微阵列基板上的生化分子的分离方法_2

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形状使得通过连接斑点中心画出等腰三角形、直角三角形、等边三角形、菱形、平行四边形、长方形、正方形、正五边形、正六边形、或正八边形至正三十边形,优选等边三角形、长方形、正方形、正六边形,更优选长方形、正方形或正六边形,但不限于此,并且包含具有规则性的所有设计。斑点之间的间距可以为Inm?5mm,优选10nm?1mm,更优选300nm?Imm,,还更优选I μ m?500 μ m,特别是5 μ m?100 μ m。
[0031]通常而言,基板是指诸如玻璃和硅等的固态。但是在本发明中,基板包括凝胶,诸如聚丙烯酰胺和琼脂糖,并可作为更广义的概念使用。
[0032]微阵列基板上的生化分子可以包括核酸、肽、多肽、蛋白质、脂质体和其组合。此夕卜,期望使用当施加能量时结构稳定并且可以使用经济的生化方法扩增的核酸。
[0033]核酸可以包括脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、肽核酸(PNA)、锁核酸(LNA)、二醇核酸(GNA)、苏糖核酸(TNA)、异核酸(XNA)、合成核酸、经修饰核酸和其组合。考虑到施加能量时其结构稳定性和所提取的生化分子的生物技术利用,优选使用DNA或RNA。
[0034]所述分子的生物技术利用可以包括DNA或RNA的扩增。DNA或RNA的扩增可以通过诸如聚合酶链式反应(PCR)等使用聚合酶的方法、体外转录、逆转录、线性扩增、多重置换扩增(MDA)、细胞内融合、细胞内克隆或其组合进行。
[0035]核酸的3’末端可以通过连接物固定在微阵列基板上。连接物通过共价键稳定地固定分子。此外,当与将5’末端通过连接物固定在基板上的方法相比,将3’末端通过连接物固定在微阵列基板上的方法可以进一步使能够合成的核酸类型延伸。这是由于,在用于核酸合成的大多数亚磷酰胺单体中,根据化学合成方法将所合成的核酸的3’末端通过连接物固定在微阵列基板上。
[0036]该微阵列可以通过各种原位合成方法制造,例如喷墨打印[A.P.Blanchard等,Hi gh-dens i ty oligonucleotide arrays,B1sensors&B1electronics 11,687-690(1996)]、光刻[Stephen P.A.Fodor 等,Light-directed, spatiallyaddressable parallel chemical synthesis, Science 251, 767-773 (1991)]和电化学方法[Donald D.Montgomery, US 6093302, Electrochemical solid phase synthesis]等。此外,微阵列可以通过下述方法制造:其中将不同种类分子中的每一种单独地放置在基板上的各个单独位置上的点成点方法[Mark Schena等,Quantitative monitoringof gene express1n patterns with a complementary DNA microarray, Science270,467-470 (1995)]、大面积转移法或复制法[Haohao Lin 等,Replicat1n of a DNAmicroarray, JACS 127,11210-11211 (2005), Haohao Lin 等,Replicat1n of a DNAmicroarray from zip code masters, JACS 128,3268-3272 (2006)]。在通过转移或复制制造的微阵列的情况下,微阵列基板的性质可以不同于原始微阵列的性质,由此当在提取步骤对其施加能量时可以有利地增加效率。此外,通过微阵列的复制,可以降低单位成本,并且可以有利地制造多个相同的斑点。
[0037]如上所述,不特别限制微阵列的类型,只要微阵列具有其中生化分子通过共价键或吸附等附着至基板表面的类型即可。但是,优选使用利用固相合成制造的微阵列,其中生化分子的单体连续地在固态载体上合成。在固相合成中,平行方法是可行的,合成中使用的试剂量可以最小化,因此在分离所合成的微阵列的各个斑点之后的扩增比通常的生化分子合成法更经济。例如,在纳摩尔尺度以上,在通过固相合成制造DNA微阵列后分离各DNA的方法比通过受控孔径玻璃(CPG)柱合成各DNA的方法更经济。
[0038]固相合成可以包括使用亚磷酰胺、FMOC或BOC等固相合成生化分子,优选使用亚磷酰胺固相合成核酸。在目前使用的固相合成方法中,由于使用亚磷酰胺固相合成核酸具有最高的偶联效率,所需生化分子可以正确地合成。此外,在从微阵列上分离核酸的情况下,本说明书公开的技术的效率增加,并且生化分子在其提取后的效率可以最大化。
[0039]可以将诸如其他分子或其他细胞等材料利用在微阵列上合成的生化分子通过偶联或吸附而引入微阵列。由于在微阵列上合成的生化分子可以具有不同的分子结构,可以基于因结构差异导致的化学特征区分不同的文库。因此,基于所述差异而分离微阵列的各个斑点,从而可以提供分离不同文库的效果。不同文库是指诸如核酸、经修饰核酸、蛋白质、肽或脂质体等生化分子的文库,诸如小分子等化学分子文库,病毒文库,或诸如大肠杆菌、酵母、白细胞、癌细胞和干细胞等细胞文库。此外,不同文库可以包括具有IaL?I yL体积的材料的文库。作为所需的在微阵列上合成的生化分子和不同文库的组合,存在核酸和核酸的组合,核酸和核酸结合蛋白的组合,核酸结合蛋白和核酸的组合,核酸和表面上展示有核酸结合蛋白的细胞的组合,以及核酸和表面上具有核酸结合蛋白的病毒的组合。以上组合列表具有利用其组成和其生化特征的知识进行分选的优点。核酸结合蛋白的实例包括锌指和转录激活子样效应子(TALE)等。更广义地说,核酸结合蛋白的实例包括经由DNA或RNA与DNA或RNA结合的RecA、Cas9、转座体。
[0040]微阵列基板可以是从模板复制的基板、其中包含牺牲层的基板、表面包被有牺牲层的基板、进行通过电磁场发生的相变的基板以及其组合。当在提取步骤对其施加能量时,这些基板可以具有有利改善的效率。期望将牺牲层放在微阵列基板上以增加生化分子的提取效率,并且同时,通过牺牲层吸附施加至生化分子的能量而使损伤最小化。玻璃可以用作通过降低透光率或增加吸光度以吸收能量的牺牲层。或者也可以使用通过降低透光率或增加吸光度以吸收能量的硅。
[0041]此外,可以在固体表面上涂布牺牲层诸如玻璃或硅等,并且内部存在诸如玻璃或硅等固体,但是本发明不限于此。展现通过电磁场发生的相变的基板是指通过电磁场而临时或永久液化、气化或转换成等离子体的固体基板。从模板复制的基板是指通过大面积转移或复制而制造的微阵列基板[Haohao Lin 等,Replicat1n of a DNA Microarray, JACS127,11210-11211 (2005), Haohao Lin 等,Replicat1n of a DNA Microarray from ZipCode Masters, JACS 128,3268-3272(2006)]。
[0042]步骤S2中,获得在微阵列基板上点成点的生化分子的簇中所需簇的一条位置信息。虽然确定在微阵列基板上点成点的生化分子的位置信息的时间不受特别限制,但是可以优选在合成所述生化分子之前确定位置信息。虽然可以以诸如文档和计算机文件等各种类型提供位置信息,优选以计算机文件类型提供位置信息,从而与主要由计算机构成的控制装置一起相互工作。
[0043]另外,由于位置信息是虚构值,优选在步骤S3之前进行用于所需簇的实际斑点的搜索工序。在大多数情况下,由于微阵列是规则地布置的,当精确地设置对照点时,可以通过计算与对照点的距离而容易地确认实际斑点。对照点可以是微阵列基板的角、位于基板上的特定标记或特定斑点。此外,当搜索特定斑点时,还可以包括使用荧光分子的标记方法和通过显微镜的成像工序。
[0044]在步骤S3中,用于施加能量的提取工具根据位置信息分离所需簇。提取工具的实例包括下述S4步骤的能够以接触或非接触方式施加能量的各种装置。提取装置可以与可移动设备组合以提供移动性。可移动设备可以是自动马达,并且可以以优选Imm以下,更优选100 μm以下,还更优选5μπι以下的精度进行操纵。由于在大多数微阵列中斑点之间的间距为5 μπι?100 μπι,可以以特别是5 μπι以下的精度进行操纵的传动装置(gearing)可以在大多数微阵列中准确地分离所需簇。
[0045]接下来,在步骤S4中,以接触或非接触方式使用提取工具施加能量,从而从微阵列基板上分离所需簇。接触方式的实例包括移液和微量抓取(micro grabbing),非接触方式的实例包括脉冲激光照射和超声波应用。优选的是,通过以非接触方式施加能量而进行存在于特定斑点上的生化分子的选择性收集,从而从微阵列基板上分离所需簇。在该情况下,可以防止交叉污染。
[0046]优选的是,可以通过非接触方式中的脉冲激光照射进行脉冲激光烧蚀或照射压力排出(eject1n)。在该情况下,分离一部分微阵列基板,并且分离的基板的片段以与所述基板的相反方向行进。在这点上,由于片段的行进途径极为不同,因
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