(57)【要約】【課題】  標識の使用を必要としないアレイシステム、装置、技術が必要とされている。さらに、少量のサンプルを検出し分離し得る、高レベルの特異性及び再現性を実現する装置又は方法もまた必要とされている。【解決手段】  本発明は、化学成分を分離、同定するための装置及び方法を提供する。当該装置は、質量分析システムのような検出器と接続されているマイクロアレイデバイスを用いる。当該装置は、外部タグや蛍光マーカを必要とすることなく、ターゲット分子を分離し、同定する。当該装置の使用法もまた開示する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分をサンプル溶液から同定するための装置であって、
（ａ）  サンプル溶液から化学成分を捕捉するための少なくとも１つの線形アレイを備えるチャネルを有する基材と、
（ｂ）  前記化学成分が前記線形アレイから既定の順序で脱離した後、前記基材チャネルから前記化学成分を受け入れ且つそれを検出するための、前記基材の下流に位置する検出装置と、
を備える装置。
【請求項２】
前記チャネルが、マイクロ流体チャネルである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記線形アレイが、プローブを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記検出装置が、質量分析システム、紫外光システム、赤外光システム、ラマン分光システム、可視光システムからなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記質量分析システムが、ＭＡＬＤＩシステムを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記質量分析システムが、エレクトロスプレーシステムを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記質量分光システムが、ＡＰ−ＭＡＬＤＩシステムを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記プローブが、核酸分子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記プローブが、タンパク質分子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記プローブが、炭水化物を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記プローブが、多糖を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記基材が、シリコン、プラスチック、ゴム、ガラス、金属、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される材料からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記マイクロ流体チャネルの最小寸法が、１００ミクロン以下である、請求項２に記載の装置。
【請求項１４】
化学成分を分離し検出する方法であって、
（ａ）  ターゲット分子を含む溶液を、基材のチャネル内に配置されたプローブと接触させるステップと、
（ｂ）  前記ターゲット分子を前記プローブに接触させることによって前記サンプルから前記ターゲット分子を捕捉するステップと、
（ｃ）  前記ターゲット分子を既定の順序で前記プローブから脱離させるステップと、
（ｄ）  前記プローブから脱離した前記ターゲット分子を既定の順序で検出するステップと、
を包含する方法。
【請求項１５】
前記ターゲット分子の溶出する順序が、前記ターゲット分子が前記プローブに結合する順序と同じである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ターゲット分子の溶出する順序が、前記ターゲット分子が前記プローブに結合する順序と逆である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ターゲットが、核酸分子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記ターゲットが、タンパク質分子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記ターゲットが、炭水化物を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記ターゲットが、多糖類を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記チャネルが、前記線形の結合順序を変更することなく前記ターゲットを前記プローブから溶出させる程度に、十分小さい寸法を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記線形アレイが、１０を超える特質部を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記線形アレイが、１００を超える特質部を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記基材が、柔軟であるか又は剛性である、請求項１２に記載の装置。
【請求項２５】
入り口に、種々の液体を前記チャネルに送るバルブをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
温度の制御された環境を提供するヒータ又はクーラをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記線形アレイの出口とエレクトロスプレー質量分析計の入口の間に、エレクトロスプレーチップをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
液体を前記アレイを通して移動させる手段をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記入口が、シッパーである、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記ターゲット分子を脱離させる方法が、前記アレイ又は前記アレイの一部を加熱することからなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項３１】
前記ターゲット分子が、前記線形アレイに導入される前に標識化されない、請求項１４に記載の方法。
【請求項３２】
前記プローブに接触する前記溶液が、複数のサンプルからのターゲット分子を含み、前記サンプルの各々が差異をもって標識化されている、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロアレイの分野に関し、より詳細には、アレイを用いて化学成分を分離し同定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリヌクレオチドアレイ（ＤＮＡ又はＲＮＡアレイなど）は、例えば、診断ツール又は検査ツールとして知られており、また用いられている。当該アレイは、通常、基材上に所定の空間的配列にて配置されている、種々の配列のポリヌクレオチドからなる領域を備える。これらの領域（「特質部（ｆｅａｔｕｒｅ）」と称されることもある）は、基材上の個々の位置（「アドレス」）に配置されている。使用時には、アレイは、サンプルにさらされると、観測し得る結合パターン又はハイブリダイゼーションパターンを示す。この結合パターンは、アレイを精査することで検出することができる。例えば、サンプル内の全てのポリヌクレオチドターゲット（例えばＤＮＡ）は適切な標識（蛍光染料など）により標識化することができ、サンプルへの曝露後にアレイ上の蛍光パターンを正確に観察することができる。種々の配列のポリヌクレオチドが所定の空間的配列にしたがって正しく配置されていると仮定すると、観測される結合パターンは、サンプルの１つ又は複数のポリヌクレオチド成分の存在及び／又は濃度の指標となる。
【０００３】
バイオポリマーアレイは、予め得られているバイオポリマー（例えば合成バイオポリマー又は自然に存在するバイオポリマー）を基材上に配置するか、又は、ｉｎ  ｓｉｔｕでの合成法により製造することができる。予め得られているバイオポリマーを配置する方法には、ピン又はキャピラリなどの分注器（特許文献１に記載されているものなど）又はパルスジェット（特許文献２及び特許文献３などに記載されているもののような圧電インクジェットヘッドなど）などから基材に液滴を分注することが包含される。ｉｎ  ｓｉｔｕ製造法に関しては、多数の異なる試薬の液滴を液滴分注器から所与のターゲット位置に付着させ、最終的な特質部を形成する（従って、特質部のプローブはアレイ基材上で合成される）。ｉｎ  ｓｉｔｕ製造法には、ペプチドアレイの合成に関する特許文献４において記載される方法、並びに特許文献５及びこの中で引用されたポリヌクレオチドに関する参考文献において説明されている方法が含まれる。ポリヌクレオチドアレイのｉｎ  ｓｉｔｕ製造法は、典型的には、特質部を形成したい多数の異なるアドレスの各々において、既知の化学反応の方法によって、支持材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ために使用される従来と同じ反復シーケンスに従う。当該反復シーケンスは、以下の通りである。（ａ）第１の反復において、選択されたヌクレオシドを亜リン酸結合を介して官能化された支持材上に結合させるか、又は、次の反復において、ヌクレオシドの結合した前記基材（即ちヌクレオシド修飾基材）に結合させる。（ｂ）任意選択的にではあるが好ましくは、ヌクレオシドと結合した基材上の未反応の水酸基を保護する。（ｃ）ステップ（ａ）の亜リン酸結合を酸化し、リン酸結合を形成する。（ｄ）ステップ（ａ）にて結合された基材上のヌクレオシドから保護基を除去し（脱保護）、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成する。（第１サイクルにて）官能化された基材又は（次のサイクルにて）脱保護された結合ヌクレオシドは、ステップ（ａ）にて結合されるべき次のヌクレオシドとの亜リン酸結合を形成するための結合基を、基材に結合した化学成分に与える。最終的なヌクレオシド塩基の脱保護は、既知の手順で、水酸化アンモニウムなどのアルカリ条件を用いて達成することができる。
【０００４】
ポリヌクレオチド合成の上述の化学反応は、例えば、非特許文献１、２、３、４、及び、特許文献６、７、８、９、１０などに詳細に説明されている。
【０００５】
上記のように、マイクロアレイの構成には多くの技術がある。さらに、マイクロアレイは、サンプル内の種々の種類のＲＮＡ、ＤＮＡ、又はタンパク質分子を同定し定量化するために使用することができる。マイクロアレイは、既定の位置に配列し得る多くの表面結合分子を含む。例えば、しばしば、未知のターゲットを含むサンプルを蛍光染料により標識化し、アレイに適用し、時間をかけてプローブと反応又はハイブリダイズさせる。次いでアレイを洗浄し、結合していないサンプル又は不適切に結合したサンプルを除去して蛍光信号を走査する。各位置で検出された信号を、プローブの素性と相関させる。
【０００６】
上記の例では、アレイはいくつかの重要な機能をもたらす。第１の機能は、サンプルからの分子を既知の位置に組織化し、残りを廃棄する分離装置としての機能である。第２の機能は、各位置において検出されたサンプル分子数を分析するためのプラットホームとしての機能である。この２つの機能は独立しており、各機能によってアッセイ（分析）デザインに独自の要件が付与される。
【０００７】
前記分離装置としての機能には、既知のプローブ分子を既知の位置又は既定の位置で表面上に付着させることが必要とされる。特質部のパターンは、格子状配置の形態にすることも、線状配置の形態にすることもできる。これらのハイブリダイゼーションの検出は、主に、ターゲット分子に結合した蛍光染料を用いて実施される。標識化は、典型的に、サンプル調製工程の間に実施され、アッセイ完了までに多大な時間が必要となり得る。第２に、標識を使用するとコストが上昇し、他の分子又はプローブと交差反応する可能性もある。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，８０７，５２２号
【特許文献２】ＷＯ  ９５／２５１１６号
【特許文献３】ＷＯ  ９８／４１５３１号
【特許文献４】米国特許第５，４４９，７５４号
【特許文献５】ＷＯ  ９８／４１５３１号
【特許文献６】米国特許第４，４５８，０６６号
【特許文献７】米国特許第４，５００，７０７号
【特許文献８】米国特許第５，１５３，３１９号
【特許文献９】米国特許第５，８６９，６４３号
【特許文献１０】ＥＰ  ０２９４１９６号
【非特許文献１】Ｃａｒｕｔｈｅｒｓ“Ｓｃｉｅｎｃｅ”２３０：２８１−２８５，１９８５
【非特許文献２】Ｉｔａｋｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ａｎｎ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．”５３：３２３−３５６
【非特許文献３】Ｈｕｎｋａｐｉｌｌａｒ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｎａｔｕｒｅ”３１０：１０５−１１０，１９８４
【非特許文献４】“Ｓｙｎｔｅｈｓｉｓ  ｏｆ  Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ  ｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｔａｒｇｅｔｅｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ”，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，Ｆｌａ．，ｐａｇｅｓ  １００  ｅｔ  ｓｅｑ．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
標識の使用を必要としないアレイシステム、装置、技術が必要とされている。さらに、少量のサンプルを検出し分離し得る、高レベルの特異性及び再現性を実現する装置又は方法もまた必要とされている。本発明は、これらの問題及び他の問題に対処する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はサンプル溶液から化学成分を同定する装置を提供する。当該システム又は装置は、サンプル溶液から化学成分を捕捉する少なくとも１つの線形アレイを備えるチャネルを有する基材又は筐体と、基材の下流にあり、化学成分を予め決めた順序で線形アレイから脱離（解放）させた後に基材チャネルから受け取った化学成分を検出する検出装置とを備える。検出装置は質量分析計をはじめとする種々の分析装置から構成することができる。
【００１１】
本発明はまた、化学成分を分離し検出するための方法も提供する。当該方法は、ターゲット分子を含む溶液をマイクロ流体チャネル内に配置したプローブに接触させるステップと、ターゲット分子をプローブに結合させ、ターゲット分子を溶液から分離するステップと、ターゲット分子をプローブから脱離させるステップと、プローブから脱離したターゲット分子を検出するステップとを包含する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、標識の使用を必要としない化学成分同定装置、及び方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を詳しく説明する前に、本明細書及び添付の特許請求の範囲では、特段の記載のない限り、単数形で示したものでも複数形の意味を包含することに注意されたい。従って、例えば「アレイ」という表現は、「複数のアレイ」を包含する。「質量分析計」又は「基材」という表現は、「複数の質量分析計」又は「複数の基材」を包含する。本発明の詳細な説明及び特許請求の範囲においては、下記の用語は以下に記載する定義に従って使用されている。
【００１４】
「バイオポリマー」とは、１つ又は複数の繰り返し単位からなるポリマーである。バイオポリマーは、典型的に生体内にあり（合成して作製することもできるが）、それらには、特に、ペプチド又はポリヌクレオチド、及び、アミノ酸類似体あるいは非アミノ酸群からなるかもしくはこれらを含む化合物、又は、ヌクレオチド類似体あるいは非ヌクレオチド群からなるかもしくはこれらを含む化合物、が含まれる。これには、通常の骨格を、非自然発生の、即ち合成された骨格と置き換えたポリヌクレオチド、及び、１つ又は複数の通常の塩基を、ワトソン−クリックタイプの水素結合相互作用に関与し得る基（自然又は合成）と置き換えた核酸（又は合成類似体又は自然類似体）が含まれる。ポリヌクレオチドは、単一らせん構造でも、多重らせん構造でもよく、らせんのうち１つ又は複数は、他に対して完全に整列していてもしていなくてもよい。「ヌクレオチド」とは、核酸のサブユニットを意味し、リン酸基、５炭素糖、窒素含有塩基を含むものである。ヌクレオチドにはまた、ポリマー形態（ポリヌクレオチドとして）において、２つの自然発生ポリヌクレオチドのそれと同様の配列特異性にて、自然発生ポリヌクレオチドとハイブリダイズし得る、前記サブユニットの機能類似体（合成又は自然）も含まれる。例えば、「バイオポリマー」には、ＤＮＡ（ｃＤＮＡを含む）、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、ＰＮＡ、及び米国特許第５，９４８，９０２号及びその中で引用された参考文献（参照することで、これらの全ての内容を本明細書に取り入れることとする）に記載されているような他のポリヌクレオチドが含まれる。「オリゴヌクレオチド」とは、通常、約１０〜１００のヌクレオチド長を有するヌクレオチドマルチマーを意味し、一方、「ポリヌクレオチド」は、より多数のヌクレオチドを有するヌクレオチドマルチマーを意味する。「バイオモノマー」とは、単一の単位を意味し、同じバイオモノマー又は別のバイオモノマーと結合してバイオポリマーを形成し得るものである（例えば、２つの結合（連鎖）基を有する単一のアミノ酸又はヌクレオチドであり、結合基のうち一方もしくは両方は、除去可能な保護基を有していてもよい）。「ペプチド」は、任意の長さのアミノ酸マルチマーを表すために使用される（例えば、１０以上、１０〜１００、又は１００以上のアミノ酸単位）。バイオモノマー液、又はバイオポリマー液は、それぞれ、バイオモノマー又はバイオポリマーを含む液体を意味する（典型的には溶液になっている）。
【００１５】
任意の事物の「セット」又は「サブセット」（例えば特質部のセット）とは、１つ又は複数の前記事物を含むものである（例えば、クランプ部材のセットとは、１つ又は複数のクランプ部材を含む）。「アレイ」とは、特に指定がない限りは、その領域に関連づけられる特定の化学成分（単数又は複数。例えば、ポリヌクレオチド配列のようなバイオポリマー）と結合する、アドレス指定可能な領域からなる任意の１次元、２次元、又は３次元の構成物を意味する。アレイは、種々の成分から成る多数の領域を有する点で、「アドレス指定可能」であり、それによって、アレイ上の特定の所定の位置（「アドレス」）にある領域（アレイの「特質部」又は「スポット」）は、特定のターゲット又は特定の種類のターゲットを検出できる（しかし、特質部はその特質部のターゲットではないものを偶然検出する場合もある）。アレイの特質部は、典型的に、それらの間に存在する空間によってお互いに分離されているが、必ずしもその必要はない。アレイの場合においては、「ターゲット」とは、種々の領域で基材に結合しているプローブ（「ターゲットプローブ」）が検出すべき、移動相（典型的には液体）内の成分を表す意で用いられる。しかしながら、「ターゲット」又は「ターゲットプローブ」のいずれも、他方によって評価されるべきものと解することもできる（従って、一方は、他方と結合することによって評価されることになるポリヌクレオチドの未知の混合物とすることができる）。用語「アレイレイアウト」は、特質部の配置、１つ又は複数の特質部の寸法、どの位置においてどの化学成分を指示するかなど、特質部の１つ又は複数の特性を集積的に表す。ポリヌクレオチドに関しては、「ハイブリダイゼーション」と「結合」とは、相互に交換して使用し得る。１つの事物が他の事物から「離れている」と示される場合、これは、２つの事物が少なくとも異なる建物内にあり、少なくとも１マイル、１０マイル、又は少なくとも１００マイル離れている場合があることを意味する。
【００１６】
「隣接する」という用語は、近くにあるか、隣にあるか、又は接触している成分又は要素を意味する。例えば、アレイは検出装置に隣接させ得る。
【００１７】
参照することで、全ての特許及び他の引用した参考文献を、本出願に取り入れることとする。
【００１８】
図１は、本発明の概略ブロック図を示している。本発明は、化学成分を同定する装置１００を提供する。化学成分を同定する装置１００は、ターゲット１０３を捕捉する捕捉剤１０７、ターゲット１０３が捕捉され捕捉剤１０７から脱離した後にターゲット１０３を輸送する輸送装置１０９、輸送装置１０９の下流にありターゲット１０３を検出する検出装置１２０、から構成される。一部の実施形態では、捕捉剤１０７は、輸送装置１０９又は検出装置１２０内に、又はそれらの上に、又はそれらと隣接して配置することができる。さらに、捕捉剤１０７はアレイ１１２から構成することができ、輸送装置１０９はチャネル１１８を備える第１の基材１１５から構成することができ、検出装置１２０は質量分析システムから構成することができる（図５Ａ及び図５Ｂ参照）。アレイ１１２は、第１の基材１１５のチャネル１１８内に直接構築することもできるし、スライド（単数又は複数）を装着することによってその位置に取り付け又は挿入することもできる。
【００１９】
第１の基材１１５は、当分野で周知の多数の種々の材料から構成することができる。例えば、第１の基材１１５は、金属、プラスチック、ゴム、シリカもしくはシリコンをベースとする材料、及び複合材料からなる群から選択される材料から構成することができる。第１の基材１１５は、柔軟な材料又は柔軟でない材料から構成することができる。前述のように、第１の基材１１５は、１つ又は複数のチャネル１１８を備えることができる。チャネル１１８は、１つ又は複数のプローブ１２１を有するマイクロ流体チャネルから構成することができる。チャネル１１８は、曲線、線形であるよう設計することができ、又は種々の形状及び寸法を採用し得る。さらに、プローブ１２１は、広範な種々の向きに配向し得る広範な種々のバイオポリマーから構成することができる。プローブ１２１は、線形配列にて配置することができる。線形配列とすることで、捕捉前及びプローブ１２１からの脱離後に、ターゲット１０３を並べるための、容易且つ効率的な方法が提供される。しかし、チャネル１１８の大きさは、はるかに大きくても、はるかに小さくてもよい。チャネル１１８の重要な機能は、ターゲット１０３がアレイ１１２のプローブ１２１に結合した後に、ターゲット１０３の順序を維持することである。従って、チャネル１１８は、脱離したターゲット１０３の混合を防ぐために充分に小さいと共に、ターゲット１０３がプローブ１２１から脱離し、チャネル１１８を下流に移動して検出装置１２０にまで移動し得るほど大きくなければならない（図６Ｃ参照）。一般に、マイクロ流体チャネルは、１００ミクロン以下の寸法を有する。
【００２０】
サンプルは、１つ又は複数のターゲット１０３を含んでおり、チャネル１１８を介して輸送される。輸送は、当分野で既知の、浸透圧、液圧、ブラウン運動、拡散、浸透勾配、電気浸透勾配、重力、毛管作用、能動輸送又は受動輸送、電気泳動、圧力、吸引、真空の生成、即ち人工的な真空、又は、他の物理的もしくは機械的な力を用いて実施することができる。どの技術を使用するかは重要ではない。機能的には、プローブ１２１（第１の基材１１５のチャネル１１８内に付着又は配置されている）に対するターゲット１０３の結合を効果的に調節し、ターゲット１０３がプローブ１２１に結合できるようにし得る技術を用いることが重要である。
【００２１】
アレイ１１２は、マイクロアレイ又は同種のデバイスから構成し得る。前述のように、アレイ１１２は、チャネル１１８の内壁上に構成し得る（図５Ａ及び５Ｂ参照）。あるいはまた、アレイ１１２をまずスライド上に配置するよう設計し、次いで、サンプル内のターゲット１０３をハイブリダイズするためのプローブ１２１が適切に配置されるように、第１の基材１１５内に挿入又は装填することができる。以下、簡略化のために、アレイ１１２の詳細を、ガラススライド上へ構築する場合に関して説明する。しかしながら、本発明は、この実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、本発明にはまた、類似の構成、即ち第１の基材１１５上、第１の基材１１５内、又は第１の基材１１５に付着させて構築すること、も包含される。
【００２２】
図２〜図４を参照すると、本発明の方法及び装置は、典型的に、連続平面状の第２の基材１１０を生成又は使用し、該第２の基材１１０は、表面１１１ａ上にアレイ１１２を担持している。表面１１１ａ上には複数のアレイ（これらはいずれも同じものであってもよいし異なるものでもよい）が存在してもよく、また、当該アレイの間に間隔があってもなくてもよいことを理解されたい。アレイ１１２のうち１つ又は複数は、一緒になって表面１１１ａの相当な領域を被覆している。表面１１１ａ領域は、第２の基材１１０の相対する側面１１３ｃと１１３ｄ、及び前端１１３ａと後端１１３ｂに隣接している。第２の基材１１０の反対面１１１ｂには、アレイ１１２は担持されていない。各アレイ１１２は、任意の種類のサンプルを検査するよう設計することができ、当該サンプルには、例えば、試験サンプル、基準サンプル、これらの組み合わせ、又は既知のポリヌクレオチド混合物のいずれをも用い得る（後者の場合には、アレイは、評価すべき未知の配列を担持する特質部から構成することができる）。第２の基材１１０は任意の形状とすることができ、共に使用するホルダは、第２の基材１１０の形状に応じて構成されるが、第２の基材１１０は典型的に、実際上、四角形である。アレイ１１２は、ポリヌクレオチド形態のバイオポリマーからなる多数のスポット、即ち特質部１１６を含む。典型的なアレイは、１０以上、１００以上、１０００以上、１万以上、又は１０万以上の特質部から構成され得る。特質部１１６は全て異なるものにすることもできるし、一部又は全部を同じとすることもできる。上記のように、アレイ１１２を従来のｉｎ  ｓｉｔｕで形成するか、又は、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利用して試薬の少なくとも１滴を各特質部に付着させることによって予め得られた化学成分を付着させて形成する場合、典型的には、ポリヌクレオチドを担持しない特質部間の領域１１７が存在する。特質部間の領域１１７は、種々の大きさ及び構成とし得ることを理解されよう。各特質部は、既定のポリヌクレオチドを担持する（ポリヌクレオチド混合物の可能性もある）。通常通り、Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔは、通常のヌクレオチドを表す。表面１１１ａと第１のヌクレオチドとの間に、任意の既知の種類のリンカー分子（図示せず）を存在させ得ることが理解されよう。
【００２３】
アレイ１１２は、バイオポリマー、より詳細には、核酸又はヌクレオチド配列から構成することができる。タンパク質、ペプチド、アミノ酸、ヌクレオチド、ヌクレオシド、核酸、ＲＮＡ、ＤＮＡ、単一鎖ＲＮＡ、単一鎖ＤＮＡ、二重鎖ＤＮＡ、二重鎖ＲＮＡなどの、当分野で既知の他のバイオポリマーも、本発明で使用することができる。ターゲット１０３又はプローブ１２１の塩基配列は既知であってもなくてもよい。バイオポリマーは、アレイ１１２上に、任意の順序及び／又は向きで配置することができる。分離と同定のための特に効果的な構成は、線形アレイである。これによって、既定の順序又は塩基配列でバイオポリマーを捕捉、脱離させることができる。
【００２４】
アレイの構築後に、キャピラリを組み立てる。アレイが基材１１０上にある場合には、それらを基材１１５に組み入れ、チャネル１１８を形成する。あるいはまた、基材１１５上に予め形成した開放チャネル１１８内に、線形アレイ１１２を直接構築することもできる。次いで、チャネル１１８を閉じる。平らな材料を基材１１５の表面に接着するか、又は、チャネル１１８の鏡像を基材に接着することによって、閉じることができる。当分野で既知の、接着剤、シーラント、超音波溶接、及び他の技術を用いてチャネルを密封することができる。第３の代替方法は、柔軟な基材上に線形アレイ１１２を形成し、材料をチューブ状に巻き、これを密封してチャネル１１８を形成する方法である。
【００２５】
検出装置１２０は、アレイ１１２の下流に配置されている。ターゲット１０３をサンプルから分離した後に、それを検出装置１２０に送ることができる。検出装置１２０は、ターゲット１０３を受け取るように設計されており、アレイ１１２からの溶出物の特性、数、溶離プロファイル、順序を記録し定量化することができる。使用する検出装置１２０の特性に基づいて、他のパラメータもまた分析可能である。検出装置１２０は、当分野で既知の種々の装置及びシステムから構成し得る。例えば、検出装置１２０は、バイオポリマーを検出し得る質量分析システム、ラマンシステム、ＵＶ−ＶＩＳシステム、ＮＭＲシステム、ＥＰＲシステム、炉原子吸光、フレーム原子吸光、ＩＲ分光計、ＨＰＬＣシステム、電気泳動システム、蛍光分光計、ＩＣＰシステム、照度計、及び他の同様な分析装置から構成することができる。検出装置１２０は、第１の基材１１５に接続することができ、当該接続は直接的な接続とすることも、任意数のコンジット、チャネル、接着部、装置を介した接続とすることもできる。これらの輸送装置は、ターゲット１０３を損失することなく、効率的にサンプルを輸送できる程度でのみ重要である。
【００２６】
一実施形態では（図５Ａ及び図５Ｂ参照）、検出装置１２０は質量分析システムから構成することができる。理想的には、エレクトロスプレーチップ１３０が、線形アレイ又は装置１００と一体化されている。例示的な装置は、“Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ  ｏｆ  ａ  Ｓａｍｐｌｅ  ａｎｄ  Ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅＳｅｐａｒａｔｅｄ  Ｓａｍｐｌｅ  ｔｏ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”と題された米国特許第６，４５９，０８０号において検討されている。この特許では、突出しているエミッタの一体化されたマイクロデバイス、並びに該マイクロデバイスの製造法が開示されている。当該マイクロ流体デバイスは、ポリイミド（Ｋａｐｔｏｎ）及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）上に効果的に設計されている。ＤＮＡ及びタンパク質のマイクロアレイ技術が、ガラスコートされたＰＥＥＫ上で実証されている（Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｓ  ｏｎ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  ｔｏ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｓｅｒｉａｌ  Ｎｏ．１０／２８６０８９参照）。ＭＡＬＤＩ又はＡＰ−ＭＡＬＤＩは、検出のための代替質量分析システムである。ＭＡＬＤＩシステムを使用する場合は、溶出したサンプルのアリコートをＭＡＬＤＩプレート上に配置し、次いで前記プレートを質量分析計に装填する。
【００２７】
図５Ａ及び図５Ｂに、本発明の一実施形態を示している。化学成分を同定する装置１００は、輸送装置１０９によって検出装置１２０に接続される。化学成分を同定する装置１００は、捕捉剤１０７を含むチャネル１１８を備える第１の基材１１５を含んで成る。入口バルブ１３５及び出口バルブ１３７が、チャネル１１８に接続されている。入口バルブ１３５は、種々のモード及び注入口ポートを切り替えることができる。例えば、サンプル注入口ポート１３６、洗浄バッファー注入口ポート１３８、溶離バッファー注入口ポート１４０などを備えることができる。これらの注入口ポートのうちいずれかのポート又は全てのポートを本発明で使用できる。他の注入口ポートもまた、使用できる。入口バルブ１３５を切り替えることで、これらの注入口ポートのうちの任意のポートからチャネル１１８への流入を可能にすることができる。チャネル１１８の反対側の端には出口バルブ１３７がある。出口バルブ１３７は、１つ又は複数の洗浄剤排出ポート１４２、廃液排出ポート１４４、又はエレクトロスプレーチップ１３０、を備えるか又はこれらに接続することができる。出口バルブ１３７は、洗浄剤排出ポート１４２、廃液排出ポート１４４、又はエレクトロスプレーチップ１３０を切り替えることができる。
【００２８】
本装置によってもたらされる重要な利点は、標識の使用を必要としないことであるが、一部の場合では検出技術を組み合わせると有利な場合もある。サンプルを標識化することにより、ｉｎ  ｓｉｔｕでの蛍光検出が可能となる。その後の溶離又は質量分析測定によって、測定についてより詳細な情報又は確証が得られる。あるいはまた、ゲル電気泳動によりターゲットを溶離し分析することが望ましい場合もある。この第２のより高価な方法は、標準研究機関又は中央研究機関において関心を集めるであろう。
【００２９】
本発明の装置に関しては以上説明したので、以下、アレイハイブリダイゼーション装置の組み立て方法、即ち製造法を順番に説明する。
【００３０】
以下、図６Ａ〜図６Ｃを参照しながら、本発明の方法を説明する。
【００３１】
図６Ａは、本発明の方法の第１のステップを示している。注入、人力による適用をはじめとする、任意の方法によってサンプルを装置内に導入する。この図では、サンプル注入口ポート１３６によってサンプルを導入する場合を示している。サンプルの中に突出し、サンプルをチャネル１１８内に吸引するシッパーをチャネル入口に備え付けることができる。シッパーの設計は、“Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ  Ｓｐｉｒａｌ  ｆｏｒ  Ｆｌｅｘ  Ｃｉｒｃｕｉｔ”と題された米国特許出願第０９／９８１，８４０号において説明されており、参照することでその内容を本明細書に取り入れることとする。理想的には、チャネル１１８の入口は、サンプルの注入を可能にし、次いで洗浄液を注入するように切り替えることのできるバルブに接続することができる。サンプル容積は、チャネル１１８の容積に一致する必要はない。サンプル容積は、実質的に多くても少なくてもよい。サンプルは、対象とするターゲットを含むことができる。対象とするターゲットを含む可能性のあるサンプルは、アレイ１１２のプローブを越えて移動する。次いで、アレイ１１２のプローブがターゲット１０３を捕捉し、これらをサンプルから分離除去する。装置は、チャネル１１８を通るサンプルの流れを調節し得るよう設計することができる。図６Ａは、ターゲット１０３が、アレイ１１２に結合し、ターゲット１０３がサンプルから分離除去されるところを示している。この図ではまた、残りのサンプル又はバルク溶液が、基材１１０のチャネル１１８を通過するところも示している。必要に応じて、サンプルを数分又は数時間に渡ってチャネル１１８に残すか、又はチャネル１１８内を循環させて、プローブ１２１に適切に結合又はハイブリダイズするようにできる。装置は、サンプルの曝露時間を制御する装置、サンプルの温度を制御するヒータ及びクーラを備えることができる。結合又はハイブリダイゼーションのために充分な時間が経過した後、サンプルをチャネルから洗い流して、洗浄バッファーを導入し、非特異的に結合したターゲット１０３を除去する。装置は洗浄バッファーの導入タイミングと温度を制御することができる。
【００３２】
図６Ｂは、本発明の方法の第２のステップを示している。このステップでは、溶離バッファー又は他の試薬によって、装置内部を洗い流す。これによって、アレイ１１２は、アレイ１１２のプローブと結合したターゲット１０３を脱離させることができる。ターゲット１０３はまた、プローブ１２１の周囲の溶液又はアレイの温度を上げることによっても脱離し得る。例えば、ターゲット１０３とプローブ１２１が核酸の場合には、温度を融解温度（Ｔｍ）以上に上げて、核酸を分離することができる。全チャネルについてこれを実施し全ての捕捉されたターゲット１０３を一度に分離することもできるし、又は、各領域ごとに連続的に実施するか、個別の特質部ごとに実施して、ターゲット溶離液の空間的な分離を確保することができる。最良の方法は、特定の溶液内のターゲット１０３の拡散特性に依存する。捕捉されたターゲット１０３を脱離させる他のメカニズム又は方法も使用できる。例えば、プローブ１２１を開裂可能なリンカー分子によって表面に保持することができる。これによって、全プローブ／ターゲットの二本鎖を、リンカーを開裂することによって、表面から除去することができる。チャネル１１８の寸法は充分に小さいため、ターゲット１０３は、当該ターゲットがプローブ１２１に結合した空間的順序と同じ順序を維持する。従って、本法により効果的な分離技術が提供される。装置の特定の構成に応じて、捕捉されたターゲット１０３を線形アレイの何れかの端から溶出させることもできる。したがって、溶出の順序は、線形アレイのプローブ１２１の順序と同じか、又は反対の順序となる。
【００３３】
図６Ｃは、本発明の方法の最終ステップを示している。このステップでは、ターゲット１０３をエレクトロスプレーチップ１３０から検出装置１２０に導入する。ターゲットは、概して、アレイ１１２から溶出した順序で検出装置１２０に入る。次いで検出装置を用いて、ターゲットの順序、時間、化学組成、量を記録し決定することができる。限定はしないが、例えば、当分野で既知のフォトリソグラフィ及びエッチングによってガラスチップ上にマイクロチャネルを形成する。チャネルの清浄な内部はポリＬリシンでコーティングする。予め合成したＤＮＡオリゴマーをチャネル内部に沿った別々の特質部内に付着させ、ポリリシンと結合させる。対照用特質部と呼ばれる、対照用ターゲット又は既知のターゲット１０３に関して特異的なオリゴを、線形アレイに沿ったアレイの最初、最後、及び既知の位置に配置する。結合した特質部を有していない一定の長さのチャネルがいずれかの端にある。付着の後、当分野で既知の方法を用いて、ポリリシンを不活性化させる。チャネル周囲のチップ面は、エポキシなどの接着剤の薄い層によりコーティングし、２つの孔を備えるガラスの平らな一片をチップに接着してチャネルを閉じ、前記孔がチャネルの各端と位置合わせされる。
【００３４】
標識化されていないＲＮＡ及び既知の対照用ＤＮＡターゲットを含むＲＮＡサンプルを、当分野で既知の方法を用いて約２００ｍｅｒの長さに断片化する。ピペットを用いてチャネルをターゲットで満たすか、又はほぼ満たす。チップを装置内に配置し、バルブ制御された流体ラインを後に除去できるようにチップ内の各開口部に密着させる。さらに、装置はチップの温度も制御する。
【００３５】
入口バルブ１３５及び出口バルブ１３７は、必要に応じて、標準圧力より高い又は低い圧力に交互に切り替えることのできる、可変で制御可能な圧力源にチップの各端が接続されるよう調節される。圧力源を交互に切り替えてサンプルをチャネル内を前後に移動させ、特質部を備える領域を乾燥させない限りにおいて、サンプルが特質部上を移動するようにする。このサンプルの移動プロセスにより拡散限界を克服し、サンプル全体のより多くを各特質部に曝露させ得る。混合プロセス、即ちサンプル移動プロセスは、ハイブリダイゼーションプロセスの間中ずっと、連続的に又は周期的に続けられる。さらに、本装置はチップを典型的には３７℃から６５℃の所望のハイブリダイゼーション温度に加熱し、１時間から２４時間に渡ってこの温度を維持し得る。温度の維持時間は、典型的に、一晩である。
【００３６】
ハイブリダイゼーション期の終了後、ガラスチップの注入口にある本装置のバルブを圧力パルスから第１の洗浄液に切り替える。出口バルブに関しては、圧力から廃棄物容器に切り替える。第１の洗浄液は、ポンプの作用でチャネル全体を流れ、サンプルを廃棄物容器に移動させ、アレイ面を洗浄して結合していないか又は非特異的に結合したサンプルを除去する。一般的に、洗浄液は再循環させないが、再循環させることもできる。次にアッセイの要件に応じて、入口バルブ１３５を、第２の洗浄液（洗浄バッファー注入口ポート１３８によって加えられる）に切り替える。洗浄液は、ポンプの作用により、数分に渡ってチャネル全体に流される。洗浄処理の間、チップの温度は、一般的に、室温に戻される。
【００３７】
洗浄処理終了時に、入口バルブ１３５を溶離バッファーに切り替える。洗浄バッファーが廃棄物容器へと洗い流されるまで、溶離バッファーをポンプ作用により導入する（溶離バッファー注入口ポート１４０によって）。次いで、出口バルブ１３７を閉じて、これ以上の液体の移動を防止する。システム温度をプローブ１２１の溶解温度より高い温度にまで上げて、ターゲットをプローブ１２１から溶離バッファーに抽出する。
【００３８】
出口バルブ１３７をエレクトロスプレーチップ１３０に切り替え、次いで、エレクトロスプレー質量分析計を作動させる。エレクトロスプレーチップ１３０を介して溶出バッファを質量分析計に送る。各時点で、溶出したターゲット１０３の量を定量化する。流量は既知であるので、各時点の信号をアレイ上の各特質部に相関させ、ターゲットを同定することができる。対照用ターゲットを用いて、アレイの開始ポイントと終了ポイントを決定し、アレイに沿ったタイミングを確認する。
【００３９】
結論として、本発明の方法は、バイオポリマーなどの化学成分を分離し検出するために機能する。本法は、基材のチャネル内に配置したプローブにターゲット分子を含むサンプルを接触させるステップ、ターゲット分子をプローブと接触させターゲット分子を捕捉するステップ、ターゲット分子を一定の順序でプローブから脱離させるステップ、プローブから一定の順序で脱離したターゲット分子を検出するステップ、を包含する。
【００４０】
添付の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の形態及び構成に対して、多少の変更を実施し得ることは明らかであろう。本発明を、本明細書に図示し説明した形態に限定することは望ましくなく、特許請求の範囲に定義される全ての形態を包含することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の概略ブロック図
【図２】本発明の、アレイを担持している基材
【図３】理想的なスポット、即ち特質部を示す、図１の部分拡大図
【図４】図２の基材の部分拡大図
【図５Ａ】質量分析システムに接続されている本発明の斜視図
【図５Ｂ】図５Ａの部分拡大図
【図６Ａ】本発明の方法の第１ステップを示す図
【図６Ｂ】本発明の方法の第２ステップを示す図
【図６Ｃ】本発明の方法の第３ステップを示す図
【符号の説明】
【００４２】
１００  化学成分を同定する装置
１０３  ターゲット
１０７  捕捉剤
１０９  輸送装置
１１０  第２の基材
１１１  表面
１１２  アレイ
１１５  第１の基材
１１６  特質部
１１７  特質部間の領域
１１８  チャネル
１２０  検出装置
１２１  プローブ
１３０  エレクトロスプレーチップ
１３５  入口バルブ
１３７  出口バルブ
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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