(57)【要約】サンプルの作成および／または分析で用いるための微小流動チャネルが構成される。一実施形態において、微小流動チャネルは、非目的物質および目的物質の両方を有するキャリア流体を受け入れる。非目的物質は、拡散によってキャリアから、キャリア流体含量が分析される前にチャネル内に同様に存在している被覆流体中に移動される。他の実施形態において、微小チャネルは、上流部分から、同様に下流部分に移動する被覆流体によって、流体サンプルのおのおのが互いに分離されるチャネルの下流部分に向けて多数の流体サンプルを供給する。他の実施形態において、微小チャネルが構成され、重合体をコイル状態から配向させることのできる多数の伸長流を連続して生成する。
2009501938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流部分と下流部分とを有する微小チャネルであって、該微小チャネルが、キャリア流体内にあるときに目的物質と非目的物質とが該上流部分から該下流部分に向けて流れるように該キャリア流体を輸送するように構成かつ配置されている、微小チャネルと、
非目的物質が該キャリア流体から第１被覆流体まで拡散し得るように、該微小チャネルまで該第１被覆流体を供給するように適合されている第１被覆流体導入チャネルと、
該第１被覆流体導入チャネルの下流に位置し、該非目的物質の少なくとも一部が該キャリア流体から該第１被覆流体内に拡散した後に該キャリア流体を受容するように適合されているサンプル取込みチャネルと
を備える、微小流動装置。
【請求項２】
前記キャリア流体内で前記微小チャネルに導入される前記非目的物質の少なくとも６０％（０．６０）が前記サンプル取込みチャネルを通過する該キャリア流体から除去されるように、該サンプル取込みチャネルが該微小チャネルに対して設けられる、請求項１に記載の微小流動装置。
【請求項３】
前記サンプル取込みチャネルが前記微小チャネルに対して設けられ、前記キャリア流体内で該微小チャネルに導入される前記非目的物質の少なくとも８５％（０．８５）が該サンプル取込みチャネルを通過する該キャリア流体から除去される条件である、請求項１に記載の微小流動装置。
【請求項４】
前記サンプル取込みチャネルが前記微小チャネルに対して設けられ、前記キャリア流体内で該微小チャネルに導入される前記目的物質の少なくとも８０％（０．８０）が該サンプル取込みチャネルを通過する該キャリア流体内で保持される条件である、請求項１〜３のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項５】
前記サンプル取込みチャネルが前記微小チャネルに対して設けられ、前記キャリア流体内で該微小チャネルに導入される前記目的物質の少なくとも９０％（０．９０）が該サンプル取込みチャネルを通過する該キャリア流体内で保持される条件である、請求項１〜３のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項６】
前記第１被覆流体導入チャネルが、一対の被覆流体の対向流を前記微小チャネル内に導入するように適合されている一対の対向流体導入チャネルを備える、請求項１〜５のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項７】
前記一対の被覆流体の対向流が前記キャリア流体内で速度勾配を生成する、請求項６に記載の微小流動装置。
【請求項８】
前記サンプル取込みチャネル内に位置する検出ゾーンをさらに備える、請求項１〜７のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項９】
前記サンプル取込みチャネルを通過できない流体を前記微小チャネルから除去するように適合されている第１流体除去チャネルをさらに備える、請求項１〜８のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項１０】
前記サンプル取込みチャネルが前記第１流体除去チャネルの一部分を規定する、請求項９に記載の微小流動装置。
【請求項１１】
前記サンプル取込みチャネルが前記第１流体除去チャネルの下流の前記微小チャネルの対向壁を含む、請求項９〜１０のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項１２】
前記第１流体除去チャネルが一対の対向流体除去チャネルを備える、請求項９〜１１のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項１３】
前記第１流体除去チャネルが前記微小チャネルから前記第１被覆流体のすべてを除去する、請求項９〜１２のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項１４】
前記第１流体除去チャネルが前記微小チャネルから前記キャリア流体の一部を除去する、請求項９〜１３のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項１５】
非目的物質が前記キャリア流体から第２被覆流体まで拡散し得るように、前記微小チャネルに該第２被覆流体を供給するように適合されている第２被覆流体導入チャネルをさらに備える、請求項９〜１４のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項１６】
前記第２被覆流体導入チャネルの下流の前記微小チャネル内に位置する検出ゾーンをさらに備える、請求項１５に記載の微小流動装置。
【請求項１７】
前記キャリア流体内で前記微小チャネルに導入されている前記非目的物質の１０％（０．１０）未満が該微小チャネルの前記検出ゾーンを通過するように、該検出ゾーンは寸法を合わせられ、前記第２被覆流体導入チャネルから離間される、請求項１６に記載の微小流動装置。
【請求項１８】
前記キャリア流体内で前記微小チャネルに導入されている前記非目的物質の５％（０．０５）未満が該微小チャネルの前記検出ゾーンを通過するように、該検出ゾーンは寸法を合わせられ、前記第２被覆流体導入チャネルから離間される、請求項１６に記載の微小流動装置。
【請求項１９】
前記微小チャネルから前記第２被覆流体の少なくとも一部を除去するように適合されている第２流体除去チャネルであって、該第２流体除去チャネルが前記第２被覆流体導入チャネルの下流の位置で該微小チャネルと連通している、請求項１６〜１８のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項２０】
前記第２流体除去チャネルが前記微小チャネルに対して寸法を合わせられ、設置され、前記キャリア流体の該微小チャネルに導入される前記非目的物質の１０％（０．１０）未満が該第２流体除去チャネルの下流の地点で該微小チャネルに維持される条件である、請求項１９に記載の微小流動装置。
【請求項２１】
前記第２流体除去チャネルが前記微小チャネルに対して寸法を合わせられ、設置され、前記キャリア流体の該微小チャネルに導入される前記非目的物質の５％（０．０５）未満が該第２流体除去チャネルの下流の地点で該微小チャネルに維持される条件である、請求項１９に記載の微小流動装置。
【請求項２２】
非目的物質が前記キャリア流体から第３被覆流体まで拡散し得るように、前記第２流体除去チャネルの下流の位置で前記微小チャネルに前記第３被覆流体を供給するように適合されている第３被覆流体導入チャネルをさらに備える、請求項１９〜２１のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項２３】
前記非目的物質が非統合ラベルを含む、請求項１〜２２のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項２４】
前記非統合ラベルが蛍光ラベルまたは量子ドットを含む、請求項２３に記載の微小流動装置。
【請求項２５】
前記非目的物質が過剰な反応物質またはより少ない反応物質を含む、請求項１〜２４のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項２６】
前記非目的物質が非結合プローブを含む、請求項１〜２５のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項２７】
前記プローブが非ハイブリダイズオリゴヌクレオチドを含む、請求項２６に記載の微小流動装置。
【請求項２８】
前記プローブが酵素を含む、請求項２６に記載の微小流動装置。
【請求項２９】
前記プローブがデンドリマー、抗体、または免疫グロブリンを含む、請求項２６に記載の微小流動装置。
【請求項３０】
対向壁、上流部分、および下流部分を有する微小チャネルであって、該微小チャネルが、該上流部分から該下流部分に向けて流体サンプルを輸送するように構成され、配置されている、微小チャネルと、
複数のサンプル導入ポートのおのおのからの前記流体サンプルが、前記上流部分から前記下流部分に向けて流れるように、おのおのが該流体サンプルを該微小チャネルに供給する複数のサンプル導入ポートと、
該流体サンプルが該下流部分に向けて移動する際に、各被覆流体導入ポートからの被覆流体が前記複数の流体サンプルのうちの２つを互いに分離するように、該微小チャネルに前記被覆流体を供給するように配置されている少なくとも１つの被覆流体導入ポートと
を備える、微小流動装置。
【請求項３１】
前記複数のサンプル導入ポートが２つのサンプル導入ポートからなる、請求項３０に記載の微小流動装置。
【請求項３２】
前記複数のサンプル導入ポートが３つのサンプル導入ポートを備え、前記少なくとも１つの被覆流体導入ポートが２つの被覆流体導入ポートを備える、請求項３０に記載の微小流動装置。
【請求項３３】
前記サンプル導入ポートのおのおのからの前記流体サンプルが前記下流位置に向けて移動する際に、１ミクロン未満だけ互いに分離され得るように前記複数のサンプル導入ポートが配置される、請求項３０〜３２のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項３４】
前記流体サンプルが前記下流部分に向けて動く際に、前記少なくとも１つの被覆流体導入ポートからの前記被覆流体がさらに流体サンプルを互いに分離し得るように、該少なくとも１つの被覆流体導入ポートの少なくとも１つを通して被覆流体の流量を増加させるように適合されている流量制御装置をさらに備える、請求項３０〜３３のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項３５】
前記対向壁が、前記流体サンプル中に速度勾配を生じるように適合されている漏斗を形成する、請求項３０〜３４のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項３６】
前記流動サンプルが前記下流部分に向けて動く際に、おのおのが前記複数の流体サンプルのうちの１つから前記対向壁のうちの１つを分離する前記微小チャネルに一対の壁被覆流体を供給するように配置されている一対の壁被覆流体導入ポートをさらに備える、請求項３０〜３５のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項３７】
前記一対の壁被覆流体が前記複数の流体サンプルのうちの少なくとも一部において速度勾配を生じる、請求項３６に記載の微小流動装置。
【請求項３８】
前記一対の被覆流体のうちの少なくとも１つの流量を調節し、前記流体サンプルを前記対向壁のうちの１つに近づくように動かすように適合されている流量制御装置をさらに備える、請求項３６〜３７のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項３９】
前記微小チャネルがマイクロチップ上に配置される、請求項３０〜３８のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項４０】
請求項３６〜３８のうちのいずれかの項に従属する請求項３９に記載の微小流動装置であって、さらに、
前記壁被覆流体導入ポートのおのおのに流体を供給するように適合されている前記マイクロチップ上に第１共通供給ポートを備える、微小流動装置。
【請求項４１】
前記壁被覆流体導入ポートのおのおのと前記被覆流体導入ポートのおのおのとに流体を供給するように適合されている前記マイクロチップ上に第２供給ポートをさらに備える、請求項４０に記載の微小流動装置。
【請求項４２】
前記複数の被覆流体導入ポートのおのおのに流体を供給するように適合されている前記マイクロチップ上に共通供給ポートをさらに備える、請求項３９に記載の微小流動装置。
【請求項４３】
通過する流体サンプル内にある重合体を検出するように適合されている前記微小チャネル内の検出ゾーンをさらに備える、請求項３０〜４２のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項４４】
前記検出ゾーンが、通過する重合体を検出するように適合されている１つの検出ゾーンからなる、請求項４３に記載の微小流動装置。
【請求項４５】
前記検出ゾーンが、前記流体サンプルの１つと関連付けられた異なる位置の前記微小チャネル内におのおの設けられた多数の検出ゾーンを備える、請求項４３に記載の微小流動装置。
【請求項４６】
流体内の重合体を処理する微小流動装置であって、該装置は、
対向壁、上流部分、および下流部分を有する微小チャネルであって、該微小チャネルは、キャリア流体内にあるときに、該重合体が該上流部分から該下流部分に向けて流れるように該キャリア流体を輸送するように構成かつ配置されている、微小チャネルと、
該キャリア流体が該下流部分に向けて動く際に、該キャリア流体内で該重合体を処理する第１伸長流を生成するように適合されている第１狭窄部と、
該キャリア流体が該下流部分に向けて動く際に、該キャリア流体内で前記重合体を処理する第２伸長流を生成するように適合されている第２狭窄部であって、該第２伸長流が該第１伸長流の下流にあり、第１伸長流から離れている、第２狭窄部と
を備える、微小流動装置。
【請求項４７】
前記第１伸長流と前記第２伸長流との間の前記キャリア流体内に均一速度流を生成するように適合されている中間部分であって、該中間部分は前記第１狭窄部と前記第２狭窄部との間に配置される、中間部分をさらに備える、請求項４６に記載の微小流動装置。
【請求項４８】
前記中間部分が、互いに均等に離間する前記微小チャネルの対向壁を含む、請求項４７に記載の微小流動装置。
【請求項４９】
前記第１伸長流と前記第２伸長流との間に広がり流れを生成するように適合されている前記微小チャネルの拡散セクションであって、該拡散セクションは前記第１狭窄部と前記第２狭窄部との間に配置される、拡散セクションをさらに備える、請求項４６〜４７のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項５０】
前記拡散セクションは、前記第２狭窄部に向けて動く流体に、連続的に大きくなる断面積を供給する前記対向壁の部分を含む、請求項４９に記載の微小流動装置。
【請求項５１】
前記拡散セクションは、前記微小チャネルから流体を除去するように適合されているチャネルを含むことにより、該微小チャネルが、前記第２狭窄部に向けて動く前記チャネル内に残る流体に対して利用可能な連続的に大きくなる断面積を有する、請求項４９に記載の微小流動装置。
【請求項５２】
前記第１狭窄部は、前記微小チャネル内に被覆流体を導入するように適合されている一対のチャネルを含む、請求項４６〜５１のうちいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項５３】
前記第１狭窄部は、前記下流部分に向けて前記第１狭窄部内を動く前記流体に、連続的に小さくなる断面積を供給する前記対向壁の部分を含む、請求項４６〜５１のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項５４】
前記第２狭窄部が、前記微小チャネル内に被覆流体を導入するように適合されている一対のチャネルを含む、請求項４６〜５１のうちいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項５５】
前記第２狭窄部が、前記下流部分に向けて前記第２狭窄部内を動く流体に、連続的に小さくなる断面積をもたらす前記対向壁の部分を含むことを特徴とする、請求項４６〜５１のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項５６】
前記第２狭窄部が、前記第１伸長流で伸長した重合体が前記第２伸長流に入る前に部分的に緩和することを可能にする距離だけ前記第１狭窄部から離される、請求項４６〜５１のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項５７】
前記距離が２０ミクロンである、請求項５６に記載の微小流動装置。
【請求項５８】
前記キャリア流体が前記下流部分に向けて動くとき、該キャリア流体内で前記重合体を処理する第３伸長流を生成するように適合されている第３狭窄部であって、該第３伸長流は前記第２伸長流の下流にあり、該第２伸長流から離されている、第３狭窄部をさらに備える、請求項４６〜５７のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項５９】
前記キャリア流体が、０．１ｍｍ／秒と２０．０ｍｍ／秒との間の速度で前記第１伸長流微小チャネル内を動く、請求項４６〜５８のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項６０】
前記目的物質が重合体を含む、請求項１〜２９のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項６１】
前記複数の流体サンプルのおのおのが複数の重合体を含む、請求項３０〜４５のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項６２】
前記重合体がペプチドである、請求項４６〜６１のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項６３】
前記ペプチドがタンパク質である、請求項６２に記載の微小流動装置。
【請求項６４】
前記重合体が核酸である、請求項４６〜６１のうちのいずれかの項に記載の微小流動装置。
【請求項６５】
前記核酸がＤＮＡである、請求項６４に記載の微小流動装置。
【請求項６６】
前記核酸がＲＮＡである、請求項６４に記載の微小流動装置。
【請求項６７】
前記ＲＮＡがｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、あるいはＲＮＡｉである、請求項６６に記載の微小流動装置。
【請求項６８】
目的物質を含有するキャリア流体から非目的物質を除去する方法であって、該方法は、
微小チャネルの上流部分から下流部分に向けて該キャリア流体を供給するように適合されている該微小チャネルを供給するステップと、
該微小チャネルの該上流部分に該キャリア流体を供給するステップであって、該キャリア流体は複数の目的物質と複数の非目的物質とを含む、ステップと、
第１被覆流体が該上流部分から該キャリア流体に隣接する該下流部分に向けて流れるように、該第１被覆流体を該微小チャネルに供給するステップと、
該キャリア流体から該第１被覆流体に該複数の非目的物質の第１部分を拡散するステップと、
該目的物質の該第１部分が該キャリア流体から該第１被覆流体内に拡散した後に、サンプル取込みチャネルに該キャリア流体を通過させるステップと、
を含む、方法。
【請求項６９】
前記サンプル取込みチャネルが構成かつ配置され、前記第１部分が、前記微小チャネルに供給される前記複数の非目的物質の少なくとも６０％（０．６０）であることが条件である、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記サンプル取込みチャネルが構成かつ配置され、前記第１部分が、前記微小チャネルに供給される前記複数の非目的物質の少なくとも８５％（０．８５）パーセントであることが条件である、請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記キャリア流体が前記サンプル取込みチャネルを通過する際に、前記微小チャネルに供給される前記複数の目的物質の少なくとも８０％（０．８０）を該キャリア流体内で保持するステップをさらに含む、請求項６８〜７０のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項７２】
前記キャリア流体が前記サンプル取込みチャネルを通過する際に、前記微小チャネルに供給される前記複数の目的物質の少なくとも９０％（０．９０）を該キャリア流体内で保持するステップをさらに含む、請求項６８〜７０のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項７３】
前記第１被覆流体を供給するステップが、前記微小チャネルに被覆流体の一対の対向流を供給することを含む、請求項６８〜７２のいずれかの項に記載の方法。
【請求項７４】
前記被覆流体の一対の対向流によって、前記キャリア流体内に速度勾配を生じさせるステップをさらに含む、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
含有される非目的物質の前記第１部分が前記微小チャネルから除去されるように、該微小チャネルから前記第１被覆流体の少なくとも一部を除去するステップをさらに含む、請求項６８〜７３のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項７６】
前記第１被覆流体の少なくとも一部を除去するステップは、該第１被覆流体の実質的にすべてを除去することを含む、請求項６８〜７５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項７７】
前記第１被覆流体の少なくとも一部を除去するステップは、前記キャリア流体の一部を除去することを含む、請求項６８〜７５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項７８】
前記微小チャネルに第２被覆流体を供給するステップと、
前記キャリア流体から該第２被覆流体に前記複数の非目的物質拡散の第２部分を拡散するステップと、
前記目的物質の前記第２部分が該キャリア流体から該第２被覆流体内に拡散した後に、第２サンプル取込みチャネルに該キャリア流体を通過させるステップと
をさらに含む、請求項６８〜７５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項７９】
前記非目的物質の第２部分が前記第２被覆流体に拡散した後に、前記第２サンプル取込みチャネルを通過した前記キャリア流体が、前記微小チャネルに供給された該非目的物質の９０％（０．９０）未満を含有するように、該第２サンプル取込みチャネルが構成され、配置される、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記非目的物質の第２部分が前記第２被覆流体に拡散した後に、前記第２サンプル取込みチャネルを通過した前記キャリア流体が、前記微小チャネルに供給された該非目的物質の９５％（０．９５）未満を含有するように、該第２サンプル取込みチャネルが構成され、配置される、請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】
前記第２サンプル取込みチャネルを通過した前記キャリア流体が前記微小チャネルに供給された前記目的物質の８０％（０．８０）超を含有するように、該第２サンプル取込みチャネルが構成され、配置される、請求項７８〜８０のいずれかの項に記載の方法。
【請求項８２】
前記第２サンプル取込みチャネルを通過した前記キャリア流体が前記微小チャネルに供給された前記目的物質の９０％超を含有するように、該第２サンプル取込みチャネルが構成され、配置される、請求項７８〜８０のいずれかの項に記載の方法。
【請求項８３】
含有される非目的物質が前記微小チャネルから除去されるように、該微小チャネルから前記第２被覆流体の少なくとも一部を除去するステップと、
前記複数の非目的物質の少なくとも第３部分が前記キャリア流体から第３被覆流体に拡散するように、該微小チャネルに該第３被覆流体を供給するステップと
をさらに含む、請求項７８〜８２のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項８４】
前記キャリア流体が、０．１ｍｍ／秒と２０．０ｍｍ／秒との間の速度で前記微小チャネル内を動く、請求項６８〜８３のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項８５】
前記複数の目的物質が重合体を含む、請求項６８〜８４のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項８６】
前記複数の非目的物質が非統合ラベルを含む、請求項６８〜８５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項８７】
前記非統合ラベルが蛍光ラベルまたは量子ドットを含む、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記非目的物質が過剰な反応物質またはより少ない反応物質を含む、請求項６８〜８７のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項８９】
前記非目的物質がプローブを含む、請求項６８〜８５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項９０】
前記プローブが非ハイブリダイズオリゴヌクレオチドを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記プローブが酵素を含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９２】
前記プローブがデンドリマー、抗体、アプタマー、または免疫グロブリンを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９３】
微小チャネルを介して重合体を動かす方法であって、該方法は、
上流部分、下流部分、およびそれらの間に延在する対向壁を有する微小チャネルを供給するステップであって、該微小チャネルは、該上流部分から該下流部分に向けて流体サンプルを輸送するように構成かつ配置される、ステップと、
複数の流体サンプルと少なくとも１つの被覆流体とを該微小チャネルに供給するステップと、
該微小チャネル内の該複数の流体サンプルを該下流部分に向けて流すステップと、
該流体サンプルが該下流部分に向けて動く際に、該少なくとも１つの被覆流体のおのおのが該複数の流体サンプルのうちの２つを互いに分離するように、該微小チャネルの少なくとも１つの被覆流体を該下流部分に向けて流すステップと
を含む、方法。
【請求項９４】
前記複数の流体サンプルを流すステップは、単一の被覆流体によって分離される２つの流体サンプルを流すことを含む、請求項９３に記載の方法。
【請求項９５】
前記複数の流体サンプルを流すステップは、３つ以上の流体サンプルを流すステップを含み、該３つ以上の流体サンプルのおのおのが前記下流部分に向けて流れる際に、１つの被覆流体によって隣接する流体サンプルからおのおのが分離される、ステップを含む請求項９３に記載の方法。
【請求項９６】
前記複数の流体サンプルのおのおのが１ミクロン未満だけ隣接する流体から離されることを特徴とする、請求項９３〜９５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項９７】
前記１つの被覆流体が隣接する流体サンプルをさらに分離するように、前記被覆流体のうちの１つの流量を増やすステップをさらに含む、請求項９３〜９６のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項９８】
前記対向壁が、前記複数の流体サンプルのおのおのの中に速度勾配を生成するように適合されている漏斗を形成する、請求項９３〜９７のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項９９】
前記複数の流体サンプルが前記下流部分に向けて動く際に、壁被覆流体のおのおのが該複数の流体サンプルのうちの１つから前記対向壁のうちの１つを分離するように、前記微小チャネル内に一対の壁被覆流体を流すステップをさらに含む、請求項９３〜９８のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１００】
前記一対の壁被覆流体が前記複数の流体サンプルのおのおのに速度勾配を生成する、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記一対の壁被覆流体のうちの少なくとも１つの流量を調節して、前記速度勾配を変えるステップをさらに含む、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０２】
前記一対の壁被覆流体のうちの少なくとも１つの流量を調節して、前記複数の流体サンプルを前記対向壁のうちの１つに近づくように移動させるステップをさらに含む、請求項９９〜１０１のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１０３】
前記微小チャネルがマイクロチップ上に配置される、請求項９３〜１０２のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１０４】
前記少なくとも２つの壁被覆流体のおのおのを前記マイクロチップ上の共通供給ポートを介して該マイクロチップに供給するステップをさらに含む、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
前記少なくとも１つの被覆流体のおのおのを、前記共通供給ポートを介して前記マイクロチップに供給するステップをさらに含む、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０６】
前記少なくとも１つの被覆流体のおのおのを、前記マイクロチップ上の共通供給ポートを介して該マイクロチップに供給するステップをさらに含む、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０７】
前記複数の流体サンプルを流すステップは、該複数の流体サンプルのおのおのを、検出ゾーンに向けて流すことを含む、請求項９３〜１０６のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１０８】
前記検出ゾーンが、前記複数の流体サンプルのおのおのに対する別個の検出ゾーンを含む、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記複数の流体サンプルは前記少なくとも１つの被覆流体と異なる粘性を有する、請求項９３〜１０８のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１１０】
前記複数の流体サンプルは前記壁被覆流体と異なる粘性を有する、請求項９３〜１０９のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１１１】
前記複数の流体サンプルのおのおのが１つ以上の重合体、少なくとも１つの重合体を含む、請求項９３〜１１０のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１１２】
キャリア流体内で重合体を処理する方法であって、該方法は、
該重合体が該キャリア流体内にあるとき、該重合体が微小チャネルの上流部分から下流部分に向けて流れるように、重合体キャリア流体を供給するように適合されている該微小チャネルを供給するステップと、
該重合体を含む該重合体キャリア流体を該微小チャネルに供給するステップと、
該キャリア流体が該下流部分に向けて動く際に、該キャリア流体内の該重合体を第１伸長流に従わせるステップと、
該キャリア流体が該下流部分に向けて動く際に、該キャリア流体の該重合体を第２伸長流に従わせるステップであって、該第２伸長流は、該第１伸長流の下流であり、該第１伸長流から分離される、ステップと
を含む、方法。
【請求項１１３】
前記重合体を前記第１伸長流に従わせた後で、かつ該重合体のいずれかの部分を前記第２伸長流に従わせる前に、前記キャリア流体の該重合体の少なくとも一部を均一速度流に従わせるステップをさらに含む、請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１４】
前記重合体の少なくとも一部を従わせるステップは、該重合体を前記第１伸長流に従わせた後で、かつ該重合体のいずれかの部分を前記第２伸長流に従わせる前に、該重合体の全てを均一速度流に従わせることを含む、請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１５】
前記重合体の少なくとも一部を従わせるステップは、互いに均等に離間された対向壁を有する前記微小チャネルの一部に前記キャリア流体を通過させることを含む、請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１６】
前記重合体を前記第１伸長流に従わせた後で、かつ該重合体を前記第２伸長流に従わせる前に、前記キャリア流体の前記重合体の少なくとも一部を広がり流れに従わせるステップをさらに含む、請求項１１２〜１１５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１１７】
前記重合体の少なくとも一部を従わせるステップは、該重合体を前記第１伸長流に従わせた後で、かつ該重合体のいずれかの部分を前記第２伸長流に従わせる前に、該重合体の全てを広がり流れに従わせることを含む、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記重合体の少なくとも一部を広がり流れに従わせるステップは、下流の地点で互いに広がる対向壁を有する前記微小チャネルの一部に前記キャリア流体を通過させることを含む、請求項１１６〜１１７のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１１９】
前記重合体の少なくとも一部を広がり流れに従わせるステップは、前記微小チャネルが、前記下流部分に向けて動く該チャネル内に残る前記キャリア流体が利用可能な連続的に大きくなる断面積を有するように、該微小チャネルから流体を除去するステップを含む、請求項１１６〜１１７のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１２０】
前記キャリア流体の前記重合体を前記第１伸長流に従わせるステップは、該キャリア流体内に該第１伸長流を生成するように、前記微小チャネル内に被覆流体を導入することを含む、請求項１１２〜１１９のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１２１】
前記キャリア流体の前記重合体を前記第１伸長流に従わせるステップは、該キャリア流体が前記下流部分に向けて動く際に、該キャリア流体に、連続的に小さくなる断面積を提供する前記微小チャネルの一部に前記キャリア流体を通過させることを含む、請求項１１２〜１１９のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１２２】
前記キャリア流体の前記重合体を前記第２伸長流に従わせるステップは、被覆流体を前記微小チャネル内に導入し、該キャリア流体内に該第２伸長流を生成することを含む、請求項１１２〜１２１のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１２３】
前記キャリア流体の前記重合体を前記第２伸長流に従わせるステップは、該キャリア流体が前記下流部分に向けて動くとき、連続的に小さくなる断面積を提供する前記微小チャネルの一部に前記キャリア流体を通過させることを含む、請求項１１２〜１２１のうちのいずれかの項の方法。
【請求項１２４】
前記キャリア流体が前記下流部分に向けて動くとき、該キャリア流体の前記重合体を第３伸長流に従わせるステップであって、該第３伸長流は、前記第２伸長流の下流で、該第２伸長流と分離される、ステップをさらに含む、請求項１１２〜１２１のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１２５】
前記キャリア流体が、０．１ｍｍ／秒と２０．０ｍｍ／秒との間の速度で前記第１伸長流の前記下流部分に向けて動く、請求項１１２〜１２１のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１２６】
前記重合体がペプチドである、請求項８５、１１１、または１１２〜１２５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１２７】
前記ペプチドがタンパク質である、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１２８】
前記重合体がペプチドである、請求項８５、１１１、または１１２〜１２５のうちのいずれかの項に記載の方法。
【請求項１２９】
前記核酸がＤＮＡである、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３０】
前記核酸がＲＮＡである、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３１】
前記ＲＮＡがｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、あるいはＲＮＡｉであることを特徴とする、請求項１２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物重合体を含むサンプルなどのサンプルを処理すること、さらに詳細には、後の分析のために微小流動チャネル中のサンプルを処理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、重合体が配向または伸長状態にあるとき、この重合体を検出して分析することが可能である。すべてが引用によって本明細書に組み込まれている特許文献１は、重合体の線形分析について記述している。この中で記述された方法は、重合体を含む異なる成分の敏速な検出を行うための方法を供給する。
【０００３】
重合体の逐次分析には実際の適用例が多数ある。人ゲノムを含む種々の生体のゲノムのシーケンス付けを可能にすることが非常に重要である。特定のシーケンスは、オリゴヌクレオチド、改変タンパク質、さらには合成化合物といった多くのシーケンス特定プローブを用いて識別できる。これらのシーケンス特定方式において、重合体の地図を生成するために、プローブの互いの位置を、あるいは重合体の他の特性に対して分析することが求められることがよくある。
【０００４】
ＤＮＡといった重合体の線形分析は、固定されている重合体上で検出ゾーンを動かすか、検出ゾーンを通して重合体を動かすことによって行われる場合がある。こういった方式では、重合体が検出ゾーン内にある場合に、重合体上のシーケンス特定プローブから情報を取得するための計装および検出信号を利用する。例えば、蛍光、原子間顕微鏡法（ＡＦＭ）、走査トンネル効果顕微鏡法（ＳＴＭ）、さらに他の電気的および電磁気的方法は、信号の取り込みにとって、そのため重合体のシーケンス情報の「読み取り」にとって適している。
【０００５】
サンプル流体内にも存在する重合体などの目的物質の分析前に、サンプル流体から過剰および／または非結合シーケンス特定プローブなどの非目的物質を除去することが望ましいこともある。非結合プローブが分析を混乱させ、複雑にする場合もある。透析法といった現在の方法では時間がかかることを明らかにすることもできる。このために、目的物質の分析の前に、サンプル流体から非目的物質を除去するための改善された方法および装置に対する必要性が生じている。
【０００６】
また、分析処理量の改善は多数サンプルの並列処理を可能にするシステムで実現できる。微小流体技術を利用する現在の方式では多数の微小流動のチャネルを互いに近接させて構成しなければならないことがある。こういった方式では、構成が困難で、閉塞の起こりやすい微小流動チャネルとなるおそれがある。このため、流体サンプルの並列処理を容易にして、閉塞の起こりにくい費用効果の高い微小流動システムに対する必要性が生じている。
【０００７】
２００４年４月９日に出願された米国特許出願第１０／８２１６６４号、今では特許文献２として公開されているものに記述されているような、後の線形分析のために重合体を配向させる技術がある。こういった方法の一部を用いて、配向プロセス中でのヘアピン型重合体の発生をできるだけ減らすことができる。その一方で、配向プロセス中でのヘアピン型重合体の発生をさらに減らす方法に対する必要性も生じている。
【特許文献１】米国特許第６，３５５，４２０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１１２６０６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様により、微小流動装置が開示される。微小流動装置は、上流部分と下流部分とを有する微小チャネルを備える。微小チャネルは、キャリア流体内にあるときに目的物質と非目的物質とが上流部分から下流部分に向けて流れるようキャリア流体を輸送するように構成および配置される。この装置はさらに、非目的物質がキャリア流体から第１被覆流体まで拡散できるように、微小チャネルまで第１被覆流体を供給するのに適している第１被覆流体導入チャネルを備える。微小流動装置はまた、非目的物質の少なくとも一部がキャリア流体から第１被覆流体内に拡散した後にキャリア流体を受け入れる第１被覆流体導入チャネルの下流に設けられたサンプル取込みチャネルを備える。
【０００９】
本発明の他の態様により、微小流動装置を用いて目的物質を含有するキャリア流体から非目的物質を除去する方法が開示される。
【００１０】
一実施形態において、キャリア流体内で微小チャネルに導入される非目的物質の少なくとも６０％（０．６０）あるいは少なくとも８５％（０．８５）がサンプル取込みチャネルを通して通過するキャリア流体から除去されるように、サンプル取込みチャネルが微小チャネルに対して設けられる。
【００１１】
ある実施形態において、サンプル取込みチャネルが微小チャネルに対して設けられ、キャリア流体内で微小チャネルに導入される目的物質の少なくとも８０％（０．８０）がサンプル取込みチャネルを通して通過するキャリア流体内で保持される条件である。他の実施形態において、キャリア流体内で微小チャネルに導入される目的物質の少なくとも９０％（０．９０）がキャリア流体内で保持される。
【００１２】
一実施形態において、第１被覆流体導入チャネルが、一対の被覆流体の対向流を微小チャネル内に導入するのに適している一対の対向流体導入チャネルを備える。ある実施形態に置いて、一対の被覆流体の対向流がキャリア流体内で速度勾配を生じる。
【００１３】
ある実施形態において、検出ゾーンがサンプル取込みチャネル内に設けられる。
【００１４】
ある実施形態において、第１流体除去チャネルが、サンプル取込みチャネルを通過させない微小チャネルから流体を除去するのに適している。ある実施形態において、サンプル取込みチャネルが第１流体除去チャネルの部分を画成する。ある実施形態において、サンプル取込みチャネルが第１流体除去チャネルの下流の微小チャネルの対向壁を含む。さらに他の実施形態において、第１流体除去チャネルが一対の対向流体除去チャネルを備える。第１流体除去チャネルは第１被覆流体のすべてを除去するか、および／またはキャリア流体の一部を微小チャネルから除去する場合もある。
【００１５】
ある実施形態ではさらに、非目的物質がキャリア流体から第２被覆流体まで拡散できるように、微小チャネルまで第２被覆流体を供給する第２被覆流体導入チャネルを備える。第２被覆流体導入チャネルの下流の微小チャネル内に検出ゾーンが設けられる場合もある。キャリア流体内で微小チャネルまで導入された非目的物質の５％（０．０５）未満あるいは５％（０．０５）未満が微小チャネルの検出ゾーンを通過するように、検出ゾーンの大きさが決められ、第２被覆流体導入チャネルから離間される場合もある。
【００１６】
これらの実施形態の一部ではさらに、微小チャネルから第２被覆流体の少なくとも一部を除去する第２流体除去チャネルを備える。第２流体除去チャネルが、第２被覆流体導入チャネルの下流の位置で微小チャネルと連通する。第２流体除去チャネルが微小チャネルに対して大きさが決められ、設置され、キャリア流体の微小チャネルに導入される非目的物質の１０％（０．１０）未満あるいは５％未満が流体除去チャネルの下流の点で微小チャネルに維持される条件の場合もある。
【００１７】
こういった実施形態の一部ではさらに、非目的物質がキャリア流体から第３被覆流体まで拡散できるように、第２流体除去チャネルの下流の位置で微小チャネルに第３被覆流体を供給する第３被覆流体導入チャネルを備える場合もある。
【００１８】
ある実施形態では、非目的物質が非統合ラベルを含む。この非統合ラベルは蛍光ラベルまたは量子ドットを含む場合もある。非目的物質は過剰な反応物質または少ない反応物質を含む場合もある。非目的物質は非結合プローブを含む場合もある。このプローブは、非ハイブリダイズオリゴヌクレオチド、酵素、デンドリマー、抗体、アプタマー、または免疫グロブリンを含む場合もある。
【００１９】
ある実施形態において、目的物質が重合体を含む。この重合体はペプチドを含む場合もある。このペプチドはタンパク質の場合もある。この重合体はＤＮＡあるいはＲＮＡといった核酸の場合もある。このＲＮＡはｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、あるいはＲＮＡｉの場合もある。
【００２０】
本発明の他の態様により、対向壁、上流部分、および下流部分を有する微小チャネルを備える微小流動装置が開示される。微小チャネルは、上流部分から下流部分に向けて流体サンプルを輸送するように構成され、配置される。複数のサンプル導入ポートのおのおのが、複数のサンプル導入ポートのおのおのからの流体サンプルが上流部分から下流部分に向けて流れるように、流体サンプルを微小チャネルに供給する。少なくとも１つの被覆流体導入ポートが、流体サンプルが下流部分に向けて移動すると、各被覆流体導入ポートからの被覆流体が複数の流体サンプルのうちの２つに互いに分離するように、微小チャネルに被覆流体を供給するように位置決めされる。
【００２１】
他の態様によれば、上述の微小流動装置の実施形態を通して重合体を移動させるステップを含む方法が開示される。
【００２２】
ある実施形態において、複数のサンプル導入ポートが２つのサンプル導入ポートからできている。他の実施形態において、複数のサンプル導入ポートが３つのサンプル導入ポートを備え、少なくとも１つの被覆流体導入ポートが２つの被覆流体導入ポートを備える。
【００２３】
ある実施形態において、複数のサンプル導入ポートが、サンプル導入ポートのおのおのからの流体サンプルが下流位置に向けて移動すると、１ミクロン未満だけ互いに分離できるように位置決めされる。
【００２４】
ある実施形態ではさらに、流体サンプルが下流部分に向けて動くと、少なくとも１つの被覆流体導入ポートからの被覆流体がさらに流体サンプルを互いに分離するように、少なくとも１つの被覆流体導入ポートの少なくとも１つを通して被覆流体の流量を増やす流量制御装置を備える。
【００２５】
ある実施形態では、対向壁が流体サンプル中に速度勾配を生じるのに適している漏斗を形成する。
【００２６】
ある実施形態では、一対の壁被覆流体導入ポートが、流動サンプルが下流部分に向けて動くとおのおのが複数の流体サンプルのうちの１つから対向壁のうちの１つを分離する微小チャネルに対して一対の壁被覆流体を供給するように位置決めされる。これらの実施形態の１つでは、一対の壁被覆流体が複数の流体サンプルのうちの少なくとも一部に速度勾配を生じる。これらの実施形態の一部はさらに、流体サンプルを対向壁のうちの１つに近づくよう動かし、一対の被覆流体のうちの少なくとも１つの流量を調節するのに適している流量制御装置を備える。
【００２７】
ある実施形態では、微小チャネルがマイクロチップ上に配置される。これらの実施形態の一部では、マイクロチップ上の第１共通供給ポートが壁被覆流体導入ポートのおのおのに流体を供給する。これらの実施形態の一部では、マイクロチップ上の第２供給ポートが壁被覆流体導入ポートのおのおのと被覆流体導入ポートのおのおのとに流体を供給する。さらにこれらの実施形態の一部は、複数の壁被覆流体導入ポートのおのおのに流体を供給するマイクロチップ上の共通供給ポートを有する。
【００２８】
ある実施形態はさらに、通過する流体サンプル内にある重合体を検出する微小チャネル内の検出ゾーンを備える。検出ゾーンは、通過する重合体を検出するのに適している１つの検出ゾーンでできている場合もある。検出ゾーンは、流体サンプルの１つと関連付けられた別位置の微小チャネル内におのおの設けられた複数の検出ゾーンを備える場合もある。
【００２９】
ある実施形態において、複数の流体サンプルは複数の重合体を含有する。この重合体はペプチドを含む場合もある。このペプチドはタンパク質の場合もある。この重合体はＤＮＡあるいはＲＮＡといった核酸の場合もある。このＲＮＡはｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、あるいはＲＮＡｉの場合もある。
【００３０】
本発明の他の態様によれば、流体内の重合体を処理するための微小流動装置が開示される。この装置は、対向壁、上流部分、および下流部分を有する微小チャネルを備える。微小チャネルは、キャリア流体内にあるときに重合体が上流部分から下流部分に向けて流れるようキャリア流体を輸送するように構成および配置される。第１狭窄部は、キャリア流体が下流部分に向けて動くと、キャリア流体内で重合体を処理するための第１伸長流を生じる。第２狭窄部は、キャリア流体が下流部分に向けて動くと、キャリア流体内で重合体を処理するための第２伸長流を生じる。第２伸長流は第１伸長流の下流にあり、これから離されている。
【００３１】
本発明のさらに他の態様によれば、上述の微小流動装置を用いて流体内の重合体を処理するための方法が開示される。
【００３２】
ある実施形態において、微小流動装置はさらに、第１伸長流と第２伸長流との間のキャリア流体内に均一速度流を生じる中間部分を備える。中間部分は第１および第２狭窄部の間にある。これらの実施形態の一部において、中間部分は、互いに均等に離間する微小チャネルの対向壁を含む。
【００３３】
ある実施形態において、微小流動装置はさらに、第１伸長流と第２伸長流との間に広がり流れを生じる拡散セクションを備える。拡散部分は第１および第２狭窄部の間にある。これらの実施形態の一部において、拡散セクションは、第２狭窄部に向けて動く流体に連続的に大きくなる断面積をもたらす対向壁の部分を含む。
【００３４】
これらの実施形態の一部において、拡散セクションは、微小チャネルから流体を除去するのに適しているチャネルを含むことで、微小チャネルが、第２狭窄部に向けて動くチャネル内に残る流体が利用可能な、連続的に大きくなる断面積を有する。ある実施形態において、第１狭窄部が微小チャネル内に被覆流体を導入するのに適している一対のチャネルを含む場合もある。第１狭窄部はまた、下流部分に向けて第１狭窄部内で動く流体に、連続的に大きくなる断面積をもたらす対向壁の部分を含む場合もある。
【００３５】
第２狭窄部が微小チャネル内に被覆流体を導入する一対のチャネルを含む場合もある。第２狭窄部はまた、下流部分に向けて第２狭窄部内で動く流体に連続的に大きくなる断面積をもたらす対向壁の部分を含む場合もある。
【００３６】
ある実施形態において、第２狭窄部は、第１伸長流で伸長した重合体が前記第２伸長流に入る前に部分的に緩和することを可能にする距離だけ第１狭窄部から離される。ある実施形態において、この距離は２０ミクロンである。
【００３７】
ある実施形態において、微小流動装置はさらに、キャリア流体が下流部分に向けて動くと、キャリア流体内で重合体を処理するための第３伸長流を生じる第３狭窄部を備える第３伸長流は第２伸長流の下流にあり、これから離されている。
【００３８】
ある実施形態において、キャリア流体が、０．１から２０．０ｍｍ／秒の間の速度によって第１伸長流微小チャネル内で動く。
【００３９】
ある実施形態において、重合体はペプチドである。このペプチドはタンパク質の場合もある。この重合体はＤＮＡあるいはＲＮＡといった核酸の場合もある。このＲＮＡはｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、あるいはＲＮＡｉの場合もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
添付の図面は縮尺を描くことを意図していない。図面において、種々の図で示されるそれぞれ同一あるいはほとんど同一の構成要素は同様の符号によって表される。明確化のために、すべての構成要素がすべての図面でラベル付けされているわけではない。
【００４１】
本発明の一態様によれば、同じようにキャリア流体内にある目的物質の分析の前に、通過して流れるキャリア流体から非目的物質を除外するように微小チャネルを適応させることができる。微小チャネルは、分析される目的物質と、好ましくは目的物質の分析前にキャリア流体からまで除外される非目的物質との両方を含むキャリア流体を受け入れる。非目的物質のない被覆流体が微小チャネルに供給される。キャリア流体と被覆流体とが微小チャネルを通ると、非目的物質は目的物質よりも急速にキャリア流体から被覆流体に拡散する。これにより、キャリア流体が下流に移動すると、非目的物質の濃度は目的物質の濃度より急速に減少する。サンプル取込みチャネルは、非目的物質の濃度が目的物質の濃度よりも大きく減少した後にキャリア流体を取り込むために、微小チャネルの下流に設けられる。
【００４２】
本明細書で用いられる場合「微小チャネル」および／または「微小流動チャネル」の用語は、流れに対して垂直な方向で２５平方ミリメートル未満の平均断面積を有するチャネルをいう。チャネルの一部が２５平方ミリメートルより大きな断面積をもち得ることは理解されるべきである。さらに、多くの実施形態が２５平方ミリメートルよりはるかに小さな平均断面積の微小チャネルをもち得ることは理解されるべきである。微小チャネルという用語はチャネルのもち得る寸法に対する下限を意味するものでないため、例として、ある実施形態では、１平方ミリメートル未満、５００ミクロン未満、１００ミクロン未満、およびそれより小さな断面積の部分をもつ場合もある。
【００４３】
本明細書で用いられる場合、「目的物質」の用語は、微小チャネルを通過するキャリア流体内の分析予定の構成要素を意味する。ある実施形態において、目的物質は、キャリア流体で微小チャネルに供給されるＤＮＡあるいはＲＮＡといった重合体である。重合体は微小チャネルの下流にある装置、あるいは分析される微小チャネル内の検出ゾーンに向けられる。「目的物質」の用語は、目的物質が重合体に限定されないことから、分子、細胞等の分析される予定の他のタイプの構成要素をいう場合もある点が理解されるべきである。
【００４４】
本明細書でこの用語が用いられるように、「非目的物質」は、目的物質に対して行われる分析の前にキャリア流体から除去するのが好ましいキャリア流体内の構成要素をいう。例として、目的物質が重合体の実施形態において、プローブの一部が特定の方式で自らを重合体と結合させるように、プローブがキャリア流体に導入される。プローブは、重合体と結合すると、次に、重合体に対するプローブの位置、あるいは重合体上にある他のプローブが重合体に関する情報を供給できるように検出される。非特定的に重合体と結合するプローブとともに、重合体に近接するプローブも同様に検出されてしまい、重合体の分析を混乱させる場合もある。そのために、分析前に重合体と結合していないプローブを除外することが望ましい。本発明の態様はこの点において限定されないことから、非目的物質がプローブを含む場合があっても、ヌクレオチド、酵素、量子ドット等の他の構成要素も非目的物質を含む場合があることを理解するべきである。
【００４５】
目的物質と非目的物質の両方は、拡散の法則による確率論的方式でキャリア流体といった流体の周りで拡散する。最終的には、この結果、目的物質と非目的物質とが平衡濃度に達した後に流体の周りで移動する場合があるとしても、目的物質と非目的物質との流体内での濃度が均一になる。目的物質と非目的物質とが流体内で拡散する速度は、要素の大きさ、要素の形状、および流体内の粒子の拡散に通常関連する他の要素を含む多数の因子によって制御される。典型的には非目的物質よりも大きな目的物質は、一般に非目的物質よりもゆっくりとキャリア流体から被覆流体まで拡散する。
【００４６】
図１は、対向壁１０２と、上流部分１０４と、下流部分１０６と、一対の被覆流体導入チャネル１０８と、サンプル取込みチャネル１１２とを有する微小チャネル１０１の概略図である。微小チャネルは、微小チャネルの上流部分の近くで目的物質と非目的物質との両方を含むキャリア流体１１４を受け入れる。「キャリア流体」は、本明細書での用語で用いられるように、微小チャネルに供給される際に目的物質を含む流体をいう。非目的物質がないか、あるいは少なくとも低濃度しか含まない被覆流体１１６あるいは側流は、微小チャネルの上流部分１０４の近くに導入され、キャリア流体１１４とともに下流部分１０６に向けて流れる。サンプル取込みチャネル１１２は、微小チャネルの下流に設けられ、キャリア流体の非目的物質の濃度が目的物質の濃度よりも低くなるように、キャリア流体が被覆流体１１６とともに微小チャネル内を移動した後にキャリア流体１１４の少なくとも一部を取り込む。本明細書で用いられる場合、「被覆流体」の用語は、キャリア流体以外で微小チャネル内に導入される流体をいう。
【００４７】
キャリアおよび被覆流体が微小チャネルの下流に向けて進むと、キャリア流体内の目的物質と非目的物質とが微小チャネルの隣接被覆流体に向けて横方向に拡散する。図２で示されるとおり、非目的物質は目的物質より急速に拡散するため、キャリア流体内の非目的物質１１８の濃度はキャリア流体内の目的物質１２０の濃度よりもはるかに小さくなる。図２は、図１のライン２−２に沿って微小チャネルの半分にわたってとった目的物質と非目的物質との両方の濃度プロファイルを示す。図２は微小チャネルの１つの側部を表すが、微小チャネルの反対側への拡散は、微小チャネルの対称性および通過する流体による同様のパターンに従う。図でわかるとおり、非目的物質は目的物質より急速にキャリア流体から拡散する。実際には、被覆流体までの経路の３分の１を超えて拡散する目的物質はほとんどないのに対して、非目的物質は微小チャネルにわたってほぼ同程度の濃度で拡散する。
【００４８】
上述のとおり、キャリア流体または少なくともその一部を、非目的物質１１８の濃度が目的物質１２０の濃度よりも非常に小さくなった後のある時点でサンプル取込みチャネル１１２を通過させる。図１で示された実施形態において、サンプル取込みチャネル１１２は微小チャネルの下流部分内に一対の対向壁１２２を含む。図１のサンプル取込みチャネルは、目的物質の濃度よりも低い非目的物質の濃度の微小チャネルを通過する流体の一部を物理的に分離する。この点で、サンプル取込みチャネルは、ここを通過する流体とサンプル取込みチャネルの周りを通過する流体との間でさらに混合することを防ぐ。図１で示されたサンプル取込みチャネルの対向壁１２２は漏斗形状であり、キャリア流体の含量に焦点を当てるように、通過する流体に速度勾配を生じさせる。その一方で、本明細書でさらに詳細に論じるように、サンプル取込みチャネルが異なるタイプの構成を備える場合もある点を理解するべきである。
【００４９】
図２で示されるような、微小チャネル１０１内の目的物質１２０と非目的物質１１８との両方の濃度プロファイルを用いて、サンプル取込みチャネル１１２の適切な大きさおよび設置場所あるいは微小チャネル内の検出ゾーン１２４を求める。濃度プロファイルを用いて、サンプル取込みチャネルまたは検出ゾーン１２４がどれほど下流に設けられるべきかを求めることができる。濃度プロファイルを用いてサンプル取込みチャネルまたは検出ゾーンに対する適切な幅を求めることで、どれほどの量のキャリア流体／被覆流体が取込みチャネル１１２あるいは検出ゾーン１２４を通過するかを求めることができる。例えば、ある実施形態において、微小チャネルを通過する流体すべてのうちの１０パーセントだけを取込みチャネルまたは検出ゾーンを通過させないようにすることが望ましい場合もある。本発明の態様がこの点に関して限定しないことから、他の実施形態において、微小チャネルを通過する流体すべてのうちの６０パーセント以上が取込みチャネルまたは検出ゾーンを通過させないようにする場合もある。図１および２の実施形態において、濃度プロファイルを用いて、高濃度の目的物質が取込みチャネルを通過するように、サンプル取込みチャネルの幅を求める。
【００５０】
ある例示された実施形態は、図１で示されるように、流体除去チャネル１２６を含む。図示されるように、流体除去チャネル１２６はサンプル取込みチャネル１１２に隣接して設けられ、サンプル取込みチャネルを通らない微小チャネル１０１から流体を取り外すように機能する。ある実施形態において、被覆流体の一部が取込みチャネルを通過するため、被覆流体除去チャネルは、微小チャネル内に供給される被覆流体１１６のすべてを必ずしも除去するわけではない。同様に、ある実施形態において、流体除去チャネルは、サンプル取込みチャネルを通らないキャリア流体１１４の一部を除去する。さらに、ある実施形態において、キャリア流体の一部が除去チャネルによって除去され、被覆流体の一部が取込みチャネルを通過するように、キャリア流体と被覆流体との間で混合が起こる。
【００５１】
チャネルについて一部の例示された実施形態を用いて、相互作用を開始、実施、および／または制御を行うこともできる。例として、キャリア流体と被覆流体との間の拡散を利用して、制御された方式で反応体を互いに導入することができる。サンプル取込みチャネルは、被覆流体１１６とキャリア流体１１４との間である量の拡散が起こり、サンプル取込みチャネルを通過する流体と残りの流体との物理的分離によってさらなる拡散が起こらないように、サンプル取込みチャネルを適切に設置することができる。
【００５２】
サンプル取込みチャネルと流体除去チャネルとの構成は図１で示される実施形態の構成に限定されない。例として、図３は、微小チャネル内に一対の対向壁１２２を備えるサンプル取込みチャネルをもつ実施形態を示す。ここで、取込みチャネルを通過するよりも、そこを回り込む流体は微小チャネルから除去されず、むしろ取込みチャネルの下流にある点で微小チャネルに再導入される。図４の実施形態において、サンプル取込みチャネルは、一対の対向流体除去チャネル１２６の下流の点に微小チャネルの対向壁１２２を備える。さらに、本発明の態様は例示される実施形態に限定されないことから、他の実施形態では異なる構成の取込みチャネルおよび／または流体除去チャネルを有する。
【００５３】
キャリアまたは被覆流体のいずれかの流れ特性を変動させて、サンプル取込みチャネル近くの濃度プロファイルを変えることができる。例として、ある実施形態において、キャリア流体および被覆流体の両方の流量を増やすことで、流体が短い時間で取り込みチャネルに達し、これにより短い時間で拡散が生じるようにできる。他の実施形態において、被覆流体を用いて、キャリア流体内に速度勾配と伸長流とを生じさせ、キャリア流体の一部をサンプル取込みチャネル内に集中させる場合もある。本明細書で用いたとおり、「伸長流」と「速度勾配」という用語は、下流に移動するほど加速する流れをいう。さらに、ある実施形態において、キャリア流体を微小チャネル内で横方向に設け、キャリア流体を取込みチャネルまたは他の場所に向けるように、被覆流体の速度を互いに変動させてもよい。濃度プロファイル、あるいは流体速度または微小チャネルの幾何学的形状といった変数を変える効果は、本発明がこの点に関して限定されないことから、実験的にあるいは模擬を通して求めてもよい。
【００５４】
第２被覆流体１１７あるいは一対の被覆流体を流体除去チャネル２６の下流の微小チャネルに導入することができる。図１の実施形態において、第２対の被覆流体１１７は、第２対の被覆流体導入チャネル１１０を通して取込みチャネルの下流に即座に導入される。ここで、キャリア流体が第２被覆流体とともに微小チャネルを通過すると、キャリア流体から第２被覆流体までの非目的物質の拡散が起こる。他の実施形態は追加の流体除去チャネルおよび／または追加の被覆流体導入チャネルを組み込むことができる。
【００５５】
追加の被覆流体を導入することで、非目的物質の濃度を第１被覆流体だけで達成できる平衡値より低くするのに特に有益であることが明らかとなるかもしれない。例えば、図２は、微小チャネルでほぼ平衡値に達した非目的物質を示す。この点で、被覆流体への非目的物質のさらなる拡散は被覆流体からの逆拡散で対処される。その一方で、流体の側部が流体除去チャネルで除去された後に、第２被覆流体導入チャネル１１０が非常に低い濃度の非目的物質、あるいは非目的物質がまったくない被覆流体１１７を供給する。キャリア流体から被覆流体までの非目的物質の拡散は、この際、キャリア流体からの目的物質の拡散よりも再び大きくなるであろう。この点に関して、追加の被覆流体を導入することで、微小チャネルから流体を移動することがなければ達成されない非目的物質の濃度を低下させることが可能になる。
【００５６】
本発明の種々の実施形態は任意の数の被覆流体導入および除去チャネルを組み込むことができる。ある実施形態において、第２流体除去チャネルによって追加の流体を微小チャネルから除去できる。さらに、ある実施形態において、第２サンプル取込みチャネルは、図２で示されているように、微小チャネルに組み込むことができる。さらに、ある実施形態がもち得る導入および除去チャネルの数に制限がないことから、第３あるいは場合によっては第４被覆流体導入チャネルと、対応する流体除去チャネルを、ある実施形態に組み込むこともできる。
【００５７】
微小チャネルに被覆流体を連続的に導入し、除去することで、キャリア流体から非目的物質を除去する微小チャネルの性能を急激に上げることができる。例として、一実施形態において、第１対の流体除去チャネルは非目的物質の７５％（０．７５）を除去するのに対して、その時に存在している目的物質の２５％（０．２５）を除去するだけである。第２対の被覆流体が微小チャネルに導入された後に、第２対の除去チャネルは、微小チャネルでその時に存在している非目的物質の７５％（０．７５）を再び除去するのに対して、その時に存在している目的物質の２５％（０．２５）を再び除去するだけである。このような実施形態において、第２除去チャネルの後に残った目的物質の濃度は、最初に微小チャネルに供給された目的物質のパーセンテージとして測定された場合、８５％×８５％、すなわち７２．２５％（０．８５×０．８５＝０．７２２５）になる。微小チャネル内の同一点において、非目的物質の濃度は、最初に微小チャネルに供給された非目的物質のパーセンテージとして測定された場合、２５％×２５％、すなわち６．２５％（０．２５×０．２５＝０．０６２５）になる。同一の目的物質および非目的物質の除去特性をもつ第３対の被覆流体導入および除去チャネルにより、最初に微小チャネルに供給された目的物質の６１．４１％（０．６１４１）と、最初に微小チャネルに供給された非目的物質の１．５６％（０．０１５６）だけをもつキャリア流体が残る。
【００５８】
検出ゾーン１２４は微小チャネル１０１内の種々の位置に設けることができる。図１の実施形態において、検出ゾーン１２４は第２対の被覆流体導入チャネル１１０の下流の点にある微小チャネル１０１の中心部近くと、第１サンプル取込みチャネル１１２内との両方に設けられる。こういった検出ゾーンは微小チャネルの一部だけ、あるいは全微小チャネルまたは取込みチャネルにわたって設けることができる点を理解するべきである。図２で示されるような濃度プロファイルを用いて、このような検出ゾーンの最適な設置場所および大きさを求めるのに役立たせることができる。図３の実施形態において、検出ゾーンがサンプル取込みチャネルにわたって配置されることで、通過する流体の全ての内容物も検出ゾーンを通過する。図４の実施形態において、検出ゾーン１２４はサンプル取込みチャネル１１２の一部にわたって配置される。ここで、検出ゾーンを通過する前に、追加の非目的物質は目的物質より大きな速度でキャリア流体から被覆流体内に拡散する。この方式で、非目的物質の一部は微小チャネルの中心部から離れて拡散するが、検出ゾーンを通過しないのに対して、目的物質の大部分は中心部で残り、検出ゾーンを通過する。
【００５９】
ある実施形態において、被覆流体は、キャリア流体内に拡散する非目的物質を含む場合もある。上述のとおり、目的物質の後の分析にとって適している場合、非目的物質が目的物質と結合することができるように、キャリア流体内で目的物質に露出させる場合もある。これに関して、逐次被覆流体導入および除去チャネルを用いて、本目的のために非目的物質を導入し、その後これを除去することができる。本明細書で用いられるように、「複数」という用語が目的物質あるいは非目的物質に関連して用いられる時、これは無限数の目的物質あるいは非目的物質についていう。しかしながら、ある実施形態において、複数とは、１０８未満、１０６未満、場合によっては２程度のものを意味する。
【００６０】
本発明の二態様により、単一微小チャネルは、チャネルの上流部分から下流部分に複数の流体サンプルを供給するように適応できる。流体のすべてが下流部分に向かって移動することから、流体サンプルを互いに分離するために、被覆流体を微小チャネルに供給することができる。流体サンプルを分離するためにこのような被覆流体を用いれば、流体サンプルを、他に可能な場合よりも互いに近づけて置くことができるようになる。例として、ある実施形態において、複数の流体サンプルを共通微小チャネルに通過できるが、ここでは、流体サンプルのおのおのが１ミクロン程度だけ隣接する流体サンプルから分離される。
【００６１】
本明細書で用いられる場合、「サンプル流体」の用語は、当該サンプルを含有する微小チャネルに供給される流体をいう。本発明の態様がこの方式で限定されないことから、サンプルは重合体、本明細書で記述された他の試薬、および他の試薬を含むことができる。本明細書で用いられる場合、「被覆流体」の用語は、単に一時的ではあっても、サンプル流体を互いに、あるいは他の構成要素から分離するのに用いられる微小チャネルに導入される流体をいう。
【００６２】
図５は、２つのサンプル導入ポート２０２がそれぞれ微小チャネル２０８の上流部分２０６に流体サンプル２０４を供給する本発明の実施形態を示す。微小流動装置はまた、上流部分に隣接する被覆流体導入ポート２１０を含む。流体サンプル２０４が下流部分２１４に向けて移動すれば流体サンプル２０４のそれぞれを分離する微小チャネルに被覆流体が導入されるように、被覆流体導入ポート２１０を設けることができる。
【００６３】
図５はまた、上流部分の近くの微小チャネルの対向壁２１８近くに設けられた一対の壁被覆流体導入ポート２１６を示す。壁被覆流体導入ポートのおのおのは微小チャネルに壁被覆流体２２０を供給することができる。流体サンプルが微小チャネルの下流部分２１４に向けて移動すると、壁被覆流体２２０はおのおの対向壁２１８の１つを隣接する流体サンプルから分離できる。
【００６４】
ある微小チャネルの実施形態は、流体サンプルが下流部分に向けて動くと流体サンプル内に速度勾配を生成させる対向壁２１８を有する。例えば、図６および８の実施形態は、流体サンプルのおのおのに伸長流を生成させる対向漏斗形状壁２２２を有する。図８は、計算流体力学に基づくモデルを用いて計算された図６と同様に、漏斗形状微小チャネルを通るサンプル流体の流れを表す。微小チャネル２０８内に導入した壁被覆流体２２０も同様に速度勾配を生成することができる。本発明は伸長流を生成するためのいかなる１つの装置に限定されないことから、このような壁被覆流体２２０を微小チャネルの漏斗形状部分に追加するか、あるいはその代わりに用いることができる。さらに、本発明の他の実施形態では、図５の実施形態のように伸長流をまったく生成しない場合もある。
【００６５】
本発明の実施形態では、流体サンプルを被覆流体と混合させない、あるいはサンプルと被覆流体の混合を促進する特性を有することが可能である。例として、導入ポート２１０は、流体サンプル２０４に対する混合を促進するように影響するように、被覆流体２１２を微小チャネル内に向ける場合もある。他の実施形態において、被覆および流体サンプル２０４の両方の流線が混合を最小にするよう互いに並列に流れるように、被覆流体２１２を微小チャネル２０２内に導入させることができる。さらに、ある実施形態において、流体サンプル２０４と被覆流体２１２とは、それらの間の混合をなくすか、促進するために、異なる粘性あるいは他の特性をもつことが可能である。
【００６６】
図５および６は微小チャネル２０２内の２つの流体サンプル２０４と単一の被覆流体２１２とを示すが、他の実施形態では任意の数の流体サンプルと、挟まれた被覆流体とを含む場合もある。例として、ある実施形態において、およそ１００個の流体サンプルを単一の微小チャネルに通過させることができ、それぞれが互いに被覆流体によって分離される。
【００６７】
単一の微小チャネルに複数の流体サンプルを供給することで、微小チャネルの閉塞を防ぐことができる。複数の流体サンプルの供給と関連付けられた単一の幅広い微小チャネルは、それぞれが単一の流体サンプルを通過させるために用いられる幅の狭い微小チャネルよりも閉塞が起こりにくい。意図的かどうかにかかわらず、微小チャネルを通過させる重合体、反応体、凝固異物、外来粒子、あるいは他の構成要素は、図５あるいは６のように、より幅の広い微小チャネルでとどまってしまう可能性が低くなる。
【００６８】
複数の流体サンプルを通過させるのに適している単一の微小チャネルは流体サンプルの流れ経路に沿って鋭角を必要としない。１２０度未満、あるいは、場合によっては１３５度未満の角度といった流れ経路内の鋭角によって、微小チャネル内で重合体がもつれたり、捕捉されたりする可能性がある。複数の流体サンプルが、図１で示されたようなサンプル導入ポートによって単一微小チャネルを通して通過させられれば、微小チャネルが鋭角をもつ必要性が低くなる。
【００６９】
図７は、それぞれが被覆流体２１２によって隣接する流体サンプルから分離される３つの別個の流体サンプル２０４を微小チャネル２０８に供給するのに適している微小チャネル２０８を示す。微小チャネルはマイクロチップ２２６上にある。微小チャネルの被覆流体導入ポートのそれぞれがマイクロチップ上にある単一の共通供給ポート２２４から被覆流体を受け取る。同様に、他の実施形態において、対向壁被覆流体導入ポートのそれぞれがマイクロチップ上にある共通供給ポートから壁被覆流体を受け取ることができる。このような配置は、マイクロチップに被覆および／または流体サンプルを供給する装置とインターフェイスさせるために単一のマイクロチップを用いなければならないことから、供給ポートの合計数を減らすことができる点で有益である。図７は被覆流体のための単一ポートを有する一実施形態を示すものであるが、本発明の態様は図７で示された配置に限定されるわけではないことから、他の構成も可能である。本明細書で用いたように、「マイクロチップ」という用語は微小チャネルを含む何らかの携帯可能要素をいう。例として、マイクロチップは、微小チャネルが内部に形成されるシリコーンチップを備えることができる。その一方で、本発明の態様がこの点で限定されていないことから、他のタイプのマイクロチップも可能である。
【００７０】
本発明の実施形態はまた、壁被覆流体導入ポートのそれぞれと連通する別個の供給ポートを有する微小チャネルを含むことが可能である。別個の供給ポートのおのおのが流量制御装置とインターフェイスすることができる。流量制御装置を用いて、壁被覆流体のおのおのの流量を別個に制御することができる。これに関して、壁被覆流体が微小チャネルの大きな断面積を占めるようになり、これによって、流体サンプルのおのおのと、他の被覆流体を微小チャネルの対応する壁からさらに離れるように押し、壁被覆流体の１つの流量が他より多くなる場合もある。同様に、壁被覆流体の１つの流量が減少して他の壁被覆流体での増加を埋め合わせるか、あるいは減少して他の被覆および流体サンプルが微小チャネルの中でさらに多くのスペースを占めることができるようにする場合もある。ある流量制御装置の例では、真空または圧力を生じさせるために用いるのに関係なく、遠心分離機ポンプ、容積型ポンプを含む。しかしながら、本発明の態様がこの点に関して限定されないため、流量制御装置はポンプに限定されるわけではない点を理解するべきである。さらに、流量制御装置は、流れを制御する他の構成要素を作動させるのに用いられるコンピュータ、プログラム可能論理制御装置、等を含むことができる。
【００７１】
本発明の例示された実施形態はまた、被覆流体導入ポートのおのおのに対して別個の供給ポートを有することができる。供給ポートのおのおのはまた、嵌め合い構成要素の流量制御装置に取り付けることもできる。流量制御装置を用いて被覆流体のおのおのの流量を制御することができる。所望される場合、対応する被覆流体が微小チャネルのさらに大きな断面積を占めるように、所定の被覆流体流量を増加させることができる。これに関して、流体サンプルが下流部分に向かって流れると、被覆流体はさらに、流体サンプルを互いに分離させる場合もある。逆に、隣接する流体サンプルが下流部分に向かって動くと、互いに近づくように動き、流量を減らすことができる。
【００７２】
本発明の態様は、微小チャネルを通過する何らかの特定の数のサンプル流体に限定されない。流体サンプルまたは被覆流体の数に関しては、本明細書で用いられているとおり、本発明の態様がこの点で限定されていないことから、「複数」という用語は、およそ１０６程度から１０４未満、１０３未満、１０４未満、あるいはわずかに２といったものを示すことができる。
【００７３】
さらにある実施形態において、検出ゾーンを微小チャネルの下流部分内に設けることができる。検出ゾーンを用いて、そこを通過する流体サンプルのいずれかの中にある重合体を検出または分析することができる。検出ゾーンは、単一の検出ゾーン、あるいはそのすべてが本明細書では引用によって組み込まれている、２００５年８月２３日に提出された米国特許出願第１１／２１０，１５５号で記述されているような線形ＣＣＤアレイによって供給されるような複数の独立した検出ゾーンを備えることも可能である。こういった実施形態において、ＣＣＤアレイの各画素は、微小チャネルを通過する複数の流体サンプルの１つと関連付けられる。流体サンプルのおのおのは、流体サンプル、被覆流体、および／または壁被覆流体のいずれかの流量を調節することによって別個の検出ゾーンの１つに向けられる場合もある。他の実施形態において、流体サンプルのおのおのが一貫して指定の検出ゾーンを通過するように、流体のおのおのの流量と微小チャネルの構成とを事前に調整する場合もある。
【００７４】
本発明の三態様によれば、微小チャネルは、複数の伸長流を連続して生成するように構成することができる。微小チャネルを通過するキャリア流体に含有される重合体が第１伸長流に露出され、次に部分的に緩和できるように、伸長流は互いに分離される。緩和後に、重合体は第２伸長流に露出される。この方式で連続的に重合体を複数の伸長流に従わせることで、重合体をコイルまたはヘアピン状構造から伸長させるのに必要な時間を減らすことができる。
【００７５】
伸長流３１０はコイル状構成３０４からヘアピン状３０６または３０８配向された構造に重合体３０２を伸長させることができる。ヘアピン状重合体が十分な時間にわたって伸長流内にあれば、伸長流は同様に、ヘアピン状構成３０６から配向構成３０８まで重合体を伸長させることができる。その一方で、ある適用例においては、単一の伸長流だけで達成されるより短い時間でヘアピン状構成から重合体を伸長させることが望ましい。本明細書で用いたとおり、「伸長流」という用語は、流体が下流に移動するほど加速する流体をいう。あるいは、伸長流を、速度勾配を含む流れとして記述することもできる。ある例において、伸長流は隣接する流線間のずれに関連して起こり得るが、これでなければならないということではない。また、強制的に互いに近づけられた、等しく収束された流線と関連して起こり得る。
【００７６】
本明細書で用いられる「伸長効率」は、微小流動装置がどれほど効果的に重合体を伸長させるかについての測度である。特に、伸長効率は、装置を通して共通の距離を横断した後に、配向または伸長構成を得る微小チャネルといった微小流動装置を通して供給された重合体のパーセンテージを表す。本明細書で用いられる「配向された」および「伸長された」という用語はいずれも１つの端部から他の端部まで直線で配置された重合体についていうことを理解するべきである。
【００７７】
コイル状重合体３０４の構成は、これが伸長流３１０に入ると重合体３０２が配向構造に移るまでどれほどかかるかということに影響を与え得る。流れに対して平行で重合体の端部３１４のおのおのの間にある重合体の中心体部分３１２をもつ伸長流に入る重合体はより速く配向させられるであろう。図９Ａ−９Ｃは、こういった構成で配向された重合体を示す。図１０Ａ−１０Ｃは、重合体３０２の各端部３１４の上流または下流のいずれかにある中心部分３１２の大部分を有する重合体を示す。図１０Ａで示されるように構成された伸長流に入る重合体は、伸長流で配向構成に移行するのにさらに長くかかり得る。
【００７８】
伸長流において、キャリア流体の流線は流れに平行して加速する。重合体３０２が伸長流３１０に入ると、加速する流線にある重合体の部分に流体抵抗力がかかる。この方式において、流体抵抗力は重合体の長さに沿って分散された方式で作用することができる。
【００７９】
重合体が流れと平行な端部３１４のおのおのの間にある重合体本体３１２の多くをもつ伸長流に入ると、分散された流体抵抗力が流路内の反対方向で重合体の端部３１４のおのおのをさらに引っ張るようになる。この方式において、伸長流は、重合体がヘアピン状構成になることなく重合体を配向させるためにかなり急速に作用することができる。図９Ａ−９Ｃは、このプロセスの概略図を示す。
【００８０】
他方、重合体の各端部３１２の上流または下流のいずれかに設けられた重合体本体３１２の多くをもつ伸長流３１０に重合体３０２が入ると、流体抵抗力は重合体の端部３１４のおのおのを同一方向でさらに引っ張るようになる。中心体部分３１２は、典型的には、反対方向に引っ張られる。この方式において、図１０Ａ−１０Ｃで示されるように、重合体はヘアピン状構成３０６になるよう処理することができる。
【００８１】
伸長流内でさらに滞留した後に、ヘアピン状重合体３０６は配向構成３０４になるよう処理できる。伸長流内にある場合、流体抵抗力が重合体のおのおのレッグに対して作用する。流体抵抗力の分散特性により、重合体のより長いレッグ３１６に作用する正味の力は、典型的には、短いレッグ３１６に作用する正味の力より大きくなる。時間が経つと、長いレッグ３１６に作用する大きな正味の力によって、図１１Ａ−１１Ｃで概略的に示されているように、重合体３０２全体が伸長されるまで、そのヘアピン状端部３２０の周りの重合体の短いレッグ３１８を引っ張ることができる。他よりずっと短い１つのレッグをもつヘアピン状重合体は、この方式でさらに迅速に配向できる。実質的に長さにおいてもレッグをもつヘアピン状重合体は、典型的には配向で長く時間がかかり、伸長流でさらに長い時間滞留した後でもまったく配向しない場合もある。
【００８２】
重合体、あるいは重合体の一部は、伸長流から除去されると緩和し、再構成できるようになる。最終的に、伸長流から除去される重合体は完全に緩和し、次にコイル状構成に戻る。典型的には、この再構成は、移動して自らの周りでコイル状になる重合体の端部で始まる。この方式で、伸長流から除去されるヘアピン状重合体３０６の端部３１４は流れと平行に互いに離れるように動くことができる。時として、この結果、重合体の本体３１２が重合体の両端部３１４の上流または下流に主に存在しなくなることがある。重合体は第１伸長流から出る際に自ら再構成すると、コイル状になりすぎる前に第２伸長流に入れば、下流伸長流によってさらに急速に配向状態になるよう処理できる。
【００８３】
ヘアピン状重合体３０６の端部３１４はまた、重合体が第１伸長流を出る際に緩和すると、流れに対して垂直方向に互いに離れるように動く。伸長流３１０内にある場合、ヘアピン状重合体の端部が共通あるいは隣接流線に沿うことが多い。端部が流れの方向に対して垂直に動いた後、さらに互いに分離される流線内にとどまる。第２伸長流に入ると、特に、流線を互いに近づけるように同様に収束させる収束流のように、伸長流が同じく互いに近づくように流線を動けば、重合体はそのヘアピン状構成から除去される。
【００８４】
重合体が伸長流を出るとき、広がり流れを用いて重合体をヘアピン状構成から再構成するのを助けることができる。広がり流れは、流れに対して垂直方向に互いに動く流線を有する。第２伸長流に入ると、重合体の端部がさらに流れに対して互いに垂直あるいは平行のいずれかになるように、分離する流線が重合体の再構成を助けることができる。上で論じたとおり、この方式で重合体を再構成することで、下流伸長流が重合体を伸長構成になるように処理することを助けることができる。ある実施形態において、広がり流れはまた、さらに下流に移動すると遅くなる流線をもち得る。速度の遅くなる流線は、第２伸長流に入ると、重合体がさらに容易に伸長できるようにヘアピン状重合体の再構成を助けることができる。
【００８５】
重合体は、第２伸長流に入る前に、完全に除去されるか、あるいは第１伸長流から単に部分的に除去されることが可能である。重合体が部分的に、あるいは完全に除去されるかどうかは、重合体の長さと第１および第２伸長流の間の分離距離とによる。ある適用例において、重合体を伸長流から部分的に除去できるようにして、伸長流から出る際に重合体がコイル状になりすぎることを防ぐことができるのが望ましい。他の適用例において、重合体は、第１伸長流から完全に除去された後に第２伸長流によってさらに急速に伸長される場合もある。
【００８６】
異なるタイプの狭窄部３２２を用いて微小チャネル３２４内に伸長流３１０を生成することができる。例として、図１２は、微小チャネルの対向壁３２６により形成された漏斗を含む狭窄部３１０を示す。キャリア流体が下流３２８に動き、これにより内部に伸長流を生成すると、漏斗の対向壁は、キャリア流体に連続して小さくなる断面積をもたらす。ある実施形態において、狭窄部は、図１３で示されるように、微小チャネル３２４に被覆流体３３２を供給する被覆流体導入ポート３３０を備える。被覆流体は微小チャネルに注入され、これにより伸長流３１０が生成されると、キャリア流体３４０にとって利用可能な面積が減る。さらに、本発明の態様がこの方式に限定されていないことから、他のタイプの狭窄部を用いて伸長流を生成することもできる。本明細書で用いたとおり、「狭窄部」という用語は、装置を通過する流体に伸長流を生成するのに用いることのできる装置内での特性をいう。狭窄部は上述の例を含むが、これらに限定されるわけではない。本明細書で用いられる場合、「被覆流体」の用語は、キャリア流体またはサンプル流体以外で微小チャネル内に導入される流体をいう。本発明の態様がこの点に関して限定されないことから、被覆流体を用いて上述のように伸長流を生成することができるが、さらに、他の目的を達成するために用いることもできる。
【００８７】
広がり流れ３３４は微小チャネル３２４の種々のタイプの拡散セクション３３６を通して生成できる。ある実施形態において、拡散セクションは、図１４で示されるように漏斗を形成する微小チャネルの対向壁３３８を含む。漏斗は、キャリア流体が下流に動くと、キャリア流体３４０に対して連続して大きくなる断面積をもたらす。キャリア流体に連続して大きくなる断面積がもたらされると、広がり流れ３３４が生成できる。ある実施形態において、広がりセクションは、図１５で示されるように、微小チャネルからキャリア流体または被覆流体の一部を除去して微小チャネルに残るキャリア流体に広がり流れを生成する。さらに、本発明の態様がこの点に限定されていないことから、他のメカニズムを用いて広がり流れを生成することもできる。
【００８８】
伸長流、広がり流れ、および／または均一速度流を生成するのに用いられた装置は種々の方法で微小流動装置内において組み合わされる場合もある。例として、図１６は、伸長流、広がり流れ、および均一速度流を生成するための複数の特性を有する微小流動装置の一実施形態を示す。上流部分３５０において、図１３に関してすでに論じたとおり、一対の対向被覆流体導入ポート３３０は微小チャネル内に被覆流３３２を導入し、同様に上流部分の近くに導入されたキャリア流体に伸長流３１０を生成する。被覆流体導入ポートのすぐ下流に、均等に離間した対向壁３５４をもつ微小チャネルのエリア３５２がある。ここで、被覆流体とキャリア流体とが平衡に達した後に均一速度流ができる場合もある。均等に離間した壁の下流に、漏斗３２２を形成する対向壁３５８をもつ微小チャネルのセクション３５６がある。図１２の実施形態に関して本明細書で論じられるように、この特定の漏斗は、キャリア流体が利用可能な断面積を制限して伸長流を生成する収束漏斗である。図１４を参照して論じたように、収束漏斗の下流に、広がり流れを生成する広がり漏斗３３６がある。さらに、図１５のような追加の広がり流を生成するのに用いられる広がり漏斗の下流に流体除去チャネル３４２が配置される。伸長流を生成する他の収束漏斗３２２を含む微小チャネルの中央部分が流体除去チャネル間に配置される。流体は、この収束漏斗を通過した後に、均等に離間した壁３５４をもつ微小チャネルのセクションが後に続いて、さらに収束漏斗３２２が後に続く対向被覆流体導入ポート３３０をもつ微小チャネルのエリアに再び入る。図１６は本発明の一実施形態だけを示すが、伸長流、広がり流れ、あるいは均一速度流を生成するための特性の他の組合せを他の方式で組み合わせる場合もあることを理解するべきである。
【００８９】
ある実施形態において、伸長流間に生じる重合体緩和の量は微小チャネル内の狭窄部の配置によって制御される。狭窄部をさらに互いに分離させて微小チャネルを通過する重合体に対して緩和する時間をさらに多くするか、あるいは近づけて緩和する時間を短くすることができる。他の実施形態において、キャリア流体の速度を調節して、伸長流間の重合体緩和のための時間を変えることもできる。例えば、速度を減らし、他のすべてを一定にして、重合体が伸長流間で長時間にわたって均一速度流内にとどまり、さらに緩和させる場合もある。ＤＮＡを処理するのに用いられるもののように、多くの実施形態において、伸長流間で約１秒間にわたってＤＮＡを緩和させることができる。
【００９０】
拡散媒介クリーンナップに関連する微小流動装置、微小流動流並列化、および／または逐次伸長流は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓの件名の米国特許出願第１０／８２１，６６４号で記述されたもののように、他の微小流動装置とともに用いることができる。
【００９１】
サンプルは、当該の作用物質を含有することがわかっている、あるいはそれが疑われる事実上いかなるソースからも得ることができる。サンプルは固体、液体あるいはガス状の特性をもつことがあり得る。通常行わないが、浄化する場合もある。異なるサンプルは、異なる環境からを集めて、適切な収集装置を用いることで同じ方式によって構成できる。
【００９２】
試験されるサンプルは、組織生検、尿、痰、精液、便、唾液等の生物学的、あるいは身体サンプルがあり得る。本発明はさらに、場合によっては細菌兵器目的物質のサンプルの作成および分析についても規定する。最大数の人間と接触する可能性のある空気、液体および固体は細菌兵器目的物質となる可能性が最も高い。このような作用物質の有無に対して試験が行われるサンプルは屋内、あるいは屋外の環境から採取される場合がある。あらゆる適用例で必要というわけではないが、このような細菌兵器サンプル抽出は連続的に行われる可能性がある。例えば、空港環境において、選択した荷物の近くまたはその周りのサンプルをランダムに取得することだけが必要な場合もある。他の例では、連続的に監視（さらにこれにより、環境からサンプリング）することが必要な場合もある。こういった例は「高警戒」状態で起こる可能性がある。ある重要な実施形態において、サンプルは病原体の有無について試験が行われる。例として、食品病原体、水系感染病原体、煙霧化病原体といった病原体物質の有無に対して試験の行われるサンプルを含むが、これらに限定されるわけではない。
【００９３】
液体サンプルは、公共用水、貯水タンク、湖沼、河川、井戸、湧水、および商業利用可能な飲料から採取できる。（赤ん坊用食品や人工乳を含む）食品、（紙幣やコイン通貨を含む）貨幣、公共輸送機関の切符類、書籍等の固体も、スワイプ、拭き取りあるいは塗布試験、および付着した作用物質を溶解させるために液体中にスワイプ、拭布、あるいは塗布を浸すことでサンプリングできる。スワイプまたは塗布の大きさと、作用物質に溶解するためにおかれる対応液体の量とに基づいて、さらに処理する前に、こういった液体サンプルを濃縮する必要がある場合とない場合がある。
【００９４】
空気サンプルは、通常の空中物質だけでなく、通常は空中にない煙霧化（あるいは兵器化）化学物質または生物学的物質の有無について試験を行うことができる。空気サンプルは、空港、ホテル、事務所ビル、政府施設といった公共の場所、およびバス、列車、飛行機といった公共輸送機関等を含む、細菌兵器対象になる疑いのあるさまざまな場所から採取できる。
【００９５】
サンプルの分析は、作用または相互作用する１つ以上の作用物質（すなわち、少なくとも１つの作用物質）の利用を含む場合があり、これにより目的作用物質を修正する。しかしながら、本明細書で用いられるように、少なくとも１つの作用物質は無限数より少ない数の作用物質であり、さらに一般的には、１０００未満、１００未満、５０未満、２０未満、１０未満、あるいは５未満を表す。作用物質の特性は、この作用物質を用いて実施される分析に応じて変わる。作用物質は、溶解剤（例えば、デオキシコレートといった洗浄剤があるが、これに限定されない）、標識剤あるいはプローブ（例えば、シーケンス特定核酸プローブ）、酵素（例えば、制限エンドヌクレアーゼといったエンドヌクレアーゼ）、酵素補因子、安定化剤（例えば、抗酸化剤）、等の場合もある。当業者であれば本発明で用いられる他の作用物質を想定することができる。
【００９６】
さらに、本発明で用いられる流体は、緩衝化合物（例えば、ＴＲＩＳ）、キレート化合物（例えば、ＥＤＴＡ）、イオン（例えば、一価、二価あるいは三価の陽イオンあるいは陰イオン）、塩等の他の化合物を含有する場合もある。
【００９７】
本発明は、分析される作用物質（すなわち、目的作用物質）の性質に限定されない。これらの作用物質は、細胞および細胞化合物（例えば、タンパク質および核酸）、化学物質等を含むが、これらに限定されない。これらの作用物質はバイオ攻撃作用物質の可能性もある。目的作用物質は自然発生、あるいは自然に発生しないものの場合があるが、体外で合成されて自然界に放出された作用物質を含む。複数の作用物質は１より大きく、無限大未満の数である。これは１０１０未満、１０９未満、１０８未満、１０９未満、１０７未満、１０６未満、１０５未満、１０４未満、５０００、未満、１０００未満、５００未満、１００美馬、５０未満、２５未満、１０未満、および５未満、さらには、本明細書で明示的に示されている場合には、これらの間のすべての整数を含む。
【００９８】
本明細書で用いられる「重合体」は、単量体が結合によってリンクされる線形バックボーンを有する化合物である。重合体は複数の個別単量体で構成される。本発明で用いられる個別単量体は、直接的または間接的に他の構成単位（あるいは単量体）にリンクでき、重合体を形成する最小構成単位である。最小限、重合体は少なくとも２つのリンクされた単量体を含む。単量体の特定のタイプについては、分析される重合体のタイプによる。重合体は核酸、ペプチド、タンパク質、炭水化物、オリゴあるいは多糖体、脂質等の場合がある。重合体は自然に発生する場合もあるが、これに限定されない。
【００９９】
ある実施形態において、重合体はシーケンスまたは構造特定プローブに対して、あるいはこれによって結合され、ここで、プローブによって認識されて結合されたシーケンスまたは構造は、その重合体または重合体の領域にとって唯一のものである。プローブの組み合わせが所定の重合体だけにとってさらに特定のものであれば、重合体が２つ以上のプローブによって認識されると、２つ以上の重合体に対して所定のプローブを用いることが可能である。含有される重合体の取り込みおよび分離がないように、ある例において、重合体を含有するサンプルが分析できる。
【０１００】
ある実施形態において、この方法を用いてサンプル内の複数の異なる重合体を検出できる。
【０１０１】
本明細書で用いられるように、重合体の伸長とは、圧縮された、コイル状および／または折りたたまれた形状というよりも、むしろ実質的に線形に延在する形状で重合体が供給されることを意味する。
【０１０２】
ある重要な実施形態において、重合体は核酸である。「核酸」という用語は複数のリンクされたヌクレオチド（すなわち、ピリミジン（例えば、シトシン（Ｃ）、チミジン（Ｔ）あるいはウラシル（Ｕ）あるいはプリン（例えば、アデニン（Ａ）またはグアニン（Ｇ））のいずれかの交換可能な有機塩基にリンクされた糖質（例えば、リボースまたはデオキシリボース）を含む分子）をいう。「核酸」および「核酸分子」は相互交換可能に用いられ、オリゴリボヌクレオチドとともにオリゴデオリオキシリボ核酸をいう。これらの用語はまた、ポリヌクレオシド（すなわち、ポリヌクレオシドからリン酸塩を引いたもの）と、核酸を含有する他の有機塩基とを含めるべきである。有機塩素にはアデニン、ウラシル、グアニン、チミン、シトシン、およびイノシンがある。
【０１０３】
重要な実施形態において、核酸はＤＮＡあるいはＲＮＡである。ＤＮＡには、ある例における相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）とともに、（核ＤＮＡおよびミトコンドリアＤＮＡといった）ゲノムＤＮＡがある。ＲＮＡには、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）、ｍｉＲＮＡ等がある。核酸は、自然発生のものであるか、あるいは自然発生でない場合もある。自然発生する核酸には、細菌人工染色体（ＢＡＣ）および酵母人工染色体（ＹＡＣ）があるが、これらに限定されない。核酸の取り込みおよび分離は当該技術により定例的に実施され、適切な方法は標準的な分子生物学の教科書でも見出すことができる。（例えば、Ｍａｎｉａｔｉｓの分子生物学ハンドブックを参照のこと。）
好ましくは、ポリメラーゼ連鎖反応法（ＰＣＲ）といった技術を用いた事前増幅は必要ない。したがって、重合体は非生体外増幅核酸の場合もある。本明細書で用いられる場合、「非生体外増幅核酸」は、ポリメラーゼ連鎖反応法または組換えＤＮＡ法といった技術を用いて体外で増幅されなかった核酸をいう。その一方で、非生体外増幅核酸は、体外の細胞の開発で自然に得られたものとして、（取り入れられた生物学的サンプル内で）体外増幅された核酸の場合もある。つまり、非生体外増幅核酸は、突然変異または癌の進展の結果のような、ある細胞タイプで一般に観察される座増幅の一環として体外増幅されたものの場合もある。
【０１０４】
核酸を含む重合体の結合された単位に関して本明細書で用いられるように、「結合された」または「結合」とは何らかの物理化学的手段によって互いに結合された２つの構成要素を意味する。当業者にとって知られている共有結合あるいは非共有結合といった結合も含まれる。例えば、特定の核酸の個別単位を結合する特性において通常見られる自然結合が最も一般的である。自然結合としては、例えばアミド、エステルおよびチオエステル結合がある。その一方で、本発明の方法により分析された核酸の個別の単位は合成あるいは修正結合によって結合される場合もある。単位が共有結合によって結合される核酸が最も一般的であるが、水素結合単位も本発明に含まれる。本明細書で論じられているとおり、核酸に関するあらゆる可能性は、核酸目的物質および核酸プローブに等しく当てはまることが理解されるべきである。
【０１０５】
ある実施形態において、核酸目的物質が変性され、単一鎖形態で表わされることもあるが、核酸は二重鎖の場合もある。これは、単独で、あるいは組み合わせて温度上昇、塩濃度減少等を含めて二十鎖核酸の環境を調整することで達成できる。核酸を変性する方法は当該技術で公知である。
【０１０６】
目的物質核酸（すなわち、当該拡散）は一般にホスホジエステルバックボーンを有するが、この理由は、このバックボーンが体外にあるのが最も一般的なためである。しかしながら、これには限定されない。バックボーン修正は当該技術において公知である。当業者は、過度の実験を行うことなく、このような核酸を構成することができる。プローブは、本質的に核酸であれば、本明細書において記述されたようなバックボーン修正をもち得る。
【０１０７】
これにより、核酸はバックボーン組成が不均一であり、このため、（核酸塩基をもつアミノ酸結合があり、本明細書でさらに詳しく論じる）ペプチド核酸といった結合された核酸単位の考え得る組み合わせを含有する場合もある。ある実施形態において、核酸はバックボーン組成で均質である。
【０１０８】
プローブは重合体を分析するのに用いられる場合もある。本明細書で用いられる場合、プローブは、当該の（すなわち、他の化合物より当該の作用物質に対して親和力の大きな）作用物質（例えば、重合体）に対して優先的に結合する分子または化合物である。当該の作用物質に対する親和力は、他の化合物に対する親和力の少なくとも２倍、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、あるいはそれ以上の場合もある。最大差親和力のプローブが大部分の実施形態で好まれる。ある作用物質に対するプローブの結合は、目的作用物質における目的サイトの有無および位置を示すか、あるいは、利用者の要件に応じて作用物質の有無を単に示すだけの場合もある。本明細書で用いられる場合、プローブによって結合される目的作用物質はプローブおよび／またはその検出可能指標によって「指標が付けられる」。
【０１０９】
プローブは、核酸（例えば、アプタマー）、ペプチド、炭水化物、脂質等、あるいはその一部を組み合せたものを含む特性が可能であるが、それらには限定されない。オリゴヌクレオチドといった核酸ベースのプローブを用いてＤＮＡあるいはＲＮＡを識別して、結合することができる。限定されるわけではないが、核酸ベースのプローブはＤＮＡ、ＲＮＡ、ＬＮＡあるいはＰＮＡが可能である。これはまた、これらの要素の１つ以上の組み合わせであるか、および／または他の核酸擬態を含むことも可能である。アプタマー技術の到来により、ペプチドおよび炭水化物を含む種々の化合物を構造的に、したがってシーケンス特定方式で識別して、結合するのに核酸ベースのプローブを用いることができるようになった。核酸目的物質のための他のプローブは、シーケンス特定の大きな、あるいは小さな溝バインダおよび割込み記号、ペプチド結合核酸あるいはタンパク質等を含むが、これらに限定されない。
【０１１０】
本明細書で用いられるように、「ペプチド」は、好ましくは、ただし単にこれだけではないが、ペプチド結合で結合されたアミノ酸の重合体である。プローブは抗体あるいは抗体フラグメントの場合もある。抗体にはＩｇＧ、ＩｇＡ、ＩｇＭ、ＩｇＥ、ＩｇＤだけでなく、単一鎖抗体のような抗体変異種もある。抗体フラグメントは抗原結合部位を含有しており、これにより、ＦａｂおよびＦ（ａｂ）２フラグメントを含有するが、これらに限定されない。
【０１１１】
プローブはシーケンス特定方式で目的重合体を結合する場合もある。「シーケンス特定」は、核酸に関連して用いられる場合、プローブがヌクレオチドあるいはその派生物の線形（あるいはある例では、準線形）配置をプローブが識別することを意味する。ある実施形態において、プローブは、可能であれば特定のシーケンスまたはその重合体に特有の構造によって特定重合体に対して特に結合することを意味する「重合体特定」である。
【０１１２】
ある例において、核酸プローブは、目的核酸と少なくともワトソン・クリック結合を形成する。他の例において、核酸プローブは目的核酸とフーグスティーン結合で結合し、これによりトリプレックスを形成する。フーグスティーン結合により結合を行う核酸プローブは核酸重合体の主要な溝に入り、そこにある塩基とハイブリダイズする。この後者のプローブの例には、核酸（例えば、ある形態の抗生物質）の大小の溝を識別して結合する分子を含む。ある実施形態において、核酸プローブは核酸重合体とワトソン・クリックおよびフーグスティーン結合の両方を形成できる。例えば、ＢｉｓＰＮＡプローブは核酸にワトソン・クリックとフーグスティーン結合の両方の結合が可能である。
【０１１３】
本発明の核酸プローブは少なくとも４個のヌクレオチドから１０００個を超えるヌクレオチドまで、いかなる長さ範囲でもあり得る。好ましい実施形態において、プローブは長さが５−１００個のヌクレオチド、さらに好ましくは、長さが５−２５個のヌクレオチド、さらに好ましくは、長さが５−１２個のヌクレオチドである。プローブの長さは、本明細書においてそれぞれの長さが明示的に示されているように、本明細書で挙げられている範囲の間、およびそれを含むヌクレオチドのいかなる長さでも可能である。これにより、この長さは、少なくとも５個のヌクレオチド、少なくとも１０個のヌクレオチド、少なくとも１５個のヌクレオチド、少なくとも２０個のヌクレオチド、あるいは少なくとも２５個のヌクレオチドの長さの場合もある。長さは、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、少なくとも１０個、少なくとも１２個、少なくとも１５個、少なくとも２０個、少なくとも２５個、少なくとも５０個、少なくとも７５個、少なくとも１００個、少なくとも１５０個、少なくとも２００個、少なくとも２５０個、少なくとも５００個、あるいはそれ以上の（本明細書において明示的に示されるのであれば、それらの間のすべての整数を含む）個数のヌクレオチドからの場合もある。
【０１１４】
プローブの残りすべてが核酸目的物質の相補残りにハイブリダイズする必要がないことを理解するべきである。例えば、プローブは残り長さが５０個であり、これらの残りのうちのわずか２５個だけが核酸目的物質にハイブリダイズされる場合もある。好ましくは、ハイブリダイズする残りは互いに連続的である。
【０１１５】
プローブは、好ましくは、単一鎖であるが、これに限定されるわけではない。例えば、プローブがｂｉｓＰＮＡであれば、三重へリックスコンフメーションになる核酸をもつ二次構造をもち、重合体のバックボーンとフーグスティーン結合を形成するｂｉｓＰＮＡの位置領域と、重合体のヌクレオチド塩基とワトソン・クリック結合を形成するｂｉｓＰＮＡの他の領域とをもち得る。
【０１１６】
核酸プローブは核酸重合体内で相補シーケンスにハイブリダイズする。結合の特性はハイブリダイゼーション条件に基づいて処理できる。例えば、核酸プローブによって識別されるシーケンスの範囲を変動させるために、塩濃度および温度を調整できる。当業者は所望の特性のための最適条件を求めることができる。
【０１１７】
ある実施形態において、プローブは分子ビーコンの場合もある。目的物質への結合がなければ、分子ビーコンプローブはヘアピン状構造を形成するが、分子ビーコンの１つの端部がクェンチャー分子であることから、蛍光を発しない。その一方で、目的物質に結合されると、プローブの蛍光およびクェンチング端部がこの時点で十分に分離され、蛍光端部が発光できるようになる。
【０１１８】
プローブは、本明細書で記述されるように核酸、あるいは核酸派生物の場合もある。本明細書で用いられる場合、「核酸派生物」は自然に発生しない核酸あるいはその単位である。核酸派生物は、自然に発生しないヌクレオチドや自然に発生しないバックボーン結合といった自然に発生しない要素を含有する場合もある。これには、Ｃ−５プロピン修飾塩基、５−メチルシトシン、２−アミノプリン、２−アミノ−６−クロロプリン、２，６−ジアミノプリン、ヒポキサンチン、２−チオウラシルおよび偽イソシトシンといった置換プリンおよびピリミジンがある。他のこういった修飾は当業者にとって公知である。
【０１１９】
核酸派生物はまた、塩基および／または糖質内などで置換または修飾で同じく置換あるいは修正を含む場合もある。例えば、３’位置にヒドロキシル基以外と、５’位置に燐酸基以外の低分子量の有機基に共有結合で結合されたバクボーン糖類をもつ核酸がある。これにより、修飾核酸は２’−Ｏ−アルキルリボース基を含む場合もある。さらに、修飾核酸はリボースの代わりにアラビノースといった糖質を含む場合もある。
【０１２０】
プローブは、核酸構成要素を含む場合、バックボーン修飾を用いることで部分的に安定化できる。本発明は、本明細書で記述されたペプチドおよびロックト核酸に加えて、ホスホロチオネートリンク、ホスホジエステラーゼ修飾核酸、ホスホジエステラーゼおよびホスホロチオネート核酸の組み合わせ、メチルホスホネート、アルキルホスホネート、燐酸エステル、アルキルホスホノチオアート、アミド亜燐酸エステル、カルバメート、カルボネート、燐酸三エステル、アセタミダート、カルボキシメチルエステル、メチルホスホロチオアート、ホスホロジチオアート、ｐ−エトキシ、およびこれらの組み合わせといった他のバックボーン修飾の利用を含むが、これらに限定されるものではない。
【０１２１】
ある実施形態において、プローブは、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、ｂｉｓＰＮＡクランプ、擬似相補的ＰＮＡ、ロックト核酸（ＬＮＡ）、ＤＮＡ、ＤＮＡ、ＲＮＡ、あるいはＤＮＡ−ＬＮＡ共核酸、ｓｉＲＮＡまたはｍｉＲＮＡまたはＲＮＡｉ分子が同様に用いられるように、上述の共核酸の核酸である。
【０１２２】
ある実施形態において、プローブは、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、ｂｉｓＰＮＡクランプ、ロックト核酸（ＬＮＡ）、ｓｓＰＮＡ、擬似相補的ＰＮＡ（ｐｃＰＮＡ）、（米国仮特許出願第１０／４２１，６４４号で２００３年１１月２０日に発行の米国特許第２００３−０２１５８６４号、および第ＰＣＴ／ＵＳ０３／１２４８０号で２００３年４月２３日申請、２００３年１１月６日発行の第ＷＯ０３／０９１４５５Ａ１号で記述されている）２アームドＰＮＡ、あるいはその共重合体（例えば、ＤＮＡ−ＬＮＡ共重合体）である。
【０１２３】
他のバックボーン修飾、特にＰＮＡに関係するものとして、ペプチドおよびアミノ酸変性および修飾がある。これにより、ＰＮＡのバックボーン成分はペプチド結合、あるいは、その他の場合、非ペプチド結合の場合もある。例として、アセチル基キャップ、（本明細書ではＯリンカーと呼ばれる）８−アミノ−３，６−ジオキサオクタン酸、（ＰＮＡ中で正電荷が所望される場合、特に有用な）リシンといったアミノ酸等がある。種々のＰＮＡ修飾が公知であり、このような修飾を含むプローブは、Ｂｏｓｔｏｎ  Ｐｒｏｂｅ社といったソースから商業的に入手可能である。
【０１２４】
本明細書で述べられるとおり、作用物質（例えば、重合体）はラベル付けされる場合もある。例として、作用物質が核酸であれば、シーケンス特定方式で重合体を結合するシーケンス特定プローブの利用を通してラベル付けされる場合もある。シーケンス特定プローブは検出可能ラベル（例えば、蛍光体または放射性同位体）でラベル付けされる。核酸は、その一方で、成長核酸に蛍光体を直接取り入れる方式でも合成できる。例えば、後者のラベル付けは、化学手段または核酸中に活性アミノまたはチオール基を導入することで達成できる。（ＰｒｏｕｄｎｉｋｏｖおよびＭｉｒａｂｅｋｏｖ、核酸の研究、２４：４５３５−４５３２、１９９６年）核酸重合体に対して実施できる修飾手順の広範な記載はＨｅｒｍａｎｓｏｎ、Ｇ．Ｔ．、生体共役技術、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ社、サンディエゴ、１９９６年で見ることができるが、これは本明細書において参照によって組み込まれている。
【０１２５】
ＤＮＡの直接化学ラベル付け技術について複数の公知の方法がある（Ｈｅｒｍａｎｓｏｎ、１９９６年；Ｒｏｇｅｔ他、１９８９年；ＰｒｏｕｄｎｉｋｏｖおよびＭｉｒａｂｅｋｏｖ、１９９６年）。方法の１つはＤＮＡの部分脱プリンによるアルデヒド基の導入に基づく。アタッチトヒドラジン基をもつ蛍光ラベルは効率的にアルデヒド基と結合され、ヒドラジン結合はおよそ６０％のナトリウムラベルを用いた還元によって安定化される。過剰なアミン蛍光体の存在下でシトシンが重亜鉛酸塩と反応すると、Ｎ４位置でアミノ交換が起こる（Ｈｅｒｍａｎｓｏｎ、１９９６年）。ｐＨ、アミン蛍光体濃度、培養時間および温度といった反応条件が形成された生成物の歩留まりに影響する。高濃度のアミン蛍光体（３Ｍ）において、アミノ交換が１００％に達することが可能である（ＤｒａｐｅおよびＧｏｌｄ、１９８０年）。
【０１２６】
上記方法に加えて、蛍光的にラベル付けされたヌクレオチドを使って核酸を体外で（例えば、自動化核酸合成装置を用いて）合成することも可能である。このようなヌクレオチドは、Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｐｈａｒｍａｃｉａ  Ｂｉｏｔｅｃｈ社、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社、およびＮｅｗ  Ｅｎｇｌａｎｄ  ａｎｄ  Ｎｕｃｌｅａｒ／Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ社といった供給者から商業的に入手可能である。
【０１２７】
プローブは一般的に検出可能なレベルでラベル付けされる。検出可能ラベルは、その存在が直接的あるいは間接的に確認できる成分である。一般的に、ラベルの検出は、例えばエネルギーの放出といった検出可能な信号の生成を含む。ラベルは化学物質、ペプチド、あるいは核酸の特性をもつものの場合があるが、これには限定されない。用いられるラベルの特性は、実施される分析の特性、エネルギー源および用いられる検出器のタイプ、重合およびプローブのタイプを含む種々の要素による。ラベルは、結合される成分と立体的かつ化学的に共存可能であること。
【０１２８】
ラベルは、例えば、特定の波長の電磁放射を放射および／または吸収する能力によって直接的に検出可能である。ラベルは、例えば、特定波長の光を放出または吸収する他の成分を結合、取り込み、さらに場合によっては付着させる能力によって間接的に検出できる（例えば、ＦＬＡＧエピトープといったエピトープタグ、西洋わさびペルオキシダーゼといった酵素タグ等）。一般的に検出可能ラベルは、蛍光体分子（例えば、フルオレセイン、ローダミン、テトラメチルローダミン、Ｒ−フィコエリトリン、Ｃｙ−３、Ｃｙ−５、Ｃｙ−７、テキサスレッド、ファーレッド、アロフィコシアニン（ＡＰＣ）、フルオレセインアミン、エロシン、ダンシル、ウンベリフェロン、５−カルボキシルフルオレレセイン（ＦＡＭ），２’７’−ジメトキシ−４’５’−ジクロロ−６−カルボキシフルオレオスセイン（ＪＯＥ）、６カルボキシホダミン（Ｒ６Ｇ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−６−カルボキシロダミン（ＴＥＭＲＡ）、６−カルボキシ−Ｘ−ローダミン（ＲＯＸ）、４−（４’−ジメチルアミノフェニラゾ）安息酸（ＤＡＢＣＹＬ）、６−（２’−アミノエチル）アミノナフタレン−１−スルホン酸（ＥＤＡＮＳ）、４−アセトアミド−４’−イソチオシアナートスティルベン−２，、２’二スルホン酸、アクリジン、アクリジンイソチオシアナート、ｒ−アミノ−Ｎ−（３−ビニルスルホニル）フェニルナフタリミド−３，５二スルホネート（ルシファーイエローＶＳ）、Ｎ−（４−アニリノ−１ナフタリン）マレイミド、アンスラニラミド、ブリリアントイエロー、クマリン、７−アミノ−４−メチルクマリン、７−アミノ−４−トリフルオロメチルクルアリン（クマリン１５１）、シアノシン、４’，６’−ジアミニジノ−２−フェニルインドール（ＤＡＰＩ），５’，５’’−ジアミニジノ−２−フェニルインドール（ＤＡＰＩ）、５’，５’’−ジブロモピロガロール−スルホネフタレイン（ブロモピロガロールレッド）、７−ジエチルアミノ−３−（４’−イソチオチアナートフェニル）−４−メチルクマリンジエチルエネトリアミンペンタアステート，４，４’−ジイソチオシアナートジハイドロ−スチルベン−２，２’−ジスルホン酸、４，４’−ジイソチオシアナートスチルベン−２，２ジスルホン酸，４−ジメチルアミノフェニルアゾフェニル−４’−イソチオシアナート（ＤＡＢＩＴＣ）、エコシンイソチオシアナート、エリトロシンＢ、エリトロシンイソシオシアナート、エチジウム，５−（４，６−ジクロロトリアジン−２−ｙｌ）アミノフルオロレスセイン（ＤＴＡＦ），ＱＦＩＴＣ（ＸＲＩＴＣ）、フルオレスカミン、ＩＲ１４４、ＩＲ１４４６、マカライトグリーンイソチオシアナート、４−メチルウンベリフェロン、オルトクレソルフタレイン、ニトロチロシン，パラローザニリン，フェノールレッド、Ｂ−フィコエリトリン，ｏ−フタルジアルデヒド、ピレン、ピレンブチレート、スクシニミジル１−ピレンブチレート、反応赤４（シバクロンＲＴＭブリリアントレッド３Ｂ−Ａ），リサミンローダミンＢスルホニル塩、ローダミンＢ、ローダミン１２３、ローダミンＸ、スルホローダミンＢ、スルホローダミン１０１、スルホローダミン１０１のスルホニル塩派生物、テトラメチルローダミン、リボフラビン、ロゾール酸、およびテレビウムキレート派生物）、化学発光分子、生物発光分子、発色分子、放射性同位体（例えば、Ｐ３２あるいはＨ３、Ｃ１４、１２５Ｉおよび１３１Ｉ）、（例えばニトロキシルラジカルといった）電子スピン共鳴分子、光学または電子密度分子、電荷導入または移行分子、磁性または常磁性ビードまたは粒子といった電磁分子、（例えば、米国特許第６，２０７，３９２号で記述され、Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ社およびＥｖｉｄｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から商業的に入手可能な量子ドットといった）半導体ナノ結晶またはナノ粒子、コロイド性金属、コロイド性金ナノ結晶、核磁気共鳴分子等の直接検出可能なラベルで構成される群から選択が可能である。
【０１２９】
検出可能ラベルはまた、酵素（例えば、アルカリホスファターゼ、西洋わさびペルオキシダーゼ（３−ガラクトシダーゼ、グルコアミラーゼ、リソチーム、蛍光ルシフェラーゼおよびバクテリアルシフェラーゼといったルシフェラーゼ（米国特許第４，７３７，４５６号）、グルコースオキシダーゼ、ガラクトーゼオキシダーゼ、およびグルコース−６−燐酸塩デヒドロゲナーゼといったサッカライドオキシダーゼ、ＨＲＰ、ラクトペルオキシダーゼ、あるいはミクロペルオキシダーゼといった色素先駆物質を酸化させるために過酸化水素を用いる酵素に結合されたウリカーゼおよびキサンチンオキシダーゼといった異項環式オキシダーゼ）、酵素基板、親和性分子、リガンド、レセプター、ビオチン分子、アビジン分子、ストレプトアビジン分子、抗原（例えば、ＦＬＡＧまたはＨＡエピトープといったエピトープタグ）、ハプテン（例えば、ビオチン、ピリドキサール、ジゴキシゲニンフルオレスセインおよびジニトロフェノール）、抗体、抗体フラグメント、ミクロビード等といった間接的に検出可能なラベルで構成される群から選択可能である。抗体フラグメントには、Ｆａｂ、Ｆ（ａｂ）２、ＦｄおよびＣＤＲ３領域を含む抗体フラグメンがある。
【０１３０】
ある実施形態において、検出可能ラベルはＦＲＥＴ蛍光体対の部材である。ＦＲＥＴ蛍光体の対は、互いに近接して設けられると検出可能信号を生成するか、あるいはなくすようにＦＲＥＴを起こすことのできる２つの蛍光体である。ドナーの例として、Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５４６、ＢＯＤＩＰＹ４９３、Ｏｙｓｔｅｒ５５６、Ｆｌｕｏｒ（ＦＡＭ）、Ｃｙ３およびＴＭＲ（Ｔａｍｒａ）がある。アクセプタの例として、Ｃｙ５、Ａｌｅｘａ５９４、Ａｌｅｘａ６４７およびＯｙｓｔｅｒ６５６がある。Ｃｙ３は、例として、Ｃｙ３、ＴＭＲまたはＡｌｅｘａ５４６をもつドナーとして動作可能である。ＦＲＥＴは、互いに５０−１００ナノメートルで最大離間された蛍光を有する蛍光対をもつことができなければならない。
【０１３１】
重合体はシーケンス非特定方式でラベル付けされる場合もある。例えば、重合体がＤＮＡといった核酸では、そのバックボーンはバックボーンラベルで着色される場合もある。シーケンス非特定方式で核酸をラベル付けするバックボーン着色には、フェナントリジンおよびアクリジン（例えば、臭化エチジウム、ヨウ化プロピジウム、ヨウ化ヘキシジウム、ジハイドロエチジウム、エチジウムホモ二量体−１および−２、エチジウムモノアジドおよびＡＣＭＡ）といった挿入色素、インドールおよびイミダゾール（例えば、ヘキスト３３２５８、ヘキスト３３３４２、ヘキスト３４５８０およびＤＡＰＩ）といった小溝結合剤、（同様に挿入可能な）アクリジンオレンジといった雑多な核酸着色剤、７−ＡＡＤ、アクチノマイシンＤ、ＬＤＳ７５１およびヒドロキシスチルバミジンがある。前述の核酸着色剤はすべて、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社といった供給者から商業的に入手可能である。
【０１３２】
核酸着色のさらに他の例として、ＳＹＴＯＸ  Ｂｌｕｅ、ＳＹＴＯＸ  Ｇｒｅｅｎ、ＳＹＴＯＸ  Ｏｒａｎｇｅ、ＰＯＰＯ−１、ＰＯＰＯ−３、ＹＯＹＯ−１、ＹＯＹＯ−３、ＴＯＴＯ−１、ＴＯＴＯ−３、ＪＯＪＯ−１、ＬＯＬＯ−１、ＢＯＢＯ−１、ＢＯＢＯ−３、ＰＯ−ＰＲＯ−１、ＰＯ−ＰＲＯ−３、ＢＯ−ＰＲＯ−１、ＢＯ−ＰＲＯ−３、ＴＯ−ＰＲＯ−１、ＴＯ−ＰＲＯ−３、ＴＯ−ＰＲＯ−５、ＪＯ−ＰＲＯ−１、ＬＯ−ＰＲＯ−１、ＹＯ−ＰＲＯ−１、ＹＯ−ＰＲＯ−３、ＰｉｃｏＧｒｅｅｎ、ＯｌｉＧｒｅｅｎ、ＲｉｂｏＧｒｅｅｎ、ＳＹＢＲ  Ｇｏｌｄ、ＳＹＢＲ  Ｇｒｅｅｎ  Ｉ、ＳＹＢＲ  Ｇｒｅｅｎ  ＩＩ、ＳＹＢＲ  ＤＸ、ＳＹＴＯ−４０、−４１、−４２、−４３、−４４、−４５（青）、ＳＹＴＯ−１３、−１６、−２４、−２１、−２３、−１２、−１１、−２０、−２２、−１５、−１４、−２Ｓ  （緑）、ＳＹＴＯ−８１、−８０、−８２、−８３、−８４、−８５（オレンジ）、ＳＹＴＯ−６４、−１７、−５９、−６１、−６２、−６０、−６３（赤）といった以下のＭｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社のシアニン着色剤からの着色剤がある。
【０１３３】
本明細書で用いられる場合、「共役」とは何らかの生化学手段により互いに安定して結合された２つの構成要素を意味する。付着の特性がいずれの構成要素の有効性を実質的に害さないものであることが重要である。これらのパラメータを念頭におけば、当業者にとって公知の何らかの共有結合あるいは非共有結合が用いられる場合もある。ある実施形態において、共有結合が好まれる。非共有共役には、疎水性相互作用、イオン相互作用、ビオチンアビジンおよびビオチンストレプトアビジンの錯体といった高親和性相互作用および他の親和性相互作用がある。このような付着の手段および方法は当業者にとって公知である。
【０１３４】
本明細書で記述された種々の構成要素は当該技術で公知のメカニズムによって互いに共役にできる。例えば、種々のラベルと反応する官能基として、（官能基：発光構成要素の反応性基）、活性エステル：アミンまたはアニリン、アシルアジ化物：アミンまたはアニリン、ハロゲン化アシル：アミン、アニリン、アルコールまたはフェノール、アシルニトリル：アルコールまたはフェノール、アルデヒド：アミンまたはアニリン、ハロゲン化アルキル：アミン、アニリン、アルコール、フェノールまたはチオール、アルキルスルホナート：チオール、アルコールまたはフェノール、無水塩：アルコール、フェノール、アミンまたはアニリン、アリルハライド：チオール、アジリジン：チオールまたはチオエーテル、カルボン酸：アミン、アニリン、アルコールまたはアルキルハライド、ジアゾアルカン：カルボン酸、エポキシド：チオール、ハロアセタミド：チオール、ハロトリアジン：アミン、アニリンまたはフェノール、ヒドラジン：アルデヒドまたはケトン、ヒドロキシアミン：アルデヒドまたはケトン、イミドエステル：アミンまたはアニリン、イソシアナート：アミンまたはアニリン、およびイソチオシアネート：アミンまたはアニリンがあるが、これらに限定されない。
【０１３５】
リンカーは、自然発生または合成にかかわらず、ヌクレオチドまたは複数ヌクレオチド、Ｃ１−Ｃ３０の真っ直ぐな、あるいは場合によっては分岐した飽和または非飽和炭素鎖、リン脂質、アミノ酸、および、特にグリチン等の好ましくは非活性の種々の分子のいずれかである。追加のリンカーとして、アルキルおよびアルケニルカーボネート、カルバメート、およびカルバミドがある。これらはすべて関連しておりて、前で言及したＣ１−Ｃ３０といったリンカーに極性を追加する場合もある。本明細書で用いられる場合、リンカーおよびスペーサという用語は相互交換可能に用いられる。
【０１３６】
広範なスペーサを用いることができ、その多くは、例えばＢｏｓｔｏｎ  Ｐｒｏｂｅｓ社（現Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ社）といったソースから商業的に利用可能である。スペーサは有機スペーサに限定されず、同じく無機でもあり得る（例えば、−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−またはＯ−Ｐ−Ｏ−）。さらに、スペーサは本質的に（例えば、有機要素および無機要素で構成された）不均一なものになり得る。本質的に、適切大きさの制限をもち、蛍光体およびプローブといった種々の構成要素に結合できる分子をリンカーとして利用できる。例として、（溶解促進剤としても機能する）Ｅリンカー、Ｅリンカーに類似したＸリンカー、グリコールリンカーであるＯリンカー、および（すべてＢｏｓｔｏｎ  Ｐｒｏｂｅｓ社、現Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ社によって供給される）一時芳香族アミノ基を含むＰリンカーがある。他の適切なリンカーとしては、アセチルリンカー、リンカーを含有する４−アミノ安息香酸、Ｆｍｏｃリンカー、４−アミノ安息香酸リンカー、８−アミノ−３，６−ジオクサスタノイック酸リンカー、スクシンイミジルマレイミジルメチルシクロヘキサンカルボクシタートリンカー、スクシニルリンカー等がある。他の適切なリンカーの例は、１９９６年６月１１日に発行されたＨａｒａｌａｍｂｉｄｉｓ他による米国特許第５，５２５，４６５号で記述されたものがある。
【０１３７】
本明細書で記述された共役あるいは修飾は通常の化学を用いるが、これは化学の当業者にとって公知である。モノーおよびヘテロ−二機能性リンカーといったリンカーの利用は文献（例えば、Ｈｅｒｍａｎｓｏｎ、１９９６年）で文書化されており、本明細書では繰り返さない。
【０１３８】
リンカー分子は、共役になる分子の性質に応じてホモ二機能性あるいはヘテロ二機能性クロスリンカーの場合もある。ホモ二機能性クロスリンカーは２つの同一反応性基を有する。ヘテロ二機能性クロスリンカーは、逐次共役反応を可能にする２つの異なる反応性基を有するものとして定義される。種々のタイプの商業的に利用可能なクロスリンカーは、一次アミン、二次アミン、スルフヒドリス、カルボキシル、カルボニルおよび炭水化物の群のうちの１つ以上と反応する。アミン特定クロスリンカーの例として、ビス（スルホスクシニミジル）スベレート、ビス［２（スクシニミドオクシカルボニロクシ）エチル］スルホン、ジスクシニミジルスベレート、ジスククシニミジルタルタレート、ジメチルアジピマート・２ＨＣｌ、ジメチルピメリミダート・２ＨＣＩ、ジメチルスベリミダート・２ＨＣＩおよびエチレングリコビス−［スクシニミジル−［スクシナート］］がある。スルフヒドリル基と反応するクロスリンカーには、ビスマレイミドヘクサン、１，４−ジ−［３’−（２’−ピリジルジチオ）−プロプオナミド）］ブタン、１−［ｐ−アジゾサリシラミド］−４−［ヨードアセタミド］ブタン、およびＮ−［４−（ｐ−アジゾサリシラミド）ブチル］−３’−［２’−ピリジルジチオ］プロピオナミドがある。炭水化物と好ましくは反応するクロスリンカーにはアジゾベンゾニルヒドラジンがある。カルボキシル基と好ましくは反応するクロスリンカーとして４−［ｐ−アジドサリシラミド］ブチラミンがある。アミンおよびスルフヒドリルと反応するヘテロ二機能性クロスリンカーには、Ｎ−スクシニミジル−３−［２−ピリジルジチオ」プロピオナート、スクシニミジル４−［Ｎ−マレイミドメチル］シクロヘキサン−１−カルボキシレート、ｍ−マレイミドベンゾニル−Ｎ−ヒドロキシスクシニミドエステル、スルホスクシミジル６−［３−［２−ピリジルジチオ］プロピオナミド］ヘクサノアート、およびスルホスクシニミジル４−［Ｎ−マレイミドメチル］シクロヘキサン−１−カルボキシレートがある。カルボキシルおよびアミン基と反応するヘテロ二機能性クロスリンカーには、１−エチル−３−［３−ジメチルアミノプロピル］−カルボジイミドハイドロクロライドがある。カルボハイドレートおよびスルフヒドリル基と反応するヘテロ二機能性クロスリンカーには、４−［Ｎ−マレイミドメチル］−シクロヘキサン−１−カルボキシルヒドラジド−２・２ＨＣＩ、４−（４−Ｎ−マレイミドフェニル）−酪酸ヒドラジゾ・２ＨＣＩ、および３−［２−ピリジルジチオ］プロピオニルヒドラジドがある。クロスリンカーは、ビス−［β−４−アジドサリシラミド）エチル］ジスルフィドおよびグルタルアルデヒドである。
【０１３９】
アミンまたはチオール基は、二機能性クロスリンカー分子に付着点をもたらすように、合成核酸のヌクレオチドに追加される場合もある。核酸は、Ｕｎｉ−Ｌｉｎｋ  ＡｍｉｎｏＭｏｄｉｆｉｅｒ、３’−ＤＭＴ−Ｃ６−アミン−ＯＮ  ＣＰＧ、ＡｍｉｎｏＭｏｄｉｆｉｅｒＩＩ、Ｎ−ＴＦＡ−Ｃ６−ＡｍｉｎｏＭｏｄｉｆｉｅｒ、Ｃ６−ＴｈｉｏｌＭｏｄｉｆｉｅｒ、Ｃ６−二硫化ホスホラミダイトおよびＣ６−二硫化ＣＰＧ（Ｃｌｏｎｔｅｃｈ社、パロアルト、カリフォルニア州）といった合成された組み込み共役コンピテント試薬の場合もある。
【０１４０】
共役の非共有結合方法はまた、例えば、プローブに対して検出可能なラベルを結合するのに用いられる場合もある。非共有共役には、疎水性相互作用、イオン相互作用、ビオチンアビジンおよびビオチンストレプトアビジンの錯体といった高親和性相互作用および他の親和性相互作用がある。例として、アビジンといった分子が核酸に付着され、その結合相手であるビオチンがプローブに付着される場合もある。
【０１４１】
ある例において、ある条件下で分解可能な結合を含むリンカーまたはスペーサを用いることが望ましい場合もある。例えば、結合は、通常の生理学的条件下で分解する、あるいは光といった刺激を与えることで特定の分解を引き起こすことのできるものがあり得る。容易に分割可能な結合には、例えば容易に加水分解可能な結合、エステル結合、アミド結合およびシッフの塩基型結合がある。光によって分解可能な結合は当該技術で公知である。
【０１４２】
作用物質（例えば、重合体）は単一の分子分析システム（例えば、単一の重合体分析システム）を用いて分析される場合もある。単一の分子検出システムは他の分子から個別に単一の分子を分析することができる。このようなシステムは、線形方式および／またはその全体で単一の分子を分析することができる。検出が主に信号の有無に基づく実施形態において、線形分析は必要とされない場合もある。その一方で、サンプル中の分子（好ましくは核酸）を線形分析する能力から利益を得る本発明に含まれる他の実施形態もある。核酸のシーケンスが所望される、あるいは重合体が唯一の検出可能ラベルではなく空間ラベル付けパターンに基づいて区別される適用例もある。
【０１４３】
これにより、重合体は線形重合体分析システムを用いて分析できる。線形重合体分析システムは、核酸といった重合体を線形（すなわち、重合体上の１つの位置で開始し、次にそこからいずれかの方向に線形で進む）方式で分析するシステムである。重合体が分析されると、それに付着された検出可能ラベルは逐次あるいは同時方式のいずれかで検出される。同時検出される場合、通常、信号は重合体の画像を形成し、そこからラベル間の距離を求めることができる。逐次検出される場合、信号はヒストグラム（信号強度対時間）で示され、次に、重合体の速度に関する知見を用いて地図に変換される。ある実施形態において、重合体が固体サポートに付着されるのに対して、他の場合、自由に流れることが理解されるべきである。いずれの場合も、重合体の速度は、重合体が通過すると、例えば、相互作用測点または検出器がラベルの位置を互いに、さらに重合体上にある他の検出可能マーカに対して求める助けになる。
【０１４４】
適切なシステムの例として、ＧｅｎｅＥｎｇｉｎｅＴＭ（米国Ｇｅｎｏｍｉｃｓ社、ウォバーン、マサチューセッツ州）がある。ＧｅｎｅＥｎｇｉｎｅＴＭシステムは、１９９８年８月１３日と２０００年２月２４日とにそれぞれ発行されたＰＣＴ特許出願第ＷＯ９８／３５０１２号および第ＷＯ００／０９７５７号および２００２年３月１２日に発行された米国特許第６，３５５，４２０Ｂ１号に記述されている。これらの出願および特許は、他の出願および特許、さらに本明細書で引用される参考文献の内容はすべて引用によって本明細書に組み込まれている。本システムは単一分子分析システムと線形重合体分析システムとの両方である。これにより、例えば、単一核酸が線形方式で相互作用測点を通過できるようになり、これにより、核酸と共役にある検出可能ラベルがあるかどうかを求めるために、核酸中のヌクレオチドが個別に問われる。問いかけは、設定された波長の光学放射といったエネルギー源に核酸をさらすことを含む。本明細書で記述されるとおり、信号発信と検出とを行うためのメカニズムは検出の求められるラベルのタイプによる。
【０１４５】
本明細書で記述されたシステムは、少なくとも１つの検出システムを含む。こういった検出システムの特性は検出可能ラベルの特性による。検出システムは、当該技術で公知の任意の数の検出システムから選択できる。これには、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）検出システム、荷電結合素子（ＣＣＤ）検出システム、蛍光検出システム、電気検出システム、写真フィルム検出システム、化学発光検出システム、酵素検出システム、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）検出システム、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）検出システム、光学検出システム、核磁気共鳴（ＮＭＲ）検出システム、近視野検出システム、および全反射（ＴＩＲ）検出システムがあるが、その多くは電磁検出システムである。
【０１４６】
他の単一の分子核酸分析方法を用いて、本発明の処理に基づくチャンバの後の核酸ターゲットを分析することができる。これには、ファイバ蛍光原位置ハイブリダイゼーション（ファイバ−ＦＩＳＨ）（Ｂｅｎｓｉｍｏｎ、Ａ．他、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２６５（５１８１）：２０９６−２０９８（１９９７年））がある。ファイバＦＩＳＨにおいて、核酸分子が分子コーミングにより表面上に伸長され固定される。蛍光的にラベル付けされたプローブシーケンスを用いたハイブリダイゼーションによって、核酸分子上のシーケンスランドマークを求めることができるようになる。この方法は、マーカ間の分子長さおよび／または距離が測定できるように、伸長分子の固定が必要である。パルス電界ゲル電気泳動法を用いてラベル付けされた核酸分子を分析することもできる。パルス電界ゲル電気泳動法は、Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｄ．Ｃ．他、Ｃｅｌｌ  ３７（１）：６７−７５（１９８４年）に記述されている。他の核酸分析システムは、Ｏｔｏｂｅ，Ｋ．他によるＮｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．２９（２２）：Ｅ１０９（２００１年）、２００１年６月１９日発行のＢｅｎｓｉｍｏｎ，Ａ．他による米国特許第６，２４８，５３７号、Ｈｅｒｒｉｃｋ，Ｊ．他によるＣｈｒｏｍｏｓｏｍｅ  Ｒｅｓ．７（６）：４０９：４２３（１９９９年）、２０００年１１月２１日発行のＳｃｈｗａｒｔｚによる米国特許第６，１５０，０８９号および２００１年９月２５日発行の米国特許第６，２９４，１３６号で記載されている。他の線形重合体分析システムも利用可能であり、本発明は本明細書で列挙されたものだけに限定することは意図されない。
【実施例】
【０１４７】
図１７は、キャリア流体の拡散媒介クリーンナップに関連する第１の実験中に用いられる微小チャネル１０１構成を示す。微小チャネルは、１００ミクロン幅で、約２ミクロン幅のキャリア流体導入チャネル１０３と流体連通する上流部分１０４を有する。一対の３５ミクロン幅の被覆流体導入チャネル１０８も同様に微小チャネルの上流部分と流体連通する。微小チャネル１０１は漏斗状形状で、キャリア流体導入チャネルの２００ミクロン下流にある点で２ミクロン幅まで狭くなる。２ミクロン幅の微小チャネルは、チャネルが急激に１００ミクロン幅まで広がるまで約１６０ミクロンにわたって拡張する。チャネルのこの１００ミクロン幅の部分１２８は約２０ミクロン下流に延び、ここでチャネルは再び約５００ミクロン幅まで急激に広がる。
【０１４８】
図１７の微小チャネルは（図示されない）マイクロチップ上に埋め込まれる。キャリア流体１１４および被覆流体１１６は１４プサイでチップに供給された。６プサイの圧力が、微小チャネルの５００ミクロン幅の部分の下流位置でチャネルに加えられる。この圧力により、微小チャネルの２ミクロン部分１２８を通る毎ミリ秒２０ミクロンの流速をもたらした。
【０１４９】
実験の第１の部分の間に、プローブが結合されたＤＮＡを含有するキャリア流体がキャリア流体導入チャネル１０３を通って微小チャネル１０１中を通過した。被覆流体１１６もまた、被覆流体導入チャネル１０８を通って微小チャネルに導入された。広視野画像形成装置を用いて、キャリア流体導入チャネル１０３の２００ミクロン下流にあたる第１検出ゾーン１３０で微小チャネルの２ミクロン幅部分を通過したＤＮＡの画像が取得された。同一のＤＮＡ分布は０．４６ミクロンの半値幅（ＦＷＨＭ）のガウスプロフィルをもっていたが、０．４６ミクロンは広視野画像形成装置の分解限界であった。
【０１５０】
実験の第２部分の間に、高視野画像形成装置が、微小チャネルの２ミクロン幅部分の下流にある第２検出ゾーン１３２に置かれ、ここでチャネルは１００ミクロン幅のチャネルまで急激に広がる。また、プローブと結合するＤＮＡを含有するキャリア流体１１４と一対の被覆流体１１６が微小チャネル１０１の下流を通過した。第２検出ゾーン１３２における画像によって、５ミクロン、すなわち、等価なものとして、１００ミクロン幅の微小チャネルの中心５％のＦＷＨＭを有するガウスプロフィルのチャネルにわたるＤＮＡスパンが明らかになった。第２検出ゾーンにおける機能チャネル幅は、チャネルの壁における境界層条件を考慮すれば、約８０ミクロンになることが推定される。これは、ＤＮＡが微小チャネルの機能幅の６．３％内にあることを示唆する。このパーセンテージは、第１検出ゾーン１３０の位置を中心とする単一点の検出ゾーンに関連付けられた０．１３ミクロン径を有する検出ゾーンをＤＮＡの全てが等価に通過したことを示唆する。これは微小チャネルの２ミクロン幅の部分の６．３％と等価である。
【０１５１】
実験の第３の部分の間に、多くのプローブと同じような速度で拡散する単一の有機着色剤（Ｃｙ３）を含有するキャリア流体１１４がキャリア流体導入チャネル１０３から微小チャネルに供給された。被覆流体も同じく微小チャネルに導入された。広視野画像形成装置を用いて、微小チャネルの２ミクロン幅部分の第１検出ゾーンを通過した着色剤を検出した。画像によって、着色剤が微小チャネルの２ミクロン幅部分１２８すべてにわたって均質分布になるように拡散したことが明らかになった。
【０１５２】
実験の最終段階は、図１７の微小チャネルにより達成されるクリーンナップ因子の計算を含む。レーザ励起信号（すなわち、ｅｘｐ（−２．７７３＊（χ／０．３）２）で定義される０．３ミクロンのＦＷＨＭのガウスビーム）の推定値は、高視野画像形成装置を用いて特定されたＤＮＡおよびプローブ分布のおのおので繰り込まれる。繰り込みの結果は、第１検出ゾーンを中心とする点検出器で受信される信号を表わす。レーザ励起信号は、２ミクロンの検出ゾーンを通過したＤＮＡと関連付けられたものと同じく０．１３ミクロンの半値幅のガウスプロフィルで繰りこまれると０．９２の値になる。２ミクロンのチャネルの全幅にわたる検出ゾーンを通過したプローブに関連付けられたものと同様に２ミクロン方形波で繰りこまれた励起信号によって０．１６の値になる。この意味で、実験によって、結合されたプローブをＤＮＡの得られた値（０．９２）を自由プローブの値（０．１６）と比較すると、第１検出ゾーンを中心とする０．３ミクロンの励起レーザビームで図１７の微小チャネルにおける拡散媒介クリーンナップにより約６倍のクリーンナップ係数になることが示される。
【０１５３】
（均等物）
前述の明細書は当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分なものと考えられる。例は、本発明の一態様の単一の例示として意図されており、他の機能的に等価な実施形態も本発明の適用範囲内にあることから、本発明は供給される例によって適用範囲が限定されるものではない。本明細書で示されて記述されたものに加えて本発明の種々の修正は、上の記述から当業者にとって明らかとなり、本明細書の適用範囲に入る。本発明の利点および目的は本発明の各実施形態によって必ずしもカバーされない。
【０１５４】
本出願で引用されるすべての参考文献、特許および特許出願はすべて参照によって本明細書に組み込まれる。矛盾する場合、定義を含め本明細書が支配する。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、目的キャリア流体の拡散媒介クリーンナップで用いられる微小流動チャネルの平面図である。
【図２】図２は、図１の実施形態におけるライン２−２にわたって取られた目的濃度プロファイルと非目的濃度プロファイルとのグラフ表示である。
【図３】図３は、一実施形態による、目的キャリア流体の拡散媒介クリーンナップで用いるためのサンプル取込みチャネルを有する微小チャネルの平面図である。
【図４】図４は、サンプル取込みチャネルの他の実施形態の平面図である。
【図５】図５は、共通微小流動チャネルに並列サンプル流を生成するのに用いられる複数サンプル導入ポート、複数壁被覆流体導入ポート、および被覆流体導入ポートを有する微小流動チャネルの平面図である。
【図６】図６は、流れを並列化するために配置される微小チャネルの平面図である。
【図７】図７は、共通被覆流体供給ポートを有するチップ上の微小チャネルの平面図である。
【図８】図８は、微小チャネルを通る並列サンプル流体流れを表現する図６の実施形態の平面図である。
【図９】図９Ａ−９Ｃは、重合体がコイル状構成から配向するように作用する伸長流の概略図を示す。
【図１０】図１０Ａ−１０Ｃは、重合体がヘアピン状構成になるように作用する伸長流の概略図を示す。
【図１１】図１１Ａ−１１Ｃは、重合体がヘアピン状構成から配向構成になるように作用する伸長流の概略図を示す。
【図１２】図１２は、伸長流を生成するための狭窄部を形成する対向壁で形成された漏斗を有する微小チャネルの平面図である。
【図１３】図１３は、伸長流を生成するためのチャネルに被覆流体を供給する被覆流体導入ポートをもつ微小流動チャネルの平面図である。
【図１４】図１４は、通過する流体に広がり流れを生成する広がり対向壁を有する微小流動チャネルの平面図である。
【図１５】図１５は、通過する流体に広がり流れを生成する流体除去チャネルを有する微小流動チャネルの平面図である。
【図１６】図１６は、伸長流、広がり流れ、および均一速度流を生成する特性をもつ微小流動チャネルの実施形態の平面図である。
【図１７】図１７は、キャリア流体の拡散媒介クリーンナップに関する実験中に用いられる微小流動チャネルの実施形態の平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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