JP2005536725A - マルチプレックス実験用の回折格子ベースのコード化マイクロパーティクル - Google Patents

Abstract

マイクロパーティクル（８）は、内部に少なくとも１つの回折格子（１２）が並べられているオプティカル基板（１０）を含む。回折格子（１２）は、入射光（２４）で照射されると検出される一意の同定ディジタル・コードを表わす複数の並置ピッチΛ（ラムダ）を持っている。入射光（２４）は、狭帯域（単一波長）または複数波長の光源を用いて、基板（１０）の側面から横断方向に向けられる場合がある。このような場合、このコードは、光の空間分布、または波長スペクトルにより、それぞれ表わされる。このコードは、ディジタル二進ベースであるか、あるいは他の数値ベースのコードであることもある。マイクロパーティクル（８）は、多数の一意のコード、例えば６７００万よりも多くのコードを提供でき、また厳しい環境に耐えることもできる。マイクロパーティクル（８）には、関係する材料／物質がコートされることで、マイクロパーティクル（８）が機能化される。次に、マイクロパーティクル（８）を使用して、化学処理、例えば、ＤＮＡテストとコンビネイトリアル化学をともなうマルチプレックス実験を行う。

Description

本発明は、光学同定に関し、さらに具体的に言えば、マルチプレックス実験を行うための回折格子ベースのコード化光学要素／マイクロパーティクルに関する。
（関連出願の引用）
本特許出願は、２００２年８月２０日出願の米国特許仮出願第６０／４０５，０８７号（Ｃｉｄｒａ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＣＣ−０４２９）と、２００２年９月１２日出願の米国特許仮出願第６０／４１０，５４１号（Ｃｉｄｒａ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＣＣ−０５４３）の恩恵を要求している。これらの出願は、参照によって、本明細書中に組み入れられている。これらの特許出願と同時に出願された同時係属中の特許出願第（ＣｉＤＲＡ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＣＣ−０６４８）号は、本書に関連する主題を記載しており、参照によって、その全体が本明細書中に組み入れられている。

一般のクラスの実験は、標識されているが未知のハイブリッド被検体（アナライト）を、一組の「プローブ」物質と混合するか、あるいは、このハイブリッド被検体を、「プローブ」物質と反応させることを含み、これは、マルチプレックス実験として知られている。マルチプレックス実験により、この被検体の多くの性質を、同時に（すなわち、並行して）精査することができる。例えば、遺伝子発現アッセイ（検定）において、「ターゲット」被検体（通常、ＤＮＡの未知の配列）に、蛍光分子で標識して、このハイブリッド被検体を形成する。それぞれのプローブは、「ターゲット」被検体の未知のＤＮＡ配列のセグメントと選択的に結合する短い相補形ＤＮＡ配列から成っている。次に、これらのプローブは、空間的に分離され、未知のＤＮＡ鎖がどの程度よく、それぞれのプローブに結合あるいはハイブリダイズするかに応じて、これらのプローブは、異なるレベルで蛍光を発することになる。それぞれのプローブのＤＮＡ配列を知れば、未知のターゲットのＤＮＡ配列を判定することができる。

一般に、これらのプローブは、空間的に分離されて、２つの手法の１つを用いて、プローブを同定し、最終的に、「ターゲット」被検体を同定する。第１の手法は、所定のグリッドにおいて、これらのプローブを分離する。この手法では、プローブのＩＤは、このグリッド上の位置とリンクされている。この手法の一例は、それぞれのウェル中の物質が既知であるマルチ・ウェル・プレートを利用するハイスループットのスクーリング・システムである。もう１つの例は、スポット付きＤＮＡマイクロアレーであり、ここでは、オロゴマー（ｏｌｏｇｏｍｅｒ）ＤＮＡ配列のプリント・スポットが、基板（通常、ガラス製の顕微鏡スライド）上に、所定の空間的順序で付けられる。

プローブを同定する第２の手法は、特定の空間的位置をまったく用いないで、これらのプローブを混合できるようにする。この手法は、「ランダム・ビーズ・アッセイ」手法と呼ばれることが多い。この手法では、これらのプローブは、基板には付けられないが、自由に移動できる（通常、液体媒質中で）。この手法は、従来のウェット化学技法を用いて、溶液中で被検体反応を実行できる点で利点があり、このことは、ハイブリッド被検体に相互に作用するより良い機会をプローブに与える。しかしながら、この手法は、それぞれのプローブを個別に同定できることを要求している。

タグ（ｔａｇ）を付けるなどして、個々のプローブを一意的に同定するために使用できる公知の方法および基板タイプが多数ある。公知の方法は、着色されたか、または蛍光標識のつけられたポリスチレン・ラテックス球体を使用することを含む。他の方法は、従来のバーコードが付けられている小さなプラスチック缶、あるいは、中実の支持材料とＲＦ（無線周波数）タグを含む小さな容器を使用することを含む。

しかしながら、プローブを一意的に同定する方法は、サイズが大きく、同定可能なコードの数が限られており、かつ／または、高温および／または腐食性の材料などの厳しい環境条件にふさわしくない材料でできていることがある。

それゆえ、非常に小さく、かつ多数の一意のコード（例えば、１００万よりも多くのコード）を提供でき、かつ／または、厳しい環境に耐えるプローブ固有のコードを持っているプローブを提供することが望ましいであろう。

本発明の目的は、マルチプレックス実験用の物質がコートされていて、しかも、非常に小さく、多数の一意のコードを提供でき、かつ／または、厳しい環境に耐えるプローブ固有のコードを持っている回折格子ベースのコード化マイクロパーティクルを含む。

本発明は、上述したように、チップ・ベースのアッセイ、および現行のビーズ・アッセイ技術に優る著しい改良である。

本発明の上記および他の目的、特徴、利点は、本発明の模範的な実施形態の下記詳細な説明に照らしてみれば、さらに明らかになろう。

図１を参照すると、光学同定要素８（マイクロパーティクルまたはマイクロビーズ）は、オプティカル基板１０の容積内または表面上に光学回折格子１２が並べられている（すなわち、書込み、型押し、埋込み、転写、エッチング、成長、被着などを行って形成される）公知のオプティカル基板１０を含む。回折格子１２は、基板１０の少なくとも一部の有効屈折率および／または実効光吸収を周期的にまたは非周期的に変えるものである。

本明細書に述べられるマイクロビーズまたはマイクロパーティクルは、これと同時に出願された同時係属中の特許出願第（ＣｉＤＲＡ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＣＣ−０６４８）号（これは、参照によって、その全体が本明細書中に組み入れられている）に記述されたものと同一である。

基板１０は、回折格子１２が位置づけられている内部領域２０を持っている。この内部領域は、回折格子１２を書き込むか、あるいは型押しすることができるように、感光性のものであることがある。基板１０は、回折格子１２が入っていない外部領域１８も持っている。

回折格子１２は、基板１０の回折格子領域２０の長さに沿って並置された、個々に屈折率を空間周期的に正弦波変化させるもの（それぞれ、空間周期（すなわちピッチ）Λを持っている）の複数の組合せである。回折格子１２（あるいは、回折格子を組み合わせたもの）は、ビットから成る光学的に読取り可能な一意のコードを表わしている。一実施形態では、ビットは、回折格子１２中の一意のピッチΛに対応する。

回折格子１２は、本明細書中では、複合回折格子または並置回折格子とも呼ばれることがある。さらに、回折格子１２が、入力光信号を、所定の望ましい光出力パターンまたは光出力信号に変換するか、翻訳するか、あるいは、フィルタリングするときに、「ホログラム（ｈｏｌｏｇｒａｍ）」と呼ばれることもある。

基板１０は、外形Ｄ１を持つものであって、回折格子１２を基板中または基板上に並べられるようにするのにふさわしい化学組成を持つ石英ガラス（ＳｉＯ₂）から成っている。要望があれば、オプティカル基板１０に他の材料が用いられてもよい。例えば、基板１０は、任意のガラス、例えば石英ガラス、リン酸ガラス、または他のガラスでできているか、あるいは、ガラスとプラスチック、またはプラスチックだけでできていることもある。高温の用途または厳しい化学用途では、ガラス材料でできているオプティカル基板１０が望ましい。オプティカル基板１０は、回折格子領域２０内に回折格子１２を並べさせることができる材料であって、光を通させて、このコードを光学的に読み取れるようにする材料であれば、どんなものでもよい。

回折格子１２を持つオプティカル基板１０は、長さがＬ、外径がＤ１、内部領域２０の直径がＤである。長さＬは、短いもの（約１〜１０００ミクロン、またはそれよりも短い）から、長いもの（約１．０〜１０００ｍｍ、またはそれよりも長い）にわたることもある。さらに、外径Ｄ１は、小さいもの（１０００ミクロンよりも小さい）から、大きいもの（約１．０〜１０００ｍｍ以上）にわたることもある。基板１０および回折格子１２には、他の寸法および長さを使用してもよい。しかしながら、一般に、実験用として、より小さいサイズが最適である。

回折格子１２は、基板１０の長さＬにほぼ等しい長さＬｇを持つことがある。別法として、回折格子１２の長さＬｇは、基板１０の全長Ｌよりも短いことがある。

さらに、回折格子１２の回折格子領域２０の所与のどんな寸法のサイズも、基板１０の対応する任意の寸法よりも小さいことがある。例えば、回折格子１２が、長さＬｇ、奥行Ｄｇ、幅Ｗｇの寸法を持ち、また、基板１２が長さＬ、奥行Ｄ、幅Ｗの寸法を持つ場合に、回折格子１２の寸法は、基板１２の寸法よりも小さいことがある。したがって、円筒形の回折格子領域では、回折格子１２は、さらに大きい基板１２の内部に埋め込まれるか、あるいは、その基板１２の一部であることもある。基板１０、光学同定要素８、または回折格子１２のサイズとして、直交する寸法または座標を使用せずに、サイズとして、他の寸法／座標（例えば、極座標またはベクトル寸法）を使用してもよい。

さらに、光学同定要素８は、さらに大きい対象物中に埋め込まれるか、または対象物上に形成されて、その対象物を同定することがある。例えば、顕微鏡のスライドまたは試験管の中または上に、光学同定要素１０が埋め込まれていることもある。

基板１０は、正方形、長方形、楕円形、ハマグリ形、Ｄ字形、または他の形状などの円形以外の端面断面形状を持ち、また、円形、正方形、楕円形、ハマグリ形、Ｄ字形、または他の形状などの長方形以外の側面断面形状を持つことがある。さらに、球体、立方体、角錐、または他の任意の３Ｄ形状などの円筒体以外の３Ｄ幾何形状も使用されることがある。別法として、基板１０は、上述の形状の１つまたは複数を組み合わせた幾何形状を持つことがある。

所与の用途に対して、所望の光学的特性および材料特性を満たすように、基板１０の寸法、幾何形状、材料、材料の特性を選択する。光学コード用の分解能およびレンジは、これらのパラメータ（後で、さらに詳しく説明する）を制御することで、増減できる。

基板１０の少なくとも一部に施したコーティングにより、側面照射を用いての光学コードの光学的検出に足りる十分な光が基板１０を横断できることを条件として、ポリマ材料、あるいは、基板１０の材料とは異なる他の材料を、基板１０にコートすることがある。

図１を参照して、外部領域１８は、純粋な石英ガラス（ＳｉＯ₂）でできていて、屈折率ｎ２が約１．４５８（約１５５３ｎｍの波長にて）であり、また、基板１０の内部回折格子領域２０は、ゲルマニウムおよび／またはボロンなどのドーパントを持っていて、約１．４５３の屈折率ｎ１を提供する。この屈折率ｎ１は、外部領域１８のものよりも約０．００５だけ小さい。要望があれば、所望の回折格子領域２０内に回折格子１２を型押しできることを条件として、回折格子領域２０と外部領域１８にそれぞれ、他の屈折率ｎ１、ｎ２を使用してもよい。例えば、回折格子領域２０は、外部領域１８の屈折率よりも大きい屈折率を持つか、あるいは、要望があれば、外部領域１８と同じ屈折率を持ってもよい。

基板１０の外部領域１８（すなわち、回折格子１２を持たない領域）の主目的は、内部回折格子領域２０に対して、機械的または構造的な支持を提供することである。よって、図３を参照すると、要望があれば、基板１０全体が、回折格子１２から成っていてもよい。別法として、図４を参照すると、この支持部分は、全部または一部が、平板状の幾何形状（図４）、またはＤ字形の幾何形状（図５）、あるいは他の幾何形状の場合のように、回折格子領域２０の１つまたは複数の側面の下にあるか、上にあるか、あるいは、そのような側面に沿っていてもよい。基板１０の回折格子以外の部分１８は、光学レンズ効果または他の効果（後で説明する）などの他の目的でも使用されてもよい。

さらに、基板１０の端面は、これらの側面に垂直である必要もないし、互いに平行である必要もない。

波長λの入射光２４、例えば、公知の周波数二倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザからの５３２ｎｍ、または、公知のヘリウム・ネオン・レーザからの６３２ｎｍの入射光２４が、基板１０中の回折格子１２に入射する。要望があれば、λがこの基板の光透過レンジ内にあることを条件として、他のどんな入力波長λも使用できる（後で、さらに詳しく説明する）。

入力光２４の一部は、破線２５で示されるように、格子１２を直進して通過する。入力光２４の残りは、回折格子１２で反射されて、複数のビーム２６〜３６を形成し、それぞれのビームは、入力波長λと同一の波長λを持ち、またそれぞれのビームは、回折格子１２中に存在しているピッチ（Λ１〜Λｎ）を表わす異なる角度を持っている。

上に説明されたように、回折格子１２は、基板１０に沿って屈折率が変わる複数の個別空間周期またはピッチΛを組み合わせたものであり、それぞれの空間周期またはピッチが、基板１０上のほぼ同じ場所に並置されている（後で、さらに詳しく説明する）。その結果、これらの個別ピッチを組み合わせたものが、空間周期（Λ１〜Λｎ）（それぞれ、コード中の１ビットを表わしている）を含む回折格子１２である。よって、このコードは、所与の複合回折格子１２中に、どの空間周期（Λ１〜Λｎ）が存在するか（あるいは、存在しないか）によって決定される。このコードはまた、後で説明するように、追加パラメータでも決定されることがある。

反射光２６〜３６は、レンズ３７を通過する。レンズ３７は、ＣＣＤカメラ６０上に結像される集光ビーム４６〜５６を供給する。レンズ３７の代りに、またはレンズ３７に加えて、他の結像光学素子を使用して、基板の形状、および入力光信号に応じて、カメラ６０上に光学画像／信号の所望の特性（例えば、スポット、線、円形、楕円形など）を提供することがある。さらに、ＣＣＤカメラの代りに、他の装置を使用して、出力光を読み取る／取り込むこともある。

回折格子１２中の個別空間周期（Λ１〜Λｎ）はそれぞれ、わずかに異なり、したがって、後でさらに詳しく説明するＮ個の一意の回折状態（すなわち、回折角）の配列をもたらす。単一の入力波長λの（単色）光源を用いて、側面から、回折格子１２の領域内に適切な角度で（後で説明する）光学同定要素８に照射すると、回折（または、反射）ビーム２６〜３６が発生する。

ビーム２６〜３６をＣＣＤカメラ６０上に結像して、ディジタル（または二進）コードを表わす明るい領域と暗い領域のパターンを生成する。ここで、明るい＝１、暗い＝０（あるいは、その逆）である。このディジタル・コードは、所望の空間周期（Λ１〜Λｎ）を用いて、個別屈折率変化（または個別回折格子）を選択的に生み出すことで、生成され得る。前述の特許出願の中で説明されるように、他の照射、他の読出し手法、他のタイプの回折格子、他の幾何形状、他の材料なども使用できる。

図３〜図７を参照すると、光学同定要素（または、マイクロビーズ）８の基板１０に、関係する材料５０がコートされることで、基板１０が機能化されることがある。次に、この材料５０は、化学反応において用いられ、あるいは、ある種の化学物質５２用の誘引剤（ａｔｔｒａｃｔａｎｔ）として用いられる。対応する数の異なる物質または材料がそれぞれのマイクロビーズ８に付けられている多数のマイクロビーズ８を、このように一意的にコード化できることにより、これらのコートされたマイクロビーズを、未知の被検体５２と混合して、マルチプレックス実験を行うことができる。このような多重化されたアッセイまたは実験を実行する手順４０は、前に述べられたように、プローブまたはマイクロビーズ８を生成するステップ４２と、所定のやり方で、他の化学物質／物質５２と反応させることとなる材料５０を、マイクロビーズ８の外面にコート／被着させることにより、その外面を機能化させるステップ４４を含む。次に、同時に、同定コード４９が異なる複数のマイクロビーズを用いてアッセイを行う。ステップ４８において、マイクロビーズ８の蛍光を解析し、また、光学同定要素８を読み取って、それぞれのマイクロビーズのコードを決定し、それにより、化学反応に関する情報を決定する。

図４では、コートされたマイクロビーズ５４が示されている。ここでは、マイクロビーズ８の外面に、材料５０（機能化された）がコートされていて、化学反応に用いられ、あるいは、ある種のテスト材料５２（図５を参照）用の誘引剤として用いられる。コーティング材料５０は、リンカー分子またはコンプレックス（錯化合物）によってマイクロビーズ８に付けられたプローブ分子または化合物５６を含む。プローブ分子５６は、オリゴヌクレオチド（オリゴ）、抗体、ペプチド、アミノ酸ストリング、ｃＤＮＡ、ＲＮＡ、化学物質、核酸オリオマー、ポリマー、バイオロジカル・セル、またはプロテインなど、リンカー分子５８および関係する分子／化合物５７にくっつく分子グループ５５を含む。例えば、プローブ分子５０は、単一ＤＮＡ鎖（または、その一部）を含み、また、テスト材料５２は、少なくとも１つの未知の単一ＤＮＡ鎖を含むことがある。図示されるように、プローブ分子５６は、リンカー分子またはコンプレックス５８により、基板１０の外面に付着または接着される。場合によっては、プローブ分子５６の関係する分子５７は、基板１０の外面に直接に付けられるか、あるいは、フォスフォアミダイト化学を介してのように、マイクロビーズ８の表面上に直接に合成（または成長）されることがある。マイクロビーズ８用の表面化学の例には、ストレプトアビジン／ビオチン化オリゴ（ｂｉｏｔｉｎｙｌａｔｅｄ ｏｌｉｇｏｓ）とアルデヒド／アミン修飾オリゴ（ａｍｉｎｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｏｌｉｇｏｓ）がある。さらに、非特異的な化学結合のブロッカー（例えば、鮭の精子ＤＮＡ）がこのマイクロビーズにコートされて、これらのマイクロビーズの機能化されてない表面５９に、分子（例えば、ＤＮＡ）を化学結合させないようにすることがある。

次に、図５を参照すると、複数の機能化マイクロビーズ５４を、セルまたはコンテナー６０の中に入れて、アッセイを行うことがある。図３のステップ４６において説明されるように、このセル内に入れられた機能化マイクロビーズ５４は、異なる同定コード４９を持っている。それぞれの同定コード４９は、関係する一意の分子５７に対応する。例えば、セル中に配置され、かつ１２３４５６７８の同定コードを持つ全ての機能化マイクロビーズ５４には、関係する一意の分子５２がコートされているが、一方、３４１２８９１３の同定コードを持つ全ての機能化マイクロビーズ５４には、関係する別の一意の分子がコートされている。

次に、溶液中に配置されたテスト材料または分子５２を、セル６０に注入して、機能化マイクロビーズ５４と混合させる。これらのテスト分子は、単一タイプの未知の分子を含むことがある。あるいは、ほとんどの場合に、これらのテスト分子は、複数の異なる未知のテスト分子から成っている。テスト分子５２の溶液と機能化マイクロビーズ５４の混合の間に、これらのテスト分子は、コード１２３４５６７８、コード５１６２７７１９、コード９９１３２６１４を持つ機能化マイクロビーズに関して示されるように、関係する相補的分子５７にくっつく。例えば、前に説明されたように、それぞれのコード化された機能化マイクロビーズ８には、単一ＤＮＡ鎖の一部のように、関係する一意の分子５７が付けられている。同様に、この被検体のテスト分子は、複数の未知の単一ＤＮＡ鎖を含む。これらのテスト分子５２はまた、染色（ｄｙｅｉｎｇ）など、蛍光体で処理されて、テスト分子５２が発光するようにしている。後で説明されるように、テスト分子５２の蛍光は、どの機能化マイクロビーズにテスト分子が付いているのか同定する手段を提供する。

この反応または結合が完了すると、食塩溶液を用いて、機能化マイクロビーズ５４を洗い落として、結合してないテスト分子５２を取り除く。図６に示されるように、機能化マイクロビーズ５４は、これと同時に出願された米国特許出願第（Ｃｉｄｒａ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＣＣ−０６４８）号（これは、参照によって、本明細書中に組み入れられている）に記述されるように、マイクロビーズ５４を所定の方向に並べられるようにするために、溝６２付きのトレー６４に入れられることがある。溝６２は、マイクロビーズ５４を所定の位置に保つために、吸引を行う穴（図示されてない）を持つことがある。機能化マイクロビーズ５４は、トレー６４内に並べられると、ビーズ検出器２０により、個々にスキャンされて、解析される。

図７にもっともよく示されるように、蛍光に関して、それぞれの機能化マイクロビーズ５４を検出し、解析して、マイクロビーズ５４の同定コード４９を決定する。光源（図示されてない）を提供して、マイクロビーズ５４に照射することがある。蛍光マイクロビーズ５４が同定されて、かつ、それぞれのコード化されたマイクロビーズ５４に、どの単一ＤＮＡ鎖が付けられたのかわかると、ビーズ検出器２０は、どの単一ＤＮＡ鎖が、テスト材料５２中に存在したか決定する。前に説明されたように、ビーズ検出器２０は、マイクロビーズ５４に照射して、回折格子１２で反射された光をＣＣＤアレイまたはカメラ３１上に集光し、それにより、このマイクロビーズのコード４９が決定される。第２に、ビーズ検出器２０は、光学同定要素８に付けられたテスト分子５２から発する蛍光を測定する蛍光検出器６６を含む。蛍光メータ６６は、テスト分子５２から蛍光を受け取って、それを蛍光メータ６６に供給するレンズ６８と光ファイバ７０を含む。

本発明は、多くの分野、例えば、薬剤発見（ｄｒｕｇ ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ）、機能化基板、バイオ、プロテオミクス、コンビネイトリアル化学（ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）、ＤＮＡ解析／追跡／ソーティング／タグ付け、並びに、分子、バイオロジカル・パーティクル、マトリックス支持材料（ｍａｔｒｉｘ ｓｕｐｐｏｒｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）のタグ付け、イムノアッセイ、レセプター結合アッセイ、シンチレーション近接アッセイ、放射性または非放射性の近接アッセイ、および他のアッセイ（蛍光、質量スペクトロスコピーを含む）、薬剤／ゲノムのハイスループットのスクリーニング、および／または大規模並列アッセイ用途に利用され得る。本発明は、反応追跡のために、活性コーティングで反応を支持する一意的に同定可能なビーズを提供して、マルチプレックス実験を行う。

コンビネイトリアル化学または生化学において使用される一部の現行手法は、２００１年９月２３日にＷａｌｔｏｎ氏らに付与された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅｓ Ｌａｂｅｌｅｄ Ｗｉｔｈ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｈａｖｉｎｇ Ｓｔｒｏｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， Ｕｓｉｎｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｌｉｇｈｔ ａｎｄ Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（反射モード光と拡散散乱を用いて、強力光散乱性質を持つ材料で標識されたサンプルを検出する装置および方法）」と称する米国特許第６，２９４，３２７号、２００１年６月５日にＣｈｅｅ氏らに付与された「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ（配列評価のためのコンピュータ支援の映像化および解析システム）」と称する米国特許第６，２４２，１８０号、２００１年１０月３０日にＣｒｏｎｉｎ氏らに付与された「Ａｒｒａｙｓ ｏｆ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｐｒｏｂｅｓ ｆｏｒ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ Ｂｉｏｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｅｎｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ（遺伝子の生体内変化を解析するための核酸プローブのアレイと、そのアレイを使用する方法）」と称する米国特許第６，３０９，８２３号、「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔａｒｇｅｔ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（コード化システムを用いるターゲット分子の解析）」と称する米国特許第６，４４０，６６７号、「Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ（核酸を検出する製品）」と称する米国特許第６，３５５，４３２号、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ（核酸を検出する方法）」と称する米国特許第６，１９７，５０６号、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｃｏｐｙ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ（核酸配列のコピー番号を比較する方法）」と称する米国特許第６，３０９，８２２号、「Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｍｉｃｒｏｆｌｏｕｒｅｓｃｅｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（マイクロ蛍光検出を利用する表面固定化ポリマーのシーケンシング）」と称する米国特許第５，５４７，８３９号に記載されており、また、これらの特許はすべて、本発明を理解するのに必要なだけ、参照によって、本明細書中に組み入れられている。

本発明は、イムノアッセイやハイブリダイゼーション反応だけでなく、コンビネイトリアル化学、活性コーティング、機能化ポリマーにも使用できる。本発明は、何百万もの並行化学反応を可能にし、大規模反復化学反応を可能にし、薬剤および他の材料の開発業界に対して、生産性を高め、かつ市場に出す時間を短縮する。

マイクロビーズ８は、製造費用が安く、また、これらの同定コード４９は、簡単で、かつ、マイクロビーズ８に転写する費用も安い。これらの同定コードは、ディジタル的に読取り可能であって、光学コード化手法に合わせて、容易に変更できる。したがって、この光学的な読出しは、非常に簡単であって、かつ安価に実施できる。この同定コードは、スポット（光点）の欠陥、掻き傷、亀裂、または破損には影響されない。さらに、要素を軸方向に分割またはスライスすると、同一コードを持つさらに多くの要素が発生する。それゆえ、ビーズが軸方向に分割されるときに、その同定コードは、失われず、その代り、それぞれの部片に複製される。本発明の要素は、電子ＩＤ要素とは違って、核放射または電磁放射には影響されない。

本明細書に述べられる実施形態のどれに対しても、寸法と幾何形状は、単に説明のためのものにすぎず、したがって、要望があれば、本明細書中の教示内容に鑑みて、用途、サイズ、性能、製造要件、または他のファクタに応じて、他のどんな寸法も使用してもよい。

本明細書中に特記しない限り、本明細書中の特定の実施形態に関して述べられた特徴、特性、代替例、または変更例のどれも、適用でき、使用でき、あるいは、本明細書中に述べられる他の任意の実施形態と合体できるものとする。さらに、本明細書中の図面は、定尺では描かれてない。

本発明は、本発明の模範的な実施形態に関して、説明され、かつ図示されてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱しなければ、上記および他の様々な追加や省略を、それらの実施形態に行うことができる。

本発明による光学同定要素の側面図である。 本発明により、側面から照射された光学同定要素の側面図である。 本発明により、物質を光学同定要素に付けて、アッセイを実行して、光学同定要素を解析する方法の流れ図である。 本発明により、物質が外面に付けられている光学同定要素の側面図である。 本発明により、異なる同定コードを持ち、かつ複数のテスト物質とともにセル中に配置された異なるプローブ物質がコートされた複数の光学同定要素の略図である。 本発明により、ガラス基板中に設けられた複数の溝の中に並べられたアッセイ実行後の複数の光学同定要素と、それぞれの光学同定要素をスキャンして、それぞれの光学同定要素のコードおよび蛍光を決定するビーズ検出器の略図である。 本発明により、アッセイ実行後の光学同定要素と、その光学同定要素のコードおよび蛍光を決定するビーズ検出器の側面図である。

Claims (19)

1. オプティカル基板を備え、
   前記基板の少なくとも一部に、少なくとも１つの回折格子が並べられており、かつ、前記回折格子が、共通の場所に重ねられた少なくとも１つの屈折率ピッチを持ち、
   前記回折格子が、入射光信号で照射されると出力光信号を供給し、
   前記光出力信号が前記基板中のコードを表わし、
   前記基板に化学物質が付けられる光学同定要素。
2. 前記基板が、ガラス材料でできている請求項１に記載の装置。
3. 前記コードが、複数のビットから成る請求項１に記載の装置。
4. ピッチの数が、前記コード中の前記ビットの数を表わす請求項１に記載の装置。
5. 前記基板が、約５００ミクロンよりも短い長さを持つ請求項１に記載の装置。
6. 前記基板が、円筒形の形状を持つ請求項１に記載の装置。
7. 前記回折格子が、ブレーズ回折格子である請求項１に記載の装置。
8. 前記コードが複数のビットから成り、かつ、それぞれのビットが複数の状態を持っている請求項１に記載の装置。
9. 前記基板上には、反射性コーティングが設けられている請求項１に記載の装置。
10. 前記基板が、磁荷分極または電荷分極を持っている請求項１に記載の装置。
11. 前記基板が、前記回折格子が位置づけられている回折格子領域と、前記回折格子が位置づけられてない回折格子以外の領域とを持ち、前記基板が複数の回折格子領域を持っている請求項１に記載の装置。
12. 前記基板が、穴のある形態を持っている請求項１に記載の装置。
13. 前記基板が、突出部分のある形態を持っている請求項１に記載の装置。
14. 前記基板の少なくとも一部が、円形、正方形、長方形、楕円形、ハマグリ形、Ｄ字形、および多角形のグループから選択された端面断面の幾何形状を持っている請求項１に記載の装置。
15. 前記基板の少なくとも一部が、円形、正方形、長方形、楕円形、ハマグリ形、Ｄ字形、および多角形のグループから選択された側面の幾何形状を持っている請求項１に記載の装置。
16. 前記基板の少なくとも一部が、球体、立方体、角錐のグループから選択された三次元の形状を持っている請求項１に記載の装置。
17. 前記コードが、少なくとも所定のビット数から成り、また、前記ビット数が３、５、７、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２４、２８、３０、４０、５０、または１００である請求項１に記載の装置。
18. オプティカル基板を備え、
    前記基板の少なくとも一部に、少なくとも１つの回折格子が並べられており、かつ、前記回折格子が、共通の場所に重ねられた少なくとも１つの屈折率ピッチを持ち、
    前記回折格子が、入射光信号で照射されると出力光信号を供給し、
    前記光出力信号が前記基板中のコードを表わし、
    前記基板に化学物質が付けられるマイクロパーティクル。
19. マルチプレックス実験を行う方法であって、
    共通の場所に１つまたは複数の屈折率ピッチが重ねられている回折格子を少なくとも一部が持っているオプティカル基板を得るステップと、
    前記基板に化学物質を付けるステップと、
    前記基板に入射光を照射して、前記基板に出力光信号を供給させるステップと、
    前記出力光信号を読み取って、前記出力光信号からコードを検出するステップと、
    を含む方法。
    

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