(57)【要約】【課題】固体又は半固体の支持体上に含まれる分子生物学的試薬、及び、サンプル、更に、研究室環境における使用によりマイクロアレイへの追加の物質の適用又は変更を識別する効率のよい手段を提供する。【解決手段】本発明のマイクロアレイレシーバ装置は、基盤と、基盤に形成される、第１の生物学的ターゲットサンプルと相互作用するよう適応される第１の生物学的プローブの少なくとも１つの第１の部位セットとを含むマイクロアレイレシーバと、少なくとも第１の生物学的プローブを識別するようマイクロアレイレシーバに関連付けられる識別子を含む。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基盤と、上記基盤に形成される、第１の生物学的ターゲットサンプルと相互作用するよう適応される第１の生物学的プローブの少なくとも１つの第１の部位セットとを含むマイクロアレイレシーバと、
上記少なくとも第１の生物学的プローブを識別するよう上記マイクロアレイレシーバに関連付けられる識別子と、を含むマイクロアレイレシーバ装置。
【請求項２】
上記識別子は、バーコード、人間が可読な識別子、磁気領域、及び、無線周波数識別子のうちの１つ以上である請求項１記載のマイクロアレイレシーバ装置。
【請求項３】
上記マイクロアレイレシーバは、上記基盤に形成される、複数の部位セットを含み、
各部位セットは、異なる生物学的ターゲットサンプルと相互作用するよう適応される異なる生物学的プローブを有し、
上記識別子は、上記複数の生物学的プローブの夫々を識別する、請求項１記載のマイクロアレイレシーバ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、分子生物学システムに係り、より具体的には、マイクロアレイレシーバを識別することが可能な手段に係る。
【０００２】
【従来の技術】
分子生物学試薬及びサンプルのマイクロアレイレシーバ又は基盤を識別して、それにより、自動機械と人間が共に、マイクロアレイレシーバを識別することができるようにする必要がある。周知であるように（そして、例えば、特許文献１（１９９８年９月１５日発行、Ｂｒｏｗｎ外）、及び、非特許文献１に記載されるように）、マイクロアレイは、基盤上に、数百又は数千の小さいスポットのグリッドとして配置される精製ＤＮＡ又は蛋白質のプローブ物質の非常に小さいサンプルからなるアレイである。マイクロアレイが、未知のターゲット物質に露出されると、ターゲット物質は、ハイブリダイゼーションと呼ばれるプロセスを介して、相補的な結合部位が発生するプローブスポットのみに選択的に結合する。次に、蛍光マイクロアレイスキャナにおける定量的スキャンを用いて、蛍光強度の画素マップを形成する（例えば、１９９９年４月２０日発行、ＤｅＷｅｅｒｄ外によるを特許文献２参照されたい）。次に、この蛍光強度マップは、特殊目的アルゴリズムによって解析されることが可能である。このアルゴリズムは、蛍光ターゲットの相対的な濃度、従って、ターゲットサンプルが抽出された細胞における遺伝子発現のレベル、蛋白質濃度等を明らかにする。実験室の実施では、サンプルターゲット物質に露出され、特定の生物情報アルゴリズムを介してスキャン及びマッピングされるマイクロアレイは、異なるプローブ物質を含む異なるアレイで、異なるサンプルに対し繰り返すことが可能である。
【０００３】
本発明は、剛性の、半剛性の、又は、弾性の支持体上の分子アレイの生産の改善されたシステム生産性を提供する。従来、アレイは、分子の正確な調量及び配置のための光リソグラフィー装置、ロボットを利用して制御される装置、又は、他の装置を使用することによって、手動でも、又は、機械的でも作製することが可能であった。或いは、アレイは、固体の支持体における直接的な化学合成によって作製することが可能であった。このような装置及び方法は、多数の個々の分子生物学的試薬を有するマイクロアレイは、人間の観察又は機械によっても、マイクロアレイを一意に同定する手段がほとんどない、又は、全くないという望ましくない結果を有する。本発明は、剛性、半剛性、又は、弾性支持体上の分子のアレイを識別する手段を設けることにより、従来のシステム及び方法の欠点に対処する。
【０００４】
ミリリットルからミリリットル以下の範囲にある小量の液体を分注する例は多く存在する。例えば、Ｐａｒｔｉｎｅｎ外（非特許文献２）は、エポキシ活性されたガラススライド上に、５’末端にアミノ修飾されたオリゴヌクレオチドの溶液の０．５〜ＩＬを、エポキシド活性されたガラススライド上に手動でアプライすることにより、予め印刷されたガラススライドの０．３６平行センチメートルのエリア上に、３×３のオリゴヌクレオチドのアレイを生成する。
【０００５】
他の従来の印刷法を用いて、固定の支持体上の幾つか異なる試薬のパターンを作成した。シルクスクリーニング、オフセット印刷、及び、ロトグラビア印刷といった手段が、試薬のテストストリップを生成するのに使用されてきた。このような方法において、各試薬インクは、別個にアプライされる。例えば、特許文献３（１９８０年８月５日発行、Ｊｏｈｎｓｏｎ）は、試薬試験ストリップ装置の製造方法を説明する。
【０００６】
試薬のピペット分注は、自動化することが可能である。自動化は、アレイ製造の速度及び精度を潜在的に増加し、同時に、アレイ位置間に必要な間隔を減少する。しかし、自動化されたピペット法を使用することは、同時にアプライすることのできる異なる試薬の数が非常に制限される（低平行度）。例えば、特許文献４（１９９６年９月１０日発行、Ｃｏｚｚｅｔｔｅ外）は、バイオセンサ装置を製造する際に、試薬を分注する為のマイクロ注射器を使用することを説明する。
【０００７】
アミノ修飾したｃＤＮＡ分子のマイクロアレイを、シリル化されたガラスの顕微鏡用スライド（非特許文献３）、又は、ポリ−１−リシンによりコーティングされた顕微鏡用スライド上に印刷するために、高速ロボット工学も使用されてきた（非特許文献４、非特許文献５）。
【０００８】
アレイ印刷のもう１つのアプローチは、インクジェット技法を適応することである。例えば、特許文献５（１９８９年１０月３１日発行、Ｈａｙｅｓ外）は、特に、試薬試験ストリップの製造における、試薬を分注するためのインクジェット式の方法及び装置を説明する。
【０００９】
ピン・トランスファは、上述したアプローチよりも多くのサンプル数の同時トランスファを可能にする１つのアプローチである。
【００１０】
特許文献６（１９９２年９月１日発行、Ｆｏｄｏｒ外）、特許文献７（１９９６年４月２３日発行、Ｆｏｄｏｒ外）、特許文献８（１９９５年８月２９日、Ｃｈｅｅ外）、及び、特許文献９（１９９５年５月４日発行）は、合成されたガラス基盤上に直接、オリゴヌクレオチドを光リソグラフィ合成することによって高密度のオリゴヌクレオチドアレイを作製することを説明する。
【００１１】
特許文献１０（１９９５年５月２日発行、ＭｃＧａｌｌ外）は、予め合成されたオリゴヌクレオチドから高密度オリゴヌクレオチドアレイを作製する方法を説明する。
【００１２】
特許文献１１（２０００年４月１８日発行、Ｂｉｒｃｈ外）、及び、特許文献１２（２００１年１０月１６日発行）は、生物学的又は化学解析において小量の液体を分注するためのトランスファーロッドを説明する。
【００１３】
特許文献１３（２００１年１０月２日発行、Ｂｒｙｎｉｎｇ外）は、小量の選択液体を基盤上に分注するための振動ファイバ装置を説明する。
【００１４】
特許文献１４（２００１年６月１２日発行、Ｋｏｗａｌｌｉｓ）は、近接して間隔が置かれた多数のスポットを有するマイクロアレイを作製する、トランスポート・パスウェイを有する装置を説明する。
【００１５】
上述を鑑みるに、固体又は半固体の支持体上に含まれる分子生物学的試薬、及び、サンプル、更に、研究室環境における使用によりマイクロアレイへの追加の物質の適用又は変更を識別する効率のよい手段が必要であることが明らかである。この手段は、実施することが比較的容易で、ロバストであり、機械及び人間が識別可能なピースを提供し、多数の別個のスポットを有するマイクロアレイの作製に容易に適用可能であることが好適である。更に、この手段は、識別手段に含まれる情報内容を変更する、又は、更新することが可能であり、それにより、アレイ作製、サンプルのアプライ、及び、最終走査／読出しの処理における各段階を追跡することのできる方法を提供する。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第５，８０７，５２２号
【特許文献２】
米国特許第５，８９５，９１５号
【特許文献３】
米国特許第４，２１６，２４５号
【特許文献４】
米国特許第５，５５４，３３９号
【特許文献５】
米国特許第４，８７７，７４５号
【特許文献６】
米国特許第５，１４３，８５４号
【特許文献７】
米国特許第５，５１０，２７０号
【特許文献８】
米国特許第５，４４５，９３４号
【特許文献９】
国際特許出願９５／１１９９５
【特許文献１０】
米国特許第５，４１２，０８７号
【特許文献１１】
米国特許第６，０５１，１９０号
【特許文献１２】
米国特許第６，３０３，３８７号
【特許文献１３】
米国特許第６，２９６，７０２号Ｂ１
【特許文献１４】
米国特許第６，２４５，２９７号Ｂ１
【非特許文献１】
マーク・シェナ（Ｍａｒｋ　Ｓｃｈｅｎａ）、「ＤＮＡ　Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｓ：　Ａ　Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　Ａｐｐｒｏａｃｈ」、ニューヨーク、オックスフォード・ユニバーシティ・プレス、１９９９年、ＩＳＢＮ０−１９−９６３−７７６−８
【非特許文献２】
トミ・パスティネン（Ｔｏｍｉ　Ｐａｓｔｉｎｅｎ）、外４名、「Ｍｉｎｉｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ：　ＡＳｐｅｃｉｆｉｃ　Ｔｏｏｌ　ｆｏｒ　ＤＮＡ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ　ｏｎ　Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ　Ａｒｒａｙｓ」、Ｇｅｎｏｍｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ、ヘルシンキ−フィンランド（国家保健研究所、ヒト分子遺伝学部）、タルトゥ−エストニア（タルトゥ大学、分子及び細胞生物学研究所）、１９９７年、第７巻、ｐ．６０６−６１４
【非特許文献３】
「Ｓｉｌｙｌａｔｅｄ　＆　Ｓｉｌａｎａｔｅｄ　Ｓｌｉｄｅｓ」、「Ｓｌｉｄｅ　Ｂｏｘｅｓ」、「Ｂｌｏｃｋｉｎｇ　Ｒｅａｇｅｎｔ」、「Ｍｉｓｃｅｌｌａｎｅｏｕｓ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ」、Ｂｉｏ−Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，　ヒューストン−アメリカ、ＣＥＬ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，　Ｉｎｃ．　ｐ．１−５
【非特許文献４】
マーク・シェナ、「Ｇｅｎｏｍｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗｉｔｈ　ｇｅｎｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｓ」、Ｂｉｏｅｓｓａｙｓ、１９９６年、第１８巻、第５号、ｐ．４２７−４３１
【非特許文献５】
マーク・シェナ、外５名、「Ｐａｒａｌｌｅｌ　ｈｕｍａｎ　ｇｅｎｏｍｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ：　Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ−ｂａｓｅｄ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　１０００　ｇｅｎｅｓ」、Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、アメリカ、ナショナル・アカデミー・サイエンス、１９９６年１０月、第９３巻、ｐ．１０，６１４−１０，６１９
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上述した問題に対する解決策を提供し、上述した必要性を満たすことを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴によると、マイクロアレイレシーバ装置が提供される。本発明のマイクロアレイレシーバ装置は、基盤と、基盤に形成される、第１の生物学的ターゲットサンプルと相互作用するよう適応される第１の生物学的プローブの少なくとも１つの第１の部位セットとを含むマイクロアレイレシーバと、少なくとも第１の生物学的プローブを識別するようマイクロアレイレシーバに関連付けられる識別子とを含む。
【００１８】
本発明は、以下の利点を有する。
１．マイクロアレイレシーバには、レシーバ上に形成される生物学的プローブを識別する識別子が設けられる点。
２．識別子は、実施するのが比較的容易であり、ロバストであり、且つ、人間の機械が共に読出しすることが可能である識別子を提供する点。
３．識別子は、情報を変更、追加、又は、削除することができるよう変更可能なタイプ（磁気、ＲＦＩＤ）である点。
【００１９】
【発明の実施の形態】
一般的に、本発明は、基盤と、第１のターゲットサンプルと相互作用するよう適応される少なくとも１つの第１の生物学的プローブとを有するマイクロアレイレシーバを有するマイクロアレイレシーバ装置に係る。部位が基盤上に形成される。識別子が、マイクロアレイレシーバに関連付けられて、第１の生物学的プローブを識別する。マイクロアレイレシーバは、複数の部位セットを含むことが好適であり、各部位セットは、異なるターゲットサンプルと相互反応するよう適応される異なる生物学的プローブよりなる。複数の部位セットは、基盤上に形成され、識別子が、複数の生物学的プローブの夫々を識別する。
【００２０】
識別子は更に、以下のうちの１つ以上を同定することが可能である。即ち、生物学的プローブと相互作用するターゲット生物学的サンプル、マイクロアレイ、マイクロアレイが作製された方法、マイクロアレイの適用における使用方法に関する情報、作製、サンプルのアプライ／読出し処理時に変更及び更新可能な情報。
【００２１】
識別子は、以下のうちの１つ以上であることが可能である。即ち、人間が読取り可能な情報、バーコード、磁気又は光学ストリップ、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ等。
【００２２】
マイクロアレイレシーバの基盤に形成される生物学的ターゲット部位は、以下の技法のうちの１つ以上の技法によって形成可能である。即ち、光リソグラフィー、インクジェット印刷、シルクスクリーニング、液体分注。
【００２３】
マイクロアレイレシーバは、ゲル化剤、又は、ゲル化剤の先駆物質を含む流体において分散されたマイクロスフィア（ビーズ）を含む構成物でコーティングされる基盤を含むことが好適である。マイクロスフィアは、基盤上において、ランダムに、又は、規則正しい位置で固定される。基盤には、マイクロスフィアと物理的又は化学的に相互作用するよう設計された受容体はない。マイクロスフィアの集団のうち１つ以上の下位集団は、マイクロスフィアに関連付けられる少なくとも１つの色素から形成される一意の光学バーコードと、マイクロスフィアに接触する検体と反応する一意の生物学的機能性又はプローブを含む。
【００２４】
基盤上のマイクロスフィアの分布又はパターンは、完全にランダム（基準又は偏りを示さない空間分布）であっても、又は、マイクロスフィアは、基盤上に予めマークが付けられた、又は、予め決められた部位に引き付けられるか又は保持されてもよい。アレイにおける各マイクロスフィアは、別個の色アドレス（一意のＲＧＢ値、例えば、Ｒ＝０、Ｇ＝２０４、Ｇ＝１５３）を有する数千の識別可能なマイクロスフィアを作成するために、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び、青（Ｂ）の原色を表す３つの色素を混合することにより得られる色に基づいた別個のサインを有する。マイクロスフィアは、その表面に活性部位が形成され、その活性部位に、特定の生理活性プローブが取り付けられる。従って、各色アドレスは、特定の整理活性プローブに対応することが可能である。
【００２５】
マイクロスフィアのマイクロアレイ、又は、集合は、数個の、又は、数百以上のマイクロスフィアの下位集団を含むことが可能である。各下位集団は、同一の色コードと、同一の生理活性プローブを含む。マイクロスフィアの各マイクロアレイは、基盤のサブエリアを占有し、基盤のエリア全体にパターンが繰り返される。マイクロアレイのサブエリアの寸法エリアは、１つのマイクロタイターウェル匹敵するか、又は、複数のウェルが１つのマイクロアレイサブエリアをオーバレイし得る。
【００２６】
マイクロスフィアは、Ｃｈａｒｉ外による米国特許出願番号０９／９４２，２４１号に開示されるように、基盤上にコーティングされることが好適である。
【００２７】
未知の生物学的ターゲットサンプルを解析するために、生理活性プローブを有するマイクロアレイを使用するには、解析されるべきサンプルは、蛍光色素、又は、化学発光法による活性分子を用いて、非選択的にラベル付けされなければならない。
【００２８】
生物学的ターゲットサンプルは、マイクロアレイ生理活性プローブと接触するようにされる。未知の生物学的ターゲットサンプルが、コーティングされたマイクロスフィアの表面上の生理活性プローブとハイブリダイズする結果得られる蛍光／化学発光信号は、電子カメラ／画像プロセサシステムによって、検出され、且つ、解析される。
【００２９】
図１を参照するに、本発明のマイクロアレイレシーバ装置１０を示す。本発明の装置１０は、４行×６列（図１を９０°回転して見ると）のマトリクス状の２４の領域１６を有するパターンがその上に形成される基盤１４を含むマイクロアレイレシーバ１２を含む。各領域は、複数の生物学的プローブ部位の同一のマイクロアレイを含む。異なる生物学的プローブは夫々、特定の生物学的ターゲットサンプルと相互作用するよう適応される。
【００３０】
マイクロアレイレシーバ装置１０は、数個の識別子１８、２０、及び、２２を含み、夫々、マイクロアレイレシーバ及びその生物学的プローブに関する情報を格納するか又は表す。識別子１８は、人間が可読な識別子であり、文字、数字、及び、他の視覚的に認識可能な記号を含む。識別子２０は、機械可読なバーコードである。識別子２２は、作製状態、及び、どのように使用されたのかを反映するよう（動的に）更新可能な情報を格納する磁気ストリップである。人間可読識別子１８は、レシーバに関連付けられる特定の生物活性を識別することが可能である。人間可読識別子は、レシーバが、特定のシリーズの多数のレシーバのうちの１つ（例えば、１０のうちの３）であることを識別することができる。バーコード識別子２０は、製造コンピュータ、及び、エンドユーザのデータ追跡コンピュータによっても読出し可能である。
【００３１】
図２は、ＲＦＩＤ識別子２４を有する装置１０を示す。ＲＦＩＤ識別子２４は、周知のＲＦＩＤ技術を用いて書込み及び読出しすることが可能である。
【００３２】
図３は、更新可能な識別子２２の機能を説明する。ボックス３０は、磁気ストリップ２２又はＲＦＩＤ識別子２４に格納可能で、且つ、製造／ＱＣ／ＱＡコンピュータ３２によって変更可能である製造処理を表す。ボックス３４、３６、及び、３８は、夫々、アプライ処理、読出し処理、及び、インフォーマティクス処理を表し、これらは、磁気又はＲＦＩＤ識別子に格納可能であり、データ追跡コンピュータ４０によって更新可能である。
【００３３】
図４は、ランダムに分布された生物学的プローブ部位からなる同一のマイクロアレイを有する領域６０を含むマイクロアレイレシーバ装置１０の一例を示す。領域６０の一部６２を分解して示す。この分解図では、マイクロスフィアに取り付けられる１６の異なる生物学的プローブが、領域６０の部分６２全体にランダムに分布される。各生物学的プローブは、そのプローブに一意の色のマイクロスフィアに取り付けられ、それにより、部分６２には、１６の異なる色を有するマイクロスフィアがある。例えば、１６のプローブに対し１６の相補的ターゲットの夫々を含むサンプル検体が、部分６２に接触するようにされると、１６のターゲットと１６のプローブのハイブリダイゼーションが、１６の異なる色の発光又は蛍光を生成し、これは、適切な検出システムによって検出されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施例を示す図である。
【図２】本発明のもう１つの実施例を示す図である。
【図３】本発明に使用することの可能な作業の流れを説明するブロック図である。
【図４】本発明に使用することの可能な１つの例示的なマイクロアレイレシーバ装置の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１０　マイクロアレイレシーバ装置
１２　マイクロアレイレシーバ
１４　基盤
１６　領域
１８、２０、２２　識別子
２４　ＲＦＩＤ識別子
６０　領域
６２　領域６０の一部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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