(57)【要約】【課題】  基質上に異なる液体試料にさらすことが可能なマルチアレイを提供し、同時に、大仰な取り扱いが不要で製造しやすい、異なる試料または試料部分間における接触を阻止する手段を提供すること。【解決手段】  複数の生体高分子アレイ１２を備えた基質表面１１ａを含むアレイユニット１５であって、該アレイ１２は複数のフィーチャ１６を各々含み、該アレイは表面エネルギー遷移によって各々包囲されて、該アレイに適用される別個の液体試料間の離隔距離を保つようになっており、前記基質表面１１ａが、前記アレイを備える連続領域全体にわたって物理的に遮断されていなアレイユニット１５。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の生体高分子アレイを備えた基質表面を含むアレイユニットであって、該アレイは複数のフィーチャを各々含み、該アレイは表面エネルギー遷移によって各々包囲されて、該アレイに適用される別個の液体試料間の離隔距離を保つようになっており、前記基質表面が、前記アレイを備える連続領域全体にわたって物理的に遮断されていないアレイユニット。
【請求項２】
前記表面エネルギー遷移が、前記アレイを備える領域の間とアレイを備える領域を包囲するアレイ間表面領域とによって生じ、該アレイ間表面領域が、該包囲される領域の周辺部よりも疎水性が高い、請求項１に記載のアレイユニット。
【請求項３】
前記包囲される領域の周辺部が、前記アレイの周辺部である、請求項２に記載のアレイユニット。
【請求項４】
前記生体高分子に、ポリヌクレオチドまたはペプチドが含まれる、請求項２に記載のアレイユニット。
【請求項５】
前記アレイ間表面領域が、前記アレイの前記フィーチャよりも疎水性が高い、請求項４に記載のアレイユニット。
【請求項６】
前記アレイ間領域に侵入する前に前記アレイが収容できる水量はＶまでであり、Ｖは、
【数１】
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によって得られ、Ｖ（ｒ，θc）は、静止小滴の量であり、ｒは、円形アレイの半径、または、非円形アレイの場合は等価面積をもたらす半径であり、θcは、２０度を超える接触角である、請求項５に記載のアレイユニット。
【請求項７】
前記アレイの前記フィーチャの接触角が、２０度未満で、その全フィーチャ面積が各アレイの面積の少なくとも３０％である、請求項５に記載のアレイユニット。
【請求項８】
前記アレイが円形である、請求項４に記載のアレイユニット。
【請求項９】
隣接するアレイ間の最小離隔距離が、前記アレイの前記フィーチャ間の平均間隔の少なくとも２倍である、請求項４に記載のアレイユニット。
【請求項１０】
隣接するアレイ間の最小離隔距離が、前記アレイの前記フィーチャ間の平均間隔の１０倍以下である、請求項５に記載のアレイユニット。
【請求項１１】
各アレイに、５０〜１０００のフィーチャが含まれる、請求項４に記載のアレイユニット。
【請求項１２】
前記アレイ間表面領域に、前記基質表面に結合した、異なるタイプの分子が含まれる、請求項４に記載のアレイユニット。
【請求項１３】
前記アレイの各フィーチャには、前記基質表面に結合した、異なるタイプの分子が含まれ、該異なるタイプの分子のサブセットのみによって、生体高分子が前記フィーチャ内の前記表面に共有結合される、請求項１２に記載のアレイユニット。
【請求項１４】
各アレイに、内側領域と該内側領域を包囲する外側領域とが含まれており、各領域が複数のフィーチャを備え、前記外側領域を占めるフィーチャの割合が前記内側領域を占めるフィーチャの割合を超える、請求項４に記載のアレイユニット。
【請求項１５】
各アレイの前記外側領域が少なくとも８つのフィーチャを含む、請求項１４に記載のアレイユニット。
【請求項１６】
請求項４に記載のアレイを使用する方法であって、各アレイに別個の液体試料を適用し、複数の別個の試料が基質表面に同時に存在するようにし、一方で、より疎水性の高いアレイ間領域によって適用された試料間の離隔距離が保たれるようにするステップを含む方法。
【請求項１７】
前記アレイ間に物理的障壁が存在しない、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記アレイフィーチャにポリヌクレオチドまたはペプチドが含まれ、各試料にポリヌクレオチドまたはペプチドが含まれる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
請求項４に記載のアレイを製造する方法であって、
（ａ）基質表面のフィーチャを形成すべき位置に、生体高分子前駆体を含む小滴を付着させ、該前駆体が該基質表面の該位置に結合された状態にするステップと、
（ｂ）該結合した前駆体が次に付着する前駆体と結合するようにして、前記アレイが製作されるまで、各位置において（ａ）を反復するステップと
を含み、前記アレイが形成される領域の疎水性が、（ａ）の反復後に、アレイ間領域よりも低くなる方法。
【請求項２０】
前記基質表面の、前記アレイ間領域と、前記フィーチャ位置を含むアレイを形成する領域との両方において、該基質表面に結合した組成物が含まれ、ステップ（ａ）の実施中に、該組成物の少なくとも１つの成分によって前記生体高分子前駆体が前記表面に結合される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記組成物に、前記基質表面に結合する異なるタイプの分子が含まれ、該異なるタイプの分子のサブセットのみによって、生体高分子が前記フィーチャ内の前記表面に共有結合される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
基質表面上に複数の生体高分子アレイが含まれているアレイユニットを使用する方法であって、各アレイが複数のフィーチャを具備し、該アレイがアレイ間表面領域によって分離され、前記基質表面が前記アレイを備える連続領域全体にわたって物理的に遮断されていることはなく、
別個の液体試料を各アレイに適用して、複数の別個の試料が前記基質表面に同時に存在するようにし、一方で、前記アレイ間領域によって分離状態が保たれるようにするステップを含む方法。
【請求項２３】
前記アレイユニットに関連づけられたコードを読み取るステップと、該コードまたは該コードにリンクされたファイルから、前記アレイに適用されるべき液体試料の量に関する情報を検索するステップとを含む、請求項４に記載のアレイユニットを使用する方法。
【請求項２４】
前記液体試料が、水分を保持するための湿潤剤を含む水性試料である、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断、スクリーニング、遺伝子発現解析、及び、他の用途に役立つポリヌクレオチドアレイ（例えば、ＤＮＡアレイ）のようなアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の論考において、また、本明細書全体を通じて、さまざまな参考文献が引用されるが、引用される参考文献が、本出願に対する先行技術であることを認めるものではない。
【０００３】
ポリヌクレオチドアレイまたは蛋白質アレイ（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡアレイ）のような化学アレイは、既知のところであり、例えば、診断またはスクリーニング・ツールとして用いられる。ポリヌクレオチドアレイには、基質上に所定の構成をなすように配置された、通常、異なるシーケンスのポリヌクレオチド領域が含まれている。これらの領域（「フィーチャ」とも呼ばれる）は、基質上のそれぞれの位置（「アドレス」）に配置されている。アレイは、試料にさらされると観測される結合パターンを示すことになる。この結合パターンは、アレイの読み取り時に検出することが可能である。例えば、試料内の全てのポリヌクレオチド標的（例えば、ＤＮＡ）は、適合する標識（例えば、蛍光化合物）で標識付けすることが可能であり、アレイ上の蛍光パターンは、試料にさらした後、正確に観測される。異なるシーケンスのポリヌクレオチドが、所定の構造に従って正しく配置されているものと仮定すると、観測される結合パターンは、試料の１以上のポリヌクレオチド成分の存在及び／または濃度を表わすことになる。
【０００４】
生体高分子アレイは、予め得られた（例えば、合成によるか、または、天然供給源から）生体高分子を基質に付着させるか、あるいは、インサイチュ合成方法によって製作することが可能である。得られた生体高分子を付着させる方法には、先行技術文献（例えば、特許文献１参照）に記載のように、ピンまたは毛細管を表面に接触させてそれらを供給するか、あるいは、先行技術文献（例えば、特許文献２及び３等参照）に記載のように、インクジェット・ヘッドのようなパルス・ジェットからの噴射によって付着させることが含まれる。こうした付着方法は、１サイクルの付着によって各フィーチャを形成するものとみなすことが可能である（すなわち、各フィーチャに、予め得られた生体高分子を基質に付着させるサイクルは１つだけである）。インサイチュ製作方法の場合には、最終フィーチャを形成するため、パルス・ジェットまたは他の手段によって、ある特定の標的位置に複数の異なる試薬小滴を付着させる（従って、アレイ基質上にそのフィーチャのプローブが合成される）。インサイチュ製作方法には、先行技術文献（例えば、特許文献４参照）に記載のペプチドアレイを合成するための方法、及び、先行技術文献（例えば、特許文献５及び３参照）及びそこで引用されている参考文献に記載のポリヌクレオチドアレイを合成するための方法が含まれており、パルス・ジェットを使用して、試薬を付着させることも可能である。ポリヌクレオチドアレイのインサイチュ製作方法は、一般に、フィーチャが形成されることになる複数の異なるアドレスのそれぞれにおいて、既知の化学反応によって支持体上のヌクレオシド試薬からポリヌクレオチドを形成するのに用いられるのと同じ従来の反復シーケンスに従うことになる。この反復シーケンスは、形成すべき各フィーチャに行われる付着サイクル、すなわち、（ａ）最初の繰り返しにおいて、亜リン酸エステル結合によって、選択された活性化ヌクレオシド（モノマーユニット）を官能基化支持体に結合するか、または、後続の繰り返しにおいて、基質（すなわち、ヌクレオシドで修飾された基質）に結合されたヌクレオシドを結合するステップと、（ｂ）任意選択的に、基質結合ヌクレオチド上の未反応ヒドロキシル基を阻害するステップ（「キャッピング」と呼ばれる場合もある）と、（ｃ）ステップ（ａ）の亜リン酸エステル結合を酸化させて、リン酸エステルを形成するステップと、（ｄ）ステップ（ａ）において結合される現在の基質結合ヌクレオシドから保護基を除去して（「脱保護化」）、これらのステップの次のサイクルのための反応サイトを生じさせるステップからなるサイクルの、複数回にわたる実施とみなすことができる。結合は、アレイにとって望ましい特定のフィーチャ位置に活性化剤及びホスホラミダイトの小滴を付着させることによって実施可能である。窒素塩基及びリン酸基が、既知の条件下において、水酸化アンモニウム及び／またはメチルアミンで処理することによって同時に脱保護化される、最終の脱保護化ステップが設けられている。キャッピング、酸化、及び、脱保護化は、適合する試薬層で基質全体を処理する（「フラッディング」）ことによって実施可能である。官能基化された支持体（最初のサイクル）または脱保護化された結合ヌクレオシド（後続サイクル）によって、ステップ（ａ）において結合される次のヌクレオシドとの亜リン酸エステル結合を形成するための結合基を備えた基質結合成分が得られる。ヌクレオシド塩基の最終脱保護化は、既知の方法における別のフラッディング手順によって、水酸化アンモニウムのようなアルカリ性条件を使用して実施可能である。通常、単一パルス・ジェットまたは他のディスペンサが、単一のモノマーユニットの付着に割り当てられる。
【０００５】
ポリヌクレオチドの合成に関する上記化学反応については、先行技術文献（例えば、非特許文献１、２、３、及び、４、特許文献６、７、８、９、１０、等参照）に詳細な説明がある。ホスホラミダイト及び亜リン酸トリエステル・アプローチは、最も広く用いられているが、他のアプローチには、ホスホジエステル・アプローチ、ホスホトリエステル・アプローチ、及び、Ｈホスホナートアプローチが含まれる。基質は、一般に、最初に付着する単量体に結合するように官能基化される。こうした結合成分による基質の官能基化に適した技法については、先行技術文献（例えば、特許文献１１及び非特許文献５参照）に記載がある。アレイを製作する場合、任意の１サイクル中に、基質上の異なるアドレスにそれぞれに異なる単量体及び活性化剤を付着させて、完成したアレイの異なるフィーチャが、それぞれに異なる所望の生体高分子シーケンスを示すようにすることが可能である。ポリヌクレオチドアレイをインサイチュ製作する場合には、従来の酸化、キャッピング、及び、洗浄ステップといった、各サイクルに、１つ以上のさらなる中間ステップが必要になる可能性がある（やはり、これらのステップはフラッディング手順で実施可能である）。
【０００６】
予め得られた生体高分子の付着またはインサイチュ法による生体高分子アレイの製作については、先行技術文献（例えば、特許文献１２、１３、１４、及び、１５参照）にさらに詳細に開示されている。とりわけ有効なリンカー組成及び方法について、先行技術文献（例えば、特許文献１６及び１７参照）に開示がある。これらの特許によれば、基質の表面エネルギーを修正して、アレイ製作中における付着小滴の拡散を制御することが可能な手段も得られる。
【０００７】
アレイ製作において、使用可能なポリヌクレオチドの量は、通常、極めて少なく、高価である。さらに、テストに使用可能な試料の量も、通常、極めてわずかである。これらの条件は、小さくて、間隔の密なフィーチャを備えたアレイを使用することを必要とする。例えば、アレイには数千のフィーチャが存在する。しかし、状況によっては、フィーチャがはるかに少ない（例えば、フィーチャが１００しかない）アレイで十分な場合もある。フィーチャの少ないマルチアレイを同じ基質上に納めて、異なる試料にさらすことが可能である。この状況において、（誤った結果を生じる可能性のある）異なる試料の混合を防ぐため、異なるアレイ間にガスケットのような障壁または他の手段を設けて、アレイの１つに適用される試料液が、隣接するアレイに適用される試料液と接触しないようにすることが可能である。これには、液体試料を用いる前に、こうしたガスケット構造を手動でアセンブルすることが必要になり、このため、偶発的なアレイの接触または汚染の機会をもたらし（例えば、アレイに接触するユーザの指によって）、極めて高価なアレイによる有意義な結果が損なわれることになる可能性がある。アレイの製作前に、基質にセパレータを取り付けることが可能であるが、これが、製作プロセスの物理的障害となって（例えば、付着ヘッドが、基質表面上を近接して横切らなければならない場合）、取り扱い中に、おそらくセパレータを取り外すことになる可能性があり、追加の製作ステップが必要になる。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，８０７，５２２号明細書
【特許文献２】国際公開第９５／２５１１６号パンフレット
【特許文献３】国際公開第９８／４１５３１号パンフレット
【特許文献４】米国特許第５，４４９，７５４号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１８０，３５１号明細書
【特許文献６】米国特許第４，４５８，０６６号明細書
【特許文献７】米国特許第４，５００，７０７号明細書
【特許文献８】米国特許第５，１５３，３１９号明細書
【特許文献９】米国特許第５，８６９，６４３号明細書
【特許文献１０】欧州特許第０２９４１９６号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，２５８，４５４号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，２４２，２６６号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，２３２，０７２号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，１８０，３５１号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，１７１，７９７号明細書
【特許文献１６】米国特許第６，３１９，６７４号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，４４４，２６８号明細書
【非特許文献１】Ｃａｒｕｔｈｅｒｓ，「Ｓｃｉｅｎｃｅ」，１９８５年，第２３０巻，ｐ．２８１−２８５、
【非特許文献２】板倉他，「Ａｎｎ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｃｈｍ．」，第５３巻，ｐ．３２３−３５６
【非特許文献３】Ｈｕｎｋａｐｉｌｌａｒ他，「Ｎａｔｕｒｅ」，１９８４年、第３１０巻，ｐ．１０５−１１０
【非特許文献４】Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，Ｆｌａ著，「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ  ｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｔａｒｇｅｔｅｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ」，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，ｐ．１００以下参照
【非特許文献５】Ｓｏｕｔｈｅｒｎ，Ｅ．Ｍ．，Ｍａｓｋｏｓ，Ｕ．，及び、Ｅｌｄｅｒ，Ｊ．Ｋ．，「Ｇｅｎｏｍｉｃｓ」，１９９２年，第１３巻，ｐ．１００７−１０１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、基質上に異なる液体試料（または同じ試料の異なる部分）にさらすことが可能なマルチアレイを提供し、同時に、大仰な取り扱いが不要で製造しやすい、異なる試料または試料部分間における接触を阻止する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、基質表面に複数の化学アレイ（生体高分子または他の高分子のような）を含むアレイユニットが得られる。各アレイには、複数のフィーチャが含まれており、各アレイは、アレイに対して用いられる別個の液体試料間の離隔距離を保持するため、表面エネルギー遷移によって包囲されている。基質表面は、アレイを有する連続領域全体にわたって、物理的に遮断されていない。
【００１１】
本発明によれば、さらに、本発明のアレイユニットの製作方法が得られる。この方法には、基質表面のフィーチャが形成される位置に生体高分子前駆体を含む小滴を付着させて、前駆体が表面のその位置に結合した状態になるようにするステップが含まれる。このステップは、前回結合した前駆体が次に付着する前駆体と結合するようにして、アレイが製作されるまで、各位置において反復することが可能である。この方法では、アレイが形成される領域の疎水性が、前述の小滴付着の反復後、アレイ間領域よりも低くなる。また、本発明によれば、本発明によるアレイユニットの製作方法を実行可能な装置、並びに、コンピュータによって実行されると、本発明の製作方法を実行することができる（例えば、前述の装置で）コンピュータ読み取り可能なコードを保有するコンピュータ・プログラム製品も得られる。
【００１２】
さらに、本発明によれば、基質表面上に、それぞれ、複数のフィーチャを具備し、物理的に遮断されていないアレイ間表面領域によって分離された、複数の生体高分子アレイを含むアレイユニットの使用方法も得られる。この方法には、各アレイに別個の液体試料を付着させて、複数の別個の試料が基質表面上に同時に存在することになるが、アレイ間領域によって分離された状態を保たれるようにするステップが含まれる。例えば、この方法を本発明のアレイに適用し、より疎水性の高いアレイ間領域によって、付着した試料間の分離が保たれるようにすることが可能である。
【００１３】
本発明のアレイユニットを使用する本発明のもう１つの方法には、アレイユニットに関連したコードを読み取るステップと、該コードまたはコードに関連したファイルから、アレイに適用すべき液体試料の量に関する情報を検索するステップが含まれている。
【００１４】
本発明のさまざまな態様によって、下記の、または、他の有用な利点の任意の１つ以上が得られる。例えば、基質上に、異なる液体試料（または、同じ試料の異なる部分）にさらすことが可能なマルチアレイを設けることが可能である。同時に、大仰な取り扱いを不要にし、製造が困難にならない方法で、異なる試料または試料部分間の接触を阻止することが可能である。
【００１５】
理解しやすくするため、実用的な場合、図に共通した同一の構成要素の表示には、同一の参照番号が用いられている。同じ参照番号の後の異なる文字は、総称的クラスの異なるメンバを表している（例えば、アレイ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、「アレイ１２」と総称される）。図面は必ずしも一定の比率で描かれていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本出願において、相容れない意味であることが明らかでない限り、下記の用語は、以下に示された特性を表わすものとする。「生体高分子」は、１つ以上の種類の繰り返し単位からなる高分子である。生体高分子は、一般に、生体系において検出されるものであって、とりわけ、多糖類（炭水化物のような）、及び、ペプチド（この用語は、ポリペプチド、及び、多糖類に付着するか否かはともかくとして、蛋白質を含むように用いられる）、及び、ポリヌクレオチド、並びに、アミノ酸類似体または非アミノ酸基、または、ヌクレオチド類似体または非ヌクレオチド基から構成されるか、または、それらを含む化合物のようなそれらの類似体を含んでいる。これには、従来の骨格鎖が非天然または合成の骨格鎖に置換されたポリヌクレオチド、及び、１つ以上の通常の塩基がワトソン・クリック型水素結合相互作用に関与することが可能な基（天然または合成の）に置換された核酸（または、合成または天然類似体）が含まれる。ポリヌクレオチドには、一本鎖構造または複数本の鎖構造が含まれているが、この場合、１つ以上の鎖のアライメントが互いに完全にとれていることもあれば、とれていないこともあり得る。「ヌクレオチド」は、核酸のサブユニットに相当し、リン酸基、５炭素糖、及び、窒素を含む塩基、並びに、高分子の形態において（ポリヌクレオチドとして）２つの天然ポリヌクレオチドの場合と類似したシーケンス特有の方法で天然ポリヌクレオチドとハイブリッド形成可能な、これらのサブユニットの官能基類似体（天然か、合成かはともかく）を備えている。例えば、「生体高分子」には、ＤＮＡ（ｃＤＮＡを含む）、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、及び、ＰＮＡ、さらに、その発生源に関係なく、米国特許第５，９４８，９０２号明細書及びそれに引用されている参考文献（引用することにより本明細書の一部をなすものとする）記載の他のポリヌクレオチドが含まれる。「オリゴヌクレオチド」は、一般に、長さがヌクレオチド約１０〜１００個分のヌクレオチド多量体に相当し、一方、「ポリヌクレオチド」には、任意の数のヌクレオチドを持つヌクレオチド多量体が含まれる。「バイオモノマー」は、同じか、または他のバイオモノマーと結合して、生体高分子を形成することが可能な単一の単位を表している（例えば、その一方または両方が除去しうる保護基をもつことが可能な２つの結合基を備える単一のアミノ酸またはヌクレオチド）。「生体高分子前駆体」は、化学的に端と端をつないで結合すると生体高分子を形成することが可能な、生体高分子のより小さい単位である。バイオモノマーは、一種の生体高分子前駆体であるが、生体高分子前駆体には、２つ以上の結合されたモノマーユニットを含むことが可能である。流体は、液体を表わす（例えば、生体高分子または生体高分子前駆体の溶液）。
【００１７】
「アレイ」には、相容れない意味であることが明らかでない限り、その領域に関連した特定の１つまたは複数の化学成分（例えば、異なる領域における異なるシーケンスのポリヌクレオチドのような生体高分子）を備える、任意の１次元、２次元、または、３次元構成のアドレス可能領域が含まれる。各領域は、基質が多孔性の場合、第３の次元に延びることが可能であるが、基質が多孔性でない場合には、第３の次元の寸法（厚さ）がほとんどない。アレイは、アレイ上のある特定の所定位置（「アドレス」）における領域（アレイの「フィーチャ」または「スポット」）が、ある特定の標的またはある特定のクラスの標的を検出するように（あるフィーチャが、偶発的にそのフィーチャの非標的を検出する可能性があるが）、異なる成分の複数の領域（例えば、異なるポリヌクレオチド・シーケンス）を備えているので、「アドレス可能」である。アレイフィーチャは、一般に、均質であり、フィーチャは、一般に、必ずしも必要というわけではないが、介在スペースによって分離されている。アレイの場合、「標的」は、さまざまな領域で基質と結合するプローブ（「標的プローブ」）によって検出される、移動相（一般に、流体）の成分として表わされる。しかし、「標的」と「標的プローブ」の一方は、もう一方によって評価されるべきものである（従って、いずれか一方は、もう一方と結合することによって評価されることになる、未知のポリヌクレオチド混合物とすることが可能である）。「アレイ・レイアウト」または「アレイ特性」は、アレイ内におけるフィーチャの位置決定及び基質上におけるアレイの位置決定、１つ以上のフィーチャ寸法、あるいは、ある特定のフィーチャ位置における成分の同一性または機能（例えば、化学的または生物学的）に関する何らかの表示、または、アレイを取り扱うべき様態（アレイが試料にさらされる条件、または、アレイの読み取り規格、または、試料にさらした後、アレイ上の制御フィーチャから予想される信号または信号範囲）といった、アレイの１つ以上の物理的、化学的、または生物学的特性を表わすため、交換可能に用いられる。「ハイブリッド形成」及び「結合」は、ポリヌクレオチドに関して、交換可能に用いられる。アレイ上の「制御フィーチャ」は、アレイの使用中に、アレイまたは試料の性能を検査できるように設けられたフィーチャである。例えば、制御フィーチャは、負の制御フィーチャ（試料にさらした後に予想される信号がほとんどまたは全くない）、または、正の制御フィーチャ（試料にさらした後に強い信号が予想される）とすることが可能である。
【００１８】
「プラスチック」は、任意の高分子量の合成有機重合体である。（例えば、少なくとも１，０００グラム／モル、または、少なくとも１０，０００または１００，０００グラム／モルの場合さえある）。
【００１９】
基質または基質ウェブに関連した「可撓性」は、半径１．２５ｃｍ未満のローラまわりで、基質を１８０度曲げることができることを表している。基質は、破損（例えば、亀裂）または塑性変形を生じることなく、少なくとも１００回、繰り返し、いずれかの方向にこのように曲げては、まっすぐに直すことが可能である。この曲げは、材料の弾性限界内でなければならない。可撓性に関する上記テストは、２０℃の温度で実施される。
【００２０】
「ウェブ」は、幅を超える長さを備えた、長い連続した基質材料を表している。例えば、ウェブの長さ対幅の比は、少なくとも５／１、１０／１、５０／１、１００／１、２００／１、または、５００／１とすることが可能であり、１０００／１とすることさえ可能である。
【００２１】
あるアイテム（item）が別のアイテムから「遠隔」であると表わされる場合、これは、２つのアイテムが少なくとも異なる建物にあり、少なくとも、１マイル、１０マイル、または、少なくとも１００マイル離れている可能性があることを表している。情報「通信」は、適合する通信チャネル（例えば、私設ネットワークまたは公衆網）を介してその情報を電気信号として表わすデータを伝送することを表している。アイテムの「転送」は、そのアイテムを物理的に転送するか、別様に転送する（それが可能である場合）かはともかく、そのアイテムをある場所から次の場所に到達させる任意の方法を表しており、少なくともデータの場合には、そのデータを記憶した媒体の物理的転送またはデータの通信が含まれる。アレイ「アセンブリ」は、アレイに、アレイを付着させる基質だけを加えたものとすることも可能であるが、アセンブリは、他の特徴（チャンバを備えたハウジングのような）を含むパッケージの形態をとることも可能である。「チャンバ」は、密閉された空間を表している（１つ以上のポートからチャンバに出入り可能であるが）。また、明らかに、本明細書全体を通じて、「正面」、「裏面」、「上部」、「上方」、及び、「下方」といった語は、相対的な意味においてのみ用いられている。特異なアイテムへの言及には、複数の同じアイテムが存在する可能性が含まれる。「可能である」は、任意的であることを表している。引用されている方法は、いずれも、引用されている事象の順序づけられた順番に、または、他の論理的に可能性のある任意の順番に実施することが可能である。
【００２２】
「パルス・ジェット」は、アレイを形成するように小滴を分配することが可能な任意の装置である。パルス・ジェットは、出口またはオリフィスに隣接した液体に圧力パルスを送って（例えば、圧電または熱電素子によって）、小滴が分配されるようにする働きをする。
【００２３】
表面に結合した「結合層」の厚さは、例えば、２００オングストローム未満、あるいは、１０オングストローム未満とさえ（または、厚さ８、６、または、４オングストローム未満）することが可能である。こうした層は、ポリヌクレオチド、蛋白質、ヌクレオシド、または、アミノ酸との最小結合親和性が１０4〜１０6単位／μ2である。必要であれば、紫外線またはＸ線偏光解析法を用いて層厚を評価することが可能である。
【００２４】
基質表面に関して、「物理的に遮断されていない」とは、そのアレイを越えて拡散しないように、液体を阻止することが可能な物理的障壁が存在しないことを表している。物理的障壁は、アレイ間における流体の流れを阻止するのに十分な寸法を備えた障壁であり、化学組成による表面エネルギーの不連続性から生じる液体閉じ込め障壁（例えば、疎水性領域と疎水性の低い隣接領域との界面）とは区別される。例えば、物理的に遮断されていない表面は、１０マイクロメートルを超えて（または、５、２、または、１マイクロメートルを超えて）基質表面から上方に延びる、アレイを包囲する壁のような物理的障壁のない表面とすることが可能である。表面上の「領域」は、つながっている、連続した表面部分である。領域は、領域内に不連続部分を含むことが可能である（例えば、アレイ間領域は、連続しているが、その内部に、アレイ間領域の一部ではない、フィーチャを有する領域が存在する）。「連続」領域は、遮断されていない（すなわち、完全にその外側の寸法に延びる）領域である。従って、フィーチャを備えた連続領域は、フィーチャ及びその間の全てを備えた基質の連続部分である（従って、フィーチャ間領域も含んでいる）。フィーチャを備えた連続領域が、物理的に遮断されていないものとして表わされる場合、これは、アレイが位置する表面部分の外周間に物理的障壁が存在しないことを表している。
【００２５】
化学式に関する、「基」には、置換型の基と非置換型の基の両方が含まれている。置換基には、所望の結果に対してほとんど妨げにならない、低アルキル、ハロゲン、または、他の置換基を含むことが可能である。
【００２６】
「低アルキル基」は、１〜６個のＣ原子を備えたアルキル基であり、１、２、３、及び、４個のうちいずれかの任意の数のＣ原子だけしか備えていない可能性がある。
【００２７】
「表面エネルギー」については、米国特許第６，４４４，２６８号明細書に定義されている。
【００２８】
液体とある表面との「接触角」は、その表面上の液体小滴のエッジと表面との間で測定される鋭角である。接触角の測定は、周知のところであり、米国バージニア州ポーツマスのＦｉｒｓｔ  Ｔｅｎ  Ａｎｇｓｔｒｏｍｓから入手可能なＦＴＡ２００のような各種計器によって求めることが可能である。疎水性の高い（表面エネルギーの高い）表面は、水または水性液との接触角が、疎水性の低い表面よりも大きくなる（例えば、疎水性表面は、水性小滴との接触角が５０度を超えるか、または、９０度を超えさえする可能性がある）。アレイの接触角（「平均接触角」または「有効接触角」と呼ばれる場合もある）は、そのアレイのフィーチャ及びフィーチャ間領域の平均接触角である。接触角は、特に指示のない限り、水で測定される。
【００２９】
「リンカー物質密度」または「キャッピング剤密度」は、単位面積当たりのリンカー分子数またはキャッピング分子数を表している。リンカー物質は、プローブに結合するか、それ自体をキャップされるかにかかわらず、リンカー物質密度を求める際にカウントされる。キャッピング剤密度の場合、キャッピング剤密度においてカウントされるのは、基質表面に直接付着するキャッピング剤だけである。均一な組成の基質表面上における異なる領域が、同じ条件下において、表面に同じ密度で結合する同じ組成の結合剤にさらされる場合、その領域におけるリンカー物質密度は、「同じ」になると判断されるであろう。
【００３０】
「プローブ密度」は、フィーチャ内における単位面積当たりのリンカー分子数またはプローブ分子数を表わす省略方法である。この用語は、従って、「フィーチャプローブ密度」と交換可能に用いられ、同じ意味を有している。従って、プローブがほとんどないフィーチャ間領域は、プローブ密度を求める際に考慮されない。ある領域における「プローブ密度」は、はっきりとしており、フィーチャ密度（単位面積当たりのフィーチャ数である）とは別個のものである。
【００３１】
本明細書における方法のステップは、どれも、引用されている順序、または、論理的に可能な他の任意の順序で実施可能である。本明細書で引用されている全ての特許及び他の参考文献は、それらの特許または参考文献における定義を含む記載等が本明細書における記載等と矛盾する範囲を除いて（矛盾する場合は、本明細書が優先される）、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【００３２】
本発明のアレイユニットの場合、表面エネルギー遷移は、アレイを備える領域間に位置してアレイを備える領域を包囲する、アレイ間表面領域によって生じさせることが可能である。アレイ間表面領域の疎水性は、包囲される領域の周辺部よりも高い。ある構成では、包囲される領域の前記周辺部は、アレイの周辺部である（すなわち、アレイ間領域がアレイの周辺部と境を接している）。ある構成の場合、アレイ間領域に侵入する前に、アレイが収容できる水の量は１ｍＬまで、通常は０．４ｍＬまで、より一般的には０．１ｍＬまでである。もう１つの構成では、アレイのフィーチャが収容できる水の量はＶまでであり、ここで、Ｖは下記の公式によって得られる。
【００３３】
【数１】
2004233357.tif 000003
【００３４】
ここで、Ｖ（ｒ，θc）は、静止小滴の量であり、ｒは、円形アレイの半径、または、非円形アレイの場合に、等価面積をもたらす半径であり、θcは、２０度を超える（または、３０、４０、５０、または、６０度を超える）接触角で、８０度未満（または、７０度または６５度未満）とすることが可能である。あるいはまた、θcは、前記角度の任意の１つと、後掲のアレイ間領域に関するより高い接触角の任意の１つとの中間値（例えば、８０度と９０度との中間値）を超える角度とすることが可能である。
【００３５】
アレイのフィーチャは、２０度未満（または、１５、１０、または、５度未満）の接触角を有することが可能であり、全フィーチャ領域は、各アレイ領域の少なくとも３０％（または、少なくとも、４０％、５０％、６０％、または、少なくとも、８０％）を占めている。アレイ自体の平均接触角は、２０度を超え（または、３０、４０、５０、または、６０度を超え）、８０度未満（または７０または６５度未満）とすることが可能であり、一方、アレイ間領域の接触角は、８０度を超える（または、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０、または、１３０度を超える）ことが可能である。アレイの形状は、「円形」とすることが可能である。これに関して、「円形」は、ただ単に、非三角形及び非矩形であることを表わすために用いられており、楕円形状のアレイを含むことが可能である。隣接するアレイ間の最小離隔距離は、アレイのフィーチャ間の平均距離の少なくとも２倍、または、その平均距離の少なくとも３、４、５、または、８倍とすることが可能である。また、隣接するアレイ間の最小離隔距離は、アレイのフィーチャ間の平均距離の１０（または、９または５）倍以下とすることも可能である。
【００３６】
アレイ間表面領域には、基質表面に結合した異なるタイプの分子を含むことが可能である。また、アレイの各フィーチャには、基質表面に結合した異なるタイプの分子を含むことが可能であり、これら異なるタイプの分子のサブセットのみによって、生体高分子がフィーチャ内の表面に共有結合される。例えば、異なるタイプの分子は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする米国特許第６，４４４，２６８号明細書に記載の第１のシランと第２のシランとすることが可能であるが、その場合のサブセットは、第２のシランになる（第１のシランは、アレイユニット上の生体高分子に結合しない）。
【００３７】
アレイは、各アレイ内において均一である（すなわち、フィーチャが等間隔で、同じサイズである）必要はない。例えば、各アレイは、内側領域と、該内側領域を包囲する外側領域を備えることが可能である。各領域は、複数のフィーチャを備え、フィーチャによる外側領域の占有面積の割合は、フィーチャによる内側領域の占有面積の割合を超える。この外側領域によって、アレイとアレイ間領域との間の親水性／疎水性境界を形成することが可能である。外側領域にある複数のアレイは、同じ組成とすることが可能である。
【００３８】
本明細書で説明するアレイを用いる本発明の方法では、別個の液体試料（異なる試料、または、同じ試料からの異なる部分とすることが可能な）は、別個のアレイ上に付着させて、既述のように、互いに分離したままにすることが可能である。本発明のアレイの場合、疎水性の高いアレイ間領域（疎水性の低いアレイ領域と対比して）によって、適用された試料間の分離を保つことが可能である。さらに、アレイ間の物理的障壁を設けることが可能であるが、本発明の方法の最中は、アレイ間にこうした物理的障壁が存在し得ないので、可能性のある取り扱い及び汚染の問題が回避される。本発明の方法の場合、試料は、少なくとも１時間、少なくとも５時間、または、少なくとも１０時間にわたって、そのアレイに適用された別個の液体試料と接触したままである可能性がある。例えば、ポリヌクレオチド・ハイブリッド形成の場合、試料は、ポリヌクレオチドアレイハイブリッド形成に関して周知のように、高温で、約１２時間にわたって、アレイと接触したままという可能性がある。
【００３９】
本発明によるアレイユニットの製作方法では、基質表面の、アレイ間領域全体にわたって、かつ、フィーチャ位置を含むアレイの形成領域全体にもわたって、基質表面と結合した組成物を含むことが可能である。生体高分子前駆体を含む小滴の付着中に、この組成物の少なくとも１つの成分によって、生体高分子前駆体と表面が結合される。前記組成物には、基質表面に結合した異なるタイプの分子を含むことが可能であり、これら異なるタイプの分子のサブセットのみによって、生体高分子がフィーチャ内の表面に共有結合される。例えば、基質表面は、米国特許第６，４４４，２６８号明細書に記載の第１と第２のシランの疎水性混合物、及び、基質上の異なるアレイに形成された生体高分子フィーチャによって、完全に被覆することが可能である。生体高分子前駆体（バイオモノマーのような）を含む小滴の最初の付着サイクル中に、前駆体が、第２のシランだけによって、フィーチャと結合状態になる。複数のサイクル後に、フィーチャ位置の疎水性が低くなり、その結果、アレイの形成領域もアレイ間領域に比べて疎水性が低くなる。
【００４０】
本発明のコンピュータ・プログラム製品には、本明細書に記載の方法を実施する装置を制御するコンピュータ・プログラムが記憶された、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含むことが可能である。本明細書におけるどの目的のためのどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体にも、例えば、光または磁気メモリ（固定または携帯用ディスクまたは他の装置のような）、または、半導体メモリを含むことが可能である。
【００４１】
次に、図１〜３を参照すると、本発明のアレイ・アセンブリ１５には、例えば、そのフラットな正面１１ａに沿って配置され、全て、各アレイ１２を包囲する同じアレイ間表面領域１４によって分離された、１つ以上のアレイ１２（アレイ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのような）を備える、限られた長さの合成基質１０（例えば、ガラスまたはシリカのような透明で非多孔性材料）の形態をなすことが可能な基質を含むことが可能である。アレイ間表面領域は、図１のアレイ１２の最外周部をほんのわずか超えるものと考えることが可能である。アレイ１２を備える連続領域には、アレイ１２と、アレイ間領域１４が含まれている。あるいはまた、基質１０は、可撓性とすることが可能である。各アレイ１２は、アレイと同一の広がりをもつ、表面１１ａ上におけるそれ自体の領域を占めている（従って、領域はアレイ間領域１４内に入り込まない）。基質１０の裏側１１ｂは、アレイ１２を備えていない。基質１０上のアレイは、試験用試料か、標準試料か、それらの試料の組合せか、あるいは、ポリヌクレオチド、蛋白質、多糖類等の既知混合物（その場合、アレイは、評価を受ける未知のシーケンスを備えたフィーチャから構成することが可能である）かにかかわらず、任意のタイプの試料に照らしてテストするように設計することが可能である。図１には、３０のアレイ１２が示されているが、もちろん、基質１０及びそれに用いられる実施態様は、少なくとも、５、１０、３０、５０、１００、または、少なくとも、２００といった、任意の数の所望のアレイ１２を使用することが可能である。意図する用途に応じて、アレイ１２のうち任意のものまたは全てを同じか、または、互いに異なるようにすることが可能であり、それぞれ、ポリヌクレオチドの形をとる生体高分子の複数スポットまたはフィーチャ１６を含むことになる。例示の実施態様の場合、アレイ１２の形状は、一般に、円形である（ほぼ楕円のような他の形状も可能であるが）。
【００４２】
典型的なアレイ１２は、５、１０、２０、３０、１００を超えるフィーチャから、少なくとも、１５０超えるフィーチャまでも含むことが可能である。例えば、フィーチャは、１０μｍ〜１．０ｃｍの範囲の幅（すなわち、円形スポットの場合、直径）を備えることが可能である。他の実施態様の場合、各フィーチャの幅は、１．０μｍ〜１．０ｍｍの範囲、通常は、５．０μｍ〜５００μｍの範囲、より一般的には、１０μｍ〜２００μｍの範囲とすることが可能である。非円形フィーチャは、前記幅（直径）範囲を備えた円形フィーチャの面積範囲に相当する面積範囲を備えることが可能である。フィーチャの少なくとも一部、または、全ての組成が異なっている（例えば、同じ組成の各フィーチャの反復を除外すると、残りのフィーチャが、全フィーチャ数の少なくとも５％、１０％、または、２０％を占める可能性がある）。
【００４３】
各アレイ１２は、４００ｍｍ2未満の領域にわたる可能性があり、あるいは、２００ｍｍ2、１００ｍｍ2未満、または、５０ｍｍ2または２０ｍｍ2の領域にさえわたる可能性がある。多くの実施態様において、とりわけ、基質１０が剛性の場合、その形状は、一般に、長さが４ｍｍを超え、１ｍ未満、通常は、４ｍｍを超え、６００ｍｍ未満、より一般的には、４００ｍｍ未満、幅が、４ｍｍを超え、１ｍ未満、通常は、５００ｍｍ未満、より一般的には、４００ｍｍ未満、及び、厚さが０．０１ｍｍを超え、５．０ｍｍ未満、通常は、０．１ｍｍを超え、２ｍｍ未満、より一般的には、０．２ｍｍを超え、１ｍｍ未満の、矩形の立体（他の形状も可能であるが）とすることが可能である。基質１０が可撓性の場合、少なくとも１ｍ、少なくとも２ｍ、または、少なくとも５ｍ（または、少なくとも１０ｍさえ）含むさまざまな長さにすることが可能である。蛍光を検出して読み取られるアレイの場合、基質１０は、励起光で照射されると、弱い蛍光を放出する材料とすることが可能である。さらに、この状況において、入射する照射レーザ光の吸収、及び、ある領域上における集束レーザ・ビームの移動が遅すぎる場合には、後続の加熱を抑えるため、基質を比較的透明にすることが可能である。例えば、基質１０は、正面に入射する照射光の全積分スペクトルにわたって、あるいはまた、５３２ｎｍまたは６３３ｎｍで測定可能な、こうした照射光の少なくとも２０％または５０％を（あるいは、少なくとも、７０％、９０％、または、９５％さえ）透過することが可能である。
【００４４】
アレイ１２が、上述のように、従来のインサイチュ法によって、あるいは、例えば、インクジェット・タイプのヘッドのようなパルス・ジェットを用いて、各サイクルにおいて、試薬小滴を各フィーチャに付着させることによる、予め得られた成分の付着によって形成される場合には、一般に、ポリヌクレオチドのないフィーチャ間領域１７が生じることになる。しかしながら、フィーチャ間領域１７がさまざまなサイズ及び構成を備えることができるのは明らかである。各フィーチャは、所定のポリヌクレオチド（ポリヌクレオチド混合物の可能性を含む）を備えている。通常通り、Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔは、通常のヌクレオチドを表している。「Ｌｉｎｋ」（特に、図３参照）は、正面及び第１のヌクレオチドと共有結合した結合剤（分子）を表しており、「Ｃａｐ」は、さらに後述するように、ヌクレオチドと結合しない分子を表している。
【００４５】
基質１０は、バーコード３５６の形をとる１つ以上の識別子も備えている。後述する情報を備えたバーコード識別子３５６の代わりに、他の光学識別子または磁気識別子といった識別子を用いることも可能である。各識別子は、同じ基質１０上にあることによって、従って、その相対位置から各アレイの同一性を判定することが可能なバーコード３５６に関して固定された位置を有することによって、各アレイと関連づけることが可能である。基質は、さらに、アレイ製作及び読み取り中に、アライメントをとるための１つ以上の基準マーク１８を備えることが可能である。
【００４６】
図２及び３には、アレイ１２ａ、１２ｂの理想的なフィーチャ１６が例示されており、この場合、形成される実際のフィーチャが、標的（または「目標」）フィーチャと同じであり、各フィーチャ１６は、形状、サイズ、及び、組成が一様であり、等間隔に配置されている。こうしたアレイは、小滴付着法によって製作される場合、各フィーチャの全ての試薬小滴が、均一な形状で、標的フィーチャ位置に正確に付着することを必要とする。実際には、製作中の一定の誤差及びランダム誤差のために、こうした理想的な結果を得ることは困難である。例示を目的として、直交の配置（すなわち、直交の行列）をなすように間隔をあけてフィーチャ１６を配置したアレイ１２ａが示されているが、アレイ１２ｂのフィーチャ１６は、間隔の密な六角形の構成をなすように配置されている。実際には、同じ基質１０上の全てのアレイ１２に、ほぼ同じ構成（矩形または間隔の密な六角形）が用いられることになる。
【００４７】
表面１１ａに、同じフィーチャを備えた１つ以上のアレイを複製し、複製されたアレイのフィーチャプローブ密度が同じか、または、異なるようにすることが可能である。この実施態様の場合、同じアレイ内の全てのフィーチャが、同じフィーチャプローブ密度を有しており、プローブは、図３において「Ｌｉｎｋ」として識別されるリンカー物質によって表面１１ａに結合されている。フィーチャ１２ａ〜１２ｄのそれぞれに、キャッピング剤（「Ｃａｐ」）も存在する。適合するキャッピング剤について言えば、これは、とりわけ、米国特許第６，４４４，２６８号明細書に記載の第１のシランの任意の１つとすることが可能であり、リンキング剤は、それに記載の第２のシランの任意の１つすることが可能であるが、溶剤についても、その特許に記載のものとすることが可能である（例えば、トルエン）。既述のように、その特許は、例えば、第１及び第２のシラン、及び、それに用いられている溶剤に関する詳細を含めて、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。前述の特許に記載の実施態様の１つでは、第１のシランの化学式が、Ｒ1−Ｓｉ（ＲLＲxＲy）であり、第２のシランの（付着した生体高分子との結合前の）化学式が、Ｒ2−（Ｌ）n−Ｓｉ（ＲLＲxＲy）であるため、表面に結合すると、その表面に−Ｓｉ−Ｒ1基と−Ｓｉ−（Ｌ）n−Ｒ2基が生じることになるが、ここで、同一、または、異なるものとすることが可能な成分ＲLは、脱離基であり、Ｒx及びＲyは、独立して低アルキル基または脱離基であり、Ｒ1は、基質表面に結合すると、その表面エネルギーを低下させる、化学的に不活性な成分であり、ｎは０または１であり、Ｌは結合基であり、Ｒ2は、分子成分の共有結合を可能にする官能基、または、こうした官能基に転換することが可能な修飾可能な基である。前述の脱離基には、ハロゲン及びアルコキシを含むことが可能である。第１及び第２のシランは、両方とも、ヒドロキシル、カルボキシル、チオール、アミノ、及び、それらの組合せから構成されるグループから選択された、表面上の反応性親水性成分を介して表面と結合する。以上の用語及び第１及び第２のシランに関する他の実施態様については、前述の特許においてさらなる定義がなされている。米国特許第６，４４４，２６８号明細書に詳述されている前述のシラン混合物を用いて基質１０の処理を行うことにより、ヒドロキシルで終結された第２のシラン基を得ることが可能になり、ヌクレオチド・ホスホラミダイトが、この第２のシラン基と反応し、第２のシラン（図３のＬＩＮＫ）を介して表面と結合することが可能になる。この結果、ポリヌクレオチド（または他の生体高分子）がＬＩＮＫ分子を介してフィーチャ１６において基質表面１１ａと結合された、図１〜３に示す構成が生じる。やはり、米国特許第６，４４４，２６８号明細書に記載のように、表面エネルギー（従って、疎水性度）を制御するため、第１と第２のシランの相対量を調整することが可能である。
【００４８】
図１から明らかなように、アレイ間領域１４及びアレイ１２を含む基質１０の正面１１ａの連続領域は、物理的に遮断されていない。従って、アレイ１２及びアレイ間領域１４自体も、物理的に遮断されていない。
【００４９】
各フィーチャ１６従って各アレイ１２は、各フィーチャ１６にポリヌクレオチド（その親水性官能基を備えた）が存在する結果として、アレイ間領域１４よりも疎水性が低い。従って、各アレイ１２は、アレイ１２に適用される別個の液体試料間の分離を保つことが可能な、表面エネルギー不連続部によって有効に包囲されている。疎水性の高い領域は、疎水性の低い領域より水性小滴との接触角が大きく、従って、各アレイ１２に適用された液体試料は、そのアレイに閉じ込められる傾向がある。この効果は、図５に例示のようにアレイユニット１５において観測することが可能である。図５には、表面１１ａのような表面上における接触角に対する小滴量が略示されている。アレイ１２（アレイ間領域１４よりも疎水性が低い）上の小滴量が増すと、小滴の表面接触領域がアレイ内にとどまる限り、小滴の平均接触角は、約２０〜４０度でほぼ一定のままになる（フィーチャ１６間に不連続部が存在する可能性がある）。しかし、小滴が拡大して、疎水性の高いアレイ間領域１４に接触すると、接触角が大きくなり始め（垂直破線を中心にして例示されているように）、最終的に、小滴の表面接触領域がアレイ間領域１４に入り込むと、再び、横ばい状態になる。図１〜３及び５に例示のケースでは、各アレイ１２上における小滴の平均接触角を考慮すると、実際のところ、各アレイ１２のまわりには、表面エネルギーの不連続部が存在し、従って、平均接触角が存在する。
【００５０】
本発明のアレイユニット１５は、米国特許第６，４４４，２６８号明細書に記載のように、第１と第２のシランで表面１１ａの全てを官能基化することによって製作することが可能である。次に、上述の、インサイチュ製作方法、または、予め得られた生体高分子を付着させる製作方法を用いてフィーチャ１６を形成することによって、表面１１ａにアレイ１２を形成することが可能である。これは、製作されることになる、基質１０上の各アレイの複数フィーチャ位置において、基質表面上の連続した官能基化領域に、生体高分子または他の化学プローブまたはプローブ前駆体（例えば、ヌクレオシド・ホスホラミダイトのようなバイオモノマー）を含む小滴を付着させて、プローブまたはプローブ前駆体とフィーチャ位置の結合剤とを結合させることによって実施可能である。このステップは、とりわけ、生体高分子のインサイチュ製作方法が用いられる場合、アレイ１２が完成するまで、１つ以上のフィーチャにおいて繰り返すことが可能である。こうした手順については、米国特許第６，２４２，２６６号明細書、米国特許第６，２３２，０７２号明細書、米国特許第６，１８０，３５１号明細書、米国特許第６，１７１、７９７号明細書、米国特許第６，３２３，０４３号明細書、Ｃａｒｅｎ他によって１９９９年４月３０日に提出された米国特許出願第０９／３０２，８９８号明細書、及び、それらに引用の他の参考文献に詳細に開示がある。
【００５１】
フィーチャ形成の結果として、各フィーチャ位置において、ポリヌクレオチドが延長されると、各フィーチャ１６（従って、各アレイ１２）の疎水性が、官能基化されたフィーチャ間アレイ１７より低くなる。これは、拡大するポリヌクレオチドに親水性の官能基が存在する結果である（あるいは、ペプチドのような、親水性基を備えた他の生体高分子を利用することも可能であるが）。フィーチャ１６がアレイ１２内に十分にぎっしりと充填されている場合、フィーチャ間領域１７は、依然として、未反応の第１及び第２のシランを保持しているが、アレイ１２における表面の総合特性は、アレイ間領域１４よりも低い疎水性となる。この効果を得るのに必要なフィーチャ密度の簡単な評価方法は、（上述したように、第１及び第２シランで官能基化した表面１１ａなどの）所望の最終アレイと同じ官能基化表面上に、所望の最終アレイと同じ組成の、フィーチャ密度が異なるいくつかのテストアレイを製作することである。次に、量が増大すると、テストアレイ上における水性小滴（実際のアレイを後でさらすことになる試料の組成と同じであることが望ましい）の性能が検査される。図５に例示の反応が観測されて、テストアレイに付着した小滴がそこに閉じ込められやすくなり、小滴がアレイ間領域に送り込まれた場合には到達しない最大量が得られると、密度が十分ということになる。図５におけるグラフの中間領域の上昇が大きく急峻になればなるほど、望ましい。あるいはまた、アレイ１２を越える小滴の移動に対する抵抗を測定する他の手段を使用することも可能である。
【００５２】
本発明のアレイユニットは、米国特許第６，４２０，１８０号明細書、米国特許第６，３２３，０４３号明細書、または、米国特許第６，１８０，３５１号明細書に記載の装置の任意の１つを用いて製作することが可能である。アレイユニット１５は、表面１１ａ全体が既述の第１及び第２のシランによって官能基化された基質１０を用いて、それらの特許に記載の装置の操作方法に従って製作することが可能である。すなわち、装置のプロセッサによって、基質１０（より大きい基質から切り取ることも可能である）上にアレイ１２を生じさせる、インサイチュ方法または付着方法による、付着パターンに基づくアレイ製作が制御される。各サイクル中、各標的フィーチャ１６に、試薬小滴セットを付着させて、プローブまたはプローブ前駆体と異なる領域がリンカー物質を介して結合するようにする。インサイチュ製作プロセスの場合、各プロセス・サイクル中、各フィーチャにおける単量体について、付着が繰り返される。また、プロセッサは、全て、上述の従来式インサイチュポリヌクレオチドアレイ製作プロセスに従って、必要に応じて、サイクル中間ステップまたは最終ステップのため、基質をフラッド・ステーションに送る。装置の作業の任意のポイントにおいて、プロセッサは、米国特許第６，１８０，３５１号明細書に記載の方法で、各アレイとバーコード３５６のような識別子を関連づけることが可能である。識別子は、基質１０上のアレイ１２のレイアウトに関する情報、並びに、他の情報（推奨試料量、最小量、及び、最大量の任意の１つ以上を含む、特定のアレイユニット１５の各アレイ１２に付着させることが可能な試料量に関する情報のような）を備えることが可能である。各アレイ１２に付着させることが可能な典型的な最大量は、１０００マイクロリットル以下であり、５００、２００、１００、５０、または、１０マイクロリットル以下でこともある。あるいはまた、識別子３５６と、前述の情報のうち任意のものを備えるファイルをリンクさせて、識別子に基づいて、ファイルを検索できるようにすることも可能である。ファイル及び識別子とのリンクについては、製作装置のプロセッサによって固定メモリに記憶することもできるし、あるいは、遠隔顧客に出荷するため、対応するアレイ・アセンブリ１５と同じパッケージに納められる携帯用記憶媒体に書き込むことも可能である。識別子の他の用途については、米国特許第６，１８０，３５１号明細書に記載がある。
【００５３】
アレイユニット１５は、アレイ１２を包囲する既述の表面エネルギー遷移が生じる場合、フォトリソグラフィック技法のような他の方法によって製作することが可能であることは明らかである。
【００５４】
アレイユニット１５は、顧客によって受け取られると、アレイ製作ステーションから遠隔の可能性があるユーザ・ステーションにおいて、手動でまたは自動装置によって、試料にさらされる可能性がある。図６には、自動装置が例示されている。プロセッサ４１４は、読取装置４００から、アレイユニット１５から読み取られたコード（バーコード３５６のような）を受信することが可能である。プロセッサ４１４は、また、カメラ４０４を用いて、基準マーク１８を検分することにより、試料分配装置４０６に対する基質ユニット１５のアライメントをチェックすることも可能である。試料分配装置４０６は、ヘッド４１０と構造が同様のパルス・ジェット・ヘッドとすることが可能であり、試料をアレイ１２に供給する圧電または熱式パルス・ジェット・ヘッドとすることも可能である（米国特許第６，２２１，６５３号明細書に記載のような方法で）。あるいはまた、試料分配装置４０６は、自動ピペット・システムとすることも可能である。ｘ−ｙ並進ステージ４０８によって、表面１１ａ上の任意の位置にヘッド４０６を移動させることが可能である。プロセッサ４１４は、さらに、通信モジュール４１０を介して通信チャネル１８０にアクセスする。通信チャネル１８０は、ＬＡＮ、ＷＡＮ、衛星、または、電話回線網のような任意の適合する通信チャネルとすることが可能である。
【００５５】
作業中、アレイユニット１５は、手動でヘッド４０６の下に配置され、プロセッサ４１４は、カメラ４０４と基準マーク１８を使用して、ヘッド４０６に対するアレイユニット１５の位置を確認する。読取装置４００によって、コード（バーコード３５８のような）が読み取られ、アレイ１２のレイアウト、及び、各アレイ１２の試料量に関する情報（推奨量、最少量、または、最大量の任意の１つ以上のような）が検索される。検索は、読み取られたコード自体から（それに情報が含まれている場合）、こうした情報が、コードにリンクさせたファイルの形態で予め保管されているローカル・メモリから、または、リンクしたファイルを含む遠隔位置（アレイ製作施設等のような）のメモリから実施可能である。次に、プロセッサ４１４は、検索情報を利用し、検索された試料量が前述のどれであるかに応じて、各アレイの付着量が、推奨量になるように、少なくとも最少量になるように、あるいは、最大量以下になるように、ヘッド並進ステージ４０８及びヘッド４０６を制御して、各アレイ１２に試料を付着させる。
【００５６】
アレイユニット１５を使用するための非自動システムの場合、カメラ４０４、ヘッド４０６、及び、並進ステージ４０８を省くことが可能である。代わりに、ユーザが、手動で、読取装置４００の下にアレイユニット１５のコード３５６を通し、プロセッサが、上述の量情報を検索して、モニタ４１８に表示する。次に、ユーザが、手動により、上述の量の試料をアレイ１２にピペットで移すことが可能である。
【００５７】
試料の付着が、上述の自動化技法と手動技法のいずれによって実施されても、各アレイ１２に付着する試料量が、そのアレイ１２を被うのに十分であるが、そのアレイに収容可能な最大量を超えて、アレイ間領域１４に入り込むことがないようにして、各アレイ１２に別個の液体試料が付着させられる。結果として、アレイ１２を越えて、より疎水性の高いアレイ間領域１４に入り込むことのない、別個の液体試料が、同時に、基質表面１１ａに付着することになる。疎水性の高いアレイ間領域１４によって、上述のように、アレイ間領域１４内への試料の侵入が阻止されることにより、付着した試料間の分離が保たれ、試料がそれらのアレイ１２の領域に閉じ込められることになる。図７には、付着した別個の試料２２ａ、２２ｂ、２２ｃが、疎水性の高いアレイ間領域１４によって、分離した状態に保たれ、それぞれのアレイ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを越えて広がるのが阻止される、この状況が例示されている。接触角θ1に留意されたい。試料２２は、少なくとも１時間、４時間、６時間、または、少なくとも１０時間にわたって、各アレイ１２と接触したままにすることが可能である。アレイの平均接触角とアレイ間領域の接触角との差は、１０、２０、３０、４０、６０、７０、または、８０度を超える可能性がある。
【００５８】
フィーチャ１６上のプローブ、及び、それらによって結合される試料が、両方とも、ハイブリッド形成されることになるポリヌクレオチドである場合、周知のアレイハイブリッド形成条件を使用することが可能である。ハイブリッド形成中は、アレイユニット１５を加湿環境（小容積の密閉チャンバのような）内に保持することもできるし、あるいは、水分の保持を促進する湿潤剤のような構成成分を各試料に添加することも可能である。湿潤剤には、ポリエチレン・グリコール（例えば、平均分子量が５００、１０００、または、それ以上のポリエチレン・グリコール）、トリアセチン、ソルビトール、ポリデキストロース、マルチトール、グリセリン、または、エリスリトール、並びに、他の高分子（親水性高分子のような）、または、水分の保持を促進する分子が含まれている。もちろん、選択されるこうした成分は、そうでなくても、いずれもハイブリッド形成溶液及びアレイの化学的性質に適合すべきである。あるいはまた、ハイブリッド形成中、試料量を減少させるために（及び、濃度を高めるために）、制御下で蒸発を行うことも可能である。その場合、量の減少につれて、厳密性が低下するので、過剰に厳密な緩衝液から開始することが望まれるであろう。あるいはまた、ハイブリッド形成中に、ハイブリッド形成緩衝液を付加することによって、逆の効果を得ることも可能である。
【００５９】
いずれにせよ、必要な試料量が、全てのアレイのフィーチャが、１つだけのアレイのように、表面１１ａ上に均等な間隔で配置される場合に必要とされるであろう量を超えて、減少するという点に留意されたい。これは、フィーチャを備えない表面１１ａの広い部分（アレイ間領域１４）が試料と接触しないためである。従って、必要な試料量を減少させることもできるし、あるいは、試料をより濃縮された形態で用いて、ハイブリッド形成を促進することも可能である。さらに、フィーチャを備える比較的親水性の領域が、やはり、アレイ１２全体にわたる試料の均等な拡散を確実にするのに役立つ。
【００６０】
十分な時間にわたって、アレイを試料にさらした後、読み取りに備えて、アレイを洗浄して、乾燥させることが可能である。全てのアレイ１２を同じ洗浄緩衝液で同時に洗浄することが可能であり、これによって、プロセスのばらつきが低減し、各アレイを異なる基質上に備える場合と対比して、スループットが増大することになる。
【００６１】
任意の適合する読取装置を用いてアレイユニット１５上の全てのアレイ１２を同時に読み取ることが可能である。既知の方法で標的に蛍光標識が組み込まれているため、蛍光を検出すべき場合には、周知のアレイ読取装置を使用することが可能である。例えば、米国特許第６，４０６，８４９号明細書に記載のように、こうした読取装置によって、各アレイにわたって、１つ以上の照射レーザ・ビームでラスタ式に走査し、結果的に生じる蛍光信号を検出することが可能である。本発明のアレイユニットでは、ワックスのような追加疎水性材料の使用が回避され、あるいは、ガスケット等の必要がなくなるが、それらは、全て、少量の蛍光汚染物を持ち込むことになる可能性のあるものである。各アレイフィーチャから読み取られる蛍光信号は弱いので、こうした汚染が、特定の位置に限られ、濃度がわずかなものであっても、結果に重大な影響を及ぼす可能性がある。
【００６２】
アレイ読み取りの結果は、所定のしきい値未満のフィーチャの読み取り値を排除し、かつ、アレイから読み取ったパターンに基づいて結論を出すか（試料、または、その試料を得た生体に存在した可能性のある特定の標的シーケンスが、特定の状態または疾患を示すか否かといった）、あるいは、そのいずれかを行うことによって、さらに処理を加えた結果にすることが可能である。読み取り結果（処理されたものか否かにかかわらず）は、通信チャネル１８０または読み取り／書き込み装置１８６及び媒体１９０を用いて、転送し（例えば、通信によって）、遠隔地で受信して、さらなる評価及び／または処理を加え、あるいは、使用することが可能である。このデータは、必要に応じて、他人によって、遠隔地に届くように伝送することもできるし、あるいは、要望に応じて、他のどこかに再伝送することも可能である。
【００６３】
上述の実施態様の変形において、各アレイ・アセンブリ１５を適合するハウジング内に収容できるようにすることが可能である。こうしたハウジングには、基質１０を納める、通常、隔壁によって閉じられた、１つ以上のポートを介して出入り可能な密閉チャンバを含むことが可能である。この場合、基質１０上の全てのアレイの識別子をハウジングにつけることによって、識別子とアレイを対応付けることが可能である。また、上述のもの以外の任意の方法または装置によって、アレイを読み取ることができるのも明らかであり、他の読み取り方法には、他の光学的技法（例えば、化学発光または電気蛍光発光標識）または電気技法（この場合、各フィーチャに、米国特許第６，２５１，６８５号明細書、米国特許第６，２２１，５８３号明細書等に開示の方法で、そのフィーチャにおけるハイブリッド形成を検出するために、電極が設けられる）が含まれる。読み取られたアレイの画像において、フィーチャ及びそれらに対応する信号が識別される、フィーチャからの信号データの検索（「フィーチャ抽出」）に関して、これは、全て、「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ  Ｄａｔａ  Ｆｒｏｍ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｒｒａｙ  Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ」と題する、米国特許出願第０９／５８９０４６号明細書、米国特許出願第０９／６５９４１５号明細書、及び、米国特許出願第１０／０８６３９号明細書に記載のような手順を使用して実施することが可能である。
【００６４】
図１〜３に例示の実施態様の場合、アレイ間領域１４によって包囲された、アレイ１２ａを備える各領域の周辺部１９（アレイ１２ａの最も外側のフィーチャ１６の最も外側の線にちょうど接する線によって形成される）が、アレイに付着した別個の液体試料間の離隔距離を保つため、表面エネルギー遷移を生じる。しかし、これは、そうである必要はない。例えば、アレイとこうした表面エネルギー遷移との間にギャップを設けて、ギャップ内に、アレイ１２ａより疎水性の低い他の組成物を設けることが可能である（従って、表面エネルギー遷移は、その組成物とより疎水性の高いアレイ間領域１４との間に生じる）。もう１つの実施態様では、アレイは均一な構成である必要はない。例えば、図８に示すように、アレイ１２ａには、内側領域２０（２１で境界がつけられた）と、内側領域２０を包囲する外側領域２２（やはり、アレイ１２ａの周辺部１９によって境界がつけられた）を含むことが可能である。外側領域２２には、同じ組成とすることもあるいは異なる組成とすることも可能な複数フィーチャ２４も備えている（それらがアレイ間領域１４より親水性が高い組成である場合には）。例えば、複数のフィーチャ２４は、同じシーケンスのポリヌクレオチドとすることが可能である。複数のフィーチャ２４が占める外側領域（境界２１と周辺部１９によって形成される）の割合は、複数のフィーチャ１６が占める内側領域（境界２１によって囲まれた）の割合を超える。結果として、外側領域２２の親水性は、実際に、内側領域２０より高くなる可能性がある。外側領域２２に、アレイ間領域１４よりも親水性の高い組成物が連続して充填された場合、これは、前述の、アレイと表面エネルギー遷移との間にギャップを設けた実施態様に相当することになる。この場合、アレイ１２ａの周辺部は、境界２１に位置し、１９が表面エネルギー遷移になる。従って、アレイ間領域１４は、この実施態様の場合、包囲された領域の周辺部１９より疎水性が高くなる。
【００６５】
ポリヌクレオチド組成または他の成分を付着させる基質表面は、多孔性でも、非多孔性でも可能であり、平滑でも、ほぼ平面でも可能である。基質は、１つの材料によるものであっても、多層構造であってもよい。あるパターンのアレイが要求される場合には、図１におけるアレイ１２の行列構成以外の、さまざまな幾何学配置の任意の１つを構成することが可能である。例えば、アレイ１２は、基質表面全体にわたって一連の曲線形の並び（例えば、一連の同心円または半円）等をなすように構成することが可能である。同様に、アレイ１２内におけるフィーチャ１６のパターンは、図２におけるフィーチャの行列構成から、例えば、一連の曲線形の並び（（例えば、一連の同心円または半円スポット）等を含むように変更することが可能である。フィーチャのさまざまな構成が可能であるが、ユーザには、フィーチャの少なくともいくつかの特性（例えば、フィーチャ組成、位置、サイズ、それぞれに異なる試料に応じた結合パターンの変動の意義から見た性能特性等の任意の１つ以上）を確認できる何らかの手段（例えば、アレイ識別子によるといった）を提供することが望ましい。アレイの構成は、製造、取り扱い、及び、使用において考慮すべき事項に基づいて選択することが可能である。本発明の方法及び装置を用いて、上述のところと同様の方法で、他の生体高分子、高分子、または、他の成分によるアレイを基質上に製作し、使用することが可能である。従って、高分子、生体高分子、または、ポリヌクレオチド等の呼称は、「化学成分」という呼称に置換可能である場合が多い。
【００６６】
もちろん、上述の特定の実施態様には、さらなる種々の修正を加えることが可能である。従って、本発明は、詳細に上述の特定の実施態様に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の方法によって製作できるような、マルチアレイを備えたアレイ・アセンブリを例示した図である。
【図２】アレイの理想的な複数スポットまたはフィーチャを示した図１の一部の拡大図である。
【図３】図２の一部の拡大図である。
【図４】接触角の関数として、本発明によるアレイユニットのアレイ上における異なる量の固着性小滴の小滴直径を例示した図である。
【図５】本発明によるアレイユニット上のアレイの疎水性が、アレイ間領域よりも低いために、表面エネルギー遷移から生じる、液体量対接触面積の不連続性を例示した図である。
【図６】本発明のアレイユニットを用いるための本発明の装置及び方法を例示した図である。
【図７】本発明のアレイユニットの使用を例示した図である。
【図８】本発明のアレイユニットに関する代替アレイ構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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