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Analytical Ancestry： Evolution of the Array in
Review Analytical Ancestry： Evolution of the Array in Analysis Larry J. Kricka1,*, Kenta Imai1 and Paolo Fortina2 1 Department of Pathology and Laboratory Medicine, University of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, PA； 2 Department of Cancer Biology, Kimmel Cancer Center, Thomas Jefferson University, Jefferson Medical College, Philadelphia. * Address correspondence to this author at： Department of Pathology and Laboratory Medicine, University of Pennsylvania School of Medicine, Philadelphia, PA 19104. Fax 215-662-7529； e-mail [email protected]. Clinical Chemistry 2010； 56： 1797-1803 分析法の系図：分析手法としてのアレイ技術の発展 概要 背景：あらゆるレベルの基礎ならびに臨床研究の場において、マクロ-、マイクロ-、ナノアレイが、 多量並列解析の必要性に応じて、重要な分析装置として登場している。 内容：このレビューでは、反応容器アレイ、試薬およびサンプルアレイの多様性について示し、特 に様々な発展をもたらした、最も初期のものについて主に述べる。このようなアレイには、リニア あるいは 2 次元の反応容器（例：マイクロウエル片、マイクロプレート）や、ピラーとポストに配 置された試薬のリニアあるいは 2 次元アレイ、 ウエルの中のビーズアレイや、次世代シークエンス 用の試薬ランダム（ディスオーダード）アレイがある。また 微細加工技術、超微細加工技術によっ て、DNA プローブ配列のようにアレイ技術の精密度が増加し、カンチレバーやナノエレクトロスプ レイ・ノズルのように解析構造をもつアレイが生まれ、アレイが小型化されるようになった。 要約：現在、アレイフォーマットは、分析装置として様々な機種が確立されている。このフォーマ ットが広範囲に利用されることで、ハイスル―プットや多重解析を可能にすることにつながってい 1 る。現在進行中の 壮大な生物学的 ゲノミックおよびプロテオミックな研究には、今後もアレイ技 術に基づいた方法が優位となることは言うまでもない。 あらゆる分野で使用できるマクロ-、マイクロ-、ナノアレイが、重要な分析装置として登場してき た。初期の分析装置には、単回測定用に設計されたものが使用され、試験管あるいは他のタイプの 単回測定用の容器であった。基礎研究および臨床検査の現場において、大量の並列解析が要求され るようになり、現在、コンテナーアレイ、サンプルまたは試薬をスポットしたアレイ、および平面 の基板上に試薬をコートしたビーズを用いたアレイなどのようなアレイ装置が用いられている。 表面あるいはその表面の中に機能や構造を有するアレイを作製することや、同一のサブユニットか らのアレイを組み立てるという考えは、もちろん新しいものではない。また、同時に解析する並列 解析は、例えば何千もの光受容体ユニットを含む複眼のように、自然界においても見つけることが できる。アレイは、マフィン皿やカートリッジローダーのように、並列処理の必要性に応じて出現 しただけではなく(1)、木枠、カートン(2–4)(図 1A)のような収納および運搬アイテムとしての必要性 や、製織機を制御するパンチカードのように装置を制御する必要性によって出現してきた(5)、(6)。 同様に、アレイ技術を用いることにより、ディスプレイスクリーン(7)、ドットマトリクスプリンタ ー (8)、CCD (9)またミラーアレイのテレビ (10)のオペレーションが支えられている。 2 図1 アレイホルダーの例。(A) 卵入れケース [Raabe 4]; (B)試験管立て 3 [Bogley 13] 最近の多くの分析法は、多面的な解析を目的とするアレイを備えた分析装置が基本となっている。 このレビューでは、カルーセルやマイクロプレートのような、マルチテストデバイスおよび異なる タイプのマイクロアレイの使用について詳しく述べるとともに、科学論文や特許に記載されている、 この種の分析法の開発及びその発展について述べる。 アレイの種類 アレイの特徴ごとの組み合わせを、表 1 に示す（表 1）。 アレイを構築する個々の反応部位や容器 のサイズは、マクロからマイクロ、ナノまで変化することができ、リニアアレイあるいは 2 次元ア レイを形成している。また、アレイは密度によっても特徴づけられる。例えば、従来の 96-well マイ クロプレートは、1.1 well/cm2 の密度であるが、合成オリゴヌクレオチドアレイは、例えば、1 平方 ミリメートル当たり 10 000 の異なるポリペプチドと非常に高密度である(11)。 表1 解析に用いられるアレイの特徴 4 3 次元アレイという、もう一つの可能性もある。 ボロン酸誘導体でコートされた三次元の重合結晶 コロイドアレイは、グルコース感受性試験用として知られている(12)。しかしながら、ここでは 3 次元アレイの詳細な解析の適用範囲および方法については割愛する。 次の章では、2 次元アレイの容器と、アレイの試薬あるいはサンプルの多様性について、異なるバ リエーションの中でも、特に初期の種類について述べる。 アレイの反応容器 1 本の試験管の中で分析することから、試験管立ての配列に試験管を並べることで、どれだけ利便 性と効率性が増したか理解するのは簡単である (13) (図 1B) 。 その後、この考えはカルーセル(14)、 コンベアー (15)、スポットプレート (16)、マガジン (17)、カセット (18)、コンテナーの一片 (19)、 マイクロウェルプレート (20)へと発展した。 初期の例として、顕微鏡用スライドのような、スポッ トテストのための浅くくぼんだ試験プレートがある(21)。 リニア・アレイ リニア・アレイの反応容器として、マイクロウェル 片(22)、キュベット片 (23)、また反応槽のマガ ジンおよびカセット( 24)が、例として挙げられる。 二次元アレイ 従来の 96 ウエルマイクロプレートは、マイクロアレイの反応容器として例示され、1951 年の Takatsky の発明にまでさかのぼることができる。彼は、1 枚のプラスチック[ルーサイト(ポリメタク リル酸)]に 12 ウエル 6 列のアレイを加工することで、マイクロプレートの試作品を作った (20)。現 在のマイクロプレートは、それぞれのウエル(直径約 12mm x 深さ約 7mm)は、8 列 x 12 カラムのフ ォーマットで、プレートサイズは約 127mm x 約 85mm である(25-26)。 ウエルの配列は連続的なテ ープのウエルの組立てが連なる(27)。 マイクロウェルの小型化により、例えば Terasaki の 11.45 L プレートのような小さなウエルを備えたプレートや、 384 ウエルおよび 1536 ウエルといった非 常に多くのウエルを備えたプレートが生まれた(28)。更なる小型化により、ウエルがナノスケール サイズの範囲にある、9600 ウエルまで備えたプラスチックプレートが生産されている(29)。 微細加工技術により、7.25 インチ四方のシリコンプレート上に、99 856 セルといったような非常に 多くのウエルが作られている(30)。シリコンチップ上の 1000 以上の多くのナノウエル(容量 118-nL) は、キャピラリー電気泳動のような分離技術や(31)、 Advion Electro Scientific Industries ChipTM のナ ノエレクトロスプレイ・ノズルのアレイ(32)のような、質量分析器へのサンプル導入に実用化され ている(図 2A) 。シリコンチップに配置され、上部に脂質二重層を備えた個々の電子チャンネルをも つマイクロウェルは、そのままで作成可能で、大量の並列ナノポア検知に使用できる(33)(図 2B)。 5 微細加工技術はまた、プレロードされた 384 ウエルのマイクロ流体カードの形をしている TaqManR 配列のような、リアルタイム PCR 用に設計された配列に用いられている(34)。 図 2 ウエル、ビーズ、ウエル中のビーズ、試薬を含む構造をもつアレイの例 6 (A)400 ナノエレクトロスプレイ・ノズルのアレイを備えた Advion ESI チップ。ESI Chip○R の画像は Advion BioSystems（Ithaka, NY）によって提供。(B)チップを順番に並べるオクスフォードナノポア の平面の二層アレイの部分。それぞれのマイクロウェルは、ナノポアを通って電流の測定が記録さ れる、個々にアドレス可能な電子チャンネルである。Oxford nanopore company は、何百から何千も の並列チャネルによってその配列を設計している。画像は Oxford nanopore technologies (Oxford、 UK)からの許可を受けて掲載。(C)ナノリットル単位のイムノアッセイ用の Gyrolab Bioaffy コンパク トディスク。 (D)コンパクトディスクの周囲の分析的な微小構造の配列のクローズアップ。 画像は、 Gyros AB、Uppsala Science Park (Uppsala, Sweden)からの許可を受け掲載。(E)Affymetrix GeneChip○R DNA プローブアレイ。画像は Affymetrix (SantaClara, CA)のご厚意により提供。 (F)GeneChip HT ア レイプレートによって、一度に 96 サンプルもの全ゲノムを解析するという大量解析が可能。画像は Affymetrix (SantaClara, CA)のご厚意により提供。(G)ウエルの中にビーズが配列しているビーズ分配 型の 24 ウエルプレート[Beal ら 66]。(H)Human OmniExpress BeadChip (配列されたウエルのビーズを 用いて、300 000 DNA マーカー/サンプル、12 サンプル/チップの測定可能)。画像は Illumina （SanDiego, CA)からの許可を受け掲載。(I)画像は、3 つの異なるランのビーズのランダムアレイ。 SOLiDTM3+、4 および 4HQ DNA シーケエンスプラットフォームに対して、それぞれ、ランあたり 1、 1.4、24 億個のビーズ(GB、ギガバイト)。画像は（Life Technologies Corporation (Carlsbad, CA)からの 許可を受け掲載。 2 次元アレイの幾何学的配置としては、遠心式アナライザーで使用される放射状のウエル (35)、現 在、多くの臨床化学分析器に見られる反応カルーセル (36–38)、そしてコンパクトディスクフォーマ ットを使用する分析器 (39) が挙げられる(図 2C と D)。 反応領域を定義する配列の代替的方法とし て、疎水性の材料やセル接着物質を用いるといった、表面上に目的のパターンをプリントする方法 がある(40)。 試薬あるいはサンプルのアレイ リニア・アレイ マクロサイズのテスト部位のリニア・アレイの初期例として、プラスチック片についている試薬を しみ込ませた、一連のパッドを含む単純なマルチテスト計量スティックがある(41)。 他の例として は、MASTpette テストチャンバーに抗原コートしたスレッドのリニア・アレイ(42)や、 ウェスタン ブロット(43)、( 44)やチューブ中の試薬でコートされたビーズのようなメンブレンにおけるテスト 部位のリニア・アレイがある(45)。リニア・アレイは、物理的なサポートあるいは接着する材料上 に配列されている。キャプチャー試薬でコートされた微小加工カンチレバーのリニア・アレイの場 合には、サポートがセンサーメカニズムの一部である(46)。 7 平面表面上の二次元アレイ 平面上の二次元アレイは広く使用されており、DNA アレイについては多くの物議を醸している(47– 49)。 初期のアレイは、配列材料をマニュアルでスポットするものであった(50)、 (51)。例を挙げる と、免疫蛍光検査法テスト(52)用としてスライド・ガラスにディップペンで塗布したり、 2 つの試 薬を離した状態でプリントしていた(53)。ほとんどの装置は、高密度のマイクロアレイに注目して いた。現在のマイクロアレイ製造工程は、アフィメトリックス・チップのようにそのままで合成さ れ(11)、(54) (図 2E)、自動スポッティング装置によるスポッティング (55)、ナノスケールでのディッ プペン法などのプリンティング (56)、そしてマイクロスタンピング ( 57)がある。 多数のアレイはま たアレイの配列を作るために組み立てられる(図 2F) (58)。 アレイの組立てをコントロールするアレ イの例であるが、マイクロアレイの光化学合成をそのまま制御するマイクロミラーの開発は興味深 いものであった(59)。 オリゴヌクレオチドアレイのためのアプリケーションとして、ハイブリダイゼーションによる DNA シーケエンス(SBH)がある 3 。これは、いわゆるジップコードアレイやユニバーサルアレイと呼ばれ ているが、普遍的なプローブが、DNA プローブのアレイハイブリッドした任意の DNA サンプルの あらゆるシーケンスを読むように設計されている。後の開発で、組み合わせ SBH、すなわち 2 セッ トの普遍的な短いプローブが使用された。そのひとつは、固体に付いていて、もう一方は、液体中 に存在し、蛍光色素でラベルされている。 DNA リガーゼと液層ラベルされたプローブは、混合したラベル化されていないターゲット DNA テ ンプレートと、サポートバウンドプローブにハイブリッドする。アレイバウンドプローブと液層の ラベル化プローブの両方が接触する補足的な位置で、ターゲット DNA にハイブリッドする場合、 それらは、アレイ表面へ付いた 1 つの長いラベルを作製して、DNA リガーゼによって共有結合でリ ンクする。組み合わせ過程において、ターゲットに補足的なあらゆるプローブを生成する(60)、 (61)。一塩基変異多型/変異の検出のための多くの複雑な方法もまた、ジップコードアレイやユニバ ーサルアレイで出力し、対立遺伝子に特有の識別あるいは一塩基拡張を組み合わせることにより開 発されている(62)。 シリコンチップ上の電子機能を組み合わせる二次元アレイも、ナノポアシークエンス用に開発され ている。これらの商標である「平面脂質二重層」チップは、マイクロウェルの配列で、それぞれア ドレス可能な電子チャンネルをもつ (図 2B) 。 脂質二重層はウエルの一番上に形成されており、ナ ノポア構造(アダプター分子であるシクロデキストリン含有の -ヘモリジンナノポアと結合したプロ セッシブエキソヌクレアーゼ酵素）は、二重層に一つの穴を形成し、脂質二重層内にとどまるよう にチップに付属している。DNA 塩基は、そのポアを行き来することで識別される。合成材料から作 られたナノポアの液状アレイも、また開発段階にある(63)。 8 また別のアレイでは、アレイ上の 1 つの位置が、他の位置までサンプルを運ぶサンプル貯蔵所とし て働く。例えば、中央のサンプルアプリケーションウェル周辺に位置する薬物検査用の、赤く染色 した細胞を含む 7 つの放射状のテストチャンバーが、設計されたラミネートされたテストカードが ある(64)。 ピラーアレイやポストアレイ ピラーアレイのように、より複雑な表面構造も可能である。ピレー (高さ 150 m x 幅 50 m)は、シ リコンウエハーチップ上にフォトリトグラフィに作成され、チップ上に 200 グループものマイクロ チャンネルが整備される。免疫測定反応はピラー表面で起こる(65)。 ウエルでのビーズアレイ プレートまたはアッセイトレイのウエルにおけるビーズアレイは、「アレイの中にアレイがある」 というデザインになっている。 このデザインの初期例として、トレイのウエルの中に、試薬でコー トされ、5×4 に配列されたポリスチレンビーズまたはボールによる免疫測定法がある(66)(図 2G)。 このタイプの他のバージョンとして、5 x 4 well トレイウエルが配列し、各々のウエルのピン上に試 薬をコートした挿入可能なキャリアーを用いたものがある(67)。 ランダム(ディスオーダー)アレイ Illumina が使用しているランダムに並んだビーズアレイ技術のように、オリゴヌクレオチドコート されたビーズアレイは、ランダムに並べて組み立てられている。そして、各ビーズの同定と位置は、 その後の連続した DNA ハイブリダイゼーションによる解読段階で決定される(図 2H) 。ウエルの配 列は、光学イメージングファイバー束を形成する。個々の数片の光ファイバケーブルは、ビーズを 含む各ファイバーの終末に、ウエルのおよそ 50000 のファイバーを含む直径 1.4mm のアレイを構築 する。これらは、6 角形に折り畳まれたアレイと融合する。さらに処理能力を増加させるために標 準マイクロプレートのウエルと一致するパターンに、アレイの配列へフォーマットされる(68)、 69)。 近年、DNA 塩基配列分析の代替テクノロジーに対して、学術的にも産業的にも積極的な投資がなさ れている。また、最近、少数のいわゆる次世代配列(NGS)プラットフォームが利用可能になってき た(70)。Roche/454、Illumina/Solexa、Life Technologies/AB SOLiD 4 および Azco Biotech のような NGS システムは、技術の詳細はそれぞれ異なる。しかし、全て大きなランダムアレイからの徐々に 放出される画像により、データを生成するという共通の特徴がある。NGS アレイには、多くのピコ リッター反応チャンバー(PicoTiterPlate)のアレイで捕らえられた、ランダムビーズアレイがある。例 えば Roche/454 でのように、表面でプライマーを固定するためのアダプターと結合したゲノム DNA フラグメントのランダムアレイや、Illumina/Solexa でのように、表面に結合したビーズのランダム アレイ、また 400 000 000 ビーズを保持する SOLiD4 のような Life Technologies/AB SOLiD がある(図 2I) 。 NGS システムはまた、Azco Biotech Polonator のように、ランダムモノレイヤーのビーズアレ 9 イもある。さらに、Helicos Bioscience の合成による一分子シークエンスでは、フローセルに 25 チャ ンネルのアレイが表面にあるポリ(dT)-オリゴヌクレオチドが使用されている(約 1 億個の鎖/cm2)。 ポリ(dA)オリゴが末端についたテンプレートのライブラリーは、ランダムアレイを形成するポリ (dT)オリゴヌクレオチドとハイブリッドし、その後、それぞれのハイブリッドの位置は、シークエ ンス反応の連続ラウンドにおけるカメラ画像によって定義される(71)。アレイフォーマットはまた、 Pacific BioSciences PacBio RS シークエンサーによって開発され、シークエンス反応は 80 000 のゼロ モード導波管ウエル（各々20zL）にランダムに分けられたテンプレート上で生じる(72–74)。また 別 のアレイベースの方法では、シークエンス解析は、フォトリソグラフィカルに作られた 25×75mm のシリコンチップのグリッドにそって 300 nm のスポット上で行われる。単鎖の DNA(ナノボール) のコイルの中にあるシークエンシング基板は、吸着することで自然に集合体を形成し、シリコンチ ップ上にランダムナノアレイを作成するために活性化されたスポットへ任意に結合し、そのチップ は画像化される(75)。 結論 現在、アレイフォーマットは、分析装置として様々な機種が確立されている。また、アレイできる 物質の範囲は、複雑なスペクトラムおよび分子から細胞まで、組織から有機物全体という、あらゆ るサイズを網羅している(76)、( 77)。このフォーマットが広範囲に利用されることで、ハイスル― プットおよび多重解析が可能となっている。現在進行中の 壮大な生物学的 ゲノミックおよびプロ テオミックな研究には、今後もアレイ技術に基づいた方法が優位となることは言うまでもない。 （訳者：谷 真理子） 脚注 3 Nonstandard abbreviations：SBH, sequencing-by-hybridization； NGS, next-generation sequencing. Author Contributions： All authors confirmed they have contributed to the intellectual content of this paper and have met the following 3 requirements： (a) significant contributions to the conception and design, acquisition of data, or analysis and interpretation of data； (b) drafting or revising the article for intellectual content； and (c) final approval of the published article. Authors' Disclosures or Potential Conflicts of Interest： No authors declared any potential conflicts of interest. Role of Sponsor： The funding organizations played no role in the design of study, choice of enrolled patients, review and interpretation of data, or preparation or approval of manuscript. Received for publication August 9, 2010. Accepted for publication September 24, 2010. 10 References 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. Wierth HC. Baking pan. US patent 1,338,344. 1920 4 27. Dalzell RH. Cartridge-loading system. US patent 207,853. 1878 9 10. Markert JP. Carton. US patent 1,352,759. 1920 9 14. Copony A. Egg crate. US patent 1,179,404. 1916 4 18. Essinger J. Jacquard's web： how a hand-loom led to the birth of the information age. Oxford： Oxford University Press； 2004. p 302. Hollerith H. Art of compiling statistics. US patent 395,781. 1889 1 8. Brody TP. Birth of the active matrix. Information Display 1997；13：28–32. Bresler AD. High-speed printing apparatus having slidably mounted character-forming elements forming a dot matrix. US patent 3,625,142. 1971 12 7. Ruoff CE, Winter EF. Integrated photodiode array. US patent 3,551,761. 1970 12 29. Zworykin VK. System for reception by television. US patent 2,025,143. 1935 12 24. Pirrung MC, Read JL, Fodor SPA, Stryer L. Large scale photolithographic solid phase synthesis of polypeptides and receptor binding screening thereof. US patent 5,143,854. 1992 9 1. Asher SA. Polymerized crystalline colloidal array sensor methods. US patent 5,854,078. 1998 12 29. Bogley RA. Test tube rack. US patent 1,188,146. 1916 6 20. Raabe W. Automated liquid testing apparatus. US patent 978,644. 1910 12 13. Meyer GJ. Bottle washing machine. US patent 1,310,128. 1919 7 15. Feigl F. Qualitative Analyse mit Hilfe von Tupfelreaktionen. Leipzig： Akademische Verlagsgsellschaft； 1931. Bednar TF, Reid GC, Yahiro AT. Automated chemical analyzer. US patent 3,504,376. 1970 3 31. Schmitz WD. Centrifuge clinical chemistry analysis system. US patent 3,713,775. 1973 1 30. Morle CW. Cuvettes for automatic chemical apparatus. US patent 4,263,256. 1981 4 21. Manns RL. Necessity is the mother of invention： the history of microplates. Fut Drug Disc 2003： 108–12. Axelrad SA. Microscope test slide. US patent 2,302,830. 1942 11 24. Chen AB, Harte RA, Kaufman NK. Immunoassay test slide. US patent 4,468,371. 1984 8 28. Morle CW. Cuvettes for automatic chemical apparatus. US patent 4,263,256. 1981 4 21. Bak B, Engard F, Szoke J. Equipment for the automatic determination of the chemical composition of liquid by sampling and by adding reagents. US patent 3,917,455. 1975 11 4. Thorne AC. Microtest plates. US patent 4,154,795. 1979 5 15. Cooke NM. Disposable microtitration plate. US patent 3,356,462. 1967 12 5. May E. Array tape for miniaturized genotyping. Gen Eng Biotechnol News 2007；27. http： //www.genengnews.com/gen-articles/array-tape-for-miniaturized-genotyping/2136/ (Accessed November 2010). Mittal KK, Mickey MR, Singal DP, Terasaki PI. Serotyping for homotransplantation, 18： refinement of microdroplet lymphocyte cytotoxicity test. Transplantation 1968；68：913–27. 29. Oldenburg KR, Zhang J-H, Chen T, Maffia A, III, Blom KF, Combs AP, Chung TDY. Assay miniaturization for ultra-high throughput screening of combinatorial and discrete compound libraries： a 9600-well (0.2 microliter) assay system. J Biomol Screen 1998；3：55–62. 30. Demers RR, Cherukuri SC, Levine AW, O'Mara KD. Plate for reaction system. US patent 5,840,256. 1998 11 24. 11 31. Jannson M, Emmer A, Roeraade J. Microvials on a silicon wafer for sample introduction in capillary electrophoresis. J Chromatogr 1992；626：310–4. 32. Schultz GA, Corso TN, Prosser SJ, Zhang S. A fully integrated monolithic microchip electrospray device for mass spectrometry. Anal Chem 2000；72：4058–63. 33. Bayley H. Sequencing single molecules of DNA. Curr Opin Chem Biol 2006；10：628–37. 34. Keys DN, Au-Young JK, Fekete RA. TaqMan® array cards in pharmaceutical research. Methods Mol Biol 2010；632：87–97. 35. Anderson NG, Computer interfaced fast analyzers. Science (Wash DC) 1969；166：317–24.[Free Full Text] 36. Kellogg G, Kieffer-Higgins SG, Carvalho BL, Davis GA, Willis JP, Minior T, et al. Devices and methods for using centripetal acceleration to drive fluid movement on a microfluidics system. US patent 6,063,589. 2000 5 16. 37. Winter GD. Liquid treatment apparatus. US patent 3,081,158. 1963 3 12. 38. Raabe W. Automatic liquid testing apparatus. US patent 978,644. 1910 12 13. 39. Virtanen J. Laboratory in a disk. US patent 6,030,581. 2000 2 29. 40. Matsuda T, Inoue K, Tani N. Control of cell arrangement. US patent 5,202,227. 1993 4 13. 41. Breuer CB. Organ function test cards. US patent 3,891,50. 1975 6 24. 42. Miller SP, Marinkovich VA, Riege DH, Sell WJ, Baker DL, Eldredge NT, et al. Application of the MAST Immunodiagnostic System to the determination of allergen-specific IgE. Clin Chem 1984； 30：1467–72.[Abstract/Free Full Text] 43. Renner SW. Immunoblotting and dot immunobinding： emerging techniques in protein immunochemistry. Arch Pathol Lab Med 1988；112：780–6. 44. Buechler KF, Moi S, Noar B, McGrath D, Villela J, Clancy M, et al. Simultaneous detection of seven drugs of abuse by the triage panel for drugs of abuse. Clin Chem 1992；38：1678–84.[Abstract/Free Full Text] 45. Bing DH, Boles C, Rehman FN, Audeh M, Belmarsh M, Kelley B, Adams CP. Bridge amplification： a solid phase PCR system for the amplification and detection of allelic differences in single copy genes. Genetic Identity Conference Proceedings, Seventh International Symposium on Human Identification. 1996, http：//www.promega.com/geneticidproc/ussymp7proc/0726.html (Accessed August 2010). 46. Greenwood JC. Mechanical resonator arrangements. US patent 4,305,298. 1979 6 8. 47. Ekins R. Chu FW. Microarrays： their origins and applications. Tibtech 1999；17：217–8. 48. Lenoir T, Gianella E. The emergence and diffusion of DNA microarray technology. J Biomed Disc Collabor 2006；11：1–39. 49. Southern EM. DNA microarrays： history and overview. Methods Mol Biol 2001；170：1–15. 50. Goldberg S. Dispensing biological materials. US patent 2,956,931. 1960 10 18. 51. Britten RJ, Davidson EH. Recombinant DNA screening system including fixed array replictor and support. US patent 4,591,567. 1986 5 27. 52. Wang S-P, Grayston JT. Immunological relationship between genital TRIC, lymphomgranuloma, venereum, and related organisms in a new microtiter indirect immunofluorescence test. Am J Ophthalmol 1970；70：367. 53. Johnson LC. Printed reagent test devices and method of making same. US patent 4,046,513. 1977 9 6. 12 54. Southern E. Apparatus and method for analyzing polynucleotide sequences and method of generating oligonucleotide arrays. US patent 5,700,637. 1997 12 23. 55. MacBeath G, Schreiber S. Printing proteins as microarrays for high-throughput function determination. Science (Wash DC) 2000；289：1760–4.[Abstract/Free Full Text] 56. Jang J-W, Smetana A, Stiles P. Multiplexed dip pen nanolithography patterning by simple desktop nanolithography platform. Scanning 2010；31：1–6. 57. Wilbur JL, Kumar A, Kim E, Whitesides GM. Microfabrication by microcontact printing of selfassembled monolayers. Adv Mater 1994；6：600–4. 58. Rava RP, Fodor SPA, Trulson M. Methods for making a device for concurrently processing multiple biological chip assays. US patent 5,545,531. 1996 8 13. 59. Cerrina F, Sussman MR, Blattner FR, Singh-Gasson S, Green R. Method and apparatus for synthesis of arrays of DNA probes. US patent 6,375,903. 2002 4 23. 60. Drmanac RT, Crkvenjakov RB. Method of sequencing of genomes by hybridization of oligonucleotide probes. US patent 5,202,231. 1993 4 13. 61. Drmanac R. Methods and compositions for efficient nucleic acid sequencing. US patent 6,401,267. 2002 6 11. 62. Gerry NP, Witowski NE, Day J, Hammer RP, Barany G, Barany F. Universal DNA microarray method for multiplex detection of low abundance point mutations. J Mol Biol 1999；292：251–62. 63. Oxford Nanochip Technologies. Exonuclease sequencing： combining a protein nanopore and processive enzyme for the sequential identification of DNA bases as they pass through the pore. www.nanoporetech.com/sequences (Accessed November 2010). 64. Parsons RG, Kowal R, LeBlond D, Yue VT, Neargarder L, Bond L, et al. Multianalyte assay system developed for drugs of abuse. Clin Chem 1993；39：1899–903. 65. Ruiz-Taylor LA, Martin TL, Zaugg FG, Witte K, Indermuhle P, Nock S, Wagner P. Monolayers of derivatized poly(L-lysine)-grafted poly(ethylene glycol) on metal oxides class of biomolecular interfaces. Proc Natl Acad Sci U S A 2001；98：852–7.[Abstract/Free Full Text] 66. Beall GL, Dodge JD, Koschalk RF, Soika EH. Apparatus for determining immunoassays of antigens and their antibodies. US patent 3,932,141. 1976 1 13. 67. Kay JWD, Kirkgaard LH. Affinity detection apparatus. US patent 4,146,365. 1979 3 27. 68. Walt DR, Michael KL. Fiber optic sensor with encoded microspheres. United States patent 6,023,540. 2000 2 8. 69. Michael KL, Taylor LC, Schultz SL, Walt DR. Randomly ordered addressable high-density optical sensor arrays. Anal Chem 1998；70：1242–8. 70. Metzker ML. Sequencing technologies： the next generation. Nat Rev Genet 2010；11：31–46. 71. Lapidus SN, Buzby PR, Harris T. Short cycle methods for sequencing polynucleotides. US patent 7,169,560. 2007 1 30. 72. Turner S, Korlach J. Apparatus and methods for optical analysis of molecules. US patent 7,170,050. 2007 1 30. 73. Hardin S, Gao X, Briggs J, Willson R, Tu S-C. Methods for real-time single molecule sequence determination. US patent 7,329,492. 2008 Feb 12. 74. Williams JGK. System and methods for nucleic acid sequencing of single molecules by polymerase synthesis. US patent 6,255,083. 2001 7 3. 13 75. Drmanac R, Sparks AB, Callow MJ, Halpern AL, Burns NL, Kermani BG, et al. Human genome sequencing using unchained base reads on self-assembling DNA nanoarrays. Science (Wash DC) 2010；327：78–81.[Abstract/Free Full Text] 76. Kononen J, Bubendorf L, Kallioniemi A, Barlund M, Schraml P, Leighton S, et al. Tissue microarrays for high-throughput molecular profiling of tumor specimens. Nat Med 1998；4：844–7. 77. Shi W, Qin J, Ye N, Lin B. Droplet-based microfluidic system for individual Caenorhabditis elegans assay. Lab Chip 2008；8：1432–5. 14