JP2003517156A - Compositions and methods for performing biological reactions - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 本発明は生物学的反応を行う装置に関する。特に、本発明は、可撓カバーを備えた基板を使用して、多数のオリゴヌクレオチド結合部位を有する基板層上で核酸ハイブリダイゼーション反応を行う装置に関する。 (57) Abstract The present invention relates to an apparatus for performing a biological reaction. In particular, the present invention relates to an apparatus for performing a nucleic acid hybridization reaction on a substrate layer having a large number of oligonucleotide binding sites using a substrate having a flexible cover.
Description
【0001】
この出願は、2000年6月28日に出願された米国特許出願第09/605
766号と1999年12月15日に出願された米国特許出願第09/4644
90号の継続出願である。This application is a US patent application Ser. No. 09/605, filed June 28, 2000.
No. 766 and US patent application Ser. No. 09/4644, filed Dec. 15, 1999
No. 90 is a continuation application.
【0002】
発明の技術分野
本発明は、生物学的反応を行う組成物および方法に関する。特に、本発明は、
複数のオリゴヌクレオチド結合部位が配設された基板層上で核酸ハイブリダイゼ
ーション(hybridization)反応を行う方法に関する。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to compositions and methods for conducting biological reactions. In particular, the invention is
The present invention relates to a method of performing a nucleic acid hybridization reaction on a substrate layer on which a plurality of oligonucleotide binding sites are arranged.
【0003】
分子生物学における最近の発展により、所望目的に特有の遺伝子配列を使用し
て、病原体を識別し、病状を診断し、司法決定(forensic determination)を
行う機会が提供されてきている。遺伝子情報の功績により、分子生物学アッセイ
特に核酸ハイブリダイゼーションアッセイを行う高容量の分析機器が必要とされ
ている。最も緊急のものは、このようなアッセイを小型化し、自動化し、標準化
し、単純化することが必要になっている。この必要性は、ハイブリダイゼーショ
ンアッセイがもともと精製品を用いて研究室で発展し、高度に熟練した人によっ
て行われる一方、これらの手順を診断のような臨床分野、法科学、その他の分野
に採用することにより、より大きな容量で厳格でないアッセイ条件で、熟練のな
いオペレータが有効にアッセイを行うことができる装置と方法の必要性が生じた
という事実から生じている。Recent developments in molecular biology have provided the opportunity to identify pathogens, diagnose pathologies and make forensic determinations using gene sequences that are unique to the desired purpose. Due to the achievement of genetic information, there is a need for a high-capacity analytical instrument for performing a molecular biology assay, particularly a nucleic acid hybridization assay. Most urgent is the need to miniaturize, automate, standardize, and simplify such assays. This need has been met by the adoption of these procedures in clinical fields such as diagnostics, forensic science, and other areas, while hybridization assays were originally developed in the laboratory using purified products and performed by highly skilled personnel. This has arisen from the fact that there has arisen a need for devices and methods that allow an unskilled operator to effectively perform assays in larger volumes and less stringent assay conditions.
【0004】
核酸ハイブリダイゼーションアッセイは、プローブアレイ技術を使用して有利
に達成される。このプローブアレイ技術は、目標単一鎖DNAを固定DNA(通
常はオリゴヌクレオチド)プローブに結束することを利用している。核酸ハイブ
リダイゼーションアッセイの検出限界は、ハイブリダイゼーション中の検出デバ
イスの感度と、典型的にはオリゴヌクレオチドプローブであるプローブに結束す
るのに利用される目標核酸の量とにより決定される。Nucleic acid hybridization assays are advantageously accomplished using probe array technology. This probe array technology utilizes the binding of target single-stranded DNA to immobilized DNA (usually oligonucleotide) probes. The limit of detection of a nucleic acid hybridization assay is determined by the sensitivity of the detection device during hybridization and the amount of target nucleic acid utilized to bind the probe, which is typically an oligonucleotide probe.
【0005】
核酸ハイブリダイゼーション室は、ハイブリダイゼーション室を開示するSmyc
zekらの米国特許第5100755号で公知である。Ravaらの米国特許第554
5531号は、複数のオリゴヌクレオチドアレイからなるハイブリダイゼーショ
ン板を開示している。Hunnellの米国特許第5360741号は、ガス加熱ハイ
ブリダイゼーション室を開示している。Andersonらの米国特許第5922591
号は、オリゴヌクレオチドアレイを用いて使用する小型化されたハイブリダイゼ
ーション室を開示している。Bsesemerの米国特許第5945334号は、オリゴ
ヌクレオチドアレイパッケージングを開示している。Nucleic Acid Hybridization Chamber discloses Smyc
No. 5,100,755 to Zek et al. Rava et al., US Pat. No. 554
5531 discloses a hybridization plate consisting of a plurality of oligonucleotide arrays. Hunnell, US Pat. No. 5,360,741 discloses a gas heated hybridization chamber. Anderson et al., U.S. Pat. No. 5,922,591.
No. 6,058,049 discloses a miniaturized hybridization chamber for use with an oligonucleotide array. Bsesemer US Pat. No. 5,945,334 discloses oligonucleotide array packaging.
【0006】
現在利用されているオリゴヌクレオチドアレイ技術は最大ハイブリダイゼーシ
ョン効率を与えない。既存の核酸ハイブリダイゼーションアッセイ装置は多大な
部材を有し、各部材は非能率と不正確の要因となっている。[0006] Currently utilized oligonucleotide array technology does not provide maximum hybridization efficiency. The existing nucleic acid hybridization assay device has a large number of members, and each member causes inefficiency and inaccuracy.
【0007】
オリゴヌクレオチドアレイを使用するハイブリダイゼーションは、少量の目標
DNAまたは他の核酸を固定(immobilized)プローブに有効にアニール(annea
l)することができる空間(volume)で達成しなければならない。診断アッセイ
では、目標DNA分子は微量(ピコモル)得られる。実際には、生物学的サンプ
ルに有用な低核酸レベルでハイブリダイゼーションが実質的に完了するのに数時
間(10時間)要する。Hybridization using oligonucleotide arrays effectively anneals small amounts of target DNA or other nucleic acids to immobilized probes.
l) must be achieved in a volume that can be done. In diagnostic assays, target DNA molecules are obtained in minute amounts (picomoles). In practice, it takes several hours (10 hours) for hybridization to be substantially complete at the low nucleic acid levels useful for biological samples.
【0008】
さらに、アレイハイブリダイゼーションは、従来、活性混合(active mixing
)のない静止ハイブリダイゼーション室で行われる。このような条件では、特定
の目標分子が、表面に固定された相補オリゴヌクレオチドプローブにアレイハイ
ブリダイゼーションされる可能性は、目標分子の濃度、拡散速度、目標分子と相
補オリゴヌクレオチドとの間の相互作用の統計によって決定される。したがって
、有用な情報を得るには多数のサンプルをテストしなければならないので、ハイ
ブリダイゼーション時間と非能率性が増加する。Further, array hybridization has traditionally been performed with active mixing.
) Without static hybridization chamber. Under such conditions, the probability of a particular target molecule being array-hybridized to a complementary oligonucleotide probe immobilized on the surface depends on the concentration of the target molecule, the diffusion rate, and the interaction between the target molecule and the complementary oligonucleotide. Determined by action statistics. Therefore, hybridization times and inefficiencies are increased because a large number of samples must be tested to obtain useful information.
【0009】
さらに、ユーザ操作の量を最小に維持すると効率が増加する。現在実行されて
いるように、オリゴヌクレオチドアレイハイブリダイゼーションは、多大なオペ
レータの注意深さと操作が必要であり、分析を行う熟練度は高い。例えば、ハイ
ブリダイゼーションは典型的にはアッセイ室で行われ、データの収集と分析は(
レーザスキャナや蛍光顕微鏡のような)別個の装置で行われる。この装置は、ユ
ーザによる相当な量の取り扱いが必要であり、アッセイの時間浪費とユーザエラ
ーを生じる。Further, maintaining a minimal amount of user manipulation increases efficiency. As currently practiced, oligonucleotide array hybridization requires a great deal of operator attention and manipulation and is highly skilled in performing analyses. For example, hybridization is typically performed in an assay room and data collection and analysis (
It is done in a separate device (such as a laser scanner or fluorescence microscope). This device requires a significant amount of user handling, resulting in assay time wastage and user error.
【0010】
ハイブリダイゼーションを一時に1つのアレイで行うことが現在の方法の限界
であるので、並行処理とデータ分析の経済性を無視している。The economics of parallel processing and data analysis are neglected, as it is a limitation of current methods to perform hybridization on one array at a time.
【0011】
他の限界や不効率、出費は、既存の装置の構造的特徴から生じている。多くの
既存の装置は、収容できる基板のサイズが制限されている。他の装置は、廃棄で
きないし、サンプル汚染を防止するために操作間で大規模な洗浄を行う必要があ
る。さらに他の装置は、かさが大きく、有効なハイブリダイゼーションに必要な
迅速加熱および冷却が不可能である。さらに他の装置は、反応生成物の分析に高
価な光学機器を使用しなければならない。Other limitations, inefficiencies, and expense result from the structural features of existing equipment. Many existing devices are limited in the size of substrate they can contain. Other devices cannot be discarded and require extensive washing between operations to prevent sample contamination. Still other devices are bulky and do not allow the rapid heating and cooling required for effective hybridization. Still other instruments must use expensive optics for analysis of reaction products.
【0012】
小さな反応空間(reaction volume)を有し、流体成分が活性混合され、並行
処理が可能であり、ユーザ介入を最小化できる、特に拡散ハイブリダイゼーショ
ンのような生物学的反応を行う使用容易な装置が要求されている。さらに、種々
の大きさに容易に製造でき、廃棄可能で、サンプル汚染を最小化し、低コストの
光学分析機器を使用することができ、サンプル流体の迅速な加熱冷却が可能なよ
うに小空間である装置が要求されている。またさらに、このような装置を利用し
て、特に当業者に理解されているバイオチップアレイに関してハイブリダイゼー
ション効率を増加することができる方法が要求されている。バイオチップ技術に
おける強大な興味や、バイオチップ技術への投資および研究により生じる財政的
報酬、そのような研究により生じる広範な生成物に照らすと、この要求は特に著
しい。Easy to use with small reaction volume, active mixing of fluid components, parallel processing and minimal user intervention, especially for performing biological reactions such as diffusion hybridization Equipment is required. In addition, it can be easily manufactured in a variety of sizes, is disposable, minimizes sample contamination, allows the use of low-cost optical analysis instruments, and provides a small space for rapid heating and cooling of sample fluids. A device is required. Still further, there is a need for methods that can utilize such devices to increase hybridization efficiency, particularly for biochip arrays that are understood by those of skill in the art. In light of the enormous interest in biochip technology, the financial rewards of biochip technology investment and research, and the wide range of products resulting from such research, this requirement is particularly significant.
【0013】
(発明の概要)
前記目的に従って、本発明は、生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は
、第1面と第2面(通常、平坦な基板の場合は互いに対向する)を有する基板か
らなる。生体分子のアレイは第1面に設置され、可撓層は接着層によって基板の
第1面に付着される。ここで、接着層は第1面に配置され、反応空間を形成する
。基板は、第1面から第2面に基板を通して延びる少なくとも第1ポートを有し
、該ポートは第1開口と第2開口を有する。ポートの第1開口は接着層で境界づ
けられた領域内に設けられ、可撓層で被覆される(例えば反応空間)。ポートの
第2開口は、基板の第2面に設けられる。代案として、ポートは反応空間の可撓
層に設けられる。SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the foregoing objectives, the present invention provides an apparatus for conducting a biological reaction. The device comprises a substrate having a first side and a second side (typically facing each other for a flat substrate). The array of biomolecules is placed on the first side and the flexible layer is attached to the first side of the substrate by an adhesive layer. Here, the adhesive layer is disposed on the first surface and forms a reaction space. The substrate has at least a first port extending through the substrate from the first surface to the second surface, the port having a first opening and a second opening. The first opening of the port is provided in the area bounded by the adhesive layer and is covered by the flexible layer (eg reaction space). The second opening of the port is provided on the second surface of the substrate. Alternatively, the port is provided in the flexible layer of the reaction space.
【0014】
オプションとして、箔テープのようなポートの第2開口の上に配置された取り
外し可能なカバーと、第1温度では個体で第2の高い温度では液体であって、基
板の第1面と可撓層の間に配置された水溶性化合物層とがあってもよい。オプシ
ョンとして、可撓層は半透明プラスチックまたはガス浸透性膜である。Optionally, a removable cover disposed over the second opening of the port, such as a foil tape, and solid at the first temperature and liquid at the second elevated temperature, the first surface of the substrate. And a water-soluble compound layer disposed between the flexible layer and the flexible layer. Optionally, the flexible layer is a translucent plastic or gas permeable membrane.
【0015】
ポートは、小径端と大径端を有する円錐台とすることができ、ここで小径端は
接着層で境界づけられた第1基板面上の領域に設けられ(反応空間)、大径端は
第2基板面上に設けられる。ある実施形態におけるポートの壁は、第2基板面と
ともに90℃以下の角度を形成する。オプションとして、ポートはある接触角を
有する試料流体を収容する。第2基板面とポート壁の間の角度は試料流体の接触
角以下または同一である。The port may be a truncated cone having a small diameter end and a large diameter end, where the small diameter end is provided in a region on the first substrate surface bounded by an adhesive layer (reaction space) and The radial end is provided on the second substrate surface. The wall of the port in some embodiments forms an angle of 90 ° C. or less with the second substrate surface. Optionally, the port contains a sample fluid with a contact angle. The angle between the second substrate surface and the port wall is less than or equal to the contact angle of the sample fluid.
【0016】
第2ポートを含めることができる。この実施形態では、第2ポートは第1面か
ら第2面まで基板を貫通して延び、第1開口と第2開口を有する。ここで、出口
ポートの第1開口は、接着層で境界づけられ可撓層で被覆された領域内の第1基
板面に設けられている。出口ポートの第2開口は、第2基板面に設けられ、取り
外し可能なカバーで被覆される。代案として、第2ポートは可撓層に設ける。A second port can be included. In this embodiment, the second port extends through the substrate from the first surface to the second surface and has a first opening and a second opening. Here, the first opening of the outlet port is provided on the first substrate surface in the region bounded by the adhesive layer and covered by the flexible layer. The second opening of the outlet port is provided on the second substrate surface and is covered with a removable cover. Alternatively, the second port is provided on the flexible layer.
【0017】
オプションとして、本発明の装置は、アレイと第1基板面の間に配置された反
射層、および/または抵抗ヒータを有する。後者は、アレイと第1基板面の間に
配置された反射層とすることができる。Optionally, the device of the present invention has a reflective layer and / or a resistive heater disposed between the array and the first substrate surface. The latter can be a reflective layer disposed between the array and the first substrate surface.
【0018】
さらに、本装置は、パリレンのような不動態化層、またはスキャナーを有する
ことができる。スキャナーは、アレイの上の位置で可撓層と接触する。スキャナ
ーは導波管(light pipe)とすることができ、反応空間の全体を被覆する。In addition, the device can have a passivation layer, such as parylene, or a scanner. The scanner contacts the flexible layer at a location above the array. The scanner can be a light pipe and covers the entire reaction space.
【0019】
好ましい特徴では、装置はさらに第2基板面と接触する試料調製チップを有す
る。ここで、試料調製チップは装置の第1ポートと一致するポートを有する。In a preferred feature, the device further comprises a sample preparation chip in contact with the second substrate surface. Here, the sample preparation chip has a port that matches the first port of the device.
【0020】
さらなる特徴では、装置はさらにローラを有する。ここで、ローラはアレイ上
の位置で可撓層と接触する。例えば、このローラは、反応空間を横切って長手方
向に移動することができる。In a further feature, the device further comprises a roller. Here, the roller contacts the flexible layer at a location on the array. For example, the roller can move longitudinally across the reaction space.
【0021】
さらなる特徴では、装置は蓋を有するケースと、空間を備えた基台と、スキャ
ナーとローラを備えたキャリッジとを含む。ここで、キャリッジは空間に設けら
れ、基板は第1基板面がキャリッジと動作可能に接触するようにキャリッジの上
に取り外し可能に設置される。In a further feature, the device includes a case with a lid, a base with a space, and a carriage with a scanner and rollers. Here, the carriage is provided in the space, and the substrate is removably mounted on the carriage such that the first substrate surface is in operative contact with the carriage.
【0022】
追加の特徴では、本発明は生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は、
第1面と該第1面に対向する第2面を有するガラス製顕微鏡スライドと;
スライドの第1面に配置された生体分子のアレイであって、該アレイ内の各生体
分子はポリアクリルアミドのゲルパッドで第1面に固定されている生体分子アレ
イと;
両面接着層でスライドの第1面に付着された塩化ポリビニリデン層であって、接
着層はスライドの第1面に設置され、その領域を包囲している塩化ポリビニリデ
ン層と;
第1面から第2面にスライドを貫通して延びる第1と第2のポートであって、各
ポートは第1開口と第2開口を有し、各ポートの第1開口は接着剤により境界づ
けられたスライドの第1面上の領域内に設けられて可撓層により被覆され、各ポ
ートの第2開口はスライドの第2面上に設けられ、各ポートは小径端と大径端を
有する円錐台の形状を有し、小径端は第1開口で、大径端は第2開口である第1
と第2のポートと;
各ポートの第2開口の上に配置された箔テープの層と;
スライドの第1面と塩化ポリビニリデンの層の間に配置されたポリエチレングリ
コールの層と;
アレイと第1基板面の間の配置された反射層と;
反射層と塩化ポリビニリデンの層の間に配置されたパリレンの層と;
抵抗ヒータとからなる。In an additional aspect, the invention provides a device for conducting a biological reaction. The apparatus is a glass microscope slide having a first surface and a second surface opposite the first surface; an array of biomolecules disposed on the first surface of the slide, each biomolecule in the array Is a biomolecule array fixed to the first side with a polyacrylamide gel pad; a polyvinylidene chloride layer attached to the first side of the slide with a double-sided adhesive layer, the adhesive layer being placed on the first side of the slide A polyvinylidene chloride layer surrounding the area; first and second ports extending through the slide from the first surface to the second surface, each port having a first opening and a second opening. A first opening of each port is provided in an area on the first surface of the slide bounded by an adhesive and is covered by a flexible layer, and a second opening of each port has a second surface of the slide. Located on the top, each port has a small diameter end and a large diameter end Has a shape of a truncated cone with a small diameter end being a first opening and a large diameter end being a second opening.
And a second port; a layer of foil tape disposed over the second opening of each port; a layer of polyethylene glycol disposed between the first side of the slide and a layer of polyvinylidene chloride; an array A reflective layer disposed between the first substrate surfaces; a layer of parylene disposed between the reflective layer and a layer of polyvinylidene chloride; and a resistive heater.
【0023】
さらなる特徴では、本発明は、生物学的反応を行う装置を提供する。該装置は
、第1面と第2面を有する基板と、基板の第1面に配置された複数の生体分子と
、基板の第1面に接着層により付着された可撓層とからなる。ここで、接着層は
、基板の第1面に配置されてその上の領域を包囲する。反応空間は、可撓層と接
着層で規定された領域の第1基板面との間に包囲されている。可撓層と接着層を
貫通して、可撓層と接着層で規定された領域の第1基板面との間に包囲された空
間に延びる第1と第2のポートがある。In a further aspect, the invention provides a device for performing a biological reaction. The device comprises a substrate having a first surface and a second surface, a plurality of biomolecules disposed on the first surface of the substrate, and a flexible layer attached to the first surface of the substrate by an adhesive layer. Here, the adhesive layer is disposed on the first surface of the substrate and surrounds the region above it. The reaction space is enclosed between the flexible layer and the first substrate surface in the area defined by the adhesive layer. There are first and second ports extending through the flexible layer and the adhesive layer into a space enclosed between the flexible layer and the first substrate surface in an area defined by the adhesive layer.
【0024】
追加の特徴では、複数の生体分子の各々は、別個の部位または連続層として、
ポリアクリルアミドのような重合材料からなるゲルパッドのような固定構造に付
着されている。[0024] In an additional feature, each of the plurality of biomolecules is a separate site or continuous layer,
It is attached to a fixed structure such as a gel pad made of a polymeric material such as polyacrylamide.
【0025】
さらなる特徴では、装置は、可撓層に付着された標識層を有する。ここで、第
1と第2のポートは標識層と可撓層を貫通して延びている。標識層は、接着面と
非接着面とを有し、ここで標識層は接着面を使用して可撓層に付着されている。
標識層は、サイズと位置が接着層で境界づけられた領域に対応する窓を有する。
ここで、窓は可撓層と、該可撓層と接着層で規定される領域の第1基板面との間
に包囲される空間の視覚的検査を許容する。オプションとして、アレイと第1基
板面との間に配置された反射層、および/または抵抗ヒータが設けられる。In a further feature, the device has a marking layer attached to the flexible layer. Here, the first and second ports extend through the marker layer and the flexible layer. The sign layer has an adhesive surface and a non-adhesive surface, where the sign layer is attached to the flexible layer using the adhesive surface.
The marker layer has windows corresponding in size and position to the area bounded by the adhesive layer.
Here, the window allows visual inspection of the flexible layer and the space enclosed between the flexible layer and the first substrate surface in the area defined by the adhesive layer. Optionally, a reflective layer disposed between the array and the first substrate surface and / or a resistive heater is provided.
【0026】
さらなる特徴では、本発明は、装置を使用して目標分析物を検出する方法を提
供する。In a further aspect, the invention provides a method of detecting a target analyte using the device.
【0027】 (発明の実施形態の詳細な説明) 本発明の現在好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。[0027] (Detailed Description of Embodiments of the Invention) The presently preferred embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
【0028】
本発明は、生物学的結合部位のアレイを有する基板からなるバイオチップ上で
大容量の生物学的反応を行う方法および組成物に向けられている。本発明は、バ
イオチップが核酸からなる場合におけるハイブリダイゼーション室のような反応
室を提供する。ハイブリダイゼーション室には、基板、接着層、可撓カバーが形
成されている。このシステムは、試料および/または試薬を供給するために、基
板または可撓カバーのいずれかに設けたポートを利用する。The present invention is directed to methods and compositions for conducting large volumes of biological reactions on a biochip consisting of a substrate having an array of biological binding sites. The present invention provides a reaction chamber such as a hybridization chamber where the biochip consists of nucleic acids. A substrate, an adhesive layer, and a flexible cover are formed in the hybridization chamber. This system utilizes ports provided on either the substrate or the flexible cover to supply samples and / or reagents.
【0029】
したがって、本発明は、試料中の目標分析物(target analyte)を検出する
のに使用されるデバイスを提供する。「目標分析物」または「分析物」あるいは
文法的均等物(grammatical equivalents)は、検出される如何なる分子や化合
物、粒子をも意味する。以下に概説するように、目標分析物は好ましくは結合リ
ガンド(binding ligand)に結束(bind)している。当業者に明らかなように
、この方法を使用して多数の検出物を検出することができる。基本的には、ここ
に記載された結合リガンドが作られる如何なる検出物も本発明の方法を使用して
検出することができる。Accordingly, the present invention provides a device used to detect a target analyte in a sample. "Target analyte" or "analyte" or grammatical equivalents means any molecule, compound, or particle that is detected. The target analyte is preferably bound to a binding ligand, as outlined below. As will be appreciated by those in the art, this method can be used to detect large numbers of detectants. Basically, any detectable substance for which the binding ligands described herein are made can be detected using the methods of the invention.
【0030】
適切な検出物は、有機または無機分子を含み、生体分子を含む。好ましい実施
形態では、検出物は、環境汚染物(農薬、殺虫剤、毒素等を含む)、化学薬品(
溶剤、ポリマー、有機物質等を含む)、治療分子(治療および濫用薬物、抗生物
質等を含む)、生体分子(ホルモン、シトキン、蛋白質、脂質、炭水化物、細胞
膜抗原および受容体(神経、ホルモン、および細胞面の受容体)、またはこれら
のリガンド等を含む)、完全細胞(原核生物(病原菌のような)、哺乳類腫瘍細
胞を含む真核生物細胞等を含む)、ウィルス(レトロウィルス、ヘルペスウィル
ス、アデノウィルス、レンチウィルス等を含む)、胞子等であってもよい。特に
好ましい分析物は、環境汚染物、核酸、蛋白質(酵素、抗体、抗原、発育因子、
シトキン等を含む)、治療および濫用薬物、およびウィルスである。Suitable analytes include organic or inorganic molecules, including biomolecules. In a preferred embodiment, the detected substances are environmental pollutants (including pesticides, insecticides, toxins, etc.), chemicals (
Solvents, polymers, organic substances, etc.), therapeutic molecules (including therapeutic and abusive drugs, antibiotics, etc.), biomolecules (hormones, cytokins, proteins, lipids, carbohydrates, cell membrane antigens and receptors (nerves, hormones, and (Including cell surface receptors) or their ligands), whole cells (including prokaryotes (such as pathogens), eukaryotic cells including mammalian tumor cells, etc.), viruses (retroviruses, herpesviruses, Adenovirus, lentivirus and the like), spores and the like. Particularly preferred analytes are environmental pollutants, nucleic acids, proteins (enzymes, antibodies, antigens, growth factors,
(Including cytokin), therapeutic and abusive drugs, and viruses.
【0031】
好ましい実施形態では、目標検出物は核酸である。「核酸」または「オリゴヌ
クレオチド」あるいは文法的均等物は、互いに共有連鎖(covalently linked)
された少なくとも2つのヌクレオチドを意味する。本発明の核酸は、一般にホス
ホジエステル結合を含むが、ある場合には以下に概説するように、核酸アナログ
を含む。互生主鎖(alternate bakbone)を有する。例えば、燐酸アミド(Beau
cageら,Tetrahedron49(10):1925(1923)およびその参照文献
;Letsinger,J.Org.Chem.35:3800(1970);Sprinzlら,Eur.J.B
iochem.81:579(1977);Letsingerら,Nucl.Acids Res.14:
3487(1986);Sawalら,Chem.Lett.805(1984);Letsinger
ら,J.A.Chem.Soc.110:4470(1988);Pauwelsら,Chemica S
cripta26:141(1986))、燐酸硫黄塩(Magら,Nucleic Acid Res.
19:1437(1991);米国特許第5644048号)、燐酸二硫黄塩(
Briuら,J.Am.Chem.Soc.111:2321(1989)参照)、O−メチルポポ
ロアミド(Eckstein,Oligonucleotides and Analogues:A Practical Appr
oach,Oxford University Press参照)、およびペプチド核酸主鎖および連鎖
(Egholm, J.Am.Chem.Soc.114;1895(1992);Meierら,Chem.In
t.Ed.Engl.31:1008(1992);Nielsen,Nature,365:566
(1993);Carlssonら,Nature380:207(1996)参照、これらは
ここに組み入れる)。他のアナログ核酸は、正主鎖をもつもの(Denpcyら,Proc
.Natl.Acad.Sci.USA92:6097(1995);非イオン主鎖(米国特許
第5386023号、第5637684号、第5602240号、521614
1号および第4469863号;Kiedrowshiら,Angew.Chem.Intl.Ed.Engli
sh30:423(1991);Letsingerら,J.Am.Chem.Soc.110:44
70(1988);Letsingerら,Nucleosides&Nucleotide13:1597(1
994);第2,3章,ASCシンポジウムシリーズ580,“Carbohydrate Mod
ification in Antisense Research”,Ed.Y.S.SanghuiとP.Dan Cook;Mesm
aekerら、Bioorganic&Medicinal Chem.Lett.4:395(1994);Jeff
sら,J.Biomolecular NMR34:17(1994);Tetrahedron Lett.37
:743(1996))、および米国特許第5235033号、第503450
6号、第6および7章,ASCシンポジウムシリーズ580,“Carbohydrate Mod
ifications in Antisense Research”,Ed.Y.S.SanghuiおよびP.Dan Cookに
記載されたものを含む非リボース主鎖を含む。1または複数の炭素環式糖を含む
核酸も核酸の定義に含まれる(Jenkinsら,Chem.Soc.Rev.(1995)16
9−176頁)。幾つかの核酸アナログが、Rawls,C&E News1997年6月2
日第35頁に記載されている。また、核酸アナログ(analog)は、「閉鎖(lock
ed)核酸」を含む。これらの全ての参照文献は、参照することでここに組み入れ
る。リボース燐酸塩主鎖の修飾は、電子伝達部分(moieties)の添加を促進し、
生理学的環境におけるそのような分子の安定性および半減期を増加する。In a preferred embodiment, the target detective is a nucleic acid. "Nucleic acid" or "oligonucleotide" or grammatical equivalents are covalently linked to each other.
Means at least 2 nucleotides that have been deleted. Nucleic acids of the invention generally include phosphodiester bonds, but in some cases include nucleic acid analogs, as outlined below. It has an alternate bakbone. For example, phosphoramide (Beau
cage et al., Tetrahedron 49 (10): 1925 (1923) and references therein; Letsinger, J. Org. Chem. 35: 3800 (1970); Sprinzl et al., Eur. J. B
iochem. 81: 579 (1977); Letsinger et al., Nucl. Acids Res. 14:
3487 (1986); Sawal et al., Chem. Lett. 805 (1984); Letsinger
Et al., J. A. Chem. Soc. 110: 4470 (1988); Pauwels et al., Chemica S.
cripta26: 141 (1986)), sulfur phosphate (Mag et al., Nucleic Acid Res.
19: 1437 (1991); U.S. Pat. No. 5,644,048), disulfuric acid phosphate (
Briu et al., J. Am. Chem. Soc. 111: 2321 (1989)), O-methylpopolamide (Eckstein, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Appr.
oach, Oxford University Press), and peptide nucleic acid backbones and chains (Egholm, J. Am. Chem. Soc. 114; 1895 (1992); Meier et al., Chem. In.
t. Ed. Engl. 31: 1008 (1992); Nielsen, Nature, 365: 566.
(1993); Carlsson et al., Nature 380: 207 (1996), which are incorporated herein). Other analog nucleic acids have a positive backbone (Denpcy et al., Proc
. Natl. Acad. Sci. USA 92: 6097 (1995); Nonionic main chain (US Pat. Nos. 5,386,023, 5,637,684, 5,602,240, 521614).
1 and 4469863; Kiedrowshi et al., Angew. Chem. Intl. Ed. Engli
sh30: 423 (1991); Letsinger et al. Am. Chem. Soc. 110: 44
70 (1988); Letsinger et al., Nucleosides & Nucleotide 13: 1597 (1.
994); Chapters 2 and 3, ASC Symposium Series 580, "Carbohydrate Mod
Certification in Antisense Research ”, Ed.YS Sanghui and P. Dan Cook; Mesm
aeker et al., Bioorganic & Medicinal Chem. Lett. 4: 395 (1994); Jeff
s et al. Biomolecular NMR 34:17 (1994); Tetrahedron Lett. 37
: 743 (1996)), and US Pat.
Issue 6, Chapters 6 and 7, ASC Symposium Series 580, "Carbohydrate Mod
Included in the definition of nucleic acids are nucleic acids containing one or more carbocyclic sugars (Jenkins et al. Chem. Soc. Rev. (1995) 16
9-176). Some Nucleic Acid Analogues, Rawls, C & E News Jun 1997 2
Day 35, p. In addition, the nucleic acid analog (analog) is "locked (lock
ed) nucleic acid ”. All of these references are incorporated herein by reference. Modification of the ribose phosphate backbone facilitates the addition of electron transfer moieties (moieties),
Increases the stability and half-life of such molecules in physiological environments.
【0032】
当業者に明らかなように、全ての核酸アナログを本発明で使用してもよい。さ
らに、核酸とアナログの混合は自然に生じる。例えば、導電性オリゴマーまたは
電子移動部分(moiety)の取付部位で、アナログ構造を使用してもよい。代案と
して、異なる核酸アナログの混合、自然に生じる核酸とアナログの混合を行って
もよい。As will be appreciated by those in the art, all nucleic acid analogs may be used in the present invention. Moreover, the mixing of nucleic acids and analogs occurs naturally. For example, analog structures may be used at the attachment sites of conductive oligomers or electron transfer moieties. Alternatively, different nucleic acid analogs may be mixed, naturally occurring nucleic acids and analogs may be mixed.
【0033】
概説したように、核酸は単鎖または複鎖であってもよいし、複鎖配列または単
鎖配列の両方の部分を含んでいてもよい。核酸は、DNAであってもよいし、ゲ
ノムとcDNA、RNAまたは雑種(hybrid)との両方であってもよい。ここで
、核酸は、デオキシリボヌクレオチドとリボヌクレオチドの組合せ、ウラシル、
アデニン、チミン、シトシン、グアニン、イノシン、キサニンヒポキサニン、イ
ソシトシン、イソグアニン等を含む塩基の組合せを含む。ここで使用する用語「
ヌクレオシド」は、ヌクレオチドとヌクレオシド、ヌクレオチドアナログ、アミ
ノ修飾ヌクレオシドのような修飾ヌクレオシドを含む。さらに、「ヌクレオシド
」は、非自然的に生じるアナログ構造を含む。例えば、ペプチド核酸の個々のユ
ニットは、塩基(base)を含むが、ここではヌクレオシドと言及する。As outlined, the nucleic acid may be single stranded or double stranded, and may include portions of both double stranded or single stranded sequence. Nucleic acid may be DNA, or may be both genomic and cDNA, RNA or hybrid. Here, the nucleic acid is a combination of deoxyribonucleotide and ribonucleotide, uracil,
Includes base combinations including adenine, thymine, cytosine, guanine, inosine, xanine hypoxanine, isocytosine, isoguanine and the like. The term used here
"Nucleoside" includes nucleotides and modified nucleosides such as nucleosides, nucleotide analogs, amino modified nucleosides. In addition, "nucleoside" includes non-naturally occurring analog structures. For example, an individual unit of peptide nucleic acid comprises a base, referred to herein as a nucleoside.
【0034】
好ましい実施形態において、本発明は目標核酸を検出する方法を提供する。「
目標核酸」、「目標配列」およぼその文法的均等物は、単鎖核酸上の核酸配列を
意味する。目標配列は、遺伝子の一部、調節配列、ゲノムDNA、cDNA、m
RNAおよびrRNAを含むRNAその他であってもよい。配列が長ければ特異
(specific)であることを考えると、如何なる長さでもよい。幾つかの実施形態
では、試料核酸を裂いて(fragment、cleave)100から10000の塩基対の
破片にすることが好ましく、ある実施形態では約500の塩基対の断片が好まし
い。当業者に明らかなように、相補目標配列は多くの形態をとることができる。
例えば、より大きな核酸配列内に含めてもよい。すなわち、遺伝子またはmRN
Aの全てまたは一部、プラスミドまたはゲノムDNAの制限断片(restriction
fragment)に含めてもよい。In a preferred embodiment, the invention provides a method of detecting a target nucleic acid. "
"Target nucleic acid", "target sequence" and grammatical equivalents thereof refer to a nucleic acid sequence on a single-stranded nucleic acid. The target sequence is a part of gene, regulatory sequence, genomic DNA, cDNA, m
It may be RNA or the like including RNA and rRNA. Considering that the long sequence is specific, it may have any length. In some embodiments, it is preferred to cleave the sample nucleic acid into fragments of 100 to 10,000 base pairs, and in some embodiments fragments of about 500 base pairs are preferred. As will be appreciated by those in the art, complementary target sequences can take many forms.
For example, it may be included within a larger nucleic acid sequence. Ie gene or mRN
All or part of A, restriction fragment of plasmid or genomic DNA
fragment)).
【0035】
以下に概説するように、プローブ(プライマーを含む)を作成して、目標配列
にハイブリダイゼーションし、試料中に目標配列の有無を決定する。概して言え
ば、この用語は当業者に理解されるであろう。Probes (including primers) are made and hybridized to the target sequence to determine the presence or absence of the target sequence in the sample, as outlined below. Generally speaking, this term will be understood by those skilled in the art.
【0036】
また、目標配列は、接近(すなわち連続)または離隔した異なる目標ドメイン
からなっていてもよい。例えば、リゲーション(ligation)鎖反応(LCR)技
術を使用するとき、第1プライマーは第1目標ドメインにハイブリダイゼーショ
ンし、第2プライマーは第2目標ドメインにハイブリダイゼーションする。ドメ
インは近接していてもよいし、以下に詳細に説明するようにポリメラーゼとdN
TPの使用と合わせて1または複数のヌクレオチドにより離隔していてもよい。
「第1」および「第2」の用語は、5´−3´方位の目標配列に対してある方位
の配列を授与することを意味しない。例えば、5´−3´方位の相補目標配列を
仮定すると、第1目標ドメインは第2ドメインまで5´、または第2ドメインま
で3´に配置してもよい。The target array may also consist of different target domains that are close (ie continuous) or spaced apart. For example, when using a ligation chain reaction (LCR) technique, a first primer hybridizes to a first target domain and a second primer hybridizes to a second target domain. The domains may be contiguous or may be linked to the polymerase and dN as described in detail below.
They may be separated by one or more nucleotides in conjunction with the use of TP.
The terms "first" and "second" do not mean awarding an array of orientations to a target array of 5'-3 'orientations. For example, assuming a complementary target sequence in the 5'-3 'orientation, the first target domain may be located 5'up to the second domain, or 3'up to the second domain.
【0037】
好ましい実施形態では、目標検出物は蛋白質である。当業者に明らかなように
、本発明を使用して検出される可能性のある多数の蛋白質目標検出物がある。こ
こで、「蛋白質」またはその文法的均等物は、蛋白質、オリゴペプチドおよびペ
プチド、誘導体およびアナログ、非自然的に生じるアミノ酸およびアミノ酸アナ
ログを含有する蛋白質、ペプチド様構造を意味する。側鎖は(R)または(S)
配置のいずれであってもよい。好ましい実施形態では、アミノ酸は(S)または
L配置である。以下に説明するように、蛋白質が結合リガメントとして使用され
るとき、試料汚染物による退化(degradation)を遅延させるのに蛋白質アナロ
グを利用することが望ましい。In a preferred embodiment, the target detective is a protein. As will be apparent to those of skill in the art, there are numerous protein target detectors that may be detected using the present invention. Here, “protein” or grammatical equivalents thereof means proteins, oligopeptides and peptides, derivatives and analogs, proteins containing non-naturally occurring amino acids and amino acid analogs, peptide-like structures. The side chain is (R) or (S)
Any of the arrangements may be used. In a preferred embodiment, the amino acids are in the (S) or L configuration. As explained below, it is desirable to utilize protein analogs to delay the degradation by sample contaminants when the protein is used as a binding ligament.
【0038】
適切な蛋白質目標検出物は、以下のものを含むが、これらに限定されるもので
はない。
(1)免疫グロブリン、特にlgEs,lgGs,lgMs、特に治療または診
断関連抗体、例えば限定されるものではないがヒトアルブミン抗体、アポリポ蛋
白質(アポリポ蛋白質Eを含む)、ヒト絨毛膜刺激ホルモン、コルチゾール、α
−フェトプロテイン、チロキシン、甲状腺刺激ホルモン(TSH)、抗トロンビ
ン、薬剤抗体(抗エプチレプチック薬(フェニトイン、プリミドン、カーバリエ
ンゼピン、エトサクシミド、バルプロイック酸、フェノバルビトール)、心作用
薬(ジゴキシン、リドカイン、プロカインアミドおよびジソピラミド)、気管支
拡張薬(テオフィリン)、抗生物質(クロラムフェニコール、スルホンアミド)
、抗鬱薬、免疫抑制薬、濫用薬(アンフェタミン、メタンフェタミン、カンナビ
ノイド、コカインおよびアヘン)、任意数のウィルス抗体(オルソミクソウィル
ス、(例えば、インフルエンザウィルス)、パラミクソウィルス(例えば呼吸シ
ンシチウムウィルス、耳下腺炎ウィルス、ミーシエスウィルス)、アデノウィル
ス、ライノウィルス、コロナウィルス、レオウィルス、トガウィルス(例えば風
疹ウィルス)、パルボウィルス、ポックスウィルス(例えば痘瘡ウィルス、痘疹
ウィルス)、腸内ウィルス(例えばポリウィルス、コクサッキーウィルス)、肝
炎ウィルス(A、BおよびCを含む)、ヘルペスウィルス(例えば単純疱疹ウィ
ルス、水痘帯状疱疹ウィルス、巨細胞ウィルス、エプスタイン−バーウィルス)
、ロータウィルス、ノーウォークウィルス、ハンタウィルス、アリーナウィルス
、ラブドウィルス(例えば狂犬病ウィルス)、レトロウィルス(HIV,HTL
V−IおよびII)、パポーベウィルス(例えば乳頭腫ウィルス)、ポリオーマ
ウィルス、およびピコルナウィルス等)、およびバクテリア(広範な病原性およ
び非病原性原核生物を含む、バチルス菌;ビブリオ菌,例えばV.cholerae;エ
シェリヒア菌,例えば腸毒素原性E.coli;シゲラ菌,例えばS.dysenteriae
;サルモネラ菌、例えばS.typhi;ミコバクテリウム,例えばM.Tuberculosis
,M.leprae;クロストリディウム菌例えばC.botulinum,C.tetani,CC.diff
icile,C.perfringens;穀物バクテリア,例えばC.diphtheriae;連鎖球菌,
例えばS.pyogenes,S.pneumoniae;ぶどう状球菌,例えばS.aureus;ヘモ
フィラス菌,例えばH.いinfluenzae;ナイセリア菌,例えばN.meningitidis
,N.gonorrhoeae;エルシニア菌,例えばG.lamblia,Y.pestis;シュード
モナス菌,例えばP.aeruginosa,P.putida;クラミジア菌,C.trachomati
s;ボルデテラ菌,例えばB.pertussis;トレポネマ菌,例えばT.palladium
等)。
(2)酵素(および他の蛋白質)。以下のものを含むがこれに限定されるもので
はない。心臓病の標識薬または治療薬として使用される酵素;クレアチンキナー
ゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アスパラギン酸塩アミノ基転移酵素、トロポニンT
、ミオグロビン、フィブリノゲン、コレステロール、トリグリセリド、トロンビ
ン、組織プラスミノゲン活性剤(tPA);アミラーゼ、リパーゼ、キモトリプ
シンおよびトリプシンを含む膵臓病指示薬;コリンエステラーゼ、ビリルビン、
アルカリホスファターゼを含む肝臓機能酵素および蛋白質;アルドラーゼ、前立
腺酸ホスファターゼ、末期デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ、および
HIVプロテアーゼのようなバクテリアおよびウィルス性酵素。
(3)ホルモンおよびシトキン(これらの多くは細胞受容体用のリガンドとして
役立つ)、例えばエリトロポイエチン(EPO)、血栓ポイエチン(TPO)、
インターロイキン(IL−1からIL−17を含む)、インシュリン、インシュ
リン様発育因子(IGF−1から−2を含む)、上皮細胞増殖因子(EGF)、
変態発育因子(TGF−αおよびTGF−βを含む)、ヒト成長ホルモン、トラ
ンスフェリン、上皮細胞増殖因子(EGF)、低密度リポ蛋白、高密度リポ蛋白
、レプチン、VEGF、PDGF、細毛神経組織栄養因子、プロラクチン、副腎
皮質刺激性ホルモン(ACTH)、カルシトニン、ヒト絨毛膜刺激ホルモン、コ
トリソル(cotrisol)、エストラジオール、濾胞刺激ホルモン(FSH)、甲状
腺刺激ホルモン(TSH)、レウチンジング(leutinzing)ホルモン(LH)、
プロゲテロン(progeterone)およびテストステロン。
(4)他の蛋白質(α−フェトプロテイン、癌肺抗原CEA、癌マーカー等)。Suitable protein targeting agents include, but are not limited to: (1) Immunoglobulins, particularly lgEs, lgGs, lgMs, particularly therapeutically or diagnostically relevant antibodies such as, but not limited to, human albumin antibodies, apolipoproteins (including apolipoprotein E), human chorion stimulating hormone, cortisol, α
-Fetoprotein, thyroxine, thyroid stimulating hormone (TSH), antithrombin, drug antibody (antieptileeptic drug (phenytoin, primidone, carbariene zepine, ethosuximide, valproic acid, phenobarbitol)), cardioactive drug (digoxin, lidocaine, Procainamide and disopyramide), bronchodilators (theophylline), antibiotics (chloramphenicol, sulfonamide)
, Antidepressants, immunosuppressants, drugs of abuse (amphetamine, methamphetamine, cannabinoids, cocaine and opium), any number of viral antibodies (orthomyxovirus, (eg influenza virus), paramyxovirus (eg respiratory syncytial virus, parotid) Adenitis virus, missies virus), adenovirus, rhinovirus, coronavirus, reovirus, togavirus (eg rubella virus), parvovirus, poxvirus (eg variola virus, variola virus), enteric virus (eg polyvirus, Coxsackie virus), hepatitis virus (including A, B and C), herpes virus (eg herpes simplex virus, varicella zoster virus, giant cell virus, Epstein-Barr virus)
, Rotavirus, Norwalk virus, Hantavirus, Arenavirus, Rhabdovirus (eg rabies virus), Retrovirus (HIV, HTL
VI-II and II), papovavirus (e.g. papilloma virus), polyomavirus, and picornavirus), and bacteria (including a wide range of pathogenic and nonpathogenic prokaryotes, Bacillus; Vibrio, e.g. .Cholerae; Escherichia, eg enterotoxogenic E. coli; Shigella, eg S. dysenteriae
Salmonella, eg S. typhi; Mycobacterium, eg M. Tuberculosis
, M. leprae; Clostridium bacteria such as C. botulinum, C.tetani, CC.diff
icile, C. perfringens; cereal bacteria such as C. diphtheriae; Streptococcus,
For example, S. pyogenes, S.M. pneumoniae; Staphylococcus, for example S. aureus; Haemophilus, for example H. Influenzae; Neisseria, for example N. meningitidis
, N. gonorrhoeae; Yersinia, for example G. lamblia, Y. pestis; Pseudomonas, such as P. aeruginosa, P.A. putida; Chlamydia, C.I. trachomati
s; Bordetella, for example B. pertussis; Treponema fungus, such as T. palladium
etc). (2) Enzymes (and other proteins). Including but not limited to: Enzymes used as markers or therapeutic agents for heart disease; creatine kinase, lactate dehydrogenase, aspartate aminotransferase, troponin T
, Myoglobin, fibrinogen, cholesterol, triglyceride, thrombin, tissue plasminogen activator (tPA); pancreatic disease indicators including amylase, lipase, chymotrypsin and trypsin; cholinesterase, bilirubin,
Liver-functioning enzymes and proteins, including alkaline phosphatase; bacterial and viral enzymes such as aldolase, prostatic acid phosphatase, end-stage deoxynucleotidyl transferase, and HIV protease. (3) hormones and cytokins, many of which serve as ligands for cell receptors, such as erythropoietin (EPO), thrombotic poietin (TPO),
Interleukins (including IL-1 to IL-17), insulin, insulin-like growth factors (including IGF-1 to -2), epidermal growth factor (EGF),
Metamorphosis growth factors (including TGF-α and TGF-β), human growth hormone, transferrin, epidermal growth factor (EGF), low density lipoprotein, high density lipoprotein, leptin, VEGF, PDGF, trichome nerve tissue trophic factor , Prolactin, adrenocorticotropic hormone (ACTH), calcitonin, human chorion stimulating hormone, cotrisol, estradiol, follicle stimulating hormone (FSH), thyroid stimulating hormone (TSH), leutinzing hormone (LH),
Progeterone and testosterone. (4) Other proteins (α-fetoprotein, cancer lung antigen CEA, cancer marker, etc.).
【0039】
さらに、抗体が検出される如何なる生体分子も直接検出することができる。す
なわち、ウィルスまたはバクテリア細胞、治療および濫用薬物等は直接検出する
ことができる。Furthermore, any biomolecule for which an antibody is detected can be directly detected. That is, virus or bacterial cells, drugs for treatment and abuse, etc. can be directly detected.
【0040】
適切な目標検出物は、炭水化物を含み、胸部癌用マーカー(CA15−3,C
A549,CA27,29)、ムチン様癌腫関連抗原(MCA)、卵巣癌(CA
125)、膵臓癌(DE−PAN−2)、前立腺癌(PSA)、CEA、および
結腸直腸および膵臓癌(CA19,CA50,CA242)を含むが、これに限
定されるものではない。Suitable target detections include carbohydrates and are markers for breast cancer (CA15-3, C).
A549, CA27, 29), mucin-like carcinoma-associated antigen (MCA), ovarian cancer (CA
125), pancreatic cancer (DE-PAN-2), prostate cancer (PSA), CEA, and colorectal and pancreatic cancer (CA19, CA50, CA242), but are not limited thereto.
【0041】
適切な目標検出物は、金属イオン、特に重金属および/または毒性金属であり
、アルミニウム、砒素、カドミウム、セレニウム、コバルト、銅、クロム、鉛、
銀およびニッケルを含むが、これらに限定されるものではない。Suitable target analytes are metal ions, especially heavy metals and / or toxic metals, such as aluminum, arsenic, cadmium, selenium, cobalt, copper, chromium, lead,
Including but not limited to silver and nickel.
【0042】
これらの目標検出物は、血液、リンパ液、唾液、膣および肛門分泌物、尿、糞
、汗および涙を含む体液、肝臓、脾臓、骨髄、肺、筋肉、脳等を含む固形組織を
含むがこれらに限定されるものではない、任意数の異なる試料タイプに存在して
いてもよい。These target substances are blood, lymph, saliva, vaginal and anal secretions, urine, feces, body fluids including sweat and tears, solid tissues including liver, spleen, bone marrow, lungs, muscles, brain and the like. It may be present in any number of different sample types, including but not limited to.
【0043】
したがって、本発明は、固形基板を有する目標検出物を検出するためのデバイ
スを提供する。固形基板は、ここに記載し、また当業者に明らかなように、広範
な材料で、多くの方法で形成することができる。さらに、単一のデバイスは1以
上の基板からなっていてもよい。例えば、別個の「検出」カセットとインターフ
ェースを介して連結する「試料処理」カセットがあってもよい。生の試料を試料
処理カセットに加え、当該試料を操作して検出の準備をする。試料を試料処理カ
セットから取り出して検出カセットに加える。デバイスが適合する追加の機能カ
セット、例えば試料カセットと接触するように設置されてPCRのような反応を
生じさせる加熱要素のようなものがあってもよい。ある場合には、基板の一部を
除去可能であり、例えば、試料カセットは、試料カセット全体が検出装置と接触
しないように、着脱可能な検出カセットを有していてもよい。例えば、米国特許
第5603351号、PCTUS96/17116、および2000年12月1
1日に出願された「検出物反応のための多層微流体デバイス」(出願日未受領)
を参照。これらは参照することで、ここに組み入れる。Accordingly, the present invention provides a device for detecting a target analyte having a solid substrate. Solid substrates can be formed in a number of ways with a wide variety of materials, as described herein and will be apparent to those skilled in the art. Furthermore, a single device may consist of more than one substrate. For example, there may be a "sample processing" cassette that interfaces via interface with a separate "detection" cassette. The raw sample is added to the sample processing cassette and the sample is manipulated to prepare for detection. The sample is removed from the sample processing cassette and added to the detection cassette. There may be additional functional cassettes to which the device is compatible, such as heating elements that are placed in contact with the sample cassette to produce a PCR-like reaction. In some cases, a portion of the substrate may be removable, for example the sample cassette may have a removable detection cassette so that the entire sample cassette does not contact the detection device. For example, US Pat. No. 5,603,351, PCTUS 96/17116, and December 1, 2000.
"Multilayer microfluidic device for detection reaction" filed on the 1st (Filing date not received)
See. These are incorporated herein by reference.
【0044】
固形基板の組成は、デバイスを形成するのに使用される技術、デバイスの使用
、試料の組成、検出すべき検出物、ウェルおよびマイクロチャンネルの大きさ、
電子部品の有無等を含む洋々な因子に依存する。一般に、本発明のデバイスは容
易に滅菌可能でなければならない。The composition of the solid substrate depends on the technique used to form the device, the use of the device, the composition of the sample, the analyte to be detected, the size of the wells and microchannels,
It depends on various factors including the presence of electronic components. In general, the devices of the invention should be easily sterilizable.
【0045】
好ましい実施形態では、固形基板は、シリコンウェハーのようなシリコン、二
酸化シリコン、窒化シリコン、ガラスおよび融解シリカ、ガリウム砒素、燐火イ
ンジウム、アルミニウム、セラミック、ポリイミド、石英、プラスチック、樹脂
および、ポリメチルメタクリレート、アクリル酸、ポリエチレン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリカーカーボネート、ポリスチレンおよび他のスチレン共重
合体、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、超合金、ジルカロイ、鋼
、金、銀、銅、タングステン、モリブデン、タンタル、コバール(KOVAR)
、ケブラー(LEVLAR)、カプトン(KAPTON)、マイラー(MYLA
R)、真鍮、サファイア等を含むがこれらに限定されない広範な材料から形成す
ることができる。試料操作工程が光ベース技術を必要とするときには、光透過性
のある高融解ホウ珪酸塩や融解シリカのような高品質ガラスが好ましい。さらに
、ここに概説するように、デバイスの内面の一部は、非特異性結合を減少し、生
体適合性や流体抵抗のための結合リガメントの取り付けを許容するために、必要
に応じて様々なコーティングで被覆してもよい。In a preferred embodiment, the solid substrate is silicon such as a silicon wafer, silicon dioxide, silicon nitride, glass and fused silica, gallium arsenide, phosphorous indium, aluminum, ceramics, polyimide, quartz, plastics, resins and poly. Methyl methacrylate, acrylic acid, polyethylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polystyrene and other styrene copolymers, polypropylene, polytetrafluoroethylene, superalloys, zircaloys, steel, gold, silver, copper, tungsten, molybdenum, tantalum, kovar (KOVAR)
, Kevlar (LEVLAR), Kapton (KAPTON), Mylar (MYLA)
It can be formed from a wide variety of materials including, but not limited to R), brass, sapphire, and the like. When the sample handling process requires light-based technology, high quality glasses such as highly transparent borosilicate and fused silica that are transparent to light are preferred. In addition, as outlined here, some of the interior surfaces of the device are varied as needed to reduce non-specific binding and allow attachment of binding ligaments for biocompatibility or fluid resistance. It may be covered with a coating.
【0046】
好ましい実施形態では、固形サポートは、米国特許出願番号第09/2350
81号、第09/337086号、第09/464490号、第09/4920
13号、第09/466325号、第09/460281号、第09/4602
83号、第09/387691号、第09/438600号、第09/5061
78号、第09/458534号に概説されているようなセラミック材料からな
り、これらの文献は参照することでその全体をここに組み入れる。この実施形態
では、グリーンシートを積層し、互いに焼結して実質的にモノリシック(monoli
thic)構造を形成したグリーンシート層から作られる。グリーンシートは、ガラ
ス、ガラス−セラミック、セラミック、またはこれらの混合の無機粒子をポリマ
ー結合剤中で分散した複合材料であり、可塑剤や分散剤のような添加剤を含めて
もよい。グリーンシートは、50から250ミクロンの厚さのシートの形態であ
ることが好ましい。セラミック粒子は典型的には酸化アルミニウムや酸化ジルコ
ニウムのような酸化金属である。ガラス−セラミック粒子を含むグリーンシート
の例は、E.I.Du Pont de Nemours and Companyから販売されている「
AX951」である。酸化アルミニウム粒子を含むグリーンシートの例は、Ferr
o Corpから販売されている「フェロアルミナ」である。グリーンシートの組成
は特定に用途に合致するような注文仕様であってもよい。グリーンシート層は互
いに積層され、燃焼されて実質的にモノリシック多層構造を形成している。セラ
ミックグリーンシートの製造、処理および適用は、Richard E. Mistier,「テ
ープキャスティング:電子工業の要求にかなう基本プロセス」,Ceramic Bulle
tin,vol.69、no.6,pp.1022−26(1990)や、米国特許第39
91029号に記載され、これらは参照することでここに組み入れる。In a preferred embodiment, the solid support is US Patent Application Serial No. 09/2350.
No. 81, No. 09/337086, No. 09/464490, No. 09/4920
No. 13, No. 09/466325, No. 09/460281, No. 09/4602
No. 83, No. 09/387691, No. 09/438600, No. 09/5061
No. 78, 09 / 458,534, which consists of ceramic materials, which are incorporated herein by reference in their entirety. In this embodiment, the green sheets are laminated and sintered together to produce a substantially monolithic monolith.
thic) structure is made from a green sheet layer. A green sheet is a composite material in which inorganic particles of glass, glass-ceramic, ceramic, or mixtures thereof are dispersed in a polymer binder and may include additives such as plasticizers and dispersants. The green sheet is preferably in the form of a sheet with a thickness of 50 to 250 microns. Ceramic particles are typically metal oxides such as aluminum oxide and zirconium oxide. Examples of green sheets containing glass-ceramic particles are described in E.I. I. Sold from Du Pont de Nemours and Company
AX951 ". An example of a green sheet containing aluminum oxide particles is Ferr
It is "ferro-alumina" sold by Corp. The composition of the green sheet may be tailored to the particular application. The greensheet layers are laminated together and burned to form a substantially monolithic multilayer structure. Manufacture, processing and application of ceramic green sheets are described by Richard E. Mistier, "Tape Casting: A Basic Process That Meets the Requirements of the Electronic Industry", Ceramic Bulle
tin, vol. 69, no. 6, pp. 1022-26 (1990) and U.S. Pat. No. 39.
91029, which are incorporated herein by reference.
【0047】
デバイス(図27−30にデバイス100と200で示す)を製作する方法は
、好ましくは50から250ミクロン厚であるグリーンシートのシートを準備す
ることから始める。グリーンシートのシートは、所望のサイズに切断され、従来
の処理には典型的には6インチ×6インチであるが、より小さなまたはより大き
なデバイスも必要に応じて使用してもよい。各グリーンシート層は種々の技術を
使用してテクスチャー(texture)し、最終多層構造の中に、バイアス(vias)
、溝または空洞のような所望の構造を形成する。The method of making the device (shown as devices 100 and 200 in FIGS. 27-30) begins by providing a sheet of green sheet that is preferably 50 to 250 microns thick. Sheets of greensheet are cut to the desired size, typically 6 "x 6" for conventional processing, although smaller or larger devices may be used if desired. Each greensheet layer is textured using various techniques to create vias in the final multilayer structure.
, Forming the desired structure, such as a groove or cavity.
【0048】
グリーンシート層をテクスチャーするのに種々の技術を使用してもよい。例え
ば、グリーンシート層の一部を穿孔してバイアスや溝を形成してもよい。この操
作は、Pacific Trinetics Corp.のモデルAPS−8718自動穿孔装置のよ
うな従来の多層セラミック穿孔器を使用して行うことができる。材料の一部を穿
孔する代わりに、溝やウェルのような特徴は、所望構造の負像(negative imag
e)を有するエンボスプレートに対してグリーンシートを押し付けることにより
、グリーンシートの表面に打ち出し(emboss)してもよい。また、織り込み(te
xturing)は、Pacific TrineticsのLVS−3012のようなレーザ媒介シス
テムを有するレーザ工具によって行ってもよい。Various techniques may be used to texture the greensheet layer. For example, a part of the green sheet layer may be perforated to form a bias or a groove. This operation can be performed using a conventional multilayer ceramic punch, such as the Pacific Trinetics Corp. model APS-8718 automatic punch. Instead of perforating a portion of the material, features such as grooves and wells can be used to create a negative image of the desired structure.
It may be embossed on the surface of the green sheet by pressing the green sheet against the embossing plate with e). Also, weaving (te
xturing) may be performed by a laser tool having a laser mediated system, such as Pacific Trinetics' LVS-3012.
【0049】
次に、各織グリーンシート層に、好ましくは厚膜ペーストの形態で、広範な材
料を適用してもよい。例えば、金属含有厚膜ペーストをグリーンシート層に設置
することで、電気的に導通した通路を設けてもよい。厚膜ペーストは典型的には
所望の材料を含むが、それは有機媒体(vehicle)に分散されたパウダーの形態
の金属や誘電体でもよい。またペーストは、スクリーン印刷のような所望のデポ
ジション(deposition)技術に適した粘度を有するように設計される。有機媒体
は、焼結を促進するために、ガラスフリットのような少量のフラックスを含めて
もよい。厚膜技術は、J.D.Provance,「厚膜材料の性能レビュー」,「Insula
tion/Circuits(1977年4月)」や、Morton L.Topfer,厚膜マイクロエ
レクトロニクス、製作、設計および適用(1977),pp.41−59に記載さ
れ、これらは参照することでここに組み入れる。A wide range of materials may then be applied to each woven greensheet layer, preferably in the form of a thick film paste. For example, a metal-containing thick film paste may be placed on the green sheet layer to provide an electrically conducting path. The thick film paste typically comprises the desired material, but it may also be a metal or a dielectric in the form of a powder dispersed in an organic vehicle. The paste is also designed to have a viscosity suitable for the desired deposition technique, such as screen printing. The organic medium may include a small amount of flux, such as glass frit, to facilitate sintering. Thick film technology is described in J. D. Provance, "Performance review of thick film materials", "Insula
tion / Circuits (April 1977) ”, Morton L. et al. Topfer, Thick Film Microelectronics, Fabrication, Design and Application (1977), pp. 41-59, which are incorporated herein by reference.
【0050】
得られた厚膜の有孔率(porosity)は、厚膜ペーストに存在する有機媒体の量
を調整することで調整することができる。すなわち、厚膜の有孔率は、厚膜ペー
スト中の有機媒体のパーセンテージを増加することで、増加することができる。
同様に、グリーンシート層の有孔率は、有機結合剤の比率を増加することで増加
することができる。厚膜およびグリーンシート層の有孔率を増加する他の方法は
、有機媒体すなわち有機結合内で、有機媒体に溶解しない他の有機相を分散する
ことである。ポリマーミクロスフェアはこの目的のために有利に使用することが
できる。The porosity of the resulting thick film can be adjusted by adjusting the amount of organic medium present in the thick film paste. That is, the porosity of the thick film can be increased by increasing the percentage of organic medium in the thick film paste.
Similarly, the porosity of the greensheet layer can be increased by increasing the proportion of organic binder. Another way to increase the porosity of thick films and greensheet layers is to disperse within the organic medium or organic bonds other organic phases that are not soluble in the organic medium. Polymer microspheres can be used advantageously for this purpose.
【0051】
電気的に導通する通路を加えるために、厚膜ペーストは、典型的には銀、プラ
チナ、パラジウム、金、銅、タングステン、ニッケル、錫、またはこれらの合金
のような金属粒子を含む。適切な銀ペーストの例は、E.I.Du Pont de Ne
mours and Companyから販売されている銀導体組成番号7025および771
3である。To add electrically conducting passages, the thick film paste typically comprises metal particles such as silver, platinum, palladium, gold, copper, tungsten, nickel, tin, or alloys thereof. . Examples of suitable silver pastes are E.I. I. Du Pont de Ne
Silver conductor composition numbers 7025 and 771 sold by mours and Company
It is 3.
【0052】
厚膜ペーストは、スクリーン印刷によりグリーンシート層に付与することが好
ましい。スクリーン印刷処理では、厚膜ペーストは、パターンシルクスクリーン
に押しつけて、対応するパターン内のグリーンシート層に設置する。典型的には
、シルクスクリーンパターンは、マスクに露光することで写真的に形成する。こ
のようにして、導電性トレースをグリーンシート層の表面に付与する。グリーン
シート層に存在するバイアスは、厚膜ペーストで満たしてもよい。電気的に導通
する材料を含む厚充填ペーストで満たされた場合、バイアスは層間に電気接続を
与えるのに役立つ。The thick film paste is preferably applied to the green sheet layer by screen printing. In the screen printing process, the thick film paste is pressed against the pattern silk screen and placed on the green sheet layer in the corresponding pattern. Typically, the silkscreen pattern is photographically formed by exposing the mask. In this way, conductive traces are applied to the surface of the greensheet layer. Bias present in the greensheet layer may be filled with thick film paste. When filled with a thick fill paste containing an electrically conductive material, the bias helps provide an electrical connection between the layers.
【0053】
所望の構造をグリーンシートの各層に形成した後、接着層をグリーンシートの
いずれかの表面に付与する。好ましくは、接着剤は室温接着剤である。このよう
な室温接着剤は、室温すなわち約20°Cのガラス遷移温度を有し、これにより
室温で互いに基板を接合することができる。さらに、化学変化を受け、基板と化
学的に反応し、あるいは基板の成分を溶解するというよりも、室温接着剤は基板
の表面に浸透することで、基板を互いに結合する。時々、このような室温接着剤
は「感圧接着剤」と言及される。適切な室温接着剤は、典型的には、水性乳剤(
emulsion)として供給され、Rohm and Haas,Inc.やAir Products,Inc.か
ら入手可能である。例えば、Air Products,Inc.から「Flexcryl1653」と
して販売されている材料がよいことが分かった。After forming a desired structure in each layer of the green sheet, an adhesive layer is applied to either surface of the green sheet. Preferably the adhesive is a room temperature adhesive. Such room temperature adhesives have a glass transition temperature at room temperature or about 20 ° C., which allows the substrates to be bonded together at room temperature. Further, rather than undergoing a chemical change, chemically reacting with the substrate, or dissolving the components of the substrate, the room temperature adhesive penetrates the surface of the substrate to bond the substrates together. Sometimes such room temperature adhesives are referred to as "pressure sensitive adhesives". Suitable room temperature adhesives are typically aqueous emulsion (
emulsion), Rohm and Haas, Inc. And Air Products, Inc. For example, the material sold by Air Products, Inc. as "Flexcryl 1653" has been found to be good.
【0054】
室温接着剤は、従来のコーティング技術によってグリーンシートに塗布しても
よい。コーティングを促進するために、使用されるコーティング技術や出発材料
の装填時の粘性および固形度に依存して、塗布された感圧接着剤を水に希釈する
ことが望ましい。コーティング後、室温接着剤は乾燥することができる。室温接
着剤の膜の乾燥厚さは、1から10ミクロンの範囲であることが好ましく、厚さ
はグリーンシートの全表面にわたって均一でなければならない。15ミクロンを
越える膜厚は望ましくない。このような膜厚の接着剤を用いると、多量の有機材
料を除去しなければならないために、焼成中に空隙や層間剥離が生じるおそれが
ある。乾燥時に約0.5ミクロン厚以下の膜は、層間の接着が不十分であるため
、薄すぎる。The room temperature adhesive may be applied to the green sheet by conventional coating techniques. It is desirable to dilute the applied pressure sensitive adhesive in water to facilitate coating, depending on the coating technique used and the viscosity and solidity of the starting materials when loaded. After coating, the room temperature adhesive can be dried. The dry thickness of the room temperature adhesive film is preferably in the range of 1 to 10 microns and the thickness should be uniform over the entire surface of the greensheet. Film thicknesses above 15 microns are undesirable. When an adhesive having such a film thickness is used, a large amount of organic material has to be removed, which may cause voids or delamination during firing. Membranes less than about 0.5 microns thick when dried are too thin due to poor adhesion between layers.
【0055】
従来のコーティング技術のうち、スピンコーティングやスプレーが好ましい方
法である。スピンコーティングを使用する場合、10グラムの「Flexcryl165
3」に対して1グラムの消イオン水を加えることが好ましい。スプレーを使用す
る場合は、スプレーを容易にするために、より高い希釈レベルが好ましい。さら
に、室温接着剤をスプレーするとき、グリーンシートを約60から70°Cの温
度に上昇させることが好ましい。これにより、材料はグリーンシートに設置した
際に殆ど瞬間的に乾燥する。この瞬間的な乾燥により、接着剤はさらに均一で同
質の膜となる。Of the conventional coating techniques, spin coating and spraying are preferred methods. When using spin coating, 10 grams of "Flexcryl 165
It is preferred to add 1 gram of deionized water for 3 ". If a spray is used, higher dilution levels are preferred to facilitate spraying. Further, it is preferred to raise the greensheet to a temperature of about 60 to 70 ° C when spraying the room temperature adhesive. This causes the material to dry almost instantly when placed on the green sheet. This momentary drying results in a more uniform and homogeneous film of adhesive.
【0056】
室温接着剤をグリーンシート層に塗布した後、当該層を互いに積み重ねて多層
グリーンシート層を形成する。当該層を調整ダイ(alignment die)の中に積み
重ねて、各層構造間の所望のレジストレーションを維持することが好ましい。調
整ダイを使用するとき、調整孔を各グリーンシート層に付加しなければならない
。典型的には、室温接着剤を使用するときには、積み重ね工程だけでもグリーン
シート層を互いに接合するのに十分である。換言すれば、層を互いに接合するの
に圧力は少しでよいし、無くてもよい。しかしながら、層をより強固に接合する
ためには、層は積み重ねた後に互いに積層することが好ましい。After applying the room temperature adhesive to the greensheet layer, the layers are stacked on top of each other to form a multilayer greensheet layer. The layers are preferably stacked in an alignment die to maintain the desired registration between each layer structure. When using a conditioning die, conditioning holes must be added to each greensheet layer. Typically, when using a room temperature adhesive, the stacking process alone is sufficient to bond the greensheet layers together. In other words, little or no pressure is required to bond the layers together. However, in order to bond the layers more firmly, it is preferred that the layers be stacked and then laminated to each other.
【0057】
積層工程は、積み重ねた層に圧力を加えることを含む。例えば、従来の積層プ
ロセスでは、積み重ねたグリーンシート層に約1000から1500psiの一
軸圧力を付与した後、例えば70°Cに昇温して約10から15分間、約300
0から5000psiの均衡圧を付与する。従来の積層工程を使用するときは、
グリーンシート層を互いに接合するのに接着剤を使用する必要はない。The laminating process involves applying pressure to the stacked layers. For example, in a conventional laminating process, a uniaxial pressure of about 1000 to 1500 psi is applied to the stacked green sheet layers and then heated to, for example, 70 ° C. for about 10 to 15 minutes for about 300 minutes.
Apply equilibrium pressure from 0 to 5000 psi. When using the conventional laminating process,
It is not necessary to use an adhesive to bond the greensheet layers together.
【0058】
しかしながら、内部または外部の空洞や溝のような構造の範囲にわたって良好
な制御を行うために、2500psi以下の圧力が好ましい。空洞や溝のような
より長い構造の形成を許容するためには、より低い圧力が好ましい。例えば、2
500psiの積層圧力を使用する場合、正しく形成された内部空洞や溝の大き
さは、典型的には、概略20ミクロン以下に限定される。したがって、1000
psi以下の圧力は、このような圧力により約100ミクロン以上のサイズを有
する構造をある寸法制御手段を用いて形成することができるので、好ましい。3
00psi以下の圧力は、このような圧力により250ミクロン以上のサイズを
有する構造をある程度の寸法制御を用いて形成することができるので、好ましい
。100psi以下の圧力は、ここでは「近ゼロ圧力」と言及するが、多層構造
に形成することができる内部および外部の空洞または溝のサイズに関していくつ
かの限界が存在するので、好ましい。However, a pressure of 2500 psi or less is preferred for good control over a range of structures such as internal or external cavities and grooves. Lower pressures are preferred to allow the formation of longer structures such as cavities and grooves. For example, 2
When using a stacking pressure of 500 psi, the size of properly formed internal cavities and grooves is typically limited to approximately 20 microns or less. Therefore, 1000
Pressures below psi are preferred as such pressures can form structures having sizes above about 100 microns using some dimensional control means. Three
Pressures of 00 psi or less are preferred because such pressures can form structures having sizes of 250 microns or greater with some dimensional control. Pressures of 100 psi or less, referred to herein as "near zero pressure", are preferred because there are some limits on the size of internal and external cavities or grooves that can be formed in a multilayer structure.
【0059】 圧力は、積層工程で一軸プレスにより付与することが好ましい。[0059] The pressure is preferably applied by a uniaxial press in the laminating step.
【0060】 代案として、約100psi以下の圧力を手動で付与してもよい。[0060] Alternatively, a pressure of about 100 psi or less may be applied manually.
【0061】
半導体デバイスの製作については、各シートに多くのデバイスを介在させても
よい。For the manufacture of semiconductor devices, each sheet may have many devices interposed.
【0062】
したがって、積層後、多層構造を従来のグリーンシートダイシングまたはソー
イング装置を使用して切断し、個々のデバイスに分離してもよい。室温接着剤に
よって与えられる剥離またはせん断抵抗のレベルが高いので、ダイシング工程中
に非常に小さなエッジの層間剥離が発生する。ダイシング後にエッジの回りでい
くつかの層が分離しても、手動で当該エッジに圧力を付与することにより、デバ
イスの残部に害を与えることなく、当該層を容易に再積層することができる。Therefore, after lamination, the multi-layer structure may be cut using conventional green sheet dicing or sawing equipment and separated into individual devices. Due to the high level of delamination or shear resistance provided by the room temperature adhesive, very small edge delamination occurs during the dicing process. Even if some layers separate around the edge after dicing, manual application of pressure to the edge allows the layers to be easily re-laminated without harming the rest of the device.
【0063】
最終処理工程は、積層された多層グリーンシート構造を「グリーン」状態から
最終の実質的にモノリシックな多層構造を形成するための焼成である。焼成工程
は温度が上昇するにつれて2つの重要な段階で生じる。最初の重要な段階は、約
250から500°Cの温度範囲で生じる結合剤バムアウト(bumout)段階であ
り、その間に、グリーンシート層中の結合剤や塗布された厚膜ペースト中の有機
要素のような他の有機材料が当該構造から除去される。The final processing step is the firing of the laminated multilayer greensheet structure from the "green" state to form the final substantially monolithic multilayer structure. The firing process occurs in two important stages as the temperature rises. The first important step is the binder bumout step, which occurs in the temperature range of about 250 to 500 ° C, during which the binder in the greensheet layer and the organic components in the applied thick film paste are Other organic materials such as are removed from the structure.
【0064】
次の重要な段階は高温で起こる焼結段階であり、この段階では、無機粒子が互
いに焼結し、これにより多層構造が緻密になり、実質的にモノリシックになる。
使用する焼結温度は、グリーンシート内に存在する無機粒子の性質に依存する。
多くのタイプのセラミックに対して、適切な焼結温度は約950から約1600
℃の範囲であり、材料に依存する。例えば、酸化アルミニウムを含有するグリー
ンシートに対しては1400から1600℃の間の焼結温度が典型的である。窒
化シリコン、窒化アルミニウムおよびシリコンカーバイドのような他のセラミッ
ク材料は、例えば1700から2200℃のようなより高い焼結温度を必要とす
る。ガラス−セラミック粒子を有するグリーンシートに対しては、750から9
50℃の範囲の焼結温度が典型的である。ガラス粒子は一般に約350から70
0℃の範囲の焼結温度を必要とする。最後に、金属粒子は、当該金属に依存する
が、550から1700℃の焼結温度を必要とする。The next important step is the sintering step, which occurs at high temperature, at which the inorganic particles sinter together, resulting in a dense, substantially monolithic multilayer structure.
The sintering temperature used depends on the nature of the inorganic particles present in the greensheet.
For many types of ceramics, suitable sintering temperatures are about 950 to about 1600.
C range and depends on the material. For example, sintering temperatures between 1400 and 1600 ° C. are typical for green sheets containing aluminum oxide. Other ceramic materials such as silicon nitride, aluminum nitride and silicon carbide require higher sintering temperatures such as 1700 to 2200 ° C. 750 to 9 for green sheets with glass-ceramic particles
Sintering temperatures in the range of 50 ° C are typical. Glass particles are generally about 350 to 70
A sintering temperature in the range of 0 ° C is required. Finally, the metal particles require a sintering temperature of 550 to 1700 ° C., depending on the metal in question.
【0065】
典型的には、デバイスは使用する材料に応じて約4時間から約12時間または
それ以上の間、焼成する。一般に、焼成は、構造から有機材料を除去し、無機粒
子を完全に焼結するために十分な持続時間を有していなければならない。特に、
ポリマーがグリーンシートや室温接着剤に結合剤として存在する。焼成は、これ
らのポリマーを分解し、多層構造から除去するのに十分な温度と持続時間を有し
ていなければならない。Typically, the device is fired for about 4 hours to about 12 hours or more, depending on the materials used. In general, the calcination should have sufficient duration to remove organic material from the structure and completely sinter the inorganic particles. In particular,
The polymer is present as a binder in the greensheet and room temperature adhesive. Baking must be of sufficient temperature and duration to decompose these polymers and remove them from the multilayer structure.
【0066】
典型的には、多層構造は焼成工程中に空間の減少をこうむる。結合剤バムアウ
ト段階では、約0.5から1.5%の小さな空間の減少が通常みられる。それよ
り高温では、焼結段階で、約14から17%のさらなる空間の減少が典型的にみ
られる。Typically, multi-layer structures suffer space reduction during the firing process. A small space reduction of about 0.5 to 1.5% is usually seen in the binder bumout stage. At higher temperatures, a further space reduction of about 14 to 17% is typically seen during the sintering stage.
【0067】
一方、焼成による空間変化は制御することができる。特に、グリーンシートや
厚膜ペーストのような2つの材料における空間変化を調和(match)させるため
に、(1)粒子サイズと、(2)焼成工程中に除去される結合剤のような有機成
分のパーセンテージを調和するべきである。さらに、この空間変化は正確に調和
させる必要がないが、不調和(mismatch)によりデバイスに内部応力が生じる。
しかし、対称処理、すなわち、デバイスの対向位置に同一の材料または構造を配
置することで、ある程度、収縮した不調和の材料に対する補償をすることができ
る。焼結温度または空間変化における大きな不調和により、デバイスの部分ある
いは全体に欠陥や破損を生じる。例えば、デバイスは個々の層に分離し、または
そらせたり、ゆがめたりしてもよい。On the other hand, the spatial change due to firing can be controlled. In particular, (1) particle size and (2) organic components such as binders removed during the firing process to match spatial changes in two materials such as green sheets and thick film pastes. The percentages of should be in harmony. Furthermore, this spatial variation does not have to be exactly matched, but mismatches cause internal stresses in the device.
However, a symmetrical treatment, i.e. placing the same material or structure at opposite locations of the device, can provide some compensation for the contracted and anharmonic material. Large discrepancies in sintering temperature or spatial variations result in defects or breakage in parts or all of the device. For example, the device may be separated into individual layers, or may be deflected or warped.
【0068】
前述したように、グリーンシート層に加えられる非類似の如何なる材料も同時
焼成(co−fire)される。このような非類似材料は厚膜ペーストとして、または
他のグリーンシート層として加えることができ、あるいは製造工程の後に、すな
わち焼結後に加えることができる。同時焼成の利点は、加えた材料をグリーンシ
ート層に焼結して、実質的にモノリシックな微流体デバイスに一体化されること
である。しかしながら、同時焼成可能であるためには、加えられた材料はグリー
ンシート層と調和する焼結温度と空間の変化を有していなければならない。焼結
温度は材料に大いに依存するので、焼結温度を調和するには材料の適切な選択が
必要である。例えば、銀は電気的に導通する通路を適用するのに好ましい材料で
あるが、もしグリーンシート層が1400から1600℃の範囲の焼結温度を必
要とするアルミニウム粒子を含んでいる場合、銀の融点(961℃)が比較的低
いことにより、プラチナのような他の金属を使用しなければならない。As mentioned above, any dissimilar material added to the greensheet layer is co-fired. Such dissimilar materials can be added as a thick film paste, or as another green sheet layer, or can be added after the manufacturing process, ie after sintering. The advantage of co-firing is that the added material is sintered into a greensheet layer to be integrated into a substantially monolithic microfluidic device. However, to be co-fireable, the added material must have a variation in sintering temperature and space that is consistent with the greensheet layer. Since the sintering temperature depends greatly on the material, proper selection of the material is necessary to match the sintering temperature. For example, silver is a preferred material for applying electrically conducting passages, but if the greensheet layer contains aluminum particles that require a sintering temperature in the range of 1400 to 1600 ° C, silver Due to the relatively low melting point (961 ° C.), other metals such as platinum must be used.
【0069】
代案として、他の基板の追加または2つの燒結後部品の接合は、ここで概説し
たような広範な接着技術を使用して行うことができる。例えば、デバイスの2つ
の「半分(half)」は互いに接着または融着することができる。例えば、特定の
検出台(detection platform)や、ヒドロゲルのような試薬混合物、高温で安
定しない生物学的成分を2つの半部間に挟むことができる。代案として、開口溝
やウェルを有するセラミックデバイスを作製し、該デバイスに追加の基板や材料
を設置し、他の材料でシールしてもよい。Alternatively, the addition of another substrate or the joining of two post-sintered components can be done using a wide range of bonding techniques as outlined herein. For example, the two "halfs" of the device may be glued or fused together. For example, a particular detection platform, a reagent mixture such as a hydrogel, or biological components that are not stable at high temperatures can be sandwiched between the two halves. Alternatively, a ceramic device with open trenches or wells may be fabricated, additional substrates or materials placed on the device, and sealed with other materials.
【0070】 特に好ましい基板は、顕微鏡スライドのようなガラスである。[0070] A particularly preferred substrate is glass such as a microscope slide.
【0071】
好ましい実施形態では、固体基板は、複数の目標検出物を含む単一試料を取り
扱うように形成される。すなわち、単一試料をデバイスに加え、該試料を等分し
て平行処理し検出物を検出してもよいし、あるいは連続的に処理し、個々の目標
検出物を連続的に検出してもよい。さらに、試料を周期的、またはインラインサ
ンプリングのために異なる位置から除去してもよい。In a preferred embodiment, the solid substrate is formed to handle a single sample containing multiple target analytes. That is, a single sample may be added to the device and the sample may be divided into equal parts and processed in parallel to detect a detected substance, or continuously processed to detect individual target detected substances continuously. Good. In addition, the sample may be removed periodically or at different locations for in-line sampling.
【0072】
好ましい実施形態では、個体基板は1または複数の目標検出物を含む複数の試
料を取り扱うように形成されている。一般に、この実施形態では、各試料は個別
に取り扱う。すなわち、操作と分析は並行して行い、それらの間に接触や汚染が
ないことが好ましい。代案として、共通のいくつかの工程があってもよい。例え
ば、異なる試料を別個に処理するが、単一の検出台上で目標検出物の全てを検出
することが望ましい。In a preferred embodiment, the solid substrate is configured to handle multiple samples containing one or more target analytes. Generally, in this embodiment, each sample is handled individually. That is, it is preferable that the operation and the analysis are performed in parallel and there is no contact or contamination between them. As an alternative, there may be several steps in common. For example, it is desirable to process different samples separately, but to detect all of the target analytes on a single detection platform.
【0073】
さらに、ここになされた全ての議論は微小溝とウェルを備えたほぼ平坦な基板
を使用することに向けられているが、他の形状も使用することができる。例えば
、2またはそれ以上の平坦な基板を積み重ねて3次元デバイスを製造することも
でき、それは1つの平面内またはそれらの平面間に流れる微小溝を有する。同様
に、ウェルは2またはそれ以上の基板間にまたがってより大きな空間の試料を許
容することができる。例えば、基板の両側をエッチングして微小溝を形成するこ
とができる。例えば、米国特許第5603351号および第5681484号を
参照。これらは参照することでここに組み入れる。Furthermore, all discussion made here is directed to using a substantially flat substrate with microgrooves and wells, but other geometries can be used. For example, two or more flat substrates can be stacked to produce a three-dimensional device, which has microgrooves flowing in one plane or between those planes. Similarly, wells can allow a larger volume of sample to span between two or more substrates. For example, both sides of the substrate can be etched to form microgrooves. See, for example, US Pat. Nos. 5,603,351 and 5,681,484. These are incorporated herein by reference.
【0074】
本発明のバイオチップ基板は、アレイ形式で取り付けられた捕獲結合リガンド
(capture binding ligands)を有する。ここで「アレイ」または「バイオチ
ップ」は、複数の捕獲結合リガンド、好ましくはアレイ形式の核酸を意味し、ア
レイのサイズは組成およびアレイの最終使用に依存する。ここでなされる議論の
大部分は、捕獲プローブを備えた核酸アレイの使用に向けられているが、本発明
の範囲を限定することを意味しない。他のタイプの捕獲結合リガンド(蛋白質等
)を使用することができる。The biochip substrate of the present invention has capture binding ligands attached in an array format. By “array” or “biochip” herein is meant a plurality of capture binding ligands, preferably nucleic acids in array form, the size of the array depending on the composition and end use of the array. Most of the discussion made here is directed to the use of nucleic acid arrays with capture probes, but is not meant to limit the scope of the invention. Other types of capture binding ligands (such as proteins) can be used.
【0075】
核酸アレイは当業者に公知であり、多くの方法で分類することができ、整列(
ordered)アレイ(例えば、別個の位置で化学作用(chemistries)を解明(reso
lve)する能力)とランダムアレイとを含む。整列アレイは、写真石版技術(登
録商標Affymetrix GeneChip)、スポッティング技術(Synteiその他)、印刷技
術(Hewlette Packard and Rosetta)、3次元「ゲルパッド」アレイ等を使
用して行うものを含むが、これらに限定されるものではない。アレイのサイズは
変化させることができる。2から多数の異なる捕獲プローブを有するアレイが作
られると、非常に大きなアレイが可能となる。一般に、アレイは2から100,
000からなり、約400から約1000が最も好ましく、約1000が特に好
ましい。アレイは「アドレス可能」なものとして分類することができる。これは
、アレイの個々の要素はxy座標を正確に規定し、これにより所定のアレイ要素
をピンポイントすることができることを意味する。Nucleic acid arrays are known to those of skill in the art and can be sorted in a number of ways and aligned (
ordered) array (eg, resolving chemistries at discrete locations (reso
lve) ability) and a random array. Aligned arrays include, but are not limited to, those using photolithography (registered trademark Affymetrix GeneChip), spotting technology (Syntei and others), printing technology (Hewlette Packard and Rosetta), 3D "gel pad" arrays, etc. It is not something that will be done. The size of the array can vary. When arrays with 2 to many different capture probes are made, very large arrays are possible. Generally, an array is 2 to 100,
000, with about 400 to about 1000 being most preferred and about 1000 being especially preferred. Arrays can be classified as "addressable". This means that the individual elements of the array precisely define the xy coordinates, which allows a given array element to be pinpointed.
【0076】
本発明は、バイオチップ18を使用してアッセイを行うのに有利に使用される
。当業者で使用されているバイオチップは、生物学的結合対の1つのメンバーか
らなる生体分子のアレイまたはマイクロアレイ、好ましくは整列アレイ、さらに
好ましくは整列およびアドレス可能アレイを含む基板を包含する。典型的には、
このようなアレイは、生物学的試料に存在すると期待される少なくとも1つの配
列に相補するヌクレオチド配列からなるオリゴヌクレオチドアレイである。代案
として、ペプチドまたは他の小さな分子をバイオチップに配列して、免疫分析(
ここで整列分子は抗原である)を行い、あるいは生物学的受容体(ここで、整列
分子は前記受容体のガンド、作用薬または拮抗薬である)を分析することができ
る。The present invention is advantageously used to perform assays using biochip 18. Biochips used in the art include substrates comprising arrays or microarrays of biomolecules consisting of one member of a biological binding pair, preferably aligned arrays, more preferably aligned and addressable arrays. Typically,
Such an array is an oligonucleotide array consisting of a nucleotide sequence complementary to at least one sequence expected to be present in a biological sample. Alternatively, peptides or other small molecules can be arrayed on a biochip for immunoassay (
Here the alignment molecule can be an antigen, or a biological receptor (where the alignment molecule is a gand, agonist or antagonist of said receptor) can be analyzed.
【0077】
バイオチップの1つの有益な特徴は、生体分子をバイオチップの表面に取り付
ける方法である。従来、このような方法は、複数の反応工程を有し、固体サポー
ト(solid support)それ自身の化学的修飾(chemical modification)が必要
であった。固体サポート上に存在するヒドロゲルのような吸収マトリックス(ad
sorption)を有する実施形態では、生体分子で共有結合を形成することができる
化学的機能を提供するために、ゲルポリマーの化学的修飾が必要である。付着作
用(attachment chemistry)の効率および形成された化学的結合の強度は、マ
イクロアレイの製造および最終的性能に不可欠(critical)である。One beneficial feature of biochips is the method of attaching biomolecules to the surface of the biochip. In the past, such methods had multiple reaction steps and required chemical modification of the solid support itself. A hydrogel-like absorbent matrix (ad
In embodiments having sorption), chemical modification of the gel polymer is required to provide the chemical function capable of forming covalent bonds with biomolecules. The efficiency of attachment chemistry and the strength of the chemical bonds formed are critical to the fabrication and ultimate performance of the microarray.
【0078】
重合ヒドロゲルおよびゲルパッドは、生体分子の表面に接着する結合層として
使用される。生体分子は、蛋白質、ペプチド、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレ
オチドおよび大きな核酸断片を含むが、これらに限定されるものではない。オリ
ゴヌクレオチドプローブは、ヒドロゲルの連続層の表面またはゲルパッドのアレ
イに結合してもよい。本発明の装置とともに使用するバイオチップからなるゲル
パッドは、薄シートまたは平板(slab)として都合よく製造され、典型的には、
アクリルアミドモノマーの溶液、メチレンビスアクリアミドのような架橋剤、お
よびN,N,N´,N´−テトラメチルエチレンジアミド(TEMED)のよう
な触媒の溶液と、化学重合用アンモニウム過硫酸塩、または光重合用2,2−ジ
メトキシ−2−フェニル−アセトフェノン(DMPAP)のような開始剤とを、
スペーサを使用して2つのガラス面(例えば、ガラス板または顕微鏡スライド)
の間に設置し、所望の厚さの重合ゲルを得る。一般に、アクリルアミドモノマー
と架橋剤を、水/グリセロール中で約4−5%のアクリルアミド(19/1のア
クリルアミド/ビスアクリルアミド比を有する)の溶液内で調製し、僅かな量の
開始剤を加える。この溶液を、紫外線(UV)放射(例えば、少なくとも約15
分、254nm、または他の適切なUV条件、集合的に「光重合」とよぶ)、ま
たは高温(例えば典型的には約40℃)での熱イニシエーションのいずれかによ
り、重合し架橋する。重合および架橋の後、上のガラススライドを表面から除去
し、ゲルを取り出す。ゲルの孔のサイズ(すなわち「篩特性(sieving propert
y)」)は、架橋剤の量とモノマー溶液中の固形物パーセントを変更することで
制御する。孔のサイズは重合温度を変更することによっても制御することができ
る。Polymerized hydrogels and gel pads are used as tie layers that adhere to the surface of biomolecules. Biomolecules include, but are not limited to, proteins, peptides, oligonucleotides, polynucleotides and large nucleic acid fragments. Oligonucleotide probes may be attached to the surface of a continuous layer of hydrogel or an array of gel pads. Gel pads consisting of biochips for use with the devices of the invention are conveniently manufactured as thin sheets or slabs, typically
A solution of acrylamide monomer, a crosslinker such as methylenebisacryamide, and a solution of a catalyst such as N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamide (TEMED), and ammonium persulfate for chemical polymerization, or An initiator such as 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenone (DMPAP) for photopolymerization,
Two glass surfaces using spacers (eg glass plate or microscope slide)
It is installed between the two to obtain a polymer gel having a desired thickness. Generally, the acrylamide monomer and crosslinker are prepared in a solution of about 4-5% acrylamide (having an acrylamide / bisacrylamide ratio of 19/1) in water / glycerol and a small amount of initiator is added. The solution is exposed to ultraviolet (UV) radiation (eg, at least about 15
Minutes, 254 nm, or other suitable UV conditions, collectively referred to as “photopolymerization”), or thermal initiation at elevated temperatures (eg, typically about 40 ° C.) to polymerize and crosslink. After polymerization and crosslinking, the top glass slide is removed from the surface and the gel removed. The pore size of the gel (ie “sieving propert”
y) ”) is controlled by varying the amount of crosslinker and the percent solids in the monomer solution. Pore size can also be controlled by changing the polymerization temperature.
【0079】
生体分子用の結合層として使用される本発明の重合ヒドロゲルアレイ(すなわ
ちパターンゲル(patterned gel))のポリアクリルアミドの実施形態の製造に
おいて、アクリルアミド溶液は、典型的には、UV重合/架橋工程中にマスクを
介してイメージ(image)する。上のガラススライドを重合後に取り除き、未重
合モノマーを水で洗い流し(現像し)、ポリアクリルアミドヒドロゲルの細微な
特徴パターンを残し、これを架橋ポリアクリルアミドヒドロゲルパッドを製造す
るのに使用する。さらに、半導体工業で知られている石版技術を適用する場合、
ポリアクリルアミドヒドロゲルの表面上の個々の位置に光を照射し、これらの特
定位置を活性化し、オリゴヌクレオチド、抗体、抗原、ホルモン、ホルモン受容
体、リガンドまたは多糖類を固形サポート(例えば、国際出願公開第WO91/
07087参照。これは参照することでここに組み入れる。)の表面(例えばポ
リアクリルアミドヒドロゲル表面)に付着させる。In the manufacture of polyacrylamide embodiments of polymerized hydrogel arrays (ie, patterned gels) of the present invention for use as tie layers for biomolecules, the acrylamide solution is typically UV polymerized / Image through the mask during the crosslinking process. The upper glass slide is removed after polymerization and the unpolymerized monomer is rinsed (developed) with water, leaving a fine pattern of polyacrylamide hydrogels, which is used to make crosslinked polyacrylamide hydrogel pads. Furthermore, when applying the lithographic technology known in the semiconductor industry,
Irradiate individual locations on the surface of polyacrylamide hydrogels to activate these specific locations and provide solid support for oligonucleotides, antibodies, antigens, hormones, hormone receptors, ligands or polysaccharides (eg, international application publications). WO91 /
See 07087. It is incorporated herein by reference. A) surface (eg polyacrylamide hydrogel surface).
【0080】
ポリアクリルアミドを使用するヒドロゲル基アレイには、(オリゴヌクレオチ
ドのような)生体分子は、生体分子と同属化学基からなる派生ポリマー(deriva
tized polymer)との間にアミド、エステル、または二硫化結合剤を形成するこ
とによって、電子対を共有して(covalently)付着させる。生体分子のポリマー
への共有付着は、通常、ポリマーの重合化および化学架橋が完了した後に行う。In hydrogel-based arrays using polyacrylamide, biomolecules (such as oligonucleotides) are derived polymers (deriva) that consist of chemical groups that are homologous to the biomolecule.
The electron pair is covalently attached by forming an amide, ester, or disulfide bond with the tized polymer). Covalent attachment of biomolecules to polymers is typically done after polymerisation and chemical crosslinking of the polymer is complete.
【0081】
代案として、5´−最終アクリルアミド修飾を支持するオリゴヌクレオチドを
使用することができる。それは、アクリルアミドモノマーと有効に共重合して、
DNA−含有ポリアクリルアミド共重合を形成する(Rehmanら、1999,Nucl
eic Acids Research27:649−655)。この試みを使用して、安定プロ
ーブ含有層を、露出したアクリル基を有するサポート(例えばマイクロチター(
microtiter)プレートやシラナイズド(silanized)ガラス)上に製作すること
ができる。この試みは、市販の「Acrydite(登録商標)」捕獲プローブ(メリー
ランド州ボストンにあるMosaic Technologiesから入手できる)を利用する。Ac
ryditeの部分(moiety)は、アクリルアミドと遊離基共重合が可能なエチレン基
を有するフォスポルアミダイト(phosporamidite)であり、標準DNAシンセサ
イザーで、オリゴヌクレオチドプローブの5´ターミナル(terminus)で共重合
基を導入するのに使用することができる。Alternatively, an oligonucleotide that supports the 5'-final acrylamide modification can be used. It effectively copolymerizes with acrylamide monomer,
Form DNA-containing polyacrylamide copolymers (Rehman et al., 1999, Nucl.
eic Acids Research 27: 649-655). Using this approach, the stable probe-containing layer is supported by a support having exposed acrylic groups (eg, microtiter (
It can be manufactured on microtiter plates or silanized glass). This approach utilizes a commercially available "Acrydite®" capture probe (available from Mosaic Technologies, Boston, MD). Ac
The rydite moiety is a phosporamidite that has an ethylene group capable of free radical copolymerization with acrylamide. Can be used to introduce.
【0082】
図1を参照すると、バイオチップからなるハイブリダイゼーション室10を提
供し、該ハイブリダイゼーション室10は、第1面12と該第1面12に対向す
る第2面13を有する基板11と、接着層15によって第1基板面12に取り付
けられた可撓層16とからなっている。第1面12には、領域14が接着層15
によって結合され、可撓層16によって被覆されている。可撓層16、接着層1
5および第1基板面12は、空間(volume)25を規定している。領域14に対
する空間25の比は、好ましくは、約0.025mL/mm2から約0.25m
L/mm2、好ましくは約0.1mL/mm2から約0.25mL/mm2、さ
らに好ましくは約0.1mL/mm2から約0.2mL/mm2である。Referring to FIG. 1, a hybridization chamber 10 including a biochip is provided, and the hybridization chamber 10 includes a substrate 11 having a first surface 12 and a second surface 13 facing the first surface 12. , A flexible layer 16 attached to the first substrate surface 12 by an adhesive layer 15. The area 14 is provided on the first surface 12 with an adhesive layer 15
Bound by and covered by the flexible layer 16. Flexible layer 16, adhesive layer 1
5 and the first substrate surface 12 define a volume 25. The ratio of space 25 to area 14 is preferably about 0.025 mL / mm 2 to about 0.25 m.
L / mm 2 , preferably about 0.1 mL / mm 2 to about 0.25 mL / mm 2 , and more preferably about 0.1 mL / mm 2 to about 0.2 mL / mm 2 .
【0083】
図3に示すように、領域14の可撓層16と第1基板面12の間には、複数の
生体分子が配設されている。好ましい実施形態では、複数の生体分子は、生体分
子のアレイ17からなり、該アレイは好ましくは第1基板面12に付着している
。アレイ17はさらにゲルパッド22を有するのが好ましい。代案の好ましい実
施形態では、アレイ17はポリアクリルアミドの連続層に設置されている。図2
は、アレイ17の一部の分解断面図であり、ゲルパッド22を示す。各ゲル構造
22は好ましくは円柱形で、さらに好ましくは約113ミクロンの径と、約25
ミクロンの厚さを有する。各アレイ17内の各部位間の距離は、好ましくは約3
00ミクロンである。As shown in FIG. 3, a plurality of biomolecules are arranged between the flexible layer 16 in the region 14 and the first substrate surface 12. In a preferred embodiment, the plurality of biomolecules comprises an array 17 of biomolecules, which array is preferably attached to the first substrate surface 12. Array 17 preferably further comprises a gel pad 22. In an alternative preferred embodiment, the array 17 is arranged in successive layers of polyacrylamide. Figure 2
FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of a part of the array 17, showing the gel pad 22. Each gel structure 22 is preferably cylindrical in shape, more preferably about 113 microns in diameter and about 25 microns.
It has a thickness of micron. The distance between each site in each array 17 is preferably about 3
It is 00 microns.
【0084】
水溶性化合物層28は、約30から約60℃、好ましくは約35から約50℃
、さらに好ましくは約35から約45℃の融点を有するが、第1基板面12、可
撓層16および接着層15によって境界づけられた空間25に配置されている。
好ましくは、水溶性化合物は生物学的適合性であり、可撓層16に付着せず、ゲ
ルパッド22への機械的損傷を防止するのに役立つ。この化合物は、任意数の材
料からなるが、グリコールポリマーのようなポリマー、デキストラン、糖および
他の炭水化物が好ましい。好ましい実施形態では、化合物は、ポリエチレングリ
コール、好ましくはポリエチレングリコール600である。化合物28は、全空
間25がアレイ17によって占有されている部分を除き化合物28からなるよう
に設置されている。The water-soluble compound layer 28 is about 30 to about 60 ° C., preferably about 35 to about 50 ° C.
More preferably, it has a melting point of about 35 to about 45 ° C., but is located in the space 25 bounded by the first substrate surface 12, the flexible layer 16 and the adhesive layer 15.
Preferably, the water-soluble compound is biocompatible, does not adhere to the flexible layer 16 and helps prevent mechanical damage to the gel pad 22. The compound may be composed of any number of materials, but polymers such as glycol polymers, dextran, sugars and other carbohydrates are preferred. In a preferred embodiment, the compound is polyethylene glycol, preferably polyethylene glycol 600. Compound 28 is set up to consist of compound 28 except where the entire space 25 is occupied by array 17.
【0085】
アレイ17は、マーキングを設けることによって面12に配置することができ
る。マーキングは、好ましくは面12に設けたホールまたはピットであるが、ア
レイ17を正確に配置するための面12上の基準点または参照点として作用する
。前記基準点の存在は、面12上の1または複数の領域14に複数のアレイ17
を有する実施形態において特に有利である。ここで、前記アレイの正確な設置は
、ハイブリダイゼーション室にアレイを適切に配置し方位するのに必要である。The array 17 can be arranged on the surface 12 by providing markings. The markings, which are preferably holes or pits in the surface 12, act as reference or reference points on the surface 12 for the precise placement of the array 17. The presence of the reference points results in a plurality of arrays 17 in one or more areas 14 on surface 12.
Is particularly advantageous in the embodiment having Here, the correct placement of the array is necessary for proper placement and orientation of the array in the hybridization chamber.
【0086】
好ましい実施形態では、第1ポート19と第2ポート20が、図7に示すよう
に、可撓層16を貫通して延びている。第1ポート19は、入力ポートとして作
用し、第1開口29が第1面12に接着層15によって境界づけられた領域14
に設けられるように、可撓層16に配置されている。第2ポート20は、出口ポ
ートとして作用し、第1開口31が第1面12上の接着層15によって境界づけ
られる領域14内で開口するように、可撓層16に設けられている。ポート19
と20の開口は、着脱可能なカバー21によって覆うようにしてもよい。好まし
い実施形態では、取り換え可能なカバー21は、ストッパー、ガスケット、テー
プであり、好ましくは箔テープである。これらの好ましい実施形態では、1また
は複数の第1ノッチ70は、該第1ノッチ70が第1接着層15によって境界づ
けられた第1基板面12上の領域14と直接連通するように、第1接着層15に
切り込まれている。第2ノッチ72は、接着層15の第1ノッチ70のサイズと
位置に対応する位置において、可撓層16に切り込まれ、これにより1または複
数のポートを形成する。特に好ましい実施形態では、接着層74のリングは各第
2ノッチ72の周囲に配置される。これにより、接着リング74の内周は第2ノ
ッチ72の外周と同一の広がり(coextensive)を有する。好ましくは、第1ノ
ッチ70と第2ノッチ72は、形状が円で、接着リング74の内径と等しい径を
有する。好ましくは、接着リング74の内径および外径は、ピペットの先端と密
着シールを形成するように選択される。代案の好ましい実施形態では、第2接着
層76は、第1基板面12上の涼気14を覆わずに、かつ、第1ポート19と第
2ポート20を規定しないように、可撓層16の一部に配置されている。この実
施形態では、装置はさらに第1接着層15と同じ方法でダイカットされて窓58
を形成するように、標識層57を有する。窓は、第1基板面12上の領域14に
位置が対応し、第2接着層76に適用される。この実施形態では、1または複数
の第3ノッチ78が第2接着層76に切り込まれ、これにより第3ノッチ78は
形状、サイズおよび位置において第1ノッチ70と第2ノッチ72に対応する。
第4ノッチ80は、第1ノッチ70、第2ノッチ72、第3ノッチ78に対応す
る形状と位置を有するが、標識層57に切り込まれている。第4ノッチ80の径
は、第1ノッチ70、第2ノッチ72、第3ノッチ78の径より大きいことが好
ましく、これにより、装置が組み立てられた後に第2接着層76の一部が第4ノ
ッチ80によって露光される。好ましくは、第2接着層76の露光位置はピペッ
トの形状とサイズに相当する。In the preferred embodiment, the first port 19 and the second port 20 extend through the flexible layer 16 as shown in FIG. The first port 19 acts as an input port and the region 14 where the first opening 29 is bounded to the first surface 12 by the adhesive layer 15.
Is disposed on the flexible layer 16 so as to be provided on the flexible layer 16. The second port 20 acts as an outlet port and is provided in the flexible layer 16 such that the first opening 31 opens in the region 14 bounded by the adhesive layer 15 on the first surface 12. Port 19
The openings of 20 and 20 may be covered by a removable cover 21. In a preferred embodiment, the replaceable cover 21 is a stopper, gasket, tape, preferably foil tape. In these preferred embodiments, one or more first notches 70 are provided such that the first notches 70 are in direct communication with the region 14 on the first substrate surface 12 bounded by the first adhesive layer 15. 1 is cut into the adhesive layer 15. The second notch 72 is cut into the flexible layer 16 at a location corresponding to the size and location of the first notch 70 in the adhesive layer 15, thereby forming one or more ports. In a particularly preferred embodiment, a ring of adhesive layer 74 is arranged around each second notch 72. As a result, the inner periphery of the adhesive ring 74 is coextensive with the outer periphery of the second notch 72. Preferably, the first notch 70 and the second notch 72 are circular in shape and have a diameter equal to the inner diameter of the adhesive ring 74. Preferably, the inner and outer diameters of the adhesive ring 74 are selected to form a tight seal with the pipette tip. In an alternative preferred embodiment, the second adhesive layer 76 of the flexible layer 16 does not cover the cool air 14 on the first substrate surface 12 and does not define the first port 19 and the second port 20. It is located in part. In this embodiment, the device is further die cut in the same manner as the first adhesive layer 15 into the window 58.
So as to form a marker layer 57. The window corresponds in position to the region 14 on the first substrate surface 12 and is applied to the second adhesive layer 76. In this embodiment, one or more third notches 78 are cut into the second adhesive layer 76 so that the third notches 78 correspond in shape, size and position to the first notches 70 and the second notches 72.
The fourth notch 80 has a shape and position corresponding to the first notch 70, the second notch 72, and the third notch 78, but is cut into the marking layer 57. The diameter of the fourth notch 80 is preferably larger than the diameters of the first notch 70, the second notch 72, and the third notch 78, so that after the device is assembled, a part of the second adhesive layer 76 may be the fourth. It is exposed by the notch 80. Preferably, the exposure position of the second adhesive layer 76 corresponds to the shape and size of the pipette.
【0087】
本発明の代案の実施形態では、第1ポート19と第2ポート20は、可撓層1
6よりもむしろ、基板11を貫通して延びている。図示した実施形態は、共有に
かかる同時継続の特許出願第09/464490号に記載され、それは参照する
ことでここに組み入れる。本発明の好ましい実施形態では、第1基板面12上の
領域14は、該領域14の対角方向に対向するコーナーに体格2つの丸いエッジ
を備えるとともに、領域14の残りの対角方向に対向するコーナーで2つの90
°の角度を備えている正方形または矩形である。好ましくは、第1ポート19ま
たは第2ポート20が可撓層16を貫通して延びるとき、第1接着層15の第1
ノッチ70は、図7に示すように、領域14の先鋭なエッジで切り込まれている
。これらの実施形態は、コーナーを排除した結合構造からなるので特に好まれ、
領域14に気泡の形成を防止することで有益である。In an alternative embodiment of the invention, the first port 19 and the second port 20 are
Rather than 6, it extends through the substrate 11. The illustrated embodiment is described in co-owned and co-pending patent application 09 / 464,490, which is incorporated herein by reference. In a preferred embodiment of the invention, the region 14 on the first substrate surface 12 comprises two rounded edges of physical size at the diagonally opposite corners of the region 14 and the remaining diagonally opposite regions 14 of the region 14. Two 90s at the corner
A square or rectangle with an angle of °. Preferably, when the first port 19 or the second port 20 extends through the flexible layer 16, the first of the first adhesive layer 15 is first.
Notch 70 is cut at the sharp edge of region 14, as shown in FIG. These embodiments are particularly preferred as they consist of a bonded structure with corners eliminated,
It is beneficial to prevent the formation of bubbles in region 14.
【0088】
基板11は、任意の固形サポート物質から製作されるが、その物資は、金属、
セラミックおよびガラスを含むが、これらに限定されるものではない。好ましく
は、基板11は、シリコンまたはガラス(正確と剛性のため)、成形プラスチッ
ク(製造コストと熱慣性を減少する)、またはセラミック(一体加熱要素をフィ
組む微小流体要素のため)から作製されている。好ましくは、基板はガラスであ
る。The substrate 11 is made of any solid support material, the material of which is metal,
Includes, but is not limited to, ceramics and glasses. Preferably, the substrate 11 is made of silicon or glass (for accuracy and rigidity), molded plastic (reducing manufacturing costs and thermal inertia), or ceramic (for microfluidic elements that fit together integral heating elements). There is. Preferably the substrate is glass.
【0089】
接着層15は、基板11と可撓層16の間に水密結合を行うのに適した接着剤
を使用する。該接着剤は、高温アクリル樹脂、ゴム基接着剤およびシリコン基接
着剤を含むが、これに限定されるものではない。接着層15の形状はアレイ17
を含むように形成する。接着層15は、所望の形状に領域14を形成するパター
ンで第1基板面12に設置することができるが、好ましくは長円領域14である
。接着層15はインクジェット印刷やオフセット印刷法を使用して、あるいは接
着剤のシートから所望の形状をダイカッティングして設置することができる。さ
らに、第1基板面12のほぼ全体部分を接着剤で被覆し、接着剤を保持すること
を望まない基板の部分は例えば紫外線硬化により硬化させることができる。これ
らの実施形態では、接着特性を保有する部分はマスクを使用して規定し、可撓層
16を面12に付着させるのに必要な接着特性を保持する。ダイカット接着剤を
使用する実施形態では、接着剤は両面接着テープ、好ましくはキャリアのない両
面接着テープである。接着層15は、1から100mm厚、好ましくは25から
50mm厚、さらに好ましくは約50mm厚の層に設置することが好ましい。The adhesive layer 15 uses an adhesive suitable for forming a watertight bond between the substrate 11 and the flexible layer 16. The adhesives include, but are not limited to, high temperature acrylics, rubber based adhesives and silicone based adhesives. The shape of the adhesive layer 15 is array 17
To be formed. The adhesive layer 15 can be provided on the first substrate surface 12 in a pattern that forms the region 14 in a desired shape, but is preferably the elliptical region 14. The adhesive layer 15 can be installed by using inkjet printing or offset printing, or by die cutting a desired shape from a sheet of adhesive. Further, substantially the entire portion of the first substrate surface 12 may be coated with an adhesive, and those portions of the substrate where it is not desired to retain the adhesive may be cured, for example by UV curing. In these embodiments, the portion that retains the adhesive properties is defined using a mask and retains the adhesive properties necessary to adhere the flexible layer 16 to the surface 12. In embodiments that use a die-cut adhesive, the adhesive is a double sided adhesive tape, preferably a carrierless double sided adhesive tape. The adhesive layer 15 is preferably applied in a layer having a thickness of 1 to 100 mm, preferably 25 to 50 mm, and more preferably about 50 mm.
【0090】
可撓層16は可撓性のある任意の固体物質で形成する。個体物質は、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン(サラン(商標)ラップとして販売
されている)を含むプラスチック、シリコンゴムを含むゴム、高温ポリエステル
、および多孔テフロン(商標)を含むが、これらに限定されるものではない。可
撓層16は、好ましくは生物学的適合性を有し、可撓層と基板の間に含まれる基
板から水が蒸発するのを防止するために、低透水性を有することが好ましい。可
撓層16はまた、光学的に透明(clear)であることが好ましく、8から12時
間、収縮することなく50から95℃の温度に耐えることができなければならな
い。好ましい実施形態では、可撓層はガス浸透膜である。可撓層16は、約5m
m2から約1400mm2、好ましくは約5mm2から約600mm2、さらに
好ましくは約100mm2から約600mm2の領域を被覆するのが好ましい。The flexible layer 16 is formed of any flexible solid material. Solid materials include, but are not limited to, polypropylene, polyethylene, plastics including polyvinylidene chloride (sold as Saran ™ wrap), rubber including silicone rubber, high temperature polyester, and porous Teflon ™. Not something. The flexible layer 16 is preferably biocompatible and preferably has low water permeability to prevent water from evaporating from the substrate contained between the flexible layer and the substrate. The flexible layer 16 is also preferably optically clear and must be able to withstand temperatures of 50 to 95 ° C. for 8 to 12 hours without shrinking. In a preferred embodiment, the flexible layer is a gas permeable membrane. Flexible layer 16 is about 5 m
It is preferred to cover an area of m 2 to about 1400 mm 2 , preferably about 5 mm 2 to about 600 mm 2 , and more preferably about 100 mm 2 to about 600 mm 2 .
【0091】
好ましい実施形態では、図5に示すように、本発明は標識層57を有する。標
識層57は、接着剤と同様にダイカットして、第1基板面12上の領域14に対
応する窓58を形成する。標識層は、接着層を有する厚膜、好ましくはAveryレ
ーザラベルが好ましい。標識層は好ましくは真空ラミネーションによって可撓層
の外面に付与する。In a preferred embodiment, the present invention has a marking layer 57, as shown in FIG. The marker layer 57 is die-cut like the adhesive to form the window 58 corresponding to the region 14 on the first substrate surface 12. The marking layer is preferably a thick film with an adhesive layer, preferably an Avery laser label. The marking layer is preferably applied to the outer surface of the flexible layer by vacuum lamination.
【0092】
第1基板面12上の領域に含まれるアレイ17は、水溶性化合物28で被覆さ
れる。この水溶性化合物28は、使用する前にバイオチップを保護し封止すると
ともに、アレイの退化その他の損傷を防止する。約30℃から約60℃、好まし
くは約35℃から約50℃、さらに好ましくは約35℃から約45℃の融点を有
する水溶性化合物28は、アレイ17と可撓層16の間の空間25を満たすのに
有利に使用される。好ましくは、この化合物は、ポリエチレングリコール、好ま
しくはポリエチレングリコール600である。本発明のハイブリダイゼーション
室10の特に好ましい特徴は、水溶性化合物28が空間25の全体を満たし、好
ましくは少なくとも入力ポート19の一部を満たすことである。これにより、空
間25に気泡が形成されるのが防止される。なぜなら、化合物28がまず溶融し
、ローラ40を使用して、ハイブリダイゼーション流体26中に気泡を生じるこ
となく、ハイブリダイゼーション流体26と混合するからである。空間25に気
泡がないことにより、スキャナー36または光パイプ37により検出される人為
的信号が最小化される。The array 17 included in the region on the first substrate surface 12 is coated with the water-soluble compound 28. This water-soluble compound 28 protects and seals the biochip prior to use, as well as prevents degeneration and other damage to the array. The water-soluble compound 28, which has a melting point of about 30 ° C. to about 60 ° C., preferably about 35 ° C. to about 50 ° C., and more preferably about 35 ° C. to about 45 ° C., forms a space 25 between the array 17 and the flexible layer 16. Advantageously used to meet. Preferably the compound is polyethylene glycol, preferably polyethylene glycol 600. A particularly preferred feature of the hybridization chamber 10 of the present invention is that the water-soluble compound 28 fills the entire space 25, preferably at least a portion of the input port 19. This prevents the formation of bubbles in the space 25. This is because compound 28 first melts and mixes with hybridization fluid 26 using rollers 40 without creating bubbles in hybridization fluid 26. The absence of air bubbles in space 25 minimizes the artifacts detected by scanner 36 or light pipe 37.
【0093】
ポートまたはホールは、ガラス基板の実施形態ではダイヤモンドドリルにより
、プラスチック基板の実施形態では打ち抜きまたは成形により、あるいはここの
概説するセラミック調製技術を使用して、基板11に形成することができる。こ
れは、例えば第1ポート19および第2ポート20が単一操作で形成される基板
を形成することで、ハイブリダイゼーション室の寸法の標準化を促進する。基板
11と着脱可能なカバー21は、ストリップまたは大シートとして設置すること
ができ、転がせて気泡の閉じ込みを防止することができる。可撓層16は、空気
の閉じ込みを防止するために真空ラミネーションを適用することができ、あるい
は接着層15と水溶性化合物28を処理した後に、基板11上に液体プラスチッ
クをスピニングしたり流動させ、続いて可撓層を硬化させることで設置すること
ができる。個々のハイブリダイゼーション室10は、例えば図6に示すようなダ
イヤモンドソーを使用して積層して形成することができる。Ports or holes can be formed in substrate 11 by diamond drilling in glass substrate embodiments, stamping or molding in plastic substrate embodiments, or using ceramic preparation techniques outlined herein. . This facilitates standardization of the dimensions of the hybridization chamber, for example by forming a substrate in which the first port 19 and the second port 20 are formed in a single operation. The substrate 11 and the removable cover 21 can be installed as a strip or a large sheet, and can be rolled to prevent air bubbles from enclosing. The flexible layer 16 can be applied with vacuum lamination to prevent entrapment of air, or after treating the adhesive layer 15 and the water-soluble compound 28, spinning or flowing liquid plastic onto the substrate 11. Then, it can be installed by subsequently curing the flexible layer. The individual hybridization chambers 10 can be formed by stacking, for example, using a diamond saw as shown in FIG.
【0094】
図6は、ハイブリダイゼーション室10を製作するための好ましい配置を示す
。ここで、可撓層16、接着層15、アンカット基板11および取り外し可能な
カバー21からなる交互層が設置され、ハイブリダイゼーション室は例えばダイ
ヤモンドソーや任意の製作工具を用いて積層層を切断することで製造される。シ
ール空間25は、切断工程中に生じるくずからアレイを保護する。FIG. 6 shows a preferred arrangement for making the hybridization chamber 10. Here, an alternate layer including the flexible layer 16, the adhesive layer 15, the uncut substrate 11 and the removable cover 21 is installed, and the hybridization chamber is cut into the laminated layers using, for example, a diamond saw or an arbitrary manufacturing tool. Manufactured by The sealed space 25 protects the array from debris created during the cutting process.
【0095】
本発明のハイブリダイゼーション室10の代案の実施形態は、可撓層16の下
の複数の領域14に規定された複数のアレイ17を包含する。各領域はアレイ1
7を有し、第1ポート19とオプションとして第2ポート20を供給されている
。これらの実施形態では、接着層15は各領域14を規定するパターンで第1基
板面12上に設置され、可撓層16は前記面上の領域14を包含するように接着
層15に当接されている。本発明のある実施形態では、アレイ17またはここに
記載したような複数のアレイ17を含むハイブリダイゼーション室10が製造さ
れる。ここで、1または複数の目標分子からなるハイブリダイゼーション流体2
6の添加により、使用の準備ができたハイブリダイゼーション室が提供される。
代案の実施形態では、ハイブリダイゼーション室10は、アレイ17なしに製造
され、ユーザがそのアレイ17を挿入できるようにする。これらの実施形態では
、可撓層16の少なくとも1つのエッジは第1基板面12に接着されていない。An alternative embodiment of the hybridization chamber 10 of the present invention includes a plurality of arrays 17 defined in a plurality of regions 14 under the flexible layer 16. Each area is array 1
7 and is supplied with a first port 19 and optionally a second port 20. In these embodiments, the adhesive layer 15 is disposed on the first substrate surface 12 in a pattern that defines each region 14, and the flexible layer 16 abuts the adhesive layer 15 to encompass the region 14 on said surface. Has been done. In one embodiment of the invention, a hybridization chamber 10 is manufactured that includes array 17 or a plurality of arrays 17 as described herein. Here, a hybridization fluid 2 composed of one or more target molecules
The addition of 6 provides a hybridization chamber ready for use.
In an alternative embodiment, the hybridization chamber 10 is manufactured without the array 17 to allow the user to insert the array 17. In these embodiments, at least one edge of flexible layer 16 is not adhered to first substrate surface 12.
【0096】
本発明のハイブリダイゼーション室10の使用においては、好ましくは目標核
酸を含む生物学的試料からなるある量のハイブリダイゼーション流体26を第1
ポート19を介してハイブリダイゼーション室に添加する。ハイブリダイゼーシ
ョン流体26をハイブリダイゼーション室に適用する前に、空間25を水溶性化
合物28の融点より高いまたは等しい温度まで加熱するのが好ましい。溶融する
と、ハイブリダイゼーション流体26をハイブリダイゼーション室に添加し、図
18に示すような水溶性化合物と混合することができる。水溶性化合物28は室
内のハイブリダイゼーションに影響を及ぼさないのが好ましい。さらにある量の
化合物28は、該化合物28が試料流体26と混合したときにハイブリダイゼー
ション効率が改良されるように、選択する。In use of the hybridization chamber 10 of the present invention, a first volume of hybridization fluid 26, preferably comprising a biological sample containing the target nucleic acid, is first provided.
Add to the hybridization chamber via port 19. Prior to applying the hybridization fluid 26 to the hybridization chamber, the space 25 is preferably heated to a temperature above or equal to the melting point of the water-soluble compound 28. Once melted, the hybridization fluid 26 can be added to the hybridization chamber and mixed with the water soluble compound as shown in FIG. The water-soluble compound 28 preferably does not affect the hybridization in the room. Further, an amount of compound 28 is selected such that when compound 28 is mixed with sample fluid 26, hybridization efficiency is improved.
【0097】
第2ポート20ではなく第1ポート19を有するハイブリダイゼーション室の
実施形態では、化合物28が溶融した後にハイブリダイゼーション流体をハイブ
リダイゼーション室に導入し、ハイブリダイゼーション流体を好ましくはピペッ
トを使用してハイブリダイゼーション室の内外に循環させるのが好ましい。これ
により、ハイブリダイゼーション流体26と化合物28が完全に混合してハイブ
リダイゼーション流体26がアレイ17の面上で均一に分布し、あるいは前記ア
レイのある実施形態からなるゲルパッド22に混合する。代案として、以下に詳
細に説明するように可撓層16を物理的に操作することによって、ハイブリダイ
ゼーション流体26をアレイ17の面上に均一に分布させ、またはゲルパッド2
2に混合させる。これらの実施形態では、ハイブリダイゼーションが完了した後
、図9に示すように、ハイブリダイゼーション流体26を除去し、好ましくはピ
ペットを使用して十分な量の洗浄液27をハイブリダイゼーション室の内外に循
環させることにより、アレイ17を洗浄する。第1ポート19と第2ポート20
の両方からなるハイブリダイゼーション室の実施形態では、化合物28が溶融し
た後、ハイブリダイゼーション流体をハイブリダイゼーション室に導入し、好ま
しくは少なくとも1つのピペットを使用してハイブリダイゼーション流体をハイ
ブリダイゼーション室の内外に循環させるのが好ましい。これにより、ハイブリ
ダイゼーション流体26と化合物28が完全に混合してハイブリダイゼーション
流体26がアレイ17の面上で均一に分布し、あるいは前記バイオチップのある
実施形態からなるゲルパッド22に混合する。次に、ハイブリダイゼーションを
達成するのに十分な時間と温度でハイブリダイゼーション室を培養(incubate)
することにより、ハイブリダイゼーションを行う。ハイブリダイゼーションが完
了すると、出口ポート20を介してハイブリダイゼーション流体26を除去し、
十分な量の洗浄液を付与し好ましくはピペットを使用してハイブリダイゼーショ
ン室の内外に循環させることで、バイオチップを洗浄する。これらの実施形態で
は、洗浄液を入力ポートを介して付与し、出口ポートを介して除去することで、
洗浄液を連続的に供給することができる。ある実施形態では、ハイブリダイゼー
ションされたアレイを含むバイオチップを、ハイブリダイゼーション室から除去
して成長(development)させ,必要に応じてさらに操作する。好ましい実施形
態では、ハイブリダイゼーションアレイを含むバイオチップを以下に説明するよ
うにもとの場所(in situ)で分析する。In an embodiment of the hybridization chamber having the first port 19 rather than the second port 20, the hybridization fluid is introduced into the hybridization chamber after the compound 28 has melted, and the hybridization fluid is preferably a pipette. It is preferable to circulate it in and out of the hybridization chamber. Thereby, the hybridization fluid 26 and the compound 28 are completely mixed so that the hybridization fluid 26 is evenly distributed on the surface of the array 17 or mixed with the gel pad 22 according to an embodiment of the array. Alternatively, the hybridization fluid 26 may be evenly distributed over the surface of the array 17 by physically manipulating the flexible layer 16 as described in detail below, or the gel pad 2
Mix to 2. In these embodiments, after the hybridization is complete, the hybridization fluid 26 is removed and a sufficient volume of wash solution 27 is circulated in and out of the hybridization chamber, preferably using a pipette, as shown in FIG. Thus, the array 17 is washed. First port 19 and second port 20
In a hybridization chamber embodiment consisting of both, after the compound 28 has melted, the hybridization fluid is introduced into the hybridization chamber and preferably at least one pipette is used to move the hybridization fluid into and out of the hybridization chamber. Circulation is preferred. As a result, the hybridization fluid 26 and the compound 28 are completely mixed and the hybridization fluid 26 is evenly distributed on the surface of the array 17, or mixed with the gel pad 22 according to the embodiment of the biochip. Then incubate the hybridization chamber for a time and temperature sufficient to achieve hybridization.
By doing so, hybridization is performed. When the hybridization is complete, the hybridization fluid 26 is removed through the outlet port 20,
The biochip is washed by applying a sufficient amount of washing solution and circulating it preferably into and out of the hybridization chamber using a pipette. In these embodiments, the cleaning liquid is applied via the input port and removed via the outlet port,
The cleaning liquid can be continuously supplied. In certain embodiments, the biochip containing the hybridized array is removed from the hybridization chamber for development and further manipulation if necessary. In a preferred embodiment, the biochip containing the hybridization array is analyzed in situ as described below.
【0098】
図1Bは、さらに加熱要素33を有する本発明のハイブリダイゼーション室1
0の有利な実施形態を示す。加熱要素33はさらに可撓層16の下の領域14を
ほぼ覆うようにハイブリダイゼーション室10の形状に適合した加熱面34を有
する。加熱要素33は、如何なる加熱手段でもよく、抵抗ヒータ、熱電気ヒータ
、マイクロ波吸収ヒータを含むが、これらに限定されるものではない。FIG. 1B shows a hybridization chamber 1 according to the invention with a heating element 33.
0 shows an advantageous embodiment of 0. The heating element 33 further comprises a heating surface 34 adapted to the shape of the hybridization chamber 10 so as to substantially cover the region 14 under the flexible layer 16. The heating element 33 may be any heating means, including, but not limited to, resistance heaters, thermoelectric heaters, microwave absorption heaters.
【0099】
本発明のハイブリダイゼーション室10は、該ハイブリダイゼーション室10
のハイブリダイゼーション流体26の温度を測定する熱伝対35または他の温度
検出または測定要素を有するのが有利である。これらの温度検出要素は、ハイブ
リダイゼーション流体26と洗浄溶液27の温度を制御するように加熱要素33
と結合するのが有利であり、以下に説明する温度に敏感な走査デバイス36のよ
うな他の要素を更正するのに使用することができる。The hybridization chamber 10 of the present invention is
It is advantageous to have a thermocouple 35 or other temperature sensing or measuring element that measures the temperature of the hybridization fluid 26 of FIG. These temperature sensing elements heat the heating element 33 to control the temperature of the hybridization fluid 26 and the wash solution 27.
And can be used to calibrate other elements such as the temperature sensitive scanning device 36 described below.
【0100】
本発明のある実施形態では、ハイブリダイゼーションが生じるバイオチップ1
8の部位で可視光を反射する染料や他の材料を生成することで、塩基性(positi
ve)ハイブリダイゼーションを可視的に検出することができる。これらの実施形
態では、染料や他の材料は、染料の生成を引き起こす酵素に結合した抗体のよう
な例えばハイブリダイゼーション特定免疫試薬を使用して、酵素により生成する
ことが好ましい。可視的検査は、塩基性ハイブリダイゼーションの部位を検出す
るのに使用することができる。さらに好ましくは、ハイブリダイゼーションアレ
イを含むバイオチップを以下に説明するスキャナ36を使用して走査することが
好ましい。In one embodiment of the invention, biochip 1 in which hybridization occurs
By creating a dye or other material that reflects visible light at the 8th part, the basic (positi
ve) Hybridization can be detected visually. In these embodiments, the dye or other material is preferably enzymatically produced using, for example, a hybridization-specific immunoreagent, such as an antibody linked to an enzyme that causes the production of the dye. Visual inspection can be used to detect sites of basic hybridization. More preferably, the biochip containing the hybridization array is preferably scanned using the scanner 36 described below.
【0101】
バイオチップ18上の塩基性ハイブリダイゼーションは、生物学的試料内の標
識目標分子を使用する蛍光によって、またはハイブリダイゼーションされた二本
鎖DNA分子により結合されて特定波長の光で照明されたときに蛍光を発する介
入染料(intercalating dye)をハイブリダイゼーション液体中に含めることに
よって、検出することが好ましい。適切な介入染料は、臭化エチジウム、ヘキス
トDAPI、アレクサフルオロ染料(Alexa Fluor dye)を含むが、これらに
限定されるものはない。適切な蛍光標識は、フルオレセイン、ローダミン、プロ
ピディウムヨー化物、Cy3およびCy5(Amersham)を含むが、これらに限定
されるものではない。これらは、標識オリゴヌクレオチドプライマーを使用して
、目標分子例えば生体外増殖断片に組み込むことができる。Basic hybridization on biochip 18 is illuminated by light of a specific wavelength bound by fluorescence using labeled target molecules in the biological sample or by hybridized double-stranded DNA molecules. Detection is preferably by including in the hybridization liquid an intercalating dye that fluoresces when exposed to light. Suitable interventional dyes include, but are not limited to, ethidium bromide, Hoechst DAPI, Alexa Fluor dye. Suitable fluorescent labels include, but are not limited to, fluorescein, rhodamine, propidium iodide, Cy3 and Cy5 (Amersham). These can be incorporated into target molecules, such as in vitro propagated fragments, using labeled oligonucleotide primers.
【0102】
図10A−10Cは、スキャナー36を有する本発明の実施形態を示す。この
スキャナー36は、可撓層16の上(または下)に配置され、連続的に領域14
とその上に配置されたアレイ17を照明しながら、領域14の一端から他端に移
動する。ハイブリダイゼーションされたアレイの分析前に、全ての流体を空間2
5から除去し、これにより可撓層16はアレイ17と接触する。スキャナー36
は、好ましくは短波長光、さらに好ましくは250nmから600nmの波長を
有する光で蛍光染料を励起する。スキャナー36は特定領域からの放射光を収集
する。放射光の量は、領域内に存在する蛍光染料の量、すなわち標識目標の量を
決定するのに使用する。10A-10C show an embodiment of the invention having a scanner 36. The scanner 36 is positioned above (or below) the flexible layer 16 and continuously in the area 14
And illuminating the array 17 arranged thereon, the region 14 moves from one end to the other. Prior to analysis of the hybridized array, place all fluids in space 2.
5 so that the flexible layer 16 is in contact with the array 17. Scanner 36
Excites the fluorescent dye with preferably short wavelength light, more preferably light having a wavelength of 250 nm to 600 nm. The scanner 36 collects the emitted light from a specific area. The amount of emitted light is used to determine the amount of fluorescent dye present in the area, ie the amount of label target.
【0103】
スキャナーと走査デバイス36の特定の実施形態を図11Aから11Eに示す
。ハイブリダイゼーション室10の特に有利な特徴は、可撓層16がスペクトル
の紫外および可視部の光を含む適切な波長光に対して半透明であることである。
ハイブリダイゼーション室10のさらに有利な特徴は、ハイブリダイゼーション
流体26または洗浄流体27がハイブリダイゼーション室10から除去された後
に、非常に薄い可撓層16が直ちにバイオチップ18と近接し接触することであ
る。この特徴の組合せは、スキャナーからの照明の自由表面反射、内部反射、照
明光の分散または散乱を減少し排除し、これによりアレイ17を照明する入射光
を最適化される。この配置は、高研磨でかつ低散乱の面や複雑で高価なレンズが
不用であり、さらに複雑な光学検出器における焦点および深度に関する問題を排
除することができるので、既存の装置より経済的である。A particular embodiment of the scanner and scanning device 36 is shown in FIGS. 11A-11E. A particularly advantageous feature of the hybridization chamber 10 is that the flexible layer 16 is translucent to light of the appropriate wavelength, including light in the ultraviolet and visible portions of the spectrum.
A further advantageous feature of the hybridization chamber 10 is that the very thin flexible layer 16 immediately comes into close contact with the biochip 18 after the hybridization fluid 26 or wash fluid 27 has been removed from the hybridization chamber 10. . This combination of features reduces and eliminates free surface reflections, internal reflections, divergence or scatter of illumination light from the scanner, thereby optimizing the incident light illuminating array 17. This arrangement is more economical than existing devices because it eliminates the need for highly polished and low scattering surfaces, complex and expensive lenses, and eliminates focus and depth problems in more complex optical detectors. is there.
【0104】
他の実施形態では、導波管37は可撓層16の面と接触し、該可撓層16は直
ちに、図11Bに示すように、アレイ17の面に近接し接触する。これらの実施
形態では、照明光および放射光は導波管37によって伝播され収集される。導波
管は、可撓層16の輪郭面に適合するように、わずかに可撓性を有するように設
計されている。導波管37は可撓層16と接触し、該可撓層16はアレイ17と
接触し、これによりアレイ17および導波管37が種々の高さで配置されている
状況においても表面反射なく接触する。導波管37はアレイ17より大きな表面
積を有する。これにより、最大量の照明光がアレイ17に供給され、該アレイ1
7から放射される最大量の光が導波管37によって収集される。導波管37のさ
らなる利点は、ハイブリダイゼーション流体26または洗浄緩衝剤27の中に形
成される気泡を検出することができ、その検出結果を、ローラ40が可撓層16
をアドレスしてそのような気泡を除去する信号として使用することができる。ハ
イブリダイゼーション流体26または洗浄緩衝剤27中の気泡を除去することに
より、非特定結合(non−specific binding)やスキャナー36によって検出さ
れる人為的信号の頻度を減少する。In another embodiment, the waveguide 37 contacts the surface of the flexible layer 16, which immediately contacts the surface of the array 17, as shown in FIG. 11B. In these embodiments, the illumination light and the emitted light are propagated and collected by the waveguide 37. The waveguide is designed to be slightly flexible to fit the contoured surface of the flexible layer 16. The waveguide 37 is in contact with the flexible layer 16, which is in contact with the array 17, so that there is no surface reflection even in situations where the array 17 and the waveguide 37 are arranged at different heights. Contact. The waveguide 37 has a larger surface area than the array 17. This provides the maximum amount of illumination light to the array 17 and the array 1
The maximum amount of light emitted from 7 is collected by the waveguide 37. A further advantage of the waveguide 37 is the ability to detect air bubbles that are formed in the hybridization fluid 26 or the wash buffer 27, the result of which is detected by the roller 40 in the flexible layer 16.
Can be used as a signal to address and remove such bubbles. Removing air bubbles in the hybridization fluid 26 or wash buffer 27 reduces the frequency of non-specific binding and artifacts detected by the scanner 36.
【0105】
本発明の追加の実施形態では、接着層15によって規定される領域14は、反
射層38をさらに有する。この反射層は、領域14の全体をほぼ被覆し、アレイ
17と第1基板面12の間に配置されている。好ましい実施形態では、反射層3
8は、アルミニウム、金、銀、またはプラチナからなる。これらの実施形態では
、反射した光信号、またはスキャナー38の光検出部に移送した光信号は、4重
(four−fold)まで増加する。本発明のさらなる有利な実施形態では、反射層3
8は、金属膜抵抗またはRF誘導加熱である。これらの実施形態では、反射層3
8は、追加の加熱要素33を必要とすることなくスライドを加熱することができ
る。これは本発明のハイブリダイゼーション室10の携帯型の実施形態において
特に望ましい特徴である。In an additional embodiment of the invention, the area 14 defined by the adhesive layer 15 further comprises a reflective layer 38. The reflective layer substantially covers the entire area 14 and is arranged between the array 17 and the first substrate surface 12. In a preferred embodiment, the reflective layer 3
8 is made of aluminum, gold, silver, or platinum. In these embodiments, the reflected optical signal or the optical signal transferred to the photodetector of the scanner 38 increases to four-fold. In a further advantageous embodiment of the invention the reflective layer 3
8 is metal film resistance or RF induction heating. In these embodiments, the reflective layer 3
8 can heat the slide without the need for an additional heating element 33. This is a particularly desirable feature in the portable embodiment of the hybridization chamber 10 of the present invention.
【0106】
もし必要なら、反射層38の上に不動態層39を設けることができる。不動態
層29は蒸着によって設けられる数ミクロン厚のパリレン層であることが好まし
い。これらの実施形態では、必要な照明量、すなわち、スキャナー36を操作す
るのに必要な電力量は減少する。これは、携帯型デバイスのようなバッテリー駆
動型の実施形態にはバッテリー寿命を向上するのに特に適している。さらに、不
動態層39は、異物(obscuring objects)による光放出データ中の人為的信号
を減少する。A passivation layer 39 can be provided on the reflective layer 38 if desired. The passivation layer 29 is preferably a parylene layer having a thickness of several microns provided by vapor deposition. In these embodiments, the amount of illumination required, ie the amount of power required to operate the scanner 36, is reduced. This is particularly suitable for improving battery life in battery-powered embodiments such as portable devices. In addition, the passivation layer 39 reduces artifacts in the light emission data due to obscuring objects.
【0107】
ハイブリダイゼーション室10は、可撓層16と取り外し可能に接触するロー
ラ40を設けることが好ましい。このローラ40は、第1基板面12上の領域1
4を長手方向に横切って移動することができる。好ましい実施形態では、ローラ
40の表面は、当該ローラが領域14とアレイ17を横切ってハイブリダイゼー
ション流体と洗浄液を有効に混合させることができる織地パターン41、好まし
くは螺旋パターンからなる。ローラ40とハイブリダイゼーション室10の1つ
の有利な配置は、図11Eに示されている。図に示すように、ローラ40は可動
アーム42に有利に接続することができる。可動アーム42は、第1位置にある
時にローラ40が可撓層16と接触するように配置することができ、また可撓層
16と接触しない第2位置に移動することができる。好ましくは、可動アーム4
2は、回動点44を有し、該回動点44の回りの移動はソレノイドによって制御
するのが好ましい。ハイブリダイゼーション室10と接離するローラの移動に加
えて、ローラ40若しくはハイブリダイゼーション室10、またはそれらの両方
は、長手方向に移動可能である。これにより、ローラ40は、アレイ17を含む
領域14内で可撓層16、接着層15および第1基板面12によって境界づけら
れた空間25内のハイブリダイゼーション流体26または洗浄液27を混合させ
ることができる。複数のアレイ17を有する複数の領域14からなる実施形態で
は、ローラ40は複数の各領域14を長手方向に横切るように配置され、アレイ
17を含むいずれかの空間25内でハイブリダイゼーション流体26または洗浄
液27を混合させることができる。The hybridization chamber 10 is preferably provided with a roller 40 that removably contacts the flexible layer 16. This roller 40 is located in the area 1 on the first substrate surface 12.
4 can be moved longitudinally across. In a preferred embodiment, the surface of the roller 40 comprises a fabric pattern 41, preferably a spiral pattern, which allows the roller to effectively mix the hybridization fluid and the wash fluid across the region 14 and the array 17. One advantageous arrangement of roller 40 and hybridization chamber 10 is shown in Figure 11E. As shown, the roller 40 can be advantageously connected to a movable arm 42. The moveable arm 42 can be arranged such that the roller 40 is in contact with the flexible layer 16 when in the first position, and can be moved to a second position in which it does not contact the flexible layer 16. Preferably, the movable arm 4
2 has a pivot point 44, and movement around the pivot point 44 is preferably controlled by a solenoid. In addition to the movement of the roller into and out of contact with the hybridization chamber 10, the roller 40 or the hybridization chamber 10 or both are movable in the longitudinal direction. This allows the roller 40 to mix the hybridization fluid 26 or the wash liquid 27 in the space 25 bounded by the flexible layer 16, the adhesive layer 15 and the first substrate surface 12 within the region 14 containing the array 17. it can. In embodiments consisting of multiple regions 14 with multiple arrays 17, rollers 40 are disposed longitudinally across each of the multiple regions 14 and hybridize fluid 26 or hybridizing fluid 26 in any space 25 containing array 17. The cleaning liquid 27 can be mixed.
【0108】
追加の実施形態では、図12Aから図12Cに示すように、ポート46を有す
る試料調製チップ45をハイブリダイゼーション室10に取り付けることができ
る。この試料調製チップ45のポート46は、ハイブリダイゼーション室10の
第1ポート19と一致し、試料の空間25への有効な移動を許容する。ハイブリ
ダイゼーション室10と試料調製チップ45を正確に一致させるために、追加の
基準参照部(fiducial reference)を使用することができる。第1ポート19
へのアクセスは第2基板面13を通して行われるので、アレイは取り付けられた
試料調製チップからの干渉なく走査される。本発明の代案の実施形態では、試料
調製チップ45は、第2基板面13に結合することができ(図12B)、あるい
は基板11の一体部分として形成することができる(図12C)。In an additional embodiment, a sample preparation chip 45 having a port 46 can be attached to the hybridization chamber 10 as shown in FIGS. 12A-12C. The port 46 of the sample preparation chip 45 coincides with the first port 19 of the hybridization chamber 10 and allows effective movement of the sample into the space 25. An additional fiducial reference can be used to exactly match the hybridization chamber 10 with the sample preparation chip 45. First port 19
Access is made through the second substrate surface 13 so that the array is scanned without interference from the attached sample preparation chip. In alternative embodiments of the invention, the sample preparation chip 45 can be bonded to the second substrate surface 13 (FIG. 12B) or can be formed as an integral part of the substrate 11 (FIG. 12C).
【0109】
本発明のハイブリダイゼーション室10の好ましい実施形態は、さらにスキャ
ナー36を有する図10A−10Cに示すような携帯型の実施形態である。これ
らの実施形態では、携帯型デバイス47は、基台48、蓋49、ローラ40を具
体化したキャリッジ50、スキャナー36、加熱要素33および熱伝対35から
なる。キャリッジ50は、図11Aに示されている。デバイス47は、ハイブリ
ダイゼーション室10をキャリッジ50の近傍に配置するための区画を有する。
キャリッジ50は、前述したような操作に要求されるように、ローラ40、スキ
ャナー36および加熱要素33をハイブリダイゼーション室10に対して移動さ
せる可動手段を備えている。キャリッジ50と蓋49は、ユーザが必要に応じて
ハイブリダイゼーション流体26と洗浄液27を第1ポート19と第2ポート2
0を介してハイブリダイゼーション室に導入し除去することができるように配置
されている。代案として、デバイス47はさらに第1および第2ポートの各々へ
の流体接続部52を有し、試料をハイブリダイゼーションした後の試料導入とア
レイ洗浄に備える。デバイス47はバッテリーで駆動されることが好ましいが、
ACアダプターも本発明の範囲に含まれる。さらなる好ましい実施形態では、蓋
49は分析結果を表示するための表示装置56をさらに有する。A preferred embodiment of the hybridization chamber 10 of the present invention is a portable embodiment, as shown in FIGS. 10A-10C, which further comprises a scanner 36. In these embodiments, the portable device 47 comprises a base 48, a lid 49, a carriage 50 embodying rollers 40, a scanner 36, a heating element 33 and a thermocouple 35. The carriage 50 is shown in FIG. 11A. The device 47 has a compartment for disposing the hybridization chamber 10 in the vicinity of the carriage 50.
The carriage 50 comprises movable means for moving the roller 40, the scanner 36 and the heating element 33 with respect to the hybridization chamber 10, as required for the operations described above. The carriage 50 and the lid 49 store the hybridization fluid 26 and the washing liquid 27 in the first port 19 and the second port 2 as required by the user.
It is arranged so that it can be introduced into and removed from the hybridization chamber via 0. Alternatively, the device 47 further has fluid connections 52 to each of the first and second ports to provide for sample introduction and array washing after sample hybridization. Device 47 is preferably battery powered,
AC adapters are also included within the scope of the invention. In a further preferred embodiment, the lid 49 further comprises a display device 56 for displaying the analysis result.
【0110】
デバイスを使用する方法に関しては、様々な方法がある。必要なら、目標配列
を公知の技術を使用して調整する。例えば、当業者に明らかなように、公知の溶
解緩衝(lysis buffer)、超音波処理(sonication)、電子穿孔(electropora
tion)等を使用して、細胞を溶解(lyse)する処理を行ない、必要に応じて精製
および増幅を行わせてもよい。さらに、ここに説明する反応は当業者に明らかな
ように様々な方法で行なうことができる。反応の成分は、以下に説明する好まし
い実施形態では、同時に付加してもよいし、任意の順番で連続的に行ってもよい
。さらに、反応は、アッセイに含まれる他の様々な試薬(reagent)を含む。こ
れらには、塩、緩衝剤、中性蛋白質、例えばアルブミン、洗浄剤のような試薬を
含み、これらは最適なハイブリダイゼーションと検出を促進し、および/または
、非特異性または背景(background)の相互作用を減少する。また、アッセイの
効率を向上するプロテアーゼ抑制剤、ヌクレアーゼ抑制剤、抗菌剤等のような試
薬を、試料調製法や目標の純度に依存して使用してもよい。There are various ways to use the device. If necessary, the target sequence is adjusted using known techniques. For example, as is apparent to those of skill in the art, known lysis buffers, sonications, electropora.
treatment) to lyse the cells, and optionally purify and amplify. Furthermore, the reactions described herein can be performed in a variety of ways, as will be apparent to those of skill in the art. In the preferred embodiment described below, the components of the reaction may be added simultaneously or may be performed sequentially in any order. In addition, the reaction includes various other reagents included in the assay. These include reagents such as salts, buffers, neutral proteins such as albumin, detergents, which facilitate optimal hybridization and detection, and / or non-specific or background Reduce interactions. In addition, reagents such as protease inhibitors, nuclease inhibitors, antibacterial agents, etc. that improve the efficiency of the assay may be used depending on the sample preparation method and target purity.
【0111】
さらに、たいていの実施形態では、二本鎖目標核酸を変性して単鎖にし、プラ
イマーと本発明の他のプローブのハイブリダイゼーションを許容する。好ましい
実施形態は、一般に反応温度を約95℃に上昇させることで、加熱工程を利用す
るが、PH変更や他の技術を使用してもよい。Furthermore, in most embodiments, the double stranded target nucleic acid is denatured into a single strand, allowing hybridization of the primer to other probes of the invention. The preferred embodiment utilizes a heating step, generally by raising the reaction temperature to about 95 ° C, although PH modification and other techniques may be used.
【0112】
ここで概説するように、本発明は、目標配列のある部分すなわちドメインにハ
イブリダイゼーションする多数の捕獲プローブを提供する。本発明のプローブは
、目標配列(試料の目標配列、または、例えば当業者に公知のサンドイッチアッ
セイで使用する他のプローブ配列)に相補的であるように設計される。これによ
り、目標配列および本発明のプローブのハイブリダイゼーションが生じる。以下
に概説するように、この相補性は完全である必要はない。目標配列と本発明の単
鎖核酸との間のハイブリダイゼーションと干渉する多数の塩基対の不一致(mism
atch)があってもよい。しかしながら、突然変異の数が多くてハイブリダイゼー
ション条件が厳格(stringent)でなくてもハイブリダイゼーションが生じない
場合、配列は相補目標配列ではない。したがって、「実質的に相補的」は、プロ
ーブが通常反応条件でハイブリダイゼーションするのに十分に目標配列に対して
相補的であることを意味する。As outlined herein, the present invention provides multiple capture probes that hybridize to certain portions or domains of the target sequence. The probes of the present invention are designed to be complementary to a target sequence (the target sequence of a sample, or other probe sequence used in, for example, sandwich assays known to those of skill in the art). This results in hybridization of the target sequence and the probe of the invention. As outlined below, this complementarity need not be perfect. Multiple base pair mismatches (mism) that interfere with hybridization between the target sequence and the single-stranded nucleic acid of the invention.
atch). However, if the number of mutations is high and hybridization does not occur even if the hybridization conditions are not stringent, the sequence is not the complementary target sequence. Thus, "substantially complementary" means that the probe is sufficiently complementary to the target sequence to hybridize under normal reaction conditions.
【0113】
本発明では、高、中、低の厳格条件(stringency condition)を含む様々な
ハイブリダイゼーション条件を使用してもよい。例えば、Maniatisら,分子クロ
ーニング:実験室マニュアル,第2版,1989、および分子生物学におけるシ
ョートプロトコル,ed.Ausubelら参照。これらは、参照することでここに組み
入れる。厳格条件は配列に依存し、環境が異なると異なる。核酸のハイブリダイ
ゼーションに対する広範囲のガイドは、Tijssen,核酸プローブを用いた生物化
学および分子生物学における技術,「ハイブリダイゼーションの原理と核酸アッ
セイの戦略の概観」(1993)にみられる。一般に、厳格条件は、所定のイオ
ン強度およびpHで、特定の配列に対して融点(Tm)より約5−10℃低く選
択される。Tmは、(所定のイオン強度、pHおよび核酸濃度で)目標に相補的
な50%のプローブが平衡して目標配列にハイブリダイゼーションする温度であ
る(Tmでは目標配列が過剰に存在するので、50%のプローブが平衡になる)
。厳格条件は、塩濃度が約1.0Mナトリウムイオンより小さいことであり、典
型的にはpH7.0から8.3で約0.01から1.0Mナトリウムイオン濃度
(または他の塩)である。温度は、短いプローブ(例えば10から50ヌクレオ
チド)に対しては少なくとも約30℃であり、長いプローブ(例えば50以上の
ヌクレオチド)に対しては少なくとも約60℃である。厳格条件は、ホルムアミ
ドのような螺旋不安定化剤の添加により達成してもよい。ハイブリダイゼーショ
ン条件は、非イオン主鎖(backbone)すなわちPNAが使用されるときは変化さ
せてもよい。さらに、架橋剤を目標結合後に付加して、二本鎖のハイブリダイゼ
ーション錯体を架橋すなわち電子対を共有して付着させてもよい。A variety of hybridization conditions may be used in the present invention, including high, medium and low stringency conditions. For example, Maniatis et al., Molecular Cloning: Laboratory Manual, 2nd Edition, 1989, and Short Protocols in Molecular Biology, ed. See Ausubel et al. These are incorporated herein by reference. Stringent conditions are sequence-dependent and will be different in different circumstances. An extensive guide to nucleic acid hybridization can be found in Tijssen, Techniques in Biochemistry and Molecular Biology Using Nucleic Acid Probes, "Overview of Hybridization Principles and Nucleic Acid Assay Strategies" (1993). Generally, stringent conditions are selected at a given ionic strength and pH of about 5-10 ° C below the melting point (Tm) for a particular sequence. The Tm is the temperature (at a given ionic strength, pH and nucleic acid concentration) at which 50% of the probe complementary to the target equilibrates to hybridize to the target sequence (at Tm the target sequence is in excess, so 50 % Probe is in equilibrium)
. Stringent conditions are salt concentrations less than about 1.0 M sodium ion, typically about 0.01 to 1.0 M sodium ion concentration (or other salt) at pH 7.0 to 8.3. . The temperature is at least about 30 ° C. for short probes (eg 10 to 50 nucleotides) and at least about 60 ° C. for long probes (eg 50 or more nucleotides). Stringent conditions may be achieved with the addition of helical destabilizing agents such as formamide. Hybridization conditions may be varied when a non-ionic backbone or PNA is used. Further, a cross-linking agent may be added after the targeting to attach the double-stranded hybridization complex to the cross-linking, that is, sharing the electron pair.
【0114】
このように、アッセイは一般に、目標が存在する場合のみにハイブリダイゼー
ション錯体の形成を許容する厳格条件で進行する。厳格条件は、熱力学的変数で
ある工程パラメータを変更することで制御することができる。熱力学的変数は、
温度、ホルムアミド濃度、塩濃度、攪乱塩濃度、pH、有機溶剤濃度等を含むが
これらに限定されるものではない。[0114] Thus, the assay generally proceeds under stringent conditions that allow the formation of hybridization complexes only in the presence of the target. Stringent conditions can be controlled by changing process parameters that are thermodynamic variables. The thermodynamic variables are
These include, but are not limited to, temperature, formamide concentration, salt concentration, disturbing salt concentration, pH, organic solvent concentration and the like.
【0115】
これらのパラメータは、米国特許第5681697号に概説されているように
、特異的結合を制御するのに使用してもよい。これにより、特異的結合を減少す
るために、より高い厳格条件で、工程を実行することが好ましい。These parameters may be used to control specific binding, as outlined in US Pat. No. 5,681,697. Thereby, it is preferable to carry out the process at higher stringency conditions to reduce specific binding.
【0116】
ここで記載するように、本発明で利用することができる多くの可能な検出技術
がある。好ましい実施形態では、ここで概説するように、光標識技術を使用する
。好ましい実施形態では、光学染料(例えば蛍光色素)のような標識を、目標検
出物と捕獲結合リガンドからなるアッセイ錯体に加える。ある実施形態では、例
えば核酸の場合、PCRのような増幅反応中に混合(incorporation)すること
によって、標識を目標に加えることができる。例えば、蛍光色素またはビオチン
のような他の標識をPCRプライマーまたは酵素混合のためのdNTPに加える
ことができる。代案として、前述したように、インターカレータ(intercalator
)を使用することができる。As described herein, there are many possible detection techniques that can be utilized with the present invention. In a preferred embodiment, photolabeling technology is used, as outlined herein. In a preferred embodiment, a label such as an optical dye (eg, a fluorescent dye) is added to the assay complex consisting of the target detective and the capture binding ligand. In some embodiments, for example, in the case of nucleic acids, the label can be added to the target by incorporation during amplification reactions such as PCR. For example, other labels such as fluorescent dyes or biotin can be added to PCR primers or dNTPs for enzyme mixing. As an alternative, as mentioned above, the intercalator (intercalator
) Can be used.
【0117】
代案として、好ましい実施形態では、米国出願第09/458553;09/
458501;09/572187;09/495992;09/344217
;WO00/31148;09/439889;09/438209;09/3
44620;09/478727;PCTUS00/17422;WO98/2
0162;WO98/12430;WO98/57158;WO99/5731
7;WO99/67425;PCT00/19889;WO99/57319に
記載されたような電子検出法を使用することができる。これらは全て参照するこ
とでここに組み入れる。これらの実施形態は基板上でマイクロ電極のアレイを使
用する。Alternatively, in a preferred embodiment, US application Ser. No. 09 / 458,553; 09 /
458501; 09/572187; 09/495992; 09/344217.
WO00 / 31148; 09/439889; 09/438209; 09/3
44620; 09/478727; PCTUS00 / 17422; WO98 / 2.
0162; WO98 / 12430; WO98 / 57158; WO99 / 5731
7; WO99 / 67425; PCT00 / 19889; WO99 / 57319, electron detection methods such as those described can be used. All of these are incorporated herein by reference. These embodiments use an array of microelectrodes on the substrate.
【0118】
以下の実施例は、本発明の特定の実施形態およびその使用を示す。これらは説
明目的で記載され、本発明を限定するものではない。ここで引用する文献は参照
することでここに組み入れる。The following examples demonstrate specific embodiments of the invention and its uses. These are listed for illustrative purposes and are not a limitation of the present invention. The references cited herein are incorporated herein by reference.
【0119】
実施例1
ハイブリダイゼーション室のアセンブリ
本発明によりハイブリダイゼーション室を組み立てる方法は図13に示されて
いる。Example 1 Assembly of Hybridization Chamber A method of assembling a hybridization chamber according to the present invention is shown in FIG.
【0120】
ダイカッターを使用して、502FLウルトラ−クリーン積層接着フィルム(
3M)の層に4つの楕円孔を形成した。フレームおよび標識層として使用するエ
ーベリーレーザラベル5663に同様のパターンを穿孔した。その間、塩化ポリ
ビニリデンフィルムのシートをステンレス鋼フレーム上に引き伸ばし、100℃
で30分、アニールした。エーベリーラベルを真空積層プレス内に真空積層する
ことで、当該エーベリーラベルを塩化ポリビニリデンフィルムの片面に付着した
。15psiの真空を30分間作用させ、該真空を除去した後、15psiの機
械的圧力を1分間維持した。ラベルと同じ方法で、塩化ポリビニリデンフィルム
の他方の面に接着剤を塗布した。502FL ultra-clean laminated adhesive film (
Four elliptical holes were formed in the 3M) layer. A similar pattern was punched in the Avery laser label 5663 used as the frame and marking layer. In the meantime, a sheet of polyvinylidene chloride film was stretched on a stainless steel frame at 100 ° C.
Annealed for 30 minutes. By vacuum laminating the Avery label in a vacuum laminating press, the Avery label was attached to one surface of the polyvinylidene chloride film. A vacuum of 15 psi was applied for 30 minutes, the vacuum was removed and a mechanical pressure of 15 psi was maintained for 1 minute. Adhesive was applied to the other side of the polyvinylidene chloride film in the same manner as the label.
【0121】
次に、接着剤塗布フィルムを予め調製したガラススライドに付着した。核酸プ
ローブとゲルパッドのアレイを標準の方法でガラススライドに設置した。ダイヤ
モンドドリルを使用してスライドにポートを穿孔した。真空積層プレスを使用し
て塩化ポリビニリデンフィルムをスライドに付着した。15psiの真空を1分
間維持してから、15psiの機械的圧力を維持した。Next, the adhesive-coated film was attached to a glass slide prepared in advance. The array of nucleic acid probes and gel pad was mounted on a glass slide by standard methods. A port was drilled in the slide using a diamond drill. A polyvinylidene chloride film was attached to the slide using a vacuum laminating press. A vacuum of 15 psi was maintained for 1 minute and then a mechanical pressure of 15 psi was maintained.
【0122】
各ハイブリダイゼーション室を10mLピペットを使用してポリエチレングリ
コール500で満たした。3M7350ポリエステルテープの層をスライドに付
着させてポートをシールした。Each hybridization chamber was filled with polyethylene glycol 500 using a 10 mL pipette. A layer of 3M7350 polyester tape was applied to the slide to seal the port.
【0123】
実施例2
上方装入ハイブリダイゼーション室のアセンブリ
ダイカッターを使用して、502FLウルトラ−クリーン積酢接着フィルム(
3M)に4つの楕円孔を形成した。フレームおよび標識層として使用するエーベ
リーレーザラベル5663に同様のパターンを穿孔した。その間、塩化ポリビニ
リデンフィルムのシートをステンレス鋼フレーム上に引き伸ばし、100℃で3
0分、アニールした。エーベリーラベルを真空積層プレス内に真空積層すること
で、当該エーベリーラベルを塩化ポリビニリデンフィルムの片面に付着した。1
5psiの真空を30分間作用させ、該真空を除去した後、15psiの機械的
圧力を1分間維持した。ラベルと同じ方法で、塩化ポリビニリデンフィルムの他
方の面に接着剤を塗布した。Example 2 Using the assembly die cutter of the upper charging hybridization chamber , 502FL ultra-clean laminated vinegar adhesive film (
Four elliptical holes were formed in 3M). A similar pattern was punched in the Avery laser label 5663 used as the frame and marking layer. Meanwhile, a sheet of polyvinylidene chloride film was stretched on a stainless steel frame and kept at 100 ° C for 3 hours.
Annealed for 0 minutes. By vacuum laminating the Avery label in a vacuum laminating press, the Avery label was attached to one surface of the polyvinylidene chloride film. 1
A vacuum of 5 psi was applied for 30 minutes, the vacuum was removed and a mechanical pressure of 15 psi was maintained for 1 minute. Adhesive was applied to the other side of the polyvinylidene chloride film in the same manner as the label.
【0124】
次に、接着剤塗布フィルムを予め調製したガラススライドに付着した。核酸プ
ローブとゲルパッドのアレイを標準の方法でガラススライドに設置した。真空積
層プレスを使用して塩化ポリビニリデンフィルムをスライドに付着した。15p
siの真空を1分間維持してから、15psiの機械的圧力を維持した。Next, the adhesive-coated film was attached to a glass slide prepared in advance. The array of nucleic acid probes and gel pad was mounted on a glass slide by standard methods. A polyvinylidene chloride film was attached to the slide using a vacuum laminating press. 15p
A vacuum of si was maintained for 1 minute and then a mechanical pressure of 15 psi was maintained.
【0125】
各ハイブリダイゼーション室を10mLピペットを使用してポリエチレングリ
コール500で満たした。3M7350ポリエステルテープの層をスライドに付
着させてポートをシールした。Each hybridization chamber was filled with polyethylene glycol 500 using a 10 mL pipette. A layer of 3M7350 polyester tape was applied to the slide to seal the port.
【図1A−1D】 本発明の好ましい実施形態の図であり、反応室の準備を
示す。1A-1D are diagrams of a preferred embodiment of the present invention showing the preparation of a reaction chamber.
【図1A】 加熱要素と接触するように水溶性化合物で予め満たされたハイ
ブリダイゼーション室を示す装置の断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view of an apparatus showing a hybridization chamber prefilled with a water-soluble compound to contact a heating element.
【図1B】 水溶性化合物と生物学的試料液体との混合を示す装置の断面図
である。FIG. 1B is a cross-sectional view of an apparatus showing mixing of a water-soluble compound with a biological sample liquid.
【図1C】 試料液体/水溶性化合物の混合物で満たされた室を示す装置の
断面図であり、第1と第2ポートはシールで蓋されている。FIG. 1C is a cross-sectional view of the device showing a chamber filled with a sample liquid / water-soluble compound mixture, with the first and second ports covered by seals.
【図1D】 オリゴヌクレオチドプローブのアレイを含む個々の領域を規定
する接着パターンを示す装置の平面図である。FIG. 1D is a plan view of the device showing the adhesion pattern defining the individual regions containing the array of oligonucleotide probes.
【図2】 本発明の好ましい実施形態のゲルパッドのアレイを示す室の分解
断面図である。FIG. 2 is an exploded cross-sectional view of a chamber showing an array of gel pads of a preferred embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の好ましい実施形態の基板へのゲルパッドの位置決めを示
す生体分子プローブのアレイを示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing an array of biomolecule probes showing positioning of a gel pad on a substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の好ましい実施形態の円錐形状のポートを示すポートの分
解断面図である。FIG. 4 is an exploded cross-sectional view of a port showing a conical port of a preferred embodiment of the present invention.
【図5】 本発明の好ましい実施形態の標識層、可撓層および接着層の斜視
図である。FIG. 5 is a perspective view of a marker layer, a flexible layer and an adhesive layer of a preferred embodiment of the present invention.
【図6】 好ましい実施形態による積層室の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a laminating chamber according to a preferred embodiment.
【図7A−7E】 可撓層を貫通して延びる入口および出口ポートを有する
本発明の他の好ましい実施形態の層の平面図である。7A-7E are plan views of layers of another preferred embodiment of the present invention having inlet and outlet ports extending through the flexible layer.
【図7A】 第1接着層の平面図である。FIG. 7A is a plan view of a first adhesive layer.
【図7B】 可撓層の平面図である。FIG. 7B is a plan view of a flexible layer.
【図7C】 第2接着層の平面図である。FIG. 7C is a plan view of a second adhesive layer.
【図7D】 標識層の平面図である。FIG. 7D is a plan view of a marker layer.
【図7E】 図7Aから図7Dの層を組み合わせた平面図である。7E is a plan view of the combined layers of FIGS. 7A-7D. FIG.
【図8A−8B】 可撓層を貫通して延びる入口および出口ポートを有する
本発明の好ましい実施形態の第1接着層と標識層に切り込まれたノッチの詳細図
である。8A-8B are detailed views of a notch cut in a first adhesive layer and a marking layer of a preferred embodiment of the invention having inlet and outlet ports extending through the flexible layer.
【図9A−9C】 反応完了後にアレイを分析する過程を示す本発明の好ま
しい実施形態の断面図である。9A-9C are cross-sectional views of a preferred embodiment of the present invention showing the process of analyzing an array after the reaction is complete.
【図9A】 反応完了時の装置を示す図である。FIG. 9A is a diagram showing the apparatus when the reaction is completed.
【図9B】 可撓層がアレイと接触するように室から試料流体を除去する状
態を示す図である。FIG. 9B illustrates removal of sample fluid from the chamber such that the flexible layer contacts the array.
【図9C】 レーザスキャナを使用してアレイを分析する状態を示す図であ
る。FIG. 9C is a diagram showing a state in which an array is analyzed using a laser scanner.
【図10A−10C】 本発明の携帯型の実施形態を示す図である。10A-10C are diagrams illustrating a portable embodiment of the present invention.
【図10A】 携帯型の走査システムの側面図である。FIG. 10A is a side view of a portable scanning system.
【図10B】 キャリッジと接触する可撓層を示す携帯型走査装置を有する
好ましい実施形態の斜視図である。FIG. 10B is a perspective view of the preferred embodiment with a portable scanning device showing the flexible layer in contact with the carriage.
【図10C】 ディスプレイ装置を有する蓋を示す携帯型システムの図であ
る。FIG. 10C is a diagram of a portable system showing a lid with a display device.
【図11−11E】 図10に示す直接接触光ファイバスキャナの断面図で
ある。11-11E are cross-sectional views of the direct contact optical fiber scanner shown in FIG.
【図12A−12C】 試料調製チップに接続された装置を示す他の実施形
態の図である。12A-12C are views of another embodiment showing an apparatus connected to a sample preparation chip.
【図12A】 試料調製チップを基板の第2面に着脱可能に配置する実施形
態を示す図である。FIG. 12A is a view showing an embodiment in which the sample preparation chip is detachably arranged on the second surface of the substrate.
【図12B】 試料調製チップを基板の第2面に固定する実施形態を示す図
である。FIG. 12B is a view showing an embodiment in which the sample preparation chip is fixed to the second surface of the substrate.
【図12C】 試料調製チップを基板に組み込む実施形態を示す図である。FIG. 12C illustrates an embodiment in which the sample preparation chip is incorporated into the substrate.
【図13】 本発明の好ましい実施形態のアセンブリとその使用を示す図で
ある。FIG. 13 illustrates a preferred embodiment assembly of the present invention and its use.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ, VN,YU,ZA,ZW 【要約の続き】 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE , TR), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE , GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US , UZ, VN, YU, ZA, ZW [Continued summary]
Claims (7)
反応装置。1. A device for performing a biological reaction, comprising: a) a substrate having a first surface and a second surface, b) an array of biomolecules arranged on the first surface, and c) an adhesive layer. A biological reaction device comprising: a flexible layer attached to the first surface to generate a reaction space; and d) a port extending from the second surface to the reaction space of the first surface.
1ポートを有する可撓層とからなる生物学的反応装置。2. A device for performing a biological reaction, comprising: a) a substrate having a first surface, b) an array of biomolecules arranged on the first surface, and c) an adhesive layer on the first surface. A biological reaction device comprising a flexible layer attached to generate a reaction space and having a first port to the reaction space.
クである請求項1または2に記載の装置。3. The device according to claim 1, wherein the substrate is glass, silicon, ceramic or plastic.
の装置。4. The device according to claim 1, wherein the biomolecule is a nucleic acid.
れかに記載の装置。5. The apparatus according to claim 1, wherein the reaction space is made of a water-soluble compound.
れている請求項1から5のいずれかに記載の装置。6. The device according to claim 1, wherein the biomolecule is attached to the substrate using a gel pad.
装置。7. The apparatus according to claim 1, further comprising a scanner.
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