JP2004511761A - Method and apparatus for producing microarray - Google Patents
Method and apparatus for producing microarray Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004511761A JP2004511761A JP2002534477A JP2002534477A JP2004511761A JP 2004511761 A JP2004511761 A JP 2004511761A JP 2002534477 A JP2002534477 A JP 2002534477A JP 2002534477 A JP2002534477 A JP 2002534477A JP 2004511761 A JP2004511761 A JP 2004511761A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- stack
- substrates
- holes
- reagent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00277—Apparatus
- B01J2219/00279—Features relating to reactor vessels
- B01J2219/00281—Individual reactor vessels
- B01J2219/00286—Reactor vessels with top and bottom openings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00277—Apparatus
- B01J2219/00279—Features relating to reactor vessels
- B01J2219/00306—Reactor vessels in a multiple arrangement
- B01J2219/00313—Reactor vessels in a multiple arrangement the reactor vessels being formed by arrays of wells in blocks
- B01J2219/00315—Microtiter plates
- B01J2219/00317—Microwell devices, i.e. having large numbers of wells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00277—Apparatus
- B01J2219/00279—Features relating to reactor vessels
- B01J2219/00306—Reactor vessels in a multiple arrangement
- B01J2219/00313—Reactor vessels in a multiple arrangement the reactor vessels being formed by arrays of wells in blocks
- B01J2219/00319—Reactor vessels in a multiple arrangement the reactor vessels being formed by arrays of wells in blocks the blocks being mounted in stacked arrangements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00277—Apparatus
- B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
- B01J2219/00414—Means for dispensing and evacuation of reagents using suction
- B01J2219/00416—Vacuum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00277—Apparatus
- B01J2219/00497—Features relating to the solid phase supports
- B01J2219/00527—Sheets
- B01J2219/00529—DNA chips
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00585—Parallel processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00596—Solid-phase processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
- B01J2219/00605—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being directly bound or immobilised to solid supports
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
- B01J2219/00605—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being directly bound or immobilised to solid supports
- B01J2219/00608—DNA chips
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
- B01J2219/00659—Two-dimensional arrays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
- B01J2219/00664—Three-dimensional arrays
- B01J2219/00668—Two-dimensional arrays within three-dimensional arrays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/0068—Means for controlling the apparatus of the process
- B01J2219/00686—Automatic
- B01J2219/00691—Automatic using robots
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
- B01J2219/0072—Organic compounds
- B01J2219/00722—Nucleotides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
- B01J2219/0072—Organic compounds
- B01J2219/00725—Peptides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
- C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
- C40B40/00—Libraries per se, e.g. arrays, mixtures
- C40B40/04—Libraries containing only organic compounds
- C40B40/06—Libraries containing nucleotides or polynucleotides, or derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
- C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
- C40B40/00—Libraries per se, e.g. arrays, mixtures
- C40B40/04—Libraries containing only organic compounds
- C40B40/10—Libraries containing peptides or polypeptides, or derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
- C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
- C40B60/00—Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries
- C40B60/14—Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries for creating libraries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
生物学的サンプルの同一のマイクロアレイを同時に多数作製するための方法および装置が提供される。本発明は、それぞれ上面と、底面と、一定パターンの貫通孔とを有する複数の基体を利用する。各貫通孔は、上部がより大きな断面積で、下部がより小さな断面積であり、それらの間の移行部にはステップまたはプラトー(平坦部)が形成されている。多数の基体を積み重ねると、貫通孔の見当が合い、積み重ねた基体のスタックを貫通するトンネルが形成される。所望の試薬をこのトンネルに流して、ステップまたはプラトー部に付着させる。隣接する貫通孔間での漏出を防止するためバリアー層を設けてもよい。所望の試薬を付着させたら、基体を分離する。こうして、それぞれが数百ないし数千のcDNA断片といった生物学的サンプルを含むことができる、一連のマイクロアレイが同時に形成される。Methods and apparatus are provided for making multiple identical microarrays of biological samples simultaneously. The present invention utilizes a plurality of substrates each having a top surface, a bottom surface, and a fixed pattern of through holes. Each through-hole has a larger cross-sectional area at the top and a smaller cross-sectional area at the lower part, with a step or plateau at the transition between them. When multiple substrates are stacked, the through holes are registered and tunnels are formed through the stack of stacked substrates. The desired reagent flows through this tunnel and attaches to a step or plateau. A barrier layer may be provided to prevent leakage between adjacent through holes. Once the desired reagents have been deposited, the substrate is separated. Thus, a series of microarrays are formed simultaneously, each of which can contain biological samples such as hundreds or thousands of cDNA fragments.
Description
【0001】
【発明の背景】
発明の分野
本発明は、一連の同一のマイクロアレイを同時に作成することができる方法および装置に関し、各マイクロアレイは、しっかりした支持体上に数百ないし数千個のアナライト (被分析物) アッセイ領域を含み、各領域は例えば、ハイブリッド形成アッセイにおいて標識cDNAを検出するのに有用なアナライト特異性試薬を含んでいる。
【0002】
関連技術の説明
数百ないし数千個の生物学的アナライト・アッセイ領域からなるマイクロアレイは、生物学的分析に広く使用されている。それぞれ異なる既知の試薬、通常は既知のDNA 断片のような明確なポリヌクレオチドまたはポリペプチド型バイオポリマー、を含有する小さな液滴を、顕微鏡のガラススライドのようなしっかりした基体上の定まったアレイ(列)内に付着させて固定化する。液滴が乾いたアレイを、未知の、例えば、蛍光または放射性化学物タグで予め標識した相補性DNA (cDNA)、を含有する溶液に曝す。アレイとcDNAの相補性配列ポリヌクレオチドがマッチすれば、結合反応またはハイブリッド形成 (ハイブリダイゼーション) が起こる。その後、光学的または放射線感受性走査により、どのスポットがタグを含んでいるかが確定すると、溶液中に存在する相補性化合物が同定される。
【0003】
マイクロアレイは迅速な生物学的分析のための有用なツールとなるが、マイクロアレイを製造する方法は時間がかかり、高価なままである。
例えば、米国特許第5,807,522 号 (Shalonら) から、基体 (但し、一度に1つの基体) 上に液滴をプリントまたは滴下するのに各種形状のキャピラリペンを使用することが公知である。多数 (典型的には8または16個) のペンを、しばしばロボットの制御下に、同時に使用することができるが、各ペンまたはペン群には、1個のペンに1つの試薬しか充填することができない。その後、ペンを1つの基体から次の基体へと次々にタッチさせて、各基体上にほぼ同一の液滴を付着させる。準備すべき基体のセット (典型的には数十個から数百個) の各基体に第1のセットの試薬液滴を付着させた後、ペンのセットを洗って乾かし、次のセットの試薬を再び充填し、次のセットの液滴を同じ基体上の隣接位置にプリントする。この操作手順は時間がかかり、正確さとスピードを達成するには高価で精密な装置を必要とする。
【0004】
別の公知の方法は、長い柔軟な毛細管を使用して、液体を貯蔵ウェルの複数のセットから毛細管の先端まで運び、その毛細管の先端を、Shalonらと同様の方法で基体に次々に当てていく。この方法はShalonらと同じ欠点のすべてがあてはまり、さらに高価な試薬のかなりの量を毛細管の中に貯めておく必要がある。
【0005】
さらに別の公知の方法が米国特許第5,800,992 号 (Fodor ら) に開示されており、一連の化学反応による基体上でのオリゴヌクレオチドの合成 (Affymetrix) のための組合わせ化学に関係する。この方法はオリゴヌクレオチドに限定され、長いストランドのcDNAには適していない。また、オリゴヌクレオチドの配列が事前に既知でなければならない。この方法も複雑で高価な装置を必要とし、時間のかかる反応工程を含むという欠点がある。
【0006】
結合反応を指示する蛍光または放射能のシグナルを増幅させるために、米国特許第5,843,767 号 (Beattie)は、群に分かれて配置された、基体を通って走る多数の別個のチャネルを、チャネルの壁面に固定化された結合試薬と共に提供することを教えている。チャネルにより、結合に利用可能な基体の表面積の量が増大し、従って理論的には検出感度および効率が増大する。しかし、実際には、検出光学要素がいまだに投影面積からだけの直接受信に限られているため、改善は予想されたほどは大きくないことが判明した。
【0007】
【発明の要約】
マイクロアレイの公知の製造方法および種類に固有の前述した難点を考慮して、本発明の目的は、生物学的サンプルの複数の同一マイクロアレイを同時に作成する改善された方法および装置を提供することである。
【0008】
本発明は、それぞれ上面と、底面と、一定パターンの貫通孔とを有する複数の基体を利用する。各貫通孔は、上部がより大断面積で、下部がより小断面積であり、それらの間の移行部には好ましくは基体の上面に平行なステップまたはプラトー(平坦部)が形成されている。多数の基体を積み重ねると、対応する貫通孔は見当が合い、積み重ねた基体のスタックを貫通するトンネルを形成する。所望の試薬をトンネルに流して、ステップまたはプラトー部に付着させる。それにより、スタック内の全ての基体が正確な位置で、かつ正確な量の試薬で同時にスポッティング(液付着処理)される。隣接する貫通孔間での漏出を防止するため、基体の間にバリアー層を設けてもよい。
【0009】
所望の試薬を付着させたら、基体を分離する。こうして、それぞれが数百ないし数千のcDNA断片といった生物学的サンプルを含むことができる、一連のマイクロアレイが同時に形成される。
【0010】
以下の本発明の詳細な説明がよりよく理解され、本発明の当該技術分野に対する寄与がより十分に理解されうるように、以下では本発明のより適切で重要な側面をかなり広く概説する。本発明の請求の範囲の主題を構成する本発明のそれ以外の側面については後で説明する。ここに開示した技術思想および具体的な態様は、改良や、あるいは本発明のマイクロアレイの製造と、それと同じ目的を実施するための他の方法および装置を設計するための基礎として容易に利用されうることは当業者には理解されよう。そのような均等な構成は、請求の範囲に記載する本発明の技術思想および範囲から逸脱するものではないことも当業者には容易に理解されよう。
【0011】
本発明の性質および目的をより完全に理解するには、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照すべきである。
【0012】
【発明の詳しい説明】
本発明は、固体支持体上にアナライトアッセイ領域のマイクロアレイを形成する方法に関し、ここでアレイの各領域は既知量の選択されたアナライト特異性試薬を有する。より広義には、1または2以上の複数の異なる配列の固定ポリヌクレオチドへの標識されたポリヌクレオチドの結合を検出するのに用いる基体を提供する。
【0013】
マイクロアレイとその作成に用いる試薬は当業者には周知であるので、ここでさらに詳細に説明する必要はない。試薬は、好ましくは基体に固定された別個のポリヌクレオチドまたはポリペプチド・バイオポリマーである。
【0014】
蛍光リポーター標識cDNAを、複数の既知DNA 断片を表すポリヌクレオチドのマイクロアレイと、アレイ中の相補性配列ポリヌクレオチドへの標識cDNAのハイブリッド形成を生ずる条件下で接触させた後、蛍光励起条件下で蛍光により検査を行うといったマイクロアレイの使用方法も当業者には周知であるので、ここでより詳細に説明する必要はない。この技術の説明については米国特許第5,800,992 号 (Fodor ら) および第5,807,522 号 (Brown ら) を参照できる。これらの米国特許の開示をここに援用する。
【0015】
本発明は具体的には、生物学的サンプルの複数の同一のマイクロアレイを容易かつ迅速に作成することができる方法および装置に関する。
本発明の重要かつ顕著な特色は、それぞれ上面と、底面と、一定パターンの貫通孔とを有する複数の基体を利用することにある。各貫通孔は、上部の断面積がより大きく、下部の断面積がより小さく、それらの間の移行部には好ましくは基体の上面に平行なステップまたはプラトー(平坦部)が形成されている。多数の基体を積み重ねると、対応する貫通孔は見当が合い、積み重ねた基体のスタックを貫通するトンネルを形成する。所望の試薬をトンネルに流して、ステップまたはプラトー部に付着させる。それにより、スタック内の全ての基体が正確な位置かつ正確な量の試薬で同時にスポッティング(液付着処理)される。隣接する貫通孔間での漏出を防止するため、基体の間にバリアー層を設けてもよい。
【0016】
所望の試薬を付着させたら、基体を分離する。こうして、それぞれが数百ないし数千のcDNA断片といった生物学的サンプルを含むことができる、一連のマイクロアレイが同時に形成される。
【0017】
即ち、次から次へと基体の表面だけに試薬を付着させるように設計された装置により、一度に1つの基体を処理する従来技術の平面基体のアレイに比べて、本発明は、それぞれが同じパターンの貫通孔を有する好ましくは同一の複数の基体のスタック (積み重ね) から構成され、各基体の1つの孔が最終アレイに意図されたアナライト特異性試薬の各スポットに対応する。例えば、基体当たり1アレイ (1列) で、各アレイが10,000個の異なるスポットを有する100 個の同一アレイを作成したい場合、それぞれ10,000個ずつの貫通孔を有するように製造された100 個の同一基体を使用することになろう。各貫通孔は、基体を積み重ねた時に見当が合う。
【0018】
ここで用いた「見当が合う」とは、スタック中の隣接基体の貫通孔が連通していることを単に意味する。本発明の好適態様では、貫通孔の各カラムの水平ステップまたはプラトー部が上下に重なって見えるようにスタックが形成される。これらの水平ステップまたはプラトー部は、簡略化のために、別個のアッセイ領域または「スポットゾーン」と称する。マイクロアレイを有する基体を互いに交換可能に使用するため、各基体のスポットゾーンを同一にして、アッセイのスポッティングを特定のxy座標でスポット (滴下) するようにプログラムされたロボット手段により実施できるようにすることが好ましい。断面積がより小さい部分は、好ましくはスポットゾーンの片側に、即ちスポットゾーンの一方の縁部に寄せて設ける。より好ましくは、スタック中の偶数番号のスライドの貫通孔の小断面積部分はスポットゾーンの片側 (例、右側) に設け、同じスタック中の奇数番号のスライドの貫通孔の小断面積部分はスポットゾーンの反対側 (例、左側) に設けて、トンネル内を流れる試薬が前後にスラローム (ジグザグ) に流れて、各スポットゾーン上が試薬で洗われて、気泡が確実にトンネル内で捕捉されないようにする。
【0019】
本発明の1好適態様では、「スポットゾーン」は 180°対称性を有するパターンで基体上にパターン化される。即ち、第1の基体を 180°回転させてから、回転させなかった第2の基体の上に重ねた時に、貫通孔は見当があったままでトンネルが形成される。それにより、全ての基体を1つの同じ製造技術を用いて作成して、積み重ねる際に1つおきの番号のスライドを 180°回転させるだけで、奇数番号のスライドでは片側に小断面積部分を設け、偶数番号のスライドでは反対側に小断面積部分を設けることが可能となる。
【0020】
基体のサイズに理論的な制限はないが、横幅が 0.5〜5 cmで、厚みは0.05〜3 mmでよく、通常の顕微鏡スライドのサイズでよい。異なる用途には異なるサイズが適当となることもある。スポットの数、サイズおよび間隔と基体の枚数は、マイクロアレイに使用すべき試薬の数と量とに依存しよう。
【0021】
上下に重なった貫通孔の見当が合って、基体のスタックを貫通するトンネルを形成するように同一の基体をスタックとして配置する時に、1つのトンネルから他のいずれかのトンネルへの横方向の漏れが起こり得ないように、基体にスライド間にバリアーシールを設けることが好ましい。さらに、各基体の各貫通孔は、基体内に設けた円筒形の孔広がり部 (カウンターボア) 、円錐形の孔広がり部 (カウンターシンク) または他の形態の (偏心でもよい) ポケットを伴っていてもよい。これらのポケットにより、断面で見ると、基体を通る貫通孔の線の横(サイド)に小さな体積部分ができる。また、これらのポケットは、各基体の全体的な表面にほぼ平行な小面積の基体表面積を与える。好ましくは、各貫通孔は、上部の断面積がより広く、下部の断面積がより狭く、その移行部分には好ましくは基体の上面に平行にステップまたはプラトー部が形成されている。
【0022】
シール手段は、グリース、ワックス、弱接着剤、またはアレイに使用される具体的な化学物質に適合性のある (不活性な) 任意の他の接合またはシール剤といった、疎水性で粘稠な物質でよい。別の応用に対しては、非常に薄いエラストマー層 (ガスケット) でも十分であろう。基体の製作のために提案された微細機械加工 (切削) 法に特有の極めて平滑な表面のため、シールが比較的簡単となることも判明した。実際、一部の応用に対しては、隣接するスライドを貫通孔以外の部分は互いに連続的に接触させることで、シールをガラススライドのような基体の超平滑な表面に完全に頼ることも可能となりうる。
【0023】
アレイの作成に使用する個々の試薬は、各トンネルの一端、一般にはトンネルの上端に注入する。各トンネルは(一般に)異なる試薬を受け入れる。注入は、一度に1つずつ、またはグループごとに、または好ましくは全てのトンネルに同時に行うことができる。注入は、注射器(シリンジ)、チューブ、または他の手段により;手動または自動的に;各種のポンプ、毛細管作用または減圧を使用して行うことができる。
【0024】
貫通孔の大径の部分により形成されたサイド(脇)ポケットを持つ、基体スタックを貫通するトンネルを試薬が流れるにつれて、試薬はこのサイドポケット付きのトンネルの露出表面と反応し、それに結合する。この反応や結合は、使用する試薬や表面の化学的性質に依存し、液滴を平たい表面に物理的に付着させる従来技術で起こるのに似ている。やはり従来技術で起こるのに似たようにして、付着後に乾燥を行うことができる。従って、現状技術で現在使用されているのと同じ化学反応および組合わせの全てを、本発明の方法および装置による応用に対して使用することができ、有利である。
【0025】
スタック全体にどのような反応が望まれるにせよ、反応が完了してスタックが乾いたら、スタックをその個々の基体に分離しうる。これは、シール手段がある場合、それを剥がすだけでよい。この時点で、複数の同一の個々の基体を常法と同様にしてハイブリッド形成等に利用可能となる。しかも、数十ないし数百個のスライドのそれぞれにスポッティングしたのではなく、スポッティング操作は一度だけしか行わなかったのである。
【0026】
同一パターンの孔(および付随するサイドポケットまたは大径部分)は、シリコンまたはガラスの微細リソグラフィーと微細機械加工技術を用いて製作することが好ましい。この方法は、所望の小サイズの多数の同一パターンの安価な製造に理想的に適している。しかし、レーザー加工、プラズマエッチング、および慣用の機械加工およびアブレーディング法を含む(これらに限定されないが)他の方法、ならびに片方が酸エッチング可能(チャネルガラス)で、形成すべき貫通孔に対応する繊維の形態であり、他方が不活性である、似ていないガラス材料を配置した後、エッチング可能なガラスを除去するための化学エッチングを行う方法、も使用できる。
【0027】
各基体の片面、例えば、基体の上面に設けた突起(凸部)と、反対側の面、例えば、下面に設けた対応する凹部を利用して、全ての孔の見当が合ったスタックを作成するように基体を整列させてもよい。或いは、全ての基体に設けた整列用の孔にピンを通して同じ目的を達成することもできる。さらに別の方法として、機械加工が十分に精確である場合、ガイドを利用して全ての基体(層)がガイドにあたるようにして、基体をその縁部に関して整列させることができる。他の整列方法も当業者には自明であろう。
【0028】
この初期の製作工程中にスポットの位置をロボットでのサンプル付着によらずに決定することに留意することが重要である。こうすると、量的に大きな中心の基体製作段階では比較的低コストで著しい精度を達成することができる。その後の注入工程では高価な装置は必要なく、この工程は多数の異なる研究所で異なる試薬を用いて実施することも可能である。基体製作のための中心の製作工程では、各種の試薬またはスポットの位置選択または配置を含まず、また決定もしない。それらは個々のユーザーの研究所が選択できる。
【0029】
試薬注入手段を基体のスタックに接続するのに多様なスキームを使用することができる。単純な受動的な微小漏斗またはチャネルのアレイにより、相対的に大きな注入手段から相対的に微小なアレイ間隔への移行を媒介することができる。これに代えて、または加えて、単純であるが高精度のx−y位置決め装置を用いて、アレイのスタックを注入手段に対して移動させることができる。数百またはそれ以上の基体が同時に注入されるので、従来技術で使用されているような速いロボットの費用をかけずに、適当な生産速度を得ることが可能である。
【0030】
以下に本発明を添付図面に示した態様に関してより詳細に説明する。図1では、複数の基体1が中間接着剤層4により積み重ねられている。この接着剤層は、試薬がトンネルを通って流れることができるように、基体に設けた孔に対応する貫通孔を有しており、トンネル間での試薬の漏出を防止するための水平方向バリアーとして作用する。各基体層は、隣接基体の貫通孔と見当が合った貫通孔3のアレイ(列)を有する。接着剤は、基体の上下の平面の一方または両方に、接着剤が孔の位置で中断して孔を塞がないように塗布されている。或いは、接着剤層は基体に孔を形成する工程に先立って基体に形成してもよい。その場合には、接着剤は孔を形成するのと同時に、孔と同じ位置から除去される。
【0031】
図1に示すように、各貫通孔は上部の断面積が広く、下部の断面積が小さくなっていて、好ましくは移行部分には基体の上面に平行なステップまたはプラトー2が形成されている。このステップまたはプラトー2は、最終的にはアナライトアッセイ領域の表示部分を形成する。スタックの初期整列または整列保持のために、位置決めピン14および/またはボス (凸部) 15を使用してもよい。
【0032】
図2に見られるように、断面積が小さい孔3の部分は互いに見当が合っていて、基体のスタックを、接着剤層4も貫通しながら、上から下まで完全に貫通するトンネルを形成するようにつながっている。サイドポケットがステップまたはプラトー2の部分に形成される。プラトー部分の基体上には接着剤はあってもなくてもよい。
【0033】
図3は、本発明の基体1のスタックに組合わせて注入を行うのに使用できる装置を示す。基体のスタックは、アダプタープレート6と減圧マニホルド9との間にクランプ止めされている。クランプ止め圧力は、クランプ10と枠8とにより与えられる。アダプタープレートは、上部がピペット先端のような注入手段の接近が容易になるように大径で、下部は基体の貫通孔と見当が合った小径となるように先細になっている孔7を設けた注入マスクを形成している。試薬を導入する過程で、ある量の試薬がアダプタープレートに導入され、重力または毛管作用により流下させるか、または各トンネルの下端に弱い減圧を加えることにより生起されるような差圧によって流れを助長させる。試薬のコストを考慮して、トンネルを完全に満たすのに十分な試薬がトンネルに入るが、トンネルの下部から過剰な試薬が全くまたは僅かしか流出しないように注意する。これは、通常は、減圧の強さを、試薬をトンネル内に引き込むのに十分な大きさであるが、トンネル内部に試薬を保持する傾向のある毛管力に打ち勝つほどは大きくはならないように調整することにより達成できる。
【0034】
図4は、本発明の別の態様を表示するものであって、上部の減圧マニホルド9と下部のチューブアダプター・プレート13との間にクランプ止めされた基体1のスタックを示す。チューブ11はマイクロタイター・トレイ12のウェルの間隔に合うように広がっていて、マイクロタイター・トレイ12のウェルに入っている試薬と連通している。
【0035】
図5は、貫通孔3のパターンがジグザグまたは一つおきになっていて、ジグザグの試薬流路を形成していることを除いて、図2に示すのと同様の別の配置の基体スタックの断面図である。貫通孔とポケットの各カラムを通って1つの連続する (つながった) 流路がある限り、それぞれの正確な位置は隣接または一つおきの層で正確に繰り返される必要はない。この交互 (ジグザグ) の流路は、充填される流れの混合の状況によっては、ポケットの底面の被覆がより良好になるという利点を与えることがある。2種類の異なるパターンの間で一つおきにするのが最も単純であるが、パターンの繰り返しをスライド3枚ごとに行ったり、ランダムなパターンとすることも可能である。また、後での観察や自動データ取得を最も単純にするには、全てのポケットを整列させることが簡単であるが、それは本発明の方法の適正な操作にとって絶対に必要というわけではない。多くの可能な変更が当業者には自明であろう。
【0036】
本発明は、図6a (分解図) および6b (組立図) に示した態様を用いて実施することもできる。これらの図には、恐らく数十も交互に積み重ねた基体とスペーサーのうちの2層ずつしか示していない。この態様では、基体17a、17bには、機械加工により貫通させた小径の貫通孔18a、18bしか設けていない。それにより、図1、2および5に示したステップ付きまたはさら穴つきの基体に比べて、製作プロセスが単純になる。基体上の個々の平面状の付着領域は、実際には、スペーサー16a、16bに設けた穴19a、19bにより区画される。
【0037】
スペーサーは基体から分離しうるものでもよく、或いはスペーサー層を基体上に塗布で形成した後、エッチングにより貫通孔を形成してもよく、或いはスペーサー層を基体上にシルクスクリーン印刷、オフセット印刷等の印刷により形成してもよく、或いは貫通孔を予め形成した固体のエラストマー等のフィルムを基体層の上に積層してもよい。試薬の無駄を最小限にするには、スペーサーの構成材料を試薬を吸収しないものとすることが好ましく、プラスチック (好ましくはエラストマー性ポリマー) 、ゴム、ワックス、ガラスおよび金属といった、試薬が付着しにくいものとすることがより好ましい。本発明の第1の態様に関して上述した材料のいずれも本発明の第2の態様に使用することができる。
【0038】
スペーサーは基体層の間に挟まれるが、この分離可能なスペーサーに設けた孔は基体17a、17bに設けた貫通孔18a、18bより大径である。スペーサー層は、通常は基体より薄い決まった厚みのものであり、こうして隣接基体間にポケットが形成され、このポケットにより、試薬が流れる間に試薬を基体と接触させて基体上に付着させることが可能となる。図5に関して上述したジグザグの基体の貫通孔のオプションは、図6aおよび6bの態様にも所望により採用することができる。
【0039】
図6bは、2層のスペーサーと2層の基体の断面図であり、図6aに係る2組の層の組み立てた状態を示す。スペーサー16a、16bのスペーサー穴19a、19bと基体17a、17bの貫通孔18a、18bを通って試薬が連続的に流れることができることは明らかである。
【0040】
図6cは、図6aおよび6bのアセンブリを用いて作製されたマイクロアレイの一部の図面であり、スペーサー16a、16bを除去した後に固体支持体上に残る数百ないし数千のアナライトアッセイ領域のうちの6個を示す。スペーサーを基体への塗布または積層により形成した場合には、基体の上面または下面のいずれかに各基体に付着した1層のスペーサー層が残ることは当然である。実際には、試薬は基体の両面を被覆するので、基体のどちらの側または面を、上面または使用可能な側と考えてもよい。
【0041】
試薬の必要量を最小限にし、かつスペーサーに付着する試薬を最小限にするため、スペーサーは可及的に薄くすることが好ましい。スペーサーおよび基体材料の選択と厚みは好みの問題であり、この分野で働く者であれば容易に決めることができる。
【0042】
以上の説明に関して次に、サイズ、材質、形状、形態、機能と、操作、組立および使用の様式における変更を含むように、本発明の一部についても最適な寸法上の関係は当業者には容易に明らかで自明であると認められ、添付図面に示し、かつ明細書で説明したものに対して均等な関係にある全てが本発明に包含されることは理解すべきである。
【0043】
従って、以上の説明は本発明の原理の例示としてのみ考慮される。さらに、数多くの修正および変更が当業者には容易に想起されるので、本発明を図示および説明した厳密な構成および操作に限定することを望むものではなく、全ての適当な変更例および均等例が本発明に属し、その範囲内に含まれる。
【0044】
以上に本発明を説明した。
【図面の簡単な説明】
【図1】
孔とポケットとのマッチング(適合)を示す、基体のスタックの等角投影図である。
【図2】
基体のスタックの1列の孔の一部を通る断面図である。
【図3】
ピペットを用いて基体を充填する手段と組合わせた基体スタックの断面図である。この図はクランプ手段も示す。
【図4】
減圧吸引とマイクロタイター・トレイへのチューブ(毛細管)を用いて基体を充填する手段と組合わせた基体スタックの断面図である。
【図5】
図2と同様であるが、別の配置の基体のスタックを通る断面図である。
【図6】
図6aは、本発明の別の態様において使用される、大孔径ガスケットと小孔径基体の交互の層からなる積み重ね配置の分解組立図であるが、層は一定拡大率では描かれていない。
図6bは、図6aに従って、2層のガスケット層と2層の基体層を通る断面図である。
図6cは、固体支持体上に形成された数百ないし数千のアナライトアッセイ領域のうちの6個を示す、図6aおよび6bのアッセンブリーを用いて調製されたマイクロアレイの一部を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
Field of the invention
The present invention relates to a method and apparatus that can simultaneously produce a series of identical microarrays, each microarray comprising hundreds to thousands of analyte assay areas on a solid support, Each region contains, for example, an analyte-specific reagent useful for detecting labeled cDNA in a hybridization assay.
[0002]
Description of related technology
Microarrays consisting of hundreds to thousands of biological analyte assay areas are widely used for biological analysis. Small droplets, each containing a different known reagent, usually a well-defined polynucleotide or polypeptide-type biopolymer, such as a known DNA fragment, are placed in a defined array on a solid substrate such as a microscope glass slide ( Column) and immobilized. The dried array of droplets is exposed to a solution containing an unknown, eg, complementary DNA (cDNA), pre-labeled with a fluorescent or radiochemical tag. If the complementary sequence polynucleotides of the array and the cDNA match, a binding reaction or hybridization occurs. After that, by optical or radiation sensitive scanning, which spots contain the tag, complementary compounds present in solution are identified.
[0003]
Although microarrays provide a useful tool for rapid biological analysis, methods for producing microarrays remain time consuming and expensive.
For example, from U.S. Pat. No. 5,807,522 (Shalon et al.), It is known to use various shapes of capillary pens to print or drop droplets on a substrate, but one substrate at a time. is there. A large number (typically 8 or 16) pens can be used simultaneously, often under the control of a robot, but each pen or group of pens is filled with only one reagent per pen. Can not. Thereafter, the pen is successively touched from one substrate to the next to deposit substantially identical droplets on each substrate. After depositing the first set of reagent droplets on each substrate of the set of substrates to be prepared (typically dozens to hundreds), wash and dry the set of pens and the next set of reagents. Is refilled and the next set of droplets is printed at adjacent locations on the same substrate. This operating procedure is time consuming and requires expensive and precise equipment to achieve accuracy and speed.
[0004]
Another known method uses long flexible capillaries to carry liquid from multiple sets of storage wells to the tip of the capillary, which in turn is applied to the substrate in a manner similar to Shalon et al. Go. This method has all of the same disadvantages as Shalon et al., And requires the storage of significant amounts of expensive reagents in capillaries.
[0005]
Yet another known method is disclosed in US Pat. No. 5,800,992 (Fodor et al.), Which relates to combinatorial chemistry for the synthesis of oligonucleotides on a substrate by a series of chemical reactions (Affymetrix). I do. This method is limited to oligonucleotides and is not suitable for long strand cDNAs. Also, the sequence of the oligonucleotide must be known in advance. This method also has the disadvantage that it requires complicated and expensive equipment and involves a time-consuming reaction step.
[0006]
To amplify a fluorescent or radioactive signal indicative of a binding reaction, US Pat. No. 5,843,767 (Beattie) discloses a multiplicity of discrete channels running through a substrate, arranged in groups. , With a binding reagent immobilized on the wall of the channel. The channels increase the amount of substrate surface area available for binding, and thus theoretically increase detection sensitivity and efficiency. However, in practice, it has been found that the improvement is not as great as expected, since the detection optics are still limited to direct reception only from the projected area.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION
In view of the aforementioned difficulties inherent in known methods and types of microarray fabrication, it is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for simultaneously producing multiple identical microarrays of a biological sample. .
[0008]
The present invention utilizes a plurality of substrates each having a top surface, a bottom surface, and a fixed pattern of through holes. Each through-hole has a larger cross-sectional area at the top and a smaller cross-sectional area at the lower part, with a transition or plateau preferably formed at the transition therebetween, parallel to the top surface of the substrate. . When multiple substrates are stacked, the corresponding through-holes register and form a tunnel through the stack of stacked substrates. The desired reagent flows through the tunnel and attaches to the step or plateau. As a result, all the substrates in the stack are spotted at the correct position and with the correct amount of reagent at the same time (liquid adhesion processing). In order to prevent leakage between adjacent through holes, a barrier layer may be provided between the substrates.
[0009]
Once the desired reagents have been deposited, the substrate is separated. Thus, a series of microarrays are formed simultaneously, each of which can contain biological samples such as hundreds or thousands of cDNA fragments.
[0010]
In order that the following detailed description of the invention may be better understood and the contribution of the invention to the art may be more fully understood, the following is a fairly broad overview of the more relevant and important aspects of the invention. Other aspects of the invention which form the subject of the claims of the invention will be described hereinafter. The technical ideas and specific embodiments disclosed herein can be easily used as a basis for improvement or, alternatively, for designing the microarray of the present invention and designing other methods and apparatuses for performing the same purpose. It will be understood by those skilled in the art. It will be readily apparent to those skilled in the art that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims.
[0011]
For a more complete understanding of the nature and objects of the present invention, reference should be had to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of forming a microarray of analyte assay regions on a solid support, wherein each region of the array has a known amount of a selected analyte-specific reagent. More broadly, there is provided a substrate for use in detecting binding of a labeled polynucleotide to an immobilized polynucleotide of one or more different sequences.
[0013]
Microarrays and the reagents used to make them are well known to those skilled in the art and need not be described in further detail here. The reagent is preferably a separate polynucleotide or polypeptide biopolymer immobilized on a substrate.
[0014]
The fluorescent reporter-labeled cDNA is contacted with a microarray of polynucleotides representing a plurality of known DNA fragments under conditions that cause hybridization of the labeled cDNA to complementary sequence polynucleotides in the array, and then fluorescently excited under fluorescent excitation conditions. Methods of using microarrays, such as performing tests by, are well known to those skilled in the art and need not be described in further detail here. See U.S. Patent Nos. 5,800,992 (Fodor et al.) And 5,807,522 (Brown et al.) For a description of this technique. The disclosures of these U.S. patents are incorporated herein by reference.
[0015]
The present invention specifically relates to methods and devices that can easily and quickly generate multiple identical microarrays of a biological sample.
An important and salient feature of the present invention is that it utilizes a plurality of substrates each having a top surface, a bottom surface, and a pattern of through holes. Each through-hole has a larger cross-sectional area at the top and a smaller cross-sectional area at the bottom, with transitions between them preferably forming steps or plateaus parallel to the top surface of the substrate. When multiple substrates are stacked, the corresponding through-holes register and form a tunnel through the stack of stacked substrates. The desired reagent flows through the tunnel and attaches to the step or plateau. As a result, all the substrates in the stack are simultaneously spotted (liquid adhesion processing) with a correct position and a correct amount of the reagent. In order to prevent leakage between adjacent through holes, a barrier layer may be provided between the substrates.
[0016]
Once the desired reagents have been deposited, the substrate is separated. Thus, a series of microarrays are formed simultaneously, each of which can contain biological samples such as hundreds or thousands of cDNA fragments.
[0017]
That is, as compared to prior art planar substrate arrays, which process one substrate at a time, with an apparatus designed to deposit reagents only on the surface of the substrate one after another, the present invention provides each of the same. Consisting of a stack of preferably identical substrates having through-holes in the pattern, one hole in each substrate corresponds to each spot of analyte-specific reagent intended in the final array. For example, if one array per substrate (one row) and one would like to produce 100 identical arrays, each array having 10,000 different spots, each array was fabricated with 10,000 through holes. One would use 100 identical substrates. Each through-hole is registered when the substrates are stacked.
[0018]
"Register" as used herein simply means that the through-holes of adjacent substrates in the stack are in communication. In a preferred embodiment of the invention, the stack is formed such that the horizontal steps or plateaus of each column of the through-hole appear to overlap one another. These horizontal steps or plateaus are referred to as separate assay areas or "spot zones" for simplicity. For interchangeable use of substrates with microarrays, the spot zone of each substrate is identical so that spotting of the assay can be performed by robotic means programmed to spot at specific xy coordinates. Is preferred. The smaller cross-sectional area is preferably provided on one side of the spot zone, i.e. close to one edge of the spot zone. More preferably, the small cross-sectional area of the through holes of even numbered slides in the stack is provided on one side (eg, right side) of the spot zone, and the small cross sectional area of the through holes of odd numbered slides in the same stack is spotted. Installed on the opposite side (eg, left side) of the zone, the reagent flowing in the tunnel flows back and forth in a slalom (zigzag), washing each spot zone with the reagent and ensuring that air bubbles are not trapped in the tunnel. To
[0019]
In one preferred embodiment of the present invention, the "spot zones" are patterned on the substrate in a pattern having 180 ° symmetry. That is, when the first substrate is rotated by 180 ° and then superimposed on the second substrate that has not been rotated, a tunnel is formed with the through-hole kept in register. This allows all substrates to be made using one and the same manufacturing technique, and every other numbered slide is simply rotated 180 ° when stacked, with odd numbered slides having a small cross-sectional area on one side. On the other hand, even-numbered slides can be provided with a small cross-sectional area on the opposite side.
[0020]
Although there is no theoretical limitation on the size of the substrate, the width may be 0.5 to 5 cm, the thickness may be 0.05 to 3 mm, and the size of an ordinary microscope slide may be used. Different sizes may be appropriate for different applications. The number, size and spacing of the spots and the number of substrates will depend on the number and amount of reagents to be used in the microarray.
[0021]
Lateral leakage from one tunnel to any other tunnel when the same substrates are arranged in a stack so that the through holes overlap one another and form a tunnel through the stack of substrates It is preferable to provide a barrier seal between the slides on the substrate so that the occurrence of the heat generation cannot occur. In addition, each through-hole in each substrate is accompanied by a cylindrical hole divergence (counterbore), a conical hole divergence (counter sink) or another form of (possibly eccentric) pocket provided in the substrate. You may. These pockets create a small volume beside the line of the through hole through the substrate when viewed in cross section. Also, these pockets provide a small area of substrate surface area that is substantially parallel to the overall surface of each substrate. Preferably, each through-hole has a wider upper cross-sectional area and a narrower lower cross-sectional area, with a step or plateau formed at its transition, preferably parallel to the top surface of the substrate.
[0022]
The sealing means is a hydrophobic, viscous material, such as grease, wax, a weak adhesive, or any other (inert) bonding or sealing material that is compatible with the specific chemical used in the array. Is fine. For other applications, a very thin elastomer layer (gasket) may be sufficient. It has also been found that the extremely smooth surface inherent in the micromachining (cutting) method proposed for fabricating the substrate makes the sealing relatively simple. In fact, for some applications, the adjacent slides may be in continuous contact with each other, except for the through-holes, so that the seal may rely entirely on the ultra-smooth surface of a substrate such as a glass slide. Can be
[0023]
The individual reagents used to create the array are injected at one end of each tunnel, typically at the top of the tunnel. Each tunnel receives (generally) a different reagent. The injections can be performed one at a time, or in groups, or preferably simultaneously for all tunnels. Infusion can be by syringe, tube, or other means; manually or automatically; using various pumps, capillary action, or reduced pressure.
[0024]
As the reagent flows through the tunnel through the substrate stack, having side pockets formed by the large diameter portion of the through-hole, the reagent reacts with and binds to the exposed surface of the side pocketed tunnel. This reaction or coupling depends on the reagents used and the surface chemistry and is similar to that which occurs in the prior art, where the droplets are physically attached to a flat surface. Drying can be performed after deposition, again in a manner similar to that which occurs in the prior art. Thus, all of the same chemical reactions and combinations currently used in the state of the art can be advantageously used for application with the method and apparatus of the present invention.
[0025]
Whatever reaction is desired for the entire stack, once the reaction is complete and the stack is dry, the stack may be separated into its individual substrates. This means that it is only necessary to peel off the sealing means, if any. At this point, a plurality of identical individual substrates can be used for hybridization and the like in a conventional manner. Moreover, instead of spotting each of tens or hundreds of slides, the spotting operation was performed only once.
[0026]
The same pattern of holes (and associated side pockets or large diameter portions) is preferably made using silicon or glass microlithography and micromachining techniques. This method is ideally suited for inexpensive production of many identical patterns of desired small size. However, other methods include, but are not limited to, laser machining, plasma etching, and conventional machining and abrading methods, and one is acid-etchable (channel glass) to accommodate the through holes to be formed A method can also be used in which a dissimilar glass material is placed, in the form of a fibrous material, the other of which is inert, followed by a chemical etch to remove the etchable glass.
[0027]
Using one side of each substrate, for example, a projection (convex portion) provided on the upper surface of the substrate and a corresponding concave portion provided on the opposite surface, for example, the lower surface, create a stack in which all holes are registered. The substrates may be aligned in a manner as described. Alternatively, the same purpose can be achieved by passing pins through alignment holes provided in all the substrates. As a further alternative, if the machining is sufficiently precise, the guide can be used to align all substrates (layers) with the guide so that the substrate is aligned with its edges. Other alignment methods will be apparent to those skilled in the art.
[0028]
It is important to note that during this initial fabrication process, the location of the spot is determined without relying on sample attachment by a robot. In this way, significant accuracy can be achieved at relatively low cost in the large-scale, central substrate fabrication stage. Subsequent injection steps do not require expensive equipment, and this step can be performed in many different laboratories using different reagents. The core fabrication process for substrate fabrication does not involve or determine the location or placement of various reagents or spots. They can be selected by the individual user's laboratory.
[0029]
Various schemes can be used to connect the reagent injection means to the stack of substrates. Simple passive microfunnels or arrays of channels can mediate the transition from relatively large injection means to relatively small array spacing. Alternatively, or in addition, a simple but accurate xy positioning device can be used to move the stack of arrays relative to the injection means. Since hundreds or more substrates are simultaneously implanted, it is possible to obtain a reasonable production rate without the expense of fast robots as used in the prior art.
[0030]
The present invention will now be described in more detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. In FIG. 1, a plurality of
[0031]
As shown in FIG. 1, each through-hole has a wide upper cross-sectional area and a smaller lower cross-sectional area, and preferably has a step or plateau 2 parallel to the upper surface of the base at the transition portion. This step or plateau 2 ultimately forms the indicator part of the analyte assay area. Locating pins 14 and / or bosses 15 may be used for initial alignment or alignment of the stack.
[0032]
As can be seen in FIG. 2, the portions of the holes 3 having a small cross-sectional area are in register with each other, forming a tunnel that runs completely through the stack of substrates from top to bottom, while also passing through the adhesive layer 4. It is connected as follows. Side pockets are formed in the step or plateau 2 portion. The adhesive may or may not be on the plateau portion substrate.
[0033]
FIG. 3 shows an apparatus which can be used to carry out the implantation in combination with a stack of
[0034]
FIG. 4 illustrates another embodiment of the invention, showing a stack of
[0035]
FIG. 5 shows another arrangement of the substrate stack similar to that shown in FIG. 2, except that the pattern of the through-holes 3 is zigzag or alternate, forming a zigzag reagent flow path. It is sectional drawing. As long as there is one continuous (connected) channel through each column of through-holes and pockets, the exact location of each need not be repeated exactly in adjacent or alternate layers. This alternating (zigzag) flow path may offer the advantage of better coverage of the pocket bottom, depending on the mixing conditions of the flow to be filled. It is simplest to place every other pattern between two different patterns, but it is also possible to repeat the pattern for every three slides or to make a random pattern. Also, to simplify subsequent observations and automatic data acquisition, it is simple to align all pockets, but that is not absolutely necessary for proper operation of the method of the present invention. Many possible modifications will be apparent to those skilled in the art.
[0036]
The invention can also be implemented using the embodiment shown in FIGS. 6a (exploded view) and 6b (assembly view). These figures show perhaps two dozens of alternately stacked substrates and spacers, dozens of. In this embodiment, the bases 17a and 17b are provided with only small-diameter through holes 18a and 18b penetrated by machining. This simplifies the fabrication process as compared to the stepped or countersunk substrate shown in FIGS. Each planar attachment area on the substrate is actually defined by holes 19a, 19b provided in the spacers 16a, 16b.
[0037]
The spacer may be separated from the substrate, or a spacer layer may be formed on the substrate by coating and then a through hole may be formed by etching, or the spacer layer may be formed on the substrate by silk screen printing, offset printing, or the like. The film may be formed by printing, or a film of a solid elastomer or the like in which through holes are formed in advance may be laminated on the base layer. To minimize reagent waste, it is preferable that the constituent material of the spacer does not absorb the reagent, and that the reagent such as plastic (preferably an elastomeric polymer), rubber, wax, glass, and metal does not adhere easily. More preferably, Any of the materials described above with respect to the first aspect of the invention can be used in the second aspect of the invention.
[0038]
The spacer is sandwiched between the base layers, and the holes provided in the separable spacer are larger in diameter than the through holes 18a and 18b provided in the bases 17a and 17b. The spacer layer is typically of a fixed thickness that is less than the substrate, thus forming a pocket between adjacent substrates, which allows the reagent to contact the substrate and adhere to the substrate during the flow of the reagent. It becomes possible. The through-hole option of the zig-zag substrate described above with respect to FIG. 5 can also be employed as desired in the embodiment of FIGS. 6a and 6b.
[0039]
FIG. 6b is a cross-sectional view of two layers of spacers and two layers of substrate, showing the assembled state of the two sets of layers according to FIG. 6a. Obviously, the reagent can flow continuously through the spacer holes 19a, 19b of the spacers 16a, 16b and the through holes 18a, 18b of the substrates 17a, 17b.
[0040]
FIG. 6c is a drawing of a portion of a microarray made using the assembly of FIGS. 6a and 6b, showing hundreds to thousands of analyte assay areas remaining on a solid support after removal of spacers 16a, 16b. 6 of them are shown. When the spacers are formed by coating or laminating on the substrate, one spacer layer adhered to each substrate remains on either the upper surface or the lower surface of the substrate. In practice, since the reagents coat both sides of the substrate, either side or surface of the substrate may be considered the top or usable side.
[0041]
It is preferred that the spacer be as thin as possible to minimize the amount of reagent required and minimize the amount of reagent attached to the spacer. The choice and thickness of the spacer and substrate materials are a matter of preference and can be readily determined by those working in this field.
[0042]
With respect to the above description, it will now be appreciated by those skilled in the art that the optimal dimensional relationships for some of the present invention, including changes in size, material, shape, form, function and mode of operation, assembly and use. It is to be understood that all that is readily apparent and obvious and that is equivalent to what is shown in the accompanying drawings and described herein is encompassed by the present invention.
[0043]
Therefore, the above description is considered only as illustrative of the principles of the present invention. In addition, many modifications and changes will readily occur to those skilled in the art, and it is not intended that the present invention be limited to the exact construction and operation shown and described, but all suitable modifications and equivalents will be made. Belongs to the present invention and is included within its scope.
[0044]
The present invention has been described above.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 4 is an isometric view of a stack of substrates showing the matching of holes and pockets.
FIG. 2
FIG. 4 is a cross-sectional view through a portion of a row of holes in a stack of substrates.
FIG. 3
FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate stack in combination with a means for filling a substrate with a pipette. This figure also shows the clamping means.
FIG. 4
FIG. 3 is a cross-sectional view of a substrate stack combined with vacuum suction and means for filling the substrate using tubes (capillaries) into a microtiter tray.
FIG. 5
FIG. 3 is a sectional view similar to FIG. 2 but through a stack of substrates in another arrangement.
FIG. 6
FIG. 6a is an exploded view of a stacked arrangement of alternating layers of large pore gaskets and small pore substrates used in another aspect of the invention, but the layers are not drawn to scale.
FIG. 6b is a cross-sectional view through two gasket layers and two base layers according to FIG. 6a.
FIG. 6c shows a portion of a microarray prepared using the assemblies of FIGS. 6a and 6b, showing six out of hundreds to thousands of analyte assay areas formed on a solid support. is there.
Claims (22)
この基体スタックにおいて、対応する位置の貫通孔は、それらが基体スタックを貫通する連続したトンネルを形成するよう見当が合っている基体スタック。A substrate stack for stacking substrates according to claim 1 for making microarrays, the stack comprising at least two substrates, each substrate communicating with a top surface, a bottom surface, and a top surface and a bottom surface of the substrate. Having a plurality of through-holes, each through-hole having a large cross-sectional area, a small cross-sectional area, and a plateau formed at a transition portion thereof,
In this substrate stack, the through holes at corresponding locations are registered such that they form a continuous tunnel through the substrate stack.
解放可能な保持手段、
該解放可能な保持手段により保持された、基体を積み重ねた基体スタックであって、該スタックは少なくとも2個の基体を含み、各基体は上面と、底面と、基体の上面と底面との間に通じる複数の貫通孔とを有し、各貫通孔が大断面積部分と、小断面積部分と、その移行部分に形成されたプラトーとを有し、この基体スタックにおいて、前記貫通孔は見当が合っていて、基体スタックを貫通する連続トンネルを形成している、基体スタック、および
該スタックの上面または底面から個々の貫通孔に試薬を導入する手段。Apparatus for simultaneously producing a set of identical microarrays, comprising:
Releasable holding means,
A substrate stack, comprising a stack of substrates, held by the releasable holding means, wherein the stack includes at least two substrates, each substrate having a top surface, a bottom surface, and a base material having a top surface and a bottom surface. A plurality of through-holes communicating therewith, each through-hole having a large cross-sectional area, a small cross-sectional area, and a plateau formed at a transition portion thereof; Means for introducing reagents into the individual through-holes from the top or bottom surface of the substrate stack, together and forming a continuous tunnel through the substrate stack.
基体を積み重ねた基体スタックであって、該スタックは少なくとも2個の基体を含み、各基体は上面と、底面と、基体の上面と底面との間に通じる複数の貫通孔とを有し、各貫通孔が大断面積部分と、小断面積部分と、その移行部分に形成されたプラトーとを有し、この基体スタックにおいて、前記貫通孔は見当が合っていて、基体スタックを貫通する連続したトンネルを形成している、基体スタックを形成し、
少なくとも第1のトンネルに第1の試薬を、第2のトンネルに少なくとも第2の試薬をそれぞれ導入し、そして
該基体を分離する。A method for simultaneously producing a series of identical microarrays comprising the following steps:
A substrate stack comprising a stack of substrates, the stack including at least two substrates, each substrate having a top surface, a bottom surface, and a plurality of through holes communicating between the top and bottom surfaces of the substrates. The through-hole has a large cross-sectional area, a small cross-sectional area, and a plateau formed at its transition, wherein the through holes are in register and continuous through the substrate stack. Forming a substrate stack forming a tunnel,
At least a first reagent is introduced into at least a first tunnel and at least a second reagent is introduced into a second tunnel, and the substrate is separated.
(a) スペーサーと基体を交互に積み重ねたスタックであって、該スタックは少なくとも2個のスペーサーと少なくとも2個の基体を含み、各基体は上面と、底面と、基体の上面と底面との間に通じる複数の貫通孔とを有し、各スペーサーは上面と、底面と、スペーサーの上面と底面との間に通じる複数の貫通孔とを有し、該スペーサーの貫通孔は該基体の貫通孔より径が大きく、該スペーサーの貫通孔は該基体の貫通孔と見当が合っていて、整列したスペーサーと基体の貫通孔が、交互に積み重ねたスペーサーと基体のスタックを貫通する1つの連続した流路を持つカラムを形成し、該スペーサーが隣接するカラムの貫通孔を隔てるバリアーを形成するようになっているスタックを形成し、
(b) 該連続流路に試薬を流して該基体上に試薬を付着させ、そして
(c) 該基体を分離して、該少なくとも2個の各基体上に試薬のマイクロアレイを現れるようにする。A method for simultaneously producing a series of identical microarrays comprising the following steps:
(A) a stack of alternating spacers and substrates, the stack including at least two spacers and at least two substrates, each substrate having a top surface, a bottom surface, and a space between the top and bottom surfaces of the substrate. Each spacer has a top surface, a bottom surface, and a plurality of through holes communicating between the top surface and the bottom surface of the spacer, and the through hole of the spacer is a through hole of the base. Larger in diameter, the through-holes in the spacer are in register with the through-holes in the substrate, and the aligned spacers and through-holes in the substrate form a continuous flow through the stack of alternating stacked spacers and substrates. Forming a column with channels, wherein the spacers are adapted to form a barrier separating the through-holes of adjacent columns,
(B) flowing a reagent through the continuous flow path to deposit the reagent on the substrate, and (c) separating the substrate so that a microarray of reagents appears on each of the at least two substrates.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US2000/027925 WO2002031106A1 (en) | 1999-10-07 | 2000-10-10 | Method and device for creating micro-arrays |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004511761A true JP2004511761A (en) | 2004-04-15 |
Family
ID=21741871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002534477A Pending JP2004511761A (en) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | Method and apparatus for producing microarray |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1325108A4 (en) |
| JP (1) | JP2004511761A (en) |
| KR (1) | KR100891217B1 (en) |
| CN (1) | CN1242047C (en) |
| AU (2) | AU8004200A (en) |
| CA (1) | CA2425634C (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006016519A1 (en) * | 2004-08-12 | 2006-02-16 | National Agriculture And Food Research Organization | Micro channel array |
| US8569046B2 (en) * | 2009-02-20 | 2013-10-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Microarray with microchannels |
| TWI756384B (en) * | 2017-03-16 | 2022-03-01 | 美商康寧公司 | Method and process for mass transfer of micro-leds |
| US10512911B1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-12-24 | Ultima Genomics, Inc. | Implementing barriers for controlled environments during sample processing and detection |
| CN111751539A (en) * | 2020-06-18 | 2020-10-09 | 东南大学深圳研究院 | High-flux vertical flow immune test paper analysis microarray |
| CN114684782A (en) * | 2022-03-30 | 2022-07-01 | 湖南超亟检测技术有限责任公司 | Method for manufacturing blind-hole-shaped micropores based on monomolecular microarray chip substrate |
| KR102715737B1 (en) * | 2022-05-19 | 2024-10-11 | 한국기계연구원 | Method for bonding thermal plates for manufacturing micro channel reactor and structure for aligning thermal plates |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5108704A (en) * | 1988-09-16 | 1992-04-28 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Microfiltration apparatus with radially spaced nozzles |
| WO1996003212A1 (en) * | 1994-07-26 | 1996-02-08 | Sydney Brenner | Multidimensional conduit combinatorial library synthesis device |
| US5792431A (en) * | 1996-05-30 | 1998-08-11 | Smithkline Beecham Corporation | Multi-reactor synthesizer and method for combinatorial chemistry |
| US6083682A (en) * | 1997-12-19 | 2000-07-04 | Glaxo Group Limited | System and method for solid-phase parallel synthesis of a combinatorial collection of compounds |
| DE19809477C2 (en) * | 1998-03-06 | 2002-04-11 | Hte Ag High Throughput Experim | Arrangement for testing the catalytic activity of solids exposed to a reaction gas |
| JP3445501B2 (en) * | 1998-09-04 | 2003-09-08 | 日立ソフトウエアエンジニアリング株式会社 | Manufacturing method of sheet-like member laminate and sheet-like probe holder |
-
2000
- 2000-10-10 CA CA002425634A patent/CA2425634C/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-10-10 CN CNB008199582A patent/CN1242047C/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-10-10 KR KR1020037005085A patent/KR100891217B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-10-10 EP EP00970705A patent/EP1325108A4/en not_active Withdrawn
- 2000-10-10 AU AU8004200A patent/AU8004200A/en active Pending
- 2000-10-10 AU AU2000280042A patent/AU2000280042B2/en not_active Ceased
- 2000-10-10 JP JP2002534477A patent/JP2004511761A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2000280042B2 (en) | 2007-03-01 |
| EP1325108A1 (en) | 2003-07-09 |
| EP1325108A4 (en) | 2005-08-31 |
| KR100891217B1 (en) | 2009-04-01 |
| AU8004200A (en) | 2002-04-22 |
| CN1242047C (en) | 2006-02-15 |
| CA2425634C (en) | 2008-03-18 |
| KR20040007402A (en) | 2004-01-24 |
| CN1454253A (en) | 2003-11-05 |
| CA2425634A1 (en) | 2002-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6136592A (en) | Multiple micro-arrays | |
| CA2500936C (en) | Parallel loading of arrays | |
| US6485690B1 (en) | Multiple fluid sample processor and system | |
| US6623613B1 (en) | Microfabricated liquid sample loading system | |
| US6268219B1 (en) | Method and apparatus for distributing fluid in a microfluidic device | |
| US6331439B1 (en) | Device for selective distribution of liquids | |
| US6569674B1 (en) | Method and apparatus for performing biological reactions on a substrate surface | |
| CA2450676C (en) | Method and system for microfluidic interfacing to arrays | |
| US20020012616A1 (en) | Fluidic methods and devices for parallel chemical reactions | |
| US20030118486A1 (en) | Fluidic methods and devices for parallel chemical reactions | |
| JP2003525737A (en) | Apparatus and method for performing a synthesis, analysis or transport process | |
| EP1330306A2 (en) | Apparatus for assay, synthesis and storage, and methods of manufacture, use, and manipulation thereof | |
| US20040014102A1 (en) | High density parallel printing of microarrays | |
| JP2004511761A (en) | Method and apparatus for producing microarray | |
| AU2000280042A1 (en) | Method and device for creating micro-arrays | |
| US20060286555A1 (en) | Microarray support for bioprobe synthesis | |
| US20040171017A1 (en) | Method to distribute liquids containing molecules in solution and to deposit said molecules on solid supports, and relative device | |
| US20050287044A1 (en) | Test apparatus and method | |
| NZ548190A (en) | Method and device for creating micro-arrays | |
| TWI300843B (en) | Method for spotting biochips and apparatus thereof | |
| CN101021541A (en) | Biochip lattice method and its device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070727 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091110 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20100209 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20100217 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100706 |