JP2014240343A - Nano-volume micro capillary crystallization system - Google Patents
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Abstract
【課題】タンパク質用のナノ体積マイクロキャピラリー結晶化システムの提供。【解決手段】ポンピングシステムを制御するためにタンパク質結晶化システム上で実行される複数個のソフトウェア、並びにポンピングシステムに連結された1つまたはそれ以上の結晶カード400であって、それぞれがミキサー404と貯蔵およびタンパク質結晶化検査を容易にするためにミキサー404に連結されたマイクロ流体キャピラリー406とを収容する結晶カード400を備える。【選択図】図4AA nanovolume microcapillary crystallization system for proteins is provided. A plurality of software running on a protein crystallization system to control the pumping system, and one or more crystal cards 400 coupled to the pumping system, each comprising a mixer 404 and A crystal card 400 is provided that houses a microfluidic capillary 406 coupled to a mixer 404 to facilitate storage and protein crystallization testing. [Selection] Figure 4A
Description
関連出願に対する相互参照
本願は、2008年6月13日に出願された米国仮特許出願第61/061536号の利益を請求し、当該仮出願は、本明細書中に参考として援用される。
This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61/061536, filed Jun. 13, 2008, which is hereby incorporated by reference.
政府のライセンスの権利に関する陳述
本発明の主題は、少なくとも部分的に、National Institute of General Medical Sciencesにより授与された、NIGMS U54 GM074961によって提供された政府の支援を受けて行われた。
Statement of Government License Rights The subject matter of the present invention was made, at least in part, with government support provided by NIGMS U54 GM074961 awarded by the National Institute of General Medical Sciences.
構造生物学の分野は、スループットおよび効率を向上させる技術を毎年生み出している。かかる進歩は、遺伝子から三次元構造までを3日のうちに発達させることを動機づけた。効率を改善するためには、結晶化スクリーニングと最適化とに十分な材料が、無細胞合成から得られるように、必要なタンパク質量を最小限に抑えることが望ましい。「3日」の構造目標を念頭に置いて、遺伝子から構造へのパイプライン効率を高めるいくつかの技術を開発することが望ましい。 The field of structural biology is creating technology every year that improves throughput and efficiency. Such progress motivated the development of genes to three-dimensional structures in three days. In order to improve efficiency, it is desirable to minimize the amount of protein required so that sufficient material for crystallization screening and optimization can be obtained from cell-free synthesis. With the structural goal of “3 days” in mind, it is desirable to develop several technologies that increase the efficiency of gene-to-structure pipelines.
この要約は、以下の詳細な記載にさらに記載される概念から選択したものを平易に紹介するために示される。この要約は、請求される主題の重要な特徴を特定することは意図しておらず、請求される主題の範囲を決定する助けとして用いることも意図していない。 This summary is provided to introduce a selection of concepts in a further description that are further described below. This summary is not intended to identify key features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used as an aid in determining the scope of the claimed subject matter.
議論される主題の一様態は、ポンピングシステム;および該ポンピングシステムを制御するためにタンパク質結晶化システム上で実行するように構成された複数個のソフトウェア、を備えるタンパク質結晶化のためのシステムを含む。本システムは、ポンピングシステムに連結された1つまたはそれ以上の結晶カードであって、それぞれがミキサー、および貯蔵とタンパク質結晶化検査を容易にするために該ミキサーに連結されたマイクロ流体キャピラリーとを収容するように構成された、結晶カードをさらに含む。 One aspect of the subject matter discussed includes a system for protein crystallization comprising a pumping system; and a plurality of software configured to execute on the protein crystallization system to control the pumping system. . The system comprises one or more crystal cards coupled to a pumping system, each comprising a mixer and a microfluidic capillary coupled to the mixer to facilitate storage and protein crystallization studies. Further included is a crystal card configured to receive.
本主題の別の様態は、複数個のソフトウェアで働くポンピングシステムを用いて各水流を独立に制御することによって水流を調節することを備える、勾配スクリーニングのための方法を含む。本方法は、タンパク質結晶化実験において沈殿から、微結晶へ、単結晶への転移を示すために、タンパク質の結晶化相空間をマッピングすることをさらに備える。 Another aspect of the present subject matter includes a method for gradient screening comprising adjusting water flow by independently controlling each water flow using a pumping system that operates with a plurality of software. The method further comprises mapping the crystallization phase space of the protein to show a transition from precipitation to microcrystals to single crystals in protein crystallization experiments.
本主題のさらなる様態は、沈殿剤プラグを予め形成すること;およびそれぞれが2つの沈殿剤プラグを互いに分離するプラグ・スペーサーを予め形成することを備えるハイブリッド・スクリーニングのための方法を含む。本方法は、沈殿剤プラグ、プラグ・スペーサー、およびタンパク質の流れを合流させることによって勾配を形成することをさらに備える。本方法は、タンパク質結晶化実験において沈殿から、微結晶へ、単結晶への転移を示すために、タンパク質の結晶化相空間をマッピングすることをさらに含む。 Further aspects of the present subject matter include methods for hybrid screening comprising pre-forming a precipitant plug; and pre-forming a plug spacer, each separating two precipitant plugs from each other. The method further comprises forming a gradient by combining the precipitant plug, the plug spacer, and the protein stream. The method further includes mapping the crystallization phase space of the protein to show a transition from precipitation to microcrystals to single crystals in protein crystallization experiments.
本主題のさらなる様態は、キャピラリーをもつ結晶カードを受け取ること;表面エネルギーを低減するためにキャピラリーに試薬をコーティングすること;および試薬を除去することを備える方法を含む。 Further aspects of the present subject matter include methods comprising receiving a crystal card with a capillary; coating a capillary with a reagent to reduce surface energy; and removing the reagent.
別の様態において、本主題は、ミキサー回路および検査回路を収容するように構成された基板を備える結晶カードを含む。結晶カードは、基板に接合され、基板から剥離されるように構成された層をさらに含む。 In another aspect, the present subject matter includes a crystal card comprising a substrate configured to receive a mixer circuit and an inspection circuit. The crystal card further includes a layer configured to be bonded to and peeled from the substrate.
前述の様態、および本発明に付随する利点の多くは、添付図面と併せて次の詳細な記載を参照することによってよく理解され、従ってより容易に正しく認識されるであろう。 The foregoing aspects, and many of the advantages associated with the present invention, will be better understood and will be more readily appreciated by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
本主題の様々な実施形態において、ポンプ;該ポンプを制御するように構成されたソフトウェア;ならびにミキサー回路および検査回路を収容する結晶カード、を備えるナノ体積マイクロキャピラリー結晶化システムが記載される。結晶カードは、X線透過、光学的透明性、成形性、耐薬品性(chemical resistive)および表面エネルギーからなる群から選択された1つまたはそれ以上の特性を含む材料を用いて適切に製造される。結晶カードは、該結晶カードからの結晶の採取またはその場X線回折を可能にする様々な相の巨大分子結晶を収容する。該結晶は、ナノ体積マイクロキャピラリー結晶化システムによるナノプラグ形成を通じて、結晶カード内で成長が進む。ナノプラグは、水溶液流に非混和性の生物学的に不活性なキャリア流体、例えばフッ化炭素溶液、を混合することによって形成される。ナノプラグ結晶化実験を構成するために、例えば標的分子、緩衝剤、および沈殿剤溶液からなる水溶液流がミキサー回路で混合される。ナノプラグは、結晶化のためにインキュベーションおよびモニタリングが行われる。タンパク質結晶の核発生および成長に関する科学的疑問の解明および新規構造の溶液における結晶生成を目指して、ナノプラグ結晶化実験を然るべく用いることができる。 In various embodiments of the present subject matter, a nanovolume microcapillary crystallization system is described that includes a pump; software configured to control the pump; and a crystal card containing a mixer circuit and an inspection circuit. The crystal card is suitably manufactured using a material that includes one or more properties selected from the group consisting of x-ray transmission, optical clarity, moldability, chemical resistance and surface energy. The Crystal cards contain various phases of macromolecular crystals that allow for the collection of crystals from the crystal card or in situ X-ray diffraction. The crystal grows in the crystal card through nanoplug formation by a nanovolume microcapillary crystallization system. Nanoplugs are formed by mixing an immiscible biologically inert carrier fluid, such as a fluorocarbon solution, with an aqueous stream. To configure a nanoplug crystallization experiment, an aqueous stream consisting of, for example, a target molecule, a buffer and a precipitant solution is mixed in a mixer circuit. Nanoplugs are incubated and monitored for crystallization. Nanoplug crystallization experiments can be used accordingly to elucidate scientific questions regarding nucleation and growth of protein crystals and to generate crystals in solutions of novel structure.
ナノ体積マイクロキャピラリー結晶化システムは、2つのスクリーニング様式:勾配モードおよびハイブリッドモードを容易にする。本明細書では、用語勾配モードは、分子の様々な結晶化相を提供する任意の適切なスクリーニング方法を含む。勾配モードは、特定分子の結晶化相空間を明らかにするために、結晶学者が結晶カードを精細にスキャンすることを可能にする。ナノ体積マイクロキャピラリー結晶化システムに用いられる各水溶液流は、ポンプを用いてソフトウェアにより独立に制御でき、それ故に個々の流れの流量を変化させることにより、一連のナノプラグにわたって所望の粒度の濃度勾配が然るべく形成される。沈殿剤の流れの流量が減少するときに、ナノ体積マイクロキャピラリー結晶化システムは、流量の合計が一定のままであるように緩衝剤の流れの流量を増加させる。沈殿から、微結晶へ、単結晶への転移を示すために、勾配モードを用いてタンパク質のような特定分子の結晶化相空間をマッピングすることができる。 The nanovolume microcapillary crystallization system facilitates two screening modalities: gradient mode and hybrid mode. As used herein, the term gradient mode includes any suitable screening method that provides various crystallization phases of the molecule. The gradient mode allows the crystallologist to scan the crystal card finely to reveal the crystallization phase space of a particular molecule. Each aqueous solution flow used in the nanovolume microcapillary crystallization system can be independently controlled by software using a pump, thus varying the flow rate of the individual streams to create a concentration gradient of the desired particle size across a series of nanoplugs. It is formed accordingly. As the precipitant stream flow rate decreases, the nanovolume microcapillary crystallization system increases the buffer stream flow rate so that the total flow rate remains constant. Gradient mode can be used to map the crystallization phase space of specific molecules, such as proteins, to show the transition from precipitation to microcrystals to single crystals.
勾配モードの機能強化として、ハイブリッドモードは、勾配とスパースマトリックス・スクリーニングとを1つの結晶カード上で組み合わせる。予め形成された様々な結晶化剤のカートリッジを作り出すことによって、ナノプラグ中の分子結晶に関するスパースマトリックス・スクリーニングを実現することができる。本明細書において、用語ハイブリッドモードは、予め形成されたカートリッジを含む任意の適切なスクリーニング方法を含めて、ハイブリッド・スクリーニングを含む。ハイブリッドモードは、ナノプラグ・スペーサー(気泡)によって分離された沈殿剤ナノプラグを予め形成し、それらを分子流と合流させたときに濃度勾配を形成することにより、スパースマトリックス・スクリーニングの概念を拡張させる。勾配モードと同様に、ハイブリッドモードは、予め形成された沈殿剤ナノプラグおよび緩衝剤の流れの間で流量変化を連係させることによって勾配を発生させる。スパースマトリックスおよび勾配スクリーニングを1つの結晶カード上で一緒に行うことによって、ハイブリッドモードでは予め形成された各沈殿剤ナノプラグから20〜40の実験が生み出され、結晶化位相空間の広い領域をサンプリングすることが可能になる。 As an enhancement of the gradient mode, the hybrid mode combines gradient and sparse matrix screening on a single crystal card. By creating cartridges of various preformed crystallization agents, sparse matrix screening for molecular crystals in nanoplugs can be achieved. As used herein, the term hybrid mode includes hybrid screening, including any suitable screening method involving preformed cartridges. The hybrid mode expands the concept of sparse matrix screening by pre-forming precipitant nanoplugs separated by nanoplug spacers (bubbles) and forming a concentration gradient when they are combined with molecular flow. Similar to the gradient mode, the hybrid mode generates a gradient by coordinating flow changes between the preformed precipitant nanoplug and buffer flow. By performing sparse matrix and gradient screening together on one crystal card, in hybrid mode 20-40 experiments are generated from each pre-formed precipitant nanoplug, sampling a large region of the crystallization phase space Is possible.
前述および後述のように、用語「ナノプラグ」は、本システムのマイクロ流体チャンネルを満たす、10〜20nLの水滴のような、ナノリットル体積サイズの液滴を指す。各ナノプラグが個別の微結晶化実験を備える。前述および後述のように、用語「ミキサー回路」は、結晶カードの検査回路の上流地点で一緒になる、3つの水チャンネルおよび1つのキャリア流体チャンネルを有する回路を含むことを意味する。4つまたは5つの水チャンネルおよび1つのキャリア流体チャンネルをもつミキサーのような、さらなる構成も可能である。水チャンネルは一緒になり、キャリア流体チャンネルと角度90度で然るべく交差する。本明細書では、用語「マクロ・マイクロ接合部分(macro−micro interface)」は、シリンジおよび結晶カード間の連結を含むことを意味する。いくつかの実施形態において、シリンジは、テフロン(登録商標)(PTFE)配管のような配管を通じてミキサー回路または検査回路に接続される。他の実施形態において、該配管は、回路の注入口および排出口を該配管と流体的に接続するように構成されたコネクタを用いて、ミキサー回路または検査回路に接続される。前述および後述のように、用語「検査回路」は、流体が一緒になってキャピラリー内を流れる水性ナノプラグを形成する、該キャピラリーまたはチャンネルを指す。検査回路は、結晶形成についてナノプラグを検査するために用いることもできる。さらにまた、検査回路は、本主題の方法によって形成された結晶を貯蔵するためにも用いることができ、それ故に本明細書では貯蔵キャピラリーとも呼ばれる。本明細書では、用語「主チャンネル」は、ミキサーの下流に位置し、水溶液とキャリア流体とが混ざって水性ナノプラグを形成する検査回路の領域を指す。前述および後述のように、用語「分子」は、有機化合物および/または化学物質のような小分子、ならびに巨大分子を含む。用語「生物学的な分子」は、生物学的な起原に由来する、対応する、またはそれをモデルとする分子を指す。この用語は、無細胞合成によるようにインビトロで、および/または組み換えタンパク質のようにインビボで合成もしくは生成された分子;変異タンパク質、および人工タンパク質、天然および人工核酸分子、ならびに天然には発生しない他の生物学的な分子も含む。本明細書では、用語「巨大分子」は、核酸、タンパク質、炭水化物および脂質のような生体高分子を含む。分かりやすくするために、用語「タンパク質」および「タンパク質溶液」は、本明細書では、タンパク質に加えて他のタイプの分子も包含する。 As described above and below, the term “nano plug” refers to a nanoliter volume sized droplet, such as a 10-20 nL droplet, that fills the microfluidic channel of the system. Each nanoplug has a separate microcrystallization experiment. As described above and below, the term “mixer circuit” is meant to include a circuit having three water channels and one carrier fluid channel that come together upstream of the inspection circuit of the crystal card. Further configurations are possible, such as a mixer with 4 or 5 water channels and one carrier fluid channel. The water channels come together and intersect the carrier fluid channel accordingly at an angle of 90 degrees. As used herein, the term “macro-micro interface” is meant to include a connection between a syringe and a crystal card. In some embodiments, the syringe is connected to a mixer circuit or test circuit through tubing such as Teflon (PTFE) tubing. In other embodiments, the tubing is connected to a mixer circuit or a test circuit using connectors configured to fluidly connect circuit inlets and outlets to the tubing. As described above and below, the term “test circuit” refers to a capillary or channel in which fluids together form an aqueous nanoplug that flows through the capillary. The inspection circuit can also be used to inspect the nanoplug for crystal formation. Furthermore, the test circuit can also be used to store crystals formed by the subject method and is therefore also referred to herein as a storage capillary. As used herein, the term “main channel” refers to the region of the test circuit that is located downstream of the mixer and where the aqueous solution and carrier fluid mix to form an aqueous nanoplug. As described above and below, the term “molecule” includes small molecules such as organic compounds and / or chemicals, as well as macromolecules. The term “biological molecule” refers to a molecule that is derived from, corresponds to, or models a biological origin. This term refers to molecules synthesized or produced in vitro, such as by cell-free synthesis, and / or in vivo, such as recombinant proteins; mutant proteins, and artificial proteins, natural and artificial nucleic acid molecules, and others that do not occur in nature As well as other biological molecules. As used herein, the term “macromolecule” includes biopolymers such as nucleic acids, proteins, carbohydrates and lipids. For clarity, the terms “protein” and “protein solution” as used herein encompass other types of molecules in addition to proteins.
分子の結晶化に役立つナノ体積マイクロキャピラリー結晶化システム100が図1に示される。結晶構造が所望される分子を備える調製試料102、例えば調製タンパク質試料が水溶液104中に提供される。追加の水溶液、例えば緩衝剤溶液および沈殿剤溶液も提供される。緩衝剤溶液は、生物学的な試料102を調製するために用いられる緩衝剤を備えることができる。キャリア流体も提供される。キャリア流体は、水溶液と非混和性である。キャリア流体の適切な例は、フッ素系オイル;例えば、FC−40(3M Corp.,St.Paul,Minnesota)を含む。水溶液およびキャリア流体104は、1つまたはそれ以上のポンプ108に接続された1つまたはそれ以上のシリンジ106に供給される。ポンプ108は、ナノプラグ形成用コンピュータ110上で実行されるソフトウェアによって制御される。ナノプラグ形成用コンピュータ110上で実行されるソフトウェアは、結晶カード112における水溶液およびキャリア流体104の流れを調節する。顕微鏡114のような拡大デバイスを用いて、結晶カード112における水溶液およびキャリア流体の流れが観察される。
A nanovolume
結晶カードを通る様々な流体の流れを調節するのに役立つポンピングシステム200が図2に示される。ポンプ1 202は、シリンジ1 204およびシリンジ2 208を制御する。シリンジ1 204に緩衝剤206のような水溶液が負荷される。シリンジ2は、沈殿剤試薬210のような水溶液で満たされる。ポンプ2 212は、シリンジ3214およびシリンジ4 218を制御する。シリンジ3 214は、キャリア流体216のような非混和性流体で満たされる。シリンジ4 218は、注目されるタンパク質220のような分子を含んだ水溶液で満たされる。適切なポンプは、Harvard Twin 33シリンジポンプ(Harvard Apparatus,Holliston,MA)を含む。いくつかの実施形態において、該シリンジポンプは、より良好な精度を提供するために製造者によって改良された。適切なシリンジは、1800シリーズHamilton Gas TightシリンジのようなHamiltonシリンジを含む。適切なシリンジ容積は、10μlから100μlの範囲である。ポンピングシステム200は、ナノプラグ形成用コンピュータ110上で実行されるソフトウェアによって制御される。
A
適切なソフトウェアがポンピングシステム108を制御するために提供される。図3A〜3Eは、ポンピングシステム200を制御する様々なモードを表示する、システムのソフトウェアの代表的なユーザインターフェースを示す。図3Aは、ソフトウェアの構成モードの代表的なユーザインターフェース300を示す。図3Bは、ソフトウェアの主要モードの代表的なユーザインターフェース302を示す。図3Cは、ソフトウェアの一定モードの代表的なユーザインターフェース304を示す。図3Dは、ソフトウェアの勾配モードの代表的なユーザインターフェース306を示す。図3Eは、システムのソフトウェアのハイブリッドモードの代表的なユーザインターフェース308を示す。
Appropriate software is provided to control the
本明細書に開示される主題の結晶カードを次に参照して、結晶カードの一実施形態の代表的な例が図4A〜4Eに示される。結晶カード400は、標準的な顕微鏡スライドとほぼ同じサイズであるように構成され、長さが約76.20mm、幅が約25.40mm(または約3インチ長×約1インチ幅)である。結晶カード400は、厚さが約1.0から1.5mmである。該結晶カードは、射出成形によって透明ポリカーボネートから製造される(Siloam Bioscience社)。
Referring now to the subject crystal card disclosed herein, a representative example of one embodiment of a crystal card is shown in FIGS. The
図4Aおよび4Bに示される実施形態を次に参照して、結晶カード400は、上面402、および上面402に平行な下面414を有する。結晶カード400は、ミキサー回路404、ならびに貯蔵および検査回路406を収容するように構成された基板を備える。ミキサー回路404は、4つのマイクロ流体チャンネル421、422、424、および426で構成される。図4Cを参照。チャンネル421、422、および424は一緒になり、角度90度でチャンネル426と交差する。各チャンネルは、注入口410を備える。図4Eを参照。検査回路406は、ミキサー404のすぐ下流に位置し、排出口412で終わる長いマイクロ流体キャピラリー・チャンネルを備える。マイクロ流体キャピラリー406の長さは、約67cmである。マイクロ流体キャピラリー・チャンネル406は検査回路とも呼ばれ、本カードで生成された結晶は、その場X線回折解析に供するか、または凍結のために採取されるまでチャンネル406中に貯蔵することができる。マイクロ流体チャンネル421、422、424、426、およびキャピラリー・チャンネル406は、断面が実質的に正方形であり、約200マイクロメータ(μm)×200μmの内径を有する。しかしながら、他のチャンネル構成も可能である。
Referring now to the embodiment shown in FIGS. 4A and 4B, the
図4Dを次に参照して、結晶カード400は、基板に熱的に接合され、基板から剥離されるように構成された層420をさらに備える。剥離可能な層420は、基板表面414に熱的に接合される。他の実施形態において、剥離可能な層420は、基板に化学的に結合されてもよい。剥離可能な層420は、厚さが約0.10から0.14mmである。剥離可能な層420は、剥離可能な層420の除去が検査回路チャンネル406の内部空間を暴露するように然るべく構成される。結晶カード400は、該結晶カードにシリンジを接続するマクロ・マイクロ接合部分をさらに備える。一実施形態において、マクロ・マイクロ接合部分は、一端では注入口410および排出口412に接続され、他端ではフレキシブル・シリコン配管でできたスリップフィット・コネクタ432に接続された(例えば、PEEK(商標)ポリマーでできた)硬質プラスチック配管430の断面を含む。スリップフィット・コネクタ432は、テフロン(登録商標)(PTFE)配管(示されていない)を受けるように構成される。該配管の他端は、本システムのシリンジに接続される。テフロン(登録商標)配管は、内径が360μm、外径が760μm(ID/OD 360/760)である一方で、コネクタ432の内径は760μmであり、その結果としてテフロン(登録商標)配管がコネクタ432に挿入されたときに気体および流体漏れのないシールが形成される。
Referring next to FIG. 4D, the
動作中に、チャンネル421は、注目されるタンパク質溶液に用いられる緩衝剤のような、水溶液で満たされた配管に接続される。チャンネル422は、沈殿剤溶液で満たされた配管に接続される。本明細書では、用語沈殿剤は、用語クリスタラント(crystallant)と同義であると理解される。チャンネル424は、注目される標的分子を含む溶液で満たされた配管に接続される。一実施形態において、生物学的な標的分子はタンパク質である。チャンネル426は、キャリア流体で満たされた配管に接続される。キャリア流体の適切な例は、フッ素系オイル、またはFC−40のようなフッ化炭素を含むが、他にも可能ではある。キャリア流体は、水性流体に対して非混和性であり、検査回路マイクロチャンネルの壁を選択的に濡らす。その結果、混合された水溶液部分がチャンネル幅にわたるナノプラグに分割される。一実施形態において、水性ナノプラグは、体積が約10〜20nLである。 In operation, channel 421 is connected to tubing filled with an aqueous solution, such as a buffer used for the protein solution of interest. The channel 422 is connected to a pipe filled with a precipitant solution. As used herein, the term precipitant is understood to be synonymous with the term crystallant. The channel 424 is connected to a pipe filled with a solution containing the target molecule of interest. In one embodiment, the biological target molecule is a protein. Channel 426 is connected to tubing filled with carrier fluid. Suitable examples of carrier fluids include fluorinated oils or fluorocarbons such as FC-40, although others are possible. The carrier fluid is immiscible with the aqueous fluid and selectively wets the walls of the test circuit microchannel. As a result, the mixed aqueous solution portion is divided into nanoplugs across the channel width. In one embodiment, the aqueous nanoplug has a volume of about 10-20 nL.
図5A〜5Eを次に参照して、本主題の結晶カードに関する別の実施形態の代表的な例が示される。異なった図面間で同様の要素は、同様の参照番号をもち、図面番号に対応して最上位の数字が1だけ増加する。簡潔にするために、異なった図面間で同様の要素は、さらには記載されない。図5A〜5Eに示される実施形態において、注入口510は、結晶カード500の上面502に位置する浅い円筒状のくぼみ508中に位置する。円筒状のくぼみ508は、注入口510および排出口512に配管を接続するコネクタ(示されていない)を取り付けるように構成される。結晶カード500の寸法が図5Eに示される。結晶カード500は、長さが76.2mmで幅が25.4mmである。注入口510は、4.5mmの間隔をあけて配置される。検査回路506の平行チャンネルは、2.0mmの間隔をあけて配置される。しかしながら、当業者に理解されるように他の適切な構成も可能である。
Referring now to FIGS. 5A-5E, a representative example of another embodiment for the subject crystal card is shown. Similar elements between different drawings have similar reference numbers, with the most significant digit incremented by 1 corresponding to the drawing number. For the sake of brevity, similar elements between the different figures are not further described. In the embodiment shown in FIGS. 5A-5E, the
図6A〜6Eを次に参照して、結晶カードの第3の実施形態の代表的な例が示される。簡潔にするために、前出の図面に記載された同様の要素は、ここでは記載されない。図6A〜6Eに示された実施形態において、注入口610および排出口612は、表面602に接続され、そこから外に延びる円筒状の突起608より下に配置される。突起608は、注入口610および排出口612に配管を接続するコネクタ(示されていない)を取り付けるように構成される。本題からそれるが、図4〜6に示される実施形態において例示された結晶カードは、射出成形(Siloam Biosciences社)により透明ポリカーボネート・プラスチックから製造される。
With reference now to FIGS. 6A-6E, a representative example of a third embodiment of a crystal card is shown. For the sake of brevity, similar elements described in the previous figures are not described here. In the embodiment shown in FIGS. 6A-6E, the
次に図7〜9に戻って、結晶カードの第2のタイプの代表的な実施形態が記載される。図形7A〜7Eは、本主題の結晶カードに関する別の実施形態の代表的な例を示す。簡潔にするために、前出の図面に記載された同様の要素は、ここでは記載されない。図7A〜7Eに示された実施形態において、結晶カード700の上面702は、2列のポート708をさらに備える。該ポートは、ポート708より下に位置する注入口710および排出口712に配管を接続するのに適したプラスチック・コネクタ(示されていない)を受けるように構成される。表面702は28のポート708を備える。しかしながら、結晶カード700の設計に依存して、様々なポート数が可能である。ポート708は、結晶カード700の表面702より上に約2.5mm延びる。注入口710および排出口712に位置を合わせて、これらと流体的に接続されるようにポート708底の中心部に然るべく穴が開けられる。該ポートの中心部は、約4.5mm間隔である。ポート708底に開けられた穴は、直径が約0.2mm(200μm)である。当然のことながら、すべてのポートが回路チャンネルに接続されるわけではなく、注入口710および排出口712に配管を接続すべき所望のポートだけに穴を開ける必要がある。他の実施形態において、剥離可能な層720が底面714に接合される前に、レーザを用いて該層に穴が開けられる。レーザドリル穴は、注入口710および排出口712と流体的に接続するように構成される。特別に設計された結晶カード・ホールダ(示されていない)を用いて、レーザドリル穴に配管が接続される。
Returning now to FIGS. 7-9, an exemplary embodiment of a second type of crystal card will be described. Figures 7A-7E show representative examples of another embodiment for the subject crystal card. For the sake of brevity, similar elements described in the previous figures are not described here. In the embodiment shown in FIGS. 7A-7E, the
図7A〜7Eをなおも参照して、結晶カードは、2つに分かれた非対称なマイクロ流体チャンネル回路706Aおよび706Bをさらに備える。706Aでは検査回路は長さが約270mmである。706Bでは検査回路は長さが約306mmである。706Aおよび706Bの両回路において、排出口712は、注入口710からの回路およびミキサー回路704A、704Bとは反対側に位置する。図7A〜Eに示される実施形態は、ミキサー回路704A、704Bからなる2つに分かれた構成を備える。図10により詳細に示されるように、ミキサー回路704Aは、水チャンネルおよびキャリア流体チャンネル間に長さがおよそ0.20mmの短いネック領域を備える。図11により詳細に示されるように、ミキサー回路704Bは、水チャンネルおよびキャリア流体チャンネル間にネック領域がない。結晶カードにおける水性ナノプラグ形成には、ミキサー回路704Aが適することがわかった。
Still referring to FIGS. 7A-7E, the crystal card further comprises two asymmetric
図8A〜8Eを参照して、本主題の結晶カードに関する別の実施形態の代表的な例が示される。簡潔にするために、前述の要素と同様の要素は、ここでさらには記載されない。結晶カード800は、2つに分かれた対称なマイクロ流体チャンネル回路806を備える。この実施形態において、排出口812は、ミキサー804および注入口810と回路806の同じ側に位置する。
With reference to FIGS. 8A-8E, a representative example of another embodiment for the subject crystal card is shown. For the sake of brevity, elements similar to those described above will not be further described here. The
図9A〜9Eを次に参照して、本主題の結晶カードに関する別の実施形態の代表的な例が示される。簡潔にするために、前述の要素と同様の要素は、ここでさらには記載されない。結晶カード900は、1つのミキサー回路904および長い検査回路906を備える単一のマイクロ流体回路を備える。検査回路906は、長さが約665mmである。図9Cは、結晶カード900の分解立体図を示す。ポート908を備える部分930は、マイクロ流体回路チャンネルを備える部分940に接合される。剥離可能な層920は、部分940の底面914に熱的に接合される。しかしながら、他の実施形態において、剥離可能な層920は、基板表面914に化学的に結合されてもよい。剥離可能な層920は、剥離可能な層920の除去が検査回路チャンネル906の内部空間を暴露するように然るべく構成される。本題からそれるが、図7〜9に示される実施形態において説明された結晶カードは、透明環状オレフィン共重合体(COC)または同等のプラスチックから製造される(ThinXXS Microtechnology AG,Germany)。
Referring now to FIGS. 9A-9E, a representative example of another embodiment for the subject crystal card is shown. For the sake of brevity, elements similar to those described above will not be further described here. The
次に図10〜13に戻って、ミキサー回路の代表的な例がここで記載される。図10は、図7に示されるミキサー704Aに対応するミキサー回路の一実施形態の代表的な例を示す。ミキサー回路1000は、3つの水チャンネル1021、1022および1024を備える。該水チャンネルは、ネック領域1007によってキャリア流体チャンネル1026から分離される。該チャンネルは、水溶液を含んだ3つのチャンネル1021、1022、1024が一緒になり、キャリア流体を含んだチャンネル1026と角度90度で交差するように方向が向けられる。ミキサー1000は、検査回路1006の一部分をさらに備える。図10をなおも参照して、ミキサー1000の寸法が次に記載される。ネック領域1007は、長さが約0.2mmである。チャンネル1021は、直径が約0.2mmである。チャンネル1022、1024は、直径が約0.141mmである。チャンネル1006、1026は、直径が約0.2mmである。しかしながら、ミキサー回路のための他の適切な寸法も可能である。
Returning now to FIGS. 10-13, a representative example of a mixer circuit will now be described. FIG. 10 shows a representative example of one embodiment of a mixer circuit corresponding to the
図11は、図7に示されたミキサー回路704Bに対応するミキサー回路の別の実施形態の代表的な例を示す。ミキサー回路1100は、3つの水チャンネル1121、1122および1124を備える。水溶液チャンネルは、ネック領域なしでキャリア流体チャンネル1106に直接に接続される。ミキサー回路は、検査回路1126に流れ込む。該チャンネルは、水溶液を含んだ3つのチャンネルが一緒になりキャリア流体を含んだチャンネルと角度90度で交差するように方向が向けられる。チャンネル1121の直径は、約0.2mmである。チャンネル1122、1124の直径は、約0.141mmである。水チャンネルおよびキャリア流体チャンネル1126間の合流点領域の直径は、約0.285mmである。しかしながら、ミキサーのための他の適切な寸法も可能である。
FIG. 11 shows a representative example of another embodiment of a mixer circuit corresponding to the
図12を次に参照して、図7に記載されたミキサー回路704Aの別図が示される。ミキサー回路1200は、短いネック領域によってキャリア流体チャンネル1226に接続された3つの水チャンネル1221、1222および1224を備える。該チャンネルは、水溶液を含んだ3つチャンネルが一緒になりキャリア流体を含んだチャンネルと角度90度で交差するように方向が向けられる。各チャンネルは、注入口1210を有する。ミキサー回路1204の下流において、溶液は、検査回路1206の一部分に流れ込む。図12をなおも参照して、ミキサー回路1200の寸法が次に記載される。注入口1210は、チャンネル1206、1226から約4.4mmに位置する。水チャンネル1221、1222、1224は、注入口から約2.9mmで直角に曲がる。直角な曲がりは、内径R0.300および外径R0.500をもつ。チャンネル1206と平行に面内に配置されたチャンネルの部分1221、1222、1224は、チャンネル1206から約1.300mmにある。水チャンネル1221、1222、1224は、ネック領域の上流で互いに接続する前に45度曲がる。チャンネル1206の内径は、約0.200mm(200μm)である。チャンネル1206の平行部分は、約1.2mm間隔である。しかしながら、他の適切な寸法も可能である。
Referring now to FIG. 12, another view of the
図13は、図8および9に示されたミキサー回路804および904に対応するミキサーの別の実施形態の代表的な例を示す。ミキサー回路1300は、水チャンネル1321、1322、および1324を備える。水チャンネルは、キャリア流体チャンネル1306および検査回路1326から短いネック領域によって分離される。該ネック領域の直径は、約0.200mmである。しかしながら、他の適切な寸法も可能である。該チャンネルは、水溶液を含んだ3つチャンネルが一緒になりキャリア流体を含んだチャンネルと角度90度で交差するように方向が向けられる。ミキサー回路の下流において、溶液は検査回路1326に流れ込む。
FIG. 13 shows a representative example of another embodiment of a mixer corresponding to the
図14は、図9に示された実施形態と同様の結晶カードの断面の代表的な例を示す。結晶カード1400は、3つの層1420、1430および1440から成っている。層1430は、図7〜9に示されるようなポートを備える。層1430は、厚さが約0.4mmである。層1440は、マイクロ流体チャンネル回路を備え、端部での厚さが約1.5mmである。層1420は、結晶カード1400の底面に貼り付けられた剥離可能な層を備え、厚さが約0.14mmである。
FIG. 14 shows a typical example of a cross section of a crystal card similar to the embodiment shown in FIG.
図15A〜15Vは、ナノ体積マイクロキャピラリー結晶化システムを用いて分子を結晶化させるための方法5000を示す。スタート・ブロックから、方法5000は、継続ターミナル(「ターミナルA」)および出口ターミナル(「ターミナルB」)間で定義された方法ステップの一組5002へ進む。方法ステップの一組5002は、結晶カードの準備、および結晶カードのポンプへの接続について記載する。
15A-15V illustrate a
ターミナルA(図15B)から、方法5000は、結晶カードが射出成形によってポリジメチルシロキサン(PDMS)またはプラスチックのような適切な材料から製造される、方法ステップの一組5008へ進む。本方法は、次に起動ポイントへ戻る。方法5000は、次に継続ターミナル(「ターミナルA2」)によって定義された方法ステップの一組5010へ進む。方法ステップの一組5010は、表面エネルギーを低減するために、結晶カードのマイクロキャピラリー表面を処理する。
From Terminal A (FIG. 15B), the
ターミナルA2(図15C)から、方法5000は、結晶カードがプラスチックから製造されたかどうか判断するためにテストを行う決定ブロック5014へ進む。もしテストへの答えがNOであれば、本方法は、別の継続ターミナル(「ターミナルA4」)へ進む。もし決定ブロック5014におけるテストへの答えがYESであれば、本方法は、プラスチックがポリカーボネートであるかどうか判断するために他のテストを行う別の決定ブロック5016へ進む。もし決定ブロック5016におけるテストへの答えがNOであれば、方法5000は、別の継続ターミナル(「ターミナルA5」)へ進む。もし決定ブロック5016のテストへの答えがYESであれば、方法5000は、別の継続ターミナル(「ターミナルA6」)へ進む。
From Terminal A2 (FIG. 15C), the
ターミナルA4(図15D)から、方法5000は、結晶カードがPDMSから製造されたとして本方法がこれを処理するブロック5018へ進む。本方法は、マイクロキャピラリー表面が全フッ素置換シラン溶液により室温で2時間処理されるブロック5020へ進む。本方法は、次に全フッ素置換シラン溶液が真空により除去されるブロック5022へ進む。ブロック5024において、結晶カードのマイクロキャピラリー表面は、5〜10psiの圧力下にある空気のような気体を用いて1時間乾燥される。本方法は、次にターミナルA2のステップが起動したポイントに戻り、別の継続ターミナル(「ターミナルA3」)へ進む。ブロック5012を参照。
From Terminal A4 (FIG. 15D), the
ターミナルA5から(図15E)、方法5000は、結晶カードが環状オレフィン共重合体(COC)を備えるプラスチックまたは同等のプラスチックで作られたとして本方法がこれを処理するブロック5026へ進む。ブロック5028では、該プラスチックの表面エネルギー(疎水性)を低減するために、マイクロキャピラリー表面が室温において2時間試薬で処理される。表面エネルギーを低減するのに適した試薬は、フッ素化共重合体溶液を含むが他の試薬も可能である。適切なフッ素化共重合体溶液は、Cytonix PFC 502AFA(Cytonix社,Beltsville,MD)のような、フルオロ溶媒中の2%フッ素化共重合体溶液を含む。Cytonix PFC 502AFAは、ポリカーボネートへの付着用に製造されたもので、表面エネルギーを6〜10ダイン/cmに低減する。フッ素化共重合体溶液を結晶カードにつけるために、排出口からCytonix PFC 502AFA溶液が満たされる。ブロック5030では、フッ素化共重合体溶液が真空によって除去される。ブロック5032では、マイクロキャピラリー表面が、5〜10psiの圧力下にある空気のような気体を用いて1時間乾燥される。方法5000は、次に結晶カードが1時間、60℃に加熱されるブロック5034へ進む。本方法は、次にターミナルA2のステップの起動ポイントに戻る。ターミナルA3におけるブロック5012を参照。
From Terminal A5 (FIG. 15E), the
ターミナルA6(図15F)から、方法5000は、結晶カードが氷上で予冷されるブロック5036へ進む。ブロック5038において、マイクロキャピラリー表面は、Cytonix PFC 502AFAのようなフッ素化共重合体溶液を用いて氷上で2時間処理される。ポリカーボネート結晶カードの注入口は、より高い温度で502AFA溶液を用いてインキュベーションされた場合に割れやすい可能性がある。本方法は、次にターミナルA5へ進み、ブロック5030へ飛んでブロック5030、5032、および5034でのステップを行う。本方法は、次にターミナルA2のステップが起動したポイントへ戻る。ブロック5012におけるターミナルA3を参照。ブロック5012における方法ステップの一組は、結晶カードをポンプに連結する。
From Terminal A6 (FIG. 15F), the
ターミナルA3(図15G)から、方法5000は、シリンジ1に緩衝剤または水溶液が満たされるブロック5040へ進む。ブロック5042では、シリンジ2に沈殿剤溶液が満たされる。ブロック5044では、シリンジ3にキャリア流体が満たされる。適切なキャリア流体の代表的な例は、フッ素化炭素溶液を含む。フッ化炭素流体の適切な例は、FC−40を含む。FC−40は、膜タンパク質の可溶化に用いられる洗剤に対して高い表面張力をもつ。表面張力は、ナノプラグ形成および結晶化を可能にする。代表的な実施形態において、キャリア流体は、水性流体に対して非混和性のフッ素系オイルである。水性ナノプラグが形成されるときに、該キャリア流体はそれらを取り囲んで分離し、本方法の間に結晶カード中を前進させる。ブロック5046では、注目されるタンパク質を然るべき緩衝剤中に含んだタンパク質溶液がシリンジ4に満たされる。ブロック5048では、テフロン(登録商標)配管のような適切な配管が各シリンジのニードルに取り付けられる。ブロック5050では、シリンジ1および2がポンプ1に取り付けられ、シリンジ3および4がポンプ2に取り付けられる。ブロック5052では、該配管が、マクロ・マイクロ接合部分を経て結晶カードに接続される。マクロ・マイクロ接合部分に適した接続は、上述の通りである。本方法は、次に出口ターミナルBへ進む。
From Terminal A3 (FIG. 15G), the
ターミナルBから、方法5000は、継続ターミナル(「ターミナルC」)および出口ターミナル(「ターミナルD」)間で定義された方法ステップの一組5004へ進む。方法ステップの一組5004は、結晶を得るために結晶カード中の流体の流れを調節するインストラクションを受ける。ターミナルC(図15H)から、方法5000は、継続ターミナル(「ターミナルC1」)で定義された方法ステップの一組5054へ進む。方法ステップ5054の一組はポンプを構成する。
From Terminal B,
ターミナルC1(図15I)から、方法5000は、本システムが制御するシリンジポンプ・モデルのタイプに関するインストラクションを本方法が受けるブロック5060へ進む。適切なポンプは、より良好な精度を提供するために製造者によって改良されたHarvard Apparatus Twin Syringe Pump Model 33(Harvard Apparatus,Holliston,MA)を含む。図2に示されるように、各シリンジポンプは2つのシリンジを制御する。ブロック5062において、本方法は、ポンプシステムの制御に用いるコンピュータのシリアル通信ポートに関するインストラクションを受ける。該通信ポートは、各シリンジポンプが同時にインストラクションを受けるように構成される。その結果として時間遅延が防がれ、溶液が同時に結晶カード中を流れることが可能になる。本方法は、ポンプに接続される各シリンジの容積に関するインストラクションを本方法が受けるブロック5064へ進む。ブロック5066において、本方法は、ポンプに接続される各シリンジの直径を決定する。本方法は、次に進んでターミナルC1のステップが起動したポイントに戻る。
From terminal C1 (FIG. 15I), the
ブロック5054から、方法5000は、継続ターミナル(「ターミナルC2」)で定義された方法ステップの一組5056へ進む。該方法ステップの一組は、流体を結晶カードのミキサー回路にプライミングする。ターミナルC2(図15J)から、方法5000は、結晶カードのミキサー中に流体を分注するためにどのシリンジを用いるかに関するインストラクションを本方法が受けるブロック5068へ進む。ブロック5070において、本方法は、各シリンジからの流量に関するインストラクションを受ける。ブロック5072において、本方法は、シリンジが分注する流体の体積に関するインストラクションを受ける。ブロック5074において、本方法は、ミキサー回路上流の流体チャンネルから流体を分注するか、または吸引する。本方法は、次に別の継続ターミナル(「ターミナルC4」)へ続く。
From
ターミナルC4(図15K)から、方法5000は、シリンジが水性流体を分注しているかどうか判断するためにテストを行う決定ブロック5076へ進む。もし決定ブロック5076におけるテストへの答えがNOであれば、本方法は、別の継続ターミナル(「ターミナルC5」)へ進む。もし決定ブロック5076におけるテストへの答えがYESであれば、本方法は、ブロック5078へ進む。本方法は、水性流体が検査回路に入る前にミキサー回路で該流体を停止させるインストラクションを受ける。本方法は、次にターミナルC2へと続き、上記に示されたプロセス・ステップを次のシリンジに対して繰返す。ターミナルC5(図15K)から、方法5000は、ミキサー回路の下流かつ検査回路のわずかに内部でキャリア流体を停止させるインストラクションを本方法が受けるブロック5080へ進む。本方法は、次に進んでターミナルC2のステップが起動したポイントへ戻る。
From Terminal C4 (FIG. 15K), the
本題からそれるが、水溶液およびキャリア流体を結晶カードのミキサーにプライミングするための例示的プロセスが詳細に記載される。初めに、プライミング中の観察のために、空の結晶カードのミキサー回路が顕微鏡ステージ上に置かれる。本方法は、シリンジ1から溶液、例えば緩衝液をミキサーに分注するインストラクションを受ける。流体チャンネルの合流点のすぐ上流のミキサー領域に溶液が到達したことをユーザが観察するまで、緩衝液が、シリンジ1に接続された流体チャンネルに分注される。本方法は、次に溶液の分注を停止するインストラクションを受ける。試薬を吸引するインストラクションを本方法に与えることによって溶液をチャンネルから除去することもできる。水溶液は、結晶カードの検査回路に入るのを控えることが適切である。水溶液を分注するシリンジ;例えば、シリンジ4(タンパク質溶液)およびシリンジ2(沈殿剤溶液)に接続された3つの流体チャンネルのそれぞれに対して本方法が繰返される。次にキャリア流体が、シリンジ3に接続された第4の流体チャンネルに分注される。キャリア流体は、ミキサーの合流点を通過して結晶カードの検査回路(第5のチャンネル)にわずかに入るまで第4の流体チャンネルに分注される。本方法は、次にキャリア流体の分注を停止するインストラクションを受ける。
Deviating from the subject matter, an exemplary process for priming an aqueous solution and carrier fluid into a crystal card mixer is described in detail. Initially, an empty crystal card mixer circuit is placed on the microscope stage for observation during priming. The method receives instructions from a
ブロック5056から戻って、方法5000は、継続ターミナル(「ターミナルC3」)で定義された方法ステップの一組5058へ進む。本方法ステップの一組は、結晶カードの検査回路で水性ナノプラグを生成するインストラクションを受ける。ターミナルC3(図15L)から、方法5000は、どのナノプラグ形成プロトコールを行うかに関するインストラクションをブロック5082で受ける。本方法は、受けたインストラクションが一定モードを実行するためだったかどうか判断するためにテストを行う決定ブロック5084へ次に進む。もしブロック5084におけるテストへの答えがNOであれば、本方法は、別の継続ターミナル(「ターミナルC6)へ進む。もし決定ブロック5084におけるテストへの答えがYESであれば、本方法は、各シリンジに対する流量に関するインストラクションを本方法が受けるブロック5086へ進む。本方法は、次にミキサー回路を通過する流体の全体積に関するインストラクションを本方法が受けるブロック5088へ進む。ブロック5090において、本方法は、各ナノプラグが然るべくサイズが等しく、同様のタンパク質および沈殿剤濃度をもつ水性ナノプラグを結晶カードの検査回路内に生成する。本方法は、次に進んで起動ポイントへ戻る。ブロック5058から、本方法は出口ターミナルDへ進む。
Returning to block 5056, the
ターミナルC6(図15M)から、方法5000は、勾配モードを行うインストラクションを本方法が受けたかどうか判断するためにテストを行う決定ブロック5092へ進む。もしブロック5092におけるテストへの答えがNOであれば、本方法は、別の継続ターミナル(「ターミナルC7」)へ進む。もし決定ブロック5092におけるテストへの答えがYESであれば、本方法は、可変流シリンジに対する最大流量に関するインストラクションを本方法が受けるブロック5094へ進む。一実施形態において、可変流量シリンジは、緩衝液および沈殿剤を含む。別の実施形態において、シリンジ1および2は、可変流量シリンジである。しかしながら、本方法は、任意のシリンジを可変流量シリンジに指定することができる。一実施形態において、可変流量シリンジを合わせた流量は、最大流量に等しい。例えば、一実施形態において、本方法は、シリンジ1の流量が2μl/分に等しいインストラクションを提供し、その一方でシリンジ2の流量が0(ゼロ)μl/分に等しいインストラクションを提供する。この実施形態において、最大流量は2μl/分(2+0μl/分)に等しい。本方法は、次にキャリア流体を制御するシリンジに対する一定流量に関するインストラクションを本法が受けるブロック5096へ進む。一実施形態において、シリンジ3がキャリア流体を制御する。一実施形態において、キャリア流体の流量は、水溶液(緩衝剤、沈殿剤およびタンパク質溶液)の総流量に等しい。別の実施形態において、キャリア流体に対する流量は、水性流体の総流量より小さいか、または大きいように選択することができる。キャリア流体速度が小さいほど、ナノプラグ間のキャリア流体を備える部分は小さく、より大きい水性ナノプラグが生成される。キャリア流体速度が大きいほど、ナノプラグ間のキャリア流体部分は大きく、より小さい水性ナノプラグが生成される。本方法は、次にタンパク質溶液を制御するシリンジに対する一定流量に関するインストラクションを本方法が受けるブロック5098へ進む。一実施形態において、シリンジ4がキャリア流体を制御する。一実施形態において、タンパク質の流量は、他の水溶液(緩衝剤および沈殿剤)の流量の合計に等しい。タンパク質溶液の流量を変化させると、各ナノプラグにおけるタンパク質対結晶化条件の比率は変化する。本方法は、次に本方法の1回の繰返しまたはサイクルの間に分注する水の全体積に関するインストラクションを本方法が受けるブロック6000へ進む。本方法は、次に別の継続ターミナル(「ターミナルC8」)へ進む。
From terminal C6 (FIG. 15M), the
ターミナルC8(図15N)から、方法5000は、検査回路に分注する各水性ナノプラグの体積に関するインストラクションを本方法が受けるブロック6002へ進む。ブロック6004において、本方法は、行う繰返しまたはサイクルの総数(すなわち、勾配スクリーニング・ステップが繰返される回数)に関するインストラクションを受ける。一実施形態において、もし本方法がゼロ回の繰返しを実行するインストラクションを受ければ、ブロック6000で選択した水の全体積が分注されたときにポンプが停止する。別の実施形態において、もし本方法が1回またはそれ以上の繰返しを実行するインストラクションを受ければ、上述のプロセス・ステップが所望の回数繰返されたときにポンプが停止する。ブロック6006において、本方法は、緩衝剤および沈殿剤溶液の流量の合計がブロック5094で選択した最大流量に等しいように、緩衝剤および沈殿剤溶液の流量を互いに変化させる。例えば、一実施形態において、本方法は、ブロック5094で最大流量が2μl/分に等しいようにシリンジ1の流量が2μl/分に等しいインストラクションを提供し、かつシリンジ2の流量が0μl/分に等しいインストラクションを提供する。本方法がスタートしたときに、シリンジ1からの流量は、2μl/分で始まって0μl/分にランプダウンし、一方でシリンジ2からの流量は、同時に0μl/分から2μl/分にランプアップする。ブロック6008において、本方法は、各液滴のサイズは等しいが各液滴におけるタンパク質および沈殿剤濃度が異なる、一連の水性ナノプラグを検査回路内に生成する。ブロック6010において、本方法は、所望数の繰返しまたはサイクルを行った後に終了する。本方法は、次に出口ターミナルDへ本方法が進むブロック5058へ戻る。
From Terminal C8 (FIG. 15N), the
ターミナルC7(図15O)から、方法5000は、ハイブリッドモードを行うインストラクションを本方法が受けたかどうか判断するためにテストを行う決定ブロック6012へ進む。もしブロック6012におけるテストへの答えがNOであれば、本方法は、別の継続ターミナル(「ターミナルC9」)へ進む。もしブロック6012におけるテストへの答えがYESであれば、本方法は、沈殿剤カートリッジが準備されたかどうか判断するためにテストを行う別の決定ブロック6014へ進む。もし決定ブロック6014におけるテストへの答えがNOであれば、本方法は、別の継続ターミナル(「ターミナルC10」)へ進む。もしブロック6014におけるテストへの答えがYESであれば、本方法は、また別の継続ターミナル(「ターミナルC11」)へ進む。
From terminal C7 (FIG. 15O), the
ターミナルC9(図15P)から、方法5000は、脈動モードを行うインストラクションを本方法が受けたかどうか判断するためにテストを行う決定ブロック6016へ進む。もし決定ブロック6016におけるテストへの答えがNOであれば、本方法は、上記に示されたステップが繰返されるターミナルC3へ戻る。もし決定ブロック6016におけるテストへの答えがYESであれば、本方法は、拍動モードを行うことに関するインストラクションを本方法が受けるブロック6018へ進む。本方法は、次にブロック5058へ戻る。ブロック5058から、本方法はターミナルDへ出る。
From terminal C9 (FIG. 15P), the
ターミナルC10(図15Q)から、方法5000は、キャリア流体を含んだテフロン(登録商標)配管のような配管にシリンジを接続するブロック6020へ進む。本方法は、次に該シリンジをシリンジポンプに接続するブロック6022へ進む。ブロック6024において、本方法は、規定体積、例えば、約40nLを入れるインストラクションを受け、約40nLの気泡を該配管に吸引する。ブロック6026において、本方法は、規定体積、例えば、約120nLの沈殿剤溶液を該配管に吸引する。ブロック6028において、本方法は、適切な数の沈殿剤が該配管中に負荷されるまで上記の2ステップを繰返す。例えば、適切な数の沈殿剤は、1〜24またはそれ以上に及ぶことができる。ブロック6030において、本方法は、キャリア流体、約1μl、を該配管の開口先端中に吸引する。ブロック6032では、該配管を結晶カードの沈殿剤注入口に接続する。本方法は、次に継続ターミナルC11へ進む。
From terminal C10 (FIG. 15Q), the
ターミナルC11(図15R)において、方法5000は、緩衝剤溶液(シリンジ1)の初めの流量に関するインストラクションを本方法が受けるブロック6034へ進む。ブロック6036において、本方法は、緩衝剤溶液の流量変化(ステップサイズ)に関するインストラクションを受ける。ステップサイズは、本方法の各ランプアップまたはランプダウンに適用される流量変化である。ブロック6038において、本方法は、沈殿剤カートリッジ(シリンジ2)の初めの流量に関するインストラクションを受ける。ブロック6040において、本方法は、沈殿剤溶液の流量変化(ステップサイズ)を計算する。一実施形態において、緩衝剤に対するステップサイズは、沈殿剤に対するステップサイズに等しい。ブロック6042において、本方法は、総流量を決定するために緩衝剤および沈殿剤の流量を合計する。ブロック6044において、本方法は、キャリア流体(シリンジ3)に対する初めの流量に関するインストラクションを受ける。ブロック6046において、本方法は、キャリア流体の流量変化(ステップサイズ)に関するインストラクションを受ける。本方法は、次に別の継続ターミナル(「ターミナルC12」)へ進む。
At terminal C11 (FIG. 15R), the
ターミナルC12(図15S)から、方法5000は、タンパク質溶液(シリンジ4)の一定流量に関するインストラクションを本方法が受けるブロック6048へ進む。本方法は、次に各沈殿剤に対するランプアップ・ステップ数(流れの変化速度)に関するインストラクションを本方法が受けるブロック6050へ進む。ブロック6052において、本方法は、本方法の各繰返しまたはサイクルに対して、ランプダウン・ステップ数がランプアップ・ステップ数に等しいように設定する。ブロック6054において、本方法は、行う繰返しまたはサイクル数に関するインストラクションを受ける。一実施形態において、1回の繰返しまたはサイクルは、沈殿剤カートリッジに負荷された単一の沈殿剤に対応する。ブロック6056において、本方法は、各ランプ・ステップの継続時間に関するインストラクションを受ける。例えば、一実施形態において、各ランプ・ステップの持続時間は1.5秒である。ブロック6058において、本方法は、合計が初めの流量に等しいように、緩衝剤および沈殿の流量を互いに変化させる。本方法は、次に別の継続ターミナル(「ターミナルC13」)へ進む。
From terminal C12 (FIG. 15S), the
ターミナルC13(図15T)から、方法5000は、キャリア流体の流量を本方法が変化させるブロック6060へ進む。本方法は、次に各液滴が等量のタンパク質および様々な量の沈殿剤および緩衝液をもつ検査回路中で本方法が一連のナノプラグを生成するブロック6062へ進む。一実施形態において、本方法は、各サイクルに対して様々な量の沈殿剤を一定量のタンパク質とともに提供する。表1は、ハイブリッドモードに関する上述の方法の一実施形態を示す。本方法は、次にターミナルDへ進む。
From terminal C13 (FIG. 15T), the
ターミナルE1(図15V)から、方法5000は、結晶を含んだ結晶カードをX線源のゴニオメータに搭載するブロック6072へ進む。ブロック6074において、本方法は、検査回路内の元の位置にある結晶から回折データを得る。本方法は、次にブロック5006、さらに終了ターミナルFへ進む。本方法は、次に実行を終了する。
From terminal E1 (FIG. 15V), the
メチオニン−R−スルホキシド還元酵素の結晶を生成するために、本主題における様々な実施形態の勾配スクリーニングと組み合わせて、上述の結晶採収ステップを用いることができる。結晶カードからクライオループで結晶が取り出され、その後回折実験のために凍結された。例として、1.7Åデータセットが、アルゴンヌ国立研究所のAdvanced Photon SourceにあるSBC−CATビームライン19BMで収集され、続いて構造が解明されて精緻化された。最終的な座標と構造因子とがProtein Data Bankに寄託された(受入番号3CXK)。 In order to produce crystals of methionine-R-sulfoxide reductase, the crystal harvesting step described above can be used in combination with the gradient screening of various embodiments in the present subject matter. Crystals were removed from the crystal card with a cryoloop and then frozen for diffraction experiments. As an example, a 1.7Å data set was collected at the SBC-CAT beamline 19BM at the Advanced Photon Source at Argonne National Laboratory, followed by elucidation and refinement of the structure. Final coordinates and structure factors have been deposited with the Protein Data Bank (accession number 3CXK).
本主題の様々な実施形態の結晶カードは、その場回折にも適する。その場回折は、凍結保護プロセスによって結晶が変化する前に、結晶学者がその品質を評価することを可能にする。強固な結晶では、完全な回折データを得ることが可能である。本結晶カードは、室温での回折データ収集用にX線源のゴニオメータに搭載するのに十分なX線透過性をもつ。例えば、結晶カードによるX線吸込を分析するために簡単なテストが行われた。APSリング電流で規格化したイオンチャンバーのビーム電流(I/I0)が、0.979261A(12.66099keV)の波長に対して結晶カードの挿入あり、およびなしで測定された。結晶カードなしのI/I0は1.91671E−6と測定され、結晶カードありのI/I0は1.5511E−6と測定された。この結果、結晶カードによるX線吸光度は19%ということになる。さらにまた、本結晶カードは、XおよびY軸に沿って平行移動でき、複数の結晶からデータを収集して完全なデータセットに一体化することができる。この技術を実証するために、リゾチーム結晶を含んだ結晶カードが、アルゴンヌ国立研究所のAdvanced Photon SourceにあるNE−CATビームライン24ID−Cのゴニオメータ・ヘッドに搭載された。データは、結晶カード中の3つの結晶から室温で収集された。結晶学的データは、付録Aに提示される。 The crystal cards of various embodiments of the present subject matter are also suitable for in situ diffraction. In situ diffraction allows the crystallographer to assess its quality before the crystals are changed by the cryoprotection process. With strong crystals, complete diffraction data can be obtained. The crystal card has sufficient X-ray transparency to be mounted on a goniometer of an X-ray source for collecting diffraction data at room temperature. For example, a simple test was performed to analyze X-ray absorption by a crystal card. The ion chamber beam current (I / I0) normalized with the APS ring current was measured with and without the insertion of a crystal card for a wavelength of 0.979261 A (12.66099 keV). I / I0 without crystal card was measured as 1.91671E-6, and I / I0 with crystal card was measured as 1.5511E-6. As a result, the X-ray absorbance by the crystal card is 19%. Furthermore, the crystal card can be translated along the X and Y axes, and data from multiple crystals can be collected and integrated into a complete data set. To demonstrate this technology, a crystal card containing lysozyme crystals was mounted on the goniometer head of NE-CAT beamline 24ID-C at Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory. Data was collected at room temperature from three crystals in a crystal card. Crystallographic data is presented in Appendix A.
構造決定に関して、データセットは、Advanced Photon Source:メチオニン−R−スルホキシド還元酵素はビームライン19BM、100K;およびリゾチームはビームライン24−IDC、室温で収集された。データは、HKL2000を用いて積分およびスケーリングされた。リゾチーム構造に対してmosflmパッケージを用い、3つのデータセットのそれぞれに対して別々に強度が積分された。Molrep、ならびに探索モデルとしてそれぞれPDBエントリーの1IEEおよび3CEZを用い、分子置換によってリゾソームおよびメチオニン−R−スルホキシド還元酵素の構造が解明された。構造は、Refmac5を用いて精緻化され、Cootを用いてモデル構築が行われた。 For structure determination, data sets were collected at Advanced Photon Source: methionine-R-sulfoxide reductase beamline 19BM, 100K; and lysozyme beamline 24-IDC, room temperature. Data was integrated and scaled using HKL2000. Using the mosflm package for the lysozyme structure, the intensity was integrated separately for each of the three data sets. Using Molrep and PDB entries 1IEE and 3CEZ as search models respectively, the structure of lysosomes and methionine-R-sulfoxide reductase was elucidated by molecular replacement. The structure was refined using Refmac5 and model building was performed using Coot.
説明に役立つ実施形態が図示ならびに記載されたが、当然のことながら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々にそれらを変更することができる。 While illustrative embodiments have been illustrated and described, it will be appreciated that various changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
付録A Appendix A
Claims (40)
前記ポンピングシステムを制御するためにタンパク質結晶化システム上で実行するように構成された複数個のソフトウェア;ならびに
前記ポンピングシステムに連結された1つまたはそれ以上の結晶カードであって、それぞれがミキサーと貯蔵およびタンパク質結晶化検査を容易にするために前記ミキサーに連結されたマイクロ流体キャピラリーとを収容するように構成された結晶カードを備える、前記タンパク質結晶化システム。 Pumping system;
A plurality of software configured to run on a protein crystallization system to control the pumping system; and one or more crystal cards coupled to the pumping system, each comprising a mixer and The protein crystallization system comprising a crystal card configured to receive a microfluidic capillary coupled to the mixer to facilitate storage and protein crystallization testing.
タンパク質結晶化実験において沈殿から、微結晶へ、単結晶への転移を示すためにタンパク質の結晶化相空間をマッピングすることを備える、勾配スクリーニングのための方法。 Regulating water flow by independently controlling each water flow using a pumping system that works with multiple software; and in protein crystallization experiments, to show the transition from precipitation to microcrystals to single crystals A method for gradient screening comprising mapping a crystallization phase space.
それぞれが2つの沈殿剤プラグを互いに分離するプラグ・スペーサーを予め形成すること;
沈殿剤プラグ、プラグ・スペーサー、およびタンパク質の流れを合流させることによって勾配を形成すること;ならびに
タンパク質結晶化実験において沈殿から、微結晶へ、単結晶への転移を示すためにタンパク質の結晶化相空間をマッピングすることを備える、ハイブリッド・スクリーニングのための方法。 Preforming a precipitant plug;
Preforming a plug spacer, each separating the two precipitant plugs from each other;
Forming a gradient by converging precipitant plugs, plug spacers, and protein streams; and a protein crystallization phase to show a transition from precipitation to microcrystals to single crystals in protein crystallization experiments A method for hybrid screening comprising mapping a space.
表面エネルギーを低減するためにキャピラリーに試薬をコーティングすること;および
前記試薬を除去すること
を備える方法。 Receiving a crystal card with a capillary;
Coating the capillary with a reagent to reduce surface energy; and removing the reagent.
前記基板上に収容されたマイクロ流体回路からクライオループにより結晶を採取すること;
前記結晶を凍結させること;および
回折データを得るために前記結晶に関する回折実験を行うことをさらに備える、請求項17に記載の方法。 Peeling off the thin layer bonded to the substrate of the crystal card;
Collecting crystals by a cryoloop from a microfluidic circuit housed on the substrate;
18. The method of claim 17, further comprising freezing the crystal; and performing a diffraction experiment on the crystal to obtain diffraction data.
前記結晶カードにX線を照射すること;および
回折データを収集すること
をさらに備える、請求項17の方法。 Mounting a crystal card with a microfluidic circuit on the goniometer;
18. The method of claim 17, further comprising irradiating the crystal card with X-rays; and collecting diffraction data.
前記基板に接合され、前記基板から剥離されるように構成された層
を備える、結晶カード。 A crystal card comprising: a substrate configured to receive a mixer circuit and an inspection circuit; and a layer configured to be bonded to the substrate and peeled from the substrate.
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