KR20060114321A - 반응 부피를 조절할 수 있는 마이크로어레이 장치 - Google Patents

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징 쳉
동 리앙
리앙 장
동 왕
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Abstract

본 발명은 마이크로어레이 칩 분야 및 그의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 여러가지 부분들, 에컨대, 핵산, 면역반응 관련 단백질들 간의 상호반응, 단백질과 핵산 간의 상호 반응, 리간드-수용체 상호 반응, 및 소분자와 단백질 또는 핵산 간의 상호 반응 등을 분석하는데 이용가능한 마이크로어레이 반응 장치를 제공한다. 이러한 마이크로어레이 반응 장치를 포함하는 물품 제조 및 키트 그리고 이러한 마이크로어레이 반응 장치를 이용한 분석 방법도 제공된다.
마이크로어레이, 칩

Description

반응 부피를 조절할 수 있는 마이크로어레이 장치{MICROARRAY DEVICES HAVING CONTROLLABLE REACTION VOLUME}
본 발명은 마이크로어레이 칩 분야 및 그의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 여러가지 부분들, 에컨대, 핵산, 면역반응 관련 단백질들 간의 상호반응, 단백질과 핵산 간의 상호 반응, 리간드-수용체 상호 반응, 및 소분자와 단백질 또는 핵산 간의 상호 반응 등을 분석하는데 이용가능한 마이크로어레이 반응 장치를 제공한다. 이러한 마이크로어레이 반응 장치를 포함하는 물품 제조 및 키트 그리고 이러한 마이크로어레이 반응 장치를 이용한 분석 방법도 제공된다.
유전자 칩을 일례로 든다면, 현재의 마이크로어레이 칩은 기판과 커버슬립으로 이루어져 있다. 기판은 흔히 1 인치 x 3 인치의 크기를 갖는 표준 슬라이드이고 커버슬립은 종종 평평한 플라스틱판이거나 유리판이다. 그런데 이러한 마이크로어레이 칩에는 몇가지 단점이 있다. 우선, 하이브리다이제이션 용액의 깊이가 매우 얕기 때문에, 비교적 적은 수의 분자들만이 하이브리다이제이션 반응에 참여할 수 있고, 이로 인하여 하이브리다이제이션 신호가 낮아진다. 둘째, 표준 크기의 슬라이드가 사용되기 때문에, 슬라이드를 덮기 위해서는 비교적 대량의 시료가 필요하고, 이는 정교하거나 고가의 시료의 낭비로 이어질 수 있다. 셋째로, 단일 슬라이 드 상에서 복수개의 시료를 분석하는 경우, 교차 오염이 쉽사리 발생할 수 있기 때문에 분석 신뢰도가 저하된다. 네번째로, 복수개의 시료를 단일 슬라이드 상에서 분석할 경우, 프로브를 그 위에 부착시키기 위해 마이크로어레이 위치를 조사할 필요가 있고, 이 때문에 작업이 불편해지고 분석 속도와 신뢰도가 저하된다. 다섯번째로, 하이브리다이제이션 용액을 슬라이드에 주사한 후, 커버슬립을 슬라이드에 위치시키는데, 이 때 기포 발생을 피하기 위해 사용자는 주의를 기울여야만 한다.
본 발명은 종래 기술 분야에서 전술한 그리고 그 밖의 관련 문제점들을 해결한 것이다.
발명의 개시
한가지 측면에서, 본 발명은 a) 복수개의 마이크로어레이 대역을 포함하는 마이크로어레이 칩; 및 b) 복수개의 돌출부(projections)과 지지 구조물을 포함하는 커버를 포함하는 마이크로어레이 반응 장치에 관한 것으로서; 여기서 상기 마이크로어레이 칩의 상기 마이크로어레이 대역과 상기 커버의 돌출부 사이에 복수개의 반응 공간이 형성되고, 상기 반응 공간들의 부피는 실질적으로 동일하고, 상기 돌출부의 면적과 상기 지지 구조물의 높이에 의해 조절될 수 있는 것이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제조 물품에 관한 것으로, 이 제조 물품은 a) 포장재; b) 전술한 마이크로어레이 반응 장치; 및 c) 그 물품이 어떤 분석물을 분석하기 위한 것임을 가리키는 표지를 포함하여 이루어진다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 전술한 마이크로어레이 반응 장치를 제공하는 공정; b) a)에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 복수개의 마이크로어레이 대역 및/또는 복수개의 돌출부에 복수개의 반응물들을 부착시키는 공정, 단, 여기서 상기 반응물들 중 적어도 1종은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; 및 c) 상기 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 시료를, 상기 시료 중에 상기 분석물이 존재할 경우 상기 분석물을 상기 반응물(들)에 결합시킬 수 있도록 하는 적절한 조건 하에서, 상기 a) 공정에서 제공된 상기 반응물과 접촉시키는 공정; 및 d) 상기 분석물과 상기 반응물(들) 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재여부 및/또는 존재량을 결정하는 공정을 포함하여 이루어지는, 분석물의 분석 방법에 관한 것이기도 하다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 전술한 마이크로어레이 반응 장치; b) a)에서 제공된 복수개의 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 복수개의 마이크로어레이 대역 및/또는 복수개의 상기 돌출부에 복수개의 반응물을 부착시키기 위한 수단, 여기서 상기 반응물들 중 적어도 1종은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; 및 c) 상기 분석물과 상기 반응물(들) 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 측정하기 위한 수단을 포함하여 이루어지는, 분석물을 분석하기 위한 키트에 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 마이크로어레이 대역을 포함하는 마이크로어레이 칩; 및 b) 지지 구조물과 돌출부를 포함하는 커버를 포함하는 마이크로어레이 반응 장치에 관한 것으로; 여기서 상기 마이크로어레이 칩의 상기 마이크로어레이 대역과 상기 커버의 상기 돌출부 사이에 반응 공간이 형성되고, 상기 반응 공간의 부피는 상기 지지 구조물과 상기 돌출부의 면적과 상기 지지 구조물의 높이에 의해 조절될 수 있는 것이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 전술한 마이크로어레이 반응 장치를 제공하는 공정; b) a)에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 마이크로어레이 대역 및/또는 돌출부에 복수개의 반응물을 부착시키는 공정, 단 여기서 상기 반응물은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; 및 c) 상기 시료 중에 상기 분석물이 존재할 경우 상기 분석물을 상기 반응물에 결합시킬 수 있도록 하는 적절한 조건 하에서, 상기 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 시료를 상기 a) 공정에서 제공된 상기 반응물과 접촉시키는 공정; 및 d) 상기 분석물과 상기 반응물 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 결정하는 공정을 포함하여 이루어지는, 분석물의 분석 방법에 관한 것이기도 하다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 전술한 마이크로어레이 반응 장치; b) a)에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 마이크로어레이 대역 및/또는 상기 돌출부에 반응물을 부착시키기 위한 수단, 여기서 상기 반응물은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; 및 c) 상기 분석물과 상기 반응물 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 측정하기 위한 수단을 포함하여 이루어지는, 분석물을 분석하기 위한 키트에 관한 것이다.
발명을 수행하는 태양
명료한 설명을 위해, 이하에 본 발명을 더욱 상세하게 세분하여 설명하나, 이러한 설명 내용으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
A. 정의
달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 용어와 과학 용어들은 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자가 공통적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는 것이다. 본 명세서에 인용됨 모든 특허, 출원, 공개문헌 및 기타의 간행물들은 그 내용 전체가 참조 통합된 것이다. 본 절에 제시된 정의가 본 명세서에 참고로 인용된 특허, 출원, 공개문헌 및 기타 간행물에 제시된 정의와 반대되거나 불일치할 경우, 본 명세서에 인용됨 참고 문헌의 정의가 아니라 본 명세서 자체의 정의가 채택되는 것으로 한다.
본 명세서에서 관사 "a" 또는 "an"은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 가리키는 것이다.
본 명세서에서 "마이크로어레이 칩"은 물리적, 화학적, 생물학적, 생물리학적, 또는 생화학적 공정과 같은 특정 공정이 수행될 수 있는 1차원, 2차원 또는 3차원적 마이크로 구조물 또는 마이크로 규모의 구조물을 복수개 갖는 고체 기판을 가리키는 것이다. 채널(channels) 및 웰(wells)과 같은 마이크로 구조물 또는 마이크로 규모의 구조물은 칩 상에서의 물리적, 생물리하적, 생물학적, 생화학적, 화학적 반응 또는 공정을 용이하게 하기 기판 내로 통합되어, 조립되거나 또는 기판에 부착된다. 이러한 칩은 1차원적으로 얇을 수 있고, 다른 차원의 다양한 모양, 예컨대, 사각형, 원형, 타원형 또는 기타 불규칙한 형태를 가질 수도 있다. 칩의 주표면의 크기는 예컨대 약 1 mm2 내지 약 0.25 m2에 이르기까지 매우 다양할 수 있다. 바람직하게는, 칩의 크기가 약 4 mm2 내지 약 25 cm2인 것이 좋고, 특징적인 크기는 약 1 mm 내지 약 5 cm이다. 칩 표면은 평평할 수도 있고 평평하지 않을 수도 있다. 비평판형 표면을 갖는 칩은 표면 상에 조립된 채널 또는 웰을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "상기 반응 공간들의 부피는 실질적으로 동일하다"라 함은 분석 통일성에 통계적으로 영향을 주지 않을 정도로 상기 반응 공간들의 부피들 간의 차이가 충분히 작다는 것으르 의미한다. 일반적으로, 최대 부피와 최소 부피 간의 차이는 반응 공간의 최대 부피의 50% 미만이다. 바람직하게는, 최대 부피와 최소 부피 간의 차이는 반응 공간의 최대 부피의 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 2% 미만, 또는 1% 미만인 것이 좋다.
본 명세서에서 "구조적 및/또는 기능적으로 관련된 일군의 단백질들"이라 함은 천연 상태에서, 구조적으로 연결되어 있고, 동일 조직 또는 기관 내에 위치된 세포 소기관과 같은 동일한 세포 부위에 위치하며, 예컨대 특정 세포 주기 단계 또는 발달 단계와 같은 동일한 생물학적 단계에서 발현되고/발현되거나 기능하며, 또는 동일한 생물학적 경로, 예컨대 특정 대사 경로, 시그널 트랜스덕션 경로에서 발현되고/발현되거나 기능하는, 일군의 단백질들을 가리키는 것이다. "구조적 및/또는 기능적으로 관련된 일군의 단백질들"은 동일한 군에 속하는 단백질을 2종 이상 포함하기만 하면 된다. "구조적 및/또는 기능적으로 관련된 일군의 단백질들"은 바람직하게는 동일한 군에 속하는 단백질들을 세가지 이상 포함하는 것이 좋다. 예컨대, 그 단백질들의 대다수 또는 거의 모두가 동일한 군에 속해 있는 것이 좋다.
본 명세서에서, "조직 또는 기관 특이적 방식으로 발현"이라는 표현은 유전자가 일시적으로 또는 연속적으로, 특정 조직 또는 기관에서만 발현되고 다른 기관이나 조직에서는 발현되지 않는 유전자 발현 양태를 가리킨다.
본 명세서에서, "조직"이라 함은 유사한 세포들과 그들을 둘러싼 세포내 물질의 집합체를 의미한다. 신체에는 네가지 기본적인 조직이 있다: 1) 상피; 2) 혈액, 뼈 및 연골을 포함하는 연결 조직; 3) 근육 조직; 및 4) 신경 조직이 그것이다.
본 명세서에서, "기관"이라 함은 예컨대 호흡, 분비 또는 소화와 같은 특정 기능을 수행하는 부분을 가리킨다.
본 명세서에서: 불일치 백분율 (percentae mismatch)을 측정함에 있어, "하이브리다이제이션의 스트린젠시(stringency of hybridization)"이라 함은 다음과 같다:
1) 고급(high) 스트린젠시: 0.1 x SSPE, 0.1% SDS, 65℃
2) 중급(medium) 스트린젠시: 0.2 x SSPE, 0.1% SDS, 50℃ (보통(moderate) 스트린젠시라고도 칭한다)
3) 저급(low) 스트린젠시: 1.0 x SSPE, 0.1% SDS, 50℃.
다른 완충액, 염 및 온도를 사용해서도 동등한 스트린젠시를 얻을 수 있다.
본 명세서에서, "유전자"라 함은 염색체 상에서 특정 위치를 점하는 유전 단위를 가리키며, 유전자의 존재는 상이한 대립형질 형태의 발생에 의해 확인할 수 있다. 유전자 분할이 발생할 경우, 유전자에는 단일 폴리펩타이드 생산에 필요한 일습의 DNA 서열 (엑손) 역시 포함된다.
본 명세서에서, "유전자 칩"이라 함은 RNA 시료(역전사 후)를 스크리닝하는데 이용할 수 있음으로 해서, RNA가 유래한 세포나 조직 중에서 어떤 유전자가 발현되는지를 신속히 결정하는 방법에 사용될 수 있는, 표면에 고정된 올리고뉴클레오타이드 어레이를 가리키는 것이다.
본 명세서에서, "특이적 결합"이라 함은, 특정 분자 구조의 존재에 따라 달라지는 방식으로, 한가지 물질이 다른 물질에 결합하는 것을 가리킨다. 예컨대, 어떤 수용체는 리간드 결합 부위(들)에 상보적인 화학 구조를 함유하는 리간드에 선택적으로 결합할 것이다.
본 명세서에서, "특이적 결합쌍"이라 함은 리간드에 대해 특이적인 결합 친화성을 갖는, 어떠한 물질 또는 물질 부류를 가리키는 것으로 다른 물질은 배제한다. 일례에서, 특이적 결합쌍에는 면역화학적 방식으로 리간드에 대한 시료의 결합 능력 또는 시료 리간드와 상호반응하는 특이적 결합 분석 시약들이 포함된다. 예컨대, 어떤 리간드에 대한 시료의 결합 능력 또는 시료 리간드 및/또는 시료들 간에는 항원-항체 또는 합텐-항체 관계가 존재할 것이다. 또한, 리간드와 결합 파트너 간의 다른 결합 상호반응은 호르몬, 비타민, 대사물, 및 약학적 제제들과 그들의 대응하는 수용체 및 결합 물질들 간의 결합 상호반응을 비롯한, 특이적 결합 분석의 기초 역할을 할 것이다. (예컨대, Langan 외 편., Ligand Assay, pp. 211 이하, Masson Publishing U.S.A. Inc., New York, 1981 참조).
본 명세서에서, "항체"라 함은 면역글로불린의 특정 유형, 예컨대, IgA, IgD, IgE, IgG, 예컨대 IgG1, IgG2, IgG3 및 IgG4 및 IgM을 가리킨다. 항체는 여하한 적절한 형상으로 존재할 수 있으며 적절한 단편 또는 유도체가 이에 포함된다. 항체의 예로는 폴리클로날 항체, 모노클로날 항체, Fab 단편, Fab' 단편, F(ab')2 단편, Fv 단편, 다이아바디(diabody), 단쇄 항체 및 항체 단편들로부터 형성된 다중 특이적 항체를 들 수 있다.
본 명세서에서, "시료"라 함은 본 발명의 방법 및/또는 키트에 의해 분석될 수 있는 분석물을 함유할 수 이는 물질을 가리킨다. 시료는 생물학적 유체 또는 생물학적 조직과 같은 생물학적 시료일 수 있다. 생물학적 유체의 예로는 뇨, 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 정액, 대변, 가래, 뇌척수액, 눈물, 점막, 양수 등을 들 수 있다. 생물학적 조직은 세포들의 응집체로서, 대개는 그들의 세포내 물질과 함께 인간, 동물, 식물, 세균, 곰팡이 또는 바이러스 구조물의 한가지 이상의 구조 물질을 형성하는 특정 종류의 세포 응집체로서, 연결 조직, 상피 조직, 근육 조직 및 신경 조직을 들 수 있다. 생물학적 조직의 예로는 장기, 종양, 임파절, 동맥 및 또는 개개의 세포(들)도 들 수 있다. 생물학적 조직을 가공하여 세포 현탁액 시료를 얻을 수 있다. 시료는 또한 시험관내(in vitro)에서 제조된 세포들의 혼합물일 수도 있다. 시료는 또한 배양된 세포 현탁액일 수도 있다. 생물학적 시료의 경우, 시료는 본래 시료를 다양하게 가공하거나 처리한 후 얻어진 조질의 시료 또는 가공 시료일 수 있다. 예컨대, 여러가지 세포 분리법 (예컨대, 자기적으로 활성화된 세포 소팅)을 적용하여 혈액과 같은 체액 시료로부터 표적 시료를 분리하거나 부화(enrich)시킬 수 있다. 본 발명에 사용된 시료로는 표적 세포가 부화된 세포 조제물을 들 수 있다.
본 명세서에서, "액체(유체) 시료"라 함은 예컨대 생물학적 유체와 같이 액체 또는 유체로서 자연적으로 존재하는 시료를 가리킨다. "액체 시료"는 또한, 비액체 상태, 예컨대 고체나 기체로 자연적으로 존재하나, 그 고체 또는 기체 시료 물질을 함유하는 액체, 유체, 용액 또는 현탁액으로서 제조된 시료도 가리킨다. 예컨대, 액체 시료에는 어떤 생물학적 조직을 함유하는 액체, 유체, 용액 또는 현탁액이 포함된다.
본 명세서에서, "부분(moiety)"이라 함은 테스트 부분과 표적 부분을 모두 포함한다. 이러한 부분의 비제한적인 예로서, 세포, 세포 소기관, 바이러스, 입자, 분자, 예컨대, 단백질, DNA 및 RNA, 그의 응집체 또는 복합체를 들 수 있다.
본 명세서에서, "소분자(small molecule)"라 함은 호모 응집체를 형성하거나, 거대분자(macromolecules), 또는 애쥬번트에 부착하지도 않고서는, 소분자에 특이적으로 결합하는 항체를 생산할 수 없는 분자를 가리킨다. 바람직하게는, 소분자는 분자량이 약 10,000 달톤 또는 그 미만인 것이 좋다. 보다 바람직하게는, 소분자가 약 5,000 달톤 또는 그 미만의 분자량을 갖는 것이 좋다.
B. 마이크로어레이 반응 장치 및 제조 물품
한가지 측면에서, 본 발명은 a) 복수개의 마이크로어레이 대역을 포함하는 마이크로어레이 칩; 및 b) 복수개의 돌출부(projections)과 지지 구조물을 포함하는 커버를 포함하는 마이크로어레이 반응 장치에 관한 것으로서; 여기서 상기 마이크로어레이 칩의 상기 마이크로어레이 대역과 상기 커버의 돌출부 사이에 복수개의 반응 공간이 형성되고, 상기 반응 공간들의 부피는 실질적으로 동일하고, 상기 돌출부의 면적과 상기 지지 구조물의 높이에 의해 조절될 수 있는 것이다.
본 발명의 마이크로어레이 반응 장치에서는 어떠한 적절한 마이크로어레이 칩이든 사용될 수 있다. 예컨대, 마이크로어레이 칩은 슬라이드일 수 있다.
바람직한 한가지 구체예에서, 마이크로어레이 칩은 마이크로어레이 칩 상에 복수개의 분리된 마이크로어레이 대역들을 형성하고 복수개의 분리된 반응 공간을 형성하는 봉입체를 부가적으로 포함할 수 있다. 봉입체는 여하한 적절한 크기와 모양을 가질 수 있다. 일례에서, 봉입체의 도께는 약 0.05 mm 내지 약 50 mm이다. 또 다른 예에서, 봉입체는 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난형 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 취할 수 있다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 커버는 복수개의 반응 공간 내부로 유체를 전달하는 통공을 하나 이상 포함한다. 통공의 수는 약 1개에서 약 2,500개 범위일 수 있다. 마이크로어레이 반응 장치에서 통공과 돌출부의 수는 같거나 다를 수 있다. 통공은 적절한 크기와 형상을 가질 수 있다. 일례에서, 통공의 횡단면은 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난현 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 취할 수 있다. 또 다른 예에서, 통공의 직경은 약 0.01 mm 내지 약 100 mm일 수 있다.
본 발명의 마이크로어레이 반응 장치는 돌출부 및/또는 마이크로어레이 대역을 적절한 수만큼 가질 수 있다. 한가지 예에서, 돌출부 및/또는 마이크로어레이 대역의 수는 약 2개 내지 약 2,500개 범위일 수 있다. 또 다른 예에서, 마이크로어레이 반응 장치의 돌출부와 마이크로어레이 대역의 수는 같거나 다를 수 있다.
돌출부와 마이크로어레이 대역은 적절한 크기와 형상을 가질 수 있다. 일례로, 돌출부와 마이크로어레이 대역의 형상(들) 및/또는 표면적(들)은 서로 같거나 다를 수 있다. 또 다른 예에서, 돌출부의 높이는 0.01 mm 내지 50 mm 범위일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 돌출부의 표면은 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난형 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 취할 수 있다. 또 다른 예에서, 돌출부의 표면적은 약 0.01 mm2 내지 약 600 mm2일 수 있다. 또 다른 예에서, 복수개의 반응 공간들의 높이는 약 0.001 mm 내지 약 1 mm 범위이다. 또 다른 예에서, 복수개의 반응 공간은 약 0.01 mm3 내지 약 600 mm3의 부피를 갖는다.
마이크로어레이 칩, 봉입체 및/또는 커버는 적절한 물질을 포함할 수 있다. 일례에서, 마이크로어레이 칩, 봉입체, 및/또는 커버는 실리콘, 플라스틱, 유리, 세라믹, 고무, 금속, 폴리머, 종이 및 이들의 복합체 중에서 선택된 소재를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 커버는 플라스틱이다. 바람직하게는, 커버가 주입 성형체인 것이 좋다. 또한, 플라스틱은 폴리카보네이트, 메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS), 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 또 다른 예에서, 커버는 유리인 것이 좋다. 바람직하게는, 풀칠 (gluing), 깍둑설기(dicing)/절단(cutting), 얇게 자르기(slicing), 양극 접합(anodic bonding), 초음파 용접 (ultrasonic welding), 이들의 병용 기술 중에서 선택된 방법으로 커버를 조립한다. 또 다른 예에서, 봉입체는 이중 코팅된 테입에 부착된 고무를 포함한다. 바람직하게는, 봉입체는 압인법(stamping)에 의해 조립되는 것이 좋다. 고무는 실리콘, 천연고무(caoutchouc), 부틸, 우레탄 및 네오프렌 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 또 다른 예에서, 봉입체는 단일 코팅된 테이프를 포함한다. 바람직하게는, 봉입체는 압인법에 의해 조립되는 것이 좋다.
본 발명의 마이크로어레이 반응 장치는 또한 분석물을 분석하는데 유용한 물질들을 부가적으로 포함할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 마이크로어레이 반응 장치는 마이크로어레이 대역 내에 고정된 분석물에 결합할 수 있는 반응물을 부가적으로 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제조 물품에 관한 것으로 이것은 a) 포장재; b) 전술한 마이크로어레이 반응 장치; 및 c) 그 물품이 특정 분석물을 분석하기 위한 것임을 가리키는 표지를 포함하여 이루어질 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 마이크로어레이 대역을 포함하는 마이크로어레이 칩; 및 b) 돌출부와 지지 구조물을 포함하는 커버를 포함하는 마이크로어레이 반응 장치에 관한 것으로서; 여기서 상기 마이크로어레이 칩의 상기 마이크로어레이 대역과 상기 커버의 돌출부 사이에 반응 공간이 형성되고, 상기 반응 공간은 상기 돌출부의 면적과 상기 지지 구조물의 높이에 의해 조절될 수 있는 것이다. a) 포장재; b) 전술한 마이크로어레이 반응 장치; 및 c) 그 물품이 특정 분석물을 분석하기 위한 것임을 가리키는 표지를 포함하여 이루어지는 제조 물품도 포괄된다.
C. 분석물을 분석하기 위한 방법 및 키트
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 전술한 섹션 B에서 설명된 마이크로어레이 반응 장치를 제공하는 공정; b) a)에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 복수개의 마이크로어레이 대역 및/또는 상기 복수개의 돌출부에 복수개의 반응물들을 부착하는 공정, 단, 여기서 상기 반응물들 중 적어도 1종은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; c) 상기 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 시료를, 상기 시료 중에 상기 분석물이 존재할 경우 상기 분석물을 상기 반응물(들)에 결합시킬 수 있도록 하는 적절한 조건 하에서, 상기 a) 공정에서 제공된 상기 반응물과 접촉시키는 공정; 및 d) 상기 분석물과 상기 반응물(들) 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 결정하는 공정을 포함하여 이루어지는, 분석물의 분석 방법에 관한 것이기도 하다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 전술한 섹션 B에서 설명된 마이크로어레이 반응 장치; b) a)에서 제공된 복수개의 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 복수개의 마이크로어레이 대역 및/또는 복수개의 상기 돌출부에 복수개의 반응물을 부착시키기 위한 수단, 여기서 상기 반응물들 중 적어도 1종은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; 및 c) 상기 분석물과 상기 반응물(들) 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 측정하기 위한 수단을 포함하여 이루어지는, 분석물을 분석하기 위한 키트에 관한 것이다.
키트는 부가적으로 복수개의 반응물들을 포함할 수 있고, 여기서 반응물들 중 적어도 1종은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다. 키트는 또한 분석물을 분석하기 위한 키트의 사용 지침서를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 마이크로어레이 대역을 포함하는 마이크로어레이 칩, 돌출부와 지지 구조물을 포함하는 커버를 포함하는 마이크로어레이 반응 장치로서 이 때 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 마이크로어레이 대역과 상기 커버의 돌출부 사이에 반응 공간이 형성되고, 상기 반응 공간의 높이는 상기 돌출부의 면적과 상기 지지 구조물의 높이에 의해 조절될 수 있는 것인 마이크로어레이 반응 장치를 제공하는 공정; b) a)에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 마이크로어레이 대역 및/또는 상기 돌출부에 반응물을 부착하는 공정, 단, 여기서 상기 반응물은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; c) 상기 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 시료를, 상기 시료 중에 상기 분석물이 존재할 경우 상기 분석물을 상기 반응물에 결합시킬 수 있도록 하는 적절한 조건 하에서, 상기 a) 공정에서 제공된 상기 반응물과 접촉시키는 공정; 및 d) 상기 분석물과 상기 반응물 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 결정하는 공정을 포함하여 이루어지는, 분석물의 분석 방법에 관한 것이기도 하다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 a) 마이크로어레이 대역을 포함하는 마이크로어레이 칩, 돌출부와 지지 구조물을 포함하는 커버를 포함하는 마이크로어레이 반응 장치로서 이 때 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 마이크로어레이 대역과 상기 커버의 돌출부 사이에 반응 공간이 형성되고, 상기 반응 공간의 높이는 상기 돌출부의 면적과 상기 지지 구조물의 높이에 의해 조절될 수 있는 것인 마이크로어레이 반응 장치; b) a)에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 마이크로어레이 대역 및/또는 상기 돌출부에 반응물을 부착시키기 위한 수단, 여기서 상기 반응물은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; 및 c) 상기 분석물과 상기 반응물 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 측정하기 위한 수단을 포함하여 이루어지는, 분석물을 분석하기 위한 키트에 관한 것이다.
본 발명의 방법들과 키트들은 예컨대 세포, 세포 소기관, 바이러스, 분자 및 응집체 또는 이들의 복합체와 같은 여하한 분석물을 분석하는데 이용될 수 있다. 세포의 예로는 동물 세포, 식물 세포, 곰팡이 세포, 세균 세포, 재조합 세포 및 배양된 세포를 들 수 있다. 동물, 식물, 곰팡이, 세균 세포들은 동물총, 식물총, 곰팡이총 및 세균총의 여하한 속 또는 아속으로부터 유래된 것일 수 있다. 섬포충, 세포성 점균류, 편모충 및 미포자충의 여하한 속 및 아속으로부터 유래된 세포들 역시 본 발명의 방법으로 분석할 수 있다. 닭과 같은 조류, 물고기와 같은 척추동물 및 마우스, 래트, 토끼, 고양이, 개, 돼지, 암소, 황소, 양, 염소, 말, 원숭이, 및 기타 비인간 영장류 및 인간과 같은 포유동물로부터 유래한 세포들도 본 발명에 의해 분석될 수 있다.
동물 세포의 경우, 특정 조직이나 장기로부터 유래된 세포들을 본 발명의 방법과 키트로 분석할 수 있다. 예컨대, 연결 조직, 상피 조직, 근육 조직 또는 신경 조직 세포를 분석할 수 있다. 마찬가지로, 눈, 윤나선종말 근방추 (annulospiral) 기관, 청각 기관, 치에비츠(Chievitz) 기관, 뇌실주위 기관, 코르티(Corti) 기관, 표적장기(critical organ), 에나멜 기관, 종말 기관, 여성의 외부 생식 기관, 남성의 외부 생식 기관, 부유(floating) 기관, 루피니(Ruffini)의 꽃술신경 기관, 생식 기관, 골지(Golgi) 힘줄 기관, 미각 기관, 청각 기관, 여성의 내부 생식 기관, 남성의 내부 생식 기관, 삽입 기관, 제이콥슨(Jacobson) 기관, 뉴로헤말(neurohemal) 기관, 뉴로텐지너스(neurotendinous) 기관, 후각 기관, 이석 기관, 하수 기관, 로젠뮐러(Rosenmuller) 기관, 감각 기관, 후각 기관, 나선 기관, 교련 하부 기관, 뇌궁 하부 기관, 과잉 기관, 촉각 기관, 표적 기관, 미각 기관, 촉각 기관, 비뇨 기관, 종말판의 맥관 기관, 전정 기관, 평형 청각 기관, 흔적 기관, 시력 기관, 시각 기관, 보습코기관, 부유(wandering) 기관, 웨버(Weber) 기관 및 쥬커칸들(Zuckerkandl) 기관을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 뇌, 폐, 간, 비장, 골수, 흉선, 심장, 림프, 혈액, 뼈, 연골, 췌장, 신장, 쓸개 담낭, 위장, 소장, 고환, 난소, 자궁, 결장, 신경계, 샘, 내부 혈관 등으로부터 유래된 세포들을 분석할 수 있다. 또한, 여하한 식물, 곰팡이, 예컨대 효모, 세균, 예컨대 유박테리아 또는 원시세균으로부터 유래된 세포도 분석 가능하다. 동물, 식물, 곰팡이 또는 세균 세포와 같은 진핵 또는 원핵 기원의 재조합 세포 역시 분석될 수 있다. 혈액, 뇨, 타액, 골수, 정자 또는 기타 복수 및 이들의 하위단편(subfractions), 예컨대 혈청이나 혈장과 같은 체액도 분석 가능하다.
세포 소기관의 예로는 핵, 미토콘드리아, 엽록체원형질, 리보솜, ERs, 골지체, 라이소좀, 프로테오좀, 분비 소포, 공포 및 마이크로좀을 들 수 있다. 예시적인 분자에는 무기 분자, 유기 분자 및 이들의 복합체가 포함된다. 예시적인 유기 분자에는 아미노산, 펩타이드, 단백질, 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드, 핵산, 비타민, 단당류, 올리고당류, 탄수화물, 지질 및 이들의 복합체가 포함된다.
본 발명의 방법과 키트에 따라 여하한 아미노산도 모두 분석될 수 있다. 예컨대, D-아미노산과 L-아미노산이 분석될 수 있다. 또한, 자연발생적인 펩타이드와 단백질의 구성요소 (building block) Ala(A0, Arg(R), Asn(N), Asp(D), Cys(C), Gln(Q), Glu(E), Gly(G), His(H), Ile(I), Leu(L), Lys(K), Met(M), Phe(F), Pro(P), Ser(S), Thr(T), Trp(W), Tyr(Y) 및 Val(V) 등도 본 발명의 방법에 따라 분석될 수 있다.
여하한 단백질 또는 펩타이드들을 본 발명의 방법과 키트에 의해 분석할 수 있다. 예컨대, 효소, 전달 단백질 예컨대 이온 채널 및 펌프, 영양 또는 저장 단백질, 예컨대 액틴 및 미오신과 같은 수축 또는 운동 단백질, 구조 단백질, 방어 단백질 또는 조절 단백질, 예컨대 항체, 호르몬 및 성장 인자들도 분석할 수 있다. 단백질성 또는 펩티드성 항원 역시 분석 가능하다.
단일, 이중 및 삼중 스트랜드 핵산을 비롯한 여하한 핵산 역시 본 발명의 방법고 키트에 의해 분석 될 수 있다. 이러한 핵산의 예로는, 예컨대 A형, B형 또는 Z형 DNA와 같은 DNA, mRNA, tRNA 및 rRNA와 같은 RNA를 들 수 있다.
여하한 뉴클레오사이드 역시 본 발명의 방법과 키트에 의해 분석될 수 있다. 이러한 뉴클레오사이드의 예로는 아데노신, 구아노신, 시티딘, 티미딘 및 우리딘을 들 수 있다. 본 발명의 방법에 따라 어떤 뉴클레오타이드던지 분석할 수 있다. 이러한 뉴클레오타이드의 예로는 AMP, GMP, CMP, UMP, ADP, GDP, CDP, UDP, ATP, GTP, CTP, UTP, dAMP, dGMP, dCMP, dTMP, dADP, dGDP, dCDP, dTDP, dATP,dGTP, dCTP 및 dTTP를 들 수 있다.
여하한 비타민들도 본 발명의 방법과 키트에 의해 분석할 수 있다. 예컨대, 수용성 비타민인 티아민, 리보플라빈, 니코틴산, 판토텐산, 피리독신, 바이오틴, 엽산, 비타민 B12 및 아스코르브산을 분석할 수 있다. 마찬가지로, 지용성 비타민인 비타민 A, 비타민 D, 비타민 E 및 비타민 K도 분석 가능하다.
D-단당류이건 L-단당류이건, 알도스이건 케토스이건 간에 여하한 단당류도 본 발명의 방법과 키트에 의해 분석될 수 있다. 단당류의 예로는 글리세르알데히드와 같은 삼탄당, 에리쓰로스 및 쓰레오스와 같은 사탄당, 리보스, 아라비노스, 자일로스, 릭소스 및 리뷸로스와 같은 오탄당, 알로스, 알트로스, 글루코스, 만노스, 굴로스, 이도스, 갈락토스, 탈로스 및 프럭토스와 같은 육탄당 및 세도펩툴로스와 같은 칠탄당을 들 수 있다.
여하한 지질도 본 발명의 방법과 키트에 의해 분석될 수 있다. 지질의 예로는 트리스테아린, 트리팔미틴 및 트리올레인과 같은 트리아실글리세롤, 왁스, 포스파티딜에탄올아민, 포스파티딜콜린, 포스파티딜세린, 포스파티딜 이노시톨 및 카디올리핀과 같은 포스포글리세라이드, 스핑고미엘린, 세레브로사이드 및 강글리오사이드와 같은 스핑고지질, 콜레스테롤 및 스티그마스테롤과 같은 스테롤, 및 스테롤 지방산 에스테르를 들 수 있다. 지방산은 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라키드산 및 리그노세르산과 같은 포화 지방산일 수도 있고, 팔미톨레산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산 및 아라키돈산과 같은 불포화 지방산일 수도 있다.
본 발명의 방법과 키트는 여하한 시료를 분석하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 방법은 포유동물의 시료를 분석하는데 이용될 수 있다. 예시적인 포유동물로는 소, 염소, 양, 말, 토끼, 기니픽, 쥐, 인간, 고양이, 원숭이, 개 및 돼지를 들 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 임상 시료를 분석하는데도 이용 가능하다. 예시적인 임상 시료에는 혈청, 혈장, 전혈, 가래, 뇌척수액, 양수, 뇨, 위장관 내용물, 모발, 타액, 땀, 잇몸 찰과물(gum scrapings) 및 생검체 조직이 포함된다. 바람직하게는, 본 발명의 방법은 인간의 임상 시료를 분석하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 방법과 키트에는 적절한 반응물(들)이 이용될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 반응물(들)은 분석물과 특이적으로 결합하는 것이 좋다. 반응물의 예로는 세포, 세포 소기관, 바아ㅣ러스, 분자 및 이들의 응집체 또는 복합체를 들 수 있다. 바람직하게는 반응물이 항체인 것이 좋다. 또한, 반응물이 핵산인 것이 바람직하다.
본 발명의 방법과 키트는 적절한 적절한 여하한 분석 포맷으로 이용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 방법은 직접 분석 포맷, 샌드위치 분석 포맷 또는 경쟁 분석 포맷으로 이용할 수 있다.
일례에서, 복수개의 상이한 반응물들을 이용하여 단일 분석물을 분석할 수 있다. 또 다른 구체예에서는, 복수개의 상이한 반응물들을 이용하여 복수개의 상이한 분석물들을 분석할 수 있다. 또 다른 구체예에서는 복수개의 반응물들을 마이크로어레이의 복수개의 제1 돌출부에 부착시킨다. 또 다른 구체예에서는, 모든 반응물들을 분석하고자 하는 분석물에 결합시킬 수 있다.
본 발명의 방법과 키트는 세포, 세포 소기관, 바이러스, 분자 및 그의 응집체나 복합체 중에서 선택된 부분들 간의 여하한 상호반응(들)을 검출하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 방법과 키트를 이용하여 DNA-DNA, DNA-RNA, RNA-RNA, DNA-단백질, RNA-단백질 및 단백질-단백질 등의 상호반응과 같은 거대분자들간의 상호반응을 검사할 수 있다. 본 발명의 방법과 키트는 또한 거대분자-소분자 또는 소분자-소분자 상호반응을 검사하는데도 이용될 수 있다. 본 발명의 방법과 키트는 또한 삼종 이상의 부분들 간의 상호반응을 비롯한 보다 복잡한 상호반응을 검사하는데도 이용될 수 있다. DNA-DNA, DNA-RNA, RNA-RNA 상호반응을 검출하고자 할 경우, 접촉 공정, 즉, 하이브리다이징 공정을 예컨대 저급, 중급 또는 고급 스트린젠시 하에서와 같은 적절한 조건 하에서 수행할 수 있다.
전술한 테스트 부분과 상기 복수개의 표적 부분들 간의 상호반응을 여하한 방법으로든 검출할 수 있다. 예컨대, 용이한 검사를 위해 테스트 부분 및/또는 표적 부분을 표지시킬 수 있다. 적절한 표지를 사용할 수 있다. 표지의 예로는 방사능, 형광, 화학, 효소, 발광 및 FRET(형광 공명 에너지 전달) 표지를 들 수 있다. 발광 표지는 화학발광 표지 또는 바이오발광 표지일 수 있다. 표지는 테스트 부분 단독, 표적 부분 단독, 또는 두가지 모두에 직간접적으로 부착 또는 접합시킬 수 있다. 판독(read-out)은 포지티브 또는 네거티브 신호로 나타낼 수 있다. 샌드위치 또는 경쟁적 포맷과 같은 적절한 분석 포맷을 이용할 수 있다.
바람직한 구체예에서, 본 발명의 방법과 키트는 테스트 부분과 복수개의 유전자, 유전자 단편 또는 이들의 코딩 산물 간의 상호 반응을 검사하는데 이용된다. 더욱 바람직하게는, 복수개의 표적 유전자, 유전자 단편, 또는 이들의 코딩 산물들은 생물학적 경로에 연관되며, 세포 주기의 어떤 단계에서 발현되고, 세포형, 조직형, 장기형으로 발현되거나 발달 단계에서 발현되는 동일 또는 유사한 생물학적 기능을 갖는 단백질, 그의 발현 및/또는 활성이 질병 또는 질환의 종류나 단계에 따라 변경되는 단백질, 또는 그의 발현 및/또는 활성이 약물 또는 기타 처치에 의해 변경되는 단백질인 것이 좋다.
본 발명의 방법과 키트는 단일 테스트 부분 또는 물질 및 복수의 표적 부분들 간의 상호반응을 검사하는데 이용될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 방법은 고처리량(high-throughput) 모드, 즉 복수개의 테스트 부분 또는 물질과 복수개의 표적 부분들 간의 상호반응을 검출하는데 사용된다. 복수개의 테스트 부분들 또는 물질과 복수개의 표적 부분들 간의 상호반응은 동시적으로 또는 순차적으로 검출가능하다.
D. 예시적 구체예
본 발명의 바람직한 구체예의 한가지 목적은 현재 이용가능한 마이크로어레이 칩의 결점을 해소하는데 있다. 본 발명의 특정한 바람직한 구체예의 또 다른 목적은 사용자에게 간편하고, 신속하며 신뢰할 수 있는 마이크로어레이 반응 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 바람직한 구체예는 a) 마이크로어레이가 구비된 슬라이드; b) 상기 슬라이드에 부착되어 슬라이드를 분리시킴으로 해서 분리된 마이크로어레이 대역들을 복수개 형성하는 봉입체; 및 c) 복수개의 돌출부와 지지 구조물을 갖는 커버를 포함하여 이루어지는 마이크로어레이 반응 장치에 관한 것으로, 여기서 상기 커버의 돌출부와 슬라이드의 마이크로어레이 대역들 사이에 복수개의 반응 공간이 형성되고, 상기 봉입체는 교차 오염 방지를 위해 반응 공간들을 서로 공간적으로 분리시키는 것을 도와주며, 반응 공간들의 부피는 실질적으로 동일하고, 지지 구조물의 높이와 돌출부의 면적에 의해 조절가능한 것인, 마이크로어레이 반응 장치에 관한 것이다. 커버에는 반응 공간에 연결된 통공들이 몇몇개 존재하며, 이로 인해 커버를 슬라이드 상에 미리 위치시킨 후 반응 용액을 주입할 수 있다.
예시적인 마이크로어레이 반응 장치들을 이용하여 핵산들 간의 상호반응, 단백질이 관여하는 면역반응, 단백질과 핵산 간의 상호반응, 리간드-수용체 상호반응, 및 소분자와 단백질 또는 핵산 상호반응을 분석할 수 있다.
슬라이드, 봉입체 또는 커버는 실리콘, 플라스틱, 유리, 세라믹, 고무, 금속, 폴리머, 종이 및 이들의 복합체 중에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.
예시적 마이크로어레이 반응 장치는 다음의 장점을 갖는다: 1) 표면적이 적은 돌출부를 사용하기 때문에, 시료 부피를 줄일 수 있고 이에 따라 경비 절감을 꾀할 수 있다; 2) 지지 구조물을 사용하여 반응 공간의 높이 또는 반응 용액의 두께(thickness)를 정교하게 조절할 수 있고, 그 결과, 반응물, 예컨대 하이브리다이제이션 용액의 두께나 용량을 균일하게 만들 수 있다; 3) 복수개의 시료가 분석되는 경우, 복수개의 반응 공간이 존재하기 때문에, 예컨대 하이브리다이제이션, 봉입체의 교차 오염을 최소화할 수 있어 분석 신뢰도를 확보할 수 있다; 4) 봉입체를 사용하기 때문에, 프로브 부착을 위한 마이크로어레이 부위를 조사할 필요가 없고, 다라서, 작업이 보다 간편한 동시에 분석 신뢰도도 증가된다; 5) 커버 중의 통공들은 슬라이드 상에 커버를 미리 위치시킨 후 반응 용액을 주입하는 것을 가능하게 해주기 때문에, 조작이 더 쉬워지고 신뢰도도 더 높다.
예시적인 마이크로어레이 반응 장치는 질병을 예측, 진단하거나, 생명과학 분야의 조사, 농업 및 환경 감시, 식품 위생 검사 및 사법적 검사에 이용될 수 있다. 특히, 본 발명에 예시된 마이크로어레이 반응 장치는 교차 오염이 최소화된 것이다. 따라서, 본 발명의 예시적인 마이크로어레이 반응 장치는 복수개의 시료를 동시에 분석하는데 특히 적합하며 복수개의 마커, 복수개의 질병 및/또는 복수 환자들을 동시에 분석하는 것과 같은 다양한 예측 또는 진단에 유용하다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 구체예를 도시한 것이다. 이 예시적인 마이크로어레이 반응 장치는 슬라이드(1), 봉입체(2), 및 돌출부(4)와 지지 구조물 (5)가 구비된 커버(3)을 포함할 수 있다. 슬라이드(1)는 봉입체(2)에 의해 여러개의 마이크로어레이 대역으로 분할된다. 마이크로어레이 대역, 돌출부(4) 및 지지 구조물(5)는 조절가능한 두께와 면적을 갖는 반응 공간(들)을 집합적으로 형성한다. 지지 구조물(5)는 슬라이드(1) 상의 마이크로어레이들과 커버(3) 상의 복수개의 돌출부(4) 간의 상대적인 위치를 조절하는데 이용될 수 있다. 동일한 반응을 복수개의 반응 공간에서 수행하여 분석 신뢰도를 평가할 수 있다. 상이한 여러 반응들을 복수개의 반응 공간에서 수행하여 복수개의 시료 또는 마커들을 동시에 분석하는 것이 가능하다. 슬라이드(1)에 부착된 봉입체(2)는 교차 감염을 막는데 도움을 주어 분석 정확성을 향상시킨다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 한가지 구체예의 슬라이드(1)과 봉입체(2)를 도시한 것이다. 봉입체(2)는 슬라이드(1)에 부착되어 슬라이드(1)을 복수개의 분리된 마이크로어레이 대역들로 분리시킨다. 각각의 대역에, 프로브가 배치된다. 봉입체(2)는 반응 공간이 서로 공간적으로 이격되어 교차 감염을 피할 수 있게끔 하는 형상을 갖는다. 봉입체의 두께 범위는 0.02 mm 내지 50 mm이다. 봉입체는 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난형 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 갖는다. 슬라이드(1)의 소재는 유리일 수 있다. 봉입체(2)의 소재는 이중 코팅된 테이프에 부착된 고무일 수 있고 봉입체는 압인법에 의해 조립되는 것이 바람직하다. 고무는 실리콘, 천연고무, 부틸, 우레탄, 네오프렌 등이다. 봉입체는 또한 단일 코팅된 테잎일 수 있고 봉입체는 압인법에 의해 조립되는 것이 바람직하다. 봉입체(2)는 프로세스 장비나 조작자에 의해 슬라이드(1)에 고정될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 한가지 구체예의 커버(3)을 도시한 것이다. 커버(3)은 복수개의 돌출부(4)와 지지 구조물(5)를 포함하며, 여기서 커버(3)의 돌출부(4)와 슬라이드(1)의 마이크로어레이 대역들 간에 반응 공간이 복수개 형성되고, 반응 공간들의 높이는 실질적으로 서로 동일하며 지지 구조물(5)의 높이에 의해 조절가능하다. 커버의 돌출부(4)의 높이는 0.01 mm 내지 50 mm 범위이다. 돌출부(4)의 표면은 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난형 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 가지며, 약 1 mm2의 면적 범위를 갖는다. 복수개의 반응 공간들의 높이는 약 0.001 mm 내지 약 1 mm 범위이며, 약 0.01 mm3 내지 약 600 mm3의 부피 범위를 갖는다. 커버(3)의 소재는 플라스틱인 것이 바람직하고, 커버(3)은 주입 성형물인 것이 좋다. 플라스틱은 폴리카보네이트, 메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 브라이트 ABS, 폴리프로필렌 등이다. 커버(3)의 소재는 또한 유리일 수도 있고, 커버는 풀칠(glueing), 깍둑설기(dicing)/절단(cutting), 얇게 자르기(slicing), 양극 접합(anodic bonding), 초음파 용접 (ultrasonic welding), 이들의 병용 기술 중에서 선택된 방법으로 커버를 조립한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 두번째 구체예를 설명한다. 커버(3) 상의 돌출부(4)와 슬라이드(1)의 마이크로어레이 대역에 의해 형성된 각각의 반응 공간마다 통공(6)이 있다. 슬라이드(1) 상에 커버(3)을 미리 위치시킨 후, 반응 용액을 통공(6)을 통해 반응 공간으로 주입할 수 있다. 반응 용액은 서서히 주입되어 모세관 작용에 의해 돌출부 하부로 퍼지고, 마이크로어레이 대역은 액체층으로 덮어지며 상기 액체의 두께는 반응 공간에 의해 측정할 수 있다. 통공(6)은 기포 발생을 피하는데 도움을 주므로 작업을 보다 간편하고 신뢰할 수 있게 해준다. 통공의 횡단면은 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난형 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 갖는다. 커버의 통공 직경은 약 0.01 mm 내지 약 100 mm 범위이다.
도 7 내지 도 9는 커버가 하나의 돌출부(4), 지지 구조물(5), 및 두개의 통공(6)을 갖는 본 발명의 세번째 구체예를 설명한다. 마이크로어레이 칩91) 상에 커버(3)을 미리 위치시킨 후에 반응 용액을 두개의 통공(6)을 통하여 반응 공간으로 주입할 수 있다. 마이크로어레이 칩(1)은 슬라이드이다. 마이크로어레이 반응 장치는 마이크로어레이 대역의 크기가 클 때 이용할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 커버(3)이 두개의 돌출부(4)를 갖는 본 발명의 네번째 구체예를 설명한다. 통공(6)의 직경은 2 mm이다.
도 13 내지 도 15는 마이크로어레이 칩(1)이 하나의 마이크로어레이 대역을 포함하는 본 발명의 다섯번째 구체예를 도시한다. 커버(3)의 소재는 플라스틱이고, 마이크로어레이 칩(1)의 소재는 유리와 플라스틱의 복합재이다.
도 16 내지 도 18은 마이크로어레이 칩(1)이 하나의 마이크로어레이 대역을 포함하는 본 발명의 여섯번째 구체예를 도시한다. 커버(3)의 소재는 플라스틱이고 마이크로어레이 칩(1)의 소재는 유리와 플라스틱의 복합재이다.
도 19는 본 발명의 두번째 구체예와 종래의 마이크로어레이 반응 장치를 비교한 것이다. 도 19A는 본 발명의 두번째 구체예를 이용하여 얻은 하이브리다이제이션 결과의 영상이다. 도 19B는 종래의 슬라이드와 커버슬립 장치를 이용하여 얻은 하이브리다이제이션 결과의 영상이다. 각각의 영상에서, 사각 코너 지점의 네개의 점들은 레퍼런즈 점들이고, 다른 점들의 신호는 그들의 강도를 4개의 레퍼런스 점들의 평균 강도로 나눔으로써 정규화시킬 수 있다. 각 영상에서, 중앙에 가까운 4개의 점들은 동일한 프로브를 가리키고, 정규화 후 이들의 평균 강도는 하이브리다이제이션 결과의 점수로서 이용할 수 있다. 도 19C는 도 19A와 도 19B 사이의 전술한 점수들의 차이를 다이아그램으로 표시한 것으로서, 종래기술의 슬라이드와 커버슬립에 비해 본 발명이 보다 우수한 신호 대 노이즈 비율과, 보다 예민한 결과를 얻었음을가리키는 것이다.
전술한 실시예는 어디까지나 설명 목적을 위해 제시된 것으로서 본 발명의 범위를 이에 한정하려는 것은 아니다. 전술한 구체예에 대해 다양한 변형을 가할 수 있다. 전술한 구체예에 대해 변형 및 변경을 가하는 것은 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명은 따라서 첨부된 특허청구범위에 의하여서만 한정되는 것이다.
도 1 내지 도 3은 마이크로어레이 칩이 슬라이드와 봉입체(enclosure)를 포함하는, 본 발명의 첫번째 구체예를 도시한 것이다. 도 1A는 조립도이고 도 1B는 분해조립도이다. 도 2A는 마이크로어레이 칩의 3차원도이고 도 2B는 평면도이다. 도 3A는 커버의 3차원도이고 도 3B는 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 커버가 반응 공간 내로 유체를 전달하기 위한 통공을 복수개 포함하는, 본 발명의 두번째 구체예를 도시한 것이다. 도 4A는 조립도이고, 도 4B는 분해조립도이다. 도 5A는 마이크로어레이 칩의 3차원도이고 도 5B는 평면도이다. 도 6A는 커버의 3차원도이고 도 6B는 평면도이다.
도 7 내지 도 9는 커버가 하나의 돌출부를 포함하는, 본 발명의 세번째 구체예를 도시한 것이다. 도 7A는 조립도이고, 도 7B는 분해조립도이다. 도 8A는 마이크로어레이 칩의 3차원도이고 도 8B는 평면도이다. 도 9A는 커버의 3차원도이고 도 9B는 평면도이다.
도 10 내지 도 12는 커버가 돌출부를 두개 포함하는, 본 발명의 네번째 구체 예를 도시한 것이다. 도 10A는 조립도이고, 도 10B는 분해조립도이다. 도 11A는 마이크로어레이 칩의 3차원도이고 도 11B는 평면도이다. 도 12A는 커버의 3차원도이고 도 12B는 평면도이다.
도 13 내지 도 15는 마이크로어레이 칩이 하나의 마이크로어레이 대역을 포함하는, 본 발명의 다섯번째 구체예를 도시한 것이다. 도 13A는 조립도이고, 도 13B는 분해조립도이다. 도 14A는 마이크로어레이 칩의 3차원도이고 도 14B는 평면도이다. 도 15A는 커버의 3차원도이고 도 15B는 평면도이다.
도 16 내지 도 18은 마이크로어레이 칩이 하나의 마이크로어레이 대역을 포함하는, 본 발명의 여섯번째 구체예를 도시한 것이다. 도 16A는 조립도이고, 도 16B는 분해조립도이다. 도 17A는 마이크로어레이 칩의 3차원도이고 도 17B는 평면도이다. 도 18A는 커버의 3차원도이고 도 18B는 평면도이다.
도 19는 본 발명의 두번째 구체예를 종래의 슬라이드 및 커버슬립 장치와 비교한 도면이다. 도 19A는 본 발명의 두번째 구체예를 이용하여 얻어진 하이브리다이제이션 결과의 영상이다. 도 19B는 종래의 슬라이드와 커버슬립 장치를 이용하여 얻어진 하이브리다이제이션 결과의 영상이다. 도 19C는 도 19A와 도 19B에 나타난 결과들 간의 정량적 차이를 도시한 다이아그램이다.

Claims (58)

  1. a) 복수개의 마이크로어레이 대역을 포함하는 마이크로어레이 칩; 및
    b) 복수개의 돌출부와 지지 구조물을 포함하는 커버
    를 포함하여 이루어지고, 여기서 상기 마이크로어레이 칩의 상기 마이크로어레이 대역과 상기 커버의 돌출부 사이에 복수개의 반응 공간이 형성되고, 상기 반응 공간들의 부피는 실질적으로 동일하고, 상기 돌출부의 면적과 상기 지지 구조물의 높이에 의해 조절될 수 있는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  2. 제1항에 있어서, 마이크로어레이 칩은 슬라이드인 마이크로어레이 반응 장치.
  3. 제1항에 있어서, 마이크로어레이 칩은 마이크로어레이 칩 상의 분리된 마이크로어레이 대역들을 복수개 형성함으로 해서 분리된 반응 공간들을 복수개 형성하는 봉입체를 부가적으로 포함하는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  4. 제3항에 있어서, 봉입체의 두께는 약 0.05 mm 내지 약 50 mm 범위인 마이크로어레이 반응 장치.
  5. 제3항에 있어서, 봉입체는 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난형 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 갖는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  6. 제1항에 있어서, 커버는 복수개의 반응 공간 내로 유체를 전달하기 위한 통공을 부가적으로 포함하는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  7. 제6항에 있어서, 통공의 수는 약 1개 내지 약 2,500개 범위인 마이크로어레이 반응 장치.
  8. 제6항에 있어서, 통공의 수와 돌출부의 수는 같거나 다른 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  9. 제6항에 있어서, 통공의 횡단면은 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난형 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 갖는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  10. 제6항에 있어서, 통공의 직경은 약 0.01 mm 내지 약 100 mm 범위인 마이크로어레이 반응 장치.
  11. 제1항에 있어서, 돌출부 및/또는 마이크로어레이 대역의 수는 약 2개 내지 약 2,500개 범위인 마이크로어레이 반응 장치.
  12. 제1항에 있어서, 돌출부의 수와 마이크로어레이 대역의 수는 같거나 다른 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  13. 제1항에 있어서, 돌출부와 마이크로어레이 대역은 같거나 다른 형상(들) 및/또는 표면적(들)을 갖는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  14. 제1항에 있어서, 돌출부의 높이는 0.01 mm 내지 50 mm 범위인 마이크로어레이 반응 장치.
  15. 제1항에 있어서, 돌출부의 표면은 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 난형 및 불규칙한 형상 중에서 선택된 형상을 갖는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  16. 제1항에 있어서, 돌출부의 표면적은 약 0.01 mm2 내지 약 600 mm2 범위인 마이크로어레이 반응 장치.
  17. 제1항에 있어서, 복수개의 반응 공간들의 높이는 약 0.001 mm 내지 약 1 mm 범위인 마이크로어레이 반응 장치.
  18. 제1항에 있어서, 복수개의 반응 공간들의 부피는 약 0.01 mm3 내지 약 600 mm3 범위인 마이크로어레이 반응 장치.
  19. 제3항에 있어서, 마이크로어레이 칩, 봉입체, 및/또는 커버는 실리콘, 플라스틱, 유리, 세라믹, 고무, 금속, 폴리머, 종이 및 이들의 복합체 중에서 선택된 소재를 포함하는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  20. 제1항에 있어서, 커버는 플라스틱으로 된 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  21. 제20항에 있어서, 커버는 주입 성형체인 마이크로어레이 반응 장치.
  22. 제20항에 있어서, 플라스틱은 폴리카보네이트, 메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 선택된 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  23. 제1항에 있어서, 커버가 유리로 된 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  24. 제23항에 있어서, 커버는 풀칠, 깍둑설기/절단, 얇게 자르기, 양극 접합, 초음파 용접, 이들의 병용 기술 중에서 선택된 방법에 의해 조립된 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  25. 제3항에 있어서, 봉입체는 이중 코팅된 테이프에 부착된 고무로 된 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  26. 제25항에 있어서, 봉입체는 압인법에 의해 조립되는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  27. 제25항에 있어서, 고무는 실리콘, 천연고무, 부틸, 우레탄 및 네오프렌 중에서 선택되는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  28. 제3항에 있어서, 봉입체는 단일 코팅된 테잎을 포함하는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  29. 제28항에 있어서, 봉입체는 압인법에 의해 조립되는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  30. 제1항에 있어서, 분석물에 결합할 수 있는 반응물은 마이크로어레이 대역에 고정된 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  31. 다음을 포함하여 이루어지는 제조 물품:
    a) 포장재;
    b) 제1항의 마이크로어레이 반응 장치; 및
    c) 상기 제조 물품이 특정 분석물을 분석하기 위한 것임을 가리키는 표지.
  32. a) 제1항에 따른 마이크로어레이 반응 장치를 제공하는 공정;
    b) a)에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 복수개의 마이크로어레이 대역 및/또는 복수개의 돌출부에 복수개의 반응물들을 부착시키는 공정, 단, 여기서 상기 반응물들 중 적어도 1종은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다;
    c) 상기 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 시료를, 상기 시료 중에 상기 분석물이 존재할 경우 상기 분석물을 상기 반응물(들)에 결합시킬 수 있도록 하는 적절한 조건 하에서, 상기 a) 공정에서 제공된 상기 반응물과 접촉시키는 공정; 및
    d) 상기 분석물과 상기 반응물(들) 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재여부 및/또는 존재량을 결정하는 공정
    을 포함하여 이루어지는, 분석물의 분석 방법
  33. 제32항에 있어서, 분석물은 세포, 세포 소기관, 바이러스, 분자 및 이들의 응집체 또는 복합체 중에서 선택되는 것인 방법.
  34. 제33항에 있어서, 세포를 동물 세포, 식무루 세포, 곰팡이 세포, 세균 세포, 재조합 세포 및 배양된 세포 중에서 선택되는 것인 방법.
  35. 제33항에 있어서, 세포 소기관은 핵, 미토콘드리아, 엽록체원형질, 리보솜, ER, 골지체, 라이소좀, 프로테오좀, 분비 소포, 공포 및 마이크로좀 중에서 선택되는 것인 방법.
  36. 제33항에 있어서, 분자는 무기 분자, 유기 분자 및 이들의 복합체 중에서 선택되는 것인 방법.
  37. 제36항에 있어서, 유기 분자는 아미노산, 펩타이드, 단백질, 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드, 핵산, 비타민, 단당류, 올리고당류, 탄수화물, 지질 및 이들의 복합체 중에서 선택되는 것인 방법.
  38. 제32항에 있어서, 시료는 포유동물의 시료인 것인 방법.
  39. 제38항에 있어서, 포유동물은 소, 염소, 양, 말, 토끼, 기니픽, 쥐, 인간, 고양이, 원숭이, 개 및 돼지 중에서 선택되는 것인 방법.
  40. 제32항에 있어서, 시료는 임상 시료인 방법.
  41. 제40항에 있어서, 임상 시료는 혈청, 혈장, 전혈, 가래, 뇌척수액, 양수, 뇨, 위장관 내용물, 모발, 타액, 땀, 잇몸 찰과물(gum scrapings) 및 생검체 조직 중에서 선택되는 것인 방법.
  42. 제41항에 있어서, 임상 시료는 인간의 임상 시료인 것인 방법.
  43. 제32항에 있어서, 반응물(들)은 분석물에 특이적으로 결합하는 것인 방법.
  44. 제32항에 있어서, 반응물은 세포, 세포 소기관, 바이러스, 분자, 그의 응집체 또는 복합체 중에서 선택되는 것인 방법.
  45. 제32항에 있어서, 반응물은 항체인 방법.
  46. 제32항에 이어서, 반응물은 핵산인 방법.
  47. 제32항에 있어서, 직접 분석 포맷, 샌드위치 분석 포맷 또는 경쟁 분석 포맷으로 이용되는 방법.
  48. 제32항에 있어서, 상이한 복수개의 반응물들을 사용하여 단일 분석물을 분석하는 방법.
  49. 제32항에 있어서, 상이한 복수개의 반응물을 사용하여 상이한 복수개의 분석물을 분석하는 방법.
  50. 제32항에 있어서, 복수개의 반응물들을 마이크로어레이 반응 장치의 복수개의 마이크로어레이 대역 또는 복수개의 돌출부에 부착시키는 방법.
  51. 제32항에 있어서, 모든 반응물들은 분서가고자 하는 분석물과 반응할 수 있는 것인 방법.
  52. a) 제1항에 따른 마이크로어레이 반응 장치;
    b) a)에서 제공된 복수개의 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 복수개의 마이크로어레이 대역 및/또는 복수개의 상기 돌출부에 복수개의 반응물을 부착시키기 위한 수단, 여기서 상기 반응물들 중 적어도 1종은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; 및
    c) 상기 분석물과 상기 반응물(들) 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 측정하기 위한 수단
    을 포함하여 이루어지는, 분석물을 분석하기 위한 키트.
  53. 제52항에 있어서, 복수개의 반응물을 추가로 포함하고, 여기서 반응물들 중 적어도 1종은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것인 키트.
  54. 제52항에 있어서, 분석물을 분석하기 위하여 키트를 사용하는 지침서를 추가로 포함하는 키트.
  55. a) 마이크로어레이 대역을 포함하는 마이크로어레이 칩;
    b) 돌출부와 지지 구조물을 포함하는 커버
    를 포함하여 이루어지고, 여기서, 상기 마이크로어레이 칩의 상기 마이크로어레이 대역과 상기 커버의 돌출부 사이에 반응 공간이 형성되고, 상기 반응 공간의 부피는 상기 돌출부의 면적과 상기 지지 구조물의 높이에 의해 조절될 수 있는 것인 마이크로어레이 반응 장치.
  56. 다음을 포함하여 이루어지는 제조 물품:
    a) 포장재;
    b) 제55항에 따른 마이크로어레이 반응 장치; 및
    c) 상기 물품이 특정 분석물을 분석하기 위한 것임을 가리키는 표지.
  57. a) 제55항에 따른 마이크로어레이 반응 장치를 제공하는 공정;
    b) a) 공정에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 마이크로어레이 및/또는 상기 돌출부에 반응물을 부착하는 공정, 단, 여기서 상기 반응물은 분 석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다;
    c) 상기 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 시료를, 상기 시료 중에 상기 분석물이 존재할 경우 상기 분석물을 상기 반응물에 결합시킬 수 있도록 하는 적절한 조건 하에서, 상기 a) 공정에서 제공된 상기 반응물과 접촉시키는 공정; 및
    d) 상기 분석물과 상기 반응물 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재여부 및/또는 존재량을 결정하는 공정
    을 포함하여 이루어지는, 분석물의 분석 방법.
  58. a) 제55항에 따른 마이크로어레이 반응 장치;
    b) a)에서 제공된 상기 마이크로어레이 반응 장치의 상기 마이크로어레이 대역 및/또는 상기 돌출부에 반응물을 부착시키기 위한 수단, 여기서 상기 반응물은 분석하고자 하는 분석물에 결합할 수 있는 것이다; 및
    c) 상기 분석물과 상기 반응물 간의 결합을 평가하여 상기 시료 중의 상기 분석물의 존재 여부 및/또는 존재량을 측정하기 위한 수단
    을 포함하여 이루어지는, 분석물을 분석하기 위한 키트.
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