(57)【要約】スライド上で、種々の化学反応あるいは処理を行うために、固定化された生体分子または他のサンプルのマイクロアレイを有するスライドに、流体的なインターフェースを提供するための方法およびシステム。スライドの一部に選択的な供給を行うために、インターフェース機器は、チャンバー、またはマイクロアレイの全部または一部を含むチャンバーを形成するために、スライドに対して封止する。インターフェース機器は、液体サンプルや試薬が、スライド表面に接近するチャンバーに導入され、除去されることを許すために、入口部と出口部とを含む。アレイ前−またはアレイ後ミクロ流体回路は、インターフェース機器または、取り付け可能なモジュールに含まれる。システムは、廃棄物流体を収集し、貯蔵するための、１またはそれ以上の区画を含んでいてもよい。【選択図】図２
2004533605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．基板の第１の表面に適合するために変更されたインターフェース表面を有する主インターフェース層と、
ｂ．前記インターフェース表面に位置し、少なくとも１個の開口部が形成されているため、前記開口部がインターフェース流路の境界を定めるガスケットと、
ｃ．前記主インターフェース層に形成され、前記少なくとも１個の開口部に通じている入口流路と、
ｄ．前記主インターフェース層に形成され、前記少なくとも１個の開口部に通じている出口流路と、
ｅ．前記インターフェース表面に近接する前記主インターフェース層に形成された少なくとも一つの浮袋と、前記少なくとも一つの浮袋が、浮袋を膨張させると外側にゆがみ、浮袋を収縮すると内側にゆがむ柔軟性の下側表面を有し、前記浮袋は、前記主インターフェース層を通る少なくとも一つの空気流路に通じており、圧力源に接続されるように適合される
を含む第１の表面に固定化された生物学的サンプルを有する基板の表面にインターフェース接続されるための、インターフェース機器。
【請求項２】
前記ガスケットが、約２０μｍと約３０μｍとの間の高さを有するインターフェース流路の境界を定める、請求項１のインターフェース機器。
【請求項３】
前記ガスケットが、約２３μｍと約２７μｍとの間の高さを有するインターフェース流路の境界を定める、請求項１のインターフェース機器。
【請求項４】
前記少なくとも１個の浮袋の前記柔軟性の下側表面が、前記主インターフェース層の下側表面に付着した柔軟性のダイアフラム層で構成される、請求項１のインターフェース機器。
【請求項５】
前記少なくとも１個の浮袋の前記柔軟性の下側表面が、前記主インターフェース層の大部分を形成する固い材料の薄層で構成される、請求項１のインターフェース機器。
【請求項６】
さらに、廃棄物リザーバが、前記少なくとも一つの出口流路と、流体が伝達している前記主インターフェース層内に構成されている、請求項１のインターフェース機器。
【請求項７】
さらに、少なくとも１の混合回路と、分岐構造と、リザーバと、バルブと、あるいはストップジャンクションとを含むミクロ流体回路が構成されている、請求項１のインターフェース機器。
【請求項８】
前記ミクロ流体回路は、前記入口流路と少なくとも一つのインターフェース流路との間で、流体が伝達している、請求項７のインターフェース機器。
【請求項９】
前記ミクロ流体回路は、前記少なくとも一つのインターフェース流路と出口流路との間で、流体が伝達している、請求項７のインターフェース機器。
【請求項１０】
前記ミクロ流体回路は、少なくとも１つのパッシブバルブで構成されている、請求項７のインターフェース機器。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのインターフェース流路は、前記主インターフェース層の前記インターフェース表面内に形成されたインターフェースウェルまたは溝によって、少なくとも一部の境界が定められる、請求項１のインターフェース機器。
【請求項１２】
前記ガスケットは、弾力性のシート材料から形成されている、請求項１のインターフェース機器。
【請求項１３】
前記ガスケットは、前記弾力性材料を、前記インターフェース表面に直接適用することによって、形成される、請求項１のインターフェース機器。
【請求項１４】
前記ガスケットは、弾性材料で形成されている、請求項１のインターフェース機器。
【請求項１５】
前記ガスケットは、成形的に変形可能な材料で形成されている、請求項１のインターフェース機器。
【請求項１６】
前記ガスケットは、粘着剤の材料で、形成されている、請求項１のインターフェース機器。
【請求項１７】
前記粘着剤は、前記基板の前記第１の表面に可逆的に粘着するように適応される、請求項１６のインターフェース機器。
【請求項１８】
前記インターフェース機器は、多重層で構築され、前記インターフェース機器は、さらに、前記多重層のうち少なくとも２つで形成されるミクロ流体回路を構成する、請求項１のインターフェース機器。
【請求項１９】
前記基板が、マイクロアレイ用スライドである、請求項１のインターフェース機器。
【請求項２０】
ａ．基板の第１の表面に適するために適応されたインターフェース表面を有する主インターフェース層と、
ｂ．前記インターフェース表面に位置し、多数の開口部が形成されているため、前記開口部がインターフェース流路の境界を定めるガスケットと、
ｃ．前記主インターフェース層に形成され、前記各々の開口部に通じている少なくとも１つの入口流路と、
ｄ．前記主インターフェース層に形成され、前記各々の開口部に通じている少なくとも１つの出口流路と、
を含む、第１の表面に固定化された生物学的サンプルを有する基板の表面にインターフェース接続されるための、インターフェース機器。
【請求項２１】
前記インターフェース表面に近接する前記主インターフェース層に形成された少なくとも一つの浮袋と、前記少なくとも一つの浮袋が、浮袋を膨張させると外側にゆがみ、浮袋を収縮すると内側にゆがむ柔軟性の下側表面を有し、前記浮袋は、前記主インターフェース層を通る少なくとも一つの空気流路に通じており、圧力源に接続されるように適応する、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項２２】
さらに、１つの前記入口と多数の前記インターフェース流路との間の、流体伝達のための、ミクロ流体分岐構造を含み、前記分岐構造は、前記多数のインターフェース流路間の前記入口に入る流体を分割するために適応される、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項２３】
さらに、少なくとも２つの前記インターフェース流路と、１つの前記出口との間の、流体伝達のための、ミクロ流体回路を含み、前記ミクロ流体回路は、前記少なくとも２つの前記インターフェース流路を、前記出口に流れる単一の流体の流れに結集するために、適応される、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項２４】
少なくとも１つの前記インターフェース流路は、前記主インターフェース層の前記インターフェース表面内に形成されたインターフェースウェルまたは溝によって、少なくとも一部の境界が定められている、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項２５】
前記ガスケットは、弾力性のシート材料から形成される、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項２６】
前記ガスケットは、前記弾力性材料を、前記インターフェース表面に直接適用することによって、形成されている、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項２７】
前記ガスケットは、弾性材料で形成されている、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項２８】
前記ガスケットは、成形的に変形可能な材料で形成されている、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項２９】
前記ガスケットは、粘着剤の材料で、形成されている、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項３０】
前記粘着剤は、前記基板の前記第１の表面に可逆的に粘着するように適応される、請求項２９のインターフェース機器。
【請求項３１】
前記インターフェース機器は、多重層で構築され、前記インターフェース機器は、さらに、前記多重層のうち少なくとも２つで形成される３Ｄミクロ流体回路を構成する、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項３２】
３Ｄミクロ流体回路は、重複ミクロ流体回路構造を構成する、請求項３１のインターフェース機器。
【請求項３３】
前記基板が、マイクロアレイ用スライドである、請求項２０のインターフェース機器。
【請求項３４】
ａ．加熱ブロックと、
ｂ．上記加熱ブロックと熱伝達のための少なくとも１つの凹部を含み、反応機器を受け取るために適応された基部であって、
１）第１の表面に固定化された生物学的サンプルを有する基板と
２）前記生物学的サンプルを含む少なくとも一つのインターフェース流路またはウェルを形成するために、前記第１の表面を封止するために適応されるインターフェース機器とを
含み、
ｃ．前記加熱ブロックに、温度制御信号を送るために適応される加熱器制御装置と、
ｄ．前記インターフェース流路中の流体を攪拌することができる、前記装置と、前記インターフェース機器の少なくとも一つに位置される混合素子と、
ｅ．前記混合素子に混合制御信号を送るために適応された混合制御装置と、
を含む、第１の表面に固定化された生物学的サンプルを有する基板を処理する装置。
【請求項３５】
前記混合素子は、前記少なくとも１つのインターフェース流路に近接する前記インターフェース機器内に位置する少なくとも１つの浮袋を含み、前記混合制御装置は、前記浮袋の膨張および収縮に用いられる陽陰圧の空気の発生を制御する、請求項３４の装置。
【請求項３６】
前記混合素子は、圧電素子を含み、前記混合制御装置は、前記圧電素子の活性化を引き起こす電圧信号の発生を制御する、請求項３４の装置。
【請求項３７】
前記インターフェース機器は、さらに、電気的接続された少なくとも１つの能動素子を含み、前記装置は、さらに、前記少なくとも１つの能動素子からの電気信号を送信するまたは受信するために適応された少なくとも一つの付加的な構成要素を含む、請求項３４の装置。
【請求項３８】
前記能動素子は、電極を含み、前記少なくとも一つの付加的な構成要素は、電気信号を前記電極に送信する、請求項３４の装置。
【請求項３９】
前記能動素子は、センサーを含み、前記少なくとも一つの付加的な構成要素は、前記センサーからの電気信号を受信する、請求項３４の装置。
【請求項４０】
さらに、前記反応機器と流体の接続をするためのアダプタを含み、流体は、前記装置から前記反応機器の前記インターフェース流路またはウェルに供給される、請求項３４の装置。
【請求項４１】
多数の凹部を含み、各々の凹部は、反応機器の一端を支持するために適応される、請求項３４の装置。
【請求項４２】
さらに、前期多数の凹部によって支えられた反応機器と流体伝達を行うための多数のアダプタを含み、流体は、前記装置から各々の前記反応機器の前記インターフェース流路またはウェルに供給される、請求項３４の装置。
【請求項４３】
ａ．実験室用加熱装置に取り付けるために適応された加熱ブロックと、
ｂ．前記加熱ブロックと熱的に伝達し、反応機器を支持するために適応される少なくとも一つの凹部であって、
１）第１の表面に固定化された生物学的サンプルを有する基板と、
２）前記生物学的サンプルを含む少なくとも一つのインターフェース流路に、前記第１の表面を封止するために適用されるインターフェース機器とを
含み、
を含む第１の表面に固定化された生物学的サンプルを有する基板を処理する装置。
【請求項４４】
さらに、
ａ．前記機器と、前記インターフェース機器の少なくとの１つに、位置する混合素子と、前記混合素子は、前記インターフェース流路内で、流体の攪拌を行うことができる
ｂ．前記混合素子に混合制御信号を送るために適応される混合制御装置とを、
含む、請求項４３の装置。
【請求項４５】
前記混合素子は、前記少なくとも１つのインターフェース流路に近接する前記インターフェース機器内に位置する少なくとも１つの浮袋を含み、前記混合制御装置は、前記浮袋の膨張および収縮に用いられる陽陰圧の空気の発生を制御する、請求項４４の装置。
【請求項４６】
前記混合素子は、前記少なくとも１つのインターフェース流路の反対端に位置する２つの浮袋を含み、前記混合制御装置は、少なくとも１つのインターフェース流路内での流体の攪拌を生ずるために、２つの浮袋を交互に膨張および収縮する、請求項４５の装置。
【請求項４７】
前記混合素子は、圧電素子を含み、前記混合制御装置は、前記圧電素子の活性化を引き起こす電圧信号の発生を制御する、請求項４４の装置。
【請求項４８】
ａ．第１の表面に固定化された生物学的サンプルを有する基板と、
ｂ．生物学的サンプルを含む少なくとも一つのインターフェース流路を形成するために前記基板の前記第１の表面を封止するために適応されるインターフェース機器と、前記インターフェース機器は、
１）堅い材料で形成され、前記基板の第１の表面に一致するよう適応されるインターフェース表面を有する主インターフェース層と、
２）前記インターフェース表面に位置し、少なくとも１つの開口部が形成され、それにより、前記開口部がインターフェース流路またはチャンバーの境界を定めるガスケットと、
３）前記主インターフェース層を通り、少なくとも１つの開口部に通じている入口流路と、
４）前記主インターフェース層を通り、少なくとも１つの開口部に通じている出口流路と、
を含み、
を含む、固定化された生物学的サンプルを有する基板表面への流体の供給を制御されるために提供された反応機器。
【請求項４９】
前記基板は、マイクロアレイ用スライドを含む、請求項４８の反応機器。
【請求項５０】
前記ガスケットが、約２０μｍと約３０μｍとの間の高さを有するインターフェース流路またはチャンバーの境界を定める、請求項４８の反応機器。
【請求項５１】
前記ガスケットが、約２３μｍと約２７μｍとの間の高さを有するインターフェース流路またはチャンバーの境界を定める、請求項４８の反応機器。
【請求項５２】
さらに、前記基板を支持するために適応される凹部を有する基部を含む、請求項４８の反応機器。
【請求項５３】
さらに、上記インターフェース機器を前記基板に封止するために、前記基部と、基板と、インターフェース機器とをお互いに固定するためのクランプ機構を含む、請求項５２の反応機器。
【請求項５４】
前記クランプ機構は、前記基部に枢軸的に搭載された２個のｃ−溝のクランプを含み、前記ｃ−溝のクランプは、前記基部に支持される前期基板の平面の外側側面に沿って、枢軸回転する、請求項５３の反応機器。
【請求項５５】
前記基部は、マイクロアレイ用スライドの処理に適応される装置の一部を含み、前記装置は、さらに、前記基部に対して、前記インターフェース機器と基部とを押圧するために適応されるクランプ機構を含む、請求項４８の反応機器。
【請求項５６】
さらに外部制御モジュールを含む、請求項４８の反応機器。
【請求項５７】
さらに、基部は、加熱素子、および圧電混合素子から選択された能動素子を含む、請求項４８の反応機器。
【請求項５８】
さらに、前記インターフェース機器を前記基板に封止した関係で保持するために適応されるクランプ機構を含む、請求項４８の反応機器。
【請求項５９】
さらに、前記インターフェース表面に近接する前記主インターフェース層中に形成された少なくとも１つの浮袋を含み、前記少なくとも１つの浮袋は、浮袋を膨張させると外側にゆがみ、浮袋を収縮すると内側にゆがむ柔軟性の下側表面を有し、前記浮袋は、前記主インターフェース層を通る少なくとも一つの空気流路に通じており、圧力源に接続されるように適応される、請求項４８の反応機器。
【請求項６０】
前記少なくとも１個の浮袋の前記柔軟性の下側表面が、前記主インターフェース層の下側表面に付着した柔軟性のダイアフラム層で構成される、請求項５９の反応機器。
【請求項６１】
前記少なくとも１個の浮袋の前記柔軟性の下側表面が、前記主インターフェース層の大部分を形成する固い材料の薄層で構成される、請求項５９の反応機器。
【請求項６２】
前記インターフェース機器は、さらに、前記少なくとも一つの出口流路と、流体で伝達している前記主インターフェース層内に廃棄物リザーバを含む、請求項４８の反応機器。
【請求項６３】
少なくとも１つの開口部が、ループ形状を有する環状流路の境界を定め、流体は、前記環状流路を循環し、前記ループに入り、前記ループを回転する流体の循環は、パッシブバルブにより、調整される、請求項４８の反応機器。
【請求項６４】
前記反応機器の第１の部分が、使い捨てであり、前記反応機器の第２の部分が、再利用できる、請求項４８の反応機器。
【請求項６５】
前記基部は、前記基板の周囲に湿潤性のチャンバーを形成するために前記インターフェース機器を封止するために適応され、前記基板と前記インターフェース機器との間の前記封止体は、湿気のある環境にさらされている、請求項５２の反応機器。
【請求項６６】
前記インターフェース流路またはチャンバーの容積は、基板に反対側の、前記インターフェース流路またはチャンバーの容積の部分を満たすために、充填物材料を、前記インターフェース流路またはチャンバーに流すことにより、減少され、前記充填物材料は、前記インターフェース流路又はチャンバーに導入される流体とは、非混和である、請求項４８の反応機器。
【請求項６７】
ａ．固定された分子を有する基板を準備し、
ｂ．入口部分と、出口部分とを含むインターフェース機器を前記基板に対して位置合わせし、
ｃ．前記インターフェース機器を前記基板に固定し、前記インターフェース機器と前期基板との間のインターフェースに第１の端部と第２の端部とを有するインターフェース流路を形成するために、前記インターフェース機器を前記基板に封止し、前記インターフェース流路は、前記第１の端部で前記入口部分と、前記第２の端部で前記出口部分に通じ、前記インターフェース径路は、固定化された分子を有する前記基板の少なくとも１つの部位を含む。
ｄ．反応性物質を有する流体を、前記インターフェース機器の入口部分を介して前記インターフェース流路に導入し、
ｅ．前記インターフェース流路内で、前記流体中の前記反応性物質を、前記固定化された分子と反応する
ステップを含む、基板上に固定された分子と化学反応を行う方法。
【請求項６８】
ａ．固定された第１の化合物を有する基板を準備し、
ｂ．入口と出口とを有するインターフェース流路を形成するために、前記基板に、前記インターフェース機器を封止し、前記固定された第１の化合物を有する前記基板の一部を含み、前記インターフェース機器は、
１）前記インターフェース機器を通過し、前記入口を介して前記インターフェース流路に通ずる少なくとも１つの入口径路を
含み、
ｃ．阻止溶液を含む溶液を、前記入口流路を介して、インターフェース流路に導入し、
ｄ．前記基板の非特異的結合位置を阻止するために、前記基板の前記部位で、前記阻止溶液をインキュベートし、
ｅ．前記入口流路を介して、第１の洗浄溶液を前記インターフェース流路に導入し、前記第１の洗浄溶液が、前記インターフェース流路に入るにつれて、前記阻止溶液が、出口を介して前記インターフェース流路を出て行き、
ｆ．第２の化合物を含む結合溶液を、前記入口流路を介して、前記インターフェース流路に導入し、前記結合溶液が、前記インターフェース流路に入るにつれて、前記洗浄溶液が、出口を介して前記インターフェース流路を出て行き、
ｇ．前記第２の化合物が、前記第１の化合物と結合を生じるために、前記基板の前記部位上で、前記結合溶液をインキュベートし、
ｈ．前記入口流路を介して、第２の洗浄溶液を前記インターフェース流路に導入し、前記第２の洗浄溶液が、前記インターフェース流路に入るにつれて、前記結合溶液が、出口を介して前記インターフェース流路を出て行く、
ステップを含む、２つの化合物間で、結合反応を行う方法。
【請求項６９】
さらに、前記結合溶液を前記入口流路に導入するのに先立って、前記第２の化合物を標識する前処理ステップを有する、請求項６８の方法。
【請求項７０】
さらに、前記結合溶液を前記入口流路に導入するのに先立って、前記結合溶液から、不純物を精製する前処理ステップを有する、請求項６８の方法。
【請求項７１】
前記第１の化合物は、第１のポリヌクレオチドを含み、前記第２の化合物は、第２のヌクレオチドを含み、前記阻止溶液は、前ハイブリダイゼーション緩衝液で、前記第２の化合物の、前記前記第１の化合物への結合は、ハイブリダイゼーション反応を含む、請求項６８の方法。
【請求項７２】
さらに、前記基板上で、前記第１の化合物と前記第２の化合物との結合を検出するステップを含む、請求項６８の方法。
【請求項７３】
前記インターフェース流路内での流体の混合が、前期方法ステップの少なくても１つの間に行われる、請求項６８の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、生体分子を含む検出反応を行うための装置に関する。本発明は、特に、このような検出反応に用いられるマイクロアレイ用スライドを処理するための装置に関する。さらに具体的には、本発明は、本発明によるインターフェース機器とそれぞれを組み合わせて用いられる、多数のマイクロアレイ用スライドを同時に処理する機器だけでなく、スライド表面の選択された領域に、流体を制御して供給するためにマイクロアレイ用スライドとインターフェースで連結するための新しい装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプル中の所定の化合物を検出するために、種々の生物化学分析が、開発されている。生物医学分野においては、例えば、様々な病状を診断し、患者が病気にかかりやすい素因を決定し、ＤＮＡ指紋法を行うために、特異的なヌクレオチド配列、蛋白質、あるいはペプチドの存在を検出する方法が、利用されている。
【０００３】
一般に、生物化学分析は、未知のサンプルを、１またはそれ以上の既知の反応物質にさらし、反応の進行を観察する、あるいは反応の結果を測定することに基づく。信頼性を改善するためには、単一のサンプルを多数の反応物質にさらすこと、単一のサンプルの多数の希釈物を１またはそれ以上の反応物質と反応させること、多数のサンプルを単一の反応物質にさらすこと、あるいは特定のサンプルに対する特別な分析を何度も繰り返して行うことが望ましい。現在、このタイプの生物化学複合分析を、同時に、早く、手軽に行うための高速処理方法の開発に高い関心がある。
【０００４】
最近開発された複合化学反応を同時に行う一つの方法は、ガラス製の顕微鏡用スライドのような平面基板上に、通常は２次元グリッドパターンで多数のスポットのマイクロアレイを形成し、多数のスポットに同時に接触するように、液体試薬と反応物質とをアプライする。結合した反応物質分子の液体試薬または反応物質とへの暴露、洗浄、インキュベーションステップを含む様々な反応ステップが、マイクロアレイ中で結合した分子と行われるだろう。スライド上に固定された物質あるいは液体サンプル中の物質のいずれかを特徴付けるために、反応の進行と結果（あるいは、実際には反応ではない結合分子と試薬との会合）が、マイクロアレイ中の各々のスポットで、観察される。既知の反応物質を固定し、未知の液体サンプル（例えば、“プローブ”溶液）を固定された反応物質にさらし、サンプルを特徴付けるために、サンプルと、様々な反応物質との間の反応を観察するのが典型的ではあるが、一つあるいはそれ以上の未知のサンプルを基板上に固定し、それらを１またはそれ以上の既知の反応物質にさらすことも可能である。
【０００５】
マイクロアレイは、しばしばＤＮＡサンプルの分析に用いられるが、他の種類の患者サンプルの診断学的検査に用いることもできる。マイクロアレイのスポットは、ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白質などの種々の巨大生体分子や、薬剤、補因子、信号分子、ペプチド、オリゴヌクレオチドなどのより小さい分子などで、形成される。培養細胞もまた、マイクロアレイ上で成長できる。一例として、もしも、患者サンプル中に、特別なＤＮＡ配列の存在を検出することを望むなら、そのサンプルは、当該の配列に相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドで形成されたスポットのマイクロアレイにさらされる。もし、その当該の配列のＤＮＡが、患者サンプル中に存在すれば、それは結合したオリゴヌクレオチドとハイブリダイズされる。特有なスポットにおけるハイブリダイゼーションの発生は、サンプル中にそのスポットと結合する配列が存在することを示す。ハイブリダイゼーションは、種々の方法で検出され、それらの方法の多くは、サンプル中の当該の配列の存在だけでなく、その量をも示す。一般に用いられている方法の一つは、ハイブリダイゼーションが起こったスポットで、蛍光が検出されるように、サンプルを蛍光色素でラベルすることを伴う。種々の型のスライド読取機が、マイクロアレイ用スライドを読み取るために、商業的に利用されている。
【０００６】
マイクロアレイは、多重の検出反応を同時に実行することによって、サンプルの複雑な分析を遂行するための強力な可能性を与える。しかし、現在のマイクロアレイの限界は、高い質の結果を確実に得るために、スライドを処理するための時間と注意が必要とされることにある。単一のマイクロアレイ用スライドは高価で、反応に用いられるサンプルのわずかな量だけしか、利用されないので、高品質な処理を行うことは、一定してよい結果を得るためにきわめて重要であることが、特に強調される。
【０００７】
マイクロアレイを処理する手動方法と自動方法のいずれもが、開発されている。しかし、現在までに、完全に満足できる方法はない。手動で、マイクロアレイを処理するためには、特定の反応ステップで、適当な試薬あるいは反応物質溶液が、マイクロアレイ用スライドにアプライされ、溶液を薄層に広がるように、アプライされたカバースリップで、マイクロアレイ全体を覆い、蒸発を防止する。洗浄ステップは、典型的には、洗浄液の入った広口ビンにスライドを入れることによって、行う。各々の処理ステップは、手で行われ、多くの人間の努力が必要とされる。さらに、その処理の成功は、大部分技能者の技能に依存する。一人の技能者は、一般に一日にせいぜい１０〜１５枚のスライドだけを処理することしかできない。手動処理技術の付加的な障害は、サンプルあるいは試薬の蒸発、流失、または漏出の高い可能性のある開放系が、本質的に用いられることにある。もし、マイクロアレイ用スライドが乾ききることを放置すると、データの質は、危うくなるであろう。一部のサンプルまたは試薬は有害であり、さらに遺伝物質の流失や漏出は、たとえ少量であっても、実験室内で処理されている他のサンプルを汚染し、誤った結果に導くので、流失や漏出は、重大な問題になりうる。
【０００８】
手動スライド処理の限界を克服するために、種々の方法が開発されている。これらの方法は、マイクロアレイ用スライドへの溶液の適用を簡略化し、溶液の蒸発や流失を減少するように設計された単純スライド処理チャンバーから、多数のスライドを同時に処理できる巨大で高価な機械まで、及ぶ。
【０００９】
Loefflerらは、マイクロアレイ用スライドを処理するために設計されたスライド処理チャンバーについて述べている（ＰＣＴ公開公報  ＷＯ００／６３６７０、日付１０／２６／００）。Freeman（ＵＳ特許５，９５８，７６０、９／２８／９９発行）、Stapletonら（ＵＳ特許５，９２２，６０４、７／１３／９９発行）、Stevensら（ＵＳ特許５，６０５，８１３、２／２５／９７発行）およびRichardson（ＵＳ特許６，０５２，２２４、４／１８／００発行）は、いずれもマイクロアレイ処理に用いることを明確に開示しているわけではないが、個々のスライド処理に関する技術の一般的な状態を説明するために役立つスライド処理チャンバーが開示されている。
【００１０】
自動方法で、同時に複数のスライドを処理できる機器が、Custance（ＵＳ特許６，２３８，９１０、５／２９／０１発行）およびJuncosaら（ＵＳ特許６，２２５，１０９、２００１年５月１日発行）によって記述されている。
【００１１】
上記した全ての特許および出願は、ここに参考文献として組み込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
マイクロアレイ用スライドの自動処理機器は、多くの利益を与えるが、多数のスライドの処理を必要としない実験室にとっては、ひどく高価である。さらに、自動化によって、再現性の改善がもたらされたとしても、この型の商業上入手可能な装置から、得られる結果は、しばしば、特に、マイクロアレイ用スライドのコストと、サンプルの利用可能性が頻繁に制限されることにより、高い質で、一貫した基準が望ましいという要求に沿わない。
【００１３】
マイクロアレイの分野における関心の増加と、開発努力により、スライド上にマイクロアレイを製造する装置が開発され、この装置は、より高いスポット密度で、より小さい個々のスポットサイズを有するアレイを形成することができる。同時に、マイクロアレイと共に用いられる検出装置は、高密度で、より小さいスポットの検出が可能となっている。しかし、試験の中には、スライド上に形成しうる総数よりも少ないスポット数で、もっとも良く行えるものもある。本質的に、一つの大きな高密度アレイを多数のより小さなアレイに分割して、一つのスライド上で、いくつかのこのような試験を行うことによって、高いスポット密度と高い検出密度能力のものを開発することが、望ましい。それゆえ、一つのマイクロアレイの一部に選択的な接近を許すマイクロアレイへのインターフェース接続方法を行うことは、有効である。
【００１４】
流失や漏出を排除し、あるいは減らし、信頼性があり、再現性のある結果を提供し、わずかのサンプルと試薬とを必要とするだけでなく、少数のスライドの手動処理に便利に用いることができ、多数のスライドを扱うための自動スライド処理にも適用できるマイクロアレイ用スライドへのインターフェース接続方法の要求が依然存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、マイクロアレイ用インターフェース機器と、多数のマイクロアレイ用スライドを保持でき、それらに連結しているインターフェース機器によって、マイクロアレイ用スライドにインターフェース接続し、マイクロアレイ用スライドを処理する間に種々の反応条件を制御する機器とから、構成される。その新規なマイクロアレイ用インターフェース機器は、ＤＮＡ、ＲＮＡ，オリゴヌクレオチド、蛋白質、あるいは他の生体分子からなるスポットのマイクロアレイを保持する基板に接続させることができる。特に、そのアレイ用インターフェース機器は、ガラス製の顕微鏡用スライドや類似の平面基板にインターフェース接続するように、適応する。インターフェース機器は、サンプル、試薬、リンス剤などを、制御された方法で、アレイの選択された部位への供給を行う。本発明の別の態様では、インターフェース機器によってもたらされるアレイ基板への選択的な接近が、基板上でのスポットのマイクロアレイの形成に用いられる。その機器は、特にマイクロアレイを搭載するスライドとのインターフェース接続を行うために設計されているが、その機器は、種々の他の型のサンプルを搭載する流体インターフェースを提供し、機器の適用は、マイクロアレイ用スライドへの使用に制限されない。
【００１６】
そのインターフェース機器は、マイクロアレイ用基板の表面に対して封止する。インターフェース機器と基板との間に位置する封止層あるいはガスケットは、インターフェース機器と基板との間を、一様に、漏出しない封止部を提供する。クランプ機構が、インターフェース機器と基板とをそれぞれ固定するために用いられてもよい。インターフェース機器の表面の窪みや溝は、マイクロアレイ中のスポットにと一列にそろえられるので、インターフェース機器が、マイクロアレイ用基板に封入されたときに、その窪みや溝は、１またはそれ以上の反応チャンバー、マイクロアレイ中のスポットを含むチャンバーあるいは流路を形成する。あるいはまた、インターフェース流路、チャンバー、あるいはウェルは、封止層あるいはガスケット層の中の開口部により、簡単に規定される。インターフェース流路、チャンバー、あるいはウェルは、個々のスポット、例えばアレイ中のスポットの列または塊などのスポットの組分け、あるいはアレイ中のすべてのスポットに接近する。インターフェース流路あるいはウェルの大きさや形は、最小量の泡を発生する一定の充填を提供するように選択される。インターフェース流路の容量は、用いられるべきサンプルや試薬の量を減少するように、低く保たれている。
【００１７】
インターフェース機器は、インターフェース流路、チャンバー、あるいはウェルに通じ、流体が、インターフェース流路、チャンバー、あるいはウェルに含まれるスポットと接触するために、インターフェース流路、チャンバー、あるいはウェルに流出入する１またはそれ以上の入口と、１またはそれ以上の出口とを含む。本発明は、例えばピペットまたはシリンジによる流体の手動の注入や除去、あるいはポンプ機器などの機器に繋がれた管による流体の自動的な注入や除去に適した入口と出口とを提供する。
【００１８】
本インターフェース機器は、インターフェース機器の入口と、インターフェース流路、チャンバー、あるいはウェルとの間のアレイ前流体回路と、インターフェース機器の出口と、インターフェース流路、チャンバー、あるいはウェルとの間のアレイ後流体回路とを含んでもよい。ミクロ流体回路は、いくつかのインターフェース流路、チャンバー、あるいはウェル間を直列に連結することによって、提供されてもよい。流体回路には、液体試薬あるいは反応物質の取り扱いステップ、または処理ステップで、種々の流体制御を行うために用いられるバルブ、リザーバ、流体の流れの混合あるいは分割機構、ストップジャンクション、空気吸い込み口、および空気孔などの種々のミクロ流体回路要素を含む。あるいは、またはさらに、アレイ前またはアレイ後処理は、インターフェース機器に接続された１またはそれ以上の分離モジュールによっても達成される。反応物質は、インターフェース機器のミクロ流体回路内、あるいは前処理または後処理モジュールに存在するので、反応または処理ステップは、マイクロアレイ用スライド自体の上だけでなく、これらの構造の中でも行われる。例えば、アレイインターフェースおよび前処理または後処理モジュールは、マイクロアレイ用スライドの処理に用いられるラベリング、プレハイブリダイゼーション、およびハイブリダイゼーションステップを行うことを設定されていてもよい。
【００１９】
インターフェース機器は、機器の中を流体が通過した後に、余分の流体を収集し、貯蔵することができる。この機器の好ましい態様では、余分の流体は、インターフェース機器の使い捨て部分に収容される。
【００２０】
インターフェース機器は、システム内の流体の動きと、その中で起こる反応の進行をモニターするための電極あるいは他のセンサーを含んでいてもよい。電極は、機器内の溶液中の分子に動電学的な動きを生じさせるために、機器内にも含められていてもよい。加熱エレメントまたは混合機構は、インターフェース機器のいくつかの実施形態に含められる。
【００２１】
インターフェース機器は、少量の流体を処理するためのマイクロメータ単位の構造を加工することが有効な集積回路と、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）と、ミクロ流体システム産業で、用いられる技術に類似するマイクロ加工あるいは他の技術によって、構築される。
【００２２】
本発明の好ましい態様では、インターフェース機器と、スライドとは、スライドとインターフェース機器とを支え、安定化し、スライド処理の種々のパラメータを制御し、多数の補助機能を行う基部に置かれている。本発明の最も好ましい態様では、その基部は、複数のスライドを同時に処理する装置の一部である。スライドとインターフェース機器とをクランプする機構は、その基部に組み込まれていてもよい。基部は、スライドとインターフェース機器との間の封止の外部を取り囲む湿潤性チャンバーを含む。加熱又は冷却素子は、反応が種々の温度で行えるように、基部又は機器内に備えられている。基部又は機器は、化学反応を進めるために、インターフェース流路、あるいは可能であればインターフェース機器の他の部位内に、流体の混合又は攪拌機構を含んでいてもよい。本発明の一部の態様では、その機器は、自動スライド処理システムにおいて、同時に処理するために、多数のスライドを支持し、固定することができる。その機器は、本発明の機器によって実行される制御、加熱、冷却、その他の機能のために、マイクロプロセッサ、メモリ、および他の電子機器を含んでいてもよい。本発明の一部の態様では、基部は、基部によって行われる加熱又は混合機能を制御する外部制御モジュールから、離れて形成されている。
【００２３】
本発明の目的は、マイクロアレイ用スライドの１又はそれ以上の選択された領域に、制御された流体の供給を提供することにある。これは、適切なインターフェース流路またはウェルの大きさと形とを、選択することによって、達成される。マイクロアレイのいくつかの異なる領域に流体を選択的に供給することにより、多数の異なるサンプルの平行した処理、あるいは同一サンプルの多数の繰り返し処理が同時に実行される複合反応を行うことができる。
【００２４】
本発明の目的は、全ての処理ステップで、極めて少量のサンプルと試薬とを用いて、マイクロアレイ用スライドを処理するための方法とシステムとを提供することにある。これは、インターフェース機器内にミクロ流体的な前処理および後処理回路と、全ての処理ステップが、マイクロ量の流体で行われる附属モジュールとを含むことによって、達成される。試薬とサンプルとの極小量の使用は、コスト効率がよく、サンプルの使用量が制限されている場合に有用なシステムを与える。
【００２５】
本発明の更なる目的は、同時に少量のサンプルと試薬だけが必要とされている間に、マイクロアレイ表面の流体の混合を行うマイクロアレイ処理方法とシステムとを提供する。これは、新規な気体混合システムにより動く柔軟性の壁部を有する反応チャンバーを用いることによって、達成される。
【００２６】
本発明の目的は、泡の発生無しに、マイクロアレイ用スライド上に、インターフェースチャンバーを平坦に充填するための機器を提供する。これは、チャンバーの大きさと形とを適切に選択することによって達成される。たとえ、泡なし充填が、マイクロアレイへの反応物質と試薬の供給がより制限される結果となっても、結果的に、処理済のマイクロアレイからより良い結果が得られる。
【００２７】
本発明の目的は、サンプルの洩れや喪失なしに、マイクロアレイ用スライドを可逆的に封止するインターフェース機器を提供することにある。可逆的で、漏れのない封止は、インターフェース機器とスライドとの間に適切に選択されたガスケットまたはＯリング器具を用いることによって達成される。良い封止体は、マイクロアレイの処理をよりうまく行い、試薬や反応物質の洩れによる実験空間の汚染に伴う問題を小さくする。
【００２８】
本発明の目的は、前処理および後処理ステップを行うことができる、マイクロアレイ用スライドにインターフェース接続するマイクロアレイインターフェース機器を提供することにある。これは、インターフェース機器内に、ミクロ流体回路が設けられ、処理ステップに要求されるインターフェース機器と流体が通じる付加的な処理前あるいは後処理モジュールが取り付けられていることによって、達成される。全ての処理段階で、本発明のインターフェース機器を用いて行うことにより、スライド処理の簡便性と効率が大きく高められる。
【００２９】
本発明の目的は、マイクロアレイ処理の結果生じた廃棄流体の捕獲と封じ込めを提供することにある。これは、インターフェース流路あるいはウェルの出口に連結されたインターフェース機器内に廃棄物リザーバを設けることによって、達成される。インターフェース機器内に廃棄物を蓄えることにより、廃棄物の収集と廃棄が極めて簡便化され、マイクロアレイ処理の安全性と利便性が改善される。
【００３０】
本発明の目的は、信頼性のある再生可能な方法で、個々のマイクロアレイ用スライドを手動で処理を行うシステムを提供することにある。これは、手動で供給された試薬と反応性物質とを受け取り、それらを制御された方法で、マイクロアレイ用スライドの表面に提供するインターフェース機器を用いることによって、達成される。
【００３１】
本発明の目的は、自動化された方法で、多数のマイクロアレイ用スライドを同時に処理するシステムを提供することにある。この目的は、望ましい数のスライドを収容するためにマイクロアレイ用スライドの処理システムを多重化することによって、達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、本発明の目下好ましい実施形態の一例を示す。本発明は、そのそれぞれにマイクロアレイ用インターフェース機器と組み合わされたマイクロアレイ用スライドからなる反応機器６０４を支持するために適合する多数の張間６０２を含む装置６００を含む。張間６０２は、装置６００のウェル６０８にはめ込まれている加熱ブロック６０６上の基部６０３に位置する。基部６０３は、加熱ブロック６０６の一部として形成される、あるいは別個に形成され、加熱ブロック６０６上に搭載される。いずれの場合でも、基部６０３と張間６０２とは、加熱ブロック６０６と熱伝達されている。反応機器６０４は、マイクロアレイ処理の間、加熱ブロック６０６によって、加熱されている。各々の反応機器６０４は、空の張間６０２に見えるエアコネクタ６０９と６１０とに結ばれている。エアコネクタ６０９と６１０とは、装置６００の動力源に接続されており、反応機器６０４中で流体の混合に用いられる。図１に示される本発明の実施形態では、サンプル、試薬、および洗浄液は、入口孔６１２を通して、各々の反応機器へ導入され、空気あるいは液体は、出口孔６１４を通して、反応機器を出る。入口孔６１２と出口孔６１４とは、インターフェース機器６１６中に形成され、マイクロアレイスライド用ガラスの表面上の反応チャンバーと流体的に接続する。コントロールパネル６１８は、ユーザが、例えば加熱ブロック温度や混合パラメータなどの装置６００によって行われる種々の機能を制御することを可能にする。この特別な例では、装置６００は、試験管やエッペンドルフ用チューブなどを加熱するために用いられる型の市販の実験用ヒータ６２０と、ポンプユニット６２０から構成されているので、機器の一部であるポンプユニット６２１と加熱ブロック６０６とは、実験用ヒータ６２０とは別個に製造されることができる。ポンプユニット６２０は、多岐管６２２によって、各々の反応機器のエアラインコネクタ６０９と６１０に、空気を交互に出し入れする。ポンプと加熱ユニットとが同一の装置容器中に作られている装置によっても、同様の機能が得られる。光は、マイクロアレイ処理の間に一般に用いられる色素を退色させるので、装置６００には、マイクロアレイ用スライドが光にさらされることを防止するために、不透明な蓋６２４を含んでいてもよい。蓋６２４は、熱の絶縁体をも提供する。
【００３３】
図２は、反応機器６０４の分解立体図である。図１との関連で述べたように、反応機器６０４は、マイクロアレイ用スライド１５０に封止されているインターフェース機器６１６を含む。この例では、インターフェース機器６１６は、主インターフェース層６１７とガスケット４０４とから構成されている。反応チャンバーは、スライド１５０の上側表面と、主インターフェース層６１７の下側表面との間に形成され、反応チャンバーの境界は、ガスケット４０４中の開口部４０６で定義される。流体は、入口６１２を通って、反応チャンバーへ注入される。流体が注入されると、反応チャンバー内に既に存在している空気あるいは流体は、出口６１４を通って、流出する。反応チャンバーは、マイクロアレイ１５４中のスライドにスポットされた物質と流体の相互作用を許す。浮袋６２８と６２９とは、主インターフェース層６１７の内部に形成され、それぞれが、空気流路６３４と６３５を介してコネクタ６３１と６３２とに接続されている。コネクタ６３１と６３２とは、反応機器６０４が、装置６００の空気路コネクタ６０９と６１０と接続することを可能にする。浮袋６２８と６２９の下表面は、薄くて、柔軟性があるので、浮袋６２８と６２９の圧力が、増加するまたは増加するにしたがって、浮袋６２８と６２９は、下向きあるいは上向きにゆがむ。主インターフェース層６１７の下側の表面は、主インターフェース層６１７の大部分を形成するより堅い材料に付着している、薄くて、柔軟性がある材料の膜で形成され、あるいは主インターフェース層６１７の下側の表面は、薄さによって与えられた柔軟性を持つ主インターフェース層６１７の残りの材料と同一の材料で形成されてもよい。この場合に、主インターフェース層６１７の内部に隙間のある構造を形成するために、主インターフェース層６１７は、種々の標準的な製造方法により、お互いがくっついた１またはそれ以上の層で形成されることができる。インターフェース機器６１６と、スライド１５０とは、スライド１５０を基部１０２中の凹部４００に置き、（底面に取り付けられたガスケット４０４を含む）インターフェース機器６０６をスライド１５０上に置き、例えば、ピン４２２と、４２３上を内側に枢軸回転するＣ−溝クランプ４１８と、４２０のようなクランプ機構によって、全てをお互いに固定することによって、固定される。
【００３４】
図３は、反応機器６０４の断面図を示す。ガスケット４０４は、反応チャンバー６４０を形成するために、主インターフェース層６１７をマイクロアレイ用スライド１５０に封止する。流体は、入口６１２を通って、反応チャンバー６４０に入り、流体が入るに従って、空気が、出口６１４を通って、流出する。浮袋６２８と６２９とは、反応チャンバー６４０の両端上に位置してはいるが、反応チャンバー６４０とは通じていない。反応チャンバー６４０中で、流体を攪拌するためには、一つの浮袋（例えば、浮袋６２８）は、下側表面６４３を反応チャンバー６４０の方へ下方にゆがめるために加圧させ、他方の浮袋（例えば、浮袋６２９）は、下側表面６４２を上方にゆがめるために減圧させる。相反なやり方で、ふたつの浮袋を交互に膨張し、収縮することによって、混合を起こすために十分な流体の動きが、反応チャンバー６４０内で、発生する。陽圧と陰圧とは、空気流路６３４を介して浮袋６２８に、空気流路６３５を介して浮袋６２９に与えられる（図示せず）。反応チャンバー６４０の高さは、ガスケット４０４の厚さによって、規定される。本発明の好ましい形態では、ガスケット４０４は、少なくとも約１５μｍ、多くても約３００μｍの厚さであり、より好ましくは少なくとも約２０μｍ、多くても約３０μｍ、さらに好ましくは少なくとも約２３μｍ、多くても約２７μｍ、最も好ましくは約２５μｍである。ガスケットの厚さが減少するにつれて、スライド表面とインターフェース機器の下方表面の荒れ、およびガスケットの不均一性が問題となる。そのうえ、ガスケットの厚さがさらに減少すると、チャンバーは、満たすことが困難となる。それゆえ、反応チャンバーを小さい容積にすることが好ましいが、もし、高さが一定の高さ以下になると、チャンバーの高さを減少することによる容積の減少が問題を起こすことは明らかである。チャンバーの容積は、ガスケット４０４の開口部４０６の大きさを変えることによっても減少できる。もし、ガスケット４０４の開口部４０６が、市販のスッポッティング装置により典型的に形成される最大のマイクロアレイの周囲に適合するのであれば、多くとも３６μｌから５４μｌの、より好ましくは４１μｌから４９μｌの、最も好ましくは４５μｌの容積の反応チャンバーが得られる。もし、反応チャンバー６０４が、より小さなマイクロアレイ（あるいは部分的なマイクロアレイ）を収容することを許容するのであれば、開口部４０６は、チャンバー容積の減少を伴って、かなり小さくすることができる。
【００３５】
図２と３とは、マイクロアレイ用スライドの表面に単一の反応チャンバーを形成するインターフェース機器を示す。しかし、本発明によれば、種々の形体を有する反応チャンバー、流路、およびウェルが、マイクロアレイ用スライド上に形成されることができる。以下の例は、インターフェース機器によって形成される反応チャンバー、流路、およびウェルの重要な特徴をより明確に説明する。
【００３６】
図４は、お互いが封止される前のマイクロアレイ用スライド１とインターフェース機器３とを示す。マイクロアレイ用スライド１は、平面基板９の表面７のスポットアレイ６に配列された多数のスポット５を含む。スポット５は、表面７に固定された生体分子、または他の反応材料で形成される。平面基板は、通常ガラス製の顕微鏡用スライドが用いられるが、他の材料で作られた基板や他の大きさのものを用いてもよい。本発明は、特別な基板に限定するものではないが、インターフェース機器が、用いられるどのような基板の表面に対して封止されることが、必要とされる。スポットアレイ６は、ピンスポット法、インクジェット技術、あるいは基板上での分子の選択成長によるなどを含む種々の方法によって、形成される。
【００３７】
図４に示すようにスポットアレイ６中のスポットは、縦列１１と横列１２とに規則的に間を開けて、配列されている。この例では、簡単のため、各々が１０個のスポットを含む４個の縦列が用いられている。実際には、マイクロアレイは、通常もっとスポットの数が多いが、本発明は、スポットの特定の数に限定されるものではなく、スポットの特定の配列に限定されるものではない。特定のスポットを参照するためには、横列と縦列との配列が容易で、簡便なため、アレイのパターンが用いられているが、本発明では、基板の大きさと、検出またはモニターステップの間に個々のスポットを視覚化するために必要とされる最小限のスペースという限定があるのみで、アレイ、あるいは１個から、非常に多数のスポットまでを、どこにでも含む他のパターンのスポットとインターフェース接続するために使用されることができる。さらに、インターフェース機器３は、生体分子あるいは反応物質が、スポットに局在しているのではなく、他の組分けに配列するまたは基板９の表面７にかなり一様に分配された基板９に用いられることができる。
【００３８】
一定の使用では、インターフェース機器を、マイクロアレイ用スライド上に１またはそれ以上の、全部のスポットのマイクロアレイに接近するために用いることが好ましい。図２５および２７に示すように、マイクロアレイ用スライド上のスポットのアレイ１５４は、マイクロアレイ用スライド１５０のインターフェースと主インターフェース層１４４とで、形成された１または数個の完全−アレイ反応チャンバー２３０によって、接近されている。反応チャンバー２３０の形と高さは、ガスケット１４６によって規定される、あるいは反応チャンバーは、主インターフェース層の最下部表面にまでも、拡張することができる。流体が、反応チャンバーに導入されるに従って発生する、泡を最小にするために、図２６に示すように、反応チャンバーが段階的断面を有することが好ましい。泡の形成なしに、滑らかで、均一で、充填された反応チャンバーは、流体の入口で、比較的狭く、反応チャンバー２３０の全幅に向かって、徐々に外側に広がることにより、得られる。同様に、反応チャンバー２３９は、出口で徐々に狭くなる。もし、疎水性の材料が、マイクロアレイ用スライド１５０と、主インターフェース層１４４に用いられ、流体が、反応チャンバー２３０のより大きな端の入口から導入されれば、流体は、ライン２３１と２３２との間の反応チャンバー２３９のわずかに浅い領域に入る前に、入口とライン２３０の間の全体領域に充填されるように広がる傾向がある。同様に、ライン２３１と２３２との間の領域は、ライン２３２と２３３との間のさらに狭い領域に入る前に、充填される傾向がある。このことは、泡の形成につながる不規則な充填パターンを減少させる。もし、親水性の材料を用い、同様の段差のある反応チャンバー構造が用いられるが、親水性の材料であるため、流体が反応チャンバーの狭い端で導入されれば、より強い毛管力により、より狭い領域が、最初に充填されるだろう。段差があるよりもむしろ徐々に傾斜する側面の反応チャンバーは、実質上同じ態様で、機能する。
【００３９】
マイクロアレイ用スライドの大部分に接近するためのインターフェース機器の他の例が、図３０に示される。本発明のこの形態では、マイクロアレイ用スライド１５０は、基部４０２の凹部４００にはめ込まれ、ガスケット４０４は、開口部４０６がマイクロアレイ１５４を含む反応チャンバーを形成するように、マイクロアレイ用スライド１５０上に好ましく置かれており、インターフェース機器４０８は、ガスケット４０４上に位置するので、入口流路４１０と出口流路４１２とは、インターフェース機器４０８とマイクロアレイ用スライド１５０との間に形成され、ガスケット４０４中の開口部によって仕切られた反応チャンバー４１３と通じている。ピン４２２と４２３とによって、基部４０２上に枢軸回転可能に搭載されている枢軸回転Ｃ−溝クランプ部材４１８と４２０とは、基部４０２と、マイクロアレイ用スライド１５０と、ガスケット４０４と、インターフェース機器４０８によって形成される“サンドイッチ”の端の上に滑り込むために内側に開閉する。クランプ部材４２２と４２３とは、Ｃ−溝の断面に線状であり、金属、プラスチック、その他の堅い材料で、形成されることができる。もし、適正に選択されたガスケット材料が用いられれば、マイクロアレイ用スライド１５０と、ガスケット４０４と、インターフェース機器４０８の良好な封止が、大きな圧力をかけることなしに、得られる。我々は、効果的な封止が、ガスケットを、ブタジエン、低分子量ポリエチレンとパラフィン蝋、およびアメリカン  キャン  カンパニーによって販売されているパラフィルムＭＴＭから構成される柔軟性のある熱可塑性フィルムで形成することで得られることを見出した。他の適した代替できるガスケット材料は、ＭＪリサーチ  インク、ウォルザム、ＭＡにより販売されているワックスシート材料のＭＪフィルムＴＭである。これらの材料は、圧縮される場合に、すなわち弾性というよりむしろ本質的に可塑性の変形を被る。ひとたび、ガスケットが、クランプ部材４１８と４２とによって、圧力が掛けられることによる変形（圧縮）されると、マイクロアレイ用スライド１５０と、ガスケット４０４と、インターフェース機器４０８とのシステムは、かなりの圧力下ではないが、封止され、一つにまとまる。ガスケット４０４は、シリコンゴムのような、弾性材料で形成されていてもよいし、分離した構成部材で、形成されていてもよいし、あるいはスクリーン印刷、プリント印刷などによって、インターフェース機器４０８の底面に直接適用されていてもよい。
【００４０】
図２５〜２７に示される本発明の実施形態に関連して、先に述べたように、反応チャンバーは、入口端４２５と出口端４２６で狭く、スムーズに、泡の形成なしに充填し、空にするために、外側に向かってなだらかに曲がっている。ガスケット４０４の圧縮量は、基部の表面あるいはガスケット４０４に近接したインターフェース機器４０８の表面に形成された既知の厚さを持つ絞りまたは詰め木（図示せず）によって、または機械加工により、あるいはスクリーン印刷または他の方法で材料の薄膜を適用することにより、制御される。絞りまたは詰め木を特定の厚さで形成することにより、反応チャンバー４１３の高さ（と、それゆえ、容積）を制御することができる。
【００４１】
図３０に示す例では、基部４０２の凹部４００は、マイクロアレイ用スライド１５０の配置や除去を容易にするために、その隅に、指状拡大部４２８を含む。廃棄物リザーバ４３０は、インターフェース機器４０８の上側表面に備えられている。蛇行封止部４３２は、空気は逃すが、流体は逃さない。廃棄物リザーバ４３０と蛇行封止部４３２とは、種々の方法（エポキシ樹脂、ヒートシールなど）によって、インターフェース機器４０８に封止されていてもよい、キャップ４３４によって覆われている。キャップ４３４中の空気孔４３６は、空気を逃すために、蛇行封止部４３２の端４３１につながっている。例えば、疎水性膜やキャピラリーチューブのような、種々の代替構造が空気を許容するために使用される。マイクロアレイ用スライド表面に流体を容易に供給するための少量反応チャンバーを提供するために、図３０の機器は、独立した機器として使用でき、図１に示すように、装置と接続して使用する必要はない。図３０の機器は、空気を混合するための、浮袋を含まない。
【００４２】
本発明の別の実施形態としては、基部４０２とインターフェース機器４０８との間に耐水性の封止部を形成するために、ガスケット、ｏ−リング、あるいは他の封止手段を含めることにより、凹部４００は、湿潤性チャンバーとして、構成されてもよい。基部４０２とインターフェース機器４０８とを（凹部４００中に位置するマイクロアレイ用スライド１５０とともに）封止する前に、適切な流体を凹部４００に加えることで、反応チャンバー４１３から流体の蒸発を妨げるための、湿潤環境が、マイクロアレイ用スライド１５０とインターフェース機器４０８との間の封止部の周囲に作り出される。
【００４３】
基部４０２は、マイクロアレイ処理の間に加熱および混合機能を提供する構造を含んでいてもよい。
【００４４】
場合によっては、新規なインターフェース機器を、マイクロアレイ用スライドの特定の場所に選択的に接近するために、使用することが望ましい。図４は、マイクロアレイの個々の縦列に、流体が供給されることを許す発明の実施形態を示す。図４では、インターフェース機器３は、マイクロアレイ用スライド１の表面７、上表面１５、側面１７と１９、端面２１と２３とに対向して適合するように適応されたインターフェース表面１３を有する。インターフェース表面１３は、分割壁２７によって分離され、外壁２９によって境をなされているスポットアレイ６の縦列１１に相当する平行な溝２５を含んでいる。溝２５は、入口流路３３によって、インターフェース入口３１に、出口流路３７によってインターフェース出口３５に接続されている。
【００４５】
図５に示すように、インターフェース表面１３が、マイクロアレイ用スライド１の表面に対向して押し付けられた場合には、閉鎖されたインターフェース流路３９を形成するために、溝２５は、表面７によって、閉じられるか、覆われる。本発明のこの実施形態では、各々のインターフェース流路３９は、スポット５の縦列を含む。インターフェース機器３のインターフェース入口３１とインターフェース出口３５は、インターフェース流路３９に通路を提供する。
【００４６】
図６は、マイクロアレイ用スライド１上のスポット５と、インターフェース流路３９と、入口流路３３と、出口流路３７と、インターフェース入口３１と、インターフェース出口３５とを含むインターフェース機器３の平面図を示す。この例では、流体サンプルは、インターフェース入口３１に入り、インターフェース流路３９を通り抜け、スポット５上を進み、インターフェース機器が、インターフェース接続する出口３５をから出て行く。
【００４７】
図４〜６に示される発明の実施形態では、スポット５の縦列１１が、個々に接近されることを許容する。サンプル、試薬、あるいは他の反応物質の連続的な流れが、各々のスポットの縦列に供給されることができる。これらの図に示すように、入口流路３３と出口流路３７とは、インターフェース機器３の内部に形成された閉鎖流路である。入口流路３３と出口流路３７とは、インターフェース機器３が、マイクロアレイ用スライド１に封止されたときに、同時に閉鎖流路を形成する、溝２５とつながった、インターフェース機器３のインターフェース表面中の開放された溝として形成することもできる。入口流路３３と出口流路３７とを形成する２つの代替方法が、図７と８に示されている。図７に示す実施形態では、入口流路３３と出口流路３７とは、インターフェース流路３９に垂直に形成され、インターフェース入口３１とインターフェース出口３７とは、インターフェース機器の上方表面１５にある。図８に示す実施形態では、マイクロアレイ用スライドを収容するための大きさの凹部４１がインターフェース機器３内に形成されている。入口流路３３と出口流路３７とは、インターフェース流路３９に平行に、連続して形成され、インターフェース入口３１とインターフェース出口３５とは、インターフェース機器３の端部にある。インターフェース入口３１とインターフェース出口３５とは、図７と８に示されるような外部の配管へ接続するためのねじ山４２、または当該分野の当業者によく知られている他の型のコネクタを含む。本発明の他の実施形態においても、同様に、インターフェース入口３１とインターフェース出口３５とは、ねじ山が付けられているか、他の型のコネクタを含む。
【００４８】
図９は、アレイ前ミクロ流体回路が、インターフェース入口３１とインターフェース流路３９との間に含まれ、アレイ後ミクロ流体回路が、インターフェース流路３９とインターフェース出口３５との間に含まれている本発明の代替可能な２次元的な実施形態を示す。この例では、アレイ前ミクロ流体回路は、単一のインターフェース入口３１を通って、個々のインターフェース流路３９に、流体を供給される４個のアレイ前流路４９、５０、５１と５２に入れるために、流体を分割する分岐点４７を含む。アレイ後ミクロ流体回路は、４個のアレイ後流路５３、５４、５５と５６を介して複数のインターフェース流路３９の出力を受け取り、それらを、単一のインターフェース出口３５を介してインターフェース機器３を流出する単一の出力の流れを形成する結合点５７で結合して一体にする。
【００４９】
図９に示す例では、アレイ前ミクロ流体回路は、単一の流体の流れを複数の流体の流れに分割するという単純な仕事を行い、一方、アレイ後ミクロ流体回路は、単一の流体の流れを形成するために、複数の流体の流れを加算する。しかし、アレイ前およびアレイ後ミクロ流体回路は、当該分野でよく知られている、あるいは、後に開発されるミクロ流体的方法や構造を用いて、さらに複雑な処理を行ってもよい。アレイ前およびアレイ後ミクロ流体回路は、特別な適用の要求により、どのような数の入口と出口とを有してもよい。
【００５０】
１つのマイクロアレイ中の、個々のスポットまたはスポット群に、選択的に接近するために用いられる、本発明の三次元的な実施形態が、図１０に示されている。複数の個々のスポット、あるいは（縦列の配列または他の配列の限定された数のスポットとは異なる）複数の別個のスポット群は、図１〜９に示すような実質的に平面、あるいは“二次元的な”インターフェース機器では、入口および出口流路と、ミクロ流体回路が重複するため、容易に接近できない。入口および出口流路をインターフェース機器構造の異なる面または段に移動することにより、異なるスポットへのより選択的な接近が可能となる。３Ｄインターフェース機器６０は、基板９上の単一のスポット７０、７２、７４、７６への接近を提供する反応チャンバー６２、６４、６６、６８、およびマイクロアレイ用スライド１上のスポット群８０、８１、８２、８３への接近を提供する反応チャンバー７８とを含む。インターフェース入口８５、８６、８７、８８は、流体が流路９０、９１、９２、９３を介して、反応チャンバー６２、６４、６６、６８にそれぞれ注入されることを可能にする。インターフェース入口９４は、流体が流路９５を介して、反応チャンバー７８に提供されることを可能にする。流路９６、９７、９８、９９は、流体を、反応チャンバー６２、６４、６６、６８から、インターフェース出口１００、１０１、１０２、１０３に、それぞれ運ぶ。それゆえ、個々のスポット７０、７２、７４、７６は、直接流水式で、単一の流体の流れにより、個々に接近されうる。逆に、反応チャンバー７８からの流路１０５は、流体の流れを、流路１０５から、リザーバ１１０、１１１、１１２に導く３個の分岐１０７、１０８、１０９に、進路を変える分岐点１０６と、インターフェース出口１１３、１１４、１１５を介して、リザーバ１１０、１１１、１１２から空気あるいは他のガスを逃すことを考慮する空気排気流路１１３、１１４、１１５とから構成されるアレイ後ミクロ流体回路に導く。分岐点１１６のバルブ１１７は、分岐１０７、１０８、１０９への流体の流れを制御し、リザーバ１１０、１１１、１１２の出口のストップジャンクション１１９は、リザーバからの流体の流れを妨げるが、空気の流れを妨げない。このアレイ後ミクロ流体回路は、ＤＮＡ処理に用いられる回路の型を表す。
【００５１】
図１０に示される３Ｄインターフェース機器は、本発明の多くの重要な特徴を説明する。３Ｄインターフェース機器は、複数の個々のドット、あるいは縦列でないドットの集団とインターフェース接続できることを示す。インターフェース入口、ウェル、インターフェース出口に接続する多数の双方の流路は、２Ｄあるいは平面構造より、３Ｄ構造に含まれ、（アレイ前、後のいずれか、または両方の）ミクロ流動回路は、インターフェース機器内に含まれ、望ましくはアレイ上に位置する。３Ｄ構造に十分な数の層を含むことにより、マイクロアレイ中の全てのスポットに個々に接近することが可能であり、好ましくはインターフェース機器内に多様なミクロ流体回路を含むことが可能である。
【００５２】
本発明のインターフェース機器は、マイクロアレイ中の個々のスポットあるいはスポット群を１またはそれ以上のミクロ流体回路に組み込むことができる。これは、スポットの処理に種々のミクロ流体的な方法の使用を許す。図１〜１０で示される例は、ミクロ流体回路のいくつかの例を含む。しかし、本発明のインターフェース機器は、マイクロアレイ上のスポットを処理するために望まれる他の型のミクロ流体回路を含んでいてもよく、本発明は、ここで示したミクロ流体回路に限定されるものではない。インターフェース機器内で形成されるこの型のミクロ流体回路の構成要素は、分岐、接点、バルブ、ストップジャンクション、リザーバを含むが、これらに限定されるものではない。ミクロ流体回路は、流体の流れを混合または分割するための構造、および特別な流路、ウェル、あるいはリザーバへの流体の流れの出し入れを開始及び終了するための構造を含んでいてもよい。
【００５３】
流体は、動電学的、電気流体力学的、および加圧を含む多数の方法により、ミクロ流体回路の中に入り、ミクロ流体回路を通過する。もっとも好ましい選択は、溶液がイオン性かどうかに関わらず、関与する流速と、マイクロアレイ用基板とインターフェース機器に用いられる材料の種類による。ミクロ流体回路内の流体の受動制御は、流体の特定の物質に対する引力または斥力によって起こる毛管現象を活用することによっても、可能になる。一般に、所有する２００１年１０月２日発行のＵＳ特許６，２９６，０２０号では、本発明に用いるに適した疎水性のパッシブバルブの調整に基づく多くのミクロ流体回路構造が開示されている。しかし、他の型のミクロ流体回路の構成要素もまた、用いることができ、本発明は、特別な型のミクロ流体回路に限定されるものではない。
【００５４】
機械的バルブ、疎水性流体経路の狭小化やキャピラリーバルブのようなパッシブバルブを含む種々の型のバルブがアレイ前、アレイ後ミクロ流体回路に含められることができる。回路の特定の領域における空気の排気を制御する、それゆえ流体の動きに対抗する背圧を調節するための外部バルブを用いて、流体の流れを制御する遠隔バルブ調整もまた、用いられてもよい。遠隔バルブ調整の方法とシステムとは、ここで参考文献によって加えられる、一般に所有するＰＣＴ公開公報ＷＯ  ０２／１２７３４に開示されている。
【００５５】
空気排出流路と停止手段とが、流体回路内に含まれていてもよい。圧力がかかった流れを最も活用する場合では、ミクロ流体回路は、移動する流体によって置き換えられた空気が、回路から出ることを許容するために、移動する流体の下流の１またはそれ以上の点で、大気に開放されている。これは、望ましい流体の流れに対抗し得る無用な圧力の蓄積を阻止する。空気は流出するが流体は保たれるキャピラリーバルブ、多孔性の疎水性膜、あるいは同様の方法を用いることによって、流体が、空気強制排気流路を通って、回路から流出することが妨げられる。上記したように、空気の流出を調節することは、回路内の流体の動きを制御することに用いられる。
【００５６】
本発明によるインターフェース機器は、ガラス、シリコン、またはＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＥＴ、ＰＭＡＡ、あるいはＰＣなどのある種のプラスチックで、形成されることが好ましい。インターフェース機器の２次元および３次元ミクロ流体回路は、微小リソグラフィ、化学エッチング、薄膜真空蒸着、熱エンボス加工、微量注入成形、あるいはＩＲおよびＵＶレーザの両方を用いるレーザ加工を含む種々の方法により、形成される。
【００５７】
ミクロ流体回路の流路、ウェル、リザーバ、バルブ、および他の構成要素は、一般に、インターフェース機器を構築するために用いられる１つの材料の表面に容易に形成されるが、１つの固体材料の内部に形成するのは、容易ではない。それゆえ、インターフェース機器内に位置する回路の構成要素を形成するため、および多重層（３Ｄ）構造を形成するためには、インターフェース機器は、多重の層で形成されていてもよい。例えば、開放された流路（溝）あるいはウェルが、第１層に形成され、第２層は、流路あるいはウェルを閉じる上面を形成するために、第１層に封止される、あるいは固定される。個々の層は、三次元的な、多層構造を形成するために整列され、封止される。封止方法は、接続される材料に依存するが、共晶接合またはアノード接合、接着剤やエポキシ樹脂系接着剤の使用、あるいは超音波溶接を含めてもよい。まっすぐな流路が、外部表面（例えば、図４、７、８の流路３１、３５）からインターフェース機器の内部を貫通する場合には、流路は、インターフェース機器の外部から、機械加工またはエッチングをすることによって、形成されることができる。
【００５８】
流体制御技術の中には、流体回路の一部に電気的な接近を要求するものもある。例えば、動電学的流体制御および電気流体力学的流体制御は、いずれも流体回路内の流路およびバルブに取り付けられた電極を利用する。インターフェース機器構造内に加熱エレメントを含めることが好ましい場合もある。機械的なバルブ、ポンプ、あるいは加熱エレメントのいずれもが、電気的なインターフェース方式を必要とする。もし、これらの制御エレメントが、多重層システム内に埋め込まれている場合には、回路をコントロールするために接続されるための電気的な痕跡が、インターフェース機器の外部にもたらされなければならない。このような付加的な構成要素の全ては、本発明の範囲内にあると考えられる。
【００５９】
インターフェース機器は、疎水性材料または親水性材料のいずれでも形成されることができるが、多くの場合では、機器の一部または全部に疎水性材料を用いることが好都合である。親水性材料は、その外観の大きさに反比例する毛管力を発生する。それゆえ、それゆえ、親水性多重層構造の小さな割れ目は、親水性キャピラリーシステムを一般的に不安定にする巨大な毛管力を発生することがある。液体は、疎水性流路に引き込まれず、加圧下で、駆動されるので、疎水性材料で形成された構造や、疎水性キャピラリーバルブを使用する構造は、良好に流体の流れを制御することができる。さらに、インターフェース機器のインターフェース表面は、マイクロアレイ用基板の表面に密接に適合し、マイクロアレイ用基板の表面を封止する。もし、インターフェース機器が、疎水性材料で形成される、あるいは疎水性の表面被覆物を有すれば、インターフェース機器と基板間との水性溶液の漏出は、最小限になるだろう。適切な疎水性の材料は、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡを含む。インターフェース機器は、シリコン、ガラス、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、またはＰＣのような非疎水性の材料で、構築してもよく、必要に応じて、疎水性材料の真空蒸着技術、回転塗布、あるいは蒸着により、疎水性の被覆物が、親水性材料の上に形成されることもできる。
【００６０】
インターフェース機器と、マイクロアレイ用スライドとの間に封止体を提供するために用いられるガスケットは、シリコン、独立気泡フォーム、またはゴムのような弾力性の材料、または、例えばシリコンで被覆されたＰＴＦＥまたは他のプラスチックのような弾力性の材料で、被覆されたより弾力性の少ない材料で、形成されてもよい。我々は、他の適したガスケット材料が、ブタジエンと、低分子量ポリエチレンとパラフィン蝋と、およびアメリカン  キャン  カンパニーによって販売されているパラフィルムＭＴＭから構成される柔軟性のある熱可塑性フィルムで形成することで得られることを見出した。他の適した代替できるガスケット材料は、ＭＪリサーチ  インク、ウォルザム、ＭＡにより販売されているワックスシート材料のＭＪフィルムＴＭである。これらの材料は、本質的には、弾力性というよりむしろ、可塑性である。用いられる他の封止構造は、弾力性または可塑性の材料のｏ−リング、またはインターフェース機器またはスライド上に封止剤材料を、塗布される、あるいは直接形成される層を含む。インターフェース機器のマイクロアレイ用スライドへの封止は、粘着性の“ガスケット”層を使用することにより、達成され、この場合では、封止部を得るために、スライドとインターフェース機器を共に固定する必要はない。しかし、接着剤によって与えられる結合強度を増加するために、固定機能を伴って、クランピングと粘着層とを共に与えるほうが効果的な場合もある。
【００６１】
インターフェース機器は、その一部または全部が使い捨てであるような方法で製造されてもよい。多層機器の場合には、特定の層を使い捨にして、他の層を使い捨て不要にすれば望ましい。特に、サンプルや反応材料に接触する層を使い捨てにし、一方、（電極、加熱エレメントなどの）能動素子、あるいは他の製造が高価な部材を含む層を好ましくは再利用すると、好都合である。当然、使用後に機器が使い捨て部分と、再利用部分とに分離されるような方法で、機器を製造することもできるに違いない。
【００６２】
インターフェース機器を基板に恒久的に付けておくことも可能ではあるが、一部あるいは全ての処理ステップはインターフェース機器を用いて行われ、一旦処理されたスライドは、インターフェース機器から分離され、種々に存在するスライド読解技術を用いて、読解されるためには、現在のところ、インターフェース機器をマイクロアレイ用基板に一時的に封止することが好ましいと考えられている。機器を一緒にクランプする種々の方法が考案されており、本発明の範囲に入ると考えられる。例えば、図２と３０で用いられるようなｃ−溝クランプが用いられる。他の例は、図１１と１２に示されるものを含む。図１１では、インターフェース機器３は、マイクロアレイ用スライド１を考慮して、位置が定められ、クリップ１２１で固定されている。他の形のクリップまたはクランプ機器も、同様に用いられることができる。インターフェース機器３のインターフェース表面の流路あるいはウェルに相当する開口部を有するガスケット３は、良好な封止体を形成するために、インターフェース機器３とマイクロアレイ用スライド１との間に位置していてもよい。あるいはまた、図１２に示すように、代替可能なインターフェース機器１２５は、インターフェース機器１２５が、対向側壁１２９と１３１とに、マイクロアレイ用スライド１を滑り込ませて、そこで固定されるために、マイクロアレイ用スライド１の端部を支える大きさのスロット１２７を含んでいてもよい。図１１に示すように、インターフェース機器１２５をマイクロアレイ用スライド１との正しい配列を達成するために、レンズ１３３を通して、マイクロアレイ用スライド１上のアライメントマークを視覚化することにより、光学的な配列を可能にする１つまたはそれ以上のレンズ１３３がインターフェース機器１２５に含まれていてもよい。マイクロアレイ用スライドとインターフェース機器とで構成される反応機器が、装置に接続されている装置ベースのシステムでは、インターフェース機器とマイクロアレイ用スライドを装置に至るまで、固定し、同時にインターフェース機器を、マイクロアレイ用スライドと封止関係をもって支えるクランプが提供されてもよい。
【００６３】
図１３〜２２は、さらに別のクランプ機構を利用し、本発明に含まれる多数の他の可能な特徴を示す、本発明の別の実施形態を示す。図１３の実施形態では、インターフェース機器１４０は、入出力層１４２と、ミクロ流体回路層１４４と、ガスケット１４６とで、形成される。本発明のこの実施形態では、ガスケット１４６は、平行スロット１４８を含む。平行スロット１４８は、ガスケット１４６の厚さにより決定されたインターフェース流路の高さと、インターフェース機器１４０の底面と、マイクロアレイ用スライド１５０とによって定義されたインターフェース流路の上下表面とを有するマイクロアレイ用スライド上のインターフェース流路を定義する。インターフェース機器１４０の様々な構成要素がお互いに、およびマイクロアレイ用スライド１５０と組み立てられ、クランプ部材１５２で固定される。インターフェース機器１４０とマイクロアレイ用スライド１５０とは、以下のように組み立てられる：ガスケット１４６は、マイクロアレイ用スライド１５０のマイクロアレイ１５４に対して、位置合わせされ、取り外し可能に固定される。ミクロ流体回路層１４４は、ガスケット１４６に対して、位置合わせされ、インターフェース機器１４０の入出力層１４２は、それからミクロ流体回路層１４４に対して、それゆえガスケット１４６とマイクロアレイ１５４に対して、位置合わせされる。このようにして組み立てられた層構造は、クランプ部材１５２、または別のクランプ構造を用いて、お互いに固定される。弾力性部材１５３は、マイクロアレイ用スライド１５０が、安全に、しっかりと保たれるように、クランプ部材１５２とマイクロアレイ用スライド１５０との間に置かれる。本発明は、特定のクランプ構造あるいは機構に限定されるものではない。
【００６４】
本発明の前の実施形態に関連して述べると、マイクロアレイ用スライド１５０は、その上に生体分子あるいは反応物質が固定化された平板スライドである。
【００６５】
図１３に示す例では、入口１６０と出口１６２とは、入出力層１４２に形成されている。入口１６０は、例えば、サンプルや試薬をインターフェース機器１４０に供給するための管に接合するための接続金具や、アダプタを支持して装着されるための、大きな開口である。出口１６２は、入口１６０の外形と同じ外形を有する：さらに、それは、流体の流出を妨げている間に、空気の流出を許すための、疎水性膜１６４を含んでいてもよい。本発明の機器は、親水性キャピラリー入口、ピペットチップの接近を提供する大きさの入口、または出口を含む種々の型の入口や出口を含んでいてもよい。入口は、入出力層１４２に直接形成してもよく、また別個に形成して、入出力層１４２に接着、圧入、あるいは他の方法で固定されてもよい。さらにまた、入口１６０と出口１６２との一方、または両方は、ミクロ流体回路層１４４に、形成される、または固定されることもできる。
【００６６】
図１４〜１５に示すように、本発明のこの実施例のアレイ前ミクロ流体回路１６６とアレイ後ミクロ流体回路とは、ミクロ流体回路層１４４の上表面１７０に形成される。流体は、上表面１７６から下表面１７８へ入出力層１４２を通過する入口１６０を介して、アレイ前ミクロ流体回路１６６の入口流路１７４に導入される。入出力層１４２の構造は、図１７と１８に示されている。
【００６７】
図１９は、図１３〜１８の発明の実施形態におけるミクロ流体回路の回路図である。このミクロ流体回路は、流体の流れを分割し、多数のインターフェース流路に供給するように設計されている。インターフェース流路の下流に位置する２組のウェルが、３つの流体をインターフェース流路に制御して供給されることを可能にするために、インターフェース流路の出口と、ウェルの出口とで、パッシブバルブと協力して機能する。この流体は、例えば、２つの洗浄液によって、後に続かれる１つのサンプル溶液、または、１つの試薬と、１つの洗浄液によって後に続かれる１つのサンプル溶液、あるいは実行される反応に要求されるその他の流体の組み合わせである。第１の流体は、入口１６０に入り、入口流路１７４を流れ、４段階の二元２機構パターンを有するミクロ流体回路によって、１４個の流体の流れに分割される。１６個ではなく、１４個の流れは、三分の一段階の分岐が除かれているこのによって、達成される。各々の２機能点では、流路の大きさが減少する。流路の大きさの段階的な減少は、パッシブバルブとして機能する流体の流れに対する増加した抵抗を生じる。流れへの抵抗の段階的変化が十分に大きければ、流体は、流れの抵抗に逆らって、次の段階の分岐に入る前に、各々の段階で、分岐全てを満たすだろう。
【００６８】
入口１８６で、インターフェース流路１８８に位置するパッシブバルブは、流体が、全てのインターフェース流路の入口１８６に進むまで、流体がインターフェース流路１８８を満たすことを妨げる。それゆえ、インターフェース流路１８８は、実質上同時に第１の流体で満たされる。インターフェース流路１８８に比較して、出口流路１９２の大きさが、より小さい（そして、それゆえ流体の流れに対する抵抗性がより高い）ため、流体は、インターフェース流路１８８のそれぞれに満ち、インターフェース流路の出口１９０で止まる。
【００６９】
第２の流体が、入口１６０に注入されると、第１の流体は、第１のリザーバ１９４を満たし、リザーバ１９４の出口１９６で止まるために、各々のインターフェース流路１８８から、出口流路１９２を経て、第１のリザーバ１９４に移動する。リザーバ１９４は、インターフェース流路１８８からの第１の流体の全てを受け入れる大きさなので、インターフェース流路１８８は、第２の流体で、満たされる。この場合もやはり、システム中の流体が、多数のリザーバ１９４のいずれかの出口１９６を超えて移動する前に、全てのインターフェース流路１８８は、第２の流体で満たされる。
【００７０】
同様に、第３の流体が、入口１６０に注入され、インターフェース流路１８８に注入される場合には、第２の流体は、第１のリザーバ１９４に移動し、第１の流体は、第２のリザーバ２００に移動する。流体がシステム内を移動するにつれて、各々の第２のリザーバ２００から導く空気が、空気排気流路２０２を介して流出する。各々の空気排気流路は、出口経路２０４と、実質上出口１６２に接続する主空気排気流路２０４に接続する。
【００７１】
図１３〜１５に示すように、ミクロ流体回路層１４４の上側表面のアレイ前ミクロ流体回路１６６とアレイ後ミクロ流体回路１６８とは、バイアホール２０８と２１０をそれぞれ介して、ミクロ流体層１４４の下側表面１７２に接続されている。図２１の断面図に示すように、バイアホール２０８と２１０は、一列に並び、ガスケット１４６中のスロット１４８によって、形成されたインターフェース流路１８８の入口端１８６と出口端１９０に流体を供給する。バイアホール２０８と２１０、およびスロット１４８を簡単に配列するために、スロット１４８の端部は、バイアホール２０８と２１０とが位置する領域を増加するために、（各々のスロット１４８をダンベル形状にして）より大きく作られる。もしも、拡大された端に付加的な余地を提供することが、必要なら、スロット１４８の端部は、ずらされることができる。
【００７２】
インターフェース機器の特定の適用では、処理の後に、多量の緩衝液あるいは他の洗浄材料で、マイクロアレイ用スライドを洗浄することが望ましい。洗浄液量は、インターフェース機器１４０のリザーバに収容される量より多くてもよく、この場合には、インターフェース機器１４０は、洗浄液および他の流体が、インターフェース機器１４０を通過した後に放出され、収集されることを許容する流体出口を含まなければならない。
【００７３】
マイクロアレイ１５４に対応させてガスケット１４６を位置合わせするためには、比較的透明で、裸眼では見えないマイクロアレイ１５４中のスポットは、偏光縞または干渉縞を用いて視覚化されてもよい。ガスケット１４６は、顕微操作機器を用いて、手動で、あるいは機械的に位置合わせされる。ガスケット１４６は、マイクロアレイ用スライド１５０に対応させて位置合わせを行うために移動されるが、ひとたび適した位置にあるときは、粘着性材料を有する領域に圧力をかけることによって、マイクロアレイ用スライド１５０に移動可能に固定されうるように、ガスケットは、その下側表面の一部または全部をベトベトのあるいはネバネバの材料、または接着剤で提供されてもよい。適した粘着性材料は、例えば、シリコンまたは感圧性接着剤である。
【００７４】
ガスケット１４６に対応してミクロ流体回路層を位置合わせするのは、種々の方法によって、行われる。ミクロ流体回路層１４４とガスケット１４６とは、位置合わせが、機器の２個またはそれ以上の端部を一直線に合わせることによって成し遂げられるような大きさであればよい。あるいは、図１６と２２に示すように、ミクロ流体回路層１４４は、適切に位置合わせされた場合に、ガスケット１４６がその中に適合する凹部１４５により、提供されることもできる。図１６にみられるように、凹部１４５は、縁１４７によって取り囲まれており、この例では、縁は凹部の周囲に連続的な壁を形成するが、連続的であるよりも、隙間を有することもできる。マイクロアレイ用スライド１５０とミクロ流体回路層１４４とを良好に適合させるために、ガスケット１４６をわずかに押し込むことを許すためには、凹部１４５の深さが、ガスケット１４６の厚さより、わずかに小さいことが望ましい。それゆえ、本発明のこの実施形態では、封止機能がガスケット１４６によって与えられるので、ミクロ流体回路層１４４の縁が、マイクロアレイ用スライドを封止する必要はなく、望ましくない。
【００７５】
ミクロ流体回路層１４４に対応させた入出力層１４２の位置合わせもまた、いくつかの可能な方法によって、行われる。入出力層１４２とミクロ流体回路層１４４とは、位置合わせが、機器の２個またはそれ以上の端部を一直線に合わせることによって成し遂げられるような大きさであればよい。あるいは、入出力層１４２とミクロ流体回路層１４４のいずれか一つが、他の入出力層１４２とミクロ流体回路層１４４の一つにある対応する穴または凹部と結合する１またはそれ以上の杭または突起を使って、与えられる。さらに他の実施形態では、両方の層が、位置合わせ柱が通った一直線に整列された穴を含んでいてもよい。さらに他の実施形態では、入出力層１４２の下側表面は、ミクロ流体回路１４４の下側の凹部１４５と対比しうる、ミクロ流体回路層１４４を支持するための大きさの凹部を含んでいてもよい。
【００７６】
図１３に戻ると、クランプ部材１５２は、ベースプレート２１２と、下方への圧力が角のある面２１８と２２０とのそれぞれにかかると、弾性的に外側に広がる上方に拡張された分岐２１４と２１６とを含む。入出力層１４２は、分岐２１４上の突起２２２と分岐２２４上の突起２２４とが入出力層１４２の両側の凹部２２６と２２８に適合するに足りるように、押下げられる。ベースプレート２１２とマイクロアレイ用スライドの間の弾力部材は、マイクロアレイ用スライド１５０に上向きのバイアスの力を与え、この力は、入出力層を分岐２１４と２１６の突起２２２と２２４とをそれぞれに下側に押し付けて、インターフェース機器１４０をマイクロアレイ用スライド１５０に固定するために、ガスケット１４６とミクロ流体回路層１４４に伝達される。
【００７７】
マイクロアレイ用スライドが通常のスライド読解機で読解されるために、インターフェース機器は、スライドの処置に続いて、マイクロアレイ用スライド１５０から取り去られるように適応される。この場合には、マイクロアレイ用スライドは、インターフェース機器１４０の除去に先立って、反応物質、処理用化学物質などを除去するために、洗浄されるのが好ましい。それゆえ、インターフェース機器１４０中で、実行される最後の処理ステップは、緩衝液のみがマイクロアレイ用スライド１５０上に残るように、高容量洗浄である。さらに、空気あるいは気体（例えば窒素）が、洗浄後にマイクロアレイ用スライドを乾かすためにインターフェース機器１５０に流されてもよい。
【００７８】
代替可能なクランプ機構が、図２３と２４に示されている。この代替可能な実施形態では、入出力層１４２が省略されている。図１３〜２２の実施形態では、入出力層１４２は、２つの機能を果たす：一つ目は、蓋として働き、クランプ部材と連携して、インターフェース機器の種々の層をお互いに保持することである。二つ目は、流体の導入と、機器から空気を開放とを提供することにある。図２３と２４の実施形態では、これらの二つの機能は、分離した素子によって行われる。ミクロ流体回路層１４４の表面を固定し、封止する可動蓋２６０が、提供される。蓋は、蝶番２６４によって、クランプ機構の基部２６１に接続されている。流体の導入機能は、ミクロ流体回路層１４４に至り、入口流路１７４に接続するキャピラリーチューブ２６５によって、行われる。マイクロアレイ用スライドとガスケットとは、図１３〜２２に関連して述べられたようにして、形成される。クランプ部材の基部２６１は、スライドの位置合わせのための溝２６６を含み、この例では、クランプ部材の基部とマイクロアレイ用スライドの間に弾力性材料の２個の条片２６８を含む。同様に、蓋の底面は、優れた封止体を提供し、ミクロ流体回路層１４４のミクロ流体回路のための上層を形成するために、シリコンのような弾性材料の層２７０を含む。ミクロ流体回路層の上側の表面上に、ミクロ流体流路の上層を形成し、ミクロ流体流路内に含まれる材料による蓋の下面の汚染を防止するための材料の薄層を含むことは、望ましく、より好ましい場合もある。図２３と２４とは、独立した機器を示しているが、多くのこの型のクランプ機構は、それぞれがインターフェース機器と連結した複数のマイクロアレイ用スライドを装置に固定するために、図１に示す型の装置に組み込まれると、正しく評価される。
【００７９】
図３１と３２とは、ガスケット４０４の開口部４０６が、非対称で、クランプ部材４４０と４４２とが、基部４０２に搭載されていないことを除けば、図３０に示す機器と同様な、本発明の機器の別の実施形態を示す。図３１は、機器の分解立体斜視図を示し、図３２は、組み立てられた機器の平面図を示す。この実施形態では、基部が提供されておらず、クランプ部材は、封止を行い、マイクロアレイ１５４を含むインターフェース流路を形成するための、インターフェース機器４１２とマイクロアレイ用スライド１５０との間に位置するガスケット４０４とともに、インターフェース機器４１２とマイクロアレイ用スライド１５０とを単純に、固定する。インターフェース機器４１２は、インターフェース流路４１３への接近を提供する入口４１０と出口４１２とを含む。インターフェース機器４１２は、インターフェース流路の視覚化を許すために、透明な材料で形成されると好ましい。クランプ部材４４０と４４２とは、各々が、インターフェース機器４１２とマイクロアレイ用スライド１５０の隣接する長端と短端とに沿ってクランプするように、Ｌ型を形成するために、切込みを入れて、折り曲げられたｃ−溝材料の単一の片から形成されると、好ましい。
【００８０】
特定の用途では、処理の間にインターフェース機器内で、流体を混合する、あるいは再循環することが望ましい。例えば、もしも、マイクロアレイを液体サンプル中に低濃度で存在する材料を検出するために用いられれば、液体サンプル中の分子がマイクロアレイ中のスポットに拡散するために必要とされる時間の総量が、便利であるというより、より大きくなり、低濃度材料の結合（それに続く検出）が、混合をすることにより、向上するだろう。
【００８１】
もし、図２５または２７に示される型の全アレイ反応チャンバーが用いられると、流体の混合は、サンプル溶液中の低濃度材料をアレイ中の短い拡散距離に至らせるために、流体を、アレイを横切って前後に移動することによって行われる。混合を行うための１つの機構が、図２８の断面図で示される。これは、インターフェース機器の設計が少し異なる図１〜３で示されたスライド処理機器によって用いられたのと同じ混合機構である。両方のバージョンでは、２つの浮袋が、交互に膨張し、収縮する；図２８に示す発明のバージョンでは、浮袋の下表面が、柔軟なダイアフラム層で形成されており、一方、図１〜３の実施形態では、（図示される）下表面は、（ここではミクロ流体回路層に類似する）主インターフェース層と同じ材料で形成される。図２８に言及すれば、柔軟なダイアフラム２５０は、ガスケット１４６とミクロ流体回路層１４４との間に位置している。ダイアフラム２５０は、反応チャンバー２３０の上のミクロ流体回路層１４４に形成される凹部２５１と、凹部２５２を除けば、ガスケット１４６とミクロ流体回路層１４４に一方、または両方に固定される。凹部２５１と、凹部２５２とは、反応チャンバーの一つの面の対辺に置かれる。凹部２５１と、凹部２５２とは、ダイアフラム２５０が分離した空気リザーバ（例えば浮袋）２５７と２５８をと形成するように、接続される仕切り２５３によって、分離されている。空気リザ−バ２５７と２５８とは、それぞれ空気流路２５４と２５５とに通じているが、お互いは通じていない。圧力源２５６は、一方の空気リザーバに陽圧を発生させ、他方の空気リザーバに陰圧を発生させる。図２８の例では、空気リザーバ２５８内の陽圧は、ダイアフラム２５０を外側に動かし、空気リザーバ２５７内の陰圧は、ダイアフラム２５０を内側に引くので、反応チャンバー２３０では、白い矢印で示される方向に、流体の動きが発生する。圧力源２５６は、図２８に示されるようなピストン、蠕動ポンプ、または比較機器であればよい。空気流路２５５と２５６の圧力変化は、好ましくは、等しい振幅で、反対の符号であればよいが、種々の手段により、単一の圧力源により、あるいは別個の圧力源により発生させてもよい。空気経路２５５と２５６とを交互に膨張したり、収縮したりすることにより、流体は反応チャンバー２３０を行ったり戻ったりする。図１に関連して、示し、述べると、多岐管は、多重反応機器間で、単一の源から圧力信号を分配するために用いられる。
【００８２】
混合あるいは攪拌を与える他の方法は、圧電駆動機を用いることである。圧電駆動機は、インターフェース機器（例えば、図３０の４０８）の中または上のいずれか、マイクロアレイ用スライド１５０上、あるいは基部４０２の中に搭載されることができる。圧電駆動機を渡って加えられた、交互の電位は、交互位の周波数で、振動することをもたらす。交互位は、正弦波形、方状波形、三角波形、あるいは他の波形であってもよい。圧電駆動機は、例えばＵＶ硬化エポキシ樹脂、あるいは機械的に固定するなどの関連分野の当業者に知られた種々の方法により、インターフェース機器４０８あるいは基部４０２に取り付けられる。基部４０２あるいはインターフェース機器４０８の圧電駆動機を制御するために用いられる電子回路は、外部制御モジュールによって、電線を経由して、圧電駆動機に接続されると好ましい。一つの典型的な構成は、基部４０２が、お互いが１８０°の位相差で、作動し、インターフェース流路内で振動と混合とを発生するためにお互いが距離をもって配置されている２個の圧電駆動機を含むものである。他の手段は、お互いが１２０°の位相差で、作動する３個の圧電駆動機を用いることである。しかし、本発明は、圧電駆動機の特別な数や、駆動機を作動するために用いられる信号間の特別な位相に制限されるものではない。
【００８３】
液体を混合するための別な方法は、アレイの全ての横列に通ずる単一の曲がりくねった流路を形成して、多重インターフェース流路を直列に接続することによって、マイクロアレイに渡って、流体を再循環することである。流体は、曲がりくねった流路を通って、再循環されることができる。ミクロ流体再循環器の一つの実施形態と、その使用方法とが図２９Ａ−１９Ｂに図示されている。図２９Ａは、入口３０１と、出口３０２と、順方向流体経路３０３と、戻り流体経路３０４とを含む流体回路３００が示されている。この流体回路は、空気ダクト３０５〜３０８を含む。ダクト３０５と３０７とは、常に開いている単純なダクトであり、一方、ダクト３０６と３０７とは、空気を流体回路に注入するために設計されたポンプ３０９と３３０とが接続されている。下流側バルブ３１１は、出口３０２に接続されたバルブであり、流体流路から流体や空気を置換することを制御するために用いられる。下流のバルブ３１１は、３０２の下流のどこかに接続されている。パッシブバルブ３１２と３１３とは、停止手段として働く、２個の疎水性の絞りである。親水性の絞りのような、他の形のパッシブバルブも、使用してもよい。３１４は、ある形のポンプ手段用いて流体回路に押し出されたサンプルまたは流体である。順方向流体経路３０３は、曲がりくねった流路であるが、どのような流路形状であってもよい。戻り流体経路３０４は、より真直であるが、曲がりくねっていてもよく、他の形の径路であってもよい。順方向流体経路３０３と、戻り流体経路３０４とは、流体が循環されるために、必要な閉回路流路を規定する。入口３０１と出口３０２との間の順方向流体経路３０３と、戻り流体経路３０４との容積は、ほぼ等しいであろう。ほとんどの再循環プロセスのために、下流バルブは、中に十字を有する円で示されるように、閉じられている。図２０Ｇに示される最後のステップでは、流体は、再循環径路から排出され、下流バルブ３１１は、中が開渠である円によって示されるように、開かれた構成を示される。
【００８４】
図２９Ａでは、流体３１４は、回路に初めて入る。図２９Ｂでは、流体３１４は、回路に、さらに送り込まれている。流体は、パッシブバルブが流れの障害を作るので、パッシブバルブ手段３１２を超えて流れない。流体は第２のパッシブバルブ３１３にまで送り込まれる。流体は、３１３に到達しないが、この段階では、流体は必ず、３１３を押し通されない。供給される流体の量は、流体回路の容積を知り、それを正確な量に置き換えることにより、パッシブバルブ３１２と３１３との両方が、対抗された場合を指示する圧力フィードバック機構により、流体が３１３に到達した時に検出するセンサーにより、あるいは他の手段により、制御されてもよい。
【００８５】
図２９Ｂでは、ひとたび流体が、３１３あるいはその近傍に到達すると、液体の送り込みは止まる。図２９Ｃと２９Ｄでは、空気が、流体を、パッシブバルブ３１２より障害が弱いように設計されたパッシブバルブ３１２を押しのけて進める。ひとたび、空気ポンプ３０９が、液体を、パッシブバルブ３１２を超えて押し進めると、ポンプは止まる。戻り径路３０４で置き換えられた空気は、空気ダクト３０５を通って、システムから流出する。空気ダクト３０５と３０７とは、パッシブバルブに隣接しているので、空気は、バルブをリセットできるが、図２９Ｄの３１２のように、バルブは、障害を除くために、湿らせるのが好ましいので、バルブは、流体を、バルブからさらに遠くに押し進めることはできない。
【００８６】
図２９Ｅに示すように、ひとたびパッシブバルブがリセットされると、空気ポンプ１３０は、流体を戻り径路３０４に押し進めるために、空気を、空気ダクト３０８を介して回路に注入する。ポンプは、流体がパッシブバルブ３１２を超えて押し進められるまで、流体を押し進め、それゆえ、図２９Ｆに示されるように、バルブをリセットする。この時点で、流体は、再び再循環されることができ、あるいは、図２９Ｇに示すように、出口バルブが開けられて、送り込まれた流体が、順方向流体経路３０３中の流体の全てを回路の外へ押し出すことを再開する。流体は、順方向流体経路３０３の代わりに、分岐３０３と３０５の両方から、排出されることも可能である。図２９Ｃの３１５および図２９Ｅの３１６の栓が、空気が誤った径路に流れ落ちることの、物理的な障害として働く。
【００８７】
マイクロアレイを処理するために要求されるサンプル量を最小限にするために、インターフェース流路の容積を最小限にすることは、しばしば好ましい。しかし、好ましい低いサンプル量を与えるためには、マイクロアレイ用スライドの比較的大きな部分を網羅するインターフェース流路、あるいはウェルは、かなり浅くしなければならない。鋳型および機械加工によって形成される構成要素の滑らかさの制限は、均一な低い深さのチャンバーを得ることを困難にする。本発明の一つの特徴では、充填材料が、一時的または恒久的に、部分的に満たされ、それゆえ流路の容積を減らすために、好ましいよりも大きい容積を持つインターフェース流路に流し込まれる。充填物は、他の方法で得られるよりも、より滑らかで、より均一な内部表面を形成することができる。充填物材料は、図３３に示すように、流路を通過するサンプル４５０と非混和な液体充填物であってもよいし、あるいは図３４に示すように、インターフェース流路内を液状で流れるが、インターフェース流路の内表面の一部である凝固充填物になるために凝固する材料であってもよい。非混和液体の一例は、水性サンプルと一緒に用いられるミネラルオイル、または植物オイルである。最初は、液状で、インターフェース流路の内部表面の一部になるために、凝固する充填物材料の一例は、流路内に流されることに先立って、溶かすために暖められ、それから冷やして凝固させることができるパラフィンである。もしも、固体を保つためには、充填物材料は、マイクロアレイ処理にさらされている間の最高温度より高い融点を持つことが必要である。しかし、充填物材料が、充填物材料に接触する反応物質および試薬溶液に非混和である限り、充填物材料が固体のままである必要はない。しかし、充填物材料は、マイクロアレイ用スライドに粘着せず、サンプルあるいは反応溶液を、マイクロアレイ上のドットの近傍から、排除しないものである必要がある。充填物材料のマイクロアレイ用スライドへの親和力は、考慮されなければならない。同様に、特別な充填物材料が、マイクロアレイ用スライド１５０の表面を妨害せずに用いられるかどうかは、試薬／反応物質溶液に相対的な充填物材料の密度や、インターフェースチャンバーに対するマイクロアレイ用スライドの方向性が、考慮されなければならない。
【００８８】
本発明のインターフェース機器は、インターフェース機器内で起こる反応をリアルタイムに検出するため、および種々の反応状態をフィードバック制御するために、流体センサー、温度センサー、圧力センサー、電極、および光学センサーに限定されない種々の型のセンサーを含む。インターフェース機器は、加熱エレメント、あるいは反応状態を調整するための他の機構を含んでいてもよい。例えば、加熱エレメントは、ＰＣＲの間、熱循環を行う。前記したように、基部は、加熱エレメントを含んでいてもよい。恒久的な構成部材が、本発明の機器の一部に含まれており、機器（例えば、インターフェース機器）の他の部分は、使い捨てであると好ましい。加熱エレメントおよび種々のセンサーからの制御信号およびデータ信号は、電線を介して外部制御モジュールに送られ、および外部制御モジュールから送られることが、好ましい。
【００８９】
本発明のシステムにおける優位点の一つは、本発明のシステムは、単一のスライドの処理に用いるために構成されることも、あるいは複数のスライドの処理を扱うために多重化することもできることにある。図１の実施形態の装置を、多重化システムで用いるための機能性を、非常に詳しく述べる。図３５は、本発明の好ましい回路図を示す。ユーザインターフェース６１８は、ユーザが、加熱あるいは冷却期間に加えて望ましい温度などの加熱パラメータ、ポンプ圧力、混合回転数、負荷サイクル、および（図１〜３、３０実施形態で用いられる圧空混合のための）混合期間などの混合パラメータを含む、本発明によって与えられた反応条件の仕様を定めることを許す。ユーザインターフェース６１８で入力されたデータは、マイクロプロセッサや記憶機器などの構成要素を含み、ユーザインターフェース６で進められるパラメータを調整する温度制御装置６５０およびポンプ制御装置６５２に送信される。制御信号は、温度制御装置６５０から加熱ブロック６０６に送られる。温度フィードバック信号は、好ましく維持でき、調整できる望ましい温度を与えるために、温度制御装置６５０に送り返される。ユーザインターフェース６１８によって管理され、ポンプ制御装置６５４によって調整されたポンプ６５４（あるいは、他の圧力源）は、圧力多岐管６２２に入り、管６０６および６６１を通って、各々の反応機器６０４に分配される陽圧と陰圧との圧力差を生ずる。圧力差は、ここで述べるように気体（好ましくは、空気）、あるいは液体（好ましくは、水）の２個の媒体を通って、伝えられることができる。図１に示したように、温度制御装置６５０とポンプ制御装置６５２とは、別個に実装されている。しかし、前記したように、ポンプ６５４、多岐管６４４、および加熱ブロック６０６と同様に、２個の制御装置を同じ装置の箱体に実装することもできる。
【００９０】
もし、電極、アクティブバルブ、圧電素子などのような他の能動素子が、インターフェース機器内、あるいは装置内に含められるのであれば、装置は、ユーザインターフェース６１８からの入力を受信する１またはそれ以上の付加的な構成要素を含み、望ましい方式で能動素子を作動させるために、電気的接続を介して、能動素子に制御信号を送る。能動素子が、検出電極、あるいは光学または温度センサーなどのようなセンサーである場合には、付加的な構成要素は、電気的接続を介して、能動素子からの電気信号を受信し、能動素子から受信した信号に関する情報を、ユーザインターフェース上に表示する。上記少なくとも一つの能動素子から、電気信号を受信する。コンピュータをユーザインターフェースとして機能し、加熱ブロック、ポンプ、あるいは機器に用いられる他の能動素子を作動させるための制御信号を発生させるために、プログラムすることも可能である。
【００９１】
図３６〜３９は、反応機器と、装置または基部との接続に関するいくつかの他の方法を示す。本発明の他の実施形態の一つでは、図３６に示されるように、単一の外部制御モジュールが、基部に提供される、加熱、混合、その他の機能を制御するための多数の、各々が、単一のスライドをインターフェース機器に接続されている基部からの信号を制御し、受信する。図３６の実施形態では、サンプルと試薬流体とは、前記した他の実施形態と同様の方法で、各反応機器の上表面の開口部に、手動で供給される。本発明の別の実施形態では、図３９に示すように、多数のスライドとインターフェース機器を収容する多重スライド装置が用いられる。単一の外部制御モジュールは、その各々が１または多数のスライドとインターフェース機器を支持する、１または多くの基部を制御してもよい。あるいはまた、１または多数のスライドとインターフェース機器を支持する基部と、加熱、混合、および他の基部の機能を制御する電子機器とは、共に、装置自体の中に組み込まれていてもよい。図３７と３８の実施形態では、複数の流体のアリコートが、装置に装着され、それらから、個々の反応機器に配給される。図３９の実施形態では、多岐管を介して複数のアリコートに分割され、装置内にある多数の反応機器に供給される、単一の流体アリコートが装着されている。
【００９２】
サンプルおよび試薬を少数のスライドに供給するためには、単にサンプルや試薬を、個々のスライドで封止されている個々のインターフェース機器の入口に、ピペットで入れるのが、実験技術者にとって、便利である。しかし、もし、多数のスライドが処理されるには、サンプルと試薬とは、もっと自動的な方法で、スライドに供給されることが好ましい。
【００９３】
マルチピペッター機器が、開発され、多数のＤＮＡサンプルを処理する実験室で、一般に用いられている。このようなマルチピペッターは、多数のサンプルを同時に、ミクロタイタープレートにピペットで入れることが可能である。マルチピペッターは、標準的な距離で（典型的に）９ｍｍの均一な間隔があけられている多重ピペットチップを有している。このようなマルチピペット機器は、マルチピペッターのピペットチップを支持するスペースが開けられた入口と、インターフェース機器の入口と噛み合うことのできる出口を有するアダプタを用いて、本発明によるインターフェース機器を介して多数のスライドにサンプルを供給するために用いられる。図３７に示すように、アダプタ５００は、マルチピペッターのピペットチップ５０２ａ〜５０２ｄと同じ間隔で、その上表面に多数の入口５０１ａ〜５０１ｄを有している。アダプタ径路５０４ａ〜５０４ｄは、アダプタ５００の内部を通って、インターフェース機器５０８ａ〜５０８ｄの入口と噛み合うアダプタ５００の底面上のニップル５０６ａ〜５０６ｄに通ずる。図３７に示されるアダプタ径路５０４ａ〜５０４ｄは、多くの場合、同じ容積の空所を有することが望ましいため。全て同じ長さである。しかし、もし、特別な適用のために、より便利であるか、より望ましいのであれば、アダプタ径路の長さを変えて製造することができる。
【００９４】
図３８は、その各々がインターフェース機器を有する、多数のスライドを受け入れることができる装置５５０を示す。この例では、スライドは、アダプタの入口５６５とインターフェース機器の出口５７０との距離を最小にするために、アダプタの入口５６５の片側に置かれている。
【００９５】
図３９は、流体を、単一の入口５６４から、多数のスライドに分配するための多岐管の図案を示す。この例では、多数のスライドと、それらに結合したインターフェース機器５６０とは、流体の多岐管５６２をも含む単一の基部６００に固定されている。図３９は、基部６００に含まれる加熱および混合機能を制御するための、基部６００に接続された外部制御モジュールもまた、示している。多岐管を、基部から分離した構造で、図３７に示すアダプタ５００に類似するように形成することもできる。多岐管５６２は、サンプルをインターフェース機器に均一に分配でき、サンプルを、各々のスライドに、実質上同時に供給するためのパッシブバルブ部を含んでいてもよい。多岐管５６２と接続されたインターフェース機器５６０によって形成されたミクロ流体回路を示す回路図が、図４０に示されている。各々のインターフェース機器は、（参照番号５６６、５６７、５６８で示される）いくつかの下側パッシブバルブと共に、単一のインターフェース流路を含む。もし、各々のインターフェース機器が、個別に処理されれば、パッシブバルブ部は、機能的に有意義ではないであろうが、もし、多数のインターフェース機器が、平行に処理されれば、個々のインターフェース機器内のパッシブバルブ部は、全てのインターフェース機器間で、流体の分配を調整できるであろう。
【００９６】
本発明の他の実施形態では、マイクロアレイ用スライドと、スライドによって占められるスペース量を最小にするために、ミクロ流体回路を組み込まれたインターフェース機器とを積み上げることによって、多数のスライドが、同時に処理される。もし、望ましいのであれば、マイクロアレイ用スライドの底面は、堆積体の次のスライドの処理に用いられるミクロ流体回路の最表面として機能することができる。ミクロ流体回路への入口と出口とは、機器の最表面を介するよりもむしろ、各々のインターフェース機器の１またはそれ以上の端部を介して作られる。
【００９７】
本発明のマイクロアレイインターフェース機器は、マイクロアレイのオンスライド処理を実現するために、サンプルと試薬とをマイクロアレイ用スライドに供給することを容易にする。前記したように、マイクロアレイ用スライドは、ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、あるいは蛋白質であってもよい当該の分子のスポットを含む。これらの異なる分子を処理するための種々の方法が知られており、特に、蛋白質を処理する方法は、核酸を処理する方法とは異なるが、それにもかかわらず、特定の基本的な処理ステップは、すべてのマイクロアレイ用スライドで行われ、本発明のマイクロアレイインターフェース機器によって対応されることが好ましい。
【００９８】
本発明のインターフェース機器を用いる一般的な方法は、次の通りである。
【００９９】
マイクロアレイ用スライドは、市販のものを取得する、それらが処理される実験室で製造される、あるいは他の方法によって取得する。ガラス製のスライドや、プラスチックスライドと同様に、それらを種々の型に表面処理をしたものを含む種々の型のスライドが、本発明の実施で、用いられる。インターフェース機器へ封止されるに先立って、二重らせんのＤＮＡを有するスライドは、一般に二重らせんを分離するために加熱ステップを受け、次に、未結合のらせんを除去するために、洗浄が行われる。さらに、ガスケットとスライドの間に良好な封止体を得るために、ガスケットに接触するスライドの部分を滑らかで、きれいにしておくことが好ましい。
【０１００】
インターフェース機器は、スライド、ガスケット（あるいは他の封止手段）、およびインターフェース機器をお互いに適切な位置にあわせ、良好な封止体を得るためにそれらを固定することによって、スライドに封止される。インターフェース機器がスライドに封止された後、マイクロアレイ用スライドを処理するために、以下の基本的なステップが実行される。
【０１０１】
１）  事前結合
非特異的結合部位を塞ぐ物質を含む溶液が、インターフェース機器を介してインターフェース流路に導入される。この阻止溶液は、スライドの洗浄を助けるための界面活性剤を含んでいてもよい。この阻止溶液は、起こる反応を完全に行うために、スライド上でインキュベートされていてもよい。もし、マイクロアレイ上で行われる処理が、核酸のハイブリダイゼーションであれば、阻止溶液は、当該分野で知られている前ハイブリダイゼーション緩衝液であり、マイクロアレイ用スライドは、前ハイブリダイゼーション緩衝液と共に、一般に４２℃で４５分から２時間インキュベートされる。
【０１０２】
２）  洗浄
非特異的結合を起こす異質の材料をマイクロアレイから除去するために、洗浄溶液がインターフェース流路に通される。
【０１０３】
３）  結合
マイクロアレイ上の当該分子に選択的に結合し、直接または間接に、検出信号を発生する分子（あるいは複数種の分子）を含む結合溶液が、インターフェース流路に注入される。それから、スライドは、結合溶液と共にインキュベートされる。もし、核酸のハイブリダイゼーションが行われるのであれば、結合溶液は、ハイブリダイゼーション溶液であり、インキュベーションは、一般に、４２℃で、一晩行われる。溶液の混合や攪拌は、完全な最大限の結合を得るために要求される時間を減少する。蛋白質−蛋白質、“薬剤”−蛋白質、ペプチド−蛋白質、ＲＮＡ−ＤＮＡ結合反応を含むが、これらに限定されない種々の型の結合反応が行われ、続いてマイクロアレイ用スライド上で、検出される。
【０１０４】
４）  洗浄
結合の検出時にノイズや干渉を引き起こす異質材料（例えばＳＤＳ、一般に前ハイブリダイゼーション緩衝液に用いられ、当該分子の結合により生じる蛍光と競合する蛍光を発生する）のみならず、結合溶液から、非結合分子を除去するために、第２の洗浄ステップが、行われる。
【０１０５】
５）  検出
結合溶液からの分子の、マイクロアレイ用スライド上の分子との結合は、一般的に、結合が起こった位置で起こる蛍光、放射能、変色などを検出することで、決定される。結合溶液中の結合分子は、しばしば、例えば蛍光色素で、標識されているので、結合が起きた位置で発光し、蛍光量が、所定の位置での結合分子の数の働きである。もし、インターフェース機器が、スライドへの視覚的な接近を許す表示窓を含む場合には、検出は、インターフェース機器がスライドに貼り付けられている間に行われ、あるいはスライド単独上で行うために、スライドは、インターフェース機器から取り外されてもよい。
【０１０６】
本発明は、一般的には、機器の基本的な設計をほとんど変更せずに、溶液中の物質と結合したスライド上に固定された化学物質の、種々の型の結合反応を行うことに用いられる。特別なスライド処理手順によって、強制される主な設計上の制限は、機器が、あらゆる加熱ステップの間に良好な封止体を維持し、インキュベーションステップの間に必要な混合または攪拌を提供し、十分な廃棄物貯蔵量を提供する、あるいは廃棄物を外部貯蔵機器に排水させることが、必要であることである。上で、概説したステップは、すべて、本発明のインターフェース機器の使用で行われる必要はない。例えば、スライドがインターフェース機器に封止される前に、遮断ステップが行われてもよい。同様に、検出ステップは、スライドが、インターフェース機器から取り外された後で、行われてもよい。さらに、インターフェース機器は、上記以外の方法により、スライドを処理するために用いられてもよく、本発明は、上記で特別に開示された以外の処理ステップにインターフェース機器を用いることを含めることが考慮されている。
【０１０７】
結合物質がマイクロアレイにアプライされる前に、結合化合物の生化学的処理において、種々のステップを行うために、種々の前処理モジュールが本発明のインターフェース機器に接続されていてもよい。典型的な前処理モジュールは、分離モジュール、標識モジュール、および精製モジュールを含む。モジュールは、連続してインターフェース機器に接続されることが好ましく、それにより、粗組織サンプルは、粗組織サンプルから（ＤＮＡ、ＲＮＡ、あるいは蛋白質のような）結合化合物に精製されるための分離モジュールに最初に導入される。次に、精製された結合化合物は、標識、および／または増幅のために、標識モジュールに入る。最後に、標識された結合化合物は、アレイに添加されるのに先立って、最終的な浄化のために、精製モジュールに入る。あるいはまた、個々の前処理ステップは、連続してどれかのモジュールに押し込む、あるいはマイクロアレイへの導入のために、適切に調整されたサンプルを直接インターフェース機器に添加するように、手動で行われることもできる。各々の前処理モジュールに存在する廃棄試薬や洗浄溶液は、他の前処理モジュールあるいはマイクロアレイインターフェース機器に送られるより、むしろ、その前処理モジュールから直接に廃棄物貯蔵容器に送られるのが好ましい。
【０１０８】
分離モジュールは、標識およびハイブリダイゼーションに先立って、結合溶液から得られた化合物を、粗組織あるいは細胞から分離する。細胞からの粗液体抽出物あるいは脂質、多糖類、蛋白質、核酸、塩などを含む組織は、直接、このモジュールにアプライされ、差動アフィニティマトリクス、粒径排除または透析方式、電気泳動的挙動を基にされ、（ＲＮＡ、ＤＮＡ、または蛋白質の）結合分子が、無用の汚染物質から分離される。
【０１０９】
標識／増幅モジュールは、インターフェース機器を用いるアレイでハイブリダイズされる結合分子に蛍光物質または他の標識を組み込む。標識試薬は、予めロードされていてもよく（好ましくは、乾燥した形状で）、サンプルと共に注入されることもできる。標識化反応は、一般に、蛍光性あるいは放射性ヌクレオチド、酵素分子、高原性ペプタイド、あるいは容易に検出可能なタグに親和性のあるビオチンのような他の分子のような、容易に検出可能なタグに、サンプルを連結することを含む。増幅ステップは、ポリメラーゼ連鎖反応、ローリングサークル増幅、リガーゼ連鎖反応、Ｅｂｅｒｗｉｎｅ増幅、あるいは種々の型のＤＮＡまたはＲＮＡポリメラーゼを用いる他の増幅方法のような核酸を増幅する方法を含むが、これらに限定されない。これらの標識化および増幅方法についての種々の技術は、今後ずっと、単に標識化および増幅ステップとして言及される。
【０１１０】
アレイへの適用に先立って、サンプルを即座に精製するサンプル精製モジュールは、ＤＮＡ、ＲＮＡまたは蛋白質である結合分子と、以前の生化学ステップから残っている種々の汚染物質とを含む液体サンプルを受け取る。汚染物質は、取り込まれなかった蛍光性標識ヌクレオチド、塩、多糖類、脂質、および蛋白質を含むが、これらに限定されない。精製は、差動アフィニティマトリクス（標的の固定と汚染物質の洗浄）、粒径排除、透析方式、あるいは電気泳動的挙動を基にされる。
【０１１１】
ここで示された本発明の実施の形態は、平面のマイクロアレイ用スライドでの使用が示されたが、本発明のアレイインターフェース機器は、平板でない基板での使用のために適応されることが想定される。特に、インターフェース流路またはインターフェース機器のウェルは、ウェルを有するミクロタイタープレートのような実質的に平たい基板とインターフェースで連結することを許す大きさと、間隔とを有する。さらに、本発明によるインターフェース機器は、光ファイバーの束状構造のような実質的に平らでない基板に適合し、封止するように構築されている。
【０１１２】
本発明は、多数の例と共に、記述され、開示された。しかし、本発明の範囲は、個々で提供された特別な例に限定されるものではなく、当該分野の当業者によって、考案されるに従って含められる種々の変更が意図されており、ここに付け加えられるクレームにより定義される。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】図１は、本発明により製造されたスライド処理機器の典型的な実施態様の斜視図である。
【図２】図２は、マイクロアレイ用スライド／インターフェース機器の組み合わせの斜視図である。
【図３】図３は、図２のマイクロアレイ用スライド／インターフェース機器の組み合わせの断面図である。
【図４】図４は、平面基板上にスポットが形成されたマイクロアレイと、本発明に従って組み立てられたインターフェース機器の実施例との斜視図である。
【図５】図５は、図４のインターフェース機器とマイクロアレイ用基板がお互いに封止されている斜視図である。
【図６】図６は、図５に示すマイクロアレイ用基板とインターフェース機器との平面図である。
【図７】図７は、インターフェース機器に入口と出口とを形成する他の方法を表す。
【図８】図８は、インターフェース機器に入口と出口とを形成するさらに他の方法を表す。
【図９】図９は、アレイ前およびアレイ後ミクロ流体を含むマイクロアレイを説明するためのインターフェース機器の実施形態の平面図である。
【図１０】図１０は、マイクロアレイ用基板に封止された３次元インターフェース機器の斜視図である。
【図１１】図１１は、インターフェース機器をマイクロアレイ用基板に固定する方法を図示する。
【図１２】図１２は、インターフェース機器をマイクロアレイ用基板に固定する他の方法を図示する。
【図１３】図１３は、インターフェース機器の更なる典型的な実施形態の分解立体図である。
【図１４】図１４は、図１３の本発明の実施形態におけるミクロ流体回路層の平面図である。
【図１５】図１５は、図１４の線１５−１５で区切ったミクロ流体回路層の断面図である。
【図１６】図１６は、図１３の本発明の実施形態におけるミクロ流体回路層の底面図である。
【図１７】図１７は、図１３の本発明の実施形態における入出力層の平面図である。
【図１８】図１８は、図１４の線１８−１８で区切った入出力層の断面図である。
【図１９】図１９は、図１３に描かれた本発明の実施形態におけるミクロ流体回路の回路図である。
【図２０】図２０は、組み立てられた入出力層と、ミクロ流体回路と、マイクロアレイ用スライドとの平面図である。
【図２１】図２１は、図２０の線２１−２１で区切った断面図である。
【図２２】図２２は、図２０の線２２−２２で区切った断面図である。
【図２３】図２３は、他のクランプと流体入口の設計を示すインターフェース機器の他の実施形態の分解立体図である。
【図２４】図２４は、図２０の機器の組立図である。
【図２５】図２５は、マイクロアレイ用スライド上の全てのマイクロアレイにアクセスするためのインターフェース流路の配置を示す。
【図２６】図２６は、流体導入の間に泡の形成を減少されるために設計されたインターフェース流路の断面図である。
【図２７】図２７は、マイクロアレイ用スライド上の多数のマイクロアレイにアクセスするためのインターフェース流路の配置を示す。
【図２８】図２８は、アレイインターフェース内のマイクロアレイ上の流体を混合するためのシステムを示す
【図２９】図２９Ａは、ミクロ流体循環処理の第１ステップを示す。  図２９Ｂは、ミクロ流体循環処理の第２ステップを示す。  図２９Ｃは、ミクロ流体循環処理の第３ステップを示す。  図２９Ｄは、ミクロ流体循環処理の第４ステップを示す。  図２９Ｅは、ミクロ流体循環処理の第５ステップを示す。  図２９Ｆは、ミクロ流体循環処理の第６ステップを示す。  図２９Ｇは、ミクロ流体循環処理の第７ステップを示す。
【図３０】図３０は、本発明の他の実施形態における分解斜視図である。
【図３１】図３１は、本発明の他の実施形態における分解斜視図である。
【図３２】図３２は、組み立てられた図３１の機器の平面図である。
【図３３】図３３は、液体充填剤を含むインターフェース流路の断面図である。
【図３４】図３４は、固体充填剤を含むインターフェース流路の断面図である。
【図３５】図３５は、マイクロアレイ用スライドの処理を制御するための機器のブロック図である。
【図３６】図３６は、複数の基部に接続された外部コントロールモジュールの斜視図である。
【図３７】図３７は、マルチピペッターから多数のインターフェース機器へサンプルを供給するためのアダプタの斜視図である。
【図３８】図３８は、マルチピペッターから多数のインターフェース機器へサンプルを供給するためのアダプタを含む機器の斜視図である。
【図３９】図３９は、単一のサンプルを多数のインターフェース機器に供給するための多岐管を含む機器の斜視図である。
【図４０】図４０は、図３９のミクロ流体回路の回路図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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