(57)【要約】  重合可能モノマーの溶液と接触している支持体に、走査可能なレーザーによって、パターン化され局在化された加熱を施し、ポリマー・パターンの発生を伴う局所的な重合を引き起こす。その結果として生じるパターン化ポリマー・アレイは、例えばアッセイ装置において使用することができる。
2008500546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に高分子材料を含む構造又はパターンを製作する方法であって、(a)支持体を用意し；(b)前記支持体の表面と接触した重合可能材料を含む液相を用意し；(c)該支持体/液相界面で前記表面上に衝突するように輻射線ビームを指向することにより、照射された部位に隣接して重合を開始し；そして(d)該ビームが予め決められたパターンを成して走査するようにし、これにより対応のパターンを成すように重合を開始する、ことを含む、構造又はパターンを製作する方法。
【請求項２】
前記ビームが、可視光、IR、UV、X線、イオン、粒子又は電子のビームである、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
該ビームがレーザービームである、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
該ビームがIRである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
該ビームが、該支持体を通して該界面に指向され、そして該支持体との相互作用によって熱を発生させる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ビームが赤外レーザービームである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記重合可能材料は熱重合可能であり、そして該ビームは熱を発生させることにより重合を開始する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記液相は、重合可能モノマーを含む溶液である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
該溶液が重合開始剤を含有する、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記表面が、固定化された開始剤分子を担持する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記表面が、固定化された重合可能材料を担持する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
該走査工程が、コンピューター制御された可動式ミラーを採用する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
工程(d)後に、該液相を、異なる液相と置き換え、そして工程(c)及び(d)を繰り返すことにより、第2の異なる高分子材料を堆積する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記液相が鋳型分子を含有し、そして工程(d)後に、該ポリマーから鋳型分子を除去することにより、インプリントされたキャビティを形成する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
創薬のための高スループット・スクリーニング・アッセイ、免疫アッセイ、診断、遺伝分析から選択されるプロセス、又はセンサー成分、化学的及び/又は生物学的試験を実施するためのチップ上ラボとして、又は分離、分子認識又は触媒プロセスを研究して最適化するための調査プラットフォームとして、該製作された構造又はパターンを使用する後続のステップを含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
大ざっぱに言って、本発明は、輻射線又は粒子ビームを使用して、空間的に制御された高分子構造を製作することを記述する。結果として得られる構造は、種々の電気泳動用途及びセンサー用途に使用される。これらの用途は、臨床アッセイ、ゲノミクス、プロテオミクス、及び製薬用途のための高スループット・スクリーニング、医療現場でのin vitro診断、分子遺伝分析及び核酸診断、細胞分離、並びに一般には生物研究、分離及び触媒のための材料の高スループット・スクリーニングを含む。
【０００２】
【表１】
2008500546.tif 000003
【０００３】
ロボット取り扱い装置を使用して不連続的な量の材料を堆積することに基づいて、マイクロアレイ製作技術が最近開発されている。このアプローチにおいて、他のモノマー、溶剤、開始剤、化学的及び生化学的な化合物、溶解ポリマーと組み合わせることができる液体モノマーから成る液体前重合混合物のアレイが、先ず支持体上に堆積され、次いで、このアレイを開始条件に提供することにより、in situで重合される。このアプローチは、開始条件に暴露する前に堆積された材料の完全性を維持するのが難しい。このことは、結果として得られる高分子構造の品質に対して大きな因果関係をもたらす。蒸発、酸素の存在の効果、支持体の表面特性、堆積することができる量及び製作することができる構造の形状が全て、堆積される材料の質及び量に影響を及ぼし、制御するのを極めて難しくする。
【０００４】
フォトマスク(欧州特許第1331516号明細書)を使用して、ポリマー・アレイを形成することができる。この方法は、集積回路の製造に似ている。予め画定された画像パターンを有するマスクを通して、光が当てられる。これにより、支持体の或る特定の領域内で重合が開始されるが、しかし、他の領域内では開始されない。支持体は固体、例えばケイ素、ガラス、石英、及びポリマーを含むことができる。一般に多成分アレイの製作は、多種多様のマスクの使用を必要とする。このことは常に好都合とは限らない。加えて、このアプローチは、上で明らかにした制限を被る。
【０００５】
別のアプローチによれば、フォトマスクを使用することなしに、光ビームを用いて、直接光学フォトリソグラフィを実施することができる(米国特許第6,480,324号)。光パターンは、フォトマスク上のパターンによって画定されるのではなく、コンピューターによって制御された空間光変調器によって発生させられる。ここでは各画素が、好適な強度の光ビームで照らされ、そして支持体上の個々の構成要件の画像形成(プリンティング)が、コンピューター制御によって動的に見極められる。この発明は、プログラミング可能なマイクロ・ミラー・アレイを採用する。マイクロ・ミラー・アレイは、フォトマスクと事実上同様の役割を演じる。この発明は核酸アレイの開発を中心としており、また光化学にも関与している。ポリマー・アレイの製造に潜在的に有用な化合物の多くは、感光性であり、照射時に分解することが可能である。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の好ましい実施態様は、パターン化高分子構造を製造するために、上述の制限を回避又は緩和する製作方法を提供することができる。このように、本発明は、支持体上に高分子材料を含む構造又はパターンを製作する方法であって、(a)支持体を用意し；(b)前記支持体の表面と接触した重合可能材料を含む液相を用意し；(c)該支持体/液相界面で前記表面上に衝突するように輻射線ビームを指向することにより、照射された部位に隣接して重合を開始し；そして(d)該ビームが予め決められたパターンを成して走査するようにし、これにより対応のパターンを成すように重合を開始する、ことを含む、構造又はパターンを製作する方法を提供する。なお、ビームが「走査」するようにする、という言い方は、ビームが、所望のパターンに対応する制御された方法で、表面を横切るように動かされることを意味する。所望のパターンは連続的又は不連続的(或いは種々異なる領域内で連続的及び不連続的の双方)であってよい。
【０００７】
ビームは好ましくはレーザービーム、特にIRレーザービームである。
【０００８】
空間的に制御された高分子構造は、レーザービーム、好ましくはIR熱発生CO2レーザーを使用することにより製作される。IR熱発生CO2レーザーは、予め決められた表面領域上で重合を開始する。ポリマー構造は、予め決められたパターンに従ってレーザービームを指向することにより、支持体表面上に形成される。従って、本発明は、使用者によって予め決められたように、支持体上の液相中の前重合混合物から、所望の形状のポリマーを、堆積するのではなく成長させる手段を提供する。対象の装置は、種々の電気泳動用途及びセンサー用途に使用される。これらの用途は、臨床アッセイ、ゲノミクス、プロテオミクス、及び製薬用途のための高スループット・スクリーニング、医療現場でのin vitro診断、分子遺伝分析及び核酸診断、細胞分離、並びに一般には生物研究、分離及び触媒のための材料の高スループット・スクリーニングを含む。
【０００９】
添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第1実施態様においては、電気機械的なレーザー・ガルバノメーター走査システムを有するIRレーザーを使用して、ポリマーを堆積することを記述する。設備は、適切な溶剤中に溶解されたモノマーと開始剤との混合物を含む溶液3を含有するリザーバー2から成る。モノマー混合物は、支持体の薄いシート1と接触している。典型的には、支持体はリザーバーを覆い、そしてレーザービーム4が上方(4)から当てられる。
【００１１】
レーザービームは、CO2赤外レーザー10によって発生させられ、可動式ミラー12に移る。可動式ミラー12は、コンピューター16によって制御されたモーター14によって動かされる。この図は極めて概略的である。実際には我々は、商業的な製品、FENIXレーザーマーカー(SYNRAD, Inc, Wisconsin, USA)を、30W CO2レーザー及びX走査ミラーとともに使用した。レーザービーム4は、使用者が設計したパターンに従って、支持体1を通るように指向される。レーザービーム4は、支持体のゾーンを局所的に加熱する。支持体の下面のこれらのゾーンに密接した開始剤が分解し、重合を開始する。ポリマー構造5の成長は、ビーム強度、暴露時間、並びに、支持体及びその表面の特性のようなファクターに依存する。
【００１２】
本発明のいくつかの実施態様の場合、支持体の特性及び/又はレーザービームの波長及び/又は強度は、当業者によって十分に確立された方法を使用して適合され、これにより、ポリマーの付着、形態、及び重合時間をより高度に制御することが可能になる。従って、支持体の表面を任意には、重合可能化合物又は固定化された開始剤分子を用いて改質することにより、ポリマーの成長及び付着を促進することができる。
【００１３】
いくつかの実施態様の場合、開始剤は溶液中に存在せず、固定化された形態でのみ使用される。
【００１４】
前重合混合物は、1種又は数種のモノマーを含有することができ、そして溶剤、重合開始剤、溶解ポリマー、天然型又は合成型の生化学的及び化学的な化合物、と組み合わせることができる。
【００１５】
混合物を保持するためのリザーバーは、ケイ素、ガラス、金属、プラスチック、セラミック、又はこれらの組み合わせから形成することができる。前重合混合物を含有するキャビティを空にして、そしてこれに、種々の組成物の前重合混合物を詰め替えることにより、種々の性質、組成及び特性を有する構造のアレイを製作することが可能になる。このことはまた、互いの上側で異なる性質のポリマー層を逐次成長させることにより、層状高分子構造を製作することも可能にする。
【００１６】
本発明の他の実施態様の場合、光(例えばエキシマー・レーザー)、集束イオン、粒子、X線及び電子ビームを使用することを含む種々異なる方法で、重合を開始するために、エネルギーが加えられる。パターンは、加えられたエネルギーを再集束して再指向することにより変化させることができる。
【００１７】
本発明のいくつかの実施態様の場合、モノマー混合物は鋳型分子を含有する。鋳型分子は、インプリントされたキャビティを作り出す形成済ポリマー構造から抽出される。インプリントされたキャビティは、選択的な認識、シグナル伝達、又は触媒作用を行うことができる。これらの材料(分子インプリント型ポリマー)の作成は、十分に確立されたプロセスである。用途によっては、官能性モノマー及び/又は鋳型は、蛍光標識(レポーター)を含有することができる。レポーターは標的化合物の検出を可能にする。蛍光標識及び環境感受性プローブの用途は、当業者によく知られている。
【００１８】
本発明はまた、製作済の空間的に制御された高分子構造の使用に関する。これらの装置は、種々の用途、例えば、創薬における高スループット・スクリーニング・アッセイ、免疫アッセイ、診断、及び遺伝分析などに使用することができる。別の観点において、構造(アレイ)は、センサー成分、化学的及び/又は生物学的試験を実施するためのチップ上ラボとして、そして分離、分子認識又は触媒プロセスを研究して最適化するための調査プラットフォームとして使用される。
【００１９】
本発明を説明するために、有利な実施態様が選択されているが、当業者には明らかなように、対応する実施態様において定義されている本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変更及び改変をこれに加えることができる。
【００２０】
下記非限定的な例を参照しながら、以下に本発明をさらに具体的に説明する。
【００２１】
1.「トップ」ポリマー・アレイの作成。ここでは、図1に示された装置を使用した。前重合混合物は、モノマーとしてのメタクリル酸(MAA)と2-ビニルピリジン(2-VyP)、架橋剤としてのエチレングリコールジメタクリレート(EGDMA)、ポロゲンとしてのポリ(ビニルアセテート)(PVA)、及び開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(全てアセトニトリル中に溶解)から成った。支持体1は、ホウケイ酸ガラスから形成された顕微鏡カバースリップであった。採用されたレーザーは、CO2赤外レーザー(λ=1066nm)であり、このレーザーを、5 X 5ドット・アレイで編成された25個のドットをレーザーパルスとして繰り返し走査するようにプログラミングした。この特定の例の場合、ホウケイ酸ガラスが赤外線に対して不透明なので、支持体1の表面に局所的な熱が発生した。各レーザーパルス中に局所的に発生した熱パルスは、重合プロセスを開始し、そして図3に示すようなドットを生成した。単一ドットの拡大画像を図4に示す。
【００２２】
「ボトム」ポリマー・アレイの作成。ここでは、図2に示された装置を使用した。前重合混合物は例1のものと同じであった。装置は概ね同じであるが、ここでは、カバー層21は、レーザー輻射線に対して実質的に透明な材料、この場合には3 mm厚のハロゲン化銀(AgClxBr1-x)ガラスから成った。前と同様に、レーザーを、5 X 5ドット・アレイで編成された25個のドットをレーザーパルスとして繰り返し走査するようにプログラミングした。この例の場合、支持体層22において、リザーバー底部に局所的な熱が発生した。こうして、その場所にポリマー・パターンが発生した。
【００２３】
カバー層及び/又はボトム支持体として使用するための材料は、ガラス、プラスチック、金属、セラミック、石英、セラミック、ハロゲン化銀(AgClxBr1-x)、及びこれらの組み合わせを含む。本発明がボトム層上にアレイを製造しようとするならば、明らかに、カバー層は、輻射線に対して少なくとも部分的に透明でなければならない。溶液中に存在する代わりにボトム層上にコーティングされた開始剤が使用される場合、ボトム層はやはり著しく熱くなることができる。もちろん、「ボトム支持体」は、リザーバーの底部である必要はなく、リザーバー内に配置されたシート材料の要素であることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図1は、本発明の実施態様を示す概略図である。
【図２】図2は、本発明の別の実施態様を示す図である。
【図３】図3は、図1に示された本発明の実施態様に従って製造された25個のポリマードットから成るアレイの写真である。
【図４】図4は、単一のドットの写真である。
【図１】
2008500546.tif 000004
【図２】
2008500546.tif 000005
【図３】
2008500546.tif 000006
【図４】
2008500546.tif 000007
【国際調査報告】
2008500546.tif 000008
2008500546.tif 000009
2008500546.tif 000010