(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)アレイを形成し得る活性表面を有する支持体、
(b)該支持体の活性表面を密閉し、かつ該支持体の活性表面に流される試薬をフローセルに適用するための口部を有するフローセル、
(c)(1)光ビームを与える光源、
(2)該光ビームを前記光源から受け取り、かつ電気的にアドレス可能であるとともに、夫々が少なくとも二つの別の位置の一つの間で選択的に傾斜し得るミクロミラーのアレイから形成されたミクロミラー装置であって、夫々のミクロミラーの位置の一つにおいて、前記ミクロミラーに入射する前記光源からの光が光学軸から離れて偏向され、かつ該ミクロミラーの少なくとも二つの位置の第二の位置で光が光学軸に沿って反射されるミクロミラー装置、及び
(3)光学軸に沿って該ミクロミラーから反射された光を受け取り、かつ該ミクロミラーのパターンを支持体の活性表面に像形成する映写光学装置であって、２つの二重集束レンズと調節可能なアイリスとを含み、第一の二重レンズが光を第一の二重レンズの逆焦点面に位置した調節可能なアイリス中に通し、第二の二重レンズが該アイリス中を通された光を受け取り、かつその光を支持体の活性表面に集中させる映写光学装置、
を含む、支持体活性表面に映写された高い精度の二次元の光像を与える像形成装置、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ミクロミラー装置がミクロミラーの二次元アレイから形成される請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項３】
前記光源からのビームを平行にして該ミクロミラーアレイから該支持体に延びる主光学軸に斜めの角度で該ミクロミラーアレイに映写された平行にされたビームを得るためのレンズを含み、かつ夫々のミクロミラーの一つの位置で、光が光学軸に沿って該映写光学装置を通って支持体に反射され、又、夫々のミクロミラーの第二の位置で、該光源からの光が映写系の主軸から離れた角度で、かつ該支持体から離れて反射される請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項４】
前記光源が出力ビームを平行にするレンズに出力ビームを与え、かつミクロミラーアレイと映写光学装置の間に配置されたビームスプリッターを含み、かつ平行にされたビームを光源から受け取り、そのビームスプリッターはビームの一部を該ミクロミラーアレイに反射し、かつ該ミクロミラーアレイから前記映写光学装置を通って該支持体に延びる装置の主光学軸に沿って該ミクロミラーアレイから反射された光を受け取り、ビームスプリッターがミクロミラーからの光をその中を通って映写光学装置に部分的に通して支持体の活性表面で像形成される請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項５】
前記光源からの光を受け取り、かつ所望の波長のみを該ミクロミラーアレイに選択的に通すフィルターを更に含む請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項６】
前記支持体が透明であり、かつ像形成装置からの光が透明支持体中を通されて光を像形成装置から初期に受け取る表面とは反対である支持体の活性表面で像形成される請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項７】
前記ミクロミラー装置に連結されたコンピュータを更に含んでコマンドシグナルを与えて該ミクロミラーアレイ中のミラーの偏向を調節して映写のための所望のパターンを支持体に与える請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項８】
前記光源により与えられた光が紫外波長から近紫外波長までの範囲である請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項９】
紫外及び近紫外の波長を選択的に通し、かつ赤外を含む更に長い波長を遮断する、光源からの光を受け取るフィルターを含む請求の範囲第８項記載の装置。
【請求項１０】
前記フィルターが選ばれた波長を反射し、かつ遮断される波長を通すダイクロイックミラーを含む請求の範囲第９項記載の装置。
【請求項１１】
前記支持体の活性表面で像形成される前記ミクロミラーのパターンが該ミクロミラーのアレイのサイズに対してサイズを減少される請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項１２】
前記光源とコーラー照明系を形成する前記ミクロミラー装置との間に屈折レンズを含む請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項１３】
試薬をフローセルに供給するために連結されたDNA合成装置を含む請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項１４】
前記フローセルが下部ベースを含むハウジングを有し、かつ上部カバー部分がベースに取り付けられたガスケットであり、前記支持体が透明ガラススライドであり、該スライドが、前記上部カバー部分と該ベースとの間に固定されて、該支持体とガスケットとによりシールされるベースの間にシールされた反応チャンバーを形成し、かつチャンネルが該ハウジング中を入口から前記反応チャンバーに、又、該反応チャンバーから出口に延び、該支持体の活性表面が、前記シールされた反応チャンバーに面する請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項１５】
前記支持体を該下部ベースと該上部カバー部分との間に取り外し可能に固定して、該支持体が交換されることを可能にするための装置を含む請求の範囲第４項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は一般に生物学の分野、特にDNA及び関連ポリマーの分析及び配列決定のための技術及び装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
デオキシリボ核酸(DNA)の配列決定は最新生物学の基本的な手段であり、通常種々の方法で、普通にはDNAセグメントを電気泳動により分離する方法により行なわれる。例えば、Current Protocols In Molecular Biology, 1巻, 7章,“DNA Sequecing", 1995を参照のこと。幾つかの重要なゲノムの配列決定は既に完結されており（例えば、酵母、E. coli）、研究が医療上及び農業上重要なその他のゲノム（例えば、ヒト、C.エレガンス、アラビドプシス）の配列決定について進んでいる。医療関係では、多数のヒト個体のゲノムを“再配列決定”してどの遺伝子型がどの病気に関連するのかを測定することが必要であろう。このような配列決定技術はどの遺伝子が活性であり、又どの遺伝子が癌の如き特定の組織中で、又は更に一般には遺伝により影響される疾患を示す個体中で不活性であるのかを測定するのに使用し得る。このような研究の結果は新規薬剤に良好な標的であるタンパク質の同定又は遺伝子治療に有効であり得る適当な遺伝子変化の同定を可能にし得る。その他の用途はDNAをあらゆる土壌又は組織サンプルから単離し、全ての既知の微生物からのリボソームDNA配列からのプローブを使用してサンプル中に存在する微生物を同定することができることが望ましいような土壌生態学又は病理学の如き分野にある。
【０００３】
電気泳動を使用するDNAの通常の配列決定は典型的には労力を要し、しかも時間を浪費する。通常のDNA配列決定の種々の別法が提案されていた。フォトリトグラフィー技術により合成されたオリゴヌクレオチドプローブのアレイを利用する、一つのこのような別のアプローチがPeaseら,“Light-Generated oligonucleotide Arrays for Rapid DNA Sequence Analysis", Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91巻, 5022-5026頁, 1994年５月に記載されている。このアプローチでは、光不安定な保護基で修飾された固体担体の表面がフォトリトグラフィーマスクを通して照明され、照明された領域で反応性ヒドロキシル基を生じる。光不安定基で5'ヒドロキシルの位置で保護された、3'活性化デオキシヌクレオシドがその後に表面に与えられて、その結果、カップリングが光に暴露された部位で起こる。キャッピング、及び酸化後に、支持体がすすがれ、表面が第二のマスクを通して照明されてカップリングのための付加的なヒドロキシル基を露出する。第二の5'保護活性化デオキシヌクレオシド塩基が表面に与えられる。プローブの所望の組が得られるまで、選択的光脱保護及びカップリングサイクルが繰り返されて或るレベルの塩基を構築する。このようなフォトリトグラフィー技術（アレイ中の夫々の部位にあるオリゴヌクレオチドプローブの配列が知られている）を使用してオリゴヌクレオチドプローブの高密度のミニチュア化アレイを生じることが可能であり得る。次いでこれらのプローブが、標的にカップリングされた蛍光マーカーの使用により行なわれる特別なプローブにハイブリダイズした標的の検出及び適当な蛍光走査顕微鏡による検査により、DNAの標的ストランドの相補配列について研究するのに使用し得る。ポリマー半導体フォトレジスト（これらは光不安定5'保護基を使用するのではなく、フォトリトグラフィー技術により選択的にパターン化される）を使用するこの方法の変化がMcGallら,“Light-Directed Synthesis of High-Density Oligonucleotide Arrays Using Semiconductor Photoresists", Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93巻, 13555-13560頁, 1996年11月、及びG.H. McGallら,“The Efficiency of Light-Directed Synthesis of DNA Arrays on Glass Substrates", Journal of the American Chemical Society 119, 22号, 1997, 5081-5090頁に記載されている。
これらのアプローチの両方の欠点は４種の異なるリトグラフィーマスクが夫々のモノマー塩基について必要とされ、こうして必要とされる異なるマスクの合計数が合成されるDNAプローブ配列の長さの４倍であることである。必要とされる多くの精密なフォトリトグラフィーマスクを製造する高コスト、及び暴露毎にマスクの再位置決めに必要とされる多重の処理工程が、比較的高いコスト及び長過ぎる処理時間に寄与する。
【０００４】
（発明の開示）
本発明によれば、DNAプローブ配列、ポリペプチド等のアレイの合成がパターン化方法を使用して迅速かつ有効に行なわれる。その方法は自動化され、コンピュータ制御されて特別な研究に受注生産されたプローブ配列を含むプローブの一次元又は二次元のアレイの加工を可能にし得る。リトグラフィーマスクが必要とされず、こうしてリトグラフィーマスクの製造と関連するかなりのコスト及び時間遅延を排除し、時間を浪費する操作及びプローブアレイの加工方法中の多重マスクのアライメントを回避する。
本発明において、DNA合成リンカーが適用された活性表面を有する支持体が加工されるプローブを支持するのに使用される。支持体の活性表面を活性化して第一レベルの塩基を与えるために、高い精度の二次元の光像が支持体に映写され、支持体活性表面のアレイ中のこれらのピクセルを照明し、これらが活性化されて第一塩基に結合する。光が適用されるアレイ中のピクセルに入射する光がOH基を脱保護し、それらを塩基に結合するのに利用できるようにする。この現像工程後に、適当な塩基を含む液体が支持体の活性表面に与えられて、選ばれた塩基が露出部位に結合する。次いで支持体表面の二次元アレイの要素の全てがそれらに結合された適当な塩基を有するまで、その方法が繰り返されて別の塩基をピクセル位置の異なる組に結合する。支持体に結合された塩基が塩基に結合することができる薬品又は結合された塩基の全てを覆うフォトレジストの一つ以上の層で保護され、次いで新しいアレイパターンが映写され、第一の新しい塩基が添加されるこれらのピクセル中の保護物質を活性化するために支持体に像形成される。次いでこれらのピクセルが露出され、選ばれた塩基を含む溶液がアレイに適用され、その結果、塩基が露出されたピクセル位置で結合する。次いでこの方法が塩基の第二レベルでその他のピクセル位置の全てについて繰り返される。次いでプローブ配列の完全な選ばれた二次元アレイが完成されるまで、記載された方法が塩基の夫々の所望のレベルについて繰り返されてもよい。
【０００５】
像は光を電気的にアドレス可能なミクロミラー（これらの夫々が少なくとも二つの別の位置の一つの間で選択的に傾斜し得る）の二次元アレイを含むミクロミラー装置に与える適当な光源を有する像形成装置を利用して支持体に映写される。夫々のミクロミラーの位置の一つにおいて、ミクロミラーに入射する光源からの光が光学軸から離れて、又支持体から離れて偏向され、又、夫々のミクロミラーの少なくとも二つの位置の第二の位置では、光が光学軸に沿って、かつ支持体に向かって反射される。映写光学装置がミクロミラーから反射された光を受け取り、ミクロミラーを支持体の活性表面に正確に像形成する。視準光学装置が光源からの光をミクロミラーアレイ又はビームスプリッターに直接与えられるビームに平行にするのに使用されてもよく、そのビームスプリッターはビームの一部をミクロミラーアレイに反射し、反射された光をミクロミラーアレイからビームスプリッター中に伝播する。ミクロミラーから直接反射され、又はビームスプリッター中を伝播された光が映写光学レンズに誘導され、これらがミクロミラーアレイを支持体の活性表面に像形成する。ミクロミラーアレイ中の選択的にアドレス可能なミクロミラーはそれらに与えられた光を完全に反射し、又は完全に偏向し得るので、ミクロミラーアレイの像は“オン”ピクセルと“オフ”ピクセルの間の非常に高いコントラストを示す。ミクロミラーは又二つより多い位置に指標とされることができるかもしれず、その場合には付加的な光学装置が用意されて単一ミクロミラーアレイ装置を使用して一つより多い支持体の暴露を可能にし得る。加えて、ミクロミラーはそれらへの損傷を生じないであらゆる波長の光を反射し、紫外線〜近紫外線の範囲の光を含む、短波長の光が光源から利用されることを可能にし得る。
【０００６】
ミクロミラーアレイは適当なピクセルアドレスシグナルをミクロミラーアレイに与えて適当なミクロミラーをそれらの“反射”位置又は“偏向”位置にあるようにするコンピュータの制御下で操作される。プローブに添加される塩基の夫々のレベルにおける夫々の活性化工程に適したミクロミラーアレイパターンはコンピュータコントローラーにプログラムされる。こうして、コンピュータコントローラーが支持体に与えられる試薬と協力してミクロミラーアレイにより与えられる像の配列決定を制御する。
一実施態様において、支持体は透明であってもよく、ミクロミラーアレイの像が活性表面の反対である支持体の表面に映写されることを可能にする。支持体は、アレイの活性表面をシールするエンクロージャーで、フローセル内に取り付けられてもよく、適当な試薬がフローセルを通って適当な順序でアレイの活性表面に流されてアレイ中にプローブを構築することを可能にする。
本発明の更に別の目的、特徴及び利点が添付図面と一緒にされる時に下記の詳細な説明から明らかであろう。
【０００７】
（発明を実施するための最良の形態）
図面を参照して、DNAプローブアレイ合成、ポリペプチド合成等に使用し得る例示の装置が図１中に一般に10で示され、二次元アレイ像形成装置11とアレイ像が像形成装置11により映写される支持体12とを含む。図１に示された形態について、支持体は露出された入口表面14とヌクレオチド配列プローブ16の二次元アレイが加工される反対の活性表面15とを有する。説明の目的のために、支持体12は試薬が入口20及び出口21を通って与えられる体積19を密閉する支持体12に取り付けられたフローセルエンクロージャー18とともに図に示される。しかしながら、支持体12は像形成装置11に面し、かつ光が活性表面に映写されることを可能にする透明ウインドーを備えた反応チャンバーフローセル内に密閉された支持体の活性表面15により本系に利用されてもよい。又、本発明は不透明又は多孔質支持体を使用してもよい。試薬は通常の塩基合成装置（図１に示されていない）から口部20及び21に与えられてもよい。
【０００８】
像形成装置11は光源25（例えば、紫外源又は近紫外源、例えば、水銀アークランプ）、出力ビーム27を光源25から受け取り、所望の波長（例えば、365nmのHgライン）のみを選択的に通す任意のフィルター26、及び平行にされたビーム30を形成するためのコンデンサーレンズ28を含む。光源光をフィルター又は単色にするためのその他の装置、例えば、回折格子、ダイクロミックミラー、及びプリズムが又透過フィルター以外に使用されてもよく、一般に本明細書中“フィルター”と称される。ビーム30はビームスプリッター32に映写され、これがビーム30の一部をビーム33に反射し、これが二次元ミクロミラーアレイ装置35に映写される。ミクロミラーアレイ装置35はアレイ装置35に供給されたコントロールシグナルに夫々応答して少なくとも二つの方向の一つに傾斜する個々のミクロミラー36の二次元アレイを有する。コントロールシグナルはコントロールライン39のコンピュータコントローラー38からミクロミラーアレイ装置35に与えられる。ミクロミラー36は、ミラーの第一の位置で、個々のミクロミラー36に衝突する光33の入射ビームの一部が矢印40により示されるように入射ビーム33の斜めの方向に偏向されるようにつくられる。ミラー36の第二の位置では、このような第二の位置でこのようなミラーに衝突するビーム33からの光が矢印41により示されるようにビーム33に平行に逆反射される。ミラー36の夫々から反射された光が個々のビーム41を構成する。多重ビーム41がビームスプリッター32に入射し、減少された強さでビームスプリッターを通過し、次いで、例えば、レンズ45及び46並びに調節可能なアイリス47を含む映写光学装置44に入射する。映写光学装置44は支持体12の活性表面15で個々のビーム41（及びこれらのビームの間の暗領域）により代表されるようなミクロミラーアレイ35のパターンの像を形成するのに利用できる。出射ビーム41はミクロミラー装置と支持体の間に延びる像形成装置11の主光学軸に沿って誘導される。図１に示された形態の支持体12は透明であり、例えば、ヒュームドシリカもしくはソーダ石灰ガラス又は石英から形成され、その結果、49と標識されたラインにより例示された、その上に映写された光が実質的に減衰又は拡散しないで支持体12を通過する。
【０００９】
好ましいミクロミラーアレイ35はテキサス・インストルメンツ社から市販されているデジタル・ミクロミラー装置(DMD)である。これらの装置はアレイ中のミクロミラーを電気的にアドレスすることにより光のパターン化ビームを形成することができるミクロミラー（これらの夫々が実質的に長さ10〜20μｍの辺を有する正方形である）のアレイを有する。このようなDMD装置は典型的にはビデオ映写に使用され、種々のアレイサイズ、例えば、640x800ミクロミラー要素（512,000ピクセル）、640x480（VGA；307,200ピクセル）、800x600（SVGA；480,000ピクセル）、及び1024x768（786,432ピクセル）で入手し得る。このようなアレイが下記の文献及び特許に説明されている：Larry J. Hornbeck,“Digital Light Processing and MEMs: Reflecting the Digital Display Needs of the Networked Society", SPIE/EOS European Symposium on Lasers, Optics, and Vision for Productivity and Manufacturing I, Besancon, France, June 10-14, 1996、並びに米国特許第5,096,279号、同第5,535,047号、同第5,583,688号及び同第5,600,383号明細書。このような装置のミクロミラー36はミラーそれ自体に損傷を生じないで有効な様式で、紫外線及び近紫外線を含む、通常使用可能な波長の光を反射することができる。ミクロミラーアレイ用のエンクロージャーのウインドーは使用される光の波長について最適化された反射防止被覆物をその上に有することが好ましい。ミラー面当り16ミクロンの典型的なミクロミラー装置寸法及び17ミクロンのアレイ中のピッチを有する、480,000ピクセルをコードする、市販のミクロミラーの600x800アレイの利用は、13,600ミクロンｘ10,200ミクロンの合計のミクロミラーアレイ寸法を与える。リトグラフィーレンズについて典型的かつ容易に達成し得る値である、光学系44中の５の減少係数を使用することにより、支持体12に映写された像の寸法はこうして約２ミクロンの解像度で、約2,220ミクロンｘ2040ミクロンである。更に大きい像が多重平行暴露（フローセル18又は像映写機11を段付きにすることによる）を利用することにより、又は更に大きいミクロミラーアレイを使用することにより支持体12に露出し得る。又、所望により、支持体の像の減少だけでなく、拡大をしないで一対一の像形成を行うことが可能である。
【００１０】
映写光学装置44は通常のデザインのものであってもよい。何とならば、形成される像が比較的大きく、かつ回折限界から良く離れているからである。レンズ45及び46は調節可能なアイリス47を通されたビーム41中の光を支持体の活性表面に集中する。映写光学装置44及びビームスプリッター32は、40と標識されたビーム（例えば、軸から10°それた）により示された、主光学軸（ビーム41が平行である映写光学装置44の中心軸）から離れてミクロミラーアレイにより偏向された光が映写光学装置44の入口ヒトミの外に入るように配置される（典型的には0.5/5=0.1；10°は0.1より実質的に大きい0.17の口径に相当する）。アイリス47は有効な口径数を調節し、かつ望ましくない光（特に軸からそれたビーム40）が支持体に伝播されないことを確実にするのに使用される。0.5ミクロン程度に小さい寸法の解像度がこのような光学系で得られる。製造用途について、ミクロミラーアレイ35は365nmに最適化されたリトグラフィーI-ラインレンズの物体焦点面に配置されることが好ましい。このようなレンズは典型的には0.4〜0.5の口径数(NA)で操作し、大きいフィールド容量を有する。
【００１１】
ミクロミラーアレイ装置35は走査系中で段付きにされるミクロミラーの単一ライン（例えば、１ライン中に2,000のミラー要素を有する）で形成されてもよい。この様式では、像の高さがミクロミラーアレイのラインの長さにより固定されるが、支持体12に映写し得る像の幅は実質的に制限されない。支持体12を有するステージ18を移動することにより、ミラーが支持体の夫々の指標位置でサイクルされて支持体活性表面に像形成される像パターンを夫々の新しいラインに形成し得る。
種々のアプローチが支持体12上のDNAプローブ16の加工に利用されてもよく、ミクロリトグラフィー技術の採用である。“直接光加工アプローチ”において、ガラス支持体12がヌクレオチド塩基を結合することができる薬品の層で被覆される。光が映写系11により適用されて、支持体のOH基を脱保護し、それらを塩基に結合するのに利用できるようにする。現像後に、適当なヌクレオチド塩基が支持体の活性表面に流され、通常のホスホルアミジトDNA合成化学を使用して選ばれた部位に結合する。次いでその方法が繰り返されて、別の塩基を位置の異なる組に結合する。その方法は簡単であり、コンビナトリアルアプローチが使用される場合には、順列の数が指数的に増大する。解像度限界は脱保護メカニズムの線形応答により表される。この方法で得られる解像度の限界のために、フォトレジスト技術をベースとする方法が、例えば、McGallらの上記文献に記載されているように、その代わりに使用されてもよい。間接光加工アプローチでは、適合性の化学が２層レジスト系で存在し、この場合、例えば、ポリイミドの第一層が下にある化学の保護として作用し、一方、上部像形成レジストがエポキシをベースとする系である。像形成工程は両方の方法に共通であり、主たる要件は像形成方法に使用される光の波長がヌクレオチド塩基（これらは280nmで特に感受性である）中の転移（化学変化）を励起しないように充分に長いことである。それ故、300nmより長い波長が使用されるべきである。365nmは水銀のI-ラインであり、これはウエハリトグラフィーに最も普通に使用されるものである。
【００１２】
アレイ合成装置10の別の形態が図２の略図に示される。この配置では、ビームスプリッター32が使用されず、光源25、任意のフィルター26、及びコンデンサーレンズ28が主光学軸に或る角度で（例えば、軸に20°で）取り付けられて光30のビームを或る角度でミクロミラー36のアレイに映写する。ミクロミラー36はミラーの第一の位置で光30をオフ軸ビーム40に、又夫々のミラーの第二の位置で主軸に沿ってビーム41に反射するように配向される。その他の面で、図２のアレイ合成装置は図１の装置と同じである。
【００１３】
図２のオフ軸映写配置を使用する好ましいアレイ合成装置の更に詳細な図が図３に示される。図３の装置では、電力源50（例えば、オリエル68820）から出力を与えられた、光源25（例えば、1,000WのHgアークランプ、オリエル6287、66021）が所望の紫外波長を含む光源として使用される。フィルター系26は、例えば、赤外線を吸収し、280nmから400nmまでの範囲の波長の光を選択的に反射するのに使用されるダイクロイックミラー（例えば、オリエル66226）を含む。脱イオン水が入れられた水冷液体フィルター（例えば、オリエル6127）が残りの赤外線を吸収するのに使用される。着色ガラスフィルター（オリエル59810）又は干渉フィルター（オリエル56531）が夫々50nm又は10nmの50％バンド幅を有するHgランプ25の365nmのラインを選択するのに使用される。F/l２要素ヒューズドシリカコンデンサー（オリエル66024）がコンデンサー28として使用され、二つの平とつレンズ52（メレス・グリオット01LQP033及びメレス・グリオット01LQP023）とともに、コーラー照明系を形成する。この照明系はミクロミラーアレイ装置35の16mm x 12mmの活性領域を含むのに丁度充分に大きい直径で365nmの光のおよそ平行にされた一様なビーム30を生じる。このビーム30が装置の面に垂直から測定して20°の角度で装置35に入射する。ミクロミラーアレイ装置35は最後のフィルターから約700mm離れて配置される。ミクロミラーが第一の位置にある場合、ビーム30中の光が系から下向きに偏向される。例えば、このミクロミラー装置では、ミラーはそれらの第一の位置でミクロミラーの面に垂直に対して-10°の角度にあってもよく、光を光学軸から良く離れて反射する。ミクロミラーが第二の位置で、例えば、ミクロミラーの面に垂直に対して+10°の角度で偏向されるように調節される場合、第二の位置でこのようなミクロミラーから反射された光はビーム41中でミクロミラーアレイの面に垂直に出現する。次いでそれらの第二の位置でミクロミラーから反射された光により形成されたパターンが二つの二重レンズ45及び46並びに調節可能なアパーチュア47を含むテレセントリック像形成系を使用してフローセル18中に密閉されたガラス支持体12の活性表面15に像形成される。二重レンズ45及び46の夫々が湾曲表面がほぼ触れるように一緒にされた一対の平とつレンズ（例えば、メレス・グリオット01LQP033及び01LQP037）を含む。第一の二重レンズは短い焦点長さ（01LQP033）側がミクロミラーアレイ装置35に向くように配向され、又、第二の二重レンズはその長い焦点長さ（01LQP037）側がミクロミラーアレイ装置35に向くように配向される。同じレンズを含む二重レンズが使用されてもよく、その場合いずれかの側がミクロミラーアレイ装置に面していてもよい。又テレセントリックアパーチュアと称される調節可能なアパーチュア47が第一の二重レンズの逆焦点面に配置される。それは光学系の角度受け入れを変化するのに使用される。小さいアパーチュア直径がコントラスト及び解像度を改良するのに相当するが、それに応じて像の強さを低下した。図３に示されるように、必要な薬品を供給された通常のDNA合成装置55が独立の制御のもとに又はコンピュータ38の制御のもとにチューブ20及び21によりフローセル18に連結されて薬品の所望の配列を与え得る。アパーチュア47に典型的な直径は約30nmである。レ��ズ45及び46中の光の通路を示す光線図がこの型の屈折光学系について図４に示される。物体の中心（ミクロミラー装置面）で、端部で、又中間の位置で生じる光線のファンが示される。光学系はミクロミラーアレイ装置の面の倒立像を形成する。
【００１４】
反射光学装置を使用するアレイ合成装置の別の実施態様が図５に示される。例示の系は、赤外線を吸収し、350nmから450nmまでの範囲の波長の光を選択的に反射するダイクロイックミラー（例えば、オリエル66228）から形成されたフィルター系とともに、光源として1,000WのHgアークランプ25（例えば、オリエル6287、66021）を利用する。F/l２要素ヒューズドシリカコンデンサーレンズ（オリエル66024）が365nmラインを含むが、300nm以下の望ましくない波長を除く光30のおよそ平行にされたビームを生じるのに使用される。コーラー照明系が必要により図５の装置中で又使用されてもよく、一様性及び強さを増大し得る。ビーム30は約16mm x 12mmのミクロミラーの活性領域を有し、かつUV源25のノズルから約210nmに配置されるミクロミラーアレイ装置35に入射し、ビーム30はアレイの面に垂直に対して20°の角度でミクロミラー装置35の平面に衝突する。ミクロミラーの第一の位置で、例えば、アレイの面に対して-10°でミクロミラーから反射された光が系から誘導され、一方、第二の位置、例えば、アレイの面に対して+10°にあるミクロミラーからの光が凹形ミラー60及び凸形ミラー61を含む反射テレセントリック像形成系に向かってビーム41中で誘導される。両方のミラーは球形であり、高い反射率のために増進されたUV被覆物を有することが好ましい。ミラー60及び61からの反射を行った後に、ビーム41は別の平面ミラー63に入射してもよく、これはビームをフローセル18に向かって偏向する。ミクロミラーから反射された光がフローセル18中に密閉されたガラス支持体の活性表面に像形成される。テレセントリックアパーチュア（図５に示されていない）が凸形ミラーの前に置かれてもよい。ビーム41は最初に凹形ミラーに衝突し、次いで凸形ミラーに衝突し、次いで再度凹形ミラーに衝突し、平面ミラー63が必要により光を90°偏向してそれをフローセル18に誘導するのに使用されてもよい。示された系について、凹形ミラー60は152.4mmの直径、及び304.8mm（ES F43561）の球形ミラー表面半径を有してもよく、又凸形ミラーは25mmの直径、及び152.94mm（ES F45625）の球形ミラー表面半径を有していてもよい。理想的には、凹形ミラーの曲率の半径は凸形ミラーのそれの２倍である。このような反射光学系は公知であり、“ミクロアライン”型の系で光学リトグラフィーで通常使用される。例えば、A. Offner,“New Concepts in Projection Mask Aligners", Optical Engineering, 14巻, 130-132頁(1975)、及びR.T. Kerthら,“Excimer Laser Projection Lithography on a Full-Field Scanning Projection Systems", IEEE Electron Device Letters, EDL-7(5)巻, 299-301頁(1986)を参照のこと。
【００１５】
図６は図５の光学系に関する像形成を示す。物体（ミクロミラーアレイ装置）の中央、端部、及び中間の位置で生じる光線のファンが図６に示される。光線は最初に凹形ミラー60から反射し、次いで凸形ミラー61から反射し、次いで再度凹形ミラー60から反射して、ミクロミラーアレイ装置の面の倒立像を形成する。平面ミラー63は図６の線図に含まれていない。テレセントリックアパーチュア（示されていない）が凸形ミラーの前に置かれていてもよい。
屈折光学系又は反射光学系は両方とも“対称”であることが好ましく、抹消によりコマ及び球面収差の如き収差を最小にする。以上の反射系は高い強さを生じる高い口径数を有する。図３及び５のテレセントリック光学系の両方が1:1像形成系である。反射系は色収差を排除し、高い解像度を与えるだけでなく、コンパクトかつ安価であるという潜在的な利点を有する。1:1像形成を行うのに好ましい系は凹形ミラーとレンズ及びプリズムを併有するワイン−ダイソン型の系であろう。それは強さを増強する非常に高い口径数を有する。例えば、F.N. Goodallら,“Excimer Laser Photolitography with 1:1 Wynne-Dyson Optics", SPIE 922巻, Optical/Laser Microlithography, 1988、及びB. Ruffら, “Broadband Deep-UV High NA Photolithography System", SPIE 1088巻, Optical/Laser Microlithography II (1989)を参照のこと。
【００１６】
本発明の装置とともに使用し得る反応チャンバーフローセル18の更に詳細な図が図７及び８に示される。これらの図中の例示のフローセル18は、入口ライン20に連結された入口73と出口ライン21に連結された出口75とを有する、ボルト71により一緒に保持された、アルミニウムハウジング70を含む。図８の断面図に示されるように、ハウジング70はボルト71で支持体の上に一緒に固定されている下部ベース78と上部カバー部分79とを含む。支持体12、例えば、透明ガラススライドが上部プレート79と円筒形ガスケット81（例えば、カル・レッツTMから形成されている）の間に保持され、これが順に非反応性ベースブロック82（例えば、テフロンTM）の上に支持され、入口チャンネル85が入口73から支持体12とベースブロック82（これはガスケットによりシールされる）の間に形成されたシールされた反応チャンバー88に延び、又出口チャンネル89が反応チャンバー88から出口75に延びている。ボルト71はねじ込められてもよく、又ねじ込められていなくてもよく、支持体12をカバー部分とベースの間に取り外し可能に固定して、支持体がフローセルの塩基の最小の変位で交換されることを可能にする。好ましくは、図８に示されるように、ゴムガスケット90がプレート79の底部に取り付けられて周辺領域で支持体に対しかみ合って圧力をガスケット81に対して支持体に適用する。所望により、フローセルは又読み取り中にハイブリダイゼーションチャンバーとして使用されてもよい。
【００１７】
DNAプローブの例示の形成方法が図9-14の略図に関して示される。図９は通常のホスホルアミジト化学を使用してシラン層に被覆された光不安定リンカー分子MENPOC-HEGによる、活性表面15を形成するシラン層95を有する、支持体12の被覆を示す。MENPOC-HEG-CEPは18-O-〔(R,S)-(1-(3,4-(メチレンジオキシ)-6-ニトロフェニル)エトキシ)カルボニル〕-3,6,9,12,15,18-ヘキサオキサオクタデカ-1-イルO'-2-シアノエチル-N,N-ジイソプロピルホスホルアミジトである。シラン層をN-(3-(トリエトキシシリル)-プロピル)-4-ヒドロキシブチルアミドからつくった。図９に示された工程では、支持体が光に露出され、活性遊離OH基が光に露出された領域で露出されるであろう。
図10はMENPOC-HEGリンカーの光脱保護及び光に露出される領域100における遊離OH基の生成を示す。図11はMENPOC-HEGの光脱保護から生成された遊離OH基へのフルオレプライムTMフルオレセインアミジトのカップリングを示す。図12はMENPOC-HEGリンカーの光脱保護から生成された遊離OH基へのDMT-ヌクレオチドのカップリングを示す。図13は光に露出された領域100におけるDMT-ヌクレオチドの酸脱保護の工程を示す。図14はDMT-ヌクレオチド-CEPから合成されたpoly-Tオリゴヌクレオチドとのフルオレセインで標識されたpoly-Aプローブのハイブリダイゼーションを示す。
本発明は例示として本明細書に示された特別な実施態様に限定されないが、特許請求の範囲内に入るような全てのこのような改良形態を包含することが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアレイ合成装置の略図である。
【図２】本発明の別のアレイ合成装置の略図である。
【図３】本発明の一般のテレセントリックアレイ合成装置の更に詳細な略図である。
【図４】図３の装置の屈折光学装置に関する例示の光線図である。
【図５】テレセントリック反射光学装置が利用される本発明のアレイ合成装置の更に別の実施態様の略図である。
【図６】図５の装置の反射光学装置に関する例示の光線図である。
【図７】本発明のアレイ合成装置に利用し得る反応チャンバーフローセルの平面図である。
【図８】図７の線8-8に沿って一般に切断された図７の反応チャンバーフローセルの断面図である。
【図９】光不安定リンカー分子による支持体の被覆を示す略図である。
【図１０】リンカー分子の光脱保護及び遊離OH基の生成を示す略図である。
【図１１】リンカー分子の光脱保護により生成された遊離OH基へのマーカーのカップリングを示す略図である。
【図１２】リンカー分子の光脱保護から生成された遊離OH基へのDMT-ヌクレオチドのカップリングを示す略図である。
【図１３】DMT-ヌクレオチドの酸脱保護を示す略図である。
【図１４】DMT-ヌクレオチド-CEPから合成されたpoly-Tオリゴヌクレオチドとのフルオレセインで標識されたpoly-Aプローブのハイブリダイゼーションを示す略図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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