JP2004532382A - Method and apparatus for producing a support carrying a plurality of different polynucleotide and / or peptide sequences - Google Patents

Method and apparatus for producing a support carrying a plurality of different polynucleotide and / or peptide sequences Download PDF

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ジャン−レネ マーティン
エリアーヌ スーテイランド
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フランソワ ベッセエリレ
ジャン−ピエール クロアレク
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Abstract

本発明は、ヌクレオチドおよび/またはペプチド配列を分析するための電子マイクロ−センサー(チップ)の製造に関する。目的は、該チップの表面に、非常に多数の種々のプローブ配列を、容易にかつ経済的に固定することである。本願方法は、揮発性溶媒の存在下での固定および/または局所化学合成によって、支持体上に配列プローブのアレイを作製することを目的とする。該方法は、光硬化された(エポキシ)樹脂から作製された反応ウェルのグリッドがその上に作製されている支持体を使用すること;合成溶媒(アセトニトリル)の蒸気で飽和されている反応チャンバ内に該支持体を配置すること;最終的に、特定のプローブ−配列に対応する各ウェル中の液体/試薬の局在化供給を使用して、該ウェルにおけるプローブ配列の固定および必要に応じてインサイチュでの局在化化学合成を生じさせること、ならびに共通の液体/試薬を該ウェルに集合的に供給すること、および各局在化供給操作の前に各ウェルに含まれる液体の除去を確実にすることを含むことを特徴とする。本発明はまた、該方法を実行するための装置に関する。The present invention relates to the manufacture of electronic micro-sensors (chips) for analyzing nucleotide and / or peptide sequences. The aim is to easily and economically immobilize a large number of different probe sequences on the surface of the chip. The method of the present application aims at producing an array of sequenced probes on a support by immobilization and / or local chemical synthesis in the presence of a volatile solvent. The method uses a support on which a grid of reaction wells made from a photocured (epoxy) resin is made; in a reaction chamber saturated with vapors of a synthetic solvent (acetonitrile). Finally, using a localized supply of liquid / reagent in each well corresponding to a particular probe-sequence to immobilize the probe sequence in that well and optionally Ensure that in situ localized chemical synthesis occurs, and collectively supply common liquids / reagents to the wells, and ensure removal of liquid contained in each well prior to each localized supply operation It is characterized by including doing. The invention also relates to an apparatus for performing the method.

Description

【0001】
(発明の分野)
本発明の分野は、ヌクレオチドおよび/またはペプチド配列を分析する際の使用のためのマイクロアレイを作製する分野である。この型の分析は、より高度な生物学的実体(細胞、組織、細菌、ウイルス、真菌、酵母など)のマーカーであり得る遺伝子またはペプチドのいくつかまたは全てを検出および同定するための門戸を開放する。
【0002】
本明細書において問題となる作製は、プローブのアレイを形成することを意図された支持体上におけるポリマープローブ(オリゴヌクレオチドおよび/またはペプチド)の局在化固定および/または化学合成であり、特定のプローブは、分析される媒体中に含まれる標的配列と対合し得る。前記対合は、蛍光、着色、または放射性マーカーを使用して、または電気トランスダクタンス(electronic tansductance)によって明らかにされ得る。
【0003】
より正確には、本発明は、有利には互いに異なりそして塩基対合によってそれらの相補体(標的配列)と対合し得る、複数のポリ−、好ましくはオリゴ−ヌクレオチドおよび/またはペプチド配列(OGN配列)を、その面の少なくとも1つに支える支持体を作製する方法に関し、前記OGN配列は、揮発性溶媒の存在下での局在化された化学合成によって得られる。
【0004】
本発明はまた、前記方法を実行するための装置、および前記装置に含まれ、そして該方法において使用される支持体に関する。
【0005】
本発明はまた、上記方法によって作製されるバイオアレイを使用して標的OGN配列を検出および/または同定するための方法を提供する。
【0006】
本明細書の文脈において、OGN配列は、ポリ−、好ましくは、オリゴ−ヌクレオチドおよび/またはペプチド配列に対応する。言い換えると、これらは、以下であり得る:
・各々窒素含有ATCG塩基を保有するオリゴヌクレオチド;
・反復する単位がアミノ酸であるオリゴペプチド;
・またはペプチド核酸(PNA)(これらは、例えば、アミド結合を介して共に結合されたN−(2−アミノエチル)グリシン反復ユニットを含むペプチド骨格を有するポリマーであり、各ユニットは、ピリミジンまたはプリン窒素含有塩基を保有する);
・または混合核酸およびペプチド−核酸構造とのキメラ。
【0007】
医学分野および産業全体における遺伝学、ゲノム学、および生物工学の急激な発達(explosion)は、核酸配列またはアミノ酸配列を分析するためのツールの必要性を創出してきた。このツールは、高分解能ツールでなければならず、そしてこれは、極度に迅速かつ確実でなければならない。核酸配列を使用して、効果的な分析ツールについてのこの必要性が、多数の用途(例えば、遺伝子突然変異の研究、病原菌検出、またはゲノム配列決定)において感じられる。
【0008】
核酸配列および/またはペプチド配列を分析する原理は、比較的単純である。なぜなら、これは、ポリヌクレオチドおよびPNAの場合に、4つのヌクレオチドコモノマー(co−monomer)のA、C、TおよびGの配列、ならびにポリペプチドについて約20アミノ酸の配列を読む工程を包含するからである。この単純な原理は、処理されるかなりの量のデータによって複雑にされる;細菌Escherichia Coli(最も短い細菌の1つ)についてのゲノムは、470万ヌクレオチドで4000の遺伝子を含むが、ヒトゲノムは、約100,000遺伝子によって構成され、30億ヌクレオチドを表す。それに加えて、遺伝子またはタンパク質を解読することは、生きている生物の正常な機構または異常な機構におけるこれらの核酸またはペプチドポリマーの複雑な作用を理解することとは比較にならないという事実が存在する。
【0009】
このことは、多数の核酸またはアミノ酸配列を迅速かつ確実に分析し得る利用可能なツールまたはアレイを有することが特に有用であるという事実をさらに強調する。
【0010】
(先行技術)
この必要性を満たすために、異なる分析ツールおよび前記ツールを作製するための技術が、先行技術において提案されている。
【0011】
PCT国際特許出願WO−A−89/10977(発明者:Southern)は、ポリヌクレオチド配列を分析するための方法および装置を記載する。その発明に従って、分析される媒体中に含まれる相補的な標的OGN配列とハイブリダイズし得るオリゴヌクレオチド配列(OGNプローブ)のアレイまたは完全なセットを含む支持体(例えば、ガラスプレート)が提供される。OGNアレイ上で生じ得るハイブリダイゼーションは、プローブおよび/または標的によって保有され得るマーカーを使用して明らかにされる。OGNプローブのアレイを有するバイオアレイの概念は、分析のための媒体の遺伝的内容物のデジタルインプリント(digital imprint)が、単一の分析工程で、前記遺伝的内容物の部分的または完全な配列決定と共に獲得されることを可能にする。理論上では、この概念は、ますます魅惑的である。なぜなら、互いに異なりそして多数(数百〜数百万)であるOGNプローブのアレイ(写真術との類似によって「ピクセル」とも呼ばれ得る)を用いて、クローニングの必要性なしでポリヌクレオチド配列の複数の集団を含む媒体中で分析を実行することが可能であるはずだからである。しかし、明白な理論的興味とは別に、困難な実際的な問題、すなわち、各々10マー長、20マー長、または30マー長であるプローブOGN配列のアレイを支える支持体の作製が生じる。マクロ分子OGNプローブは、各プローブについて既知の正確さで極度に小さい表面積を有するユニット上に固定されなければならない。
【0012】
PCT WO−A−89/10977の実施例において採用される実際的な問題に対する具体的な解決法は、以下の通りである。顕微鏡スライドを、支持体として使用した。これらのプレートは、シラン化(silanization)を受ける(すなわち、これらを、ガラスの表面に接着する3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランで処理し、OGN配列についての固定地点を形成する)。次いで、シラン部分は、酸処理を受け、OGNモノマーのヘッドモノマー(ラング1)と反応し得るヒドロキシル基を生成する。OGNオリゴヌクレオチドを、ホスホルアミダイト化学を使用して合成した。このヌクレオチドの5’末端を、ジメトキシトリチル(DMT)基によって保護し、そして3’末端を、β−シアノエチルホスホルアミダイトで保護した。ラング1における及びシラン上でのヌクレオチドのカップリング、およびラング2〜におけるヌクレオチドのカップリングは、テトラゾールを使用して実行した。溶媒は、アセトニトリルであった。反応を、密封した容器中の無水条件下で実行した。この容器は、単一の反応部位を規定するために縁のみを残すように中空にしたシリコーンゴムのストリップでコーティングした顕微鏡スライドを含んだ。ガラス支持体プレートと同じサイズおよび同じ厚さのテフロンプレートは、反応部分およびシリコーン境界をカバーした。短いプラスチックチューブは、反応容積を外側と連絡させ、そして反応液の注入および除去を可能にし、そしてまた、反応容積をアルゴンで充填することを可能にし、前記操作をシリンジを使用して実行した。各ヌクレオチドカップリング工程後、アセンブリを別々にし、次のカップリング工程を実行するための再アセンブリのための反応液または試薬中に支持体を浸漬することによって反応を続ける。
【0013】
明らかに、OGNプローブのアレイを作製するための技術は、特に、使い扱い難く、そして複雑であるので、産業上利用可能でない。さらに、PCT書類の実施例は、非常に少数のオリゴヌクレオチド(すなわち、24ユニットおよび72ユニット)を含むアレイを開示するのみである。これらのアレイは、PCT出願の表1aおよび1bに示される。OGN配列の組成は、非常にわずかに変化し、そしてかなりの数の塩基が欠失している。従って、PCT WO−A−89/10977に従うOGNアレイを作製するための技術は、改善に理想的に適しているようである。
【0014】
PCT WO−A−89/10977の著者らは、コンピューターによって制御される印刷装置を含み、そしてインクジェット印刷ヘッドを含む自動装置を使用するアレイのセル中でオリゴヌクレオチドを合成することによってOGNマトリクスを作製することが可能であるはずであると仮定する。しかし、これは、実用に移されていない単なるアイデアである。現実には、それを実用に移すことは、非常に困難であると証明されている。
【0015】
実行される反応は、非常に複雑かつ多数であるので、OGNアレイの作製は、支持体上のオリゴヌクレオチドを固定および合成するための既知の技術の単なる採用ではあり得ない。
【0016】
PCT WO−A−89/10977に記載される技術は、「インサイチュ」と呼ばれ得る作製様式に由来し、これは、支持体のピクセルの組について同時に、一塩基づつ増加させることによって、基体上でプローブを合成することにある。
【0017】
「エクスサイチュ(ex situ)」と称され得る作製技術のさらなる群が存在し、これは、支持体の処理と独立したOGNプローブのセットの予備作製に基づき、前記作製に続いて、支持体上に前記プローブを固定する。
【0018】
これらの技術は、OGNプローブのセットが数十ユニットを超える場合、実行するのが困難となり、そして数百ユニットを超えると非実用的になる。
【0019】
Science,第251巻、767−773、1991における論文に対応する、国際PCT出願WO−A−92/10092(発明者:FODORら)は、光化学経路によって支持体上に位置するインサイチュ合成を開示する。この目的に対して、ヌクレオチド塩基は、ニトロベラトリルオキシカルボニル(NVOC)のような光不安定な基によって、その5’末端において保護され、これは、ホスホルアミダイト合成において使用される保護基(DMT)を置換する。支持体は、NVOCでもまた保護されるアミンまたはヒドロキシル基を有するガラスプレートである。基体上の局在化した光照射の作用は、光不安定な基の光化学的切断および照射された表面の脱保護を生じる。次いで、NVOC基によってもまた保護されるオリゴヌクレオチドの付加と共に局所的に進行することが可能である。支持体の異なる領域を照射し、次いでコンビナトリアル合成ストラテジーによって、FODORらは、OGNプローブのアレイを合成した。FODORらの技術の主な不都合は、合成収率に対するNVOC基の有害な影響にある。それにより、配列決定の誤りを生じ、そしてアレイの有用な表面における減少を生じる。さらに、FODORの方法は、高価であり、そしてその実行において柔軟性がない(マスク、試薬は、市販されていない)。
【0020】
この作製方法のさらなる不都合は、使用されるコンビナトリアルストラテジーが、1つのピクセルから次のピクセルまでほとんど変化しない組成のアレイを生じることであり;通常、プローブの組成は、1つのピクセルから次のピクセルまで1塩基のみ変化する。従って、近隣のピクセルにおけるハイブリダイゼーションを区別することは、困難であることが分かり得る。
【0021】
光不安定なNVOC型保護基を含むOGN合成技術はまた、国際PCT出願WO−A−93/09668において記載され、これは、基体上のヌクレオチドまたはペプチドポリマーのアレイを合成するためのコンビナトリアルストラテジーを記載する。このPCT出願は、基体の所定の領域における異なるOGNモノマーの局在化されたインサイチュ合成に言及する。このPCT出願は、化学合成のための2つの型の技術を推奨する。
【0022】
1−ブロック中に形成されるチャンネルの内側の反応液の流れを循環させ、ここでアレイの1つが規定の領域または所定の領域中に基体の表面によって形成される;
2−反応液の液滴を、基体の所定の領域に堆積または噴霧する;
3−技術1および2の組み合わせ。
【0023】
技術1において、反応液が循環するチャンネルを規定するように、基体の表面と接触する平行の溝のセットを備える、チャンネルブロックが使用され、ここで反応液体は循環する。その結果、この方法は、ラング1の1つ以上の異なるモノマーを固定すること、洗浄工程および脱保護工程のために基体−チャンネルブロックアセンブリを取り除くこと、ラング2のモノマーおよびラングまでのモノマーを固定するためにアセンブリを再構築することにある。コンビナトリアルストラテジーは、回転(90°)または並進のいずれかによって、チャンネルブロックに関して基体を移動させることからなる。
【0024】
技術1のバリエーションにおいて、図12に示されるように、複数の反応ウェル、ならびに試薬または反応液を支持体に分配するためのチューブのアセンブリを備える試薬分配器を備える支持体が提供される。この改変物において、支持体の所定の領域への反応液の供給を制御するために、分配器チューブと支持体ウェルとの間にマスクを挿入することが可能である。
【0025】
技術2に関して、PCT出願は、一般的な様式で、1平方センチメートル(cm)あたり少なくとも10000反応領域を含む支持体を開示する。このような支持体を具体化するための具体的な実施例は存在しない。このPCT出願はまた、支持体の前記反応領域において反応液を分配するための手段を記載する。インクジェット印刷ヘッドは、支持体の反応領域に反応液を分配するための手段の例として引用される。
【0026】
支持体上で反応領域を作製するために提案された技術の1つは、親水性領域の周りに疎水性領域を作製することによって(例えば、保護された疎水性基を保有する親水性樹脂の層を適用し、そして表面張力ウェルの輪郭を形成するように意図された領域中でこれらの疎水性基を脱保護することによって)、支持体の表面上に表面張力ウェルを獲得することにある。代替において、反応領域は、図12に示されるような壁によって規定される三次元ウェルによって形成され得る。
【0027】
このPCT出願において、疎水性基は、光分解によって有利に脱保護される。
【0028】
PCT出願WO−A−93/09668はまた、OGN配列の合成に影響し得る溶媒エバポレーションでの問題をほのめかす。その困難性を克服するために、密封された反応チャンバーの使用が、蒸気圧(低温)を低下させることおよび/または揮発性溶媒を用いて反応チャンバーを飽和することと共に、提案される。
【0029】
前記推測的一般性と実際に機能する実践的な実施形態との間のギャップは、無視できないことに注意すべきである。このことは、そのPCT出願において与えられる実施例が、反応流体循環チャンネルを使用する技術1の説明のみに関するという事実によって確認される。実施例において記載されるように、この技術は、2500の反応領域を含むアレイが作製されるのを可能にする。OGNオリゴヌクレオチド配列は、反応領域の全てにおいて合成される。第7モノマーおよび第8モノマーを接着するために、使用される反応液循環チャンネルブロックは、各6マー長のOGN配列をすでに含む基体表面に対して固定される。第7ヌクレオチドは、所定の方向に平行であるチャンネルアセンブリによって分配され、そして第8ヌクレオチドは、第7ヌクレオチドを受容することを意図されたチャンネルの方向に垂直である方向のチャンネル中で循環する流れによって分配される。その実施例において、8マーのOGN配列は、チャンネル間の交差点においてのみ作製される。
【0030】
出願PCT WO−A−93/09668の方法は、異なる組成のオリゴヌクレオチドのアレイを、迅速に、確実に、そして容易に作製し得ないようである。チャンネルブロックに関する基体の各回転によって、装置は、取り除かれる必要があり、このことは、インサイチュOGN合成および局在化について、この方法を非常に扱いにくくする。
【0031】
米国特許US−A−5 658 802(D.J.HAYESら)は、圧電系を使用する、試薬の液滴の基体上への局所的射出に基づくエクスサイチュ合成方法およびインサイチュ合成方法に関する。実際に、ヌクレオチド塩基を希釈するために最も頻繁に使用される基体が、アセトニトリルであり、そしてこの溶媒が、低湿潤の接触角を有することを考慮すると、基体上に数百ミクロンを超える溶媒の液滴を広げることに関する問題が生じ、反応を適切な規模に局在化することを困難にする。さらに、この様式で使用されるアセトニトリルは、揮発性であり、従って、大規模なエバポレーションに供される。
【0032】
US−A−5 658 802に記載される装置は、必要に応じてパターンを有する集積回路を作製するために使用される型の基体を備える。その特許において、非常に小さい表面積の反応部位を規定する問題は、存在しない。各圧電射出手段は、液体のリザーバに関連する。圧電射出手段およびこれらのリザーバは共に、分配アセンブリを形成する。この装置はまた、液体射出手段および/または基体を位置決めするための手段を提供する。
【0033】
上記は、US−A−5 658 802に記載される方法および装置が、揮発性の溶媒を使用する局在化された化学合成によってOGN配列のアレイを作製する場合に、操作可能でないことを示す。
【0034】
基体上に反応液の液滴の広がりを制御すること、および互いに離れている別々の複数の反応部位にこれらを限定することの問題に関して、前記の国際PCT特許出願WO−A−93/09668および表面張力ウェル技術の記載が参照されるべきであり、表面張力ウェル技術は、表面張力差異によって複数の反応部位を規定するために、約100マイクロメートル(μm)の直径を有する親水性領域を囲む疎水性領域を作製することにある。A.P.BLANCHARDらによる文献(Biosensors−Bioelectronics 11,687−690,1966)はまた、この技術を取り扱う。しかし、前記技術は、水溶性溶媒についてのみ満足のいく様式で問題を解決することが認識されるべきである。不都合なことに、水性溶媒は、オリゴヌクレオチドまたはオリゴペプチド合成反応に適していない。
【0035】
実際に、表面張力ウェル技術は、反応液がアセトニトリルのような揮発性の有機溶媒によって構成される場合に適切ではない。このような揮発性溶媒の表面張力特徴に起因して、表面張力差異によって反応部分を分離することは、あまり十分ではない。さらに、非常に少量で分配される溶媒の蒸発の問題は、表面張力ウェルを含む命題における主要な問題のままである。
【0036】
国際PCT出願WO−A−94/27719は、支持体の表面上で化学反応アレイを作製するための方法および装置に関する。このPCT出願において、表面張力ウェルは、フェノール/ホルモール型またはポリメタクリレート型のフォトレジン(photoresin)を使用して、支持体の表面上に作製される。このPCT出願は、反応液を分配するための圧電性インクジェット印刷ヘッド型手段を推奨する。
【0037】
従って、先行技術はまた、支持体の表面上に、異なりそして種々の性質の大量のOGN配列を含むアレイを作製する、効率的かつ高性能な方法を提案しないことが認められなければならない。文献に記載される多数の方法および装置は、いずれの実際の適用も有さず、そして作製されていないようである。さらに、一般的な規則に対して例外であるものは、小数のピクセルを含むOGN配列アレイを生じるか、または多数の誤ったOGN配列を有する。この最後の点は、合成収率に関して、これらの方法の弱点を構成する。92%の平均収率は、8マーのプローブについて51%まで、そして12マーのプローブについて36%まで、各ピクセルの有用な表面を減少することが知られている。アレイの大部分にわたる、誤った配列の存在は、ハイブリダイゼーションまたは塩基対合の検出を複雑にし、そして重複するアレイの設計またはプローブ長の制限を必要とする。このような欠陥は、NVOC保護基を含む光化学方法について特に当てはまる。さらに、公知の作製方法は、アレイを容易に構成するOGN配列の組成を変更することは困難であるという点で、あまり柔軟性がない。
【0038】
最後に、公知の方法は、一般に、複雑であり、信頼性が低く、あまり迅速でなく、高価であり、かつ最も重要なことに、産業上利用可能でないと考えられ得る。
【0039】
これらの状況下で、本発明の本質的な目的は、複数のポリ−好ましくは、オリゴ−ヌクレオチドおよび/またはペプチド配列)をその少なくとも1つの面に保有する支持体を作製するための方法および装置を提供することであり、前記OGN配列は、互いに異なり、そして塩基対合によってこれらの相補体と対合し得、そして揮発性溶媒の存在下での化学合成によって得られる:
・前記方法は、柔軟性があり、信頼性があり、迅速かつ単純であると同時に、実際に正確に機能することが必要とされる;そして
・前記方法はまた、良好な化学的収率を有し、そしてその次に配列中に低い割合で誤りを有する、数十〜数億のOGN配列を含むアレイを作製する。
【0040】
さらなる本質的な局面において、本発明の目的は、上に概略される方法を実施するための、単純な、安価な、かつ産業的な装置を提供することである。
【0041】
なおさらなる本質的な局面において、本発明は、前記の目的を有する方法および装置における使用のための支持体を提供することを目的とし、これは、作製するのが容易であり、そしてOGN配列アレイの作製を最適化する。
【0042】
なおさらなる本質的な局面において、本発明は、標的OGN配列を検出および/または同定する方法を提供することを目的とし、この方法は、前記目的を有する方法によって得られるOGNプローブのアレイを支える支持体を備えるバイオアレイを包含し、このような検出および/または同定方法はまた、より確実かつより特異的である。
【0043】
発明の開示
前記主題は、中でも、第1局面において、複数のポリ−、好ましくはオリゴ−ヌクレオチドおよび/またはペプチド配列をその面の1つに保有する支持体の製造方法を提供する本発明によって達成され、有利には互いに相違する該配列(OGN配列)は、塩基対合によりそれらの相補体と対合し得、そしてこれらは揮発性溶媒の存在下での化学合成によって得られ;
前記方法は本質的に、以下:
1)支持体を使用すること[ここで、該OGNを保有するように意図される該面は、反応ウェルのアレイを有し、各ウェルは、所定のOGN配列の局在化固定および/または化学合成のためのシートとして作用し;該ウェルは、光硬化樹脂を適用し、該ウェルを規定するように意図される領域における化学線照射への暴露によって該樹脂を硬化させ、そして硬化されていない該樹脂を除去して、該ウェルを規定する壁を形成する樹脂のグリッドを得ることによって、得られる];
2)反応チャンバ内に該支持体を配置し、そして該OGNの局在化固定および化学合成において使用される揮発性溶媒の蒸気を使用して、好ましくは、該反応チャンバ(5)を通って好適な飽和蒸気を含むガス流を循環させることによって、該チャンバを飽和すること;
3)該ウェルの少なくとも一部において該OGN配列の(増加による)局在化固定および/または化学合成を行うこと;
を含み、そしてこの操作は、以下によって達成される:
i. 対応のOGN配列を固定および/または合成するための試薬および液体消耗品を、関連する各ウェルへ、局所的および別個に供給すること;
ii. 全ての該ウェルにおいて行われるように意図される反応へ共通の試薬および/または液体消耗品を、関連する該ウェルへ、集合的に(非局所的に)供給すること;ならびに
iii. 該ウェル(4)への局在化供給のための各操作の前に、局在化様式で供給されるように意図される各ウェル中に含まれる任意の液体の少なくとも一部が、除去されることを確実にすること。、
本発明の方法は、先行技術方法よりも実用的要求をより良く満たす、インサイチュ(in situ)(または、エクスサイチュ(ex situ))化学合成によってオリゴヌクレオチドのアレイを製造することに対応する。
【0044】
本発明は多くの利点を有する。言及される例としては、OGN配列のアレイを、単純かつ柔軟な様式で、非常に多種の組成、サイズおよび密度で製造され得るという事実が挙げられる。特に、それは、遺伝学研究の要求を満たす。更に、本方法は、非常に高価な試薬(特にOGN合成のために使用されるもの)の消費が特に低いようなスケールで行われる。このために、アレイを低コストで大量生産することが可能である。更に、本発明の方法は、商品である反応液体および装置のみを使用するということが、注意されるべきである。
【0045】
更に、本発明の方法は、OGNアレイ技術を、そして特にオリゴヌクレオチドのそれを、医薬およびバイオ産業へ適用可能な全ての遺伝的分析へ広く普及させる。
【0046】
本発明の方法は、数平方ミリメートルから300cmの支持体(例えば、シリコンウエハ)上で[1ピクセルの表面積は、1000マイクロメートル(μm)×1000μmから10μm×10μmの範囲内である]、広範な種々の組成を有するアレイを、柔軟な様式で、作製し得る(これは、コンビナトリアルであってもなくてもよい)。従って、ピクセル数は、数単位から数億単位の葉にであり得る。
【0047】
支持体上にインサイチュで固定されそして必要に応じて製造されるOGN配列は、塩基対合により相補性標的と反応し得るプローブと考えられ得る。これらのOGN配列は、有利には、ヌクレオチドおよび/またはペプチド核酸(PNA)の繰り返し単位および/またはアミノ酸単位である、数コモノマーによって構成される。これらのポリマーまたはより正確にはオリゴマーの、ヌクレオチドコモノマーおよび/またはPNAおよび/またはアミノ酸の数は、数単位から数十単位、好ましくは15単位から25単位の範囲であり得る。
【0048】
好ましくは、本発明によれば、OGNの固定だけでなく局在化インサイチュ合成は、ウェルにおいて行われる。しかし、エクスサイチュでOGNを合成すること、およびそれらを局在化様式で支持体のウェルへ個々に固定することがまた、予想され得る。
【0049】
理想的には、支持体の構成材料は、以下によって構成される群から選択される:
ガラス、石英、必要に応じて少なくとも1つの層の酸化物または窒化物によってコーティングされたシリコン。
【0050】
シリコンまたは他の半導体材料は、特に、支持体が、電子トランスダクタンスタイプ(electronic transductance type)の対合を暴露することによって機能するバイオアレイへ一体化されるように意図される場合、好ましい。
【0051】
更なる特徴において、該支持体の表面は、好ましくは、ポジティブまたはネガティブ樹脂によって構成される群から、好ましくはネガティブ樹脂を含むサブ群(sub−group)から、そしてより好ましくは、ラジカルおよび/またはカチオン経路によって光硬化され得る、(メタ)アクリレート、エポキシ、ポリエステルおよび/またはポリスチレン樹脂を含むクラスから選択される、光硬化性樹脂のエッジング(edging)によって形成される反応ウェルのアレイを有する。
【0052】
用語“ポジティブ樹脂(positive resin)”は、本発明において使用される場合、照射によって高度な溶解性になる樹脂を意味する。
【0053】
用語“ネガティブ樹脂(negative resin)”は、本発明において使用される場合、照射によって不溶性になる樹脂を意味する。
【0054】
ネガティブ樹脂が、好ましくは使用され、そして基体へ付着する厚い耐化学層を作製するという利点を有する。
【0055】
有利には、ウェルに対応するマスクされていない領域における硬化されていない樹脂は、有機溶媒中に該樹脂を溶解させることによって除去される。それは、例えば、アセトン、γ−ブチロラクトン、プロピレン−グリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)、アセトニトリル、または当該分野に公知である他の溶媒であり得る。リソグラフィック樹脂におけるマイクロウェルのこのような形成は、支持体の洗浄、堆積、硬化、化学線照射(actinic radiation)(UV)への暴露、および硬化されていない樹脂の溶解という公知の実験プロトコルに従う。
【0056】
以下の実施例および図面、特に図1および2に提供されるおよび例示は、支持体およびその製造の非限定的な説明の他の有用な詳細を提供する。
【0057】
本発明の有利な変形において、支持体を表面処理して、その上に、OGN配列のヘッドコモノマーと非不安定結合を形成し得る固定部位を提供し、該処理は、好ましくは、前記マイクロウェルアレイを作製する前および/または後にエステル官能基を有するアルコキシシランまたはエポキシアルコキシシランを使用してのシラン化(silanization)である。
【0058】
慣用的には、シラン化剤(silanization agent)は、グリシドキシプロピルトリメトキシシランである。引用され得る他のシラン化剤は、グリシドキシプロピルジメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシランおよびカルボキシメチルトリエトキシシランである。
【0059】
シラン化は、インサイチュで製造されるアレイの OGN配列を構成するラング1のモノマー(例えば、ヌクレオチド)のセットに強固な(solid)固定ポイントを提供する。シランは、有利には、例えば、ヒドロキシル基により、ラング1のモノマー(ヌクレオチド)と架橋する。
【0060】
固定反応およびOGN配列合成のために要求される不揮発性溶媒の蒸発が、本発明の方法において、完全に考慮される。従って、この方法において、好ましくは好適な飽和蒸気および中性ガスを含むガス流を使用して、飽和工程が提供される。これは使用される溶媒の蒸発速度を制御し、そしてアレイを作製するために必要な全てのマイクロ−反応が制御される。
【0061】
蒸発が飽和によって制御される場合、溶媒の蒸発を生じさせて支持体上の局在化反応を停止させることが、予想され得る。
【0062】
当然ながら、例えば(好ましくは支持体の)温度を低下させることによって、使用される全ての揮発性溶媒の蒸気圧を減少させることにより、蒸発を制限することもまた可能である。
【0063】
有利には、飽和のために使用されるベクターガス(vector gas)は、アルゴンまたはヘリウムである。
【0064】
好ましくは、該ガス流は、それが反応チャンバにおける、周囲大気と比べて過剰圧力(over−pressure)を決定するようなものである。
【0065】
非限定的な例示において、ガス流は、大気圧に関して0.01bar〜3barの圧力を決定する。
【0066】
支持体上でのOGNの局在化固定および/または化学合成に関して、本発明によれば、支持体の反応ウェルへの局在化供給(localized supply)のための手段および非局在化供給(non−localized supply)のための手段が、使用される。
【0067】
有利には、局在化供給手段および支持体は、移動手段によって三次元X、YおよびZにおいて互いに対して移動可能である。
【0068】
本発明によれば、 OGN配列を該支持体上において固定および/または合成するために、各々は コモノマーを含む:
・作製される OGN配列のアレイの組成を、各々がコモノマーを含みそして各々が該支持体の ウェルに局在化される試薬液体の除去、供給および堆積という一連のアクションに対応する 連続ラングの構成に該組成を保存することによって、メモリーに記憶する[該液体は、該ウェルにおけるラングRi=1〜の該コモノマーの性質を決定する];
・そして第1に、該局在化供給手段および該移動手段に、前記に定義される種々の一連のアクションを行うように命令し、そして第2に、該非局在化供給手段に、該固定およびOGN配列合成手順において種々の時間で、該支持体の該ウェルへの、非局在化液体の除去、運搬および供給を行うように命令する[各局在化供給に続いて、該ウェル中そしてより一般的には該反応チャンバ中に存在する液体を排出するための工程が行われる];
[それらが誘導する該命令および該アクションは、Rにおいてi=xまで1ずつを増加させることによって繰り返される]。
【0069】
OGN配列(例えば、オリゴヌクレオチド)のアレイを製造するための種々の工程の間、反応チャンバに流体(ガス、溶媒など)および試薬(塩基、脱保護剤、カップリング剤など)を供給することが必要である。該流体(液体消耗品)および試薬は、2つのカテゴリーに分類され得る:
1)ピクセルごとに送られてアレイを得るように意図された流体および試薬(以下で、“局在化液体(localized liquid)”と呼ばれる);
2)全ての該ウェルに対して共通である様式で支持体の全てまたは一部へ、そしてより詳細には支持体の反応ウェルの全てまたは一部へ同時に送られるように意図された流体および試薬。該流体および試薬は、以下で“非局在化液体(non−localized liquids)”と呼ばれる。
【0070】
本発明の好ましい特徴によれば、該液体は、本方法の工程3(iii)において除去され、その結果、関連する該ウェルが、それらの容積の少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、そしてより好ましくは少なくとも98%の深さまで液体がない。
【0071】
有利には、該液体は、乾燥によって、ガス(好ましくは、中性ガス)を反応チャンバへ注入することによって、および/または反応チャンバおよび/または支持体の温度を上昇させることによって、および/または反応チャンバから除去される液体の蒸気圧を減少させることによって、除去される。
【0072】
これらの処理は、局在化液体を正確に射出(projection)または堆積(deposit)を可能にし、そして所定の局在化液体が提供されたウェルに隣接するウェル中に、特にはね(splashes)[これは、考慮される供給を開始する前に、ウェルが既に液体を含む場合に危険を構成する]によって、汚れ(smears)を生じさせないことを目的とする。
【0073】
中性ガスを使用しての乾燥による液体の前記除去はまた、OGN合成および/または固定を弱め(compromise)得る微量の水をも除去し得る。反応液体として使用され得る塩基および溶媒は、無水媒体中に保存されなければならないことは、周知である。
【0074】
反応チャンバはまた、部分的そして制御された真空下で静置され得る。
【0075】
明らかなことに、本発明の方法は、以下を達成し得る:
・アレイのピクセルに対応するマイクロリアクターを規定して局在化液体の拡散(spreading)を制御する上部構造(superstructure)を、支持体に提供する;
・マイクロリアクター内の局在化液体の溶媒の蒸発速度を制御して、OGN配列アレイを得るために必要な化学マイクロ反応(microreactions)を制御する;
・アレイの製造を継続するために、該マイクロ反応の終了時に、使用された化学生成物を排出する。
【0076】
更なる局面において、本発明は、前記に定義される方法を行うための装置を提供する。該装置は、以下:
・少なくとも1つの支持体[ここで、前記OGNを保有するように意図される前記面は、反応ウェルのアレイを有し、各ウェルは、所定のOGN配列の局在化固定および化学合成のためのシートとして作用し、該ウェルは、光硬化性樹脂を適用し、該ウェルを規定するように意図される領域における化学線照射への暴露によって該樹脂を硬化させ、そして硬化されていない該樹脂を除去して、該ウェルを規定する壁を形成する樹脂のグリッド(3)を得ることによって、得られる];
・該支持体を含むように意図される少なくとも1つの反応チャンバ;
・該支持体のウェルの各々における所定のOGN配列の固定および合成を可能にする、該反応ウェルへの特定の局在化液体(試薬/消耗品)の局在化供給のための手段;
・該支持体に対して該局在化供給手段および/またはその反対を移動するための手段;
・該ウェルの全てまたは一部において行われるように意図される反応に共通の、非局在化液体(生成物/消耗品)の該反応ウェルへの非局在化供給のための手段;
・該非局在化供給手段を移動させるための任意の手段;
・非局在化液体を排出するための手段;該排出手段は、該非局在化供給手段と関連する;
・局在化OGNの固定および合成において使用される前記揮発性溶媒の蒸気を使用して該反応チャンバを飽和させるための装置;
・該局在化液体のための容器;
・該非局在化液体のための容器;
・液体廃液を空にするための容器;
・該チャンバへガスを供給するための任意の装置;
・該局在化供給手段に関して該支持体を移動するための手段および/またはその反対;
・必要に応じて、該支持体上に固定されるおよび合成される種々のOGN配列のための少なくとも1つのメモリー;および
・必要に応じて、該メモリーを読み取りそしてシグナルを発生させて、流体の供給ならびに互いに対する該局在化供給手段および該支持体の移動を制御するための少なくとも1つの中央ユニット、
を含むことを特徴とする。
【0077】
本発明は、本方法の実行および装置の実施形態の好ましい非限定的実施例の以下の説明からよりよく理解されるであろう。
【0078】
本発明を実施するベストモード
好ましくは、該支持体1は、以下を含む:
・ガラス、石英、および必要に応じて少なくとも1層の酸化物または窒化物でコーティングされたシリコンによって構成される群から選択される材料から作製された、少なくとも1つの基体プレート(substrate plate)2;
・該基体の面の1つと一体化して光硬化された樹脂の、少なくとも1つのアレイ3(好ましくは、グリッド)[該アレイは、反応ウェル4でマトリックスを規定し、該フォトレジン(photoresin)は、カチオン性および/またはラジカル経路によって光硬化可能であるエポキシ樹脂および(メタ)アクリレート樹脂によって構成される群から選択され、エポキシ樹脂がより特に好ましい]。
【0079】
有利には、樹脂グリッド3は、ラング1モノマー(ヌクレオチド)を固定するために基体上で行われる処理と適合性である。該グリッド3は、前記処理の前または後に製造され得る。樹脂の該グリッド3は、OGN配列アレイ製造の間に、支持体プレート2へ付着する。グリッドは該バイオアレイにおけるアレイを読み取るための操作を妨げないが、それは、必要に応じて、バイオアレイにおいて使用される前に、除去され得る。
【0080】
完全に硬化されていない樹脂中に形成されたグリッドが合成試薬を汚染しないこと、そして相互に、該試薬がグリッドを分解(degrade)しないまたはグリッド/基体分離を生じさせないことが、重要である。
【0081】
前記グリッド3によって規定される反応ウェル4は、アレイ中のピクセルとなるのと同じぐらい多い反応部位を規定する。該ウェルは、アセトニトリルのような高度に湿潤化させる溶媒の塗布(spreading)を制限する。反応ウェル4の前記アレイまたはグリッド3は、ポジティブまたはネガティブ樹脂を用いる慣用的なリソグラフィック技術を使用して、基体上に該樹脂を堆積させることによって、そして例えば、ネガティブ樹脂の場合には該壁に対応する領域を化学線照射(actininc radiation)へ暴露してそれらを硬化させ次いで硬化されていない領域を選択的に溶解させてウェルを形成させることによって、得られる。限定することなしに、本発明は、0.1μm〜1000μmの範囲、好ましくは50μm〜500μmの範囲の深さ、10μm×10μm〜1000μm×1000μmの範囲の表面を有するマイクロウェルを製造することを認識し得る。
【0082】
本発明の方法の有利な配置において、反応マイクロウェル4のアレイまたはグリッド3は、化学反応を、支持体の性質および/または調製と独立して、局在化させ、その結果、不均質でありそして物理化学的な表面処理(酸化、シラン化、窒化など)を受けている、種々の性質の支持体を使用することが可能である。
【0083】
図3に示される本発明の装置の第1実施形態は、樹脂グリッド3によって規定される、その表面上に規定される反応ウェル4を有する、支持体1を含み、該支持体1は、一般的な参照番号5によって示される反応チャンバ内に含まれている。図3の装置はまた、局在化供給手段6、局在化供給手段6に対して支持体1を移動するための手段7を含む。
【0084】
手段8は、非局在化反応液体の非局在化供給を確実にするために提供される。該手段8は、非局在化液体を排出するための手段9と関連する。
【0085】
前記装置はまた、中性ガスおよび溶媒が充填されたガス流を使用して、反応チャンバ5を飽和するための装置10を含む。図3中の参照番号11、12、および13は、それぞれ、局在化液体のための容器、非局在化液体のための容器、および廃液を空にするための容器を意味する。装置14は、反応チャンバ5へガスを供給するために備えられる。
【0086】
最後に、本発明の好ましい特徴において、本方法の自動化実施(automated implementation)は、メモリー15、ならびにメモリー15を読み取りそして制御シグナル(control signals)(点線の矢印)を発するための中央ユニット16によって確実にされる。
【0087】
この装置の種々の構成エレメントは、好適なシャシ(chassis)および/またはフレームおよび/またはベースによって支持される。
【0088】
この第1実施形態の第1実施において、該装置は、反応チャンバが、前記局在化供給手段をキャリーする(carry)1つの末端と、該供給手段と向かい合って、該支持体を受容することを意図された反応部位を有する反対の末端とを有する密封ベロー(sealed bellows)を備え、そして非局在化供給手段を備え、該局在化供給手段をキャリーする該末端(5)は、好ましくは固定されており、そして該支持体をキャリーするもう一方の末端(5)は、好ましくは、移動手段(7)を用いて、三次元、およびにおいて移動可能であることを特徴とする。
【0089】
第1実施形態の第2実施において、該装置は、局在化供給手段が、支持体を受容するように意図されそして非局在化供給手段と関連された反応チャンバの固定部分に対して、移動手段の作用下で、三次元、およびにおいて移動され得ることを特徴とする。
【0090】
図3は、第1実施形態の第1実施に従う装置の実施例に対応し、ここで、局在化供給手段は、支持体を受容するように意図された反応チャンバの移動部分(moving portion)に対して固定されている。この移動部分は、方向、およびにおける移動のための手段7によって提供される。
【0091】
図3において示されるように、反応チャンバ5は、支持体1のためのレセプタクルとして使用される下部部分5、局在化供給手段6を備えた上部部分5、ならびに下部部分5および上部部分5と接続している密封ベロー(sealed bellows)によって構成された中間部分5から構成されている。反応チャンバの上部部分5は、ベロー5と一体化していても一体化していなくてもよい。密封ベロー5は、有利には、ポリテトラフルオロエチレン(TEFLON(登録商標))のような化学的に不活性な材料から作製される。
【0092】
本発明の好ましい特徴において、局在化供給手段6は、射出システム(projection system)を備える。射出システムは、有利には、以下のシステムから選択される:
1)以下のタイプの装置を使用する機械的射出(mechanical ejection):
a)圧電効果を使用するドロップ−オン−デマンド(drop−on−demand);
b)静電効果によって中断される連続ジェット;
2)マイクロバルブ装置を使用しての圧力下での射出。
【0093】
図3に示される実施例において、射出システムは、タイプ1a)のものであり、そして局在化液体を射出または堆積するための少なくとも1つのノズル6を備える。この圧電ノズル6は、ライン6を介して、1以上の局在化液体リザーバ(localized liquid reservoirs)11へ接続されている。
【0094】
圧電効果を使用するドロップ−オン−デマンド射出(drop−on−demand ejection)のためのシステム1a)は、J.J.ELTGENによる論文”Techniques d’impression d’images numerisees” [Digital Image Printing Techniques](TECHNIQUES D’ INGENIEUR − electronics treatise E5670)に記載されている。
【0095】
前記圧電システム1aの利点の1つは、それらは、非常に小さな表面積のマイクロウェル4(例えば、70μm×70μm〜300μm×300μm)に渡って、非常に少ない容積の局在化液体(試薬)(例えば、50ピコリットル)を、支持体1のマイクロウェル4へ堆積させ得るということである。
【0096】
前記圧電システム1aの更なる利点は、1〜10kHzの周波数で独立して制御される64から128のノズルを有するコンポーネント6の商業的入手性である[例えば、MODULAR INK TECHNOLOGY(スウェーデン)のP64およびP128システム]。次いで、このようなコンポーネントを用いて、アセトニトリルに希釈された試薬を射出することによって、複数のウェルに同時に供給することが可能である。
【0097】
変形物として、射出システムは、タイプ1b)のもの、前記で引用したJ.J.ELTGENによる論文に記載されるような静電効果によって遮断される連続ジェットであり得る。このシステムは、高い分解能(典型的に、30μm×30μm)が得られ得る。
【0098】
最後に、図3Aに示されるようなタイプ2)射出システムを有する変形物は、圧電タイプノズル(6)の代わりに、非局在化液体試薬に対して不活性である材料から作製される機械的部品(mechanical parts)20を使用する。それは、ステンレス鋼、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはポリアミド(NYLON(登録商標))から作製され得る。各部品20は、チャンネル21を通るフィン(fin)を含む。該チャンネル21への入口開口部22は、ライン23を介して、部品20のチャンネル21への局在化液体の許可(admission)を管理する電気制御バルブ(electrically−controlled valve)24へ接続されている。このバルブ24に、リザーバ26を介して、局在化試薬液体25が供給される。ライン27は、リザーバ26をバルブ24へ接続している。中性ガス28(例えば、アルゴン)は、過剰圧力で(例えば、0.5bar)、液体25をバルブ24へ進ませる。例えば1ミリメートル(mm)の直径を有するライン23、27は、有利には、部品20と同一の材料(例えば、PTFE)から作製される。
【0099】
出口開口部29、即ち部品20のノズルは、フォトレジングリッド3によって規定されたマイクロウェル4を含む基体1と向かい合って配置される。
【0100】
ノズル29の直径は、例えば、100μmである。
【0101】
バルブ24は、図3に示されるように、中央電子制御ユニット(central electronic control unit)16によって制御される(図3Aには示されていない。このユニット16は、短い制御期間(例えば、0.1ミリ秒(ms)〜10ms)の間開口(opening)、次いでバルブ24の閉鎖(closing)を制御して局在化試薬液体25の少量30を放出させ、そして支持体1のマイクロウェル4に供給し得る。
【0102】
1mm直径のライン23、27を用いて、0.5barの過剰圧力のアルゴン、0.1ms〜10msの開口期間の電気制御バルブ24、直径100μmのノズル29、送達された量3は、400μm×400μmの表面積および400μmの深さを有するマイクロウェル4を備える支持体1に好適である。
【0103】
エレメント20、21、29は、例えば、100μm未満の直径を有するマイクロシリンジの構成エレメントであり得る。
【0104】
実際、バルブ24は、LEE COMPANY(USA)製のINKX 0510100バルブから構成され得、これはまた、参照番号INZX 0510100を有する7のノズル29を備えるシステムを作製する。アセトニトリルとのこのバルブの適合性を増加させるために、エラストマーフラップ(flap)をフッ素化エラストマーフラップ(KALREZ(登録商標)またはCHEMRAZ(登録商標))で置き換えることが有利であるだろう。
【0105】
図3Aに示される射出システムの変形物は、その削減された費用、機能の簡易性、および信頼性のために、有利である。
【0106】
図3において例として示される実施形態において、局在化供給手段6はまた、圧力下でガスを供給するためのライン6を備え、これは、リザーバ11に含まれる局在化液体を、ライン6を介してノズル6へ運搬し得る。このラインは、射出を制御する電気制御バルブ6を備えている。局在化供給手段6を形成するエレメント6〜6は、有利にはバルブ6の開閉を管理する中央制御ユニット16によって制御される。中央ユニット16はまた、ライン6を介して高圧ガスの供給を制御する。局在化液体のために複数のリザーバ11が存在する最も通常の場合、中央ユニット16はまた、好適な装置を使用して射出される液体の選択を管理する。
【0107】
図3の例において、1つのみの射出ノズル6が備えられているが、変形物において、射出される局在化液体が存在するのと同じぐらい多数の射出ノズルを有すると認識することが可能であることに注意すべきである。
【0108】
非局在化供給手段8は、支持体を含んでいる反応チャンバの下部部分5へ非局在化液体を供給するためのライン8を備えている。このライン8は、反応チャンバ5の下部部分5内に備えられた開口部8を、局在化液体リザーバ12へ接続する。このライン8は、支持体に供給するように意図された非局在化液体流を制御するための、電気制御バルブ8が備えられている。該非局在化供給手段8はまた、非局在化液体流をライン8において発生させる高圧ガス(propellant gas)を供給するためのライン8を含む。
【0109】
反応チャンバ5の下部部分へ導入される非局在化液体を選択するための手段を支持体1上へ提供することによって、前記非局在化供給手段8内に、他の非局在化液体リザーバ12を含めることが可能であることが、容易に理解され得る。局在化供給手段6と同様の様式で、非局在化供給手段8は、中央ユニット16(点線の矢印)によって制御され、これは、ライン8およびバルブ8を介して供給される高圧ガスによる非局在化液体の運搬を制御する。
【0110】
前記手段8は、手段8によって供給され、そして反応チャンバ5の下部部分51に一時的に留まりそして支持体1を浸す、非局在化液体を排出するための手段9と関連する。該排出手段(evacuation means)9は、チャンバ5の下部部分51に設けられた出口オリフィス(outlet orifice)9を廃液リザーバ(effluent reservoir)13へ接続するライン9を含む。ライン9には、好適な時間での廃液の排出を管理する、中央ユニット16によって制御される、電気制御バルブ9が備えられる。該排出のための駆動力は、例えば、ガスの過剰圧力および/または液体が除去されることを可能にする吸引ポンプ(図3に示されていない)の作用であり得る。
【0111】
飽和揮発性溶媒流(saturating volatile solvent stream)の循環を可能にする装置10は、反応チャンバの下部部分5へのおよび下部部分5からの飽和ガス流のための、溶媒リザーバ10、入口10、および出口10を含む。該流れは、ライン10を介して溶媒リザーバ10へ入りそしてそれと共に溶媒の蒸気をライン10へ運ぶ中性ガス(neutral gas)(例えば、アルゴン)によって発生され、これは、入口10を介してチャンバへ入り、そして出口10(これは、排出ライン10によって延長されている)を介してそこから排出され得る。ライン10および10は、中央ユニット16(従って、これは、飽和ガス流を制御する)によって制御される電気制御バルブ10および10を含む。
【0112】
好ましくは、反応チャンバ飽和装置10は、使用される揮発性溶媒の蒸気および少なくとも1つの中性ガスを含む、飽和ガス流の循環を可能にするように設計される。
【0113】
任意のガス供給装置14は、下部部分に備えられた入口を介して、反応チャンバと連絡する。この装置14には、電気制御バルブ(示されず)が備えられており、そしてまた、中央ユニットによって制御される。
【0114】
手段6に対して支持体1を移動させるための手段7に関して、本発明の装置の第1実施形態の第1実施において、手段7が図3に象徴的に示されていることが理解され得、図3はまた、中央ユニット16による該移動手段7の制御を、点線の矢印によって示す。一般的に、移動手段は、OGN合成のために使用される試薬に対して、特に、飽和のために使用される溶媒に対して、十分な化学耐性を有する。溶媒は可燃性であり、従って、移動手段の設計は、火災の危険性を避けなければならない(従って、中性ガスの重要性)。これらの条件は、移動手段がベローのために化学リアクターの外側に配置されているので、図3の装置について満たされている。
【0115】
該移動手段7は、反応チャンバ5の下部部分5を動かすために好適な任意の公知の手段によって構成され得る。ベロー5のために、この下部部分5は、射出ノズル6を含むチャンバ5の上部部分5に対してある程度の可動性(mobility)を有する。言及され得る例は、機械的に駆動され得る三次元におけるピン/ラックシステム(pin/rack systems)、スライドシステム、あるいは交差運動を有する交差移動キャリッジ(cross−motion carriages)および/または並進および/または回転に動力が付けられたマイクロメトリック移動盤(micrometric displacement platens)を備えるシステムが挙げられる。前記システムに対応する市販の商品は、MICROCONTOLE、NEWPORT、OWISによって提供される。
【0116】
図4A、4Bおよび4Cは、射出ノズル6に関する、下部部分5によってキャリーされる支持体1の、および軸に沿っての移動を示す。
【0117】
このような移動手段は、支持体1の反応ウェル4に局在化液体を供給し得る。
【0118】
図3に示される本発明の装置の第1実施形態のこの例は、局在化液体が、支持体1のマイクロウェル4へ非常に少ない容積の液滴で分配されることを可能にする。
【0119】
例として、図5および6は、150μm×150μmの表面および約100μmの深さを各々が有する、数十のマイクウェル4を含む支持体1の拡大写真を示す。
【0120】
該マイクロウェルは、光硬化されたエポキシ樹脂のグリッド3によって規定されている。図5における写真は、マイクロウェル4のアレイ、特に、丸で囲んだマイクロウェル4’(これは、微量の局在化液体も含んでいない)を示す。図6の写真は、図5のアレイを示し、ここで、丸で囲んだマイクロウェル4’は、射出システムのドロップ−オン−デマンドタイプ圧電ノズル6(1a)によって送られた、約50ピコリットルのアセトニトリルの液滴Gを含有する。液滴Gを含有する支持体1は、図3(飽和)の装置によって提供される条件下で存在せず、該液滴は、別のフラクションで蒸発し、そしてそれは写真を撮ることが可能でなかった。対照的に、図3の装置を用いると、この液滴は、反応チャンバ内のアセトニトリルで飽和された容積で見られる。それは、5分(min)から30min間そこに留まり、これは、化学固定および/またはOGN合成反応を生じさせるに十分な時間である。
【0121】
図3、3Aおよび4A、4Bおよび4Cに記載の本発明の方法の実施は、フレキシブルPTFEベローを用いて行われるに容易であるという利点を有する。飽和された容積は低く、このことは、制御(化学組成、溶媒濃度、圧力、温度など)を容易にする。移動手段は、飽和容積の完全に外にあり、そして従って腐食から保護される。対照的に、マイクロ堆積(microdeposition)/ベロー手段の移動の幅は、ベローのスイープ(sweep)に、即ち、数センチメートル(cm)に制限される。
【0122】
大きな支持体(supports)または基体(substrates)、例えば、4〜8インチシリコンウエハ(10.16cm〜20.32cm)上でアレイを作製するために、図7および9に記載の第2実施形態の装置が、図9A、9B、9Cおよび9Dにおいてより詳細に説明されるように、好ましく使用される。
【0123】
図7、8および9は、本発明の装置の第2実施形態を示す。図において理解され得るように、この第2実施形態と前記の第1実施形態との間の本質的な差異は、軸Xに沿って支持体1を移動するための手段7を使用して支持体を移動させることに加えて、局在化供給手段6はY軸に沿って移動可能であり、そして非局在化供給手段8は大きな移動を伴ってZ軸に沿って、少なくともX、Y軸に沿って、移動可能であり、大きな基体を加工する(work on)ことを可能にするという事実にある。
【0124】
支持体1を移動させるための手段7、ならびに局在化供給手段6と非局在化供給手段8のための移動手段30および40、は、反応チャンバ5内に少なくとも部分的に含まれる。このチャンバは、有利には、第1実施形態の装置よりも大きい(例えば、1.5メートル(m)×1.5m×1m)。該チャンバ5は、例えば中性ガス(例えば、アルゴン)および揮発性溶媒蒸気で充填されたガス流で飽和され得るように設計される。このために、チャンバ5を飽和するための装置10が提供される。それは、本発明の装置の第1実施形態について記載されたものと同一である。同一のエレメントは、同一の参照番号を有する。
【0125】
第2実施形態の装置が、工業的操作により好適である。ここで重要なポイントは、反応チャンバの飽和をコンスタントに維持することが可能であることである。飽和における中断は、チャンバの大容積に起因して、飽和を再開するために多大な時間を必要とすることが明らかであるからである。
【0126】
該装置のこの第2実施形態の更なる特徴は、チャンバ5の外側に配置された移動手段7、30、40の部分が、モーター31、41および71、ならびに該モーターのための電力供給(図面には示されていない)であり、一方、移動手段7、30、40の5の内側の機械的部分(以下に、より詳細に記載される)が、TEFLON(登録商標)(PTFE)、ステンレス鋼、過フッ素化エラストマー(perfluorinated elastomers)(KALREZ(登録商標)、CHEMRAZ(登録商標))、またはポリアミド(NYLON(登録商標))のような不活性材料から作製されるということである。
【0127】
チャンバ5の飽和を中断しないために、移動手段7によってキャリーされる支持体1をロードおよびアンロードする場合には、チャンバ5にサイドエアロック(side airlock)50を備える。
【0128】
図8は、Y軸に沿う移動のためのそれらの手段30からリフトされた局在化供給手段6、ならびに支持体1およびX軸に沿う移動のためのその手段7を詳細に示す。反応チャンバ5の壁は、ドッド−ダッシュ(dot−dash)線によって、図8において印がつけられている。
【0129】
反応マイクロウェル4のアレイを規定する樹脂グリッド3を含む支持体または基体1の移動のための手段7は、トランスミッション・ワームスクリュー(transmission wormscrew)74による並進(tranlation)へ変形され得る回転運動を発生させ得るモーター71の作用下で、ガイドレール73上でスライドし得る並進キャリッジ(translation carriage)を含む。例えば、多角形または円形断面積の金属ロッドである、ガイドレール73と、トランスミッション・ワームスクリュー74とは、互いに平行である。スライド73の各末端には、バッファーブロック(buffer block)75が備えられている。モーター71へ接続されている反対側のトランスミッション・ワームスクリュー74の末端にはまた、バッファーブロック76が備えられている。エレメント73、74の末端部分、バッファーブロック75、76、およびモーター71は、チャンバ5の外側に配置される。
【0130】
有利には、チャンバの壁を通ってのガイドレール73およびトランスミッション・ワームスクリュー74のための経路は、例えば、KALREZ製の形成されたO−リングによって密封される。本発明の有利な変形において、スライド73のためのバッファーブロック75は、チャンバ5の壁の一体化部品(integral part)を形成し得、気密でなければならない開口部を節約し得る。
【0131】
チャンバ5において少なくとも部分的に配置される部品の構成材料は、固定および/または合成化学試薬、特にOGNに耐性である材料から選択される。引用され得る構成材料の例は、PTFE、ステンレス鋼、およびKALREZである。
【0132】
外部モーター71は、化学試薬から保護されており、このことは、火災または爆発の危険性を回避させる。
【0133】
局在化供給手段6およびそれらの移動手段30に関して、該移動手段30は、支持体1上に配列されたマイクロウェル4への局在化液体または試薬のマイクロ堆積(micro−deposition)のためのステーション60のY軸に沿う並進の移動を確実にするように設計されることに注意されるべきである。
【0134】
上記に記載の移動手段7と同様に、移動手段30は、バッファー36によってもう一方の末端で終了されたトランスミッション・ワームスクリュー34の一方の末端へ接続されたモーター31を含む。上述のように、該エレメントのある部分および該エレメントの他の末端部分が、チャンバ5の外側に配置される。更なる詳細については手段7の前記の記載が参照されるべきである。
【0135】
ガイドレール33に沿うワームスクリュー34によって並進において運ばれ得るマイクロ堆積ステーション(micro−deposition station)60に関して、それは、試薬62のボトルを支えるエレメント61を備えたキャリッジからなり(図8において、1つだけが示される)、そしてY軸に平行であり、そして一連のマイクロ堆積装置65を支持するラック64による(図8において、1つだけが示される)。Y軸に平行であるこのラック64は、試薬ボトル62を支えるエレメント61と側面で向かい合っている。
【0136】
上述のように、飽和チャンバ5の内側に配置された手段6および30のエレメントは、使用される試薬(例えば、アセトニトリル)に対して耐性である材料によって構成され、そして/または密封様式で該チャンバから分離される。耐性材料の例は、前記に与えられている。
【0137】
ボトル62に含まれる試薬の対応のマイクロ−堆積装置65への運搬は、ライン66(図8において、1つだけが示される)により達成される。局在化試薬または液体は、ライン67を介して供給された圧力下で運搬される、中性ガス(例えば、アルゴン)流によって、推進される。
【0138】
変形において、試薬ボトル62は、反応チャンバ5によって規定される作業容積(working volume)の外側に配置され得る。その場合、特定の(ad hoc)“流体”接続(connections)が備えられるだろう。
【0139】
基体または支持体1とマイクロ堆積装置65との間でのZ軸に沿う距離は、Xおよび/またはY軸に沿うキャリッジ60および/または72の移動(movement)を使用して、局在化試薬の液滴を、支持体1の樹脂グリッド3によって規定されたマイクロウェル4のアレイのアセンブリへアドレスを決めるように調節される。
【0140】
(試薬ボトル62および高圧ガスアップストリーム(propellant gas upstream)を備える)装置65を使用する該マイクロ堆積およびキャリッジ60、72の移動によるこのアドレスを決めること(addressing)は、メモリー(コンピュータ)(図面に示されず)が備えられた中央制御によって制御および管理される。
【0141】
図9A、9B、9C、9Dは、非局在化供給手段8、およびより詳細にはピストン80によって構成されるその特定のエレメントの詳細を示す。図7に示されるように、非局在化供給手段8のためのピストン80は、Z軸に沿う並進において移動可能である。この目的のために備えられた移動手段40は、上述の移動手段7および30と類似する様式で、ワームスクリュー44へ接続されたモーター41を含み、該Z軸およびワームスクリュー44に平行である2つのガイドレール43に沿うZ軸に沿って並進でピストン80を駆動する。ガイド43およびワームスクリュー44の下部末端は、バッファーブロック45および46を有する。同一のことが、ガイドレール43の上部末端についても真である。より詳細には、前記の移動手段7および30の説明が参照されるべきである。
【0142】
ピストン80は、移動手段40と協同するキャリッジ81と一体化している。
【0143】
ピストン80の垂直軸Zは、支持体1の移動について軸Xに対して、そしてマイクロ堆積ステーョン60の移動について軸Yに対して垂直である。その結果、支持体1の中央とピストン80の軸とを一致させてそしてピストン80が支持体基体1を覆うことを確実にする様式で、移動手段7および40を始動させることが可能となる。
【0144】
図9A、9B、9Cおよび9Dに示されるように、ピストン80の下部面には、好ましくはKALREZで作製された、環状O−リング82が備えらている。この環状O−リングは、ピストンと同軸であり、そしてその直径は、該ピストン81の下部面の直径よりも実質的に小さい。
【0145】
図9Dに示されるように、この環状O−リング82は、ピストン81の下部面84と支持体1(これに対して、該ピストン81は、移動手段40によって適用される)の表面との間の隙間スペース(interstitial space)83を規定する。
【0146】
ピストン81が支持体1に対して水平であるこの状況において、ピストン81の支持体+環状O−リング82+ピストン81の下部面84アセンブリは、非常に小さな寸法、例えば、4インチ直径(10.16cm)を有する基体のために、5立方センチメートル(cm)〜10cmを有する密封チャンバ83を形成する。
【0147】
ピストン81は、中空内部容積(hollow inner volume)86を規定する、厚い下部末端部分を有する壁85によって構成される。
【0148】
直径プレーン(diametrical plane)に配置されている、壁85の下部部分は、ピストン81の下部面84を形成する外面、ならびに角度位置(angular positions)0°、90°、180°および270°に配置された周辺管状エレメント(peripheral tubular elements)が備えられた内面87を有する。該管状エレメント88は、該外側と連絡して、そして特に隙間スペース83と連絡して、ピストン81の内部86を配置する(図9Dに示されるように、ピストン80が、支持体1に対して水平に配置される場合)。これらの管状エレメント88は、管(tubes)(図面に示されず)を介して非局在化試薬リザーバ(これもまた、図面には示されず、そして第1実施形態を示す図3のリザーバ12および13に対応する)へ接続されている。従って、反応チャンバアセンブリ5の飽和を中断することなく、遥かに減少された容積を有する隙間スペース83へ非局在化試薬を供給することが可能である。非局在化試薬の供給に加えて、管状エレメント88はまた、該非局在化試薬を排出し、そして/またはガス流を通すことによってもしくはポンプで汲み出す(pumping out)ことによって基体を乾燥させ得る。
【0149】
局在化供給手段6およびそれらの移動手段30と同様に、基体1を移動させるための手段7、非局在化供給手段8およびそれらの移動手段40は、本発明に従う局在化OGN合成方法および/または印刷方法の文脈で使用される、供給、洗浄、リンス、排出および乾燥などについての手順の全てを管理し得る、中央制御ユニットによって制御される。
【0150】
当業者は、反応チャンバ5が密封されることを確実にするような多数のバリエーションを工夫し得るであろうことに注意されるべきである。特に、密封ボールレース(sealed ball races)および種々の形状のシールが使用され得、これらの機械的構築エレメントは、MEMOTEC,PRODUCTIQUE,conception et dessins(C.Barlier and R.Bourgeois)において記載される。
【0151】
更なる局面において、本発明は、上述のようなOGN配列のアレイを支える支持体を提供する。
【0152】
本発明はまた、標的OGN配列に対して相補的でありそして塩基対合により一緒に対合し得る、OGN配列から作製されたプローブを含むバイオアレイを使用して、標的OGN配列を検出および/または同定する方法であって、以下:
・前記に記載のOGNプローブのアレイを支える支持体を使用すること;
・および該プローブ/標的対合を、“ピコグリーン”タイプ蛍光マーカーを使用して明らにすること、
を特徴とする、方法を提供する。
【0153】
“ピコグリーン(picogreen)”は、二本鎖DNAの存在下で蛍光を発する分子である。ピコグリーンは、特定の反応を必要とせず、そして蛍光を測定する前の5分間二本鎖の存在へ持っていかなければならないだけである。次いで、この分子は、それらが蛍光マーカー(フルオレセイン、ローダミン、...)であるかまたはインターカレーター(intercalators)(臭化エチジウム、Hoechst 33258)であるかによらず、二本鎖を検出するための慣用的に使用される物質に対して多数の利点を有する。
【0154】
従って、ピコグリーンは、DNAアレイ(チップ)において使用される蛍光プローブとは対照的に、標識化反応を必要としない。
【0155】
その蛍光シグナルの線形性は、広範囲の濃度にわたって優れている。従って、それは、測定される溶液中、汚染物質(一本鎖DNA、RNA)の存在下においてでさえ、慣用的なインターカレーターで測定され得るものよりも遥かに低い濃度で、二本鎖を検出し得る。ピコグリーンの感受性は、次に臭化エチジウムよりも感受性である、Hoechest 33258よりも400倍まで良い。
【0156】
この高感受性は、慣用的インターカレーターで測定され得ない、局所蛍光レベルが測定されることを可能にする。従って、ピコグリーンは、小さなサイズのハイブリダイゼーション単位を含む、高いかまたは中間の密度アレイにおけるハイブリダイゼーションを検出するために、インターカレーターよりも好適である。
【0157】
蛍光シグナルは、Hoechst産物とは対照的に、試験される配列の塩基組成と独立している。
【0158】
“ピコグリーン”は、フルオレセイン(480ナノメートル(nm)で励起、520nmで放出)と同一の手段で励起され、これは、標準的な装置を用いての使用を非常に実用的とする。
【0159】
最後に、本発明は、標的OGN配列に対して相補的でありそして塩基対合により対合し得る、OGN配列から作製されたプローブを含むバイオアレイを使用して、標的OGN配列を検出および/または同定する方法であって、以下:
・前記に記載のOGNプローブのアレイを支える支持体を使用すること;
・該支持体を、少なくとも1つの絶縁層Is[該層は、その表面にOGNプローブを有する]でその面の少なくとも1つがコーティングされた、少なくとも1つの半導体材料Scを含む少なくとも1つの構造を備える親和性アレイへ形成されること;
・該OGNプローブを、標的OGN配列を含む導電液体媒体LCと接触させること;そして
・以下の操作手順を適用すること:
a)標識されていないOGNプローブを選択する;
b)Scのフェルミ準位が、Scの固有表面レベルに実質的に対応するかまたはこれを超えることを確実にする;
c)Scが、≧Scバンドギャップエネルギーであるエネルギーを有する光子での周期的な照射を受ける;そして
d)Scのフラットバンド電圧Vfbにおける変化ΔVfbを、直接的または間接的に測定し、この変化は、該OGNプローブの相補リガンドと該導電媒体LC由来の標的OGN配列との特定の対合へ直接的かつ本質的に連結される電荷効果現象によって誘発され、以下を除く:
(i)酵素により触媒される化学反応によって引き起こされる電荷効果および/または電荷移動効果から生じる変化(そしてここで、検出される物質の一部が消費される);
(ii)および、pHまたはレドックス電位における変化によって、および/またはマーカー[好ましくは放射吸収または放出タイプ(例えば、蛍光、放射活性、着色)]によって、明らかとされ得る少なくとも1つのトレーサー生成物の該媒体LCにおける出現へ連結される光応答における変化;ならびに
e)該LCの標的OGN配列を同定および/またはアッセイすることによって収集されるシグナルを解釈すること、
を特徴とする、方法を提供する。
【0160】
この方法は、前記の方法に従って調製されたOGN配列のアレイ、およびPCT出願PCT/WO−A−95/57157(これは、本明細書中で参照として全体が援用される)に記載のような生物学的物質の同定および/または検出の方法を関連付ける。
【0161】
この関連付けは、特に効果的である標的OGN配列を検出および/または同定する方法を生じさせる。
【0162】
以下の実施例は、本発明の方法および装置の操作、そして特に該装置の第1実施形態を例示する。
【0163】
(実施例)
(実施例1)
(1.1.試薬および方法論)
表1は、以下に使用されるホスホルアミダイト化学の場合の分類例を示す。多数のバリエーションが、本発明の範囲内で可能である。
【0164】
【表1】

Figure 2004532382
【0165】
(1.2.装置)
使用される装置は、図3を参照して上記に記載されるものである。
【0166】
この装置は、表1の試薬A、CおよびDを射出するために図3Aに示される型の6つのマイクロバルブ装置から作製される射出システム6を包含する(試薬Aについて1つのバルブ、試薬Dについて1つのバルブ、Cにおける4塩基についてのバルブ)。
【0167】
この装置はまた、表1の試薬A、B、E、FおよびGについて図3に示される型の6つの非局在化供給手段10を備える。
【0168】
製品A(アセトニトリル)は、局在化様式および非局在化様式の両方で送られ得る。この装置はまた、アルゴンガス(すなわち、表1の試薬H)で基体を乾燥するための手段を備える。
【0169】
支持体は、256のリソグラフィー樹脂ウェル(エポキシ)を備えるシリコンまたはガラスプレートによって構成される。
【0170】
各マイクロウェルは、415μm×415μmの表面および約415μmの深さを有した。
【0171】
ウェルの容量は、塩基の液滴および活性剤の液滴をあふれさせることなく射出することによって充填される必要がある。
【0172】
このサイズのシリコンに対するマイクロウェル作製プロトコルは、以下の通りである:
1.支持体を洗浄する(アセトン、アルコール...)
2.乾燥アルゴンで乾燥する
3.例えば、カチオン性重合エポキシ樹脂(例えば、γ−ブチロラクトンで異なる比で希釈して供給される、IBMによって開発された樹脂EPON SU8−100)を使用する、スピナーを使用して基体上にリソグラフィー樹脂の層を堆積させる;スピナーの速度は、1μm〜1000μm(代表的に、100μm)の樹脂の厚みを制御する;例として引用された樹脂は、マイクロシステムを作製する際に使用され、そして1/20までの形状係数(form factor)で、厚い垂直なウェルを作製し得る;
400μmの深さのマイクロウェルを、以下:
・低い回転速度で単一の樹脂層をゆっくりと塗布するか;
・または2〜4の層を連続的に塗布し、そして各層について以下の工程4、5および6を繰り返すことによって、
のいずれかによって作製した;
4.樹脂および支持体の厚みに依存して、90℃で5分〜30分間硬化する;
5.UV供給源(1組のマスクを用いるUVランプまたはUVレーザーで直接)を用いて選択的に暴露する。基体によって吸収される1平方メートルあたりのマイクロジュール(mJ/m)のエネルギー線量は、異なる硬化工程および現像(developing)工程の間に優れた樹脂/基体接着を獲得するように調整されなければならない。マイクロウェルのサイズは、5μm×5μmから1000μm×1000μm(代表的に、415μm×415μm)まで変化する;
6.樹脂および支持体の厚みに依存して、50℃〜100℃で5分〜30分間二次硬化する;
7.任意の超音波活性化とともに溶媒(アセトン、γ−ブチロラクトン、PGMEA...)を用いて非暴露樹脂を溶解する;
8.樹脂の架橋を増加させるために最終硬化する:90℃〜150℃で5分〜30分。この工程は、オリゴヌクレオチド合成試薬に対するマイクロウェルの挙動を決定する.
9.スルホクロム混合物で5分間、支持体を洗浄し、次いで二回蒸留した水でリンスする;
10.GPTS/水混合物(1%v/v)中に45分、次いで125℃で45分間オーブン中で浸漬することによって、水性シラン化処理する。
【0173】
該方法のパラメーターが調整され、その結果:
・オリゴヌクレオチド合成において使用される溶媒(アセトニトリル、ジクロロメタン、THF、ピリジンなど)および試薬(ヨウ素など)は、樹脂上部構造(superstructure)の分解を引き起こさないか、またはその分離を引き起こさない;
・上部構造がオリゴヌクレオチド合成に対して不活性であるように、樹脂の硬化を十分に促進する。
【0174】
【表2】
Figure 2004532382
【0175】
Figure 2004532382
【0176】
移動手段の制御は、ノズルの位置間の距離が、局在化された液体の射出の間に、ウェル4の開口部から約1mmであるように調整される。局在化された試薬を含むボトル中の圧力は、以下の範囲で存在する:
・試薬が完全には射出されないが、塩基に接着する最小値から;
・ウェルの容量に対応する最大値まで。
【0177】
ウェルからウェルの汚染の危険を減少させるために、1つおきのウェルのみを使用し、その結果、基体中の256ウェルのうち64のみが、OGNアレイについての交点(node)を構成する。
【0178】
メモリー15および中央ユニット16を、以下のOGNの以下のバリエーションの全てを含むアレイが作製されるように搭載する(3’から5’方向で):
3’−GAG GAT GGT X CCT GCT AGG TAT−5’
、XおよびXは、A、C、GおよびTの64のありうる組み合わせを形成する。特定の場合のX=ACGが生物学的関心(biological interest)のL226 OGNであるので、この実施例を選択した。
【0179】
実際上、ハイブリダイゼーションの間の立体障害に関して、OGNは基体から空間をあけておくことが有用である。この目的に対して、配列を10Cヘッダーで伸長し、例えば、以下を生じる:
3’−CCC CCC CCC CGA GGA TGG TXCC TGC TAG GTA TC−5’
アレイの第一および第三の部分は、以下の配列である:
CCC CCC CCC CGA GGA TGGTおよびCC TGC TAG GTA TCを、基体を使用し得るように改変されたPerkin Elmer Expertise OGN合成器を用いて作製した。
【0180】
中心部分Xを、図10の関数として、図1〜4の装置で作製した。図10は、OGN L226が中心位置にあり、そして非常に異なる組成を有するプローブによって囲まれ、その結果、ACGピン(pin)のハイブリダイゼーションは、検出するのが容易であることを示す。このようなアレイを用いて、L226に相補的なU226 OGNを検出することが可能であった。
【0181】
(産業上適用)
本発明の好ましい適用は、複数のポリヌクレオチド配列(好ましくは、オリゴヌクレオチド配列および/またはペプチドを保有する支持体を作製することであり、これらの配列は、互いに異なり、そしてその面の少なくとも一つの上でこれらの相補体と対合し得る。
【図面の簡単な説明】
この詳細な説明は、添付の図面を参照してなされる。
【図1】
図1は、その上に本発明のOGN配列アレイが製造される支持体の斜視図である。
【図2】
図2は、図1のラインII−IIに沿う垂直断面図である。
【図3】
図3は、本発明の装置の第1実施形態の概略図である。
【図3A】
図3Aは、局在化試薬の液滴を射出するためのシステムの改良型の概略図である。
【図4A】
図4Aは、反応チャンバ、支持体および局在化供給手段を含む図3の詳細であり、そしてX軸に沿って局在化供給手段に対して該支持体および反応チャンバの一部の移動を示す。
【図4B】
図4Bは、図4AのラインIV−IVに沿う断面図であり、そしてY軸に沿って局在化供給手段に対して該支持体および反応チャンバの一部の移動を示す。
【図4C】
図4Cは、図4Aと同一のエレメントを繰り返すが、Z軸に沿って局在化供給手段に対して該反応チャンバの下部および該支持体の移動を示す。
【図5】
図5および図6は、化学固定および/またはOGN合成反応のためのシートとして機能するように意図された数十のマイクロウェルを規定するフォトレジンのグリッド3を含む支持体1の拡大写真である。図5と図6との差異は、図6の支持体において円で囲まれたマイクロウェル中の局在化された試薬の液滴の存在にある。
【図6】
図5および図6は、化学固定および/またはOGN合成反応のためのシートとして機能するのうに意図された数十のマイクロウェルを規定するフォトレジンのグリッド3を含む支持体1の拡大写真である。図5と図6との差異は、図6の支持体において円で囲まれたマイクロウェル中の局在化された試薬の液滴の存在にある。
【図7】
図7は、本装置の第2実施形態の一般的な概略斜視図である
【図8】
図8は、支持体1およびその移動手段7および局在化供給手段およびそれらの移動手段30を示す図7の詳細な斜視図である。
【図9A】
図9A、9B、9Cおよび9Dは、非局在化供給手段を示す。図9Aは、該非局在化供給手段8のピストン80の正面図である。
【図9B】
図9A、9B、9Cおよび9Dは、非局在化供給手段を示す。図9Bは、図9Aのピストンを通る直径の断面図(diametrical cross section)である。
【図9C】
図9A、9B、9Cおよび9Dは、非局在化供給手段を示す。図9Cは、図9Aおよび図9Bのピストン80の上面図である。
【図9D】
図9A、9B、9Cおよび9Dは、非局在化供給手段を示す。図9Dは、支持体1へ適用されたピストン80の部分直径断面図(partial diametrical cross section)である。
【図10】
図10は、実施例において各々製造された3mer長オリゴヌクレオチドのアレイ64を示す。
図1および図2は、本発明の装置の一体化部品を形成する支持体1を示す。[0001]
(Field of the Invention)
The field of the invention is that of making microarrays for use in analyzing nucleotide and / or peptide sequences. This type of analysis opens the door to detecting and identifying some or all of the genes or peptides that may be markers for higher biological entities (cells, tissues, bacteria, viruses, fungi, yeasts, etc.) I do.
[0002]
Productions of interest here are the localized immobilization and / or chemical synthesis of polymer probes (oligonucleotides and / or peptides) on a support intended to form an array of probes, The probe can pair with a target sequence contained in the medium to be analyzed. Said pairing can be revealed using fluorescent, colored or radioactive markers or by electronic transconductance.
[0003]
More precisely, the present invention relates to poly-, preferably oligo-nucleotide and / or peptide sequences (OGN) which advantageously differ from each other and can be paired with their complement (target sequence) by base pairing. Array) on at least one of its faces, wherein the OGN array is obtained by localized chemical synthesis in the presence of a volatile solvent.
[0004]
The invention also relates to an apparatus for performing the method, and a support included in the apparatus and used in the method.
[0005]
The present invention also provides a method for detecting and / or identifying a target OGN sequence using a bioarray produced by the above method.
[0006]
In the context of the present description, an OGN sequence corresponds to a poly-, preferably an oligo-nucleotide and / or peptide sequence. In other words, these can be:
Oligonucleotides each carrying a nitrogen-containing ATCG base;
An oligopeptide whose repeating unit is an amino acid;
Or peptide nucleic acids (PNAs), which are polymers having a peptide backbone comprising, for example, N- (2-aminoethyl) glycine repeat units linked together via amide bonds, each unit being a pyrimidine or purine Possesses a nitrogen-containing base);
-Or chimeras with mixed nucleic acids and peptide-nucleic acid structures.
[0007]
The explosion of genetics, genomics, and biotechnology throughout the medical field and industry has created a need for tools for analyzing nucleic acid or amino acid sequences. This tool must be a high resolution tool, and it must be extremely quick and reliable. Using nucleic acid sequences, this need for effective analytical tools is felt in a number of applications, such as studying gene mutations, detecting pathogens, or genomic sequencing.
[0008]
The principle of analyzing nucleic acid and / or peptide sequences is relatively simple. Because, in the case of polynucleotides and PNAs, this involves reading the sequences of the four nucleotide co-monomers A, C, T and G, and the sequence of about 20 amino acids for the polypeptide. is there. This simple principle is complicated by the considerable amount of data processed; the genome for the bacterium Escherichia Coli (one of the shortest bacteria) contains 4.7 million nucleotides and 4000 genes, while the human genome is It is composed of about 100,000 genes and represents 3 billion nucleotides. In addition, there is the fact that decoding genes or proteins is incomparable to understanding the complex action of these nucleic acid or peptide polymers in the normal or abnormal mechanisms of living organisms. .
[0009]
This further emphasizes the fact that it is particularly useful to have available tools or arrays that can rapidly and reliably analyze large numbers of nucleic acid or amino acid sequences.
[0010]
(Prior art)
To meet this need, different analysis tools and techniques for making said tools have been proposed in the prior art.
[0011]
PCT International Patent Application WO-A-89 / 10977 (Inventor: Southern) describes a method and apparatus for analyzing polynucleotide sequences. In accordance with the invention, there is provided a support (eg, a glass plate) comprising an array or complete set of oligonucleotide sequences (OGN probes) capable of hybridizing to complementary target OGN sequences contained in the medium to be analyzed. . Hybridization that can occur on the OGN array is revealed using markers that can be carried by the probe and / or target. The concept of a bioarray with an array of OGN probes is that the digital imprint of the genetic content of the medium for analysis involves the partial or complete removal of said genetic content in a single analytical step. Allowing it to be acquired with sequencing. In theory, this concept is increasingly fascinating. Because, using an array of OGN probes that are different and large (hundreds to millions) (which can also be referred to as "pixels" by analogy with photography), multiple polynucleotide sequences without the need for cloning It should be possible to perform the analysis in a medium containing a population of However, apart from obvious theoretical interest, a difficult practical problem arises: the creation of a support that supports an array of probe OGN sequences, each of 10-mer, 20-mer, or 30-mer length. Macromolecular OGN probes must be immobilized on units with extremely small surface area with known accuracy for each probe.
[0012]
A specific solution to the practical problem employed in the embodiment of PCT WO-A-89 / 10977 is as follows. Microscope slides were used as supports. These plates undergo silanization (ie, they are treated with 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, which adheres to the surface of the glass, forming anchoring points for the OGN sequence). The silane moiety is then subjected to an acid treatment to produce hydroxyl groups that can react with the OGN monomer head monomer (Lung 1). OGN oligonucleotides were synthesized using phosphoramidite chemistry. The 5 'end of the nucleotide was protected by a dimethoxytrityl (DMT) group and the 3' end was protected by β-cyanoethyl phosphoramidite. Coupling of nucleotides in Lang 1 and on silane, and Lang 2 n Was performed using tetrazole. The solvent was acetonitrile. The reaction was performed under anhydrous conditions in a sealed vessel. The vessel contained a microscope slide coated with a strip of silicone rubber hollowed out leaving only the edges to define a single reaction site. A Teflon plate of the same size and thickness as the glass support plate covered the reaction zone and silicone interface. A short plastic tube allowed the reaction volume to communicate with the outside and allowed injection and removal of the reaction solution, and also allowed the reaction volume to be filled with argon, and the operation was performed using a syringe. After each nucleotide coupling step, the assembly is separated and the reaction is continued by immersing the support in a reaction solution or reagent for reassembly to perform the next coupling step.
[0013]
Obviously, techniques for making arrays of OGN probes are not industrially available, especially because of their cumbersomeness and complexity. In addition, the examples in the PCT document only disclose arrays containing a very small number of oligonucleotides (ie, 24 and 72 units). These arrays are shown in Tables 1a and 1b of the PCT application. The composition of the OGN sequence varies very slightly and a significant number of bases have been deleted. Thus, techniques for making OGN arrays according to PCT WO-A-89 / 10977 appear to be ideally suited for improvement.
[0014]
The authors of PCT WO-A-89 / 10977 produce OGN matrices by synthesizing oligonucleotides in cells of an array using a computer controlled printing device and using an automated device including an inkjet printhead. Suppose that it should be possible. However, this is just an idea that has not been put into practical use. In reality, putting it into practical use has proven to be very difficult.
[0015]
Because the reactions performed are so complex and numerous, the generation of OGN arrays cannot be merely the employment of known techniques for immobilizing and synthesizing oligonucleotides on a support.
[0016]
The technique described in PCT WO-A-89 / 10977 derives from a mode of fabrication that can be referred to as "in-situ", which increases the set of pixels on a support simultaneously, one base at a time, on a substrate. To synthesize a probe.
[0017]
There is a further group of fabrication techniques that can be referred to as "ex situ", which are based on processing of the support and pre-production of a set of OGN probes independent of the support and subsequent to said production, The probe is fixed.
[0018]
These techniques are difficult to implement when the set of OGN probes exceeds a few tens of units, and become impractical above a few hundred units.
[0019]
International PCT application WO-A-92 / 10092 (inventor: FODOR et al.), Corresponding to the article in Science, Vol. 251, 767-773, 1991, discloses an in situ synthesis located on a support by the photochemical route. . For this purpose, the nucleotide base is protected at its 5 'end by a photolabile group such as nitroverertryloxycarbonyl (NVOC), which is a protecting group used in phosphoramidite synthesis ( DMT). The support is a glass plate with amine or hydroxyl groups that are also protected with NVOC. The effect of localized light irradiation on the substrate results in photochemical cleavage of the photolabile groups and deprotection of the irradiated surface. It is then possible to proceed locally with the addition of an oligonucleotide that is also protected by the NVOC group. FODOR et al. Synthesized an array of OGN probes by irradiating different areas of the support and then by a combinatorial synthesis strategy. A major disadvantage of the FODOR et al. Technique lies in the deleterious effect of the NVOC group on the synthesis yield. This results in sequencing errors and a reduction in the useful surface of the array. In addition, the FODOR method is expensive and inflexible in its implementation (masks, reagents are not commercially available).
[0020]
A further disadvantage of this fabrication method is that the combinatorial strategy used results in an array of compositions that varies little from one pixel to the next; typically, the composition of the probe is from one pixel to the next. Only one base changes. Therefore, distinguishing hybridization in neighboring pixels can prove difficult.
[0021]
OGN synthesis techniques involving photolabile NVOC-type protecting groups are also described in International PCT Application WO-A-93 / 09668, which describes a combinatorial strategy for synthesizing an array of nucleotide or peptide polymers on a substrate. Describe. This PCT application refers to the localized in situ synthesis of different OGN monomers in a given region of a substrate. This PCT application recommends two types of techniques for chemical synthesis.
[0022]
1-circulating a flow of the reaction solution inside the channels formed in the block, wherein one of the arrays is formed by the surface of the substrate in a defined area or in a predetermined area;
2- depositing or spraying a droplet of the reaction solution on a predetermined area of the substrate;
3- Combination of techniques 1 and 2.
[0023]
In technique 1, a channel block is used, comprising a set of parallel grooves in contact with the surface of the substrate, so as to define a channel through which the reaction liquid circulates, where the reaction liquid circulates. As a result, the method comprises fixing one or more different monomers of rung 1, removing the substrate-channel block assembly for the washing and deprotection steps, the monomer of rung 2 and the rung n Up to reassemble the assembly to fix up the monomers. Combinatorial strategies consist of moving a substrate relative to a channel block, either by rotation (90 °) or translation.
[0024]
In a variation of Technique 1, as shown in FIG. 12, a support is provided that includes a plurality of reaction wells and a reagent distributor that includes an assembly of tubes for dispensing reagents or reaction solutions to the support. In this variant, it is possible to insert a mask between the distributor tube and the support well to control the supply of the reaction solution to a given area of the support.
[0025]
With respect to Technology 2, the PCT application filed in a general manner one square centimeter (cm 2 A) comprising a support comprising at least 10,000 reaction zones per). There is no specific example for embodying such a support. This PCT application also describes means for distributing the reaction solution in the reaction zone of the support. An inkjet printhead is cited as an example of a means for distributing a reaction liquid to a reaction area of a support.
[0026]
One of the proposed techniques for creating a reaction zone on a support is to create a hydrophobic zone around the hydrophilic zone (e.g., of a hydrophilic resin bearing protected hydrophobic groups). By applying a layer and deprotecting these hydrophobic groups in the area intended to form the contour of the surface tension well) to obtain a surface tension well on the surface of the support . Alternatively, the reaction area may be formed by a three-dimensional well defined by walls as shown in FIG.
[0027]
In this PCT application, hydrophobic groups are advantageously deprotected by photolysis.
[0028]
PCT application WO-A-93 / 09668 also suggests a problem with solvent evaporation that can affect the synthesis of OGN sequences. To overcome that difficulty, the use of a sealed reaction chamber is proposed, together with reducing the vapor pressure (low temperature) and / or saturating the reaction chamber with volatile solvents.
[0029]
It should be noted that the gap between the speculative generality and practical working practical embodiments cannot be ignored. This is confirmed by the fact that the examples given in that PCT application only relate to the description of technique 1 using a reaction fluid circulation channel. As described in the examples, this technique allows arrays to be created that include 2500 reaction regions. OGN oligonucleotide sequences are synthesized in all of the reaction regions. To adhere the seventh and eighth monomers, the reaction solution circulation channel block used is immobilized against a substrate surface that already contains each 6 mer long OGN sequence. The seventh nucleotide is distributed by the channel assembly that is parallel to the predetermined direction, and the eighth nucleotide circulates in the channel in a direction that is perpendicular to the direction of the channel intended to receive the seventh nucleotide. Distributed by In that example, an 8-mer OGN sequence is created only at the intersection between the channels.
[0030]
The method of application PCT WO-A-93 / 09668 does not seem to be able to quickly, reliably and easily produce arrays of oligonucleotides of different composition. With each rotation of the substrate with respect to the channel block, the device needs to be removed, which makes the method very cumbersome for in situ OGN synthesis and localization.
[0031]
U.S. Pat. No. 5,658,802 (DJ HAYES et al.) Relates to ex situ and in situ synthesis methods based on the local ejection of reagent droplets onto a substrate using a piezoelectric system. In fact, the most frequently used substrate for diluting nucleotide bases is acetonitrile, and considering that this solvent has a low wetting contact angle, more than a few hundred microns of solvent on the substrate. Problems with spreading the droplets arise, making it difficult to localize the reaction to an appropriate scale. Further, the acetonitrile used in this manner is volatile and is therefore subject to large-scale evaporation.
[0032]
The device described in U.S. Pat. No. 5,658,802 comprises a substrate of the type used to make integrated circuits with patterns as required. In that patent, there is no problem defining very low surface area reaction sites. Each piezoelectric injection means is associated with a liquid reservoir. The piezoelectric injection means and these reservoirs together form a distribution assembly. The device also provides a means for positioning the liquid ejection means and / or the substrate.
[0033]
The above shows that the method and apparatus described in US-A-5 658 802 is not operable when producing an array of OGN sequences by localized chemical synthesis using volatile solvents. .
[0034]
With regard to the problem of controlling the spread of the reaction liquid droplets on the substrate and confining them to separate reaction sites separated from each other, the aforementioned International PCT Patent Application WO-A-93 / 09668 and Reference should be made to the description of surface tension well technology, which surrounds a hydrophilic region having a diameter of about 100 micrometers (μm) to define multiple reaction sites by surface tension differences. It consists in creating a hydrophobic region. A. P. A document by BLANCHARD et al. (Biosensors-Bioelectronics 11, 687-690, 1966) also deals with this technique. However, it should be recognized that the technique solves the problem in a satisfactory manner only for water-soluble solvents. Unfortunately, aqueous solvents are not suitable for oligonucleotide or oligopeptide synthesis reactions.
[0035]
In fact, the surface tension well technique is not appropriate when the reaction is constituted by a volatile organic solvent such as acetonitrile. Due to the surface tension characteristics of such volatile solvents, it is not very sufficient to separate the reaction parts by the difference in surface tension. In addition, the problem of evaporation of solvents distributed in very small quantities remains a major problem in propositions involving surface tension wells.
[0036]
International PCT application WO-A-94 / 27719 relates to a method and apparatus for making a chemically reactive array on the surface of a support. In this PCT application, surface tension wells are made on the surface of a support using photoresins of the phenol / formol type or polymethacrylate type. This PCT application recommends a piezoelectric inkjet printhead type means for dispensing the reaction liquid.
[0037]
Therefore, it must be appreciated that the prior art also does not propose an efficient and sophisticated way of producing arrays containing large amounts of OGN sequences of different and varying properties on the surface of the support. Many methods and devices described in the literature do not have any actual application and do not appear to have been made. Furthermore, exceptions to the general rules result in an OGN array containing a small number of pixels, or have a large number of incorrect OGN arrays. This last point constitutes a weakness of these methods with respect to the synthesis yield. An average yield of 92% is known to reduce the useful surface of each pixel by up to 51% for the 8-mer probe and up to 36% for the 12-mer probe. The presence of incorrect sequences throughout most of the array complicates the detection of hybridization or base pairing and requires overlapping array designs or probe length limitations. Such deficiencies are particularly true for photochemical methods involving NVOC protecting groups. In addition, known fabrication methods are not very flexible in that it is difficult to change the composition of the OGN sequence that easily constitutes the array.
[0038]
Finally, known methods are generally complex, unreliable, not very quick, expensive and, most importantly, can be considered not industrially available.
[0039]
Under these circumstances, an essential object of the present invention is a method and apparatus for making a support bearing a plurality of poly-preferably oligo-nucleotide and / or peptide sequences) on at least one side thereof. Wherein the OGN sequences differ from each other and can pair with their complement by base pairing, and are obtained by chemical synthesis in the presence of a volatile solvent:
The method is required to be flexible, reliable, fast and simple, while at the same time actually functioning correctly; and
-The method also produces arrays containing tens to hundreds of millions of OGN sequences that have good chemical yields and then have a low percentage of errors in the sequences.
[0040]
In a further essential aspect, it is an object of the present invention to provide a simple, inexpensive and industrial device for performing the method outlined above.
[0041]
In a still further essential aspect, the present invention aims to provide a support for use in a method and apparatus having the above-mentioned object, which is easy to make and which comprises an OGN sequence array Optimize the production of
[0042]
In a still further essential aspect, the present invention aims at providing a method for detecting and / or identifying a target OGN sequence, said method comprising a support for supporting an array of OGN probes obtained by a method having said purpose. Including bioarrays comprising the body, such detection and / or identification methods are also more reliable and more specific.
[0043]
Disclosure of the invention
Said subject is achieved, inter alia, in a first aspect, by the present invention, which provides a method of producing a support bearing a plurality of poly-, preferably oligo-nucleotide and / or peptide sequences on one of its faces, which is advantageous. The sequences that differ from each other (OGN sequences) can pair with their complement by base pairing, and these are obtained by chemical synthesis in the presence of volatile solvents;
The method essentially comprises:
1) using a support [where the surface intended to carry the OGN has an array of reaction wells, each well being localized and / or fixed and / or of a given OGN sequence; Acts as a sheet for chemical synthesis; the wells are coated with a photocurable resin, the resin is cured by exposure to actinic radiation in areas intended to define the wells, and the cured By removing the resin and obtaining a grid of resin that forms the walls defining the wells];
2) placing the support in a reaction chamber and using the vapor of a volatile solvent used in the localized immobilization and chemical synthesis of the OGN, preferably through the reaction chamber (5) Saturating the chamber by circulating a gas stream containing a suitable saturated vapor;
3) performing (by increasing) localized immobilization and / or chemical synthesis of the OGN sequence in at least a portion of the well;
And this operation is accomplished by:
i. Locally and separately supplying reagents and liquid consumables for fixing and / or synthesizing the corresponding OGN sequences to each associated well;
ii. Collectively (non-locally) supplying reagents and / or liquid consumables common to reactions intended to be performed in all the wells to the associated wells;
iii. Prior to each operation for localized supply to said well (4), at least a portion of any liquid contained in each well intended to be supplied in a localized manner is removed. Make sure that ,
The method of the present invention corresponds to producing an array of oligonucleotides by in situ (or ex situ) chemical synthesis that better meets practical needs than prior art methods.
[0044]
The present invention has many advantages. Examples mentioned include the fact that arrays of OGN sequences can be manufactured in a simple and flexible manner in a wide variety of compositions, sizes and densities. In particular, it meets the requirements of genetics research. Furthermore, the method is performed on a scale where the consumption of very expensive reagents (especially those used for OGN synthesis) is particularly low. This makes it possible to mass produce arrays at low cost. Further, it should be noted that the method of the present invention uses only commercial reaction liquids and equipment.
[0045]
Furthermore, the method of the present invention makes OGN array technology, and especially that of oligonucleotides, widely available for all genetic analyzes applicable to the pharmaceutical and bio industries.
[0046]
The method of the present invention can be used from several square millimeters to 300 cm 2 [The surface area of one pixel is in the range of 1000 micrometers (μm) × 1000 μm to 10 μm × 10 μm) on a support (eg, a silicon wafer) of a wide variety of compositions in a flexible manner. (Which may or may not be combinatorial). Thus, the number of pixels can be from a few to hundreds of millions of leaves.
[0047]
OGN sequences immobilized in situ on a support and optionally produced can be considered as probes capable of reacting with a complementary target by base pairing. These OGN sequences are advantageously constituted by several comonomers, which are repeating units and / or amino acid units of nucleotides and / or peptide nucleic acids (PNA). The number of nucleotide comonomers and / or PNAs and / or amino acids of these polymers or more precisely oligomers can range from a few units to tens of units, preferably 15 units to 25 units.
[0048]
Preferably, according to the invention, the OGN immobilization as well as the localized in situ synthesis is performed in the wells. However, it can also be expected to synthesize OGNs ex situ and immobilize them individually to the wells of the support in a localized manner.
[0049]
Ideally, the constituent materials of the support are selected from the group consisting of:
Glass, quartz, silicon optionally coated with at least one layer of oxide or nitride.
[0050]
Silicon or other semiconductor materials are preferred, especially if the support is intended to be integrated into a bioarray that functions by exposing a pair of electronic transconductance types.
[0051]
In a further feature, the surface of the support is preferably from the group constituted by positive or negative resins, preferably from a sub-group comprising negative resins, and more preferably from radicals and / or It has an array of reaction wells formed by edging of a photocurable resin selected from the class comprising (meth) acrylate, epoxy, polyester and / or polystyrene resins that can be photocured by a cationic route.
[0052]
The term "positive resin" as used in the present invention means a resin that becomes highly soluble upon irradiation.
[0053]
The term "negative resin" as used in the present invention means a resin that becomes insoluble upon irradiation.
[0054]
Negative resins are preferably used and have the advantage of creating a thick chemical resistant layer that adheres to the substrate.
[0055]
Advantageously, the uncured resin in the unmasked areas corresponding to the wells is removed by dissolving the resin in an organic solvent. It can be, for example, acetone, gamma-butyrolactone, propylene-glycol methyl ethyl acetate (PGMEA), acetonitrile, or other solvents known in the art. Such formation of microwells in lithographic resin follows known experimental protocols of washing, depositing, curing, exposing to actinic radiation (UV), and dissolving the uncured resin. .
[0056]
The examples and figures provided below and particularly in FIGS. 1 and 2 and the illustrations provide other useful details of the support and its non-limiting description of its manufacture.
[0057]
In an advantageous variant of the invention, the support is surface-treated to provide an anchoring site thereon, on which a non-labile bond can be formed with the head comonomer of the OGN sequence, said treatment preferably comprising the microwell Silanization using alkoxysilanes or epoxyalkoxysilanes with ester functionality before and / or after making the array.
[0058]
Conventionally, the silanization agent is glycidoxypropyltrimethoxysilane. Other silanizing agents that may be cited are glycidoxypropyldimethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane and carboxymethyltriethoxysilane.
[0059]
Silanization is used for arrays produced in situ. n It provides a solid anchor point for the set of rung 1 monomers (eg, nucleotides) that make up the OGN sequence. The silane is advantageously crosslinked with the monomer (nucleotide) of Lang 1 by, for example, a hydroxyl group.
[0060]
The non-volatile solvent evaporation required for the immobilization reaction and OGN sequence synthesis is fully considered in the method of the invention. Thus, in this method, a saturation step is provided, preferably using a gas stream comprising suitable saturated steam and neutral gas. This controls the rate of evaporation of the solvent used, and controls all micro-reactions required to make the array.
[0061]
If the evaporation is controlled by saturation, it can be expected to cause evaporation of the solvent to stop the localization reaction on the support.
[0062]
Of course, it is also possible to limit the evaporation, for example by reducing the temperature (preferably of the support), thereby reducing the vapor pressure of all volatile solvents used.
[0063]
Advantageously, the vector gas used for saturation is argon or helium.
[0064]
Preferably, the gas flow is such that it determines an over-pressure in the reaction chamber compared to the ambient atmosphere.
[0065]
In a non-limiting example, the gas flow determines a pressure of 0.01 bar to 3 bar with respect to atmospheric pressure.
[0066]
With regard to the localized immobilization and / or chemical synthesis of OGN on the support, according to the invention, means for localized supply of the support to the reaction wells and the non-localized supply ( Means for non-localized supply) are used.
[0067]
Advantageously, the localized supply means and the support are movable relative to each other in three dimensions X, Y and Z by means of the moving means.
[0068]
According to the present invention, n In order to fix and / or synthesize OGN sequences on the support, x Including comonomer:
・ Created n The composition of the array of OGN sequences is determined by comparing the composition of each of the n Respond to a series of actions of removing, dispensing and depositing reagent liquid localized in wells x By storing the composition in a continuous rung configuration, it is stored in memory. n Lang Ri = 1 to well x Determine the properties of the comonomer of
And firstly, instructing the localized supply means and the mobile means to perform various series of actions as defined above, and secondly, instructing the delocalized supply means with the fixed And at various times during the OGN sequence synthesis procedure, n Instruct the wells to remove, transport and supply the delocalized liquid [drain the liquid present in the well and more generally in the reaction chamber following each localized supply Process is performed];
[The instructions and the actions they induce are R i At 1 until i = x i Is repeated by increasing.
[0069]
During the various steps to produce an array of OGN sequences (eg, oligonucleotides), the reaction chamber may be supplied with fluids (gases, solvents, etc.) and reagents (bases, deprotecting agents, coupling agents, etc.). is necessary. The fluids (liquid consumables) and reagents can be divided into two categories:
1) Fluids and reagents intended to be sent pixel by pixel to obtain an array (hereinafter referred to as “localized liquid”);
2) Fluids and reagents intended to be delivered simultaneously to all or a portion of the support in a manner that is common to all the wells, and more particularly to all or a portion of the reaction wells of the support. . The fluids and reagents are hereinafter referred to as “non-localized liquids”.
[0070]
According to a preferred feature of the invention, the liquid is removed in step 3 (iii) of the method, so that the associated wells have at least 90% of their volume, preferably at least 95%, and more. Preferably, there is no liquid to a depth of at least 98%.
[0071]
Advantageously, the liquid is dried, by injecting a gas (preferably a neutral gas) into the reaction chamber, and / or by increasing the temperature of the reaction chamber and / or the support, and / or Elimination is achieved by reducing the vapor pressure of the liquid removed from the reaction chamber.
[0072]
These treatments allow for accurate projection or deposition of the localization liquid and splashes, especially in the wells adjacent to the well in which the given localization liquid was provided. [This constitutes a danger if the well already contains liquid before starting the considered supply], so that it does not create smears.
[0073]
Said removal of the liquid by drying using a neutral gas may also remove traces of water, which may compromise OGN synthesis and / or fixation. It is well known that bases and solvents that can be used as reaction liquids must be stored in anhydrous media.
[0074]
The reaction chamber can also be left under partial and controlled vacuum.
[0075]
Obviously, the method of the invention can achieve the following:
Providing a support with a superstructure defining a microreactor corresponding to the pixels of the array and controlling the spreading of the localized liquid;
Controlling the evaporation rate of the localized liquid solvent in the microreactor to control the chemical microreactions required to obtain the OGN array;
-At the end of the microreaction, drain the used chemical product to continue the production of the array.
[0076]
In a further aspect, the present invention provides an apparatus for performing the method as defined above. The device comprises:
At least one support, wherein the surface intended to carry the OGN has an array of reaction wells, each well for the localization and chemical synthesis of a given OGN sequence Acting as a sheet of the well, applying a photocurable resin, curing the resin by exposure to actinic radiation in the area intended to define the well, and the uncured resin. To obtain a resin grid (3) that forms the walls defining the wells];
At least one reaction chamber intended to contain the support;
Means for the localized supply of specific localization liquids (reagents / consumables) to the reaction wells, allowing the fixation and synthesis of a given OGN sequence in each of the wells of the support;
Means for moving the localized supply means and / or vice versa with respect to the support;
Means for delocalized supply of delocalized liquid (product / consumable) to the reaction well, common to reactions intended to be performed in all or part of the well;
• any means for moving the delocalized supply means;
Means for discharging a delocalized liquid; said discharge means being associated with said delocalized supply means;
An apparatus for saturating the reaction chamber using the volatile solvent vapor used in the immobilization and synthesis of localized OGNs;
A container for the localized liquid;
A container for the delocalized liquid;
A container for emptying liquid waste;
-Any device for supplying gas to the chamber;
Means for moving the support with respect to the localized supply means and / or vice versa;
• optionally, at least one memory for various OGN sequences immobilized and synthesized on the support; and
At least one central unit for reading said memory and generating signals, if necessary, to control the supply of fluid and the movement of said localized supply means and said support relative to each other;
It is characterized by including.
[0077]
The invention will be better understood from the following description of a preferred, non-limiting example of implementation of the method and of an embodiment of the apparatus.
[0078]
Best mode for implementing the present invention
Preferably, the support 1 comprises:
At least one substrate plate 2 made of a material selected from the group consisting of glass, quartz and optionally silicon coated with at least one layer of oxide or nitride;
At least one array 3 (preferably a grid) of photo-cured resin integral with one of the faces of the substrate [the array defining a matrix in a reaction well 4 and the photoresin , Epoxy resins and (meth) acrylate resins that are photocurable by cationic and / or radical routes, with epoxy resins being more particularly preferred].
[0079]
Advantageously, the resin grid 3 is compatible with the processing performed on the substrate to fix the rung 1 monomer (nucleotide). The grid 3 can be manufactured before or after the treatment. The grid 3 of resin adheres to the support plate 2 during OGN array array production. The grid does not interfere with the operation to read the array on the bioarray, but it can be removed before it is used on the bioarray, if desired.
[0080]
It is important that the grids formed in the resin not completely cured do not contaminate the synthesis reagents, and, reciprocally, that the reagents do not degrade the grid or cause grid / substrate separation.
[0081]
The reaction wells 4 defined by the grid 3 define as many reaction sites as pixels in the array. The wells limit the spreading of highly wetting solvents such as acetonitrile. The array or grid 3 of reaction wells 4 is formed by depositing the resin on a substrate using conventional lithographic techniques with a positive or negative resin, and, for example, by removing the wall in the case of a negative resin. By exposing the areas corresponding to actininc radiation to cure them and then selectively dissolving the uncured areas to form wells. Without limitation, the invention recognizes that it produces microwells having a depth in the range 0.1 μm to 1000 μm, preferably in the range 50 μm to 500 μm, and a surface in the range 10 μm × 10 μm to 1000 μm × 1000 μm. I can do it.
[0082]
In an advantageous arrangement of the method of the invention, the array or grid 3 of reaction microwells 4 localizes the chemical reaction independently of the nature and / or preparation of the support, so that it is heterogeneous It is possible to use supports of various properties which have undergone a physicochemical surface treatment (oxidation, silanization, nitridation, etc.).
[0083]
A first embodiment of the device of the invention shown in FIG. 3 comprises a support 1 having a reaction well 4 defined on its surface, defined by a resin grid 3, wherein the support 1 is generally Included in the reaction chamber indicated by the general reference number 5. The device of FIG. 3 also comprises a localized supply means 6, a means 7 for moving the support 1 relative to the localized supply means 6.
[0084]
Means 8 are provided to ensure a delocalized supply of the delocalized reaction liquid. Said means 8 is associated with means 9 for discharging the delocalized liquid.
[0085]
The apparatus also includes an apparatus 10 for saturating the reaction chamber 5 using a gas stream filled with a neutral gas and a solvent. Reference numbers 11, 12, and 13 in FIG. 3 denote a container for the localized liquid, a container for the delocalized liquid, and a container for emptying the waste liquid, respectively. Apparatus 14 is provided for supplying gas to reaction chamber 5.
[0086]
Finally, in a preferred feature of the invention, the automated implementation of the method is ensured by a memory 15 and a central unit 16 for reading the memory 15 and issuing control signals (dotted arrows). To be.
[0087]
The various components of the device are supported by a suitable chassis and / or frame and / or base.
[0088]
In a first implementation of this first embodiment, the apparatus comprises a reaction chamber receiving the support in opposition to the supply means, one end carrying the localized supply means. With sealed bellows having an opposite end with a reaction site intended for, and having delocalized supply means, the end (5) carrying the localized supply means. 2 ) Is preferably fixed and the other end (5) carrying the support 1 ) Is preferably three-dimensional using the moving means (7) x , y ,and z Is movable.
[0089]
In a second implementation of the first embodiment, the apparatus comprises: Three-dimensional under the action of transportation x , y ,and z It can be moved in.
[0090]
FIG. 3 corresponds to an example of an apparatus according to a first implementation of the first embodiment, wherein the localized supply means is a moving part of the reaction chamber intended to receive the support. Fixed against. This moving part is x , y ,and z Provided by means 7 for movement.
[0091]
As shown in FIG. 3, the reaction chamber 5 comprises a lower part 5 used as a receptacle for the support 1. 1 Upper part 5 with localization supply means 6 2 And the lower part 5 1 And upper part 5 2 Part 5 constituted by sealed bellows connected to 3 It is composed of Upper part 5 of reaction chamber 2 Is bellow 5 3 It may or may not be integrated with. Sealed bellows 5 3 Is advantageously made from a chemically inert material such as polytetrafluoroethylene (TEFLON®).
[0092]
In a preferred feature of the invention, the localized supply means 6 comprises a projection system. The injection system is advantageously selected from the following systems:
1) Mechanical injection using the following types of equipment:
a) drop-on-demand using the piezoelectric effect;
b) continuous jet interrupted by electrostatic effects;
2) Injection under pressure using a microvalve device.
[0093]
In the embodiment shown in FIG. 3, the injection system is of type 1a) and at least one nozzle 6 for injecting or depositing a localized liquid. 1 Is provided. This piezoelectric nozzle 6 1 Is line 6 2 To one or more localized liquid reservoirs 11.
[0094]
A system 1a) for drop-on-demand ejection using the piezoelectric effect is described in J. The paper "Techniques d'impression d'images numbers" by ELTGEN [Digital Image Printing Techniques] (described in TECHNIQUES D'INGENIEUR-elements Electronics 56).
[0095]
One of the advantages of the piezoelectric system 1a is that they have a very small volume of localized liquid (reagent) over a very small surface area microwell 4 (eg 70 μm × 70 μm to 300 μm × 300 μm). For example, 50 picoliters) can be deposited on the microwells 4 of the support 1.
[0096]
A further advantage of the piezoelectric system 1a is that the component 6 with 64 to 128 nozzles independently controlled at a frequency of 1 to 10 kHz 1 [Eg, P64 and P128 systems from MODULAR INK TECHNOLOGY (Sweden)]. Such components can then be used to simultaneously feed multiple wells by injecting reagents diluted in acetonitrile.
[0097]
As a variant, the injection system is of the type 1b), as described in J.C. J. It can be a continuous jet interrupted by electrostatic effects as described in the article by ELTGEN. This system can provide high resolution (typically 30 μm × 30 μm).
[0098]
Finally, a variant with a type 2) injection system as shown in FIG. 1 ) Instead of using mechanical parts 20 made of a material that is inert to the delocalized liquid reagent. It can be made from stainless steel, polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyamide (NYLON®). Each component 20 includes a fin that passes through a channel 21. The inlet opening 22 to the channel 21 is connected via a line 23 to an electrically-controlled valve 24 which manages the admission of the localized liquid to the channel 21 of the component 20. I have. The localized reagent liquid 25 is supplied to the valve 24 via the reservoir 26. Line 27 connects reservoir 26 to valve 24. Neutral gas 28 (eg, argon) drives liquid 25 to valve 24 at overpressure (eg, 0.5 bar). The lines 23, 27 having a diameter of, for example, 1 millimeter (mm) are advantageously made of the same material as the part 20, for example PTFE.
[0099]
The outlet opening 29, ie the nozzle of the part 20, is arranged opposite the substrate 1 containing the microwells 4 defined by the photoresin grid 3.
[0100]
The diameter of the nozzle 29 is, for example, 100 μm.
[0101]
The valve 24 is controlled by a central electronic control unit 16 (not shown in FIG. 3A), as shown in FIG. 3. This unit 16 has a short control period (eg, 0. Opening for 1 millisecond (ms) to 10 ms), then controlling the closing of valve 24 to release a small amount 30 of localized reagent liquid 25, and into microwell 4 of support 1 Can supply.
[0102]
Using 1 mm diameter lines 23, 27, an overpressure of 0.5 bar of argon, an electric control valve 24 with an opening period of 0.1 ms to 10 ms, a nozzle 29 of 100 μm diameter, the delivered quantity 3 is 400 μm × 400 μm And a microwell 4 having a surface area of 400 μm and a depth of 400 μm.
[0103]
The elements 20, 21, 29 can be, for example, components of a microsyringe having a diameter of less than 100 μm.
[0104]
In fact, valve 24 may be comprised of an INKX 0510100 valve from LEE COMPANY (USA), which also creates a system with 7 nozzles 29 with reference number INZX 0510100. To increase the compatibility of this valve with acetonitrile, it would be advantageous to replace the elastomer flap with a fluorinated elastomer flap (KALREZ® or CHEMRAZ®).
[0105]
The variation of the injection system shown in FIG. 3A is advantageous because of its reduced cost, simplicity of function, and reliability.
[0106]
In the embodiment shown by way of example in FIG. 3, the localized supply means 6 also comprises a line 6 for supplying gas under pressure. 3 Which is adapted to transfer the localized liquid contained in the reservoir 11 to the line 6 2 Through the nozzle 6 1 Can be transported to This line is an electric control valve 6 for controlling injection. 4 It has. Element 6 forming localized supply means 6 1 ~ 6 4 Is preferably a valve 6 4 Is controlled by a central control unit 16 that manages the opening and closing of the. The central unit 16 also has line 6 3 To control the supply of high-pressure gas. In the most usual case where there are multiple reservoirs 11 for the localized liquid, the central unit 16 also manages the selection of the liquid to be ejected using a suitable device.
[0107]
In the example of FIG. 3, only one injection nozzle 6 1 It should be noted that it is possible to recognize in the variant that there are as many injection nozzles as there are localized liquids to be injected.
[0108]
The delocalized supply means 8 comprises a lower part 5 of the reaction chamber containing the support. 1 8 for supplying delocalized liquid to the 1 It has. This line 8 1 Is the lower part 5 of the reaction chamber 5 1 Opening 8 provided in 2 Is connected to the localized liquid reservoir 12. This line 8 1 Has an electrical control valve 8 for controlling the delocalized liquid flow intended to supply the support. 3 Is provided. The delocalized supply means 8 also transfers the delocalized liquid stream to the line 8. 1 8 for supplying high pressure gas (propellant gas) generated in 4 including.
[0109]
By providing on the support 1 a means for selecting a delocalized liquid to be introduced into the lower part of the reaction chamber 5, another delocalized liquid is provided in said delocalized supply means 8. It can be readily appreciated that a reservoir 12 can be included. In a similar manner to the localized supply means 6, the delocalized supply means 8 is controlled by a central unit 16 (dashed arrow), which 4 And valve 8 3 Controls the transport of the delocalized liquid by the high pressure gas supplied via the
[0110]
Said means 8 is associated with means 9 for discharging the delocalized liquid, supplied by means 8 and temporarily staying in the lower part 51 of the reaction chamber 5 and immersing the support 1. The evacuation means 9 comprises an outlet orifice 9 provided in the lower part 51 of the chamber 5. 2 9 connecting to a waste reservoir (effluent reservoir) 13 1 including. Line 9 1 Has an electric control valve 9 controlled by a central unit 16, which controls the drainage of wastewater at a suitable time. 3 Is provided. The driving force for the evacuation can be, for example, the action of a suction pump (not shown in FIG. 3) which allows the overpressure of the gas and / or the liquid to be removed.
[0111]
The device 10 enabling the circulation of a saturated volatile solvent stream comprises a lower part 5 of the reaction chamber. 1 To and lower part 5 1 Solvent reservoir 10 for the saturated gas stream from 1 , Entrance 10 2 And exit 10 3 including. The flow is in line 10 4 Into the solvent reservoir 10 and with it the solvent vapor 5 Generated by a neutral gas (eg, argon) that carries the gas to the inlet 10 2 Into the chamber via exit and exit 10 3 (This is discharge line 10 6 Can be exhausted therefrom. Line 10 5 And 10 6 Is controlled by a central unit 16 (which therefore controls the saturation gas flow). 7 And 10 8 including.
[0112]
Preferably, the reaction chamber saturator 10 is designed to allow circulation of a saturated gas stream containing the volatile solvent vapor used and at least one neutral gas.
[0113]
An optional gas supply 14 communicates with the reaction chamber via an inlet provided in the lower part. This device 14 is equipped with an electronic control valve (not shown) and is also controlled by a central unit.
[0114]
With regard to the means 7 for moving the support 1 relative to the means 6, it can be seen that in a first implementation of the first embodiment of the device of the invention, the means 7 is symbolically shown in FIG. , FIG. 3 also shows the control of the moving means 7 by the central unit 16 by means of dotted arrows. Generally, the transfer means have sufficient chemical resistance to the reagents used for OGN synthesis, especially to the solvent used for saturation. Solvents are flammable, so the design of the vehicle must avoid the danger of fire (hence the importance of neutral gases). These conditions are fulfilled for the apparatus of FIG. 3 since the transfer means is located outside the chemical reactor for the bellows.
[0115]
The moving means 7 comprises a lower part 5 of the reaction chamber 5. 1 May be configured by any known means suitable for moving Bellow 5 3 For this lower part 5 1 Is the injection nozzle 6 1 Upper part 5 of chamber 5 containing 2 Has a certain degree of mobility. Examples that may be mentioned are: pin / rack systems in three dimensions, which can be driven mechanically, slide systems, or cross-motion carriages with crossing movement and / or translation and / or translation and / or Examples include systems with rotation-powered micrometric displacement plates. Commercially available products corresponding to the above system are provided by MICROCONTROL, NEWPORT and OWIS.
[0116]
4A, 4B and 4C show the injection nozzle 6 1 Lower part 5 1 Of the support 1 carried by x , y ,and z Indicates movement along an axis.
[0117]
Such a transfer means may supply a localized liquid to the reaction well 4 of the support 1.
[0118]
This example of the first embodiment of the device of the invention shown in FIG. 3 allows the localization liquid to be distributed in very small volumes of droplets to the microwells 4 of the support 1.
[0119]
By way of example, FIGS. 5 and 6 show enlarged pictures of the support 1 comprising dozens of microwells 4, each having a surface of 150 μm × 150 μm and a depth of about 100 μm.
[0120]
The microwell is defined by a grid 3 of photocured epoxy resin. The photograph in FIG. 5 shows an array of microwells 4, in particular, the encircled microwells 4 ′ (which also do not contain traces of localization liquid). The photograph of FIG. 6 shows the array of FIG. 5, where the encircled microwells 4 ′ are the drop-on-demand type piezoelectric nozzles 6 of the injection system. 1 It contains about 50 picoliters of acetonitrile droplet G sent by (1a). The support 1 containing the droplet G is absent under the conditions provided by the apparatus of FIG. 3 (saturated), the droplet evaporates in another fraction and it is possible to take a picture Did not. In contrast, using the apparatus of FIG. 3, the droplets are seen in a volume saturated with acetonitrile in the reaction chamber. It stays there for 5 minutes (min) to 30 minutes, which is enough time to cause a chemical fixation and / or OGN synthesis reaction.
[0121]
The implementation of the method of the invention described in FIGS. 3, 3A and 4A, 4B and 4C has the advantage that it is easy to perform with flexible PTFE bellows. The saturated volume is low, which facilitates control (chemical composition, solvent concentration, pressure, temperature, etc.). The transfer means is completely outside the saturation volume and is therefore protected from corrosion. In contrast, the width of movement of the microdeposition / bellows means is limited to a sweep of the bellows, ie a few centimeters (cm).
[0122]
To make arrays on large supports or substrates, for example, 4-8 inch silicon wafers (10.16 cm-20.32 cm), the second embodiment of FIGS. The device is preferably used as described in more detail in FIGS. 9A, 9B, 9C and 9D.
[0123]
FIGS. 7, 8 and 9 show a second embodiment of the device of the invention. As can be seen in the figures, the essential difference between this second embodiment and the first embodiment is that the support using the means 7 for moving the support 1 along the axis X In addition to moving the body, the localized supply means 6 is movable along the Y axis, and the delocalized supply means 8 is at least X, Y along the Z axis with large movement. Along the axis is the fact that it is movable and allows large substrates to be worked on.
[0124]
The means 7 for moving the support 1 and the moving means 30 and 40 for the localized supply means 6 and the delocalized supply means 8 are at least partially contained in the reaction chamber 5. This chamber is advantageously larger than the device of the first embodiment (eg 1.5 m (m) x 1.5 m x 1 m). The chamber 5 is designed such that it can be saturated, for example, with a gas stream filled with a neutral gas (eg, argon) and a volatile solvent vapor. To this end, an apparatus 10 for saturating the chamber 5 is provided. It is the same as that described for the first embodiment of the device of the present invention. Identical elements have identical reference numbers.
[0125]
The device of the second embodiment is more suitable for industrial operation. The important point here is that the saturation of the reaction chamber can be kept constant. It is clear that an interruption in saturation will require a significant amount of time to resume saturation due to the large volume of the chamber.
[0126]
A further feature of this second embodiment of the device is that a part of the moving means 7, 30, 40 arranged outside the chamber 5 comprises a motor 31, 41 and 71, and a power supply for the motor (FIG. Are not shown), while the mechanical part inside the moving means 7, 30, 40 5 (described in more detail below) is made of TEFLON® (PTFE), stainless steel It is made from an inert material such as steel, perfluorinated elastomers (KALREZ®, CHEMRAZ®), or polyamide (NYLON®).
[0127]
When loading and unloading the support 1 carried by the moving means 7 so as not to interrupt the saturation of the chamber 5, the chamber 5 is provided with a side airlock 50.
[0128]
FIG. 8 shows in detail the localized supply means 6 lifted from their means 30 for movement along the Y axis, and the support 1 and its means 7 for movement along the X axis. The walls of the reaction chamber 5 are marked in FIG. 8 by a dot-dash line.
[0129]
The means 7 for moving the support or substrate 1 comprising the resin grid 3 defining an array of reaction microwells 4 generates a rotational movement which can be transformed into a translation by a transmission worm screw 74. It includes a translation carriage that can slide on a guide rail 73 under the action of a motor 71 that can be driven. The guide rail 73 and the transmission worm screw 74, which are, for example, metal rods of polygonal or circular cross-section, are parallel to each other. At each end of the slide 73, a buffer block 75 is provided. The opposite end of the transmission worm screw 74 connected to the motor 71 is also provided with a buffer block 76. The end portions of the elements 73, 74, the buffer blocks 75, 76, and the motor 71 are arranged outside the chamber 5.
[0130]
Advantageously, the path for the guide rail 73 and the transmission worm screw 74 through the walls of the chamber is sealed by a formed O-ring, for example made of KALREZ. In an advantageous variant of the invention, the buffer block 75 for the slide 73 can form an integral part of the wall of the chamber 5 and can save an opening that has to be airtight.
[0131]
The constituent materials of the components that are at least partially arranged in the chamber 5 are selected from materials that are resistant to fixed and / or synthetic chemical reagents, in particular OGN. Examples of constituent materials that may be cited are PTFE, stainless steel, and KALREZ.
[0132]
The external motor 71 is protected from chemical reagents, which avoids the risk of fire or explosion.
[0133]
With respect to the localized supply means 6 and their transfer means 30, the transfer means 30 is for the micro-deposition of localized liquids or reagents on the microwells 4 arranged on the support 1. It should be noted that the station 60 is designed to ensure translational movement along the Y axis.
[0134]
As with the transfer means 7 described above, the transfer means 30 includes a motor 31 connected to one end of a transmission worm screw 34 terminated at another end by a buffer 36. As mentioned above, certain parts of the element and other terminal parts of the element are located outside the chamber 5. Reference should be made to the above description of the means 7 for further details.
[0135]
For a micro-deposition station 60, which can be carried in translation by a worm screw 34 along a guide rail 33, it consists of a carriage with an element 61 supporting a bottle of reagent 62 (only one in FIG. 8). Is shown), and by a rack 64 parallel to the Y-axis and supporting a series of micro-deposition devices 65 (only one is shown in FIG. 8). This rack 64, which is parallel to the Y axis, faces side by side with the element 61 supporting the reagent bottle 62.
[0136]
As mentioned above, the elements of the means 6 and 30 arranged inside the saturation chamber 5 are made of a material which is resistant to the reagents used (eg acetonitrile) and / or Separated from Examples of resistant materials have been given above.
[0137]
Transport of the reagent contained in the bottle 62 to the corresponding micro-deposition device 65 is accomplished by line 66 (only one is shown in FIG. 8). The localizing reagent or liquid is propelled by a neutral gas (eg, argon) flow carried under the pressure supplied via line 67.
[0138]
In a variant, the reagent bottle 62 can be arranged outside the working volume defined by the reaction chamber 5. In that case, ad hoc "fluid" connections would be provided.
[0139]
The distance along the Z-axis between the substrate or support 1 and the micro-deposition device 65 can be determined by using the movement of the carriage 60 and / or 72 along the X and / or the Y-axis to localize the reagent. Are adjusted to address the assembly of the array of microwells 4 defined by the resin grid 3 of the support 1.
[0140]
This addressing by micro-deposition using the apparatus 65 (comprising a reagent bottle 62 and a propellant gas upstream) and movement of the carriages 60, 72 is accomplished by using a memory (computer) (see FIG. (Not shown) are controlled and managed by a central control.
[0141]
9A, 9B, 9C, 9D show details of the delocalized supply means 8, and more particularly its specific elements constituted by the piston 80. As shown in FIG. 7, the piston 80 for the delocalized supply means 8 is movable in translation along the Z-axis. A moving means 40 provided for this purpose comprises a motor 41 connected to a worm screw 44 in a manner similar to the moving means 7 and 30 described above, and is parallel to the Z axis and the worm screw 44. The piston 80 is driven in translation along the Z axis along the two guide rails 43. The lower ends of the guide 43 and the worm screw 44 have buffer blocks 45 and 46. The same is true for the upper end of the guide rail 43. More specifically, reference should be made to the description of the moving means 7 and 30 described above.
[0142]
The piston 80 is integrated with a carriage 81 which cooperates with the moving means 40.
[0143]
The vertical axis Z of the piston 80 is perpendicular to the axis X for the movement of the support 1 and to the axis Y for the movement of the micro deposition station 60. As a result, it is possible to start the moving means 7 and 40 in a manner that aligns the center of the support 1 with the axis of the piston 80 and ensures that the piston 80 covers the support substrate 1.
[0144]
As shown in FIGS. 9A, 9B, 9C and 9D, the lower surface of the piston 80 is provided with an annular O-ring 82, preferably made of KALREZ. This annular O-ring is coaxial with the piston and its diameter is substantially smaller than the diameter of the lower surface of the piston 81.
[0145]
As shown in FIG. 9D, this annular O-ring 82 is between the lower surface 84 of the piston 81 and the surface of the support 1 (whereas the piston 81 is applied by the moving means 40) Interstitial space 83 is defined.
[0146]
In this situation where the piston 81 is horizontal with respect to the support 1, the support of the piston 81 + the annular O-ring 82 + the lower surface 84 of the piston 81 is of very small dimensions, for example a 4 inch diameter (10.16 cm). ) For a substrate having 5 cubic centimeters (cm 3 ) -10cm 3 Is formed.
[0147]
The piston 81 is constituted by a wall 85 having a thick lower end portion defining a hollow inner volume 86.
[0148]
The lower part of the wall 85, which is arranged in a diametric plane, is the outer surface forming the lower surface 84 of the piston 81, as well as the angular positions 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °. It has an inner surface 87 provided with peripheral tubular elements. The tubular element 88 places the interior 86 of the piston 81 in communication with the outside and in particular with the interstitial space 83 (as shown in FIG. If placed horizontally). These tubular elements 88 are connected via tubes (not shown) to a delocalized reagent reservoir (also not shown in the figure, and the reservoir 12 and FIG. 3 of the first embodiment). 13 (corresponding to 13). Thus, it is possible to supply the delocalized reagent to the interstitial space 83 having a much reduced volume without interrupting the saturation of the reaction chamber assembly 5. In addition to supplying the delocalized reagent, the tubular element 88 also drains the delocalized reagent and / or dries the substrate by passing a gas stream or by pumping out. obtain.
[0149]
Like the localized supply means 6 and their moving means 30, the means 7 for moving the substrate 1, the delocalized supply means 8 and their moving means 40 comprise the localized OGN synthesis method according to the invention. And / or controlled by a central control unit, which may manage all of the procedures for supply, cleaning, rinsing, draining and drying, etc. used in the context of the printing method.
[0150]
It should be noted that those skilled in the art will be able to devise numerous variations to ensure that the reaction chamber 5 is sealed. In particular, sealed ball races and seals of various shapes may be used, and these mechanical construction elements are described in MEMOTEC, PRODUCTIQUE, conception et desinsins (C. Barrier and R. Bourgeois).
[0151]
In a further aspect, the invention provides a support for supporting an array of OGN sequences as described above.
[0152]
The invention also provides for detecting and / or detecting a target OGN sequence using a bioarray comprising probes made from the OGN sequence that are complementary to the target OGN sequence and that can pair together by base pairing. Or a method of identifying, comprising:
Using a support that supports an array of OGN probes as described above;
And clarifying the probe / target pairing using a "pico green" type fluorescent marker;
A method is provided.
[0153]
"Picogreen" is a molecule that fluoresces in the presence of double-stranded DNA. Picogreen does not require a specific reaction and only has to be brought to the presence of the duplex for 5 minutes before measuring fluorescence. The molecules are then used to detect duplexes, regardless of whether they are fluorescent markers (fluorescein, rhodamine, ...) or intercalators (ethidium bromide, Hoechst 33258). Have a number of advantages over commonly used materials.
[0154]
Therefore, picogreen does not require a labeling reaction, in contrast to the fluorescent probes used in DNA arrays (chips).
[0155]
The linearity of the fluorescent signal is excellent over a wide range of concentrations. Thus, it detects duplexes at concentrations far below what can be measured with conventional intercalators, even in the presence of contaminants (single-stranded DNA, RNA) in the solution being measured. I can do it. The sensitivity of picogreen is up to 400 times better than Hoechest 33258, which is then more sensitive than ethidium bromide.
[0156]
This high sensitivity allows local fluorescence levels to be measured, which cannot be measured with conventional intercalators. Thus, picogreen is more suitable than intercalators for detecting hybridization in high or medium density arrays containing small sized hybridization units.
[0157]
The fluorescent signal is independent of the base composition of the sequence being tested, as opposed to the Hoechst product.
[0158]
"Picogreen" is excited by the same means as fluorescein (excitation at 480 nm (emission at 520 nm)), which makes its use with standard equipment very practical.
[0159]
Finally, the present invention provides for detecting and / or detecting a target OGN sequence using a bioarray comprising probes made from the OGN sequence that are complementary to the target OGN sequence and that can pair by base pairing. Or a method of identifying, comprising:
Using a support that supports an array of OGN probes as described above;
Providing the support with at least one structure comprising at least one semiconductor material Sc, coated on at least one of its faces with at least one insulating layer Is [the layer has an OGN probe on its surface] Being formed into an affinity array;
Contacting the OGN probe with a conductive liquid medium LC containing the target OGN sequence; and
Apply the following operating procedures:
a) selecting unlabeled OGN probe;
b) ensuring that the Sc Fermi level substantially corresponds to or exceeds the intrinsic surface level of Sc;
c) Sc undergoes periodic irradiation with photons having an energy that is ≧ Sc bandgap energy; and
d) The change ΔVfb in the flat band voltage Vfb of Sc is measured directly or indirectly, and this change is directly related to the specific pairing of the complementary ligand of the OGN probe with the target OGN sequence from the conductive medium LC. Triggered by a charge-effect phenomenon that is linked together and essentially, except:
(I) changes resulting from charge and / or charge transfer effects caused by chemical reactions catalyzed by the enzyme (and where some of the detected substance is consumed);
(Ii) and the said at least one tracer product can be revealed by a change in pH or redox potential and / or by a marker [preferably a type of radiation absorption or emission (eg fluorescence, radioactivity, coloration)]. A change in the light response coupled to its appearance in the medium LC;
e) interpreting the signal collected by identifying and / or assaying the target OGN sequence of the LC;
A method is provided.
[0160]
This method comprises an array of OGN sequences prepared according to the methods described above, and as described in PCT application PCT / WO-A-95 / 57157, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Relate the method of identification and / or detection of biological material.
[0161]
This association gives rise to a method of detecting and / or identifying target OGN sequences that is particularly effective.
[0162]
The following examples illustrate the operation of the method and apparatus of the present invention, and particularly the first embodiment of the apparatus.
[0163]
(Example)
(Example 1)
(1.1. Reagents and methodology)
Table 1 shows a classification example for the phosphoramidite chemistry used below. Many variations are possible within the scope of the present invention.
[0164]
[Table 1]
Figure 2004532382
[0165]
(1.2. Apparatus)
The apparatus used is that described above with reference to FIG.
[0166]
This device includes an injection system 6 made of six microvalve devices of the type shown in FIG. 3A to inject the reagents A, C and D of Table 1 (one valve for reagent A, reagent D One valve, one for 4 bases in C).
[0167]
The apparatus also comprises six delocalized supply means 10 of the type shown in FIG. 3 for reagents A, B, E, F and G in Table 1.
[0168]
Product A (acetonitrile) can be sent in both localized and delocalized formats. The apparatus also comprises means for drying the substrate with argon gas (ie, reagent H in Table 1).
[0169]
The support is constituted by a silicon or glass plate with 256 lithographic resin wells (epoxy).
[0170]
Each microwell had a surface of 415 μm × 415 μm and a depth of about 415 μm.
[0171]
The volume of the well needs to be filled by injecting the base droplet and the activator droplet without overflow.
[0172]
The microwell fabrication protocol for silicon of this size is as follows:
1. Wash the support (acetone, alcohol ...)
2. Dry with dry argon
3. For example, using a cationically polymerized epoxy resin (e.g., a resin EPON SU8-100 developed by IBM, supplied at different ratios diluted with gamma-butyrolactone), using a spinner to deposit a lithographic resin on a substrate. The speed of the spinner controls the resin thickness from 1 μm to 1000 μm (typically 100 μm); the resins cited as examples are used in making microsystems and Thick vertical wells can be created with form factors up to;
A 400 μm deep microwell was prepared as follows:
・ Slowly applying a single resin layer at a low rotation speed;
Or by sequentially applying 2 to 4 layers and repeating steps 4, 5 and 6 below for each layer,
Made by any of the following:
4. Cure at 90 ° C. for 5-30 minutes, depending on the thickness of the resin and the support;
5. Selective exposure using a UV source (directly with a UV lamp or UV laser using a set of masks). Microjoules per square meter absorbed by the substrate (mJ / m 2 ) Energy dose must be adjusted to obtain good resin / substrate adhesion between the different curing and developing steps. Microwell size varies from 5 μm × 5 μm to 1000 μm × 1000 μm (typically 415 μm × 415 μm);
6. Secondary curing for 5-30 minutes at 50-100 ° C., depending on the thickness of the resin and the support;
7. Dissolve the unexposed resin using a solvent (acetone, gamma-butyrolactone, PGMEA ...) with optional ultrasonic activation;
8. Final cure to increase crosslinking of the resin: 5 minutes to 30 minutes at 90 ° C to 150 ° C. This step determines the behavior of the microwell for oligonucleotide synthesis reagents.
9. Wash the support with the sulfochrome mixture for 5 minutes, then rinse with double distilled water;
10. Aqueous silanization by immersion in a GPTS / water mixture (1% v / v) for 45 minutes, then at 125 ° C. for 45 minutes.
[0173]
The parameters of the method were adjusted, resulting in:
The solvents (acetonitrile, dichloromethane, THF, pyridine, etc.) and reagents (iodine, etc.) used in the oligonucleotide synthesis do not cause the decomposition of the resin superstructure or its separation;
• Accelerate the curing of the resin sufficiently so that the superstructure is inert to oligonucleotide synthesis.
[0174]
[Table 2]
Figure 2004532382
[0175]
Figure 2004532382
[0176]
The control of the moving means is adjusted such that the distance between the positions of the nozzles is about 1 mm from the opening of the well 4 during the ejection of the localized liquid. The pressure in the bottle containing the localized reagent is in the following range:
From the minimum value at which the reagent is not completely injected but adheres to the base;
-Up to the maximum value corresponding to the volume of the well.
[0177]
To reduce the risk of contamination from well to well, only every other well is used so that only 64 of the 256 wells in the substrate constitute a node for the OGN array.
[0178]
The memory 15 and the central unit 16 are mounted (in the 3 'to 5' direction) such that an array containing all of the following variations of the following OGN is created:
3'-GAG GAT GGT X 1 X 2 X 3 CCT GCT AGG TAT-5 '
X 1 , X 2 And X 3 Form 64 possible combinations of A, C, G and T. X in a specific case 1 X 2 X 3 = This example was chosen because ACG is a L226 OGN of biological interest.
[0179]
In practice, with respect to steric hindrance during hybridization, it is useful for the OGN to keep room from the substrate. For this purpose, the sequence is extended with a 10C header, for example, resulting in:
3'-CCC CCC CCC CGA GGA TGG TX 1 X 2 X 3 CC TGC TAG GTA TC-5 '
The first and third parts of the array are the following sequences:
CCC CCC CCC CGA GGA TGGT and CC TGC TAG GTA TC were made using a Perkin Elmer Expertise OGN synthesizer modified to use a substrate.
[0180]
Center part X 1 X 2 X 3 Was produced by the apparatus of FIGS. 1 to 4 as a function of FIG. FIG. 10 shows that OGN L226 is in a central position and is surrounded by probes of very different composition, so that hybridization of the ACG pin (pin) is easy to detect. Using such an array, it was possible to detect U226 OGN complementary to L226.
[0181]
(Industrial application)
A preferred application of the invention is to create a support bearing a plurality of polynucleotide sequences (preferably oligonucleotide sequences and / or peptides, which are different from each other and at least one of its faces. Above can be paired with these complements.
[Brief description of the drawings]
This detailed description is made with reference to the accompanying drawings.
FIG.
FIG. 1 is a perspective view of a support on which the OGN array of the present invention is manufactured.
FIG. 2
FIG. 2 is a vertical sectional view taken along line II-II of FIG.
FIG. 3
FIG. 3 is a schematic diagram of a first embodiment of the device of the present invention.
FIG. 3A
FIG. 3A is an improved schematic diagram of a system for ejecting droplets of a localized reagent.
FIG. 4A
FIG. 4A is a detail of FIG. 3 including the reaction chamber, the support and the localized supply means, and moving the support and a portion of the reaction chamber relative to the localized supply means along the X axis. Show.
FIG. 4B
FIG. 4B is a cross-sectional view along line IV-IV of FIG. 4A and shows the movement of the support and a portion of the reaction chamber relative to the localized delivery means along the Y-axis.
FIG. 4C
FIG. 4C repeats the same elements as FIG. 4A, but shows the movement of the lower part of the reaction chamber and the support relative to the localized supply means along the Z-axis.
FIG. 5
FIGS. 5 and 6 are enlarged photographs of the support 1 including a grid 3 of photoresin defining dozens of microwells intended to function as sheets for chemical fixation and / or OGN synthesis reactions. . The difference between FIGS. 5 and 6 lies in the presence of localized reagent droplets in the micro-wells circled in the support of FIG.
FIG. 6
FIGS. 5 and 6 are enlarged photographs of the support 1 including a grid 3 of photoresin defining dozens of microwells intended to serve as sheets for chemical fixation and / or OGN synthesis reactions. . The difference between FIGS. 5 and 6 lies in the presence of localized reagent droplets in the micro-wells circled in the support of FIG.
FIG. 7
FIG. 7 is a general schematic perspective view of the second embodiment of the present apparatus.
FIG. 8
FIG. 8 is a detailed perspective view of FIG. 7 showing the support 1 and its moving means 7 and the localized supply means and their moving means 30.
FIG. 9A
9A, 9B, 9C and 9D show delocalized supply means. FIG. 9A is a front view of the piston 80 of the delocalized supply means 8.
FIG. 9B
9A, 9B, 9C and 9D show delocalized supply means. FIG. 9B is a diametrical cross section through the piston of FIG. 9A.
FIG. 9C
9A, 9B, 9C and 9D show delocalized supply means. FIG. 9C is a top view of the piston 80 of FIGS. 9A and 9B.
FIG. 9D
9A, 9B, 9C and 9D show delocalized supply means. FIG. 9D is a partial diametrical cross section of the piston 80 applied to the support 1.
FIG. 10
FIG. 10 shows an array 64 of 3 mer oligonucleotides each produced in the example.
1 and 2 show a support 1 forming an integral part of the device according to the invention.

Claims (18)

複数のポリ−、好ましくはオリゴ−ヌクレオチドおよび/またはペプチド配列をその面の1つに保有する支持体の製造方法であって、有利には互いに相違する該配列(OGN配列)は、塩基対合によりそれらの相補体と対合し得、そしてこれらは揮発性溶媒の存在下での化学合成によって得られ;
該方法は本質的に、以下:
a)支持体(1)を使用すること[ここで、該OGNを保有するように意図される該面は、反応ウェル(4)のアレイを有し、各ウェル(4)は、所定のOGN配列の局在化固定および/または化学合成のためのシートとして機能し;該ウェルは、光硬化樹脂を適用し、該ウェルを規定するように意図される領域における化学線照射への暴露によって該樹脂を硬化させ、そして硬化されていない該樹脂を除去して、該ウェル(4)を規定する壁を形成する樹脂のグリッド(3)を得ることによって、得られる];
b)反応チャンバ(5)内に該支持体(1)を配置し、そして該OGNの局在化固定および化学合成において使用される揮発性溶媒の蒸気を使用して、好ましくは、該反応チャンバ(5)を通る好適な飽和蒸気を含むガス流を循環させることによって、該チャンバを飽和すること;
c)該ウェルの少なくとも一部において該OGN配列の(増加による)局在化固定および/または化学合成を行うこと;
を含み、そして
この操作は、以下:
(i)対応のOGN配列を固定および/または合成するための試薬および液体消耗品を、関連する各ウェルへ、局所的および別個に供給すること;
(ii)全ての該ウェルにおいて行われるように意図される反応へ共通の試薬および/または液体消耗品を、関連する該ウェルへ、集合的に(非局所的に)供給すること;ならびに
(iii)該ウェル(4)への局在化供給のための各操作の前に、局在化様式で供給されるように意図される各ウェル中に含まれる任意の液体の少なくとも一部が、除去されることを確実にすること。
によって達成される:
A process for the preparation of a support having a plurality of poly-, preferably oligo-nucleotide and / or peptide sequences on one of its faces, advantageously wherein said different sequences (OGN sequences) are base-paired Can be paired with their complements, and these are obtained by chemical synthesis in the presence of volatile solvents;
The method essentially comprises:
a) using a support (1) [where the surface intended to carry the OGN has an array of reaction wells (4), each well (4) having a predetermined OGN The wells serve as sheets for localized immobilization of sequences and / or chemical synthesis; the wells are exposed to actinic radiation in the area where the photocurable resin is applied and the wells are intended to be defined. By curing the resin and removing the uncured resin to obtain a grid of resin (3) forming the walls defining the wells (4)];
b) placing the support (1) in a reaction chamber (5) and using the vapor of a volatile solvent used in the localized fixation of the OGN and in the chemical synthesis, preferably in the reaction chamber (5) saturating the chamber by circulating a gas stream containing a suitable saturated vapor through it;
c) performing (by increasing) localized immobilization and / or chemical synthesis of the OGN sequence in at least a portion of the well;
And this operation includes the following:
(I) locally and separately supplying reagents and liquid consumables for fixing and / or synthesizing the corresponding OGN sequence to each associated well;
(Ii) collectively (non-locally) supplying common reagents and / or liquid consumables to the relevant wells for reactions intended to be performed in all the wells; and (iii) 2.) Before each operation for localized supply to said well (4), at least a portion of any liquid contained in each well intended to be supplied in a localized manner is removed. Make sure it is done.
Achieved by:
前記支持体が、ガラス、石英、必要に応じて少なくとも1つの層の酸化物または窒化物でコーティングされたシリコンによって構成される材料の群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。2. The material according to claim 1, wherein the support is selected from the group consisting of glass, quartz, silicon, optionally coated with at least one layer of oxide or nitride. 3. the method of. 前記支持体の表面を処理して、その上に、OGN配列のヘッドコモノマーと非不安定結合を形成し得る固定部位を作製し、該処理は、好ましくは、マイクロウェルアレイを作製する前および/または後にエポキシアルコキシシランを使用してのシラン化であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の方法。Treating the surface of the support to create an immobilization site thereon capable of forming a non-labile bond with the head comonomer of the OGN sequence, the treatment preferably prior to creating a microwell array and / or The method according to claim 1 or 2, characterized by or later silanization using an epoxyalkoxysilane. 前記光硬化性樹脂が、ポジティブまたはネガティブ樹脂によって構成される群から、好ましくはネガティブ樹脂を含むサブ群から、そしてより好ましくは、ラジカルおよび/またはカチオン経路によって光硬化され得る、(メタ)アクリレート、エポキシ、ポリエステルおよび/またはポリスチレン樹脂を含むクラスから選択されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。(Meth) acrylates, wherein the photocurable resin can be photocured from the group constituted by positive or negative resins, preferably from a subgroup comprising negative resins, and more preferably by radical and / or cationic route; 4. The method according to claim 1, wherein the method is selected from a class comprising epoxy, polyester and / or polystyrene resins. 前記反応チャンバのための飽和ガス流が、関連する溶媒の蒸気に加えて、少なくとも1つの中性ガスを含み、該ガス流は、好ましくは、周囲大気に対して該チャンバ中の過剰圧力を決定するようなものであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。The saturated gas stream for the reaction chamber contains, in addition to the associated solvent vapor, at least one neutral gas, which gas stream preferably determines the overpressure in the chamber relative to the ambient atmosphere The method according to any of the preceding claims, characterized in that: 前記ウェルへの局在化供給および非局在化供給を確実にするために、対応の手段を使用し、該局在化供給手段および前記支持体が、移動手段により三次元(X、Y、およびZ)において互いに対して移動可能であること;ならびに、各々が コモノマーを含む OGN配列を該支持体上において固定および/または合成するために、以下のこと:
・作製される OGN配列のアレイの組成を、各々がコモノマーを含みそして各々が該支持体の ウェルに局在化される試薬液体の除去、供給および堆積という一連のアクションに対応する 連続ラングの構成に該組成を保存することによって、メモリーに記憶する[該液体は、該ウェルにおけるラングRi=1〜の該コモノマーの性質を決定する];
・そして第1に、該局在化供給手段および該移動手段に、前記に定義される種々の一連のアクションを行うように命令し、そして第2に、該非局在化供給手段に、該固定およびOGN配列合成手順において種々の時間で、該支持体の該ウェルへの、非局在化液体の除去、運搬および供給を行うように命令する[各局在化供給に続いて、該ウェル中そしてより一般的には該反応チャンバ中に存在する液体を排出するための工程が行われる];
[それらが誘導する該命令および該アクションは、Rにおいてi=xまで1ずつを増加させることによって繰り返される]
を特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
To ensure localized and delocalized supply to the wells, corresponding means are used, wherein the localized supply means and the support are three-dimensional (X, Y, And Z) are movable with respect to each other; and to immobilize and / or synthesize n OGN sequences, each comprising an x comonomer, on the support:
The composition of the array of n OGN sequences to be produced is x- continuous, corresponding to a series of actions of removal, supply and deposition of reagent liquid, each containing a comonomer and each being localized in the n- well of the support; Storing it in memory by storing the composition in a rung configuration [the liquid determines the properties of the comonomer of the rung Ri = 1- x in the n- well];
And firstly, instructing the localized supply means and the mobile means to perform various series of actions as defined above, and secondly, instructing the delocalized supply means with the fixed And at various times during the OGN sequence synthesis procedure, to remove, transport, and supply the delocalized liquid to the n- well of the support [subsequent to each localized supply, And more generally, a step is performed to drain the liquid present in the reaction chamber];
[The instructions and actions they derive are repeated by incrementing i by 1 in R i up to i = x]
The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記液体が、前記方法の工程3(iii)において除去され、その結果、関連する前記ウェルが、それらの容積の少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、そしてより好ましくは少なくとも98%の深さまで液体を含まないことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。The liquid is removed in step 3 (iii) of the method, so that the associated wells have a liquid depth of at least 90%, preferably at least 95%, and more preferably at least 98% of their volume. The method according to claim 1, wherein the method does not include: 前記液体が、乾燥によって、有利には、ガス(好ましくは、中性ガス)を前記反応チャンバへ注入することによって、および/または該反応チャンバおよび/または該支持体の温度を上昇させることによって、および/または該反応チャンバから除去される液体の蒸気圧を減少させることによって、除去されることを特徴とする、請求項7に記載の方法。The liquid is dried, advantageously by injecting a gas (preferably a neutral gas) into the reaction chamber and / or by raising the temperature of the reaction chamber and / or the support; Method according to claim 7, characterized in that it is removed by reducing the vapor pressure of the liquid removed from the reaction chamber. 以下:
・少なくとも1つの支持体(1)[ここで、前記OGNを保有するように意図される前記面は、反応ウェル(4)のアレイを有し、各ウェルは、所定のOGN配列の局在化固定および化学合成のためのシートとして作用し、該ウェルは、光硬化性樹脂を適用し、該ウェルを規定するように意図される領域における化学線照射への暴露によって該樹脂を硬化させ、そして硬化されていない該樹脂を除去して、該ウェル(4)を規定する壁を形成する樹脂のグリッド(3)を得ることによって、得られる];
・該支持体を含むように意図される少なくとも1つの反応チャンバ(5);
・該支持体(1)のウェル(4)の各々における所定のOGN配列の固定および合成を可能にする、該反応ウェル(4)への特定の局在化液体(試薬/消耗品)の局在化供給のための手段(6);
・該支持体(1)に対して該局在化供給手段(6)および/またはその反対を移動するための手段(7、30);
・該ウェルの全てまたは一部において行われるように意図される反応に共通の非局在化液体(生成物/消耗品)の該反応ウェルへの非局在化供給のための手段(8);
・該非局在化供給手段(8)を移動させるための任意の手段(40);
・非局在化液体を排出するための手段(9、88);該排出手段(9、88)は、該非局在化供給手段(8)と関連する;
・局在化OGNの固定および合成において使用される前記揮発性溶媒の蒸気を使用して該反応チャンバを飽和させるための装置(10);
・該局在化液体のための少なくとも1つの容器(11、62);
・該非局在化液体のための少なくとも1つの容器(12);
・液体廃液を空にするための少なくとも1つの容器(13);
・該チャンバへガスを供給するための任意の装置;
・必要に応じて、該支持体上に固定されるおよび合成される種々のOGN配列のための少なくとも1つのメモリー(15);および
・必要に応じて、該メモリーを読み取りそしてシグナルを発生させて、流体の供給ならびに互いに対する該局在化供給手段および該支持体の移動を制御するための少なくとも1つの中央ユニット(16)、
を含むことを特徴とする、請求項1〜8のずれか1項に記載の方法を行うための装置。
Less than:
At least one support (1) [where the surface intended to carry the OGN has an array of reaction wells (4), each well being a localization of a given OGN sequence; Acting as a sheet for fixation and chemical synthesis, the wells apply a photocurable resin, cure the resin by exposure to actinic radiation in the areas intended to define the wells, and By removing the uncured resin to obtain a resin grid (3) that forms the walls defining the wells (4)];
At least one reaction chamber (5) intended to contain the support;
A localization liquid (reagent / consumable) to the reaction well (4), which allows the fixation and synthesis of a given OGN sequence in each of the wells (4) of the support (1) Means for localized supply (6);
Means for moving said localized supply means (6) and / or vice versa with respect to said support (1);
Means for the delocalized supply of a delocalized liquid (product / consumable) common to the reaction intended to be carried out in all or part of said wells to said reaction wells (8) ;
Optional means (40) for moving said delocalized supply means (8);
Means for discharging a delocalized liquid (9, 88); said discharge means (9, 88) being associated with said delocalized supply means (8);
An apparatus (10) for saturating the reaction chamber using the volatile solvent vapor used in the immobilization and synthesis of the localized OGN;
At least one container (11, 62) for the localized liquid;
At least one container (12) for the delocalized liquid;
At least one container (13) for emptying liquid effluent;
-Any device for supplying gas to the chamber;
-Optionally, at least one memory (15) for various OGN sequences immobilized and synthesized on the support; and-optionally reading the memory and generating a signal At least one central unit (16) for controlling the supply of fluid and the movement of said localized supply means and said support relative to each other;
Apparatus for performing the method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises:
前記支持体1が、以下:
・ガラス、石英、必要に応じて少なくとも1層の酸化物または窒化物でコーティングされたシリコンによって構成される群から選択される材料から作製された、少なくとも1つの基体プレート(2);
・該基体の面の1つと一体の光硬化された樹脂の、少なくとも1つのアレイ(3)(好ましくは、グリッド)[該アレイは、反応ウェル(4)と共にマトリックスを規定し、該フォトレジンは、好ましくは、カチオンおよび/またはラジカル経路によって光硬化可能なエポキシ樹脂または(メタ)アクリレート樹脂によって構成される群から選択される]、
を含むことを特徴とする、請求項9に記載の装置。
The support 1 comprises:
At least one substrate plate (2) made of a material selected from the group consisting of glass, quartz, silicon optionally coated with at least one layer of oxide or nitride;
At least one array (3) (preferably a grid) of photo-cured resin integral with one of the faces of the substrate [the array, together with the reaction wells (4), defining a matrix; , Preferably selected from the group consisting of epoxy or (meth) acrylate resins that are photocurable by cationic and / or radical pathways],
The device according to claim 9, comprising:
前記局在化供給手段(6)が、局在化液体の放出または配置のためのシステムを含み、該システムが、有利には、以下のシステム:
1)以下のタイプの装置を使用する機械的射出:
a)圧電効果を使用するドロップ−オン−デマンド;
b)静電効果によって中断される連続ジェット;
2)マイクロバルブ装置を使用しての圧力下での射出、
から選択されることを特徴とする、請求項9または請求項10に記載の装置。
Said localized supply means (6) comprises a system for the release or arrangement of a localized liquid, said system advantageously comprising:
1) Mechanical injection using the following types of equipment:
a) Drop-on-demand using piezoelectric effect;
b) continuous jet interrupted by electrostatic effects;
2) injection under pressure using a microvalve device,
Device according to claim 9 or 10, characterized in that it is selected from:
前記反応チャンバ(5)を飽和するための前記装置(10)が、使用される前記揮発性溶媒の蒸気および少なくとも1つの中性ガスを含む飽和ガス流の循環を可能にするように設計されていることを特徴とする、請求項9〜11のいずれか1項に記載の装置。The device (10) for saturating the reaction chamber (5) is designed to allow the circulation of a saturated gas stream comprising the volatile solvent vapor used and at least one neutral gas. Device according to any one of claims 9 to 11, characterized in that it is located. 前記反応チャンバ(5)が密封ベロー(5)を備え、その一方の末端(5)が前記局在化供給手段(6)をキャリー(carry)し、そしてそのもう一方の末端(5)が、該供給手段と向かい合って、該支持体(1)を受容するための反応部位を有しそして非局在化供給手段(8)を備え、該局在化供給手段をキャリーする該末端(5)は、好ましくは固定されており、そして該支持体(1)をキャリーするもう一方の該末端(5)は、好ましくは、移動手段(7)によって、三次元において移動可能であることを特徴とする、
請求項9〜12のいずれか1項に記載の装置。
The reaction chamber (5) comprises a sealing bellows (3), its one end (5 2) of the localization supply means (6) and carry (carry), and its other end (5 1 ) Has a reaction site opposite said supply means for receiving said support (1) and comprises a delocalized supply means (8), said end carrying said localized supply means (5 2 ) is preferably fixed, and the other end (5 1 ) carrying the support ( 1 ) is preferably three-dimensional x , y , being movable in z .
Apparatus according to any one of claims 9 to 12.
前記局在化供給手段(6)が、該支持体(1)を受容するように意図されそして前記非局在化供給手段(8)と関連される前記反応チャンバ(5)の固定部分に対して、移動手段(7)の作用によって、三次元において動かされ得ることを特徴とする、請求項9〜13のいずれか1項に記載の装置。The localized supply means (6) is intended to receive the support (1) and to a fixed part of the reaction chamber (5) associated with the delocalized supply means (8) Device according to any of claims 9 to 13, characterized in that it can be moved in three dimensions x , y , z by the action of a moving means (7). 以下:
・前記支持体(1)が、移動手段(7)を使用して、軸に沿う並進において移動可能であり、前記局在化供給手段(6)が、移動手段(30)を使用して、軸に沿う並進において移動可能であり、前記非局在化供給手段(8)が、移動手段(40)を使用して、軸に沿う並進において移動可能であり、、およびが互いに垂直であること;
・該移動手段(7)、(30)、(40)の少なくとも一部が、前記密封化飽和可能反応チャンバ(5)の外側に配置され、該手段(7)、(30)、(40)の外部部分が、好ましくは少なくとも1つの電気モーター(7)、(3)、(4)およびその電力供給を含む;
・ならびに、それが、該支持体(1)をロードおよびアンロードするための少なくとも1つのエアーロック(50)を含むこと、
を特徴とする、請求項9〜12のいずれか1項に記載の装置。
Less than:
The support (1) is movable in translation along an axis x using a moving means (7) and the localized supply means (6) is moved using a moving means (30); , Translational along the axis y , said delocalized supply means (8) being movable in translation along the axis z using a moving means (40), x , y , and z are perpendicular to each other;
-At least a part of said moving means (7), (30), (40) is arranged outside said sealed saturable reaction chamber (5), said means (7), (30), (40) outer part of, preferably at least one electric motor (71), the (3 1), (4 1) and its power supply;
And that it comprises at least one airlock (50) for loading and unloading the support (1);
Apparatus according to any one of claims 9 to 12, characterized in that:
請求項1および10に定義されるOGN配列のアレイを支える支持体。A support for supporting an array of OGN sequences as defined in claims 1 and 10. 標的OGN配列に対して相補的でありそして塩基対合により一緒に対合し得る、OGN配列から作製されたプローブを含むバイオアレイを使用して、標的OGN配列を検出および/または同定する方法であって、以下:
・請求項16に記載のOGNプローブのアレイを支える支持体を使用すること;
・および該プローブ/標的対合を、“ピコグリーン”タイプ蛍光マーカーを使用して明らにすること、
を特徴とする、方法。
A method for detecting and / or identifying a target OGN sequence using a bioarray comprising probes made from the OGN sequence that is complementary to the target OGN sequence and that can pair together by base pairing. And the following:
Using a support for supporting an array of OGN probes according to claim 16;
And clarifying the probe / target pairing using a "pico green" type fluorescent marker;
The method.
標的OGN配列に対して相補的でありそして塩基対合により対合し得る、OGN配列から作製されたプローブを含むバイオアレイを使用して、標的OGN配列を検出および/または同定する方法であって、以下:
・請求項16に記載のOGNプローブのアレイを支える支持体を使用すること;
・該支持体を、少なくとも1つの絶縁層Is[該層は、その表面にOGNプローブを有する]でその面の少なくとも1つがコーティングされた、少なくとも1つの半導体材料Scを含む少なくとも1つの構造を備える親和性アレイへ形成されること;
・該OGNプローブを、標的OGN配列を含む導電液体媒体LCと接触させること;そして
・以下の操作手順を適用すること:
a)標識されていないOGNプローブを選択する;
b)Scのフェルミ準位が、Scの固有表面レベルに実質的に対応するかまたはこれを超えることを確実にする;
c)Scが、≧Scバンドギャップエネルギーであるエネルギーを有する光子での周期的な照射を受ける;そして
d)Scのフラットバンド電圧Vfbにおける変化ΔVfbを、直接的または間接的に測定し、この変化は、該OGNプローブの相補リガンドと該導電媒体LC由来の標的OGN配列との特異的対合へ直接的かつ本質的に連結される電荷効果現象によって誘発され、以下を除く:
(i)酵素により触媒される化学反応によって引き起こされる電荷効果および/または電荷移動効果から生じる変化(そしてここで、検出される物質の一部が消費される);
(ii)および、pHまたはレドックス電位における変化によって、および/またはマーカー[好ましくは放射吸収または放出タイプ(例えば、蛍光、放射活性、着色)]によって、明らかとされ得る少なくとも1つのトレーサー生成物の該媒体LCにおける出現へ連結される光応答における変化;ならびに
・該LCの標的OGN配列を同定および/またはアッセイすることによって収集されるシグナルを解釈すること、
を特徴とする、方法。
A method for detecting and / or identifying a target OGN sequence using a bioarray comprising probes made from the OGN sequence that is complementary to the target OGN sequence and is capable of pairing by base pairing. ,Less than:
Using a support for supporting an array of OGN probes according to claim 16;
Providing the support with at least one structure comprising at least one semiconductor material Sc, coated on at least one of its faces with at least one insulating layer Is [the layer has an OGN probe on its surface] Being formed into an affinity array;
Contacting the OGN probe with a conductive liquid medium LC containing the target OGN sequence; and applying the following operating procedure:
a) selecting unlabeled OGN probe;
b) ensuring that the Sc Fermi level substantially corresponds to or exceeds the intrinsic surface level of Sc;
c) Sc undergoes periodic irradiation with photons having an energy that is ≧ Sc bandgap energy; and d) directly or indirectly measuring the change ΔVfb in the flat band voltage Vfb of Sc, Is triggered by a charge effect phenomenon that is directly and essentially linked to a specific pairing of the complementary ligand of the OGN probe with a target OGN sequence from the conductive medium LC, except:
(I) changes resulting from charge and / or charge transfer effects caused by chemical reactions catalyzed by the enzyme (and where some of the detected substance is consumed);
(Ii) and at least one of the tracer products that can be revealed by a change in pH or redox potential and / or by a marker (preferably a type of radiation absorption or emission (eg, fluorescence, radioactivity, color)). Altering the light response linked to its appearance in the medium LC; and interpreting the signal collected by identifying and / or assaying the target OGN sequence of the LC;
The method.
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