JP2006528352A - Random array of microspheres - Google Patents

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Abstract

支持体上にミクロスフィアアレイを含む要素、ならびに、変更可能な弾性率をもつ受入れ層を形成するべくコーティング組成物を支持体にコーティングする段階; 流体懸濁液中にミクロスフィアの分散を受入れ層上にコーティングする段階; ミクロスフィアが受入れ層内に部分的に沈埋できるようにするため受入れ層の弾性率を変更する段階; 受入れ層から流体懸濁液を除去する段階及び要素が湿式処理に耐えられるように受入れ層内でミクロスフィアを固定する段階を含む、該要素の製作方法、が記述されている。  Coating the support with a coating composition to form an element comprising a microsphere array on the support, and a receiving layer having a variable modulus of elasticity; receiving the dispersion of the microspheres in the fluid suspension; Coating on; changing the elastic modulus of the receiving layer to allow the microspheres to be partially submerged in the receiving layer; removing the fluid suspension from the receiving layer and the element to withstand wet processing A method for making the element is described, including the step of securing the microspheres in the receiving layer as described.

Description

本発明は、生物学的又はセンサーマイクロアレイ技術全般に関する。特にこれは、コーティングに先立ちミクロスフィアを引き付けるべく指定されたサイトを全く含まない基板上にコーティングされたマイクロアレイに関する。   The present invention relates generally to biological or sensor microarray technology. In particular, this relates to a microarray coated on a substrate that does not contain any sites designated to attract microspheres prior to coating.

1990年初頭に発見されて以来ずっと、2次元固体支持体上の生物活性プローブの空間的にアドレス可能な合成により形成された高密度アレイは、生物学的研究及び開発プロセスを大幅に増強し単純化してきた(Science, 251,767−773,1991)。現在のマイクロアレイ技術に対する鍵は、「空間的にアドレス可能な」形でのマイクロチップ上の単一のスポットにおける生物活性作用物質の被着にある。   Since its discovery in early 1990, high-density arrays formed by spatially addressable synthesis of bioactive probes on two-dimensional solid supports have greatly enhanced biological research and development processes and are simple (Science, 251, 767-773, 1991). The key to current microarray technology is the deposition of bioactive agents at a single spot on the microchip in a “spatial addressable” form.

現行の技術は、マイクロアレイを製造するためにさまざまなアプローチを使用してきた。例えば、米国特許第5,412,087号及び5,489,678号は、ペプチド及びDNAマイクロアレイを作るためのフォトリソグラフィプロセスの使用について実証している。これらの特許は、フォトリソグラフィにより1cm×1cmのチップ上の明確なスポットを脱保護し次に活性化されたアミノ酸又はDNA塩基で表面全体をフラッディングする連続的サイクルを通してペプチド及びDNAマイクロアレイを調製するための感光保護基の使用について教示している。このプロセスを反復することで、アレイ上の異なるスポットで何千もの任意に異なるペプチド又はオリゴヌクレオチド配列を用いてペプチド又はDNAマイクロアレイを構築することが可能となる。この方法は高価である、空間的にアドレス可能なアレイを製造するため、インクジェットアプローチが使用されることもある(例えば、米国特許第6,079,283号;6,083,762号;及び6,094,966号)が、この技術にも又、40〜100μmという比較的大きいスポットサイズに加えて製造コストが高いという欠点がある。単一のチップ上に設置されるべき生物活性プローブの数は通常1000〜100,000プローブの間のどこかにあることから、空間アドレス方法は、そのチップの製造方法の如何に関わらず本質的にコストの高いものである。   Current technology has used various approaches to produce microarrays. For example, US Pat. Nos. 5,412,087 and 5,489,678 demonstrate the use of photolithographic processes to make peptide and DNA microarrays. These patents are intended to prepare peptides and DNA microarrays through a continuous cycle that deprotects well-defined spots on a 1 cm × 1 cm chip by photolithography and then floods the entire surface with activated amino acids or DNA bases. The use of a photoprotective group is taught. By repeating this process, it is possible to construct peptide or DNA microarrays using thousands of arbitrarily different peptide or oligonucleotide sequences at different spots on the array. This method is expensive, and an inkjet approach may be used to produce spatially addressable arrays (eg, US Pat. Nos. 6,079,283; 6,083,762; and 6 , 094,966), however, this technique also has the disadvantage of high manufacturing costs in addition to the relatively large spot size of 40-100 μm. Since the number of bioactive probes to be installed on a single chip is usually somewhere between 1000 and 100,000 probes, the space addressing method is essential regardless of how the chip is manufactured. It is very expensive.

空間的にアドレス可能な方法に対する代替的アプローチは、生物学的多重化アレイを生成するべく螢光染料が取込まれた重合体ビーズを用いるコンセプトである。米国特許第5,981,180号は、多重化生物学検定を実施するためのフローサイトメトリと色分けビーズの併用方法について開示している。DNA又はモノクローナル抗体プローブとそれらの表面上で接合されたミクロスフィアが、さまざまな比率の2つの全く異なる螢光染料で内部染色された。何百もの「スペクトルアドレス」されたミクロスフィアが生体試料と反応させられ、「液体アレイ」は、試料の情報を復号するべくフローサイトメトリーセルの中に一度に単一のミクロスフィアを通過させることによって分析された。米国特許第6,023,540号は、染料装填されたミクロスフィアを組立てるべく遠位端部に予めエッチングしたマイクロウェルを伴う光ファイバ束を使用することを開示している。各々のスペクトルアドレスされたミクロスフィアの表面に対して独特の生物活性作用物質が付着され、異なる生物活性プローブを担持する何千ものミクロスフィアが組合わされて、光ファイバ束の予備エッチング済みマイクロフェル上にビーズアレイを形成する。   An alternative approach to spatially addressable methods is the concept of using polymer beads that incorporate fluorescent dyes to create biologically multiplexed arrays. U.S. Pat. No. 5,981,180 discloses a combined method of flow cytometry and color coded beads for performing multiplexed biological assays. Microspheres conjugated on their surface with DNA or monoclonal antibody probes were internally stained with various ratios of two completely different fluorescent dyes. Hundreds of “spectral-addressed” microspheres are reacted with a biological sample, and the “liquid array” passes a single microsphere at a time through a flow cytometry cell to decode the sample information Was analyzed by. US Pat. No. 6,023,540 discloses using an optical fiber bundle with a pre-etched microwell at the distal end to assemble a dye-loaded microsphere. A unique bioactive agent is attached to the surface of each spectrally addressed microsphere, and thousands of microspheres carrying different bioactive probes are combined on the pre-etched microfell of the fiber optic bundle. A bead array is formed.

さらに最近では、ミクロスフィア内に取込まれた異なるサイズの硫化亜鉛キャッピングされたセレン化カドミウムナノ結晶を用いることにより、新規の光符号化ミクロスフィアアプローチが達成された(Nature Biotech,19,631−635(2001))。これらのナノ結晶によって実証される狭い帯域幅を考えると、このアプローチは、ミクロスフィア内のスペクトルバーコード化能力を著しく拡張する。   More recently, a novel photoencoded microsphere approach has been achieved by using different sizes of zinc sulfide capped cadmium selenide nanocrystals incorporated into the microsphere (Nature Biotech, 19, 631- 635 (2001)). Given the narrow bandwidth demonstrated by these nanocrystals, this approach significantly extends the ability of spectral barcodes within the microsphere.

「スペクトルアドレスされたミクロスフィア」アプローチはマイクロアレイ製作における旧式の「空間的アドレス可能な」アプローチに比べたその単純さに関して1つの利点をまさに提供してはいるものの、当該技術分野においては、生物学的マイクロアレイの製造をさほどむずかしくなく、かつさほど高価でないものにする必要性がなおも存在している。   While the “spectral addressed microspheres” approach offers just one advantage in terms of its simplicity compared to the older “spatial addressable” approach in microarray fabrication, in the art, biology There is still a need to make manufacturing of microarrays less difficult and less expensive.

2001年8月29日付けの米国特許出願第09/942,241号「ミクロスフィアのランダムアレイ」は、図1a及び1bに示されているようにゼラチン中に分散されたミクロスフィアを含む流体コーティング組成物で支持体をコーティングするさまざまなコーティング方法を教示し、機械コーティングを例証している。図1Cに示されているように、コーティングの直後に、支持体はコーティング機内の冷却−硬化チャンバ内に通され、ここでゼラチンは急速ゲル化を受け、ミクロスフィアは固定化される。図1dに示されているように、余剰流体は蒸発によって除去される。このプロセスは、そのとき既存の技術に比べて莫大な製造上の利点を提供するものの、当該技術分野に対するその全潜在的価値を最大限にするためには幾分かの改良が必要である。問題は、かかる機械のコーティング及び急速ゲル化の間に、ゲル化剤が図1eに示されているようにミクロスフィアの表面を覆い、かくして被分析物(例えばDNA)が、ゲルのオーバーコートを通して浸透しミクロスフィアの表面上でプローブとハイブリッド形成するのを防げる傾向をもつということにある。   US patent application Ser. No. 09 / 942,241 dated Aug. 29, 2001 “Random array of microspheres” includes a fluid coating comprising microspheres dispersed in gelatin as shown in FIGS. 1a and 1b. Various coating methods for coating a support with the composition are taught and illustrate mechanical coating. As shown in FIG. 1C, immediately after coating, the support is passed through a cooling-setting chamber in the coating machine where gelatin undergoes rapid gelation and the microspheres are immobilized. As shown in FIG. 1d, excess fluid is removed by evaporation. While this process then provides enormous manufacturing advantages over existing technology, some improvement is required to maximize its overall potential value for the art. The problem is that during such mechanical coating and rapid gelation, the gelling agent covers the surface of the microspheres as shown in FIG. 1e, so that the analyte (eg DNA) passes through the gel overcoat. It has a tendency to permeate and prevent hybridization with the probe on the surface of the microsphere.

2002年1月31日付けの米国特許出願第10/062,326号「酵素を用いたミクロスフィアのランダムアレイの製作方法」は、ミクロスフィアの無欠性又はそれらの表面上のDNAプローブを損なうことなくミクロスフィアの表面からゲル化剤を酵素的に除去することにより上述の問題を克服している。酵素処理された表面は、完全DNAハイブリダイゼーションプロセスを通してその物理的無欠性を維持し、マイクロアレイは非常に強いハイブリダイゼーションシグナルを示す。米国特許出願第10/062,326号の利点は、ゲルオーバーコートから所要量を除去するように酵素消化を容易に制御できるということにある。さらに、酵素、プロテアーゼは、容易に利用可能であり経済的に得ることができる。しかしながら、付加的なプロセス(酵素消化)が必要とされ、これには付加的な時間とコストが関与する、という欠点がある。   US patent application Ser. No. 10 / 062,326 dated Jan. 31, 2002, “Method of making a random array of microspheres using an enzyme” impairs integrity of microspheres or DNA probes on their surface The above problem is overcome by enzymatically removing the gelling agent from the surface of the microspheres. The enzyme treated surface maintains its physical integrity throughout the complete DNA hybridization process and the microarray exhibits a very strong hybridization signal. The advantage of US patent application Ser. No. 10 / 062,326 is that enzymatic digestion can be easily controlled to remove the required amount from the gel overcoat. Furthermore, enzymes and proteases are easily available and can be obtained economically. However, an additional process (enzymatic digestion) is required, which has the disadvantage that additional time and costs are involved.

2002年3月7日付けの米国特許出願第10/092,803号「ミクロスフィアのランダムアレイ」では、図2a及び2bに示されているように、ゾル−ゲル転移する能力をもつ受入れ層上に、ゲル化剤は無いもののゲル化剤用の架橋剤を含有するミクロスフィアの懸濁液をコーティングすることにより、ランダムビードマイクロアレイを調製するプロセスについて記述されている。ミクロスフィアは、図2Cに示されているように受入れ層内に部分的に沈埋し、このとき受入れ層は図2dに示されているように架橋される。図2eに示されているように、懸濁液からの余剰の流体は蒸発によって除去されて、マイクロアレイを形成する。このアプローチは米国特許出願第09/942,241号に比べ1つの改良であるものの、受入れ層内のゲル化剤はミクロスフィアを被着するのに用いられる水性懸濁液中で溶解する可能性がありかつ懸濁液が受入れ層上に展延された時点でミクロスフィア上に再度被着し得ることから、図2fに示されているように、ミクロスフィアの表面上へのゲル化剤の被着を防止する上で全面的に成功しているものではない。さらに、懸濁液中の架橋剤の存在は、ミクロスフィアの表面上の生物学的分子を架橋しそれらをプローブとして無効にすることができる。   In US patent application Ser. No. 10 / 092,803 “Random array of microspheres” dated March 7, 2002, on a receiving layer having the ability to undergo a sol-gel transition, as shown in FIGS. 2a and 2b. Describes a process for preparing random bead microarrays by coating a suspension of microspheres containing no gelling agent but containing a crosslinker for the gelling agent. The microspheres are partially buried in the receiving layer as shown in FIG. 2C, where the receiving layer is crosslinked as shown in FIG. 2d. As shown in FIG. 2e, excess fluid from the suspension is removed by evaporation to form a microarray. Although this approach is an improvement over US patent application Ser. No. 09 / 942,241, the gelling agent in the receiving layer may dissolve in the aqueous suspension used to deposit the microspheres. And can be re-deposited on the microspheres when the suspension is spread on the receiving layer, so that the gelling agent on the surface of the microspheres, as shown in FIG. It is not totally successful in preventing deposition. Furthermore, the presence of a cross-linking agent in the suspension can cross-link biological molecules on the surface of the microsphere and render them ineffective as probes.

ミクロスフィアの懸濁液が受入れ層上に展延され得、ミクロスフィアが輸送されつつある懸濁液又は媒体中に受入れ層の材料が溶解しない方法が必要とされている。さらに、受入れ層組成は、蒸発などによって懸濁液中の溶媒が除去されたときに側方凝集を防ぐため受入れ層内へのミクロスフィアの充分な沈埋を可能にするようなものでなくてはならない。   There is a need for a method in which a suspension of microspheres can be spread on a receiving layer and the material of the receiving layer does not dissolve in the suspension or medium in which the microspheres are being transported. Furthermore, the receiving layer composition should be such that sufficient microspheres can be embedded in the receiving layer to prevent lateral aggregation when the solvent in the suspension is removed, such as by evaporation. Don't be.

本発明は、ミクロスフィアを有するマイクロアレイといった要素を作る方法において、架橋により変更可能な弾性率を有する受入れ層を形成するべくコーティング組成物を支持体にコーティングする段階;部分的に架橋された受入れ層内へのミクロスフィアの部分的沈埋を可能にする弾性率を達成するべく受入れ層の部分的架橋を可能にする段階;流体懸濁液中のミクロスフィアの分散を、部分的に架橋された受入れ層上にコーティングする段階であって、各ミクロスフィアが1つの位置を有している段階;部分的に架橋された受入れ層内にミクロスフィアが部分的に沈埋できるようにする段階;部分的に架橋された受入れ層から流体懸濁液を除去する段階;及び湿式処理中及びその後、ミクロスフィアがそのそれぞれの位置を維持するような形で、部分的に架橋された受入れ層をさらに架橋できるようにする段階を含んで成る方法を提供する。   The present invention relates to a method of making an element, such as a microarray having microspheres, in which a coating composition is coated on a support to form a receiving layer having a modulus that can be altered by crosslinking; a partially crosslinked receiving layer; Enabling partial cross-linking of the receiving layer to achieve a modulus of elasticity that allows partial embedding of the microspheres therein; dispersion of the microspheres in the fluid suspension to receive the partially cross-linked Coating on a layer, wherein each microsphere has a position; allowing the microsphere to be partially submerged in a partially crosslinked receiving layer; Removing the fluid suspension from the crosslinked receiving layer; and so that the microspheres maintain their respective positions during and after the wet process. Form, it provides a method comprising the step of allowing further crosslink the receiving layer which is partially crosslinked.

本発明のもう1つの実施形態では、支持体;受入れ層材料を含む、支持体上の不水溶性受入れ層;受入れ層内に固定され部分的に沈埋されたランダムに間隔取りされたミクロスフィアであって、受入れ層より上に露出された表面を有し、各露出表面が被分析物と相互作用するように取付けられた少なくとも1つのプローブを有しているミクロスフィアを含んで成り、ミクロスフィアの露出表面が受入れ層材料を含まない要素が開示されている。   In another embodiment of the present invention, a support; a water-insoluble receiving layer on the support, including a receiving layer material; with randomly spaced microspheres fixed and partially embedded in the receiving layer. A microsphere having a surface exposed above the receiving layer and having at least one probe mounted such that each exposed surface interacts with the analyte. An element is disclosed in which the exposed surface of the substrate does not include a receiving layer material.

受入れ層及び支持体は、ミクロスフィアと特異的に物理的又は化学的に相互作用するように設計されたサイトの不在によって特徴づけされている。従って、ミクロスフィアの分布は予め定められたり又は誘導されたりすることなく、全くランダムである。   The receiving layer and support are characterized by the absence of sites designed to specifically physically or chemically interact with the microspheres. Therefore, the distribution of microspheres is completely random without being predetermined or induced.

該発明は、当該技術分野において開示されているように、ミクロスフィアを引きつけるべくマイクロウェルで予備エッチングされる必要も又いかなる形であれサイトで予備マーキングされる必要もない基板上のマイクロアレイを調製するために独特のコーティング技術を利用している。マーキングされていない基板又はいかなる予備コーティング前処理も必要としない基板を使用することにより、本発明は、既存の技術に比べて莫大な製造上の利点を提供する。該発明は、分散中のアドレス可能な混合済みミクロスフィアを、ミクロスフィアを引付きつけるためのウェル又はサイトを全くもたない受入れ層上にランダムに分布させる方法を開示している。   The invention prepares microarrays on a substrate that do not need to be pre-etched in microwells or pre-marked in any way to attract microspheres, as disclosed in the art. In order to utilize the unique coating technology. By using an unmarked substrate or a substrate that does not require any pre-coating pretreatment, the present invention offers enormous manufacturing advantages over existing technologies. The invention discloses a method of randomly distributing addressable mixed microspheres in dispersion on a receiving layer that does not have any wells or sites to attract the microspheres.

本発明は、基板を変性する必要がなくそれでもミクロスフィアは基板上で固定化された状態にとどまることから、以前に開示されたものよりもコストが少なく調製が容易であるマイクロアレイを提供する。   The present invention provides a microarray that is less costly and easier to prepare than previously disclosed because the substrate does not need to be modified and the microspheres remain immobilized on the substrate.

さらに、本発明は、2001年8月29日付けの米国特許出願第09/942,241号とは対照的に、ミクロスフィア表面が露出されるが、2002年6月3日付けの米国特許出願第10/062,326号で開示されている付加的なプロセス段階(酵素消化)を利用しないマイクロアレイを提供している。露出されたミクロスフィア表面は、ミクロスフィアの表面に付着されたプローブに対する被分析物のさらに容易なアクセスを可能にする。「被分析物」というのは、本書で「プローブ」と呼んでいるミクロスフィア表面上の特定の分子と化学的又は物理的に相互作用する能力をもつ官能基をもつ分子を意味する。本発明においては、被分析物は好ましくは核酸又はタンパク質である。   In addition, the present invention is disclosed in US patent application filed on June 3, 2002, although the microsphere surface is exposed, in contrast to US patent application Ser. No. 09 / 942,241 dated August 29, 2001. Microarrays are provided that do not utilize the additional process steps (enzymatic digestion) disclosed in US 10 / 062,326. The exposed microsphere surface allows easier access of the analyte to the probe attached to the surface of the microsphere. “Analyte” refers to a molecule having a functional group capable of chemically or physically interacting with a specific molecule on a microsphere surface, referred to herein as a “probe”. In the present invention, the analyte is preferably a nucleic acid or a protein.

本発明の主たる要素の1つは、受入れ層の選択である。受入れ層は、ミクロスフィアが受入れ層中に充分沈埋しかくして側方凝集を防ぐような所望の物理的特性を有していなくてはならない。受入れ層の物理的特性に関する具体的要件については、以下で詳述する通りである。   One of the main elements of the present invention is the selection of the receiving layer. The receiving layer must have the desired physical properties such that the microspheres are sufficiently submerged in the receiving layer, thus preventing lateral agglomeration. Specific requirements regarding the physical properties of the receiving layer are detailed below.

本書で使用される「ゾル−ゲル転移」又は「ゲル化」という用語は、粒子の流体溶液又は懸濁液が、いかなる定常状態流も示さない連続した3次元網を形成するプロセスを意味する。これは、重合体内で多機能単量体の存在下での重合によって;反応性側鎖を有する溶解した重合体の共有結合による架橋によって;及び溶液中の重合体分子間の例えば水素結合といった二次的結合によって発生し得る。ゼラチンといったような重合体は、最後のタイプのものである熱によるゲル化を示す。ゲル化又は硬化プロセスは、粘度の不連続的上昇により特徴づけされる。P.I. Rose「写真プロセスの理論」第4版、T.H. James編、p51〜67を参照のこと。   The term “sol-gel transition” or “gelation” as used herein refers to the process by which a fluid solution or suspension of particles forms a continuous three-dimensional network that does not exhibit any steady state flow. This can be achieved by polymerizing in the presence of multifunctional monomers in the polymer; by covalent crosslinking of the dissolved polymer with reactive side chains; and between the polymer molecules in solution, for example hydrogen bonding. Can occur by subsequent binding. Polymers such as gelatin exhibit thermal gelation, which is the last type. The gelling or curing process is characterized by a discontinuous increase in viscosity. See P.I. Rose “Theory of Photographic Processes”, 4th edition, edited by T.H. James, p.

本書で使用する「ゲル化剤」というのは、上述の通りのゲル化することのできる物質を意味する。これらの例には、ゼラチン、水溶性セルロースエーテル又はポリ(n−イソプロピルアクリルアミド)といった熱によりゲル化する材料、又はポリ(ビニルアルコール)といったようなホウ酸化合物によって化学的に架橋され得る物質が含まれる。その他のゲル化剤には、紫外線放射、電離放射又は電子ビーム放射といったような放射線により架橋され得る重合体が含まれる。ゲル化剤の例としては、アカシア、アルギン酸、ベントナイト、カルボマー、カルボキシメチルセルロースナトリウム、セトステアリルアルコール、コロイド珪素ジオキシド、エチルセルロース、ゼラチン、グアールゴム、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、珪酸マグネシウムアルミニウム、マルトデキストリン、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポビドン、アルギン酸プロピレングリコール、アルギン酸ナトリウム、グリコール酸ナトリウムデンプン、デンプン、トラガカント及びキサンタンガムが含まれる。Secundum Artem第4巻、第5号、Lloyd V. Allen内に記載されているものといったような当該技術分野において既知のその他のゲル化剤も同様に使用することができる。好ましいゲル化剤はアルカリで予め処理されたゼラチンである。   As used herein, “gelling agent” means a substance that can be gelled as described above. Examples of these include materials that can be gelled by heat, such as gelatin, water-soluble cellulose ethers or poly (n-isopropylacrylamide), or substances that can be chemically crosslinked by boric acid compounds such as poly (vinyl alcohol). It is. Other gelling agents include polymers that can be cross-linked by radiation such as ultraviolet radiation, ionizing radiation or electron beam radiation. Examples of gelling agents include acacia, alginic acid, bentonite, carbomer, sodium carboxymethylcellulose, cetostearyl alcohol, colloidal silicon dioxide, ethylcellulose, gelatin, guar gum, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, magnesium aluminum silicate, maltosilicate Dextrin, methylcellulose, polyvinyl alcohol, povidone, propylene glycol alginate, sodium alginate, sodium glycolate starch, starch, tragacanth and xanthan gum are included. Other gelling agents known in the art such as those described in Secundum Artem Vol. 4, No. 5, Lloyd V. Allen can be used as well. A preferred gelling agent is gelatin pretreated with alkali.

本書で使用されている「ランダム分布」という用語は、いかなる選好性も偏向も示さない要素の空間的分布を意味する。ランダム性は、ポワソン分布により予想されるものと整合性に関して測定可能である。   As used herein, the term “random distribution” means a spatial distribution of elements that does not exhibit any preference or bias. Randomness can be measured in terms of consistency with that expected by the Poisson distribution.

本発明は、受入れ層を内含し得る基板上の「ビーズ」とも呼ばれるミクロスフィアのランダムアレイを製作する方法を教示する。該ミクロスフィアは、各ミクロスフィアの表面の一部分が受入れ層より上に露出されるような形で受入れ層上に被着される。受入れ層又は基板上のミクロスフィアの分布又はパターンは完全にランダムであり、ミクロスフィアは、当該技術分野で以前に知られていたその他の方法の場合のように受入れ層又は基板上に予備マーキングされた又は予め定められているサイトに対し引き付けられも保持されもしない。   The present invention teaches a method of making a random array of microspheres, also called “beads”, on a substrate that can include a receiving layer. The microspheres are deposited on the receiving layer such that a portion of the surface of each microsphere is exposed above the receiving layer. The distribution or pattern of microspheres on the receiving layer or substrate is completely random, and the microspheres are pre-marked on the receiving layer or substrate as in other methods previously known in the art. Nor is it attracted to or retained by a predetermined site.

ランダムアレイは、ゲル化剤及びゲル化剤のための化学的架橋剤を含有する流体層を任意の適切な表面又は支持体1(図3a、4a、5a)上にまず最初にコーティングして、受入れ層9(図3b、4b、5b)を形成することによって達成される。支持体1は、上に受入れ層を形成できる表面をそれが提供できるかぎり、例えばガラス、紙、金属、重合体材料、複合材料又はそれらの組合せであり得る。受入れ層9内のゲル化剤は、部分的に架橋して、部分的に架橋された受入れ層10(図3c、4c、5c)を形成することができる。次に、ミクロスフィア3の流体懸濁液11が部分的に架橋された受入れ層10の上に展延させられる(図3d、4d、5d)。この部分的に架橋された受入れ層10は流体懸濁液11中で不溶である。ミクロスフィア3は、部分的に架橋された受入れ層10内に少なくとも部分的に沈降する(図3e、4e、5e)。沈降の程度は、部分的に架橋された受入れ層10の弾性率、ミクロスフィア3の材料の界面表面エネルギー及び流体懸濁液11の界面表面エネルギーに関連している。ミクロスフィア3は、部分的に架橋された受入れ層10内全体にわたり又はその一部分だけに沈降することができる。単数または複数のミクロスフィアは、部分的に架橋された受入れ層10内を同じ深さまで沈降できる。一部の実施形態に従うと、ミクロスフィア3の少なくとも一部分は、部分的に架橋された受入れ層10の底まで沈降して支持体上に乗ることができる。   The random array is first coated with a fluid layer containing a gelling agent and a chemical crosslinker for the gelling agent on any suitable surface or support 1 (FIGS. 3a, 4a, 5a), This is achieved by forming the receiving layer 9 (FIGS. 3b, 4b, 5b). The support 1 can be, for example, glass, paper, metal, a polymeric material, a composite material or a combination thereof as long as it can provide a surface on which a receiving layer can be formed. The gelling agent in the receiving layer 9 can be partially crosslinked to form a partially crosslinked receiving layer 10 (FIGS. 3c, 4c, 5c). Next, the fluid suspension 11 of the microsphere 3 is spread on the partially crosslinked receiving layer 10 (FIGS. 3d, 4d, 5d). This partially cross-linked receiving layer 10 is insoluble in the fluid suspension 11. The microsphere 3 settles at least partially in the partially crosslinked receiving layer 10 (FIGS. 3e, 4e, 5e). The degree of settling is related to the elastic modulus of the partially crosslinked receiving layer 10, the interfacial surface energy of the microsphere 3 material and the interfacial surface energy of the fluid suspension 11. The microspheres 3 can settle throughout the partially crosslinked receiving layer 10 or only a portion thereof. One or more microspheres can settle to the same depth in the partially crosslinked receiving layer 10. According to some embodiments, at least a portion of the microsphere 3 can settle to the bottom of the partially cross-linked receiving layer 10 and ride on the support.

部分的に架橋された受入れ層10の弾性率は、単位体積あたりの架橋材料のモル数として定義される、部分的に架橋された受入れ層10の架橋密度によって制御される。さらに架橋密度は、化学的架橋剤の濃度;化学的架橋の持続時間;UV、電離又は電子ビーム放射といった放射線の強度と時間、及び利用される架橋タイプ、のうちの単数または複数のものに関連している。   The modulus of the partially crosslinked receiving layer 10 is controlled by the crosslinking density of the partially crosslinked receiving layer 10 defined as the number of moles of crosslinked material per unit volume. Furthermore, the crosslink density is related to one or more of the chemical crosslinker concentration; duration of chemical crosslink; intensity and time of radiation such as UV, ionization or electron beam radiation, and the type of crosslink used. is doing.

代替的には、化学的架橋又は放射線誘発型架橋の代りに物理的ゲル化を使用することが可能である。物理的ゲル化は、受入れ層中の水素結合の形成に基づいている。物理的ゲル化における架橋密度は、ゲル化剤の濃度及び部分的に架橋された受入れ層の温度と部分的に架橋された受入れ層内のゲル化剤のゲル点又はゾル−ゲル転移温度の間の差に関連している。この場合、コーティング時の流体懸濁液の温度は、部分的に架橋された受入れ層内のゲル化剤の流体懸濁液内への溶解を防止するべく、部分的に架橋された受入れ層内のゲル化剤のゾル−ゲル転移温度より低く維持される。   Alternatively, physical gelling can be used instead of chemical crosslinking or radiation-induced crosslinking. Physical gelation is based on the formation of hydrogen bonds in the receiving layer. The crosslink density in physical gelation is the concentration between the concentration of the gelling agent and the temperature of the partially crosslinked receiving layer and the gel point or sol-gel transition temperature of the gelling agent in the partially crosslinked receiving layer. Related to the difference. In this case, the temperature of the fluid suspension at the time of coating is such that the gelling agent in the partially crosslinked receiving layer has a temperature in the partially crosslinked receiving layer to prevent dissolution of the gelling agent in the fluid suspension. The gelling agent is maintained below the sol-gel transition temperature.

流体懸濁液11の蒸発は、流体懸濁液11全体にわたり空気を吹きつけるか流体懸濁液11を加熱するか又はその両方を行なって流体を蒸発させ(図3f、4f、5f)、アレイ5を残すことによって達成される。アレイ5が完全に製造された後、架橋剤の添加によってより早期に開始される架橋済みゲル化剤を含む部分的に架橋された受入れ層10の架橋反応は、完了してミクロスフィア3を架橋された受入れ層12(図3g、5g)内の所定の位置に恒久的に固定することができる。ゼラチンがゲル化剤として用いられた場合、好ましい架橋剤は、ビス(ビニルスルホン)メタン、グルタルアルデヒド又はスクシンアルデヒドといったような化合物であり得る。代替的には、図4gに示されているように、付加的な架橋をもたらすべく、UV放射、電離放射線又は電子ビーム照射といったような付加的な放射線13を使用することができる。架橋された受入れ層は不溶性であり、架橋された受入れ層の溶解又は分解無く、形成されたマイクロアレイの湿式処理を可能にする。   The evaporation of the fluid suspension 11 can be accomplished by blowing air over the fluid suspension 11 and / or heating the fluid suspension 11 to evaporate the fluid (FIGS. 3f, 4f, 5f) and the array. Achieved by leaving 5. After the array 5 is fully manufactured, the cross-linking reaction of the partially cross-linked receiving layer 10 including the cross-linked gelling agent initiated earlier by addition of the cross-linking agent is completed to cross-link the microsphere 3 Can be permanently fixed in place within the receiving layer 12 (FIGS. 3g, 5g). When gelatin is used as the gelling agent, the preferred cross-linking agent can be a compound such as bis (vinylsulfone) methane, glutaraldehyde or succinaldehyde. Alternatively, additional radiation 13 such as UV radiation, ionizing radiation or electron beam irradiation can be used to provide additional crosslinking, as shown in FIG. 4g. The crosslinked receiving layer is insoluble, allowing wet processing of the formed microarray without dissolution or decomposition of the crosslinked receiving layer.

図3g、4g及び5gに示されているように、アレイ5内のミクロスフィア3は、その露出表面に付着した又はそれを被覆する受入れ層材料を全く有していない。こうして、ミクロスフィアの露出表面に対する官能化された化学又は生物学的基、プローブ及び被分析物の付着が可能となる。   As shown in FIGS. 3g, 4g and 5g, the microspheres 3 in the array 5 do not have any receiving layer material attached to or covering its exposed surface. This allows the attachment of functionalized chemical or biological groups, probes and analytes to the exposed surface of the microsphere.

物理的ゲル化、化学的架橋又は放射線により部分的に架橋された受入れ層を調製する上述の方法は、アレイを形成するべく部分的に架橋された受入れ層からの流体懸濁液の蒸発中にミクロスフィアの側方凝集が全く発生しなくなるようにするための適切な物理的特性を有するミクロスフィアを受入れる能力をもつ部分的に架橋された受入れ層を生成するように設計されている。ミクロスフィアの側方凝集が発生することになるか否かを見極める上で、2つの要因が重要となる。1つは、「静電気及び毛管力により制御されるパターン化されたコロイド被着」J. Aizenberg, P. Braun, 及び P. Wiltzius, Physical Review Letters, 第84巻、No.13,2000の中で記述されている通りの、ミクロスフィアを互いに向かって駆動する毛細管である。もう1つは、部分的に架橋された受入れ層内へのミクロスフィアの圧入度である。ミクロスフィア上の毛管力は、流体懸濁液とミクロスフィアの間の界面表面エネルギーに正比例する。流体懸濁液と部分的に架橋された受入れ層の組合せ厚みがミクロスフィアのサイズに匹敵するものとなる流体懸濁液の蒸発段階で、毛管力は部分的に架橋された受入れ層内でミクロスフィアの側方凝集をひき起こす傾向をもつ。一方、ミクロスフィアと部分的に架橋された受入れ層の間の表面力は、「弾性固体の表面エネルギーと接触」K. Johnson et al., Proc. R. Soc. Lond., A.324,1971の中で説明されている通り、比較的軟質の部分的に架橋された受入れ層内にミクロスフィアを圧入させ、流体懸濁液が蒸発により除去された時点で側方凝集を妨げるべく部分的に架橋された受入れ層内へのミクロスフィアの充分な沈埋を可能にすることができる。   The above-described method of preparing a partially crosslinked receiving layer by physical gelation, chemical crosslinking or radiation is performed during evaporation of a fluid suspension from the partially crosslinked receiving layer to form an array. It is designed to produce a partially cross-linked receiving layer with the ability to receive microspheres with appropriate physical properties so that no side flocculation of the microspheres occurs. Two factors are important in determining whether the microspheres will agglomerate laterally. One is in "Patterned colloidal deposition controlled by electrostatic and capillary forces" in J. Aizenberg, P. Braun, and P. Wiltzius, Physical Review Letters, Vol. 84, No. 13, 2000. Capillary tubes that drive the microspheres toward each other as described. The other is the degree of indentation of the microspheres into the partially crosslinked receiving layer. The capillary force on the microsphere is directly proportional to the interfacial surface energy between the fluid suspension and the microsphere. During the evaporation phase of the fluid suspension, where the combined thickness of the fluid suspension and the partially crosslinked receiving layer is comparable to the size of the microspheres, capillary forces are microscopic in the partially crosslinked receiving layer. It tends to cause side flocculation of the spheres. On the other hand, the surface force between the microsphere and the partially cross-linked receiving layer is “contact with the surface energy of the elastic solid” K. Johnson et al., Proc. R. Soc. Lond., A.324, 1971. In order to force the microspheres into a relatively soft, partially cross-linked receiving layer and partially prevent lateral agglomeration once the fluid suspension is removed by evaporation. It is possible to allow sufficient subsidence of the microspheres in the cross-linked receiving layer.

以上の論述から、側方凝集を防止するために、部分的に架橋された受入れ層の物理的特性は、或る種の条件を満たさなくてはならないということが容易にわかる。部分的に架橋された受入れ層が硬質である場合、部分的に架橋された受入れ層内へのミクロスフィアの沈埋はきわめてわずかであり、ミクロスフィアの側方凝集が発生する確率が高い。一方、部分的に架橋された受入れ層が過度に軟質である場合には、それは、ミクロスフィアの側方凝集を駆動する毛管力に対する抵抗をほとんど提供しなくなる。部分的に架橋された受入れ層の変形抵抗特性は、ヤング率によって表わすことができる。その内部ではミクロスフィアのいかなる側方凝集も発生しない部分的に架橋された受入れ層のヤング率の下界と上界を決定することが可能である。部分的に架橋された受入れ層のヤング率の限界を決定する方法が、本書の実施例の節で提供されている。   From the above discussion, it can be readily seen that the physical properties of the partially cross-linked receiving layer must meet certain conditions to prevent lateral agglomeration. If the partially cross-linked receiving layer is hard, there is very little microsphere subsidence in the partially cross-linked receiving layer and there is a high probability that side flocculation of the microspheres will occur. On the other hand, if the partially cross-linked receiving layer is too soft, it provides little resistance to capillary forces that drive the lateral aggregation of the microspheres. The deformation resistance characteristics of a partially crosslinked receiving layer can be expressed in terms of Young's modulus. It is possible to determine the lower and upper bounds of the Young's modulus of the partially crosslinked receiving layer within which no side flocculation of the microspheres occurs. A method for determining the Young's modulus limit of a partially crosslinked receiving layer is provided in the Examples section of this document.

該発明は、アレイ内の各々のミクロスフィアがマイクロアレイ内のその他のミクロスフィアから該ミクロスフィアを区別する全く異なるシグネチャーを有している、重合体ミクロスフィアベースのランダムマイクロアレイである。かかるシグネチャーは、ミクロスフィアの色、形状、サイズ又はそれらの組合せに基づくものであり得る。色に基づくシグネチャーのためには、全く異なる「カラーアドレス」(一意的RGB値、例えばR=0、G=204、B=153)をもつ識別可能なミクロスフィアを何千も作り出すべく、原色赤、緑及び青を表わす3つの染料を混合して色を導出することができる。ミクロスフィアは、「活性」であるサイト(これはすなわち、かかるサイトにおいてはミクロスフィアとその他の分子又は化合物の間で物理的又は化学的相互作用が発生し得ることを意味する)をその表面上に伴って作ることができる。かかる化合物は、有機又は無機化合物であってよい。分子又は化合物の例としては、有機核酸、タンパク質又はそのフラグメント、又は例えば金属イオン及び塩を含む電離合物が含まれる。各々のミクロスフィアの表面に対しては、予め合成されたオリゴヌクレオチド、モノクローナル抗体又はその他のあらゆる生物学的又は化学的作用物質を付着させることができる。従って、各々のミクロスフィアアドレス例えば色は特定のプローブに対応し得る。これらのミクロスフィアは、等量で混合でき、ランダムマイクロアレイは、例えば単一層内で混合されたミクロスフィアをコーティングすることにより製造され得る。   The invention is a polymeric microsphere-based random microarray in which each microsphere in the array has a completely different signature that distinguishes the microsphere from other microspheres in the microarray. Such a signature may be based on the color, shape, size, or combination thereof of the microsphere. For color-based signatures, the primary red color is used to create thousands of identifiable microspheres with completely different “color addresses” (unique RGB values, eg R = 0, G = 204, B = 153). Three dyes representing green and blue can be mixed to derive a color. Microspheres are sites on the surface that are “active” (that is, at such sites, physical or chemical interactions can occur between the microsphere and other molecules or compounds). Can be made along with. Such compounds may be organic or inorganic compounds. Examples of molecules or compounds include organic nucleic acids, proteins or fragments thereof, or ionomers including, for example, metal ions and salts. Pre-synthesized oligonucleotides, monoclonal antibodies or any other biological or chemical agent can be attached to the surface of each microsphere. Thus, each microsphere address, such as color, can correspond to a particular probe. These microspheres can be mixed in equal amounts, and a random microarray can be produced, for example, by coating the mixed microspheres in a single layer.

ミクロスフィア懸濁液をコーティングするためのコーティング方法は、Edward Cohen及びEdgar B.Gutoffにより、「近代的コーティング及び乾燥技術」の第1章、界面工学シリーズ、第1巻、VCH Publishers Inc., NewYork, NY1992)中で広く記述されている。適切なコーティング方法には、ナイフコーティング、ブレードコーティング、浸漬コーティング、ロッドコーティング、エアナイフコーティング、グラビアコーティング、順方向及び逆方向ロールコーティング及びスロット及び押出しコーティングが含まれ得る。当該技術分野において既知の通りのさまざまなコーティング補助剤を添加して、基板上へのミクロスフィア懸濁液のコーティングを補助することが可能である。例えば、適切なコーティング補助剤には、界面活性剤、希釈剤又は薄め剤が含まれ得る。   Coating methods for coating microsphere suspensions are described by Edward Cohen and Edgar B. Gutoff, Chapter 1 of “Modern Coating and Drying Techniques”, Interface Engineering Series, Volume 1, VCH Publishers Inc., NewYork. , NY 1992). Suitable coating methods may include knife coating, blade coating, dip coating, rod coating, air knife coating, gravure coating, forward and reverse roll coating and slot and extrusion coating. Various coating aids as known in the art can be added to assist in coating the microsphere suspension on the substrate. For example, suitable coating aids can include surfactants, diluents or thinners.

螢光標識された、化学発光標識された又はその両方の生体試料を、ミクロスフィアベースのランダムマイクロアレイにハイブリッド形成させることができる。螢光、化学発光又はその両方により非選択的に標識された生体試料及びアドレス可能な重合体ミクロスフィアの両方からのシグナルを、光学系を通しての画像拡大の後、電荷結合素子で分析することができる。記録されたアレイ画像は、各ミクロスフィアの色コードなどの各ミクロスフィアの「アドレス」に基づいた生物活性プローブ情報を得るべく、画像処理アルゴリズムにより自動的に分析され得、この情報を螢光/化学発光画像に比較して、試料中の特定の生物学的被分析物材料を検出し定量化することができる。シグネチャーを確認するために光学的又はその他の電磁手段を適用することも可能である。   Fluorescently labeled, chemiluminescent labeled or both biological samples can be hybridized to microsphere-based random microarrays. Signals from both non-selectively labeled biological samples and addressable polymeric microspheres by fluorescence, chemiluminescence or both can be analyzed with a charge coupled device after image enlargement through the optical system. it can. The recorded array image can be automatically analyzed by an image processing algorithm to obtain bioactive probe information based on each microsphere's “address”, such as the color code of each microsphere, and this information can be analyzed with fluorescence / Compared to the chemiluminescent image, a specific biological analyte material in the sample can be detected and quantified. It is also possible to apply optical or other electromagnetic means to confirm the signature.

実質的に曲線形状をもつミクロスフィア又は粒子が、調製の容易さのために好まれるが、楕円形又は立方体の粒子といったようなその他の形状の粒子も同様に利用可能である。粒子を調製する適切な方法が当該技術分野において既知であり、これには、I.Piirmaによる「エマルジョン重合」Academic Press, New York(1982)などで記述されているようなエマルジョン重合、又は、J. Colloid Interface Science, 第169巻、p48〜59(1985)中で、T.H. Whitesides 及び D.S. Dossにより記述されているような、制限された合一が含まれる。粒子又はミクロスフィアを作製するために利用される特定の重合体は、着色可能である水不混和性の合成重合体である。好ましい重合体は、あらゆる非晶質水不混和性重合体である。有用である重合体タイプの例としては、ポリスチレン、ポリ(メチルメタクリラート)又はポリ(ブチルアクリラート)がある。スチレン及びブチルアクリラートの共重合体といったような共重合体も同様に使用可能である。ポリスチレン重合体は、使用に便利である。形成されたミクロスフィアは、コーティング又は沈埋処理中に溶解しない顔料又は染料である不溶性着色剤を用いて着色可能である。適切な染色は、事実上油溶性であり得る。染料は、ミクロスフィア内にとり込まれた時点で非螢光性であることが好ましい。   Microspheres or particles with a substantially curvilinear shape are preferred for ease of preparation, although other shaped particles such as elliptical or cubic particles can be used as well. Suitable methods of preparing particles are known in the art, including emulsion polymerization as described in “Emulsion polymerization” by I. Piirma, Academic Press, New York (1982), etc., or J Colloid Interface Science, Vol. 169, p. 48-59 (1985), including limited coalescence, as described by TH Whitesides and DS Doss. The particular polymer utilized to make the particles or microspheres is a water immiscible synthetic polymer that is colorable. Preferred polymers are any amorphous water immiscible polymer. Examples of polymer types that are useful are polystyrene, poly (methyl methacrylate) or poly (butyl acrylate). Copolymers such as copolymers of styrene and butyl acrylate can be used as well. Polystyrene polymers are convenient for use. The formed microspheres can be colored with insoluble colorants that are pigments or dyes that do not dissolve during the coating or submerging process. Proper dyeing can be oil-soluble in nature. It is preferred that the dye is non-fluorescent once incorporated into the microsphere.

ミクロスフィアは望ましくは、1〜100μm、例えば1〜50μm、より好ましくは3〜30μmそして最も好ましくは5〜20μmの範囲内の平均直径を有するように形成される。コーティング内のミクロスフィアの濃度は、1cm2あたり100〜100万、より好ましくは1cm2あたり1000〜200,000、最も好ましくは1cm2あたり10,000〜100,000の範囲内にある。 The microspheres are desirably formed to have an average diameter in the range of 1-100 μm, such as 1-50 μm, more preferably 3-30 μm and most preferably 5-20 μm. The concentration of microspheres in the coating is in the range of 1,000 to 1,000,000 per cm 2 , more preferably 1000 to 200,000 per cm 2 , most preferably 10,000 to 100,000 per cm 2 .

ミクロスフィアは、所望の被分析物と相互作用するようミクロスフィアの表面に付着された化学的又は生物学的官能化基を有することができる。化学的又は生物学的官能基を添加する方法は、当該技術分野において既知である。   The microsphere can have a chemical or biological functional group attached to the surface of the microsphere to interact with the desired analyte. Methods for adding chemical or biological functional groups are known in the art.

化学的に官能化されたミクロスフィアの表面に対する生物活性剤の付着は、例えばBangs Laboratories, Inc, Technote 205,Rev.003,30MAR02(Bangs Laboratories, Inc., Fishers IN)内で記されているように、当該技術分野において公開されている手順に従って実施され得る。いくつかの一般的に使用されている化学的官能基としては、カルボキシ、アミノ、ヒドロキシ、ヒドラジド、アミド、クロロメチル、エポキシ、アルデヒドなどが含まれるが、これらに制限されるわけではない。生物活性剤の例としては、オリゴヌクレオチド、DNA及びDNAフラグメント、ペプチド核酸(PNA)、ペプチド、抗体、酵素、タンパク質及び生物活性をもつ合成分子が含まれるが、これらに制限されるわけではない。   The attachment of bioactive agents to the surface of chemically functionalized microspheres is described, for example, in Bangs Laboratories, Inc, Technote 205, Rev. 003, 30 MAR02 (Bangs Laboratories, Inc., Fishers IN). In addition, it can be performed according to procedures published in the art. Some commonly used chemical functional groups include, but are not limited to, carboxy, amino, hydroxy, hydrazide, amide, chloromethyl, epoxy, aldehyde, and the like. Examples of bioactive agents include, but are not limited to, oligonucleotides, DNA and DNA fragments, peptide nucleic acids (PNA), peptides, antibodies, enzymes, proteins and bioactive synthetic molecules.

一定の与えられたミクロスフィア組成物のための受入れ層のヤング率範囲の決定方法について以下で記す。   The following describes how to determine the Young's modulus range of the receiving layer for a given microsphere composition.

以下の実施例においては、James E. Gentle, Springer Verlag(1998)による「乱数発生及びモンテカルロ法(統計及び計算)」の中で記されている通りのモンテカルロシミュレーションが、ランダムに導入されたミクロスフィア間の距離を決定するために実施される。その後、ミクロスフィアの側方凝集を回避する受入れ層のヤング率を計算するための分析において、結果を利用する。   In the following examples, a Monte Carlo simulation as described in “Random number generation and Monte Carlo method (statistics and calculation)” by James E. Gentle, Springer Verlag (1998) was introduced randomly. Implemented to determine the distance between. The results are then used in an analysis to calculate the Young's modulus of the receiving layer that avoids side flocculation of the microspheres.

該発明によって達成される通りのミクロスフィアのランダム分布をシミュレートするために、10μの直径の1000個のミクロスフィアを、1cm2の面積をもつ基板全体の上にランダムに落下させ、図6に示されているように、どの2つのミクロスフィアも重複しないようにした。図6内のミクロスフィア間の最近傍離隔距離の分布は表1に示され、図7にプロットされている。ミクロスフィアを基板上に20回ランダムに落下させ、20回のシミュレーション全てについての平均を表2に示す。少なくともその離隔距離だけ離隔させられたミクロスフィアの合計数の百分率に等しい最近傍離隔距離の各々についての累積平均が表2に提供されている。 In order to simulate the random distribution of microspheres as achieved by the invention, 1000 microspheres with a diameter of 10μ were randomly dropped on the entire substrate with an area of 1 cm 2 and shown in FIG. As shown, no two microspheres were duplicated. The distribution of the nearest separation distance between the microspheres in FIG. 6 is shown in Table 1 and plotted in FIG. The microspheres are randomly dropped on the substrate 20 times, and the average of all 20 simulations is shown in Table 2. A cumulative average is provided in Table 2 for each nearest separation distance equal to a percentage of the total number of microspheres separated by at least that separation distance.

表2は、この例について(1000個/cm2のミクロスフィア;直径10μのミクロスフィア)、ミクロスフィアの95%がその最も近傍のミクロスフィアから少なくとも30μだけ離隔していることを表わしている。この離隔(この場合30μ)は「L」と呼ばれ、ミクロスフィアの少なくとも95%についてミクロスフィア間の最小測定離隔距離である。 Table 2 shows that for this example (1000 / cm 2 microsphere; 10 μ diameter microsphere), 95% of the microsphere is at least 30 μ apart from its nearest microsphere. This separation (in this case 30μ) is called “L” and is the minimum measured separation between the microspheres for at least 95% of the microspheres.

複数のケースのミクロスフィア密度及びミクロスフィア直径についてシミュレーションを反復し、各々のミクロスフィア直径/密度組合せにおいて20回の反復シミュレーション全体にわたり、上述のとおり、各ケースのLを決定した。結果は表3に要約されている。   Simulations were repeated for multiple case microsphere density and microsphere diameter, and L was determined for each case as described above over 20 iterations for each microsphere diameter / density combination. The results are summarized in Table 3.

表3からの値を用いて、側方凝集無くミクロスフィアを定着させるための部分的に架橋された受入れ層に関する弾性率要件を決定することができる。各ミクロスフィア上に作用し側方凝集をもたらす垂直力P及び側方力Fは、図8に例示されている。垂直力Pは、ミクロスフィアを受入れ層内に押下げることによって所定の場所にそれを保持する。Pは、R.Soc., London A324,301(1971)の中でK.L. Johnson et al.,によって教示されているように、γ1として記述されるミクロスフィアと部分的に架橋された受入れ層の間の界面表面エネルギー及びミクロスフィアの半径Rによって決定される:
P=6πRγ1 (1)
The values from Table 3 can be used to determine the modulus requirements for a partially cross-linked receiving layer to fix the microspheres without lateral aggregation. The normal force P and the side force F acting on each microsphere and causing side aggregation are illustrated in FIG. The normal force P holds the microsphere in place by pushing it down into the receiving layer. P is an acceptor layer partially crosslinked with a microsphere described as γ 1 as taught by KL Johnson et al., In R.Soc., London A324, 301 (1971). Determined by the interfacial surface energy between and the radius R of the microsphere:
P = 6πRγ 1 (1)

ミクロスフィアの側方運動により側方凝集をもたらすため各々のミクロスフィアに対して作用する水平力Fは、球の半径R、ミクロスフィア間の距離L及び、γ2と記されるミクロスフィアとミクロスフィアを含有する流体懸濁液の間の界面表面エネルギーにより、Aizenburg et al.,によってPHYS.REV.LTRS.、第84巻、第13号(2000)中に教示されている通りに決定される。側方力Fは、以下の公式により決定される。

Figure 2006528352
The horizontal force F acting on each microsphere in order to bring about the side aggregation by the lateral movement of the microsphere is the radius R of the sphere, the distance L between the microspheres, and the microsphere and the microsphere indicated as γ2. Due to the interfacial surface energy between fluid suspensions containing PHYS. REV. LTRS. 84, No. 13 (2000). The lateral force F is determined by the following formula.
Figure 2006528352

等式(1)及び(2)より、一定の与えられたミクロスフィアの半径及びミクロスフィア間の距離について、表面エネルギーγ1及びγ2が各々のミクロスフィアに作用する垂直力及び側方力の量を決定するということがわかる。 From equations (1) and (2), for a given given microsphere radius and distance between the microspheres, the surface energy γ 1 and γ 2 represent the normal and lateral forces acting on each microsphere. It can be seen that the amount is determined.

部分的に架橋された受入れ層のヤング率及び力P及び力Fの相互関係は、ミクロスフィアが側方凝集に抵抗するのに充分な形で部分的に架橋された受入れ層内に定着されているか否かを決定することになる。ミクロスフィアが部分的に架橋された受入れ層上で流体懸濁液内でコーティングされる場合、ミクロスフィアは、該流体懸濁液を通して部分的に架橋された受入れ層上に沈む。ミクロスフィア上の垂直力Pと部分的に架橋された受入れ層のヤング率の関係に応じて、ミクロスフィアは少なくとも部分的に、部分的に架橋された受入れ層内に侵入することになる。流体懸濁液が蒸発によって除去され、流体懸濁液レベルが部分的に架橋された受入れ層の上にあるミクロスフィアの高さより低くなるにつれて、毛管力が効力を発し、側方力Fをひき起こすことになる。側方に移動するためには、ミクロスフィアは部分的に架橋された受入れ層を通って変形するか又はかき分けて進む必要がある。この運動は、部分的に架橋された受入れ層の変形に抵抗する能力によって抵抗され、かかる抵抗は、部分的に架橋された受入れ層のヤング率により表わされる。材料のヤング率が高くなればなるほど、その変形抵抗は高くなり、部分的に架橋された受入れ層内でミクロスフィアを所定の位置に保存する。部分的に架橋された受入れ層のヤング率が過度に低い場合、部分的に架橋された受入れ層は過度に流動性をもち、ミクロスフィアの容易な運動を許容し、こうして側方凝集を導く可能性がある。部分的に架橋された受入れ層のヤング率が過度に高い場合、ミクロスフィアは、側方運動に抵抗するのに充分なほどに部分的に架橋された受入れ層内に侵入せず、かくして、ミクロスフィアは、変形無く部分的に架橋された受入れ層の表面に沿って滑動できる。   The Young's modulus of the partially crosslinked receiving layer and the interrelationship of forces P and F are fixed in the partially crosslinked receiving layer in a manner sufficient to resist the microspheres from lateral agglomeration. It will be decided whether or not. When the microspheres are coated in a fluid suspension on a partially crosslinked receiving layer, the microspheres sink through the fluid suspension onto the partially crosslinked receiving layer. Depending on the relationship between the normal force P on the microsphere and the Young's modulus of the partially crosslinked receiving layer, the microsphere will at least partially penetrate into the partially crosslinked receiving layer. As the fluid suspension is removed by evaporation and the fluid suspension level falls below the height of the microspheres above the partially cross-linked receiving layer, the capillary force takes effect and pulls the lateral force F. Will wake up. In order to move laterally, the microspheres need to deform or scrape through the partially cross-linked receiving layer. This motion is resisted by the ability to resist deformation of the partially crosslinked receiving layer, which resistance is represented by the Young's modulus of the partially crosslinked receiving layer. The higher the Young's modulus of the material, the higher its deformation resistance, preserving the microspheres in place within the partially crosslinked receiving layer. If the Young's modulus of the partially cross-linked receiving layer is too low, the partially cross-linked receiving layer is excessively fluid and can allow easy movement of the microspheres, thus leading to side aggregation. There is sex. If the Young's modulus of the partially crosslinked receiving layer is too high, the microspheres will not penetrate into the partially crosslinked receiving layer sufficient to resist lateral movement, thus microscopic The spheres can slide along the surface of the partially crosslinked receiving layer without deformation.

側方凝集を回避することになる受入れ層のヤング率の範囲を決定するためには、有限要素解析が行なわれる。従来の有限要素解析技術に従うと、ミクロスフィア及び層を離散的要素(メッシュとも呼ばれる)に分割することによってミクロスフィア及び受入れ層の幾何学的表現が作り出される。一定の与えられた垂直力及び側方力について、有限要素解析は、ヤング率の選択された値についてミクロスフィアが静止状態にとどまるか又は側方に移動して凝集を形成するかを決定する。この解析は、ミクロスフィアが移動しなくなる最低の弾性率である下部範囲つまり下界、及びミクロスフィアが移動しなくなる最高の弾性率である上部範囲つまり上界を提供する。結果は、図9に示されているように、弾性率対γ1/γ2比の関数としてプロットすることができる。 Finite element analysis is performed to determine the range of Young's modulus of the receiving layer that will avoid lateral agglomeration. According to conventional finite element analysis techniques, a geometric representation of the microspheres and the receiving layer is created by dividing the microspheres and layers into discrete elements (also called meshes). For a given normal and lateral force, finite element analysis determines whether the microspheres remain stationary or move laterally to form agglomeration for a selected value of Young's modulus. This analysis provides the lower range or lower bound, which is the lowest modulus at which the microspheres will not move, and the upper range or upper bound, which is the highest modulus at which the microspheres will not move. The results can be plotted as a function of elastic modulus versus γ 1 / γ 2 ratio, as shown in FIG.

図9に示されているように(ミクロスフィア数/cm2=1000、ミクロスフィア直径=10μ、L=30μ)、ミクロスフィアを所定の場所に保ちながらその凝集を防止する部分的に架橋された受入れ層の所望のヤング率は、該下界と該上界の間の領域である。結果は、ミクロスフィアと部分的に架橋された受入れ層間の界面表面エネルギー、γ1及びミクロスフィアと流体懸濁液間の界面表面エネルギー、γ2の絶対値により左右される。下界表面エネルギーγ1及びγ2は、ミクロスフィア、流体懸濁液及び部分的に架橋された受入れ層の材料特性から導出され、ミクロスフィアに作用する力を表わす(公式1及び2を参照)。例えば図9では、γ1対γ2の比が2に等しい場合、部分的に架橋された受入れ層の弾性率は1MPaと55MPaの間にあるべきである。表3からのミクロスフィア直径及び密度のその他のケースについての結果は、図10〜14内に示されている。実際上は、弾性率についての下界は1MPaとして選択することができる。弾性率の上界及び下界は、単位面積あたりのミクロスフィア数、ミクロスフィア半径及び離隔距離Lに応じて、本書に提供されている公式を用いて最適化することができる。 As shown in FIG. 9 (number of microspheres / cm 2 = 1000, microsphere diameter = 10 μ, L = 30 μ), partially crosslinked to keep the microspheres in place while preventing their aggregation The desired Young's modulus of the receiving layer is the region between the lower and upper bounds. The result depends on the absolute value of the interfacial surface energy between the receiving layer partially crosslinked with the microsphere, γ 1 and the interfacial surface energy between the microsphere and the fluid suspension, γ 2 . The lower surface energy γ 1 and γ 2 is derived from the material properties of the microsphere, fluid suspension and partially crosslinked receiving layer and represents the force acting on the microsphere (see formulas 1 and 2). For example, in FIG. 9, if the ratio of γ 1 to γ 2 is equal to 2, the elastic modulus of the partially crosslinked receiving layer should be between 1 MPa and 55 MPa. The results for the other cases of microsphere diameter and density from Table 3 are shown in FIGS. In practice, the lower bound on the elastic modulus can be selected as 1 MPa. The upper and lower bounds of the elastic modulus can be optimized using the formulas provided in this document, depending on the number of microspheres per unit area, the microsphere radius, and the separation distance L.

Figure 2006528352
Figure 2006528352

Figure 2006528352
Figure 2006528352

Figure 2006528352
* ミクロスフィアの96%が、その最近傍ミクロスフィアからLより大きい距離だけ離隔している。
** ミクロスフィアの95%がその最近傍ミクロスフィアからLより大きい距離だけ離隔している。
Figure 2006528352
* 96% of the microspheres are separated from their nearest microsphere by a distance greater than L.
** 95% of the microspheres are separated from their nearest microsphere by a distance greater than L.

該発明は、そのいくつかの実施形態を特に基準にして詳述されてきた。該発明の精神及び範囲内で、変更及び修正を加えることが可能である。   The invention has been described in detail with particular reference to certain embodiments thereof. Changes and modifications can be made within the spirit and scope of the invention.

ミクロスフィアマイクロアレイを調製するために先行技術において利用されてきた1つの方法を示す概略図である。図1aは、任意の適切な支持体1を示し、図1bは、図1aの支持体全体にわたり展延されたミクロスフィア(ビーズ)3、ゲル化剤及び化学的架橋剤を含む流体層2を示す;図1Cは、ゲル化剤がゾル−ゲル転移を受けかくしてゲル4中にミクロスフィア3を固定化している流体層を示す;図1dは、ゲル層4からの余剰の流体2の蒸発によって形成されたマイクロアレイ5を示す;又図1eは、マイクロアレイ内でミクロスフィア3を恒久的に固定し、ミクロスフィア3の表面上にゲル剤のフィルム7を残す架橋された流体層6を示す。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating one method that has been utilized in the prior art to prepare microsphere microarrays. FIG. 1a shows any suitable support 1 and FIG. 1b shows a fluid layer 2 comprising microspheres (beads) 3, a gelling agent and a chemical cross-linking agent that are spread across the support of FIG. 1a. FIG. 1C shows a fluid layer in which the gelling agent undergoes a sol-gel transition and thus immobilizes the microspheres 3 in the gel 4; FIG. 1d shows by evaporation of excess fluid 2 from the gel layer 4 FIG. 1 e shows a cross-linked fluid layer 6 that permanently secures the microsphere 3 within the microarray and leaves a film 7 of gel on the surface of the microsphere 3. ランダムミクロスフィアマイクロアレイを調製するもう1つの先行技術のプロセスの概略図であり、ここで図2aは任意の適切な支持体1を示し;図2bは、架橋されていないゲル化剤8でコーティングされた支持体1を示し;図2Cは、図2bの支持体1上に配置された、ゲル化剤8のための架橋剤及びプローブ担持ミクロスフィア3を支持する流体層2を示す;図2dは、架橋されていないゲル化剤8の中に沈められた図2cのミクロスフィア3を示す。図2cを見ればわかるように、ゲル化剤8を伴う層は、ゲル4へのゾル−ゲル転移を受け、かくしてミクロスフィア3を固定化する。図2eは、流体層2からの流体の蒸発を示す:図2fは、流体層2内へのゲル化剤8の溶解のためミクロスフィア3がなおもその表面上にゲルコーティング4を有している最終マイクロアレイ5を示している。FIG. 2 is a schematic diagram of another prior art process for preparing random microsphere microarrays, where FIG. 2a shows any suitable support 1; FIG. 2b is coated with an uncrosslinked gelling agent 8 FIG. 2C shows the fluid layer 2 supporting the crosslinker for the gelling agent 8 and the probe-supporting microsphere 3 disposed on the support 1 of FIG. 2b; FIG. 2c shows the microsphere 3 of FIG. 2c submerged in an uncrosslinked gelling agent 8. FIG. As can be seen from FIG. 2 c, the layer with the gelling agent 8 undergoes a sol-gel transition to the gel 4 and thus immobilizes the microspheres 3. FIG. 2e shows the evaporation of fluid from the fluid layer 2: FIG. 2f shows that the microsphere 3 still has a gel coating 4 on its surface due to the dissolution of the gelling agent 8 into the fluid layer 2. FIG. The final microarray 5 is shown. 本発明の1実施形態の概略図であり、ここで図3aは任意の適切な支持体1を示し;図3bは、受入れ層9を形成するべく図3aの支持体1全体にわたり展延された架橋可能な組成物及び化学的架橋剤を示す;図3cは、上に展延される予定の流体懸濁液中へのミクロスフィアの圧入を可能にするように調整される弾性率をもつ部分的に架橋された受入れ層10を示す;図3dは、図3cの部分的に架橋された受入れ層全体にわたり展延されたミクロスフィア3を含有する流体懸濁液11を示す;図3eは、部分的に架橋された受入れ層10内に部分的に沈んでいるミクロスフィア3を示す;図3fは、ミクロスフィア3の表面を露出させるための流体懸濁液11の蒸発を示す;図3gは、マイクロアレイ5を湿式処理に対し頑強なものにするさらなる化学的に架橋された受入れ層12を示す。Fig. 3 is a schematic view of one embodiment of the present invention, wherein Fig. 3a shows any suitable support 1; Fig. 3b is extended across the support 1 of Fig. 3a to form a receiving layer 9; Figure 3c shows a crosslinkable composition and a chemical crosslinker; Figure 3c is a portion with a modulus adjusted to allow for the indentation of the microspheres into the fluid suspension that is to be spread over FIG. 3d shows a fluid suspension 11 containing microspheres 3 spread across the partially cross-linked receiving layer of FIG. 3c; FIG. 3f shows the evaporation of the fluid suspension 11 to expose the surface of the microsphere 3; FIG. 3g shows the microsphere 3 partially sinking in the partially cross-linked receiving layer 10; , Make microarray 5 robust to wet processing Shows a receiving layer 12 which is further chemically crosslinked. 本発明のもう1つの実施形態の概略図であり、ここで図4aは、任意の適切な支持体1を示し;図4bは、受入れ層9を形成するべく図4aの支持体1全体にわたり展延された架橋可能な組成物を示す;図4cは、上に展延される予定の流体懸濁液中へのミクロスフィアによる圧入を可能にするのに充分な弾性率まで、紫外線(UV)放射、電離放射又は電子ビーム照射といったような放射線13により架橋される、部分的に架橋された受入れ層10を示している;図4dは、図4cの部分的に架橋された受入れ層10全体にわたり展延されたミクロスフィア3を含有する流体懸濁液11を示す;図4eは、部分的に架橋された受入れ層10内に部分的に沈んでいるミクロスフィア3を示す;図4fは、ミクロスフィア3の表面を露出させるための流体懸濁液11の蒸発を示す;図4gは、マイクロアレイ5を湿式処理に対し頑強なものにするため、UV放射、電離放射又は電子ビーム照射といったような放射線13によって架橋される、さらに架橋された受入れ層12を示す。Fig. 4 is a schematic view of another embodiment of the present invention, where Fig. 4a shows any suitable support 1; Fig. 4b extends across the support 1 of Fig. 4a to form a receiving layer 9; FIG. 4c shows ultraviolet (UV) to an elastic modulus sufficient to allow the microspheres to be pressed into the fluid suspension to be spread over. FIG. 4d shows the partially crosslinked receiving layer 10 cross-linked by radiation 13, such as radiation, ionizing radiation or electron beam irradiation; FIG. 4d covers the entire partially crosslinked receiving layer 10 of FIG. 4c. FIG. 4e shows the microsphere 3 partially submerged in the partially cross-linked receiving layer 10; FIG. 4f shows the microsphere 3 containing the spread microsphere 3; Expose the surface of Sphere 3 FIG. 4g is cross-linked by radiation 13, such as UV radiation, ionizing radiation or electron beam irradiation, in order to make the microarray 5 robust to wet processing. A cross-linked receiving layer 12 is shown. 本発明のプロセスのさらにもう1つの概略図であり、ここで図5aは、任意の適切な支持体1を示し、図5bは、受入れ層9を形成するべく図5aの支持体全体にわたり展延されたゲル化剤及びゲル化剤のための遅効性の化学的架橋剤を含有する流体を示す;図5cは、ミクロスフィア3による圧入を可能にするのに充分な弾性率を有するようにゲル化剤がゲル化されている、ゾル−ゲル転移した受入れ層14を示す;図5dは、図5cのゲル化された受入れ層14全体にわたって展延された受入れ層内のゲル化剤のゾル−ゲル転移より低い温度のミクロスフィア3を含有する流体懸濁液11を示す;図5eは、ゲル化された受入れ層14内に部分的に沈んでいるミクロスフィア3を示す;図5fは、ミクロスフィア3の表面を露出させるための流体懸濁液11の蒸発を示す;図5gは、マイクロアレイ5を湿式処理に対し頑強なものにする化学的に架橋された受入れ層12を示す。Fig. 5 is yet another schematic diagram of the process of the present invention, where Fig. 5a shows any suitable support 1 and Fig. 5b extends across the support of Fig. 5a to form a receiving layer 9; FIG. 5c shows a gel with sufficient modulus to allow indentation by the microspheres 3; FIG. 5c shows a fluid containing a modified gelling agent and a slow-acting chemical crosslinker for the gelling agent; FIG. 5d shows a sol-gel transitional receiving layer 14 in which the agent is gelled; FIG. 5d shows the sol of gelling agent in the receiving layer extended over the entire gelled receiving layer 14 in FIG. 5c. FIG. 5e shows the microsphere 3 partially submerged in the gelled receiving layer 14; FIG. 5f shows the microsphere 3 containing the microsphere 3 at a temperature below the gel transition. To expose the surface of Sphere 3 Shows the evaporation of the fluid suspension 11; Figure 5g illustrates a chemically crosslinked receiving layer 12 to the microarray 5 to those robust to wet processing. どの2つのミクロスフィアも重複しない、1000個のミクロスフィアを伴う1cm2の面積のダイヤグラムである。No two microspheres also do not overlap, which is a diagram of an area of 1 cm 2 with 1000 microspheres. 図6のミクロスフィア間の最近傍離隔距離の分布を示す表1中のデータのプロットである。7 is a plot of the data in Table 1 showing the distribution of the nearest separation distance between the microspheres of FIG. ミクロスフィア上の力を示す概略図である。It is the schematic which shows the force on a microsphere. Lが30μmである、10μmのミクロスフィアについての実現可能な弾性率の上界及び下界を示すプロットである。FIG. 6 is a plot showing the upper and lower bounds of the realizable modulus for a 10 μm microsphere where L is 30 μm. Lが30μmである、5μmのミクロスフィアについての実現可能な弾性率の上界及び下界を示すプロットである。FIG. 5 is a plot showing the upper and lower bounds of the achievable modulus for a 5 μm microsphere where L is 30 μm. Lが20μmである、15μmのミクロスフィアについての実現可能な弾性率の上界及び下界を示すプロットである。FIG. 4 is a plot showing the upper and lower bounds of the achievable modulus for a 15 μm microsphere, where L is 20 μm. Lが20μmである、20μmのミクロスフィアについての実現可能な弾性率の上界及び下界を示すプロットである。FIG. 6 is a plot showing the upper and lower bounds of the achievable modulus for a 20 μm microsphere, where L is 20 μm. Lが5μmである、10μmのミクロスフィアについての実現可能な弾性率の上界及び下界を示すプロットである。FIG. 6 is a plot showing the upper and lower bounds of the achievable modulus for a 10 μm microsphere where L is 5 μm. Lが25μmである、20μmのミクロスフィアについての実現可能な弾性率の上界及び下界を示すプロットである。FIG. 6 is a plot showing the upper and lower bounds of the achievable modulus for a 20 μm microsphere, where L is 25 μm.

符号の説明Explanation of symbols

1 支持体
2 流体層
3 ミクロスフィア(ビーズ)
4 ゲル
5 マイクロアレイ
6 架橋された流体層
7 ゲル化剤のフィルム
8 架橋されていないゲル化剤
9 受入れ層
10 部分的に架橋された受入れ層
11 流体懸濁液
12 化学的に架橋された受入れ層
13 放射線
14 ゾル−ゲル転移を受けた受入れ層
1 Support 2 Fluid Layer 3 Microsphere (Bead)
4 Gel 5 Microarray 6 Crosslinked fluid layer 7 Gelling agent film 8 Non-crosslinked gelling agent 9 Receiving layer 10 Partially crosslinked receiving layer 11 Fluid suspension 12 Chemically crosslinked receiving layer 13 Radiation 14 Receiving layer subjected to sol-gel transition

Claims (19)

支持体上にミクロスフィアアレイを含む要素を製造する方法において、
a)架橋により変更可能な弾性率を有する受入れ層を形成するべくコーティング組成物を支持体にコーティングする段階;
b)部分的に架橋された受入れ層内へのミクロスフィアの部分的沈埋を可能にする弾性率を達成するべく受入れ層の部分的架橋を可能にする段階;
c)流体懸濁液中のミクロスフィアの分散を部分的に架橋された受入れ層上にコーティングする段階であって、各ミクロスフィアが1つの位置を有している段階;
d)部分的に架橋された受入れ層内にミクロスフィアが部分的に沈埋できるようにする段階;
e)部分的に架橋された受入れ層から流体懸濁液を除去する段階;及び
f)湿式処理中及びその後、ミクロスフィアがそのそれぞれの位置を維持するような形で、部分的に架橋された受入れ層をさらに架橋できるようにする段階;
を含んで成る方法。
In a method of manufacturing an element comprising a microsphere array on a support,
a) coating the support with a coating composition to form a receiving layer having an elastic modulus changeable by crosslinking;
b) enabling partial cross-linking of the receiving layer to achieve a modulus of elasticity that allows partial embedding of the microspheres into the partially cross-linked receiving layer;
c) coating a dispersion of microspheres in a fluid suspension onto a partially crosslinked receiving layer, each microsphere having one position;
d) allowing the microspheres to be partially submerged in the partially crosslinked receiving layer;
e) removing the fluid suspension from the partially crosslinked receiving layer; and f) partially crosslinked in such a way that the microspheres maintain their respective positions during and after the wet process. Allowing the receiving layer to be further crosslinked;
Comprising a method.
前記ミクロスフィアが部分的に架橋された受入れ層との界面を形成し、該界面が界面表面エネルギーγ1を有する、請求項1に記載の方法。 The microspheres form an interface between the partially crosslinked receiving layer, the interface having an interfacial surface energy gamma 1, The method of claim 1. 前記ミクロスフィアが流体懸濁液と界面を形成し、該界面が界面表面エネルギーγ2を有する、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the microspheres form an interface with a fluid suspension, the interface having an interfacial surface energy γ 2 . 前記部分的に架橋された受入れ層の弾性率が1MPaという下界を有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the elastic modulus of the partially crosslinked receiving layer has a lower bound of 1 MPa. 部分的に架橋された受入れ層の弾性率が、γ1対γ2の比率の単調増加関数により定義され、ここでγ1はミクロスフィアと受入れ層の間の界面表面エネルギーであり、γ2はミクロスフィアと流体懸濁液の間の界面表面エネルギーである、請求項1に記載の方法。 The elastic modulus of the partially crosslinked receiving layer is defined by a monotonically increasing function of the ratio of γ 1 to γ 2 where γ 1 is the interfacial surface energy between the microsphere and the receiving layer and γ 2 is The method of claim 1, wherein the surface energy of the interface between the microsphere and the fluid suspension. a)支持体;
b)受入れ層材料を含む、支持体上の水不溶性受入れ層;
c)受入れ層内に固定され部分的に沈埋されたランダムに間隔どりされたミクロスフィアであって、受入れ層より上に露出された表面を有し、各露出表面が被分析物と相互作用するように取付けられた少なくとも1つのプローブを有しているミクロスフィア;
を含んで成り、ミクロスフィアの露出表面が受入れ層材料を含まない、要素。
a) a support;
b) a water-insoluble receiving layer on the support comprising the receiving layer material;
c) Randomly spaced microspheres fixed and partially buried in the receiving layer, with exposed surfaces above the receiving layer, each exposed surface interacting with the analyte A microsphere having at least one probe mounted in a manner;
An element wherein the exposed surface of the microsphere does not include a receiving layer material.
架橋された層がゼラチンを含有する、請求項6に記載の要素。   The element of claim 6 wherein the crosslinked layer contains gelatin. ミクロスフィアがポリスチレン又はポリ(メチルメタクリレート)を含んで成る、請求項6に記載の要素。   The element of claim 6, wherein the microsphere comprises polystyrene or poly (methyl methacrylate). 支持体がガラスペーパー、金属又は重合体を含んで成る、請求項6に記載の要素。   7. Element according to claim 6, wherein the support comprises glass paper, metal or polymer. ミクロスフィアが1〜100μの平均直径を有する、請求項6に記載の要素。   The element of claim 6, wherein the microsphere has an average diameter of 1-100 μ. ミクロスフィアが5〜20μの平均直径を有する、請求項6に記載の要素。   The element of claim 6, wherein the microsphere has an average diameter of 5-20 μ. 架橋層内の1cm2あたりのミクロスフィア数が100〜1,000,000である、請求項6に記載の要素。 The element according to claim 6, wherein the number of microspheres per cm 2 in the crosslinked layer is 100 to 1,000,000. 架橋層内の1cm2あたりのミクロスフィア数が10,000〜100,000である、請求項6に記載の要素。 The element according to claim 6, wherein the number of microspheres per cm 2 in the crosslinked layer is 10,000 to 100,000. 架橋層内の1cm2あたりのミクロスフィア数が1000〜200,000である、請求項6に記載の要素。 The element according to claim 6, wherein the number of microspheres per 1 cm 2 in the cross-linked layer is 1000 to 200,000. ミクロスフィアが色分けされている、請求項6に記載の要素。   The element of claim 6 wherein the microspheres are color coded. 各々のミクロスフィアの色コードがミクロスフィアの表面上のプローブを同定する、請求項15に記載の要素。   16. The element of claim 15, wherein the color code of each microsphere identifies a probe on the surface of the microsphere. プローブがタンパク質又は核酸である、請求項6に記載の要素。   The element of claim 6, wherein the probe is a protein or nucleic acid. ミクロスフィアアレイを含む要素において、それが、
a)架橋により変更可能な弾性率を有する受入れ層を形成するべくコーティング組成物を支持体にコーティングする段階;
b)部分的に架橋された受入れ層内へのミクロスフィアの部分的沈埋を可能にする弾性率を達成するべく受入れ層の部分的架橋を可能にする段階;
c)流体懸濁液中のミクロスフィアの分散を部分的に架橋された受入れ層上にコーティングする段階であって、各ミクロスフィアが1つの位置を有している段階;
d)部分的に架橋された受入れ層内にミクロスフィアが部分的に沈埋できるようにする段階;
e)部分的に架橋された受入れ層から流体懸濁液を除去する段階;及び
f)湿式処理中及びその後、ミクロスフィアがそのそれぞれの位置を維持するような形で、部分的に架橋された受入れ層をさらに架橋できるようにする段階;
を含んで成る方法によって生産される要素。
In the element that contains the microsphere array,
a) coating the support with a coating composition to form a receiving layer having an elastic modulus changeable by crosslinking;
b) enabling partial cross-linking of the receiving layer to achieve a modulus of elasticity that allows partial embedding of the microspheres into the partially cross-linked receiving layer;
c) coating a dispersion of microspheres in a fluid suspension onto a partially crosslinked receiving layer, each microsphere having one position;
d) allowing the microspheres to be partially submerged in the partially crosslinked receiving layer;
e) removing the fluid suspension from the partially crosslinked receiving layer; and f) partially crosslinked in such a way that the microspheres maintain their respective positions during and after the wet process. Allowing the receiving layer to be further crosslinked;
An element produced by a process comprising.
部分的に架橋された受入れ層の弾性率が、流体懸濁液の除去中に、部分的に架橋された受入れ層内のミクロスフィアの側方運動を全く許容しない、請求項18に記載の要素。   19. The element of claim 18, wherein the modulus of the partially crosslinked receiving layer does not allow any lateral movement of the microspheres in the partially crosslinked receiving layer during removal of the fluid suspension. .
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