JP3650615B2 - 集積マイクロアレイデバイス - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般的に、マイクロアレイ技術に関する。特に、本発明は、集積マイクロアレイデバイスを提供する。このデバイスは、複数の異なる微細区画（ｍｉｃｒｏｌｏｃａｔｉｏｎ）および複数のマイクロアレイチップを含む。微細区画の数は、マイクロアレイチップの数以上である。好適な実施形態において、デバイスはまた、いくらかのまたは全ての微細区画にて温度コントローラを含む。医療診断法、薬開発、環境モニタリングおよび法解析等の様々な分野において、様々な分子部（ｍｏｉｅｔｙ）間の相互作用を検出する集積マイクロアレイデバイスがさらに提供される。
【０００２】
（背景技術）
マイクロアレイ技術は、最初に、１９９０年代に現われてから急速に進展してきた（Ｆｏｄｏｒ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２５１：７６７−７７３（１９９１））。バイオチップ技術の代表的なカテゴリとして、マイクロアレイ技術は、医療診断法、病理機構研究、薬開発、環境モニタリング、機能的なゲノム研究等において広く利用されている（Ｈａｃｉａ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，１４：４４１−４４７（１９９６）；およびＨｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，９４：２１５０−２１５５（１９９７））。オリゴヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、タンパク質、細胞、組織等のバイオロジカルプローブ（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｂｅ）は、ガラス、シリコン、ナイロン膜等の表面上に固定化されている。これらのプローブは、特定の情報をそれぞれ表示する。サンプルは、マイクロアレイが固定化されたプローブと相互作用するように置かれた場合の反応ウェルに追加される。サンプルは、検出が容易になるように、アイソトープ、蛍光試薬、化学ルミネセンス試薬（ｃｈｅｍｉｃａｌｕｍｉｅｓｃｅｎｔ ｒｅａｇｅｎｔ）によってラベル付けされ得る。異なるラベル付け方法（ｌａｂｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）により、共焦蛍光スキャナ（ｃｏｎｆｏｃａｌ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｓｃａｎｎｅｒ）、低いルミネセンス検出器、アイソトープ画像装置等を用いる様々な検出方法が用いられ得る。
【０００３】
高いスループット並列分析を達成するために、高密度マイクロアレイが開発されており、この高密度マイクロアレイ上で、数十万のプローブが固定化されている。しかし、多くの場合、高密度および高いコストのマイクロアレイは、必ずしも必要なわけではない。さらに、高密度マイクロアレイは、マイクロアレイ上の異なるプローブが本来微小な相違を有しているため、検出信号の高忠実度を必ずしも意味するわけではない。例えば、プローブがＤＮＡ分子部である場合、これらは、様々な最適ハイブリッド形成条件の結果に寄与する異なる数の塩基または異なるシーケンスを有し得る。最適ハイブリダイゼーション下でのみ、不適合レートは、正確なハイブリダイゼーション信号の生成を容易にする低いレベルに低減され得る。さらに、この検出動作は、たいていのマイクロアレイが一度に検出されなければならない場合に、たいていのマイクロアレイに対して不都合である。
【０００４】
（本発明の開示）
本発明は、複数の科学的および／または生物学的サンプルの反応および検出に、高い効率、高忠実および低コストでもって、適用され得る集積マイクロアレイデバイスを提供する。
【０００５】
１局面において、本発明は、集積マイクロアレイデバイスを提供する。このデバイスは、複数の異なる微細区画および複数のマイクロアレイチップを含む基板を含む。上記マイクロアレイの数は、上記マイクロアレイチップの数以上である。好適な実施形態において、デバイスはまた、いくつかのまたは全ての微細区画に温度コントローラを含む。
【０００６】
別の局面において、本発明は、テスト分子部と複数のターゲット分子部との間の相互作用を検出する方法を提供する。この方法は、ａ）集積マイクロアレイデバイスを提供する工程であって、このデバイスは、複数の異なる微細区画および複数のマイクロアレイチップを含む基板を含み、上記微細区画の数は、上記マイクロアレイチップの数以上であり、複数のターゲット分子部は、上記マイクロアレイチップに取り付けられる、工程と、ｂ）ａ）工程において、テスト分子部を上記複数のターゲット分子部に接触させる工程と、ｃ）上記テスト分子部と上記複数のターゲット分子部との間の相互作用を検出する工程とを包含する。
【０００７】
好適な実施形態において、本明細書中で提供されるデバイスは、反応ウェルが製造された基板を含む。全ての反応ウェルにおいて、マイクロアレイチップが配置される。このマイクロアレイチップは、高密度または低密度、好適には、低密度のチップとなり得る。さらに、温度コントローラは、上述の全ての反応ウェルの内側または外側に配置される。これらの温度コントローラは、それぞれの反応ウェルにおける温度をそれぞれ制御し得る。このようなマイクロアレイデバイス用に、通例、作製されたマイクロアレイを製造する場合、プローブは、これらそれぞれの融解温度（Ｔｍ値）に応じて異なるグループに分けられる。融解温度に十分近い温度のプローブは、１つのマイクロアレイチップ上に固定化されている；次いで、チップは、反応ウェルに置かれる。異なる反応ウェルの反応温度は、取り付けられた温度コントローラによって個々に制御され得る。全てのウェルの反応温度は、Ｔｍに応じて正確に制御され得、その結果、不適切な温度制御によって引き起こされるためのポジティブプレートおよび検出エラーが低減され得る。このマイクロアレイデバイスの寸法は、９６個のウェルプレート、３８４個のウェルプレートまたは１５３６個のウェルプレートを規格化するように対応する。すなわち、反応ウェルの数および異なるウェル間の距離が規格化される。この設計は、単純で、高い効率の自動操作（ロボット工学によるサンプルの処理および洗浄等）を容易にする。
【０００８】
添付図面において、同一の参照番号が同一の部分を示す。
【０００９】
（本発明を実行するモード）
限定することなく、開示を明解にするために、本発明の詳細な説明は、以下のサブセクションに分けられる。
【００１０】
Ａ．定義
他に定義されていない場合、本明細書に用いられる技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書中に記載される全ての特許、出願、公開出願および他の刊行物は、全体として参考として援用される。このセクションに説明される定義が、本明細書中で参考として援用される出願、公開出願および他の刊行物に記載された定義と反対であるか、そうでなければ、不一致である場合には、このセクションで記載される定義は、本明細書中で参考として援用される定義を網羅している。
【００１１】
本明細書で用いられるものとして、「１つ」は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味する。
【００１２】
本明細書で用いられるものとして、「マイクロアレイチップ」は、複数の１次元、２次元または３次元のミクロ構造またはミクロスケール構造の固体基板を指す。この基板上で、物理的な、化学的な、生物学的な、生物物理学的または生物化学的なプロセス等が実行され得る。経路およびウェル等のミクロ構造またはミクロスケール構造は、上記基板に組み込まれ、上記基板上に製造され、そうでなければ、上記基板に取り付けられ、これにより、物理的な、化学的な、生物学的な、生物物理学的または生物化学的なプロセス等がチップ上で容易に実行される。チップは、１次元において薄くされ得、他の次元で様々な形状（矩形、円、楕円または他の不規則な形状）を有し得る。チップの主要面のサイズは、かなり変化し得る（例えば、特性次元が約１ｍｍ〜約５ｃｍにすることにより、チップの主要面は、約１ｍｍ^２〜約０．２５ｃｍ^２に変化する）。チップ表面は、平坦であり得るか、または平坦であり得ない。非平坦面であるチップは、その面上に製造された経路またはウェルを含み得る。
【００１３】
本明細書中で用いられるものとして、「微細区画」は、基板の表面内かつ表面上の場所であるか、マイクロアレイチップおよび／または他の構造またはデバイスが配置される基板の取り付け場所を意味する。
【００１４】
本明細書中で用いられるものとして、「異なる微細区画」は、必要ならば、試薬が追加および／または除去され得、反応が別の微細区画から独立した微細区画に導かれ得るように、微細区画が十分に離れていることを意味する。所定の実施形態では、それぞれの微細区画は他の全ての微細区画と「異なる」が、それぞれの微細区画は他の全ての微細区画と「異なる」必要はない。
【００１５】
本明細書中に用いられるものとして、「微細区画がウェルフォーマットにある」は、マイクロアレイチップおよび／または他の構造または温度コントローラ等のデバイスが構築され得るか、または配置され得るように、適切な３次元形状を有する窪みが微細区画にあることを意味する。
【００１６】
本明細書中に用いられるものとして、「微細区画が断熱される」は、微細区画が、他の微細区画または微細区画外の任意の場所から独立して、１つの微細区画において、所望のレベルで温度を適応させ、維持するように用いられ得る所定の構造または物質を有することを意味する。
【００１７】
本明細書中に用いられるものとして、「分子部」は、テスト分子部およびターゲット分子部を包括する。分子部の例として、細胞、細胞小器官、ウイルス、粒子、分子、例えば、タンパク質、ＤＮＡおよびＲＮＡ、または凝集体またはこれらの混合物を含む。
【００１８】
本明細書中に用いられるものとして、「植物」は、植物界（ｋｉｎｇｄｏｍ Ｐｌａｎｔａｅ）の任意の様々な光合成、真核多細胞器官を指す。これらは、胚を特徴付けて生成し、葉緑体を含み、セルロースの細胞壁を有し、移動性を失っている。
【００１９】
本明細書中に用いられるものとして、「動物」は、動物界（ｔｈｅ ｋｉｎｇｄｏｍ ｏｆ Ａｎｉｍａｌｉａ）の多細胞器官を意味する。動物の無制限の例（ｎｏｎ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ａｎｉｍａｌｓ）は、鶏等の鳥、魚および哺乳類（マウス、ハツカネズミ、猫、犬、豚、牝牛、雄牛、羊、やぎ、馬、猿および他の人間以外の霊長類等）等の脊椎動物を含む。
【００２０】
本明細書中に用いられるものとして、「バクテリア」は、区画化されていない環状ＤＮＡおよび約７０Ｓのリボソームを有する小さな原核器官（約１ミクロンの線形次元）を指す。バクテリアのタンパク質合成は、真核細胞と異なる。多くの抗菌抗生体は、感染母体に影響を与えずにバクテリアのタンパク質合成を妨害する。
【００２１】
本明細書中に用いられるものとして、「真正細菌目」は、アルキバクテリアを除くバクテリアの主な亜門を指す。たいていのグラムポジティブバクテリア（Ｇｒａｍ−ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｂａｃｔｅｒｉａ）、シアノバクテリア、マイクロプラズマ、腸内菌、シュードモナスおよび葉緑体が真正細菌目である。真正細菌目の細胞質膜は、エステル連鎖の脂質（ｅｓｔｅｒ−ｌｉｎｋｅｄ ｌｉｐｉｄ）を含む。細胞壁（存在する場合）にペプチドグリカンが存在する；イントロンは、真正細菌目には見つかっていない。
【００２２】
本明細書中に用いられるものとして、「アルキバクテリア」は、真正細菌目を除くバクテリアの主な亜門を指す。アルキバクテリアの３つの主要な目がある：外好塩性生物（ｅｘｔｒｅｍｅ ｈａｌｏｐｈｉｌｅ）、メタン細菌および硫黄依存外部高温生物。アルキバクテリアは、リボゾーム構造、（場合によっては）イントロンの有無、膜構成を含む他の特徴について真性細菌目と異なる。
【００２３】
本明細書中に用いられるものとして、「ウイルス」は、ＤＮＡまたはＲＮＡおよびタンパク質コートを含む非細胞性種類を除く偏性細胞内のパラサイト（ｏｂｌｉｇａｔｅ ｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ ｐａｒａｓｉｔｅ）を指す。ウイルスは、直径約２０〜約３００ｎｍの範囲である。クラスＩウィルス（バルティモア分類）は、二重ＤＮＡをゲノムとして有する；クラスＩＩウイルスは、一重ＤＮＡをゲノムとして有する；クラスＩＩＩウイルスは、二重ＲＮＡをゲノムとして有する。クラスＩＶウイルスは、ポジティブ一重ＲＮＡをゲノムとして有する（ゲノム自体がｍＲＮＡとして機能する；クラスＶウイルスは、ネガティブ一重ＲＮＡをｍＲＮＡ合成のテンプレートとして用いられる；クラスＶＩウイルスは、複製のＤＮＡ中間体だけでなく、ＲＮＡ合成の中間体を有するものを除くポジティブ一重ＲＮＡゲノムを有する。主なウイルスは、ウイルスが植物、動物および原核生物に引き起こす病気によって認識される。原核生物のウイルスは、バクテリオファージとして知られている。
【００２４】
本明細書中に用いられるものとして、「真菌」は、根、幹または葉を持たず、不規則な質量を有するように成長し、光合成可能なクロロフィルまたは他のピグメントを欠く真核細胞の組織体の区分を指す。それぞれの組織体（葉状態）は、線状体（ｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓ）に対して単細胞であり、グルカンまたはキチンまたはその両方を含み、真核を含む細胞壁によって囲まれた分岐されたソマテック構造（菌糸）を有する。
【００２５】
本明細書中に用いられるものとして、「細胞内分子部」は、細胞内に常駐するか、または他の場合には配置され（すなわち、サイトプラズマまたは細胞小器官のマトリクスに配置され）、任意の細胞内膜に取り付けられ、常駐するか、または、他の場合には、１つがある場合（ｉｆ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｏｎｅ）、ペリプラズマ内に配置され、または、他の場合、１つがある場合、細胞表面上に配置される（すなわち、サイトプラズマ膜の外面または細胞壁上に取り付けられる）任意の分子部を指す。
【００２６】
本明細書中に用いられるものとして、「巨大分子」は、別の分子に取り付けることなく、巨大分子に特に結合される抗体を生成できる分子を指す。
【００２７】
本明細書中に用いられるものとして、「小分子（ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）」は、ホモ凝集体（ｈｏｍｏａｇｇｒｅｇａｔｅ）を形成することなく、または、巨大分子または補助剤に取り付けることなく、小分子に特に結合される抗体を生成できない分子を指す。好適には、小分子は、約１０，０００ダルトン以下の分子量を有する。さらに好適には、小分子は、約５，０００ダルトン以下の分子量を有する。
【００２８】
本明細書中に用いられるものとして、「ビタミン」は、所定の生物種を必要とされるトレース有機物を指す。たいていのビタミンは、所定の補酵素の成分として用いられる。
【００２９】
本明細書中に用いられるものとして、「脂質」は、クロロフォームまたはエステル等の非極性溶媒によって細胞および組織から抽出可能な、水溶性でなく、オイリーまたは油性の有機物を指す。
【００３０】
本明細書中に用いられるものとして、「レセプタ」は、所定の配位子に対して親和性を有する分子を指す。レセプタは、自然発生するか、または合成分子であり得る。明細書中に用いられるものとして、レセプタおよびアンチ配位子は、交換可能である。レセプタは、不変状態で用いられ得るか、または、他の種と凝集するように用いられ得る。レセプタは、共有結合的または非共有結合的に取り付けられ得るか、または、直接的または間接的に、特定の結合部またはリンカを介して、結合部と物理的に接触し得る。レセプタの例は、抗体、細胞膜レセプタ表面レセプタ、レセプタ、特定の抗原決定基［ウイルス、細胞または他の材料等］、薬、ポリヌクレオチド、核酸、ペプチド、補助因子、レクチン、砂糖、ポリサッカリン、細胞、細胞膜、および小器官と反応するモノノクロナル抗体および抗血清を吸収するゲノムとして有する。
【００３１】
本明細書中に用いられるものとして、「抗体」は、軽鎖および重鎖の変化可能な領域からなるＦａｂフラグメント等の抗体部位を含む。
【００３２】
本明細書中に用いられるものとして、「ヒト化抗体」は、人間に対する管理が免疫反応を引き起こさない「人間」のアミノ酸シーケンスを含むように変更される抗体を指す。このような抗体を準備する方法が知られている。例えば、モノクロナル抗体を表現するハイブリッドーマが組換えＤＮＡ技術によって変えられ、人間抗体を基礎とするアミノ酸組成において抗体を表現する。コンピュータプログラムは、このような領域を識別するように設計されてきた。
【００３３】
本明細書中に用いられるものとして、「構造的および／または機能的に関連するタンパク質のグループ」は、構造的にリンクされ、同じ細胞位置（例えば、細胞小器官）に配置され、同じ組織または器官に配置され、同一のバイオロジカルステージ（特定の細胞サイクルステージまたは発展ステージ）に表現および／または機能され、または、同一のバイオロジカル経路（特定の代謝経路、信号変換経路等）に表現および／または機能され、天然状態において、タンパク質のグループを指す。「構造的および／または機能的に関連するタンパク質のグループ」は、同一のグループに属する少なくとも２つのタンパク質のみを含む。「構造的および／または機能的に関連するタンパク質のグループ」は、同一のグループに属する２つより多いタンパク質（例えば、同一のグループに属する主要なタンパク質または全てのタンパク質さえ）を好適に含み得る。
【００３４】
本明細書中に用いられるものとして、「栄養分または格納タンパク質」は、このような栄養分に対する栄養源または格納形態として細胞によって用いられるタンパク質を指す。栄養分または格納タンパク質の限定されていない例は、グリアジン、卵白アルブミン、カゼインおよびフェリチンを含む。
【００３５】
本明細書中に用いられるものとして、「収縮性または移動性タンパク質」は、収縮し、形状を変え、または移動する能力を有する細胞および小器官を授けるタンパク質を指す。収縮性または移動性タンパク質の限定されていない例は、アクチン、ミオシン、チューブリンおよびダイニンを含む。
【００３６】
本明細書中に用いられるものとして、「構造タンパク質」は、バイオロジカル構造強度または保護を与えるようにフィラメント、ケーブルまたはシートを支持するものとして、有用であるタンパク質を指す。
【００３７】
本明細書中に用いられるものとして、「ディフェンスタンパク質」は、他の種による侵入に対して器官を守るタンパク質を指す。ディフェンスタンパク質の限定されていない例は、抗体、フィブリノーゲン、トロンビン、ボツリヌス毒素、蛇の毒液およびリシンを含む。
【００３８】
本明細書中に用いられるものとして、「調節タンパク質」は、細胞の活動または生理学的活動を規則正しくすることを支援するタンパク質を指す。調節タンパク質の限定されていない例は、インシュリン、成長ホルモン、コルチコトロピンおよび抑制体を含む。
【００３９】
本明細書中に用いられるものとして、「サンプル」は、分析物測定法（ａｎａｌｙｔｅ ａｓｓａｙ）が所望される分析物を含み得る任意のものを指す。サンプルは、バイオロジカル液体またはバイオロジカル組織等のバイオロジカルサンプルであり得る。バイオロジカル液体の例は、尿、血、血漿、血清、唾液、精液、便、痰、脳脊髄液、涙、粘液、羊水液等を含む。バイオロジカル組織は、細胞の凝集体であり、特定のものは、一般的に、人間、動物、植物、バクテリア、真菌、またはウイルスの構造（接続性の、上皮、筋肉および神経組織を含む）の一つを形成する細胞内物質を有する。バイオロジカル組織の例はまた、器官、腫瘍、リンパノード、物質および個々の細胞を含む。サンプルはまた、生体外で準備された分子を含むターゲットタンパク質の混合物であり得る。
【００４０】
本明細書中に用いられるものとして、「構造的および／または機能的に関連するタンパク質」は、構造的にリンクされ、同一の細胞位置（細胞小器官）に配置され、同一の組織または器官に配置され、同一のバイオロジカルステージ（例えば、特定の細胞周期ステージまたは進展ステージ）において表現および／または機能され、または同一のバイオロジカル経路（特定の代謝経路、信号変換経路等）において表現および／または機能され、または経路活動またはバイオロジカル機能等のためのレギュレータとして機能する、天然状態で、酵素のグループを指す。「構造的および／または機能的に関連する酵素のグループ」は、同一のグループに属する少なくとも２つの酵素を含む必要のみがある。「構造的および／または機能的に関連する酵素のグループ」は、好適に、同一のグループ（例えば、同一のグループに属する主要な酵素または全ての酵素さえ）に属する２つより多くの酵素を含む。
【００４１】
本明細書中に用いられるものとして、「組織または器官において、特定の態様で表現される」は、所定の組織または器官のみではなく、他の組織または器官において、過渡的または恒常的のいずれかで、遺伝子が表現される遺伝子表現パターンを指す。
【００４２】
本明細書中に用いられるものとして、「組織」は、同一の細胞およびこれらの周りの細胞内物質の収集体を指す。身体には４つの基本組織がある；１）上皮；２）血、骨および軟骨を含む接続性組織；３）筋肉組織；および４）神経組織。
【００４３】
本明細書中に用いられるものとして、「器官」は、呼吸、分泌、消化等の特定の機能を実行する身体の任意の部分を指す。
【００４４】
本明細書中に用いられるものとして、「雑種の緊縮度（ｓｔｒｉｎｇｅｎｃｙ）」は、
１）高緊縮度：０．１ｘＳＳＰＥ，０．１％ＳＤＳ，６５℃；
２）中緊縮度：０．２ｘＳＳＰＥ，０．１％ＳＤＳ，５０℃（中間緊縮度とも呼ばれる）；
３）低緊縮度：１．０ｘＳＳＰＥ，０．１％ＳＤＳ，５０℃．
等しい緊縮度がバッファ、塩および温度を用いて達成され得ることが理解される。
【００４５】
本明細書中に用いられるものとして、「遺伝子」は、染色体上の特定の遺伝子座を占める遺伝単位を指し、この存在は、異なる対立形態の発生によって確認され得る。分裂した遺伝子が発生する場合、遺伝子はまた、単一のポリペプチドを生成するために必要とされるＤＮＡシーケンス（エキソン）のセットを包括し得る。
【００４６】
本明細書中に用いられるものとして、「遺伝子チップ」は、（転写後に）ＲＮＡサンプルをスクリーニングするために用いられ得る表面上に固定化されたオリゴヌクレオチドのアレイを指す。したがって、どの遺伝子が細胞または組織（遺伝子に対応するＲＮＡが生じた細胞または組織）において表現されるかを早急に決定する方法を指す。
【００４７】
本明細書中に用いられるものとして、「ＲＮＡ」は、１’位置に取り付けられたプリンまたはプリミジン塩基とのホスホジエステル結合によって３’および５’位置に結合されるリボース位置を指す。
【００４８】
本明細書中に用いられるものとして、「タンパク質」は、特定のシーケンスのペプチド結合によって結合されたアミノ酸の線形ポリマー（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌｙｍｅｒ）を指す。本明細書中に用いられるものとして、「タンパク質」はまた、ポリペプチド、オリゴペプチドおよびペプチドを包括する。
【００４９】
Ｂ．集積マイクロアレイデバイス
１局面において、本発明は、複数の異なる微細区画および複数のマイクロアレイチップを含む基板を含む集積マイクロアレイデバイスを提供する。この微細区画の数は、このマイクロアレイチップの数以上である。
【００５０】
任意の適切な基板が本発明のマイクロアレイデバイスに用いられ得る。好適な実施形態において、基板は、シリコン（二酸化シリコンまたは窒化ケイ素、プラスチック、ガラス、セラミック、ゴム、ポリマーまたはこれらの組み合せ）を含む。基板は、疎水性または親水性の表面を含み得る。さらに、基板は、多孔性または非多孔性の基板を含む。
【００５１】
微細区画は、任意の適切な方法によって基板内に作製され得るか、または、基板に取り付けられ得る。例えば、微細区画は、基板の一部として直接的に製造され得る。あるいは、第１に、基板が製造され得、次に、微細区画が基板内に作製され得るか、または、基板に取り付けられ得る。好適な実施形態において、微細区画および／または微細区画チップは、基板上に製造される。
【００５２】
デバイスは、任意の適切な数の微細区画を含み得る。例えば、デバイスは、（１２）_ｎの数の微細区画を含み得る（ｎは、少なくとも１である整数である）。好適には、ｎは、８、３２または１２８である。微細区画は、基板上に均等にまたは非均等に分布され得る。好適には、微細区画の数および微細区画間の距離は、標準マイクロタイタープレート（例えば、９６−，３８４−，または１５３６のウェルプレート）に対応する。
【００５３】
微細区画は、任意の適切なフォーマットに配置され得る。例えば、微細区画は、基板内に作製され得るか、または、基板に取り付けられ得るか、または、基板の上方に取り付けられ得る。好適には、微細区画がウェルフォーマットまたは熱絶縁された平坦面フォーマットに配置される。デバイスは、（１２）_ｎの数のウェルを含み得る（ｎは、少なくとも１である整数である）。好適には、デバイスは、９６、３８４または１，５３６のウェルを含む。ウェルは、任意の適切な３次元形状またはジオメトリを含み得る。例えば、ウェルの上部、中間部および／または下部は、円、楕円、四角形、矩形、三角および（複数の）他の不規則な形状であり得る。ウェルの上部、中間部および／または下部が同じまたは異なる形状および／または面積を有し得る。デバイスは、同一の、または異なる２次元または３次元の形状またはジオメトリを有するウェルを含み得る。
【００５４】
微細区画は、デバイス外の流体源（ｆｌｕｉｄ ｓｏｕｒｃｅ）または流体経路（ｆｌｕｉｄ ｐａｓｓａｇｅ）と接続し得る。任意の数または任意のパーセンテージ（例えば、５０％）の微細区画は、デバイス外の流体源または流体経路と接続し得る。好適には、微細区画全てがデバイス外の流体源または流体経路と接続し得る。特定の実施形態において、少なくとも２つの微細区画は、互いに流体的に接続し得る。任意の数または任意のパーセンテージ（例えば、５０％）の微細区画は、互いに接続し得る。任意の数または任意のパーセンテージ（例えば、５０％）の微細区画は、任意の適切な構造（マイクロ流体経路）デバイス外の流体源または流体経路と接続し得るか、または互いに接続し得る。好適には、微細区画全てが互いに流体的に接触している。微細区画は、任意の適切な構造（マイクロ流体経路を用いて、デバイス外側の流体ソースまたは流体経路と流体的に接触する状態になり得るか、または互いに流体的に接触する状態になり得る。
【００５５】
特定の実施形態において、少なくとも１つの微細区画（ウェル等）は、断熱され得る。任意の数または任意のパーセンテージ（例えば、５０％）が断熱され得る。微細区画は、任意の適切な構造または材料を用いて断熱され得る。例えば、（複数の）微細区画は、不活性ガス（例えば、空気）によって断熱され得る。好適な実施形態において、いくつかのウェルまたは全てのウェルは、薄い梁によって接続され得、隣接するウェルの壁間に含まれる空気によって断熱され得る。
【００５６】
本デバイスの微細区画の数は、マイクロアレイチップの数以上である。好適には、デバイスの微細区画のそれぞれがマイクロアレイチップを含む。
【００５７】
任意の適切なマイクロアレイチップは、本集積マイクロアレイデバイスに用いられ得る。例えば、核酸解析に適したマイクロアレイチップ（例えば、遺伝子チップおよび／またはタンパク質チップ、抗体チップ）は、本デバイスにおいて用いられ得る（Ａｕｓｕｂｅｌ ｅｔ ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ，＆２２，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ（２０００）；およびＳｃｈｅｎａ（Ｅｄ），Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ Ｂｉｏｃｈｉｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｅａｔｏｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ／Ｂｉｏ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｂｏｏｋｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ（２０００））。特定の実施形態において、米国特許第６，２４５，５１１号、６．２１５，８９４号、６．１４２，６８１号、６，１０１，９４６号、６，００４，７５５号、５，９３０，１１７号、５，９２８，４３７号および５，７１６，４５９号に開示されたマイクロアレイチップは、本デバイスにおいて用いられ得る。
【００５８】
マイクロアレイチップは、任意の所望の密度を有し得る。マイクロアレイチップは、同一または異なる密度を有し得る。特定の実施形態において、マイクロアレイチップは、（１００）_ｎスポット／ｃｍ^２の密度を有する（ｎは、少なくとも１である整数である）。好適には、マイクロアレイの少なくとも１つは、４００スポット／ｃｍ^２以下である密度を有する。しかし、任意の数または任意のパーセンテージ（例えば、５０％）のマイクロアレイチップが４００スポット／ｃｍ^２以下である密度を有し得る。さらに好適には、全てのマイクロアレイチップは、４００スポット／ｃｍ^２以下である密度を有する。
【００５９】
別の特定の実施形態において、少なくとも１つのマイクロアレイチップは、このマイクロアレイに取り付けられた複数の分子部を有する。（複数の）マイクロアレイチップは、これらのマイクロアレイチップに表を上にした方向または表を下にした方向に取り付けられた複数の分子部を有する。分子部は、任意の適切な方法を用いて（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。（複数の）マイクロアレイチップに、特定または非特定の結合によって、共有結合的または非共有結合的に取り付けられ得る分子部は、直接的に、またはリンカを介して取り付けられ得る。リンカは、物理的、化学的または酵素学的な処理等の、所定の処理に敏感であり得る。
【００６０】
任意の適切な分子部は、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。分子部は、純物質（ｐｕｒｅ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）または合成材料であり得、化学的材料またはバイオロジカル材料であり得、または合成であり得、またはバイオロジカルソースまたはサンプルから隔離／精製され得る。例示的な分子部は、細胞、細胞小器官、ウイルス、分子および凝集体またはこれらの組み合せを含む。
【００６１】
細胞の無制限の例は、動物、植物、菌類、バクテリア、組換え体または培養細胞を含む。動物、植物、菌類、バクテリア細胞は、任意の属または動物界、植物界、菌またはバクテリア界（ｆｕｎｇｕｓ ｏｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｋｉｎｇｄｏｍ）のサブ属（ｓｕｂｇｅｎｕｓ）から得られ得る。任意の属または繊毛虫、細胞スライムモールド（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｌｉｍｅ ｍｏｌｄ）、鞭毛体および微胞子虫はまた、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。鶏等の鳥、魚および哺乳類（マウス、ハツカネズミ、猫、犬、豚、牝牛、雄牛、羊、やぎ、馬、猿および他の人間以外の霊長類等、および人間）等の脊椎動物から得られた細胞は、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。
【００６２】
動物の細胞に対して、特定の組織または器官から得られた細胞は、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。例えば、接続性の、上皮、筋肉および神経組織が用いられ得る。同様に、眼の副器官（ａｃｃｅｓｓｏｒｙ ｏｒｇａｎ）、らせん器官、聴覚器官、Ｃｈｉｅｖｉｔｚ器官、胃周囲器官、Ｃｏｒｔｉ器官、重要な器官、エナメル器官、終端器官（ｅｎｄ ｏｒｇａｎ）、外部女性ゲンチアル器官（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｅｍａｌｅ ｇｅｎｔｉａｌ ｏｒｇａｎ）、外部男性ゲンチアル器官（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍａｌｅ ｇｅｎｔｉａｌ ｏｒｇａｎ）、移動性器官、Ｒｕｆｆｉｎｉのフラワースプレー器官（ｆｌｏｗｅｒ ｓｐｒａｙ ｏｒｇａｎ）、ゲンチアル器官、Ｇｏｌｇｉテンドン器官、味覚器官、聴覚器官、内部女性ゲンチアル器官、内部男性ゲンチアル器官、挿入器官、Ｊａｃｏｂｓｏｎ器官、腱器官、嗅覚器官、平衡器官（ｏｔｏｌｉｔｈｉｃ ｏｒｇａｎ）、下垂器官、Ｒｏｓｅｎｍｕｌｅｒ器官、感覚器官、嗅覚器、スパイラル器官（ｓｐｉｒａｌ ｏｒｇａｎ）、サブコミシューラル器官（ｓｕｂｃｏｍｍｉｓｓｕｒａｌ ｏｒｇａｎ）、脳弓下器官、過剰器官、触覚器官、ターゲット器官、味覚器、触覚器、泌尿器、ラミニア末端の血管器（ｖａｓｃｕｌａｒ ｏｒｇａｎ ｏｆ ｌａｍｉｎａ ｔｅｒｍｉｎａｌ）、前庭器、平衡聴覚器、痕跡器官、視野器（ｏｒｇａｎ ｏｆ ｖｉｓｉｏｎ）、視覚器（ｖｉｓｕａｌ ｏｒｇａｎ）、鋤鼻器、遊走器官、Ｗｅｂｅｒ器官およびＺｕｃｋｅｒｋａｎｄｌ器官から得られる細胞が用いられ得る。好適には、脳、肺、肝臓、脾臓、骨髄、胸腺、心臓、リンパ、血、骨、軟骨、膵臓、腎臓、胆嚢、胃、腸、精巣、卵巣、子宮、直腸、神経系、腺、内部血管（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｂｌｏｏｄ ｖｅｓｓｅｌ）等から得られる細胞が用いられ得る。さらに、任意の植物、イースト菌等の菌類、真正細菌目またはアルキバクテリア等のバクテリアから得られる細胞が用いられ得る。動物、植物、菌類またはバクテリア細胞等の任意の真核細胞または原核細胞ソースから得られる組換え体細胞もまた用いられ得る。血、尿、唾液、骨髄、精液または他の腹水流体およびこれらのサブフラクション（漿液（ｓｅｒｕｍ）または血漿）等の体液はまた、用いられ得る。
【００６３】
取り付け可能な細胞小器官は、核、ミトコンドリア、葉緑体、リボソーム、ＥＲ、ゴルジ体、リソソーム、不定形の分泌小嚢、液胞またはミクロゾームを含む。 取り付け可能なウイルスは、インタクトウィルスまたは任意のウイルス構造であっても（例えば、ウイルス性粒子）、ウイルスのライフサイクルにおいて、クラスＩウイルス、クラスＩＩウイルス、クラスＩＩＩウイルス、クラスＩＶウイルス、クラスＶウイルスまたはクラスＶＩウイルス等のウイルスから得られ得る。
【００６４】
取り付け可能な細胞内部の分子部は、細胞内に常駐するか、他の場合には、細胞内に配置される（すなわち、細胞小器官の細胞質または基質に配置される）；任意の細胞内部の膜に取り付けられる；ペリプラズムが存在する場合には、ペリプラズムに常駐するか、他の場合には、その内部に配置される；または、細胞表面に常駐するか、または他の場合には、細胞表面内に配置される、すなわち、細胞質膜または細胞壁（存在する場合）の外面に取り付けられる任意の分子部を含む。任意の所望の細胞内部の分子部は、（複数の）ターゲット細胞から隔離され得る。例えば、細胞内小器官、分子または凝集体またはこれらの複合物が隔離され得る。このような細胞内小器官の無制限の例は、核、ミトコンドリア、葉緑体、リボソーム、ＥＲ、ゴルジ体、リソソーム、不定形の分泌小嚢、液胞またはミクロゾーム、膜レセプタ、抗原、酵素および細胞質のタンパク質を含む。
【００６５】
取り付け可能な分子は、鉄等の無機分子、有機分子またはこれらの複合物であり得る。取り付け可能なイオンの無制限の例は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、塩素、鉄、銅、亜鉛、マンガン、コバルト、ヨウ素、モリブデン、バナジウム、ニッケル、クロム、フッ素、シリコン、スズ、ボロンまたは砒素イオンを含む。取り付け可能な有機分子の無制限の例は、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、ヌクレオシド、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸、ビタミン、単糖類、オリゴ糖類、炭水化物、脂質またはこれらの複合物を含む。
【００６６】
任意のアミノ酸は、（複数の）マイクロアレイに取り付けられ得る。例えば、Ｄ−およびＬ−アミノ酸が取り付けられ得る。さらに、任意の自然発生するペプチドおよびたんぱく質（Ａｌａ（Ａ），Ａｒｇ（Ｒ），Ａｓｎ（Ｎ），Ａｓｐ（Ｄ），Ｃｙｓ（Ｃ），Ｇｌｎ（Ｑ），Ｇｌｕ（Ｅ），Ｇｌｙ（Ｇ），Ｈｉｓ（Ｈ），Ｉｌｅ（Ｉ），Ｌｅｕ（Ｌ），Ｌｙｓ（Ｋ），Ｍｅｔ（Ｍ），Ｐｈｅ（Ｆ），Ｐｒｏ（Ｐ）Ｓｅｒ（Ｓ），Ｔｈｒ（Ｔ），Ｔｒｐ（Ｗ），Ｔｙｒ（Ｙ）およびＶａｌ（Ｖ）を含む）の構築ブロックが取り付けられ得る。
【００６７】
任意のタンパク質またはペプチドは、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。例えば、酵素、鉄経路（ｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ）等の輸送タンパク質、ポンプ、栄養素または格納タンパク質、アクチンおよびミオシン等の収縮性または運動性のタンパク質、構造タンパク質、抗体等のディフェンスタンパク質または調節タンパク質、ホルモンおよび成長因子が取り付けられ得る。タンパク質またはペプチドの抗原もまた取り付けられ得る。
【００６８】
一重、二重および三重核酸を含む任意の核酸は、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。このような核酸の例は、Ａ−、Ｂ−またはＺ−形態のＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｔＲＮＡおよびｒＲＮＡ等のＲＮＡを含む。
【００６９】
任意の核酸は、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。このようなヌクレオシドの例は、アデノシン、グアノシン、シチジン、チミジンおよびウリジンを含む。任意のヌクレオシドは、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。このようなヌクレオチドの例は、ＡＭＰ，ＧＭＭＰ，ＣＭＰ，ＵＭＰ，ＡＤＰ，ＧＤＰ，ＣＤＰ，ＵＤＰ，ＡＴＰ，ＧＴＰ，ＣＴＰ，ＵＴＰ，ｄＡＭＰ，ｄＧＭＰ，ｄＣＭＰ，ｄＴＭＰ，ｄＡＤＰ，ｄＧＤＰ，ｄＣＤＰ，ｄＴＤＰ，ｄＡＴＰ，ｄＧＴＰ，ｄＣＴＰおよびｄＴＴＰを含む。
【００７０】
任意のビタミンは、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。例えば、チアミン、リボフラビン、ニコチン酸、パントテン酸、ピリドキシン、ビオチン、葉酸、ビタミンＢ_１２およびアスコルビン酸が取り付けられ得る。同様に、ビタミンＡ、ビタミンＤ、ビタミンＥおよびビタミンＫ等の脂溶性ビタミンが取り付けられ得る。
【００７１】
任意の単糖類は、Ｄ−またはＬ−単糖類であろうと、アルドーズまたはケトースであろうと、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。単糖類の例は、グリセルアルデヒド糖のトリオース、エリトロースおよびセロース等のテトロース、リボース、アラビノース、キシロース、リキシロース（ｌｙｘｏｓｅ）およびリブロース等のペントロース、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース（ｔａｌｏｓｅ）およびフルクトース等のヘキソース、セドヘプツロース等のセプタンを含む。
【００７２】
任意の脂質は、（複数の）マイクロアレイチップに取り付けられ得る。脂質の例は、トリステアリン、トリパルミチンおよびトリオレイン、ワックス、ホスハチジレサノラミン（ｐｈｏｓｐｈａｔｉｄｙｌｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅ）、ホソファチジルクロリン（ｐｈｏｓｐａｈｔｉｄｙｌｃｈｏｌｉｎｅ）、ホソファチジルセリン（ｐｈｏｓｐｈａｔｉｄｙｌｓｅｒｉｎｅ）ホスファチジルイノシトールおよびカルジオリジン等のホスホグリセリン、スフィンゴミエリン、セレブロシドおよびガングリオシド等のスフィンゴ脂質、コレステロールおよびスチグマスチロールおよびステロール脂肪酸エステル等のステロールを含む。上記脂肪酸は、ラウリン酸、ミリステン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラシディック酸（ａｒａｃｈｉｄｉｃ ａｃｉｄ）およびリグノセリック酸（ｌｉｇｎｏｃｅｒｉｃ ａｃｉｄ）またはアラキドン酸等の飽和脂肪酸であり得る。
【００７３】
特定の実施形態において、少なくとも２つのマイクロアレイチップは、マイクロアレイチップに取り付けられた複数の分子部を有し得る。しかし、任意の数またはパーセンテージ（例えば、５０％）のマイクロアレイチップは、マイクロアレイチップに取り付けられた複数の分子部を有し得る。マイクロアレイチップは、マイクロアレイチップに取り付けられた同一のタイプまたは異なるタイプの分子部を有し得る。
【００７４】
別の特定の実施形態において、少なくとも１つの微細区画は、温度コントローラを含み得る。しかし、任意の数またはパーセンテージ（例えば、５０％）の微細区画が温度コントローラを含み得、好適には、微細区画のそれぞれが温度コントローラを含み得る。さらに好適には、微細区画のそれぞれは、マイクロアレイチップおよび温度コントローラを含む。いくつかの、例えば５０％の温度コントローラが個別に制御可能であり得る。好適には、温度コントローラのそれぞれが個別に制御可能であり得る。
【００７５】
任意の適切な温度コントローラは、本デバイスにおいて用いられ得る。例えば、抵抗性ヒーター、双方向半導体温度コントローラ、セラミックヒーターまたは赤外線ヒーターが用いられ得る。
【００７６】
本デバイスの基板は、単一単位であり得る。または、基板は、少なくとも２つの部分に分解され得る組み立て単位であり得る。
【００７７】
（Ｃ．検出方法）
別の局面において、本発明は、テスト分子部と複数のターゲット分子部との間の相互作用を検出する方法を提供する。この方法は、ａ）集積マイクロアレイデバイスを提供する工程であって、このデバイスは、複数の個々の微細区画および複数のマイクロチップを含む基板を含み、ここで、微細区画の数は、マイクロチップの数に等しいかまたはマイクロチップの数以上であり、マイクロチップに取り付けられた複数のターゲット分子部である。ｂ）工程ａ）で提供された複数のターゲット分子部とテスト分子部とを接触する工程と、ｃ）テスト分子部と複数のターゲット分子部との間の相互作用を検出する工程とを含む。本方法は、後診断、診断、薬物スクリーニング、環境モニタリングなどを含む、任意の適切な分野で使用され得る。
【００７８】
上記のセクションＢに記載されるデバイスを含む、任意の適切な集積マイクロアレイは、本方法に使用され得る。特有の実施形態において、集積マイクロアレイデバイスは、複数の個々の微細区画を含む基板を含み、各微細区画は、マイクロアレイチップおよび温度コントローラを含む。
【００７９】
本方法を用いて、細胞、細胞小器官、ウイルス、分子および凝集体またはその複合体からなる群から選択される分子部の間に任意の相互作用を検出し得る。例えば、本方法を用いて、２つの巨大分子の間または３つ以上の巨大分子の間（例えば、ＤＮＡ−ＤＮＡ、ＤＮＡ−ＲＮＡ、ＲＮＡ−ＲＮＡ、ＤＮＡ−タンパク質、ＲＮＡ−タンパク質、およびタンパク質などの相互作用）の相互作用を検出する。本方法をさらに用いて、巨大分子−小分子または小分子−小分子の相互作用を検出し得る。本方法をさらに用いて、２つの分子部以上の間の相互作用を含む、より複雑な相互作用を検出し得る。ＤＮＡ−ＤＮＡ、ＤＮＡ−ＲＮＡ、ＲＮＡ−ＲＮＡの相互作用が検出されるとき、接触すること、すなわち、ハイブリッド形成することは、適切な状況（例えば、低い、中位の、または高い厳密さのもと）のもとで実施形態され得る。
【００８０】
テスト分子部と複数のターゲット分子部との間の相互作用は、任意の適切な方法によって検出され得る。例えば、テスト分子部および／またはターゲット分子部は、任意の適切な方法によって検出され得る。任意の適切なラベルは使用され得る。例示のラベルは、放射活性、蛍光性、化学作用、酵素、発光性およびＦＲＥＴ（蛍光共鳴エネルギー移動）ラベルを含む。発光性ラベルは、化学発光性ラベル、または生物発光性ラベルであり得る。ラベルは、テスト分子部単一に、ターゲット分子部単一に、またはその両方に直接的、または間接的に取り付けられ、または結合され得る。読み出しは、ポジティブ信号またはネガティブ信号であり得る。適切なアッセイフォーマットは、サンドウィッチまたは競合性のフォーマットを含み、使用され得る。
【００８１】
好適な実施形態において、本方法を用いて、テスト分子部、および、複数の遺伝子、遺伝子のフラグメントまたはエンコード生成物の間の相互作用を検出する。より好適には、複数のターゲット遺伝子、遺伝子フラグメント、またはエンコード生成物は、生物学的経路に伴われて、同一または類似の生物学的機能を有するタンパク質のグループに属して、細胞周期の段階に発現され、細胞種に発現され、組織種に発現され、器官種に発現され、開発段階に発現される。タンパク質の発現および／またはタンパク質の動作は、病気あるいは障害の種類または段階に変化され、タンパク質の発現および／またはタンパク質の動作は、薬または他の処理に変化される。
【００８２】
本方法は、単一のテスト分子部または物質と複数のターゲット分子部との２つまたは３つ以上の間の相互作用の検出に使用され得る。好適には、本方法は、高い処理能力モード、すなわち、複数のテスト分子部または物質と複数のターゲット分子部との２つまたは３つ以上の間の相互作用の検出に使用される。複数のテスト分子部または物質と複数のターゲット分子部との２つまたは３つ以上の間の相互作用は、同時に、または引き続いて検出され得る。
【００８３】
（Ｄ．例示のデバイスの記載）
図１は、例示の集積マイクロアレイデバイスのプレート概略図である。デバイスは、基板１を含み。基板１は、プラスチック、ガラス、シリコン、セラミックなどで作られ、多孔性または非多孔性、固いまたは柔軟性があり得る。
【００８４】
複数の反応ウェル２は、例えばエッチングといった適切な方法によって基板１上に製造される。次に、全ての反応ウェルは、マイクロアレイチップ３に導入される。反応ウェルの数および異なるウェル間の距離は、実用的な必要性により変更され得る。可能ならば、ウェルのパラメータ（例えば、反応ウェルの数、または異なるウェルの２つの間または３つ以上の間の距離）が、基準面（例えば、基準９６個のウェルプレート、３８４個のウェルプレートまたは１５３６個のウェルプレート）に対して同一であり、ロボット利用によって自動操作（例えば、サンプルハンドリングまたはウォッシング）を促進する。図１に示される例において、マイクロアレイデバイスの次元パラメータは、基準９６個のウェルプレートに同一である。すなわち、基板１上に９６反応ウェルプレートがあり、あるウェルから隣接したウェルの距離が９ｍｍであり、基準９６ウェルプレート上の隣接するウェル間の距離と同一である。
【００８５】
マイクロアレイデバイスのウェルユニットの３次元概略図を図２に示す。図２において、反応ウェル２および取り付けられたマイクロアレイ３が記載される。反応ウェルの部分の形状は、正方形である。その外接円の直径は、標準９６ウェルプレートの外接円より小さいか、または等しくなる。そして、反応ウェル２に位置されるマイクロチップ３の形状も正方形である。この好適な実施形態において、反応ウェル２およびマイクロチップ３の正方形の形状は、マイクロアレイ３の正しいポジショニング方向を確実にする。当業者は、この形状が正方形に限定されないことを理解する。例えば、円形といった他の形状は、反応ウェル２およびマイクロアレイチップ３を成形するように採用され得る。マイクロチップ３に対して、プローブが固定化される表面は、表を上向きにするか（図２Ａ）、表を下向きにし得る（図２Ｂ）。次に、反応ウェル２の底部はシールされ、試薬（例えば、ハイブリッド形成試薬またはウォッシング試薬）は、加えられ、上部から運び出され得る（図２Ａ）。代替的に、デバイスの底部は、部分的に開口されるように設計され、すなわち、少なくとも１つのマイクロ流体チャンネルは、底部に製造され、底部からの試薬（ハイブリッド形成試薬またはウォッシング試薬）の追加または移動を容易にする（図２Ｂ）。反応ウェル２は、完全なデバイスとして製造され得る。すなわち、反応ウェル２は、少なくとも２つの偽装部分を含む。例えば、所望ならば、反応ウェルの底部は、次の検出を起こすために引き下ろされ得る。反応ウェル２の深度は、マイクロアレイチップ３の厚さにより変更され得、反応容量は、数百マイクロメートルから数センチメートルまで変化され得る。
【００８６】
現在のマイクロアレイデバイスが生物学的または製薬のサンプルを検出するために適用され、プローブは、例えば、塩基の数またはプローブの手順といったプローブの特性による異なる群に分類され得る。次に、同じ群からのプローブは、反応ウェル２の同じマイクロアレイチップ３上に固定化される。プローブは、ｃＤＮＡ、オリゴヌクレオチド、抗原または抗体、レセプタ、ポリペプチド、細胞または組織であり得る。マイクロチップ３の基板は、シリコン、ガラス、またはナイロン膜などであり得る。プローブの固定化方法は、吸着、共有結合、エントラップメントなどであり得る（Ｂｅａｔｔｉｅらの「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，４：２１３−２２５，（１９９５）およびＳｕｂｒａｍｅｎｉａｎらの「Ｅｎｚｙｍｅ＆Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌ．」，２４：２６−３４，（１９９９））。
【００８７】
例えばある種の病気の診断といった、多くの場合において、ある種の薬物のスクリーニングまたはいくつかの特有の遺伝子機能を研究すると、高密度を有するマイクロアレイは、完全に必要がない。本デバイスのマイクロアレイチップ３は、数十または数百個のみのプローブの低密度マイクロアレイチップであり得る。対応する製造コストは、低密度マイクロアレイチップを用いることによって多くが減少され得る。一方、本発明のマイクロアレイデバイスは、多くのユニット（例えば、ユニットの数が９６、３８４または１５３６個であり得る）を含む。全ての反応ウェルのプローブの数は多くはないが、全てのこれらの反応ウェルにおけるプローブの数は、数千から数十万に変動し、高い処理能力分析を達成し、さらに中くらいの密度を提供し得る。
【００８８】
図２に示される、全ての反応ウェル２の温度を制御するために、温度コントローラ６は、全ての反応ウェル２に取り付けられる。図３は、異なる温度コントローラ６の間の例示の接続を示す。電力供給のアノードおよびカソードにそれぞれ接続された全ての温度コントローラ６から伸びる２つの線９および９’がある。異なる反応ウェル２の温度の個々のコントロールｈは、異なる温度コントローラ６の活性化／不活性化によって達成され得る。
【００８９】
温度コントローラ６は単に、熱反応ウェル２に適用されたレジスタであり得る。温度コントローラ６は、反応ウェル２の底部に取り付けられ得る。基板がシリコンで作られる場合、微細加工技術を適用して、反応ウェル２の対向する面をエッチングして、次に、シリコン上に金属（例えば、銅）の層を堆積して温度コントローラ６を製造し得る。そして反応ウェル２の底部は、可能な限り薄く製造され、反応ウェル２の温度コントローラ６とマイクロアレイチップ３との間の熱移動を容易にする。代替的に、温度コントローラ６は、双方向半導体温度コントローラであり得る。一方、この双方向半導体温度コントローラは、反応ウェル２を加熱し得る。一方、この温度コントローラ６は、そのコントローラの温度が室温（例えば、５０℃）より高いと、反応ウェル２を冷却し得る。この双方向半導体温度コントローラはまた、反応ウェル２の底部に取り付けられ得る。温度コントローラ６はまた、図２Ｂによって示されル方法によって反応ウェル２に入れられ得る。温度コントローラ６は、機械的相互ジョイントによってマイクロチップ３に結合され得る。あるいは、その結合は、液体の層を導入することによって達成され得る。液体の層は、反応に関与せず、反応中に蒸発する。結合力は、この液体の表面と温度コントローラ６の表面との間の表面張力である。さらに、導入された液体はまた、熱移動を容易にする。
【００９０】
当業者は、レジスタまたは双方向半導体温度コントローラに限定されない温度コントローラの任意の種類が、本発明の温度コントローラ６に適用され得ることを理解する。例えば、セラミックヒーターを反応ウェル２の底部に直接取り付けられることによって温度コントローラ６にセラミックヒーターが適用され得る。あるいは、赤外加熱は、非接触赤外線波長を用いることによって適用され得る。温度コントローラ６のアドレス可能なコントロールを達成するための温度コントローラ６とコントロールとの間の接続方法は、上記の方法に限定されない。温度コントロールの任意の適切な方法が適用され得る。
【００９１】
図１および図２によって示される、本発明のデバイスの好適な実施形態において、全ての反応ウェル間の絶縁壁上に製造されたホールを介して、異なる反応ウェルは、薄いガーダ（ｇｉｒｄｅｒ）によって互いに接続され、異なる反応ウェル２の間の断熱を容易にする。ホールのサイズは、システムの固さが十分でありさえすれば、できる限り大きい必要がある。例えば、基板がプラスチックからなる場合、全ての細孔のサイズは、３×２ミリメートルであり得る。使用される異なる物質によって、異なる製造方法（例えば、レーザー切除（Ｓｉｍｐｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ．ＵＳＡ，９５：２２５６−２２６１（１９９８））、モールディング（Ｂｅｃｋｅｒ ｅｔ ａｌ．Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｕｐｄａｔｅ，３：２０８−２３８（１９９８）；およびＤｅｌａｍａｒｃｈｅ ｅｔ ａｌ．，Ｊ． Ａｍ。 Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．，１２０：５００−５０８（１９９８））およびエンボス加工（Ｋｏｐｐ ｅｔ ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ，１：４１０−４１９（１９９７）））が適用され得る。
【００９２】
本マイクロアレイデバイスが生化学反応に使用されると、カバースリップを用いて、サンプル溶液が反応ウェル２のマイクロチップ３に追加された後、サンプル溶液を保護し得る。カバースリップは、サンプルの蒸発を避ける手助けをする。カバースリップのサイズは、マイクロチップのサイズ（マイクロチップ３の範囲でしかない）に従って柔軟性がある。あるいは、図２によって示されるように、高い沸点の疎水性の有機リガント（例えば、ミネラルオイル）を適用して、反応システムをブロックし得る。リガントの容積は、サンプル容積およびマイクロアレイチップのエリアによって決定される必要がある。
【００９３】
図２Ｂに示されるように、マイクロアレイチップ３が反応ウェルに表を下にした位置に設置され、疎水性および生体適合性の液体１０が加えられ、反応ウェル２を満たし得る。そして、本液体の特有の比重および沸点は、水よりも高くなり得、マイクロチップ３に取り付けられたプローブと相互作用するために、サンプルが液体上を浮くことを可能にする。反応後、液体１０は、反応ウェル２の底部に製造されたマイクロ流体チャンネルを介して立ち退かされ得、洗浄液体が加えられ得る。
【００９４】
反応結果の検出は、電荷結合素子（ＣＣＤ）またはアイソトープ画像装置によって完了され得る。この検出は、サンプルに加えられるラベリング方法によって決定される必要がある。集積マイクロアレイデバイスは、顕微鏡ステージに設置され得、着々と所定の距離を移動し得る。検出器は、一時的にマイクロアレイチップ３を検出し得、次に、電動器が、スキャンされるように次の反応ウェルの位置に動かされ得る。このような検出デバイスは、小さい病院または研究所で適用するのに、安価で、効果的で、簡単かつ使い易い。
【００９５】
（引用された文献）
【００９６】
【表１】

上記の例は、図解の目的のみのために含まれ、発明の範囲を限定することを意図しない。上述の多くの変化が可能である。上述の例に対する変更および変化は、当業者にとって明白であり、本発明が上掲の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、例示的な集積マイクロアレイデバイスの模式的な平面図を示す。
【図２】 図２は、例示的な集積マイクロアレイデバイスの一単位の模式的な斜視図を示す。
【図３】 図３は、例示的な集積マイクロアレイデバイスの一部、温度コントローラの電気的な接続ラインの模式図を示す。
【図４】 図４は、本発明のマイクロアレイデバイス用に用いられる半導体温度コントローラの構造的な模式図を示す。

Claims (49)

1. 集積マイクロアレイデバイスであって、該デバイスは、複数の個々の微細区画および複数のマイクロアレイチップを含む基板を含み、該微細区画の数は、該マイクロアレイチップの数以上であり、該微細区画は、不活性ガスにより断熱されている、集積マイクロアレイデバイス。
2. 前記基板は、シリコン、プラスチック、ガラス、セラミック、ラバー、ポリマーまたはそれらの混合を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記シリコンは、二酸化シリコンまたは窒化シリコンである、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記基板は、疎水性または親水性である表面を含む、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記基板は、多孔性または非多孔性である表面を含む、請求項１に記載のデバイス
6. 前記微細区画および／またはマイクロアレイチップは、前記基板上に製造される、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記デバイスは前記微細区画の数１２×ｎを含み、ｎは少なくとも１である整数である、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記微細区画は前記基板に均一または不均一に寄与される、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記微細区画の数および該微細区画の間の距離は、標準マイクロタイタープレートに対応する、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記微細区画は、ウェルフォーマットまたは断熱された平面フォーマットの状態である、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記デバイスは前記ウェルの数１２×ｎを含み、ｎは少なくとも１である整数である、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記デバイスは９６、３８４、または１５３６個のウェルを含む、請求項１０に記載のデバイス。
13. 前記ウェルは、円、楕円、正方形、矩形、三角形、および他の不規則な形状からなる群から選択されるジオメトリを有する、請求項１０に記載のデバイス。
14. 前記ウェルは同一または異なる形状を有する、請求項１０に記載のデバイス。
15. 前記微細区画のうちの少なくとも１つは、流体源を有する流体接触またはデバイスの外部の流体の経路にある、請求項１に記載のデバイス。
16. 前記全ての微細区画は前記デバイス外部の流体源または流体経路と流体接触を有する、請求項１に記載のデバイス。
17. 前記少なくとも２つの微細区画はお互いに流体接触を有する、請求項１に記載のデバイス。
18. 前記全ての微細区画はお互いに流体接触を有する、請求項１に記載のデバイス。
19. 前記不活性ガスは空気である、請求項１に記載のデバイス。
20. 前記全てのウェルは、薄いガーダによって互いに接続され、前記隣接したウェルの壁の間に含まれる前記空気によって断熱される、請求項１に記載のデバイス。
21. 前記それぞれの微細区画はマイクロアレイチップを含む、請求項１に記載のデバイス。
22. 前記マイクロアレイチップは同一または異なる密度を有する、請求項１に記載のデバイス。
23. 前記マイクロアレイチップは１００×ｎ点／ｃｍ^２の密度を有し、ｎは少なくとも１である整数である、請求項１に記載のデバイス。
24. 前記少なくとも１つのマイクロアレイチップは４００点／ｃｍ^２より少ない、または等しい密度を有する、請求項１に記載のデバイス。
25. 前記全てのマイクロアレイチップは４００点／ｃｍ^２より少ない、または等しい密度を有する、請求項１に記載のデバイス。
26. 前記少なくとも１つのマイクロアレイチップは該チップに取り付けられた複数の分子部を有する、請求項１に記載のデバイス。
27. 前記マイクロアレイチップ（単数または複数）は、該チップに取り付けられた表が上の方向または表が下の方向の複数の分子部を有する、請求項２６に記載のデバイス。
28. 前記各分子部は、細胞、細胞小器官、ウイルス、分子および凝集体またはその複合体からなる群から選択される、請求項２６に記載のデバイス。
29. 前記細胞は、動物細胞、植物細胞、菌細胞、バクテリア細胞、組換え細胞、および培養細胞からなる群から選択される、請求項２８に記載のデバイス。
30. 前記細胞小器官は、核、ミトコンドリア、葉緑体、リボゾーム、ＥＲ、ゴルジ体、リソソーム、分泌小胞、小胞およびミクロソームからなる群から選択される、請求項２８に記載のデバイス。
31. 前記分子は、無機分子、有機分子およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２８に記載のデバイス。
32. 前記無機分子は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、塩素イオン、鉄イオン、銅イオン、亜鉛イオン、マンガンイオン、コバルトイオン、ヨウ素イオン、モリブデンイオン、バナジウムイオン、ニッケルイオン、クロムイオン、フッ素イオン、シリコンイオン、スズイオン、ボロンイオンおよびヒ素イオンからなる群から選択されるイオンである、請求項３１に記載のデバイス。
33. 前記有機分子は、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、ヌクレオシド、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸、ビタミン、単糖類、オリゴ糖、炭水化物、脂質、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項３１に記載のデバイス。
34. 前記少なくとも２つのマイクロアレイチップは複数の分子部を該チップに取り付ける、請求項１に記載のデバイス。
35. 前記各マイクロアレイチップは、分子部と同じ種類または異なる種類を該チップに取り付ける、請求項３４に記載のデバイス。
36. 前記各マイクロアレイチップは、複数の分子部を該チップに取り付ける、請求項１に記載のデバイス。
37. 前記少なくとも１つの微細区画は温度コントローラを含む、請求項１に記載のデバイス。
38. 前記各微細区画は温度コントローラを含む、請求項３７に記載のデバイス。
39. 前記各温度コントローラは個々にコントロール可能である、請求項３７に記載のデバイス。
40. 前記温度コントローラは、抵抗性ヒーター、双方向性半導体温度コントローラ、セラミックヒーターまたは赤外ヒーターからなる群から選択される、請求項３７に記載のデバイス。
41. 前記基板は単一のユニットである、請求項１に記載のデバイス。
42. 前記基板は組み立てられたユニットであり、少なくとも２つのパーツに分解され得る、請求項１に記載のデバイス。
43. テスト分子部と複数のターゲット分子部との間の相互作用を検出する方法であって、該方法は、
    ａ）複数の個々の微細区画および複数のマイクロアレイチップを含む基板を含む、集積マイクロアレイデバイスを提供する工程であって、該微細区画の数は、該マイクロアレイチップの数以上であり、該微細区画は、不活性ガスにより断熱されており、該複数のターゲット分子部は該マイクロアレイチップに取り付けられる、工程と、
    ｂ）該工程ａ）で提供される該複数のターゲット分子部とテスト分子部とを接触する工程と、
    ｃ）該テスト分子部と該複数のターゲット分子部との間の相互作用を検出する工程と
    を包含する、方法。
44. 前記集積マイクロアレイデバイスは、複数の個々の微細区画を含む基板を含み、該各微細区画は、マイクロアレイチップおよび温度コントローラを含む、請求項４３に記載のデバイス。
45. 前記検出されている相互作用は、細胞、細胞小器官、ウイルス、分子および凝集体またはその複合体からなる群から選択される、請求項４３に記載のデバイス。
46. 前記複数のターゲット分子部は、複数の遺伝子、遺伝子フラグメント、またはそれらのエンコード生成物である、請求項４３に記載のデバイス。
47. 前記複数の遺伝子、遺伝子フラグメント、またはそれらのエンコード生成物は、生物学的経路に包括され、同一または類似の生物学的機能を有するタンパク質のグループに属して、細胞周期の段階に発現され、細胞種に発現され、組織種に発現され、器官種に発現され、発展開発段階に発現され、タンパク質の発現および／またはタンパク質の動作は、病気あるいは障害の種類または段階に変化され、タンパク質の発現および／またはタンパク質の動作は、薬または他の処理によって変化される、請求項４６に記載のデバイス。
48. 前記複数のターゲット分子部と複数のターゲット分子部との間の相互作用が検出される、請求項４３に記載のデバイス。
49. 前記複数のターゲット分子部と複数のターゲット分子部との間の相互作用が同時に、または連続して検出される、請求項４３に記載のデバイス。

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