JP3974528B2 - 改良バイオチップ - Google Patents
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Description
Dupont Corporation(Dupont Corp.,カタログ番号P4C1A)からゼラチンコーティング付きの光学的に純粋な厚み100ミクロンのMylarを入手した。後述するようにアガロースの水溶液を調製した。Cy3マーカー(NEN Life Sciences)を溶液に加え、よく混合して均質懸濁液とした。後述するようにLeneta Wire−Cator(BYK−Gardner Corporation)を使用してCy3−アガロース溶液をキャリヤーに均一に塗布した。塗膜を放冷させた。Bio−Rad MRC−104共焦点顕微鏡とOmnichrome 643 100 Kr−Arレーザー(Bio−Rad Laboratories,Hercules,California)を使用して被覆キャリヤーの多重200ミクロン領域を550nm波長で順次励振した。顕微鏡は570nmの検出(発光)波長でマトリックスの表面の各200ミクロン領域に画像を検出した。本実施例の結果、親水性介在層により片側が親水性になった疎水性ポリマー支持体に水性マトリックスが付着することが判明した。更に、本実施例の結果、親水性介在マトリックス層は蛍光マーカーの蛍光検出を妨げないことも判明した。
遮光剤として酸化鉄6gを加えた2%アガロース水溶液を後述するように調製した。実施例1からのCy3−アガロースを被覆したキャリヤーを実施例1からの支持体に被覆し、酸化鉄−アガロース溶液の200ミクロン層を作成し、放冷させた。実施例1と同一手順を使用し、マトリックスの表面の各200ミクロン領域で画像を検出した。実施例1の共焦点顕微鏡を使用してマトリックスの表面に画像が検出されなくなるまで同一支持体で酸化鉄−アガロースコーティング段階を5回繰返した。Cy3画像を完全に遮断した酸化鉄の合計濃度に基づき、キャリヤーを光学的に不活性にするために(即ち支持体からの自己蛍光又は支持体の入射光吸収を抑制するために)必要な遮光剤の量を確認した。当業者は上記手順を使用してキャリヤーを光学的に不活性にするために必要な任意遮光剤の量を決定できると理解すべきである。従って、本実施例はキャリヤーを光学的に不活性にするために必要な自己蛍光又は入射光吸収を低減する物質の量の測定方法を実証するものである。
実施例2で確認した濃度の酸化鉄−アガロース溶液の単層を使用して実施例2の手順を繰返した。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用した処、Cy3画像はやはり完全に遮断された。本実施例はキャリヤーを光学的に不活性にするために必要な遮光剤の合計量を1回のコーティングで添加できることを実証するものである。
2.25重量%ストレプトアビジンを加えた2重量%アガロース水溶液を後述するように調製した。次に実施例1からの支持体の片面にストレプトアビジンアガロース溶液を塗布した。次にオリゴA(NEN Life Science Products)のアリコートを水性緩衝液に加えて完全マトリックスの表面に堆積させ、ビオチン−ストレプトアビジン相互作用によりマトリックスと架橋させた。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用した処、マトリックスの表面の各200ミクロン領域に画像が検出された。本実施例の結果、一部がリガンドに連結され、別の部分がマトリックスに連結された(ここでは埋め込んだ)連結部分を使用してリガンドをマトリックスと連結できることが判明した。
実施例4の手順を繰返した。但し、オリゴAの添加後に被覆支持体を脱イオン水で繰返し洗浄し、感知エレメントがマトリックスの表面にほぼ不可逆的に結合されていることを確認した。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用した処、マトリックスの表面の各200ミクロン領域に画像が検出された。本実施例の結果、連結部分を介してリガンドをマトリックスと連結すると、後に脱イオン水で洗浄しても影響ないことが判明した。
実施例4からのストレプトアビジンを加えたアガロース水溶液を実施例1の支持体の片面に塗布した。次に、実施例3からの遮光剤アガロース溶液を初期マトリックスコーティングの上に塗布した。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用したが、画像は検出されなかった。本実施例の結果、架橋剤を加えたマトリックスに遮光剤を堆積させるとキャリヤーは光学的に不活性になることが判明した。
NuFIX(登録商標)として市販されているアルデヒド活性化アガロースにストレプトアビジンを加えた溶液を後述するよう調製した。実施例6の手順を繰返した。次に、遮光剤を加えたマトリックス層にNuFIX(登録商標)溶液を塗布し、放冷させた。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用したが、画像は検出されなかった。本実施例の結果、遮光剤を加えたマトリックス層に架橋剤を加えたマトリックス層を堆積しても遮光剤がキャリヤーを光学的に不活性にする能力に影響ないことが判明した。
実施例7の手順を繰返した。次に、マトリックス層の表面に実施例4からのオリゴAのアリコートを堆積し、放冷させた。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用した処、マトリックスの表面の各200ミクロン領域に画像が検出された。本実施例の結果、蛍光標識リガンドは遮光剤を加えたマトリックス層の上面に結合すると検出可能な蛍光シグナルを発生することが判明した。
オリゴB(NEN Life Science Products)を使用して実施例7の手順を繰返した。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用したが、画像は検出されなかった。本実施例の結果、マトリックス層の表面に連結された未標識リガンドは比色シグナルを発生しないことが判明した。
実施例9の手順を繰返した。オリゴBに部分的に相補的なオリゴC(NEN Life Science Products)のアリコートをマトリックスの表面に堆積させ、オリゴBとハイブリダイズさせた。この実験を3回反復し、オリゴCを4時間、8時間及び一晩ハイブリダイズさせた。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用した処、マトリックスの表面の各200ミクロン領域に画像が検出された。本実施例の結果、マトリックスの表面に結合されたリガンドにハイブリダイズする蛍光標識抗リガンド(例えば核酸)は蛍光シグナルを発生することが判明した。
TeleChem International,Inc.,Sunnyvale,Californiaから210ミクロンピンを入手した。ピンスポッターの重量が堆積されるオリゴの量を決定するような対応する4点金属スポッティングブロックを現地金属加工店で加工してもらった。実施例7の手順を繰返した。次に実施例9からのオリゴBをマトリックスの表面の2点にスポットした。実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用したが、画像は検出されなかった。次に、デバイスを脱イオン水で洗浄し、共焦点顕微鏡でもう一度試験した。画像は検出されなかった。本実施例の結果、マトリックスの表面にスポットした未標識核酸リガンドは蛍光シグナルを発生しないことが判明した。
実施例11の手順を繰返した。次に、オリゴC(NEN Life Science Products)のアリコートをマトリックスの表面に堆積させ、オリゴBとハイブリダイズさせ、マトリックスの表面にスポットした。脱イオン水で洗浄後、実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用した処、マトリックスの表面に2つの別個のスポット画像が検出された。最後に、ストレイ・ライトをマトリックスの下面に接触させ、共焦点顕微鏡でもう一度試験した。ストレイ・ライトは検出画像に悪影響を生じなかった。
本発明のバイオチップで標準核酸サンドイッチハイブリダイゼーションアッセイを実施した。実施例11の手順を繰返した。オリゴE(NEN Life Science Products)のアリコートをマトリックスの表面に堆積させ、オリゴBとハイブリダイズさせ、マトリックスの表面にスポットした。脱イオン水で洗浄後、オリゴFのアリコートをマトリックスの表面に堆積させ、オリゴEとハイブリダイズさせた。脱イオン水で洗浄後、実施例1の共焦点顕微鏡とレーザーを使用した処、マトリックスの表面に2つの別個のスポット画像が検出された。核酸サンドイッチハイブリダイゼーションアッセイの詳細な説明については、当業者はSambrook,J.ら,vol.1−3,Molecular Cloning,A Laboratory Manual,1989を参照できる。
当分野で周知のプロトコールを使用して市販捕獲抗体(例えば抗IL−2)をビオチンに結合し、PixSys 3500分配ワークステーション(Cartesian Technologies,CA)を使用してビオチン化抗体をストレプトアビジン被覆マトリックスに転写した。抗体スポットをマトリックス上で室温で15分間インキュベートし、0.1% Tween−20と0.01%アジ化ナトリウムを加えた0.1M Tris緩衝液(pH7.6)を使用して3回洗浄した。インターロイキン−2(10ng/ml)100μlをマイクロアレーに分配し、アッセイを45分間室温でインキュベートした。IL−2インキュベーション後にCy−5標識抗体(抗IL−2)溶液100μlを加え、アッセイを45分間室温でインキュベートした。0.1% Tween−20と0.01%アジ化ナトリウムを加えた0.1M Tris緩衝液(pH7.6)を使用してマイクロアレーを3回洗浄した。圧縮空気を使用してスポットを乾燥し、ScanArray 5000 XL(Packard BioScience,MA)を使用して10ミクロン分解能で走査した。全スポットは実質的に同一の蛍光強度を示した。
マトリックス層を支持体上に堆積させる方法の1例は、マトリックスコーティングとして使用するのに適した溶融材料をキャリヤーに迅速に分配する。溶液が支持体の表面に広がる直後にLeneta Wire−Cator又は1平方メートル当たり規定容量を放吐出することが可能なフィルムアプリケーターをキャリヤーに適用し、液状マトリックス材料を支持体の表面に均一に広げる。このようなコーティングアプリケーターはBYKGardner Corporationから市販されている。マトリックス層が乾燥するまで被覆支持体を室温に維持する。
ビーカーに入れた水約1.5リットルを約60℃になるまで加熱し、1リットルメスシリンダーに注入する。1平方メートル当たり50mlを吐出することが可能な巻線コーティングロッドをシリンダーに入れて暖める。5.25インチゼラチン被覆mylar(ポリエステル)キャリヤー1枚を長さ約20インチに切断し、実験台等の平坦な表面に一方の短辺を貼付ける。親水性側(ゼラチン被覆側)を表にする。スパチュラを使用し、円錐遠心分離機/培養管に2%アガロース10gを配量する。緩衝液A10mlを加える。管に緩く栓をして電子レンジに入れ、溶解するまで20秒ずつ強で加熱する。管を沸騰させないように注意する。迅速に操作し、巻線ロッドを温水から取出し、ペーパータオルで乾燥させる。支持体に載せる。培養管を水浴から取出し、内容物の約1/2をコーティングロッドの上から注ぐ。溶液が支持体に広がる直後にロッドを軽くつかみ、塗膜を延ばす。被覆支持体を室温で20分間放置する。その後、少なくとも2時間風乾してもよい。
ビーカーに入れた水約1.5リットルを約60℃になるまで加熱し、1リットルメスシリンダーに注入する。1平方メートル当たり200mlを排出することが可能な巻線コーティングロッドをシリンダーに入れて暖める。第1マトリックス層を堆積又は被覆した支持体を実験台等の平坦な表面にコーティング側を表にして貼付ける。スパチュラを使用し、円錐遠心分離機/培養管に2%アガロース10gと酸化鉄を配量する。緩衝液B10mlを加える。管に緩く栓をして電子レンジに入れ、溶解するまで20秒ずつ強で加熱する。管を沸騰させないように注意する。迅速に操作し、巻線ロッドを温水から取出し、ペーパータオルで乾燥させる。被覆支持体に載せる。培養管を水浴から取出し、内容物の約1/2をコーティングロッドの上から注ぐ。溶液が被覆支持体に広がる直後にロッドを軽くつかみ、塗膜を延ばす。被覆支持体を室温で20分間放置する。その後、少なくとも2時間風乾してもよい。
NuFIX(登録商標)20gを2リットルビーカーに配量する。脱イオン水1リットルを加え、ホットプレートに載せてゆっくりと沸騰させる。アガロース全体が完全に溶解するまでガラスロッドでときどき撹拌する。熱を止め、塵が入らないようにビーカーにアルミニウムホイルをかぶせて混合物を室温まで放冷させる。硬化後にアガロースを標識すると、後期使用に備えて冷蔵庫で密閉保存することができる。
プラットフォームの表面にリガンドを堆積させるには当分野で通常使用される方法を使用できる。リガンドは一般に好ましくは120〜200μm間隔で約20〜1000μmのスポット直径の液滴として堆積する。所期マトリックスは全接触及び非接触法によりスポットするのに適している。当分野で公知のスポッティング装置及び方法としてはシリンジ−ソレノイド、ソリッドピンレプリケーター、クイルスプリットピン、ピンセット、Pin−and−Ring T(登録商標)、ジェット圧電ポンプが挙げられるが、これらに限定されない。スポッティング技術の詳細な説明については、当業者は“Microarray Biochip Technology”,Mark Schena編,Eaton Publishing,Natick,MA,2000を参照できる。
110 支持体
120A マトリックス層
120B マトリックス層
120C マトリックス層
130 リガンド
140 抗リガンド
150 疎水性介在層
160 連結部分
162 第1部分
164 第2部分
200 バイオチップ
240A 第1リガンド
240B 第2リガンド
300 バイオチップ
310 凹凸支持体
310−S 凹凸面
320A 第3マトリックス層
320B 第2マトリックス層
320C 第1マトリックス層
340 抗リガンド。
Claims (12)
- 標識した抗リガンドの化学発光又は蛍光検出による試料液の分析のためのバイオチップであって、
多機能マトリックス層と連結された支持体を含み、前記多機能マトリックスはリガンドと連結されていて、
前記リガンドは、連結部分の第2部分を介してマトリックス層の表面に連結されており、
前記多機能マトリックス層は、
(a)無機酸化物、炭素系材料、及び/または光吸収剤からなる群から選択される、支持体の自己蛍光を低減する材料;
(b)両性イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群より選択される、支持体の電荷効果を低減する界面活性剤;
(c)前記マトリックスとリガンドが接触すると、マトリックスがリガンドと接触しているマトリックス上にリガンドのスポットを形成する、連結部分の第2部分と特異的に且つ非共有結合で結合し得る連結部分の第1部分
を全マトリックス層にわたって分配して含み、
前記バイオチップが、試料液が多機能マトリックス層表面と直接接触すると、リガンドが試料液中の標識化抗リガンドに結合するように設計されており、そして
前記多機能マトリックス層が共焦点顕微鏡を用いて化学発光又は蛍光により標識化抗リガンドの結合を検出が可能なように堆積することを特徴とする前記バイオチップ。 - 支持体が有機ポリマー又は無機ポリマーを含む請求項1に記載のバイオチップ。
- ポリマーがポリエチレン、ポリエステル及びポリスチレンから構成される群から選択される請求項2に記載のバイオチップ。
- 更に支持体と多機能マトリックス層の間に親水性介在層を含む請求項1に記載のバイオチップ。
- 多機能マトリックス層が水性溶媒を含む請求項1に記載のバイオチップ。
- 多機能マトリックス層がアガロース、ポリアクリルアミド及びゼラチンから構成される群から選択される材料を含む請求項5に記載のバイオチップ。
- 更に第2の多機能マトリックス層を含んでおり、前記第2の多機能マトリックス層は、第1の多機能マトリックス層と連結されており、さらに
(a)無機酸化物、炭素系材料、及び/または光吸収剤からなる群より選択される、支持体の自己蛍光を低減する材料;
(b)両性イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群より選択される、支持体の電荷効果を低減する界面活性剤;
を全体にわたり含み、
前記第2の多機能マトリックスの表面凸凹は、支持体の表面凸凹より少ないことを特徴とする、請求項1に記載のバイオチップ。 - リガンドがヌクレオチド、ポリペプチド、ポリヌクレオチド、炭水化物、及び薬理活性分子の少なくとも1種を含む請求項1に記載のバイオチップ。
- リガンドが多機能マトリックス層の内部に少なくとも部分的に埋込まれている請求項1に記載のバイオチップ。
- 第1部分がアビジン又はストレプトアビジンを含み、第2部分がビオチンを含む請求項1に記載のバイオチップ。
- 抗リガンドがポリペプチド、ポリヌクレオチド、炭水化物、及び薬理活性分子から構成される群から選択される請求項1に記載のバイオチップ。
- 試料液が血液、血清、血漿、尿、髄液、唾液、細胞溶解液及び緩衝液から構成される群から選択される請求項11に記載のバイオチップ。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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