(57)【要約】温度勾配を発生させる新規な装置（１００）が記載されている。その装置は、半導体ウェハ（１１０）ならびに好ましくはウェハの１辺に取り付けられた電気コネクタ（１１４ａ、１１４ｂ）を有する。層に温度勾配を移動させる方法が記載されている。層上の温度勾配を用いて、分子、特に生体巨大分子の分析を行うことができる。本発明はさらに、結合複合体の熱安定性を確認する改善された方法をも包含する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ；
前記ウェハ上で互いに隣接している２個の電気コネクタであって、各コネクタが取付箇所で前記ウェハに取り付けられており、前記２つの取付箇所間に間隙が設けられているもの；ならびに
前記２個の電気コネクタを介して前記ウェハに接続されている電源
を有する装置。
【請求項２】
前記半導体ウェハが、相当する矩形の辺を持った実質的に矩形の形状を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
両方の取付箇所が前記辺の１つの付近にある請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記半導体ウェハがシリコンウェハからなる請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記半導体ウェハがドーピング剤を含む請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ドーピング剤が、ホウ素、リンおよびヒ素からなる群から選択される請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記電気コネクタおよび前記電源が電線によって接続されている請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ウェハと前記電源の間にさらに制御回路機構を有する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記制御回路機構が、前記間隙に配置され、温度制御装置に電気的に接続された温度センサーを有する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記温度センサーの測定値を選択範囲内に維持するために前記温度センサーと前記温度制御装置との間にさらにフィードバック制御があり、前記フィードバック制御によってリレースイッチの開閉を行う請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御回路機構がさらに、前記電源と前記電気コネクタ間に直列に接続された電気変圧器を有する請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記ウェハ上に配置された１以上の層をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記層がＤＮＡチップ、タンパク質チップ、流体セル、顕微鏡スライドグラス、液体、カバーグラス、アクリルアミドゲルおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記層上に配置されたサンプルをさらに有する請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記サンプルが核酸分子、ポリペプチド、炭水化物、脂質、ホルモン、医薬およびそれらの組み合わせからなる群から選択される分子を含む請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記層上に配置された標識プローブをさらに有する請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記標識プローブが蛍光標識プローブ、化学発光標識プローブおよび放射能標識プローブからなる群から選択される請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記層上に配置された結合複合体の構成員をさらに含む請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記ウェハ上に生成する温度勾配が、２つの取付箇所を結ぶことで得られる取付線に対して垂直である請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記ウェハが切り取られた角を有する請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記２つの取付箇所が、約２ｍｍ〜約１８０ｍｍの距離だけ分離されている請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記ウェハが実質的に均一な組成を有する請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
温度勾配の形成方法において、
半導体ウェハに２個の電気コネクタを取り付ける段階であって、前記各コネクタが互いに隣接し、取付箇所で前記ウェハに取り付けられ、前記取付箇所間に間隙が設けられる段階；ならびに
前記２個の電気コネクタを介して電源を前記ウェハに接続する段階
を有することを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記装置がさらに、前記電気コネクタと同じ前記ウェハの辺に取り付けられ、温度制御装置に電気的に接続された温度センサーを有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記温度制御装置で設定温度を選択する段階をさらに有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記生成する温度勾配が、前記２個のコネクタを結ぶ取付線に対して実質的に垂直である請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記生成する温度勾配が約０．１℃／ｍｍ〜約１．０℃／ｍｍである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記温度勾配が約０．２５℃／ｍｍ〜約０．７℃／ｍｍである請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記ウェハがシリコンからなる請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記ウェハ上に１以上の層を設けて、前記層上に温度勾配を形成させる段階をさらに有する請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記層が低熱伝導率材料からなる請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記層が顕微鏡スライドグラス、流体セル、液体、カバーグラス、アクリルアミドゲル、ＤＮＡチップ、タンパク質チップおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
生体巨大分子の分析方法において、
表面に設けられた層を有する半導体ウェハ上に温度勾配を形成する段階であって、前記層が前記温度勾配と熱的に接触する生体巨大分子を含む１以上のサンプルを有し、前記ウェハが電源の両極に接続された２個の電気コネクタを有する段階；および
前記サンプルを評価して、前記サンプル中の前記生体巨大分子によって形成された複合体の熱安定性を確認する段階を有し；
前記サンプルを前記サンプルの特性を測定することで評価することを特徴とする方法。
【請求項３４】
前記温度勾配が前記２個の電気コネクタを結んで得られる取付線に対して実質的に垂直である請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記生体巨大分子が核酸である請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記層が核酸を有するＤＮＡチップからなる請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記層が前記核酸を有するアクリルアミドゲルからなる請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記評価が、核酸分子の熱安定性の特性決定を行う段階を含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記評価が、２個の１本鎖核酸分子によって形成された複合体の熱安定性を特性決定する段階を含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記評価が、１以上の塩基不一致を有する２個の１本鎖核酸分子が形成する複合体の熱安定性を特性決定する段階を有する請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記評価が、前記ＤＮＡチップに標識プローブを加える段階；未結合の標識プローブを洗浄する段階；前記ＤＮＡチップ上の各種位置での前記標識プローブの活性を検出する段階；ならびに前記ＤＮＡチップ上の前記各種位置での前記サンプルの温度と前記標識プローブの活性とを相関させることで、前記標識プローブと前記チップ上の前記核酸分子との間の相互作用の熱安定性を確認する段階を有する請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記プローブが標識核酸である請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記相関によって、前記標識核酸プローブと前記ＤＮＡチップの前記核酸分子との間の不一致のパーセントを確認する請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記評価が、ポリメラーゼ連鎖反応プロトコールで用いられるプライマーで形成される核酸ハイブリッドの熱安定性について特性決定を行う段階を有する請求項３５に記載の方法。
【請求項４５】
前記生体巨大分子がポリペプチドである請求項３３に記載の方法。
【請求項４６】
前記層がガラスチップである請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記ポリペプチドが抗原、抗体、酵素、受容体およびそれらの断片からなる群から選択される請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記層上の前記温度勾配が約２０℃〜約４５℃である請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
前記評価が前記層に標識プローブを加える段階を有する請求項３３に記載の方法。
【請求項５０】
前記評価が、前記温度勾配上の各種位置での前記標識プローブの活性を検出する段階；ならびに前記温度勾配上の前記位置と前記標識プローブの活性とを相関させることで、前記標識プローブと前記生体巨大分子との間の相互作用の安定性を確認する段階を有する請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記標識プローブの前記標識が、蛍光標識、放射能標識および化学発光標識からなる群から選択される請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
核酸ハイブリダイゼーションの実施方法において、
半導体ウェハ上に設けられた層上に温度勾配を確立する段階であって、核酸分子を含む１以上のサンプルが前記温度勾配と熱的に接触している前記層上に配置されており、２個の電気コネクタが前記ウェハと電源の両極に接続されている段階；ならびに
前記１以上のサンプルに対してハイブリダイゼーションプロトコールを実施して、前記勾配に基づいて温度効果を確認する段階
を有することを特徴とする方法。
【請求項５３】
前記層がＤＮＡチップおよび顕微鏡スライドグラスからなる群から選択される請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記ハイブリダイゼーションプロトコールが、前記層上に標識プローブを加える段階を有する請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記方法がさらに、標識プローブとハイブリダイズした前記１以上のサンプルを同定する段階を有する請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記ハイブリダイゼーションプロトコールが、前記標識プローブと前記未標識核酸分子との間の１以上の塩基不一致を同定することができる条件を含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
前記ウェハが実質的に矩形であり、複数の辺を有し、前記２個の電気コネクタが同じ辺で前記ウェハに接続されている請求項５２に記載の方法。
【請求項５８】
前記温度勾配が、前記２個の電気コネクタの取付箇所を結ぶことで得られる線分に対して実質的に垂直である請求項５２に記載の方法。
【請求項５９】
前記層が、前記温度勾配に対して平行な列状に１以上の等価なサンプルを有する請求項５２に記載の方法。
【請求項６０】
結合複合体相互作用の評価方法において、
表面に層を有する半導体ウェハ上に温度勾配を確立する段階であって、前記層が１以上のサンプルを有し、各サンプルが前記温度勾配と熱的に接触している結合複合体の１以上の構成員を含み、前記ウェハが電源の両極に接続された２個の電気コネクタを有する段階；ならびに
前記サンプルを評価して、前記層上の前記結合複合体の熱安定性を決定する段階
を有することを特徴とする方法。
【請求項６１】
前記評価が、前記層に標識プローブを加える段階を有する請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記結合複合体の前記構成員の一つが前記標識プローブからなる請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記温度勾配上の各種位置での前記結合複合体の前記標識構成員の活性を測定する段階；ならびに前記温度勾配上の前記位置と前記標識構成員の活性とを相関させることで、前記結合複合体の熱安定性を決定する段階をさらに有する請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記結合複合体が核酸二本鎖からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項６５】
前記結合複合体が２種類以上のポリペプチドを含む請求項６０に記載の方法。
【請求項６６】
前記結合複合体が核酸：ポリペプチド複合体からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項６７】
前記結合複合体が核酸：医薬複合体からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項６８】
前記結合複合体が抗原：抗体複合体からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項６９】
前記結合複合体が受容体：医薬複合体からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項７０】
前記結合複合体が脂質：ポリペプチド複合体からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項７１】
前記結合複合体が炭水化物：ポリペプチド複合体からなる請求項６０に記載の方法。
【請求項７２】
前記結合複合体が生体巨大分子および該生体巨大分子の結合相手を含む請求項６０に記載の方法。
【請求項７３】
層上に温度勾配を形成させる方法において、温度勾配を有する表面上に熱的に接触して前記層を乗せる段階であって、前記層が低熱伝導率を有する段階を有することを特徴とする方法。
【請求項７４】
前記表面がシリコンウェハである請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記表面がアルミニウムブロックからなる請求項７３に記載の方法。
【請求項７６】
前記表面上の前記温度勾配を、熱電気ペルチエ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）装置によって形成させる請求項７３に記載の方法。
【請求項７７】
前記層が、ガラス、シリコンおよびプラスチックからなる群から選択される材料からなる請求項７３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、熱勾配、特にウェハでの熱勾配を形成させる装置に関する。本発明はさらに、分子相互作用での、特に生体巨大分子が関与する相互作用の特性決定への前記熱勾配の使用方法に関するものでもある。
【０００２】
発明の背景
生体巨大分子の安定性および相互作用は、例えば、イオン力、ファンデルワールス力および水素結合などのいくつかの力によって決まる。水素結合は生体巨大分子ではかなり弱く、熱不安定な力であることが知られている。環境におけるわずかな変化、特に生体巨大分子の温度が、巨大分子の分子内および／または分子間水素結合を変える可能性がある。従って生体巨大分子は、環境におけるごくわずかな変動に対して感受性となり得る。
【０００３】
核酸分子間のハイブリダイゼーションでは、相補核酸分子間の水素結合の形成が良好に行われることが必要である。ハイブリダイゼーションは、弱い熱不安定性な水素結合に依存していることから、ハイブリダイゼーションは非常に温度感受性の高いプロセスである。温度および／または核酸配列におけるわずかな変動が、相補核酸分子間のハイブリダイゼーションに影響を与える場合がある。
【０００４】
現在、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）チップで行われるハイブリダイゼーションから得られる情報によって、医薬開発、遺伝子発見、遺伝子療法、遺伝子発現、遺伝相談および植物バイオテクノロジーにおける進歩が加速している。ＤＮＡチップは、代表的にはガラスまたはシリコンの剛性平坦表面であり、その上には短鎖の関係する核酸が行列状に配置されている。例を挙げると、チップ上の特定の位置での蛍光標識１本鎖核酸分子と核酸分子との間のハイブリダイゼーションを、コンピュータベースの装置によって検出および分析することができる。
【０００５】
ＤＮＡチップを形成する技術には、フォトリソグラフィー、「オン−チップ」合成、圧電印刷および直接印刷がある。チップの寸法、チップ当たりのＤＮＡ堆積箇所（「アドレス」と称される場合がある）の数および「アドレス」当たりのＤＮＡスポットの幅は、堆積に用いられる方法によって決まる。現在最も一般的に用いられる方法は、直径５０〜３００μｍのスポットを形成する。フォトリソグラフィーは、１μｍという小さい直径を有し得るスポットを形成する。そのようなチップの作製方法は、例えばフォドー（Ｆｏｄｏｒ）らに対する米国特許第５９２５５２５号、サンドバーグ（Ｓｕｎｄｂｅｒｇ）らに対する同５９１９５２３号、チー（Ｃｈｅｅ）らに対する同５８３７８３２号およびフォドー（Ｆｏｄｏｒ）らに対する同５７４４３０５号に記載されている。
【０００６】
ＤＮＡチップ上の核酸へのハイブリダイゼーションは、例えば蛍光光学系、放射性同位元素検出および質量分析によってモニタリングすることができる。ハイブリダイゼーションの検出に最も広く使用されている方法は、蛍光標識ＤＮＡ、ならびに共焦点蛍光顕微鏡（または落射蛍光顕微鏡）、可動式顕微鏡ステージおよびＤＮＡ検出ソフトウェアを特徴とするコンピュータ化システムを用いている。これらの顕微鏡システムの技術的特徴については、オータ（Ｏｈｔａ）への米国特許第５２９３５６３号、ヒュートン（Ｈｕｅｔｏｎ）らへの同５４５９３２５号およびフルハシ（Ｆｕｒｕｈａｓｈｉ）らへの同５５５２９２８号に記載されている。蛍光標識固定化生体分子の画像作製およびその画像の解析についての詳細な説明については、ラバ（Ｒａｖａ）らへの米国特許第５８７４２１９号、ダビリ（Ｄａｂｉｒｉ）らへの同５８７１６２８号、トルルソン（Ｔｒｕｌｓｏｎ）らへの同５８３４７５８号、スターン（Ｓｔｅｒｎ）らへの同５，６３１７３４号、トルルソン（Ｔｒｕｌｓｏｎ）らへの同５５７８８３２号、ネモト（Ｎｅｍｏｔｏ）らへの同５５５２３２２号およびミタ（Ｍｉｔａ）らへの同５５５６５３９号に記載されている。
【０００７】
現在、ＤＮＡチップを用いて行われる操作は、チップ上の全てのサンプルがほぼ同じ温度であるプロトコールに限られている。ＤＮＡチップ上に温度差を形成する簡単かつ安価な方法があれば、ＤＮＡチップで行うことができる手順の範囲が大いに広がるものと考えられる。
【０００８】
発明の概要
第１の態様において本発明は、装置に関するものである。その装置には、半導体ウェハおよびそのウェハ上で互いに隣接する２個の電気コネクタがある。各コネクタは、ウェハ上の取付箇所でウェハに取り付けられており、その２つの取付箇所間には間隙が設けられている。その２個の電気コネクタを介して電源がウェハに接続されている。
【０００９】
別の態様において本発明は、温度勾配を形成させる方法に関する。その方法は、半導体ウェハに２個の電気コネクタを取り付ける段階を有しており、その各コネクタは互いに隣接して取付箇所でウェハに取り付けられ、その取付箇所間には間隙が設けられている。この方法はさらに、前記２個の電気コネクタを介して前記ウェハに電源を接続する段階を有する。
【００１０】
別の態様において本発明は、生体巨大分子の分析方法に関する。その方法には、表面に配置された層を有する半導体ウェハ上に温度勾配を設ける段階がある。その層は、前記温度勾配と熱的に接触する生体巨大分子を含む１以上のサンプルを有する。前記ウェハは、電源の両極に接続された２個の電気コネクタを有する。その方法にはさらに、前記サンプルを評価して、前記サンプル中の生体巨大分子が形成している複合体の熱安定性を確認する段階がある。前記サンプルの評価は、そのサンプルの特性を測定することで行う。
【００１１】
別の態様において本発明は、核酸ハイブリダイゼーションを行う方法に関する。この方法には、半導体ウェハ上に配置された層に温度勾配を設ける段階がある。核酸分子を含む１以上のサンプルを、温度勾配と熱的に接触する前記層上に配置する。２個の電気コネクタは、ウェハおよび電源の両極に接続されている。この方法にはさらに、前記１以上のサンプルに対してハイブリダイゼーションプロトコールを行って、前記勾配に基づく温度効果を確認する段階がある。
【００１２】
さらに別の態様において本発明は、結合複合体相互作用の評価方法に関する。その方法には、表面に配置された層を有する半導体ウェハ上に温度勾配を設ける段階がある。その層は１以上のサンプルを有し、各サンプルには前記温度勾配と熱的に接触する結合複合体の１以上の構成成分が含まれる。このウェハには、電源の両極に接続された２個の電気コネクタがある。この方法はさらに、前記サンプルを評価して前記層上の結合複合体の熱安定性を確認する段階もある。
【００１３】
さらに別の態様において本発明は、層上に温度勾配を形成させる方法に関する。その方法には、前記層を温度勾配を有する表面と熱的に接触するように配置する段階があり、この層は低い熱伝導率を有する。
【００１４】
図面の簡単な説明
図１は、熱勾配装置の模式図である。
【００１５】
図２は、熱勾配装置の平面図である。
【００１６】
図３は、図２の熱勾配装置の側面図である。
【００１７】
図４ａは、温度測定に用いられる３本の平行なトラックを有する図２のウェハの平面図である。
【００１８】
図４ｂは、図４ａのウェハの表面に示した各トラックについてのウェハ上の位置に対する温度のプロットである。
【００１９】
図５ａは、熱伝導のみによって温度勾配が形成される装置の模式図である。
【００２０】
図５ｂは、装置にシリコンウェハを用いた場合の、図５ａに示した３本のトラックについての位置に対する温度のプロットである。
【００２１】
図５ｃは、装置にガラス製の顕微鏡スライドグラスを用いた場合の、図５ａに示した３本のトラックについての位置に対する温度のプロットである。
【００２２】
図６ａは、ウェハ上にスライドグラスを有する熱勾配装置の平面図である。
【００２３】
図６ｂは、図６ａにおけるスライドグラス表面に示した各トラックについての位置に対する温度のプロットである。
【００２４】
図６ｃ〜図６ｋは、装置の温度制御装置をそれぞれ４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃および８０℃に設定した場合の、図６ａのスライドグラス表面上のトラックの一つについての位置と温度のプロットである。
【００２５】
図７ａは、ウェハ上に３個のスライドグラスを有する熱勾配装置の平面図である。各スライドグラスには水が１滴付与されていて、その水はカバーグラスで覆われている。
【００２６】
図７ｂは、図７ａに示した各トラックの位置に対する温度のプロットである。
【００２７】
図８ａは、ウェハ上に流体セルを有する熱勾配装置の平面図である。
【００２８】
図８ｂは、図８ａに示した流体セルの詳細平面図である。
【００２９】
図８ｃは、図８ｂに示した流体セルの側面図である。
【００３０】
図８ｄは、図８ａに示した各トラックの位置に対する温度のプロットである。
【００３１】
図９ａは、２枚のスライドグラスの間に形成され、ウェハ上に置かれたアクリルアミドゲルを有する熱勾配装置の平面図である。
【００３２】
図９ｂは、図９ａに示したゲルアセンブリの側面図である。
【００３３】
図９ｃは、図９ａに示したスライドグラス表面上の各トラックの位置に対する温度のプロットである。
【００３４】
図１０ａは、相補標識核酸プローブでのハイブリダイゼーション時に４０〜７０℃の勾配に曝露された１列の固定化ＤＮＡスポットを有するチップの図である。
【００３５】
図１０ｂは、図１０ａに示した実験の仮定的結果である。
【００３６】
図１１ａは、３種類の異なるＤＮＡ分子を含むチップであって、各ＤＮＡ分子が標識核酸プローブでのハイブリダイゼーション時に温度勾配に曝露される異なる列に固定化されているチップの図である。
【００３７】
図１１ｂは、図１１ａの実験の仮定的結果である。
【００３８】
発明の説明
電流電源に接続された電気半導体ウェハ上に安定な温度勾配を形成させることができることが発見された。ウェハ上の２つの物理的に分離された箇所に電圧を印加することで、勾配装置においてウェハ上に温度勾配が生成する。その勾配は、かなりの距離にわたって安定であり、ほぼ直線的である。
【００３９】
層が低い熱伝導率を有する場合であっても、その層が温度勾配を有する表面と熱的に接触するように配置されている場合には、温度勾配を隣りの層上またはその層内に移すことができることも発見された。これらの温度勾配は、生体巨大分子の特性を評価する上での効果的なアプローチに用いることができる。
【００４０】
前記勾配装置には、電気半導体ウェハならびに隣接する箇所（取付箇所と称する）でウェハに取り付けられた２個の電気コネクタがある。２個の電気コネクタを電源の両極に接続すると、ウェハ上に、取付箇所をつなぐことで得られる取付線に対して実質的に垂直な温度勾配を生じさせることができる。すなわち、ウェハ上の所定の箇所での温度は、取付線からの距離によって決まる。
【００４１】
ウェハには、近位辺および遠位辺があり得る。ウェハの近位辺は、取付箇所を有することができるか、あるいは取付箇所の近くであることができる。近位辺に対向する側は、ウェハの遠位辺と称する。取付線は、ウェハの遠位辺に最も近い２つの取付箇所のそれぞれの辺をつなぐことで得られる。勾配は、取付線に対してほぼ垂直に形成される。コネクタから遠いと、温度は取付線に対して平行な線方向での移動からはほぼ独立である。そこで、ほぼ同じ温度勾配を有する取付線に対して垂直な別個のトラックを画定することができる。
【００４２】
ウェハと電源との間の電流の流れを制御する制御回路機構によって、調節可能であるが安定かつ再現性の高い温度勾配を得ることができる。その制御回路機構は、例えば温度制御装置、温度センサー、リレースイッチ、変圧器などを有することができる。
【００４３】
温度における小さい増分変化（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｃｈａｎｇｅ）を形成させることができ、ウェハ表面で良好に検出することができる。ウェハ上の熱勾配は、ウェハの抵抗加熱およびその熱の伝導によって生成する。好ましい実施形態では、約０．１℃／ｍｍ〜約１．０℃／ｍｍの再現性のある安定な温度勾配増分（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）が、半導体ウェハ上に生成する。安定な温度勾配の応用には、二本鎖核酸分子、ポリペプチド：ポリペプチド複合体、ポリペプチド：リガンド複合体、ポリペプチド：核酸複合体、ポリペプチド：脂質複合体、ポリペプチド：炭水化物複合体などの熱安定性の測定などがあるが、これらに限定されるものではない。核酸に応用すると、熱感受性の差を検出できることで、各種利用分野で使用される診断手段を得ることができる。
【００４４】
驚くべきことに、半導体ウェハなどの表面上に生成した温度勾配は、ウェハ上に設けられた１以上の層に移すことができる。その層には例えばＤＮＡチップ、タンパク質チップ、顕微鏡スライドグラス、流体セル、液体、アクリルアミドゲルなどがあり得る。それらの層を本発明の勾配装置においてウェハ上に設けると、その層上で熱勾配を検出することもできる。
【００４５】
各種生体／化学分子についての分析を、層上に形成させた温度勾配を用いることで行うことができる。特に、層上の温度勾配を用いて熱安定性測定を行うことができる。その分子は、層上または層内に結合することができる。分子は通常、層上に固定化される。「固定化」とは、その後の洗浄その他の実験操作中に、分子が実質的に除去されたり移動したりしないことを意味する。分子の層への固定化は、例えば共有結合、疎水性結合、イオン結合および吸着によって行うことができる。
【００４６】
生体／化学分子には、例えば核酸分子、ポリペプチド、炭水化物のような生体巨大分子などがあり得る。生体／化学分子にはさらに、例えば医薬、脂質、ホルモン、リガンドなども考えられ、それらは巨大分子であってもそうでなくても良い。
【００４７】
例えば、細胞および組織も、スライドグラス上にそれらの細胞を化学的に固定することで、顕微鏡スライドグラス上に固定化することができる。化学固定剤には、例えばホルマリン、エタノール、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、グルタルアルデヒドなどがあり得る。
【００４８】
ＤＮＡチップもしくはタンパク質チップならびに各種の標識プローブと組み合わせた本発明の勾配装置の使用には、多くの診断上の用途がある。１実施形態では、チップ上に固定化された１本鎖核酸分子と標識核酸プローブとの間の温度依存性ハイブリダイゼーションを行って、核酸二本鎖を形成することができる。チップ上の異なる位置にある核酸分子は、温度勾配に関するそれらの位置に基づいて異なる温度に曝露される。ハイブリダイゼーションシグナルと温度とを相関させることができる。これらの研究の結果から、各核酸分子サンプルと標識核酸プローブとの間の塩基不一致の数を推算することで、類似の核酸分子の関連性を確認することができる。この勾配装置を用いると、核酸二本鎖における１塩基不一致であっても良好に確認することができる。
【００４９】
別の実施形態では、結合複合体の温度依存性分析をチップ上で行うことができる。その複合体には例えば、抗原：抗体複合体、酵素：基質複合体、受容体：リガンド複合体、ポリペプチド：ポリペプチド複合体、ポリペプチド：脂質複合体、ポリペプチド：炭水化物複合体、ポリペプチド：核酸複合体などがあり得る。チップ上の異なる位置にある結合複合体を、温度勾配に関するそれらの位置に基づいて異なる温度に曝露することができる。それらの実験の結果から、関係する結合複合体の相対的解離強度を確認することができる。
【００５０】
Ａ．装置
本発明の勾配装置には、電気半導体ウェハ、ウェハに取り付けられた１対の電気コネクタおよび電源がある。電気コネクタはウェハに接続される際には、互いに隣接しているが物理的に分離している。勾配装置にはさらに、所望の温度勾配を得るための制御回路機構があっても良い。
【００５１】
半導体ウェハは、例えばゲルマニウム、シリコン、灰色（結晶性）スズ、セレン、テルルおよびホウ素などの各種材料製であることができる。半導体ウェハは好ましくは、シリコンおよびゲルマニウム製であり、より好ましくはシリコン製である。半導体ウェハは好ましくは、実質的に均一な表面組成を有する。半導体ウェハの導電率は、例えば約１０４〜約１０−３オーム−１ｃｍ−１であることができる。好ましくは半導体ウェハの導電率は、約１０４〜約１０−２オーム−１ｃｍ−１である。
【００５２】
半導体ウェハはドーピングすることができる。ドーピングによって、ウェハの伝導率を増減することができる。ドーピング法については当業界で公知であり、例えばキャンベルの著作（Ｃａｍｐｂｅｌｌ， Ｓ． Ａ． Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ； Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ； １９９６； ｐｐ． ９８−１０２）に記載されている。ドーピング剤には例えば、ホウ素、リン、ヒ素などがあり得る。好ましい半導体ウェハはホウ素ドーピングされたシリコンウェハである。シリコンウェハのドーピングによって、例えばシリコンウェハの導電率を約１０−１オーム−１ｃｍ−１〜約１０３オーム−１ｃｍ−１で変えることができる。
【００５３】
半導体ウェハは好ましくは、平坦かつ水平であって、無限の期間にわたってウェハ上に層を保持するものである。さらにまた、ウェハは好ましくは平滑であって、層への効率的な伝導熱移動を至適化する。
【００５４】
一部の好ましい実施形態ではウェハは、複数の辺、好ましくは４つの辺を有することができる。ウェハは、多角形、例えば５角形、６角形などの形状とすることができる。ウェハはまた、曲線状であることもできる。ウェハは、例えば矩形、正方形その他の平行四辺形として実質的に成形することができる。ウェハの辺は、相当する実質的に矩形の辺、正方形の辺などを有することができる。角は例えば、９０°の角、切り取られた角（ｃｌｉｐｐｅｄ ｃｏｒｎｅｒ）とすることができる。別の形態として、ウェハは丸みを付けた角部を有することができ、従ってそれには例えば卵形ウェハ、角に丸みを付けた矩形様ウェハなどがあり得る。丸みを付けた角を有するウェハは、異なる辺を明瞭に規定する角を持たない場合がある。それらの実施形態では、相当する辺を有する矩形を、ウェハの辺上に描いて、ウェハ形状に近似させることができる。この近似矩形を用いて、ウェハ表面の勾配および相対位置を説明することができる。しかしながらこれらのウェハはいずれも、本明細書に記載の勾配装置で用いることができる。
【００５５】
２個の電気コネクタは通常、互いに隣接するが物理的に分離してウェハに取り付けられている。隣接とは、その２個の電気コネクタが同じ辺上で近くにあるが、互いに物理的に接触していない状態を意味する。好ましくは電気コネクタは、関連がある場合には近似矩形に関して、ウェハの同じ辺に取り付ける。前述のように、各取付箇所の取付箇所辺を結ぶ、ウェハの遠位端に最も近い線が取付線である。
【００５６】
通常、電気コネクタの取付箇所間には間隙が設けられている。電気コネクタの取付箇所間の距離、すなわち間隙は、好ましくは約２ｍｍ〜約１８０ｍｍであり、より好ましくは約５ｍｍ〜約５０ｍｍである。電気コネクタは、エッジコネクタ、例えばカードエッジコネクタであることができる。
【００５７】
電気コネクタは、導電性配線を介して電源の両極に接続することができる。電源は、交流電源または直流電源とすることができる。好ましくは電源は、約２ボルト〜約４０ボルト、より好ましくは約４ボルト〜２４ボルトの電圧を有する。
【００５８】
ウェハ表面上の温度勾配は、ｘ軸として定義される取付線に対して実質的に垂直である。従って温度勾配は、ｙ軸に平行で、ｘ軸（取付線）に垂直に形成される。すなわち、温度は取付線からの距離に従って変化する。温度は、取付線から等距離ではほぼ一定である。
【００５９】
一般に、温度は取付線付近が最も高く、取付線から離れるにつれて徐々に低くなる。好ましくは、ｙ軸方向での温度低下はほぼ直線的である。好ましくは、ｙのいずれかの値についてｘ方向に移動しても、温度変化はほとんどない。
【００６０】
取付線または取付線付近でのｘ方向での温度は、わずかに変動し得る。取付線に平行でその取付線から約２０ｍｍの位置の線に沿った温度は、ほぼ同じである。より好ましくは、取付線に平行でその取付線から約１５ｍｍの位置の線に沿った温度は、ほぼ同じである。さらに好ましくは、取付線に平行でその取付線から約１０ｍｍの位置の線に沿った温度は、ほぼ同じである。
【００６１】
勾配装置には好ましくは、制御回路機構がある。勾配装置の制御回路機構は例えば、温度センサー、温度制御装置、リレースイッチおよび変圧器を有することができる。温度センサーは通常、ウェハに物理的に取り付けられていて、温度制御装置に電気的に接続されている。リレースイッチおよび変圧器は、電源とウェハとの間で動作可能なように接続することができる。温度センサーと温度制御装置との間のフィードバック制御を用いてリレースイッチの開閉を行うことで、ウェハへの電力を調節し、それの温度を制御する。
【００６２】
温度センサーは通常、勾配装置においてウェハ表面に取り付けられている。温度センサーは好ましくは、勾配装置の２個の電気コネクタ間の間隙に配置されている。
【００６３】
温度センサーは、ウェハ温度を検出することができ、ウェハの上表面に関連付けられている。好ましくは温度センサーは、抵抗温度センサー、熱電対、熱ダイオード、熱トランジスタ、熱抵抗器またはサーミスタである。より好ましくは温度センサーは、１００Ω白金抵抗温度検出器（ＲＴＤ）である。温度制御装置は、多くの販売元から購入することができる。好適な温度制御装置には、例えば温度制御装置９８２型（Ｗａｔｌｏｗ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｉｎｏｎａ， ＭＮ）などがある。
【００６４】
温度制御装置および温度センサーは、別個に作製された電気回路の部品であることができる。別の形態として、それらは単一の集積回路としてもよい。
【００６５】
一部の実施形態において勾配装置は、温度制御装置およびセンサーが提供するフィードバック制御なしに動作することができる。その場合勾配は、電源、周囲温度など依存し得る。
【００６６】
勾配装置では、各種の好適なリレースイッチを用いることができる。好適なリレースイッチには、例えば半導体リレースイッチ、リードリレースイッチなどがある。好ましくは、リレースイッチは半導体リレースイッチである。
【００６７】
変圧器を用いて、電源、例えば交流電源からウェハへの電圧を変えることができる。変圧器は通常、例えば図１に示したように、電源およびリレースイッチと電気的に直列に配置される。
【００６８】
この装置は、実質的に平坦にウェハを支持し、かつ制御装置を収納する壁構造物内に設置しても良い。そのハウジングは、プラスチックおよび／または金属などの各種の好適な材料で作製することができる。好ましくはハウジングは、ポリプロピレンまたはポリカーボネートなどのプラスチック製とすることで、そのハウジングを安価に鋳造できるようにする。
【００６９】
その装置にはまた、ウェハの遠位辺の下に、好ましくはシリコーンゴムなどの電気絶縁材料から鋳造された支持体を有することもできる。
【００７０】
本発明の装置は、市販のパーソナルコンピュータ、ワークステーションまたは内臓型マイクロプロセッサを有することもできる。１実施形態では、コンピュータが温度センサーから温度情報を受け取り、制御装置にリレーの開閉を行わせて、ウェハ加熱に利用される電力を調節するソフトウェアコマンドを実行する。
【００７１】
別の実施形態においてコンピュータは、伝送ケーブルによって、リレー制御装置ならびに温度センサーに電気的に接続された電子検知装置（アナログ−デジタル変換器）に電気的につなぐことができる。この実施形態ではコンピュータは、アナログ−デジタル変換器から温度情報を受け取り、リレー制御装置に対するソフトウェアコマンドを実行する。
【００７２】
図１〜３には、勾配装置の１実施形態を図示してある。勾配装置１００の模式図を図１に示してある。勾配装置１００には、シリコンウェハ１１０、電気コネクタ１１４ａおよび１１４ｂならびに導電性配線１１６ａおよび１１６ｂがある。導電性配線１１６ａおよび１１６ｂは、制御回路機構を介して電源１２６に接続することができる。
【００７３】
制御回路機構は、多くの構成要素を有することができる。図示の実施形態では、制御回路機構には変圧器１２０、温度センサー１３０、温度制御装置１３６およびリレースイッチ１４０がある。温度センサー１３０は、コネクタ１１４ａおよび１１４ｂの間の間隙１３４に配置されている。温度センサー１３０および変圧器１２０は、ワットロー・エンジニアリング（Ｗａｔｌｏｗ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｉｎｏｎａ， ＭＮ）から販売されている９８２型などの温度制御装置１３６に接続されている。半導体リレースイッチ１４０は、電気配線１１６ｂによって、制御装置１３６に対して電気的に直列に接続されている。
【００７４】
図２には、勾配装置１００の平面図を示してある。勾配装置１００には、シリコンウェハ１１０および近位辺でウェハ１１０に取り付けられた２個の電気コネクタ１１４ａおよび１１４ｂがある。ウェハ１１０の遠位辺は、ウェハガスケット１６６によって支持されている。支柱１６８がウェハガスケット１６６ならびに電気コネクタ１１４ａおよび１１４ｂを支持している。
【００７５】
図３は、図２に示した装置１００の側面図である。ウェハガスケット１６６およびハウジング１６０が、ウェハ１１０の遠位辺（電気コネクタ１１４ａおよび１１４ｂに対向する端部）を支持している。
【００７６】
Ｂ．温度勾配の生成
本発明の勾配装置は、装置の電気コネクタを電源に接続した場合に、ウェハ上に安定な温度勾配を生成することができる。ウェハ上で生じる温度勾配増分（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）は、小さくしかも再現性のあるものとすることができる。
【００７７】
勾配装置を用いて、多くの異なる勾配を形成することができる。所望の温度勾配を形成させるために、装置の温度制御装置を所望の設定温度に設定することができる。ウェハ上の温度は通常、取付線付近で最も高く、取付線から離れるにつれて低くなる。ウェハ上に生成する実際の勾配は、例えば選択される設定温度、ウェハ上での温度センサーの配置、カードコネクタの電気抵抗、周囲温度によって決まり得るものであり、ウェハの組成によっても決まり得る。
【００７８】
取付線で検出される温度は、ウェハ上の温度勾配の上限であり、好ましくは設定温度から約２０℃の範囲、より好ましくは約１０℃の範囲である。
【００７９】
ウェハ上に生成する勾配の温度範囲は、本発明の装置における温度制御装置の設定温度を調節することで操作することができる。温度制御装置を例えば約７５℃に設定して、約７５℃〜約５０℃の温度勾配を得ることができる。同様に、温度制御装置を例えば約４５℃に設定して、約４５℃〜２０℃の温度勾配を得ることができる。
【００８０】
好ましくは前記装置は、約１℃／ｍｍ未満の安定な温度勾配増分（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）を発生させる。より好ましくは前記装置は、約０．１℃／ｍｍ〜０．５℃／ｍｍの安定な温度勾配増分を発生させる。そのような小さい温度勾配増分を発生させる能力は、生体／化学分子の多くの各種分析に応用することができる。
【００８１】
ウェハ上での温度勾配は、ｙ軸方向の各位置での温度を測定することで求めることができる。位置、すなわちｘ軸または取付線からの距離に対する温度のプロットによって、温度勾配プロファイルを得ることができる。さらに、温度勾配プロファイルの傾きがウェハ上に発生する温度勾配増分を与えることができる。
【００８２】
所定のウェハおよび所定の条件における温度勾配プロファイルの傾きは、通常再現性が良い。勾配装置は、ウェハに関して較正することができ、電流を設定することで固定することができる。較正を行うと、制御装置の設定点を設定することで、再現性の良い温度勾配が生成する。
【００８３】
温度勾配プロファイルの傾き、従って増分は、ウェハの遠位辺でウェハに熱源をさらに取り付けることで小さくすることができる。上記のようなコネクタおよび遠位辺での別の熱源の存在によって、傾きの比較的小さい温度勾配プロファイルを得ることができる。
【００８４】
温度勾配プロファイルの傾きは、コネクタの遠位端に冷却源を取り付けることで大きくすることができる。冷却は、例えばファンを用いて電気コネクタに対向する端部を周囲温度にすることで行うことができる。好ましくは冷却は、ウェハに取り付けられたペルチエ装置、ウェハ遠位でウェハに取り付けられた陽極処理アルミニウムヒートシンクなどによって提供される熱電気的冷却によって行うことができる。
【００８５】
ウェハ表面に生成する温度勾配は、赤外線感知カメラシステム、画像獲得ソフトウェア、データロギングソフトウェア、獲得データ保存用のメモリーカードおよびデータプロットソフトウェアを用いて、妨害されずにモニタリングすることができる。他のモニタリング方法には、ウェハと直接接触する抵抗温度装置などの温度感受性電子回路の設置を含む勾配分析方法などがあり得る。しなしながら、検出器がヒートシンクとして作用して、勾配プロファイルが歪む場合がある。
【００８６】
本発明の勾配装置は、抵抗加熱および熱伝導を用いて所望の温度勾配を形成させることができる。図４ａおよび図４ｂに示した１実施形態において、約２０℃の室温では、ホウ素ドーピングしたシリコンウェハの表面上に約０．３０℃／ｍｍの温度勾配が生成した。さらに、図４ｂのプロットは、生成した勾配が単調で、実質的に直線的であり得ることを示している。本明細書に記載の温度勾配プロファイルでは、距離は取付線から測定する。すなわち０ｍｍが取付線である。
【００８７】
比較のため、熱伝導のみ（抵抗加熱なし）によって温度勾配を形成させる装置を図５ａに示してある。図５ａの熱伝導装置には、２０Ωの抵抗によって一端が加熱されるシリコンウェハまたは顕微鏡スライドグラスであることができる表面１８２がある。図５ｂに示したように、表面がシリコンウェハである場合の温度勾配は、約１０℃／ｍｍである。従って、本明細書に記載の本発明の方法は、ウェハ上での熱伝導のみによって生じる勾配より約３０倍浅い温度勾配を形成させることができる。
【００８８】
図５ｃに示したように、表面が顕微鏡スライドグラスである場合に生じる勾配は、熱伝導のみを用いると約３．７℃／ｍｍとなり得る。そこで本明細書に記載の方法は、顕微鏡スライドグラス上での伝導のみによって生じる勾配より約１０倍浅い温度勾配を形成させることができる。
【００８９】
Ｃ．温度勾配の応用
本明細書に記載の勾配装置を用いて半導体ウェハ上に生成した温度勾配は、ウェハ上に配置された１以上の層に移すことができる。次に、その層上の熱勾配を用いて、例えば、核酸、ポリペプチド、炭水化物、脂質、医薬、リガンド、それらの組み合わせなどの分子の熱安定性を評価することができる。化学／生体分子の複合体ならびにそれらの個々の相手の熱安定性を、本明細書に記載の方法を用いて確認することができる。
【００９０】
分析対象の分子は通常、顕微鏡スライドグラス、シリコンチップ、アクリルアミドゲル、ニトロセルロース、帯電ナイロン膜などの層上に配置する。本発明のウェハ上に前記分子を含む層を配置し、生物学的操作を行い、次にその層をウェハから外すことで、ウェハを何度も再使用することができる。生物学的操作を行う場合、後述の実施例で示すように、ウェハ上の温度勾配は層に移る。
【００９１】
この勾配装置で分析可能なサンプルには、多くの化学／生体分子があり得る。サンプルには、単離核酸およびポリペプチドなどの単離または精製巨大分子調製物などがあり得る。サンプルにはまた、医薬、ホルモンなどもあり得る。さらにサンプルには、組織、組織の一部、部分精製組織抽出物、細胞標品、生存細胞および他の生体材料などがあり得る。
【００９２】
好適な層には、例えばガラスチップ、顕微鏡スライドグラス、アクリルアミドゲル、流体セル、液体、スライドグラス用カバーグラスなどがあり得る。層は、好ましくは室温〜約１００℃の範囲の温度で医学的診断、分子生物学および細胞生物学に用いられる他の層であっても良い。層の熱伝導率は変動し得る。驚くべきことに、低い熱伝導率を有する層に温度勾配を移すことができる。温度勾配は、例えば約０．１〜１．０ワット／ｍ／°Ｋの熱伝導率を有するガラスに移すことができる。
【００９３】
層は、ＤＮＡチップまたはタンパク質チップなどの一つの構成要素を有することができる。層はさらに、複数の構成要素を有することもでき、例えばベース、スライドグラス、液体およびカバーを有する流体セル、スライドグラス間にアクリルアミドゲルが配置された２枚のスライドグラスを有するスライドグラスアセンブリなどがある。
【００９４】
詳細には、本発明のウェハ上の温度勾配は、勾配装置におけるガラスまたはシリコンＤＮＡチップの表面に移すことができる。そうして、ＤＮＡチップ上に存在し得るサンプルを、特定の位置でのＤＮＡチップの相当する温度とすることができると考えられる。
【００９５】
ある実施形態の例では、顕微鏡スライドグラス層１９０が図６ａに示したように、本発明のウェハ１１０上に設けられている。スライドグラスのｙ軸方向の温度勾配を、赤外線撮像システムによって収集および解析し、図６ｂでプロットした。この結果は、顕微鏡スライドグラス１９０上のｙ軸が約０．３℃／ｍｍの温度勾配を有することを示している。
【００９６】
制御装置をそれぞれ４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃および８０℃に調節した場合のスライドグラスのｙ軸方向での温度勾配を図６ｃ〜図６ｋにプロットしてある。この結果は、本発明が０．１℃／ｍｍ〜約０．５℃／ｍｍの傾きを有する勾配を形成させることができることを示している。この勾配の傾きは、設定点によって決まる。そうして、４０℃、７０℃および８０℃の設定点はそれぞれ、０．１℃／ｍｍ、０．３℃／ｍｍおよび０．５℃／ｍｍの傾きを有する勾配を形成させる。
【００９７】
図７ａに示した別の実施形態の例では、装置１００にはシリコンウェハ１１０上に配置された３枚の顕微鏡スライドグラス１９０がある。その３枚の顕微鏡スライドグラスそれぞれの中央には、容量約５０μＬの小さい水滴を置くことができる。次に、各水滴を顕微鏡スライドグラス用カバーグラス１９６で覆うことができる。次に、３枚のスライドグラスのアセンブリを、予め形成された温度勾配を有するウェハ１１０上に乗せ、１分後の熱画像撮影によって解析することができる。図７ａにおける装置のプロットした結果を、図７ｂに示してある。図７ｂに示した結果は、各スライドグラス１９０の上に重ねたカバーグラス１９６上のｙ軸が、約０．３０℃／ｍｍの温度勾配を有することができることを示している。
【００９８】
図８ａに示した別の実施形態の例では、顕微鏡スライドグラス１９０および容量約１２０μＬの液体薄膜を有するＤＮＡチップ流体セル２１０を有し得る装置１００をウェハ１１０上に配置して示してある。図８ｂには、図８ａで示した流体セル２１０のより詳細な平面図を示してある。組み立てられた流体セル２１０は、顕微鏡スライドグラス１９０を収納することができる加工凹部２１８を有する好ましくはルーサイト製のベース２１４、Ｏ−リング２２０が嵌合している機械加工溝、２つの充填穴２２４を有するルーサイト蓋２４０および蓋をＯ−リング２２０に対して締めつける小ネジ２３０を有することができる。使用に際しては、ＤＮＡを乗せた顕微鏡スライドグラスをセルに入れ、ガスケット上に蓋を乗せ、小ネジを用いて、蓋をガスケットに対して締める。締めたセルは水密であることができ、スライドグラス表面と蓋の間の高さ約０．１ｍｍ、容量約１２０μＬの空間を有する。充填穴の一つから流体を導入することができ、両方の充填口を密閉することができる。スライドグラスの上に流体薄膜を有する組み立てたセルを、予め温度勾配を形成しておいた本発明のウェハに乗せ、セルのルーサイト蓋に沿った温度を、赤外線画像システムによって収集および解析し、それをプロットする。セルの蓋上の温度勾配のプロットを図８ｄに示したが、このプロットはセルの蓋のｙ軸が約０．３℃／ｍｍの温度勾配を有し得ることを示している。
【００９９】
温度勾配はまた、２枚のスライドグラス間に配置されたアクリルアミドゲルに、そしてそれを介して伝達することもできる。間にアクリルアミドゲルを有する２枚のスライドグラスを、ウェハ上に置くことができる。図９ａおよび図９ｂでは、２枚のスライドグラス１９０ａおよび１９０ｂがウェハ上に配置され、スライドグラス１９０ａおよび１９０ｂの間にアクリルアミドゲルがある。図９ａに示した直線トラックは、上側スライドグラス１９０ｂの上表面のトラックである。上側スライドグラス１９０ｂの上表面の温度を、前述の赤外線カメラを用いて測定することができる。上側スライドグラス１９０ｂの上表面は、図９ｃに示した温度勾配を有し得る。上側スライドグラス１９０ｂ上に温度勾配が存在するということは、スライドグラス１９０ｂの下の層がほぼ同様の温度勾配を有することを示し得る。すなわち、下側スライドグラス１９０ａならびにスライドグラス１９０ａと１９０ｂの間のアクリルアミドゲルは、上側スライドグラス１９０ｂのものとほぼ同様の温度勾配を有することができる。そうして、アクリルアミドゲル中のサンプルを温度勾配に曝露することができる。
【０１００】
サンプルを層上に置いて、各種温度での熱安定性を評価することができる。複数のサンプルを層上の異なる位置に置く。前述のように、取付線に対して垂直なｙ軸方向の異なる位置に置かれたサンプル、すなわち異なるｙ座標を有するサンプルが、異なる温度に曝露される。ｙ座標は同じであるがｘ軸方向の異なる点にあるサンプル、すなわちｘ座標は異なるがｙ座標が同じサンプルはほぼ同温度に曝露される。
【０１０１】
サンプルは、当業界で公知の各種技術を用いて層上に置くことができる。例えば、多くの核酸サンプルを、フォドー（Ｆｏｄｏｒ）らに対する米国特許第５９２５５２５号、サンドバーグ（Ｓｕｎｄｂｅｒｇ）らに対する同５９１９５２３号、チー（Ｃｈｅｅ）らに対する同５８３７８３２号およびフォドー（Ｆｏｄｏｒ）らに対する同５７４４３０５号に記載の方法に従って、ＤＮＡチップ上に固定化することができる。例えば核酸分子を、誘導体化チップ上の固相合成によってＤＮＡチップ上で直接合成することもできる。サンプルはまた、架橋剤を用いる化学的架橋、紫外線架橋などによって層上に固定化することもできる。架橋剤および架橋方法については当業界で公知である。
【０１０２】
層上に配置されたサンプルは、１本鎖核酸分子の調製物、抗原の調製物などの１種類の分子を含むことができる。次に、これら分子の可能な結合相手、例えば１本鎖核酸の相補鎖、抗原：抗体複合体の抗体を層に加えて、層上の固定化サンプルに結合させることができる。層上に固定化された分子に直接または間接的に結合する標識プローブを、層に加えることができる。一部の実施形態においてその標識プローブは、固定化分子の結合相手である。
【０１０３】
標識プローブは、層上の特定の位置における分子の熱安定性を検出する手段を提供することができる。熱安定性の検出は、層上のサンプルに特異的に関連する標識の観察、位置決定および／または定量を行うことで実施することができる。熱安定性検出用に発生させるシグナルは、サンプルと標識プローブとの間の相互作用から直接または間接的に誘導することができる。標識プローブのシグナルの検出および／または測定は、層上の分子の熱安定性を示すものであるか、ないしはそれに相関するものであることができる。
【０１０４】
標識プローブの標識は、例えば放射性原子、蛍光団、発色団、化学発光試薬、着色、蛍光もしくは化学発光生成物を発生させることができる酵素、あるいはシグナルを直接担持しているか触媒的に発生させる別の分子もしくは粒子と反応することができる結合部分であることができる。結合部分をプローブに結合させることができ、それには例えばストレプトアビジンもしくはアビジンと強力に結合するビオチンならびに抗ジゴキシゲニン抗体によって強力に結合するジゴキシゲニンなどがある。そして、そのアビジン、ストレプトアビジンおよび抗体は、発色団、蛍光団、放射性原子および着色、蛍光もしくは化学発光シグナルを発生させることができる酵素に容易に結合する。
【０１０５】
サンプルの分子に直接または間接的に結合した標識プローブの検出には、顕微鏡観察、写真撮影、オートラジオグラフィーおよび螢光測定のうちの１以上による蛍光、化学発光、放射性同位元素の検出などがあり得る。検出は、例えば可視光もしくは紫外線の吸光度を測定することによって行うこともできる。
【０１０６】
一部の実施形態においてサンプルは、結合複合体、すなわち２本鎖核酸分子、受容体：リガンド複合体などの結合複合体の２つの構成要素を含むことができる。結合複合体は、層上に固定化することができる。温度勾配に曝露されると、解離する場合に結合複合体は、測定可能な特性を示し得る。例えば結合複合体は、解離時に変化する測定可能な蛍光を有する場合がある。
【０１０７】
チップは通常、複数のサンプルを含む。チップ上の全てのサンプルが同じであることができる。別の形態として、チップの各トラックが異なるサンプルを含むことができる。各トラック内では、サンプルは好ましくは等価であって、そのため等価なサンプルを異なる温度に曝露することができる。本明細書で言及される場合のトラックとは、ｙ軸の１つに沿うサンプル列である。すなわち、あるトラックにおけるサンプルは、同じｘ座標と異なるおよび座標を有する。
【０１０８】
本発明の装置では、１対の電気コネクタを前述のウェハに取り付け、電源に接続する。好ましい実施形態では、勾配装置の温度制御装置を、分析対象のサンプルの性質によって決まる所望の温度に設定する。
【０１０９】
チップ上のサンプルは異なる温度に曝露され、その温度は効率良く層に移されるウェハの勾配プロファイルにより、層上の位置に比例したものであることができる。通常、層上の温度勾配の傾きは、ウェハ上の温度勾配の傾きとほぼ同様である。
【０１１０】
層上の異なる位置でのサンプルは異なる温度に曝露されることから、標識プローブと各種温度のサンプルまたは複数サンプルとの間の相互作用を求めることができる。このような種類の試験によって得られる情報の解析によって、形成される具体的な複合体の熱解離温度、すなわち例えば分子形状の温度依存的変化または水素結合の温度依存的切断などに関連する熱不安定性のために、結合複合体の構成員が互いに安定に会合しなくなる温度を確認することができる。
【０１１１】
一部の実施形態では、例えば、標識プローブが発生する、核酸ハイブリダイゼーション事象を示す検出可能なシグナルが、６０℃および６０．３℃の温度に相当する位置ではサンプルについて存在するが、６０．６℃では存在しないようにすることができる。従ってサンプルと標識プローブとの間のハイブリダイゼーションは、約６０．３℃以下の温度では安定であるが、約６０．６℃を超える温度では不安定である。
【０１１２】
本発明の装置を用いて、ウェハ上の層で核酸ハイブリダイゼーションを行うことにより、核酸二本鎖の熱安定性を確認することができる。核酸ハイブリダイゼーションおよび熱解離の方法は当業界では公知である。本発明をＤＮＡチップに適用する場合、それには順次に、表面に固定化された１本鎖核酸分子の所望の列を有するＤＮＡチップを取得もしくは作製する段階；好適な標識核酸プローブを取得もしくは作製する段階；温度勾配を有するウェハ上に配置されたＤＮＡチップの固定化核酸に標識プローブをアニールする段階；繰り返し洗浄することでハイブリダイズされていないプローブを除去する段階；および残っているハイブリダイズしたプローブを検出する段階がある。標識プローブは例えば、蛍光標識、長さ約１２ヌクレオチド〜約２０ヌクレオチドの短い１本鎖ＤＮＡ分子などがあり得る。そのような分析の結果、核酸ハイブリダイゼーションの温度依存性がグラフに表示されるものと考えられる。
【０１１３】
本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）で使用される核酸プライマーの安定性を確認する方法を包含することができる。ＰＣＲは、核酸標的配列を増幅する方法である。ＰＣＲは一般的に使用され、例えばマクファーソンらの著作（ＰＣＲ， Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ； Ｍ． Ｊ． ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ， Ｐ． Ｑｕｉｒｋｅ， ａｎｄ Ｇ． Ｒ． Ｔａｙｌｏｒ， ｅｄｓ． ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ， Ｏｘｆｏｒｄ， ＵＫ， １９９１）に記載されている。
【０１１４】
ＰＣＲは、被験サンプルに存在する特定のポリヌクレオチド、すなわち標的配列の幾何的増幅であって、各回で一つのサイクルが完了する増幅を生じる複数の温度サイクルが関与する方法である。標的配列のこの増幅における段階の一つが、標的配列に近いまたは標的配列内の領域への、プライマーと称される１本鎖オリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションである。プライマーは好ましくは、デオキシリボヌクレオチドである。プライマーは、長さ約１２〜約５０ヌクレオチドであることができ、標的配列の１本鎖上の配列に対してワトソン・クリック相補性を有する塩基配列を有することができる。
【０１１５】
プライマーは標的配列にアニールして、増幅を起こす。プライマーが標的配列とアニールできるようになる温度を、アニーリング温度と称する。望ましいアニーリング温度は、非特異的部位でのアニーリングを抑制するだけ高いが、相補プライマー：標的配列間の二本鎖形成ができるだけ低いものである。アニーリング温度が低すぎると、プライマーは非特異的部位でアニールする場合がある。従って、プライマー：標的配列二本鎖を溶解状態で維持することができる最も高い温度を確認することが望ましい。
【０１１６】
本発明の１実施形態では、特異的ＰＣＲ標的：プライマー二本鎖の解離温度を測定することができる。標的ＤＮＡは、例えば層のｙ軸方向に並べて配置することができる。次に、層を流体セルに入れ、温度勾配に曝露し、標識プライマーとともにインキュベートし、洗浄することができる。得られる標識パターンによって、プライマー：標的二本鎖の熱安定性を確認することができる。図１０ａおよび図１０ｂには、この実施形態の１例および仮定的結果を示している。ｙ軸方向に一列に配列された標的ＤＮＡを有するＤＮＡチップ２７０を図１０ａに示している。チップ上の標的ＤＮＡを約４０℃〜約７０℃の勾配に曝露し、蛍光プライマーでハイブリダイズする。洗浄して未結合プライマーを除去した後、ｙ軸方向の標識の分布を測定する。一つの仮定的結果を図１０ｂに示している。図１０ｂの結果は、約５５℃に相当する層の位置に標識プローブが存在するが、約５５．６℃に相当する位置には存在しないことを示している。従って、このプライマー：標的の組み合わせに至適な温度は約５５．０℃である。
【０１１７】
別の実施形態では、ウェハ上の温度勾配を用いて、関連する核酸分子間の１以上の不一致を確認することができる。詳細には、勾配装置で核酸ハイブリダイゼーションを行うことで得られた熱安定性情報を用いて、２つの核酸分子間の不一致のパーセントを確認することができる。図１１ａには、かなり関連性の高い核酸分子の熱安定性測定に、勾配装置を用いる一つの方法を示してある。１個の塩基が異なるＤＮＡの３種類のサンプルを、チップ上に固定化し、分析することができる。各サンプルを異なるトラックに配置し、同じサンプルの小分けしたものをそのトラック内の異なる位置に配置することができる。この３種類のＤＮＡサンプルの一つと正確に相補的であって、他の２種類のＤＮＡサンプルにおける塩基不一致の領域を含む標識オリゴヌクレオチドプローブを、チップ上のＤＮＡサンプルに加えることができる。そのような試験から得られるデータによって、例えば図１１ｂに示したようなデータを得ることができる。この方法を用いることで、標識プローブとＤＮＡサンプルの間の単一の不一致を検出することができる。
【０１１８】
図１１ａおよび図１１ｂでは、ＤＮＡチップ２８０は、平行な列に並んだ３種類の異なるＤＮＡ分子１７ａ、１７ｂおよび１７ｃを有する。分子１７ｂは、１個の塩基の変化だけ分子１７ｃと異なっており、分子１７ａは２個の塩基変化だけ分子１７ｃと異なっている。このＤＮＡチップを流体セル内に入れ、分子１７ｃと正確に相補的である標識プローブにハイブリダイズし、洗浄して未結合の標識プローブを除去することができる。ある可能な結果は、図１１ｂに示したような、各サンプルについてのｙ軸方向の標識プローブの分布である。最も高い安定性は、ＤＮＡ分子１７ｃとプローブとの間で認められ、その次はＤＮＡ分子１７ｂである。プローブおよびＤＮＡ分子１７ａが、最も安定性の低い複合体を形成する。この結果は、ＤＮＡ分子１７ｃとプローブとの間に不一致がなく、ＤＮＡ分子１７ｂとプローブとの間に１個の不一致があるという事実と一致している。この結果は、ＤＮＡ分子１７ａとプローブとの間に２個の不一致があるという事実とも一致している。従って本発明を用いて、ＤＮＡ分子間の１塩基の相違を確認することができる。
【０１１９】
各種結合複合体の熱安定性も、本発明の勾配装置を用いて評価することができる。結合複合体には、ポリペプチド：核酸複合体、核酸複合体、抗原：抗体複合体などのポリペプチド：ポリペプチド複合体、ポリペプチド：炭水化物複合体、ポリペプチド：脂質複合体、ポリペプチド：ホルモン複合体、受容体：医薬複合体などがあり得るが、これらに限定されるものではない。特に、抗原：抗体、酵素：基質および受容体：リガンド複合体の熱安定性を確認することができる。
【０１２０】
結合複合体の一方の構成員を層上に固定化することができる。好ましくは結合複合体の第２の構成員を層に加えて、固定化した構成員に結合して結合複合体を形成できるようにする。結合複合体の構成員の一方は標識、好ましくは第２の構成員を含むことができる。別の形態として、結合複合体のみと相互作用して、複合体の存在を示す標識プローブを加えることができる。
【０１２１】
一部の実施形態では、結合複合体を固定化することができる。その検出方法は、結合複合体の存在または結合複合体の解離のいずれかを示すシグナルを含むことができる。
【０１２２】
１実施形態では、単一の抗原の異なるエピトープに対するモノクローナル抗体を、タンパク質チップ上のｙ軸方向に列状に固定化することができる。例えば約２０℃〜約４５℃の温度勾配および標識抗原プローブを用い、上記のＤＮＡチップについて記載の手順と同様の手順を用いて、結合安定性を確認することができる。すなわち、標識抗原プローブを加え、チップ上のモノクローナル抗体に結合するだけの時間放置することができる。未結合の標識抗原を洗い流すことができる。結合標識抗原を有する部位を、上記のいずれかのプロトコールを用いて確認し、その部位の温度と相関させることができる。得られる結果は、チップ上の各種抗原：抗体複合体に関係する熱安定性情報を提供することができる。
【０１２３】
ポリペプチド受容体と特異的ホルモン、医薬および／または他のリガンドとの間の相互作用の強さも分析することができる。例えば天然ホルモンおよびそれの合成類縁物を、層のｙ軸に平行な列で化学的に連結させることができる。例えば約２０℃〜約４５℃という温度勾配、標識受容体プローブおよび上記の手順を用いて、受容体：ホルモン複合体の熱安定性を確認することができる。
【０１２４】
治療用の候補薬剤を、層のｙ軸に平行な列状に化学的に連結することができる。例えば約２０℃〜約４５℃という温度勾配、標識薬剤受容体プローブおよび上記の手順を用いて、個々の受容体：薬剤複合体の熱安定性を評価することができる。
【０１２５】
本明細書に記載の考察は、半導体ウェハ上に形成する温度勾配の一部の応用に関するものである。熱勾配の使用は、上記の利用分野のみに限定されるものではない。前記熱勾配使用の他の利用分野を本発明者らは想到するものであり、それは当業者には明らかであろう。
【０１２６】
実施例
実施例１−ウェハ上の温度勾配の形成
本実施例は、抵抗加熱および熱伝導率によるシリコンウェハ上での温度勾配形成について説明する。本実施例はまた、熱伝導率のみによって形成される温度勾配とを比較するものでもある。
【０１２７】
抵抗加熱および熱伝導率勾配によって形成される温度勾配を、図１〜３に示した装置を用いて形成した。１１４ｍｍ×１１４×０．６ｍｍホウ素ドーピングシリコンウェハを、ウェハネット（ＷａｆｅｒＮｅｔ， Ｓａｎ Ｊｏｓｅ， ＣＡ）から購入した円形の１５０ｍｍウェハからサイコロ型に切り取った。カードエッジコネクタを、そのウェハと電源に接続した。温度制御装置（９８２型；Ｗａｔｌｏｗ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗｉｎｏｎａ， ＭＮ）を約７５℃に設定した。温度制御装置によって、１００Ω白金ＲＴＤ（Ｍｉｎｃｏ； Ｆｒｉｄｌｅｙ， ＭＮ）である温度センサーから受け取る電気信号を用いて温度を決定した。温度制御装置／温度センサーによって、当業界で公知の比例積分微分（ＰＩＤ）ルーピングの技術によって、温度を約７５℃に維持した。制御装置によって決定された温度は、５分間の操作時間内で設定点から１．０℃以内であり、無限に７５℃±０．５℃に留まった。設定点が得られた後、ウェハ表面の温度プロファイルを、ＩＲ　ＳＮＡＰＳＨＯＴデジタルカメラ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ：Ｐｌｙｍｏｕｔｈ， ＭＮ）を用いて取った。
【０１２８】
図４ａには、本発明のコネクタ間に引かれた取り付け線に対して垂直なウェハ表面上の、それぞれ約５ｍｍ離れた３本の平行なトラックを示してある。図４ｂに示した、これら３本のトラック方向の温度−位置プロットは、ほぼ直線で、傾きが約０．３℃／ｍｍである３本の線を有する。
【０１２９】
熱伝導率勾配を、図５ａに示した装置と同等の装置を用いて形成した。２０Ω抵抗器を、２５．４ｍｍ×７６．２ｍｍ×０．６ｍｍシリコンウェハの一端に接着した。抵抗器に可変電力変圧器からの交流１０ボルトを印加することで、ウェハの一端を加熱した。抵抗器に電力を供給してから１時間後、ウェハ表面の温度プロファイルを前述の方法に従って確認した。
【０１３０】
図５ａには、抵抗器に対して垂直でそれぞれ約５ｍｍ分離しているウェハ表面上の３本の平行なトラックを示した。図５ｂに示したこれらトラックの長手方向での温度−位置プロットは、それぞれ傾きが約１０℃／ｍｍである３本のほぼ指数関数の曲線を有する。
【０１３１】
図４ｂおよび図５ｂにおけるプロットの比較によって、本発明の勾配装置（抵抗加熱と熱伝導）は電力源から少なくとも１００ｍｍ延びる浅く直線的な勾配を生じたが、熱伝導率のみでは、電力源から１０ｍｍ以内で実質的に終了する急峻な指数関数的勾配を生じたことが示された。
【０１３２】
実施例２−スライドグラス上での勾配の形成
本実施例は、抵抗加熱および熱伝導率によってスライドグラス表面上に形成される勾配と伝導率のみによって形成される勾配とを比較する。
【０１３３】
抵抗加熱および熱伝導率によって形成される温度勾配は、実施例１に記載の方法に従って形成させた。約２５ｍｍ×７５ｍｍ×１ｍｍの寸法を有するスライドグラスを、図６ａに示したようにウェハ上に置いた。温度勾配を、実施例１に記載の方法に従って目に見えるようにした。
【０１３４】
図６ａに、それぞれ約５ｍｍ分離したスライドグラス表面上の３本の平行なトラックを示している。図６ｂに示したこれらトラックの長手方向での温度−位置プロットは、傾きが約０．３℃／ｍｍのほぼ直線の３本の線を有する。
【０１３５】
熱伝導率のみでの勾配は、実施例１に記載し、図５ａに示した装置で形成した。２０Ω抵抗器を、２５．４ｍｍ×７６．２ｍｍ×１．０ｍｍスライドグラスの一端に接着した。抵抗器に可変電力変圧器からの交流１０ボルトを印加することで、ウェハの一端を加熱した。抵抗器に電力印加してから１時間後、ウェハ表面の温度プロファイルを実施例１に記載の方法に従って確認した。
【０１３６】
図５ａには、それぞれ約５ｍｍ分離しているスライドグラス表面上の３本の平行なトラックを示してある。図５ｃに示したこれらトラックの長手方向での温度−位置プロットは、それぞれ傾きが約３．７℃／ｍｍである３本の指数関数曲線を与えた。
【０１３７】
図６ｂおよび図５ｃにおけるプロットの比較によって、図６ａの装置は顕微鏡スライドグラス全体をわたって延びる浅く直線的な勾配を生じたが、熱伝導率のみでは、電力源から２０ｍｍ以内で実質的に終了する急峻な指数関数的勾配を生じたことが示された。
【０１３８】
実施例３：スライドグラス上での異なる勾配の形成
本実施例は、スライドグラス上での異なる勾配範囲の形成を示すものである。
【０１３９】
抵抗加熱および熱伝導率によって生じる温度勾配を、実施例２に記載の方法に従って形成させ、実施例１に記載の方法に従って温度勾配を目で見ることができるようにした。異なる温度勾配を得るため、温度制御装置をそれぞれ４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃または８０℃に設定した。
【０１４０】
図６ａには、それぞれ約５ｍｍ分離しているスライドグラス表面上の３本の平行なトラックを示している。図６ｃ〜図６ｋには、各設定点温度でのトラック１の長手方向での温度−位置プロットを示してある。これらの結果は、本発明によって０．１℃／ｍｍから０．５℃／ｍｍの傾きを有する勾配を形成できることを示している。勾配の傾きは、設定温度によって決まる。そこで、４０℃、７０℃および８０℃の設定温度は、それぞれ傾き０．１℃／ｍｍ、０．３℃／ｍｍおよび０．５℃／ｍｍを有する勾配を形成する。
【０１４１】
実施例４−顕微鏡カバーグラス上での勾配
本実施例は、水１滴を加えた顕微鏡スライドグラス上に乗せたカバーグラスの表面での温度勾配形成を示すものである。スライドグラスおよびカバーグラスを有するアセンブリを、温度勾配を有するウェハ上に乗せた。
【０１４２】
図７ａに示した勾配装置を用い、実施例１に記載の方法に従って温度勾配を目で見ることができるようにした。水１滴を３枚のスライドグラスの上面に加えた。顕微鏡カバーグラスを各水滴上に乗せた。各カバーグラスの寸法は約２２ｍｍ×５０ｍｍ×０．１ｍｍであった。図７ａには、顕微鏡スライドグラスおよびカバーグラスを有する装置を示してある。図７ａにはさらに、実施例１に記載の方法で分析した各カバーグラスの平行なトラックを示してある。図７ｂは、図７ａに示した３本の平行なトラックの温度−位置プロットである。図７ｂに示したように、カバーグラス表面で、温度勾配を形成し、維持することができる。カバーグラス表面上に形成された温度は、約０．３℃／ｍｍであった。
【０１４３】
実施例５−流体セル表面上での勾配の形成
本実施例は、ＤＮＡを有する顕微鏡スライドグラスのある流体セル表面での勾配の形成を示すものである。
【０１４４】
抵抗加熱および熱伝導率勾配を実施例１に記載の方法に従って形成した。図８ｂに示した流体セルを、図８ａに示した本発明のウェハ上に配置した。流体セルの上面のプラスチックカバー表面の温度を、実施例１に記載の方法に従って目で見えるようにした。
【０１４５】
図８ａには、それぞれ５ｍｍ分離している流体セル表面上の３本の平行なトラックを示してある。図８ｃに示したこれらトラックの長手方向での温度−位置プロットは、実質的に直線で、傾きが約０．３℃／ｍｍである３本の線を与えた。従って本発明の温度勾配は、流体セルのルーサイトベース、スライドグラス、スライドグラスを覆う流体薄膜および流体セルのルーサイト蓋によって良好に移すことができる。
【０１４６】
実施例６−アクリルアミドゲルの長手方向での勾配の形成
本実施例は、本発明の勾配装置を用いたアクリルアミドゲルの長手方向での形成を示すものである。
【０１４７】
実施例１に記載の方法に従って、抵抗加熱および熱伝導率勾配を形成した。５％アクリルアミドゲルを、図９ｂに示したように２枚のスライドグラス間に形成し、図９ａに示したように本発明のウェハ上に乗せた。スライドグラスの上側カバーグラス表面上の温度を、実施例１に記載の方法に従って目で見えるようにした。
【０１４８】
図９ａには、それぞれ約５ｍｍ分離しているアクリルアミドゲルの上側スライドグラス表面上の３本の平行なトラックを示してある。図９ｃに示したこれらトラックの温度−位置プロットは、傾き約０．３℃／ｍｍの実質的に直線である３本の線を与えた。従って、本発明の温度勾配は、スライドグラス、アクリルアミドゲルおよび別のスライドグラスによって良好に移動することができる。
【０１４９】
以上、好ましい実施形態を参照しながら本発明について説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱しない限りにおいて、形式および詳細について変更を加えることが可能であることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱勾配装置の模式図である。
【図２】熱勾配装置の平面図である。
【図３】図２の熱勾配装置の側面図である。
【図４】図２のウェハに関する図であって、図４ａは、温度測定に用いられる３本の平行なトラックを有する図２のウェハの平面図であり；図４ｂは、図４ａのウェハの表面に示した各トラックについてのウェハ上の位置に対する温度のプロットである。
【図５】熱伝導のみによって温度勾配が形成される装置に関する図であって、図５ａは、その装置の模式図であり；図５ｂは、装置でシリコンウェハを用いた場合の、図５ａに示した３本のトラックについての位置に対する温度のプロットであり；図５ｃは、装置でガラス製の顕微鏡スライドグラスを用いた場合の、図５ａに示した３本のトラックについての位置に対する温度のプロットである。
【図６】ウェハ上にスライドグラスを有する熱勾配装置に関する図であって、図６ａは、その装置の平面図であり；図６ｂは、図６ａにおけるスライドグラス表面に示した各トラックについての位置に対する温度のプロットであり；図６ｃ〜図６ｋは、装置の温度制御装置をそれぞれ４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃および８０℃に設定した場合の、図６ａのスライドグラス表面上のトラックの一つについての位置と温度のプロットである。
【図７】ウェハ上に３個のスライドグラスを有する熱勾配装置に関する図であって、図７ａは、その装置の平面図であり、各スライドグラスには水が１滴付与されていて、その水はカバーグラスで覆われており；図７ｂは、図７ａに示した各トラックの位置に対する温度のプロットである。
【図８】ウェハ上に流体セルを有する熱勾配装置に関する図であって、図８ａは、ウェハ上に流体セルを有する熱勾配装置の平面図であり；図８ｂは、図８ａに示した流体セルの詳細平面図であり；図８ｃは、図８ｂに示した流体セルの側面図であり；図８ｄは、図８ａに示した各トラックの位置に対する温度のプロットである。
【図９】２枚のスライドグラスの間に形成され、ウェハ上に置かれたアクリルアミドゲルを有する熱勾配装置に関する図であって、図９ａは、その装置の平面図であり；図９ｂは、図９ａに示したゲルアセンブリの側面図であり；図９ｃは、図９ａに示したスライドグラス表面上の各トラックの位置に対する温度のプロットである。
【図１０】固定化ＤＮＡスポットを有するチップに関する図であって、図１０ａは、相補標識核酸プローブでのハイブリダイゼーション時に４０〜７０℃の勾配に曝露された１列の固定化ＤＮＡスポットを有するチップの図であり；図１０ｂは、図１０ａに示した実験の仮定的結果である。
【図１１】３種類の異なるＤＮＡ分子を含むチップに関する図であって、図１１ａは、３種類の異なるＤＮＡ分子を含むチップであって、各ＤＮＡ分子が標識核酸プローブでのハイブリダイゼーション時に温度勾配に曝露される異なる列に固定化されているチップの図であり；図１１ｂは、図１１ａの実験の仮定的結果である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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