(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチャネル化学分析をロボット制御（robotically）で実施する方法であって、
ａ）負荷ステーションの第１マイクロチップ基板に複数の流入口を有するマイクロチャネルを供する工程；
ｂ）マイクロチャネルから間隔をあけて試料ウェルの群を供する工程；
ｃ）流入口および試料ウェルへと運動可能なマイクロチャネル負荷デバイスを供する工程；
ｄ）負荷デバイスを試料ウェルにロボット制御で運動させ、特徴的な移動速度を有する検出可能な標的分子を有する試料をロボット制御で拾い上げ、ついで流入口に運動させる工程；
ｅ）試料をロボット制御で複数の流入口に同時に分配する工程；
ｆ）所望の数の流入口が試料を受けるまで、工程ｄ）およびｅ）を繰返す工程；
ｇ）上記第１マイクロチップ基板が上記負荷ステーションから離れるようにロボット制御で運動させ、置換マイクロチップ基板が収容できるように上記負荷ステーションを開放する工程；
ｈ）所望の試料分離が達成されるまで上記第１マイクロチップ基板のマイクロチャネル中で試料分離を引き起こさせる工程；ついで
ｉ）測定場所（location）で上記試料分離を検出する工程
を含み、マイクロチャネル負荷デバイスを供する工程ｃ）が、さらに、マイクロチップ基板用のステージを有する第１トラック、ならびに試料ウェルおよびピペッターチップ用のステージを有する第２トラックを含む運動可能なステージを有する２つの平行トラックを、上記２つのトラックの間を運動可能である負荷デバイスと共に供することを含む、方法。
【請求項２】
さらに、工程ｇ）の後に、前記負荷場所で前記第１マイクロチップ基板を前記置換基板でロボット制御で置換することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記負荷ステーションにおいて前記第１マイクロチップ基板を前記置換基板でロボット制御で置換することが、前記第１基板を、基板内に含まれる試料を有していない置換基板で置換することを含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記試料分離を検出した後に、前記測定場所から前記第１マイクロチップをロボット制御で運動させ、前記置換マイクロチップ基板のために前記測定場所を開放し、ついで置換マイクロチップ基板を用いて工程ｂ）−ｉ）を繰返すことを含む請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記第１マイクロチップ基板を用いて工程ｈ）およびｉ）を同時に実施し、前記置換マイクロチップ基板を用いて工程ｄ）、ｅ）およびｆ）を実施することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
さらに、複数の置換マイクロチップ基板を用いて工程ｃ）−ｉ）を連続して繰返すことを含み、工程ｈ）およびｉ）を前記複数のマイクロチップ基板のうちの１つの上で同時に実施し、工程ｄ）、ｅ）およびｆ）を他のマイクロチップ基板を用いて実施することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
さらに、工程ｇ）の後に、前記試料ウェル中の前記試料をロボット制御で置換することを含む請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記第１マイクロチップ基板のマイクロチャネルで試料分離を引き起こすことを、前記基板上の複数の個別マイクロチャネルがアノード・ワイヤおよびカソード・ワイヤと接触するように複数のワイヤとチップを接触させて位置させるようにチップをロボット制御で運動させ、ついで前記マイクロチャネルを通して電流を導入して電気泳動分離を実施することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記検出が、複数のマイクロチャネルを光学的に走査することによってさらに特徴付けられる請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記光学的走査が、複数のマイクロチャネルを共焦点光学的に走査することによってさらに特徴付けられる請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記走査が、前記試料分離と同時に起こる請求項９記載の方法。
【請求項１２】
マイクロチップ基板にマイクロチャネルを供することが、走査領域を画定する横断線と平行にまたは角度をなして配置されたマイクロチャネルを供することを含む請求項９記載の方法。
【請求項１３】
マイクロチャネル負荷デバイスを供する工程が：
マイクロチャネル基板を負荷ステーションの第１トラック上に運動可能にマウントし；
試料ウェルを第２トラック上に運動可能にマウントし；ついで
多機能マイクロチャネル負荷デバイスを、第１トラックと第２トラックとにまたがる（spanning）ガントリ上にマウントすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】
マイクロチャネル負荷デバイスを供する工程が、試料ウェルおよび流入口の間隔に等しい間隔で複数のピペッターを供することを含む請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、分子分離技術に関し、より詳細には、マイクロチャネル中で複数の試料を分析するための自動制御機器に関する。
【０００２】
背景技術
過去１０年間ほどにおいては、電気泳動によるごとき、平行キャピラリーが分子分離用に広く用いられている。キャピラリー電気泳動はＤＮＡおよびタンパク質を分析するために、ならびに、小イオン、小分子、細菌およびウイルスを分離するために用いられている。溶液、ゲルおよびポリマーを包含する異なる分離媒体がキャピラリーにおいて用いられている。各技術において、標的の移動度を測定し得る。
【０００３】
キャピラリーは、ＤＮＡ断片長分析およびＤＮＡシークエンシングの双方に適用されている。ヌクレオチド配列の実験は、ポリヌクレオチド断片の高分解能の分離に依存している。断片のファミリー中の各断片を、蛍光マーカーで標識し、キャピラリーチャネル中のモレキュラー・マイグレーションにおける差を観察する。単一塩基対にのみ相違を有する断片は、蛍光検出で日常的に分離される。
【０００４】
処理量を増加するために、多数のキャピラリーを平行で使用し得る。平行チャネル電気泳動により、多数の試料を同時に分析し、高処理速度を得ることができる。
最近、幾つかのグループがマイクロチャネル形式のキャピラリー電気泳動を完成している（A. T. Wooley, G. F. SensabaughおよびR. A. Mathies, "High-Speed DNA Genotyping Using Microfabricated Capillary Array Electrophoresis Chips", Anal. Chem., 69:2181-2186 (1997); A. T. WoolleyおよびR. A. Mathies, Anal. Chem., 67: 3676-3680 (1995); A. T. Woolley, P. C. Simpson, S. Liu, R. Johnston, G. F. Sensabaugh, A. N. GlazerおよびR. A. Mathies, "Advances in Microfabricated Integrated DNA Analysis Systems", HPCE98 (1998); P. C. Simpson, D. Roach, A. T. Woolley, T. Thorsen, R. Johnston, G. F. SensabaughおよびR. A. Mathies, "High-throughput genetic analysis using microfabricated 96-sample capillary array electrophoresis microplates", Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95: 2256-2261 (1998)）。このアプローチは、分離チャネルとして、キャピラリーの代わりに基板にエッチングまたは成形したマイクロチャネルを用いている（R. M. McCormick, R. Nelson, M. G. Alonso-Amigo, D. J. BenvegnuおよびH. H. Hooper, "Microchannel electrophoretic separation of DNA in injection-molded plastic substrates", Anal. Chem. 69: 2626-2630 (1997); 1994年にB. Ekstrom, G. Jacobson, O. OhmanおよびH. Sjodinに対して発行された米国特許第5,376,252号）。基板全体の物理的サイズはマイクロチップ・サイズ、すなわち一辺が数ミリメートルの寸法、からウエハー・サイズ、すなわち半導体ウエハー（直径１０-２０ｃｍ）から４８ｃｍ長のマイクロチャネル“マクロチップ”と同様の寸法まで変化し得るが（C. Davidson, J. Balch, L. Brewer, J. Kimbrough, S. Swierkowski, D. Nelson, R. Madabhushi, R. Pastrone, A. Lee, P. McCready, A. Adamson, R. Bruce, R. MariellaおよびA. Carrano, "Development of a Microchannel Based DNA Sequencer", DOE Human Genome Program Contractor-Grantee Workshop VI, Santa Fe, NM (1997)）、得られたデバイスはマイクロチップと一般的に呼ばれている。マイクロチップのサイズの決定因子は、マイクロチャネル経路の複雑さおよび分離チャネルの長さである。チャネルの長さは試料注入、試料移動および測定ゾーンを許容しなければならない。チャネルは、典型的には、８ないし４０μｍの深さおよび３０ないし１５０μｍの幅の寸法のものである。小さなチャネルは、より大きな断面積を有するキャピラリーよりも顕著に短時間でＤＮＡ断片を分離する。
【０００５】
平行試料ウェルを供し、自動化光学ディテクターおよびソフトウェア・アナライザーを供することによって、平行キャピラリーを供することを超えて、分析の速度における幾つかの進歩が達成されている。これらの進歩にもかかわらず、特に標本を取扱い、分析機器に提示することにおける精巧な分離はなお時間がかかり、かつ労働集約的なプロセスである。
【０００６】
本発明の目的は、マイクロチャネルにおける平行高処理分析のために、マイクロチップおよびマクロチップで標本を自動制御的(robotically)に取扱いおよびそこに提示するための装置を考案することにある。さらなる目的は、電極が設けられ、試料を分離チャネルに注入し、分離を行い、かつ試料を検出する分析ステーションへのチップの提示を自動化することにある。
【０００７】
発明の概要
上記目的は、マイクロチップ上のマイクロチャネル中の電気泳動に基づく機器中で試料を負荷し、取扱い、流動させ（running）および分析するためのマクロないしマイクロ・インターフェースで達成された。該マイクロチップは、マイクロチャネルに通じるマクロスケールの流入口を有する。該流入口は、編成されたピペッターチップのアレイのピペッターのサイズおよび間隔に適合するように離されている。
【０００８】
マイクロチャネルは、マイクロリットルよりも遥かに小さい微視的体積を供し、その中で分析が行われる。当該機器は、ピペッター、電極およびディテクターに関するマイクロチップの相対的な運動を有する、マイクロチップ取扱機を特徴とする。マイクロチップを運動させる場合もあるが、他のコンポーネントを運動させる場合もある。試料を含まないマイクロチップをチャック上に置き、ピペット操作デバイスで試料をマイクロチップに負荷し、マイクロチップ中のマイクロチャネルを電極と接触させ、試料を分離マイクロチャネルに注入し、電気泳動分離を行い、分離を検出および測定し、ついでマイクロチップを除去することを含む一連の自動操作が存在する。
【０００９】
好ましい具体例において、分離マトリクスを予め充填しているが試料は充填していないマイクロチップは、試料負荷ステーションから試料分析ステーションに第１のＹ−軸トラック上で非常に正確に運動可能である真空チャックに保持される。マイクロチップのマイクロチャネルは、試料分離を高めるためのシーブとして作用し得るポリマーまたは他のマトリクスで予め充填する。試料負荷ステーションでは、ピペッターを含む多機能デバイスによって、試料をマイクロチップに負荷し得る。該多機能デバイスは、第１のＹ−軸トラック上の試料負荷ステーションと、第１のＹ−軸トラックに平行な第２のＹ−軸トラック上のチップおよび試料ステーションの双方との間を横行Ｘ−軸ガントリに沿って運動する。第２のトラックはピペットチップ、試薬トレイ、試料を含むマイクロタイター・トレイまたは他の物体を、多機能デバイスによる使用のための位置に自動的に運動させることができる。ガントリによって運搬される多機能デバイスは、ＸおよびＹ軸と垂直をなすＺ−軸上を昇降する。すべての軸に沿った運動は、正確かつ厳密な位置決定を達成し得るように、ステッピング・モーターによって運転される。正確な位置制御には、サーボモーターまたは他のアクチュエーター系を用い得る。
【００１０】
多機能デバイスは、複数の編成ピペッター、個別ピペッターおよび真空ラインを含む。複数のピペッターは、マイクロタイター・プレート上のウェルの間隔に適合する間隔で編成されている。同じ間隔が、マイクロチップ上の試料負荷流入口に用いられる。この様にして、多チャネルピペッターは、複数の試料を試料流入口に同時に負荷し得る。
【００１１】
最初に、多機能デバイスは、第１トラック上の試料負荷ステーションから第２トラック上のチップおよび試料ステーションに運動し得、そこで新たなピペットチップが編成ピペッターに適用される。ついで、多機能デバイスは、ガントリ上を運動してチップガイドを拾い上げ（pick up）、ついで第２トラック上のチップおよび試料ステーションに戻る。ついで、第２トラックは、ガントリ上の編成ピペッターがトラック上のマイクロタイター・プレートから試料を回収（withdraw）し得る位置まで運動し得る。ついで、多機能デバイスは、ガントリ上を試料負荷ステーションまで運動し、そこで、第１トラック上のマイクロチップ中の試料流入口に試料を投入する。多機能デバイスは、ガントリに沿って戻って、まずチップガイドを放出し、ついでチップおよび試料ステーションに戻り、そこで、第２トラックによって多機能デバイスの下方の位置に運動された使用済みチップトレイに使用済みチップを廃棄する。チップ、チップガイドおよび試料を拾い上げ；試料をマイクロチップに分配し；ついで、チップガイドを置き、使用済みチップを廃棄するサイクルは、マイクロチップが完全に負荷されるまで繰返す。
【００１２】
マイクロチップが負荷された後に、それは、試料分析ディテクターの下方の第１トラック上の試料分析ステーションに運動し、上昇して、第１トラック上のプラットフォームによって支持されたワイヤ電極のアレイと合体する。マイクロチップの最終位置は、マイクロチャネルを試料分析ステーションのディテクターの焦平面に設置する。該ディテクターは、好ましくは、分離の間に蛍光標識分子を検出することができる走査型共焦点レーザー顕微鏡を含む。
【００１３】
電極の電位を制御して、まず正確なサブ−マイクロリットル体積の試料を負荷ウェルから分離マイクロチャネルの注入領域に運動させ、ついで分離マイクロチャネルにおけるエレクトロ・マイグレーションを刺激し得る。
試料はマイクロチャネル中で分離するため、マイクロチップの領域は、典型的には走査型共焦点レーザー顕微鏡によってモニターして分子の分離を検出する。ＤＮＡシークエンシングに関しては、分離の４色電気泳動図を形成するために４種の蛍光マーカーを通常検出する。４色電気泳動図をプロセシングして、塩基を最終的に求めて、試料のＤＮＡ配列を決定し得る。
【００１４】
本発明を実施するためのベストモード
図１に参照して、マイクロチャネル化学分析用の自動制御機器は、平行トラック２０および３０を橋かけする(spanning)ガントリ３３と、２の該平行トラックとを特徴として示される。トラック２０および３０ならびにガントリ３３は、半導体装置分野でよく知られているParker Daedal社製の線形平行移動ステージである。Ｙ−軸に沿って並んだ第１トラック２０は、中ほどに親ネジ２１を有する平行レール１７および１９を有する。ネジ２１は、ローラーベアリングによってレール１７および１９上に載る第１フレーム１３を所望の場所に位置し得るように、ステッピング・モーターによって運転される精密ネジである。ネジを運転するモーターは図示しない。ローラーベアリングは、第１フレーム１３とレール１７および１９とを接触させている。ネジ２１を回転させることにより、第１フレーム１３は、多機能デバイス３５の下方のごとき所望の場所に正確に位置し得る。
【００１５】
フレームは、半導体ウエハーを確実に保持するための真空チャックとしても半導体産業で知られている、基板チャック１１を運搬する。電極洗浄ステーション１０に隣接する基板チャック１１は、上にマイクロチャネルを有するディスク型マイクロチップ基板１５を保持する。
本明細書中で用いるマイクロチップなる語は、マイクロチャネルを含む基板をいう。本発明のマイクロチップは、典型的に、集積回路マイクロチップよりも遥かに大きい。マイクロチップ１５は、より大きいまたはより小さいデバイスや他の形状のものも用い得るが、約４インチの直径を有するガラスまたはシリコンウエハーのサイズで示される。本発明は、いずれかの特定のサイズまたは形状のマイクロチャネルを有する基板に限定されるものではない。さらに、マイクロチップ上のマイクロチャネルの構造もいずれか特定のデザインに限定されるものではなく、むしろ、二次元および三次元マイクロチャネルの双方を含むいずれの立体構造も包含する。
【００１６】
本明細書中で用いるマイクロチャネルなる語は、ミリメーター未満の断面線寸法を有するいずれのチャネルをもいう。マイクロチャネルは、典型的に、３０ないし１５０μｍの範囲内の幅および５ないし５０μｍの範囲内の深さを有する。マイクロチャネルは、典型的に、エンボス、微小成形、沈澱および他の微細加工技術を含む他の技術も用い得るが、マイクロチップ製造技術、すなわちマスキングおよびエッチング、によりその中に形成される。
【００１７】
これもＹ−軸に沿って並ぶ第２トラック３０は、平行レール２７および２９を有する。これらのレールは、低摩擦回転関係で第２フレーム２３を支持する。ネジ３１が第２フレームを運転する。第２フレームはマイクロタイター・プレート２５、ならびにホルダー１４、１６および１８に着座し得る他のラックまたはプレートを運搬する。
ガントリ３３は、Ｙ−軸と垂直をなすＸ−軸に沿って並び、平行レール３７および３９を有し、多機能デバイス３５を支持する第３フレームを運搬している第３トラックである。ステッピング・モーター（図示せず）によって回転されるネジ４１は、第１トラック２０と第２トラック３０との間に第３フレーム３８および多機能デバイス３５を運動させる。多機能デバイスは、編成ピペッター、個別ピペッターおよび真空デバイスまたは他のデバイスを有するピペッター・アセンブリを運搬するロボットアームとして機能する。
【００１８】
多機能デバイス３５は、Ｘ軸およびＹ軸と垂直をなすＺ−軸で運動し得る。モーター４３は、Ｚ−軸における昇降運動で多機能デバイス３５を運動させる。この運動は、ピペットチップ４２も上下に運動させる。さらに、エア・シリンダー（図示せず）を用いて、多機能デバイス３５によって保持されるピペットチップ４２を吸収様式でマイクロチップ、マイクロタイター・プレート２５、またはピペットチップ・ラックに押し出す。運動可能なピペットチップは、それが試料負荷のためにマイクロチップと接触するところで何ら妨害されることなく、マイクロタイター・プレートに挿入して試料を回収するために降下し、ついで上昇し、第２トラックにガントリ上を運動することができる。
【００１９】
図１に示していないものは、第１トラックの向い合う側の台座パッド４５および４７上に直立するプラットフォーム上に配置される走査型共焦点レーザー顕微鏡のごとき、ディテクターまたは測定機器である。ディテクターは第１フレーム１３の上方のプラットフォームに設置し、これを用いて蛍光を誘導し、マイクロチップ上のマイクロチャネルからの蛍光光を収集する。
【００２０】
図２に参照して、第１トラック２０は、前記した台座パッド上に直立しているプラットフォーム５０によって橋かけされている。プラットフォーム５０は、電極ワイヤのアレイ、および走査型共焦点レーザー顕微鏡のごとき試料分析ディテクターを運搬する。第１フレーム１３は、多機能デバイス３５の位置まで前進し、そこで、第３フレーム３８に結合した多機能デバイス３５上に運搬されているピペッターのアレイが試料材料をマイクロチップ１５内の流入口に分配する。ピペッターはＺ−軸に沿って昇降することができ、降下した位置で試料をマイクロチップ中の穴部に分配する。昇降は、ピペッター・アセンブリをその標的位置に運ぶステッピング・モーター４３で制御される。多機能デバイス上のエア・シリンダーは、意図するピペッターを動かし、それによって試料をマイクロチップに分配させる。
【００２１】
ピペッター・アレイを運搬している多機能デバイス３５は、マイクロタイター・プレート２５および２６ならびにラック３４および３６中の新しいピペッターチップが存在する第２トラック３０付近まで運動可能である。使用済みチップは、チップ廃棄ラック４２および４４に廃棄し得る。多機能デバイス上のピペッター・アレイは、新たなチップをピペッターに取付け、使用済みチップをピペッターから放出するために第２エア・シリンダーを用いる。廃棄チップラックまで運動した後に、ピペッター・アセンブリのピペッター本体の背後のエア・シリンダーは結合して、個別ピペッターからチップを押して取り外す。チップを拾い上げるためには、ピペッター・アセンブリを新たなチップ・トレイ上方に運動させる。ついで、ステッピング・モーター４３は、ピペットチップ付近に多機能デバイス３５を降下させ、そこで、エア・シリンダーは、多機能デバイス３５に関してピペッター・アセンブリを上昇させ、ついで突然降下させ、ピペッターにチップを押し出すことによって新たなチップ・トレイからのチップの拾い上げを確保するスプリング・アクションを供する。新しいチップは、摩擦結合によって適所に保持される。
【００２２】
第２エア・シリンダーは、ピペッターを動かして、流体を拾い上げ、配送する。分配する材料よりもより多い材料が拾い上げられ、それによって、ウェル中に泡が形成される可能性が減じられる。泡は、マイクロチャネル中の適当な電流の流れを妨害するおそれがある。
チップガイド４０は、第２トラック３０と第１トラック２０との間に位置する。チップガイド４０は、ピペッターチップが入れる円錐形穴部のアレイを有するブロックである。チップガイドは、真空によって多機能デバイス上に保持されている。チップガイドは、マイクロチップ中の穴部と正確に並べるために、ピペッター上にチップを位置決定する。チップガイドの使用は任意であって、マイクロチップのデザインに依存する。
【００２３】
図３に参照して、第１トラック２０は、基板チャック１１および該チャック上のマイクロチップ１５を運搬している第１フレーム１３と共に第１支持テーブル２４上にマウントされるように示し得る。多機能デバイス３５は、ピペッターチップが基板中の穴部に入り得るように、昇降するようマウントされる。ガントリ３３は、第１トラック２０、チップガイド４０および第２トラック３０に関する多機能デバイス３５の位置決定を許容する。第２支持テーブル３２は、マイクロタイター・プレート２５および２６ならびにピペットラック３４および３６を支えている第２フレーム２３を運搬する第２トラック３０を保持している。多機能デバイス３５は、横方向に運動し、マイクロタイター・プレート２５および２６と連絡し得る。光学および機械式位置センサーは、多機能デバイスのピペッター・アセンブリに関して第１および第２トラック上のフレームを配置する。多機能デバイス用のコントローラーは、第１フレーム上の基板チャックの、ならびに試料を受け正確な場所に配送するために第２フレーム上のマイクロタイター・プレートの正確な位置を確かめなければならない。
【００２４】
多機能デバイス３５は、幾つかの他の特徴を有して示される。それは、ピペッター・アセンブリ４８中の編成ピペッターの線状アレイから僅かに離れて間隔があけられた単一チャネルピペッター６３を使用して、必ずしも編成ピペッターの間隔で存在する必要はないウェルの中または外に液体をピペット操作する。それは、吸引ライン６５を有してマイクロチップから試料またはマトリクスを除去し、かつ、加圧ライン６７を有して必要に応じてマトリクスを運動させまたは試料注入を容易にする。加えて、多機能デバイス３５は、キャピラリー、微細口径管系または体積測定デバイスと共にピペット操作デバイスを使用するごとく、試料をマイクロチップに運動させる他の手段を適応し得る。多機能デバイス３５は、溶液のバルクピペット操作用の貯留部にアクセスするように適応することもできる。正確な体積測定制御が必要な場合には、圧電性配送装置も加え得る。ラックもしくはホテル（hotel）または同様なデバイスに保持される複数のマイクロチップから自動化プロセスによってマイクロチップを負荷すること、ならびに、マイクロタイター・プレートおよびピペットチップのラックも自動化機構によって置換されることは、本発明の趣旨内に存在する。
【００２５】
図４に参照して、多機能デバイス３５は、個別ピペットチップ１０１−１０８のアレイと、単一チャネルピペッターチップ６３を運搬するように示される。チップが拾い上げられると、１ないし全てのピペッターにチップが嵌着される。各チップは流体ピペット操作機構に連結され、それは標準的なエッペンドルフ・ピペッターとし得る。ピペッターは、Ｕ−型チップ放出機１１０を通して延在している。空気圧シリンダー１２１は、命令により、チップ１０１−１０８のアレイを通して所望の量の流体をピペット操作するために、エレクトロニック・コントローラーによって制御される。微小スイッチ１４１および１４３は、ツール３５が高いか低いかを感知し、かつ、他のデバイスに位置をシグナル伝達するために、２の異なる高さで、ツール３５の向い合う側にマウントされる。吸引ライン６５は、マイクロチップから試料またはマトリクスを除去するために、ツール３５の側にマウントされる。加圧ライン６７は、マトリクスを補充するため、または試料注入を支援するために用いられる。
【００２６】
チップ放出機１１０は、当該チップ放出機の上方運動を制限する一対の終止部１２５および１２７と共に、短いレール上を昇降するようにマウントされる。コントローラーに連結された空気圧シリンダー１２３はチップ放出機を運動させるための力を供給する。空気圧シリンダー１２３がチップ放出機１１０を超えてチップを上昇させようとし、チップ放出機が一対の終止部１２５および１２７に対して終止した場合、チップが放出される。この状態においては、チップは上方に運動するが、チップ放出機１１０に対して終止し、ピペッターから落ちる。
【００２７】
多機能デバイス３５は、ライン（図示せず）によって供給される吸引によって適所に保持されるチップガイド１２９も運搬しているが、その吸引はオン−オフを命令し得る。チップガイドは、マイクロチップ流入口に向けて外側に各ピペッターからピペットチップが直線になるように、開口部１３１−１３９を有する。チップガイドは、新しいチップがピペッターに結合された後であって、チップを用いてマイクロタイター・プレートから試料を回収する前に、特定の場所から拾い上げられるアセンブリである。同様にして、チップガイドは、使用済みチップを使用済みチップホルダーまたはトレイに廃棄し得る前に開放される。
【００２８】
図５に参照して、試料材料をマイクロチップ１５に導入する時点で、マイクロチップ１５およびチャック１１はトラック２０およびそのステッピング・モーターによってピペッター４８の下方に直接運動し、ついでピペッターチップ１０１−１０８はマイクロチップ中の穴部に降下して試料材料を配送する。マイクロチップ中の穴部のパターンは、アレイを用いる場合にはピペッターアレイ中のチップ穴部の間隔に適合する。基板は、試料材料を種々の場所のエントリー穴部に配送し得るように、トラック２０と繋がっているハウジング２２中のステッピング・モーターを用いて異なる場所まで多機能デバイスの下方を運動することができる。
マイクロチップ中のマイクロチャネルは、好ましくは列にグループ化され、一列当たり８の開口部を有する。これにより、多機能デバイス上のアレイ・ピペッターは複数のマイクロチャネルに同時に供給することができる。試料を、８ないし１２、おそらくはより多い試料場所、あるいは全てのマイクロチャネルが試料を有するまで全ての試料場所に同時に配送することは有利である。このことにより、複数のマイクロチャネルに対する試料負荷が顕著に速められる。例えば、９６のマイクロチャネルおよび８のピペッターチップが存在する場合には、全てのマイクロチャネルに試料材料が備えられるように、基板は少なくとも１２回運動させる必要があるであろう。さらに、ピペッターチップが基板中の所望の穴部に嵌合するように、基板がトラック２０上の位置まで運動する間にピペッターを横方向に運動させる必要があるかもしれない。
【００２９】
全ての試料を負荷した後に、ついでマイクロチップはプラットフォーム５０下方の適当な位置まで運動する。基板チャック１１は、空気圧２４によって上昇され、プラットフォーム５０の下側にマウントされた回路基板７６から突出する電極として用いられる細ワイヤのアレイ７８は、マイクロチップ中の開口部に自動的に挿入される。該細ワイヤは半導体産業で使用されているウエハープローブ・ワイヤに類似する自己−支持性の硬いワイヤであって、分離用のカソードおよびアノードとして使用され、マイクロチップに他の電位を供給する。通常、かかるワイヤは典型的には２００μｍないし５００μｍの直径を有し良好な導電率および耐腐食性を有する白金または他の材料である。
【００３０】
ある種の電極を適当な電圧源に接続すると、電場を用いて試料は試料流入口から分離チャネルに運動し得；この運動を試料注入ともいう。ついで、電圧源を変化させて、電気泳動によって試料を分離する。典型的には、マイクロチャネルは、適当な分離媒体で予め負荷しておく。例えば、尿素およびホルムアミドと組み合わせたヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）を含む分離マトリクスが、本発明の譲受人に譲渡されたJ. Bashkin, D. BarkerおよびR. Johnstonによる米国特許第5,534,123号に開示されている。
【００３１】
試料移動が起きると、マイクロチップ上の検出領域がモニターされる。蛍光検出に関しては、励起光源５２は、標的タグからの蛍光を刺激するであろう波長を有するように選択される。走査型共焦点レーザー顕微鏡の検出に関しては、レーザービーム励起光は、一般に“マクロ走査対物レンズ”として知られている対物レンズ５６を介してマイクロチップを走査する検流計ベースの走査ミラー５４に指向される。かかる対物レンズは、大きい範囲の蛍光試料を走査することにつき記載されており；例えば、蛍光イメージング系は、Robert Kainによる米国特許第5,719,391号に記載されており、本発明の譲受人に譲渡された。対物レンズはマイクロチャネル中で電気泳動移動下にある蛍光標識標的分子から放出された蛍光光を集光する。適当な波長を選択するための共焦点空間フィルターおよびフィルター群のごとき中間光学部材の後に、光電子増倍管５８、ＣＣＤアレイまたは他のフォトディテクターがこの蛍光光を電気シグナルに変換し、これが収集され、プロセシングされて電気泳動図が形成される。
【００３２】
図６に参照して、マイクロチップ１５は、もう１のプレートに結合している（図示せず）１のプレートに形成された複数の分離マイクロチャネル６１を有するように示される。背景情報として、このマイクロチップ１５は、P. C. Simpson, D. Roach, A. T. Woolley, T. Thorsen, R. Johnston, G. F. SensabaughおよびR. A. Mathies, “High-throughput genetic analysis using microfabricated 96-sample capillary array electrophoresis microplates”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95:2256-2261 (1998)に記載されている。チャネルは、流体が回避できないように底プレートを有する。マイクロチャネルは、カソード貯留部として使用される開放開口部６６で終結する。これらの貯留部は各チャネル用、あるいは図示するごとく、複数のマイクロチャネルを提供し得るかのいずれかとし得る。試料負荷貯留部、破線矩形列６３で示される２の列は、試料を配送するためにピペッターチップが入るのに十分に大きいものとし得る。
【００３３】
好ましい具体例において、試料負荷貯留部６３は、後記するごとく分離マイクロチャネルを横切る注入マイクロチャネルによって、破線矩形行６４で図示されている廃棄貯留部に連結される。分離マイクロチャネル端部は、マイクロチップの上面の穴部を通してアクセス可能である共通アノード貯留部６５に合流する。試料負荷貯留部６３、廃棄貯留部６４、アノード貯留部６５およびカソード貯留部６６は、マイクロチップが位置に上昇した場合には電極ワイヤと個別に接触するか、あるいは、図７に図示するごとく、マイクロチップの縁部に位置する導電性コネクターで終結する、マイクロチップの表面上または中央内にめっきされた電極と各々が個別に接触する。
【００３４】
図７に示すＤＮＡ断片分析に関する好ましい具体例において、分離マイクロチャネルはシャープな湾曲部７１を含み得る。これらの湾曲部はバンドの広がりを導入するが、効果は、遺伝子型決定のごとき断片分析適用に許容し得る。シャープな湾曲部を用いて４"マイクロチップ上の少なくとも４８の分離チャネルまでチャネル密度を増大させ、かつ、それを用いて流路長を均一にし得る。
【００３５】
図７は、縁部導電性コネクター７３および７５をマイクロチップ導入することを図示している。縁部コネクター７３および７５は、半導体産業でよく知られているマスキングおよび蒸着技術を用いて、マイクロチャネルをエッチングした後に金、白金または銅のごとき金属をガラス上に蒸着させることによって形成し得る。縁部コネクターは、電子回路基板縁部コネクターのように平坦なタブである。縁部コネクターは電極として作用し、マイクロチップからの電気的接続をマイクロスケールへ単純化する。線８０は、外部からの電気コネクターへのアクセスを許容する基板上のカバーがどこで終結するかを示している。線８０の下方では、基板は電気ターミナル上にカバーを有し、そこではカバーを通して延在する入口７２、７４、７６を通る以外はターミナルがアクセス不可能である。縁部コネクター７３の部分はカソード・ターミナルであり、一方縁部コネクター７５はアノード・ターミナルである。三組配置の入口７２、７４、７６により、試料をマイクロチャネル８２に注入するための主マイクロチャネル８２の部分を横切る試料の運動が許容される。マイクロチャネル８２は、全てのマイクロチャネルが平行アレイとなっている主トランク８６に通じる路湾曲部８４を有する。
【００３６】
好ましい具体例において、蛍光検出は、走査型共焦点レーザー顕微鏡を用いて、走査線７７、アノード口７９から遠くない仮想線、で起こる。走査線７７におけるレーザー走査は平行アレイのマイクロチャネルに対して横方向である。ロケーター穴部７８を用いて、マイクロチップを所望の場所に位置決定する。
【００３７】
図８に参照して、マイクロチップ１２０は、ハブとしてスポーク−様パターンの認識（considering）コレクター１３０を有する放射状に分布したマイクロチャネル１２３を有する。マイクロチャネルの数は、マイクロチップのサイズによって支配される。大きなアレイであれば、共通コレクターの周りに３６０°パターンのマイクロチャネルを有するであろう。マイクロチャネルはガラスウエハーにエッチングされ、これは同様または同一の直径の第２のフラットウエハーでカバーされる。各放射状マイクロチャネルはコレクター１３０に向けて集まる。コレクターは、電極を挿入し得るアノード口１２６に接続された端部貯留部である。走査線１４０は仮想線であり、そこで、走査ビームはコレクター１３０の非常に近くで、集結するマイクロチャネルを横断するでろう。ビーム、典型的にはレーザービームは、マイクロチャネル中で蛍光を励起し、放射された蛍光はディテクターによって測定されるであろう。各マイクロチャネルは、各々、カソード、廃棄および試料貯留部につき三組の流入口１３１、１３３および１３５を有する。路波状起伏部１３７は、エレクトロ・マイグレーション目的で全ての路が同一の長さとなるように、路長を一様にする目的で導入される。
放射状構成のマイクロチャネルは、注入領域と検出領域との間に湾曲部または曲がり部が存在しないという利点を有する。該湾曲部または曲がり部は、分離物の品質を低下させ、ＤＮＡシークエンシングに必要な高分解能の分離を妨げ得る。
【００３８】
図９においては、図６−８に図示した注入機および三組の流入口の詳細を拡大している。試料貯留部６３は、廃棄貯留部６４へのマイクロチャネル路を有するように示し得る。各貯留部は、マイクロチャネルに通じる、マイクロチップ表面に直径約２ｍｍの開口部を有する。全ての試料が負荷貯留部６３に負荷された後、試料は、負荷貯留部と廃棄貯留部との間の電位差を用いて第２突出マイクロチャネル６０を介して廃棄貯留部に向けて突出マイクロチャネル６２を通って運動する。別の具体例は、毛管作用、圧力、磁気、光学捕捉、等電点電気泳動、および真空注入法を使用して、試料を分離マイクロチャネルに運動させ得る。典型的には、３ないし５μｌを負荷貯留部６３に挿入するが、注入領域６８の体積は１５０ｐｌないし５ｎｌしか含有しない。この微視的体積しか、電場の影響下で分離チャネル６１中で分離されない。
【００３９】
好ましい具体例における試料注入に関する一連の事象は、バイアス電圧をアノード貯留部６５およびカソード貯留部６６に加えて分離チャネル６１への試料拡散を防ぎつつ、注入電圧を各セットの試料負荷貯留部６３および廃棄貯留部６４の間に加えることである。注入電圧は、試料負荷貯留部６３および廃棄貯留部６４の間のマイクロチャネルの注入領域６８、および分離マイクロチャネル６１に試料が運動するまで、維持する。
【００４０】
ついで、試料負荷貯留部６３および廃棄貯留部６４に逆バイアス（back bias）を加えてさらなる試料が分離マイクロチャネル６１に入るのを防ぎつつ、分離電圧をアノード貯留部６５とカソード貯留部６６との間に加える。チャネル長に依存して、分離電圧は典型的に５０ないし３００Ｖ／ｃｍであって、逆バイアスは典型的に９０ないし１０００Ｖである。分離電圧は、試料が走査領域６９を通過するまで加える。注入領域６８から走査領域６９のディテクターまでの典型的な分離路長は１０ｃｍである。ディテクターは、最大限の分離を達成し得るように、分離チャネル６１の直線部分の端部にできるだけ近接して配置する。典型的な分離時間は、断片に関しては５分、ＤＮＡシークエンシングに関しては５ないし１０分である。
注入領域６８からアノード６５までの全ての路は等しい長さを有するのが好ましく、さらに、カソード貯留部６６からアノード６５までの路は等しい長さを有し、試料負荷貯留部６３から廃棄貯留部６４までの路は等しい長さを有するのが好ましい。
【００４１】
スキャナーからの光学ビームは、走査領域を横断してスイープし、領域を照射して標識標的分子の蛍光を生じさせる。マイクロチャネルの走査範囲は、分離が最も良好に測定される範囲である。標的分子は、色素または蛍光物質で標識されている。標的分子を照射すると、光学シグナル・ディテクターによって同時に測定されるスキャナーによる刺激の際に、色素、蛍光タグまたは標的物質の特徴的な光学シグナルが放出されるであろう。複数の色または波長を用いて、異なる標的を識別する。現在のところ、ＤＮＡシークエンシングに関しては、４のヌクレオチド塩基に対応する４の色が用いられているが、異なる色を分離するディテクターの能力、蛍光を発生するビームの能力、および特定の適用に依存していずれの数を用いてもよい。遺伝子型決定に関しては、より多くの色は分離チャネル当たりより多くの試料を多重送信し得るであろうが、典型的に１または２の色を用いる。
【００４２】
図６−８のマイクロチャネル配置により、走査領域を横切る単一のビーム走査で多くのチャネルを走査することができる。ビームは公知またはホーム位置から出発し、公知の走査速度で各マイクロチャネルを順次照射する。走査の特徴を知ることによって、正確なビーム位置がわかり、したがって照射されたマイクロチャネルの同一性がわかる。典型的に、ビームのスポットサイズは、マイクロチャネルの幅よりも遥かに小さい１０μｍである。多数の分離を同時に行い得るため、シークエンシングのごとき分析作業における時間が大幅に減じられる。分離データから、標的試料を同定し得る。
【００４３】
電極に電圧を加えることを中止し、データファイルをセーブし、マイクロチップを含有する真空チャックを低下させることによって運転が終結する。ついで、マイクロチップを有する真空チャックは、第１トラック２０に沿ってマイクロチップ設置位置に運動し、そこで、マイクロチップは手動で除去される。電極ワイヤは、図２に図示するごとく、洗浄ステーション１０が電極の下方に位置するまで第１トラック２０を運動させることによって掃除される。掃除溶液を含有する洗浄ステーションは、電極が掃除されるまで昇降する。
【００４４】
図１０に参照して、第１トラック上のプラットフォームから電極を支持するために使用される回路基板７６は、５の独立ワイヤ（または線）路１６４、１６４ａ、１７４、１８４および１９４を有して示されている。各路は、線に沿った白丸として示される、１またはそれを超える電極ターミナルに電力ターミナルを接続する。電極ターミナル１６３および１６３ａは、ワイヤ線１６４および１６４ａならびに試料ターミナル１６５および１６５ａに接続されている。電極ターミナル１７３は、ワイヤ線１７４およびカソード貯留部ターミナル１７５に接続されている。電極ターミナル１８３は、ワイヤ線１８４および廃棄貯留部ターミナル１８５に接続されている。電極ターミナル１９３はワイヤ線１９４およびアノード貯留部ターミナル１９５に接続されている。ワイヤ線１６４、１６４ａ、１７４、１８４または１９４のいずれも他のワイヤ線を交差しないが、ワイヤ線は互いに絶縁関係で存在することは注記しておく。前記した電極ワイヤは、試料ターミナル１６５および１６５ａ、カソード貯留部ターミナル１７５、廃棄貯留部ターミナル１８５、ならびにアノード貯留部ターミナル１９５に接続されるが、図１０に図示していない。ワイヤは、自己−支持様式で回路基板７６から垂直に延在する。回路基板７６は、移動測定に使用されるマイクロチップのすぐ上方であってマイクロチップの走査領域の直近のプラトフォーム５０の下面と当該基板の底面が一般的に平行となるようにマウントされる。
適当な電圧をターミナル１６３、１６３ａ、１７３、１８３および１９３に加える。各線の長さにわたる電圧低下は存在しない、すなわち各線の抵抗は非常に小さく、低い電流しか流れていないため、各接続ワイヤの長さにわたって同一の電圧が現れる。
【００４５】
エレクトロニクスは４のモジュール：運動制御、高電圧制御、データ取得および種々雑多なもの、からなる。
図１１に参照して、運動制御エレクトロニクスは、４のＲＳ−２３２コミュニケーション・ポートを介して４のモーター・コントローラー２１０、２１４、２１８および２２２と通信するコンピュータ２００、好ましくはWindows NT Workstation、によって制御される。モーター・コントローラー２１０は、Ｘ−軸でガントリを動かすモーター２１２を制御する。モーター・コントローラー２１４は、Ｚ−軸を動かすモーター２１６を制御する。モーター・コントローラー２１８は、第１のＹ−軸を動かすモーター２２０を制御する。モーター・コントローラー２２２は、第２のＹ−軸を動かすモーター２２４を制御する。
【００４６】
ワークステーション２００は、Intel  ３８６ＳＸ装着コントローラーのごとき、コンピュータを含む制御モジュール２２８とも、ＳＣＳＩバス・ライン２２６を介してコミュニケートする。ワークステーション２００は、データを取扱いおよび表示機能を行う一方、制御モジュール２２８はデータ収集機能を指揮するのみである。制御モジュールはリレイ回路２３０を使用して、５の空気圧バルブ２３２、２３４、２３６、２３８および２４０を動かす。空気圧バルブ２３２はシリンダーを動かして、多機能デバイスのステージを下方に運動させる。空気圧バルブ２３４はシリンダーを動かして、多機能デバイスのステージを上方に運動させる。空気圧バルブ２３６はシリンダーを動かしてピペット・プランジャーを下方に運動させる。空気圧バルブ２３８は、シリンダーを動かして、基板チャックを上方に運動させる。基板チャックを下方に運動させるためには、バルブ２３８が圧力を開放し、重力が基板チャックを下方にもたらす。空気圧バルブ２４０は真空を供してチップガイドを多機能デバイスに保持させ、あるいは、真空を開放してチップガイドを開放する。もう１つの手動式空気圧バルブ（図示せず）を使用して、真空チャックにマイクロチップを保持する真空を作動させる。
【００４７】
図１２は、データ取得エレクトロニクスの概略図である。マイクロチップ中の試料からの蛍光は、まず、Hanamatsu R1477のごとき光電子増倍管２５０で検出する。光電子増倍管のバイアス電圧を制御して、光電子増倍管の出力範囲を選択する。光電子増倍管の出力は電流であり、典型的には１００ｆＡないし１００μＡの範囲内である。ついで、電流を増幅させ、トランスインピーダンス増幅器２５２によって０.００１Ｖから１００Ｖまでの電圧に変換する。ついで、トランスインピーダンス増幅器の出力を、対数減衰増幅器２５４によって、０Ｖより大きい値から１０Ｖまでの範囲でデータの対数表示に変換する。ついで、シグナルを、６５,５３６のダイナミック・レンジを供する１６ビットにシグナルをデジタル化するBurr-Brown ADS7805 Analog to Digital Convertorのごとき１６−ビットＡ−Ｄコンバーター２５６を通す。ついで、Ａ−Ｄコンバーター２５６の出力を、まず真数変換を行い、ついで適当な間隔でトランスインピーダンス増幅器２５２への内部参照信号入力に基づいて直線性補正を行い、最後にシグナルの平方根を行ってシグナルを１６ビットに圧縮する、Motorola 56000 Digital Signal Processorのごときデジタルシグナルプロセッサー２５８によってプロセシングする。デジタルシグナル・プロセッサー２５８の出力は、前記コントローラー２２８に伝送され、これはついでＳＣＳＩコミュニケーション・ライン２２６を介してコンピュータ２００にデータを伝送する。
【００４８】
図１３に参照して、高電圧制御エレクトロニクスは、ＳＣＳＩコミュニケーション・ライン２２６を介してコントローラー２２８と通信するコンピュータ２００によって制御される。制御モジュール２２８は、６のＤ−Ａコンバーターを含むＤ−Ａ回路２６０を制御する。Ｄ−Ａコンバーターは、６の高電圧電源２６２、２６４、２６６、２６８、２６９および２７０の出力電圧を制御する。高電圧電源２７０は、光電子増倍管２５０にバイアス電流を供給する。５の高電圧電源２６２、２６４、２６６、２６８および２６９はスイッチング・ネットワーク２７２を通して電極回路２７５に接続された電流源である。スイッチング・ネットワーク２７２は、電流シンク（current sink）としての接地電位または電流源としての高電圧電源のいずれかを選択し得る高電圧リレイを含む。高電圧電源２６２は、好ましい具体例において、アノードについての電極回路２７５に５０００Ｖまで供給し得る。他の４の高電圧電源２６４、２６６、２６８および２６９は、各々、カソード、廃棄および２の試料電極に１５００Ｖまで供給し得る。
【００４９】
図１４に参照して、高電圧制御エレクトロニクスは、ＳＣＳＩコミュニケーション・ライン２２６を介して制御モジュール２２８と通信するコンピュータ２００によって制御される。制御モジュール２２８は、電圧パルスを検流計運転回路２８２に送るデジタルシグナル・プロセッサー２８０を制御する。検流計運転回路２８２は、上にマウントされた走査ミラー２８５を有する、General Scanning G325のごとき検流計２８４に電圧を送る。レーザー５２からのレーザービーム２８１は、走査ミラー５４に指向される。検流計運転回路を制御することによって、検流計の位置を容易に調整して、ビーム２８１を用いたマイクロチップ２９９を横断する線走査を行い得る。別の具体例は、２軸で制御可能である検流計を用いて、より大きな断面積を走査し、またはマイクロチップの任意の好ましいセクションを選択して走査し得る。制御モジュール２２８は、５のセンサー、２８６、２８８、２９０、２９２および２９４からのシグナルを受けるデジタル入力回路を制御する。４のセンサー、２８６、２８８、２９０および２９２は、単一極板の単一スロースイッチ（throw switch）である。チップガイドがテーブル上に存在する場合にはセンサー２８６が感知する。マルチチャネル・ピペッターが上昇し、したがってピペットチップが放出された場合にはセンサー２８８が感知する。ピペット・ステージが上昇した位置に存在する場合にはセンサー２９０が感知する。マイクロチップ・チャックが上昇した位置に存在する場合には、センサー２９２が感知する。ピペットチップ・カウンター２９４は、ビームが遮られると感知し得る、Skan-a-matic L60／P60シリーズ準小型LED−IREDペアのごとき通過ビーム光源およびディテクターである。ピペットチップ・カウンター２９４を用いて、多機能デバイス上のピペット数をカウントして、ピペットチップの拾い上げまたは放出を確かめる。
【００５０】
図１１ないし１４に記載したエレクトロニクスは、ソフトウェアによって制御される。制御ソフトウェアは６の主要な機能ユニットを有する。機能ユニットは：（１）イニシャライズ、（２）試料負荷、（３）マイクロチップ負荷、（４）試料注入、（５）分離および走査、ならびに（６）運転終結、である。機能ユニットは、モジュール、サブルーチン、オブジェクト、スクリプトまたは他の構成としてのプログラミング言語で組み入れ得る。
【００５１】
イニシャライズ機能ユニットは、エレクトロニクス、ステージ、多機能デバイスおよびＹ−ステージをイニシャライズすることによってシステムを準備させる。イニシャライゼーションは、エレクトロニクスをイニシャライズすること、ステージを自動誘導させること、いずれかのピペットチップを放出し、いずれかの液体もしくは微小流体サブシステムを調製することによって多機能デバイスをイニシャライズすること、ならびに該ステージを運動させて試料負荷の準備させること、よりなる。
【００５２】
試料負荷機能ユニットは、試料をマイクロタイター・プレートのごとき貯留部からマイクロチップに負荷する。ソフトウェアは各プレートについてプロセシングを制御する。プレートからの試料は、多機能デバイスによって同時に移すことができる一連のウェルによってくくる（loop through）ことができる。新しいピペットチップおよびチップガイドを拾い上げる。ついで、プレートからピペッターに試料を負荷する。多機能デバイスをマイクロチップに運動させる。マイクロチップにおいて、試料を試料負荷ウェルに置く。ついで、プレート中の一連のウェルを、マイクロチップが完全に負荷されるまで、くくる。マイクロチップが完全に負荷されていない場合、残っているウェルを記録する。負荷した一連のウェルは列、行または分離したウェルとし得る。もう１つの具体例において、キャピラリー負荷機（loader）のごときデバイスにより同時に負荷することによって、あるいは試料を含有するもう１つのマイクロチップから、多チャネルを有する圧電性エレクトリック・デバイスから、または他の負荷ストラテジーによって、全試料を一度に負荷し得る。
【００５３】
マイクロチップの負荷機能ユニットは、必要によりステージをイニシャライズし、負荷したマイクロチップをスキャナーの位置に運動させ、および光学検出系を用いる場合にはディテクターの焦平面の位置にマイクロチップを収容する。
試料注入機能ユニットは、試料負荷口からの試料をマイクロチップの注入領域まで運動させるようにデザインされている。試料注入機能ユニットは、各電極への高電圧電力を制御する注入プロフィールを設定し、実行する。プロフィールは電極、電位差、および各電位差についての時間を特定する。単純または複雑な注入および分離プロフィールを用い得る。他の具体例において、圧力、毛管流動、磁気、または他の手段をプロフィールとして用いて、試料を試料負荷口から注入機に運動し得る。
【００５４】
分離および走査機能ユニットは全機能を行って、コンポーネントの分析および検出用の構成コンポーネントに注入試料を分離する。高電圧源は、まず分離プロフィールに設定する。データについてのファイル名を選択し、データ・ファイルを作成する。データ収集エレクトロニクスを診断し、補正し、パラメータを設定し；該パラメータには、ライン当たりの画素数、ラインの数、データ収集エレクトロニクスの時間的調節、または他の情報が含まれ得る。光電子増倍管バイアス電圧を設定する。なお、複数の光電子増倍管が存在し得る。検流計を始動する。ついで、分離プロフィールを開始し、電圧を電極に加える。走査を開始し、走査パラメータが行われるまで全てのデータ・パケットを判読する。ついで、検流計を停止し、光電子増倍管および電源への電圧を０または他の電位にリセットする。
運転終結機能ユニットにおいては、必要に応じてステージをイニシャライズし、ついで洗浄トレイを電極下に移動する。ついで、水とし得るかまたはさらなるコンポーネントを有し得る掃除溶液に電極を浸漬しつつ、間隔を置いて洗浄トレイを上下に運動させることによってそれを掃除する。もう１つの具体例は、１または一連の液体または気体で電極を洗浄すること、または、加熱、プラズマ処理、マイクロ波、または電極を掃除するための他の方法によって電極を洗浄することである。
【００５５】
運転終止機能ユニットを実行した後、該システムはもう１つのサイクルの準備ができている。もう１つのマイクロチップを用いる場合には、システムをイニシャライゼーション機能ユニットで始動し得る。別法として、複数の試料を各分離チャネルに多重化する場合、ソフトウェアは注入試料機能ユニットにつづいて分離および走査、ならびに運転終止機能ユニットに続行し得る。
【００５６】
前記した具体例において、平行で、間隔のあけた線状トラックを、横断ガントリと一緒に示して、試料でマイクロチャネルを負荷し、化学試験および分析を行うタスクを成し遂げるために必要な自動制御運動を供した。洗浄形式を用いる必要はない。
【００５７】
図１５は、矢印Ａによって示されるいずれかの向きで回転しつつ、中心軸７３の周りに移動アーム自動制御７１が回転する回転形式を図示する。移動アーム７１は、マイクロチップを拾い上げるためのツール、ならびに試料スタック９４から試料のカセットを、新たなチップ・スタック９３から新たなチップを、使用済みチップスタック９１から使用済みチップ・カセットを、およびスタック９５から洗浄または他のカセットを抜き取るためのカセット拾い上げツールを有するグリッパー・アーム７５を運搬している。移動アーム７１は、複数の放射状に配された貯蔵場所の上を旋回し得、そこで、これらのカセットは保存され、矢印Ｂによって示される直線向きで運動することができる線状トラックを有する負荷ステーション９０にそれらを運動させる。
【００５８】
第１フレームを含む負荷ステーション９０は、昇降運動し得る編成ピペッターを含む多機能ツールをマウントするガントリ７７によって橋かけされている。新たなチップは、まず、ガントリ７７上に運搬される多機能ツールによってチップ・ラック８４の外側に拾い上げられる。これには、負荷ステーション９０が、ガントリ７７上の多機能デバイス上に支持される編成ピペッターが新たなチップに到達し、それをピペッターに押し付け得るように、ガントリ７７下にチップラック８４を前進させることが必要である。ピペッターが下方に運動し、所望の量の試料を拾い上げ得るように、ピペッターは上昇し、試料ラック８５はガントリの下方に置かれる。ついで、マイクロチップ・ステーション８３のマイクロチップはガントリ７７の下方に運動し、試料は前記したようにマイクロチップ中の穴部に入る。全てのマイクロチップ・ウェルが試料で負荷されるまで、負荷シークエンスを繰返す。
【００５９】
マイクロチップ・ステーション８３のマイクロチップが試料で負荷されると、スキャナーがプラットホーム８１によって支持されている第２フレームを含む分析ステーション７７にグリッパー・アーム７５がマイクロチップを運動させる。その後、グリッパー・アームは、マイクロチップ・ホテルまたはカセット８０のスタックのもう１つのマイクロチップを取り、それをさらなるプロセシングのためにマイクロチップ・ステーション８３に運動させる。
【００６０】
分析ステーション７７は、もう１つのマイクロチップを負荷ステーション９０で負荷しつつ、１つのマイクロチップを同時に分析し得る。分析ステーション７７は、前記したごとき試料注入および分離を刺激するためにマイクロチャネル中の液体と接触させるマイクロチップ中のバイアス（vias）または開口部に挿入された電極をも支持している。試料注入、ついでスキャナー、好ましくは走査型共焦点顕微鏡によって走査しつつ、電気泳動分離を刺激するために適当な電圧を加える。データ収集が完了したら、さらに使用する前に洗浄ウェル中で濯ぐことによって電極を掃除し得るように、スキャナー下方の洗浄ウェル８８の位置までステージが運動し、グリッパー・アーム７５は使用済みマイクロチップ・スタック９２までマイクロチップを運動させ得る。エレクトロニクスおよび制御ソフトウェアは、前記したものと同様であろう。
【００６１】
本明細書において、“ピペッター”という場合、その語は、限定されるものではないが、単一ピペッター、多チャネル・ピペッター、キャピラリー・ピペッターまたは微小流体デバイス、圧電性デバイスまたは流体を運動させるための他の手段を包含すると理解されるべきである。“プレート”という場合、その語は、限定されるものではないが、マイクロタイター・プレート、管、マイクロアレイ・デバイス、貯留部または微小流体デバイスのごとき試料を保存もしくは産出し得るデバイスを包含すると理解されるべきである。前記の主要な例は電気泳動に関するが、同様な装置をエレクトロ・クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーおよび液体クロマトグラフィーに用い得るであろう。また、マイクロチャネルの充填もマイクロピペッター・デバイスに限定されるものではない。例えば、小さなキャピラリーを用い得るであろう。かかる非−ピペッター・デバイスは、マイクロチップにおける穴部間隔に合致しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、試料分析ディテクター、チップカウンターまたはチップガイドを有していない、本発明の装置の斜視図である。
【図２】  図２は、試料分析ディテクターおよびチップガイドを有する、図１の装置の上面図である。
【図３】  図３は、チップガイドを有する、図１の装置の正面平面図である。
【図４】  図４は、図１の装置に使用した多機能デバイスの詳細正面図である。
【図５】  図５は、試料分析ステーションおよびディテクターの部分断面図を有する、図１の装置の左側面図である。
【図６】  図６は、図１の装置に使用するためのマイクロチップ上のマイクロチャネル構造の拡大上面図である。
【図７】  図７は、図６に示した構造の別の具体例を示す上面図である。
【図８】  図８は、図６に示した構造の別の具体例を示す上面図である。
【図９】  図９は、図６−８に示したマイクロチップ中のマイクロチャネル路の簡略図である。
【図１０】  図１０は、図１の装置に使用するための電極接続を示す回路基板の平面図である。
【図１１】  図１１は、図１の装置に使用した運動制御エレクトロニクスに関する電気的平面図である。
【図１２】  図１２は、図１の装置に使用したデータ収集エレクトロニクスに関する電気的平面図である。
【図１３】  図１３は、図１の装置に使用した高電圧制御に関する電気的平面図である。
【図１４】  図１４は、図１の装置に使用したセンサーおよび光学スキャナーに関する電気的平面図である。
【図１５】  図１５は、本発明の装置の別の具体例を示す平面図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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