(57)【要約】【課題】  液体（５）を、特に固定化された反応物を有する支持体（１）の領域（３）上で混合処理に付すことによる、液体（５）中のアナライトを検出するための方法。【解決手段】  該混合処理において、液体（５）に、支持体表面（３）へ向けられたジェット（７）により、支持体表面（３）の少なくとも一部の領域にわたって走査方式で掃引する気体流（９）を衝突させる。本発明は上記方法を実施するための装置にも関する。【選択図】    図1
2005351900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体（５）を、特に固定化された反応物を有する支持体（１）のある領域（３）上で混合処理に付す、液体（５）中のアナライトを検出する方法であって、該混合処理において、該液体（５）に、支持体表面（３）へ向けられたジェット（７）により、走査方式で支持体表面（３）の少なくとも一部の領域にわたって掃引する気体流（９）を衝突させることを特徴とする、上記方法。
【請求項２】
気体流（９）が空気流、特に加湿した空気流であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
気体流が不活性気体流であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
気体流により走査方式で前記領域（３）を掃引するために、ジェット（７）と支持体（１）との間に相対運動を起こさせることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５】
固定化反応物用の支持領域（３）として本質的に平坦な底を有する、特にトラフ形（１）の容器を、サンプル液体（５）用の容器として用いることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６】
特にトラフ形の容器を、反応物が固定化されている支持体としての固相微粒子を保持するサンプル液体用の容器として使用することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項７】
反応物が配置された個々の領域のアレイを有するバイオチップを支持体（１）として使用することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
【請求項８】
連続的で本質的に均一な空気流を使用して液体に衝突させることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項９】
反応物が固定化されている底面、または反応物が固定化されている個々の担体要素を支持するための底面を有する、少なくとも1つの支持体（１）、特にバイオチップを保持するためのホルダー（３０）、ホルダー（３０）内に位置する支持体（１）の底面へ向けて気体流を噴出するための少なくとも1つのジェット（７）を含む気体供給装置（２６）、ならびに、ジェット（７）から噴出された気体流（９）が底面の少なくとも一部の領域にわたって走査方式で掃引するように、ジェット（７）とホルダー（３０）との間に相対運動を起こさせるための駆動装置を有することを特徴とする、請求項1〜８のいずれか1項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項１０】
ホルダー（３０）が可動式に設置されており、駆動装置がジェット（７）に対して相対的にホルダー（３０）を移動させるように設計されていることを特徴とする、請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
ジェット（７）が可動式に設置されており、駆動装置がホルダーに対して相対的にジェットを移動させるように設計されていることを特徴とする、請求項9または10に記載の装置。
【請求項１２】
気体供給装置が、ジェット（７）によって噴出されるべき空気流を生成するように設計されていることを特徴とする、請求項９、10または11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１３】
気体供給装置が、空気を加湿するための装置（１９）を有することを特徴とする、請求項12に記載の装置。
【請求項１４】
ホルダーが複数の支持体を収容するように設計されており、各支持体に少なくとも1つのジェットが割り付けられることを特徴とする、請求項９〜13のいずれか1項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中のアナライトを検出するための方法であって、特に固定化された反応物を有する支持体、好ましくはバイオチップの１つの領域上で該液体を混合処理に付す、上記方法に関する。
【０００２】
本発明は特に、液体の混合処理を改良する方法、およびこれに関連して、該液体中のアナライトを、該液体によって占められた支持体、特にバイオチップの１つの領域上に固定化された反応物へ導く仕方を改良する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
支持体表面上に固定化された反応物と、支持体表面を濡らす液体中に存在するアナライトとの間の結合反応を検出するバイオチップ用途、特にイムノアッセイ用途においては以下の問題が生じる。アナライトと固定化された反応物との結合により、支持体表面上の境界層における液体中のアナライトの濃度が低下し、その結果境界層におけるサンプル液体中のアナライトの枯渇が起こる。通常わずか数μm/s以下である遅いアナライトの拡散速度に起因して、新しいアナライト分子がサンプル液体から十分な量速やかに補給されず、それにより免疫学的試験などについて適切な測定効果を達成するのに長いインキュベーションの時間が必要とされる。この問題を解決するための様々な取り組みが先行技術に存在する。
【０００４】
マイクロアレイの表面を覆って設けられた変形可能なカバーを有するマイクロアレイバイオチップについての混合工程がUS 6 485 918に記載されている。カバーの変形により、カバーとマイクロアレイ表面の間で、液体に流動運動を生じさせる。この既知の方法は反応物が底面に固定化された平らなバイオチップに適しているが、カバーは混合工程の間、常にサンプル液体と接触していなければならないという不都合を有する。洗浄工程、試薬添加などの付加的な工程段階では、カバーの開放が必要であり、それに伴ってサンプル液体の損失および汚染の危険性が生じ得る。
【０００５】
バイオセンサーシステム、すなわちバイオチップにおいて境界面近くのサンプルを混合する方法及び装置がWO00/10011から公知である。この公知の方法においては、感度を上げるために機械的な波動（音波、超音波、または表面波）によってバイオチップ中の液体を励起するが、これは特にチップ/液体境界層でのサンプル液体の混合を改良することにより、アナライトの拡散を速めることを意図したものである。
【０００６】
免疫学的試験用の微量滴定板の容器の温度を調節し、その内容物を混合する装置が、EP 0 281 958 A2から公知である。この公知の装置は、気体流が流出する中空空間を定めるカバーを有している。滴定板に面するカバーの境界壁には気体の出口開口が備わっており、該気体の出口開口は微量滴定板の個々の容器の軸線に対して偏って配置されており、かつ個々の容器内の液体の表面に対してある角度で配置されている。個々の容器内の液体の温度調節および回転混合運動の生成は、気体の出口開口を介した温風の吹き付けによってなされる。
【０００７】
例えば、US 6 063 564、US 4 479 720およびUS 5 009 998も、液体容器としてのサンプルチューブ中のサンプル液体の改良された混合に関連する。
【０００８】
振とう、超音波の応用、ボルテックス混合（vortexing）などの先行技術から公知の機械的な混合工程は、反応物のアレイを有する平らな支持体または平面状支持体表面を備えたバイオチップには特に有効かつ有利ではないことが立証されている。
【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、上述したタイプの方法であって、サンプル液体中のアナライトとサンプル液体で濡らされた支持体上の反応物との結合反応に基づいた試験を行うとき、したがって典型的なバイオチップ用途で、測定感度を増大させるか、または適切な測定効果を得るのに必要なインキュベーション時間を減らす方法を提案することである。またこのアナライトと反応物との結合反応は、チップ全体にわたり均一で位置に無関係に起こるべきである。これは、支持体またはマイクロアレイチップの中央あるいは端にある反応物が、本質的に同じ速度および効率でアナライトと結合することができることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
液体中のアナライトを検出するための上記方法においてこの目的を達成するために、本発明は、混合処理の間、該液体に、支持体表面へ向けられたジェットにより、走査方式で少なくとも一部の領域にわたって掃引する気体流を衝突させることを提案する。
【００１１】
特に支持体表面として本質的に平坦な底を有するトラフ形のバイオチップを用いる際に極めてよく適しているこの方法は、まさに気体流が衝突しているゾーンの領域で、アナライトを含有するサンプル液体の効率的な局所的混合をもたらす。気体流がその衝撃領域においてサンプル液体を局所的に移動させるようにして、ジェットを上方からサンプル液体に向けるのが得策である。結果として、気体流の衝撃領域におけるサンプル液体のレベルは非常に低い値、例えばわずか数μmに低下し、サンプル液体は、低下した液体レベルを有するこの領域を含むゾーンにおいて、ボルテックス混合により効率的に均質化される。気体流の衝撃点は、走査方式で支持体表面を横切って掃引するので、サンプル液体がチップの底で激しく混合されるゾーンは、先行の結合反応に起因するアナライトの初期枯渇が生じている境界層に加速的に新しいアナライトが供給されるように、支持体表面を横切って移動する。これにより、アナライトと固定化されている反応物との更なる結合反応の可能性が増大し、それゆえ感度を増大させるかまたはインキュベーション期間を減少させ、従来法と比べてアナライトの結合の均一性、特に位置に依存しない均一性を改良することができる。
【００１２】
気体流は好ましくは空気流、特に加湿空気流である。空気の加湿はバイオチップを乾燥から防ぐ。
【００１３】
また、気体流は不活性気体流であることもできる。
【００１４】
ジェットと支持体との間に相対運動を起こさせることにより、気体流によって走査方式で領域を掃引する。掃引は数回、特に周期的に行うことができる。このためには、例えば、支持体を固定しておいて所定の様式でジェットを動かすこともできるし、またはジェットを固定しておいて支持体を動かすこともできる。また、ジェットのみならず支持体をも動かすことによって、走査方式でサンプル液体に衝突させる可能性を排除するものではない。
【００１５】
サンプル液体の容器として、固定化された反応物用の支持表面として特に本質的に平坦な底を有するトラフ形の容器を用いるのが好ましい。特に反応物が配置されている個々の表面領域上のアレイを有するバイオチップが支持体として適当である。
【００１６】
あるいは、トラフ形の容器は、固定化された反応物用の、固相微粒子などのような別個の支持体要素を含有するサンプル容器として使用することができる。
【００１７】
連続的で本質的に均一な空気流を、液体に衝突させる空気流として使用するのが好ましい。しかしこれは、別の実施形態において、変調された、特にパルス空気流を使用する可能性を排除するものではない。
【００１８】
本発明の特定の利点は、提案された液体の混合処理により、支持体表面全体にわたって位置に関係なくアナライトと固定化された反応物との間の結合反応の良好な均一性が得られることである。
【００１９】
本発明の別の対象は、上記方法を実施するための装置であって、反応物が固定化されている底面、または場合により反応物が固定化されている担体要素支持体としての底面を有する少なくとも1つの支持体、特にバイオチップを保持するためのホルダー、ホルダー内に位置する支持体の底面へ向けて気体流を放出するための少なくとも1つのジェットを含む気体供給装置、ならびにジェットから噴出された気体流が底面の少なくとも一部の領域にわたって走査方式で掃引するように、ジェットとホルダーとの間に相対運動を起こさせるための駆動装置を有することを特徴とする、上記装置である。
【００２０】
本発明の別の成果によると、ホルダーは可動式に設置され、駆動装置はジェットに対してホルダーが移動するように設計される。
【００２１】
本発明の別の実施形態においては、ジェットが可動式に設置され、駆動装置がホルダーに対して相対的にジェットを移動させるように設計される。
【００２２】
本発明の別の成果によると、気体供給装置は、ジェットにより放出される空気の噴流が生成するように設計される。
【００２３】
気体供給装置は、空気の加湿装置を含むのが好都合である。
【００２４】
特に大量試験を実施する際には、ホルダーを、複数の支持体またはサンプル容器を保持し、かつ各支持体またはサンプル容器に少なくとも1つのジェットが割り付けられるように設計することが提案される。
【００２５】
ジェット、ジェットの幾何学的構造、ジェットの相対運動および空気流の強度を変えることにより、本発明によるシステムは、平坦なアナライト貯槽および平坦な底を有する比較的自由に設計することができるバイオチップに容易に適合させることができる。加圧貯槽は規定の様式で多くのジェットを同時に供給することができるので、複数のバイオチップを容易に同時平行処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００２７】
図1は、好ましくはマイクロアレイ配置で反応物または捕獲分子が固定化されている本質的に平坦なトラフ形の底３を有するトラフ形のバイオチップ１を示している。底面３は、バイオチップ１の底３で反応物と結合することができるアナライトを含有するサンプル液体5で濡らされる。この結合は例えば蛍光を測定することによって検出することができる。
【００２８】
サンプル液体５をバイオチップ１に添加した後直ちに、結合過程により液体中の遊離アナライトが枯渇したゾーンが底３近くの境界層で形成されるので、通常その後の結合に遅延が生じる。この不都合な遅延の影響を回避するため、図1に示したように気体ジェット７をサンプル液体５の表面上で移動させることにより、液体５の中間層を維持したまま液体表面上の気体流９の衝撃点を支持領域３にわたって掃引する。図1の１１で示されているように、気体流９のそれぞれの衝撃点の領域で液体５が押し退けられる。非常に薄いサンプル液体の膜１３だけがこのゾーン１１の領域に残る。しかし、気体流９が液体上に衝突する結果、膜１３の領域中の液体は十分に混合され、「アナライト枯渇ゾーン」がこの位置で局所的に破壊され、新しいアナライトが反応物との結合に利用できるようになる。ゾーン１１は底３の領域全体にわたって案内することができるため、この表面領域３にわたって均一にアナライトの供給を増大・分配することができる。したがって本発明による方法では単位時間あたりの結合効率が増大し、そのためイムノアッセイ用途などにおける適切な測定効果を達成するために必要なインキュベーション時間の低下に結びつく。
【００２９】
図2は、エアポンプ１５を含む本発明による装置の非常に簡略化した概略構造を示し、このエアポンプは例えば、空気の気流を発生させるためのメンブレンポンプとして設計される。ポンプ１５の圧力側に接続された気流センサー１７を用いて気流をモニターし、したがってこのセンサーは気流を制御するための実効値伝達装置(actual value transmitter)として機能する。試験測定において、およそ7ml/sの気流が好都合であることが証明されている。
【００３０】
バイオチップ１中のサンプル液体の蒸発を減少させるため、ジェット７へ供給される空気を加湿装置１９によって加湿する。図２に示した例においては、部分的に水で満たされた圧力容器１９がこの目的に使用されている。ポンプ１５により運ばれる空気は、ライン２１を介して貯水器２３へ吹き込まれる。次いで湿分の増大した加圧空気は貯水器２３の上方で容器容積２５中を上昇し、その後ライン２７を経由してジェット７に達する。加湿された空気はその後ジェット７からの流れとしてバイオチップ１上に吹き出し、図1に関連して説明した効果を奏する。
【００３１】
図２において、バイオチップ１はホルダー３０上にあり、該ホルダーは例えばモーターによって駆動される台車であることができる。ホルダー３０は移動させることができ、そのため、固定されたジェット7によってバイオチップの底へ向けられた空気流が、固定化された反応物で占められたバイオチップ１の支持領域を走査することができる。これに関連して、ホルダー３０は、両方向の矢印３３で示される前後方向の水平運動、およびその直角方向での往復運動をすることができるように設計することができる。
【００３２】
必要に応じていろいろな形状の気体出口スリットを有するジェット７を使用することができることに注意すべきである。したがって、１つのジェットが例えばバイオチップ１の全体幅とほぼ重なる細長い出口スリットを有する場合が排除されることはない。その場合、バイオチップをジェット７に対して移動する際の一連の運動は、単純な前後運動に削減することができる。図１および図2の例において、気体流９はほぼ垂直に液体に衝突する。あるいは、気体流が垂直に対して傾いた角度で液体に衝突することも本発明の範囲内である。
【００３３】
数個の出口スリットまたは毛細管を有するジェットを用いることも可能である。例えば、この装置による試験において、1.4mmの間隔で離れた内径が各々0.5mmの2つの平行なスチール製の毛細管を含むジェットを用いた。毛細管の長さは10mmである。ジェットの開口とサンプル流体表面との距離は、これらの試験において約2mmであった。バイオチップ中のサンプル液体の充填レベルは約1mmであった。バイオチップのアナライト感受性ゾーンは、約2.5×6mm2の面積を有していた。ステッピングモーター装置を用いて、ジェット下で、約0.5Hzの頻度でバイオチップ往復運動させた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図1は、トラフ形のバイオチップおよびその上方で移動することができる気体ジェットを含む本発明の方法を説明するための非常に簡略化した略図である。
【図２】図２は、本発明による装置の非常に簡略化した略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  バイオチップ
３  トラフ形底面
５  サンプル液体
７  気体ジェット
９  気体流
１９  加湿器
２６  気体供給装置
３０  ホルダー
【図１】
2005351900.tif 000003
【図２】
2005351900.tif 000004
【外国語明細書】
2005351900000001.pdf