JP4315904B2 - 高スループット解析のための方法 - Google Patents

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Description

本発明は、試料が連続的に解析され、多数の測定場所(スポット)を有するバイオチップが使用される高スループット解析のための方法及びその方法を実施するための関連する装置に関する。高スループット解析は、生化学的解析において専門用語“HTS”(High Throughput Screening 高スループット・スクリ−ニング)として知られている。
従来の、光学的に読み取り可能な、バイオチップは、表面上に微小な物質量、いわゆるスポットのアレイが設けられている小型化された支持体を含んでいる。スポットは、支持体表面に固定されたプローブ分子、たいていは約30までの塩基を有するヌクレオチドを含む(DNAチップ)。解析的検査を進めるにあたっては、光学的に作用するマーキング、いわゆる目標分子、を持った核酸を含む試料液がスポット・アレイ上におかれる。その塩基列に関して、プローブ分子に相補性の目標分子がプローブ分子に付加される(ハイブリダイゼーション)。ハイブリッド形成されなかった目標分子の除去後、ハイブリダイゼーションの結果が目標分子のマーキングに基づいて光学的に読み取られ得る。
このような解析方法は、例えば、薬材の開発の際に、薬材の作用及び副作用の研究のため薬理学及び薬動学において、病原体の確認のため及び薬剤耐性の決定のため診断学において、また遺伝子工学的に変えられた食品の確認のため食品管理の際に使用される。
従来の解析方法においては、例えば国際公開第00/73504 A2号パンフレットから公知のバイオチップが使用され、このバイオチップでは支持体上においてスライドの大きさに単一のスポット・アレイが存在している。HTS解析を実施するためには、非常な数の単独測定ないしハイブリダイゼーションに基づいて、しばしば極めて多くのバイオチップが準備され、データの要求するとおりに捕捉され、貯蔵容器内に置かれなければならない。さらに各個々のバイオチップは解析及び検知装置に運ばれ、そこでバイオチップに試料液が加えられる。反応時間の経過後、洗浄ステップが行われ、それにより試料液が元どおりに除去される。解析結果の検出ないし読み取りが行われ、続いて解析及び検知装置から使い尽くされたバイオチップの除去が行われる。従って多数の時間を消費する操作が必要である。
同時に、国際公開第00/63705 A1号パンフレットから、より小さな物質容積を移送するための装置及び方法が知られており、その方法では連続して適切な配置によりバイオチップの個々のスポットが正確な場所で試薬を装備される。詳細には、そのために連続したベルト上に距離をおいて三次元に移動可能なピペットが存在し、それらのピペットは異なる貯蔵容器からコンベヤーベルトの孔を介して異なる液体積を取り出し、チップの個々のスポット点に降ろす。このように装備されたバイオチップによる測定の実施についてはそこではなにも述べられていない。
以上論じられた従来技術から出発して、本発明の課題は、高スループット解析のための方法を改善し、そのために適した装置を提供することにある。その目的は特に、必要な操作ステップの数及び従って高スループット解析のための消費時間を低減することにある。
この課題は、特許請求の範囲の請求項1による方法によって解決される。方法の発展形態は請求項2以下に挙げられている。
本発明に従う方法においては、個々の作業ステップがタイミングをもって移動する支持体において同時に行われることが重要である。少なくとも、測定スポットへ測定試料を供給するための作業ステップと、液の供給及び除去による測定のための作業ステップとが必要である。他の作業ステップは、温度調節及び空気調節又はそのいずれか一方及び場合によっては反応滞留時間を含む。一方では測定パラメータの「温度」及び「湿度」又はそのいずれか一方が、また他方では影響量である使用される試薬の「種類と流量」も目標として調節することができる。
本発明によれば、高スループット解析を実施するために、共通の支持体上に配置された複数のスポット・アレイを有するバイオチップ構成を備えた装置が使用される。これに対し、従来のHTS解析においては、支持体としてその上に単一のスポット・アレイのみが存在する支持体が使用される。試験を実施するためには、支持体は、通常ロボットアームにより、マガジンから取り出され、解析及び検知装置に導かれる。試験が終了した後、支持体はそれから取り出され処理される。これに対し本発明によれば、上述の一度だけの一続きの操作ステップだけで多数の試験が可能である。それ故一連の試験のための消費時間を著しく減ずることができる。
特に本発明による平らな実施形態に基いて、平らな支持体上にはただスポット・アレイが存在するだけで、例えばプラスチックキャビティ、還流チャネル又は閉鎖カバ−のような容積分離のための手段は全く存在しないことによって、材料及び容積を削減することも可能である。上述の手段は、システム側で、繰り返し使用可能に平らな支持体上に載せられる。
支持体上に存在する多数のスポット・アレイは、個々のスポット・アレイ又は同種のスポット・アレイの組が他のスポット・アレイと無関係に試験を受けさせ得ることを必要とする。このことは、少なくとも1つのスポット・アレイが中空体によって取り囲まれ、この中空体が他のスポット・アレイに対する空間的分離を形成することによって可能となる。そのようにして作られた空間内で操作を行うことができ、例えば1つのスポット・アレイ又はスポット・アレイの組に特定の試料溶液が加えられ、支持体上にある残りのスポット・アレイがそれによって損なわれることはない。上述のような空間的な分離は、中空体が周壁で少なくとも1つのスポット・アレイの周りを密に囲むように支持体上に中空体をのせることによって、技術的に簡単に実現可能な方法で実行することができる。このようにして、例えばスポット・アレイ上に存在する気相の調節のために役立つ空間を作ることができる。個々のスポット・アレイ又はスポット・アレイの組に異なる処理をするため、複数の空間的分離を同時に行うこともできる。さらにそのような並列処理によってさらなる時間節減が達成される。
通常、スポット・アレイと接触した試料液は反応ないしハイブリダイゼーションの終了後元通り除去される。この方法ステップも、上述のような空間的分離により方法技術的に簡単な仕方で実現することができる。中空体は、その内部を通して洗浄液が貫流して導かれ得るように形成されればよい。このように形成された中空体によって、試薬溶液もスポット・アレイ上に導くことができる。
マガジン内の所要スペース及びその操作性に関して支持体は、主として平らな材料、例えばプラスチックフィルムから形成されると有利である。このような支持体は、僅かな所要スペースでマガジン内に配置し、比較的長い貯蔵の目的で周囲から隔絶することができる。可撓性の材料からなるベルト状の支持体の使用はとりわけ有利である。そのような支持体はマガジン内にロールの形で保存され、このマガジンから連続的に取り出され、解析及び検知装置を通して導かれ、続いて再びロールに巻き取られるか又は断片の形で廃棄物処理に導かれることが可能である。特に、フィルム産業ないし半導体技術におけるチップの支持体として既に使用されているような2列のパーフォレーションを有する35mm幅の支持体型の使用が有利である。解析及び検知装置を通して支持体ベルトを連続的に送るようにするほかに、タイミングをもった送り運動も可能である。その場合停止時間中に支持体ないし支持体上にあるスポット・アレイについて問題なく操作を行うことができる。
本発明の範囲内において、支持体上にバイオチップを原理的には異なる様式で実現することができる。例えば、スポット・アレイが直接支持体上に形成され、それによって既にバイオチップが限定されることが可能である。この様式で試験結果の光学的読み取りが提供される。例えば金属層のような電気的構成要素を有する支持体ベルトを使用する場合には特に、試験結果の電気的検知は光学的検知より容易に連続的又はタイミング的に動作する解析法に組み込まれ得るから有利である。その際スポット・アレイの個々のスポットは例えば支持体の小さなキャビティ内に直接実現することができる。そのため平らな支持体は、例えば少なくとも1つの絶縁層と少なくとも1つの金属層との薄層から構成することができる。絶縁層は部分領域に孔を有し、その結果一方の側では開放され対向する側では少なくとも1つの金属層及び場合によっては他の絶縁層によって閉じられている窩が生じる。
このようにして実現されたほんの数100μmの直径のマイクロキャビティは、スポット特有のプローブ分子(例えばDNAキャッチャー・オリゴヌクレオチド)のための受け入れ部として用いられる。その際各スポットは電極として用いられる少なくとも1つの金属箔と接触せしめられている。
本発明の他の実現形態においては、スポット・アレイはチップ例えばシリコンチップ上におかれ、チップの側は支持体材料上に取り付けられる。電気的測定においては、電気信号は直接チップから取り出されるか、好ましくはチップと支持体の金属層との間の製造側で固定された電気的中間結合(例えば薄いボンド線)を介して導かれ、また支持体金属被覆と読取機器との間の一時的な電気的接触を介して読み取ることができる。
方法の制御のために、支持体上にあるスポット・アレイの種類及び数に関する情報及び特定の解析目標のために必要な方法ステップに関する情報を与えるデータが支持体上に存在すると目的に適っている。これらのデータは少なくとも1つの補助のメモリチップ(例えばEPROM)内に格納されているのが有利である。
多くの解析課題においてスポット・アレイの冷却又は加熱が必要である。例えばPCR(Polymerase Chain‐Reaction ポリメラーゼ連鎖反応)によるDNA複製の際には、サーモ環状化のために冷却又は加熱されなければならない。特に平らな材料をベースとする支持体の場合には、このことは支持体のスポット・アレイに対向する背面領域から熱供給ないし熱導出を行うと簡単な方法で実現することができる。僅かな材料厚さ(例えば50μm)、材料面積(数mm2)及び高い熱伝導度の材料(例えば銅、金)の使用に基づいて、最小の熱容量において最も速くかつ同時に最もエネルギーを節約して温度変更ないし調節を実現することができる。このことは特に冷却ないし加熱可能な部材との面接触によって達成することができる。
解析を実施するためには、適切な中空体(例えば流過装置の形)を介して各スポット・アレイ上にポンピングされ得る試薬が必要である。
上述の方法を実施するためのバイオチップ構成は、解析方法と関連して既に述べられた特徴のほかになお以下の有利な特徴を持っている。
スポット・アレイは支持体のくぼみ内又は例えば少しの数100μmの高さのポリマーリングの形の隆起内に配置され、それによってスポット・アレイ上への試料液の適用が容易である。くぼみは、場合によって表面張力効果を利用して試料液が隣接するスポット・アレイに達し得るようなことを防止する。
原理的には支持体の両側にスポット・アレイが存在し得る。しかしながら、スポット・アレイ上に試料液が適用されなければならないから、スポット・アレイは一方の側上にのみ、即ち解析実施の際支持体の上方を向く側に配置されるのが目的に適っている。その際背面側は面接触による熱伝達のために使用される。電気的に読み取り可能なバイオチップの場合には、支持体の背面側ないし下側には、電気的接触面の配置及びこの接触面と共同作用する接触要素のための十分な場所を提供する。
液の印加、電気的接触、熱的安定化、空気調節のため並びに洗浄液及び試薬液の流動的接触のための全装置は、ベルトの自由な移送を可能にするためベルト走行方向に直角に動き得るようにされる。
本発明のその他の詳細及び利点は、各請求項に関連して図面による実施例の以下の説明から明らかである。
図1はバイオチップ構成1を示す。このバイオチップ構成は平らな材料、例えば合成材料箔からなる支持体2及びその一方の側、解析側3上に配置されたバイオチップ4を含む。この例では全部で8つのバイオチップが支持体2の長手方向に延びる2つの平行な列に配置されている。しかしながら原理上はバイオチップ4の任意の配置及び数が可能である。特に支持体2は、以下にさらに述べるように、十分に長い、即ち可撓性のベルトの形に形成することができる。
図1〜3に示される実施例においては、バイオチップ4は電気的に読み取ることができる。それらは従来の方法で作られたシリコンチップ5を含み、このシリコンチップはその一方の平らな側で支持体2の解析側3上に載っている。支持体2の解析側3と対向する背面側6上には例えば銅製の導電層7が設けられている。溝8により層7は複数の接触面9に分割されている。各シリコンチップ5には接触面9の組が属している。接触面9は線10、いわゆるボンディングワイヤを使用してシリコンチップと電気的に接続されている。このことを可能にするため、支持体2には凹所31が存在し、この凹所を介して導電層7に達することができる。このバイオチップ構成1の形態に加えて他の変形が可能である。例えばいわゆるフリップチップ技術に従いシリコンチップを固定することが考えられる。
シリコンチップ5の導電層7と反対側上には、微小滴又はスポット12からなるスポット・アレイ11が設けられている。これらのスポットはプローブ分子、特に40までの少しの塩基を有するヌクレオチドを含む。図2〜4には図面上の理由からごく僅かのスポット12が示されているだけである。実際はシリコンチップ上にはずっと多くのスポット12を納めることができる。スポット12の下方に配置されたシリコンチップ5の面領域は、指状に相互に関連し合った電極を有する電気的に感応する領域であり、そのことは図2には示されていない。
簡単に表現すると、描かれた電気的に読み取り可能なバイオチップ4は例えば次のように動作する。即ち、スポット12内に存在するプローブ分子は、マーキング例えばビオチンを持つ目標分子によってハイブリダイゼーションされる。いわゆる酵素抱合体(例えばストレプトアビジン・マーキングされたアルカリ性ホスファターゼ)を含む試薬溶液による洗浄プロセスによって、プローブ分子に連結されない目標分子は除去され、同時に酵素「アルカリ性ホスファターゼ」はプローブ・目標分子ハイブリッドに結合される。適切な酵素基質、例えばp‐アミノフェニールホスファート溶液による洗浄によって、最後に酵素による触媒反応が起こり、p‐アミノフェノールが形成され、これは電極において電気化学的に検出することができる。
シリコンチップ5は、支持体2に固定するため及び機械的な保護のため充填材13内に埋置されている。充填材13の上側21には凹所14が存在し、この凹所はスポット・アレイを開放する。支持体2は両側において長手方向に延びるパーフォレーション15を有し、36mmの幅を持っている。従って支持体は写真で知られている36mmロールフィルムの型を持っている。このような型はチップカードのためのチップ・モジュールを作る際に使用される。それ故バイオチップ構成1を作るために、この技術ないしそのために支持体2を加工する(例えば絶縁性及び導電性の層の薄層化)ためにあらかじめ備えられる装置等を利用することができる。
電気的に読み取り可能なバイオチップ4の代わりに、支持体2aは図4に従って光学的又は電気的に読み取り可能なスポット・アレイ11aを直接装備することもでき(図4)、それについては後になお検討される。詳細には、そのため支持体2a上にスポット・アレイ11aが直接又は例えばマイクロキャビティ(図8及び図9)中に設けられる。バイオチップ4aはスポット・アレイ11a及び支持体2aのスポット・アレイに関連する領域22から構成される。スポット・アレイ11aを設置するために、電気的に読み取り可能なバイオチップ4の場合と同じように、既知のインクジェット印刷法を使用することができる。バイオチップ構成1aの場合も、両側のパーフォレーション15が製造プロセス時に、また上述のバイオチップ構成1の場合と同じようにHTS解析中の移送のために目的に適っている。
図5〜7によれば、測定スポットを有する個々のバイオチップを共通の支持体に対し固定的に関連付けることによって、HTS解析の実施を別々の作業ステップA〜Dで同時に異なるスポットについて行い得ることが明らかにされる。支持体2のタイミング式の送りによって、個々のスポットないしバイオチップは順次個々のステーションA〜Dを通り抜ける。適切な送りのタイミングをあらかじめ設定することによって作業速度を制御することができる。
HTS解析を実施するために、図5に極めて簡略化して示された解析及び検知機器(以下単に解析機器16という)が使用される。解析機器16内にはバイオチップ構成1、1a、1bが挿入され、その上に存在するスポット・アレイが解析に従って処理される。図5に示される実施例においては、可撓性のベルトの形に形成されたバイオチップ構成1bが使用される。このベルトは図1に示されたバイオチップ構成1と同じように作られている。このバイオチップ構成は各検査に必要な特性を持ったスポット・アレイ11を含み、ロール17に巻かれ、ロール17は保護マガジン18内に収納されている。ベルト状のバイオチップ構成1bは解析機器16を通して送られ、そのために両側のパーフォレーション15が役立つ。解析機器16内においては先ず分注装置19を使用して試料液20が1つ又は複数のバイオチップ4上におかれる。充填材13内にあるくぼみないし凹所14によって、試料液20が側方に流れ出し、他のバイオチップ4ないしスポット・アレイ11に達するようなことは防止される。
分注装置19はピペットの形に形成するのが目的に適っている。必要によってこのような複数のピペットを並列的に使用することにより、例えばスポット・アレイ11の1つの組に試料液20を加えることができる。分注装置19は解析機器16内で二重矢印23に従ってチップ構成1に直角に動くように案内され、種々の試料液を送り込むことができる。
多くのハイブリダイゼーション反応又はその他の冒頭に述べた解析に使用し得る反応においては、比較的長い反応時間が必要である。反応時間中に、試料液の非常に僅かな量が少なくとも部分的に蒸発し、それによって試料液20の濃度比が変化するおそれがある。またCO2又は空気中からの他のガスが試料液20内に溶解することも排除できない。この理由でバイオチップ4上の気相が調節される。そのためにほぼ円筒状の中空体24がバイオチップ構成1b上にかぶせられ、中空体が周壁25で少なくとも1つのスポット・アレイ11を密に取り囲むようになっている。そのため中空体24のチップ構成1と向かい合う前面にはパッキンリング26が設けられ、このパッキンリングは充填材13の平らな面として形成された表面21上に密に載っている。中空体24は上側において成形体27により周囲雰囲気に対し密閉されている。中空体24と中空体24と共同するバイオチップ4との間には室28が閉じ込まれている。この室28は、試料液20の蒸発がたかだか些細な程度にのみ許容される容積を有する。さらに室28内には蒸発を阻止する微小環境が維持されるようにすることができる。
少なからぬ反応は冷却又は加熱を必要とする。このことは、チップ構成1bないしそこに存在する電気的接触面9の下側30と面接触する熱伝導性の材料からなる加熱ないし冷却部材29を使用して行うことができる。部材29も中空体24もバイオチップ構成1bに直角に動くように案内される(二重矢印32及び33)。
反応滞留時間の経過後、試料液20は除去される。そのために第2の中空体34がはめこまれ、その内部空間35を通して流れ矢印36(図6)により示されるように洗浄液ないし試薬液が導かれる。そのために容器46及び47を存在させ、弁48を介して内部空間に対する供給管と接続することができる。場合によっては順次異なる試薬が洗浄液と交替に測定スポットに供給し得ることが重要であり、その際容器49は消費された液を収容するためにある。同様に測定場所の温度調節のための図示されていない装置も存在し得る。従って電極において定義された電位変化を検出することができる。
洗浄液/試薬液が隣接のバイオチップ4に達するのを防止するため、第2の中空体34も前面側にパッキンリング37を備え、このパッキンリングは充填材13の上側21上に密に載っている。中空体34は同様にバイオチップ構成1に直角に延びる方向に動き得るように案内されている(二重矢印41)。中空体34を使用して行われる洗浄後ないしその間においても、少なくとも2つの電気的タップ38を使用して解析結果の電気的検出が行われ、これらの電気的タップはバイオチップ4に属する接触面9の少なくとも2つと接触し、またバイオチップ構成1に直角に動くように案内されている(二重矢印39)。中空体24及び34並びに他の(図示されていない)中空体は、上述の目的とは異なる目的に使用することもできる。
図7においては、1つ又は複数のバイオチップ4の上方に存在する気体空間の空気調節を、チップ構成1を広範囲に取り囲む中空体40によって行い得る実施例が示されている。バイオチップ構成1の送り方向45にないし送り方向に反対に前方及び後方の前面42にのみそれぞれ孔43が設けられ、チップ構成1が中空体40を貫通して送られ得るようになっている。
方法の実施は一般に、バイオチップ構成1、1a上ないし支持体2、2a上に、スポット・アレイ11、11aの種類及びポジショニングについてのデータ並びに他の解析特有のデータが存在することによって容易になる。図4に相応するバイオチップ構成においては、このことはバーコード(図示せず)によって実行することができる。電気的に読み取り可能なバイオチップ4を有するバイオチップ構成1の場合、シリコンメモリチップ44(図1)を使用するのが目的に適っている。
図8及び9には図1〜3に代るものが示され、支持体ベルトが直接個々の測定スポットを有し、それを用いていわばバイオチップ1そのものを形成する。詳細には、図8においてはそれぞれスポット11を形成する個々の貫通孔を有する絶縁層2及び導電層9が存在している。スポットあたりそれぞれ1つの電極を有する2つの層からなる構成が形成され、この構成はスポット11における測定を可能にする。
図9にはスポットあたりそれぞれ2つの電極を有する3つの層からなるバイオチップ構成1が形成されている。ここでは2つの絶縁層2、2a及び導電層9が存在する。従って原理的には測定スポット11において図5〜7におけると同様の測定を行うことができる。
装置のすべての実施形態によって、上に既に述べたように、効率及び特に試料スループットに関して本質的に改善されたHTS解析を実現することができる。
バイオチップ構成の平面図である。 図1のII部分の拡大図である。 図2のIII線に沿う断面図である。 異なる形態のバイオチップ構成の平面図である。 HTS解析法を実施するための装置の概略図である。 図5から取り出された部分の拡大図である。 変形された装置の図5に対応した概略図である。 直接設けられたスポットを有する支持体ベルトの断面図である。 直接設けられたスポットを有する支持体ベルトの断面図である。
符号の説明
1、1a、1b バイオチップ構成
2、2a 支持体
3 支持体の解析側
4、4a バイオチップ
5 シリコンチップ
6 支持体の背面側
7 導電層
8 溝
9 接触面
10 線
11、11a、11b スポット・アレイ
12 測定スポット
13 充填材
14 凹所
15 パーフォレーション
16 解析機器
17 ロール
18 マガジン
19 分注装置
20 試料液
21 充填材の表面側
24、34、40 中空体
25 周壁
31 凹所
38 電気的タップ
44 メモリチップ

Claims (20)

  1. 支持体上に取り付けられ多数の測定場所(スポット)を有する複数のバイオチップを使用して試料を連続的に高スループット解析するための方法において、
    前記支持体(2、2a)上に存在しスポット・アレイ(11、11a)を形成する前記バイオチップのスポット上に試料が導かれる作業ステップと、
    前記試料が導かれた前記スポット・アレイ(11、11a)のスポット上に洗浄液ないし試薬液が導かれ、前記支持体(2、2a)の下方から前記支持体の接触要素を介して電気的に測定が実施される作業ステップとを含み、
    前記各作業ステップは同時に異なる前記スポット・アレイ(11、11a)ないしバイオチップスポットにおいて実行され、
    前記支持体(2、2a)がその移動タイミングによってあらかじめ与えられる速度により連続的に動かされることにより連続した測定が行われ、
    少なくとも前記測定が実施される作業ステップにおいては、少なくとも1つの前記スポット・アレイ(11、11a)が中空体(34)により取り囲まれ、前記支持体上に取り付けられた他のスポット・アレイ(11、11a)から空間的に分離される高スループット解析のための方法。
  2. 少なくとも1つの前記スポット・アレイ(11、11a)が中空体(24、40)により取り囲まれ他の前記スポット・アレイ(11、11a)から空間的に分離され、前記中空体(24、40)の周壁(25)で少なくとも1つのスポット・アレイ(11、11a)を密に取り囲むようになっており、試料の温度調節及び空気調節の少なくともいずれかのための少なくとも1つの作業ステップが、前記試料が導かれる作業ステップと前記測定が実施される作業ステップとの間に、挿入される請求項1記載の方法。
  3. 前記温度調節のための作業ステップ後に1つの作業ステップがバイオチップ上の測定試料の滞留時間として用いられる請求項2記載の方法。
  4. 前記温度調節が試料導入に続くすべての作業ステップにおいて行われる請求項2又は3記載の方法。
  5. 前記中空体(24、40)は密閉した室を形成させることにより前記スポット・アレイ(11、11a)上に存在する気相の調節のために用いられる請求項記載の方法。
  6. 前記支持体(2、2a)が平らな材料からなる請求項1〜5のいずれか1つに記載の方法。
  7. 可撓性の材料からなるベルト状の支持体(2、2a)を有するバイオチップ構成(1b)が使用される請求項6記載の方法。
  8. 前記ベルト状の支持体(2、2a)がロールからほどかれ、解析機器(16)を通して送られる請求項7記載の方法。
  9. 電気的に読み取り可能なバイオチップ(4)の配置された支持体(2)が使用される請求項1〜8のいずれか1つに記載の方法。
  10. 解析特有のデータが存在する支持体(2、2a)が使用される請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法。
  11. 前記スポット・アレイ(11、11a)ないしそこで行われる反応の温度制御のために、前記アレイと対向する前記支持体(2、2a)の背面領域から熱の供給ないし熱の導出が行われる請求項1〜10のいずれか1つに記載の方法。
  12. 前記熱の供給ないし熱の導出のために、前記背面領域が冷却ないし加熱可能な部材(29)と面接触される請求項11記載の方法。
  13. 測定場所(スポット)を有する複数のバイオチップからなるバイオチップ構成を含む装置が使用され、前記バイオチップ(4)が平らな材料からなる共通の支持体(2、2a)上に互いに間隔を置いて固定配置され、前記支持体(2、2a)はあらかじめ設定可能なタイミングで先へ動き得るようになっており、前記装置は、一方では測定液並びに洗浄液及び試薬液を供給するための手段(19)、他方では測定を実施するための手段(34、38)を有し、前記装置は前記支持体に所属しせめられ、前記バイオチップ(4)はそれぞれ前記スポット・アレイ(11、11a)及び電気的接触面(9)によって電気的に読み取り可能であり、スポット・アレイ(11)に測定液並びに洗浄液及び試薬液を供給するための前記手段(19)は前記支持体(2、2a)の上方に、前記電気的接触面(9)の下方に配置されている請求項1〜12のいずれか1つに記載の方法。
  14. 前記スポット・アレイ(11)がくぼみ内に配置されている請求項1〜13のいずれか1つに記載の方法。
  15. 前記支持体(2、2a)上に解析制御のためのデータ及び前記スポット・アレイ(11、11a)の種類及び位置に関するデータが存在する請求項1〜14のいずれか1つに記載の方法。
  16. 前記データが少なくとも1つのメモリチップ(44)内に格納されている請求項15記載の方法。
  17. 前記バイオチップ(4)が電気的に絶縁性の充填材(13)中に埋置されており、前記充填材(19)中に前記スポット・アレイ(11)を開放しくぼみを形成する凹所(14)が存在する請求項1〜16のいずれか1つに記載の方法。
  18. 前記充填材(13)の前記凹所(14)を含む表面側(21)が平らな面として形成されている請求項17記載の方法。
  19. 前記支持体(2、2a)がその長手方向に延びるパーフォレーション(15)を有する請求項1〜18のいずれか1つに記載の方法。
  20. 前記支持体(2、2a)が両側にパーフォレーション(15)を備え、36mmの幅を有する請求項19記載の方法。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4143046B2 (ja) * 2004-06-02 2008-09-03 株式会社東芝 核酸検出基板および該装置を使用する核酸検出方法
US20060223078A1 (en) * 2004-11-10 2006-10-05 Li Changming Method and device for detecting targets with a tape having probes capable of binding to the targets
US8940143B2 (en) 2007-06-29 2015-01-27 Intel Corporation Gel-based bio chip for electrochemical synthesis and electrical detection of polymers
US8053774B2 (en) 2005-06-06 2011-11-08 Intel Corporation Method and apparatus to fabricate polymer arrays on patterned wafers using electrochemical synthesis
US20080241938A1 (en) * 2006-07-20 2008-10-02 Visigen Biotechnologies, Inc. Automated synthesis or sequencing apparatus and method for making and using same
DE102006057300A1 (de) * 2006-12-05 2008-06-19 Siemens Ag Anordnung zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse
DE102007025457B4 (de) * 2007-05-30 2011-02-24 Filt Lungen- Und Thoraxdiagnostik Gmbh Messvorrichtung und Verfahren zum quantitativen fotometrischen Nachweis von Biomolekülen im Low Density Bereich (Low-Density-Biochips)
WO2009108224A1 (en) * 2007-11-16 2009-09-03 Eugene Tu Viral detection apparatus and method
DE102008025992B4 (de) * 2008-05-30 2011-01-27 Siemens Healthcare Diagnostics Gmbh Titerplatte und Verfahren zur Detektion eines Analyten
JP5497587B2 (ja) * 2010-03-23 2014-05-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ マイクロ流路チップ及びマイクロアレイチップ
JP2014224679A (ja) * 2011-09-06 2014-12-04 コニカミノルタ株式会社 マイクロ流路デバイス及びマイクロ流路分析装置
WO2013088913A1 (ja) * 2011-12-16 2013-06-20 コニカミノルタ株式会社 分析装置、マイクロ流路シート及び帯状体
DK2943580T3 (en) 2013-01-11 2021-04-12 Douglas Scient Llc Biological sample analytical instrument
WO2014144132A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Douglas Scientific Tape with a matrix of wells
JP6789510B2 (ja) * 2017-02-08 2020-11-25 東洋製罐グループホールディングス株式会社 生体関連分子固定化用担体

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3526480A (en) * 1966-12-15 1970-09-01 Xerox Corp Automated chemical analyzer
FR2353856A1 (fr) * 1976-06-02 1977-12-30 Chateau Guy Ruban destine a servir de support a une reaction par exemple chimique ou biochimique, et procede d'analyse le mettant en oeuvre
US4384193A (en) * 1981-06-09 1983-05-17 Immulok, Inc. Incubating device for specimen mounted on glass slides in immunoassays
DE3735157A1 (de) * 1987-10-16 1989-05-03 Boehringer Mannheim Gmbh Traegerband fuer teststreifen und vorrichtungen zum befestigen der teststreifen auf dem traegerband
DE3908123A1 (de) * 1989-03-13 1990-09-20 Schulz Peter Analysegeraet
EP1382386A3 (en) * 1992-02-19 2004-12-01 The Public Health Research Institute Of The City Of New York, Inc. Novel oligonucleotide arrays and their use for sorting, isolating, sequencing, and manipulating nucleic acids
US5981203A (en) * 1994-04-26 1999-11-09 The Regents Of The University Of Michigan Unitary sandwich enzyme immunoassay cassette, device and method of use
US6251595B1 (en) * 1998-06-18 2001-06-26 Agilent Technologies, Inc. Methods and devices for carrying out chemical reactions
DE19852967B4 (de) * 1998-11-17 2004-05-27 Micronas Gmbh Messeinrichtung mit einer Halbleiteranordnung
US6245297B1 (en) * 1999-04-16 2001-06-12 Pe Corporation (Ny) Apparatus and method for transferring small volumes of substances
JP3469504B2 (ja) * 1999-06-01 2003-11-25 日立ソフトウエアエンジニアリング株式会社 マイクロアレイチップ及びそのインデックス方法
DE19952723C2 (de) * 1999-10-26 2002-10-31 Epigenomics Ag Vorrichtung und Verfahren zur Hybridisierung doppelsträngiger DNA-Proben an Oligomer-Arrays
DE10036175A1 (de) * 1999-12-23 2001-06-28 Xantos Biomedicine Gmbh Screening-Verfahren für Nukleinsäuren
US20010051714A1 (en) * 2000-01-10 2001-12-13 Shiping Chen Linear probe carrier
DE10111458B4 (de) * 2001-03-09 2008-09-11 Siemens Ag Analyseeinrichtung

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