの利点がある。従来の５ミクロン多孔質粒子（以下の実施例でのように）
および低融点ワックスなどのプラスチック包埋媒体を用いることにより、変形性
あるいは延性ファイバが得られるため、これを直径２０ミクロン未満の非常に細
いファイバにまで延伸することができる。熱可塑性材料の延伸分野はそれ自体周
知である。型による延伸ができない場合にも、プラスチック材料をローラとロー
ラとの間で引き抜くあるいは押出してファイバを長くしてその直径を小さくする
ことができる。任意に緩やかに加熱した場合には、ファイバ束の端部を引張るだ
けで、同じようにファイバを長く延ばして断面積を削減することができる。小型
で多孔質である粒子を含む場合、ファイバをさら細い寸法に延伸して、マイクロ
アレイの１ｃｍ2当たりに少なくとも約１０億個のセルを設けることができる。
【０１３０】 ファイバ光学の分野では、光ファイバの束を加熱して極めて細い光ファイバに
延伸しつつ、束内部における整合性を保持する。同様に、キャンディケインや断
面にデザインを施した飴は、大きなブロックを延伸させることにより製造する。
数百年にわたり使用されてきたガラスビーズでさえも同じ手法で製造されてきた
。
【０１３１】 これまでのマイクロアレイの高密度セル（セクタ）は、対象分子をマイクロア
レイセル上で合成するフォトリソグラフィを利用して実現してきた。しかしなが
ら、光化学により生成できる化合物には限りがある。さらに、化学的に結合した
化合物は、自由に懸濁された場合と同じ化合物とは異なる相互作用をする。生物
学的システムでは、活性部分を結合用に自由に利用できない場合もある。一方、
本発明による結合物質はマトリクス内に封入されているだけであり、化学的およ
び生物学的活性すべてを完全に保持することができる。
【０１３２】 多孔質粒子を用い、その多孔質粒子内部に対象分子を固定化する場合、適した
流体をその孔内部に保持し、非混和性包埋媒体を用いると望ましい可能性がある
。こうした構造では、包埋媒体は対象分子や不適合であったり、あるいは結合ア
ッセイでの使用に適合しない場合もあるが、使用可能である。例えば、水性溶液
を用いて、蛋白質および多孔質流体の包埋に用いる低融点ワックスを保護するこ
とができる。
【０１３３】 Ｆｏｄｏｒ他著、Ｎａｔｕｒｅ３６４：５５５〜６頁（１９９３年）；Ｈａｃ
ｉａ他著、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｓｙｃｈｉａｔｒｙ３：４８３〜９２頁（１
９９８年）およびＦｏｄｏｒ他著、Ｓｃｉｅｎｃｅ２５１：７６７〜７７３頁（
１９９１年）による周知の光化学処理では、支持チップに共有結合した短鎖ペプ
チドおよびオリゴヌクレオチドを調製する。アミノ酸あるいはヌクレオチドを合
成する方法ではもともと、結合するオリゴマーポリマーの実際の長さを制約して
いる。チップ上で蛋白質あるいは遺伝子全体を合成することは実施不可能である
。さらに、蛋白質の２次、３次および４次構造が重要となる場合もある。一方、
本発明ではこれらも可能である。
【０１３４】 最終的には数多くの異なるアレイが必要となり、幾つか、特に病原菌の同定に
展開したものを頻繁に変更する必要があり得る。さらに、新たな疾病関連の対立
遺伝子を新たなアレイに組み入れる必要がでてくる。こうした要件を満たし、ア
レイの変更および追加を可能にするためには、個々の安定なファイバロールを利
用可能とし、このロールを明確に区別できるようにすることが重要である。各ロ
ールを、その長手方向に沿って短い間隔でマイクロストリップを適用することに
より区別してもよい。さらに、チューブ毎に色を変える、非蛍光染料をゲル内に
組み入れて識別材料として用いる、あるいはバーコードを各ファイバ上に印刷す
る方法をとってもよい。
【０１３５】 本発明によるチップは、特徴的核酸配列を識別することにより病原菌の同定に
用いることができるだけでなく、例えば、固定化した特異抗体のアレイを利用し
てインタクトな細菌、マイコプラズマ、酵母菌、ナノバクテリアおよびウィルス
を同定することができる。 本発明を、マイクロバンディングチューブにより単離したウィルスあるいは他
の感染性粒子の同定に用いることができる。このマイクロバンディングチューブ
は、開口端部から閉じた端部に向かって直径が段階的に狭められており、目的に
かなった遠心分離方法にしたがって所望の低濃度生体成分を少量に濃縮すること
のできる独特な遠心分離機チューブである。例えば、国際特許出願第ＷＯ９９／
４６０４７号を参照されたい。このように、血清あるいは血漿などの生体試料か
ら微生物を濃縮し、ＴＯＴＯ−１あるいはＹＯＰＲＯ−１などの蛍光核酸染色に
より染色し、アレイ上で組合わせ抗体を発見することができる。次に、その蛍光
をスキャンして、位置により同定することができる。上記のチップに微生物ある
いはこれ以外の対象分子を固定化し、このチップを用いて生体流体からの抗体を
局在させた後、蛍光抗ヒト抗体を用いてその位置を発見し、抗体生成を誘発して
いた疾病を診断することも、同様に本発明の一部である。
【０１３６】 束として維持されているため、次のアレイを薄切りにする前に、その束に必要
に応じてファイバあるいはリボンをさらに追加することができる。これにより、
完全に別の束を再形成することなく、新たに発見された新興の疾病、新たな蛋白
質、遺伝子あるいは化合物を検出および測定することができる。 本発明を、束をユーザの元で保管し、必要に応じてアレイを薄切りにするとい
う別の方法で適用することも可能である。こうした手はずであれば、同じアレイ
が長期に渡って必要であるが１回毎に必要な枚数が少ない研究を目的とする場合
に有用である。
【０１３７】 束を薄切りし、その切片を別個のマイクロアレイとして使用することとは別の
もう１つの方法は、束の端部で直接アッセイを行うことである。第１の試料を切
削断面に適用してアッセイを行い、それを洗浄した後、検出器によりその結果を
画像処理することができる。次に、アッセイ前にアッセイをまだマイクロトーム
装置内に装着していない状態であれば、その束をマイクロトーム装置内に取り付
けてもよい。次に、刃により束の使用済み表面を除去して、次のアッセイに使用
する新たな表面を露出させる。この同じステップを繰返す。このように束を１つ
の機械内で使用しながら、最大１００，０００回以上の一連のアッセイを順次行
うことができる。光学的あるいは電気的検出を光学ファイバあるいは導電性ファ
イバを含む束自体を介して行うことができるため、こうした手法には特定の利点
がある。より一般の光あるいは電気エネルギーを端部に印加して試験用に使用し
ながら、この検出系を束に連続的に装着することができる。図６ではこの試験技
術を検出系に適合できていることに特に留意されたい。
【０１３８】 本発明ではまた、同じチップに、異なる固定化技術、異なる種類の対象固定物
質、異なる種類の分析物および異なる種類の検出手順を用いることができる。 プレート間でチャネルは複製可能であるため、各チャネルあるいはセルの位置
を機械的手段により正確に特定することができる。研磨縁部あるいは他の適した
位置に参照記号を付与すると、アレイ内の各セルをさらに識別しやすくする。現
在市販されている十分に正確な二次元コンピュータ駆動式二次元装置を用いて、
各セルを視角化する、あるいは各セルを個々に試験する、あるいは各セルに材料
を添加するあるいは各セルから抜き出すことができる。
【０１３９】 各プレートの切削表面を研磨して、組み合わせるプレートをクロスリークの可
能性がほとんどない状態で互いに対向できるようにしてもよい。最終的に各セル
内部に位置する流体に忌避性のある材料で表面処理を行うと、さらにクロスリー
クを低減することができる。例えば、フッ素化剤（テフロン（登録商標）加工）
あるいはシラン化剤は撥水するため、十分な表面張力を設けて、水性溶液で充填
されたセルのクロスリークを低減する。
【０１４０】 束から切片を切削した後、この切片を一般に固体裏打ち材に接合することによ
り、これを構造上の支持体として、取扱性を高める。この固体裏打ち材は通常、
プラスチックあるいは金属のシートであるが、他の材料も使用可能である。接着
には一般に、永久接着剤あるいは熱溶解を利用する。 電荷結合素子（ＣＣＤ）でアレイ全体あるいはその一部（１個あるいは数個に
セル）をスキャンすることにより、あるいは、集光レンズあるいは対物レンズを
用いるなどして一度に１本あるいは数本のチャネルを照明することにより、アレ
イ内の各セルを検出あるいは視角化することができる。こうして吸光量および発
光量を検出することができる。整合され、マイクロアレイと位置合わせしている
光ファイバ束を用いて、マイクロアレイのセル間における差異を光学的に検出す
ることができる。
【０１４１】 検出は、放射性、酵素、ルミネセント、光学的吸収性染料、磁気、スピン標識
、酸化剤あるいは還元剤、化学発光あるいは、マイクロアレイの対象物質と相互
作用する検出可能な成分と相互作用する間接的標識などの多数の検出可能な標識
に基づいて行うことができる。蛍光、通常はエピ蛍光に基づく検出可能な標識系
が適切である。これには、呼びかけ試料を１種類あるいは複数種類の蛍光染料で
標識する必要がある。染料を薄い希釈フィルムとしてアレイに適用するため、必
要となる試験材料の量は非常に少ない。注意深く厳密に調節した条件下にて核酸
のハイブリダイゼーションを行う。
【０１４２】 選択したチャネルを識別するために、その選択チャネルを密閉する、かつ／ま
たは検出の容易な物質でそのチャネルを充填することができる。他のセルで検出
される検出可能な成分（１種類あるいは複数種類）と類似の検出可能な成分、あ
るいは反対の検出可能な成分と同様に、異なる色のインク、染料および着色材料
が特に適している。乾燥型インクあるいはプラスチック、昇華、インクを含む溶
剤、あるいはインクジェット印刷を伴う印刷方法を利用してもよい。こうして形
成した特徴により、アレイの使用時に良好に整合できるか、あるいは標示をより
簡単に見つけ易くなり、結果として光学的位置合わせが容易となる。
【０１４３】 マイクロアレイを結合アッセイに使用してリガンドが受容体に結合すると、場
合によっては、リガンドをさらに同定すると有用となる可能性がある。状況次第
で、特異に結合している受容体からはリガンドの構造全体がわからない場合があ
る。たとえば、リガンドがセル、高分子錯体あるいは、リガンドとして作用する
誘導部分を含む誘導分子などであれば、さらに分析を進めると望ましい可能性が
ある。この場合、リガンドをマイクロアレイから溶離し、リガンドを収集してさ
らに分析することができる。抗体／抗原結合では、ｐＨ２〜３の環境あるいは他
の条件でリガンドを剥離しなければならない。核酸ハイブリダイゼーションでは
、温度を上昇させながらリガンドを剥離しなければならない。これ以外にもこの
結合を分離するさまざまな化学的、物理的および電気的技術がそれ自体で周知で
ある。
【０１４４】 溶離方法の特殊性を高めるために、基板を、電荷を維持できる構成として、特
定セル（セクタ）における対象生体物質の取込み率を高めることができる。例え
ば、対象物質が核酸であれば、各セルを正の電荷を担持させるように構成する。
対極には反対の電荷を担持させる。次に、必要に応じて、特異媒体をセル内に配
置して、電極内の電荷を逆転して核酸などのリガンドをその位置で放出する。こ
の対極をマイクロピペットの一部として、あるいはこの対極にマイクロピペット
を装着して、セルから放出される成分を収集することができる。米国特許第５，
４３４，０４９号を参照されたい。多孔質膜を利用し、この膜の両側に電流を印
加すると好ましい。
【０１４５】 溶離物の分析に用いる方法を、毛細管電気泳動、質量分析あるいは第２の結合
エッセイとすることができる。質量分析法では便宜のよいことに、マイクロアレ
イ自体を、質量分析システム内に組み入れられているレーザマトリクス脱着シス
テム内に導入し、そこで結合分子を脱離させ、これを分析することができる。 マイクロアレイから分析物を剥離してしまえば、そのマイクロアレイを再利用
することができる。このように再利用処理には、時間をかけて複数の比較を行う
ことにより標準化することができるという利点がある。
【０１４６】 さらに、受容体が、切断可能なリンカーによりマイクロアレイのマトリクスに
吸着されている場合、このリンカーを切断して分析物を単離することができる。
マイクロアレイのセルによって異なるリンカー、あるいは同じリンカーを含む場
合があるため、次の分析を行う前に精製する必要があり得る。 これまでの蛋白質チップの調製手順では、溶液内で多数の蛋白質を調製、使用
および再利用する必要がある。溶液内の蛋白質、核酸、生体セル、他の化学物質
および錯体は不安定であり、時間が経過すると劣化する。凍結したとしても、繰
り返し利用するためには、凍結と解凍とを繰返さなければならない可能性があり
、これではやはりある程度の蛋白質が変性してしまう。これとは対照的に、固定
化した蛋白質は長時間が経過しても安定であることがわかっている。
【０１４７】 本発明でいう用語「基板」は、チャネルプレートの開口端部をさす「主面」を
含むガラス製毛細管アレイをいい、「結合試薬」は、ＤＮＡ、蛋白質あるいは抗
体（集合として高分子）、セル／微生物／細胞系あるいは他の対象物質をいう。
【０１４８】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的な態様を例示する目的で以下に実施例を記載する。これらの実
施例を、制限を目的とするものとして解釈してはならない。 実施例１：マイクロアレイの形成および分析 抗体を、Ｉｎｔｅｇｒａｌ１００Ｑバイオクロマトグラフィ作業端末にて各固
定化抗原に可逆結合させて微粒子支持体（ＰＥ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ製Ｐｏｒ
ｏｓＧ）上に固定化するアフィニティ精製により調製した。
【０１４９】 抗体をＰｏｒｏｓＧカラム（Ｆｃ部分により多くのイムノグロブリンを結合で
きる細菌蛋白質である、Ｇ蛋白質で予備コーティングされた市販のＰｏｒｏｓ粒
子）に捕捉し、この抗体およびＧ蛋白質をジメチルピメリミデートに架橋して、
共有結合により抗体をＰｏｒｏｓ粒子に固定化することにより（ＰＥ Ｂｉｏｓ
ｙｓｔｅｍｓに従い）、各抗体支持体を調製した。この抗体カラムは、サブトラ
クションモードにて１００回以上の再利用（結合された抗原の酸性溶離を伴う）
が可能であるため、極めて安定である。各抗体支持体を１種類の抗原に対する特
異性を示すように特徴付けた。
【０１５０】 ヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）、トランスフェリン（Ｔｆ）およびハプトグロ
ビン（Ｈｐ）に対する抗体を使用した。この３種類の支持体の混合物を生成して
、血清のサブトラクションに用いた。試験では合計３種類の支持体を、１）ウサ
ギ抗ＨＳＡ、２）ウサギ抗ヒトＴｆおよびウサギ抗ヒトＨｐおよび、３）混合し
た抗ＨＳＡ、ＴｆおよびＨｐと併用した。未変性ＢＡ Ｐｏｒｏｓ（市販のスト
レプトアビジンコーティングＰｏｒｏｓ）を非抗体比較例として使用した。した
がって、合計４種類の支持体を使用した。
【０１５１】 Ｐｏｒｏｓ粒子は直径をおよそ５ミクロンとするほぼ球体であり、高度に網状
化されている（内部に数多くの間隙がある）。蛋白質はこの粒子に対してその外
面だけでなく内面全体にも分散して付着する。この粒子を適した媒体内に包埋す
ることにより、抗体が固定化されてかなり均等に分散している、薄切り可能な固
体マトリクスを形成した。この支持体が立方体である性質を利用すると、現在の
マイクロアレイで使用されている単純な平面の場合よりも、この粒子を含有する
切片の容量は（抗体およびそれに伴う抗原結合用）大きくなる。
【０１５２】 ４種類の抗体担持粒子のそれぞれをほぼ同量の０．７５％アガロース溶融リン
酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）と混合した。ウサギ抗ＨＳＡビーズ用のこのアガロ
ースには緑色の食品着色剤を含有した。同様に、抗ＴｆおよびＨｐアガロースを
青く着色し、抗ＨＳＡ、ＴｆおよびＨｐアガロースを黄色く着色し、アガロース
含有Ｐｏｒｏｓ ＢＡを白くした（着色しなかった）。各溶融アガロース／ビー
ズの組合わせを、１ｍｌの注射器を装着し、冷水に浸漬された直径１ｍｍ、長さ
１０ｃｍのプラスチック製細管内に入れた。数分後、アガロースは、およそ５０
容量％のビーズを含むゼリー状のロッドに凝固した。こうして得た４本のロッド
（それぞれ上述した４種類のビーズの１種類を含み、異なる蛋白質コーティング
を施している）を、さらに大量の溶融アガロースを含むアルミニウムチャネル内
に配置して、断面が四角形のアガロース棒材内に縦２本横２本の平行なロッドを
包埋して含むアレイを形成した。
【０１５３】 この棒材が凝固した後、このゲルをアルミニウムチャネル型から取出し、この
棒材（およびフィラメント）の軸に垂直に薄い切片を切り取って横切る方向の切
片を作製し、これをガラススライド上に搭載した。顕微鏡で調べると、この切片
には、アガロースの透明な包埋マトリクスに取り囲まれた微粒子材料（固定化蛋
白質を担持）を含む４つの円形領域パターン（およびフィラメント）が見られた
。包埋ビーズの円形領域がより安定しており、割れることはなかった。
【０１５４】 マイクロアレイを形成している切片の４つの円形領域におけるビーズに対する
特異的な蛋白質結合を試験するため、市販のＨＳＡおよびＴｆ蛋白質を、フルオ
レセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）でセライト(Cellite)（Ｓｉｇｍａ製
）上に標識した。この蛋白質を約４ｍｌの０．４Ｍ重炭酸ナトリウム緩衝液（−
ｐＨ８．３）内に溶解させ、セライト上の乾燥型ＦＩＴＣにそれぞれ、４．５ｍ
ｇ以下のＨＳＡを３０ｍｇのセライト上ＦＩＴＣに、２．８ｍｇ以下のＴｆを１
８ｍｇのセライト上ＦＩＴＣに、４．５ｍｇ以下の血清蛋白（２０Ｌｌ）を１０
ｍｇのセライト上ＦＩＴＣに添加した。
【０１５５】 その後３０分間室温にて反応させた。遠心分離によりセライトを除去し、上澄
み蛋白質および反応しなかった染料を蛋白質遠心濃縮機内に入れて、蛋白質を緩
衝液内にて繰り返し希釈および再濃縮して洗浄した。この流体を遠心分離してセ
ライトおよび上澄み蛋白質を除去し、４ｍｌの重炭酸ナトリウム緩衝液で透明に
なるまで遠心分離を繰返した。
【０１５６】 ４本のフィラメントアレイの切片をガラス顕微鏡スライド上に平らに置き、蛍
光標識ＨＳＡの溶液に曝露した。切片を曝露している間、蛋白質は２本のフィラ
メント（切片の円形領域）上に含まれる抗体と特異的に相互作用していると考え
られた。この２本のフィラメントは、ＨＳＡに対する担体および、混合した抗Ｈ
ＳＡ、ＴｆおよびＨｐに対する担体を担持していた。標識ＨＳＡは、Ｔｆに対す
る抗体のみを担持するフィラメント、あるいはストレプトアビジンのみを担持す
るフィラメントとは相互作用するはずはなかった。
【０１５７】 これらの切片を、フルオレセイン蛍光検出用５００ｎｍ低バンドパスフィルタ
および５１０ｎｍ高バンドパスフィルタと３５ｎｍカメラとを装備したエピ蛍光
顕微鏡で調べた。 複数の洗浄を行う前、４つの円形Ｐｏｒｏｓ領域すべてにおいて、鮮やかな蛍
光が見られたが区別できる差異はなかった。Ｐｏｒｏｓ領域での蛍光がフィラメ
ントを囲むアガロースマトリクスより強烈だったことから、Ｐｏｒｏｓ粒子の孔
が閉塞されないまま残っているため、粒子含有領域では標識ＨＳＡが切片内に自
由に拡散できたことがわかる。
【０１５８】 この切片を繰り返しＰＢＳ内に洗浄し、蛍光顕微鏡で再度調べた。得られた画
像を３５ｍｍカラースライドにしたところ、洗浄後、標識アルブミンが、ＨＳＡ
抗体を含む２本のフィラメントに特異結合して、他の２本から移動していたこと
がわかった。このことから、切片が個々の蛋白質を特異に検出する性能を備えて
いることがわかる。特異に標識化された２本のフィラメントの位置は２×２アレ
イにおいて互いに対角線上で反対側であり、これは、対角線上に対向する抗ＨＳ
Ａフィラメントおよび混合した抗ＨＳＡ、ＴｆおよびＨｐアガロースフィラメン
トの位置と一致していた。 実施例２：ミトコンドリアあるいはリソソーム蛋白質に対する自己抗体を検出す
る診断用アレイの製造および使用 完全に単離したラットおよびマウスの肝臓ミトコンドリア、リソソームおよび
発現蛋白質の懸濁物質を、１０ｍｇ／ｍｌの濃度で水性緩衝液に懸濁あるいは溶
解し、任意にグルタルアルデヒド（１％）で固定する。各調製物の１ｍｌをキッ
トの指示にしたがって、０．１７ｇの触媒を含むモノマーＡ２０ｍｌを混合して
調製した触媒浸潤樹脂ＪＢ−４（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ）２０ｍｌと混合す
る。完全に混合した後、０．１７ｇの触媒を含むモノマーＢ４０ｍｌを添加して
攪拌する。これを完全に溶解した後、促進剤０．８ｇを添加して、この混合物を
注射器に投入し、無酸素環境下にて内径を０．０６２５ｉｎｃｈとするＴｅｆｌ
ｏｎ細管内に注入する。
【０１５９】 室温にておよそ５０分後、重合が起こる。このチューブの端部をヒートシール
して使用するまで冷蔵保存する、あるいは直ちに押出してファイバ束の作製に使
用する。１０本以上のファイバを細長いＴｅｆｌｏｎ箱内に並列させて１層状態
のアレイを作ることにより束を作製する。蛋白質を含まないＪＢ−４樹脂を追加
投入し、この箱を短時間排気して気泡を除去し、樹脂を硬化させる。この平坦な
アレイを数枚並行に積み重ねて立体的な構造を形成し、この構造全体をさらに真
空化して立体的な束を形成することができる。重合後、この束を鋼鉄あるいはガ
ラス製マイクロトームナイフで切削して、厚さ５〜２０ミクロンの切片を作製し
、この切片をガラススライド上に配置する。この切片をプラスチックマウント(P
lastic Mount（登録商標）)により装着する、あるいはポリマウントＸ（Poly-Mo
untX（登録商標）)（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓから入手可能）上で乾燥させて
装着する。
【０１６０】 ヒト血清の１：１０希釈液０．２５ｍＬを各チップ上に配置し、このアレイを
２５℃にて２０分間インキュベートすることにより、自己抗体の試験を行う。こ
のアレイをリン酸緩衝生理食塩水で４回すすいだ後、セイヨウワサビペルオキシ
ダーゼと共役したヤギ由来抗ヒトグロブリン溶液に含浸する。２０分間インキュ
ベートした後、このアレイを４回緩衝液で洗浄し、これを、有機基剤内の３，３
'，５，５'−テトラメチルベンジジン溶液 内に配置し、これにクエン酸内過酸化水素溶液（０．０２％）を添加する。青い
不溶解分があれば、自己抗体が存在することを示している。 実施例３：組織学的包埋支持体を用いる診断用アレイの製造および使用 炎症経過の後期に現れる回復期抗体の検出に用いられる固定化感染性粒子を組
み入れたアレイを作製する。これは、センチネル個体群を追求し、発生している
炎症を特定するために重要である。
【０１６１】 指示通りにＩｍｍｕｎｏ−Ｂｅｄ ＧＭＡ水混和性包埋媒体（Ｐｏｌｙｓｃｉ
ｅｎｃｅｓ Ｉｎｃ．）を生成し、その少量を、固定化した選択ウィルス（平均
力価１０９ウィルス／ｍｌ）の異種懸濁物と、あるいは固定化された微生物細胞
（平均１０７粒子／ｍｌ）と混合する。この懸濁液を注射器に投入し、圧力下に
て内径が１／１６ｉｎｃｈのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）細管内に押出して室温に
て重合させる。この細管を有機媒体内にて金属ナトリウムで予備処理し、エポキ
シ樹脂に接着する表面を形成する。重合したファイバをコイル状のＴｅｆｌｏｎ
（登録商標）細管内で冷蔵保管する。
【０１６２】 ジグを利用してファイバを並列アレイに保持し、アレイを束に組み合わせた後
、アレイ内にエポキシ樹脂を浸透させる。こうして得られたＴｅｆｌｏｎ（登録
商標）細管部分を含む束を薄切りし、その切片をエポキシ樹脂装着媒体によりガ
ラススライド上に装着する。この切片を洗浄して再水和させた後、回復期抗血清
に曝露する。このチップを繰り返し洗浄して、蛍光染料フルオレセインを共役結
合して含むヤギ由来抗ヒトＩｇＧに曝露する。ＣＣＤカメラにより蛍光量を検出
および測定して、回復期抗体を同定する。 実施例４：焼結ストリップを用いる診断用アレイの製造 １／１６インチ厚さの焼結したポリスチレンシートを、断面を四角形とする複
数のストリップに切削し、それぞれを、ライノウィルス、単純疱疹ウィルス、イ
ンフルエンザウィルスＡ型、呼吸融合細胞ウィルス、水疱帯状疱疹ウィルス(水
疱瘡)、結核菌、巨細胞ウィルス、エプスタインバーウィルス、Ｂ型肝炎ウィル
ス(表面抗原および別のコア抗原)、ポリオウィルス(１、２、３型)その他などの
ウィルスを含む一連の微生物に対する１モノクローナル抗体の希薄溶液に曝露し
た。これらのストリップをすすぎ、乾燥させた後、アクリロニトリル接着剤で一
まとめに接着して立体的アレイを形成する。これを薄切りにして、５〜１００ミ
クロン厚さのアレイを作製する。ウィルス性疾病を持つ個体からの感染性ウィル
スを含む生体試料を、核酸特異染料ＹＯＹＯ−１（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏ
ｂｅｓ）で蛍光染色して単離した後、遠心マイクロバンディングにより濃縮して
感染性粒子をマイクロリットル量とする。上記国際特許出願第ＷＯ０９９／４６
０４７号を参照されたい。濃縮したウィルスをアレイに適用し、１時間、機械に
より攪拌してウィルス粒子をアレイ全体に拡散させる。次にアレイを洗浄し、余
分な流体を吸引して除去し、４９０ｎｍの紫外線光で照射する。その画像を５２
０ｎｍフィルタによりＡｐｏｇｅｅ ＣＣＤカメラでとらえる。その画像をＰＭ
ＩＳ画像分析プログラムにより処理して定量データを得る。 実施例５：オリゴヌクレオチドを固定化して含む診断用アレイの製造および使用 オリゴヌクレオチドを共有結合して含む固相オリゴヌクレオチド合成物からの
ポリスチレンビーズ(直径１０〜５０ミクロン)を緩衝液内に懸濁させ、内径を５
００ミクロンとする中空ガラスファイバ内に充填する。このときの圧力は当初静
水圧であるが、続いて５００ｐｓｉ以下の大気圧として支持液を吐出させる。次
いで、この中身の一部を焼結するように調節した条件下において、このファイバ
を短時間加熱する。上記実施例に記載した方法にしたがって、ファイバのアレイ
を作製し、間欠的に真空を形成して気泡を除去しながら低粘度エポキシ樹脂内に
包埋した後、この樹脂を硬化させる。ダイヤモンド鋸を用いて、この束を薄切り
する。このアレイを、上記米国特許第５，８４３，７６７号に記載されたように
大型マルチウェルマイクロタイタプレートで行われた方法に類似した方法でその
上の材料を操作できるフロースロー配置で使用する。 実施例６：マルチウェルプレートの製造 市販のガラス毛細管アレイ（ＧＣＡ）（Ｇａｌｉｌｅｏ）の形状は、寸法を２
．５ｃｍ×２．５ｃｍ×０．５ｍｍ厚さとする薄いディスクである。このＧＣＡ
の面積のおよそ５０％は、５０μの穴あるいは合計容積をおよそ０．１ｍｌとす
るおよそ１５６，０００個の穴からなる。このＧＣＡの底面をシアノアクリレー
ト接着剤（ＳＵＰＥＲＧＬＵＥ）でＴｅｆｌｏｎ（登録商標）シートに接着する
。 実施例７：ガラス毛細管アレイ内におけるクローニングおよび複製平板培養 化膿連鎖球菌グループＡのコロニーとグループＢのコロニーとをプレートから
選び、寒天培地内で混合して、微生物細胞（これ以外の微生物、動物あるいは植
物細胞も同様に適用可能）の懸濁液を形成した。これを、培地１ｍｌ当たり濃度
およそ２０，０００個の細胞となるように希釈する。約０．１ｍｌの懸濁液をＧ
ＣＡの表面に適用する。これにより１００穴につき約１細胞の割合として、確実
に１細胞のみをクローニングする。このＧＣＡを無菌ぺトリ皿内に配置し、蓋を
して３７℃にて一晩インキュベートする。
【０１６３】 底部にＴｅｆｌｏｎ（登録商標）シートを具備しないさらに２枚の無菌ＧＣＡ
に、１％アガロースを補充した０．１ｍｌの加熱液体培養流体を充填する。次に
これがほぼ凝結するまで冷却し、これを、クローニングした細菌細胞を含むＧＣ
Ａの頂部に各ＧＣＡの穴が整合するように直接積み重ねる。Ｔｅｆｌｏｎ（登録
商標）の頂部シートをきつく圧縮し、この積層体を互いに締付ける。この積層体
全体を上下逆さまにひっくり返し、室温にて５分間インキュベートする。この積
層体全体を横向きにして、３７℃にて一晩インキュベートする。次にこの積層体
を縦にして、締め付け状態を解放し、各ＧＣＡを分離する。元のＧＣＡを、続け
て利用できるように保有しておく。
【０１６４】 追加した２枚のＧＣＡのそれぞれをガラスフラスコ内に配置し、凍結乾燥器に
装着して１時間にわたり真空乾燥させた。ＧＣＡを取出し、化膿連鎖球菌グルー
プＡに対するＦＩＴＣ共役結合抗体（ＤＩＦＣＯ製）０．１ｍｌを各ＧＣＡに添
加し、室温にて１０分インキュベートする。次に各ＧＣＡを吸収性ティッシュペ
ーパー（ＫＩＭＷＩＰＥ製）上にブロットして流体を取出す。マイクロアレイを
、ＰＢＳ内に浸漬させて洗浄し、再度ブロットし、乾燥させる。１２．５μ画素
であり、細胞クローンを含む穴の検出に必要な解像度２５μを有するＣＣＤスキ
ャナにより、ＧＣＡが含む蛍光性の穴と元のＧＣＡが含む細菌含有穴とを検出す
る。
【０１６５】 スキャナではまず蛍光量をスキャンし、次に細菌性クローンの有無を検出する
ために吸光度をスキャンする。吸光度を利用して細菌の有無を示し、２枚のＧＣ
Ａの穴を整合させる。元のＧＣＡの細菌性クローンを含む穴では幾つかで蛍光を
検出できるが、すべてではなく、これがグループＳ細菌の有無に相当する。 実施例８：モノクローナル抗体の選択 懸濁液内のモノクローナル抗体分泌ハイブリドーマを、ＲＰＭＩ１６４０の１
ｍｌ当たりおよそ２０，０００セルおよび５％胎仔ウシ血清の培養液に希釈し、
０．１ｍｌを実施例６のＧＣＡに添加し、実施例７の方法を繰返した。ただし、
２日にわたりＣＯ2インキュベータ内で３７℃にてインキュベートし、ＧＣＡを
１０％ウシ胎児血清で３０分間予備処理を行った。別のＧＣＡを、蛋白質を含ま
ない食塩水で充填し、積み重ねて締付けた。この積層体は全く回転させず、室温
にて１５分間インキュベートした。上述したようにこの締付けを解放した後、真
空乾燥させた。この追加ＧＣＡに、約０．１ｍｌのＦＩＴＣ共有結合ヤギ由来抗
マウス免疫グロブリンを添加し、上述のようにインキュベートし、取出し、洗浄
し、蛍光をスキャンした。抗体分泌ハイブリドーマをＧＣＡの蛍光位置から推定
する。 実施例９：生物学的性能用蛋白質スクリーニングライブラリ Ｂａｅｋｋｅｓｋｏｖ他著、Ｄｉａｂｅｔｅｓ３８（９）：１１３３〜４１頁
（１９８９年）により、ヒト血清蛋白質を二次元電気泳動により分離する。ゲル
に２００個のスポットを切出し、各蛋白質をＰＢＳの１ｍｌ内に透析する。蛋白
質溶液１ｍｌを、触媒を含むアクリルアミドモノマー４０ｍｇと混合し、内径が
１ｍｍであり長さが１ｍであるポリプロピレンチューブ内に注入する。このチュ
ーブの端部をヒートシールして、各チューブにタグを付ける。数多くの比較用チ
ューブを、形成時にマイクロアレイの正しい方向付けが容易に確認できるように
さまざまな染料を含有させて作製する。一晩かけてアクリルアミドを重合させる
。チューブをブラケット内で位置合わせし、上述のように列の間を接着する。凝
固条件下において、束をマイクロトームにより、厚さ１０マイクロメートルの切
片に薄切りし、このマイクロアレイを直ちにプラスチックシート上に固定する。
【０１６６】 以下の抗原に対するマウスモノクローナル抗体（Ｖｅｃｔｏｒ Ｌａｂｓ）を
それぞれ別個のマイクロアレイに接触させ、インキュベートし、洗浄、乾燥、Ｆ
ＩＴＣ共有結合ヤギ由来抗マウス免疫グロブリンとの接触およびスキャンを上記
実施例８と同様に行った。試験対象である一般の抗原として、インシュリン、カ
ルシトニン、グルカゴン、表皮細胞成長因子、インターフェロン、ＣＥＡ、前立
腺性酸性ホスファターゼおよびヒトＩｇＧが挙げられる。ホルモンレベルも腫瘍
抗原レベルも半定量方法で特定できる。 実施例１０：迅速な抗生物質感受性試験 実施例２にしたがってマイクロアレイを作製する。ただし、各チューブには、
以下に記す構成でさまざまな抗生物質と混合した寒天培地を充填する。有効なス
ペクトルで有用な濃度の抗生物質、エリスロマイシン、ペニシリンＶ、テトラサ
イクリン、アンピシリン、トリメトプリム／スルファメチゾール、セファクロル
、オフロキサシンおよびニトロフラントインの２倍希釈液５本、およびそれぞれ
が抗生物質として利用できる候補である３４種類の新規化合物の２倍希釈液１０
本を用いる。
【０１６７】 患者の尿から増殖した大腸菌の未知試料のコロニーを、フルオレセインアセテ
ートあるいはトリパンブルーを補充した培養液１ｍｌ内に懸濁させ、２枚のマイ
クロアレイのそれぞれに載せ、３７℃でインキュベートした。インキュベートの
開始時および３０分後に、このマイクロアレイの蛍光および吸光度をスキャンし
た。蛍光が検出可能な増加量（スキャンした蛍光量−初期スキャンによる蛍光量
）を呈したマイクロアレイセルではセルが増殖したと見なし、開始時から３０分
後でトリパンブルーの吸光度が増加したマイクロアレイでは死活したセルがある
と見なした。最小発育阻止濃度（ＭＩＣ）および最小殺菌濃度（ＭＢＣ）をこう
して特定した。同様に新たな候補化合物に見込まれる有効性を推定した。
【０１６８】 大腸菌の未知試料を懸濁させた別のコロニーを含む生理食塩水１ｍｌを、抗生
物質ディスクを具備する従来のＭｕｅｌｌｅｒ−Ｈｉｎｔｏｎプレート上で平板
培養し、一晩インキュベートした。発育阻止領域の直径に基づき、次の日にＭＩ
Ｃを特定した。このマイクロアレイのＭＩＣは、標準の発育阻止測定値に匹敵す
る。例えば、ニトロフラントインでは、３００ｍｃｇディスクにおけるミリメー
トルを単位とするその領域直径は＞１７ｍｍであると感染しやすく、１５〜１６
ｍｍであれば中間、＜１４ｍｍであれば耐性があり、これはそれぞれ、ｍｃｇ／
ｍｌを単位とするＭＩＣの＜３２、６４および＞１２８に相当する。このマイク
ロアレイにおける２倍希釈のニトロフラントインは１６、３２、６４、１２８お
よび２５６ｍｃｇ／ｍｌである。
【０１６９】 この方法を、周知のさまざまなレベルの抗生物質耐性を有する周知の大腸菌株
、およびさまざまなレベルの抗生物質耐性を有する数多くの種類の一般微生物で
繰返す。得られた結果から、３４種類の候補化合物のいずれを潜在的抗生物質と
してさらに試験するべきかがわかる。 実施例１１：制癌特性および薬剤のスクリーニング 実施例２に記載の方法にしたがって、白血病患者からの新しい細胞、数種類の
白血病細胞株（ＨＴＢ、ＡＴＣＣなど）、正常な末梢白血球細胞および正常な骨
髄細胞のアルカリ溶解およびプロテアーゼＫ分解懸濁液を含むマイクロアレイを
作製する。このマイクロアレイを熱変性し、Ｎ−ｍｙｃ、Ｃ−ｍｙｃ、Ｋ−ｒａ
ｓ、ｐ５３、ＨＥＲ−２／ｎｅｕに対するジゴキシゲニン標識ＤＮＡプローブお
よび診断を目的とする候補ＤＮＡプローブをこれに適用する。テキサスレッド標
識した抗ジゴキシゲニン抗体を添加し、結合のパターンおよび量を特定する。 実施例１２：肝炎の試験 患者に最良の治療を行うには、ウィルス性肝炎の種類およびその感染の程度を
知っておくことが望ましい。実施例２に記載したようにマイクロアレイを作製す
る。ただし、ＨＡＶ、ＨＢｓＡｇ、ＨＢｃＡｇ、ＨＣＶ、ＨＤＶおよびＨＥＶに
対するマウスモノクローナル抗体の２倍希釈液１０本および同じ抗原に対する２
倍希釈液を用いる。それぞれに対して３本のチューブを準備し、比較例のパター
ンと共にマイクロアレイ内に使用する。
【０１７０】 血清試料のおよそ３滴をこのマイクロアレイに接触させ、３７℃の水浴で１０
分間インキュベートした後、ＰＢＳで４回洗浄する。各抗原に対する非オーバー
ラップエピトープ、フルオレセイン標識マウス由来抗ヒトＩｇＧおよびローダミ
ン標識マウス由来抗ヒトＩｇＭに対するフルオレセイン標識モノクローナル抗体
の試薬約１ｍｌをマイクロアレイに添加した後、３７℃の水浴で１０分間インキ
ュベートし、ＰＢＳで４回洗浄する。このマイクロアレイをフルオレセインおよ
びローダミン発光の双方の波長における蛍光をスキャンし、その結果から、マイ
クロアレイのうち蛍光を発光していたセル、その光の波長およびそのレベルを特
定する。
【０１７１】 このマイクロアレイは、初期診断と、回復期血清において抗原および抗体を検
出することによる監視処置および寛解との双方を目的にしている。２倍希釈液を
用いて各セルにおいて蛍光量を測定することにより、定量結果が得られる。 実施例１３：活性化合物候補のスクリーニング ３８０種類の新たな候補化合物をファイバ内に導入する点を除き、マイクロア
レイを実施例２にしたがって作製する。グルタミン酸受容体２を含む溶液３滴を
マイクロアレイに添加した後、３７℃にて１０分間インキュベートする。上述し
たように、このマイクロアレイを洗浄し、乾燥させる。グルタミン酸受容体２（
Ｖｅｃｔｏｒ Ｌａｂｓ）に対するマウス由来モノクローナル抗体の１：１０希
釈液を添加した後、上述したようにインキュベートし、洗浄し、乾燥させる。Ｆ
ＩＴＣ共役結合ヤギ抗マウスＩｇＧを添加し、このマイクロアレイをスキャンす
る。
【０１７２】 蛍光セルが、受容体に結合する化合物に相当する。この受容体が、学習、記憶
、発作および他の神経病学的条件に関わっているため、神経伝達物質グルタメー
トに結合することにより、アゴニストおよびアンタゴニストの双方が薬理学的に
対象となる。 実施例１４：蛍光によるマイクロアレイの形成および分析 マイクロアレイを、ａ）ラット由来ＩｇＧに対する抗体を固定化したマイクロ
ビーズを含む円柱状ポリメタクリレートファイバと、ｂ）ヒトＩｇＧに対する抗
体を固定化したマイクロビーズを含む円柱状ポリメタクリレートファイバと、ｃ
）比較としてマイクロビーズを含まない円柱状ポリメタクリレートファイバとか
ら作製する。これらのファイバを長手軸方向に整列させてアレイを形成し、マイ
クロトームで薄切りした後、その切片をガラススライドに移した。これらのスラ
イドを蛍光イムノアッセイで試験し、ビーズに対する特異な蛋白質結合を以下の
ように実証した。
【０１７３】 それぞれＵｌｔｒａＬｉｎｋ Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ Ｓｔｒｅｐｔａｖｉ
ｄｉｎ Ｐｌｕｓビーズ（直径５０〜８０ミクロン、ビーズ１ｍｌ当たりビオチ
ン−ＢＳＡ容量１０ｍｇ、イリノイ州ＲｏｃｋｆｏｒｄのＰｉｅｒｃｅ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｃｏ．）約０．５ｍｌをそれぞれ含む２つの使い捨てカラムを、０
．０５％アジ化ナトリウムを含むｐＨ７．２リン酸緩衝生理食塩水で洗浄した。
これらのスライドを、一方のカラムでは０．５ｇのビオチン標識ヤギ抗ヒトＩｇ
Ｇを含み、もう一方のカラムでは０．５ｇのビオチン標識ヤギ抗マウスＩｇＧを
含む溶液１ｍｌで、５回連続して処理した。これらのカラムを過剰分のビオチン
で処理し、ＰＢＳで洗浄した。
【０１７４】 使用した包埋材料は、製造業者の指示にしたがって調製したＩｍｍｕｎｏＢｅ
ｄ（ペンシルバニア州ＷａｒｒｉｎｇｔｏｎのＰｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎ
ｃ．）であった。乾燥触媒（２２５ｍｇ）を２５ｇのＩｍｍｕｎｏＢｅｄ Ｓｏ
ｌｕｔｉｏｎ Ａ内に溶解した。この溶液に、１ｍｌのＩｍｍｕｎｏＢｅｄ Ｓ
ｏｌｕｔｉｏｎ Ｂを添加した。この混合物の温度を低く保持したまま、長さ４
フィートのＴｅｆｌｏｎ細管(内径１／３２インチ)内に、この細管に装着した注
射器を用いて導入した。ＩｍｍｕｎｏＢｅｄ樹脂で充填したこの細管を室温にて
一晩放置した。エッジカミソリ１枚刃で細管の端部周囲を切取ってファイバを露
出させ、ファイバを細管からそっと引抜くことにより、重合したファイバをＴｅ
ｆｌｏｎ細管から抜き出すことができた。
【０１７５】 ヒトＩｇＧおよびラットＩｇＧに対する抗体を含むＵｌｔｒａＬｉｎｋビーズ
を上述のように調製した。１０分間２０００ｒｐｍで遠心分離して約０．５ｍｌ
のそれぞれを収集し、これらを、上述のように調製した５ｍｌの低温のＩｍｍｕ
ｎｏＢｅｄ溶液（ＳｏｌｕｔｉｏｎＡ＋触媒＋ＳｏｌｕｔｉｏｎＢ）と混合した
。その後、ビーズを５℃にて２０００ｒｐｍで１０分間遠心分離した。これを３
回繰返した。小球状となったビーズをＩｍｍｕｎｏＢｅｄ溶液１ｍｌ内に再度懸
濁させて、内径１／３２インチのＴｅｆｌｏｎ細管内に導入した。この細管を束
に折り曲げ、遠心分離機のバケット内に入れ、２５００ｒｐｍで１０分間遠心分
離した。このバケットを除去して室温にて一晩置き、ＩｍｍｕｎｏＢｅｄを重合
させた。この束を、折り曲げた頂端部を切削することにより切片を作製し、スト
ランドを押出した。
【０１７６】 ２本の比較ファイバおよび２本の実験ファイバを、それぞれ長さ１．５ｃｍに
切断した。これらのファイバを長手軸方向に整合し、Ｔｅｆｌｏｎブロック内の
溝に配置した。ガラススライドをこのファイバの上に置き、一定位置に押付けて
、約１ｍｍの各ファイバを露出させた。 ＩｍｍｕｎｏＢｅｄ溶液（ＳｏｌｕｔｉｏｎＡ＋触媒＋ＳｏｌｕｔｉｏｎＢ）
を、このファイバの露出先端部に注ぎ、ガラススライドの下を流動させて、ファ
イバの周囲およびファイバとファイバとの間の隙間を充填させた。この構造体を
一晩室温で放置し、完全に重合させた。このアレイを型から取出し、Ｌｅｉｃａ
Ｍｏｄｄｅｌ ＲＭ−２１５５ Ｍｉｃｒｏｔｏｍｅで薄切りにした。この切
片（１０ミクロン）を、２０μｌ液滴の水を含むガラススライドに移し、室温に
て水を蒸発させた。こうすることにより、切片をガラススライドに密着させた。
５０ミクロン厚さの切片ではバックグラウンド蛍光が強くなる。
【０１７７】 上記で作製し、ガラススライドに装着した１０ミクロン厚さの切片を、１ｍｇ
／ｍｌＢＳＡを含むＰＢＳで１：５０に希釈した正常ラット血清（ＩｇＧ含有）
１００μｌで６０分間室温にて処理した。この溶液をスライドから排液し、１時
間１００μｌのPBS/BSAですすいだ後、廃液する前に５分間１００μｌのPBS/BSA
で３回洗浄した。最後の洗浄後、ＰＢＳ／ＢＳＡで１：１００に希釈したラット
ＩｇＧ（Ｈ＋Ｌ）に対するＲフィコエリトリン標識アフィニティ精製ヤギ抗体１
００μｌを添加し、室温にて６０分放置した。次にこの溶液を排液し、上述のよ
うに４回洗浄した。蛍光免疫染色した後、切片を、Ｏｌｙｍｐｕｓ Ｍｏｄｅｌ
ＢＸ−４０蛍光顕微鏡（ニューヨーク州ＭｅｌｖｉｌｌｅのＯｌｙｍｐｕｓ
Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．）でグリーンフィルタ（励磁フィルタ５１０〜５５０
ｎｍ、遮断器フィルタ５９０ｎｍ）を用いて見た。上記１０ミクロン厚さスライ
スを含む４枚の円形スライスには、２枚の比較スライスも含まれており、一方は
抗ヒトＩｇＨを具備するビーズを含み、もう一方は抗ラットＩｇＧを具備するビ
ーズを含んでいた。ラットＩｇＧに対する抗体を含む円形スライスの蛍光は、抗
ヒトＩｇＨを含むスライスよりも強かったため、２枚の比較スライスは反応の特
異性を実証した。
【０１７８】
【表２】 本明細書に開示した実施態様に対してさまざまな修正を加えられることを理解
されたい。したがって、上記の記述は制限的であると解釈されるものではなく、
好適実施態様を単に例示したものにすぎない。当業者であれば、本明細書に添付
した請求の範囲および趣旨を逸脱することなく他の修正を加えられることが明白
であろう。
【０１７９】 本明細書に引用した特許および文献のすべてについて、その内容全体を本明細
書内に引用したものとする。 参考文献 著書 Hermanson, Greg T. Bioconjugate Techniques. Academic Press, New York.
1995, 785 pp. Hermanson, G.T., Mallia, A.K. & Smith, P.K. Immobilized Affinity Ligand
Techniques. Academic Press, 1992, 454 pp 刊行物 Ogura, M., Agata, Y., Watanabe, K., McCormick, R.M. Hamaguchi, Y., Aso,
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an Genome Contractors.Grantee Workshop", Santa Fe, 34 (1989). Sundarababu, G., Gao, H, and Sigrist, H. Photochemical linkage of antib
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95. Regnier, F.E., He, B., Lin, S., and Busse, J. Chromatography and electr
ophoresis on chips: Critical elements of future integrated, microfluidic
analytical systems for life scinece. Trends in Biotechnology 17: 101-1
06. 1999 特許 US 5,843,767 Microfabricated, flow-through porous apparatus for discrete
detection of binding reactions. US 4,289,623 Hollow fiber dialysis US 3,976,576 Dialyzer cartridge - Also, use of dialyzer cartridge by fil
ling hollow fibers and embed protein in fibers as they are formed before
the cartridges are cut.
【図面の簡単な説明】
【図１】 マイクロアレイを作製する処理における中間段階の製品を示す略図である。
【図２】 ゲル内に包埋された固定化リガンドを含む各細管を示す略図である。
【図３】 リガンドを吸着したゲルを含む各細管を示す略図である。
【図４】 リガンドをセルの内壁に吸着して含み、一表面を閉塞してマイクロウェルのセ
ットを形成する手段を含むアレイの略図である。
【図５】 束をスライスする前にファイバすべてがその正しいパターンに維持されている
ことを確認するための手段を示す略図である。
【図６】 アレイを識別する手段を示す略図である。
【図７】 アレイのスキャン方法を示す略図である。
【図８】 ファイバ束を形成する別の方法を示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ１２Ｑ 1/68 Ａ // Ｃ１２Ｑ 1/68 Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 アンダーソン，エヌ．，レイ アメリカ合衆国，ワシントン，ディーシー 20009，エヌ．ダブリュー．，ウィラー ド ストリート 1759 (72)発明者 ブラーツ，ジェイムズ，エー． アメリカ合衆国，メリーランド州 20705， ベルツヴィル，イェーツ ロード 4510 Ｆターム(参考） 2G042 AA01 BD19 CB03 FB05 HA02 4B024 AA11 CA09 HA14 HA19 4B029 AA07 AA21 AA23 BB20 CC03 FA12 FA15 4B063 QA01 QA18 QA19 QQ02 QQ42 QQ52 QR55 QR82 QS34 QS39

Claims (60)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異種対象物質が異なるファイバの内部あるいは表面上に固定化され、固定位置
    に相互に装着された複数のファイバを含むファイバ束。
  2. 【請求項２】 前記ファイバは、少なくとも１００本の異なるファイバである請求項１に記載
    のファイバ束。
  3. 【請求項３】 前記対象物質が、微生物、リガンド、抗体、抗原、核酸、多糖類、受容体、植
    物あるいは動物細胞、細胞小器官およびこれらの分画からなる群から選択される
    請求項１に記載のファイバ束。
  4. 【請求項４】 前記対象物質が固定化され、前記ファイバの内部あるいは表面上に固定化され
    た複数の固相をさらに含む請求項１に記載のファイバ束。
  5. 【請求項５】 前記固相が、前記ファイバ内に包埋された粒子あるいは糸状構造体である請求
    項４に記載のファイバ束。
  6. 【請求項６】 前記ファイバのすべてあるいは大半が、異種対象物質を固定化して含む請求項
    １に記載のファイバ束。
  7. 【請求項７】 前記ファイバの少なくとも１本が染料を含む請求項１に記載のファイバ束。
  8. 【請求項８】 ファイバは各々異なる濃度の対象物質を含む請求項１に記載のファイバ束。
  9. 【請求項９】 各ファイバは１種類のみの対象物質を固定化している請求項１に記載のファイ
    バ束。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の束を形成する方法であって、 ａ）異種対象物質を異なる種類のファイバの内部あるいは表面上に固定化するス
    テップと、 ｂ）前記ファイバをファイバ束として整列させるステップと、 ｃ）前記ファイバの構成をファイバ束として固定するステップと、 を含む方法。
  11. 【請求項１１】 前記固定化するステップが、対象物質を液体に混合し、前記液体を固化してフ
    ァイバを形成することを含む請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記対象物質の液体混合物をファイバに成形する請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記液体がポリマーゲル化材料を含有する請求項１１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記液体が重合性モノマーを含有する請求項１１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記固定化するステップが、予備形成したファイバに対象物質を固定化するこ
    とを含む請求項１０に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１に記載のファイバ束を形成するステップと、前記相対的な固定位置を
    維持するように前記ファイバ束を横切る方向にあるいは一定角度をつけて切削す
    ることにより、切片を形成するステップとを含むアレイ製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記切片を固体支持体上に搭載してアレイを形成するステップをさらに含む請
    求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記切片の厚さが１ｃｍ未満である請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 対象物質が少なくとも一部の内部あるいは表面上に固定化された複数のファイ
    バを有しかつ周知の位置に配置された複数のセルを含み、前記セルは、互いに異
    なる状態で異種対象物質が固定化されているアレイ。
  20. 【請求項２０】 前記アレイが、前記ファイバから切片を切削することにより作製された各ファ
    イバの一部を含む請求項１９に記載のアレイ。
  21. 【請求項２１】 前記セルがそれぞれ１つのウェルあるいは１本のチャネルを含む請求項２０に
    記載のアレイ。
  22. 【請求項２２】 請求項１６に記載の方法により作製されるアレイ。
  23. 【請求項２３】 請求項１７に記載の方法により作製されるアレイ。
  24. 【請求項２４】 請求項１８に記載の方法により作製されるアレイ。
  25. 【請求項２５】 試料内に含まれ、アレイ内の少なくとも１種類の対象物質に結合する分析物を
    検出する結合アッセイであって、 請求項１９に記載のアレイに分析物を対象物質に結合させられる条件下におい
    て、分析物を含有していると思われる試料を接触させるステップと、 前記アレイ内における分析物と各セルとの間の結合の有無を検出するステップ
    と、 前記アレイが含む予め定められたセルで検出されたすべての結合に基づき、前
    記分析物の有無を特定するステップと、 を含む結合アッセイ。
  26. 【請求項２６】 対象物質に結合した分析物を含むセルか、同様の結合をした前記分析物を含ま
    ないセルかのいずれかに結合するが、双方に結合することはない標識検出物質を
    添加するステップと、 前記アレイの１つ以上のセルに含まれる前記標識検出物質を検出するステップ
    と、 をさらに含む請求項２５に記載の結合アッセイ。
  27. 【請求項２７】 試料内に含まれ、アレイ内の少なくとも１種類の対象物質に結合する分析物を
    検出する結合アッセイであって、 請求項２２に記載のアレイに分析物を対象物質に結合させられる条件下におい
    て、分析物を含有していると思われる試料を接触させるステップと、 前記アレイ内における分析物と各セルとの間の結合の有無を検出するステップ
    と、 前記アレイが含む予め定められたセルで検出されたすべての結合に基づき、前
    記分析物の有無を特定するステップと、 を含む結合アッセイ。
  28. 【請求項２８】 対象物質に結合した分析物を含むセルか、同様の結合をした前記分析物を含ま
    ないセルかのいずれかに結合するが、双方に結合することはない標識検出物質を
    添加するステップと、 前記アレイの１つ以上のセルに含まれる前記標識検出物質を検出するステップ
    と、 をさらに含む請求項２７に記載の結合アッセイ。
  29. 【請求項２９】 請求項１に記載の前記ファイバが束としての整列状態を維持しているかどうか
    を特定する方法であって、前記束の一方の端部においてファイバをそれぞれ照明
    するステップと、前記束のもう一方の端部において信号の位置を光電子的に確認
    するステップとを含む方法。
  30. 【請求項３０】 固相支持体と、１ｃｍ2当たり少なくとも約５００個のセルとを含み、前記セ
    ルがそれぞれ、前記固相支持体に化学的に結合しない対象物質を含有するマイク
    ロアレイ。
  31. 【請求項３１】 １ｃｍ2当たり少なくとも約１０００個のセルを含む請求項３０に記載のマイ
    クロアレイ。
  32. 【請求項３２】 固相支持体と、１ｃｍ2当たり少なくとも約５００個のセルとを含み、前記セ
    ルがそれぞれ、高分子、微生物、植物あるいは動物細胞、細胞小器官あるいは生
    物細胞の分画である対象物質を含有するマイクロアレイ。
  33. 【請求項３３】 １ｃｍ2当たり少なくとも約１０００個のセルを含む請求項３２に記載のマイ
    クロアレイ。
  34. 【請求項３４】 固相支持体と、１ｃｍ2当たり少なくとも約５００個のセルとを含み、前記セ
    ルがそれぞれ、前記固相支持体との接触前に合成された対象物質を含有するマイ
    クロアレイ。
  35. 【請求項３５】 １ｃｍ2当たり少なくとも約１０００個のセルを含む請求項３４に記載のマイ
    クロアレイ。
  36. 【請求項３６】 固相支持体と、１ｃｍ2当たり少なくとも約５００個の異なるセルとを含み、
    前記セルはそれぞれ、対象物質をそれぞれ含有し、前記固相支持体に接着された
    固体材料により形成されるマイクロアレイ。
  37. 【請求項３７】 １ｃｍ2当たり少なくとも約１０００個のセルを含む請求項３６に記載のマイ
    クロアレイ。
  38. 【請求項３８】 １ｃｍ2当たり少なくとも約５００個のウェルを含むマルチウェルプレート。
  39. 【請求項３９】 前記ウェルの壁部が、前記ウェルの基部とは異種材料で製造されている請求項
    ３８に記載のマルチウェルプレート。
  40. 【請求項４０】 対象物質を結合した固相で充填されている薄く細長いファイバ。
  41. 【請求項４１】 包埋媒体と、 前記包埋媒体内に包埋され、多孔質あるいは中空である固相と、 前記多孔質あるいは中空固相の内面に固定化された対象物質と、を含み、 前記固相が複数の切片を切削するように劈開されることにより、前記内面が前
    記構造体の表面に露出している、固相構造体。
  42. 【請求項４２】 固相支持体と、対象物質が内面に固定化された多孔質粒子と、特定セル内にお
    いて前記粒子を前記固相支持体に付着させるための媒体とをそれぞれ含む複数の
    異なるセルを含むマイクロアレイ。
  43. 【請求項４３】 前記対象物質が前記内面上で露出するように前記多孔質粒子が劈開されている
    請求項４２に記載のマイクロアレイ。
  44. 【請求項４４】 長さ１ｍｍにつき１種類の検出可能な数の対象物質が含まれるように、前記対
    象物質が内部あるいは表面上に固定化された細長いファイバ。
  45. 【請求項４５】 検出可能な数の前記対象物質を含む請求項４４に記載のファイバの断面。
  46. 【請求項４６】 互いに平行な位置に並列して固定された請求項４４に記載の少なくとも２本の
    ファイバと、 前記ファイバの内部あるいは表面上に固定化された少なくとも２種類の対象物
    質とを含み、 それぞれのファイバは異なる対象物質からなる、繊維構造体。
  47. 【請求項４７】 前記少なくとも２本のファイバが、それぞれ異なる対象物質を１種類ずつ含有
    している請求項４６に記載の繊維構造体。
  48. 【請求項４８】 少なくとも１０本の異なるファイバが含まれている請求項４６に記載の繊維構
    造体。
  49. 【請求項４９】 各ファイバが１種類のみの対象物質を含む請求項４８に記載の繊維構造体。
  50. 【請求項５０】 各ファイバが複数種類の対象物質の混合物を含み、各ファイバに含まれる複数
    種類の対象物質の混合物が異なる種類である請求項４６に記載の繊維構造体。
  51. 【請求項５１】 互いに平行な位置に並列に固定された少なくとも２本のファイバの断面と、前
    記ファイバの内部あるいは表面上に固定化された少なくとも２種類の対象物質と
    を含み、 それぞれのファイバは異なる対象物質を含むファイバ断面構造体。
  52. 【請求項５２】 少なくとも２本の前記ファイバがそれぞれ異なる対象物質を１種類ずつ含有し
    ている請求項５１に記載のファイバ断面構造体。
  53. 【請求項５３】 少なくとも１０本の異なるファイバが含まれている請求項５１に記載のファイ
    バ断面構造体。
  54. 【請求項５４】 各ファイバが１種類のみの対象物質を含む請求項５３に記載のファイバ断面構
    造体。
  55. 【請求項５５】 各ファイバが複数種類の対象物質の混合物を含み、各ファイバに含まれる複数
    種類の対象物質の混合物が異なる種類である請求項５１に記載のファイバ断面構
    造体。
  56. 【請求項５６】 複数のセルが表面に露出された固体ブロックを不活性な固体支持体上に含むマ
    イクロアレイであって、前記セルのそれぞれが、異なる種類の対象物質を含み、
    前記不活性固体支持体上に搭載される前に単独で調製され、前記固体ブロック内
    に包埋されたものであるマイクロアレイ。
  57. 【請求項５７】 前記ブロックの厚さが５０μｍ未満である請求項５６に記載のマイクロアレイ
    。
  58. 【請求項５８】 前記ブロックの厚さが２０μｍ未満である請求項５７に記載のマイクロアレイ
    。
  59. 【請求項５９】 前記ブロックに少なくとも１００個のセルが含まれている請求項５６に記載の
    マイクロアレイ。
  60. 【請求項６０】 前記ファイバをファイバ束として整列させる前に、前記異種対象物質のそれぞ
    れの有無について前記ファイバのそれぞれを分析するステップをさらに含む請求
    項１０に記載の方法。
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