KR20040007402A - 마이크로-어레이를 형성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

마이크로-어레이를 형성하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다수개의, 생물학적 샘플의 동일한 마이크로-어레이를 동시에 형성하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 다수개의 기판을 사용하는데, 이들 기판 각각은 최상부, 최하부 및 관통홀 패턴을 구비하고 있다. 각각의 관통홀은 넓은 상부 단면, 좁은 하부 단면 및 전이 영역 내에 형성된 스텝 또는 평면을 구비한다. 기판이 적층되는 경우에, 관통홀이 레지스트리되며, 이들은 기판 적층을 통해 연장되는 터널을 형성한다. 목적하는 시약이 상기 터널 내를 유동하게 되어, 상기 스텝 또는 평면 영역 상에 침착된다. 배리어 층이, 인접하는 관통홀 사이에서의 누출을 방지하도록 설치될 수 있다. 목적하는 시약이 침착된 후에, 기판이 분리된다. 이러한 방식으로, 일련의 마이크로-어레이가 동시에 형성되는데, 상기 어레이 각각은 cDNA 절편과 같은 수백 개 또는 수천 개의 생물학적 샘플을 함유할 수 있다.

Description

마이크로-어레이를 형성하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CREATING MICRO-ARRAYS}
본 발명의 분야
본 발명은 일련의 동일한 마이크로-어레이를 동시에 형성할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 각각의 마이크로-어레이는 고체 지지체 상에 수백 개의 또는 수천 개의 분석물질-검정 영역을 포함하며, 각각의 분석물질-특이적인 시약은, 예를 들어 하이브리드화-검정에서 표지된 cDNA를 검출하는데 유용하다.
관련 기술에 대한 설명
수백 개의 또는 수천 개의 생물학적 분석물질-검정 영역의 마이크로-어레이가 생물학적 분석용으로 널리 사용되고 있다. 공지된 DNA 절편과 같은 폴리누클레오티드 또는 폴리펩타이드 생중합체를 일반적으로 식별하는, 다양한 공지된 시약을 각각 함유하는 미소 점적이, 유리 재질의 현미경 슬라이드와 같은 고체 기판 상에 규칙적인 어레이로 침착되어 고정된다. 건조된 점적의 어레이는 미공지의, 예를 들어 형광성 또는 방사선 활성의 화학적 태그(tag)로 미리 표지화된 상보 DNA(cDNA) 절편을 함유하는 용액에 노출된다. 어레이와 cDNA 내의 상보 서열로 된 폴리누클레오티드 사이에서 매칭이 존재할 때마다 결합 반응 또는 하이브리드화가 일어난다. 후속적으로 광학 또는 방사선 감지 스캐닝으로 태그를 함유하는 스폿을 측정하여, 상기 용액 내에 존재하는 상보 화합물을 확인한다.
마이크로-어레이가 신속한 생물학적 분석을 위한 유용한 도구를 제공하긴 하나, 마이크로 어레이의 제조 방법에는 여전히 많은 시간 및 비용이 소비된다.
예를 들어, [샐런 등(Shalon et al.)의] 미국 특허 제 5,807,522호로부터, 한번에 하나씩, 기판(들) 상으로 점적을 프린팅하거나 스폿팅하기 위해 다양한 기하학적 형태의 모세관 펜을 사용하는 것이 공지되어 있다. 다수개(일반적으로 8개 또는 16개)의 펜이 동시에 사용될 수 있다 하더라도, 종종 로봇에 의해 제어되는 가운데, 각각의 펜 또는 펜다발에 펜 당 한 종류의 시약만이 로딩된다. 이후, 상기 펜(들)이 차례대로 하나의 기판과 접촉하면서, 각각의 기판 상에 거의 동일한 점적이 침착된다. 제조될 일련의 기판(일반적으로 수십 개에서 수백 개 까지)의 각각이 제 1 세트의 시약 점적으로 스폿팅된 후에, 펜 세트가 세척되고 건조되며, 다음 세트의 시약으로 재로딩되어, 다음 세트의 점적이 인접 위치에서 동일한 기판 상으로 프린팅된다. 이 과정은 시간이 많이 소요되며, 정밀도 및 속도를 달성하는데 고가 및 정교한 장치를 요한다.
또 다른 공지된 방법은 일련의 공급원으로부터 튜브 팁까지 유체를 운반하기 위한 길고 유연한 모세관 형상의 튜브에 관한 것으로서, 상기 팁은 샐런 등의 문헌에서와 유사한 방식으로 차례대로 하나의 기판 상에 도포된다. 이 방법은 샐런 등의 문헌에 기재된 것과 동일한 단점 모두를 보유하며, 또한 모세관 형상의 튜브 내에 저장될 고가의 시약을 다량 필요로 한다.
또 다른 공지된 방법은 [포더 등(Fodor et al.)의] 미국 특허 제 5,800,992호에 기술되어 있으며, 이는 일련의 화학 반응(애피매트릭스:Affymetrix)으로 기판상에서 올리고누클레오티드를 합성하기 위한 조합 화학 분야에 관한 것이다. 본 방법은 올리고누클레오티드에 한정되는 것으로, 긴 가닥의 cDNA에 대해서는 부적합하다. 또한, 올리고누클레오티드의 서열은 미리 공지되어 있어야 한다. 또한, 본 방법은 복잡한 고가의 장치를 요하며 시간이 다량 소요되는 반응 단계가 연관된다는 단점을 갖고 있다.
결합 반응의 형광성 또는 방사선 활성 신호 지수를 증폭시키기 위해, [비티(Beattie)의] 미국 특허 제 5,843,767호에는 기판을 통해 형성되며 그룹으로 배열된 다수개의 개별 채널을 제공하면서, 결합 시약이 채널 벽 상에 고정된다는 것이 교시되어 있다. 상기 채널은 결합에 사용되는 기판 내의 표면적을 증가시켜서, 검출 감도 및 효율을 이론적으로 개선시킨다. 그러나, 실제적으로 검출 광학도가 단지 투영된 영역으로부터 수용되도록 하는데 제한을 가할 것이기 때문에, 상기 개선점들은 예측된 것만큼 크게 효과적이지는 않았다.
발명의 요약
마이크로-어레이의 유형 및 공지된 제조 방법에서의 고유한 상기 단점을 감안하여, 본 발명의 과제는 다수개의, 생물학적 샘플의 동일한 마이크로-어레이를 동시에 형성하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 각각 최상부, 최하부 및 관통홀(through-holes) 패턴을 구비한 다수개의 기판을 사용한다. 각각의 관통홀은 보다 넓은 상부 단면, 보다 좁은 하부 단면, 및 바람직하게는 전이 영역 내에 형성된 기판의 최상부에 평행한 스텝 또는 평면(plateau)을 보유한다. 다수개의 기판이 적층되는 경우에, 상응하는 관통홀들이 레지스트리(registry)되고, 이들이 기판 적층을 통해 연장되는 터널을 형성한다. 목적하는 시약이 상기 터널을 통해 유동하게 되어, 스텝 또는 평면 영역 상에 침착된다. 이것으로, 모든 기판 적층이 동시에 정확한 위치에 그리고 정확한 양의 시약을 사용하여 "스폿팅"된다. 인접하는 홀 사이에서의 누출을 방지하도록 기판 사이에 배리어 층이 설치될 수 있다.
목적하는 시약을 침착시킨 후에, 기판을 분리시킨다. 이러한 방식으로, cDNA 절편과 같은 수백개 또는 수천개의 생물학적 샘플을 각각 함유할 수 있는 일련의 마이크로-어레이가 동시에 형성된다.
하기 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해되도록 그리고 기술에 대한 본 발명의 기여도가 더욱 충분히 이해될 수 있도록, 본 발명의 중요한 특징을 개괄적으로 설명하기보다는 더욱 적절하게 상기한 바와 같이 개략하였다. 본 발명의 청구 범위의 내용을 구성하는 본 발명의 추가적인 특징이 하기 기술될 것이다. 기술된 개념 및 구체적인 실시예가 마이크로-어레이를 제조하고 본 발명의 동일한 목적을 수행하는 그밖의 장치 및 방법을 변형시키거나 설계하기 위한 기초 자료로서 용이하게 활용할 수 있다는 것이 당업자에게 이해되어야 한다. 또한, 이에 동등한 구조가 첨부된 청부범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주를 이탈하지 않는다는 것도 당업자에게 인식되어야 한다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 특성 및 과제를 더욱 충분히 이해하기 위해, 첨부되는 도면과 함께 하기 상세한 설명을 참조한다:
도 1은 매칭되는 관통홀과 포켓을 도시하는, 동일한 형태의 기판 적층을 나타낸다.
도 2는 기판 적층 내의 일렬로 된 관통홀 부분을 통과하는 단면도이다.
도 3은 피펫을 사용하여 기판 적층을 채우기 위한 수단과 조합된 기판 적층의 단면도로서, 이 도면에는 또한 클램핑 수단이 도시되어 있다.
도 4는 진공 흡입으로 기판 적층을 채우기 위한 수단과 미세적정(micro-titre) 트레이에 대한 튜브를 조합시킨 기판 적층의 단면도이다.
도 5는 단지 대안적인 배열로 되어있는 도 2에서와 같은 기판 적층을 통과하는 단면도이다.
도 6a는 넓은 개구의 가스켓(gasket) 및 좁은 개구의 기판으로 되어있는 교번층의 적층시킨 배열을 나타내는 사시도로서, 상기 교번층은 본 발명의 대안적인 구체예에서 사용된 바와 같이 비례측(not-to-scale)이다.
도 6b는 도 6a에 따른 2개의 가스켓 및 2개의 기판층의 단면도이다.
도 6c는 도 6a 및 도 6b의 조립체를 사용하여 제조된 마이크로-어레이의 단면도로서, 이는 고체 지지체 상에 형성된 수백 개 또는 수천 개의 분석물질-검정 영역 중 6개를 나타낸다.
본 발명의 상세한 설명
본 발명은 고체 지지체 상에 분석물질-검정 영역의 마이크로-어레이를 형성하는 방법에 관한 것으로서, 본 방법에서 상기 어레이의 각 영역은 공지된 양의 선택된, 분석물질-특이적인 시약을 함유한다. 보다 일반적으로는, 1종 이상의 다수개의 상이한 서열에 대한 표지화되어 고정된 폴리누클레오티드의 결합을 검출하는데 사용되는 기판이 제공된다.
마이크로-어레이 및 이들의 형성에 사용된 시약이 당업계에 공지되어 있으므로, 이에 대해서는 본원에서 상세하게 기술하지 않는다. 상기 시약들은 바람직하게는 기판에 고정시킨 개별적인 폴리누클레오티드 또는 폴리펩타이드 생중합체이다.
마이크로-어레이의 사용 방법, 예컨대 형광성 리포터로 표지화된 cDNA가 어레이 내에서 상보-서열 폴리누클레오티드로 하이브리드화되도록 하는 조건 하에서 다수개의 공지된 DNA 절편을 나타내는 폴리누클레오티드의 마이크로-어레이와 접촉시킨 다음, 형광 여기 조건 하에서 형광도로 조사하는 방법이 당업계에 또한 공지되어 있으므로, 이것에 대해서도 본원에서 상세하게 기술하지 않는다. 이에 대한 참조 기술은 본원에 참조로 포함된 (포더 등의) 미국 특허 제 5,800,992호 및 [브라운 등(Brown et al.)의] 미국 특허 제 5,807,522호에 논의되어 있다.
본 발명은 구체적으로 다수개의, 생물학적 샘플의 동일한 마이크로-어레이를 용이하게 그리고 신속하게 제조할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 현저하고 두드러지는 특징은 다수개의 기판을 사용한다는 것에 있는데, 이들 기판 각각은 최상부, 최하부 및 관통홀 패턴을 구비한다. 각각의 관통홀은 보다 넓은 상부 단면, 보다 좁은 하부 단면 및 바람직하게는 전이 영역 내에서 형성된 기판의 최상부에 평행한 스텝 또는 평면을 구비하고 있다. 다수개의 기판이 적층되는 경우, 상응하는 관통홀이 레지스트리되고 이들은 기판 적층을 통해연장되는 터널을 형성한다. 목적하는 시약이 터널을 통해 유동하게 되어, 이는 스텝 또는 평면 영역 상에 침착된다. 이것으로, 적층 내의 모든 기판이 정확한 위치에서 그리고 정확한 양의 시약을 사용하여 동시에 "스폿팅"된다. 인접하는 관통홀 사이에서의 누출을 방지하도록 배리어 층이 기판 사이에 설치될 수 있다.
목적하는 시약을 침착시킨 후에, 기판을 분리한다. 이러한 방식으로, 각각 수백 개 또는 수천 개의 cDNA 절편과 같은 생물학적 샘플을 함유할 수 있는 일련의 마이크로-어레이가 동시에 형성된다.
따라서, 시약을 차례대로 하나의 기판의 표면 상으로만 침착시키도록 설계된 장치에 의해, 한번에 한개씩 어드레싱(addressing)되는 종래 기술의 평면 기판 어레이와 비교하여, 본 발명은 동일한 패턴의 관통홀을 각각 구비하는 바람직하게는 동일한 기판 적층을 포함하는데, 각 기판 상의 하나의 관통홀은 최종 어레이에서 분석물질-특이적인 시약의 각 스폿에 상응한다. 예를 들어, 기판 당 1개의 어레이로 배열된 100개의 동일한 어레이를 형성하고자 하는 경우에(이때, 각 어레이는 10,000개의 상이한 스폿을 가짐), 각각 10,000개의 관통홀을 갖도록 제조된, 100개의 동일한 기판이 사용될 것이다(상기 관통홀들은 기판이 적층되는 경우에 레지스트리됨).
"레지스트리된다"는 용어는 본원에서 단순히, 적층 내의 인접하는 기판의 관통홀이 연통되어 있다는 것을 의미한다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 적층이 관통홀의 각 컬럼의 수평 스텝 또는 평면 영역이 포개어지는 것으로 보이도록 형성된다. 이러한 수평 스텝 또는 평면 영역을 간단히, 개별적인 검정 영역 또는 "스폿 영역"으로 지칭할 수 있다. 마이크로-어레이 함유 기판을 번갈아가면서 사용하기 위해서는, 각 기판 상에 있는 스폿 영역이 동일하게 되어, 검정 스폿팅이 특수한 x, y 좌표에서 스폿팅되도록 프로그래밍된 로봇 수단에 의해 달성될 수 있는 것이 바람직하다. 더 좁은 단면 영역이 바람직하게는 스폿 영역의 한 면 상에서, 즉 스폿 영역의 가장자리 중 하나에서 형성된다. 보다 바람직하게는, 적층 내에서 짝수번째 슬라이드의 관통홀의 더 좁은 단면 영역이 스폿 영역의 한 면(예를 들어, 우측면) 상에 형성되고, 동일한 적층 내에서 홀수번째 슬라이드의 관통홀의 더 좁은 단면 영역이 스폿 영역의 반대 면(예를 들어, 좌측면) 상에 형성되어, 터널 내로 유동하는 시약이 앞뒤로 회전활강(slalom)하게 되어 시약을 사용하여 각각의 스폿 영역 위가 세척되는데, 이때 어떠한 버블도 터널 내에 포집되지 않는다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, "스폿 영역"은 180°대칭, 즉 제 1 기판이 약 180°로 회전되어 제 2의 회전되지 않은 기판의 최상부 상에 적층되는 경우, 관통홀은 레지스트리 상태로 남아있게 되고, 이들은 터널이 형성되는 것과 같은 패턴으로 기판 상에서 패턴화된다. 이것으로, 적층되면서 약 180°로 짝수번째 및 홀수번째 슬라이드를 간단히 회전시킴으로써, 단일 제조 기술을 사용하여 모든 기판이 제조될 수 있으며, 홀수번째 슬라이드의 한 면 상에 좁은 직경의 영역이 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 짝수번째 슬라이드의 반대 면 상에 좁은 직경 영역이 제공될 수 있다.
기판 크기에 대한 이론적인 제한은 없으나, 이들은 일반적으로 0.5 내지 5cm의 측방향 치수 및 0.05 내지 3mm의 두께를 가질 수 있으며, 이는 종래 현미경 슬라이드의 크기일 수 있다. 용도가 달라질 수록 다양한 크기의 것을 사용하는 것이 적절하다. 스폿의 수, 크기 및 간격과 기판의 수는 어레이 내에 사용될 시약의 양과 수에 따라 달라질 것이다.
동일한 기판이 적층 상태로 배열되어, 포개진 관통홀이 레지스트리되고 이들이 기판 적층을 통해 연장되는 터널을 형성하는 경우, 바람직하게는 슬라이드 사이에 배리어 시일(barrier seal)이 설치되어, 하나의 터널로부터 다른 하나의 터널로의 어떠한 측방향 누출도 일어나지 않게 된다. 또한, 각 기판 내의 각 홀은 카운터보어(counterbore), 카운터싱크(countersink) 또는 그밖의 (가능하게는 동심의) 기판 내의 포켓과 관련될 수 있다. 단면에서 보았을 경우, 이러한 포켓들은 기판을 통한 홀의 라인면에 대해 적은 부피로 형성된다. 또한, 이러한 포켓들은 각 기판의 전체적인 표면에 대체로 평행인 기판 표면의 소영역을 제공한다. 바람직하게는, 각각의 관통홀은 더 넓은 상부 단면, 더 좁은 하부 단면 및 바람직하게는 기판의 최상부에 대해 평행인 전이 영역 내에 형성된 스텝 또는 평면을 구비한다.
시일링 수단은 글리즈, 왁스, 약한 접착제와 같은 소수성 점성 물질, 또는 어레이에 사용될 특수한 화학물질과 상용가능한 (또는, 이에 대해 불활성인) 임의의 그밖의 결합제 또는 시일링제일 수 있다. 그밖의 용도에 대해서, 매우 약한 엘라스토머 층(가스켓)이 제공될 것이다. 또한, 기판을 제조하기 위한 미세 기계가공 공정의 매우 부드러운 표면 특성은 시일링을 상대적으로 간단하게 만든다. 또한, 일부 용도에 대해서는, 이는 유리 슬라이드와 같은 기판의 고도로 부드러운 표면에 따라 전적으로 달라질 수 있는데, 여기에서 인접하는 슬라이드가 관통홀을 제외하고는 그밖의 각각의 것과 연속적으로 접촉되어 있다.
어레이를 형성하는데 사용된 각각의 시약은 각 터널의 일단부, 일반적으로 터널의 상단부에 주입되며, 각 터널은 (일반적으로) 다양한 시약을 수용한다. 주입은 한번에 하나씩 또는 (바람직하게는, 모든 터널에 대해 동시에) 그룹으로 실시될 수 있다. 주입은 주사기, 튜브 또는 그밖의 수단을 사용하여 자동적으로 또는 수동적으로 실시될 수 있으며, 또한 모세관 작용 또는 진공과 함께 다양한 종류의 펌프를 사용하여 실시될 수 있다.
시약이, 직경이 매우 큰 관통홀의 영역에 의해 형성된 측면 포켓을 포함하는, 기판 적층을 통해 연장되는 터널을 통해 유동함에 따라, 이들은 사용되는 표면 및 목적하는 시약의 화학성에 따라 달라지나, 점적이 물리적으로 평평한 표면 상에 침착되는 경우에 종래 기술에서 일어나는 것과 유사한 방식으로 측면 포켓과 함께 상기 터널의 노출된 표면과 반응하거나 결합될 것이다. 종래 기술에서 일어나는 것과 유사한 방식으로 침착 후에 건조될 수 있다. 따라서, 현 기술 상태에 사용되는 동일한 화학물질 및 조합물 모두가 본 발명의 방법 및 장치를 사용하는 구체적인 용도로 유리하게 사용될 수 있다.
전체 적층 내에서 목적하는 모든 반응이 완료되고 적층을 건조시킨 후에, 이 적층은 필요에 따라 단순히 시일링 부재를 해제시킴으로써 개개의 기판으로 분리될 수 있다. 이 시점에서, 다수개의 동일한 개별 기판이 종래 기술에서와 같이 하이브리드화에 유용하다. 그러나, 수십 개 또는 수백 개의 슬라이드 각각을 스폿팅시키는 대신에, 스폿팅 과정이 단지 일회적으로 수행되었다.
동일한 패턴(및 관련된 측면 포켓 또는 직경이 더 큰 영역)의 홀이 바람직하게는 실리콘 또는 유리 마이크로-리소그래피 및 미세 기계가공 기술을 사용하여 제조된다. 이러한 기술은 목적하는 소형 크기로 된 다수개의 동일 패턴을 저가로 제조하는데 매우 적합하다. 그러나, 여기에 한정되는 것은 아니나, 레이저 기계가공, 플라즈마 에칭 및 종래 기계가공 또는 연마법을 포함하는 그밖의 기술 뿐만 아니라, 하나가 산에 의해 에칭가능하고(채널 유리), 형성될 관통홀에 상응하는 섬유 형태로 되어 있으며, 나머지 하나가 불활성이며, 후속적으로 화학적으로 에칭시켜 에칭가능한 유리를 제거하는 상이한 유리 재료의 배열을 포함하는 기술을 사용할 수 있다.
각 기판의 한 면 상에, 예를 들어 기판의 최상부 상에 돌출부(엠보싱부), 및 반대 면 상에, 예를 들어 최저면 상에 상응하는 함몰부가, 레지스트리된 모든 홀과 함께 적층을 형성하도록 기판을 정렬시키는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 동일한 단부를 달성하도록 모든 기판에 형성된 정렬 홀을 통해 핀이 배치될 수 있다. 추가로, 기계가공이 충분한 정확도로 실시되는 경우, 상기 기판들은 나머지 모든 층에 대해 가이드를 제공함으로써 이들의 가장자리를 기준으로 정렬될 수 있다. 그밖의 정렬 방법이 당업자에게는 자명할 것이다.
스폿의 위치가, 이러한 초기 제조 단계 중에 그리고 샘플을 침착시키는데 로봇을 사용하지 않고 결정될 수 있다는 사실이 중요하다. 따라서, 부피가 두꺼운 기판의 중심 제조 위치에서 비교적 적은 비용으로 고도의 정밀도를 얻을 수 있다. 다양한 시약을 사용하는 다수개의 상이한 실험에서 수행될 수 있는 후속적인 주입단계에 있어서 고가의 장치가 필요없게 된다. 기판을 제조하기 위한 핵심적인 제조 단계는, 개별적인 사용자 실험에 의해 선택될 수 있는 다양한 시약 또는 위치-선택 또는 스폿의 배열을 결정하지 않거나 이와 무관하다.
시약 주입 수단을 기판 적층에 연결하기 위해 다양한 방법을 이용할 수 있다. 수동 미소-여과기(micro-funnel) 또는 채널의 단순 어레이는, 비교적 정교하지 못한 주입 수단으로부터 비교적 정교한 어레이 공간 배열로의 전이를 중재할 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 주입 수단에 대해 어레이 적층을 운반하기 위해 단순하나 정밀한 x-y 배열 장치를 이용할 수 있다. 수백개 이상의 기판이 동시에 주입되므로, 종래 기술에 이용된 것과 같은 신속한 로봇을 사용하지 않고서도 상당히 높은 생산율을 얻을 수 있다.
하기에, 도면에 도시된 예시적인 구체예를 참고로 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다. 도 1에서, 기판(1)은 중간 접착층(4)과 함께 적층된다. 접착층은 터널을 통해 시약을 유동하게 하고, 터널간 시약의 누출을 방지하는 수평 배리어로서 작용하도록, 기판 홀에 상응하는 관통홀을 구비한다. 각 기판층은 인접한 기판의 관통홀과 함께 레지스트리된 관통홀(3)의 어레이를 구비한다. 접착제는 이 접착제가 홀의 위치에 주입되도록 하는 방식으로 기판의 최상부 및 최저부 평면의 한면 또는 양면 상에 코팅된다. 선택적으로, 접착제는 홀 형성 단계에 앞서 기판 위에 제공될 수 있는데, 이러한 경우 홀이 형성됨과 동시에 그리고 이와 동일한 영역에서 접착제가 제거된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 관통홀은 보다 넓은 상부 단면, 보다 좁은하부 단면 및 바람직하게는 전이 영역 내에 형성된 기판의 최상부와 평행인 스텝 또는 평면(2)을 구비한다. 이러한 스텝 또는 평면(2)은 결국 분석물-검정 영역의 대표 영역을 형성한다. 적층의 초기 정렬 및 이러한 정렬을 유지하기 위해 위치 선정용 핀 (14) 및/또는 양각(bosses)(15)을 이용할 수 있다.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 보다 좁은 단면(3)을 갖는 홀 영역이 레지스트리되고 접착층(4)을 통해 연장되는 것을 포함하여, 이들이 최상부에서 최저부로 적층을 통해 완전히 연장되는 터널을 형성하도록 연결된다. 스텝 또는 평면(2)의 영역에 측면 포켓이 형성된다. 접착제는 평면 영역에 있는 기판 상에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 적층(1)과 관련하여 주입용으로 사용할 수 있는 장치를 도시하고 있다. 기판 적층은 어댑터 판(6)과 진공 분기관(9) 사이에서 클램핑(clamping)된다. 클램핑 압력은 클램프(10)와 프레임(8)에 의해 제공된다. 어댑터 판은 피펫 팁과 같이 주입 수단으로 용이하게 접근하기 위해, 보다 큰 상부 직경 및 관통홀과 함께 레지스트리된 좁은 하부 직경을 갖는 끝이 가늘어지는 형상의 홀(7)과 함께 주입 마스크를 형성한다. 시약을 도입하는 과정에서, 시약 분액을 어댑터 판 내로 도입하고, 이를 중력이나 모세관 작용에 의해 아래로 유동하게 하거나 각 터널의 하부 단부로 약간의 진공을 인가함으로써 생성되는 것과 같은 압력차에 의해 이 흐름을 조력한다. 충분한 시약이 터널 내로 도입되어 터널을 완전히 채우나, 시약의 비용 때문에 초과량은 전혀 없거나 터널의 바닥에서 방출되는 양도 거의 없다. 이는 대체로, 시약을 터널로 도입시키기에는 충분히 크나, 터널내부의 시약을 유지하는 모세관력을 능가할만큼은 충분히 크지 않도록 진공을 조절함으로써 달성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 대안적인 구체예를 도시한 것으로, 상부의 진공 분기관(9)과 하부 배관 어댑터 판(13) 사이에서 클램핑된 기판 적층(1)을 나타낸다. 튜브(11)는 미세적정 트레이(12) 내의 공급원과 연결되도록 연장되며, 미세적정 트레이(12)의 공급원 내로 제공된 시약과 연통된다.
도 5는 시약의 회전활강 경로를 형성하는 도 2에 도시된 것과 같은 기판 적층의 단면도이나, 관통홀(3)의 패턴이 엇갈리거나 교차하는 선택적인 배열로 되어 있다. 관통홀과 포켓의 각 컬럼을 통과하는 연속하는 경로가 존재하는 한, 각각의 정확한 위치는 인접하거나 교번되는 층 내에서 정확하게 반복될 필요는 없다. 이렇게 교번되는 경로는 포켓 바닥을 더욱 효과적으로 덮도록 충전 흐름을 혼합시키는 경우에 이점이 있을 것이다. 두개의 상이한 패턴 사이에서 교번시키는 것이 가장 간단할 수 있으나, 또한 매 세개의 슬라이드마다 패턴이나 임의의 패턴을 반복시킬 수도 있다. 또한, 이후 관찰과 자동화 수치 획득에 가장 단순하도록 모든 라인에 포켓을 구비시키는 것이 간단하나, 이것은 본 방법을 적절하게 조작시키는데 꼭 필요한 것은 아니다. 수많은 변형예가 있을 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.
본 발명은 또한, 도시된 기판과 스페이서를 교대시켜 적층시킨 2다스만을 이용하여, 도 6a(분해)과 도 6b(조립)로 도시된 구체예를 이용하여 수행될 수 있다. 이 구체예에서, 기판(17a, 17b)은, 도 1, 2 및 5에 도시된 스텝화되거나 접시형 홀이 형성된(countersunk) 기판과 비교하여 제조 공정을 단순화시키면서, 이들을 통과하여 기계화된 좁은 관통홀(18a, 18b) 만을 구비한다. 기판 상의 개별적인 평면 침착 영역은 실제로 스페이서(16a, 16b) 내에서 홀(19a, 19b)에 의해 한정된다.
스페이서는 기판으로부터 분리가능하거나, 선택적으로 스페이서 층이 기판상에 코팅된 이후 관통홀을 에칭할 수 있거나, 스페이서 층이 실크 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 또는 그렇지 않으면 기판 상에 인쇄될 수 있거나, 예비 형성된 관통홀로 고체 엘라스토머나 그밖의 필름이 기판층 위에 적층될 수 있다. 시약의 소비를 최소화하기 위해, 스페이서가 시약을 흡수하지 않는 재료로 구성되는 것이 바람직하고, 플라스틱(바람직하게는 엘라스토머 중합체), 고무, 왁스, 유리 및 금속과 같은, 시약의 침착을 방지하는 재료로 구성되는 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 제 1 구체예와 관련하여 상기 논의된 재료 중 어느 것도 본 발명의 제 2 구체예에 이용될 수 있다.
스페이서가 기판 사이에 삽입되는데, 이때 분리가능한 스페이서 내의 홀이 기판(17a, 17b)의 관통홀(18a, 18b)보다 더 크다. 스페이서 층은 일반적으로 기판보다 얇은 제한된 두께로 되어 있으므로, 인접한 기판 사이에 포켓이 생성되고, 이 포켓은 시약이 유동함에 따라 기판 상에 시약이 접촉 및 침착되게 한다. 도 5와 관련하여 상기 논의한대로 엇갈린 기판의 관통홀 옵션은 임의로 도 6a와 6b의 구체예에 선택적으로 이용될 수 있다.
도 6b는, 도 6a에 따른 2세트의 층을 조립 상태로 도시하는, 2개의 스페이서와 2개 기판층을 통과하는 단면도이다. 시약이 스페이서(16a, 16b) 중의 스페이서개구(19a, 19b)와 기판(17a, 17b) 중의 관통홀(18a, 18b)를 통해 연속적으로 유동할 수 있다.
도 6c는, 스페이서(16a, 16b)를 제거한 후에 고체 지지체상에 남아있는 수백 개 또는 수천 개의 분석물질-검정 영역 중 6개를 나타내며, 도 6a와 6b의 조립체를 이용하여 제조된 마이크로-어레이 부분을 도시한다. 명백하게, 스페이서가 기판 위로 코팅되거나 적층되는 경우, 하나의 스페이서 층이, 각 기판의 최상부 또는 최하부 중 어느 하나 상에서 각 기판에 접합된 채로 남아 있을 것이다. 실제로, 시약이 기판의 양면에 코팅될 것이므로, 기판의 어느 한 면은 최상부 또는 사용가능한 면으로 간주될 수 있다.
요구되는 시약의 양을 최소화시키고 스페이서 상에 시약의 침착량을 최소화시키기 위해서 스페이서를 가능한한 얇게 유지시키는 것이 바람직하다. 스페이서와 기판 재료의 선택 및 두께는 우선적으로 고려되는 사항으로서, 이는 당업계에서 실시되는 것에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
상기 설명에 대해서, 치수 변화, 재료, 형상, 형태, 기능 및 조작방식, 어셈블리 및 용도를 포함하는 본 발명의 일부에 대한 최적의 치수 관계가 당업자에게는 용이하게 이해되고 자명한 것으로 여겨지며, 도면에 예시되고 명세서에 기술된 것에 대등하는 모든 관련사항이 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.
따라서, 상기한 것들은 본 발명의 원리에 대해서만 예시한 것으로 간주된다. 또한, 당업자에 의해 다수개의 변형 및 변경이 용이하게 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명을 도시되고 기술된 정확한 구성 및 조작에 한정하는 것은 바람직하지 않으며, 이에 따라 모든 적당한 변형 및 이의 등가물이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 이해된다.
지금까지 본 발명에 대해 기술하였다.

Claims (22)

  1. 기판이 최상부, 최하부 및 기판의 최상부와 최하부 사이에서 연장되는 다수개의 관통홀(through-holes)을 구비하며, 각각의 관통홀이 넓은 단면 영역, 좁은 단면 영역 및 전이 영역 내에 형성된 평면(plateau)을 구비하는, 마이크로-어레이(micro-arrays)를 제조하는데 사용되는 기판.
  2. 제 1항에 있어서, 기판이, 하나 이상의 기판 표면 상에 설치되며 관통홀의 경계를 형성하는 불투수성 시일링 수단을 포함함을 특징으로 하는 기판.
  3. 제 2항에 있어서, 시일링 수단이 소수성 점성 물질, 약한 접착제 및 중합성 엘라스토머로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 기판.
  4. 제 1항에 있어서, 기판이 ㎠ 당 100개 이상의 관통홀을 가짐을 특징으로 하는 기판.
  5. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 제 1 평면에 제 1 분석물질-특이적인 시약이 위치되며, 하나 이상의 제 2 평면에 제 1 분석물질-특이적인 시약과는 상이한 제 2 분석물질-특이적인 시약이 위치됨을 특징으로 하는 기판.
  6. 제 5항에 있어서, 분석물질-특이적인 시약이 하이브리드화 분석에서 표지화된 cDNA를 검출할 수 있음을 특징으로 하는 기판.
  7. 제 1항에 있어서, 기판이 유리 또는 실리콘임을 특징으로 하는 기판.
  8. 기판 적층(stack)이 2개 이상의 기판을 포함하며, 각각의 기판이 최상부, 최하부 및 기판의 최상부와 최하부 사이에서 연장되는 다수개의 관통홀을 구비하며, 각각의 관통홀이 넓은 단면 영역, 좁은 단면 영역 및 전이 영역 내에 형성된 평면을 구비하는, 마이크로-어레이를 제조하는데 사용되는 제 1항에 따른 기판 적층으로서,
    기판 적층 내에서 상응하는 위치에 있는 관통홀이, 이들이 기판 적층을 통해 연장되는 연속 터널을 형성하도록 레지스트리(registry)되는 기판 적층.
  9. 제 8항에 있어서, 유체가 터널을 통해서는 흐르게 하나 인접하는 터널 사이에서 흐르는 것은 방지하는 배리어 층을 기판 사이에서 추가로 포함함을 특징으로 하는 기판 적층.
  10. 제 8항에 있어서, 기판 적층이 10개 이상의 기판을 포함함을 특징으로 하는 기판 적층.
  11. 일련의 동일한 마이크로-어레이를 동시에 형성하기 위한 장치로서,
    해제가능한 지지 수단;
    기판 적층이 2개 이상의 기판을 포함하며, 각각의 기판이 최상부, 최하부 및 기판의 최상부와 최하부 사이에서 연장되는 다수개의 관통홀을 구비하며, 각각의 관통홀이 넓은 단면 영역, 좁은 단면 영역 및 전이 영역 내에 형성된 평면을 구비하며, 기판 적층 내의 관통홀이 레지스트리되고 이들이 기판 적층을 통해 연장되는 연속 터널을 형성하는, 해제가능한 지지 수단에 의해 지지된 기판 적층; 및
    기판 적층의 상부 표면 또는 하부 표면에서 시약을 개별적인 관통홀에 도입시키는 수단을 포함하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 시약이 도입되는 면에 대해 반대되는 기판 면과 연통되는 진공 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 시약을 개별적인 관통홀에 도입시키는 수단이 2개 이상의 튜브형 채널을 포함하며, 이들 각각이 시약을 함유하는 공급원(supply well)과 연통됨을 특징으로 하는 장치.
  14. 일련의 동일한 마이크로-어레이를 동시에 형성하기 위한 방법으로서,
    기판 적층이 2개 이상의 기판을 포함하며, 각각의 기판이 최상부, 최하부 및 기판의 최상부와 최하부 사이에서 연장되는 다수개의 관통홀을 구비하며, 각각의관통홀이 넓은 단면 영역, 좁은 단면 영역 및 전이 영역 내에 형성된 평면을 구비하며, 기판 적층 내의 관통홀이 레지스트리되고 이들이 기판 적층을 통해 연장되는 연속 터널을 형성하는 기판 적층을 제조하는 단계;
    하나 이상의 제 1 시약을 제 1 터널로 그리고 제 2 시약을 제 2 터널로 도입시키는 단계; 및
    기판을 분리시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 시약이 도입되는 면에 반대되는 기판 적층의 한 면에 진공을 인가시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  16. 일련의 동일한 마이크로-어레이를 동시에 형성하기 위한 방법으로서,
    기판 적층이 2개 이상의 스페이서 및 2개의 기판을 포함하고, 각각의 기판이 최상부, 최하부 및 기판의 최상부와 최하부 사이에서 연장되는 다수개의 관통홀을 구비하며, 각각의 스페이서가 최상부, 최하부 및 스페이서의 최상부와 최하부 사이에서 연장되는 다수개의 관통홀을 구비하고, 스페이서 관통홀의 직경이 기판의 관통홀보다 더 크며, 스페이서의 관통홀이 기판의 관통홀과 레지스트리되어, 정렬된 스페이서 및 기판의 관통홀이 교번되는 스페이서 및 기판의 적층을 통한 연속적인 유동 경로를 갖는 컬럼을 형성할 뿐만 아니라 스페이서가 인접하는 컬럼의 관통홀을 분리시키는 배리어를 형성하는, 교번되는 스페이서 및 기판의 적층을 형성하는 단계;
    (b) 시약을 연속적인 유동 경로로 통과시켜, 기판 위에 시약을 침착시키는 단계; 및
    (c) 기판을 분리시켜, 2개 이상의 각 기판 상에 시약의 마이크로-어레이를 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 기판으로부터 스페이서를 분리시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 2개 이상의 상이한 시약을 2개 이상의 상이한 컬럼을 통과시킴을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 스페이서가 플라스틱, 고무, 왁스, 유리 및 금속으로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 형성됨을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 16항에 있어서, 스페이서 관통홀의 직경이 기판 관통홀 직경의 3배 이상임을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 16항에 있어서, 스페이서와 기판의 적층이 10개 이상의 교번되는 제거가능한 스페이서 및 기판을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 16항에 있어서, 100개 이상의 컬럼이 스페이서와 기판의 적층을 통과함을 특징으로 하는 방법.
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