JP2004125799A - 核酸の高密度固定化 - Google Patents

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Abstract

【課題】　表面上の固定化核酸の高密度化を達成する方法、特に、固定化核酸の使用、取り扱い及び更なる反応を可能にする表面固定化核酸の高密度化を達成する方法が必要とされている。
【解決手段】　核酸の質量分析による検出のために特に有用である、不溶性表面上に高密度の核酸を固定化する方法及びキットを開示する。固定化核酸を含むアレー、並びに（化学的及び酵素的）核酸合成、ハイブリタイゼーション及び／または配列決定を含めた各種固相核酸化学用途での固定化核酸の使用が提供される。更に、サブストレート表面上にサンプル材料のマルチエレメントアレーを作成するために特定容量の流体を送達することができる連続及び並行分配ツールが提供される。サブストレート表面上にサンプル材料のマルチエレメントアレーを作成するために使用することができるツールを分配する方法も提供される。
【選択図】図１

Description

核酸の高密度固定化
発明の背景
　分子生物学及び生化学野分野並びに病気の診断において、核酸ハイブリダイゼーションは特定のオリゴヌクレオチド配列を検出、分離及び分析するための強力なツールとなりつつある。通常、前記ハイブリダイゼーションアッセイは、例えば逆ドットブロット法（Ｓａｉｋｉ，Ｒ．Ｋ．，Ｗａｌｓｈ，Ｐ．Ｓ．，Ｌｅｖｅｎｓｏｎ，Ｃ．Ｈ．及びＥｒｌｉｃｈ，Ｈ．Ａ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８６，６２３１（１９８９））の場合のように固体支持体上に固定化したオリゴデオキシヌクレオチドプローブを使用する。より最近、固体表面に結合させた固定化ＤＮＡプローブのアレーがハイブリダイゼーションによる配列決定（ＳＢＨ）のために開発された（Ｄｒｍａｎａｃ，Ｒ．，Ｌａｂａｔ，Ｉ．，Ｂｒｕｋｎｅｒ，Ｉ．及びＣｒｋｖｅｎｊａｋｏｖ，Ｒ．，Ｇｅｎｏｍｉｃｓ，４，１１４−１２８（１９８９）；Ｓｔｒｅｚｏｓｋａ，Ｚ．，Ｐａｕｎｅｓｋａ，Ｔ．，Ｒａｄｏｓａｖｌｊｅｖｉｃ，Ｄ．，Ｌａｂａｔ，Ｉ．，Ｄｒｍａｎａｃ，Ｒ．及びＣｒｋｖｅｎｊａｋｏｖ，Ｒ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８８，１００８９−１００９３（１９９１））。ＳＢＨは固体支持体上の固定化オリゴヌクレオチドの規則アレーを使用する。未知ＤＮＡのサンプルをアレーに適用し、ハイブリダイゼーションパターンを観察し分析して、配列情報の多くの短ビットを同時に作成する。一本鎖３’−オーバーハングを含む二重らせんプローブを用いるポジショナルＳＢＨ（ＰＢＳＨ）と称されるＳＢＨの改良型が開発された（Ｂｒｏｕｄｅ，Ｎ．Ｅ．，Ｓａｎｏ，Ｔ．，Ｓｍｉｔｈ，Ｃ．Ｌ．及びＣａｎｔｏｒ，Ｃ．Ｒ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，９１，３０７２−３０７６（１９９４））。ＰＢＳＨ捕捉法を従来のサンガー配列決定法と組み合わせて、例えばゲル電気泳動により検出可能な配列決定用ラダーを作成することが可能である（Ｆｕ，Ｄ．，Ｂｒｏｕｄｅ，Ｎ．Ｅ．，Ｋｏｅｓｔｅｒ，Ｈ．，Ｓｍｉｔｈ，Ｃ．Ｌ．及びＣａｎｔｏｒ．Ｃ．Ｒ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，９２，１０１６２−１０１６６（１９９５））。
　上記したスキームで使用されるアレーに関して、満足な性能のために満たさなければならない基準が多数ある。例えば、固定化ＤＮＡは安定でなければならず、ハイブリダイゼーション、洗浄または分析中に脱離してはならない。固定化オリゴデオキシヌクレオチドの密度は確実な分析のために高くなければならない。ＤＮＡの表面への非特異的結合は最小でなければならない。加えて、固定化方法は、固定化プローブのハイブリダイズ能力及び酵素固相合成のためのサブストレートである能力を妨げてはならない。多くの用途に対して、ＤＮＡの１点のみ、理想的には末端が固定化されるのが最良である。
　最近、上記した基準を満たすために多数の固体支持体に対するＤＮＡの共有固定化方法が開発されている。例えば、適切に修飾したＤＮＡを、アミノ酸（Ｒｕｎｎｉｎｇ，Ｊ．Ａ．及びＵｒｄｅａ，Ｍ．Ｓ．，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，８，２７６−２７７（１９９０）；Ｎｅｗｔｏｎ，Ｃ．Ｒ．ら，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ．Ｒｅｓ．，２１，１１５５−１１６２（１９９３）；Ｎｉｋｉｆｏｒｏｖ，Ｔ．Ｔ．及びＲｏｇｅｒｓ，Ｙ．Ｈ．，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，２２７，２０１−２０９（１９９５））、カルボキシル基（Ｚｈａｎｇ，Ｙ．ら，Ｎｕｃｌ．ａｃｉｄｓ．Ｒｅｓ．，１９，３９２９−３９３３（１９９１））、エポキシ基（Ｌａｍｔｕｒｅ，Ｊ．Ｂ．ら，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ．Ｒｅｓ．，２２，２１２１−２１２５（１９９４）；Ｅｇｇｅｒｓ，Ｍ．Ｄ．ら，ＢｉｏＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１７，５１６−５２４（１９９４））、またはアミノ基（Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ，Ｓ．Ｒ．ら，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，１９８，１３８−１４２（１９９１））で官能化された平坦な表面に共有結合させた。これらの方法の多くはそれぞれの用途でかなり成功を収めたが、結合したオリゴヌクレオチドの密度（ＤＮＡは表面１ｍｍ2あたり最高約２０ｆｍｏｌ）（Ｌａｍｔｕｒｅ，Ｊ．Ｂ．ら，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ．Ｒｅｓ．，２２，２１２１−２１２５（１９９４）；Ｅｇｇｅｒｓ，Ｍ．Ｄ．ら，ＢｉｏＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１７，５１６−５４２（１９９４））はＤＮＡの理論充填限界よりはるかに低い。
　従って、表面上の固定化核酸の高密度化を達成する方法が必要とされている。特に、固定化核酸の使用、取り扱い及び更なる反応を可能にする表面固定化核酸の高密度化を達成する方法が必要とされている。
　例えば分析及び診断システムで使用するための核酸固定化方法の改良の必要性に関連して、生物学的サンプルの試験及び分析を自動化し迅速に処理する精巧なラボラトリーツールの開発が要求されている。より最近では、複雑な生化学構造の分析を迅速に処理するためにより精巧な分析ツールを開発することが試みられている。このことは、２４染色体上に少なくとも約１０万個の遺伝子を含むヒトゲノムＤＮＡの場合に特に当てはまる。各遺伝子は、生きた細胞内で特定の生化学的機能を果たす特定タンパク質をコードする。ＤＮＡ配列の変化は突然変異として知られており、生化学的活性が変化するかまたは場合により該活性を無くしたタンパク質が生じ得る。また、これにより遺伝病が引き起こされ得る。３０００以上の遺伝病が現在公知である。特定ＤＮＡ配列があるとヒトは多数の遺伝病、例えば糖尿病、アテローム性動脈硬化症、肥満症、幾つかの自己免疫疾患及びガンに罹りやすいという証拠は多数ある。従って、ＤＮＡ分析は、困難であるが多くの生命を脅かす病気の治療に根本的な情報が得られる重要な研究である。
　残念ながら、ＤＮＡ分析は、サイズのため、またゲノムＤＮＡがコーディング配列及び非コーディング配列（例えば、エクソン及びイントロン）の両方を含んでいるために特に厄介である。そのような分析において、化学構造を分析するための従来の方法、例えば分析用サンプルを作成するためにソース材料を手動でピペッティングする方法は有用でない。必要な分析の規模を広げるために、科学者らはＤＮＡ診断用の並行処理プロトコルを開発した。
　例えば、科学者らは、ピン要素のマトリックスからなるピンツールデバシスをその近位端部に有するロボットアームを用いることにより手動によるピペッティング及びスポッティングの必要性を解消したロボットデバイスを開発した。マトリックスの各ピンは、各ピンが微量滴定プレートのウェル内に浸漬され得るように相互に離れている。ロボットアームにより複数のピンは微量滴定プレートの複数のウェルに浸漬され、それにより各ピン要素はサンプル材料で濡れる。次いで、ロボットアームによりピンツールデバイスを標的表面の上の位置に移動し、ピンツールをピンが標的に接触する表面まで下げて表面上にスポットのマトリックスを形成する。従って、ピンツールを用いると、サンプル材料を並行に分配することによりサンプルを迅速に作成することができる。
　上記したピンツール方法はサンプルアレーを迅速に作成するようにうまく働くが、幾つかの欠点を有する。スポッティング操作中、ピンツールはサブストレート表面に実際接触する。小サイズのスポットを標的上にプリントするために各ピンが細い先端を必要とすると仮定すると、ピンツールが標的表面に連続的に接触するとピンツールの細かい繊細な先端が磨耗し変形するであろう。こうすると、精度及び生産性を減らす誤差が生ずる。
　科学者らが開発した別の方法は、サンプル材料をサブストレート表面に化学的に結合する方法である。１つの特定方法では、ＤＮＡをサブストレート表面上でその場で合成して空間的に離れた多種多様の化学生成物の組を生成する。前記方法は本質的に、固相化学、光不安定性保護基及び光活性化リソグラフィーを組み合わせたフォトリソグラフィである。このシステムはサンプル材料のアレーを首尾よく作成するが、化学的に強く、時間がかかり且つ高価である。
　上記したいずれの方法でもサブストレート表面上に分配されるサンプル材料の容量を十分にコントロールできないという別の問題がある。従って、上記した方法ではうまく調整され且つ正確に再現されるサンプル容量を有するサンプルアレーを作成することができないのでエラーが生ずる恐れがある。この問題を回避する１つの試みはしばしば十分量の試薬材料を分配する作成方法である。この方法によれば十分なサンプル容量を確保できるが、サンプル材料が無駄となり、このため高価であり利用が制限されることが多い。
　サンプルを作成したとしても、科学者らは作成したサンプルを分析するための精巧な診断方法の要望に直面する。このために、科学者らはＤＮＡのような材料を同定するために幾つかの方法を使用する。例えば、同定すべき核酸に相補的なプローブを用いるハイブリダイゼーションにより核酸配列を同定することができる。通常、核酸断片を、放射性、蛍光または化学発光であり得る感受性リポータ機能物質で標識する。これらの方法は成功するが、幾つかの欠点を有する。放射性標識は危険であり、生じた信号は経時的に減衰する。非放射性（例えば、蛍光）標識の感度は低く、高強度レーザーを同定過程で使用したときに信号が減衰する。加えて、標識化は労力及び時間がかかり、エラーが生じがちである。結果として、生化学的サンプル材料のアレーを作成し分析する方法は複雑であり、エラーを生じがちである。従って、生化学的サンプル材料のアレーを作成し、分析する方法は複雑であり、エラーを生じやすい。
　従って、本発明の目的はサンプル材料のアレーを作成するための改良システム及び方法を提供する。本発明の更なる目的は、サンプルアレーを迅速に作成し得るシステムを提供することである。本発明の更なる目的は、高密度の核酸分子が結合される支持体を提供することである。
発明の要旨
　本発明により提供される高密度の核酸を表面上に固定化する方法は、修飾表面もしくは修飾核酸の遊離チオール基を適切な条件で他方の成分（表面もしくは核酸）のチオール反応性官能基と反応させることに基づく。この反応は直接であってもまたは二官能性架橋剤を用いて行ってもよい。好ましい実施態様では、修飾核酸がチオール基を含み、架橋剤がヨードアセチル基を含む。
　核酸分子に結合した「ビーズ」が結合した固体支持体をも提供する。ビーズは必ずしも球形でなくてもよく、固体支持体の表面積を大きくする及び／または核酸または他方の分子の結合のための別の表面を提供するために固体支持体に結合させた粒子を指す。ビーズは好ましくは約１μｍ〜１００μｍの大きさを有する。固体支持体に結合し、更に少なくとも１つの分子、特に核酸に結合したビーズを少なくとも１個含む組成物も提供する。ビーズは当業界で公知の適当なマトリックス材料から形成され、この材料には膨潤可能なものも膨潤不能なものも含まれる。固体支持体は、化学合成及び分析において固体マトリックスとして使用される当業界で公知の任意の支持体である。例えば、核酸を本明細書に記載のように硫黄原子を介してビーズに結合させる。特定実施態様では、ビーズを表面上のウェルまたはピット内の固体支持体に結合するか、またはビーズを支持体上にアレーの形態で配列してもよい。
　好ましくは、ビーズは合成及びアッセイ用固体支持体としての役割をする材料から選択される材料から調製される。前記材料の非限定例には、シリカゲル、ガラス、磁性材料、ポリスチレン／１％ジビニルベンゼン樹脂、例えばＦｍｏｃ−アミノ酸−４−（ヒドロキシメチル）フェノキシメチルコポリ（スチレン−１％ジビニルベンゼン（ＤＶＢ））樹脂、クロロトリチル（２−クロロトリチルクロリドコポリスチレン−ＤＶＢ樹脂）樹脂、メリフィールド（クロロメチル化コポリスチレン−ＤＶＢ樹脂）樹脂のようなＷａｎｇ樹脂、金属、プラスチック、セロルース、例えばセファデックス（Ｐｈａｒｍａｃｉａ）の商品名で市販されているように架橋デキストラン、セファロース（Ｐｈａｒｍａｃｉａ）の商品名で市販されている水素結合した多糖類型アガロースゲルのようなアガロースゲル、並びに当業界で公知の他の樹脂及び固相支持体が含まれる。好ましい実施態様では、ビーズは直径約０．１〜５００μｍ、より好ましくは約１〜１００μｍの大きさを有する。
　固体支持体は任意の形態をとり得、非限定的にビーズ、毛細管、プレート、膜、ウェハ、コム、ピン、ピット付きウェハ、ピットまたはナノリッタウェルを有するアレー、並びに当業界で公知の他の形状寸法または形態が含まれる。
　また、不溶性支持体上に核酸を固定化するためのキットも提供される。１つの実施態様では、キットは適切な量のｉ）チオール反応性架橋剤及びii）前記チオール反応性架橋剤と反応し得る官能基を有する表面を修飾するための表面修飾剤を含む。前記キットは任意に核酸の固定化に使用するための不溶性支持体、例えば固体表面、磁性マイクロビーズまたはシリコンウェハを含む。前記キットは任意に適当な緩衝液または使用指示書をも含む。
　固体支持体上に核酸分子を固定化するための上記方法を使用すると、従来の方法に比して少なくとも１２．５倍高い固定化が達成される。従って、上記方法は質量分析用核酸ランチングパッドを作成するために特に有用である。
　本発明の方法を用いて表面上に固定化した核酸は、（化学的及び酵素的）核酸合成、ハイブリダイゼーション及び／またはエクステンション等の各種固相核酸化学分野、並びに核酸検出及び多形性分析に基づく診断方法（例えば、米国特許第５，６０５，７９８号）で使用され得る。従って、本発明は更に、核酸分子のチオール含有誘導体をチオール反応性基含有不溶性支持体と反応させるかまたはチオール含有不溶性支持体を核酸分子のチオール反応性基含有誘導体と反応させ、次いで更に固定化核酸分子を反応させることにより核酸分子を表面上に固定化する、核酸分子を反応させる方法を提供する。
　固定化核酸を反応させる方法の特定実施態様では、固定化核酸を更に、該固定化核酸またはその一部に相補的な核酸とハイブリダイズすることにより反応させる。前記ハイブリダイゼーション反応は、サンプル中の特定核酸の存在を検出するために使用され得る。これは、病気の診断に使用され得る、サンプル（特に生物学的サンプル）中の病原体の検出の際に特に有用である。
　従って、本発明はサンプル中の標的核酸を検出する方法をも提供し、この方法では本発明の方法を用いて表面に固定化した標的核酸に相補的なチオール含有核酸及びサンプルを、サンプル中の標的核酸が固定化核酸にハイブリダイズするような条件下で表面と接触させる。ハイブリダイズした標的核酸は、各種方法を用いて検出され得るが、好ましい方法は質量分析法である。本発明では更に、標的核酸のヌクレオチド配列の改変（例えば、欠失、挿入及び変換）を検出する方法をも提供する。上記した方法では、ハイブリダイズした標的核酸の質量分析法で測定した分子量を標的核酸配列の分子量予測値と比較する。分子量測定値の分子量予測値からの偏差が標的核酸のヌクレオチド配列中の改変を示す。
　本発明のサンプル中の標的核酸を検出する他の方法では、標的核酸をチオール反応性基を含む表面に固定化する。この方法では、固定化前に、オリゴヌクレオチドプライマーが３’−または５’−ジスルフィド結合を含む反応で標的核酸を増幅させ、生じた産物を還元して、チオール含有核酸を生成する。チオール含有核酸をチオール反応性基を含む表面に固定化し、固定化核酸またはその一部に相補的な一本鎖核酸と接触させる。一本鎖核酸のハイブリダイゼーションは各種方法により検出され得る。例えば、一本鎖核酸を容易に検出し得る放射性もしくは化学発光標識で標識化することができる。好ましい実施態様では、一本鎖核酸は質量分析法により検出される。
　固定化核酸を反応させる別の実施態様では、固定化核酸を更に、該固定化核酸またはその一部にハイブリダイズした核酸をエクステンション（延長）させることにより反応させる。エクステンション反応は、例えば本発明の方法を用いて不溶性支持体に固定化したＤＮＡ分子を配列決定する方法において使用され得る。従って、本発明はサブストレート上のＤＮＡ分子の配列を決定する方法をも提供し、この方法ではＤＮＡ分子のチオール含有誘導体をチオール反応性基を含む不溶性支持体の表面上に固定化し、固定化ＤＮＡ分子の一部に相補的な一本鎖核酸とハイブリダイズさせ、その後１つ以上のジデオキシヌクレオチドの存在下でＤＮＡ合成を実施する。
　本発明の表面に固定化した核酸にハイブリダイズさせる核酸プライマーのエクステンションは、標的核酸のヌクレオチド配列の改変（例えば、欠失、挿入または変換）を検出する際にも使用され得る。従って、本発明は標的核酸配列中の改変を検出する方法を提供し、この方法では本発明の固体支持体に固定化したチオール含有標的核酸に一本鎖核酸をハイブリダイズし、ハイブリダイズした一本鎖核酸を分子の３’末端にヌクレオチドを付加することにより延長する。エクステンション産物は例えば質量分析により特徴付けられ、その特徴が固定化標的核酸に相補的な配列の予想される特徴と異なるかどうかを調べる。例えば質量分析で測定したエクステンション産物の分子量を標的核酸に相補的な核酸の分子量予測値と比較する。分子量予測値との偏差が標的核酸の配列の改変を示す。
　本発明の標的核酸配列中の改変を検出する方法の特定実施態様では、チオール反応性表面に固定化する前に、標的分子をオリゴヌクレオチドプライマーが３’−または５’−ジスルフィド結合を含む反応で増幅させることができる。生じた産物を還元してチオール含有標的核酸を生成する。次いで、チオール含有標的核酸をチオール反応性基を含む表面に固定化し、一本鎖相補的核酸をハイブリダイズし、延長させる。
　本発明の標的核酸配列中の改変を検出する方法の更なる実施態様では、標的核酸に相補的な一本鎖核酸を、チオール基−チオール反応性官能基結合及び開裂可能なリンカー部分を含む結合を介して表面に固定化する。標的核酸を含むサンプルを、標的を固定化一本鎖核酸とハイブリダイズする条件下で表面と接触させる。固定化した一本鎖核酸を、分子の３’末端にヌクレオチドを付加することにより延長する。延長後、二本鎖分子を変性し、一本鎖の固定化エクステンション産物をリンカーの位置で表面から開裂する。エクステンション産物は、例えば質量分析により特徴付けられ、その特徴を固定化標的核酸に相補的な配列の予想される特徴との違いを調べる。
　本発明の方法に従って固体サブストレートに固定化した核酸に基づく固相核酸化学の用途はすべて、チオール含有核酸とチオール反応性表面またはチオール反応性核酸とチオール含有支持体を用いて実施され得る。
　本発明は、チオール含有核酸を、その表面上に規則的に配列してチオール反応性基を含む不溶性支持体と接触させることによりサブストレート表面上に核酸のアレーを形成する方法をも提供する。本発明のサブストレート表面上に核酸のアレーを形成する別の方法では、支持体表面上に規則的に配列してチオール官能基を含む不溶性支持体をチオール反応性基を含む核酸と接触させる。
　更に本発明は、分析用サンプルを作成するシステム及び方法、特に診断分析用サンプルのアレーを作成するためにサブストレート表面上に低容量の流体材料を分配するシステム及び方法を提供する。本発明のサンプル材料のアレーを作成するシステム及び方法は、通常試薬材料を使用し保存するために余り高価でなく、高度に再現可能なサンプルアレーを迅速に作成することができる。
　サブストレート表面上に低容量の流体材料を分配するためのシステム及び方法として、本発明ではサブストレート表面上にサンプル材料のマルチエレメントアレーを作成するために使用することができる連続及び並行分配ツールを提供する。サブストレート表面は平坦であっても、または受容材料のウェルを含むように幾何学的に変更されていてもよい。
　１つの実施態様で、前記ツールは、サンプルアレーを並行に作成し得るものである。このために、前記ツールは、各ピンがナノリッター容量の流体を保持するのに適した狭い内部チャンバを含み得るベシクルエレメントまたはピンのアセンブリと理解することができる。各ピンは、それ自体内部チャンバを有するハウジングの内側に適合し得る。ハウジング内部は、ピンの内部チャンバを介する流体の流れを調節するために内部ハウジングチャンバ内の圧力をコントロールする圧力源に接続することができる。こうすると、ベシクルからの特定量の流体の分配をコントロールすることができる。
　別の実施態様では、前記ツールは、内部チャンバを有する毛細管ピンを含み得るジェットアセンブリと、ピンに取り付けられ、ピンから流体を放出させるためにピンの内部チャンバを介して流体を動かすことができるトランスデューサ要素とを含み得る。このようにして、前記ツールは、ピンから流体をスプレーすることによりサブストレート表面に流体スポットを分配することができる。或いは、前記トランスデューサにより流体液滴を毛細管から伸長させ、液滴がサブストレート表面に接触することにより流体をサブストレートに流すことができる。
　更に、前記ツールは、サンプルアレーを形成するためにサブストレート表面の上の異なる位置にピンを移動させながら一連のステップでサンプル材料を分配することによりサンプル材料のアレーを形成することができる。別の実施態様では、作成したサンプルアレーを、質量分析のためのサンプルアレーを配置するプレートアセンブリに移す。このために、分析するサンプル材料の組成を示すと理解され得る１組のスペクトル信号を発生する質量分析計を用いる。
　本発明のサブストレート表面上に化学的または生物学的方法で特定量の流体（ナノ容量及びナノ容量以下の流体）を分配するための分配装置は、複数の側面と複数の孔が形成されてなる底部部分とを有し、前記側面と底部部分により内部が規定されるハウジング、前記孔内に取り付けられた、ハウジングの内部に流体連通して配置されたナノ容量の流体を保持するためのナノ容量サイズの流体保持チャンバを有する１つ以上の流体通過ベシクル(fluid transmitting vesicles)、及び流体をベシクルの流体保持チャンバに充填したときにナノ容量サイズの流体通過ベシクルからナノ容量の流体を選択的に分配するためにハウジングの内部に連通している分配要素を含み得る。本明細書に記載するように、前記分配要素により、装置をサブストレート上に位置合わせして配置したときにサブストレート表面上にナノ容量の流体を分配することができる。
　１つの実施態様では、前記流体通過ベシクルは近位開放端部と前記孔内に取り付けられたときに前記ハウジングの底部部分を越えて延びている遠位チップ部分とを有する。このようにして、前記近位開放端部は孔内に取り付けられたときにハウジング内部と流体連通して前記流体保持チャンバを配置している。前記した複数の流体通過ベシクルは任意に、ハウジングの孔内に取外し自在且つ取替え自在に取り付けられているか、またはハウジング内に孔を固定的に取り付けるためのグルーシールを含み得る。
　１つの実施態様では、前記流体保持チャンバは毛管作用により流体を満たすのに寸法的に適合した狭い径を含み、毛管作用により流体で実質的に完全に満たされる大きさを有し得る。
　１つの実施態様では、前記した複数の流体通過ベシクルが流体送達ニードルのアレーからなり、このニードルは金属、ガラス、シリカ、ポリマー材料または他の任意の適当な材料で形成され得る。
　１つの実施態様では、前記ハウジングは、頂部部分及び複数の流体通過ベシクルを機械的にバイアスして前記ハウジングの底部部分とシール接触させる機械的バイアス要素を含み得る。１つの特定実施態様では、各流体通過ベシクルはフランジを含む近位端部部分を有し、更にハウジング内部と外部環境との間にシールを形成するために前記フランジと前記ハウジング底部部分の内面との間に配置されるシーラー要素を含む。前記バイアス要素は機械的であり、それぞれの一端が前記した各流体通過ベシクルの近位端部に、他端が前記ハウジング頂部部分の内面に連結している複数のスプリング要素を含み得る。前記スプリングはシールを形成するために前記ベシクルの近位端部に機械的バイアス力を加えることができる。
　別の実施態様では、前記ハウジングは更に、頂部部分及び該ハウジング頂部部分をハウジング底部部分に固定するための固定手段を含む。前記固定手段は、ハウジングの頂部部分及び底部部分の１つに形成された複数のファスナ受容孔とハウジングの頂部部分及び底部部分を一緒に固定するために前記孔内に取り付けるための複数のファスナとを含み得る。
　１つの実施態様では、前記分配要素は特定圧力条件下でハウジング内部を処置する(dispose)ために前記ハウジング内部に流動的に連結した圧力源を含み得る。更に、前記流体通過ベシクルが毛管作用により満たされる実施態様では、前記分配手段が異なる圧力条件下でハウジングの内部を処置するために圧力源を変更できる圧力コントローラを含み得る。こうして、各ベシクルの流体保持チャンバを所定流体量に相当する所定高さまで満たすために毛管作用を補償する(offset)に十分な特定圧力条件下でハウジング内部は処置される。加えて、前記コントローラは更に、特定ナノリッター容量の流体を各ベシクルのチャンバから選択的に排出させるための流体選択手段を含むことができる。１つの特定実施態様では、ハウジング内部に対して加えられる圧力に対して可変可能なコントロールを与えるためにデータ処理システムで動くコンピュータプログラムの制御下で操作する圧力コントローラを含む。
　１つの実施態様では、前記流体通過ベシクルはハウジングの内部に対して開放した近位端部を有し得、ベシクルの流体保持チャンバは該近位開放端部でメニスカスを形成することなく毛管作用により流体で実質的に完全に満たされる大きさを有している。前記装置は任意に、複数のベシクルを含み、その第１部分のベシクルは第１の大きさの流体保持チャンバを含み、第２部分は第２の大きさの流体保持チャンバを含み、これにより複数の流体容量が分配され得る。
　別の実施態様では、前記分配装置は、特定圧力条件下でハウジング内部を処置するためにハウジングに連結しておりハウジング内部と連通している圧力源を有する流体選択要素及び前記圧力源に連結した、前記した各流体通過ベシクルの流体チャンバから分配される流体の量を変化させるべく該流体通過ベシクルの流体チャンバに正圧を加えるために前記ハウジング内部の圧力を変化させる調節要素を含み得る。前記した選択要素及び調節要素は、内部チャンバに接続した圧力コントローラの操作を命令するデータ処理システムで働くコンピュータプログラムであり得る。
　更に別の実施態様では、本発明の装置はマルチウェルサブストレートの１つ以上のウェルに対して化学的または生物学的手法で流体を分配するためのものである。前記装置は、複数の側面と複数の孔が形成されてなる底部部分とを有し、前記側面と前記底部部分により内部が規定されているハウジング、前記孔内に取り付けられている、前記ハウジングの内部に連通して配置された流体保持チャンバを有する複数の流体通過ベシクル、及び前記ハウジング内部と連通している、１組の複数の流体通過ベシクルから分配されるべく前記ベシクルの流体保持チャンバに供給される流体の量を自由に選択するための流体容量選択・分配手段を含み得る。従って、前記分配装置はサブストレート上に位置合わせして配置されたときに前記分配手段がマルチウェルサブストレートのウェルに特定量の流体を分配する。
　更に別の実施態様では、本発明はマルチウェルサブストレートの１つ以上のウェルに対して化学的または生物学的手法で流体を分配するための流体分配装置を提供し、前記装置は、複数の側面と頂部部分と複数の孔が形成されてなる底部部分とを有し、前記側面、前記頂部部分及び前記底部部分により内部が規定されているハウジング、前記孔内に取り付けられた、前記ハウジング内部に流体連通して配置されたナノ容量の流体を保持する大きさの流体保持チャンバを有する複数の流体通過ベシクル、及び前記した複数の通過ベシクルを機械的にバイアスして前記ハウジングの底部部分とシール接触させるための機械的バイアス要素を含む。
　本発明のサブストレート表面上にサンプル材料のアレーを作成する一般的な方法は、流体を収容する内部チャンバを有するベシクルを用意するステップ、前記ベシクルをサブストレート表面上の第１位置に隣接して配置するステップ、サブストレート表面の第１位置でナノリッター容量の流体を分配するためにベシクルをコントロールするステップ、及び前記サブストレート表面に隣接する１組の位置に前記ベシクルを移動させて、サンプル材料のアレーを形成するために前記組の各位置に流体を分配するステップを含む。
　本発明のサンプル材料のアレーを作成する一般的方法で使用されるサブストレートは、サンプル材料を受容するための平坦表面及びベシクルのチャンバから放出され得る流体を受容するための位置を規定するために表面上に形成されたウェルを含む表面を包含し得る。前記サブストレートは、シリコン、金属、プラスチック、膜、ポリマー材料、金属をグラフトしたポリマーであり得、また化学的に官能化させた、ビーズで官能化させたもしくは樹枝状捕捉材料で官能化させたサブストレート、または上記の組み合わせ、または分配される流体を受容するのに適当な類似材料であり得る。
　本発明のサブストレート表面上にサンプル材料のアレーを作成する一般的方法において、前記装置は分析対象材料及び該分析対象材料の分析を助ける支持体材料、例えばマトリックス材料を分配し得ることは理解され得る。このために、本発明の方法は、サブストレート表面上にマトリックス材料を沈着させる(deposit)ステップを含む。更に、前記方法は、マトリックス材料の溶媒を蒸発させるために所定時間待機するステップを含む。本発明の方法は、マトリックス材料の溶媒を蒸発させたら、蒸発させたマトリックス材料に、ある容量の分析対象流体を放出して前記マトリックス材料で溶解し、前記サブストレート表面上に結晶性構造物を形成させるステップを含む。このマトリックス材料を分析対象材料で再溶解させるステップは、特定の分析方法、例えば質量分析法において材料の組成を分析するのに役立つことが理解される。
　また、本発明の方法は、分析対象材料とマトリックス材料からなる混合物及び他の材料組成物を分配するステップを含み得る。こうして、前記マトリックス及び分析対象材料は１つの材料としてサブストレート表面に送達される。更なるステップにおいて、作成されたサンプル材料のアレーは前記サンプル材料の組成を示す情報を測定する診断ツールにかけられ得る。
　前記診断ツールは質量分析計を含み得る。前記質量分析計は飛行時間型質量分析計、フーリエ変換質量分析計、またはサンプルアレーの組成を分析することができる他の適当な型の質量分析計であり得る。
　本発明の１つの実施態様において、内部チャンバを有するベシクルを用意するステップは、流体を前記チャンバを通って移動させるために圧電要素を有するベシクルを用意するステップを含む。この方法は、前記ベシクルを前記サブストレート表面を横断してラスタさせることによりベシクルを移動させ、サンプル材料のアレーを作成するステップを含み得る。
　本発明の別の実施態様では、並行処理プロトコルを使用することができ、この場合前記処理中に使用されるベシクルはサブストレート表面上の第１の複数位置に流体を分配するためにマトリックスに配置された複数のベシクルを有するベシクルアセンブリを含む。このようにして、前記方法によれば１回の操作でサブストレート表面上にサンプル材料のマトリックスが形成される。オフセット印刷が、ベシクルマトリックスを用いて複数回印刷ステップを使用することによりサンプル材料の大きなマトリックスを形成するために使用され得る。本発明の範囲を逸脱しないで本発明により他の印刷技術を使用することもできる。
　別の実施態様では、サブストレート表面に対してベシクルを接触させて該サブストレート表面にサンプル材料をスポットすることにより、流体をサブストレート表面に分配し得る。或いは、前記方法は、流体の液滴をベシクルの遠位チップ上またはチップで形成させる別の非接触印刷方法を用いる。流体液滴は、サンプル材料をサブストレート表面に送達するために該表面と接触させる。この方法によれば、ベシクルをサブストレート表面に接触させることなく既知容量の流体の送達がコントロールされる。
　更なる実施態様では、毛管作用によりチャンバを充填するのに適した寸法を有する内部チャンバを備えたベシクルを用意する。
　更に、材料を分析する方法が提供され、この方法は前記材料を含む流体を運ぶのに適したベシクルを用意するステップ、前記ベシクルをサブストレート表面の第１位置に隣接して配置するステップ、サブストレート表面の第１位置で特定且つ調整された容量の流体を与えるべくナノリッター容量の流体を送達するために前記ベシクルをコントロールするステップ、前記ベシクルを前記サブストレート表面上の第１位置に隣接する第２位置に移動させて、前記サブストレート表面上のアレーの位置に沿って特定且つ調整された容量の材料を分配するステップ、及び前記アレーの各位置の材料について質量分析を実施するステップを含む。この方法は、マトリックス材料及び分析対象材料を混合してサブストレート表面に送達させる流体材料を調製するステップを含み得る。或いは、この実施態様は、ベシクル内のチャンバをマトリックス材料で満たすステップ及びマトリックス材料をアレーの位置に分配するステップを含み得る。続いて、分析対象物が分配され得る。質量分析を実施するステップが、マトリックスによるレーザー脱離イオン化質量分析法、飛行時間型質量分析法、またはフーリエ変換質量分析法を実施するステップを含み得る。
　また、サブストレート表面上にサンプル材料のアレーを形成するための装置が提供される。前記装置は、流体を運ぶのに適当な遠位端部を有するベシクル、前記ベシクルに取り付けられた遠位部分を有する可動性アーム、前記ベシクルをサブストレート表面上の第１位置に隣接して配置すべく前記アームを移動させるための及びサブストレート表面の第１位置でナノリッター容量の流体を与えるべく前記ベシクルをコントロールするためのコントローラ、及び前記材料の化学的組成を示す組成信号を発生させるために前記材料を分析するための診断ツールを含む。この装置では、ベシクルは材料の中実軸(solid shaft)を含むことができ、ベシクルは流体を運ぶのに適した内部チャンバを有し得、ベシクルはチャンバから流体を放出するためのトランスデューサ要素内の流体を運ぶためのチャンバを含み得る。
　本発明はマトリックス材料のアレーを担持した表面を有するサブストレートを提供し、このサブストレートはマトリックス材料を含む流体を移すのに適したベシクルを用意し、前記ベシクルをサブストレート表面の第１位置に隣接して配置し、サブストレート表面の第１位置に、ある量の流体を送達させるために前記ベシクルをコントロールし、前記サブストレート表面に隣接する組の位置に前記ベシクルを移動し、前記組の各位置で流体を送達してマトリックス材料のアレーを形成することを含むプロセスにより形成される。このサブストレート自体は、平坦なシリコンチップであっても他の適当な材料であってもよく、またはピットが形成されていても、ウェルを含んでいても、粗な内表面を有するウェルを有していてもよい。
　特定実施態様では、本発明のサブストレート表面上に核酸のアレーを形成する方法は、不溶性支持体の表面の所定位置を、チオール含有核酸溶液を収容した内部チャンバを有するベシクルを用いて前記位置に分配される前記溶液と接触させ、これにより所定位置がチオール含有基を含む方法が提供される。或いは、サブストレートの全表面をチオール含有基で誘導化し、チオール含有核酸を表面上の所定位置にアレーが形成されるように分配する。本発明は、本発明方法により形成される核酸のアレーを担持する表面を有するサブストレートをも提供する。
　本発明の上記した及び他の特徴並びに利点は以下の図面、詳細説明及び請求の範囲の記載から明らかとなるであろう。
図１は、分析用サンプル材料のアレーの作成システムを示す。 図２は、サブストレート表面への材料の並行分配方法を実施するために図１に示すシステムと一緒に使用するのに適したピンアセンブリを示す。 図３は、図２に示すアセンブリの底部部分を示す。 図４は、図２に示すピンアセンブリの底部部分の別の図である。 図５Ａは、サンプル材料のアレーの作成方法を示す。 図５Ｂは、サンプル材料のアレーの作成方法を示す。 図５Ｃは、サンプル材料のアレーの作成方法を示す。 図５Ｄは、サンプル材料のアレーの作成方法を示す。 図６Ａは、サブストレート表面への材料の別の分配アセンブリを示す。 図６Ｂは、サブストレート表面への材料の別の分配アセンブリを示す。 図７は、本明細書に記載の二酸化ケイ素表面へのオリゴデオキシヌクレオチドの共有結合を示す概略図である。特に、二酸化ケイ素を３−アミノプロピルトリエトキシシランと反応させて表面上に第１級アミノ基の均一層を形成した。次いで、ヘテロ二官能性架橋剤を第１級アミンと反応させてヨードアセタミド基を導入した。３’−または５’−ジスルフィド（５’として示す）を含有するオリゴデオキシヌクレオチドをトリス−（２−カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）で処理してジスルフィドを遊離チオールに還元し、次いでヨードアセタミド表面にカップリングさせた。 図８は、ケイ素表面に対するオリゴデオキシヌクレオチドプローブの結合をジスルフィド還元に使用したＴＣＥＰ濃度の関数としてプロットしたグラフである。 図９は、本質的に図７に示すように共有結合させた“ＴＣＵＣ”と呼称されるオリゴデオキシヌクレオチド配列（５’−ＧＡＡＴＴＣＧＡＧＣＴＣＧＧＴＡＣＣＣＧＧ−３’；配列番号１）及びハイブリダイズさせた“ＭＪＭ６”と呼称されるオリゴデオキシヌクレオチド配列（５’−ＣＣＧＧＧＴＡＣＣＧＡＧＣＴＣＧＡＡＴＴＣ−３’；配列番号２）を有するシリコンウェハのマトリックスを用いたレーザー脱離／イオン化−飛行時間（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ）質量スペクトルである。 図１０は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＶＲ）により生成させた特定のチオール含有ＤＮＡ標的のシリコンウェハ表面への固定化の概略図である。ＤＮＡ標的配列の一部に相補的なオリゴヌクレオチド（配列番号７）を固定化ＤＮＡ標的にハイブリダイズし、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析を実施した。ハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドに相当する主たるシグナルが質量／電荷数の測定値３６１８．３３で認められた。なお、質量／電荷数の理論値は３６２２．４である。 図１１は、分析用材料を受容するのに適したエッチングを施したウェルを有するサブストレートの１具体例を示す。 図１２は、線形飛行時間型質量分析計から得た、図１１に示すサブストレートの表面上のサンプル材料の材料組成を示すスペクトルの１例を示す。 図１３は、図１２に示すスペクトルを有するサンプル材料について測定した分子量を示す。 図１４は、実施例２に本質的に記載のシリコンウェハの表面上の１６箇所に共有結合させた、“オリゴマー１”（５’−ＣＴＧＧＡＴＧＣＧＴＣＧＧＡＴＣＡＴＣＴＴＴＴＴＴ−（Ｓ）−３’；配列番号８）、“オリゴマー２”（５’−（Ｓ）−ＣＣＴＣＴＴＧＧＧＡＡＣＴＧＴＧＴＡＧＴＡＴＴ−３’；配列番号３）及び“オリゴマー３”（配列番号１；実施例１の遊離チオール誘導体“ＴＣＵＣ”オリゴヌクレオチド）と呼称されるチオール含有オリゴヌクレオチド分子を有するシリコンウェハの表面上の４×４（１６箇所）ＤＮＡアレーの概略図である。 図１５は、オリゴマー１に結合させたオリゴマー１相補的オリゴヌクレオチド（５’−ＧＡＴＧＡＴＣＣＧＡＣＧＣＡＴＣＡＧＡＡＴＧＴ−３’；配列番号９）、オリゴマー２に結合させたオリゴマー２相補的オリゴヌクレオチド（５’−ＡＡＴＡＣＴＡＣＡＣＡＧ−３’；配列番号７）及びオリゴマー３に結合させたオリゴマー３相補的オリゴヌクレオチド（５’−ＣＣＧＧＧＴＡＣＣＧＡＧＣＴＣＧＡＡＴＴＣ−３’；配列番号２）を有する図１４のＤＮＡハイブリダイゼーションアレーの１６箇所の各々に対する特定オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションの概略図である。 図１６は、図１５に概略的に示すシリコンウェハ上の４×４（１６筒所）ＤＮＡアレーの代表的ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルである。このスペクトルは、特定のハイブリダイズされたオリゴヌクレオチドに対応する各筒所における質量／電荷数実験値の１個の主シグナルを示している。２＋は、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析で参照標準として使用した２重荷電分子の位置を示す。*は、洗浄作業後のチップ表面に残存している汚染オリゴヌクレオチドの残留量を示す。*シグナルの相対位置が汚染オリゴヌクレオチドのだいたいの大きさを示す。 図１７は、８×８（６４箇所）ＤＮＡアレーの代表的ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルである。このスペクトルは、予測される特定のハイブリダイズされたオリゴヌクレオチドに対応する質量／電荷数実験値を有する１個の主シグナルを示している。*は、洗浄作業後ウェハ表面に残存している汚染オリゴヌクレオチドの残留量を示す。*シグナルの相対位置が汚染オリゴヌクレオチドのだいたいの大きさを示す。 図１８は、ＳＩＡＢ誘導化シリコンウェハの表面に固定化されたチオール含有ＤＮＡ鋳型にアニーリングしたＤＮＡプライマーのヌクレオチドエクステンションの例示である。相補的１２量体オリゴヌクレオチドプライマー（配列番号１２）を、ＳＩＡＢ架橋剤を介してシリコン支持体に固定化した２７量体チオール含有オリゴヌクレオチド（配列番号１１）にハイブリダイズした。固定化したＤＮＡ二重らせんを含むシリコン表面をｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ及びｄｄＴＴＰの存在下エクステンション条件でＤＮＡポリメラーゼとインキュベートし、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析にかけた。シリコンウェハの質量スペクトルは、主シグナルが２つ存在することを示す。１つは未延長１２量体オリゴヌクレオチドに等しい質量／電荷数を有し、他の１つはウェハ上でｄｄＴＴＰを挿入した配列中の第１位置に対して３ヌクレオチドだけ延長させた１５量体ＤＮＡ分子に相当するシグナルである。 図１９は、ＳＩＡＢ誘導化表面とプライマーエクステンション反応で形成されたＤＮＡ二重らせんとの距離の影響を調べるべく企画された実験の略図である。配列がそれぞれ異なる２つのチオール含有オリゴヌクレオチド（配列番号８及び１１）をＳＩＡＢ誘導化シリコン表面に固定化し、ＳＩＡＢ誘導化表面と固定化されたチオール含有ＤＮＡにハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドにより形成されたＤＮＡ二重らせんとの間に０、３、６、９及び１２塩基スペーサーを有するＤＮＡ二重らせんを形成する特定のオリゴヌクレオチドとインキュベートした。ハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドの遊離３’末端を、シークエナーゼＤＮＡポリメラーゼまたはサーモシークエナーゼＤＮＡポリメラーゼのいずれかを用い、３つのデオキシヌクレオチドトリホスフェート及び対応するジデオキシヌクレオチドトリホスフェートの存在下エクステンション条件で延長させ、生じた反応産物をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析にかけた。 図２０は、図１９に示すプライマーエクステンション実験の特定エクステンション産物の代表的ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルである。左カラムのスペクトルは、シークエナーゼを使用したエクステンション反応のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析から得られたものである。右カラムのスペクトルは、サーモシークエナーゼを使用したエクステンション反応の分析から得られたものである。サーモシークエナーゼＤＮＡポリメラーゼにより、ＤＮＡ二重らせんと誘導化シリコンウェハとの距離が０〜１２ヌクレオチドであるハイブリダイズＤＮＡプライマーの３’末端を延長させることができた。シークエナーゼＤＮＡポリメラーゼにより、ＤＮＡ二重らせんとシリコンウェハとの距離が３〜９ヌクレオチドであるハイブリダイズＤＮＡを延長させることができた。
　詳細説明及び好ましい態様
定義
　特記しない限り、本明細書に記載の技術用語及び科学用語はすべて本発明が属する分野の当業者が通常理解している意味と同じ意味を有する。本明細書に記載の特許及び文献はすべて本明細書に援用されるものとする。
　本明細書中、用語「核酸」は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）やリボ核酸（ＲＮＡ）のようなオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチド、並びにヌクレオチドアナログから調製される一本鎖もしくは二本鎖のＲＮＡまたはＤＮＡのアナログを指す。核酸分子は合成されたものでも、当業界で公知の方法（特に、特定の生物学的サンプルに対して適当な方法を選択する）を用いて特定の生物学的サンプルから単離されたものであってもよい。
　本明細書中、ヌクレオチドはヌクレオシドモノ−、ジ−もしくはトリホスフェートを含む。また、ヌクレオチドはホスホロチオエートヌクレオチド及びデアザプリンヌクレオチドのような修飾ヌクレオチドも含む。鎖伸長ヌクレオチドの完全組は、４つの異なるＤＮＡ鋳型含有塩基の各々にハイブリダイズできる４つの異なるヌクレオチドを指す。
　本明細書中、核酸合成はオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドを生成する方法を指す。前記方法として、非限定的に化学反応または酵素反応を含む方法が例示される。
　本明細書中、用語「アレー」はメンバーまたは位置の規則的配列を指す。アレーは任意の数のメンバーまたは位置を含み得、アレーの形も多種多様であり得る。好ましい実施態様において、アレーは２次元であり、ｎ×ｍ（ｎ及びｍは整数であり、同数でも異なっていてもよい）メンバーを含む。特に好ましい実施態様で、ｎ及びｍはそれぞれ４またはその倍数である。
　用語「架橋剤」は当業者が認識している通りであり、本明細書では不溶性支持体に好ましくは共有結合を介して核酸を固定化させ得る試薬を指す。よって、本発明で使用するのに適切な架橋剤は不溶性支持体の表面上に存在する官能基及び核酸分子中に存在する官能基と反応し得る各種物質を含む。前記反応性を有する試薬にはホモ−及びヘテロ−二官能性試薬が含まれ、その多くは当業界で公知である。ヘテロ二官能性試薬が好ましい。
　本明細書中、用語「チオール反応性官能基」は求核チオール部分と迅速に反応して共有結合（例えば、ジスルフィド結合またはチオエーテル結合）を生じ得る官能基を指す。通常、チオール基は良好な求核物質であり、好ましいチオール反応性官能基は反応性親電子物質である。多種多様のチオール反応性官能基が当業界で公知であり、例えばハロアセチル（好ましくはヨードアセチル）、ジアゾケトン、エポキシケトン、α，β−不飽和カルボニル（例えば、α，β−エノン）及び他の反応性ミカエルアクセプター（マレイミドを含む）、酸ハロゲン化物、ベンジルハライド等が含まれる。特定実施態様では、ジスルフィドの遊離チオール基が遊離チオール基と（すなわち、ジスルフィド交換のようなジスルフィド結合形成により）反応し得る。本明細書中、チオール反応性架橋剤は少なくとも１つのチオール反応性官能基を含むかもしくは含むように修飾され得る架橋剤（または表面）を指す。当業界で慣用されている適当な保護基（例えば、Ｔ．Ｗ．Ｇｒｅｅｎｅ及びＰ．Ｇ．Ｍ．Ｗｕｔｓ、“Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｇｒｏｕｐｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ”、第２版、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ（１９９１））でブロックすることにより、チオール基の反応が一時的に阻止され得る。
　本明細書中、選択的に開裂可能なリンカーは特定条件下で開裂されるリンカーであり、例えば光開裂性リンカー、化学的な開裂性リンカー及び酵素的な開裂性リンカー（すなわち、制限エンドヌクレアーゼサイトまたはリボヌクレオチド／ＲＮａｓｅ消化）である。リンカーを支持体と固定化ＤＮＡとの間に介在させる。
　本明細書中、用語「タンパク質」、「ポリペプチド」及び「ペプチド」は翻訳された核酸（例えば、遺伝子産物）を指すときには互換可能に使用される。
　本明細書中、「サンプル」は検出すべき材料を含む組成物を指す。好ましい実施態様において、サンプルは生物学的サンプル、すなわちヒト、動物、植物、細菌、真菌、原生生物、ウィルスのような生きたソースから得られる任意の材料である。生物学的サンプルの形態は任意であり、固体材料（例えば、組織、細胞ペレット及び生検によって得られた材料）及び生物学的流体（例えば、尿、血液、唾液、羊水及びうがい液（口腔細胞を含む））が含まれる。好ましくは、固体材料を流体と混合する。
　本明細書中、「サブストレート」は本明細書に記載の方法に従ってサンプルが沈着される不溶性支持体を意味する。適当な支持体としては、ビーズ（例えば、シリカゲル、一定の細孔を有するガラス、磁性物質、セファデックス／セファロース、セルロース）、毛細管、ガラス繊維フィルタのような平坦な支持体、ガラス表面、金属表面（スチール、金、銀、アルミニウム、銅及びシリコン）、（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリビニリデンジフロリド製の）マルチウェルプレートまたは膜を含めたプラスチック材料、ピン（例えば、組合せ合成または分析に適したピンのアレー）、または任意にプレートを有する平坦な表面（例えば、シリコンウェハのようなウェハ）のピット中のビーズが例示される。
　本発明のサブストレートに対して核酸を固定化させる特定方法において、好ましいサブストレートは、好ましくは共有結合した核酸がサブストレート上に少なくとも２０ｆｍｏｌ／ｍｍ2、より好ましくは少なくとも約７５ｆｍｏｌ／ｍｍ2、もっと好ましくは少なくとも約８５ｆｍｏｌ／ｍｍ2、更に好ましくは少なくとも約１００ｆｍｏｌ／ｍｍ2、最も好ましくは少なくとも約１５０ｆｍｏｌ／ｍｍ2の密度で存在するように核酸の高密度結合を支持し得るものである。本発明のサブストレートに核酸を固定化する特定方法で使用する最も好ましいサブストレートの１つはシリコンであり、余り好ましくないサブストレートにはポリアクリルアミドのようなポリマー材料が含まれる。本発明のアレーを作成する方法で使用されるサブストレートには広範囲の不溶性支持体材料が含まれ、非限定的にシリカゲル、一定の孔を有するガラス、セルロース、ガラス繊維フィルタ、ガラス表面、金属表面（スチール、金、銀、アルミニウム、シリコン及び銅）、（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリビニリデンジフロリド製の）プラスチック材料及びシリコンが例示される。
核酸の固体支持体への高密度固定化
　本発明の方法により、不溶性（例えば、固体）支持体に核酸分子が高密度で固定化される。通常、核酸分子は直接または架橋剤を用いて不溶性支持体上に固定化される。
　架橋剤を使用しない方法の実施態様では、修飾核酸を適当に官能化された表面と直接反応させて固定化された核酸を生じさせる。例えは、ヨードアセチル修飾表面（または他のチオール反応性表面官能基）をチオール修飾核酸と反応させて、固定化核酸を得ることができる。
　本発明の方法によれば、高密度の核酸が不溶性支持体上に固定化されるように架橋剤が選択される。理論に束縛されるつもりはないが、本発明で高密度の核酸が固定化される理由の少なくとも一因は、核酸を固定化するために従来使用されていた他の反応と比較して、架橋剤と核酸（例えば、チオール修飾核酸）との間の反応が比較的迅速に起こるからである。更に、高密度の少なくとも一因は官能化された不溶性支持体と反応性基（例えば、アミノ基または他の反応性官能基）との距離が近いことである。従って、表面を修飾するための試薬は通常、官能化された支持体と官能基との距離が近くなるように選択される。架橋剤（及び支持体表面または核酸分子を官能化させるために使用される他の試薬）は、固定化される核酸分子が支持体表面から所望の距離離れ、固定化される核酸が相互に所望の距離離れるように選択される。従って、適切な架橋剤を選択することにより核酸分子の立体障害を低下もしくは解消することができる。特定の実施態様では、架橋剤は、複数の核酸を１個の架橋部分に結合させるためのデンドリマー合成に使用される多反応性官能基を与えるように選択され得る。好ましくは、架橋剤は核酸分子と反応性が高く迅速な、完全な及び／または選択的な反応を与えるように選択される。好ましい実施態様では、試薬（例えば、チオール基及びチオール反応性官能基）の反応容量は小さい。
核酸及びリンカー
　本発明で使用される好ましい核酸はチオール修飾核酸、すなわち少なくとも１個の反応性チオール部分を含むように誘導化された核酸である。後記実施例１において更に詳細に記載するように、少なくとも１個の反応性チオールを含む核酸は、好ましくは３’−または５’−ジスルフィドを含む核酸を還元剤で処理して製造される。前記還元剤としては、後続反応で競合しない（すなわち、ヨードアセトイミド官能基と反応しない）ものが好ましい。ジスルフィド誘導化核酸は各種方法に従って合成され得る。例えば、核酸は、ジスルフィド含有修飾剤と反応させることにより３’−または５’−末端で修飾され得る。或いは、チオール化プライマーを酵素的にまたは非酵素的に核酸に結合させることができる。５’−ホスホルアミダイト官能基は、チオールもしくはジスルフィド含有シトシンまたはジオキシシトシンに対する結合点をも提供する。ジスルフィド修飾核酸の還元のために適当な還元剤の例にはトリス（２−カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）、ジチオトレイトールが含まれる。ＴＣＥＰは好ましくは１〜１００ｍＭ（最も好ましくは約１０ｍＭ）の濃度、ｐＨ３〜６（最も好ましくは約４．５）、温度２０〜４５℃（最も好ましくは約３７℃）で約１〜約１０時間（最も好ましくは約５時間）反応させる。ジチオトレイトールは好ましくは２５〜１００ｍＭ（反応物質を単離するかどうかにより）の濃度、ｐＨ６〜１０（最も好ましくは約８）、温度２５〜４５℃（最も好ましくは約３７℃）で約１〜約１０時間（最も好ましくは約５時間）反応させる。ＴＣＥには低ｐＨで反応性であるという利点がある。こうした低ｐＨによりチオールが効果的にプロトン化され、よってチオールの求核反応が抑制され、より高いｐＨで使用される他のジスルフィド還元剤に比較して生じる副反応が少なくなる。
　後記実施例１に更に記載するように、好ましい二官能性架橋剤はＮ−スクシンイミジル（４−ヨードアセチル）アミノベンゾエート（ＳＩＡＢ）である。非限定的に例示するジマレイミド、ジチオ−ビスニトロ安息香酸（ＤＴＮＢ）、Ｎ−スクシンイミジル−Ｓ−アセチルチオアセテート（ＳＡＴＡ）、Ｎ−スクシンイミジル−３−（２−ピリジルジチオール）プロピオネート（ＳＰＤＰ）、スクシンイミジル４−（Ｎ−マレイミドメチル）シクロヘキサン−１−カルボキシレート（ＳＭＣＣ）及び６−ヒドラジノニコチンイミド（ＨＹＮＩＣ）などの他の架橋剤も新規方法に使用され得る。架橋剤の更なる例については、例えばＷｏｎｇ，“Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｃｏｕｊｕｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｌｉｎｋｉｎｇ”，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ（１９９１）及びＨｅｒｍａｎｓｏｎ，“Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ（１９９５）を参照されたい。
　好ましい実施態様では、核酸は質量分析中に開裂される光開裂性架橋剤を用いて固定化される。光不安定な架橋剤としては、非限定的に３−アミノ−（２−ニトロフェニル）プロピオン酸（Ｂｒｏｗｎら，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｐｐ．４−１２（１９９５）及びＲｏｔｈｓｃｈｉｌｄら，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．，２４：３６１−６６（１９９６））が例示される。
　本発明の標的核酸配列中の改変を検出する方法及び固定化方法の別の実施態様では、前記した標的核酸に相補性な一本鎖核酸が、チオール基−チオール官能基結合及び開裂可能な、好ましくは選択的に開裂可能なリンカー部分を含む結合を介して表面に固定化される。
リンカー
　標的検出サイトを、標的核酸分子（Ｔ）上の適当な官能基（Ｌ’）と捕捉分子上の適当な官能基（Ｌ）との間の可逆的もしくは非可逆的結合を介して固体支持体に直接結合させることができる。可逆的結合は、質量分析の条件下（すなわち、電荷移動複合体または不安定結合のような光開裂可能な結合が比較的安定な有機ラジカル間で形成される）で開裂され得るような結合であり得る。
　光開裂性リンカーは、光にさらされると開裂し（例えば、Ｇｏｌｄｍａｃｈｅｒら，Ｂｉｏｃｏｎｊ．Ｃｈｅｍ．，３：１０４−１０７（１９９２）を参照されたい）、よって光にさらすと標的物質を放出するリンカーである。光にさらすと開裂される光開裂性リンカーは公知であり［例えば、Ｈａｚｕｍら，Ｐｅｐｔ．Ｐｒｏｃ．Ｅｕｒ．Ｐｅｐｔ．Ｓｙｍｐ．，１６版，Ｂｒｕｎｆｅｌｄｔ，Ｋ．編，ｐｐ．１０５−１０（１９８１）にはシステインに対する光開裂性保護基としてニトロベンジル基を使用することが記載されている。Ｙｅｎら，Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，１９０：６９−８２（１９８９）には、ヒドロキシプロピルメタクリルアミドコポリマー、グリシンコポリマー、フルオレセインコポリマー及びメチルローダミンコポリマーを含めた水溶性の光開裂可能なコポリマーが記載されている。Ｇｏｌｄｍａｃｈｅｒら，Ｂｉｏｃｏｎｊ．Ｃｈｅｍ．，３：１０４−１０７（１９９２）には、近ＵＶ光（３５０ｎｍ）にさらすと光分解を受ける架橋剤及び試薬が記載されている。更に、Ｓｅｎｔｅｒら，Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．，４２：２３１−２３７（１９８５）には、光分解可能な結合を形成するニトロベンジルオキシカルボニルクロリド架橋剤が記載されている。］、これにより光にさらすと標的物質が遊離する。好ましい実施態様では、核酸を、質量分析中に開裂される光開裂性リンカーを用いて固定化する。
　更に、第４級アンモニウム基であるＬ’と結合を形成することができる。この場合、固体支持体の表面は、負に帯電した核酸骨格に反発し、よって質量分析に必要な脱離を促進する負電荷を有する。脱離はレーザーパルスにより生成される熱により及び／またはＬ’に依存して、Ｌ’発色団と共鳴するレーザーエネルギーの特異的吸収により生じ得る。
　従って、Ｌ−Ｌ’結合は、（例えば、メルカプトエタノールまたはジチオエリトールにより化学的に開裂可能な）ジスルフィド結合型、ビオチン／ストレプトアビジン系、穏和な酸性条件下及び質量分析条件下で開裂され得るトリチルエーテル基のヘテロ二官能性誘導体（例えば、Ｋｏｓｔｅｒら，“Ａ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ａｃｉｄ−Ｌａｂｉｌｅ Ｌｉｎｋｅｒ ｆｏｒ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ”，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ，３１：７０９５（１９８０）参照）、ほぼ中性条件下でヒドラジニウム／アセテート緩衝液により開裂可能なレブリニル基、トリプシンのようなエンドペプチダーゼ酵素により開裂可能なアルギニン−アルギニンまたはリシン−リシン結合、またはピロホスファターゼにより開裂可能なピロホスフェート結合、または例えばリボヌクレアーゼまたはアルカリにより開裂され得るオリゴデオキシヌクレオチド間のリボヌクレオチド結合であり得る。
　官能基Ｌ及びＬ’はまた、電荷移動結合体を形成して一時的なＬ−Ｌ’結合を形成することができる。多くの場合電荷移動結合はＵＶ／ビス分光分析により測定され得るので（例えば、Ｒ．Ｆｏｓｔｅｒ著、Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ（１９６９）参照）、レーザーエネルギーを電荷移動波長の対応エネルギーに変えることができ、よって固体支持体の特異的脱離を開始させることができる。当業者が認識しているように、上記目的にいくつかの組み合わせが使用され得、ドナー官能基は固体支持体上に存在させてもまた検出すべき核酸分子に結合させてもよい。また、その逆でもよい。
　更に別のアプローチでは、可逆性Ｌ−Ｌ’結合を比較的安定なラジカルを均一に形成することにより生じさせることができる。レーザーパルスの影響下で、（上記した）脱離及びイオン化がラジカル位置で起こる。当業者が認識しているように、他の有機ラジカルが選択され得、前記ラジカル間の結合を均一に開裂するために必要な解離エネルギーに関連して、対応するレーザー波長を選択し得る（例えば、Ｃ．Ｗｅｎｔｒｕｐ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ ＳｏｎｓのＲｅａｃｔｉｖｅ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９８４参照）。
　ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳを用いてエキソヌクレアーゼ配列決定を行う場合、固体支持体に５−末端を介して固定化した一本鎖ＤＮＡ分子を３’−進行的エキソヌクレアーゼを用いて片側だけ分解し、分解したヌクレオチドの分子量をその後測定する。逆サンガー配列決定により、固定化したＤＮＡのヌクレオチド配列が明らかになる。選択的に開裂可能なリンカーを添加することにより、測定すべき遊離ヌクレオチドの質量並びに洗浄によりヌクレオチドを除去することにより残りのフラグメントの質量が、固体支持体からＤＮＡを開裂して、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦにより検出され得る。選択的に開裂可能なリンカー、例えば本発明で提供される光開裂可能なリンカーまたは化学的に開裂可能なリンカーを使用することにより、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦのイオン化及び揮発段階で生ずるように前記開裂が選択される。同じ反応原理が、二重らせんのままで分解される二本鎖ＤＮＡの５’固定化鎖に対して適用される。同様に、前記反応原理が５’進行性エキソヌクレアーゼを用いる場合にも適用され。ＤＮＡは３’−末端を介して固体支持体に固定化される。
　上記したように、本発明では少なくとも３種の固定化方法が考えられる。１）標的核酸を増幅または入手する（プライマーを増幅または分離するために標的配列または周囲のＤＮＡ配列は公知でなければならない）。２）プライマー核酸を固体支持体に固定化し、標的核酸をハイブリダイズする（これはサンプル中の標的配列の存在を検出するかまたは該配列を決定するためである）。または、３）（増幅または分離された）二本鎖ＤＮＡを１つの所定鎖への結合を介して固定化し、二重らせんをはずすためにＤＮＡを変性した後、標的サイトから上流が同一の高濃度の相補性プライマーを有するＤＮＡを添加し、鎖置換を起こし、プライマーを固定化鎖にハイブリダイズする。
　プライマー核酸を固体支持体上に固定化し、そこに標的核酸をハイブリダイズする実施態様では、開裂性リンカーを加えることにより遊離３’−ＯＨが核酸合成（エクステンション）に利用されるようにプライマーＤＮＡは５’末端で固定化され、ハイブリダイズされた標的ＤＮＡの配列が決定され得る。なぜならば、ハイブリダイズされた鋳型は変性により除去され得、延長されたＤＮＡ産物はＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ用固体支持体から開裂されるからである。３）についても同様に、固定化されたＤＮＡ鎖は鋳型にハイブリダイズし、支持体から開裂したときに伸長され得る。よって、サンガー配列決定、下記するプライマーオリゴ塩基エクステンション（ＰＲＯＢＥ）、エクステンション反応は、標的配列の非可変領域に相補的な公知の上流ＤＮＡ配列を有する固定化プライマーを用いて実施され得る。ヒトから核酸を入手し、可変領域（遺伝素質または病気を引き起こす欠失、挿入、ミスセンス突然変異、またはウィルス性／細菌性もしくは真菌性ＤＮＡの存在）のＤＮＡ配列が検出されるばかりでなく、突然変異の実際の配列及び位置も調べることができる。
　別の場合には、標的ＤＮＡを固定化し、プライマーをアニーリングしなければならない。このためには、公知の配列に基づいてより大きなＤＮＡを増幅し、固定化されたフラグメント（すなわち、延長されたフラグメントは上記したようにハイブリダイズされているが支持体に固定化されていない）を配列決定する必要がある。これらの場合リンカーを挿入することは望ましくない。なぜならば、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦスペクトルはハイブリダイズされたＤＮＡのものであるからである。固定化された鋳型を開裂しなくてよい。
　本発明では、当業者に公知の固体支持体に核酸を固定化するためのリンカーを使用して、核酸を固体支持体に結合することができる。本発明において好ましいリンカーは選択的に開裂し得るリンカーであり、特に例示されているものである。他のリンカーには、ビスマレイミドエトキシプロパンのような酸開裂性リンカーまたは酸不安定トリチルリンカーである。
　特に標的された物質を開裂して反応により容易にアクセスできるようにしなければならない場合には、酸開裂性リンカー、光開裂性リンカー及び感熱性リンカーも使用することができる。酸開裂性リンカーには、非限定的にビスマレイミドエトキシプロパン、アジピン酸ジヒドラジドリンカー（例えば、Ｆａｔｔｏｍら，Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ ＆ Ｉｍｍｕｎ．，６０：５８４−５８９（１９９２）参照）、及び細胞内トランスフェリンサイクリング経路に進入し得るに十分量のトランスフェリンを含む酸不安定トランスフェリン結合体（例えば、Ｗｅｌｈｏｎｅｒら，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，２６６：４３０９−４３１４（１９９１）参照）が含まれる。
光開裂性リンカー
　光開裂性リンカーを提供する。特に、光開裂性リンカーをオリゴヌクレオチドの固相合成で使用するためにそのホスホルアミダイト誘導体として提洪する。前記リンカーは、ＵＶ照射されると結合体が数分以内に完全に光開裂され得るｏ−ニトロベンジル部分とホスフェート結合を含んでいる。使用されるＵＶ波長は照射がオリゴヌクレオチドにダメージを与えないように選択され、好ましくは約３５０〜３８０ｎｍ、より好ましくは３６５ｎｍである。本発明で提供される光開裂性リンカーは、慣用されているホスホルアミダイトモノマー（例えば、Ｓｉｎｈａら，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，２４：５８４６−５８４６（１９８３）；Ｓｉｎｈａら，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．，１２：４５３９−４５５７（１９８４）；Ｂｅａｕｃａｇｅら，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ，４９：６１２３−６１９４（１９９３）；及びＭａｔｔｅｕｃｃｉら，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｐｃ．，１０３：３１８５−３１９１（１９８１）参照）に比較して匹敵し得るカップリング効率を有する。
　１つの実施態様では、光開裂性リンカーは下記式Ｉ：
Figure 2004125799
 （式中、Ｒ20はω−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）アルキルまたはω−ヒドロキシアルキルであり、Ｒ21は水素、アルキル、アリール、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル及びカルボキシから選択され、Ｒ22は水素または（ジアルキルアミノ）（ω−シアノアルコキシ）Ｐ−であり、ｔは０〜３であり、Ｒ50はアルキル、アルコキシ、アリールまたはアリールオキシである）
を有する。
　好ましい実施態様では、光開裂性リンカーは下記式II：
Figure 2004125799
 （式中、Ｒ20はω−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）アルキル、ω−ヒドロキシアルキルまたはアルキルであり、Ｒ21は水素、アルキル、アリール、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル及びカルボキシから選択され、Ｒ22は水素または（ジアルキルアミノ）（ω−シアノアルコキシ）Ｐ−であり、Ｘ20は水素、アルキルまたはＯＲ20である）
を有する。
　特に好ましい実施態様では、Ｒ20は３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）プロピル、３−ヒドロキシプロピルまたはメチルであり、Ｒ21は水素、メチル及びカルボキシから選択され、Ｒ22は水素または（ジイソプロピルアミノ）（２−シアノエトキシ）Ｐ−であり、Ｘ20は水素、メチルまたはＯＲ20である。より好ましい実施態様では、Ｒ20は３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）プロピルであり、Ｒ21はメチルであり、Ｒ22は（ジイソプロピルアミノ）(２−シアノエトキシ)Ｐ−であり、Ｘ20は水素である。別のより好ましい実施態様では、Ｒ20はメチルであり、Ｒ21はメチルであり、Ｒ22は（ジイソプロピルアミノ）（２−シアノエトキシ）Ｐ−であり、Ｘ20は３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）プロポキシである。
　別の実施態様では、光開裂性リンカーは下記式III：
Figure 2004125799
 （式中、Ｒ23は水素または（ジアルキルアミノ）（ω−シアノアルコキシ）Ｐ−であり、Ｒ24はω−ヒドロキシアルコキシ、ω−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）アルコキシ、ω−ヒドロキシアルキル及びω−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）アルキルから選択され、未置換でもアルキルもしくはアルコキシ鎖が１つ以上のアルキル基で置換されていてもよく、ｒ及びｓはそれぞれ０〜４であり、Ｒ50はアルキル、アルコキシ、アリールまたはアルコキシである）
を有する。ある実施態様では、Ｒ24はアルキル鎖がメチル基で置換された、ω−ヒドロキシアルキルまたはω−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）アルキルである。
　好ましい実施態様において、Ｒ23は水素または（ジイソプロピルアミノ）（２−シアノエトキシ）Ｐ−であり、Ｒ24は３−ヒドロキシプロポキシ、３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）プロポキシ、４−ヒドロキシブチル、３−ヒドロキシ−１−プロピル、１−ヒドロキシ−２−プロピル、３−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロピル、２−ヒドロキシエチル、ヒドロキシメチル、４−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）ブチル、３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）−１−プロピル、２−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）エチル、１−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）−２−プロピル、３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）−２−メチル−１−プロピル及び４，４’−ジメトキシトリチルオキシメチルから選択される。
　より好ましい実施態様では、Ｒ23は（ジイソプロピルアミノ）（２−シアノエトキシ）Ｐ−であり、ｒ及びｓは０であり、Ｒ24は３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）プロポキシ、４−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）ブチル、３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）プロピル、２−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）エチル、１−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）−２−プロピル、３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）−２−メチル−１−プロピル及び４，４’−ジメトキシトリチルオキシメチルから選択される。最も好ましくは、Ｒ24は３−（４，４’−ジメトキシトリチルオキシ）プロポキシである。
光開裂性リンカーの製造
Ａ．式ＩまたはIIの光開裂性リンカーの製造
　式ＩまたはIIの光開裂性リンカーは、下記する方法により、適切な出発物質を選択することにより方法を若干改変することにより、または当業界で公知の他の方法により製造され得る。
　Ｘ20が水素である式IIの光開裂性リンカーは次の方法で製造され得る。５−ヒドロキシ−２−ニトロベンズアルデヒドをω−ヒドロキシアルキルハライド、例えば３−ヒドロキシプロピルブロミドを用いてアルキル化し、生じたアルコールを例えばシリルエーテルとして保護すると、５−（ω−シリルオキシアルコキシ）−２−ニトロベンズアルデヒドが生ずる。このアルデヒドに有機金属を添加すると、ベンジルアルコールが得られる。使用し得る有機金属には、（Ｒ21がアルキルのリンカーに対しては）トリメチルアルミニウムのようなトリアルキルアルミニウム、（Ｒ21が水素のリンカーに対しては）ホウ水素化ナトリウムのようなホウ水素化物、また（Ｒ21がカルボキシまたはアルコキシカルボニルのリンカーに対しては）シアン化カリウムのような金属シアン化物が含まれる。金属シアン化物の場合、反応生成物であるシアノヒドリンを次いで、水またはアルコールのいずれかの存在下酸性もしくは塩基性条件下で加水分解することにより所望の化合物が得られる。
　次いで、生じたベンジルアルコールの側鎖シリル基を例えばテトラブチルアンモニウムフロリドを用いて脱シリル化することにより４，４’−ジメトキシトリチル基と交換すると、対応するアルコールが生じ、これを４，４’−ジメトキシトリチルクロリドと反応させる。例えは２−シアノエチルジイソプロピルクロロホスホルアミダイトと反応させると、Ｒ22が（ジアルキルアミノ）（ω−シアノアルコキシ）Ｐ−であるリンカーが得られる。
　式IIの光開裂性リンカーの合成の特定例を以下のスキームに示す。以下のスキームにはオリゴヌクレオチド合成におけるリンカーの使用も示す。このスキームは例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに示した合成変換の実験の詳細は実施例に記載されている。
Figure 2004125799
　Ｘ20がＲ20の式IIの光開裂性リンカーの合成では、３，４−ジヒドロキシアセトフェノンの４−ヒドロキシを、例えば炭酸カリウムとシリルクロリドと反応させることにより選択的に保護する。前記アセトフェノンに代えてベンゾエートエステル、プロピオフェノン、ブチロフェノン等を使用することができる。次いで、生じた４−シリルオキシ−３−ヒドロキシアセトフェノンの３−ヒドトロキシを(Ｒ20がアルキルのリンカーの場合には）アルキルハライドを用いてアルキル化し、例えばテトラブチルアンモニウムフロリドを用いて脱シリル化することにより、３−アルコキシ−４−ヒドロキシアセトフェノンが生ずる。次いで、この化合物の４−ヒドロキシをω−ヒドロキシアルキルハライド、例えば３−ヒドロキシプロピルブロミドと反応させることによりアルキル化すると、４−（ω−ヒドロキシアルコキシ）−３−アルコキシアセトフェノンが生ずる。次いで、この側鎖アルコールをエステル、例えばアセテートとして保護する。次いで、この化合物の５位を例えば濃硝酸を用いてニトロ化すると、対応する２−ニトロアセトフェノンが生ずる。この側鎖エステルの例えば炭酸カリウムを用いるけん化及びケトンの例えばホウ水素化ナトリウムを用いる還元を任意の順序で実施すると、２−ニトロ−４−（ω−ヒドロキシアルコキシ）−５−アルコキシベンジルアルコールが生ずる。
　上記側鎖アルコールを４，４’−ジメトキシトリチルクロリドと反応させることにより、対応する４，４’−ジメトキシトリチルエーテルとして選択的に保護する。更に、例えば２−シアノエチルジイソプロピルクロロホスホルアミダイトと反応させると、Ｒ22が(ジアルキルアミノ)（ω−シアノアルコキシ）Ｐ−であるリンカーが得られる。
　式IIの光開裂性リンカーの合成の特定例を以下のスキームに示す。このスキームは例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに示した変換の実験の詳細は実施例に記載されている。
Figure 2004125799
Figure 2004125799
Ｂ．式IIIの光開裂性リンカーの製造
　式IIIの光開裂性リンカーは、下記する方法により、適当な出発物質を選択することにより方法を若干改変することにより、または当業者に公知の他の方法により製造することができる。
　通常、式IIIの光開裂性リンカーは、ω−ヒドロキシアルキル−またはアルコキシアリール化台物、特にω−ヒドロキシアルキル−またはアルコキシベンゼンから製造される。前記した化合物は市販されているかまたは、多くはω−ヒドロキシアルキルハライド（例えば、３−ヒドロキシプロピルブロミド）と(ω−ヒドロキシアルキルベンゼンの場合には)フェニルリチウムまたは（ω−ヒドロキシアルコキシベンゼンの場合には）フェノールとから製造される。ω−ヒドロキシ基の（例えば、酢酸エステルとして）アシル化後、芳香族環を２−ニトロベンゾイルクロリドを用いてフリーデル−クラフッアシル化すると、４−（ω−アセトキシアルキルまたはアルコキシ）−２−ニトロベンゾフェノンが得られる。ケトンの例えばホウ水素化ナトリウムによる還元及び側鎖エステルのケン化を任意の順序で実施すると、２−ニトロフェニル−４−（ヒドロキシ−アルキルまたはアルコキシ）フェニルメタノールが得られる。末端ヒドロキシ基を４，４’−ジメトキシトリチルクロリドと反応させると、末端ヒドロキシ基は対応する４，４’−ジメトキシトリチルエーテルとして保護される。次いで、ベンジルヒドロキシ基を例えば２−シアノエチルジイソプロピルクロロホスホルアミダイトと反応させると、Ｒ23が（ジアルキルアミノ）（ω−シアノアルキル）Ｐ−である式IIのリンカーが得られる。他の式IIIを有する光開裂性リンカーは、上記合成におけるω−ヒドロキシ−アルキルもしくはアルコキシ−ベンゼンの代わりに２−フェニル−１−プロパノールまたは２−フェニルメチル−１−プロパノールを使用することにより製造され得る。上記した化合物は市販されており、多くは例えばフェニルマグネシウムブロミドまたはベンジルマグネシウムブロミドと必要なオキシラン（すなわち、プロピレンオキシド）を触媒作用の銅イオンの存在下で反応させることによっても製造され得る。
化学的に開裂可能なリンカー
　各種の化学的に開裂可能なリンカーを使用して、固定化核酸と固体支持体との間に開裂可能な結合を導入することができる。
　現在、酸不安定リンカーが質量分析用、特にＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ用の化学的に開裂可能なリンカーとして好ましい。なぜならば、酸不安定結合が３−ＨＰＡマトリックス溶液を添加すると核酸のコンディショニング中に開裂するからである。酸不安定結合を別のリンカー基、例えば酸不安定トリチル基として導入することができ、またはジイソプロピルシリルを用いて１つもしくはそれ以上のシリルインターヌクレオシド架橋を導入し、ジイソプロピル結合オリゴヌクレオチドアナログを形成することにより合成核酸リンカー中に組み入れることもできる。ＤＮＡ骨格中のホスホジエステル結合をジイソプロピルシリル架橋で置換し、穏和な酸性条件下で、例えば１．５％トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）または３−ＨＰＡ／１％ＴＦＡ ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦマトリックス溶液の条件下でＤＮＡ分子中に１つもしくはそれ以上の鎖内切断が導入される。ジイソプロピルシリル結合オリゴヌクレオチド前駆体及びアナログを製造する方法は当業者に公知である（例えば、Ｓａｈａら，Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，５８：７８２７−７８３１（１９９３）を参照されたい）。前記オリゴヌクレオチドアナログは、ジイソプロピルシリル誘導化デオキシリボヌクレオシドを用いる固相オリゴヌクレオチド合成により容易に製造され得る。
核酸のマス修飾
　特定の実施態様では、３’−または５’−末端以外の位置を修飾した核酸を使用することができる。３’−または５’−末端以外の位置でヌクレオチドの糖部分を修飾することは慣用の方法を用いて可能である。また、核酸塩基の修飾は、例えばＦ．Ｅｃｋｓｔｅｉｎ編、Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ ａｎｄ Ａｎａｌｏｇｕｅｓ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ”，，ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ（１９９１）に記載されているように、例えばｄＴのＣ−５をリンカーアームで修飾することにより実施し得る。前記したリンカーアームはチオール部分を含むように修飾され得る。或いは、骨格修飾核酸（例えば、ホスホルアミダイトＤＮＡ）を用いて、チオール基を修飾ホスフェート骨格により付与される窒素中心に結合させることができる。
　好ましい実施態様では、例えば上記したように核酸を修飾させても、核酸または核酸配列のその相補体にハイブリダイズする能力は実質的に損なわれない。従って、好ましい修飾は、ワトソン・クリック塩基対に関与する核酸の官能性を実質的に変化するのを避けるべきである。核酸は非末端チオール基が存在するように修飾され得、核酸は支持体に固定化したときに自己相補的塩基対を形成して二重らせん領域を有するヘアピン構造を形成できる。
固体支持体及びサブストレート
　本発明で使用される不溶性支持体及びサブストレートとして、非限定的にヒーズ（シリカゲル、一定の孔を有するガラス(controlled pore glass)、磁気ビーズ、セファデックス／セファロースビーズ、セロルースビーズ等）、毛細管、平坦な支持体、例えばガラス繊維フィルター、ガラス表面、金属表面（スチール、金、銀、アルミニウム、シリコン及び銅）、（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリビニリデンジフルオリド製の）マルチウェルまたは膜を含めたプラスチック材料、ウェハ、コム、ピン（例えば、組合せ合成または分析に適したピンのアレー）、または任意にフィルタープレートを有する平坦な表面、例えばシリコンウェハのようなウェハのピット中のビーズが例示される。
質量分析
　核酸は固定されると、任意の手段、例えば、ＵＶ／ＶＩＳ、ＩＲ、蛍光、化学発光を用いて、またはＮＭＲ分光分析、質量分析、または当業界で公知の他の方法を用いて、またはこれらを組み合わせて分析され得る。好ましい質量分析計フォーマットにはイオン化（Ｉ）、例えばマトリックスによるレーザー脱離（ＭＡＬＤＩ）、連続もしくしはパルスエレクトロスプレー（ＥＳＩ）及び関連方法（例えは、イオンスプレーまたはサーモスプレー）、または塊状クラスター衝撃（ＭＣＩ）が挙げられる。これらのイオン源は、線形もしくは非線形リフレクトロン飛行時間（ＴＯＦ）、４倍もしくはその倍数、１個もしくはそれ以上の磁気セクター、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴＩＣＲ）、イオントラップ、及びハイブリッド検出基を与えるこれらの組み合わせ（例えば、イオントラップ／飛行時間）を含めた検出フォーマットと一致させることができる。イオン化のために、複数のマトリックス／波長の組み合わせ(ＭＡＬＤＩ)または溶媒の組み合わせ（ＥＳＩ）を使用することができる。
ＤＮＡアレーの作成
　本発明は、診断ツールによる分析用サンプル材料のアレーを作成する方法及びシステムを提供する。例えば、診断ツールによる分析用サンプル材料のアレーを作成する１つのシステムが図１に示されている。図１に示すシステム１０は、データ処理装置１２、モーションコントローラ１４、ロボットアームアセンブリ１６、モニター要素１８ａ、中央処理装置１８ｂ、ソース材料の微量滴定プレート２０、ステージハウジング２２、ロボットアーム２４、ステージ２６、圧力コントローラ２８、管路３０、マウンティングアセンブリ３２、ピンアセンブリ３８及びサブストレート要素３４を含む。図１に示す概略図においては、ロボットアームアセンブリ１６が可動マウント要素４０及び水平スライド溝４２を含み得ることが示されている。ロボットアームは場合によりピン３６の周りを旋回することができ、これによりアーム２４の移動範囲が広がり、アーム２４はピンアセンブリ３８をソースプレート上に配置することができる。
　図１に示すデータ処理装置１２は、データを処理し且つロボットアセンブリ１６の動作及び操作を制御するための情報を与えるプログラム指示を実行するのに適したＩＢＭ ＰＣ互換性コンピュータシステムのような慣用のデジタルデータ処理システムでよい。当業者には自明のように、データ処理装置１２は、ロボットハウジング１６に統合されているロボットアセンブリを操作する指示信号のプログラムを処理するのに適していれば任意のものであり得る。場合により、データ処理装置１２は、ロボットハウジング１６に統合されているマイクロコントロール式アセンブリであり得る。別の代替実施態様例では、システム１０はプログラム制御されなくてもよく、ロボットアセンブリ１６を操作するための指示を保存するファームウェアメモリを有するシングルボードコンピュータであってもよい。
　図１に示す実施態様では、コントローラ１４がデータ処理装置１２とロボットアセンブリ１６とを電子的に接続している。図示のコントローラ１４は、ロボットアーム２４を特定位置に配置するためにロボットアセンブリ１６のモータ要素を駆動させるモーションコントローラである。また、コントローラ１４は、図示のピンアセンブリ３８の各ピン要素から放出される流体容量を調整すべく圧力コントローラ２８に対して命令するためにロボットアセンブリ１６に指示を与えることができる。図示のモーションコントローラ１４のデサイン及び構造は電気工学の分野で周知の原理に従い、本発明の範囲を逸脱しないでロボットアセンブリ１６を駆動させるのに適した任意のコントローラ要素を使用することができる。
　図１に示すロボットアセンブリ１６は、コントローラ１４に電子的に接続している。図示のロボットアセンブリ１６は、ロボットアームをＸＹ面の周りに移動させるためのＸＹテーブルを含み、更にロボットアームをＸＹ面に対して直交方向に移動させるためのＺ軸アクチュエータをも含むガントリーシステムである。
　図１に示すロボットアセンブリ１６は、ＸＹステージに取り付けられるアーム２４を含み、このアームはＸＹアクセスにより規定される面内を移動する。図示の具体例では、ＸＹテーブルは、ＸＹ面に対して直交方向のＺ軸に沿ってテーブル全体を移動させるためにＺ軸アクチュエータに取り付けられている。こうして、ロボットアセンブリは、サブストレート３４及びソースプレート２０の上の任意の位置にピンアセンブリ３８を配置することができる３自由度を有する。なお、図１においてサブストレート３４及びソースプレート２０はロボットアセンブリ１６に取り付けられたステージ２６上に置かれている。
　図示のロボットアセンブリ１６は電気工学の分野で周知の原理に従い、図示のサブストレート３４のようなサブストレート及びソースプレートに隣接した位置にピンアセンブリを移動させるのに適したロボットアセンブリの１例にすぎない。従って、当業者には自明のように、本発明の範囲を逸脱しないで本明細書の記載に従って別のロボットシステムを使用することができる。
　図１に具体的に示すロボットアセンブリ１６は、ピンアセンブリ３８に接続したマウント３２に管路３０を介して連結している圧力コントローラ２８を含む。この具体例では、マウント３２は、管路３０をピンアセンブリ３８に流体的に接続させるために内部チャネルを含んでいる。従って、圧力コントローラ２８は、管路３０及びマウント３２を介してピンアセンブリ３８に流動的に連結している。こうして、コントローラ１４は、ピンアセンブリ３８に対して加えられる流体圧力を選択的にコントロールするために圧力コントローラ２８に対して信号を送ることができる。
　図２は、圧力コントローラ２８を含む図１に示すシステムを用いて実施するのに適したピンアセンブリ５０の１具体例を示す。図示した具体例では、ピンアセンブリ５０は上部ブロック５２と下部ブロック５４から形成されるハウジングを含み、前記した上部ブロック５２と下部ブロック５４とはスクリュー５６ａ及び５６ｂにより連結され、こうして内部チャンバ５８が規定される。図２には更に、内部チャンバ５８を流体的にシールするためにハウジングがシール要素を含み得ることが示されており、図２において該シール部材は上部ブロック５２と下部ブロック５４との間に位置し且つ内部チャンバ５８の周囲を完全に包囲するＯリングガスケット６０として示されている。図２には更に、ピンアセンブリ５０が複数のベシクル６２ａ−６２ｄを含み、各ベシクルはその中を通り抜けてのびる軸方向の孔を含んでおり、こうして図示の保持チャンバ６４ａ−６４ｄが形成されていることが示されている。図示のベシクルの各々は、ハウジングの下部ブロック５４内に設けられているそれぞれの孔６８ａ−６８ｄを介して延びている。
　図示の具体例に更に示すように、ベシクル６２ａ−６２ｄの各々はシール要素７０ａ−７０ｄにのるように置かれた上部フランジ部分を有しており、こうしてベシクルと下部ブロック５４との間に流密性シールが形成され、孔６８ａ−６８ｄを通って流体が流れるのが防止される。流密性を保つために、図示のピンアセンブリ５０は更に１組のバイアス要素７４ａ−７４ｄを含み、図２において該バイアス要素はスプリングとして示されており、このスプリングは図示の具体例においてベシクル６２ａ−６２ｄのフランジ要素をそれぞれのシール要素７０ａ−７０ｄに対して押しつけるために圧縮状態にある。図２に示すように、バイアス要素７４ａ−７４ｄはベシクルと上部ブロック５２との間に延びている。スプリング７４ａ−７４ｄの各々はマウンティングパッド７６ａ−７６ｄに固定的に取り付けられており、このパッドでスプリング要素は上部ブロック５２に接続され得る。上部ブロックは更に孔部７８をも含み、図２において該孔部７８は中央に配置されており、孔部７８内に回転自在に載置され得るスエージロック(swagelok)８０を受容するためのねじ付き径を含む孔として示されている。
　図２に更に示されているように、スエージロック８０は管路によりバルブ８２に取り付けられており、このバルブ８２を介してスエージロック８０は圧力源に連結され得る管路８４に接続され得るか、またはスエージロック８０は内部チャンバのガス抜きのために設けられる管路８６に連結され得る。中央径８８は、スエージロック８０を通り抜けて延びており且つチューブ要素に連結しており、チューブ要素は更にバルブ８２に接続しており、これにより内部チャンバ５８は圧力源またはガス抜き出口に流動的にまた選択的に連結される。
　上記し図２に示すピンアセンブリ５０はサブストレート要素９０上に配置されており、このサブストレート要素９０はサブストレート９０の上表面をエッチングして形成される複数のウェル９２を含む。図２に示すように、ベシクル６２ａ−６２ｄのピッチは、各ベシクルと隣接のベシクルとがサブストレート９０の上表面をエッチングして形成されるウェル９２間のピッチ距離の倍数である距離だけ離れているようなピッチである。以下の記載から明らかなように、このスペースにより流体を並行して分配するのが容易となり、１回の操作で流体を複数のウェルに分配することができるようになる。各ベシクルは、ステンレススチール、シリカ、ポリマー材料または流体サンプルを保持するのに適した他の材料から構成され得る。１つの例では、ニッケルプレートに金メッキした硬化ベリリウム銅からなる１６個のベシクルがアセンブリに使用されている。このベシクルの長さは４３．２ｍｍであり、ベシクルの軸の外径０．４６ｍｍに目盛がつけられており、軸の左端は凹状である。ポインティング精度が約５０１μｍであるようにピンを選択した。しかしながら、適当な形状、例えばこれに限定されないが平坦な形、星形、凹形、山形中実形、山形半中空形、片側もしくは両側傾斜形(angled on one or both sides)またはその他の幾何学的形状のピンがデバイスに使用され得ることは自明である。
　図３は、図２に示したピンアセンブリ５０の下部ブロック５４を側面から透視した図である。図３は１つのピンアセンブリをほぼ同寸で示す。図示するように、下部ブロック５４は底部プレート９８と周囲ショルダー１００を有する。底部プレート９８の厚さは約３ｍｍであり、ショルダー１００の厚さは約５ｍｍである。
　図４は、図２に示すピンアセンブリ５０と一緒に使用するのに適した１つの下部ブロック５４の一般的な構造及び大きさを上から透視した図である。図４に示すように、それぞれがベシクルを収容するのに適した１６個の孔を設けるために下部ブロック５４は孔６８の４×４マトリックスを含んでいる。図２を参照して上記したように、孔６８間のスペースは通常、サブストレート表面上のウェル間及びソースプレートのウェル間の距離の倍数である。従って、図４に示す下部ブロック５４を有するピンアセンブリは流体を最高１６個のウェルに同時に分配することができる。図４には、ブロック５４の各辺の長さが通常２２ｍｍであり、孔６８の間のピッチが約４．５ｍｍであるような１つの下部ブロック５４の一般的な大きさが示されている。前記したピッチは、図２にサブストレート９０で示すように流体を約５００μｍ離れた位置に分配するサブストレートと一緒に使用するのに適している。図４には、下部ブロック５４が、図２に示すシール要素６０のようなＯリングシール要素を収容するためのＯリング溝９４を任意に含み得ることをも示している。このＯ溝部材９４によりシール要素６０により形成される流体シールが強化・改良され得ることが理解される。
　スチンレスは約＋２５μｍまで正確に突き通すことができるので、ピンブロックはステンレススチールから製造され得るが、Ｇ１０ラミネート、ＰＭＭＡまたは他の適当な材料のような各種プローブ材料も使用することができる。ピンブロックは任意の数の孔を含み得、１６個のピンを適所に保持する１６個の容器と示されている。各ピンのポインティング精度を高めるために、アライメントプレースを、ピンの先端の約６ｍｍが微量滴定プレートのウェルに浸漬し得るようにブロックの下に任意に配置することができる。図示のツール中のプローブの配置は、３８４ウェルの微量滴定プレートを適当に配置するように設計されており、この場合プローブの中心間スペースは４．５ｍｍとなる。４×４プローブのアレーを選択した。なぜならば、このアレーは本出願人が使用したＭＡＬＤＩ ＴＯＦ ＭＳのｘｙステージの移動距離である１インチ平方未満に適合するからである。デバイスの頂部にステンレススチール製カバーを設けることによりピンアセンブリは完成し、これはロボットのＺアームに取り付けられる。
　図５に示すロボットアセンブリ１６は、図２に示すピンアセンブリ５０と類似の配置を有するピンツールアセンブリ３８を使用している。圧力コントローラ２８は、チャンバ５８内の圧力を選択的にコントロールする。この具体例では、コントロールプログラムは、ロボットアセンブリ１６がサブストレート３４上に要素アレーをプリントするようにロボットアセンブリ１６を制御するようにデータ処理装置で作動する。
　第１段階の図５Ａにおいて、プログラムはロボットアセンブリ１６に命令して、ピンアセンブリ３８を動かしてソースプレート２０上に配置させ得る。次いで、ロボットアセンブリ１６は、３８４ウェルのＤＮＡソースプレートであり得るソースプレート２０にピンアセンブリを浸漬する。図４に示すように、ピンアセンブリは、ピンアセンブリ５０が１６個のピンを３８４ウェル−ＤＮＡソースプレートの１６個の異なるウェルに浸漬するように１６個のピンを含み得る。次いで、データ処理装置１２はモーションコントローラ１４に命令して、ロボットアセンブリ１６を操作してピンアセンブリを動かし、サブストレート３４の表面上に配置され得る。サブストレート３４は材料のサンプルを受容するのに適した任意のサブストレートであり得、シリコン、プラスチック、金属または他の適当な材料から形成され得る。場合により、サブストレートは平坦な表面を有するが、ピット付き表面、ウェルを有するエッチングされた表面または他の適当な印刷面をも含み得る。次いで、データ処理装置１２で作動するプログラムはロボットアセンブリを命令し、モーションコントローラ１４を介して圧力コントローラ２８に指示して内部チャンバ５８内に正圧を生成する。この場合、内部チャンバの正圧により、ベシクル６２の保持チャンバからの流体に圧力が加えられ、流体はベシクルからサブストレート９０の各ウェル９２に放出される。
　データ処理装置１２で作動するプログラムはまたコントローラ１４に命令して、圧力コントローラ２８をコントロールして保持チャンバのソースプレート２０由来のソース材料による充填を制御する。圧力コントローラ２８は、ピンアセンブリの内部チャンバ内に負圧を生じさせ得る。こうすると、流体はベシクル６２ａ−６２ｄの保持チャンバに抜き取られる。圧力コントローラ２８は、流体が保持チャンバから流出して内部チャンバ５８にこぼれ出るのを避けるために開ループまたは閉ループ制御により圧力を調節することができる。圧力をコントロールするためのループ制御システムは当業界で公知であり、任意の適当なコントローラを使用することができる。特にソースプレート２０から抜き取られたソース材料がウェル毎に異なる場合には、前記のように溢出物により相互汚染が生じ得る。
　本発明の代替実施例では、保持チャンバ６４ａ−６４ｄの各々は十分に小さく、チャンバを毛管作用により充填できる。この実施例では、ピンアセンブリは、下部ブロック５４の孔を通り抜けて延びる細い径ニードル、例えばステンレススチールニードルのアレーから構成される。ソース溶液に浸漬したニードルは毛管作用により充填される。１つの実施例では、大気圧下で充填される毛細管の長さは、ほぼ下記式により決められる。
Ｈ＝（２γ）／（ＰＧＲ）
上記式中、Ｈは高さ、γは表面張力、Ｐは溶液密度、Ｇは重力、Ｒはニードルの半径を示す。各ベシクルにより保持される流体の容量は、内径の直径を選択することにより調整され得る。室温において水は半径１００μｍの毛細管に長さ１５ｃｍまで充填されることに留意されたい。よって、短い径ナノリッターニードルは十分容量まで満たすであろうが、毛管力が十分に小さく、ニードルオリフィスの上部にメニスカスが形成されると考えられるので溢出することはない。これにより、溢出物による相互汚染が防止される。１つの具体例では、ピンアセンブリのベシクルは、容量の異なる流体を保持し分配するためにサイズの異なる内部チャンバを備えることができる。
　別の具体例では、ベシクルの保持チャンバに抜き取られる液体容量を減らすために、わずかに正の圧力を圧力コントローラ２８により内部チャンバ５８内に加えることができる。正圧により形成される下向きの力を用いて、上向きの毛管力を相殺することができる。このようにして、毛管作用によりベシクルの保持チャンバに抜き取られる流体の容量が調整され得る。
　図５Ｂには、ニードルの保持チャンバ内の流体がスエージロック８０を通り抜けて延びる中央径８８を介して加えられるわずかに正の圧力により分配されることが示されている。内部チャンバ５８に加えられる正圧を調整することにより、流体はスプレーとしてまたはニードル先端での液滴形成により放出され得る。液滴対スプレーの分配比率を左右する１因は圧力コントローラ２８により加えられる圧力である。１つの具体例では、１０〜１０００トル大気圧の圧力が加えられる。
　このために、データ処理装置１２は、分配される流体の容量を制御し調整するコンピュータプログラムを動かすことができる。前記プログラムはコントローラ２８に命令して、特定量の流体をスプレーを生成するかまたはベシクルの末端で液滴を形成することにより放出させ、前記プログラムはサブストレート表面に流体を分配させるためにサブストレート表面と接触させることができる。
　図５Ｃ及び５Ｄには、図５Ａ−５Ｂに示した初期段階を再び実施し得ることが示されている。ただし、ここでのサブストレート表面上の位置は初期の位置とはずれている。図示した方法では、ピンツールは、２つのウェル９２間の距離に等しい距離だけずれている。本発明の範囲を逸脱しないで他のオフセット印刷技術を使用することができることは自明である。
　図２に示すピンアセンブリにより幾つかの利点が得られることは十分理解される。例えば、分配操作の間のすすぎが簡単であり、１回もしくはそれ以上のピンの充填及びすすぎ溶液による排出操作のみを必要とするだけである。また、保持チャンバすべてが十分容量まで充填されるので、分配される容量の精度がニードルの内径によつてのみ異なるだけである。なお、ニードルの内径はピン作成中に注意深くコントロールされ得る。更に、デバイスが費用効果的である。デバイスの中で最も高価なのはニードルであるが、ニードルは表面と接触させる必要がないので、ニードルはほとんど物理的歪みもしくは応力を受けず、取り替え回数を減らし寿命を長くするからである。
　また、サブストレート表面にサンプル材料を付着させる方法として、ブロックから伸長している固体ピン要素を有するピンツールアセンブリを使用する方法が例示され、この方法ではロボットアームがピンアセンブリの固体ピン要素をサンプル材料のソースに浸漬し、ピンの遠位端部をサンプル材料で湿らす。次いで、ロボットアセンブリはピンアセンブリをサブストレート上のある位置に移動させた後、ピンアセンブリをサブストレート表面に当たるまで下げて、湿らせたピンのそれぞれをサブストレート表面の材料をスポットさせるための表面に当たるように接触させる。
　図６Ａ及び６Ｂは、サブストレートの表面上または該表面に対して材料を分配するための別の代替システムを示す。特に、図６Ａは、毛細管要素１１２、トランスデューサ要素１１４及びオリフィス（図示せず）１１８、流体導管１２２及びロボットアームアセンブリに連結するマウント１２４、例えば図１に示すロボットアーム２４を含むジェット印刷デバイス１１０を示す。図６Ａに更に示すように、ジェットアセンブリ１１０はオリフィス１１８からサンプル材料の液滴１２０を放出してサンプル材料を表面１２８上に沈着させるのに適している。
　ジェットアセンブリ１１０の毛細管１１２は、ガラス毛細管、プラスチック毛細管、または流体サンプルを運ぶことができ、流体サンプルをトランスデューサ要素、例えばトランスデューサ要素１１４の作用により放出させることができる他の適当なハウジングであり得る。図６Ａに示すトランスデューサ要素１１４は、毛細管１１２のパラメーターの周りに形成し且つロボットアセンブリ１６内のパルス発生装置から受けた電気パルスを変換して流体を毛細管１１２のオリフィス１１８から放出させ得る圧電トランスデューサ要素である。圧電トランスデューサ要素を有するジェットアセンブリの１つは、ドイツのＭｉｃｒｏＦａｂ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．で製造されている。しかしながら、調整された特定量の流体を分配するのに適したジェットアセンブリを本発明で使用することができ、例えば圧電トランスデューサ、電気トランスデューサ、電気制限トランスデューサ、磁気制限トランスデューサ、電気機械トランスデューサまたは他の適当なトランスデューサ要素を使用することができる。図示した具体例では、毛細管１１２は流体材料を受容するための流体導管１２２を有している。任意の具体例ては、オリフィス１１８が流体材料ソースに沈められたときオリフィス１１８を介して流体を抜き取る真空圧の作用により、流体を毛細管に抜き取ることができる。本発明の範囲を逸脱しないで他のジェットアセンブリ１１０を本発明で使用することができる。
　図６Ｂは、ロボットアセンブリ、例えば図１に示すアセンブリ１のロボットアームで実施されるｐに適当な別の代替アセンブリを示す。図６Ｂは、相互に接続した４つのジェットアセンブリ１３０ａ−１３０ｄを示す。図２に示すピンアセンブリと同様に、図６Ｂに示すジェットアセンブリを流体材料を並行して分配するために使用することができる。電気工学の当業者には自明のように、特定のジェットアセンブリから流体を選択的に分配するためにジェットアセンブリ１３０ａ−１３０ｄの各々は他とは独立して操作され得る。また、ジェットアセンブリ１３０ａ−１３０ｄのそれぞれから分配される流体の容量を選択するために各ジェットアセンブリ１３０ａ−１３０ｄは独立して制御され得る。本発明の範囲を逸脱しないで図６Ｂに示すアセンブリに改変及び変更を加えることができる。
　サンプル材料を迅速に分析する方法をも提供する。このために、サンプルアレーを上記したいずれかの方法に従ってサブストレート表面上に形成することができる。次いで、サンプルアレーを質量分析法により分析して、アレー中のサンプルの組成を示すスペクトルデータを集める。上記した方法により調整された特定量の分析対象材料を迅速に分配できる方法が提供されることが理解される。特に、この方法によりナノリッター以下〜低ナノリッターの容量の流体を分配することができる。こうした低容量の分配方法により、質量分析に十分適したサンプルアレーが作成される。例えば、低容量であればスポット諸特性、例えば蒸発速度及び室温や光のような大気条件に対する低依存性が再現可能となる。
　図５に示す具体例で続けると、アレーは、配列または濃度が異なるオリゴヌクレオチド（０．１〜５０ｎｇ／ｌｌｌ）を９６ウェル−微量滴定ソースプレート２０のウェルに充填することにより作成され得る。第１ウェルはマトリックス容器を保持するために残しておくことができる。サブストレート３４、例えばピット付シリコンチップサブストレートをロボットアセンブリ１６のステージ２６上に置くことができ、１組の基準軸の周りにウェルのマトリックスを配向させるために手動で整列させることができる。データ処理装置１２で実行するコントロールプログラムは、ソースプレート２０の第１ウェルの座標を受け取ることができる。ロボットアーム１２により、１６個のピンの各々がウェルの１つに沈むようにピンアセンブリ３８をソースプレート２０に浸すことができる。各ベシクルは毛管作用により満たすことができ、こうして保持チャンバの全体が流体を収容する。場合により、データ処理装置１２で実行するプログラムは圧力コントローラを命令して、保持チャンバに抜き取られる流体の容量を制限または低減させるべく毛管作用の力を部分的に補償する(offset)正のバイアス力でピンアセンブリ３８の内部チャンバ５８を満たす。
　場合により、ピンアセンブリ３８をソースプレート２０の同じ１６個のウェルに浸し、第２の標的サブストレートにスポットすることができる。このサイクルを所望の数の標的サブストレートに対して繰り返すことができる。その後、ロボットアーム１２はピンアセンブリ３８を洗浄溶液に浸し、次いでピンアセンブリをソースプレート２０の別の１６個のウェルに浸し、最初の組の１６個のスポットからある距離ずれたサブストレート標的上にスポットすることができる。この操作も所望の数の標的サブストレートに対して繰り返すことができる。全サイクルを繰り返して、各ベシクルから２×２アレーを作成し、８×８アレーのスポットを作成することができる［（２×２要素／ベシクル）×１６ベシクル＝６４個のスポットされたエレメント］。しかしながら、本発明の範囲を逸脱しないでアレーを作成するのに適した方法を本発明で実施することができることは当業名に自明である。
　配列または濃度が異なるオリゴヌクレオチドを最高３枚の別々の３８４ウェル−微量滴定ソースプレートのウェルに充填することができる。１６ウェルの１組をマトリックス溶液用に残しておくことができる。２枚のプレートのウェルに洗浄溶液を充填する。５枚の微量滴定プレートをロボットアセンブリ１６のステージ上に載せることができる。複数の標的サブストレートを、ステージ２６上に載置した任意の組のバンキングもしくは位置決めピンに隣接して配置することができ、１組の基準軸に沿って標的サブストレートを整列させるためのものである。マトリックス及びオリゴヌクレオチドが予め混合されていないときには、所望する標的サブストレートすべてに対してまずマトリックス溶液をスポットするためにピンアセンブリを使用することができる。後続段階において、オリゴヌクレオチド溶液をマトリックス材料と同じパターンでスポットし、マトリックスを再溶解することができる。或いは、ウェハ上にまずオリゴヌクレオチド溶液、次いでマトリック溶液を供給するか、またはマトリックス溶液とオリゴヌクレオチド溶液を予め混合することによりサンプルアレーを作成することができる。
　サンプルアレーをサブストレート表面に載置させた後、アレーを各種手段（例えば、ＵＶ／ＶＩＳ、ＩＲ、蛍光、化学発光、ＮＭＲ分析法または質量分析法のような分光分析法）を用いて分析することができる。例えば、分配プロセス後、サンプルを供給したサブストレートをＭＡＬＤＩ−ＴＯＦソースプレート上に配置し、そこにベベルスクリュー付きポリカーボネート支持体を用いて保持する。１つの例では、プレートをプローブの端部に移して飛行時間型質量分析計のソース領域の１μｍ分解能、１”行程ｘｙステージ（Ｎｅｗｐｏｒｔ）上に保持する。本発明の範囲を逸脱せずに適当な質量分析計を本発明で使用することができることは当業者には自明である。
　本発明のアレーと一緒に使用する好ましい質量分析計フォーマットにはイオン化（Ｉ）方法が含まれ、この非限定例としてマトリックスによるレーザー脱離（ＭＡＬＤＩ）、連続もしくしはパルスエレクトロスプレー（ＥＳＩ）及び関連方法（例えば、イオンスプレーまたはサーモスプレー）、または塊状クラスター衝撃（ＭＣＩ）が含まれる。これらのイオン源は、線形もしくは非線形リフレクトロン飛行時間（ＴＯＦ）、４倍もしくはその倍数、１個もしくはそれ以上の磁気セクター、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴＩＣＲ）、イオントラップ及びこれらの組み合わせ（例えば、イオントラップ／飛行時間）を含めた検出フォーマットと調和させることができる。イオン化のために、複数のマトリックス／波長の組み合わせ(ＭＡＬＤＩ)または溶媒の組み合わせ（ＥＳＩ）を使用することができる。例えば、ＥＳＩ（Ｖａｌａｓｋｏｖｉｃ，Ｇ．Ａ．ら、Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７３：１１９９−１２０２(１９９６)）またはＭＡＬＤＩ（Ｌｉ，Ｌ．ら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１１８：１６６２−１６６３（１９９６））質量分析法を用いて１０-18モル以下のレベルのタンパク質を検出できた。
　本発明方法では、完全に非接触、高圧スプレーまたは部分接触の低圧液滴形成モードを使用できることが理解される。後者のモードでは、液滴とウェルの壁またはサブストレート３４の親水性の平坦な表面との間のみが接触している。いずれにおいてもニードル先端と表面との接触は必要でない。
好ましい態様
　１つの好ましい実施態様では、シリカ支持体をアミノ官能基で官能化することにより［例えば、支持体を３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ウィスコンシン州ミルウォーキーに所在のＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，）のような試薬を用いて誘導化することにより］、核酸分子を該支持体上に共有結合させることができる。他の官能化されたオキシシランまたはオルトシリケートを使用することもでき、これらは例えばペシルバニア州Ｔｕｌｌｙｔｏｗｎに所在のＧｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃ．から市販されている。例えば、３−メルカプトプロピルトリエトキシシランを使用してシリコン表面をチオール基で官能化することができる。次いで、アミノ官能化シリカをヘテロ二官能性試薬、例えばＮ−スクシンイミジル（４−ヨードアセチル）アミノベンゾエート（ＳＩＡＮＢ）(イリノイ州ロックフォードに所在のＰｉｅｒｃｅ)と反応させることができる。使用可能な他のホモ−もしくはヘテロー二官能性試薬は例えばＰｉｅｒｃｅから市販されている。最後に、（例えは、５’−末端が）チオール基で官能化された核酸は、核酸分子のチオール官能基と支持体のヨードアセチル官能基との反応により誘導化されたシリカ支持体に共有結合する。
　特定の実施態様では、核酸を架橋剤と反応させて架橋剤／核酸結合体を形成し、次いでこれを官能化支持体と反応させて、固定化された核酸を得ることができる。代替方法として、架橋剤を核酸及び官能化固体支持体とを１つの容器で合わせて、架橋剤と核酸及び固体支持体を実質的に同時に反応させることもできる。
　この実施態様では、通常ヘテロ二官能性架橋剤、即ち核酸及び官能化固体支持体のいずれかと選択的に反応し得る２つの異なる反応性官能基を有する架橋剤を使用する必要がある。
　本発明方法は、不溶性支持体上に固定化された核酸の空間的アドレス可能なアレーを作成するために有用である。例えば、本発明方法は、アレーに配列されたピン上に固定化された異なる核酸のアレーを作成することができる。別の実施態様では、固体支持体上の光開裂可能な保護基を（例えば、写真平版により）選択的に開裂させて、核酸の固定化のための活性化された表面部分を得ることができる。例えは、チオール基を与えるべく３−メルカプトプロピルトリエトキシシランで処理して修飾させたシリコン表面を光開裂性保護基（光開裂性保護基の例については、例えばＰＣＴ国際公開ＷＯ９２／１００９２、またはＭｃＣｒａｙら、Ａｎｎ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，１８：２３９−２７０（１９８９）を参照されたい）でブロックすることができ、表面の特定領域を例えば写真平版マスクを用いて照射することにより選択的に脱ブロックすることができる。次いで、チオール反応性基を含むように修飾された核酸は支持体に直接結合させることができ、またはチオール反応性架橋剤をチオール修飾支持体と反応させた後（または実質的に同時に）核酸と反応させて、固定化核酸を得ることできる。本発明方法に従って支持体上に固定化された核酸塩基または配列を更に公知の方法により修飾することができる。例えば、組合わせ技術を含めた慣用技術に従って固相核酸合成を実施することにより核酸配列を延長させることができる。
　核酸を含む不溶性支持体を提供する。好ましくは、核酸を少なくとも１個の硫黄原子を介して不溶性支持体の表面に共有結合させる。すなわち、核酸を少なくとも１個の硫黄原子を含むリンカー部分を介して表面に共有結合させる。前記のように共有結合させた核酸は、本明細書に記載の方法により容易に製造することができる。不溶性支持体は、ハイブリダイゼーションや配列決定を含めた各種用途で使用され得る。用途については実施例に例示する。
　好ましい実施態様において、共有結合させた核酸は、少なくとも約２０ｆｍｏｌ／ｍｍ2、より好ましくは少なくとも約７５ｆｍｏｌ／ｍｍ2、更に好ましくは少なくとも約ｆｍｏｌ／ｍｍ2、もっと好ましくは少なくとも約１００ｆｍｏｌ／ｍｍ2、最も好ましくは少なくとも約１５０ｆｍｏｌ／ｍｍ2の密度で不溶性支持体の表面上に存在させる。
　また、上記した固体支持体に共有結合させた固定化核酸の組合わせライブラリーを提供する。
　更に、固体支持体上に核酸を固定化させるキットを提供する。１つの実施態様では、前記キットは適当量のｉ）チオール反応性架橋剤及びii）表面を前記チオール反応性架橋剤と反応し得る（好ましくはチオール以外の）官能基で修飾するための表面修飾剤を含む。前記キットは任意に、核酸を固定化する際に使用される不溶性支持体、例えば磁性マイクロビーズのような固体表面を含むことができる。前記キットは、核酸をチオール官能基で修飾するための試薬をも含み得る。
　別の実施態様では、前記キットは、支持体の表面をチオール部分で修飾するための試薬及び支持体のチオール部分と反応し得るチオール反応性架橋剤を含む。特定実施態様では、前記キットは核酸を固定化する際に使用される不溶性支持体、例えば磁性マイクロビーズのような固体表面をも含むことができる。
　本発明のキットは任意に、適切な緩衝液、試薬を保存するための容器及び／または使用指示書を含むことができる。
　更に別の実施態様では、核酸と共有結合させた不溶性支持体、例えば立体アドレスもしくは前アドレス可能なアレーフォーマットの全表面を各種固相核酸化学用途［この非限定例として、（化学的及び酵素的）核酸合成、ハイブリダイゼーション及び／またはエクステンションが挙げられる］または核酸検出及び多形性分析に基づく診断方法［例えば、米国特許第５，６０５，７９８号明細書］において使用することができる。従って、本発明は更に核酸分子の反応方法をも提供し、この方法では、核酸分子のチオール含有誘導体をチオール反応性基を含む不溶性支持体と反応させることにより、またはチオール含有不溶性支持体を核酸分子のチオール反応性基含有誘導体と反応させ、その後更に固定化された核酸分子と反応させることにより、核酸分子を表面上に固定化する。
　特定実施態様では、固定化された核酸を更に、該固定化核酸またはその一部に相補的な核酸とハイブリダイズすることにより反応させる。別の実施態様では、固定化された核酸を更に、該固定化核酸またはその一部にハイブリダイズされる核酸をエクステンションさせることにより反応させる。このようなエクステンション反応は例えば、本発明方法により不溶性支持体に固定化されたＤＮＡ分子を配列決定する方法において使用することができる。従って、本発明はサブストレート上のＤＮＡ分子の配列を決定する方法をも提供し、この方法では、ＤＮＡ分子のチオール含有誘導体をチオール反応性基を含有する不溶性支持体の表面上に固定し、固定化ＤＮＡの一部に相補的な一本鎖核酸とハイブリダイズし、その後１つもしくはそれ以上のジデオキシヌクレオチドの存在下でＤＮＡ合成を実施する。
　本発明を、下記実施例を参照して更に説明する。これら実施例は単に例示にすぎず、本発明を限定するものと解釈すべきでない。本明細書で引用した全ての文献（参照文献、特許明細書、公開明細書及び係属中の特許出願明細書を含む）の開示内容は本明細書中に援用されるものとする。
実施例１
ＤＮＡのシリコンウェハへの高密度結合
材料及び方法
　特記しない限り、試薬はすべてウィスコンシン州ミルウォーキーに所在のＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手した。
シリコン表面作成
　シリコンウェハをエタノールで洗浄し、ブンゼンバーナーで殺菌し、トルエン中に２５容量％の３−アミノプロピルトリエトキシシランを含む無水溶液に３時間浸漬した。次いで、シラン溶液を除去し、ウェハをトルエンで３回、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）で３回洗浄した。次いで、ウェハを無水ＤＭＳＯ中にＮ−スクシンイミジル（４−ヨードアセチル）アミノベンゾエート（ＳＩＡＢ）（イリノイ州ロックフォードに所在のＰｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）の１０ｍＭ無水溶液中でインキュベートした。反応後、ＳＩＡＢ溶液を除去し、ウェハをＤＭＳＯで３回洗浄した。
　ウェハの固体支持体上でＳＩＡＢとアミノ基の縮合をモニターすることは不可能であったので、反応を溶液中で実施し、最適反応時間を調べた。２つの出発材料を分離できる９５：５クロロホルム：メタノール(ニュージャージー州フィリップスバーグに所在のＢａｋｅｒ)を用いる薄層クロマトグラフィー(ＴＬＣ)（２５４ｎｍ蛍光インジケータを備えたガラス裏打ちシリカプレート）（ニュージャージー州フィリップスバーグに所在のＢａｋｅｒ）を使用した。ＳＩＡＢ出発材料は長波長紫外光（３０２ｎｍ）で可視化できた。３−アミノプロピルトリエトキシシランは紫外光の下では不活性であった。従って、プレートに第１級アミンと反応するニンヒドリン溶液をスプレーすると、加熱により紫色スポットが現れた。微量規模反応を、３−アミノプロピルトリエトキシシランに比して僅かにモル過剰のＳＩＡＢを使用してクロロホルム／ＤＭＳＯ中で実施し、上記ＴＬＣ条件でモニターした。
オリゴヌクレオチド修飾
　３’−または５’−ジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチド（カリフォメニア州アラメダに所在のＯｐｅｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓまたはオレゴン州ウィルソンビルに所在のＯｌｉｇｏ Ｅｔｃ．）由来のジスルフィドの還元を、逆相ＦＰＬＣ（ニュージャージー州ピスカタウェーに所在のＰｈａｒｍａｃｉａ）を用いてモニターした。シフトをジスルフィド開裂時のオリゴデオキシヌクレオチドの保持時間で見ることができる。最適条件を調べるために各種還元方法を試験した。１つの方法では、ジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチド（３１．５ｎｍｏｌ，０．５ｍＭ）をｐＨ８．０及び３７℃でジチオトレイトール（ＤＴＴ）（イリノイ州ロックフォードに所在のＰｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）(６．２ｍｍｏｌ，１００ｍＭ)とインキュベートした。開裂反応が実質的に完了したら、遊離チオール含有オリゴデオキシヌクレオチドをＣｈｒｏｍａｓｐｉｎ−１０カラム（カリフォルニア州パロアルトに所在のＣｌｏｎｔｅｃｈ）を用いて単離した。なぜならば、ＤＴＴは後続の反応で競合する恐れがあるからである。代替方法として、トリス−（２−カルボキシエチル）ホスフィン(ＴＣＥＰ)(イリノイ州ロックフォードに所在のＰｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ)を使用してジスルフィドを開裂させた。ジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチド（７．２ｎｍｏｌ，０．３６ｍＭ）をｐＨ４．５の緩衝液中３７℃でＴＣＥＰとインキュベートした。ＴＣＥＰはヨードアセトアミド官能基と競合反応しないので、反応後生成物を単離する必要はなかった。開裂反応のために各種濃度のＴＣＥＰを使用して結合反応のために最適な条件を調べた。
プローブカップリング
　上記したようにヨードアセトアミド官能基を含むように誘導化させた各ウェハに対して、１００ｍＭリン酸塩緩衝液（ｐＨ８）中に遊離チオール含有オリゴデオキシヌクレオチドを含む１０ｍＭ水溶液を添加した。反応を室温、１００％相対湿度で最低５時間実施した。反応後、オリゴデオキシヌクレオチド溶液を除去し、ウェハを５０％ホルムアミド（オハイオ州クリーブランドに所在のＵＳＢ）を含む５×ＳＳＣ緩衝液（７５ＭＭクエン酸ナトリウム、７５０ｍＭ塩化ナトリウム、ｐＨ７）で２回洗浄した。
プローブ濃度の放射化学測定
　表面に共有結合したＤＮＡの量及びハイブリダイズされる相補的配列の量を測定するために、放射線標識したプローブを使用した。５’−ジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチドを固定化する場合、３’末端をターミナルトランスフェラーゼ酵素及び放射線標識したジデオキシヌクレオシドトリホスフェートを用いて放射線標識した。標準反応では、１５ｐｍｏｌ（０．６μＭ）の５’−ジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチドを、０．２ｍＭの２−メルカプトエタノールの存在下で５０μＣｉ（１６．５ｐｍｏｌ，０．６６μＭ）の［α−32Ｐ］ジデオキシアデノシン−５’−トリホスフェート（ｄｄＡＴＰ）（イリノイ州アーリントンハイツに所在のＡｍｅｒｓｈａｍ）とインキュベートした。４０単位のターミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラーセ酵素（オハイオ州クリーブランドに所在のＵＳＢ）を添加し、反応を３７℃で１時間実施した。その後、バイアルを７５℃の水浴に１０分間浸漬することにより反応を停止し、生成物をＣｈｒｏｍａｓｐｉｎ−１０カラム（カリフォルニア州パロアルトに所在のＣｌｏｎｔｅｃｈ）を用いて単離した。同様に、５’−ジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチドを35Ｓで放射線標識した。
　３’−ジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチドを固定化する場合、５’末端をＴ４ポリヌクレオチドキナーゼ及び放射線標識したヌクレオシドトリホスフェートを用いて放射線標識した。例えば、１５ｐｍｏｌ（０．６μＭ）の３’−ジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチドを、５０ｍＭトリス−ＨＣｌ（ｐＨ７．６）、１０ｍＭ ＭｇＣｌ2及び１０ｍＭ ２−メルカプトエタノールの存在下で５０μＣｉ（１６．５ｐｍｏｌ，０．６６μＭ）の［λ32Ｐ］アデノシン−５’トリホスフェート（ＡＴＰ）（イリノイ州アーリントンハイツに所在のＡｍｅｒｓｈａｍ）とインキュベートした。４０単位のＴ４ポリヌクレオチドキナーゼを添加後、反応を３７℃で１時間実施した。バイアルを７５℃の水浴に１０分間浸漬することにより反応を停止した。次いで、生成物をＣｈｒｏｍａｓｐｉｎ−１０カラム（カリフォルニア州パロアルトに所在のＣｌｏｎｔｅｃｈ）を用いて単離した。
　共有的に固定化したプローブの濃度を測定するために、特定のジスルフィド含有オリゴデオキシヌクレオチドを痕跡量の上記したように放射線標識した同じ物質に添加した。ジスルフィドを開裂し、プローブをヨードアセトアミド官能化したウェハに固定化し、ウェハを洗浄後ホスホロイメージャー(phosphorimager)スクリーン（カリフォルニア州サニーベールに所在のＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）にかけた。使用したそれぞれ異なるオリゴデオキシヌクレオチドに対して、オリゴデオキシヌクレオチドのモル量が既知の参照スポットをポリスチレン上に作成した。３つの基準スポットを同様にホスホロイメージャースクリーンにかけた。スクリーンを走査して、各チップに結合したオリゴデオキシヌクレオチドの量（ｍｏｌｅ）を基準の特定活性に対いてカウントを比較することにより測定した。
ハイブリダイゼーション及び効率
　固定化プローブで官能化させたウェハに対して、１Ｍ ＮａＣｌ及びＴＥ緩衝液中に相補的配列（１０μＭ）を含む溶液を添加した。ウェハ及び溶液を７５℃に加熱し、３時間かけて室温まで放冷した。その後、溶液を除去し、ウェハをＴＥ緩衝液で２回洗浄した。
　ハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドの量を測定するために、プローブをまず32Ｐよりむしろ35Ｓで標識すること以外は上記と同様にして固定化した。固定化したプローブの密度をホスホロイメージャーを用いて測定した。次いで、同じウェハをＴＥ緩衝液、１Ｍ ＮａＣｌ及び32Ｐで放射線標識したその相補的鎖（１０μＭ）中でインキュベートした。上記したようにハイブリダイゼーションを実施した。洗浄して非特異的結合を除去後、ウェハ及び基準を、スクリーンとウェハの間に銅ホイルを有するホスホロイメージャーにかけた。32Ｐ信号は自由に通過し得るが、35Ｓからの信号をブロックするために銅ホイルを使用する。次いで、ハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドのモル量を測定し、よってハイブリダイゼーションのために利用可能な共有的に固定化したプローブの割合を示す。
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＳ質量分析
　上記したように、非放射線標識した固定化オリゴデオキシヌクレオチド（名称ＴＣＵＣ；配列ＧＡＡＴＴＣＧＡＧＣＴＣＧＧＴＡＣＣＣＧＧ；分子量６４５５Ｄａ；配列番号１）を含有するウェハを合成し、相補的配列（名称ＭＪＭ６；配列ＣＣＧＧＧＴＡＣＣＧＡＧＣＴＣＧＡＡＴＴＣ；分子量６４１５Ｄａ；配列番号２）をハイブリタイズした。ウェハをカチオン交換用５０ｍＭクエン酸アンモニウム緩衝液中で洗浄してＤＮＡ骨格上のナトリウムイオン及びカリウムイオンを除去した（Ｐｉｅｌｅｓ，Ｕら，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．，２１：３１９１−３１９６（１９９３））。３−ヒドロキシピコリン酸のマトリックス溶液（３−ＨＰＡ，５０％アセトニトリル中０．７Ｍ １０％クエン酸アンモニウム；Ｗｕ，Ｋ．Ｊ．ら，Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．，７：１４２−１４３（１９９３））をウェハ上にスポットし、室温で乾燥させた。ウェハを、導電性テープを用いてＦｉｎｎｉｇａｎ ＭＡＴ（ドイツのＢｒｅｍｅｎ）Ｖｉｓｉｏｎ２０００レフレクトロンＴＯＦ質量分析計のサンプルプローブに直接取り付けた。レフレクトロンは５ｋｅＶイオン源及び２０ｋｅＶポストアクセレレーションを有する。窒素レーザーを使用した。スペクトルはすべて正のイオンモードで得た。
結果
表面化学
　標準の二酸化ケイ素修飾化学を用いて、シリコンウェハを３−アミノプロピルトリエトキシシランと反応させて表面上に第１級アミノ基の均一層を形成した。図７に示すように、次いで表面をヘテロ二官能性架橋剤に接触して表面上にヨードアセトアミド基を形成した。ＴＬＣを用いて、溶液中の上記反応の最適反応時間を決定することができた。ＳＩＡＢ架橋剤を長波紫外光（３０２ｎｍ）の下で可視化すると、Ｒf値が０．５８のスポットが見られた。３−アミノプロピルトリエトキシシランは紫外光の下で不活性であった。従って、ニンヒドリンを使用すると、基線に第１級アミンが存在することを示す紫色スポットが現れた。３−アミノプロピルトリエトキシシランに比して僅かに過剰モルのＳＩＡＢを使用して微量規模反応を実施した。約１分後のＴＬＣ分析で、長波長紫外光の下で目に見えるＲf値が０．２８の新しいスポットが認められた。ニンヒドリンをスプレーしても紫色スポットは生じず、よって３−アミノプロピルトリエトキシシラン出発物質は全て反応で消費された。ＵＶ光は、過剰のＳＩＡＢは反応後残存していることを示した。これらの結果から、約１分後に反応は完了することが分かった。いずれの場合にも、不安定なヨードアセトアミド官能基の加水分解を最小限とすべくヨードアセトアミド官能化したウェハは直ちに使用した。ヨードアセトアミド官能基は感光性であるので、ウェハの取り扱いはすべて暗室で行った。
　修飾したオリゴヌクレオチドのジスルフィド還元を、逆相ＦＰＬＣでの保持時間のシフトを観察することによりモニターした。ＤＴＴ（１００ｍＭ）またはＴＣＥＰ（１０ｍＭ）の存在下で５時間後、ジスルフィドが遊離チオールに完全に還元されたことが判明した。ＤＴＴ反応をより長く実施した場合、遊離チオールの対が反応してオリゴヌクレオチド二量体が形成された。前記した二量化反応は、開裂反応が完了後ＤＴＴを除去したときにも見られた。ＴＣＥＰを開裂試薬として使用したときには二量化反応は見られなかった。なぜならば、この反応はｐＨ４．５で実施されるので遊離チオールは完全にプロトン化され、二量化が阻止されるからである。
　ジスルフィド開裂後直ちに、修飾したオリゴヌクレオチドをヨードアセトアミド官能化ウェハとインキュベートした。チオールを完全に脱プロトン化させるために、カップリング反応をｐＨ８．０で実施した。このシリコンウェハの化学により達成されるプローブ表面密度を放射線標識プローブ及びホスホロイメージャーを用いて分析した。また、プローブ表面密度をジスルフィド開裂反応で使用したＴＣＥＰ濃度の関数としてモニターした（図８）。ジスルフィドを開裂するために１０ｍＭ ＴＣＥＰ及び上記した他の反応条件を用いると、表面１ｍｍ2当たり２５０ｆｍｏｌの表面密度を再現可能に得ることができた。オリゴヌクレオチドプローブがチオール修飾を欠いている以外は上記と同じ実験を実施した。表面１ｍｍ2当たり５ｆｍｏｌ未満の表面密度では、図７に示すように非特異的結合は最小であり、プローブカップリングが起こりそうであることを示す。
ハイブリダイゼーション
　上記したように35Ｓ−標識プローブをウェハの表面に結合し、結合体密度を測定した後、32Ｐ標識オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションを実施した。ハイブリダイゼーション効率及び密度をホスホロイメージャー及び銅ホイルを用いて測定した。銅フォイルは35Ｓ信号の９８．４％をブロックし、32Ｐ信号を十分に検出できることが実験的に判明した。相補的配列は再現可能にハイブリダイズして、表面１ｍｍ2当たり１０５ｆｍｏｌが生じた。これは、ハイブリダイゼーションに利用可能な結合プローブの約４０％に相当する。このスキームで同様に非相補的配列を使用した場合には、非特異的結合は表面１ｍｍ2当たり５ｆｍｏｌ未満であった。
　平坦な表面上に密に詰め込まれたオリゴヌクレオチドの間の立体障害はハイブリダイゼーション効率を４０％以上阻害すると仮定される。このことを考慮して、スペーサー分子をオリゴヌクレオチドのハイブリダイズ領域の末端と支持体との間に挿入した。選択したスペーサーは長さが３〜２５のポリｄＴ配列であった。上記サンプルを放射線標識及びホスホロイメージャーを用いて試験すると、ハイブリダイゼーションが最高４０％達成され得ることが判明した。
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析
　ウェハをプローブで官能化し、相補的配列をハイイブリダイズし、サンプルを上記したような標準ＭＡＬＤＩ条件で分析した。分析により、アニールした鎖（ＭＪＭ６）のみが質量／電荷数実験値が６４１５．４の質量スペクトルで観察された。質量／電荷数の理論値は６４１５である（図９）。６４５５の質量／電荷数で信号はなかったが、ウェハ結合鎖（ＴＣＵＣ）は脱離せず、よってヨードアセトアミド結合はレーザーに耐えるに十分な安定性を有しており無傷のままであることが判明した。６２６２．０の質量／電荷数で別の信号が観察された。この信号はグアノシンの脱プリン化により生じた。なぜならば、ＤＮＡがＭＡＬＤＩプロセス中にプリン塩基の損失を受けやすいことは公知であるからである（Ｎｏｒｄｏｆｆ，Ｅ．ら，Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．，６：７７１−７７６（１９９２））。均一な分布は良好なスポットを得るのに必要であったが、ウェハ上のサンプル結晶は均一に分布されていなかった。この不均一性のために、質量解像が変化するが、通常マススペクトルにおける脱離オリゴヌクレオチドの場合２００〜３００の範囲である。１連の実験で、非相補的配列をウェハにハイブリダイズした。上記したように洗浄後のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析により、信号が検出されなかったことから非特異的アニーリングは最小であることが分かった。
実施例２
増幅ＤＮＡ標的のシリコンウェハに対する固定化
　特定の増幅ＤＮＡ標的配列の特定遊離チオール含有ＤＮＡフラグメントを分析するために、ＳＩＡＢ結合シリコンウェハを使用した。
　図１０に示すように、ＰＣＲ反応において、１１２ｂｐヒトゲノムＤＮＡ鋳型（Ｇｅｎｅｂａｎｋ寄託番号Ｚ５２２５９；配列番号４）に相補的である５’−ジスルフィド結合含有２３量体オリゴデオキシヌクレオチド（Ｏｐｅｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから購入；配列番号３）をプライマーとして、ゲノムＤＮＡの５’末端部分に相補的な市販の４９量体プライマー（Ｏｐｅｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから購入；配列番号５）と一緒に使用し、ＤＮＡ二重らせん（配列番号６）の１本鎖にのみ結合させた５’−ジスルフィド結合を含む１３５ｂｐＤＮＡ産物を増幅させた。
　ＰＣＲ増幅反応をＡｍｐｌｉｔａｑ Ｇｏｌｄｋｉｔ（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒカタログ番号Ｎ８０８−０２４９）を用いて実施した。簡単に説明すると、２００ｎｇの１１２ｂｐヒトゲノムＤＮＡ鋳型を、製造業者から提供された緩衝液中で１０μＭの２３量体プライマー、８μＭの市販の４９量体プライマー、１０ｍＭのｄＮＴＰ類、１単位のＡｍｐｌｉｔａｑ Ｇｏｌｄ ＤＮＡポリメラーゼとインキュベートし、ＰＣＲをサーモサイクラーで実施した。
　生じたＰＣＲ産物の５’−ジスルフィド結合を実施例１に記載したように１０ｍＭのＴＣＥＰを用いて還元して、遊離５’−チオール基を生じさせた。遊離チオール基を含むＤＮＡ鎖を、図７に本質的に概説するようにしてＳＩＡＢリンカーを介してシリコンウェハの表面に結合させた。
　１３５ｂｐのチオール含有ＤＮＡを結合したシリコンウェハを相補的１２量体オリゴヌクレオチド（配列番号７）とインキュベートし、特異的にハイブリダイズしたＤＮＡ断片をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析により検出した。質量スペクトルは、質量／電荷数の実験値が３６１８．３３の信号を示した。１２量体オリゴマー配列の質量／電荷数の理論値は３６２２．４Ｄａである。
　こうして、５’−ジスルフィド結合を含む特定のＤＮＡ標的分子を増幅させることができる。この分子を本明細書に記載の方法を用いてＳＩＡＢ誘導化シリコンウェハに固定し、特定の相補的オリゴヌクレオチドを前記標的分子にハイブリダイズし、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析法を用いて検出することができる。
実施例３
ＡｐｏＥ遺伝子におけるスペクトロチップ突然変異体検出
　本実施例では、診断目的での野生型及び突然変異アポリポタンパク質Ｅ遺伝子の検出のための固定化鋳型のハイブリダイゼーション、プライマーエクステンション及び質量分析を記載する。本実施例では、特定配列を含む固定化ＤＮＡ分子を、非標識アレレ特定プライマーのプライマーエクステンション及びエンステンション産物の質量分析法による分析を用いて検出、区別できることを立証する。
　３’−遊離チオール基を含む、野生型アポリポタンパク質Ｅ遺伝子のアレレ３のコーディング配列に相補的な５０塩基合成ＤＮＡ鋳型：5'-GCCTGGTACACTGCCAGGCGCTTCTGCAGGTCATCGGCATCGCGGAGGAG-3'（配列番号１７）
またはコドン１５８にＧ→Ａトランジッションを有する突然変異アポリポタンパク質Ｅ遺伝子に相補的な５０塩基合成ＤＮＡ鋳型：5'-GCCTGGTACACTGCCAGGCACTTCTGCAGGTCATCGGCATCGCGGAGGAG-3'（配列番号１８）
をカップリングして、図７に本質的に概説し、実施例１及び２に記載したＳＩＡＢ誘導化シリコンウェハを分離した。
　２１量体オリゴヌクレオチドプライマー：5'-GAT GCC GAT GAC CTG CAG AAG-3'（配列番号１９）を各固定化鋳型にハイブリダイズし、プライマーを市販のキット（例えば、Ｕ．Ｓ．Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．のシークエナーゼまたはサーモシークエナーゼ）を用いて延長させた。製造業者の指示に従って緩衝液中、３つのデオキシリボヌクレオシドトリホスフェート（ｄＮＴＰｓ；ｄＡＴＰ，ｄＧＴＰ，ｄＴＴＰ）及びジデオキシリボヌクレオシドシトシントリホスフェート（ｄｄＣＴＰ）の存在下でシークエナーゼＤＮＡポリメラーゼまたはサーモシークエナーゼＤＮＡポリメラーゼを添加すると、野生型アポリポタンパク質Ｅ遺伝子をコードする固定化鋳型に結合した２１量体プライマーが１塩基延長し、突然変異型アポリポタンパク質Ｅ遺伝子をコードする固定化鋳型に結合した２１量体プライマーが３塩基延長した。
　上記ウェハを本明細書に記載した質量分析法により分析した。野生型アポリポタンパク質Ｅ配列では、質量／電荷数が６７７１．１７Ｄａ（質量／電荷数の理論値６７５３．５Ｄａ）の１塩基延長したプライマー（２２量体）を質量／電荷数が６４９９．６４Ｄａの元の２１量体プライマーを区別する質量スペクトルが生じた。突然変異型アポリポタンパク質Ｅ配列では、質量／電荷数が７３８６．９Ｄａ（質量／電荷数の理論値７３８６．９Ｄａ）の３塩基延長したプライマー（２４量体）を質量／電荷数が６４９９．６４Ｄａの元の２１量体プライマーを区別する質量スペクトルが生じた。
実施例４
連続及び並行分配ツールを用いるＤＮＡアレーの作成
　マトリックスによるレーザー脱離イオン化質量分析のために、ロボット駆動式連続及び並行ｐＬ−ｎＬ分配ツールを用いて平坦なまたは幾何学的に変更を加えた（例えば、ウェルを有する）表面を有する＜１平方インチチップ上に１０〜１０3エレメントＤＮＡアレーを作成した。前者では、圧電ピペット（内径７０μｍの毛細管）で〜０．２ｎｌのマトリックス液滴をチップ上に一回もしくは複数回分配した後分析した。この方法を用いて、０．２ｆｍｏｌ程度の３６量体ＤＮＡからスペクトルを得た。急速に（＜５秒）蒸発するが、分析対象物を含む３−ヒドロキシピコリン酸マトリックスの微結晶が通常生成され、よって大容量作成で通常得られるよりも高い再現性が得られた。１００個の８００μｍウェル中の５ｆｍｏｌの２３量体のスポットの全てで信号／ノイズ比が＞５の９９／１００親イオン信号を有する容易に解釈される質量スペクトルが得られた。第２の方法では、３８４ウェル微量滴定プレートからのプローブを、表面接触によりチップに〜２０ｎｌを移すスプリング付きピンのアレーを用いてチップウェルまたは平坦な表面に一度に分配する。並行方法で沈着させたアレーエレメントのＭＳ分析は、感度及び解像度の点で連続方法に匹敵する。
圧電連続分配ツールの説明
　実験システムは北ドイツに所在のＭｉｃｒｏｄｒｏｐ ＧｍｂＨから購入したシステムを改良したものであり、分配すべき溶液を保持するガラス毛細管に結合しその周りの圧電要素にパルス信号を送る圧電要素ドライバ；毛細管に（負圧により）充填または毛細管を（正圧により）空にするための圧力トランスデューサ；充填、取り出し、分配及び洗浄のために毛細管を移動させるためのロボットｘｙｚステージ及びロボットドライバ；「保留(suspended)」液滴特性を目視可能にするためのストロボスコープ及び圧電要素の周波数でパルスを出すドライバ；ソース及び指定プレートまたはサンプル標的のための別個のステージ（すなわち、Ｓｉチップ）；指定プレートへの充填を目視するためのロボットアームに取り付けたカメラ；及び圧力ユニット、ｘｙｚロボットアーム及び圧電ドライバを制御するデータステーションを含み得る。
並行分配ツールの説明
　ロボットピンツールは、プローブブロック内に収容され且つＸ，Ｙ，Ｚロボットステージ上に載置された１６個のプローブからなる。ロボットステージは、ロボットアームの下にサンプルトレーを配置することができるガントリーシステムであった。前記ガントリーユニットそれ自体は、リニアオプティカルエンコーダにより与えられる位置フィードバックを有するブラシレスリニアサーボモーターにより案内される、それぞれ２５０ｍｍ及び４５０ｍｍ移動するＸ及びＹアームからなる。Ｚ軸（鉛直に５０mm移動）により駆動される鉛スクリューがガントリーユニットのｘｙ軸側に取り付けられており、モーター載置ロータリーオプティカルエンコーダによる位置フィードバックを有するインラインロータリーサーボモーターにより制御される。システムの作動域には、５枚の微量滴定プレート（最も一般的には、最高１１５２の異なるオリゴヌクレオチド溶液に対して２枚の洗浄溶液プレート及び３枚のサンプルプレート）及び最高１０枚のウェハを保持するスライドアウトツールプレートが設けられている。ウェハは２つの裏打ちピンに対してプレート内に正確に配置され、真空により確実に固定されている。システム全体は安全のためにプレキシガラスハウジング内に収容されており、熱及び振動を抑制するためにスチール支持レーム上に載置されている。動作のコントロールは３軸サーボコントローラであり、コンピュータに統合される市販のモーションコントローラを使用することにより達成される。特定の用途のためのプログラムコードが所要により書かれている。
　サンプルを連続システムにより、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ分析において標的として機能する幾つかの表面に対して分配した。前記表面は、(1)Ｔｈｅｒｍｏ Ｂｉｏａｎａｌｙｓｉｓ Ｖｉｓｉｏｎ ２０００で通常作用するために供給されている平坦なステンレススチールサンプル標的、(2)マイクロ機械加工されたナノピットを有する同じデザインのステンレススチール標的、(3)平坦なシリコン（Ｓｉ）ウェハ、(4)研磨された多平坦なＳｉウェハ、(5)粗い（３〜６ｐＬｍ特徴）ピットを有するＳｉウエハー、(6)化字的にエッチングした、大きさ８００×８００μｍで深さ９９〜４００（または（ｂ）１２０）μｍの複数のウェルの１０×１０（または（ｂ）１６×１６）アレーを有する１２×１２（または（ｂ）１８×１８）ｍｍＳｉチップ、(7)化学的にエッチングした、大きさ４５０×４５０μｍで深さ４８〜３００μｍの複数のウェルの２８×２８アレーを有する１５×１５ｍｍＳｉチップ、(8)平らなポリカーボネートまたは他のプラスチック、(9)金及び他の金属、(10)膜、(11)金または他の導電性材料をスパッタリングしたプラスチック表面を含む。分配容量は、分配する液滴の数を調節することにより１０-10〜１０-6Ｌにコントロールされる。
サンプル調製及び分配
１．連続
　オリゴヌクレオチド（配列及び濃度の異なる０．１〜５０ｎｇ／μｌ）を９６ウェル−微量滴定プレートのウェルに充填した。第１のウエルをマトリックス溶液用に残した。ピットを設けたチップ（ＭＡＬＤＩ標的セクションの標的６ａ）をステージ上に置き、手動で整列させた。（Ｗｉｎｄｏｗｓ(登録商標)の）ロボット制御ソフトウェアに、第１ウェルの座標、アレーサイズ（すなわち、ｘ×ｙにおけるスポット数）及びエレメント間の距離、並びに１つのアレーエレメント当たりの０．２ｎｌ液滴の数をインプットした。毛細管に〜１０μＬのリンスＨ2Ｏを充填し、連続パルスモードでチップの一体性及び清潔度をチェックすべくストロボ発光カメラで目視するために自動的に移動し、空にした。次いで、毛細管にマトリックス溶液を充填し、再びストロボスコープでチェック後、平坦なもしくはピット付き表面上のアレーをスポットするために使用した。再現可能に別のＭＳモードで研究するために、通常０．２〜２０ｎｌの液滴の１０×１０アレーを分配した。正圧を加えて毛細管を空にし、必要によりＨ2Ｏですすぎ、０．０５〜２．０μＭの合成オリゴ〜５μＬを抜き取るソースオリゴプレートに誘導した。次いで、毛細管を、０．２〜２０ｎｌ水溶液を添加したマトリックススポットのそれぞれに亘って連続してラスタした。
２．並行
　並行プログラムは、オフセット印刷によるアレー作成をコントロールするために書かれた。１０枚のウェハ上に６４×６４エレメントのアレーを作成するためには、例えばツールを３８４ウェル−ＤＮＡソースプレートの１６ウェルに浸し、標的(例えば、Ｓｉ、プラスチック、金属)に移動し、サンプルを表面接触によりスポットした。次いで、ツールを同じ１６ウェルに浸し、第２標的上にスポットした。このサイクルを１０枚のウェハすべてに対して繰り返した。次いで、ツールを洗浄溶液に浸し、ソースプレートの別の１６枚のウェハに浸し、最初の組の１６スポットから２．２５ｍｍはずれた標的上にスポットした。これを、再び１０枚のウェハすべてに対して繰り返した。全サイクルを繰り返して、各ピンから２×２アレーを作成し、スポットの８×８アレーを作成した［（２×２エレメント／ピン）×１６ピン＝スポットされたエレメントの全数６４］。
　ＭＳ分析用のアレーを作成するために、配列または濃度が異なるオリゴヌクレオチドを最高３つの異なる３９４ウェル−微量滴定プレートのウェルに充填した。１６ウェルの１組をマトリックス溶液のために残しておいた。２つのプレートのウェルに洗浄溶液を満たした。５枚の微量滴定プレートをスライディングアウトツールプレート上に置いた。１０枚のウェハをツールプレート上にバンクピンに接して置き、真空とした。マトリックス及びオリゴヌクレオチドが予め混合されていない場合には、ピンツールを用いて、まず１０枚のウェハの所望のアレーエレメントのすべてにマトリックス溶液をスポットした、本実施例では、１６×１６アレーを作成し、こうして１．１２５ｍｍのオフセットで１０枚のウェハの各々を１６回スポットしなければならない。次いで、オリゴヌクレオチド溶液を同じパターンでスポットしてマトリックスを溶解した。同様にして、ウェハ上にまずオリゴヌクレオチド溶液、次いでマトリックス溶液を導入するか、またはマトリックス溶液とオリゴヌクレオチド溶液を予め混合することにより作成することができる。
質量分析法
　いずれかの分配スキームに続いて、充填したチップを、１組のベベルスクリューを取り付けたポリカーボネート支持体を有するＭＡＬＤＩ−ＴＯＦソースプレート上に据え付けた。前記プレートをプローブの末端上に移し、飛行時間型質量分析計のソース領域において１μｍ分解度、１”移動ｘｙステージ（Ｎｅｗｐｏｒｔ）上に保持した。通常１８〜２６ｋＶ抽出で操作される装置は、線形またはわん曲フィールド反射モード及び連続もしくは遅延抽出モードで操作され得た。
結果
圧電ピペットを用いる連続分配
　飽和３ＦＰＡ溶液を送達すると毛細管−空気界面で溶媒が蒸発するのでチップの閉塞が起こり得るが、マトリックスが溶液中に残り、毛細管が空になるまで維持される安定なスプレーが得られるようにＤＮＡ及びマトリックスの予混合によりマトリックスを十分に希釈する。１：１希釈（Ｈ2Ｏ中）マトリックス溶液で＞＞１０分間の連続スプレーが可能であった。毛細管が＞５分間放置されるように圧電要素を止め、圧電要素を再び動かしても、毛細管が閉塞することはなかった。
　反射モードで動かすＦｉｎｎｉｇａｎ Ｖｉｓｉｏｎ ２０００ ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦシステムにより与えられるステンレススチールサンプル標的を用いる初期実験では、サンプル標的に分配する前にマトリックス及びＤＮＡの予混合溶液を用いた。１つの微量滴定ウェルに、５０μｌの飽和マトリックス溶液、２５μｌの１２量体（ＡＴＧＧ）３の５１μｌ溶液及び２５μｌの２８量体（ＡＴＧＧ）７の５１μｌ溶液を混合した。０．６μｌ液滴の１０×１０アレーの１組を直接Ｆｉｎｎｉｇａｎ Ｖｉｓｉｏｎ ２０００サンプル標的ディスクに分配した。２つのオリゴヌクレオチドの各々を７５０×１０-18モル含む１つのアレ−エレメントからＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを得た。この方法を用いて、５３量体（３５０×１０-18モル充填、図示せず）のＤＮＡについて解析可能な質量スペクトルが得られた。
　シリコンチップの複数のウェルに微量分配したＤＮＡからも質量スペクトルを得た。図１１は、１００個の化学的エッチングを施したウェルを有する１２×１２ｍｍシリコンチップを示す。マスクの大きさ及びエッチンク時間は、８００×８００μｍ（頂部表面）及び深さ１００μｍのフスタム（すなわち、頂部平坦の逆ピラミッド）形状のウェルが得られるように設定した。場合により、ウェルは粗な表面またピットを有していてもよい。上記したように、毛細管に関してｘ及びｙ座標系を規定するために、チップの端をステージ上の高くなった表面に対して整列させた。（代替方法では任意に光学アラインメント、人工知能パターン認識ルーチン及びジベル−ピンを用いる手動アラインメントを含み得る。）各ウェルに、分析対象物を含まない３−ＨＰＡマトリックス溶液を２０滴（〜５ｎｌ）を分配した。使用した５０％ＣＨ3ＣＮ溶液の場合、各液滴の蒸発時間は５〜１０秒のオーダーであった。溶媒を蒸発後、微量分配された各マトリックス液滴を１２０倍双眼写真鏡で観察すると、非晶質で不透明なフラットディスクとして見られた。こうした外観は図３ｂのスペクトルに示す液滴の外観と一致する。チップを空にし、すすぎ、１．４μｍの２３量体ＤＮＡ（Ｍr計算値＝６９６７Ｄａ）水溶液を再充填後、毛細管を１００個のマトリックススポット上に誘導し、そこで５ｎｌのＤＮＡ水溶液を直接マトリックス液滴の上に分配した。ＣＣＤカメラを用いて可視化すると、分析対象水溶液はマトリックスと混合し、再溶解させたことが認められた（大気温度及び湿度で完全蒸発には〜１０秒かかった）。非晶質マトリックス表面は、結晶特徴が＜１μｍのオーダーの真の微結晶質表面に変換した。
　マトリックスの再溶解法による改良結晶化と一致して、予混合したマトリックス＋分析対象物溶液の場合よりも再現性の高い質量スペクトルが得られた。１００個の、２３量体５ｆｍｏｌのスポットの各々で、信号／ノイズ比が＞５の９９／１００親イオン信号を有する解釈質量スペクトルが生じた（図１２）。前記した再現性は試験した平坦なシリコン及び金属表面でも得られた（図示せず）。図１２のスペクトルは、２６ｋＶで操作した線形ＴＯＦ装置で得た。１重及び二重に帯電させた分子イオンを用いて左上スペクトル（ウェルｋ１）を内部較正し、この較正ファイルを外部較正として他の９９のスペクトルすべてに適用すると、平均分子量からの標準偏差は＜９Ｄａであった。これは、〜０．１％の相対標準偏差に相当する。
ロボットピンツールを用いる並行分配
　アッセイは上記したオフセット印刷を用いて作成した。Ｘ及びＹステージの速度は３５インチ／秒であり、Ｚステージの速度は５．５インチ／秒である。サイクル時間を短縮するためにＸおよびＹステージを最高速度で移動させることも可能であるが、ダメージを避けるために表面がウェハと接触する前にＺステージの速度を低下させなければならない。そのような軸速度では、１０枚すべてのウェハに対して１６エレメント（同一溶液の１つのツールキャビティ）をスポットするための適切なサイクル時間は２０秒であり、２５６エレメントのアレーを作成するには〜５．３分を要する。前記アレーに各種オリゴヌクレオチドを充填する場合、別の溶液に浸漬する前にピンチップを清潔にするために追加の洗浄ステップを設けなければならず、１０枚のウェハを作成するためにサイクル時間が２５秒まで、または６．７分まで延びる。
　上記ツールによるサンプル送達を、上記した放射線標識溶液及びホスホロイメージャーを用いて試験した。各ピンは約１ｎｌの液体を送達することが分かった。スポット−スポットの再現性は高い。配列または濃度が異なる２５６のオリゴヌクレオチドエレメントのアレーを、ピンツールを用いて平坦なシリコンウェハ上に作成し、前記ウェハをＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ法により分析した。
実施例５
核酸アレーを作成するための高密度核酸固定化の使用
　実施例１に記載の高密度結合方法を用いて、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析にかけやすいＤＮＡオリゴマーのアレーを、実施例１に記載の高密度結合方法を用いてその表面上に複数位置、例えば複数の窪みまたはパッチを有するシリコンウェハ上に作成した。前記アレーに対して、ウェハの特定位置でのみ遊離チオール含有オリゴヌクレオチドプライマーを固定化した（例えば、図１４参照）。アレーの各位置は３つのオリゴヌクレオチドの１つを含んでいた。異なる固定化オリゴヌクレオチドが別々に検出され区別され得ることを立証するために、３種のオリゴマーの１つの相補的であり、長さの異なる３種の別個のオリゴヌクレオチドをウェハのアレーに対してハイブリダイズし、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析法により分析した。
オリゴデオキシヌクレオチド
　相補的オリゴヌクレオチド対の１メンバーが３’−または５’−ジスルフィド結合を含んでいる（Ｏｐｅｒｏｎ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓまたはＯｌｉｇｏｓ，Ｅｔｃ．から購入）相補的オリゴデオキシヌクレオチド対３組を合成した。例えば、オリゴマー１［d(CTGATGCGTCGGATCATCTTTTTT-SS)；配列番号８］は３’−ジスルフィド結合を含むのに対して、オリゴマー２［d(SS-CCTCTTGGGAACTGTGTAGTATT)；配列番号３の５’−ジスルフィド誘導体］及びオリゴマー３［d(SS-GAATTCGAGCTCGGTACCCGG)；配列番号１の５’−ジスルフィド誘導体］はそれぞれ５’−ジスルフィド結合を含む。
　オリゴマー１〜３に相補的なオリゴヌクレオチドは、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析中に互いに容易に分割され得る異なる長さを有するように設計された。例えば、２３量体オリゴヌクレオチド（配列番号９）はオリゴマー１の一部に相補的に合成し、１２量体オリゴヌクレオチド（配列番号７）はオリゴマー２の一部に相補的に合成し、２１量体（配列番号２；実施例１において“ＭＪＭ６”と称した配列）はオリゴマー３の一部に相補的に合成した。更に、４番目の２９量体オリゴヌクレオチド（配列番号１０）は、３つのオリゴヌクレオチドのいずれとも相補性を欠くように合成した。この第４のオリゴヌクレオチドはネガティブコントロールとして使用した。
シリコン表面化学及びＤＮＡ固定化
（ａ）４×４（１６箇所）アレー
　１６×１６ウェルアレーの形態の２５６個の窪みもしくはウェルを有する２×２ｃｍ2シリコンウェハを業者(テキサス州カレッジステーションに所在のＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐ．)から購入した。ウェルは８００×８００μｍ2、１２０μｍ深さ、１．１２５ピッチであった。シリコンウェハを３−アミノプロピルトリエトキシシランと反応させて、表面上に第１級アミンの均一層を形成し、その後ヘテロ二官能性架橋剤ＳＩＡＢに接触させて、表面上にヨードアセトアミド官能基を生じさせた（例えば、図７参照）。
　シリコンアレーの複数位置にカップリングさせるためのオリゴマーを製造するために、各オリゴマーのジスルフィド結合を実施例１に記載したように１０ｍＭ ＴＣＥＰを用いて完全に還元し、ＤＮＡを１００ｍＭリン酸塩緩衝液（ｐＨ８．０）中に１０μＭの最終濃度で再懸濁させた。ジスルフィド還元後直ちに、オリゴマーの遊離チオール基を図７に本質的に記載したプローブカップリング条件を用いてウェハ上の１６箇所でヨードアセトアミド官能基にカップリングさせた。ウェハの１６箇所でそれぞれカップリングを行うために、ウェハの全表面をオリゴヌクレオチド溶液でフラッシュせず、その代わりにウェハ上の２５６ウェルの１６箇所（すなわち、窪み）の各々に本明細書に記載のピンツール（例えば、詳細説明の欄及び実施例４参照）を用いて〜３０ｎｌアリコートの所定通りに修飾させたオリゴマーを並行して添加して、固定化ＤＮＡの４×４アレーを作成した。
　すなわち、図１４に示すように、修飾オリゴマー１〜３の１つをシリコンウェハ上の２５６ウェルの１６個の別々のウェルの各々に対して共有的に固定化し、これにより固定化ＤＮＡの４×４アレーを作成した。例えば、オリゴマー１を４×４アレーの左上部のウェルの位置で結合させ、オリゴマー２は隣接の位置に結合させ、以下同様にした。完成したアレーを図１４に図示する。
　ハイブリダイゼーション反応の実施にあたり、３つの相補的オリゴヌクレオチド及びネガティブコントロールのオリゴヌクレオチドを、１Ｍ ＮａＣｌを補充したＴＥ緩衝液（１０ｍＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ８．０），１ｍＭのＥＤＴＡ）中で各オリゴヌクレオチドにつき１０μＭの最終濃度で混合し、溶液を６５℃で１０分間加熱した、直ちに、シリコンウェハの全表面を加熱したオリゴヌクレオチド溶液８００μｌでフラッシュした。相補的オリゴヌクレオチドを、シリコンアレーを室温で１時間インキュベートした後４℃で少なくとも１０分間インキュベートすることにより固定化オリゴマーにアニーリングした。或いは、オリゴヌクレオチド溶液をウェハに添加した後、ハイブリダイゼーションのために加熱し、放冷することもできる。各位置で共有的に固定化された特定のオリゴマーにアニーリングした相補的オリゴヌクレオチドを図１５に示す。
　次いで、ハイブリダイズしたアレーをカチオン交換用５０ｍＭクエン酸アンモニウム緩衝液で洗浄してＤＮＡ骨格上のナトリウムイオン及びカリウムイオンを除去した（Ｐｉｅｌｅｓ，Ｕ．ら，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．，２１：３１９１−３１９６（１９９３））。本明細書に記載したように、各位置に６ｎｌアリコートの３−ヒドロキシピコリン酸のマトリックス溶液（５０％アセトニトリル中０．７Ｍ ３−ヒドロキシピコリン酸−１０％クエン酸アンモニウム；Ｗｕら，Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．，７：１２４−１４６（１９３３）参照）を圧電ピペットを用いて添加した。
　溶液を室温で乾燥し、その後６ｎｌアリコートの水を圧電ピペットを用いて各位置に添加して、室温で乾燥するとマトリックス−ＤＮＡ結合体が各位置の底面上に均一結晶面を形成するように乾燥したマトリックス−ＤＮＡ結合体を再懸濁させた。
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析
　ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析を、図１５に示し実施例１に実質的に記載したハイブリタイゼーションアレーの１６箇所の各々に対して連続して実施した。ＤＮＡハイブリダイゼーションアレーの１６箇所の各々に対して特異的にハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドの質量スペクトルを図１６に示す。質量スペクトルは、特定の相補的ヌクレオチド配列に対応する質量／電荷数の測定値を示す各位置の特定信号を示した。
　例えば、オリゴマー１のみが結合した位置では、質量スペクトルは２３量体の質量／電荷数にほぼ等しい質量／電荷数実験値７０７２．４を有する主信号を示した。２３量体の質量／電荷数の理論値は７０７２．６Ｄａである。同様に、質量／電荷数測定値が３６１８．３３Ｄａ（理論値３６２２．４Ｄａ）のアレーに対する１２量体オリゴヌクレオチドの特異的ハイブリダイゼーションはオリゴマー２を結合させた位置でのみ検出され、質量／電荷数測定値が６４１５．４ＤａのＭＪＭ６の特異的ハイブリダイゼーションはオリゴマー３（理論値６４０７．２Ｄａ）を結合させたアレーの特定位置でのみ検出された。
　ネガティブコントロールの２９量体オリゴヌクレオチド（質量／電荷数の理論値８９７４．８Ｄａ）に対応する信号はアレーのいずれの位置でも見られなかった。このことは、特定の標的ＤＮＡ分子はシリコンアレーの表面の特定位置に共有結合したオリゴマーにハイブリダイズされ得、複数のハイブリダイゼーションアッセイはＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析法により個別にモニターされ得ることを示す。
（ｂ）８×８（６４箇所）アレー
　ウェルの１６×１６アレーを形成する２５６個の窪みまたはウェルを有する２×２ｃｍ2シリコンウェハを業者(テキサス州カレッジステーションに所在のＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐ．)から購入した。ウェルは８００×８００μｍ2、１２０μｍ深さ、１．１２５ピッチであった。シリコンウェハを３−アミノプロピルトリエトキシシランと反応させて、表面上に第１級アミンの均一層を形成し、その後ヘテロ二官能性架橋剤ＳＩＡＢに接触させて表面上にヨードアセトアミド官能基を生じさせた（例えば、図７参照）。
　１６箇所ＤＮＡアレーの作成のための上記した方法に従って、オリゴマー１〜３を２５６ウェルシリコンウェハ上に８×８アレーを形成する６４箇所に固定化し、相補的オリゴヌクレオチドにハイブリダイズし、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析法により分析した。図１７は、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ分析法により連続分析した６４箇所ＤＮＡアレーの質量スペクトルを示す。１６箇所アレーについて示すように、固定化されたチオール含有オリゴマーの各々に対する相補的オリゴヌクレオチドの特異的ハイブリダイゼーションがＤＮＡアレーのそれぞれの位置で観察された。
実施例６
シリコンウェハ上に固定化されたＤＮＡ鋳型に結合したハイブリダイズＤＮＡプライマーのエクステンション
　ＳＩＡＢ誘導化シリコンウェハを、米国特許第５，６０５，７９８号明細書に実質的に記載されている手順を用いる固定化ＤＮＡ鋳型のプライマーエクステンション反応のために使用することができる。
　図１８に示すように、３’−遊離チオール基を含有する２７量体オリゴヌクレオチド（配列番号１１）を上記した、例えば実施例１に記載したＳＩＡＢ誘導化シリコンウェハにカップリングさせた。１２量体オリゴヌクレオチドプライマー（配列番号１２）を固定化オリゴヌクレオチドにハイブリダイズし、市販のキット（例えば、Ｕ．Ｓ．Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．のシークエナーゼまたはサーモシークエナーゼ）を用いて延長させた。製造業者の指示に従って緩衝液中、３つのデオキシリボヌクレオシドトリホスフェート（ｄＮＴＰｓ；ｄＡＴＰ，ｄＧＴＰ，ｄＴＴＰ）及びジデオキシリボヌクレオシドチミジントリホスフェート（ｄｄＴＴＰ）の存在下でシークエナーゼＤＮＡポリメラーゼまたはサーモシークエナーゼＤＮＡポリメラーゼを添加すると、シリコンウェハに結合したまま１２量体プライマーが３塩基延長した。次いで、このウェハを上記したようにＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析法により分析した。図１８に示すように、１５量体（配列番号１３）と元の未延長１２量体とを明確に区別する質量スペクトルが得られた。このことは特異的エクステンションがシリコンウェハの表面で実施され、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ分析法により検出され得ることを示す。
実施例７
シリコンウェハ上に固定化したＤＮＡ鋳型に結合したハイブリダイズＤＮＡプライマーのポリメラーゼエクステンションに対するリンカー長さの影響
　ＳＩＡＢ誘導化シリコン表面と標的ＤＮＡのハイブリダイゼーションにより形成された二重らせんＤＮＡとの距離の固定化されたオリゴマー鋳型に対する影響及び酵素の選択を調べた（例えは、図１９参照）。
　２つのＳＩＡＢ誘導化シリコンウェハを、３−塩基ポリｄＴスペーサー配列を３’末端に挿入した以外は同一のＤＮＡ配列の２つの遊離チオール含有オリゴヌクレオチド（配列番号８及び１１）の３’末端に結合させた。上記した２つのオリゴヌクレオチドを合成し、その各々をＳＩＡＢ架橋剤を介してシリコンウェハの表面に別々に固定化した（例えば、図７参照）。各ウェハを、７５℃で変性し、シリコンウェハをゆっくり冷却することにより両オリゴヌクレオチドに共通のヌクレオチド配列部分と相補的な１２量体オリゴヌクレオチド（配列番号１２，１４及び１５）とインキュベートした。次いで、ウェハを上記したようにＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析法により分析した。
　図１８に示すように、二重らせんと表面との間に９塩基スペーサーが存在するオリゴマープライマー（配列番号１２）を用いると結合した１２量体オリゴヌクレオチドが特異的に３塩基延長するのが認められた。図１９に示すように、ＳＩＡＢ部分とＤＮＡ二重らせんとのＤＮＡスペーサー長さが０、３、６及び１２の場合にも同様の結果が認められた。ウェハのＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析の結果を図２０に示す。更に、図１９は、エクステンション反応を各種ポリメラーゼを用いて実施し得ることをも示す。従って、ＳＩＡＢリンカーはＤＮＡ鋳型に直接カップリングすることも、またハイブリダイズＤＮＡのプライマーエクステンションせずともリンカー配列をも含み得る。
実施例８
鎖置換及び固定化相補的核酸へのハイブリダイゼーションによる二本鎖核酸分子の検出
　本実施例では、２４量体プライマーを固定化し、二重らせんＤＮＡ分子の１本鎖を特異的ハイブリダイゼーションすることにより液相中で特定標的分子を増幅でき且つ二本鎖分子を検出できることを示す。
　３’−遊離チオール基を含む２４量体ＤＮＡプライマーCTGATGCGTC GGATCATCTT TTTT（配列番号８）を、図７に概説し、実施例１及び２に記載したＳＩＡＢ誘導化シリコンウェハにカップリングさせた。
　１８量体合成オリゴヌクレオチド5'-CTGATGCGTCGGATCATC-3'（配列番号１６）を、１８量体オリゴヌクレオチドの１２塩基部分に相補的な配列を有する１２量体オリゴヌクレオチド5'-GATGATCCGACG-3'（配列番号１２）と予混合した。このオリゴヌクレオチドミックスを７５℃に加熱し、ゆっくりと室温に冷却して、二重らせん分子の形成を促した。
5'-CTGATGCGTCGGATCATC-3'（配列番号１６）
3'-GCAGCCTAGTAG-5'（配列番号１２）
　固定化２４量体プライマーに対する二重らせん分子の１２量体鎖の特異的ハイブリダイセーションを、実施例６に記載のハイブリダイゼーション条件を用いて１μＭの二重らせん分子を混合して実施した。
　ウェハを上記した質量分析法により分析した。特異的ハイブリダイゼーションが、質量／電荷数が３６８２．７８Ｄａの１２量体の質量スペクトルで検出された。
実施例９
１−（２−ニトロ−５−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）フェニル）−１−Ｏ−（（２−シアノエトキシ）−ジイソプロピルアミノホスフィノ）エタン
Ａ．２−ニトロ−５−（３−ヒドロキシプロポキシ）ベンズアルデヒド
　３−ブロモ−１−プロパノール（３．３４ｇ，２４ｍｍｏｌ）を無水アセトニトリル中で５−ヒドロキシ−２−ニトロベンズアルデヒド（３．３４ｇ，２０ｍｍｏｌ）、Ｋ2ＣＯ3（３．５ｇ）及びＫＩ（１００ｍｇ）と一晩（１５時間）還流した。反応混合物を室温に冷却し、ジクロロメタン１５０ｍｌを添加した。混合物を濾過し、固体残渣をジクロロメタンと洗浄した。合わせた有機溶液を蒸発乾固し、ジクロロメタン１００ｍｌ中に再溶解した。生じた溶液を飽和ＮａＣｌ溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を真空下で除去後、所望の生成物４．３１ｇ（９６％）が得られた。
Ｒf＝０．３３（ジクロロメタン／メタノール＝９５／５）
ＵＶ（メタノール）：最大３１３，２４０（肩），２１５ｎｍ、最小２６６ｎｍ1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １０．２８（ｓ，１Ｈ）、８．１７（ｄ，１Ｈ）、７．３５（ｄ，１Ｈ）、７．２２（ｓ，１Ｈ）、４．２２（ｔ，２Ｈ）、３．５４（ｔ，２Ｈ）、１．９０（ｍ，２Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １８９．９、１５３．０、１４１．６、１３４．３、１２７．３、１１８．４、１１４．０、６６．２、５６．９、３１．７
Ｂ．２−ニトロ−５−（３−Ｏ−ｔ−ブチルジメチルシリルプロポキシ）ベンズアルデヒド
　２−ニトロ−５−（３−ヒドロキシプロポキシ）ベンズアルデヒド（１ｇ，４．４４ｍｍｏｌ）を無水アセトニトリル５０ｍｌに溶解した。この溶液に、トリエチルアミン１ｍｌ、イミダゾール２００ｍｇ及びｔＢＤＭＳＣｌ０．８ｇ（５．３ｍｍｏｌ）を添加した。混合物を室温で４時間撹拌した。反応を止めるためにメタノール１ｍｌを添加した。溶媒を真空下で除去し、固体残渣をジクロロメタン１００ｍｌに再溶解した。生じた溶液を飽和重炭酸ナトリウム溶液、次いで水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を真空下で除去した。粗混合物をクイックシリカゲルカラムにかけ、ジクロロメタンで溶出すると、２−ニトロ−５−（３−Ｏ−ｔ−ブチルジメチルシリルプロポキシ）ベンズアルデヒド１．４４ｇ（９６％）が得られた。
Ｒf＝０．６７（ヘキサン／酢酸エチル＝５／１）
ＵＶ（メタノール）：最大３１７，２４３，２１５ｎｍ、最小２３５，２６７ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １０．２８（ｓ，１Ｈ）、８．１４（ｄ，１Ｈ）、７．３２（ｄ，１Ｈ）、７．２０（ｓ，１Ｈ）、４．２０（ｔ，２Ｈ）、３．７５（ｔ，２Ｈ）、１．９０（ｍ，２Ｈ）、０．８５（ｓ，９Ｈ）、０．０２（ｓ，６Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １８９．６、１６２．７、１４１．５、１３４．０、１２７．１、１１８．２、１１３．８、６５．４、５８．５、３１．
２、２５．５、−３．１、−５．７
Ｃ．１−（２−ニトロ−５−（３−Ｏ−ｔ−ブチルジメチルシリルプロポキシ）フェニル）エタノール
　高真空乾燥した２−ニトロ−５−（３−Ｏ−ｔ−ブチルジメチルシリルプロポキシ）ベンズアルデヒド（１．０２ｇ，３ｍｍｏｌ）を無水ジクロロメタン５０ｍｌに溶解した。トルエン（３ｍｌ）中２Ｍトリメチルアルミニウムを１０分間を要して滴下し、反応混合物を室温で保持した。更に１０分間撹拌し、混合物を氷冷水１０ｍｌに注いだ。乳濁液を水相から分離し、硫酸ナトリウム１００ｇで乾燥して残存する水を除去した。溶媒を真空下で除去し、混合物をシリカゲルカラムにかけ、ジクロロメタン中メタノールで勾配溶離した。所望の生成物０．９４ｇ（８６％）が単離された。
Ｒf＝０．３７５（ヘキサン／酢酸エチル＝５／１）
ＵＶ（メタノール）：最大３０６，２３３，２０６ｎｍ、最小２５５，２２０ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ ８．００（ｄ，１Ｈ）、７．３６（ｓ，１Ｈ）、７．００（ｄ，１Ｈ）、５．４９（ｂ，ＯＨ）、５．３１（ｑ，１Ｈ）、４．１９（ｍ，２Ｈ）、３．７７（ｔ，２Ｈ）、１．９５（ｍ，２Ｈ）、１．３７（ｄ，３Ｈ）、０．８６（ｓ，６Ｈ）、０．０４（ｓ，６Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １６２．６、１４６．２、１３９．６、１２６．９、１１２．９、１１２．５、６４．８、６３．９、５８．７、３１．５、２５．６、２４．９、−３．４、−５．８
Ｄ．１−（２−ニトロ−５−（３−ヒドロキシプロポキシ）フェニル）エタノール
　１−（２−ニトロ−５−（３−Ｏ−ｔ−ブチルジメチルシリルプロポキシ）フェニル）エタノール（０．８９ｇ，２．５ｍｍｏｌ）をＴＨＦ３０ｍｌに溶解し、ｎＢｕ4ＮＦ０．５ｍｍｏｌを撹拌しながら添加した。混合物を室温で５時間撹拌し、溶媒を真空下で除去した。残渣をシリカゲルカラムにかけ、ジクロロメタン中メタノールで勾配溶離した。１−（２−ニトロ−５−（３−ヒドロキシプロポキシ）フェニル）エタノール０．６ｇ（９９％）が得られた。
Ｒf＝０．１７（ジクロロメタン／メタノール＝９５／５）
ＵＶ（メタノール）：最大３０４，２３２，２１０ｎｍ、最小２５５，２１９ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ ８．００（ｄ，１Ｈ）、７．３３（ｓ，１Ｈ）、７．００（ｄ，１Ｈ）、５．５０（ｄ，ＯＨ）、５．２８（ｔ，ＯＨ）、４．５９（ｔ，１Ｈ）、４．１７（ｔ，２Ｈ）、３．５７（ｍ，２Ｈ）、１．８９（ｍ，２Ｈ）、１．３６（ｄ，２Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １６２．８、１４６．３、１３９．７、１２７．１、１１３．１、１１２．６、６５．５、６４．０、５７．０、３１．８、２５．０
Ｅ．１−（２−ニトロ−５−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）フェニル）エタノール
　１−（２−ニトロ−５−（３−ヒドロキシプロポキシ）フェニル）エタノール（０．４８２ｇ，２ｍｍｏｌ）を無水ピリジンと２回共蒸発させ、無水ピリジン２０ｍｌに溶解した。溶液を氷水浴で冷却し、ＤＭＴＣ１７５０ｍｇ（２．２ｍｍｏｌ）を添加した。反応混合物を室温で一晩撹拌し、反応を止めるためにメタノール０．５ｍｌを添加した。溶媒を真空下で除去し、残渣をトルエンと２回共蒸発させて痕跡量のピリジンを除去した。最終残渣をシリカゲルカラムにかけ、トリエチルアミンを数滴含むジクロロメタン中メタノールで勾配溶離した。所望の生成物である１−（２−ニトロ−５−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）フェニル）エタノール０．９６ｇ（８９％）が得られた。
Ｒf＝０．５０（ジクロロメタン／メタノール＝９９／１）
ＵＶ（メタノール）：最大３５０（肩），３０５，２８３，２７６（肩），２３３，２０８ｎｍ、最小２９０，２５８，２２０ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ ８．００（ｄ，１Ｈ）、６．８２−７．４２（ＡｒＨ）、５．５２（ｄ，ＯＨ）、５．３２（ｍ，１Ｈ）、４．２３（ｔ，２Ｈ）、３．７１（ｓ，６Ｈ）、３．１７（ｔ，２Ｈ）、２．００（ｍ，２Ｈ）、１．３７（ｄ，３Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １６２．５、１５７．９、１５７．７、１４６．１、１４４．９、１４０．１、１３９．７、１３５．７、１２９．５、１２８．８、１２７．６、１２７．５、１２７．３、１２６．９、１２６．４、１１３．０、１１２．８、１１２．６、８５．２、６５．３、６３．９、５９．０、５４．８、２８．９、２４．９
Ｆ．１−（２−ニトロ−５−（３−０−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）フェニル）−１−Ｏ−（（２−シアノエトキシ）−ジイソプロピルアミノホスフィノ）エタン
　１−（２−ニトロ−５−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）フェニル）エタノール（４００ｍｇ，０．７４ｍｍｏｌ）を高真空下で乾燥し、無水ジクロロメタン２０ｍｌに溶解した。この溶液に、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン０．５ｍｌ及び２−シアノエチル−Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルクロロホスホルアミダイト０．３ｍｌ（１．３４ｍｍｏｌ）を添加した。反応混合物を室温で３０分間撹拌し、反応を止めるためにメタノール０．５ｍｌを添加した。混合物を飽和重炭酸ナトリウム溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を真空下で除去し、クイックシリカゲルカラムにかけ、トリエチルアミンを数滴含むジクロロメタン中１％メタノールで溶離した。所望のホスホルアミダイト５１０ｍｇ（９３％）が得られた。
Ｒf＝０．８７（ジクロロメタン／メタノール＝９９／１）
実施例１０
１−（４−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）−１−Ｏ−（（２−シアノエトキシ）−ジイソプロピルアミノホスフィノ）エタン
Ａ．４−（３−ヒドロキシプロポキシ）−３−メトキシアセトフェノン
　３−ブロモ−１−プロパノール（５３ｍｌ，３３ｍｍｏｌ）を無水アセトニトリル１００ｍｌ中で４−ヒドロキシ−３−メトキシアセトフェノン（５ｇ，３０ｍｍｏｌ）、Ｋ2ＣＯ3（５ｇ）及びＫＩ（３００ｍｇ）と一晩（１５時間）還流した。室温に冷却後ジクロロメタン（１５０ｍｌ）を反応混合物に添加した。混合物を濾過し、固体残渣をジクロロメタンで洗浄した。合わせた有機溶液を蒸発乾固し、ジクロロメタン１００ｍｌに再溶解した。生じた溶液を飽和ＮａＣｌ溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を真空下で除去後所望生成物６．５ｇ（９６．４％）が得られた。
Ｒf＝０．４１（ジクロロメタン／メタノール＝９５／５）
ＵＶ（メタノール）：最大３０４，２７３，２２７，２１０ｎｍ、最小２９１，２４４，２１４ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ ７．６４（ｄ，１Ｈ）、７．４６（ｓ，１Ｈ）、７．０４（ｄ，１Ｈ）、４．５８（ｂ，ＯＨ）、４．１２（ｔ，２Ｈ）、３．８０（ｓ，３Ｈ）、３．５６（ｔ，２Ｈ）、２．５４（ｓ，３Ｈ）、１．８８（ｍ，２Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １９６．３、１５２．５、１４８．６、１２９．７、１２３．１、１１１．５、１１０．３、６５．４、５７．２、５５．
５、３１．９、２６．３
Ｂ．４−（３−アセトキシプロポキシ）−３−メトキシアセトフェノン
　４−（３−ヒドロキシプロポキシ）−３−メトキシアセトフェノン（３．５ｇ，１５．６ｍｍｏｌ）を乾燥し、無水アセトニトリル８０ｍｌに溶解した。この混合物にトリエチルアミン６ｍｌ及び無水酢酸６ｍｌを添加した。４時間後、メタノール６ｍｌを添加し、溶媒を真空下で除去した。残渣をジクロロメタン１００ｍｌに溶解し、溶液を希重炭酸ナトリウム溶液、次いで水で洗浄した。有機相を硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を除去した。固体残渣をシリカゲルカラムにかけ、ジクロロメタンで溶離すると、４−（３−アセトキシプロポキシ）−３−メトキシアセトフェノン４．１ｇ（９８．６％）か得られた。
Ｒf＝０．２２（ジクロロメタン／メタノール＝９９／１）
ＵＶ（メタノール）：最大３０３，２７３，２２７，２１０ｎｍ、最小２９０，２４３，２１４ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ ７．６２（ｄ，１Ｈ）、７．４５（ｓ，１Ｈ）、７．０８（ｄ，１Ｈ）、４．４２（ｍ，４Ｈ）、３．８２（ｓ，３Ｈ）、２．５４（ｓ，３Ｈ）、２．０４（ｍ，２Ｈ）、２．００（ｓ，３Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １９６．３、１７０．４，１５２．２、１４８．６、１３０．０、１２３．０、１１１．８、１１０．４、６５．２、６０．８、５５．５、２７．９、２６．３、２０．７
Ｃ．４−（３−アセトキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロアセトフェノン
　４−（３−アセトキシプロポキシ）−３−メトキシアセトフェノン（３．９９ｇ，１５ｍｍｏｌ）を水浴にて７０％−ＨＮＯ3１５ｍｌに少しずつ添加し、反応温度を室温に維持した。反応混合物を室温で３０分間撹拌し、砕いた氷３０ｇを添加した。この混合物をジクロロメタン１００ｍｌで抽出し、有機相を飽和重炭酸ナトリウム溶液で洗浄した。溶液を硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を真空下で除去した。粗混合物をシリカゲルカラムにかけ、ジクロロメタン中メタノールで勾配溶離すると、所望生成物の４−（３−アセトキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロアセトフェノン３．８ｇ（８１．５％）及びｉｐｓｏ置換生成物てある５−（３−アセトキシプロポキシ）−４−メトキシ−１，２−ジニトロベンゼン０．３８ｇ（８％）が得られた。
ｉｐｓｏ置換副生成物５−（３−アセトキシプロポキシ）−４−メトキシ−１，２−ジニトロベンゼン：
Ｒf＝０．４７（ジクロロメタン／メタノール＝９９／１）
ＵＶ（メタノール）：最大３３４，３３０，２７０，２４０，２１２ｎｍ、最小３１０，２８２，２６３，２２３ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ ７．３６（ｓ，１Ｈ）、７．３４（ｓ，１Ｈ）、４．２８（ｔ，２Ｈ）、４．１８（ｔ，２Ｈ）、４．０２（ｓ，３Ｈ）、２．２０（ｍ，２Ｈ）、２．０８（ｓ，３Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ １７０．９、１５２．２、１５１．１、１１７．６、１１１．２、１０７．９、１０７．１、６６．７、６０．６、５６．９、２８．２、２０．９
所望生成物４−（３−アセトキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロアセトフェノン：
Ｒf＝０．２９（ジクロロメタン／メタノール＝９９／１）
ＵＶ（メタノール）：最大３４４，３００，２４６，２１３ｎｍ、最小３２０，２７０，２２７ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ ７．６２（ｓ，１Ｈ）、６．７４（ｓ，１Ｈ）、４．２８（ｔ，２Ｈ）、４．２０（ｔ，２Ｈ）、３．９６（ｓ，３Ｈ）、２．４８（ｓ，３Ｈ）、２．２０（ｍ，２Ｈ）、２．０８（ｓ，３Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ ２００．０、１７１．０、１５４．３、１４８．８、１３８．３、１３３．０、１０８．８、１０８．０、６６．１、６０．８、５６．６、３０．４、２８．２、２０．９
Ｄ．１−（４−（３−ヒドロキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）エタノール
　４−（３−アセトキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロアセトフェノン（３．７３ｇ，１２ｍｍｏｌ）にエタノール１５０ｍｌ及びＫ2ＣＯ3６．５ｇを添加した。混合物を室温で４時間撹拌した。ジクロロメタン中５％メタノールを用いるＴＬＣは反応の完了を示した。この同じ反応混合物にＮａＢＨ4３．５ｇを添加し、混合物を室温で２時間撹拌した。アセトン１０ｍｌを添加して残りのＮａＢＨ4と反応させた。溶媒を真空下で除去し、残渣をシリカゲル５０ｇに吸収させた。このシリカゲル混合物をシリカゲルカラムの上部にかけ、ジクロロメタン中５％メタノールで溶離して、所望生成物の１−（４−（３−ヒドロキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）エタノール３．１５ｇ（９７％）が得られた。脱保護後の中間生成物の４−（３−ヒドロキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロアセトフェノン：
Ｒf＝０．６０（ジクロロメタン／メタノール＝９５／５）
最終生成物の１−（４−（３−ヒドロキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）エタノール：
Ｒf＝０．５０（ジクロロメタン／メタノール＝９５／５）ＵＶ（メタノール）：最大３４４，３００，２４３，２１９ｎｍ、最小３１７，２６４，２３３ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ ７．５４（ｓ，１Ｈ）、７．３６（ｓ，１Ｈ）、５．４７（ｄ，ＯＨ）、５．２７（ｍ，１Ｈ）、４．５５（ｔ，ＯＨ）、４．０５（ｔ，２Ｈ）、３．９０（ｓ，３Ｈ）、３．５５（ｑ，２Ｈ）、１．８８（ｍ，２Ｈ）、１．３７（ｄ，３Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １５３．４、１４６．４、１３８．８、１３７．９、１０９．０、１０８．１、６８．５、６５．９、５７．２、５６．０、３１．９、２９．６
Ｅ．１−（４−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）エタノール
　１−（４−（３−ヒドロキシプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）エタノール（０．３２５ｇ，１．２ｍｍｏｌ）を無水ピリジンと２回共蒸発し、無水ピリジン１５ｍｌに溶解した。溶液を氷水浴で冷却し、ＤＭＴＣＩ４５０ｍｇ(１．３３ｍｍｏｌ)を添加した。反応混合物を室温で一晩撹拌し、反応を止めるためにメタノール０．５ｍｌを添加した。溶媒を真空下で除去し、残渣をトルエンと２回共蒸発させて痕跡量のピリジンを除去した。最終残渣をシリカゲルカラムにかけ、トリエチルアミンを数滴含むジクロロメタン中メタノールで勾配溶離して、所望生成物の１−（４−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）エタノール６０５ｍｇ（８８％）が得られた。
Ｒf＝０．５０（ジクロロメタン／メタノール＝９５／５）
ＵＶ（メタノール）：最大３５４，３０２，２８２，２７４，２３３，２０９ｎｍ、最小３２２，２９２，２６３，２２２ｎｍ
1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ ７．５４（ｓ，１Ｈ）、６．８−７．４（ＡｒＨ）、５．４８（ｄ，ＯＨ）、５．２７（ｍ，１Ｈ）、４．１６（ｔ，２Ｈ）、３．８５（ｓ，３Ｈ）、３．７２（ｓ，６Ｈ）、３．１５（ｔ，２Ｈ）、１．９８（ｔ，２Ｈ）、１．３７（ｄ，３Ｈ）
13Ｃ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）δ １５７．８、１５３．３、１４６．１、１４４．９、１３８．７、１３７．８、１３５．７、１２９．４、１２８．７、１２７．５、１２７．４、１２６．３、１１２．９、１１２．６、１０８．９、１０８．２、８５．１、６５．７、６３．７、５９．２、５５．８、５４．８、２９．０、２５．０
Ｆ．１−(４−(３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ)−３−メトキシ−６−ニトロフェニル)−１−Ｏ−((２−シアノエトキシ)−ジイソプロピルアミノホスフィノ)エタン
　１−（４−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）エタノール（２００ｍｇ，３．５ｍｍｏｌ）を高真空下で乾燥し、無水ジクロロエタン１５ｍｌに溶解した。この溶液にＮ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン０．５ｍｌ及び２−シアノエチル−Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルクロロホスホルアミダイト０．２ｍｌ（０．８９ｍｍｏｌ）を添加した。反応混合物を室温で３０分間撹拌し、反応を止めるためにメタノール０．５ｍｌを添加した。混合物を飽和重炭酸ナトリウム溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を真空下で除去し、クイックシリカゲルカラムにかけ、トリエチルアミンを数滴含むジクロロメタン中１％メタノールで溶離して、所望ホスホルアミダイトの１−（４−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）−１−Ｏ−（（２−シアノエトキシ）−ジイソプロピルアミノホスフィノ）エタン２４７ｍｇ（９１．３％）が得られた。
Ｒf＝０．８７（ジクロロメタン／メタノール＝９９／１）
実施例１１
オリゴヌクレオチド合成
　光開裂性リンカーを含むオリゴヌクレオチド結合体を標準条件下で固相核酸合成（Ｓｉｎｈａら，ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔ．，２４，５８４３−５８４６（１９８３）；Ｓｉｎｈａら，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．，１２，４５３９−４５５７（１９８４）；Ｂｅａｕｃａｇｅら，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ，４９，６１２３−６１９４（１９９３）；及びＭａｔｔｅｕｃｃｉら，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１０３，３１８５−３１９１（１９８１）参照）により製造した。また、光開裂性単位及び５’末端アミノ基を導入するためにより長いカップリング時間を使用した。カップリング効率を遊離ＤＭＴカチオンの吸光度を測定することにより調べ、その結果はホスホルアミダイトの１−（２−ニトロ−５−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）フェニル）−１−Ｏ−（（２−シアノエトキシ）−ジイソプロピルアミノホスフィノ）エタンまたは１−（４−（３−Ｏ−４，４’−ジメトキシトリチルプロポキシ）−３−メトキシ−６−ニトロフェニル）−１−Ｏ−（（２−シアノエトキシ）−ジイソプロピルアミノホスフィノ）エタンのカップリング効率は従来のヌクレオシドホスホルアミダイトに匹敵することを示した。濃アンモニウムを用いて５５℃で一晩処理して塩基保護を脱保護し、固体支持体から結合体を遊離した。他の結合体の塩基保護は、ＡＭＡ試薬を用いて迅速に脱保護した。結合体上ＭＭＴの精製は、０．１Ｍ酢酸トリエチルアンモニウム（ｐＨ７．０）を用い、アセトニトリル（２０分で５％→２５％）の勾配を用いてＨＰＬＣ（トリチル−オン）で実施した。集めたＭＭＴまたはＤＭＴ保護結合体の容量を減らし、８０％酢酸水溶液を用いて脱トリチル化し（４０分、０℃）、脱塩し、−２０℃で保存した。
実施例１２
光分解研究
　通常、２００μｌの蒸留水中の光開裂性リンカー含有オリゴヌクレオチド２ｎｍｏｌを、１０ｃｍの距離から長波長ＵＶランプ（Ｂｌａｋ Ｒａｙ ＸＸ−１５ＵＶランプ、カリフォルニア州サンガブリエルに所在のＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔの製品）で照射した（励起ピーク３６５ｎｍ，距離３１ｃｍでのランプ照射の強さ＝１．１ｍＷ／ｃｍ2）。生じた混合物を、０．１Ｍ酢酸トリエチルアンモニウム（ｐＨ７．０）及びアセトニトリル勾配を用いてＨＰＬＣ（トリチル−オフ）で分析した。分析は、結合休はＵＶ照射で数分以内にリンカーから開裂されることを示した。
均等物
　当業者ならば、本明細書に記載した特定の方法に対する多数の均等物を通常の実験により想到し得、または確認することができる。前記均等物も本発明の範囲内であると見做され、下記する請求の範囲により包含される。

Claims (90)

  1. 　サブストレート表面上にサンプル材料のアレーを形成する方法であつて、
    　前記サンプル材料を含む溶媒からなる流体を収容する内部チヤンバを有するベシクルを用意するステップ、
    　前記表面と前記ベシクルを接触させることなく、前記サブストレート表面上の第１位置に近接させてベシクルを配置するステップ、
    　前記サブストレート表面の第１位置でナノリッター容量の流体を分配すべく前記流体を前記チャンバから放出させるためにベシクルの内部に機械的圧力を与えるステップ、及び
    　前記サブストレート表面に近接する１組の位置の各々に前記ベシクルを移動させて、前記サブストレート上にサンプル材料のアレーを形成する前記１組の位置の各位置にナノリッター容量の流体を分配するステップを含むことを特徴とする前記方法。
  2. 　前記サブストレートが前記チャンバから放出された流体を受容すべく位置を規定するためにサブストレート上に形成されたウェルを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 　前記サンプル材料が質量分析用マトリックス材料を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 　更に、前記マトリックス材料を含む溶媒をサブストレート表面上で蒸発させて該表面上にマトリックス材料を沈着させるために所定時間待機するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。
  5. 　更に、ナノリッター容量の分析対象材料を含む流体を、蒸発させたマトリックス材料上に放出して前記マトリックス材料で溶解し、前記サブストレート表面上に結晶性構造物を形成させることを含むことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。
  6. 　前記サンプル材料が分析対象材料及び質量分析用マトリックス材料を含む溶媒からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  7. 　更に、沈着させたサンプル材料のアレーを、前記サンプル材料の組成を示す情報を測定する診断ツールを用いて分析するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  8. 　診断ツールが質量分析計であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
  9. 　前記ベシクルが更に、ナノリッター容量の流体をチャンバから放出させるための圧力を与える圧電要素を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  10. 　前記ベシクルを移動させるステップが、前記ベシクルを、前記サブストレート表面を横断してラスタさせるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  11. 　ベシクルアセンブリの前記ベシクル部分が、サブストレート表面上の第１の複数位置に流体を分配するために、マトリックスに配置された複数のベシクルを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  12. 　前記ベシクルを移動させるステッブが、ベシクルを含むベシクルアセンブリを第１の複数位置に隣接する位置に移動させるための距離を示すオフセット信号を測定するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方法。
  13. 　前記ベシクルを移動させるステップが、前記ベシクルアセンブリを前記サブストレート表面上に移動させ、前記ベシクルアセンブリから流体を分配し、放出された流体を有する位置がマトリックスを形成するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。
  14. 　更に、洗浄流体を前記ベシクルのチャンバに抜き取って前記チャンバを濯ぐステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  15. 　更に、前記チャンバを毛管作用で満たすために前記ベシクルを流体材料ソースと接触させるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  16. 　シリコンからなるサブストレート材料を用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  17. 　金属材料からなるサブストレート材料を用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  18. 　プラスチック材料からなるサブストレート材料を用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  19. 　膜からなるサブストレートを用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  20. 　ポリマー材料からなるサブストレートを用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  21. 　金属をグラフトしたポリマーからなるサブストレートを用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  22. 　化学的に官能化させたサブストレート材料であるサブストレートを用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  23. 　ビーズで官能化させたサブストレートを用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  24. 　樹枝状材料で官能化させたサブストレートを用意するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  25. 　材料を分析する方法であって、
    　溶媒中に前記材料を含む流体を含むベシクルを用意するステップ、
    　前記ベシクルと表面を接触させることなく、前記サブストレート表面の第１位置に近接して前記ベシクルを配置するステップ、
    　前記サブストレート表面の第１位置で特定且つ調整されたナノリッター容量の流体を送達するステップ、
    　前記ベシクルを前記サブストレート表面上の第１位置の次の第２位置に移動させ、前記サブストレート表面上の位置のアレーに沿って特定且つ調整された容量の材料を分配して材料のアレーを形成するステップ、及び
    　前記アレーの各位置の材料について質量分析を実施するステップを含むことを特徴とする前記方法。
  26. 　前記ベシクルを用意するステップが、マトリックス材料及び分析対象材料を混合して前記材料を含む流体を調製するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の方法。
  27. 　流体を保持するのに適当な内部チャンバを有するベシクルを用意するステップを含み、前記材料が質量分析用マトリックス材料を含むことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の方法。
  28. 　前記質量分析を実施するステップがマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析を実施するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の方法。
  29. 　前記質量分析を実施するステップが飛行時間型質量分析を実施するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の方法。
  30. 　前記質量分析を実施するステップがフーリエ変換質量分析を実施するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の方法。
  31. 　サブストレート表面上にサンプル材料のアレーを形成するためのシステムであつて、
    　ナノリッターの流体を運ぶのに適当な遠位端部を有するベシクル、
    　前記ベシクルを移動させるために取り付けられた遠位部分を有する可動性アーム、
    　前記ベシクルを前記サブストレート表面上の第１位置に近接して配置すべく前記アームを移動させるための及び前記サブストレート表面の第１位置でナノリッター容量の流体を与えるべく前記ベシクルをコントロールするためのコントローラ、及び
    　前記材料の化学的組成を示す組成信号を発生させることにより前記サブストレート表面上に沈着させた材料を分析するための診断ツールを含む前記システム。
  32. 　前記ベシクルは材料の中実軸を含むことを特徴とする請求の範囲第３１項に記載のシステム。
  33. 　前記ベシクルは流体材料を運ぶのに適した内部チャンバを含むことを特徴とする請求の範囲第３１項に記載のシステム。
  34. 　前記ベシクルがチャンバと前記チャンバから流体を放出するためのトランスデューサ要素とを含むことを特徴とする請求の範囲第３１項に記載のシステム。
  35. 　前記診断ツールが質量分析計を含むことを特徴とする請求の範囲第３１項に記載のシステム。
  36. 　質量分析用マトリックス材料または前記マトリックス材料とサブストレート上の離れた位置に沈着した分析対象物質との混合物から選択されるサンプル材料のアレーを含む表面を有するサブストレートであって、各位置のマトリックス材料が結晶構造物を形成し、表面上にナノリッター容量の材料の沈着により生じた量を含むことを特徴とする前記サブストレート。
  37. 　前記表面上に配置したウェルを有し、前記サンプル材料が前記ウェル内に沈着されていることを特徴とする請求の範囲第３６項に記載のサブストレート。
  38. 　前記表面にピットが形成されていることを特徴とする請求の範囲第３７項に記載のサブストレート。
  39. 　前記ウェルが粗な内表面を有していることを特徴とする請求の範囲第３７項に記載のサブストレート。
  40. 　ナノリッター容量の材料をサブストレート表面上にアレーとして分配する方法であって、
    （ａ）液体を分配するための、各々が材料を含む流体を収容する内部チャンバを有するベシクルの複数個をアレーの形態で配置して含むアセンブリを用意するステップ、
    （ｂ）前記ベシクルを表面と接触させることなく、前記サブストレート表面に近接する第１組の位置でベシクルを整列するステップ、
    （ｃ）ナノリッター容量の流体を、各ベシクルから、前記ベシクルで整列させたサブストレート表面上に放出させるために、機械的圧力を用いて各チャンバをコントロールして、流体のアレーをサブストレート表面上に沈着させることを特徴とする前記方法。
  41. 　更に、
    （ｄ）サブストレート表面に隣接する第２組の位置でベシクルを整列させるために前記ステップ（ａ）のアセンブリを移動させるステップ、
    （ｅ）ステップ（ｃ）を繰り返すステップ、及び
    （ｆ）任意にステップ（ｄ）及び（ｅ）を繰り返して、サブストレート表面上の更なる組の位置で流体を分配するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  42. 　前記サブストレートが、ベシクルから放出される流体を受容するための位置を規定するためにサブストレート表面上に形成されたウェルを有することを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  43. 　前記流体が溶媒及びマトリックス材料を含むことを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  44. 　更に、サブストレート表面上に放出した流体からマトリックス材料を含む溶媒を蒸発させて該表面上に沈着させたマトリックス材料を残すために所定期間待機するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第４３項に記載の方法。
  45. 　更に、マトリックス材料が沈着されるのと同じ位置でステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことを含み、前記アセンブリ中のベシクルのチャンバが、マトリックス材料のアレー上に放出するとマトリックス内に溶解する分析対象材料を含む溶媒を収容していることを特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。
  46. 　マトリックス材料が沈着されるのと同じ位置でステップ（ａ）〜（ｆ）を繰り返し、前記アセンブリ中のベシクルのチャンバが、マトリックス材料のアレー上に放出するとマトリックス内に溶解する分析対象材料を含む溶媒を収容していることを特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。
  47. 　前記流体が溶媒中に分析対象物を含むことを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  48. 　更に、サブストレート表面上に放出された流体から分析対象物を含む溶媒を蒸発させて前記表面上に沈着した分析対象材料を残すために所定期間待機するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第４７項に記載の方法。
  49. 　更に、分析対象物が沈着される同じ位置でステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことを含み、前記アセンブリ中のベシクルのチャンバが、分析対象物のアレー上に放出すると分析対象物に溶解するマトリックス材料を含む溶媒を収容していることを特徴とする請求の範囲第４８項に記載の方法。
  50. 　流体が溶媒中に分析対象物を含み、
    　更にサブストレート表面上に放出された流体から分析対象物を含む溶媒を蒸発させて前記表面上に沈着した分析対象材料を残すために所定期間待機するステップを含み、
    　分析対象物が沈着される同じ位置でステップ（ａ）〜（ｆ）を繰り返し、前記アセンブリ中のベシクルのチャンバが、分析対象物のアレー上に放出すると分析対象物に溶解するマトリックス材料を含む溶媒を収容していることを特徴とする請求の範囲第４１項に記載の方法。
  51. 　前記流体が分析対象材料及びマトリックス材料の混合物を含むことを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  52. 　更に、サブストレート上に沈着させた材料のアレーを有するサブストレートを、沈着させた材料の組成を示す情報を測定する診断ツールにかけるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  53. 　診断ツールが質量分析計であることを特徴とする請求の範囲第５２項に記載の方法。
  54. 　前記アセンブリを移動させるステップが、前記アセンブリを前記サブストレート表面を横断してラスターさせるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第４１項に記載の方法。
  55. 　前記アセンブリを移動させるステップが、第１組の複数位置に近接する位置にベシクルを整列させるべくアセンブリを移動させるための距離を示すオフセット信号を測定するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第４１項に記載の方法。
  56. 　更に、チャンバを濯ぐべく洗浄流体をチャンバに抜き取るステップを含むことを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  57. 　各ベシクルが、チャンバを毛管作用により流体で少なくとも部分的に満たすために十分に狭い径を含むチャンバを有するピンからなり、
    　チャンバを毛管作用によりある容量の流体で少なくとも部分的に満たすべく前記アセンブリのベシクルが流体ソースと接触していることを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  58. 　ベシクルのチャンバが圧力源に接続しており、
    　チャンバを毛管作用により満たす流体容量を部分的に補償すべく圧力源からの正圧をチャンバに加えることを特徴とする請求の範囲第５７項に記載の方法。
  59. 　ベシクルのチャンバが、チャンバに負圧を加える圧力源に接続しており、
    　チャンバを負圧によりある容量の流体で少なくとも部分的に満たすために流体ソースと接触させることにより流体をベシクルに導入することを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  60. 　前記サブストレートがシリカ、ガラス、セルロース、シリコン、金属、プラスチック、ポリマー及び金属をグラフトしたポリマーからなる群から選択される材料からなることを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  61. 　前記サブストレートが平坦表面、ピット付き平坦表面、中実または多孔性ビーズ、膜またはピンからなることを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  62. 　前記サブストレート表面を化学的に官能化、ビーズで官能化またはデンドライト捕捉材料で官能化されていることを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  63. 　前記流体がオリゴヌクレオチドを含むことを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  64. 　前記ベシクルのチャンバが圧力源に接続しており、前記圧力源により正圧を前記ベシクルのチャンバに加えることにより流体を放出させるためにベシクルをコントロールすることを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  65. 　前記ベシクルのチャンバ内の圧力が該ベシクルから流体スプレーを放出するのに十分であることを特徴とする請求の範囲第６４項に記載の方法。
  66. 　前記ベシクルのチャンバ内の圧力が該ベシクルから流体液滴を放出すべく選択されることを特徴とする請求の範囲第６４項に記載の方法。
  67. 　前記アセンブリの各ベシクルが、流体をサブストレート表面に導くための毛細管要素と流体を分配すべくベシクルに圧力を加えるためのトランスデューサ要素とを有するアセンブリを含むことを特徴とする請求の範囲第４０項に記載の方法。
  68. 　前記トランスデューサ要素が前記毛細管の周りに配置されており、電気パルスを変換して毛細管を機械的に変形させ、毛細管から流体を放出させ得ることを特徴とする請求の範囲第６７項に記載の方法。
  69. 　前記トランスデューサ要素が圧電、電気、電気制限、磁気制限及び電気機械トランスデューサからなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第６７項に記載の方法。
  70. 　ナノリッター容量の材料をサブストレート表面上にアレーとして分配する方法であって、
    （ａ）液体を分配するために、ナノリッター容量の流体を保持するために端部を有する材料の中実軸を含む細長いベシクルを複数個アレーとして配置して有するビンアセンブリを用意するステップ、
    （ｂ）ナノリッター容量の、液体材料を含む流体を流体ソースから前記ピンアセンブリのベシクルの端部に充填するステップ、
    （ｃ）前記ベシクルを表面に接触させることなく、前記サブストレート表面に近接する第１組の位置にベシクルを整列させるためにピンアセンブリを配置するステップ、
    （ｄ）充填した流体を前記ベシクルと整列させたサブストレート表面に接触させて、サブストレート表面上に材料のアレーを形成するステップを含むことを特徴とする前記方法。
  71. 　更に、
    （ｅ）ステップ（ｂ）を繰り返すステップ、
    （ｆ）サブストレート表面に近接し且つ第１組の位置に隣接する第２組の位置でベシクルを整列させるためにピンアセンブリを移動させるステップ、
    （ｇ）ステップ（ｄ）を繰り返すステップ、
    （ｈ）任意に、ステップ（ｅ）〜（ｇ）を繰り返してサブストレート上の別の位置で材料を分配するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  72. 　前記サブストレートが、ベシクルから放出される流体を受容するための位置を規定するためにサブストレート表面上に形成されたウェルを有することを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  73. 　前記溶媒が質量分析用マトリックス材料を含むことを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  74. 　更に、マトリックス材料を含む溶媒を蒸発させて該マトリックス材料を前記表面上に沈着させるために所定期間待機するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第７３項に記載の方法。
  75. 　ステップ（ａ）〜（ｄ）を分析対象材料を含む溶媒を収容するベシクルを用いて繰り返し、
    　前記ベシクルの端部の分析対象材料の流体をサブストレート表面上の蒸発させたマトリックス材料と接触させて前記マトリックス材料を分析対象材料で溶解し、マトリックス材料と分析対象材料の混合物を沈着させることを特徴とする請求の範囲第７４項に記載の方法。
  76. 　溶媒の材料が分析対象材料を含むことを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  77. 　更に、分析対象材料を含む溶媒を蒸発させて該分析対象材料を前記表面上に沈着させるために所定期間待機するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第７６項に記載の方法。
  78. 　ステップ（ａ）〜（ｄ）をマトリックス材料を含む溶媒を収容したベシクルを用いて繰り返し、
    　前記ベシクルの端部のマトリックス材料の流体をサブストレート表面上の蒸発させた分析対象材料と接触させて前記マトリックス材料を分析対象材料で溶解し、マトリックス材料と分析対象材料の混合物を沈着させることを特徴とする請求の範囲第７７項に記載の方法。
  79. 　溶媒の材料が分析対象材料とマトリックス材料の混合物を含むことを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  80. 　更に、サブストレート上に沈着させた材料のアレーを有するサブストレートを前記材料の組成を示す情報を測定する診断ツールにかけるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  81. 　前記診断ツールが質量分析計を含むことを特徴とする請求の範囲第８０項に記載の方法。
  82. 　前記ピンアセンブリを移動させるステップが、前記ピンアセンブリを前記サブストレート表面を横断してラスターさせるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第７１項に記載の方法。
  83. 　前記ピンアセンブリを移動させるステップが、第１の複数位置に近接する位置でベシクルを整列させるべくピンアセンブリを移動させるための距離を示すオフセット信号を測定するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第７１項に記載の方法。
  84. 　前記サブストレートがシリカ、ガラス、セルロース、シリコン、金層、プラスチック、ポリマー及び金属をグラフトしたポリマーからなる群から選択される材料からなることを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  85. 　前記サブストレートが平坦表面、ピット付き平坦表面、中実または多孔性ビーズ、膜またはピンからなることを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  86. 　前記サブストレート表面を化学的に官能化、ビーズで官能化またはデンドライト捕捉材料で官能化されていることを特徴とする請求の範囲第７０項に記載の方法。
  87. 　前記ベシクルがベシクル要素の部分アセンブリであり、各ベシクルがナノリッター容量の流体を保持する内部チャンバを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  88. 　ベシクルが、内部ハウジング内の圧力をコントロールする圧力源に接続した内部チャンバを有するハウジングの内側にあり、
    　前記圧力源が、各ベシクルの内部チャンバを介する流体の流れを調節してベシクルから特定ナノリッター容量の流体を分配するためにハウジングのチャンバに圧力を加えることを特徴とする請求の範囲第８７項に記載の方法。
  89. 　前記ベシクルは内部チャンバを有し、複数のベシクルとチャンバを変形することにより流体を放出させるべく内部チャンバを介して流体を動かすために各ベシクルに取り付けられたトランスデューサ要素とを含むアセンブリの一部を形成し、
    　前記トランスデューサ要素は十分な圧力でチャンバを変形して、ピンから流体をスプレーさせるかまたはチャンバから流体液滴を仲長させて、該液滴をサブストレート表面に接触させることにより流体をサブストレートに対して流し得ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  90. 　自動化されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
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