JP4471660B2 - Dnaプローブの光学的合成のためのあらかじめパターン形成された基板、装置、及び方法 - Google Patents
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Description
DNA配列を同定する1つの方法は、フォトリソグラフィ技術を用いて合成されたオリゴヌクレオチド・プローブのアレイを用いるものである。アレイのプローブの各々は、特定のDNA標的とハイブリダイズするように設計され、後者は蛍光標的にカップリングさせることができる。DNAがどこにハイブリダイズするかを観察することにより、該DNAの同一性を推定することができる。この技術は、Peaseらの「Light−Generated Oligonucleotide Arrays for Rapid DNA Sequence Analysis」、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、91、5022−5026(1994年5月)に、一般的に記載されている。
この処理は、任意のDNAポリマーが様々な反応部位に蓄積するまで、異なるモノマー又は短いオリゴマーを用いて繰り返すことができる。フォトリソグラフィ・マスクを交換することにより、異なるDNA配列を、アレイの異なる位置で合成することができる。
このように、DNAプローブ合成システムの簡単な光学的位置合わせ機構を提供することが、本発明の目的の1つである。本発明の別の目的は、例えば位置合わせ感度の高い特性を基板に組み込むことができるような、該基板の正確な位置合わせを可能にすることである。
本発明のさらなる目的、特徴、及び利点は、付属の図面と併せて見たときに以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
フィルタ処理されたビーム14は、特定の広がりの一様なビーム20を形成する集光システム18によって受け取る。この広がり(又は伝達)角は、照射の空間的コヒーレンス要件を満足する程度であり、典型的にはσ=0.7である。例えば、2002年1月31日に出願され、本発明と同一の譲受人に譲渡され、引用により組み入れられる同時継続中の米国特許出願番号第60/353,491号に記載されているようなプリズム/カレイドスコピック・コリメータを含む標準的な光学装置の多くを用いることができる。
照射ビーム20は、明領域と暗領域とのパターンを該照射ビームに与えるパターン生成器に衝突する。好ましい実施形態においては、パターン生成器はマイクロミラーのアレイであり、これはすぐ以下で詳細に説明される。他の種類のパターン生成器には、従来型のフォトリソグラフィ・マスク及び反射標的などの静的な装置、並びに、マイクロシャッタ、バイモルフ圧電アクチュエータによって作動させられるマイクロミラー、LCDシャッタ、及び反射型LCD装置などの動的な装置が含まれる。
一般に、マイクロミラー29のアレイ22は、Texas Instruments社から市販されているデジタル・ライト・プロセッサ(DLP)とすることができる。こうしたアレイは、以下の論文及び特許で説明されている、すなわち、Larry J.Hornbeckによる「Digital Light Processing and MEMs:Reflecting the Digital Display Needs of the Networked Society」、SPIE/EOS European Symposium on Lasers,Optics,and Vision for Productivity and Manufacturing 1、Besancon、France、June10−14、1996、及び、米国特許第5,096,279号、同第5,535,047号、同第5,583,688号及び同第5,600,383号明細書であり、これらは引用によりここに組み入れられる。
同様に、ミラー40は、焦点を合わせる目的で、該ミラー40をミラー38方向へ及びそれから離れるように動かすためのモータ又はスクリューの調整機構を有する合焦ステージ46に取り付けることができる。モータ駆動とした場合、モータは、モータコントローラ49と接続し、該コントローラは、動きを制御するこれらのモータの自動調整を行うか、又は、例えば対応するボタンが押されたときいずれかの軸線の定速運動を与えるキーパッド70を通して手動入力を受け付けることができる。
再び図1を参照すると、反応隔離領域56及び反応部位54によって伝搬される光は、観察者58か又は適切に配置された(例えば、光電セル、又はカメラ及び/又は画像処理回路等とすることができる)光センサ60若しくは60’かのどちらかで受け取ることができ、ここでセンサ60の配置は反射光又は散乱光の検出を示し、センサ60'は、透過光の検出を示す。電子センサ60もまた、既述のように、コントローラ49と接続する。
これらの伝搬の変化は、不透明な、吸収性の又は反射性の材料を様々な範囲に被覆する被覆処理を含むがこれに限定されるものではない様々な手段によってか、又は、線を基板52の表面に刻印して所望の選択的な反射率を与える回折処理によって、作り出すことができる。
ここで、図5を参照すると、この後者の場合、光学格子62は、基板52の表面の選択的反射が望まれる領域に刻印することができる。格子62は、基板52の表面と垂直な方向に入射光の半波長だけ離れた溝及びリッジを備える。この刻印された表面の溝及びリッジから基板52の表面と垂直な軸線64に沿って反射した光は、干渉して弱め合うことになる。ところが、角度を持たせた軸線66では、溝及びリッジからの光は、重なって強め合い、軸外し角で最大となる反射率分布68を与えることになる。このように、軸外し反射を検出するための目58又はセンサ60への光を、最大にすることができる。
ここで図6を参照すると、図3及び図4のパターンに関するアレイイメージの上端を(この例では)短くするようなイメージの台形ゆがみが、肉眼で見られるような内側に湾曲する一組のモアレ干渉縞を作る。このような台形ゆがみは、マイクロミラー29のアレイ22と非平行の面にある基板52によって引き起こされる可能性があり、本発明のテレセントリック光学系によって最小になるが、他の光学的投射システムでは問題となることがある。基板52をシム又は調節機構などによって適切に傾けることで、このゆがみを補正することができる。
図9を参照すると、イメージのゆがみ(糸巻形ゆがみ又は樽形ゆがみ)は、円形の干渉縞区域によって明らかになる。
図10を参照すると、拡大エラーは、反応部位54の拡大された仮想イメージの存在によって検出することもできる。本質的に一様な灰色領域を作り出すようにこれらの拡大領域を除去することで、1対1拡大を示すことになる。
本発明は、本明細書に含まれる実施形態及び説明に限定されるものではなく、実施形態の一部を含むそれらの実施形態の改良形、及び、異なる実施形態の要素の組合せも、特許請求の範囲内に入るものとして包含されることが、明確に意図される。例えば、好ましい実施形態においてはフローセル42を動かすが、マイクロミラー22を動かして均等な効果を与えてもよい。さらに、基板は、既に述べたように、フローセル内に取り付けて位置合わせに用いられ、次に、該基板上のDNA合成のための基板と交換される標的としてもよい。
Claims (15)
- (a)ヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイを有するあらかじめパターン形成された平面基板をもつ反応器を備え、前記平面基板には全体にわたってあらかじめパターン形成がされており、前記パターン形成は照射された光が前記反応部位と基板の反応部位でない部位では異なる伝搬をされることにより形成され、さらに、
(b)ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光を与える光源と、
(c)前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光源からの光が、前記あらかじめパターン形成された基板の前記隔離された反応部位に対応する照射部分をもつように、前記光源からの光にパターンを印加して光パターンを生成するパターン生成器と、
(d)前記照射部分と前記反応部位とを位置合わせすべく、パターン形成された基板から伝搬される光が、前記パターン生成器、前記光源及び前記基板の位置合わせを指示するように、前記光パターンを前記あらかじめパターン形成された基板上に投射する投射光学系と、
(e)前記あらかじめパターン形成された基板の前記空間的に隔離された反応部位の前記アレイと前記光パターンの前記照射部分との間の、糸巻形、台形、樽形、前記基板に平行な面に沿った前記基板に対する並進、前記基板に垂直な軸線を中心とする回転、過剰拡大、及び過小拡大からなる群から選択される前記照射部分のゆがみをもたらす位置ずれを補正するために、前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記基板のうちの少なくとも2つの相対的配置を調整する位置合わせ手段と、を備え、
(f)前記光パターンで照射されたとき、前記あらかじめパターン形成された基板が、前記光パターンの少なくとも一部のイメージを再生して、モアレ干渉パターンを与えることを特徴とする、DNA合成装置。 - 前記投射光学系、前記パターン生成器、及び前記基板のうちの少なくとも2つの相対的配置の調整を制御するために、前記あらかじめパターン形成された基板からの光を受け取る光センサをさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記パターン生成器が、前記光源と前記反応器との間の光路に沿って位置決めされ、前記光を受け取って反射する電子的に方向付けすることができる1組のマイクロミラーであることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記電子的に方向付けすることができるマイクロミラーのイメージが、ミラー領域とレーン領域とを含み、前記あらかじめパターン形成された基板が、前記ミラー領域に対応する反応部位と、前記レーンに対応する反応隔離領域とを含むことを特徴とする、請求項3に記載の装置。
- 前記反応隔離領域が、前記反応部位と比べて少ない光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項4に記載の装置。
- 前記反応隔離領域が、前記反応部位と比べて多くの光反射を与えるように処理されることを特徴とする、請求項4に記載の装置。
- 前記反応隔離領域が、角度を持たせた反射を与えるように格子状に刻印されることを特徴とする、請求項6に記載の装置。
- 前記反応隔離領域が、前記反応隔離領域におけるヌクレオチド付加反応を阻害するように処理されることを特徴とする、請求項4に記載の装置。
- (a)反応器内でヌクレオチド付加反応を起こすことが可能な空間的に隔離された反応部位のアレイを有するあらかじめパターン形成された平面基板を位置決めし、前記平面基板には全体にわたってあらかじめパターン形成がされており、前記パターン形成は、照射された光が前記反応部位と基板の反応部位でない部位では異なる伝搬をされることにより形成され、
(b)ヌクレオチド付加反応を促進することが可能な光源を設け、
(c)光学的にDNAを合成するために、前記隔離された反応部位に対応する照射部分をもつ光パターンを、前記照射部分が前記反応部位と位置合わせされるように、前記あらかじめパターン形成された基板上に投射し、
(d) 糸巻形、台形、樽形、前記基板に平行な面に沿った前記基板に対する並進、前記基板に垂直な軸線を中心とする回転、過剰拡大、及び過小拡大からなる群から選択される照射部分のゆがみを補正するために、前記あらかじめパターン形成された基板上の前記光パターンの相対的配置を調整するステップを含み
(e) 前記光パターンで照射されたとき、前記あらかじめパターン形成された基板の前記パターンが、前記光パターンの少なくとも一部のイメージを再生して、モアレ干渉パターンを与えることを特徴とする、DNA合成方法。 - 前記あらかじめパターン形成された基板上の前記光パターンの相対的配置の調整を制御するために、前記あらかじめパターン形成された基板から出る光を検出するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 前記あらかじめパターン形成された基板の前記パターンが、ミラー領域とレーン領域とを有する電子的に方向付けすることができる1組のマイクロミラーのイメージを再生し、前記あらかじめパターン形成された基板の前記パターンが、前記ミラー領域に対応する反応部位と、前記レーンに対応する反応隔離領域とを含むことを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 前記反応部位と比べて少ない光反射を与えるように、前記反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 前記反応部位と比べて多くの光反射を与えるように、前記反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 角度を持たせた反射を与えるように、前記反応隔離領域を格子状に刻印するステップを含むことを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 前記反応隔離領域におけるヌクレオチド付加反応を阻害するように、前記反応隔離領域を処理するステップを含むことを特徴とする、請求項11に記載の方法。
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