JP2006512917A - Ｄｎａマイクロアレイ製作のための感光マスクのレーザ露光 - Google Patents

Abstract

高分子シーケンスを合成するのに適した１つの基板上で１つの高分子アレイを形成するための方法、および装置。これには、１つのアレイを形成し、このアレイの各位置は少なくとも１つの鎖末端を有し、この鎖末端上の感光性保護を形成し、少なくとも１つのエネルギービームを選択的に走査し、変調し感光性保護上でパターンが露光される段階が含まれる。いくつかの実施形態において、この方法は、露出されたパターンに基づいて、選択された鎖末端から保護基を取り除く段階をさらに含む。続いて、この方法は脱保護された鎖末端にあらかじめ決定された１つ以上の高分子サブユニットを添加する段階を含む。いくつかの実施形態において、感光性保護は鎖末端を被覆するための１つのフォトレジスト層を含んでいる。いくつかの実施形態は１つの紫外線レーザを使用する。

Description

本発明は、高分子合成に関し、特に生物学的ＤＮＡ標識マイクロアレイを製作する方法および装置に関する。

ＤＮＡ、ＲＮＡ、および他のオリゴヌクレオチド（ならびに他の高分子）は、一連の単独の化学反応を行うことにより合成することができる。ＲＮＡまたはＤＮＡのようないくつかの生体試料は、Ａ、Ｃ、Ｇ、およびＴなどのオリゴヌクレオチドの高分子である。ＲＮＡ、ＤＮＡ、および糖タンパク質などのその他の高分子は、最初の分子を１つの基板の１つの表面上に析出させ、分子の１つの末端を活性化し、さらに続いていったん最初の分子をフリーの末端に付着し、その末端も非活性化されている次に必要なアミノ基を多数含む１つの溶液で表面を洗浄することにより、任意の所望のシーケンスで合成することができる。したがって、鎖の活性化末端が、次のアミノ基の付着によって非活性化されるので、その所望のアミノ基の単一事例のみがこのプロセスの各段階で付着すると予想される。

基板の１つの領域に付着した多数の最初の分子により開始することによって、多くの同一のシーケンス鎖が並行して生成させることができる。例えば、固体表面（グラスまたはシリコン基板など）に付着した、多数のプライマー単位により開始し、続いて１つのヌクレオチドまたはアミノ基を一度に加え、すべてのプライマー上で所望のシーケンスが形成されることにより、多数の同一のＤＮＡシーケンスを形成させることができる。このようなプロセスにより、残りまで各々同一の多数のオリゴヌクレオチドが提供される。

しばしば、１つのチップ（一般に小さな長方形基板）上に、領域当たり１つのタイプのシーケンス、あるいはチップの位置に、複数の異なるシーケンスを有することが好ましい場合もある。例えば、それぞれの行と列のアドレスは合成された高分子の位置を規定するように、チップを複数の行と列のアレイとしてレイアウトすることができる。多数のチップを単一の基板上に平行に作成することができ、その後、それぞれのチップをさいの目に切り取る。高分子アレイおよびいわゆるＤＮＡチップは、一般に、一連の単量体、または部分的なＤＮＡシーケンスが連続して付着した多くの個別の部位を含んでいる。このアレイのそれぞれの再定義された位置では、１つ以上の同一のシーケンスが形成される（その位置で提供されたナンバーまたはプライマー部位に依存する）が、アレイの位置の相違は一般に異なるシーケンスを有すると予想される。フォトリソグラフィープロセスを使用して、それぞれの連続的段階における寄与から各アレイ位置を選択的に活性化または非活性化することにより、各位置で構築されているシーケンスの順序を規定することができる。例えば、クロムオンガラスマスクを使用して、どのアレイ位置でそれぞれの付着段階が活性化されているかを明らかにする、フォトレジスト上のパターンを規定することができる。並行したこのようなアレイの製作により、多数の同一アレイを提供することができ、各アレイの要素は同じアレイの他の要素とは異なっている。

各ヌクレオチド添加操作のための活性なアレイ位置を規定する場合に、精度、柔軟性、および迅速性／性能を提供する改良方法および装置に関するニーズが存在する。

好適な実施形態の説明 以下の好ましい実施形態に関する詳細な説明では、参照は本明細書の一部を形成する添付の図面に対してなされ、そこでは本発明が実施される特定の実施形態が図解により示される。他の実施形態を利用してもよく、本発明の範囲を逸脱せずに構造の変更を行ってもよいことが分かる。

図に現れる参照番号の（複数の）数値は、一般にその成分が最初に導入された図番に相当し、これにより複数図で現れる１つの同一の成分を参照するために、同じ参照番号が全体にわたって使用される。同じ参照番号またはラベルは複数の信号と結合を示し、また実際の意味は、この説明の前後関係においてその使用から明確になる。

ＲＮＡまたはＤＮＡなどのいくつかの生体試料は、Ａ、Ｃ、Ｇ、およびＴなどのオリゴヌクレオチドの高分子である。ＲＮＡ、ＤＮＡ、それのアミノ酸類あるいはその類似体のペプチド、および糖タンパク質などのその他の高分子は、最初の分子またはプライマーを基板または不溶性の基板の表面上に析出させることにより任意の所望のシーケンスで合成することができる。基板は例えば、例えば、極端な温度、塩、またはｐＨ、例えば電気泳動実施形態における電場印加、ならびに装置を製作する際に使用される試薬およびその他の材料との適合性などの装置が侵襲を受ける条件の全範囲に適合するように選択された、ガラス、ケイ素、プラスチック、あるいは他の高分子、例えばポリスチレン、ポリプロピレンなどで作られている。

いくつかの実施形態では、Ｒ．ブルースメリフィールドＢｒｕｃｅ Ｍｅｒｒｉｆｉｅｌｄにより発明され、当業者において公知の１つの固相法を使用する不溶性の基板または基板と結合した１つの成長するペプチド鎖にアミノ酸が段階的に添加される。

所望のペプチドのカルボキシル末端アミノ酸は、この基板に最初に固定される。続いて、このアミノ酸のｔ−Ｂｏｃ保護基が除去される。次のアミノ酸（保護されたｔ−Ｂｏｃ形態中で）は、続いてカップリング剤であるジシクロヘキシルカルボジイミドと共に加えられる。形成後、ペプチドが結合すると、所望の最初の鎖と共に基板を残し、過剰試薬およびジシクロヘキシル尿素が洗浄される。さらに、上記の反応シーケンスの繰り返しによりアミノ酸が添加される。

同様に、いくつかの実施形態では、不溶性の基板に結合した成長する鎖となるまで、活性化されたモノマーの連続添加によりＤＮＡ鎖が合成される。いくつかの実施形態では、活性化されたモノマーはプロトン化されたデオキシリボヌクレオシド３’ホスホラミダイトである。入力単位の３’−リン原子は成長する鎖の５’−酸素と結合し、亜リン酸トリエステルを形成する。活性化されたモノマーの５’ＯＨは、ジメトキシトリチル（ＤＭＴ）保護基によってブロックされるので、さらなる反応に対して非反応性である。いくつかの実施形態では、水がホスホラミダイトで反応するので、無水条件下で結合が進行する。
次に、亜リン酸トリエステル（Ｐは三価である）はヨウ素により酸化され、リン酸トリエステル（Ｐは五価である）を形成する。第三段階では、他の保護基をそのまま残し、ジクロロ酢酸の添加によりＤＭＴ保護基が除去される。成長するＤＮＡ鎖は今や１単位長く、上述のような別の付加サイクルの準備ができる。基板上の所望の鎖が所定の場所に留まるので、上述のペプチドでのようにこの固相プロセスが好ましい。

いくつかの実施形態では、本発明の１つの方法ではフォトレジスト、すなわち合成反応においてこの被覆されていない部分のみに関与するように、所望の鎖（例えば、オリゴヌクレオチドまたはペプチド）の合成に化学的に関与しないが、１つの段階の間に基板の選択された部分の上に保護層を提供する光活性化化学種で基板を被覆する。光パターンの露光（例えば、走査ＵＶレーザービーム）により、あらかじめ決定されたパターン中のフォトレジスト部分の除去が可能となる。被覆されていない分子の末端を活性化するために基板を処理し、所望のヌクレオチドまたはアミノ酸の１つおよび１つのみのコピーが、すべての活性化されたプライマー位置に付着するように、単一アミノ基、例えば、適切な保護基を備えた単一Ａ、Ｃ、Ｇ、またはＴの多くの複製物を有する溶液が提供される。適切な条件（例えば時間、酸性度、温度、濃度など）が提供され、各プライマー位置に所望の１つの官能基を付着させた後は、この溶液を洗浄し、例えば、部分的に構築された鎖の末端を再度活性化することにより、次の付着段階のために基板が調製される。次の段階では、アレイ上の複数の部位の各々で異なるシーケンスが構築されるように、異なるパターンの光を使用する。

いくつかの実施形態では、各段階の開始時にフォトレジストで基板を覆うことにより、アレイ位置を規定できる。１つの異なるシーケンスが各アレイ位置で製作できる。本明細書で使用される「アレイ」は、線状パターン、行と列のパターン、六角形パターン、または他の任意の位置パターン（このような位置をアレイ位置とも呼ばれる）などの多数の位置を有する任意のパターンである。いくつかの従来方法では、各付着段階でどの位置が活性化され、また活性化されていないかを規定するため、フォトリソグラフィーマスク、例えば従来のクロムオンガラスマスクが使用される。他の従来方法では、微小なミラーを有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ装置）が使用され、そのシステムでは、いくつかのミラーがチルトし（「オン」）、基板上の所望の活性化パターン内に光を向け、別のミラーは異なる方向にチルトし、光と別な場所に向ける。マスクの場合あるいはＭＥＭＳの場合のいずれかでは、達成するためには高価な光学特性を有する極めて輝度の高いＵＶ光源が必要である。さらに、１千万ウェルのマイクロアレイを製作するために、１千万個の機能的ミラーが必要である。一般に、コンピュータープログラムを使用して、使用すべき一連のマスクを規定し、それぞれのマスクはそれ自体のパターンで個別に作成され、続いて合成プロセスの１段階で、各々のマスクが使用される。マイクロアレイ上のシーケンスのセットを変更するために、新しいセットのマスクを生産しなければならない。

他の実施形態では、基になる鎖を被覆するかまたは露光するために、上述の鎖構成の特定段階に物理的フォトレジスト保護を使用する代わりに、各モノマーに添加されるように光活性化保護基が使用される。したがって、フォトレジスト保護層により被覆されていない領域中で厳密に保護基の化学的除去を使用する代わりに、フォトレジスト保護層を使用せず、代わりに保護基自体が光に感受性があり、鎖構築段階に含まれるべきアレイ位置の光に対する選択的露光後に除去される。

２５箇所の位置（すなわち、２５の長さを有する各高分子鎖）の各々で４つのオリゴヌクレオチドを有する任意の高分子シーケンスを作成するために、単純なプロセスでは、各位置においておそらく４つの異なるマスクが、したがって最大１００個までの異なるマスクが使用される。

いくつかの実施形態では、このプロセスを修正し、各段階における活性化および非活性化パターンを規定するために、直接書き込み走査プロセスが使用され、１つの光源（紫外線レーザなどの）または電子ビームにより、フォトレジスト表面上（あるいは、他の実施形態では光活性化保護基上）を走査され、各アレイ位置の露光の有無により次の段階の活性化および非活性化パターンが規定される。コンピュータープログラムを使用してパターンが規定され、露光をコントロールして所望のモノマーが得られる。走査中は、光または電子ビームは、表面（例えばＸＹデカルトアレイ）上の各々の複数の予定された位置上に偏向され、オンまたはオフに変調されアレイ位置のある部分が選択的に活性化される。いくつかの実施形態では、本発明は、基板上の複数の核酸アレイチップを製作し、ダイシングするか、もしくは個々のアレイを分離し、得られたチップを包装する方法を提供する。いくつかの実施形態は光導電性プラスチックの使用が意図され、含まれる。いくつかの実施形態では、本発明の装置は、一般に半導体およびマイクロエレクトロニクス産業で使用される微細加工テクニックを使用して製作される。これらの技術には、スピンコーティングなどのフィルム塗布プロセス、電着塗装、低圧蒸着、レーザ製作プロセス、ＵＶ、Ｘ線プロセス、あるいは電子ビームプロセスなどのフォトリソグラフィー法、および／または湿式化学プロセス、またはプラズマプロセスのいずれかにより行なわれるエッチングプロセスなどを含んでいる。

本明細書では、平面部材を「基板」、「スライド」あるいは「チップ」とも呼ばれる。多様な実施形態におけるこれらの平面部材は、例えばプラスチック類（圧縮成形、射出成形、機械加工など）、ガラス、ケイ素、石英、または他のシリカベースの材料、および同種のものなどを含む多様な材料から作られる。いくつかの実施形態では、基板は、表面に複数のくぼみ、ウェルあるいは空洞を含んでいる。それぞれの空洞は、反応室のベースを形成し、一般に第１の平面部材内に配置され、あるいは第１の平面部材の開口部およびウェル領域、または第２の平面部材への圧入の組み合わせでもよい。この空洞は、第１の平面部材の表面で機械加工されるか、またはエッチングされ、あるいは平面部材が例えばプラスチックなどの成形部品であるような第１の平面部材の製作時に加工される。

図１は、予定のシーケンスのアレイを作るためのシステム１００を有する本発明の一実施形態を示す。いくつかの実施形態では、アレイ１９９がＤＮＡ鎖である。別の実施形態では、アレイ１９９がＲＮＡ鎖である。さらに別の実施形態では、アレイ１９９はペプチドである。さらにまた別の実施形態では、アレイ１９９が他の高分子シーケンスである。光源または電子ビーム源１１０（例えば紫外線レーザなど）は、コンピュータ１５０からの信号１５１のコントロール下で装置１２０によって集束され、走査され、および／または変調されたビーム１１１（光または電子）を提供する。多様な実施形態において、コンピュータ１５０は、任意の情報処理システム、パーソナルコンピューター、マイクロプロセッサー、プログラマブルロジックアレイ、マイクロコントローラ、および／またはインターネット接続ワークステーションなどの任意の適切な制御単位として実行される。また、用語「コンピュータ」は、このような任意の単位も含むことを意味する。得られたビーム１２１は、基板９９全体にわたって走査され、次の反応に関与することになる位置が規定される。他の実施形態では、複数の紫外線レーザ１１０および複数の装置１２０を使用して、処理量を迅速化する（すなわち、１段階当たりの時間を減少させる）ために、同時に複数のビーム１２１を変調し走査される。

いくつかの実施形態において、コンピュータ１５０からの信号１５２は、それぞれ連続的にモノマー（オリゴヌクレオチドまたはアミノ酸など）を添加するために、ディスペンサー１３０から試薬および洗浄剤１３１の供給を制御する。例えばＤＮＡ合成において、１つのＡヌクレオチドを添加する場合、コンピュータ１５０は、１つのＡが次の所望のヌクレオチドである全ての領域を露光するように装置１２０に命令し、続いて基板が処理されこれらの領域における鎖末端が活性化される（例えば、保護基の除去による）。続いて、その保護基を備えたＡヌクレオチドが全ての鎖末端に添加され、Ａヌクレオチド上の保護基は、１つを越えるＡがこの段階の間に加えられることを防止する。次に、１つのＣヌクレオチドを添加する場合、コンピュータ１５０は１つのＣが次の所望のヌクレオチドである全ての領域を露光するように装置１２０に命令し、続いて基板が処理されこれらの領域における鎖末端が活性化される。続いて、その保護基を備えたＣヌクレオチドは、全ての鎖末端に添加され、したがって、コンピュータ１５０によって制御された連続的に反復される段階において、多様なＤＮＡ鎖の所望のセットは、基板９９上のアレイパターン内に同時に構築される。

いくつかの実施形態において、コンピュータ１５０からの信号１５３は、基板処理装置１８０を制御し、必要に応じて基板を移動させる、および／または反応に必要な温度および他の環境因子を制御するなどの操作を行う。いくつかの実施形態において、集積回路技術において公知であるように、装置１８０は適量のフォトレジストを堆積させ、続いて基板を回転させて基板上にフォトレジストの１つの薄い均一層を形成するスピン堆積ステーションを含む。

いくつかの実施形態において、一度、全ての所望の鎖が構築されると、使用装置１４０を使用して基板９９はさいの目に切断され、包装され、完成した包装されたアレイチップ１９９が提供される。

いくつかの実施形態において、コンピュータ１５０は貯蔵１７０に貯蔵されたシーケンス定義を使用して、所望のアレイを規定するためにユーザ入力を受け取る。ビーム１２１を使用して、パターンが基板９９上に直接描かれるので、マスク生成段階は不要であり、このため、より柔軟性があり、かつより速いターンアラウンド時間を達成することができる。さらに、いくつかの実施形態では、コンピュータ１５０は、シーケンスの所望のセットを生成するために使用することのできる多様なシーケンスを予測し、ヌクレオチド付着の順序を最適化する。例えば、このようなシーケンスがオリゴヌクレオチドのセットを完成するのにより少ない段階を必要とする場合、各々２５単位長の複数のオリゴヌクレオチドを生成するために、Ａ、Ｃ、Ｇ、およびＴ付着の段階を２５回（合計１００段階）繰り返すのではなく、コンピュータ１５０は、より少ない総段階数となるように。例えば、Ａ、Ｃ、Ｃ、Ｔ、Ｇ、...と配列させることによりこの段階を再配列する。

本発明は、ＭＥＭＳマイクロミラーの膨大なアレイを製作する必要なしに、従来の製作方法で悩まされる反復マスク段階の必要を排除する。本アプローチは従来のアプローチよりもより信頼性があり、計量可能で、安価である。

本発明は、あらかじめ規定された領域の複数の高分子シーケンスを有する基板の調製および使用のための方法および装置を提供する。これらは、Ｆｏｄｏｒらの米国特許第５，４４５，９３４号明細書の中で詳細に記載されている。本発明では、ヌクレオチドまたはアミノ酸のシーケンスを含む分子の調製に関して本明細書に主に記載されているが、他の高分子の調製に容易に適用できる。このような高分子には、例えば、核酸類、糖タンパク質類、多糖類、リン脂質類、およびアルファ、ベータ、ガンマ−アミノ酸のいずれかを有するペプチド類、上述の任意のものに既知の薬剤が共有結合しているヘテロポリマー類、ポリウレタン類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリ尿素類、ポリアミド類、ポリエチレンイミン類、ポリアリレン硫化物類、ポリシロキサン類、ポリイミド類、ポリアセテート類、あるいは本開示の審査により明白となる他の高分子の直鎖状および環状高分子の両方が含まれる。いくつかの実施形態において、本明細書の本発明はペプチドの合成において使用される。

本発明が配位子と結合するための受容体の合成に使用することができることは明白であるが、調製された基質は、例えば、受容体と結合するための配位子としての多様な高分子のスクリーニングに使用してもよい。本明細書に開示された基板は、多様なの他の用途を有する。例えば、本明細書の本発明は、タンパク質に結合するペプチドおよび核酸シーケンスを測定するため、シーケンスに特異的な結合薬を発見するため、抗体によって認識されたエピトープを同定するため、および臨床および診断用途のための種々の薬剤の評価、あるいは上述の組み合わせに使用することができる。

いくつかの実施形態において、リンカー分子は１つの基板上で提供される。リンカー分子の末端部では、光により除去可能な保護基で保護された反応性官能基が提供される。リソグラフィー法を使用して、光により除去可能な保護基は、露光され、第１の選択された領域のリンカー分子から除去される。続いて、この基板を洗浄するか、あるいはリンカー分子上で露光された官能基と反応する第１のモノマーと接触させる。いくつかの実施形態において、このモノマーは、そのアミノまたはカルボキシ末端で光により除去可能な保護基を含むアミノ酸であり、このリンカー分子は、光により除去可能な保護基を運ぶアミノ酸またはカルボン酸基内で末端をなす。他の実施形態では、このモノマーは、その末端で光により除去可能な保護基を含むヌクレオチドである。

その後、選択された領域の第２のセットは露光され、リンカー分子／保護されたアミノ酸上の光により除去可能な保護基は、第２のセットの領域で除去される。続いて、この基板は、露光された官能基と反応するための光により除去可能な保護基を含む第２のモノマーと接触する。所望の長さおよび所望の化学的シーケンスの高分子が得られるまで、このプロセスが反復され選択的にモノマーが塗布される。続いて、感光性基は任意に除去され、このシーケンスはその後、任意に覆われる。存在する場合、側鎖保護基も除去される。

本明細書に開示されたリソグラフィー技術の使用によって、基板上の比較的小さな正確に把握された位置に光を照射することができる。したがって、基板上の既知の位置に既知の化学的シーケンスの高分子を合成することが可能である。

本発明は、表面「Ｓ」を備えたウェル９５を有する基板９９の使用を提供することが好ましい（図５を参照）。リンカー分子「Ｌ」は、基板の１つの表面上に任意に提供される。いくつかの実施形態において、リンカー分子の目的は、合成された高分子の受容体認識を促進することである。

任意に、リンカー分子は、貯蔵目的のために化学的に保護してもよい。いくつかの実施形態において、Ｔ−ＢＯＣ（ｔ−ブトキシカルボニル）などの化学的な貯蔵保護基を使用してもよい。このような化学的保護基は、例えば酸性溶液との接触により化学的に除去され、貯蔵中に表面を保護する役目を果たし、高分子調製の前に除去される。

基板表面Ｓ、またはリンカー分子の末端において、保護基９７を有する官能基が提供される。保護基９７は、官能基を露光するための照射、電場、電流、または他の活性化因子との接触により除去される。

いくつかの実施形態において、照射は紫外（ＵＶ）、赤外（ＩＲ）あるいは可視光である。以下により完全に記載されるように、保護基は代わりに電場の存在下で除去される電気化学的感受性基であってもよい。さらなる代わりの実施形態では、脱保護にイオンビーム、電子ビーム、またはその他の同種のものを使用してもよい。

いくつかの実施形態において、露光領域および、このため、それぞれの特異的な高分子シーケンスが合成される領域は、約１ｍｍ平方より小さい。いくつかの実施形態において、露光面は、約１０，０００平方ミクロン（μｍ）未満、あるいは他の実施形態において、１００平方ミクロン未満、１０平方ミクロン未満、あるいは１平方ミクロン未満であり、いくつかの実施形態において、単一分子ほどの小さな結合部位を包囲する程度でもよい。これらの領域内では、それぞれの高分子は、実質的に純粋な形態（全てのシーケンスが実質的に同じである）で合成されることが好ましい。

本発明の１つの態様では、高分子アレイの形成のために、図２に示すような方法２００を提供し、この方法には、高分子シーケンスを合成するのに適する１つの基板２１１を提供する段階と、１つのアレイ２１２を形成する段階と、アレイの各位置は少なくとも１つの鎖末端を有し、鎖末端に感光保護層２２０を形成する段階と、少なくとも１つのエネルギービーム選択的に走査し変調させ２３０、感光性保護層上のパターンを露光する段階とが含まれる。いくつかの実施形態において、この方法は、露光されたパターンに基づき、選択された鎖末端から保護基を取り除く段階をさらに含む。さらに、この方法は鎖末端を脱保護するため、あらかじめ決定された１単位以上２４０を添加する段階を含む。

本発明のいくつかの実施形態において、形成される感光性保護は、鎖末端を被覆するフォトレジスト層の塗布を含む。本発明のいくつかの実施形態において、１つ以上のエネルギービームは紫外部レーザからの光を含む。本発明のいくつかの実施形態において、高分子シーケンスはＤＮＡ塩基配列である。本発明のいくつかの実施形態において、基板は基板の主要な表面上で形成された複数のウェルを含む。本発明のいくつかの実施形態において、選択的に走査し変調することは、紫外線レーザからの２本以上の光線を同時に走査する段階を含む。

図３は、ベース９０にフォトレジスト層９１を有する基板９９の等尺図（一定の尺度ではない）である。フォトレジスト層９１は、コンピュータ１５０（図１を参照）によって決定されたパターンで、光あるいは他の走査集束エネルギービームが照射され、処理され開口９３が形成される。

図４は基板９９の断面図である。いくつかの実施形態において、基板９９は複数のウェルを有し、ウェル９５のうちいくつかは開口９３によって露光される。また、その他のウェル９４は、フォトレジスト９１で被覆されたままである。

他の実施形態では、ウェルは使用されず、代わりにベース９０の天面は実質的に平らであり、高分子鎖はこの天面平坦部に構築され、成長する鎖上に直接堆積させたフォトレジスト層９１とともに、コンピュータ１５０（図１を参照）によって決定されたパターンで、変調走査集束エネルギービーム（紫外線レーザービームなど）が照射され、処理され開口９３が形成される。いくつかの実施形態において、フォトレジストの穴部に変調された走査集束紫外線レーザービームが照射され、このフォトレジストが軟化するように、負のフォトレジストが使用され、さらに溶媒を使用し軟化したフォトレジストを除去する。他の実施形態では、正のフォトレジストが使用され、フォトレジストの未露光部分が除去され、穴９３が形成される。

図５は、基板９９上のウェル９５の拡大断面図である。図に示すこの実施形態では、複数のＤＮＡ鎖が、それぞれ結合ユニットＬを使用して、基板９９の表面Ｓに付着しているシーケンス（例えば―ＡＣＴ）で形成されている。この例において、穴９３はドット９７により示された保護基と共に表されたＴに付着した次のユニットを有する溶媒をウェル９５に導入させる。３つのシーケンス（９６と表示）はすでにこのユニットおよびその保護基に付着しているが、２つのシーケンス（８９と表示）は（保護基９７が存在しないことで分かるように）まだ活性化されている。遊離のＴドット基９８はまもなくシーケンス８９の未保護末端に付着するであろう。

いくつかの実施形態において、本方法は、ベース９０の表面に適量の液体フォトレジストを堆積させ、薄層９１へフォトレジストを分布するためにベースを回転させる段階と、
光１２１の変調されたパターンを走査する段階と、次のモノマー単位が付着する予定の位置でフォトレジストを現像し開口９３を形成させる段階と、開口９３によって露光される全ての鎖の末端にある保護基を除去する段階と、次のモノマー９８の多くのコピーを含む液体で表面を満たす段階であって、各々のコピーは一度１つのコピーが基板上の鎖９６に付着すると鎖の構築を停止させる保護基９７を有し、洗浄し、これらの操作を繰り返す段階とで構成される操作を含む。

他の実施形態では、保護基自体が感光性であり、このためフォトレジスト操作の必要が排除される短縮された方法が使用される。この方法は、各々その付着末端でベース９０に付着し、それぞれの遊離末端で感光性保護基を各々有する鎖で開始される段階と、光１２１の変調されたパターンを走査し、光に露光された全ての鎖の末端の感光性保護基を除去する段階と、次のモノマー９８の多くのコピーを含む液体で表面を満たす段階であって、各々のコピーは一度１つのコピーが基板９９上の鎖９６に付着すると鎖の構築を停止させる保護基９７を有し、洗浄し、これらの操作を繰り返す段階とで構成される操作を含む。

結論：本発明の１つの態様は、高分子アレイの形成のために、図２に示すような方法２００を提供し、この方法は、高分子シーケンスを合成するのに適した基板２１１を提供する段階と、アレイの各位置は少なくとも１つの鎖末端を有するアレイ２１２を形成する段階と、鎖末端上に感光性保護２２０を形成する段階と、少なくとも１つエネルギービームで選択的に走査し変調し、感光性保護上にパターンを露光する段階２３０とを含む。いくつかの実施形態において、この方法は露出パターンに基づいて選択された鎖末端から保護基を取り除く段階をさらに含む。続いて、この方法は、脱保護された鎖末端にあらかじめ決定された１つ以上の高分子サブユニット２４０を添加する段階を含む。

本発明の別の態様では、基板上で高分子アレイを形成するためのシステム１００（図１を参照）を提供する。システム１００は、エネルギービームを生成するエネルギービーム源１１０、基板上の走査されたパターン内でエネルギービームを移動するように構成されたスキャナ１２０、各々複数の所望の合成された高分子シーケンスのためのシーケンス定義に従ってエネルギーの走査されたパターンをコントロールするスキャナと機能的に接続されたコンピュータ１５０、基板上で形成された各々の複数の鎖の各末端位置で、複数のモノマーのうちの１つを添加するように構成された試薬源１３０、および光の走査されたパターンに基づいてモノマーの順序をコントロールする感光性保護を提供する装置１８０を含む。

いくつかの実施形態において、装置１８０はフォトレジスト９１の層を堆積し、鎖末端を被覆する装置を含む。

いくつかの実施形態において、エネルギービーム源は紫外部レーザを含む。

いくつかの実施形態において、高分子シーケンスはＤＮＡ塩基配列９６である。

いくつかの実施形態において、基板は、基板９９の主要な表面上で形成された複数のウェル９５を含む。

いくつかの実施形態において、エネルギービーム源１１０は紫外線レーザから２本以上の光線を生成する。

いくつかの実施形態は、コンピュータによりコントロールされるために機能的に結合された光の強度を変調するモジュレーターを含む。

本発明のさらに別の態様では、第１の紫外線レーザ１１０、基板上の走査されたパターン内の第１の紫外線レーザからの光を移動するように構成された第１のスキャナ１２０、各々複数の所望の合成された高分子シーケンス９６のためのシーケンス定義に従って光の走査されたパターンをコントロールするこの第１のスキャナと機能的に接続されたコンピュータ１５０、基板上で形成された各々の複数の鎖の各末端位置で、複数のモノマーのうちの１つを添加するように構成された試薬源１３０、およびコンピュータ制御された光の走査パターンに基づいて、モノマーの順序をコントロールする走査された光パターンによってパターン化されるフォトレジスト層を提供する装置１８０を含むシステム１００（図１を参照）が提供される。

ある実施形態では、第２の紫外線レーザ１１０、および基板上の走査されたパターンで第２の紫外線レーザからの光を移動するように構成された第２のスキャナ１２０をさらに含み、コンピュータ１５０は合成されている各々の複数の所望の高分子シーケンスのためのシーケンス定義に従って光の走査パターンをコントロールする第２のスキャナ１２０に機能的に接続されている。

本発明の多様な実施形態では、高分子サブユニットの異なるセットは、ヌクレオチドまたはアミノ酸のシーケンスを含む分子の調製に関する所望の高分子鎖を構築するための試薬として使用されるが、他の高分子の調製に容易に適用することができる。このような高分子には、例えば、核酸類、糖タンパク質類、多糖類、リン脂質類、およびアルファ、ベータ、ガンマ−アミノ酸のいずれかを有するペプチド類、上述の任意のものに既知の薬剤が共有結合しているヘテロポリマー類、ポリウレタン類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリ尿素類、ポリアミド類、ポリエチレンイミン類、ポリアリレン硫化物類、ポリシロキサン類、ポリイミド類、ポリアセテート類、あるいは本開示の審査により明白となる他の高分子の直鎖状および環状高分子の両方が含まれる。用語「高分子サブユニット」は、所望の高分子を形成するために編成される１つ以上のベーシックなサブユニットを意味する。

上述の説明は例示を意図したものであり、限定されるものではないことが分かる。他の多くの実施形態は、上記の説明を審査すれば、当業者において明白である。したがって、特許請求の範囲の説明と題されるこのような請求の範囲と同等物の全ての範囲と共に、本発明の範囲は添付されている特許請求の範囲において決定されるべきである。

あらかじめ決定されたシーケンスのアレイを作成するためのシステム１００のブロックダイヤグラムである。 本発明による方法２００の流れ図を示す。 基板９９の等角図である。 基板９９の横断面図である。 基板９９上のウェル９５についての拡大した横断面図である。

Claims (23)

1. １つの高分子アレイを形成する方法であって、
   高分子シーケンスを合成するのに適した１つの基板を提供する段階と、
   前記アレイの複数の位置の各々の１つが少なくとも１つの鎖末端を有する１つのアレイを形成する段階と、
   前記鎖末端上に感光性保護を形成する段階と、
   少なくとも１つのエネルギービームを選択的に走査し変調し、前記感光性保護上の１つのパターンを露光する段階と、
   前記露光されたパターンに基づいて選択された鎖末端から１つの保護基を取り除く段階と、
   脱保護された前記鎖末端へあらかじめ決定された１つ以上の高分子サブユニットを添加する段階と、
   を備える、方法。
2. 形成される感光性保護が１つのフォトレジストの層を堆積し、鎖末端を被覆する段階を含む、請求項１に記載の方法。
3. １つ以上のエネルギービームが１つの紫外線レーザからの光を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記高分子シーケンスがＤＮＡシーケンスである、請求項１に記載の方法。
5. 前記基板が、前記基板の主要な表面上で形成された複数のウェルを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記選択的に走査し変調することが、紫外線レーザからの２本以上の光線を同時に走査すること含む、請求項１に記載の方法。
7. １つの基板上で１つの高分子アレイを形成するための１つのシステムであって、
   １つのエネルギービームを産生する１つのエネルギービーム源と、
   前記基板上の走査されたパターン中でエネルギービームを移動するように構成された１つのスキャナと、
   各々複数の所望の合成された高分子シーケンスのための１つのシーケンス定義に従って、前記エネルギーの走査されたパターンをコントロールする前記スキャナと機能的に接続されたコンピュータと、
   前記基板上に形成された各々の複数の鎖の各末端位置で、複数のモノマーのうちの１つを添加するように構成された試薬源と、
   前記光の走査パターンに基づいてモノマーの順序をコントロールする感光性保護を提供する装置と、
   を備える、システム。
8. 前記感光性保護を提供する装置が、１つのフォトレジスト層を堆積し前記鎖末端を被覆する装置を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記エネルギービーム源が１つの紫外線レーザを含む、請求項７に記載のシステム。
10. 前記高分子シーケンスがＤＮＡシーケンスである、請求項７に記載のシステム。
11. 前記基板が前記基板の主要な表面上で形成された複数のウェルを含む、請求項７に記載のシステム。
12. 前記エネルギービーム源が紫外線レーザから２本以上の光線を生成する、請求項７に記載のシステム。
13. １つの光の強度を変調する前記コンピュータによってコントロールされるべく機能的に結合されたモジュレーターをさらに有する、請求項１４に記載のシステム。
14. １つの基板上に１つの高分子アレイを形成するためのシステムであって、
    前記基板で合成されている各々の複数の所望の高分子シーケンスのための１つのシーケンス定義による前記基板上の１つのエネルギーのパターンを走査するための手段と、
    前記基板上に形成された各々の複数の鎖の各末端位置で、複数のモノマーのうちの１つを添加するように構成された試薬源と、
    前記光の走査パターンに基づいたモノマーの順序をコントロールする感光性保護を提供するための手段と、
    を備える、システム。
15. 前記感光性保護を提供する装置が１つのフォトレジスト層を堆積し前記鎖末端を被覆する装置を含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記走査するための手段が１つの紫外線レーザを含む、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記高分子シーケンスがＤＮＡシーケンスである、請求項１４に記載のシステム。
18. 前記走査するための手段が紫外線レーザからの２本以上の光線を含む、請求項１４に記載のシステム。
19. 前記走査するための手段が前記光の強度を変調するモジュレーターを含む、請求項１４に記載のシステム。
20. １つの基板上で１つの高分子マイクロアレイを形成するためのシステムであって、前記システムが、
    第１の紫外線レーザと、
    前記基板上の走査されたパターン内の第１の紫外線レーザからの光を移動するように構成された第１のスキャナと、
    各々複数の所望の合成された高分子シーケンスのための１つのシーケンス定義に従って、光の走査パターンをコントロールする前記第１のスキャナと機能的に接続されたコンピュータと、
    前記基板上で形成された各々の複数の鎖の各末端位置で、複数のモノマーのうちの１つを添加するように構成された試薬源と、
    前記コンピュータ制御された光の走査パターンに基づいて、１つのモノマーの順序をコントロールする前記走査された光パターンによってパターン化されるフォトレジスト層を提供する装置と、
    を備える、システム。
21. 前記高分子シーケンスがＤＮＡシーケンスである、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記基板が前記基板の１つの主要な表面上で形成された複数のウェルを含む、請求項２０に記載のシステム。
23. 第２の紫外線レーザと、
    前記基板上の１つの走査されたパターン内で、前記第２の紫外線レーザからの光を移動するように構成された第２のスキャナと
    をさらに備え、
    前記コンピュータが各々の複数の所望の合成される高分子シーケンスのための１つのシーケンス定義に従って、前記光の走査パターンをコントロールする前記第２のスキャナに機能的に接続されている、
    請求項２０に記載のシステム。

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