KR20020097216A - 생체중합체 배열의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적용하려는 생체중합체가 하나 이상의 상이한 생체중합체 저장원으로부터 취해질 수 있는, 지지 기재(4, 14)상의 생체중합체 배열(15)의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 다차원적으로 이동될 수 있는 모세관(2)의 모세관 선단(1)은 가장 소량의 액체를 모세관의 충전용으로 제공된 소형 밸브(5) 및 세정용으로 제공된 소형 밸브(7)을 통해 기재 표면(14)으로 이송시키기 위해 제어된다.

Description

생체중합체 배열의 제조 방법 및 장치 {Method and Device for Producing Biopolymer Arrays}

본 발명은 지지체 또는 지지재 상에 시료량의 핵산, 단백질 및(또는) 다당류를 배열하기 위한 이들 물질의 생체중합체 장(field)(배열)의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

생체중합체, 예를 들어 핵산, 단백질 및(또는) 다당류의 고도의 병렬 분석의 경우, 소량의 수많은 액적 형태의 시료가 일반적으로 평평한 지지체 또는 지지 물질상에 배열된다. 사용하려는 시료량에 사용되는 지지체는 현미경 검사에 자주 사용되는 플라스틱 필름, 멤브레인 또는 시편 슬라이드이다. 통상의 분석 용도에서, 수백 내지 수천 분석 스폿(spot)이 지지체에 적용된다.

수 피코리터 내지 수 나노리터 범위로 분석하려는 극소량의 액체 시료를 지지체 또는 지지재에 적용하는 경우, 예를 들어 잉크젯 프린팅 기술을 사용한다. 잉크젯 프린팅 기술에서, 분석하려는 시료 액체의 적용량은 비교적 큰 기계적 그리고(또는) 열적 응력을 받아서 민감한 생체중합체를 손상시킬 수 있다. 더욱이, 이 적용 기술에서 바람직하지 못한 가스 기포의 형성이 자주 일어나서 액적의 정확한 배치 및 그에 따라 규칙적으로 배열되는 분석 장을 방해할 수 있다. 더욱이, 매우 상이한 적용하려는 액체 양의 점도로 인해 결함이 빈번히 일어날 수 있다.

문헌(M. Schena 등, Science 270, 1995, pp.467-470)은 만년필 방법에 기초한 방법을 개시하고 있다. 종래 기술로부터 공지된 이 해결책에서, 형상화된 핀 선단을 갖는 금속 핀이 사용된다. 이 핀은 피펫으로 이송시키려는 액체중에 침지되고, 적용하려는 액체중 일부가 핀 선단의 표면상에 잔류한다. 핀 선단을 나중에 낮출 때 이 액체는 담지시키려는 지지체 또는 지지재 표면상으로 이송된다. 이 기술의 단점은 액체를 취한후 분석하려는 각각의 배열을 각각 동일한 패턴으로 형성하기 위해 수많은 지지체 표면에 스폿을 생성해야 하는 경우, 형상화된 핀 선단의 제한된 액체 수용 용량이다.

적용하려는 액체의 수용 용량을 증가시키기 위해 홈 또는 슬롯이 시료 용기중에 침지하려는 금속 핀 선단상에 제공되는 경우, 이 금속 핀 선단은 매우 어렵고 불편한 세정의 단점을 갖는다. 그러나, 세정은, 금속 핀 선단이 각각의 경우 새로운 유형의 시료를 갖는 용기중에 침지되고 앞서 적용된 기재의 잔류물이 여전히 선단에 부착되어 있는 경우 기재상의 새로운 시료 스폿이 앞서 이송된 스폿으로부터의 물질로 오염되지 않도록 시료 물질의 동반(entrainment)을 방지하기 위해 중요하다.

종래 기술로부터 공지되어 있는 상기 언급된 해결책의 단점을 볼 때, 본 발명의 목적은 간단한 수단을 사용하여 분석하려는 생체중합체 장 또는 배열을 값싸고 신뢰할 수 있게 배열하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 지지체 기재상의 생체중합체 영역의 생성 방법에서 적용하려는 생체중합체가 하나 이상의 시료 원료로부터 취해지고 모세관의 다차원적으로 이동가능한 모세관 선단이 매우 소량의 액체를 기재 표면상으로 이송시키기 위해 충전용 소형 밸브(miniature valve) 및 추가의 세정용 소형 밸브를 통해 주소지정됨으로써 달성된다.

이 해결책의 이점으로는, 특히 본 발명에 따라 제안된 방법으로 인해 다수의 지지체 물질 플레이트가 간단한 방식으로 단일 모세관 충전을 이용하여 담지될 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 시료 동반을 방지하기 위해, 모세관상의 2회의 세정 작업은 실무적으로 시료 원료 및 이송된 시료의 교차 오염을 배제시키는데 충분한 것으로 입증되었다. 한 편, 각각의 경우 시료량 원료를 취하는 모세관의 세정은 2개의 독립적으로 주소지정가능한 소형 밸브를 통해 목적하는 만큼 종종 반복될 수 있다.

본 발명이 기초한 방법의 또다른 실시 양태에서, 복수개의 모세관이 소형 밸브에 연결될 수 있다. 이는 복수개의 매우 소량의 액체를 기재 또는 기재 재료의 표면에 병렬 적용하는 것을 가능하게 한다.

복수개의 모세관이 서로로부터의 일정 거리의 용기들에 사용되는 경우, 분석하려는 많은 수의 액체 시료가 복수개의 지지체 표면의 병렬 처리를 통해 동시에 적용될 수 있다.

본 발명이 기초한 발상의 또다른 유리한 개선에 따르면, 복수개의 모세관은 서로의 간격이 지지체 기재의 표면에 적용되는 생체중합체 물질의 2개 시료량의 간격에 상응하는 방식으로 서로에 대해 배열될 수 있다.

지지체 기재의 표면상에서 분석하려는 극소량의 액체의 배열이 규칙적일 수록, 적용되는 액체 시료의 평가가 더욱 정확히 수행될 수 있고 후속적인 분석 방법이 더욱 용이하게 자동화될 수 있다.

본 발명에 따라 제안된 방법의 바람직한 실시 양태에서, 하나 또는 복수개의 모세관이 X 또는 Y 방향으로 이동될 수 있고 또한 기재 용기로부터 원액을 수용하기 위해 Z 방향으로 침지 이동을 수행하는 것이 가능하다. 3개의 좌표 방향에서 각각의 모세관의 주소지정능은 분석 플레이트상에서 공간의 최대 이용을 가능하게 한다. 분석하려는 극소량의 액체를 각각의 지지체 표면상으로 적용하는 하나 이상의 모세관의 주소지정 및 이동능을 위해, X 방향 및 Y 방향으로 이동될 수 있는 상업적으로 시판되는 컴퓨터 지원된 플로터(computer-supported plotter)가 유리하게 사용된다. 개인 컴퓨터(PC)에 의한 상업적으로 시판되는 플로터의 주소지정을 통해 하나 이상의 모세관의 값싼 이동능 및 신뢰할 만한 주소지정능이 달성될 수 있다.

X 방향 또는 Y 방향에서의 하나 이상의 모세관의 이동능이 달성될 수 있는 상업적으로 시판되는 플로터 대신에, 컴퓨터 지원된 배치 스테이지(computer-supported positioning stage)가 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 따라, 적용하려는 생체중합체가 하나 이상의 상이한 시료 원료로부터 취해질 수 있고 극소량의 액체를 기재 표면상으로 이송시키기 위해 많은 수의 방향으로 이동될 수 있는 모세관 유리 선단이 모세관의 충전용 소형 밸브 및 세정용 소형 밸브를 통해 주소지정될 수 있는, 지지체 기재상에 생체중합체 장을 생성하기 위한 장치가 또한 제안된다. 본 발명에 따라 제안된 생체중합체 장의 생성을위한 장치의 또다른 실시 양태에서, 모세관 선단은 극소량의 액체를 10 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위의 외경으로 수용하는 말단부로 제작된다. 특히 바람직한 실시 양태에서, 모세관 선단은 각각 극소량의 액체를 50 ㎛ 내지 300 ㎛의 외경으로 수용하는 말단부로 설계된다.

하나 이상의 모세관의 주소지정은 극소량의 액체를 지지체 또는 지지재의 표면상으로 적용하기 위해 각각 X 또는 Y 방향에서의 모세관(들)의 이동 및 내부에 수용된 원액과 함께 모세관의 Z 방향의 침지 이동을 생성하는 컴퓨터 지원된 플로터에 의해 수행될 수 있다. 본 발명에 따라 제안된 실시 양태에서, 모세관에 라인 시스템으로 제공된 소형 밸브는 잘록한(constricted) 관 밸브로서 설계될 수 있다. 이 경우, 특히 플렉서블 관 라인의 단면을 폐쇄시킬 수 있는 플렉서블 정지밸브(stop)가 맞은 편에 제공되어 있는 고정된 정지밸브에 의해 플렉서블 관 라인이 지지되어 있는 라인 시스템이 제공될 수 있다. 플렉서블 라인의 원래 단면은 관 재료의 탄성으로 인해 자동적으로 회복된다.

본 발명은 단일 도면을 포함하는 도면을 참고로 하여 하기 더욱 상세히 설명된다.

단일 도면은 모세관 선단과 함께 모세관이 3개의 방향으로 이동될 수 있는, 본 발명에 따라 제안된 방법을 수행하기 위한 장치를 나타낸다.

단일 도면의 그림은 피펫으로 이송시키려는 생체중합체 용액을 수용하기 위한 바람직하게는 유리로 이루어진 모세관(2)을 나타낸다. 생체중합체 용액은 미량역가 플레이트 웰(microtiter plate well)로서도 언급되는 시료량 용기(3)중에 침지된다. 예를 들어 분위기(6)에 대해 잘록한 관 밸브로서 설계된 제1 소형 밸브(5)의 개구는 분위기(6)와 압력 균등화를 초래하여 모세관 작용으로 인해 시료량 원료(13)가 모세관 선단(1)을 통해 모세관(2)의 내부중으로 상승한다.

바람직한 실시 양태에서, 모세관(2)은 유리로 이루어지고 모세관 선단의 외경은 10 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위이고, 본 발명에 따라 제안된 모세관의 특히 바람직한 실시 양태에서, 모세관 선단의 외경은 50 ㎛ 내지 300 ㎛이다. 지지재(4)의 표면(14)에 적용하려는 생체중합체 용액 시료를 취하기 위해, 모세관(2)의 모세관 선단(1)은 용기(3)중에 존재하는 용액중으로 침지된다. 용액은 예를 들어 96 또는 384개 또는 심지어 1536개의 개별 시료를 수용할 수 있는 미량역가 플레이트의 웰(3)에 위치할 수 있다. 모세관 선단(1)을 용액중에 침지하는 동안, 모세관(2)중으로의 가스 스트림의 공급물을 제어하는 밸브(7)는 초기에 폐쇄된 상태로 남아 있다. 대조적으로, T-조각(11)에서 플렉서블 공급 라인(19)에 의해 모세관(2)에 연결된 밸브(5)는 개방되어 있고 따라서 주변 분위기(6)와 압력 균등화를 초래한다. 발생된 모세관 힘으로 인해, 원액(13)이 이 때 모세관 선단(1)이 침지되어 있는 미량역가 플레이트의 웰(3)로부터 모세관(2)의 내부중으로 이동한다.

그 후, 모세관 선단(1)은 제시용 용액으로부터 이동되고, 이어서 지지체(4)의 표면(14)상에 위치된 X 및 Y 방향으로 이동하고, 그 후 분석하려는 개별 액체 시료가 서로로부터 정확히 한정된 간격(16)을 유지하면서 지지체 상으로 생체중합체 패턴(15)으로 적용된다. 모세관 선단(1)을 방향(12)(Z 방향)으로 지지체(4)의 표면(14)상으로 낮추는 동안, 제1 밸브(5)의 세팅 및 제2 밸브(7)의 세팅은 변하지않는다. 모세관(2)을 X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로 이동시키는 주소지정 장치(20)에 의해 모세관 선단(1)이 지지재(4)의 표면(14)로부터 다시 매우 간단하고 값싼 방식으로 상업적으로 시판되는 플로터의 도움으로 들어 올려질 수 있고 이 때 작은 스폿의 생체중합체 용액이 지지재(4)의 표면(14)상에 잔류한다. 예를 들어 사용되는 플로터의 적합한 주소지정(20)을 통해, 내부에 취해진 원액(13)과 함께 모세관(2)의 X 및 Y 방향의 이동이 플로터의 주소지정에 따라 수행될 수 있어서 지지재(4)의 연속적인 추가 지지체 표면(14)에 동일한 방식으로 생체중합체 스폿이 제공될 수 있다. 생체중합체 스폿은 바람직하게는 규칙적인 패턴(15)으로 적용되고, 생체중합체 패턴은 바람직하게는 개별 시료 스폿이 서로로부터 균일한 간격(16)을 갖는다는 점에서 구별된다.

새로운 시료를 취하기 전에, 즉 새로운 제시용 용기(3)중으로 침지되기 전에, 모세관 선단(1)은 시료 동반을 방지하기 위해 철저히 세정되어야 한다. 이를 위해, 모세관 선단(1)은 초기에 폐기물 용기(9)상으로 이동되고, 그 후 분위기(6)에 연결된 제1 밸브(5)는 폐쇄되고 가스 스트림, 바람직하게는 여과된 공기 또는 질소가 제2 소형 밸브(7)를 통해 플렉서블 공급 라인(19)을 통해 모세관(2)의 내부중으로 도입된다.

철저한 세척을 위해, 모세관 선단(1)은 세척 용기(10)상으로 이동되고 여기서 제2 소형 밸브(7), 즉 가스 밸브의 폐쇄 및 제1 소형 밸브(5), 즉 외부 공기 밸브의 개방 후, 모세관(1)이 세척액중으로 하강된다. 그 후, 발생된 모세관 힘으로 인해, 세척액이 모세관(2)의 내부중으로 흐른다. 모세관(2)의 모세관 선단(1)은이어서 폐기물 용기(9)상으로 다시 이동하고, 세척액이 제2 소형 밸브(7)을 개방시키고 분위기(6)에 대해 제1 소형 밸브(5)를 폐쇄함으로써 배출된다. 또한, 이는 세척 용기(10)중 세척액이 일정하게 대체되고, 예를 들어 연속적인 펌핑에 의해 대체되는 것이 보장되는 경우 침지된 상태로 세팅되어 세척액중으로 수행될 수 있다. 이를 위해, 세척 용기(10)에는 첫째로 새로운 미사용된 세척액이 세척 용기(10)에 공급될 수 있고 두째로 이미 사용된 세척액 또는 퇴적된 입자가 세척 용기의 하부에서 연속적으로 제거되는 세척액용 펌프 회로(17)가 부여될 수 있다.

모세관(2)의 내부로부터 세척액의 수용 및 배출은 모세관(2)의 내부 및 외부가 충분히 세정될 때까지 바람직하게는 잘록한 관 밸브로서 설계된 2개의 소형 밸브(5 및 7)의 상응하는 작동을 통해 목적하는 만큼 종종 수행될 수 있고 그 후 담지하려는 지지체 기재(4)의 상부 측면(14)에 생체중합체 배열을 적용하는 것이 계속될 수 있다. 도 1에 나타낸 장치의 구조는 예시되는 실시 양태를 참고로 하여 더욱 상세히 기재된다. 2개의 소형 잘록한 관 밸브를 위한 작은 지지체가 X 및 Y 방향으로 이동할 수 있는 상업적으로 시판되는 플로터(예를 들어 ROLAND DXY 1150A)의 운반대에 클램핑되어 있다. 외경이 약 200 ㎛인 선단(1)이 유리 미세피펫(2), 예를 들어 가스 불꽃중 외경 1.0 mm 및 내경 0.8 mm의 보로실리케이트 유리 모세관(Hilgenberg 제조)으로부터 제작된다. 유리 피펫(2)의 외경(1 mm)은 1.5×100 시린지의 스테인레스강 카눌라중으로 꼭 맞는 방식으로 그러나 충분히 적은 움직임으로 맞는다. 이 카눌라는 X 및 Y 방향으로 움직일 수 있는 상업적으로 시판되는 플로터의 스프링 클립에 안내 부재(guide element)로서 간단한 방식으로탑재될 수 있다. 유리 미세피펫(2)은 이 안내 카눌라에서 수직 방향으로 용이하게 이동할 수 있고 플렉서블 관(19)에 의해 하향으로 밀리지 않는다. 또한, 이 힘은 작은 스프링에 의해 지지될 수 있다.

모세관(2)을 수용하는 안내 부재는 상업적으로 시판되는 PC를 통해 주소지정되는 플로터상에 "펜 업(pen up)" 및 "펜 다운(pen down)" 명령에 의해 상향 및 하향으로 이동될 수 있다. 모세관(2)으로의 연결은 밸브(5, 7)로부터 플렉서블 관(19)로의 공급 라인으로 제공된 T-연결기(11)를 통해 이루어진다.

놀랍게도, 이러한 배열로 인해 모세관(2) 내부의 단일 충전에 의해 제시용 미량역가 플레이트 이외에 사용되는 플로터의 DIN A3 작업 영역상에 수용될 수 있는 만큼의 많은 지지체 플레이트(4)가 원액(13)으로 담지될 수 있다는 것이 드디어 밝혀졌다. 핵산의 생체중합체 패턴(15)을 갖는 지지체(4)의 제조시, 0.5％ TWEEN-80의 용액중 2회의 세척 단계가 실무상 악영향을 주는 시료 동반을 배제시키는데 정상적으로 완전히 충분하다는 것이 드디어 밝혀졌다. 유리 모세관(2)을 세정하는 경우 모세관 선단(1)은 세척액에 의해 내부가 습윤되는 것이 보장되어야 하고 세척액은 다시 제2 소형 밸브(7)에 의해 제어가능한 적용되는 가스 스트림을 통해 유리 모세관의 내부로부터 배출될 수 있다. 세척액을 함유하는 용기중으로 유리로 이루어진 모세관 선단(1)을 침지함으로써, 또한 모세관 선단(1)의 외부가 세척액과 접촉하게 되고 이러한 방식으로 각각의 경우 앞서 분석된 시료의 잔류물로부터 세정되는 것이 보장된다. 모세관(2)의 침지된 상태로 세척액을 불어내는 동안, 세척 용액중 기포 형성으로 인해 모세관(2)의 모세관 외부가 또한 이 작업시 모세관(2)에 발생하는 기포에 의해 철저히 세척된다.

제안된 배열은 지금까지 통상적이던 담지 배열과 비교하여 매우 경제적인 이점의 가능성을 갖는다. 한 편, 정밀하게 연마되고 특별히 형상화된 금속 핀의 제조와 비교하여 매우 정밀하게 얻어진 상업적으로 시판되는 모세관(2)의 이용가능성이 실현되고 다른 한 편 X/Y 플로터가 자동적인 주소지정가능한 배치 스테이지로서 매우 값싸게 얻어지고 지지체의 표면상에 생체중합체 배열의 제조를 위한 본 발명에 따라 제안된 시스템중으로 도입될 수 있다.

참조 부호의 리스트

1. 모세관 선단

2. 모세관

3. 기재 용기

4. 지지체

5. 제1 소형 밸브

6. 분위기

7. 제2 소형 밸브

8. 가스 스트림 공급 라인

9. 폐기물 용기

10. 세척 용기

11. T-연결기

12. 모세관(2)의 Z 방향 이동

13. 취해진 시료

14. 지지체 표면

15. 생체중합체 패턴

16. 간격

17.1 세척액 공급

17.2 세척액 유출구

18. 세척액 수준

19. 플렉서블 공급 라인

20. 주소지정 장치

X 방향

Y 방향

Z 방향(적용 방향)

Claims (13)

1. 적용하려는 생체중합체를 하나 이상의 상이한 시료 원료(3)로부터 취하고, 극소량의 액체를 기재 표면(14)상으로 이송시키기 위해 다차원적으로 이동가능한 모세관(2)의 모세관 선단(1)을 모세관(2)의 충전용 소형 밸브(miniature valve)(5) 및 세정용 소형 밸브(7)를 통해 주소지정하는, 지지체 기재(4)의 표면(14)상의 생체중합체 장(15)의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 복수개의 모세관(2)이 소형 밸브(5, 7)에 연결되는 방법.
3. 제2항에 있어서, 복수개의 모세관(2)이 서로 병렬로 작동되는 방법.
4. 제2항에 있어서, 복수개의 모세관(2)이 서로 배열되는 간격이 제시용 플레이트상에서 원료 용기들(3)의 서로에 대한 간격에 상응하는 방법.
5. 제1항 및(또는) 제2항에 있어서, 하나 이상의 모세관(2)을 X 및 Y 방향으로 이동시킬 수 있고 시료 용기(3)로부터 원액(13)을 수용하기 위해 Z 방향으로 침지 이동(12)을 수행할 수 있는 방법.
6. 제1항 및(또는) 제2항에 있어서, 하나 이상의 모세관(2)을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키는데 상업적으로 시판되는 컴퓨터 지원된 플로터(computer-supported plotter)를 사용하는 방법.
7. 제1항 및(또는) 제2항에 있어서, 하나 이상의 모세관(2)을 X 방향 또는 Y 방향으로 이동시키는데 컴퓨터 지원된 배치 스테이지(computer-supported positioning stage)를 사용하는 방법.
8. 적용하려는 생체중합체는 하나 이상의 상이한 시료 원료(3)로부터 취하고, 극소량의 액체를 기재 표면(14)으로 이송시키기 위해 모세관 선단(1)을 갖는 하나 이상의 다차원적으로 이동가능한 유리 모세관(2)을 모세관(2)의 충전용 제1 소형 밸브(5) 및 세정용 소형 밸브(7)를 통해 주소지정하는, 지지체 기재(4)의 표면(14)상의 생체중합체 장(15)의 제조 장치.
9. 제8항에 있어서, 모세관 선단(1)이 액체를 수용하는 말단부에서 10 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위의 외경으로 제작된 장치.
10. 제9항에 있어서, 모세관 선단(1)의 외경이 액체를 수용하는 말단부에서 50 ㎛ 내지 300 ㎛인 장치.
11. 제8항에 있어서, 하나 이상의 모세관(2)의 주소지정이 X 방향 및(또는) Y 방향으로 모세관(들)(2)을 이동시키는 컴퓨터 지원된 X/Y 플로터에 의해 수행되는 장치.
12. 제8항에 있어서, 소형 밸브(5, 7)가 잘록한 관 밸브 형태인 장치.
13. 제12항에 있어서, 잘록한 관 밸브(5, 7)가 유리 모세관(2)까지의 플렉서블 공급 라인(19)을 둘러싸는 정지밸브로서 설계되고, 상기 정지밸브중 하나는 플렉서블 공급 라인(19)에 대해 고정되고, 또다른 정지밸브는 플렉서블 공급 라인(19)을 폐쇄하도록 단면적을 좁히기 위해 고정된 정지밸브에 대해 이동가능한 장치.