JP4454155B2 - 化学種を接触させるためのファイバーアレイならびにファイバーアレイを使用および作製する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本願は、１９９９年１月８日に出願された特許出願第０９／２２７，７９９号の一部係属出願である。
【０００２】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、概して少量の化学種を接触させるためのマイクロアレイに関する。より詳細には、本発明は、オリゴヌクレオチド標的にオリゴヌクレオチドプローブを接触させるためのマイクロアレイ、マイクロアレイを読み取るリーダー、ならびにこのマイクロアレイを作製するための方法および装置に関する。
【０００３】
（関連技術の説明）
現在、マイクロアレイは、遺伝子の発見、疾患診断、薬物の発見（薬理遺伝学（ｐｈａｒｍａｃｏｇｅｎｏｍｉｃｓ））および毒物学的研究（毒物遺伝学（ｔｏｘｉｃｏｇｅｎｏｍｉｃｓ））のような広範な適用に使用されている。マイクロアレイは、固定された化学化合物の規則的な配置である。マイクロアレイは、塩基対形成則に基づいて、既知のＤＮＡサンプルおよび未知のＤＮＡサンプルをマッチさせるための媒体を提供する。代表的な方法は、固定された化学化合物のアレイを、目的の標的と接触させて、この標的に結合するアレイ中の化合物を同定する工程を包含する。アレイは、一般的にマクロアレイまたはマイクロアレイとして記述され、この差異は、サンプルスポットの大きさである。マクロアレイは、約３００ミクロン以上のサンプルスポットサイズを含むが、マイクロアレイは、代表的には直径で２００ミクロンより小さく、そして代表的には数千のスポットを含む。
【０００４】
ＤＮＡマイクロアレイ、またはＤＮＡ（遺伝子）チップは、代表的には高速ロボット工学により、ガラス基板またはナイロン基板上に作製され、既知の同一性を有するプローブが、相補的結合を決定するために使用される。「プローブ」は、公知の配列を有する係留される核酸であり、一方、「標的」は、その正体が検出されている遊離の核酸サンプルである。
【０００５】
非常に高密度の小型化アレイを必要とするアレイベースの適用の１つは、ハイブリダイゼーションによる配列決定（ＳＢＨ）である。ＳＢＨの１つの共通の形式（形式ＩＩ）では、長さｎのオリゴヌクレオチドプローブの完全なセットの空間的にアドレス可能なアレイが、構築される。このオリゴヌクレオチドプローブは、代表的にはガラススライドのような平坦な固体基板に共有結合で連結される。このアレイにおける各アドレスは、そのアドレスに連結される特有のｎマーを有し、そしてプローブの配列は、その空間的なアドレス（ｘｙ座標）により規定される。このアレイは、完全に相補的なプローブ−標的ハイブリッドと、ミスマッチの混入するハイブリッドとを区別する条件下で、標識された標的核酸と接触される。従って、標的核酸の一部に完全に相補的なオリゴヌクレオチドプローブが連結するアレイのアドレスのみが、シグナルを生じる。次いで、このアレイは、シグナルについてスキャンされ、相補的プローブの配列がそれらの空間的アドレスから決定され、そして標的核酸の配列は、プローブの共通の配列を重ねることにより決定される。
【０００６】
他の２つのＳＢＨ形式も存在する。形式ＩのＳＢＨでは、標的核酸は固体支持体（例えば、ナイロンまたはニトロセルロースフィルター）上に固定され、そして固定化標的は、標識プローブで調べられる（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅｄ）。代表的に、標的は、一度に単一のプローブで調べられるか、あるいは、それぞれ異なる区別可能な標識を有する複数のプローブで調べられる（この後者の様式は、「多重」と呼ぶ）。必要とされる操作の数を減らすために、標的核酸は、グリッドまたはアレイ中のフィルター上にスポットされ得、そしてアレイ中の各スポットまたはアドレスは、単一プローブまたは複数の多重プローブで調べられる。
【０００７】
さらに別のＳＢＨの形式（形式ＩＩＩ）では、形式ＩＩ ＳＢＨに使用されるアレイに類似の固定されたオリゴヌクレオチドプローブのアレイは、完全に相補的なハイブリッドとミスマッチのハイブリッドとを区別する条件下で、非標識標的核酸と接触される。次いで、このアレイは、完全に相補的な標識プローブ標的複合体とミスマッチ標識プローブ標的複合体とを区別する条件下で、標識プローブと接触される。ハイブリダイゼーションの後、このアレイは、標的（例えば、リガーゼ）に隣接してハイブリダイズされるプローブを共有結合で連結する条件に供される。次いで、非連結標識プローブ、および必要に応じて標的核酸は、洗い流される。次いで、このアレイは、シグナルについてスキャンされる。溶液相プローブは標識されているので、連結（ｌｉｇａｔｉａ）が起こったアドレスのみシグナルを生じる。標的核酸の配列は、連結されたプローブの共通の配列を重ねることにより決定される。
【０００８】
３つの型のＳＢＨおよびそれぞれの利点の概説については、Ｕ．Ｓ．５，２０２，２３１；Ｕ．Ｓ．５，５２５，４６４；ＷＯ９８／３１８３６；ＷＯ９６／１７９５７およびそれらに引用される参考文献を参照のこと。
【０００９】
ＳＢＨ技術を用いて配列決定され得る標的核酸の長さは、オリゴヌクレオチドプローブの長さに依存する。一般に、数百ヌクレオチド長の標的核酸の配列決定は、少なくとも８ヌクレオチド長であるオリゴヌクレオチドプローブを必要とする。より長い標的核酸の配列決定、または直列反復の領域を通る配列決定は、さらに長いプローブを必要とする。千ヌクレオチド長を超える標的核酸の配列決定は、少なくとも１２〜１４ヌクレオチド長のオリゴヌクレオチドプローブを必要とするということが推定されている。この方法は、完全なセットのプローブ（すなわち長さがｎの全ての可能な配列）の使用を必要とするため、この方法に必要とされるプローブセットは、非常に大きい。例えば、８−マープローブの完全なセットは、４⁸すなわち６５，３５６個の特有な配列からなる。１０−マープローブの完全なセットは、４¹⁰すなわち１，０４８，５７６個の特有な配列からなり、そして１４−マープローブの完全なセットは、４¹⁴すなわち２６８，４３５，４５６個の特有な配列からなる。アッセイを実用的にするために、全プローブアレイが、代表的には１ｃｍ²のオーダーの面積でなければならない。
【００１０】
固定された化合物の高密度小型アレイを必要とする適用（例えば、ＳＢＨおよびその関連する適用）の必要に応えるために、２つの一般的な方法が、固定化アレイの合成のために開発された：アレイ中の各化合物が直接基板の表面上で合成される、インサイチュ法、および基板の表面に共有結合で連結され得る予め合成された化合物が、代表的にはロボット分配デバイスの方法により、適切な空間的アドレスで堆積される、堆積方法。インサイチュ方法は、代表的には専門の試薬および複雑なマスキングストラテジーを必要とし、そして堆積方法は、代表的に極めて規定された量の試薬の、正確なロボット送達を必要とする。
【００１１】
例えば、Ｆｏｄｏｒら、１９９１、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２５１；７６７−７７３は、光保護されたアミノ酸および光リソグラフマスキングストラテジーを利用して、小型で、空間的にアドレス可能な、ペプチドのアレイを合成するインサイチュ方法を記載する。このインサイチュ方法は、最近オリゴヌクレオチドの小型アレイの合成に拡張された（米国特許第５，７４４，３０５号）。固定化オリゴヌクレオチドの空間的にアドレス可能なアレイを作製するための別のインサイチュ合成方法は、Ｓｏｕｔｈｅｒｎ，１９９２，Ｇｅｎｏｍｉｃｓ １３：１００８−１０１７により記載され；またＳｏｕｔｈｅｒｎおよびＭａｓｋｏｓ，１９９３，Ｎｕｃｌ，Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２１：４６６３−４６６９；ＳｏｕｔｈｅｒｎおよびＭａｓｋｏｓ，１９９２，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２０：１６７９−１６８４；ＳｏｕｔｈｅｒｎおよびＭａｓｋｏｓ，１９９２，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２０：１６７５−１６７８を参照のこと。この方法では、従来のオリゴヌクレオチド合成試薬が、物理的にマスクされたガラススライド上に分配され、固定化オリゴヌクレオチドのアレイを形成する。
【００１２】
米国特許第５，８０７，５２２号は、規定された体積の液体を基板上に汲み出すために効果的な条件下で、キャピラリーディスペンサーを基板上でタップすることによりアレイの各アドレスで既知の体積の試薬を分配する工程を包含する、生物学的サンプルのマイクロアレイを作製するための堆積方法を記載する。
【００１３】
インサイチュおよび堆積の両方のマイクロ製作技術の最大の欠点の１つは、一旦製作されると、アレイの完全さを実証することができないことである。各アドレスに固定される化合物を分析しないと、堆積化学の完全さを簡単に実証できない。このような分析は、非常に労力がかかり、そして固定された化合物の量が分析および続く使用に十分でないために、非常に高密度なアレイでさえ不可能である。
【００１４】
さらに、各アレイは改めて作製されるので、合成された各アレイの完全さは、疑わしい。アレイが高い忠実度で製作されたことを実証できなければ、特定のアドレスでのシグナルの不在は、明確に説明できない。このシグナルの不在は、そのアドレスでの失敗した合成または固定化に起因し得る。
【００１５】
堆積方法は、さらなる欠点をももつ。自動化堆積は一般にロボット流体送達システムを使用する。ロボットはマイクロカード上の特定の位置に移動し、特定の量の流体を送達する。流体は、非接触エゼクター（例えば、インクジェットノズル）または実際にマイクロカードの表面に接して流体を放出する接触エゼクター（例えば、ペン、クイル、またはファイバー）のいずれかによりマイクロカード上に堆積される。インクジェット、ペン、およびクイルは、一般的なデバイスの適応であり、そしてそれぞれが、信頼性の問題を有する。インクジェットは、流体が注意深くノズルに最適化される場合には十分に役立つ。しかし、同じノズルを通して多くの異なる流体を堆積する場合、各流体の最適化は非実用的である。ペンおよびクイルは、少数のプレート上に堆積するためには非常に有用であるが、費用効果の高い生産のためには遅すぎる。ファイバーピストン送達システムは、流体堆積の信頼し得る手段として有望に見えるが、非常に多数の反応部位のために非実際的な数のファイバーを必要とする。
【００１６】
エゼクターの信頼性の問題に加えて、現在の自動化エゼクターデバイスを用いて、数千の異なるプローブ流体を堆積する総時間は、他のアプローチの費用を超えてマイクロカードの費用を増大させる（すなわち、自動化プロセスは費用効果が高くない）。いくらか驚くべきことに、このことは、ロボットによる流体堆積の速さに起因するのではなく、その速さは比較的早い。むしろ、総堆積時間を受け入れ難くするのは、スライドのウィッキング工程、クリーニング工程、および充填工程のような他のオンライン手順の組み合わせである。数千の個々のプローブ液体を有することは、ロボットが、他のプローブ液体をエゼクターまたはクイルのリザーバー内に充填（ウィック）する前に、１つのスライド上に２、３のスポット（いくつかの複製を仮定して）のみを堆積し得るということを意味する。ウィッキングは、通常プローブ流体を含む開放容器を提供する工程を包含し、その結果、ロボットは、エゼクター／クイルをこの流体内へ移動し得、そしてこの流体を真空または毛細管作用によりエゼクター／クイル中のリザーバー内に充填し得る。このプロセスは、数秒間かかり得、そして新しいプローブ流体の分配が行なわれるたびに実施されなければならない。また、新しいプローブ流体を導入する前に、エゼクター／クイルは、新しいプローブ流体に前の流体が混入するのを防止するために洗浄されなければならない。このクリーニング工程は、通常エゼクター／クイルをクリーニング溶媒で洗い流す工程、およびそれらを流気体で乾燥する工程を包含する。このクリーニング工程はまた、数秒間かかり、そして新しいプローブ流体の分配が行なわれるたびに実施されなければならない。さらに、ロボットの作業場内にスライドを充填する（および抜き出す）工程がまた、全体の処理時間に加わる。ウィッキング工程、クリーニング工程、および充填工程は、オンライン手順であるため、それら全てが、堆積の総時間に加わる。多くのスライドを１度にスポットする工程は、ロボット堆積時間を改善するが、同じウィッキング工程およびクリーニング工程の時間を異なる流体を堆積させる前になお必要とする。それ故、ウィッキング工程、クリーニング工程、および充填工程の時間だけで、このプロセスは、時間の浪費でかつ費用がかかり過ぎて、実現可能な代替案として考慮できない。
【００１７】
結果として、インサイチュアプローチも現在の自動化アプローチも、マイクロアレイの大量生産の信頼性のある手段、または費用効果の高い手段ではない。それゆえ、現在利用可能なインサイチュ方法および堆積方法に関連する問題を避け、そして少量の少なくとも２つの化学種を接触させるための接触点のマトリックスまたはアレイを提供する、マイクロアレイを作製する方法の必要が存在する。さらに、増加した数の混合点ならびに化学種間の改善された接触効率を提供し得るマイクロアレイのためのより有利な構造の必要が存在する。
【００１８】
固体基板上に化学鎖および化合物を合成するための機械は、長年にわたって存在する。代表的にはこのような合成機は、固体ビーズ上に１度に１種のホスホルアミダイト（ｐｈｏｓｐｈｏｒａｍｏｄｉｔｅ）（塩基）を添加することによりオリゴヌクレオチドを作製する。塩基（Ａ、Ｔ、ＣまたはＧ）は、所望の配列および長さの鎖内に共に配列される。これらの塩基を添加するプロセスは、製造業者によって変わり得る。固体基板は、通常小さいポリスチレンまたはガラスのビーズ（代表的には直径１ｍｍ未満）のバッチである。複数のビーズが、容器内に置かれ、そして流体がビーズに通される。このプロセスは、通常以下のプロセスによりこれらのビーズを添加する工程を包含する：（１）脱トリチル工程、（２）塩基（Ａ、Ｔ、ＣまたはＧ）を適用する工程、（３）活性化剤を添加する工程、（４）キャッピング剤（ｃａｐｉｎｇ ａｇｅｎｔ）ＡおよびＢを適用する工程、（５）第１の溶媒で洗浄する工程、（６）酸化剤を適用する工程、ならびに（７）第２の溶媒で洗浄する工程。このプロセスは、ビーズ上に１つの塩基を添加し、そして所望の各塩基で繰り返す。唯一のプロセス変数は、所望の化合物または鎖により決定される塩基Ａ、Ｔ、ＣまたはＧである。全ての所望の塩基が添加された後、このオリゴ（ｏｌｉｇｏ）はアンモニア溶液によりビーズから切断（分離）される。抽出プロセス（例えば、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ））は、このオリゴをアンモニアから分離および精製する。最終オリゴ生成物は、液体形態であり、しばしば使用されるか販売される前に、印を付けられ、そして貯蔵される。次いで、使用者は、別のセットの工程を（代表的にはロボットを使用して）実行し、分析の目的のために液体オリゴを固体基板上へ堆積しそして固定化しなければならない。
【００１９】
現在の合成機の不利益は、最終生成物がしばしば適用準備できていないということである。この生成物は、液体形態であり、代表的には目録に記載され、貯蔵され、そして通常、分析される別の基板（例えば、タイタープレートまたはマイクロスライド）上に再適用されなければならない。より効率的なプロセスは、究極的に分析される同じ基板上にこのオリゴを合成することである。さらに、溶液が基板に送り込まれるのではなく、基板が溶液に連続的に送り込まれるように、この合成プロセスが、自動化され得る場合、合成された生成物は、目録作製、貯蔵、または再適用の必要なしに、分析デバイス上に直接配置され得る。
【００２０】
（発明の要旨）
本発明の１つの局面に従って、少なくとも２つの化学種を接触するためのファイバーアレイが提供される。このファイバーアレイは、移動化学種を受容するためのチャネル、およびファイバー上に固定された第２の化学種を有し、支持プレート上に配置されるファイバーを有する支持プレートを備える。移動化学種が第２の化学種に接触し得るように、このファイバーの少なくとも一部は、チャネルに露出される。より詳細には、このファイバーアレイは、複数の平行なチャネルに、垂直に配置される複数の平行なファイバーのマトリックスとして構築され得、それにより、各ファイバーおよび各チャネルの間に接触点または混合点のマトリックスを作製する。
【００２１】
本発明はまた、少なくとも２つの化学種を接触するための方法、および少なくとも２つの化学種の間の接触を分析するための方法を提供する。この化学種を接触するための方法は、化学種のファイバー上ヘの固定化工程、このファイバーをチャネルを有する支持体上に配置する工程、および移動化学種がファイバーと接触するようにチャネル内に第２の移動化学種を配置する工程を包含する。２つの化学種の間の接触を分析するための方法は、複数の光ファイバーの少なくとも第１のファイバー上に、固定される化学種を固定する工程、複数のチャネルを有する支持体上に複数のファイバーを配置する工程、移動化学種が複数の光ファイバーの少なくとも第１の光ファイバーに接触するように複数のチャネルの少なくとも第１のチャネル内に移動化学種を配置する工程、複数の光ファイバーの少なくとも第１の光ファイバーの末端内に光を向ける工程、および複数の光ファイバーの少なくとも第１の光ファイバーの表面から発せられる励起光を調べる工程。この励起光は、ファイバーから発せられた光であり、そしてまた２つの化学種の間の相互作用の指標として生じる結合光として以下で参照され得ることが理解されるべきである。
【００２２】
本発明はまた、複数の接触点を有するマイクロチップを作製するための方法を提供し、この方法は、複数の既知の化学種を別個のファイバーに固定する工程、およびこれらのファイバーの各々を、分析物を受容するための複数の平行かつ流体独立したチャネルを有する支持体に配置する工程を包含し、ここで、この複数のファイバーは、この支持体上に平行に、そして複数のチャネルに対して実質的に垂直に配置され、これによって各ファイバーの部分と各複数のチャネルとの間に接触位置の行列を形成し、その結果、ファイバーの各々が分析物に接触する。
【００２３】
本発明はまた、２つの化学種の結合を検出するための装置を提供する。この装置は、ファイバー上に固定された化学種に結合した移動化学種から放出される励起光を受容するための、光検出器を備える。この装置はまた、光源、光をファイバーの末端に指向するための集束レンズ、および光検出器と電気的に接続するための電気的測定デバイスを備える。
【００２４】
本発明に従って、２つの化学種の結合を検出するための方法がさらに提供され、この方法は、移動化学種と接触された固定された化学種を有するファイバーに光を指向する工程、および固定された化学種に結合した化学種から放出される励起光を検出する工程を包含する。
【００２５】
本発明の別の局面において、少なくとも２つの化学種を接触させるための、ファイバーホイール混合装置が提供される。このファイバーホイール混合装置は、周囲側壁を有するホイール、この周囲側壁に配置される少なくとも１つのファイバー、およびこのファイバー上に配置される固定された化学種を備える。このファイバーホイール混合装置を作製するための方法、およびこのファイバーホイール混合装置を使用するための方法もまた、提供される。
【００２６】
本発明のファイバーホイール混合装置は、２つ以上の化学種の低費用の接触方法を提供する。各ホイールが、数十万の混合点を提供する、数十万のファイバーセグメントを備え得る。このようなホイールを予め調製し、そして保存することによって、注文製造されるファイバーホイール混合装置が容易に調製され、数十万〜百万以上の混合点を提供し得る。この種類の大量接触装置は、代表的な従来のスポット技術より有意に増大されたスループットを提供する。このスループットはまた、ファイバーの長さおよび各ホイールに配置されるファイバーの数によって、直線的に決定される。さらに、複数のホイールを使用することによって、複数のサンプルが同時に混合および試験され得る。複数のサンプルのための処理時間は、単一のサンプルを処理するための時間よりさほど大きくないので、１サンプルあたりの労働費もまた、削減され得る。
【００２７】
本発明に従って、ファイバー上で化学化合物を合成するための装置がさらに提供され、この装置は、化学種前駆体をファイバー上に配置し得る少なくとも１つのデポジター、ファイバーと化学種前駆体とを互いに近づけて化学種前駆体がファイバー上に配置されるようにするためのトランスポーター、および複数の化学種前駆体の各々がファイバー上に配置される順序を制御するためのセレクターを備え、これによって所定の化学種がファイバー上で合成される。
【００２８】
本発明のなおさらなる１局面に従って、化学種をファイバー上で合成するための方法が提供され、この方法は、複数の化学種前駆体をファイバー上に配置する順序を決定する工程、およびこの前駆体の各々をこの順序でファイバー上に配置して所定の化学種を合成する工程を包含する。
【００２９】
最後に、本発明に従って、２つの化学種の間での接触を分析するための方法が提供され、この方法は、所定の化学種をファイバー上で合成する工程、このファイバーを移動化学種と接触させる工程、このファイバーに光を通す工程、このファイバーから放出される励起光を検出する工程を包含する。
【００３０】
本発明はさらに、マイクロチップを読み取るためのシステムを提供する。このシステムは、複数の光ファイバーを備え、これらの各々の上にポリヌクレオチドプローブが固定され、そして各々が、第一末端を有する。このシステムはまた、複数のファイバーのための支持体を備え、この支持体は、第一分析物を受容するための平行かつ流体独立した複数のチャネルを有し、ここで、この複数のファイバーは、この支持体に対して平行に、かつこの複数のチャネルに対して実質的に垂直に配置され、これによって、各ファイバーと各チャネルとの間に、接触位置の行列を形成し、その結果、ファイバーの各々が、第一分析物に接触する。このシステムは、光を発生するための光源、この光をファイバーの各々の末端に集束させるための集束レンズ、接触位置の各々から放出される励起光を受容するために配置される光検出デバイス、および支持体に接続され、末端の各々を光と整列させるための移動デバイスを、さらに備える。
【００３１】
本発明の他の特徴および利点は、以下の説明から明らかであり、これから、添付の図面と組み合わせて、好ましい実施形態が詳細に記載される。
【００３２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明のファイバーアレイは、少なくとも２つの化学種を接触させるための、簡単かつ信頼できるシステムを提供する。ファイバーの使用によって、本発明のファイバーアレイは、現在利用可能なマイクロアレイにまさる無数の利点を提供する。例えば、１つまたは複数の化学種が上に固定されたファイバーは、予め調製され得、そして保存され得、これによって注文されたアレイの迅速な組み立てが可能となる。非常に重要なことに、異なる種類の化学種を含む注文されたアレイが、単一の種類の化学種を含むアレイと同様に、好都合にかつ迅速に調製され得る。
【００３３】
さらに、本発明のアレイは、当該分野において現在達成不可能な信頼性を提供する。上述の従来のものについては、使用前にアレイの一体性を確認することが、事実上不可能である。アレイ内の各点に固定された化学種が、個々に分析されなければならない。少量の化学種が点に固定される場合には、非常に労力集約的な作業が、不可能でさえあり得る。本発明のアレイにおいては、ファイバーに固定された化学種の一体性は、単に、ファイバー全体のうちの小さな部分を分析することによって、決定され得る。従って、ファイバーの使用によって、本発明は、数種から数千、数百万、または数億までのアレイの固定された化合物を、迅速に、再現性よく、そして当該分野において先行されなかった程度の正確さで、構築する能力を初めて提供する。
【００３４】
さらに、アレイを作製するための化学が、予め実施され得るので、本発明のファイバーアレイはまた、既存の堆積法による化学物質の固定に関連する、ウィッキング、クリーニング、およびオンラインローディングを回避する。
【００３５】
ファイバーアレイの構築は、比較的簡単である。アレイ上のファイバーの配置は、一般に、１方向にのみ感受性である。なぜなら、各ファイバーがその軸に沿ったいずれかの位置に配置され得るからである。しかし、微小アレイのスポッティングは、二次元で規定される非常に特定された位置に配置されなければならない何千もの液滴の取り扱いを必要とする。さらに、スポッティングは、接触点間の汚染をもたらし得るが、固定された異なる化学種を各々が有するファイバーが、減少したこのような汚染の可能性で互いに隣接して配置され得る。インサイチュの方法は、特殊化した化学および／またはマスキングストラテジーを開発する必要がある。対照的に、本発明のアレイは、これらの欠点に悩まされない。これらは、周知の化学を利用し得、そして規定されたｘｙ−座標に正確な容量の液体を配置する必要がない。本発明のファイバーアレイの大きさはまた、比較的小さなアレイを使用して多数の接触点を可能にし、これによってアレイを作製する費用を減少させる。本発明のファイバーアレイはまた、有意な重複の必要なしに、多数の接触点を提供する。
【００３６】
本発明のファイバーアレイを使用することにより、第一の化学物質が、ファイバーの接触の順に、アレイ中のチャネル内に容易に分配されることが可能である。さらに、異なる化学種が、チャネルの各々に分配され得、これによって各接触点が独自であることが可能である。さらに、本発明の好ましいファイバーアレイは、比較的高いシグナル対ノイズ比を提供する。なぜなら、光学特性を有するファイバーの使用が、接触点のより制御された照射を可能にするからである。本発明のファイバーアレイは、特にハイブリダイゼーションによる配列決定のような応用のためのハイブリダイゼーションアッセイによる核アレイを実施する際に、およびとりわけ、多型を検出する際に、使用するために適している。
【００３７】
図１〜３は、本発明に従うファイバーアレイの１つの実施形態の種々の図である。図１は、ファイバーアレイ１００の頂平面図であり、支持プレート１０２、一対の端壁１０４、２０２、および複数のチャネル壁１０６を備え、これらのチャネル壁は、支持プレート１０２の一端から反対の末端まで延びる。チャネル壁１０６は、複数のチャネル１０８を形成し、これらはまた、支持プレート１０２の一端から反対の末端まで延びる。これらのチャネルは、目的の化学種を含む流体を受容するためのものである。好ましくは、チャネル壁１０６およびチャネル１０８は、本質的に平行である。
【００３８】
ファイバーアレイ１００は、複数のファイバー１１０をさらに備え、これらのファイバー上には、チャネル１０８内に分配される化学種と接触するべき目的の化学種が固定されている。ファイバー１１０は、複数のチャネル壁１０６の上に配置され、その結果、各ファイバー１１０が、各隣接するファイバー１１０から物理的に分離される。好ましくは、ファイバー１１０は、互いに対して本質的に平行であり、かつチャネルに対して本質的に垂直である位置に配置され、その結果、各ファイバー１１０の一部が、各チャネル１０８内の流体と流体接触する。ファイバー１１０の、チャネル１０８に対するこの配置は、チャネル１０８の各々の中の流体中の化学種と、各ファイバー１１０上に固定された化学種との間の、接触点１１２もしくは混合点の、行列もしくはアレイを、効果的に作製する。
【００３９】
図２は、本発明に従うファイバーアレイ１００の、図１の線２−２に沿った断面図である。チャネル壁１０６は、ファイバー１１０を受容するよう設計される。示すように、チャネル壁１０６は、チャネル壁１０６の頂部に溝２００を有して、ファイバー１１０を受容する。これによって、ファイバー１１０は、チャネル１０８内へと延びて、ファイバー１１０の各々の少なくとも底部と、チャネル１０８内の流体との間に、直接的な接触を提供し得る。ファイバー１１０の形状に基づいて、溝２００の異なる形状を使用し得ることが、当業者に理解される。
【００４０】
図３は、本発明に従うファイバーアレイ１００の、図１の線３−３に沿った断面図である。チャネル１０８は、チャネル壁１０６および支持プレート１０２の頂部によって形成され、そして端壁１０４、２０２により終結されるまで、支持プレート１０２に沿って延びる。再度、各ファイバー１１０の底部は、各チャネル１０８に曝露され、その結果、チャネル１０８内への流体の配置が、この流体中の化学種と、ファイバー１１０の各々に固定された化学種との間に接触をもたらす。
【００４１】
支持プレート１０２、端壁１０４、２０２、およびチャネル壁１０６は、目的の化学種に対して本質的に不活性な任意の材料から作製され得る。当業者は、これらの特徴のために適切な材料を選択し得る。１つの実施形態においては、支持プレート１０２、端壁１０４、２０２、およびチャネル壁１０６は、疎水性材料から作製されて、チャネル壁１０６を通る流体の漏出を減少させ得、これによってファイバー１１０のみを濡らし、そして必要な流体の量を減少させる。支持プレート１０２、端壁１０４、２０２、およびチャネル壁１０６の寸法は、チャネル壁１０８の数を含めて、所望されるアレイの大きさ、およびチャネル１０８に分配するために利用可能な流体の量に依存して、変化され得ることが、理解されるべきである。しかし、チャネル壁１０６および溝２００の高さ、ならびにチャネル壁１０６間の距離は、ファイバー１１０の表面積がチャネル１０８内の流体に十分に露出されることを確実にするような相対的な大きさに維持することが、重要である。さらに、チャネル壁１０６の厚みもまた、ファイバーアレイ１００の全体的な大きさを最適化するために、変化され得ることが、理解されるべきである。本発明に従って作製され得るアレイの寸法を限定することなく、支持プレートに対する代表的な寸法は、１ｃｍ〜１０００ｃｍの範囲であり得る。チャネル壁の厚みは、１０μｍ〜１０００μｍの範囲であり得、そしてチャネル幅は、１０μｍ〜１０００μｍの範囲であり得る。チャネル壁の高さもまた、１０μｍ〜１０００μｍの範囲であり得る。
【００４２】
ファイバー１１０は、特定の種類の化学種を固定するために適した、事実上任意の材料または材料の混合物から構成され得る。例えば、図１２に関連して記載されるように、このファイバーは、導電性ワイヤであり得る。あるいは、このファイバーは、光ファイバーであり得る。さらに、用語「ファイバー」の使用は、その組成または構成材料あるいは形状に関して、いかなる限定をも与えることを意図されない。好ましくは、ファイバー１１０は、化学種を固定するために使用される条件下で、あるいは所望のアッセイ条件下で、溶融したり、分解したり、または別の様式で悪化したりしない。さらに、ファイバー１１０は、所望のアッセイ条件下で、固定された化学種を容易には放出しない材料または材料の混合物から、構成されるべきである。実際の材料の選択は、他の要因のうちでもとりわけ、固定された化学種の本質および固定の様式に依存し、そして当業者に明らかである。
【００４３】
以下でファイバー１１０の調製に関してより詳細に記載するように、化学種の共有結合的付着を使用する実施形態においては、ファイバー１１０は好ましくは、共有結合的付着を起こすために適切な活性基で容易に活性化され得るか、または誘導体化され得る、材料または材料の混合物から構成される。適切な材料の非限定的例としては、以下が挙げられる：アクリル、スチレン−メチルメタクリレートコポリマー、エチレン／アクリル酸、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ＡＢＳ／ポリカーボネート、ＡＢＳ／ポリスルホン、ＡＢＳ／ポリビニルクロリド、エチレンプロピレン、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ニトロセルロース、ナイロン（ナイロン６、ナイロン６／６、ナイロン６／６−６、ナイロン６／９、ナイロン６／１０、ナイロン６／１２、ナイロン１１およびナイロン１２を含む）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙｃａｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）（ＰＡＮ）、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（低密度、直鎖状低密度、高密度、架橋および超高分子量等級を含む）、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンコポリマー、ポリスチレン（一般用および耐衝撃性等級を含む）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）、フッ素化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）、ポリビニルフルオリド（ＰＶＡ）、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリエチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、シリコンスチレン−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、スチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）、金属酸化物、およびガラス。
【００４４】
好ましい実施形態において、ファイバー１１０は、光ファイバーである。光ファイバーは、代表的に、直径が約１０μｍと１０００μｍとの間であり、そして目的の波長において光学的導体である限り、事実上任意の材料から構成され得る。例えば、光ファイバーは、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリメタクリルフェニルシロキサン、または重水素化メチルメタクリレートのような有機材料であり得るか、あるいはガラスのような無機材料であり得る。本発明の特定の実施形態において、このような光ファイバーを通して指向される光のビームを使用して、流体中の化学種とファイバー中の化学種との間の相互作用を検出および／または定量し得る（以下に記載する）。
【００４５】
各ファイバー１１０が、異なる化学種、または複数の化学種を、ファイバー１１０に沿った異なる位置に、またはファイバー１１０の複数の層内に、実際に含むことが、理解されるべきである。従って、各ファイバー１１０の調製およびそこへの所望の化学種の固定は、使用されるファイバー１１０の種類、固定の様式、および化学種の本質に依存して、変化する。種々の化学種が固定されたファイバーを調製するための種々の方法が、後の節に詳細に議論される。
【００４６】
ファイバーアレイ１００が含むファイバー１１０の数は、所望の行列の大きさ、またはチャネル１０８内の化学種と反応することが所望される異なる化学種の数に依存して、変動する。ファイバー１１０は、ほとんど任意の長さであり得る；しかし、この長さは、好ましくは、すべてのチャネル１０８を横切るに十分であるべきである。しかし、ファイバー１１０は、事実上、任意の長さ、直径、または形状であり得ることが、理解されるべきである。
【００４７】
ファイバーアレイ１００の一般的な操作および使用において、１つの目的の化学種を含む流体が、チャネル１０８に分配される。この流体は、流体を分配するための、当該分野において公知の任意の方法（例えば、ポンピング、吸引（ａｓｐｉｒａｔｉｎｇ）、重力流、電気的パルス化、減圧もしくは吸引（ｓｕｃｔｉｏｎ）、毛管現象、または電気浸透）を使用して、分散され得る。（流体をファイバーアレイ１００に分配するための１つのデバイスを、以下に図１０に関して記載する。）十分な流体が分配されて、いくつかまたは全てのファイバー１１０の一部と確実に接触する。このファイバーは、２つの化学種の間での相互作用を促進する条件下で、この促進を導く時間にわたって、この流体と接触する。流体中の過剰の化学種がこの相互作用の検出を妨害する例においては、この流体が除去され得、そしてファイバーが必要に応じて、検出の前に洗浄され得る。流体中の化学種とファイバー１１０上の化学種との間の相互作用が、存在する場合には、１つ以上の接触点１１２において分析される。
【００４８】
核酸のハイブリダイゼーションを包含するアッセイのようないくつかの場合において、アッセイの間に、ファイバーアレイの温度を制御することが所望され得る。これは、種々の従来の手段を使用して達成され得る。例えば、デバイスが適切な電導体（例えば、陽極処理アルミニウム）から構成される場合、このデバイスは、適切に制御された外部熱源と接触され得る。この場合、ファイバーアレイは、本質的に加熱ブロックとしてはたらく。あるいは、チャネル内に配置される流体の温度を制御するために、チャネル１０８にヒーターおよび熱電対が備えられる。
【００４９】
相互作用を分析する方法は、特定のアレイに依存する。例えば、２つの化学種がそれぞれ、１メンバーの分子の結合対（例えば、リガンドおよびそのレセプター、または２つの相補的ポリヌクレオチド）を構成する場合、その相互作用は、溶液中で、結合すると検出可能なシグナルを生成する部分でその１メンバーの対（典型的には、化学種）を標識化することによって、簡単に分析し得る。結合が起こる接触点１１２のみが、検出可能なシグナルを生成する。
【００５０】
検出可能なシグナルを生成し得る任意の標識を使用し得る。このような標識には、放射性同位体、発色団、蛍光団、発光団、化学発光部分などが挙げられるが、これらに限定されない。この標識はまた、例えば、光放射反応または比色反応を触媒し得る酵素のような、検出可能なシグナルを生成し得る化合物であり得る。好ましくは、標識は、例えば、発色団または蛍光団のような、光を吸収または放射し得る部分であり得る。
【００５１】
あるいは、化学種の両方は標識化されず、そしてそれらの相互作用が、その相互作用を特異的に検出するレポーター部分を用いて間接的に分析される。例えば、固定化抗原と１次抗体との間（またはその逆）の結合を、抗原−１次抗体複合体に特異的な標識化２次抗体を用いて分析し得た。多核酸に関して、ハイブリッドの存在は、二本鎖核酸に特異的な挿入色素（例えば、臭化エチジウム）により検出され得た。
【００５２】
当業者は、接触点における２つの化学種の間の相互作用を検出する上記の様式は、単なる例示にすぎないことを理解する。化学種間の種々の型の相互作用を検出する他の方法は、当該分野で周知であり、そして容易に使用し得るか、または本発明のファイバーアレイを用いる使用に適合し得る。
【００５３】
各チャネル１０８は互いのチャネル１０８から流体的に隔離されているため、異なる化学種が、各チャネル１０８に分配され得ることを理解するべきである。各ファイバー１１０が、そこに固定された異なる化学種を有する場合、このファイバーは、各接触点１１２が固有である接触点１１２のマトリクスを生成する。さらに、操作の好ましい様式ではないが、化学種を同じチャネル１０８に連続的にかまたは同時に分配し得る。例えば、ファイバー１１０に固定された化学種が、ファイバー１１０上でインサイチュで合成される場合、連続分配が特に有用である。
【００５４】
図４〜６は、本発明に従うファイバーアレイ４００の別の実施形態の様々な図である。ファイバーアレイ４００は、ファイバーアレイ１００と類似しているが、さらにカバープレート４０２を有する。図４〜６は、本質的に、図１〜３と同じ図であるが、カバープレート４０２を示す。カバープレートはファイバーアレイの操作および使用に便利であるが、これは必要ではないことが理解されるべきである。
【００５５】
図４は、本発明に従うファイバーアレイの上面図である。カバープレート４０２は、チャネル１０８の一端で別々のチャネル１０８とそれぞれ流体接続する、複数のチャネル入口ポート４０４、ならびにチャネル１０８の反対端で別々のチャネル１０８ともまたそれぞれ流体接続する複数のチャネル出口ポート４０６を備える。チャネル入口ポート４０４は、開口部を提供し、この開口部を通って目的の化学種を含む流体がそれぞれのチャネル１０８に分配される。チャネル出口ポート４０６により、この流体がファイバーアレイ４００を出る。支持プレート１０２と同様に、カバープレート４０２は、目的の化学種に対して本質的に不活性な任意の材料から作製され得、そして当業者は、適切な材料を選択し得る。さらに、カバープレート４０２は、接触している化学種の間の相互作用の検出を容易にするために透明であり得ることが理解されるべきである。
【００５６】
図５は、図４の線５−５に沿ったファイバーアレイ４００の断面図である。カバープレート４０２は、一対の末端壁５０４、５０６を備え、これらの末端壁は、それぞれ、支持プレート１０２の末端壁１０４、２０２と連結する。このカバープレート４０２は、複数のチャネル壁５０８をさらに備え、これらのチャネル壁はまた、チャネル壁１０６と連結して、各チャネル１０８を封鎖し、その結果、流体は一方のチャネルから他方へと通過し得ない。チャネル壁５０８はまた、ファイバー１１０を受容するための溝部５１０を有する。チャネル壁５０８とチャネル壁１０６はまた連結して、ファイバー１１０の溝部５１０、２００内に存在する部分を囲いそして固定する。カバープレート４０２は、２つの材料の特定の組成に依存して、この２つの材料を接着するための任意の方法によって、支持プレート１０２に固定され得ることが、理解されるべきである。例えば、拡散接合、不活性接着剤、レーザー溶接もしくは超音波溶接、またはファスナーの全てを使用し得る。２つの構造体を一緒に固定するための他の方法は、当該分野で周知である。
【００５７】
図６は、図４の線６−６に沿ったファイバーアレイ４００の断面図である。チャネル１０８は、ファイバー１００の上下に伸長し、その結果、これらのチャネル１０８に曝されたファイバー１１０の長手軸部分は、これらのチャネル１０８に導入される流体によって囲まれ得る。チャネル出口ポート４６は、カバープレート４２を通って伸長し、流体を、チャネル１０８からカバープレート４２を通ってファイバーアレイ４００の外に出す。これらのチャネル入口ポートは、流体を、カバープレート４２を通ってチャネル１０８に通すのと同様の様式で構成される。
【００５８】
カバープレート４０２を備えるファイバーアレイ４００の操作および使用は、カバープレート４０２のないファイバーアレイ１００と本質的に同じである。しかし、カバープレート４０２は、チャネル１０８の各々を流体密閉し、それによりチャネル１０８を通して流体を移動させるために使用される他の方法を可能にする。例えば、ポンプを使用して、チャネル１０８に流体を加圧し、これにより流体をチャネルに強制的に通し得る。あるいは、遠心力を使用して、流体をチャネルに強制的に通し得る。
【００５９】
図７は、図４のファイバーアレイ４００の別の実施形態の断面図であり、支持プレートとカバープレートとの間にファイバー１１０を固定するための好ましい設計を示す。示されるように、支持プレート７００は、ファイバー１１０を受容するための溝部７０２を備える。カバープレート７０４は、複数の歯７０６を備え、これらの歯は、溝部７０２に対応し、そしてこれと連結する。この構成によって、このカバープレートを支持プレート７００に固定する際、このカバープレートがより容易に整列し得る。なぜなら、任意の歯７０６が、任意の溝部７０２と連結し得るからである。歯および溝部について任意の設計または形状を使用し得ることが理解されるべきである。さらに、ファイバーアレイ４００は、ファイバー１１０を固定するための溝部なしで構成され得、そしてこのファイバーは、支持プレートをカバープレートに固定する際に、単に、この支持プレートとカバープレートとの間に挟まれ得ることが理解されるべきである。
【００６０】
図８は、カバープレート４０２を有するファイバーアレイ４００のチャネル１０８を通して流体を移動させるためのデバイスの上面図である。回転プレート８００は、その中心軸の周りで回転し得る任意のデバイスであり得る。ファイバーアレイ４００は、回転プレート８００に固定され、その結果、チャネル入口ポート４０４は、この回転プレート８００の中心付近に配置され、そしてチャネル１０８は、回転プレート８００の外周に向かって半径方向外向きに伸長する。ファイバーアレイ４００は、当該分野で公知の任意の手段（例えば、フック、クリップ、ネジ、ボルト、磁石など）によって回転プレート８００に固定され得る。回転プレート８００はその軸の周りで回転し、遠心力が、流体を、チャネル入口ポート４０４付近のチャネル１０８の端からチャネル１０８を通ってチャネル出口ポート４０６まで移動させ、それによって各ファイバー１１０を通って流体を移動させる。チャネル出口ポート４０６は、回転中、流体がファイバーアレイから出るのを防ぐために封鎖され得る。さらなるファイバーアレイが、同時に回転プレート８００上に配置され得ることが認識されるべきである。
【００６１】
図９は、本発明に従うファイバーアレイ９００の別の実施形態の上面図である。ファイバーアレイ９００は、図１〜８に関して記載されたファイバーアレイと同様であり、複数のファイバー１１０、およびこれらのファイバー１１０を横切る複数のチャネル９０２を備える。好ましくは、これらのファイバー１１０は、本質的に、互いに平行であり、これらのチャネル９０２は、本質的に、ファイバー１１０に対して垂直である。しかし、ファイバーアレイ９００は、複数のチャネル入口ポート９０４をさらに備え、これらのポートは各々、それぞれのチャネル入口ライン９０６と連結されている。各チャネル入口ライン９０６は、それぞれのチャネル９０２の一端と連結され、流体を、チャネル入口ポート９０４の各々からファイバーアレイ９００内のそのそれぞれのチャネル９０２まで通過させる。各チャネル９０２の反対端は封鎖される。
【００６２】
チャネル入口ポート９０４は、簡単に、かつ流体を非常に小さな開口部に分配するための技術およびマイクロサイズの装置を使用することなく、流体を各チャネル入口ポート９０４に分配するのを容易にするように配置される。より大きな開口部を有する各チャネル入口ポート９０４は、流体を分配するためのより大きな装置（例えば、ピペットまたはシリンジ）に適合し得、それにより少量の流体の移動に関連する誤差を減らす。
【００６３】
このような大きな開口部を提供するために、チャネル入口ポート９０４は、ファイバーアレイ９００に隣接して配置され、そしてそれらのそれぞれのチャネル９０２に、チャネル入口ライン９０６によって連結される。図９は、１０個のチャネル入口ポート９０４のいくつかのグループを示し、これらの各々は、ファイバーアレイ９００の側面に交互に配置される。１グループ内の各チャネル入口ポート９０４は、その隣のチャネル入口ポート９０４からの２つの方向でオフセットである。具体的には、各チャネル入口ポート９０４は、チャネル入口ポート９０４の開口部のサイズと等しい距離だけ、チャネルに対して平行な方向においてオフセットであり、そして１つのチャネル幅に等しい距離だけ、ファイバー１１０に対して平行な方向においてオフセットである。これは、各チャネル入口ライン９０６が増加する長さを有することを必要とする。しかし、この様式において、チャネル入口ポート９０４のサイズ、ならびにチャネル入口ポート９０４とそのそれぞれのチャネル入口ライン９０６とそのそれぞれのチャネル９０２との間の配置は維持され得る。
【００６４】
チャネル入口ポート９０４は、１グループ内の隣接するチャネル入口ポート９０４の全ての幅（ファイバーに平行な方向で測定される）が、１つのチャネル入口ポート９０４の開口部のサイズと等しくなるまで、この様式で配置される。チャネル入口ポート９０４のグループのこの配置は、次いで、ファイバーアレイ９００の反対側で繰り返される。チャネル入口ポート９０４およびそれらのそれぞれのチャネル入口ライン９０６のグループの交互の配置は、ファイバーアレイ９００に沿って無限に続く。これはチャネル入口ポート９０４およびそれらのそれぞれのチャネル入口ライン９０６の好ましい配置であるが、これらのチャネル入口ポート９０４は、実際に、ファイバーアレイ９００に沿って、任意の様式で配置され得ることが理解されるべきである。
【００６５】
各チャネル９０２の一端は封鎖されているため、チャネル９０２はまた、チャネル入口ライン９０６のグループに対応する交互の様式で配置されることが留意されるべきである。従って、交互の様式で、多数のチャネル９０２（チャネル入口ライン９０６の数と等しい）は、ファイバーアレイ９００の一方の側面上に開口部末端を有し、そして隣のグループのチャネル９０２は、ファイバーアレイ９００の他方の側面上にそれらの開口部末端を有する。さらに、チャネル９０２は、一端が封鎖されているため、チャネル出口ポートがない。従って、作動中、十分な量の流体が、簡単にチャネル入口ポート９０４に分配され、そしてチャネル９０２から除去されない。
【００６６】
図１０は、図１〜３のファイバーアレイ１００と共に使用するための流体分配デバイスの断面図である。流体分配デバイス１０００は、流体ディスペンサ本体１００２を備え、これは複数の流体ディスペンサ１００４を固定して保持し、これらの流体ディスペンサの各々は、流体ディスペンサ開口部１００６を有する。各流体ディスペンサ８４は、チャネル１０８上で整列され、その結果、各チャネル１０８につき１つの流体ディスペンサ１００４がある。しかし、より多いかまたは少ない数の流体ディスペンサ１００４が、さらなるチャネルを供給するためにか、または１つのチャネルにつき１つよりも多いディスペンサを提供するために使用され得ることが、理解されるべきである。流体は、流体送達システム１０１０に流体接続された流体供給ライン１００８によって、各流体ディスペンサ開口部１００６に供給される。この流体送達システム１０１０は、ポンプ、アスピレーターのような当該分野で公知の任意のシステムであり得、このシステムは、キャピラリー作用により、所定量の流体をレザーバから流体供給ライン１００８を通って移動して流体ディスペンサ開口部１００６から出すことによって、流体を測量し、流体を流体ラインに送達し得る。流体ディスペンサ開口部１００６によって、流体はチャネル１０８の中か、またはファイバー１１０上のいずれかに配置され得る。ディスペンサー開口部１００６は、単に、流体供給ライン１００８の末端における開口部、ノズル、ピペットチップ、シリンジもしくはニードルチップ、キャピラリー管、キルまたはインクジェットであり得る。流体が移送される他のデバイスが当該分野で周知である。流体送達システム１０１０はまた、様々な流体を測量し、流体供給ライン１００８の各々に送達する能力を有することが理解されるべきである。これにより、異なる化学種とファイバーの各々とを接触させる能力が可能となる。
【００６７】
流体ディスペンサ本体１００２は、チャネル１０８に対して平行な方向で流体ディスペンサ本体１００２を移動するように働く移動デバイス１０１２と連結される。これは、流体分配デバイス１０００が流体を、各チャネル１０８に沿った、または各ファイバー１１０上への様々な配置で分配するのを可能にする。さらに、移動デバイス１０１２は、ファイバーに平行な方向で流体ディスペンサ本体１００２を移動させ得る。所定のセットの流体ディスペンサー１００４が移動および整列されて、流体を対応するチャネル１０８の別のセットに分配し得るため、これは、より少ない流体ディスペンサー１００４の使用を可能にする。この移動デバイス１０１２は、水平面内の物質を特定のｘｙ−座標まで移動させるように作動する任意の型の機械的デバイス（例えば、コンベヤーまたは回転スクリューシステム）であり得る。この型の移動デバイスは、当該分野で周知である。
【００６８】
作動中、ファイバー１１０に固定された化学種と接触される化学種は、流体送達システム１０１０内のリザーバに保持されたキャリア流体中に配置され得る。例えば、コンピューター制御によって要求されると、流体ディスペンサー本体１００２は、ファイバーアレイ１００上の所望の位置まで移動され、そして流体送達システム１０１０が、流体を、流体ディスペンサ１００４まで送達し、そして最終的にそれぞれのチャネル１０８またはそれぞれのファイバー１１０上に送達する。ファイバーアレイの構造およびチャネル１０８の容積に依存して、分配される流体の量は変動する；しかし、十分な量の流体が分配されて、ファイバー１１０との適切な接触を保証するべきである。流体ディスペンサー本体１００２は、次いで、同じチャネル１０８に沿ってかまたは異なるチャネル１０８に沿って別の位置まで移動されて、さらなる流体を分配する。各流体ディスペンサ１００４は異なる流体を分配し得るか、または第２の流体が、第１の流体が分配された後に分配され得ることが理解されるべきである。後者の場合、第２の流体を分配する前に、流体供給ライン１００８および流体ディスペンサ１００４をリンスすることが適切であり得る。
【００６９】
図１１は、本発明に従うファイバーアレイの別の実施形態の一部の斜視図であり、これは電気浸透を使用して、ファイバーアレイのチャネルを通して流体を移動させ、流体とファイバーとを接触させるのを助ける。ファイバーアレイ１１００は、本質的に、上記のファイバーアレイと同一であるが、ファイバー１１１０は電導性である。ファイバー１１１０は、ファイバー１１１０に固定された化学種（示されず）の下にある電導性コーティング（示されず）（例えば、銀または金）を適用することによって電導性にされ得る。あるいは、ファイバー１１１０は、酸化インジウムスズのような、それ自体が物質的に電気伝導性であり、必要に応じて光を透過するファイバー１１１０を構成することによって、電導性にされ得る。電導性接触子１１１６は、支持プレート１１１８の縁部でファイバー１１１０を囲む。電導性接触子１１１６は、ワイヤ１１２２を使用して電源１１２４をファイバー１１１０の各々に電気的に接続するための手段として役立つ。ワイヤ１１２６は、電源１１２４をチャネル１１２０中の流体に接続し、それにより回路が完成する。
【００７０】
作動中、ファイバー１１１０は荷電し、そして電力を電源１１２４から各ファイバー１１１０の電導性接触子１１１６に、従って、各ファイバー１１１０の電導性コーティングに供給することによって、電気伝導性にされる。チャネル１１２０に分配される流体は、目的の化学種に加えて、電解質を含み、この電解質はワイヤ１１２６を使用して電源１１２４と接触し、それにより回路が完成する。電力をファイバー１１１０に供給することによって、目的の化学種を含む流体は電気浸透によってチャネル１１２０を通って移動し得る。電力は、次いで、隣接するファイバーに供給されて、流体をチャネル１１２０に沿ってさらに移動させる。電力は単一のファイバーまたはファイバーのグループに連続的に供給され得ることが理解されるべきである。電気浸透に必要な電圧は、使用される電解質、目的の化学種、およびチャネル壁を構成するのに使用される材料（これは、好ましくは、ガラスまたはプラスチックのように、非電導性であるべきである）と共に変動し得ることがまた理解されるべきである。ファイバーに適用される代表的な電圧は、数ボルトから数キロボルトの範囲であり得る。従って、電源１１２４は、このような範囲の電圧を提供することが可能でなければならない。
【００７１】
さらに、電気泳動力は、流体中の目的の化学種とファイバー上に固定された化学種との間のより大きな程度の接触を提供するために使用され得る。図１１の実施形態を使用して、ファイバーの極性および電解質流体は、キロヘルツ範囲内の振動数での振動様式で、電源１１２４を使用して反転され得る。交互様式で極性を反転することにより、流体中の目的の化学種は、ファイバー上の化学種に対してより近くに引き寄せられ、次いで所望の相互作用が起きない事象において放出される。ファイバーの近くへ流体中の化学種を引き寄せるプロセスは、化学種間の接触の効率を増加し得る。ファイバーから流体中の化学種を放出するプロセスは、誤った相互作用の数を減少することで相互作用の精度を増加し得、ここで相互作用は、目的の化学種間の本当の相互作用ではなく、ファイバーへの非特異的な結合に起因して検出される。これを達成するために必要な電圧および振動周波数は、流体の組成および目的の化学種に依存する。しかし、ファイバーから流体中の化学種を放出するために使用される力がファイバー上の化学種との本当の相互作用を破壊するほど大きくないに違いないことは、評価されるべきである。電気泳動の使用は、米国特許第５，６０５，６６２号および同第５，６３２，９５７号（これらの両方は、参考として本明細書中に援用される）においてさらに記載される。
【００７２】
図１１Ａは、本発明に従うファイバーアレイのさらに別の実施形態の一部分の斜視図である。この実施形態において、ワイヤー１１２２は、ワイヤー１１２６が位置付けられる末端から遠位のチャネルの末端で流体中に位置付けられ得る。ワイヤー１１２２およびワイヤー１１２６の両方のセットは、電源１１２４に接続され、これにより回路を完全にする。さらに、本発明が、例えば、電気−浸透圧または電気泳動を可能にするチャネル壁を使用して、荷電した表面を提供するために容易に適合され得ることは、認識されるべきである。
【００７３】
上記のように、本発明のファイバーアレイは、少なくとも２つの化学種を接触させるため、ならびにこれらの化学種間の相互作用を検出および／または定量するために使用される。当業者は、本発明のファイバーアレイを用いる用途のための適切な検出方法（例えば、以前に記載される方法）を選択し得る。いくつかの場合、特に、溶液中の化学種とファイバー上に固定された化学種との間の相互作用が、光の吸収または発光において差異を生じる、これらの実例（例えば、チャネル１０８内に配置される化学種が蛍光団で標識されるこれらの実例）では、ヒトの目、カメラまたは分光器のような光の評価デバイスを使用して、ファイバー１１０上のチャネル１０８内の化学種間の相互作用の結果として、各々の接触点１１２から出される光の量および／または波長を測定することは、望ましい。このことを達成するために、支持体プレート１０２全体は、照射され得るが、しかしこれは、所望でないバックグラウンドの照射を生成し得、そして光の評価デバイスにおいてノイズ対シグナル比を減少し得る。したがって、ファイバーアレイの一部分（例えば、評価のための一本のファイバーまたはファイバーの群）をより選択的に照射し、これにより接触点１１２間のより大きな区別を提供することは、望ましい。
【００７４】
図１２は、本発明に従うファイバーアレイの読み取り器１２００の実施形態の概略図である。ファイバーアレイ１２０２は、図１〜３に示されるファイバーアレイ１００、図４〜６におけるカバープレート４０２を有するファイバーアレイ４００、または図９におけるファイバーアレイ９００と同じであり得る。ファイバー１１０は光学ファイバーである。本発明の目的のために、光学ファイバーは、所定の波長または光の波長に対して透明であるファイバーとして使用される任意の材料であり得る。ファイバーアレイ読み取り器１２００は、ファイバー１１０の末端に向けられる、所望の波長を有する光線を生成する光源１２０４（例えば、励起レーザーまたはアーク灯）からなる。移動デバイス１２０６は、互いに対して、光源１２０４およびファイバーアレイ１２０２を移動するために使用される。移動デバイス１２０６により、互いに対して、光源１２０４が移動されるか、ファイバーアレイ１２０２が移動されるか、または両方が移動される。当該分野で公知の任意の移動デバイス１２０６（例えば、コンベヤーを前後に動かし得るリバーシブルなモーターにより動力を与えられるステッパーモーターまたはコンベヤー）が、使用され得る。赤外光センサーのような移動センサーを有する移動検出システム（示されず）は、移動デバイス１２０６の位置をモニターするために使用され得る。読み取り器１２００は、ヒトの目、カメラ（例えば、共焦点カメラまたはＣＣＤカメラ）または分光器のような、光を受けそして少なくとも定性的に光を評価し得る任意のデバイスを含み得る、光の評価デバイスまたは検出器１２０８をさらに含み得る。検出器１２０８は、ファイバー１１０およびチャネル１０８の交差点に存在する接触点または混合点１１２の上に位置付けされる。読み取り器１２００はまた、図１７に関して以下で議論されるように温度を上げるためのヒーター１２１２を含み得る。
【００７５】
作動中に、チャネル１０８の一端の入力孔１２１０中に流体が挿入される。これにより、ファイバー１１０は、ファイバー１１０上の固定された化学種と溶液中の化学種との間の相互作用を誘導する条件下で化学種を含む流体と接触される。各々のチャネルは、異なる流体または類似の流体を受容する。
【００７６】
図１３は、一旦化学種を含有する流体がファイバー１１０に接触した際の、図１２に示される光源１２０４とファイバー１１０との間の界面の概略図である。光源１２０４は、所定のファイバー１１０（またはファイバーの群）の末端へレンズ１３０２により集束される光線１３００を生じ、そしてこれは、ファイバー１１０の内側で内部反射する。好ましいレンズ１３０２は、ファイバー１１０の末端の焦点１３０４への光線１３００を形成する円柱状レンズである。焦点１３０４は、ファイバー１１０に対して垂直な平面を形成し得、その結果、ファイバー１１０および光源１２０４が正確に整列する必要はない。ファイバー１１０の内側で反射する光は、ファイバー表面を照射するファイバー１１０の表面上でエバネセント波１３０６を生成する。ＤＮＡハイブリダイゼーションの適用において、化学種またはサンプルフラグメント１３０８を含む流体は、蛍光団で標識されたＤＮＡフラグメントであり得る。プローブＤＮＡフラグメント１３１０は、上で説明されたようにファイバー１１０に取り付けられる。サンプルフラグメント１３０８の構造が、プローブＤＮＡフラグメント１３１０の構造と適合する場合、このサンプルフラグメント１３０８は、プローブＤＮＡフラグメント１３１０とハイブリダイズし、そしてファイバー表面に残存する。エバネセント波１３０６のみがファイバー表面付近に照射するので、蛍光団で標識されたサンプルフラグメント１３０８は、照射され、そしてプローブＤＮＡフラグメント１３１０とハイブリダイズする場合、蛍光発光する。一方、ミスマッチのＤＮＡは、ハイブリダイズせず、それゆえ蛍光発光しない。なぜならば、そのＤＮＡがファイバー表面に近くないからである。従って、サンプルフラグメント１３０８がチャネル１０８に注入されて、そしてファイバー１１０に曝される場合に、サンプルフラグメント１３０８の特定のプローブＤＮＡフラグメント１３１０とのハイブリダイゼーションは、蛍光の存在により示される。サンプルフラグメント１３０８とプローブＤＮＡフラグメント１３１０との間の相互作用が光の特定の波長の吸光度において増加または減少を引き起こす場合、接触点１１２の周囲領域は、いかなる相互作用も生じない接触点１１２と比較してより多量かまたはより少量のどちらかの光を発する。このエバネセント波１３０６の強度は、ファイバー１１０の表面からの距離に従い指数関数的に分散し、そして３００ナノメートルを超えるとほとんどが消滅する。従って、光線１３００のビームを受けているファイバー１１０（およびファイバー上の化学種、プローブＤＮＡフラグメント１３１０）のみが、照射される。ファイバー１１０の周囲の物質は照射されない。従って、光の評価デバイスまたは検出器により受信されるノイズ対シグナル比は、改良される。これらの選択的照射のために、本発明の光学的ファイバーアレイは、溶液中の化学種が、まず過剰かつ未反応の標識種を除去する必要なしに蛍光団で標識されるアッセイで都合良く使用され得る。標識種が光学ファイバー１１０上で固定された化学種と相互作用し、溶液中で遊離の標識種が、照射もされずそして蛍光発光もしない場合、標識種のみが検出可能な蛍光団シグナルを生成する。もちろん、所望ならば、過剰の非標識化学種は、検出の前に除去され得る。
【００７７】
ファイバーの照射に使用される光の波長が蛍光分子の光学吸収バンドに依存することは、認識されるべきである。さらに光の評価デバイスは、励起光を検出し得る必要がある。
【００７８】
図１２および１３を参照して、所定の接触点１１２、または所定のファイバー１１０に沿う接触点のセット、またはファイバーのセットで光を測定後、光の評価デバイス１２０８は、手動または自動で、隣の接触点１１２もしくは同じファイバー１１０に沿う隣の接触点のセット、または隣のファイバーのセットに移動され得る。あるいは、各々の接触点１１２で固定される光の評価デバイス１２０８が存在し得る。一旦、所定のファイバーまたはファイバーのセットに沿う全ての接触点１１２が評価されると、移動デバイス１２０６は、光源１２０４および集光レンズ１３０２を、隣のファイバー１１０（ファイバーのセット）へ移動し得、その結果、または光線１３００が隣のファイバー１１０（ファイバーのセット）の末端と適切に整列される。あるいは、光の評価デバイス１１０８が固定され、そしてアレイ１１０２は、前述に記載されるように移動され得る。しかし、任意の接触点１１２または接触点のセットが任意の配列および任意の時間間隔で評価され得ることは、認識されるべきである。特定のファイバーまたはファイバーの群を選択的に照射することの１つの利点は、プレート全体を照射することと比較して、光の評価デバイス１２０８により評価されているこれらに近接したファイバーおよび接触点からのノイズの減少である。このことは、接触点１１２が観測されていることに関する潜在的な混乱を減少させる。
【００７９】
図１４は、ファイバー１１０を照射するための光源の使用に関する、ファイバーアレイで使用されるチャネル１０８の実施形態の斜視図を示す。示されるように、チャネル１０８の底は、各々のファイバー１１０が位置する下に位置する複数の湾曲を有する。さらに、チャネル１０８は、反射コーティング１４００を有し得る。チャネル１０８の底の湾曲および反射コーティング１４００は、各々の接触点から受ける光シグナルの強度を改善するために光の評価デバイスに向けて光を反射するように作用する。反射コーティング１４００は、光を反射する任意の材料（例えば、アルミニウム、金およびこれらの混合物）より作製され得る。さらに、この反射コーティング１４００は、多重層であり得る。たった１つのチャネル１０８が示されるが、一方で各々のチャネル１０８が同様に設計され得ることは、理解されるべきである。
【００８０】
図１５は、図１４に示されるチャネル１０８の別の実施形態の端面図であり、そして図１６は、図１５に示される実施形態の側面図である。光学検出器１５０２へ収集される蛍光１５００の量は、好ましい方向に光を反射するようにチャネル１０８の湾曲を設計することにより、増加され得る。好ましい光学光学検出器１５０２は、ファイバー１１０より十分に大きな直径を有する光学ファイバーである。この光学検出器１５０２は、収集した光を、光１５００の量に対して比例する電気シグナルを生じる光検出器１５０４へ向ける。好ましい光検出器１５０４は、固体状態ダイオードまたは光倍増管である。チャネルの湾曲は、全ての寸法であり得、そして反射効率は、変化し得るが、一般的な目的は、その他にチャネル基板１５０６へ失われる光を、光学検出器１５０２へ再配向することである。
【００８１】
図１７は、ファイバーアレイ読み取り器１７００の別の実施形態である。電気シグナルは、光検出器１７０２からケーブル１７０４を通ってアナログデジタル変換器１７０６へ送信され、ここでは、デジタルシグナルが解釈のために生成され、そしてコンピューター１７０８によりプロットされる。例えば、シグナルデータ１７２２は、時間１７１２にわたり強度１７１０としてプロットされ得る。ファイバーアレイ１７１４は、ファイバー１１０の連続読み取りを可能にするように示されるように、環状配列に配列され得る。モーター１７１６は、ファイバーアレイ１７１４を支持しているハブ１７１８をいくつかの特定の速度（例えば、１秒あたり１回転）で回転する。レーザー１７２０は、固定され、その結果、レーザー１７２０からの光が、前述で議論されたように、ファイバーの末端で集束されたラインを形成する。換言すれば、ファイバー１１０は、レーザー光の集束されたラインの中へ連続して回転される。このレーザーラインまたは面は、ファイバー１１０の直径の間の空間よりはるかに狭いので、このファイバーは、光がファイバーに入るラインに沿って正確に配置される必要はない。さらに、ファイバー１１０が光の固定されたラインの中に回転されることが保証されるので、このファイバーは、直交する次元のどちらかに正確に整列される必要はない。
【００８２】
加熱器／冷却器１７２４は、ファイバーアレイ１７１４の温度を均一に制御する。各々のファイバー１１０からのシグナルがハブ１７１８の各々の回転で分析され、そして各々のファイバー混合点に対するプロットは、任意の他のファイバーから独立して生成される。さらに、温度は、移動化学種および固定された化学種の結合のための最適温度を通ることが確実な範囲にわたり上げられる。ＤＮＡハイブリダイゼーションに最適な温度は、各々のプローブが異なる最適ハイブリダイゼーション温度を有する場合、特定のプローブについての最適ハイブリダイゼーション温度である。従って、各々のプローブは、ファイバーアレイ１７１４中の各々のプローブが異なる最適ハイブリダイゼーション温度を有するとしても、各々のプローブは、その最適ハイブリダイゼーションで観測される。
【００８３】
図１８は、ファイバーアレイ読み取り器１８００のさらに別の実施形態を示す。非常に長いファイバーアレイ１８１４の場合、このファイバーアレイ１８１４は、典型的なオーディオカセットテープと同様の形式で巻かれ得る。この構成において１つ以上のモーター（示されない）は、アレイをあるハブ１８１８から別のハブ１８２０上へ動かし、各々のファイバー１１０は、固定された光学検出器１８２６の下を通過する。加熱器／冷却器ユニット１８２４は、両方のハブ１８１８および１８２０に提供され得る。レーザー１８７０はまた、提供される。好ましく空間に固定される超音波混合デバイス１８０４は、流体の混合を改良するために加えられ得る。
【００８４】
図１９は、本発明に従うファイバーアレイのさらに別の実施形態である。ファイバーアレイ１９００は、支持平板１９０２上に半径方向に配置されたファイバー１１０を有する環状支持平板１９０２を含み、その結果各々のファイバー１１０の１つの末端は支持平板１９０２の中心付近に存在し、そしてファイバー１１０の他方の末端は、支持プレートの外側周辺付近に存在する。ファイバーアレイ１９９０もまた、支持平板１９０２の複数のチャネル１９０４を含む。チャネル１９０４は、任意の様式またはパターンで支持平板１９０２上に配列され得るが、好ましくは、このチャネル１９０４は、同心円状に配列される。しかし同心円全体を横断するチャネルを有することが必要ではないことは理解されるべきである。例えば、チャネル１９０４は、単純に、同心円またはアークの部分の長さであり得る。光源１９０６および焦点レンズ１９０８は、光線１９１０を各々のファイバー１１０の末端に投射するかまたは指向するように作用する。この実施形態において、光源１９０６および焦点レンズ１９０８を動かして、各々のファイバー１１０と光線１９１０を整列するのではなく、支持平板１９０２を回転させて、各々のファイバー１１０が、光線１９１０と整列される。再び移動センサーを有する移動検出システム（示されない）が使用され、支持平板１９０２の正確な位置付けをモニターして、光源１９１０との正確な整列を提供し得る。カバー１９１２もまた、提供され得る。
【００８５】
種々の読み取り器に対して画像は必要ないので、１つのダイオードが情報を収集し得る。このダイオードからのシグナルは、アナログからデジタルへ素早く変換されて記録され、カメラシステムと比較される場合、データの量を減少する。この検出システムは、単純かつ廉価であるので、多くのチャネルを同時に検出し、処理量を非常に増加することが可能である。
【００８６】
さらに、エバネッセンス波が、ファイバー表面を遠くに超えて伝播しないので、このサンプルは、ハイブリダイゼーションの間チャンネルの中に残存し得、洗浄を避けそしてリアルタイムの読み取りを可能にする。従って、蛍光シグナルは、温度が変化される間、モニターされ得る。スナップショット情報よりむしろ、経時的なハイブリダイゼーションの情報が、収集され、より高度な特異性およびリアルタイムのモニタリングを提供する。
【００８７】
ファイバーアレイは、これらの読み取り機によってすばやく検出され得る１００，０００以上のファイバーを備え得、そして多くのチャンネルが、同時に読み取りされ得、高密度の情報を生じる。
【００８８】
光源はまた、ファイバーを通る混合点を直接照射し、漂遊光および不要な反射を減少し得る。従って、ノイズレベルを減少する。円柱形状のファイバーが、それを通る蛍光線を集束するので、望ましいコンストラストで、シグナルレベルは高い。この集束は、さもなければ失われる蛍光線の収集を生じる。
【００８９】
さらに、ファイバーのみが照射され、表面面積全体を大量に照射する浪費的処理を避け、従って、必要な照射電力の量を減少させる。
【００９０】
上記の読み取り機の実施形態のいずれも、反射光のような一般的ノイズを濾波する順応性フィルターを含み得る。このシステムを較正するために、化学種が存在しないときに、すべての検出器を起動する。次いで、すべての検出器が、伝達関数のような数学的処理を用いて、０に設定される。化学種は、次いで、このシステムに添加される。検出器からの、シグナルにおける任意の変化が、それ故に、添加される化学種によって引き起こされる。
【００９１】
本発明のなお別の局面において、ファイバー１１０（上に記載されている）は、少なくとも２つの化学種を接触させるためにファイバーホイール混合系に組み込まれる。ファイバーホイール混合系が、ファイバーアレイに関連して上で記載される任意の化学的相互作用のために使用され得ることが理解されるべきである。このファイバーホイール混合系は、一般的に、移動化学種を受容するためのコンテナーおよびその上に固定される化学種を有するファイバーを備えるホイールを備える。図２０〜２６、３０および３１は、ファイバーホイール混合系の種々の実施形態を示す。図２７〜２９は、２つの化学種の間の混合の結果として生成される光シグナルを検出および評価するための光評価システムの種々の実施形態を示す。
【００９２】
図２０は、複数のファイバー２０１１を備えるホイール２０００の斜視図であり、ファイバー２０１１の各々は、その上に固定される化学種を有する。このホイール２０００は、頂部２００２、底部２００３、周囲側壁２００４、およびファイバー２０１１に平行な方向の中心ホイール開口２００６を通って延びる長手軸（示されない）を備える。ホイール２０００は、任意の所望の直径および高さを有するように成形され、サイズにされ得るが、１．０より大きい縦横比を有することが好ましく、ここで、この縦横比は、ホイールの直径のホイールの高さ（すなわち、ホイール２０００の頂部２００２と底部２００３との間の垂直方向の距離）に対する比として定義される。ホイール２０００のサイズは、そこに配置されるファイバー２０１１の所望の数およびそれらの間の予定の間隔を収容するために調節され得る。例えば、約６３ｍｍの直径を有するホイールは、その側壁上に１，０００ファイバー（直径２００μｍまたはそれより小さい）まで収容し得ながら、隣接ファイバーの間の中心−中心距離の２００μｍを維持し得る。このホイールの直径は、５〜１０ｃｍの範囲であり得るが、より大きいホイールの直径またはより小さいホイールの直径は、配置されるべきファイバー２０１１の数およびそれらの間の所望の間隔に好ましく依存し得る。このホイール２０００はまた、以下でより詳細に議論される取り扱いの目的のために、中心ホイール開口２００６を備え得る。
【００９３】
なお図２０を参照すると、複数のファイバー２０１１が、機械的結合および／または化学結合を介してホイール２０００の周囲側壁２００４に配置される。このファイバー２０１１は、好ましくは、互いに平行に、そしてホイール２０００の長手軸に平行な方向で整列される。このファイバー２０１１はまた、それらの間に均一な間隔を維持するように配置され得る。この側壁２００４は、複数のギャップ２００５を備え得、このギャップの各々は、頂部２００２から伸張し、そしてホイール２０００の底部２００３で終結する。ギャップ２００５は、ファイバー２０１１を受容するように、そしてファイバー２０１１の整列化を容易にするように成形され、サイズにされる。このギャップ２００５はまた、ファイバー２０１１を保持するように成形され得る。さらに、このギャップが、最適収集効率を促進する様式で光を検出器に反射するために光学的に湾曲し得ることが、理解されるべきである。このギャップの任意の幾何学的湾曲は、光を検出器に反射するために使用され得ることが、理解されるべきである。
【００９４】
図２１は、複数のファイバー２０１１を有するシリンダー２１００の斜視図であり、各々は、そこに固定される化学種を有する。このシリンダー２１００は、好ましくは、その直径よりも大きい長さを有し、その結果、このファイバー２０１１は、シリンダー２１００の表面２１０３に沿って任意の所望の長さであり得る。例えば、このファイバー２０１１は、シリンダー２１００の表面２１０３上で５〜１０ｃｍの長さであり得、シリンダー２１００は、約６３ｍｍの直径を有し得る。シリンダー２１００は、操作をしやすくするために、中心シリンダー開口２１０６を備え得る。一旦ファイバー２０１１に配置されると、このシリンダー２１００は、シリンダー２１００の長手軸に垂直な方向で容易に分離可能な複数のホイール２０００を予め形成するために、規定された長さで予め切断され、そして／または予め穴をあけられ得る。このシリンダーは、ファスナー（例えば、スナップ）または接着剤（例えば、にかわまたはテープ）を用いて接続される分離ホイールで構成され得、その結果、ファイバーが、このシリンダー上に配置される後に、このホイールが、容易に分離され得ることが理解されるべきである。規定された高さを有するホイール２０００は、次いで、シリンダー２１００の残部から末端ホイールユニット２０００を分離する（例えば、機械的力（例えば、ナイフまたは水ジェット、熱（例えば、レーザー切断）の適用によって、あるいは当該分野で公知のほかの分離方法によって）ことにより調製され得る。１以上のホイール２０００は、１つのファイバーから別のファイバーまで化学種を汚染しないように注意して、シリンダー２１００から分離され得る。ホイール２０００およびシリンダー２１００は、ファイバーアレイの材料と同様な材料で作製され得る。ホイール２０００およびシリンダー２１００の表面はまた、特性（例えば、低蛍光性または反射的コーティング）を備え得、例えば、このシリンダーは、蒸着した金のコーティングを有するプラスチックで作製され得る。
【００９５】
図２２は、回転結合器（例えば、その間に配置される軸２２０２）を通してホイール回転デバイス２２０１に結合されるホイール２０００の断面図である。軸２２０２の１つの末端をホイール回転デバイス２２０１に結合させることによって、そして軸２２０２のもう一方の末端をその中心ホイール開口２００６を通してホイール２０００へ固定して結合させることにより、このホイール２０００は、ホイール回転デバイス２２０１（例えば、電気モーター、手動回転アセンブリまたは当該分野で公知のほかの回転デバイス）によって回転され得る。密封ディスク２２０３は、ホイール２０００とホイール回転デバイス２２０１の間に配置され得る。このディスク２２０３は、好ましくは、コンテナーの寸法に従って成形され、サイズにされ、その結果、このディスク２２０３は、後で記載されるように、このコンテナーを密封的に係合するカバープレートとして役立ち得る。このディスク２２０３は、中心ディスク開口２２０４を通る軸２２０２によって悪く拘束される。ディスク２２０３の底部表面は、その間の回転摩擦を最小にするため、ホイール２０００の頂部２００２に対して凹であるように成形され得る。止め座金２２０５もまた、ディスク２２０３の頂部に提供され得、そしてホイール２０００とディスク２２０３の両方を下方向に軽く押しつけるように配列され得る。軸２２０２が、ホイール２０００をホイール回転デバイス２２０１に結合させるために使用され得る回転結合器の単なる１つの例であることが、理解されるべきである。例えば、シリンダー２１００およびホイール２０００は、その中に任意の中心開口２００６、２１０６を備えずに製造され得る。当業者は、このような中心ホイール開口２００６を備えないホイール２０００が、他の回転結合器（例えば、真空チャック、磁石、および当該分野で公知の他の回転結合エレメント）を用いて、ホイール回転デバイス２２０１に結合され、そしてこのホイール回転デバイス２２０１によって回転され得ることを認識する。
【００９６】
図２３は、コンテナー回転デバイス２３０６に結合されるコンテナー２３００の断面図である。このコンテナー２３００は、その中の移動化学種を受容および保存し得、そしてホイール２０００の周囲側壁２００４の少なくとも一部を受容し得る。このコンテナー２３００は、好ましくは、頂部開口部２３０１、キャビティ２３０２およびコンテナー側壁２３０５を有する開口シリンダーである。このキャビティ２３０２は、キャビティ側壁２３０３およびキャビティ底部表面２３０４によって規定される。コンテナー２３００は、その中にホイール２０００を受容し得るので、コンテナー２３００の構成は、ホイール２０００の形状およびサイズによって、決定される。さらに、コンテナー２３００また、キャビティ側壁２３０３とホイール２０００の周囲側壁２００４との間に規定された寸法を備える環状チャンバ間隙を形成するように配置される（このチャンバ間隙は、図２５中に示される、すなわち、回転の際に、移動化学種２３１０で満たされる環状の環形状の空間）。このチャンバ間隙は、概して数センチメーターより小さい厚さを備え、そして好ましくは、０．５〜１．５ｍｍの範囲内の厚さを備える。このキャビティ底部表面２３０４は、ホイール２０００の底部２００３に対して回転摩擦を最小化するように上に凹であるように、そしてキャビティ側壁２３０３に対して移動化学種２３１０を優先的に置換するように成形され得る。コンテナー２３００は、一般的に、不活性な材料で作製され、そして好ましくは低コストな材料で作製されその結果、コンテナー２３００は、使用後に処分され得る。コンテナー側壁２３０５および／またはキャビティ側壁２３０３は、ファイバーアレイの材料と同様な可撓性材料で作製され得る。コンテナーは、一般的に、ファーバーアレイと同じかまたは同様な材料で作製され得ることが理解されるべきである。
【００９７】
なお図２３を参照すると、コンテナー２３００は、その間に配置されるプラットフォーム２３０７を通してコンテナー回転デバイス２３０６に機械的に結合される。プラットフォーム２３０７の頂部表面は、コンテナー２３００を受容するように成形およびサイズにされ、その結果、このコンテナー回転デバイス２３０６は、コンテナー２３００に沿ってプラットフォーム２３０７を回転し得る。プラットフォーム２３０７は、コンテナー２３００中に保存される流体を加熱するためそしてその温度を制御するために、加熱要素２３１１、温度センサー２３１２、または温度コントローラー２３１３を備え得る。
【００９８】
図２４は、本発明に従う流体送達システム２４００の断面図である。一般的に、流体通路２４０１は、ホイール２０００内に埋め込まれ、１以上の入口ポート２４０２および出口ポート２４０３で終結する。移動化学種は、入口ポート２４０２を通ってロードされ、流体通路２４０１を通って出口ポート２４０３に移動し、キャビティ側壁２３０３とホイール２０００の周囲側壁２００４との間で形成されるチャンバ間隙（図２５に示される）に排出される。重力、毛管力（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｆｏｒｃｅ）、遠心力、および／または電気起動力（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）は、流体通路２４０１を通して移動化学種を移動させるために駆動力として使用され得る。フィルター（示されない）は、入口ポート２４０２および／または出口ポート２４０３で提供され得るか、または移動化学種から不要な物質を除去するために流体通路２４０１に沿って提供され得る。濾過は、当該分野で公知の吸着、吸収、濾過または他の濾過機構によって達成され得る。
【００９９】
図２５および２６は、それぞれ、ファイバーホイール混合システム２５００の断面図および頂部平面図である。操作の際に、移動化学種２３１０は、上記の流体送達システム２４００（図３１に示される）によってコンテナー２３００のキャビティ２３０２に装填される。あるいは、移動化学種２３１０は、シリンジまたはピペットを用いてかまたは他の手動的手段もしくは自動的手段によってコンテナーキャビティ２３０２に直接的に装填され得る。図２５および２６に例示されるように、ファイバーホイール混合システム２５００は、ホイール２０００をコンテナーキャビティ２３０２の内側に配置することによって、ディスク２２０３をコンテナー２３００の頂部開口部２３０１に一致させることによって、ディスク２２０３を頂部開口部２３０１の周りに密封的に係合することによって、そして移動化学種２３１０を含有するための閉鎖された空間を形成することによって、組み立てられる。このホイール２０００およびコンテナー２３００は、対応する回転デバイス２２０１、２３０６によって回転される。回転のスピードおよび持続時間は、化学反応速度に依存して変化し得、そして秒から時間までの範囲であり得る。次いで、移動化学種２３１０は、遠心力によって、キャビティ側壁２３０３に動かされ、そして流体２３１０の環状カラムを形成する。一般的に、流体カラムの厚さは、いくつかの因子（例えば、キャビティの直径、キャビティの高さ、チャンバ間隙の寸法、およびコンテナーキャビティ２３０２に装填される移動化学種２３１０の量）によって決定される。チャンバ間隙を規定量の移動化学種２３１０で満たすことにより、ホイール２０００のファイバー２０１１上に固定される化学種は、移動化学種２３１０と接触し得る。
【０１００】
ホイール２０００およびコンテナー２３００は、好ましくは、混合点で乱流混合ゾーンを生じるために十分なスピードで逆回転される。この乱流混合は、接触効率を増大させ、そしてそれらの間の効率的な混合のために必要な化学種の量を最小にする。乱流混合ゾーンを形成するために必要な回転スピードは、この混合ゾーンにインジケーターまたは色素を導入し、その中の混合パターンを観測することによって、または以下でより詳細に議論されるファイバー２０１１から発する光シグナルの強度を分析することにより、容易に決定および確認され得る。当業者は、ホイール２０００またはコンテナー２３００の唯１つを回転させることがまた、同様な乱流混合ゾーンを生じさせ得ることを認識する。
【０１０１】
クリアランス２５０１、２５０２は、ディスク２２０３とホイール２０００との間およびホイール２０００とキャビティ底部表面２３０４との間の接触ゾーンで提供され得る。これらのクリアランス２５０１、２５０２は、回転摩擦を最小化し、そして移動化学種２３１０を回転の間キャビティ中心からキャビティ側壁２３０３へ移動させ得る付加的流体チャンネルとして役立ち得る。
【０１０２】
図２７および２８は、２つ以上の化学種を混合することの結果として生成される光シグナルを検出するために光評価システム２７００の２つの実施形態を示す。光評価システム２７００は、代表的に、光源２７０１、光誘導デバイス２７０２ａ、２７０２ｂおよび光検出デバイス２７０３を備える。光源２７０１（例えば、レーザーまたはアークランプ）は、ファイバー２７１１の１つの末端に向けられる所望の波長を備える光ビーム２７０５を生じる。適切な光源２７０１および光の所望の波長は、ファイバーアレイ１００に関する上記の方法と同様な方法で選択され得る。本発明の目的のために、ファイバー２０１１は、好ましくは、光ファイバーであり、その詳細は、すでに上で記載されている。光源２７０１は、プラットフォーム２３０７の下に配置され、その結果、光ビーム２７０５は、ファイバー２０１１の末端に向けられ、そしてその中で内部的に反射する。反射された光ビーム２７０５は、その表面上に取りつけられた化学種を照射するファイバー２０１１の表面上にエバネッセント波を生じる。エバネッセント波の強度が、ファイバー２０１１の表面から距離を伴って、指数関数的に消散する（ほとんどは、３００ｎｍを超えて消失する）ので、化学種は照射されるが、ファイバー２０１１の周りの材料は照射されなく、すなわち、ファイバー２０１１のみが、蛍光を発する。より詳細にそして上記のように化学種の間のいくつかの型の相互作用が生じる、各々のファイバー２０１１に沿うこれらの場所のみが、蛍光のような検出可能なシグナルを生じる。この光誘導デバイス（例えば、集束レンズ２７０２ａおよび反射ミラー２７０２ｂ）は、ファイバー２０１１からの、蛍光によって生成された光子を収集するため、そして光検出デバイス２７０３に光子を集束させるために使用され得る。このような光誘導デバイスの例としては、レンズ、ミラー、プリズム、および当該分野で公知の他の光学エレメントが挙げられるが、これらに限定されない。光誘導デバイス２７０２ａ、２７０２ｂおよびホイール２０００の周囲側壁２７０４上の光学反射コーティングは、より多くの光子を光検出デバイス２７０３に方向付け、それによって、検出された光シグナルのシグナル−ノイズ比を改善する。
【０１０３】
操作の際に、所与の混合点にてまたは所与のファイバー２７１１に沿って、光シグナルを測定した後、ホイール２０００は、連続して、手動かまたは自動のいずれかで回転される。回転は、新しい混合点および／または新しいファイバーを光評価システム２７００の範囲内に配置し、そして光ビーム２７０５を新しいファイバーの末端に整列させる。任意の光誘導デバイスが、光源２７０１とプラットフォーム２３０７との間に配置され得、ファイバー２０１１の末端上に光ビーム２７０５を集束させることが、理解される。任意の移動デバイス２７０４は、光源２７０１および／または光誘導デバイス２７０２ａ、２７０２ｂをホイール２０００の周囲に沿って移動させるために使用され、各々のファイバー２０１１の末端と光ビーム２７０５を適切に整列させ得る。さらに、移動センサー（示されてない）を備える任意の移動検出システム（例えば、赤外光センサー）は、移動デバイス２７０４の部分をモニターするために使用され得る。
【０１０４】
図２９は、光評価システム２９００の別の実施形態を示す。光検出デバイス２７０３中に収集された光子は、検出された光子の数に準じて電流を生じる。この電気シグナルは、増幅され、加工処理され、電気デバイス２９０１（例えば、オシロスコープまたはコンピューター）によって経時的にプロットされる。上述のように、所定の混合点で、または所定のファイバー２０１１に沿って光シグナルを測定した後、続けて、ホイール２０００が回転され、そして新たな混合点または新たなファイバーが光評価システム２９００の領域にもたらされる。光ビーム２７０５が新たなファイバーの末端に整列され、そして上記の手順が繰り返される。
【０１０５】
図３０および図３１は、ファイバーホイール混合システム３０００の別の実施形態を示し、このシステムは、ホイールアセンブリ３００１およびマルチキャビティーコンテナー３０１０を備える。図３０は、回転式結合器（例えば、回転軸３００２）に沿ったシステム３０００の断面図である。図３１は、図３０の回転軸３００２に直行した方向でのシステム３０００の断面図である。ホイールアセンブリ３００１は、その中心ホイール開口２００６を通じて、回転軸３００２に沿って垂直に位置した複数のホイール２０００を備え、そしてホイール回転デバイス２２０１に回転可能に結合される。マルチキャビティーコンテナー３０１０は、頂部３０１１および底部３０１２からなり、頂部３０１１および底部３０１２の各々は、それぞれ、頂部ディバイダー３０１３および底部ディバイダー３０１４を備える。頂部３０１１および頂部ディバイダーは、複数のキャビティー３０１５がコンテナー３０１０内で形成するように、底部３０１２および対応する底部ディバイダー３０１４を適合して覆うように配置される。マルチキャビティーコンテナー３０１０はまた、コンテナー回転デバイス２３０６に回転可能に結合され得る。
【０１０６】
操作時、ホイールアセンブリ３００１は、アセンブリされ、そして各ホイール２０００のほぼ下半分が、底部３０１２の対応するキャビティー３０１５によって受容されるように、マルチキャビティーコンテナー３０１０の底部３０１２の内側に位置される。次いで、頂部３０１１は、底部３０１２に対して密封により係合され、そして各キャビティー３０１５は、対応するホイール２０００をその隣部から密封により分離する。移動化学種３０１０は、シリンジもしくはピペットを用いて直接的に、または図２４に記載のものに類似した流体送達システムを通じてのいずれかで、各キャビティー３０１５に負荷される。ホイールアセンブリ３００１またはマルチキャビティーコンテナー３０１０の少なくとも一方が、対応する回転デバイス２２０１、２３０６によって回転され、それにより、キャビティー３０１５中に貯蔵された移動化学種３０２０と、第二の固定された化学種とを接触させる。当業者は、各キャビティー３０１５が、異なる化学種で負荷され得、そして各ホイール２０００が、異なる化学種で固定されたファイバーと共に配置され得ることを認識する。複数のサンプルのため加工処理時間が単一のサンプルを加工処理する時間よりもそれほど長くないので、図３０および図３１のマルチ−ホイール−マルチ−チャンバーシステムは、サンプル当たりの労働コストを低下させるという利益を提供する。図２０から図２７に記載のファイバーホイール混合システム２０００の他の特徴および利点が、図３０および図３１のマルチ−ホイール−マルチ−チャンバーシステム３０００に等しく当てはまることが理解される。例えば、ホイールアセンブリ３００１およびマルチキャビティーコンテナー３０１０は、混合点で乱流混合ゾーンを生成するのに十分な速度で反転（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｒｏｔａｔｅｄ）され得る。
【０１０７】
本発明のさらなる実施形態では、ファイバーの代わりに、化学種のスポットまたはドットのアレイが、ホイール混合システムに組み込まれ得る。これらのスポットは、好ましくは、ホイールの外表面上に円筒型マイクロアレイを形成する。スポットは、光を伝達し得る別個の基板上に、またはホイールそれ自体の外側の周上に直接的に（ホイールが光伝達性材料で作製されている場合）、固定され得る。基板上に固定された化学種は、ホイール上に直接的に付与されるか、ホイールの外周の周囲に位置された基板上に付与されるか、またはホイールの形状に後に適合された平らな基板上に付与されるかのいずれかであり得る。レーザーから光伝達性材料に侵入する光は、ホイールの周表面に近接して消失波を形成する。これは、上記の読み取り装置を用いて、科学種の結合を検出するために使用される。光伝達性材料は、好ましくは、ガラス材料である。
【０１０８】
ファイバーホイール混合装置は、異なる化学種を接触させるための高品質の装置を提供する。ファイバーは、そのファイバー上の化学種の固定の質を決定するために容易に試験され得るので、好ましくは、高品質ファイバーが、ホイールにおける使用のために選択され得る。
【０１０９】
さらに、本発明のファイバーは、化学種で固定された後で、かつホイールに配置される前に完全に乾燥される。従って、混合点間の混入が防止され得る。なぜなら、ロボットスポッティングを用いた場合であるような、１つの化学種を別の化学種の上にはねかすという可能性がほとんどないからである。
【０１１０】
ファイバーホイール混合装置はまた、使用が比較的容易である。移動化学種を含むサンプルは、単に、シリンジまたはピペットを用いて、または適切な流体送達装置によって、コンテナー中に負荷される。ホイールはコンテナー中に配置され、そして回転デバイスが起動される。混合後洗浄が必要である場合、ホイールは、コンテナーから取り出され得、そして洗浄溶液中に浸漬され得る。混合の結果として生じたシグナルは、多数の方法で検出され得、そして評価され得る。コンテナーは、使用後廃棄され得る。従って、コンテナーを洗浄する必要性を排除し、そして混入の可能性を低下させる。
【０１１１】
さらに、ホイールとコンテナーとの両方を逆方向に回転させることにより、ファイバーホイール混合装置は、混合点の周囲に乱流混合ゾーンを作り出す。乱流混合は、接触効率を劇的に増大する。このような非常に効率的な混合機構のために、第二の固定された化学種は、混合および分析のために、最少量のみが必要とされ、これは、より従来的なアプローチよりもはるかに少ない。
【０１１２】
ファイバーホイール混合装置はまた、シグナルのシグナル対ノイズ比を有意に改善する。例えば、光検出デバイスは、混合点から直接発出される光シグナルを分析し得る。望ましくない反射を引き起こす空電（ｓｔｒａｙ）がほとんどないので、光検出デバイスにより収集されるノイズは、非常に低いものである。望ましく対照的に、光検出デバイスに収集される光子の量は高い。なぜなら、ホイール形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）、レンズ、ミラー、および反射器が光検出デバイスに非常に高い割合の光シグナルを集束するためである。高いシグナル対ノイズ比はまた、代表的な従来のスポッティング技術よりも二桁の大きさで、ファイバーホイール混合装置のダイナミックレンジおよび感度の有意な改善を提供する。
【０１１３】
当業者は、本発明のファイバーアレイが、化学種に対するその間の相互作用が所望される場合、事実上、任意のアッセイにおいて使用され得ることを認識する。例えば、ファイバーアレイは、目的のレセプターに結合する化合物（例えば抗体に結合するペプチド、酵素もしくはレセプターに結合する有機化合物、または互いに結合する（ハイブリダイズする）相補的ポリヌクレオチド）についてスクリーニングし、そして同定するために、好都合に使用され得る。しかし、本発明のアレイは、１つの化学種が別のに結合する適用に限定されない。本発明のアレイはまた、化学反応を触媒する化合物（例えば、特定の反応を触媒し得る抗体）についてスクリーニングし、そして同定するため、ならびに検出可能な生物学的シグナルを生じる化合物（例えば、目的のレセプターを増強作用する（ａｇｏｎａｉｚｅ）化合物）についてスクリーニングし、そして同定するために使用され得る。必要とされるのは、２つの化学種間の相互作用が検出可能なシグナルを生じることのみである。従って、本発明のファイバーアレイは、固定された化合物のアレイまたはライブラリーを利用する任意の適用（例えば、当該分野において記載される無数の固相コンビナトリアルライブラリーアッセイ方法論）において有用である。本発明のファイバーアレイが容易に適合され得る種々のアッセイの簡潔な概説に関して、Ｇａｌｌｏｐら、１９９４、Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．３７：１２３３−１２５１；Ｇｏｒｄｏｎら、１９９４、Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．３７：１３８５−１４０１；Ｊｕｎｇ、１９９２、Ａｇｎｅｗ Ｃｈｅｍ．Ｐａｔ．Ｅｄ．３１：３６７−３８６；ＴｈｏｍｐｓｏｎおよびＥｌｌｍａｎ、１９９６、Ｃｈｅｍ Ｒｅｖ．９６：５５５−６００および上記の全てにおいて引用された参照文献を参照のこと。
【０１１４】
本発明のファイバーアレイは、核酸のハイブリダイゼーションを含む適用、特に、固定されたポリヌクレオチドの高密度アレイを含むこれらの適用（例えば、新規なハイブリダイゼーションによる配列決定（ｄｅ ｎｏｖｏ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｂｙ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）（ＳＢＨ）および多型の検出を含む）に、特に有用である。これらの適用において、当該分野で代表的に使用された従来の固定されたポリヌクレオチドアレイが、本発明のファイバーアレイと好都合にかつ有利に置きかえられ得る。本発明のファイバーアレイが使用を見出す種々のアレイベースのハイブリダイゼーションアッセイの概説に関して、米国特許第５，２０２，２３１号；米国特許第５，５２５，４６４号；ＷＯ９８／３１８３６、および上記の全てにおいて引用された参照文献を参照のこと。
【０１１５】
上記に基いて、当業者は、ファイバー上に固定された化学種が、事実上、有機化合物（例えば、可能な薬物候補、ポリマー、および小分子インヒビター、アゴニストおよび／もしくはアンタゴニスト）から、生物学的化合物（例えば、ポリペプチド、ポリヌクレオチド、ポリ炭水化物、レクチン、タンパク質、酵素、抗体、レセプター、核酸など）までの範囲の任意の型の化合物であり得ることを理解する。必要とされるのは、化学種がファイバー上に固定され得ることのみである。
【０１１６】
好ましい実施形態では、ファイバー上に固定される化学種は、ポリヌクレオチドである。代表的には、ポリヌクレオチドは、フォーマットＩＩおよびフォーマットＩＩＩのＳＢＨおよび関連の適用に適した鎖形成（ｓｔｒａｎｄｅｄｎｅｓｓ）および長さである。従って、ポリヌクレオチドは、一般的に、一本鎖であり、そして約４〜３０の間のヌクレオチド、代表的には約４〜２０の間のヌクレオチド、そして通常、約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または２０ヌクレオチドで構成される。しかし、本発明のファイバーアレイは、固定された標的核酸が溶液相オリゴヌクレオチドプローブを用いて問い合わせられる場合、フォーマットＩ ＳＢＨ、および関連適用との使用に等しく十分に適している。従って、ポリヌクレオチドは、任意の数のポリヌクレオチド長であり得、そして特定の適用に依存して一本鎖または二本鎖のいずれかであり得る。
【０１１７】
ポリヌクレオチドは、全体的にデオキシリボヌクレオチドで構成され得るか、全体的にリボヌクレオチドで構成され得るか、またはデオキシリボヌクレオチドおよびリボヌクレオチドの混合物で構成され得る。しかし、ＲＮａｓｅおよび高温に対するそれらの安定性、ならびにそれらの合成の容易さのために、全体的にデオキシリボヌクレオチドで構成されるポリヌクレオチドが好ましい。
【０１１８】
ポリヌクレオチドは、全ての天然ヌクレオチド塩基もしくは全ての合成ヌクレオチド塩基、または両方の組み合わせで構成され得る。ほとんどの場合、ポリヌクレオチドは、全体的に天然塩基（Ａ、Ｃ、Ｇ、ＴもしくはＵ）で構成されるが、特定の状況では、合成塩基の使用が好ましいとされ得る。ポリヌクレオチドが合成され得る一般の合成塩基としては、３−メチルウラシル、５，６−ジヒドロウラシル、４−チオウラシル、５−ブロモウラシル、５−トロウラシル（ｔｈｏｒｏｕｒａｃｉｌ）、５−ヨードウラシル、６−ジメチルアミノプリン、６−メチルアミノプリン、２−アミノプリン、２，６−ジアミノプリン、６−アミノー８−ブロモプリン、イノシン、５−メチルシトシン、および７−デアザグアノシン（ｄｅａｚａ ｑｕａｎｏｓｉｎｅ）が挙げられる。ポリヌクレオチドが構成され得る合成塩基のさらなる限定されない例は、Ｆａｓｍａｎ、ＣＲＣ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ、１９８５、３８５〜３９２頁に見出され得る。
【０１１９】
さらに、ポリヌクレオチドの骨格は、代表的には、全体的に「ネイティブ」ホスホジエステル連結で構成されるが、これは１つ以上の改変連結（例えば、１つ以上のホスホロチオエート、ホスホルアミダイト、または他の改変連結）を含み得る。特定の例として、ポリヌクレオチドは、ペプチド核酸（ＰＮＡ）であり得、これはアミド間連結を含む。本発明と共に使用され得る改変塩基および骨格、ならびにそれらの合成方法のさらなる例は、例えば、ＵｈｌｍａｎおよびＰｅｙｍａｎ、１９９０、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ９０（４）：５４４−５８４；Ｇｏｏｄｃｈｉｌｄ、１９９０、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｃｈｅｍ．１（３）：１６５−１８６；Ｅｇｈｏｌｍら、１９９２、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１４：１８９５−１８９７；Ｇｒｙａｚｎｏｖら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１６：３１４３−３１４４、ならびに上記の全てにおいて引用された参照文献において見出され得る。
【０１２０】
ポリヌクレオチドは、しばしば、ヌクレオチドの連続したストレッチであるが、そうである必要はない。ヌクレオチドのストレッチは、標的核酸との配列特異的塩基対合の相互作用に関与しない、１つ以上のリンカー分子によって中断され得る。リンカー分子は、所望の適用に依存して、可撓性であり得るか、半剛性であり得るか、剛性であり得る。１つの分子を、別の分子または固体表面から間隔を置くのに有用な種々のリンカー分子は、当該分野において記載されている（そして前出により徹底的に記載されている）；これらの全てのリンカー分子が、ポリヌクレオチドの領域を互いから間隔を置くために使用され得る。本発明のこの局面の好ましい実施形態では、リンカー部分は１〜１０の、好ましくは２〜６のアルキレングリコール部分、好ましくはエチレングリコール部分である。
【０１２１】
ポリヌクレオチドは、生物学的サンプルから単離され得るか、ＰＣＲ反応または他のテンプレート特異的反応によって生成され得るか、または合成的に作製され得る。生物学的サンプルおよび／またはＰＣＲ反応からポリヌクレオチドを単離するための方法は、合成ポリヌクレオチドを合成し、そして生成するための方法のように、当該分野で周知である。生物学的サンプルおよび／またはＰＣＲ反応から単離されたポリヌクレオチドは、以下により徹底的に議論されているように、所望の固定様式に依存して、３’末端もしくは５’末端での、または１つ以上の塩基での改変を必要とし得る。さらに、ポリヌクレオチドは、代表的には、別の標的核酸にハイブリダイズし得なければならないので、まだ一本鎖でなければ、好ましくは、ファイバー上の固定前または後のいずれかで一本鎖にされるべきである。
【０１２２】
化学種およびファイバー材料の個性に依存して、化学種は、実質的に、特定の型のファイバー材料上に特定の型の化学種を固定することについて有効であることが知られる任意の手段によって、固定され得る。例えば、化学種は、吸収、吸着、イオン誘引（ｉｏｎ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ）、または共有結合を介して固定され得る。固定はまた、特異的結合分子の対（例えば、ビオチンおよびアビジンもしくはストレプトアビジン）によって媒介され得る。種々の化学種を種々の材料に固定するための方法は、当該分野において公知である。これらの当該分野の公知の技術のいずれかが、本発明と共に使用され得る。
【０１２３】
吸着または吸収のために、ファイバー１１は、化学種がファイバー上に吸着または吸収するのに十分な時間、このファイバーをこの固定されるべき化学種と接触させることにより好都合に調製され得る。任意の洗浄工程の後、次いで、このファイバーは、乾燥される。化学種がポリヌクレオチドである場合、ニトロセルロースまたはナイロンフィルタ上に核酸を固定するためのドットブロットまたは他の核酸ブロッティング分野において記載される種々の方法が、本発明において使用するために好都合に適合され得る。
【０１２４】
イオン誘引による固定のために、固有に荷電されていない場合、ファイバーは、固定されるべき化学種（これは、固有に逆に荷電されているか、または逆に荷電されるように改変されているかのいずれかである）と接触させる前に、まず荷電基を用いて活性化または誘導体化される。
【０１２５】
特異的結合対によって媒介された固定のために、ファイバーは、特異的結合対の１つのメンバー（例えば、アビジンまたはストレプトアビジン）でまず誘導体化されるか、そして／またはコーティングされ、そして次いで、誘導体化されたファイバーが、特異的結合対の他のメンバー（例えば、ビオチン）に連結される化学種と接触される。種々の材料を結合分子（例えば、アビジンまたはストレプトアビジン）で誘導体化またはコーティングする方法、ならびに無数のタイプの化学種を結合分子（例えば、ビオチン）に連結するための方法は当該分野で周知である。ポリヌクレオチド化学種のために、ビオチンは、市販の化学合成試薬または生物学的合成試薬を用いて、末端および／もしくは内部塩基で、またはその５’末端および３’末端の一方または両方のいずれかでポリヌクレオチドに好都合に取り込まれ得る。
【０１２６】
本発明の好ましい実施形態では、化学種は、ファイバーに共有結合される（必要に応じて１つ以上の連結部分によって）。ファイバーが、固有に、化学種と共有結合を形成し得る反応性官能基を含まなければ、まず、ファイバーは、このような反応基で活性化または誘導体化されなければならない。ファイバーへの化学種の共有結合を生じるのに有用な代表的な反応基としては、ヒドロキシル基、スルホニル基、アミノ基、シアン酸基、イソシアン酸基、チオシアン酸基、イソチオシアン酸基、エポキシ基およびカルボキシル基が挙げられるが、当業者に明らかであるような他の反応基もまた使用され得る。
【０１２７】
ファイバーに化学種（特に、ポリペプチド、タンパク質、ポリヌクレオチドおよび核酸のような生物学的分子）を共有結合的に付着するのに適切な反応基で複数のタイプのファイバー材料を活性化するための種々の技術は、当該分野で公知であり、この活性化には、例えば、化学的活性化、コロナ放電活性化；火炎処理活性化；ガスプラズマ活性化およびプラズマ増強化学蒸着が挙げられる。任意のこれらの技術を使用して、ファイバーを反応基で活性化し得る。ファイバーを活性化または誘導体化するために使用され得る多くの技術の総説に関しては、Ｗｉｌｅｙ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第２版、ＢｒｏｄｙおよびＭａｒｓｈ編、「Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」、８６７〜８７４頁、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、１９９７、およびそこに引用される参考文献を参照のこと。好ましいガラス光ファイバー上にアミノ基を生成するための適切な化学的方法は、ＡｔｋｉｎｓｏｎおよびＳｍｉｔｈ、「Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｏｌｉｇｏｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ ｂｙ ｔｈｅ Ｐｈｏｓｐｈｉｔｅ Ｔｒｉｅｓｔｅｒ Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｉｎ：Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ、Ｍ Ｊ Ｇａｉｔ編、１９８５、ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ、Ｏｘｆｏｒｄ、特に４５〜４９頁（およびそこに引用される参考文献）に記載され；好ましい光学的ガラスファイバー上にヒドロキシル基を生成するための適切な化学的方法は、Ｐｅａｓｅら、１９９４、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９１：５０２２−５０２６（およびそこに引用される参考文献）に記載され；ファイバー材料上に官能基（例えば、ポリスチレン、ポリアミドおよびグラフトポリスチレン）を生成するための適切な化学的方法は、Ｌｌｏｙｄ−Ｗｉｌｌｅａｍｓら、１９９７、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｐｅｐｔｉｄｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ、第２章、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ、ＦＬ（およびそこに引用される参考文献）に記載される。さらなる方法が、周知であり、そして当業者にとって明らかである。
【０１２８】
電導体（例えば、金）でコーティングされたファイバーに対して、化学種が、公知の化学的性質を使用して電導体に付着され得る。例えば、ポリヌクレオチドは、ＨｅｒｎｅおよびＴａｙｌｏｒ、１９９７、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１９：８９１６−８９２０に記載される方法を使用して、金コーティングファイバーに共有結合的に付着され得る。この化学的性質は、金コーティングファイバー上に他のタイプの化学種を共有結合的に固定するのに容易に適用され得る。
【０１２９】
この化学種の性質に依存して、この化学種は、合成および／または単離後、活性化されたファイバー上で共有結合的に固定され得るか、または適切な化学的性質が公知の場合、この化学種は、活性化されたファイバー上で直接インサイチュで合成され得る。例えば、精製されたポリペプチドは、アミノ活性化ファイバー上で共有結合的に、すなわちこのペプチドのカルボキシ末端またはカルボキシル含有側鎖残基によって都合良く共有結合的に固定され得る。あるいは、このポリペプチドが、従来の固相ペプチド化学物質および試薬を使用して、アミノ活性化ファイバー上に直接インサイチュで合成され得る（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｐｅｐｔｉｄｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ、Ｌｌｏｙｄ−Ｗｉｌｌｉａｍｓら編、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ、ＦＬ、１９９７およびそこに引用されている参考文献を参照のこと）。同様に、１以上のポリヌクレオチドの塩基または末端に適切な反応基を有する精製されたポリヌクレオチドは、イソチオシアネート活性化ファイバーまたはカルボキシ活性化ファイバー上で共有結合的に固定され得るか、あるいは、このポリヌクレオチドは、従来のオリゴヌクレオチド合成化学物質および試薬を使用して、ヒドロキシル活性化ファイバー上で直接インサイチュで合成され得る（Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ、１９８５、前出、およびそこに引用されている参考文献を参照のこと）。固相法によって都合良くに合成され得る他のタイプの化合物はまた、ファイバー上で直接インサイチュで合成され得る。インサイチュで合成され得る化合物の非制限的な例としては、以下が挙げられる：Ｂａｓｓｅｎｉｓｉ ａｎｄ Ｕｇｉ濃縮生成物（ＷＯ ９５／０２５６６）、ペプトイド（Ｓｉｍｏｎら、１９９２、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８９：９３６７−９３７１）、非ペプチド、非オリゴマー化合物（Ｄｅｗｉｔｔら、１９９３、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９０：６９０９−６９１３）および１，４ベンゾジアゼピンおよび誘導体（Ｂｕｎｉｎら、１９９４、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９１：４７０８−４７１２）；ＢｕｎｉｎおよびＥｌｌｍａｎ、１９９２、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１４：１０９９７−１０９９８）。
【０１３０】
当業者は、インサイチュで化学合成を使用した場合、固定された化学種とファイバーとの間に形成される共有結合は、合成条件および脱保護条件に対して実質的に安定であり、合成および／または脱保護の間に化学種のロスを避けなければならないことを認識する。ポリペプチドに対して、１つのこのように安定な結合は、ポリヌクレオチド中で種々のヌクレオチドを結合し、そして周知の化学的性質を使用して都合良く形成され得る、ホスホジエステル結合である（例えば、Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ、１９８５、前出を参照のこと）。ヒドロキシル活性化ファイバーでの使用に適切な他の安定な結合としては、ホスホロチオエート（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉａｔｅ）、ホスホラミダイト、または他の改変された核酸連結が挙げられる。アミノ基で活性化されたファイバーに対して、この結合は、ホスホラミダイト結合、アミド結合またはペプチド結合であり得た。エポキシ官能基で活性化されたファイバーに対して、安定なＣ−Ｎ結合が形成され得た。このような安定な結合を形成するための適切な試薬および条件は、当該分野で周知である。
【０１３１】
１つの特定の好都合な実施形態において、ポリヌクレオチドは、市販のホスホラミダイト合成試薬および標準的なオリゴヌクレオチド合成化学物質を使用して、ヒドロキシル活性化ファイバー上でインサイチュ合成によってファイバー上に固定され得る。この形態において、このポリヌクレオチドは、ホスホジエステル結合によって活性化ファイバーに共有結合的に付着される。ファイバー上に共有結合的に固定されるポリヌクレオチドの密度は、十分な量の１級シントン（例えば、Ｎ−保護５’−Ｏ−ジメトキシトリチル−２’−デオキシリボヌクレオチド−３’−Ｏ−ホスホラミダイト）を添加して所望される数の合成基をファイバー上に提供し、そしてファイバー上の任意の未反応のヒドロキシル基をキャッピング試薬（例えば、１，４−ジアミノピリジン；ＤＭＡＰ）でキャップすることによって、都合良く制御され得る。過剰のヒドロキシルをキャップした後、５’−ヒドロキシルを保護するトリチル基を除去し得、そしてポリヌクレオチドの合成を標準的な技術を使用して実施し得る。合成後、このポリヌクレオチドは、従来の方法を使用して保護される。
【０１３２】
代替の実施形態において、ポリヌクレオチドは、合成後または単離後の結合反応により活性化ファイバーに共有結合的に付着される。この実施形態において、ポリヌクレオチドの塩基の３’末端、５末端および／またはその塩基の１つで反応性官能基（例えば、エポキシ、スルホニル、アミノまたはカルボキシル）を用いて改変される、合成前のポリヌクレオチドまたは単離されたポリヌクレオチドは、縮合反応を介して活性化ファイバーに結合され、これにより共有結合を形成する。さらに、アミド結合、ホスホジエステル結合およびホスホラミダイト結合のような実質的に安定な（すなわち、不安定でない）共有結合が、好ましい。合成ポリヌクレオチドの３’末端および／または５’末端を改変するため、または反応基を用いて合成ポリヌクレオチドに改変される塩基を組み込むために有用な合成支持体および合成試薬は、当該分野で周知であり、そしてさらに市販されている。
【０１３３】
例えば、５’改変オリゴヌクレオチドを合成するための方法は、Ａｇａｒｗａｌら、１９８６、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１４：６２２７−６２４５およびＣｏｎｎｅｌｌｙ、１９８７、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１５：３１３１−３１３９に記載される。５’アミノ改変オリゴヌクレオチドを合成するための市販の製品としては、Ｃｌｏｎｔｅｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから市販されているＮ−ＴＦＡ−Ｃ６−ＡｍｉｎｏＭｏｄｉｆｅｒ^TM、Ｎ−ＭＭＴ−Ｃ６−ＡｍｉｎｏＭｏｄｉｆｅｒ^TMおよびＮ−ＭＭＴ−Ｃ１２−ＡｍｉｎｏＭｏｄｉｆｅｒ^TM試薬が挙げられる。
【０１３４】
３’−改変オリゴヌクレオチドを合成するための方法は、Ｎｅｌｓｏｎら、１９８９、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１７：７１７９−７１８６およびＮｅｌｓｏｎら、１９８９、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１７：７１８７−７１９４に記載される。３’改変オリゴヌクレオチドを合成するための商品としては、Ｃｌｏｎｔｅｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから市販されている３’−Ａｍｉｎｏ−ＯＮ^TM（制御された細孔ガラス）およびＡｍｉｎｏＭｏｄｉｆｉｅｒＩＩ^TM試薬が挙げられる。
【０１３５】
オリゴヌクレオチドの３’末端および／または５’末端を改変するため、および適切に改変された塩基を含有するオリゴヌクレオチドを合成するための他の方法は、Ｇｏｏｄｃｈｉｌｄ、１９９０、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｃｈｅｍ．１：１６５−１８６、およびそこに引用される参考文献に提供される。このような改変されたオリゴヌクレオチドを、適切な反応基で活性化された材料に付着するための化学物質は、当該分野で周知である（例えば，Ｇｈｏｓｈ ＆ Ｍｕｓｓｏ、１９８７、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１５：５３５３−５３７２；Ｌｕｎｄら、１９８８、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１６：１０８６１−１０８８０；Ｒａｓｍｕｓｓｅｎら、１９９１、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９８：１３８−１４２；ＫａｔｏおよびＩｋａｄａ、１９９６、Ｂｉｏｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ５１：５８１−５９０；Ｔｉｍｏｆｆｅｖら、１９９６、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２４：３１４２−３１４８；Ｏ’Ｄｏｎｎｅｌｌら、１９９７、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６９：２４３８−２４４３を参照のこと）。
【０１３６】
生物学的サンプルから単離されたポリヌクレオチドの末端を改変するため、および／または反応基で改変された塩基を新生ポリヌクレオチドに組み込むための方法および試薬はまた、周知であり、そしてその試薬は、市販されている。例えば、単離されたポリヌクレオチドは、５’末端でホスホロキナーゼでリン酸化され得、そしてこのリン酸化されたポリヌクレオチドは、ホスホラミダイトまたはホスホロジエステル結合を介してアミノ−活性化ファイバー上で共有結合され得る。他の方法は，当業者に明らかである。
【０１３７】
本発明の１つの都合良い実施形態において、３’末端または５’末端で１級アミノ基を用いて改変されたポリヌクレオチドは、カルボキシ活性化ファイバーに結合される。カルボキシル官能基とアミノ官能基との間にカルボキサミド結合を形成するために適切な化学物質は、ペプチド化学の分野において周知である（例えば、Ａｔｈｅｒｔｏｎ ＆ Ｓｈｅｐｐａｒｄ、Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、１９８９、ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ、Ｏｘｆｏｒｄ、ＥｎｇｌａｎｄおよびＬｌｏｙｄ−Ｗｉｌｌｉａｍｓら、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｐｅｐｔｉｄｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ、１９９７、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ、ＦＬおよびそこに引用される参考文献を参照のこと）。任意のこれらの方法を使用して，アミノ改変ポリヌクレオチドをカルボキシ活性化ファイバーに結合し得る。
【０１３８】
１実施形態において、カルボキサミド結合は、カップリング試薬としてＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル（スクシンイミド）ウロニウムテトラフルオロボレート（「ＴＳＴＵ」）を使用して生成される。核酸との結合に使用され得る、ＴＳＴＵを用いたカルボキシアミドの形成のための反応条件が、Ｋｎｏｒｒら、１９８９、Ｔｅｔ．Ｌｅｔｔ．３０（１５）：１９２７−１９３０；ＢａｎｎｗｏｒｔｈおよびＫｎｏｒｒ、１９９１、Ｔｅｔ．Ｌｅｔｔ．３２（９）：１１５７−１１６０；およびＷｉｌｃｈｅｋら、１９９４、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｃｈｅｍ．５（５）：４９１−４９２に記載されている。
【０１３９】
合成後または単離後に活性化ファイバー上で直接合成されるか、または活性化ファイバー上で固定されるかにかかわらず、化学種は、必要に応じて、１以上のリンカーによって細孔基板から離れて間隔を置いて配置され得る。当業者に理解されるように、このようなリンカーは、少なくとも２官能性であり、すなわちこのリンカーは、活性化ファイバーと結合を形成し得る１つの官能基または部分、ならびに別のリンカー分子または化学種と結合を形成し得る別の官能基または部分を有する。このリンカーは、特定の適用にに依存して、長くても短くてもよく、可撓性であっても剛性であってもよく、変化しても変化しなくてもよく、疎水性であっても親水性であってもよい。
【０１４０】
特定の状況において、このようなリンカーを使用して、ある官能基を別の官能基に変換し得る。例えば、アミノ活性化ファイバーは、例えば、３−ヒドロキシ−プロピオン酸との反応によってヒドロキシル−活性化ファイバーに変換し得る。この方法において、特定の反応官能基で容易に活性化され得ないファイバー材料は、適切に活性化ファイバーに都合良く変換し得る。このような反応基を「変換」するのに適切な化学物質および試薬は、周知であり、そして当業者にとって明らかである。
【０１４１】
必要な場合、リンカーをまた使用して、活性化ファイバー上の反応基の数を増加または「増幅」し得る。この実施形態関して、このリンカーは、３個以上の官能基を有する。１個の官能基による活性化ファイバーへの付着後、残りの２個以上の基は、化学種との付着のために利用可能である。この様式で活性化ファイバー上の官能基の数を増幅させることは、この活性化ファイバーが比較的少ししか反応基を含まない場合、特に都合が良い。
【０１４２】
反応基の数を増幅するための試薬は、周知であり、当業者に明らかである。特に都合が良いクラスの増幅試薬は、商標名ＤＥＮＡＣＯＬ^TM（Ｎａｇａｓｓｉ Ｋａｓｅｉ Ｋｏｇｙｏ Ｋ．Ｋ．）で販売されている、多官能性エポキシドである。これらのエポキシドは、４個、５個またはそれより多くのエポキシ基を含み、そしてエポキシドと反応する反応基で活性化されたファイバーを増幅するために使用され得る。このファイバーには、例えば、ヒドロキシル活性化ファイバー、アミノ活性化ファイバーおよびスルホニル活性化ファイバーが挙げられる。得られるエポキシ活性化ファイバーは、周知の方法によって、ヒドロキシ活性化ファイバー、カルボキシ活性化ファイバー、または他の活性化ファイバーに都合良く変換され得る。
【０１４３】
固体表面から生物学的分子または他の分子（ポリペプチドおよびポリヌクレオチドを含む）を間隔を空けて配置するために適切なリンカーは、当該分野で周知である。このリンカーとしては、ポリプロリンまたはポリアミンのようなポリペプチド、１−アミノヘキサン酸のような飽和または不飽和の二官能性炭化水素およびポリエチレングリコールのようなポリマーなどが挙げられるが、例としてであり限定ではない。ポリヌクレオチド化学種にとって、特に好ましいリンカーは、ポリエチレングリコール（ＭＷ １００〜１０００）である。ヒドロキシル活性化ファイバーのヒドロキシル基とホスホジエステル結合を形成するのに有用な１、４−ジメトキシトリチル−ポリエチレングリコールホスホラミダイト、および固体基板上での核酸合成におけるそれらの使用のための方法は、例えば、Ｚｈａｎｇら、１９９１、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１９：３９２９−３９３３およびＤｕｒａｎｄら、１９９０、Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１８：６３５３−６３５９に記載される。ポリエチレングリコールリンカーを活性化ファイバーに付着する他の方法は、当業者に明らかである。
【０１４４】
固定化の様式に関係なく、ファイバー１１は、バッチ式方法で調製され得、ここでファイバーの長さは、化学種の固定を行うのに必要な溶液中に浸けられる。あるいは、ファイバー１１は、貫流（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｈ）方法で調製され、この方法において、ファイバーは、固定化を行うのに必要な溶液を含むレザバを連続的に貫流する。
【０１４５】
図３２は、バッチ式方法で本発明に従うファイバーアレイでの使用によるファイバーの調製のための１実施形態である。ファイバー３２０２は、ファイバー３２０２を保持するファイバーグリッパー３２０６を備えるファイバーホルダー３２０４に装着される。このファイバーホルダー３２０４は、このファイバーが容易に支持されそして輸送されるのを可能にし、そしてファイバー３２０２を自動的に輸送するための任意のメカニカルデバイス（示さず）に装着され得る。滴下容器３２０８は、ファイバー３２０２と接触する流体を含み得る容器である。操作の際、ファイバー３２０２はファイバーグリッパー３２０６に装着され、そしてこのファイバーホルダー３２０４は、滴下容器３２０８に含まれる溶液へとファイバー３２０２を下げる。次いで、このファイバーホルダー１３０４は、滴下容器１３０８からファイバー１３０２を除去する。このファイバーは、各々異なる溶液を含む異なる滴下容器に経時的に配置され得、これらは、ファイバー上に固定される化学種および固定するために使用される方法に依存する。化学種が、ファイバー上に固定された後に、このファイバーは、支持プレート上に充填され得るか、またはさらなる使用のために保存され得る。ファイバーが保存される場合、冷蔵が、ファイバー上の化学種に依存して必要であり得る。
【０１４６】
本発明で、一旦このファイバーが記載されるように調製されると、１００本のファイバー（各々１０ｃｍの長さ）が、１０ｃｍの支持プレート上に毎秒配置され、これにより１，０００，０００の接触点を生じ得るように見積もられる。支持プレート上にファイバーを配置することは、このチャネル壁に対して平行方向での正確な配置のみを必要とし、チャネル上の溝でのファイバーの静止を確実にすると理解すべきである。このファイバーは、ファイバーに対して平行方向にどこかに配置され得るので、支持プレート上にファイバーを配置することは、比較的簡単である。
【０１４７】
図３３は、本発明に従ったファイバーアレイでの使用のために、貫流方法でのファイバーの調製のための別の実施形態のプロセス流れ図である。モータ３３０１を使用して、ファイバー３３０４の使用のために所望される材料の長さを含むファイバースプール３３０２からファイバー３３０４を引く。ファイバー３３０４を伝導性コーティングでコートすることが所望される場合、このファイバー３３０４をまず、伝導性コーティングバット（ｖａｔ）３３０６を介して引かれる。このバット３３０６は、ファイバー３３０４上でコーティングされる伝導性材料のプールを備える。より具体的には、この伝導性コーティングバット３３０６は、メニスカスコーティングを利用し、ファイバー３３０４に伝導性コーティングを適用する。ここで、ファイバー３３０４は、金属コーティングの薄い層のみが、ファイバー３３０４に適用されるのを可能にする狭い間隔３３０７を通して引かれる。伝導性コーティングは、本発明のファイバーアレイの使用に必要とされないことを理解すべきである。しかし、金属酸化物コーティングまたは電気伝導性酸化物コーティングが、電気的浸透性を利用するのに好ましい。
【０１４８】
次いで、ファイバー３３０４を、ファイバー上に固定される化学種、および固定化のために用いられる方法に依存して、一連のコーティングバット３３０８、３３１０に通過させる。コーティングバットの各々は、ファイバーを調製するのに必要とされる種々の溶液を含み得、そしてファイバー上に所定の化学種を固定し得る。
【０１４９】
最後に、ファイバー３３０４を、モーター３３０１を通過させて送り込み、切断装置３３１２により所望の長さに切断する。任意の長さのファイバーは、ファイバーアレイマトリクスのサイズに依存して製造され得ることが理解されるべきである。切断装置３３１２は、レーザー、あるいはファイバーまたは光学ファイバーを切断する分野において公知の他の手段であり得る。ファイバー３３０４が、光学ファイバーである場合に、非常に清浄かつまっすぐな切断を得て、その結果、使用の際に、ファイバーの末端で方向付けられた光のビームが、正確な角度でファイバーに進入し得ることが重要であることが理解されるべきである。一旦切断すると、ファイバー１４０４は、支持プレート上に装填されてもよいし、後の使用のために保管してもよい。ファイバーを保管する場合、冷蔵は、ファイバー上に沈着させた材料に依存する必要があり得る。
【０１５０】
上記の方法のいずれかにより調製された後、ファイバーの長さを簡便に分析して、固定化プロセスの質を検証する。例えば、ファイバーの一部に固定された化学種は、従来の手段を用いて取り出され得、そして、例えば、（ポリペプチドおよびポリヌクレオチドのための）ゲル電気泳動、核磁気共鳴、カラムクロマトグラフィー、質量分析、ガスクロマトグラフィーなど、を含む種々の分析技術のいずれかを用いて分析し得る。もちろん、ファイバーを分析するために用いられる実際の分析手段は、ファイバーに付着させる化学種の性質に依存し、そして当業者に明らかである。
【０１５１】
好ましくはないが、ファイバー１１０もまた、調製される。すなわち、ファイバーを、ファイバーアレイ内に配置する間に、化学種をファイバーに固定してもよい。この実施形態では、一旦、ファイバーが支持プレートに配置されると、ファイバーに対する化学種の活性化および／または固定に必要な種々の流体を、チャネル１０８へと流して、ファイバーと接触させる。この方法は、ファイバーの長さに沿って様々な空間アドレスで種々の化学種を固定することが望ましい場合に、特に都合が良い。
【０１５２】
本発明は、さらに、ファイバー上で化学物質を合成するための装置および方法に関する。次いで、合成されたファイバーを用いて、上記で議論されたファイバーアレイを組み立てる。この装置は、ファイバー上で１つの塩基を合成する複数のコーティングモジュールを介してファイバーを移動させる直接的な処理を実行する、ファイバーアレイ増倍合成機（ｆｉｂｅｒ ａｒｒａｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｖｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）である。このコーティングモジュールは、１つのモジュールから次のモジュールへと通過するファイバーと共に、カラム中に積み重ねられ得る。各モジュールは、１つの塩基をオリゴに連続的に添加する。１つの立体配置において、コーティングモジュールの多くのカラムは、ハブに集められ得、そしてこれらのハブを互いに相関して回転させ得る。その結果、生成される種々のオリゴの数は、配置されるコーティングモジュールの数よりも多く、従って増倍合成と命名された。増倍合成機システムから取り出されたファイバーは、ファイバーアレイに直接装填される。密閉後、このファイバーアレイは、直ちに、分析ツールとしての準備が整っている。第２の立体配置において、モジュレーターは、要求に応じた、複雑なオリゴ立体配置を提供するようにプログラム可能である。
【０１５３】
図３４は、本発明に従う、増倍ファイバーアレイ合成機３４２０の模式図である。このファイバーアレイ合成機３４２０は、少なくとも１つ、しかし好ましくは複数の、デポジター３４２２を備える。デポジター３４２２の各々は、ファイバー３４２６上の化学種を沈着させ得る。デポジター３４２２は、以下にさらに詳細に説明するように、複数のバス、スプレーチャンバ、ウィッキング機構などを備える。増倍ファイバーアレイ合成機３４２０は、さらにトランスポーター３４２４を備える。トランスポーター３４２４は、制御ライン３４３０により指示されるように、化学種を形成するためにファイバー３４２６上に少なくとも１つの化学種前駆体を沈着させるために、ファイバー３４２６とデポジター３４２２とを互いに近接させ得る。トランスポーター３４２４は、デポジター３４２２をファイバー３４２６の近傍に移動し得るか、ファイバー３４２６をデポジター３４２２の近傍に移動し得るか、またはデポジター３４２２およびファイバー３４２６の両方を互いに相関して移動し得る。あるいは、このトランスポーターは、化学種前駆体を、デポジター３４２２の各々に送達するための流体送達システムを備える。これらの制御は、制御ライン３４３０により再び指示される。トランスポーター３４２４の具体的な例は、以下にさらに詳細に議論される。セレクター３４２８は、少なくとも１つの化学種前駆体の各々を、デポジター３４２２の各々からファイバー３４２６上に沈着させる命令を制御する。これは、予め決定された命令で、デポジター３４２２をファイバー３４２６の近傍に移動するように、トランスポーター３４２４を制御することか、または予め決定された命令で、ファイバー３４２６をデポジター３４２２の近傍に移動するように、トランスポーター３４２４を制御することにより行われ得る。セレクター３４２８はまた、少なくとも１つの化学種前駆体の各々を、流体送達システムにより、デポジター３４２２の各々に供給する命令を制御する。
【０１５４】
図３５Ａは、図３４に示されるデポジター３４２２の１つの実施形態の側面図である。この実施形態において、デポジター３４２２の各々は、化学種前駆体３５３６を含む、少なくとも１つのバス３５３２から構成される。化学種前駆体３５３６は、例えば、ホスホルアミダイトまたは洗浄溶媒のような他の溶液から構成され得る。好ましい実施形態において、図３４のトランスポーター３４２４は、バス３５３２中にファイバー３５２６を配置するための浸漬機構を備える、この浸漬機構は、一連のローラー３５３８および３４０のようなコンベヤシステムを備える。このコンベヤシステムは、ファイバー３５２６と摩擦で係合されて、バス３５３２を介してファイバー３５２６を押し、その結果、化学種３５３６と接触する。あるいは、この浸漬機構は、ファイバー３５２６の実質的にまっすぐな長さまたはコイルを、バス３５３２および化学種３５３６に直接、浸漬させるための機構を備える。ファイバー３５２６は、浸されたローラー３５４０の周りを複数回、屈曲して、ファイバー３５２６の共鳴時間を変化させ得る。なぜならば、ファイバー３５２６は、バス３５３２を介して、一定速度で移動されるからである。このことは、より多くの回数で、ファイバー３５２６が、ローラー３５４０の周りを屈曲すれば、より長く、ファイバー３５２６は、化学種に３５３６に暴露されることを意味する。ローラー３５４０は、ケージ様のデバイスから構成され得る。このデバイスは、いろいろな時に、ファイバー３５２６に沿った全ての地点を、化学種３５３６に暴露させることを可能にする。
【０１５５】
図３５Ｂは、本発明の別の実施形態の斜視図である。この実施形態において、図３４のトランスポーター３４２４は、バス３５３２を移動させて、その結果、化学種前駆体３５３６をファイバー３５２６と接触させるためのバストランスポーターを備える。
【０１５６】
図３５Ｃは、本発明のさらに別の実施形態の側面図である。この実施形態において、図３４のトランスポーター３４２４は、異なる化学種前駆体または溶液を、バス３５３２へ（３５３０）、そしてバス３５３２から（３５４８）送達する、流体送達システム３５４４を備える。
【０１５７】
図３６Ａは、図３４に示すデポジター３４２２の実施形態の側面図である。この実施形態において、各デポジター３４２２は、化学種前駆体３６４６をファイバー３５２６上にスプレイするための、少なくとも１つのスプレイチャンバ３６５４およびスプレイ機構３６４４を備える。再び、化学種前駆体３６４６は、例えば、ｐｈｏｓｐｈｏｒａｍｏｄｉｔｅまたは洗浄溶媒のような他の溶液を含有する溶液を含み得る。１つの実施形態において、図３４のトランスポーター３４２４は、摩擦によってファイバー３５２６と係合し、ファイバー３５２６を、スプレイチャンバ３６５４を通して押す、コンベヤーシステム３６５６のようなファイバー輸送機構を備える。
【０１５８】
図３６Ｂは、図３４に示されるデポジター３４２２の別の実施形態の側面図である。図３４のトランスポーター３４２４は、代替的に、スプレイチャンバ３６５４をファイバー３５２６付近に運ぶための、スプレイチャンバトランスポーター３６５０を備え得る。
【０１５９】
図３６Ｃは、図３４に示されるデポジター３４２２のさらに別の実施形態の側面図である。この実施形態において、図３４のトランスポーター３４２４は、異なる化学種前駆体または溶液をスプレイ機構３６４４に送達する（３６６０）、流体送達システム３６５８を備える。
【０１６０】
図３７Ａは、図３４に示されるデポジター３４２２の実施形態の側面図である。この実施形態において、デポジター３４２２の各々は、化学種前駆体３７６４をファイバー３５２６上にウィッキングするための、少なくとも１つのウィッキング機構３７６２を備える。さらに再び、化学種前駆体は、例えば、ｐｈｏｓｐｈｏｒａｍｏｄｉｔｅまたは洗浄溶媒のような他の溶液を含有する溶液を含み得る。図３４のトランスポーター３４２４は、摩擦によってファイバー３５２６と係合する、コンベヤーシステム３７６６のようなファイバー輸送機構を備える。
【０１６１】
図３７Ｂは、図３４に示されるデポジター３４２２の別の実施形態の側面図である。図３４のトランスポーター３４２４は、ウィッキング機構３７６２をファイバー３５２６付近に運ぶための、ウィッキング機構トランスポーター３７６０を備える。
【０１６２】
図３７Ｃは、図３４に示されるデポジター３４２２の別の実施形態の側面図である。図３４のトランスポーター３５２４は、異なる化学種前駆体または溶液をウィッキング機構３７６２に送達する、流体送達システム３７７０を備える。
【０１６３】
図３５Ａ〜３７Ｃに示される上記実施形態の各々において、ファイバー３５２６の共鳴時間を変化させるための機構が提供され得る。図３４のセレクター３４２８は、トランスポーターを制御し得、その代替的な実施形態の全てにおいて、多数の化学種前駆体の各々がファイバー３５２６上に置かれる順番を変化させる。
【０１６４】
図３８は、本発明の好ましい実施形態、すなわち、ファイバーアレイ増倍合成機３８０２の斜視図である。巻き上げられたファイバー３８０６を備える、複数のスプール３８０４は、回転プラットホーム３８０８上に取り付けられる。ファイバー３８０６は、代表的に、例えばプラスチックまたはガラスのような可撓性の糸状材料を含み、そしてスプール３８０４の回りに巻かれ、その結果、メートル単位の長さが収納されるが、容易に回収され得る。スプール３８０４は、ファイバー３８０６がプラットホーム３８０８を通過する状態で、プラットホーム３８０８に関して、環状に等しく間隔を空けられる。プラットホーム３８０８はモーター３８１０に固定され、そしてモーター３８１０は、プラットホーム３８０８および両方のハブ（３８１４、３８１８）の中心を通過する支持シャフト３８１２に固定される。モーター３８１６はまた、支持シャフト３８１２に固定される。プラットホーム３８０８は、支持シャフト３８１２に対して回転可能である。プラットホーム３８０８は、モーターなどのような第１回転装置３８１０によって回転され得る。上部ハブ３８１４はまた、支持シャフト３８１２に関して回転可能であり、そしてモーターなどのような第２回転装置３８１６によって回転され得る。下部ハブ３８１８はまた、支持シャフト３８１２に関して回転可能であり、そしてモーターなどのような第３回転装置（示されない）によって回転され得る。ハブ３８１４および３８１８は、共に、好ましくは支持シャフト３８１２に関して円筒形状に配置された、多数のコーティングモジュール３８２０を備える。各コーティングモジュール３８２０は、支持シャフト３８１２から放射状に延びる、一連のデポジター（図４０に最も良く示される）をさらに備える。ファイバー３８０６は、連続的に一組のコーティングモジュール３８２０を通過し、その際、各モジュール３８２０は、ファイバー上に所定の化学シーケンスまたは化学化合物を合成する。ファイバー３８０６は、両方のハブ（３８１４および３８１８）を通過する。ファイバー切断デバイス３８２２（図３９に最も良く示される）は、プラットホーム３８０８とハブ３８１４との間、およびハブ３８１４とハブ３８１８との間に提供される。ファイバー切断デバイス３８２２は、新たな合成シーケンスまたは化学化合物が所望される場合に、ファイバー３８０６を切断する。ファイバー３８０６は、両方のハブ（３８１４および３８１８）を通過した後、脱保護／品質管理モジュール３８２４に入り、そしてその後、最終製品（例えば、別のスプールまたはファイバーアレイ３８２６）に供給される。モーター３８２８は、最終製品を、多数のファイバーがその上にある位置まで移動させる。ハブ３８１４およびハブ３８１８は、好ましくは円筒形であるが任意の適切な形状であり得る、ということが理解されるべきである。
【０１６５】
ファイバースプール３８０４の環状の配置に対応して、コーティングモジュール３８２０は、ファイバー３８０６を収容するように配置され、１つの化合物をその上に連続的に合成し、そしてファイバー３８０６を、それが隣接したコーティングモジュール３８２０に導入され得るように外に出す。各ファイバー３８０６について、モジュール３８２０は、互いの頂部上に積み重ねられ、所望の合成または化合物を産生する。ファイバー３８０６について新しい合成シーケンスが所望される場合、切断モジュール３８２２（図３９）は各ファイバー３８０６を切断し、そして下部ハブ３８１８は上部ハブ３８１４に対して回転される。下部ハブ３８１８のこの回転により、上部ハブ３８１４からのファイバー３８０６は、切断された長さのファイバー３８０６が下部ハブ３８１８を通過し続けるように、下部ハブ３８１８中の別のモジュールに入る。言い換えると、システムを通るファイバー３８０６の動きは、新しい合成シーケンスに変えるために中断されない。ファイバーは、最初は手でモジュールを通して供給され得、そして一旦ファイバーが切断されると、上部ハブからのファイバーは、下部ハブが回転した後に、下部ハブへ自然に供給され得る。あるいは、ファイバーは、下部ハブが回転した後に、下部ハブに位置する隣接したファイバーの末端と融着され得る。ファイバー末端の融着は、機械的手段、化学的手段、または熱的手段によって達成され得る。
【０１６６】
図３９は、図３８に図示されるファイバー切断デバイス３８２２の拡大斜視図である。ファイバー切断デバイス３８２２は、プラットホーム３８０８と上部ハブ３８１４との間の位置にある、頂部丸鋸刃３９０２および底部丸鋸刃３９０４を備える。頂部刃３９０２は、プラットホーム３８０８を支持シャフト３８１２の対して回転させる、モーター３８１０に固定され得る。底部刃３９０４は、据え付けのハブ３８１４に固定され得る。プラットホーム３８０８が、新たな位置まで回転すると、ファイバー切断デバイス３８２２は、プラットホーム３８０８と上部ハブ３８１４との間で、同時に全てのファイバー３８０６を切断する。類似のファイバー切断デバイス３８２２がまた、ハブ３８１４と３８１８との間に位置し得る。ファイバー切断デバイス３８２２の頂部刃３９０２は、上部ハブ３８１４に固定され得る。底部刃３９０４は、下部ハブ３８１８と共に回転し、それが回転する際、ファイバー３８０６を切断する。
【０１６７】
図４０は、図３８に図示されたコーティングモジュールの側面図である。コーティングモジュール３８２０は、好ましくは、ファイバー３８０６が連続的に通過され得る液体４００４〜４０１６を含む複数のコンテナー４００２からなる。ファイバー３８０６は、小ローラー４０１８および大ローラー４０２０によって液体４００４〜４０１６を通って導かれる。液体４００４〜４０１６は、ＤＮＡ塩基をファイバー３８０６に添加するために正確な化学組成および濃度の液体である。液体４００４〜４０１６の好ましい配置は、接触するファイバーの順で列挙すると、以下である：脱トリチル化４００４、活性化因子４００６、ホスホラミダイト（塩基）４００８、キャップ形成試薬Ａ＆Ｂ４０１０、洗浄液４０１２、酸化剤４０１４および第２洗浄液４０１６。ファイバー３８０６は、好ましくは、コーティングモジュール３８２０に入るのと同じ速度で、そしてＤＮＡ鎖上に別の塩基を化学的に添加するか、合成するために、次の（または同じ）モジュール３８２０を許容する組成でコーティングモジュール３８２０を抜け出る。
【０１６８】
複数のモジュール３８２０が、所望の量のＤＮＡ塩基をファイバー３８０６上に添加するためにスタックされ得る。例えば、図４１は、３つの塩基をファイバー３８０６上に合成するようにスタックされた３つのモジュール４１００〜４１０４を示す。ファイバー３８０６は、メートル単位のファイバー３８０６を含み得るスプール３８０４より誘導される。
【０１６９】
ファイバー３８０６上に塩基が合成された後、ファイバー３８０６は保護化学物質が除去される脱保護モジュール３８２４を通過する。この除去プロセスは、品質管理センサー４１０８によって試験される数パーセントのオリゴを放出する。脱保護後、ファイバー３８０６は複数のファイバーアレイ基材３８２６上のチャネルに配置される。モーター３８２８は、ファイバーがすべてのチャネルを満たすようにファイバーアレイ３８２６を移動する。切断手段４１１０は、ファイバーアレイ３８２６がファイバーを短いセグメントに切断する前および最中に提供される。
【０１７０】
図４２は、図３８に図示された脱保護モジュールの拡大した側面図である。脱保護モジュール３８２４は、合成の間にオリゴ４２１０に添加された脱保護基４２０８を除去する。この除去は、脱保護基４２０８を分離するためにオリゴ４２１０を脱保護組成物４２１２（例えば、メチルアミニン（ｍｅｔｈｙｌ ａｍｉｎｉｎｅ））に曝露することによって行われる。加えて、脱保護基４２０８を除去するために、いくつかのオリゴ４２１８を品質管理の目的のためにファイバー３８０６から抽出する。この除去は、オリゴ４２１０をファイバー３８０６上に保持するために、２つ異なる型のリンカー（すなわち、切断リンカー４２１４および持続性リンカー４２１６）を適用することにより行われる。この切断リンカー４２１４は、脱保護プロセスの間、分離するが、持続性リンカー４２１６は分離しない。ほとんどのリンカーは、好ましくは、持続性リンカー４２１６であり、その結果、数パーセントのオリゴ４２１０のみがファイバー３８０６から除去される。除去されたオリゴ４２１８は、同定のための紫外線検出器４２０４および質量分析計４２０６を有する種々の品質管理センサー２００８（例えば、純度測定のための液体クロマトグラフィーカラム４２０２のような）を通過され得る。
【０１７１】
図４３は、コーティングモジュール４３０２の別の実施形態の拡大した側面図である。この配置において、コーティングモジュール４３０２は、オペレーターによって選択される場合、ファイバー３８０６上に複数の塩基溶液４３０４〜４３１０の１つを合成するようにプログラムされる。塩基溶液は、好ましくはオリゴＡ、Ｃ、ＧまたはＴである。モジュール４３０２はなお、脱トリチル化４００４、活性化因子４００６、キャップ形成試薬４０１０、洗浄液−１ ４０１２、酸化剤４０１２および洗浄液−２ ４０１６−溶液を含み得る。しかし、モジュール４３０２はさらに、第１の配置３８２０について記載されたように（図４０）、１つの塩基４００８を含む唯一の浴の代わりにすべての塩基４３０４〜４３１０のための浴を含み得る。選択器３４２８（図３４に示される）は、ファイバー３８０６を複数の塩基溶液４３０４〜４３１０の１つと接触して押すために複数のアクチュエーター４３１２−４３１８の１つを選択し、上記のような同じプロセスにおいて塩基を加える。異なる塩基が望まれる場合、伸展されたアクチュエーター４３１２、４３１４、４３１６または４３１８は、引っ込められ、そして別のアクチュエーター４３１２、４３１４、４３１６または４３１８が異なる塩基溶液４３０４〜４３１０と接触してファイバーを伸展する。このプロセスは、ファイバー３８０６上にオリゴヌクレオチドを合成することが所望される度に繰り返される。この型のコーティングモジュール４３０２は、図４４において示されるように、ファイバー３８０６を複数のファイバーアレイ３８２６中に置くためにファイバースプール３８０４、脱保護モジュール３８２４およびモーター３８２８を用いてスタックされ得る。
【０１７２】
本発明の１つの適用は、ＤＮＡ合成、特にあらゆる組み合わせの特定のＤＮＡの長さを作製することである。例えば、９塩基の長さのＤＮＡフラグメント（オリゴ）のあらゆる組み合わせは、２６２、１４４の異なるオリゴ（４の９乗）を産生する。ファイバーが、すでに添加された１つの塩基を用いて機械にロードされる場合、ファイバーあたり８のモジュールは、９塩基のオリゴを産生し得る。しかし、８より多いモジュールの２６２、１４４のスタックを作製することには、困難である。しかし、このデバイスを用いて、比較的少ないセットのモジュールが、産生される異なる組み合わせの数を増やすために配置され得る。例えば、２５６ファイバーは、ファイバー（２５６）上で４つの塩基のあらゆる組み合わせを合成するために、ファイバーあたり４つのモジュールを使用して上部ハブを通って通過され得る。底部ハブが、同様に配置される場合（２５６ファイバー×４モジュール）、システムは、２５６、９−塩基のオリゴと同時に、必要とされる２６２、１４４の組み合わせの小さなサブセットを合成する。しかし、ファイバーのサブセットが作製される場合、ファイバーは切断され得、そして底部ハブは、ファイバーの組み合わせの第２のサブセットを作製するために回転され得る。このプロセスを２５６回繰り返すことによって、９マーの６５，５３６の組み合わせが、合成される（２５５×２５６）。ここで、プラットフォームは、１つのファイバー位置に回転され、そして全プロセスが２６２、１４４のあらゆる９マーの組み合わせを合成するために別に３回繰り返される。
【０１７３】
本発明の種々の実施形態を記載した。この記載は、本発明の例示であることを意図する。前述に示された特許請求の範囲から逸脱することなく記載される本発明に対して改変が行われ得ることは、当業者には明らかである。例えば、本発明は、支持平板の種々のジオメトリーならびにファイバーおよびチャネルの配置を記載したが、他のジオメトリーが可能であり、そして本発明の範囲内にあることが考えれることが理解される。さらに、本発明は、オリゴヌクレオチドおよび核酸配列に対する特定の参考を例示したが、少なくとも２つの化学種を接触させる任意の使用が、本発明の範囲内にあることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従うファイバーアレイの頂平面図である。
【図２】 図２は、本発明に従う図１のファイバーアレイの線２−２に沿った断面図である。
【図３】 図３は、本発明に従う図１のファイバーアレイの線３−３に沿った断面図である。
【図４】 図４は、本発明に従うファイバーアレイの別の実施形態の頂平面図である。
【図５】 図５は、本発明に従う図４のファイバーアレイの線５−５に沿った断面図である。
【図６】 図６は、図４のファイバーアレイ１０Ａの別の実施形態の断面図である。
【図７】 図７は、本発明に従う図４のファイバーアレイの線６−６に沿った断面図である。
【図８】 図８は、本発明に従うファイバーアレイのチャネルを通る流体の移動のためのデバイスの頂平面図である。
【図９】 図９は、本発明に従うファイバーアレイの別の実施形態の頂平面図である。
【図１０】 図１０は、本発明に従うファイバーアレイを使用するための流体分配デバイスの断面図である。
【図１１】 図１１は、本発明に従うファイバーアレイの別の実施形態の一部の斜視図である。
【図１１Ａ】 図１１Ａは、本発明に従うファイバーアレイのなお別の実施形態の一部の斜視図である。
【図１２】 図１２は、本発明に従うファイバーアレイリーダーの実施形態の概略図である。
【図１３】 図１３は、図１１に示す光源とファイバーとの間の界面の概略図である。
【図１４】 図１４は、本発明に従うファイバーアレイにおいて使用する複数のチャネルの実施形態の斜視図である。
【図１５】 図１５は、本発明に従うファイバーアレイにおいて使用する複数のチャネルの別の実施形態の端面図である。
【図１６】 図１６は、図１４に示す実施形態の側面図である。
【図１７】 図１７は、本発明に従うファイバーアレイリーダーの別の実施形態である。
【図１８】 図１８は、本発明に従うファイバーアレイリーダーのなお別の実施形態である。
【図１９】 図１９は、本発明に従うファイバーアレイの別の実施形態である。
【図２０】 図２０は、本発明の１つの実施形態に従うホイールの斜視図である。
【図２１】 図２１は、本発明の１つの実施形態に従うシリンダーの斜視図である。
【図２２】 図２２は、本発明の１つの実施形態に従うホイール回転デバイスに接続されるホイールの断面図である。
【図２３】 図２３は、本発明の１つの実施形態に従うコンテナー回転デバイスに接続されるコンテナーの断面図である。
【図２４】 図２４は、本発明の１つの実施形態に従う流体送達システムの断面図である。
【図２５】 図２５は、本発明の１つの実施形態に従うファイバーホイール混合システムの断面図である。
【図２６】 図２６は、図２５のファイバーホイール混合システムの頂平面図である。
【図２７】 図２７は、本発明の１つの実施形態に従う光評価システムである。
【図２８】 図２８は、図２７の光評価システムの別の実施形態である。
【図２９】 図２９は、本発明に従う光評価システムのなお別の実施形態である。
【図３０】 図３０は、本発明に従うホイールアセンブリおよびマルチキャビティコンテナーを備える、ファイバーホイール混合システムの別の実施形態の断面図である。
【図３１】 図３１は、図３０のファイバーホイール混合システムの別の断面図である。
【図３２】 図３２は、本発明に従うファイバーアレイにおいて使用するためのファイバーを調製するための１つの実施形態を示す。
【図３３】 図３３は、本発明に従うファイバーアレイにおいて使用するためのファイバーを調製するための別の実施形態を示す。
【図３４】 図３４は、本発明の模式図である。
【図３５】 図３５は、本発明の１つの実施形態の側面図である。
【図３６】 図３６は、本発明の別の実施形態の側面図である。
【図３７】 図３７は、本発明のなお別の実施形態の側面図である。
【図３８】 図３８は、本発明の好ましい実施形態の斜視図である。
【図３９】 図３９は、図３８に図示するファイバー切断デバイスの拡大斜視図である。
【図４０】 図４０は、図３８に図示するコーティングモジュールの側面図である。
【図４１】 図４１は、図３８に図示する積み重なったコーティングモジュールの側面図である。
【図４２】 図４２は、図３８に図示する保護モジュールの拡大側面図である。
【図４３】 図４３は、本発明に従うコーティングモジュールの別の実施形態の拡大側面図である。
【図４４】 図４４は、図４３に図示する本発明の実施形態の斜視図である。

Claims (33)

1. 少なくとも２つの化学種を接触させるためのデバイスであって、以下：
   それぞれが移動化学種を受容するために構成された複数の流体的に独立したチャネルを有する支持プレート；および
   該チャネルの幅にわたって該支持プレート上に配置された複数の光ファイバーであって、該ファイバーの各々は、該ファイバーの各々の部分に沿って配置された固定された化学種を有し、該ファイバーの各々の該部分は、該チャネルのうちの一つに暴露され、それにより該部分の各々と該チャネルの各々との間に接触位置のマトリクスを形成する、ファイバー、
   を備える、デバイス。
2. 前記チャネルの各々の少なくとも一部が、光を反射するための形状の湾曲した底部表面を有する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記湾曲した底部表面が、反射コーティングを有する、請求項２に記載のデバイス。
4. 請求項１に記載のデバイスであって、以下：
   光を生じるための光源；および
   ファイバーの末端に該光を当てるための焦点レンズ、
   をさらに備える、デバイス。
5. 前記ファイバーの各々の末端が、前記焦点レンズから前記光を受容するように、前記複数のファイバーに対して前記光源および該焦点レンズを移動するための該光源および該焦点レンズに接続される移動デバイスをさらに備える、請求項４に記載のデバイス。
6. 前記ファイバーの各々の末端が、前記焦点レンズから前記光を受容するように、前記光源および該焦点レンズに対して前記支持プレートを移動させるための、該支持プレートに接続される移動デバイスをさらに備える、請求項４に記載のデバイス。
7. 前記支持プレートに装着される複数の電導性接触子をさらに備える請求項１に記載のデバイスであって、ここで該電導性接触子の各々が、個別に前記ファイバーの各々の末端に接触し、そしてここで該ファイバーの各々が、電導性である、デバイス。
8. 前記電導性接触子の少なくとも１つに、電気的に接続される電源をさらに備える、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記電源および前記電導性接触子の各々に、電気的に接続される切り換えデバイスをさらに備える、請求項８に記載のデバイスであって、ここで該切り換えデバイスは、電力が該電導性接触子の各々に連続して供給されることを可能にする、デバイス。
10. 前記支持プレートに隣接して置かれる流体分配デバイスをさらに備える、請求項１に記載のデバイスであって、該流体配分デバイスは、前記チャネルの少なくとも１つに、前記移動化学種を放出するために構成される、デバイス。
11. 前記流体分配デバイスが、複数のディスペンサー開口部を有する、請求項１０に記載のデバイスであって、ここで該ディスペンサー開口部の各々が、前記チャネルの１つと整列され、そして前記支持プレートに対して、該流体分配デバイスを移動するための移動デバイスをさらに備える、デバイス。
12. 複数のチャネル入口ポートをさらに備え、これらの各々が前記チャネルの１つに流体接続される、請求項１に記載のデバイス。
13. 前記複数のチャネル入口ポートの各々が、前記チャネルの１つの断面積より大きい、前記移動化学種を受容するための開口部を有する、請求項１２に記載のデバイス。
14. 複数のチャネル出口ポートをさらに備え、これらの各々が前記チャネルの１つに流体接続される、請求項１２に記載のデバイス。
15. 透明のカバープレートをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
16. 少なくとも２つの化学種を接触させるための装置、乃至は、光ファイバー上に固定した化学種を有するようになっている装置において、ファイバーアレイを支持するための装置であって、以下：
    移動化学種を受容するために構成された複数のチャネルを備える支持プレートであって、ここで全ての該チャネルは、実質的に互いに平行に整列される、支持プレート；
    複数のファイバーを該支持プレートへ連結させて、該ファイバーの各々の部分を、該チャネルのうちの一つに暴露させるために構成された複数のファイバーコネクターであって、該ファイバーのすべては、実質的に互いに平行に、そして該チャネルに対して実質的に垂直に整列され、それにより該部分の各々と該チャネルの各々との間に接触位置のマトリクスを形成する、ファイバーコネクター
    を備える、装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、以下：
    光を生じるための光源；
    該光源から生成された光を、ファイバーの末端へと向けるために構成された焦点レンズ；
    任意の該ファイバーの任意の前記部分上の固定された化学種に結合した移動化学種から放出される励起光を検出するために構成された光検出器；
    をさらに備える、装置。
18. 前記光学検出器が、任意の前記ファイバーの直径より大きい直径
    を有する光ファイバーを備える光学検出器をさらに備える、請求項１７に記載の装置。
19. 前記焦点レンズが、円筒形レンズを備える、請求項１７に記載の装置。
20. 任意の前記ファイバーの任意の前記部分上に固定された化学種に結合された、移動化学種から放出される励起光を検出するために構成された複数の前記光検出器をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
21. 前記ファイバーの各々の末端が、前記焦点レンズから前記光を受容するように、前記支持プレートを移動するための移動デバイスをさらに備える、請求項２０に記載の装置。
22. 前記チャネルの少なくとも１つが、湾曲した底部表面を有する、請求項２１に記載の装置。
23. 前記ファイバーの各々の温度を制御するための温度制御デバイスをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
24. 請求項２３に記載の装置であって、ここで前記温度制御デバイスは、前記ファイバーの各々の温度が移動化学種および固定された化学種の結合のために最適な温度を経験するように、予め決定された範囲の温度にわたって該ファイバーの各々の温度を変化させる、装置。
25. マイクロチップを読取るためのシステムであって、以下：
    各々が光ファイバー上に固定されたポリヌクレオチドプローブを有し、そして各々が第１の末端を有する、複数の光ファイバー；
    第１の分析物を受容するために、複数の平行でそして流体的に独立したチャネルを有する該複数のファイバーのための支持体であって、ここで該複数のファイバーが、該支持体に実質的に平行に、そして実質的に該複数のチャネルに垂直に、かつ該複数のチャネルの幅にわたって配置され、それにより該ファイバーの各々と該複数のチャネルの各々との間に接触場所のマトリックスを形成し、その結果、該ファイバーの各々が、該第１の分析物により接触される、支持体；
    光を生成するための光源；
    該ファイバーの各々の末端上に、該光を集中させるための焦点レンズ；
    該接触場所の各々から放出される光を受容するために置かれる光検出デバイス；および
    該末端の各々を、該光と整列させるために該支持体に接続される移動デバイス、
    を備える、システム。
26. 少なくとも２つの化学種を接触させるための方法であって、以下：
    各々の光学ファイバー上の同一または異なる固定された化学種を固定する工程；
    該ファイバーの各々が、該支持体に実質的に互いに平行に、そして実質的に該複数のチャネルに垂直に、かつ該複数のチャネルの幅にわたって配置されるような複数の実質的に平行なチャネルを有する支持体上に該ファイバーを置く工程であって、それにより該ファイバーの各々と該複数のチャネルの各々との間に接触場所のマトリックスを形成する、工程；および
    該固定された化学種が該ファイバーの各々に接触するように、同一または異なる移動化学種を該チャネルの各々に配置する工程、
    を包含する、方法。
27. 前記固定する工程が、前記ファイバーの各々に、異なるポリヌクレオチドを固定する工程を包含する、請求項２６に記載の方法。
28. 前記チャネルの各々に沿って、前記移動化学種を移動する工程をさらに包含する、請求項２６に記載の方法。
29. 前記移動工程が、電気浸透力を前記チャネルの前記チャネルに適用する工程を包含する、請求項２８に記載の方法。
30. 以下：
    前記ファイバーの少なくとも一つの末端に光を当てる工程；および
    該ファイバーの少なくとも一つから放出される光を検査する工程、
    をさらに包含する、請求項２６に記載の方法。
31. 前記光を当てる工程が、該光を焦点レンズを通して当てる工程を包含する、請求項３０に記載の方法。
32. 複数の接触点を有するマイクロチップを作製するための方法であって、以下；
    複数の光学ファイバー中の個別のファイバー上に複数の既知の化学種の各々を固定する工程；および
    分析物を受容するための、複数の平行でそして流体的に独立したチャネルを有する支持体上に該ファイバーの各々を置く工程であって、ここで該複数のファイバーが、該支持体上に平行におよび実質的に該複数のチャネルに垂直に配置され、それにより該ファイバーの各々の部分と該複数のチャネルの各々との間に接触場所のマトリックスを形成し、その結果、該ファイバーの各々が該分析物と接触する、工程、
    を包含する、方法。
33. 前記複数の既知の化学種が、ポリヌクレオチドプローブで
    ある、請求項３２に記載の方法。

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