(57)【要約】本発明は、１枚以上の薄膜コーティングで被覆されたマイクロウェルアレイ組成物に関する。本発明は、アレイをエッチングし、１枚以上の薄膜コーティングを蒸着し、調製し、使用する方法を含む、薄膜で被覆されたマイクロウェルアレイを製造し使用するプロセスを含む。また、本発明は、基板を備えるアレイであって、基板は、複数の反応チャンバを備える表面と表面上の薄膜コーティングとを有する光ファイバフェイスプレートであり、薄膜は厚さ０．１〜５．０ミクロンで水に対して不浸透性である、アレイである。
2008537679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を備えるアレイであって、前記基板は、複数の反応チャンバを備える表面と前記表面上の薄膜コーティングとを有する光ファイバフェイスプレートであり、該薄膜は厚さ０．１〜５．０ミクロンで水に対して不浸透性である、アレイ。
【請求項２】
該薄膜コーティングは光学的に透明である、請求項１に記載のアレイ。
【請求項３】
該薄膜コーティングは二酸化ケイ素である、請求項１に記載のアレイ。
【請求項４】
隣接する２つの反応チャンバの中心点間の間隔は５μｍ乃至２００μｍであり、各反応チャンバは４μｍ乃至１９０μｍの少なくとも１つの寸法の幅を有する、請求項１に記載のアレイ。
【請求項５】
反応チャンバの数は１０，０００未満である、請求項１に記載のアレイ。
【請求項６】
反応チャンバの数は１０，０００を超える、請求項１に記載のアレイ。
【請求項７】
実質的にすべての該反応チャンバの深さが１０乃至１００μｍである、請求項１に記載のアレイ。
【請求項８】
実質的にすべての該反応チャンバの深さが５０乃至５５μｍである、請求項１に記載のアレイ。
【請求項９】
該反応チャンバは、該光ファイバフェイスプレートの片側に形成される、請求項１に記載のアレイ。
【請求項１０】
該アレイは、複数の反応チャンバを備える表面と、反応チャンバを持たない反対側の平面的な研磨面とから成り、該研磨面は、該反応チャンバからの光信号が該研磨面を通って検出されるような光透過性であり、該反応チャンバを備える該表面と該研磨面との間の距離は、厚さ５ｍｍ以下である、請求項１に記載のアレイ。
【請求項１１】
複数の反応チャンバを備える表面と、前記表面上の薄膜コーティングを有する基板を備えるアレイであって、該薄膜コーティングは厚さ０．１〜５．０ミクロンで水に対して不浸透性である、アレイ。
【請求項１２】
該薄膜コーティングは光学的に透明である、請求項１１に記載のアレイ。
【請求項１３】
該薄膜コーティングは、該基板の該表面において厚さ２００〜４００ｎｍである、請求項１１に記載のアレイ。
【請求項１４】
該薄膜コーティングは、該反応チャンバの該側壁において厚さ５０〜１００ｎｍであり、該反応チャンバの該底部において厚さ１００〜３００ｎｍである、請求項１１に記載のアレイ。
【請求項１５】
該薄膜コーティングは無機高分子である、請求項１１に記載のアレイ。
【請求項１６】
該薄膜コーティングは二酸化ケイ素である、請求項１１に記載のアレイ。
【請求項１７】
（ａ）複数の反応チャンバを持つ表面を有する基板であって、光ファイバフェイスプレートである前記基板と、
（ｂ）インデックス機能と、
を備える、アレイ。
【請求項１８】
該アレイ基板は、ある角度で斜角をつけられた１つ以上の側縁を備える、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項１９】
該角度は実質的に４５度である、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２０】
該インデックス機能はコーナーノッチを備える、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２１】
該基板は、１つ以上の識別コードでマークされる、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２２】
隣接する２つの反応チャンバの中心点間の間隔は５μｍ乃至２００μｍであり、各反応チャンバは４μｍ乃至１９０μｍの少なくとも１つの寸法の幅を有する、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２３】
反応チャンバの数は１０，０００未満である、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２４】
反応チャンバの数は１０，０００を超える、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２５】
実質的にすべての該反応チャンバの深さが１０〜１００μｍである、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２６】
実質的にすべての該反応チャンバの深さが５０〜５５μｍである、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２７】
該反応チャンバは、該光ファイバフェイスプレートの１つの面に形成される、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２８】
該アレイは、複数の反応チャンバを備える表面と、反応チャンバを持たない反対側の平面的な研磨面とから成り、該研磨面は、該反応チャンバからの光信号が該研磨面を通って検出されるような光透過性であり、該反応チャンバを備える該表面と該研磨面との間の距離は、厚さ５ｍｍ以下である、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２９】
基板を備えるアレイであって、該基板は、複数の反応チャンバを備える上面と、底面とを有する光ファイバフェイスプレートであり、各反応チャンバは底部および側壁から成り、
さらに、実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは該側壁または該上面の少なくとも１つは非透明薄膜コーティングで被覆されており、該非透明コーティングは不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明であり、実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または上面の少なくとも１つは該非透明コーティングと異なる透明薄膜コーティングで被覆されており、該透明コーティングは、光学的に透明で、厚さ０．１〜５．０ミクロンで、水に対して不浸透性である、アレイ。
【請求項３０】
該透明コーティングは二酸化ケイ素である、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項３１】
存在する場合、該透明コーティングの厚さは、該上面において約２００〜４００ｎｍ、該側壁において５０〜１００ｎｍ、および該底部において１００〜３００ｎｍである、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項３２】
該非透明コーティングは不透明である、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項３３】
該非透明コーティングは半不透明である、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項３４】
該非透明コーティングは光沢不透明である、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項３５】
該非透明コーティングは半透明である、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項３６】
存在する場合、該非透明コーティングの厚さは、該上面において約２００〜３００ｎｍ、該側壁において６０〜１２０ｎｍ、コーナーエリアにおいて５０ｎｍ以上であり、該コーナーエリアは該反応チャンバの該底部と側壁の接合部から成る、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項３７】
該非透明コーティングは、有機化合物、無機化合物、および非金属酸化物から選択される、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項３８】
該無機化合物は金属である、請求項３７に記載のアレイ。
【請求項３９】
該金属は、クロム、金、銀、チタン、プラチナ、およびアルミニウムから選択される、請求項３８に記載のアレイ。
【請求項４０】
実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は、該透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項４１】
該上面は該透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項４２】
実質的にすべての該反応チャンバの該底部は、該透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項４３】
実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および底部ならびに上面のそれぞれは、該透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項４４】
透明コーティングが、該反応チャンバの該底部と側壁との間の該接合部に形成された該コーナーエリアに塗布され、該底部の中心付近に開口を形成する該反応チャンバの該底部の該中心には無いように、実質的にすべての該反応チャンバの該底部および側壁が該透明コーティングで部分的に被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項４５】
該開口の直径は２８ミクロンであり、該コーティングが該コーナーエリアに塗布された際に該開口の周囲に形成されたリングは、８．５ミクロンの幅を有する、請求項４４に記載のアレイ。
【請求項４６】
実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は、該非透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項４７】
該上面は該非透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項４８】
実質的にすべての該反応チャンバの該底部は、該非透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項４９】
非透明コーティングが、該反応チャンバの該底部と側壁との間の該接合部に形成された該コーナーエリアに塗布され、該底部の中心付近に開口を形成する該反応チャンバの該底部の該中心には無いように、実質的にすべての該反応チャンバの該底部および側壁が該非透明コーティングで部分的に被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５０】
該透明コーティングは、該非透明コーティングが塗布された後に塗布され、該透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの該底部もしくは側壁または該アレイの上面の少なくとも１つに塗布される、請求項４９に記載のアレイ。
【請求項５１】
実質的にすべての該反応チャンバの該上面および底部は該透明コーティングで被覆され、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は該非透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５２】
実質的にすべての該反応チャンバの該底部は該透明コーティングで被覆され、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および該上面は該非透明コーティングで被覆されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５３】
実質的にすべての該反応チャンバの該底部は該透明コーティングで被覆され、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は該非透明コーティングで被覆され、該上面は被覆されていない、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５４】
該透明コーティングは、少なくとも第１の透明コーティングを含む、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５５】
該非透明コーティングは少なくとも第１の非透明コーティングを含む、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５６】
該非透明コーティングは、いかなる透明コーティングが塗布されるよりも前に塗布される、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５７】
実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または上面は、いかなる透明コーティングが塗布されるよりも前に、該非透明コーティングで被覆される、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５８】
実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または上面は、いかなる非透明コーティングが塗布されるよりも前に、該透明コーティングで被覆される、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項５９】
該非透明コーティング上に酵素が固定化されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項６０】
該透明コーティング上に酵素が固定化されている、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項６１】
反応チャンバの数は１０，０００を超える、請求項２９に記載のアレイ。
【請求項６２】
基板を備えるアレイであって、該基板は、複数の反応チャンバを備える上面と、底面とを有する光ファイバフェイスプレートであり、各反応チャンバは底部および側壁から成り、
さらに、実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または上面の少なくとも１つは非透明薄膜コーティングで被覆されており、該非透明コーティングは不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明である、アレイ。
【請求項６３】
実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または該上面の少なくとも１つは被覆されていない、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項６４】
該非透明コーティングは不透明である、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項６５】
該非透明コーティングは半不透明である、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項６６】
該非透明コーティングは光沢不透明である、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項６７】
該非透明コーティングは半透明である、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項６８】
存在する場合、該非透明コーティングの厚さは、該上面において約２００〜３００ｎｍ、該側壁において６０〜１２０ｎｍ、および該コーナーエリアにおいて５０ｎｍ以上であり、該コーナーエリアは該反応チャンバの該底部と側壁の接合部から成る、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項６９】
該非透明コーティングは、有機化合物、無機化合物、および非金属酸化物から選択される、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項７０】
該無機化合物は金属である、請求項６９に記載のアレイ。
【請求項７１】
該金属は、クロム、金、銀、チタン、プラチナ、およびアルミニウムから選択される、請求項７０に記載のアレイ。
【請求項７２】
実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は被覆されている、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項７３】
上面は被覆されている、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項７４】
実質的にすべての該反応チャンバの該底部は被覆されている、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項７５】
非透明コーティングが、該反応チャンバの該底部と側壁との間の該接合部に形成された該コーナーエリアに塗布され、該底部の中心付近に開口を形成する該反応チャンバの該底部の該中心には無いように、実質的にすべての該反応チャンバの該底部および側壁が該非透明コーティングで部分的に被覆されている、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項７６】
該開口の直径は２８ミクロンであり、該コーティングが該コーナーエリアに塗布された際に該開口の付近に形成されたリングは、８．５ミクロンの幅を有する、請求項７５に記載のアレイ。
【請求項７７】
実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および底部は被覆されている、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項７８】
該非透明コーティングは、少なくとも第１の非透明コーティングを含む、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項７９】
該非透明コーティングは少なくとも第１の非透明コーティングと第２の非透明コーティングとを含み、さらに該第１および第２のコーティングは同じでない、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項８０】
該非透明コーティング上に酵素が固定化されている、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項８１】
反応チャンバの数は１０，０００を超える、請求項６２に記載のアレイ。
【請求項８２】
複数の反応チャンバを含有する基板を被覆するためのプロセスであって、前記コーティングは気相および液体から選択された蒸着の方法を使用して該基板の表面に蒸着され、前記コーティングは、０．１〜５．０ミクロンの厚さを有する薄膜であり、光学的に透明で、水に対して不浸透性である、プロセス。
【請求項８３】
該基板は光ファイバフェイスプレートである、請求項８２に記載のプロセス。
【請求項８４】
少なくとも１０，０００の反応チャンバがある、請求項８２に記載のプロセス。
【請求項８５】
実質的にすべての該反応チャンバの深さが１０〜１００μｍである、請求項８２に記載のプロセス。
【請求項８６】
該反応チャンバは、該光ファイバフェイスプレートの１つの側に形成される、請求項８２に記載のプロセス。
【請求項８７】
該薄膜コーティングは二酸化ケイ素である、請求項８２に記載のプロセス。
【請求項８８】
該薄膜コーティングは、気相蒸着法を使用して蒸着される、請求項８２に記載のプロセス。
【請求項８９】
複数の反応チャンバを備える上面と、底面とを有する基板に、非透明薄膜コーティングを蒸着するためのプロセスであって、各反応チャンバは底部および側壁から成り、該非透明コーティングは不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明であり、実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該基板の上面に蒸着され、
（ａ）該基板をある角度で基板キャリアに取り付けることと、
（ｂ）該取り付けられた基板を真空チャンバ内でスピンさせることと、
（ｃ）実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該基板の上面に、該非透明コーティングを蒸着することと、
（ｄ）該基板を該真空チャンバから除去することと、
（ｅ）該非透明コーティングで被覆された該基板を、該基板キャリアから取り外すことと、
を含む、プロセス。
【請求項９０】
該基板は光ファイバフェイスプレートである、請求項８９に記載のプロセス。
【請求項９１】
実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該基板の上面は、透明コーティングの塗布より前に、非透明コーティングで被覆される、請求項８９に記載のプロセス。
【請求項９２】
該透明コーティングは、光学的に透明で、厚さ０．１〜５．０ミクロンで、水に対して不浸透性である、請求項８９に記載のプロセス。
【請求項９３】
核酸配列を解析するための装置であって、
（ａ）送出チャンバであって、請求項１〜８１のいずれか一項のアレイを備える該チャンバと、
（ｂ）該試薬送出チャンバと連通している試薬送出デバイスと、
（ｃ）試薬送出チャンバと連通している撮像システムと、
（ｄ）該撮像システムと連通しているデータ収集システムと、
を備える、装置。
【請求項９４】
核酸の配列を決定するための方法であって、
（ａ）請求項１〜８１のいずれか一項に記載のアレイ上にある複数の反応チャンバ内に蒸着された複数の一本鎖核酸テンプレートを提供することと、
（ｂ）効果的な量のシーケンスプライマーを該核酸テンプレートにアニールし、所定のヌクレオチド三リン酸が前記シーケンスプライマーの３’末端に組み込まれた場合にシーケンス反応副産物が産出されるようなシーケンス産物を産生するために、ポリメラーゼおよび該所定のヌクレオチド三リン酸で該シーケンスプライマーを伸長させることにより、実質的にすべての反応チャンバにおいてピロリン酸塩シーケンス反応を同時に実行することと、
（ｃ）該シーケンス反応副産物を識別し、それによって各反応チャンバ内の該核酸の該配列を決定することと、
を含む方法。
【請求項９５】
（ａ）第１の耐酸材料から製造された少なくとも１つのクランプであって、向かい合っている上面、底面、および側面および端面を有する基部、ならびに突起物を含み、前記突起物は前記上面と一体になっているクランプと、
（ｂ）第２の耐酸材料から製造されたガスケットであって、インデックス特徴、上面、および底面を含み、前記表面は向かい合っているガスケットと、
を備える、装置。
【請求項９６】
前記第１の耐酸材料はポリエーテルエーテルケトンである、請求項９５に記載の装置。
【請求項９７】
前記第２の耐酸材料はシリコーンである、請求項９５に記載の装置。
【請求項９８】
該ガスケットの該インデックス特徴はコーナーバリアを含む、請求項９５に記載の装置。
【請求項９９】
光ファイバフェイスプレートの１つの側をエッチングする方法であって、
（ａ）２つの光ファイバフェイスプレートを、第２の耐酸材料から製造されたガスケットと組み合わせるステップであって、前記ガスケットは該光ファイバプレートの間に位置付けられてサンドイッチを形成するステップと、
（ｂ）第１の耐酸材料から製造されたクランプを重着して該光ファイバフェイスプレートとガスケットとを共に保持し、それによって液体に対して不浸透性であるシールを有する固定サンドイッチを形成するステップと、
（ｃ）該固定サンドイッチを、望ましい深さの反応チャンバを形成するのに十分な時間、酸浴へ移すステップと、
（ｄ）該酸浴から該固定サンドイッチを除去するステップと、
（ｅ）該固定サンドイッチを第１の水浴へ移すステップと、
（ｆ）該固定サンドイッチを約５分間、超音波照射するステップと、
（ｇ）前記第１の水浴を第２の水浴と置換するステップと、
（ｈ）該固定サンドイッチを約５分間、超音波照射するステップと、
（ｉ）該第２の水浴から該固定サンドイッチを除去するステップと、
（ｊ）該クランプおよびガスケットを係脱するステップと、
を含む方法。
【請求項１００】
該酸浴は硝酸である、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記第１の耐酸材料はポリエーテルエーテルケトンである、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０２】
前記第２の耐酸材料はシリコーンである、請求項９９に記載の装置。
【請求項１０３】
複数の反応チャンバを備える光ファイバフェイスプレートを清浄する方法であって、
（ａ）水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含む溶液中で該光ファイバフェイスプレートを洗浄するステップと、
（ｂ）エチレンジアミン四酢酸中で該光ファイバフェイスプレートを洗浄するステップと、
（ｃ）水中で該光ファイバフェイスプレートをすすぐステップと、
（ｄ）水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含む溶液中で該光ファイバフェイスプレートを洗浄するステップと、
（ｅ）水中で該光ファイバフェイスプレートをすすぐステップと、
（ｆ）エチレンジアミン四酢酸中で該光ファイバフェイスプレートを洗浄するステップと、
（ｇ）水中で該光ファイバフェイスプレートをすすぐステップと、
（ｈ）塩基性溶液中で該光ファイバフェイスプレートを超音波照射するステップと、
（ｉ）水中で該光ファイバフェイスプレートをすすぐステップと、
（ｊ）ステップｇおよびｈを繰り返すステップと、
を含む方法。
【請求項１０４】
前記塩基性溶液は実質的に５％Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）である、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
ステップｉは一度繰り返される、請求項１０３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１枚以上の薄膜コーティングで被覆された基板から成るマイクロウェルアレイ組成物に関する。本発明は、薄膜で被覆されたマイクロウェルアレイを製造し使用するプロセスを含む。
【背景技術】
【０００２】
微量の試料に対して平行微量分析を実行するための能力は、化学、生物学、創薬、および医学の進歩にとって重要なものである。現在、時間効率および費用効率を最大化することに集中した取り組みにより、はるかに多数の反応チャンバを有し、使用する試薬の量が少ないマイクロウェルアレイが、従来の１５３６ウェルマイクロタイタープレートを上回っている。利用可能なマイクロウェルアレイは何種類かあるが、多くのマイクロウェル材料はバイオアッセイおよび化学反応の成分と適合せず、その結果、低感受性、高バックグラウンド信号、および再現性の欠如等の問題を引き起こすことが判明している。したがって、改良されたマイクロウェルアレイの開発が依然として必要である。
【０００３】
適合しない材料の問題に対する１つの解決策は、マイクロウェルアレイに対して適合する材料の薄膜コーティングを施して、その表面特性および機能を強化することである。Ｐａｔｉｌらの特許文献１は、高密度マイクロアレイアプリケーションにおいて使用するために金属および金属酸化物から成るマスク層で高分子基板を被覆するための方法を開示している。Ｙｏｎ‐Ｈｉｎらの特許文献２は、マイクロウェルまたはチャネルを形成するために高分子基板上で感光作画性薄膜を使用するためのプロセスについて記載している。Ｈｅｌｌｅｒらの特許文献３は、マイクロ電極アレイを形成するため、および、個々のマイクロ電極上にマイクロウェルを形成するための、基板の金属、絶縁体、およびパッシベーションコーティングの蒸着について記載している。Ｗａｌｔらの特許文献４は、光ファイバアレイ上のマイクロウェルの内面を生物学的に適合する材料の薄膜または層で被覆することを開示している。
【０００４】
アレイを作成するために、ある種の光ファイバ束が使用されてきた。当該技術分野においては、光ファイバ束の端面にエッチングされた反応チャンバに官能基を付着させるための（および、付着した官能基を検出するための）いくつかの方法が既知である。例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３を参照されたい。反応性官能基のパターンは、平面支持部上における反応パッドのパターンの生成において使用されるものと同様のフォトリソグラフィ技術を使用して、反応チャンバ内でも作成され得る。非特許文献４、非特許文献５、ならびに非特許文献６を参照されたい。
【０００５】
基板上の官能基のアレイは、例えば、特許文献５；特許文献６；特許文献７；および特許文献８において記載されている付着のための技術；非特許文献７；非特許文献８；非特許文献９；非特許文献１０；非特許文献１１；非特許文献１２；ならびに非特許文献１３において記載されているような、電子集積回路の構築において一般に使用されるフォトリソグラフィ技術を使用して構成され得る。フォトリソグラフィおよび電子ビームリソグラフィは、反応物質（例えば、タンパク質または核酸）の付着を可能にする官能基によって基板を感光性にするものである。例えば、非特許文献１４；非特許文献１５を参照されたい。あるいは、非特許文献１６に記載されているような薄膜技術を使用して、官能基のアレイを生成することもできる。
【特許文献１】米国特許第６，３９５，４８３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４４０，６４５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６３２，９５７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３７７，７２１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１４３，８５４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，４４５，９３４号明細書
【特許文献７】米国特許第５，７４４，３０５号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８００，９９２号明細書
【非特許文献１】Ｍｉｃｈａｅｌら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７０：１２４２−１２４８（１９９８年）
【非特許文献２】Ｆｅｒｇｕｓｏｎら、Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １４：１６８１−１６８４（１９９６年）
【非特許文献３】ＨｅａｌｅｙおよびＷａｌｔ、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６９：２２１３−２２１６（１９９７年）
【非特許文献４】Ｈｅａｌｅｙら、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２６９：１０７８−１０８０（１９９５年）
【非特許文献５】ＭｕｎｋｈｏｌｍおよびＷａｌｔ、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．５８：１４２７−１４３０（１９８６年）
【非特許文献６】Ｂｒｏｎｋら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６７：２７５０−２７５７（１９９５年）
【非特許文献７】Ｃｈｅｅら、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２７４：６１０−６１４（１９９６年）
【非特許文献８】Ｆｏｄｏｒら、Ｎａｔｕｒｅ  ３６４：５５５−５５６（１９９３年）
【非特許文献９】Ｆｏｄｏｒら、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２５１：７６７−７７３（１９９１年）
【非特許文献１０】Ｇｕｓｈｉｎら、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．２５０：２０３−２１１（１９９７年）
【非特許文献１１】Ｋｉｎｏｓｉｔａら、Ｃｅｌｌ  ９３：２１−２４（１９９８年）
【非特許文献１２】Ｋａｔｏ‐Ｙａｍａｄａら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２７３：１９３７５−１９３７７（１９９８年）
【非特許文献１３】Ｙａｓｕｄａら、Ｃｅｌｌ  ９３：１１１７−１１２４（１９９８年）
【非特許文献１４】Ｓｅｒｖｉｃｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８３：２７−２８（１９９９年）
【非特許文献１５】Ｒａｉ‐Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ、ＨＡＮＤＢＯＯＫ  ＯＦ  ＭｌＣＲＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ，ＭｌＣＲＯＭＡＣＨＩＮＩＮＧ，ＡＮＤ  ＭｌＣＲＯＦＡＢＲＩＣＡＴｌＯＮ、ＶＯＬＵＭＥ  Ｉ：ＭｌＣＲＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ、Ｖｏｌｕｍｅ  ＰＭ３９、ＳＰＩＥ  Ｐｒｅｓｓ（１９９７年）
【非特許文献１６】Ｚａｓａｄｚｉｎｓｋｉら、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２６３：１７２６−１７３３（１９９４年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の光ファイバアレイにおける１つの主な不利点は、光ファイバ束を含む材料の制約である。高効率導波管として作用するために、各ファイバ要素は、低屈折率クラッディングで取り囲まれた高屈折率コアを含まなくてはならない。これらの光ファイバ材料は、多くの反応条件、特に、多くの場合水溶液中で行われ、高感度酵素試薬を含有するバイオアッセイと、適合しない場合が多い。不適合の２つの主な原因は、反応チャンバに含有される溶液への光ファイバ基板の溶解、および、当該チャンバに含有される成分との光ファイバ基板の実際の化学反応である。例えば、バリウム酸化物およびランタン酸化物等のコア成分は、特に高温において水溶性の水酸化物を形成することができる。バリウムおよびランタン等の多価重金属は、酵素、特に金属イオン補因子を持つ酵素と、好ましくない相互作用を生じ得る。重金属酸化物表面は、溶液界面において正に帯電する傾向があり、核酸等の負に帯電した種を非特異的に結合する傾向がある。これらの効果はすべて、光ファイバ反応チャンバにおいて行われるアッセイおよび反応の性能を低下させる傾向がある。より一層小型化されたことも、これらの好ましくない効果を悪化させる傾向がある。
【０００７】
光ファイバ基板が２つの材料（コアおよびクラッディング）から成るという事実も、単分子層（例えば、官能基）による反応チャンバのあらゆる表面改質の有効性を制限し得る。例えば、一価の表面は、反対の電荷を含有する機能性高分子電解質の荷電表面と結合することによって改質される。光ファイバ基板のコアおよびクラッディング材料は、それぞれ異なる種類の電荷を有する。このように、基板は単一の一様な電荷を含有するものではないため、単一の高分子電解質による光ファイバ基板のいかなる改質も不可能である。
【０００８】
光ファイバ基板の光学特性も制限されている。光ファイバフェイスプレートの反応チャンバ内において光化学反応が実行されている間に、光子が生成され、ファイバコアを通過して最終的には当該ファイバの他端面まで到達する。同時に、光子は、クラッディング材料を貫通し、隣接する反応チャンバの別のファイバによって捕捉されるまで移動することもできる。透明なクラッディングを通って移動するこれらの光子は、多くの場合、光散乱と称され、近接する反応チャンバ間での光流出および物理的干渉（例えば、クロストーク）等の問題を引き起こす。
【０００９】
いかなるバイオアッセイおよび反応条件とも適合し、優れた光学特性を有するマイクロウェルアレイの明確な必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
化学反応およびバイオアッセイに光ファイバフェイスプレートを使用することに関連する問題を緩和するための１つの手法は、本明細書において記載されている方法を使用して、アレイ基板を１枚以上の薄膜コーティングで被覆することである。概して、本明細書における考察は光ファイバ基板に焦点を置いたものであるが、以下に記載するようなその他の基板を、本明細書に記載されているいかなる実施形態において使用してもよい。
【００１１】
本発明は、１枚以上の薄膜コーティングで被覆され、当該コーティングのうち少なくとも１枚は非透明である基板を含むアレイ組成物に関する。本発明の一態様は、複数の反応チャンバを持つ上面と、底部とを有する光ファイバフェイスプレートである基板を含むアレイである。アレイの各反応チャンバは、底部および側壁を有する。実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または該アレイの該上面の少なくとも１つは非透明薄膜コーティングで被覆されており、該非透明コーティングは不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明であり、実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または該アレイの該上面の少なくとも１つは透明薄膜コーティングで被覆されている。該透明コーティングは、該非透明コーティングと異なり、該透明コーティングは、光学的に透明で、厚さ０．１〜５．０ミクロンで、防水性である。
【００１２】
一実施形態において、該透明コーティングは二酸化ケイ素である。さらなる実施形態において、存在する場合、該透明コーティングの厚さは、該アレイの該上面において約２００〜４００ｎｍ、該側壁において５０〜１００ｎｍ、および該底部において１００〜３００ｎｍである。
【００１３】
別の実施形態において、該非透明コーティングは不透明である。別の実施形態において、該非透明コーティングは半不透明である。別の実施形態において、該非透明コーティングは光沢不透明である。別の実施形態において、非透明コーティングは半透明である。一実施形態において、存在する場合、該非透明コーティングの厚さは、該アレイの該上面において約２００〜３００ｎｍ、該側壁において６０〜１２０ｎｍ、コーナーエリアにおいて５０ｎｍ以上であり、該コーナーエリアは該反応チャンバの該底部と側壁との間に形成された接合部から成る。
【００１４】
該非透明コーティングは、有機化合物、無機化合物、および非金属酸化物から選択される。一実施形態において、該無機化合物は金属である。別の実施形態において、該非透明コーティングは、クロム、金、銀、チタン、プラチナ、およびアルミニウムから選択される。一実施形態において、該非透明コーティングは伝導性である。別の実施形態において該非透明コーティングは誘電性である。
【００１５】
別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は、該透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、該アレイの該上面は該透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該底部は、該透明コーティングで被覆されている。一実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および底部ならびに該アレイの該上面のそれぞれは、該透明コーティングで被覆されている。
【００１６】
一実施形態において、該反応チャンバの該底部と側壁との間の該接合部に形成された該コーナーエリアに透明コーティングが塗布され、該反応チャンバの該底部の中心には該コーティングが無く、該底部の該中心付近に開口を形成するように、実質的にすべての該反応チャンバの該底部および側壁が該透明コーティングで部分的に被覆されている。一実施形態において、該開口の直径は約２８ミクロンである。別の実施形態において、該コーティングが該コーナーエリアに塗布された際に該反応チャンバの該底部にある該開口の周囲にコーティングのリングが形成され、該リングは８．５ミクロンの幅を有する。
【００１７】
別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は、該非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、該アレイの該上面は該非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該底部は、該非透明コーティングで被覆されている。一実施形態において、該反応チャンバの該底部と側壁との間の該接合部に形成された該コーナーエリアに非透明コーティングが塗布され、該反応チャンバの該底部の中心には該透明コーティングが無く、該底部の該中心付近に開口を形成するように、実質的にすべての該反応チャンバの該底部および側壁が該非透明コーティングで部分的に被覆されている。さらなる実施形態において、該非透明コーティングで既に部分的に被覆されたアレイに該透明コーティングが塗布され、該透明コーティングは、実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または該アレイの上面の少なくとも１つに塗布される。
【００１８】
一実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および該アレイの該上面は該透明コーティングで被覆され、該底部は該非透明コーティングで被覆されている。一実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および底部は該透明コーティングで被覆され、該アレイの該上面は該非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、該アレイの該上面および実質的にすべての該反応チャンバの底部は該透明コーティングで被覆され、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は該非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該底部は該透明コーティングで被覆され、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および該アレイの該上面は該非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、該アレイの該上面は該透明コーティングで被覆され、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および底部は該非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は該透明コーティングで被覆され、実質的にすべての該反応チャンバの該底部および該アレイの該上面は該非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該底部は該透明コーティングで被覆され、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は該非透明コーティングで被覆され、該アレイの該上面は被覆されていない。別の実施形態において、該透明コーティングは、少なくとも第１の透明コーティングを含む。別の実施形態において、該非透明コーティングは、少なくとも第１の非透明コーティングを含む。
【００１９】
別の実施形態において、該非透明コーティングは、いかなる透明コーティングが塗布されるよりも前に該アレイに塗布される。一実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該アレイの上面は、いかなる透明コーティングが塗布されるよりも前に、該非透明コーティングで被覆される。別の実施形態において、該透明コーティングは、いかなる非透明コーティングが塗布されるよりも前に、該アレイに塗布される。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該アレイの上面は、いかなる非透明コーティングが塗布されるよりも前に、該透明コーティングで被覆される。
【００２０】
一実施形態において、該非透明コーティング上に酵素が固定化されている。別の実施形態において、該透明コーティング上に酵素が固定化されている。一実施形態において、該アレイの該反応チャンバは規則的なパターンで配置されている。別の実施形態において、該アレイの該反応チャンバは不規則なパターンで配置されている。別の実施形態において、該アレイ上の隣接する２つの反応チャンバの中心点間の間隔は５μｍ乃至２００μｍであり、各反応チャンバは４μｍ乃至１９０μｍの少なくとも１つの寸法の幅を有する。一実施形態において、反応チャンバの数は１０，０００以下である。別の実施形態において、反応チャンバの数は１０，０００を超える。一実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの深さは１０乃至１００μｍである。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの深さは５０乃至５５μｍである。
【００２１】
別の実施形態において、該アレイは、複数の反応チャンバを備える上面と、反応チャンバを持たない反対側の平面的な研磨面とから成り、該研磨面は、該反応チャンバからの光信号が該研磨面を通って検出されるような光透過性であり、該反応チャンバを備える該上面と該研磨面との間の距離は、厚さ５ｍｍを超えない。
【００２２】
一実施形態において、該アレイはインデックス機能を備える。別の実施形態において、該アレイ基板は、ある角度で斜角をつけられた１つ以上の側縁を備える。別の実施形態において、該角度は４５度である。別の実施形態において、該基板は１つ以上の識別コードでマークされている。
【００２３】
本発明の別の態様は、複数の反応チャンバを含む上面と、底部とを有する光ファイバフェイスプレートである基板を含むアレイである。該アレイの各反応チャンバは、底部および側壁を有する。実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または該アレイの該上面の少なくとも１つは、非透明薄膜コーティングで被覆されている。該非透明コーティングは不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明である。
【００２４】
一実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該底部もしくは側壁または該アレイの上面の少なくとも１つは、被覆されていない。一実施形態において、該非透明コーティングは不透明である。別の実施形態において、該非透明コーティングは半不透明である。別の実施形態において、該非透明コーティングは光沢不透明である。別の実施形態において、該非透明コーティングは半透明である。
【００２５】
一実施形態において、存在する場合、該非透明コーティングの厚さは、該アレイの該上面において約２００〜３００ｎｍ、該側壁において６０〜１２０ｎｍ、コーナーエリアにおいて５０ｎｍ以上であり、該コーナーエリアは該反応チャンバの該底部と側壁との間の接合部から成る。別の実施形態において、該非透明コーティングは、有機化合物、無機化合物、および非金属酸化物から選択される。一実施形態において、該無機化合物は金属である。別の実施形態において、該非透明コーティングは、クロム、金、銀、チタン、プラチナ、およびアルミニウムから選択される。一実施形態において、該非透明コーティングは伝導性である。別の実施形態において、該非透明コーティングは誘電性である。
【００２６】
別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁は被覆されている。別の実施形態において、該アレイの該上面は被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該底部は被覆されている。別の実施形態において、該反応チャンバの該底部と側壁との間の該接合部に形成された該コーナーエリアに非透明コーティングが塗布され、該反応チャンバの該底部の中心には該非透明コーティングが無く、該底部の該中心付近に開口を形成するように、実質的にすべての該反応チャンバの該底部および側壁が該非透明コーティングで部分的に被覆されている。別の実施形態において、該開口の直径は２８ミクロンである。別の実施形態において、該コーティングが該コーナーエリアに塗布された際に該開口の周囲にコーティングのリングが形成され、該コーティングのリングは８．５ミクロンの幅を有する。
【００２７】
一実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および該アレイの該上面は、被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該側壁および底部は、被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの該底部および該アレイの該上面は、被覆されている。
【００２８】
一実施形態において、該非透明コーティングは、少なくとも第１の非透明コーティングを含む。別の実施形態において、該非透明コーティングは少なくとも第１の非透明コーティングと第２の非透明コーティングとを含み、さらに該第１および第２のコーティングは同じでない。別の実施形態において、該非透明コーティング上に酵素が固定化されている。一実施形態において、該アレイの該反応チャンバは規則的なパターンで配置されている。別の実施形態において、該アレイの該反応チャンバは不規則なパターンで配置されている。別の実施形態において、該アレイの隣接する２つの反応チャンバの中心点間の間隔は５μｍ乃至２００μｍであり、各反応チャンバは４μｍ乃至１９０μｍの少なくとも１つの寸法の幅を有する。
【００２９】
一実施形態において、該アレイの反応チャンバの数は１０，０００以下である。別の実施形態において、該アレイの反応チャンバの数は１０，０００を超える。一実施形態において、該アレイの実質的にすべての該反応チャンバの深さは１０乃至１００μｍである。別の実施形態において、該アレイの実質的にすべての該反応チャンバの深さは５０乃至５５μｍである。別の実施形態において、該アレイは、複数の反応チャンバを含有する上面と、反応チャンバを持たない反対側の平面的な研磨底面とを含み、該研磨底面は、該反応チャンバからの光信号が該研磨底面を通って検出されるような光透過性であり、該反応チャンバを備える該上面と該研磨底面との間の距離は、厚さ５ｍｍを超えない。
【００３０】
一実施形態において、該アレイはインデックス機能を備える。別の実施形態において、該アレイ基板は、ある角度で斜角をつけられた１つ以上の側縁を含む。別の実施形態において、該斜角をつけられた側縁の角度は４５度である。
【００３１】
本発明の別の態様は、複数の反応チャンバを含有する基板の上面に、非透明薄膜コーティングを蒸着するプロセスであって、各反応チャンバは底部および側壁を有するプロセスである。該非透明コーティングは、不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明であり、実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該アレイの上面に蒸着される。該プロセスのステップは、（ａ）基板をある角度で基板キャリアに取り付けるステップと、（ｂ）該取り付けられた基板を真空チャンバ内でスピンさせるステップと、（ｃ）実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該アレイの上面に、該非透明コーティングを蒸着するステップと、（ｄ）該基板を該真空チャンバから除去するステップと、（ｅ）該非透明コーティングで被覆された該基板を、該基板キャリアから取り外すステップと、を含む。一実施形態において、該基板は光ファイバフェイスプレートである。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該アレイの上面は、該非透明コーティングが塗布される前に、透明コーティングで被覆される。別の実施形態において、実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該基板の上面は、実質的にすべての該反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または該基板の上面への透明コーティングの塗布前に、非透明コーティングで被覆される。別の実施形態において、該透明コーティングは、光学的に透明で、厚さ０．１〜５．０ミクロンで、防水性である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
定義：
別段の定義がなされていない限り、本明細書において使用されているすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者が一般に理解しているものと同じ意味を有する。本明細書において記載されているものと同様または同等の方法および材料を本発明の実践において使用することができ、例となる適切な方法および材料を以下に記載する。例えば、２つを超えるステップを含む方法が記載され得る。そのような方法においては、定義された目標を実現するために必ずしもすべてのステップが必要とされない場合があり、本発明は、単独のステップの使用によってこれらの別個の目標を実現することを想定している。すべての出版物、特許出願、特許、およびその他の参考文献の開示は、参照することによりその全体が本書に組み込まれる。また、材料、方法、および例は例示的なものにすぎず、限定を意図するものではない。
【００３３】
「検体」は、所望の試料において検出もしくは測定される、または当該試料から分離される、自然発生的な、または合成された、分子、化合物、組成物、または複合体を意味する。検体は、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、脂肪酸、核酸、炭水化物、ホルモン、ステロイド、化合物、脂質、ビタミン、バクテリア、ウイルス、薬剤、および代謝産物を含むが、これらに限定されない。
【００３４】
「固定サンドイッチ」は、２つのＦＯＦと当該２つのＦＯＦ間に位置付けられたガスケットとの組み合わせをいい、各ＦＯＦの研磨面がガスケットの方を向くように各ＦＯＦのコーナーノッチは適切なガスケットコーナーバリアと適正に整列され、当該ＦＯＦの研磨面とガスケットとの間には、防液性のシールが形成される。
【００３５】
「コア材料」は、光ファイバ繊維の内部成分をいう。当該材料は透明であり、高屈折率を有する。
【００３６】
「クラッディング材料」は、光ファイバ繊維の外部成分をいう。当該材料は透明であり、低屈折率を有する。
【００３７】
「コーナーエリア」は、反応チャンバの側壁と底部との間に接合部が形成された、反応チャンバの内部面をいう（図１６ａ参照）。
【００３８】
「コーナーバリア」はガスケットにおける機能をいい、当該機能はガスケットのコーナーにある角度で置かれたバンドを含み、ＦＯＦがガスケットに取り付けられた際にＦＯＦを配向するための物理的基礎を提供する。
【００３９】
「コーナーノッチ」は、光ファイバフェイスプレートを配向するための物理的基礎を提供するために、角度をなして切断され、且つ除去された光ファイバフェイスプレートの１コーナーをいい、例えば、光ファイバフェイスプレートが分析用のシステム上またはエッチングプロセス用のガスケット内に取り付けられた際に、光ファイバフェイスプレートのコーナーノッチは分析システムまたはガスケットに位置する補完機能と一致する。
【００４０】
「エッチングプロセス」は、酸を使用してアレイ基板内に反応チャンバを作成する化学プロセスをいう。
【００４１】
「光ファイバフェイスプレート（Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｆａｃｅｐｌａｔｅ）」または「ＦＯＦ」は、モノリシック構造を形成するために融合され、その後、必要な厚さの「ウエハ」を形成するために「スライス」される、光ファイバケーブルの束をいう。
【００４２】
「官能基」は、反応物質、反応基質、または検体を反応チャンバの内側面に重着することができる、任意の化学的または生物学的種を意味する。
【００４３】
「ガスケット」は、エッチングプロセス用の装置の一構成要素をいう。ガスケットは、２つのＦＯＦの間に整列され、流体密封シールを形成することによって、各ＦＯＦの片側（例えば、研磨側）が酸に曝露されないように保護する。
【００４４】
「ガスケットインデックス機能」は、ＦＯＦのコーナーノッチを補完するノッチを作成し、ＦＯＦを配向するための物理的基礎を提供する、ガスケットの１コーナーに位置付けられたバンドをいう。
【００４５】
「インデックス機能」は、ＦＯＦを配向するための物理的基礎を提供する構造をいう。
【００４６】
「ＦＯＦインデックス機能」は、ＦＯＦを適正に配向するための物理的基礎を提供する、ＦＯＦ上のコーナーノッチをいう。
【００４７】
「イオンプレーティング」は、薄膜コーティングをアレイ基板に蒸着するために使用される気相蒸着の方法を意味し、当該方法においては、第一に、帯電した原子および中性原子を使用して基板から汚染物質が除去され、第二に、コーティング材料が蒸発され、エネルギー不活性ガスまたは反応ガス原子およびイオンとの相互作用によって強化され、基板に蒸着される。
【００４８】
「防水性」は、反応チャンバ内に含有される水溶液に対するバリアを提供し、チャンバ溶液が反応チャンバの側壁構成要素へ浸出するのを防止するための、薄膜コーティングの能力をいう。
【００４９】
「非透明薄膜コーティング」または「非透明コーティング」は、そこを通る光の通路を調節する、例えば、ブロックする、実質的にブロックする、または拡散させる、材料のコーティングをいう。例えば、非透明薄膜コーティングまたは非透明コーティングは、不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明である。
【００５０】
「不透明」は、１０００の光子のうち薄膜材料を通過するのは２未満となるように、光の通路がブロックされることを意味する。
【００５１】
「光学的に透明」は、薄膜コーティングを透過する光の能力をいう。「ＰＥＥＫ製クランプ」は、エッチングプロセス中、２つのＦＯＦおよびガスケットを共にしっかりと保持するために使用される、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐｏｌｙ  Ｅｔｈｅｒ  Ｅｔｈｅｒ  Ｋｅｔｏｎｅ）で作られたクランプをいう。
【００５２】
「部分的なコーティング」は、表面全体に満たない部分が被覆されている、例えば、反応チャンバの底部または側壁の表面全体に満たない部分が被覆されていることを意味する。「Ｐｉｃｏ  Ｔｉｔｅｒ  Ｐｌａｔｅ（商標）」または「ＰＴＰ」は、エッチングされたＦＯＦを含むアレイ基板を意味する。
【００５３】
「プラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」または「ＰＥＣＶＤ」は、薄膜コーティングをアレイ基板に蒸着するために使用される気相蒸着の方法を意味し、当該方法において、薄膜コーティングはガスの化学反応から産出される。
【００５４】
「反応物質」は、単独で、または別の反応物質と連動して、所望の試料内の検体を結合、形成、またはそれと反応することができる、自然発生的な、または合成された、任意の化学的または生物学的な分子、化合物、組成物、または複合体を意味する。本発明の反応物質は、化学反応または生物学的測定、検出、もしくは分離に有用である。反応物質の例としては、アミノ酸、オリゴヌクレオチドおよびｃＤＮＡを含む核酸、炭水化物、ならびに、酵素および抗体等のタンパク質が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５５】
「反応チャンバ」は、基板上にある底部および側壁から成る局所的なウェルまたはチャンバ（すなわち、幅および深さを有する空洞空間）を意味する。
【００５６】
「ＲＣＡクリーナー」は、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素の溶液を意味する。
【００５７】
「ＲＥＲ清浄プロセス」は、ＲＣＡクリーナー、ＥＤＴＡ、およびＲＣＡクリーナーを使用して、エッチングされたＦＯＦを清浄するためのプロセスをいう。
【００５８】
「サンドイッチ」は、２つのＦＯＦと当該２つのＦＯＦ間に位置付けられたガスケットとの組み合わせをいい、各ＦＯＦのコーナーノッチは、各ＦＯＦの研磨面がガスケットの方を向き、非研磨面が露出されるように、適切なガスケットインデックス機能と適正に整列される。
【００５９】
「走査電子顕微鏡法（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」または「ＳＥＭ」は、高解像度撮像のための方法をいう。
【００６０】
「半不透明」は、薄膜コーティングを通過する光が１０％未満となるように光の通路が殆どブロックされることを意味する。
【００６１】
「光沢不透明」は、１０００の光子のうち薄膜コーティングを通過するのは２未満となるように光の通路がブロックされ、光が光沢不透明な表面で反射されることを意味する。
【００６２】
「スパッタリング」は、薄膜コーティングをアレイ基板に蒸着するために使用される気相蒸着の方法を意味する。
【００６３】
「基板」は、離れた個々の反応チャンバを含有するように変更されることができ、少なくとも１つの検出方法に適応する、固体支持部または任意の材料をいう。
【００６４】
「薄膜」または「薄膜コーティング」は、基板の表面上に蒸着された材料のコーティングをいう。
【００６５】
「透明」は、物体が明瞭に見えるような感知できる散乱なしに、光が薄膜コーティングを通過することが可能であることを意味する。
【００６６】
「透明薄膜コーティング」または「透明コーティング」は、基板の表面上に蒸着された材料のコーティングをいい、当該コーティングは厚さ５．０ミクロン未満、光学的に透明で、防水性である。
【００６７】
「半透明」は、薄膜コーティングを光が通過することは可能であるが、当該光は物体が明瞭に見えないような拡散性のものであることを意味する。
【００６８】
「気相蒸着」は、薄膜コーティングをアレイに蒸着するための方法をいう。
【００６９】
本発明は、個々の反応チャンバを有し１枚以上の薄膜コーティングで被覆された基板を含むアレイ組成物を提供する。本発明は、被覆されたアレイを製造し使用するプロセスを含む。本明細書において、「アレイ」によって意味されるのは複数の反応チャンバであり、これらは基板の表面上にある任意のアレイフォーマットの局所的なウェルおよびチャンバである。各反応チャンバは、底部および側壁を含む。アレイおよびその反応チャンバのサイズは、アレイの組成および最終用途によって決まることになる。一実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面を含むアレイは、アレイおよびその反応チャンバの特性および機能を強化するために、１枚以上の薄膜コーティングで被覆される。薄膜コーティングは、アレイの製造の有用性または容易性を損なうことなく、反応チャンバ内の溶液の内容物をアレイ基板の有害な影響から保護するものである。薄膜コーティングはまた、（例えば、単分子層によって）反応チャンバ表面の均一な改質を可能にする均一な表面組成も提供する。一実施形態において、薄膜コーティングは、クラッディング材料を通過した光の、隣接する反応チャンバへの光散乱を排除するために、光学的障害物を産出する。
【００７０】
本明細書に記載の発明は、より大きいシステムおよび方法の構成要素であってよい。そのようなシステムおよび方法は、多数の手法で核酸を処理するために使用され得る。例えば、核酸配列の識別を決定するため、または、核酸断片における一塩基多型（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ；ＳＮＰ）検出のため、核酸発現プロファイリング（２つ以上の状態間での核酸発現プロファイルを比較、例えば、病変組織と正常組織とを比較する、または、未処理組織と薬物、酵素、放射線、もしくは化学的処理で処理した組織とを比較する）のため、ハプロタイプ決定（被験者に存在する２つの対立遺伝子のそれぞれにおける、遺伝子または遺伝子の変異を比較する）のため、染色体分析（一般に、胚または胎児の検査組織中における１つ以上の遺伝子を、先天的欠損症を検出するために、受胎前の「正常」核型の被験者の同じ遺伝子と診断比較する）のため、および、遺伝子型決定（ある種の第１の個体における１つ以上の遺伝子を、同じ種の別の個体における同じ遺伝子と比較する）のための方法が実行される。
【００７１】
一般的な分析システムは、多数の構成要素を有する。これらは、例えば、（１）処理される核酸テンプレートと、（２）送出チャンバであって、本発明の被覆されたアレイ、核酸テンプレートを含有するための装置を備える送出チャンバと、（３）核酸が処理される際に、アッセイ試薬が例えば光等の検出可能な信号を生成する核酸テンプレートへの核酸処理試薬の流出を可能にする流出チャンバおよび試薬送出手段と、（４）核酸が処理される際に放出される信号を検出し捉えられた光をデータに変換する試薬送出チャンバと連通している撮像システムと、（５）処理された核酸に関する有意義な情報を産生するためにデータを処理する撮像システムと連通しているデータ収集システムと、を含む。
【００７２】
１．薄膜で被覆されたアレイ
本発明は、その上面に複数の反応チャンバを持つ基板を含むアレイ組成物を含む。アレイ上の反応チャンバのそれぞれは、底部および側壁で作られ、アレイの少なくとも一部、底部、側壁、または上面は、１枚以上の薄膜コーティングで被覆されている。一実施形態において、アレイ基板は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁上または上面上に非透明薄膜コーティングを有し、当該非透明コーティングは不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明である。別の実施形態において、基板は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁上またはアレイの上面上に非透明コーティングを有し、当該基板は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁上またはアレイの上面上に透明コーティングを有し、当該透明コーティングは厚さ０．１〜５．０ミクロンで、防水性である。
【００７３】
Ａ．アレイ基板
アレイ基板は、個々の反応チャンバを含有するように変更されることができる固体支持部である。あらゆる材料が基板として使用される。基板材料は、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリ塩化ビニルを含むビニルポリマー、ならびに共重合体およびブレンドを含むＴｅｆｌｏｎ（登録商標）等の有機高分子およびプラスチック、さらには、ポリエチレンテレフタラート、ポリウレタン、ポリカーボネート、アクリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、およびエポキシ、ならびに共重合体およびブレンドを含むシリコーンを含む縮合重合体を含むが、これらに限定されない。基板材料は、セラミック、ガラス、改質ガラスまたは機能性ガラス、シリカまたはシリカ系材料、シリコンおよび変性シリコンを含む無機材料を含んでもよい。基板材料は、光ファイバ束を含んでもよい。概して、これらの種類の材料はすべて、反応チャンバを持つアレイへ容易に形成される。しかしながら、そのような材料から作られたアレイは、多くの有機溶媒と適合しない場合が多く、したがって、そのようなアレイ基板に薄膜コーティングを塗布することにより、アレイの溶媒親和性が強化される。アレイは、近接する反応チャンバ間での物理的干渉および光流出等の問題にも遭遇する。これらの種類の問題は、透明なクラッディング材料を通って光子が隣接する反応チャンバへ移動するのを防止するために、不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明の、１枚以上の薄膜コーティングを塗布することによって解決され得る。
【００７４】
概して、基板は平面（フラット）であるが、基板のその他の構成も使用され、例えば、基板は、凹面、凸面、球状等の３次元、折り目加工されたもの、または、例えば、光ファイバ繊維の空洞が作られた終端において、またはエッチングされた、成形された、もしくは、微小電気機械システムの構築において一般に使用される技術を使用して平面にマイクロマシン加工されたマイクロウェルにおいて、空洞を作られたものである。例えば、Ｒａｉ‐Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ、ＨＡＮＤＢＯＯＫ  ＯＦ  ＭＩＣＲＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ，ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＩＮＧ，ＡＮＤ  ＭＩＣＲＯＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ、ＶＯＬＵＭＥ  Ｉ：ＭＩＣＲＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ、Ｖｏｌｕｍｅ  ＰＭ３９、ＳＰＩＥ  Ｐｒｅｓｓ（１９９７年）；Ｍａｄｏｕ、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ（１９９７年）、Ａｏｋｉ、Ｂｉｏｔｅｃｈ．Ｈｉｓｔｏｃｈｅｍ．６７：９８−９（１９９２年）；Ｋａｎｅら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ．２０：２３６３−７６（１９９９年）；Ｄｅｎｇら、Ａｎａｌ  Ｃｈｅｍ．７２：３１７６−８０（２０００年）；Ｚｈｕら、Ｎａｔ．Ｇｅｎｅｔ．２６：２８３−９（２０００年）を参照されたい。一実施形態において、基板は平面である。基板は、例えば球孔、シリンダウェル、カラム、柱、および傾斜シリンダ等の特徴を含有してもよい。基板の表面上にあるそのような特徴は、エッチング、プレーティング、インプリンティング、スタンピング、成形、機械加工等によって形成される。
【００７５】
概して、基板は光検出を可能にするものであり、それ自体は感知できるほどに蛍光を発しない。基板は、化学反応事象またはアッセイ結果の検出を容易にする材料で作られている。例えば、一般的な核酸シーケンス反応において、配列決定される試料核酸へのｄＮＴＰの結合は、シーケンス反応において遊離されたリン酸塩に対する酵素作用によって生成された光子の検出によって監視され得る。したがって、基板を透明または光伝導性材料で作ることは、光子の検出を容易にする。いくつかの実施形態において、基板は光学的に透明である。別の実施形態において、基板の表面は光学的に調べられる。
【００７６】
１．光ファイバフェイスプレート（「ＦＯＦ」）
一実施形態において、アレイの基板は、「スライスされた」光ファイバ束または光ファイバフェイスプレート（Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｆａｃｅｐｌａｔｅ；「ＦＯＦ」）から作られる。ＦＯＦは、多くの光ファイバを共に融合して、個々のファイバの光透過特性を維持するモノリシック構造（例えば、束）にすることによって製造される。ファイバ束は、「ウエハ」つまりＦＯＦを形成するために「スライス」される。結果として生じたＦＯＦは、ガラスまたは顕微鏡用スライドの平面のそれと同様の取り扱い特性を所有する。ＦＯＦは、反応チャンバのアレイを作成するために、その上でウェルまたはチャンバがエッチングされる基板である。
【００７７】
ＦＯＦを作っている個々の光ファイバ繊維ストランドは、内部「コア」材料および外層「クラッディング」材料という２つの材料から成る（図２）。光ファイバコアは、透明であり高屈折率を有する材料を含む。コア材料の例としては、鉛、バリウム、ランタン、およびニオブ酸化物等の重金属酸化物が挙げられる。光ファイバクラッディングは、透明であり低屈折率を有する材料を含む。１つの典型的なクラッディング材料は、ドープした二酸化ケイ素である。ドープ剤は、ホウ素およびアルミニウム等の金属酸化物を含む。
【００７８】
ＦＯＦを作っている個々の繊維ストランドは、それぞれ直径を有する。個々の繊維ストランドは、任意の直径のサイズ（例えば、３μｍ乃至１００μｍ）であってよい。一実施形態において、個々のファイバは、直径６μｍ乃至１２μｍである。モノリシック構造を形成するために光ファイバ束が融合されると、繊維ストランドは個々では操作されない、すなわち、１つの繊維ストランドは概して、その長さに沿ったいかなる点においても、別の繊維ストランドから物理的に分離されることができない。融合された光ファイバ束とフェイスプレートは、メーカーから市販されている。
【００７９】
ファイバ束は、「ウエハ」つまりＦＯＦを形成するために「スライス」される。一実施形態において、光ファイバ束は、融合された光ファイバに対して垂直にスライスされる。別の実施形態において、光ファイバ束は、融合された光ファイバに対して垂直でない角度でスライスされる（例えば、図２０ａ〜ｃ参照）。融合された光ファイバに対して９０度ではない角度（「スライス角度」）で光ファイバ束がスライスされた場合、産出されたＦＯＦは、ＦＯＦの底部に対して垂直でない繊維ストランドを含有する。当該ＦＯＦがエッチングされた場合、形成される反応チャンバはＦＯＦの底部に対してやはり９０度ではない。形成される反応チャンバは、傾いた側壁を有する（「傾斜した反応チャンバ」）。
【００８０】
ＦＯＦの片面（すなわち、反応チャンバの無い側）は、一般に、検出デバイスに対する光連結を可能にするように（例えば光浸漬またはその他の光連結流体によって）高度に研磨されている（図２）。一実施形態において、光連結は、第２の融合されたファイバ束によって容易になる。この第２の融合されたファイバ束は、一般に、反応チャンバを含有する第１のＦＯＦよりもかなり小さいファイバサイズを有し、ＣＣＤ撮像システムまたはカメラ等の付着された検出デバイスへの、光産物の透過のための導管として作用する役割を果たす。
【００８１】
一実施形態において、アレイ基板はＦＯＦである。ＦＯＦの全体形状は長方形であるが、当業者には、ＦＯＦは特定の形状に限定されるものでなく、適切なＦＯＦはその他各種の形状および全体寸法を含むことが理解されている。ＦＯＦは、少なくとも向かい合った上面および底面を有し、当該上面と底面との間には距離がある。一実施形態において、ＦＯＦ内の繊維ストランドは、当該ＦＯＦの上面および底面に対して実質的に垂直に配向されている。別の実施形態において、ＦＯＦ内の繊維ストランドは、当該ＦＯＦの上面および底面に対して垂直に配向されていない。一実施形態において、ＦＯＦは、自動機器および手動プロセスの両方についてＦＯＦの適正な配向を確実にするための物理的基礎を提供するために、少なくとも１つのインデックス機能をさらに含む。例えば、インデックス機能は、分析用の器具内においてＦＯＦを適正に位置付けるために使用される。
【００８２】
図８ａ〜８ｃは、本発明と共に使用するためのＦＯＦ１を図示している。一実施形態において、ＦＯＦ１は、第１の平面２と第２の平面３とを有し、それらは向かい合っている。ＦＯＦ１は、反応チャンバからの光信号が第１の平面３を通って検出されるような光学的伝導性のものであり、第１の面と第２の面との間には距離Ｄ１がある。距離Ｄ１は任意の距離である。一実施形態において、一般に、第１の面２と第２の面３との間の距離Ｄ１は、１０ｃｍを超えない。別の実施形態において、距離Ｄ１は、５ｍｍを超えない。別の実施形態において、Ｄ１は、０．５ｍｍ乃至５ｍｍである。さらなる実施形態において、Ｄ１は、２ｍｍである。ＦＯＦ１の第１の面２および第２の面３は、研磨されていることもあるし、研磨されていないこともある。一実施形態において、片面は研磨されており、反対面は研磨されていない。本発明の一態様において、第１の面２は研磨されており、第２の面３は研磨されていない。さらなる実施形態において、第１の面２は研磨されており、第２の面３は反応チャンバを有する。別の実施形態において、第１の面２は反応チャンバを有し、第２の面３は研磨されている。
【００８３】
ＦＯＦ１は、少なくとも第１および第２の側面と、少なくとも第１および第２の端面を有する。一実施形態において、ＦＯＦ１は、距離によって隔てられた第１の端面４および第２の端面５と、距離によって隔てられた第１の側面６および第２の側面７と、端面と側面との間に伸長する１つのコーナー側面８とを有する。図８ａに示す一実施形態において、コーナーエッジ８は、第２の側面７と第２の端面５との間に伸長する。端面と側面が接続され、ＦＯＦ１の外周辺を形成する。例えば、第１の側面６および第２の側面７はいずれも、第１および第２の端面４、５の間に垂直に伸長する。
【００８４】
ＦＯＦの側面および／または端面は、ＦＯＦが器具に取り付けられるのを可能にするために、ある角度で斜角をつけられていてよい。任意の組み合わせの側面および端面が斜角をつけられていることもあるし、側面も端面も斜角をつけられていないこともある。一実施形態において、すべての側面および端面がある角度で斜角をつけられている。斜角をつけられた側縁は、傾斜部分およびフラット部分を形成するためにある角度で斜角をつけられているか、または当該斜角をつけられた側面はフラット部分を有さない。一実施形態において、第１の側面６は、角度Ａ１で斜角をつけられ、角度のある第１の側縁１７を形成する（図８ｂ）。角度のある第１の側縁１７は、傾斜部分１５およびフラット部分１２によって形成される。角度のある第１の側縁１７のフラット部分１２は、Ｌ８の高さを有する。同様に、第２の側面７は、角度のある第２の側縁１６を形成するためにある角度で斜角をつけられる。第１および第２の側縁６および７は、任意の角度に斜角をつけられる。一実施形態において、側縁は、１０乃至８０度の角度に斜角をつけられる。別の実施形態において、当該角度は実質的に４５度であり、実質的にとは、当該角度が４５度をわずかに超える、または４５度にわずかに満たないことを意味する。本発明の一態様において、向かい合う側縁は、ＦＯＦが分析器具内に位置する適切な維持構造（例えば、カートリッジ）へ摺動し、当該分析器具がＦＯＦを捉え、流体反応チャンバおよびカメラに対して適正に位置させ、取り付けることを可能にするために、斜角をつけられる。
【００８５】
一実施形態において、第１および第２の側面６および７は、４５度の角度を形成するためにそれぞれ斜角をつけられ、結果として生じるフラット部分の長さＬ８は０．２０ｍｍ〜０．４５ｍｍである。斜角をつけられた側面６および７は、光学的に伝導性の平面２に沿って位置する。
【００８６】
当業者であれば、ＦＯＦの第１の面および第２の面は任意の長さおよび任意の幅であることを十分に理解するであろう。一実施形態において、当該長さと幅は同じである。側面のうち少なくとも１つが斜角をつけられた実施形態において、第１の面の幅は、角度のある側縁により、第２の面の幅よりもわずかに小さい。例えば、一実施形態において、第１の面２の幅Ｗ２は約３８ｍｍであり、第２の面３の幅Ｗ３は約４０ｍｍである（図８ｂ）。端面のうち少なくとも１つが斜角をつけられた同様の実施形態において、第１の面の長さは第２の面の長さよりもわずかに小さい。
【００８７】
第１の実施形態において、第２の面３は約７５ｍｍの長さＬ３を有し、第２の面３の幅Ｗ３は約４０ｍｍである。第１の面２は第２の面３と同じ長さＬ３を有し、第１の面２の幅Ｗ２は約３８ｍｍである。
【００８８】
第２の実施形態において、第２の面３は約７５ｍｍの長さＬ３を有し、第１の面２の幅Ｗ３は約２５ｍｍである。第１の面２は第２の面３と同じ長さＬ３を有し、第１の面２の幅Ｗ２は約２２ｍｍである。
【００８９】
適切なＦＯＦは、例えば、１つ以上のインデックス機能を含んでよい。インデックス機能はＦＯＦ上の何処にでも位置し、特定のいかなる形状およびサイズにも限定されない。一実施形態において、インデックス機能はＦＯＦの周辺上に位置する。さらなる実施形態において、インデックス機能はコーナーに位置する。インデックス機能の目的は、その適正な配向を確実にするために、ＦＯＦの係合を可能にする物理的基礎を提供することである。図８ａに示すように、適切なＦＯＦ１は、ＦＯＦのコーナーの一部を除去することによって形成されたコーナーノッチ１３であるインデックス機能を含み、ここで当該ＦＯＦの側面と端面は垂直に接続している。ＦＯＦ１は、１つ以上のコーナーノッチを有する。一実施形態において、ＦＯＦ１は１つのコーナーノッチ１３を有する。別の実施形態において、１つのコーナーノッチ１３はコーナーを除去することによって形成され、ここで第２の側面７は第２の端面５と接続している。コーナーノッチ１３を形成するために、コーナー部分は角度Ａ２で切断される。角度Ａ２は、特定の度数に限定されず、その他の角度および形状を含む。一実施形態において、角度Ａ２は、ＦＯＦ１のコーナー部分から除去され、ここで第２の側面７は第２の端面５に接続し、角度Ａ２は約４５度である。結果として生じるコーナー側面８は、任意の長さである、長さＬ１１を有する。一実施形態において、Ｌ１１は約６ｍｍである。コーナーノッチ１３は、ＦＯＦ１が嵌合する構成要素内に設計された補完機能、例えば、分析システムのＦＯＦ取り付け金具内に設計された機能、または、エッチング装置のガスケット内に設計された機能と一致する。
ＦＯＦ１は、１つ以上の識別コードでラベル表示されてよい。ＦＯＦは、各種目的のための識別コードでマークされる。例えば、識別コードは、ＦＯＦの追跡および／または認証が可能である。識別コードは、分析システムに取り付けられている場合、ＦＯＦ１の視覚配向も可能にする（すなわち、分析システムが識別コードを適正に読むことができない限り、システムはＦＯＦ１を分析するための動作をしない）。識別コードは、例えば、バーコード、ＤａｔａＭａｔｒｉｘコード等の二次元バーコード等、いかなる種類のコードであってもよい。一実施形態において、ＦＯＦ１は、バーコードで符号化される。別の実施形態において、ＦＯＦ１は、ＤａｔａＭａｔｒｉｘコードで符号化される。一実施形態において、ＦＯＦ１はバーコードとＤａｔａＭａｔｒｉｘコードの両方を有する。人間が読むことのできる英数字のコードも組み込まれ得る。識別コードは、例えばＣＣＤカメラ、またはバーコードリーダ等の器具によって読み出される。
【００９０】
一実施形態において、識別コードは、レーザーで直接ＦＯＦ表面にエッチングされることができる。代替の実施形態において、識別コードは、ＦＯＦの表面に印刷される。
【００９１】
Ｂ．アレイ表面
１枚以上の薄膜コーティングで被覆する前に、基板の少なくとも１つの表面は、分析結果の検出だけでなく、画定された空間内にある各反応混合物またはアッセイ溶液の離散局所化も可能にするように配置された、１つ以上の個々の反応チャンバを含有するように変更される。上面もしくは底面、または両方の面は、個々の反応チャンバを含有するように変更され得る。したがって、本明細書において使用する場合、「反応チャンバ」という用語は、例えば核酸シーケンス反応において反応物質の相互作用を容易にする基板上の局所的な「ウェル」または「チャンバ」をいう。一般に、反応物質は、化学反応またはバイオアッセイを容易にし、反応チャンバを通って流れる媒体に入れてアレイの反応チャンバ内に分配される。例えば、ＤＮＡシーケンス決定では、核酸テンプレートが、反応液を通って流れる溶液中で１つ以上の固体支持部、ビーズ、または粒子上の各反応チャンバ内に分配される。
【００９２】
反応チャンバは、アレイ基板の上面もしくは底面、または両方の面上に形成され得る。反応チャンバは、幅、深さ、および開口部を有する空洞空間である。反応チャンバの開口部は、例えば、実質的に円形、正方形、楕円形、長方形、六角形、三日月形、または星形等、任意の形状であってよい。反応チャンバは、例えば、実質的に円形、正方形、楕円形、長方形、六角形、三日月形、または星形等、任意の形状であってよい。一実施形態において、反応チャンバは環状または円筒形である。別の実施形態において、反応チャンバは正方形または長方形箱の形状に近似するように多面である。図６を参照すると、一実施形態における反応チャンバの形状は、実質的に六角形である。一実施形態において、反応チャンバは均一の形状である。
【００９３】
アレイ上の各反応チャンバは、反応チャンバの境界を画定する底部および側壁を含む。反応チャンバの底部は、例えば、実質的に円形、正方形、楕円形、長方形、六角形、三日月形、または星形等、任意の形状であってよい。反応チャンバの底部は、平面（すなわち、フラット）、凹面、または凸面であってよい。反応チャンバの底部は、反応チャンバの開口部と向かい合っている。反応チャンバの側壁は、いかなる形状であってもよい。例えば側壁は、円筒形の形状で、円形の底部に接続されていてよい。反応チャンバの側壁は複数の側面を有してよく、例えば、六角形形状の底部を持つ反応チャンバ側壁は、反応チャンバの側壁を作る６つの側面を有する。側壁を作る反応チャンバの側面が連続している場合もあれば、当該側面が不連続である場合もある。例えば、六角形形状の反応チャンバにおいて、反応チャンバが閉じており、側面が連続して互いに接続しているような状態であってもよいし、反応チャンバが開いており、側面が連続せず互いに接続していない状態であってもよい。側壁は、平滑面または凹凸面を有し得る。
【００９４】
底部および側壁が接続して、当該底部と側壁とが継合される接合部に、反応チャンバの底部コーナーを形成する。側壁と底部が接続される角度は、底部の周辺の周囲において実質的に９０度であってもよいし、あるいは当該角度は、底部の周辺の周囲において９０度未満から９０度超までの間で変動してもよい。底部と側壁との間の接続は、底部の周辺の周囲において連続していてよい。あるいは、いくつかの実施形態において、底部と側壁との間の接続は、底部の周辺の周囲において連続していなくてもよい。
【００９５】
一実施形態において、反応チャンバの内部面は、幅および深さを有し、反応混合物またはアッセイ溶液がその中に蒸着される、基板内のウェルまたはチャンバの形をとる（図２）。一実施形態において、反応チャンバは、（ｉ）当該チャンバへの必要な反応物質の導入、（ｉｉ）当該チャンバ内で化学反応またはアッセイを行うこと、および（ｉｉｉ）チャンバ間での反応物質および／または検体の混合の抑制を可能にするのに十分な寸法および順序である。
【００９６】
別の実施形態において、反応チャンバの側壁は連続していない、すなわち、当該側壁は、反応物質が１つの反応チャンバから別の反応チャンバへ流れることができないように、隣接する反応チャンバ間の開口部によって中断されている。
【００９７】
反応チャンバ間の開口部は、任意のサイズおよび形状であってよい。例えば、開口部は、１つ以上の穴、チャネル、管、またはスリットであってよい。側壁におけるそのような開口部は、試薬の高速交換を容易にする。例えば、側壁内の開口部に嵌合するのに十分小さいビーズの表面に固定化された試薬（「試薬ビーズ」）は、アレイの隣接する反応チャンバ間を自由に流れることができ、一方、側壁内の開口部を介して嵌合することができない、より大きなビーズ上に固定化された試薬基質は、個々の反応チャンバ、例えばビーズに結合された反応基質（「基質ビーズ」）内に維持されるか、あるいは、反応基質ビーズは、反応チャンバの底部に結合され得る。側壁に開口部を持つ反応チャンバ間における試薬交換の効率は概して向上し、化学反応またはバイオアッセイの時間は短縮される。また、反応チャンバの側壁内の開口部により、より速くより完全に反応チャンバから反応産物および副産物を除去することが可能になる。一実施形態において、開口部は、ＦＯＦ上にある２つの隣接する反応チャンバ間のクラッディング材料におけるスリットである（図２６ａ〜ｂ）。
【００９８】
別の実施形態において、側壁は連続しておらず、反応チャンバのジオメトリを画定する１本以上の境界柱を含有する。境界柱は、任意の形状（例えば、円筒形、半球、三日月形状等）を有する。一実施形態において、アレイ上の反応チャンバは、「柱アレイ」を形成するために基板（例えば、ガラス、非光ファイバフェイスプレート等）から上方に伸長する、一連の円筒形の境界柱によって形成される。一実施形態において、各チャンバは４本の境界柱によって画定され、当該柱は柱アレイ上に各反応チャンバの不連続な側壁を形成する。一実施形態において、柱アレイは、反応基質ビーズを「捕捉する」ために使用される（図２１ａ〜ｂ）。境界柱の数およびサイズは、基板上の境界柱のパターンと同様、変動し得る。この「開放」型の反応チャンバは、アレイの反応チャンバ、および、個々の反応チャンバ内に維持されている反応基質、例えば、境界柱間において捕捉されるビーズまたは粒子に付着されている反応基質を通って流れることができる試薬間の高速交換を容易にする。さらなる例は、例えば、米国特許第１０／２６０，７０４号、Ｐｅｎｇｇｕａｎｇ  Ｙｕ、Ｋｅｖｉｎ  Ｋｏｒｎｅｌｓｅｎ、米国特許出願番号第２００３００９１４７５号（２００３年５月５日）を参照されたい。
【００９９】
一実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバは、基板の底部に対して垂直な角度で接続された側壁を有し、反応チャンバの開口部と底部は、底部の中心点と開口部が整列するように向かい合っている。あるいは、別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバは基板の底部に対して垂直な角度で接続されていない側壁を有し、反応チャンバの開口部と底部は、底部の中心点と開口部がオフセットである、すなわち整列しないように向かい合っている（例えば、図２０ｂ参照）。角度が垂直でなく、且つ中心点が整列していない場合に形成された反応チャンバを、「傾斜した反応チャンバ」と称する。傾斜した反応チャンバの側壁は傾いており、底部と側壁とが接続する角度は、反応チャンバの底部コーナーの周辺の周囲において、９０度未満から９０度超の間で変動する。一実施形態において、反応チャンバの底部コーナーエリアに形成される角度は、約６０乃至１２０度で変動する。別の実施形態において、反応チャンバの底部コーナーエリアに形成される角度は、８０乃至１００度で変動する。別の実施形態において、反応チャンバの底部コーナーエリアに形成される角度は、８５乃至９５度で変動する。別の実施形態において、反応チャンバの底部コーナーエリアに形成される角度は、８８乃至９２度で変動する。別の実施形態において、反応チャンバの底部コーナーエリアに形成される角度は、８９から９１度で変動する。
【０１００】
一実施形態において、傾斜した反応チャンバを持つアレイは、垂直でない角度でＦＯＦがスライスされた場合に形成され、結果として生じるＦＯＦは、当該フェイスプレートの底部に対して垂直でない光ファイバストランドを有する（図２０ａ〜ｂ）。この垂直でないファイバを持つＦＯＦを化学的にエッチングすると、形成された反応チャンバはそれぞれ傾いた側壁を有する、すなわち、傾斜した反応チャンバとなる。傾斜した反応チャンバを使用して、傾斜した反応チャンバ内の特定の位置にビーズを「固定」または「保持」することができる（図２０ｂ）。一実施形態において、傾斜した反応チャンバ内にビーズの位置を固定するために、遠心力が使用される。別の実施形態において、ビーズは、傾斜した反応チャンバの１つのコーナーに固定または保持される。別の実施形態において、遠心力は、第１のビーズ（例えば、基質ビーズ）をアレイの各反応チャンバ内に蒸着するために使用される。別の実施形態において、遠心力は、第１のビーズよりも小さい第２のビーズ（例えば、試薬ビーズ）を各チャンバ内に蒸着するために使用される。さらなる実施形態において、遠心力は、第１のビーズよりも小さい、１つを超える第２のビーズを各チャンバに蒸着するために使用される。
【０１０１】
反応チャンバの「コーナーエリア」は、反応チャンバの底部および側壁の内部面であり、ここで反応チャンバの底部および側壁が接続して、底部コーナーに「接合部」を形成する（図１６ａ〜ｂ）。コーナーエリアは、「底部コーナーエリア」と「側壁コーナーエリア」の両方を含む。コーナーエリアは、接合部から側壁の長さに沿ってアレイの上面へ、および底部に沿って反応チャンバの中心へ伸長する。コーナーエリアは、側壁の長さ全体にも底部の長さ全体にも伸長しない。一実施形態において、側壁コーナーエリアは、接合部から、側壁の全長の少なくとも９０％の長さまで伸長する。別の実施形態において、側壁コーナーエリアは、接合部から、側壁の全長の少なくとも６０％の長さまで伸長する。別の実施形態において、側壁コーナーエリアは、接合部から、側壁の全長の少なくとも４０％の長さまで伸長する。別の実施形態において、側壁コーナーエリアは、接合部から、側壁の全長の少なくとも２０％の長さまで伸長する。別の実施形態において、側壁コーナーエリアは、接合部から、側壁の全長の少なくとも１０％まで伸長する。別の実施形態において、側壁コーナーエリアは、接合部から、側壁の全長の少なくとも５％まで伸長する。別の実施形態において、側壁コーナーエリアは、側壁の全長の５％未満、伸長する（例えば、図１６ａおよび１６ｂを参照）。
【０１０２】
別の実施形態において、底部コーナーエリアは、接合部から、底部の全長の少なくとも４０％の長さまで伸長する。別の実施形態において、底部コーナーエリアは、接合部から、底部の全長の少なくとも２０％の長さまで伸長する。別の実施形態において、底部コーナーエリアは、接合部から、底部の全長の少なくとも１０％の長さまで伸長する。別の実施形態において、底部コーナーエリアは、接合部から、底部の全長の少なくとも５％の長さまで伸長する。別の実施形態において、底部コーナーエリアは、接合部から、底部の全長の５％未満の長さまで伸長する。本発明の別の態様において、コーナーエリアは反応チャンバの底部にリングの形状を形成し、ここでコーナーエリアは反応チャンバの底部の中心付近を含まない。さらなる実施形態において、反応チャンバの底部に部分的に塗布されたコーティングによって、反応チャンバの底部の中心付近に開口部が形成される。一実施形態において、アレイの反応チャンバは、パターン、すなわち規則的な設計もしくは構成になっているか、または、当該チャンバは、アレイ表面に無作為に分配されていてよい。一実施形態において、反応チャンバがＸＹ座標面内でアドレス指定され得るような、アレイ上における当該チャンバの規則的なパターンがある。この意味での「パターン」は、繰り返し単位を含む。別の実施形態において、アレイは、あるパターンで基板上に配置された高密度の反応チャンバを含有する。一実施形態において、図６に示すように、アレイ基板の表面上には、反応チャンバの六方へ不規則に詰め込まれたアレイがある。
【０１０３】
反応チャンバは、任意の適切な距離だけ間隔をあけられていてよい。間隔は、２つの隣接する反応チャンバの中心点間の距離を測定することによって決定される（図２）。反応チャンバは、概して５μｍ乃至２００μｍの間隔があけられている。一実施形態において、反応チャンバは１０μｍ乃至１５０μｍの間隔があけられている。一実施形態において、反応チャンバは２０μｍ乃至１００μｍの間隔があけられている。別の実施形態において、反応チャンバは４０乃至６０μｍの間隔があけられている。別の実施形態において、反応チャンバは、２つの隣接する反応チャンバの中心点間に、約４３μｍから５０μｍの間隔を有する。反応チャンバのサイズは、任意の容積を収容するようになっている。一実施形態において、反応チャンバ容積は、１０乃至１５０ｐＬである。別の実施形態において、反応チャンバ容積は、２０乃至９０ｐＬである。さらなる実施形態において、反応チャンバ容積は、４０乃至８５ｐＬである。別の実施形態において、反応チャンバ容積は、約７５ｐＬである。
【０１０４】
反応チャンバは、任意の適切な幅を有してよい。一実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバは、３μｍ乃至１００μｍの一寸法における直径（幅）を有する。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバは、２０μｍ乃至７０μｍの直径を有する。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバは、約３０μｍ乃至５０μｍの直径を有する。さらなる実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバは、３８μｍ乃至４４μｍの直径を有する。
【０１０５】
反応チャンバは、任意の適切な深さを有してよい。実質的にすべての反応チャンバの深さは、概して１０μｍ乃至１００μｍである。一実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの深さは、２０μｍ乃至６０μｍである。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの深さは、５０ｍ乃至５５μｍである。あるいは、実質的にすべての反応チャンバは、反応チャンバの一寸法における幅の０．２５乃至５倍、または、別の実施形態において、反応チャンバの一寸法における幅の０．３乃至１倍である深さを有する。本発明の目的のために、実質的にすべての反応チャンバは、反応チャンバの少なくとも９０％を意味する。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバは、少なくとも９５％を意味する。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバは、少なくとも９７％を意味する。さらなる実施形態において、実質的にすべての反応チャンバは、少なくとも９９％を意味する。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバは、反応チャンバの１００％を意味する。一実施形態において、反応チャンバのＦＯＦ上での深さは、個々の光ファイバの直径の約１／２から、当該ファイバの直径の最大２から３倍の範囲をとる。反応チャンバの深さは、例えばＭｉｃｒｏＸａｍ  ３Ｄ干渉式表面形状測定装置（ＡＤＥ  Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ社、カリフォルニア州サンノゼ）を使用して測定される。当該器具のエリア差異プロット機能を使用して、定期反応チャンバ深さ測定が行われる。当該器具は、８つのチャンバの深さをＦＯＦクラッディング上の基準点と比較して、平均チャンバ深さを提供する。
【０１０６】
アレイは、そのような多数の個々のアッセイを実行するのに十分な数の反応チャンバを備える。アレイは、任意の数の反応チャンバを含有する。アレイの最終用途に応じて、基板は、超高密度（例えば、２００，０００超）、高密度（例えば、少なくとも１００，０００）、中密度（例えば、少なくとも５０，０００）、低密度（例えば、少なくとも１０，０００）、および超低密度（例えば、１０，０００未満）の反応チャンバを含有するようになっている。低密度アレイは、少数の反応チャンバを有する。一実施形態において、１０，０００未満の反応チャンバがある。例えば、アレイは１乃至９６の反応チャンバを含有する。一実施形態において、アレイは９６乃至３８４の反応チャンバを含有する。別の実施形態において、アレイは３８４乃至１５３６の反応チャンバを含有する。さらなる実施形態において、アレイは１５３６を超える反応チャンバを含有する。
【０１０７】
本発明の一態様において、ＦＯＦは、極めて多数の反応チャンバを含有するようになっている。一実施形態において、少なくとも１０，０００の反応チャンバがある。別の実施形態において、少なくとも５０，０００の反応チャンバがある。さらなる実施形態において、１００，０００を超える反応チャンバがある。別の実施形態において、基板の表面上に２００，０００を超える反応チャンバがある。同時分析測定の数は反応チャンバの数によって限定されるため、アレイを使用して実行される分析測定のスループットは、密度を増加した反応チャンバを含有するアレイ基板を製造することによって増加し得る。表１は、２５×７５ｍｍおよび４０×７５ｍｍのＦＯＦから生じた１４×４３ｍｍおよび３０×６０ｍｍのアクティブエリアについて、この経過をそれぞれ示すものである。例えば、参照することにより本書に組み込まれる、同時係属の米国特許出願番号第１０／７６７，７７９号を参照されたい。ピッチは、「中心から中心」を測定したファイバ間の距離である（表１）ピッチとファイバサイズは、概して同等である。
【０１０８】
【表１】
2008537679.tif 000003
上記に示すように、本発明の１つの特別な利点は、特に光ファイバ技術の使用によって、改良された極めて高密度のアレイが作られ得ることである。したがって、例えば、０．５ｃｍ２につき２５０，０００を超える個々のファイバの密度が得られる１ｍｍ２の光ファイバ束内に、５０，０００もの異なるファイバおよびセルを有することが可能である。
【０１０９】
例えば、ワイドチャネル反応チャンバは、約１４ｍｍ×４３ｍｍの寸法を有することができる。したがって、この概算寸法および約４．８２×１０−４チャンバ／μｍ２の密度では、アレイは約２９０，０００の反応チャンバを有することができる。
【０１１０】
反応チャンバは、当該技術分野においては概して既知であるように、化学エッチング、フォトリソグラフィ、スタンピング技術、加圧成形、鋳造、成形、マイクロエッチング、電解析出、マスクまたはテンプレートを用いる化学的または物理的気相蒸着、電解加工、レーザー加工または切断、電子ビーム加工または切断、および従来の機械加工を含むがこれらに限定されない様々な技術を使用して、基板の表面に形成される。技術は、基板の組成および形状によって決まることになる。一実施形態において、反応チャンバは、化学エッチングを使用して形成される。反応チャンバは一般に、任意の薄膜コーティングでアレイを被覆する前に、基板内に形成される。
【０１１１】
Ｃ．薄膜コーティング
本発明は、アレイ基板に対して１枚以上の薄膜コーティング塗布を提供する。薄膜コーティングは、透明または非透明コーティングである。そのような透明および非透明薄膜コーティングは、反応混合物またはアッセイ溶液のアレイ基板との適合性を向上させること、および、近接する反応チャンバ間での光流出および物理的干渉等の問題を削減することを含み、アレイの特性および機能を向上させるように設計される。透明薄膜コーティングは、反応チャンバ内に含有される溶液と基板との間にバリアを提供し、溶液への基板材料の浸出、および、反応チャンバ内に含有される内容物と基板との間の接触の両方を防止する。非透明薄膜コーティングは、１つの反応チャンバから別の隣接する反応チャンバへ光子が漏れること（すなわち、クロストーク）を防止する光子バリアを提供する。非透明コーティングは、近接する反応チャンバ間で光を通過させないバリアを作成し、それによって光子を抑止し、光を反応チャンバ内に保って光散乱を排除する。非透明コーティングを使用して、反応チャンバ内におけるビーズまたは粒子（例えば、化学反応を実行するための固体支持ビーズ）の保持率を向上させることができる。
【０１１２】
本発明の薄膜コーティングは、一般に、反応チャンバの底部もしくは側壁またはアレイの上面を被覆するために塗布される。本発明の目的のために、反応チャンバの底部もしくは側壁またはアレイの上面が薄膜コーティングで被覆される場合、当該コーティングは、部分的に、または実質的に完全に、底部、側壁、または上面の表面を覆う。一実施形態において、底部、側壁、または上面の表面が薄膜コーティングで１００％覆われている場合、底部、側壁、または上面は、完全に覆われている。別の実施形態において、底部、側壁、または上面の表面が薄膜コーティングで９７〜１００％覆われている場合、底部、側壁、または上面は実質的に被覆されている。別の実施形態において、底部、側壁、または上端の表面が薄膜コーティングで９７％未満覆われている場合、底部、側壁、または上面は部分的に被覆されている。別の実施形態において、底部、側壁、または上端の少なくとも８０％が薄膜コーティングで覆われている場合、底部、側壁、または上面は部分的に被覆されている。別の実施形態において、底部、側壁、または上端の少なくとも６０％が薄膜コーティングで覆われている場合、底部、側壁、または上面は部分的に被覆されている。別の実施形態において、底部、側壁、または上端の少なくとも４０％が薄膜コーティングで覆われている場合、底部、側壁、または上面は部分的に被覆されている。別の実施形態において、底部、側壁、または上端の少なくとも２０％が薄膜コーティングで覆われている場合、底部、側壁、または上面は部分的に被覆されている。別の実施形態において、底部、側壁、または上端の少なくとも１０％が薄膜コーティングで覆われている場合、底部、側壁、または上面は部分的に被覆されている。
【０１１３】
本発明の一態様において、非透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。別の実施形態において、非透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着され、非透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に透明コーティングが蒸着される前に、アレイに蒸着される。別の実施形態において、透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着され、透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に非透明コーティングが蒸着される前に、アレイに蒸着される。
【０１１４】
透明薄膜コーティング
一実施形態において、アレイの基板は、透明薄膜コーティングと組み合わせた非透明薄膜コーティングで被覆され、当該透明薄膜コーティングは、一般にアッセイ溶液および化学反応混合物において見られる成分と適合することが知られている材料から成る。透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に非透明コーティングが蒸着される前に、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着されてよい。あるいは、透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に非透明コーティングが蒸着された後に塗布されてもよい。
【０１１５】
一実施形態において、透明コーティングは防水性である。別の実施形態において、透明コーティングは均一な表面組成を提供する。一実施形態において、透明コーティングは光学的に透明である。透明コーティングのその他の望ましい特性としては、耐久性、基板材料との適合性、汎用的な蒸着パラメータ、および高温への耐性が挙げられる。一実施形態において、透明コーティングは、ガラス状物質に対して接着性である。一般に、透明コーティングは、巨大分子の非特異的吸収を最小限に抑える。アレイ基板は、透明薄膜コーティングによって完全に被覆されてよい。一実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの各底部および側壁ならびにアレイの上面を含むアレイ基板全体が、透明コーティングを有する。あるいは、アレイ基板は、透明コーティングで完全に被覆されていなくてもよい。例えば、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面が、透明コーティングで被覆されている（図２）。あるいは、透明コーティングは無い。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部は、透明コーティングを有する。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部は透明コーティングを有し、実質的にすべての反応チャンバの側壁およびアレイの上面は透明コーティングを有さない。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁は透明コーティングを有する。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁は透明コーティングを有し、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部およびアレイの上面は透明コーティングを有さない。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁およびアレイの上面は、透明コーティングを有する。さらなる実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの側壁およびアレイの上面は透明コーティングを有し、実質的にすべての反応チャンバの底部は透明コーティングを有さない。
【０１１６】
別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面が、部分的に被覆されている。一実施形態において、透明コーティングが、当該底部と側壁との間の接合部に形成されたコーナーエリアに塗布され、透明コーティングの不在によって底部の中心付近に開口（すなわち、開口部）を形成するような底部の中心には無いように、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部および側壁が透明コーティングで部分的に被覆されている（例えば、図１６ａおよび１６ｂ参照）。開口のサイズは、反応チャンバの底部を通過できる光の量を調節し集中させることができるよう、コーティングプロセス中に調整され得る。
【０１１７】
本発明の一態様において、透明コーティングは基板上に位置する特徴に塗布される。被覆され得るそのような基板上の特徴の例としては、球孔、シリンダウェル、カラム、柱、傾斜シリンダ等が挙げられる。別の実施形態において、基板と反応チャンバを形成するために基板の上に築かれた境界柱とで作られたアレイ、すなわち「柱アレイ」は、透明コーティングで被覆されている（図２１ａ〜ｂ）。基板上の境界柱のサイズ、数、およびパターンは、変動し得る。境界柱は、任意の数の形状（例えば、環状、長方形、六角形等）をとることができる。一実施形態において、第１の透明コーティングは、柱アレイに塗布される。別の実施形態において、第１の透明コーティングが塗布された後、第１と第２の透明コーティングが異なるような第２の透明コーティングが柱アレイに塗布される（例えば、図２１ｂ参照）。別の実施形態において、柱アレイアレイへの第１および第２の透明コーティングの蒸着により、コーティングが塗布されていない「影エリア」を作成し、例えば、図２１ｂを参照されたい。
【０１１８】
本発明の別の態様において、透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバが連続していない側壁を有するアレイ、すなわち、隣接する反応チャンバ間の開口部によって側壁が中断されているアレイに塗布される。開口部は、任意のサイズおよび形状であってよい。一実施形態において、開口部は、図２６ａに示すようなスリットである。反応チャンバの側壁における開口部は、コーティングを反応チャンバの底部に特定のパターンで蒸着するための手段を提供する（例えば、図２６ｂ）。一実施形態において、反応チャンバの底部におけるパターンは円錐形である。別の実施形態において、透明コーティングは、コーティングの厚さが変動するような勾配で蒸着される。一実施形態において、透明コーティングは反応チャンバの底部の中心線付近では厚くなり、当該コーティングは中心線から離れて縁に向かうにつれて薄くなる。
【０１１９】
本発明の別の態様において、透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に塗布され、ここで当該反応チャンバは基板の底部に対して垂直でない側壁を有する、すなわち、傾斜した反応チャンバとなる。一実施形態において、透明コーティングは、フェイスプレートの底部に対して垂直でない光ファイバストランドを持つ光ファイバフェイスプレートに塗布され、反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または当該光ファイバフェイスプレートの上面は、透明コーティングで被覆されている。
【０１２０】
「透明薄膜」という用語は、アレイのその他の特性寸法よりも実質的に小さい厚さを持つ透明コーティングをいう。一実施形態において、透明コーティングの厚さは、０．１〜５．０ミクロンである。透明コーティングの厚さは、反応チャンバの内部面を含むアレイの表面上で不均一であってよい。例えば、一実施形態において、存在する場合、アレイの実質的にすべての反応チャンバの透明コーティングの厚さは、アレイの上面において約２００〜４００ｎｍである。別の実施形態において、存在する場合、アレイの実質的にすべての反応チャンバの透明コーティングの厚さは、反応チャンバの側壁において約５０〜１００ｎｍである。別の実施形態において、存在する場合、アレイの実質的にすべての反応チャンバの透明コーティングの厚さは、反応チャンバの底部において約１００〜３００ｎｍである。
【０１２１】
多くの異なる種類の材料が透明コーティングとして使用され得る。透明薄膜コーティングの組成は、アレイ基板、用途、および薄膜蒸着の方法によって決まることになる。一実施形態において、透明コーティングは高分子である。一実施形態において、高分子は無機高分子である。別の実施形態において、透明コーティングは非金属酸化物（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２））である。その他の透明コーティングは、例えば、金属合金、金属もしくは半導体酸化物、窒化物、炭化物、またはホウ化物である。多くの透明コーティングが市販されている。
【０１２２】
透明コーティング材料は、アンカープライマーを基板に付着させるために使用されるそれらの材料も含む。アミノ基、スルフヒドリル基、またはカルボキシル基を介してタンパク質の直接共有結合を可能にするオルガノシラン試薬も、アレイ基板を被覆するための透明コーティングとして使用され得る。さらなる透明コーティングは、光反応性リンカー、例えばフォトビオチン（Ａｍｏｓら、「Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉｃ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｐａｒｔ  Ａ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｗｉｓｅら（編）、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ、８９５〜９２６ページ、１９９５年）を含む。
【０１２３】
その他の透明コーティング材料は、ポリアクリルアミドおよび多糖類等の親水性高分子ゲル等、高分子材料を含み、当該材料は、プルロニック高分子（トリブロック共重合体、例えば、Ｆ‐１０８としても知られているＰＰＯ‐ＰＥＯ‐ＰＰＯ）だけでなく、基板の表面または当該基板に共有結合で直接付着された高分子鎖に直接重合され（Ｈｊｅｒｔｅｎ，Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．３４７，１９１（１９８５年）；Ｎｏｖｏｔｎｙ、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６２，２４７８（１９９０年））、特に、ビオチン結合タンパク質の層に受動的に吸着されるだけでなく、ポリスチレンまたはシラン化処理したガラス表面のいずれかに吸着される（Ｈｏら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １４：３８８９−９４、１９９８年）。アミン結合を介して試薬の連結を可能にするエポキシドを含む透明コーティングで表面が被覆されていてもよい。一実施形態において、透明薄膜コーティングはＳｉＯ２である。
【０１２４】
任意の薄膜コーティングを塗布する前に、例えば５％Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）溶液等の水性塩基性溶液中での超音波照射によってＦＯＦを清浄する。Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）溶液は、アルカリ塩基水溶液中に界面活性剤を入れてできた清浄液である。５％Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）溶液は、実質的に５パーセントのＣｏｎｔｒａｄ（登録商標）を含有する。実質的に５％とは、溶液が５％Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）よりもわずかに多い、またはわずかに少なくてもよいことを意味する。
【０１２５】
一実施形態において、清浄後、一般に、エッチングされたＦＯＦをＳｉＯ２の透明コーティングで被覆するためにイオンプレーティングプロセスが使用され、ここで透明コーティングの厚さは０．１〜５．０ミクロンである。一実施形態において、存在する場合、透明コーティングの厚さはアレイの上面において２００〜４００ｎｍである。別の実施形態において、存在する場合、透明コーティングの厚さは側壁において５０〜１００ｎｍであり、存在する場合、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部において１００〜３００ｎｍである。ＳｉＯ２は、透明であり、１０ｎｍに至る極めて効率的な水バリアの厚さを有し、ガラス状物質に接着し、厳しい清浄法や高温に耐える。さらに、ＳｉＯ２の表面特性は、これらの特性を変更するための方法と同様に、既知である。さらに、ＳｉＯ２は、微小規模ポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ；「ＰＣＲ」）条件と適合することも示している。
【０１２６】
非透明薄膜コーティング
別の実施形態において、アレイの基板は、隣接する反応チャンバへの光子の光流出および近接する反応チャンバ間での物理的干渉を防止、抑制、または削減するために、そこを通る光の通路を調節する、例えば、光をブロックする、実質的にブロックする、または拡散させる材料で作られた非透明薄膜コーティングで被覆されている。
【０１２７】
非透明コーティングの厚さは、不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明のコーティングが得られるように、変動および制御され得る。一実施形態において、非透明コーティングは不透明である。別の実施形態において、非透明コーティングは半不透明である。別の実施形態において、非透明コーティングは光沢不透明である。さらなる実施形態において、非透明コーティングは半透明である。非透明コーティングのその他の望ましい特性としては、耐久性、基板材料との適合性、汎用的な蒸着パラメータ、および高温への耐性が挙げられる。一実施形態において、非透明コーティングは、ガラス状物質に対して接着性である。非透明コーティングは、巨大分子の非特異的吸収を最小限に抑える。アレイ基板は、非透明薄膜コーティングでその全体を被覆されてよい。あるいは、アレイ基板は、非透明コーティングでその全体を被覆されていなくてもよい。一実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの底部もしくは側壁またはアレイの上面の少なくとも１つは、非透明コーティングを有する（図２）。一実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの各底部および側壁ならびにアレイの上面を含むアレイ基板全体は、非透明コーティングを有する。別の実施形態において、アレイの上面ならびに実質的にすべての反応チャンバの側壁および底部は、非透明コーティングで被覆されている。
【０１２８】
別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部は、非透明コーティングを有する。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部は非透明コーティングを有し、実質的にすべての反応チャンバの側壁およびアレイの上面は非透明コーティングを有さない。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの側壁は非透明コーティングを有する。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの側壁は非透明コーティングを有し、実質的にすべての反応チャンバの底部および上面は非透明コーティングを有さない。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの側壁およびアレイの上面は非透明コーティングを有する。さらなる実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの側壁およびアレイの上面は非透明コーティングを有し、実質的にすべての反応チャンバの底部は非透明コーティングを有さない。
【０１２９】
別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面は、非透明コーティングで部分的に被覆されている。一実施形態において、非透明コーティングが、当該底部と側壁との間の接合部に形成されたコーナーエリアに塗布され、非透明コーティングの不在によって底部の中心付近に開口（すなわち、開口部）を形成するような底部の中心には無いように、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部および側壁が非透明コーティングで部分的に被覆されている（例えば、図１６ａおよび１６ｂ参照）。開口のサイズは、反応チャンバの底部を通過できる光の量を調節し集中させることができるように調整され得る。
【０１３０】
非透明コーティングは、基板上に位置する特徴を被覆する、すなわち覆うために使用され得る。被覆され得る基板上のそのような特徴の例としては、球孔、シリンダウェル、カラム、柱、傾斜シリンダ等が挙げられる。別の実施形態において、反応チャンバを形成するために基板の上に築かれた境界柱を持つ基板を備えるアレイ（「柱アレイ」）は、非透明コーティングで被覆されている。基板上の境界柱のサイズ、数、およびパターンは、変動し得る。一実施形態において、第１の非透明コーティングは、柱アレイに塗布される。別の実施形態において、第１の非透明コーティングが塗布された後に第２の非透明コーティングが塗布され、第１と第２の非透明コーティングは異なる（図２１ｂ）。別の実施形態において、柱アレイアレイへの第１および第２の非透明コーティングの蒸着により、コーティングが塗布されていない「影エリア」を作成し、例えば、図２１ｂを参照されたい。
【０１３１】
本発明の別の態様において、非透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバが連続していない側壁を有するアレイ、すなわち、隣接する反応チャンバ間の開口部によって側壁が中断されているアレイに塗布される。開口部は、任意のサイズおよび形状であってよい。一実施形態において、開口部は、図２６ａに示すようなスリットである。反応チャンバの側壁における開口部は、非透明コーティングを反応チャンバの底部に特定のパターンで蒸着するための手段を提供する（例えば、図２６ｂ）。一実施形態において、当該パターンは円錐形である。別の実施形態において、非透明コーティングは、コーティングの厚さが変動するような勾配で蒸着され、非透明コーティングは反応チャンバの底部の中心線付近では厚くなり、非透明コーティングは中心線から離れて縁に向かうにつれて薄くなる。
【０１３２】
本発明の別の態様において、非透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に塗布され、当該アレイは、基板の底部に対して垂直でない側壁を持つ反応チャンバ、すなわち、傾斜した反応チャンバを有する。一実施形態において、非透明コーティングは、フェイスプレートの底部に対して垂直でない光ファイバストランドを持つ光ファイバフェイスプレートに塗布され、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または当該光ファイバフェイスプレートの上面は、非透明コーティングで被覆されている。
【０１３３】
「非透明薄膜」という用語は、アレイのその他の特性寸法よりも実質的に小さい厚さを持つ非透明コーティングをいう（図１４）。一実施形態において、非透明コーティングの厚さは、当該コーティングが不透明であるか、半不透明であるか、半透明であるか、または光沢不透明であるかを決定する。
【０１３４】
多くの異なる種類の材料が非透明薄膜コーティングとして使用され得る。非透明薄膜コーティングの組成は、アレイ基板、用途、および薄膜蒸着の方法によって決まることになる。非透明薄膜コーティングは、有機化合物、無機化合物、および非金属酸化物から選択され得る。一実施形態において、非透明コーティングは高分子である。別の実施形態において、非透明コーティングは有機または無機化合物である。一実施形態において、無機化合物は金属である。非透明薄膜コーティングとして使用される金属は、クロム、金、銀、アルミニウム、チタン、銅、鉄、ニッケル、亜鉛、カドミウム、錫、鉛、アンチモン、コバルト、プラチナ、およびそれらの任意の合金、例えばチタン／鉛から選択される。一実施形態において、非透明コーティングは、クロム、金、銀、アルミニウム、チタン、およびプラチナから選択される。一実施形態において、非透明コーティングはクロムである。別の実施形態において、非透明コーティングは銀である。
【０１３５】
一実施形態において、第１の非透明コーティングがアレイに塗布され、第１の非透明コーティングが塗布された後に、第２の非透明コーティングがアレイに塗布される。一実施形態において、第１と第２の非透明コーティングは同じである。あるいは、第１と第２の非透明コーティングは異なる。一実施形態において、第１の非透明コーティングはクロムであり、第２の非透明コーティングは金である。別の実施形態において、第１の非透明コーティングは金であり、第２の非透明コーティングはクロムである。別の実施形態において、第１の非透明コーティングはチタンであり、第２の非透明コーティングはプラチナである。別の実施形態において、第１の非透明コーティングはプラチナであり、第２の非透明コーティングはチタンである。第１および第２の非透明コーティングは、別々のプロセスで塗布され得る。あるいは、異なる金属ターゲットに切り替えることにより、第１および第２の非透明コーティングは同じプロセスで塗布され得る。
【０１３６】
別の実施形態において、コーティングは誘電性である。誘電体コーティングは非透明であってもよいし、透明であってもよい。一実施形態において、誘電体コーティングは非透明である。別の実施形態において、誘電体コーティングは透明である。誘電性であるコーティングは、高い電気抵抗を有する、例えばＳｉＯ２である。一実施形態において、非透明コーティングの上に透明誘電体コーティングが塗布され、非透明コーティングを腐食から保護するために使用される。例えば、ＳｉＯ２コーティングは、ＳｉＯ２コーティングが透明なままで金属コーティングを腐食から保護するために、金属コーティングがアレイに塗布された後に塗布される。
【０１３７】
その他の実施形態において、コーティングは伝導性である。伝導性であるコーティングは、導電性の、例えば金薄膜である。伝導性コーティングは、電気メッキ用の第１のコーティングとして使用、または、溶液中の電極表面として使用され得る。一実施形態において、伝導性である非透明コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に塗布される。別の実施形態において、伝導性である非透明コーティングが実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に塗布され、非透明コーティングが塗布された後に、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に透明コーティングが塗布される。一実施形態において、アレイは、反応チャンバ内において実行される化学反応またはバイオアッセイを電気化学的に強化することを可能にする伝導性コーティングで被覆されている。例えば、金属被覆されたエッチング加工済みのＦＯＦは、照度化学と連動して電気化学的方法を使用する分析用の陽極または陰極として使用され得る。別の実施形態において、ＳｉＯ２コーティングは伝導性金属コーティングの上に塗布され、アレイのＳｉＯ２コーティングは分極され、それによって溶液中における表面付近のイオンの動きを強化する。多くの非透明コーティングが市販されている。
【０１３８】
本発明の別の態様において、アレイ基板は透明および非透明コーティングの両方で被覆される。一実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの側壁およびアレイの上面は透明コーティングで被覆され、底部は非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの側壁および底部は透明コーティングで被覆され、アレイの上面は非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの底部およびアレイの上面は透明コーティングで被覆され、実質的にすべての反応チャンバの側壁は非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの底部は透明コーティングで被覆され、実質的にすべての反応チャンバの側壁およびアレイの上面は非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、アレイの上面は透明コーティングで被覆され、実質的にすべての反応チャンバの側壁および底部は非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの側壁は透明コーティングで被覆され、実質的にすべての反応チャンバの底部およびアレイの上面は非透明コーティングで被覆されている。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの底部は透明コーティングで被覆され、実質的にすべての反応チャンバの側壁は非透明コーティングで被覆され、アレイの上面は被覆されていない。
【０１３９】
多層の透明および非透明コーティングをアレイ基板上に蒸着することができる。一実施形態において、透明コーティングは、少なくとも第１の透明コーティングを含む。別の実施形態において、非透明コーティングは、少なくとも第１の非透明コーティングを含む。透明および／または非透明コーティングの２枚以上のコーティングを、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着することができる。一実施形態において、第１の非透明コーティング、例えばクロムが、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁の片側に蒸着され、第２の非透明コーティング、例えば金が、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁の反対側に蒸着される。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの底部もしくは側壁またはアレイの上面の少なくとも１つは、第１および第２の非透明コーティングで被覆されている。一実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部は第１の透明コーティングで被覆され、アレイの実質的にすべての底部および側壁は第２の透明コーティングで部分的に被覆され、さらに、第２の透明コーティングは、反応チャンバの底部と側壁との間の接合部に形成されたコーナーエリアに塗布され、反応チャンバの底部における当該第２の透明コーティングの不在によって、当該底部の中心付近に開口を形成するように、当該第２の透明コーティングは底部の中心には無い。一実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部および側壁は部分的な非透明コーティングで被覆され、さらに、反応チャンバの底部と側壁との間の接合部に形成されたコーナーエリアに透明コーティングが塗布され、反応チャンバの底部における非透明コーティングの不在によって当該底部の中心付近に開口を形成するように、底部の中心には非透明コーティングが無い。
【０１４０】
透明および非透明薄膜コーティングの機能化
透明および非透明薄膜コーティングは、いずれも反応物質（例えば、タンパク質、酵素、および核酸）の容易な付着を可能にし、固定化された反応物質の活性に悪影響を及ぼすことはない。ある場合において、薄膜コーティングは、反応物質の安定性を向上させることができる。
【０１４１】
透明および非透明コーティングは、化学反応を促進するため、または、隣接する反応チャンバ間におけるクロストーク等の望ましくない効果を削除するための、さらなる機能を提供することができる表面改質を可能にする。
【０１４２】
一般に、反応物質と検体は、反応チャンバ内において非共有結合で関連付けられている。しかしながら、薄膜で被覆されたチャンバは、生物学的または化学的に機能化され得る。例えば、これまでに論じた透明または非透明薄膜コーティングはいずれも、当該技術分野において酵素およびヌクレオチドの固定化のためのものとして知られている１つ以上の官能基、例えば金属キレート基（例えば、ニトリロ、三酢酸、イミノ二酢酸、ペンタデンテートキレート剤等）によって、誘導体化することができる。一実施形態において、透明または非透明コーティングで被覆された薄膜被覆アレイの実質的にすべての反応チャンバは、反応物質または検体を側壁または底部に共有結合または非共有結合で付着させる、または捉えるために使用される官能基を含有するように変更される。この文脈における「化学修飾された反応チャンバ」は、反応チャンバの薄膜で被覆された表面に付着され、反応物質または検体を同じ表面に付着させるまたは捉えるために使用される、アミノ基、カルボキシ基、オキソ基、およびチオール基を含む官能基の追加を含むがこれらに限定されない。また、「生物学的に修飾された反応チャンバ」は、抗原／抗体対、酵素／基質または阻害物質対、受容体‐リガンド対、炭水化物とその結合パートナー（レクチン等）を含むがこれらに限定されない、結合リガンドまたは結合パートナー対の付着を含む。
【０１４３】
一実施形態において、透明コーティングは、化学的または生物学的修飾のための表面を生成する。別の実施形態において、非透明コーティングは、化学的または生物学的修飾のための表面を生成する。さらなる実施形態において、透明コーティングは、酵素固定化のための表面を提供する。一実施形態において、固定化のための酵素は、スルフリラーゼ、ルシフェラーゼ、ポリメラーゼ、ヒポキサンチン、ホスホリボシルトランスフェラーゼ、キサンチンオキシダーゼ、ウリカーゼ、アピラーゼ、およびペルオキシダーゼから選択される。別の実施形態において、非透明コーティングは、酵素固定化のための表面を提供する。別の実施形態において、第１のコーティングは、反応チャンバにおいて反応物質または検体を捕捉するための手段を提供する。別の実施形態において、非透明コーティングは、反応チャンバにおいて反応物質または検体を捕捉するための手段を提供する。
【０１４４】
２．光ファイバフェイスプレートの片面化学エッチングのためのプロセス
本発明は、さらに、アレイ基板上に反応チャンバを産出するためのプロセスおよびそのようなプロセスを実行するための装置を対象としている。一実施形態において、反応チャンバは、ＦＯＦ基板上に形成される。一実施形態において、反応チャンバは、コア材料とクラッディング材料との間のエッチング速度の差異を利用する、選択的化学エッチングプロセスを使用して形成される。例えば、Ｐａｎｔａｎｏら、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．８：２８３２（１９９６年）、および、Ｗａｌｔら、米国特許第２００２００１５１４６号公報を参照されたい。反応チャンバは、ＦＯＦの片側に形成されてもよいし、両側に形成されてもよい。基板の両側に反応チャンバを形成するための方法では、エッチング槽以外に特殊なハードウェアまたは装置を必要としない。しかしながら、一実施形態において、ＦＯＦの側面の片方においてエッチングされた反応チャンバは、カメラシステムとの光連結のために表面が十分平滑となるよう、実質的に除去される必要がある。この除去プロセスは、高価で時間のかかる研磨ステップを伴う。反応チャンバが単側にしか形成されていない場合、ＦＯＦは、殆ど直ちに清浄および表面コーティングの準備が整う。本発明は、ＦＯＦの片側にのみ反応チャンバを産出するように設計された装置および化学エッチングプロセスの両方を提供する。
【０１４５】
Ａ．エッチング装置：クランプおよびガスケット
一般に、単側のＦＯＦをエッチングするために使用される装置は、以下のハードウェアを含む：少なくとも１つのクランプおよびガスケットである（図１２および１３）。「サンドイッチ」という用語は、２つのＦＯＦの間にガスケットが位置付けられた２つのＦＯＦをいう。クランプ３９は、２つのＦＯＦ１をガスケット７５と共に加圧成形またはしっかりと保持して、エッチングプロセス中に使用される「固定サンドイッチ」を形成するために使用されるデバイスである。ガスケット７５は、固定サンドイッチ内に流体密封シール、例えば、酸への曝露から各ＦＯＦの片側を保護するために２つのＦＯＦ間に置かれたガスケットを作成するように設計されている。ＦＯＦおよびガスケットのいずれも、各ＦＯＦの片側のみが酸処理に供されるようなＦＯＦを取り付けるための物理的基礎を提供するインデックス機能をそれぞれ含有する。
【０１４６】
１．クランプ
本発明は、２つの継合された構成要素、つまり基部と突起物を含むクランプを備える。両構成要素が単一の適切な材料から構成されているか、または、各構成要素が適切な材料から別々に構成され、当該技術分野において知られている多種多様な統合技術を使用して統合される（例えば、接着的に付着される、機械的に統合される等）。基部は、概して、少なくとも向かい合う上面および底面を有する長方形箱の形状であり、当該上面と底面の間には距離がある。底面は、基部の外周辺を形成するために、取り外せないように継合された側面および端面によって、取り外せないように上面に継合されている。基部は、少なくとも第１および第２の側面と少なくとも第１および第２の端面を有する。基部の表面は、略平面である。
【０１４７】
基部の表面上には、少なくとも２つの突起物が整列されている。本発明のこの変形においては、少なくとも２つの突起物が基部の上面に整列され、半径方向にある距離だけ外側へ伸長している。任意の数の突起物が上面に整列される。適切な突起物は、任意の形状およびサイズである。例えば、突起物は、外縁および内縁ならびに第１および第２の縁を含む少なくとも４つの縁を有する先細長方形である。外縁と内縁は向かい合っており、第１と第２の縁は向かい合っている。突起物の縁が接続されて、先細長方形形状の突起物を形成する。突起物の内縁はフラットであり、基部の上面に対して垂直に付着している。突起物は、上端および高さを有する。突起物の対は上面に沿って位置付けられ、基部の上面の中央下にスロットを形成するために、１つの突起物の内縁はもう１つの突起物の内縁に向かい合っている。幅Ｗ１１を持つスロットは、ＦＯＦおよびガスケットがクランプの突起物によって安全に保持される場所である。当業者には、クランプは特殊な形状に限定されるものでなく、その他の形状および全体寸法を含むことが理解される。
【０１４８】
図７ａ〜ｄを参照すると、本発明の一実施形態は、長方形形状の基部４０および少なくとも２つの突起物４３、４４から成る単一クランプ３９を含む。基部は、上面４１および底面４２を有し、これらは向かい合っている。底面４２は、基部４０の外側境界を形成するために接続された、任意の数の側面および端面によって取り外せないように上面４１に継合されている。上面４１と底面４２との間に伸長するＤ２は、任意の距離である。一実施形態において、上面と側面４１、４２の間の距離は、１０ｃｍを超えない。別の実施形態において、Ｄ２は、０．５ｍｍから５ｍｍである。さらなる実施形態において、距離Ｄ２は約４ｍｍである。
【０１４９】
一実施形態において、長方形の基部４０は、距離Ｗ１２によって隔てられた第１の側面３５および第２の側面３６と、距離Ｌ１０によって隔てられた第１の端面３７および第２の端面３８とを有する。より好ましい実施形態において、基部４０は、扁平なコーナーを持つ長方形形状である。例えば、基部４０は、距離Ｗ１２によって隔てられた第１の側面３５および第２の側面３６と、距離Ｌ１０によって隔てられた第１の端面３７および第２の端面３８と、第１のコーナー端面４５、第２のコーナー端面４６、第３のコーナー端面４７、および第４のコーナー端面４８を含む４つのコーナー端面とを有する。
【０１５０】
当業者であれば、基部４０の側面、端面、およびコーナー端面は、任意の長さであることを十分に理解するであろう。一実施形態において、第１および第２の側面３５、３６は同じ長さであり、第１および第２の端面３７、３８は同じ長さであり、４つのコーナー端面４５、４６、４７、４８は同じ長さである。一実施形態において、長さと幅は同じである。別の実施形態において、側面の長さは端面よりも長い。例えば、第１の側面３５および第２の側面３６はそれぞれ約５８ｍｍの長さＬ９を有する。第１の端面３７および第２の端面３８はそれぞれ約１２ｍｍである長さＬ１１を有する。４５、４６、４７、および４８を含む４つのコーナー端面はそれぞれ約２ｍｍである幅Ｌ１３を有する。
【０１５１】
突起物は、任意の形状、および、高さを含む任意の寸法を有する。本発明のこの変形において、突起物の一般的な形状は先細長方形である。突起物は、複数の縁と、突起物上端と、高さとを備える。一実施形態において、突起物４３は、向かい合った内縁４９および外縁５２と、向かい合った第１の縁５０および第２の縁５１とを含む、４つの縁を有する。一実施形態において、内縁４９の表面はフラットであり、上面４１に対して垂直である。外縁５２の表面はフラットであり、上面４１と共に角度Ａ４を形成する。一実施形態において、角度Ａ４は４５度である。第１の縁５０は凹面である表面を有し、第２の縁５１は凹面である表面を有する。突起物先端は、いかなる形状であってもよいし、いかなる寸法を有してもよい。一実施形態において、突起物先端５５は尖っている。あるいは、突起物先端は丸い、またはフラットである。本発明の一態様において、突起物先端５５はフラットであり長方形形状である。さらなる実施形態において、突起物先端５５の長方形エリアは、約１ｍｍ×２ｍｍである。突起物（例えば、４４）はいかなる高さであってもよい。一実施形態において、突起物の高さＨ６は約５〜６ｍｍである。
【０１５２】
一発明において、クランプ３９は、少なくとも２つの突起物のセットを使用して、エッチングプロセスのためにＦＯＦとガスケットを共に圧縮する。基部４０の表面は、任意の数の突起物を有する。概して、突起物は上面４１に沿って整列される。一実施形態において、突起物４３は、第１の側面３５に沿ってその外側面５２を持つ上面４１上に整列され、別の突起物４４は、第２の側面３６に沿ってその外側面を持つ上面４１上に向かい合って整列される。クランプ３９は、１対以上の突起物を有してよい。一発明において、クランプ３９は、複数対の突起物を有する。本発明の一態様において、クランプ３９は、その上面４１上に整列された１から６対の突起物を有する。当業者には、突起物の対の数はＦＯＦのサイズに応じて変動し得ることが理解される。
【０１５３】
少なくとも２つの突起物４３、４４の対および基部４０は、単一の適切な材料から、または、一体的に形成された、もしくは統合された別々の適切な材料から成る単一クランプ３９を形成する。この変形において、クランプ３９は、上面４１の中心下に位置するスロット５６を有する。スロット５６は、ＦＯＦおよびガスケットがクランプ３９によって保持される場所である。スロット５６は、第１および第２の側面３５、３６に沿った上面４１上における突起物４３および４４の整列によって作成される。スロット５６の長さＬ１０は、第１の端面３７から第２の端面３８へ伸長する。スロット５６の幅Ｗ１１は、突起物４４の内縁と突起物４３の内縁との間の距離である。スロットは、任意の幅および任意の幅を有し得る。スロット５６の幅Ｗ１１は、共に挟まれた２つのＦＯＦおよびガスケットの幅と略同等である。一実施形態において、スロットの幅Ｗ１１は約６ｍｍである。一実施形態において、スロット５６の長さＬ１０は約６２ｍｍである。
【０１５４】
クランプは、任意の適切な材料から成る。一実施形態において、クランプは、任意の耐酸材料から製造される。さらなる実施形態において、クランプは、プラスチック材料から製造される。最も好ましい実施形態において、クランプは、ポリエーテルエーテルケトンから製造される（「ＰＥＥＫ製クランプ」）。
【０１５５】
２．ガスケット
本発明は、エッチング装置を構成するハードウェアの１つとして、ガスケットを含む。ガスケットの一般的な目的は、ガスケットと一方のＦＯＦ表面との間にシールを形成して、ＦＯＦの他方の表面を液体（例えば、酸）への曝露から保護することである。ガスケットは、化学エッチングプロセスの条件と適合する特性を持つ適切な材料から製造される。ガスケットは、概して、耐酸材料から成る。一実施形態において、ガスケットを構成する材料は柔軟である。当業者であれば、ガスケットは、シールされたエリアがＦＯＦ上に正確に位置し、目的とするエリアをエッチングから保護するようなシールをＦＯＦと共に形成するのに適切に形作られた任意の形状またはサイズであることを十分に理解するであろう。ガスケットは、少なくとも２つの表面、例えば上面および側面を有する。ガスケット表面は、エッチングプロセスから保護されるエリア周囲のＦＯＦの周辺に沿ってＦＯＦに接触するフラットな隆起面である、隆線を有する。一実施形態において、ガスケットは、保護されるエリア周辺のＦＯＦの周辺に沿ってＦＯＦに接触するフラットな隆起面である、少なくとも２つの向かい合う隆線を有する。一実施形態において、ガスケットは、２つのフラットな向かい合う表面であって、その間には距離がある表面を有する長方形の形状であり、各表面は隆線を含有する。ガスケットは、その上面および底面の両方に、ガスケットにＦＯＦが取り付けられた際、それを適正な位置に位置付ける役割を果たす、突出した外枠機能を有する。ガスケットの外枠は、上面および底面に取り外せないように継合された壁から成る。ガスケットは、任意の数の壁を有する。一実施形態において、ガスケットは、第１の壁、第２の壁、第３の壁、および第４の壁を含む４つの壁を有する。ガスケット壁は高さを有する。ガスケット壁は、長方形の底枠を形成するために、垂直な角度で接続されている。ＦＯＦの外枠を構成するガスケット壁は、エッチングプロセス中に各ＦＯＦが置かれるトレイ状構造を形成するために、上面の上および底面の下に伸長する。本発明の一態様において、ガスケットは、ＦＯＦと同じ一般的形状である。
【０１５６】
ガスケットの少なくとも上面または底面、あるいは両表面は、当該表面上に上昇した隆線を形成する隆起部分を含み、そのような隆線がある理由は、ＦＯＦとガスケット表面との間における密封シールの形成を容易にし、各ＦＯＦの片側が液体に曝露されるのを防止することである。隆線は、断面が平滑且つ均一であり、ＦＯＦの周辺の周囲に連続的なバリアを形成する。一実施形態において、隆線は、ガスケット表面を超える高さ、および幅を有する長方形形状の境界線である。隆線は、ガスケット壁のある距離だけ内側に位置する。
【０１５７】
ガスケットは、エッチングプロセス中にＦＯＦを適正に配向する物理的基礎を提供するための少なくとも１つのインデックス機能をさらに含むため、１回の配向のみでガスケットに取り付けることができるのはＦＯＦだけである。ＦＯＦの適正な位置決めにより、ＦＯＦの同じ側がエッチングされるという一貫性を確実にすることができる。インデックス機能は、任意の形状または形態である。一実施形態において、ガスケットインデックス機能を形成するために、ガスケットの１つのコーナーにバンドがある角度で位置付けられ、当該バンドは、ＦＯＦがどのようにしてガスケットに取り付けられるかを制限するコーナーバリアを形成する（すなわち、ＦＯＦのコーナーノッチはガスケットインデックス機能と一致しなくてはならない）。
【０１５８】
図１１ａ〜ｅを参照すると、本発明のこの変形は、上面７６および底面７７を含むガスケット７５を含む。上面および底面７６、７７は直接向かい合っており、上面７６と底面７７との間には距離がある。２つの表面の間の距離は、任意の距離である。一実施形態において、上面７６と底面７７との間の距離Ｈ１０は、約１ｍｍである。ガスケットの表面は任意の形状である。一実施形態において、ガスケットの上面と底面は同じである。好ましい実施形態において、ガスケットの上面および底面は長方形の形状である。
【０１５９】
当業者には、ガスケットは任意の数の壁を有することが理解される。一実施形態において、ガスケット７５は、第１の壁７８、第２の壁７９、第３の壁８０、および第４の壁８１を含む４つの壁を有する。一実施形態において、ガスケット７５のすべての壁は、取り外せないように接続されている。壁は、向かい合う上面および底面７６、７７に取り外せないように継合された外枠を形成するために接続されている。一実施形態において、ガスケットの壁７８、７９、８０、８１は、向かい合う上面および底面７６、７７の周囲に長方形形状の枠を形成する。例えば、図１１ａにおいて、第１の壁７８および第３の壁８０は、第２の壁７９と第４の壁８１との間に垂直に伸長している。
【０１６０】
ガスケット７５の壁は、任意の長さである長さを有する。一実施形態において、壁７８、７９、８０、８１は、同じ長さである場合もあるし、異なる長さである場合もある。適切なガスケットは、異なる長さの壁を有する。一実施形態において、第１の壁７８の長さＬ４は約７８ｍｍであり、第３の壁８０の長さは第１の壁７８の長さＬ４と同じである。第２の壁７９の長さＬ６は約４２ｍｍであり、第４の壁８１の長さは第２の壁７９の長さＬ６と同じである。
【０１６１】
一実施形態において、ガスケット７５の１つ以上の壁は、上面７６を超える高さまで伸長している。一実施形態において、壁７８、７９、８０、８１のすべては、表面７６、７７の上および下の高さまで伸長している。より好ましい実施形態において、第４の壁８１は上面７６を超えて高さＨ８まで伸長し、第２の壁７９は上面７６を超えて高さＨ１２まで伸長し、第３の壁８０は上面７６を超えて高さＨ１４まで伸長し、第１の壁７８は上面７６を超えて高さＨ１７まで伸長する。より好ましい実施形態において、上面を超えた側面のそれぞれの高さＨ８、Ｈ１２、Ｈ１４、およびＨ１７は同じである。最も好ましい実施形態において、上面７６を超えて伸長する壁８１、７９、８０、７８のそれぞれの高さＨ８、Ｈ１２、Ｈ１４、およびＨ１７は同じであり、約２ｍｍである。
【０１６２】
別の実施形態において、ガスケット７５の１つ以上の壁は、底面７７より下に伸長する高さを有する。一実施形態において、第４の壁８１は底面７７より下の高さＨ９まで伸長し、第２の壁７９は底面７７より下の高さＨ１３まで伸長し、第３の壁８０は底面７６より下の高さＨ１５まで伸長し、第１の壁７８は底面７７より下の高さＨ１６まで伸長する。より好ましい実施形態において、底面７７より下に伸長する壁８１、７９、８０、７８のそれぞれの高さＨ９、Ｈ１３、Ｈ１５、およびＨ１６は同じであり、約２ｍｍである。
【０１６３】
ガスケットの表面７６および７７はいずれも、当該表面上に上昇した隆線である隆起部分を含有する。一実施形態において、上面７６および底面７７はいずれも隆起した隆線を含む。例えば、適切な隆線８５は上面７６上に高さＨ７だけ隆起し、底部７７上にも同じ隆線が見られる。一実施形態において、隆線８５の高さＨ７は約０．５ｍｍである。隆線８５は連続的であり、長方形の形状である。隆線８５は、ガスケットの壁の内側に境界線を形成し、ガスケットの壁から距離Ｄ３である。一実施形態において、隆線８５のガスケットの壁からの距離Ｄ３は約１ｍｍである。隆線８５は任意の幅を有する。一実施形態において、隆線の幅Ｗ１５は約２ｍｍである。いくつかの適切なガスケットにおいては、ＦＯＦとガスケットとの間のインデックス機能付近に効果的なシールが形成されることを確実にする、隆線の少なくとも１つの追加機能がある。例えば、隆線８５は追加のクロスバー８４を有する。クロスバー８４は、隆線８５の残りの部分と同じ高さおよび幅を有する。ガスケットは、任意の数のクロスバーを有する。
【０１６４】
本発明において、ガスケットは少なくとも１つのインデックス機能を有する。ガスケットのインデックス機能は、１回だけの配向でＦＯＦがガスケット内に取り付けられるようにＦＯＦを配向するための物理的基礎を提供する。ガスケット内におけるＦＯＦの一貫性のある配向は、ＦＯＦの同じ単側が液体への曝露から保護されることを確実にする。インデックス機能は、ガスケットの上面７６もしくは底面７７、または両方の面７６、７７に位置する。一実施形態において、ガスケットは、ＦＯＦがガスケット内に取り付けられた際にＦＯＦを配向するための物理的基礎を提供する、角度Ａ５で置かれたバンド８３を備える、コーナーバリア８２である少なくとも１つのインデックス機能を含む。一実施形態において、角度Ａ５は４５度である。ＦＯＦ上に適切なインデックス機能（例えば、コーナーノッチ）およびガスケット上に補完インデックス機能（例えば、コーナーバリア）を有した結果として、ＦＯＦのコーナーノッチ１３とガスケットのコーナーバリア８２が適切に整列されている場合に、ＦＯＦ１のガスケットへの適正な取り付けが発生する。ＦＯＦおよびガスケットが適正に組み立てられている場合、ＦＯＦ１の研磨面２は常にガスケット７５に寄せて置かれ、それにより、研磨面２は酸に曝露されず、エッチングされない。
ガスケットは適切な材料から製造され、当該材料はエッチングプロセスの条件と適合する。一実施形態において、ガスケットは耐酸材料から製造される。ガスケットの製造に適切な材料は、柔軟である。一実施形態において、ガスケットは、柔軟な材料から成る。一実施形態において、ガスケットはシリコーンから成る。
【０１６５】
Ｂ．化学エッチングプロセス
本発明は、ＦＯＦの単一表面または側面に反応チャンバを産出するプロセスを提供する。１つの適切なプロセスは化学エッチングであり、化学物質を使用して反応チャンバがＦＯＦにエッチングされる。一実施形態において、酸は、ＦＯＦに反応チャンバをエッチングするために使用される化学物質である。さらなる実施形態において、ＦＯＦの単一表面をエッチングするためのプロセスでは、保護された表面が化学物質に曝露されず、その結果エッチングされないように、ＦＯＦの片面を保護することが必要である。ＦＯＦの単一表面をエッチングするための適切なプロセスでは、ＦＯＦの片面を化学物質曝露から保護するための装置（例えば、クランプのセットおよびガスケットから成る、上述の装置）を使用する。一実施形態において、図１０に概要を示したプロセスを使用して、片面に反応チャンバがエッチングされたＦＯＦが産出される。化学物質曝露の前に、クランプのセットおよびガスケットから成るエッチング装置を使用して、エッチングされていないＦＯＦが組み立てられる。
【０１６６】
図１３は、エッチングされていない２つのＦＯＦ１の間に置かれるガスケット７５を含む、エッチングプロセスにおいて利用される様々な構成要素の関係を説明する分解図を示す。ＦＯＦ１の第１の面２はガスケット７５の上面７６に向かい合うように取り付けられ、ＦＯＦ１のコーナーノッチ１３は、ガスケット７５の補完コーナーバリア８２と一致する。２つのＰＥＥＫ製クランプ３９は、ＦＯＦ１とガスケット７５とを共にしっかりと保持するため、および、ＦＯＦの第１の面２を酸に曝露されることから保護するために、サンドイッチ１００の長い方の２つの向かい合った側面に沿って重着される。図１２に示すアセンブリ全体を「固定サンドイッチ」と称する。固定サンドイッチ１０１は、酸浴へ移される。一実施形態において、酸浴は、２０％硝酸（ｗ／ｖ水溶液）から成る。化学エッチング反応の時間および条件は、結果として生じる反応チャンバのサイズおよび容積の制御を実現するように調整される。固定サンドイッチは、望ましい深さの反応チャンバを形成できるのに十分な時間、酸浴中に置いたままにする。一実施形態において、５５μｍの反応チャンバ深さを持つ反応チャンバを産出するためのエッチング時間は、３時間３０分である。反応チャンバを製造するプロセスは、広範な適切なサイズのチャンバを提供するように任意のファイバサイズに合わせられる。一般に、チャンバは、酸浴中にＦＯＦを可変量の時間置くことによってファイバの終端に導入される。時間の量は、望ましい反応チャンバの全深に応じて変動する（例えば、Ｗａｌｔら、１９９６．Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７０：１８８８を参照）。
【０１６７】
３．ＲＥＲ清浄のプロセス
薄膜コーティングを塗布する前に、アレイ基板から全体的な微粒子状汚染物質をなくし、指紋等の油性汚染物質を比較的なくすために、１枚以上の薄膜コーティングを塗布する前にすべての基板（例えば、エッチングされたＦＯＦ）は十分に洗浄される。一実施形態において、ＦＯＦは、実施例１で記載するように、反応チャンバを形成するエッチングのプロセスが完了した後、十分に清浄される（図９）。一実施形態において、清浄後、実質的にすべての反応チャンバの底部、上端、または側壁の少なくとも１つは透明薄膜コーティングで被覆され、当該透明薄膜コーティングは、厚さ０．１〜５．０ミクロンで、光学的に透明で、防水性であるＳｉＯ２を含み、当該透明コーティングは非透明コーティングを塗布する前に塗布される。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの底部、上端、または側壁の少なくとも１つは、非透明薄膜コーティングで被覆され、当該非透明コーティングはクロムまたは銀である。
【０１６８】
４．アレイを被覆するためのプロセス
アレイ基板の表面に１枚以上の薄膜コーティングを蒸着するために、いくつかの方法が使用される。これらの方法は、熱蒸発、電子ビーム蒸発、スパッタリング、スプレー、および静電プレーティング等の気相および液体蒸着プロセスを含み、透明および非透明薄膜コーティングの両方を蒸着するために使用され得る。一般に、透明および非透明コーティングは別々のステップで塗布される。これらの方法については、以下でさらに詳細に説明する。
【０１６９】
Ａ．気相蒸着
気相蒸着は、半導体および光学部品産業において広く使用されている方法であり、当該方法用に制御されたプロセスが市販されている。気相蒸着は、透明および非透明コーティングを蒸着するために使用され得る。一実施形態において、存在する場合、透明および／または非透明薄膜コーティングは、気相から、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面へ蒸着される。気相蒸着プロセスは一般に、蒸着された膜材料がその前駆体から化学的に変質する程度に応じて、事実上物理的または化学的であるとして説明される。一実施形態において、存在する場合、透明および／または非透明薄膜コーティングは、スパッタリングまたは蒸発として知られている物理的気相蒸着プロセスを使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着され、薄膜の前駆体である化学試薬は、真空チャンバ内において熱的蒸発される。「成膜前」気相は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部または側面またはアレイの上面を被覆し、薄膜コーティングを形成する。例えば、Ｐｌｕｍｍｅｒら、Ｓｉｌｉｃｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第９章（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ、２０００年）を参照されたい。一実施形態において、非金属酸化物は、気相蒸着のスパッタリングまたは蒸発法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。さらなる実施形態において、非金属酸化物ＳｉＯ２は、スパッタリングまたは蒸発法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される（図１ａ、１ｂ、および２ｂ）。別の実施形態において、金属は、気相蒸着のスパッタリングまたは蒸発法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。さらなる実施形態において、金属クロムは、気相蒸着のスパッタリングまたは蒸発法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。別の実施形態において、金属銀は、気相蒸着のスパッタリングまたは蒸発法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。
【０１７０】
化学気相蒸着は、透明および／または非透明コーティングを蒸着するために使用され得る。一実施形態において、存在する場合、透明および／または非透明薄膜コーティングは、２つの化学物質が反応して加熱基板のほうに薄膜コーティングを産出する、プラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＥＣＶＤ）として知られている化学気相蒸着プロセスを使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面へ蒸着される。ＰＥＣＶＤは反応チャンバ内で実行され、当該チャンバ内へガスが注入される。化学反応は一般に摂氏４００度で発生し、その結果、薄膜コーティングがアレイに蒸着される。チャンバ内においてプラズマが生成され、所与の温度で化学反応に利用可能なエネルギーを増加させる。ＰＥＣＶＤプロセスは、一般に、一度に基板の片側において実行される。例えば、Ｐｌｕｍｍｅｒら、Ｓｉｌｉｃｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第９章（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ、２０００年）を参照されたい。別の実施形態において、非金属酸化物は、気相蒸着のＰＥＣＶＤ法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。一実施形態において、非金属酸化物ＳｉＯ２は、ＰＥＣＶＤ法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される（図１ｃ、１ｄ、および２ｃ）。別の実施形態において、金属は、気相蒸着のＰＥＣＶＤ法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。さらなる実施形態において、金属クロムは、気相蒸着のＰＥＣＶＤ法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。別の実施形態において、金属銀は、ＰＥＣＶＤ法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。
【０１７１】
イオンプレーティング気相蒸着は、透明および／または非透明コーティングを蒸着するために使用され得る。イオンプレーティングプロセスは、一般に、その他の２つの技術、スパッタエッチングおよびイオンビームミキシングの性質を組み込んだものである。イオンプレーティングプロセスにおいて、被覆される基板およびコーティング材料のソースは、低圧ガス環境内の真空チャンバ中に保持される。薄膜コーティングで被覆される前に、基板は「スパッタ清浄」される。エネルギーイオン（帯電した原子）および活性化された不活性ガスの中性原子が基板に衝突して汚染物質を除去する。スパッタ清浄は、極めて反応性の高い、原子的に清浄な表面を産出するため、イオンプレーティングプロセスにとって重要なものである。薄膜コーティング材料は、蒸発され、エネルギー不活性ガス（または反応ガス）原子およびイオンとの相互作用によって強化され、物品の表面に蒸着される。一実施形態において、存在する場合、存在する場合、透明および／または非透明薄膜コーティングは、化学物理混合型プロセスであるイオンプレーティング気相蒸着法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。図３は、イオンプレーティング気相蒸着法の概略図を示す。一実施形態において、非金属酸化物は、気相蒸着のイオンプレーティング法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。一実施形態において、非金属酸化物ＳｉＯ２は、気相蒸着のイオンプレーティング法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはＦＯＦの上面に蒸着される（図１ｅ、１ｆ、および２ｄ）。別の実施形態において、金属は、気相蒸着のイオンプレーティング法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。さらなる実施形態において、金属クロムは、気相蒸着のイオンプレーティング法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される。別の実施形態において、金属銀は、気相蒸着のイオンプレーティング法を使用して、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着される（図２３）。
【０１７２】
Ｂ．液体蒸着
透明または非透明薄膜コーティングを塗布するために、多くの液相プロセスが使用される。一実施形態において、存在する場合、透明および非透明薄膜コーティングまたはそれらの前駆体材料は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも底部もしくは側壁またはアレイの上面に液体形態で塗布され、その後当該材料は凝固する。液相プロセスは、物理的もしくは化学的、または何らかの組み合わせである。一実施形態において、存在する場合、透明および非透明薄膜材料は揮発性溶剤中で溶解され、結果として生じた溶液は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に塗布され、当該溶剤を蒸発させ、物理的液相プロセスによって薄膜コーティングを産生する。別の実施形態において、存在する場合、透明および非透明薄膜コーティングは、無機ケイ酸塩または有機シロキサンが適切な溶剤中に溶解されるゾルゲルプロセスによって形成され、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に塗布されることができる。乾燥時または加熱時に、低分子量ケイ酸塩／シロキサンは化学縮合反応を受けて、化学物理混合型液相プロセスにより、ガラス状膜に重合する。
【０１７３】
液相蒸着によって蒸着された透明および非透明薄膜コーティングは、様々な手法で実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に塗布される。一実施形態において、アレイ基板は、コーティング溶液中に浸され、基板の引き揚げの速度および角度によって制御された厚さで液体コーティングを残す、制御された方式で引き揚げられる。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの上端または側壁またはアレイの上面に薄膜溶液が塗布され、次いで液体を均等に広げてあらゆる過剰分を除去するためにスピンされる、スピンコーティングによって液体が塗布される。別の実施形態において、薄膜溶液は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの上端もしくは側面またはアレイの上面にスプレーされ、液滴の合体により、透明または非透明薄膜コーティングが産出される。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面を透明または非透明薄膜で被覆するために、キャピラリーコーティングとして知られている技術が使用される。キャピラリーコーティングは、薄膜溶液に部分的に浸漬された回転シリンダの使用を包含する。基板は、シリンダにメニスカスが形成されるようにシリンダ近くへ移動され、当該シリンダは、基板が平行移動するのと同じ速度で回転する。
【０１７４】
本発明は、上面と底部とを有するアレイの表面に、透明または非透明薄膜コーティングを蒸着するためのプロセスを提供する。一実施形態において、本発明は、実質的にすべての底部および側壁ならびにアレイの上面に、透明または非透明薄膜コーティングを蒸着するためのプロセスを提供する。本発明は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの側壁もしくは底部またはアレイの上面に、透明または非透明薄膜コーティングを蒸着するためのプロセスも提供する。例えば、本発明は、反応チャンバの側壁に透明または非透明薄膜コーティングを蒸着し、反応チャンバの底部には同じ薄膜コーティングを蒸着しない方法を提供する。一実施形態において、反応チャンバの底部が影エリアにあることにより、反応チャンバの底部はコーティングプロセス中保護され、被覆されない（すなわち、反応チャンバの側壁によってコーティングがブロックされ、そのため、反応チャンバの底部に蒸着されない）。例えば、図１５ａは、側壁が影を作成し、それによって、反応チャンバの底部にある影エリアに金属が蒸着されないように、反応チャンバの底部にある影エリアを保護している反応チャンバを図示している。一実施形態において、本発明の方法は、透明または非透明薄膜コーティングが蒸着される場所を制御するために、反応チャンバの側壁によって作成された影と、傾斜角度でのアレイの回転とを利用する。別の実施形態において、透明または非透明薄膜コーティングを蒸着するプロセス中、アレイ基板はスピンしている。アレイ基板をスピンさせることにより、薄膜コーティングを均一に蒸着させることが可能になる。
【０１７５】
実質的にすべての反応チャンバの側壁およびコーナーエリアならびにアレイの上面に金属を蒸着するプロセスのための設定を、図１５ａに図示する。当該プロセスは、キャリアに取り付けられたアレイ基板を傾斜させること、またはある角度に曲げること、ならびに、基板をモーターで回転させることを伴う。アレイ基板が回転すると、薄膜コーティングは、実質的にすべての反応チャンバの側壁およびコーナーエリアならびにアレイの上面に蒸着され、コーティングの不在によって反応チャンバの底部の中心付近に開口を作成するような底部の中心には、薄膜コーティングは無い。回転している基板の傾斜角度を変化させることにより、薄膜コーティングは、例えば異なる形状、厚さの勾配、または２つのコーティングの重複等、異なるパターンでアレイ基板上に蒸着されることになる（図１５ａ）。
【０１７６】
一実施形態において、本発明のプロセスは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面の表面全体上に透明または非透明薄膜コーティングを蒸着し、例えば、実質的にすべての反応チャンバの底面は、薄膜で完全に被覆される。
【０１７７】
別の実施形態において、透明または非透明薄膜コーティングは、底部と側壁との間の接合部にコーナーエリアが形成されるような、反応チャンバのコーナーエリアに蒸着される。実質的にすべての反応チャンバの底部の中心にはコーティングが無く、開口を形成するように、薄膜コーティングは底部に部分的に蒸着され、反応チャンバの側壁に部分的に蒸着されている（図１６）。一実施形態において、基板が保持される角度（すなわち、傾斜角度）は、開口のサイズを制御するために調整され得る（図１５ａ）。反応チャンバの底部にコーティングの無い部分があるようなコーナーエリアにおける非透明薄膜コーティングの部分的蒸着は、例えばアレイが分析（例えば、ＤＮＡシーケンス決定）に使用される場合に、隣接する反応チャンバ間の光流出をさらに排除し、繊維ストランドへ方向付けられたあらゆる光ビームを抑止する。
【０１７８】
一実施形態において、本発明のプロセスは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面の表面の一部に、不透明な非透明薄膜コーティングを部分的に蒸着するため（すなわち、被覆するため）に使用され、例えば、実質的にすべての反応チャンバの底部は、薄膜で部分的に被覆されている。一実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部の少なくとも８０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部の少なくとも６０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部の少なくとも４０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部の少なくとも２０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの底部の少なくとも１０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。
【０１７９】
別の実施形態において、不透明な非透明薄膜コーティングは、光ファイバフェイスプレート上にある実質的にすべての反応チャンバの側壁に塗布される。非透明コーティングは側壁の表面全体を完全に覆う場合もあるし、非透明コーティングは側壁の表面を部分的に覆う場合もある。一実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁の少なくとも８０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁の少なくとも６０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁の少なくとも４０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁の少なくとも２０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。別の実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁の少なくとも１０％は、透明または非透明薄膜で被覆されている。
【０１８０】
別の実施形態において、底部コーナーエリアおよび側壁コーナーエリアの不透明な非透明部分的コーティングは、光学的障害物を産出し、クラッディング材料を介した光散乱を排除し、不透明な第２のコーティングで覆われていない底部を光が通り抜けることを可能にする。
【０１８１】
透明または非透明薄膜を蒸着するための方法は、基板上に見られる特徴、例えば境界柱またはカラム構造に薄膜コーティングを塗布するためにも使用され得る。当該方法は、反応チャンバの底部上の、境界柱またはカラム構造の間の空間を被覆するためにも使用される。柱のパターンは、底部において異なる影パターンを産出する。
【０１８２】
図１８に示すように、ソース（例えば、金属イオン源）のサイズがコーティング用の基板の表面と比較してかなり小さい場合、蒸着プロセス中に角度効果が発生し得る。角度効果とは、透明または非透明薄膜コーティングプロファイルが、アレイ基板上の異なる場所においては可変である（すなわち、均一でない）ことを意味する。角度効果は、均一に被覆されていない反応チャンバを持つアレイを産出する。図１８Ａは、基板の一端に位置する３つの反応チャンバのコーナーエリアに蒸着されているコーティングを示し、図１８ｂは、同じアレイ基板の他端に位置する３つの反応チャンバの底部に蒸着されているコーティングを示す。角度効果を排除するための方策としては、ソースと被覆される基板との間の距離を増加させること、蒸着中に基板全体をシフトさせ走査するためにシャドウマスクを基板の正面に置くこと、ソースと基板との間にシャッターを導入すること、または、シャッター（開口）のサイズを縮小することが挙げられる。図１９ａは、基板の選択されたエリア（例えば、「金属被覆ゾーン」）にコーティングを方向付けるのを支援し、角度効果を排除するための、蒸着プロセス中におけるシャドウマスクの使用を示す。シャドウマスクは、イオン源と基板との間に置かれ、基板から任意の距離に位置付けられ得る。図１９ｂは、基板の選択されたエリア、つまり金属被覆ゾーンに金属コーティングを方向付けるのを支援するための、蒸着プロセス中におけるシャッターの使用を示す。
【０１８３】
本発明の一実施形態は、複数の反応チャンバを含有する上面を持つ基板に、非透明薄膜コーティングを蒸着するためのプロセスであって、各反応チャンバは底部および側壁から成り、非透明コーティングは不透明、半不透明、光沢不透明、または半透明であり、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に蒸着されるプロセスを含む。当該プロセスは、（ａ）基板をある角度で基板キャリアに取り付けるステップと、（ｂ）取り付けられた基板を真空チャンバ内でスピンさせるステップと、（ｃ）実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁または基板の上面に、非透明コーティングを蒸着するステップと、（ｄ）基板を真空チャンバから除去するステップと、（ｅ）非透明基板で被覆された基板を、基板キャリアから取り外すステップと、を伴う。一実施形態において、当該プロセスは、光ファイバフェイスプレートである基板に非透明コーティングを蒸着するために使用される。別の実施形態において、当該プロセスは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁に、または、非透明コーティングが塗布される前に実質的にすべての反応チャンバの１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面を透明コーティングで既に被覆されたアレイの上面に、非透明コーティングを蒸着するために使用される。別の実施形態において、当該プロセスは、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁に、または、その実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面を、光学的に透明で、厚さ０．１〜５．０ミクロンで、防水性である透明薄膜で被覆されたアレイの上面に、非透明コーティングを蒸着するために使用される。別の実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面は、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つの底部もしくは側壁またはアレイの上面に透明コーティングが塗布される前に、非透明コーティングで被覆される。
【０１８４】
一実施形態において、角度のある金属蒸着のプロセスでは、角度のある治具および治具キャリアアセンブリを使用する。図１５ａは、治具の基板キャリアに取り付けられた反応チャンバを含有する、光ファイバフェイスプレートの側面図を示す。回転および角度のある治具アセンブリを図１５ｂに示す。光ファイバフェイスプレートは、ある角度（「傾斜角度」）で保持され、非透明コーティング、例えば金属がソースから蒸発されて、各反応チャンバの側壁およびコーナーエリアならびにアレイの上面に蒸着される間、回転される。金属蒸着チャンバにおいてプロセス全体が実行され、回転ディスクは、１０ｒｐｍ未満で回転できる真空適合モーターによって駆動され得る。
【０１８５】
Ｃ．品質管理
コーティングプロセスが完了した後、多数の異なる技術を使用して、結果として生じた薄膜コーティングが評価される。無傷の薄膜コーティングの存在を検出し、被覆されたアレイの性能を評価するために、直接的方法および機能的方法の両方が使用される。本発明の一態様において、アレイ上のコーティングは均一である。最初に、全体的なあらゆる欠陥を検出するために、顕微鏡を使用して、膜で被覆された各アレイを視覚的に検査することで構成される、視覚的な品質管理検査が実行される。コーティング中の小さい穴（「針穴」）は、当該コーティングが質の悪いものである事を示している。いくつかの実施形態において、底部が部分的に被覆されている場合、強度を減少させることなく光がチャンバの中心を通過できることを確実にするために、反応チャンバ底部の中心からはいかなる非透明コーティングも取り除かなくてはならない。部分的に被覆された底部の上に形成された開口の直径は、蒸着プロセスにおいて使用された傾斜角度が正しいか否かを判定するために測定され得る。一実施形態において、反応チャンバの底部上の部分的なコーティングによって形成された開口の直径は、約２８ミクロンである。別の実施形態において、コーティングがコーナーエリアに塗布された際に形成されたリングの幅は、約８．５ミクロンである（図１６ｂ）。いくつかの実施形態において、隣接するチャンバに光が漏れないように、反応チャンバのコーナーエリアが非透明コーティングで均一に被覆されていることが重大である。一実施形態において、アレイの実質的にすべての反応チャンバのコーナーエリアにおける非透明コーティングの厚さは、少なくとも５００オングストロームである（図１６ａ）。
【０１８６】
第２に、薄膜で被覆されたアレイについて、走査電子顕微鏡法（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）つまり「ＳＥＭ」分析が実行される。ＳＥＭ分析は、透明および非透明コーティング両方の品質を判定するために使用される主要分析方法である。一般に、薄膜で被覆された表面および調製された断面の両方のＳＥＭ画像が収集され分析される。表面画像は、薄膜で被覆された表面の全体的な形態のみならず、欠陥およびコーティングの損傷についても分析され、一方、断面は厚さを測定される。選択したアレイも、化学反応またはバイオアッセイにおいて使用される、および反応チャンバに含有される成分により、あらゆる潜在的効果について評価される（例えば、薄膜コーティングは、「偽」ＰＣＲ条件の前後に調査される。実施例３参照）。薄膜コーティングの厚さが測定され得る。一実施形態において、ＳＥＭは、薄膜コーティングの厚さを決定するために使用される。別の実施形態において、薄膜コーティングの厚さは、サファイア切り取り試片（Ｃｏｒｉｏｎ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ社、マサチューセッツ州フランクリン）をバッチに追加することによって測定され、その光線透過率における波長依存性を測定することによってコーティングプロセスが完了した後に、薄膜（例えば、ＳｉＯ２）厚さを決定する。コーティングの厚さの次には、アレイ上に追加機能を産出するために、より厚い薄膜蒸着のための電気メッキも行われる。
【０１８７】
薄膜で被覆されたアレイは、ＰＣＲ誘導シーケンスバックグラウンドに対する薄膜コーティングの効果およびシーケンス結果の全体的品質を判定するために、特定の用途、例えばＤＮＡシーケンス決定用のそれらの性能に関して「機能的」にも評価される。そのような機能性テストにより、アレイ基板全体にわたる単一のチャンバの解像度という利点を提供することができる。実施例４および図４を参照されたい。同じアレイ上の被覆された反応チャンバと被覆されていない反応チャンバからの、２つの隣接する反応チャンバにおけるＤＮＡシーケンス決定反応中に生成された光強度を比較すると、非透明コーティングが２つの隣接するチャンバ間における光流出を削減するのを支援できることを示した（実施例６および図２４ａ〜ｂを参照）。
【０１８８】
５．アレイの使用方法
薄膜で被覆されたアレイは、それらの反応チャンバ内に、多数の異なる反応物質および検体を含有する。一実施形態において、薄膜で被覆されたアレイの各反応チャンバは、核酸またはタンパク質を分析するための試薬を含有する。一般に、（アレイ内のすべての反応チャンバが必要とするわけではない）核酸を含有するそれらの反応チャンバは、単一種の核酸（すなわち、所望の単一の配列）のみを含有する。任意の特定反応チャンバ内には、この種の核酸の単一の複製物があってもよいし、複数の複製物があってもよい。一実施形態において、反応チャンバは、核酸テンプレート配列の少なくとも１００，０００の複製物を含有する。別の実施形態において、反応チャンバは、少なくとも１，０００，０００の複製物を含有する。さらなる実施形態において、反応チャンバは、２，０００，０００乃至２０，０００，０００の複製物を含有する。別の実施形態において、反応チャンバは、核酸の５，０００，０００乃至１５，０００，０００の複製物を含有する。例えば、本発明の装置がパイロシーケンス反応に使用されるものである場合、当業者であれば、任意の１つの反応チャンバにおける核酸種の複製物の数の変化は、パイロシーケンス反応において生成される光子の数に影響を及ぼし、大体要求されるとおりの光子信号を提供するよう日常的に調整されることを十分に理解するであろう。一実施形態において、核酸種は、ＰＣＲ、ＲＣＡ、リガーゼ連鎖反応、その他の等温増幅、または、その他従来の核酸増幅の手段を使用して、望ましい数の複製物を提供するために増幅される。一実施形態において、核酸は一本鎖である。
【０１８９】
薄膜コーティングは、強化された適合性および機能性をアレイに提供する。アレイ不適合による問題に遭遇した１つの特定のアッセイは、核酸分子の解析、特に、ＰＣＲ増幅された核酸のピロリン酸塩シーケンス（ＰｙｒｏｐｈｏｓＰｈａｔｅ  Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ；ＰＰＳ）である。一実施形態において、薄膜で被覆されたアレイは、ＰＣＲ増幅された核酸のＰＰＳにおいて遭遇した困難を克服するために使用される。ＰＰＳ法は、米国特許出願番号第１０／７６７，７７９号の方法に従って使用される。米国特許第４，８６３，８４９号および米国特許第４，９７１，９０３号も参照されたい。増幅が実行され、同じ反応チャンバ内において続けてシーケンス決定が行われた場合、「バックグラウンド」信号が観察される。このバックグラウンドのソースは、広範囲にわたる洗浄後であっても持続するような、ＦＯＦの反応チャンバに強く結合したままの遊離ピロリン酸塩（ＰＰｉ）である。したがって、溶液相ＰＣＲを実行すること、ＦＯＦを洗浄すること、ＦＯＦにＤｙｎａｌ社製スルフリラーゼ（Ｓ）およびルシフェラーゼ（Ｌ）ビーズ（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、ペンシルバニア州ピッツバーグ）を装填すること、ならびに、（初期のピロリン酸塩流動に正規化された）信号を測定することを伴う「バックグラウンド」アッセイが開発された。ＰＰＳにおけるバックグラウンドノイズの削減は、所与の信号レベルにおいて、より優れたシーケンス結果をもたらすか、または、より低い信号レベルで同等のシーケンス結果を得ることを可能にするであろう（実施例５）。
【０１９０】
マイクロウェルアレイの反応チャンバにおける薄膜コーティングは、図４に示すように、ＰＣＲ誘導シーケンスバックグラウンドを大幅に削減することができる。一実施形態において、実質的にすべての反応チャンバの少なくとも１つもしくは側壁またはＦＯＦの上面上の、０．１〜５．０ミクロンの厚さを持つＳｉＯ２の薄膜コーティングは、ＰＣＲ誘導シーケンスバックグラウンドを大幅に削減し、図５に示すように、被覆されていないアレイにおいて得られるのと同じシーケンス結果を提供する。
【０１９１】
本発明は、アレイを使用して核酸の配列を決定するための方法であって、本明細書に記載された実施形態いずれか１つのアレイ上にある複数の反応チャンバ内に蒸着された複数の一本鎖核酸テンプレートを提供するステップと、効果的な量のシーケンスプライマーを核酸テンプレートにアニールし、所定のヌクレオチド三リン酸が前記シーケンスプライマーの３’末端に組み込まれた場合にシーケンス反応副産物が産出されるようなシーケンス産物を産生するために、ポリメラーゼおよび所定のヌクレオチド三リン酸でシーケンスプライマーを伸長させることにより、実質的にすべての反応チャンバにおいてピロリン酸塩シーケンス反応を同時に実行するステップと、シーケンス反応副産物を識別し、それによって各反応チャンバ内の核酸の配列を決定するステップと、を含む方法を含む。
【０１９２】
本発明の別の態様は、核酸配列を解析するための装置である。当該装置は、送出チャンバであって、本明細書に記載の実施形態のいずれか１つのアレイを備えるチャンバと、試薬送出チャンバと連通している試薬送出デバイスと、試薬送出チャンバと連通している撮像システムと、撮像システムと連通しているデータ収集システムと、を備える。
【０１９３】
実施例
以下の実施例は、本発明の特徴、利点、およびその他の詳細をさらに説明するために選択されたに過ぎない。しかし、実施例はこの目的を果たすものであるが、特定の条件および詳細が、本発明の範囲を過度に制限するものとして解釈されるべきでないことを明確に理解すべきである。
【０１９４】
実施例１：一般的なエッチングプロセスおよびＲＥＲ清浄手順
本実施例は、シリコンエッチングガスケットおよびＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ  Ｅｔｈｅｒ  Ｅｔｈｅｒ  Ｋｅｔｏｎｅ；ポリエーテルエーテルケトン）プラスチッククランプを使用する、サイズ２５×７５ｍｍまたは４０×７５のＦＯＦ（Ｉｎｃｏｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、マサチューセッツ州チャールトン）の、一般的な片側エッチングプロセスを説明するものである（図１１ａおよび１１ｂ）。ＰｉｃｏＰｕｒｅ（商標）浄水ユニット（「ＰｉｃｏＰｕｒｅ水」）からのＢｒａｎｓｏｎ社製超音波浴用の蒸留水（Ｆｉｓｃｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、ニューハンプシャー州ハンプトン）から、１０分間ガスを抜いた。ＮｅｓＬａｂ再循環器（ニューハンプシャー州ポーツマス）を５７．２℃に設定した（この設定時、超音波浴内の水は５５℃の一定温度に維持した）。４つのステンレス鋼容器に蓋をし、超音波浴内に置いた。各容器に１０００ｍＬ（２５×７５ｍｍのＦＯＦ）および１２００ｍＬ（４０×７５ｍｍのＦＯＦ）の２０％ＨＮＯ３を充填し、５５℃まで温めた。４つのエッチングトレイの９６箇所のそれぞれに、９６個のエッチングされていないＦＯＦを装填した。指定のＦＯＦを選択し、秤量した。反応チャンバ深さによる重量損失を相互に関連付けるために、エッチング前後におけるＦＯＦ重量の差異をプロットした。
【０１９５】
シリコンガスケット（図１３）を２つのＦＯＦの間に位置付け、各ＦＯＦの研磨面がガスケットの方を向き、ガスケットの縁内にあるよう、それぞれを適正に整列させることによって、エッチングされていないＦＯＦの対を組み合わせた。ＦＯＦのコーナーノッチを、ガスケット上のコーナーバリアと整列させた。２つのＦＯＦおよびガスケットを共に垂直に保持し、共にプレートを圧迫するために、第１のＰＥＥＫ製クランプを重着した。最底部クリップから開始して、ＦＯＦの長端面の中心まで、クランプを留めた。第２のＰＥＥＫ製クランプを適用した。完成した「固定サンドイッチ」を図１２に示す。エッチングされていない残りのＦＯＦを組み合わせ、上述のようにして固定した。次に、４つのステンレス鋼ラックのそれぞれに、１２の固定サンドイッチを位置付けた。ＨＮＯ３の温度が５５℃に到達すると、超音波浴をオンにし、その他３つのステンレス鋼容器の蓋を除去した。ＦＯＦを保持している４つのステンレス鋼ラックのそれぞれを、５５℃の酸の中へ移した。ＦＯＦを５５℃酸浴中に保った。ＦＯＦのエッチング速度は、約０．２４５μｍ／分であった。ＦＯＦを浴中にとどめておく時間の長さは、望ましい反応チャンバ深さによって決まる。例えば、エッチング時間が３時間４４分のとき、反応チャンバの深さは５５μｍとなった。
【０１９６】
エッチングされたＦＯＦ（すなわち、ＦＯＦ）を酸浴から除去し、１．０ＬのＰｉｃｏＰｕｒｅ水で満たしたステンレス鋼容器内に直接置いて、５分間超音波照射した。水を廃棄し、容器を１．０ＬのＰｉｃｏＰｕｒｅ水で満たし、さらに５分間超音波照射した。すすぎ水からＦＯＦを除去し、ＰＥＥＫ製クランプおよびシリコンガスケットをＦＯＦの各対から係脱した。
【０１９７】
エッチング後検査を完了するために、指定のＦＯＦを再度秤量し、エッチングによる重量の変化を記録した。顕微鏡を使用して、光透過が低下した個々のファイバの数の計数（「ダークファイバ計数」）を実行した。
【０１９８】
エッチングされたＦＯＦに、ＲＣＡクリーナーおよびエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）を使用する５ステップのＲＥＲ清浄手順（「ＲＥＲ清浄手順」）を行った。「ＲＣＡ」は、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の溶液の略語である。ＲＣＡクリーナーを調製するために、１．０ＬのＮＨ４ＯＨおよび１．０ＬのＨ２Ｏ２をドラフト中で組み合わせ、磁気攪拌棒を使用して溶液を混合した。同じロットからの９６個のＦＯＦを、ガラススライドラックに入れた。
【０１９９】
ステップ１―第１のＲＣＡ洗浄
ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の１：１溶液を組み合わせてＲＣＡクリーナーを調製した。２５×７５ｍｍＦＯＦについては、２００ｍＬのＲＣＡクリーナーをガラス染色皿（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、ペンシルバニア州ピッツバーグ）のそれぞれに添加した。４０×７５ｍｍＦＯＦについては、２００ｍＬのＲＣＡクリーナーをポリプロピレン染色皿に添加した。６つの染色皿をＯｃｅｌｏｔ  Ｒｏｔａｔｏｒ（Ｂｏｅｋｅｌ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、ペンシルバニア州フィースタービル）の１つの回転炉の容器に入れ、その他の皿をその他の回転炉に置いた。振動速度をＣに設定した。３０分後、ＲＣＡクリーナーを処分した。１０個のＦＯＦの各セットを、２００ｍＬのＰｉｃｏＰｕｒｅ水で５回すすいだ。
【０２００】
ステップ２―第１のＥＤＴＡ洗浄
各染色皿にＥＤＴＡ（２００ｍＬ）を添加した。６つの皿を回転炉の１つにある容器に入れ、他４つの皿をその他の回転炉にある容器に入れた。振動速度をＣに設定した。３０分後、ＥＤＴＡを処分した。１０個のＦＯＦの各セットを、２００ｍＬのＰｉｃｏＰｕｒｅ水で５回すすいだ。
【０２０１】
ステップ３―第２のＲＣＡ洗浄
ＲＣＡクリーナー（１：１のＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２）の新しい溶液を調製し、染色皿のそれぞれに２００ｍＬのＲＣＡクリーナーを添加した。６つの皿を回転炉の１つにある容器に入れ、他４つの皿をその他の回転炉にある容器に入れた。振動速度をＣに設定した。３０分後、ＲＣＡクリーナーを処分した。１０個のＦＯＦの各セットを、２００ｍＬのＰｉｃｏＰｕｒｅ水で５回すすいだ。
【０２０２】
ステップ４―第２のＥＤＴＡ洗浄
各染色皿にＥＤＴＡ（２００ｍＬ）を添加した。６つの皿を回転炉の１つにある容器に入れ、他４つの皿をその他の回転炉にある容器に入れた。振動速度をＣに設定した。３０分後、ＥＤＴＡを処分した。１０個のＦＯＦの各セットを、２００ｍＬのＰｉｃｏＰｕｒｅ水で５回すすいだ。
【０２０３】
ステップ５―ＦＯＦを超音波照射する
ＮｅｓＬａｂ再循環器に適切な量の水を充填し、温度点を４０℃に設定し、低温アラームを５℃、高温アラームを１００℃とした。清浄溶液の良好な流動を可能にするため、ステンレス鋼ラック（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、ペンシルバニア州ピッツバーグ）にＦＯＦを入れ、１つおきのスロットにＦＯＦを装填した。満たしたラックを、５％Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）溶液で満たしたポリプロピレン鍋に入れ、溶液でＦＯＦを完全に覆った。５％Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）溶液は、１０００ｍＬの脱イオン水を５０ｍＬのＣｏｎｔｒａｄ（登録商標；Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社）と組み合わせて調製した。次いで、当該鍋をＨＤＰＥ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ；高密度ポリエチレン）カバーで覆った。再循環器の温度が４０℃に到達すると、ＦＯＦを含有する２つのポリプロピレン鍋を水中に浸した。ＦＯＦに９０分間超音波照射し、その後、超音波照射器から除去した。鍋からラックを除去し、Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）溶液を排出した。ポリプロピレン鍋をＰｉｃｏＰｕｒｅ水で満たした。ステンレス鋼ラックを鍋に戻し、ＦＯＦを２回すすいだ。鍋にＰｉｃｏＰｕｒｅ水の３回目の補充を行い、Ｏｃｅｌｏｔ  Ｒｏｔａｔｏｒに取り込んで速度Ｃで回転させた。５分後、ＦＯＦを水で２回すすいだ。ＦＯＦを錫箔で覆い、ステンレス鋼ラック内で乾燥させた。
【０２０４】
実施例２：イオンプレーティング蒸着法を使用したＦＯＦコーティング
薄膜コーティング直前にＦＯＦを清浄した。使用した洗浄剤は、Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）であった。Ｂｒａｎｓｏｎ社製超音波照射器を４０℃に設定した。２つのＦＯＦをＦａｌｃｏｎチューブに戻し、４０〜４５ｍＬの５％Ｃｏｎｔｒａｄ（登録商標）溶液をチューブ内に添加して、キャップを閉めた。当該チューブを超音波照射器に装填し、９０分間超音波照射した。ＦＯＦをチューブから除去し、新しい脱イオン水で十分にすすぎ、新たなＦａｌｃｏｎチューブに移して脱イオン水で満たした。洗浄溶液をシンク内で処分し、ＦＯＦを４℃の脱イオン水中に保った。
【０２０５】
清浄後、化学的にエッチングされたＦＯＦを薄膜ＳｉＯ２コーティングで被覆するためのイオンプレーティングプロセスを実行した。被覆するＦＯＦを、電気的に絶縁された加熱シリコンターゲット、アルゴンプラズマ源、および酸素源と共に、真空チャンバ内の電気的に絶縁された保持器に置いた。アルゴンプラズマ源に点火し、それによってＦＯＦ上に全体的な負電荷を生成した。加熱ターゲットの蒸発によってシリコン蒸気を産出させ、アルゴンプラズマと反応させ、正に帯電したＳｉＯ２種を形成するために酸素とも反応させた。これらのＳｉＯ２種は、負に帯電したＦＯＦを引き付けるものであり、エネルギー的に凝結してガラス状の非構造化ＳｉＯ２膜を形成する。膜形態および均質性は多くのプロセス変数の複合関数であるが、チャンバ内における曝露時間によって膜厚を正確に制御した。図１および２を参照されたい。
【０２０６】
実施例３：透明薄膜で被覆されたＦＯＦの「偽」ＰＣＲ条件への曝露
ＳｉＯ２で被覆されたエッチング加工済みのＦＯＦを（ＰＣＲ熱曝露に近似させる）温度で脱イオン水に曝露させ、以下の手順に従って表面および断面両方のＳＥＭ画像のコーティングの損傷の兆候を調査することにより、透明薄膜で被覆されたエッチング加工済みのＦＯＦの環境ロバスト性をテストした。１ミリリットルの１×ＨｉＦｉ  ＰＣＲ緩衝液（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社、カリフォルニア州カールズバッド）を調製した。薄膜エッチングされたＦＯＦを組織の上に置き、セルスクレーパーを使用して過剰な水を除去した。ＦＯＦ表面の上に４００μＬの緩衝液をすばやく添加し、セルスクレーパーで溶液を均等に広げた。１分後、過剰な溶液を除去した。４００μＬの緩衝液を添加した後に溶液を除去する手順を繰り返した。ＦＯＦを直ちに自家増幅デバイス（「ＡＭＰ治具」）（４５４  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社、コネチカット州ブランフォード）内に置き、シリコンゴム版および泡で覆い、Ｌｅａｍｏｎら、Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  ２４：３７６９−３７７７（２００３年）に記載されているように、ＡＭＰ治具ねじを堅く締めた。ＡＭＰ治具をＴｈｅｒｍｏｃｙｃｌｅｒ  ＭＪ  ＰＴＣ  ２２５  Ｔｅｔｒａｄ（ＭＪ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社、マサチューセッツ州ウォルサム）に装填し、サーモサイクリングプログラムを実行した。温度プロファイルの詳細は、以下の通りであった：総実行時間は４．５時間、１）４０のショートサイクル：９４oＣ：１５秒；５８oＣ：１５秒；６８oＣ：１５秒、２）さらに１０のロングサイクル：９５oＣ：３０秒；５８oＣ：１０分。全部で８０サイクル、手順を繰り返した。サーモサイクリングの後、ＦＯＦ表面を新しい水ですすいだ。窒素フローで表面を乾燥させ、光学顕微鏡法およびＳＥＭ分析によってＳｉＯ２コーティングを測定した。ＳＥＭ分析は破壊的技術であるため、同じ薄膜エッチングされたＦＯＦの「前」および「後」分析は実行できない。しかしながら、上記の「偽ＰＣＲ」手順の後にＳＥＭによって調査された、すべての薄膜エッチングされたＦＯＦは、ＦＯＦ上のＳｉＯ２コーティングへの明らかな損傷を示さなかった。
【０２０７】
実施例４：ＰＣＲ誘導シーケンスバックグラウンドの評価
１ｍＬのＬｕｅｒＬｏｃｋ（登録商標）注射器（２０Ｇｌ）（Ｂｅｃｔｏｎ  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ社、ニュージャージー州フランクリンレイクス）に５２５μＬのＰＣＲ溶液（１×プラチナＨｉＦｉ緩衝液（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社、カリフォルニア州カールズバッド））、２．５ｍＭのＭｇＳＯ４、０．５％ＢＳＡ、１ｍＭのｄＮＴＰ（ＭＢＩ  Ｆｅｒｍｅｎｔａｓ社、メリーランド州ハノーバー）を充填し、注射針を自家装填デバイス（「装填治具」）（４５４  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社、コネチカット州ブランフォード）に接続した。ｄＮＴＰとは、４つのデオキシヌクレオチド三リン酸（ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ、およびｄＴＴＰ）をいう。ＳｉＯ２で被覆したエッチング加工済みのＦＯＦを、脱イオン水浴から除去し、実験台に置き、セルスクレーパーを使用して、ＦＯＦ表面から過剰な水を除去した。４つのプラスチッククリップで、装填治具上にすばやくＦＯＦを組み立てた。注射器を前方へ押すことにより、流体チャンバを上までＰＣＲ溶液で満たした。３分後、反応チャンバ内に溶液を拡散させた。プランジャを後方へ引き、装填治具を分解した。ＦＯＦを直ちにＡＭＰ治具内に置き、シリコンゴム版および泡で覆った。治具ねじを適所に置き、堅く締めた。治具アセンブリをＴｈｅｒｍｏｃｙｃｌｅｒに装填し、サーモサイクリングプログラムを実行した。温度プロファイルの詳細は、以下の通りであった：総実行時間は４．５時間、１）４０のショートサイクル：９４oＣ：１５秒；５８oＣ：１５秒；６８oＣ：１５秒、２）さらに１０のロングサイクル：９５oＣ：３０秒；５８oＣ：１０分。
【０２０８】
サーモサイクリングの後、ＡＭＰ治具を開き、ＦＯＦを除去して、５０ｍＬの脱イオン水を含有する５０ｍＬ  Ｆａｌｃｏｎチューブ（Ｂｅｃｔｏｎ  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ社、ニュージャージー州フランクリンレイクス）内に置いた。次いで、当該チューブをＣｌａｙ  Ａｄａｍｓ（登録商標）Ｎｕｔａｔｏｒ  Ｍｉｘｅｒ上に位置付け、ＰＣＲ産物を溶解するために２０分間章動させた。章動とは、発泡させずに均一な混合を確実にすることができる、穏やかな軌道運動である。ＢＳＡ（Ｂｏｖｉｎｅ  Ｓｅｒｕｍ  Ａｌｂｕｍｉｎ；ウシ血清アルブミン）を用いた５０ｍＬのＡｓｓａｙ  Ｂｕｆｆｅｒ（「ＡＢ」）内にＦＯＦを移した。ＡＢは、トリシンおよび酢酸マグネシウムを含有する緩衝溶液である。以下の例（実施例５）に記載するＰＣＲシーケンス解析のために、結果として生じた溶液を収集した。
【０２０９】
ビーズ混合物（Ｂａｎｇｓ社製ビーズ１７５μＬ＋Ｄｙｎａｌ社製ビーズ１７５μＬ）を調製し、７００μＬの脱イオン水で希釈した。Ｂａｎｇｓ社製ビーズは固定化したスルフリラーゼおよびルシフェラーゼ酵素を担持するミクロスフィアであり、Ｄｙｎａｌ社製ビーズはルシフェラーゼおよびスルフリラーゼの結合酵素を担持する磁気ビーズである。１３．２μＬのビーズ混合物を含有する１９の接着パッド（３Ｍ  ＶＨＳ社、ミネソタ州セントポール）をそれぞれ使用して、入口穴をシールした。次いで、Ａｌｌｅｇｒａ  ６Ｒ  Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ（Ｂｅｃｋｍａｎ  Ｃｏｕｌｔｅｒ社、カリフォルニア州フラートン）を使用して２０００ｒｐｍで８分間、ＦＯＦをスピンさせた。バックグラウンド実行をし、１）洗浄５分；２）ＰＰｉ２分；３）洗浄１０分；４）ＰＰｉ２分；および５）洗浄５分で、総時間は２４分であった。実行後、Ｋａｎｇａｒｏｏソフトウェア（４５４  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社、コネチカット州ブランフォード）を使用して、痕跡分析を実行した。生の計数から５００を減じて、調整された計数を得た。被覆されていないＦＯＦおよびＳｉＯ２で被覆したＦＯＦの両方について手順全体を繰り返し、バックグラウンド比較を行った。
【０２１０】
実施例５：ＰＣＲシーケンス結果
ＰＣＲ結果の妥当性については、被覆されていないＦＯＦとＳｉＯ２で被覆したＦＯＦとを一組とし、実施例５における分析のために収集された溶液を使用して同時にテストした。各溶液（ＳｉＯ２で被覆したアレイおよび被覆されていないアレイの両方について）を、脱イオン水で希釈することによって２倍にした。次いで、ｉＣｙｃｌｅｒ（登録商標）ＲｅａｌＴｉｍｅ  ＰＣＲユニット（Ｂｉｏ‐Ｒａｄ社、カリフォルニア州ハーキュリーズ）を使用して、それぞれの中のＰＣＲ産物を定量した。蛍光測定を使用し、増幅産物の量を決定した。最後に、ＰＣＲ後における反応チャンバごとの分子の数を算出した。当該数の正常範囲は、１０３〜１０９次数である。結果を以下の表２に示すが、これらの結果は１０６〜１０８の範囲内であり、許容可能である。ＳｉＯ２で被覆されたＦＯＦはすべて、被覆されていないＦＯＦと比較して同等レベルのＰＣＲ産物を産出した。
【０２１１】
【表２】
2008537679.tif 000004
実施例６：隣接する反応チャンバにおける光強度のプロファイルの比較
ＦＯＦアレイ（４０×７５ｍｍ）を調製し、当該アレイの第１の半分を２つのコーティング、つまり非透明コーティングと透明コーティングで被覆し、当該アレイの第２の半分を透明コーティングのみで被覆した。アレイの両半分の反応チャンバ内でＤＮＡシーケンス反応を行い、生成された光強度を比較した。
【０２１２】
アレイの第１の半分に非透明なアルミニウム金属コーティングを塗布し、次いで、アレイの第１の半分へのアルミニウムコーティングの上に、透明なＳｉＯ２コーティングを塗布した。アレイの上面および反応チャンバの側壁にアルミニウムコーティングを塗布し、底部の中心付近に金属コーティングによって形成された直径が２８．７７ミクロンとなるように、反応チャンバのコーナーエリアには部分的に塗布した。アレイの上面上で測定したアルミニウムコーティングの厚さは、２００ｎｍであった。金属コーティングを塗布している間、アレイの第２の半分をシャドウマスクによって保護した。金属コーティングを塗布した後、アレイの上面、ならびに、アレイの第１および第２の半分両方の反応チャンバの底部および側壁に、透明なＳｉＯ２コーティングを塗布した。
【０２１３】
米国特許出願番号第１０／７６７，７７９号に記載されているようなＰＣＲ増幅核酸のピロリン酸塩シーケンス反応を、アレイの両半分に位置する反応チャンバ内で行った。図２４ａおよび２４ｂは、これらの実験の結果を示す。
【０２１４】
図２４ａにおいて、２つの矢印は、アレイの第２の半分に位置する２つの隣接する反応チャンバの中心点を示している。これら２つの隣接する反応チャンバの中心点は、それぞれ画素番号５および画素番号２である。一方の反応チャンバ（画素番号５）にテストフラグメント１０ＤＮＡ（「ＴＦ１０」）を含有させ、他方のチャンバ（画素番号２）にはテストフラグメント１２ＤＮＡ（「ＴＦ１２」）を含有させた。ヌクレオチド流出順序４３でシーケンスプロセスを行った。ヌクレオチド流出順序は、ＤＮＡシーケンスマシン（例えば、４５４  Ｓｅｑｕｅｎｃｅｒ  １．０）を通過する溶液の流れへの特定のヌクレオチドの注入として定義される。ＤＮＡシーケンス決定プロセス中、一連の特定ヌクレオチド溶液が溶液の流れの中に注入され、各注入にはフロー番号が与えられる。ヌクレオチド流出順序４３では、ＴＦ１０ＤＮＡは５つの多重ＤＮＡ組み込みを受け、反応チャンバ内において高い強度の光を産出した。同じヌクレオチド流出順序において、ＴＦ１２ＤＮＡはＤＮＡの組み込みを受けず、高い強度の光は産出されなかった。
【０２１５】
曲線１は、２つの隣接する、ＳｉＯ２で被覆されたチャンバの中心点と交差する６つの画素（番号１〜６）のプロファイルを示す。例えば、画素番号１は、ＴＦ１２チャンバの中心から上流方向にオフセット１画素である第１の画素であり、画素番号２は、画素番号１から下流方向に右へ１画素である。画素番号１から６にかけて、２つのチャンバ（ＴＦ１０およびＴＦ２）の中心を下流方向に通過させる走査経路を引くことができる。画素番号３は、ＴＦ１２チャンバ内に位置し、当該チャンバ内においてはＤＮＡ組み込みがないため、理論上、ＴＦ１２チャンバは何の信号も出さないはずである。しかしながら、ＴＦ１２チャンバ内の画素番号３において、ＴＦ１２チャンバへ光子を流出させた隣接するＴＦ１０チャンバからの光による、光の強度の増大が観察された。
【０２１６】
比較のために、金属で被覆されたアレイの第１の半分について、同じＴＦ１０およびＴＦ１２ＤＮＡフラグメントを各チャンバに１つ含有する、金属で被覆された隣接する２つのチャンバにおいてシーケンス反応を行い、同じヌクレオチド流出順序４３でシーケンス決定プロセスを行った。曲線３で示されるような金属で被覆されたチャンバ内で画素番号３において観察された信号は、非線形で、アレイの第１の半分上のＳｉＯ２で被覆されたチャンバにおいて測定された信号よりも小さく、したがって、金属で被覆された不透明の側壁が、金属で被覆された２つの隣接するチャンバ間における光子の光流出を削減することを示す。
【０２１７】
図２４ｂは同じ実験の結果を示すものであるが、シーケンス反応はヌクレオチド流出順序３５で行った。このヌクレオチド流出順序では、ＴＦ１０は４つのＤＮＡ組み込みを受け、ここでも画素番号３において、金属で被覆されたアレイの第１の半分において光流出が削減されたことにより、信号は、アレイの第２の半分と比較して少ない。
【０２１８】
実施例７：ＳｉＣ２薄膜で被覆されたマイクロウェルアレイ
一実施形態において、アレイは、個々の反応チャンバを産生するために酸で単側を化学的にエッチングされた市販のＦＯＦ（Ｉｎｃｏｍ社、マサチューセッツ州チャールトン）から形成される。エッチングによって形成された各反応チャンバは、約７５ｐＬの容積を有する。ＦＯＦは、薄膜で被覆する前に清浄される。好ましい薄膜コーティングは、厚さ０．１〜５．０ミクロンの非金属酸化物ＳｉＯ２である。ＳｉＯ２コーティングは、光学的に透明で、防水性である。薄膜コーティングは、イオンプレーティング気相蒸着法を使用して塗布される。ＦＯＦ表面において薄膜で被覆された反応チャンバを使用することにより、いくつかの目的を果たす：ｉ）アレイの異なる領域における放出光からの発光の遅延拡散、ｉｉ）アレイ基板材料のあらゆる有害な影響から保護されたアッセイ溶液または反応混合物の成分を含有する反応チャンバの単離、ｉｉｉ）基板材料がチャンバ溶液内へ漏れることの防止、および、ｉｖ）ＣＣＤへの極めて効率的な、高開口数光連結。最後に、反応混合物またはアッセイ溶液内の反応物質（例えば、固定化シーケンステンプレート）または検体の量が大きくなるほど、実現できる光信号も増える。
【０２１９】
実施例８：金属薄膜で被覆されたマイクロウェルアレイ
アレイは、個々の反応チャンバを産生するために酸で単側を化学的にエッチングされた市販のＦＯＦ（Ｉｎｃｏｍ社、マサチューセッツ州チャールトン）から形成される。エッチングプロセスによって形成された実質的にすべての反応チャンバは、約７５ｐＬの容積と５０乃至５５μｍの深さを有する。ＦＯＦは、非薄膜コーティングで被覆する前に清浄される。非薄膜コーティングは、アレイの上面において約２００〜３００ｎｍ、実質的にすべての反応チャンバの側壁において６０〜１２０ｎｍおよびコーナーエリアにおいて５０ｎｍ以上の厚さを持つクロムである。当該コーティングは不透明である。薄膜コーティングは、イオン蒸着法を使用して塗布される。ＦＯＦ表面上の不透明な薄膜で被覆された反応チャンバは、アレイにいくつかの利点を提供する。近接する反応チャンバ間における光流出、光散乱、および干渉等の光学的問題が排除され、光が集中する。ビーズ装填効率は、１００％近くまで最大化される。
【０２２０】
実施例９：金属およびＳｉＯ２の薄膜で被覆されたマイクロウェルアレイ
核酸シーケンス決定のためのアレイ装置は、個々の反応チャンバを産生するために酸で単側を化学的にエッチングされた市販のＦＯＦ（Ｉｎｃｏｍ社、マサチューセッツ州チャールトン）から形成される。ＦＯＦをエッチングするために使用される装置は、２つのＰＥＥＫ製クランプおよびシリコーンエッチングガスケットを含む。エッチングプロセスによって形成された実質的にすべての反応チャンバは、約７５ｐＬの容積と５０乃至５５μｍの深さを有する。ＦＯＦは、非薄膜コーティングで被覆する前に清浄される。非薄膜コーティングは、アレイの上面において約２００〜３００ｎｍ、アレイの実質的にすべての反応チャンバの側壁において６０〜１２０ｎｍおよびコーナーエリアにおいて５０ｎｍ以上の厚さを持つクロムである。当該コーティングは不透明である。薄膜コーティングは、イオン蒸着法を使用して塗布される。非透明薄膜コーティングが塗布された後、透明薄膜コーティングが塗布される。透明薄膜コーティングは、アレイの上面において約２００〜４００ｎｍ、実質的にすべての反応チャンバの側壁において５０〜１００ｎｍおよびコーナーエリアにおいて５０ｎｍ以上の厚さを持つＳｉＯ２である。第１の非透明膜コーティングおよび第２の透明薄膜コーティングで被覆された反応チャンバを持つアレイは、アレイにいくつかの利点を提供する。近接する反応チャンバ間における光流出、光散乱、および干渉等の光学的問題が排除され、非透明コーティングの上に塗布された透明ＳｉＯ２コーティングは、クロムコーティングを腐食から保護することも行う。
【図面の簡単な説明】
【０２２１】
【図１】図１は、スパッタリング（図１ａおよび１ｂ）、ＰＥＣＶＤ（図１ｃおよび１ｄ）、およびイオンプレーティング（図１ｅおよび１ｆ）気相蒸着法を使用してＳｉＯ２で被覆された、エッチング加工済みの光ファイバフェイスプレートの５０００倍および１００００倍拡大における一連のＳＥＭ画像である。
【図２】図２は、３つの気相蒸着コーティング法のコーティング厚さおよび質を示す、ＳｉＯ２で被覆された反応チャンバを有する光ファイバフェイスプレートの一連の断面ＳＥＭ画像である。図２ａは、反応チャンバ内の蒸着エリアの概略図である。図２ｂは、スパッタリングによって塗布されたコーティングの画像である。図２ｃは、ＰＥＣＶＤによって塗布されたコーティングの画像である。図２ｄは、イオンプレーティングによって塗布されたコーティングの画像である。
【図３】図３は、イオンプレーティングプロセスの概略図である。
【図４】図４は、反応チャンバを備える、ＳｉＯ２被覆された、および被覆されていない、光ファイバフェイスプレートのＰＣＲ誘導シーケンスバックグラウンドを示す棒グラフである。
【図５】図５は、精度を表す反応チャンバ（図５ａ）、「正規化した」キーパスフラクション（図５ｂ）、およびピロリン酸塩（ＰＰｉ）信号（図５ｃ）を備える、ＳｉＯ２で被覆された、および被覆されていない、光ファイバフェイスプレートのシーケンス性能測定基準を示す、一連のグラフである。
【図６】図６は、反応チャンバを備える（被覆されていない）光ファイバフェイスプレートの一部を表す一連の走査電子顕微鏡写真である。
【図７ａ】図７ａは、ＰＥＥＫ製クランプの図面（上面図）である。
【図７ｂ】図７ｂは、ＰＥＥＫ製クランプの図面（側面図）である。
【図７ｃ】図７ｃは、ＰＥＥＫ製クランプの図面（前端面図）である。
【図７ｄ】図７ｄは、ＰＥＥＫ製クランプの図面（後端面図）である。
【図８ａ】図８ａは、２５×７５ｍｍ光ファイバフェイスプレートの図面（上面図）である。
【図８ｂ】図８ｂは、２５×７５ｍｍ光ファイバフェイスプレートの図面（前縁図）である。
【図８ｃ】図８ｃは、２５×７５ｍｍ光ファイバフェイスプレートの図面（後縁図）である。
【図９】図９は、ＲＥＲ清浄手順を説明するプロセスフロー図である。
【図１０】図１０は、片側エッチングプロセスを説明するプロセスフロー図である。
【図１１ａ】図１１ａは、エッチングガスケットの図面（上面図）である。
【図１１ｂ】図１１ｂは、エッチングガスケットの図面（後端面図）である。
【図１１ｃ】図１１ｃは、エッチングガスケットの図面（前端面図）である。
【図１１ｄ】図１１ｄは、エッチングガスケットの図面（第１側面図）である。
【図１１ｅ】図１１ｅは、エッチングガスケットの図面（第２側面図）である。
【図１２】図１２は、２つのクランプと共に保持され、エッチングプロセスの準備が整った、組み立て光ファイバフェイスプレート「固定サンドイッチ」の図面（上面図）である。
【図１３】図１３は、光ファイバフェイスプレート「固定サンドイッチ」の分解図である。
【図１４】図１４は、反応チャンバの側壁およびアレイの上面が非透明薄膜で被覆された反応チャンバを含有する光ファイバフェイスプレートの側面図である。
【図１５ａ】図１５ａは、角度のある治具を使用する角度のある金属蒸着のプロセスに使用される設定を図示している。示されているのは、治具の基板キャリアに取り付けられた反応チャンバを含有する光ファイバフェイスプレートの側面図である。
【図１５ｂ】図１５ｂは、回転および角度のある治具アセンブリを図示している。
【図１６ａ】図１６ａは、１つのチャンバは空、残り２つのチャンバは試薬基質ビーズ（大きい方）および試薬ビーズ（小さい方）が充填された、３つの反応チャンバを含有する光ファイバフェイスプレートの側面図である。これらの反応チャンバは、反応チャンバの側壁およびアレイの上面にコーティングを有し、反応チャンバの底部は部分的に被覆されている。「側壁コーナーエリア」および「底部コーナーエリア」にコーティングが塗布され、反応チャンバの底部にコーティングが無い箇所があるように、示されているコーティングは反応チャンバのコーナーエリアに塗布されている。
【図１６ｂ】図１６ｂは、反応チャンバの底部にコーティングが無い箇所があり、それが底部の中心付近に開口を形成するように、反応チャンバの底部コーナーエリアに塗布されたコーティングを有する３つの反応チャンバの上面図である。開口の直径およびコーナーエリアのリングの幅を示す。
【図１７】図１７は、基質ビーズ（大きい方）および試薬ビーズ（小さい方）が充填され、各チャンバの側壁がコーティングで被覆された３つの反応チャンバを含有する光ファイバフェイスプレートの側面図である。コーティングは、その表面上に酵素（例えば、アピラーゼ）を含有するように変更されている。
【図１８】図１８は、コーティングの気相蒸着中に、イオン源が基板よりもかなり小さい場合に生じ得る「角度効果」を図示している。角度効果は、均一に被覆されていない反応チャンバを持つアレイを産出する。例えば、Ａは基板の一端に位置する３つの反応チャンバのコーナーエリアに蒸着されているコーティングを示し、Ｂは基板の他端に位置する３つの反応チャンバの底部に蒸着されているコーティングを示す。
【図１９ａ】図１９ａは、光ファイバフェイスプレートの選択されたエリア（例えば、「金属被覆ゾーン」）にコーティングを方向付け、角度効果を排除するための、蒸着プロセス中におけるシャドウマスクの使用を図示している。
【図１９ｂ】図１９ｂは、光ファイバフェイスプレートの選択されたエリア（例えば、「金属被覆ゾーン」）にコーティングを方向付け、角度を排除するための、蒸着プロセス中におけるシャッターの使用を図示している。
【図２０ａ】図２０ａは、繊維ストランドを有する光ファイバフェイスプレートを示し、当該繊維ストランドは、光ファイバフェイスプレートの底面に対して９０度未満の鋭角（「鋭角（＃１）」）で配向されている（すなわち、繊維ストランドは垂直ではない）。
【図２０ｂ】図２０ｂは、反応チャンバの底部に対して鋭角（＃２）に傾けられた側壁を有する反応チャンバの１コーナーにビーズが位置する、傾斜した反応チャンバを示す。遠心力を使用して、このコーナー位置にビーズを固定することができる。
【図２０ｃ】図２０ｃは、垂直でない切断をするために光ファイバ束を切断する場所の例を示す２本の線でマークされた、光ファイバ束を表す見取り図である。
【図２１ａ】図２１ａは、アレイの反応チャンバがそれぞれ基板の上に築かれた４本の境界柱によって形成され、そのような境界柱が、４本の境界柱のセットによって画定された空間内の各ビーズまたは粒子を「捕捉する」、アレイの見取り図である。ビーズを保持している反応チャンバの底部および側壁を示す。
【図２１ｂ】図２１ｂは、基板の上にある一連の境界柱によって反応チャンバが形成される、アレイの金属蒸着プロセスを図示している。図２１ｂは、異なる角度での複数の薄膜コーティングの蒸着中における重複する影を示す。境界柱によって作成された影は、重複エリアにおいて独特のパターンおよび形状を産出する。
【図２２】図２２は、エッチング加工済みの半分被覆された光ファイバフェイスプレートの２つのエリアを撮影した光画像を示す。エリアＡは金属（銀）被覆されており、エリアＢは被覆されていない。銀は、熱蒸発プロセスを使用してアレイに塗布されたものである。
【図２３】図２３は、非透明銀コーティングで被覆された、同じエッチング加工済みの光ファイバフェイスプレートの２枚の顕微鏡写真を示す。アレイの上面エリア、各反応チャンバの側壁およびコーナーエリアは、底部の中心にはコーティングが無く、それによって底部の中心付近に開口を作成するように、銀で被覆されている。写真Ａはチャンバの底部に焦点を置いたもの、写真Ｂはクラッディングに焦点を置いたものである。
【図２４】図２４ＡおよびＢは、アレイの反応チャンバの側壁に塗布された非透明金属コーティングが、アレイ上の２つの隣接するチャンバ間における光流出をどのようにして削減することができるかを説明するグラフである。２つのグラフは、２つの異なるヌクレオチド流出順序を表している。
【図２５ａ】図２５ａは、光ファイバフェイスプレートの反応チャンバのコーナー上における銀コーティングであって、当該チャンバの底部コーナーを覆う銀コーティングの、３つのビューを示す。コーティングの厚さは、光をブロックし、光子が隣接するチャンバへ漏れるのを遮断する程度のものである。ビュー１は、反応チャンバ全体を示す。ビュー２は当該チャンバのコーナーの接写であり、ビュー３はこのコーナーの拡大図である。
【図２５ｂ】図２５ｂは、反応チャンバの上方コーナーおよび光ファイバフェイスプレートの上面上における銀コーティングの３つのビューを示し、ここで側壁におけるコーティングの厚さはクラッディングの上面における厚さと異なる。この厚さの差異は、金属蒸着プロセス中の基板のスピンによるものである。ビュー１は、反応チャンバ全体を示す。ビュー２は反応チャンバの上方コーナーおよび上端の接写であり、ビュー３はこの上方コーナーの拡大図である。
【図２６ａ】図２６ａは、反応チャンバが不連続な側壁を有する、すなわち、２つの隣接する反応チャンバ間の側壁内のスリットで側壁が中断されているアレイを示す。
【図２６ｂ】図２６ｂは、反応チャンバの側壁にあるスリット開口部を介してコーティングが蒸着される際に、（不連続な側壁を持つ）反応チャンバの底部に形成されるパターンを図示している。コーティングは、反応チャンバの底部の中心線付近ではコーティングが厚くなり、中心線から離れて縁に向かうにつれてコーティングが薄くなるような勾配で蒸着されている。
【図１】
2008537679.tif 000005
【図２】
2008537679.tif 000006
【図３】
2008537679.tif 000007
【図４】
2008537679.tif 000008
【図５】
2008537679.tif 000009
【図６】
2008537679.tif 000010
【図７ａ】
2008537679.tif 000011
【図７ｂ】
2008537679.tif 000012
【図７ｃ】
2008537679.tif 000013
【図７ｄ】
2008537679.tif 000014
【図８ａ】
2008537679.tif 000015
【図８ｂ】
2008537679.tif 000016
【図８ｃ】
2008537679.tif 000017
【図９】
2008537679.tif 000018
【図１０】
2008537679.tif 000019
【図１１ａ】
2008537679.tif 000020
【図１１ｂ】
2008537679.tif 000021
【図１１ｃ】
2008537679.tif 000022
【図１１ｄ】
2008537679.tif 000023
【図１１ｅ】
2008537679.tif 000024
【図１２】
2008537679.tif 000025
【図１３】
2008537679.tif 000026
【図１４】
2008537679.tif 000027
【図１５ａ】
2008537679.tif 000028
【図１５ｂ】
2008537679.tif 000029
【図１６ａ】
2008537679.tif 000030
【図１６ｂ】
2008537679.tif 000031
【図１７】
2008537679.tif 000032
【図１８】
2008537679.tif 000033
【図１９ａ】
2008537679.tif 000034
【図１９ｂ】
2008537679.tif 000035
【図２０ａ】
2008537679.tif 000036
【図２０ｂ】
2008537679.tif 000037
【図２０ｃ】
2008537679.tif 000038
【図２１ａ】
2008537679.tif 000039
【図２１ｂ】
2008537679.tif 000040
【図２２】
2008537679.tif 000041
【図２３】
2008537679.tif 000042
【図２４】
2008537679.tif 000043
【図２５ａ】
2008537679.tif 000044
【図２５ｂ】
2008537679.tif 000045
【図２６ａ】
2008537679.tif 000046
【図２６ｂ】
2008537679.tif 000047
【国際調査報告】
2008537679.tif 000048
2008537679.tif 000049
2008537679.tif 000050
2008537679.tif 000051
2008537679.tif 000052