(57)【要約】本発明は、ミラーアレイのミラー間の分離を充分に解像するのに不十分な解像度をもつ投射光学系によって反応部位に投射されるマイクロミラーアレイのイメージを用いて、ＤＮＡ配列アレイを形成する装置及び方法を提供するものである。
2006501809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＮＡプローブを形成するための装置であって、
（ａ）ヌクレオチド付加反応を行うことができる反応部位を与える反応器と、
（ｂ）ヌクレオチド付加反応を促進することができる光を与える光源と、
（ｃ）光を受光し、反射させるために、前記光源と前記反応器との間の光学路に沿って配置され、レーン幅を有するレーンにより分離された、電子工学的に位置付け可能な一組のマイクロミラーと、
（ｄ）前記レーンのイメージを前記反応部位に合焦するために、前記反応部位とイメージ生成器との間の光学路に沿って配置された投射光学系と、
を備え、解像可能な線対間の分離距離として表わされる前記投射光学系の解像度が、前記レーン幅の半分より大きいことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記解像可能な線対間の分離距離として表わされる解像度が、前記レーン幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記解像可能な線対間の分離距離として表わされる解像度が、前記レーン幅の二倍より大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記解像度が、次式、すなわち、
ＬＷ＝ｋλ／ＮＡ
式中、ｋは、０．７から０．５までの範囲内であり、
λは、光の波長であり、
ＮＡは、投射光学系の開口数である、
に従って計算されるものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ＮＡは、前記投射光学系から前記反応器の中心点により受光された光のコーンの半角の正弦として計測されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記開口数は、前記投射光学系の最後の要素の開口数を、該最後の要素の焦点距離の二倍で割ったものによって概算されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記反応器が、１つ又はそれ以上の反応チャンバを有するフローセルであり、該フローセルの中でヌクレオチド付加反応を行うことができることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記フローセルがさらに、下側ベースと、上側カバー部と、前記ベースに設置されたガスケットとからなるハウジングを備え、前記上側カバー部と前記ベースとの間に透明な基板が固定されて、前記基板と前記ベースとの間に、ガスケットによりシールされた密閉反応チャンバが定められ、少なくとも１つのチャネルが、前記ハウジングを貫通して入力ポートから反応チャンバに、及び反応チャンバから出力ポートに延び、前記基板の活性表面が、前記密閉反応チャンバに対向することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記フローセルが複数の反応チャンバを含み、前記反応チャンバ内でヌクレオチド付加反応を溶液相で行うことができることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記フローセルがセル部材を備え、前記セル部材は、上面と下面とを有し、かつ前記上面と前記下面との間の流体連通を可能にする複数のチャネルを定め、前記チャネルは複数の反応チャンバを定め、該反応チャンバ内でヌクレオチド付加反応を溶液相で行うことができることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記投射光学系が、合焦レンズと調節可能な絞りを含み、前記レンズの１つは、光を前記調節可能な絞りに通過させ、他の前記レンズは、前記絞りを通過した光を受光し、その光を前記反応器に合焦させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記投射光学系は、凹面ミラーと凸面ミラーを含み、前記凹面ミラーは、光を前記電子工学的に位置付け可能なマイクロミラーから前記凸面ミラーに反射させ、該凸面ミラーが光を凹面ミラーに反射させて戻し、該凹面ミラーが光をフローセルに反射させて、そこでイメージングされることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記投射光学系がオフナー光学系を形成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記投射光学系がテレセントリックであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源から光を受光するフィルタをさらに備え、前記フィルタは、所望の波長のみを前記電子工学的に位置付け可能なマイクロミラーの組へと選択的に透過させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記マイクロミラーの位置決めを制御して、前記反応器に投射する所望のパターンを与えるための命令信号を与えるために、前記電子工学的に位置付け可能なマイクロミラーの組に接続されたコンピュータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記光は、紫外波長から近紫外波長までの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記レーンのイメージは、前記電子工学的に位置付け可能なマイクロミラーアレイのレーンと実質的に同じサイズであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
試薬を前記反応器に供給するために接続されたＤＮＡ合成器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記レーンは、隣接する電子工学的に位置付け可能なマイクロミラー間のギャップであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
解像可能な線対間の分離距離として表わされる前記解像度が、１マイクロメートルより大きいことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
解像可能な線対間の分離距離として表わされる前記解像度が、２マイクロメートルより大きいことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記レーンが、光を前記投射光学系から離れる方向に向けるための一定の信号を受信する電子工学的に位置付け可能なマイクロミラーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記投射光学系が、実質的に倍率１を与えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に生物学の分野、特にＤＮＡ及びそれに関連するポリマーの分析及びシーケンス付けに有用なポリマーアレイの製造技術及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）のシーケンス付けは現代の生物学の基礎手段であり、通常は種々の方法、普通は電気泳動によりＤＮＡセグメントを分離するプロセスにより実行される。例えば、「ＤＮＡ  Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ」、Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  Ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ、第１巻、第７章（１９９５年）を参照されたい。
【０００３】
幾つかの重要なゲノムのシーケンス付けが既に完了されており（例えば酵母、大腸菌）、他の医学的及び農業的に重要性のあるゲノムのシーケンス付けについての研究が続けられている（例えばヒト、Ｃ．エレガンス、アラビドプシス）。医療関係では、どの遺伝子型がどの病気に関連するのかを特定するために、多数の人々のゲノムを再シーケンス付けすることが必要とされるであろう。こうしたシーケンス付け技術は、癌のような特定組織において、又はより一般的には遺伝的影響のある病気を罹患する人々において、どの遺伝子が活性で、どの遺伝子が不活性であるかを判断するのに用いることができる。こうした調査の結果は、新薬の良好な標的であるタンパクの識別か、又は遺伝子治療において有効となり得るしかるべき遺伝的変化の識別を可能にすることができる。その他の用途は土壌生態学又は病理学のような分野にあり、そうした分野においてはあらゆる土壌又は組織試料からＤＮＡを単離し、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用いて、試料中に存在する微生物を同定できることが望ましい。
【０００４】
電気泳動を用いる通常のＤＮＡシーケンス付けは、典型的に、労力を要し、時間がかかる。通常のＤＮＡシーケンス付けに代わる種々の方法が提案されている。フォトリソグラフィ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用いるこうした別の手法の１つが、Ｐｅａｓｅ他の「Ｌｉｇｈｔ−Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  Ｒａｐｉｄ  ＤＮＡ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ  ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ、９１巻、ｐ５０２２−５０２６（１９９４年５月）に記載されている。この手法においては、光不安定な保護基で修飾された固体担持面が、フォトリソグラフマスクを通して照射され、照射された領域に反応性ヒドロキシル基が生成する。次いで、５’ヒドロキシル基が光不安定基で保護された３’活性デオキシヌクレオシドを表面に付与し、光に露出された部位でカップリングが起こるようにする。キャッピング、及び酸化の後に、基板をすすぎ、第２のマスクを通して表面を照射して、カップリングのための付加的なヒドロキシル基を露出させる。表面に第２の５’保護された活性デオキシヌクレオシド塩基を付与する。或るレベルの塩基が蓄積されて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を繰り返す。
【０００５】
このようなフォトリソグラフィ技術を用いて、オリゴヌクレオチドプローブの高密度小型アレイを生み出すことができ、該アレイ中の各部位におけるオリゴヌクレオチドプローブの配列は既知である。次いでこれらのプローブを、ＤＮＡの標的ストランドの相補的配列を探求するのに用いることができ、特定のプローブにハイブリダイズされた標的の検出は、標的に結合される蛍光マーカーを使用することと、適切な蛍光走査顕微鏡による検査によって達成される。光不安定５’保護基を用いるのではなく、フォトリソグラフィ技術により選択的にパターン形成されたポリマー半導体フォトレジストを用いるこの方法の変形が、ＭｃＧａｌｌ他の「Ｌｉｇｈｔ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ａｒｒａｙｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｓ」、Ｐｒｏｃ．  Ｎａｔｌ．  Ａｃａｄ．  Ｓｃｉ．  ＵＳＡ、第９３巻、ｐ１３５５５−１３５６０、１９９６年１１月、及びＧ．Ｈ．ＭｃＧａｌｌ他、「Ｔｈｅ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ＤＮＡ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １１９、２２、１９９７年、ｐ５０８１−５０９０に記載されている。
これらの手法の両方の欠点は、各々のモノマー塩基について４種の異なるリソグラフマスクが必要とされ、従って、必要とされる異なるマスクの合計数が、合成されるＤＮＡプローブシーケンス付けの長さの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ソグラフィマスクを製造するコストが高いことと、露出毎のマスクの再位置決めのために複数の処理段階が必要とされることが、比較的高いコスト及び長過ぎる処理時間の要因となる。
【０００６】
本出願の親出願は、電子工学的に位置付け可能なマイクロミラーの二次元アレイのような切換可能な光学要素アレイによって生成された動的マスクイメージを用いることによる、フォトリソグラフィマスクなしの、ＤＮＡプローブ配列、ポリペプチド等のアレイの合成方法及び装置を説明するものである。マイクロミラーの各々は、第１位置において光をマスクイメージにするのに寄与し、第２位置において光を吸収体にそらすように、少なくとも２つの別個の位置の間で選択的に切換えることができる。投射光学系は、光学的アレイから反射された光を受光し、フローセル上に又はヌクレオチド付加反応が行われるアレイ上にミラーのイメージを生成させる。
【０００７】
反応部位に投射されるマイクロミラーのイメージは、通常は、マイクロミラーのアウトラインに対応する矩形の「ピクセル」の組である。各ピクセルは、対応するミラーの位置に応じて暗いか又は明るく照射される。イメージングされたピクセル領域内で起こるＤＮＡプローブの合成は、プローブが蛍光走査型顕微鏡のような光学スキャナで走査されたときに、サンプルＤＮＡとのハイブリダイゼーションを検出するために、ハイブリダイゼーションが起こる特定のピクセルを明らかに特定できるように分離されなければならない。
ピクセルは、可動ミラー間のスペースに対応する暗い「レーン」によって分離される。これらのレーンは、反応部位のマイクロミラーイメージにおいてはっきりと解像される場合には、各ピクセルを区別し、識別するのを助ける。イメージにおいてレーンがはっきりと描写されるようにするために、投射光学系は、マイクロミラーの間隔に相当する高い解像度を与えなければならない。市販のマイクロミラーは、１６マイクロメートル四方で約１マイクロメートルのレーンを有する。したがって、１マイクロメートル又はそれ以下の解像度のイメージ光学系が必要とされるであろう。こうした高解像度の光学系は高価であり、レンズ系及び反応部位の位置決めに対して該光学系を敏感にさせる、制限された被写界深度を有する。さらに、高解像度光学系に関連する高い開口数（ＮＡ）は、ＮＡ2がよりコントラストの低いイメージを生成するのにつれて、さらに多くの量の散乱光を集光する。
【発明の開示】
【０００８】
本発明者らは、異なるピクセルにおけるＤＮＡプローブを区別するために、高解像度の光学系によるレーンの正確なイメージングによって達成され得るように、ピクセル間のレーン領域から全ての光を遮断する必要はないことを認識した。必要なのは、ピクセル間での合成が有効に抑制されることのみである。この抑制は、ピクセルからの光が、制御された量だけレーン領域に重ね合わされるようにすることによって達成可能である。この状況は、レーンのシャープイメージを形成することができない低解像度の光学系を用いることによって得られる。
本発明者らは、特定の理論に縛られることを望むわけではないが、光が重なり合う領域においては、試験されるサンプルとハイブリダイズされない傾向がある、乱れたＤＮＡプローブが生成されると考えられる。さらに、光の強度の低さは、こうした乱れたプローブの合成異常を招き、不均一分布を生じさせ、試験されるＤＮＡとの重要なハイブリダイゼーションの実現性をさらに低下させる。
【０００９】
したがって、直観に反して、異なるピクセルのＤＮＡプローブ同士を正確に区別する目的は、低解像度の光学系、特に低い開口数をもつ光学系を用いて、良好に達成することができる。
低解像度の光学系を使用できることにより、本出願のＤＮＡプローブ合成において多くの他の利点が与えられる。低解像度の光学系は、光学要素のコストを低下させることにより、合成装置のコストを低下させる。それらは、合成されたプローブの光学的分離度を増加させることにより、低解像度の走査装置が用いられることを可能にする。低解像度の光学系は、被写界深度を増加させることにより、正確な焦点面制御の必要性を減少させる。最終的に、及び重要なことに、低開口数では、散乱光があまり集光されず、改善されたコントラストをもつイメージが与えられ、それによりＤＮＡ合成が改善される。これは、システムの重要なイメージング段階に屈折型光学要素ではなく反射型光学要素を用いることにより、本発明において増大される。
【００１０】
増大されたレーンサイズを有する慣習的マイクロミラーアレイを通じて、又はマイクロミラーの特に幅広の暗レーンを形成して、ピクセルの分離度を増加させることによってピクセルが解像される限りにおいて、本発明は、ピクセルピッチの減少を可能にし、それにより、さらに高密度のプローブアレイを可能にする。
具体的には、本発明は、ヌクレオチド付加反応を起こすことができる反応部位を与える反応器と、ヌクレオチド付加反応を促進することができる光を与える光源と、を含むＤＮＡプローブを形成する装置を提供する。電子工学的に位置付け可能なマイクロミラーの組は、光を受光し、反射させるために、光源と反応器との間の光学路に沿って位置決めされ、マイクロミラーは、所与のレーン幅のレーンにより分離される。投射光学系は、レーンのイメージを反応部位に合焦するために、反応部位とイメージ生成器との間の光学路に沿って位置決めされ、解像可能な線対間の分離距離として表わされる投射光学系の解像度は、イメージングされたレーン幅より大きい。
【００１１】
したがって、本発明の１つの目的は、投射光学系の要求される解像度を減少させること、又は投射光学系の所与の解像度において、より大きい空間密度のプローブ合成を与えることである。
本発明のさらに別の目的は、被写界深度及びコントラストにおける改善を含む、こうした光学系の解像度の要求条件を緩和させることによって得られる投射光学系における改善を与えることである。
本発明のさらなる目的、特徴、及び利点は、付属の図面と組み合わされたときに、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
従来技術においては、ＤＮＡアレイの製造には、アレイ中の各ヌクレオチド位置にヌクレオチドを合成するために、一連のフォトグラフィックマスクを製造することが必要とされる。ここでは、フォトグラフィックマスクの使用を完全になくせることが教示される。マスク用光学的切換アレイを、ソフトウェアの制御の下で個々に位置付け可能且つ作動可能な多数の光学的切換要素を含むアレイに置き換えることができ、それは非常に実用的である。こうした光学的アレイの使用は、全てのＤＮＡアレイ合成プロセスを完全に融通性のあるものにすることができ、これまで与えられなかった方法で慣習的なアレイの簡便且つ迅速な製造を可能にする。
【００１３】
また、従来技術においては、ＤＮＡアレイの製造は、各ヌクレオチド配列の合成を、アレイとして作用することを意図された基板上で行うことを必要とする。ここでは、ヌクレオチド配列の合成を、基板上で直接に行うだけでなく、アレイとして作用することを意図された基板とは無関係な溶液相で行うことができる。溶液相でのヌクレオチド配列の合成は、従来技術を上回る幾つかの別個の利点を与える。第１に、より長いプローブの合成と、プローブ分布の５０％より多くを占める場合がある、化学反応の失敗による不均質なプローブの除去とが可能になる。選択チャネルからの溶出液を収集し、分析して、マイクロアレイの内容を検証することができ、それにより臨床の状況において要求される厳しい基準を満たすためにマイクロアレイを試験する手段が与えられるので、品質管理も可能になる。最後に、溶液相でのヌクレオチド配列の合成は、生物活性のマイクロアレイの製造を可能にする。これらのアレイは、ｍＲＮＡを直接ハイブリダイゼーションし、その後、標識の存在下で逆トランスクリプターゼによりプローブ／プライマを伸長させるといった多くの可能な用途に有用である、プライマ伸長反応に利用可能なプローブを含むことになる。
【００１４】
図面を参照すると、単一反応チャンバとマイクロミラー・ライトアレイを備えたフローセルを用いる１つの例示的な装置が、図１に全体を１０で示されている。装置は、二次元アレイイメージ生成器１１と、イメージ生成器１１によりアレイイメージが投射される基板１２とを含む。図１に示された構成においては、基板は、露出入射面１４と、それとは反対側の、ヌクレオチド配列プローブ１６の二次元アレイが作成される活性表面１５とを有する。基板１２は、入力ポート２０と出力ポート２１を通して試薬を与えることができる容積１９を囲い込むフローセル反応チャンバ１８内に設置される。しかしながら、基板１２は、このシステムにおいては、基板の活性表面１５がイメージ生成器１１に対向し、光を活性表面上に投射できるようにする透明な窓を備えたフローセル内に囲い込まれた状態で用いられても良い。本発明はまた、不透明な又は多孔性の基板を用いることもできる。試薬は、通常のＤＮＡオリゴヌクレオチド合成装置（図１には図示せず）からポート２０及び２１に供給することができる。
【００１５】
イメージ生成器１１は、光源２５からの光を、光学的光路に沿ってフローセル反応チャンバ１８の中へと方向付けて、予め選択されたパターンに従ってヌクレオチド付加反応が起こるようにすることができる。イメージ生成器１１は、光源２５（例えば、水銀アークランプのような紫外光又は近紫外光源）と、光源２５から出力ビーム２７を受光し、所望の波長（例えば３６５ｎｍＨｇライン）のみを選択的に透過する随意的なフィルタ２６と、平行ビーム３０を形成させるための集光系２８とを含む。透過フィルタではなく、光源の光をフィルタリングし、又は単色化するための他の装置、例えば回折格子、ダイクロイックミラー、及びプリズムを用いても良く、これらを、本明細書においては概して「フィルタ」と呼ぶ。
一実施形態においては、ビーム３０は、ビームスプリッタ３２（ペリクル又はガラス）上に投射され、該ビームスプリッタがビーム３０の一部を反射させてビーム３３にし、該ビーム３３が光学要素アレイ３５上に投射される。光切換器を垂直入射で用いるために、照射とイメージ生成を同時に可能にする装置が必要とされる。或る角度にそらすことができる装置においては、側部照射を用いることができるので、これは必要ではない。
【００１６】
光学的アレイ３５は、該光学的アレイ３５に接続された汎用デジタルコンピュータの出力によって作動されるように電子制御の下で操作することができる、小さな又は小型の光学要素の二次元アレイであることが好ましい。光学的アレイ３５は、実効上、入射光の一部を、該光の一部がフローセル１８中の基板１２上の一つのセルにおいて起こる反応を開始させる一つの状態から変化させるのに十分なだけ、フローセル１８の光の振幅、方向、又は他の光の特性を切換えることができる光学要素を含む。光学的アレイ３５として働くことができる光学装置の幾つかの例がある。１つはマイクロミラーアレイであり、それは、すぐ下で非常に詳しく説明される好ましい例である。他の形式の適切な光学的アレイは、この限りではないが、マイクロシャッタ、バイモルフ圧電アクチュエータにより作動されるマイクロミラー、及びＬＣＤシャッタを含む。
【００１７】
光学的アレイ３５として用いられるマイクロミラーアレイ装置が、図１及び図２に示されている。マイクロミラーアレイ装置３５は、個々のマイクロミラーの各々を少なくとも２方向のうちの１方向に傾けるためにアレイ装置３５に供給される制御信号に各々が応答する、個々のマイクロミラー３６の二次元アレイを有する。制御ライン３９におけるコンピュータコントローラ３８からマイクロミラーアレイ装置３５に制御信号が与えられる。マイクロミラー３６は、ミラーの第１位置において、個々のマイクロミラー３６に当る光の入射ビーム３３の一部が、矢印４０によって示されるように、入射ビーム３３の対角線方向にそらされるように構成される。ミラー３６の第２位置において、こうした第２位置でこうしたミラーに当るビーム３３からの光が、矢印４１によって示されるように、ビーム３３に平行に反射して戻される。ミラー３６の各々から反射された光が、個々のビーム４１を構成する。他の形式の適切な装置は、格子を変化させることができるか又は高さを変化させることができるシステムのような相制御スイッチを含む。
【００１８】
多数のビーム４１がビームスプリッタ３２に入射し、強度が低下した状態で該ビームスプリッタを透過し、次いで、該ビームは、レンズ４５及び４６並びに随意的な調節可能な絞り４７により概念的に示される投射光学系４４上に入射するが、これに限られるものではない。投射光学系４４は、個々のビーム４１（及びこれらのビーム間の暗領域）により表わされるマイクロミラーアレイ３５のパターンのイメージを、基板１２の活性表面１５上に生成するように働く。出射ビーム４１は、マイクロミラー装置と基板との間を延びるイメージ生成器１１の主光軸に沿って向けられる。図１に示される構成の基板１２は透明なものであり、例えば、４９と付されたラインによって図示される投射された光が実質的に減衰又は拡散せずに基板１２を透過するように、溶融シリカ、又はソーダ石灰ガラス、もしくは石英から形成される。
【００１９】
好ましいマイクロミラーアレイ３５は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から市販されているデジタル・ライト・プロセッサ（ＤＬＰ）である。これらのデバイスは、マイクロミラーをアレイにおいて電子工学的に位置付けすることにより、パターンが付与された光ビームを生成させることができるマイクロミラーアレイを有する（該マイクロミラーの各々は、実質的に長さ１０から２０μｍの縁をもつ四角形である）。こうしたＤＬＰデバイスは、通常はビデオ投射に用いられ、例えば、６４０×８００のマイクロミラー要素（５１２，０００ピクセル）、６４０×４８０（ＶＧＡ；３０７，２００ピクセル）、８００×６００（ＳＶＧＡ；４８０，０００ピクセル）、及び１０２４×７６８（ＸＧＡ７８６，４３２ピクセル）といった種々のアレイサイズで入手可能である。こうしたアレイは、以下の文献及び特許、すなわち、Ｌａｒｒｙ  Ｊ．Ｈｏｒｎｂｅｃｋの「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  １、ブザンソン、フランス、１９９６年、６月１０−１４日、及び米国特許第５，０９６，２７９号、第５，５３５，０４７号、第５，５８３，６８８号、及び第５，６００，３８３号に記載されている。
【００２０】
こうしたデバイスのマイクロミラー３６は、ミラー自体を損傷することなく、有効な方法で、紫外光及び近紫外光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。マイクロミラーアレイの包囲体の窓は、使用される光の波長に対して最適化された反射防止コーティングを有することが好ましい。ミラー側部あたり１６ミクロン、及びアレイにおけるピッチが１７ミクロンの典型的なマイクロミラーデバイス寸法をもつ、４８０，０００ピクセルをエンコードする市販の６００×８００マイクロミラーアレイを用いると、１３，６００ミクロン×１０，２００ミクロンのマイクロミラーアレイ全体の寸法が与えられる。
【００２１】
光学系の倍率は、どんな最終的なチップ又はイメージサイズをも与えるように設計することができる。例えば、リソグラフィックレンズの典型的な直ちに達成できる値である、光学系４４を通した縮小倍率５を用いることにより、基板１２上に投射されるイメージの寸法は、それにより約２，２２０ミクロン×２，０４０ミクロンとなり、約２ミクロンの解像度をもつ。この解像度は、マイクロミラー３６の１つおきのミラーのみを用いることにより適応可能である。多数の並列露出（フローセル１８か又はイメージプロジェクタ１１のいずれかをステッピングさせることによる）を用いるか、又はより大きいマイクロミラーアレイを用いることによって、より大きいイメージを基板１２上に露出することができる。縮小なしに１対１イメージングを行うこと、並びに必要であれば基板上のイメージの拡大も可能である。
しかしながら、マイクロミラーサイズは、ＤＮＡマイクロアレイの必要条件に合致させられるので、単純な１×システムを使用できることが好ましい。このシステムは、単純であること、収差が低いこと、及び視野が広いことといった利点をもつ。
【００２２】
投射光学系４４は、生成されるイメージが比較的大きく、回折限界からかなり離れているので、標準設計のものであってもよい。レンズ４５及び４６は、調節可能な絞り４７を通過したビーム４１の光を基板の活性表面上に合焦する。投射光学系４４とビームスプリッタ３２は、マイクロミラーアレイによって、４０と付されたビームにより示される主光軸（ビーム４１がそれに対して平行となる投射光学系４４の中央軸）から遠ざかる方向（例えば光軸から１０度外れた方向）にそらされた光が、投射光学系４４の入射ひとみの外側に落ちるように配置される（典型的には、０．５／５＝０．１であり、１０度は、０．１７、実質的には０．１より大きい開口数に対応する）。絞り４７は、有効開口数（ＮＡ）を制御し、望ましくない光（特に軸外ビーム４０）が基板に伝達されないことを確実なものにするために用いられる。こうした光学系においては、０．５ミクロンほどの小さい寸法の解像度を得ることができる。こうした解像度は、マイクロミラー３６の隣接するミラーを分離することができる。製造用途においては、マイクロミラーアレイ３５は、３６５ｎｍに最適化されたリソグラフィックＩラインレンズの物体焦点面に配置することができる。こうしたレンズは、典型的には、０．４から０．５までの開口数（ＮＡ）で作用し、広い適用可能分野を有する。
【００２３】
マイクロミラーアレイ装置３５は、走査系においてステッピングされる単一ラインのマイクロミラーを備える（例えば１つのラインに２０００のミラー要素を有する）ように形成されても良い。この方法では、イメージの高さは、マイクロミラーアレイのラインの長さによって固定されるが、基板１２上に投射されるイメージの幅は、本質的に制限されない。基板１２を支持するフローセル１８を動かすことにより、基板の各割り出し位置でミラーをサイクル動作させて、基板の活性表面上にイメージングされた新しいラインの各々におけるイメージパターンを定めることができる。
【００２４】
基板１２上にＤＮＡプローブ１６を作成するのに種々の手法を用いても良く、それらはマイクロリソグラフィック技術に適応されたものである。「直接フォトファブリケーション法」においては、ガラス基板１２が、ヌクレオチド塩基と結合することができる化学物質層で被覆される。投射系１１により光が適用され、基板上のＯＨ基が脱保護され、それらが塩基との結合に利用できるようにされる。現像後に、しかるべきヌクレオチド塩基がフローセルに流され、基板の活性表面上に流れ、普通のフォスフォアミダイトＤＮＡ合成化学機構を用いて、選択された部位に結合する。次いで、このプロセスが繰り返され、別の塩基が異なる位置の組に結合される。このプロセスは単純であり、組み合わせ手法が用いられる場合には、並び替えの数が指数関数的に増加する。脱保護機構の直線応答により解像度度限界が与えられる。この方法において達成可能な解像度の限界のため、例えば、前述のＭｃＧａｌｌ他の方法の代わりに、フォトレジスト技術に基づく方法を用いても良い。間接的フォトファブリケーション法においては、２層レジストシステムと適合する化学物質が存在し、例えばポリイミドの第１層は、下にある化学物質を保護するように作用し、一方、上部イメージングレジストは、エポキシベースのシステムである。イメージング段階は、両方のプロセスに共通のものであり、主な必要条件は、イメージングプロセスにおいて用いられる光の波長が、ヌクレオチド塩基（特に２８０ｎｍにおいて感度が高い）における遷移（化学変化）を起こさせないようにするのに十分なだけ長いということである。したがって、３００ｎｍより長い波長を用いるべきである。３６５ｎｍは、ウエーハリソグラフィにおいて最も一般的に用いられる水銀のＩラインである。
【００２５】
アレイ合成装置１０の別の形態が、図２に単純化された概略図で示されている。この配置においては、ビームスプリッタ３２は用いられず、光源２５、随意的なフィルタ２６、及び集光系２８が、主光軸に対してある角度をなして（例えば光軸に対して２０度の角度をなして）設置されて、光のビーム３０をマイクロミラーアレイ３６上に或る角度で投射する。この光源２５の好ましい向きにおいて、マイクロミラー３６は、光３０を、ミラーの第１位置では反射して軸外ビーム４０とし、各ミラーの第２位置では主軸に沿ってビーム４１とするように向けられる。その他の点では、図２のアレイ合成装置は、図１のアレイ合成装置と同じである。
【００２６】
図２の好ましい軸外投射配置を用いるアレイ合成装置のより詳細な図が、図３に示されている。図３の装置の簡単な実施においては、電力供給５０（例えばＯｒｉｅｌ６８８２０）から電力が与えられる光源２５（例えば１０００ＷのＨｇアークランプ、Ｏｒｉｅｌ６２８７、６６０２１）が、所望の紫外波長を含む光源として用いられる。フィルタシステム２６は、例えば、赤外光を吸収し、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用いられるダイクロイックミラー（例えばＯｒｉｅｌ６６２２６）からなる。脱イオン水が充填された水冷液体フィルタ（例えばＯｒｉｅｌ６１２７）が、どんな残りの赤外光をも吸収するのに用いられる。着色ガラスフィルタ（Ｏｒｉｅｌ５９８１０）か又は干渉フィルタ（Ｏｒｉｅｌ５６５３１）を、それぞれ５０ｎｍか又は１０ｎｍのいずれかの５０％バンド幅を有するＨｇランプ２５の３６５ｎｍラインを選択するのに用いても良い。Ｆ／１の２要素溶融シリカ集光レンズ（Ｏｒｉｅｌ６６０２４）を、集光系２８として用いても良く、２つの平凸レンズ５２（Ｍｅｌｌｅｓ  Ｇｒｉｏｔ  ０１ＬＱＰ０３３及びＭｅｌｌｅｓ  Ｇｒｉｏｔ  ０１ＬＱＰ０２３）がケーラー照射系を形成する。この照射系は、マイクロミラーアレイデバイス３５の１６ｍｍ×１２ｍｍの活性領域を包含するのに十分なだけ大きい直径をもつ、３６５ｎｍ光の大まかに平行化された均一ビーム３０を生成させる。このビーム３０は、デバイスの面の法線から計測される２０度の角度をなしてデバイス３５上に入射する。多くの他の照射系が可能であることが当業者には明白であろう。マイクロミラーアレイデバイス３５は、最後のフィルタからおよそ７００ｍｍ離して配置される。マイクロミラーが第１位置にあるとき、ビーム３０の光は、下向きに、系の外にそらされる。例えば、このマイクロミラーデバイスにおいては、それらの第１位置におけるミラーは、光を光軸からかなり離れる方向に反射させるために、マイクロミラーの平面の法線に対して−１０度の角度をなしてもよい。マイクロミラーが、第２位置において、例えばマイクロミラーの平面の法線に対して＋１０度の角度をなしてそらされるように制御されるときには、第２位置においてこうしたマイクロミラーから反射された光は、ビーム４１におけるマイクロミラーアレイの平面に対して垂直に出現する。
【００２７】
反射型光学系を用いるアレイ合成装置の好ましい実施形態が図５に示されている。重要なことに、反射型光学系は、より高いコントラストイメージを与えるレンズに関連する散乱を減少させる。例示的なシステムは、赤外光を吸収し、３５０から４５０ｎｍの範囲の波長の光を選択的に反射させるダイクロイックミラー（例えばＯｒｉｅｌ６６２２８）からなるフィルタシステムと共に、光源（例えばＯｒｉｅｌ６２８７、６６０２１）として１０００ＷのＨｇアークランプ２５を用いる。３６５ｎｍラインを含むが３００ｎｍ付近の及びそれ以下の望ましくない波長を除く、大まかに平行化された光のビーム３０を生成するために、Ｆ／１の二要素溶融シリカ集光レンズ（Ｏｒｉｅｌ６６０２４）が用いられる。ケーラー照射系はまた、随意的に、均一性及び強度を増加させるために、図５の装置において用いることができる。ビーム３０は、マイクロミラーアレイデバイス３５上に入射し、該デバイスは、約１６ｍｍ×１２ｍｉｎのマイクロミラーの活性領域を有し、ＵＶ源２５のスノートから約２１０ｎｍに位置し、ビーム３０は、アレイの平面の法線に対して２０度の角度をなしてマイクロミラーデバイス３５の平坦面に当る。マイクロミラーの第１位置におけるマイクロミラーから例えばアレイの平面に対して−１０度の角度をなして反射された光は、システムの外に向けられ、一方、第２位置にあるマイクロミラーからの、アレイの平面に対して＋１０度の角度をなす光は、ビーム４１として、凹面ミラー６０及び凸面ミラー６１からなる反射型テレセントリックイメージング系に向けて方向付けられる。両方のミラーは、球形であることが好ましく、高反射率のための増強されたＵＶコーティングを有するが、非球面形状も可能である。ミラー６０及び６１からの反射がなされた後に、ビーム４１が、フローセル１８中に囲い込まれたガラス基板の活性領域上にイメージングされる。この場合には、フローセル１８は、オフナー光学系を完成させるために、マイクロミラーと同一平面にされる。
【００２８】
凸面ミラーは、系の開口を定める。ひとみはまた、凸面ミラー表面に配置されるので、系はテレセントリックである。テレセントリック系であることにより、例えば、マイクロミラーとフローセル１８が完全に同一平面にないときの僅かな焦点距離の変動によるイメージの空間的歪みが防止される。ビーム４１は、最初に凹面ミラー、次いで凸面ミラーに当り、それから再び凹面ミラーに当って、該ビームがフローセル１８へと方向付けられる。図示されたシステムにおいては、凹面ミラー６０は、１５２．４ｍｍの直径と、３０４．８ｍｍの球面ミラー表面半径（ＥＳ  Ｆ４３５６１）とをもつことができ、凸面ミラーは、２５ｍｍの直径と、１５２．９４ｍｍの球面ミラー表面半径（ＥＳ  Ｆ４５６２５）とをもつことができる。理想的には、凹面ミラーの曲率半径は、凸面ミラーの２倍に近い。こうした反射型光学系は、周知であり、通常は、「ＭｉｃｒｏＡｌｉｇｎ」型システムの光リソグラフィに用いられる。例えば、Ａ．Ｏｆｆｎｅｒの「Ｎｅｗ  Ｃｏｎｃｅｐｔｓ  ｉｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍａｓｋ  Ａｌｉｇｎｅｒｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、第１４巻、ｐ１３０−１３２（１９７５年）、及びＲ．Ｔ．Ｋｅｒｔｈ他、「Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｏｎ  ａ  Ｆｕｌｌ−Ｆｉｅｌｄ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」、ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、第ＥＤＬ−７（５）巻、ｐ２９９−３０１（１９８６年）を参照されたい。
【００２９】
図６は、図５の好ましい光学系のイメージ生成を示す。物体（マイクロミラーアレイデバイス）の中心、縁、及び中間位置で生じる光線のファンが図６に示されている。光線は、最初に凹面ミラー６０から反射され、次いで、凸面ミラー６１から反射され、そして再び凹面ミラー６０から反射されて、マイクロミラーアレイデバイスの面の倒立像を形成する。
屈折型又は反射型光学系は、両方とも、コマ収差及び球面収差といった収差を相殺により最小にするように設計される。図３及び図５のテレセントリック光学系の両方は、１：１イメージング系である。反射系は、色収差をなくして、可視光を用いる系のアラインメントを可能にするという可能性のある利点をもち、小型であり、さほど高価ではない。
１：１イメージングを行うための別の好ましい系は、凹面ミラーをレンズ及びプリズムと組み合わせたウィン−ダイソン型の系であろう。例えば、Ｆ．Ｎ．Ｇｏｏｄａｌｌ他の「Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｗｉｔｈ  １：１  Ｗｙｎｎｅ−Ｄｙｓｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、ＳＰＩＥ第９２２巻（１９８８年）、及びＢ．Ｒｕｆｆ他の「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｄｅｅｐ−ＵＶ  Ｈｉｇｈ  ＮＡ  Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」、Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ＩＩ、ＳＰＩＥ第１０８８巻（１９８９年）を参照されたい。
【００３０】
プローブアレイを形成するために本発明の装置と共に用いることができる異なるフローセルのより詳細な図が、図７−図８及び図１５−図１６に示されている。図７及び図８における例示的なフローセル１８は、プローブを基板上に直接合成するのに用いることができ、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を含み、該ハウジングは、入力ポートライン２０に接続された入口７３と、出力ポートライン２１に接続された出口７５とを有する。図８の断面図に示されるように、ハウジング７０は、下側ベース７８と上側カバー部７９とを含み、これらはボルト７１により基板を覆うように互いに固定される。基板１２、例えば透明なスライドガラスは、上側プレート７９と円筒形ガスケット８１（例えばＫａｌ  ＲｅｚＪからなる）との間に保持され、次いで、反応しないベースブロック８２（例えばＴｅｆｌｏｎＪ）に支持され、入口チャネル８５は、入口７３から基板１２とベースブロック８２との間に形成されガスケットによりシールされた密閉反応チャンバ８８まで延び、出口チャネル８９は、反応チャンバ８８から出口７５まで延びる。ボルト７１は、カバー部とベースとの間に基板１２を取り外し可能に固定して、フローセルのベースを最小限に移動させて基板を取り替えられるようにするために、ねじ込み、ねじ戻しすることができる。好ましくは、図８に示すように、ゴムガスケット９０がプレート７９の底部に設置され、周辺領域において基板に係合して、ガスケット８１に向けられる圧力を基板にかけるようにされる。必要であれば、フローセルは、読み出しの際のハイブリダイゼーションチャンバとして用いることもできる。
【００３１】
ＤＮＡプローブを直接に基板上に形成するための例示的プロセスを、図９−図１４の概略図に関連させて説明する。図９は、活性表面１５を形成するシラン層９５を有する基板１２のコーティングを示しており、標準的フォスフォアミダイト化学機構を用いて光不安定なリンカー分子ＭＥＮＰＯＣ−ＨＥＧがシラン層上にコーティングされる。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ク−１−ｙｌ−Ｏ−２−シアノエチル−Ｎ，Ｎ−ジイイソプロピルフォスフォアミダイトである。シラン層は、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形成されたものであった。図９に示す段階において、基板を光に曝すことができ、光に曝された領域において活性自由ＯＨ基が露出することになる。
【００３２】
図１０は、ＭＥＮＰＯＣ−ＨＥＧリンカーの光脱保護と、光に曝された領域１００における自由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自由ＯＨ基へのＦｌｕｏｒｅＰｒｉｍｅＪフルオレセインアミダイ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自由ＯＨ基へのＤＭＴ−ヌクレオチドのカップリングを示す。図１３は、光に曝された領域１００におけるＤＭＴ−ヌクレオチドの酸脱保護段階を示す。図１４は、フルオレセインで標識されたポリ−ＡプローブとＤＭＴ−ヌクレオチド−ＣＥＰから合成されたポリ−Ｔオリゴヌクレオチドとのハイブリダイゼーションを示す。
【００３３】
ＤＮＡポリマーからのプローブの合成
アレイを製造するための別の実施形態を図１５に示す。図１５Ａにおいては、アレイが形成されることになる基板の全表面が、ライナ（「Ｏ」）により光不安定保護基（「Ｐ」）で被覆される。どんな適切な光不安定保護基をも用いることができるが、好ましい化学機構は、Ｈａｓａｎ他のＴｅｔｒａｈｄｒｏｎ、５３：１２、ｐ４２４７−４２６４（１９９７年）、並びにＢｅｉｅｒ及びＨｏｈｅｉｓｅｌのＮｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．、２０００、２８：４（２０００年）に記載されるような５’−［１−ニトロフェニル）−プロピルオキシカルボニル］−２’−デオキシヌクレオシドフォスフォアミド（ＮＰＰＯＣ）を用いるものである。或いは、基板はまた、単一のヌクレオチド、すなわち、末端に同じく光不安定保護基をもつ同一の短いポリヌクレオチドで被覆することができる。次いで、マイクロミラーアレイが照射されて、選択されたアレイセグメント又はセルにおけるＮＰＰＯＣが脱落され、そこにＤＮＡが付加されることになる。これは、図１５Ｂに示されている。次いで、ＤＮＡダイマー、この場合には配列ＡＴのダイマーが基板に曝され、それにより、マイクロミラーアレイによって光が向けられたセルのアレイにのみ化学的に結合する。これは図１５Ｃに示されている。小さいＤＮＡポリマーは、末端に付加された別の光不安定保護基を含む。次いで、図１５Ｄに示されるように、この同じ光照射及びダイマー付加プロセスがダイマー配列ＡＣについて繰り返される。この同じプロセスは、次いで、２つのヌクレオチドの組み合わせから作成することができる他の可能なＤＮＡダイマーの各々について、１４より多い回数だけ繰り返される。図１５Ｅに示されるように、ＤＮＡプローブ層の合成プロセスの完了時には、マイクロアレイの未完成プローブの各々に２つのヌクレオチドが付加されている。次いで、このプロセスは、次のレベルで再スタートされ、該プロセスは、プローブが所望の長さに増大されるまで繰り返される。
【００３４】
緩和された解像度をもつ投射光学系
図１６を参照すると、マイクロミラー３６の表面は、１６マイクロメートルのほぼ正方形のアウトラインをもつ正方形ミラー２００の直線グリッドを与える。ミラー２００の各々は、点線で示される単一ピクセル２０１を定める。
ミラー２００を互いに分離させるのは、ミラー２００の隣接する縁の間にギャップを与えるレーン２０２である。市販のマイクロミラー３６におけるレーン２０２は、幅１マイクロメートルであり、それによりミラー２００を分離する１７マイクロメートルのピッチを定める。
所与のミラー２００がオン状態にあるときに、マイクロミラー３６の表面の法線から２０度の角度をなす入射光２０４が、法線に平行なビーム２０６としてミラー２００に反射される。ミラー２００の各々は、その面積を対角線方向に横切る偏光軸２０８の周りで、投射又は「オン」状態（光をひとみにそらさせる）から、吸収又は「オフ」状態まで傾けることができ、該「オフ」状態においては、入射光２０４がマイクロミラー３６の表面の法線からおよそ１０°の角度をなしてビーム２１０に沿ってひとみの外方に吸収体へとそらされる。所与のミラー２００がオン状態のとき、ミラー２００のイメージは、明るく照射されたピクセル２０１を与えることになる。所与のミラー２００が吸収状態にあるとき、ミラー２００のイメージは、光が上述のように投射光学系にではなく吸収体へとそらされることに起因して、暗ピクセル２０１を与えることになる。
【００３５】
次に図１７を参照すると、好ましくは上述の図５によって実装される汎用光学系は、非平行光ビーム２１２を生成する光源２５を含み、該光ビームは、集光系２８及び２６によって受光されて、平行化されフィルタされた光２１４が生成される。この平行化されフィルタされた光２１４は、ミラーアレイ３６（光学系の対象）によって変調されて、変調された光２１６が生成される。投射光学系４４は、変調された光２１６を、説明した種々の反応系のいずれかである反応器２１８上に合焦する。この図１７の光学系のコンポーネントは、ラインに制約されないが反射又は屈折により変化される光路に従うものと通常は理解される光学路に沿って配置される。上述のように、より一般的には、光学系のコンポーネントは、屈折型又は反射型要素であっても良いが、投射光学系は、光学要素の各表面において生じる散乱を減少させるために、屈折型光学系より少ない表面をもつ反射型設計のものであることが好ましい。
【００３６】
ＤＮＡプローブ合成が行われる反応器２１８は、対象の共役平面に配置され、照射コーン２２２の頂点に位置する焦点面２２０を包囲する。照射コーン２２２は、投射光学系４４の最後の要素の出射孔（通常は要素の直径）と、投射光学系４４の焦点距離により定められる。これは、投射光学系が、屈折型又は反射型もしくはこの両方の組み合わせであるかどうかには無関係である。半角αは、照射コーン２２２の頂点の角度の１／２であり、次式に従う系の開口数（ＮＡ）を定める。
ＮＡ＝ｓｉｎ（α）
角度が小さいとき、ｓｉｎ（α）は、おおよそαとすることができるので、開口数は、おおよそ、投射光学系の最後の要素（対物レンズ）の照射開口数を、その焦点距離の二倍で割ったものとすることができる。図５の実施においては、対物レンズの開口数は、凸面レンズの直径によって制御される。
【００３７】
次に図１８を参照すると、レーン２０２内のピクセル２０１とピクセル２０１’との間の境界面２２４、及び焦点面２２０における光の減衰は、他のファクタの中でも、投射光学系４４の開口数と、光の波長λに依存することになる。イメージ生成理論（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ：Ｍａｘ  Ｂｏｒｎ、Ｅｍｉｌ  ＷｏｌｆのＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔを確認されたい）においては、光学系は、ローパス周波数フィルタとして作用する。対象の照度Ｉ（ｘ，ｙ）は、空間周波数ｆx、ｆyが−π／λからπ／λまでの範囲であるフーリエ積分Ｉ’（ｆx，ｆy）として解析される。光学系は、−ＮＡπ／λからＮＡπ／λまでの範囲の空間周波数のみを伝える。イメージが対象の共役平面に生成されたとき、高い空間周波数が無くなることにより、元の対象の広がったイメージがもたらされる。一般に、所与のピクセル２０１に関連する光は、回折パターン２２６でレーン２０２のイメージの中に広がることになり、例えば、レーン２０２が十分に解像されるときには、レーン２０２内に到達するのを最小とすることができる。光がピクセル２０１の縁から最小となる位置は、投射光学系の解像度の尺度であり、標準リソグラフ言語に従う０．５λ／ＮＡにほぼ等しい。より一般的には、投射光学系の解像度は、線幅（ＬＷ）と呼ばれるラインをイメージングする能力として定めることができ、次式により定められる。
2006501809.tif 000003
式中、λは光の波長であり、ＮＡは投射光学系４４の開口数であり、ｋは干渉性の光についての０．５より小さくない、典型的には０．７から０．５までの間の何処かであるイメージ品質係数である。空間的なケースでは、ｋは、０．５より低いものとすることができる（例えば相マスクによって）。
【００３８】
２つの隣接ピクセル２０１及び２０１’からの回折パターンの光２２６及び２２６’（後者は点線で示される）が、３６５ナノメートルの波長において、幅１マイクロメートルのレーン２０２内の或る地点で完全に抑制されるとき、投射光学系４４の解像度は、０．３６５又はそれより大きい開口数をもたなければならない。
それにもかかわらず、ここで説明されるように、本発明においては、さらに小さい開口数が許容可能であり、０．５マイクロメートルをかなり超える線幅値をもたらすことでさえも望ましく、１つの好ましい実施形態においては、そのレーン幅をかなり上回る２．７マイクロメートル程の大きい線幅がもたらされる。こうした線幅は、直観的に要求されるものの１／４より小さい、０．０８程の小さい開口数に関連させることができる。
図１９に示されるように、本発明によってもたらされる小さい開口数をもつピクセル２０１の最小回折パターン２２６が隣接ピクセル２０１’に延びることになり、本発明によってもたらされる小さい開口数をもつピクセル２０１の最小回折パターン２２６’が隣接ピクセル２０１に延びることになる。この場合には、レーン２０２は、ピクセル２０１及び２０１’からスプリットされた重なり合う光を受光することになる。
【００３９】
また、図２０を参照すると、レーン２０２におけるこの光の重なり合いにより、ピクセル２０１のＤＮＡフラグメント２３０を合成するのに用いられる光と、ピクセル２０１’のＤＮＡフラグメント２３４を合成するのに用いられる光との両方に左右される、ＤＮＡフラグメント２３０の合成が起こることになる。ピクセル２０１においてＤＮＡプローブ２３２を合成するのに用いられる光と、ピクセル２０１’においてＤＮＡプローブ２３４を合成するのに用いられる光との組み合わされた影響により、塩基対の複合体であって、ＤＮＡプローブ２３２とＤＮＡプローブ２３４との両方において見出される配列のＤＮＡフラグメント２３０と、さらにＤＮＡプローブ２３２とＤＮＡプローブ２３４のどちらとも一致しない組み合わせによるＤＮＡフラグメント２３０とが得られる。さらに、レーン２０２における低下した光強度により、ＤＮＡフラグメント２３０は、無作為性に基づく増大された合成エラーを被り、それによりレーン２０２において形成されたフラグメント２３０に不均質性がもたらされる。したがって、ＤＮＡフラグメント２３０の幾つかが、試験されるＤＮＡとハイブリダイズされ得る配列を与える可能性はほとんどなく、その適合により生成される蛍光信号は最小となるであろう。
【００４０】
本発明は、レーン２０２、又はピクセル２０１の縁でさえも充分に解像するのに不十分な解像度をもつ投射光学系４４の使用を可能にする。
上述のレーンは物理的ミラー間のギャップであるが、ピクセル間に暗い分離バンドが生じるように電気的に仕向けられたミラー自体を用いることによって大きいレーンを形成できることが分かるであろう。例えば、２行２列のミラー（全部で４つのミラー）からなるセルにおいては、投射状態とオフ状態とを切換可能な単一ミラーに関するほぼ１つのミラー幅のレーンが生じるように、１つを除く全てのミラーをオフ状態に設定することができる。本発明はこの状況に等しく適用可能であり、それにより、ここで及び請求項において用いられる「レーン」という用語は、ミラー間のギャップと、ミラーがオフ状態に固定されるときのミラー自体との両方を包含すると理解されるべきである。
本明細書に記載された特定の実施形態は、例示的なものであって、本発明を限定することを意図するものではなく、特許請求の範囲内に入る全ての修正形態を包含することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るアレイ合成装置の概略図である。
【図２】本発明に係る別のアレイ合成装置の概略図である。
【図３】本発明に係る一般的なテレセントリックアレイ合成装置のより詳細な概略図である。
【図４】図３の装置の屈折型光学系の例示的光線の図である。
【図５】本発明に係るアレイ合成装置の別の実施形態の概略図であり、テレセントリック反射型光学系が用いられている。
【図６】図５の装置の反射型光学系の例示的光線の図である。
【図７】プローブアレイを基板上に直接に形成するために本発明のアレイ合成装置において用いることができる、反応チャンバフローセルの平面図である。
【図８】図７の線８−８にほぼ沿って見たときの、図７の反応チャンバフローセルを通る断面図である。
【図９】光不安定リンカー分子による基板のコーティングを示す説明図である。
【図１０】リンカー分子の光脱保護と、基板上の自由ＯＨ基の生成とを示す説明図である。
【図１１】基板上のリンカー分子の光脱保護により生成された自由ＯＨ基にマーカーをカップリングさせるところを示す説明図である。
【図１２】基板上のリンカー分子の光脱保護により生成された自由ＯＨ基にＤＭＴ−ヌクレオチドをカップリングさせるところを示す説明図である。
【図１３】基板上のＤＭＴヌクレオチドの酸脱保護を示す説明図である。
【図１４】フルオレセインで標識されたポリ−Ａプローブを、基板上のＤＭＴヌクレオチド−ＣＥＰから合成されたポリ−Ｔオリゴヌクレオチドにハイブリダイゼーションすることを示す説明図である。
【図１５】単一のヌクレオチドではなく小さいＤＮＡポリマーを用いてＤＮＡプローブ配列の合成が行われる別の実施形態を示す、図９−１４と同様の説明図である。
【図１６】ミラーと分離レーンによって定められるピクセルを示す、マイクロミラーアレイの表面の斜視図である。
【図１７】反応器にイメージを与えるための本明細書に記載の光学系を総括し、投射光学系の開口数を定める半角の計算を説明するブロック図である。
【図１８】焦点面における図１６のレーンの近傍でとられる光強度の簡単なプロットであり、第１解像基準の下でレーンを解像するのに必要とされる開口数の計算を説明するものである。
【図１９】レーンを解像するのに不適切なピクセル間のレーンの照射の重なり合いを許容する、本発明の緩和された解像度要求条件を示す。
【図２０】ＤＮＡプローブのためのピクセル内のヌクレオチド配列の合成を示す図１８及び図１９の領域の概略図であり、隣接ピクセルからの照射の重なり合いによってもたらされるレーン内の乱れプローブフラグメントが示されている。
【図１】
2006501809.tif 000004
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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