CN110248725A - 包括树脂膜和图案化的聚合物层的阵列 - Google Patents
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Abstract
阵列的实例包括支撑物、在支撑物的表面上的交联的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜以及在交联的环氧基POSS树脂膜上的图案化的疏水性聚合物层。图案化的疏水性聚合物层界定了交联的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域，并且聚合物涂层被附接至暴露的离散区域。阵列的另一个实例包括支撑物、在支撑物的表面上的改性的环氧基POSS树脂膜以及在改性的环氧基POSS树脂膜上的图案化的疏水性聚合物层。改性的环氧基POSS树脂膜包括聚合物生长引发位点，并且图案化的疏水性聚合物层界定了改性的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域。聚合物刷被附接至暴露的离散区域中的聚合物生长引发位点。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月22日提交的美国临时申请序号62/438,024的权益，该美国临时申请的内容通过引用以其整体并入本文。
背景
生物阵列是用于检测和分析包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的分子的多种工具之一。在这些应用中，阵列被设计成包括用于在人类和其他生物体的基因中存在的核苷酸序列的探针。例如，在某些应用中，单独的DNA和RNA探针可以被附接在阵列支撑物(array support)上的几何网格(geometric grid)中(或随机)的小位置。例如来自已知的人或生物体的测试样品可以暴露于网格，使得互补片段在阵列中的单独的位点与探针杂交(hybridize)。然后可以通过扫描位点上特定频率的光来检查阵列，以通过片段杂交的位点的荧光来识别在样品中存在哪些片段。
生物阵列可以用于基因测序。通常，基因测序涉及确定一段基因材料例如一段DNA或RNA的片段中核苷酸或核酸的顺序。越来越长的碱基对序列正在被分析，并且所得到的序列信息可以用于各种生物信息学方法中，以将片段逻辑地装配(logically fit)在一起，以便可靠地确定片段所衍生自的广泛长度的基因材料的序列。已经开发了自动化的基于计算机的特征片段的检查，并且已经被用于基因组作图、基因及其功能的识别、某些状况和疾病状态的风险评估等。除了这些应用之外，生物阵列还可以用于检测和评估宽范围的分子、分子家族、基因表达水平、单核苷酸多态性和基因分型。
概述
在一些方面中的是组合物，所述组合物包括支撑物(support)和在支撑物的表面上的交联的环氧基POSS树脂膜。在一些方面中，该组合物适合作为用于低聚核苷酸测序的阵列或作为生产中间体。在一些方面中，树脂膜被图案化以界定在隙间区域(interstitialregion)内的离散区域(discrete area)，并且在一些方面中，离散区域是井(well)。在其他方面中，该组合物包括在图案化的树脂膜上的疏水性聚合物层，该疏水性聚合物层包括由图案界定的离散区域(例如，在井中)和隙间区域。在其他方面中，疏水性聚合物层被图案化以暴露离散区域或井中的树脂膜，同时保留在离散区域或井之间的树脂膜的隙间区域中的树脂膜上。在又其他方面中，聚合物涂层被附接至交联的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域中的图案化树脂膜。该组合物还可以包括被接枝到聚合物涂层的扩增引物。交联的POSS树脂膜任选地包含如本文所描述的聚合物生长引发位点(polymer growthinitiation site)。在又其他方面中，聚合物刷(polymer brush)被附接至交联的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域中的聚合物生长引发位点。
在一些方面中的是制备组合物的方法，所述组合物包括支撑物和在支撑物的表面上的交联的环氧基POSS树脂膜，所述方法包括在支撑物表面上形成交联的环氧基POSS树脂膜，其中所述形成包括在光酸产生剂(photoacid generator)和任选地敏化剂的存在下将支撑物结合的环氧基硅烷与一种或更多种环氧基官能化的POSS试剂混合，以形成支撑物结合的树脂前体；以及固化该树脂前体以形成支撑物结合的交联的环氧基POSS树脂膜。这样的方法还可以包括使支撑物的表面与环氧基硅烷反应，以形成支撑物结合的环氧基硅烷。在一些方面中，树脂膜被图案化以界定在隙间区域内的离散区域，并且在一些方面中，离散区域是井。这样的方法还可以包括在支撑物表面上的交联的、支撑物结合的环氧基POSS树脂膜上形成疏水性聚合物层，其中疏水性聚合物层被图案化以暴露离散区域或井中的树脂膜，同时保留在离散区域或井之间的树脂膜的隙间区域中的树脂膜上。
在第一方面中的是阵列，该阵列包括支撑物、在支撑物的表面上的交联的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane)(POSS)树脂膜以及在交联的环氧基POSS树脂膜上的图案化的疏水性聚合物层，其中图案化的疏水性聚合物层界定交联的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域，并且聚合物涂层被附接至暴露的离散区域。
在一些方面中的是形成该第一方面的阵列的方法，该方法包括在支撑物表面上的交联的环氧基POSS树脂膜上形成图案化的疏水性聚合物层，从而暴露交联的环氧基POSS树脂膜的离散区域。该方法还可以包括施加聚合物涂层以在暴露的离散区域上形成附接的涂层部分，并且在图案化的疏水层上形成未附接的涂层部分；以及将未附接的涂层部分从图案化的疏水层上洗掉。该方法还可以包括在支撑物表面上形成交联的环氧基POSS树脂膜，所述形成包括：在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合环氧基硅烷和至少一种环氧基POSS单体单元，以形成树脂前体；将树脂前体沉积在支撑物表面上；以及固化树脂前体以形成交联的环氧基POSS树脂膜。
在第二方面中，该阵列包括支撑物、在支撑物的表面上的改性的环氧基POSS树脂膜以及在改性的环氧基POSS树脂膜上的图案化的疏水性聚合物层，其中图案化的疏水性聚合物层界定交联的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域。在一些情况下，改性的环氧基POSS树脂膜包括聚合物生长引发位点，并且图案化的疏水性聚合物层界定改性的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域。聚合物刷被附接至暴露的离散区域中的聚合物生长引发位点。在一些方面中，该阵列包括支撑物、在支撑物的表面上的改性的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜、包括聚合物生长引发位点的改性的环氧基POSS树脂膜、在改性的环氧基POSS树脂膜上的图案化的疏水性聚合物层、界定改性的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域的图案化的疏水性聚合物层、以及被附接至在暴露的离散区域中的聚合物生长引发位点的聚合物刷。
用于产生如本文所描述的第二方面的阵列的方法包括在支撑物表面上的改性的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜上形成图案化的疏水性聚合物层，从而暴露改性的环氧基POSS树脂膜的离散区域。改性的环氧基POSS树脂膜包括聚合物生长引发位点。在一些方面中，聚合物刷从在暴露的离散区域中的聚合物生长引发位点生长。因此，在一些方面中，本文公开的方法的第二方面包括：在支撑物表面上的改性的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜上形成图案化的疏水性聚合物层，从而暴露改性的环氧基POSS树脂膜的离散区域，其中改性的环氧基POSS树脂膜包括聚合物生长引发位点；以及从暴露的离散区域中的聚合物生长引发位点生长聚合物刷。在一些方面中，该方法还包括形成改性的环氧基POSS树脂膜，其中所述形成包括在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下混合环氧基硅烷、至少一种环氧基POSS单体单元和环氧基官能化的聚合剂(例如自由基聚合剂、阳离子聚合剂、阴离子聚合剂、开环易位聚合剂(ring-opening methathesis polymerizationagent)或受控自由基聚合剂)或受控自由基聚合(CRP)剂，以形成树脂前体；将该树脂前体沉积在支撑物表面上；以及固化该树脂前体，以形成改性的环氧基POSS树脂膜。在一些方面中，至少一个环氧基POSS单体单元是环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS。
附图简述
通过参考以下详细描述和附图，本公开内容的实例的特征和优点将变得明显，在附图中，相似的参考数字对应于相似的但可能不相同的部件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的参考数字或特征可以结合或可以不结合其中它们出现的其他附图来描述。
图1A至图1F是图示出了本文公开的方法的实例的横截面图，其中图1E是所形成的阵列的凹陷部(depression)的放大图；并且
图2A至图2D是图示出了本文公开的方法的另一个实例的横截面图，其中图2C是所形成的阵列的凹陷部的放大图。
详细描述
应当理解，该阵列的第一方面的任何特征可以以任何合意的方式组合在一起。此外，应当理解，第一方面和/或第一方法的的特征的任何组合可以一起使用，和/或来自这些方面中的任一个或两者的任何特征可以与本文公开的任何实例组合。
在本文描述的方法、组合物和阵列的一些情况下，交联的环氧基POSS树脂膜被图案化以界定诸如井的特征和在该特征之间的中间隙间区域，并且在其他情况下，交联的环氧基POSS树脂膜未被图案化。在其中交联的环氧基POSS树脂膜被图案化的情况下，膜中的图案界定了特征，所述特征是也由图案化的疏水层的图案所暴露的离散部分，例如树脂膜包括井，并且由图案化的疏水层暴露的离散区域是膜中的井。
本文公开的方法的实例使用与图案化的疏水层组合的不同的环氧基POSS树脂膜，以限制聚合物被施加或生长的位置，或者以允许相对于具有暴露的树脂膜的区域从具有图案化的疏水层的区域优先去除聚合物。这些方法消除了对诸如抛光的机械的或化学的聚合物去除工艺的需求，所述聚合物去除工艺在聚合物跨越整个树脂或固体支撑物表面被没有限制地(blanketly)沉积时进行。
在本文公开的方法的一个实例中，交联的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜与图案化的疏水层组合使用。图案化的疏水层暴露交联的环氧基POSS树脂膜的离散部分，该离散部分用作用于随后施加的聚合物材料的捕获垫(capture pad)，部分地是因为聚合物材料比图案化的疏水层更亲水。聚合物材料的表面能更接近交联的环氧基POSS树脂膜的表面能而不是更接近图案化的疏水层的表面能，并且因此聚合物材料在交联的环氧基POSS树脂膜上具有更好的润湿性。在一些情况下，树脂膜被能够与聚合物材料上的官能团形成共价键的捕获基团化学改性。
所述方法的该第一方面的实例还包括在支撑物表面上形成交联的环氧基POSS树脂膜，其中所述形成包括在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下混合环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS，以形成树脂前体；将所述树脂前体沉积在支撑物表面上；以及固化所述树脂前体，以形成交联的环氧基POSS树脂膜。
在所述方法的该第一方面中，在形成图案化的疏水性聚合物层之前，该方法还可以包括将交联的环氧基POSS树脂膜暴露于等离子体灰化或化学处理，以将-OH基团例如羟基(C-OH或Si-OH)基团和/或羧基基团引入至交联的环氧基POSS树脂膜。在一些方面中，该方法还包括将官能团附接至-OH基团中的至少一些上，所述官能团选自由以下组成的组：其中n在从1至20的范围内、 和并且其中---表示烷基硅烷链(例如通过羟基基团与三烷氧基烷基硅烷的反应)、聚(乙二醇)-硅烷链(例如通过羟基基团与三烷氧基硅烷聚(乙二醇)的反应)、烷基链(例如通过羟基基团与烷基卤化物的反应)或聚乙二醇链。
所述方法的该第一方面的另一个实例还包括在支撑物表面上形成交联的环氧基POSS树脂膜，其中所述形成包括在任选地敏化剂和光酸产生剂的存在下混合环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS、缩水甘油基POSS和包含至少一个环氧基官能团和非环氧基官能团的POSS核(POSS core)，以形成树脂前体；将所述树脂前体沉积在支撑物表面上；以及固化所述树脂前体，以形成交联的环氧基POSS树脂膜。
在该第一方面的另一个实例中，该方法包括在支撑物表面上形成交联的环氧基POSS树脂膜，其中所述形成涉及在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合支撑物结合的环氧基硅烷与一种或更多种环氧基官能化的POSS试剂以及包含一个环氧基官能团和非环氧基官能团的POSS核，以形成支撑物结合的树脂前体；以及固化所述树脂前体，以形成支撑物结合的交联的环氧基POSS树脂膜。
在所述方法的该第一方面的实例中，洗涤包括在水中的声处理。在另一个实例中，洗涤包括浸洗(dunk washing)和喷雾擦洗(spraying scrubbing)或机械擦洗(mechanicalscrubbing)。
在所述方法的该第一方面的实例中，形成图案化的疏水性聚合物层包括：i)在交联的环氧基POSS树脂膜上沉积疏水性聚合物，并且使用纳米压印平版印刷术(nanoimprintlithography)和光刻术中的至少一种来图案化沉积的疏水性聚合物；或者ii)使用图案化印刷例如喷墨印刷和微接触印刷中的至少一种、或气溶胶图案化印刷(aerosol patternedprinting)，将所述疏水性聚合物以图案沉积在交联的环氧基POSS树脂膜上。
在所述方法的该第一方面的实例中，还包括将扩增引物接枝到附接的涂层部分。阵列的第一方面的实例还包括被接枝到附接的涂层部分的扩增引物。
在所述方法和阵列的这些第一方面中，图案化的疏水层选自由含氟聚合物、负性光致抗蚀剂(negative tone photoresist)和聚硅氧烷组成的组。
在本文公开的方法的另一个实例中，改性的环氧基POSS树脂膜与图案化的疏水层组合使用。图案化的疏水层暴露改性的环氧基POSS树脂膜的离散部分。改性的环氧基POSS树脂膜包括环氧基官能化的受控自由基聚合(CRP)剂，其充当用于聚合物生长的引发剂物质。图案化的疏水层将聚合物生长限制于离散部分。
在一些实例中，聚合剂或CRP剂是包含至少一个环氧基官能团和聚合剂或CRP剂官能团的POSS核。在一些实例中，环氧基官能化的CRP剂是环氧基官能化的可逆加成-断裂链转移(RAFT)剂或环氧基官能化的原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂。在某些实例中，环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS与环氧基官能化的CRP剂的摩尔比或质量比在从约1:1至约9:1的范围内。
所述方法的该第二方面的另一个实例包括在支撑物表面上形成交联的环氧基POSS树脂膜，其中所述形成包括在环氧基官能化的受控自由基聚合(CRP)剂、光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下将支撑物结合的环氧基硅烷与一种或更多种环氧基官能化的POSS试剂混合，以形成支撑物结合的树脂前体；以及固化该树脂前体以形成支撑物结合的交联的环氧基POSS树脂膜。这样的实例还可以包括使支撑物的表面与环氧基硅烷反应，以形成交联的、支撑物结合的环氧基硅烷。这样的方法还可以包括在如本文所描述的支撑物表面上的交联的、支撑物结合的环氧基POSS树脂膜上形成图案化的疏水性聚合物层。
在所述方法的该第二方面中，在形成图案化的疏水性聚合物层之前，该方法还可以包括将交联的环氧基POSS树脂膜暴露于等离子体灰化或化学处理，以将-OH基团(例如羟基(C-OH、Si-OH)和/或羧基基团)引入到交联的环氧基POSS树脂膜；以及将官能团或CRP剂附接至羟基基团中的至少一些上，所述官能团选自由以下组成的组：
其中n在从1至20的范围内、 并且其中---表示烷基硅烷链(例如通过羟基基团与三烷氧基烷基硅烷的反应)、聚(乙二醇)-硅烷链(例如通过羟基基团与三烷氧基硅烷聚(乙二醇)的反应)、烷基链(例如通过羟基基团与烷基卤化物的反应)或聚乙二醇链。
所述方法的该第二方面的另一个实例包括形成改性的环氧基POSS树脂膜，其中所述形成包括在任选地敏化剂和光酸产生剂的存在下混合环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS、缩水甘油基POSS和包含至少一个环氧基官能团和非环氧基官能团的POSS核，以形成树脂前体；将所述树脂前体沉积在支撑物表面上；固化所述树脂前体，以形成初始改性的环氧基POSS树脂膜；以及将受控自由基聚合(CRP)剂官能团引入到初始改性的环氧基POSS树脂膜中，以形成改性的环氧基POSS树脂膜。非环氧基官能团是：(a)与环氧基基团正交反应性的(orthogonally reactive)(即，在不同于环氧基基团的条件下反应)反应性基团，其用作用于将树脂偶联到扩增引物、聚合物或聚合剂的手柄(handle)；或(b)调节树脂的机械性质或官能性质例如表面能调节的基团。在一些方面中，非环氧基官能团选自由叠氮化物、硫醇、聚(乙二醇)、降冰片烯和四嗪组成的组。在其他方面中，非环氧基官能团是氨基基团、羟基基团、炔基基团、酮基团、醛基团或酯基团。在其他方面中，非环氧基官能团是烷基基团、芳基基团、烷氧基基团或卤代烷基基团。
在所述方法的第二方面的实例中，形成图案化的疏水性聚合物层包括：i)在改性的环氧基POSS树脂膜上沉积疏水性聚合物，并且使用纳米压印平版印刷术和光刻术中的至少一种来图案化沉积的疏水性聚合物；或者ii)使用图案化印刷例如喷墨印刷和微接触印刷中的至少一种、或气溶胶图案化印刷，将所述疏水性聚合物以图案沉积在改性的环氧基POSS树脂膜上。
应当理解，所述方法的第二方面的任何特征可以以任何合意的方式组合在一起。此外，应当理解，所述方法和/或阵列的第一方面和/或所述方法的第二方面的特征的任何组合可以一起使用，和/或来自这些方面中的任一个的任何特征可以与本文公开的任何实例组合。
在所述阵列和方法的第二方面的一些实例中，聚合物刷是共聚物，例如无规共聚物、有序共聚物(ordered copolymer)或嵌段共聚物。在一些方面中，聚合物刷通过自由基交换(radical exchange)被进一步官能化。附接的聚合物网络的官能化可以使用介导C-H插入反应的反应性单元来进行，该反应性单元例如芳香族羰基化合物(二苯基酮衍生物)、偶氮化合物、磺酰基叠氮化物、芳基叠氮化物和氮丙啶类。
该第二阵列的实例还包括被接枝到聚合物刷上的扩增引物。该第二方法的实例还包括将扩增引物接枝到聚合物刷上。
在所述方法和阵列的这些第二方面中，图案化的疏水层选自由含氟聚合物、负性光致抗蚀剂和聚硅氧烷组成的组。
应当理解，所述阵列的第二方面的任何特征可以以任何合意的方式组合在一起。此外，应当理解，所述方法和/或阵列的第一方面和/或所述方法和/或阵列的第二方面的特征的任何组合可以一起使用，和/或来自这些方面中的任一个的任何特征可以与本文公开的任何实例组合。
在本文描述的方法、阵列和组合物的一些方面中，聚合物涂层包含式(I)的重复单元：
其中：
R1是H或任选地被取代的烷基；
RA选自由叠氮基、任选地被取代的氨基、任选地被取代的烯基、任选地被取代的腙、任选地被取代的肼、羧基、羟基、任选地被取代的四唑、任选地被取代的四嗪、腈氧化物、硝酮和硫醇组成的组；
R5选自由H和任选地被取代的烷基组成的组；
-(CH2)p-中的每个可以是任选地被取代的；
p是在1至50的范围内的整数；
n是在1至50,000的范围内的整数；并且
m是在1至100,000的范围内的整数。
在式(I)的结构中，本领域普通技术人员将理解，“n”和“m”亚单元是以随机顺序存在于整个聚合物中的重复亚单元。
聚合物涂层的特定实例是聚(N-(5-叠氮基乙酰氨基戊基)丙烯酰胺-共-丙烯酰胺，PAZAM(参见例如美国专利公布第2014/0079923A1号或第2015/0005447A1号，其中每个专利公布都通过引用以其整体并入本文)，其包括以下所示的结构：
其中n是在1-20,000的范围内的整数，并且m是在1-100,000的范围内的整数。如同式(I)那样，本领域普通技术人员将认识到，“n”和“m”亚单元是以随机顺序存在于整个聚合物结构中的重复单元。
式(I)聚合物或PAZAM聚合物的分子量可以在从约10kDa至约1500kDa的范围内，或者在具体实例中，可以是约312kDa。
在一些实例中，式(I)或PAZAM聚合物是线性聚合物。在一些其他实例中，式(I)或PAZAM聚合物是轻度交联的聚合物。在其他实例中，式(I)或PAZAM聚合物包括支化。
合适的聚合物材料的其他实例包括具有以下的聚合物材料：胶体结构，例如琼脂糖；或聚合物网状结构，例如明胶；或交联的聚合物结构，例如聚丙烯酰胺聚合物和共聚物、不含硅烷的丙烯酰胺(SFA，参见，例如，美国专利公布第2011/0059865号，其通过引用以其整体并入本文)，或SFA的叠氮基化形式(azidolyzed version)。合适的聚丙烯酰胺聚合物的实例可以由以下形成：丙烯酰胺和丙烯酸或含有乙烯基基团的丙烯酸，如例如在WO2000/031148(通过引用以其整体并入本文)中描述的；或形成[2+2]光-环加成反应的单体，例如如在WO 2001/001143或WO 2003/0014392(其中的每个通过引用以其整体并入本文)中描述的。其他合适的聚合物是SFA和用溴-乙酰胺基团衍生的SFA的共聚物(例如BRAPA)，或SFA和用叠氮基-乙酰胺基团衍生的SFA的共聚物。
应当理解，除非另外说明，否则本文使用的术语将采用它们在相关领域中的普通含义。下文阐述了本文使用的若干术语和它们的含义。
除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数指示物。
术语包含(comprising)、包括(including)和这些术语的各种形式彼此同义，并且意指同样广泛。
如本文所使用的，“丙烯酸酯”指的是“CH2＝CHCOO-”官能团(即，
如本文所使用的，“烷基”指的是完全饱和(即，不包含双键或三键)的直链或支链的烃链。烷基基团可以具有1个至20个碳原子。示例性的烷基基团包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基及类似基团。作为实例，名称“C1-4烷基”指示在烷基链中存在一个至四个碳原子，即该烷基链选自由以下组成的组：甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基。
烷基可以被卤素(halide)或卤素(halogen)取代，所述卤素意指元素周期表的第7列的放射性稳定原子(radio-stable atom)中的任一种，例如氟、氯、溴或碘。该基团被称为“烷基卤化物”。
烷基还可以单一地与氧原子结合。该基团是“烷氧基”。烷氧基的实例是羟基封端的乙氧基(即，其中n在从1至20的范围内)。该基团还可以被称为羟基封端的聚(乙二醇)。
如本文所使用的，“烯基”指的是包含一个或更多个双键的直链烃链或支链烃链。烯基基团可以具有2个至20个碳原子。示例性的烯基基团包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基及类似基团。烯基基团可以被表示为例如“C2-4烯基”，这指示在烯基链中存在两个至四个碳原子。
如本文所使用的，“炔基”指的是包含一个或更多个三键的直链或支链的烃链(例如，)。炔基基团可以具有2个至20个碳原子。炔基基团可以被表示为例如“C2-4炔基”，这指示在炔基链中存在两个至四个碳原子。
“氨基”官能团指的是-NRaRb基团，其中Ra和Rb各自独立地选自氢(例如，)、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-7碳环基、C6-10芳基、5-10元杂芳基以及5-10元杂环基，如本文所定义的。
如本文所使用的，“芳基”指的是在环骨架中仅包含碳的芳香族环或芳香族环体系(即，共享两个相邻的碳原子的两个或更多个稠环)。当芳基是环体系时，该体系中的每个环是芳香族的。芳基基团可以具有6个至18个碳原子，其可以被表示为C6-18。芳基基团的实例包括苯基、萘基、薁基以及蒽基。
如本文所使用的，术语“附接”指的是两个事物彼此接合、紧固、粘附、连接或结合的状态。例如，核酸可以通过共价键或非共价键被附接至聚合物涂层。共价键的特征在于共享原子之间的电子对。非共价键是不涉及电子对的共享的化学键，并且可以包括例如氢键、离子键、范德华力、亲水相互作用和疏水相互作用。
“叠氮化物”或“叠氮基”官能团指的是-N3(例如，)。
如本文所使用的，“碳环基”是指在环骨架中包含碳原子的环或环体系。当碳环基是环体系时，两个或更多个环可以以稠合的、桥接的或螺连接的方式连接在一起。碳环基可以具有任何饱和度，条件是在环体系中的至少一个环不是芳香族的。因此，碳环基包括环烷基、环烯基以及环炔基。碳环基基团可以具有3个至20个碳原子(即，C3-20)。
如本文所使用的，“固化”意指处理聚合物或树脂前体以促进聚合和交联。关于本文所描述的POSS树脂膜，固化指的是POSS树脂前体和/或组分的聚合和交联。固化可以在多种条件下完成，例如暴露于光化辐射，例如可见光辐射或紫外线(UV)辐射、或在约240nm和380nm之间的波长的辐射，和/或暴露于升高的温度。固化辐射可以由Hg灯提供。合适的固化温度可以在从约20℃至约80℃的范围内。在一些情况下，可以使用暴露于硬烘烤(hardbaking)条件下来完成固化，所述硬烘烤条件有助于驱动交联反应完成(例如，UV引发聚合/交联过程，并且反应在黑暗中继续直到完成)。在一些情况下，硬烘烤还将交联的环氧基POSS树脂膜干燥或脱水，以驱除固化后可能残留的任何溶剂。合适的硬烘烤温度包括从约100℃至约300℃的温度。可以被用于硬烘烤的装置的实例包括热板。
如本文所使用的，“环烷基”意指完全饱和的碳环基环或碳环基环体系。实例包括环丙基、环丁基、环戊基以及环己基。
如本文所使用的，“亚环烷基”意指经由两个附接点被附接至分子的剩余部分的完全饱和的碳环基环或碳环基环体系。
如本文所使用的，“环烯基”或“环烯烃”意指具有至少一个双键的碳环基环或碳环基环体系，其中在环体系中没有环是芳香族的。实例包括环己烯基或环己烯和降冰片烯或降冰片烯基(例如，)。也如本文所使用的，“杂环烯基”或“杂环烯烃”意指具有至少一个双键的、在环骨架中具有至少一个杂原子的碳环基环或碳环基环体系，其中在环体系中没有环是芳香族的。
如本文所使用的，“环炔基”或“环炔烃”意指具有至少一个三键的碳环基环或碳环基环体系，其中在环体系中没有环是芳香族的。实例是环辛炔(例如，)。另一个实例是双环壬炔(即双环环体系，例如)。也如本文所使用的，“杂环炔基”或“杂环炔烃”意指具有至少一个三键的、在环骨架中具有至少一个杂原子的碳环基环或碳环基环体系，其中在环体系中没有环是芳香族的。
如本文所使用的，如本文所使用的术语“羧酸”或“羧基”指的是-C(O)OH。
如本文使用的术语“沉积”指的是任何合适的应用技术，其可以是手动的或自动化的。通常，沉积可以使用气相沉积技术、涂覆技术、接枝技术或类似技术来进行。一些具体的实例包括化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD、引发CVD(initiated CVD)、金属有机CVD、喷涂、旋涂、浸渍或浸涂(dunk or dip coating)、水坑分配(puddle dispensing)、喷墨印刷、丝网印刷或微接触印刷。
如本文所使用的，术语“凹陷部”指的是由图案化的疏水层界定的离散的凹形特征，其具有被图案化的疏水层的隙间区域完全包围的表面开口。凹陷部在其表面的开口处可以具有多种形状中的任何形状，包括作为实例的圆形、椭圆形、正方形、多边形、星形(具有任何数目的顶点)等。与表面正交截取的凹陷部的横截面可以是弯曲的、正方形的、多边形的、双曲线的、圆锥形的、有角度的(angular)等。作为实例，凹陷部可以是井或流动通道。
当关于物品的集合使用时，术语“每个(each)”意图识别集合中的个体物品，但不一定指的是集合中的每个物品。如果明确公开内容或上下文另外明确规定，则可以发生例外。
如本文所使用的术语“环氧基”指的是
如本文所使用的，“杂芳基”指的是在环骨架中包含一个或更多个杂原子(即，不同于碳的元素，包括但不限于氮、氧以及硫)的芳香族环或芳香族环体系(即，共享两个相邻原子的两个或更多个稠环)。当杂芳基是环体系时，该体系中的每个环是芳香族的。杂芳基基团可以具有5个-18个环成员。
如本文所使用的，“杂环基”意指在环骨架中包含至少一个杂原子的非芳香族环或非芳香族环体系。杂环基可以以稠合的方式、桥接的方式或螺连接的方式被连接在一起。杂环基可以具有任何饱和度，条件是环体系中的至少一个环不是芳香族的。在环体系中，杂原子可以存在于非芳香族环或芳香族环中。杂环基基团可以具有3个至20个环成员(即，构成环骨架的原子的数目，包括碳原子和杂原子)。杂环基基团可以被指定为“3-6元杂环基”或类似的名称。在一些实例中，杂原子是O、N或S。
如本文所使用的术语“肼”或“肼基”指的是-NHNH2基团。
如本文所使用的，如本文所使用的术语“腙”或“腙基(hydrazonyl)”指的是基团，其中Ra和Rb是先前在本文中定义的。
如本文所使用的，“羟基”是-OH基团。如本文所描述的羟基基团可以被附接至碳原子或硅原子。
如本文所使用的，术语“隙间区域”指的是图案化的疏水性聚合物层的区域，该区域将下面的树脂膜的暴露的区域分隔。隙间区域可以将由图案化的疏水性聚合物层界定的一个特征(例如凹陷部)与由图案化的疏水性聚合物层界定的另一个特征分隔。彼此分隔的两个特征可以是离散的，即，彼此缺少接触。在另一个实例中，隙间区域可以将特征的第一部分与特征的第二部分分隔。在许多实例中，隙间区域是连续的，而特征是离散的，例如，在其他连续的图案化的疏水性聚合物层中界定的多于一个井通常就是这样。由隙间区域提供的分隔可以是部分的或完全的分隔。隙间区域具有疏水性聚合物层作为表面材料，并且由疏水性聚合物层界定的特征具有树脂膜作为表面材料。术语“隙间区域”在本文还在其中树脂膜本身被图案化的地方使用，以指的是将由图案化的膜界定的一个特征与由图案化的膜界定的另一个特征分隔的区域。
“N-酰氨基”基团指的是“-N(Ra)C(＝O)Rb”基团，其中Ra和Rb各自独立地选自氢、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-7碳环基、C6-10芳基、5-10元杂芳基以及5-10元杂环基，如本文所定义的。N-酰氨基基团的实例是其中Ra是氢并且Rb是C2烯基。这种特定的N-酰氨基基团也是丙烯酰胺。应当理解，丙烯酰胺中的H原子可以被烷基基团或另一个官能团替换，并且因此可以使用被取代的丙烯酰胺。此外，Rb可以是烷基取代的C2烯基(产生例如甲基丙烯酰胺基团)。
如本文使用的“腈氧化物”意指“RaC≡N+O-”基团，其中Ra先前在本文中定义。制备腈氧化物的实例包括通过用氯酰胺-T处理或通过碱对亚胺酰氯[RC(Cl)＝NOH]的作用从醛肟原位产生。
如本文使用的“硝酮”意指“RaRbC＝NRc +O-”基团，其中Ra和Rb先前在本文中定义，并且Rc选自C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-7碳环基、C6-10芳基、5-10元杂芳基和5-10元杂环基，如本文所定义的。
如本文所使用的，“核苷酸”包括含氮杂环碱基、糖以及一个或更多个磷酸酯基团。核苷酸是核酸序列的单体单元。在RNA中，糖是核糖，并且在DNA中，糖是脱氧核糖，即缺少存在于核糖中的2'位处的羟基基团的糖。含氮杂环碱基(即核碱基)可以是嘌呤碱基或嘧啶碱基。嘌呤碱基包括腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)及其修饰的衍生物或类似物。嘧啶碱基包括胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)及其修饰的衍生物或类似物。脱氧核糖的C-1原子被结合至嘧啶的N-1或嘌呤的N-9。
如本文所使用的，术语“光酸产生剂”是在吸收光之后变得更酸性或释放质子离子的化合物。示例性的光酸产生剂包括碘鎓盐例如双(4-叔丁基苯基)碘鎓全氟-1-丁磺酸盐或双-(4-叔丁基苯基)碘鎓对甲苯磺酸盐，以及三氟甲磺酸锍盐(sulfonium triflate)化合物例如(4-叔丁基苯基)二苯基三氟甲磺酸锍盐或三苯基锍三氟甲磺酸盐。在可选择的实施方案中，固化可以采用在暴露于热之后原位释放强酸的试剂、在热条件下进行。
如本文所使用的，“等离子体灰化”指的是通过氧等离子体或空气等离子体从图案化的晶片或图案化的表面(例如，树脂膜)中去除有机物质的工艺。由等离子体灰化产生的产物可以用真空泵/系统来去除。等离子灰化可以通过引入反应性-OH或羟基基团来活化支撑物表面。引入的羟基基团可以结合至例如树脂膜中的碳原子和/或硅原子。引入的基团还可以包括羧基基团。
如本文所使用的，术语“聚合物涂层”和“聚合物刷”意图意指半刚性聚合物材料，其是对液体和气体可渗透的并且被链接至(tether to)基底/支撑物。聚合物涂层和聚合物刷可以是水凝胶，该水凝胶在液体被吸收时可以溶胀，并且在液体通过干燥被去除时可以收缩。可以沉积聚合物涂层，并且可以从聚合物生长引发位点生长聚合物刷。
如本文所使用的，术语“多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)”指的是化学组合物，其是二氧化硅(SiO2)和有机硅(R2SiO)之间的混合中间体(RSiO1.5)。该组合物是具有化学式[RSiO3/2]n的有机硅化合物，其中R基团可以是相同的或不同的。该组合物可以包含作为单体单元的一种或更多种不同的笼状结构或核结构(core structure)。在一些情况下，该结构包括多八面体笼状结构或核结构。例如，该多面体结构可以是T8结构，例如：
并且由以下表示：这种单体单元典型地具有八个官能团R1至R8的臂。
单体单元可以具有被称为T10的、具有10个硅原子和10个R基团的笼状结构，例如：或者可以具有被称为T12的、具有12个硅原子和12个R基团的笼状结构，例如：POSS材料可以包括T6、T14或T16笼状结构。平均笼含量可以在合成期间被调节，和/或通过纯化方法被控制，并且单体单元的笼尺寸的分布可以被用于本文公开的实例中。作为实例，任何笼状结构可以以在从所使用的全部POSS单体单元的约30％至约100％的范围内的量存在。POSS材料可以是笼状结构连同开放的和部分开放的笼状结构的混合物。因此，本文所描述的POSS树脂前体和树脂包括环氧基POSS材料，其可以是倍半硅氧烷构型的混合物。例如，本文描述的任何POSS材料可以是离散的POSS笼和非离散的倍半硅氧烷结构和/或不完全缩合的离散结构(incompletely condensed,discrete structure)的混合物，例如聚合物、梯状物及类似物。因此，部分缩合的材料将在一些硅顶点处包括如本文所描述的环氧基R基团，但是一些硅原子将不被R基团取代，并且可以代替地被OH基团取代。在一些实例中，POSS材料包括各种形式的混合物，例如：
在本文公开的实例中，R1至R8或R10或R12中的至少一个包含环氧基，并且因此，该POSS被称为环氧基POSS。在一些实例中，大多数臂，例如八个、十个或十二个臂，或R基团，包括环氧基基团。在其他实例中，R1至R8或R10或R12是相同的，并且因此R1至R8或R10或R12中的每一个都包含环氧基基团。在整个本公开内容中，这种类型的POSS(即，其中R1至R8或R10或R12包含相同的环氧基基团)可以由措词“POSS”表示，其中特定的环氧基官能团显示为附接至POSS。例如，是具有作为R1至R8或R10或R12中的每一个的环氧基环己基甲基官能团的POSS笼。在其他实例中，R1至R8或R10或R12不相同，并且因此R1至R8或R10或R12中的至少一个包含环氧基并且R1至R8或R10或R12中的至少另一个是非环氧基官能团，该非环氧基官能团在一些情况下选自由以下组成的组：叠氮化物/叠氮基、硫醇、聚(乙二醇)、降冰片烯和四嗪，或者另外例如烷基、芳基、烷氧基和卤代烷基基团。在一些方面中，选择非环氧基官能团以增加树脂的表面能。在这些其他实例中，环氧基基团与非环氧基基团的比在从7:1至1:7、或9:1至1:9、或11:1至1:11的范围内。在任何实例中，二取代的或单取代的(末端)环氧基基团允许单体单元在使用紫外(UV)光和酸引发之后聚合成交联的基质(即，树脂膜)。在一些方面中，环氧基POSS包括末端环氧基基团。
当环氧基POSS被称为“改性的环氧基POSS”时，其意指受控自由基聚合(CRP)剂和/或另一种感兴趣的官能团作为官能团R1至R8或R10或R12中的一个或更多个被并入到树脂或核或笼状结构中。类似地，当环氧基POSS树脂膜被称为“改性的环氧基POSS树脂膜”时，其意指受控自由基聚合(CRP)剂和/或另一种感兴趣的官能团被并入到交联的基质中。
如本文所使用的，“引物”被定义为单链核酸序列(例如，单链DNA或单链RNA)，其用作用于DNA或RNA合成的起点。引物的5'末端可以被改性以允许与官能化分子的涂覆层的偶联反应。引物长度可以是任何数目的碱基长的并且可以包括多种非天然的核苷酸。在实例中，测序引物是短链，其包括从10个至60个碱基。
如本文所使用的，术语“敏化剂”指的是通过释放诸如自由基的反应性物质来促进组分单体的光反应性的试剂，例如光引发剂、自由基引发剂、偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化苯甲酰、1-羟基环己基苯基酮(HCPK)或噻吨酮(thioxanthenone)。在一些方面中，敏化剂被选择以提供与光酸产生剂的改进的能量匹配，使得酸在所选择的uv条件下从光酸产生剂中被释放。
如本文所使用的，术语“硅烷”指的是包含一个或更多个硅原子的有机化合物或无机化合物。无机硅烷化合物的实例是SiH4或卤化的SiH4，其中氢被一个或更多个卤素原子替换。有机硅烷化合物的实例是X-RB-Si(ORC)3，其中X是可官能化的有机基团，例如氨基、甲基丙烯酸酯、硫醇、烷基、烯基、环烯基、炔基或环氧基，其可以被用于与表面和/或聚合物结合；RB是间隔基，例如亚烷基、亚杂烷基或-(CH2)n-，其中n是0至1000或1至100或1至10或2至6；RC选自氢、任选地被取代的烷基、任选地被取代的烯基、任选地被取代的炔基、任选地被取代的碳环基、任选地被取代的芳基、任选地被取代的5-10元杂芳基和任选地被取代的5-10元杂环基，如本文所定义的。在某些情况下，每个RC是相同的，并且在其他情况下，它们可以是不同的。在一些实例中，X是烯基或环烯基，RB是-(CH2)n-，其中n是2至6，和/或RC是烷基。在另一个实例中，硅烷化合物是X-RB-Si(RD)3，其中X和RB如上文所定义，并且每个RD独立地是RC或ORC。在一些实例中，X包括基底或支撑物。通常，烷氧基硅烷部分被用于与例如在金属氧化物或等离子体处理的环氧基POSS网络的表面上的-OH基团缩合。X官能团与烷氧基硅烷正交，并且被用于单独地与CRP或其他引发剂偶联。反应性基团的正交性质允许在POSS树脂固化步骤之后或在交联的树脂的硅烷化步骤之后并入CRP单元。如本文所使用的，术语“硅烷”可以包括不同的硅烷和/或硅烷衍生物化合物的混合物。
术语“基底”和“支撑物”在本文中可互换地使用，并且指的是在其上沉积树脂膜的材料。合适的支撑物的实例包括玻璃和改性的或功能化的玻璃(functionalized glass)、塑料(包括丙烯酸树脂、聚苯乙烯和苯乙烯与其他材料的共聚物、聚(氯乙烯)、聚酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氨酯、聚四氟乙烯(PTFE)(例如来自Chemours的)、环状烯烃/环烯烃聚合物(COP)或共聚物(COC)(例如来自Zeon的)、聚酰亚胺等)、尼龙、陶瓷、二氧化硅(silica)、熔融二氧化硅或其他基于二氧化硅的材料、硅和改性硅、二氧化硅(silicon dioxide)、氮化硅、氢化硅、碳、金属、无机玻璃和光纤束。虽然已经提供了若干实例，但是应当理解，可以使用任何其他合适的基底/支撑物。
如本文所使用的术语“表面化学”指的是被附接至支撑物/基底的表面上的环氧基POSS树脂膜的至少一部分的聚合物涂层或聚合物刷和引物。
“硫醇”官能团指的是-SH(例如，)。
如本文所使用的，术语“四嗪”和“四嗪基”指的是包含四个氮原子的六元杂芳基基团。四嗪可以是任选地被取代的。在实例中，四嗪是多环结构的一部分，其中环不共享碳原子(例如，)。
如本文使用的“四唑”指的是包含四个氮原子的五元杂环基团。
如本文所使用的术语“润湿剂”指的是有助于通过树脂前体混合物的组分的表面覆盖的添加剂。实例包括表面活性剂，例如聚丙烯酸酯表面活性剂(polyacrylatesurfactant)或有机硅表面活性剂(silicone surfactant)。
如本文所使用的，术语“YES方法”指的是由Illumina,Inc.开发的化学气相沉积工艺，该工艺使用由收率工程系统(Yield Engineering Systems)(“YES”)提供的化学气相沉积工具。该工具包括三种不同的气相沉积系统。自动化的YES-VertaCoat硅烷气相系统被设计成用于批量生产(volume production)，所述批量生产用可以容纳200mm或300mm晶片的柔性晶片处理模块(flexible wafer handling module)。手动加载YES-1224P硅烷气相系统被设计成用于多样化批量生产，多样化批量生产用其可配置的大容量室。Yes-LabKote是对于可行性研究和R&D理想的低成本的桌面版本(tabletop version)。
根据以上定义，可以理解本文所阐述的和权利要求中列举的方面和实例。
图1A至图1F一起图示出了本文公开的方法的实例，其形成了本文公开的阵列的实例。图1E是所形成的阵列的凹陷部的放大图。
图1A图示出了具有在其上形成的交联的环氧基POSS树脂膜14的支撑物12。可以使用本文中先前描述的支撑物12的任何实例。在实例中，具有在其上形成的交联的环氧基POSS树脂膜14的支撑物12是可商购的。在另一个实例中，交联的环氧基POSS树脂膜14在支撑物12上形成。
通常，交联的环氧基POSS树脂膜14可以通过以下来形成：形成树脂前体，将树脂前体沉积在支撑物12的表面上，以及辐照UV光以固化所述树脂前体并形成交联的环氧基POSS树脂膜14。
树脂前体是混合物，其包含至少环氧基POSS单体单元。该前体包含含硅部分，例如D-硅(附接至两个氧)、T-硅(附接至3个氧)和Q-硅(附接至4个氧)。如上文所讨论的，POSS材料可以包括笼状多面体结构、离散但不完全缩合的多面体结构、或非离散的倍半硅氧烷结构，每种结构都具有不同的尺寸。环氧基POSS单体单元的实例包括环氧基环己基烷基POSS(其中烷基是在POSS笼和环氧基环己基基团之间的连接基，并且是甲基、乙基等)、缩水甘油基POSS(其中R1-R8或R10或R12基团包括被附接至缩水甘油醚的烷基(例如甲基、乙基、丙基等)；例如，)、八缩水甘油基二甲基甲硅烷基POSS或类似物。在一些实例中，树脂前体包括一种类型的环氧基POSS单体单元。在其他实例中，树脂前体包括不同的环氧基POSS单体单元。当两种不同的环氧基POSS单体单元被组合使用时，可以选择两种单元的任何合适的质量比或摩尔比。例如，第一环氧基POSS单体单元可以以环氧基POSS单体单元的总量的在从约10mol％至约90mol％的范围内的量(X)存在，并且第二环氧基POSS单体单元可以构成总单体单元的余量(即，100mol％-X mol％)。在实例中，环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS以约3:1的质量比或摩尔比一起使用，尽管如先前所述，可以使用其他质量比或摩尔比。
在一些实例中，树脂前体还包括环氧基硅烷或另一种可以被并入到交联的POSS树脂基质中的反应性硅烷。环氧基硅烷包括在分子的一端处的环氧基基团和在分子的另一端处的硅烷。环氧基基团可以共价地并入到环氧基POSS树脂膜中(通过环氧基基团的反应)，并且硅烷基团可以共价地附接至支撑物12的表面基团(例如，-OH)。当支撑物12不包括可以将环氧基POSS树脂膜粘附至支撑物12的表面活化剂时，环氧基硅烷可以被包含。然而，应当理解，当支撑物12是具有可以将环氧基POSS树脂膜粘附至支撑物12的合适的表面活化剂的基于二氧化硅的基底时，环氧基硅烷可以被排除。
在其他实例中，当支撑物12不包括表面活化剂时，用于形成交联的环氧基POSS树脂膜14的树脂前体可以不包括环氧基硅烷或其他反应性硅烷。更确切地说，环氧基硅烷或其他反应性硅烷和至少一个环氧基POSS单体单元可以首先被沉积以将硅烷附接至支撑物12，并且然后先前描述的树脂前体(没有硅烷)可以与硅烷反应以形成交联的环氧基POSS树脂膜14。
树脂前体还可以包括光酸产生剂(PAG)、敏化剂、溶剂和/或润湿剂。这些组分可以以任何合适的量添加，以帮助聚合和/或帮助树脂前体的沉积。在本文描述的所有方法的一些方面中，树脂前体包括润湿剂，例如聚丙烯酸酯表面活性剂或有机硅表面活性剂。
在一些实例中，POSS前体中的不完全缩合的倍半硅氧烷材料(其包含硅烷醇基团)与基底表面反应，以将树脂结合至表面。
方案1图示出了树脂前体和由其形成的交联的环氧基POSS树脂膜的一个实例。
方案1：交联的环氧基POSS树脂膜的聚合
方案1A描绘了交联的树脂膜的另一个实例。
方案1A：交联的树脂膜
普通技术人员将理解，所示的聚合物是示例性的，因为单独的单体可以以任何顺序或聚合模式(polymeric pattern)组合，并且另外的单体可以被附接至所示的单体单元，例如，笼的侧臂(pendant arm)可以连接至另外的单体。
如所描绘的，在该实例中，树脂前体通过以下来形成：在敏化剂和PAG的存在下混合环氧基硅烷(其可以经由氧联接(oxygen linkage)附接至支撑物12，如方案1中图示的)、环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS。在另一个实例中，支撑物结合的环氧基硅烷可以具有结构支撑物-O-Si(R)2-O-C2-6烷基-(环氧化物)，其中每个R是烷基基团，例如甲基基团或乙基基团。在某些实例中，树脂前体通过混合支撑物结合的环氧基树脂与一种或两种不同的环氧基POSS单体单元来形成。在其他实例中，使用任何合适的沉积方法将树脂前体沉积在支撑物12的表面上。树脂前体的固化(即，聚合和交联)通过暴露于光化辐射(例如紫外线(UV)辐射)来进行。该过程导致交联的环氧基POSS树脂膜14。在最终交联的环氧基POSS树脂膜14内单体的比率取决于在初始树脂前体混合物中单体的化学计量。
在图1A至图1F中所示的方法的一些实例中，交联的环氧基POSS树脂膜14可以在固化之后暴露于硬烘烤。硬烘烤有助于驱动交联反应完成(例如，UV引发聚合/交联过程，并且反应在黑暗中继续直到完成)。硬烘烤还将交联的环氧基POSS树脂膜14温育或脱水，以驱除在固化后可能残留的任何溶剂。硬烘烤的持续时间可以在从约100℃至约300℃的范围内的温度持续从约5秒至约10分钟。可以被用于硬烘烤的装置的实例包括热板。
如图1A中所示，在一些实例中，交联的环氧基POSS树脂膜14没有被压印。
如在图1A和图1B之间所示出的，可以进行两种不同的路线A或路线B。在路线A中，图案化的疏水性聚合物层16在交联的环氧基POSS树脂膜14上形成，而无需进一步加工交联的环氧基POSS树脂膜14。在路线B中，在进行另外的加工以将官能团引入到交联的环氧基POSS树脂膜14之后，在交联的环氧基POSS树脂膜14上形成图案化的疏水性聚合物层16，所述官能团可以共价地结合至随后施加的聚合物涂层22的官能团。
在路线A的情况下，在形成图案化的疏水性聚合物层16之前，交联的环氧基POSS树脂膜14不暴露于另外的加工。因此，图案化的疏水性聚合物层16形成在如所形成的交联的环氧基POSS树脂膜14上。
图案化的疏水性聚合物层16可以由以下的任何聚合物构成：所述聚合物比交联的环氧基POSS树脂膜14更疏水并且不粘附至随后沉积的聚合物涂层22。疏水性聚合物的实例包括氟化聚合物、负性光致抗蚀剂或聚硅氧烷。氟化聚合物可以是无定形的(非结晶的)含氟聚合物(例如，来自Bellex的)、结晶含氟聚合物或具有无定形域和结晶域两者的含氟聚合物。可以使用任何合适的负性光致抗蚀剂，例如基于环氧基的负性光致抗蚀剂(例如，来自MicroChem的SU-8系列)。还可以使用任何合适的聚硅氧烷，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
图案化的疏水性聚合物层16可以经由任何合适的技术来形成。在形成图案化的疏水性聚合物层16的一个实例中，疏水性聚合物被沉积(例如，旋涂等)在交联的环氧基POSS树脂膜14上，并且使用纳米压印平版印刷术和/或光刻术来图案化沉积的疏水性聚合物。在形成图案化的疏水性聚合物层16的另一个实例中，疏水性聚合物使用喷墨印刷和/或微接触印刷以期望的图案被沉积在交联的环氧基POSS树脂膜14上。
图案化的疏水性聚合物层16可以是连续层，所述连续层包括分隔相邻的凹陷部18的隙间区域20。在每个凹陷部18处，交联的环氧基POSS树脂膜14的离散区域被暴露(如图1B中所示)。
可以预期凹陷部18的许多不同布局，包括规则的、重复的和非规则的图案。在实例中，凹陷部18被设置成六边形网格用于紧密填充和改进的密度。其他布局可以包括例如直线(即矩形)布局、三角形布局及类似布局。布局或图案可以是在行和列中的凹陷部18的x-y格式。在一些其他实例中，布局或图案可以是凹陷部18和/或隙间区域20的重复布置。在又其他实例中，布局或图案可以是凹陷部18和/或隙间区域20的随机布置。图案可以包括点、垫(pad)、井、柱(post)、条带、漩涡、线、三角形、矩形(例如，界定流动通道)、圆形、弧形、棋盘格、方格、对角线、箭头、正方形和/或交叉影线。在一些实例中，图案包括井。可以用于本文阐述的实例中的图案化表面的又其他实例被描述在美国专利第8,778,849号；第9,079,148号；第8,778,848号；和美国专利公布第2014/0243224号中，其中每一篇都通过引用以其整体并入本文。
布局或图案可以相对于在所界定的区域中的凹陷部18的密度(即，凹陷部18的数目)来表征。例如，凹陷部18可以以每mm2约200万的密度存在。密度可以被调节到不同的密度，包括例如每mm2至少约100、每mm2至少约1,000、每mm2至少约10万、每mm2至少约100万、每mm2至少约200万、每mm2至少约500万、每mm2至少约1000万、每mm2至少约5000万或更大的密度。可选择地或另外地，密度可以被调节到不超过以下的密度：每mm2约5000万、每mm2约1000万、每mm2约500万、每mm2约200万、每mm2约100万、每mm2约10万、每mm2约1,000、每mm2约100或更小。还应当理解，由图案化的疏水性聚合物层16界定的凹陷部18的密度可以在选自上文的范围的下限值之一和上限值之一之间。作为实例，高密度阵列可以被表征为具有被小于约1μm的隙间区域20分隔的凹陷部18，并且低密度阵列可以被表征为具有被大于约1μm的隙间区域20分隔的凹陷部18。
布局或图案也可以或可选择地根据平均间距(average pitch)，即从凹陷部18的中心到相邻隙间区域20的中心的间距(中心到中心的间距)来表征。图案可以是规则的，使得围绕平均间距的变化的系数小，或者图案可以是非规则的，在这种情况下，变化的系数可以是相对大的。在任一情况下，平均间距可以是例如至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大。可选择地或另外地，平均间距可以是例如至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小。凹陷部18的特定图案的平均间距可以在选自上文的范围的下限值之一和上限值之一之间。在实例中，凹陷部18具有约1.5μm的间距(中心到中心的间距)。
在图1B中示出的实例中，凹陷部18是井。井可以是微井或纳米井。每个井可以通过其体积、井开口面积、深度和/或直径来表征。
每个井可以具有能够限制液体的任何体积。最小体积或最大体积可以被选择，例如以适应对阵列10'的下游使用所预期的生产量(例如，多重性(multiplexity))、分辨率、分析物组成或分析物反应性(在图1F中示出)。例如，体积可以是至少约1×10-3μm3、约1×10-2μm3、约0.1μm3、约1μm3、约10μm3、约100μm3或更大。可选择地或另外地，体积可以是至多约1×104μm3、约1×103μm3、约100μm3、约10μm3、约1μm3、约0.1μm3或更小。
可以基于与上文关于井体积阐述的标准相似的标准来选择由表面上的每个井开口所占据的面积。例如，表面上的每个井开口的面积可以是至少约1×10-3μm2、约1×10-2μm2、约0.1μm2、约1μm2、约10μm2、约100μm2或更大。可选择地或另外地，面积可以是至多约1×103μm2、约100μm2、约10μm2、约1μm2、约0.1μm2、约1×10-2μm2或更小。
每个井的深度可以是至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更大。可选择地或另外地，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更小。
在一些情况下，每个井的直径可以是至少约50nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约10μm、约100μm或更大。可选择地或另外地，直径可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小(例如约50nm)。
在图1A和图1B之间示出的路线B的情况下，在图案化的疏水性聚合物层16以先前描述的方式在其上被形成之前，交联的环氧基POSS树脂膜14被暴露于另外的加工。
该另外的加工可以包括等离子灰化或化学处理，以将羟基基团引入到交联的环氧基POSS树脂膜14。在一些实例中，该加工是氧等离子体灰化，并且该加工将游离的-OH基团(例如羟基基团和/或羧基基团)引入到树脂膜。方案2图示出了将羟基基团引入到交联的环氧基POSS树脂膜14的一个实例。
方案2：交联的环氧基POSS树脂膜的等离子灰化
方案2A图示出了将羟基基团引入到交联的环氧基POSS树脂膜14的另一个实例。
方案2A：交联的环氧基POSS树脂膜的等离子灰化
然后，含羟基基团的交联的环氧基POSS树脂膜14可以暴露于硅烷化或另一种化学工艺，以引入可以附接至羟基基团的官能团(例如，图1E中的“FG”)。这些官能团FG可以是锚固分子，其增强随后施加的聚合物涂层22与暴露在凹陷部18中的交联的环氧基POSS树脂膜14的附接。因此，官能团FG的选择可以部分地取决于将被用于形成聚合物涂层22的分子(图1C中所示)，因为可以合意的是在官能团FG和随后沉积的聚合物涂层22之间形成共价键和/或非共价键(例如范德华或氢键)。官能团FG的实例选自由以下组成的组：其中n在从1至20的范围内、
以及并且其中---表示烷基硅烷(例如，通过羟基基团与三烷氧基烷基硅烷的反应)、聚(乙二醇)-硅烷(例如，通过羟基基团与三烷氧基硅烷聚(乙二醇)的反应)、或烷基卤化物-硅烷(例如，通过羟基基团与烷基卤化物的反应)、或聚乙二醇链、或可以与羟基基团形成三脚架连接(tripodal connection)的任何其他硅烷、或可以在羟基基团处形成C-C-O-连接的另一种基团。可以使用这些官能团或可以经受在图案化的疏水涂覆层16的形成期间进行的加工的任何其他官能团。还可以调整工艺条件以利用合意的官能团。虽然已经提供了官能团的若干实例，但应当理解，可以使用其他亲水性或疏水性官能团，所述其他亲水性或疏水性官能团可以共价地结合至环氧基POSS树脂膜14或被环氧基POSS树脂膜14捕获、并且将合意的官能性引入到环氧基POSS树脂膜14。更进一步地，可以使用各种官能团FG的衍生物和/或官能团FG的被取代的变型。在其他实例中，聚合物涂层可以在等离子体灰化之后被直接地涂覆和固化至交联的环氧基POSS树脂膜，而无需单独的硅烷化或官能化步骤。
用于将官能团FG附接至交联的环氧基POSS树脂膜14的羟基基团的方法可以取决于所使用的官能团FG而变化。合适的方法的实例包括气相沉积、YES方法、溶液沉积方法或其他沉积方法。
在路线B的情况下，交联的环氧基POSS树脂膜14被改性以形成官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'。然后，图案化的疏水性聚合物层16(包括其隙间区域20和凹陷部18)可以以先前描述的方式在官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'上形成。在该实例中，官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'的离散部分在凹陷部18处被暴露。
无论进行路线A还是路线B，在形成图案化的疏水性聚合物层16之后，聚合物涂层22被施加或生长在图案化的疏水性聚合物层16上和凹陷部18中。这在图1C中示出。
聚合物涂层22可以使用旋涂、浸渍或浸涂、喷涂或类似的被沉积在图案化的疏水性聚合物层16上以及交联的环氧基POSS树脂膜14或官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'的暴露的表面上。在实例中，聚合物涂层22作为溶液被沉积，其实例包括乙醇和水混合物中的PAZAM。可以使用任何帮助润湿的溶剂或溶剂组合。表面活性剂也可以被添加到溶液中以帮助润湿。
在被涂覆后，聚合物涂层22可以暴露于固化工艺以形成附接的涂层部分22'(其中聚合物涂层22附接至凹陷部18中的暴露的交联的环氧基POSS树脂膜14或官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14')和未附接的涂层部分22”(其中聚合物涂层22不附接至图案化的疏水性聚合物层16(例如，在隙间区域20处))。固化温度可以在从约20℃至约80℃的范围内，并且固化时间可以在从几秒至约120分钟的范围内。在实例中，固化所述聚合物涂层22可以在约60℃进行持续约1小时。固化温度和时间可以部分地取决于正在形成的聚合物涂层22而变化。
当路线B被用于形成官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'时，聚合物涂层22可以从树脂膜14'的表面生长。例如，可以将具有树脂膜14'和图案化的疏水性聚合物层16的支撑物12浸入包含单体和引发剂的合适的浴中。单体的聚合将形成聚合物涂层22的附接部分22'。
附接的和未附接的涂层部分22'、22”在图1C中示出。用于附接的涂层部分22'的附接的机制将取决于是否存在交联的环氧基POSS树脂膜14(路线A)或者是否存在官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'(路线B)。
作为实例，聚合物涂层22可以附接至或插入到交联的环氧基POSS树脂膜14的未反应的环氧基基团中，以形成附接的涂层部分22'。例如，聚合物结构上的游离胺(例如式(I))可以与交联的环氧基POSS树脂膜14中的未反应的环氧基基团反应。
作为另一个实例，聚合物涂层22可以附接至官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'的添加的官能团FG，以形成附接的涂层部分22'。发生的反应将取决于官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'的官能团FG和聚合物涂层22的官能团。下文是可以发生的反应的一些实例。
当官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'的官能团FG是降冰片烯或降冰片烯衍生物时，降冰片烯或降冰片烯衍生物可以：i)经历与PAZAM或式(I)聚合物的叠氮化物/叠氮基团的1,3-偶极环加成反应(即，点击反应)；ii)经历与被附接至聚合物结构(例如式(I))的四嗪基团的偶联反应；iii)经历与被附接至聚合物结构(例如式(I))的腙基团的环加成反应；iv)经历与被附接至聚合物结构(例如式(I))的四唑基团的光点击反应(photo-clickreaction)；或v)经历与被附接至聚合物结构(例如式(I))的腈氧化物基团的环加成。降冰片烯或降冰片烯官能团经历与PAZAM的叠氮化物/叠氮基团的1,3-偶极环加成反应的实例在方案3中示出。
方案3：在树脂膜14'的FG和聚合物涂层22之间的点击反应
其中-CH2C(O)NHR基团是PAZAM聚合物的侧链。
在其他实例中，官能化的交联的环氧基POSS树脂的官能团FG在通过上文描述的表面官能化方法添加的羟基位置处被引入。在方案3A中示出了实例，其中FG是如本文所描述的官能团。
方案3A：官能团的引入
在一些实例中，添加的官能团包括烯烃或环烷烃基团。在实例中，这样的基团在方案3B中示出。
方案3B：烯基或环烯基官能团的引入
在实例中，聚合物涂层22的引入是通过聚合物材料，例如式(I)的聚合物或PAZAM、或SFA和叠氮基或溴官能化的SFA的组合，与附加的官能团(appended functional group)反应来完成的。在方案3C中示出了实例，其仅示出在POSS树脂膜上的一个反应位点。普通技术人员将认识到，聚合物涂层与官能化POSS树脂膜的反应发生在聚合物和树脂的多个位置。
方案3C：聚合物涂层的添加
当官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'的官能团FG是环辛炔或环辛炔衍生物时，环辛炔或环辛炔衍生物可以：i)经历与PAZAM(或其他聚合物例如式(I)聚合物)的叠氮化物/叠氮基的应变促进的(strain-promoted)叠氮化物-炔1,3-环加成(SPAAC)反应，或ii)经历与被附接至聚合物(例如式(I))的腈氧化物基团的应变促进的炔-腈氧化物环加成反应。
当官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'的官能团FG是双环壬炔时，由于双环体系中的应变，双环壬炔可以经历与被附接至PAZAM(或其他合适的聚合物材料，例如式(I)聚合物)的叠氮化合物或腈氧化物的类似的SPAAC炔环加成。
在形成附接的和未附接的涂层部分22'、22”之后，未附接的涂层部分22”可以从图案化的疏水层16上洗掉(并且在一些情况下从附接的涂层部分22'上洗掉)。洗涤过程可以利用水浴和声处理。水浴可以保持在从约20℃至约60℃的范围内的相对低的温度。图1D示出了在去除未附接的涂层部分22”之后的阵列10。
图1E是在其中已经形成附接的涂层部分22'之后的凹陷部18之一的放大图。在图1E所示的实例中，形成官能化的交联的环氧基POSS树脂膜14'，并且降冰片烯硅烷是被添加至交联的环氧基POSS树脂膜14'的表面的官能团FG。PAZAM附接至官能团FG，以在由图案化的疏水性聚合物层16界定的凹陷部18内形成附接的涂层部分22'。
现在参照图1F，扩增引物24可以被接枝到附接的聚合物涂层部分22'。合适的引物24的实例包括正向扩增引物(forward amplification primer)或反向扩增引物(reverseamplification primer)。合适的引物24的具体实例包括P5引物或P7引物，其在由IlluminaInc.销售的商业流动池(flow cell)的表面上使用，以用于在仪器平台、仪器平台、仪器平台、仪器平台以及Genome仪器平台上测序。
扩增引物24可以在5'端用能够与附接的涂层部分22'(例如，图1E中所示的叠氮化物)的官能团反应的基团来改性。例如，双环[6.1.0]壬-4-炔(BCN)封端的引物可以经由应变促进的无催化剂的点击化学被附接的涂层部分22'的叠氮化物捕获。对于另一个实例，炔烃封端的引物可以经由铜催化的点击化学被附接的涂层部分22'的叠氮化物捕获。对于又另一个实例，降冰片烯封端的引物可以经历与四嗪官能化的附接的涂层部分22'的无催化剂的环应变促进的点击反应。可以使用的封端的引物的其他实例包括四嗪封端的引物、叠氮基封端的引物、氨基封端的引物、环氧基或缩水甘油基封端的引物、硫代磷酸酯封端的引物、硫醇封端的引物、醛封端的引物、肼封端的引物和三唑啉二酮封端的引物。封端的引物的其他实例是硫代磷酸酯封端的引物。
接枝可以通过浸涂、喷涂、水坑分配或通过将引物24附接至凹陷部18中的至少一些中的附接的涂覆部分22'的另一种合适的方法来完成。这些实例中的每一种可以利用引物溶液或混合物，其可以包含引物24、水、缓冲液和任选的催化剂。
浸涂可以包括将阵列10(在图1D中示出)浸没(经由自动化的或手动的工艺)到一系列的温控浴(temperature controlled bath)中。浴可以包括引物溶液或混合物。在整个各种浴中，引物24将附接至凹陷部18中的至少一些中的附接的涂覆部分22'。在实例中，阵列10将被引入到包含引物溶液或混合物的第一浴中，在该第一浴中发生反应以附接引物24，并且然后阵列10'将被移动到另外的浴中用于清洗。
喷涂可以通过将引物溶液或混合物直接喷涂到阵列10上来完成。喷涂的阵列可以在从约10℃至约70℃的范围内的温度温育持续在从约5分钟至约60分钟的范围内的时间。在温育之后，引物溶液或混合物可以被稀释并且使用例如旋涂机去除。
水坑分配可以根据水塘和旋转剥离方法(pool and spin off method)来进行，并且因此可以用旋涂机来完成。引物溶液或混合物可以(手动地或经由自动化工艺)被施加至阵列10。施加的引物溶液或混合物可以施加至阵列10的整个表面或散布跨过该整个表面。引物涂覆的阵列10可以在从约10℃至约80℃的范围内的温度温育持续在从约5分钟至约60分钟的范围内的时间。在温育之后，引物溶液或混合物可以被稀释并且使用例如旋涂机去除。
在接枝后，已经施加了期望的表面化学，并且阵列10'可以被用于多种测序方法或技术。
图1A-图1F中所示的方法的实例还可以采用改性的环氧基POSS单体单元来进行。在该实例中，树脂前体包括先前描述的环氧基POSS单体单元和改性的环氧基POSS单体单元。在这些实例中，改性的环氧基POSS单体单元中的R1至R8或R10或R12中的至少一个是环氧基基团(用于并入到环氧基POSS树脂膜14中)，并且R1至R8或R10或R12中的至少一个是可以共价地或非共价地结合至随后施加的聚合物涂层22的官能团的另一种官能团。因此，在该实例中，其他官能团被直接地并入到POSS核或笼状结构中。其他官能团的实例包括官能团FG的任何实例。
包括改性的环氧基POSS单体单元的树脂前体可以包括从约50mol％至约90mol％的环氧基POSS单体单元和从约10mol％至约50mol％的改性的环氧基POSS单体单元(即，100mol％-X mol％的环氧基POSS单体单元)。因此，在树脂前体的一些实例中，环氧基POSS单体单元与改性的环氧基POSS单体单元的质量比或摩尔比在从约1:1至约9:1的范围内。在这些树脂前体中，当两种不同的(非改性的)环氧基POSS单体单元被组合使用时，可以选择两种单元的任何合适的质量比或摩尔比。例如，第一环氧基POSS单体单元(例如，环氧基环己基烷基POSS)可以以环氧基POSS单体单元的总量的在从约10mol％至约90mol％的范围内的量(Y)存在，并且第二环氧基POSS单体单元(例如，缩水甘油基POSS)可以构成总环氧基POSS单体单元的余量(即，100mol％的环氧基POSS单体单元-Y mol％)。在其他实例中，任何环氧基POSS单体单元和任何改性的环氧基POSS单体单元可以以从约10mol％至约90mol％的范围内的量存在。
使用改性的环氧基POSS单体单元来形成树脂膜将官能团FG直接地引入到树脂膜的骨架中，并且因此提供用于聚合物涂层22的附接的位点(除了未反应的环氧基基团)，而不必如路线B中所描述的在树脂膜上进行另外的的加工。
图2A至图2D一起图示出了本文公开的方法的另一个实例，其形成了本文公开的阵列的另一个实例。图2C是所形成的阵列的凹陷部的放大图。
在图2A至图2D中所示的示例性方法中，形成改性的环氧基POSS树脂膜14”，其包含被并入到交联的基质中的受控自由基聚合(CRP)剂(在图2C中示意性地示出为26)。CRP剂26可以是可逆加成-断裂链转移(RAFT)剂或原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂。对于RAFT剂，在表面处硫代羰基基团的取向影响聚合。在一个实例中，RAFT剂能够经由稳定化基团共价地附接至改性的环氧基POSS树脂膜14”的表面，使得生长的自由基链远离表面移动。这被称为Z-基团途径(Z-group approach)。在另一个实例中，RAFT经由离去基团和引发基团(initiating group)(即，R-基团途径)附接至表面。R-基团途径可以提供对分子量的更大控制，并且链-链偶联(chain-chain coupling)可以被最小化。
如本文将进一步描述的，CRP剂26可以在固化期间或在固化之后被并入到交联的基质中，并且可以被并入到交联的基质的骨架中(经由非POSS单体单元或改性的环氧基POSS单体单元)，或者可以经由另一个官能团被附接至骨架。
图2A图示出了具有在其上形成的改性的环氧基POSS树脂膜14”的支撑物12。可以使用在本文先前描述的支撑物12的任何实例。在实例中，改性的环氧基POSS树脂膜14”在支撑物12上形成，并且图2A图示出了用于形成改性的环氧基POSS树脂膜14”的、示出为路线C、路线D和路线E的三条路线。
使用路线C，形成包括含CRP单体单元的树脂前体，该树脂前体被沉积在支撑物12的表面上，并且该树脂前体用UV光辐照以固化并形成交联的环氧基POSS树脂膜14”。因此，路线C涉及在树脂前体的固化期间将CRP剂26并入到树脂膜14”的交联的基质的骨架中。
在该实例中，树脂前体是混合物，其包含至少环氧基POSS单体单元和含CRP的单体单元。可以使用本文描述的环氧基POSS单体单元的任何实例。含CRP的单体单元可以是非POSS单体单元或改性的环氧基POSS单体单元。
含CRP的非POSS单体单元不包括POSS核。更确切地说，CRP剂26被链接至官能团，该官能团可以被共价地并入到具有环氧基POSS单体单元的改性的环氧基POSS树脂膜14”中。作为实例，CRP剂26可以与环氧基官能团反应以形成环氧基官能化的CRP剂，例如环氧基官能化的RAFT剂(方案4)或环氧基官能化的ATRP引发剂(方案5)。
方案4：环氧基官能化的RAFT剂的形成
在方案4中，RAFT剂是2-(十二烷基硫基硫代羰基硫基)-2-甲基丙酸3-叠氮基-1-丙醇酯(2-(dodecylthiocarbonothioylthio)-2-methylpropionic acid3-azido-1-propanol ester)，并且环氧基官能团是缩水甘油基炔丙基醚。应当理解，可以使用其他可商购的RAFT剂或其他制备的RAFT剂。另一种合适的RAFT剂是4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基]戊醇：
其可以与任何环氧基卤代醇(例如，表氯醇)反应以形成环氧基官能化的RAFT剂的另一个实例。
方案5：环氧基官能化的ATRP引发剂的形成
在方案5中，ATRP引发剂是2-叠氮基乙基2-溴异丁酸酯，并且环氧基官能团是缩水甘油基炔丙基醚。应当理解，可以使用其他可商购的ATRP引发剂或其他制备的ATRP引发剂，例如聚(乙二醇)甲基醚2-溴异丁酸酯。
如上文所提及的，含CRP的单体单元可以是改性的环氧基POSS单体单元。在这些实例中，单体单元是POSS核，该POSS核具有作为R1至R8或R10或R12中的至少一个的环氧基基团(用于并入到环氧基POSS树脂膜14”中)并且具有作为R1至R8或R10或R12中的至少一个的CRP剂26。因此，在该实例中，CRP剂26被直接地并入到POSS核或笼状结构中。作为实例，可以使用具有结构的任何RAFT剂和具有结构的任何ATRP引发剂，例如，2-叠氮基乙基2-溴异丁酸酯、2-溴异丁酸酐、溴异丁酰基溴或聚(乙二醇)双(2-溴异丁酸酯)。例如，RAFT剂可以是：
其他合适的RAFT剂是二硫代苯甲酸酯、三硫代碳酸酯和二硫代氨基甲酸酯。先前提到的特定RAFT剂或ATRP引发剂也可以被用于改性环氧基POSS核/笼。
在路线C中，包括含CRP的单体单元的树脂前体可以包括从约50mol％至约90mol％的环氧基POSS单体单元和从约10mol％至约50mol％的含CRP的单体单元(即，100mol％-Xmol％的环氧基POSS单体单元)。因此，在树脂前体的一些实例中，环氧基POSS单体单元与含CRP的单体单元的摩尔比或质量比在从约1:1至约9:1的范围内。作为一个实例，总环氧基POSS单体单元(例如，环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS)与环氧基官能化的CRP剂的摩尔比或质量比在从约1:1至约9:1的范围内。在这些树脂前体中，当两种不同的(非改性的)环氧基POSS单体单元被组合使用时，可以选择两种单元的任何合适的质量比或摩尔比。例如，第一环氧基POSS单体单元(例如，环氧基环己基烷基POSS)可以以环氧基POSS单体单元的总量的在从约10mol％至约90mol％的范围内的量(Y)存在，并且第二环氧基POSS单体单元(例如，缩水甘油基POSS)可以构成总环氧基POSS单体单元的余量(即，100mol％的环氧基POSS单体单元-Y mol％)。在其他实例中，任何环氧基POSS单体单元和任何含CRP的单体单元可以以在从约10mol％至约90mol％的范围内的量存在。
在使用路线C的一些实例中，树脂前体还包括环氧基硅烷或另一种可以被并入到交联的POSS树脂基质中的反应性硅烷。环氧基硅烷包括在分子的一端处的环氧基基团和在分子的另一端处的硅烷。环氧基基团可以共价地并入到改性的环氧基POSS树脂膜14”中，并且硅烷基团可以共价地附接至支撑物12的表面基团(例如，-OH)。当支撑物12不包括可以将环氧基POSS树脂膜14”粘附至支撑物12的表面活化剂时，环氧基硅烷可以被包含。然而，应当理解，当支撑物12是具有可以将环氧基POSS树脂膜14”粘附至支撑物12的合适的表面活化剂的基于二氧化硅的基底时，环氧基硅烷可以被排除。
在其他实例中，当支撑物12不包括表面活化剂时，用于形成改性的交联的环氧基POSS树脂膜14”的树脂前体可以不包括环氧基硅烷或其他反应性硅烷。更确切地说，环氧基硅烷或其他反应性硅烷和至少一个环氧基POSS单体单元可以首先被沉积以将硅烷附接至支撑物12，并且然后用于路线C的先前描述的树脂前体(没有硅烷)可以与硅烷反应以形成改性的环氧基POSS树脂膜14”。
在路线C中使用的树脂前体还可以包括光酸产生剂(PAG)、敏化剂、溶剂和/或润湿剂。这些组分可以以任何合适的量添加，以帮助聚合和/或帮助树脂前体的沉积。
方案6和方案7图示出了路线C中使用的树脂前体和由其形成的改性的环氧基POSS树脂膜的实例。这些实例说明了含CRP的非POSS单体单元的用途。
方案6：使用环氧基官能化的RAFT剂使改性的环氧基POSS树脂膜聚合
方案7：使用环氧基官能化的ATRP引发剂使改性的环氧基POSS树脂膜聚合
本领域普通技术人员将认识到，方案6和方案7中描绘的POSS树脂膜还可以如在前述方案中所示出的被描绘，并且树脂膜包含以任何顺序或聚合模式(例如，无规、嵌段、交替或其组合)的单体单元。
在这些实例中，树脂前体通过在敏化剂和PAG的存在下混合以下来形成：含CRP的非POSS单体单元(即环氧基官能化的RAFT剂或环氧基官能化的ATRP引发剂)、环氧基硅烷或其他反应性硅烷(其可以经由如方案6和方案7中图示的氧键附接至支撑物12)、环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS。使用任何合适的沉积方法，将树脂前体沉积在支撑物12的表面上。树脂前体的固化(即，聚合和交联)通过暴露于光化辐射(例如紫外线(UV)辐射)来进行。该过程导致交联的环氧基POSS树脂膜14”。在最终交联的环氧基POSS树脂膜14”内单体的比率取决于在初始树脂前体混合物中单体的化学计量。
如方案6和方案7两者中所图示的，在树脂前体的固化期间，含CRP的非POSS单体单元将聚合物生长引发位点(即，CRP引发位点)引入到树脂膜14”的交联的基质的骨架中。虽然未示出，但应当理解，当含CRP的环氧基POSS单体单元代替含CRP的非POSS单体单元被使用时，交联的基质的骨架将包括聚合物生长引发位点(即，CRP引发位点)被附接至的另外的POSS笼。
路线D涉及在树脂膜14”已经被固化之后，经由另一个官能团将CRP剂26附接至交联的基质的骨架。
在该实例中，树脂前体是类似于参考图1A所描述的混合物的混合物。例如，路线D中的树脂前体可以包括环氧基POSS单体单元、环氧基硅烷或其他反应性硅烷(例如，当与支撑物12的附接是合意的时)、光酸产生剂(PAG)、敏化剂、溶剂和/或润湿剂。使用任何合适的沉积方法，将树脂前体沉积在支撑物12的表面上。树脂前体的固化(即，聚合和交联)通过暴露于光化辐射(例如紫外线(UV)辐射)来进行。该过程导致类似于先前描述的树脂膜14(参见例如方案1)的交联的环氧基POSS树脂膜。可以如先前所描述的进行硬烘烤。在路线D中，应当理解，环氧基硅烷或其他反应性硅烷和至少一个环氧基POSS单体单元可以首先被沉积以将硅烷附接至支撑物12，并且然后用于路线D的先前描述的树脂前体(没有硅烷)可以与硅烷反应以形成交联的环氧基POSS树脂膜14。
然后将交联的环氧基POSS树脂膜暴露于等离子灰化或化学处理，以将-OH基团(例如羟基(C-OH或Si-OH)和/或羧基基团)引入到交联的环氧基POSS树脂膜(例如，如方案2中所示的)。
然后可以将含羟基基团的交联的环氧基POSS树脂膜暴露于硅烷化或另一种化学工艺，以在羟基基团处引入官能团，其中所选择的官能团可以附接至所需的CRP剂26。因此，对路线D中官能团的选择可以部分地取决于待附接的CRP剂26。例如，具有末端叠氮基团的RAFT剂可以与已经附接在交联的环氧基POSS树脂膜的羟基基团处的炔烃官能团反应。
用于路线D的合适的官能团的实例选自由以下组成的组：其中n在从1至20的范围内、 并且其中---表示能够与交联的环氧基POSS树脂膜的-OH基团反应的物质。---的实例包括烷基硅烷(例如，通过羟基基团与三烷氧基烷基硅烷的反应)、聚(乙二醇)-硅烷(例如，通过羟基基团与三烷氧基硅烷聚(乙二醇)的反应)、或烷基卤化物-硅烷(例如，通过羟基基团与烷基卤化物的反应)、或聚乙二醇链、或可以与羟基基团形成三脚架连接的任何其他硅烷、或可以在羟基基团处形成C-C-O-连接的另一种基团。官能团的一些具体实例包括硅烷PEG叠氮化物(Polysciences,Inc.)、硅烷PEG炔(Polysciences,Inc.)、3-叠氮基丙基三乙氧基硅烷(Gelest)或(双环[2.2.1]庚-5-烯-2-基)三乙氧基硅烷。虽然已经提供了若干实例，但是应当理解，可以附接至交联的环氧基POSS树脂膜的羟基基团和附接至CRP剂26的任何官能团可以被使用。
用于将官能团附接至交联的环氧基POSS树脂膜的羟基基团的方法可以取决于所使用的官能团而变化。合适的方法的实例包括气相沉积、YES方法、溶液沉积方法(例如，浸涂)或其他沉积方法。
然后，先前描述的任何CRP剂26(例如，2-(十二烷基硫基硫代羰基硫基)-2-甲基丙酸3-叠氮基-1-丙醇酯、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫代羰基)硫烷基]戊醇等)可以被附接至交联的环氧基POSS树脂膜的官能团。用于将CRP剂26附接至交联的环氧基POSS树脂膜的官能团的方法可以取决于所使用的CRP剂26而变化。合适方法的实例包括溶液沉积方法。
在路线D的情况下，首先将交联的环氧基POSS树脂膜改性以添加先前描述的官能团，并且然后将CRP剂26附接至官能团中的至少一些以形成改性的环氧基POSS树脂膜14”(其包括聚合物生长引发位点)的实例。
类似于路线D，路线E包括在树脂膜14”已经被固化之后将CRP剂26附接至交联的基质的骨架。
在路线E中，树脂前体是包括环氧基POSS单体单元和改性的环氧基POSS单体单元的混合物。在改性的环氧基POSS单体单元的该实例中，R1至R8或R10或R12中的至少一个是环氧基基团(用于并入到环氧基POSS树脂膜14”中)，并且R1至R8或R10或R12中的至少一个是可以附接至CRP剂26的非环氧基官能团(例如，该非环氧基官能团可以选自由叠氮化物、硫醇、聚(乙二醇)、降冰片烯和四嗪组成的组)。该非环氧基官能团将在固化期间被整合到初始改性的环氧基POSS树脂膜中。
用于路线E的树脂前体可以包括从约50mol％至约90mol％的环氧基POSS单体单元和从约10mol％至约50mol％的改性的环氧基POSS单体单元(即，100mol％-X mol％的环氧基POSS单体单元)。因此，在树脂前体的一些实例中，环氧基POSS单体单元与改性的环氧基POSS单体单元的摩尔比或质量比在从约1:1至约9:1的范围内。在这些树脂前体中，当两种不同的(非改性的)环氧基POSS单体单元被组合使用时，可以选择两种单元的任何合适的质量比或摩尔比。例如，第一环氧基POSS单体单元(例如，环氧基环己基烷基POSS)可以以环氧基POSS单体单元的总量的在从约10mol％至约90mol％的范围内的量(Y)存在，并且第二环氧基POSS单体单元(例如，缩水甘油基POSS)可以构成总环氧基POSS单体单元的余量(即，100mol％的环氧基POSS单体单元-Y mol％)。在其他实例中，任何环氧基POSS单体单元和任何改性的单体单元可以以在从约10mol％至约90mol％的范围内的量存在。
用于路线E的树脂前体还可以包括环氧基硅烷或其他反应性硅烷(例如，当与支撑物12的附接是合意的时)、光酸产生剂(PAG)、敏化剂、溶剂和/或润湿剂。使用任何合适的沉积方法，将树脂前体沉积在支撑物12的表面上。树脂前体的固化(即，聚合和交联)通过暴露于光化辐射(例如紫外线(UV)辐射)来进行。该过程导致包含非环氧基官能团的、最初改性的环氧基POSS树脂膜。可以如先前所描述的进行硬烘烤。在路线E中，应当理解，环氧基硅烷或其他反应性硅烷和至少一个环氧基POSS单体单元可以首先被沉积以将硅烷附接至支撑物12，并且然后用于路线E的先前描述的树脂前体(没有硅烷)可以与硅烷反应以形成交联的环氧基POSS树脂膜14”。
然后，可以将期望的CRP剂26引入到初始改性的环氧基POSS树脂膜，以形成包括聚合物生长引发位点的改性的环氧基树脂膜14”。CRP剂26可以使用本文中先前所描述的任何溶液沉积技术(例如浸涂等)被附接至非环氧基官能团。CRP剂26将被选择成使得它可以与本文公开的任何非环氧基官能团(例如叠氮化物、硫醇、聚(乙二醇)、降冰片烯或四嗪官能团)反应。
路线C、路线D和路线E都导致在支撑物12上形成改性的环氧基树脂膜14”。改性的环氧基树脂膜14”由于附接的/整合的CRP剂26而包括聚合物生长引发位点。如图2A中所示，改性的环氧基POSS树脂膜14”没有被压印。
然后，图案化的疏水性聚合物层16(包括其隙间区域20和凹陷部18)可以以先前描述的方式在改性的环氧基POSS树脂膜14”上形成。在该实例中，改性的环氧基POSS树脂膜14”的离散部分在凹陷部18处被暴露。形成的图案化的疏水性聚合物层16在图2B中示出。
然后，图2A至图2D的方法涉及从聚合物生长引发位点/CRP剂26生长聚合物刷28。生长的聚合物刷28在图2C中示出。聚合物生长可以在浸渍罐(dunk tank)中进行，所述浸渍罐包括在其上具有层14”和16的支撑物12以及待聚合的合适的单体。合适的单体的实例包括丙烯酰胺(例如，PAZAM单体或能够附接引物24的另一种丙烯酰胺)或丙烯酸酯。
方案8图示出了聚合物刷形成的实例。该方案示出了由ATRP引发剂/CRP剂26(即，)聚合的丙烯酰胺(左)和丙烯酸酯(右)两者。
方案8：从ATRP引发剂/聚合物生长引发位点的聚合物刷生长
注意，改性的环氧基POSS树脂膜14”由硅烷基团和在硅烷基团与CRP剂26之间的---表示。当改性的环氧基POSS树脂膜14”具有附接至其的RAFT CRP剂26时，也可以实现从丙烯酰胺和丙烯酸酯单体的聚合物生长。
聚合条件可以取决于改性的环氧基POSS树脂膜14”的单体和CRP剂26。作为实例，溶液状态的条件可以被用于聚合物刷生长。
图2B示出了在聚合物刷28在凹陷部18(改性的环氧基POSS树脂膜14”的暴露的离散区域)中被形成之后的阵列10”。
现在参照图2D，扩增引物24可以被接枝到聚合物刷28。可以使用任何合适的扩增引物24，并且扩增引物24可以在5'端处用能够与聚合物刷28的官能团反应的基团来改性。例如，双环[6.1.0]壬-4-炔(BCN)封端的引物可以经由应变促进的无催化剂的点击化学被聚合物刷28的叠氮化物所捕获。对于另一个实例，炔烃封端的引物可以经由铜催化的点击化学被聚合物刷28的叠氮化物所捕获。对于又另一个实例，降冰片烯封端的引物可以经历与四嗪官能化的附接的聚合物刷28的无催化剂的环应变促进的点击反应。可以使用的封端的引物的其他实例包括四嗪封端的引物、叠氮基封端的引物、氨基封端的引物、环氧基基或缩水甘油基封端的引物、硫代磷酸酯封端的引物、硫醇封端的引物、醛封端的引物、肼封端的引物和三唑啉二酮封端的引物。其他封端的引物包括硫代磷酸酯封端的引物。
接枝可以如先前所描述的来完成，例如通过浸涂、喷涂、水坑分配或通过将引物24附接至凹陷部18中的至少一些中的聚合物刷28的另一种合适的方法。
在接枝后，已经施加了期望的表面化学，并且阵列10”'(图2D)可以被用于多种测序方法或技术。
虽然在本文中已经公开了环氧基POSS树脂膜14、14'、14”的若干实例，但是应当理解，可以使用分层的环氧基POSS树脂膜14、14'、14”，或者可以将不同的环氧基POSS树脂膜14、14'、14”施加至/形成在支撑物12的不同区域上。在分层的版本中，不同的层可以在不同的区域被暴露，以便改变阵列在不同位置处的官能性。
本文公开的阵列10'、10”'可以被用于多种测序方法或技术，包括通常被称为合成测序(sequencing-by-synthesis)(SBS)、连接测序(sequencing-by-ligation)、焦磷酸测序以及类似测序的技术。利用这些技术中的任何一种，由于附接的涂层部分22'或聚合物刷28和附接的测序引物24存在于凹陷部18中而不是存在于隙间区域20上，因此扩增将被限制于各种凹陷部18。
简言之，合成测序(SBS)反应可以在诸如来自Illumina(San Diego,CA)的或序列分析仪系统的系统上运行。一组待测序的目标DNA分子与结合的扩增引物24杂化，并且然后例如通过动力学排阻扩增(kineticexclusion amplification)或通过桥扩增(bridge amplification)进行扩增。变性使单链模板保持锚固至附接的涂层部分22'或聚合物刷28，并且几百万密集的双链DNA的簇被产生(即，簇产生)。进行测序反应。
本文中公开的阵列10'、10”'还可以被设置在流动池中或者被形成为流动池的一部分，所述流动池是包括固体表面的腔室，各种载体流体、试剂等可以流过该固体表面。在实例中，流动池可以包括通过密封材料(例如，黑色聚酰亚胺或另一种合适的粘合材料)被结合至顶部基底的阵列10'、10”'。结合可以发生在图案化的疏水性聚合物层16、密封材料和顶部基底的结合区域中。结合区域可以位于流动通道之间，使得密封材料将一个流动通道与相邻的流动通道物理地分隔(以防止交叉污染)，并且可以位于流动池的外围(以密封流动池免受外部污染)。然而，应当理解，取决于实施方式，结合区域和密封材料可以位于任何期望的区域中。结合可以经由以下来完成：激光结合、扩散结合、阳极结合、共晶结合、等离子体活化结合、玻璃料结合或本领域中已知的其他方法
可以与阵列10'、10”整合和/或容易地用于本公开内容的方法的流动池和相关流体系统(fluidic system)以及检测平台例如被描述在Bentley等人，Nature 456:53-59(2008)、WO 04/018497；US 7,057,026；WO 91/06678；WO 07/123744；US 7,329,492；US 7,211,414；US 7,315,019；US 7,405,281以及US 2008/0108082中，其中的每个通过引用以其整体并入本文。
在一些应用中，流动池被用于在反应自动化装置中例如在核苷酸序列分析仪(nucleotide sequencer)中进行受控的化学反应或生物化学反应。端口(port)(未示出)可以被钻孔穿过支撑物12、环氧基POSS树脂膜14、14'、14”和图案化的疏水性聚合物层16。可选择地，支撑物12上的层可以从其中合意的是形成端口和/或结合区域的那些区域被去除。这些层可以在端口钻孔和结合之前被去除。通过连接至端口，反应自动化装置可以控制密封的流动通道中的试剂和产物的流动。在一些应用中，反应自动化装置可以调节流动池的压力、温度、气体组成和其他环境条件。此外，在一些应用中，端口可以在顶部基底中钻出或在顶部基底中以及穿过支撑物12、环氧基POSS树脂膜14、14'、14”和图案化的疏水性聚合物层16两者钻出。在一些应用中，发生在密封的流动通道中的反应可以通过成像或对热、光发射和/或荧光的测量通过顶部基底来监测。
附加注释
应当理解，前述概念的所有组合(只要这样的概念不相互矛盾)都被预期为本文公开的发明主题的部分。特别地，出现在本公开内容结尾的所要求保护的主题的所有组合都被预期为本文公开的发明主题的部分。还应当理解，本文明确使用的术语，其也可以出现在通过引用并入的任何公开内容中，应当被赋予与本文公开的特定概念最一致的含义。
本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请据此通过引用以其整体被并入。
在整个说明书中所提及的“一个实例”、“另一个实例”、“实例”等意指结合该实例描述的特定要素(例如，特征、结构和/或特性)被包括在本文描述的至少一个实例中，并且可以存在于或可以不存在于其他实例中。此外，应当理解，除非上下文另有明确指示，否则对于任何实例所描述的要素可以在各种实例中以任何合适的方式组合。
应当理解，本文提供的范围包括所述范围和所述范围内的任何值或子范围。例如，从约10kDa至约1500kDa的范围应被解释为不仅包括明确地列举的从约10kDa至约1500kDa的极限值，而且还包括单独的值例如约88kDa、约325kDa、约425kDa、约975.5kDa等，以及子范围例如从约25kDa至约900kDa、从约335kDa至约680kDa，等。此外，当使用“约”来描述值时，这意指涵盖从所述值的较小变化(高达+/-10％)。
虽然已经详细地描述了若干实施例，但是应当理解，可以修改所公开的实施例。因此，前文的描述被认为是非限制性的。
Claims (37)
1.一种方法，包括：
在支撑物表面上的交联的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜上形成图案化的疏水性聚合物层，从而暴露所述交联的环氧基POSS树脂膜的离散区域；
施加聚合物涂层以在所暴露的离散区域上形成附接的涂层部分并且在所述图案化的疏水层上形成未附接的涂层部分；以及
将所述未附接的涂层部分从所述图案化的疏水层上洗掉。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在所述支撑物表面上形成所述交联的环氧基POSS树脂膜，所述形成包括：
在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合环氧基硅烷和至少一种环氧基POSS单体单元，以形成树脂前体；
将所述树脂前体沉积在所述支撑物表面上；以及
固化所述树脂前体以形成所述交联的环氧基POSS树脂膜。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述混合和沉积同时发生。
4.如权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述环氧基硅烷是结合至所述支撑物表面的环氧基硅烷。
5.如权利要求1所述的方法，还包括在所述支撑物表面上形成所述交联的环氧基POSS树脂膜，所述形成包括：
在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS，以形成树脂前体；
将所述树脂前体沉积在所述支撑物表面上；以及
固化所述树脂前体以形成所述交联的环氧基POSS树脂膜。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在形成所述图案化的疏水性聚合物层之前，所述方法还包括：
将所述交联的环氧基POSS树脂膜暴露于等离子灰化或化学处理，以将-OH基团引入到所述交联的环氧基POSS树脂膜；以及
将官能团附接至所述-OH基团中的至少一些，所述官能团选自由以下组成的组：
其中n在从1至20的范围内，并且
其中---表示烷基硅烷链、聚(乙二醇)-硅烷链、烷基链或聚乙二醇链。
7.如权利要求1所述的方法，还包括在所述支撑物表面上形成所述交联的环氧基POSS树脂膜，所述形成包括：
在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS、缩水甘油基POSS和包含至少一个环氧基官能团和非环氧基官能团的POSS核，以形成树脂前体；
将所述树脂前体沉积在所述支撑物表面上；以及
固化所述树脂前体以形成所述交联的环氧基POSS树脂膜。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中洗涤包括在水中的声处理。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中形成所述图案化的疏水性聚合物层包括：
i)在所述交联的环氧基POSS树脂膜上沉积疏水性聚合物；以及使用纳米压印平版印刷术和光刻术中的至少一种来图案化所沉积的疏水性聚合物；或
ii)使用喷墨印刷和微接触印刷中的至少一种，将所述疏水性聚合物以图案沉积在所述交联的环氧基POSS树脂膜上。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将扩增引物接枝到所述附接的涂层部分。
11.一种阵列，包括：
支撑物；
在所述支撑物的表面上的交联的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜；
在所述交联的环氧基POSS树脂膜上的图案化的疏水性聚合物层，所述图案化的疏水性聚合物层界定所述交联的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域；以及
附接至所述暴露的离散区域的聚合物涂层。
12.如权利要求11所述的阵列，其中：
所述图案化的疏水层选自由含氟聚合物、负性光致抗蚀剂和聚硅氧烷组成的组；并且
所述聚合物涂层包含式(I)的重复单元：
其中：
R1是H或任选地被取代的烷基；
RA选自由叠氮基、任选地被取代的氨基、任选地被取代的烯基、任选地被取代的腙、任选地被取代的肼、羧基、羟基、任选地被取代的四唑、任选地被取代的四嗪、腈氧化物、硝酮和硫醇组成的组；
R5选自由H和任选地被取代的烷基组成的组；
-(CH2)p-中的每个可以是任选地被取代的；
p是在1至50的范围内的整数；
n是在1至50,000的范围内的整数；并且
m是在1至100,000的范围内的整数。
13.如权利要求11或权利要求12所述的阵列，还包括被接枝到所述聚合物涂层的扩增引物。
14.一种方法，包括：
在支撑物表面上的改性的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜上形成图案化的疏水性聚合物层，从而暴露所述改性的环氧基POSS树脂膜的离散区域，其中所述改性的环氧基POSS树脂膜包含聚合物生长引发位点；以及
从所述暴露的离散区域中的所述聚合物生长引发位点生长聚合物刷。
15.如权利要求14所述的方法，还包括在所述支撑物表面上形成所述交联的环氧基POSS树脂膜，所述形成包括：
在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合环氧基硅烷、至少一种环氧基POSS单体单元和环氧基官能化的聚合剂或受控自由基聚合(CRP)剂，以形成树脂前体；
将所述树脂前体沉积在所述支撑物表面上；以及
固化所述树脂前体以形成所述改性的环氧基POSS树脂膜。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述混合和所述沉积同时发生。
17.如权利要求15或权利要求16所述的方法，其中所述环氧基硅烷是结合至所述支撑物表面的环氧基硅烷。
18.如权利要求14所述的方法，还包括形成所述改性的环氧基POSS树脂膜，所述形成包括：
在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS、缩水甘油基POSS和环氧基官能化的聚合剂或受控自由基聚合(CRP)剂，以形成树脂前体；
将所述树脂前体沉积在所述支撑物表面上；以及
固化所述树脂前体以形成所述改性的环氧基POSS树脂膜。
19.如权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述环氧基官能化的CRP剂是环氧基官能化的可逆加成-断裂链转移(RAFT)剂或环氧基官能化的原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂。
20.如权利要求18所述的方法，其中环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS与环氧基官能化的CRP剂的摩尔比或质量比在从约1:1至约9:1的范围内。
21.如权利要求14至20中任一项所述的方法，还包括：
将所述环氧基POSS树脂膜暴露于等离子灰化或化学处理，以将-OH基团引入到所述环氧基POSS树脂膜；
将官能团附接至所述-OH基团中的至少一些；以及
将受控自由基聚合(CRP)剂附接至所述官能团中的至少一些。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述官能团选自由以下组成的组：
其中n在从1至20的范围内，并且
其中---表示烷基硅烷链、聚(乙二醇)-硅烷链、烷基链或聚乙二醇链。
23.如权利要求14所述的方法，还包括形成所述改性的环氧基POSS树脂膜，所述形成包括：
在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS、缩水甘油基POSS和包含至少一个环氧基官能团和受控自由基聚合(CRP)剂官能团的POSS核，以形成树脂前体；
将所述树脂前体沉积在所述支撑物表面上；以及
固化所述树脂前体以形成所述改性的环氧基POSS树脂膜。
24.如权利要求14所述的方法，还包括形成所述改性的环氧基POSS树脂膜，所述形成包括：
在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，混合环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS、缩水甘油基POSS和包含至少一个环氧基官能团和非环氧基官能团的POSS核，以形成树脂前体；
将所述树脂前体沉积在所述支撑物表面上；
固化所述树脂前体以形成初始改性的环氧基POSS树脂膜；以及
将受控自由基聚合(CRP)剂官能团引入到所述初始改性的环氧基POSS树脂膜，以形成所述改性的环氧基POSS树脂膜。
25.如权利要求14至24中任一项所述的方法，其中形成所述图案化的疏水性聚合物层包括：
i)在所述改性的环氧基POSS树脂膜上沉积疏水性聚合物；以及使用纳米压印平版印刷术和光刻术中的至少一种来图案化所沉积的疏水性聚合物；或
ii)使用图案化印刷，将所述疏水性聚合物以图案沉积在所述改性的环氧基POSS树脂膜上。
26.一种阵列，包括：
支撑物；
在所述支撑物的表面上的改性的环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)树脂膜，所述改性的环氧基POSS树脂膜包括聚合物生长引发位点；
在所述改性的环氧基POSS树脂膜上的图案化的疏水性聚合物层，所述图案化的疏水性聚合物层界定所述改性的环氧基POSS树脂膜的暴露的离散区域；以及
聚合物刷，所述聚合物刷被附接至所述暴露的离散区域中的所述聚合物生长引发位点。
27.如权利要求26所述的阵列，还包括被接枝到所述聚合物刷的扩增引物。
28.一种组合物，包括：
支撑物；以及
在所述支撑物的表面上的交联的环氧基POSS树脂膜。
29.如权利要求28所述的组合物，其中所述交联的环氧基POSS树脂膜被图案化以界定离散区域和隙间区域，其中所述离散区域任选地是井。
30.如权利要求28或权利要求29所述的组合物，其中所述交联的环氧基POSS树脂膜包含衍生自支撑物结合的环氧基硅烷、环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS的单体单元。
31.如权利要求28至30中任一项所述的组合物，还包括在所述树脂膜上的疏水性聚合物层。
32.如权利要求29或权利要求30所述的组合物，还包括在所述树脂膜上的疏水性聚合物层，其中所述疏水性聚合物层被图案化以暴露所述离散区域或井中的所述树脂膜，同时保留在所述离散区域或井之间的所述树脂膜的所述隙间区域中的所述树脂膜上。
33.如权利要求29至32中任一项所述的组合物，还包括被附接至所述交联的环氧基POSS树脂膜的所述离散区域的聚合物涂层。
34.一种方法，包括：
在支撑物表面上形成交联的环氧基POSS树脂膜，其中所述形成包括在光酸产生剂和任选地敏化剂的存在下，将支撑物结合的环氧基硅烷与一种或更多种环氧基官能化的POSS试剂混合，以形成支撑物结合的树脂前体；以及
固化所述树脂前体以形成支撑物结合的交联的环氧基POSS树脂膜。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述一种或更多种环氧基官能化的POSS试剂包括环氧基环己基烷基POSS和缩水甘油基POSS。
36.如权利要求34或权利要求35所述的方法，还包括使所述支撑物表面与环氧基硅烷反应，以形成所述支撑物结合的环氧基硅烷。
37.如权利要求34至36中任一项所述的方法，还包括在所述支撑物表面上的所述交联的、支撑物结合的环氧基POSS树脂膜上形成疏水性聚合物层，其中所述疏水性聚合物层被图案化以暴露离散区域或井中的所述树脂膜，同时保留在所述离散区域或井之间的所述树脂膜的隙间区域中的所述树脂膜上。
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