【０００１】
関連のある出願本出願は、米国仮特許出願番号第６０／１７０３１４号（１９９９年１２月１３日出願、タイトル「オリゴヌクレオチドの合成装置」）に基づく優先権を主張しており、その全内容は引用することによって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
発明の背景発明の分野本発明は、化学合成、分析および生物学的スクリーニングのためのデバイスおよび方法に関する。 より詳細には、本発明は、有機分子、特に核酸のハイスループット・コンビナトリアル合成用の新規かつ改良された装置に関する。
【０００３】
関連技術の説明有機分子の固相合成法は、ライブラリーおよび化合物のメガアレイ（ｍｅｇａａｒｒａｙ）の調製のための選択法であり、それは現在、新しい薬または製薬のリード化合物、即ち、製薬的に重要な特定の生物学的活性を示す化合物を見つけ出すためのスクリーニングに適用されている。 これらのリード（またはリード化合物）は、薬化合物の選択および合成の起始点（または出発点）として機能し得、更に、重要な特定の生物学的活性に加えて、人を含む動物への投薬に適当な薬理的および毒物的特性を有している。
【０００４】
固相合成を利用するコンビナトリアル合成用器具に関する設計の幾つかは、既知である。 先行技術の例には、米国特許第５２０２４１８号および第５３３８８３１号（Ｌｅｂｌら）があり、各々には、ペプチドの複数の合成を固体キャリアー上で行う方法が開示されている。 米国特許第５３４２５８５号（Ｌｅｂｌら）には、ペプチドの複数の合成を固体支持体上で行うための装置が開示されている。 米国特許第６０４５７５５号（Ｌｅｂｌら）には、コンビナトリアルケミストリー合成のための装置および方法が開示されている。 米国特許第６１２１０５４号（Ｌｅｂｌ、ＰＣＴ国際公報第（ＷＯ）００／２５４７０号に対応する）には、液体と固相有機合成用固相とを分離する方法が開示されている。 上述の特許の全ての内容は、引用することにより本明細書に組み込まれている。
【０００５】
遠心力による液体除去は開示されており、幾つかの公報のテーマである。 Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ ＢｉｒｒのＡｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅｒｒｉｆｉｅｄ Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９７８年）；ドイツ国特許出願第Ｐ２０１７３５１．７号、第Ｇ．７０１３２５６．８号（１９７０年）、これらの参考資料では、外周部に濾過材料が設けられ、その軸の回りで回転させられる同軸の容器内で固相粒子のスラリーから液体を除去するために遠心力が用いられることを開示している）を参照のこと。
【０００６】
発明の概要概要として、本発明の１つの要旨は、コンビナトリアルケミストリー合成反応を含む（またはコンビナトリアルケミストリー合成反応物を含む、もしくはコンビナトリアルケミストリー合成反応を実施する）反応容器、液体をディスペンスする（または計量配分する、もしくは供給する）液体ディスペンサー、液体アスピレーター、および調節機構を含んでいる、コンビナトリアルケミストリー合成反応を実施する装置を対象としている。 反応容器は、液体が容器の中に入るようにする入口開口部および液体を容器から取り出す（または吸引する）出口開口部を有している。 液体ディスペンサーは、入口開口部を通して液体をディスペンスする。 液体アスピレーターは、出口開口部を通して液体を取り出し、容器を支持して、回転軸の回りで容器を旋回するロータを有している。 ロータは、一般的に水平面に位置するような向きで配置されており、回転軸の回りで容器を旋回することによって生じる遠心力に応じて、水平面に対して容器の角度を調整する調節機構を有している。 ディスペンサー【０００７】
本発明のもう１つの要旨は、ロータ、液体ディスペンサー、およびコントローラーを有する反応容器に液体をディスペンスする装置を対象としている。 ロータは、中心軸の回りで回転するように取り付けられ、円形経路（または円形軌道）に沿って反応容器のアレイを移動させる。 液体ディスペンサーは、複数のディスペンス・ノズルを有しており、ロータの上方に位置している。 液体ディスペンサーは、各ディスペンス・ノズルから各反応容器に液体をディスペンスするように配置されており、反応容器のアレイは、液体ディスペンサーを越えて円形経路に沿うように移動する。 ロータの動作中において、液体ディスペンサーが反応容器のアレイに液体をディスペンスするように、コントローラーは、液体ディスペンサーと反応容器のアレイとをシンクロ（または同調、ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅ）させる。
【０００８】
本発明のもう１つの要旨は、プレートおよび複数のディスペンス・ノズルを有する、液体をディスペンスする装置を対象としている。 プレートは、反応容器の第１円形アレイおよび反応容器の第２円形アレイを有している。 第１および第２円形アレイは、中心軸の回りで同心円状に配置されている。 複数のディスペンス・ノズルは、プレートの上方で円形パターンに配置されている。 各ディスペンス・ノズルは、中心軸の回りで半径方向に移動するように取り付けられている。
【０００９】
更に、本発明のもう１つの要旨は、複数の反応ウェルを有するプレートを使用する、化学合成用装置を対象としている。 装置は、プレート・ホルダ、第１試薬ディスペンス・ノズル、反転機構、および第２溶液ディスペンス・ノズルを有している。 プレート・ホルダは、複数の位置でプレートを支持している。 プレート・ホルダがプレートを垂直状態に支持する時、第１試薬ディスペンス・ノズルは、反応ウェル内における化学成分（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｉｅｔｙ）による化学反応のために複数の反応ウェルに試薬をディスペンスするように配置される。 反転機構は、プレート・ホルダを反転させ、上向き状態と反転状態との間でプレートを移動させる。 第２溶液ディスペンス・ノズルは、プレートが反転する時に、溶液を反応ウェルにディスペンスするように配置され、従って、重力によって溶液の少なくとも一部が反応ウェルから排出され得る。
【００１０】
一般的に、本発明の目的は、固相合成反応中で連続的に試薬を供給する（またはデリバリーする）装置を提供することである。
【００１１】
本発明のもう１つの目的は、改良した流体供給システムおよび改良した遠心ロータ・アッセンブリを有する装置を提供することである。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、操作し易く、イニシャルコストが低く、また、運転に都合がよく、更に、消耗品の取り付けが行い易い、カスタムメイドの化学合成のための装置を提供することであり、有機分子のハイスループット・コンビナトリアル合成を提供することである。
【００１３】
更に、本発明のもう１つの目的は、ロータの動きおよび流体供給システムに関して、連続的な液体の添加を実施する装置を提供することである。
【００１４】
本明細書に含まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、発明の詳細な説明と共に本発明の態様を示しており、本発明の原理を説明するのに役立つものである。
【００１５】
好ましい態様の説明次に、本発明の好ましい態様について詳細に言及し、その実施態様を添付の図面に示す。 本発明を好ましい態様に関連して説明するが、これらは本発明をそれら態様に限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。 その一方、本発明は、添付の請求の範囲に規定される本発明の概念および範囲に含まれ得る代替物、改変物、および均等物を包含することを意図するものである。
【００１６】
本発明は、固相コンビナトリアルケミストリー合成または有機分子を指向したものである。 特に、本発明の装置は遠心分離機を用いるオリゴマーの固相合成に特に適する。 好ましくは、本発明の装置は、オリゴマーの有機合成のためのマイクロビーズなどの固相粒子を用いる。 「固相有機合成のための液相および固相の分離方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅｓ ｆｏｒ Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）」と題されたＬｅｂｌの米国特許第６，１２１，０５４号（この全ての内容は引用することにより組み込まれる）に記載されるように、本発明の装置は、固体および液相溶液の順次添加および除去、ならびに合成反応のための固相粒子の分離および除去のために、遠心分離機を回転子と共に用いる。
【００１７】
本発明を用いて合成されたオリゴヌクレオチドは、２つの方法のうちの１つにて使用される。 １つの態様においては、オリゴヌクレオチドを含むビーズを、ＰＣＴ／ＵＳ９８／２１ １９３、ＰＣＴ／ＵＳ９９／０４４７３、 ＰＣＴ／ＵＳ９８／０５０２５、 ＰＣＴ／ＵＳ９９／１４３８７、および米国特許出願第０９／２８７，５７３号、同第０９／２５６，９４３号、同第０９／３１６，１５４号、同第０９／４２５，６３３号、同第０９／４２５，６３３号 同第６０／１６１，１４８号および同第６０／１６０，９１７号（これらの全ての内容は引用することにより本明細書に組み込まれる）に一般的に記載されるようなビーズアレイ上に直接的に分散する。 あるいは、オリゴヌクレオチドを、合成支持体から切り離し、ビーズアレイで使用するために別のビーズセットに加える。
【００１８】
概論として、本発明の好ましい態様では、概して、核酸の合成を指向したものである。 本明細書における用語「核酸」または「オリゴヌクレオチド」および他の相当語句は、互いに共有結合した少なくとも２つのヌクレオチドを言うものである。 本発明の核酸は概して、リン酸ジエステル結合を含むが、以下に概説するようないくつかの場合には核酸類似体が含まれ、これは、例えば次のものを含む代わりの主鎖（または骨組み）を有し得る：リンアミド（Ｂｅａｕｃａｇｅら、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ４９（１０）：１９２５（１９９３）およびその参照文献；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ、Ｊ． Ｏｒｇ． Ｃｈｅｍ． ３５：３８００（１９７０）；Ｓｐｒｉｎｚｌら、Ｅｕｒ． Ｊ． Ｂｉｏｃｈｅｍ． ８１：５７９（１９７７）；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒら、Ｎｕｃｌ． Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ． １４：３４８７（１９８６）；Ｓａｗａｉら、Ｃｈｅｍ． Ｌｅｔｔ． ８０５（１９８４）；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒら、 Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １１０：４４７０（１９８８）；およびＰａｕｗｅｌｓら、Ｃｈｅｍｉｃａ Ｓｃｒｉｐｔａ ２６：１４１ ９１９８６））、ホスホロチオネート（Ｍａｇら、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｄｄｓ Ｒｅｓ． １９：１４３７（１９９１）；および米国特許第５，６４４，０４８号）、ホスホロジチオネート（Ｂｒｉｕら、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １１１：２３２１（１９８９））、Ｏ−メチルホホラミダイト結合（Ｅｃｋｓｔｅｉｎ、オリゴヌクレオチドおよび類似体：実際的手引き（Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ ａｎｄ Ａｎａｌｏｇｕｅｓ： Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ）、オックスフォード大学出版部を参照のこと）、およびペプチド核酸主鎖および結合（Ｅｇｈｏｌｍ、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １１４：１８９５（１９９２）；Ｍｅｉｅｒら、Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔ． Ｅｄ． Ｅｎｇｌ． ３１：１００８（１９９２）；Ｎｉｅｌｓｅｎ、Ｎａｔｕｒｅ、３６５：５６６（１９９３）；Ｃａｒｌｓｓｏｎら、Ｎａｔｕｒｅ ３８０：２０７（１９９６）を参照のこと（これらの全ては引用することにより組み込まれる））。 他の類似体核酸には、塩基性主鎖を有するもの（Ｄｅｎｐｃｙら、Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ ９２：６０９７（１９９５））、非イオン性主鎖を有するもの（米国特許第５，３８６，０２３号、同第５，６３７，６８４号、同第５，６０２，２４０号、同第５，２１６，１４１号および同第４，４６９，８６３号；Ｋｉｅｄｒｏｗｓｈｉら、Ａｎｇｅｗ． Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔｌ． Ｅｄ． Ｅｎｇｌｉｓｈ ３０：４２３（１９９１）；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒら、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １１０：４４７０（１９８８）；Ｌｅｔｓｊｎｇｅｒら、ヌクレオシドとヌクレオチド（Ｎｕｃｌｅｏｓｉｄｅ ＆ Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ） １３：１５９７（１９９４）；ＡＳＣシンポジウム第５８０回（ＡＳＣ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ ５８０）、「アンチセンス研究における炭水化物改変（Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ａｎｔｉｓｅｎｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）」、Ｙ ．Ｓ． ＳａｎｇｈｕｉおよびＰ． Ｄａｎ Ｃｏｏｋ Ｅｄ．、第２および３章；Ｍｅｓｍａｅｋｅｒら、Ｂｉｏｏｒｇａｎｉｃ ＆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｃｈｅｍ． Ｌｅｔｔ． ４：３９５（１９９４）；Ｊｅｆｆｓら、Ｊ． Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＮＭＲ ３４：１７（１９９４）； Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． ３７：７４３（１９９６））および非リボース（ｎｏｎ−ｒｉｂｏｓｅ）主鎖であって、米国特許第５，２３５，０３３号および同第５，０３４，５０６号、ならびにＡＳＣシンポジウム第５８０回、「アンチセンス研究における炭水化物改変」、Ｙ ． Ｓ． ＳａｎｇｈｕｉおよびＰ． Ｄａｎ Ｃｏｏｋ Ｅｄ． 、第６および７章に記載されるものを含む非リボース主鎖が含まれる。 １つまたはそれ以上の炭素環式糖を含有する核酸もまた、核酸の定義に含まれる（Ｊｅｎｋｉｎｓら、Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． Ｒｅｖ．（１９９５）第１６９〜１７６頁を参照のこと）。 いくつかの核酸類似体が、Ｒａｗｌｓ、Ｃ ＆ Ｅ Ｎｅｗｓ １９９７年６月２日付け第３５頁に記載されている。 加えて、核酸には、Ｋｏｓｈｋｉｎら、Ｊ． Ａｍ． ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １２０：１３２５２−３（１９９８）に記載されるもののような「ロックされた核酸（ｌｏｃｋｅｄ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄｓ）」が含まれる。 これら引用文献の全ては引用することにより本明細書に明白に組み込まれる。
【００１９】
核酸（本明細書においてしばしばオリゴヌクレオチドと言う）は種々の可能な合成反応を用いて合成することができる。 好ましい態様においては、ホスホラミダイトの化学を、酵素技術および同じく有用な光脱保護に基づく技術と共に用いる。 加えて、いずれの数の核酸類似体およびラベル付けされた核酸を、形成し、用いてもよい。 例えば、「オリゴヌクレオチドおよび類似体：実際的手引き」、Ｆ． Ｅｃｋｓｔｅｉｎ Ｅｄ． 、ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ（１９９１）を参照のこと（この全体は引用することにより本明細書に組み込まれる）。
【００２０】
しかしながら、本発明が、同様に機能する工程を有する他の化学的手法に同様に適用可能であることは予想されるべきであろう。 例えば、本発明の構成要素は、適切な液相コンビナトリアルケミストリー合成手法に、他の固相もしくは液相の化学的手法に、またはそれらの任意の組合せに適用することができる。
【００２１】
本明細書において用いられるような「タンパク質」には、タンパク質、ポリペプチド、およびペプチドが含まれる。 タンパク質は、天然のアミノ酸およびペプチド結合、または合成のペプチド様構造体から形成され得る。 側鎖は、（Ｒ）または（Ｓ）配置のいずれでもよい。 好ましい態様においては、アミノ酸は（Ｓ）またはＬ配置である。 非天然側鎖を用いる場合、例えばインビボ分解を防止または遅らせるために、非アミノ酸置換体を用い得る。 タンパク質は、標準的な技術を用いる本発明の方法および装置を用いて合成することができる。
【００２２】
本発明の１つの局面は、固相合成反応のための固相を支持および含有する、例えばマイクロタイタ・プレートなどのプレートの使用を指向したものである。 特に、マクロタイタ・プレートは、固相として用いられるビーズを収容する。 本明細書において「粒子」または「微粒子」または「ナノ粒子」または「ビーズ」または「マイクロビーズ」または「マイクロ球体」により、微粒子状物質が意味される。 当業者に認識されるであろうように、粒子は、種々の広範な物質をそれらの用途に応じて包含でき、架橋デンプン、デキストラン、セルロース、タンパク質、有機ポリマー（ポリスチレンおよびメチルスチレンならびに他のスチレンコポリマーを含むスチレンポリマーを含む）、プラスチック、ガラス、セラミック、アクリルポリマー、磁気応答性物質、コロイド、トリアゾル（ｔｈｏｒｉａｓｏｌ）、カーボングラファイト、二酸化チタン、ナイロン、ラテックス（またはゴム製品）、およびテフロン（登録商標）を全て用い得ることを含むが、これに限定されない。 「マイクロ球体検出の手引き（Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅ）」（Ｂａｎｇｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社、フィッシャーズ、インディアナ州、から）は役立つ手引書である。
【００２３】
概論として、コンビナトリアルケミストリー合成手法では、最終化合物を合成するために、部分的に合成した中間化合物にビルディングブロックを逐次添加することが規定される。 これらの手法は、一般的に、液相手法および固相手法に分けられる。 液相手法では、最終化合物は溶液中で合成される。 部分的に合成した中間化合物は、ビルディングブロック添加工程間にて、例えば沈殿および分画などの既知の手段によって使用済み試薬から分離される。 固相合成では、最終化合物は固相支持体（または固相担体）に付着した状態で合成され、この固相支持体は、部分的に合成した中間化合物を合成工程間にて分離するために簡単な機械的手段を用いることを許容する。 代表的な固相支持体には、約３０ミクロン〜３００ミクロンの直径を有し、中間化合物が共有結合するマイクロビーズが含まれる。
【００２４】
固相コンビナトリアル合成は、代表的には次の工程に従って進行する。 最初の工程では、固相支持体、代表的にはマイクロビーズを溶媒に懸濁させたスラリーが反応容器に入れられる。 その後、これらのマイクロビーズは、適切な溶媒中でインキュベートすることによって予め調整され、そして、複数のビルディングブロックのうちの最初のものまたはリンカー成分がマイクロビースに共有結合する。 続いて、複数のビルディングブロックの添加工程であって、これらの全てにおいて後続の又は同様のサブ工程が繰り返し実施される添加工程が、所望の化合物を合成するために選択された手順（またはシーケンス）で実施される。 まず、添加のために選んだビルディングブロック成分を含む十分な量の溶液は、反応容器内に存在する中間化合物に対してビルディングブロック成分が過剰モル存在するように、反応容器にディスペンス（または計量添加）される。 活性剤ならびに反応容器に同じく添加される他の試薬および溶媒によって、サブ工程反応が誘発され、促進される。 その後、反応容器は、ビルディングブロック添加反応が実質的に完了するのに十分な時間、代表的には５分〜２４時間に亘って、温度管理下でインキュベートされる。 このインキュベーションの間、場合により、反応容器は断続的に撹拌され、またはかきまぜられ得る。 最終的には、ビルディングブロック添加の最後のサブ工程において、使用済み反応流体を除去し、固相支持体を十分に洗浄し、再調整することによって、中間化合物が付着した固相支持体を収容する反応容器が、次のビルディングブロックを添加するために準備される。 洗浄は、代表的には、３〜７回の洗浄溶媒の添加および除去を伴う。 場合により、１つの固体支持体に付着した複数の化合物を合成するために、添加工程の間に複数のビルディングブロックを１つの反応容器に添加でき、あるいは、１だけ付着した最終化合物を有する各マイクロビーズを用いて１つの反応容器中で複数の化合物を合成できるように、別の反応容器の内容物を合わせて、分割することができる（これは、しばしば「スプリット・アンド・ミックス（ｓｐｌｉｔ ａｎｄ ｍｉｘ）」合成と呼ばれる）。 所望の数のビルディングブロック添加工程後、最終化合物が反応容器中に存在し、固相支持体に付着している。 最終化合物は、合成固相支持体に直接付着した状態で用いることができ、あるいは、その支持体から切り離して用いることができる。 後者の場合、化合物を固相支持体に付着させるリンカー成分は、種々の方法により切り離され、また、最終化合物または化合物のライブラリは、反応容器から液相へ抽出される。
【００２５】
固相コンビナトリアル手法の例は、ＭＢＨＡ樹脂に付着したペプチドの合成のためのものであり、これは、Ｌａｍら、１９９１、「リガンド結合活性を同定するための新しいタイプの合成ペプチドライブラリ（Ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐｅｐｔｉｄｅ ｌｉｂｒａｒｙ ｆｏｒ ｉｄｅｎｔｆｙｉｎｇ ｌｉｇａｎｄ−ｂｉｎｄｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙ）」、Ｎａｔｕｒｅ ３５４：８２−８４に従って進行する。 手法のもう１つの例は、ベンゾジアゼピン成分の合成のためのものであり、これは、Ｂｕｎｉｎら、１９９２、「１，４−ベンゾジアゼピン誘導体の固相合成のための一般的および好都合な方法（Ａ ｇｅｎｅｒａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅｄｉｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ−ｐｈａｓｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ １，４−ｂｅｎｚｏｄｊａｚｅｐｊｎｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）」、Ｊ． Ａｍｅｒ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． 、１１４：１０９９７−１０９９８に従って進行する。 ビルディングブロックおよび試薬の例には、核酸、アミノ酸、他の有機酸、アルデヒド、およびアルコールなど、ならびに二機能性化合物、例えば、Ｋｒｃｈｎａｋら、１９９６、「合成ライブラリ技術：主観的（偏向した包括的な）意見および見解（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｌｉｂｒａｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ： Ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅ （ｂｉａｓｅｄ ａｎｄ ｇｅｎｅｒｉｃ） ｔｈｏｕｇｈｔｓ ａｎｄ ｖｉｅｗｓ）」、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ、１：１９３−２１６において与えられているような二機能性化合物がある。
【００２６】
コンビナトリアルライブラリにおける潜在的に多数の最終化合物を考慮すると、合成手法に必要な少なくともいくつかの操作が自動的に実施され、または補助されることは都合がよい。 説明した手法の例を考慮すると、コンビナトリアルケミストリー合成のための自動装置には、流体を取り扱うための機器、反応容器を操作するための機器、ならびに試薬およびビルディングブロックの貯蔵のための機器が含まれる。 流体の取扱いのための都合のよい機器には：ビルディングブロック、固相基体、試薬、および／または溶媒を含むスラリーおよび溶液を反応容器に正確に計量添加するための機器；洗浄溶媒を反応容器に迅速に繰り返し添加するための機器；および固相支持体を、それぞれに付着した中間化合物とともに反応容器に残しつつ、反応容器から流体相を迅速かつ正確に除去するための機器が含まれる。 反応容器および反応容器アレイを操作するための機器には：反応容器および反応容器アレイを様々なステーションの間を移動させるための機器；反応容器および反応容器アレイの時間および温度管理下のインキュベーションのための機器；およびインキュベーションの間における反応容器の撹拌のためのオプション（または任意）の機器が含まれる。 このような各手法では、多数、おそらくは数百のビルディングブロック、いくつかの活性化試薬およびその他の試薬、ならびに１または２の作業溶媒が用いられる。 従って、貯蔵機器であって：例えばアレイに貯蔵される多数のビルディングブロック溶液、典型的には３００以上のビルディングブロック溶液、またはより好ましくは６００以上のビルディングブロック溶液；ビルディングブロック溶液より多い量の、好ましくは６以上またはより好ましくは１２以上の試薬；ならびにより一層多い量の、好ましくは３種以上またはより好ましくは６種以上の洗浄溶媒のための貯蔵機器がある。
【００２７】
本発明の装置は、高合成効率を達成するために、同時パラレルプロセスが固相合成中に起こることを許容するという利点がある。 これは、装置設計が、モジュール式の性質を有する、わずかな標準化物理寸法およびレイアウトを含むことにより得られるものである。 これにより、高効率（ハイスループット）が得られるような大きさにできる多数の反応容器中で、プロセス原料をマルチプル・プロトコル（または複数の手順）に同時に適用することができる。
【００２８】
合成添加反応と接触する本発明の全ての部材、特に反応容器の好ましい材料は、種々の手法において曝され得る苛酷な（または刺激性の）試薬、溶媒、および反応条件に耐えなければならない。 以下の詳細な説明において、溶媒耐性が明記され、特定の材料が明記されない場合、次のような例の汎用溶媒耐性材料を用いることができる：テフロン（登録商標）、ポリプロピレンを含むプラスチック、またはガラス。
【００２９】
ここで図面を参照すると、図１は、高いスループット及びマルチ・プロトコル・コンビナトリアル合成に有利な本発明の装置４０の１つの態様例を示している。 装置４０は、整然と配された複数の反応容器（またはベッセル）４１（図２）、例えばマイクロタイタ・プレート４２（図２）内に四角形形状に整列して配されている反応容器又はウェル（もしくは窪み部；ｗｅｌｌ）４１のそれぞれが、オリゴマーの合成に適応したものとなっている。 装置４０は、一般に、サポート・エンクロージャー４５、１又はそれ以上のマイクロタイタ・プレート４２を支持するロータ・アセンブリ４６（図２）、囲われているサポート表面４９、及び液体デリバリー・システム５０を有している。 サポート・エンクロージャー（または支持囲い）４５は、ロータ・アセンブリ４６、サポート表面４９及び液体デリバリー・システム５０のための機械的サポートを提供している。 図１に示しているサポート・エンクロージャー４５は、およそ３６インチ×３６インチ×７２インチ（９１ｃｍ×９１ｃｍ×１８３ｃｍ）の寸法を有している。 所望のレベルの合成スループットを達成するために十分な数のワークステーション、ツール及び反応容器アレイを支持するのに十分な幅、奥行き及び高さを提供すべく、寸法は変更し得ると理解されたい。
【００３０】
ロータ・アセンブリ４６は、サポート表面４９の下側のサポート・エンクロージャー４５によって回転可能なように支持されており、サポート表面４９に実質的に直交して延びる遠心回転軸５１の回りで回転する。 液体デリバリー・システム５０には、サポート表面４９によって支持されるバルク液体デリバリー・システム又はバルク・ディスペンサ５３及び試薬デリバリー・ステーション又は試薬ディスペンサ５２が含まれる。 試薬ディスペンサ５２は、マイクロタイタ・プレート４２のウェル４１の種々のセットに対応する複数の種類の液体を同時に供給することができるマルチチャンネル・ディスペンサである。 試薬ディスペンサ５２はチューブ５５に流体が流通するように接続されており、チューブ５５は貯蔵ボトル５６に流体が流通するように接続されている。 チューブ５５及び貯蔵ボトル５６は加圧されており、液体を試薬ディスペンサ５２へ制御された圧力にて供給する。 別法として、チューブに１又はそれ以上の好適なポンプを接続して、所望の液体を１又はそれ以上のボトルから試薬ディスペンサへ制御された圧力にて供給することもできる。 対照的に、バルクディスペンサ５３は、マイクロタイタ・プレート４２のウェル４１の列全体に洗浄溶媒を一度に供給するように設けられており、複数の洗浄工程の実施に用いることができる。 バルクディスペンサ５３は同様にチューブ５８に接続されており、チューブ５８はサポート表面４９の下側に配されている好適な貯蔵ボトル及び／又はポンプに接続されている。 図示する態様はサポート・エンクロージャー４５内に配されている貯蔵ボトルを示しているが、貯蔵ボトル及び／又はポンプの位置は変更し得ると理解されたい。 例えば、ボトル及び／又はポンプをサポート・エンクロージャー４５の外部に設けることもできる。
【００３１】
ディスペンサ５２及び５３、並びにオペレーターによってより頻繁に注意が払われる必要のあるその他の要素はサポート表面４９の上側に配されることが好ましく、一方、それよりも注意が払われる頻度が少ない装置（ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ）、例えばロータ・アセンブリ４６、バルク液体ポンプ並びに保守の頻度がより少ないその他の要素はサポート表面４９の下側に配されることが好ましい。 この発明はサポート表面の上側及び下側の処理装置の他の分配にも適応することができる。 別法として、１つの液体取扱いワークステーションを使用する溶媒のディスペンス（または計量配分もしくは供給）及び取り出し（または吸引；ａｓｐｉｒａｔｉｏｎ）の両方に適応させることもできる。 例えば、バルク液体ディスペンサは、ディスペンス・モード及びサクション又は取り出しモードで運転できるように形成することもできる。
【００３２】
図１に示す装置は、サポート・エンクロージャー４５の一部に不活性雰囲気を保持するのに適応したサブ・エンクロージャー５４を有している。 サブ・エンクロージャー５４は一般に四角形又は立方体の形状をしており、合成処理の間で使用する刺激性のある試薬及び溶媒に対して耐性を有するガラス又はプラスチック表面を有することが好ましい。 サブ・エンクロージャー５４はスライド式のアクセスパネル５７を有しており、これによってオペレーターはサポート表面４９の上側に配されているプレート４２及び種々の要素を容易に利用することができる。 サブ・エンクロージャー５４は、液体ディスペンサ５２及び５３、並びに制御された雰囲気の中で操作する必要がある他のワークステーションを有している。 サブ・エンクロージャーには、シールされていない反応容器又はオープンなウェルを不活性雰囲気に保持するために、空気よりも重い不活性ガス、例えばアルゴン及び／又は他の気体が充填されている。
【００３３】
次に液体デリバリー・システムについて説明すると、遠心回転機が静止している間に、常套の合成装置は、マイクロタイタ・プレートの個々のウェルに対して、各ウェルに液体供給ノズルを位置合わせするＸ−Ｙ２軸位置決めシステムを用いて、液体をディスペンスする。 これらのシステムは、本発明のいくつかの態様例において使用することが見出される。 しかしながら、高いスループットのシステムのためには、このアプローチは比較的遅い。 その理由は、液体供給を進行させ得る前に、ロータアッセンブリ又は遠心回転機を停止させる必要があって、従ってサイクル時間が長くなり、及びスループットが低下するという不利を伴うからである。
【００３４】
従って、好ましい態様において、本発明の試薬供給ディスペンサ５２は、ロータ・アセンブリ４６が遠心回転軸５１の回りで回転する間であって、マイクロタイタ・プレート４２が動いている間に、各ウェル４１に対して個々にアドレスすることができる。 このことは、試薬ディスペンサ５２の試薬ディスペンサ・ヘッド６０が、サポート表面４９に対して移動することができるように、試薬ディスペンサ並進フレーム６２に取り付けられているので、部分的にも可能である。 並進フレーム６２は、実質的に直交する３つの軸に沿って試薬ディスペンサ・ヘッド６０をサポート表面４９に対して移動させるように構成されている。 特に、Ｘ、Ｙ、及びＺリニア・アクチュエータは、ディスペンサ・ヘッド６０をＸ、Ｙ、及びＺ軸それぞれに沿って移動させ、遠心回転の間に、ディスペンサ・ヘッド６０の動きをロータ・アセンブリ４６の速度に同期させて、それによって試薬ディスペンサ５２が各ウェル４１に対してアドレスすることができる。 更に、液体供給の速度及び継続時間をロータ・アセンブリ４６の速度に同期させることによって、試薬ディスペンサ５２を各ウェル４１に対して個々に同期させてアドレスすることもできる。 そのような構成を有する試薬ディスペンサは、一般に、従来のデバイスに比べてより少ないパーツを必要とする。 その理由は、本発明の構成では、固定された経路に沿う遠心回転及びマイクロタイタ・プレートの回転を利用するためである。 マイクロタイタ・プレート４２がロータ・アセンブリ４６と共に回転する際に、Ｘ、Ｙ、及びＺリニア・アクチュエータはマイクロタイタ・プレート４２の固定された正確な経路を追従するように同期（または同調もしくはシンクロ）させられる。
【００３５】
特に、ロータ・アセンブリ４６の固定された円形形状の経路に沿ったマイクロタイタ・プレート４２の動きに液体デリバリーが同期するように動かされる、試薬供給ヘッドの（図３に摸式的に示す）各ノズル６５'、６５''の下方を通過する際に、窪み部４１は充填される。 従って、ロータ・アセンブリ４６及びマイクロタイタ・プレート４２を完全に停止させることなく、必要に応じて個々の窪み部４１に試薬を供給することができるのである。 同様に、供給ノズル６５を動かす必要性を最小とするか又はなくすことができる。 更に一連の他のノズルを追加するだけで、多種の試薬をディスペンスすることができる。 例えば、図３に２チャンネルの供給の構成を摸式的に示しているが、この図において、マイクロタイタ・プレート４２が矢印Ａによって示すように動いている間に、第１のノズル６５'はマイクロタイタ・プレートの一連の窪み部に第１の試薬Ｒ１を充填し、第２のノズル６５''は一連の窪み部に第２の試薬Ｒ２を充填することができる。
【００３６】
各窪み部の列は平行に配されていることが好ましい。 例えば、８×１２の窪み部のマイクロタイタ・プレートにアドレスするには、インクジェット印字ヘッドと同様の様式で、８個のノズルのセットを用いることによって、マイクロタイタ・プレート内の１列の８つの窪み部の全てに並行して、即ち、同時にアドレスすることができる。 １つの列の各窪み部には必要に応じて供給をすることができる。 ノズルのセットを列状に配することによって、図３に示すように多種の試薬を同時に供給することができる。 別法として、１つのノズルを用いることもできる。
【００３７】
そのような構成は、マイクロタイタ・プレート上に８６個のウェル、３８４個のウェル、又はそれ以上のウェルが整列して配されているマイクロタイタ・プレートに対して試薬を供給する複数チャンネルの供給にも適用することができる。 図示した態様において、試薬ディスペンサ・ヘッド６０は５つのカートリッジ６６上に配されている４０個のノズルのアレイを有しており（図１）、各カートリッジ６６は直線状の形態に配される８個の下向きのノズル（図１に示さず）を有している。 そのような多チャンネルの供給によって、５種の異なる試薬、例えばＡ（アデニン）、Ｃ（シトシン）、Ｇ（グアニン）及びＴ（チミン）の塩基、並びに活性化剤（ａｃｔｉｖａｔｏｒ）を各窪み部４１に対して、図３に示すのと同様の様式で同時に供給することができる。 各ノズルには、ミリ秒以下の間隔の時間で液体を供給することができる電磁弁が設けられている。
【００３８】
上述のように、常套の合成装置は、遠心回転機が静止している間に、マイクロタイタ・プレートの個々のウェルに対して、各ウェルに液体供給ノズルを位置合わせするＸ−Ｙ２軸位置決めシステムを用いて、液体を供給する。 例えば、オートメーション又はロボット工学によるマイクロタイタ・プレートに液体を供給する今日の方法では、マイクロタイタ・プレート内のウェルの向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）に対して直交するように動く移動システムが一般に用いられている。 常套の液体取扱いロボットのＸ軸及びＹ軸は、マイクロタイタ・プレート内のウェルの縦の列（ｃｏｌｕｍｎ）及び横の列（ｒｏｗ）に対応している。 一般に、常套のＸＹ移動システム（又は、マイクロタイタ・プレートから液体を取り出すために垂直方向の軸が必要とされる場合には、ＸＹＺ移動システム）は、マイクロタイタ・プレートのアレイ（列、ａｒｒａｙ）によって構成されるデッキ上で液体取扱いヘッドを操作することになる。 液体取扱いヘッドは一般に直線状のノズルのアレイによって構成され、チューブによってシリンジ・ポンプ又は背圧ボトルに接続されることによって、ソースのマイクロタイタ・プレートから行先のマイクロタイタ・プレートへの液体の正確かつ精密な移動、又はバルクソースからマイクロタイタ・プレートへの正確かつ精密なディスペンスが可能となる。
【００３９】
他の必要性及び構成によって要求される物理的及び幾何図形的配列に応じて、他の種類の常套の液体取扱いデバイスは、液体を取扱うのに好都合なやり方で、直交するように配さなくてもよい場合がある。 その１つの例は、マイクロタイタ遠心回転機におけるように、マイクロタイタ・プレートの放射状のアレンジメントへの液体供給である。 このアレンジメントにおいて、マイクロタイタ・プレートのそれぞれの長い側が、ロータ内に所望の数のプレートを収容するのに十分な中心からの距離にて、規則的な間隔で半径方向の線に対して垂直となるように、マイクロタイタ・プレートは円形のロータの中に配される。 円形のロータは、遠心回転操作に望まれる加速、速度及び位置決めの正確な動作を行うことができるステップモータによって駆動される。 このアレンジメントにおいて、常套の直交式のアクセスは円形のロータを停止させることによって行う必要があり、ロータが停止している間、即ちロータが静止している間にのみ、マイクロタイタ・プレート内の全てのウェルに常套のＸ−Ｙ駆動ディスペンサ・アレイがアクセスすることができる。 ８×１２アレイのウェルを有する９６個のウェルのマイクロタイタ・プレートにアクセスするためには、常套のＸ−Ｙ位置決めアクチュエータが必要とされるに過ぎない。 １６×２４アレイのウェルを有する３８４個のウェルのマイクロタイタ・プレートにアクセスするためには、個別の２位置Ｙ軸アクチュエータを有する常套のＸ軸位置決めデバイスで十分である。 ３８４個のウェルを越える数（密度）については、例えばリニア・ボール・スクリュー等のより優れた分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を有するＹ軸位置決めアクチュエータが望まれる。 この常套のアレンジメントは、静止した状態、即ちロータが停止している状態でマイクロタイタ・プレートにアクセスするのに満足できる。 しかしながら、液体供給ヘッドを常套のデバイスのＸ軸に沿ってプレート上で移動させる間、マイクロタイタ・プレートは静止した状態でなければならない。
【００４０】
本発明の装置は、試薬ディスペンサ５２内のディスペンス・バルブを精密に制御することによって、ディスペンサ・ヘッド６０を停止させることなく、ウェル４１に液体を供給することができる。 これはディスペンス・バルブのリアルタイム制御の構成を用いること、即ち、バルブの状態に対して各ノズル６５の電磁弁を正確かつ精密に制御すること、例えば１０〜１５ミリ秒内の時間で状態の変化を生じさせることを利用することによって適応される。 これによって、ディスペンス・ヘッドが一定の速度にて動き続ける間に、ディスペンス・バルブが個々のウェルの上方を通過する際に要求に応じてディスペンス・バルブは操作される。
【００４１】
本発明のもう１つの態様において、ロータも試薬ディスペンサ・ヘッド６０も停止させる必要なく、装置はマイクロタイタ・プレートのウェルの中に液体をディスペンスすることができる。 本発明のロータ・アッセンブリ４６は、コンパクトでパワフルであり、高い分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）（＋／−２０００直交カウント／回転）を有するステップモータによって駆動される。 モータは、高い加速性及び減速性、４０００ｒｐｍまでの回転速度、及び＋／−０．２度の位置決め分解能を有することができる。 ロータ・アッセンブリの有効なブレーキ操作によって、ロータ・アッセンブリの減速を更にアシストすることができる。 モータは、リアルタイムに確実な挙動を行うコントローラによって制御される。 本発明の１つの態様では、遠心回転操作の間に有効なブレーキ操作を行うことができる。
【００４２】
図４を参照すると、位置決め機構６７には、ＸＹＺ−並進フレームの代わりに、試薬ディスペンサ・ヘッド６０が取り付けられている。 位置決め機構６７は小さなヘッド位置決めモータ（ロータモータの形態と同様のステップモータ）をピボットを介してピボットリンク機構及び好適なベアリング機構に連結している。 この位置決めモータは、１８０度以下の回転によって、（図４においてノズル６５ Ａ１ 、６５ Ｃ１等として摸式的に示す）ノズルのアレイがマイクロタイタ・プレート４２内のウェルのアレイ４１ Ａ１ 、４１ Ｂ１等に直交して対応するように、試薬ディスペンサ・ヘッド６０を移動させる。 モータシャフト７０は円形のアーム６９に接続されており、アーム６９においてモータシャフト７０の中心から対向端におけるピボット７１の中心位置までの有効長さＬｄは約５ｍｍである。 このピボット・ポイント（Ｘｄ，Ｙｄ）の動きは、数式：
【００４３】
【数１】
［式中、図４に示すように、θはモータの角度であり、Ｌｄはアームの長さである。 ］
で示される。
【００４４】
ピボット７１は、図４において、及びロータの中心軸とモータシャフト７０の回りで回転するディスペンサのモータ軸との間のラインにおいて、矢印Ｙで示すＹ軸に沿って、モータ及びアームの回転動作を直線状の動作へ変換するリンクアーム７４を介して、リニアベアリングに接続されている。 このリンク・ピボット・ポイント（Ｘｌ，Ｙｌ）の位置は、次式によって決められる：
【００４５】
【数２】
［式中、Ｘ成分は０に限定され、ＳＱＲＴは括弧内の平方根を求めることであって、Ｌｂはベアリング・リンク・アームの長さである。 ］
【００４６】
種々のリンク要素の長さ並びにヘッド位置決め機構モータ及びロータアッセンブリの回転中心の位置についての正しい値が設定されたと仮定すると、マイクロタイタのウェルとディスペンサ・ノズル・アレイとの間の位置合わせを設定するための基準は、ロータの回転の角度をリンク・アームの角度に合わせることである。 これは、次式に従って求められる：
【００４７】
【数３】
θＲ＝モータの命令された位置によって与えられる［式中、θＬはリニア・ベアリング・ピボット・ポイントに対するリンク・アーム角の角度（°）であり、πは３．１４１５９の数値である。 ］
【００４８】
ベアリング・ピボット・ポイントに対するＡ１ノズルの位置は、次式に従って求められる：
【００４９】
【数４】
［式中、Ｘｎはベアリング・ピボットに対するＡ１Ｘ軸ノズル位置であり；Ｙｎはベアリング・ピボットに対するＡ１Ｙ軸ノズル位置であり；ＮｖはＡ１軸ノズル位置とベアリング・ピボット・ポイントとの間の距離（ＸｎとＹｎとによって形成される三角形の斜辺）である。 ］
【００５０】
ディスペンサ・ヘッドの座標系において、ロータ内でマイクロタイタ・プレートにおけるウェルＡ１の位置は、次式に従って求められる：
【００５１】
【数５】
［式中、Ｘｒはディスペンサ駆動モータの回転中心における原点（ｏｒｉｇｉｎ）に対するＡ１Ｘ軸位置であり；Ｙｒはディスペンサ駆動モータの回転中心における原点に対するＡ１Ｙ軸位置であり；Ｙａはロータ中心からウェルＡ１の中心までのＹ軸に沿って測定した距離であり；ＲｖはＡ１ウェル位置とロータ中心点との間の距離（ＸｒとＹｒとによって形成される斜辺）であり；ＡＢＳ（ ）は、その括弧内で求められた数値の絶対値（負でない値）を求めることである。 ］
【００５２】
５６０ｍｍ直径のロータ内に３８４個のウェルを有するマイクロタイタ・プレート（１２８ｍｍ×８４ｍｍ）を８個収容することに関連する寸法を反映して与えられた可変データを有する系としての上記の式の評価によって、図５に示す動作プロファイルが得られる。 ３８４個のウェルを有するマイクロタイタ・プレートにおけるウェルＡ１の動きを図６に示している。
【００５３】
液体供給操作において、出発点は適切に同期させられる、それは、プレートの位置合わせをレーザまたは他の適当な手段を使用するフィードバック制御を使用することにより為される。 例えば、本発明の１つの態様では、モータ・コントローラにおいて高速割り込み入力（または高速インターラプト・インプット）につながれたエッジ検出ダイオード・レーザ・センサ、およびモータの相対速度が整合させられる。 図４を参照すると、連続的なパス・システムが形成されているために、ノズル・アレイとマイクロタイタ・プレートのウェルとの間の正確な整列（またはアラインメント）がほぼ規則的なインターバルで存在するように、試薬ディスペンサのヘッド６０は、両方の構成要素を絶えず動かして、マイクロタイタ４２の上を行き来させてよい。 これらのインターバルの間、ディスペンス・バルブ（または供給バルブ）のいずれか１つが、実時間コントローラからプログラムに基づいて要求されるときに、開いて対応するウェルに液体を供給し、また、ノズルおよびウェルが移動して整列状態（またはアラインメント）からそれる前に閉じることができる。 プレート上での通過が一度なされると、ヘッドは１８０°未満回転して、そのスタート位置に戻ることができると同時に、ロータは同じ方向に移動し続け、次のマイクロタイタ・プレートを、供給が次のマイクロタイタ・プレートに関して開始し得る位置の方に運ぶ。 マイクロタイタ・プレートの密度が９６個のウェルよりも大きい場合、各通過の開始の前にＹ軸のディスペンサをシフトしながら、ロータを連続的に通過させてよい。
【００５４】
有利には、位置決め機構６７を使用する形状構成は、マイクロタイタ・プレートをベースとする遠心機合成システムの効率およびスループットを増加させ、マイクロタイタ・プレート組織化し且つ移動させるための放射状の形態（またはジオメトリー）を使用する液体取り扱いシステムにおいて、効率的な供給構成を考慮している。 本発明のこの態様は、ロータおよびディスペンサの同期した動きに関して連続的な液体添加手段を考慮している。 この態様は、２つだけのドライブ・モータを使用し、ＸＹＺθシステムと関連する移動制御アルゴリズムの無い、ロータ・アセンブリのマイクロタイタ・プレートへの完全に直交したアクセスに備える。
【００５５】
図１には試薬ディスペンサを１つだけ図示しているが、装置４０は複数の試薬ディスペンサ・ヘッドを備えていてよい。 例えば、第２の試薬ディスペンサー・ヘッドは、図１に示すサポート表面４９の右側にある、バルク流体ディスペンサ５２に正反対に向かい合うように設けてよい。 装置が１、２、３またはそれよりも多い試薬ディスペンサ・ヘッドを含んでよく、それはやはり本発明の範囲内にあることが理解されるべきである。
【００５６】
従って、補助的な試薬ディスペンサのヘッドがスペアとして作用するように設けられてよい。 例えば、試薬ディスペンサ６０の１つのノズルまたは１つのカートリッジが不調である場合、オペレータはそれを移動フレーム６２から除いて、それをメンテナンス・セクション８０に移動させてよい（図１）。 メンテナンス・ステーション８０はサポート表面４９の上方に位置し、装置４０の他の主な構成要素、即ち、ロータ・アセンブリおよびバルク流体ディスペンサから離れている。 オペレータは、それから流体ラインの接続をはずして、当該ラインを補助的な試薬ディスペンサのヘッドに再接続し、次に、補助的なヘッドを移動フレーム６２に取り付ける。 従って、装置は、不調なディスペンサ・ヘッドが修理され、再調整され、あるいは取り替えられる間、作動し続けることができる。
【００５７】
試薬ディスペンサ・ヘッドは種々の別の形態をとってよく、それらは本発明の範囲内にある。 マイクロタイタ・プレートのウェルへの試薬の供給に関して種々の供給技術を使用してよく、当該技術には、インクジェットおよびピエゾ技術が含まれる。 例えば、本発明の試薬ディスペンサ・ヘッドは、内蔵型のカートリッジを含んでよい。 一般的に、Ａ、Ｃ、ＧおよびＴ塩基のような溶液および賦活剤は大量に調製されて、大きなコンテナ中に保持される。 これは、溶液が新鮮でなければならず、数日以上貯蔵できないことによる。 一般的に、各溶液は、互いに分離した液体材料および結晶性材料を用いて調製される。 本発明のカートリッジは、同様に、膜のような適当な手段によって分離された液体および結晶性材料を含む。 カートリッジの膜は、適当な手段によって穴をあけられ、材料は一緒に混合して溶液を形成する。
【００５８】
試薬ディスペンサ・ヘッドおよびノズルは、種々のタイプの流体連結部（または継手）を含んでよい。 常套のタイプの管（または配管；ｔｕｂｉｎｇ）は、比較的軟らかくて可撓性があり、苛酷な有機溶媒に十分に適していない。 対照的に、苛酷な有機溶媒に耐えるように作製された管は、一般に軟らかくなく可撓性を有しないが、本質的にかなり硬く、ゴム製品よりもよりプラスチックのようである。 典型的には、小さいバーブ（または突起）を有する流体継手（または接続具；ｆｉｔｔｉｎｇ）が、比較的軟らかく且つ可撓性を有する管に関して用いられる。 管がバーブを有する継手の寸法に正確に作られた場合、管は一般にバーブを有する端部の上を滑って伸びて、バーブのエッジでシールを形成する。
【００５９】
好ましい態様において、本発明のバーブを有する継手９０（図７（ａ）および（ｂ））は、常套の軟らかい管に依存しない流体インターフェースを有する。 代わりに、バーブを有する「クイック・コネクト」継手は、スプリングで負荷した鍔の力を使用して、継手の端部の回りで圧縮嵌合（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｉｔ）を提供する。 図７（ａ）を参照されたい。 特に、本発明の流体供給（または配送）システムは、継手９０のバーブを有する端部９２を、ある長さではあるが、バーブを有する端部９２の全長ではない長さを受け入れるように設計された、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ：登録商標）継手またはポート９１を使用する。 ポート９１はチャンバー９４とともに構成されて、バーブを有する端部９２の円錐形状のバーブ９５に、ポート９１をガイドし中央に位置させるのを助ける（図７（ｂ））。 ノズル６５がカートリッジ６６に挿入されるときに、バーブを有する端部９２は、スプリング９６によって、所定位置に維持される（図１）。 スプリング９６は、一定圧力をノズル６５およびバーブを有する端部９２に加えて、それにバイアスをかけてテフロン（登録商標）のポート９１中に入れる。 この形状構成は、バーブを有する端部９２をポート９１内で維持する一定圧力を与える。 それは、当該一定圧力が、試薬供給システム内で生成されるであろう、内部流体圧力のいずれよりも一般に大きいことによる。 流体の内部圧力は、一般に１０ｐｓｉよりも小さく、好ましくは約３ｐｓｉよりも小さい。 テフロン（登録商標）は低い硬度を有するために、テフロン（登録商標）のポート９１は僅かに変形して、バーブを有する端部９２の形状および角度に従う。 時間がたつと、テフロン（登録商標）は僅かにクリーブし、また、スプリングが一定圧力を加え続けるために、テフロン（登録商標）は、バーブを有する継手９０のシールを維持し向上させさえする。 有利には、この形状構成は、より容易な組立て及び分解を提供する。 オペレータは、単にスプリング９６を圧縮し、また、バーブを有する端部９２をテフロン（登録商標）のポート９２から引っ張って継手をはずして、ガイド部材９７をカートリッジ６６中の整列用穴（またはアライメント・ホール）から取り除いて（図１）、ノズル６５をカートリッジから取り除く必要があるだけである。 ノズル６５を取り替えるために、オペレータは単に、ノズル端部９８をカートリッジ６６中の対応するノズル開口部に挿入し、スプリング９６を圧縮し、それからガイド部材９７をカートリッジ６６の対応する整列用穴６５と合わせる必要があるだけである。
【００６０】
本発明のバーブを有する継手は、可撓性管を使用せずに、バーブを有するタイプの管結合器をマニホルドまたは他の流体取扱いデバイスに接続するのに全く適している。 そのような形状構成はまた、バーブを有する継手を有するバルブを必要とするミクロ流体の適用に適したマニホルドのデザインを、シンプルにすることを促進する。 更に、そのような構成は、バーブを有する継手が、苛酷な溶媒を使用する用途で使用されることを許容する。
【００６１】
次に遠心分離および液体除去について説明すると、典型的にはロータ・アセンブリが作動されて、マイクロタイタ・プレートを、ロータおよび垂直線に関して固定した角度で遠心分離する。 液体の量、マイクロタイタ・プレートの角度、回転の時間および速度を制御することによって、正確な分離が達成され得る。 従来の遠心合成装置は、Ｌｅｂｌらの米国特許第６，０４５，７５５号に説明されているような、マイクロタイタ・プレートを固定された角度にて保持するロータを使用した。 米国特許第６，０４５，７５５号の全体はこの引用によって本明細書の一部をなす。 対照的に、本発明のロータ・アセンブリ４６は遠心分離の間、マイクロタイタ・プレート４２の角度を動的に変化させる。 ロータ・アセンブリ４６は、マイクロタイタ・プレート４２の角度が、異なる合成プロセスとプロセスの間で動的に調整されることを許容するが、プロセスサイクルの間に流体をマイクロタイタ・プレート４２のウェル４１に供給するときには、マイクロタイタ・プレート４２を、ロータ・アセンブリ４６に関して実質的に水平な固定された位置に保持する。
【００６２】
本発明の１つの態様において、ロータ・アセンブリ４６は、ロータ４７およびプレート・ホルダ１０１を含む（図２）。 ロータ４７は、好ましくは複合材料、例えば炭素繊維で形成される。 本発明の炭素繊維のロータ４７は、それが軽量であること、容易にバランスをとれること、ならびに殆どメンテナンスを必要としない点において有利である。 そのような炭素繊維のロータは湾曲せず、したがって、それを定期的にバランシングすること（または均衡をとること）の必要性を最小限にする。 ロータは、金属およびプラスチックのような他の適当な材料から形成され得ることを理解すべきである。
【００６３】
プレート・ホルダ１０１（図２）は、動的にマイクロタイタ・プレート４２のロータ４７に対する相対角度を変化させるように形成される。 図８（ａ）および図８（ｂ）を参照すると、特に、プレート・ホルダ（１０１）は、ロータ・アセンブリ４６の遠心軸に対して離れているプレート・ホルダの外側端部１０３に配置されたピボット・サポート（またはピボット式支持体）１０２によって、ロータ・アセンブリ４６の回りに旋回可能に取り付けられている。 マイクロタイタ・プレート４２は、スプリングでバイアスされるラッチ機構１０４によって、選択的にプレート・ホルダ１０１と係合する。
【００６４】
バイアス機構（またはバイアスをかける機構）１０５は、プレート・ホルダの内側端部１０６を、ピボット・サポート１０２とロータ・アセンブリの遠心軸の間のロータ・アセンブリ４７に関して支持する。 バイアス部材１０５は、バイアス・スプリング１０７および調節可能なストップ部材（または止め部材）１０８を含む。 バイアス・スプリング１０７は、ロータ・アセンブリ４７が停止またはゆっくりと動いている間、水平な位置のプレート・ホルダ１０１およびマイクロタイタ・プレート４２をバイアスして（または偏倚して）、ロータ４７に押し付ける。 したがって、マイクロタイタ・プレート４２は、試薬ディスペンサ５２が、マイクロタイタ・プレート４２で窪み４１のアレイに向かっているときに、水平位置にある。 ストップ部材１０８は、所定の所望のチルト角が必要なだけ調節され得るように、調節可能である。 図８（ｂ）に示す態様において、内側端部１０６はロータ４７に対して、ハード・ストップ（または硬い止め）として作用する。 調節可能なハード・ストップは、プレート・ホルダ１０１の水平位置を微細に調節する手段を提供するために設けることができることが理解されるべきである。 同様に、バイアス機構１０５は、ロータ４７が減速するときに、プレート・ホルダ１０１にバイアスをかけてロータ・アセンブリ４６に押し付け、水平位置にする。
【００６５】
ロータ・アセンブリ４６が駆動されて回転を開始すると、遠心力が増加するので、プレート・ホルダ１０１およびマイクロタイタ・プレート４２が所望の所定の角度に至るまで、マイクロタイタ・プレート４２はスプリング１０７のバイアス力に抗して徐々に傾く。 これを行うために、増加する遠心力の効果が使用されて、プレート・ホルダ１０１およびマイクロタイタ・プレート４２を所望の角度に移動させる。 具体的には、釣合錘１０９が、ピボット・サポート１０２の下の位置にて、外側端部１０３に設けられる。 釣合錘１０９への遠心力が増加し、スプリング１０７のバイアス力に打ち勝つと、図８（ｂ）に示すように、プレート・ホルダ１０１およびマイクロタイタ・プレート４２がピボット・サポート１０２の回りで回転する傾向にある。 特に、ロータ４７が遠心分離の間、加速すると、プレート・ホルダ１０１およびマイクロタイタ・プレート４０の組み合わされた重心に作用する遠心力は、バイアス機構１０５の力および重力に打ち勝つ。
【００６６】
他の適当なバイアス機構を、プレート・ホルダ１０１にバイアスをかけて水平位置にするのに用いてよいことが理解されるべきである。 例えば、コイル・スプリング、トーション・スプリング、リーフ・スプリング、および重力でさえ、プレート・ホルダ１０１にバイアスをかけてロータ４７に押し付けるのに使用され得る。 別のバイアス機構１１１が図９に示されており、これは遠心軸に隣接するロータ４７の中央領域に配置される。 バイアス機構は、テンション・ケーブル１１３によってプレート・ホルダ１０１に接続されたバイアス・アーム１１２を含む。 バイアス・アーム１１２には、トーション・スプリング１１４によってニュートラルな位置に向かってバイアスがかけられる。 遠心力が増加すると、プレート・ホルダ１０１は傾きはじめ、ケーブル１１３を引っ張り、トーション・スプリング１１２のねじれ力に逆らって動き、その結果、アーム１１２を調節可能なストップ・ブラケット１１５の方に動かす。 ストップ・ブラケット１１５は、止めネジ１１６を緩め、ストップ・ブラケット１１５を所望の位置に回転させることによって、容易に調節され、次にプレート・ホルダ１０１およびマイクロタイタ・プレート４２の所定の所望の角度を調節する。
【００６７】
有利には、本発明のバイアス機構は、ロータ内のマイクロタイタ・プレートへの液体の供給が、マイクロタイタ・プレートが水平位置にある状態で行われることを許容する単純な手段を提供する。 この特徴は、ウェルの密度が大きくなるにつれて、即ち、マイクロタイタ・プレートのウェルの数が増加するにつれて、ますます重要になる。 この特徴はまた、ウェルの直径が減少するにつれて、また、液体供給がマイクロタイタ・プレートか試薬ディスペンサ・ヘッドのいずれかが動いている間に行われる場合、ますます重要になる。 液体供給の間、プレートは水平であり、したがってノズルのアレイに対して垂直であるから、ウェルの最大ターゲット面積がディスペンサ・アレイに対して呈される。 有利には、本発明のバイアス機構はまた、ディスペンス・サイクルの間、マイクロタイタ・プレートの角度の容易な調節を可能にする。 バイアス機構は、装置からロータを取り除くことなく、スプリング張力機構への容易なアクセスを許容する。
【００６８】
本発明の別の態様において、反応容器またはウェルは多孔質ポリマー材料で形成されている。 濾過を使用して濡れた基体から液体を分離してよいことが、一般に知られている。 一般に、濾過は典型的には液体の遠心分離によって、オリゴヌクレオチド合成が起こる窪みもしくはカラムの底部に配置された離散したフィルタメッシュまたはフリットを介して行われる。 図１０（ａ）に示される１つの態様において、マイクロタイタ・プレート１２１およびその中のウェル１２２のアレイは、多孔質ポリマー材料で形成される。 適当な材料の例は、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびカイナー（ＫＹＮＡＲ：登録商標）である。 そのような多孔質ポリマー材料は、一般的には、シート、ロッド、チューブおよび成形された形状で入手できる。 そのような材料は、加工の間に材料の表面温度が材料の融点に達しない限りにおいて、その多孔性の質を維持しながら加工され得る。 ウェル１２２の形状は、特定の用途および／または所望の流体力学に応じて変化させてよいことが理解されるべきである。 例えば、多孔質のウェルの深さおよび直径は、Ｕ形状、Ｖ形状または平坦な底を付けたものであってよい。 更に、ウェルの側壁は、円筒形、円錐形、フラット、内側もしくは外側にテーパが付いたものであってよく、あるいは他の所望の幾何形状を有してよい。 マイクロタイタ・プレートの形状もまた、それ自体変化してよいことが理解されるべきである。 例えば、平坦な矩形の形状を有する代わりに、プレートは、ロータリ・アセンブリの構成に応じて、上から見たときに弓形、三角形状または他のいずれかの幾何学的形状を有する平坦な表面を有してよい。
【００６９】
材料の多孔度は、一般に具体的な材料に応じて決まり、２０μｍ程度に小さくし得る。 そのような材料はいずれも、多孔度が基材の最大の物理的寸法よりも小さい限りにおいて、使用され得る。 例えば、いずれの材料も、合成で用いられるミクロビーズのような固相粒子の寸法よりも多孔度が小さい限りにおいて、オリゴマーの有機合成のために用いることができる。 別法として、離散的な固相粒子が使用されず、マイクロタイタ・プレート自体が基材として使用される場合、多孔度が通常の重力下で液体を支持し得るが、より大きい遠心力下で液体を支持しない限りにおいて、いずれの多孔性のポリマー材料も使用することができる。
【００７０】
オリゴヌクレオチドは、ウェルのアレイを有するマイクロタイタ・プレートにおいてのみ合成され得るのではなく、不可分の多孔性のウェル１２４の周縁アレイを有する多孔質のロータ１２３（図１０（ｂ））、または多孔性の独立したウェル１２５で合成してよいことが理解されるべきである。 本発明の多孔性のウェルは、有利には濾過ベースのオリゴヌクレオチド合成装置の複雑さを少なくし、高いスループットのオリゴヌクレオチド合成のための本質的に単純なツールを提供する。 多孔性のウェルはロータ・アセンブリの構成要素の数を減らすだけでなく、それらはロータ・アセンブリのメンテナンスを単純にする。 さらにまた、本発明の多孔性のウェルは、遠心合成装置のロータの慣性の複雑な事情（ｉｎｅｒｔｉａ ｉｎｔｒｉｃａｃｉｅｓ）を少なくし、したがってサイクル時間を減少させる。 本発明の多孔性のウェルはまた、逐次的な基材の露出と露出との間で必要とされる乾燥時間を減少させることによって、「溢出（ｓｐｉｌｌ ｏｖｅｒ）」ベースの中央合成装置の効率を増加させる。 多孔性のポリマーのウェルはまた、放射線、熱および／または化学的な浄化技術を使用してウェルをきれいにして、複数回の合成に再使用することができる。 例えば、ウェルは、塩酸および水の溶液を使用することによって、化学的に浄化される。
【００７１】
本発明の多孔性のウェルは、濾過ベースのオリゴヌクレオチド合成装置の複雑さを少なくするのに特に適している。 多孔性のウェルは、多くのウェルを同時に濾過する単純な手段を提供し、それは単純さ、効率および高いスループットを促進する。 多孔性のウェルはまた、熟達した化学的なラべリング（もしくは化学標識すること）、および／またはオリゴヌクレオチドの修飾に使用され得る。
【００７２】
別法として、濾過は、試薬供給と同様に、マイクロタイタのウェルの上部にあるフリットを介して、遠心分離を使用して実施され得る。 本発明の１つの態様において、メッシュ１２６（図１１（ａ））は、ウェル内でミクロビーズ１２７を保持するために使用される。 メッシュ１２６またはフリット材料を、遠心分離の間、ウェル４１の上方に位置させることができる。 別法として、メッシュ１２６は、上述のように、各ウェルのベースとして使用することができる。 どちらの場合でも、遠心分離中のメッシュ１２６の使用は、ビーズ１２７をウェル中に保持し、したがってウェルをおよび／またはマイクロタイタ・プレートをクリティカルな（または重要な）遠心角度に傾かせることを不必要にする。 それは、メッシュ１２６がビーズを保持するのに十分に微細であるが、十分に多孔性であって、上述した多孔性のポリマー材料と同様に液体がそれを通過することを許容することによる。 メッシュ１２６は、有利には、使用済み反応液または洗浄溶媒が効率的に且つ完全に除去されることを許容する。 また、非常に少量のミクロビーズ１２７が、損失のリスクなく使用され得る。 これは、より小さいウェルの容積、したがってより高いウェルの密度、即ち、プレートの単位面積あたりのウェルがより多くなることを許容する。 これは、より高いスループットおよび同時により多くの数の異なる化合物を合成する能力を与える。 メッシュ１２６をビーズ１２７の上に配置させることは、試薬供給の間、更なるレベルの制御を許容する。 それは、試薬がすべてのウェルにバルクで供給されることができ、それからウェル４１の遠心分離によって同時に送られて、試薬がすべてのウェルのメッシュ１２６を同時に通過させられることによる。
【００７３】
作動中、図１１（ａ）〜（ｄ）を参照すると、マイクロタイタ・プレートのウェル４１（図１１（ａ）〜（ｄ）にて図示せず）はビーズ１２７および保持メッシュ１２６を含む。 図示したメッシュ１２６は、ウェル４１の内部に配置されているが、メッシュ１２６は別法としてウェル４１の上部に配置することができ、ならびに／またはウェル４１のベースとして使用され得ることを理解すべきである。 液体はそれからウェル４１に送られる。 メッシュが十分に細かいために、液体はメッシュ１２７に浸透せず、通常の重力下ではウェル４１中に入らない。 液体は、遠心分離が開始されるまで、メッシュ１２７に浸透せず、またウェル４１に入らない。 矢印ＣＦによって示される遠心力の方向は、液体をメッシュを通過させ、ウェル４１に入れ、そのときに反応がウェル内で開始する。 液体は、遠心力の方向を、図１１（ｄ）の矢印ＣＦ'によって示されるように反対にすることによって、排出される。 これは、ロータに対するウェルの向きを単に逆にすることによってなされ得る。
【００７４】
本発明の別の態様において、図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、メッシュ１２６はウェル４１の底に設けられる。 この態様において、メッシュは十分に微細であるから、通常の重力下で、液体はメッシュ１２８に浸透せず、開口部１２９を経由してウェル４１から出ない。 液体は、遠心力下では、メッシュ１２８を浸透して、開口部１２９を経由して、図１２（ｂ）において矢印ＥＬで示されている排出液体として、ウェル４１から出る。 上記の態様と同様に、メッシュ１２８はビーズを保持し、同時に液体はウェル４１から遠心分離によって排出される。 メッシュ１２８の使用はまた、遠心分離のクリティカルな角度（または重要な角度）に関する必要性を無くす。
【００７５】
図１３に示すように、本発明のさらに別の態様において、液体の流れを阻止しない、より微細でないメッシュ１３１であるが、ミクロビーズ１２７が通過するのを妨げるのに十分に仕上げられたメッシュ１３１が、ウェル４１の底部に設けられる。 メッシュ１３１は液体をウェル内に保持しないが、バイアスされたシールの形態のシール手段１３２またはプラグが、開口部１３３を閉じるために設けられる。 ロータ・アセンブリがゆっくりと動いている又は静止しているときに、シール手段にバイアスをかけて開口部１３３に押し付ける、スプリング１３４が設けられる。 遠心分離が開始すると、液体およびシール手段１３２の大部分に作用する遠心力は、スプリング１３４のバイアス力に打ち勝ち、シール手段を移動させてウェルから離れさせ、それにより開口部１３３を開いて液体がウェル４１から出ることを許容する。 この形状構成はまた、傾斜したマイクロタイタ・プレートの必要性および遠心分離のクリティカルな角度に関する必要性を無くす。
【００７６】
次に制御機構について説明すると、種々の異なる制御機構が本発明の合成反応で使用される。 本発明は、オリゴヌクレオチド（もしくは他のポリマー）合成のプロセス工程の幾つか又は全てに関するマニュアル式の介入を必要とする制御に適合させ得る。 本発明の装置はまた、半自動または完全自動コントローラに適合させ得る。 自動制御機構は、異なる最終化合物が、装置で使用される各反応容器またはウェルの各アレイのウェルにおいて合成され得るほど十分に一般的なものである必要がある。 最終的に、自動コントローラは、装置の全ての構成要素が最適に関与し、または合成のためのタスクを実行するように、複数のウェル、ウェルのアレイ、流体ディスペンサ、ロータ・アセンブリ、および他のワークステーション、ならびサブアセンブリを統制し得る必要がある。
【００７７】
自動制御機構は、あるハードウェアおよびソフトウェア要素によって支持されている。 一般的なハードウェア要素は、好ましくは１または複数の全体制御コンピュータ（または汎用制御コンピュータ）、適宜の数の特殊制御プロセッサ、および制御された装置の構成要素全てに接続される電気インターフェースを含む。 当該分野で知られている方法で、装置の全ての直接的に制御される構成要素および間接的に制御される構成要素は、ある標準化された電気特性を有する電気インターフェースを備え得る。 これらの低レベルのハードウェア・インターフェースの若干数は、それらの標準化されたインターフェースから全体統制コンピュータのインターフェースに直接的にリンクされる。 適宜、複雑なワークステーションのような複雑な供給源（またはリソース）については、中間レベルの特殊制御プロセッサが、全体制御コンピュータとそのような供給源の低レベル電気インターフェースとの間に配置される。
【００７８】
全体制御コンピュータは、そのような特殊電気インターフェースを備えた、十分な性能を有するパーソナル・コンピュータであり得る。 例示的なパーソナル・コンピュータには、１３３ＭＨｚで作動するインテル（Ｉｎｔｅｌ）のペンティアム（ＰＥＮＴＩＵＭ：登録商標）プロセッサ、１ギガまたはそれより大きいハード・ドライブ、１６メガバイトまたはそれより大きいメモリ、およびＤ／Ａまたはオン／オフ出力サーキットまたは標準インスツルメント制御バスへのリンクのようなインターフェースを提供する、市販されているインターフェース・ボードが含まれる。 これらのハードウェア制御エレメントは、ＳＡＩＣ社のような商業的な供給業者により供給される。 適当なインターネットまたはイントラネット接続を介して、そのようなハードウェア制御エレメントに、直接的にアクセスし又は間接的にアクアスし得ることが理解されるべきである。
【００７９】
全体制御コンピュータによって実行される汎用ソフトウェア・エレメントは、オペレーティング・システム・ソフトウェア、低レベルの瞬間瞬間の（ｍｏｍｅｎｔ ｔｏ ｍｏｍｅｎｔ）制御およびモニタリング・ソフトウェア、スケジューリングおよびモニタリング・ソフトウエア、ならびに合成プラニング・ソフトウェアを含む。 最も低いソフトウェア・レベルは、全体制御コンピュータのオペレーティングシステム・ソフトウェアであり、それの例示的な態様は、ユニックス（ＵＮＩＸ：登録商標）またはウィンドウズＮＴ（ＷＩＮＤＯＷＳ ＮＴ：登録商標、マイクロソフト社）であり得る。 低レベルの瞬間瞬間の制御およびモニタリング・ソフトウェアは、実行するアクションを詳細に説明するスクリプトをインプットし、また、全体制御コンピュータに接続したインターフェースを介して、電気制御信号を、制御される処理供給源（またはプロセッシング・リソース）にアウトプットする。 これらの信号は、ワークステーションを機能させる。 次のソフトウェア・レベルはスケジューリング・ソフトウェアであり、それは実行される合成工程の記述、貯蔵されたビルディング・ブロックおよび試薬の位置、利用し得るワークステーションの位置および種類、利用し得る交換可能なツールの位置および種類等をインプットし、サブアセンブリの機能を制御する詳細なコマンド・スクリプトをアウトプットする。 これらのスクリプトは、瞬間瞬間の制御およびモニタリング・ソフトウェアによって解釈（または翻訳）される。 最も高いソフトウェア・レベルは、化学合成プラニング・ソフトウェアであり、それは、装置の特定の態様および合成される所望の化合物で利用できる合成プロトコルの記述をインプットし、それから、所望の化合物を合成するのに必要な合成工程をスケジューリング・ソフトウェアにより使用できる形態でアウトプットする。 低レベルの瞬間瞬間のコントロール・ソフトウェアおよびスケジューリング・ソフトウェアの例示的態様は、ＳＡＩＣ社により供給されている。
【００８０】
種々のフィードバック・コントローラを使用して、本発明のオリゴヌクレオチド合成装置の効率を最適化することができる。 例えば、プレート・リーダ１３８（図１）が、合成の間、ウェルにおける化学反応を実時間モニタリングするためにサポート表面４９の上に設けられる。 湿り（ｗｅｔｎｅｓｓ）モニタ１３９が、サポート・エンクロージャ４５内に設けられて、エンクロージャ内の種々の液体の漏れを監視し、それにより漏れによって必要となるメンテナンスと修理のためのダウンタイムを最小限にする。 廃棄物処理のコストを最小限にし、および／またはリサイクルを促進するために、効率的な方法で廃物を収集するための収集の操作（または駆動）も採用してよい。 例えば、２方向バルブ１４１を、ドラム１４２に流体接続して設けてよい。 ドラム１４２は、遠心分離の間にウェル４１から出た液体を収集するためにロータ・アセンブリ４６を囲む。 ２方向バルブ１４１は選択的にドラム１４２を溶媒捕集容器（またはベースン）１４４または反応流体捕集容器（またはベースン）１４５のいずれかと連結する。 このようにして、種々の合成プロセス、即ち、添加および分離プロセス、ならびに洗浄プロセスの間に使用された液体が、容易に互いに分離される。
【００８１】
本発明の別の態様において、装置１５０（図１４）は、特に個人のユーザによる使用に適している。 研究室で使用される典型的なＤＮＡ合成装置は、比較的大きく、小さいキャパシティを有し（例えば、１回の操作（またはラン）につき。僅か４〜１６のオリゴヌクレオチドが生成される）、完全には自動化されておらず、相当の注意を要する。 その結果、小さな研究室から、オリゴヌクレオチド合成および製造を外注することは、費用効果および時間効果がより良い。 対照的に、装置１５０はコンパクトなオリゴヌクレオチド合成装置であり、パーソナル合成装置とも称され、非常に小さい設置面積を有し、完全に自動化され、操作の間ほとんど注意を要しない。 装置１５０は、現在のコストで外注するよりも費用効果がより良く、小規模合成のより迅速な変更を提供することができ、特に、高スループットの、マルチプロトコルのコンビナトリアル合成に適している。 更に、装置１５０は小さい設置面積を有し、従って研究室の表面空間を最大限にする。 装置１５０は、反応容器またはウェルの周縁アレイ（図１０（ｂ））のように環状のアレイに配置された複数の反応容器の各々で、オリゴマーを合成するようにしたものである。 装置１５０は、一般にサポート・エンクロージャ１５５、１または複数のウェル１２２を支持するロータ・アセンブリ１２３（図１０（ｂ））、および液体供給ヘッド１５７を含む。 サポート・エンクロージャ１５５は、ロータ・アセンブリおよび流体供給ヘッド１５の機械的な支持を提供する。 図１４に示されるサポート・エンクロージャ１５５は、デスクトップ・プリンタとほぼ同じ寸法である。 パーソナル合成装置の寸法を変更してよいことが理解されるべきである。
【００８２】
ロータ・アセンブリ１２３は、回転可能にサポート・エンクロージャ１５５によって支持され、遠心軸１５８の回りで回転する。 遠心軸１５８は、装置１５０が配置されているデスクトップ表面またはサポート表面ならびにロータ・アセンブリに実質的に直交している。 液体供給ヘッド１５７は、遠心軸１５８の回りで周方向に間隔をあけて配置され、ロータ・アセンブリ１２３に関して同心に配置された１または複数のソレノイド・バルブ１６１を含むマルチ・チャンネルディスペンサである。 液体供給ヘッドは、同時に複数の異なる液体を、ロータ・アセンブリの対応する異なる組のウェル１２２に供給することができる。 １０個のソレノイド・バルブ１６１が示されているが、１、２、３またはそれよりも多いバルブを、所望の特定の数のチャンネルに応じて設けてよい。 ソレノイド・バルブ１６１は、ロータ・アセンブリ１２３の周方向に配置されたウェル１２２の直径に実質的に等しい又は近い直径のあたりで、周方向に間隔をあけて配置される。 したがって、ソレノイド・バルブ１６１と関連するディスペンス・ノズルは、ロータ・アセンブリにおいて、ウェル１２２の上方で、環状パターンで懸垂される。 ロータを駆動する遠心モータは、高い加速度および減速度、４０００ＲＰＭまでの速度、およびに＋／−０．２度の位置決め分解能といった性能を有する。 したがって、特定のウェル１２２を、容易にディスペンス・ノズルのいずれか１つと整列させることができる。
【００８３】
装置１５０のロータ１２３（図１０（ｂ））は、１回だけ使用され、且つ使い捨て可能なアイテムに構成され得る。 同様に、ソレノイド・バルブは、試薬、賦活剤および／または溶媒を含む、内蔵型の使い捨て可能なカートリッジを含む。 この態様は、遠心合成装置の概念を、内蔵型の使い捨て可能な液体カートリッジの概念と組み合わせる。 使い捨て可能な液体カートリッジの概念は、デスクトップ・インクジェット・プリンタの分野で採用されている概念に類似している。 この組合せは、パーソナル・オリゴヌクレオチド合成装置、他の分子と同様にオリゴヌクレオチドのカスタムメイドの合成を実施するために容易にプログラムされ得る小さい、コストのほとんどかからない、操作が簡単で高度に自動化されたデバイスが製造されることを可能にする。 内蔵型の使い捨て可能なカートリッジが使用される場合、装置１５０のオペレータは、装置１５０とともに使用する試薬を量り、混合し、および／またはさもなければ調製する必要はない。 代わりに、オペレータは単に１または複数のカートリッジを供給（または配送）ヘッド１５７に挿入し、供給ヘッドはそれから制御された量の試薬をコンピュータ制御の下で規定された位置に自動的に供給する。 特定の試薬の特定のデリバリー・パターンおよびデリバリー・シーケンス（または手順）が、合成されるオリゴヌクレオチドの実際の組成を決定し、それはインクの滴のスパッタ（またははね）または供給が、インクジェット・プリンタでプリントされるページの内容を決定するのに類似している。
【００８４】
本発明とインクジェット・プリンタとの間の１つの重要な相違点は、インクジェット・プリンタはインクの小さい組、例えば、黒、赤、青および黄色を一般的に使用することである。 本発明のパーソナル・オリゴヌクレオチド合成装置は、多数の異なる試薬カートリッジを収容するように構成され、それにより、種々の分子の合成を許容する。 例えば、パーソナル合成装置１５０には、種々のＤＮＡ試薬、ＲＮＡ試薬、ペプチド試薬、蛍光染料および／または他の化学材料のための複数の異なるカートリッジが設けられる。
【００８５】
パーソナル・オリゴヌクレオチド合成装置１５０は、９６個までの合成手順を１度に実行できる小さいロータを有する。 それは、それが同心に間隔をあけて配置された９６個のウェルを含むためである。 より少ない又はより多いキャパシティを、設けられるウェルの数に応じて組み込み得ることが理解されるべきである。 ロータ１２３の反応ウェル１２２は、１つの円（図示せず）に配置してよく、あるいはロータおよびパーソナル合成装置１５０の両方のキャパシティを向上させるために、ウェル１２２、１２２'の同心円（図１０（ｂ））に配置してよい。 図１５に示すように、ロータは湾曲したマイクロタイタ・プレート１６３を収容するように構成され得ることが理解されるべきである。 湾曲したマイクロタイタ・プレートは、スプリングでバイアスをかけたラッチのような適当な手段によって選択的にロータ・アセンブリに固定される。 いずれの場合にも、固相支持体が、上述と同様のやり方で、ロータのウェルの内部にミクロビーズまたは他の適当な固体の形態で含まれる。 別法として、誘導体化された膜を、ミクロビーズに代えて及び／またはミクロビーズに加えて、ウェル内で使用してよい。
【００８６】
図１４に示すように、装置１５０は、ロータアセンブリの周縁に沿って放射状に配置されるノズルのアレイであって、ウェル１２２から液体を添加および除去する工程を有意に単純化するアレイを含む。 実際に、供給ヘッド１５７は、液体をウェル１２２に供給し、そのとき、ロータは、上述と同様な仕方で、なお移動している。 ソレノイド１６１の別々の高速制御は、圧力、時間、体積、およびロータ・アセンブリ１２３が移動している速度に応じて制御される。 そのような形態は液体供給ヘッドが、約８〜１０秒で液体をロータ・アセンブリに配置されるすべてのウェルに供給することを可能にする。
【００８７】
パーソナル合成装置に、２またはそれよりも多い同心のウェルのアレイを有するロータが設けられる場合、供給ノズル１６４を調節可能に支持するために、らせん状の移動機構１６３（図１９）が液体供給ヘッド１５７に組み込まれる。 らせん状の移動機構１６４は、２つの環状構造、１つの静的ディスク１６５および１つの動的ディスク１６６を有する。 静的ディスク１６５は、その中央からその周縁に向かって放射パターンに走るスロット１６８を含む。 スロット１６８は、放射状パスに沿ってディスペンス・ノズル１６４をスライド可能に収容するのに十分なほど広い。 動的ディスク１６６は、ほぼ同じ幅に刻まれ、動的ディスク１６６の中央部分からその周縁に向って弓形のパスで走っている、同数の湾曲スロット１６８を含む。 静的ディスク１６５および動的ディスク１６６は、他方に関して同心に且つ回転可能に取り付けられている。 ノズル１６４は、スロット内部で、まっすぐなスロット１６８のパスが湾曲したスロット１６９と交差している各ポイントにて、実質的に垂直に取り付けられている。 静的ディスク１６５および動的ディスク１６６は互いに対して回転させられるとき、ノズル１６４は、まっすぐなスロット１６８のパスに沿ってまっすぐに移動した。 この形態は、中央軸の回りでノズルの位置の正確に同期された制御を許容する。 動的ディスク１６６は、アクチュエータ、例えば、ステッパモータ、エアシリンダ、ラック及びピニオン構造、ロータ・ドライブ、または他の適当な手段によって制御され得る。
【００８８】
装置は、図１６（ａ）に摸式的に示すように、ロッキング・アクチュエータ（ａｎ ｌｏｃｋｉｎｇ ａｃｔｕａｔｏｒ）、例えばエアシリンダ・プランジャ１７１を有しており、ロータ・アッセンブリ１２３の中央部上の動的ディスク１６６に取り付けられている。 アクチュエータ１７１は、ロータ・アセンブリ１２３の上方に向かって下向きに延びる。 アクチュエータ１７１は回転しないシャフトを有している。 シャフトの端部はロータ・アッセンブリ１２３の頂部に選択的に係合している。 アクチュエータ１７１は静的ディスク１６５に係合するブレーキをも有しており、アクチュエータ１７１が作動しない場合には、それによってノズルアレイは所定位置に保持される。 ノズルアレイの再配置が望まれる場合、直前の操作から特定の位置が記憶（ｒｅｍｅｍｂｅｒ）されるので、ロータ・アッセンブリ１２３は停止してアクチュエータ１７１と位置合わせされる。 アクチュエータ１７１が作動して、ロータ・アッセンブリ１２３に係合すると、ブレーキが解除される。 ロータ・アセンブリ１２３は、制御ソフトウェア内に記録されているルックアップ・データ・テーブルから供給される位置に回転する。 アクチュエータ１７１はロータ・アセンブリ１２３との係合が解除され、ブレーキに再び係合する。 ここで、システムは次のウェルのアレイにアクセスする準備ができている。 このプロセス制御によって、中心回りでのノズルの同心円リング状の配置が許容され、ロータ・アッセンブリ１２３内のウェルの複数の同心円リングへのディスペンスを支持する。
【００８９】
装置１５０は、本発明による種々の制御機構を用いることができる。 本発明は、オリゴヌクレオチド合成の処理工程の特定の一部、場合によっては全部についての人手の介入を必要とする制御に適応することができる。 本発明の装置は、パーソナル・コンピュータによって制御される全自動コントローラ又は半自動コントローラにも適応することができる。 本発明の１つの態様において、パーソナル合成装置１５０はＰＣによって、又はＰＣに同期するハンドヘルド・パーソナル・コンピューティング・デバイスによって制御される。 後者の場合、サポート・エンクロージャ１５５に赤外線ポート１７４（図１４）が設けられ、それによってオペレータはデータを同期させるか、またはパーソナル合成装置の状態を検査することができる。 ＰＣをパーソナル合成装置の近くに配置する必要性を小さくして、実験台上の作業面積の自由な部分を確保するため、基本的なパラメーターはパーソナル合成装置上に直接表示されるか、又はパーソナル・コンピューティング・デバイスに容易に表示されるようにすることが好ましい。
【００９０】
常套のオリゴヌクレオチド合成に伴なう１つの問題点は、数を増大する技術（ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｎｕｍｂｅｒｓ）、スケーリングである。 本発明の装置１８０（図１７（ａ））によれば、多数のオリゴヌクレオチドを容易かつコストパフォーマンスよく合成することができる。 装置１８０は、複数のマイクロタイター・プレート４２を回転可能なように支持する支持機構１８１を有している。 特に、機構１８１は上を向いた状態又は反転した状態のいずれでもマイクロタイター・プレート４２を保持することができる。 プレート４２が上を向いた状態にある場合、試薬ディスペンス・ヘッド１８２はプレート４２にアドレスして、プレート４２のウェルの中に個々の試薬を供給する。 プレート４２が反転した状態にある場合、ウォッシュ・ヘッド１８３によって供給される適当な試薬によってプレートを洗浄することができる。 この構成によって、一般にプロセスにおいて最も困難で時間のかかる段階である、試薬の供給及びプレートの洗浄についての有効なフォーマットが形成される。 機構１８１は、コンベヤ・ベルト１８４、チェーン駆動システム、軸駆動システム１８５（図１７（ｂ））、又はマイクロタイター・プレートを移動させ、反転させるためのその他の好適な駆動システムを有することができる。
【００９１】
装置１８０は、オリゴヌクレオチド合成に用いることができる高スループットの化学合成装置を提供するという利点を有する。 マイクロタイター・プレート４２は洗浄のために都合よく反転させることができるので、塩基（ｂａｓｅ）添加のために用いられる寸法とは無関係に、装置の物理的寸法を形成する。
【００９２】
マイクロタイター・プレート４２は、その中で塩基添加を誘導することができるように誘導体化されている（ｄｅｒｉｖａｔｉｚｅｄ）。 このことは市販のプレートをアミン又は−ＯＨ官能性で誘導体化することによって達成される。
【００９３】
上述した本発明の特定の態様例についての説明は、本発明を説明する目的で提示したものである。 これらの記載はこれらの態様例が全てであることや、本発明は開示した態様にのみ限定されることなどを意図するものではなく、本発明について多くの変形例及びバリエーションを行うことができることは、上記の教示に照らして明らかである。 本明細書の態様例は、本発明の原理及びその実際的な適用を最も良好に説明し、それによって当業者は本発明及び種々の態様例を、意図した実際の使用に適するように種々の変更を伴なって実施することができるように選択及び記載したものである。 本発明の範囲は、この明細書に添付された特許請求の範囲の記載及びそれと同等のものによって定められることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に基づく、有機分子のハイスループット・コンビナトリアル合成用装置の斜視図である。
【図２】図２は、本発明に基づく、図１に示す装置の一部を拡大した斜視図であり、複数のウェルを有するマイクロタイタ・プレートを支持するロータ・アッセンブリを示している。
【図３】図３は、本発明に基づく、液体供給システムのノズルの下方を通過する、図２のマイクロタイタ・プレートを拡大した概略図である。
【図４】図４は、本発明に基づく、改良した液体供給システムを有する図１の装置の一部の上面図である。
【図５ａ】図５（ａ）は、本発明に基づく、図１の装置のＸ軸に沿ったディスペンス・ヘッドの動きを示すグラフである。
【図５ｂ】図５（ｂ）は、本発明に基づく、図１の装置のＹ軸に沿ったディスペンス・ヘッドの動きを示すグラフである。
【図６ａ】図６（ａ）は、本発明に基づく、図１の装置のＸ軸に沿ったウェルの動きを示すグラフである。
【図６ｂ】図６（ｂ）は、本発明に基づく、図１の装置のＹ軸に沿ったウェルの動きを示すグラフである。
【図７ａ】図７（ａ）は、本発明に基づく、図１に示す装置のノズルおよび流体コネクターを拡大した詳細な分解図である。
【図７ｂ】図７（ｂ）は、図７（ａ）のノズルおよび流体コネクターの一部を拡大した部分的な分解図である。
【図８ａ】図８（ａ）は、図２のロータ・アッセンブリを拡大した部分的な斜視図である。
【図８ｂ】図８（ｂ）は、線８（ｂ）−８（ｂ）で切り取った、図２のロータ・アッセンブリの一部の断面図である。
【図９】図９は、本発明に基づく、改良されたバイアス機構を有する図２のロータ・アッセンブリの一部上面図である。
【図１０ａ】図１０（ａ）は、図２に示すものと類似する反応ウェルを有する変形マイクロタイタ・プレートの斜視図である。
【図１０ｂ】図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の反応ウェルにそれぞれ類似するロータおよび個々の反応ウェルの斜視図である。
【図１０ｃ】図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の反応ウェルにそれぞれ類似するロータおよび個々の反応ウェルの斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）、１１（ｂ）、１１（ｃ）および１１（ｄ）は、本発明に基づく、図２のウェルに類似する変形ウェル内に位置する濾過手段を有する変形装置の一部の模式図である。
【図１２ａ】図１２（ａ）は、本発明に基づく、図１１に類似するウェルの模式図である。
【図１２ｂ】図１２（ｂ）は、本発明に基づく、図１１に類似するウェルの模式図である。
【図１３】図１３は、本発明に基づく、図１１に類似するウェルの模式図である。
【図１４】図１４は、本発明に基づく、図１に示す装置に類似する変形装置の斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明に基づく、図１０（ｂ）のロータに類似する変形ロータの斜視図である。
【図１６ａ】図１６（ａ）は、本発明に基づく、図１４の装置のらせん状の移動機構の上面図である。
【図１６ｂ】図１６（ｂ）は、本発明に基づく、図１４の装置のらせん状の移動機構の上面図である。
【図１７ａ】図１７（ａ）は、本発明に基づく、図１の装置に類似する、有機分子のハイスループット・コンビナトリアル合成用装置の変形例の模式的な側面図である。
【図１７ｂ】図１７（ｂ）は、本発明に基づく、図１の装置に類似する、有機分子のハイスループット・コンビナトリアル合成用装置の変形例の模式的な上面図である。
|
