JP2019520825A - High-throughput microbiologically applied high resolution system, kit, apparatus and method using magnetic particles - Google Patents

High-throughput microbiologically applied high resolution system, kit, apparatus and method using magnetic particles Download PDF

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Abstract

第1の微細加工デバイスから第2の微細加工デバイスへ材料を転送する方法を提供する。少なくとも1つの磁性粒子が、第1の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェルに装填され、そこで複数の細胞が培養される。第2の微細加工デバイスは、第1のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが第2のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように配置される。第1の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性粒子を第2の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェルに移動させるように磁場が印加される。このようにして、第1の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェル内の複数の細胞からの少なくとも1つの細胞が、第2の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェルに移される。A method is provided for transferring material from a first microfabricated device to a second microfabricated device. At least one magnetic particle is loaded into at least one microwell of the first microfabricated device, where a plurality of cells are cultured. The second microfabricated device is positioned such that at least one microwell of the first microwell array is aligned with at least one microwell of the second microwell array. A magnetic field is applied to move at least one magnetic particle contained in at least one microwell of the first microfabricated device to at least one microwell of the second microfabricated device. In this way, at least one cell from the plurality of cells in at least one microwell of the first microfabricated device is transferred to at least one microwell of the second microfabricated device.

Description

本出願は、2016年4月21日に提出した第15/135,377号の米国通常出願の一部継続出願及び2106年6月30日に提出した第62/357,142号の米国仮特許出願の優先権の優先権を主張し、これら出願の各々の全文を参照文献としてここに組み込む。   This application is a continuation-in-part of US application Ser. No. 15 / 135,377 filed on Apr. 21, 2016 and priority of US Provisional Patent Application Ser. No. 62 / 357,142 filed Jun. 30, 2106 Claims the priority of which is incorporated herein by reference in its entirety.

本発明は一般的には、微生物学、微細加工、化学、光学、ロボット工学および情報技術における革新に関する。もっと具体的に言えば、本発明は生物学的実体および/または栄養素の高処理量の培養、選別、単離、試料採取および/または識別用システム、装置、キットおよび方法に関する。   The present invention relates generally to innovations in microbiology, microfabrication, chemistry, optics, robotics and information technology. More specifically, the present invention relates to systems, devices, kits and methods for high throughput culture, sorting, isolation, sampling and / or identification of biological entities and / or nutrients.

自然環境およびその他の試料から生物学的実体を培養するための従来技術や手段は多くの場合、遅速で多くの労力と時間を要し且つ高価である。これら従来技術および手段を持ってしてさえ、しばしば細胞や他の生物学的実体は尚、培養しようとするあらゆる試みを拒み、情報および/または生成物を得る機会を逸することになる。同様に、特有の代謝産物、酵素、タンパク質、核酸、表現型、突然変異、代謝経路、遺伝子、適応性、性能および/または治療恩恵について一群の生物学的実体を選別することは難易度が高く、複雑で効果的な方法を必要とする。例えば、微生物は非常に危険度の高い環境に生息している。生き残るために微生物は、新規な酵素、特有代謝産物、革新的遺伝子経路、並びに環境および隣接微生物への操作戦略を含む驚くべき幾組かの生化学的手段、即ち新しい識見並びに生命救助抗生物質から食料の生産および安全性を改善する肥料にまでおよぶ生成物に導き得た強力な解決策、を創り出してきた。   Prior art techniques and means for cultivating biological entities from the natural environment and other samples are often slow, laborious, time consuming and expensive. Even with these prior art techniques and tools, often cells and other biological entities will still refuse any attempt to culture and lose the opportunity to obtain information and / or products. Similarly, it is more difficult to select a group of biological entities for specific metabolites, enzymes, proteins, nucleic acids, phenotypes, mutations, metabolic pathways, genes, fitness, performance and / or therapeutic benefit. Need a complicated, effective way. For example, microorganisms live in a very dangerous environment. In order to survive, microbes come from a surprising set of biochemical tools, including novel enzymes, distinctive metabolites, innovative genetic pathways, and manipulation strategies to the environment and adjacent microbes, ie new insights and life-saving antibiotics. We have created powerful solutions that have led to products that extend to fertilizers that improve food production and safety.

本発明は、複数の実施形態に従って培養作業の流れを能率化し、高スループット選別を助け、および/または新しい病識並びに生成物を創り出す微生物学システム、装置、キットおよび方法を提供する。例えば、装置は1つ以上の細胞を含む試料を収容する微細加工デバイスを含み得る。微細加工デバイスは、1つ以上の細胞培養用マイクロウェルの高密度アレイを画定する。   The present invention provides microbiology systems, devices, kits and methods for streamlining culture operations, assisting in high-throughput sorting, and / or creating new ills and products according to embodiments. For example, the device can include a microfabricated device that contains a sample that includes one or more cells. The microfabricated device defines a high density array of one or more cell culture microwells.

複数の実施形態において、第1のマイクロウェルアレイを含む第1の微細加工デバイスから第2のマイクロウェルアレイを含む第2の微細加工デバイスに材料を転送する方法が提供される。その方法は、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに少なくとも1つの磁性粒子を装填し、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェル中で複数の細胞を培養するために第1の微細加工デバイスを培養し、第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、第2の微細加工デバイスを第1の微細加工デバイスに対して位置決めする。第1のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性粒子を第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送させるように磁場を印加する(例えば、永久磁石または電磁石を用いることによって)。これにより、第1のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェル中の複数の細胞からの少なくとも1つの細胞が、第2のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに移される。   In embodiments, a method is provided for transferring material from a first microfabricated device that includes a first microwell array to a second microfabricated device that includes a second microwell array. The method comprises loading at least one magnetic particle into at least one microwell of the first array of microwells and culturing a plurality of cells in the at least one microwell of the first array of microwells Cultivating a first microfabricated device, at least one microwell of a first array of microwells of the first microfabricated device being at least one microwell of a second array of microwells of a second microfabricated device The second microfabricated device is positioned relative to the first microfabricated device to align with the well. Applying a magnetic field to transfer at least one magnetic particle contained in at least one microwell of the first microwell array to at least one microwell of the second array (e.g. using permanent magnets or electromagnets By) Thereby, at least one cell from the plurality of cells in at least one microwell of the first microwell array is transferred to at least one microwell of the second microwell array.

複数の実施形態において、その方法は、第1の微細加工デバイスを培養インキュベートする前に、第1のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが少なくとも1つの細胞および少なくとも1つの磁性粒子を含むように第1の微細加工デバイスを準備することをさらに含み、微細加工デバイスは、第1の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェル中で少なくとも1つの細胞から複数の細胞を培養することを含む。これらの実施形態のいくつかにおいて、第1の微細加工デバイスを準備することには、溶媒および少なくとも1つの磁性粒子を含む磁性粒子溶液を少なくとも1つのマイクロウェルに入れることを含み、少なくとも1つの細胞を少なくとも1つのマイクロウェルに装填することが含まれる。磁石を用いいて、少なくとも1つの磁性粒子を少なくとも1つのマイクロウェルの内側に引き寄せることができ、溶媒を蒸発させることができる。   In embodiments, the method is such that at least one microwell of the first microwell array comprises at least one cell and at least one magnetic particle prior to culture incubation of the first microfabricated device. Further comprising providing a first microfabricated device, the microfabricated device includes culturing a plurality of cells from at least one cell in at least one microwell of the first microfabricated device. In some of these embodiments, providing the first microfabricated device includes placing a magnetic particle solution comprising a solvent and at least one magnetic particle in at least one microwell, the at least one cell. Loading at least one microwell. A magnet can be used to draw at least one magnetic particle inside the at least one microwell and allow the solvent to evaporate.

第1の微細加工デバイスを準備することは、少なくとも1つの磁性粒子と少なくとも1つのセルとを含む試料溶液を少なくとも1つのマイクロウェルに装填することを含み得る。ビーズおよび細胞が装填された後、少なくとも1つのマイクロウェルを密封するために、微細加工された装置に膜をさらに適用しても良い。   Providing the first microfabricated device can include loading a sample solution comprising at least one magnetic particle and at least one cell into at least one microwell. After the beads and cells are loaded, the membrane may be further applied to the microfabricated device to seal at least one microwell.

複数の実施形態において、第1および第2の微細加工デバイスのそれぞれは上表面を含み、第1の微細加工デバイスに対して第2の微細加工デバイスを位置決めすることは、第2の微細加工デバイスの上表面を反対側に位置決めしても良い。   In embodiments, each of the first and second microfabricated devices includes an upper surface, and positioning the second microfabricated device relative to the first microfabricated device is a second microfabricated device The upper surface of the may be positioned on the opposite side.

複数の実施形態では、第1および第2の微細加工デバイスの各々は上表面を含み、第1の微細加工デバイスに対して第2の微細加工デバイスを位置決めすることは、第1の微細加工デバイスの上表面と対向し接触するように第2の微細加工デバイスの上面を位置決めしても良い。   In embodiments, each of the first and second microfabricated devices includes an upper surface, and positioning the second microfabricated device relative to the first microfabricated device is the first microfabricated device The top surface of the second microfabricated device may be positioned to face and contact the top surface of the second microfabricated device.

複数の実施形態において、磁場を印加する前に、液体層が第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェル上に塗布される。液体層は、水と混和しない層(例えば、油層)、水層、または他の層であっても良い。   In embodiments, a liquid layer is applied over at least one microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device prior to applying the magnetic field. The liquid layer may be a layer that is immiscible with water (eg, an oil layer), an aqueous layer, or another layer.

複数の実施形態において、この方法は、第2の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェルに転送された少なくとも1つの細胞からゲノムDNAを得るステップ、および、転送された少なくとも1つの磁性粒子の存在下で少なくとも1つのマイクロウェルにおけるポリメラーゼ連鎖反応を用いてゲノムDNA配列を増幅するステップをさらに含む。   In embodiments, the method comprises the steps of obtaining genomic DNA from at least one cell transferred to at least one microwell of a second microfabricated device, and in the presence of the transferred at least one magnetic particle. Further comprising amplifying the genomic DNA sequence using polymerase chain reaction in at least one microwell.

複数の実施形態では、第1のマイクロウェルアレイを含む第1の微細加工デバイスから第2のマイクロウェルアレイを含む第2の微細加工デバイスに材料を転送する方法が提供される。この方法は、第1のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが、目的の材料および少なくとも1つの磁性粒子を含むように、第1の微細加工デバイスを準備するステップ、第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、第2の微細加工デバイスを第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップ、および、第1のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性粒子を第2のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに移動させるように磁場を印加するステップが含まれ、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも一つのマイクロウェルへの関心は、マイクロウェルの第2のアレイの少なくとも一つのマイクロウェルに転送される。関心のある材料は生物学的実体であり得、例えばそれは複数の細胞を含み得る。第1の微細加工デバイスを準備することは、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに、少なくとも1つのセルおよび少なくとも1つの磁性粒子を提供し、そして、磁場を印加する前に、第1の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェル内で提供された少なくとも1つの細胞から複数の細胞を成長させるために第1の微細加工デバイスを培養する。マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに少なくとも1つのセルおよび少なくとも1つの磁性粒子を提供することは、溶媒および少なくとも1つの磁性粒子を含む磁性粒子溶液を少なくとも1つのマイクロウェルに装填し、少なくとも1つの細胞を少なくとも1つのマイクロウェルに装填することを含む。少なくとも1つの磁性粒子は、少なくとも1つのセルも含むサンプル溶液と共にマイクロウェルに装填しても良い。   In embodiments, a method is provided for transferring material from a first microfabricated device that includes a first microwell array to a second microfabricated device that includes a second microwell array. The method comprises the steps of providing a first microfabricated device such that at least one microwell of the first microwell array comprises a material of interest and at least one magnetic particle, the first microfabricated device The second microfabricated device is first aligned such that at least one microwell of the first array of microwells is aligned with at least one microwell of the second array of microwells of the second microfabricated device. Positioning with respect to the microfabricated device, and moving at least one magnetic particle contained in at least one microwell of the first array of microwells to at least one microwell of the second array of microwells And applying a magnetic field to the microwell Interest in at least one of the microwells of the array are transferred to at least one micro-well of the second array of microwells. The material of interest may be a biological entity, eg it may comprise a plurality of cells. Providing a first microfabricated device provides at least one cell and at least one magnetic particle to at least one microwell of the first array of microwells, and before applying a magnetic field, A first microfabricated device is cultured to grow a plurality of cells from at least one cell provided in at least one microwell of the first microfabricated device. Providing at least one cell and at least one magnetic particle in at least one microwell of the first array of microwells comprises loading a solution of magnetic particles comprising a solvent and at least one magnetic particle in at least one microwell Loading at least one cell into at least one microwell. The at least one magnetic particle may be loaded into the microwell with a sample solution that also comprises at least one cell.

複数の実施形態では、第1の微細加工デバイスから第2の微細加工デバイスへ材料を転送する方法が提供される。第1の微細加工デバイスは第1のマイクロウェルアレイを含み、第2の微細加工デバイスは第2のマイクロウェルアレイを含む。第1の加工されたデバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルは少なくとも1つの磁性粒子を含む。この方法は、少なくとも1つの磁性粒子を含む少なくとも1つのマイクロウェル内に関心のある材料を提供するステップ、第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、第2の微細加工デバイスを第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップ、および、第1のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性粒子を第2のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送させるように磁場を印加し、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルへの関心は、マイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送される。   In embodiments, a method is provided for transferring material from a first microfabricated device to a second microfabricated device. The first microfabricated device comprises a first microwell array, and the second microfabricated device comprises a second microwell array. At least one microwell of the first array of microwells of the first fabricated device comprises at least one magnetic particle. The method comprises the steps of providing a material of interest in at least one microwell comprising at least one magnetic particle, wherein at least one microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device is Positioning the second microfabricated device relative to the first microfabricated device to align with the at least one microwell of the second array of microwells of the microfabricated device; A magnetic field is applied to transfer at least one magnetic particle contained in at least one microwell of the array of wells to at least one microwell of the second array of microwells, and at least one of the first array of microwells The interest in one microwell is the second of the microwells. Of being transferred to at least one micro-well.

複数の実施形態では、第1の微細加工デバイスから第2の微細加工デバイスへ材料を転送する方法が提供される。第1の微細加工デバイスは第1のマイクロウェルアレイを含み、第2の微細加工デバイスは第2のマイクロウェルアレイを含む。第1の加工されたデバイスのマイクロウェルの第1のアレイのうちの少なくとも1つのマイクロウェルは、少なくとも1つの磁性粒子と少なくとも1つの細胞とを含む。この方法は、第1の微細加工デバイスの第1のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルのマイクロウェルが第2の微細加工デバイスの第2のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、第2の微細加工デバイスを第1の微細加工チップに対して位置決めするステップ、および、第1のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性粒子を第2のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに移動させるように磁場を印加し、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルへの関心は、マイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送される。
複数の実施形態では、少なくとも1つのマイクロウェルが少なくとも1つの磁性粒子を含む、第1のマイクロウェルアレイを含む第1の微細加工デバイスを含むキットが提供される。キットは、少なくとも1つのマイクロウェルを密封するために第1の微細加工デバイス上に適用するのに適した膜をさらに含んでも良い。キットは、第2のマイクロウェルアレイを含む第2の微細加工デバイスをさらに含むことができ、第1のマイクロウェルアレイの各マイクロウェルは、第2のマイクロウェルアレイのマイクロウェルと整列させても良い。
In embodiments, a method is provided for transferring material from a first microfabricated device to a second microfabricated device. The first microfabricated device comprises a first microwell array, and the second microfabricated device comprises a second microwell array. At least one microwell of the first array of microwells of the first fabricated device includes at least one magnetic particle and at least one cell. This method aligns the microwells of at least one microwell of the first microwell array of the first microfabricated device with the at least one microwell of the second microwell array of the second microfabricated device Positioning the second microfabricated device relative to the first microfabricated chip, and at least one magnetic particle contained in at least one microwell of the first array of microwells A magnetic field is applied to move to at least one microwell of the array of wells, and the interest in the at least one microwell of the first array of microwells is at least one microwell of the second array of microwells Transferred to
In embodiments, there is provided a kit comprising a first microfabricated device comprising a first microwell array, wherein at least one microwell comprises at least one magnetic particle. The kit may further comprise a membrane suitable for application on the first microfabricated device to seal at least one microwell. The kit may further comprise a second microfabricated device comprising a second microwell array, each microwell of the first microwell array being aligned with the microwells of the second microwell array good.

複数の実施形態では、高密度のマイクロウェルアレイを含む微細加工デバイスと、溶媒と複数の磁性粒子とを含む溶液とを含むキットが提供される。キットは、少なくとも1つのマイクロウェルを密封するために第1の微細加工デバイス上に適用するのに適した膜をさらに含んでも良い。キットは磁石を含んでも良い。
磁性粒子および磁性粒子を含むキットを使用してチップ間で材料を転送させる上記の方法において、膜は気体透過性、液体透過性、および不透過性のうちの1つであっても良い。第1の微細加工デバイス(および/または第2の微細加工デバイス)は、cmあたり少なくとも150マイクロウェル、cmあたり少なくとも250マイクロウェル、cmあたり少なくとも400マイクロウェル、cmあたり少なくとも500マイクロウェル、cmあたり少なくとも750マイクロウェル、cmあたり少なくとも1,000マイクロウェル、cmあたり少なくとも2,500マイクロウェル、cmあたり少なくとも7,500マイクロウェル、cmあたり少なくとも10,000マイクロウェル、cmあたり少なくとも50,000マイクロウェル、cmあたり100,000マイクロウェル、またはcmあたり少なくとも160,000マイクロウェルの表面密度を有することができる。第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1の(および/または第2の)アレイのそれぞれのマイクロウェルは、約5μmから約500μm、約10μmから約300μm、または約20μmから約200μmの直径を有しても良い。
In some embodiments, a kit is provided that includes a microfabricated device that includes a high density microwell array, and a solution that includes a solvent and a plurality of magnetic particles. The kit may further comprise a membrane suitable for application on the first microfabricated device to seal at least one microwell. The kit may include a magnet.
In the above method of transferring material between chips using magnetic particles and a kit comprising magnetic particles, the membrane may be one of gas permeable, liquid permeable and impermeable. First microfabricated devices (and / or second microfabricated device) is at least 150 per micro well cm 2, at least 250 microwells per cm 2, at least 400 microwells per cm 2, cm 2 per at least 500 micro-well at least 750 per micro well cm 2, at least 1,000 microwells per cm 2, at least 2,500 microwells per cm 2, at least 7,500 microwells per cm 2, at least 10,000 per micro well cm 2, cm 2 per least 50,000 microwell, cm 2 per 100,000 microwell or surface density of at least 160,000 microwells per cm 2, may have. Each microwell of the first (and / or second) array of microwells of the first microfabricated device has a diameter of about 5 μm to about 500 μm, about 10 μm to about 300 μm, or about 20 μm to about 200 μm. You may have.

上記の構想および以下でより詳細に述べる構想(それらの構想が互いに矛盾しない限り)の全組み合わせが、此処に開示した集約的主題の一部として検討されることは正当に評価されるべきである。特に、この開示の最後に表示されるクレームに記載された主題の全組み合わせは、此処で開示の集約的主題の一部として検討されている。ここにおいて明確に用いられ参照として組み込まれたどの開示にも表示されている用語は、ここに開示の特定構想と最も整合性のある意味を与えられるべきであることもまた正当に評価される筈である。   It should be appreciated that all combinations of the above concepts and the concepts described in more detail below (unless they conflict with each other) are considered as part of the intensive subject matter disclosed herein . In particular, all combinations of the subject matter set forth in the claims presented at the end of this disclosure are considered herein as part of the aggregate subject matter of the disclosure. It is also to be appreciated that the terms explicitly set forth herein and appearing in any disclosure incorporated by reference should be given the most consistent meaning of the particular concepts disclosed herein. It is.

他のシステム、製法および機能は、当技術分野の熟練技能者には以下の図面や詳細説明の検討によって明らかとなるであろう。その様な追加のシステム、製法および機能の全てが、本発明の明細書に包含され、本発明の範囲内にあり且つ添付の請求項によって保護されることを意味している。   Other systems, processes and features will be apparent to one of ordinary skill in the art upon review of the following drawings and detailed description. It is intended that all such additional systems, processes and features be included within the description of the present invention, be within the scope of the present invention, and be protected by the accompanying claims.

熟練技術者であれば、図面が主として説明目的であってここに記述の発明主題の範囲を限定しようとするものではないことを分かっていると思う。図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、複数の例では、異なる機構の理解を容易にするために此処に開示した発明主題の様々な態様を図面において誇張あるいは拡大して示している場合がある。図面において、同じ参照記号は概ね同じ機構(例えば、機能的に類似および/または構造的に類似の構成部品)を意味する。   The skilled artisan will appreciate that the drawings are primarily for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the inventive subject matter described herein. The drawings are not necessarily to scale, and in some instances the various aspects of the inventive subject matter disclosed herein may be exaggerated or enlarged in the drawings to facilitate an understanding of the different features. In the drawings, the same reference signs denote generally the same features (e.g. functionally similar and / or structurally similar components).

図1は、複数の実施形態に従う微細加工デバイスあるいはチップを図示する透視図である。   FIG. 1 is a perspective view illustrating a microfabricated device or chip in accordance with several embodiments.

図2A〜図2Cはそれぞれ、複数の実施形態に従う微細加工デバイスあるいはチップの大きさを図示する上面図、側面図および端面図である。   2A-2C are top, side and end views, respectively, illustrating the dimensions of a microfabricated device or chip in accordance with several embodiments.

図3Aおよび図3Bはそれぞれ、複数の実施形態に従う微細加工デバイスあるいはチップを図示する分解組立図および上面図である。   3A and 3B are an exploded view and a top view, respectively, illustrating a microfabricated device or chip according to several embodiments.

図4Aおよび図4Bは、複数の実施形態に従う膜の説明図である。図4Cは、いくつかの実施例におけるウェルの配列との接点から形成された痕跡を見ることができる薄膜表面の画像である。   4A and 4B are illustrations of membranes according to multiple embodiments. FIG. 4C is an image of a thin film surface from which traces formed from contacts with the array of wells in some embodiments can be seen.

図5Aは、複数の実施形態に従って試料から幾つもの細胞を単離する方法を説明する作業ステップ図である。図5Bは、複数の実施形態に従って土壌試料から幾つもの細胞を単離する方法の説明図である。   FIG. 5A is an operational step diagram illustrating a method of isolating several cells from a sample according to embodiments. FIG. 5B is an illustration of a method of isolating several cells from a soil sample according to embodiments.

図6は、複数の実施形態に従って試料から幾つもの細胞を単離し且つ培養する方法を説明する作業ステップ図である。   FIG. 6 is an operational step diagram illustrating a method of isolating and culturing several cells from a sample according to embodiments.

図7は、複数の実施形態に従って複合試料から幾つもの細胞を単離し且つ培養する方法の説明図である。   FIG. 7 is an illustration of a method of isolating and culturing several cells from a complex sample according to embodiments.

図8A〜図8Cは、複数の実施形態に従って行う1つのピンあるいは多数のピンによる採取の説明図である。   8A-8C are illustrations of sampling with a single pin or multiple pins in accordance with multiple embodiments.

図9A〜図9Dは、複数の実施形態に従うある1つのウェルの選抜を示す画像である。   9A-9D are images showing the selection of one well according to embodiments.

図10A〜図10Dは、複数の実施形態に従ってある1つのチップから採取するための道具の説明図である。   10A-10D are illustrations of tools for harvesting from one chip in accordance with multiple embodiments.

図11は、寒天の薄層を突き抜かれた1つのウェルの画像であって、複数の実施形態に従って膜または封止層を突きぬくことを図で示している。   FIG. 11 is an image of one well pierced with a thin layer of agar, which graphically illustrates piercing the membrane or sealing layer according to embodiments.

図12は、複数の実施形態に従うチップ1200の断面を表す図である。   FIG. 12 is a diagram depicting a cross section of a tip 1200 in accordance with multiple embodiments.

図13は、複数の実施形態に従う選別方法を説明する作業ステップ図である。   FIG. 13 is an operation step diagram illustrating a sorting method according to a plurality of embodiments.

図14は、複数の実施形態に従う選別方法を図解する一覧図である。   FIG. 14 is a chart illustrating a sorting method in accordance with several embodiments.

図15は、複数の実施形態に従う1つの選別例を図示する一連の画像である。   FIG. 15 is a series of images illustrating one screening example in accordance with embodiments.

図16A〜図16Cは、複数の実施形態に従う1つの遮蔽物からの回収を説明する画像である。   16A-16C are images illustrating recovery from one shield in accordance with embodiments.

図17Aは、複数の実施形態に従う選別用チップを説明する分解組立図である。図17Bは、複数の実施形態に従う選別に続くチップの蛍光画像である。図17Cは、複数の実施形態に従って選別に続いてチップから試料を採取する1ステップを示す画像である。   FIG. 17A is an exploded view illustrating a sorting chip in accordance with several embodiments. FIG. 17B is a fluorescence image of the chip following sorting according to embodiments. FIG. 17C is an image showing one step of taking a sample from the chip following sorting according to embodiments.

図18は、複数の実施形態に従う計数方法を説明する作業ステップ図である。   FIG. 18 is an operation step diagram illustrating a counting method according to a plurality of embodiments.

図19は、複数の実施形態に従う計数方法を図解する一覧図である。   FIG. 19 is a chart diagram illustrating a counting method in accordance with several embodiments.

図20は、複数の実施形態に従う索引付け方法を図解する一覧図である。   FIG. 20 is a diagram illustrating an indexing method in accordance with several embodiments.

図21A〜図21Eは、複数の実施形態に従うウェル特異性化学作用物質を有するチップを表す一覧図である。   21A-21E are summary diagrams depicting a chip with well-specific chemistry according to embodiments.

図22は、複数の実施形態に従う磁性粒子を使用した転送を示す図である。   FIG. 22 is a diagram illustrating transfer using magnetic particles according to embodiments.

図23A〜図23Cは、複数の実施形態に従う磁性粒子を用いた材料の転送を示す画像である。
図24Aは、磁性粒子を含むソース(source)の顕微鏡画像であり、図24Bは、磁性粒子の転写後のディステネーション(destination)の顕微鏡画像である。
23A-23C are images showing transfer of material using magnetic particles in accordance with embodiments.
FIG. 24A is a microscope image of a source containing magnetic particles, and FIG. 24B is a microscope image of a destination after transfer of magnetic particles.

図25A〜図25Cは、磁性粒子を用いて2つのチップがその間で材料を移動させるためにどのように位置合わせされるかに関する一例を示す。   25A-25C illustrate an example of how two chips may be aligned to move material between them using magnetic particles.

図26Aは、ソースチップの存在する異なる閉鎖空間のマイクロウェルにある磁性粒子が交差することなくディステネーションチップへ転送されることを示し、図26Bは図26Aに示す磁性粒子が交差することなくディステネーションチップに対応するマイクロウェルに転送されることを示し、図26Cは、ソースチップの存在する異なる閉鎖空間のマイクロウェルにある磁性粒子が交差してディステネーションチップへ転送されることを示し、図26Dは、図26Cに示す磁性粒子が交差してディステネーションチップに対応するマイクロウェルに転送されることを示す。   FIG. 26A shows that magnetic particles in microwells of different closed spaces where the source chip exists are transferred to the destination chip without crossing, and FIG. 26B shows the magnetic particles shown in FIG. 26A without crossing FIG. 26C shows that magnetic particles in microwells of different closed spaces where the source chip is present intersect and are transferred to the destination chip. FIG. 26D shows that the magnetic particles shown in FIG. 26C intersect and are transferred to the microwells corresponding to the destination chip.

図27Aは、大腸菌を装填したマイクロウェルを有するソースチップの顕微鏡画像であり、図27Bは、磁性粒子を使用していくつかの大腸菌を別のチップに転送した後のソースチップの顕微鏡画像であり、図27Cは、磁性粒子を使用してソースチップから転送され、さらに成長させられた大腸菌を含むディステネーションの顕微鏡画像である。   FIG. 27A is a microscope image of a source chip with microwells loaded with E. coli, and FIG. 27B is a microscope image of the source chip after transferring some E. coli to another chip using magnetic particles FIG. 27C is a microscope image of a dissection containing E. coli transferred and grown from a source chip using magnetic particles.

図28は、複数の実施形態に従う様々な量の磁性粒子の存在下でのgDNAのオンチップPCR産物のゲル電気泳動の結果である。   FIG. 28 shows the results of gel electrophoresis of on-chip PCR products of gDNA in the presence of various amounts of magnetic particles according to embodiments.

図29は、複数の実施形態に従う異なる条件から得られた一連のPCR産物のゲル電気泳動の結果である。   FIG. 29 is the results of gel electrophoresis of a series of PCR products obtained from different conditions according to embodiments.

図30は、複数の実施形態に従う磁性粒子の存在下での3つの異なる種の混合物のオンチップPCR産物のゲル電気泳動の結果である。   FIG. 30 is the result of gel electrophoresis of on-chip PCR products of a mixture of three different species in the presence of magnetic particles according to embodiments.

詳細な説明
本発明は、生物学的実体および/または栄養素の単離、培養、適応、試料採取および/または選別のためのシステム、キット、装置および方法に概ね関する。少なくとも1つの生物学的実体を含む試料を収容するための微細加工デバイス(または“チップ”)を開示する。“生物学的実体”という用語は、微生物、細胞、細胞成分、細胞生成物、ウイルスおよびその他を含んでよく、そして“種”という用語は、分類の単位を記述するために使われ、操作上の分類単位(OTU)、遺伝子型、系統型、表現型、生態型、来歴、挙動または相互作用、生成物、変種、進化上有意種およびその他を含み得る。
DETAILED DESCRIPTION The present invention relates generally to systems, kits, devices and methods for isolation, culture, adaptation, sampling and / or sorting of biological entities and / or nutrients. Disclosed is a microfabricated device (or "chip") for containing a sample comprising at least one biological entity. The term "biological entity" may include microorganisms, cells, cell components, cell products, viruses and others, and the term "species" is used to describe the unit of classification and is manipulated , Taxonomic unit (OTU), genotype, phylotype, phenotype, ecotype, history, behavior or interaction, products, variants, evolutionarily significant species and others.

細胞は、古細菌、細菌あるいは真核生物(例えば真菌類)であり得る。例えば、細胞は好気性、嫌気性あるいは条件的好気性微生物のような微生物であり得る。ウイルスはバクテリオファージであり得る。他の細胞成分/生成物は、タンパク質、アミノ酸、酵素、糖類、アデノシン三燐酸(ATP)、脂質、核酸(例えばDNAおよびRNA)、ヌクレオシド、ヌクレオチド、細胞膜/壁、鞭毛、線毛、小器官、代謝産物、ビタミン、ホルモン、神経伝達物質、抗体およびその他を含み得る。   The cells can be archaebacteria, bacteria or eukaryotes (eg, fungi). For example, the cells can be microorganisms such as aerobic, anaerobic or conditional aerobic microorganisms. The virus may be a bacteriophage. Other cellular components / products include proteins, amino acids, enzymes, saccharides, adenosine triphosphate (ATP), lipids, nucleic acids (eg, DNA and RNA), nucleosides, nucleotides, cell membranes / walls, flagella, pili, organelles, It may contain metabolites, vitamins, hormones, neurotransmitters, antibodies and others.

栄養素は、規定(例えば、化学的規定あるいは合成の培地)あるいは未規定(例えば、基礎あるいは複合の培地)であってもよい。栄養素は、実験室配合および/または市販用に生産された培地(例えば、二種以上の化学薬品の混合物)を含んでもあるいはその1成分であってもよい。栄養素は、例えばマリンブロス、溶原性ブロス(例えば、ルリアブロス)等のような、液体栄養培地(即ち、栄養スープ)であっても或いはその1成分であってもよい。栄養素は、寒天と混合されて固体培地を形成する液体培地および/または血液寒天培地のような市販製造の寒天板であっても或いはその1成分であってもよい。   Nutrients may be defined (eg, chemically defined or synthetic media) or undefined (eg, basal or complex media). The nutrient may comprise or be a component of a laboratory formulated and / or commercially produced culture medium (eg, a mixture of two or more chemicals). The nutrient may be a liquid nutrient medium (i.e., a nutrient soup) or one component thereof, such as, for example, marine broth, lysogenic broth (e.g., Luria broth), and the like. The nutrient may be a commercially available agar plate such as liquid medium and / or blood agar medium mixed with agar to form a solid medium or may be one component thereof.

栄養素は、選択培地を含んでもあるいはそれらの1成分であってもよい。例えば、選択培地は、或る特定の生物学的実体だけあるいは特定の性質(例えば、抗生物質耐性あるいは特定代謝物合成)を有する生物学的実体だけの増殖用に使うことができる。栄養素は、特異性指示薬(例えば、ニュートラルレッド、フェノールレッド、エオシンYあるいはメチレンブルー)の存在下で生物学的特性を利用して1つのタイプの生物学的実体をいま1つのタイプの生物学的実体あるいは他の複数の生物学的実体から区別する識別培地を含んでもあるいはその1成分であってもよい。   The nutrients may comprise a selective medium or be one component thereof. For example, selective media can be used for the growth of only certain biological entities or only biological entities having particular properties (eg, antibiotic resistance or specific metabolite synthesis). Nutrients utilize biological properties in the presence of specificity indicators (eg neutral red, phenol red, eosin Y or methylene blue) to make one type of biological entity another type of biological entity Alternatively, it may contain or be a component of a differentiation medium that distinguishes it from other biological entities.

栄養素は、自然環境の抽出物あるいは自然環境から由来した培地を含んでもあるいはその1成分であっても良い。例えば、栄養素は特定タイプの生物学的実体にとって自然な環境、別の環境あるいは複数の環境から導きだされ得る。その環境は、1種以上の生物組織(例えば、結合組織、筋肉、神経、上皮、植物表皮、維管束、土壌等)、生物液あるいは他の生物産物(例えば、羊水、胆汁、血液、脳脊髄液、耳垢、浸出物、糞便、胃液、間質液、細胞内液、リンパ液、乳汁、鼻汁、ルーメン内容物、唾液、皮脂、精液、汗、尿、膣分泌物、吐瀉物等)、微生物懸濁液、空気(例えばいろいろな気体含有物を伴っている)、超臨界二酸化炭素、土壌(例えば、ミネラル、有機物、気体、液体、微生物等を伴っている)、堆積物(例えば、農業、海洋堆積物等)、生きている有機物(例えば、植物、昆虫、その他の小生物および微生物)、死んだ有機物、馬草(例えば、牧草、豆科植物、貯蔵牧草、作物残留物等)、ミネラル、油あるいは油製品(例えば、動物、植物、石油化学に由来するもの)、水(例えば、天然の真水、飲料水、海水等)および/または汚水(例えば、衛生、商業、工業および/または農業廃水、および表面流出物)、更にその他を含み得る。   The nutrient may comprise an extract of the natural environment or a medium derived from the natural environment or may be a component thereof. For example, nutrients can be derived from a natural environment, another environment or multiple environments for a particular type of biological entity. The environment may be one or more biological tissues (eg, connective tissue, muscles, nerves, epithelia, plant epidermis, vascular bundles, soil, etc.), biological fluids or other biological products (eg, amniotic fluid, bile, blood, cerebrospinal fluid). Fluid, earwax, exudates, feces, gastric juice, interstitial fluid, intracellular fluid, lymph fluid, milk, nasal fluid, rumen contents, saliva, sebum, semen, sweat, urine, vaginal secretion, feces etc)) Suspensions, air (eg with various gas contents), supercritical carbon dioxide, soil (eg with minerals, organics, gases, liquids, microorganisms etc.), sediment (eg agriculture, oceans Sediments, etc.), living organic matter (eg, plants, insects, other small organisms and microorganisms), dead organic matter, equine grass (eg, grass, leguminous plants, stored grass, crop residues etc.), minerals, Oil or oil products (eg, animals, plants, petrochemicals May include water (eg, natural fresh water, drinking water, sea water etc.) and / or sewage (eg. Hygiene, commercial, industrial and / or agricultural wastewater, and surface effluents) and others .

微細加工デバイスは、少なくとも1つの生物学的実体の培養用マイクロウェルの高密度アレイを画定し得る。“高密度”という語は、システムまたは方法が一定領域内に多くの実験を割り振る能力を意味し得る。例えば、“高密度”の実験ユニットを備える微細加工デバイスは、ここで更に述べるように、cm当たり約150マイクロウェルからcm当たり約160,000以上のアイクロウェルを組み込み得る。追加の例を表1に示す。

Figure 2019520825
The microfabricated device may define a high density array of culture microwells of at least one biological entity. The term "high density" may mean the ability of a system or method to allocate many experiments within a given area. For example, microfabricated device comprising an experimental unit of "high density" is used herein as described further, may incorporate cm 2 per about 160,000 or more eye black wells from per cm 2 to about 150 micro-wells. Additional examples are shown in Table 1.
Figure 2019520825

微細加工デバイスは、一連の機能層を備えた基材を組み込み得る。その一連の機能層は、実験ユニットの第1アレイ(例えばウェル)を画定する第1機能層、および先行する機能層の各実験ユニット内で実験ユニットの次のアレイ(例えば、マイクロウェル)を画定する少なくとも1つの次の機能層を含み得る。実験ユニットの各々は、生物学的実体および/または栄養素を収容且つ培養し、および/または選別するように構成され得る。特に、ここに述べるシステム、キット、装置および方法は、細胞の高密度マトリックスに対する種々の条件の自動および/またはハイスループット選別用に使用され得る。例えば、ここに述べる、システム、キット、装置および方法は、1つ以上の異なる栄養素の微生物増殖への影響を調べて比較するおよび/または代謝物、酵素活性、突然変異あるいは他の細胞機能について検査するために使われ得る。   The microfabricated device may incorporate a substrate with a series of functional layers. The series of functional layers defines a first functional layer defining a first array (eg, well) of experimental units, and a next array (eg, microwell) of experimental units within each experimental unit of a preceding functional layer And at least one subsequent functional layer. Each of the experimental units may be configured to contain and culture and / or sort out biological entities and / or nutrients. In particular, the systems, kits, devices and methods described herein may be used for automated and / or high throughput screening of various conditions on high density matrices of cells. For example, the systems, kits, devices and methods described herein examine and compare the effects of one or more different nutrients on microbial growth and / or test for metabolites, enzyme activities, mutations or other cell functions Can be used to

図1は、複数の実施形態に従う微細加工デバイスあるいはチップを説明する透視図である。チップ100は、上部表面102に射出成形機構を備えた顕微鏡スライドグラス形式に形づくられた基材を組み込んでいる。それら機構は、突き出しタグ106に加えて4つの分離したマイクロウェルアレイ(あるいはマイクロアレイ)等である。各マイクロアレイ内のマイクロウェルは、チップ100の縁回りおよびマイクロアレイ104間のウェルの無い縁辺を備えた格子模様に配置されている。   FIG. 1 is a perspective view illustrating a microfabricated device or chip according to several embodiments. The tip 100 incorporates a substrate shaped in the form of a microscope slide glass with an injection molding mechanism on the upper surface 102. The mechanisms are, in addition to the ejection tags 106, four separate microwell arrays (or microarrays) or the like. The microwells in each of the microarrays are arranged in a grid pattern with a well-free edge around the periphery of the chip 100 and between the microarrays 104.

図2A〜図2Cはそれぞれ、複数の実施形態に従うチップ100の大きさを示す上面、側面および端面図である。図2Aにおいて、チップ100の上面はおおよそ25.5mm×75.5mmである。図2Bにおいて、チップ100の端面はおおよそ25.5mm×0.8mmである。図2Cにおいて、チップ100の側面はおおよそ75.5mm×0.8mmである。   FIGS. 2A-2C are top, side and end views, respectively, showing the dimensions of a chip 100 in accordance with several embodiments. In FIG. 2A, the top surface of the chip 100 is approximately 25.5 mm × 75.5 mm. In FIG. 2B, the end face of the chip 100 is approximately 25.5 mm × 0.8 mm. In FIG. 2C, the side of the chip 100 is approximately 75.5 mm × 0.8 mm.

試料を微細加工デバイスに装填した後、デバイスの少なくとも1部分に膜を施し得る。図3Aは、複数の実施形態に従う微細加工デバイス300を図3Bの上面から見て表示した分解組立図である。デバイス300は、例えば土壌微生物を収容するウェルアレイ302を備えたチップを組み込んでいる。膜304が、ウェルアレイ302の上面に置かれる。ガスケット306が膜304の上面に置かれる。装填孔310を備えたポリカーボネートカバー308が、ガスケット306の上面に置かれる。最後に、封止テープ312がカバー308に貼られる。   After loading the sample into the microfabricated device, a membrane may be applied to at least a portion of the device. FIG. 3A is an exploded view of microfabricated device 300 as viewed from the top of FIG. 3B in accordance with embodiments. The device 300 incorporates a chip with a well array 302 containing, for example, soil microorganisms. A membrane 304 is placed on top of the well array 302. A gasket 306 is placed on top of the membrane 304. A polycarbonate cover 308 with loading holes 310 is placed on top of the gasket 306. Finally, the sealing tape 312 is attached to the cover 308.

1つ以上の実験ユニット、ウェルまたはマイクロウェルを組み込む微細加工デバイスの少なくとも1部分を膜で覆うことができる。例えば、微細加工デバイスに試料を装填した後、少なくとも1枚の膜をマイクロウェル高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルに貼り付け得る。複数枚の膜を微細加工デバイスの複数の部分に貼り付け得る。例えば、別々の膜をマイクロウェル高密度アレイの複数の異なる小区画に貼り付け得る。   The membrane can cover at least a portion of a microfabricated device incorporating one or more experimental units, wells or microwells. For example, after loading a sample into a microfabricated device, at least one membrane may be affixed to at least one microwell of a microwell high density array. A plurality of films can be attached to portions of the microfabricated device. For example, separate membranes can be attached to a plurality of different subsections of a microwell high density array.

膜は、マイクロウェル高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルに少なくとも1つの生物学的実体を保持するために、微細加工デバイスに結びつけられ、取り付けられ、部分的に取り付けられ、貼られ、封止されおよび/または部分的に封止され得る。例えば、膜は、微細加工デバイスへラミネート加工により可逆的に貼られてもよい。マイクロウェル高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルへ少なくとも1つの生物学的実体を入れるために、膜は打ち抜かれ、引き剥がされ、脱着され、部分的に脱着され、除去されおよびまたは部分的に除去され得る。   A membrane is attached, attached, partially attached, affixed and sealed to a microfabricated device to hold at least one biological entity in at least one microwell of a microwell high density array And / or may be partially sealed. For example, the membrane may be reversibly affixed to the microfabricated device by lamination. In order to load at least one biological entity into at least one microwell of the microwell high density array, the membrane is punched, peeled off, desorbed, partially desorbed, removed and / or partially removed It can be done.

少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内の細胞個体群の1部分は(例えば吸着等の経由で)膜に付着し得る。付着する場合、少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内の細胞個体群は、少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内の細胞固体群の1部分が膜に付着したままでその膜を引き剥がすことによって試料採取され得る。   One part of the cell population in at least one experimental unit, well or microwell may be attached to the membrane (eg via adsorption etc). When attached, the cell population in the at least one experimental unit, well or microwell is pulled from the membrane while a portion of the cell solid population in the at least one experimental unit, well or microwell remains attached to the membrane. It can be sampled by peeling it off.

図4Aおよび図4Bは、複数の実施形態に従う膜の説明図である。図4Aは、内容物で満たされたウェルアレイを画定するチップ400およびそのウェルアレイを覆ってチップ400を封止する膜402の側面図を示しており、従ってチップ400と接触した膜402の表面は、チップ400から剥がされた時に、図4Bに示されるように、そこに付着した(例えば、貼り付いた)ウェル内容物試料の付いたウェルの各々の刻印を有している。図4Cは、複数の実施形態に従うウェルアレイとの接触によって形成された刻印付き膜表面の画像である。   4A and 4B are illustrations of membranes according to multiple embodiments. FIG. 4A shows a side view of a chip 400 defining a content-filled well array and a membrane 402 sealing the chip 400 over the well array, and thus the surface of the membrane 402 in contact with the chip 400. Has an imprint of each of the wells with the well content sample attached thereto (eg, stuck), as shown in FIG. 4B, when peeled from the chip 400. FIG. 4C is an image of a stamped membrane surface formed by contact with a well array in accordance with embodiments.

膜は、不透過性、半透過性、選択的透過性、差分透過性、および/またはマイクロウェル高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルへ少なくとも1つの栄養素が拡散するのを可能にする部分的透過性であり得る。例えば、膜は天然物質および/または合成物質で構成されてよい。膜は、ヒドロゲル層および/または濾紙を組み込み得る。複数の実施形態では、マイクロウェル内の細胞の少なくとも幾つかあるいは全てを保持できる程に十分小さいサイズの孔を有する膜が選択される。哺乳動物細胞に関しては、孔のサイズは数ミクロンであってよく、それでも細胞を保持できる。しかしながら、複数の実施形態においては、孔のサイズは、例えば0.1μmのような、約0.2μm以下の場合がある。膜直径と孔のサイズは材料次第である。例えば、親水性ポリカーボネート膜を利用でき、そのための直径は約10mmから約3000mmの範囲に、そして孔のサイズは約0.01μmから約30.0μmの範囲にあってよい。不透過性の膜は、ゼロにほぼ等しい孔のサイズを有する。不透過膜を使う実施形態では、その膜での封止に先立ってあらゆる栄養素がマイクロウェルに供給されなければならない。気体透過性であるが液体透過性でない膜は、マイクロウェルへの酸素およびマイクロウェルからの二酸化炭素を受け入れ得る。その膜は、限定された孔のサイズを有してよいあるいは有してはならない複雑な構造を持ち得る。しかしながら、それらの孔はナノメートル程度であり得る。膜を選ぶに際しての他の要素としては、コスト、密封性能および/または殺菌性能などが含まれ得る。   The membrane is impermeable, semi-permeable, selectively permeable, differentially permeable, and / or partially permeable to allow diffusion of at least one nutrient into at least one microwell of the microwell high density array Can be sexual. For example, the membrane may be composed of natural and / or synthetic substances. The membrane may incorporate a hydrogel layer and / or a filter paper. In embodiments, a membrane is selected that has pores of a size small enough to retain at least some or all of the cells in the microwell. For mammalian cells, the size of the pores may be several microns and still retain the cells. However, in embodiments, the size of the holes may be about 0.2 μm or less, such as 0.1 μm. Membrane diameter and pore size are up to the material. For example, a hydrophilic polycarbonate membrane may be utilized, for which the diameter may be in the range of about 10 mm to about 3000 mm and the pore size may be in the range of about 0.01 μm to about 30.0 μm. The impermeable membrane has a pore size approximately equal to zero. In embodiments that use an impermeable membrane, all nutrients must be supplied to the microwell prior to sealing with the membrane. Membranes that are gas permeable but not liquid permeable can receive oxygen to the microwells and carbon dioxide from the microwells. The membrane may have a complex structure which may or may not have a limited pore size. However, their pores may be on the order of nanometers. Other factors in selecting a membrane may include cost, sealing performance and / or sterilization performance and the like.

基材は、第1表面からその第1表面に向き合う第2表面へと伸ばされたマイクロウェルアレイを画定し得る。マイクロチャネルは、第1表面に第1開口を、第2表面に第2開口を有し得る。第1膜は、少なくとも1つのマイクロチャネル内の細胞個体群の少なくとも幾つかが第1表面に付着するように第1表面の少なくとも1部分に貼り付けられ得る。第2着脱可能膜は、少なくとも1つのマイクロチャネル内の細胞個体群の少なくとも幾つかが第2表面に付着するように第2表面の少なくとも1部分に貼り付けられ得る。少なくとも1つのマイクロチャネル内の細胞固体群は、少なくとも1つのマイクロチャネル内の細胞固体群の少なくとも幾つかが第1膜に付着したままで第1膜をおよび/または少なくとも1つのマイクロチャネル内の細胞固体群の少なくとも幾つかが第2膜に付着したままで第2膜を引き剥がすことによって試料採取され得る。   The substrate may define a microwell array extended from a first surface to a second surface facing the first surface. The microchannel may have a first opening on the first surface and a second opening on the second surface. The first membrane may be affixed to at least a portion of the first surface such that at least some of the cell populations in the at least one microchannel adhere to the first surface. The second removable membrane may be affixed to at least a portion of the second surface such that at least some of the cell populations in the at least one microchannel adhere to the second surface. The group of cell solids in the at least one microchannel is a cell in the first membrane and / or the cell in the at least one microchannel while at least some of the group of cell solids in the at least one microchannel remain attached to the first membrane The at least some of the solid groups can be sampled by peeling off the second membrane while remaining attached to the second membrane.

“ハイスループット”という語は、システムあるいは方法が有する非常に大きな数の実験を平行あるいは連続して迅速に行うことを可能にする能力を意味し得る。“ハイスループット”システムの一例は、此処で述べるように、1つ以上の生物学的実体を、少なくとも1つの代謝生成物、酵素、タンパク質、核酸、表現型、突然変異、代謝経路、遺伝子、適応型および能力について検査するために、調製、培養および/または多数の化学、遺伝、薬学、光学および/または画像分析を行う細胞生物学技法を備えた自動装置を含み得る。複数の実施形態によれば、“ハイスループット”は、少なくとも約96実験から少なくとも約10,000,000実験に及ぶ規模の実験を同時あるいはほぼ同時に行うことを意味し得る。   The term "high throughput" may mean the ability of a system or method to perform very large numbers of experiments in parallel or in succession. One example of a "high-throughput" system, as described herein, is one or more biological entities comprising at least one metabolite, enzyme, protein, nucleic acid, phenotype, mutation, metabolic pathway, gene, adaptation It may include an automated apparatus equipped with cell biology techniques to prepare, culture and / or perform multiple chemistries, genetics, pharmaceuticals, optics, and / or image analysis to test for type and ability. According to embodiments, "high throughput" may mean that experiments ranging in size from at least about 96 experiments to at least about 10,000,000 experiments are performed simultaneously or nearly simultaneously.

ここに開示のシステム、装置、キットおよび方法は、生物学的実体(例えば細胞)のマトリックスに対して種々の条件のハイスループット選別に使うことができる。“ウェル内ウェル”概念は、多重レベルの機能層を有するように基材あるいはチップを製造する(例えば、微細加工する)ことによって要求あるいは望まれる如何なるレベル(即ち、ウェル内ウェル内ウェル内ウェル等)でも実現され得る。第1機能層は、実験ユニット(例えば、ウェル)アレイを画定できる。実験ユニットの各々は、次の実験ユニット(例えば、マイクロウェル)アレイを画定するステップによってもう一つの機能層を提供する。このことによって、多重実験あるいは試験を単一チップで同時に行えることから、ハイスループット操作が可能となる。   The systems, devices, kits and methods disclosed herein can be used for high throughput screening of various conditions against matrices of biological entities (eg cells). The “in-well well” concept refers to any level required or desired by fabricating (eg, microfabricating) a substrate or chip to have multiple levels of functional layers (ie, in-well in-well, etc.) ) Can also be realized. The first functional layer can define an experimental unit (eg, well) array. Each experimental unit provides another functional layer by defining the next experimental unit (eg, microwell) array. This allows high throughput operation because multiple experiments or tests can be performed simultaneously on a single chip.

例えば、図3Aおよび図3Bにおいて、ガスケット306が膜304の上面に置かれ、その膜は複数の実施形態に従う微細加工デバイス300のウェルアレイ302に施されている。ガスケット306は1つの開口のみを有する。しかしながら、更なる実施形態では、1つのより小さな開口を有する多重のより小型なガスケットあるいは複数のより小さな開口を有する単一ガスケットをデバイスの上面(膜を備えていてもいなくても)に置き、それによって機能層、あるいは次の機能層を備えたより大きな実験ユニットのアレイあるいはそこに位置する次の実験ユニットアレイ(例えば、ウェル302)を形成するステップが出来る。   For example, in FIGS. 3A and 3B, a gasket 306 is placed on top of the membrane 304, which is applied to the well array 302 of the microfabricated device 300 according to several embodiments. The gasket 306 has only one opening. However, in further embodiments, multiple smaller gaskets with one smaller opening or a single gasket with multiple smaller openings are placed on the top of the device (with or without membranes), This can lead to the step of forming a functional layer, or an array of larger experimental units with the next functional layer, or the next experimental unit array (eg, well 302) located there.

多重レベルの機能層があれば、例えば、複数の栄養素あるいは栄養素調合物を、同時にあるいはほぼ同時に試験できる。同じ方式が、例えば、代謝産物あるいは細胞の特異機能について検査するあるいは自然環境派生栄養素から微生物を引き離して別の栄養素にするために使用され得る。   With multiple levels of functional layers, for example, multiple nutrients or nutrient formulations can be tested simultaneously or nearly simultaneously. The same scheme can be used, for example, to test for specific functions of metabolites or cells or to separate microbes from natural environment-derived nutrients into other nutrients.

実験ユニットは、微細加工デバイス表面の所定部位である。例えば、チップの表面を、所定部位の第1アレイに細胞を固定化するように、設計することができる。これらの所定部位は、ウェル、マイクロウェル、マイクロチャネルおよび/または指定固定化部位であり得る。例えば、表面がマイクロウェルアレイを画定するように微細加工されてよい。そのアレイは、基材に壁あるいは追加壁を画定するステップによって数区画に分けることができる。例えば、その表面がウェルの第1アレイを最初に画定するように微細加工されてよく、そこでは各ウェルの内部表面が、マイクロウェル、マイクロチャネルあるいは固定化部位の第2アレイを画定するように、順に加工される。もう1つの例においては、その表面を、マイクロウェルアレイを画定するように、加工でき、そしてもう1つの基材(例えば、寒天、プラスチックあるいはその他の物質)を、その表面およびそれによって画定されるマイクロウェルを仕切るように、その表面に塗ることができる。各ウェル、マイクロウェル、マイクロチャネルおよび/または固定化部位を、少なくとも1つの細胞を収容して増殖させるように構築し得るが、しかし使用において、どの所定ウェル、マイクロウェル、マイクロチャネルあるいは固定化部位も実際のところ1つ以上の細胞を収容および/または増殖させ得るあるいはさせ得ない。実験ユニットの型は置き換え可能であり得る。例えば、マイクロウェルを特に記述するこの文書中の実施形態は、それらのマイクロウェルがすくなくとも部分的にマイクロチャネル、固定化部位および/または他の型の実験ユニットと置き換えられる実施形態を開示することもまた意図している。   The experimental unit is a predetermined portion of the surface of the microfabricated device. For example, the surface of the chip can be designed to immobilize the cells in a first array of predetermined sites. These predetermined sites may be wells, microwells, microchannels and / or designated immobilization sites. For example, the surface may be microfabricated to define a microwell array. The array can be divided into sections by defining walls or additional walls in the substrate. For example, the surface may be microfabricated to first define a first array of wells, where the inner surface of each well defines a second array of microwells, microchannels or immobilization sites. , Are processed in order. In another example, the surface can be processed to define a microwell array, and another substrate (eg, agar, plastic or other substance) can be defined by the surface and thereby It can be applied to the surface as it divides the microwell. Each well, microwell, microchannel and / or immobilization site may be constructed to accommodate and grow at least one cell, but in use any given well, microwell, microchannel or immobilization site In fact, one or more cells may or may not be accommodated and / or expanded. The type of experimental unit may be interchangeable. For example, the embodiments in this document that specifically describe microwells may also disclose embodiments in which the microwells are at least partially replaced by microchannels, immobilization sites and / or other types of experimental units. Also intended.

微細加工デバイスの1か所以上の部分は、選択され、処理され、および/または特別な表面化学性を有する様に表面化学性改質剤で塗布され得る。例えば、基材表面の少なくとも1部分は、細胞を寄せ付けないおよび/または細胞の表面へ貼りつく傾向を減じる第1の表面特性あるいは細胞を引き寄せおよび/または細胞の表面へ貼りつく傾向を高める第2の表面特性付きで設計され得る。標的細胞の種類によるが、物質および/または塗膜は疎水性および/または親水性であり得る。基材の上部表面の少なくとも1部分は、標的細胞を寄せ付けないおよび/または標的細胞のその表面に貼りつく傾向を減じる第1の表面特性を有する様に、処理されてよい。その一方で、各実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルの内部表面の少なくとも1部分は、標的細胞を引き寄せて標的細胞が実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルを占める傾向を高める第2の特性を有する様に、処理されてよい。基材の1つの表面は異なった表面特性を備えた複数の部分を有してよい。   One or more portions of the microfabricated device can be selected, treated, and / or coated with a surface chemistry modifier to have particular surface chemistry. For example, at least a portion of the substrate surface may have a first surface property that reduces the tendency to stick cells and / or a tendency to stick to the cell surface or a second that enhances the tendency to draw cells and stick to the cell surface. Can be designed with surface characteristics of Depending on the type of target cell, the substance and / or the coating may be hydrophobic and / or hydrophilic. At least a portion of the upper surface of the substrate may be treated to have a first surface property that does not repel target cells and / or reduce the tendency of target cells to stick to that surface. On the other hand, at least one part of the inner surface of each experimental unit, well or microwell has a second property that attracts target cells and makes them more prone to occupy experimental units, wells or microwells, It may be processed. One surface of the substrate may have multiple portions with different surface properties.

表面化学性改質剤は、化学蒸着法、電気穿孔法、プラズマ処理および/または電解析出法を使って施すことができる。表面化学性改質剤は、表面電位、ルンド電位、ゼータ電位、表面形態、疎水性および/または親水性を制御できる。表面化学性改質剤は、シラン、高分子電解質、金属、高分子、抗体および/または血漿などを含み得る。例えば、表面化学性改質剤はオクタデシルトリクロロシラン等であってよい。表面化学性改質剤は、例えばモノラウリン酸ポリオキシエチレン(20)ソルビタンおよび/またはポリエチレングリコールp−(1、1、3、3−テトラメチルブチル)−フェニルエーテルの様な、動的共重合体を含み得る。表面化学性改質剤は、例えばポロクサマー407、ポリ(L−リジン)および/またはポリ(エチレングリコール)−ポリ(l−リジン)ブロック共重合体の様な、静的共重合体を含み得る。   The surface chemistry modifier can be applied using chemical vapor deposition, electroporation, plasma treatment and / or electrolytic deposition. The surface chemistry modifier can control surface potential, Rund potential, zeta potential, surface morphology, hydrophobicity and / or hydrophilicity. Surface chemistry modifiers may include silanes, polyelectrolytes, metals, polymers, antibodies and / or plasma and the like. For example, the surface chemistry modifier may be octadecyltrichlorosilane or the like. Surface chemistry modifiers are, for example, dynamic copolymers, such as polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate and / or polyethylene glycol p- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) -phenyl ether May be included. The surface chemistry modifier may comprise a static copolymer, such as, for example, poloxamer 407, poly (L-lysine) and / or poly (ethylene glycol) -poly (l-lysine) block copolymer.

細胞のマトリックスに対して種々の条件を選別するための装置は、マイクロウェルアレイを画定する表面を有する基材を含み得る。マイクロウェルアレイの数区画は、(例えば、より大きなウェルあるいは壁によって)サブアレイに分割され得る。基材は微細加工で作られ得る。各マイクロウェルは、生物学的実体(例えば、細胞)を収容し且つ増殖させ得る。結果として得た生物学的実体(例えば、細胞)のマトリックスは、生物学的実体の高密度マトリックスであり得る。第1アレイおよび/または第2アレイは、平面、概ね平面、および/または多重平面(例えば、ロール上で)であり得る。   An apparatus for sorting various conditions against a matrix of cells may include a substrate having a surface defining a microwell array. Several sections of the microwell array can be divided into subarrays (eg, by larger wells or walls). The substrate can be made by microfabrication. Each microwell can contain and grow a biological entity (eg, a cell). The resulting matrix of biological entities (eg, cells) can be a high density matrix of biological entities. The first array and / or the second array may be planar, generally planar, and / or multi-planar (eg, on a roll).

“高分解能”という用語は、数多くの利用可能実験を区別するシステムあるいは方法の能力を意味し得る。例えば、“高分解能”システムあるいは方法は、約1nmから約800μmの直径を有する1つの実験ユニットを高密度実験ユニット含有の微細加工デバイスから選択することができる。微細加工デバイスあるいはチップの基材は、約10,000,000あるいはそれ以上のマイクロウェルを組み込むことができる。例えば、マイクロウェルアレイは、少なくとも96箇所、少なくとも1,000箇所、少なくとも5,000箇所、少なくとも10,000箇所、少なくとも100,000箇所、少なくとも500,000箇所、少なくとも1,000,000箇所、少なくとも5,000,000箇所、あるいは10,000,000箇所の格納場所を含み得る。   The term "high resolution" may mean the ability of the system or method to distinguish a large number of available experiments. For example, a "high resolution" system or method can select one experimental unit having a diameter of about 1 nm to about 800 μm from a microfabricated device containing a high density experimental unit. The substrate of the microfabricated device or chip can incorporate about 10,000,000 or more microwells. For example, the microwell array may include at least 96, at least 1,000, at least 5,000, at least 10,000, at least 100,000, at least 500,000, at least 1,000,000, at least 5,000,000, or 10,000,000 storage locations.

マイクロウェルの表面密度は、cm2当たり約500マイクロウェルから約160,000マイクロウェル、あるいはそれ以上であり得る。微細加工デバイスあるいはチップの基材は、cm2当たり少なくとも150マイクロウェル、cm2当たり少なくとも250マイクロウェル、cm2当たり少なくとも400マイクロウェル、cm2当たり少なくとも500マイクロウェル、cm2当たり少なくとも750マイクロウェル、cm2当たり少なくとも1,000マイクロウェル、cm2当たり少なくとも2,500マイクロウェル、cm2当たり少なくとも5,000マイクロウェル、cm2当たり少なくとも7,500マイクロウェル、cm2当たり少なくとも10,000マイクロウェル、cm2当たり少なくとも50,000マイクロウェル、cm2当たり少なくとも100,000マイクロウェル、あるいはcm2当たり少なくとも160,000マイクロウェルのマイクロウェル表面密度を有し得る。 The surface density of the microwells can be from about 500 microwells per cm 2 to about 160,000 microwells or more. The substrate microfabricated device or chip, cm 2 per at least 150 microwells cm 2 per at least 250 microwells cm 2 per at least 400 microwells cm 2 per at least 500 microwells cm 2 per at least 750 micro-wells, per cm 2 of at least 1,000 microwells, per cm 2 of at least 2,500 microwells, per cm 2 of at least 5,000 microwells, per cm 2 of at least 7,500 microwells, per cm 2 of at least 10,000 micro-wells, per cm 2 of at least 50,000 micro-wells, cm 2 per can have a microwell surface density of at least 100,000 microwells or per cm 2 of at least 160,000 microwells.

マイクロウェルの大きさは、ナノスケール(例えば、約1から約100ナノメートルの直径)からミクロスケール以上までの幅があり得る。例えば、各マイクロウェルは、約1μmから約800μmの直径、約25μmから約500μmの直径、あるいは約30μmから約100μmの直径を有し得る。マイクロウェルの有し得る直径は、約1μmまたは1μm未満、約5μmまたは5μm未満、約10μmまたは10μm未満、約25μmまたは25μm未満、約50μmまたは50μm未満、約100μmまたは100μm未満、約200μmまたは200μm未満、約300μmまたは300μm未満、約400μmまたは400μm未満、約500μmまたは500μm未満、約600μmまたは600μm未満、約700μmまたは700μm未満、あるいは約800μmまたは800μm未満であり得る。   The size of the microwells can range from nanoscale (eg, a diameter of about 1 to about 100 nanometers) to microscale or more. For example, each microwell may have a diameter of about 1 μm to about 800 μm, a diameter of about 25 μm to about 500 μm, or a diameter of about 30 μm to about 100 μm. The microwell may have a diameter of less than about 1 μm or 1 μm, about 5 μm or less than 5 μm, about 10 μm or less than 10 μm, about 25 μm or less than 25 μm, about 50 μm or less than 50 μm, about 100 μm or less than 100 μm or less than about 200 μm or 200 μm or less , Less than about 300 μm or 300 μm, less than about 400 μm or 400 μm, less than about 500 μm or 500 μm, less than about 600 μm or 600 μm, about 700 μm or less than 700 μm, or less than about 800 μm or 800 μm.

マイクロウェルは、約500μmから約5000μmの深さ、約1μmから約500μmの深さ、あるいは約25μmから約100μmの深さを有し得る。マイクロウェルの有し得る深さは、約1μm、約5μm、約10μm、約25μm、約50μm、約100μm、約200μm、約300μm、約400μm、約500μm、約600μm、約700μm、約800μm、約1,000μm、約1,500μm、約2,000μm、約3,000μm、あるいは約5,000μmであり得る。   The microwells can have a depth of about 500 μm to about 5000 μm, a depth of about 1 μm to about 500 μm, or a depth of about 25 μm to about 100 μm. The depth of the microwell may be about 1 μm, about 5 μm, about 10 μm, about 25 μm, about 50 μm, about 100 μm, about 200 μm, about 300 μm, about 400 μm, about 500 μm, about 600 μm, about 700 μm, about 800 μm, about It may be 1,000 μm, about 1,500 μm, about 2,000 μm, about 3,000 μm, or about 5,000 μm.

各マイクロウェルは、円形、六角形あるいは正方形の開口を有し得る。各マイクロウェルは側壁を伴い得る。それらの側壁は、垂直の、傾斜したあるいは湾曲した断面形状を有し得る。少なくとも1つの特有の位置特異性タグが、以下で更に述べるように、高密度マクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに割り付けられて種の識別およびマイクロウェルの高密度アレイの特異的なマイクロウェルへの種の相関を容易に成し得る。その少なくとも1つの特異タグは、その1つのマイクロウェルの底および/または少なくとも1つの側面に割り付けおよび/または配置され得る。その少なくとも1つの特異タグは、少なくとも1つの生物学的実体の標的核酸断片へアニールするための標的特異性ヌクレオチド配列およびマイクロウェルの高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルを識別するための位置特異性ヌクレオチド配列を備えた核酸分子を組み込み得る。   Each microwell may have a circular, hexagonal or square opening. Each microwell may be accompanied by sidewalls. The sidewalls may have vertical, beveled or curved cross-sectional shapes. At least one unique regiospecific tag is assigned to at least one microwell of the high density macrowell array to identify species and to specific microwells of the high density array of microwells, as described further below. Can easily be correlated. The at least one specific tag may be assigned and / or arranged at the bottom and / or at least one side of the one microwell. The at least one specific tag is a target specific nucleotide sequence for annealing to a target nucleic acid fragment of at least one biological entity and position specificity for identifying at least one microwell of a high density array of microwells A nucleic acid molecule provided with a nucleotide sequence can be incorporated.

例えば、微細加工デバイスあるいはチップの基材は、約4インチ×4インチの大きさの表面を有し得る。その表面は、おおよそ1億個のマイクロウェルのアレイを画定し得る。マイクロウェルアレイを壁によって約100の小区画に分割できおよび/または基材は約100ウェルのアレイを画定できる、すなわち各小区画あるいはウェル内で画定された約100万のマイクロウェルは合計で約1億のマイクロウェルとなる。異なった栄養素を試験する使用例に関しては、自然環境試料からの微生物は、個々の微生物あるいは微生物クラスターがチップ上のマイクロウェルに分配されるように、チップに装填でき、そこでは各マイクロウェルはより大きなウェルの下部に設置されている。より大きなウェルの各々は、異なる100の栄養素を同一のチップ上で並行してあるいは連続して試験できるように、実験ユニットを組み込むことができる、即ち各ウェルは100万までの試験例をまかなうことができる。   For example, the substrate of the microfabricated device or chip may have a surface that is approximately 4 inches by 4 inches in size. The surface may define an array of approximately 100 million microwells. The microwell array can be divided by walls into about 100 small compartments and / or the substrate can define an array of about 100 wells, ie, about one million microwells defined in each small compartment or well, totaling about It will be 100 million micro wells. For use cases to test different nutrients, microorganisms from natural environmental samples can be loaded onto the chip such that individual microorganisms or microbial clusters are distributed to the microwells on the chip, where each microwell is It is located at the bottom of a large well. Each larger well can incorporate experimental units so that 100 different nutrients can be tested in parallel or sequentially on the same chip, ie each well covers up to 1 million test cases Can.

標的細胞は、古細菌、細菌あるいは真核生物(例えば、菌類、植物あるいは動物)であり得る。例えば、標的細胞は、好気性、嫌気性および/または条件的好気性微生物のような微生物であってよい。例えば細胞個体数、細胞成分および/または細胞生成物への増殖あるいは他の効果を分析および比較するために、異なる栄養素が標的細胞の組成物を使い並行してあるいは連続して試験され得る。標的細胞の組成物は、例えば一種以上のウイルス(例えばバクテリオファージ)、細胞表面(例えば、細胞膜、細胞壁)、代謝産物、ビタミン、ホルモン、神経伝達物質、抗体、アミノ酸、酵素、タンパク質、糖類、ATP、脂質、ヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸(例えばDNAあるいはRNA)、表現型、突然変異体、代謝経路、遺伝子および適応性のような、細胞の成分、生成物、および/または機能について検査され得る。   The target cells may be archaebacteria, bacteria or eukaryotes (eg, fungi, plants or animals). For example, target cells may be microorganisms such as aerobic, anaerobic and / or conditional aerobic microorganisms. Different nutrients can be tested in parallel or sequentially using the composition of the target cells, for example, to analyze and compare cell population, proliferation and other effects on cell components and / or cell products. The composition of the target cell can be, for example, one or more viruses (eg, bacteriophage), cell surface (eg, cell membrane, cell wall), metabolites, vitamins, hormones, neurotransmitters, antibodies, amino acids, enzymes, proteins, saccharides, ATP It may be tested for cellular components, products, and / or functions, such as lipids, nucleosides, nucleotides, nucleic acids (eg, DNA or RNA), phenotypes, mutations, metabolic pathways, genes and adaptability.

細胞の組成物は、自然環境試料抽出物および/または希釈物を含み得る。その自然環境試料抽出物および/または希釈物は、1種以上の生物組織(例えば、結合組織、筋肉、神経、上皮、植物表皮、維管束、土壌等)、生物液あるいは他の生物産物(例えば、羊水、胆汁、血液、脳脊髄液、耳垢、浸出物、糞便、胃液、間質液、細胞内液、リンパ液、乳汁、鼻汁、ルーメン内容物、唾液、皮脂、精液、汗、尿、膣分泌物、吐瀉物等)、微生物懸濁液、(例えば種々の気体成分を伴う)空気、超臨界二酸化炭素、(例えば、ミネラル、有機物、気体、液体、微生物等を伴う)土壌、(例えば、農業、海洋等の)堆積物、生きている有機物(例えば、植物、昆虫、その他の小生物および微生物)、死んだ有機物、馬草(例えば、牧草、豆科植物、貯蔵牧草、作物残留物等)、ミネラル、(例えば、動物、植物、石油化学由来の)油あるいは油製品、アルコール、緩衝物、有機溶媒、水(例えば、天然の真水、飲料水、海水等)および/または汚水(例えば、衛生、商業、工業および/または農業廃水、および表面流出物)およびその他を含み得る。   The composition of cells may comprise natural environment sample extracts and / or dilutions. The natural environment sample extract and / or dilution may include one or more biological tissue (eg, connective tissue, muscle, nerve, epithelium, plant epidermis, vascular bundles, soil, etc.), biological fluid or other biological product (eg, , Amniotic fluid, bile, blood, cerebrospinal fluid, earlobe, exudates, feces, gastric fluid, interstitial fluid, intracellular fluid, lymph fluid, milk, nasal fluid, rumen contents, saliva, sebum, semen, sweat, urine, vaginal secretion , Sediments, etc.), microbial suspensions, air (eg with various gaseous components), supercritical carbon dioxide, soil (eg with minerals, organics, gases, liquids, microbes etc), eg, agriculture , Marine, etc.), living organic matter (eg, plants, insects, other small organisms and microorganisms), dead organic matter, equine grass (eg, grass, legumes, stored grass, crop residues etc.) , Minerals, (eg, animals, plants, petrochemical ) Oil or oil products, alcohol, buffers, organic solvents, water (eg, natural fresh water, drinking water, seawater etc.) and / or sewage (eg, hygiene, commercial, industrial and / or agricultural wastewater, and surface runoff And others may be included.

1つの方法は、細胞を含む組成物を微細加工デバイスへの適用(例えば、装填)に先立ち、細胞と自然環境試料抽出物および/または希釈物とを組み合わせて組成物を調製するステップを含み得る。その方法は更に、自然環境試料抽出物および/または希釈物を液化するステップ含む場合がある。組成物内の細胞濃度は、実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル1個当たりの1細胞の標的配分に合わせ得る。   One method may include the step of preparing the composition by combining the cell and a natural environment sample extract and / or dilution prior to application (eg, loading) of the composition containing cells to a microfabricated device . The method may further comprise the step of liquefying the natural environment sample extract and / or dilution. The concentration of cells in the composition may be matched to the target distribution of one cell per experimental unit, well or microwell.

試料が複数個の細胞あるいはウイルスを含む場合、試料内のそれら細胞は、微細加工デバイスに播された後で溶解されて、核酸分子を放出し得る。細胞は、例えばアルカリ性曝露のような化学処理、洗剤、音波処理、タンパク質分解酵素Kあるいはリゾチーム曝露を使って細胞を溶解し得る。細胞は、加熱によっても溶解され得る。   If the sample contains multiple cells or viruses, those cells in the sample may be lysed after being seeded on the microfabricated device to release the nucleic acid molecules. The cells can be lysed using, for example, chemical treatments such as alkaline exposure, detergents, sonication, proteolytic enzyme K or lysozyme exposure. The cells can also be lysed by heating.

図5Aは、複数の実施形態に従って1つの試料から細胞を単離するための1つの方法を説明する作業ステップ図である。ステップ500において、試料を得る。ステップ502においては、物理的技法(例えば、混合および/または音波処理)および化学的技法(例えば、キレート剤、洗剤および/または酵素)の少なくとも1つを使って、試料を均一化および/または分散化する。ステップ504においては、均一化およびまたは分散化された試料内の細胞は、例えばNycodenz(登録商標)非粒子状媒体(プロゲンビオテクニクGmbH、ハイデルベルグ、ドイツ、から入手可能)を使う密度遠心法によって分離される。   FIG. 5A is an operational step diagram illustrating one method for isolating cells from one sample according to embodiments. At step 500, a sample is obtained. In step 502, the sample is homogenized and / or dispersed using at least one of physical techniques (eg, mixing and / or sonication) and chemical techniques (eg, chelating agents, detergents and / or enzymes). Turn In step 504, the cells in the homogenized and / or dispersed sample are for example by density centrifugation using Nycodenz® non-particulate medium (available from Progenbiotechnic GmbH, Heidelberg, Germany) It is separated.

図5Bは、複数の実施形態に従って1つの土壌試料から細胞を単離する方法を説明する一覧図である。パネル506は、土壌試料を表示している。パネル508は、試験管内で均質化されおよびまたは分散された試料を表示している。パネル510は、遠心分離後に可溶堆積物512、細胞514、不溶堆積物516およびNycodenz(登録商標)518に分離した試料を表示している。   FIG. 5B is a chart illustrating a method of isolating cells from one soil sample according to embodiments. Panel 506 displays the soil sample. Panel 508 displays the samples homogenized and / or dispersed in a test tube. Panel 510 displays samples separated into soluble sediment 512, cells 514, insoluble sediment 516 and Nycodenz® 518 after centrifugation.

図6は、複数の実施形態に従って1つの試料から細胞を単離しそして培養する方法を説明する作業ステップ図である。ステップ600において、試料を得る。ステップ602において、その得られた試料から少なくとも1細胞を抽出する。ステップ604において、微細加工デバイスあるいはチップの少なくとも1つの高密度マイクロウェルアレイにその少なくとも1つの抽出された細胞を装填する。ステップ604には、その少なくとも1つの抽出細胞を伴う細胞濃度を用意、少なくとも1つの栄養素/培地を選択、および/または少なくとも1つの膜の選択を組み込み得る。ステップ606には、マイクロウェルアレイの少なくとも1部分が少なくとも1つの選択された膜によって密閉されてそれらのマイクロウェルに関する細胞濃度を保持する。ステップ608において、チップが培養目的で温められる。ステップ608には、温度選択、(例えば、好気性かあるいは嫌気性かの)雰囲気の決定、および/または培養時間の決定を組み込み得る。ステップ610において、チップは分割されおよび/または(例えば、ピッカーを使って)複製がつくられ、結果としてここに述べた方法に従って培養された細胞を2部もたらすことになる。例えば、少なくとも1枚の膜が培養細胞の1部分を付着した儘で剥がされる、あるいは培養細胞を試料として取り出すために剥がされるかまたは突き破られる場合がある。省略可のステップ612において、培養細胞の1部が識別のために犠牲にされる。ステップ612には、PCR、配列決定、および/または様々なデータ解析を組み込み得る。ステップ614において、対象物の菌株が識別される。更なる培養、試験、および/または識別を、例えば対象物の菌株およびまたは培養細胞の残部を使って行い得る。   FIG. 6 is a working step diagram illustrating a method of isolating and culturing cells from one sample according to embodiments. At step 600, a sample is obtained. At step 602, at least one cell is extracted from the obtained sample. At step 604, at least one high density microwell array of microfabricated devices or chips is loaded with the at least one extracted cell. Step 604 may provide a cell concentration with the at least one extracted cell, incorporate at least one nutrient / media selection, and / or at least one membrane selection. At step 606, at least a portion of the microwell array is sealed by at least one selected membrane to maintain the cell concentration for those microwells. At step 608, the chip is warmed for culture purposes. Step 608 may incorporate temperature selection, determination of atmosphere (eg, aerobic or anaerobic), and / or determination of incubation time. In step 610, the chip is divided and / or replicated (eg, using a picker), resulting in two parts of cells cultured according to the methods described herein. For example, at least one membrane may peel off a portion of the cultured cells with the attached scissors, or it may be peeled off or pierced to extract the cultured cells as a sample. In optional step 612, a portion of the cultured cells are sacrificed for identification. Step 612 may incorporate PCR, sequencing, and / or various data analysis. At step 614, a strain of interest is identified. Further culturing, testing and / or identification may be performed, for example using the strain of interest and / or the remainder of the cultured cells.

図7は、複数の実施形態に従って複合試料を単離して培養する方法を図解する一覧図である。パネル700には、複合試料、特に微生物叢試料702および土壌試料704、の例が示されている。パネル706では、例えば図5Aおよび図5Bに図解されたプロトコルを使って、試料から少なくとも1つの細胞が抽出されている。パネル708では、少なくとも1つの抽出細胞(および何らかの自然環境抽出物および希釈物)が、少なくとも1つの高密度マイクロウェルアレイ710を有する微細加工デバイスあるいはチップに装填されている。チップ710および試薬カートリッジ712が培養器714内に挿入される場合がある。試薬は、増殖のための栄養需要および/または種々の選抜目的を維持するために、液体を加えるのに役立得る。パネル716には、産出物、即ち培養細胞の単離菌株、が示されている。   FIG. 7 is a chart illustrating a method of isolating and culturing complex samples according to embodiments. Panel 700 shows an example of a complex sample, in particular a microflora sample 702 and a soil sample 704. In panel 706, at least one cell has been extracted from the sample using, for example, the protocols illustrated in FIGS. 5A and 5B. In panel 708, at least one extracted cell (and any natural environment extract and dilution) is loaded into a microfabricated device or chip having at least one high density microwell array 710. The tip 710 and the reagent cartridge 712 may be inserted into the incubator 714. The reagents can serve to add fluid to maintain the nutritional needs for growth and / or various selection objectives. Panel 716 shows the product, ie an isolated strain of cultured cells.

1つのマイクロウェルで増殖する細胞あるいは微生物の種あるいは分類系統を識別するためには、DNA塩基配列決定、核酸混成、質量分析、赤外分光測定、DNA増幅、遺伝因子あるいは他の種識別子を識別するための抗体結合およびその他を含む技法が必要とされる。多くの識別方法および処理ステップは微生物を消滅させるので、更なる培養および対象物の微生物の研究を妨げている。以後の培養、研究および特定の対象物のクローンの更なる育成を可能にしながら細胞あるいは微生物の識別の両方を可能にするために、幾つもの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル全般にわたって位置保全および微生物個体群の分離を維持しながら1つの基材あるいはチップ全般にわたって各実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルから試料を取って調べるために更なる実施形態が設計される。   Identification of DNA sequencing, nucleic acid hybridization, mass spectrometry, infrared spectroscopy, DNA amplification, genetic factors or other species identifiers to identify the species or taxonomic lineage of cells or microorganisms growing in one microwell Techniques involving antibody binding and others are required. Many identification methods and processing steps destroy the microbes, thus preventing further cultivation and study of the microbes of interest. Positional conservation and microbial individuals across several experimental units, wells or microwells, to allow both cell and microorganism identification while allowing subsequent culture, research and further breeding of clones of specific objects Further embodiments are designed to take samples from each experimental unit, well or microwell across a single substrate or chip while maintaining group separation.

上述のように基材は、更に幾つものシステム、キット、装置や方法を使って細胞個体群から試料を取って調べることを可能にし得る。例えば、採取装置が基材の第1表面に適用され得る。その装置は、第1表面と向き合う少なくとも1個の突起物を組み込み得る。その少なくとも1個の突起物は、各マイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットの開口直径よりも小さな直径を有している。その少なくとも1個の突起物は、少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニット内の細胞の1個体群の1部分が少なくとも1個の突起物に付着および/または結合するように、その細胞個体群を保持する少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットに挿入され得る。少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニット内の細胞個体群の試料は、少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニット内の細胞個体群の1部分が少なくとも1個の突起物に付着および/または結合したままで残るように、採取装置を基材の第1表面から取り除くことによって回収され得る。各突起物は、1本のピンまたは複数のピンまたはピン集合体であり得る。   As mentioned above, the substrate may allow for sampling and examination of the cell population using a number of additional systems, kits, devices and methods. For example, a collection device can be applied to the first surface of the substrate. The device may incorporate at least one protrusion facing the first surface. The at least one protrusion has a diameter smaller than the opening diameter of each microwell, well or experimental unit. The at least one protrusion is a cell population such that a portion of one population of cells in at least one microwell, well or experimental unit adheres to and / or binds to at least one protrusion. Can be inserted into at least one microwell, well or experimental unit that holds The sample of cell population in at least one microwell, well or experimental unit is attached and / or bound to at least one microwell, well or part of the cell population in experimental unit at least one protrusion It may be recovered by removing the removal device from the first surface of the substrate so as to remain. Each protrusion may be a pin or a plurality of pins or pin assemblies.

図8A〜図8Cは、複数の実施形態に従っての1本のピンあるは多数のピンによる採取の説明図である。チップ800は、顕微鏡802による検査および採取制御装置804による採取に提供される。図8Aにおいて、採取制御装置804は1本だけのピン806を有するアームを備えている。図8Bでは、多数のピン808を有するアームが示されている。図8Cは、採取ステップ進行中のチップの透視図である。   8A-8C are illustrations of single pin or multiple pin harvesting according to embodiments. The tip 800 is provided for inspection by the microscope 802 and collection by the collection controller 804. In FIG. 8A, the harvest control device 804 comprises an arm with only one pin 806. In FIG. 8B, an arm with multiple pins 808 is shown. FIG. 8C is a perspective view of the tip in progress of the harvesting step.

図9A〜図9Dは、複数の実施形態に従って1つのウェルの選抜を実際に行っている画像である。図9Aでは、そのウェルは満杯である。図9Bにおいて、ピンが所定位置へと動かされている。図9Cにおいて、そのウェルが選抜されている。図9Dにおいて、試料がそのウェルから取り出されている。   9A-9D are images that are actually selecting one well according to embodiments. In FIG. 9A, the well is full. In FIG. 9B, the pin has been moved into position. In FIG. 9C, the well is selected. In FIG. 9D, a sample has been removed from the well.

図10A〜図10Dは、複数の実施形態に従ってチップからの採取用器具を図解する一覧図である。図10Aにおいて、複数のピンを備えた器具は、複数のウェルを有するチップに位置合わせされている。図10Bにおいて、ピンがウェルに浸かるように器具が下げられている。図10Cにおいて、付着した試料を備えたピンが示され、それら試料は新しいチップへと移される。一方、図10Dでは、試料が器具自身に保持されるように器具を上下反転させている。   10A-10D are schematic diagrams illustrating a collection tool from a tip according to embodiments. In FIG. 10A, an instrument with multiple pins is aligned to a chip with multiple wells. In FIG. 10B, the device is lowered so that the pins are immersed in the wells. In FIG. 10C, pins with attached samples are shown, which are transferred to a new chip. On the other hand, in FIG. 10D, the device is turned upside down so that the sample is held by the device itself.

図11は、寒天薄層を突き通されたウェルの画像であり、複数の実施形態に従う膜あるいは密封層突き抜けを図示している。   FIG. 11 is an image of a well pierced with an agar thin layer, illustrating a membrane or sealing layer pierce through according to embodiments.

一方、少なくとも1つの突起物が少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットに浸される時、その少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニット内の細胞固体群の1部分は、その少なくとも1つの突起物の上方およびまわりへ移動した量であって、その移動量部分の少なくとも幾分かは基材の第1表面およびまたはその少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットの内部表面上方にあるものとする。その方法はまた、細胞固体群の移動量部分の少なくとも幾分かを集めることによってその少なくとも1つのマイクロウェル内の細胞固体群を試料として採取するステップを含んでいる。   On the other hand, when at least one protrusion is immersed in at least one microwell, well or experimental unit, a portion of the cell solid group in the at least one microwell, well or experimental unit is at least one protrusion The amount moved up and around the object, at least some of the movement portion being above the first surface of the substrate and / or the inner surface of at least one microwell, well or experimental unit thereof Do. The method also includes the step of taking the sample of cellular solid mass within the at least one microwell by collecting at least some of the mobile mass portion of the cellular solid mass.

同様の採取装置が基材の第1表面に向き合う第2表面へ適用され得る。その装置は、第2表面に向き合う少なくとも1つの突起物を組み込み得る。その少なくとも1つの突起物は、少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットの直径に略等しいまたはより小さい直径を有する。その少なくとも1つの突起物は、細胞の固体群を保持する少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットに対応する位置で第2表面へ押され、そして/あるいは細胞の固体群を保持するその少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットの中へ挿入されて、その少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニット内のその細胞個体群の1部分を基材の第1表面および/またはその少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットの内部表面の上方へ移動させることとする。細胞個体群の移動部分は、その後で収集され得る。その細胞個体群は、少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内のプラグ(例えば、ヒドロゲルあるいは寒天のような他の柔らかい物質)上に置かれ、少なくとも1つの突起物が第2表面へ押されそして少なくとも1つのマイクロウェルに挿入された少なくとも1つである時、そのプラグは移動させられ、それによって細胞個体群の1部を移動させるものとする。   A similar collection device can be applied to the second surface facing the first surface of the substrate. The device may incorporate at least one protrusion facing the second surface. The at least one protrusion has a diameter approximately equal to or smaller than the diameter of the at least one microwell, well or experimental unit. The at least one protrusion is pushed to the second surface at a location corresponding to at least one microwell, well or experimental unit holding a solid population of cells and / or at least one holding a solid population of cells One microwell, a well or experimental unit is inserted into the at least one microwell, well or part of the cell population in the experimental unit on the first surface of the substrate and / or at least one of the microbes Move up the well, well or the inner surface of the experimental unit. The mobile part of the cell population can then be collected. The cell population is placed on at least one experimental unit, a plug in a well or microwell (e.g. a hydrogel or other soft substance such as agar) and at least one protrusion is pushed to the second surface And when it is at least one inserted into at least one microwell, the plug shall be moved, thereby moving part of the cell population.

少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルからの細胞個体群の試料は、別の位置に保管され得る。更なる試料採取に先立ち、少なくとも1つの突起物を洗浄および/または殺菌し得る。その少なくとも1つの突起物の少なくとも1部分が、細胞の付着に有利な表面特性のための表面化学性改質剤で処理および/または塗布された物質で構成され得る。その少なくとも1つの突起物は、突起物配列であり得る。基材の第1表面に装置を適用するに際して、突起物配列は、実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルの対応アレイに挿入され得る。突起物配列の突起物数は、第1アレイ内の実験ユニット数、マイクロウェルの1つの第2アレイ内のマイクロウェル数、あるいは基材内のマイクロウェル総数に相当し得る。   Samples of cell populations from at least one experimental unit, well or microwell may be stored at another location. Prior to further sampling, at least one protrusion may be washed and / or sterilized. At least a portion of the at least one protrusion may be comprised of a material that has been treated and / or coated with a surface chemistry modifier for surface properties that favor cell attachment. The at least one protrusion may be a protrusion array. In applying the device to the first surface of the substrate, the protrusion array can be inserted into the corresponding array of experimental units, wells or microwells. The number of protrusions in the protrusion array may correspond to the number of experimental units in the first array, the number of microwells in one second array of microwells, or the total number of microwells in the substrate.

基材内の細胞固体群を試料採取するための別の装置は、第1表面と向き合う少なくとも1つの注射針および/またはナノピペットを組み込んでいる。その少なくとも1つの注射針および/またはナノピペットは、各マイクロウェルの開口直径より小さい外径と標的細胞直径に対応し得る内径を有している。その少なくとも1つの注射針および/またはナノピペットは、細胞の個体群を保持する少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルへ挿入される。その少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内細胞個体群の試料は、その少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルからその細胞個体群を引っ張り出すための圧力を使ってデバイスへ回収される。   Another apparatus for sampling cellular solid groups in a substrate incorporates at least one injection needle and / or nanopipette facing the first surface. The at least one injection needle and / or nanopipette has an outer diameter smaller than the open diameter of each microwell and an inner diameter that can correspond to the target cell diameter. The at least one injection needle and / or nanopipette is inserted into at least one experimental unit, well or microwell, which holds a population of cells. A sample of the at least one experimental unit, well or microwell cell population is collected into the device using pressure to pull the cell population out of the at least one experimental unit, well or microwell.

その少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルからの細胞個体群の試料は、別の位置に保管され得る。更なる試料採取に先立ち、その少なくとも1つの注射針およびまたはナノピペットを洗浄および/または殺菌し得る。その少なくとも1つの注射針および/またはナノピペットは、注射針アレイおよび/またはナノピペットアレイであり得る。微細加工基材の第1表面にその装置を適用するに際して、その注射針および/またはナノピペットアレイは実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルの対応アレイへ挿入され得る。注射針および/またはナノピペットアレイ内の注射針および/またはナノピペットの数は、第1アレイ内実験ユニット数、マイクロウェルの別の1アレイ内マイクロウェル数あるいは基材内マイクロウェル総数に相当し得る。   Samples of cell populations from the at least one experimental unit, well or microwell may be stored at another location. Prior to further sampling, the at least one injection needle and or nanopipette can be washed and / or sterilized. The at least one injection needle and / or nanopipette can be an injection needle array and / or a nanopipette array. In applying the device to the first surface of the microfabricated substrate, the injection needle and / or nanopipette array can be inserted into a corresponding array of experimental units, wells or microwells. The number of injection needles and / or nanopipettes in the injection needle and / or nanopipette array corresponds to the number of experimental units in the first array, the number of microwells in another array of microwells, or the total number of microwells in the substrate obtain.

基材内の細胞個体群を試料採取する別の方法は、流動体内に細胞個体群を保持している少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルへ集束させた音響エネルギーを加えることを含んでいる。集束させた音響エネルギーは、少なくとも1つのマイクロウェルから1小液滴を射出するのに効果的なやり方、例えば音波による小液滴の射出(ADE)、で加える場合がある(例えば、Sackmann 等、"Acoustical Micro- and Nanofluidics: Synthesis, Assembly and Other Applications," Proceedings of the 4th European Conference on Microfluidics (December 2014) を参照)。その小液滴は、少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内の細胞個体群の試料を含んでいる。その小液滴は、別の容器あるいは表面あるいは基材へ向けて送り出され得る。
基材は、第1表面の少なくとも1部分を含む第1片と第2表面の少なくとも1部分を含む第2片とを少なくとも含んでいる。それら第1片と第2片は、第1表面および第2表面に平行な平面の少なくとも1部分に沿って脱着可能に結び付けられている。その平面は、幾つもの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルを分割する。少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内の細胞個体群は、例えば少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内の細胞個体群の第1部分が第1片に付着したままで且つその少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェル内の細胞個体群の第2部分が第2片に付着したままで、第1片と第2片を切り離すことによって試料採取される。
Another method of sampling the cell population in the substrate involves applying focused acoustic energy to at least one experimental unit, well or microwell, holding the cell population in a fluid. . Focused acoustic energy may be applied in a manner effective to eject one small droplet from at least one microwell, such as small droplet ejection by acoustic waves (ADE) (eg, Sackmann et al., "Acoustical Micro- and Nanofluidics: Synthesis, Assembly and Other Applications," Proceedings of the 4th European Conference on Microfluidics (December 2014). The small droplet contains a sample of the cell population in at least one experimental unit, well or microwell. The droplets may be delivered to another container or surface or substrate.
The substrate at least includes a first piece including at least a portion of the first surface and a second piece including at least a portion of the second surface. The first and second pieces are removably coupled along at least a portion of a plane parallel to the first and second surfaces. The plane divides several experimental units, wells or microwells. The cell population in the at least one experimental unit, well or microwell may, for example, be such that the first portion of the cell population in the at least one experimental unit, well or microwell remains attached to the first piece and at least One experimental unit, a second part of the cell population in a well or microwell, remains attached to the second piece and is sampled by separating the first and second pieces.

図12は、複数の実施形態に従うチップ1200の1断面を示す図形である。チップ1200は、内容物で満たされたウェルアレイ1202を画定する基材を含んでいる。その基材は、第1片1206および第2片1208で構成されている。それら第1片1206と第2片1208は、ウェルアレイ1202に平行で且つそれを二分する平面に沿って脱着可能に結合されている。第1片1206と第2片1208が切り離される時、複数のウェル1202とそれらの内容物1204は分割されて、チップ1200の内容物1204の隔離と位置を維持する内容物1204の写し2部をもたらす。   FIG. 12 is a diagram showing one cross section of a chip 1200 according to multiple embodiments. Chip 1200 includes a substrate that defines a content-filled well array 1202. The substrate is composed of a first piece 1206 and a second piece 1208. The first piece 1206 and the second piece 1208 are detachably coupled along a plane parallel to and bisecting the well array 1202. When the first and second pieces 1206 and 1208 are separated, the plurality of wells 1202 and their contents 1204 are divided to provide two copies of the contents 1204 that maintain the isolation and position of the contents 1204 of the chip 1200. Bring.

各マイクロウェル、実験ユニットあるいはマイクロチャネルは、細胞個体群が第1部分と下部部分の両方で増殖できるようなそんな第1部分と下部部分にそのマイクロウェル、実験ユニットあるいはマイクロチャネルを部分的に分離する部分障壁を含み得る。細胞個体群を試料採取するに先立って、上述の方法は細胞個体群内の塊を分散および/または減少させることを含み得る。細胞個体群内細胞塊分散および/または減少には、音波処理、振盪、小粒子による分注等が含まれるが、これらに限定されるものではない。   Each microwell, experimental unit or microchannel has a partial separation of the microwell, experimental unit or microchannel in a first part and a lower part such that the cell population can grow in both the first part and the lower part Part barriers. Prior to sampling the cell population, the methods described above can include dispersing and / or reducing clumps within the cell population. Dispersion and / or reduction of cell mass within the cell population includes, but is not limited to sonication, shaking, dispensing with small particles, and the like.

上記の方法は、少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルからの細胞個体群試料を別の場所へ付着させることを更に含み得る。そのべつの場所は、対応する実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルのアレイであり得る。その別の場所は1つの単独容器であってもよい。少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルからの細胞個体群の試料は、次の培養用に維持され得る。一方、その細胞個体群の中でその少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルに残った細胞も次の培養用に維持され得る。   The above method may further comprise attaching a cell population sample from at least one experimental unit, well or microwell to another location. The other place may be the corresponding experimental unit, an array of wells or microwells. The other location may be one single container. Samples of cell populations from at least one experimental unit, well or microwell can be maintained for subsequent culture. Meanwhile, cells remaining in the at least one experimental unit, well or microwell in the cell population can also be maintained for the next culture.

上記の方法は、細胞固体群の試料および/または細胞個体群の残留細胞からの少なくとも1つの細胞を識別するステップを更に含み得る。このことは、DNA,cDNAおよび/またはRNA増幅、DNAおよび/またはRNA塩基配列決定、核酸分子混成物形成、質量分光法、およびまたは抗体結合を行うことを含み得る。一方、あるいはそれに加えて、それは少なくとも1つの細胞が由来した実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルを識別するステップをも含み得る。各実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルは、位置特異性ヌクレオチド配列を組み込んだ特異タグでしるし付けをされ得る。その実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルを識別するために、位置特異性ヌクレオチド配列が、配列決定および又は増幅反応において識別され、そしてその位置特異性ヌクレオチド配列は、その少なくとも1つの細胞が由来したその少なくとも1つの実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルと相間関係にあり得る。   The above method may further comprise the step of identifying at least one cell from a sample of the cell solid population and / or residual cells of the cell population. This may include performing DNA, cDNA and / or RNA amplification, DNA and / or RNA sequencing, nucleic acid molecule hybridization, mass spectroscopy, and / or antibody binding. Alternatively, or additionally, it may also include identifying the experimental unit, well or microwell from which at least one cell was derived. Each experimental unit, well or microwell can be marked with a specific tag incorporating a regiospecific nucleotide sequence. In order to identify the experimental unit, well or microwell, a regiospecific nucleotide sequence is identified in a sequencing and / or amplification reaction, and the regiospecific nucleotide sequence is determined by at least the at least one cell from which it is derived. It can be in correlation with one experimental unit, well or microwell.

上述のような微細加工デバイスは、更なるシステム、キット、装置および方法を使って自然環境由来の試料内細胞の培養を可能にし得る。例えば、細胞の少なくとも1つが少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットを占めるように、試料を基材の第1表面に塗布し得る。第1表面の少なくとも1部分(例えば、実験ユニットあるいはウェルの内部表面の少なくとも1部分)に、栄養素がその少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットへ拡散できるように、半透膜を貼りつける。その間、その少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニットから占拠細胞が漏れ出すことが防がれおよび/または軽減される。半透膜は、例えば、ヒドロゲル層であり得る。半透膜は、例えばラミネート加工によって、基材に可逆的にあるいは不可逆的に結びつけられるか、あるいは貼り付けられる。このようにして、占拠細胞は、少なくとも1つの栄養素を備えた少なくとも1つのマイクロウェル、ウェルあるいは実験ユニット内で培養され得る。それらの細胞は、ある期間にわたって進行性部分交換を使って少なくとも1つの栄養素から少なくとも1つの他の栄養素あるいは栄養素配合物へと徐々に移動させ得て、それによって飼養化あるいは改造を受ける。
自然環境に由来する第1の栄養素は、少なくとも1つの第1実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルを占拠する細胞を培養するのに使うことができ、そしてその環境に由来する第2の栄養素は、少なくとも1つの第2実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルを占拠する細胞を培養するのに使うことができる。上記の方法は、少なくとも1つの第1実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルを占拠する細胞と少なくとも1つの第2実験ユニット、ウェルあるいはマイクロウェルを占拠する細胞を比較して第1栄養素と第2栄養素を分析するステップを含み得る。
Microfabricated devices as described above may allow for the culture of cells in a sample from a natural environment using additional systems, kits, devices and methods. For example, the sample may be applied to the first surface of the substrate such that at least one of the cells occupies at least one microwell, well or experimental unit. A semipermeable membrane is attached to at least a portion of the first surface (e.g., at least a portion of the inner surface of the experimental unit or well) such that nutrients can diffuse into the at least one microwell, well or experimental unit. Meanwhile, the escape of occupied cells from the at least one microwell, well or experimental unit is prevented and / or reduced. The semipermeable membrane can be, for example, a hydrogel layer. The semipermeable membrane is reversibly or irreversibly attached or affixed to the substrate, for example by lamination. In this way, occupied cells can be cultured in at least one microwell, well or experimental unit provided with at least one nutrient. The cells can be gradually transferred from at least one nutrient to at least one other nutrient or nutrient composition using progressive partial exchange over a period of time, thereby undergoing feeding or remodeling.
The first nutrient from the natural environment can be used to culture cells occupying at least one first experimental unit, well or microwell, and the second nutrient from the environment is at least It can be used to culture cells occupying one second experimental unit, well or microwell. The above method compares the first nutrient and the second nutrient by comparing at least one first experimental unit, a cell occupying the well or microwell with at least one second experimental unit, a cell occupying the well or microwell It may include the step of analyzing.

例えば、1つの方法は、以下に記すステップ中の1つ以上を含み得る:
・多くのより大きなウェルあるいはフローセル内に千から1千万個のマイクロウェルを画定するチップを取得すること、そこではマイクロウェルの各々は約1μm〜約800μmの直径、約1μm〜約800μmの深さを有し、チップは、標的微生物のマイクロウェルへの移動を容易にするように構成された1種以上の表面化学作用物質を有するものとする;
・自然環境試料あるいは自然環境試料からの派生物を、どの標的微生物もマイクロウェル内に配置される状態になる様にチップへ塗布するステップ;
・栄養素がマイクロウェル内へ拡散するのを可能にするがマイクロウェルからの微生物の漏れ出しを防ぐおよび/または軽減する障壁を創り出す様にチップ上に1つ以上の半透過性のフィルター、ヒドロゲル層あるいは他の障壁を設置するステップ;
・なくとも1つの栄養素(例えば、自然環境に由来)を備えたチップを培養目的で温めること;
・少なくとも1つの別の栄養素(例えば、配合物)を使って進行性部分交換により栄養素源を徐々に変化させること;および
・マイクロウェル内微生物の如何なる増殖をも検出するステップ。
For example, one method may include one or more of the steps described below:
Obtaining a chip defining thousands to 10 million microwells in many larger wells or flow cells, where each of the microwells has a diameter of about 1 μm to about 800 μm, a depth of about 1 μm to about 800 μm And the chip has one or more surface chemical agents configured to facilitate transfer of the target microorganism to the microwells;
Applying the natural environment sample or a derivative of the natural environment sample to the chip such that any target microorganism is placed in the microwell;
One or more semi-permeable filters on the chip, hydrogel layers to allow the diffusion of nutrients into the microwell but create a barrier that prevents and / or reduces the escape of microorganisms from the microwell Or installing another barrier;
-Warming the chip with at least one nutrient (eg from natural environment) for culture purpose;
-Gradually changing the nutrient source by progressive partial exchange using at least one other nutrient (e.g. a formulation); and-detecting any growth of the microwell in the microwell.

標的細胞は、古細菌、細菌あるいは真核生物であり得る。標的ウイルスはバクテリオファージであり得る。ウイルスが標的とされる場合、チップのマイクロウェルは、ウイルスが増殖し得る宿主細胞をも含み得る。占拠細胞あるいはウイルスの増殖検出は、バイオマス(例えば、DNA/RNA/タンパク質/脂質)の変化、代謝産物の有無、pH、栄養素消費、および/または気体消費の検出を伴い得る。占拠細胞あるいはウイルスの増殖検出は、実時間順次画像化、顕微鏡分析、光学濃度測定、蛍光顕微鏡分析、質量分析、電気化学、増幅(DNA、cDNAおよび/またはRNA)、塩基配列決定(DNAおよび/またはRNA)、核酸分子混成物形成、および/または抗体結合を行うことを伴い得る。   The target cells may be archaebacteria, bacteria or eukaryotes. The target virus may be a bacteriophage. If the virus is targeted, the microwells of the chip can also contain host cells on which the virus can grow. Detection of growth of occupied cells or viruses may involve detection of changes in biomass (eg, DNA / RNA / protein / lipid), presence or absence of metabolites, pH, nutrient consumption, and / or gas consumption. Growth detection of occupied cells or viruses can be performed by real-time sequential imaging, microscopy, optical density measurement, fluorescence microscopy, mass spectrometry, electrochemical, amplification (DNA, cDNA and / or RNA), sequencing (DNA and / or Or RNA), nucleic acid molecule hybridization, and / or carrying out antibody binding.

図13は、複数の実施形態に従って選抜を行うための方法を説明する作業ステップ図である。ステップ1300において、試料を取得する。ステップ1302において、取得した試料から少なくとも1つの細胞を抽出する。ステップ1304において、微細加工デバイスあるいはチップの少なくとも1つの高密度マイクロウェルアレイに、その少なくとも1つの抽出細胞が装填される。ステップ1304は、その少なくとも1つの抽出細胞を有する細胞濃度を用意、少なくとも1つの栄養素/培地を選択、および/または少なくとも1つの膜の選択を含み得る。ステップ1306において、マイクロウェルアレイの少なくとも1部分が少なくとも1つの選択された膜によって密閉されてそれらのマイクロウェルに関する細胞濃度を保持する。ステップ1308において、チップが培養目的で温められる。ステップ1308には、温度選択、(例えば、好気性かあるいは嫌気性かの)雰囲気の決定、および/または培養時間の決定が含まれ得る。遺伝子検査および/または機能検査が実施される場合がある。ステップ1310において、遺伝子検査がチップにたいして施される。ステップ1312において、チップが分割されおよび/または(例えば、ピッカーを使って)複製されて、ここに記述した方法に従って培養した細胞を2部もたらすことになる。例えば、少なくとも1つの膜は、培養細胞を試料採取するために培養細胞の一部分が付着して残るように剥がされるか、あるいは剥がされかあるいは穴をあけられる場合がある。省略可のステップ1314において、培養細胞の1部分が識別のために犠牲にされる。ステップ1314は、PCR、配列決定、および/または様々なデータ解析を組み込み得る。ステップ1316において、対象物の菌株が識別される。更なる培養、試験、および/または識別を、例えば対象物の菌株およびまたは培養細胞の残部を使って行い得る。一方、ステップ1318において機能検査がチップに施される。ステップ1320において、1つ以上の変量を観察し、そしてステップ1316に於けるように、対象物の菌株を識別する。   FIG. 13 is an operational step diagram illustrating a method for performing screening according to multiple embodiments. In step 1300, a sample is obtained. At step 1302, at least one cell is extracted from the obtained sample. At step 1304, at least one high density microwell array of microfabricated devices or chips is loaded with the at least one extracted cell. Step 1304 may comprise providing a cell concentration having the at least one extracted cell, selecting at least one nutrient / media, and / or selecting at least one membrane. At step 1306, at least a portion of the microwell array is sealed with at least one selected membrane to maintain the cell concentration for those microwells. In step 1308, the chip is warmed for culture purposes. Step 1308 may include temperature selection, determination of an atmosphere (eg, aerobic or anaerobic), and / or determination of incubation time. Genetic and / or functional testing may be performed. At step 1310, genetic testing is performed on the chip. At step 1312, the chip will be split and / or replicated (eg, using a picker) to yield two parts of cultured cells according to the methods described herein. For example, at least one membrane may be peeled off, peeled off or punctured such that a portion of the cultured cells remain attached for sampling the cultured cells. In optional step 1314, a portion of the cultured cells is sacrificed for identification. Step 1314 may incorporate PCR, sequencing, and / or various data analysis. At step 1316, a strain of interest is identified. Further culturing, testing and / or identification may be performed, for example using the strain of interest and / or the remainder of the cultured cells. On the other hand, in step 1318, a functional test is performed on the chip. At step 1320, one or more variables are observed and, as at step 1316, the strain of interest is identified.

図14は、複数の実施形態に従う選別方法を図解する一覧図である。パネル1400は、複合試料の例、具体的には微生物群系試料1402および土壌試料1404、を示している。パネル1406では、例えば図5Aおよび図5Bに示されたプロトコルを使って試料から少なくとも1つの細胞が抽出されている。パネル1408では、少なくとも1つの抽出細胞(および何らかの環境抽出物および/または希釈物)が、少なくとも1つの高密度マイクロウェルアレイ1410を備えた微細加工デバイスあるいはチップに装填されている。チップ1410および試薬カートリッジ1412は、培養器1414内へ挿入され得る。試薬は、増殖および/または種々の選別目的で栄養上の必要条件を維持するための液体を加えるのに有用であり得る。パネル1416は、出力、即ち選別結果および培養細胞の単離菌株、を示している。
図15は、複数の実施形態に従う選別例を示す一連の画像である。それらの画像は、低いpHについて検査するために施された膜および酸感受性層を備えたチップの複数の部分を示している。画像1500には、1800を超える50μmマイクロウェルが9箇所の明確なヒット1502を有する状態で表示されている。画像1504は、囲い枠1504の拡大画面であり、そして画像1506はヒット1502を有するマイクロウェルのなかの1つを拡大した画面である。
FIG. 14 is a chart illustrating a sorting method in accordance with several embodiments. Panel 1400 shows an example of a complex sample, specifically a microbial community-based sample 1402 and a soil sample 1404. In panel 1406, at least one cell has been extracted from the sample using, for example, the protocols shown in FIGS. 5A and 5B. In panel 1408, at least one extracted cell (and any environmental extract and / or dilution) is loaded into a microfabricated device or chip with at least one high density microwell array 1410. The chip 1410 and the reagent cartridge 1412 can be inserted into the incubator 1414. The reagents may be useful for adding fluids to maintain nutritional requirements for growth and / or various sorting purposes. Panel 1416 shows the output, ie, the selection results and the isolated strain of cultured cells.
FIG. 15 is a series of images illustrating sorting according to embodiments. The images show multiple portions of the chip with a membrane and an acid sensitive layer applied to test for low pH. In the image 1500, more than 1800 50 μm microwells are shown with nine distinct hits 1502. Image 1504 is a magnified screen of enclosure 1504 and image 1506 is a magnified screen of one of the microwells with hit 1502.

図16A〜図16Cは、複数の実施形態に従う遮蔽物からの回収を説明する画像である。図16Aでは、少なくとも1つのウェルが顕微鏡と少なくとも1つのピンを有する採集器を使って穿られている。図16Bでは、ピンが取り除かれ、培地で培養されている。図16Cでは、増殖が見た目に明らかである。   16A-16C are images illustrating retrieval from a shield in accordance with embodiments. In FIG. 16A, at least one well has been drilled using a microscope and a collector having at least one pin. In FIG. 16B, the pins have been removed and cultured in culture. In FIG. 16C, proliferation is apparent.

図17Aは、複数の実施形態に従う選別用チップを説明する分解組立図である。図17Aにおいて、チップ1700は、例えば土壌微生物を内部に有するマイクロウェルの高密度アレイを組み込んでいる。膜1702をチップ1700に貼りつける。ガスケット1704を膜1702越しにチップ1700に貼りつける。蛍光大腸菌を付けた寒天1706をガスケット1704および膜1702越しにチップ1700に貼り付ける。図17Bおよび図17Cは、複数の実施形態に従う選別例を説明する画像である。この例において、遮蔽物は、排除領域用である。図17Bは、図17Aにおけるチップ1700のように加工され、遮蔽物を同伴するチップの蛍光画像である。図17Cは、寒天を貫いてこのチップから試料を採集するステップを示す画像である。   FIG. 17A is an exploded view illustrating a sorting chip in accordance with several embodiments. In FIG. 17A, a chip 1700 incorporates a high density array of microwells having, for example, soil microorganisms therein. The film 1702 is attached to the chip 1700. Gasket 1704 is attached to chip 1700 across membrane 1702. Agar 1706 with fluorescent E. coli is attached to chip 1700 through gasket 1704 and membrane 1702. Figures 17B and 17C are images that illustrate sorting according to multiple embodiments. In this example, the shield is for the exclusion zone. FIG. 17B is a fluorescent image of the chip processed like chip 1700 in FIG. 17A and entrained with a shield. FIG. 17C is an image showing the steps of piercing the agar and collecting a sample from this chip.

複数の実施形態において、試料の1部分(あるいはその部分の一部)が装置から取り除かれた後、その装置上の位置はその位置に存在する試料のその1部分と相関関係にあり得る。装置はマイクロアレイであっても、あるいはマイクロアレイを組み込んでいてもよい。マイクロアレイは試料を施す複数の位置を有し、そこでは試料の1部分がそのマイクロアレイから取り除かれた後、各位置は試料のその1部分が由来した位置を識別するのに使用できる特異タグで印づけされる。   In embodiments, after a portion of the sample (or a portion of the portion) has been removed from the device, the position on the device may be correlated with that portion of the sample present at that position. The device may be a microarray or may incorporate a microarray. The microarray has a plurality of locations at which to apply the sample, where after one portion of the sample has been removed from the microarray, each location is marked with a specific tag that can be used to identify the location from which that portion of the sample originated. It is attached.

本発明は、試料の1部分がマイクロアレイから取り除かれた後、少なくとも1つの核酸分子を含む試料のその部がマイクロアレイのどの位置に由来したかを識別する方法に関しており、その方法は、(a)試料の1部分またはそれ以上の部分をマイクロアレイ上の複数位置の中の1つ以上へ塗るステップ、そこでは各位置は、(i)位置特異性ヌクレオチド配列および(ii)第1の標的特異性ヌクレオチド配列を含む核酸分子を有する特異タグで印づけが成されていることとする、(b)試料の少なくとも1部分に見出される標的核酸分子を位置の印づけタグにアニールさせるステップ、(c)アニールされた核酸分子個体群に対してプライマー伸張、逆転写、1本鎖連結反応あるいは2本鎖連結反応を行い、それによって位置特異性ヌクレオチド配列をプライマー伸張、逆転写、1本鎖連結反応あるいは2本鎖連結反応によって生成された各核酸分子へ組み込むステップ、(d)ステップ(c)で生成された核酸分子個体群を組み合わせるステップ、(e)組み合わせた核酸分子個体群の配列決定を行い、それによって1つ以上の位置特異性ヌクレオチド配列の中のその配列を得るステップ、および(f)組み合わせた核酸分子個体群から得られた少なくとも1つの位置特異性ヌクレオチド配列のその配列をその位置特異性ヌクレオチド配列を含むタグで印づけられたマイクロアレイ上の位置と関連付け、それによって少なくとも1つの核酸分子を含む試料の1部分が由来したマイクロアレイ上の位置を識別するステップ、を含んでいる。複数の実施形態において、試料は少なくとも1つの細胞を含むことができ、その細胞から1つ以上の核酸分子がステップ (a) の後で且つステップ (b) の前に放出される。試料は少なくとも1つの細胞を含むことができ、そしてその少なくとも1つの細胞が、ステップ (a) の後で且つステップ (b) の前に自己複製あるいは分裂する。その試料の1部分の1部がステップ (b) の前に少なくとも1つの位置から取り除くことができて、その試料の1部分のその1部がマイクロアレイ上のその試料の1部分の元の位置と相関関係にある入れ物に保管され得る。位置を相互関連付けるあるいは識別する方法は、ステップ (c) で生成された核酸分子あるいはステップ (d) で生成された組み合わせ核酸分子の個体群を増幅するステップを更に含み得る。その増幅ステップは、ポリメラーゼ連鎖反応増幅、多重ポリメラーゼ連鎖反応増幅、入れ子ポリメラーゼ連鎖反応増副、リガーゼ連鎖反応増幅、リガーゼ検出反応増幅、鎖置換増幅、転写をベースとした増幅、核酸配列をベースとした増幅、ローリングサークル増幅、あるいは超分岐ローリングサークル増幅を含み得る。追加のプライマーを増幅反応中に添加し得る。例えば、5’および3’の両プライマーがPCR反応に必要とされ得る。増幅反応中に使われるプライマーの1つは、試料中のヌクレオチド配列に相補的であり得る。   The present invention relates to a method of identifying from which position of a microarray a portion of a sample containing at least one nucleic acid molecule is derived after a portion of the sample has been removed from the microarray, which method comprises: Applying one or more portions of the sample to one or more of the plurality of positions on the microarray, wherein each position is (i) a position specific nucleotide sequence and (ii) a first target specific nucleotide (B) annealing the target nucleic acid molecule found in at least one portion of the sample to the marking tag of the position, (c) annealing, wherein the marking is performed with a specific tag having a nucleic acid molecule comprising a sequence; Primer extension, reverse transcription, single-strand ligation reaction or double-strand ligation reaction is performed on the nucleic acid molecule population thus obtained, whereby regiospecific nucleotide sequence is thereby obtained. (E) combining the nucleic acid molecule populations generated in step (c), (d) incorporating into each nucleic acid molecule generated by primer extension, reverse transcription, single strand ligation reaction or double strand ligation reaction, (d) Sequencing of the combined nucleic acid molecule population, thereby obtaining the sequence among one or more regiospecific nucleotide sequences, and (f) at least one position obtained from the combined nucleic acid molecule population Associating that sequence of the specific nucleotide sequence with the position on the microarray that is marked with the tag that includes the position specific nucleotide sequence, whereby the location on the microarray from which a portion of the sample containing at least one nucleic acid molecule was derived Identifying. In embodiments, the sample may comprise at least one cell from which one or more nucleic acid molecules are released after step (a) and before step (b). The sample may comprise at least one cell, and the at least one cell is self-replicating or dividing after step (a) and before step (b). A portion of the portion of the sample can be removed from at least one position prior to step (b), and a portion of the portion of the sample can be removed from the original position of the portion of the sample on the microarray It can be stored in correlated containers. The method of correlating or identifying the position may further comprise the step of amplifying a population of nucleic acid molecules generated in step (c) or combined nucleic acid molecules generated in step (d). The amplification steps are: polymerase chain reaction amplification, multiplex polymerase chain reaction amplification, nested polymerase chain reaction amplification, ligase chain reaction amplification, ligase detection reaction amplification, strand displacement amplification, transcription based amplification, nucleic acid sequence based It may include amplification, rolling circle amplification, or hyperbranched rolling circle amplification. Additional primers can be added during the amplification reaction. For example, both 5 'and 3' primers may be required for PCR reactions. One of the primers used during the amplification reaction may be complementary to the nucleotide sequence in the sample.

複数の実施形態においては、細胞および/またはウイルスを含む組成物を、後続のステップにおいて汚染核酸分子が増幅しないようにその組成物が微細加工デバイスに塗られる前に、核酸分解酵素を使って処理し得る。   In embodiments, the composition comprising cells and / or viruses is treated with a nucleolytic enzyme before the composition is applied to the microfabricated device so that contaminating nucleic acid molecules are not amplified in subsequent steps. It can.

本発明の方法および装置で使われる配列決定は、混成物形成および配列特異性蛋白(例えば、酵素)の使用を含む配列情報を得る如何なるプロセスであってもよい。その配列決定は、サンガー配列決定、混成物形成による配列決定、連結反応による配列決定、定量増分蛍光ヌクレオチド付加配列決定(QIFNAS)、段階的連結および切断、蛍光共鳴エネルギー移動、分子標識、TaqManレポータプローブ消化、パイロシークエンシング、蛍光インサイチュー配列決定(FISSEQ)、ゆらぎ配列決定、多重配列決定、重合コロニー(POLONY)配列決定(例えば米国特許出願公報No. 2012/0270740を参照。この公報はここにおいての参照によりその全文が本発明の明細書に組み入れられる)、ナノグリッドローリングサークル(ROLONY)配列決定(例えば米国特許出願公報No. 2009/0018024を参照。この公報はここにおいての参照によりその全文が本発明の明細書に組み入れられる)、対立特異性オリゴ連結結合分析配列決定、あるいは次世代配列決定(NGS)プラットホームでの配列決定を含み得る。NGSプラットホームの非限定例には、Illumina(登録商標)(サンディエゴ、カリフォルニア)(例えば、MiSeqTM、NextSeqTM、HiSeqTMおよびHiSeqXTM)、Life Technologies(カールスバド、カリフォルニア)(例えばIon TorrentTM)およびPacific Biosciences(メンロパーク、カリフォルニア)(例えばPacBio(登録商標) RS II)のシステムが含まれる。 The sequencing used in the methods and devices of the present invention may be any process that obtains sequence information, including hybridization and the use of sequence specific proteins (eg, enzymes). Sequencing includes Sanger sequencing, sequencing by hybridization, sequencing by ligation, quantitative incremental fluorescent nucleotide addition sequencing (QIFNAS), stepwise ligation and cleavage, fluorescence resonance energy transfer, molecular labeling, TaqMan reporter probes See, eg, digestion, pyrosequencing, fluorescence in situ sequencing (FISSEQ), wobble sequencing, multiplex sequencing, polymerized colony (POLONY) sequencing (see, eg, US Patent Application Publication No. 2012/0270740, which is incorporated herein by reference). See Nanogrid rolling circle (ROLONY) sequencing (eg, US Patent Application Publication No. 2009/0018024, which is incorporated by reference in its entirety into the specification of the present invention), which is hereby incorporated by reference in its entirety. Allele Specificity Oligo Ligated Binding Analysis Sequencing, or Cash Sequencing (NGS) may include sequencing by the platform. Non-limiting examples of NGS platforms, Illumina (R) (San Diego, CA) (e.g., MiSeq TM, NextSeq TM, HiSeq TM and HiSeqX TM), Life Technologies (Carlsbad, CA) (e.g. Ion Torrent TM) and Pacific Systems from Biosciences (Menlo Park, Calif.) (Eg PacBio® RS II) are included.

有機体あるいは生物種は、その有機体から得られた核酸配列と数々の有機体の配列を収録している様々なデータベースと比較することによって識別され得る。例えば、リボソームRNA配列データは、SIL VA rRNAデータベースプロジェクト(マックスプランク海洋微生物学研究所、ブレーメン、ドイツ(www.arb-silva.de))から入手可能で、例えば Quast 等、 "The SIL VA Ribosomal RNA Gene Database Project: Improved Data Processing and Web-Based Tools," 41 Nucl. Acids Res. D590-D596 (2013), および Pruesse 等、 "SINA: Accurate High-Throughput Multiple Sequence Alignment of Ribosomal RNA Genes," 28 Bioinformatics 1823-1829 (2012) を参照したが、両論文はここにおいての参照によりそれらの全文が本発明の明細書に含まれる。他のリボソームRNA配列データベースは、リボソームデータベースプロジェクト(ミシガン州立大学、イーストランシング、ミシガン(www.rdp.cme.msu.edu): 例えば、Cole 等、"Ribosomal Database Project: Data and Tools for High Throughput rRNA Analysis" 42 Nucl. Acids Res. D633-D642 (2014) を参照する。この論文はここにおいての参照によりその全文が本発明の明細書に組み入れられる)および Greengenes (ローレンス・バークレイ国立研究所、 バークレイ、 カリフォルニア(www.greengenes.lbl.gov) : 例えば、DeSantis 等、"Greengenes, a Chimera-Checked 16S rRNA Gene Database and Workbench Compatible with ARB," 72 Appl. Environ. Microbial. 5069-72 (2006) を参照する。この論文はここにおいての参照によりその全文が本発明の明細書に組み入れられる) を含む。GenBank(登録商標)遺伝子配列データベースは、ほぼ260,000の正式に記述された種の公的に入手可能なヌクレオチド配列(国立衛生研究所, ベセスダ, メリーランド (www.ncbi.nlm.nih.gov); 例えば、Benson 等、 "GenBank," 41 Nucl. Acids Res. D36-42 (2013) を参照)を収録している。   An organism or species can be identified by comparing the nucleic acid sequences obtained from that organism with various databases containing sequences of numerous organisms. For example, ribosomal RNA sequence data are available from the SIL VA rRNA database project (Max Planck Institute for Marine Microbiology, Bremen, Germany (www.arb-silva.de)), eg Quast et al., "The SIL VA Ribosomal RNA Acids Res. D590-D596 (2013), and Pruesse et al., "SINA: Accurate High-Throughput Multiple Sequence Alignment of Ribosomal RNA Genes," 28 Bioinformatics 1823. No. 18-29 (2012), both papers are hereby incorporated by reference in their entirety into the description of the present invention. Other ribosomal RNA sequence databases include the Ribosomal Database Project (Michigan State University, East Lansing, Michigan (www.rdp.cme.msu.edu): eg, Cole et al., "Ribosomal Database Project: Data and Tools for High Throughput rRNA Analysis 42 Nucl. Acids Res. D633-D642 (2014). This article is incorporated herein by reference in its entirety into the specification of the present invention) and Greengenes (Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California. (www.greengenes.lbl.gov): See, for example, DeSantis et al., "Greengenes, a Chimera-Checked 16S rRNA Gene Database and Workbench Compatible with ARB," 72 Appl. Environ. Microbial. 5069-72 (2006). This article contains by reference the entire text of the present invention). The GenBank® gene sequence database contains approximately 260,000 officially described nucleotide sequences of the publicly described species (National Institutes of Health, Bethesda, MD (www. Ncbi. Nlm. Nih. Gov); For example, see Benson et al., "GenBank," 41 Nucl. Acids Res. D36-42 (2013)).

照合および識別用配列は、16Sリボソーム領域、18Sリボソーム領域あるいは識別情報を提供する何か他の領域を含み得る。所望の変種は、遺伝子型(例えば、単独ヌクレオチド多型(SNP)あるいは他のタイプの変種)あるいは特異遺伝子配列(例えば、酵素あるいはタンパク質の遺伝子暗号を指定する配列)を含む種であり得る。有機体あるいは生物種は、その配列を国内のカスタム配列データベースと照合することによってもまた識別し得る。複数の場合において、もしある位置で試料の一部分から得られた配列がある生物種あるいは微生物から得られる既知のDNA、cDNAあるいはRNA配列に対して少なくとも所定割合の同一性(例えば、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、あるいは100%の同一性)を有するならば、その生物種あるいは有機体はマイクロアレイ上のその位置に見出されると結論できる。   The verification and identification sequences may include the 16S ribosomal region, the 18S ribosomal region or some other region that provides identifying information. The desired variant may be a species comprising a genotype (eg, a single nucleotide polymorphism (SNP) or other type of variant) or a specific gene sequence (eg, a sequence that specifies the genetic code of an enzyme or protein). Organisms or species may also be identified by matching the sequence to a custom local sequence database. In some cases, at least a predetermined percentage identity (eg, at least 90%) to a known DNA, cDNA or RNA sequence obtained from a species or microorganism from which there is a sequence obtained from a portion of the sample at a certain position. An organism having at least 91%, at least 92%, at least 93%, at least 94%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99%, or 100% identity); It can be concluded that the species or organism is found at that position on the microarray.

本発明はさらに、試料を塗布する為の複数の位置を有するマイクロアレイを製造する方法に関しており、そこでは少なくとも1つの位置が特有のタグで印づけされているものとする。その方法は、(a) 各々が (i) 位置特異性ヌクレオチド配列および (ii) 標的特異性ヌクレオチド配列を含む核酸分子を含んでいる複数のタグを合成するステップおよび (b) マイクロアレイ上の複数の位置の中の少なくとも1つの位置にタグを配置するステップを含んでいる。別の実施形態においては、本発明は試料を塗布するための複数の位置、その中の少なくとも1つの位置が特有のタグで印づけられている、を有するマイクロアレイを製造する方法に関しているが、その方法は (a) 各々が標的特異性ヌクレオチド配列を含み且つ位置特異性ヌクレオチド配列を含まない核酸分子を含んでいる複数のタグを合成するステップ、および (b) マイクロアレイ上の複数の位置の中の少なくとも1つの位置にタグを配置するステップを有している。標的特異性配列は、マイクロアレイのどの位置でも同じであり得る。上記の実施形態の何れにおいても、ステップ (a) はステップ (b) の前に行われて良い。配置ステップ (b) は、液体処理手続き(例えば、ピペット操作、固形ピンを使うスポッティング、中空ピンを使うスポッティングあるいはインクジェット装置による沈着)によって各位置にタグを配置するステップを含む。少なくとも1つのタグは、核酸分子あるいは合成前の核酸分子の1部分を含み得る。ステップ (a) はステップ (b) と同時に行われても良い。或る複数の実施形態では、少なくとも1つのタグは、インサイチュー合成によって各位置で合成される核酸分子を含んでいる。合成ステップ (a) は、インクジェット印刷合成あるいはフォトリソグラフィ合成を含み得る。   The invention further relates to a method of manufacturing a microarray having a plurality of locations for applying a sample, wherein at least one location is marked with a unique tag. The method comprises the steps of: (a) synthesizing a plurality of tags each comprising a nucleic acid molecule comprising (i) a regiospecific nucleotide sequence and (ii) a target specificity nucleotide sequence; Placing the tag in at least one of the positions. In another embodiment, the invention relates to a method of manufacturing a microarray comprising a plurality of locations for applying a sample, at least one location therein being marked with a unique tag, The method comprises the steps of: (a) synthesizing a plurality of tags comprising nucleic acid molecules each comprising a target specific nucleotide sequence and not a regiospecific nucleotide sequence; and (b) among a plurality of positions on the microarray. Placing the tag in at least one position. The target specific sequences may be the same at any position of the microarray. In any of the above embodiments, step (a) may be performed before step (b). The placing step (b) comprises placing the tag at each position by a liquid handling procedure (e.g. pipetting, spotting with solid pins, spotting with hollow pins or deposition with an inkjet device). The at least one tag may comprise the nucleic acid molecule or a portion of the nucleic acid molecule prior to synthesis. Step (a) may be performed simultaneously with step (b). In some embodiments, at least one tag comprises a nucleic acid molecule synthesized at each position by in situ synthesis. The synthesis step (a) may comprise ink jet printing synthesis or photolithographic synthesis.

マイクロアレイの各位置は、試料の一部分を受け取るように構成され得る。位置には、少なくとも1つの (i) 位置特異性ヌクレオチド配列(例えばバーコード)および (ii) 標的特異性ヌクレオチド配列を含む核酸分子(例えば、オリゴヌクレオチド)を使ってタグあるいはラベル付けをすることが出来る。標的特異性ヌクレオチド配列は、試料に見出されるヌクレオチド配列を補完あるいはおおむね補完し得る。その核酸分子の5’末端から3’末端へのヌクレオチド配列の順序は、(1) 位置特異性ヌクレオチド配列、(2) 標的特異性ヌクレオチド配列、であってよい。一方、その核酸分子の5’末端から3’末端へのヌクレオチド配列の順序は、(2) その次に (1) であってもよい。核酸分子は、その5’末端でマイクロアレイに付着し得る。装置(例えばマイクロアレイ)の1つ以上の位置は、タグ無しあるいはラベル無しでもよい。   Each position of the microarray may be configured to receive a portion of the sample. The position may be tagged or labeled with a nucleic acid molecule (eg, an oligonucleotide) comprising at least one (i) regiospecific nucleotide sequence (eg, a barcode) and (ii) a target specific nucleotide sequence It can. The target specific nucleotide sequence may complement or substantially complement the nucleotide sequence found in the sample. The order of nucleotide sequences from the 5 'end to the 3' end of the nucleic acid molecule may be (1) regiospecific nucleotide sequence, (2) target specificity nucleotide sequence. On the other hand, the order of the nucleotide sequence from the 5 'end to the 3' end of the nucleic acid molecule may be (2) then (1). The nucleic acid molecule may be attached to the microarray at its 5 'end. One or more locations of the device (eg, a microarray) may be untagged or unlabeled.

「補完的」あるいは「おおむね補完的」という語は、例えば2本鎖DNA分子の2本鎖間あるいはオリゴヌクレオチドプライマーと1本鎖核酸上のプライマー結合部位の間のような、ヌクレオチド間あるいは核酸間での混成物形成、塩基対合あるいはデュプレックス形成を意味し得る。補完的ヌクレオチドは、一般的には、AとT/UあるいはCとGである。最適に並べられ、比較され且つ適切なヌクレオチド挿入または削除を伴っている1本鎖のヌクレオチドが、別の鎖のヌクレオチドの少なくとも約80%、通常は少なくとも約90%から95%、より好ましくは約98%から100%と対合する時、2つの1本鎖RNAあるいはDNA分子が実質的に補完的であると言われる。一方、RNAあるいはDNA鎖が選択的混成物形成条件のもとでその補完物に混成する場合、実質的補完性が存在する。典型的には、少なくとも14から25のヌクレオチドのひと続き区間に亘って少なくとも約65%、少なくとも約75%あるいは少なくとも約90%補完性がある場合、選択的混成物形成が起こる。   The term "complementary" or "generally complementary" refers to an internucleotide or internucleotide such as, for example, between two strands of a double stranded DNA molecule or between an oligonucleotide primer and a primer binding site on a single stranded nucleic acid. May mean hybridization, base pairing or duplex formation. Complementary nucleotides are generally A and T / U or C and G. A single stranded nucleotide that is optimally aligned, compared and has a suitable nucleotide insertion or deletion is at least about 80%, usually at least about 90% to 95%, more preferably about at least about 80% of the nucleotides of the other strand. When paired with 98% to 100%, two single stranded RNA or DNA molecules are said to be substantially complementary. On the other hand, substantial complementarity exists when the RNA or DNA strand hybridizes to its complement under selective hybridization conditions. Typically, selective hybridization occurs when there is at least about 65%, at least about 75% or at least about 90% complementarity over a stretch of at least 14 to 25 nucleotides.

「選択的に混成物を形成する」あるいは「選択的混成物形成」という語は、検出可能に且つはっきり限定して結合することを意味し得る。ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチドおよびそれらの断片は、非特異性核酸へのかなりの量の検出可能結合を最少化する混成物形成および洗浄条件の下で核酸鎖に選択的に混成する。「高度に厳格な」あるいは「高度に厳しい」条件は、当技術分野で既知且つここにおいて述べる選択的混成物形成条件を達成するために用いることができる。「高度に厳格な」あるいは「高度に厳しい」条件の一例は、あるポリヌクレオチドを別のポリヌクレオチドを使って培養する方法であって、そこでは一方のポリヌクレオチドを、6xSSPEまたはSSC、50%ホルムアルデヒド、5xデンハルド試薬、0.5%SDS、100μg/ml 変性断片化鮭精子DNAの混成物形成バッファー内で、42℃の混成物形成温度で12〜16時間の間、膜のような固体表面に付着させ、次いで1xSSC、0.5%SDSの洗浄バッファーを使って55℃で2回洗浄をしている。   The terms "selectively form a hybrid" or "selective hybrid formation" may mean to detectably and specifically bound. Polynucleotides, oligonucleotides and their fragments selectively hybridize to nucleic acid strands under hybridization conditions and wash conditions that minimize significant amounts of detectable binding to nonspecific nucleic acids. "Highly rigid" or "highly stringent" conditions can be used to achieve selective hybrid formation conditions known in the art and described herein. An example of “highly stringent” or “highly stringent” conditions is a method of culturing one polynucleotide using another polynucleotide, wherein one polynucleotide is 6 × SSPE or SSC, 50% formaldehyde Adhere to a solid surface such as a membrane in a hybridization buffer of 5 × Denhardt's reagent, 0.5% SDS, 100 μg / ml denatured fragmented sperm DNA at 42 ° C. hybridization temperature for 12-16 hours. Followed by two washes at 55 ° C. with 1 × SSC, 0.5% SDS wash buffer.

位置タグの一部である核酸分子は、少なくとも1つのデオキシリボヌクレオチドあるいは少なくとも1つのリボヌクレオチドを含み得る。その核酸分子は、1本鎖でも2本鎖でもよい。核酸分子は、一本鎖張り出しを有する2本鎖であってもよい。   The nucleic acid molecule that is part of the positional tag may comprise at least one deoxyribonucleotide or at least one ribonucleotide. The nucleic acid molecule may be single stranded or double stranded. The nucleic acid molecule may be double stranded with single stranded overhangs.

複数の実施形態において、位置タグは、アニールする核酸分子を増幅するために用いられ得る。従って、位置タグは、増幅プライマー結合部位を更に有する核酸配列を含み得る。増幅プライマー結合部位は、少なくとも16、少なくとも17、少なくとも18、少なくとも19、少なくとも20、少なくとも21、少なくとも22、少なくとも23、少なくとも24、少なくとも25、少なくとも26、少なくとも27、少なくとも28、少なくとも29、あるいは少なくとも30のヌクレオチドの長さであってよい。核酸分子の5’末端から3’末端までのヌクレオチド配列の順序は、例えば、(1)増幅プライマー結合部位、(2)位置特異性ヌクレオチド配列、および(3)標的特異性ヌクレオチド配列、であり得る。   In embodiments, a positional tag may be used to amplify an annealing nucleic acid molecule. Thus, the positional tag may comprise a nucleic acid sequence further comprising an amplification primer binding site. The amplification primer binding site is at least 16, at least 17, at least 18, at least 19, at least 20, at least 21, at least 22, at least 23, at least 24, at least 25, at least 26, at least 27, at least 28, at least 29 or alternatively It may be 30 nucleotides in length. The order of the nucleotide sequence from the 5 'end to the 3' end of the nucleic acid molecule may be, for example, (1) amplification primer binding site, (2) regiospecific nucleotide sequence, and (3) target specificity nucleotide sequence .

複数の実施形態において、核酸分子は位置特異性ヌクレオチド配列を含むことなく標的特異性ヌクレオチド配列を含み得る。ある特定の実施形態では、核酸分子は位置特異性ヌクレオチド配列あるいは増幅結合部位配列のいずれかを含むことなく標的特異性ヌクレオチド配列を含み得る。更なる実施形態では、核酸分子は標的特異性ヌクレオチド配列のみを含み得る。なお更なる実施形態では、核酸分子は標的特異性ヌクレオチド配列のみで構成され得る。増幅プライマー結合部位は、ポリメラーゼ連鎖反応プライマー、多重ポリメラーゼ連鎖反応プライマー、入れ子ポリメラーゼ連鎖反応プライマー、リガーゼ連鎖反応プライマー、リガーゼ検出反応プライマー、鎖置換プライマー、転写をベースとしたプライマー、核酸配列をベースとしたプライマー、ローリングサークルプライマー、あるいは超分岐ローリングサークルプライマーに結合可能であってよい。追加のプライマーが増幅反応中にマイクロアレイに添加され得る。例えば、5’と3’プライマーの両方がPCR反応に必要とされ得る。標的特異性ヌクレオチド配列は、標的核酸分子の収容位置で増幅され、例えば qPCR、エンドポイントPCRおよび/または染料によって検出され得て増幅核酸分子が検出される。   In embodiments, the nucleic acid molecule may comprise target-specific nucleotide sequences without including regio-specific nucleotide sequences. In certain embodiments, the nucleic acid molecule may comprise target specific nucleotide sequences without including either regiospecific nucleotide sequences or amplification binding site sequences. In a further embodiment, the nucleic acid molecule may comprise only target specific nucleotide sequences. In still further embodiments, the nucleic acid molecule may be comprised of only target specific nucleotide sequences. Amplification primer binding sites were polymerase chain reaction primers, multiplex polymerase chain reaction primers, nested polymerase chain reaction primers, ligase chain reaction primers, ligase detection reaction primers, strand displacement primers, transcription based primers, nucleic acid sequence based It may be capable of binding to a primer, a rolling circle primer, or a hyperbranched rolling circle primer. Additional primers may be added to the microarray during the amplification reaction. For example, both 5 'and 3' primers may be required for PCR reactions. The target specific nucleotide sequence is amplified at the storage position of the target nucleic acid molecule and can be detected, for example by qPCR, end point PCR and / or a dye to detect the amplified nucleic acid molecule.

位置タグあるいは核酸分子に基づいて増幅された生成物にアニールするそのような核酸分子の配列を読み取ることが望ましい場合がある。位置タグは、アダプターヌクレオチド配列を更に含む核酸配列を含み得る。ある特定の実施形態においては、アダプターヌクレオチド配列が、位置タグ内に見出されないかもしれないが、副次的PCR反応においてあるいは連結反応によって試料核酸分子に加えられる。アダプターヌクレオチド配列は、汎用アダプターあるいは特異配列決定プラットホーム(例えば、Illumina(登録商標)あるいはIon TorrentTM)用アダプターであり得る。アダプターヌクレオチド配列は、配列決定プライマー結合部位を含み得る。配列決定プライマー結合部位は、サンガー配列決定、混成物形成による配列決定、連結反応による配列決定、定量増分蛍光ヌクレオチド付加配列決定(QIFNAS)、段階的連結および切断、蛍光共鳴エネルギー移動、分子標識、TaqManレポータプローブ消化、パイロシークエンシング、蛍光インサイチュー配列決定(FISSEQ)、ゆらぎ配列決定、多重配列決定、重合コロニー(POLONY)配列決定(例えば米国特許No. 2012/0270740を参照)、ナノグリッドローリングサークル(ROLONY)配列決定(例えば米国特許No. 2009/0018024を参照)、対立特異性オリゴ連結結合分析配列決定、NGSプラットホームでの配列決定あるいは任意の適切な配列決定手続きの為のプライマーを結合可能であり得る。NGSプラットホームの非限定例には、Illumina(登録商標)(サンディエゴ、カリフォルニア)(例えば、MiSeqTM、NextSeqTM、HiSeqTM および HiSeqXTM)、Life Technologies(カールスバド、カリフォルニア)(例えば Ion TorrentTM)および Pacific Biosciences(メンロパーク、カリフォルニア)(例えばPacBio(登録商標) RS II)からのシステムが含まれる。 It may be desirable to read the sequence of such nucleic acid molecules that anneal to the amplified product based on positional tags or nucleic acid molecules. The positional tag may comprise a nucleic acid sequence further comprising an adapter nucleotide sequence. In certain embodiments, an adapter nucleotide sequence may not be found within the positional tag, but is added to the sample nucleic acid molecule in a secondary PCR reaction or by ligation. The adapter nucleotide sequences, universal adapters or specific sequencing platform (e.g., Illumina (R) or Ion Torrent TM) may be adapter. The adapter nucleotide sequence may comprise a sequencing primer binding site. Sequencing primer binding sites include Sanger sequencing, sequencing by hybridization, sequencing by ligation, quantitative incremental fluorescent nucleotide addition sequencing (QIFNAS), stepwise ligation and cleavage, fluorescence resonance energy transfer, molecular labeling, TaqMan Reporter probe digestion, pyrosequencing, fluorescence in situ sequencing (FISSEQ), wobble sequencing, multiplex sequencing, polymerized colony (POLONY) sequencing (see eg US Patent No. 2012/0270740), nanogrid rolling circle (see eg US Patent No. 2012/0270740) ROLONY) Sequencing (see, eg, US Patent No. 2009/0018024), Allelic Specificity Oligo Ligation Binding Sequencing, Sequencing on an NGS platform, or primers for any suitable sequencing procedure can be combined. obtain. Non-limiting examples of NGS platforms, Illumina (R) (San Diego, CA) (e.g., MiSeq TM, NextSeq TM, HiSeq TM and HiSeqX TM), Life Technologies (Carlsbad, CA) (e.g. Ion TorrentTM) and Pacific Biosciences Systems from (Menlo Park, Calif.) (Eg PacBio® RS II) are included.

位置特異性ヌクレオチド配列(例えば、バーコード)は、少なくとも2、少なくとも3、少なくとも4、少なくとも5、少なくとも6、少なくとも7、少なくとも8、少なくとも9、少なくとも10、少なくとも11、少なくとも12、少なくとも13、少なくとも14、少なくとも15、少なくとも16、少なくとも17、少なくとも18、少なくとも19、少なくとも20、少なくとも21、少なくとも22、少なくとも23、少なくとも24、少なくとも25、少なくとも26、少なくとも27、少なくとも28、少なくとも29、あるいは少なくとも30のヌクレオチドの長さであってよい。   Regiospecific nucleotide sequences (eg, barcodes) are at least 2, at least 3, at least 4, at least 5, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9, at least 10, at least 11, at least 12, at least 14, at least 15, at least 16, at least 17, at least 18, at least 19, at least 20, at least 21, at least 22, at least 23, at least 24, at least 25, at least 26, at least 27, at least 29, or at least 30 May be the length of

標的特異性ヌクレオチド配列は、少なくとも10、少なくとも11、少なくとも12、少なくとも13、少なくとも14、少なくとも15、少なくとも16、少なくとも17、少なくとも18、少なくとも19、少なくとも20、少なくとも21、少なくとも22、少なくとも23、少なくとも24、少なくとも25、少なくとも26、少なくとも27、少なくとも28、少なくとも29、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも75、あるいは少なくとも100のヌクレオチドの長さであってよい。   The target specific nucleotide sequence is at least 10, at least 11, at least 12, at least 13, at least 14, at least 15, at least 16, at least 17, at least 18, at least 19, at least 20, at least 21, at least 22, at least 23, at least 24, at least 26, at least 27, at least 28, at least 29, at least 30, at least 40, at least 50, at least 75, or at least 100 nucleotides in length.

マイクロアレイ上の少なくとも1つの位置は、特有の分子識別子タグで更に印づけされ得る。特有の分子識別子タグは、増殖(例えば、微生物コロニーの増殖あるいはその位置での細胞複製)を定量化するために用い得る。特有の分子識別子は、無秩序ヌクレオチド配列であり得る。特有の分子識別子使用方法および特有の分子識別子例は当技術分野において記述されてきており、例えばWO 2013/173394を参照するが、ここにおいての参照によりその全文が本発明の明細書に組み入れられる。例えば、特有の分子識別子タグは、ヌクレオチド配列 NNNANNNCNNNTNNNGNNNANNNCNNN (SEQ ID NO: 1) を有することが出来るが、そこでは増幅された各分子が特有の (特異的)DNA 配列バーコード(4^Nバーコード、あるいはこの例において4^21〜4兆)を獲得するように、幾つものN (ACGTの同じ無秩序混合) が大きな符号化空間を創り出している。この配列を、増幅バイアスあるいは他の問題からの妨害を受けることなく、数え上げることができる。SED ID NO: 1 の固定塩基(A、C、G、T)がバーコードの正確な読み取り、例えば挿入欠失の取扱い、を助けている。   At least one position on the microarray can be further marked with a unique molecular identifier tag. Unique molecular identifier tags can be used to quantify growth (eg, growth of microbial colonies or cell replication at that location). The unique molecular identifier may be a disordered nucleotide sequence. Specific molecular identifier usage methods and specific molecular identifier examples have been described in the art, for example reference is made to WO 2013/173394, which is hereby incorporated by reference in its entirety into the specification of the present invention. For example, the unique molecular identifier tag can have the nucleotide sequence NNNANNNCNNNTNNNGNNNANNNNN (SEQ ID NO: 1), where each amplified molecule has a unique (specific) DNA sequence barcode (4 ^ N barcode) Or, several N (the same chaotic mixture of ACGTs) create a large coding space, so as to get 4 ^ 21 to 4 trillion in this example. This sequence can be enumerated without interference from amplification bias or other issues. The fixed bases (A, C, G, T) of SED ID NO: 1 help correct reading of barcodes, eg handling of insertion deletions.

本発明は、試料内に複数の標的特異性ヌクレオチド配列(例えば多重化)の存在あるいは量を観察・記録するための位置特異性タグを使うことを抱合する。マイクロアレイ上の少なくとも1つの位置は、例えば (i) 増幅プライマー結合部位、(ii) 位置特異性ヌクレオチド配列、および (iii) 標的特異性ヌクレオチド配列を含む核酸分子を有する第2の特異タグで更に印づけられ得る。   The present invention combines the use of regiospecific tags for observing and recording the presence or amount of multiple target specific nucleotide sequences (eg, multiplexing) in a sample. At least one position on the microarray is further marked with a second specific tag, for example a nucleic acid molecule comprising (i) an amplification primer binding site, (ii) a position specific nucleotide sequence, and (iii) a target specific nucleotide sequence. It can be attached.

複数の実施形態において、核酸分子は位置特異性ヌクレオチド配列を含むことなく標的特異性ヌクレオチド配列を含み得る。或る特定の実施形態では、核酸分子は位置特異性ヌクレオチド配列あるいは増幅結合部位配列のいずれかをふくむことなく標的特異性ヌクレオチド配列を含み得る。更なる実施形態では、核酸分子は標的特異性ヌクレオチド配列のみを含み得る。なお更なる実施形態では、核酸分子は標的特異性ヌクレオチド配列のみで構成され得る。そのような標的特異性ヌクレオチド配列は、少なくとも10、少なくとも11、少なくとも12、少なくとも13、少なくとも14、少なくとも15、少なくとも16、少なくとも17、少なくとも18、少なくとも19、少なくとも20、少なくとも21、少なくとも22、少なくとも23、少なくとも24、少なくとも25、少なくとも26、少なくとも27、少なくとも28、少なくとも29、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも75、あるいは少なくとも100のヌクレオチドの長さであってよい。或る特定の実施形態では、標的特異性配列は、マイクロアレイのどの位置でもみな同じであり得る。追加の標的特異性ヌクレオチド配列が観察・記録され得る。例えば、1つ以上の位置が、少なくとも10、少なくとも25、少なくとも50、少なくとも75あるいは少なくとも100の特異タグで印づけられ得るが、そこでは各タグは、その位置でのタグの中のその他の標的特異性ヌクレオチド配列とは異なる1つの標的特異性ヌクレオチド配列を含んでいる。
対象物のどの遺伝子座も、標的特異性ヌクレオチド配列を与え得る。例えば、バクテリア16SリボソームRNA (rRNA)、18SリボソームRNA、ポリ(A) RNA、RNAポリメラーゼ遺伝子、DNAポリメラーゼ遺伝子、RecA遺伝子、トランスポザーゼ遺伝子の配列類、リボソーム内部転写スペーサ―領域 (ITS) 配列、酵素符号化遺伝子、制御領域DNA配列類、結合部位DNA配列類、あるいはこれらの配列類のなかのいずれのものの一部分でも、標的特異性ヌクレオチド配列として役立ち得る。開示のシステム、キット、装置あるいは方法は、Sundquist 等、"Bacterial Flora-Typing with Targeted, Chip-Based Pyrosequencing," 7:108 BMC Microbiology (2007)およびWang 等、"Conservative Fragments in Bacterial l6S rRNA Genes and Primer Design for l6S Ribosomal DNA Amplicons in Metagenomic Studies," 4:10PLoS ONE e7401(2009) に記述されたバクテリア16S rRNAプライマーの中の1つ以上を使い得る。尚これらの文献の各々は、ここにおいての参照によりその全文が本発明の明細書に組み入れられる。
In embodiments, the nucleic acid molecule may comprise target-specific nucleotide sequences without including regio-specific nucleotide sequences. In certain embodiments, the nucleic acid molecule can comprise target-specific nucleotide sequences, without including either regiospecific nucleotide sequences or amplification binding site sequences. In a further embodiment, the nucleic acid molecule may comprise only target specific nucleotide sequences. In still further embodiments, the nucleic acid molecule may be comprised of only target specific nucleotide sequences. Such target specific nucleotide sequences may be at least 10, at least 11, at least 12, at least 13, at least 14, at least 15, at least 16, at least 17, at least 18, at least 19, at least 20, at least 21, at least 22, at least 23, at least 24, at least 25, at least 26, at least 27, at least 28, at least 29, at least 30, at least 40, at least 50, at least 75, or at least 100 nucleotides in length. In certain embodiments, the target specific sequences may be the same at any position on the microarray. Additional target specific nucleotide sequences can be observed and recorded. For example, one or more positions may be marked with at least 10, at least 25, at least 50, at least 75, or at least 100 specific tags, where each tag represents another target in the tag at that position. It contains one target-specific nucleotide sequence which differs from the specific nucleotide sequence.
Any locus of interest may provide a target specific nucleotide sequence. For example, bacterial 16S ribosomal RNA (rRNA), 18S ribosomal RNA, poly (A) RNA, RNA polymerase gene, DNA polymerase gene, RecA gene, transposase gene sequences, ribosome internal transcription spacer-region (ITS) sequence, enzyme code A portion of any of the gene encoding, control region DNA sequences, binding site DNA sequences, or any of these sequences may serve as target specific nucleotide sequences. The disclosed system, kit, apparatus or method is described in Sundquist et al., "Bacterial Flora-Typing with Targeted, Chip-Based Pyrosequencing," 7: 108 BMC Microbiology (2007) and Wang et al., "Conservative Fragments in Bacterial l6S rRNA Genes and Primer Design for <RTIgt; l6S </ RTI> Ribosomal DNA Amplicons in Metagenomic Studies, "4: 10 PLoS ONE e7401 (2009). One or more of the bacterial 16S rRNA primers described may be used. Each of these documents is incorporated by reference in its entirety into the specification of the present invention.

開示した装置および方法に使われる試料は、複数の核酸分子を含み得る。試料は少なくとも1つのDNA分子あるいは少なくとも1つのRNA分子を含み得る。試料は、制限酵素消化作用によって形成された少なくとも1つの核酸分子を含み得る。試料は、少なくとも1つの細胞(例えば、古細菌細胞、真正細菌細胞、真菌細胞、植物細胞、および/または動物細胞)を含み得る。試料は、少なくとも1つの微生物を含み得る。試料は、宿主細胞の供給が必要であり得る1種以上のウイルス(例えば、バクテリオファージ)を含み得る。マイクロアレイの1つの位置にある試料の1部分は、単独細胞あるいは単独細胞が増殖したコロニーであってもよい。例えば、微生物あるいは細胞を個別にマイクロウェルに配置することができ、それら個々の微生物あるいは細胞は、各微生物あるいは細胞が置かれた各マイクロウェル内部でコロニーが生長するように、分割あるいは複製を可能にされ得る。こうして、マイクロアレイの1つの位置は、単独微生物種あるいは互いの生長を助け合う微生物品種の混合共同体を収容し得る。試料は、あらゆる適切な希釈物を含み得る。試料が非限定例に含み得るものは、土壌、下水、糞便、体腔内容物、生物液、生きている有機物、死んだ有機物、微生物懸濁液、天然の真水、飲料水、海水、廃水、空気、超臨界二酸化炭素、ミネラル、気体、緩衝剤、アルコール、有機溶媒、および/または油である。複数の実施形態では、(a) (i) 1つの位置特異性ヌクレオチド配列および (ii) 1つ以上の標的特異性ヌクレオチド配列、あるいは (b) 1つ以上の標的特異性ヌクレオチド配列(即ち、位置特異性ヌクレオチド配列を含まない)が、マイクロアレイの少なくとも1つの位置に、その位置に試料の1部分が置かれる前に、置かれる。その他の実施形態では、(a) (i) 位置特異性ヌクレオチド配列および (ii) 1つ以上の標的特異性ヌクレオチド配列、あるいは (b) 1つ以上の標的特異性ヌクレオチド配列(即ち、位置特異性ヌクレオチド配列を含まない)が、マイクロアレイの少なくとも1つの位置に、その位置に試料の1部分が置かれた後で、置かれる。1つの例では、試料あるいは試料の1部分が1つのマイクロアレイに、そのマイクロアレイに (i) 1つの位置特異性ヌクレオチド配列と (ii) 1つ以上の標的特異性ヌクレオチド配列の中の少なくとも1つを含む1つの核酸分子が配置される前に、配置されそして培養され得る。複数の実施形態では、試料のその部分の1部が、そのマイクロアレイの少なくとも1つの位置から取り除かれて別の入れ物に保管されても、あるいはそのマイクロアレイの少なくとも1つの位置にそれらの核酸分子が置かれる前あるいは後のいずれかでそのマイクロアレイが分割されてもよい。   The samples used in the disclosed devices and methods can include multiple nucleic acid molecules. The sample may comprise at least one DNA molecule or at least one RNA molecule. The sample may comprise at least one nucleic acid molecule formed by restriction enzyme digestion. The sample may comprise at least one cell (eg, archaebacterial cells, eubacterial cells, fungal cells, plant cells, and / or animal cells). The sample may comprise at least one microorganism. The sample may comprise one or more viruses (eg, bacteriophage) that may require a supply of host cells. One portion of the sample at one position of the microarray may be a single cell or a colony in which a single cell is grown. For example, microorganisms or cells can be individually placed in microwells, and such individual microorganisms or cells can be divided or replicated so that colonies grow inside each microwell in which each microorganism or cell is placed. It can be Thus, one position of the microarray can accommodate a single microbial species or a mixed community of microbial varieties that help each other grow. The sample may comprise any suitable dilution. Nonlimiting examples of samples may include soil, sewage, feces, body cavity contents, biological fluid, living organic matter, dead organic matter, microbial suspension, natural fresh water, drinking water, seawater, wastewater, air Supercritical carbon dioxide, minerals, gases, buffers, alcohols, organic solvents, and / or oils. In embodiments, (a) (i) one regiospecific nucleotide sequence and (ii) one or more target specific nucleotide sequences, or (b) one or more target specific nucleotide sequences (ie, positions) A specific nucleotide sequence is not included) is placed in at least one position of the microarray before one portion of the sample is placed at that position. In other embodiments, (a) (i) a regiospecific nucleotide sequence and (ii) one or more target specific nucleotide sequences, or (b) one or more target specific nucleotide sequences (i.e. regiospecificity) The nucleotide sequence is not included) is placed in at least one position of the microarray after one portion of the sample has been placed in that position. In one example, the sample or a portion of the sample is in one microarray, and the microarray contains at least one of (i) one regiospecific nucleotide sequence and (ii) one or more target specificity nucleotide sequences. The nucleic acid molecule containing can be placed and cultured before being placed. In embodiments, a portion of the portion of the sample may be removed from at least one position of the microarray and stored in a separate container, or alternatively, the nucleic acid molecules may be placed in at least one position of the microarray. The microarray may be divided either before or after being drawn.

少なくとも1つの位置特異性タグは、あらかじめ合成されそして液体処理手続きによってその位置に配置される核酸分子あるいはその1部分を含み得る。例えば、液体処理手続きは、ピペット操作、固形ピンを使うスポッティング、中空ピンを使うスポッティングあるいはインクジェット装置による沈着であり得る。タグは、別に予め合成された多数の核酸分子を使ってその位置で生成され得る。少なくとも1つのタグは、インサイチュー合成(例えば、インクジェット印刷あるいはフォトリトグラフィー)によってその位置で合成される核酸分子を含み得る。   The at least one regiospecific tag may comprise a nucleic acid molecule or a portion thereof that is pre-synthesized and placed at that position by a liquid handling procedure. For example, the liquid handling procedure may be pipetting, spotting with a solid pin, spotting with a hollow pin or deposition with an inkjet device. The tag can be generated at that position using a number of separately pre-synthesized nucleic acid molecules. At least one tag may comprise a nucleic acid molecule synthesized in situ by in situ synthesis (eg, ink jet printing or photolithography).

(生物種のデジタル列挙)
高密度マイクロウェルを有する表面を備えた高密度チップデバイスを此処に述べる。微生物叢試料の微生物が希釈されて、それらのウェルが1占有ウェル当たりほぼ1つの微生物を収容するように、そのデバイスへ塗布される。次に、そのチップは、微生物がウェル内で複製されるように、培養目的で温められてよい。更に、各ウェルにどの様な生物種が存在するかを決定するために、DNAによる位置索引作成システムをここに述べる。この索引作成システムは、ウェルを識別するアドレス指定バーコード類を含む各ウェルへ予め装填された幾つものPCRプライマー並びに種の情報を提供するあるいは所望の遺伝子配列を標的とする微生物ゲノム内の特有遺伝子要素(例えば、16S)を対象にしたプライマー配列を有することを伴い得る。培養後、微生物DNA が放出され、それらのPCRプライマーが標的バクテリアDNA領域を増幅し、そしてチップ上の種々のウェルからの増幅産物が貯留され、更に次世代配列決定法で解読され得る。
(Digital enumeration of species)
A high density chip device with a surface with high density microwells is described here. The microbes of the microbiota sample are diluted and applied to the device such that the wells contain approximately one microbe per occupied well. The chip may then be warmed for culture purposes so that the microorganisms are replicated in the wells. In addition, a DNA position indexing system is described herein to determine what species species are present in each well. This indexing system provides a number of pre-loaded PCR primers into each well, including addressing barcodes that identify the wells, as well as specific genes within the microbial genome that provide species information or target desired gene sequences. It may involve having a primer sequence directed to an element (eg, 16S). After incubation, microbial DNA is released, their PCR primers amplify the target bacterial DNA region, and amplification products from various wells on the chip can be pooled and further decoded by next-generation sequencing.

ここに述べたシステム、キット、装置および方法論は、1つの試料内の各微生物種あるいは変種の数の絶対集計を行うのに利用され得る。各ウェルは、元の希釈試料内での単独微生物の存在を表すデジタル事象を意味し得る。位置索引作成システムは、どんなバクテリア種がウェル内にいるのかをユーザが決定することを可能にし得る。測定のある1つの構成単位は、「ある1つのバクテリア種がある1つのウェル内にいる」であってよく、そのウェルにいるバクテリアの数とは無関係であってよい。   The systems, kits, devices and methodologies described herein can be utilized to provide an absolute count of the number of each microbial species or variant within a sample. Each well may represent a digital event that represents the presence of a single microorganism in the original diluted sample. The position indexing system may allow the user to determine what bacterial species are in the well. One unit of measurement may be "in one well with one bacterial species" and may be independent of the number of bacteria in the well.

一例では、微生物の混合試料は、生物種1を50%、生物種2を30%および生物種3を20%含んでいる。その試料は希釈され、次に各占有ウェルが、大部分、1つの微生物を有する様にチップに塗られる。その微生物が複製される。尚、生物種が異なると複製率は異なり得る。次に、ウェル内微生物からのDNAが放出され、そして16Sまたはある他の標的配列が増幅される様に、チップが処理される。各ウェルからのDNA増幅生成物が貯留され、次世代配列決定法を使って配列決定され得る。次世代配列決定データが解析されて、どの生物種が各占有ウェル内にあるかを、各ウェルに対して決定し得る。多くのウェルが、全く占有されていない場合がある。各生物種の存在度は、各生物種で占められたウェルの総数を占有ウェルの総数で割ることによって決定され得る。絶対存在度決定は、ステップからの各生物種の%存在率に元の試料内の微生物の総数を掛けることによって、成され得る。配列決定データは、公的に入手できる配列決定データベースと比べられて、どんな生物種が各占有ウェル内にあるかが決定され得る。例えば、リボソームRNA配列は、上記したSIL VA rRNAデータベースプロジェクトで入手され得る。その他のリボソームRNA配列データベースとしては、上記したRibosomal Database Project、Greengenes、および GenBank(登録商標)遺伝子配列データベース等がある。   In one example, the mixed sample of microorganisms contains 50% of species 1, 30% of species 2, and 20% of species 3. The sample is diluted and then each occupied well is applied to the chip, with the majority of one microbe. The microorganism is replicated. The replication rate may be different if the species is different. The chip is then processed such that DNA from in-well microorganisms is released and 16S or some other target sequence is amplified. The DNA amplification products from each well can be pooled and sequenced using next generation sequencing. Next generation sequencing data may be analyzed to determine for each well which species are in each occupied well. Many wells may not be occupied at all. The abundance of each species can be determined by dividing the total number of wells occupied by each species by the total number of occupied wells. An absolute abundance determination can be made by multiplying the% abundance of each species from step by the total number of microorganisms in the original sample. The sequencing data can be compared to publicly available sequencing databases to determine what species are in each occupied well. For example, ribosomal RNA sequences can be obtained in the SIL VA rRNA database project described above. Other ribosomal RNA sequence databases include the aforementioned Ribosomal Database Project, Greengenes, and GenBank® gene sequence databases.

試料内微生物種存在度推定の現行方法は、顕微鏡、染色法、選択培地、代謝/生理遮蔽物およびペトリ皿を使う培養のような伝統的技法の利用を伴っている。これらの方法は、特異性の不足(顕微鏡、染色法、代謝/生理遮蔽物)あるいは試料内の全ての種を明らかにする能力の不足(選択的培地、培養)のために往々にして不正確であり、それによって伝統的手法では多くの種がよく増殖せずあるいは全く増殖を起こさない。
微生物叢試料内の微生物種の相対存在度を決定する現行の分子方法は、試料から微生物DNAを抽出し、種または他の情報を提供する16Sまたは他のDNA領域のPCR増幅を行い、次に結果として得たPCR生成物について次世代配列決定(NGS)を行うことを伴っている。元の試料内の各生物種の相対存在度は、NGSデータ内の種特異性DNA配列の相対的頻度から推測される。このタイプの解析の文献は数多くあり、そしてこの方法が多くの微生物叢の研究を支えている。
Current methods of estimating microbial species abundance in samples involve the use of traditional techniques such as microscopy, staining, selective media, metabolism / physiology shielding and culture with petri dishes. These methods are often inaccurate due to lack of specificity (microscopy, staining, metabolism / physiology) or lack of ability to reveal all species in the sample (selective medium, culture) That is why many species do not grow well or cause any growth in the traditional approach.
Current molecular methods to determine the relative abundance of microbial species within a microbial flora sample extract microbial DNA from the sample, perform PCR amplification of 16S or other DNA regions that provide species or other information, and then Next generation sequencing (NGS) is performed on the resulting PCR products. The relative abundance of each species in the original sample is inferred from the relative frequency of species specific DNA sequences in the NGS data. The literature of this type of analysis is abundant, and this method supports the study of many microflora.

現行の方法論の問題は、異なった微生物に存在し得る異なった数の16S遺伝子、異なった微生物種からの配列が異なった率で増幅されるPCRバイアス、および異なった微生物種からの配列が異なった率で配列され得る配列決定バイアスに対して調整を行っていないことにある。その結果は、現行の方法論を使って導き出した相対存在度データの正確さに関して多くの不確実性があるということになる。   The problems of current methodology are different numbers of 16S genes that may be present in different microorganisms, PCR biases in which sequences from different microbial species are amplified at different rates, and different sequences from different microbial species There is no adjustment to the sequencing bias that can be arranged at a rate. The result is that there is a lot of uncertainty regarding the accuracy of the relative abundance data derived using current methodologies.

異なる生物種の集計は、単独ウェルにおける生物種の存在に基づき得る。これは、装填中にそのウェルへ分割する元の試料からの単独微生物と直接関係がある。PCR/NGSのみが、各ウェルにどんな微生物種が存在するかを識別するのに使用し得る。識別された配列の数は、計算の一部を形成していない。それ故、方法にPCR、NGSあるいは標的配列複写数変動あるいは偏りがあるかどうかは重要ではない。   A tabulation of different species can be based on the presence of the species in a single well. This is directly related to the single microorganism from the original sample which splits into its wells during loading. Only PCR / NGS can be used to identify what microbial species are present in each well. The number of sequences identified does not form part of the calculation. Therefore, it is not important whether the method has PCR, NGS or target sequence copy number variation or bias.

複数の実施形態は、微生物叢研究、微生物産物発見および開発、医療診断、および試料内の微生物種の正確な集計が求められる他の如何なる分野にも応用され得る。
従って、複数の実施形態は、生物叢試料内各生物種の相対存在度の更に一層の正確な測定、およびこの相対存在度測定を(希釈を明らかにするおよび/または元の試料内の微生物の総数の測定と組み合わせることによって)元の試料内各生物種の絶対存在度あるいは直接集計に変換する能力を提供し得る。複数の実施形態は、微細加工高密度チップの新しい応用を(微生物の培養および選別の外に)提供し得る。
Embodiments can be applied to microbiota research, microbial product discovery and development, medical diagnostics, and any other field where accurate enumeration of microbial species in a sample is desired.
Thus, embodiments provide an even more accurate measurement of the relative abundance of each species within the bioplex sample, and the relative abundance measurement (to reveal dilutions and / or microorganisms in the original sample. Combined with the measurement of the total number) can provide the ability to convert the absolute abundance or direct aggregation of each species in the original sample. Embodiments may provide new applications of microfabricated high density chips (besides culture and sorting of microorganisms).

図18は、複数の実施形態に従う集計方法を説明する作業ステップ図である。ステップ1800において、試料を取得する。ステップ1802において、少なくとも1つの細胞を取得した試料から抽出する。ステップ1804において、微細加工デバイスあるいはチップの少なくとも1つの高密度マイクロウェルアレイに少なくとも1つの抽出細胞を装填する。ステップ1804は、その少なくとも1つの抽出細胞を伴う細胞濃度を用意し、少なくとも1つの栄養素/培地を選択し、および/または少なくとも1枚の膜を選択することを含んでいる。ステップ1806において、マイクロアレイの少なくとも1部分を少なくとも1枚の選択された膜で密閉してマイクロウェルに関して細胞濃度を保持する。ステップ1808において、チップを培養目的で温める。ステップ1808は、温度を選択、(例えば、好気性かあるいは嫌気性か)雰囲気の決定、および/または培養の時間調整を含んでいる。ステップ1810において、培養細胞を識別のために犠牲にする場合がある。ステップ1810は、PCR、配列決定、および/または種々のデータ解析を含んでいる。ステップ1812において、試料についての情報(例えば、微生物共同体構造)を評価および/または判定し得る。   FIG. 18 is an operation step diagram illustrating a tabulation method according to a plurality of embodiments. In step 1800, a sample is obtained. At step 1802, at least one cell is extracted from the acquired sample. At step 1804, at least one high density microwell array of microfabricated devices or chips is loaded with at least one extracted cell. Step 1804 includes providing a cell concentration with the at least one extracted cell, selecting at least one nutrient / media, and / or selecting at least one membrane. At step 1806, at least a portion of the microarray is sealed with at least one selected membrane to maintain cell concentration for the microwells. At step 1808, the chip is warmed for culture purposes. Step 1808 includes selecting a temperature, determining an atmosphere (eg, aerobic or anaerobic), and / or timing the culture. At step 1810, cultured cells may be sacrificed for identification. Step 1810 includes PCR, sequencing, and / or various data analysis. At step 1812, information (eg, microbial community structure) about the sample may be assessed and / or determined.

図19は、複数の実施形態に従う集計方法を図解する一覧図である。パネル1900は、複合試料の例、具体的には微生物叢試料1902と土壌試料1904、を示している。パネル1906では、少なくとも1つの細胞が、例えば図5A および図5Bに示したプロトコルを使って複合試料から抽出されている。パネル1908では、その少なくとも1つの抽出細胞(および何らかの環境抽出物および/または希釈物)が、少なくとも1つの高密度マイクロウェルアレイ1910を備えた微細加工デバイスあるいはチップに装填されている。チップ1910と試薬カートリッジ1912が、培養器1914へ挿入され得る。試薬は、増殖に必要な栄養を維持するための液体補給および/または種々の選別目的に有用であり得る。パネル1916は出力、即ち配列および培養細胞の相対存在度、を示している。   FIG. 19 is a chart diagram illustrating a tabulation method in accordance with several embodiments. Panel 1900 shows an example of a complex sample, specifically a microflora sample 1902 and a soil sample 1904. In panel 1906, at least one cell has been extracted from the complex sample using, for example, the protocol shown in FIGS. 5A and 5B. In panel 1908, the at least one extracted cell (and any environmental extract and / or dilution) is loaded into a microfabricated device or chip with at least one high density microwell array 1910. A chip 1910 and a reagent cartridge 1912 can be inserted into the incubator 1914. The reagents may be useful for fluid supplementation to maintain the nutrients needed for growth and / or for various sorting purposes. Panel 1916 shows the output, ie the sequence and relative abundance of cultured cells.

(小液滴を用いたプラットホーム)
孤立性の小液滴を用いたプラットホームは、チップが用いられるのと殆ど同じ方法で分離、培養、およびまたは選別のために使用し得る。小液滴は、ナノあるいはピコリットル容器として機能するマイクロウェルの類似物である。小液滴生成方法は、特にチップ上細胞分類器型の計測装置と組み合わされる場合、複合環境試料から微生物を分離するために利用され得る。小液滴添加は、微生物を供給するのに利用され得る。小液滴分割は、生物試料を後に残しながらも、配列決定あるいは何か他の分解試験用に利用され得る。配列決定に必要なすべての予備作業は、小液滴方式でも同様に成され得る。
(Platform using small droplets)
Platforms with isolated droplets can be used for separation, culture, and / or sorting in much the same way that chips are used. Small droplets are analogues of microwells that function as nano or picoliter containers. The microdroplet generation method can be utilized to separate microorganisms from complex environmental samples, particularly when combined with a cell-to-chip cell classifier type measurement device. Small droplet addition can be utilized to deliver the microorganisms. Small drop splitting can be used for sequencing or some other degradation test while leaving the biological sample behind. All the preparatory work required for sequencing can be done in the same way in the small droplet mode.

複数の実施形態は、複合環境から微生物を取り出して小液滴に入れるために利用され得る。例えば、細胞懸濁液を含む小液滴生成用モジュール式システムは、1つあるいは少数の細胞を含み得る。水性小液滴は、互いに近づかないように又いかなる表面にも触れたり汚したりしないように非混和性液体に懸濁した状態にあり得る。小液滴は各マイクロウェルにおいて、例えば30Hzで、これは言い換えると毎日数百万ということになるが、生成され得る。   Embodiments can be utilized to remove microbes from the complex environment into small droplets. For example, a modular system for droplet generation, including cell suspensions, can include one or a few cells. The aqueous droplets may be suspended in the immiscible liquid so as not to approach each other and not touch or stain any surface. Small droplets can be produced in each microwell, for example at 30 Hz, which translates to millions of daily each other.

液滴をベースとしたミクロ流体システムは、小液滴(例えば、約30 pL)をカプセル化、操作、および/または培養を行い得る。細胞生存および繁殖は、大容量溶液の制御実験に類似していることが注目される。小液滴は、数百Hzで生成され、これは数百万の液滴が数時間で生成され得ることを意味している。単独チップをベースとしたデバイスは、小液滴を生成する為に用いることが出来、そしてそれらの小液滴は単独細胞を含む様に設計され得る。   A droplet based microfluidic system can encapsulate, manipulate, and / or culture small droplets (eg, about 30 pL). It is noted that cell survival and reproduction are similar to large volume solution control experiments. Small droplets are produced at hundreds of Hz, which means that millions of droplets can be produced in a few hours. A single chip based device can be used to generate small droplets, and those small droplets can be designed to contain single cells.

複数の実施形態は、小液滴内の細胞を選別するのに利用され得る。小液滴培養後の蛍光選別は、例えば1秒当たり500液滴の速度で、チップ上で行われ得る。小液滴は、多くの異なった測定用に構成された落射蛍光顕微鏡の焦点で1つのチャンネルを通して流され得る。これは、非常に小さい液滴に閉じ込められたために局所濃度が相当高いので、代謝物を対象にした選別を行う特に効果的な方法であり得る。   Embodiments can be utilized to sort cells in small droplets. Fluorescence sorting after microdroplet culture can be performed on the chip, for example, at a rate of 500 droplets per second. Small droplets can be flowed through one channel at the focal point of an epifluorescent microscope configured for many different measurements. This may be a particularly effective method of sorting for metabolites since the local concentration is quite high due to being trapped in very small droplets.

複数の実施形態は、小液滴を分類するために利用され得る。一旦細胞が単離され、増殖されおよび/または選別されたら、それらは、有用な試料が取り出されるように、分類され得る。小液滴は、通常用いられるFACS機構と類似のやり方で分類され得る。   Several embodiments may be utilized to classify small droplets. Once cells have been isolated, grown and / or sorted, they can be classified such that a useful sample is removed. Droplets can be classified in a manner similar to commonly used FACS mechanisms.

複数の実施形態は、小液滴を分割する為に利用され得る。複数の実施形態は、試料を取得して、1部分は配列決定(破壊ステップ)へ送りそして生育可能な培地であるもう1つの部分は保持するために、その試料を分割する能力を必要とし得る。小液滴を分割するやり方はいろいろ数多くあり、例えば液滴が流れ続けながら分裂することになる注意深く計算された大きさを有するT型接合を構築すること、あるいはエレクトロウェッティング(高すぎる電圧を加えて細胞溶解を起こさないように注意)等を含むが、これに限定されるものではない。   Embodiments can be utilized to break up small droplets. Embodiments may require the ability to take a sample, send one part to sequencing (destruction step) and another part that is a viable culture medium to hold the sample. . There are many ways to break up a small droplet, for example by constructing a T-junction with carefully calculated dimensions that will break up as the droplet continues to flow, or electrowetting Not to cause cell lysis), etc., but it is not limited thereto.

複数の実施形態は、小液滴同士を合体させるおよび/または小液滴に試薬を添加するために利用され得る。例えば、細胞の長期(例えば。数週間)培養は、増殖に必要な栄養の維持のために液を加える機能を必要とする。種々の選別目的用に試薬を添加できることもまた有効であり得る。小液滴選別は、化合物コードを含む小液滴と単独細胞を含む小液滴を合体させ得ることに依拠している。そして次に小液滴は、培養されおよび/または分析チップへ戻されてそれらのコードを介して化合物を識別し得る。これは、必要に応じて小液滴同士を正確に合体させる能力を必要とし得る。   Embodiments may be utilized to coalesce small droplets and / or to add reagents to small droplets. For example, long-term (eg, several weeks) culture of cells requires the ability to add fluid to maintain the nutrients needed for growth. It may also be effective to be able to add reagents for various sorting purposes. Small droplet sorting relies on the ability to combine small droplets containing compound codes with small droplets containing single cells. And then the droplets can be cultured and / or returned to the assay chip to identify compounds through their codes. This may require the ability to accurately combine small droplets as needed.

複数の実施形態は、小液滴内でPCRを行うために利用され得る。PCRは、微生物を識別する為に特異性遺伝子要素(例えば、16S領域)を最終的に配列決定する為に用いられ得る。このことは、各ウェル内でどんなタイプの微生物が増殖しているかを決定するのに使われ得る。小液滴を用いたシステムにおいて、この手法は、適正なプライマー配列が遺伝子の正しい領域を増幅するように設計されている限り各小液滴内にどんな微生物が存在するかを決定するのに用いられ得る。   Embodiments can be utilized to perform PCR in small droplets. PCR can be used to finally sequence specific gene elements (eg, 16S regions) to identify microorganisms. This can be used to determine what type of microorganism is growing in each well. In small drop systems, this approach is used to determine what microbes are present in each small drop as long as the correct primer sequences are designed to amplify the correct region of the gene. Can be

複数の実施形態は、小液滴からの(例えば、PCRステップで発生した)DNAの配列決定および/またはDNAライブラリーを作成するのに利用され得る。
(高密度チップ用位置特異性タグ)
Embodiments can be utilized to sequence DNA from small droplets (e.g., generated in a PCR step) and / or create a DNA library.
(Position specificity tag for high density chips)

高密度マイクロウェルを備えた表面を有する高密度チップデバイスが使用され得る。微生物叢試料からの微生物は、1占有ウェル当たりほぼ1つの微生物をウェルが収容する様に希釈されて上記デバイスに塗布され得る。そのチップは、微生物がウェル内で複製され、そして結果として生じた固体群が単一の種を示す様に、培養目的で温められ得る。DNAによる位置索引作成システムは、各ウェルにどんな生物種が存在するかを決定するのに使用し得る。この索引作成システムは、ウェルを識別するアドレス指定バーコードを含む各ウェルに予め装填されたPCRプライマー、および生物種の情報を提供する特異性遺伝子要素(例えば、微生物遺伝子の16S)を対象とするプライマー配列を有することを必要とし得る。培養後に微生物DNAが放出され得て、PCRプライマーが標的バクテリアDNA領域を増幅でき、そしてチップ上の様々なウェルからの増幅産物が貯留され得て、次に次世代配列決定法によって解読される。   High density chip devices having a surface with high density microwells may be used. Microorganisms from a microbiota sample can be diluted and applied to the device such that the wells contain approximately one microbe per occupied well. The chip can be warmed for culture purposes so that the microorganisms replicate in the wells and the resulting population of solids represents a single species. A DNA based position indexing system can be used to determine what species are present in each well. The indexing system targets PCR primers pre-loaded into each well containing addressing barcodes that identify the wells, and specificity gene elements (eg, 16S of microbial genes) to provide species information. It may be necessary to have a primer sequence. After incubation, microbial DNA can be released, PCR primers can amplify the target bacterial DNA region, and amplification products from various wells on the chip can be pooled and then decoded by next-generation sequencing.

上記の位置索引作成システムは、マイクロチップ上の各ウェルに対して異なった位置コードを組み込むことを伴い得る、言い換えると所定数のウェルをコード化するのに必要なコードの総数が減じられる様に各ウェルに複合位置コードを組み込み得る。例えば、ある1つのチップに100のウェルがあるとすると、1ウェルに付き1つのコードである場合、100のコードが必要とされる。各ウェルから2つのコードが解読されたとすると、同じチップは20コードだけでコード化(即ち、グリッドのx軸に対して10のコード化、y軸に対して10のコード化)ができることになる。   The above position indexing system may involve incorporating a different position code for each well on the microchip, in other words reducing the total number of codes needed to code a given number of wells. Each well may incorporate a composite position code. For example, if there are 100 wells in one chip, 100 codes are required if there is one code per well. If two codes were to be decoded from each well, the same chip could be coded with only 20 codes (ie 10 coding for the grid x-axis, 10 coding for the y-axis) .

1ウェル当たり2コードを組み込むPCR戦略の1例を表2に示す。

Figure 2019520825
An example of a PCR strategy incorporating 2 codes per well is shown in Table 2.
Figure 2019520825

1ウェル当たり3コードを組み込むPCR戦略の1例を表3に示す。

Figure 2019520825
An example of a PCR strategy incorporating 3 codes per well is shown in Table 3.
Figure 2019520825

3つのオリゴプライマーが、単独PCR生成物を作るのに用いられる。分子の1つの末端に多くの部分からなるバーコードを装着するために2つのオリゴを使うこのシステムの利点は、例えば必要とされるオリゴの最大長さを減じることあるいは格別長いバーコードを作ること、を含み得る。   Three oligo primers are used to make a single PCR product. The advantage of this system of using two oligos to attach a multipart barcode to one end of the molecule is, for example, to reduce the required length of the oligo or to make an extra long barcode , May be included.

この手法は、1反応に付きn個のバーコード組込みに一般化できる。手法はまた、標的配列領域の同じ側に幾つものバーコードがあるようないろいろな実施状況を含むこともできる。NGS配列決定アダプターが加えられて、バーコード化されたPCR生成物の個体群に対する全配列が、次世代配列決定法によって解読され得る。   This approach can be generalized to n barcode integrations per reaction. The approach can also include various implementations where there are several barcodes on the same side of the target sequence region. An NGS sequencing adapter can be added to decode the entire sequence for the population of barcoded PCR products by next generation sequencing.

別の実施状況において、固定コードが試料番号あるいはプレート番号を識別する為に加えることができ、そして表4に示されるような2つのバーコードに向けての1行程において複合試料/プレートの貯留を可能にし得る。

Figure 2019520825
In another implementation, a fixed code can be added to identify the sample number or plate number, and storage of the composite sample / plate in one stroke towards two barcodes as shown in Table 4. May be possible.
Figure 2019520825

さらなる実施状況において、固定コードが試料番号あるいはプレート番号を識別する為に加えることができ、そして表5に示されるような3つのバーコードに向けての1行程において複合試料/プレートの貯留を可能にし得る。

Figure 2019520825
In a further implementation, a fixed code can be added to identify the sample number or plate number, and the composite sample / plate can be stored in one stroke towards three barcodes as shown in Table 5. It can be
Figure 2019520825

全ての場合において配列内のコードの位置が情報を伝えているので、従ってコード1、コード2およびコード3のバーコードは必ずしも個々のウェル内で互いに異なっている必要はない。   Since in all cases the position of the code within the sequence conveys information, the barcodes of code 1, code 2 and code 3 do not necessarily have to be different from one another in the individual wells.

単独コードのコード化システムを使って幾つものオリゴの作成をすることおよび幾つものチップを印刷することは高コストである。例えば、10,000ウェルチップは、チップ上のウェル中にバーコードを配置するのに10,000の単独バーコードと独立した印刷を10,000回繰り返すことを必要とする。2コードシステムを用いる場合、それらチップを製造するのに印刷をただ200回繰り返すとすると僅か200のバーコードが場合によっては必要とされるにすぎない。このことは、オリゴ費用、印刷時間および印刷資本投資の大幅な節約を意味する。   Making several oligos and printing several chips using a single code coding system is expensive. For example, a 10,000-well chip requires 10,000 repetitions of printing independently of 10,000 single barcodes to place a barcode in a well on the chip. If a two-code system is used, only 200 barcodes may be required in some cases if printing is repeated only 200 times to produce the chips. This implies significant savings in oligo costs, printing time and printing capital investment.

デュアルバーコード化PCRプライマーの使用の後で増幅と配列決定解析を行って、微細加工チップ上へ無作為に分割された部分を含有するDNAあるいはRNAに関する位置データを得ることは、高い有用性と比較的低いコストを持ち得る。   The use of dual barcoded PCR primers followed by amplification and sequencing analysis to obtain positional data on DNA or RNA containing the randomly divided portion on the microfabricated chip is highly useful. It can have relatively low cost.

図20は、複数の実施形態に従う索引作成システムを説明する一覧図である。マイクロウェル2000は、N個の横列とM個の縦列を有し、それによってN×M個の特有指標を生成する。チップ2000内マイクロウェルの位置は、座標(N、M)を有すると考え得る。各縦列は共通の逆方向プライマー配列(例えば、R1、R2、R3、...RM)を有し、並びに各横列は共通の順方向プライマー配列(例えば、F1、F2、F3、...FN)を有する。例えば16Sリボソームリボ核酸 (rRNA)内のある特定の遺伝子要素を対象とした特異タグは、順方向プライマー配列F515並びに逆方向プライマー配列R806を含み得る。チップ2000のPCRに続き、標的遺伝子要素の存在が、順方向プライマー配列と逆方向プライマー配列の存在に基づく元の特有マイクロウェルにマッピングし戻すことができる。例えば、F515とR806の存在が、チップ2000内で座標(515、806)を有するマイクロウェルへ ユーザを導く。   FIG. 20 is a diagram illustrating an indexing system in accordance with several embodiments. The microwell 2000 has N rows and M columns, thereby producing N × M unique indices. The position of the microwell in chip 2000 can be considered to have coordinates (N, M). Each column has a common reverse primer sequence (eg, R1, R2, R3, ... RM), and each row has a common forward primer sequence (eg, F1, F2, F3, ... FN) ). For example, a specific tag directed to a particular genetic element within 16S ribosomal ribonucleic acid (rRNA) may comprise forward primer sequence F515 as well as reverse primer sequence R806. Following PCR on chip 2000, the presence of target gene elements can be mapped back to the original unique microwell based on the presence of forward and reverse primer sequences. For example, the presence of F 515 and R 806 directs the user to the microwell with coordinates (515, 806) in chip 2000.

(バクテリア含有マイクロウェル全体にわたるPCR増幅生成物に対する変動性低減)
DNAによる位置索引作成システムは、各ウェルにどんな生物種が存在するかを決定するのに使用され得る。この索引作成システムは、ウェルを識別するアドレス指定バーコードを含む各ウェルに予め装填されたPCRプライマー、および生物種の情報を提供する微生物遺伝子内の特異性遺伝子要素(例えば、16S)を標的とするプライマー配列を有することを要し得る。培養後に微生物DNAが放出されて、PCRプライマーが標的バクテリアDNA領域を増幅し、そしてチップ上の様々なウェルからの増幅産物が貯留され、そして次世代配列決定法によって解読され得る。
Reduced variability for PCR amplification products across bacteria-containing microwells
A DNA based position indexing system can be used to determine what species are present in each well. This indexing system targets PCR primers pre-loaded into each well containing addressing barcodes that identify the wells, and specificity gene elements (eg, 16S) within the microbial gene that provide species information. It may be necessary to have the following primer sequences: After incubation, microbial DNA is released, PCR primers amplify the target bacterial DNA region, and amplification products from various wells on the chip can be pooled and decoded by next-generation sequencing.

ウェル全体にわたるPCR生成物の量の変動を制限するための複数の実施形態は、予想される試料DNA濃度の大部分に対してPCRプライマーの量がDNA増幅反応において制限的であるように、チップの製造中にウェル内PCRプライマー量の制限を組み込むことができ、従ってPCR生成物の生成量がウェル全体にわたってそれほど変わり易くは無いことになる。   Embodiments to limit variations in the amount of PCR product throughout the well may be chipped, such that the amount of PCR primers is limiting in the DNA amplification reaction for most of the expected sample DNA concentrations. A limitation of the amount of PCR primers in the wells can be incorporated during the manufacture of H. Thus, the amount of PCR product produced will be less variable throughout the wells.

ウェル全体にわたるPCR生成物の量の変動を制限するための複数の実施形態は、PCR生成物の生成量がウェル全体にわたって、全サイクルPCR増幅プロトコルと対比して、変動がより少ないように、チップ上のPCRサイクル数を3サイクル未満、あるいは5サイクル未満、あるいは10サイクル未満、あるいは15サイクル未満、あるいは20サイクル未満、あるいは25サイクル未満、あるいは30サイクル未満に制限することを含み得る。   Embodiments to limit variation in the amount of PCR product across the wells are chipped so that production of PCR product is less variation across the wells as compared to the full cycle PCR amplification protocol. It may involve limiting the number of PCR cycles above to less than 3 cycles, alternatively less than 5 cycles, alternatively less than 10 cycles, alternatively less than 15 cycles, alternatively less than 20 cycles, alternatively less than 25 cycles, alternatively less than 30 cycles.

ウェル全体にわたるPCR生成物の量の変動を制限するための複数の実施形態は、PCR増幅産物の生成数が元の試料内のDNA量よりもヌクレオチド量により関連するように、反応混合物中のヌクレオチド量を制限することを含み得る。大量の標的DNAを有するマイクロウェルは、サイクリングステップの初期にヌクレオチドを使い尽くすのに対して、少量の標的DNAを有するマイクロウェルはサイクリングステップの後の方でヌクレオチドを使い尽くすが、ほぼ同じ量の増幅生成物を生成する。   Embodiments to limit the variation in the amount of PCR product throughout the wells are such that the number of generated PCR amplification products is more related to the amount of nucleotides than the amount of DNA in the original sample, the nucleotides in the reaction mixture It may include limiting the amount. Microwells with large amounts of target DNA deplete nucleotides early in the cycling step, whereas microwells with small amounts of target DNA deplete nucleotides later in the cycling step, but about the same amount Generate amplification product.

ウェル全体にわたるPCR生成物の量の変動を制限するための複数の実施形態は、培地が使い尽くされて複製を停止するまで細胞が自己複製をするように、ウェル内で増殖する微生物に利用可能な栄養素の量を制限することを含み得る。   Embodiments to limit variation in the amount of PCR product throughout the wells are available to microorganisms that grow in the wells, such that the cells will self-replicate until the medium is exhausted and replication is stopped. Can include limiting the amount of nutrients.

ウェル全体にわたるPCR生成物の量の変動を制限するための複数の実施形態は、PCR生成物がより多く生成されるにつれて信号がより輝くようにPCR生成物を識別する染料を各ウェルに配置することを含み得る。各PCRサイクル中に染料輝度を計測管理して、一旦望みの信号強度を観測したらそのウェルから試料を取り出すことができる。   Embodiments to limit variation in the amount of PCR product throughout the well place a dye in each well that identifies the PCR product so that the signal becomes more brilliant as more PCR product is generated. Can be included. The dye intensity can be measured and controlled during each PCR cycle so that once the desired signal strength is observed, the sample can be removed from the well.

ウェル全体にわたるPCR生成物の量の変動を制限するための複数の実施形態は、各ウェルからの増幅DNAを選択的に混成化する為に各ウェルに特異的なバーコードに補完的なオリゴで覆った混成物作成ビーズの混合物を用いることを含み得る。いったんビーズが飽和したなら、未結合DNAを洗い流し、結合DNAをビーズから解放する。次に、各ウェルからのDNAの量をビーズの飽和限界で正規化する。   Embodiments to limit variations in the amount of PCR product throughout the wells include oligos complementary to barcodes specific to each well to selectively hybridize amplified DNA from each well. It may involve using a mixture of covered hybrid preparation beads. Once the beads are saturated, wash away unbound DNA and release bound DNA from the beads. Next, the amount of DNA from each well is normalized to the saturation limit of the beads.

ウェル全体にわたるPCR生成物の量の変動を制限するための複数の実施形態は、速く増殖する微生物は急速にウェルを満たして複製を止め、より遅く増殖する微生物は徐々にウェルを満たし、もしほぼ同じ数の細胞がウェル内にあるようになれば増殖を止めるように長期間にわたってチップを培養目的で温めることを含み得る。   Embodiments to limit variations in the amount of PCR product throughout the wells, the fast growing organisms fill the wells rapidly and stop replicating, the slower growing organisms gradually fill the wells, and so on. It may involve warming the chip for culture purposes for extended periods of time to stop growth once the same number of cells are in the wells.

複数の実施形態において、チップ形式と方法の状況内でのバーコード化プライマーおよび次世代配列決定法(NGS)の使用は、どの生物種が高密度マイクロチップ上のどのウェル内で増殖しているかを識別するのに利用され得る。ほぼ同数のバクテリアがチップ内の各マイクロウェルを占める時、NGSデータの各ウェルからの信号は殆ど同じであり得る。   In embodiments, the use of barcoded primers and Next Generation Sequencing (NGS) within the context of chip format and method dictates which species are growing in which wells on high density microchips Can be used to identify When approximately the same number of bacteria occupy each microwell in the chip, the signal from each well of the NGS data may be almost the same.

例えば、1千2百万の配列読み取りを生じる典型的NGSの実行において、各々が10,000のマイクロウェルを有する24チップがその実行において配列決定され、1ウェル当たり同数のバクテリアがいるとすると、1ウェル当たり平均して50読み取りがあることになる。   For example, in a typical NGS run that produces 12 million sequence reads, 24 chips, each with 10,000 microwells, will be sequenced in that run, with the same number of bacteria per well, 1 well There will be 50 readings on average.

しかしながら、異なるバクテリアが異なる速度で増殖すると、複数のウェルは少数のバクテリアを有し、複数のウェルは多数のバクテリアを有することになる。これは、少数のバクテリアを有するウェルがNGS分析では検出されないほどにNGSの実行をともすれば歪めてしまう。   However, when different bacteria grow at different rates, the wells will have a small number of bacteria and the wells will have a large number of bacteria. This can distort wells with small numbers of bacteria with the NGS run so that they can not be detected by NGS analysis.

こういう訳で、1千2百万の配列読み取りを生じる典型的NGSの実行例において、各チップが10,000のマイクロウェルを有し、それらのマイクロウェルの半分は他の半分の100倍多いバクテリアをその中に有する24のチップが1実行に付き配列決定されるとする。ゆっくりと増殖するウェル内のバクテリアが検出される確率は著しく低下する。この場合、
(10,000x24)/2x100 = 12,000,000
(10,000x24)/2 = 120,000
This is why, in a typical NGS implementation that produces 12 million sequence reads, each chip has 10,000 microwells, half of which are 100 times more bacteria than the other half. Suppose that 24 chips contained therein are sequenced in one execution. The probability of detecting bacteria in the slowly growing wells is significantly reduced. in this case,
(10,000 x 24) / 2 x 100 = 12,000,000
(10,000 x 24) / 2 = 120,000

低頻度ウェルは、全体の1%に相当している。こうして、NGSの1実行においての12,000,000の読み取りの中で、120,000が低頻度ウェルから、即ち1ウェル当たり平均1読み取り、である。   Infrequent wells correspond to 1% of the total. Thus, of the 12,000,000 readings in one run of NGS, 120,000 are from low frequency wells, ie an average of 1 reading per well.

この現象の衝撃を最小化するために、NGS実行において全てのウェルが検出されるようにウェル全体に亘ってPCR生成物量を均一化するのを助ける新しい方法が開発される必要がある。   To minimize the impact of this phenomenon, new methods need to be developed to help homogenize the amount of PCR product across the wells so that all the wells are detected in the NGS run.

(微生物の単離、増殖、選別および解析用シリコンをベースとしたマイクロウェルチップ)
微細加工デバイスあるいはチップは、ウェル毎の電気的測定を考慮して、プラスチック、ガラスおよび/またはポリマーの代わりまたはそれらに加えて、少なくとも一部がシリコンで構成され得る。例えば、各ウェルの壁面は、マイクロコンデンサを創り出すために絶縁される。別の例では、各ウェル内のFETが、ゲート表面がウェル内容物に曝されるように絶縁され得る。純粋にシリコンだけを用いるチップの代わりに、メッキ、蒸着、および/またはアーク/火炎噴霧によって既存のチップの最上面に金属薄層が生成されてもよい。これにより、より多くの機能性の追加、より安価および/またはよりクリーンな代替製造方法の利用、および/または手持ち式および/または携帯型のデバイスの小型軽量化を見込み得る。
(Silicon-based micro-well chip for microbe isolation, growth, sorting and analysis)
The microfabricated device or chip may be composed at least in part of silicon instead of or in addition to plastic, glass and / or polymer, taking into account the electrical measurement per well. For example, the walls of each well are isolated to create a microcapacitor. In another example, the FETs in each well may be isolated such that the gate surface is exposed to the well contents. Instead of chips purely using silicon, a thin metal layer may be produced on top of existing chips by plating, evaporation and / or arc / flame spraying. This may allow for the addition of more functionality, the use of cheaper and / or cleaner alternative manufacturing methods, and / or smaller and lighter hand-held and / or portable devices.

複数の実施形態は、電気的測定によって増殖を計測管理する場合を考慮し得る。インピーダンスの定期的測定は、微生物(例えば、バクテリア)増殖の測定に適用され得る。例えば、大腸菌(E. coli)を収容する管の両端のインピーダンスは、Ur等、“Impedance Monitoring of Bacterial Activity”、8:1 J. Med. Microbiology 19-28 (1975) においてその管の細胞数にたとえられている。そしてこの論文はここにおいての参照によりその全文が本発明の明細書に組み込まれる。この効果が一般的であることを証明するために、ジュードモナス、クレブシエラおよび連鎖球菌を含む他のタイプのバクテリアに関して測定を行ってよい。異なった配合物全体に亘って増殖条件をテストする為に、ウェルが異なった培地で満たされてもよい。   Embodiments can be considered for measuring and managing proliferation by electrical measurement. Periodic measurements of impedance can be applied to the measurement of microbial (eg, bacterial) growth. For example, the impedance at both ends of a tube containing E. coli can be determined by the number of cells in that tube in Ur et al., "Impedance Monitoring of Bacterial Activity", 8: 1 J. Med. Microbiology 19-28 (1975). It is being compared. And this article is incorporated by reference in its entirety into the specification of the present invention. To prove that this effect is common, measurements may be performed on other types of bacteria, including Judemonas, Klebsiella and Streptococcus. Wells may be filled with different media to test growth conditions across different formulations.

複数の実施形態は、電気的測定による選別を見込み得る。電気的測定は、選別を見込むウェル毎になされ得る。1例は、pHであった。ISFETやpHメータ等を含むウェル内デバイスのゲートからpH依存性の応答を得るための多数の様々なやり方がある。埋め込みpHセンサを備えたウェルアレイは、酸性あるいは塩基性の代謝物を生成する微生物をどのウェルが含有するかを電気的に決定しうる。単純な例は、ラクトースからの乳酸生成を対象とした検査である。バクテリアは希釈されてウェル中へ分配され、増殖され、そして次にラクトースを供給される。pHの低下を記録するウェルは、ラクトースを乳酸に分解できる微生物を含んでいる。   Embodiments can allow for sorting by electrical measurement. Electrical measurements can be made per well to allow for sorting. One example was pH. There are a number of different ways to obtain a pH dependent response from the gate of an in-well device including ISFETs, pH meters etc. A well array equipped with an embedded pH sensor can electrically determine which well contains a microorganism that produces acidic or basic metabolites. A simple example is a test for lactic acid production from lactose. The bacteria are diluted and distributed into the wells, grown and then fed with lactose. The wells recording the drop in pH contain a microorganism capable of degrading lactose to lactic acid.

複数の実施形態は、酸化還元プローブの電気測定を見込み得る。電気測定に影響を及ぼすもう一つの方法は、ウェル内のバクテリアが如何にして既知の酸化還元プローブに影響するかを見ることにある。基本的には、定義が明確な応答を有するシステムは、バクテリアの存在下で測定出来、予想された挙動からの逸脱はバクテリア試料に帰せられ得る。典型的な酸化還元プローブは、フェリシアン化物、[Fe(CN)6]3-/4-、に似た何かである。フェリシアン化物のフェロシアン化物への還元は、特に電極からの電子移動周辺の小さな挙動変化が見出し可能なものとして非常によく特徴づけられる。このシステムは、バクテリア自身を直接変更する必要なく検出できるので、「ラベル無し」である。 Embodiments may allow for electrical measurement of redox probes. Another way to influence the electrical measurement is to see how the bacteria in the well affect the known redox probes. Basically, a system with a well-defined response can be measured in the presence of bacteria and deviations from the expected behavior can be attributed to the bacterial sample. A typical redox probe is something similar to ferricyanide, [Fe (CN) 6] 3-/ 4- . The reduction of ferricyanide to ferrocyanide is very well characterized, especially as small changes in behavior around the electron transfer from the electrode can be found. This system is "unlabeled" because it can be detected without the need to directly alter the bacteria itself.

微生物(例えば、大腸菌)の認識が可能な抗体を、ITO電極に固定化し得る。電極からフェリシアン化物含有溶液への電子移動抵抗を測定し得る。電極表面に結合している大腸菌は、表面上の大腸菌濃度に比例して上記抵抗を増加させる。このことは、酸化還元プローブを使って特異型の有機体あるいは代謝産物を検出せしめる得る一群の測定の一例である。   An antibody capable of recognizing a microorganism (eg, E. coli) can be immobilized on an ITO electrode. The electron transfer resistance from the electrode to the ferricyanide containing solution can be measured. E. coli bound to the electrode surface increases the resistance in proportion to the E. coli concentration on the surface. This is an example of a group of measurements that can be used to detect specific types of organisms or metabolites using redox probes.

シリコン(あるいは少なくとも金属または金属被覆プラスチック)に備わる働きは、(例えば、既存技術への便乗による)より廉価なチップ生産、小型および/または携帯版を可能にする総合検出能力、他の材料(例えば、LCR、CV等)には無い更なる測定能力、新しく見出されたチップによる検出様式の既存デバイスへの統合、電気測定と配列決定の組み合わせ等を含むいろいろな長所を提供する。これらの長所は、干渉計による検出法を用いるあらゆる顧客に恩恵をもたらすことになる。   The work provided with silicon (or at least metal or metal coated plastic) allows more inexpensive chip production (e.g. by taking advantage of existing technology), comprehensive detection capabilities enabling small and / or portable versions, other materials (e.g. , LCR, CV, etc.), integration of newly discovered chip detection modes into existing devices, combination of electrical measurement and sequencing, etc. These advantages benefit all customers using interferometric detection.

(チップ上のウェル特異的化学作用物質を保護する剥離可能障壁)
図21A〜図21Eは、複数の実施形態に従うウェル特異的化学作用物質を有するチップを示す一覧図である。図21Aには、微細加工で作られ、複数のマイクロウェルを有するデバイスあるいはチップが示されている。図21Bでは、マイクロウェル特異的化学作用物質が、チップ上の各マイクロウェルに割り振られている。図21Cでは、チップの各マイクロウェル内のマイクロウェル特異的化学作用物質上を封止剤が覆っており、それによってウェルへの更なる添加物とのそれら化学作用物質の相互作用を阻止している。図21Dでは、試料が装填され、そしてマクロウェル内の試料に対して実験が行われる。図21Eでは、トリガー(例えば、熱)により、マイクロウェル特異的化学作用物質がウェル内試料との相互作用のために解放される。
(A peelable barrier that protects well specific chemical agents on the chip)
21A-21E are summary diagrams showing a chip with well-specific chemistry according to embodiments. FIG. 21A shows a microfabricated device or chip having a plurality of microwells. In FIG. 21B, microwell specific chemical agents are assigned to each microwell on the chip. In FIG. 21C, the sealant covers the microwell-specific chemical agent in each microwell of the chip, thereby preventing their interaction with further additives to the wells. There is. In FIG. 21D, the sample is loaded and an experiment is performed on the sample in the macrowell. In FIG. 21E, the trigger (eg, heat) releases the microwell specific chemical agent for interaction with the in-well sample.

マイクロウェルチップが製造され、洗浄されおよび/またはそれらの表面が処理される。特異的化学作用物質は別途に調製され、次に、例えば1組の特異的化学物質が特定の1つのウェル(あるいは複数のウェル)への誘導を可能にする方法および/または機器を使って、ウェル内に入れられる。その後すぐに、種々の化学作用物質を環境からおよび/または何らかの限定的外部トリガーによる除去、放出および/また妨害から守るために封止剤を施し得る。   Microwell chips are manufactured, washed and / or their surfaces treated. Specific chemical agents are prepared separately, and then, for example, using a method and / or instrument that allows for the induction of a set of specific chemicals into a particular well (or wells), It is put in the well. Immediately thereafter, sealants may be applied to protect the various chemical agents from the environment and / or from removal, release and / or interference with any limited external triggers.

微細加工デバイスあるいはチップは、特定のデザインで製造され、例えば洗浄されおよび/または濡れを高めるために表面処理が施され得る。PCRプライマーを特定ウェルへ印刷するあるいはピンで点在させ得る。チップを乾燥させてよく、その後ワックス層をエタノール溶液の蒸発によって沈積させ得る。最適濃度は約1% v/vである。溶融ワックスが直接塗布されても、あるいはワックスの水溶液あるいはアルコール溶液が噴霧されてもよい。別法として、スピンコーティングあるいは蒸着法が使われてもよい。種々のワックスが使用可能であり、それらの例としてポリエチレングリコールを含むあるいは含まないステアリン酸グリセリル、セテアリルアルコール、1−ヘキサデカノール、ステアリン酸グリセリルエステル、セテアレス−20(CAS登録No. 68439-49-6)、およびLotionproTM 165 (Lotioncrafter(登録商標)、イーストサウンド、ワシントン、から入手可能) および PolawaxTM (Croda, Inc.、エジソン、ニュージャージー、から入手可能) 等の複数の市販製品等が挙げられる。下に横たわる化学作用物質は、例えばワックスが溶ける迄に加熱されることによって、後で放出され得る。これらの組成物に対して、加熱は50℃と70℃の間である。加熱温度は、どの化学成分にも損傷を与えずあるいは我々の水性溶液を沸騰させないために十分低いことが重要である。 The microfabricated device or chip may be manufactured in a specific design, for example cleaned and / or surface treated to enhance wetting. The PCR primers can be printed or spotted on specific wells. The chips may be dried and then the wax layer may be deposited by evaporation of the ethanol solution. The optimal concentration is about 1% v / v. The molten wax may be applied directly, or an aqueous or alcoholic solution of the wax may be sprayed. Alternatively, spin coating or evaporation may be used. Various waxes can be used, examples being glyceryl stearate, cetearyl alcohol, 1-hexadecanol, glyceryl stearate, ceteareth-20 (CAS Registry No. 68439-49) with or without polyethylene glycol. -6), and Lotionpro TM 165 (Lotioncrafter (registered trademark), Eastsound, Washington, available from) and Polawax TM (Croda, Inc., Edison, New Jersey, available) a plurality of commercial products such as from the mentioned Be The underlying chemical agent can be released later, for example by heating to a point at which the wax dissolves. For these compositions, the heating is between 50 ° C and 70 ° C. It is important that the heating temperature be low enough to not damage any chemical components or to boil our aqueous solution.

重要な概念には、実験者がトリガーを解除するまでチップと仕切られているウェル特異的化学作用物質がある。この方法は、ウェル内でのバーコード化に用いられ得るが、より広く別の問題の全般にわたっても適用され得る。チップ上での封止に役立つ種々の化学作用物質は、抗生物質、蛍光物質、染料、PCRプライマー、溶解促進剤、抗体、色々の代謝生成物用試薬等を含むが、これらに限定されるものではない。ワックスは加熱によって後で放出され得る物を封止するのに良い手段ではあるが、露光、音波処理および/または何か他のトリガーに対しての封止および解除に他の物質が使われてもよい。チップに試薬を単に添加することに比べてこの方が優位である点は、ウェル毎に制御することにある。同様な効果が、微生物試験を行った後でウェルに化学作用物質を印刷することによっても達成されるかもしれないのだが、これは時間の問題(印刷ステップが1日掛りであり得る)および、もし微生物がチップ上に存在した後で各ウェルが個々に塞がれるとするならば、全てのウェルを同じ時間量で作用を受けさせることは不可能であるという事実問題を持ち込むことになる。解除機構をもってすれば、どのウェルもみな同時に作用を受けることができる。1つの例では、ワックスを溶媒流し込みによってチップ上へ付着させ得る。   An important concept is the well specific chemical agent which is partitioned from the tip until the experimenter releases the trigger. This method can be used for barcodes in wells, but can also be applied more broadly to other issues. Various chemical agents useful for encapsulation on chips include, but are not limited to, antibiotics, fluorescers, dyes, PCR primers, solubility enhancers, antibodies, reagents for various metabolic products, etc. is not. Waxes are a good means of sealing things that can be released later by heating, but other substances are used to seal and clear exposure, sonication and / or some other trigger. It is also good. The advantage of this over simple addition of reagents to the chip is the well-to-well control. A similar effect may be achieved by printing chemical agents in the wells after performing a microbial test, but this is a matter of time (the printing step can take a day) and If each well is individually blocked after the microbes are present on the chip, it will introduce the fact that it is not possible to have all the wells acted on in the same amount of time. With the release mechanism, any well can be affected at the same time. In one example, the wax can be deposited onto the chip by solvent casting.

(簡単および/または相対存在度制御用隔離マイクロウェル)
高密度チップデバイスは、高密度マイクロウェルを有する表面を備え得る。微生物叢試料からの微生物、あるいは他の細胞種は、1占有ウェル当たり略1つの微生物あるいは細胞をウェルが収容するように希釈されてデバイスに塗布され得る。これらのマイクロウェルは、栄養素のマイクロウェルへの拡散を可能にするが微生物あるいは細胞の全てあるいは少なくとも幾つかがマイクロウェルから外へ移動するのを防ぐ半透過膜で封じられ得る。
(Isolated microwell for easy and / or relative abundance control)
High density chip devices may comprise a surface having high density microwells. Microorganisms from microbiota samples, or other cell types, can be diluted and applied to the device such that the wells accommodate approximately one microbe or cell per occupied well. These microwells can be sealed with semipermeable membranes that allow the diffusion of nutrients into the microwells but prevent all or at least some of the microorganisms or cells from migrating out of the microwells.

微生物あるいは細胞の試料は調製され、次に不透過性あるいは気体のみを透過する膜を使ってチップ中へ封じ込まれ得る。如何なる液体貯留層もチップ上部あるいは膜上に置かれないので、封止時のウェル内栄養素のみがマイクロウェルに於ける微生物あるいは細胞の増殖を助けるために利用可能である。この特徴についての2つの根拠として、(1)構造およびデバイスとしての作業流れの単純さが半透過性膜あるいは貯留層を有することを必要とせず、栄養素を添加しなければならないことは無く、且つ汚染の恐れが少ないこと、並びに(2)栄養素の入手を制限することによって早成生物の相対存在度を抑えることが挙げられる。複数の早成生物と複数の晩成生物を含む試料については、早成生物はそれらのマイクロウェル内で速やかに供給源限界になり生長が止まるかあるいは遅くなるが、一方晩成生物は増殖し続ける。この事が、早成生物の栄養素量に制限がない場合に比べて、チップ全般にわたる微生物の個体群の中でより高い相対存在度で晩成生物が示されるようにしている。これは、チップ上の全ての配列決定時の下流処理にとって重要になる。それは又、希少種の増殖がそれらの検出用システムの性能を制限する点にまで早成種によってより速められることがないので、希少種に対しより良い検出限界を提供する。   Microbial or cell samples can be prepared and then sealed into the chip using an impermeable or gas-only permeable membrane. Because no fluid reservoir is placed on top of the chip or on the membrane, only in-well nutrients at the time of sealing are available to support the growth of microorganisms or cells in the microwell. Two grounds for this feature are: (1) the simplicity of the structure and work flow as a device does not require having a semipermeable membrane or reservoir and there is no need to add nutrients, and The risk of contamination is low, and (2) the relative abundance of premature organisms is reduced by limiting the availability of nutrients. For samples containing multiple early and multiple late-onset organisms, early-onset organisms quickly become source-limited and their growth stops or slows down in their microwells, while late-onset organisms continue to grow. This is to allow the late adult to be shown at a higher relative abundance among the population of microorganisms across the chip as compared to when the nutrient content of the early adult is unlimited. This is important for downstream processing of all sequencing on the chip. It also provides a better detection limit for rare species, as the growth of rare species is not further accelerated by premature growth to the point where the performance of the detection system is limited.

現行の方法は、本来早成種あるいは晩成種であるかに関わらず全ての生物種を増殖せしめるよう試みている。このことは、早成種が共同体を席巻し、時間と共に相対存在度を高めるだけという必然的結果を生む。配列決定あるいは蛍光選別のような川下解析の多くのタイプは、所定固体郡の中の或る限定相対存在度を上回る生物種以外のすべての生物種を分析ができない。目標が多様性を保持して希少種を検出することであれば、その時には何らかの方法で早成種が制限される必要がある。   Current methods attempt to propagate all species regardless of whether they are early or late adult. This has the inevitable result that early-growing species will sweep the community and increase their relative abundance over time. Many types of downstream analysis, such as sequencing or fluorescence sorting, can not analyze all species other than species above a certain relative abundance in a given solid population. If the goal is to preserve diversity and detect rare species, then pre-growth may need to be restricted in some way.

この考えを論証する1例として、2つの生物種を含む試料の単純な実例、即ち表6に示す様に、1つの生物種は毎日倍増し、もう一つの生物種は1週間毎に倍増するものとする、を考察する。晩成種が初めは相対存在度が5%と希少であるとすると、両生物種が増殖するにつれてそれは直ぐに非常に希少となる。

Figure 2019520825
As an example to demonstrate this idea, as a simple illustration of a sample containing two species, one shown in Table 6, one species is doubling every day and another species is doubling every week Consider. Assuming that the late adult species is initially rare with a relative abundance of 5%, it will soon become very rare as both species grow.
Figure 2019520825

Figure 2019520825
Figure 2019520825

(バイオバンク細胞用高密度微細加工アレイ)
バイオバンクは、例えば疾患関連の生物標識発見のような或るタイプの研究を推進する為に大きな個体群から多数の試料を研究者が入手する道を開くように設計されている。ビイオバンキングにおける技術の現状は、管あるいは、例えば96-ウェルまたは384-ウェルプレートのような、低密度プレート形態に保管すべき試料に備えている。これは、仕込まれるべき試料の数が比較的小さく且つ試料自体が離散、孤立性の固体群である時に機能する。バイオバンキングへの既存の取り組み方では、微生物試料のような試料を保管する時に複雑で非能率的となり、そこでは試料の数が多い場合があり、各試料内の異なる種または変種の数が1試料当たり数百から数千あるいは数百万に及ぶ場合もある。既存の方法を使うとすると、所望の種あるいは変種を入手するために保管ステップに先立つあるいは後に続くかのいずれかで個々の種あるいは変種を分離するために骨の折れる隔離プロトコルが実施されなければならない。
(High-density microfabricated array for biobank cells)
Biobanks are designed to open the way for researchers to obtain large numbers of samples from large populations in order to drive certain types of research, such as disease-related biomarker discovery. The state of the art in biobanking provides for tubes or samples to be stored in the form of low density plates, eg 96-well or 384-well plates. This works when the number of samples to be loaded is relatively small and the samples themselves are discrete, isolated groups of solids. Existing approaches to biobanking can be complex and inefficient when storing samples such as microbial samples, where the number of samples may be large and the number of different species or variants within each sample is one There may be hundreds to thousands or even millions of samples per sample. Using existing methods, unless a laborious isolation protocol is performed to separate individual species or variants either prior to or subsequent to the storage step to obtain the desired species or variant. It does not.

ここに記述するシステム、キット、装置および方法論は、バイオバンク細胞、微生物、ウイルスおよび他の生物学的存在に適用し得る。高密度マイクロウェルを有する表面を備える高密度チップデバイスは、1チップ当たり数千、数十万あるいは数百万のマイクロウェルを有し得る。例えば、微生物叢試料からの微生物(または異なったタイプの細胞あるいはウイルスのような他の生物学的存在)が希釈されて、ウェルが微生物を1占有ウェル当たり略1つ収容するようにデバイスへ塗布される。そして次に、微生物がウェル内で複製されて結果として生じた個体群が単一の種であるように、チップが温められる。各ウェルにどんな種が存在するかを決定するために、核酸による位置指標付けシステムを利用し得る。この指標付けシステムは、各ウェルが予め装填するPCRプライマーを有することを必要とし得る。それらのPCRプライマーは、ウェルを識別する番地付けバーコードおよび種情報を提供あるいは所望の遺伝子配列を標的にする微生物遺伝子の特異性遺伝要素(例えば、16S)を対象にしたプライマー配列を含有し得る。培養後に、微生物DNAが放出され、そしてPCRプライマーが標的バクテリアDNA領域を増幅する。チップ上の種々のウェルからの増幅産物が貯留されて、その後に次世代配列決定法によって解読され得る。   The systems, kits, devices and methodologies described herein may be applied to biobank cells, microorganisms, viruses and other biological entities. A high density chip device comprising a surface with high density microwells may have thousands, hundreds of thousands or millions of microwells per chip. For example, the microbes (or different types of cells or other biological entities such as viruses) from microbiota samples are diluted and applied to the device so that the wells contain approximately one microbe per occupied well Be done. And then, the chip is warmed so that the microorganisms are replicated in the wells and the resulting population is a single species. A nucleic acid based position indexing system may be utilized to determine what species are present in each well. This indexing system may require that each well be preloaded with PCR primers. These PCR primers may contain primer sequences directed to specific genetic elements (e.g. 16S) of microbial genes that provide well-addressed barcodes and species information identifying the wells or target desired gene sequences. . After incubation, microbial DNA is released and PCR primers amplify the target bacterial DNA region. The amplification products from the various wells on the chip can be pooled and subsequently decoded by next-generation sequencing.

バイオバンキング用高密度微細加工チップの使用は、保管前あるいは保管後のいずれかで骨の折れる隔離プロトコルを実行することを必要とせずに別々の個体群として保管される各試料内の多数の種あるいは変種に備えている。DNAによる位置指標付けシステムあるいは特定用途向け試験法の使用は、各マイクロウェルの内容物の遺伝標識あるいは特性の識別へのより平易な一般的取り組みを可能にして、例えば種の情報のような、情報を与える。その上、チップデバイスは、細胞隔離集団を保管する極めて空間効率の大きい方法に備えている。例えば、100,000のウェルを備えた単式顕微鏡スライド寸法のチップは、対応する従来の保管形態よりも大幅に小さな空間を占める。チップ形式はまた、単一対象物からの多くの異なった試料を1つのチップに収容させることによって、試料を適切に記録保存して管理するおよび/または被験者(例えば、患者)情報のデータベースを取り扱うために有用であり得る。   The use of high density microfabricated chips for biobanking requires the use of a large number of species within each sample stored as separate populations without the need to perform a laborious isolation protocol either before or after storage. Or prepare for the variant. The use of a DNA position indexing system or application specific test method allows a more straightforward general approach to the identification of genetic labels or characteristics of the contents of each microwell, such as species information, Give information. Moreover, chip devices provide for a very space efficient method of storing cell populations. For example, a single microscope slide sized chip with 100,000 wells occupies significantly less space than a corresponding conventional storage configuration. The chip format also properly records and manages samples and / or handles a database of subject (eg, patient) information by accommodating many different samples from a single object on one chip May be useful for

この装置を使って細胞を列状に並べるために、細胞を装置のマイクロウェルに配置および/または位置付けし得る。マイクロウェル内の細胞を、保管の影響を改善するように処理してから適切な保管条件に置き得る。例えば、細胞をグリセロールのような薬剤で処理して凍結の影響を改善し得る。次にチップを、冷凍庫のような適切な保管条件下に置き得る。細胞を脱水、凍結乾燥および/または真空凍結乾燥してよく、且つチップを乾燥細胞防護のための適切な条件下に置き得る。保管デバイスとしての有用性を更に高めるために追加の構造物がチップに加えられてよい。例えば、膜あるいは他の構造部品をチップの上面に配置して保管に先立ってウェルの少なくとも幾つかを封じてよい。   Cells may be placed and / or positioned in the microwells of the device to align the cells in rows using the device. The cells in the microwells can be processed to improve storage effects and then placed in appropriate storage conditions. For example, cells can be treated with agents such as glycerol to ameliorate the effects of freezing. The chips can then be placed under suitable storage conditions, such as a freezer. The cells may be dehydrated, lyophilized and / or vacuum lyophilized and the chip may be placed under appropriate conditions for dry cell protection. Additional structures may be added to the chip to further enhance its usefulness as a storage device. For example, a membrane or other structural component may be placed on top of the chip to seal at least some of the wells prior to storage.

チップは、チップ上のマイクロウェルの1部分の各々が略1つの細胞で占められる様に、細胞を装填され得る。チップは、細胞の複製を見越して温められる。チップは複製がつくられ、元のチップあるいは複製チップのいずれかがチップの各ウェルに存在する細胞あるいは生物種あるいは遺伝子標識を(例えば、上記した位置索引付けシステムを使って)識別するために用いられる。そのチップを、適切な条件で処理および/または保管し得る。複製ステップおよび/または識別ステップは、保管前よりは保管後に行われてよい。   The chip can be loaded with cells such that each portion of the microwell on the chip is occupied by approximately one cell. The chip is warmed in anticipation of cell replication. The chip is replicated and either the original chip or the replica chip is used to identify cells or species or gene markers present in each well of the chip (e.g. using the position indexing system described above) Be The chip may be processed and / or stored under appropriate conditions. The replication step and / or the identification step may be performed after storage rather than before storage.

予め存在する単離菌株ひと組の各菌株からの1つ以上の細胞が、チップ上の別々のマイクロウェルに配置され得る。各菌株あるいは細胞タイプのものが配置されているマイクロウェルの位置が記録され、そしてそのチップは適切な条件で処理およびまたは保管され得る。   One or more cells from each strain of a set of pre-existing isolated strains may be placed in separate microwells on the chip. The location of the microwell in which each strain or cell type is located is recorded, and the chip can be processed and / or stored under appropriate conditions.

各ウェル内のワックス障壁の真下に保存の化学作用が隔離されている1種のチップを創り得る。単離物はチップ内部に封印されて増殖でき、次にバンキング前に保存剤の熱誘発放出によって後日から保護され得る。   One type of chip can be created with storage chemistry isolated just below the wax barrier in each well. The isolate can be sealed inside the chip, allowed to grow, and then protected from heat later by heat-induced release of preservatives prior to banking.

その様な装置は、土壌、人の腸、海水、口腔、皮膚等からの微生物群系試料の様な混合微生物群系試料を保管/バイオバンクするために使用しうる。チップは、菌類、古細菌、人の細胞(生殖細胞を含む)、動物細胞およびウイルスの様な別タイプの生物学的存在を保管するために使用し得る。   Such devices may be used to store / biobank mixed microbial communities based samples, such as microbial communities based samples from soil, human intestines, seawater, oral cavity, skin etc. The chip can be used to store other types of biological entities such as fungi, archaea, human cells (including germ cells), animal cells and viruses.

DNA位置標識付けシステムは、各ウェルの内容物に関する情報をあらゆる種類の生物学的存在にわたって作成するために使用できる。チップ全体を、抗体あるいは基材による分析のように特化された分析法を使って所望の活性について検査し得る。例えば、T細胞のバンク個体群を備えるチップを獲得免疫活性について検査し得る。   The DNA position labeling system can be used to generate information about the contents of each well across all types of biological entities. The entire chip can be tested for the desired activity using specialized assays such as antibody or substrate analysis. For example, a chip comprising a bank population of T cells can be tested for acquired immune activity.

説明に役立つ1つの例では、人の糞便微生物叢試料を研究参加者から集める場合がある。個々人の糞便微生物が、後日に標的微生物の供給源として使用するための微生物叢の試料としてだけでなくその個人の微生物叢の記録を維持するためにチップ上にバイオバンクされ得る。別の例では、臨床あるいは調査研究中にあるいは治療のワークフロー(例えば、生体外で処理した細胞を用いる治療)の一部としてT細胞あるいは他の獲得免疫細胞の混合個体群のサンプルを個々人から取って調べる場合がある。更に別の例では、土壌生物群系が種子バンキングと協力して保管される場合がある。
(高分解能採取)
In one illustrative example, human faecal microbiota samples may be collected from study participants. An individual's fecal microorganism can be biobanked on the chip to maintain a record of the individual's microflora as well as a sample of the microflora for later use as a source of target microorganisms. In another example, a sample of a mixed population of T cells or other acquired immune cells is taken from an individual during a clinical or research study, or as part of a therapeutic workflow (eg, treatment with ex vivo treated cells). In some cases. In yet another example, a soil biome may be stored in conjunction with seed banking.
(High resolution sampling)

高度に正確/精密な採取装置あるいはシステムを、上述した微細加工チップ上のマイクロウェルからのおよび/またはマイクロウェルに対しての色々な採取機能を実行するように設計し得る。標的基材あるいはチップは、1つの表面に射出成形された機構を有する顕微鏡スライド型(約25mmx75mmx1mm)であり得る。マイクロウェルを、チップの辺の周りに約4〜8mmのウェル無し縁端部を有する格子模様に配列し得る。ウェルの大きさと間隔は、採取器の性能に基づいて決めることが出来る。マイクロウェルは、各辺に沿った寸法が約25μmから約200μmの正方形であってよく、ウェル端とウェル端の間に約25μmから約100μmの間隔を設け得る。マイクロウェルは代わりに円形であっても、六角形であってもよい。ウェルの深さは、約25μmから約100μmであってよい。例えば、7mmの縁端部、ウェル端間に100ミクロンの間隔を有する100μm角のウェルを有する75mmx25mmのスライドは、約16,775のマイクロウェルを有することになる。   Highly accurate / precise harvesting devices or systems can be designed to perform various harvesting functions from and / or to the microwells on the microfabricated chip described above. The target substrate or tip may be a microscope slide (about 25 mm x 75 mm x 1 mm) with features injection molded on one surface. The microwells can be arranged in a grid pattern with about 4-8 mm wellless edges around the sides of the chip. The size and spacing of the wells can be determined based on the performance of the harvester. The microwells may be squares measuring about 25 μm to about 200 μm along each side, and may be spaced about 25 μm to about 100 μm between the well end and the well end. The microwells may alternatively be circular or hexagonal. The depth of the wells may be about 25 μm to about 100 μm. For example, a 75 mm × 25 mm slide with 7 mm edges, 100 μm square wells with 100 μm spacing between the well ends will have about 16,775 micro wells.

高度に正確/精密な採取システムを、上述したような微細加工チップ上のマイクロウェルに対応する膜の一部からのおよび/またはその膜の一部に対しての色々な採取機能を実行するように設計し得る。膜は、増殖バクテリアをマイクロウェルへ封入するために既に使っていた薄いシートであってもよい。チップから剥がされる時、膜はチップからの分離後にその表面にバクテリア試料ばかりでなくマイクロウェルアレイの圧痕を保持し得る。こうして、剥離膜はチップで増殖したバクテリアの複製として機能し得る。   A highly accurate / precise harvesting system to perform various harvesting functions from and / or to a portion of the membrane corresponding to the microwell on a microfabricated chip as described above Can be designed. The membrane may be a thin sheet already used to encapsulate the proliferating bacteria into the microwells. When peeled from the chip, the membrane can retain not only bacterial samples but also microwell array imprints on its surface after separation from the chip. Thus, the exfoliation membrane can function as a replica of the bacteria grown on the chip.

高分解能採取器は、ユーザからのデータ入力を受け取ることができる。その入力は、少なくとも1対のチップマイクロウェル座標を含んでおり、従って採取器は少なくとも1つの入力対の座標からおよび/または少なくとも1つの入力対の座標に対して採取し得る。機械的な殺菌作業がサイクルとサイクルの間に行われ得る。高分解能採取器は、嫌気性室内で操作可能であってよい。   The high resolution sampler can receive data input from a user. The input includes at least one pair of chip microwell coordinates, so that the harvester may collect from at least one input pair's coordinates and / or to at least one input pair's coordinates. Mechanical sterilization may be performed between cycles. The high resolution collector may be operable in the anaerobic chamber.

高分解能採取器システムはチップを受け取り、例えば基準標識および/または参照ウェルを使って、採取器をチップに合わせることができる。採取器は、例えばチップ上のマイクロウェルで増殖した細胞を、例えば培養培地を含有する96−ウェルあるいは384−ウェルのプレート中へ採取し得る。採取器は、単一採取ピンあるいは複数の採取ピンを含み得る。   A high resolution harvester system can receive the chip and align the harvester with the chip, for example using a reference label and / or reference wells. The harvester can harvest, for example, cells grown in microwells on a chip into, for example, a 96-well or 384-well plate containing culture medium. The collector may include a single collection pin or multiple collection pins.

高分解能採取器システムは膜を受け取り、例えば膜上の参照ウェル標識を使って、採取器を膜に合わせ得る。採取器は、例えば膜からの細胞を、例えば培養培地を含有する96−ウェルあるいは384−ウェルのプレート中へ採取し得る。採取ピンは、いろいろな形(例えば、キノコ形)および/または膜からの採取用表面(例えば、肌理)を有し得る。システムはまた、膜を保持および/または平らにするための1つ以上の機構(例えば、浮ピンおよび/または真空)を含み得る。   A high resolution harvester system can receive the membrane and align the harvester to the membrane, for example using a reference well label on the membrane. The harvester may harvest, for example, cells from the membrane into a 96-well or 384-well plate containing, for example, culture medium. The collection pin can have various shapes (e.g. mushroom shaped) and / or a collection surface (e.g. texture) from the membrane. The system may also include one or more mechanisms (eg, floating pins and / or vacuum) to hold and / or flatten the membrane.

高分解能採取器システムは、チップ間移動を介してチップの複製を可能にし得る。採取器は、基準標識および/または参照ウェルに基づいて第1のチップを受け取って位置合わせをし得る。採取器はまた、基準標識および/または参照ウェルに基づいて第2のチップを受け取って位置合わせをし得る。採取器は、例えば第1チップ上のマイクロウェルで増殖した細胞を第2チップ上のマイクロウェルへ移し得る。   High resolution sampler systems may enable chip replication through chip-to-chip movement. The harvester may receive and align the first chip based on the reference label and / or the reference well. The harvester may also receive and align the second chip based on the reference label and / or the reference well. The harvester may, for example, transfer cells grown in the microwell on the first chip to the microwell on the second chip.

微細加工デバイスで培養された少なくとも1つの生物学的実体の複数生物種の中の標的種を自動的に採取するためのハイスループットシステムは、その微細加工デバイスを受け入れるポートを含み得る。微細加工デバイスは、マイクロウェルの高密度アレイを画定する。マイクロウェルの高密度アレイの各マイクロウェルは、少なくとも1つの生物学的実体の少なくとも1つの生物種を単離し培養するように構成され且つ複数の特異タグの中の少なくとも1つを含んでいる。複数の特異タグの各タグは核酸分子を含み、その核酸分子はその少なくとも1つの生物学的実体にアニールするための標的特異性ヌクレオチド配列並びにマイクロウェルの高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルと相関関係にある位置特異性ヌクレオチド配列を含むものとする。当システムはまた、マイクロウェルの高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルから少なくとも1つの生物学的実体を採取するための少なくとも1つの突起物を備えた高分解能採取装置を組み込んでいる。当システムは更に、少なくとも1つの標的特異性ヌクレオチド配列の表示を受け取るための入力デバイス並びに入力デバイスおよび高分解能採取装置と通信可能に接続する少なくとも1つの処理装置を組み込んでいる。その少なくとも1つの処理装置は、入力デバイスから少なくとも1つの標的特異性ヌクレオチド配列を取得し、その少なくとも1つの標的特異性ヌクレオチド配列を複数の特異タグと比較し、その比較に基づいて高密度マクロウェルアレイの中の標的種を含む少なくとも1つのマイクロウェルを決定し、そしてマクロウェルの高密度アレイの中の少なくとも1つの決定されたマイクロウェルから少なくとも1つの生物学的実体を採取するように高分解能採取装置を制御する。   A high throughput system for automatically harvesting target species of multiple species of at least one biological entity cultured on a microfabricated device may include a port for receiving the microfabricated device. The microfabricated device defines a high density array of microwells. Each microwell of the high density array of microwells is configured to isolate and culture at least one species of at least one biological entity and includes at least one of a plurality of specific tags. Each tag of the plurality of specific tags comprises a nucleic acid molecule, which nucleic acid molecule correlates with a target specific nucleotide sequence for annealing to the at least one biological entity as well as at least one microwell of the high density array of microwells It is intended to include regiospecific nucleotide sequences of interest. The system also incorporates a high resolution harvesting device with at least one protrusion for harvesting at least one biological entity from at least one microwell of a high density array of microwells. The system further incorporates an input device for receiving an indication of the at least one target specific nucleotide sequence and at least one processing unit communicatively coupled to the input device and the high resolution acquisition device. The at least one processor obtains at least one target specific nucleotide sequence from the input device, compares the at least one target specific nucleotide sequence to a plurality of specific tags, and based on the comparison, a high density macro well High resolution to determine at least one microwell containing the target species in the array and to collect at least one biological entity from at least one determined microwell in the high density array of macrowells Control the sampling device.

ハイスループットシステムは、微細加工デバイスで培養された少なくとも1つの生物学的実体の複数の生物種の中の標的種を自動的に採取するために開示されている。その微細加工デバイスは、マイクロウェルの高密度アレイを画定し、そのマイクロウェル高密度アレイの各マイクロウェルは、複数の特有プライマーの中の少なくとも1つの特有プライマーと対応付けられている。当システムは、微細加工デバイスから取り除かれた膜を受け入れるポートを含んでおり、その膜はマイクロウェルの高密度アレイ内に少なくとも1つの生物学的実体を保持するためにマイクロウェルの高密度アレイの各マイクロウェルを密封していたので、マイクロウェルの高密度アレイに対応する少なくとも1つの生物学的実体の一部が膜除去後の膜に付着して残っている。当システムはまた、マイクロウェルの高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルに対応する少なくとも1つの膜位置から少なくとも1つの生物学的実体を採取するための少なくとも1つの突起物を含む高分解能採取装置、標的種と対応付けられる少なくとも1つの標的特異性ヌクレオチド配列の表示を受け取る入力デバイス、および入力デバイスおよび高分解能採取装置と通信可能に接続する少なくとも1つの処理装置を組み込んでいる。少なくとも1つの処理装置は、入力デバイスから少なくとも1つの標的特異性ヌクレオチド配列表示を獲 得し、少なくとも1つの標的特異性ヌクレオチド配列を複数の特異タグと比較し、その比較にもとづいて標的種を有するマイクロウェルの高密度アレイの少なくとも1つのマイクロウェルに対応する少なくとも1つの膜位置を決定し、そしてその少なくとも1つの決定した膜位置から少なくとも1つの生物学的実体の一部を採取するように高分解能採取装置を制御する。   A high throughput system is disclosed for automatically harvesting target species among multiple species of at least one biological entity cultured in a microfabricated device. The microfabricated device defines a high density array of microwells, each microwell of the microwell high density array being associated with at least one unique primer of the plurality of unique primers. The system includes a port for receiving the membrane removed from the microfabricated device, the membrane being a high density array of microwells to retain at least one biological entity within the high density array of microwells. As each microwell was sealed, a portion of at least one biological entity corresponding to the high density array of microwells remains attached to the membrane after membrane removal. The system also comprises a high resolution harvesting device comprising at least one protrusion for harvesting at least one biological entity from at least one membrane location corresponding to at least one microwell of the high density array of microwells. An input device for receiving an indication of at least one target specific nucleotide sequence associated with the target species, and at least one processing device communicatively coupled to the input device and the high resolution collection device are incorporated. At least one processor obtains at least one target specific nucleotide sequence representation from the input device, compares the at least one target specific nucleotide sequence to a plurality of specific tags, and has a target species based on the comparison. Determine at least one membrane location corresponding to at least one microwell of the high density array of microwells, and high to extract a portion of the at least one biological entity from the at least one determined membrane location Control the resolution sampling system.

上記の実施形態は、非常に多くの方法のいずれにおいても実現することができる。例えば、実施形態をハードウエア、ソフトウェアあるいはそれらの組み合わせを用いて実現しうる。ソフトウェアでの実現の場合、ソフトウェアコードが、単独のコンピュータに設けられようと多数のコンピュータに分配されようと、全ての適切な処理装置あるいは処理装置の集合体上で実行され得る。   The above embodiments can be implemented in any of numerous ways. For example, the embodiments may be implemented using hardware, software, or a combination thereof. In a software implementation, the software code may be executed on any suitable processing device or collection of processing devices, whether provided on a single computer or distributed to many computers.

その上、コンピュータは、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、スマートフォンあるいは適切な他のすべての携帯あるいは固定の電子機器を含む一般にはコンピュータと見做されないが適切な処理能力を有するデバイスで具現化され得る。   Moreover, the computer may be embodied in a device that is not generally regarded as a computer but has appropriate processing capabilities, including a personal digital assistant (PDA), a smart phone or any other suitable portable or fixed electronic device.

更にまた、コンピュータは1つ以上の入力および出力デバイスを有し得る。これらのデバイスは、とりわけユーザインターフェイスを提供するために用いることが出来る。ユーザインターフェイスを提供する為に用い得る出力デバイスの例は、出力の視覚提示用のプリンターあるいは表示スクリーンおよび出力の可聴提示用のスピーカあるいは他の音声発生デバイスを含む。ユーザインターフェイス用に使うことの出来る入力デバイスの例は、キイボードおよび例えばマウス、タッチパッドやデジタル化タブレットのような位置決めデバイスを含む。もう1つの例として、コンピュータは会話認識あるいは他の聴音方式を介して入力情報を受け取り得る。   Furthermore, a computer may have one or more input and output devices. These devices can be used, inter alia, to provide a user interface. Examples of output devices that may be used to provide a user interface include printers or display screens for visual presentation of output and speakers or other audio generation devices for audible presentation of output. Examples of input devices that can be used for the user interface include a keyboard and a positioning device such as, for example, a mouse, touch pad or digitizing tablet. As another example, a computer may receive input information through speech recognition or other listening schemes.

そのようなコンピュータ類は、例えば企業通信網およびインテリジェントネットワーク(IN)またはインターネットのような、域内情報通信網あるいは広域情報通信網を含むあらゆる適切な形の1つ以上の情報通信網によって相互接続され得る。そのような情報通信網は、適切な如何なる科学技術にも基づかせることが出来、好適な如何なるプロトコルにも従って稼働させることができ、且つ無線通信網、有線通信網あるいは光ファイバー通信網を含み得る。   Such computers may be interconnected by any suitable form of one or more information communication networks, including a regional information communication network or a wide area information communication network, such as, for example, an enterprise communication network and an intelligent network (IN) or the Internet. obtain. Such an information communication network can be based on any suitable technology, can be operated according to any suitable protocol, and can include a wireless communication network, a wired communication network or an optical fiber communication network.

ここに概略を記した種々の方法またはステップは、様々な操作システムあるいはプラットホームのどれか1つを用いる1つ以上の処理装置上で実行可能なソフトウェアとして符号化できる。それに加えて、そのようなソフトウェアは、数多くの好適なプログラム作成言語および/またはプログラム作成あるいはスクリプト作成手段を使って書き込みが出来、且つ枠組みあるいは仮想機械上で実行される実行可能な機械言語コードあるいは中間コードとして変換もされ得る。
(磁性粒子)
The various methods or steps outlined herein can be encoded as software executable on one or more processing devices using any one of a variety of operating systems or platforms. In addition, such software may be written using any of a number of suitable programming languages and / or programming or scripting means, and executable machine language code or code executed on a framework or virtual machine or It can also be converted as an intermediate code.
(Magnetic particles)

複数の実施形態では、上述のシステム、キット、装置、および方法は磁性粒子が利用される。例えば、磁性粒子を使用して、マイクロウェルの内容物の一部を第1のチップから複製第2のチップ上の対応するマイクロウェルに転送し、それによって第1のチップを実質的に複製することができる。 第1のチップ(またはソースチップ)を実質的に複製することによって、オリジナルまたはコピーのいずれかが多くの異なる種類の下流分析を補助し、他の残りのチップは生存細胞の回収などの異なる目的に使用できる。さらに、このような磁性粒子を媒介転送は、全てのマイクロウェルを同時に処理することができるという点で高度に並行して実施することができる。これは、チップ上のマイクロウェルのアレイの密度が大きい(例えば、数千または数百万)場合に、順次複製方法と比較して特に有利である。   In embodiments, the systems, kits, devices, and methods described above utilize magnetic particles. For example, using magnetic particles, a portion of the contents of the microwell is transferred from the first chip to the corresponding microwell on the replicate second chip, thereby substantially replicating the first chip be able to. By substantially replicating the first chip (or source chip), either the original or the copy aids in many different types of downstream analysis, the other remaining chips serve different purposes, such as recovery of viable cells. It can be used for Furthermore, such magnetic particle mediated transfer can be performed in high parallel in that all microwells can be processed simultaneously. This is particularly advantageous as compared to sequential replication methods when the density of the array of microwells on the chip is high (e.g., thousands or millions).

したがって、本発明の一態様として、材料(または内容物)を第1の微細加工デバイス(またはチップ)から第2の微細加工デバイス(またはチップ)に転送する方法が提供される。第1の微細加工デバイスおよび第2の微細加工デバイスは、それぞれ第1のマイクロウェルアレイおよび第2のマイクロウェルアレイを含む。いくつかの実施形態では、第1のマイクロウェルアレイのそれぞれのマイクロウェルを第2のマイクロウェルアレイの対応するマイクロウェルと整列させることができる(例えば、第1および第2の微細加工デバイスは同じマイクロウェルパターンまたは構成を有し得る)。要するに、磁性粒子を利用した本発明開示の様々な転送方法は、一般に「粒子転送」方法または「粒子媒介転送」方法と呼ばれる。ソースチップ上のマイクロウェルの材料/内容物は、物理的吸着、吸収、非特異的結合、または特異的結合などを介して1つまたは複数の磁性粒子の移動を伴ってターゲットチップ上の対応するマイクロウェルに移され得る。   Thus, as one aspect of the present invention, there is provided a method of transferring material (or contents) from a first microfabricated device (or chip) to a second microfabricated device (or chip). The first microfabricated device and the second microfabricated device respectively include a first microwell array and a second microwell array. In some embodiments, each microwell of the first microwell array can be aligned with a corresponding microwell of the second microwell array (eg, the first and second microfabricated devices are the same) It may have a microwell pattern or configuration). In summary, the various transfer methods of the present disclosure utilizing magnetic particles are generally referred to as "particle transfer" methods or "particle-mediated transfer" methods. The material / content of the microwell on the source chip is matched on the target chip with the movement of one or more magnetic particles via physical adsorption, absorption, nonspecific binding, or specific binding etc. It can be transferred to microwells.

転送される内容物または材料の一部は、例えば、溶質、反応生成物、液体、および生物学的実体(例えば、1つまたは複数の細胞またはウイルス、細胞表面(例えば、膜または壁)のうちの少なくとも1つを含み得る) )、代謝産物、ビタミン、ホルモン、神経伝達物質、抗体、アミノ酸、酵素、ペプチド、タンパク質、糖、ATP、脂質、ヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸(例えばDNAまたはRNA)など)であっても良い。   The portion of the content or material to be transferred is, for example, a solute, a reaction product, a liquid, and a biological entity (eg, one or more cells or viruses, cell surface (eg, a membrane or wall)). ), Metabolites, vitamins, hormones, neurotransmitters, antibodies, amino acids, enzymes, peptides, proteins, sugars, ATP, lipids, nucleosides, nucleotides, nucleic acids (eg, DNA or RNA), etc.) It may be

複数の実施形態において、方法は、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが対象の材料および少なくとも1つの磁性ビーズを含むように第1の微細加工デバイスを準備することを含み、第1の微細加工デバイスの第1のマイクロウェルアレイのマイクロウェルの少なくとも1つのマイクロウェルが第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、第2の微細加工デバイスを第1の微細加工チップに対して位置決めし、 そして、第1のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性ビーズを第2のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送させるように磁場を印加され、マイクロウェルの第一のアレイの少なくとも一つのマイクロウェルへの関心は、マイクロウェルの第二のアレイの少なくとも一つのマイクロウェルに転送される。   In embodiments, the method comprises providing a first microfabricated device such that at least one microwell of the first array of microwells comprises a material of interest and at least one magnetic bead. The second microfabricated device such that at least one microwell of the microwells of the first microwell array of one microfabricated device is aligned with the at least one microwell of the microwells of the second microfabricated device Positioning with respect to the first microfabricated chip, and at least one magnetic bead contained in at least one microwell of the first array of microwells to at least one microwell of the second array of microwells A magnetic field is applied to cause the transfer and the first of the microwells The interest in at least one microwell of the array is transferred to at least one microwell of the second array of microwells.

他の実施形態において、方法は、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに少なくとも1つの磁性ビーズを装填するステップし、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェル中で複数の細胞を成長させるために第1の微細加工デバイスを培養するステップ、 第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、第2の微細加工デバイスを第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップ、そして、第1のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性ビーズを、第2のマイクロウェルアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送させるように磁場を印加され、マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェル中の細胞は、マイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送される。   In another embodiment, the method comprises loading at least one magnetic bead into at least one microwell of the first array of microwells, wherein a plurality of microbeads are disposed in the at least one microwell of the first array of microwells. Culturing the first microfabricated device to grow the cells of the first microfabricated device, at least one microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device is the microwell of the second microfabricated device Positioning the second microfabricated device relative to the first microfabricated device to align with the at least one microwell of the two arrays, and in at least one microwell of the first microwell array At least one magnetic bead contained in the second microwell A magnetic field is applied to transfer to at least one microwell of the ray, and cells in at least one microwell of the first array of microwells are transferred to at least one microwell of the second array of microwells Be done.

複数の実施形態において、微生物は第1のチップのマイクロウェルのアレイ内で成長し、次いで、チップは微生物の一部を第2のチップに移すために磁性ビーズを使用して実質的に複製される。複数の実施形態において、化学反応は第1のチップのマイクロウェルのアレイ内で行われ、次いで第1のチップは磁性ビーズを用いて実質的に複製されて反応生成物の一部を第2のチップに転送される。   In embodiments, the microorganism is grown in an array of microwells of a first chip, and then the chip is substantially replicated using magnetic beads to transfer a portion of the microorganism to a second chip Ru. In embodiments, the chemical reaction is performed in the array of microwells of the first chip, and the first chip is then substantially replicated using magnetic beads to generate a second portion of the reaction product. It is transferred to the chip.

図22は、複数の実施形態による磁性ビーズを使用した一般的な転送プロセスを示す説明図である。最初に、(少なくとも1つの磁性ビーズおよび少なくとも1つの関心のある材料を含む)マイクロウェル2215のアレイを有する第1の微細加工デバイス2210を、複製したマイクロウェルのアレイを有する第2の微細加工デバイス2220と整列させる。第1の装置の上面2211と第2の装置の上面2221とは、マイクロウェルの開口部が転送を可能にするために互いに直接対向するように整列して互いに面している。いくつかの実施形態では、マイクロウェルの元のアレイは、複数の磁性ビーズおよび/または目的の材料を含む。さらなる実施形態において、1つのマイクロウェルは、複数の磁性ビーズおよび/または目的の材料を含み得る。例えば、第2の装置2220の裏側に沿って配置された磁石2230を使用して、第1の装置のマイクロウェルから磁性ビーズ2223が引き寄せられて第2の装置2220の整列したマイクロウェル内に移動するように磁場を印加することができる。その結果、第1の装置内の第1のマイクロウェルの内容物の少なくとも一部は、磁性ビーズによって第2の装置内の第2のマイクロウェルに付着するか、そうでなければ運ばれるか、または移動させられる。第2のデバイス2220は空白(すなわち、コンテンツがロードされていない)であることが示されているが、それは、培養培地または必要に応じて他のコンテンツを含み得ることが理解される。さらに、第1の装置2210と第2の装置2220の両方を使用して、より多くの細胞を培養し、かつ/または必要に応じて任意の下流実験または分析を実施することができる。   FIG. 22 is an illustration showing a general transfer process using magnetic beads according to multiple embodiments. First, a first microfabricated device 2210 having an array of microwells 2215 (containing at least one magnetic bead and at least one material of interest) and a second microfabricated device having an array of replicated microwells Align with 2220. The top surface 2211 of the first device and the top surface 2221 of the second device are aligned and face each other with the openings of the microwell directly opposite one another to allow transfer. In some embodiments, the original array of microwells comprises a plurality of magnetic beads and / or materials of interest. In a further embodiment, one microwell may contain multiple magnetic beads and / or materials of interest. For example, using a magnet 2230 disposed along the back of the second device 2220, magnetic beads 2223 are drawn from the first device microwell and moved into the aligned microwells of the second device 2220. A magnetic field can be applied to As a result, at least a portion of the contents of the first microwell in the first device may be attached or otherwise carried by the magnetic beads to the second microwell in the second device, Or moved. While the second device 2220 is shown to be blank (ie, no content loaded), it is understood that it may include culture media or other content as needed. In addition, both the first device 2210 and the second device 2220 can be used to culture more cells and / or perform any downstream experiments or analysis as needed.

図23Aから図23Cは、複数の実施形態において、細菌を含むチップに磁性ビーズを入れ、次にその上に新鮮なチップを整列させ、磁石でビーズを引っ張ることによる材料の転送を示す画像である。図23Aは、オーバーレイ前の2つのチップを示し、図23Bは、整列した2つのチップを示し、 図23Cは、磁石がチップの上に配置されて、磁性ビーズを底部チップから上部チップ内に引き出すことを示す。   23A-23C are images showing transfer of material by placing magnetic beads in a chip containing bacteria, then aligning fresh chips on it, and pulling the beads with a magnet, in embodiments. . FIG. 23A shows two chips before overlay, FIG. 23B shows two chips aligned, and FIG. 23C shows a magnet placed on the chip to pull the magnetic beads from the bottom chip into the top chip Indicates that.

図24Aは、磁性ビーズを含むソースチップの顕微鏡画像であり、図24Bは、磁性ビーズの転送後の目的チップ(最初は空である)の顕微鏡画像である。本明細書で使用する際に「磁性ビーズ」(または「磁性ナノ粒子」)は、印加磁場に反応する常磁性または超常磁性コア(酸化鉄など)を含むビーズを指す。磁性ビーズの表面は粗面化/粗面化されていてもよい。磁性ビーズはまた、結合または移動を増強するために、小分子、生体適合性ポリマー、ペプチド、タンパク質などでオーバーコートまたは修飾されてもよい。例えば、磁性ビーズは、生物学的実体(例えば、溶媒をレクチンと同伴すること、分子を抗体と認識すること、および/または核酸とオリゴヌクレオチドと選択的にハイブリダイズすること)を捕捉するように構成され得る。磁性ビーズの表面に成長するように誘導される。本開示の実施例では、2種類の磁気ビーズを試験した。直径約2.8μMのサーモフィッシャー磁性ビーズ(Dynabeads(登録商標)M-270カルボン酸)(これはポリマーシェルでカプセル化された球状超常磁性コアである)および直径のSpherotech Inc.の球カルボキシル磁性ビーズ(CM-80-10)これはポリマーで被覆されそして表面カルボキシル基で変性されている。
磁性ビーズは、ビーズ移動の直前(例えば、培養後)に第1の微細加工デバイスのマイクロウェルに導入することができ、マイクロウェルの初期内容物の前もしくはそれと共に装填することができ、またはそれらの間の任意の時点で添加することができる。さらなるセットの磁性ビーズを第1のチップのマイクロウェルに付加して繰り返し転送して、異なる時点で第1のチップの追加のコピーを作成することができる。
FIG. 24A is a microscope image of a source chip containing magnetic beads, and FIG. 24B is a microscope image of a target chip (initially empty) after transfer of the magnetic beads. As used herein, "magnetic beads" (or "magnetic nanoparticles") refer to beads comprising a paramagnetic or superparamagnetic core (such as iron oxide) that is responsive to an applied magnetic field. The surface of the magnetic beads may be roughened / roughened. Magnetic beads may also be overcoated or modified with small molecules, biocompatible polymers, peptides, proteins and the like to enhance binding or migration. For example, magnetic beads can be used to capture biological entities (eg, entraining solvent with lectin, recognizing molecules with antibodies, and / or selectively hybridizing nucleic acids with oligonucleotides) It can be configured. It is induced to grow on the surface of magnetic beads. In the examples of the present disclosure, two types of magnetic beads were tested. Thermo Fisher Magnetic Beads (Dynabeads® M-270 Carboxylic Acid), about 2.8 μM in diameter (which is a spherical superparamagnetic core encapsulated in a polymer shell) and Spherotech Inc. of diameter. Spherical carboxyl magnetic beads (CM-80-10) are coated with a polymer and modified with surface carboxyl groups.
Magnetic beads can be introduced into the microwells of the first microfabricated device just prior to bead transfer (eg, after incubation), be loaded before or with the initial contents of the microwells, or they Can be added at any time between An additional set of magnetic beads can be added to the microwells of the first chip and transferred repeatedly to create additional copies of the first chip at different times.

第2の(または目的の)チップは、ソースチップからの材料の転送の前に、そのマイクロウェルに予め装填された試薬および/または媒体を有してもよい。複数の実施形態において、試薬および/または媒体は、マイクロウェル中で乾燥されるか、または放出可能なバリア(例えば、ワックス)を用いてマイクロウェル中に密封される。試薬および/または媒体は、毛細管現象のためにマイクロウェルに密封する必要はないかもしれない。すなわち、液体とマイクロウェルの壁との間の表面張力および接着力は、重力のような外力にもかかわらず、液体をマイクロウェル内に維持するように作用する。   The second (or target) chip may have reagents and / or media pre-loaded into its microwell prior to transfer of material from the source chip. In embodiments, the reagents and / or media are dried in the microwell or sealed in the microwell using a releasable barrier (eg, wax). Reagents and / or media may not need to be sealed to the microwell for capillary action. That is, surface tension and adhesion between the liquid and the wall of the microwell act to maintain the liquid in the microwell despite external forces such as gravity.

磁性ビーズを微細加工装置に装填することができる様々な方法がある。例えば、磁性ビーズは、キャリア溶媒を含むビーズ溶液(または懸濁液)中でチップ上に(すなわちチップのマイクロウェル中に)装填することができる。次いで、キャリア溶媒を蒸発させる。このチップは、将来の日付に使用するために保存し、興味のある材料(例えば、微生物細胞、他の細胞など)を装填し、必要に応じて膜で密封し、チップをマイクロウェル内に残っているビーズと通常のように培養する。磁性ビーズを装填する前に、微細加工チップを最初に表面処理して親水性にすることができる。磁性ビーズを装填しながら磁石を微細加工チップの下に配置して、磁性ビーズをマイクロウェル内に引き下げることができる。マイクロウェルに装填されずにマイクロウェル間の表面に残る磁性ビーズは、テープを貼ってはがすことによって除去することができる。   There are various ways in which magnetic beads can be loaded into a microfabrication device. For example, magnetic beads can be loaded onto the chip (ie, into the microwells of the chip) in a bead solution (or suspension) containing a carrier solvent. The carrier solvent is then evaporated. Save the chip for future use, load the material of interest (eg, microbial cells, other cells, etc.), seal with a membrane if necessary, and leave the chip in the microwell Incubate as usual with the beads. Prior to loading the magnetic beads, the microfabricated chip can be first surface treated to render it hydrophilic. The magnet can be placed under the microfabricated tip while loading the magnetic beads to pull the magnetic beads into the microwell. Magnetic beads remaining on the surface between the microwells without being loaded into the microwells can be removed by applying a tape and peeling off.

あるいは、磁性ビーズを材料/試料(微生物単離物など)と予備混合し、次いで混合物を微細加工チップ上に装填することができる。例えば、チップを最初に親水性にするために表面処理することができ、次に磁性ビーズ(溶液または懸濁液中)を試料セルに添加して混合物を作ることができ、それを次にチップ上に装填する。磁石をチップの下に置き、その間混合物をチップ上に装填してビーズをマイクロウェル中に引き下げる。次いで、所望であれば、マイクロウェルをさらなる培養のために密封することができる。そしてさらに別法として、磁性ビーズ溶液またはそのサンプルとの混合物を、液滴プリンターを用いて個々のマイクロウェルに印刷することができる。   Alternatively, magnetic beads can be premixed with the material / sample (such as a microbial isolate) and the mixture can then be loaded onto a microfabricated chip. For example, the chip can be first surface treated to make it hydrophilic, then magnetic beads (in solution or suspension) can be added to the sample cell to make a mixture, which is then tipped Load on top. The magnet is placed under the chip while the mixture is loaded onto the chip and the beads are pulled down into the microwells. The microwells can then be sealed for further culture, if desired. And as a further alternative, the magnetic bead solution or its mixture with the sample can be printed on individual microwells using a droplet printer.

次いで、サンプルおよび磁性ビーズを充填した微細加工チップを培養して細胞を培養または成長させる(または必要に応じて実験または分析を実施する)ことができる。いくつかの既知の菌株の試験結果は、細胞の成長がビーズ(装填中の磁気引力のためにウェルの底部で凝集する)の存在によって妨げられないことを示し、そしてこれは他のサンプルについて予想され得る。表面上で増殖することを好む微生物種が存在する可能性があり、その場合、磁性ビーズによって提供される追加の表面積が増殖を促進する可能性がある。特定の種類の成長を促進または減少させるために使用されるであろう異なる表面化学を有するようにビーズを官能化することが可能である。例えば、いくつかの微生物はアミノ化表面上でよりよく増殖することが知られている。そのような場合、磁気ビーズはアミン表面基を有しそして成長を促進するように化学的に変化させることができる。   The microfabricated chip filled with the sample and the magnetic beads can then be cultured to culture or grow the cells (or to carry out experiments or analyzes as required). Test results of several known strains show that cell growth is not impeded by the presence of beads, which aggregate at the bottom of the well due to magnetic attraction during loading, and this is expected for other samples It can be done. There may be microbial species that prefer to grow on the surface, in which case the additional surface area provided by the magnetic beads may promote growth. It is possible to functionalize the beads to have different surface chemistries that will be used to promote or reduce specific types of growth. For example, some microorganisms are known to grow better on aminated surfaces. In such cases, the magnetic beads have amine surface groups and can be chemically altered to promote growth.

あるチップから別のチップへの磁性ビーズの転送(元のまたはソースのマイクロウェル内の内容物の一部が新しいチップ上のターゲットまたは目的のマイクロウェル内に「引きずられる」)には、できれば全部ではないがいくつかの内容物が好ましい。元のマイクロウェルが転送される。例えば、少なくとも1つの細胞が新しいチップに転送され、少なくとも1つの細胞が取り残されるので、別の増殖期間の後、両方のチップは、ピッキング、PCR、スクリーニング、または他の分析として十分な量で類似の内容物を必要であれば有することができる。   Transfer of magnetic beads from one chip to another (all part of the contents in the original or source microwell is “pulled” into the target on the new chip or target microwell), preferably all Some but not all contents are preferred. The original microwell is transferred. For example, since at least one cell is transferred to a new chip and at least one cell is left, after another growth period, both chips are similar in amount sufficient for picking, PCR, screening, or other analysis The contents of can be included if necessary.

場合によっては、ビーズの移動により、細胞が懸濁されている元のマイクロウェル内の液体の一部を磁性ビーズによって他のチップに転送することができる。1つのマイクロウェル中に複数のビーズ、特により小さなビーズの場合には、磁性ビーズによって大量の液体を輸送することができる。1つのマイクロウェル中に複数のまたは一群の磁性ビーズが存在することもまた磁気引力を増強する。   In some cases, movement of the beads allows the magnetic beads to transfer some of the liquid in the original microwell in which the cells are suspended to the other chip. In the case of multiple beads, in particular smaller beads, in a single microwell, large volumes of liquid can be transported by magnetic beads. The presence of multiple or a group of magnetic beads in one microwell also enhances the magnetic attraction.

ビーズ転写中、磁性ビーズの相対位置が保存されることが重要である。例えば、チップ上のある位置からの磁性ビーズ{3行2列}は、同じ場所で第2のチップに移動することができ、{3行2列}、以下同様にマイクロウェル内容物の相対位置を保持する。2番目のチップ 位置情報を維持するために、チップは、ソースおよびターゲットマイクロウェルが完全に整列し、互いに向き合うように配置されなければならない。この工程が適切に機能するためには、チップ自体を非常に厳密な規格に合わせる必要があり、チップおよびそれらの上のマイクロウェルの寸法は変化せず、熱歪みは最小である。   It is important that the relative position of the magnetic beads be preserved during bead transfer. For example, magnetic beads {3 rows 2 columns} from one location on the chip can be moved to the second chip at the same location {3 rows 2 columns}, and so on, relative to the microwell contents Hold. In order to maintain the second chip position information, the chips must be placed so that the source and target microwells are perfectly aligned and face each other. In order for this process to function properly, the chips themselves need to be made to very tight standards, the dimensions of the chips and the microwells on them do not change, and thermal distortion is minimal.

整列を容易にするために、チップは顕微鏡の助けを借りて整列される。図25Aから図25Cは、2つのチップがどのように整列されるかの例を示す図である。図25Aは、第1のチップが顕微鏡ステージに固定されていることを示す。図26Bは、2つのチップの間に顕微鏡の焦点を合わせて第2のチップが第1のチップの上に配置されることを示す。これにより、わずかにぼやけた画像が生成される。図25Cは、全てのマイクロウェルが整列されるまで上部チップが操作された後に2つのチップが整列されることを示す。2つのチップの異なる向きを使用することができ、例えばビーズを上から下へ、下から上へ、または左から右へと転送させることができる。ビーズ密度の影響は最小限に見える。極端に密度の高いビーズの場合、上部チップから下部チップに行くとわずかな利点が得られるかもしれない。   The tips are aligned with the aid of a microscope to facilitate alignment. 25A-25C show examples of how two chips may be aligned. FIG. 25A shows that the first tip is fixed to the microscope stage. FIG. 26B shows that the second tip is placed on top of the first tip, focusing the microscope between the two tips. This produces a slightly blurred image. FIG. 25C shows that the two chips are aligned after the upper chip is manipulated until all the microwells are aligned. Different orientations of the two chips can be used, for example, beads can be transferred from top to bottom, bottom to top, or left to right. The effect of bead density appears to be minimal. For extremely dense beads, going from the upper tip to the lower tip may provide a slight advantage.

ビーズ転写に使用される磁石は、永久磁石または電磁石のいずれかであって良い。磁場をオフにしたりオンにしたりする機能は役に立つ。ビーズの移動に必要な磁力は、磁性ビーズのサイズ、移動する試料などのような多くの関連要因に依存する可能性がある。必要とされる相対的な力は、Biomaicrofluidics 7,014104(2013); doi:10.1063 / 1.4788922に概説される計算方法に従って、推定することができる。チップからチップへのビーズの転移のために、2つのチップ間にエアギャップを残すことができ、あるいは液体層をチップ間に配置することができる。後者はマイクロウェル間の界面を除去するのを助けるが、それは界面が磁場を使用してビーズを移動させることをより困難にするからである。液体層は、媒体もしくは緩衝液、アルコール、または水と混和しない溶媒もしくは油、または任意の他の液体などの水性層であっても良い。   The magnet used for bead transfer may be either a permanent magnet or an electromagnet. The ability to turn the magnetic field off and on is useful. The magnetic force required to move the beads may depend on many related factors such as the size of the magnetic beads, the sample to be moved, etc. The relative forces required can be estimated according to the computational method outlined in Biomaicrofluidics 7, 01 14 04 (2013); doi: 10.1063 / 1.4788922. For the transfer of beads from chip to chip, an air gap can be left between the two chips or a liquid layer can be placed between the chips. The latter helps to remove the interface between the microwells, since the interface makes it more difficult to move the beads using a magnetic field. The liquid layer may be an aqueous layer such as a medium or buffer, an alcohol, or a solvent or oil immiscible with water, or any other liquid.

ビーズ転送プロセスによる相互汚染を最小限に抑えることが重要である。図26Aおよび図26Bに示すように、ソースチップの異なる閉じた間隔のマイクロウェルからのビーズが目的チップの整列したマイクロウェルに移動されることが望ましい。図26Cおよび図26Dは、ソースチップの異なるマイクロウェルからの磁性ビーズが、ディステネーションチップのマイクロウェルに混合されているシナリオを示す。これにより、望ましくない相互汚染が発生する可能性がある。このような相互汚染を減らすために、オイルのような相互汚染を防ぐための障壁層をチップ間に追加することができる。   It is important to minimize cross contamination from the bead transfer process. As shown in FIGS. 26A and 26B, it is desirable that the beads from the different closed spacing microwells of the source chip be transferred to the aligned microwells of the target chip. Figures 26C and 26D illustrate a scenario where magnetic beads from different microwells of the source chip are being mixed into the microwells of the destination chip. This can lead to undesirable cross contamination. In order to reduce such cross contamination, a barrier layer can be added between the chips to prevent cross contamination such as oil.

転送された材料/内容物は、他の実験または分析を成長させるおよび/または実施するためにさらに使用することができる。新しいチップを横切って移動した細菌細胞が増殖し続けることが示された。一例では、次いで、大腸菌を第一のチップ(そのマイクロウェルに磁性ビーズを付加した)上にピペットで移し、一晩増殖させた。翌日、すべてのウェルで細菌増殖が観察された。図27Aを参照のこと。最初のチップを紙で拭いてウェルからいくらかの液体を除去し、ウェル間の空間が確実に乾燥させた。エタノールを使用して最初のチップの上面を拭き取り、チップ間に接触汚染が生じないようにした。マイクロウェルに培地を装填した新しいチップを最初のチップに対して整列させ、磁石を使用して数秒間かけて磁性ビーズを引っ張った。ビーズが転写された後、図27Bに示すように、元のチップ上にはほとんど残っていない。一晩増殖させた後、増殖した大腸菌は新しいチップのマイクロウェルで容易に観察された。図27Cを参照のこと。この試験は、様々なウェルの寸法についてうまく繰り返された。大部分のビーズは、細菌が一晩増殖した新しいチップに転送された。   The transferred material / content can be further used to grow and / or perform other experiments or analyses. It has been shown that bacterial cells which migrated across the new chip continue to grow. In one example, E. coli was then pipetted onto the first chip (with magnetic beads added to its microwell) and allowed to grow overnight. The next day, bacterial growth was observed in all wells. See Figure 27A. The first chip was wiped with paper to remove some liquid from the wells, ensuring that the space between the wells dried. The top of the first chip was wiped using ethanol to avoid contact contamination between the chips. A new chip with media loaded in the microwell was aligned to the first chip and the magnetic beads were pulled for a few seconds using a magnet. After the beads have been transferred, as shown in FIG. 27B, few remain on the original chip. After overnight growth, the grown E. coli was easily observed in the microwells of the new chip. See Figure 27C. This test was successfully repeated for various well sizes. Most of the beads were transferred to a new chip where the bacteria grew overnight.

磁性ビーズ転送によるチップ分割の1つの可能性のある用途は、配列決定結果に基づいて生きている分離株を後で回収するためにコピーを保持しながら、配列決定データを得るために1つのチップを有することである。配列決定データを得るために、配列決定のためのアンプリコンを構築するためにPCRをチップ上で実行することができる。PCRの前に、磁性ビーズを別のチップに移すことができ、PCRは、磁性ビーズの数を減らして元のチップ上で実行される。転送されたビーズが入った新しいチップでPCRを実行しても良い。磁性ビーズの存在はオンチップPCRを阻害しない。試験では、異なる濃度のビーズをウェルあたり0から2400まで装填した。大腸菌gDNAをPCR緩衝液と混合し、チップ上にロードし、そしてチップ上のマイクロウェルのアレイをQiagen蒸気ロックで密封した。図28には、オンチップPCRアンプリコンが試験されたチップの全てに存在し、そしてそこにビーズが最高濃度のビーズでさえPCRを妨害しないこととなった結果を示す。   One possible application of chip splitting by magnetic bead transfer is to use one chip to obtain sequencing data while retaining copies for later recovery of live isolates based on sequencing results. It is to have PCR can be performed on the chip to construct an amplicon for sequencing to obtain sequencing data. Prior to PCR, magnetic beads can be transferred to another chip, and PCR is performed on the original chip with a reduced number of magnetic beads. The PCR may be performed on a new chip containing the transferred beads. The presence of magnetic beads does not inhibit on-chip PCR. In the test, different concentrations of beads were loaded from 0 to 2400 per well. E. coli gDNA was mixed with PCR buffer, loaded on the chip, and the array of microwells on the chip sealed with Qiagen vapor lock. FIG. 28 shows the results where on-chip PCR amplicons were present on all of the tested chips, and where the beads did not interfere with PCR even at the highest concentration of beads.

試験は、マイクロウェル中の磁性ビーズの存在が細菌細胞の増殖を妨げないことを示した。一例では、大腸菌細菌を最初のチップ上で磁性ビーズの存在下で増殖させ、細菌の一部を新しいチップに移し、そこでさらに増殖させてオンチップPCRプロセスを実施した。その結果は、成長の代用としてgDNAについて調べた。簡潔には、オンチップPCRを以下のように実施した。磁性ビーズをある特定の量(240ビーズ/マイクロウェルおよび2400ビーズ/マイクロウェル)でチップに装填した。細菌またはgDNAおよび他の試薬をマイクロウェルに添加しながら磁石をチップの下に置いて磁性ビーズを押さえつけた。16S rRNA V 4プライマーを含むPCRマスターミックスをチップの表面にピペットで移した。チップ上のマイクロウェル上にリザーバーを置き、PCR緩衝液の蒸発を避けるために鉱油を加えた。以下のパラメータを用いてサーモサイクリングプログラムを用いてオンチップPCRを行った:96℃で10分間、続いて60℃で2分間、98℃で40秒間、60℃で2分間の後、10度を維持することを39サイクル行った。PCR後、チップを取り出し、アンプリコンをPBSでチップから洗い流し、16S rRNA V4アンプリコンをQiagen Qiaquickキットで抽出した。より複雑な実験では(その結果は図29のレーン1に示されている)、ビーズがチップにロードされ、次いでバクテリアと媒体が付加された。チップを密封し、しばらく成長させた。その後、細菌は磁石によって別のチップに移され、PCRプロセスを通過した。図29は、上記のワークフローのステップの間、細菌増殖が磁性ビーズの存在によって影響を受けなかったことを示す。図29における異なるレーンについて、以下の実験の結果を表す:   Tests have shown that the presence of magnetic beads in the microwell does not prevent bacterial cell growth. In one example, E. coli bacteria were grown on the first chip in the presence of magnetic beads, and a portion of the bacteria was transferred to a new chip where it was further grown to perform the on-chip PCR process. The results were examined for gDNA as a surrogate for growth. Briefly, on-chip PCR was performed as follows. Magnetic beads were loaded onto the chip in certain amounts (240 beads / microwell and 2400 beads / microwell). The magnet was placed under the chip while the bacteria or gDNA and other reagents were added to the microwell to hold down the magnetic beads. The PCR master mix containing the 16S rRNA V4 primer was pipetted onto the surface of the chip. Place the reservoir on top of the microwell on the chip and add mineral oil to avoid evaporation of PCR buffer. On-chip PCR was performed using a thermocycling program with the following parameters: 10 minutes at 96 ° C, followed by 2 minutes at 60 ° C, 40 seconds at 98 ° C, 2 minutes at 60 ° C, 10 ° 39 cycles of maintenance were performed. After PCR, the chip was removed, the amplicon was flushed from the chip with PBS, and the 16S rRNA V4 amplicon was extracted with the Qiagen Qiaquick kit. In more complex experiments (the results are shown in lane 1 of FIG. 29), the beads were loaded onto the chip and then bacteria and media were added. The chip was sealed and allowed to grow for a while. The bacteria were then transferred to another chip by magnet and passed through the PCR process. FIG. 29 shows that bacterial growth was not affected by the presence of magnetic beads during the workflow steps described above. For the different lanes in FIG. 29, the results of the following experiment are presented:

1. マイクロウェルあたり240ビーズのチップ上で増殖させた細菌を磁石で新しいチップに移し、さらに1日増殖させ、次いでPCRにかけて適切な場所にgDNAバンドを得た。
2. 陰性統制(細胞またはgDNAなし、ビーズのみおよび増幅のための関連化学)。 バンドなし。
3. 大腸菌をチップにロードし、ビーズを含まずにPCRを行う。
4. gDNAをチップにロードし、ビーズが存在しない状態でPCRを実行する。
5. gDNAをチップにロードし、存在するウェルあたり2400ビーズを用いてPCRを実行する。
6. gDNAをチップにロードし、存在するウェルあたり240ビーズを用いてPCRを実行する。
1. Bacteria grown on a 240 bead chip per microwell were transferred to a new chip with a magnet, grown for an additional day, and then subjected to PCR to obtain gDNA bands in the appropriate places.
2. Negative control (no cell or gDNA, beads only and related chemistry for amplification). No band
3. Load E. coli on the chip and perform PCR without beads.
4. Load the gDNA onto the chip and perform PCR in the absence of beads.
5. Load the gDNA onto the chip and perform PCR using 2400 beads per well present.
6. Load the gDNA onto the chip and perform PCR using 240 beads per well present.

他の実施例では、アシネトバクター・カルコアセチカス、セラチア・マルセッセンス、およびブドウ球菌ワネリの混合物を、240磁性ビーズ/ウェルを有する2つのチップに加えた。チップを30℃で一晩インキュベートし、次いで磁性ビーズを新しいチップに移した。これらの新しいチップを30℃で一晩増殖させた。オンチップPCRを実施した結果を図30に示す。16Sアンプリコンを示すバンドは両方のチップについて明瞭に示されている。
(結論)
In another example, a mixture of Acinetobacter calcoaceticus, Serratia marcescens, and staphylococcal oil was added to two chips with 240 magnetic beads / well. The chip was incubated at 30 ° C. overnight and then the magnetic beads were transferred to a new chip. These new chips were grown overnight at 30 ° C. The result of having performed on-chip PCR is shown in FIG. Bands showing the 16S amplicon are clearly shown for both chips.
(Conclusion)

本発明の種々の実施形態をこの明細書中に述べ、且つ実証してきたが、当業者であれば、機能を実行して上述した結果および/または1つ以上の有利点を得る多様なその他の手段および構造体を容易に想像するはずであり、その様な変形および/または改修の各々はここに述べた本発明の実施形態の範囲内であると考える。より一般的には、当業者であれば、ここに述べた全てのパラメータ、寸法、材料および構成は代表的なものであることを意味しており、実際のパラメータ、寸法および/または構成は、本発明の教示が利用される特定の1つあるいは複数の用途に左右されることは容易に分かる筈である。当業者であれば、慣例実験だけを用いて、ここで述べた本発明の特定実施形態と等価な多くの物を認めあるいは確かめ得る筈である。それ故、上記の実施形態は例としてのみ提示されており、最後に添える特許請求の範囲およびその等価物の範囲内で、具体的に述べられ且つ特許請求されたままよりは違ったやり方で発明の実施形態が実行され得ることは、理解されるべきである。本発明の実施形態は、ここに述べた個々の機能、システム、物品、材料、キットおよび/または方法に向けられている。さらに、その様な機能、システム、物品、材料、キットおよび/または方法が互いに矛盾していないならば、それらの機能、システム、物品、材料、キットおよび/または方法の中の2つ以上の組み合わせは本発明の範囲内に含まれる。   While various embodiments of the present invention have been described and illustrated herein, one of ordinary skill in the art will appreciate that various other implementations of the functionality may be performed to achieve the results described above and / or one or more advantages. Means and structures should be easily imagined, and each such modification and / or modification is considered to be within the scope of the embodiments of the invention described herein. More generally, it is meant by those skilled in the art that all parameters, dimensions, materials and configurations mentioned herein are representative, and actual parameters, dimensions and / or configurations are: It should be readily apparent that the teachings of the present invention depend on the particular application or applications utilized. Those skilled in the art should recognize or be able to ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention described herein. Therefore, the embodiments described above are presented by way of example only, and within the scope of the appended claims and their equivalents, the invention will be different than specifically stated and claimed. It should be understood that embodiments of the can be implemented. Embodiments of the present invention are directed to the individual functions, systems, articles, materials, kits and / or methods described herein. Furthermore, provided that such functions, systems, articles, materials, kits and / or methods do not conflict with one another, a combination of two or more of those functions, systems, articles, materials, kits and / or methods. Are included within the scope of the present invention.

しかも、種々の発明概念は、1つ以上の方法として具現化されており、その実施例が提供されている。その方法の1環として行われる動作は、任意の好適なやり方で順序づけられ得る。従って、動作が例示されたものとは異なる順序で行われる実施形態が構成されてもよく、例示の実施形態においてたとえ順次動作として示されていたとしても、複数の動作が同時に行われることを含んでよい。   Moreover, various inventive concepts are embodied in one or more ways, examples of which are provided. The operations performed as a single ring of the method may be ordered in any suitable manner. Thus, embodiments may be configured in which the operations are performed in a different order than that illustrated, including that multiple operations are performed simultaneously, even if shown as sequential operations in the illustrated embodiments. It is good.

この中で言及した全ての著作、特許出願、特許、および他の参考文献の各々の全文を参照文献としてここに組み込む。   The entire text of each of all the works, patent applications, patents, and other references mentioned herein is incorporated herein by reference.

全ての定義は、この文書中で明確化されそして使用されたように、辞書定義、参照文献として組み込まれた文献での定義および/または定義された用語の通常の意味を統制すると理解されるべきである。   All definitions should be understood as controlling dictionary definitions, definitions in documents incorporated as references, and / or the ordinary meaning of the defined terms, as defined and used in this document. It is.

本願の明細書および請求の範囲において使われている不定冠詞「a」および「an」を、「ある1つの」とする場合又は明確に数を指定しない場合、「少なくとも1つの」を意味すると理解されるべきである。   The indefinite articles "a" and "an" used in the description and claims of the present application are understood to mean "at least one" if "one" or no explicit designation of a number. It should be.

本願の明細書および請求の範囲において使われている語句「および/または」は、そのように結び付けられた要素、即ち或る場合には共役的に他の場合には分離的に存在する要素、の「いずれか1方あるいは両方」を意味すると理解されるべきである。「および/または」を伴って列挙されている数多くの要素も同様に、即ち要素の1つ以上がそのように結び付けられていると、解釈されるべきである。「および/または」という語句によって具体的に特定された要素以外に他の要素も、それら特定された要素と関連が在ろうと無かろうと、オプションとして存在し得る。従って、非制限例として、「Aおよび/またはB」への参照は、「含んでいる」のような無限定の語句と一緒に使われる場合、ある実施形態では(B以外の要素をオプションとして含むが)Aのみを参照でき、別の実施形態では(A以外の要素をオプションとして含むが)Bのみを参照でき、更に別の実施形態では(他の要素をオプションとして含むが)AとBの両方を参照できる等である。   The phrase "and / or" as used in the specification and claims of this application refers to the elements so linked, ie, in some cases, in a conjugate manner and in other cases in a separate case, It should be understood to mean “one or both” of Numerous elements listed with "and / or" should be construed similarly, ie, one or more of the elements are so linked. In addition to the elements specifically identified by the phrase "and / or", other elements may optionally be present, whether or not they are associated with the identified elements. Thus, as a non-limiting example, when reference to "A and / or B" is used with an unlimited phrase such as "includes", in certain embodiments (elements other than B may be optional Can include only A, but in alternative embodiments (but may optionally include elements other than A), and in yet other embodiments (which may include other elements as options) A and B And so on.

本願の明細書および特許請求の範囲に用いられているような「あるいは」は、上記で定義された「および/または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リストに於いて種目を分ける場合、「あるいは」あるいは「および/または」でも一切を含んでいる、即ち数多くのあるいは一覧の要素の中の少なくとも1つを包含するばかりでなく1つ以上を含み且つオプションとして追加のリストに載っていない項目をも含む、と解釈するものとする。反対に、例えば「1つだけの」あるいは「ちょうど1つの」あるいは特許請求の範囲で用いられる「・・・から成る」のように、明確に指定された種目のみが、数多くのあるいは一覧の種目の中の正に1つの要素の包含に当てはまることになる。一般的に、この文書中で用いるような用語「あるいは」は、例えば「どちらか1方の」、「1つの」、「1つだけの」あるいは「ちょうど1つの」のような排他性用語が先行する場合にのみ、代わりになるものの排除(即ち、一方あるいは他方のものであって両方ではない)を指示すると解釈されるものとする。特許請求の範囲で用いられる場合、「から実質的に成る」は、特許法の分野で用いられるようなその通常の意味を有するものとする。   It is to be understood that "or" as used in the specification and claims of the present application has the same meaning as "and / or" as defined above. For example, when sorting items in a list, "or" or "and / or" also includes anything, ie not only include at least one of the numerous or listed elements but also one or more It shall be interpreted as including, and optionally including items not listed in the additional list. On the contrary, for example, only clearly designated items, such as "only one" or "just one" or "consisting of" used in the claims, are a large number of items or a list of items It will apply to the inclusion of exactly one element in. In general, the term "or" as used in this document may be preceded by an exclusivity term such as "one or the other", "one", "only one" or "just one" It shall only be interpreted as indicating the exclusion of alternatives (ie one or the other, not both) if As used in the claims, "consisting essentially of" shall have its ordinary meaning as used in the field of patent law.

本願の明細書および特許請求の範囲で用いられているような1つ以上の要素のリストに関連しての語句「少なくとも1つ」は、要素リストの中のいずれか1つ以上から選ばれた少なくとも1つを意味すると理解されるべきで、必ずしも要素リストの中に具体的に挙げられたあらゆる要素の中の少なくとも1つを含むとは限らず、要素リスト中の要素の如何なる組み合わせも排除しないことを意味していると理解されるべきである。この定義はまた、語句「少なくとも1つ」が関連する要素のリスト内で具体的に特定された要素以外の要素が、それら特定要素に関連が在ろうと無かろうと、オプションとして存在することを可能にしている。従って、非限定例として、「AおよびBの少なくとも1つ」(言い換えると、AあるいはBの少なくとも1つ、言い換えるとAおよび/またはBの少なくとも1つ)は、1つの実施形態では、Bが存在していない(B以外の要素をオプションとして含んでいる)状態での少なくとも1つの、オプションとして1つ以上を含む、A;別の実施形態では、Aが存在していない(A以外の要素をオプションとして含んでいる)状態での少なくとも1つの、オプションとして1つ以上を含む、B;更に別の実施形態では、少なくとも1つの、オプションとして1つ以上を含む、Aおよび少なくとも1つの、オプションとして1つ以上を含む、B(およびオプションとして他の要素を含んでいる);等を意味し得る。   The phrase "at least one" in the context of a list of one or more elements as used in the specification and claims of the present application is selected from any one or more of the list of elements It should be understood to mean at least one and does not necessarily include at least one of all the elements specifically listed in the element list and does not exclude any combination of elements in the element list It should be understood to mean that. This definition also allows elements other than those specifically identified in the list of elements to which the phrase "at least one" relates to to be optionally present, with or without association with those specific elements. I have to. Thus, by way of non-limiting example, “at least one of A and B” (in other words, at least one of A or B, in other words at least one of A and / or B), in one embodiment B is A including at least one, optionally one or more, in the non-existent state (optionally including elements other than B); in another embodiment, A is not present (elements other than A B) optionally containing at least one, optionally one or more, B; in still another embodiment at least one, optionally including one or more, A and at least one, option And B (and optionally including other elements); etc. may be included.

特許請求の範囲においても、上記の明細書に於けると同様に、例えば「含む」、「などがある」、「携える」、「有する」、「含有する」、「伴う」、「保持する」、「構成されている」等の全ての移行句は、開放型、即ち「およびその他も含む」、を意味すると理解されるべきである。移行句「から成る」および「から実質的に成る」だけが、米国特許庁マニュアルの特許審査手続き、第2111.03項、に明示されているように、それぞれ閉鎖型あるいは半閉鎖型の移行句である。   Also in the claims, as in the above specification, for example, "include", "have etc", "carry", "have", "contain", "accompany", "hold" All transition phrases such as “constituted” should be understood to mean open, ie “including” and “others”. Only the transitional phrases "consisting of" and "consisting essentially of" are closed or semi-closed transitional phrases, respectively, as set forth in the Patent Examination Procedure of the United States Patent Office Manual, section 2111.03. .

Claims (32)

マイクロウェルの第1のアレイを含む第1の微細加工デバイスから第2のマイクロウェルのアレイを含む第2の微細加工デバイスへ材料を転送する方法であって、
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに少なくとも1つの磁気ビーズを装填するステップと、
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェル中で複数の細胞を培養するために前記第1の微細加工デバイスを培養するステップと、
前記第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが前記第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、前記第2の微細加工デバイスを前記第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップと、
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性ビーズを、前記第2のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送させるように磁場を印加するステップとであって、前記マイクロウェルの第一のアレイの少なくとも一つのマイクロウェル中のマイクロウェルは、前記マイクロウェルの第二のアレイの少なくとも一つのマイクロウェルに転送されることを特徴とする方法。
A method of transferring material from a first microfabricated device comprising a first array of microwells to a second microfabricated device comprising an array of second microwells, the method comprising:
Loading at least one magnetic bead into at least one microwell of the first array of microwells;
Culturing the first microfabricated device to cultivate a plurality of cells in at least one microwell of the first array of microwells;
Said at least one microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device being aligned with at least one microwell of the second array of microwells of the second microfabricated device; Positioning a second micro-machining device relative to the first micro-machining device;
Applying a magnetic field to transfer at least one magnetic bead contained in at least one microwell of the first array of microwells to at least one microwell of the second array of microwells; A method characterized in that microwells in at least one microwell of the first array of microwells are transferred to at least one microwell of the second array of microwells.
前記磁場を印加することは、永久磁石を使用することを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein applying the magnetic field uses a permanent magnet. 前記磁場を印加することは、電磁石を使用することを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein applying the magnetic field comprises using an electromagnet. 請求項1に記載の方法が、さらに:
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが少なくとも1つの細胞と少なくとも1つの磁性ビーズとを含むように前記第1のマイクロ加工デバイスを培養するステップであって、前記微細加工デバイスが、前記少なくとも1つの細胞からの前記第1の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェルであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
The method of claim 1 further comprises:
Culturing the first microfabricated device such that at least one microwell of the first array of microwells comprises at least one cell and at least one magnetic bead, the microfabricated device being The method of claim 1, wherein the method is at least one microwell of the first microfabricated device from the at least one cell.
前記第1の微細加工デバイスを準備するステップが、
溶媒と少なくとも1つの磁性ビーズとを含む磁性ビーズ溶液を前記少なくとも1つのマイクロウェル内に装填するステップと、
前記少なくとも1つの細胞を少なくとも1つのマイクロウェルに入れるステップとからなることを特徴とする請求項4に記載の方法。
Providing the first microfabricated device;
Loading a magnetic bead solution comprising a solvent and at least one magnetic bead into the at least one microwell;
5. The method of claim 4, comprising the step of placing the at least one cell in at least one microwell.
さらに、前記少なくとも1つの磁性ビーズが少なくとも1つのマイクロウェルの内側に引き寄せられるように、磁石を前記第1の微細加工デバイスに適用するステップと、
前記溶媒を蒸発させるステップとからなることを特徴とする請求項5に記載の方法。
Further applying a magnet to the first microfabricated device such that the at least one magnetic bead is drawn inside the at least one microwell;
6. The method of claim 5, comprising the step of evaporating the solvent.
前記第1の微細加工デバイスを準備するステップが、
前記少なくとも1つのマイクロウェルに、少なくとも1つの磁性ビーズと少なくとも1つの細胞とを含む試料溶液を装填するステップからなることを特徴とする請求項4に記載の方法。
Providing the first microfabricated device;
5. The method according to claim 4, comprising the step of loading a sample solution comprising at least one magnetic bead and at least one cell into said at least one microwell.
前記第1の微細加工デバイスを準備するステップが、
前記少なくとも1つのマイクロウェルを密封するために膜を適用するステップからなることを特徴する請求項4に記載の方法。
Providing the first microfabricated device;
5. The method of claim 4, comprising applying a membrane to seal the at least one microwell.
前記第1および第2の微細加工デバイスのそれぞれが上面を含み、前記第2の微細加工デバイスを前記第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップが、前記第2の微細加工デバイスの上面を前記第1の微細加工デバイスの前記上面と対向させかつ離間させることからなることを特徴とする請求項1の方法。   Each of the first and second microfabricated devices includes an upper surface, and the step of positioning the second microfabricated device with respect to the first microfabricated device comprises: assembling the upper surface of the second microfabricated device The method of claim 1 comprising opposing and spacing the top surface of the first microfabricated device. 前記第1および第2の微細加工デバイスのそれぞれが上面を含み、第2の微細加工デバイスを第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップが、前記第2の微細加工デバイスの上面を第1の微細加工デバイスの上面と対向させて接触させることを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。   Each of the first and second microfabricated devices includes an upper surface, and the step of positioning a second microfabricated device with respect to a first microfabricated device comprises: The method according to claim 1, comprising bringing the upper surface of the microfabricated device into contact with the upper surface of the microfabricated device. 請求項1に記載の方法が、
前記磁場を印加するステップの前に、前記第1の微細加工デバイスの前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェル上に液体層を塗布するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
The method according to claim 1,
The method according to claim 1, further comprising the step of applying a liquid layer on at least one microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device before applying the magnetic field. Method 1 described.
前記液体層が油層である、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the liquid layer is an oil layer. 前記液体層が水層である、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the liquid layer is an aqueous layer. マイクロウェルの第1のアレイを含む第1の微細加工デバイスから第2のマイクロウェルのアレイを含む第2の微細加工デバイスへ材料を転送する方法であって、
前記第1の微細加工デバイスが前記マイクロウェルの第1のアレイのうちの少なくとも1つのマイクロウェルが、関心のある材料および少なくとも1つの磁性ビーズを含むように準備するステップと、
前記第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが前記第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、前記第2の微細加工デバイスを前記第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップと、
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性ビーズを前記第2のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送させるように磁場を印加し、前記マイクロウェルの第一のアレイの少なくとも一つのマイクロウェル中のマイクロウェルが、前記マイクロウェルの第二のアレイの少なくとも一つのマイクロウェルに移されるステップとからなることを特徴とする方法。
A method of transferring material from a first microfabricated device comprising a first array of microwells to a second microfabricated device comprising an array of second microwells, the method comprising:
Providing the first microfabricated device to include at least one microwell of the first array of microwells with a material of interest and at least one magnetic bead;
Said at least one microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device being aligned with at least one microwell of the second array of microwells of the second microfabricated device; Positioning a second micro-machining device relative to the first micro-machining device;
A magnetic field is applied to transfer at least one magnetic bead contained in at least one microwell of the first array of microwells to at least one microwell of the second array of microwells, the microwells Transferring micro-wells in at least one micro-well of said first array to at least one micro-well of said second array of micro-wells.
前記関心材料が生物学的実体であることを特徴とする請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the material of interest is a biological entity. 前記関心材料が複数の細胞からなることを特徴とする請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the material of interest comprises a plurality of cells. 前記第1の微細加工デバイスを準備するステップが、
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに、少なくとも1つの細胞と少なくとも1つの磁性ビーズとを提供するステップと、
前記磁場を印加するステップの前に、前記第1の微細加工デバイスを培養して、前記第1の微細加工デバイスの少なくとも1つのマイクロウェル内の提供された少なくとも1つの細胞から複数の細胞を成長させるステップとからなることを特徴とする請求項14に記載の方法。
Providing the first microfabricated device;
Providing at least one cell and at least one magnetic bead in at least one microwell of the first array of microwells;
Prior to applying the magnetic field, the first microfabricated device is cultured to grow a plurality of cells from provided at least one cell in at least one microwell of the first microfabricated device 15. A method according to claim 14, comprising the steps of
前記第1のマイクロウェルアレイの前記少なくとも1つのマイクロウェルに少なくとも1つのセルおよび少なくとも1つの磁気ビーズを提供するステップが、
溶媒と少なくとも1つの磁性ビーズとを含む磁性ビーズ溶液を前記少なくとも1つのマイクロウェル内に装填するステップと、
少なくとも1つの細胞を前記少なくとも1つのマイクロウェルに入れるステップとからなることを特徴とする請求項17記載の方法。
Providing at least one cell and at least one magnetic bead to the at least one microwell of the first microwell array,
Loading a magnetic bead solution comprising a solvent and at least one magnetic bead into the at least one microwell;
20. The method of claim 17, comprising the step of placing at least one cell in said at least one microwell.
前記第1のマイクロウェルアレイの前記少なくとも1つのマイクロウェルに少なくとも1つの細胞および少なくとも1つの磁性ビーズを提供するステップが、
前記少なくとも1つのマイクロウェルに、少なくとも1つの磁性ビーズと少なくとも1つの細胞とを含む試料溶液を装填することからなることを特徴とする請求項17記載の方法。
Providing at least one cell and at least one magnetic bead in the at least one microwell of the first microwell array,
The method according to claim 17, comprising loading the at least one microwell with a sample solution comprising at least one magnetic bead and at least one cell.
少なくとも1つのマイクロウェルが少なくとも1つの磁性ビーズを含む第1のマイクロウェルのアレイを含む第1の微細加工デバイスから第2のマイクロウェルのアレイを含む第2の微細加工デバイスに材料を転送する方法であって、
前記少なくとも1つの磁性ビーズを含む少なくとも1つのマイクロウェル内に関心のある材料を提供するステップと、
前記第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが前記第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、前記第2の微細加工デバイスを前記第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップと、
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性ビーズを前記第2のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送させるように磁場を印加するステップとからなり、前記マイクロウェルの第一のアレイの少なくとも一つのマイクロウェル中のマイクロウェルが、前記マイクロウェルの第二のアレイの少なくとも一つのマイクロウェルに転送されることを特徴とする方法。
Method of transferring material from a first microfabricated device comprising an array of first microwells at least one microwell comprising at least one magnetic bead to a second microfabricated device comprising an array of second microwells And
Providing a material of interest in at least one microwell comprising the at least one magnetic bead;
Said at least one microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device being aligned with at least one microwell of the second array of microwells of the second microfabricated device; Positioning a second micro-machining device relative to the first micro-machining device;
Applying a magnetic field to transfer at least one magnetic bead contained in at least one microwell of the first array of microwells to at least one microwell of the second array of microwells A method, characterized in that microwells in at least one microwell of the first array of microwells are transferred to at least one microwell of the second array of microwells.
少なくとも1つのマイクロウェルが少なくとも1つの磁性ビーズおよび関心のある材料を含む第1のマイクロウェルのアレイを含む第1の微細加工デバイスから第2のマイクロウェルのアレイを含む第2の微細加工デバイスへ材料を移動する方法であって、
前記第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルが前記第2の微細加工デバイスのマイクロウェルの第2のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルと整列するように、前記第2の微細加工デバイスを前記第1の微細加工デバイスに対して位置決めするステップと、
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに含まれる少なくとも1つの磁性ビーズを前記第2のマイクロウェルのアレイの少なくとも1つのマイクロウェルに転送させるように磁場を印加するステップとからなり、前記マイクロウェルの第一のアレイの少なくとも一つのマイクロウェル中のマイクロウェルが、前記マイクロウェルの第二のアレイの少なくとも一つのマイクロウェルに転送されることを特徴とする方法。
From a first microfabricated device comprising an array of first microwells at least one microwell comprising at least one magnetic bead and a material of interest to a second microfabricated device comprising an array of second microwells A method of moving material,
Said at least one microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device being aligned with at least one microwell of the second array of microwells of the second microfabricated device; Positioning a second micro-machining device relative to the first micro-machining device;
Applying a magnetic field to transfer at least one magnetic bead contained in at least one microwell of the first array of microwells to at least one microwell of the second array of microwells A method, characterized in that microwells in at least one microwell of the first array of microwells are transferred to at least one microwell of the second array of microwells.
前記第1のマイクロウェルアレイの表面密度が、cm2あたり少なくとも150マイクロウェル、cm2あたり少なくとも250マイクロウェル、cm2あたり少なくとも400マイクロウェル、cm2あたり少なくとも500マイクロウェル、cm2あたり少なくとも750マイクロウェル、cm2あたり少なくとも1,000マイクロウェル、cm2あたり少なくとも2,500マイクロウェル、cm2あたり少なくとも7,500マイクロウェル、cm2あたり少なくとも10,000マイクロウェル、cm2あたり少なくとも50,000マイクロウェル、cm2あたり当たり100,000マイクロウェル、またはcm2あたり少なくとも160,000であることを特徴とする請求項1〜21のいずれかに記載の方法。 The surface density of the first microwell array is at least 150 per micro well cm 2, at least 250 microwells per cm 2, at least 400 microwells per cm 2, at least 500 microwells per cm 2, cm 2 per at least 750 micro well, cm 2 per at least 1,000 microwells least 2,500 microwells per cm 2, at least 7,500 microwells per cm 2, at least 10,000 per micro well cm 2, cm 2 per at least 50,000 micro-well, 100,000 microwells per per cm 2, the method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that or at least 160,000 per cm 2. 前記第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの前記第1のアレイのそれぞれのマイクロウェルが、約5μmから約500μm、約10μmから約300μm、または約20μmから約200μmまでの直径を有することを特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載の方法。   Each microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device is characterized by having a diameter of about 5 μm to about 500 μm, about 10 μm to about 300 μm, or about 20 μm to about 200 μm. A method according to any one of the preceding claims. キットであって、
マイクロウェルの第1のアレイを含む第1の微細加工デバイスであって、その少なくとも1つのマイクロウェルは少なくとも1つの磁気ビーズを含むことを含んで構成されることを特徴とするキット。
A kit,
A first microfabricated device comprising a first array of microwells, the at least one microwell comprising at least one magnetic bead.
前記少なくとも1つのマイクロウェルを密封するために前記第1の微細加工デバイス上に適用するのに適した膜をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項24に記載のキット。   25. The kit of claim 24, further comprising a membrane suitable for application over the first microfabricated device to seal the at least one microwell. 第2のマイクロウェルアレイを含む第2の微細加工デバイスであって、前記第1のマイクロウェルアレイのそれぞれのマイクロウェルが、前記第2のマイクロウェルアレイのマイクロウェルと整列させられていることを特徴とする請求項24記載のキット。   A second microfabricated device comprising a second microwell array, wherein each microwell of the first microwell array is aligned with a microwell of the second microwell array A kit according to claim 24, characterized in that. 前記膜が、気体透過性、液体透過性、および不透過性のうちの1つであることを特徴とする請求項24に記載のキット。   25. The kit of claim 24, wherein the membrane is one of gas permeable, liquid permeable, and impermeable. キットであって、
マイクロウェルの第1のアレイを含む第1の微細加工デバイスと、
溶媒および複数の磁気ビーズを含む溶液とを含んで構成されることを特徴とするキット。
A kit,
A first microfabricated device comprising a first array of microwells;
A kit comprising: a solvent and a solution containing a plurality of magnetic beads.
前記マイクロウェルの第1のアレイの少なくとも1つのマイクロウェルを密封するために前記第1の微細加工デバイス上に適用するのに適した膜を含んで構成されることを特徴とする請求項28記載のキット。   29. The method of claim 28, further comprising a membrane suitable for application over the first microfabricated device to seal at least one microwell of the first array of microwells. Kit. 磁石をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項29に記載のキット。   The kit of claim 29, further comprising a magnet. 前記第1のマイクロウェルアレイの表面密度が、cm2あたり少なくとも150マイクロウェル、cm2あたり少なくとも250マイクロウェル、cm2あたり少なくとも400マイクロウェル、cm2あたり少なくとも500マイクロウェル、cm2あたり少なくとも750マイクロウェル、cm2あたり少なくとも1,000マイクロウェル、cm2あたり少なくとも2,500マイクロウェル、cm2あたり少なくとも7,500マイクロウェル、cm2あたり少なくとも10,000マイクロウェル、cm2あたり少なくとも50,000マイクロウェル、cm2あたり当たり100,000マイクロウェル、またはcm2あたり少なくとも160,000であることを特徴とする請求項24〜30のいずれかに記載のキット。 The surface density of the first microwell array is at least 150 per micro well cm 2, at least 250 microwells per cm 2, at least 400 microwells per cm 2, at least 500 microwells per cm 2, cm 2 per at least 750 micro well, cm 2 per at least 1,000 microwells least 2,500 microwells per cm 2, at least 7,500 microwells per cm 2, at least 10,000 per micro well cm 2, cm 2 per at least 50,000 micro-well, 100,000 microwells per per cm 2, or kit according to any one of claims 24 to 30, characterized in that at least 160,000 per cm 2. 前記第1の微細加工デバイスのマイクロウェルの前記第1のアレイのそれぞれのマイクロウェルが、約5μmから約500μm、約10μmから約300μm、または約20μmから約200μmまでの直径を有することを特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載のキット。   Each microwell of the first array of microwells of the first microfabricated device is characterized by having a diameter of about 5 μm to about 500 μm, about 10 μm to about 300 μm, or about 20 μm to about 200 μm. A kit according to any of the preceding claims.
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