專利名稱：具有連接了接頭部分的吸附多孔反應層的電極陣列裝置的制作方法
技術領域：
本發明提供具有吸附多孔反應層的電極微陣列，所述反應層上連接有接頭部分(linker moiety)。具體地說，本發明提供具有多個電極的電極微陣列，其中各電極具有吸附多孔反應層，而在該反應層上連接有接頭部分以提高核酸和肽的合成質量及試驗靈敏度。更具體地說，本發明提供計算機控制的具有多個含鉑電極的電極微陣列，其中各電極具有吸附多孔反應層，而在該反應層上連接有接頭部分，從而顯著提高了寡核苷酸、肽和其它聚合化學物質的合成質量，同時提高結合試驗靈敏度。
背景技術：
微陣列，特別是核酸微陣列已成為藥理學以及生物化學研究和發現中重要的分析研究工具。微陣列是以行和列的形式布置的點或位置的小型化陣列。分子(包括生物分子)在特定連接點連接或原位合成，雖然可用其它形式，但通常采用行和列的形式。微陣列的優點之一是它們能同時進行數百次實驗(即使不是數千次)。與順次實驗相比，可利用這種并行性提高分子結構和生物學功能間關系的研究效率，在該關系中化學結構的微小改變可導致深遠的生物化學效力。微陣列可以不同形式使用，可具有不同表面化學特征，從而導致連接或合成分子的方法不同。微陣列表面化學的差異可導致提供接納預先合成的化學物質或原位合成化學物質的表面的制備方法不同。如其名稱所提示的，微陣列上的連接點是通常為1-100μm的微米級別。
利用微陣列的研究主要集中于脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)相關領域，包括基因組學、細胞基因表達、單核苷酸多態性(SNP)、基因組DNA檢測和確認、功能基因組學和蛋白質組學(Wilgenbus和Lichter，J.MoL Med.77761，1999；Ashfari等，Cancer Res.594759，1999；Kurian等，J.Pathol.187267，1999；Hacia，Nature Genetics 21增刊42，1999；Hacia等，Mol.Psychiatry 3483，1998；和Johnson，Curr.Biol.26R171，1998)。除了用于DNA/RNA研究的微陣列外，可將微陣列應用于肽(兩個或多個連接的天然或合成氨基酸)、小分子(例如，藥物化合物)、寡聚物和聚合物的相關研究。
就用于DNA相關研究的微陣列而言，制備DNA相關分子的微陣列有許多方法。DNA相關分子包括天然或克隆的DNA及合成DNA。合成的較短單鏈DNA或RNA通常稱為寡核苷酸(寡聚物)，該名稱與寡脫氧核糖核苷酸同義。微陣列制備方法包括(1)利用點樣機器人將溶液點在制備的平面上；(2)采用噴墨或其它印刷技術來印刷試劑并采用常規亞磷酰胺(phosphoramidite)化學方法進行原位合成；(3)利用電化學產生的用于脫保護的酸和常規亞磷酰胺化學方法進行原位平行合成；(4)無掩蔽光生酸(maskless photo-generated acid)(PGA)控制的原位合成，采用常規亞磷酰胺化學方法；(5)利用光不穩定保護基團(PLPG)的光致斷裂進行掩蔽定向(mask-directed)的原位平行合成；(6)利用PLPG和數字光刻蝕法進行無掩蔽原位平行合成；和(7)電場吸引/排斥沉積寡聚物。
原位寡聚物合成的光刻蝕技術公開于Fodor等的美國專利5,445,934及其要求優先權的其它專利。電場吸引/排斥微陣列公開于Hollis等的美國專利5,653,939和Heller等的美國專利5,929,208。采用電化學解封閉的原位寡聚物合成的電極微陣列公開于納入本文作為參考的Montgomery的美國專利6,093,302；6,280,595和6,444,111(分別是Montgomery I、II和III)。采用電化學解封閉在與電極分開和遠離的表面上進行原位寡聚物合成的另一種本質上不同的電極陣列(不是微陣列)公開于Southern的美國專利5,667,667。寡聚物微陣列合成的綜述見Gao等，Biopolymers 2004，73，579。
除DNA微陣列以外的微陣列已見諸公開。例如，采用光刻蝕掩蔽技術的肽陣列合成制備在1991年首次報道。在2000年該方法拓展至包括利用光生酸和/或聯用用于解封閉的光敏劑的可尋址掩蔽技術。采用光不穩定解封閉的肽微陣列合成的綜述見Pellois，PJ.，Wang，W.，Gao，X.，J.Comb.Chem.2000，2，355；和Fodor，S.P.A.，Read，J.L.，Pirrung，M.C.，Stryer，L，Lu，A.T.，Solas，D.，Science，1991，251，767。近年來，利用肽陣列的工作使用通過將預先合成的肽或分離的蛋白質點樣制造的陣列。蛋白質陣列的綜述見Cahill和Nordhoff，Adv.Biochem.Engin/Biotechnol.2003，83177。
提供能與預先合成的化學物質連接或原位合成化學物質的微陣列表面的制備方法必須提供能接合化學物質以及能提供進行藥理學和生物化學研究和發現所需的化學官能團的表面。一種方法是處理表面以提供能與相關化學物質共價接合的反應基團。在這種方法中，反應基團一般通過表面處理或表面涂層而存在。對于DNA相關物質，除非有化學修飾，否則反應基團是羥基。對于肽，除非有化學修飾，否則所需的反應基團是胺基。
玻璃是用于微陣列的常用固體基板，使用前必須處理。常規玻璃處理采用硅烷化化學方法使穩定而均勻的表面具有用于寡聚物或其它化學物質連接或原位合成的反應基團(Guo等，1994，Nucl.Acids Res.，225456-5465；LeProust等，2001，Nucl.Acids Res.，292171-2180；Maskos和Southern，1992，Nucl.Acids Res.，201679-1684；Skrzypcznski等，美國專利申請公布號2004/0073017；和Southern等，美國專利6,576,426)。用于成批合成的玻璃珠也必須進行硅烷化(Maskos和Southern)。可用硫醇接頭化學物質處理金表面(Kelley等的美國專利公布2002/0172963)。類似地，必須氧化處理聚合微陣列支持物，例如聚丙烯，然后引入反應基團，例如端基胺(基團)(Schepinov等，1997，Nucl.Acids Res.，251155-1161)。此外，用聚乙二醇表面處理具有用于成批合成肽的反應性端基的聚苯乙烯珠粒(Merck，Inc.Novabiochem Div.和Aldrich等，美國專利申請公布20030134989)。最后，必須用表面涂層處理電極微陣列上電極的表面來提供反應基團(Montgomery I、II和III)。對于寡聚物合成，這種表面涂層必須能耐受反復接觸合成溶液和電化學解封閉溶液的嚴苛環境。
Montgomery I、II和III中公開的電化學合成微陣列以具有行列形式的多個微電極的半導體芯片為基礎。該芯片設計采用互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術來產生微電極的高密度陣列，該陣列具有選擇和控制該陣列內各微電極的并行尋址功能。施加電壓能“打開”電極，產生能改變小的稱為“虛擬瓶(virtualflask)”區域的pH或電極周圍容積的電化學試劑(特別是酸性質子)。為在各電極上提供反應基團，可用多孔基質材料涂布微陣列。可在任一電極合成生物分子，這種合成可發生在多孔基質材料中。對于解封閉步驟，通過對電極施加電壓以電化學方法降低pH。由于酸性試劑遠離電極的能力受限于自然擴散和溶液中的緩沖質，只有電極附近的pH降低。
當處理表面時，在處理期間與表面相連的接頭(linker)的末端通常有反應基團。接頭是使相關物質與固體表面相連的分子。例如，玻璃的接頭在一端具有反應基團，在另一端具有硅烷偶聯基團用于和玻璃接合。根據用于形成接頭的具體化學物質，接頭可以具有許多種長度。除接頭外，可給接頭連接間隔基團(spacer)以在固體表面和所連接的化學物質之間提供更長的距離。間隔基團可以與接頭具有不同化學性質。公開了連接玻璃支持物(Guo等，LeProus等，Maskos等，Skrzypcznski和Southern)，胺化聚丙烯支持物(Schepinov等)和聚苯乙烯珠粒(Merck，Inc.Novabiochem Div.和Aldrich等)與寡聚物的接頭和間隔基團。
對于電極微陣列上的表面涂層，表面涂層自身提供在該涂層內天然存在的反應基團。Montgomery I、II和III公開了含有以下成分的表面涂層受控多孔玻璃(CPG)；普通聚合物，例如特氟隆、尼龍、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯(polyacylate)、聚氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酰亞胺、聚硅氧烷、聚硅酮(polysilicone)、聚腈、聚電解質、水凝膠、環氧聚合物、蜜胺、氨基甲酸乙酯和這些聚合物與其它聚合物的共聚物和混合物；生物學衍生的聚合物、聚透明質酸、纖維素和甲殼質(chiton)；陶瓷，例如氧化鋁、金屬氧化物、粘土和沸石；表面活性劑；硫醇；自我組裝的單層；多孔碳；和富勒烯(fullerine)材料。Montgomery I、II和III還公開了可通過旋涂、浸漬涂布或手工操作或任何其它可接受的涂布形式使表面涂層與電極相連。Montgomery I、II和III還公開了通過硅-碳鍵與受控多孔玻璃相連的接頭分子，該接頭分子包括芳基、乙炔、含有2-10個單體單位的乙二醇共聚物、二胺、二酸、氨基酸和它們的組合。在各情況中，Montgomery公開的是涂布了微陣列裝置的整個表面，而不只電極表面。
Guo等公開了利用23-原子的接頭將DNA序列共價連接于玻璃。使玻璃表面與氨基丙基三甲氧基硅烷反應制得接頭，從而提供氨基衍生的表面，然后使氨基與過量的對苯(撐)二異硫氰酸酯偶聯將氨基轉化為氨基反應性苯基異硫氰酸酯基團。然后通過使氨基反應基團與寡核苷酸序列的5’端偶聯(得到)5’氨基修飾的寡核苷酸，從而使寡核苷酸共價連接于氨基反應基團。得到的結構是連接有接頭的固體表面，寡核苷酸在5’側與該接頭相連。Guo等還公開了在寡核苷酸和接頭之間具有最多15-脫氧胸苷酸鏈的間隔基團。間隔基團具有5’氨基修飾的寡核苷酸，從而能與氨基反應基團相連。間隔基團連接在寡核苷酸的5’端作為該寡核苷酸的一部分，再將該間隔基團-寡核苷酸與接頭相連。從玻璃表面的角度觀察，最終的結構提供具有接頭的玻璃表面，在該接頭上連接有5’-3’最初間隔基團-寡核苷酸，其中所述間隔基團-寡核苷酸在它處合成，然后與接頭相連。與脫氧胸苷酸單位較少的鏈相比，發現15-脫氧胸苷酸鏈的雜交信號最強。
Maskos和Southern公開了用于玻璃的硅烷偶聯接頭。接頭長度不同，末端具有羥基從而能在玻璃上合成寡核苷酸。接頭通過環氧丙氧丙基硅烷鍵與玻璃結合，具有長度不同的六甘醇中間區段。接頭長約8-26個原子，不帶任何電荷。Shchepinov等公開了將寡核苷酸與胺化聚丙烯偶聯的間隔分子。采用亞磷酰胺化學方法構建間隔分子，合成的單體具有二醇作為單體單位的一部分。3’和5’寡核苷酸均基于間隔基團構建。
LeProust等公開了末端為羥基、酰胺或胺基團的硅烷接頭。利用這些接頭在載玻片上合成寡核苷酸(脫氧胸苷酸單位)來確定合成的效率/保真度。這些接頭是非離子性的。Southern等公開了用于寡核苷酸合成的受控多孔玻璃(CPG)的非離子接頭/間隔基團。這些接頭通過末端胺(基團)與經硅烷化位于CPG上的基團相連，從而與CPG相連。Skrzypcznski等公開了通過硅烷鍵與玻璃或溶膠凝膠玻璃涂層偶聯的非離子接頭/間隔基團。建議接頭/間隔基團在緊鄰玻璃玻璃處具有疏水性部分，而在DNA探針連接處具有親水性部分。
接頭和間隔基團有時用于離開微陣列合成肽。具體地說，將顯微聚苯乙烯(PS)珠用作固體支持物(Aldrich等)。這些珠連接有聚乙二醇(PEG)間隔基團，而PEG與連接基團相連，其中所述連接基團具有用于肽合成的反應基團。合成后，使肽從連接基團上斷裂，回收。用于合成的許多PS-PEG樹脂可從Merck Company、Novabiochem Division以及其它來源商品化購得。
Montgomery I、II和III所公開的采用電化學方法制得的共聚物微陣列具有寡聚物質量的問題，所述質量可通過解封閉不充分導致序列中脫氧核苷酸堿基缺失來判斷。此外，電極上涂層的分層作用可導致質量問題。受控多孔玻璃涂層和多糖瓊脂糖涂層均易產生分層質量問題。對于基因表達試驗(即，發現低豐度mRNA種類)和需要檢測單堿基改變的單核苷酸多態性(SNP)試驗的靈敏度，這種質量問題造成得到的共聚物陣列用處不大。在電極微陣列上合成肽也是有問題的。對于玻璃微陣列也發現了類似的質量問題，研究人員發現各種試劑與接近玻璃平板表面的官能團反應不充分(LeProust等)。
鑒于(1)寡核苷酸、肽和其它化學物質的電極微陣列質量問題的以上討論，和(2)需要在電極微陣列上具有反應基團的表面，本領域需要提高原位電化學合成質量從而能提供質量較高的微陣列。本發明著手解決這些需要。此外，對于電極微陣列，需要摻有離子接頭的修飾表面涂層，從而能提高合成質量并防止熒光猝滅。
發明概述 本發明提供具有吸附多孔反應層的電極微陣列，所述反應層連接有接頭基團，從而提高了合成質量。微陣列在基板上含有多個電極，其中所述電極與計算機控制系統電子相連。此外，所述微陣列在多個電極上具有吸附多孔反應層，其中所述吸附多孔反應層含有至少具有一個羥基的化學物質。所述化學物質選自單糖、二糖、三糖、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、N-羥基琥珀酰亞胺、式I、式II、式III、式IV、式V、式VI和式VII(所示)及其組合。式I是
式II是
式III是HOR4(OR5)mR7；式IV是
式V是
式VI是
式VII是
下標m是約1-4的整數。聚乙二醇的分子量約為1,000-20,000道爾頓。
R1、R2、R7和R8獨立選自氫以及取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環、多環基團、鹵素、酰胺、烷氧基、酰基、酰氧基、氧基羰基(oxycarbonyl)、酰氧基羰基、烷氧基羰氧基、羧基、氨基、仲氨基、叔氨基、肼基、疊氮基、烷氧化偶氮基(alkazoxy)、氰基、異氰基、氰氧基、異氰氧基、氰硫基、雷酸酯基、異硫氰基(isothiocyanato)、異硒氰基(isoselenocyanato)、氰硒基(selenocyanato)、羧基酰氨基(carboxyamido)、酰基亞氨基、亞硝基、氨氧基(aminooxy)、碳亞氨基(carboximidoyl)、腙基(hydrazonoyl)、肟、酰基肼基(acylhydrazino)、脒基、硫化物、亞砜、硫代亞砜(thiosulfoxide)、砜、硫代砜(thiosulfone)、硫酸酯基、硫代硫酸酯基、羥基、甲酰基、羥基過氧基(hydroxyperoxy)、氫過氧基(hydroperoxy)、過氧酸、氨甲酰基、三甲基甲硅烷基、硝基、亞硝基、草氨酰、五唑基、氨磺酰基、氨亞磺酰基(sulfenamoyl)、亞磺酰基(sulfeno)、氨亞磺酰基(sulfinamoyl)、亞磺基、磺基、磺氨基、巰基(hydrothiol)、四唑基、氨基硫羰基、硫代卡巴腙基(thiocarbazono)、硫代卡巴二腙基(thiocarbodiazono)、硫代碳酰肼基(thiocarbonohydrazido)、硫代羧基、硫醛基、硫酰基、氰硫基、氨基硫脲基、硫代亞磺基、硫代磺基(thiosulfo)、硫脲基、三氮烷基(triazano)、三氮烯基(triazeno)、三嗪基、三硫代磺基(trithiosulfo)、亞磺酰亞氨酸(sulfinimidic acid)、磺基亞氨酸(sulfonimidic acid)、亞磺基腙酸(sulfinohydrazonic acid)、磺基腙酸(sulfonohydrazonic acid)、亞磺基羥肟酸(sulfinohydroximic acid)、磺基羥肟酸(sulfonohydroximic acid)和磷酸酯。
R3選自雜原子團、羰基以及取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環、多環基團。R4和R5獨立選自亞甲基、亞乙基、亞丙基(propylene)、亞丁基(butylene)、亞戊基(pentylene)和亞己基(hexylene)。R6與琥珀酰亞胺的兩個碳形成環結構，其選自取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環和多環基團。R7選自氨基和羥基。
接頭基團連接于多孔反應層。接頭基團包含連接于反應層的結合端、具有反應基團的合成端和連接兩端的中間區段，其中所述中間區段包含最多100個在水溶液中帶離子電荷的單體。反應基團選自氨基、羥基和羧基以及它們的組合。接頭基團的單體選自DNA、RNA和具有離子性側鏈的氨基酸以及它們的組合。
單糖選自阿洛糖、阿卓糖、阿拉伯糖、脫氧核糖、赤癬糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、古洛糖、艾杜糖、來蘇糖、甘露糖、阿洛酮糖、L-鼠李糖、核糖、核酮糖、景天庚酮糖、D-山梨醇、山梨糖、sylulose、塔格糖、塔羅糖、蘇糖、木酮糖和木糖。二糖選自直鏈淀粉、纖維素二糖、乳糖、麥芽糖、蜜二糖、帕拉金糖(palatinose)、蔗糖和海藻糖。三糖選自棉子糖和松三糖。
聚乙二醇衍生物選自二甘醇、四甘醇、具有伯氨基的聚乙二醇、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、乙醇胺、二(乙二醇)單烯丙基醚、二(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單烯丙基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單芐基醚、三(乙二醇)單三苯甲基醚、三(乙二醇)單氯單甲基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、三(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、四(乙二醇)單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酸酯、四(乙二醇)單芐基醚、四(乙二醇)單三苯甲基醚、四(乙二醇)單1-己烯基醚、四(乙二醇)單1-庚烯基醚、四(乙二醇)單1-辛烯基醚、四(乙二醇)單1-癸烯基醚、四(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、五(乙二醇)單甲基醚、五(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、六(乙二醇)單烯丙基醚、六(乙二醇)單甲基醚、六(乙二醇)單芐基醚、六(乙二醇)單三苯甲基醚、六(乙二醇)單1-己烯基醚、六(乙二醇)單1-庚烯基醚、六(乙二醇)單1-辛烯基醚、六(乙二醇)單1-癸烯基醚、六(乙二醇)單1-十-碳烯基醚、六(乙二醇)單4-二苯甲酮基單1-十一碳烯基醚、七(乙二醇)單烯丙基醚、七(乙二醇)單甲基醚、七(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、七(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)單甲苯磺酸酯、八(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、十一(乙二醇)單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、十一(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基醚、十八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)、十(乙二醇)、十二(乙二醇)、十四(乙二醇)、十六(乙二醇)、十八(乙二醇)、二苯甲酮-4-六(乙二醇)烯丙基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)己烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)辛烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)癸烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4′-六(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚和4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚。
本發明還提供具有吸附的多孔反應層從而能提高合成質量的電極陣列的制造方法。該方法包括(1)在基板上提供多個清潔的電極，其中所述電極與計算機控制系統電子連接；和(2)在所述多個電極上吸附多孔反應層，其中所述多孔反應層包含至少具有一個羥基的化學物質，其中所述化學物質選自單糖、二糖、三糖、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、N-羥基琥珀酰亞胺、式I、式II、式III、式IV、式V及其組合。糖類、PEG、式I-V所示化學物質如本文所提供的。
本發明還提供將多孔反應層吸附到多個電極上的方法，包括(1)使處理溶液與微陣列接觸約1分鐘-約2周，其中所述處理溶液包含吸附到所述各電極上的化學物質和能溶解所述化學物質的溶劑；和(2)洗去所述處理溶液，但保留吸附到所述各電極上的化學物質層。
本發明還提供清潔電極微陣列的方法，該方法包括(1)采用等離子清潔方法蝕刻電極微陣列表面；和(2)采用化學清潔方法清潔該電極微陣列。等離子清潔方法優選包括使電極微陣列與氬等離子濺射蝕刻過程(argon plasma sputter etchprocess)接觸約2-6分鐘，其中等離子功率是200W，自偏置電壓(self bias voltage)是600-650V，等離子壓力是8mTorr，平行板等離子室中使用200mm直徑電極。等離子清潔方法優選包括使電極微陣列與六氟化硫等離子接觸約30-60分鐘，其中等離子功率是300瓦，等離子壓力約為250-350mTorr，各向同性(isoptropic)等離子室中氣體流速是124cm3/分鐘。等離子清潔方法優選包括采用以下條件用購得的Reactive Ion Etch Plasma system(反應離子蝕刻等離子系統)(例如，裝有460mm直徑電極的Oxford Plasmalab 800Plus RIE系統)蝕刻電極微陣列(1)氬等離子，約2-4分鐘，RF等離子功率約600瓦，其中壓力約為8毫托，Ar氣體流速約為30sccm；(2)氧等離子，約5-7分鐘，功率約500瓦，其中壓力約為50毫托，氧氣流速約為50sccm；或(3)氬等離子，約8-12分鐘，功率約600瓦，其中壓力約為8毫托，Ar氣體流速約為30sccm。
化學清潔方法優選包括電化學清潔方法，包括(1)使硫酸溶液與電極微陣列的電極接觸，其中所述硫酸溶液濃度約為0.01-5摩爾，所述電極與計算機控制系統電子連接；(2)對第一組電極施加電流脈沖約0.01-60秒，同時第二組電極接地；(3)對第二組電極施加電流脈沖約0.01-60秒，同時第一組電極接地；和(4)交替進行對第一組電極施加電流脈沖約0.01-60秒同時第二組電極接地和對第二組電極施加電流脈沖約0.01-60秒同時第一組電極接地的操作，累積時間約1-60分鐘。化學清潔方法優選包括過氧化氫清潔方法，包括使過氧化氫溶液與電極微陣列的電極接觸，其中所述過氧化氫溶液濃度約為0.5-10％(以體積計)，接觸時間約為1分鐘-24小時，所述過氧化氫的溫度約為20-95℃。
附圖簡述
圖1A和1B是電極微陣列的兩個電極的橫截面示意圖。在圖1A中，吸附的多孔反應層顯示吸附于整個微陣列表面。在圖1B中，吸附的多孔反應層顯示主要只吸附在電極表面。反應層顯示具有羥基部分作為反應基團。
圖2A和2B是電極微陣列的兩個電極的橫截面示意圖，其中連接的接頭部分具有用于原位合成的末端反應基團。
圖3是電極微陣列的兩個電極的橫截面示意圖，其中比較了不帶電荷的接頭/間隔基團與帶電荷的接頭/間隔基團。
圖4是具有瓊脂糖反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖5是具有蔗糖反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖6是顯示利用蔗糖反應層的靈敏度研究結果的直方圖。
圖7是具有二甘醇反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖8是具有乙二醇反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖9是具有N-羥基琥珀酰亞胺反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖10是具有三甘醇反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖10是具有棉子糖反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖12是具有松三糖反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖13是具有Splenda反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖14是具有菊粉反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖15是具有帕拉金糖反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖16是具有聚乙二醇反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖17是具有水楊苷反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖18是具有核糖反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖19是具有蜜二糖反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖20A-E是電極微陣列的四個電極的橫截面示意圖，其顯示了在電極上合成肽，然后與抗β內啡肽抗體(克隆3-E7，小鼠)和Cy5標記的驢抗小鼠抗體接觸。兩個電極具有離子連接基團，兩個電極缺乏離子連接基團。
圖21是電極微陣列的二個電極的橫截面示意圖，其顯示了不用離子接頭時用鉑電極猝滅熒光標記的試劑。
圖22是電極微陣列截面的頂視圖的放大和對比度提高(contrast-enhanced)的照片，其顯示當用離子接頭連接肽與鉑電極重疊層時Cy5標記的驢抗-小鼠抗體可見。
圖23是電極微陣列的二個電極的橫截面示意圖，一個電極顯示利用非離子接頭能猝滅Cy5標記的驢抗-小鼠抗體，這是因為非離子接頭溶劑化不佳。另一電極顯示利用離子接頭能防止Cy5標記的驢抗-小鼠抗體猝滅，這是因為離子接頭溶劑化良好，從而使得抗體遠離鉑電極。
圖24是電極微陣列截面的頂視圖的放大照片，其顯示熒光猝滅隨接頭/間隔基團從0延長至15個脫氧胸苷酸單位而降低。接頭/間隔基是原位合成的。熒光來自德克薩斯紅標記的與共價連接于接頭/間隔基團末端的生物素結合的鏈霉親和素。
圖25是具有1-(3-羥丙基)吡咯反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖26是具有1-己基吡咯反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。
圖27是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長35-70個單體。
圖28是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長35個單體。
圖29是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長40個單體。
圖30是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長45個單體。
圖31是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長50個單體。
圖32是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長55個單體。
圖33是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長60個單體。
圖34是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長65個單體。
圖35是具有組合反應層的微陣列頂視圖的放大部分的照片，其中所述組合包含蔗糖和果糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長70個單體。
發明詳述 本文所用化學基團的術語在很大程度上按照“國際純粹化學和應用化學聯合會”，Principles of Chemical Nomenclaturea Guide to IUPACRecommendations(《化學術語原則IUPAC建議指南》)，Leigh，GJ.；Favre，H.A.和Metanomski，W.V.，Blackwell Science，1998的建議，其內容納入本文作為參考。取代結構的形成受限于原子價的要求。
“寡聚物”表示具有中等相對分子量(intermediate relative molecular mass)的分子，其結構基本上包含實際上或在概念上衍生自較低相對分子量分子的少量單位。如果除去某分子的一個或幾個單位后，其特性確實顯著不同，則該分子可視作具有中等相對分子量。如果該分子的部分或整體具有中等相對分子量，并且基本上包含實際上或在概念上衍生自較低相對分子量分子的少量單位，可將其描述為寡聚的，或用作為形容詞使用的寡聚物來描述。寡聚物通常由單體構成。
術語“共-寡聚物”表示衍生自多個種類的單體的寡聚物。術語寡聚物包括共-寡聚物。寡聚物的例子有，由脫氧腺苷酸(A)、脫氧鳥苷酸(G)、脫氧胸苷酸(C)和脫氧胞苷酸(T)單位按以下順序構成的單鏈DNA分子是共-寡聚物，由10個T單位構成的單鏈DNA分子是寡聚物，然而，二者也都稱為寡聚物。
術語“單體”表示能發生聚合從而構成大分子，例如寡聚物、共-寡聚物、聚合物或共聚物基本結構的組成單位的分子。單體的例子包括A、C、G、T、腺苷酸、鳥苷酸、胞苷酸、尿苷酸、氨基酸、氯乙烯和其它乙烯基化合物。
術語“聚合物”表示具有高相對分子量的由大分子構成的物質，其結構基本上包含實際上或在概念上衍生自低相對分子量分子的單位的多次重復。在許多情況，特別是合成聚合物中，如果添加或除去某分子的一個或幾個單位對該分子特性的影響可忽略，則該分子可視作具有高相對分子量。此論點不適合其特性極其取決于分子結構細節的某些大分子。如果該分子的部分或整體具有高相對分子量，并且基本上包含實際上或在概念上衍生自低相對分子量分子的單位的多次重復，可將其描述為大分子或多聚的，或用作為形容詞使用的聚合物來描述。
術語“共聚物”表示自多個種類的單體的聚合物。由兩種單體物質共聚合得到的共聚物有時稱為二聚物，由三種單體共得到的共聚物稱為三聚物，由四種單體共聚合得到的共聚物稱為四聚物，等等。術語聚合物包括共聚物。
術語“聚乙二醇”(PEG)表示含有由共同重復乙二醇單位[--CH2--CH2--O--]n構成的鏈的有機化學物質。PEG通常是可彎曲的、親水性的、酶作用穩定的和生物學惰性的有機聚合物，但它們在水中不帶離子電荷。PEG通常可分為兩類。第一類是分子量為1000-20,000以上的聚合PEG。第二類是分子量小于1000的PEG樣鏈。聚合PEG已用于生物綴合物中，許多綜述描述了將此類接頭部分與各種分子連接。PEG已用作接頭，而短PEG-樣接頭可分為兩種類型均質-[X--(CH2--CH2--O)n]--X和異質雙功能的[X--(CH2--CH2--O)n]--Y間隔基團。
術語“PEG衍生物”表示含有PEG共同重復單位的乙二醇衍生物。PEG衍生物的例子包括但不限于二甘醇(DEG)、四甘醇(TEG)、具有伯氨基的聚乙二醇、二(乙二醇)單烯丙基醚、二(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單烯丙基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單芐基醚、三(乙二醇)單三苯甲基醚、三(乙二醇)單氯單甲基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、三(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、四(乙二醇)單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酸酯、四(乙二醇)單芐基醚、四(乙二醇)單三苯甲基醚、四(乙二醇)單1-己烯基醚、四(乙二醇)單1-庚烯基醚、四(乙二醇)單1-辛烯基醚、四(乙二醇)單1-癸烯基醚、四(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、五(乙二醇)單甲基醚、五(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、六(乙二醇)單烯丙基醚、六(乙二醇)單甲基醚、六(乙二醇)單芐基醚、六(乙二醇)單三苯甲基醚、六(乙二醇)單1-己烯基醚、六(乙二醇)單1-庚烯基醚、六(乙二醇)單1-辛烯基醚、六(乙二醇)單1-癸烯基醚、六(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、六(乙二醇)單4-二苯甲酮基單1-十一碳烯基醚、七(乙二醇)單烯丙基醚、七(乙二醇)單甲基醚、七(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、七(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)單甲苯磺酸酯、八(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、十一(乙二醇)單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、十一(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基醚、十八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)、十(乙二醇)、十二(乙二醇)、十四(乙二醇)、十六(乙二醇)、十八(乙二醇)、二苯甲酮-4-六(乙二醇)烯丙基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)己烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)辛烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)癸烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4′-六(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚和4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚。
術語“具有伯氨基的聚乙二醇”指用取代的伯氨基替代羥基的聚乙二醇。在分子量為5,000-20,000Da的商業產品中，取代最多可達98％。
術語“烷基”表示含有最多約20個，但優選最多8個碳原子的直鏈或支鏈烷基。烷基的例子包括但不限于以下甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、異己基、正己基、正庚基和正辛基。取代的烷基的一個或多個氫原子可用其它基團取代，或其碳可用二價、三價或四價基團或原子替代。雖然按照定義烷基是單價的，但本文所用的烷基包括符合取代的化合價要求的多價基團。
術語“烯基”表示具有至少一個碳-碳雙鍵，和最多約20個，優選最多8個碳原子的直鏈或支鏈烷基。烯基的例子包括但不限于乙烯基、1-丙烯基、2-丁烯基、1，3-丁二烯基、2-戊烯基、2，4-己二烯基、4-(乙基)-1，3-己二烯基和2-(甲基)-3-(丙基)-1，3-丁二烯基。取代的烯基的一個或多個氫原子可用其它基團取代，或其碳可用二價、三價或四價基團或原子替代。雖然按照定義烯基是單價的，但本文所用的烯基包括符合取代的化合價要求的多價基團。
術語“炔基”表示具有至少一個碳-碳三鍵，和最多約20個，優選最多8個碳原子的直鏈或支鏈烷基。炔基的例子包括但不限于乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、3-丁炔基、4-戊炔基、5-己炔基、6-庚炔基、7-辛炔基、1-甲基-2-丁炔基、2-甲基-3-戊炔基、4-乙基-2-戊炔基和5，5-甲基-1，3-己炔基。取代的炔基的一個或多個氫原子可用其它基團取代，或其碳可用二價、三價或四價基團或原子替代。雖然按照定義炔基是單價的，但本文所用的炔基包括符合取代的化合價要求的多價基團。
術語“環烷基”表示形成至少一個環的烷基，其中所述環具有約3-14個碳原子。環烷基的例子包括但不限于環丙基、環丁基、環戊基和環己基。取代的環烷基的一個或多個氫原子可用其它基團取代，或其碳可用二價、三價或四價基團或原子替代。雖然按照定義環烷基是單價的，但本文所用的環烷基包括符合取代的化合價要求的多價基團。
術語“環烯基”表示形成至少一個環，并且在該環內具有至少一個碳-碳雙鍵的烯基，其中所述環具有約3-14個碳原子。環烯基的例子包括但不限于環丙烯基、環丁烯基、環戊烯基、1，3-環戊二烯基和環己烯基。取代的環烯基的一個或多個氫原子可用其它基團取代，或其碳可用二價、三價或四價基團或原子替代。雖然按照定義環烯基是單價的，但本文所用的環烯基包括符合取代的化合價要求的多價基團。
術語“環炔基”表示形成至少一個環，并具有至少一個碳-碳三鍵的炔基，其中所述環具有最多約14個碳原子。形成具有至少一個三鍵和至少一個雙鍵的環的基團是環炔基。環炔基的例子包括但不限于環辛炔。取代的環炔基的一個或多個氫原子可用其它基團取代。雖然按照定義環炔基是單價的，但本文所用的環炔基包括符合取代的化合價要求的多價基團。
術語“芳基”表示具有單價和約4-20個碳原子的芳族碳環基團。芳基的例子包括但不限于苯基、萘基和蒽基。取代的芳基的一個或多個氫原子可用其它基團取代。雖然按照定義芳基是一價的，但本文所用的芳基包括具有多價的基團，從而能符合取代的要求。芳基可以是稠環結構的一部分，例如N-羥基琥珀酰亞胺與苯基(苯)結合形成N-羥基苯鄰二甲酰亞胺。
術語“雜”或“雜原子”用于化學基團的上下文中時，表示除碳或氫以外的原子。雜原子的優選例子包括氧、氮、磷、硫、硼、硅和硒。
術語“雜環”表示具有至少一個環部分的環結構，所述環部分具有至少一個形成該環一部分的雜原子，其中所述雜環具有4-20個相連的原子來形成環結構。具有6個原子的雜環的例子是具有一個雜原子的吡啶。具有一價的雜環結構的其它例子包括但不限于吖啶、咔唑、苯并吡喃、咪唑、呋喃、吲哚、喹啉和磷啉(phosphinoline)。雜環結構的例子包括但不限于氮丙啶、1，3-二硫戊環、1，3-二氮雜環丁烷和1，4，2-唑磷烷(1，4，2-oxazaphospholidine)。單價的雜環結構的例子包括但不限于稠環的芳族和非芳族結構2H-呋喃并(furo)[3，2-b]吡喃、5H-吡啶并[2，3-d]-o-嗪、1H-吡唑并[4，3-d]唑、4H-咪唑并[4，5-d]噻唑、硒唑并[5，4-f]苯并噻唑和環戊[b]吡喃。雜環可以是符合取代的化合價要求的多價基團。
術語“多環”或“多環基團”表示具有多個環的碳環結構，其中所述多環基團具有約4-20個形成該環結構的碳并且是單價的。多環基團的例子包括但不限于雙環[1.1.0]丁烷、雙環[5.2.0]壬烷和三環[5.3.1.1]十二烷。多環基團可以是符合取代的化合價要求的多價基團。
術語“鹵代”或“鹵素”表示氟、氯、溴或碘。術語“雜原子團”表示一個雜原子或多個雜原子，所述雜原子能結合在一起并具有兩個游離化合價從而能在兩個原子之間形成共價橋鍵。例如，氧基(-O-)能在兩個甲基之間形成橋鍵從而形成CH3-O-CH3(二甲醚)或能在兩個碳之間形成橋鍵從而形成環氧化物，例如順式或反式2，3-環氧丁烷、
除非術語環狀橋鍵與術語“雜原子團”聯用來表示正常使用，與正常使用相比，本文所用的術語“雜原子團”表示替代烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基和環炔基中的基團，但不形成環狀橋鍵，例如環氧化物。
采用雜橋鍵(例如，氧橋鍵)的術語，雜原子團的例子包括但不限于亞疊氮基(-N＝N-HN-)、偶氮(-N＝N-)、二亞氨基(-NH-NH-)、橋二氧(-O-O-)、橋二硫基(-S-S-)、橋硫基(-S-)、橋氧硫亞氨基(-S-O-NH-)、橋氧基(-O-)、橋氧亞氨基(-O-NH-)、橋氧次氮基(-O-N＝)、橋氧硫基(-O-S-)、橋氧硫氧基(epoxythioxy)(-O-S-O-)、呋喃基(-C4H2O-)、亞氨基(-NH-)和次氮基(-N＝)。采用形成非環橋鍵的術語，雜原子團的例子包括但不限于橋氧基(-O-)、橋硫基(-S-)、橋硒基(-Se-)、橋二氧(-O-O-)、橋二硫(-S-S-)、λ4-磺烷基(sulfano)(-SH2-)、橋氧硫(-O-S-)、橋氧硫氧基(-O-S-O-)、橋氧亞氨基(-O-NH-)、橋亞氨基(-NH-)、二氮烷基(-NH-NH-)、二氮烯基(-N＝N-)、三氮[1]烯基(triaz[1]eno)(-N＝N-NH-)、磷烷基(phosphano)(-PH-)、錫烷基(-SnH2-)、橋氧亞甲基(-O-CH2-)、橋氧亞乙基(-O-CH2-CH2-)、橋氧丙[1]烯基
術語“橋”表示某環結構的一部分和該環結構的另一部分之間通過烴橋相連。橋的例子包括但不限于橋亞甲基(methano)、橋亞乙基(ethano)、亞乙烯基、橋亞丙基(propano)、橋亞丁基(butano)、2-丁烯基(buteno)和橋亞苯基(benzeno)。
術語“雜橋”表示某環結構的一部分和該環結構的另一部分之間通過一個或多個雜原子團相連，或通過連接某線形結構的一部分和該線形結構另一部分的雜橋連接形成環。
術語“氧基”表示二價基團-O-。
術語“氧代”表示二價基團＝O。
術語“羰基”表示基團
其中碳具有用于鍵合的兩根鍵。
術語“酰胺”或“酰基氨基”表示基團
其中氮具有用于鍵合的一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“烷氧基”表示基團-O-R，其中氧具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。其中R是烷基的烷氧基的例子包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、1，1-二甲基乙氧基、1，1-二甲基丙氧基、1，1-二甲基丁氧基、1，1-二甲基戊氧基、1-乙基-1-甲基丁氧基、2，2-二甲基丙氧基、2，2-二甲基丁氧基、1-甲基-1-乙基丙氧基、1，1-二乙基丙氧基、1，1，2-三甲基丙氧基、1，1，2-三甲基丁氧基、1，1，2，2-四甲基丙氧基。其中R是烯基的烷氧基的例子包括但不限于乙烯氧基、1-丙烯氧基、2-丙烯氧基、1-丁烯氧基、2-丁烯氧基、3-丁烯氧基、1-甲基-丙-2-烯氧基、1，1-二甲基-丙-2-烯氧基、1，1，2-三甲基-丙-2-烯氧基和1，1-二甲基-丁-2-烯氧基、2-乙基-1，3-二甲基-丁-1-烯氧基。其中R是炔基的烷氧基的例子包括但不限于乙炔氧基、1-丙炔氧基、2-丙炔氧基、1-丁炔氧基、2-丁炔氧基、3-丁炔氧基、1-甲基-丙-2-炔氧基、1，1-二甲基-丙-2-炔氧基和1，1-二甲基-丁-2-炔氧基、3-乙基-3-甲基-丁-1-炔氧基。其中R是芳基的烷氧基的例子包括但不限于苯氧基、2-萘氧基和1-蒽氧基(anthyloxy)。
術語“酰基”表示基團
其中碳具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。酰基的例子包括但不限于乙酰基、丙酰基、丁酰基、異丁酰基、戊酰基、異戊酰基、丙烯酰基、丙炔酰基、甲基丙烯酰基(mathacryloyl)、丁烯酰基、異丁烯酰基、苯甲酰基和萘酰基。
術語“酰氧基”表示基團
其中氧具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。酰氧基的例子包括但不限于乙酰氧基、乙基羰氧基、2-丙烯基羰氧基、戊基羰氧基、1-己炔基羰氧基、苯甲酰氧基、環己基羰氧基、2-萘酰氧基、3-環癸烯基羰氧基。
術語“氧基羰基(oxycarbonyl)”表示基團
其中碳具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。氧基羰基的例子包括但不限于甲氧基羰基、乙氧基羰基、異丙氧基羰基、苯氧基羰基和環己基氧基羰基。
術語“酰氧基羰基”表示基團
其中碳具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“烷氧基羰氧基”表示基團
其中氧具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“羧基”表示基團-C(O)OH，其中碳具有一根鍵。
術語“亞氨基”或“氮賓”表示基團＝N-R，其中氮具有兩根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“氨基”表示基團-NH2，其中氮具有一根鍵。
術語“仲氨基”表示基團-NH-R，其中氮具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“叔氨基”表示基團
R1和R2獨立選自未取代和取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環和多環基團。
術語“1，2-亞肼代”表示基團-NH-NH-，其中兩個氮具有一根與同一原子結合的鍵。術語“1，2-亞肼基”表示基團-NH-NH-，其中兩個氮具有一根與不同原子結合的鍵。
術語“肼基”表示基團NH2-NH-，其中氮具有一根鍵。
術語“亞肼基”表示基團NH2-N＝，其中氮具有兩根鍵。
術語“羥基亞氨基”表示基團HO-N＝，其中氮具有兩根鍵。
術語“烷氧基亞氨基”表示基團R-O-N＝，其中氮具有兩根鍵，R是未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“疊氮基”表示基團N3-，其中氮具有一根鍵。
術語“氧化偶氮基”表示基團-N(O)＝N-，其中這些氮具有一根鍵。
術語“烷氧化偶氮基”表示基團R-N(O)＝N-，其中氮具有一根鍵，R是未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。氧化偶氮苯是示例性化合物。
術語“氰基”表示基團-CN。術語“異氰基”表示基團-NC。術語“氰酰基”表示基團-OCN。術語“異氰酰基”表示基團-NCO。術語“雷酸酯基”表示基團-ONC。術語“氰硫基”表示基團-SCN。術語“異硫氰基”表示基團-NCS。術語“氰硒基”表示基團-SeCN。術語“異硒氰基”表示基團-NCSe。
術語“羧酰氨基”或“酰基氨基”表示基團
其中氮具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“酰基亞氨基”表示基團
其中氮具有兩根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“亞硝基”表示基團O＝N-，其中氮具有一根鍵。
術語“氨氧基”表示基團-O-NH2，其中氧具有一根鍵。術語“碳亞氨基(carxoimidioy)”表示基團
其中碳具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“腙基(hydrazonoyl)”表示基團
其中碳具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“肟基(hydroximoyl)”或“肟(oxime)”表示基團
其中碳具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“肼基”表示基團
其中氮具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“脒基”表示基團
其中碳具有一根鍵。
術語“硫化物”表示基團-S-R，其中硫具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
術語“硫基(thiol)”表示-S-，硫具有兩根鍵。巰基表示-SH。
術語“硫代酰基”表示基團-C(S)-R，其中碳具有一根鍵，R是氫或取代或未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。術語“亞砜”表示基團
其中硫具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。術語“硫代亞砜”表示用硫取代亞砜中的氧；當R基團的第一個碳被氧基取代，并且亞砜與另一基團的硫原子結合時，該術語包括取代結合在硫和R基團之間的氧。
術語“砜”表示基團
其中硫具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。術語“硫代砜”表示用硫取代砜中一個或兩個位置的氧；當R基團的第一個碳被氧基取代，并且砜與另一基團的硫原子結合時，該術語包括取代結合在硫和R基團之間的氧。
術語“硫酸酯基”表示基團
其中氧具有一根鍵，R是氫或未取代或取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。術語“硫代硫酸酯基”表示用硫取代硫酸酯基中一個、兩個、三個或四個位置的氧； 術語“磷酸酯”表示基團R1R2PO4-，其中氧具有一根鍵，R1選自氫和未取代和取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團，R2選自未取代和取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團。
化學物質上下文中的術語“取代的”或“取代”表示獨立選自(1)用單價基團取代至少一個碳上的氫，(2)用二價基團取代至少一個碳上的兩個氫，(3)用三價基團取代至少一個末端碳(甲基)上的三個氫，(4)用二價、三價或四價基團取代至少一個碳和相關的氫(例如，亞甲基)，和(5)它們的組合。取代應符合化合價的要求。取代發生在烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團上，得到取代的烷基、取代的烯基、取代的炔基、取代的環烷基、取代的環烯基、取代的環炔基、取代的芳基、取代的雜環和取代的多環基團。
在烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環或多環基團上取代的基團獨立選自烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環、多環基團、鹵素、雜原子團、氧基、氧代、羰基、酰胺、烷氧基、酰基、酰氧基、氧基羰基、酰氧基羰基、烷氧基羰氧基、羧基、亞氨基、氨基、仲氨基、叔氨基、1，2-亞肼代、肼基、亞肼基、羥基亞氨基、疊氮基、氧化偶氮基、烷氧化偶氮基、氰基、異氰基、氰氧基、異氰氧基、氰硫基、雷酸酯基、異硫氰基、異硒氰基、氰硒基、羧基酰氨基、酰基亞氨基、亞硝基、氨氧基、碳亞氨基、腙基、肟、酰基肼基、脒基、硫化物、醚硫基、亞砜、硫代亞砜、砜、硫代砜、硫酸酯基、硫代硫酸酯基、羥基、甲酰基、羥基過氧基、氫過氧基、過氧酸、氨甲酰基、三甲基甲硅烷基、次氮基、硝基、酸式硝基、亞硝基、脲亞氨基、草氨酰、五唑基、硒基、硫代(thiooxi)、氨磺酰基、氨亞磺酰基、亞磺酰基、氨亞磺酰基、亞磺基、亞硫酰基、磺基、磺氨基、磺酸鹽、磺酰基、磺酰基二氧基(sulfonyldioxy)、巰基、四唑基、氨基硫羰基、硫代卡巴腙基、硫代卡巴二腙基、硫代碳酰肼基、硫代羰基、硫代羧基、氰硫基、硫醛基、硫酰基、氨基硫脲基、硫代亞磺基、硫代磺基、硫脲基、硫代、三氮烷基、三氮烯基、三嗪基、三硫代(trithio)、三硫代磺基、亞磺酰亞氨酸、磺基亞氨酸、亞磺基腙酸、磺基腙酸、亞磺基羥肟酸、磺基羥肟酸和磷酸酯，以及它們的組合。
取代的例子有用羥基取代乙烷的氫得到乙醇，用氧取代丙烷中間碳的兩個氫得到丙酮(二甲基酮)。另一例子是用氧基(-O-)取代丙烷中間的碳(亞甲基)得到二甲醚(CH3-O-CH3)。另一例子是用苯基取代苯的一個氫得到聯苯。如上所述，可用雜原子團取代烷基、烯基或炔基內的亞甲基(CH2)，從而形成線形或支鏈的取代結構，而不是環，或者可取代環烷基、環烯基或環炔基環內的亞甲基，從而得到雜環。另一例子是，可用次氮基(-N＝)取代苯的碳之一和相關的氫，從而得到吡啶，或者可用氧基取代從而得到吡喃。
術語“未取代的”表示烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基或芳基上沒有氫或碳被取代。
術語“接頭”表示一端與或能與所述固體表面相連，另一端具有反應基團的分子，所述反應基團與或能與相關的化學物質，例如小分子、寡聚物或聚合物相連。接頭可已經與固體表面結合和/或其反應基團已連接有相關的化學物質。接頭的反應基團可連接有保護基團，其中所述保護基團可用化學或電化學方法除去。接頭可含有多個分子，其中所述分子原位共價相連從而形成具有所需反應基團，從固體表面向上突起的接頭。
術語“間隔基團”表示一端與或能與接頭的反應基團相連，另一端具有反應基團的分子，所述反應基團與或能與相關的化學物質，例如小分子、寡聚物或聚合物相連。間隔基團可已經與接頭結合和/或其反應基團已連接有相關的化學物質。間隔基團的反應基團可連接有保護基團，其中所述保護基團可用化學或電化學方法除去。間隔基團可在接頭上原位形成。可先形成間隔基團，再與已連接在固體表面的接頭相連。可先在相關的化學物質上外部合成間隔基團，再與已連接在固體表面的接頭相連。可將相關的化學物質連接在與接頭相連的間隔基團上，然后將整個結構連接于固體表面的反應位點。間隔基團的目的是延長相關分子和固體表面之間的距離。
術語“組合接頭和間隔基團”表示同時具有接頭和間隔基團特性的接頭。可原位合成組合接頭和間隔基團或可在外部合成，再連接于固體表面。
術語“涂層”表示與固體表面化學結合和/或物理結合的物質薄層。涂層可通過機械連鎖以及范德華力(色散力和偶極力)、電子給體-受體相互作用、金屬配位/絡合、共價結合或上述的組合與固體表面相連。涂層可提供直接連接相關化學物質、接頭、組合接頭和間隔基團的反應基團。涂層可在原位聚合和/或交聯。
用于反應性或反應涂層或反應性或反應層的術語“反應性”或“反應”表示在所述層中具有化學物質或結合的基團，所述物質或基團能形成將接頭、間隔基團或其它化學物質與所述層或涂層連接起來的共價鍵。
用于多孔反應層或涂層的術語“多孔”表示所述層或涂層內不均勻，從而能使分子物質擴散入并通過所述層或涂層。
術語“吸附”或“吸附的”表示通過范德華力(色散力和偶極力)、電子給體-受體相互作用、金屬配位/絡合或上述作用力的組合發生的化學連接。根據表面、物質和環境條件，吸附后，所述物質可與所述表面共價結合。
術語“微陣列”一般指具有特定位點的平面，所述位點通常以行列形式排列，其中各位點可用于某種類型的化學或生物化學分析、合成或方法。微陣列上的這些位點通常小于100微米。術語“電極微陣列”指其中所述電極是微陣列上的具體位點的電極微陣列。
術語“合成質量”一般指所需或設計的化學或生物化學物質與實際合成的物質之間的平均相似程度。該術語可指合成中的其它問題，例如層或涂層對所達到的合成質量的影響。
術語“溶劑化”表示溶劑分子與溶質分子或離子混合而形成某種化合物的化學過程，其中所述化合物通常是通過范德華力(色散力和偶極力)、酸-堿相互作用(電子給體-受體相互作用)、離子相互作用或金屬復合物相互作用而不是共價鍵從而結合在一起的松散結合復合物。在水中，水的pH能影響可解離物質，例如酸和堿的溶劑化。此外，鹽的濃度以及鹽的電荷能影響溶劑化。
術語“瓊脂糖”表示任何可購得的瓊脂糖。瓊脂糖是一種多糖生物聚合物，通常從海藻中獲得。瓊脂糖具有較大數量的羥基而能提供高度水溶性。可購得各種分子量范圍和特性的瓊脂糖。
術語“受控多孔玻璃”表示適合于涂層目的的任何可購得的多孔玻璃材料。受控多孔玻璃(CPG)一般是因大量空隙而具有高表面積的無機玻璃材料。
術語“單糖”表示未與任何其它糖連接的一個糖分子。單糖的例子包括阿洛糖、阿卓糖、阿拉伯糖、脫氧核糖、赤癬糖、果糖(D-左旋糖)、半乳糖、葡萄糖、古洛糖、艾杜糖、來蘇糖、甘露糖、阿洛酮糖、核糖、核酮糖、景天庚酮糖、D-山梨醇、山梨糖、sylulose、L-鼠李糖(6-脫氧-L-甘露糖)、塔格糖、塔羅糖、蘇糖、木酮糖和木糖。
術語“二糖”表示兩個糖連接在一起形成一個分子。二糖的例子包括直鏈淀粉、纖維素二糖(4-β-D-吡喃葡糖基-D-吡喃型葡萄糖)、乳糖、麥芽糖(4-O-α-D-吡喃葡糖基-D-葡萄糖)、蜜二糖(6-O-α-D-吡喃葡糖基-D-葡萄糖)、帕拉金糖(6-O-α-D-吡喃葡糖基-D-果糖)、蔗糖和海藻糖(a-D-吡喃葡糖基-α-D-吡喃葡糖苷)。
術語“三糖”表示三個糖連接在一起形成一個分子。三糖的例子包括棉子糖(6-O-α-D-吡喃半乳糖基-D-吡喃葡糖基-β-D-呋喃果糖苷)和松三糖(O-α-D-吡喃葡糖基-(1→3)-β-D-呋喃果糖基-α-D-吡喃葡糖苷)。
術語“多糖”三個以上糖連接在一起形成一個分子，但更精確說表示糖聚合物或寡聚物。多糖的例子包括但不限于葡聚糖(由葡萄糖亞單位組成的聚合物)、淀粉和纖維素。
具體實施例方式 本發明的一個實施方式提供具有用于提高合成質量的吸附多孔反應層的電極微陣列。所述微陣列具有連接于基板的多個電極，其中所述電極與能夠選擇任何單個電極或多個電極作為電極組與計算機控制系統電子相連。圖1A和1B是具有多個電極的這種微陣列106的兩個電極108、110的橫截面示意圖。在本發明的一個實施方式中，圖1A所示的吸附層104A覆蓋了這些電極和連接這些電極的基板。吸附層104A具有羥基反應基團102。反應基團102可以是除羥基以外的基團，包括但不限于胺、羧酸、醛、醚硫、烯、炔、腈、疊氮基或磷化合物。在圖1B所示的另一實施方式中，吸附層104B可以基本上在電極上，但基本上不在基板106上。在任一實施方式中，吸附層可以化學封閉并選擇性地電化學解封閉，從而將化學反應的位置控制在特定電極，同時防止在非選定的電極和非電極區域上發生化學反應。
多個電極上的吸附多孔反應層含有至少具有一個羥基的化學物質，其中所述化學物質選自單糖、二糖、三糖、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、N-羥基琥珀酰亞胺、式I、式II、式III、式IV、式V、式VI和式VII所示化合物及其組合。式I是
式II是
式III是HOR4(OR5)mR7；式IV是
式V是
式VI是
式VII是
其中m是1-4的整數。
R1、R2、R7和R8獨立選自氫和取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環、多環基團、鹵素、酰胺、烷氧基、酰基、酰氧基、氧基羰基、酰氧基羰基、烷氧基羰氧基、羧基、氨基、仲氨基、叔氨基、肼基、疊氮基、烷氧化偶氮基、氰基、異氰基、氰氧基、異氰氧基、氰硫基、雷酸酯基、異硫氰基、異硒氰基、氰硒基、羧基酰氨基、酰基亞氨基、亞硝基、氨氧基、碳亞氨基、腙基、肟、酰基肼基、脒基、硫化物、亞砜、硫代亞砜、砜、硫代砜、硫酸酯基、硫代硫酸酯基、羥基、甲酰基、羥基過氧基、氫過氧基、過氧酸、氨甲酰基、三甲基甲硅烷基、硝基、亞硝基、草氨酰、五唑基、氨磺酰基、氨亞磺酰基、亞磺酰基、氨亞磺酰基、亞磺基、磺基、磺氨基、巰基、四唑基、氨基硫羰基、硫代卡巴腙基、硫代卡巴二腙基、硫代碳酰肼基、硫代羧基、硫醛基、硫酰基、氰硫基、氨基硫脲基、硫代亞磺基、硫代磺基、硫脲基、三氮烷基、三氮烯基、三嗪基、三硫代磺基、亞磺酰亞氨酸、磺基亞氨酸、亞磺基腙酸、磺基腙酸、亞磺基羥肟酸、磺基羥肟酸和磷酸酯。
R3優選選自雜原子團、羰基以及取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環和多環基團。
R4和R5優選獨立選自亞甲基、亞乙基、亞丙基、亞丁基、亞戊基和亞己基。
R6與琥珀酰亞胺的兩個碳形成環結構，其選自取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環和多環基團。R7選自氨基和羥基。
單糖優選選自阿洛糖、阿卓糖、阿拉伯糖、脫氧核糖、赤癬糖、果糖(D-左旋糖)、半乳糖、葡萄糖、古洛糖、艾杜糖、來蘇糖、甘露糖、阿洛酮糖、L-鼠李糖(6-脫氧-L-甘露糖)、核糖、核酮糖、景天庚酮糖、D-山梨醇、山梨糖、sylulose、塔格糖、塔羅糖、蘇糖、木酮糖和木糖。二糖優選直鏈淀粉、纖維素二糖(4-β-D-吡喃葡糖基-D-吡喃型葡萄糖)、乳糖、麥芽糖(4-O-α-D-吡喃葡糖基-D-葡萄糖)、蜜二糖(6-O-α-D-吡喃葡糖基-D-葡萄糖)、帕拉金糖(6-O-α-D-吡喃葡糖基-D-果糖)、蔗糖和海藻糖(a-D-吡喃葡糖基-α-D-吡喃葡糖苷)。三糖優選棉子糖(6-O-α-D-吡喃半乳糖基-D-吡喃葡糖基-β-D-呋喃果糖苷)和松三糖(O-α-D-吡喃葡糖基-(1→3)-β-D-呋喃果糖基-α-D-吡喃葡糖苷)。
聚乙二醇的分子量優選介于約1,000-約20,000之間，更優選介于約5000-約15,000之間，最優選介于約7,000-約10,000之間。
聚乙二醇衍生物優選選自二甘醇、四甘醇、具有伯氨基的聚乙二醇、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、乙醇胺、二(乙二醇)單烯丙基醚、二(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單烯丙基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單芐基醚、三(乙二醇)單三苯甲基醚、三(乙二醇)單氯單甲基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、三(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、四(乙二醇)單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酸酯、四(乙二醇)單芐基醚、四(乙二醇)單三苯甲基醚、四(乙二醇)單1-己烯基醚、四(乙二醇)單1-庚烯基醚、四(乙二醇)單1-辛烯基醚、四(乙二醇)單1-癸烯基醚、四(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、五(乙二醇)單甲基醚、五(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、六(乙二醇)單烯丙基醚、六(乙二醇)單甲基醚、六(乙二醇)單芐基醚、六(乙二醇)單三苯甲基醚、六(乙二醇)單1-己烯基醚、六(乙二醇)單1-庚烯基醚、六(乙二醇)單1-辛烯基醚、六(乙二醇)單1-癸烯基醚、六(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、六(乙二醇)單4-二苯甲酮基單1-十一碳烯基醚、七(乙二醇)單烯丙基醚、七(乙二醇)單甲基醚、七(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、七(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)單甲苯磺酸酯、八(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、十一(乙二醇)單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、十一(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基醚、十八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)、十(乙二醇)、十二(乙二醇)、十四(乙二醇)、十六(乙二醇)、十八(乙二醇)、二苯甲酮-4-六(乙二醇)烯丙基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)己烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)辛烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)癸烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4′-六(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚和4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚。
至少具有一個羥基的吸附多孔反應層化學物質更優選蔗糖、帕拉金糖、果糖、乳糖、DEG、TEG和分子量約8,000的PEG。至少具有一個羥基的吸附多孔反應層化學物質最優選蔗糖。對于較長的DNA鏈，反應層最優選是蔗糖、果糖和葡萄糖的混合物。
本發明一實施方式將接頭基團連接于反應層。接頭基團包含連接于反應層的結合端、具有反應基團的合成端和連接這兩端的中間區段，其中所述中間區段包含最多100個在水溶液中帶離子電荷的單體。在本發明一實施方式中，反應基團選自氨基、羥基和羧基以及它們的組合。在本發明一實施方式中，接頭基團的單體選自DNA、RNA和具有離子側鏈的氨基酸以及它們的組合。在本發明另一實施方式中，所述單體選自脫氧腺苷酸、脫氧鳥苷酸、脫氧胞苷酸和脫氧胸苷酸以及它們的組合。在本發明另一實施方式中，所述單體選自腺苷酸、鳥苷酸、胞苷酸和胸苷酸以及它們的組合。在本發明另一實施方式中，單體選自賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、磷酸絲氨酸、磷酸-蘇氨酸、磷酸-酪氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺以及它們的組合。
本發明一實施方式提供了先清潔電極微陣列，然后在該微陣列上吸附多孔反應層的方法。在清潔微陣列的一個優選實施方式中，先采用等離子清潔方法，然后用電化學清潔方法清潔微陣列。在清潔微陣列的另一優選實施方式中，先采用等離子清潔方法，然后用過氧化氫清潔方法清潔微陣列。
在本發明一實施方式中，電極微陣列上的多個電極選自鉑、金、半導體、氧化銦錫和碳以及它們的組合。鉑是優選的實施方式。
在一個實施方式中，等離子清潔方法包括使電極微陣列與惰性氣體接觸以物理清潔(濺射蝕刻)電極陣列表面。惰性氣體優選氬，濺射蝕刻方法最好進行約2-6分鐘，其中等離子功率是200瓦，自偏置電壓是600-650V，等離子壓力是8毫托，平行板等離子室中使用200mm直徑電極。在另一實施方式中，等離子清潔方法包括使電極微陣列與化學反應性氣體接觸，從而通過化學反應方法清潔該電極陣列表面。反應性氣體優選氧、六氟化硫、三氟甲烷、四氟化碳或其它化學反應性氣體物質。
在一優選實施方式中，利用具有460mm電極直徑的Oxford InstrumentsPlasmalab 800 Plus RIE系統實施等離子方法，其中等離子清潔方法包括三步等離子處理。第一步，以約600瓦的RF等離子功率、約8毫托的設定壓力和約30sccm的Ar氣體流速，用氬等離子蝕刻微陣列約3分鐘。第二步，以約500瓦的RF等離子功率、約50毫托的設定壓力和約50sccm的氧氣流速，用氧等離子蝕刻微陣列約6分鐘。最后一步，以約600瓦的RF等離子功率、約8毫托的設定壓力和約30sccm的Ar氣體流速，用氬等離子蝕刻微陣列約10分鐘。不受蝕刻程度的限制，蝕刻所除去的材料量估計約等于300-400的等離子增強化學氣相沉積(PECVD)的氮化硅膜。
等離子清潔方法優選包括使電極微陣列與六氟化硫等離子接觸約30-60分鐘，其中等離子功率是300瓦，等離子壓力是約250-350毫托，各向同性(isoptropic)等離子室中氣體流速是124cm3/分鐘。等離子清潔方法優選包括采用以下條件用購得的Reactive Ion Etch Plasma system(反應離子蝕刻等離子系統)(例如，裝有460mm直徑電極的Oxford Plasmalab 800Plus RIE系統)蝕刻電極微陣列(1)氬等離子，約2-4分鐘，RF等離子功率約600瓦，其中壓力約為8毫托，Ar氣體流速約為30sccm；(2)氧等離子，約5-7分鐘，功率約500瓦，其中壓力約為50毫托，氧氣流速約為50sccm；或(3)氬等離子，約8-12分鐘，功率約600瓦，其中壓力約為8毫托，Ar氣體流速約為30sccm。
在一優選實施方式中，電化學清潔方法包括將電極微陣列置于硫酸溶液中，然后對具有交替脈沖/活性電極和接地電極模式的各列電極施加脈沖。第一次脈沖后，活性電極變為接地電極，接地電極變為活性電極。對于每次后續脈沖，電極列在活性列和接地列之間轉換。在清潔期間，電極列在活性和接地之間轉換。硫酸的濃度介于約0.01-5摩爾之間，更優選介于約0.1-1.5摩爾之間，最優選介于約0.4-0.6摩爾之間。清潔持續時間介于約1-60分鐘之間，更優選介于約5-15分鐘之間，最優選介于8-12分鐘之間。脈沖時間(活性電極列時間)介于約0.01-60秒之間，更優選介于約0.05-0.5秒之間，最優選介于約0.08-0.12秒之間。清潔優選在約0℃-50℃之間，最優選在約室溫至30℃之間進行。接觸硫酸溶液和電脈沖后，用蒸餾水洗滌微陣列。在一優選實施方式中，硫酸濃度是0.5摩爾，清潔時間是10分鐘，脈沖時間是0.1秒，溫度是室溫。
在一優選實施方式中，過氧化氫清潔方法包括將電極微陣列置于含過氧化氫的溶液中。過氧化氫的濃度介于約0.5-10過氧化氫％之間，更優選約1-5過氧化氫％之間，最優選介于約2-4過氧化氫％之間。溶液的溫度優選介于約室溫至95℃之間，更優選介于約35℃-80℃之間，最優選介于約60℃-70℃之間。處理時間優選介于約1分鐘-24小時之間，更優選介于約30分鐘-12小時之間，最優選介于約45分鐘-2小時之間。在最優選的實施方式中，過氧化氫的濃度是3％；處理時間是1小時；溶液的溫度是65℃。與過氧化氫氫溶液接觸后，用蒸餾水清洗微陣列。
本發明一實施方式提供將吸附多孔反應層化學物質連接到清潔電極微陣列上的吸附方法。將電極微陣列置于含有能形成反應層的化學物質的溶液中。不希望受理論的束縛，化學物質對于清潔的微陣列具有天然親和力，從而吸附到其表面。處理時間介于約1分鐘至1個月之間，更優選介于約30分鐘至1周之間，最優選介于約1小時至24小時之間。用于配制溶液的溶劑優選水。其它合適的溶劑包括醇、乙腈、二甲基甲酰胺和二氯甲烷以及其它實驗室常用溶劑或這些溶劑不常用的等價物。其它非常規溶劑也合適。能溶解化學物質的任何溶劑均合適。溶液中化學物質的濃度介于約0.001-5摩爾之間，更優選介于0.1-2摩爾之間，最優選介于0.2-0.5摩爾之間。處理期間溶液的溫度優選介于約0-99℃之間。在一優選實施方式中，溶液是0.25摩爾的蔗糖水溶液；處理1小時；溫度是室溫。在另一優選實施方式中，溶液是0.25摩爾的蔗糖水溶液；處理48小時；溫度是37℃。處理后，利用處理溶液的溶劑清洗微陣列。清洗后，空氣干燥微陣列。
本發明另一實施方式提供具有吸附多孔反應層的電極微陣列，所述反應層上連接有用于提高合成質量的組合接頭和間隔基團(接頭/間隔基團)。微陣列具有連接于基板上的多個電極，其中所述電極與能夠選擇任何單個電極或多個電極作為電極組的計算機控制系統電子相連。一個實施方式在吸附多孔反應層上原位合成接頭/間隔基團。一優選實施方式在含有蔗糖的吸附多孔反應層上原位合成接頭/間隔基團。
圖2A和2B提供了本發明的實施方式，二者是具有多個電極的電極微陣列206的兩個電極208、210的橫截面示意圖。如圖2A所示，在一個實施方式中，微陣列206在其整個表面連接有吸附多孔反應層204A，所述反應層具有反應的羥基202(反應后以醚鍵顯示)。封閉基團(P)212顯示在非電極位置與反應層204A相連。封閉基團212防止在非電極位置合成。如圖2B所示，在另一實施方式中，微陣列205具有吸附多孔反應層204A，所述反應層具有反應的羥基202(反應后以醚鍵顯示)，其中所述反應層基本上只與電極208、210相連。在兩種實施方式中，電極208、210均在反應層204A、204B上連接有接頭/間隔基團214。接頭/間隔基團214通過醚鍵202相連。所述接頭/間隔基團具有用于原位合成的末端反應基團216。
在本發明一實施方式中，接頭/間隔基團是原位合成的寡聚物，其在水溶液中基本上帶電荷。在一優選實施方式中，接頭/間隔基團是原位合成的DNA序列。圖3顯示了具有多個電極的電極微陣列306的兩個電極308、310的橫截面。吸附多孔反應層304顯示與微陣列306相連。電極310顯示在具有陽離子的水溶液320中具有負電荷318的DNA接頭/間隔基團316，其中所述接頭/間隔基團通過醚鍵302與吸附多孔反應層304相連，并在接頭/間隔基團316的一端連接有伸入水溶液320中的連接基團312。在一優選實施方式中，接頭/間隔基團含有原位合成的15-單位脫氧胸苷酸DNA鏈。電極308顯示通過醚鍵302與非離子接頭/間隔基團314相連，其末端連接有連接基團312。
不希望受理論的束縛，由于非離子接頭/間隔基團314因缺乏離子電荷而溶劑化不佳，非離子接頭/間隔基團314可能會使連接基團312接近微陣列306。不希望受理論的束縛，接頭/間隔基團316上的電荷可能因電荷排斥而阻止接頭/間隔基團316自身折疊進而提高其在水性介質320中的溶劑化。電荷排斥阻止接頭/間隔基團316與同一電極上其它毗鄰的帶電荷接頭/間隔基團相互作用。此外，是水性介質中可能形成溶劑化結構，從而盡可能減少帶電荷的接頭/結構基團與固體表面的側鏈接觸。不希望受理論的束縛，預計良好溶劑化的接頭/結構基團能使放入溶液中的后續基團更好地接近接頭/結構基團一端的反應基團，同時阻止與后續基團或后續基團鏈相連的熒光標記物的熒光猝滅。
提供以下實施例只是為解釋、說明和澄清本發明，不是限制本發明的范圍或應用。本領域技術人員不難知曉屬于本發明范圍的相似實施方式和應用。
實施例1 本實施例描述了利用不同微陣列上選擇的吸附多孔反應層制備的核苷酸微陣列。采用本文各自公開的等離子清潔方法和電化學清潔方法或采用等離子清潔方法和過氧化氫清潔方法清潔各微陣列。清潔后，各微陣列與含有用于形成本文所述吸附多孔反應層的化學物質的溶液接觸。實驗所用的化學物質包括瓊脂糖、二甘醇、乙二醇、N-羥基琥珀酰亞胺、三甘醇、棉子糖、松三糖、Splenda、菊粉、分子量8000的聚乙二醇、水楊苷、核糖和蜜二糖。
制備了具有多孔反應層的各微陣列后，在各微陣列上原位合成15個單體(如圖11-19、25和26所示)或35個單體(如圖5-10所示)的不同核苷酸。合成后，35個單體的核苷酸微陣列與具有摻加對照轉錄物的復合物背景雜交。從熒光標記的胎盤DNA制備復合物背景樣品。摻加對照是標記的噬菌體λ核酸。將各種用量的摻加對照轉錄物與復合物背景混合。15個單體的微陣列與標記的15個單體的DNA寡核苷酸雜交。從噬菌體λ核酸制備15個單體的寡核苷酸。與復合物背景中的摻加對照轉錄物或15個單體的標記寡核苷酸雜交后，使各微陣列成像來觀察微陣列上微電極的熒光量和熒光質量。當電極上熒光環的熒光量均勻而在該環邊緣熒光急劇喪失時，可認為質量“良好”。此外，另一質量參數是除電極外熒光量最小的位置。
在圖27-35中，將蔗糖與其它糖類混合形成吸附多孔反應層。含該混合物的溶液含有50mM蔗糖、100mM果糖和100mM葡萄糖。在各微陣列的不同象限上合成長度為35、40、45、50、55、60、65和70個單體的核苷酸。圖27顯示了具有不同長度的各種DNA寡核苷酸的某微陣列截面。圖28-35顯示了放大的圖27所示各象限。通過標記的隨機9單體(序列NNN NNN NNN，其中N＝A、G、C或T)雜交評估合成質量。不希望受理論的束縛，猜測用于形成吸附多孔反應層的單糖和二糖混合物能降低在各電極上合成的DNA量。此外，不希望受理論的束縛，每個位點制備的DNA量隨寡聚物長度的增長而增加，DNA可能對剪切力敏感，當單獨利用蔗糖時可能會從電極上脫落。葡萄糖和果糖在各電極上提供的DNA合成密度較低。因此，認為混合蔗糖與葡萄糖和果糖能降低每個電極的DNA量。利用本發明提供的混合物能更好地控制各電極上合成的DNA的數量以及間距。
圖4-19、25、26和27是具有不同吸附多孔反應層的各微陣列一部分的頂視圖放大照片。在圖4中，反應層是瓊脂糖。電極402顯示熒光不均勻，表明合成的質量低。質量低可能是因瓊脂糖與電極分離造成。可以以通斷電極的棋盤模式進行合成，其中電極404是關閉的電極。該結果表明瓊脂糖不適用作多孔反應層。
在圖5中，反應層是蔗糖。電極502顯示電極上熒光的均勻性良好，表明合成質量高以及反應層穩定。電極504上有一定數量的斑點(spotting)；然而，大體上蔗糖作為多孔反應層使用良好。
圖6顯示了蔗糖反應層的靈敏度研究的結果。用和不用轉錄摻加物進行雜交。采用對照以確保微陣列如設計的進行合成。比較摻加和未摻加樣品的結果，當蔗糖用作多孔反應層時，微陣列顯示的靈敏度約1皮摩爾。
在圖7中，反應層是二甘醇。電極704、706、708顯示均勻性有問題，在電極的邊緣喪失清晰度。此外，還有大量的隨機斑點702。在圖8中，反應層是乙二醇。電極802和804顯示有一些合成的跡象；然而缺少合成和大量的隨機斑點造成總體質量非常低。在圖9中，反應層是N-羥基琥珀酰亞胺。電極904顯示均勻性和電極邊緣的清晰度可接受。然而，電極902和906顯示有一些隨機斑點。在圖10中，反應層是三甘醇。電極1002顯示質量良好。電極1004顯示有一些斑點。電極1006顯示一些光圈效應(halo effect)，該電極的中間部分顯示熒光喪失，表明反應層喪失。
在圖11中，反應層是棉子糖。雖然有合成發生，但是電極1102、1104和1106顯示了相當量的不均勻性和隨機斑點。在圖12中，反應層是松三糖。電極1202上的合成跡象極少(即使存在的話)。有一些隨機斑點。在圖13中，反應層是Splenda，一種改性的蔗糖。電極1302和1304顯示均勻性相當好。電極1306顯示有一些不均勻性和隨機斑點。在圖14中，反應層是菊粉，一種果糖聚合物。電極1402和1404表明有斑點合成。元件1406顯示有大量隨機斑點。
在圖15中，反應層是帕拉金糖。電極1502和1504顯示均勻性和邊緣清晰度良好。元件1506顯示有一些隨機斑點。在圖16中，反應層是分子量約8000道爾頓的聚乙二醇。電極1602和1604顯示均勻性和邊緣清晰度極好。此外，隨機斑點極少。在圖17中，反應層是水楊苷。電極1702和1704顯示斑點很多且合成不均勻。在圖18中，反應層是核糖。電極1802和1804顯示斑點合成極少。有一些隨機斑點。在圖19中，反應層是蜜二糖。電極1902和1904顯示合成不均勻。
在圖25中，反應層是1-(3-羥丙基)吡咯。這些電極顯示合成相當均勻，從而使得1-(3-羥丙基)吡咯成為用作吸附多孔反應層的良好候選對象。在圖26中，反應層是1-己基吡咯。電極顯示合成合成相當均勻，從而使得1-己基吡咯成為用作吸附多孔反應層的良好候選對象。圖27是具有組合反應層的微陣列的頂視圖放大部分的照片，其中組合(反應層)含有蔗糖、果糖和葡萄糖。較亮的點是原位合成DNA寡聚物后，與陣列雜交的熒光標記核苷酸的熒光。寡聚物長35-70個單體。圖28-35顯示了圖27所示各象限。
實施例2 本實施例描述了具有和不具有在鉑電極的電極微陣列上合成的組合接頭和間隔基團的肽陣列，所述鉑電極具有含蔗糖的吸附多孔反應層。組合接頭和間隔基團是原位合成的16T單位。合成組合接頭和間隔基團后，在其上原位合成肽陣列。利用熒光試劑對肽成像，但只在具有組合接頭和間隔基團的電極上的圖像可見。
所用的電極微陣列是CombiMatrix Corporation(CUSTOMARRAY)(Dill等，Anal.CMm.Acta 2001，44469和Montgomery I、II和III)制造的可商業購得的微陣列。微陣列由具有16×64模式的1024個單獨串行可尋址92-微米直徑鉑電極陣列的半導體硅芯片構成。先用蔗糖涂布這些電極使之能通過吸附的蔗糖與化學物質共價結合，再使用該微陣列。使鉑電極與蔗糖水溶液接觸吸附蔗糖，然后用水洗滌除去剩余的蔗糖。通過與裝有合適的控制軟件的個人計算機相連將這些電極設定在特定電壓。軟件能控制微陣列上的各電極從而在連續合成小分子、寡聚物和聚合物(包括寡聚物和肽)中進行電化學解封閉。
采用步驟亞磷酰胺化學方法在4個電極上(圖22)合成15-單位的脫氧胸苷酸鏈。對于電化學解封閉步驟，利用標準的乙腈/甲醇解封閉溶液施加1.8伏，60秒的電壓。第15個脫氧胸苷酸解封閉后，將具有5’氨基乙氧基乙基改性劑的脫氧胸苷酸連接于具有15個脫氧胸苷酸單位的電極和不具有15個脫氧胸苷酸單位的電極上(圖22)。改性的脫氧胸苷酸購自Glen Research，Inc。然后用標準的化學解封閉取代電化學解封閉使微陣列完全脫保護。
在65℃使微陣列與1∶1的乙二胺和乙醇的溶液接觸1小時，然后在室溫與Deblock T(Burdick and Jackson)接觸30分鐘來實現化學解封閉。將亮氨酸(L)與8個電極偶聯。將微陣列與含有溶解于1毫升N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的以下成分的溶液接觸t-BOC保護的L(120毫克，0.52毫摩爾)、六氟磷酸O-苯并三唑-1-基-N，N，N′，N′-四甲基脲鎓(190毫克，0.50毫摩爾)(HBTU)、N-羥基苯并三唑(67毫克，0.50毫摩爾)(HOBT)和二異丙基乙胺(261微升，1.50毫摩爾)(DIPEA)。
與亮氨酸偶聯后，用DMF(1毫升)和二氯甲烷(1毫升)連續洗滌微陣列。洗滌后，重復亮氨酸偶聯步驟以確保用t-BOC保護的亮氨酸完全覆蓋電極。第二L偶聯步驟后，用DMF(1毫升)和二氯甲烷(1毫升)連續洗滌微陣列，然后用乙醇除去任何殘留的DMA或二氯甲烷。然后空氣干燥微陣列。
干燥后，用溶解于二氯甲烷(10毫升)的1，2-二苯肼(200毫克，1.1毫摩爾)和六氟磷酸四丁銨(400毫克，1.0毫摩爾)溶液覆蓋微陣列。利用計算機控制系統驅動8個選擇的電極使這些電極成為活性電極，從而只解封閉活性電極上的L。解封閉除去了活性電極上L的t-BOC保護基團。活性電極維持于相對于鉑反電極3.0伏的電壓，維持60秒。解封閉后，除去微陣列的解封閉溶液。用乙醇清洗微陣列除去任何殘留的電化學解封閉溶液，然后空氣干燥。
通過使用t-BOC-苯丙氨酸-OH(F)(圖22)的步驟模式重復合成方法。此步驟后，進行電化學解封閉。通過兩輪boc-甘氨酸-OH(G)和Boc-酪氨酸(叔丁基)-OH(Y)重復合成方法來構建離開固體表面觀察時到序列為LFGGY的肽。該肽序列通常寫作YGGFL。
一旦構建了微陣列，不采用電化學解封閉，而是依次利用二氯甲烷配制的40％三氟乙酸(TFA)(30分鐘)和90％TFA水溶液(30分鐘)對整個微陣列進行化學解封閉。解封閉后，用乙醇洗滌微陣列，然后用酰化牛血清白蛋白(ABSA)封閉來消除抗體的背景結合。用于封閉的溶液含有2×PBS和0.05％TWEEN 20TM配制的2mg/ml ABSA。封閉反應可進行30分鐘。封閉后，微陣列與第一抗-β-內啡肽抗體一起培育。所用的抗體是克隆3-E7(單克隆，小鼠)，用含0.05％TWEEN 20TM的2×PBS稀釋1000倍。2×PBS和TWEEN 20TM購自Chemicon International，Inc。抗-β-內啡肽抗體選擇性吸附在合成了肽序列YGGFL的電極上。培育后，微陣列與能選擇性吸附到抗-β-內啡肽抗體上的Cy5TM標記的驢抗-小鼠抗體接觸。Cy5TM標記的驢抗-小鼠抗體購自IntegratedDNA Technologies。最后，利用Array WorksImager(Applied Precision，Issaquah，WA)使微陣列成像來定位具有Cy5TM標記的驢抗-小鼠(抗體)的電極。
圖20A-20E是電極微陣列2006上的4個電極2008、2009、2010、2010的橫截面示意圖。顯示了在兩個電極2010、2011上合成組合接頭和間隔基團2016、2018、2020A、2020B，然后合成肽2024以及標記2030、2032、2034的步驟次序。圖20A是電極微陣列2006合成前的示意圖。涂層2004顯示覆蓋了該微陣列。涂層2004只覆蓋了鉑電極2008、2009、2010、2011。涂層2004顯示具有羥基作為反應基團2002A。也可使用其它反應基團。對于本實驗，涂層2004是蔗糖吸附層，因此，反應基團是羥基。步驟2012是圖20B中將組合接頭和間隔基團連接于兩個電極2010、2011使的步驟次序。兩個電極2008、2009顯示不具有組合接頭和間隔基團，但其反應基團按照上述方法通過改性的T2014、2018連接改變為胺2020A。如圖20C所示，步驟2022是通過將L加到反應性胺基2020B上來構建肽2024的第一步。如圖20D所示，步驟2026是在所有4個電極2008、2009、2010、2011上構建肽鏈2024的多個步驟。如圖20E所示，步驟2028是按照上述方法吸附克隆3-E7抗體2030，然后吸附Cy5TM標記的驢抗-小鼠2032、2034的兩步驟。兩個電極2008、2009上的Cy5TM標記的驢抗-小鼠2034以陰影顯示，表明鉑電極使熒光猝滅，這是因為電極和標記之間的距離不足以防止猝滅。相比之下，電極2010、2011上的Cy5TM標記的驢抗-小鼠2032未以陰影顯示，表明熒光可見，這是因為組合接頭和間隔基團在標記和電極之間提供了足夠的距離以防止猝滅。雖然每個電極只顯示了一個合成單位，但是實際上每個電極上有許多單位；然而為說明目的只顯示了一個單位。
圖21是圖20所示具有和不具有組合接頭和間隔基團的兩個電極的示意圖。圖21顯示了電極微陣列2106的橫截面，其顯示了兩個電極2108、2110和具有反應性羥基2102的涂層2104。涂層2104是蔗糖，只存在于鉑電極上。圖21顯示了組合接頭和間隔基團2116對Cy5標記的驢抗-小鼠抗體2132、2134和鉑電極2108、2110之間距離的影響，和對防止猝滅的伴隨作用。電極2108上的標記2134的熒光猝滅，電極2110上的標記2132的熒光因為電極2110和標記2132之間的額外距離而未猝滅。此外，T單位2114、2116顯示具有負電荷2136，這提高了在具有離子2138的水性介質2140中的溶劑化。抗衡陰離子未顯示。所顯示的離子只是溶液中可能存在的任何類型離子的代表。顯示水合氫離子代表T單位上磷酸OH基團解離產生的酸性物質。
圖22是本實施例所用8個電極的放大照片。4個電極2202不具有組合接頭和間隔基團，因此由于鉑猝滅而不顯示Cy5標記的驢抗-小鼠抗體的任何可見熒光。4個電極2204具有組合接頭和間隔基團，因此顯示Cy5標記的驢抗-小鼠抗體的熒光。
實施例3 如實施例1所示制備電極微陣列，但具有一系列長度從0-15個T單位不等的接頭/間隔基團。此外，第一氨基酸(亮氨酸)連接后，不連接后續氨基酸。而是將生物素與具有不同接頭/間隔基團長度位置的亮氨酸相連。生物素連接后，用能選擇性與生物素復合的德克薩斯紅標記的鏈霉親和素溶液覆蓋微陣列。在微陣列上進行顯影分析來觀察具有德克薩斯紅標記的鏈霉親和素的電極。
圖24是微陣列2400一部分的頂視圖放大照片，顯示了行2402、2404、2406、2408、2410、2412和2414。從左向右，行2402、2408和2412中第一電極上組合接頭和間隔基團的長度是0。從右向左，行2403、2410和2414中第一電極上接頭/間隔基團的長度是0。行2046上不進行任何合成。對于行2402、2408和2412，接頭/間隔基團的長度從左向右增加1個T單位。對于行2403、2410和2414，接頭和間隔基團的長度從右向左增加1個T單位。為進行原位合成，無T單位的小室具有實施例1和圖21、電極2108所示具有胺基的一個改性T單位。圖24顯示熒光隨著組合接頭和間隔基團的長度增長而增加。熒光在約6-8個T單位顯著增加，直至達到熒光最強的具有15個T單位的最后小室。因此，接頭/間隔基團長度增長消除了鉑電極的猝滅作用。
實施例4 圖23是電極微陣列2306的兩個小室2308、2310的橫截面示意圖，所述微陣列具有多個連續和單獨可尋址的鉑電極。顯示了具有羥基反應基團2302的涂層2304。涂層2304可以是吸附在鉑電極上的蔗糖層，可以只存在于電極上。電極2308顯示具有非離子組合接頭和間隔基團2314，電極2310顯示具有本發明的組合接頭和間隔基團2316。可在本發明組合接頭和間隔基團合成前后連接非離子接頭2314。在電極2308和2310上原位合成肽2324。采用實施例1和2所述的熒光標記方法標記電極2308和2310上的肽2330、2332、2334。
非離子組合接頭和間隔基團2314可以是PEG化合物或其它非離子化合物。雖然PEG是水溶性的，但其不如本發明多離子組合接頭和間隔基團2316溶劑化效果好，這是因為負電荷2318有助于溶劑化。PEG(或其它非離子物質)上缺乏電荷使其自身能折疊從而接近電極表面，或接近同一電極上鄰近的PEG鏈，結果是預計電極2308上的熒光弱于2310上的熒光，這是因為鉑(電極)猝滅和標記物質不易接近肽。利用本發明多離子組合接頭和間隔基團2316的合成效率較高，因為能更好地接近組合接頭和間隔基團2316一端的反應基團420A、420B。
權利要求
1.一種具有吸附多孔反應層的電極陣列，所述反應層連接了用于合成的接頭，其包含
(a)基板上的多個電極，其中所述多個電極的每個與計算機控制系統電子連接，其中所述多個電極的每個電極具有一表面；和
(b)吸附到所述多個電極的每個電極表面上的多孔反應層，其中所述多孔反應層含有化學物質或化學物質的混合物，其中所述化學物質選自單糖、二糖、三糖、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、N-羥基琥珀酰亞胺、式I、式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII和它們的組合，其中式I是
式II是
式III是HOR4(OR5)mR7；式IV是
式V是
式VI是
式VII是
其中各式中m是1-4的整數；
R1、R2、R7和R8獨立選自氫以及取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環、多環基團、鹵素、酰胺、烷氧基、酰基、酰氧基、氧基羰基、酰氧基羰基、烷氧基羰氧基、羧基、氨基、仲氨基、叔氨基、肼基、疊氮基、烷氧化偶氮基、氰基、異氰基、氰氧基、異氰氧基、氰硫基、雷酸酯基、異硫氰基、異硒氰基、氰硒基、羧基酰氨基、酰基亞氨基、亞硝基、氨氧基、碳亞氨基、腙基、肟、酰基肼基、脒基、硫化物、亞砜、硫代亞砜、砜、硫代砜、硫酸酯基、硫代硫酸酯基、羥基、甲酰基、羥基過氧基、氫過氧基、過氧酸、氨甲酰基、三甲基甲硅烷基、硝基、亞硝基、草氨酰、五唑基、氨磺酰基、氨亞磺酰基、亞磺酰基、氨亞磺酰基、亞磺基、磺基、磺氨基、巰基、四唑基、氨基硫羰基、硫代卡巴腙基、硫代卡巴二腙基、硫代碳酰肼基、硫代羧基、硫醛基、硫酰基、氰硫基、氨基硫脲基、硫代亞磺基、硫代磺基、硫脲基、三氮烷基、三氮烯基、三嗪基、三硫代磺基、亞磺酰亞氨酸、磺基亞氨酸、亞磺基腙酸、磺基腙酸、亞磺基羥肟酸、磺基羥肟酸和磷酸酯；
R3選自雜原子團、羰基以及取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環、多環基團；
R4和R5獨立選自亞甲基、亞乙基、亞丙基、亞丁基、亞戊基和亞己基；
R6與琥珀酰亞胺的兩個碳形成環結構，其選自取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環和多環基團；
R7選自氨基或羥基；和
(c)與吸附多孔反應層相連的接頭基團，所述接頭基團包含
(i)結合端，其中所述結合端共價連接于吸附多孔反應層；
(ii)合成端，其中所述合成端具有反應基團；和
(iii)連接結合端和合成端的中間區段，其中所述中間區段包含最多100個共價相連的單體，其中所述共價相連的單體在水性介質中基本上具有離子電荷，其中與所述反應基團相連的后續基團在水性介質中基本上溶劑化。
2.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述單糖選自阿洛糖、阿卓糖、阿拉伯糖、脫氧核糖、赤癬糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、古洛糖、艾杜糖、來蘇糖、甘露糖、阿洛酮糖、L-鼠李糖、核糖、核酮糖、景天庚酮糖、D-山梨醇、山梨糖、sylulose、塔格糖、塔羅糖、蘇糖、木酮糖和木糖。
3.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述二糖選自直鏈淀粉、纖維素二糖、乳糖、麥芽糖、蜜二糖、帕拉金糖、蔗糖和海藻糖；如權利要求1所述的電極陣列，其中所述三糖選自棉子糖或松三糖。
4.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述聚乙二醇衍生物選自
二甘醇、四甘醇、具有伯氨基的聚乙二醇、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、乙醇胺、二(乙二醇)單烯丙基醚、二(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單烯丙基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單芐基醚、三(乙二醇)單三苯甲基醚、三(乙二醇)單氯單甲基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、三(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、四(乙二醇)單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酸酯、四(乙二醇)單芐基醚、四(乙二醇)單三苯甲基醚、四(乙二醇)單1-己烯基醚、四(乙二醇)單1-庚烯基醚、四(乙二醇)單1-辛烯基醚、四(乙二醇)單1-癸烯基醚、四(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、五(乙二醇)單甲基醚、五(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、六(乙二醇)單烯丙基醚、六(乙二醇)單甲基醚、六(乙二醇)單芐基醚、六(乙二醇)單三苯甲基醚、六(乙二醇)單1-己烯基醚、六(乙二醇)單1-庚烯基醚、六(乙二醇)單1-辛烯基醚、六(乙二醇)單1-癸烯基醚、六(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、六(乙二醇)單4-二苯甲酮基單1-十一碳烯基醚、七(乙二醇)單烯丙基醚、七(乙二醇)單甲基醚、七(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、七(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)單甲苯磺酸酯、八(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、十一(乙二醇)單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、十一(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基醚、十八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)、十(乙二醇)、十二(乙二醇)、十四(乙二醇)、十六(乙二醇)、十八(乙二醇)、二苯甲酮-4-六(乙二醇)烯丙基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)己烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)辛烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)癸烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4′-六(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚和4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚。
5.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述聚乙二醇分子量約1,000-20,000。
6.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述電極表面用選自下組的材料制造鉑、金、半導體、氧化銦錫和碳以及它們的組合。
7.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述反應基團選自氨基、羥基或羧基。
8.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述多個共價相連的單體選自DNA、RNA和具有離子側鏈的氨基酸及它們的組合。
9.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述多個共價相連的單體選自脫氧腺苷酸、脫氧鳥苷酸、脫氧胞苷酸和脫氧胸苷酸及它們的組合。
10.如權利要求1所述的電極陣列，其特征在于，所述多個共價相連的單體選自腺苷酸、鳥苷酸、胞苷酸和胸苷酸及它們的組合。
11.一種形成具有多個電極的電極陣列裝置的方法，其中各電極具有一表面和吸附到該表面用于提高合成質量的多孔反應層，所述方法包括
(a)在基板上提供多個電極，其中所述多個電極的每個與計算機控制系統電子連接，其中所述多個電極的每個電極具有一表面；和
(b)在所述多個電極的每個電極的表面上吸附多孔反應層，其中所述多孔反應層包含一化學物質，其中所述化學物質選自單糖、二糖、三糖、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、N-羥基琥珀酰亞胺、式I、式II、式III、式IV、式V、式VI、式VII和它們的組合，其中式I是
式II是
式III是HOR4(OR5)mR7；式IV是
式V是
式VI是
式VII是
其中各式中m是1-4的整數；
R1、R2、R7和R8獨立選自氫以及取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環、多環基團、鹵素、酰胺、烷氧基、酰基、酰氧基、氧基羰基、酰氧基羰基、烷氧基羰氧基、羧基、氨基、仲氨基、叔氨基、肼基、疊氮基、烷氧化偶氮基、氰基、異氰基、氰氧基、異氰氧基、氰硫基、雷酸酯基、異硫氰基、異硒氰基、氰硒基、羧基酰氨基、酰基亞氨基、亞硝基、氨氧基碳亞氨基、腙基、肟、酰基肼基、脒基、硫化物、亞砜、硫代亞砜、砜、硫代砜、硫酸酯基、硫代硫酸酯基、羥基、甲酰基、羥基過氧基、氫過氧基、過氧酸、氨甲酰基、三甲基甲硅烷基、硝基、亞硝基、草氨酰、五唑基、氨磺酰基、氨亞磺酰基、亞磺酰基、氨亞磺酰基、亞磺基、磺基、磺氨基、巰基、四唑基、氨基硫羰基、硫代卡巴腙基、硫代卡巴二腙基、硫代碳酰肼基、硫代羧基、硫醛基、硫酰基、氰硫基、氨基硫脲基、硫代亞磺基、硫代磺基、硫脲基、三氮烷基、三氮烯基、三嗪基、三硫代磺基、亞磺酰亞氨酸、磺基亞氨酸、亞磺基腙酸、磺基腙酸、亞磺基羥肟酸、磺基羥肟酸和磷酸酯；
R3選自雜原子團、羰基和取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環、多環基團；
R4和R5獨立選自亞甲基、亞乙基、亞丙基、亞丁基、亞戊基和亞己基；
R6與琥珀酰亞胺的兩個碳形成環結構，其選自取代和未取代的烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜環和多環基團；
R7選自氨基和羥基；和
(c)將接頭基團與吸附多孔反應層相連，所述接頭基團包含
(i)結合端，其中所述結合端共價連接于吸附多孔反應層；
(ii)合成端，其中所述合成端具有反應基團；和
(iii)連接結合端和合成端的中間區段，其中所述中間區段包含最多100個共價相連的單體，其中所述共價相連的單體在水性介質中基本上具有離子電荷，其中與所述反應基團相連的后續基團在水性介質中基本上溶劑化。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述單糖選自阿洛糖、阿卓糖、阿拉伯糖、脫氧核糖、赤癬糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、古洛糖、艾杜糖、來蘇糖、甘露糖、阿洛酮糖、L-鼠李糖、核糖、核酮糖、景天庚酮糖、D-山梨醇、山梨糖、sylulose、塔格糖、塔羅糖、蘇糖、木酮糖和木糖。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述二糖選自直鏈淀粉、纖維素二糖、乳糖、麥芽糖、蜜二糖、帕拉金糖、蔗糖和海藻糖；
14.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述三糖選自棉子糖和松三糖。
15.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述聚乙二醇衍生物選自二甘醇、四甘醇、具有伯氨基的聚乙二醇、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、乙醇胺、二(乙二醇)單烯丙基醚、二(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單烯丙基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酸酯、三(乙二醇)單芐基醚、三(乙二醇)單三苯甲基醚、三(乙二醇)單氯單甲基醚、三(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、三(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、四(乙二醇)單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、四(乙二醇)單甲苯磺酸酯、四(乙二醇)單芐基醚、四(乙二醇)單三苯甲基醚、四(乙二醇)單1-己烯基醚、四(乙二醇)單1-庚烯基醚、四(乙二醇)單1-辛烯基醚、四(乙二醇)單1-癸烯基醚、四(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、五(乙二醇)單甲基醚、五(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、五(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、六(乙二醇)單烯丙基醚、六(乙二醇)單甲基醚、六(乙二醇)單芐基醚、六(乙二醇)單三苯甲基醚、六(乙二醇)單1-己烯基醚、六(乙二醇)單1-庚烯基醚、六(乙二醇)單1-辛烯基醚、六(乙二醇)單1-癸烯基醚、六(乙二醇)單1-十一碳烯基醚、六(乙二醇)單4-二苯甲酮基單1-十一碳烯基醚、七(乙二醇)單烯丙基醚、七(乙二醇)單甲基醚、七(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、七(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)單甲苯磺酸酯、八(乙二醇)單甲苯磺酰基單烯丙基醚、十一(乙二醇)單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基單甲基醚、十一(乙二醇)單甲苯磺酰基單甲基醚、十一(乙二醇)單烯丙基醚、十八(乙二醇)單烯丙基醚、八(乙二醇)、十(乙二醇)、十二(乙二醇)、十四(乙二醇)、十六(乙二醇)、十八(乙二醇)、二苯甲酮-4-六(乙二醇)烯丙基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)己烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)辛烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)癸烯基醚、二苯甲酮-4-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-氟二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4′-六(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚、4-羥基二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)烯丙基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-六(乙二醇)十一碳烯基醚、4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)烯丙基醚和4-嗎啉代二苯甲酮-4’-四(乙二醇)十一碳烯基醚。
16.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量約為1,000-20,000。
17.如權利要求11所述的方法，其特征在于，吸附多孔反應層的所述步驟還包括
(b1)使處理溶液與微陣列接觸約1分鐘-約1個月，其中所述處理溶液含有所述化學物質和能溶解所述化學物質的溶劑，其中所述化學物質濃度約為0.001-5摩爾，其中所述處理溶液的溫度約為0-90℃。
18.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述多個電極的每個電極的表面選自鉑、金、半導體、氧化銦錫和碳及它們的組合。
19.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述反應基團選自氨基、羥基和羧基。
20.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述多個共價相連的單體選自DNA、RNA和具有離子側鏈的氨基酸及它們的組合。
21.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述多個共價相連的單體選自脫氧腺苷酸、脫氧鳥苷酸、脫氧胞苷酸和脫氧胸苷酸及它們的組合。
22.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述多個共價相連的單體選自腺苷酸、鳥苷酸、胞苷酸和胸苷酸及它們的組合。
23.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述多個共價相連的單體選自賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、磷酸-絲氨酸、磷酸-蘇氨酸、磷酸-酪氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。
24.如權利要求11所述的方法，其特征在于，提供多個電極的所述步驟還包括
(a1)采用等離子清潔方法蝕刻所述電極表面；和
(a2)采用化學清潔方法清潔所述電極表面。
25.如權利要求24所述的方法，其特征在于，所述等離子清潔方法還包括
(a1.1)使所述電極微陣列與氬等離子接觸約2-6分鐘。
26.如權利要求24所述的方法，其特征在于，所述等離子清潔方法還包括
(a1.1)使所述電極微陣列與六氟化硫等離子接觸約2-6分鐘。
27.如權利要求24所述的方法，其特征在于，所述等離子清潔方法包括
(a1.1)采用約600瓦的功率和約8毫托的壓力，利用氬等離子蝕刻所述電極微陣列約2-4分鐘；
(a1.2)采用約500瓦的功率和約50毫托的壓力，利用氬等離子蝕刻所述電極微陣列約5-7分鐘；和
(a1.3)采用約600瓦的功率和約8毫托的壓力，利用氬等離子蝕刻所述電極微陣列約8-12分鐘。
28.如權利要求24所述的方法，其特征在于，所述化學清潔方法還包括電化學清潔方法，其中所述電化學清潔方法包括
(a2.1)使硫酸溶液與所述電極的表面接觸，其中所述硫酸溶液的濃度約0.01-5摩爾；
(a2.2)對第一組電極施加電流脈沖約0.01-60秒，同時第二組電極接地，其中各電極處于所述第一組電極或第二組電極中；
(a2.3)對第二組電極施加電流脈沖約0.01-60秒，同時第一組電極接地；和
(a2.4)交替進行對第一組電極施加電流脈沖約0.01-60秒同時第二組電極接地、以及對第二組電極施加電流脈沖約0.01-60秒同時第一組電極接地的操作，累積時間約1-60分鐘。
29.如權利要求24所述的方法，其特征在于，所述化學清潔方法還包括過氧化氫清潔方法，其包括
(a2.1)使過氧化氫溶液與所述電極的表面接觸，其中所述過氧化氫溶液的濃度約0.5-10體積％，其中接觸時間是約1分鐘-約24小時，所述過氧化氫溶液的溫度是約20-95℃。
全文摘要
公開了具有吸附多孔反應層的電極陣列裝置，所述反應層連接有接頭來提高合成質量。所述陣列在基板上包含多個電極，其中所述電極與計算機控制系統電子連接。所述陣列在多個電極上具有連接了接頭的吸附多孔反應層，其中所述吸附多孔反應層含有至少具有一個羥基的化學物質。在優選的實施方式中，反應層是具有DNA構成的離子接頭的蔗糖。在另一優選實施方式中，反應層是具有DNA構成的離子接頭的蔗糖、果糖和葡萄糖。
文檔編號G01N27/00GK101156062SQ200580045725
公開日2008年4月2日 申請日期2005年11月18日 優先權日2004年11月18日
發明者K·莫勒 申請人:康比麥崔克斯有限公司