(57)【要約】【課題】  バイオアッセイを実行するためのシステムであって、ウェルを有する基板プレート、およびプレートを保持するためのインキュベーション装置を含むシステムを提供する。基板プレートは横列および縦列に配置されたウェルのアレイを有するマイクロプレートを含み、各ウェルの底は配向済みフロースルーチャネルを有するマイクロアレイ基板である。インキュベーション装置はマイクロプレート保持用のインキュベーションチャンバーおよびインキュベーションチャンバー密封用のカバーを含む。このインキュベーション装置は開口部のアレイを有する加熱ブロックを持ち、各開口部はマイクロプレートのウェルを収容するように構成されている。マイクロプレートの各ウェルを個別に密封するための密封ガスケットが設置されている。
2005523440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のウェルを有する基板プレート、およびプレートを保持するためのインキュベーション装置を含む、バイオアッセイを実行するためのシステムであって、基板プレートが横列および縦列に並ぶウェルのアレイを有するマイクロプレートを含み、各ウェルの底は配向済みフロースルーチャネルを有するマイクロアレイ基板であり、さらにインキュベーション装置がマイクロプレート保持用のインキュベーションチャンバーおよびインキュベーションチャンバー密封用のカバーを含み、該インキュベーション装置が開口部のアレイを有する加熱ブロックを有し、各開口部がマイクロプレートのウェルを収容するように構成されており、密封ガスケットがマイクロプレートの各ウェルを個別に密封するために設置されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
インキュベーション装置が周囲壁を含み、密封ガスケットが周囲壁の上側に設置され、該密封ガスケットがマイクロプレートの下側と密着してかみ合うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
インキュベーション装置の加熱ブロックの最大の厚さがマイクロプレートのウェルの深さと一致し、好ましくは各開口部の周囲壁がマイクロプレートのウェルの外壁と接触するように構成されている、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
マイクロプレートのウェルおよび加熱ブロックの開口部が円錐形である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
インキュベーション装置の加熱ブロック、周囲壁および底面壁が空気チャンバーを囲み、該空気チャンバーが外部の減圧／加圧システム用の連結部および排液連結部を有する、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
カバーが透明である、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
カバーが加熱素子を装備している、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
インキュベーション装置が加熱素子を装備している、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
基板が金属酸化物、好ましくは酸化アルミニウム製である、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
横列および縦列に並ぶウェルのアレイを含むマイクロプレートであって、各ウェルの底が配向済みフロースルーチャネルを有するマイクロアレイ基板であるマイクロプレート。
【請求項１１】
各ウェルが円錐形を有する、請求項１０に記載のマイクロプレート。
【請求項１２】
少なくともマイクロプレートの上表面およびウェルの内側が無反射性である、請求項１０または１１に記載のマイクロプレート。
【請求項１３】
下側を有するスカートを含み、ウェルの基板は実質的に同一仮想平面内に位置し、スカートの下側は該同一仮想平面内に位置するか、または該同一仮想平面内より高いレベルに位置する、請求項１０、１１または１２に記載のマイクロプレート。
【請求項１４】
すべての基板が実質的に同一仮想平面内に位置する、請求項１０〜１３のいずれかに記載のマイクロプレート。
【請求項１５】
成形（moulding）、接着、温熱性結合（サーマルボンド）または同様の手法によってプレート内に基板が合体される、請求項１０〜１４のいずれかに記載のマイクロプレート。
【請求項１６】
基板が金属酸化物、好ましくは酸化アルミニウム製である、請求項１０〜１５のいずれかに記載のマイクロプレート。
【請求項１７】
請求項１〜９のいずれかに記載のシステム用のインキュベーション装置。
【請求項１８】
請求項１〜９のいずれかに記載のシステム、マイクロプレートをインキュベーション装置内へ積載するためのステーション、多数のステーションに沿ってインキュベーション装置を直線移動させるための装置、液状物をマイクロプレートのウェル内へ分配するためのステーション、およびマイクロプレートの各基板を個別に照射するための読み取りステーションを含み、マイクロプレートを有するインキュベーション装置を読み取りステーションに対して相互垂直方向に移動させるための装置が装備されている、高処理量（ハイスループット）スクリーニング試験を実行するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオアッセイを実行するためのシステムに関し、そのシステムは多数のウェルを有する基板プレートおよびプレートを保持するためのインキュベーション装置を含む。本発明はさらに上記システム用のウェルを有する基板プレートおよびインキュベーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同一出願人のWO 01/19517には、通り抜け配向チャネル（through-going oriented chanels）を持つ酸化金属膜のような基板を含む分析試験装置を有するシステムが開示されている（特許文献１）。この膜は十分に制御された直径および有益な化学的表面特性を有する配向チャネルを持つ。これをバイオアッセイに使用する場合には、酸化金属膜表面の少なくとも１領域内のチャネルに分析物と結合可能な第一結合物質を供給する。好ましい態様では、酸化金属膜は酸化アルミニウムからなる。これらのバイオアッセイで使用する試薬は基板のチャネル内に固定し、そしてサンプル液をチャネルに押し通してこの試薬と接触させる。
【０００３】
この既知の分析試験装置はカプセル化基板層を有するプラスチック支持体からなる。プラスチック支持体内の開口部は一定の直径を有するウェルの輪郭を示し、このウェルは基板を露出させ、そしてウェル内で露出した基板の領域に少なくとも１つの分析物に特異的な少なくとも１つの結合物質を供給する。一定量のサンプル液をこの装置の１つまたはそれ以上のウェルに加え、このサンプル液の添加量はウェルおよび基板の寸法に基づいて計算する。ウェル内の基板を介して往復流動を発生させ、これによりサンプル液の体積を基板内のチャネルを通過して基板の上側から基板の下側へ、ならびに逆向きに、少なくとも１回押し通す。これはサンプル中に存在する分析物と結合物質との間の反応に好都合な条件下で行う。任意のウェル中で発生した任意のシグナルを読み取り、このシグナルから当該１つまたはそれ以上の分析物の存在、量および／または物質名を決定する。インキュベータ装置の加熱ブロックをガラスカバーのような透明な材料によってカバーすれば、ウエルは分析可能であり、加熱ブロックを通じて読み取りシグナルを測定できる。
【０００４】
この既知のシステムの改良は、同一出願人の国際特許出願PCT/EP02/02446（特許文献２）、PCT/EP02/02447（特許文献３）およびPCT/EP02/02448（特許文献４）に記載されている。この既知のシステムは自動化に適さず、１並行プロセシングサイクルにおける試験数が制限されるため、高処理量スクリーニングに適さない。
【特許文献１】国際公開第WO 01/19517号
【特許文献２】国際出願第PCT/EP02/02446号
【特許文献３】国際出願第PCT/EP02/02447号
【特許文献４】国際出願第PCT/EP02/02448号
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、改善された高処理量スクリーニング能を有し、自動ロボットプラットフォームにおいて多数のアレイの並行プロセシングを可能にする上記タイプのシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明によれば、基板プレートが横列および縦列に並ぶウェルのアレイを有するマイクロプレートを含み、各ウェルの底は配向済みのフロースルーチャネルを有するマイクロアレイ基板であり、その中でインキュベーション装置が、マイクロプレート保持用のインキュベーションチャンバーおよびインキュベーションチャンバー密封用のカバーを含み、このインキュベーション装置は開口部のアレイを有する加熱ブロックを持ち、各開口部はマイクロプレートのウェルを収容するように構成されており、マイクロプレートの各ウェルを個別に密封するために密封ガスケットが設置されている、システムを提供する。
【０００７】
この方法では、システムはSBS標準形式に基づいて作製し得るウェルを有するマイクロプレートを用いて得られ、特に自動ロボットプラットフォームの標準スクリーニング器具操業の使用を可能にする。例えば96ウェルのアレイを有するマイクロプレートを使用すれば、多数のマイクロアレイを並行してプロセシングすることができ、非常に効率的な高処理量スクリーニングを実行できる。
【０００８】
本発明はさらに、横列および縦列に配置されたウェルのアレイを含むマイクロプレートを提供し、ここでは各ウェルの底は配向性フロースルーチャネルを有するマイクロアレイ基板である。
【０００９】
本発明は本発明のシステムにおいて使用するためのインキュベーション装置も提供する。
【００１０】
最後に、本発明は高処理量スクリーニング試験を実行するための装置であって、本発明のシステム、マイクロプレートをインキュベーション装置内へ積載するためのステーションを含む多数のステーションに沿ってインキュベーション装置を直線移動させるための装置、液状物をマイクロプレートのウェル内へ分配するためのステーションおよびマイクロプレートの各基板を個別に照射するための読み取りステーションを含む装置を提供し、ここではマイクロプレートを有するインキュベーション装置を読み取りステーションに対して相互垂直方向に移動させるための装置が装備されている。
【００１１】
以後、図面を参照して本発明をさらに説明する。この図面には、本発明のシステム、マイクロプレートおよびインキュベーション装置の態様が模式的に示されている。
図１は、本発明のシステムの態様の上面図を示す。
図２は、図１のシステムの側面図を示し、ここではインキュベーション装置、カバーおよびマイクロプレートが分離して示されている。
図３は、図１のシステムの側面図を示し、ここではマイクロプレートのウェルはインキュベーションチャンバーの加熱ブロックの開口部内に配置されている。
図４は、図１のシステムの側面図であり、ここではカバーは閉鎖位置である。
図５は、本発明のシステムを用いてバイオアッセイを実行するための装置を示す。
【００１２】
図面には、バイオアッセイ、好ましくは高処理量スクリーニング試験を実行するためのシステムが示されている。このシステムは基板プレートとしてマイクロプレート１を含み、このマイクロプレート１は横列および縦列に配置されたウェル２のアレイを有する。これは図１に見ることができる。図面に示される態様では、マイクロプレート１は8行12列に配置された96ウェルを含む。当然、他のアレイ配置も可能であり、これは例えば8、12、24、48、384または1536ウェルを有する。図２−４のこのシステムの側面図に模式的に示されるように、各ウェル２の底にはマイクロアレイ基板３が設置されている。この基板３は実質的に同一仮想平面内に位置する。
【００１３】
各基板３は多孔性フロースルー酸化金属膜製である。基板３は好ましくは、基板の上面および底面（upper and lower services）と主に垂直配向の多数の通り抜けチャネルを有する酸化アルミニウムである。好ましくはチャネルは毛細管チャネルである。基板３の実施態様では、基板の内径ｄは5 mmであり得て、ここではチャネルは約150-200 nmの間隔を有してよい。結合物質は200μmの間隔のチャネル集団内で基板と結合可能である。このチャネル集団はスポットまたはスポット領域として示すことができる。各基板３は300-400スポットまたはそれ以上を有してよい。基板材料についてのさらなる説明に関しては、上記国際特許出願WO 01/19517を参照する。ウェルの数、スポットの数およびその寸法は例示としてのみ記載するのであり、要望どおりに変更してもよいことが理解されよう。
【００１４】
好ましい態様では、ウェル２は図面に示されるような円錐形を有する。しかしながらウェル２は異なる形状を有してもよい。ウェル２の円錐形はマイクロプレート１のイメージング特性を最適化し、すなわち光の散乱および反射を減少させ、暗視野イメージングを可能にする。マイクロプレート１はスカート４を有し、ここではスカート４の下側は基板３と同一仮想平面内に位置するか、あるいはそれより高いレベルに位置する。スカート４のこの様な寸法によりマイクロプレート１の基板３についてオンザフライでのスポッティンングが可能になる。マイクロプレート１は適したプラスチック材料製、例えばLCP、TOPASまたはポリプロピレン製であるが、これはガラスまたはケイ素のような他の適切な材料製でもよい。使用する材料は耐薬品性および120℃までの耐熱性、ロボット適合性、光学的適合性、すなわちフラットであって、かつ最小の自己蛍光性でなければならない。さらにこの材料は標識された生体分子に対して最小の結合性を有すべきであろう。好ましくはマイクロプレート材料は黒色であり、自己蛍光性および光の屈折性後方散乱を最小化する。別法では、これにより所望の無反射特性を獲得するためのコーティングを有するマイクロプレート１を提供可能である。
【００１５】
基板３を成形（moulding）、接着、温熱性結合または任意の他の適した方法によってウェル２の中に組み込む。基板３はフラットであって、好ましくは同一仮想平面内に位置し、すなわち100μm未満の距離内で仮想平面と平行である。
【００１６】
このシステムはさらにマイクロプレート１を保持するためのインキュベーションチャンバー６およびインキュベーションチャンバー６を密封するためのカバー７を装備したインキュベーション装置５を含む。インキュベーション装置５は開口部９のアレイを有する加熱ブロック８を持ち、その各開口部はウェル２の形状に一致する円錐形を有する。ウェル２が円錐形であることにより、マイクロプレート１をインキュベーション装置５内に配置する間にセルフセンタリング効果を提供できる。加熱ブロック８の最大の厚さはマイクロプレート１のウェル２の深さと一致する。この方法では、ウェル２の基板３は加熱ブロック８から外へ飛び出ているか、あるいは加熱ブロック８の底面と同一平面上に並ぶ。これにより、基板３の底面に付着したサンプル液は加熱ブロック８を汚染する可能性がない。
【００１７】
各ウェルは開口部９内に収容され、マイクロプレート１のウェル２の外壁は対応する開口部９の内壁内にぴったりはまる。この方法で、加熱ブロック８からウェル２への最適な熱伝達が得られる。
【００１８】
インキュベーション装置５は周囲壁１０および底面壁１１を有し、ここでは加熱ブロック８、周囲壁１０および底面壁１１は空気チャンバー１２を囲み、このチャンバーは外部減圧／加圧システムへの連結部１３を有するが、外部減圧／加圧システムは図示されていない。さらに空気チャンバー１２は排液連結部１４を有する。排液連結部１４はバルブによって閉鎖可能であるが、バルブは図示されていない。
【００１９】
インキュベーション装置５は好ましくは金属製であり、インキュベーションチャンバーの温度を制御する加熱素子、これによりインキュベーションチャンバーに収容するマイクロプレート１のウェル２内に供給されたサンプル液の温度を制御する加熱素子を装備する。この加熱素子は１つまたはそれ以上のペルチェ素子を含有する加熱ブロックとして作製可能である。別法では、水浴を介してインキュベーションチャンバーに熱を伝達してもよい。
【００２０】
図２−４に示されるように、密封ガスケット１５はカバー７の周囲壁の下側に設置する。別法では、このガスケットはインキュベーション装置５の周囲壁１０の上側に設置してもよい。この密封ガスケット１５はカバー７が図４の閉鎖位置である場合にインキュベーション装置５を密封する。その後に空気チャンバー１２は気密方法で閉鎖される。さらに、加熱ブロック８にある表面の開口部９の直径に一致する直径の環状開口部１７を有する密封ガスケット１６を装備する。好ましくは、この密封ガスケットはカバー７の内側表面に密着するように固定する。カバーが閉鎖位置である場合、ガスケット１６はマイクロプレート１の上側と密着してかみ合う。密封ガスケット１６の形状を考慮して、マイクロプレート１の各ウェル２は他のウェル２および環境に対して個別に密封される。
【００２１】
カバー７は好ましくは透明であり、例えばガラス製である。カバー７は加熱素子を装備可能であり、これは例えば透明な電線をカバー材料内へ組み込むことによって行う。別法として、加熱ブロック８と同一形状を有する加熱素子を用いてカバーを加熱してもよい。カバー７をこの方法で加熱して、高処理量スクリーニング試験の実行中に結露を防ぐことができる。カバーの透明性により、CCDシステムまたは適した光学スキャナを用いて上部からリアルタイム測定を行うことが可能になる。
【００２２】
操作中、インキュベーション装置内の圧力は、連結部１３に連結した減圧／加圧システムによって制御可能である。高処理量スクリーニングバイオアッセイを実行するため、１つまたはそれ以上のサンプル液をウェル２内に供給し、このマイクロプレート１をインキュベーションチャンバー６内へ挿入する。カバー７を図４に示される閉鎖位置にし、空気チャンバー１２内の圧力を制御する。チャンバー１２内を低圧にすれば、基板３を介して圧力差が生じ、これによりサンプル液は基板３のチャネルを押し通され、そしてウェル２内が低圧になる。チャンバー１２内の低圧を解消すると、サンプル液は自動的に基板３のチャネルを通ってウェル２内へ押し戻される。当然、チャンバー１２内を高圧にし、チャネルを通してウェル２内へサンプル液をより迅速に押し込むことが可能である。チャンバー１２内を低圧にし、そしてその低圧を解消することを交互に繰り返し、サンプル液を何度も基板のチャネルに押し通す。各ウェル２を個別に密封することは、基板３を介して圧力差の創出を妨げる、基板３の一つの機能不全が他の基板３の正常な使用を妨害しないという利点がある。
【００２３】
バイオアッセイのイメージング（画像化）は、例えばCCDカメラを用い、透明なカバー７を介して上部から行う。これによりリアルタイム動態測定が可能になる。チャンバー１２の高さｈは、ウェルの一致するアレイを有する標準マイクロプレートをチャンバー１２内に配置してマイクロプレート１からのろ液を収集可能であるようにする。チャンバー１２はさらに、チャンバー内に少量の液体を放置することにより、加湿チャンバーとして使用可能である。これにより、高い温度で、しかも長時間操作中のサンプル液の蒸発は大きく減少する。基板３はフロースルー洗浄することが可能である。洗浄液は排液連結部１４によって排除できる。
【００２４】
好ましくはインキュベーション装置５は高処理量スクリーニング試験を実行するための装置の部分であり、この装置の態様は図５に非常に模式的な方法で示されている。図５では、この装置はインキュベーション装置５を直線移動させるための装置１９を支持するプラットフォーム１８を含む。インキュベーション装置５は装置１９により、図５に示される位置Ａ−ＤでＸ軸方向に高精度で配置可能である。位置Ａでは、インキュベーション装置５は、ロボットによってマイクロプレート１を装置５内へ積載するための位置である。分配ステーション２０は位置Ｂに配置される。このステーション２０はマイクロプレート１のウェル２内へ洗浄液を分配するように構成されている。マイクロプレート１を位置Ｂで処理した後、インキュベーション装置５を位置Ｃに移動させ、この位置でマイクロプレート１をさらに処理できる。この処理では、専用カバー２１をインキュベーション装置５上に設置する。このカバー２１は、マイクロプレート１のウェル２のアレイと一致する針２２のアレイを装備している。これらの針２２を介して、基板３上部のウェル２２内の圧力を増加させ、基板３を通過するサンプル液の流動を促進することができる。さらに、これらの針２２を通して基板３に空気を吹きつけることができる。
【００２５】
読み取りステーション２４は位置Ｄで提供される。基板３をそれぞれ読み取るために、プラットフォーム１８はＸ軸およびＹ軸方向に移動可能である。この方法では、各基板３は読み取りステーション２４の線源によって照射可能であり、その蛍光を読み取りステーション２４のCCDカメラによって読み取る。図５に示される照射の代わりに、いわゆる暗視野照明法、すなわち基板に関する一定角度下の照射もまた可能である。
【００２６】
好ましくは、マイクロプレートに関する生体分子スクリーニング協会（the Society for Biomolecular Screening (SBS)）が提唱する規格形式を満たすマイクロプレート１を使用する。これにより、スクリーニング応用およびスクリーニング器具使用のための現行の工業規格の使用、特に自動ロボットプラットフォームの使用が可能になる。この方法では、上記システムはSNP分析、遺伝子発現プロファイリング、プロテオミクス、ELISAに基づくバイオアッセイ、受容体−リガンド結合バイオアッセイおよび酵素動態バイオアッセイを含む遺伝子型特定のような応用において使用可能である。
【００２７】
本発明のシステムは多数のマイクロアレイの並行プロセシングを可能にすることが理解されよう。ウェルごとのイメージングによるマイクロアレイの連続蛍光検出は、基板がフラットであり、かつ同一仮想平面内に位置することによって容易になる。さらに、ウェルの寸法、特にウェルが円錐形であることにより、連続した蛍光検出が可能になる。このシステムは自動化に適合し、かつロボット適合性である。ウェルを個別に密封することにより、基板が破損した場合に他の基板での圧力変動の制御を妨害しない利点を示す。マイクロプレート１は結合物質のオンザフライスポッティングを可能にする。
【００２８】
本発明は上記態様に限定されず、特許請求の範囲内で多様に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のシステムの態様の上面図を示す。
【図２】図１のシステムの側面図を示し、ここではインキュベーション装置、カバーおよびマイクロプレートが分離して示されている。
【図３】図１のシステムの側面図を示し、ここではマイクロプレートのウェルはインキュベーションチャンバーの加熱ブロックの開口部内に配置されている。
【図４】図１のシステムの側面図であり、ここではカバーは閉鎖位置である。
【図５】本発明のシステムを用いてバイオアッセイを実行するための装置を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１    マイクロプレート
２    ウェル
３    多孔性基板
４    スカート
５    インキュベーション装置
６    インキュベーションチャンバー
７    カバー
８    加熱ブロック
９    開口部
１０    周囲壁
１１    底面壁
１２    空気チャンバー
１３    外部減圧／加圧システムへの連結部
１４    排液連結部
１５    密封ガスケット
１６    密封ガスケット
１７    環状開口部
１８    プラットフォーム
１９    インキュベーション装置５を直線移動させるための装置
２０    分配ステーション
２１    専用カバー
２２    針
２４    読み取りステーション
【図１】
2005523440.tif 000003
【図２】
2005523440.tif 000004
【図３】
2005523440.tif 000005
【図４】
2005523440.tif 000006
【図５】
2005523440.tif 000007
【国際調査報告】
2005523440.tif 000008
2005523440.tif 000009
2005523440.tif 000010
2005523440.tif 000011