JP3940398B2 - 多基質バイオチップユニット - Google Patents

Description

本出願は、２０００年１２月１２日に出願された係属中の米国特許出願番号第０９／７３５，４０２号の一部継続出願であり、また、２００１年１２月１１日に出願したＩｍｐｒｏｖｅｄ Ｂｉｏｃｈｉｐという名称のＰＣＴ出願（発明者は、Ｖｉｊａｙ Ｋ．ＭａｈａｎｔとＦａｒｅｅｄ Ｋｕｒｅｓｈｙである）に対する優先権も主張するものであり、これらの出願は、本明細書に参照によって組み込まれる。

本発明の分野は、分析装置および方法である。

ゲノミクスおよびプロテオミクスの研究は、膨大な数のヌクレオチドおよびペプチドの配列を分析に利用可能にした。その結果、多数の知られている遺伝子またはポリペプチドの存在および／または量に関する、サンプルの高スループットのスクリーニングが、近年大きな関心を得ている。当技術分野で知られている多くの装置と方法が存在し、それらの装置と方法の多くは、多数の核酸配列のスクリーニングに適合されている。

例えば、比較的単純な方法では、米国特許第６，２７７，６２８号でＪｏｈａｎｎらは、毛細管の中に複数の担体構造が封入される検査システムを述べており、そこでは少なくともいくつかの担体構造（例えばガラスビーズ）が、生体分子のプローブで共有結合でコーティングされる。Ｊｏｈａｎｎのシステムは、都合のよいことに検査表面に対するサンプル量の割り合いを下げ、それにより、動力学的作用に起因して起こりえる遅延を減少させる。しかしながら、そのようなシステムの使用に伴って様々な問題が生じる。欠点の中でも、ハイブリッド形成したプローブからの信号の光学的検出（例えば蛍光）は、毛細管による光（例えば励起光と発光）の不慮の吸収によって少なくともある程度弱められる。さらに、毛細管に固有の光学的効果（例えば自己蛍光）が、アッセイまたは方法の感度をさらに低下させる可能性が高い。またさらに、毛細管の強い曲率に起因して、入射および／または放射光の不慮の焦点集束／拡散は、殆ど不可避である。さらに、Ｊｏｈａｎｎの検査システムの組み立ては、比較的単調であり、時間がかかる。

別の例では、サンプルからのターゲット分子の固定された捕捉プローブへのハイブリッド形成は、米国特許第５，６３２，９５７号、第５，６０５，６６２号、および第５，８４９，４８６号に述べられているような、マイクロチップ型の装置を使用する電気泳動の支援によって加速される。そのようなマイクロチップ装置の使用は、ターゲット分子と捕捉プローブとの間の分子のつながりの速度を上げるばかりでなく、検査アレイの各々の「ピクセル」のアドレス指定能力を可能にする。さらに、電気泳動で支援されたハイブリッド形成への逆の処理工程で、比較的単純な方式で、厳密性（ｓｔｒｉｎｇｅｎｃｙ）が電子工学的に調節されることが可能である。しかしながら、多くの市場で入手可能なシステムにおけるそのような装置のサンプル密度は、通常では装置当たり約１００ピクセルに制限される。さらに、電気泳動に支援されるハイブリッド形成は、複雑で比較的高価なチップを必要とし、装填／ハイブリッド形成および検出が、通常では別々の機器を使用して実行され、したがって初期費用、運転費用、および保守管理費用をさらに増大する。

さらなる例では、フォトリソグラフィの処理工程を使用して検査アレイが作製され、それにより、比較的高密度の捕捉プローブ（例えばアレイ当たり１００００プローブを超える）を可能にする。そのような高密度アレイ用のシステムは、例えば米国特許第５，５９９，６９５号、第５，８４３，６５５号、および第５６３１，７３４号に述べられている。高密度アレイは、配列解読または複雑な遺伝学的分析に特に有用であるが、数多くの欠点が残っている。例えば、そのような高密度アレイの特注合成は、一部の個人および／または組織を除けば、コストが法外になる可能性が高い。さらに、高密度アレイは、日常的な臨床診断の中でしばしば応用が限られることになる。さらに、そのようなアレイを構築するのに使用される特定の化学物質のため、たとえ可能であっても非核酸プローブ（例えば受容体、抗体、およびその他のポリペプチド）は、導入することが難しい。

したがって、当技術分野では数多くの多基質アレイが知られているが、それらのすべてまたはほとんどすべては、１つまたは複数の欠点（例えば高コスト、特注生産の難しさ、特定の化学物質など）を有する。したがって、改良された多基質アレイ装置および方法を提供する必要が依然として存在する。

本発明は、空洞を有するハウジングを含む分析装置を対象とし、多基質のチップが、空洞内に少なくとも部分的に配置され、考慮される多基質チップは、基準マーカおよび複数の基質を所定の位置に有し、複数の基質のうちの少なくとも１つは、架橋剤を介して担体に結合され、架橋剤がマトリックスに配置される。特に好ましい装置は、基準マーカと基質が、異なる角度でそれぞれ光源によって照明されるように構成されるハウジングを含む。

本発明の主題の一態様では、考慮される空洞は、さらに液体操作ポートを有しており、空洞は、０．０１ｍｌから１ｍｌの間の容積を有することが好ましい。またさらに好ましい装置は、オーバフロー区画を含み、そのオーバフロー区画は、さらにオーバフロー液体の操作ポートを有することができ、空洞が、空洞の所定の容積よりも大きな容量の液体を含むと、空洞はオーバフロー区画と流体連通する。

本発明の主題の別の態様では、考慮される装置は、空洞内に少なくとも部分的に配置された第２の多基質チップ、または第２の空洞およびその空洞内に少なくとも部分的に配置された第２の多基質チップを含むことが可能である。

本発明の主題の別の態様では、空洞は、ハウジングとベース要素で形成され、多基質チップは、（熱エネルギーおよび／または超音波エネルギーを、多基質チップの少なくとも１つおよび流体へと伝達するように構成されることが好ましい）ベース要素に結合される。さらに考慮される態様では、多基質チップが実質的に水平の位置にあるときに、基質のうちの１つまたは複数が、サンプル流体、試薬流体、洗浄流体、および／または検出流体に接触させられ、基質への分析対象の結合も、やはり多基質チップが実質的に水平の位置にある間に検出されることがさらに好ましい。

またさらに考慮される態様では、多基質チップおよび／またはハウジングは、自動読み取り可能な基準マーカを含み、考慮されるマトリックスは、さらにバッファ、湿潤剤、遮光剤、および界面活性剤から成るグループから選択される、少なくとも１つの添加物を含むであろう。適切なマトリックスは単層を有することができ、あるいはマトリックスは、少なくとも２つの化学的に区別される層から形成されることができる。考慮される複数の分析装置は、好ましくは第１の装置のベース要素が、第２の装置のハウジングの上にくるようにマガジンに保管される可能性がある。

本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点は、添付の図面ならびに本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。

発明者らは、多基質検査装置が、概念的に単純かつ費用効率的な方法で製造され得ることを見出した。さらに、特に、考慮される多基質検査装置は、アレイの単純な特注製作、高速の読み取り時間、蛍光体の有意に減少した光退色を可能にし、基質は生体分子の特定の族または類に限定されない。

本明細書で使用する「多基質」という用語は、複数の化学的および／または物理学的に区別される分子を言及し、そのような分子の数は、２個の分子から数万個の分子の間、さらに典型的には１００個の分子から数千個の分子の間、最も典型的には１００個の分子から１０００個の分子の間である。考慮される基質には、生物学的（すなわち自然発生的）および非生物学的（すなわち合成）分子が含まれ、特に考慮される生物学的分子には、核酸（例えばＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｈｎＲＮＡ、ｓｎＲＮＡなど）、ポリペプチド（例えば酵素、受容体、抗体、サイトカイン、構造タンパク質など）、脂質（例えば膜脂質、メッセンジャー脂質、リポタンパク質結合脂質など）、炭水化物（例えばグリコカリックス炭水化物、グリコーゲンなど）、およびそれらのすべての組合せおよび／または断片が含まれる。

さらに本明細書で使用する「第１の角度」および「第２の角度」という用語は、多基質チップの（マトリックスの）表面と入射光ビームとの間で形成される角度を言及し、入射光ビームは、焦点集束されるかまたはレーザビームであるかのいずれかである。入射光が、拡散または回折される場合、この角度は、多基質チップの（マトリックスの）表面と多基質チップの（マトリックスの）表面に最も近い発光装置の部分との間の直線の間に形成され、発光装置は、電球、発光ダイオード、アーク、またはエレクトロルミネセンス源である。

非生物学的分子の例には、修飾されたヌクレオシドまたはヌクレオチド（例えばＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｈｎＲＮＡ、ｓｎＲＮＡなど）などをさらに含むことがある合成の核酸、修飾されたアミノ酸（例えば酵素、受容体、抗体、サイトカイン、構造タンパク質など）をさらに含むことがある自然のまたは合成のポリペプチド、合成の脂質（例えば膜脂質、メッセンジャー脂質、リポタンパク質結合脂質など）、合成の炭水化物（例えばグリコカリックス炭水化物、グリコーゲンなど）、およびそれらのすべての組合せおよび／または断片がさらに含まれることができる。

本明細書で使用する「チップ」という用語は、所定の位置に複数の基質を有する担体を言及し、基質のうちの少なくとも１つが、マトリックス内に配置される担体に架橋剤を介して結合される。特に考慮される多基質チップは、２０００年１２月１２日に出願した共有でかつ係属中の米国特許出願番号第０９／７３５，４０２号、および本明細書に参照によって組み込まれる、２００１年１２月１１日に出願したＩｍｐｒｏｖｅｄ Ｂｉｏｃｈｉｐという名称の優先権ＰＣＴ出願（発明者は、Ｖｉｊａｙ Ｋ．ＭａｈａｎｔとＦａｒｅｅｄ Ｋｕｒｅｓｈｙである）に述べられている。

またさらに本明細書で使用する基質の「所定の位置」という用語は、少なくとも２つの座標によってチップ上の基準点に関してアドレス指定可能な、チップ上の基質の特定の位置を言及し、基質によるチップの実質的に完全なコーティングは特に除外される。したがって、好ましい複数の所定の位置には、基質の複数の横列とともに、縦列を形成する（例えば各基質が、ｘ座標とｙ座標を有し、ｘとｙは１よりも大きい）アレイが含まれるであろう。

例となる多基質検査装置１００が、図１Ａに描かれている。検査装置１００は、ハウジング１１０を有し、その中に空洞１２０が形成される。通常、空洞１２０は、約０．０１ｍｌから１０ｍｌの間の容積を有する。液体操作ポート１２２は、空洞１２０と流体連通しており、空洞はさらに、空洞が空洞の容積よりも大きな量の液体を有するときに、空洞から液体を受け入れるオーバフロー区画１２４によって部分的に囲まれる。オーバフロー液体操作ポート１２５は、液体操作ポート１２２の反対側に配置され、オーバフロー区画１２４と流体連通している。多基質チップ１３０は、ハウジング１１０と一体になって空洞１２０を形成するベース要素１４０に結合される。ベース要素１４０はさらに、少なくとも２つの側部にガイド要素１４２を含む。

図１Ｂは、多基質検査チップの一部分の概略の垂直方向断面を描いており、（第１の層１３８Ａと第２の層１３８を含む）マトリックス１３８が、担体１３４の上にコーティングされている。複数の架橋剤１３６が、マトリックス１３８の第１の層１３８Ａの中に埋め込まれ、この架橋剤１３６に、複数の基質１３２が（ここでは、分子鎖（架橋剤と基質との間の線）を介して）結合される。基準マーカ１５０および１５０’が、マトリックス上の所定の位置にやはり配置され、これらの基準マーカ１５０および１５０’も、やはり架橋剤（および分子鎖）を介してマトリックスの第１の層に結合される。

ハウジング１１０に関して、ハウジングは透明の高密度ポリエチレンから製造されることが概して好ましい。しかしながら、ハウジング用の材料が、大幅に変わり得ることは理解されるはずであり、代替の材料には、自然のまたは合成のポリマー、金属、セラミック、ガラス、圧縮紙、およびそれらのいかなる適切な組合せも含まれる。例えば、ハウジングが使い捨てであることが好ましい場合では、様々な合成ポリマーおよび／または圧縮紙が、特に適切と考えられる。他方で、ハウジングが数度再使用されるであろう場合では、さらに耐久性のある材料（例えばセラミックまたは金属）が、都合よく使用されることができる。さらに、それ以外の方法ではハウジングを損傷するであろう或る処理工程を可能にするように考慮される材料が、含まれることもできる。例えば、ハウジングが（例えば放射またはオートクレーブによって）消毒される必要のある場合では、ハウジング材料としてガラスを都合よく使用することができる。

同様に、光学特性は、必ずしも透明の材料に限定される必要がない。例えば、所望であれば、分析感度を向上させるために、反射性または光吸収性の材料を使用することができる。さらに、ハウジングは、（それ自体によって、またはベース要素との組合せで）サンプルへエネルギーを伝達し、またはサンプルからエネルギーを伝達するために用いることができる。例えば、ハウジングのベース部分は、超音波エネルギーのためのトランスデューサとして用いることができ、その一方でハウジングの残り部分は、ハウジング内に配置されたサンプルを加熱および／または冷却するように構成されることができる。

しかしながら、ハウジングの少なくとも一部分が、透明、半透明、または半透光性（すなわち光透過性）部分を含み、入射光がハウジングを通過することを可能にすることが特に好ましい。多基質チップが、基準マーカと少なくとも１つの光基質を含む場合には、そのようなハウジングが特に望ましい。こうして、特に好ましい装置は、所定の位置に基準マーカと複数の基質を含む多基質チップを、少なくとも部分的に封入するハウジングを有し、基準マーカは、第１の角度で第１の光源によって照明され、複数の基質のうちの少なくとも１つは、第２の角度で第２の光源によって照明され、ハウジングは、第１の角度と第２の角度が同じにならないように構成される。

基準マーカと基質を別々に照明することが、数多くの利点を有することは特に理解されたい。例えば、知られている光学分析マイクロアレイは、通常、マイクロアレイに結合された標識化分析対象の各々について、標識化分析対象の検出のための焦点面または焦点が、独立して決定されなければならず、分析対象の蛍光マーカの照明を殆ど常に必要とする。したがって、特に光学焦点面または焦点への調節が、比較的遅い（通常、最大でスポット当たり約１分）場合では、蛍光体の光退色（およびそれに付随する実際の信号の損失）は、殆ど避けることが不可能である。さらに、特に標識化分析対象の密度が比較的高い場合では、個々の焦点調節は、劇的に分析時間を増加させる傾向がある。

対照的に、考慮される装置は、ハウジングを通して１つまたは複数の基準スポットを照明する光源を使用し、照明光は、基質の照明光から少なくとも２０ｎｍ異なることが好ましい。特に考慮される構造は、基準スポットの暗視野照明を提供する。その結果、基準スポットの照明光強度は、大幅に削減されることができ、それにより、基質に結合した標識化分析対象の光退色の尤度を下げる。

さらに、基準の（複数）マーカが、基質に関して所定の位置にある場合では、多基質チップ上の基質に結合された標識化分析対象から光信号を得る光学機器の焦点面に、多基質チップを向けるように、基準マーカの照明を用いることができる。その結果、多基質チップ内の以降のピクセル群の各々に関する再度の焦点合わせは、完全ではないにしても、部分的に避けられることができ、それによって多基質チップ全体に関する測定時間を大幅に減少させることが考慮されている。正しい焦点面は、複数の基準マーカを得ることによって決定することが可能であり、特に、各々の多基質チップが、少なくとも４つの基準マーカを含むことが考慮されている。

ハウジング全体が、完全に光透過性であることが概して好ましいが、基準マーカの照明のためにいくつかの部分だけ（例えばレンズを備えるかまたは備えないでハウジングを通る複数のチャネル）が、光透過性であり得ることも理解されたい。場合によっては、特にハウジングが光透過性である場合では、基準マーカが、従来式の暗視野照明で照明されるか、あるいは基準マーカが、第１の角度で第１の光源によって基準マーカが照明され、かつ複数の基質のうちの少なくとも１つが、（好ましくは４５度よりも大きな角度の違いを有する）第２の角度で、第２の光源によって照明される照明内にあることも考慮される。

適切な基準マーカには、照明すると光学的に検出可能な信号（例えば発光または吸収）を生じる、知られているすべての分子または組成が含まれる。したがって、知られているすべての発色団と蛍光体が特に考えられる。さらに、前もって規定された反応条件下で光学的に検出可能な信号を発する化学発光部分を、基準マーカがやはり含み得ることが理解されたい。例えば、そのような反応条件は、装置の空洞への適切な試薬の添加によって作り出すことが可能であり、当業者によく知られている。

特に好ましい光源には、様々なレーザが含まれるが、しかしながら、フォトン励起（例えば蛍光、燐光）用に知られているすべての光源が、ここで使用するのに適していることは概して考えられる。当技術分野で知られている数多くの適切な光源が存在し、そのような光源の例の集合は、Ｄａｎ Ｓａｃｋｅｔｔによる、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ（Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ）、（Ｈｕｍａｎａ Ｐｒｅｓｓ；ＩＳＢＮ：０８９６０３５４４１）、あるいはＪａｎ Ｓｌａｖｉｋによる、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｐｒｏｂｅｓ、（Ｐｒｅｎｕｍ Ｐｕｂ Ｃｏｒｐ；ＩＳＢＮ：０３０６４６０２１１）に見出すことができる。しかしながら、（基準マーカと基質の照明用の）第１と第２のレーザの間の波長の差異が少なくとも２０ｎｍである、複数のレーザを使用することが特に好ましい。

またさらに、適切なハウジングおよび／または多基質チップは、手動または自動で読み取ることが可能な、１つまたは複数の登録マーカ、バーコード、および／または規格を含むことが可能である。例えば、手動で読み取ることが可能なマーカには、押印または貼付された整理番号、チップ上の基質のタイプ、製造業者の電話番号などが含まれると考えられる。自動的に読み取り可能な基準マーカには、特定の情報の一部をコード化することが可能な、バーコード、または１つまたは複数の着色または蛍光タグを含むことができる。

ハウジングのサイズに関して、特定のサイズが、本発明の主題に限定を加えることはないと考えられる。しかしながら、好ましいサイズは、ハウジングの最長寸法が１０インチ（約２５ｃｍ）未満、さらに好ましくは５インチ（約１３ｃｍ）未満、またさらに好ましくは２インチ（約５ｃｍ）未満、最も好ましくは１インチ（約３ｃｍ）およびそれ未満ですらある通常のサイズである。

したがって、適切な空洞の容積は、大幅に変わることができると考えられる。しかしながら、好ましい空洞は、２０ｍｌ未満、さらに好ましくは０．０１ｍｌから１ｍｌの間、最も好ましくは０．０１ｍｌから１ｍｌの間の容積を有するであろう。適切な空洞の形状に関して、そのような形状が、少なくとも部分的に多基質チップを収容する限り、いかなる妥当な形状も適切であろうと考えられる。例えば、適切な空洞は、円形、楕円形、または角型形状を有することができる。同様に、空洞の壁は、多基質チップの表面に対して垂直、または（好ましくは４５度から８９度の間の）いかなる角度であることもできる。したがって、空洞、（複数の）壁、および多基質チップのサイズと構造に応じて、多基質チップは、空洞の様々な位置に配置されることができると考えられる。しかしながら、多基質チップは、（ベース要素である場合または無い場合でも）ハウジングの底部に配置されることが概して好ましい。場合によっては、しかしながら、多基質チップが、空洞の底部以外の位置にある（例えば空洞の壁から懸架される）ように、多基質チップがハウジングに取り付けられることもやはりできる。

空洞が、１つまたは複数の液体操作ポートと流体連通していることもでき、そのようなポートが、流体の追加および／または除去のためにピペットの先端を受け入れるように構成され得ることもまたさらに考えられる。場合によっては、考慮される液体操作ポートは、流体を追加および／または排出するために、ハウジング内のチャネルまたはスルーホールであることもできる。特に好ましいわけではないが、考慮される液体操作ポートは、試薬または他の検査に関連する流体を保持するリザーバをさらに含むか、あるいは液体の非線形流れを増減させるための構造、または液体の流れを加速または減速させるための構造、または流体を別の流体と混合するための構造を提供することができる。

考慮される装置のさらなる好ましい態様では、空洞は、オーバフロー区画と流体連通しており、かつ空洞が空洞の所定の容積よりも大きい量の液体を含むときにのみ、空洞が、オーバフロー区画と流体連通することが特に好ましい。したがって、考慮されるオーバフロー区画は、流体のレベルが所定の高さに到達するとき、流体が空洞から受けられるだけとなるように配置された、チャネルまたはスルーホールを含むことができる。付け加えると、適切なオーバフロー区画は、１つまたは複数のオーバフロー液体操作ポートを含むことができ、上述した液体操作ポート（群）と同じ考え方が、考慮されるオーバフロー液体操作ポートに当てはまる。特に好ましい態様では、オーバフロー区画は、少なくとも部分的に空洞を取り囲み、かつ少なくとも１つのオーバフロー液体操作ポートを含むチャネルである。

本発明の主題のさらなる特に好ましい態様では、多基質チップは、空洞の底部または空洞の底部付近に配置され、かつ空洞が空洞の所定の容積よりも大きい量の液体を含むときにのみ、空洞が、オーバフロー区画と流体連通する。別の観点から観ると、そのような装置では、空洞内の流体の量は、既に空洞内にある前の流体の量の決定を伴うことなく、一定の値に維持されることができる。流体の一定の量は、サンプルの照明または多基質チップから入る光信号の検出が、流体の層を通して実行される場合に特に望ましい。なぜならば、そのような空洞では、流体層の高さは予め決定され、かつ実質的に一定（すなわち変化量は典型的には＋／−５％未満、より典型的には＋／−２％未満）であるからである。

図４は、考慮される空洞の利点のいくつかを具体的に示しており、空洞は、オーバフロー区画と流体連通している。ここでは、多基質検査装置４００は、（空洞内の流体の量が、空洞の容積を超えると）オーバフロー区画４２０と流体連通する空洞４１０を有する。レーザ４３０から出る（通常は、図示しない共焦点顕微鏡から出る）レーザビーム４３２は、空洞の流体表面４１２で偏向される。偏向の角度は、流体の屈折率、および表面４１２に対するレーザビーム３４２の角度によって主に決定される。しかしながら角度に関係なく、とりわけ水平方向の偏差Ｄ１とＤ２が、光が流体を通って伝搬する経路の長さによって決定されることは理解されたい。したがって、もしも多基質チップ上の位置の照明が完全に消滅しなければ、空洞の所定の容積（およびそれゆえに流体の所定の高さ）は、大幅に減少するであろう。さらに、多基質チップの上に一定の流体量を供給することは、光信号の検出の前に流体を除去する試みに伴う諸問題（例えば不完全な排液、気泡の取り込みなど）の大部分を回避するであろう。

考慮される装置のさらなる好ましい態様では、空洞は、少なくとも部分的にはハウジングとベース要素によって形成され、かつハウジングとベース要素は、取り外し可能に（例えばピン、ネジなどを介して）相互に結合されることが特に考えられる。しかしながら別の態様では、ハウジングが、ベース要素に（直接的または間接的に）永続的に結合されることもやはり可能である。したがって、好ましい装置の少なくともいくつかにおいて、多基質チップは、ベース要素に（直接的にまたは間接的に）結合されることができる。直接的な結合は、多基質チップの担体が、ベース要素に取り付けられることを意味し、それに対して間接的な結合は、多基質チップとベース要素との間に少なくとも１つの追加的な層が存在することを意味する。

またさらなる好ましい態様では、空洞は開放型の空洞であり、本明細書で使用する「開放型の空洞」は、ハウジングの壁を通り抜けることなく、または空洞をハウジングの外側とつなぐチャネルを通り抜けることなく、ハウジングの外側の個所からアクセルすることの可能なハウジング内の空洞を言及する。

ベース要素の材料に関して、（ａ）多基質チップを支持し、（ｂ）ハウジングにベース要素を取り付けることに適したいかなる材料も、本明細書で使用することに適していると考えられる。しかしながら、熱および／または超音波のエネルギーを、多基質チップおよび／または空洞内の流体へと伝達するための（およびそのように構成された）材料を、ベース要素が含むことが概して好ましい。したがって、特に好ましい材料には、金属（例えばアルミニウム）、セラミック、および合成ポリマーが含まれる。

本発明の主題に限定を加えるわけではないが、ベース要素は、考慮される分析装置の自動操作を補助する、少なくとも１つ、さらに好ましくは２つのガイド要素を有することが概して好ましい。例えば、考慮されるガイド要素には、ベース要素のへこみまたは突起が含まれるが、アクチュエータと係合する磁気的なスポットまたは要素（例えばフック、ループなど）もやはり含まれることができる。したがって、考慮される装置は、第１の幅を備えたハウジングと、第２の幅を備えたベース要素を含むことができ、第１の幅は第２の幅よりも小さい。

またさらなる代わりの構造では、適切な分析装置は、（少なくとも１つのチップが、少なくとも部分的に空洞内に配置される）複数の多基質チップを含むことができる。例えば、そのような装置で細胞の抽出物が分析される場合では、核酸の集団を分析するために第１の多基質チップが使用されることができ、その一方で、ポリペプチドの集団を分析するために第２の多基質チップが使用されることができる（図２Ｂ参照）。場合によっては、特に、複数の多基質チップの間または中で、ハイブリッド形成の条件が変わる場合では、複数の空洞が、複数の多基質チップを備えて使用される（例えば空洞あたり１チップ）ことができ、チップのうちの少なくとも１つが、それぞれの空洞の中に少なくとも部分的に配置される（図２Ａ参照）。

好ましいマトリックスは、架橋剤に加えて、特定の構造と検査条件に特有の少なくとも１つの添加物を含む複数機能のマトリックスである。適切な添加物は、選択された特性を与えることができ、特に考慮される添加物には、（例えば厳密性を特定のレベルに調節し、ｐＨを特定の値に変えるためなどの）バッファ、（例えばマトリックスの水和を維持または調節するための）湿潤剤、（例えば担体の自己蛍光を抑制するための）遮光剤、または（担体へのマトリックスの接合性を向上させるための）界面活性剤が含まれる。

さらに、適切なマトリックスは、多層を含むことができ、これらは化学的に区別される層であることが好ましい。例えば、第１の層は、担体への接合性を向上させるための界面活性剤を含むことができ、その一方で第２の層は、担体の自己蛍光を減少させるための遮光剤を含むことができ、第３の層は、基質を担体に結合させるために使用される架橋剤を含む。修飾された、または非修飾の基質を、（共有結合または非共有結合で）保持するいかなる架橋剤も適切であると概して考えられ、架橋剤が、１０^−５Ｍ以下のＫ_Ｄでビオチンに結合する分子を含むことが特に好ましい。したがって、適切な架橋剤には、アビジン、ストレプタビジン、およびビオチンに対する抗体が含まれる。さらに、マトリックス内の適切な架橋剤は、基準マーカまたは基準基質に対して光学的に検出される信号の位置または量を算出することが可能な、基準マーカまたは基準基質を結合するためにもやはり使用され得ることが考慮されている。

さらに、好ましい態様では、当技術分野でよく知られている方法によって、マトリックス（例えばアガロース、ゼラチン、またはポリアクリルアミド）が、担体上にコーティングされることは特に理解されたい。したがって、一様でない担体表面に付随する問題は、概して回避される。さらに、添加物の添加によって、担体からの望ましくない信号干渉は、除去されないにしても実質的に低減されることができる。

本発明の主題のさらに別の態様では、分析器にいくつかの多基質チップを再装填することを容易にするために、複数の考慮される分析装置がマガジン内に含まれ得ることを理解されたい。マガジン内の分析装置の配置は、（例えば装置の帯または鎖のような直線、装置のアレイのような二次元、または装置のロールのような三次元として）かなり変わり得るが、第１の装置のベース要素が、第２の装置のハウジングの上に配置されるように、考慮される装置が積層化されることが概して好ましい。マガジン内のガイドは、考慮される装置のガイドと係合することができ、装置の上面にある重りまたはバネが、複数の装置を順々にマガジンの底部へと進ませる機械的力を供給することができる。例となるマガジンが図３に描かれており、マガジン３００は、複数の分析装置３００Ａを含む。

動作時では、本発明の主題による分析装置が提供され（例えばマガジン内に、または手動で分析器に挿入され）、或る工程で、好ましくは多基質チップが、実質的に水平方向の位置（すなわち水平方向から±１５度以下、さらに典型的には水平方向から±８度以下、最も典型的には水平方向から±３度以下）にあるとき、複数の基質が、サンプル流体（例えば全血、細胞抽出物など）、試薬流体（例えば厳密性を調節するための高塩流体）、洗浄流体（例えば水）、標識化プローブ（例えば核酸または抗体）、および／または検出流体（例えば比色法または光度法基質）から成るグループから選択される、少なくとも１つの流体と接触させられる。さらなる工程では、複数の基質のうちの少なくとも１つが、流体（例えばサンプル流体）からの分析対象に結合し、分析対象の結合が、実質的に水平方向の位置で検出される。

したがって、本発明の主題の特に考慮される態様では、好ましい装置は、１つまたは複数の基準マーカを照明する第１の光源を含み、基準マーカの照明は、多基質チップを分析する光学装置（通常では共焦点顕微鏡）の焦点面を決定するために使用される。いったん正しい焦点面が決定されると、その後、第２の光源（通常では共焦点顕微鏡から）によって、さらに焦点合わせすることなく、多基質チップ上のプローブ、サンプル、またはその他の分子の分析が進められることができる。焦点面のそのような事前の決定は、比較的多数の個別測定が使用される場合に特に有利である。したがって、信号強度を最適化するために１つの基質から次へと再度焦点合わせすることが省略され得るので、知られている装置よりも大幅に高速で、多基質チップ上の複数の基質の分析が実行され得ることは認識されるはずである。さらに、多基質チップ上の基準マーカを使用した焦点面の決定（基質の照明のための波長以外の照明波長を使用することが好ましい）が、蛍光体の光退色が除去されないにしても、都合よく減少するであろうことは認識されるはずである。（複数の）基準マーカの照明が、発光ダイオードで実行されることが概して好ましいが、その他の光源（白熱電球または蛍光灯）もやはり適切であると考えられる。さらに、適切な場合には、第１と第２の光源が同じであることができる。

こうして、改良された基質チップ装置の特定の実施形態と応用例を開示してきた。しかしながら、本発明の概念から逸脱することなく、既に説明した実施形態に加えて、さらに多くの修正が可能であることは当業者にとって明らかなはずである。したがって、本発明の主題は、特許請求の範囲の精神で制限される以外に制限されることはない。さらに、明細書と特許請求の範囲を解釈する中で、すべての用語は、前後の脈絡と矛盾しない最も広義の可能なように解釈されるべきである。特に「含む」および「含んでいる」という用語は、非排他的な形で要素、部品、または工程に関するように解釈されるべきであり、参照した要素、部品、または工程が、存在、利用、または特別に参照されていない他の要素、部品、または工程と組み合わせることが可能であることを示している。

多基質検査装置の例の透視図である。 図１Ａの多基質検査装置の一部分の概略の垂直方向断面図である。 １つの代わりの多基質検査装置の概略の上面図である。 また別の他の代わりの多基質検査装置の概略の上面図である。 複数の多基質検査装置を含むマガジンの概略の側面図である。 空洞の利点を示す図である。

Claims (15)

1. 所定の位置に少なくとも１つの基準マーカと複数の基質とを含む多基質チップを、少なくとも部分的に封入するハウジングを含み、
   前記少なくとも１つの基準マーカが、第１の角度で第１の光源によって照明され、前記複数の基質のうちの少なくとも１つが、第２の角度で第２の光源によって照明され、
   前記ハウジングが、前記第１の角度と前記第２の角度が同一でないように構成される分析装置。
2. 前記ハウジングの少なくとも一部分が透明である、請求項１に記載の分析装置。
3. 前記基準マーカが、前記複数の基質のうちの少なくとも１つに対して所定の位置にある、請求項１に記載の分析装置。
4. 前記基準マーカが暗視野で照明される、請求項１に記載の分析装置。
5. 前記基準マーカの照明が、前記多基質チップを光学機器の焦点面に向けるように使用される、請求項１に記載の分析装置。
6. さらに第２の基準マーカを含む、請求項１に記載の分析装置。
7. 前記第１の角度と前記第２の角度との間の差異が少なくとも４５度である、請求項１に記載の分析装置。
8. バーコード、規格、および登録マーカのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の分析装置。
9. 前記基準マーカが化学発光マーカまたは蛍光マーカを含む、請求項１に記載の分析装置。
10. 前記第１の光源が、第１の波長で発光する発光ダイオードを含み、前記第２の光源が、第２の波長で発光するレーザを含み、前記第１と第２の波長が少なくとも２０ｎｍ離れている、請求項１に記載の分析装置。
11. 前記多基質チップが、ハウジングによって少なくとも部分的に形成される空洞内に配置され、前記空洞が、０．０１ｍｌから１０ｍｌの間の所定の容積を有する、請求項１に記載の分析装置。
12. 前記空洞が、所定の量よりも大きい量の液体を含むときに、前記空洞がオーバフロー区画と流体連通する、請求項１１に記載の分析装置。
13. 前記ハウジングが、熱エネルギーおよび超音波エネルギーのうちの少なくとも一方を、前記空洞内に配置された前記多基質チップおよび流体のうちの少なくとも一方へと伝達するように構成されるベース要素を含む、請求項１２に記載の分析装置。
14. 前記複数の基質のうちの少なくとも１つが、サンプル流体からの分析対象に結合し、前記分析対象の結合が、前記多基質チップが実質的に水平方向の位置にあるときに検出される、請求項１に記載の分析装置。
15. 請求項１に記載の分析装置を複数含み、前記複数の分析装置は、第１の装置のベース要素が第２の装置のハウジング上に配置されるように積層されるマガジン。

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