(57)【要約】本発明は、固相に結合された化学的又は生物学的ライブラリーの作成、試験及び保存のための配置構成に関する。本発明の課題は、共通のベース支持体上に個々の固相支持体を局所的に定義して一時的に結合することを保証し、同時にプロトコルに従い個々の固相支持体を変換することを可能にし、これによって任意の完全な組み合わされたライブラリー又はその部分量を生成できる配置構成を定義することである。上記の課題を解決するために、当該配置構成が、平坦な、又は湾曲した表面を有する大表面の支持プレートから形成されたベース支持体からなり、当該ベース支持体（２）には磁界強度を高めた多数の互いに分離した領域が設けられており、これらの領域がそれぞれ１つの固相支持体（１）を取り外し可能に把捉し保持することを可能にし、しかも固相支持体（１）も同様にベース支持体（２）の磁石要素（２１）などの磁界強度を高めた領域に向けられた磁石要素又は磁化可能要素（１１）を含んでおり、さらに支持体表面に向けられた固相支持体（１）の表面の湾曲が支持体の表面の湾曲と一致されてぴったり嵌るようにされており、固相支持体（１）にはベース支持体（２）の表面とは反対側に化学的又は生物学的物質を恒久的に蓄積させるための機能層（１２）が設けられているようにする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固相に結合された化学的又は生物学的ライブラリーの作成、試験及び保存のための配置構成であって、平坦な、又は湾曲した表面を有する大表面の支持プレートから形成されたベース支持体（２）からなり、このベース支持体（２）には磁界強度を高めた多数の互いに分離した領域が設けられており、これらの領域がそれぞれ１つの固相支持体（１）を取り外し可能に把捉し保持することを可能にし、しかも固相支持体（１）も同様にベース支持体（２）の磁石要素（２１）などの磁界強度を高めた領域に対向する磁石要素又は磁化可能要素（１１）を含んでおり、さらにベース支持体表面に対向した固相支持体（１）の表面の湾曲がベース支持体の表面の湾曲と一致されてぴったり嵌るようにされており、固相支持体（１）にはベース支持体（２）の表面とは反対側に化学的又は生物学的物質を付加させるための機能層（１２）が設けられているようにした、固相に結合された化学的又は生物学的ライブラリーの作成、試験及び保存のための配置構成。
【請求項２】
強磁性要素（１１）を設けた固相支持体（１）が、強磁性要素（１１）の質量中心がベース支持体（２）の磁界強度を高めた支承面の近傍に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の配置構成。
【請求項３】
ベース支持体（２）の磁界強度を高めた領域に、全面的に防食層又は独立のカバーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の配置構成。
【請求項４】
固相支持体（１）の調整を容易にする目的で、裁頭な円錐形又は裁頭な角錐形の機械的補助要素（２２）を、磁界強度を高めた領域の間でベース支持体（２）に設けたことを特徴とする請求項１記載の配置構成。
【請求項５】
固相支持体（１）が、磁石要素又は磁化可能要素（１１）を収容するための少なくとも１つの半割シェルと、当該半割シェルを完全に覆い、次いで密閉するカバーとから形成されており、このカバーが要素（１１）とは反対側の表面に機能層（１２）を支持していることを特徴とする請求項１又は２記載の配置構成。
【請求項６】
ベース支持体（２）と固相支持体（１）が主としてケイ素、ガラス、セラミック又は化学的に安定なプラスチックから作成されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１項記載の配置構成。
【請求項７】
完全な組み合わせによる物質ライブラリーを形成するために第１のベース支持体（２）についての合成工程が行われた後に、設定可能なプロトコルに従って固相支持体（１）の一部を取り出して、実施すべき次の合成工程に従って、別の先行の合成工程を受けた固相支持体（１）を支持している別のベース支持体に部分的に移し替え、しかもこの作業をそれ自体慣用的な中間洗浄工程と共に、所望の物質ライブラリーが得られるまで頻繁に繰り返すことを特徴とする前記請求項のいずれか１項記載の配置構成の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固相に結合された化学的又は生物学的ライブラリーの作成、試験及び保存のための配置構成であって、固相支持体には少なくとも１つの定義された化合物が設けられているものに関する。
【０００２】
提案された配置構成により、ベース支持体に付属した個々の固相支持体をベース支持体と共に搬送し、保存し、分析し、そして液相及び気相の反応試薬と反応させることが可能となる。
【０００３】
この配置構成は、固相支持体に固定された単独化合物（ライブラリーの単位要素）を、複合的な生物学的系、生化学的系、生理学的系及びその他の系との分子的相互作用に関して特徴づけ、特定の目標性質を有する化合物を選別及び同定することを目的として、固相に結合された物質ライブラリーの作成、管理及び操作に用いると好都合である。さらにこの配置構成は、分子的又は生物学的・生化学的な性質と情報が多数の要素に所定の方式で分布して存在しなければならない、すべてのプロセスに使用でき、しかもこの場合に個々の要素又は要素アレイを操作することが可能である。
【０００４】
【従来の技術】
従来の技術水準による物質ライブラリーには、次のものがある。
１．古典的なスプリット＆ミックス法。この場合、各々の機能支持体が定義されている、単一化合物のベース支持体であって、ライブラリー中に存在しているすべての化合物の数と構造が知られていることが保証されるが、化学的情報をある粒子に割り当てることは不可能である。このような割り当ては、後続の分析によってしか可能ではない。コード化された機能支持体を「サンプル・トラッキング・システム」と組み合わせて使用することにより、合成支持体の同定及びこれらの合成支持体を使って行う作業及び操作のプロトコル作成が可能となり、それによって化学的情報を合成支持体に割り当てることができる。そのような配置構成は合成支持体とコーディング系とを組み合わせるので、一般には直径２０〜２００μｍ、特別の応用例では１０〜２０００μｍを有する個々の合成樹脂粒子を用いるミニチュア化には利用できない。
【０００５】
２．個別に処理され、定義された単独コンパートメントにおけるライブラリーの要素の古典的な合成によると、コンパートメントと化学的構造の一義的な割り当てが可能である。この方法により同時に達成できる割り当て数は比較的小さいので、約１０６ないし１０９の要素の完全かつ典型的な組み合わせによるライブラリーを合成することは従来の技術水準では実現できない。
【０００６】
従来知られている種々の仕様のタイタープレートを用いても、物質及び／又は反応支持体を確実に固定させることはできない。例えば局在化した支持体物質を、局所的に固定させる既知の反応系及び合成系は、物質支持体及び／又は反応支持体の取り扱いに関して幾つかの短所を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、固相に結合された化学的又は生物学的ライブラリーの作成、試験及び保存のための配置構成であって、共通のベース支持体上に個々の固相支持体を局所的に定義して一時的に結合することを保証し、同時にプロトコルに従い個々の固相支持体を変換することを可能にし、これによって任意の完全な組み合わせによるライブラリー又はそのサブユニットを生成できる配置構成を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、ベース支持体としての使用目的に適した表面ジオメトリと構造とを有する基体が用いられ、ベース支持体には当該ベース支持体の少なくとも１つの表面に、定義された構造の磁界を形成する磁石配置構成が設けられている。処理可能な固相支持体として、ジオメトリが使用目的に適合した、誘導磁石性及び永久磁石性を有する要素を用いる。これらの要素の典型的な最大寸法（長さ、幅）が５０μｍ〜５０００μｍ、特に２０μｍ〜１００００μｍであって、同様に誘導磁石性又は永久磁石性を有する材料からなり、さらに固相支持体には化学的化合物を化学的に固定化するための少なくとも１つの材料か、又は物質を物理的に固定化するための適切なコンパートメントが設けられている。本発明でいうマニピュレータとは、ベース支持体に個々の固相支持体を装着し、及び個々の、又は複数の固相支持体を降ろしたり、持ち上げたりするのに適した装置や器具である。これらのマニピュレータの特殊な構成に関しては任意であり、本発明においては限定されない。
【０００９】
固相支持体を収容するベース支持体は、好ましくは永久磁石を含んでおり、これらの永久磁石の配置及び／又は構造化により、すべての部分磁界を重ねると最大磁界強度の点状又は線状の多数の領域を有する磁界を生成し、これらの領域が固定すべき固相支持体のマトリクスの全表面に分布するようになっている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を模式的な実施例に基づいて詳しく説明する。
【００１１】
提案された配置構成に対して２つの機能的な基本要素が必要とされる。これらは第１に、例えば数マイクロメートルないし数ミリメートルの寸法のプレート片によって形成された固相支持体１（物質支持体）であり、それらの表面の少なくとも一部が修飾又は被覆されていて、化学的又は生物学的物質を恒久的又は一時的に付加できるようになっている。第２に、大表面の支持プレートから形成されたベース支持体２であり、図１に概略的に示すように、好ましくは平坦な表面を有していて、その上に固相支持体１を規定のジオメトリで配列し、取り外し可能に固定できるようになっている。
【００１２】
固定は磁力作用で行われる。これは機械的な摩擦係合や形状係合による固定とは異なり、溶液中で化学的処理を行う際に物質を入り込む恐れのある、機能上必要な空洞部やアンダーカットなどが生じないという利点がある。
【００１３】
図２は、図１の面Ｓに沿った断面を示すが、１つの固相支持体１を別に上方に示す。固相支持体１とベース支持体２は磁石要素を含んでおり、それらの相互作用によって固定力を生み出す。この場合、少なくともベース支持体２の磁石要素２１は永久磁化されている。固相支持体１の磁石要素も同様に永久磁化されているか、又は強磁性であり、支持体２の領域で一時的に磁化される。固相支持体１を強磁性要素１１で構成する場合、強磁性要素の質量中心がベース支持体２への支承面の近傍に位置するように形成して、支持プレート上で有利な方位が得られるようにする。ここで利用される効果は、等しい磁化方向を有する物体間の磁気吸引力である。ベース支持体２内の磁石要素は、固定面に対して垂直に単極磁化されている。固相支持体１の磁石要素１１は、支承面に対して垂直に磁化されているか、又は磁化される。ベース支持体の磁石要素２１は、磁界強度と磁界強度勾配の局所的最大値（これら２つの値の積が力の作用の大きさにとって決定的である）が、固相支持体１を固定すべき幾何学的な場所で生じるように配置されている。固相支持体１及びベース支持体２における磁石要素１１の形態と大きさは、隣接する要素間の相互作用にもかかわらず、固相支持体１が確実に固定されるように選択される。磁石要素は、好ましくは支持プレートの凹部に埋設された個々の磁石体によって形成される。磁石要素は、磁石材料が局所的に集積した磁石材料層か、又は局所的に強化された磁化又は交番磁化を有するほぼ均質の磁石材料層によって形成することもできる。ベース支持体内の磁石要素の別の形成も、本発明の範囲内に含まれる。本質的なことは、ベース支持体内に磁界強度を高めた多数の領域が存在して、固相支持体１の固定を可能にすることである。この場合、提案された配置構成の使用目的に応じて、ベース支持体２おいて磁石要素２１の隣接する列も、１列に集約することができる。ベース支持体２の磁石要素２１は腐食防止のために保護層で覆われるか、又はベース支持体２の基材もしくは固相支持体１の、ベース支持体に対向する側が完全に包囲されるか、あるいは覆われる。さらに操作を支援するために、機械的補助要素２２を追加的に設けることができる。これらはベース支持体２上の支承面上の裁頭な円錐形又は裁頭な角錐形の要素であり、固相支持体１の向きを大まかに決める。
【００１４】
ベース支持体２及び固相支持体１の材料として、好ましくはケイ素、ガラス又は化学的に安定なプラスチックが使用される。
【００１５】
図２は、ケイ素からなる好ましい実施形態を示している。固相支持体１もベース支持体２も、例えばそれぞれ２つのケイ素プレート片からなる。各々のプレート片に、湿式化学エッチングによって凹部が設けられている。これらの凹部は、磁石材料又は磁化可能材料で満たされるが、これは好ましくはシルクスクリーン法によって行われる。それぞれ上側のケイ素プレート片は、それぞれ下側のケイ素プレート片を覆う。固相支持体１の上面には、化学物質又は生物学的物質を付加させるための機能層１２が設けられている。例えばベース支持体２自体に、ベース支持体２を覆うケイ素プレート片の上面に同様に湿式エッチングなどによって形成できる、操作補助のための追加的構造２１が設けられている。
【００１６】
上記の要素１及び２は、１つの基体面から構成して、保護層で覆うこともできる。保護層には、好ましくは例えばフッ素プラスチック、ポリイミド及び有機・無機複合材料の群から選択される耐薬品性プラスチックを使用する。
【００１７】
基材としてガラス／セラミックも利用でき、鋳造法や型押し法、又はエッチング、レーザー切断、サンドブラストなどの除去法によって構造が付与される。射出成形法によって磁石要素をベース支持体に埋設する場合は、基材に耐薬品性プラスチックを使用することにより非常に有利な実施形態となる。
【００１８】
以下、組み合わせによるライブラリーを生成するために上記の配置構成を使用する例を詳しく説明する。
【００１９】
例としてアラニン、アスパラギン及びグリシンのモジュールを使用し、Ｆｍｏｃ保護アミノ酸のペンタフルオロフェニルエステルを用いた、完全な組み合わせによるペプチドライブラリーの合成を取り上げる。
【００２０】
このために、最初に図１に示すように、それぞれ９個の固相支持体１が固定されているベース支持体２を３個用意する。さらに合成作業のために、試薬の異なる３種類の浸漬浴を用意する。保護層除去工程及び洗浄工程用の浸漬浴は、すべての支持体２に利用される。各々の合成工程の後、プロトコルに従い固相支持体１を３個のベース支持体上で新たに編成する。第１の反応容器ａでは、第１のベース支持体２に固定されたすべての固相支持体１のＦｍｏｃ−Ａｌａ−ＯＰｆｐによる変換が行われる。第２の反応容器ｂでは、第２のベース支持体２に固定されたすべての固相支持体１のＦｍｏｃ−Ａｓｎ−ＯＰｆｐによる変換が行われ、第３の反応容器ｃでは、第３のベース支持体２に固定されたすべての固相支持体１のＦｍｏｃ−Ｇｌｙ−ＯＰｆｐによる変換が行われる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
次いで、３個のベース支持体２のそれぞれから、それぞれ３個の固相支持体１を取り出して、それらを再び新たに３個のベース支持体に配分して、それぞれのベース支持体２上に別の反応容器から取り出されたそれぞれ３個の固相支持体１が固定されるようにする。それぞれ新しい９個の固相支持体１を装着されたベース支持体２を、それぞれ再び反応容器ａ、ｂ、ｃのいずれかに、次の表に示すように入れる。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
第２の合成工程と同様に、それぞれのベース支持体からそれぞれ個々の固相支持体１を取り出して、それぞれ指定されたベース支持体２に再配分する。次いで以下の表に示すように第３の合成工程が行われる。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
上記表に示すように、提示された単純な例は、すべての可能な合成結果を含んでいる。この配置構成は、多数の固相支持体１が、それに見合う大型ベース支持体２で使用されると格別有利である。
【００２７】
現在までに確立されているアレイに基づく方法で実施されている化学的又は生物学的ライブラリーの合成においては、好ましくはライブラリーの合成にマイクロタイタープレートを利用し、化学的固相支持体（ビーズ）をタイタープレートの空所に入れる。この場合、合成操作の枠内で反応試薬を個々の空所に配量しなければならず、その際に反応試薬に応じた反応時間の違い、種々異なる反応試薬間の非相溶性及び特定の添加方式の実施等の問題が生じる。これに対して本発明は本質的な利点を提供する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明による配置構成は、上記のベース支持体とその上に一時的に載せた固定化可能な固相支持体と共に物質ライブラリーの合成に用いるようにしたものであり、この配置構成を使用することによって、すべての液体処理操作を劇的に減らすとともに、化学合成のプロセス安定度を高めることができる。各々の合成工程で、ベース支持体に固相支持体が最適に編成される。これらのベース支持体は固相支持体と共に、合成を実施するために、それぞれの合成操作に最適に適合された反応容器に入れる。これにより、湿気や空気に鋭敏な反応試薬を用いる場合に非常に厄介なピペット操作を不要にできる。このようにして本発明による解決手段は、時間とコストを大幅に削減する可能性を提供する。さらにこの配置構成は、特別に調整した反応器における合成工程の実施を可能にする。それによって物質の合成に利用できる化学反応の範囲、ひいては合成された物質ライブラリーの多様性と品質が高まる。提案された配置構成の別の本質的な利点は、固相支持体で占められたベース支持体を問題なく搬送、保存及び分析でき、液相及び気相の反応試薬と反応させることが可能となり、しかも反応室内の温度と圧力を任意に調節できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
複数の個々の固相支持体を装着したベース支持体例の斜視図である。
【図２】
ベース支持体とその上にある固相支持体の可能な構成の断面図である。
【符号の説明】
１  固相支持体
１１  磁石要素又は磁化可能要素
１２  機能層
２    ベース支持体
２１  ベース支持体２の磁石要素
２２  機械的補助要素
Ｓ    切断面
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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