(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を有するプラテンにおいて、蒸発を軽減し、かつ好気性有機体の生存度を維持する方法であって、以下の段階を含む方法：
ａ）前記プラテンの貫通孔に該好気性有機体および増殖培地を装填する段階；および
ｂ）気体透過性の液体に該プラテンを浸漬する段階であって、ここで該気体透過性の液体は、前記増殖培地に対して不混和性であり、かつ該増殖培地の上部に層を形成し、これにより蒸発を軽減し、かつ好気性有機体の生存度を維持する段階。
【請求項２】
好気性有機体の１つまたは複数の物理特性についてアッセイを行う段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
好気性有機体が細胞である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
気体透過性の液体がフルオロカーボン、シリコーンポリマー、または単分子層である、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は分子の合成、保存、およびスクリーニング、ならびにその他の化学実験、生化学実験、生物学実験、および物理実験のための器具に関する。本発明はまた、該器具の作製、使用、および操作の方法にも関する。
【０００２】
発明の背景
多様な化学物質および生化学物質を創出および分析するための高スループットの方法は薬剤の発見および開発などの技術において極めて重要な役割を果たしている。高スループット法の具体的な用途としては、薬剤発見、反応条件の最適化（例えば：タンパク質結晶化に適した条件の決定）、ゲノミクス、プロテオミクス、遺伝子型判定、遺伝子多型解析、細胞または組織内のRNA発現プロフィールの検証、ハイブリダイゼーションによる塩基配列決定（SBH法）、および組換え酵素の発見などがある。
【０００３】
例えばリード化合物（新薬候補化合物）の発見および最適化を加速するなどの目的のため、これらの化合物を大量に合成し（例：コンビナトリアル化学法を使用した合成）且つ生物学的および物理化学的な特性についてスクリーニングするための高速且つ高スループットの方法が所望されている。
【０００４】
同様に、ヒトゲノムプロジェクトで大量の配列解析データが得られたこともあって、新たに発見された多数の遺伝子のタンパク質産物についてエックス線結晶解析データを迅速に取得しようとする試みがなされている。この過程の速度制限要因となっている段階の１つは、タンパク質結晶化を生じさせるための適切な溶液条件（例えばpH、塩濃度）を探索する段階である。さらに、新たに発見された各遺伝子の機能決定（すなわち「機能ゲノミクス」）およびタンパク質−タンパク質相互作用のマッピング（すなわち「プロテオミクス」）に対する需要もある。ヒト遺伝子、タンパク質修飾、およびタンパク質の結合パターンの数が大きいことから、高スループットの方法が所望されている。
【０００５】
バイオテクノロジーにおける別の進歩として、オリゴヌクレオチドまたはペプチドなどのバイオポリマーの高密度アレイを有する表面の作製がある。高密度オリゴヌクレオチドアレイは、例えば、遺伝子型判定、遺伝子多型解析、細胞または組織内のRNA発現プロフィールの検証、ならびに、例えばハイセク社（Hyseq, Inc.）の米国特許第5,492,806号、同第5,525,464号、および同第5,667,972号に記載されているようなハイブリダイゼーションによる塩基配列決定（SBH法）に使用されている。現在提供されているものより多数のプローブを有するアレイが所望されている。
【０００６】
近年、工業用途向けまたは消費者向けに組換え酵素を発見および改善するプロセスは、重要な経済活動となりつつある。非常に希少で且つ活性を向上させるような突然変異を発見したいという需要によって、よりスループットの高いスクリーニング法の探索がさらに活発になっている。このような方法においては、遺伝子ライブラリーのメンバーを100,000〜1,000,000個並列でスクリーニングし、且つその後に、さらなる分析および最適化に供するための候補メンバーを迅速に検出および分離する必要がしばしば生じる。
【０００７】
高スループット法の開発における課題の１つは、ピペット操作、圧電小滴分注、スプリットピン分注、および微小噴出など従来の液体取扱法が、高密度プレート（例：ウェルが約384個以上のプレート）への液体の分注または高密度プレートからの液体の移送を迅速に行うのに一般的に適していないことである。例えば、これらの方法ではかなりの量の飛散が生じる可能性があり、その結果として例えば隣接ウェルの汚染および試料体積の減少が起こりうる。さらに、ウェル数が多くなるほど、前世代のプレートから高密度プレートへと化合物を再整形するために必要な時間も長くなるのが一般的であり、このため高密度プレートの利便性が制限されている。時間が数秒間を超えると蒸発も問題となる。さらに、少量（例：約1μl未満）の液体の分注では、閉じ込められた空気により均一性が損なわれる可能性がある。
【０００８】
高スループットスクリーニングの実現において重要なボトルネックとなっているものとしては、ライブラリーの保存、取り扱い、および出荷がある。ライブラリー中の化合物数が増えるにしたがって、96穴プレートまたは384穴プレートの数も増加し、且つ、ライブラリー保存に必要な全容量も大きくなる。DMSOまたは水などの凍結溶液中に保存される化合物では、解凍、分注、および再凍結によって一部の化合物で結晶化、沈殿、または変性が生じてその後の正確な量の分注が困難となる恐れがある。低密度プレートに試料を保存すると、高密度技術を利用する前に高密度プレートに試料を再整形するという時間のかかる段階が必要となる。
【０００９】
発明の概要
本発明は、貫通孔の高密度アレイを有する器具または「プラテン」を作製する方法、ならびに該プラテンの表面を洗浄および再研磨（refurbishing）する方法を特徴とする。本発明はさらに、化学的、生化学的、および生物学的な化合物の高密度アレイであって、従来の低密度アレイに対して多くの利点を有する高密度アレイを作製する方法も特徴とする。本発明の器具の貫通孔はアドレス指定が可能であり、本発明は、この各貫通孔の中で数多くの物理的、化学的、または生物学的な変換を直列的または並列的に実行するための方法を含む。さらに本発明はアレイの内容物を分析する方法も含み、これには試料の物理特性のアッセイも含まれる。
【００１０】
種々の態様において、試薬は、毛管現象によって貫通孔の中に入れても、貫通孔の壁面に付着させても、または、貫通孔内の多孔質材料に付着させるかもしくはこれに入れてもよい。多孔質材料は、例えばゲル、ビーズ、焼結ガラス、もしくは粒子状物質であってもよく、または、化学的にエッチングを施した貫通孔の内壁であってもよい。特定の態様において、アレイは、個々の分子、分子の複合体、ウイルス、細胞、細胞群、組織片、または小粒子もしくはビーズを含んでいてもよい。アレイの構成要素もまた、例えば分析物の存在を報告するトランスデューサーとして作用してもよく（例えば、容易に検出できる信号を提供することにより）、または、関心対象の分析物を保持するための選択的結合剤として機能してもよい。これらの方法を用いて、多数のヒト遺伝子に対応するアレイを（例えば、核酸プローブを用いて）作製してもよい。
【００１１】
本発明の１つの態様は、複数の貫通孔を有する所望の厚さのプラテンを作製する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：（ａ）上面と下面とを有する複数（例えば2、3、5、8、10、100、1000、またはそれ以上）のプレートを提供する段階であって、該複数のプレートのうち少なくともいくつかにおいて上面および下面のうち一方または両方が、該面の全長にわたる連続的で且つ実質的に平行な溝を有する段階；（ｂ）該複数のプレートのうち１つを除く全てのプレートの上面を他のプレートの下面に結合させる段階（すなわち、第一のプレートの上面を第二のプレートの下面に結合させ、第二のプレートの上面を第三のプレートの下面に結合させる、以下同様；最後のプレートの上面は何にも結合させない）；および（ｃ）所望の厚さにすることが必要な場合は、該貫通孔に対して実質的に垂直に該プラテンをスライスし、これによって複数の貫通孔を有する所望の厚さのプラテンを作製する段階。選択的に、複数のプラテンを作製するために段階（ｃ）を繰り返してもよい。
【００１２】
プレートは結合できる材料であれば任意の材料で構成されてもよく（例えばプラスチック、金属、ガラス、またはセラミック）、且つ、各プレートの厚さは、例えば約0.01 mm〜2.0 mmであってもよく、好ましくは0.1 mm〜1 mmである。各プレートの溝は、深さが例えば 0.005 mm〜2.0 mmであってもよく（すなわちプレートの厚さ未満）、幅が例えば0.1 mm〜1.0 mmであってもよい。
【００１３】
プレートは、１つのプレートの溝が他の各プレートの溝と実質的に平行になるような構成で結合してもよく、または、特定のプレートの溝が、他の特定のプレートの溝に対して垂直かもしくは鋭角となるように結合してもよい。
【００１４】
別の態様において、本発明は、プローブ、細胞、または溶媒を固定するための器具を特徴とする。該器具は、複数の貫通孔（例えば上面から下面まで）を有するプラテン（選択的に、疎水性の上面および下面を有していてもよい）を含み、且つ、該貫通孔の少なくともいくつかは、プローブ、細胞、または溶媒を固定するためのゲル（例えばポリアクリルアミド）、シリカ、焼結ガラス、またはポリマーなどの多孔質材料を中に有する。
【００１５】
また別の態様において、本発明は、対面する疎水性表面と複数の親水性貫通孔とを有するプラテンを作製する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：（ａ）両親媒性分子（例えばアルカンチオール、アルカンホスフェート、アルカンカルボキシレート）と反応する材料（例えば金、銀、銅、ヒ化ガリウム、金属酸化物、またはアルミナ）でプレートをコーティングする段階；（ｂ）該プレートに貫通孔を形成する段階（例えばドリル加工、放電加工（EDM）、パンチング、スタンピング、またはエッチングなどの微細機械加工法により）；ならびに（ｃ）表面に疎水性のコーティングを有するが貫通孔の壁面には有さないプラテンを提供するため両親媒性分子の溶液または蒸気で該プレートを処理（例えば浸漬または噴霧）する段階。本発明はまた、この方法により作製されたプラテンと、使用後のプラテンの疎水性コーティングを再生する方法とを含む。この方法は以下の段階を含む：（ａ）疎水性コーティングが残っている場合はこれを除去する段階（例えば酸化剤、還元剤、酸、塩基、もしくは洗浄剤を用いたプラテンの洗浄により、または、加熱、電解研磨、照射、もしくは燃焼により）；および（ｂ）疎水性コーティングを再生するため両親媒性分子の溶液または蒸気で該プレートを処理する段階。
【００１６】
また別の態様において、本発明は、複数の貫通孔を有するプラテンの表面に選択的にコーティングを施す方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：（ａ）両親媒性分子と反応する材料でプラテンの表面を選択的にコーティングする段階；および（ｂ）両親媒性分子の溶液または蒸気で該プラテンを処理して疎水性コーティングを再生成する段階。
【００１７】
本発明のさらに別の態様は、対面する２つの表面と、これらの表面間にわたって貫通する複数の貫通孔とを有するプラテンを特徴とする。表面と貫通孔の壁面とにそれぞれ独立に機能を付与できるよう、該表面は貫通孔の壁面とは異なる化学特性を有する。例えば、アルカンチオール処理によって壁面を疎水性にできるよう、壁面を金でコーティングしてもよい（例えば、壁面も対面する表面も含めてプラテン全体を金でコーティングし、次に表面を電解研磨して表面の金を除去する）。逆に、表面にアルカンホスフェートを結合できるよう、（壁面はコーティングせずに）表面を金属酸化物でコーティングしてもよい。
【００１８】
別の態様において、本発明は、貫通孔を有する所望の厚さのプラスチック製プラテンを作製する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を特徴とする：ａ）貫通孔を有するプラテンを少なくとも２つ含むプラテンスタックの貫通孔に複数の毛管（例えばガラスまたはプラスチックの毛管）をポッティングする段階；ｂ）隣接するプラテンを、所望の厚さに等しい距離に分離する段階；ｃ）該分離したプラテン間の空間にプラスチック形成材料を注入する段階；ｄ）該プラスチックを形成する（例えば加熱硬化または硬化する）段階；およびｅ）チップを形成するため該プラテンと該プラスチックとの境界面でスライスする段階。プラスチック形成材料は、例えば光硬化性材料、熱硬化性材料、または化学硬化性材料であってもよく（例えばポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリスチレン、またはエポキシなどのUV硬化性材料など）、且つ、硬化の段階が該材料の紫外線への曝露を伴っていてもよい。もしくは、プラスチック形成材料は溶解した熱可塑性材料であってもよく、且つ硬化の段階が材料の冷却を伴っていてもよい。
【００１９】
また別の態様において、本発明は、貫通孔を有する所望の厚さのプラスチック製チップを作製する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を特徴とする：ａ）貫通孔を有するプラテンを少なくとも２つ含むプラテンスタックの貫通孔に複数のファイバーまたはワイヤーをポッティングする段階；ｂ）隣接するプラテンを、所望の厚さに等しい距離に分離する段階；ｃ）該分離したプラテン間の空間にプラスチック形成材料を注入する段階；ｄ）該プラスチックを形成する段階；ｅ）貫通孔を形成するため該ファイバーまたはワイヤーを該プラスチックから引き抜く段階；および、ｆ）チップを形成するため該プラテンと該プラスチックとの境界面でスライスする段階。
【００２０】
本発明のさらに別の態様は化学アレイを作製する方法である。該方法は以下の段階を含む：ａ）対面する２つの表面と複数の貫通孔とを有するプラテンを提供する段階；ｂ）該貫通孔の少なくともいくつかを閉鎖し且つ他の貫通孔を開放状態のまま残すため、該プラテンの一方または両方の表面にマスクを施す段階；ｃ）該開放状態の貫通孔の少なくとも１つに試薬が入るよう、該プラテンの表面を該試薬に曝露する段階（例えば液体、気体、固体、粉末、ゲル、溶液、懸濁液（スラリー、細胞培養物、ウイルス調製物など）、または電磁放射線；例：試薬の溶液もしくは懸濁液をプラテンに噴霧する、またはプラテン上に試薬を濃縮させる、流す、沈着させる、もしくは含浸させるなどにより）；ならびに、ｄ）化学アレイを作製するため、少なくとも１つの異なるマスクと少なくとも１つの異なる試薬とを用いて段階ｂ）およびｃ）を繰り返す段階（例えば少なくとも1回、一般的には少なくとも3回；核酸アレイを作製する場合は、所望の核酸鎖の長さの4倍の回数これらの段階を繰り返してもよい；蛋白質アレイを作製する場合は、所望のペプチド鎖の長さの20倍の回数これらの段階を繰り返してもよい）。マスクは再使用可能であってもまたは使い捨てであってもよく、且つ機械的（例えばロボットにより）に施してもまたは手作業により施してもよい。一部の場合において、マスクは最初から試薬を含んでいてもよい（例えばマスク上に吸収させるまたはマスク中に含有させる）。マスクは例えば軟質であってもまたは硬質であってもよく、且つ、ポリマー、エラストマー、紙、ガラス、または半導体材料から構成されていてもよい。マスクは、例えば、機械弁、ピンアレイ（例えばポスト、ピストン、チューブ、プラグ、もしくはピン）、または気体ジェットを含んでいてもよい。一部の場合においては、「マスクを施す」段階においてマスクとプラテンとの間に気密シールが形成される。マスクはまた、異なる貫通孔を曝露するために移動させてもよい（例えば該方法の反復の間に移動させる）。一部の場合において、マスクは、マスクのピンおよび孔のアラインメントとプラテンの貫通孔とが位置合わせされるような位置合わせ用のピンおよび孔を有する。これらの場合、軟質のテープの一部として複数のマスクを作製し、且つ、該テープを進めることによって該複数のマスクとプラテンの貫通孔とを位置合わせしてもよい（例えばマスクを、スプール、リボン、またはロール上に作製し、カメラ内でフィルムを進めるのと同様の方法で進めてもよい）。これらのいずれかの方法で作製されたアレイも本発明の１つの局面とみなされる。
【００２１】
また別の態様において、本発明は、化学アレイを作製する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）対面する２つの表面と複数の貫通孔とを有するプラテンを提供する段階；ｂ）１つまたは複数の試薬を表面に有するマスクを該プラテンの表面の一方または両方に施し、これにより該マスクから該貫通孔の少なくともいくつかへと該試薬を移送させる段階；およびｃ）少なくとも１つの異なるマスクと少なくとも１つの異なる試薬とを用いて段階ｂ）を繰り返し、これにより化学アレイを作製する段階。
【００２２】
本発明はまた、プラテン中の化学アレイ内の試料を分離する方法も特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）対面する２つの表面と複数の貫通孔とを有するプラテンを提供する段階；ｂ）帯電した試薬の入った電気泳動装置に該プラテンを入れ且つ該貫通孔に平行な電場をかけることによって、該貫通孔の少なくともいくつかの中に該試薬を電気泳動的に移動させる段階；および、ｃ）少なくとも１つの異なる試薬を用いて段階ｂ）を繰り返し、これにより化学アレイを作製する段階。
【００２３】
さらに別の態様において、本発明は、空間アドレス指定可能なアレイを作製する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）空間アドレス指定が可能で且つ各々が内壁をもつ複数の不連続な貫通孔を有するプラテンを提供する段階であって、該プラテンが、対面する疎水性の表面を有するプラテンである段階；およびｂ）該貫通孔の少なくともいくつかの内壁上または該貫通孔の少なくとも１つの中に入れられたビーズ上に少なくとも１つの試薬またはプローブを共有結合的または非共有結合的に固定し、これによって空間アドレス指定可能なアレイを作製する段階。この方法において、貫通孔は、非交通性の（すなわち、隣接する貫通孔の内容物が互いに混合しない）貫通孔、または選択的に交通性の（すなわち、少なくとも一部の貫通孔の壁面が半透膜として作用する）貫通孔のいずれかであってもよい。一部の場合において、該方法は以下の段階をさらに含んでいてもよい：ｃ）あらかじめ定められた貫通孔の部分集合の中にまたはこれを通過させて試薬（例えばモノマー、洗浄溶液、触媒、停止剤、変性剤、活性化剤、ポリマー、細胞、緩衝溶液、発光性および発色性の物質の溶液、ビーズ、加熱もしくは冷却した液体もしくは気体、標識した化合物、または反応性の有機分子）を流す段階。
【００２４】
本発明のさらに別の態様は、確率アレイを作製する方法である。該方法は以下の段階を含む：ａ）複数の貫通孔を有するプラテンを提供する段階；およびｂ）確率アレイを作製するため、複数の試薬の各々を無作為的または半無作為的に（例えば空間的に無作為に、または試薬の分布に関して無作為的に）該貫通孔に添加する段階。「試薬を添加する」段階は、例えば、貫通孔の少なくともいくつかに対応させた複数の分注器具を提供する段階、異なる組合せの試薬溶液を（例：溶液、ニート、または懸濁液として）各貫通孔に分注する段階、および該分注器具を異なる貫通孔のセットに対応させるため少なくとも１回再位置決めする段階を含んでいてもよい。この場合、該方法は、試薬溶液に対して不混和性である液体を貫通孔の少なくとも１つに分注する段階をさらに含んでいてもよい。
【００２５】
また別の態様において、本発明は、関心対象の生物学的特性、化学特性、または物理特性をもつ試薬の組合せを同定する方法を特徴とする。該方法は、例えば、放射性標識プローブの使用または化学発光の測定を伴う。該方法は以下の段階を特徴とする：ａ）上記方法を用いて確立アレイを作製する段階；ｂ）関心対象の特性をもつ組合せについて該確率アレイのアッセイを行う段階；および、ｃ）該関心対象の特性をもつ試薬を同定する段階。関心対象の例としては、触媒作用（例えば、Weinbergら、Current Opinion in Solid State & Materials Science, 3:104-110 (1998)を参照）；特定分子に対する結合親和性（例えば、Brandtsら、American Laboratory 22:3041 (1990)、またはWeberら、J. Am. Chem. Soc. 16:2717-2724 (1994)を参照）；特定の化学反応および生化学反応に対する阻害能；熱的安定性（例えば、Pantalianoら、米国特許第6,036,920号および第6,020,141号を参照）；発光性（例えば、Danielsonら、Nature 389:944-948 (1997)を参照）；結晶構造（例えば、Hindelehら、Journal of Materials Science 26:5127-5133 (1991)を参照）；結晶成長速度；ジアステレオ選択性（例えば、Burgessら、Angew. Chem. 180:192-194 (1996)を参照）；結晶の質もしくは多型；表面張力（例えば、Erbil, J. Phys. Chem. B., 102:9234-9238 (1998)を参照）；表面エネルギー（例えば、Leslotら、Phys. Rev. Lett. 65:599-602 (1990)を参照）；電磁特性（例えば、Bricenoら、Science 270:273-275 (1995)、または、Xiangら、Science 268:1738-1740 (1995)を参照）；電気化学特性（例えば、Malloukら、Extended Abstracts; Fuel Cell seminar: Orlando, Florida, 686-689 (1996)を参照）；光学特性（例えば、Levyら、Advanced Materials 7:120-129 (1995)を参照）；毒性、抗菌活性、結合性、およびその他の生物学的特性；蛍光性およびその他の光学特性；ならびに、pH、質量、結合親和性、およびその他の化学特性および物理特性があるが、これらに限定されることはない。
【００２６】
さらに別の態様において、本発明は、対面する表面と複数の貫通孔とを有するプラテン（例えば、表面が疎水性であり貫通孔が親水性の壁面を有するようなプラテン）を装填する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）該貫通孔に装填するための試料を含む液体試料（例えばニート液、溶液、懸濁液、または細胞培養物）に該プラテンを浸漬し、これによって該貫通孔の少なくともいくつかに該試料を装填する段階；およびｂ）該プラテンの該表面に対して親和性を有するが該液体試料に対して不混和性である液体に該プラテンを通過させ、これによって該プラテンの該表面に残った余剰の試料混合液を洗浄除去する段階（例えば試料混合液より密度が低い不混和性の液体（例：鉱油）を試料混合液の上に添加し、且つ該液体を通過させながら該試料混合物からプラテンを取り出すことにより；該試料と該液体との間の障壁を含む器具）。
【００２７】
本発明はまた、対面する表面と複数の貫通孔とを有するプラテンを装填する別の方法も特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）該貫通孔に装填するための試料を含む液体試料に該プラテンを浸漬し、これによって該貫通孔の少なくともいくつかに該試料を装填する段階；およびｂ）該プラテンの該表面に対して親和性を有するが該液体試料に対して不混和性である液体に該プラテンを接触させ、これによって該プラテンの該表面に残った余剰の試料混合液を洗浄除去する段階。
【００２８】
本発明はまた、複数の貫通孔を有するプラテン中の好気性有機体の生存度を維持する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）該プラテンの該貫通孔の少なくともいくつかに該好気性有機体（例えば細胞または胚）を装填する段階；およびｂ）気体透過性の液体に該プラテンを浸漬する段階。有機体は、例えば液体（増殖培地など）の中にあってもよく、この場合、気体透過性の液体は該液体に対して不混和性のものを用いる。該方法は、好気性有機体の１つまたは複数の物理特性についてアッセイを行う段階をさらに含んでいてもよい。
【００２９】
気体透過性の液体は、例えば、パーフルオロデカリンなどのフルオロカーボン、シリコーンポリマー、または単分子層（例えば脂質または高分子アルコールの単分子層）であってもよい。
【００３０】
また別の態様において、本発明は、揮発性の試料を他の試料（揮発性であっても不揮発性であってもよい）と混合する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）複数の貫通孔を有するプラテンを提供する段階；ｂ）選択的に、１つまたは複数の不揮発性試料（もしあれば）を該貫通孔のいくつかまたは全部に装填する段階；ｃ）該プラテンの該貫通孔の少なくともいくつかに１つまたは複数の揮発性試料を装填し、これにより、各貫通孔内の試料を同じ貫通孔内の他の試料と混合させる段階；およびｄ）該揮発性試料に対して不混和性の液体に該プラテンを浸漬する段階。上記の段階ｂ）、ｃ）、およびｄ）は任意の順序で行ってよい。好ましい態様において、段階ｄ）は揮発性試料の導入前に行われる。混合する試料は、混合させるために、不混和性の液体に浸漬されている間に接触する２つの別個のプラテンにまず提供されうる。不混和性の液体は、例えば、フルオロカーボン、シリコーンポリマー、鉱油、またはアルカンであってもよい。
【００３１】
本発明はまた、試料のアレイを混合する方法も特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）複数の貫通孔を有するプラテンを提供する段階であって、該貫通孔の少なくともいくつかに第一の試料または試料のセットが装填されている段階；ｂ）第二の試料または試料のセットのアレイを含む実質的に平らな表面を提供する段階であって、該平らな表面上の該第二の試料または試料のセットが該プラテン中の該試料に対して位置合わせされうるような段階（例えば、該第二の試料または試料のセットを、該プラテンの少なくともいくつかの貫通孔に対して整列できるような空間パターンに配置してもよい）；ｃ）該プラテンを、該平らな表面上の該第二の試料または試料のセットの該アレイに対して位置合わせする段階；ならびにｄ）該プラテンを該平らな表面に接触させる段階であって、該プラテン中の該試料が該平らな表面上の該試料に対してアラインメントされる段階。この方法は、例えば交差汚染を回避するために使用できる。位置合わせおよび接触は同時に行ってもよい。一部の場合においては、第一または第二のうちいずれかの試料または試料のセットが１つまたは複数のプローブを含んでいてもよい。該方法は、プラテン中に含まれる試料の物理特性（蛍光性またはその他の光学特性、pH、質量、結合親和性など；例えば、放射性標識したプローブおよびフィルム、化学発光を使用して）を解析する段階をさらに含んでいてもよい。一部の場合において、平らな表面は、プラテンアレイのパターンとマッチする疎水性パターンを有していてもよい（例えば交差汚染を防ぐため）。
【００３２】
別の態様において、本発明は、複数の貫通孔を有するプラテンの特定の貫通孔から試薬またはプローブをレセプタクル（例えば瓶、チューブ、別のプラテン、マイクロタイタープレート、または缶）に移送する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）該レセプタクルの上方に該プラテンを置く段階；および、ｂ）気体、液体、もしくは固体のバースト、またはピン（例えばピストン、チューブ、ポスト、プラグ）を該特定の貫通孔に適用し、これにより該試薬またはプローブを該レセプタクルに移送する段階。気体、液体、または固体のバーストは、例えばシリンジで生成してもよく、または、光力学材料もしくは光熱材料（カーボンブラック、プラスチック爆弾、水滴）を貫通孔の内部もしくは上部に付着させ、次に該光力学材料もしくは光熱材料の活性化に適した周波数および強度を有するレーザービームを該光力学材料もしくは光熱材料に照射することによって生成してもよい。
【００３３】
別の態様において、本発明は、複数の貫通孔を有するプラテンの貫通孔を充填またはドレーンするための器具を特徴とする。該器具は、ａ）該プラテンを受け取るよう適応化されたホルダーと；ｂ）該プラテンの１つの貫通孔に試料を注入するのに適した大きさの開口部を有するノズルと；ｃ）該ノズルを通過する試料の流量を制御する弁とを具備し、且つ、該ホルダーと該ノズルとが互いに対して動きうるような器具である。ノズルは、例えば、プラテンに接触するように（または接触しないように）位置決めされていてもよい。選択的に、該器具は、プラテンから試料を受け取るように位置決めされたマイクロプレート（例えばマイクロタイタープレート）、ならびに、弁の制御とホルダーおよびノズル（および、選択的にマイクロプレート）の互いに対する位置の制御とを行えるコンピューターを含んでいてもよい。一部の場合において、選択的なマイクロプレート、ホルダー、およびノズルは、少なくとも二次元で互いに独立に動かすことができてもよい。もしくは、ノズルを１つの位置に保持し、一方で、ホルダーおよびノズルを少なくとも二次元で互いに独立に動かすことができてもよい。
【００３４】
また別の態様において、本発明は、プラテンの貫通孔のうち少なくとも１つの中で生じる１つまたは複数の反応の動態を解析する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）複数の貫通孔を有する第一のプラテンを提供する段階であって、該貫通孔に第一の試料または試料のセットが装填されている段階；ｂ）該プラテンを検出装置に導入する段階；ｃ）複数の貫通孔を有する第二のプラテンを該検出装置に導入する段階であって、該貫通孔に試料または試薬が装填されている段階；ｄ）該第一のプラテンの貫通孔の内容物が該第二のプラテンの対応する貫通孔の内容物と混合されうるよう、該プラテンを位置合わせし且つ接触させる段階；ならびに、ｅ）該貫通孔のうち少なくともいくつかの内容物の物理特性の経時変化を検出する段階。
【００３５】
別の態様において、本発明は、アレイ中の試料の物理特性を解析する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）複数の貫通孔を有するプラテンを提供する段階であって、該貫通孔に試料が装填されている段階；ｂ）２つの部分透過ミラーの間に該プラテンを置く段階；ｃ）該ミラーのうち１つを介して該試料を照明する（例：レーザー、原子ランプ、または白色光減を含むその他の光源を用いて）段階；および、ｄ）該試料の光学出力を検出する段階。選択的に、１つの波長のみを反射し他を全て通過させるミラーを使用してもよく、且つ、非線形の光学効果を観察してもよい。「撮像」の段階は、例えば、アレイから発せられる光を測定する段階もしくは照射源側と反対側のミラーから出る光を測定する段階を含んでいてもよい。プラテンはレーザーキャビティ内に置いてもよく、且つ、２つのミラーの間に光学利得媒質(optical gain medium)を配置してもよい。
【００３６】
本発明はまた、アレイからの試料の出力を測定する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）複数の貫通孔を有するプラテンを提供する段階であって、該貫通孔に試料が装填されている段階；ｂ）該試料を毛管のアレイに導入する段階；ｃ）パルス圧を用いることにより、不連続流を作りながら毛管を通して試料を溶離する段階；ｄ）溶離された試料を該毛管に対して動いている表面（例えばウェブ、テープ、ベルト、またはフィルム）上にスポッティングする段階であって、該スポットが不連続であり且つ試料の混合が生じないような段階；および、ｅ）該スポットの物理特性を解析する段階。
【００３７】
本発明はまた、アッセイにそのまま利用できる高密度形式で複数の試料を保存する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）複数の貫通孔を有するプラテンを提供する段階；ｂ）２つの溶媒を含む混合液に溶解した該試料（例えば低分子）を該貫通孔に装填する段階であって、第一の溶媒は蒸気圧が低い溶媒（例えばジメチルスルホキシド（DMSO））であり、且つ、第二の溶媒は該第一の溶媒と比較して蒸気圧が高い溶媒（例えばエタノール；好ましくは、いずれの溶媒も不活性であり且つ該試料を溶解できる溶媒）である段階；および、ｃ）該第一の溶媒に溶解された複数の試料を（好ましくは貫通孔の壁面上のフィルムとして）提供するため、該第二の溶媒を蒸発させる段階。各溶液中の第一の溶媒の体積は、例えば、約25 nl未満（例えば10 nl、1 nl、250 pl、100 pl未満、または約25 pl未満；例えば「微小液滴」）であってもよい。いくつかの態様において、第一の溶媒に溶解される試料は貫通孔の壁面上にフィルムを形成する。
【００３８】
本発明は高スループットアッセイを形成する方法を特徴とする。該方法は以下の段階を含む：ａ）複数の貫通孔を有するプラテンを提供する段階であって、該貫通孔の少なくともいくつかに蒸気圧の低い溶媒に溶解された試料が含まれる段階（上記方法に従って保存用に調製された試料のアレイなど）；ｂ）該溶解された試料を凍結させるのに十分な温度まで該プラテンを冷却する段階；ｃ）試薬を含む溶液に該プラテンを浸漬する段階であって、該溶液の温度が該試料の凝固点よりは低いが該試薬溶液の凝固点よりは高い温度である段階；ｄ）該プラテンを該試薬溶液から取り出す段階；および、ｅ）該試料の凝固点より高い温度まで該プラテンを加温する段階。試料溶液は例えば水溶液であってもよい。
【００３９】
本発明のまた別の態様は、それぞれが複数の貫通孔を有する第一および第二のプラテンと半透膜とを具備する濾過器具を特徴とする。第一のプラテンの貫通孔が第二のプラテンの貫通孔と実質的にアラインメントするように該プラテンはアラインメントされ、且つ、半透膜は２つのプラテンの間に挟まれている。選択的に、プラテンは疎水性の表面を有していてもよい。半透膜は例えばニトロセルロース膜であってもよく、または細胞の層を含んでいてもよい。
【００４０】
「空間アドレス指定可能な貫通孔」は、既知の位置および寸法を有し、且つその確実度が高い（例えば器具上の基準位置に対して）。確実性の程度は、試薬が並列的に輸送されうるよう、上下に重ねた２つのプラテンの貫通孔が揃うのに十分な程度である。確実性の程度はまた、任意の貫通孔の中の試料を、器具の基準点に対して相対的にその孔が見出されるような位置情報のみをもつロボット装置によって回収するのに十分な程度である。「貫通孔のプレーナーアレイ」という用語は、PCT出願WO99/34920に記載されているような、プラテン上の貫通孔アレイを指す。
【００４１】
「試薬」とは、化合物、気体、液体、固体、粉末、溶液、ゲル、ビーズ、または電磁照射である。
【００４２】
「プローブ」または「化学プローブ」という用語は、特異的結合事象または触媒的事象によって特定の解析物を検出する化学的構造、生物学的構造、機械的構造、または電子的構造を指す。結合事象または触媒的事象は、オペレーターによる判読が可能な信号に変換されてもよい。化学プローブの1種としてはアフィニティープローブ（例えば別の核酸と結合する特異的な核酸）がある。機械的プローブの例としては、固定されたリガンドを表面に有し、且つ化学的事象または生物学的事象に反応して特性（例えばひずみ、慣性、表面張力）が変化するような材料を含むカンチレバーがある。
【００４３】
「化学検出事象」という用語は、関心対象分子とプローブ分子との間の化学反応であり、その結果オペレーターにより観察され得るような信号を発生する化学反応を指す。例えば、フルオレセイン・ジ-β-ガラクトシドを酵素β-ガラクトシダーゼで加水分解して蛍光性分子であるフルオレセインを生成させるのは化学検出事象の１つである。一部の場合において、化学検出事象は、解析物とプローブとの最初の相互作用により誘発される一連の化学反応を含んでいてもよい（例えば表面受容体にリガンドを結合させることによってプローブ細胞内の信号伝達経路を活性化する）。
【００４４】
「リンカー分子」という用語は、プラテンまたはビーズの表面に対して高い親和性を有するかまたは共有結合する分子を意味する。リンカー分子は炭素鎖などのスペーサーセグメントを有していてもよく、且つプローブ分子が共有結合的にまたは高い親和度で結合できるよう末端に官能基を有していてもよい。
【００４５】
「固定された」という用語は、分子レベルで（すなわち、共有結合、非共有結合、または相互作用によって）実質的に付着した状態を意味する。
【００４６】
「光劈開性化合物」という用語は、光に曝露されると複数の独立した分子に分解するような部分を有する化合物を指す。
【００４７】
「低分子」という用語は、質量約3000ダルトン未満の分子を指す。
【００４８】
「ハイブリダイゼーション」という用語は、２つ以上の分子（例えば核酸）が互いに相補的且つ特異的に結合することを指す。
【００４９】
「固相合成」とは、合成の出発材料の少なくとも１つがポリマービーズ、ゼラチン様樹脂、多孔質の固体、または平らな表面などの固形材料に付着されるような化学合成プロセスを指す。
【００５０】
「ブロッター」という用語は、余剰の液体を吸収により補足できる材料を指す。
【００５１】
「ビーズ」という用語は、任意の方向の寸法が一般的に約1 mm未満（例えば約100μm未満）であり、且つ、試薬を表面に付着させるかまたは内部に保存することができる微小粒子を意味する。ビーズは１つまたは複数の種々の材料から構成されていてもよく、これには有機ポリマー、ガラス、および金属が含まれる。試薬は、典型的には、ビーズ表面の反応性官能基（カルボキシル基、シラノール基、またはアミノ基など）との化学反応によってビーズに付着される。試薬は、例えば、共有化学結合またはビーズ表面への物理的な吸着によってビーズに拘束されていてもよい。ビーズ形状は、球に近い形状、不規則な形状、または中間的な形状であってもよい。
【００５２】
「ストリンジェンシー」とは、洗浄段階において非特異的な分子相互作用が中断されるまでの程度を指す。
【００５３】
「電気泳動洗浄」という用語は、非特異的に結合したイオン分子を電場をかけることによってプローブから除去することを指す。
【００５４】
「特異的相互作用」とは、２つの分子間の相互作用であって、２つの分子のうち少なくとも１つの分子の固有の三次元構造によって生じる相互作用を意味する。例えば酵素は、遷移状態の類似体が安定した反応中間体へと変化することによりこれら類似体と特異的に相互作用する。
【００５５】
「マイクロプレート」という用語は、アレイの貫通孔の内容物を、貫通孔の交差汚染が生じないように移送するために使用される集合プレートを指す。
【００５６】
「微小液滴」という用語は、体積が50 nl以下（例えば約50 nl、25 nl、10 nl、5 nl、1 nl、500 pl、250 pl、100 pl、50 pl未満、またはそれ未満）である液滴を意味する。
【００５７】
「物理特性」という用語は、対象物またはシステムの、任意の測定可能な特性を意味し、これには電気特性、磁気特性、光学特性、温度特性、機械特性、生物学的特性、核特性、および化学特性が含まれる。
【００５８】
本発明の新しい方法は多数の利点を有する。例えば、この新しい方法により、プロセスを並列的に最適化することが可能となる。例えば、特定の分子種の合成では、生成物の収率を最適化するため種々の合成法を定量化するという単調且つ時間のかかる調査を要することが多い。本発明の新しい方法では、アレイ中のプロセスパラメータを貫通孔ごとに変え、生成物を解析して高収率合成に最も適したプロトコルを決定することも可能である。
【００５９】
従来の平面基材上の化学プローブアレイに対する本発明の別の利点は、物理的に隔離された容器（すなわち貫通孔）内で各々の化学検出事象が生じ、このため触媒作用による信号増幅が可能であることである（例えば検出可能な分子を各貫通孔内の溶液中に放出する）。このような検出可能分子としては、たとえば、蛍光原性酵素基質の蛍光性産物および色素原性基質の色素性産物が含まれる。アレイ中に保持される試料が物理的に隔離されているため、貫通孔間の側方交通が消去することにより交差汚染が防止される。
【００６０】
本発明の別の利点は、アレイ中における精密且つ既知の空間位置を各貫通孔に付与しうることである。各貫通孔は空間アドレスを指定することが可能であり、これによって、各貫通孔に対して液体を注入および除去すること、各貫通孔の内容物を解析すること、ならびに、高度に並列化した状態で試薬を移送するため複数のアレイを整列することが容易となる。
【００６１】
本発明の別の利点は、一方のアレイの深さを他方のアレイに対して変更することによって、２つの各アレイの相対的な体積を容易に調節できることである。
【００６２】
本発明のまた別の利点は、貫通孔アレイに含まれる化学プローブに結合した物質を個別の試料として回収しさらなる解析に供することができることである。例えば、結合したウェルの内容物を平面基材上に溶離し、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）法もしくは表面増強レーザー脱着・イオン化（SELDI）法による質量分析、または、核磁気共鳴（NMR）分光法による解析に供することが可能である。もしくは、貫通孔の内容物を貫通孔から質量分析計へと直接的に電気スプレーすることもできる。貫通孔の内容物を結晶化してX線または電子回折技術で分析してもよい（例えば結晶構造を決定するために）。本発明のこの局面により、標識していない分析物を高感度に検出することが可能である。
【００６３】
本発明のまた別の利点は、貫通孔が電場の伝導性を有していてもいいため、試料のプラテンへの導入またはプラテンからの除去を電気泳動によって行うことも可能な点である。
【００６４】
本発明の別の利点は、プラテンの両側から試料にアクセスできることである。このことは、例えば、関心対象の貫通孔に対して圧力、空気流もしくはガス流、または爆発性装填物を印加することによってプラテンから試料を除去し、次いでプラテンの反対側の面から試料を回収することが可能であることを意味する。もしくは、真空状態を作ることなくプラテンから試料を吸引することもできる。したがって試料の体積が現在最先端の微小流体工学技術に制限されることはなく、且つ、試料回収時に失われる液体の量も最小限に抑えられる。圧力の印加は、例えば固体のピン（例えばピストンのように作動するピン）の形式または不活性ガスのバーストの形式で行ってもよい。この利点からまた、電気スプレーイオン化（ESI）質量分析法をプラテンから直接実施することも比較的容易であることが示唆される。マイクロチャネルアレイに配置された、スペクトルが異なる２つの蛍光プローブからの蛍光を、徹照光学系または表面照明光学系のいずれかにより同時測定することも可能である。このような光学系は、例えば、光源、光学フィルター、およびCCDカメラを含むような光学系である。プラテンの両面から同時に光信号を収集してもよい。
【００６５】
プラテンに含まれる多数の試料は平らな表面または膜上に迅速に移すことが可能であり、これにより、SELDI質量分析法を行う、および、細菌細胞（例えば貫通孔に含まれる細胞）を増殖させて個々のコロニーを形成させさらなる分析用に保存するなどのプロセスを容易にすることができる。平面材料からアレイへの移送も、ポリアクリルアミド2Dタンパク質ゲルからアレイへの電気ブロッティングと同様に行うことができる。
【００６６】
アスペクト比が高い幾何学形状により環境に曝露される液体の表面積が最小限に抑えられるため、蒸発が制限されることも利点である。
【００６７】
本発明の新しい方法が有するまた別の利点は、任意の貫通孔内の試料がつくる熱塊が小さく、したがって迅速且つ均一に熱平衡が得られることである。このことは、例えば、加熱および／または冷却の段階を含む合成法（例えばポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を用いた核酸の増幅）に関連する。
【００６８】
別途定義しない限り、本明細書で用いられる技術用語および科学用語はすべて、本発明の属する当技術分野の技術者に一般的に理解されているものと同じ意味を有する。本発明の実施または検証においては本明細書に記載のものと同様または同等の方法および材料も使用可能であるが、以下に本発明の適切な方法および材料について説明する。本明細書に記載の刊行物、特許出願、特許、およびその他の引用文献はすべて参照として完全に本明細書に組み入れられる。矛盾が生じた場合は、定義も含めた本明細書が優先される。さらに、本明細書に記載の材料、方法、および例は説明を目的としたものであり、本発明を制限するものではない。
【００６９】
本発明のその他の特徴および利点は以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるものと思われる。
【００７０】
発明の詳細な説明
本発明は、プラテンを縦断する貫通孔内の多様な化学的および生化学的な成分を作製、保存、およびスクリーニング方法、ならびに、プラテンを作製および使用する方法を提供する。特定の態様において、これらの方法は、高密度の貫通孔アレイのうち選択した一群の孔に対して試薬を移送する段階を含む。試薬移送の段階は必要に応じて繰り返される。本発明はまた、各貫通孔の内容物が既知となるよう、貫通孔プレーナーアレイの上に一連のマスクを置く段階、および、該マスクに試薬を通過させこれによりプローブまたは試薬の規定のパターンを作成する段階を提供する。別の態様において、本発明は、ビーズまたは細胞などのプローブ保持粒子を貫通孔アレイに分注する段階を提供する。このようなプローブとしては核酸、ペプチド、低分子、および化学検出細胞が含まれるが、これらに限定されることはない。貫通孔アレイの用途としては、リード化合物発見のための遺伝子ライブラリーの構築およびスクリーニング、反応条件の最適化、遺伝子発現解析、臨床診断、ゲノミクス、機能ゲノミクス、薬理ゲノミクス、構造ゲノミクス、プロテオミクス、工業触媒の生成および最適化、化学遺伝学、反応に適した条件（例えばタンパク質結晶化に適した条件）の同定、遺伝子型判定、遺伝子多型解析、細胞または組織内のRNA発現プロフィールの検証、ハイブリダイゼーションによる塩基配列決定、ならびに、組換え酵素の発見が含まれる。
【００７１】
図1（平面図）および図2（側断面図）に、本発明の１つの態様による、高密度貫通孔アレイを有するプラテンを示す。プラテンは、ケイ素またはその他の物質（金属、ガラス、もしくはプラスチック）を材料としていてもよい。プラテンの材料は化学的に不活性な物質であるか、または適切な表面処理によって不活性にしたものであってもよい。
【００７２】
図1において各貫通孔は正方形の断面を有しているが、断面は円形または長方形であってもよい。各貫通孔の直径は1 mm未満（例：約600μm、300μm、100μm、10μm、1μm、または100 nm未満）で典型的には200〜250μmであり、プラテンの深さは10〜2000μm以上で通常250〜1000μmである。
【００７３】
ガラス毛管の束を使用することにより深さを大きくしてもよい。もしくは、並列の溝を有する複数の表面を結合し、これによって全長にわたる貫通孔を有する長い三次元体をつくることによって、より深いプラテンを作ってもよい。該三次元体を水平方向にスライスすることによって貫通孔の深さに融通性を持たせてもよい。その結果、適合した位置に貫通孔を有すアレイであって、貫通孔の深さがアレイごとに異なっていてもよいアレイを使用することが可能となる。
【００７４】
空間アドレス指定を可能にするため、貫通孔の中心間距離は適切な精密度を有している必要がある。貫通孔間の間隔はプラテン内の貫通孔の寸法に依存する。貫通孔の配置は、規則的な行列、六方アレイ、またはその他の構成（例：貫通孔を小さなサブアレイに分けるなど）であってもよい。パターンに再現性をもたせるため同じ貫通孔の配置で複数のプラテンを作製してもよく、且つ、各貫通孔はアレイ内の固有のアドレスで同定できてもよい。
【００７５】
貫通孔を有するプラテンを３つ重ねた場合、１つのチャネルの総容量（すなわち、３つの貫通孔を重ねた容量）は典型的に〜100 nlである。この容量を例として用いると、高密度の酵母細胞培養物（〜107/ml）をチャネルに充填した場合、各チャネルには約103個の酵母菌が入る。酵母菌の体積が70μm3である場合、100 nlチャネル１つに入る酵母細胞は最大約106個である。マイクロチャネル１つあたりの酵母細胞数が最低100個であれば、バイオアッセイに対する菌ごとの反応の変動を十分補償できる。しかし、この容量は貫通孔の直径のみならず貫通孔の深さによっても異なる。このように試料の体積を変更できることによって融通性がもたらされ、その結果、より幅広い材料、濃度、および反応条件の使用が可能となる。
【００７６】
選択的に、バイナリ識別コード、または、インデクシングおよびアラインメント用の孔および溝などの機能を各プラテンに組み込んでもよい。
【００７７】
Ｉ．貫通孔アレイを有する器具を作製する方法
樹脂注型による貫通孔アレイの作製
高密度の貫通孔アレイを作製するための従来技術としては、微細機械加工、放電加工（EDM）、または化学エッチングなどがある。もしくは、ポリマーまたは樹脂の中にアレイを注型してもよい。注型用の型は、型の内径がアレイ器具の最終外径と同じかまたはそれ以上になるように設計してもよい。注型用の型の深さは、0.5 mmのように小さくてもよく（単一のアレイ用の場合）、または、1メートル以上であってもよい。長い樹脂ブロックを注型する場合は、樹脂を所望の厚さに切断し表面を研磨または平滑化してもよい。注型において貫通孔を規定する方法は複数ある。所望の形状および直径をもつソリッドワイヤー、ファイバー、またはピンアレイを注型用の型の中に配置してもよい。必要であれば、１つ以上の位置決め治具を使用して注型用の型の中でワイヤー、ファイバー、またはピンを固定してもよい。ワイヤー、ファイバー、またはピンを引き抜いて貫通孔を形成できるよう、樹脂またはポリマーの硬化時に樹脂またはポリマーと永久的に結合することがないように、ワイヤー、ファイバー、またはピンの化学特性を選択する必要がある。例えば、ファイバーがエチレンテレフタレートで且つ樹脂がポリメチルメタクリレート（PMMA）であってもよい。もしくは、最終的な硬化、凝固、または重合が完了した後、注型された樹脂またはポリマーからワイヤー、ファイバー、またはピンを除去する作業を容易にするため、油、フルオロポリマー、水、または重合抑制剤などの離型剤でワイヤー、ファイバー、またはピンの表面をコーティングしてもよい。
【００７８】
別のシステムにおいて、中空の管材料または毛管を注型用の型の中に配置することによって貫通孔を規定してもよい。中空の管材料は位置決め治具によって注型用の型の中に配置してもよい。内径が異なる管材料を使用することによって、貫通孔の直径が異なるアレイが得られる。理想的には、中空管の外側と成形する樹脂またはポリマーとの間に永久的な結合が生じるように中空管およびポリマーの化学特性を選択する。これによって、中空管の内面がアレイの貫通孔を規定する。中空管の材料は、ガラスもしくは石英ガラス、ポリマー、または金属であってもよい。
【００７９】
注型する樹脂またはポリマーの化学特性は、アレイ器具の表面に所望の疎水特性または親水特性をもたせるように選択してもよい。成形する樹脂（アクリレートまたはポリスチレンなど）の化学特性を疎水基で変化させることによって、所望の表面化学特性を有するアレイを作製してもよい。もしくは、スライスおよび研磨の後に標準的な技術を用いてアレイ器具の表面化学特性を変化させてもよい。さらに、他の物質を添加することによりポリマーの化学特性または物理特性を変化させてもよい。例えば、アレイ器具の導電性を制御するため、注型前の樹脂またはポリマーに導電性金属の粒子を混合することによってアレイ器具に導電性を付与してもよい。一般的に、注型前の樹脂またはポリマーに混合する金属粒子の量が多いほどアレイ器具の導電性も高くなる。
【００８０】
アレイの光学撮像感度を向上させるために樹脂またはポリマーに添加剤を添加してもよい。例えば、金属粒子を添加することによって貫通孔間の材料を得てもよい。金属粒子により光の散乱が生じ、これによって、貫通孔内のプローブが発する蛍光信号を検出器の方向に反射するとともに信号のクロストークを防ぐことができる。もしくは、カーボンブラックを添加した材料を使用することによって、クロストークを防止し且つアレイ表面以外からの反射光に起因する信号を最小限に抑えてもよい。より好ましくは、二酸化チタンなどの光散乱剤とカーボンブラックなどの吸光剤とを組み合わせて樹脂またはポリマーに添加し、これによって貫通孔間の光学濃度を最大にする。
【００８１】
注型用の型に中空管を入れて貫通孔を形成することにより、用途に応じてチューブの化学特性を変えることが可能になる。一部の用途においては、生物学的に不活性のポリマー（例：ポリエーテルケテルケトン（PEEK）またはポリ（テトラフルオロエチレン）（PTFE））が望ましい。もしくは、石英ガラス管を使用して貫通孔を形成してもよい。注型前に石英ガラス管の内面を誘導体化してもよく、これによって実質的に任意のレベルの親水性または疎水性を得ることが可能となる。金属または合金の管材料を用いてアレイの貫通孔を形成してもよい。金属管は生体適合性を与えるためコーティングしてもよい。例えば、金属を金の薄層でコーティングしてもよく、この金表面はチオール部分をもつ種々の試薬で容易にコーティングすることが可能である。
【００８２】
管または毛管の内面は、例えば、得られるスライスをプローブアレイとして利用しやすくするような材料でコーティングしてもよい。例えば、樹脂ブロックをスライスしたときに、得られるプラテンを遺伝子センサーとして使用できるよう、それぞれの管または毛管を異なる核酸プローブでコーティングしてもよい。もしくは、毛管に入れた多孔質材料にプローブを固定してもよい。
【００８３】
所望の樹脂またはポリマーを用いて注型したブロックを適切な厚さにスライスすることによって、貫通孔アレイを有するプラテンを作製することができる。特定の態様においてプラテンの厚さは0.2〜25.0 mmであるが、この技術を用いることにより、使用する注型用の型と同じ長さの貫通孔アレイを作製してもよい。所望される場合は長さ数メートルの注型を行ってもよい。半導体産業の標準的技術である、シリコンインゴットをスライスおよび研磨してシリコンウェーハを作製する技術は、貫通孔アレイの作製に直接応用することができる。スライス中に注型アレイの貫通孔に冷却剤を流すことによって、ポリマーの融解または貫通孔内のコーティングもしくはプローブの劣化の原因となりうる熱蓄積を防止することができる。冷却剤の例としては、冷水、低温エチレンアルコール水溶液、および低温イソプロパノールがある。
【００８４】
ソリッドワイヤーを配置して注型し、得られたブロックをスライスする場合は、電気化学セル内のプレート上で電着を行うか、または、スライスを濃縮硝酸に入れるなどによって化学劣化を生じさせることによって、ワイヤーを腐食させて貫通孔アレイを作製してもよい。スライスを金属シートに接着し、ポリマーを腐食させ、且つ、該スライスを電極として使用したsink-EDMによって貫通孔アレイを作製してもよい。ポリマーは、化学的手段によって腐食させるか、溶解させるか、または焼き取ってもよい。
【００８５】
複数の溝付表面をスタックおよび結合することによりアレイを作製する方法
貫通アレイを作製する１つの方法は、上面および下面を有する溝付プレートをスタックおよび結合し、これによって三次元アレイを作製することである。貫通孔アレイの作製には任意の数の材料を使用してよく、材料としてはケイ素、ガラス、プラスチック、樹脂、および金属が含まれるがこれらに限定されることはない。使用する材料に応じて種々の技術（例：微細機械加工、化学エッチング、エンボス加工、またはスタンピング）を用いることによって個々の表面に溝を機械加工してもよい。各溝の深さおよび幅によって、完成したプラテンの貫通孔の寸法が決定される。溝の深さおよび幅は所望の仕様に応じて機械加工してもよい。
【００８６】
溝付プレートを正確に積層またはスタッキングして三次元アレイを得るには、外部治具または内部治具を用いて各表面を正確に配置してもよい。もしくは、正確なスタッキングが容易になるよう、各表面剤に位置合わせ機構（例：ノッチ、ポスト、さね等）を正確に組み込んでもよい。個々の溝付表面は、スタック後、永久的に結合させる。プレートの結合に従来の接着剤を使用することは、余剰の接着剤が溝内に移動しその結果一部の貫通孔が閉塞される可能性があるため好ましくない。結合過程に好ましい方法の１つは、温度上昇と圧力の組合せを利用しこれによって選択した材料を融合させる方法である。一部の場合においては、適切な温度と圧力とを加えたときに表面内に拡散しこれによって永久的な結合をもたらす材料（例：金）で溝付プラテンの片面または両面をコーティングする。溝付プレートの材料は、熱可塑性プラスチック、セラミック、ガラス、またはケイ素などの金属であってもよい。
【００８７】
好ましい態様において、各溝付プレートの幅は最終的な貫通孔プラテンの幅に等しいが、各溝付プレートの長さは最終的な貫通孔プラテンの所望の厚さよりはるかに長い。このため、必要な厚さよりもはるかに厚い三次元貫通孔アレイが得られる。次に、所望の仕様に合わせてこの厚いブロックから個々の貫通孔プラテンを切り出す。光学平面を得るため、プラテンを切り出した後さらに研磨を要する場合がある。次に、必要な表面化学特性をプラテンに付与する。この作製方法の利点は、従来の微細機械加工技術を用いた場合と比較してはるかに深いストレート壁の貫通孔を有するプラテンが作製できることである。
【００８８】
溝付プレートのスタッキングにおける微小なアラインメントずれによって、最終的なプラテンの貫通孔の位置決めの完全性がわずかに損なわれる可能性がある。これは、貫通孔プラテンを用いた操作（例：２つ以上のプラテンのスタッキングによる大規模並列反応の開始）に干渉する可能性がある。しかし、位置決めに微小な誤差が存在する場合でも、厚い貫通孔アレイから切り出された隣接スライスはほぼ完全にマッチングし、したがって必要とされるスタッキング操作が可能である。
【００８９】
酸化ケイ素層の形成
１つの態様において、高密度貫通孔アレイはシリコンウェーハ内に作製される。ケイ素の酸化が生じるような十分高い温度まで炉内でケイ素アレイを加熱することにより、アレイの全表面に均一に酸化ケイ素層をつくる。酸化の速度を高めるため、炉内の酸素レベルおよび／または湿度を周囲より高くしてもよい（例えばAtallaら、The Bell System Technical Journal, pp. 749-783, 1959年5月を参照）。酸化ケイ素によりアレイ表面に種々の化学表面処理を施すことが可能となるため、これは利点である。表面処理の例は「固定アフィニティーリガンド技術（Immobilized Affinity Ligand Techniques）」（Hermansonら、Academic Press, San Diego, 1992）およびユナイテッド・ケミカル・テクノロジーズ社（United Chemical Technologies, Inc., ペンシルベニア州Bristol）より入手可能な技術文献に記載されている。酸化ケイ素の使用により、酸化ケイ素膜の厚さを調製することにより表面の光学反射率を制御できるというさらなる利点がもたらされる（例えば「光学の原理（Principles of Optics）」, M. Born & E. Wolf, Pergamon Press; 1980, 59-66を参照）。
【００９０】
ＩＩ．アレイ器具の表面および貫通孔の壁面を改質する方法
貫通孔アレイの表面を種々の方法により改質してもよい（例えばアレイの物理特性および化学特性を変化させることを目的として）。表面改質の種類としては、ポリマーコーティング、金属付着、化学的な誘導体化、および機械的研磨などがあるが、これらに限定されることはない。
【００９１】
アレイ表面の化学特性の選択的改質
アレイ表面への水溶液の付着、ならびに、装填およびその他の操作中に貫通孔間の交通が生じることを防ぐため、プラテンの表面に疎水性コーティングを施すことが望ましい。さらに、貫通孔が液体を保持するよう、貫通孔の内面に親水性コーティングを施すことが望ましい。この内部コーティングはさらに、非特異的結合を防ぐためブロックしてもよく、または、アフィニティーリガンドで誘導体化してもよい。疎水性の表面と親水性の貫通孔というこの組合せにより、アレイ表面への水溶液の付着が防止され、且つ、貫通孔の瞬間的な装填が可能となる。
【００９２】
一般的に、高密度の貫通孔アレイを有するプラテンはケイ素で作製し、且つ、酸化によって酸化ケイ素でコーティングする。次に、過酸化水素と硫酸との混合液またはその他の腐蝕性溶媒洗浄液に浸漬することにより、プラテンを洗浄して有機物質を除去する。この処理により高い表面エネルギーを有するクリーンな酸化ケイ素が得られる。この方法によって施された疎水性コーティングは高湿度かに置いて安定であり、且つ、繰返し使用できる。
【００９３】
アレイの上面および下面は、揮発性溶媒に適切なシラン化剤（ユナイテッド・ケミカル・テクノロジーズ社（United Chemical Technologies, Inc.）よりGlassclad 216として販売されているポリジメチルシロキサンなど）を溶解した溶液の蒸気に曝露することによって疎水性にする。シラン化剤はアレイ表面の水酸基およびシラノール基と反応して疎水性のアルキル基と共有結合する。他のシラン化剤を選択することにより、表面の化学特性を選択的に改質することが可能である。
【００９４】
表面改質の１つの方法においては、プラテンの処理中の表面と反対側の表面に不活性ガスで陽圧をかける。貫通孔内を陽圧にすることにより、シラン化剤の蒸気が貫通孔内部に達することを防ぐ。ガラス状表面を疎水性にするのに適したシラン化剤としては、アルキルトリクロロシラン類およびアルキルトリメトキシシラン類があり、その多くが市販されている。
【００９５】
別の方法においては、第一のプラテンをケイ素で作製し次にこれを酸化させる。第一のプラテンと大きさおよびアラインメント孔は同じであるが貫通孔をもたない、第二のケイ素プラテンを作製する。スタッキング治具上で、各貫通孔がウェルとなるよう、貫通孔のないプラテンの上に貫通孔アレイのあるプラテンを置く。次に治具およびプレートを表面改質試薬で処理する。ウェルの底にトラップされた空気により、試薬液のウェルへの進入が防止される。反応が生じるのに十分な時間が経過した後、プレートを溶液から取り出し且つ乾燥させ、さらに、適切である場合は熱処理を施す。裏打ちを取り外し、アレイを上下反転させ、この処理を繰り返して第二の表面をコーティングする。
【００９６】
疎水性の外表面を得るまた別の方法は、対応する貫通孔を各ピンがかろうじて通過するようなマッチングピンアレイの上に、貫通孔アレイを置く方法である。このピンアレイは、sink-EDMで貫通孔アレイを作製するときに使用される電極であってもよい。次に、蒸着などの気相成長法により、露出表面にポリプロピレンまたはテフロンなどの疎水性ポリマーを施す。貫通孔アレイをマッチングピンアレイから取り外し、反転させ、コーティング処理を繰り返して反対側の面をコーティングする。
【００９７】
プラテン表面に疎水性コーティングを施す別の方法では、プラテン表面を金などの金属でコーティングし、次に、金属と選択的に反応するがコーティングされていない貫通孔表面とは反応しない化学物質にアレイを曝露する。例えば、電子ビーム蒸着を用いて、複数の貫通孔を有するプラテンの外表面を金、他の金属、または半導体でコーティングしてもよい。電子ビーム蒸着法では、ビームの方向に対して直角の表面に優先的に金が蒸着される。次に、金でコーティングされた表面をアルカンチオール類と反応させることにより疎水性のアルキル基を付着させる（Z. Houら、Langmuir, 14:3287-3297, 1998）。金でコーティングされていない貫通孔の内面は親水性のまま保持される。アルカンチオール類は、銀、銅、ヒ化ガリウムなどその他の物質に対しても反応性を有する（Y XiaおよびG.M. Whitesides, Annu. Rev. Mater. Sci., 28: 153-84, 1998）。アルカンチオール類のほかに両親媒性物質を用いても、他の無機固体物質を化学反応させて疎水性コーティングを得ることができる。このようなコーティングの例としては酸化金属に対するアルカンホスフェート類（D. Brovelliら、Langmuir, 15:4324-4327,1999、および、R. Hoferら、Langmuir, 17: 4014-4020, 2001）、およびアルミナに対するアルカンカルボキシレート類（P.E. Laibinisら、Science, 245: 845, 1989）などがあるが、これらに限定されることはない。
【００９８】
通孔表面の化学特性の選択的改質
１つの方法においては、同一の貫通孔アレイを複数作製し、位置合わせし、且つスタッキングする。スタッキングしたアレイによって形成された連続的なチャネルに試薬を流す。試薬は、溶液、懸濁液、液体、蒸気、または微細な粉末であってもよい。次に、アレイのスタックを洗浄且つ乾燥し、さらに、用いたコーティングに対して適切である場合は熱処理を施す。次にチップのスタックを物理的に分離し、スタックの最上部および最下部のアレイ（「犠牲アレイ」）を廃棄する。
【００９９】
貫通孔表面を選択的にコーティングする別の方法では、ロボットを使用して、各貫通孔の入口付近に細針または細針アレイを位置決めする。次に、この針／毛管を介して表面改質試薬を各貫通孔に直接送達させる。
【０１００】
別の方法においては、ケイ素の貫通孔アレイの全表面を化学的に改質する。次に、アレイ表面を機械的に研磨することにより元の表面特性を復元させる。次にアレイ表面を再度コーティングしてもよい。
【０１０１】
また別の方法においては、所望の表面改質化合物に対して不活性の物質でアレイの表面をコーティングし、次にアレイ全体をその表面改質化合物に曝露する。例えば、電子ビーム蒸着により酸化ケイ素の貫通孔アレイの両面を金でコーティングしてもよく、次にこのアレイをケイ質の貫通孔表面と選択的に反応するシラン化剤などの試薬の溶液に浸漬してもよい。
【０１０２】
別の方法では、除去可能な不浸透性物質を貫通孔に充填した状態で、貫通孔アレイの外表面および内表面をコーティングする。例えば、後に除去できる固体をアレイの貫通孔に充填することによって貫通孔の内表面を保護してもよい。このような固体の例としては、ワックス、プラスチック、凍結した油、氷、ドライアイス、またはポリ（エチレングリコール）などのポリマーがある。１つの実施例では、貫通孔を充填し、余剰の物質をプラテン表面から除去し、次に、貫通孔内をコーティングしないまま残して表面をコーティングする。余剰の物質を除去する方法としては、スクレーピング、サンダー研磨、ポリッシング、溶媒による溶解、融解、または燃焼などがある。貫通孔内の固形物質も同様の条件で除去してよい。次に、貫通孔内部を選択的にコーティングまたは改質してもよい。
【０１０３】
貫通孔表面の誘導体化
多くの場合は、全て、一部、または１つの貫通孔の内壁にプローブを固定することが望ましい。ガラスまたはプラスチックの表面に共有結合的にプローブを付着させる技術は数多くある（例えば、「固定アフィニティーリガンド技術（Immobilized Affinity Ligand Techniques）」, Hermansonら、Academic Press, 1992を参照）。ガラスに対して有用な方法をケイ素基質の酸化表面に対して使用してもよい。例えば、酸化ケイ素貫通孔アレイの孔の内壁を酸の存在下でg-グリシドキシプロピル・トリメトキシシランと反応させ且つ加熱することによりグリセロールコーティングを施してもよい。次に、グリセロールコーティングにペプチドプローブまたは核酸プローブを共有結合させてもよい。
【０１０４】
内壁の多孔質化
Weiら（Nature, 399:243-246, 1999）の発表した化学エッチング法により、貫通孔の内壁を多孔質にしてもよい。多孔質部の面積が大きいほど表面積が大きくなり、したがって貫通孔の内壁に付着できる試薬の量も増加する。合成成分置換に使用する場合は、貫通孔が多孔質になることによって試薬の装填容量が増加すると収率が上昇する。検出に使用する場合は、試薬の装填容量が増加すると感度が上昇する。さらに、隣接する貫通孔間の材料を多孔質にすることにより、液体またはガスによる貫通孔間の交通を可能にしてもよい。この方法は、隣接する貫通孔に入れた試薬の送達を制御するうえで有用であり、これにより試薬を混合させ反応を生じさせることができる。貫通孔の全体または一部（例：中央部のみ）を多孔質化してよい。
【０１０５】
プラテン内でタンパク質および細胞を固定するためのポリマー足場
タンパク質または細胞の共有結合または非共有結合を可能にするため、プラテンの貫通孔の内壁を誘導体化してもよい。これにより、ELISAなどのように信号を酵素的に増幅するのでない限り、タンパク質または細胞から発せられた信号は貫通孔壁周囲に制限される。ただし、信号を酵素的に増幅する場合でも、分析物の濃度を下げるなどの方法により信号を弱めることができる。ウェルは底がないため、細胞を付着させた場合、細胞は内壁にのみ付着することができ、上方へと二次元的に増殖しうる。貫通孔壁面に対する受動的なタンパク質の吸着および共有結合に代わる方法の１つとして、タンパク質結合の活性を高めたかまたはウェル内にタンパク質もしくは細胞を閉じ込める能力を有する三次元の親水性足場（親水性のライナー（linear）、ゲル、または気泡ポリマー充填物など）を導入する方法がある。
【０１０６】
プラテンのポリマー充填貫通孔に対するタンパク質の共有結合
貫通孔の内面が親水性であるため親水性または水溶性のプレポリマーをプラテンのウェルに容易に充填することができ、且つ、開始剤の添加によって温度またはpHを変化させることによって重合反応を開始させることができる。重合条件がタンパク質の構造および機能に影響しないような条件であれば、重合中にタンパク質の結合が生じる。もしくは、重合後にタンパク質を結合させてもよい。タンパク質結合には種々ある反応のうち任意の反応を利用してよく、このようは反応には自由アミン、自由カルボン酸基、および自由スルフィド基の反応が含まれる。表面へのタンパク質結合に利用される反応の中でも特によく利用されるのはイソウレア結合、ジアゾ結合、またはペプチド結合を形成する反応であるが、制御が容易な水性のポリマー反応であれば任意の反応を利用してよい。ポリマー足場の例としてはデキストランおよびポリアミドがある。
【０１０７】
デキストランは非常に親水度の高い多糖類ポリマーである。デキストランの糖残基には、化学的に活性化されて共有結合を形成する水酸基が含まれている。水酸基はまた水分子とも水素結合によって結合し、これによって支持体中に水性の環境をつくる。デキストランをアルデヒドで活性化した場合は、アミン基を介してタンパク質と容易に結合させることができる（例：シアノボロ水素化ナトリウムを用いるなど）。デキストランをヒドラジドで活性化した場合は、1-エチル-3(3-ジメチルアミノプロピル・カルボジイミド・ヒドロクロライド) （EDC）を用いることによってアルデヒド基または水酸基を介してタンパク質と結合させることができる。ただし、デキストランは微生物の攻撃に弱いため、特定の用途では使用が制限される。
【０１０８】
タンパク質または酵素を共有結合によって固定する別の方法として、ナイロン（登録商標）など種々の誘導体化ポリアミドを介した方法がある。ポリアミドは高分子基質の固定に最も適している。化学的には、ポリアミドの多くは大きい機械強度と表面硬度とを有する熱可塑性ポリマーであり、且つ、平行鎖のアミド基間で生じる分子間水素結合の相互作用に起因する研磨条件に対して抵抗性を有する。これらの特徴により触媒活性と酵素構造との両方を支持する好ましい親水性の微小環境がもたらされることから、ポリアミドは固定化した酵素に対して有用である。ポリマー足場に共有結合的に付着させたタンパク質は、ELISA、結合アッセイ、および活性アッセイなど従来の生化学アッセイに供することができる。
【０１０９】
タンパク質（または細胞）の封入
タンパク質および細胞のいずれも、ウェブ、マトリックス、または、半透膜、ゲル、もしくは泡沫の孔に封入することによって固定化してもよい。細胞の封入においては以下の要素を特に考慮する必要がある：支持体内のおよび支持体を介した物質の拡散；出発材料およびポリマーの細胞に対する非毒性；ならびに、光学的透明度、温度安定性、柔軟性、および、化学攻撃と微生物攻撃とに対する抵抗性。支持体は、弾力性および可撓性、水素結合能力、ならびに、タンパク質分解および加水分解に対する抵抗性を有していることが好ましい。
【０１１０】
適切な足場があればプラテンの貫通孔内で哺乳類の細胞を三次元培養することができ、これによって、細胞を基礎とした種々のアッセイの実施が可能になり、且つ、共焦点技術を用いた貫通孔内の細胞撮影の可能性を高めることができる。実施できるアッセイの種類の例としては、レポーター遺伝子アッセイ、細胞増殖アッセイ、アポトーシスアッセイ、および、細胞表面または細胞質領域で生じる事象に関するアッセイ（例：小胞体からのカルシウム流出の測定）などがある。このようなアッセイは化学ライブラリーおよび生物学的ライブラリーの機能研究に有用である。封入に使用できる物質の例としては、ポリ-(2-ヒドロキシエチル・メタクリレート)（ポリHEMA）ゲル、ポリ(カルバモイル・スルホネート)（PCS）ヒドロゲル、および、リン酸化ポリビニルアルコール（PVA）ゲルがある。
【０１１１】
ポリ-(2-ヒドロキシエチル・メタクリレート)すなわち「ポリHEMA」ゲルは、多くの天然ポリマー（例：ゼラチン、アガロース、カラゲナン、セルロース、およびアルブミン）と比較して、優れた機械特性、温度耐性、および微生物攻撃に対する抵抗性を有する。ポリHEMAゲルはタンパク質および細胞のいずれの封入にも使用できる。ポリHEMAヒドロゲル内に生体触媒を固定した場合は、通常、固定した酵素の活性が長く維持され、多孔性の良好な制御が可能であり（例：反応物および生成物の物質移動を十分に生じさせるため）、且つ、耐薬品性も高い。ポリHEMAヒドロゲルはまた、ゲル支持体内への細菌侵入を阻止することにより、封入したタンパク質および細胞を細菌分解から保護する。さらに、ポリHEMAヒドロゲルは大量の水を保持することができ、これによってインビボ条件に近い微小環境を提供する。
【０１１２】
ポリ(カルバモイル・スルホネート)すなわち「（PCS）ハイドロゲル」は、ゲル化時間の調整が可能であり、機械的安定性が高く、且つ、微生物攻撃に対する抵抗性を有している。PCSハイドロゲルは高い柔軟性も有するため、試料の濾過または排出に利用できる。
【０１１３】
リン酸化ポリビニル・アルコール、すなわち「リン酸化PVA」ゲルは、細菌または酵母の細胞の固定化に使用できる。これらのゲルは経済的であり、非毒性および耐久性を有し、且つ、高い細胞生存度が期待できる。リン酸化PVAゲルは気体の透過度が低いため用途が制限される。
【０１１４】
ガラス繊維チップ
ファイバーで充填した貫通孔を有する貫通孔アレイを簡単且つ安価な方法で作製することができる。有用なファイバーの例としては、ガラス繊維フィルター、メッシュガラス繊維フィルター、ならびに、ナイロン（登録商標）およびポリエーテルスルホンなどのポリマーファイバーがある。これらの材料は、特定の相互作用を生じさせるため融解前に表面改質を行ってもよい。
【０１１５】
１つの方法においては、緩いガラス繊維メッシュのシートをアレイの貫通孔間に融着させる。この融着は、ケイ素または他の適切な金属で作製した貫通孔アレイをガラス繊維の融解に十分な温度まで熱したうえで、該貫通孔アレイにガラス繊維をプレスすることによって行ってもよい。加熱したアレイとガラス繊維アレイとの分離を容易にするため、グラファイトグリースまたはモリブデングリースなど非反応性の潤滑剤を使用してもよい。もしくは、位置合わせし加熱した２つの貫通孔アレイの間でガラス繊維シートをプレスしてもよい。
【０１１６】
作製したガラス繊維アレイに対して、多孔質孔の間の領域を疎水性にするための処理を施してもよい。このような処理は、アレイにガスを吹き付け同時に反対側の面をシラン化剤の蒸気に曝露することによって行ってもよい。このようにして作製したガラス繊維アレイの多孔質領域は、核酸またはペプチドなどのプローブの固定に使用してもよい。これには、プローブ付着用の表面積が非常に大きい、アレイに流れを通過させるのが容易である、および、ガラスであるため光学的に透明であるという利点がある。
【０１１７】
ガラス繊維アレイを作製するまた別の方法として、所望の孔の間の空間に熱可塑性材料を注入するかまたは熱仮想性材料の重合を生じさせる方法がある。このような方法としては、例えば、プリンティング技術を利用してポリマー、エポキシ、モノマー、もしくは重合開始剤を付着させる方法、または、１つ以上のフォトマスクを使用して所望の領域に光開始により重合もしくは硬化を生じさせる方法がある。
【０１１８】
貫通孔内で多孔質ガラスを成長させる方法
多孔質材料を中に含む貫通孔アレイを作製する別の方法は、EDMなどの適切な方法でアレイを機械加工し次にアレイ内で材料を成長させる方法である。ケイ酸カリウムとホルムアミドとの混合液に圧力をかけてアレイ内に導入し、次に数時間ベーキングすることによって、アレイに多孔質ガラスを導入してもよい。この方法により、結合剤に融着または包埋した毛管のアレイに多孔質ガラスを充填し、次に、冷却した切断用のこぎりで毛管アレイを切断することによって、多孔質ガラスで充填された貫通孔アレイの薄いプラテンを複数作製してもよい。多孔質シリカまたはポリマービーズなどの粒子をケイ酸カリウム混合液に添加することにより、材料の親和特性および多孔度を所望に応じて調整することができる。
【０１１９】
ＩＩＩ．アレイ器具に試料を装填する方法
マスキングによるアレイの合成
特定の方法では、マスクに試薬を塗布した際に、マスクによって選択された貫通孔とのみ該試薬が交通するように、プラテンまたはプラテンを位置合わせしたスタックに少なくとも１つのマスクを適用する段階を特徴とする。特定の態様において、試薬は、水溶液、有機溶液、乾燥粉末、ゲル、気体、または電磁照射（例：熱、光、X線、紫外線、磁場）からなる群より選択してもよい。マスクを通過させてアレイへと試薬を導入する方法としては、試薬リザーバに対する機械的または光学的な圧力の印加、拡散、および電気泳動などがある。隣接ウェルの交差汚染を防ぐ方法としては、プラテンの試薬塗布面と反対側の面に全く同じ第二のマスクを置き、ブロッターを用いて貫通孔から流出する余剰の液体を吸収する方法がある。マスクとアレイとを一緒に保持するには、静電気力、磁力、もしくは重力を利用してもよく、または、圧力をかけてもよい（例：スタッキングしたプラテンの辺縁部にクランプをかける）。貫通孔が液体で充填されたら、静電気力、磁力、もしくは重力により、または、スタッキングしたプラテンに陰圧をかけることにより、マスクとアレイとを分離してもよい。選択的に、プラテンのスタックを乾燥させることによって分離を促進してもよい。
【０１２０】
貫通孔内の液体試料は、充填したアレイもしくはアレイスタックの下に空のアレイを置き次に陽圧または陰圧をかけて液体の一部を空のアレイに移動させることによって、分割してもよい。溶液移送完了後のアレイの物理的分離を容易にするため、充填したアレイと空のアレイとの間に小さい（典型的には100μm未満）エアギャップを維持する。
【０１２１】
マスクの追加、試薬の導入、および選択的にアレイの洗浄のサイクルを繰り返すことによって、液相化学法を用いてプラテンの貫通孔に規定の化学物質パターンをつくることができる。
【０１２２】
最初に自由官能基を持つリンカー分子で貫通孔の内面を誘導体化することによって、各貫通孔の内面を分子ライブラリーのメンバーでコーティングしてもよい。次に、パターン作製した貫通孔アレイを用いて化学情報の分析を行う。液相システムについてすでに述べたようにマスクの追加、試薬の導入、およびアレイの洗浄を繰り返すことによって、規定の化学物質パターンを貫通孔内のリンカー分子に付着させることができる。図1はこの過程を示したものである。内面が誘導体化された貫通孔（４）を有するプラテン（１）が、マスクしたプラテンを試薬に曝露したときにプラテンの選択された貫通孔のみが該試薬と交通するように構成されたマスク（２）と接触せしめられる。この態様においては、カバーされていない貫通孔に液体が入るのを防ぐため、２つの全く同じマスク（２、３）がプラテンの上面および下面と接触せしめられている。好ましくは、マスクおよびプラテンは、接触時に気密シールがつくられるよう、平らであり且つ研磨されている（例：光学平面研磨）。もしくは、シーリングを容易にするため、マスクもしくはプラテン、またはその両方を軟質ポリマーまたはガスケット形成材料でコーティングしてもよく、または、マスクとプラテンとが嵌合したときの接触面積が大きくなるような輪郭付けを表面に施したマスクおよびプラテンを作製してもよい。輪郭付けした表面は、マスクの貫通孔とプラテンの貫通孔とのアラインメントを補助しうるようなアラインメント機能を提供するものであってもよい。図2は、インターロッキングアレイの設計の1例を示した断面図である。この図において、貫通孔アレイは、対向し且つマッチングする幾何学的特徴を有するように輪郭付けされている。必要な幾何学的特徴は、例えばパターン化学エッチングまたは微細フライス加工（micromilling）によって形成してもよい。
【０１２３】
同様の手法を適用して、間にプラテンを挟んだ（サンドイッチした）２つのマスクを有するシステムを作製してもよい。次に、開放状態の（すなわち、マスクされていない）貫通孔に試薬が入るようにこのマスク−プラテン・サンドイッチに試薬を装填してもよい。貫通孔内に配置されたリンカー分子に試薬が到達したら、余剰の試薬をサンドイッチから洗い流してもよく、且つ、新しい試薬を用いてこの過程を繰り返してもよい。次に、マスクを除去して新しいマスクを適用してもよく、または、合成された物質を各貫通孔から取り出してもよい。
【０１２４】
別の態様では、マスクを１つのみ使用し、気密シールを用いて貫通孔の一方を閉鎖する。貫通孔にトラップされた空気により、貫通孔内への液体の侵入が阻止される。
【０１２５】
別の態様においては、自由官能基を有するリンカー分子で誘導体化した多孔質材料を各貫通孔内に入れ、且つ、化学プローブのライブラリーのメンバーを該リンカー分子に結合させる。もしくは、貫通孔の内面を多孔質にし（例：フッ化水素酸による）、且つ、プローブのライブラリーを付着させる。多孔質ポリマーまたは表面にプローブを封じ込める（すなわち、貫通孔の内面にライブラリーメンバーを固定化するのとは逆の構成にする）ことにより、各貫通孔内のライブラリー分子の密度が上昇する。
【０１２６】
化学合成用に、自由官能基を有するリンカー分子で誘導体化した多孔質材料を貫通孔に入れてもよい。マスクの追加、試薬の導入、および選択的にアレイの洗浄のサイクルを繰り返すことによって、リンカー分子に結合させた化学物質の規定のパターンを貫通孔内につくることができる。多孔質ポリマー内にリンカー分子を封じ込めることにより、各貫通孔内で合成される分子の密度が上昇する。
【０１２７】
多孔質の貫通孔内面に固定した分子ライブラリーに対して同様の合成手順を用いてもよい。
【０１２８】
マスクの作製方法
本発明の１つの態様では、合成または分析に使用されるアレイと実質的に全く同じ貫通孔アレイを用いることによってマスクを作製する方法を提供する。１つの態様においては、金属、誘導体（ガラス、ポリマー）、または半導体（例：ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム）を材料としてマスクを作製してもよい。慣性ドリル加工は、ポリマー、ガラス、または金属によるマスクの作製に適した方法である。ディープ反応イオンエッチング（DRIE）などのパターン化学エッチング処理は、半導体およびガラスなどの誘導体を材料とするマスクの作製に適した方法である。放電加工（EDM）は導電性材料（例：導電性半導体および金属）のマスクの作製に適した方法である。
【０１２９】
図4に示す本発明の別の態様では、合成または分析に使用されるアレイと実質的に全く同じ貫通孔アレイを用いることによってマスクを作製する方法を提供する。照射によって重合する分子または分子の混合物を含む溶液（１）を貫通孔アレイ（２）の各貫通孔に添加する（段階１）。該溶液は、例えば、ポリマーと、紫外線（３）を照射したときにフリーラジカルの重合開始物質を生成する光反応性分子との水溶液であってもよい（段階２）。マスクの作製に適した紫外線硬化型ポリマーは、例えば、紫外線硬化型ポリウレタンエポキシのクラスから選択してもよい。貫通孔アレイに試薬を添加する任意の段階で閉塞したい各貫通孔に対して、紫外線を照射することにより、マスク（４）が形成される（段階３）。生成されるポリマーはマスクの曝露対象となる液体に対して不浸透性である。閉塞する貫通孔は、光学的に不透明なマスクを介して照明してもよく、または、集束光で連続的に照明してもよい。
【０１３０】
図5に示す別の態様では、マスクの作製にピンまたはポストのアレイを使用する。静止ピンアレイの外径寸法は、対応する貫通孔にピンが正確に嵌合するように決定される。断面図で示すように、合成の過程において、あらかじめ作製されたピンアレイ（１）がこれらの貫通孔を選択的に閉塞して試薬との交通を遮断する。貫通孔アレイ（２）は、作製過程において、自由官能基を有するリンカー分子で貫通孔の内面を誘導体化する（段階１）。ピンアレイを貫通孔アレイに挿入し（段階２）、且つ、試薬の導入と選択的にアレイの洗浄との処理を行うことによって、閉塞されていない貫通孔のリンカー分子に化学物質が付着し化学物質の規定のパターンが作成される（段階３）。ピンアレイマスクを除去し、異なるマスクおよび試薬を用いてこの処理を繰り返すことにより、リンカー分子を付着させた貫通孔アレイ（３）に化学物質の規定のパターンがつくられる（段階４）。
【０１３１】
アレイのピンは、対応する貫通孔に正確に嵌合し気密シールを形成するように作製する。シーリングを補助するため、各ピンにポリマーコーティング（例：テフロン）を施してもよい。この手法の利点の１つは、ポストアレイが再利用可能であり、一度作製すればよいことである。ピンと貫通孔内面との接触面積が大きいため、確実な気密シールが得られる。プレートマスクと異なりアレイプレートと接触するのはピンのみであるため、合成サイクル完了後にアレイプレートからマスクを外すのが容易である。さらなる利点は、アレイの貫通孔のシーリングにピンアレイ１つのみを使用することにより得られる。これは、挿入したピンによって、または貫通孔にトラップされた空気の圧力によって、貫通孔を物理的に閉塞することによって実現される。ピンアレイは種々の作製技術によって作製可能である。1例としては、放電加工（EDM）によって、貫通孔の気密シーリングに必要な正確な断面を有する規則的なピンアレイを作製する方法がある。形彫り放電加工により、選択したポストをダイを用いて加工することにより、特定のマスク構成にマッチするピンの空間パターンを形成する。もう１つの例は、マスク構成にマッチする空間パターンの貫通孔を有するプレートを使用する方法である。ピンを各貫通孔に嵌合させると同時にハンダ付けする。
【０１３２】
別の態様では、アレイ中の選択された貫通孔を気密シールするマスクを形成する、駆動ピンアレイを使用する。駆動ピンアレイの設計は静止ピンアレイと同様であるが、ピンアレイを再構成して異なるマスクをつくることができるよう、各ピンを伸展または後退させることができる点が異なる。これは、異なるマスクごとに異なるピンアレイを必要とするという点において静止ピンアレイと異なる。伸展したピンは貫通孔内に挿入されるが、後退したピンは貫通孔内に挿入されない。アレイの各ピンは電子的にアドレス指定して駆動することが可能であり、駆動方法としては、圧電、電磁力（ソレノイド）、磁気ひずみ、形状記憶合金、または導電性ポリマーなど複数の種類の方法がある。この手法の利点の１つは、１つのピンアレイを再構成することによりn!/(n-2)! 個の異なるマスクを提供できることである（nはアレイ中のピンの数）。第二の利点は、異なるマスクを自動式に作製できることである。これは、貫通孔アレイのマスキングを要する工程も自動化される場合に重要な点である。
【０１３３】
また別の態様において、マスクは、貫通孔プレート上の選択した位置に試薬を流すような孔を有する。他の位置では、マスクは、閉塞すべき孔に嵌合する隆起部（例：ピンまたはバンプ）を有する。この手法は、マスクとプラテンとのアラインメントを補助し、使用するマスクが１つで済み、且つ、マスクとプラテンとの間の確実なシーリングをもたらす。
【０１３４】
貫通孔アレイは、貫通孔アレイの片面に弁をつけて作製してもよい。これにより各貫通孔は、その一端を閉塞または開放する弁を有する。閉塞した貫通孔では、貫通孔内にトラップされた空気の圧力により、開放端からの液体の侵入が阻止される。弁は、形状記憶合金、電気ひずみ材料、電気穿孔材料、圧電材料、磁気ひずみ材料、または導電性ポリマー材料により駆動される二重層として形成してもよい。マイクロソレノイド駆動弁を使用して同様の機能を提供してもよい。
【０１３５】
フローマスクを作製する別の方法は、プラテンの少なくとも片面に接着テープなどの非透化膜を積層する方法である。次に、この積層材料を選択的に穿孔することによってマスクを作製する。積層物を穿孔する方法としては、駆動ピンアレイによる方法、レーザー加工による方法、限局的な加熱が可能なプラテンに接触させて融解または燃焼により積層物に穴をあける方法がある。装填中に段階希釈を行ってもよい。
【０１３６】
この操作は、一連の貫通孔に濃度の異なる同じ溶液を充填するために行われる。典型的な例では、マイクロシリンジまたはその他の液体移送器具を第一の貫通孔の上方に位置決めし、これを使用して溶質の16倍溶液を第一および第二の貫通孔に充填する。シリンジチップの外面およびアレイの表面は充填する溶液に対して非湿潤性である必要がある。各貫通孔に、貫通孔の充填量を超え正メニスカスをつくるのに十分な量（以下「Y nl」と呼ぶ）の溶液を計量分注する。次に、マイクロシリンジチップを3回洗浄し、溶媒を充填する。シリンジチップを該第二の貫通孔の上方に位置決めし、シリンジチップ先端に小滴が形成されるようにY nlの溶媒を放出する。溶媒の小滴が溶液表面に接触するところまでシリンジチップを下げ、これにより、２つの液体が混合され8倍溶液が得られる。次にシリンジのプランジャーを引いてY nlの8倍溶液を吸い上げ、且つ、これを隣の貫通孔に分注する。これにより溶媒の別の小滴が形成される。この過程を繰り返すことにより4倍、2倍、1倍などの希釈液を各貫通孔に分注することができる。
【０１３７】
可撓性シート上のマスクの連続アレイ
貫通孔内でプローブのアレイを合成するには多数のマスクを必要とする場合があるため、マスクを迅速且つ自動的に交換する方法があることが望ましい。１つの方法では、合成を行うアレイより広い幅をもつ1本の軟質のテープ（金属テープまたはプラスチックテープ）に複数のマスクを作製する。第一のマスクをアレイとアラインメントさせ、且つ、試薬をアレイに移送する。次に、第二の試薬を添加する前に、テープを進めて次のマスクを出す。固相合成が完了するまでこの過程を繰り返してもよい。アレイ全体の洗浄を要する段階については、単一の大きい穴かまたはアレイ上の各位置に対応する１つ以上の穴をテープに作製してもよい。合成のスループットおよびカスタム化をさらに向上させるため、テープを合成と同時に作製してもよい。これは例えば、パンチのアレイまたはマイクロポジショニングしたレーザードリルシステムによってテープを進めながら穴を作成することによって実現してもよい。アレイの反対側に対して第二のテープまたはブロッターを使用してもよい（例：クロストークを防ぐため）。マスクとアレイとのアラインメントには種々の方法が使用可能であり、これには、テープに正確なアラインメント用ノッチを付け、且つ、光学的または電流測定的な検出によってアレイに対するマスクの位置を決定する方法が含まれる。
【０１３８】
マスクおよび膜を使用したアレイの合成
本明細書に記載のマスク合成法は、硬質のプラテンの代わりに、アドレス指定不可能な多孔質膜（例：フィルター）に対して使用してもよい。
【０１３９】
毛管アレイ
毛管アレイの断面は（図6）、第二のアレイの貫通孔に正確に嵌合する外径を有する毛管（１）で構成される。毛管アレイ（３）は、管構造の一端の中心間間隔が貫通孔アレイの貫通孔間の間隔と等しく、且つ、管構造の他端の中心間間隔がマイクロタイタープレート（２）のウェルの中心間間隔と等しくなるよう設計される。これら各間隔の貫通孔を有するプレートを、管構造を規則的なアレイとして保持するための治具（４）として使用する。管構造の全長にわたって中心間距離が変化するため管構造アレイをよりしっかり支持することが必要であり、両端の間に配置されるこれら追加の貫通孔プレートは、この支持を提供するためのスペーサー治具である。
【０１４０】
アレイの各管の内容積は、アレイスタックでアラインメントされた貫通孔の列の総容積よりもわずかに大きくする。例えば、アレイの貫通孔の寸法が250μm x 250μm x 1000μmでありしたがって貫通孔１つあたりの容積が62.5 nlである場合、アレイ100個のスタックにおける貫通孔1セットの容積は6.25μl（100 x 62.5 nl）である。内径200μm、外径245μmの毛管は用意に入手可能である。したがって、200 mm以上の長さの毛管であればこの貫通孔セットの充填に必要な量の液体を収容できる。
【０１４１】
毛管アレイの一端を、各毛管が対応するウェルに入るように、マイクロタイタープレートのウェルに挿入する。毛管の反対側の端から陰圧を印加することにより、各ウェルから対応する毛管へと液体を引く。図6に示すように、毛管アレイは部分的な排気が可能なチャンバー内に終端があってもよく、これによって、各毛管に個別に陰圧を印加してもよい。アレイの各毛管を充填したらマイクロタイタープレートを除去する。毛管内の液体は凍結状態で保存してもまたは加湿環境内で保存してもよく、且つ、保存期間は不定であってもよい。同一のマイクロタイタープレートを用いて複数の毛管アレイを充填してもよく（ウェルごとの液体の量が十分であるという前提で）、または、異なるマイクロタイタープレートを用いて異なる毛管アレイを充填してもよい。
【０１４２】
軟質部材を用いた、マイクロタイタープレートからの移送
図7に示すように、軟質の部材（２）（例：形状記憶合金ファイバー）を使用してマイクロタイタープレート（３）の各ウェルから液体を移送してもよい。ファイバーの直径は、液体移送先であるアレイ（１）の貫通孔の内径と等しいかそれ以下とする。ファイバー束のファイバー数は、例えば、マイクロタイタープレートのウェル数と等しくてもよい。ファイバー束の片側のファイバー端の中心間間隔は貫通孔アレイの貫通孔の間隔と等しくてもよく、反対側のファイバー端の中心間間隔はマイクロタイタープレートのウェルの間隔と等しくてもよい。ファイバー束の一端から他端に向かってファイバー間の間隔を増大させるよう設計した一連の貫通孔治具を用いてファイバーの位置を保持してもよい。所望の位置に保持した後、形状記憶合金ファイバーを臨界遷移温度以上に加熱することによって、その屈曲状態を永久的なものにする。これを室温まで冷却した後、ファイバーの中心間間隔の変化を損なうことなく、保持治具からファイバーを取り外すことができる。次に、ファイバー束の密なほうの端をプレートの各ウェルの液体の移送先である貫通孔アレイに挿入してもよい。ファイバー束の反対側の端を、各ファイバーがマイクロタイタープレートのウェルの上方に位置するように配置してもよく、且つ、ファイバー端を各ウェル内の液体中に浸してもよい。ファイバー束を後退させるときに、各ファイバーの端に少量の液滴（４）が（例えば表面張力により）付着していてもよい。ファイバー端の液滴が対応する貫通孔と接触するように、ファイバー束の反対側の端に力を印加することによって貫通孔アレイの貫通孔を通してファイバー束を引いてもよい。ファイバーが貫通孔を通って引き抜かれる際に、表面張力の作用により液滴が貫通孔内に保持される。
【０１４３】
加圧装填
アレイは、プラテン全体にわたって圧力をかけこれによって試薬および／または試料の希釈液を貫通孔アレイに通過させることによって装填してもよい。この方法は、すでに貫通孔に試薬が装填されており且つ試薬の第二のセットとの反応が所望される場合に有利である。
【０１４４】
ビーズ装填
サイズが均一なポリマーマイクロスフェアー上に固定されたコンビナトリアルライブラリー全体を装填するには、ビーズ装填を用いてもよい。この方法において、アレイの貫通孔は、貫通孔１つあたりに保持されるビーズが１つのみとなるような形状であってもよい。さらに貫通孔は、マイクロスフェアーが貫通孔内においてアレイの表面かまたはそれより下に着座するよう、テーパー付けした断面を有していてもよい（図8）。
【０１４５】
第二のアレイからの内容物の移送
貫通孔を有するプラテンを複製することにより、固有の遺伝子プロフィールをもつ細胞のコロニーが各チャネルに入った同じアレイを多数作製することができる。多様な遺伝子特性をもつ細胞の懸濁液を用いてマスタープレートを作製する。懸濁液の希釈液をアレイに装填したときに各チャンネルに入る細胞が平均1個となるように、該懸濁液を希釈してもよい。次に、密封湿潤チャンバー内で細胞種に適した温度および振盪を用いて、細胞が対数増殖期中期（mid log phase）に達するまでアレイをインキュベートする。細胞数密度は、選択したチャネルの光学顕微鏡観察もしくはアレイに光を投射したときの散乱量の測定によって、または、細胞が緑色蛍光タンパク質産生遺伝子を含んでいる場合は各チャネルの蛍光強度の測定によって、計算してもよい。種々の方法を用いて、各チャンネルの細胞の一部を第二のアレイの対応するチャネルに移送してもよい。
【０１４６】
移送法の１つは、貫通孔の内容物を凍結乾燥する段階を含む。上述のように、多様な遺伝子特性をもつ細胞の懸濁液を用いてマスター貫通孔アレイを作製する。第二の全く同じ貫通孔アレイに増殖培地を充填する。これら２つの貫通孔アレイをアラインメントおよびスタッキングすることにより、対応する貫通孔の内容物を混合させる。スタッキング貫通孔アレイを凍結乾燥し分離する。アレイに培地を充填することによりコロニーを再構成する。細菌細胞および酵母細胞などの強い細胞の場合は、蒸発によって脱水することにより、細胞の生存度を大きく損ねることなく液体を十分に除去しうる。この方法は低分子ライブラリーなどの化合物ライブラリーを乾燥状態で保存するのにも有用である。例えば、結晶性化合物はチャネルの壁面に接着する場合がある。次に、化合物を長期保存し、且つ、溶媒の添加によって再構成してもよい。化合物ライブラリーもまた、不活性のマトリックス内で凍結させたまま粉末または結晶の形体で保存してもよい。低分子の多フッ素置換炭化水素中で結晶性化合物の懸濁液を調整し、これを凍結保存してもよい。この目的に使用できる多フッ素置換（パーフルオロ化）炭化水素の例としては、融点-4℃、沸点約59℃のパーフルオロヘキサンがある。試料回収後、炭化水素は大気圧下または真空印加下で容易に蒸発する。次に、DMSO、水、またはその他の溶媒で試料を再構成することが可能である。
【０１４７】
平らな表面上における、貫通孔アレイ内の試料の移送／混合
貫通孔アレイ内の液体試料の一部または全部を、親水性領域と疎水性領域とのパターンをもつ平らな表面に移送してもよい。親水性領域は互いに空間的に離れている必要があり、且つ、アレイを表面に接触させたときに各貫通孔の内容物が接触する親水性領域が最大１つになるように、貫通孔の間隔とマッチしていなければならない。表面上の疎水性領域も、移送した液体が互いに離れるように作用する。
【０１４８】
貫通孔アレイ内のプローブのアレイに対して位置合わせできるような試料のアレイを、表面によって支持してもよい。試料は互いに空間的に離れている必要があり、且つ、アレイをこの表面に接触させたときに各貫通孔の内容物が接触する試料が最大１つになるように、貫通孔の間隔とマッチしていなければならない。表面とアレイとを接触させた後の交差汚染を防止するため、貫通孔アレイのパターンとマッチする疎水性のパターンを表面が有していてもよい。疎水性パターンを使用しない場合は、プラテンと表面とを互いに強固にプレスすることによって気密シールを形成しこれによって隣接する試料の混合を防止してもよい。
【０１４９】
もしくは、試料を中に含んだ貫通孔アレイにマッチさせたプローブ（蛍光標識したオリゴヌクレオチド、化学基質、または細胞など）のアレイを、表面によって支持してもよい。プローブは、表面に化学的もしくは物理的に吸着させる；多孔質マトリックス内にトラップする；接着層を用いて付着させる；または、液滴内に入れるなど、種々の方法によって表面に付着させることができる。試料の化学特性または生物学的特性に反応して、検出可能な物理特性（蛍光、光学吸収、または質量など）の変化を結合作用または酵素作用として生じさせるためにプローブを使用してもよい。
【０１５０】
プランジャーの滅菌
プランジャーの滅菌は連続試料採取スキームの重要な側面となりうる。１つの手法は、少なくとも２つのプランジャーを使用し、１つで試料採取している間にもう１つを滅菌する方法である。２つのプランジャーは、例えばプランジャーの軸と平行な軸の周囲を回転するよう取り付けられた、一般的な機械的ハウジングの中に配置してもよい。プランジャーの滅菌は、熱または滅菌剤（例：70%エタノール）への曝露によって行ってもよい。セラミックシースの中にワイヤー（例：プラチナワイヤー）ループを入れることは、本発明に適したプランジャーの設計の一例である。セラミックシースは機械的な剛性を与えるとともに絶縁体となり、一方、ワイヤーループは電流による加熱を可能にする。一例として、比熱4 J/kg-℃のプラチナワイヤーループを使用する場合を考える。10-4 kgのワイヤーを電気的に0.2 sで1000℃まで加熱するのに必要な電流は最大4.5 Aであり、これは中程度のパワーのサイリスターで実現可能である。急速な冷却は揮発性の滅菌剤（例：エタノール）を噴霧することによって実現してもよい。該滅菌剤の蒸発による大きな潜熱によって、加熱されたワイヤーの冷却が促進される。もしくは、気体または液化した気体（液体窒素など）を噴霧することによってワイヤーを急速に冷却してもよい。
【０１５１】
単一の試料採取器具による連続試料採取を、試料採取器具の直線アレイに拡張してもよい。例としては機械プランジャーの直線アレイがある。１つの直行方向の動きをなくすことができるため、時間を大幅に短縮できる可能性がある（例えばM x Mの貫通孔アレイでは1/M）。二次元の試料採取法についても同様の時間短縮を検討することができる。別の手法においては、空間的に限定された液体、固体、または気体のジェットによってつくられる圧力をプランジャーの代わりに使用してもよい。
【０１５２】
高濃度のタンパク質／界面活性剤媒質の装填
試薬または媒質がタンパク質または界面活性剤を高濃度に含み、したがって帳面表力が低い場合、関心対象の試薬にプラテンを浸漬することによるプラテンの装填は困難である場合がある。表面張力が低い液体の場合は、装填しようとする液体からプラテンを取り出した後、プラテンの表面に液滴が残る可能性がある。タンパク質に富んだ媒質の液滴または表面コーティングが表面に残存している場合は、アッセイの汚染または貫通孔間のクロストークが生じうる。この問題は、装填しようとする液体に対して不混和性である疎水性の液体の層を通過させてプラテンを引き上げることによって大幅に軽減される。これによってぬぐい効果または「液体スキージー」効果が得られ、プラテン表面に付着したタンパク質または界面活性剤が除去される。ぬぐい液の構成は少なくとも３つの方法のうち１つにより構築することができる。
【０１５３】
貫通孔が充填されることを確認しながら、装填しようとする液体にプラテンを浸漬する。プラテンを液体から引き上げ、プラテン表面に対するタンパク質または界面活性剤の親和性よりも大きい親和性をタンパク質または界面活性剤に対して有する疎水性の液体にプラテンを浸漬する。このような液体としてはパーフルオロデカリン、シリコーン油、および鉱油などがあるが、これらに限定されることはない。
【０１５４】
もしくは、最初に、装填しようとする液体にプラテンを浸漬する。次に、装填しようとする液体が完全にカバーされるように、より低密度の疎水性の液体を表面に少量静かにのせる。このぬぐい液としては鉱油およびシリコーン油などがあるがこれらに限定されることはない。次に、ぬぐい液を通過させながら、装填液からプラテンをゆっくり取り出す。
【０１５５】
さらに、図23のように容器を使用してもよい。この容器は、容器の１つの面から別の面までにわたるが容器の底には達しないバッフルを有する。装填しようとする液を容器に入れ、このとき液の高さをバッフルの中央付近とする。これにより、下方のチャネルで接続された、装填液の２つの開放面がつくられる。１つの表面の上に静かにぬぐい液の層をつくる。バッフルがあるため、ぬぐい液はもう一方の表面には到達しない。プラテンを装填液に浸漬してバッフルの下を通過させ、且つ、ぬぐい液を通過させて取り出す。ぬぐい液を利用したこの方法は高スループットで且つ自動化された方法に適している。
【０１５６】
貫通孔への選択的な液体装填によるアレイの合成
第二の普通の貫通孔アレイ（２）に対して位置照合およびアラインメントするよう配置されたピンを有する、ピンのアレイ（１）を作製してもよい（図３）。各貫通孔は、化学合成に適したリンカー分子が各貫通孔の内面に固定されるように作製してもよい。ピンの端または先端上のあらかじめ決定された表面積に親水性をもたせ、且つ、アレイ表面の他の部分については疎水性をもたせてもよい。１つの態様においては、ピンアレイのピンの先端を、貫通孔アレイ（３）の貫通孔に装填しようとする液体に接触させる。ピンを後退させると、各ピンの親水性領域に少量の液滴が付着する（例えば表面張力によって）。ピンに付着する液体の体積は、液体と固体表面との間の比表面エネルギー、および、疎水性領域の表面積に対するピンの液体浸漬深度によって決定される。液滴が付着したピンアレイは、液体を入れるべき貫通孔が液滴が付着した各ピンに対してアラインメントされるように、貫通孔アレイに対して配置してもよい。液滴が（例えば毛管圧によって）対応する貫通孔に入るよう、２つのアレイを接触させてもよい。ピンアレイを除去すると、アレイ（４）の貫通孔内に液が残る。これによって、貫通孔の内面に固定されたリンカー分子と貫通孔内に入った液体との間の化学反応が開始される。温度を上昇させる、ならびに／または、貫通孔アレイ周囲の雰囲気中の気体の圧力および／もしくは分圧を変化させることによって、化学反応の速度を高めてもよい。反応完了後、アレイを洗浄して未反応成分を除去し、且つ、乾燥させて余剰の溶媒を除去してもよい。ピン構成が同じかまたは異なる第二のピンアレイに液体を装填して合成工程を繰り返してもよい。アレイ装填の工程は単純な機械的動作によって実現し得るため、アレイの装填は非常に高速にすることが可能である。従って、合成そのものの段階が律速段階になると考えられる。
【０１５７】
別の態様は、普通のアレイの貫通孔に対してアラインメントされたピンを有する疎なピンアレイの使用を特徴とする。ピンは、その長さが貫通孔アレイプラテンの厚さの少なくとも2倍になるように作成される。各貫通孔は、化学合成に適したリンカー分子が各貫通孔の内面上に固定できるように作成される。各ピンの端は例えば親水性であってもよく、且つ、アレイの他の部分は疎水性であってもよい。ピンの側面の寸法は、普通のアレイの対応する貫通孔にピンを挿入できるような寸法に設定する。次に、プラテンの反対側までピンが到達するよう、ピンアレイを第二の貫通孔アレイに通す。この集成体を、ピンを通した貫通孔に装填すべき液体の表面に対して配置してもよい。ピンの先端を液体表面に接触させ、且つ、ピンを後退させるときに各ピンの先端に少量の液滴を付着させてもよい。貫通孔アレイに対して相対的にピンアレイを後退させるときに、ピンを通した貫通孔に液滴が接触してもよい。ピンが貫通孔から離れるときに、表面張力によって液体が貫通孔内に保持されてもよい。
【０１５８】
これら２つの態様に共通する利点は、アレイの貫通孔に液体を装填しうる迅速、単純、且つ正確な方法が提供されることである。隣接ピンの端を隔てるアレイ表面に沿った経路が長いため、例えば界面活性剤を含む液体を、隣接する貫通孔間の汚染を最小限に抑えながら容易にアレイに移送することができる。
【０１５９】
確率アレイの合成
アレイの上の異なる貫通孔へと無作為に動くノズルを使用することにより、確率アレイを作製してもよい。試料の１つの変数が無作為的に変動するような確率的な方法による貫通孔の装填は多数の用途を有する。例えば、確率的な装填とは、装填する試料中の特定の試薬の濃度に関して変動があるような装填であってもよい。試薬の濃度に差異があることによって、多数の異なる反応条件の同時試料採取を制御された様式で行うことが可能になる。例えば、このような試料の使用法を用いて、化学合成の反応条件の最適化または結晶実験のパラメーターの最適化を行ってもよい。
【０１６０】
ＩＶ．プラテン内の反応／実験
コンビナトリアルライブラリーの合成
本発明は、プラテン内でコンビナトリアルライブラリーを作製する新しい方法を提供する。この新しい方法を用いて作製できるコンビナトリアルライブラリーの種類には、核酸アレイ、ペプチドアレイ、タンパク質アレイ、ポリマーアレイ、および低分子のアレイなどがあるが、これらに限定されることはない。
【０１６１】
この新しい方法の一部は、プラテンの貫通孔の内壁上または貫通孔内に配置された多孔質材料内にリンカー分子を固定する段階、および、マスクを介して連続的に試薬を流すことにより化学物質のパターンを作成する段階を含む。例えば、核酸アレイを作製するには、モノマーの添加ごとに活性化、反応、洗浄、および脱保護の各段階を実施しながら、ホスホルアミダイトモノマーを定義されたパターンで連続的に貫通孔に入れてもよい。固相または液相の合成化学法を用いて低分子のアレイを作製するには、合成試薬の添加ごとに洗浄および脱保護の各段階を実施しながら、リンカー分子と例えば保護されたアミノ基とを定義されたパターンで連続的に貫通孔に入れてもよい。固相化学法による化学合成は、貫通孔の内面、貫通孔内に配置された多孔質材料の内部、または貫通孔内に配置されたポリマービーズ上に結合されたコア分子に対して実施してもよい。化学的に活性の側基を有するコア分子も、液相化学法を用いて貫通孔内で調製してもよい。
【０１６２】
化学工程および物理工程の最適化
化学工程および物理工程を最適化するには、実験条件の多変量空間を対象に、所望の結果が得られるパラメーターのサブセットを検索する必要がある。検索戦略は系統的である場合と確率的である場合とがあり、いずれかまたは両方の戦略を本発明の態様として実施することが可能である。系統的な最適化は、１つの貫通孔と隣の貫通孔との化学的または物理的な条件の違いが既知であり且つ規則的であるようなアレイを作製することによって補助することができる。
【０１６３】
１つの貫通孔と隣の貫通孔との試薬濃度を確率的に変動させるには、例えば、最初に第一の試薬をアレイに均一に装填してもよい。次に、第二の試薬の入った容器を例えばモータ駆動の二次元マウントに取り付けてアレイの上方に位置決めし、且つ、電子制御弁を有するノズルを介して該第二の試薬を分注してもよい。ノズルは無作為に選択された種々のアレイ位置（またはアルゴリズムにより決定された位置）に動かしてもよく、且つ、ノズルを介して分注される液体の量は、あらかじめ定められた最大値未満で無作為に選択される（またはアルゴリズムにより決定される）持続時間によって決定されてもよい。この方式により、様々な量の第二の試薬が、第一の試薬の入った貫通孔に分注される。この過程は必要に応じて追加の試薬を用いて繰り返してもよい。貫通孔の内容物を分析することにより、最適な結果が得られる反応を同定してもよい。第二の試薬の分注をアルゴリズムによらず無作為的に行う場合は、これら反応の開始条件に関する具体的な知識がないと再現が困難になる可能性がある。しかし、反応性生物のみが関心対象である場合には、確率的手法は、大きな実験パラメーター空間から所望の反応結果を迅速に検索するための簡便な方法を提供する。さらに、例えばアレイのうち反応がほとんどまたは全く生じなかった他の貫通孔の内容物を調べ、次に多変量プロットで結果を組み合わせることによって、反応条件を推論できる場合がある。データをほとんどまたは全く含まないドメインから最適反応条件を推論してもよい。初期反応条件を評価するための別の手法としては、同じ分注プロトコルを用いて、ただし第一の試薬を全く含めず溶媒のみを均一に装填したアレイを使用して、レプリカプレートを作製する方法がある。所望の化学活性を示した貫通孔をレプリカプレートの対応する貫通孔の内容物と比較することにより、観察された反応の開始条件として最も可能性の高い条件に関する情報が得られると考えられる。
【０１６４】
多数の条件を試験する必要がある場合は、全ての貫通孔が充填されるまで複数の試薬を無作為にアレイに噴霧してもよい。次にゴムヘラでぬぐって余剰の液を除去してもよい。アレイを第二のアレイとスタッキングすることにより反応を開始させてもよく、且つ、結果を光学的に調べてもよい。アレイの各アドレスの内容物は未知となるため、有望なアドレスを選択し次にその内容物を分析してその貫通孔に何が入っていたかを決定するか、または、反応開始前にプレートを複製し次にこの複製プレートを使用して最適条件を決定してもよい。
【０１６５】
これらの実施例では、１つの貫通孔と隣の貫通孔とで物理的パラメーターを対照的にまたは無作為的に変動させることも可能である。例えば、熱伝導性材料で作製したアレイに対して一次元的または二次元的な温度勾配を与えてもよく、これは例えば端を異なる温度で保持することによって実施してもよい。加熱／冷却源の温度が経時的に変化するのであれば、アレイの温度分布が変動する可能性がある。温度の変化率は一般的に温度に比例する。したがって、１つの貫通孔と隣の貫通孔とで、温度および温度の変化率がいずれも異なる可能性がある。もしくは、集束レーザー光を照射することにより個々の貫通孔を独立に加熱し、これによって各貫通孔内の液体の経時的な制御を可能にしてもよい。このような方法は、例えば参照として本明細書に完全に組み入れられる米国特許第5,998,768号に記載されている。
【０１６６】
タンパク質の結晶化
結晶化したタンパク質のX線回折はタンパク質の構造および機能を決定するための重要な解析ツールである。タンパク質は一般的に疎水性および親水性の多様な分子群を有しているため、結晶化が困難である場合がある。したがってタンパク質は、溶媒、pH、塩濃度、および温度の各条件が特定の組合せになった場合にのみ結晶化することが多い。本発明により、タンパク質結晶化を実施するための高スループットの方法が可能になる。
【０１６７】
スクリーニング法
生化学的に有効な化合物が医薬品化合物としてさらなる開発を行うのに適しているか否かを決定するパラメーターには、吸収、分布、代謝、排泄、および毒性（「ADMET」）がある。一次高スループットスクリーニングの進歩によって有望なリード化合物の数が増加しているのに伴い、ADMET試験は薬剤発見工程においてますます重大な律速段階となる可能性がある。
【０１６８】
吸収
低分子薬剤の投与経路として好ましいのは経口投与である。経口投与される薬剤が生物学的に有効であるためには、生物学的に利用可能でなければならない（すなわち、腸管を通過して血流中に入る能力をもっていなければならない）。
【０１６９】
薬剤候補物質が腸管のライニングを通過する能力をインビトロアッセイで評価できることは極めて望ましい。典型的に、このような吸収アッセイでは、液体を充填した２つのチャンバーを隔てる半透膜上で培養した単層の細胞層が利用される。薬剤候補を一方のチャンバーに添加し、拡散または移送に十分な時間が経過した後、他方のチャンバー内の分子の濃度を定量的に分析する。
【０１７０】
生物医薬産業で広く使用されているこのような吸収アッセイの１つはCaCo-2吸収アッセイである。CaCo-2アッセイでは、CaCo-2として知られる大腸由来細胞株の単層を通過する能力について分子を試験する。典型的には、細胞層の頂端方向から基底方向、および基底方向から頂端方向の両方向について吸収速度が決定される。CaCo-2アッセイは通常、多孔質膜で隔てられた２つの液体チャンバーをもつ器具の中で実施される。この膜は細胞の増殖産物に対しては透過性であるが、細胞に対しては支持体且つ不透過性の障壁として機能する。膜表面上に単層の細胞が増殖する。この細胞障壁を介して行われる一方のチャンバーから他方のチャンバーへの分子の能動輸送または受動輸送がアッセイの対象となる。
【０１７１】
貫通孔アレイを有するプラテンは複数の方式で構成することが可能であり、これによって吸収アッセイ（例：CaCo-2細胞または他の細胞を用いたアッセイ）のアレイを提供し、これによりスループットを向上させ且つ試薬の量を最小限に抑えてもよい。１つの態様においては、等方性の多孔質膜（例えばPTFEフィルターなどがあるがこれに限定されることはない）を処理することによって、接着生細胞を増殖させるための生体適合性表面を提供する。膜は少なくとも貫通孔アレイと同じ寸法とし、且つ、プラテンの貫通孔を覆うようにプラテンの上に置く。マッチする貫通孔を有する第二のプラテンを、２つのプラテンで膜を挟むように膜の上に置く。隣接する貫通孔間の膜が破壊され、且つ対向していない貫通孔間の化学的クロストークが生じず、ただし対抗する貫通孔間では化学的な交通が生じてアッセイが行われうるよう、プラテンに圧力を印加する。
【０１７２】
第二の態様において、膜は、膜を貫通する平行な孔を有する非等方性の多孔質膜である。この種の膜の例としてはミリポア社（Millipore Corporation）から販売されているIsoporeおよびNucleoporeがある。前述の態様と同様に、２つのプラテンの間に膜を挟み圧力をかける。この態様においては、圧力は隣接する貫通孔間の膜を破壊するほどの大きさでなくてもよく、隣接する貫通孔間をシールできるだけの圧力であればよい。膜の平行孔により対向する貫通孔間では化学的な交通が生じるが、隣接した貫通孔間または対向していない貫通孔間では交通が生じない。
【０１７３】
第三の態様においては、プラテンの貫通孔パターンと同様の間隔および大きさを有する多孔質領域のパターンを膜上に作成する。多孔質領域が貫通孔とマッチするように２つのプラテン間に膜を挟み、これによって、対向する貫通孔間では化学的な交通が生じるが隣接した貫通孔間または対向していない貫通孔間では交通が生じないようにする。
【０１７４】
第四の態様においては、貫通孔が多孔質材料を含むような貫通孔のプラテンから膜を作成する。このような材料としては多孔質シリカなどがあるがこれに限定されることはない。この態様においては、膜プラテンを２つの貫通孔プラテンの間に挟み、これによって、対向する貫通孔間では化学的な交通が生じるが隣接した貫通孔間または対向していない貫通孔間では交通が生じないようにする。
【０１７５】
代謝
代謝を調べるには、種々のチトクロームP-450（CYP-450）酵素または肝ミクロソーム調製物によって分解される傾向について化合物を試験してもよい。各々の薬剤または薬剤候補による種々のCYP-450酵素の阻害作用を評価することにより、薬剤−薬剤相互作用を引き起こす傾向を推定してもよい。
【０１７６】
本発明の１つの態様は、ライブラリーの化合物の細胞代謝を測定する方法を提供する。吸収アッセイに関して前述したように、化合物は有機低分子、ペプチド、オリゴヌクレオチド、またはオリゴ糖であってもよい。細胞は液体に懸濁してもよく、または、縦方向の透過性が高く且つ横方向の透過性が低い膜の上または貫通孔の中で細胞の単層として増殖させてもよい。膜の例としては、プレートの貫通孔内で重合させたモノマー、または、貫通孔アレイと同じ領域サイズと中心間間隔とを有する親水性／疎水性領域をもつ軟質膜がある。化合物ライブラリーから既知の濃度の検体を１つの貫通孔アレイに装填してもよい。ライブラリーアレイに接触するように細胞のアレイまたは層を置いてインキュベートしてもよく、且つ、アレイの組成を分析することにより化合物組成の変化または細胞代謝の量を決定してもよい。
【０１７７】
毒性
本発明の１つの態様は、ライブラリーの化合物の細胞毒性を測定する方法を提供する。吸収アッセイおよび代謝アッセイに関して前述したように、化合物は有機低分子、ペプチド、オリゴヌクレオチド、またはオリゴ糖であってもよく、また液体に懸濁してもよく、または、縦方向の透過性が高く且つ横方向の透過性が低い膜の上または貫通孔の中で細胞の単層として増殖させてもよい。膜の例としては、プレートの貫通孔内で重合させたモノマー、または、貫通孔アレイと同じ領域サイズと中心間間隔とを有する親水性／疎水性領域をもつ軟質膜がある。化合物ライブラリーから既知の濃度の検体を１つの貫通孔アレイに装填してもよい。ライブラリーアレイに接触するように細胞層を置いてインキュベートしてもよく、且つ、各貫通孔内の細胞の生存度を分析してもよい。
【０１７８】
親和力によるリガンドスクリーニング
化合物ライブラリーの種々のメンバーについて特定のターゲット高分子に対する親和力を測定またはランク付けすること、または、プローブアレイの種々のメンバーに対するある分析物の親和力を測定することが望ましい場合があると考えられる。本明細書に記載の新しい方法を利用してこのようなスクリーニングを行うことが可能である。例えば、貫通孔アレイの多数の貫通孔にターゲットを固定し且つ有力リガンドのライブラリーでプロ−ビングすることによって、または、リガンドライブラリーをアレイに固定し且つターゲットでプロ−ビングすることによって、親和力実験を実施してもよい。
【０１７９】
熱変性のランク付け
新規の薬剤ターゲットが急速に発見されていることから、これらターゲットに対する親和性を有する分子を機能的アッセイなしでも発見できる方法が必要とされている。これは、標的生体分子をアレイの内面に固定し、アレイの貫通孔を化合物ライブラリーとともにインキュベートし、且つ、化合物を保持しているアレイのメンバーを検出することによって実現できる。結合した化合物はまた熱変性に対してターゲット分子を安定化させ、その安定化の程度は親和度と相関する。温度または変性溶媒条件の関数としてタンパク質の変性を検出することにより、例えばPantolianoらの米国特許第6,020,141号に記載されているように親和度をランク付けすることができる。
【０１８０】
遺伝子プローブ
本発明の１つの態様では、多数の既知の核酸配列を含む貫通孔アレイを作成し、少なくともいくつかの未知の配列を含む核酸溶液を該アレイの各貫通孔に添加し、該未知の核酸が該貫通孔内の相補的な核酸と特異的に結合するのに十分な時間、温度、および溶液条件を提供し、且つ、各貫通孔内における既知の配列の核酸と未知の配列の核酸とのハイブリダイゼーションの程度を分析する方法を提供する。結合後、所望のストリンジェンシーの溶液でアレイを洗浄してもよい。未知の核酸には蛍光プローブを付着させることが多い。本発明の利点は、ハイブリダイズされた核酸と関連する酵素反応を利用することによって信号を増幅できることである。例えば、未知の核酸をホースラディッシュペルオキシダーゼで標識し、且つ、結合および洗浄の段階の後に酵素と反応して発光信号、蛍光信号、または発色信号を発する基質とともにインキュベートしてもよい。溶液中の活性化した基質は一般的に拡散のためアレイ上の特定の位置に割り当てることができず、したがってこのような増幅技術は従来の平面上の核酸アレイとは互換性がない可能性がある。油、アルカン、またはパーフルオロ化溶媒など水と不混和性の液体中にアレイを浸漬することによって、PCRまたはその他の温度サイクル反応を行ってもよい。アレイおよび水と不混和性の液体は金属の箱など熱伝導性の容器に入れてもよく、且つ、この箱を受けるよう適合化した熱サイクル装置に入れてもよい。
【０１８１】
細胞の長期培養または高温培養
蒸発を最小限に抑えるため、少量の水性反応媒質の上に低揮発性で不混和性の液体を少量積層することは当業者に周知である。例えば、PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）の熱サイクル中の蒸発を最小限に抑えるため、PCR反応容器の上部に少量の鉱油の層をつくってもよい。酸素を必要とする系への酸素輸送を可能にするため、酸素溶解含量の高い液体を使用してもよいことも周知である。本発明では、酸素溶解含量の高い不混和性の液体を使用することにより、マイクロリットル以下の試料のアレイからの蒸発を防ぐと同時に細胞生存度を維持するための酸素輸送を促進することができ、このことは本発明の新規的な局面である。
【０１８２】
非接着性の細胞をナノ単位の形式で長時間（例：> 12時間）培養するには、揮発性の低い疎水性の液体中に細胞を入れることによって蒸発を軽減することが望ましい場合がある。好気的呼吸またはその他のガス交換過程を可能にするため、パーフルオロ化化合物の酸素添加エマルジョンを使用してもよい。これらの化合物は人工代替血液としてすでに臨床試験が行われている。例としては、ミドリ十字社（Green Cross Corp、日本）からFluosol-DA（商標）として販売されているパーフルオロデカリン、シンセティック・ブラッド・インターナショナル社（Synthetic Blood International）で開発されているOxycyte（商標）、およびアライアンス・ファーマシューティカルズ社（Alliance Pharmaceuticals）がOxygent（商標）の商品名で試験を行っているパーフルオロオクチルブロマイドなどがある。貫通孔アレイを用いたこれらの方法および材料の典型的な用途においては、パーフルオロデカリンに浸漬したプラテン内で細胞を培養し、且つ、細胞の妨げとならないような方法で培地を通じて酸素または空気の気泡を送気する。
【０１８３】
貫通孔の壁面または貫通孔内に固定された多孔質基材に接着する細胞の培養は、必要に応じて酸素添加した水性培地をプラテン内またはプラテン周囲に灌流させればよいため、比較的簡単である。
【０１８４】
少量且つ高温の好気条件下での好熱性生物の培養は、90℃などの温度では急速な蒸発が生じる傾向があるため、非常に困難となる場合がある。貫通孔アレイを適切なフッ化溶媒に浸漬することによって、顕著な蒸発を起こすことなく且つ細胞への酸素供給を確保しながらこうした高温を適用することができる。
【０１８５】
アッセイ検出または試料の「ピッキング」においては、プラテンを非湿潤環境または高輝度照明に一定時間曝露する必要のある場合がある。これらの条件下では貫通孔からの蒸発が問題となりうる。典型的な実験においては、不混和性の液体（例えばパーフルオロデカリンがあるがこれに限定されることはない）の層の下で操作を行うことによって試料の蒸発が最小限に抑えられる。そのような液体の下に浸漬している間にマイクロシリンジを用いて試料を貫通孔に添加するかまたは貫通孔から除去してもよい。撮影およびプラテン操作（プラテンのスタッキングなど）の他の操作を不混和性の液体下で行ってもよい。
【０１８６】
Ｖ．アレイ器具の出力を分析および操作する方法
貫通孔から試料を移送する方法
本発明のまた別の方法は、マイクロタイタープレートへの移送を特徴とする。試験に対して陽性反応を示している試料を回収するには、高密度アレイ中の選択した貫通孔からウェルの密度がより低いマイクロタイタープレートへと液体を移送する必要のあることが多い。この移送過程は無菌的に行う必要のあることが多い。これにより、試料の大きな集合から、選択された特性を示す貫通孔内に保持された物質を試料採取することが可能となる。高密度のアレイプレートからマイクロタイタープレートのウェルへと液体を移送する一般的な方法としては、単一の試料採取器具を用いて移送する方法、試料採取器具の直線アレイを用いて移送する方法、および、試料採取器具の二次元アレイを用いて移送する方法の３つがある。禁止された（proscribed）貫通孔の試料は空間的に局所化された機械的動作によって取り出してもよい。一般的な態様の１つは、貫通孔に部材を挿入することにより、貫通孔内の物質を反対側へと機械的に移動させ且つ貫通孔の下に配置したレセプタクルへと移す方法である。第二の一般的な態様は、局所化した気体または液体のジェットを印加することにより、貫通孔内の物質を反対側へと移動させ且つ貫通孔の下に配置したレセプタクルへと移す方法である。第三の方法はより速度が遅い方法ではあるが、液体をピンまたはシリンジへと移動させ、ピンまたはシリンジをレセプタクルへと移動させ、且つ液体を吐出することによって、貫通孔から大気レセプタクルへと液体を移送する方法である。
【０１８７】
移送システムのスループットを最大限にするには、低密度プレートを動かす回数を最小限にする必要がある。高密度アレイを撮影し且つこの画像をコンピューターに保存すれば、所望の貫通孔の座標を移送装置に入力することが可能である。高密度アレイを低密度プレートの情報に配置し、且つ、どの所望の試料が低密度プレートの空ウェルの上方にあるかを計算することによって、低密度プレートを再配置することなく最大数の試料を移送してもよい。次に、次の段階で最大数の試料が移送されうるような位置に低密度プレートを移動させてもよい。移送装置の費用を最小限に抑えるには、高精度のアラインメントシステムを使用しなくてもよいように高密度貫通孔アレイを固定状態に保持するべきである。このように使用できるいくつかの高スループットシステムについて以下に説明する。
【０１８８】
別の方法は、単一の試料採取器具による移送を特徴とする。この方法は、試料採取対象の貫通孔上に機械プランジャーを高速且つ連続的に位置決めし、且つ、該貫通孔の中に該プランジャーを押し込むことによって、該貫通孔アレイ（６）下方の短い距離に配置したマイクロタイタープレートのウェルへと該貫通孔の内容物を移送することによって実現される（図9）。機械プランジャー（１）は、例えばリニア電磁モーター（２）によって作動させてもよい。マイクロタイタープレート（４）の各ウェル（３）に異なる貫通孔の内容物が入るまでこの過程を繰り返す。完了後、いっぱいになったプレートを空プレートと交換し、この過程を繰り返す。磁気ベアリングまたはエアベアリングを有し且つサーボ制御且つリニアモーター駆動の2軸ステージ（５）によって、貫通孔の直径（〜1μm）の< 1/100以内に速度1 m/s以下で機械プランジャーを位置決めしてもよい。機械プランジャーの直径は貫通孔の直径よりわずかに小さくする。したがって、貫通孔数100,000のアレイの1%をマイクロタイタープレートに移送する場合、各貫通孔の平均試料採取時間が0.2 sであれば、このアレイの1%を約200 sで試料採取できる。無論、この時間には、マイクロタイタープレート交換に要する時間、試料採取間のプランジャー滅菌に要する時間、および、試料採取対象の貫通孔の下方にウェルを位置決めするための時間（必要である場合）は含まれていない。
【０１８９】
空間的に局所化された気体、液体、または固体のジェット
図10において、レーザー（１）から出たビームはシャッター（２）を通過する。このビームは、高密度貫通孔アレイ（５）の特定の貫通孔（４）に集光するようビーム走査システム（３）によって誘導してもよい。レーザーの波長は、ターゲット貫通孔内の液体の吸収バンドと一致するように選択してもよい。対応する吸収係数は、入射するレーザー照射光の大部分が液体柱最上部の薄い層で吸収されるようなものであってもよい。シャッターによって、貫通孔内の液体のレーザー照射への曝露時間を制御してもよい。シャッター開放時には、レーザー光が液体に照射され、且つ、液体の薄層が急速に熱せられて蒸発するよう十分なエネルギーが曝露時間中に吸収され、これによって貫通孔の一端で急激な圧力の蓄積が生じる。膨張する蒸気によって生じる力によって、貫通孔（６）の反対側から液体が排出され、貫通孔アレイ（７）の下方に配置されたマイクロタイタープレートのウェルに入る。加熱される表面の上方部分が気密シールされておりしたがって液体に印加される圧力が大きくなる場合は、力がさらに大きくなる可能性もある。液体のカラムからの急速な蒸発および放出を生じさせるためには、熱化時間より短い時間でレーザーエネルギーを蓄積させる必要がある。急速な放出は、スループットを向上させるため、および、液体中の細胞または試薬の大幅な劣化を防ぐために必要である。
【０１９０】
以下、水を充填した貫通孔を例に説明する。事実、多くの場合において分析対象物は水の中にある。10.6μmでの水の吸収係数は〜1000 cm-1であることから、入射光の99%が表面から46μm以内で吸収されると考えられる。水柱の長さが0.5 mm以上であると想定した場合、これは水柱の全長に対して小さな割合である。熱化時間τは水柱が熱平衡に達するのに必要な時間であり、式 τ = l2 /4α によって与えられる。この式において、lは熱エネルギー源からの距離、αは熱拡散率（= κ/cρ；κは熱伝導率、cは比熱、ρは密度）である。水に対する適切な値を入力すると、長さ 1 mmの水柱の熱化時間τは1.75 sであり、長さ0.5 mmの場合は0.44 sである。レーザーパルス長Δtがτより短ければ、集束レーザービームによる断熱的な加熱が生じる。
【０１９１】
厚さ46μm、直径（extent）200μmのある体積の水が瞬時に蒸発することによって生じるピーク圧は、水蒸気を理想気体とみなすことによって推定できる。液体が蒸発したときのこの体積V（= 1.4 x 10-12 m3）における圧力Pは P = nRT/V である。この式において、nは水のモル数（= 88ナノモル）、Tは気体の温度（= 373 K）、Rは理想気体の気体定数（= 8.2 m3-Pa/mole-°K）である。これらの値を代入すると Pmax = 186 x 106 Paとなる。これは水柱の上に5.8 Nの力が働くことに等しく、貫通孔から液体を排出させるのに十分な力である。
【０１９２】
直径200μmの貫通孔に入った厚さ46μmの水の層を蒸発させるために必要なレーザーパワーは、この体積の水を蒸発させるためのエネルギーQを計算することによって求められる。熱エネルギーはQ = m (cΔT + ΔHvap)により求めることができる。この式において、mはこの体積の水の質量（1.6 x 10-9 kg）、cは水の比熱（= 4184 J/kg/°K）、ΔTは温度変化（353 °K）、ΔHvapは水の気化潜熱（= 2.3 MJ/kg）である。これらの値を入力すると、Qは6 mJとなる。入射レーザーエネルギーの99%が吸収されると仮定すると、10 Wのレーザーを液体表面に0.6 ms照射することによって試料に6 mJのエネルギーが蓄積される。ランダムアクセス走査の場合、検流計駆動ミラーの典型的な設定時間は10 msであり、アレイ中の1000個の貫通孔を個々にアドレス指定するのに必要な時間は約10.6秒である。
【０１９３】
別の態様においては、固体（例：粉末）または液体を使用することにより、特定の貫通孔の内容物または全体的な貫通孔の内容物を（例えば圧力下で）移動または排出させてもよい（図22参照）。使用できる液体としては、貫通孔の内容物に対して混和性の液体（貫通孔の内容物が水性である場合、例えば水）または貫通孔の内容物に対して不混和性の液体（例：貫通孔の内容物が水性である場合、例えば油または有機溶媒）が含まれる。加圧した液体をアレイにかけることによって、各貫通孔の内容物を例えば一般的な容器へと洗い流してもよい。
【０１９４】
爆発性装填物
前述の態様の拡張として、貫通孔の一方の端付近に配置した爆発性装填物の発火によって気体を急激に膨張させることによって生成した圧力波による貫通孔からの液体の放出がある。図10において、不連続な緩燃性の爆発性装填物（１）のアレイは、１つの貫通孔の上方に１つの装填物が配置されるように貫通孔アレイに対して位置合わせされている。各装填物は、共通壁としての薄膜を有するチャンバー内に貫通孔とともに配置される。装填物アレイを貫通孔アレイに接着させる（または強固に取り付ける）。この用途に使用できる爆発性材料の例としては、「C4」などのプラスチック爆発シートまたはプラスチックに埋め込んだトリニトロトルエン（TNT）などがある。装填物アレイは例えば電気的または光学的にアドレス指定可能である。個々の装填物は、チャンバー内に配置された抵抗素子（２）に電流を流すことによって、または、集束レーザービームを用いてチャンバー内に熱エネルギーを与えることによって、発火させてもよい。発火後、爆発による膨張ガスによって、分離膜をバーストさせ且つ貫通孔アレイ（７）の下方に配置したマイクロタイタープレート（６）のウェル（５）へと貫通孔（４）内の液体（３）を放出させるのに十分な圧力が生成される。
【０１９５】
もしくは、図11に示すように、薄いプラスチックシート（１）内に、均一な確率的分布になるよう爆発性装填物を埋め込んでもよい。逆に、図12に示すように、貫通孔アレイと同じパターンの爆発性化合物をシート上にプリントしてもよい。シート状には、抵抗素子（２）が、貫通孔アレイと同じパターンの不連続な空間配置にプリントされる。もしくは、シート上の空間位置は、爆発性化合物の発火に必要なエネルギーを提供する集束レーザー光によるアドレス指定が可能であってもよい。シートを貫通孔アレイ（３）に接着し、貫通孔アレイの下方に配置されたマイクロタイタープレート（６）のウェル（５）へと移送するべき内容物（４）が入った貫通孔の上で装填物を発火させる。
【０１９６】
膨張気体から液柱へと伝えられる慣性を増大させるには、金属またはセラミックのマイクロスフェアーを爆発性装填物に混合し且つ爆発によって加速させる。もしくは、爆発性装填物と液柱との間の物質のプラグを爆発によって加速させると、これが機械プランジャーとして作用することによって貫通孔から液体が排出される。
【０１９７】
爆発性装填物の入ったチャンバーの出口をノズル形状にすることによって、液柱に衝撃を与える前に、存在する気体の空間的局在度が上昇し且つ慣性が増大する。ノズルの出口は、チャンバー表面と同じ流体上にあってもよく、または、対向する貫通孔に挿入できるようわずかに突出していてもよい。
【０１９８】
試料の吸引
貫通孔または貫通孔群内の液体試料は、チューブまたはチャネルに吸引することによって貫通孔から移送してもよい。一般的に貫通孔の内径より小さい外径を有する、軟質または硬質のチューブ片の先端を、貫通孔内にアラインメントしてもよい。チューブの遠位端に陰圧をかけることによって、貫通孔からチューブへと液体を吸引してもよい。吸引すべき液体の量は種々の変数を操作することによって正確に制御することができる。例えば、チューブの長さおよび外径はそのチューブ片における圧力損失の決定因子となりえ、圧力損失は、印加された陰圧に対するそのチューブ片内の流れの流速に影響しうる。計量された液体を貫通孔から弁アセンブリへと吸引してもよい。弁アセンブリから、陽圧または陰圧によって、特定の用途に必要な任意の種類の流体回路へと液体を移動させてもよい。１つの態様において、液体は貫通孔から流体弁へと吸引される。このバルブが作動すると、液体は陽圧によって質量分析計へと導入され分析に供される。もしくは、一旦貫通孔から吸引した液体に対して、さらに試料調製または特性決定（例：クロマトグラフィー、分光分析）を行ってもよい。
【０１９９】
電気泳動および電気ブロッティング
本発明はまた、プローブと試料中の特定のイオンとの結合ストリンジェンシーを変化させること、およびイオン化された試料を貫通孔アレイから除去することを目的として、イオン化された試料を化学プローブの入った貫通孔アレイに導入する方法を提供する。該方法は、貫通孔内に局在化された化学プローブを含む貫通孔アレイを電気泳動装置の緩衝液中に入れる段階を含む。イオンを含む試料は、電場が印加されたときに適切な電荷を持つイオンが貫通孔アレイの方向に移動するように、電気泳動装置内の平らな貫通孔アレイの一方の面の上に導入される。特定のイオンがアレイに結合せず且つ電場が十分な時間印加された場合、そのイオンは貫通孔を通過して貫通孔アレイの反対側へと移動する。電場の方向を定期的に切り替えることによって、荷電種と貫通孔内の化学プローブとの結合が平衡に近づく速度を増大させてもよい。選択的に、試料が貫通孔アレイへと移動する前にゲルを通して試料を電気泳動することによって、分析対象の試料の部分精製を行ってもよい。試料中の関心対象の分析物が化学プローブと結合した後は、非特異的に結合したイオンを化学プローブから分離させるのに十分な時間および十分な強度の電場を印加してもよい。次に、貫通孔アレイを電気泳動装置から取り出してもよく、且つ、結合のパターンを分析してもよい。結合した分析物は取り出してさらなる分析（例えば膜への電気ブロッティングによる分析）に供してもよく、且つ、次にこの膜を取り出してさらなる分析に供してもよい。
【０２００】
貫通孔アレイ内の試料の色による分析
多くの用途において、クロマトグラフィー的な段階によって試料を分離、精製、または濃縮する必要が生じる。液体試料に対して多数の種類のクロマトグラフィーを行うことができる。周知のクロマトグラフィー法としては、イオン交換法、逆相法、サイズ排除法、バイオアフィニティー法、およびゲル浸透法などがあるがこれらに限定されることはない。クロマトグラフィー用マトリックスの形体は、不要性のビーズ、ゲル、樹脂、ポリマー、またはスラリーであってもよい。もしくは、マトリックスは微細機械加工した構造体であてもよい。このような微細機械加工した構造体の１つの態様は、辺の寸法が約0.01〜10μmである正方形の貫通孔またはチャネルをグループ化したものである。これら貫通孔の壁面は、貫通孔の群に試料を流したときに分離が行われうるように、所望の親和性を有する表面でコーティングしてもよい。次に、関心対象の分析物混合物がこのマトリックスに導入され、分析物混合物の成分がマトリックスに選択的に結合する。次に、マトリックスの物理環境または化学環境を変化させることにより、汚染物質または関心対象の分析物がマトリックスから選択的に溶離される。
【０２０１】
液体クロマトグラフィーは通常、クロマトグラフィー用マトリックスを固定したカラム内で行われ、分析物はこのカラムを通して流される。これによって試料とクロマトグラフィー媒質との化学的および／または物理的反応が生じる。一般的に、毛管アレイの長さおよび内径によって各カラムに装填できるクロマトグラフィー用マトリックスの量が決定され、したがってこれらは各カラムの装填容量と直接関係している。
【０２０２】
クロマトグラフィー用マトリックスを貫通孔アレイの内部に固定すると、小型液体クロマトグラフィーカラムのアレイを作成することができる。貫通孔アレイの長さ対直径比は適切な値に決定してよい。典型的には、有効なクロマトグラフィーカラムを形成するには長さ対直径比を少なくとも約10にする必要がある。いくつかの態様においては、ごく少量の試料を精密且つ正確に操作できるよう、貫通孔内に形成するカラムの内径を1ミリメートル未満にする。クロマトグラフィー用マトリックスは、カラムの出口端に多孔質のフリットを配置することによって、またはカラム内に多孔質ポリマー状のセラミックまたはガラス基材を化学的に結合させることによって、クロマトグラフィーカラムの中に固定してもよい。多孔質のセラミックまたはガラス基材は、ビーズまたは樹脂のクロマトグラフィー用媒質を固定するためのフリットとして作用してもよく、または、カラム内の全表面積を増加させるための手段であってもよい。表面効果によるクロマトグラフィー法（例：イオン交換法、アフィニティー法、または逆相法）においては、カラム内面の化学誘導体化によって必要な分離が行われてもよい。
【０２０３】
１つの態様においては、シリンジを用いてカラムアレイに試料を装填する。マイクロリットル以下の体積の試料を、針かまたは間隔をカラムアレイの間隔に一致させた針のバンク（列）へと引き入れ、次に、カラムアレイへと移す。シリンジの筒には、毛管の束の中で洗浄および／または溶離の段階を行うために、より多量の液体が入っていてもよい。シリンジの針の中の試料とシリンジの筒の中の液体とは、シリンジに少量の空気を引き入れることによって互いに分離してもよい。シリンジの針は、液体を通さない圧縮フィッティングを用いて毛管アレイにドッキングさせてもよい。シリンジの内容物がカラムアレイへと排出される際、シリンジの針の中の試料は最初にカラムベッド上で溶離される。使用されるクロマトグラフィー媒質とシリンジの筒に引き入れられた緩衝液とにより、クロマトグラフィーによる分離が行われる。試料をカラム上に装填した後は、シリンジをドッキングポートから外してもよく、且つ、同様のまたは異なる緩衝液の第二のアリコットをシリンジに引き入れてもよい。圧縮フィッティングを締めることによってシリンジを毛管アレイに再ドッキングさせ、且つシリンジ内の液体を排出することによって、洗浄および／または溶離の段階を必要な回数行ってもよい。さらに分離を行うため第一のカラムアレイを第二のカラムアレイに接続してもよい。
【０２０４】
クロマトグラフィーカラムから得られた溶離液を、種々の分光分析法を用いてリアルタイムで分析することが望ましいことがしばしばある。クロマトグラフィーカラムから得られた溶離液を調べるための分光分析装置は周知である。特定の用途において必要とされる場合は、カラム束の各カラムから得られた溶離液を、分光分析法（例：吸光法、蛍光法、またはRaman法）、電気化学法、またはその他の方法によりリアルタイムでオンライン分析してもよい。分光分析用の光源からの光は、カラム束の各カラムの溶離物に照射してもよく、且つ、該溶離物に照射された光がそのカラムの出口毛管内に加工された観察窓を通過する際に光ファイバーケーブルを用いて回収してもよい。
【０２０５】
貫通孔アレイと液体クロマトグラフィーチャネルのアレイとの結合
アレイ内にクロマトグラフィー用マトリックスを固定したクロマトグラフィーカラムのアレイを有する器具を作製してもよく、このアレイは、例えば、クロマトグラフィー用マトリックスの入っていない貫通孔アレイの貫通孔と一致するような間隔を有していていてもよい。貫通孔アレイの物理的な大きさによりカラムアレイの大きさを決定してもよい。好ましくは、カラムアレイの各カラムの内径を、対応する貫通孔アレイの貫通孔の内径と同程度にする。
【０２０６】
カラムアレイは、該器具に陰圧または陽圧を印加することができ且つ各サンプル間のクロストークが生じないように、貫通孔アレイと結合させることができなければならない。カラム数は貫通孔と1対1に対応していなくてもよい。外部から印加された圧力に反応して貫通孔アレイのスタックの層間で試料が放射状に拡散すると、クロストークが生じる可能性があるため、このような拡散を防止する必要がある。試料間のクロストークは、貫通孔間に液体および気体のいずれも通さないシールを形成して放射状の拡散を防ぐことによって防止してもよい。アレイの貫通孔に一致させた孔を有するエラストマーシートをスタックの層間で圧縮することによってこのようなシールを形成してもよい。もしくは、薄く不活性の多孔質ポリマーシートを使用して、２つのカラムに一緒に圧力をかけたときに液体がシートの孔の中を流れるが横方向には流れないように、このシートを２つのアレイの間に配置してもよい。別の手法においては、アレイの片面において、各貫通孔周囲のごく近傍の領域がアレイの他の部分と比較して高くなるように貫通孔アレイを作製する。次にこの高い領域の周辺にOリングを配置してもよい。２つ以上の貫通孔アレイに一緒に圧力をかけると、このOリングが気密シールを形成し、これによって試料の放射状拡散およびクロストークが防止される。結合するアレイの任意の組について、液漏れが生じないようなシールが形成されるよう、断面がエラストマーガスケットまたは結合面間のコーティングと連結する断面になるように作製してもよい。
【０２０７】
同様にしてカラムアレイに１つまたは複数の貫通孔アレイを結合させてもよい。次に、必要なクロマトグラフィー用の洗浄用緩衝液および／または溶離用緩衝液を各貫通孔に添加できるよう、このアセンブリにトッププレートを固定してもよい。液体は、試料が貫通孔アレイを通過して、クロマトグラフィーが行われる場所であるカラムアレイへと押し出されるように、該器具を強制的に通過させてもよい。特定の用途で必要とされる場合は、クロマトグラフィーカラムから出た洗浄および／または溶離用の緩衝液を、別のクロマトグラフィー装置、クロマトグラフィー用フラクションコレクター、または別の貫通孔アレイへと毛管を介して移送してもよい。このような器具の例を図14に示す。標準的な流体接続部への接続を容易にするため、フェルールおよび圧縮フィッティングなどの標準的な流体用部品を使用して該器具へとまたは該器具からつながる流体接続部を作製してもよい。
【０２０８】
分画回収用の器具
一般的にクロマトグラフィーでは、混合物中の各成分がクロマトグラフィー用マトリックスと化学的および／または物理的に相互作用する際の相互作用の差に基づいて化合物の混合物が分離される。物理的および／または化学的な環境が急激または緩徐に変化すると、混合物の成分とクロマトグラフィー用マトリックスとの相互作用がその影響を受ける可能性がある。典型的には、混合物の各成分は物理的および／または化学的な条件が異なっているため、クロマトグラフィー用マトリックスから個別に溶離される。化合物の混合物から特定の成分を分離し、さらなる分析またはクロマトグラフィーに供することが望ましい場合がある。いくつかの場合においては、関心対象の成分をオンライン分光分析によって同定してもよい。
【０２０９】
クロマトグラフィーカラムの溶離液を分画するための装置および各分画を保存するための装置は周知である。本発明の１つの態様は、カラムアレイからクロマトグラフィー分画を回収するためのシステムを特徴とする。カラムの溶離物は別の貫通孔アレイに滴下させてもよい。カラムアレイに対して貫通孔アレイを動かす速度を制御することにより各分画の量を制御することができる。溶離剤に対して適切な親和性を有する物質で貫通孔の内面がコーティングされている場合は、カラムアレイの出口毛管と貫通孔アレイの貫通孔との間に液体のブリッジを形成してもよい。カラムから回収できる最大分画数は、各分画のサイズ、回収用貫通アレイを動かす速度、および、カラムアレイの密度によって異なる。各カラムから多数の分画を回収する必要がある場合は、直線カラムアレイを使用しその産物を二次元貫通孔アレイで回収する。この場合、分画回収用の貫通孔アレイを直線カラムアレイに対して垂直に動かすのであれば、回収できる分画数を制限する要素は回収アレイの物理的な大きさのみである。
【０２１０】
いくつかの用途では、1回のクロマトグラフィーによる分離が完了するまで数分またはそれ以上を要する場合がある。長い時間を必要とする場合は、分画回収器具の貫通孔アレイから液体が蒸発する可能性がある。分画回収器具の貫通孔からの蒸発による損失を防ぐため、分画回収に使用する貫通孔アレイ全体を、環境制御したエンクロージャに入れてもよい。エンクロージャ内で高湿度環境を維持すれば蒸発による損失を最小限に抑えることができる。さらに、化合物の安定性を維持するため、エンクロージャ内の温度を一定（例：4℃）に保つことが望ましい場合も考えられる。カラムアレイから出た溶離用毛管は、エンクロージャの完全性を維持しつつカラムアレイからの溶離剤の誘導を可能にするような精密に加工された一連の孔を通ってエンクロージャに入ってもよい。エンクロージャ周囲のシーリングを確実にするためエラストマーガスケットを使用してもよい。
【０２１１】
カラムアレイから回収した分画を入れた貫通孔アレイは、化学反応を開始させるための第二の混合操作を開始するために、別の貫通孔アレイとスタッキングしてもよい。分画の回収を行った貫通孔アレイを第二のカラムアレイとスタッキングすることによって、第二のクロマトグラフィー操作を開始してもよい。もしくは、回収した分画に対してさらに分光分析または分光測光分析を行ってもよい。
【０２１２】
貫通孔アレイ内の化合物の分光測光分析
大気圧イオン化質量分析（API-MS）
貫通孔アレイ内の試料は、大気圧イオン化質量分析（API-MS）などの分光測光技術を用いて分析してもよい。分光測光分析は通常、直列的に行われる。したがって、蒸発による試料の損失を防ぐため、温度および湿度を制御した環境内でチップを環境的に分離する必要がある。API-MSにおいて試料を質量分析計に導入するための簡単な方法は、毛管を使用して（例えば本明細書に記載されているように）、選択した試料を特定の貫通孔から弁へと直接吸引する段階を特徴とする。次に、標準的なAPI-MSプロトコルに従って、計量した試料を質量分析計に導入してもよい。
【０２１３】
マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析（MALDI TOF-MS）
MALDI TOF-MSでは、関心対象の試料を１つ以上のマトリックス形成化合物と混合するのが普通である。典型的には、有機マトリックス材料（例：ヒドロキシケイ酸の誘導体）の飽和溶液を同量の試料と混合する。MALDI TOF-MSのいくつかの用途においては、有機マトリックス材料の代わりに無機ナノ粒子（例：金コロイド、量子ドット、または多孔質シリカ）が使用される。次に、この混合物を平らなプレート上の規則的且つアドレス指定可能なアレイの形式で配置し、完全に蒸発させる。次にこの試料プレートを質量分析計に置き、パルスレーザーの照射によって試料をイオン化させる。
【０２１４】
貫通孔アレイ中の試料は並列的な方式で簡単に調製が行えるため、MALDI TOF-MSおよび関連する方法を用いた分析に非常に適している。例えば、有機マトリックスの飽和溶液または無機マトリックス化合物のスラリーを第二の貫通孔アレイに装填してもよい。貫通孔アレイは浸漬によって均一に装填してもよく、または、所望される場合は、任意の数の異なるマトリックス化合物を、アドレス指定可能な方式で個々の貫通孔に装填してもよい。試料の貫通孔アレイとマトリックスの貫通孔アレイとは、（例えば本明細書に記載のように）チップを一緒にすることによって混合してもよい。溶媒を完全に蒸発させた後、市販のMALDI TOF-MS用レセプタクルをわずかに改変したレセプタクルに貫通孔アレイを入れてもよい。貫通孔アレイの厚みを補償するため、通常の平らな金属製MALDIプレートを機械加工してもよい。貫通孔アレイは、標準的な試料ホルダーのくぼんだ部分に一時的な接着により固定してもよい。
【０２１５】
MALDI TOF-MSにおいて試料のイオン化に使用されるレーザーを貫通孔内に集束させることによって、試料のイオン化に必要な照射を行ってもよい。貫通孔内におけるレーザービームの内部反射によって、マトリックスに吸収され且つ試料に伝達されるレーザーエネルギーの量が増加する可能性があり、したがって試料のイオン化の量が増加する可能性がある。さらに、貫通孔アレイによって、試料間汚染を生じることなく非常に高密度の試料を小さな領域（「フットプリント」）内に空間的に配置することが可能となる。
【０２１６】
典型的なMALDI-MS試料プレートは固体表面であり、この上に試料がスポッティングされる。試料プレートはレーザーエネルギーを通さないため、試料のイオン化に使用されるレーザーは、プレートに対して質量分析計の飛行管の入口と同じ側になければならない。貫通孔アレイを試料プレートとして使用することにより、レーザー照射源とTOF-MSのインレットとを試料プレートのそれぞれ反対側に配置することも可能になる。この直線MALDI TOF-MSの略図を図15に示す。飛行管入口の前で試料プレートの位置を変えることによって、選択した試料をレーザーイオン化することが可能となる。
【０２１７】
もしくは、貫通孔アレイに嵌合するよう精密に機械加工したポートアレイまたはピンアレイを、バルクマトリックス溶液に浸漬することによってMALDIマトリックス物質でコーティングしてもよい。溶媒が蒸発した後、ピンアレイを貫通孔アレイに挿入してもよい。各貫通孔内の液体は対応するピンの表面に移送される。溶媒が蒸発した後、ピンアレイをTOF-MSの入力部に置いてもよく、且つ、集束レーザービームを連続的にピンに照射してもよい。このようなピンアレイにおいては、各貫通孔の試料の一部と隣接貫通孔の試料の一部とをピン間の空隙によって分離することができる。
【０２１８】
貫通孔アレイ／表面法
貫通孔アレイを電場に入れた場合または圧力によって駆動した場合は、並列のキャピラリー泳動用装置、動電クロマトグラフィー用装置、またはクロマトグラフィー用装置として使用することもできる。１つの貫通孔アレイ中の試料のアレイを、典型的にはより長い貫通孔アレイである第二の貫通孔アレイに導入してもよい。第二の貫通孔アレイはゲル（例：シリカ）、ポリマー（例：ポリアクリルアミド）、または樹脂で充填してもよく、且つ、電気浸透またはタンパク質結合を疎外または増強するために壁面がコーティングされていてもよい。しかし、このようなアレイで電気泳動またはクロマトグラフィーを行う場合は、各カラムから分子が出てくるため各カラムの出力を分析することは困難になると考えられる。この問題を軽減する１つの方法は、分析物の分子に対する親和性を有する動いている表面（例：ニトロセルロースシート）に出力を通過させ、且つ、このウェブを画像検出器へと移動させることである。例えば、蛍光標識したDNAまたはタンパク質を動いているニトロセルロース膜上に溶離し、且つ、蛍光画像取得装置に受け渡すことによって解析してもよい。テープの様式で連続的に動いている表面は試料のにじみ汚れをもたらす可能性があるため、表面が動いている間は電場または圧力の極性を小さくするかまたは反転させると有利である。検出器が画像を取得している間、表面の動く速度をさらに低下させ、且つ、電圧または圧力を妨げることにより、検出システムの感度を向上させてもよい。もしくは、画像取得装置は蛍光レーザーラインスキャナーなどのラインスキャナーであってもよい。所望される場合、表面は（例えばテープのような方式で）長いスプールから供給してもよい。さらに、表面を第二のスプールに巻き取ってもよい。
【０２１９】
読み出し方法
アレイの濡れ特性を利用して貫通孔の壁面への化学結合を検出する方法
抗体と抗原との結合など２つのタンパク質の結合は、それがチャネル内面の表面エネルギーに及ぼす影響によって検出する。
【０２２０】
好ましい態様においては、親水性のチャネル壁と疎水性の表面とを有する貫通孔アレイの内壁に、ライブラリー（例：抗体、受容体、高分子、または分子プローブなどのライブラリー）を結合させる。チャネル壁上の非特異的なタンパク質吸収部位に結合するが壁面の親水性は変化させない阻害剤でアレイを洗浄する。このような阻害剤としては、ウシ血清アルブミン（BSA）、粉乳、およびゼラチンなどがある。次に、抗原を含む溶液にアレイを浸漬し、抗原が相補的な抗体に結合するよう十分な時間インキュベートする。次に、アレイを抗原溶液から取り出し、緩衝液で洗浄する。アレイを乾燥させ、発色団または蛍光団を含む水溶液に浸漬する。表面に抗原が存在すると、貫通孔内への液体の進入が妨げられるほど十分に表面エネルギーが低下する。アレイを撮像することにより空の貫通孔を検出してもよい。空の貫通孔は、ライブラリー中の抗体のうちリガンドに効率的に結合する抗体に対応する。
【０２２１】
別の態様においては、それぞれが約1〜100個の貫通孔を有する小型アレイ器具のセットの内面を、各アレイが異なる抗体をもつようにコーティングする。アレイを全て一緒に抗原の溶液中に入れ、抗原が相補的な抗体に結合するよう十分な時間インキュベートする。次にアレイを抗原溶液から取り出し、緩衝液で洗浄する。次に、タンパク質に対して非破壊性であり且つ何らかの方法で（例えば高密度の溶液を加えるかまたは増粘剤を加えることによって）密度を調節できる液体の入った分離槽に、全てのアレイを一緒に入れる。
【０２２２】
貫通孔が空のままである場合、分離槽内のアレイの密度は低下し、且つ、適切な条件下において、結合した抗原を含むアレイは表面に浮く。表面に抗原が存在すると、貫通孔内への液体の進入が妨げられるほど十分に表面エネルギーが低下する。これら浮いたアレイを取り出し、且つ、質量分析による同定、各アレイのコードを元にした同定、または、アレイに組み込んだバーコードもしくは無線トランスポーダーなどその他の何らかの手段によって、各アレイに結合した抗体を同定する。この方法に使用するアレイは、エアロゾルまたは多孔質ビーズなどの多孔質構造体であってもよい。
【０２２３】
質量分析により貫通孔アレイを分析するための器具
試料または試料のアリコットを貫通孔アレイから取り出し、質量分析による分析に供してもよい。質量分析は複数の異なる方法のうち１つによって実施してよい。このような方法の１つは、陰圧の印加によって試料または試料のアリコットをチューブ内に引き入れる段階を特徴とする。この手法の１つの実施例においては、アレイ中の選択した貫通孔にシリンジの先端を挿入し、且つ、計量した試料をシリンジ中へと引き入れる。もしくは、真空を利用することによって、保存のためチューブ、弁、または容器へと試料を吸引してもよい。
【０２２４】
特定の用途においては、質量分析などの直列的な過程によって貫通孔アレイ中の各試料のアッセイを行うことが望ましい場合もあると考えられる。貫通孔アレイ中の多数の試料に対して直列的な過程を適用することは、非常に高速に行ったとしても、かなりの時間を要する可能性がある。この間、湿度条件および温度が厳密に制御されていなければ、貫通孔から試料が蒸発する可能性があり、したがってアッセイ結果に人工的なバイアスが生じる可能性がある。
【０２２５】
蒸発を制御し且つ貫通孔アレイからの個々の試料の吸引を容易にするための１つの手法は、アッセイの試料の入った貫通孔と位置合わせされた貫通孔を有する追加の貫通孔アレイを設計することである。アッセイで使用した貫通孔アレイの上にこの追加の貫通孔アレイをのせることによってトッププレートを作製してもよい。このトッププレートの貫通孔は、外側の面の各貫通孔の直径が、アッセイで使用した貫通孔アレイと接触する側の面の直径よりもはるかに大きくなるように設計してもよい。このような貫通孔によって形成される円錐状の形状は、選択した貫通孔にシリンジ針を入れる際のガイドとして機能し、したがって試料採取の効率化をもたらす。このトッププレートの外側の面を、ラミネ−ションに使用されるものと同様の薄膜ポリマーでコーティングしてもよい。シーリングされた表面は蒸発を遅らせるように作用する。貫通孔から試料を吸引するためのシリンジ針はこの薄膜を用意に穿孔でき、したがって試料採取の効率性を低下させることはない。
【０２２６】
シリンジに吸引した試料は質量分析装置による分析に供してもよい。質量分析の技術は多数が当業者に周知であり、そのうち任意の１つを使用してよい。このような技術としては、電気スプレーイオン化（ESI）法または大気圧化学イオン化（APCI）法などの大気圧イオン化法などが含まれる。
【０２２７】
本発明の別の態様においては、貫通孔アレイのボトムプレートとして金属プレートを使用してもよい。アッセイで使用した溶媒を蒸発させてもよく、且つ、貫通孔の内径に対応したボトムプレート上の領域（「フットプリント」）内に固体の試料を形成させてもよい。所望される場合は、蒸発が完了する前に試料にマトリックスを添加してもよい。もしくは、金属のボトムプレートとアッセイで使用した貫通孔アレイとをスタッキングする前に、ボトムプレートの表面にマトリックスを添加してもよい。試料が完全に蒸発したら、金属のボトムプレートを貫通孔アレイから外してもよく、且つ、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）法または当業者により一般的に実施されている同様の表面イオン化質量分析法によって各試料を分析してもよい。
【０２２８】
本発明の別の態様においては、貫通孔アレイと位置合わせしたピンアレイを貫通孔アレイに浸漬し且つ取り出してもよい。ピンアレイの先端に残ることによって貫通孔アレイから取り出された試料をピンアレイの先端で蒸発させてもよい。前述の態様と同様に、この蒸発させた試料を用いて表面イオン化質量分析を行ってもよい。
【０２２９】
貫通孔アレイの時間ゲート蛍光撮影
生物学的アッセイの多くは蛍光信号を出すよう構成されており、この蛍光信号は蛍光撮影により貫通孔アレイから取得することが可能である。典型的には、励起用ランプまたはレーザーからの光を励起フィルター、アレイ、および発光フィルターに通過させ、CCDカメラへと誘導する。多くの場合、フィルター性能が不完全であることに起因する背景光、ならびに、試料および光学部品による光の弾性散乱および非弾性散乱によって、信号の感度は制限される。関心対象の蛍光団の蛍光寿命が1 ns〜1 msである場合は、より短い時間尺度で散乱が発生する。したがって、時間ゲートの技術により背景光を除去することが可能である。時間ゲートとは、カメラのデータ取得を禁止した状態で試料を照明し、ただちに励起光を除去し、遅延時間の間待機した後に、蛍光発光画像を取得するという過程である。励起後最初の1〜100 psの間に放射される光子を回収しないことにより、背景雑音が大幅に低減し且つ信号対雑音比が向上する。同様の装置を用いることによって種々の遅延時間においてデータ取得を繰り返し、これによってアレイ中の各貫通孔の蛍光寿命に関する情報を取得してもよい。
【０２３０】
時間ゲート蛍光撮影システムの構築には種々の戦略をとることができる。パルス励起光源が必要であり、これはフラッシュランプであってもまたはレーザー（強制モード同期レーザー、自己モード同期レーザー、もしくはQスイッチレーザーなど）であってもよい。レーザーを使用する場合は、ビームエクスパンダおよび拡散プレートを使用することによってプラテンの均一な照射が可能となる。連続的な励起光源も、高速に光を遮蔽および非遮蔽する手段（電気工学セル、音響光学セル、または高速回転するスリット付円盤など）との併用により使用してもよい。パルスジェネレータを使用することによって、任意の遅延時間において光源および検出器をトリガしてもよい。CCDカメラのシャッター動作は電子的に行ってもよく、または、励起パルスと位相をずらしたスリット付回転円盤などによって物理的に行ってもよい。
【０２３１】
光共振器または干渉計への貫通孔アレイの挿入に基づく光学的読み取り
各貫通孔内の物質と光学場との同時的且つ並列的な相互作用を生じさせるため、貫通孔アレイを光共振器または干渉計に挿入してもよい（図21参照）。このような方法は、光路長が貫通孔アレイの長さ方向に対して増長されこれによって吸収（５）が増大するように貫通アレイ（２）が光共振器内に置かれた場合に（照明光（１）はミラー（２）および（３）間で反射および増幅される）、利点を有する。光路長は通過長（through-length）の倍数として増長され、これによって光学吸収が増加する。例えば、増強された光学場による化学反応の同時開始は光共振器の特徴である。この方法は、貫通孔内の物質および貫通孔内の物質巻の相互作用を同時に分析する手段としてもまた有利である。この分析は、例えば、入射光学場の強度、位相、偏光、もしくは周波数の変化を記録することによって、または、これらのパラメーター、入射光学場（例：蛍光、燐光）と貫通孔内の物質との相互作用の結果として放射される光、もしくは該物質自体の変化（例：ルミネセンス）を記録することによって行ってもよい。
【０２３２】
チップを光共振器の一部として使用してこれらのパラメーターを測定することの利点の１つは、共振器構造内の光学場と貫通孔内の物質との相互作用によって共振器の共振条件が変化することである。これらの変化（例：位相、強度、偏光、周波数）は、貫通孔内の物質の組成および物理的状態と密接に関係している。光学場パラメーターの変化はキャビティ内の共振条件を変化させ、これにより、共振器を通過するまたは共振器で反射される光の強度を変化させる。
【０２３３】
光学共振構造の光学場強度特性の増強を利用することも可能であり、例えばこれを利用して、貫通孔内の物質の特性を測定するためのプローブとして光化学反応または非線形光学効果（多光子吸収、調波変換など）開始させてもよい。共振器への光学場の入射は時間的に連続であってもよく、または、光学パルスのように時間とともに変化してもよい。
【０２３４】
この態様に使用できる光共振器構造の例としては、２つの平面鏡を有するファブリ−ペロ型干渉計、ならびに、２つの曲面鏡かまたは１つの平面鏡と１つの曲面鏡を有するファブリ−ペロ型共焦点干渉計などがある。
【０２３５】
貫通孔アレイは、二光束干渉計の一部であってもよく、またはこれに挿入する形式であってもよい。このような干渉計は多数あり、Michelson型、Twyman-Green型、Sagnac型、およびMach-Zhender型の干渉計もこれに含まれる。アレイを二光束干渉計の光路の１つに挿入する形式の態様においては、複素屈折率（屈折率および吸収）に応じて、波長の関数として光の位相に遅延が生じる。干渉計の照明には、貫通孔アレイの照明にも十分なだけの幅を有する白色光のビームを使用してもよい。干渉計の２つのアーム間の光路長に生じる全ての差について、干渉計から出る光とアレイの各孔を通過してきた光に対応する光とのパターンを干渉計出力部のカメラによって記録してもよい。このようにして全ての光路長差について一連の画像を取得することができる。さらに、光路長の関数として画像の各ピクセルのフーリエ変換を行うことによって、アレイの各貫通孔内の物質に関する光の吸収スペクトルまたは放射スペクトルを得ることができる。
【０２３６】
別の態様では、二光束干渉計を使用して、貫通孔アレイを通過したまたは貫通孔アレイから放射された光を分析する。干渉計を構成している２つの平面鏡間で生じた全ての光路長差について、干渉計から出る光のパターンをカメラで記録する。各光路長差に対応する一連の画像を記録した後、一連の画像にわたって位置が一致する各ピクセルのセットについて個別のインターフェログラムを作成してもよい。各インターフェログラムをフーリエ変換することによって、画像の各空間位置における吸収スペクトルまたは放射スペクトルを生成してもよい。この方法によって、アレイの各貫通孔内の物質と相互作用する光のスペクトル成分を決定してもよい。
【０２３７】
参照として本明細書に完全に組み入れられる米国特許第6,088,100号に記載の手法を全視野画像用に適合させて用いることによっても、貫通孔アレイのスタックの各貫通孔に関する吸収スペクトル情報を得ることが可能である。
【０２３８】
温度摂動の関数としてのアレイの画像中心
本発明は、化学プローブアレイの出力を検出するための多くのシステムと互換性がある。所望される場合は市販の蛍光スキャナーを使用してもよい。アレイ中の各位置は２つの開口部（すなわち、プラテンの上面側と下面側）を有するため、プラテンの片面を電磁波に曝露し、且つ、プラテンの反対側の面で検出を行うことによりアレイ中の試料の光学特性を測定することが可能である。アレイの各位置を並列式または直列式の走査技術よって撮影してもよい。反応の分析には静的分析および動的分析のいずれも利用可能である。
【０２３９】
分析物と貫通孔の壁に固定されたプローブとの結合を検出する方法の１つとしては、各貫通孔内の分析物の分布を摂動の関数として観察する方法がある。例えば、2 cm2のプラテン中の10,000個の各貫通孔の内壁に、関心対象のリガンドを共有結合させてもよい。次にこのチップを、例えばペプチドライブラリーを入れた別のチップとスタッキングしてもよい。このペプチドライブラリーのチップは、ライブラリーの各メンバーがそれぞれ固有の貫通孔を占め且つ蛍光標識されているようなチップである。非共有結合が平衡状態に達するよう十分な時間放置したあと、チップを緩衝液で洗浄することにより、結合していない物質を除去してもよい。各貫通孔における蛍光の分布を温度の上昇またはホルムアミド濃度の上昇などの摂動の関数として観察することにより、該ライブラリーのメンバーを結合エネルギーに応じてランク付けしてもよい。温度ジャンプなどの急速な摂動による時間の関数として蛍光分布を観察することによって結合動態を決定してもよい。各貫通孔の内部のみが観察されるように空間的に光をフィルタリングするマスクを使用することによって、このアッセイの感度を向上させることが可能である。このようなマスクには、該チップと相補的であるが直径がより小さい貫通孔アレイも含まれる。信号対雑音比を向上させる別の方法としては、周期的または確率的な摂動（温度など）を与えたうえでこの摂動と相関する信号のみを観察する方法などがある。
【０２４０】
細胞母集団に対するミリ秒単位の蛍光分析は、薬剤発見においてますます一般的になっている技術である。現在市販されている装置はシリンジバンク（シリンジ列）を利用したものである。これらの装置においては、薬剤候補の入った384穴マイクロタイタープレートから、カルシウムの蛍光指示薬（Fura-2など）を導入した細胞の入った第二の384穴マイクロタイタープレートへと試薬を添加し、次に、該第二のプレートの下面をレーザー走査することによって、該細胞の小胞体によるカルシウム放出の動態をミリ秒単位で測定する。白色励起光源とデジタルカメラとを使用してこのような動態データを取得することは、費用が少なくてすみ且つ励起波長の選択の幅が広がるため、有益であると考えられる。これは以前は実現が困難であった。なぜなら、前述のようなシステムにおいては、シリンジバンクが光路の障害となりしたがってミリ秒単位で動作させる必要があり、これは通常不可能であるからである。貫通孔アレイ中に保存した試料と第二の貫通孔アレイ中で増殖させた細胞との混合を、両アレイをカメラシステム内に配置した状態で開始することによって、白色光源の使用が可能となる。この方法のさらなる利点は、20,000以上もの試料が入った貫通孔アレイを使用することによって、回収される試料のスループットが大幅に向上することである。典型的にはこのシステムは自動化される。さらにこのシステムは、混合の瞬間からデータ収集を開始するか、または、収集されたデータポイントと関連する各時刻についてスタッキング時刻に対するインデックス化を行う。この方法により実施しうるアッセイの種類は細胞または蛍光のアッセイに限定されない。分単位未満の時間尺度で生じる光学出力を用いたアッセイであればいかなるアッセイにおいても本発明による利益が生じうる。
【０２４１】
本発明の好ましい態様の１つは、スタッキングおよびアラインメントされた、貫通孔アレイを有する少なくとも２つのプラテンを含み、且つ、以下の要素を含む：（i）検出装置；（ii）プラテンを該検出装置に導入する手段；（iii）互いに位置合わせされた少なくともいくつかの貫通孔間で液体の交通が生じるようプラテンを位置合わせする手段；および（iv）少なくともいくつかの貫通孔で同時に試薬の混合が開始されるようプラテンを接触させる手段。検出装置（図24）は光学フィルターと照明用の光源とを具備した、CCDカメラなどの撮影装置であってもよい。光源（１）から発せられた光は、軟質の二又ファイバー束（２）を通過した後、放物面のコリメーターミラー（３）に照射される。次にこの光は、該アレイの貫通孔を通過した光線がカメラレンズ（５）に入射しないような斜角で該アレイのスタックに照射される。この光学配置は、光学背景雑音の低減により光学感度を向上させるための単純な手段として望ましい配置である。
【０２４２】
分離方法
液体を充填した２つ以上のアレイのスタックを分離する方法
スタッキングによって個々の貫通孔の内容物を混合した後に、アレイを分離することが望ましい場合がありうる。例えば、２つのアレイを用いて希釈を行うには、化学ライブラリーを充填したアレイを、溶媒緩衝液を入れたアレイにスタッキングする。2種類の液体が混合するよう十分な時間放置した後（100 nlの場合約15秒間）、プレートを分離することにより、当初の半分の濃度のライブラリーメンバーが入った２つの全く同じアレイが得られる。段階希釈液をつくるためこの過程を繰り返してもよい。
【０２４３】
内容物の混合が生じるように２つの貫通孔アレイがスタッキングされている場合、隣接する貫通孔間の交差汚染を起こさずに２つのプレートを分離することは容易ではない。多数の液柱による相加的な表面張力に逆らって１つのプレートを引っ張ると必ず剪断力が生じ、この剪断力によって、チップを分離する際に個々の貫通孔の内容物が混合される。
【０２４４】
各液柱を微小な気相で隔てられた２つの短い液柱に分離するための方法を以下に提供する。スタッキングした２つのアレイの境界部に配置した小さい電極により、各貫通孔内に少量の気体を発生させる。この泡が成長するにつれて、２つのアレイ間に液体と気体との境界が再度形成される。全ての液柱が２つに分割されるとアレイは機械的に分離される。
【０２４５】
もしくは、不活性の湿った気体をスタッキングしたアレイの上および／または下の雰囲気に導入し、且つ、スタッキングされた２つのアレイの境界部で凝集させる。
【０２４６】
もしくは、非常に精密な中空管のアレイであって貫通孔アレイにマッチするアレイを介して、各貫通孔の中心に気体を注入してもよい。
【０２４７】
貫通アレイの遠心分離（重力による分離）
生物学的アッセイまたは化学アッセイの多くは試料の遠心分離および／または濾過を必要とする。多くの場合は、貫通孔アレイ中で行われる生物学的アッセイまたは化学アッセイにおいて、試料の濾過または遠心分離を行うことが望ましい。本発明の以下の態様は貫通孔アレイの遠心分離および濾過用の器具に関する。
【０２４８】
貫通孔より大きい２つの平らな面を有する金属の治具を作成してもよい。単一またはスタックの貫通孔アレイをこの２つの平面の間に置き、金属プレートの上から力を印加することによって均一に圧縮する。金属の治具は、圧縮量を所望のとおりに調整できるように加工し、この調整は好ましくは治具を一緒に保持している複数のねじを単に締めることによって行えるようにする。
【０２４９】
一部の用途においては、遠心分離した試料から濾液またはペレットを回収する必要が生じると考えられる。また別の場合においては、遠心分離後に形成されたペレットを除去する必要が生じると考えられる。これに対する簡単な解決法は、容積を計測し且つ貫通孔アレイと位置合わせしたウェルまたは凹みのアレイを有するプレートを加工作製することである。位置合わせしたウェルを有するこのボトムプレートの上に貫通孔アレイを重ねてもよい。所望される場合は、ボトムプレートと貫通孔アレイとの間にフィルターを置いてもよい。遠心分離が完了した後、ボトムプレートを取り外してもよく、且つ、濾液または汚染された沈殿物を除去してもよい。もしくは、所望の分画が上清である場合は、ボトムプレートを取り外すことなく上清を貫通孔アレイから直接吸引してもよい。
【０２５０】
特定の用途においては、貫通孔アレイに大きな遠心力をかける必要がある場合がる。ボトムプレートおよび／またはフィルターを使用していても、貫通孔アレイに大きな遠心力をかけた場合は、試料が貫通孔アレイの各層間の空間へと押し出され横方向の変位を生じる可能性がある。貫通孔アレイの接触面を疎水性の物質でコーティングすることにより、比較的小さい遠心力において試料が層間で横方向に拡散するのを防ぐことができる。大きな遠心力を必要とする場合は、金属治具で貫通孔アレイを圧縮した際に２つの貫通孔アレイ間に液密シールが形成されるように、各貫通孔アレイ中に物質をスタッキングしてもよい。シール形成に使用される物質が多孔質である場合は、貫通孔の層間の液体の流れは阻害されないものの、横方向の流れに対する液密シールは形成される。
【０２５１】
ＶＩ．その他の使用法
ナノリットル単位の液体操作によりもたらされる試薬量の節約およびスループットの向上を完全に実現するには、化学試料および生物学的試料を高密度且つ少量で保存するための手段および方法が必要である。これらの保存システムは微量液体スクリーニング用機器によって容易に利用できなければならない。
【０２５２】
本発明の１つの態様は、化学試料または物学的試料を高密度且つ少量で保存するための方法を提供する。さらに、本発明の器具および方法を用いて保存した試料は、最小限の液体操作手順またはその他の操作でアッセイを行うことができる。該方法は、溶媒に溶解した少量の化合物を貫通孔アレイに入れる段階、および、該化合物を貫通孔から実質的に流出させることなく第二の溶媒を該貫通孔アレイに添加する段階を含む。その結果、第二の溶媒を主成分とする液体に溶解された化合物のアレイが得られる。
【０２５３】
本発明はさらに、アッセイ実施のため試料を水性媒質へと迅速に導入できるような方式で化合物を保存する方法を提供する。該方法は、溶媒に溶解した化合物を分注する段階であって、分注量が分注先の容器の容量よりはるかに少ない量である段階；ある期間にわたって保存する段階；および、アッセイの準備として該容器の残りの容積を満たすために水性媒質を添加する段階を含む。
【０２５４】
好ましい態様において、少量の化合物ライブラリーの保管とスクリーニングとの統合は以下の段階を含む：（１）非水性溶媒に溶解した化合物を分注する段階であって、分注量がスクリーニングに使用される容器の全容量よりも少ない量である段階。通常、該分注量は該容器の全容量の半分未満であり、1/10、1/40、またはそれ未満であってもよい。通常、該容器は容器アレイの一部である。容器は、好ましくは、貫通孔アレイのチャネルなど疎水性領域に囲まれた親水性領域であるか、または、親水性の背景中に疎水性領域のスポットを有するスライドガラス上のスポットである。（２）ある期間にわたって該化合物を保存する段階。保管条件は、液体窒素中への浸漬による4℃、-20℃、-80℃などの低温か、またはさらに低い温度を含んでいてもよい。通常は乾燥保存が望ましい。（３）保存場所から該化合物を取り出し、且つ、該容器に装填すべき水性媒質の融点よりも高い温度であるがただし融点よりも高い温度まで温度を上昇させる段階。（４）該水性媒質を該容器に添加する段階。好ましくは、該水性媒質を、その融点よりは高く且つ該非水性媒質の融点よりは低い温度まで冷却する。該水性媒質の添加はディスペンサーによって行ってもよいが、該容器を該水性媒質の槽に浸漬することによってより迅速且つ安価に行うことができる。該非水性溶媒を固体状態にしておくことには、該水性媒質中への該化合物の流出が最小限に抑えられ、且つ、隣接または近傍のチャネル内の化合物の交通が防止されるという利点がある。（５）該化合物と該水性媒質とが混合するまで十分な時間放置する。ならびに、（６）該試料のアッセイまたは測定を行う。
【０２５５】
少量の試料を大きな孔に分注する方法
試薬の節約およびスループットの向上のため、薬剤候補物質などの試料のスクリーニングをごく少量で行うことは有利である。典型的な形式の貫通孔アレイは60 nlの液体を保持するチャネルを有し、典型的なアッセイは合計120 nlの液体を保持する2枚のスタッキングされたチップを用いて実施される。アッセイで許容されるDMSOの最大濃度が2%である場合、１つのチャネルに分注すべき量は2.4 nlであり、これは従来の液体操作システムでは非常に困難である。この問題を解決する１つの方法は、エタノール、DMSO、水などの揮発性の溶媒に化合物を溶解し、該化合物を分注し、且つ、該溶媒を蒸発させて容器内に該化合物の乾燥スポットを残す方法である。この方法には、化合物が容易に再溶解しない形態で結晶化する可能性があり、且つ、化合物が十分に固定されないという大きな欠点がある。別の手法は、DMSOなどの揮発性溶媒中に溶解した化合物を分注し、且つ、DMSOを蒸発させることによって少量のDMSO中に所望の化合物を残す方法である。この場合は、溶媒の均一な蒸発が困難である可能性があり、このことは試料のアッセイに干渉する可能性がある。
【０２５６】
より強力な手法として、DMSOなどの第一の揮発性溶媒およびエタノールまたはメタノールなどより揮発性の高い第二の溶媒に化合物を溶解し、この混合物を容器に分注し、且つ、該第二の溶媒を蒸発させることによって該第一の溶媒中に該化合物を溶解したまま残す方法がある。エタノールおよびメタノールは、大多数の薬剤様化合物を溶解し、且つ、疎水性の障壁に囲まれた親水性の容器内に保持されるだけの十分な親水性を有することから、よい選択肢である。ただし、他の溶媒を使用してもよい。DMSOは、大多数の化合物を溶解し、親水性を有するため所望の位置に保持され、且つ、揮発性が非常に高くはなく水よりもゆっくり蒸発するため、第一の溶媒として使用するのに適している。
【０２５７】
本発明はまた、疎水性の障壁で分離されたマイクロリットル以下の容器のアレイ中において化合物を乾燥状態で保存する方法を提供する。揮発性の溶媒または溶媒の組合せに化合物を溶解し、容器アレイに導入し、且つ、溶媒を乾燥させることによって固体の化合物の薄膜を残す。必要に応じて、容器の壁面に薄膜を付着させたまま維持するため、生体適合性の接着剤を添加する。
【０２５８】
第一の揮発性溶媒とより揮発度の低い第二の揮発性溶媒とを含む溶媒混合液を、アレイ中の実質的に全ての容器に添加する。好ましい態様において、溶媒混合液はエタノールなどのアルコールとDMSOとを含む。揮発度のより高い溶媒を蒸発させることによって、少なくともほとんどの化合物を溶解している揮発度のより低い溶媒の残留分をアレイ中に残す。典型的には、揮発度のより低い溶媒は溶媒混合物に占める割合を低くし、通常は溶媒混合物の20%未満とし、しばしば5%未満とする。次に、水または緩衝液などアッセイに適合する水性媒質を導入することによって、アッセイ用にアレイを調製する。この水性媒質は前述の方法によって分注してもよい。
【０２５９】
実施例
以下に、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲を制限するものではない。
【０２６０】
実施例１  DNAプローブアレイ
50,000チャネルの貫通孔アレイをケイ素で作製する。遺伝子データベースを使用して、80個の空間フィルターのトップマスクと80個の全く同じボトムマスクとの系列を作製する。アレイをアラインメントし、貫通孔の内面に自由官能基のコーティングを施すため3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランで誘導体化する。
【０２６１】
コーティングしたプラテン10個のスタックをアラインメントする。種々のチャネルの光の透過を観察することによりアラインメントを確認する。マスク#1をスタックの最上部にアラインメントし、且つ、全く同じマスクを同じ向きで且つスタックの最下部にアラインメントする。マスク#1は、データベース中の遺伝子のうちアデノシンを1塩基目に有する遺伝子に対応する位置が開き、これらアドレス指定可能な位置の貫通孔を通る流れを通すように構成する。無水アセトニトリルでスタックを洗浄する。マスクに圧流を与えることによって、アセトニトリルおよびテトラゾールに濃度0.1Mで溶解したホスホルアミダイトモノマーを添加する。3分間放置し結合反応を進行させる。ヨウ素／ルチジン／アセトニトリル／水の酸化溶液をチップスタックに導入し、2分間インキュベートした後、アセトニトリルおよびジクロロメタンで洗浄する。チップを真空乾燥する。
【０２６２】
マスクを取り外し、Tモノマーの添加位置に対応したマスク#2（トップマスクおよびボトムマスク）と交換する。脱保護剤を添加し、T結合反応を開始させる。
【０２６３】
1塩基目のGについてマスク#3を使用してこの過程を繰り返し、次に1塩基目のCについてマスク#4を使用してこの過程を繰り返す。マスク#5は2塩基目のAに対応する。以降も同様である。合成完了後、30%アンモニア中で12時間チップを保存する。
【０２６４】
アレイを試験するには、アレイ中の目的のプローブの１つに対応した、末端をフルオレセイン標識した20-merのオリゴヌクレオチドを標準的な方法で合成し、6X SSC/0.5% SDSのハイブリダイゼーション溶液に溶解したうえで、アレイの全貫通孔に同時に導入する。アレイを0.5X SSCで洗浄し、チップを蛍光撮影する。検査用オリゴヌクレオチドと相補的なプローブに対応するアレイ位置のみが、アレイ中の他の位置からの信号を平均することによって決定される背景レベルと比較して顕著に強い蛍光強度を示す。
【０２６５】
実施例２  触媒スクリーニング
蛍光原基質について、高密度の貫通孔アレイで組換え酵素ライブラリーのスクリーニングを行う。ポリヒスチジンタグ付加スブチリシン（タンパク質分解酵素）の遺伝子を有する、遺伝的に多様なE. coliを突然変異によって作製する。貫通孔１つあたりの平均菌数が1〜2個となるように、ニッケルコーティングしたアレイにE. coliの希釈溶液を添加する。E. coliを対数増殖期まで増殖させたのち、プレートを複製する（方法は前述のとおり）。アレイ中の菌を熱により溶解することにより、タグ付加スブチリシンをニッケルコーティングされたアレイ壁面に付着させる。各ウェルに蛍光原基質と反応緩衝液（ベーリンガー社（Boehringer））とを入れた別のアレイを第一のアレイに重ねる。このスタックをただちにCCDカメラ式の蛍光撮影システムに置き、各貫通孔について蛍光強度の増強速度を測定する。増強速度が最も速い酵素を選択し、複製プレート中の対応する菌を培養してさらなる試験に供する。
【０２６６】
実施例３  ビーズを使用した高スループットスクリーニング
光開裂性リンカーによって直径10ミクロンのビーズに固定された100,000メンバーのコンビナトリアルライブラリーをアフィマックス社（Affymax）より購入する。各貫通孔に入るビーズの数が1個のみとなるような直径の貫通孔を100,000個有するプラテンを作製する。ビーズをPBSで洗浄し、スクリーニング対象の酵素に対する蛍光源基質を含む溶液中に懸濁したうえで、ゴムヘラを用いてプラテン上に広げる。紫外線灯を使用してライブラリーのメンバーをビーズから分離させる。反応緩衝液に酵素を溶解した溶液を第二のプラテンに充填し、このプラテンを第一のチップの上に重ねる。このスタックをただちに表面蛍光法で撮影することによって、蛍光強度の増強速度をチャネル位置の関数として決定する。酵素反応速度が低下した貫通孔を選択し、リード化合物としてさらなる分析に供する。
【０２６７】
実施例４  吸収アッセイ
CaCo-2細胞の単一細胞層を、コラーゲンでコーティングした、貫通孔アレイよりやや大きい2枚の全く同じ非等方性の膜上で増殖させる。インビトロにおけるCaCo-2細胞の増殖および維持に使用される培養条件、培地、および膜コーティングは当業者に周知である。均一な細胞層が確立されたら、維持培地に浸漬して装填した２つの全く同じ貫通孔アレイの間にそれぞれの膜を挟む。CaCo-2細胞が平衡状態に達し且つ貫通孔内でインタクトな層を形成するよう、アレイと膜とのアセンブリをさらに1日培養する。CaCo-2アレイと位置合わせした別の２つの貫通孔アレイに、化学的に多様な低分子ライブラリーを装填する。CaCo-2細胞の単一細胞層の完全性を評価するため、CaCo-2細胞を通過しないことがわかっている化合物（例：マンニトール）を陰性対照として使用し、且つ、CaCo-2細胞を容易に通過して拡散することがわかっている化合物を陽性対照として使用する。この化合物ライブラリーの入ったアレイの１つを、CaCo-2細胞単層アレイの１つの頂端側に重ねることによって、頂端側から基底側への吸収を評価する。一方、第二の同じ化合物ライブラリーアレイを、もう１つのCaCo-2細胞単層アレイの基底側に重ねることによって、基底側から頂端側への吸収を評価する。完成したアレイを1時間インキュベートすることによって、ライブラリー化合物の輸送または浸透を生じさせる。CaCo-2細胞単層を通って拡散したライブラリー化合物の量を（例えば質量分析によって）定量化することによって、該化合物ライブラリーの経口生体適合性を評価する。
【０２６８】
実施例５  2Dゲルからのブロッティングによるリガンドフィッシング（リガンド探索）
リガンドに対する親和性を示す細胞タンパク質を、2Dゲルを用いて同定する。ヒト上皮増殖因子受容体のセグメントを貫通孔の内面に共有結合させるため、500,000個の貫通孔を有するプラテンを誘導体化する。各貫通孔に緩衝溶液を充填する。次に、ヒト細胞株の細胞抽出物をプラテンと同程度の大きさの2Dゲルで分離したうえで、プラテンとアラインメントさせる。チップに緩衝液をのせ、且つ、ブロッターにチップをのせることによってチップを通して液を引く。これによって2Dゲル内のタンパク質をチップにブロッティングする。タンパク質はこのようにチップを通じて移送され、上皮増殖因子受容体への親和性を有するタンパク質はチップ内に残る。100mM Tris緩衝液に1Mホルムアミドを溶解したpH 8の変性溶液を使用して、チップの内容物をプラテンにブロッティングし質量分析に供する。上皮増殖因子受容体への親和性を有するタンパク質の入った貫通孔の位置と、これらの貫通孔内のタンパク質の質量とから、結合したタンパク質を同定する。これらのタンパク質は、特定の癌の治療薬としてEGF信号経路を阻害する薬剤のターゲットになりうる。
【０２６９】
実施例６  抗生物質のスクリーニング
ペプチドが貫通孔内の滅菌細胞培地に溶解されるように、500,000個の貫通孔を有するプラテンで500,000メンバーのコンビナトリアルペプチドライブラリーを調製する。このライブラリーは、各貫通孔内のペプチドの識別が既知であるように調製する。各貫通孔内の細胞培地に入る菌数が平均約10個になるように、Enterococcus faeciumの希釈培養物を調製する。菌プラテンをペプチドライブラリープラテンと重ね合わせて混合させ、次に30℃で5時間インキュベートする。次に、スタックしたプラテンを光散乱法によって撮影することにより、各貫通孔内の菌増殖の程度を決定する。
【０２７０】
増殖の低下率が99%を超える貫通孔を同定し、対応するペプチドをより大量に合成してさらなる分析に供する。
【０２７１】
実施例７  放射性標識によるキナーゼの標的ペプチドの発見
プロテインキナーゼであると思われるタンパク質を分離する。それぞれが貫通孔プラテンの固有の位置を占める100,000種類のタンパク質の存在下において、放射性標識したATP基質とともにタンパク質をインキュベートする。十分な時間（例：約20分間）インキュベーションした後、貫通孔を有するプラテンを水で洗浄し、放射性標識タンパク質の有無をリン光撮影システムによって検出する。このようにしてキナーゼの標的タンパク質を同定する。
【０２７２】
実施例８  蛍光によるチトクロームP450阻害アッセイ
この実験の目的は、酵素CYP450の特異的阻害に関する化合物ライブラリーの能力を調べることである。実験プロトコルはCrespiら、Anal. Biochem. 248:188-190, 1997の文献に記載されているものである。蛍光基質は、CYP1A2、CYP2C9、CYP2C19、およびCYP2D6に対しては3-シアノ-7-エトキシクマリン、CYP3A4に対してはレゾルフィン・ベンジル・エーテル（BzRes）を使用する。これらの試薬はファルマザイム社（Pharmazyme）から入手可能である。試験対象とするそれぞれのCYP450酵素について１つのプラテンアレイ器具を使用し、各酵素のKm当量濃度の化合物ライブラリーをプラテンアレイ器具に装填する。反応混合物を含んだ適切な基質を第二のプラテンアレイ器具に添加し、酵素を第三のプラテンアレイ器具に添加する。チップをスタッキングして反応を開始させ、蛍光撮影によって蛍光信号の増強を連続的に観察する。P450阻害の相対的な率を使用して、候補化合物ライブラリーからリード化合物を選択する。
【０２７３】
実施例９  高スループットのタンパク質結晶化
溶媒に溶解したタンパク質を貫通孔アレイに均一に装填する。塩の濃度および相対的な存在比を無作為に変化させながら、種々の塩を含む溶液をアレイの貫通孔に充填する。次に、酸性および塩基性の溶液を、pHを変化させながら貫通孔に装填する。溶媒が特定の速度で蒸発するよう、アレイ器具に温度勾配を与える（またはアレイを一定温度に維持してもよい）。さらに、蒸発速度を変化させるため、アレイを入れた容器内で溶媒の分圧を変化させてもよい。タンパク質の結晶化が観察された貫通孔にX線ビームを照射し、回折パターンを記録して分析に供する。結晶化をもたらす実験条件を迅速且つ効率的に発見できることは重要な利点である。さらに、貫通孔アレイ内でタンパク質結晶を直接分析してもよい。
【０２７４】
16種類の結晶化溶液および11種類の緩衝溶液をエメラルド・バイオストラクチャーズ社（Emerald Biostructures、ワシントン州Bainbridge Island）から購入し、リゾチームとともにプラテンの貫通孔に無作為に装填する。プラテンに温度勾配を与え、且つ、余剰の液をゴムヘラで除去する。この系を、沈殿剤20 mlを入れた容器内に密閉する。結晶化に最適な溶液条件をLC-MS（液体クロマトグラフィー・質量分析法）により決定する。
【０２７５】
実施例１０  高密度貫通孔アレイにおける超高スループットの混合物分離およびスクリーニング
天然産物を対象にした薬理活性物質のスクリーニングなど多くの状況においては、複雑な混合物を迅速且つ効率的に分離し且つ標的タンパク質に対してスクリーニングする必要が生じる。この実験の目的は、高密度貫通孔アレイで天然産物の複雑な混合物を分離し、且つ、蛍光原基質に対してスクリーニングすることである。最初に、通常の方法で、天然産物試料を高圧液体クロマトグラフィー（HPLC）用に調製する。クロマトグラフィー用カラムから液体が溶離してきたら、等量の試料をアレイの貫通孔に連続的に採取して保存する。同時に複製プレートを作製してもよい。次に、蛍光原基質を第二の貫通孔アレイに均一に装てんする。クロマトグラフィーによる分離が完了した後、試料プレートを蛍光原基質プレートに重ねることによってアレイ中の各試料を蛍光原基質に曝露する。アッセイした分画からの蛍光信号を光学的に観察することにより、さらなる評価に供する試料をアッセイプレートまたは複製プレートから選択する。
【０２７６】
この方法の１つの拡張として、高密度貫通孔アレイに複数の混合液が保存されている場合の用途を以下に説明する（例：混合物内の活性成分の分離および同定）。１つの態様においては、プラテンの貫通孔と同じ中心間距離を有する毛管アレイを試料アレイに接触させる。各毛管を、アレイ中の１つの貫通孔と空間的に対応するように配置する。毛管アレイの反対側の端をアレイのスタックに挿入する。このとき、各毛管が、空間的に位置合わせしたアレイの貫通孔の単一のカラムと対応するように挿入する。スタッキングされたアレイの数は捕捉および分析される溶離液試料の数に等しい。クロマトグラフィー法による混合液分離に適した多孔質ゲルをあらかじめ各毛管に充填しておく。緩衝液を充填したアレイプレートを試料プレートの上に重ね、緩衝液を各貫通孔および対応する毛管に通過させるため圧力をかける。各毛管から液体が流出し、流出した液体はその毛管が入っている貫通孔に充填される。毛管アレイをアレイスタックからゆっくり引き抜くと、液体試料が貫通孔内に残る。この方法の利点の１つは、毛管アレイから溶離された分画が同時に回収されることである。充填されたアレイはスタックから取り外してアッセイを行ってもよい（例えば、蛍光原基質の入ったプラテンアレイに接触させるなど）。次に、蛍光発光により発見された活性成分をプレートから取り出し分析に供する。もしくは、カラムから溶離される分画のうち本質的に同じ分画が２つのプレートに充填されるように、毛管アレイから流出する液体の流速および引き込み速度を選択してもよい。２つのプレートを取り出し、１つはアッセイに供しもう１つは複製プレーとして利用する。
【０２７７】
この方法のさらなる拡張として、並列的なHPLC分離を質量分析など本質的に直列的な分析方法とインターフェースする方法を以下に説明する。図13は、毛管のアレイ（１）と試料を充填した貫通孔アレイ（２）とがインターフェースしている様子を示している。しかし、毛管アレイの反対側の端は、アレイの連続列（またはカラム）間の距離を大きくするように広げられている。他の変更点はない。毛管は一連のスペーサー（３）を通ってアレイを形成しており、このスペーサーが構造的な完全性をもたらしている。試料アレイを毛管アレイと位置合わせおよび接触させる。各毛管には、アレイの貫通孔内の混合液をクロマトグラフィー法により分離するのに適した多孔質ゲルをあらかじめ充填しておく。圧力をかけたキャリア溶液をアレイの貫通孔に通過させ、これによって１つの試料を１つの毛管へと運搬する。アレイの毛管の長さは、分析対象とする混合液の成分を所望の分離効率で分離できるように選択する。毛管アレイの列またはカラムのすぐ下に、且つ、毛管アレイの列またはカラムと平行に、ファイバーまたは薄いテープを走行させる。ファイバーに対して毛管アレイが横方向に動くことによって、アレイ中の１つのカラム／列の毛管の先端がファイバー（またはテープ）と接触する（４）。各毛管から出た液体はファイバー上の不連続な空間位置に移送される。液体が移送された後、真空インターフェース（５）によってファイバーが進められ、液滴が質量分析計（６）に連続的に供給されて分析が行われる。1セットの液滴が滴下された後に表面（例：ニトロセルロースファイバー）を進める。この進める距離は次の液滴のセットを滴下できるだけの十分な距離とする。必要とされる変位が、表面の1方向の動きおよびアレイの垂直方向の動きの２つだけであることは注意を要する。
【０２７８】
質量分析およびファイバーの前進に要する時間は合わせて約300 msであることから、液滴100個の列の移送と分析とが30秒で完了する。10,000本の毛管アレイの分析に要する時間は3000秒（50分）である。米国特許第6,005,664号に記載されているように、確率的な試料採取を行うことによって、等間隔の試料採取に匹敵する信号の再構成に必要なデータポイント数を大幅に（最大10分の1まで）減らすことができる。確率的な試料採取プロトコルを実施することによって分析時間を大幅に短縮できる可能性がある。
【０２７９】
実施例１１  化学合成条件の最適化
1セットの反応条件について、１つ以上の工程パラメーターを変更し且つ合成される物質の量を記録することによって、化学合成を最適化する。変更される工程パラメーターとしては、試薬の種類、試薬の濃度、添加／混合の順序、温度、時間などがある。
【０２８０】
癲癇治療に有効な医薬品である一群のヒダントイン化合物を、固相合成の新しい方法を用いて調製する。合成工程の各段階は、所定の時間および温度下における溶媒和試薬との反応と、余分の（未反応の）試薬を除去するための洗浄とで構成される。種々の官能基（例：水素基、フェニル基、メチル基、ベンジル基、およびs-ブチル基）と保護アミド基とを有する樹脂製マイクロスフェアーを購入または合成する。表面にビーズを行き渡らせたときに各貫通孔に入る樹脂ビーズが1個のみとなるようテーパーをつけた貫通孔を有するアレイを作製する。種々の樹脂で作製したマイクロスフェアーを混合し、アレイの全貫通孔にマイクロスフェアーが入るよう、希釈溶液に入れた状態でマイクロスフェアーをアレイ上に行き渡らせる。次に、普通の貫通孔アレイの上にマスクをのせ、強酸（例：トリフルオロ酢酸）または強塩基に曝露することによって、露出した樹脂ビーズのアミン基を脱保護化する。洗浄によって酸または塩基を除去した後、種々の化学成分および構造成分を有するイソシアネート基ライブラリーのメンバーの１つに同じ樹脂を曝露する。尿素樹脂由来のアミド基およびイソシアネートと種々の成分との反応。このような化学単位としては、水素基、ブチル基、アリル基、2-トリフルオロトイル基、および4-メトキシフェニル基などがある。温度を上昇させ一定時間反応を進行させた後、露出した貫通孔を洗浄して未反応の試薬を除去する。最初の貫通孔の一部といくつかの新しい貫通孔とを露出する新しいマスクを使用してこの工程を繰り返すことにより、これらの貫通孔内のマイクロスフェアーをライブラリー中の新しいイソシアネート基に曝露する。完了後、ターゲットに対するヒダントインのスクリーニングを行うことによって強力な化合物を発見する。試薬、試薬の濃度、試薬の順序、反応温度、および反応時間を変更することによって、合成工程を迅速且つ効率的に最適化する方法が提供される。
【０２８１】
実施例１２  ファージ抗体ライブラリーの選別（多チップ法）
高密度貫通孔アレイを用いて、標的抗原に対するファージ抗体ライブラリーのスクリーニングを行う。プロトコルは（Winter, http://aximt1.imt.uni-marburg.de/~rek/AEPStart.html）に記載のものを使用した。
【０２８２】
組換えDNA技術の応用により、大規模（109〜1010）且つ多様なモノクローナル抗体ライブラリーを作製し、且つ、DNAプラスミドとして細菌（E. coli）コロニーに保存する。標的抗原でコーティングしたイムノチューブ内で従来のアフィニティー選別を1回行う。インキュベーション、ブロッキング、および洗浄を行った後、特異的に結合したファージを溶離し、これを用いて別のE. coliを再感染させる。
【０２８３】
貫通孔10,000個のケイ素アレイを２つ作製する。いずれのアレイ器具にも、精製した標的抗原の溶液を装填する。次に、アレイ器具を4℃で約12時間インキュベートし、洗浄し、次に、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）に4%粉乳を溶解したブロッキング剤を充填する。1時間後にブロッキング剤を除去し、アレイ器具を洗浄し、且つ、IPTG緩衝溶液を充填してE. coliのファージ発現を誘導する。
【０２８４】
貫通孔1個あたりの平均菌数が1〜10個になるよう、十分に希釈したファージ感染菌の溶液を第三の貫通孔10,000個のアレイに添加する。この貫通孔アレイ（以下「ライブラリー発現チップ」と呼ぶ）を、E. Coliが対数増殖期に達するまでインキュベートする。抗原でコーティングした２つの貫通孔アレイの間にライブラリー発現チップを挟む。次にこのスタックを高湿チャンバー内で2時間インキュベートすることによって、ファージ抗体を抗原に結合させる。抗原貫通孔アレイを洗浄して菌および結合しなかったファージを除去し、抗原貫通孔アレイをライブラリー発現チップから分離する。
【０２８５】
２つの抗原貫通孔アレイのうち１つ（以下「ファージ接種チップ」と呼ぶ）から、結合したファージを以下の手順で溶離する：100 mMトリエチルアミン溶液を貫通孔に充填する；約10分間インキュベートする；および、2X Tris-HCl緩衝液を入れた別の貫通孔10,000個のアレイに重ねることによって中和する。溶離したファージを、第四のチャネル10,000個のアレイに入れた未感染の菌に接種する。このアレイ（以下「陽性発現チップ」と呼ぶ）を対数増殖期まで増殖させたうえで保存する。
【０２８６】
一方、第二の抗原−ファージチップ（「抗体選別チップ」）に対して間接ELISA法を行い、結合したファージ抗体を分析する。プロトコルは「免疫学の最新プロトコル、増補15版（Current Protocols in immunology Supplement 15）」, 11.2.2-11.2.5頁に記載のものを使用する。これは間接ELISAにより特定の抗体を検出するためのプロトルである。直接比較ELISAなど他の形式のELISA法も、小さい修正を行って本実施例で説明している手順に適合させることにより、本実施例の貫通孔アレイに対して実施してよい。
【０２８７】
ブロッキング剤中でホースラディッシュペルオキシダーゼと共役させた現像主薬an-M13の溶液を抗体選別チップに充填する。室温で30分間インキュベートした後、アレイを洗浄し、ブロッキングし、再度洗浄する。次に蛍光原基質の溶液をアレイに充填し、室温で30分間インキュベートする。次に、5分おきに1時間にわたって蛍光像を取得する。経時的な蛍光強度の増強を示した貫通孔を陽性として同定する。次に、陽性発現チップから対応する菌培養物を抽出し、別々の細胞培養ウェル内で寒天（アンピシリン含有）の上に広げる。選別されたこれらの菌培養物は、次の分析に供するためのさらなるファージ抗体の供給源となる。
【０２８８】
別の方法として、ライブラリー発現チップではなくライブラリー発現プレートの複製プレートを作製する方法がある。単一の抗原貫通孔アレイのみを抗体ライブラリーに曝露する。抗原選別チップで陽性の相互作用を同定した後、複製したライブラリー発現プレートの対応する貫通孔に入っている菌を溶離し、且つ、別の貫通孔10,000個のアレイに行き渡らせる。選別した全ての菌コロニーが単一培養になるまでアッセイを繰り返す。
【０２８９】
実施例１３  ファージ抗体の選別（単プレート法）
チャネル10,000個の貫通孔アレイ１つを使用して、標的抗原に対してファージディスプレイ抗体のライブラリーをスクリーニングする。選別を単一のアレイで行うことによってスクリーニングの工程が単純化される。選別したファージはELISA法によって菌への接種が不可能となるため、ファージをDNAから再構成する必要がある。
【０２９０】
貫通孔アレイに抗原溶液を充填し且つ環境チャンバー内でインキュベートすることによって、標的抗原を貫通孔の壁面に固定する。ブロッキング溶液でアレイを洗浄することによって、非特異的な結合部位をブロックする。
【０２９１】
ファージを感染させた菌の溶液を、貫通孔１つあたりの平均菌数が1〜10個になるように、アレイの全貫通孔に添加する。次に、菌が対数増殖期に達するまで高湿チャンバー内でアッセイ器具をインキュベートする。アッセイ器具をIPTG溶液に浸漬する。この浸漬時間は、IPTGが貫通孔内に拡散するのに十分な時間であり、且つ、菌がアレイから外へ拡散するには不十分な時間とする。ファージ抗体の発現および抗原抗体結合を生じさせるため、アレイ器具をインキュベートする。標的抗体の存在下でファージ抗体を発現させるこの方法は当該技術分野で現在行われている方法と逆であり、スクリーニングで選別される抗体の数を減らすことができる。
【０２９２】
次に、菌、上清、および結合しなかったファージを貫通孔から除去するためアレイを洗浄する。次に、結合したファージ抗体を間接ELISA法で検出する。蛍光像を取得した後、プレートを洗浄し、且つ、結合したファージを溶離するため溶離剤を充填する。全ての陽性貫通孔に対応する貫通孔内の溶液を、96穴またはそれ以上の密度のマイクロタイタープレートのウェルにそれぞれ移す。次に、ファージDNAをPCR法で増幅し、その配列を決定する。このDNA配列を用いて、選別した抗体の構造を同定し、且つ、さらなる分析に供するためのファージ抗体をさらに複製する。
【０２９３】
実施例１４  タンパク質チップ
各プローブが高い親和度および特異度で特定のヒトタンパク質に選択的に結合するよう、ファージディスプレイ法により100,000種類のタンパク質結合プローブを作製する。ファージディスプレイ法は、参照により本明細書に完全に組み入れられるSheetsら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95:6157-6162, 1998に記載の方法に従う。各貫通孔に異なるタンパク質結合プローブが入るように、プラテンにプローブを移す。プラテン表面は、濡れおよびタンパク質吸収を防ぐため、TEFLON（登録商標）の表面とする。
【０２９４】
組織試料をホモジネートし、タンパク質部分を抽出してプラテンで平衡させる。非特異的に結合した分子を除去するためプラテンを洗浄する。プラテンを環境温から100℃まで2分間加熱し、この間、貫通孔壁面から貫通孔中心部へのタンパク質の脱着をラマン撮影で検出することによって各貫通孔の内容物を分析する。
【０２９５】
実施例１５  高速並列的な試料の分離および精製のためのマイクロHPLCカラムアレイの作製
ブロック材料（例：金属、セラミック、またはプラスチック）に、直線に配列した12個の貫通孔のアレイを加工する。貫通孔は、直径250μm、全長20 mm、中心間距離 9 mmとする。標準的なナット−フェルール圧縮フィッティングを用いて標準的な外径1/16"のHPLCチューブと接続できるよう、貫通孔アレイの遠位端の内径を大きくし、且つ、ねじ切りする。加工した圧縮フィッティングを介して、長さ2 cm、内径50μm、外径1/16"のチューブを各貫通孔に接続する。外径1/16"のステンレス鋼フリットを貫通孔内に入れ、圧縮フィッティングで保持する。次に、クロマトグラフィー用媒質をスラリーの形態でアレイの各貫通孔に詰める。クロマトグラフィー用媒質は、遠位端のステンレス鋼フリットによって貫通孔内に固定されてマイクロHPLCカラムを形成する。圧力をかけた試料緩衝液、洗浄用緩衝液、および溶離用緩衝液をクロマトグラフィー用媒質およびフリットに通過させると、貫通孔の遠位端に接続した内径50μmのチューブから溶離液が流出する。
【０２９６】
実施例2および3に記載のように、シリンジバンクをマイクロHPLCカラムのアレイに接続することにより、マイクロHPLCアレイに試料を装填する。同じシリンジバンクを使用して、洗浄用緩衝液および溶離用緩衝液をマイクロカラムアレイに流す。試料をマイクロカラムから洗浄および溶離するための流速は1〜20μl/分とする。マイクロHPLCカラムの遠位端に小口径のチューブを使用することにより、カラムから溶離されてくる液体を小さい液滴にすることができる。カラムの溶離液をウェルのアレイ（例：マイクロタイタープレート）に回収する。液滴がマイクロHPLCカラムから溶離されてくる際に個々の液滴をマイクロタイタープレートの個別のウェルに回収することによって、溶離液を分画する。ウェル内の試料について化学的および物理的な分析（例：分光分析または分光測光分析）を行ってもよい。
【０２９７】
実施例１６  微小毛管チャネルにおける並列HPLC用の液密シール
図16において、ブロック材料（例：金属、セラミック、またはプラスチック）に貫通孔アレイを加工する。貫通孔の直径は1 mm未満、アスペクト比は> 10とする。Oリングガスケットを取り付けられるよう貫通孔を面取りする。貫通孔と同じ中心間間隔を有するシリンジバンクを作製する。圧搾空気作動式のばね押しピンによりシリンジバンクホルダーに取り付けられた金属ブロックにシリンジ針を通す。ブロックから突き出たシリンジ針にOリングガスケットをのせる。シリンジに液を装填し、毛管に挿入する。ピンを圧搾空気により作動させ、これによって金属ブロックを毛管ブロックの上面に接触させ、且つ、Oリングガスケットを貫通孔の面取り部の内部とシリンジ針の周囲とに押し付けるこれによって針と毛管チャネルとの間に漏れ防止シールが形成され、これにより、シリンジで毛管チャネルに圧力をかけることが可能となる（図17）。図18および19も同様の手法を図示したものである。相違点としてこれらの図のシリンジバンクは毛管アレイにボルト留めされており、これによって剛構造が得られるため取り扱いが容易になる。
【０２９８】
図１７  標的生体分子に対するリガンドの同定
この実験の目的は、貫通孔アレイを使用した少量クロマトグラフィーによって、標的生体分子（この場合はタンパク質）に結合するリガンドを化学的、生物学的、または生物的混合物中から同定することである。各貫通孔に50 nlの液体を充填できるような直線の貫通孔アレイを２つ作成する。アレイの外面を疎水性になるよう処理し、且つ、内面を親水性になるよう処理する。貫通孔の中心間距離は9 mmとする。ピンまたは精密な治具を用いてアレイをスタッキングする際に貫通孔を確実にアラインメントおよび位置合わせできるよう、貫通孔アレイに位置合わせ用の孔を作成する。シリンジのバンクを使用して第一のアレイに標的タンパク質溶液50 nlを分注し、且つ、第二のアレイの各貫通孔にそれぞれ異なる化合物ライブラリー50 nlを分注する。精密治具を用いてこれらのアレイをスタッキングし、位置合わせされた各貫通孔内の内容物を混合させる。圧縮フィッティングを具備したシリンジのバンクに溶離剤1 mlを充填し、次に小さい気泡を入れる。このシリンジバンクを使用してタンパク質とライブラリーとの反応混合物100 nlを引き入れる。反応混合物をシリンジの先端部に保持し、且つ、気泡によって溶離剤と分離状態に維持する。シリンジ先端をサイズ排除カラムのアレイのオリフィスに挿入し、圧縮フィッティングを締めて確実にシーリングする。試料をカラムに装填し、次に溶離剤を装填する。少なくとも１つのカラムから流出する試料のUV吸光度をモニターすることによって、リガンドに結合したタンパク質がいつカラムから流出しているかを決定してもよい。次に、２つのカラムアレイを結合することによって、このタンパク質を逆相カラムのアレイに回収する。リガンドを逆相クロマトグラフィーによってタンパク質から除去し、これを回収し、且つ分析して同定を行う。
【０２９９】
実施例１８  ワックスのコーティングによる貫通孔の保護
融点54℃のパラフィンワックスを融点より高い温度まで加熱する。溶融した平均分子量1500のポリ（エチレングリコール）ワックスの薄層に貫通孔アレイを浸漬する。貫通孔アレイおよびワックスを冷却してワックスを固化させる。鋭利な刃で削り取ることによって表面から余剰のワックスを除去し、次に研磨をかける。次に、ワックスを充填したアレイを、(トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチル)-1-トリクロロシランをキシレンで1:20に希釈した溶液の蒸気に10秒間曝露する。次に、プラテンを110℃で30分間ベーキングすることによってコーティングを固化させると同時に、ワックスを溶融させプラテンから滴下させる。残ったワックスを水洗浄によりチャネル内部から除去する。次に、硫酸／過酸化水素（2:1）液中で10秒間すすぎ、次に水ですすぐことによって、残余物を除去するとともにチャネル内部を確実に酸化させる。この結果得られる貫通孔は疎水性の外面と親水性の内面とを有する。
【０３００】
実施例１９  光開始法によるガラス繊維貫通孔アレイの作製
ガラス繊維フィルターのシート（ミリポア社（Millipore、マサチューセッツ州Bedford）から入手可能なものなど）を、重合能をもつ溶液（例：メチルメタクリレートモノマーとベンゾインメチルエーテルなどの光重合開始剤とを含む溶液）に浸漬する。開放状態且つ多孔質状態に維持すべき領域をマスクするためのドットのアレイをそれぞれ有する２つのクオーツプレートの間に該シートを置く。フォトマスクに紫外光を照射することによりモノマー溶液の重合を開始させる。
【０３０１】
実施例２０  貫通孔アレイに対するアッセイの適用
薬剤発見の過程において一般的に使用されているアッセイとして、チトクロームP450阻害アッセイがある。酵素P450の活性を阻害する化合物は、重篤な副作用を惹起する可能性があり且つ他の医薬品と併用した場合に望ましくない反応を起こす可能性があるため、一般的に医薬品として望ましくない。医薬品となる可能性の高い候補化合物をスクリーニングするために広く行われているアッセイとして、酵素P450を発現する細胞系、細胞外系、または組換え系で化合物をインキュベートし、且つ候補化合物の存在下で酵素活性を評価する方法がある。このようなアッセイを改変して貫通孔アレイ内で大規模並列的な分析を行うことが可能である。
【０３０２】
貫通孔を互いに位置合わせした４つの貫通孔アレイを使用する。酵素P450かまたは酵素P450を発現している細胞内区画（例：肝細胞のミクロソーム区画）を、各貫通孔内のP450の量および濃度が等しくなるように１つの貫通孔アレイに装填してもよい。選択したP450に対する既知の基質とNADPH源（エネルギー源）とを、各貫通孔内の基質およびNADPHの量および濃度が等しくなるように、第二の貫通孔アレイに装填してもよい。濃度が既知であるアッセイ対象化合物の溶液（例：系列希釈液）、ならびに、陽性対照および陰性対照を第三のプレートに装填してもよい。複数の貫通孔アレイを迅速に装填するための発明は本明細書に記載されている。これら３つの貫通孔アレイを互いに接触させることによってアッセイを開始する。本明細書に記載のとおり、貫通孔およびアレイ自体の大きさ、密度、および表面化学特性を制御することにより、隣接する２つ以上の貫通孔間の汚染を回避しながら３つのアレイの内容物を迅速に混合することができる。
【０３０３】
次に、スタッキングした貫通孔アレイを制御下の高湿環境内で37℃でインキュベートして反応を進行させる。このインキュベーション中に高湿環境を維持することによって貫通孔からの蒸発による損失を最小限に抑えることができる。30分後、停止剤（例：有機溶媒、尿素、高濃度塩溶液など）を充填した第四のアレイをアッセイアレイに重ねることによって各貫通孔に停止剤を添加する。停止剤の作用により酵素P450の変性および／または沈殿が生じ、これによってアッセイが停止される。沈殿物は本明細書に記載の発明を用いて遠心分離によりペレットにしてもよい。次に、最上部の貫通孔アレイを他のアレイから取り外して分析に使用する。多くのアッセイは、基質が酵素P450により代謝されると非蛍光性化合物から蛍光性化合物に変化するように構成される。蛍光強度はP450の活性と正比例する。アッセイ対象の化合物が酵素P450を阻害する場合は、代謝が少なくなり、精製される蛍光物質も少なくなる。複数の濃度の阻害物質をアッセイに用いた場合は、酵素P450の阻害度が50%になる濃度（IC50）を決定してもよい。本明細書に記載の発明を用いて、試料に対する蛍光分析および／または質量分析を行ってもよい。
【０３０４】
実施例２１  貫通孔アレイ表面のタンパク質の洗浄
貫通孔アレイをケイ素で作製して表面をフルオロ-クロロ-アルカンでコーティングし、且つ、酸化溶液で処理して貫通孔の内部に親水性を付与する。アレイを水に浸漬して-80℃に凍結し、次にフルオロポリマーFluoroPel（登録商標）（サイトニックス社（Cytonix Corp.、メリーランド州Beltsville））の溶液にすばやく浸漬する。アレイを200℃で20分間ベーキングし、次に、10%ウシ胎仔血清を含んだ細胞培地に浸漬する。貫通孔アレイを培地に浸漬することにより、アレイの貫通孔が充填され且つ表面が濡れる。次に、貫通孔アレイをパーフルオロオクタンに浸漬し且つゆっくり引き上げることによって、表面上の水性培地がすべて除去される。
【０３０５】
実施例２２  DNA塩基配列決定
蛍光標識したDNA断片をサンガー法により作製し、厚さ0.5 mmのプラテン内の貫通孔2500個のアレイに配列する。次にこのプラテンを、ゲルを入れた厚さ80 mmの第二のプラテンに重ね、強制的に冷却した電気泳動タンクに挿入する。カラムアレイから出た蛍光標識オリゴヌクレオチドは、スプールから巻き戻されたニトロセルロース膜に結合する。コンピューターにより、ニトロセルロース膜の動きを制御し、且つ、膜が（テープの形式で）動いている間は電場の印加を停止する。次に、膜を移動させて光源およびCCDカメラに曝露し、これによって画像を分析し且つ各貫通孔の溶離プロフィールを作成する。これによってDNA塩基配列を再構成することができる。
【０３０６】
実施例２３  複数の溝付プレートを使用したプラテン作製の方法
平行する溝を有するケイ素プレートを使用して、貫通孔を有するプラテンを作製する。図20を参照。これにより作製されるアレイは5000個の貫通孔を有する。各貫通孔は一辺が0.25 mmのほぼ正方形であり、プラテンの深さは約1 mmである。
【０３０７】
9インチのシリコンウェーハ（厚さ0.5 mm）を使用する。円形のウェーハを正確に切断して55 x 160 mmの長方形の片（計60個）を作製する（ウェーハ1枚から3個の表面が得られる）。各ケイ素片の長手方向に幅250ミクロン、深さ250ミクロンの溝をエッチングする。合計100本の溝を50個のケイ素片にエッチングする。溝間の距離は約250ミクロンに調整する。残りの10個のケイ素片はエッチングしない。ケイ素の化学エッチングは当業者に周知の工程であり、ケイ素の適切な領域をマスキングする段階と酸で処理する段階とが含まれる。マスキングされていない領域を制御下にエッチングする。各側面から25 mmの領域はエッチングせず、これによって最終的なプラテンに固い境界面を与える。
【０３０８】
表面のエッチングが完了したらエッチングに使用したマスクを取り外し、各ケイ素片の溝ではない表面を金の薄層でスパッタコーティングする。次に、平らな表面と直角ブラケットとを有する治具の中にケイ素片をスタッキングする。最初に溝のないケイ素片５つをスタッキングし、続いて溝付きの表面50個をスタッキングし、次に溝のないケイ素片５つをスタッキングする。ケイ素片を入れた治具全体をプレスまで移動させ、スタッキングしたケイ素片に圧力をかける。このアセンブリを加熱し、高温高圧下に維持したまま16時間放置する。この処理によりプラテンが永久的に結合され、5000個の貫通孔（100 x 50のアレイ）と貫通孔周囲に25 mmのケイ素の固い境界面とを有する55 x 30 x 160 mmの１つの大きいケイ素片が得られる。ワイヤーソーを使用してプラテンを厚さ0.5 mmに切り出す。プラテンは貫通孔に対して垂直な平面で切断する。図20を参照。ワイヤーソーに使用するワイヤーは厚さ150ミクロンとし、したがって切断中にこの分の材料が失われる。両端で作製される不均一なプラテンを除くと、要求される使用に適合したプラテン230個が１つの大きいケイ素片から切り出される。
【０３０９】
ラップ盤でプラテンの両面を研磨して表面を平らにする。これにより失われるケイ素の量はわずかである。最後に、所望の物理特性を有する最終産物を提供するため、プラテンに表面化学処理を施す。
【０３１０】
実施例２４  ナノリットル単位の化合物ライブラリーの保存およびスクリーニング
96穴プレートに入った化合物を以下のようにして貫通孔アレイに再整形する。96穴プレートに入った化合物を、アッセイに使用する濃度の100倍の濃度になるようDMSOに溶解する。例えば、アッセイに使用する最終濃度が 1μMである場合は100μMとする。96穴プレートの各ウェル中のDMSO試料溶液の量は10μlとする。各ウェルにエタノール90μlを添加し、ただちに分注用のシリンジバンクに試料を引き入れる。自動化したシリンジバンクにより、96穴プレートと同じ領域（フットプリント）を有する貫通孔アレイの各スタックに試料溶液60 nlを分注する。貫通孔アレイが実質的に完全に充填されるまで、新しい96穴プレートを使用してこの過程を繰り返す。次にアルコールを蒸発させ、これにより、各貫通孔アレイの各チャネル内にDMSO溶解化合物約600 plを残す。化合物を-80℃の乾燥凍結下で所望の期間保存した後、配列した化合物の入った貫通孔アレイを取り出し、DMSOが凍結状態に維持されるよう10℃まで温度を上昇させ、且つ、10℃に冷却した水性のアッセイ溶液を入れたビーカーに浸漬する。高湿環境下で貫通孔アレイをビーカーから取り出すと、貫通孔に水性媒質が充填されたチップが得られる。貫通孔アレイを環境温まで加温して溶媒を混合させる。酵素と蛍光原基質（この場合はマトリックス・メタロプロテアーゼアッセイである）とを含んだアッセイ用緩衝液を新しく調製して冷却し、これを第二の貫通孔アレイに均一に充填する。２つのチップをスタッキングし、環境温まで加温し、且つ、30分間の間の複数の時刻で蛍光像を撮影することによって、酵素阻害の一時スクリーニングを行うことができる。
【０３１１】
その他の態様
以上、本発明をその詳細な説明と関連させて説明したが、上記の記述は説明を目的としたものであり、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を制限するものではないと理解されるべきである。この他の局面、利点、および改変も添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  上部マスクおよび下部マスクを有するプラテンの分解上方斜視図である。
【図２】  インターロッキングアレイシステムの断面図である。
【図３】  ピンアレイを有するアレイにおいて特定の貫通孔に少量の液滴を移送する方法を示した図である。
【図４】  UV硬化性エポキシを使用してマスクを作製する方法を示した図である。
【図５】  適合する貫通孔アレイに正確に嵌合するピンのアレイを使用してマスクを作製する方法を示した図である。
【図６】  高密度貫通孔アレイに液体を移送するため毛管の束を用いて、マイクロタイタープレートの個々のウェルの液体を保存する方法を示した図である。
【図７】  軟質の部材を使用して、マイクロタイタープレートのウェルからアレイの貫通孔へと液体を移送する方法を示した図である。
【図８】  貫通孔の断面が、１つの貫通孔につきマイクロスフェアーを１つのみ保持するような形状であり、且つ、マイクロスフェアーがアレイの表面またはそれより下に着座するように縦方向の断面にテーパーがつけられているアレイの図である。
【図９】  試料採取対象の貫通孔上に機械プランジャーを高速且つ連続的に位置決めし、且つ、該プランジャーを該貫通孔に押し込むことによって貫通孔アレイ下方の短い距離に置かれたマイクロタイタープレートのウェルに該貫通孔の内容物を移送するような単一の試料採取器具を用いた、移送の方法を示した図である。
【図１０】  集束レーザー光を用いて空間的に限局して加熱することにより生成した気体ジェットを使用して、貫通孔アレイの貫通孔からマイクロタイタープレートのウェルに物質を移送する方法を示した図である。
【図１１】  貫通孔アレイの一方の表面上に重ねた薄いシート中に無作為に分布する爆発性装填物の限局的な発火により生成した気体ジェットを使用して、貫通孔アレイの貫通孔からマイクロタイタープレートのウェルに物質を移送する方法を示した図である。
【図１２】  貫通孔アレイの貫通孔の位置と一致した爆発性装填物パターンを有するシートを示した図である。
【図１３】  大規模並列型のHPLCによる分離と、質量分析など本質的に直列式である分析方法とをインターフェースする方法を示した図である。
【図１４】  クロマトグラフィー装置を示した図である。
【図１５】  線形MALDI-TOF質量分析計を示した図である。
【図１６】  材料ブロックに機械加工した面取り貫通孔のアレイと、中心間の間隔が貫通孔アレイと同じであるシリンジバンク（シリンジ列）とを示した図である。圧搾空気作動式のばね押しピンによりシリンジバンクホルダーに取り付けられた金属ブロックをシリンジ針が通っている。
【図１７】  図16のアレイを示した図であって、シリンジによって毛管チャネルに圧力がかけられている様子を示した図である。
【図１８】  図17のアレイと同様のアレイであるが、シリンジバンクが毛管アレイにボルト留めされるアレイを示した図である。
【図１９】  図18のアレイと同様のアレイであるが、シリンジバンクが毛管アレイにボルト留めされるアレイを示した図である。
【図２０】  複数の溝を有する表面を結合することによって複数の貫通孔と対面する２つの表面とを有するプラテンを作製する方法を示した図である。
【図２１】  光源と２つの部分反射表面とを特徴とする光共振器の内部に配置されたアレイを示した図である。
【図２２】  貫通孔アレイの内容物を除去し且つこれら内容物を移送するための器具を示した図である。該器具は、ノズル、貫通孔アレイを保持するためのステージ、および、捕捉チャンバーを保持するためのステージを有する。ノズルまたは貫通孔を二次元に動かすことができる。
【図２３】  プラテンの表面から余剰の液体をぬぐう方法を示した図である。この器具により、貫通孔にサンプルを装填し且つぬぐい液を通過させて除去する作業を効率的に行うことが可能である。
【図２４】  複数の貫通孔を有するプラテンを検出装置の中に位置決めするための器具を示した図である。平らなベースに取り付けられた２つのピンを有する器具によってプラテンが所定の位置に保持される。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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