KR19990022308A - 얇은 필름에서 화학적, 생화학적 및 생물학적 처리방법 - Google Patents

얇은 필름에서 화학적, 생화학적 및 생물학적 처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR19990022308A
KR19990022308A KR1019970708788A KR19970708788A KR19990022308A KR 19990022308 A KR19990022308 A KR 19990022308A KR 1019970708788 A KR1019970708788 A KR 1019970708788A KR 19970708788 A KR19970708788 A KR 19970708788A KR 19990022308 A KR19990022308 A KR 19990022308A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
particles
nucleotide
thin film
region
liquid film
Prior art date
Application number
KR1019970708788A
Other languages
English (en)
Inventor
케빈 엠. 울머
Original Assignee
시퀴 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 시퀴 리미티드 filed Critical 시퀴 리미티드
Publication of KR19990022308A publication Critical patent/KR19990022308A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H21/00—Compounds containing two or more mononucleotide units having separate phosphate or polyphosphate groups linked by saccharide radicals of nucleoside groups, e.g. nucleic acids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6869—Methods for sequencing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B40/00—Libraries per se, e.g. arrays, mixtures
    • C40B40/04—Libraries containing only organic compounds
    • C40B40/06—Libraries containing nucleotides or polynucleotides, or derivatives thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00457—Dispensing or evacuation of the solid phase support
    • B01J2219/00459—Beads
    • B01J2219/00468—Beads by manipulation of individual beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00497—Features relating to the solid phase supports
    • B01J2219/005—Beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/0059—Sequential processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00596—Solid-phase processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00646—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being bound to beads immobilised on the solid supports
    • B01J2219/00648—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being bound to beads immobilised on the solid supports by the use of solid beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00659—Two-dimensional arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00709—Type of synthesis
    • B01J2219/00711—Light-directed synthesis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
    • B01J2219/0072—Organic compounds
    • B01J2219/00722—Nucleotides

Abstract

광학적으로 평평한 표면상의 얇은 필름코팅을 통해 입자를 이동시키는데 광학적 트랩이 사용된다. 얇은 필름코팅은 불균질하며 상이한 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응이 일어나는 얇은 필름 코팅의 상이한 지역을 통해 입자를 이동시키는데 광학적 트랩이 사용된다. 본 발명에 따라 실시될 수 있는 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응의 예는 다음을 포함한다: 올리고누클레오티드 합성 및 서열화, 탄수화물 합성 및 서열화, 조합 라이브러리 합성 및 스크리닝, 종래의 (예, Sanger 또는 Maxam-Gilbert) DNA 서열화, 또는 단일 분자 DNA 서열화. 본 발명의 한 구체예에서 입자가 얇은 필름 코팅을 통해 이동될 때 반응생성물이 남는다. 이들 생성물은 적당한 수단에 의해 식별될 수 있다.

Description

얇은 필름에서 화학적, 생화학적 및 생물학적 처리방법
광학적 트랩은 레이저비임과 같은 초점이 잘 잡힌 광선의 초점근처에 입자가 갖힐 수 있는 장치이다. 입자는 빛의 세기의 그래디언트에 비례하여 세기가 증가된 방향을 향하는 축방향 그래디언트 힘에 의해 트랩에 고정된다. 일반적으로 단일 비임 광학적 트래핑(trapping)은 10㎛부터 10㎚ 미만까지의 크기를 가지는 입자에 대해서 이루어진다.
미국특허 제 4,893,886 호 및 5,079,169 호는 액체셀이나 필름에 갖힌 입자를 이동시키는데 사용되는 광학적 트랩을 발표한다. 이것은 입자를 레이저 비임에 입자를 가두고 이후에 레이저 비임에 대해 셀을 이동시키거나('886 특허의 칼럼 3, 31-34행) 셀에 대해 레이저 비임을 이동시킴으로써 ('886 특허의 칼럼 4, 18-20행; '169 특허의 칼럼 2, 35-40행) 달성될 수 있다. '886 특허는 비루스, 이스트, 대장균 박테리아, 혈액 세포 및 세포의 부분과 같은 생물학적 입자를 조작하는 광학적 트랩의 용도를 발표한다(칼럼 4, 45-49행). '169 특허는 핵산 조각을 포함하여 폴리머 필라멘트를 조작하는 광학적 트랩의 용도를 발표한다(칼럼 1, 1-10행).
다중 레이저 비임을 사용하는 광학적 트랩이 Buican et al., 1989, SPIE: New Technologies in Cytometry, 1063:190-197; Tashiro et al., 1993, Optical Engineering 32(11):2812-2817에 발표된다.
이러한 기술을 사용하는 광학적 트래핑 시스템의 상업적인 실례는 Cell Robotics, Inc. (Aluquerque, New Mexico)사의 LaserTweezers(상표); S+L GmbH (Heidelberg, Germany)사의 Compact Photonic Tweezers; P.A.L.M. GmbH (Wolfratshausen, Germany)사의 PALM(등록명) 레이저-마이크로스코프 시스템이다.
본 출원은 얇은 필름에서 화학적, 생화학적 및 생물학적 처리라는 명칭의 공계류중인 미국특허출원 제 08/462,485 호(1995, 6, 5 출원)의 부분연속출원이다.
본 출원은 얇은 필름에서 화학적 또는 처리에 관계하여 얇은 필름에 대해 입자를 이동시키는 광학적 트랩과 같은 장치의 사용에 의존한다.
도 1 은 전통적인 광학적 트랩의 개략적 도시이다.
도 2A-2H 는 본 발명의 실시에 사용되는 광학적 트랩 구성의 개략적 도시이다.
도 3A-3C 는 본 발명의 실시에 사용된 얇은 필름과 반응물 위치의 개략적 도시이다.
도 4A-4E 는 본 발명의 선호된 구체예의 개략적 도시이다.
도 5 는 본 발명의 실시에 사용된 형광 시스템의 개략적 도시이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 광학적 트랩12 : 형광 현미경
14 : 챔버16 : 현미경 스테이지
22 : 레이저24 : 플랫포옴
48,130,150,160 : 대물 렌즈60 : 비디오 카메라
62 : 형광원66 : 가시광선원
100 : 액체필름 코팅102,104 : 우물
112,114,116,118 : 방울120 : 화살표
132,152,162 : 광학적 비임134,144,154,164 : 기질
136,236 : 액체필름138,158 : 입자
140 : 침유(immersion oil)210,212 : 방울
224 : 엑소누클레아제270 : 누클레오티드
280 : 항냉기300 : 레이저 시스템
305,307 : 레이저 비임310 : 모드-락-레이저
315 : 비임 분할기320 : 포토다이오드
322 : 판별기337 : 출력신호
345 : 렌즈350 : 탐지기
370 : 프리즘375 : 광전음극
380 : 사인파 전압 발생기382A,382B : 전극
385 : 마이크로채널 플레이트390 : 디지탈화기
400 : 컴퓨터
본 발명의 선호된 구체예에서 얇은 필름 코팅을 통해서 광학적으로 평탄한 표면상에 입자를 이동시키는데 광학적 트랩이 사용된다. 얇은 필름 코팅은 불균질적이며 광학적 트랩이 상이한 화학적, 생화학적 또는 생물학적 공정이 일어나는 얇은 필름의 연속한 상이한 지역을 통해 입자를 이동시키는데 사용된다. 본 발명에 따라 실시되는 화학적, 생화학적 또는 생물학적 공정은 다음을 포함한다: 올리고누클레오티드 합성 및 서열화, 펩티드 합성 및 서열화, 탄수화물 합성 및 서열화, 조합 라이브러리 합성 및 선발, 종래의 (즉, Sanger 또는 Maxam-Gilbert) DNA 서열화, 또는 단일 분자 DNA 서열화. 본 발명의 한 구체예에서 입자가 얇은 필름 코팅을 통해 이동될 때 반응 생성물이 뒤에 남겨진다. 이들 생성물은 적당한 수단에 의해 식별될 수 있다.
'169 특허에서 복사된 도 1 은 본 발명의 실시에 사용되는 전통적인 광학적 트랩(10)을 보여준다. 트랩은 입자 조작이 일어나는 액체 셀을 포함한 챔버(14)를 포함한 변경된 형광 현미경(12)을 포함한다. 챔버는 광학적 축을 따라서 뿐만 아니라 현미경축에 수직인 평면에서 두 개의 수직방향으로 움직일 수 있는 전통적인 현미경 스테이지(16)상에 장착된다.
광학적 트랩은 고수렴성 대물렌즈(48)에 의해 챔버(14)상에 초점이 잡히는 레이저(22)에서 나오는 레이저 비임에 의해 형성된다. 레이저는 아르곤이온 레이저, 다이오드 레이저 또는 NdYAG 레이저이다. 렌즈(48)는 0.8, 특히 1.2 이상의 조리개수를 가진다. 렌즈(48)는 액체담금형이며 렌즈(48)와 챔버(14)의 커버간의 오일 방울은 표면에서 광손실을 최소화하기 위해서 렌즈와 커버의 굴절계수와 대략 일치한다.
챔버(14)에서 광학적 트랩의 위치는 X 또는 Y 방향으로 플랫포옴(24)을 이동시킴으로써 이동될 수 있다. 혹은, 스테이지(16)가 광학적 트랩에 대해서 이동될 수 있다.
도 1 의 장치는 영상 강화 비디오 카메라(60) 또는 전기-광학 영상장치, 아르곤 레이저나 수은램프와 같은 형광원(62) 및 가시광선원(66)을 더욱 포함한다.
이러한 광학적 트랩에 관한 세부사항은 '169 특허에 기술된다. 유사한 트랩이 '886 특허의 제 1 도에 도시된다.
본 발명의 실시에 사용될 수 있는 여러 광학적 트랩의 기하학이 도 2A-2H 에 기술된다. 도 2A-2E 는 대물렌즈(130), 광학적 비임(132), 기질(134), 얇은 액체필름(136) 및 갖힌 입자(138)를 보여준다. 도 2A-2E 는 대물렌즈(130), 광학적 비임(132), 기질(134), 얇은 액체필름(136) 및 포획된 입자(138)를 보여준다. 도 2A 및 도 2B 에서 광학적 비임(132)은 대물렌즈(130)에 의해 기질(134)을 통해 얇은 필름으로 안내되어서 입자(138)를 포획한다. 이들 도면에서 인덱스-매칭(index-matching) 침유(140)는 대물렌즈와 공기간의 계면 및 공기와 기질간의 계면에 생성될 수도 있는 광손실을 최소화한다. 도 2A 는 얇은 필름이 기질의 밑면상에 코팅되고 도 2B 는 필름이 기질의 상부면상에 코팅되는 경우를 보여준다. 도 2A 및 도 2B 에서 기질은 광학적 비임에 대해서 투명해야 한다.
도 2C 및 도 2D 에서 광학적 비임이 얇은 필름의 외부 표면상에 입사한다. 이 경우에 침유는 사용되지 않으며 기질은 광학적 비임에 대해 투명할 필요는 없다. 그러나, '169 및 '886 특허와 같은 광학적 트랩을 사용하는 관찰자에 의해 얇은 필름의 관찰을 허용하기 위해서 기질은 가시광선에 대해 투명해야 한다.
도 2E 는 도 2A 와 유사하지만 얇은 필름이 두 기질(134, 144)간에 샌드위치된 경우를 보여준다.
본 발명은 또한 다중 비임 광학적 트랩을 사용하여 실시될 수 있다. 3개의 모양이 도 2F, 2G 및 2H 에 도시된다. 이들 각 도면은 제 1 대물렌즈(150), 제 1 광학적 비임(152), 기질(154), 얇은 액체필름(156), 포획된 입자(158), 제 2 대물렌즈(160), 및 제 2 광학적 비임(162)을 보여준다. 이들 각 요소는 도 2A - 2E 의 해당 요소와 유사하다. 도 2F 는 얇은 필름이 기질의 밑면상에 코팅되고 도 2G 는 얇은 필름이 기질의 상부면상에 코팅된 경우를 보여준다. 도 2H 는 얇은 필름이 두 기질(154, 164)간에 샌드위치된 경우를 보여준다. 인덱스-매칭 침유가 대물렌즈가 얇은 필름으로 부터 기질의 다른 면상에 있을 경우에 사용될 수 있다.
기질은 얇으며 (즉, 표준 현미경 커버글래스의 전형적인 두께 범위인 130-250㎛) 고 조리개수 대물렌즈의 사용을 허용해서 광학적 트랩을 형성시키도록 평평하다. 대물렌즈가 얇은 필름으로 부터 기질의 대향면상에 있을 경우에 기질은 포획파장(예, 1064㎚의 적외선)에서 매우 투명해야 한다. 형광 적용의 경우에 기질은 포획된 입자에서 형광을 흥분시키는 빛의 파장과 들뜬 형광의 파장에서 투명해야 한다. 기질은 또한 벌크(예, 색채중심) 또는 표면(즉, 형광 오염물)상에 배경 형광이 없어야 한다. 선호되는 재료는 현미경 커버글래스 또는 얇은 HOYA T-4040 수정 웨이퍼(Hoya Electronics Corporation, Woodcliff Lake, New Jersey)와 같은 융용된 실리카 또는 수정이다.
본 발명을 실시할 때 얇은 필름 코팅은 필름에서 수행될 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응의 성질에 따라 수성 또는 유기 액체 필름일 수 있다. 효소반응은 효소에 상용적인 완충된 수성 필름에서 대체로 수용되나 올리고누클레오티드 합성과 같은 유기 합성반응은 대체로 무수 유기 필름에서 수행된다. 필름의 두께는 광학적 트랩에 의해 조작되는 입자의 직경과 대략 동일하다. 필름은 아래에 놓인 고체 기질의 표면을 따라 입자의 이동을 허용할 정도로 충분히 두꺼워야 한다. 액체필름은 두 기질간에 샌드위치 되거나 단일 기질상에 표면 필름으로서 코팅되어 얇은 필름 자유 계면을 가질 수 있다. 후자의 경우에, 얇은 필름이 코팅된 기질은 필름의 원치않은 증발을 방지하고 필름두께를 조절하기 위해서 필름 형성 재료의 증기압이나 상대습도를 조절할 수 있는 수분챔버의 한 면을 형성할 수 있다. 트랩을 형성하는 광학적 비임은 얇은 필름의 자유 표면이나 기질면으로 부터 입사할 수 있다.
기질상에 불균질 액체 표면 필름을 생성하기 위해서 여러 가지 상이한 방법이 단독 또는 조합으로 이용될 수 있다. 일례로, 광학적으로 평평한 기질에 스핀 코팅, 닥터 블레이딩 또는 습윤을 포함한 공지방법중 하나를 사용하여 얇은 필름이 코팅된다. 이후에 다양한 반응물이 수동 또는 자동 마이크로피펫을 사용하여 이미 적용된 얇은 필름에 도입되는데 마이크로 피펫은 단일 세포 마이크로 주사에 사용되는 것과 같은 서브마이크로리터의 부피를 전달할 수 있는 것이며 당해 분야에 잘 확립된 잉크젯 프린팅 기술에 기초한 다양한 수단을 사용할 수 있다. 혹은, 미세한 바늘을 반응물 용액에 담그고 용액에 젖은 바늘 팁을 얇은 필름과 접촉시킴으로써 반응물이 필름에 전달될 수 있다. 반응물 부피는 대체로 미소하지만 침적 방법 및 반응물의 필요에 따라 1㎟ 이상의 면적일 수 있다. 얇은 필름에서 확산을 최소화시키기 위해 반응물 용액에 다양한 작용제가 포함될 수 있다. 이러한 작용제는 글리세롤 또는 폴리머와 같은 증점제, 얇은 필름에서 반응물의 혼합성 또는 분배계수를 조절하는 작용제를 포함한다. 다양한 반응물이 충분한 간격 또는 일시적 분리로 얇은 필름에 방울로서 침적되어서 필요한 반응을 완료시키는데 필요한 기간동안 반응물의 혼합 또는 확산을 방지한다.
얇은 필름상의 반응물 함유 방울이란 표현은 국소 반응물 농도와 교환가능하며 얇은 필름상의 방울이 국소 반응물 농도가 달성되는 유일한 방식은 아니다.
본 발명의 한 측면에서, 도 1 과 같은 광학적 트랩이 불균질한 얇은 액체 필름 코팅의 한 지역에서 입자를 가두고 상이한 화학적, 생화학적 또는 생물학적 공정이 일어나는 얇은 필름 코팅의 상이한 지역을 통해 입자를 이동시키는데 사용된다. 예컨대, 얇은 액체 필름 코팅(100)의 평면도인 도 3A 에서 일련의 방울(112, 114, 116, 118)이 얇은 필름 코팅(100)에 침적될 수 있다. 각 방울은 상이한 화학적, 생화학제 또는 생물학제를 포함한다. 광학적 트랩을 사용하여 한 입자가 방울(120)에 선택되고 얇은 필름 코팅(100)을 통해 연속으로 화살표(120) 방향으로 방울(114), 방울(116) 및 방울(118)로 이동된다. 연속하는 방울에서 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응이 일어나 방울(118)에서 필요한 생성물을 생성한다.
우물(102, 104)이 고체 기질에 형성되어서 도 3B 및 도 3C 의 측면도로 도시된 바와 같이 반응물 방울의 배치 및 분리를 용이하게 한다. 이러한 우물은 석판술 및 에칭, 스탬핑 또는 몰딩, 또는 미소 기계가공을 포함한 다양한 수단에 의해 기질에 형성될 수 있다. 이러한 예비성형된 기질은 앞서 기술된 대로 얇은 필름이 코팅되고 다양한 샘플 우물, 마이크로 채널 또는 마이크로챔버에 얇은 필름코팅을 통해 적절한 반응물이 채워지고 혹은 반응물 챔버가 먼저 채워진 후 얇은 필름 코팅이 적용될 수 있다. 반응물이 기질의 오목부에 침전하여 필름을 변위시키도록 얇은 필름보다 높게 밀도를 증가시키기 위해서 반응물은 다양한 작용제를 포함할 수 있다. 이것은 전기영동 겔 우물이 채워지는 방식과 유사하다. 충진과정을 시각화하기 위해서 지시약 안료가 종종 첨가된다. 안료가 사용된다면 반응물 위치에서 일어날 수 있는 처리단계 및 반응물과 안료가 상용적이어야 한다. 입자는 광학적 트랩으로 수직 이동되어 반응물 연못에 입자를 도입하고 얇은 필름을 통해 인접한 반응물 위치에 수평 이동을 시키기 위해 수직으로 빠진다. 만약 도 3B 의 우물(102) 또는 도 3C 의 우물(104)과 같은 예비성형된 우물(즉, 광학적으로 평평하지 않은)을 포함한 기질을 통해서 광학적 트래핑이 수행된다면 우물이 트래핑 비임과 간섭하지 않도록 설계되어야 한다. 예컨대, 표면의 갑작스런 수직 변화는 피해져야 한다. 만약 얇은 필름면으로 부터 광학적 트래핑이 수행된다면 이러한 제약은 도 3C 만큼 중요하지 않다.
불균질한 얇은 액체 필름 또는 불균질한 기질 표면 화학을 일으키는 또다른 방법은 분자의 셀프-어셈블리 및 나노케미스트리(1992)를 포함한다(Abbot et al., Science 257:1539; (1991), Whitesides et al., Science 254:1312).
또다른 구체예에서 두 플레이트 간에 포함된 부피를 여러 반응 지역에 분배하는 침적된 라인 및 구조(전기도금된 금이나 다른 금속 또는 스핀코팅된 포토레지스트와 같은 폴리머재료로 제조된)를 갖는 상부 및 하부 커버 플레이트(현미경용으로 얇고 대단히 평탄한 유리나 용융된 실리카로 제조된)로 구성된 얇은 필름 카트리지가 사용된다. 이들 지역은 한 지역에서 다른 지역으로의 벌크물질 확산을 제한시키는 작은 채널에 의해 상호연결된다.
본 발명은 여러 가지 화학적, 생화학적 및 생물학적 절차에 유용하며 서브마이크로리터 수준에서 작동할 수 있는 관시스템의 곤란 및 복잡성 없이 서브마이크로 리터 수준에서 반응할 수 있는 단순한 수단을 제공한다.
예컨대, 올리고누클레오티드 합성은 혼성 프로브(probe) 및 DNA 서열 프라이머로서 사용하는 짧은 단일 가닥 DNA 분자를 합성하는데 사용된다. 최신 방법은 합성 규모의 제약 때문에 종종 과도한 양의 생성물을 생성한다. 최근에 방향성 DNA 서열과 같은 분야는 이러한 합성 비용 때문에 제한된다. 본 발명에서 원하는 서열의 제 1 누클레오티드가 결합된 구매가능한 비이드 입자상에서 올리고누클레오티드 합성이 수행된다. 표준 포스트아미디트(phosphoramidite) 화학을 사용한 연속 누클레오티드 연결이 본 발명의 얇은 필름 포맷에서 용이하게 수행될 수 있다.
특히, 일련의 방울이 얇은 필름상에 침적되고 한 방울은 원하는 서열의 제 1 반응성 누클레오티드가 부착된 비이드를 포함하며 다른 방울은 상이한 반응성 누클레오티드 분자를 포함한다. 연결제, 블록해제제, 캐핑제 또는 세척제가 상이한 방울에 위치될 수 있다. 이후에 광학적 트랩에 의해 단일한 비이드가 비이드 함유 방울에서 선택된다. 얇은 필름에 대해 광학적 트랩을 이동시킴으로써 포획된 비이드가 얇은 필름을 통해 이미 비이드에 부착된 누클레오티드에 연결될 누클레오티드를 함유한 방울에 이동된다. 이 과정은 누클레오티드 서열을 조립하는데 필요한 순서로 포획된 비이드와 부착된 누클레오티드를 다음 방울에 이동시킴으로써 반복된다.
합성 완료시 올리고누클레오티드가 비이드로 부터 절단되고 역시 비이드의 표면상에서 수행된 Sanger DNA 서열 방법의 고체상 포맷의 얇은 필름 버전에 직접 연결된다. 최후 서열화 반응 생성물이 동일한 기질에 미소조립된 모세관 전기영동 시스템의 샘플챔버에 방출된다. 이러한 방법은 해독된 조합 라이브러리로 부터 올리고누클레오티드 태그의 서열화에 적용될 수 있다. (Brenner Lerner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:5381-5383 (1992)).
유사하게 펩티드에 대한 Edmann 서열화 화학이 단일 비이드로 부터 직접 서열화하기 위해 얇은 필름 포맷에 적용된다. 이러한 방법은 서열화에 필요한 천연 단백질의 질량을 더욱 감소시키고 조합 라이브러리로 부터 펩티드 태그를 서열화하는데 필요한 단백질의 양을 더욱 감소시키는데 중요하다 (Lam et al., Nature 354:82-84 (1991); Lam et al., Bioorganic Medicinal Chemistry Letters 3(3):419-424 (1993)).
펩티드 합성(Furka et al., Intl. J. Peptide Protein Res. 37:487-493 (1991)), 펩토이드 합성(Simon et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:9367-9371 (1992), Bartlett et al. WO 91/19735), 거대분자합성(Schrober et al., BioTechniques 18(4);652-660 (1995)) 및 기타 조합라이브러리(Ellman, U.S. Patent No. 5,288,514; Bunin and Ellman, J. Am. Chem. Soc. 114:10997-10998 (1992))에 본 발명의 얇은 필름 포맷이 적용된다. 고체상 지지부, 특히 비이드 상에서 수행될 수 있는 모든 화학적 또는 생화학적 합성이나 서열화 반응이 본 발명을 사용하여 단일 비이드에서 수행될 수 있다.
반응 생성물이 모니터되거나 결합 상수가 측정되는 경우에 Rigler의 형광 상관 스펙트로스코피 방법이 얇은 필름에서 서브마이크로리터 샘플 분석에 적용될 수 있다(Eigen and Rigler, (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:5740-5747).
본 발명은 많은 수의 원치않은 물질중에서 필요한 물질을 분리시키는 단계를 포함하는 생물학적 절차에도 유용하다. 예컨대 이러한 생물학적 절차의 예는 다음과 같다 : 단일클론 항체 생성, 박테리오파아지 디스플레이 펩티드 라이브러리의 스크리닝 및 핵산의 클로닝.
단일클론 항체 생성을 위해 원치않거나 단일클론이 아닌 항체를 생성하는 많은 수의 세포로 부터 필요한 단일클론 항체를 생성하는 단일 세포를 선택하는데 본 발명이 쉽게 채택된다. 단일클론 항체의 발생은 항원의 선택에 관계하며 이를 위해 항원에 특이적으로 결합할 수 있는 단일클론 항체를 갖는 것이 필요하다. 이러한 항원은 단백질, 핵산, 다당류 또는 특이 결합하는 단일클론 항체를 갖는 것이 필요한 다른 물질일 수 있다. 본 발명의 특별한 구체예에서, 항원은 광학적 트랩에 포획하기에 적합한 입자에 결합된다. 이러한 입자는 예컨대 라텍스 비이드일 수 있다.
본 발명을 단일클론 항체 제조에 적용할 때 제 1 방울(112)은 하나 이상의 항원 결합 입자를 포함한다. 이들 항원결합입자중 하나가 광학적 트랩의 광학적 비임에 포획되고 얇은 필름(100)을 통해 제 2 방울(114)에 이동된다. 제 2 방울(114)은 다양한 단일클론 항체 생성 세포를 포함하며, 이들 세포중 일부는 항원에 특이성인 단일클론 항체를 생성한다. 이러한 단일클론 항체는 당해 분야에 공지된 표준방법으로 생산될 수 있다(Kohler and Milstein, Nature 256:495-497 (1975); Kozbor et al., Immunology Today 4:72 (1983); Cole et al., Monoclonal Antibodies and Cancer Therapy, pp. 77-96 (Alan R. Liss, Inc., 1985).
항원이 연결된 입자가 입자에 연결된 항원에 대해 특이성인 단일클론 항체를 포함하는 단일클론 항체 생성 세포에 결합하도록 제 2 방울(114)의 조건이 선택된다. 이후에 얇은 필름(110)을 통해 단일클론 항체 생성 세포가 결합된 항원결합 입자를 다음 방울(116)에 이동시켜 필요한 단일클론 항체 생성 세포를 원치않은 세포와 분리시키기 위해 광학적 트랩이 사용된다. 이후에 필요한 단일클론 항체생성 세포가 방울(116)에서 수집되고 적절한 배양조건에 놓여서 필요한 단일클론 항체를 생성하도록 세포의 복제를 허용한다.
유사한 방식으로 본 발명이 다양한 파아지 표현 불원 펩티드로 부터 필요한 펩티드를 표현하는 파아지를 선택하기 위해서 파아지 디스플레이 펩티드 라이브러리를 스크리닝하는데 사용된다. 리간드에 결합한 펩티드를 갖는 것이 필요한 리간드가 입자에 연결된다. 하나 이상의 리간드 결합 입자가 제 1 방울(112) 형태로 얇은 필름(110)에 적용된다. 광학적 트랩이 사용되어 광학적 비임에 단일한 리간드 결합 입자를 포획하고 이것을 얇은 필름(110)을 통해 제 2 방울(114)에 이동시킨다. 제 2 방울(114)은 파아지 디스플레이 펩티드 라이브러리 일부를 포함한다. 이 라이브러리는 다양한 공지 기술에 의해 제조된다(Smith, Science 228:1315-1317 (1985); De la Cruz et al., J. Biol. Chem. 263: 4318-4322 (1988); Parmley and Smith, Gene 73: 305-318 (1988); Parmley and Smith, Adv. Exp. Med. Biol. 251:215-218 (1989); Scott and Smith, Science 249:386-390 (1990)).
만약 파아지 디스플레이 펩티드 라이브러리가 리간드에 특이하게 결합할 수 있는 펩티드를 표현하는 파아지를 포함한다면 이 파아지는 리간드 결합 입자에 결합되어 리간드 결합 입자와 함께 운반된다. 이후에 광학적 트랩이 사용되어 얇은 필름(110)을 통해 리간드 결합 입자를 다음 방울(116)에 이동시킨다. 방울(116)로 부터 필요한 파아지가 회수되고 필요한 펩티드의 분석 또는 정제를 위해 적당한 박테리아 호스트에 성장된다.
본 발명은 유전자 은행 또는 cDNA 라이브러리와 같은 핵산 조각 모음에서 필요한 핵산 조각을 정제하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 유전자 은행을 만들 때 본 기술은 유기체의 총 DNA를 분리하고 이후에 이 DNA를 적당한 제한효소로 자르는 단계를 포함한다. 이후에 불필요한 DNA 조각으로 부터 필요한 DNA 조각을 식별 및 분리시키는 절차가 수행된다. 기술된 광학적 트랩은 이러한 추후 절차를 단순화 또는 제거하는데 사용될 수 있다.
종래의 절차에서는 프로브(필요한 핵산조각에 특이 결합한 핵산 조각)가 필요하다. 이 프로브는 광학적 트랩에 포획하기에 적합한 입자에 연결된다. 이후에 하나 이상의 프로브 결합 입자가 제 1 방울(112)로 얇은 필름(110)에 적용된다. 이후에 광학적 트랩이 사용되어 광학적 비임에 하나의 프로브 결합 입자를 선택하여 얇은 필름(110)을 통해 프로브 결합 입자를 제 2 방울(114)에 이동시킨다. 제 2 방울(114)은 유기체의 DNA의 제한 효소를 포함한다. 만약 프로브가 유기체 DNA의 어느 한 조각에 특이하게 결합할 수 있다면 프로브 결합 입자와 필요한 DNA조각의 착물을 형성하도록 제 2 방울(114)의 조건이 선택된다. 이 착물은 이후에 얇은 필름(110)을 통해 필요에 따라 수집 및 조작될 수 있는 또다른 방울(116)에 광학적 트랩에 의해 이동된다.
본 발명의 선호된 응용분야는 단일분자 DNA의 염기서열이다. 이 분야에서 입자는 한 단부에서 미소 비이드에 부착된 단일한 DNA 분자이다. 단일한 비이드와 부착된 DNA는 수많은 이러한 비이드 및 부착 가닥을 포함한 얇은 필름의 방울로 부터 광학적 트랩을 사용하여 선택된다. 얇은 필름코팅에 대해 광학적 트랩을 이동시킴으로써 선택된 비이드가 얇은 필름을 통해 단일한 엑소누클레아제가 DNA 분자의 자유단부에 결합하는 엑소누클레아제를 포함한 방울에 이동된다. 이후에 광학적 트랩은 비이드, DNA 분자 및 엑소누클레아제를 엑소누클레아제가 활성화되는 얇은 필름 코팅 부위에 이동시킨다. 결과적으로, 엑소누클레아제는 DNA 분자를 한번에 하나씩 단일 누클레오티드로 쪼개기 시작한다. 이후에 광학적 트랩은 엑소누클레아제가 DNA 분자로 부터 단일 누클레오티드를 쪼개는 동안 비이드, 분자 및 엑소누클레아제를 얇은 필름을 통해 꺼내고 이들은 DNA 분자의 운동에 의해 한정된 경로에 남긴다. DNA 분자는 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있다.
이후에 적당한 탐지시스템이 DNA 경로를 재추적하여 적당한 서열로 누클레오티드를 식별한다. 이러한 시스템의 일례는 단일 누클레오티드로 부터 형광을 반복적으로 자극하는 펄스화 레이저와 상이한 누클레오티드와 관련된 상이한 시간-해상 형광 스펙트럼을 탐지하는 광학 탐지 시스템이다.
이러한 응용분야는 도 4A-4E 에 더욱 상술된다. 방울(210, 212)은 설명을 목적으로 과장된 크기로 도시되며 대체로 얇은 필름의 두께 정도이다.
단일 누클레오티드의 형광을 활성화하거나 기질을 통해 단일 누클레오티드 방출을 탐지하는 단일 누클레오티드 식별 스킴을 위해서 기질은 최초의 누클레오티드 활성화 및 탐지를 위한 UV(240-300㎚)나 근 UV(300-450㎚)에 투명해야 한다. 하나 이상의 형광 누클레오티드 아날로그나 안료 태그 누클레오티드를 사용하는 방법의 경우에 기질은 해당 활성화 및 방출 파장지역에서 매우 투명해야 한다.
기질 표면을 따라 DNA 분자를 이동하기 위해서 기질표면상에 최소 두께의 수성 필름이 제공될 필요하다. DNA에 부착된 비이드는 0.2-1.0㎛ 직경이므로 필름의 두께가 적절해야 한다. 액체 필름은 엑소누클레아제에 적절한 수성 버퍼만큼 단순하거나 필름의 점도를 증가시키기 위해 엑소누클레아제와 양립할 수 있는 다양한 작용제(예, 글리세롤)를 포함할 수 있다. 필름은 용액에서 자유롭거나 기질에 공유 결합된 폴리머 또는 프리폴리머를 포함한다(Hjerten, J. Chromatography 347:191-198 (1985)). 증가된 점도의 이러한 필름은 방출된 단일 누클레오티드의 확산을 감소시킨다(Pratt and Keller, J. Phys. Chem. 97:10254-10255 (1993)). 단일 누클레오티드 제시동안 표면필름의 증발을 막기 위해서 적절히 분리된 도 2E 또는 2H 와 같은 두 기질 사이에 필름이 샌드위치될 수 있다. 이것은 단일 누클레오티드 탐지용으로 니어 필드 광학의 사용을 배제하지만 파 필드 광학과는 양립한다. 혹은, 얇은 필름은 필름과 접촉하는 가스상의 상대습도가 조절되어서 증발 또는 응축을 방지하는 자유표면을 가질 수 있다. 자유표면을 갖는 이러한 표면은 스핀코팅과 같은 당해 분야에 공지된 수단에 의해 기질에 적용될 수 있다(Betzig and Chichester, Science 262:1422-1425 (1993)).
단일한 큰 DNA 분자는 공계류중인 미국특허출원 제 08/376,761 호; Perkins et al., Science 264:819-822 (1994a), Science 264:822-825 (1994b), Science 268:83-87 (1995)에 기술된 다양한 방법에 의해 비이드에 연결된다.
비이드에 부착된 DNA 샘플을 도입하는 가장 간단한 수단은 도 2B 에 도시된 바와 같이 투명한 기질 아래의 광학적 트랩과 기질의 상부면상의 얇은 필름을 위해 대물렌즈와 역전된 현미경 구성을 사용하는 것이다. 도 4A 에 도시된 바와 같이 비이드(222)에 연결된 DNA(220)를 포함한 마이크로리터 또는 서브마이크로리터 방울(210)이 기질(234)상의 얇은 필름(236)에 침적된다. 대물렌즈(230)로 부터 광학적 비임(232)에 포획하기 위해 단일한 비이드+DNA 분자(238)가 시각적으로 선택된다. 도 4B 에 도시된 바와 같이 단일한 비이드+DNA 분자가 기질과 대물렌즈의 상대적 운동의 결과 얇은 필름을 통해 방울 밖으로 이동된다. 선택되지 않은 비이드와 DNA는 방울의 위치에 유지된다. 유사한 방법이 도 3A-3H 의 다른 모양에 대해서도 채택될 수 있다.
도 4B 에 도시된 바와 같이 적절한 농도의 엑소누클레아제(224)를 포함한 제 2 마이크로리터 또는 서브마이크로리터 방울(212)이 비이드와 DNA를 포함한 방울(210)에 바로 인접하게 얇은 필름(236)상에 놓인다. 도 4C 에 도시된 바와 같이 단일한 선택된 비이드+DNA 착물이 제 2 방울을 통해 이동되어 단일한 엑소누클레아제 분자(224)가 DNA의 자유단부에 결합하게 한다. 도 4D 에 도시된 바와 같이 비이드+DNA+엑소누클레아제 착물은 엑소누클레아제에 의한 절단이 일어나는 표면을 따라 얇은 필름을 통해 제 2 방울(212) 밖으로 이동된다. 도 4E 와 같이 이것은 비이드-DNA-엑소누클레아제 착물이 필름을 통해 이동될 때 얇은 필름(236)에 일련의 누클레오티드(270)가 남겨지게 한다.
방울의 높이는 얇은 필름의 높이보다 클 필요는 없다. 한 구체예에서 방울의 높이는 필름의 높이와 같다.
단일한 비이드+DNA+엑소누클레아제 착물은 절단된 누클레오티드를 뒤섞지 않는 임의의 방식으로 기질표면을 따라 얇은 필름을 통해 이동될 수 있다. 예컨대, 경로는 '761 출원의 도 13 에 도시된 래스터 스캔과 유사한 전후 패턴이나 포노그래프 레코드의 홈패턴과 유사한 디스크형 기질 표면상의 나선을 한정할 수 있다. 가장 간단하게 착물은 필름을 통해 단일 방향으로 이동되어 단순한 선형 경로를 형성할 수 있다. 폴리머를 포함한 얇은 필름의 경우에 단일한 DNA 착물은 폴리머 매트릭스를 통해 이동한다(즉, 엑소누클레아제가 결합된 DNA 분자의 단부는 비이드가 결합된 DNA의 단부의 운동에 의해 형성된 경로를 엄격히 따른다) (Perkins et al., 1994a).
적절한 서열을 흐트리지 않고 절단된 누클레오티드의 가장 근접한 간격을 허용하기 위해서 표면을 따라 각 절단된 누클레오티드의 2차원 확산을 최소화하는 것이 필요하다(Pratt and Keller). 확산의 최소화를 위해 다양한 수단이 사용될 수 있다. 가장 간단한 것은 액체 필름의 점도를 증가시키고 온도 변화에 의해 엑소누클레아제의 턴오버 횟수를 조절하고 얇은 필름을 통한 DNA 분자의 이동속도를 조절함으로써 방출된 누클레오티드의 간격을 조절하는 것이다. 추가로, 폴리머를 광-가교결합시키지만 방출된 단일 누클레오티드를 광표백시키지 않는 제 2 레이저로 경로를 따름으로써 단일 누클레오티드를 포함한 DNA 뒤에 있는 표면에서 폴리머 필름을 가교결합시킬 수 있다. 폴리머를 적절히 선택하여 가교결합 시간이 연장된 DNA 사슬을 먼저 통과시킬 만큼 충분히 길게 조정된다면 적외선 포획 비임으로 광-가교결합시킬 수 있다. 또한 음전하 포스페이트기와 정전기적 상호작용을 통해 누클레오티드 모노포스페이트에 대해 높은 결합 능력을 제공하도록 기질의 표면화학을 개질시킬 수 있다(Matheja and Degens, Structural Molecular Biology of Phosphates, Fortschritte Der Evolutionsforschung, Band V, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 1971, pp. 180). 누클레오티드 모노포스페이트를 결합하는데 사용되는 음이온 교환 반응물이 사용될 수 있다. 혹은, 상이한 누클레오티드 모노포스페이트에 특이 결합하는 단백질 또는 유기 및 무기 착물화제(Kyogoku, Lord and Rich, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 57:250-257 (1967) ; Kyogoku, Lord and Rich, Nature 218:69-72 (1968); Kim and Rich, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 60:402-408 (1968); Terron and Moreno, Inorganica Chimica Acta 56:L57-L59 (1981))가 기질표면에 결합되어 방출된 모노누클레오티드에 대한 효과적인 트랩으로서 작용할 수 있다. 기질상의 자기 조립된 단일층이 이러한 누클레오티드 결합 능력을 제공하는데 사용될 수 있다. 이러한 자기조립된 단일층의 방향성은 결합된 누클레오티드를 배향시켜 탐지를 용이하게 하는 역할을 한다.
방출된 단일 누클레오티드의 확산은 분리된 각 누클레오티드를 포획하는 얇은 필름으로 부터 단단하고 친수성인 유리 매트릭스를 형성하기 위해서 기질을 저온(약 77°K)까지 냉각함으로써 더욱 감소된다. 세부사항은 공계류중인 '761 특허에 발표된다. 저온 및 고응집성 매트릭스는 누클레오티드 형광의 광안정성과 양차 수율을 크게 증진시켜서 후속 탐지 및 식별을 용이하게 한다. 얇은 필름 기질 냉각 장치는 다음 장치와 유사하다(Grober et al., Rev. Sci. Instrum. 65(3):626-631 (1994)). 또는 모델 CF2102 마이크로스코프 저온유지장치(Oxford Instruments, Concord, MA)가 있다. 도 4E 에서 기질은 저온유지장치(280)에 의해 저온으로 냉각된다.
만약 각 조각난 누클레오티드가 충분히 분리된다면 공계류중인 '761 출원과 다음 문헌(Tellinghuisen et al., Anal. Chem. 66(1):64-72 (1994), Nie et al., Science 266:1018-1021 (1994))에 기술된 종래의 회절 제한 광학을 사용하여 표면상에서 탐지될 수 있다. 만약 누클레오티드가 매우 밀접한 간격에서 조차 적절한 서열의 흐트러짐을 막기 위해서 부동화된다면 니어 필드 스캐닝 광학 현미경이 사용될 수 있다. 그러나, 후자의 경우에 누클레오티드는 스캐닝 프로브 팁이 프로브 구멍 직경의 3배내에 접근할 수 있도록 얇은 필름 표면에 국지화 되어야 한다. 이것은 누클레오티드 탐지에 앞서 기질표면으로 부터 누클레오티드의 손실을 일으키지 않은 방식으로 얇은 필름의 증발 또는 승화를 필요로 한다. 더욱 먼 거리에서 파 필드 광학 조건이 적용된다. 니어-필드 광학은 사용하는 표면상의 단일분자 형광 스펙트로 스코피의 예는 다음과 같다(Betzig and Chichester, supra; Ambrose et al., Phys. Rev. Lett. 7291):160-163 (1994a); Trautman et al., Nature 369:40-42 (1994); Xie and Dunn, Science 265:361-364 (1994); and Ambrose et al., Science 265:364-367 (1994b)).
도 4E 에서 형광 스펙트로스코피 시스템은 레이저 시스템(300), 탐지기(350) 및 컴퓨터(400)를 포함한다. 이러한 시스템의 세부사항은 '761 출원의 도 9 에서 채택된 도 5 에 기술된다. 간략하면, 이 시스템은 레이저 비임(305)이 각 누클레오티드(270)를 반복적으로 형광시키고 탐지기(350)는 각 레이저 펄스후 단일 형광 광자의 도달시간 지연을 측정하는 시간-해상 단일 광자 카운트 시스템이다. 각 탐지될 누클레오티드에 대해서 수차례 이것을 함으로써 단일 형광 광자의 통계적 샘플을 축적하여 이로 부터 각 누클레오티드의 반감기가 결정될 수 있다. 이러한 반감기 측정은 컴퓨터(400)에 의해 공지의 누클레오티드의 반감기와 비교됨으로써 최상의 일치를 위치시켜 누클레오티드를 식별한다.
레이저 비임(305)은 모드-락-레이저(310)인 응집성 방사원에 의해 발생된다. 선호된 구체예에서 레이저(310)는 아르곤 이온이 펌핑된 모드-락 Ti: 사파이어 레이저이며 이의 출력은 81.5㎒의 모드-락 속도에서 240-300㎚의 파장에 대해서 10초분의 1초 또는 피코세컨드의 펄스를 제공하기 위해 삼중화된 주파수이다. 적당한 아르곤 및 모드-락 Ti: 사파이어 레이저는 Spectra-Physics 로 부터 모델 2080-15 및 3960으로 구매가능하다. Ti: 사파이어 레이저로 부터 제 2 및 제 3 조화 출력을 발생시키기에 적당한 장치는 INRAD(Northvale, New Jersey)로 부터 구매가능한 모델 5-050 주파수 삼중화기이다.
형광된 누클레오티드 아날로그, 염료 태그 누클레오티드 또는 누클레오티드, 형광성 누클레오티드 아날로그나 염료 태그 누클레오티드의 다양한 조합이 서열화된 DNA에 포함되는 본 발명의 또다른 구체예에서 레이저 활성화원은 사용된 누클레오티드의 종류에 따라 최적의 활성화 파장을 제공하도록 변형된다. 형광성 누클레오티드 아날로그와 염료태그 누클레오티드는 원래의 누클레오티드와는 다르게 근 UV 또는 가시광선에서 활성 최대값을 가진다. 일반적으로 이러한 파장은 파 UV 보다 더 쉽게 발생된다. 가장 복잡한 경우에 4개의 이산 레이저원이 4개의 상이한 종류의 누클레오티드에 대해 최적의 활성화를 위해 필요하다.
각 누클레오티드의 풀타임-분할 방출 스펙트럼이 탐지기(350)의 광카메라를 사용하여 기록된다. 이 장치는 시간 및 파장에 대한 형광 세기의 3-D 윤곽을 제공한다. 누클레오티드(270)가 레이저 비임(305)을 받을 때 레이저 비임의 개시를 나타내는 신호(337)가 발생된다. 신호(337)는 비임 분할기(315)를 레이저 비임(305)의 경로에 삽입시킴으로써 발생되며 보조 레이저(307)를 분할한다. 비임(307)은 식별기(322)에 제공되는 출력신호를 생성하는 포토다이오드(320)상에 입사한다. 식별기(322)는 포토다이오드(320)상에 입사한 광전자가 한계값을 초과할때만 레이저(310)로 부터 활성화 펄스의 발생을 나타내는 출력신호를 발생시켜 그릇된 탐지를 제거한다.
누클레오티드로 부터 형광방출(330)은 높은 조리개수 렌즈(345)에 의해 수집되고 공간적 및 분광학적으로 여과되고 그레팅 스펙트로그래프(370) 또는 프리즘 또는 모노크로메이터와 같은 다른 분산요소를 통해 안내되어 광음극(375)상에 초점이 잡힌다. 프리즘(370)은 입사한 광자를 분산시켜서 파장에 따라 x축을 따라 광자 경로를 편위시킨다. 누클레오티드의 형광성 방출 대역밖의 파장은 이러한 수단에 의해 배제된다.
신호(337)는 도 5 에서 전극(382A, B)으로 도시된 수직 전극쌍을 따라 고전압을 일으키는 사인파 전압 발생기(380)를 써서 레이저의 모드-락 주파수를 동기화시킨다. 연속 레이저 펄스간에 단일한 스위프(sweep)가 일어나도록 스위프 주파수가 결정된다. 단일한 형광성 광자가 광음극(375)을 충돌할 때 방출된 단일 광전자는 추출 그리드(377)에 의해 광튜브내의 고진공에서 가속되고 레이저 펄스후 단일 광자의 방출시간의 함수인 고유한 전기장을 경험한다. 결과적으로 단일한 광전자가 방출시간에 비례하는 y축을 따라 마이크로 채널 플레이트(385)를 충돌한다. 따라서, 마이크로채널 플레이트(385)상에 입사한 광전자의 공간좌표는 각 탐지된 광자에 대한 지연시간 및 파장을 나타낸다. 이들 좌표는 디지탈화기(390)에 의해 디지탈화되어서 컴퓨터(400)에 제공된다.
누클레오티드가 활성 지역에 유지되는 한 누클레오티드는 반복된 활성화 및 방출 싸이클을 겪는다. 탐지된 각 형광성 광자에 대해서 탐지 시간이 y축을 따른 공간좌표로 전환되고 파장이 x축을 따른 공간 좌표로 전환된다. 이들 공간좌표가 디지탈화기(390)에 의해 디지탈화되어서 컴퓨터(400)에 제공된다. 결과적으로 수많은 탐지에 대해서 복사후 시간 간격 및 파장으로 탐지된 광자의 개수를 기록한 막대그래프가 전개된다. 4개의 누클레오티드에 대해서 막대그래프는 특이하다.
따라서, 각 누클레오티드를 식별하기 위해서 각 탐지된 누클레오티드에 대해 발생된 막대그래프가 4개의 누클레오티드의 기준 막대그래프와 비교된다. 이를 위해서, 기준 막대그래프는 컴퓨터(400)에 저장되고; 탐지된 누클레오티드에 대한 막대그래프가 발생될 때 컴퓨터(400)에 의해 저장된 막대그래프와 비교된다.
스펙트로그래프(370)는 Chromex 250i-FX이며 광카메라는 Hamamatsu Photonics (Bridgewater, New Jersey)의 모델 C1587이다. 디지탈화기는 CCD 카메라이며 컴퓨터는 Macintosh 840 A/V이다.
도 5 장치의 세부 사항은 '761 출원의 도 9 에 발표된다.
본 발명은 여러 방식으로 실시된다. 다양한 형태의 광학적 트랩이 사용되며 광학적 트랩과 기질간에 상대적 운동을 일으키기 위해서 다양한 수단이 사용될 수 있으며 다양한 이동 패턴이 수반된다. 기질이 움직이고 트랩은 고정되거나 트랩이 이동되고 기질은 고정되는지는 차이가 없다. 본 발명에 단일한 광학적 트랩에 대해 기술될지라도 다중 위치 광학적 트랩을 사용하여 더 큰 효과를 얻을 수 있다.
다중위치 스캐닝 레이저 트랩(Misawa et al., Macromolecules 26:282-286 (1993))이 증가된 샘플 산출량을 위해 다중 단일분자 착물을 병렬로 이동시키는데 사용될 수 있다. 이러한 트랩은 특정 속도 및 패턴을 갖는 물체 평면을 통해 단일한 레이저 비임의 컴퓨터 제어 스캐닝에 의해 형성된다. 연속 스캔간의 시간이 충분히 짧다면 여러 입자가 동시에 포획된다. 만약 연속 스캐닝 패턴이 약간 다르다면 입자는 독립적으로 이동할 수 있다. 이러한 다중위치 광학적 트랩은 구매가능하다(Multi Beam Photonic Tweezers Ⅲ, S+L heidelberg, Heidelberg, Germany). 이러한 멀티트랩 구성에서 인접한 DNA 분자는 각 가닥에서 나오는 방출된 누클레오티드의 확산에 의한 흐트러짐을 막기 위해서 충분히 분리되어야 한다.
얇은 필름을 통해 한 방울에서 다른 방울로 입자를 이동시키는데 다른 수단이 사용될 수 있다. 예컨대, 자석에 부착되는 철과 같은 재료로 제조된 코어를 갖는 입자를 사용함으로써 광학적 트랩 대신에 자기장을 사용하여 얇은 필름을 통해 입자를 이동시킬 수 있다.
도 4A-4E 에 기술된 본 발명의 구체예에서 원래 누클레오티드를 정확히 탐지하고 식별하는 작동변수가 제공된다. 다양한 이유로 (서열화 속도 증가나 기구를 단순화시키는 것) 이상적인 조건은 달성될 수 없다. 그럼에도 불구하고 실제적인 서열화 작업을 허용하는 도 4A-4E 의 수많은 변형예가 가능하다.
일반적으로, 도 4A-4E 의 실시에 사용될 수 있는 3가지 범주의 누클레오티드가 있다. 원래의 누클레오티드가 선호되는데 그 이유는 직접적인 유전자 서열화 기회만을 제공하며 가능한 에러원을 제거하며 서열화 합성 템플레이트에 외부 누클레오티드의 도입과 관련된 시간 및 비용을 제거하기 때문이다. 제 2 부류의 누클레오티드는 형광성 누클레오티드 아날로그이며 제 3 부류는 형광색소를 링커를 수단으로 누클레오티드에 공유 결합시킨 것이다(미국특허 제 4,962,037 호). 후자의 두 경우에서 누클레오티드 아날로그나 염료태그 누클레오티드를 포함시킬 수 있는 적절한 폴리머아제를 사용하여 서열화될 DNA의 사본을 먼저 합성하는 것이 필요하다. 게다가 누클레오티드 아날로그나 염료 태그 누클레오티드를 포함한 합성 템플레이트를 절단할 수 있는 엑소누클레아제를 사용할 필요가 있다.
단지 원래의 누클레오티드, 누클레오티드 아날로그 또는 염료 태그 누클레오티드만을 사용하는 방법에 추가적으로, 이들 누클레오티드의 4가지 조합이 가능하다: 원래의 누클레오티드+누클레오티드 아날로그, 원래의 누클레오티드+염료태그 누클레오티드, 누클레오티드 아날로그+염료 태그 누클레오티드, 원래의 누클레오티드+누클레오티드 아날로그+염료 태그 누클레오티드. 이들 4개의 범주내에 모든 가능한 조합이 가능하다(즉, 3개의 네이티브 + 1개의 아날로그, 2개의 네이티브 + 2개의 아날로그, 1개의 네이티브 + 3개의 아날로그등). 다양한 부류의 누클레오티드를 조합할 능력은 염료 태그 누클레오티드를 배타적으로 포함시킬 때 마주치는 문제점을 극복시킨다(1992 Harding and Keller, Trends in Biotechnology 10:55-57).
또다른 가능성은 다중 패스 서열화에 의해 제공되며 동일한 가닥을 여러번 서열화함으로써 서열이 유도된다. 각 별도의 패스에서 기기의 작동 변수를 변화시키거나 탐지가능한 누클레오티드의 상이한 조합을 사용함으로써 하나이상의 누클레오티드에 대한 정보가 수득된다. 최종 서열은 다중 패스의 정보를 조합하여 획득된다. 이 방법은 상보적 DNA 가닥의 서열을 포함시킴으로써 더욱 향상된다. 다중 패스 서열화에 필요한 정확한 조합은 다음에 달려있다: (a) 누클레오티드가 다른 3개의 누클레오티드로 부터 고유하게 식별될 수 있는지 여부; (b) 누클레오티드가 퓨린 또는 피리미딘으로 식별될 수 있는지 여부; (c) 누클레오티드가 누클레오티드로서 탐지될 수 있는지 여부; (d) 누클레오티드가 식별될 수 없는지 여부. 본 발명에 의해 서열화가 수행되게 하는 탐지 및 식별조건의 조합이 있다.
예컨대, 누클레오티드의 상보적쌍중 하나만이 식별되고 (예, A 및 C) 이들의 상보 염기(예, G 및 T)가 누클레오티드로 탐지되지만 식별될 수 없다면 두 상보적 가닥의 서열화는 아래에 도시된 완전한 서열을 재구축할 충분한 정보를 제공한다. 이것은 누클레오티드가 네이티브, 아날로그, 염료태그 또는 이의 조합인지 여부에 무관하다.
5'-ACGTTCAG-3'
3'-TGCAAGTC-5'
5'-ACXXXCAX-3'
3'-XXCAAXXC-5'
단지 하나의 누클레오티드가 식별될 수 있고 다른 세 개는 누클레오티드로서 탐지될 수 있다면 적어도 3개, 특히 4개의 분리된 서열이 최종 서열 재구축을 위해 조합될 필요가 있다. 각 별도의 패스에서 상이한 누클레오티드를 식별하는 능력은 누클레오티드 함유 매트릭스(71)의 작동변수나 탐지지대(90)의 작동변수를 조절하거나 상이한 분별가능한 누클레오티드를 각 패스동안 DNA 템플레이트의 별도의 사본에 포함시킴으로써 달성된다.
하나 이상의 누클레오티드가 탐지될 수 없는 경우에도 만약 사용된 엑소누클레아제의 절단속도가 충분히 균일하다면 서열화가 가능하다. 단일한 누클레오티드의 균일한 발생으로 활성화 지역(100)에 다음 누클레오티드의 도달시간이 예측될 수 있다. 탐지 불가능한 누클레오티드는 서열에서 갭으로 나타난다. 이러한 갭은 탐지불능인 누클레오티드에 대해 상보적인 누클레오티드가 탐지가능하고 식별가능하거나 탐지불능인 누클레오티드가 기술된 방법에 의해 후속 패스에서 탐지가능 및 식별가능해 진다면 상보적 가닥을 서열화 함으로써 이후에 채워진다.
DNA 또는 디옥시리보핵산은 네이티브 누클레오티드를 포함한 DNA, 하나 이상의 개질된 누클레오티드(예, 화학적 또는 효소에 의해 개질된 염기, 당 또는 포스페이트기를 포함한 염료태그 누클레오티드)를 포함하는 DNA, 하나 이상의 누클레오티드 아날로그를 포함한 DNA, 또는 이들의 조합을 포함하는 것이다. 누클레오티드란 용어는 네이티브 누클레오티드, 누클레오티드 아날로그, 개질된 누클레오티드(예, 화학적 또는 효소에 의해 개질된 염기, 당 또는 포스페이트기를 포함한 염료 태그 누클레오티드), 및 이들의 조합을 포함하는 것이다.

Claims (19)

  1. 얇은 액체필름에 상이한 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응물을 포함하는 적어도 제 1 및 제 2 지역을 제공하고,
    제 1 지역에 적어도 하나의 입자를 제공하고,
    제 1 지역에 단일한 화학적, 생화학적 또는 생물학적 입자를 가두는 광학적 트랩을 형성하고,
    광학적 트랩을 사용하여 갖힌 입자를 액체 필름을 통해 제 2 지역에 이동시켜 입자를 제 2 지역의 반응물과 상호작용시키는 단계를 포함하는 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응을 수행하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 갖힌 입자가 얇은 필름을 통해 입자가 사용되는 지점까지 이동됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 액체 필름이 적어도 광학적 트랩에 가둔 입자만큼 두꺼움을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 갖힌 입자가 크기가 10㎛ 미만임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 갖힌 입자가 직경이 1㎛ 미만인 비이드임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 지역이 제 1 반응성 누클레오티드가 부착되는 복수의 비이드를 포함하고 복수의 추가지역이 액체 필름상에 제공되며 각 지역은 한 종류의 반응성 누클레오티드, 연결제, 블록 해제제, 캐핑제 또는 세척제를 포함하며 갖힌 입자가 한 추가지역에서 다음 지역으로 필요한 시이퀀스로 이동되어 필요한 올리고누클레오티드를 합성하는데 사용되는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 1 지역의 입자가 제 2 지역에 있는 다양한 분자로 부터 특별한 특성을 가지는 분자를 선택하는데 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 지역이 방울임을 특징으로 하는 방법.
  9. 상이한 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응물을 포함한 적어도 제 1 및 제 2 지역을 제공하고;
    상기 제 1 및 제 2 분리지역을 상호연결시키는 얇은 필름을 제공하고;
    적어도 상기 제 1 지역에 제 1 입자를 제공하고;
    제 1 입자를 액체필름을 통해 제 2 지역에 이동시켜서 제 1 입자가 제 2 지역의 반응물과 상호작용하게 하는 단계를 포함하는 표면상에서 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응을 수행하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 제 1 입자가 제 2 지역으로 부터 제 1 입자가 사용되는 얇은 액체 필름 영역으로 이동됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 액체필름이 적어도 제 1 입자와 동일한 두께임을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 제 1 지역은 제 1 반응성 누클레오티드가 부착된 복수의 비이드를 포함하며 얇은 필름에 의해 상호연결된 복수의 추가 지역이 제공되며 각 지역은 한 종류의 누클레오티드, 연결제, 캐핑제, 블록해제제 또는 세척제를 포함하고 포획된 입자가 하나의 추가 지역에서 다른 지역으로 필요한 시이퀀스로 이동되어 필요한 누클레오티드를 합성시킴을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 제 1 입자가 제 2 지역에 있는 다양한 분자로 부터 특별한 특성을 가지는 분자를 선택하는데 사용됨을 특징으로 하는 스크리닝에 사용되는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 적어도 하나의 지역이 액체 필름에서 방울임을 특징으로 하는 방법.
  15. 단일한 DNA 분자가 한 단부에 부착된 단일한 비이드를 DNA 분자에 부착된 엑소누클레아제가 순차적으로 DNA 분자로 부터 단일한 누클레오티드를 절단하는 동안 얇은 액체 필름을 통해 고체 기질의 표면상에 이동되며 고체 기질의 표면이 단일한 누클레오티드에 결합하여 절단 순서에 따라 단일한 누클레오티드의 경로가 상기 표면상에서 형성되는 단일한 누클레오티드의 경로를 형성하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 비이드가 광학적 트랩에 의해 이동됨을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 얇은 액체 필름이 적어도 비이드 두께정도임을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 비이드의 크기가 10㎛ 미만임을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 비이드의 직경이 1㎛ 미만임을 특징으로 하는 방법.
KR1019970708788A 1995-06-05 1996-06-04 얇은 필름에서 화학적, 생화학적 및 생물학적 처리방법 KR19990022308A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8/462485 1995-06-05
US08/462,485 US5776674A (en) 1995-06-05 1995-06-05 Chemical biochemical and biological processing in thin films

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR19990022308A true KR19990022308A (ko) 1999-03-25

Family

ID=23836579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970708788A KR19990022308A (ko) 1995-06-05 1996-06-04 얇은 필름에서 화학적, 생화학적 및 생물학적 처리방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US5776674A (ko)
EP (1) EP0846124B1 (ko)
JP (1) JPH11507514A (ko)
KR (1) KR19990022308A (ko)
CN (1) CN1192745A (ko)
AT (1) ATE212350T1 (ko)
AU (1) AU698306B2 (ko)
CA (1) CA2223496A1 (ko)
DE (1) DE69618790T2 (ko)
WO (1) WO1996039417A1 (ko)

Families Citing this family (84)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3935509B2 (ja) 1997-02-12 2007-06-27 ワイ． チャン，ユージーン ポリマー分析のための方法および製品
US6055106A (en) * 1998-02-03 2000-04-25 Arch Development Corporation Apparatus for applying optical gradient forces
JP2002502977A (ja) 1998-02-04 2002-01-29 インビトロジェン コーポレイション マイクロアレイとその使用
US6139831A (en) * 1998-05-28 2000-10-31 The Rockfeller University Apparatus and method for immobilizing molecules onto a substrate
US20020119579A1 (en) * 1998-07-14 2002-08-29 Peter Wagner Arrays devices and methods of use thereof
US6682942B1 (en) 1998-07-14 2004-01-27 Zyomyx, Inc. Microdevices for screening biomolecules
US6406921B1 (en) 1998-07-14 2002-06-18 Zyomyx, Incorporated Protein arrays for high-throughput screening
US6576478B1 (en) * 1998-07-14 2003-06-10 Zyomyx, Inc. Microdevices for high-throughput screening of biomolecules
US6897073B2 (en) * 1998-07-14 2005-05-24 Zyomyx, Inc. Non-specific binding resistant protein arrays and methods for making the same
US6221592B1 (en) 1998-10-20 2001-04-24 Wisconsin Alumi Research Foundation Computer-based methods and systems for sequencing of individual nucleic acid molecules
US6607888B2 (en) 1998-10-20 2003-08-19 Wisconsin Alumni Research Foundation Method for analyzing nucleic acid reactions
US6528801B1 (en) * 1998-11-04 2003-03-04 The Research Foundation Of State University Of New York Method and apparatus for detecting radiation
US6130745A (en) * 1999-01-07 2000-10-10 Biometric Imaging, Inc. Optical autofocus for use with microtiter plates
JP3468149B2 (ja) * 1999-02-19 2003-11-17 松下電器産業株式会社 微細物体の操作装置および操作方法
AU4856100A (en) * 1999-05-17 2000-12-05 Stephen T Flock Electromagnetic energy driven separation methods
WO2000071755A2 (en) 1999-05-25 2000-11-30 Praelux Incorporated Method for sequency and characterizing polymeric biomolecules using aptamers and a method for producing aptamers
US6420112B2 (en) 1999-07-21 2002-07-16 The Regents Of The University Of California DNA attachment to support structures
WO2001018247A2 (en) 1999-09-03 2001-03-15 Lifebeam Technologies, Inc. Optical system for rapid polymer analysis
ATE365223T1 (de) * 1999-12-20 2007-07-15 Penn State Res Found Aufgebrachte dünne filme und ihr gebrauch in nachweis, anheftung und biomedizinischen anwendungen
US20030186426A1 (en) * 2000-03-15 2003-10-02 The Regents Of The University Of California Multichannel flow cell for interacting single optically trapped, DNA molecules with different chemical species
US6759235B2 (en) * 2000-04-06 2004-07-06 Quantum Dot Corporation Two-dimensional spectral imaging system
WO2001083827A1 (en) * 2000-05-04 2001-11-08 Yale University High density protein arrays for screening of protein activity
US7049579B2 (en) * 2000-07-26 2006-05-23 The Regents Of The University Of California Manipulation of live cells and inorganic objects with optical micro beam arrays
US6784420B2 (en) * 2000-11-13 2004-08-31 Genoptix, Inc. Method of separating particles using an optical gradient
US20020123112A1 (en) * 2000-11-13 2002-09-05 Genoptix Methods for increasing detection sensitivity in optical dielectric sorting systems
US6833542B2 (en) * 2000-11-13 2004-12-21 Genoptix, Inc. Method for sorting particles
US6744038B2 (en) 2000-11-13 2004-06-01 Genoptix, Inc. Methods of separating particles using an optical gradient
US6936811B2 (en) * 2000-11-13 2005-08-30 Genoptix, Inc. Method for separating micro-particles
US20030007894A1 (en) * 2001-04-27 2003-01-09 Genoptix Methods and apparatus for use of optical forces for identification, characterization and/or sorting of particles
US20020160470A1 (en) * 2000-11-13 2002-10-31 Genoptix Methods and apparatus for generating and utilizing linear moving optical gradients
US6836592B2 (en) * 2000-11-20 2004-12-28 Aculight Corporation Method and apparatus for fiber Bragg grating production
US6778724B2 (en) * 2000-11-28 2004-08-17 The Regents Of The University Of California Optical switching and sorting of biological samples and microparticles transported in a micro-fluidic device, including integrated bio-chip devices
US7211414B2 (en) 2000-12-01 2007-05-01 Visigen Biotechnologies, Inc. Enzymatic nucleic acid synthesis: compositions and methods for altering monomer incorporation fidelity
DE10100247A1 (de) * 2001-01-05 2002-07-11 Leica Microsystems Interferenzmikroskop und Verfahren zum Betrieb eines Interferenzmikroskops
US20040009540A1 (en) * 2001-04-27 2004-01-15 Genoptix, Inc Detection and evaluation of cancer cells using optophoretic analysis
US20030194755A1 (en) * 2001-04-27 2003-10-16 Genoptix, Inc. Early detection of apoptotic events and apoptosis using optophoretic analysis
US6416190B1 (en) * 2001-04-27 2002-07-09 University Of Chicago Apparatus for using optical tweezers to manipulate materials
JP4199107B2 (ja) * 2001-06-20 2008-12-17 アリックス インコーポレイテッド 配列可能な動的３次元アレイ
CN1854778A (zh) 2001-06-20 2006-11-01 阿尔利克斯公司 光开关和光路由器以及光滤波器
US20030143612A1 (en) * 2001-07-18 2003-07-31 Pointilliste, Inc. Collections of binding proteins and tags and uses thereof for nested sorting and high throughput screening
US6710877B2 (en) * 2001-07-23 2004-03-23 Corning Incorporated Apparatus and methods for determining biomolecular interactions
US6767731B2 (en) * 2001-08-27 2004-07-27 Intel Corporation Electron induced fluorescent method for nucleic acid sequencing
GB0121700D0 (en) * 2001-09-07 2001-10-31 Univ Leicester Detection of fluorescence
US6852492B2 (en) * 2001-09-24 2005-02-08 Intel Corporation Nucleic acid sequencing by raman monitoring of uptake of precursors during molecular replication
US6982165B2 (en) * 2001-09-24 2006-01-03 Intel Corporation Nucleic acid sequencing by raman monitoring of molecular deconstruction
US7238477B2 (en) * 2001-09-24 2007-07-03 Intel Corporation Methods to increase nucleotide signals by Raman scattering
US6972173B2 (en) 2002-03-14 2005-12-06 Intel Corporation Methods to increase nucleotide signals by raman scattering
US7309568B2 (en) * 2001-09-26 2007-12-18 Hitachi, Ltd. Method in inspecting DNA and apparatus therefor
EP1444338A4 (en) * 2001-11-15 2007-07-04 Arryx Inc PASTILLE WITH SAMPLES
US7476501B2 (en) * 2002-03-26 2009-01-13 Intel Corporation Methods and device for DNA sequencing using surface enhanced raman scattering (SERS)
US20040110208A1 (en) * 2002-03-26 2004-06-10 Selena Chan Methods and device for DNA sequencing using surface enhanced Raman scattering (SERS)
US20040180363A1 (en) * 2002-04-12 2004-09-16 Dymeka Gossett Rooks Pitts Pllc Configurable dynamic three dimensional array
US8278055B2 (en) * 2002-05-01 2012-10-02 Intel Corporation Methods and device for analyte characterization
US7744816B2 (en) * 2002-05-01 2010-06-29 Intel Corporation Methods and device for biomolecule characterization
US20040033539A1 (en) * 2002-05-01 2004-02-19 Genoptix, Inc Method of using optical interrogation to determine a biological property of a cell or population of cells
US20030211461A1 (en) * 2002-05-01 2003-11-13 Genoptix, Inc Optophoretic detection of durgs exhibiting inhibitory effect on Bcr-Abl positive tumor cells
US7005264B2 (en) * 2002-05-20 2006-02-28 Intel Corporation Method and apparatus for nucleic acid sequencing and identification
US20040053209A1 (en) * 2002-09-12 2004-03-18 Genoptix, Inc Detection and evaluation of topoisomerase inhibitors using optophoretic analysis
US7361821B2 (en) * 2002-09-20 2008-04-22 Intel Corporation Controlled alignment of nanobarcodes encoding specific information for scanning probe microscopy (SPM) reading
WO2004038037A2 (en) * 2002-09-20 2004-05-06 Intel Corporation Controlled alignment of nano-barcodes encoding specific information for scanning probe microscopy (spm) reading
US20040067167A1 (en) * 2002-10-08 2004-04-08 Genoptix, Inc. Methods and apparatus for optophoretic diagnosis of cells and particles
US7606403B2 (en) * 2002-10-17 2009-10-20 Intel Corporation Model-based fusion of scanning probe microscopic images for detection and identification of molecular structures
DE10250247B4 (de) * 2002-10-28 2006-06-01 Leica Microsystems Cms Gmbh Probenträger für die Mikroskopie und Verfahren zum Anfertigen eines Probenträgers
US20040121307A1 (en) * 2002-12-19 2004-06-24 Genoptix, Inc Early detection of cellular differentiation using optophoresis
US20040121474A1 (en) * 2002-12-19 2004-06-24 Genoptix, Inc Detection and evaluation of chemically-mediated and ligand-mediated t-cell activation using optophoretic analysis
DE20306138U1 (de) 2003-04-16 2003-09-04 Monajembashi Shamci Präparat, insbesondere für die Handhabung mittels einer optischen Pinzette
US20040248323A1 (en) * 2003-06-09 2004-12-09 Protometrix, Inc. Methods for conducting assays for enzyme activity on protein microarrays
IL157206A0 (en) * 2003-08-03 2004-02-19 Correlating spatial position of chemical species on a substrate with molecular weight, structure and chemical reactivity
CN1860363B (zh) * 2003-08-28 2011-12-28 赛路拉公司 用于在微流通道网络中使用光学开关将细胞分类的方法和设备
US7067328B2 (en) * 2003-09-25 2006-06-27 Nanosys, Inc. Methods, devices and compositions for depositing and orienting nanostructures
DE10359189B4 (de) * 2003-12-17 2005-12-22 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Elektrofusionierung von Zellen
US20050147976A1 (en) * 2003-12-29 2005-07-07 Xing Su Methods for determining nucleotide sequence information
US20050147980A1 (en) * 2003-12-30 2005-07-07 Intel Corporation Nucleic acid sequencing by Raman monitoring of uptake of nucleotides during molecular replication
US20050147979A1 (en) * 2003-12-30 2005-07-07 Intel Corporation Nucleic acid sequencing by Raman monitoring of uptake of nucleotides during molecular replication
US7442339B2 (en) * 2004-03-31 2008-10-28 Intel Corporation Microfluidic apparatus, Raman spectroscopy systems, and methods for performing molecular reactions
JP2005337730A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Nara Institute Of Science & Technology 測定システム
US7736818B2 (en) 2004-12-27 2010-06-15 Inphase Technologies, Inc. Holographic recording medium and method of making it
US7745788B2 (en) 2005-09-23 2010-06-29 Massachusetts Institute Of Technology Optical trapping with a semiconductor
US20070160175A1 (en) * 2005-09-23 2007-07-12 Lang Matthew J Systems and methods for force-fluorescence microscopy
US9664619B2 (en) * 2008-04-28 2017-05-30 President And Fellows Of Harvard College Microfluidic device for storage and well-defined arrangement of droplets
US20100273681A1 (en) * 2009-04-27 2010-10-28 Wisconsin Alumni Research Foundation Combinatorial chemistry reaction cell with optical tweezers
JP2015529858A (ja) * 2012-09-13 2015-10-08 ブランディーズ・ユニバーシティＢｒａｎｄｅｉｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 低温超分解能蛍光顕微鏡法および他の用途のための冷却システムおよび方法
US20210405337A1 (en) * 2020-06-29 2021-12-30 Mgi Tech Co., Ltd. Systems and methods for optical scanning and imaging through a fluid medium for nucleic acid sequencing
CN113663624A (zh) * 2021-08-04 2021-11-19 北京科技大学 一种制备超细阴极射线荧光粉的设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4893886A (en) * 1987-09-17 1990-01-16 American Telephone And Telegraph Company Non-destructive optical trap for biological particles and method of doing same
US5079169A (en) * 1990-05-22 1992-01-07 The Regents Of The Stanford Leland Junior University Method for optically manipulating polymer filaments
JP3129471B2 (ja) * 1991-06-01 2001-01-29 科学技術振興事業団 マルチビーム微粒子操作方法
WO1993009668A1 (en) * 1991-11-22 1993-05-27 Affymax Technology N.V. Combinatorial strategies for polymer synthesis
DE69319427T2 (de) * 1992-05-01 1998-12-10 Univ Pennsylvania Analyse bei messung des durchflusswiderstandes
WO1994018218A1 (en) * 1993-02-01 1994-08-18 Seq, Ltd. Methods and apparatus for dna sequencing

Also Published As

Publication number Publication date
AU698306B2 (en) 1998-10-29
AU6037096A (en) 1996-12-24
CA2223496A1 (en) 1996-12-12
CN1192745A (zh) 1998-09-09
EP0846124B1 (en) 2002-01-23
DE69618790D1 (de) 2002-03-14
WO1996039417A1 (en) 1996-12-12
ATE212350T1 (de) 2002-02-15
EP0846124A1 (en) 1998-06-10
US5776674A (en) 1998-07-07
JPH11507514A (ja) 1999-07-06
DE69618790T2 (de) 2002-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU698306B2 (en) Chemical, biochemical and biological processing in thin films
Eigen et al. Sorting single molecules: application to diagnostics and evolutionary biotechnology.
US7476510B2 (en) Miniaturized cell array methods and apparatus for cell-based screening
US6716629B2 (en) Apparatus for assay, synthesis and storage, and methods of manufacture, use, and manipulation thereof
US6790671B1 (en) Optically characterizing polymers
US6514771B1 (en) Light-controlled electrokinetic assembly of particles near surfaces
US7144119B2 (en) System and method for programmable illumination pattern generation
US20100261159A1 (en) Apparatus for assay, synthesis and storage, and methods of manufacture, use, and manipulation thereof
AU779858B2 (en) System and method for programmable illumination pattern generation
US7057704B2 (en) System and method for programmable illumination pattern generation
CA2340228A1 (en) Optically characterizing polymers
WO1995001559A2 (de) Probenträger und seine verwendung
JP2009504161A6 (ja) アッセイ、合成及び保管のための装置、並びにその製造法、使用法及び操作法
JP2009504161A (ja) アッセイ、合成及び保管のための装置、並びにその製造法、使用法及び操作法
US20230280274A1 (en) Systems and methods for multicolor imaging
WO2001007889A2 (en) Miniaturized cell array methods and apparatus for cell-based screening
US7259847B2 (en) Use of optical diffraction elements in detection methods

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid