CN115996960A - 流通池 - Google Patents

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CN115996960A CN202180045912.9A CN202180045912A CN115996960A CN 115996960 A CN115996960 A CN 115996960A CN 202180045912 A CN202180045912 A CN 202180045912A CN 115996960 A CN115996960 A CN 115996960A
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R·坎波斯
B·D·马瑟
S·M·拉米雷斯
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Abstract

流通池包括基底和共聚物涂层。该共聚物涂层包括共聚物链，每个共聚物链具有式(I)：
Figure DDA0004020028350000011
和式(II)：
Figure DDA0004020028350000012
的重复单元。在式(I)中，R1是‑H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环或它们的任选取代的变体；R2是叠氮基；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数。在式(II)中，R3、R3’、R4、R4’中的每一者为‑H、R5、‑OR5、‑C(O)OR5、‑C(O)R5、‑OC(O)R5、‑C(O)NR6R7或‑NR6R7；R5为‑H、‑OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环或它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者为‑H或烷基。一些共聚物链包括至少一个烷氧基胺端基。

Description

流通池
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年10月20日提交的美国临时申请序列号63/094,147的权益，该临时申请的内容全文以引用的方式并入本文。
背景技术
聚合物或水凝胶涂覆的基底用于许多技术应用中。在一个示例中，植入式医疗装置可涂覆有生物惰性聚合物。在另一个示例中，伤口敷料可涂覆有薄的水凝胶层。在又一个示例中，涂覆有聚合物或水凝胶的基底可用于生物分子的制备和/或分析。一些分子分析，诸如某些核酸测序方法，涉及将核酸链附接到流通池中的基底的涂覆了聚合物或水凝胶的表面。
发明内容
本文公开的示例性流通池包括共聚物涂层，该共聚物涂层包括至少一个烷氧基胺端基。本文公开的另一个示例性流通池包括共聚物涂层，该共聚物涂层包括具有烷氧基胺基团的至少一个侧链。烷氧基胺基团为共聚物涂层提供与流通池表面的附加附接位点。
简介
本文公开的第一方面是一种流通池，该流通池包括基底和附接到基底的至少一部分的共聚物涂层，共聚物涂层包括多个共聚物链，其中每个共聚物链包括：式(I)的第一重复单元：
Figure BDA0004020028330000011
其中：
R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；R2是叠氮基；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数；式(II)的第二重复单元：
Figure BDA0004020028330000021
其中：R3、R3'、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；并且其中共聚物链中的至少一些共聚物链包括至少一个烷氧基胺端基。
在第一方面的示例中，基底包括基部支持物以及附接到基部支持物的多个降冰片烯硅烷分子。在一些示例中，多个降冰片烯硅烷分子中的至少一个降冰片烯硅烷分子通过至少一个烷氧基胺端基附接到相应共聚物链。
在第一方面的示例中，共聚物链中的一些共聚物链的R2被四甲基乙二胺替换。在一些示例中，共聚物涂层包括一些支链共聚物链。
在第一方面的示例中，R3’、R4和R4’中的每一者是-H；R3是-C(O)NR6R7；并且R6和R7中的每一者是-H。在一些示例中，R1是-H；并且p为5。
在第一方面的示例中，基底包括由间隙区域分开的凹入部；并且共聚物涂层附接在凹入部内。
在第一方面的示例中，共聚物涂层在基底的表面上形成隔离垫；并且间隙区域分开隔离垫。
在第一方面的示例中，第一重复单元和第二重复单元形成无规共聚物；或者第一重复单元和第二重复单元形成统计共聚物；或者第一重复单元和第二重复单元形成嵌段共聚物。
应当理解，本文所公开的流通池的任何特征可以以任何期望的方式和/或构型组合在一起，以实现如本公开所述的益处，包括例如将共聚物涂层增强附接到流通池基底。
本文公开的第二方面是一种方法，该方法包括使式(III)：
Figure BDA0004020028330000031
的单体和式(IV)：
Figure BDA0004020028330000032
的单体的反应混合物共聚，其中：对于式(III)：R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；R2'是叠氮基或卤素；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数；并且对于式(IV)：R3、R3'、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；将i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合添加到反应混合物中以引发共聚，从而产生具有共聚物链的产物混合物，由此共聚物链中的至少一些共聚物链具有烷氧基胺端基；将产物混合物沉积在具有表面结合的降冰片烯硅烷分子的基底上；以及允许烷氧基胺端基中的至少一些烷氧基胺端基与表面结合的降冰片烯硅烷分子中的至少一些表面结合的降冰片烯硅烷分子反应，从而形成共聚物涂层。
在第二方面的示例中，R2’是叠氮基；并且该方法还包括固化共聚物涂层，由此叠氮基中的一些叠氮基与表面结合的降冰片烯硅烷分子中的一些其他表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。
在第二方面的示例中，R2’是叠氮基；并且在共聚之前，该方法还包括通过使式(V)：
Figure BDA0004020028330000041
的单体与NaN3反应以引入叠氮基来生成式(III)的单体。
在第二方面的示例中，R2’是卤素；并且在沉积产物混合物之前，该方法还包括将NaN3引入到产物混合物中并加热产物混合物以用叠氮基替换卤素。
第二方面的示例还包括将四甲基乙二胺添加到反应混合物中，并且其中共聚物链中的至少一些共聚物链是支链的。
应当理解，该方法的任何特征可以任何期望的方式组合在一起。此外，应当理解，该方法和/或流通池的特征的任何组合可一起使用，和/或与本文所公开的任何示例组合以实现如本公开所述的益处，包括例如在室温下将共聚物涂层附接到基底。
本文公开的第三方面是一种方法，该方法包括：在具有表面结合的降冰片烯硅烷分子的基底的存在下将i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合添加到式(III)：
Figure BDA0004020028330000042
的单体和式(IV)：
Figure BDA0004020028330000043
的单体的混合物，其中：对于式(III)：R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；R2'是叠氮基或卤素；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数；并且对于式(IV)：R3、R3'、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；从而生成共价附接到降冰片烯硅烷分子的共聚物涂层。
在第三方面的示例中，R2是叠氮基；并且该方法还包括固化基底上的共聚物涂层，由此叠氮基中的一些叠氮基与表面结合的降冰片烯硅烷分子中的一些其他表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。
在第三方面的示例中，R2’是叠氮基；并且在共聚之前，该方法还包括通过使式(V)：
Figure BDA0004020028330000051
的单体与NaN3反应以引入叠氮基来生成式(III)的单体。
在第三方面的示例中，R2’是卤素；并且在共聚之后，该方法还包括将NaN3引入到聚合物涂层中并加热聚合物涂层以用叠氮基替换卤素。
第三方面的示例还包括固化基底上的共聚物涂层，由此叠氮基中的一些叠氮基与表面结合的降冰片烯硅烷分子中的一些其他表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。
第三方面的示例还包括在共聚期间将四甲基乙二胺添加到混合物中，并且其中共聚物链中的至少一些共聚物链是支链的。
应当理解，该方法的任何特征可以任何期望的方式组合在一起。此外，应当理解，该方法和/或其他方法和/或流通池的特征的任何组合可一起使用，和/或与本文所公开的任何示例组合以实现如本公开所述的益处，包括例如在室温下将共聚物涂层附接到基底。
本文公开的第四方面是一种方法，该方法包括在i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合的存在下使式(III)：
Figure BDA0004020028330000061
的单体和其他单体的反应混合物共聚，其中：R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；R2'是叠氮基；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数；猝灭聚合，从而生成具有嵌段共聚物链的第一产物混合物，由此嵌段共聚物链中的至少一些嵌段共聚物链具有烷氧基胺端基；将式(IV)：
Figure BDA0004020028330000062
的单体添加到第一产物混合物以生成第二反应混合物，其中：R3、R3'、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；在i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合的存在下使第二反应混合物聚合；猝灭聚合，从而生成具有嵌段共聚物链的第二产物混合物，由此嵌段共聚物链中的至少一些嵌段共聚物链具有烷氧基胺端基；将第二产物混合物沉积在具有表面结合的降冰片烯硅烷分子的基底上；以及使烷氧基胺端基中的至少一些烷氧基胺端基与表面结合的降冰片烯硅烷分子中的至少一些表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。
应当理解，该方法的任何特征可以任何期望的方式组合在一起。此外，应当理解，该方法和/或其他方法和/或流通池的特征的任何组合可一起使用，和/或与本文所公开的任何示例组合以实现如本公开所述的益处，包括例如在室温下将共聚物涂层附接到基底。
本文公开的第五方面是一种流通池，该流通池包括基底和附接到基底的至少一部分的共聚物涂层，共聚物涂层包括多个共聚物链，其中每个共聚物链包括：式(I)：
Figure BDA0004020028330000071
的第一重复单元，其中：R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；R2是叠氮基；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数；式(II)的第二重复单元：
Figure BDA0004020028330000072
其中：R3、R3'、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；以及式(VI)：
Figure BDA0004020028330000073
的第三重复单元，其中：R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；R1和R2独立地选自碳基取代基；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数。
在第五方面的示例中，共聚物链中的至少一些共聚物链包括至少一个烷氧基胺端基。
应当理解，该流通池的任何特征可以任何期望的方式组合在一起。此外，应当理解，该流通池和/或其他方法和/或其他流通池的特征的任何组合可一起使用，和/或与本文所公开的任何示例组合以实现如本公开所述的益处，包括例如将共聚物涂层增强附接到流通池基底。
本文公开的第六方面是一种方法，该方法包括：将i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合添加到式(V)：
Figure BDA0004020028330000081
的单体和式(IV)：
Figure BDA0004020028330000082
的单体的混合物，其中：对于式(V)：R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；卤基是卤素；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数；并且对于式(IV)：R3、R3'、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；从而生成共聚物；以及在共聚之后，将卤素中的一些卤素转化为烷氧基胺并且将卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物。
在第六方面的示例中，将卤素中的一些卤素转化为烷氧基胺，并且将卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物涉及：将羟胺引入共聚物，使得卤素超过羟胺；加热共聚物以引发反应，其中羟胺置换卤素中的一些卤素；将NaN3引入到共聚物中；以及加热共聚物以引发反应，其中叠氮化物置换卤素中的一些其他卤素。
在第六方面的示例中，将卤素中的一些卤素转化为羟胺并且将卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物涉及：将羟胺和NaN3的混合物引入到共聚物中；以及加热共聚物以引发反应，其中羟胺置换卤素中的一些卤素，并且其中叠氮化物置换卤素中的一些其他卤素。
在第六方面的示例中，将卤素中的一些卤素转化为羟胺并且将卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物涉及：使羟胺去质子化以形成烷氧基胺阴离子；将烷氧基胺阴离子引入到共聚物中，使得卤素超过烷氧基胺阴离子；加热共聚物以引发反应，其中烷氧基胺阴离子置换卤素中的一些卤素；将NaN3引入到共聚物中；以及加热共聚物以引发反应，其中叠氮化物置换卤素中的一些其他卤素。
应当理解，该方法的任何特征可以任何期望的方式组合在一起。此外，应当理解，该方法和/或其他方法和/或其他流通池的特征的任何组合可一起使用，和/或与本文所公开的任何示例组合以实现如本公开所述的益处，包括例如将共聚物涂层增强附接到流通池基底。
附图说明
通过参考以下具体实施方式和附图，本公开的示例的特征将变得显而易见，其中类似的附图标号对应于类似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附图标号或特征可结合或可不结合它们出现的其他附图来描述。
图1是本文公开的共聚物的一个示例的化学结构的示意图；
图2是本文公开的共聚物的另一个示例的化学结构的示意图；
图3是本文公开的共聚物的另一个示例的化学结构的示意图；
图4是形成本文公开的共聚物的一个示例的化学反应的一个示例的示意图；
图5是形成本文公开的共聚物的另一个示例的化学反应的一个示例的示意图；
图6是形成本文公开的共聚物的另一个示例的附加化学反应的示意图；
图7是具有硅烷化表面的流通池表面的凹入部和附接到硅烷化表面的共聚物涂层的示例的示意图；
图8A是流通池的顶视图；并且
图8B至图8D是流通池的流动通道内的不同示例性构造的放大局部剖面图。
具体实施方式
本文公开了共聚物涂层。共聚物涂层包括共聚物链，每个共聚物链包括具有叠氮基基团的重复丙烯酰胺单体。叠氮基基团能够附接引物，并且因此共聚物涂层可适于在流通池中形成反应性表面。
在共聚物链的一些示例的制备期间，硝基氧介导的聚合单分子引发剂(NMP单分子引发剂)用作聚合引发剂和介体，并且在一些情况下用作聚合淬灭剂。NMP单分子引发剂热分离成两个自由基，其中一个是充当自由基聚合的引发剂的碳中心自由基，并且因此可以不使用单独的自由基引发剂。另一种自由基是硝基氧(一种稳定的自由基)，其通过可逆地终止聚合来控制聚合。因此，共聚物链中的至少一些共聚物链具有烷氧基胺端基。在共聚物链中，术语“烷氧基胺端基”是指休眠种-ONR1R2，其中R1和R2中的每一者可以相同或不同，并且可独立地为直链或支链烷基或环结构，并且其中氧原子附接到共聚物链的其余部分。烷氧基胺端基可以如本文所述被热活化以生成两个自由基。当NMP单分子引发剂以超过单体使用时，它可以淬灭聚合反应，并且大多数(如果不是全部的话)共聚物链将具有烷氧基胺端基。
在共聚物链的一些其他示例的制备期间，水溶性引发剂和硝基氧分别用作聚合引发剂和介体。水溶性引发剂引发自由基聚合，并且硝基氧通过可逆地终止聚合来控制聚合。因此，共聚物链中的至少一些共聚物链具有烷氧基胺端基。
在共聚物链的再一些其他示例的制备期间，将烷氧基胺引入到重复丙烯酰胺单体中的一些重复丙烯酰胺单体中而不是叠氮基基团。这将烷氧基胺沿着聚合物主链引入到侧链中，这可能导致与流通池基底的更多附接位点和共聚物的改进稳定性。
本发明人已出乎意料地发现，本文公开的共聚物的端基处和/或侧链中的烷氧基胺即使在共聚物已被储存例如至少6个月后仍保持完整和活性。此外，本发明人已经发现侧链中的烷氧基胺端基或烷氧基胺提供与基于硅烷化的载体，特别是降冰片烯硅烷分子的附接机制。该附接机制可与叠氮化物-降冰片烯附接同时发生。通过烷氧基胺的附加附接机制可以释放一些叠氮化物基团以用于引物附接，这可在表面上产生更多的引物，并且因此改进测序度量。增加的烷氧基胺-降冰片烯附接还可增加共聚物的稳定性。
定义
应当理解，除非另外指明，否则本文所用的术语将理解为具有其在相关领域中的普通含义。下面列出本文所用的若干术语及其含义。
除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。
术语包含、包括、含有和这些术语的各种形式彼此同义，并且意在是同样宽泛的。
术语顶部、底部、下部、上部、上等在本文中用于描述流通池和/或流通池的各个部件。应当理解，这些方向术语并非意在暗示特定取向，而是用于指定部件之间的相对取向。方向术语的使用不应被解释为将本文所公开的示例限制于任何特定取向。
除非另外特别说明，否则本文提供的任何数值范围都包括端值。
“丙烯酰胺”是具有结构
Figure BDA0004020028330000111
的单体或包括丙烯酰胺基团的单体。包含丙烯酰胺基团的单体的示例包括叠氮基乙酰氨基戊基丙烯酰胺：
Figure BDA0004020028330000112
和N-异丙基丙烯酰胺：
Figure BDA0004020028330000113
可使用其他丙烯酰胺单体。在本文公开的示例性共聚物中，丙烯酰胺单体是式(I)的第一重复单元的前体单元。在一些示例中，不同丙烯酰胺单体是式(II)的第二重复单元的前体单元。
如本文所用，“烷基”是指完全饱和(即，不包含双键和三键)的直链或支链烃链。烷基基团可具有1至20个碳原子。典型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、己基等。作为示例，名称“C1-C6烷基”指示烷基链中存在一(1)个至六(6)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、叔丁基、戊基和己基。任何烷基可为取代的或未取代的。
如本文所用，“烯基”是指包含一个或多个双键的直链或支链烃链。烯基基团具有2至20个碳原子。示例性烯基基团包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基等。任何烯基可为取代的或未取代的。
“烷氧基”基团是指式-OR，其中R是烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基或环炔基，如本文所定义的。一些示例性烷氧基基团包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、1-甲基乙氧基(异丙氧基)、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基和叔丁氧基。任何烷氧基可为取代的或未取代的。
如上所述，术语“烷氧基胺”和“烷氧基胺端基”是指休眠种-ONR1R2，其中R1和R2中的每一者可以相同或不同，并且可以独立地是碳基基团，诸如直链或支链烷基或环结构。氧原子在侧链中或作为端基附接到共聚物链的其余部分。共聚物链中的烷氧基胺端基可分离以形成未键合的自由基，从而使共聚物能够进行进一步反应。未键合的自由基是具有以下结构的硝基氧自由基：
Figure BDA0004020028330000121
(其中R1和R2中的每一者是碳基基团，诸如直链或支链烷基或环结构)。
如本文所用，“炔烃”或“炔基”是指包含一个或多个三键的直链或支链烃链。炔基基团可具有2至20个碳原子。任何炔基可为取代的或未取代的。
术语“芳基”是指在环主链中仅包含碳的芳族环或环系(即，共用两个相邻碳原子的两个或更多个稠环)。当芳基为环系时，该环系中的每个环均为芳族的。芳基基团可具有6至18个碳原子。芳基基团的示例包括苯基、萘基、薁基和蒽基。任何芳基可为在环主链中具有至少一个杂原子(即，除碳之外的元素(例如，氮、氧、硫等))的“杂芳基”。任何芳基基团可为取代的或未取代的。
如本文所用，术语“附接”是指两个事物直接或间接地彼此接合、紧固、粘附、连接或结合的状态。一些附接可以是共价键或非共价键。共价键的特征在于原子之间共享电子对。非共价键是不涉及共享电子对的物理键，并且可包括例如氢键、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”官能团是指-N3。
“嵌段共聚物”是当两种或更多种单体聚集在一起并形成重复单元的嵌段时形成的共聚物。每个嵌段应具有至少一个在相邻嵌段中不存在的特征。嵌段共聚物的具体示例将在下文中进一步描述。
如本文所用，“环烷基”是指完全饱和(无双键或三键)的单环或多环烃环系。当由两个或更多个环构成时，这些环可以稠合方式接合在一起。环烷基基团可在环中包含3至10个原子。在一些示例中，环烷基基团可在环中包含3至8个原子。环烷基基团可以是未取代的或取代的。示例性环烷基基团包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。
如本文所用，“环烯基”或“环烯烃”是指具有至少一个双键的碳环或环系，其中该环系中没有环是芳族的。示例包括环己烯基或环己烯以及降冰片烯基或降冰片烯。
如本文所用，“环炔基”或“环炔烃”是指具有至少一个三键的碳环或环系，其中该环系中没有环是芳族的。一个示例为环辛炔。另一个示例为双环壬炔。
如本文所用，术语“沉积”是指任何合适的施加技术，其可为手动的或自动的，并且在一些情况下，导致表面特性的改性。一般来讲，可使用气相沉积技术、涂覆技术、接枝技术等进行沉积。一些具体示例包括化学气相沉积(CVD)、喷涂(例如，超声喷涂)、旋涂、厚涂或浸涂、刮涂刀涂覆、搅打分配、流动通过涂覆(flow through coating)、气溶胶印刷、丝网印刷、微接触印刷、喷墨印刷等。
如本文所用，术语“凹入部”是指具有表面开口的基部支持物或多层堆叠的层中的离散凹面特征部，该表面开口至少部分地被基部支持物或多层堆叠的层的间隙区域围绕。凹入部可在其表面中的开口处具有多种形状中的任一种，包括例如圆形、椭圆形、正方形、多边形、星形(具有任何数量的顶点)等。与该表面正交截取的凹入部的横截面可为弯曲的、正方形、多边形、双曲线形、圆锥形、角形等。例如，凹入部可以是一个孔或两个互连的孔。凹入部还可具有更复杂的结构，诸如脊、台阶特征部等。
当参考项目的集合使用时，术语“每个”旨在识别集合中的单个项目，但不一定是指集合中的每个项目。如果明确公开或上下文另有明确规定，则可能会出现例外情况。
如本文所用，术语“流通池”旨在表示具有其中可进行反应的流动通道、用于将试剂递送到流动通道的入口以及用于从流动通道中移除试剂的出口的容器。在一些示例中，流通池适于检测在该流通池中发生的反应。例如，流通池可包括允许对阵列、光学标记分子等进行光学检测的一个或多个透明表面。
如本文所用，“流动通道”或“通道”可为限定在两个粘结部件之间的区域，该区域可选择性地接纳液体样品。在一些示例中，流动通道可限定在图案化或非图案化支持物与盖之间。在其他示例中，流动通道可限定在粘结在一起的两个图案化或非图案化基底之间。流动通道与图案化或非图案化基底的表面化学物流体连通。
“卤素”或“卤基”是指元素周期表中的第7列的放射稳定原子中的任一者，诸如溴、氯、氟和碘。
如本文所用，“杂环”意指在环主链中含有至少一个杂原子的非芳族环状环或环系。杂环可以稠合、桥接或螺接的方式接合在一起。杂环可具有任何饱和度，前提条件是环系中的至少一个环不是芳族的。在环系中，杂原子可存在于非芳族环或芳族环中。杂环可具有3至20个环成员(即，构成环主链的原子数，包括碳原子和杂原子)。在一些示例中，杂原子是O、N或S。
如本文所用，“羟基”是指-OH基团。
如本文所用，术语“间隙区域”是指例如基底、图案化树脂或其他支持物的分开凹入部或垫的区域。例如，间隙区域可将阵列的一个凹入部或垫与阵列的另一个凹入部或垫分开。彼此分开的两个凹入部或垫可以是离散的，即彼此缺乏物理接触。在许多示例中，间隙区域是连续的，而凹入部或垫是离散的，例如，如限定在其他连续表面中的多个凹入部或垫的情况。在其他示例中，间隙区域和特征部是离散的，例如，由相应间隙区域分开的多个细长凹入部(例如，沟槽)的情况就是如此。由间隙区域提供的分离可以是部分分离或完全分离。间隙区域可具有与限定在表面中的凹入部的表面材料不同的表面材料。
术语“羟烷基”是指其中氢原子中的一个或多个氢原子被羟基基团替换的烷基基团。示例性羟烷基基团包括2-羟乙基、3-羟丙基、2-羟丙基和2,2-二羟乙基。羟烷基可为取代的或未取代的。
术语“羟胺”是指HONR1R2，其中R1和R2中的每一者可以相同或不同，并且可独立地为直链或支链烷基或环结构，并且其中氧原子附接到共聚物链的其余部分。
如本文所用，“核苷酸”包括含氮杂环碱基、糖以及一个或多个磷酸基团。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，即在核糖中缺少存在于2'位置处的羟基基团的糖。含氮杂环碱基(即，核碱基)可为嘌呤碱基或嘧啶碱基。嘌呤碱基包括腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)以及它们的修饰衍生物或类似物。嘧啶碱基包括胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)以及它们的修饰衍生物或类似物。脱氧核糖的C-1原子与嘧啶的N-1或嘌呤的N-9键合。核酸类似物可具有改变的磷酸主链、糖或核碱基中的任一者。核酸类似物的示例包括例如通用碱基或磷酸-糖主链类似物，诸如肽核酸(PNA)。
如本文所用，“引物”被定义为单链核酸序列(例如，单链DNA)。有时称为捕获或扩增引物的一些引物用作模板扩增和簇生成的起点。本文称为测序引物的其他引物用作DNA合成的起点。引物的5’末端可被修饰以允许与本文所公开的共聚物的官能团(例如，叠氮基)的偶联反应。引物长度可以是任何数目的碱基长度并且可包括多种非天然核苷酸。在一个示例中，测序引物为短链，范围为10至60个碱基，或20至40个碱基。
术语“基底”是指在其上引入表面化学物的单层基部支持物或多层结构。
“表面化学物”是指本文所述的共聚物和与其附接的任何引物的示例。表面化学物在基底上产生反应性表面。
共聚物
本文公开的共聚物链包括至少两个不同的重复单元。在一些示例中，共聚物链包括三个不同的重复单元。所有链包括两个端基，并且在一些示例中，至少一个端基是烷氧基胺端基。在其他示例中，重复单元中的至少一些重复单元在侧链中包括烷氧基胺。
每个共聚物链包括式(I)：
Figure BDA0004020028330000161
的第一重复单元，其中R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；R2是叠氮基；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数；并且式(II)的第二重复单元：
Figure BDA0004020028330000162
其中R3、R3'、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组。
一些示例性共聚物链还包括式(VI)的第三重复单元：
Figure BDA0004020028330000163
其中R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；卤基是卤素；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数。
在式(I)的重复单元的一个示例中，R1是-H，并且p是5。
在式(II)的重复单元的一个示例中，R3’、R4和R4’中的每一者是-H；R3是-C(O)NR6R7；并且R6和R7中的每一者是-H。在式(II)的重复单元的另一个示例中，R3’、R4和R4’中的每一者是-H；R3是-C(O)NR6R7；并且R6和R7中的每一者是-CH3。在式(II)的重复单元的再一个示例中，R3’、R4和R4’中的每一者是-H；R3是-C(O)NR6R7；并且R6是-H并且R7是-CH3。在式(II)的重复单元的又一个示例中，R3’、R4和R4’中的每一者是-H；R3是-C(O)NR6R7；并且R6是-H并且R7是-(CH2)2OH。在式(II)的重复单元的另一个示例中，R3’、R4和R4’中的每一者是-H；R3是-C(O)NR6R7；并且R6是-CH3并且R7是-(CH2)2OH。在式(II)的重复单元的又一些示例中，R3’、R4和R4’中的每一者是-H；R3是-C(O)OR5；并且R5是-H、-CH3或-(CH2)2OH。
在式(VI)的重复单元的一个示例中，R1是-H，卤基是溴，并且p是5。
在一些示例中，共聚物链中的至少一些共聚物链还包括选自由以下组成的组的第一端基：羟基、-OSO3、具有约1个碳原子至约12个碳原子的烷基以及烷氧基胺端基；以及作为烷氧基胺端基的第二端基。可通过选择引发剂来控制第一端基，并且可通过介体控制第二端基，这可以淬灭聚合反应。下文讨论了示例性引发剂和介体。
图1描绘了共聚物10的示例。在共聚物10的该示例中，式(I)的重复单元的示例以附图标记12示出，并且式(II)的重复单元的示例以附图标记14示出。在该特定示例中，式(I)的重复单元12中的R1是-H，并且式(I)的重复单元12中的p是5。另外在该特定示例中，式(II)的重复单元14中的R3’、R4和R4’中的每一者是-H，并且式(II)的重复单元14中的R3是-C(O)NH2。虽然示出了重复单元12、14的具体示例，但是应当理解，式(I)和(II)的重复单元12、14的任何示例可包括在共聚物10中。
在图1所示的示例中，共聚物10的第一端基E1是-OSO3，并且共聚物10的烷氧基胺端基E2是-O-NH-C(CH3)2。虽然示出了第一端基E1的具体示例，但应当理解，端基E1的任何示例都可包括在共聚物10中。虽然示出了烷氧基胺端基E2的具体示例，但应当理解，可以在合成期间可逆地终止共聚物链的任何烷氧基胺可以掺入共聚物10中。
在该示例性共聚物10中，“n”(式(I)的重复单元的数量)在2至50,000的范围内，并且“m”(式(II)的重复单元的数量)在2至100,000的范围内。图1以嵌段描绘了各个单元。然而，应当理解，各个单元的掺入可以是统计的、无规的或嵌段的，并且可取决于用于合成共聚物10的方法。
现在参见图2，共聚物的另一个示例以附图标记10’示出。在该示例中，共聚物10’包括另一个重复单元12’。重复单元12’是可在式(1)的重复单元12和四甲基乙二胺(TeMED)之间发生的副反应的产物。TeMED是可以在共聚期间引入的反应促进剂。由于副反应，TeMED替换叠氮化物(N3)基团中的一些叠氮化物基团。因此，在一些示例中，共聚物链中的一些共聚物链的R2被四甲基乙二胺替换。虽然这种反应减少了这些共聚物链的叠氮化物含量，但也引入了支化位点。支化位点可以提供共聚物链可彼此分支的位置。因此，在一些示例中，包括共聚物10’的涂层包括一些支链共聚物链。当TeMED在图5所示的合成中使用时，交联可以发生在TeMED上的两个氮与中间共聚物16的卤素之间。
在该特定示例中，重复单元12和12'中的R1是-H，并且重复单元12、12'中的p是5。另外在该特定示例中，式(II)的重复单元14中的R3’、R4和R4’中的每一者是-H，并且式(II)的重复单元14中的R3是-C(O)NH2。虽然示出了重复单元12、12’、14的具体示例，但是应当理解，式(I)和(II)的重复单元12、14以及重复单元12’的任何示例可包括在共聚物10’中。
在图2所示的示例中，共聚物10’的第一端基E1是-OH，并且共聚物10的烷氧基胺端基E2是-O-NH-C(CH3)2。虽然示出了第一端基E1的具体示例，但应当理解，端基E1的任何示例都可包括在共聚物10’中。虽然示出了烷氧基胺端基E2的具体示例，但应当理解，可以在合成期间可逆地终止共聚物链的任何烷氧基胺可以掺入共聚物10’中。
在该示例性共聚物10’中，“n”+“λ”为在2至50,000范围内的整数，并且“m”为在2至100,000范围内的整数。图2以嵌段描绘了各个单元。然而，应当理解，各个单元的掺入可以是统计的、无规的或嵌段的，并且可取决于用于合成共聚物10’的方法。
现在参见图3，共聚物的再一个示例以附图标记10”示出。在该示例中，共聚物10”包括式(I)和(II)的重复单元，以及式(VI)的另一个重复单元12”。重复单元12”是可以在用于形成重复单元(I)的单体和在聚合之后添加的羟胺或烷氧基胺阴离子之间发生的替代反应的产物。作为替代反应的结果，烷氧基胺(-ONR1R2)存在于侧链中的一些侧链中，而不是叠氮化物(N3)基团。
在该特定示例中，重复单元12、12”中的R1是-H并且p是5。另外在该特定示例中，重复单元14中的R3’、R4和R4’中的每一者是-H，并且重复单元14中的R3是-C(O)NH2。另外在该特定示例中，重复单元12”中的R1和R2是任何碳基取代基。虽然示出了重复单元12、12”、14的具体示例，但是应当理解，式(I)和(II)的重复单元12、14以及重复单元12”的任何示例可包括在共聚物10’中。
共聚物10”的该示例中的端基可以是本文所阐述的端基的任何示例，并且将取决于在共聚方法中使用的引发剂和介体。
在该示例性共聚物10”中，“n”+“λ”为在2至50,000范围内的整数，并且“m”为在2至100,000范围内的整数。图3以嵌段描绘了各个单元。然而，应当理解，各个单元的掺入可以是统计的、无规的或嵌段的，并且可取决于用于合成共聚物10”的方法。
共聚物10、10’、10”的任何示例的分子量可在约5kDa至约1500kDa或者约10kDa至约1000kDa的范围内，或者在具体示例中可为约500kDa。
制备共聚物的方法
用于制备本文公开的共聚物10、10’、10”的示例的方法中的每一种方法涉及硝基氧介导的受控自由基聚合。一些聚合过程涉及NMP单分子引发剂介体以控制与可逆终止的自由基聚合。聚合过程的其他示例涉及硝基氧介体以控制与可逆终止的自由基聚合。在合成期间，共聚物被认为是“活性聚合物”。烷氧基胺保留在生长链的一端，并且因此它可以分离以形成自由基(活性硝基氧物种)。可以使用温度来控制自由基生成。生长的聚合物链可增加一个或多个单体单元，直到通过烷氧基胺再次可逆地终止链。
用于生成共聚物10、10’、10”的单体包括碳-碳双键，其能够进行自由基聚合。
在本文所述的方法中的任何方法中，式(III)的单体可用于生成重复单元12、12’。式(III)是：
Figure BDA0004020028330000201
其中R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；R2'是叠氮基或卤素；每个(CH2)p可任选地被取代；并且p为1至50的整数。
具有叠氮基基团作为R2’的式(III)的单体可由具有卤素作为R2’的式(III)的单体获得。在一些示例中，在将式(III)的单体与式(IV)的单体共聚之前，该方法可涉及通过使式(V)：
Figure BDA0004020028330000202
的单体(例如，其中卤基是Br)与过量的NaN3反应以引入叠氮基基团代替卤素，来生成式(III)的单体(其中R2’＝叠氮基)。在一个示例中，NaN3相对于式(V)的单体以50倍过量存在。式(V)的单体也可以在共聚物10”合成期间使用以生成重复单元12和重复单元12”。
在本文所述的方法中的任何方法中，式(IV)的单体可用于生成式(II)的重复单元14。式(IV)是：
Figure BDA0004020028330000203
其中R3、R3'、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组。
在本文所述的方法中的一些方法中，可以使用硝基氧介导的聚合单分子引发剂。作为示例，NMP单分子引发剂具有选自由以下组成的组的结构：
Figure BDA0004020028330000211
(2,2,6,6-四甲基哌啶氧基(TEMPO))、
Figure BDA0004020028330000212
(二叔丁基硝基氧)，
Figure BDA0004020028330000213
(2,2,5-三甲基-4-苯基-3-氮杂己烷-3-硝基氧)以及
Figure BDA0004020028330000214
(β-磷酸化硝基氧(SG1))；其中I选自由
Figure BDA0004020028330000215
组成的组。在这些示例中，“I”不表示元素碘。可以添加这些NMP单分子引发剂以引发聚合。
在本文所述方法的其他示例中，水溶性自由基引发剂，诸如过硫酸钾、4,4′-偶氮双(4-氰基戊酸)等和硝基氧组合使用。先前列出的硝基氧中的任一者可以以自由基形式使用，即，没有“I”基团。
如本文所提及的，沿着共聚物链的单个单元12、14或12、14、12’或12、14、12”的掺入可以是统计的、无规的或嵌段的。
统计共聚物(例如，单体单元的顺序分布遵循已知的统计规律)和无规共聚物(例如，单体沿着共聚物链无规地引入，并且可以产生重复单元12、或12和12’、或12和12”的一些嵌段以及重复单元14的一些嵌段)可以在一锅合成中制备。在一锅合成中，式(III)的单体与式(IV)的单体混合，并且在NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合的存在下，在适于所使用的单体、引发剂或引发剂和介体组合以及期望产物(包括其分子量)的条件下进行共聚。
一锅合成的示例在图4中示意性地示出。在该示例中，式(III)的单体包括叠氮基基团作为R2’，并且式(IV)的单体包括-H作为R3’、R4和R4’中的每一者并且包括C(O)NH2作为R3。
对于图4所示的一锅合成，反应混合物包括式(III)的单体(叠氮基基团作为R2’)，式(IV)的单体和NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合。式(III)和式(IV)的单体可相对于彼此以合适的重量比存在，使得期望数量的相应重复单元12、14被引入到所得共聚物10中。NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合可以以使得反应混合物中的所有单体能够共聚的量存在。在一个示例中，NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合可以占反应混合物的约0.005重量％至约5重量％。
反应混合物还可包括水、溶剂或水与溶剂的组合。示例性溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙腈(MeCN)、甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)、异丙醇(IPA)、二氧杂环己烷、丙酮、二甲基乙酰胺(DMAc)等。该混合物还可包含缓冲液以至少基本上防止pH的不希望的变化。反应混合物的pH可能是酸性的(<7)。合适的缓冲液的示例包括TRIS(三(羟甲基)氨基甲烷或
Figure BDA0004020028330000221
)、Bis-tris甲烷缓冲液、ADA缓冲液(两性离子缓冲液)、MES(2-乙磺酸)、MOPS(3-(N-吗啉代)丙磺酸)或另一种酸性缓冲液。
如所提及的，共聚在引发剂或引发剂和介体的存在下在合适的条件下进行。作为示例，温度可在约室温(例如，18℃-25℃)至约150℃的范围内，并且将取决于溶剂、单体和NMP单分子引发剂或硝基氧的选择。例如，当使用单独的水时，温度可以是90℃或更低。当使用溶剂或水和溶剂的组合时，可以使用更高的温度。一些其他示例性温度范围包括约18℃至约130℃、约50℃至约75℃等。聚合反应的时间可以在约5分钟至约24小时，例如1小时至10小时的范围内。
可以设置温度，使得生长的共聚物链可以连续地增加式(III)和式(IV)的单体单元。在一个示例中，过量的NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合可包括在反应混合物中，并且当所有单体已反应时，可以允许温度下降并且硝基氧自由基将淬灭聚合并且作为共聚物链端基E2附接。在另一个示例中，可以将附加NMP单分子引发剂或硝基氧添加到反应混合物中以淬灭聚合。淬灭共聚生成具有共聚物链的产物混合物，其中共聚物链中的至少一些共聚物链具有烷氧基胺端基E2。
虽然未示出，但应当理解，参考图4描述的示例性方法也可涉及四甲基乙二胺以便形成图2所示的共聚物10’的示例。该示例性方法涉及将四甲基乙二胺添加到反应混合物中。可在引发共聚之前或在发生共聚时添加TeMED。如图2所示，叠氮化物基团中的至少一些叠氮化物基团被TeMED替换，该TeMED提供共聚物链10’中的支化位点。在该示例性方法中，共聚物链10’中的至少一些共聚物链彼此分支。
一锅合成的另一个示例在图5中示意性地示出。在该示例中，式(III)的单体包括卤素(具体地Br)作为R2’，并且式(IV)的单体包括-H作为R3’、R4和R4’中的每一者并且包括C(O)NH2作为R3。
对于一锅合成的该示例，反应混合物可以如参考图4所述，不同之处在于式(III)的单体在开始时包括卤素作为R2’。可以如参考图4所述进行共聚反应和淬灭。然而，在该示例中，产物混合物包括中间共聚物16。该中间共聚物16包括作为式(I)的重复单元12的前体的重复单元18，并且还包括式(II)的重复单元14。
在该方法的该示例中，将NaN3添加到中间产物混合物中。加热该混合物以便引发将卤素基团替换为叠氮基基团的反应。在一个示例中，NaN3相对于重复单元18以50倍过量存在，以确保卤素基团被替换。
一锅合成的另外的其他示例在图6中示意性地示出。在该示例中，式(V)的单体与式(IV)的单体一起使用。在该示例中，式(V)的“卤基”为Br，并且式(IV)的单体包括-H作为R3’、R4和R4’中的每一者并且包括C(O)NH2作为R3。
在该示例中，反应混合物包括式(V)的单体、式(IV)的单体和NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合。式(V)和式(IV)的单体可相对于彼此以合适的重量比存在，使得期望数量的相应重复单元12+12’、14被引入到所得共聚物10”中。NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合可以以使得反应混合物中的所有单体能够共聚的量存在。反应混合物还可包括水、溶剂或水与溶剂的组合。
可以如参考图4所述进行共聚反应和淬灭。然而，在该示例中，产物混合物包括中间共聚物16。该中间共聚物16包括作为重复单元12和12”中的每一者的前体的重复单元18，并且还包括式(II)的重复单元14。共聚在图6中的步骤1处示出。
图6中所示方法的每个示例涉及在共聚之后将卤素中的一些卤素(在图6中示出为Br的卤基基团)转化为烷氧基胺并且将卤素中的一些其他卤素(卤基基团)转化为叠氮化物。
在一个示例性方法中，转化涉及首先将卤素中的一些卤素转化为烷氧基胺(图6中的步骤2)，以及然后将卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物(图6中的步骤3)。步骤2可以涉及将羟胺引入共聚物，使得卤素超过羟胺，以及加热共聚物以引发反应，其中羟胺置换卤素中的一些卤素。步骤3可涉及将NaN3引入到共聚物(其现在在侧链中的一些侧链中包括烷氧基胺)，以及加热共聚物以引发反应，其中叠氮化物置换卤素中的一些其他卤素。所得共聚物10”包括重复单元12、12”和14。
在另一个示例性方法中，转化涉及首先将卤素中的一些卤素转化为烷氧基胺(图6中的步骤2)，以及然后将卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物(图6中的步骤3)。在该示例中，羟胺可首先被去质子化以形成烷氧基胺阴离子(-ONR1R2)。作为示例，可以使用强碱(例如氢氧化钠或叔丁醇钾)在极性非质子溶剂中进行去质子化。作为另一个示例，去质子化反应可通过碱基，诸如1,8二氮杂双环十一碳-7-烯(DBU)或N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)在极性非质子溶剂中催化。在该示例中，步骤2可涉及将烷氧基胺阴离子引入共聚物，使得卤素超过烷氧基胺阴离子，以及加热共聚物以引发反应，其中烷氧基胺阴离子置换卤素中的一些卤素。步骤3可涉及将NaN3引入到共聚物(其现在在侧链中的一些侧链中包括烷氧基胺)，以及加热共聚物以引发反应，其中叠氮化物置换卤素中的一些其他卤素。所得共聚物10”包括重复单元12、12”和14。
在另一个示例性方法中，转化涉及同时将卤素中的一些卤素转化为烷氧基胺，以及将卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物(图6中的步骤4)。步骤4可涉及向共聚物中引入羟胺和NaN3的混合物，使得混合物中卤素过量。因为N3是较强的亲核试剂，并用于推动反应完成，所以混合物可能导致比羟胺反应更多的N3。将混合物存在下的共聚物加热以引发反应，其中羟胺置换卤素中的一些卤素，并且叠氮化物置换卤素中的一些其他卤素。如果这些反应在不同温度下发生，则可以逐步增加温度以引发置换反应。例如，对于羟胺反应，更高温度可能是期望的。所得共聚物10”包括重复单元12、12”和14。
可以执行方法的再一个示例以生成嵌段共聚物(例如，包括重复单元12和14的至少一个嵌段，和重复单元14的至少一个嵌段)。
该方法的一个示例涉及i)使式(III)的单体(包括叠氮基作为R2’)和另一个单体(例如，由式(IV)表示的任何示例)的反应混合物在NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合的存在下在约18℃至约150℃范围内的温度下共聚；ii)使温度下降，并且任选地移除(例如，蒸发掉、沉淀共聚物和洗涤)任何未反应单体；iii)引入式(IV)的单体；iv)升高温度以聚合新添加的单体。可以重复过程以形成附加嵌段。该过程还可以通过首先使式(IV)的单体聚合并且然后将式(III)的单体与另一单体聚合来进行。
该方法的另一个示例涉及i)使式(III)的单体(包括卤素作为R2’)和另一个单体(例如，由式(IV)表示的任何示例)的反应混合物在NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧的组合的存在下在约18℃至约150℃范围内的温度下共聚；ii)使温度下降，并且任选地移除任何未反应的单体；iii)引入式(IV)的单体；iv)升高温度以聚合新添加的单体。可以重复过程以形成附加嵌段。在该示例中，所得嵌段共聚物类似于中间共聚物16，并且包括重复单元18的嵌段。在该方法的该示例中，将NaN3、或羟胺和NaN3的混合物、或先羟胺随后NaN3、或先烷氧基胺阴离子随后NaN3添加到产物混合物中。将该混合物加热以便引发将卤素基团替换为叠氮基基团或叠氮基基团和烷氧基胺基团的反应。在一个示例中，NaN3相对于重复单元18以50倍过量存在，以确保卤素基团被替换。
图4、图5和图6各自描绘了嵌段中的共聚物10、10”的各个单元。然而，应当理解，各个单元的掺入可以是统计的、无规的或嵌段的，并且可取决于用于合成共聚物10、10’、10”的方法。
用于将共聚物在流通池表面上掺入的方法
本文公开的共聚物10、10’、10”的示例可以附接到流通池表面的至少一部分。通常参考图7描述用于将共聚物10、10’、10”附接到流通池表面的方法。虽然参考图7描述了关于流通池表面的一些细节，但是应当理解，将参考图8A至图8D更详细地描述单独流通池架构的示例。
如图7所示，流通池表面包括基底20。基底20可以包含单层基部支持物22(图8B和图8C)或者可包括多层结构24(图7和图8D)。基底20可以是非图案化的(例如，包括由间隙区域28围绕的单个泳道23，如图8B和图8C所示)或图案化的(例如，包括由间隙区域28分开的凹入部26，如图7和图8D所示)。
适用于单层基部支持物22的材料的示例包括环氧硅氧烷、玻璃、改性的或官能化的玻璃、塑料(包括丙烯酸、聚苯乙烯以及苯乙烯和其他材料的共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氨酯、聚四氟乙烯(诸如得自Chemours的
Figure BDA0004020028330000261
)、环烯烃/环烯烃聚合物(COP)(诸如得自Zeon的
Figure BDA0004020028330000262
)、聚酰亚胺等)、尼龙(聚酰胺)、陶瓷/陶瓷氧化物、二氧化硅、熔融二氧化硅或基于二氧化硅的材料、硅酸铝、硅和改性的硅(例如，硼掺杂的p+硅)、氮化硅(Si3N4)、氧化硅(SiO2)、五氧化二钽(Ta2O5)或其他钽氧化物(TaOx)、氧化铪(HfO2)、碳、金属、无机玻璃等。
在一些示例中，单个泳道23可以是基部支持物22的顶表面，并且泳道23的壁可由定位在基部支持物上的粘结材料限定。在其他示例中，单个泳道23可被蚀刻到基部支持物22的顶表面中。
多层结构24的示例包括基部支持物22和其上的至少一个其他层30。多层结构24的一些示例包括玻璃或硅作为基部支持物22，其在表面处具有氧化钽(例如，五氧化二钽或另一种氧化钽(TaOx))或另一种陶瓷氧化物的涂层(例如，层30)。多层结构24的其他示例包括基部支持物22(例如，玻璃、硅、五氧化二钽等)和作为另一层30的图案化树脂。应当理解，可选择性地沉积或者可沉积并图案化以形成凹入部26和间隙区域28的任何材料可用于图案化树脂。
无机氧化物是图案化树脂的一个示例。可经由气相沉积、气溶胶印刷或喷墨印刷将无机氧化物选择性地施加到基部支持物22。合适的无机氧化物的示例包括氧化钽(例如Ta2O5)、氧化铝(例如Al2O3)、氧化硅(例如SiO2)、氧化铪(例如HfO2)等。
作为图案化树脂的另一个示例，可将聚合物树脂施加到基部支持物22，然后进行图案化。合适的沉积技术包括化学气相沉积、浸涂、泡涂、旋涂、喷涂、搅打分配、超声喷涂、刮涂刀涂覆、气溶胶印刷、丝网印刷、微接触印刷等。合适的图案化技术包括光刻法、纳米压印光刻(NIL)、压印技术、压花技术、模制技术、微蚀刻技术等。合适的树脂的一些示例包括基于多面体低聚倍半硅氧烷树脂(POSS)的树脂、非POSS环氧树脂、聚(乙二醇)树脂、聚醚树脂(例如，开环环氧化物)、丙烯酸树脂、丙烯酸酯树脂、甲基丙烯酸酯树脂、无定形含氟聚合物树脂(例如，得自Bellex的
Figure BDA0004020028330000271
)以及它们的组合。
如本文所用，术语“多面体低聚倍半硅氧烷”是指作为二氧化硅(SiO2)和有机硅(R2SiO)之间的杂交中间体(例如RSiO1.5)的化学组合物。多面体低聚倍半硅氧烷的示例可以是如Kehagias等人在Microelectronic Engineering 86(2009)第776-778页中所述的，该文献以引用方式全文并入。一些多面体低聚倍半硅氧烷可以以商品名
Figure BDA0004020028330000272
从HybridPlastics商购获得。在一个示例中，组合物为具有化学式[RSiO3/2]n的有机硅化合物，其中R基团可以是相同或不同的。多面体低聚倍半硅氧烷的示例性R基团包括环氧基、叠氮化物/叠氮基、硫醇、聚(乙二醇)、降冰片烯、四嗪、丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯，或另外例如烷基、芳基、烷氧基和/或卤代烷基基团。
在示例中，单个基部支持物22(无论是单独使用还是作为多层结构24的一部分使用)可以是直径范围为约2mm至约300mm(例如，约200mm至约300mm)的圆形片材、面板、晶片、管芯等，或者可以是其最大尺寸高达约10英尺(约3米)的矩形片材、面板、晶片、管芯等。例如，管芯的宽度范围可在约0.1mm至约10mm的范围内。虽然已经提供了示例性尺寸，但应当理解，可使用具有任何合适尺寸的单个基部支持物22。
在本文公开的示例中，可以在将共聚物10、10’、10”附接到其上之前活化基底20。如果针对单个基部支持物22或多层结构24的层30选择的材料具有表面-OH基团，则基底20的活化涉及硅烷化。如果针对单个基部支持物22或多层结构24的层30选择的材料具有最少或没有表面-OH基团，则基底20的活化涉及等离子体灰化(以引入或增加表面-OH基团)，然后进行硅烷化。
在本文公开的示例中，使用气相沉积、旋涂或其他沉积方法将硅烷衍生物(特别是降冰片烯硅烷32)沉积在基底20的表面上。在示例中，降冰片烯硅烷是[(5-双环[2.2.1]庚-2-烯基)乙基]三甲氧基硅烷。也可以使用其他炔烃或烯烃封端的硅烷。
应当理解，基底20的任何暴露表面(例如，单个基部支持物22的任何暴露表面或层30的任何暴露表面)将被硅烷化。在图7和图8D所示的示例中，凹入部26和间隙区域28中的每一者将被硅烷化。在图8C所示的示例中，整个单个泳道23和间隙区域28将被硅烷化。在该示例中，基底20包括基部支持物22和附接到基部支持物22的多个降冰片烯硅烷分子32。在8B所示的示例中，可以在硅烷化期间使用掩模。在这些示例中，仅期望附接共聚物10、10’、10”(参见图8B)的单个泳道23的部分将被硅烷化。
在图7中，降冰片烯硅烷32被示出为共价附接到凹入部26中的表面-OH基团，但在间隙区域28上未示出。应当理解，初始硅烷化过程将会将降冰片烯硅烷32沉积在基底20的任何暴露表面(包括任何暴露的间隙区域28)上。如下文将更详细地描述，后续处理可用于至少基本上清除(例如，共聚物10、10’、10”、降冰片烯硅烷32的)材料的间隙区域28。
在该方法的一些示例中，共聚物10、10’、10”根据本文所述的示例性方法中的任何方法制备，然后在基底20的表面处附接到降冰片烯硅烷分子32。
例如，式(III)和(IV)的单体的共聚可以在猝灭之后进行(例如，图4或图5)。对于另一个示例，式(V)和(IV)的单体的共聚可以在卤素的置换之后进行(例如，图6)。对于另一个示例，可以执行该方法以生成共聚物10、10’、10”的嵌段型式。这些方法中的任何方法生成产物混合物。产物混合物包括共聚物链10、10’、10”，并且共聚物链10、10’、10”中的至少一些共聚物链包括烷氧基胺端基E2和/或侧链中的一些侧链中的烷氧基胺。
为了附接到基底20，该方法然后包括将产物混合物沉积在具有表面结合的降冰片烯硅烷分子32的基底20上；以及使烷氧基胺端基E2中的至少一些烷氧基胺端基和/或侧链中的烷氧基胺与表面结合的降冰片烯硅烷分子32中的至少一些表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。可以使用本文公开的沉积技术中的任何沉积技术来沉积产物混合物。可以允许沉积的产物混合物中的共聚物链10、10’、10”与表面结合的降冰片烯硅烷分子32在期望的时间段内和期望的温度下反应。温度可在约35℃至约150℃的范围内，并且时间可在约10分钟至约24小时的范围内。在一个示例中，反应时间为约30分钟，并且反应温度为约50℃。
反应条件可以活化烷氧基胺端基E2和/或共聚物链10、10’、10”中的至少一些共聚物链的侧链中的烷氧基胺，从而使这些基团分离以形成自由基。在该示例中，多个降冰片烯硅烷分子32中的至少一者在端链或侧链处附接到相应的共聚物链10、10’、10”，其中硝基氧自由基被分离。因此，“通过烷氧基胺的附接”意指自由基的分离生成能够与降冰片烯硅烷分子反应的开放端或侧链，并且游离硝基氧可以或可以不重新附接到降冰片烯硅烷分子。更具体地，如图7所示，表面结合的降冰片烯硅烷分子32的降冰片烯部分共价附接到剩余的共聚物链10、10’、10”，其中硝基氧自由基已与共聚物链10、10’、10”分开。虽然示出了一种附接机制，但是据信，硝基氧自由基也可以从侧链释放以使得能够经由其他机制与表面结合的降冰片烯硅烷分子32附接。由于烷氧基胺表面结合不涉及共聚物10、10’、10”的叠氮基基团，因此这些基团保持游离以用于附加表面结合或引物结合。烷氧基胺基团中的一些烷氧基胺基团可保持附接到共聚物10、10’、10”并且可能不参与表面附接。
在该方法的其他示例中，共聚物10、10’、10”根据本文所述的示例性方法中的任何方法在表面结合的降冰片烯硅烷分子32的基底20的存在下制备。
在一个示例中，式(III)和(IV)的单体可以在NMP单分子引发剂或水溶性引发剂和硝基氧和具有表面结合的降冰片烯硅烷分子32的基底20的组合的存在下共聚。此示例可以在或没有TeMED的情况下执行，并且可以如图4中所述执行。因为共聚在基底20的存在下发生，所以生成的共聚物链10、10’、10”中的至少一些生成的共聚物链i)包括烷氧基胺端基E2并且/或者ii)通过烷氧基胺端基E2附接到降冰片烯硅烷分子32。
在另一个示例中，式(III)和(IV)的单体可以在NMP引发剂和具有表面结合的降冰片烯硅烷分子32的基底20的存在下顺序地聚合。该示例涉及本文所述的用于生成嵌段共聚物的过程。因为顺序聚合在基底20的存在下发生，所以生成的嵌段共聚物链10、10’、10”中的至少一些生成的嵌段共聚物链i)包括烷氧基胺端基E2并且/或者ii)通过烷氧基胺端基E2附接到降冰片烯硅烷分子32。
在再一个示例中，在基底20的存在下执行图5中所示的方法。该示例将导致中间共聚物16通过烷氧基胺端基E2共价附接到降冰片烯硅烷分子32。在该示例性方法中，NaN3被添加到中间共聚物涂层中，该中间共聚物涂层被加热以引发将用叠氮基基团替换卤素基团的反应。该附加反应将中间共聚物涂层转化为共聚物涂层(其包括共价附接到基底20的共聚物链10、10’)。
还可以执行图6中所示的示例性方法，并且然后可以将共聚物10”沉积在基底20上，或者它们可以在基底20的存在下进行。
无论共聚物链10、10’、10”与表面结合的降冰片烯硅烷分子32的反应发生在共聚物链10、10’、10”形成之后还是在共聚物链10、10’、10”形成期间，该反应都在基底20的任何暴露表面上产生共聚物涂层。如本文所述，该共聚物涂层通过烷氧基胺共价附接到基底20。在一些示例中，共聚物涂层原样使用，并且引物可以与其连接(在下文中描述)。在其他示例中，对共聚物涂层进行附加固化过程以便增加表面附接的强度。在这些其他示例中，该方法还包括固化基底20上的产物混合物或共聚物涂层，由此叠氮基基团中的一些叠氮基基团与表面结合的降冰片烯硅烷分子32中的一些其他表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。任何未反应的降冰片烯硅烷分子32可以在固化过程期间与共聚物链10、10’、10”的叠氮基基团反应。在一个示例中，固化可在室温(例如，约25℃)至约95℃范围内的温度下进行约1毫秒至约几天范围内的时间。
本文公开的表面附接方法中的任一种表面附接方法导致在含有降冰片烯硅烷分子32的基底20的任何暴露表面上形成共聚物涂层。
因此，在一些示例中，与单个泳道23(图8C)相邻的间隙区域28或与凹入部26(图7和图8D)相邻的间隙区域28可被涂覆有共聚物涂层。可能期望间隙区域28没有共聚物涂层，使得这些表面可用于粘结和/或使得引物附接在单个泳道23内或凹入部26内但不在间隙区域上。在这些示例中，可以例如使用抛光过程移除覆盖在间隙区域28上的共聚物涂层中的任一个共聚物涂层。可利用化学浆料(包括例如磨料、缓冲液、螯合剂、表面活性剂和/或分散剂)执行抛光过程，这可将共聚物涂层从间隙区域28中移除，而不会有害地影响那些区域28处的下面的基底20(例如，基部支持物22或层30)。另选地，可利用不包括磨料颗粒的溶液执行抛光。化学浆料可用于化学机械抛光系统以抛光间隙区域28的表面。抛光头/抛光垫或其他抛光工具能够抛光可能存在于间隙区域28上方的任何共聚物涂层，同时使单个泳道23中或凹入部26中的共聚物涂层至少基本上完整。作为一个示例，抛光头可为StrasbaughViPRR II抛光头。
在图8C所示的示例中，共聚物涂层10B在抛光后保留在单个泳道23中。在图8D所示的示例中，共聚物涂层10C在抛光后保留在凹入部26中的每一者中。
在其他示例中，共聚物涂层选择性地附接到基底20，并且因此不利用移除过程，诸如抛光。例如，当使用掩蔽技术将降冰片烯硅烷分子沉积在基底20的预定区域中时(如上文参考图8B所述)，共聚物涂层将附接到那些预定区域，但不附接到基底20的未经受硅烷化的任何其他区域。图8A中示出了示例，其中共聚物涂层10A在单个泳道23的表面上形成隔离垫。
流通池
示例性流通池34的顶视图在图8A中示出。可以使用本文所公开的方法形成的不同共聚物涂层10A、10B、10C的示例分别描绘于图8B、图8C和图8D中。
流通池34可包括粘结在一起的两个基底20或粘结到盖的一个基底20。基底20包括一个或多个反应性表面，该反应性表面包括共聚物涂层10A、10B、10C和引物36、38的示例。
限定在粘结基底20或一个基底20和盖之间的是流动通道40。因此，流动通道40与基底20的反应性表面流体连通。
图8A中所示的示例包括八个流动通道40。虽然示出了八个流动通道40，但应当理解，流通池34中可包括任何数量的流动通道40(例如，单个流动通道40、四个流动通道40等)。每个流动通道40可与每个其他流动通道40分离，使得引入任何流动通道40中的流体不流到任何相邻的流动通道40中。引入流动通道40中的流体的一些示例可包括反应组分(例如，DNA样品、聚合酶、测序引物、核苷酸等)、洗涤溶液、解封闭剂等。
在一个示例中，流动通道40具有直线构型。
未示出的粘结材料可用于将基底20或基底20和盖附接在一起。可使用任何合适的粘结材料，诸如粘合剂、有助于粘结的辐射吸收材料。流通池40的深度可部分地取决于粘结材料的厚度。当使用微接触、气溶胶或喷墨印刷来沉积粘结材料时，流动通道40的深度可以小至单层厚。在其他示例中，流动通道40的深度可以为约1μm、约10μm、约50μm、约100μm或更大。在一个示例中，深度可在约10μm至约100μm的范围内。在另一个示例中，深度可在约10μm至约30μm的范围内。在又一个示例中，深度为约5μm或更小。应当理解，流动通道40的深度可大于、小于上文指定的值或介于它们之间。
图8B、图8C和图8D描绘了基底20和流动通道40内的架构的示例。如图8B所示，架构可包括单层基部支持物22/基底20的表面上的隔离垫(由间隙区域28’分开)形式的共聚物涂层10A。如图8C所示，架构可包括在单层基部支持物22/基底20中限定的单个泳道23的整个表面上的涂层形式的共聚物涂层10B。如图8D所示，架构可包括定位在凹入部26中的每一者内而不在间隙区域28上的单独层形式的共聚物涂层10C。
可设想到隔离垫共聚物涂层10A和凹入部26的许多不同布局，包括规则的、重复的和不规则的图案。在示例中，隔离垫共聚物涂层10A和凹入部26设置在六边形网格中，以实现紧密的堆积和改进的密度。其他布局可包括例如直线(矩形)布局、三角形布局等。在一些示例中，布局或图案可以是呈行和列的x-y格式。在一些其他示例中，布局或图案可以是隔离垫共聚物涂层10A或凹入部26的重复布置。在另外的其他示例中，布局或图案可以是无规布置。
布局或图案可相对于限定区域中的隔离垫共聚物涂层10A或凹入部26的密度(数量)来表征。例如，隔离垫共聚物涂层10A或凹入部26可以以大约2百万个/mm2的密度存在。可将密度调整为不同的密度，包括例如约100个/mm2、约1,000个/mm2、约100,000个/mm2、约1百万个/mm2、约2百万个/mm2、约5百万个/mm2、约1千万个/mm2、约5千万个/mm2或更大或更小的密度。应当进一步理解，密度可以在选自上述范围的下限值中的一个值和上限值中的一个值之间，或者可以使用其他密度(在给定范围之外)。
隔离垫共聚物涂层10A或凹入部26的布局或图案也可根据或另选地根据从一个隔离垫共聚物涂层10A或一个凹入部26的中心到相邻隔离垫共聚物涂层10A或凹入部26的中心的平均节距，或间距(中心到中心间距)或从一个隔离垫共聚物涂层10A或一个凹入部26的右边缘到相邻隔离垫共聚物涂层10A或一个凹入部26的左边缘的平均节距，或间距(边缘到边缘间距)来表征。图案可以是规则的，使得围绕平均节距的变异系数较小，或者图案可以是非规则的，在这种情况下变异系数可以相对较大。在任一种情况下，平均节距可为例如约50nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大或更小。特定图案的平均节距可介于选自上述范围的下限值中的一个值与上限值中的一个值之间。在示例中，凹入部20具有约1.5μm的节距(中心到中心间距)。虽然已经提供了示例性平均节距值，但应当理解，可使用其他平均节距值。
每个凹入部26的大小可通过其体积、开口面积、深度和/或直径或长度和宽度来表征。例如，体积的范围可为约1×10-3μm3至约100μm3，例如约1×10-2μm3、约0.1μm3、约1μm3、约10μm3或更大或更小。对于另一个示例，开口面积的范围可为约1×10-3μm2至约100μm2，例如约1×10-2μm2、约0.1μm2、约1μm2、至少约10μm2或更大或更小。对于再一个示例，深度的范围可为约0.1μm至约100μm，例如约0.5μm、约1μm、约10μm或更大或更小。对于又一个示例，深度的范围可为约0.1μm至约100μm，例如约0.5μm、约1μm、约10μm或更大或更小。对于另一个示例，直径或长度和宽度的范围可为约0.1μm至约100μm，例如约0.5μm、约1μm、约10μm或更大或更小。
每个隔离垫共聚物涂层10A的大小可通过其顶部表面积、高度和/或直径或长度和宽度来表征。例如，顶部表面积的范围可为约1×10-3μm2至约100μm2，例如约1×10-2μm2、约0.1μm2、约1μm2、至少约10μm2或更大或更小。对于再一个示例，高度的范围可为约0.1μm至约100μm，例如约0.5μm、约1μm、约10μm或更大或更小。对于又一个示例，直径或长度和宽度的范围可为约0.1μm至约100μm，例如约0.5μm、约1μm、约10μm或更大或更小。
共聚物涂层10A、10B、10C可包括本文公开的示例性共聚物链10、10’、10”中的任一者，并且可以使用本文公开的方法中的任何方法形成和附接到基底20。
流通池34还包括引物36、38。
可以执行接枝过程以将引物36、38接枝到共聚物涂层10A、10B、10C。在示例中，引物36、38可以通过引物36、38的5'末端处或其附近的单点共价附接固定到共聚物涂层10A、10B、10C。该附接使i)引物36、38的衔接子特异性部分自由地退火至其同源测序就绪核酸片段，以及ii)3'羟基基团自由地用于引物延伸。在本文公开的示例中，共价附接可以在共聚物涂层10A、10B、10C中的共聚物链10、10’的任何未反应的叠氮化物/叠氮基基团处进行。可使用的封端引物的示例包括炔烃封端的引物，该引物可附接到共聚物涂层10A、10B、10C的叠氮化物部分。合适的引物36、38的具体示例包括在Illumina Inc.销售的商业流通池的表面上使用P5和P7引物，以在HISEQTM、HISEQXTM、MISEQTM、MISEQDXTM、MINISEQTM、NEXTSEQTM、NEXTSEQTMDXTM、NOVASEQTM、GENOME ANALYZERTM、ISEQTM和其他仪器平台上进行测序。
在示例中，接枝可涉及流经沉积(例如，使用暂时性结合或永久性结合的盖或永久性结合的第二基底20)、泡涂、喷涂、搅打分配或通过将引物36、38附接到流动通道40中的共聚物涂层10A、10B、10C的另一种合适方法。这些示例性技术中的每一种技术可利用引物溶液或混合物，该引物溶液或混合物可包括引物36、38；水；缓冲液；和催化剂。利用接枝方法中的任一种，引物36、38与流动通道40中的共聚物涂层10A、10B、10C的反应性基团反应，并且对周围基底20不具有亲和力(例如，间隙区域28、28’)。因此，引物36、38选择性地接枝到流动通道40中的共聚物涂层10A、10B、10C。
测序方法
流通池34的示例可用于整体测序技术，诸如边合成边测序(SBS)。在整体测序中，待测序的模板多核苷酸链(未示出)可使用引物36、38在流通池34的反应性表面上形成。在模板多核苷酸链形成开始时，可由任何核酸样品(例如，DNA样品或RNA样品)制备文库模板。可将核酸样品片段化成单链的、大小相似(例如，<1000bp)的DNA或RNA片段，该DNA或RNA片段随后转化为互补DNA(cDNA)片段。在制备期间，可将接头添加到这些片段的末端。通过减少循环扩增，可在衔接子中引入不同的基序，诸如测序结合位点、索引，以及与引物36、38互补的区域。最终文库模板包括DNA或cDNA片段和两端的接头。在一些示例中，来自单个核酸样品的片段具有添加至其的相同接头。
可将多个文库模板引入到流通池34中。将多个文库模板与例如固定在共聚物涂层10A、10B、10C上的两种类型的引物36、38中的一者杂交。
然后可执行簇生成。在簇生成的一个示例中，使用高保真DNA聚合酶通过3'延伸从杂交引物复制文库模板。使初始文库模板变性，保留固定在共聚物涂层10A、10B、10C上的拷贝。等温桥扩增或一些其他形式的扩增可用于扩增固定的拷贝。例如，复制的模板环回以与相邻的互补引物38或36杂交，并且聚合酶复制所复制的模板以形成双链桥，使这些双链桥变性以形成两条单链。这两条链环回并与相邻的互补引物36或38杂交，并且再次延伸以形成两个新的双链环。通过等温变性和扩增循环对每个模板拷贝重复该过程，以产生密集的克隆簇。使双链桥的每个簇变性。在一个示例中，通过特异性碱基裂解移除反义链，留下正向模板多核苷酸链。成簇导致在共聚物涂层10A、10B、10C上形成若干模板多核苷酸链。成簇的该示例是桥扩增，并且是可执行的扩增的一个示例。应当理解，可使用其他扩增技术，诸如排除扩增(ExAmp)工作流程(Illumina Inc.)。
可引入与模板多核苷酸链上的互补序列杂交的测序引物。该测序引物使得模板多核苷酸链准备好用于测序。
为了引发测序，可将掺入混合物添加到流通池34中。在一个示例中，掺入混合物包含液体载体、聚合酶和荧光标记的核苷酸。荧光标记的核苷酸可包含3'OH封端基团。当将掺入混合物引入流通池34中时，流体进入流动通道40并且接触反应性表面。
以模板依赖性方式将荧光标记的核苷酸添加到测序引物(从而使测序物延伸)，使得对添加到测序引物中的核苷酸的顺序和类型的检测可用于确定模板的序列。更具体地，通过相应的聚合酶将核苷酸之一掺入延伸测序引物并与模板多核苷酸链互补的新生链中。换句话讲，在跨流通池34的模板多核苷酸链中的至少一些模板多核苷酸链中，相应的聚合酶通过掺入混合物中的核苷酸之一延伸杂交的测序引物。
核苷酸的掺入可以通过成像事件来检测。在成像事件期间，照明系统(未示出)可向流动通道40和流通池34的反应性表面提供激发光。
在一些示例中，核苷酸可以进一步包括可逆终止属性(例如，3'OH封端基团)，一旦将核苷酸添加到测序引物中，该属性就会终止进一步的引物延伸。例如，可以将具有可逆终止子部分的核苷酸类似物添加到测序引物，使得随后的延伸直到递送解封闭剂以除去该部分才发生。因此，对于使用可逆终止的示例，可以在检测发生之后将解封闭剂递送到流通池34。
洗涤可在各种流体递送步骤之间发生。然后可以重复SBS循环n次以将测序引物延伸n个核苷酸，从而检测长度为n的序列。
虽然已经详细描述了SBS，但应当理解，本文所述的流通池34可与其他测序方案一起用于基因分型，或用于其他化学和/或生物应用中。在一些情况下，可选择流通池的引物以允许同时进行双端测序，其中正向链和反向链均存在于共聚物涂层10A、10B、10C上，从而允许同时进行每个读段的碱基检出。顺序和同时双端测序有助于检测基因组重排和重复序列元件，以及基因融合和新转录本。在另一个示例中，本文所公开的流通池34可用于池上文库生成。
附加说明
应当理解，前述概念和下文更详细讨论的附加概念(假设此类概念不相互矛盾)的所有组合都被设想为是本文所公开的发明主题的一部分。具体地讲，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被设想为是本文所公开的发明主题的一部分。还应当理解，本文明确采用的也可出现在以引用方式并入的任何公开中的术语应被赋予与本文所公开的特定概念最一致的含义。
本说明书通篇提及的“一个示例”、“另一个示例”、“一种示例”等意指结合该示例描述的特定元素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文所述的至少一个示例中，并且可存在于或不存在于其他示例中。此外，应当理解，用于任何示例的所述元素可以任何合适的方式组合在各种示例中，除非上下文另有明确说明。
应当理解，本文提供的范围包括规定范围和规定范围内的任何值或子范围，如同此类值或子范围被明确列举一样。例如，约200mm至约300mm的范围应被解释为不仅包括明确列举的约200mm至约300mm的限值，而且还包括单个值，诸如约240mm、约250.5mm等，以及子范围，诸如约225mm至约275mm等。此外，当利用“约”和/或“基本上”来描述值时，它们意在涵盖与所述值的微小变化(高达+/-10％)。
虽然已经详细描述了若干示例，但是应当理解，可以对所公开的示例进行修改。因此，上述说明应被认为是非限制性的。

Claims (28)

1.一种流通池，所述流通池包括：
基底；以及
附接到所述基底的至少一部分的共聚物涂层，所述共聚物涂层包括多个共聚物链，其中每个共聚物链包括：
式(I)：
Figure FDA0004020028320000011
的第一重复单元，其中：
R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、
烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；
R2是叠氮基；
每个(CH2)p可任选地被取代；并且
p为1至50的整数；
式(II)：
Figure FDA0004020028320000012
的第二重复单元，其中：
R3、R3’、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；
R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、
羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且
R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；
并且其中所述共聚物链中的至少一些共聚物链包括至少一个烷氧基胺端基。
2.根据权利要求1所述的流通池，其中所述基底包括基部支持物以及附接到所述基部支持物的多个降冰片烯硅烷分子。
3.根据权利要求2所述的流通池，其中所述多个降冰片烯硅烷分子中的至少一个降冰片烯硅烷分子通过所述至少一个烷氧基胺端基附接到相应共聚物链。
4.根据权利要求1所述的流通池，其中所述共聚物链中的一些共聚物链的R2被四甲基乙二胺替换。
5.根据权利要求4所述的流通池，其中所述共聚物涂层包括一些支链共聚物链。
6.根据权利要求1所述的流通池，其中：
R3’、R4和R4’中的每一者为-H；
R3为-C(O)NR6R7；并且
R6和R7中的每一者为-H。
7.根据权利要求6所述的流通池，其中：
R1为-H；并且
p为5。
8.根据权利要求1所述的流通池，其中：
所述基底包括由间隙区域分开的凹入部；并且
所述共聚物涂层附接在所述凹入部内。
9.根据权利要求1所述的流通池，其中：
所述共聚物涂层在所述基底的表面上形成隔离垫；并且
间隙区域分开所述隔离垫。
10.根据权利要求1所述的流通池，其中：
所述第一重复单元和所述第二重复单元形成无规共聚物；或者
所述第一重复单元和所述第二重复单元形成统计共聚物；或者
所述第一重复单元和所述第二重复单元形成嵌段共聚物。
11.一种方法，包括：
使式(III)：
Figure FDA0004020028320000031
的单体和式(IV)：
Figure FDA0004020028320000032
的单体的反应混合物共聚，其中：
对于式(III)：
R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；
R2'是叠氮基或卤素；
每个(CH2)p可任选地被取代；并且
p为1至50的整数；并且
对于式(IV)：
R3、R3’、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；
R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且
R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；
将i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合添加到所述反应混合物中以引发共聚，从而产生具有共聚物链的产物混合物，由此所述共聚物链中的至少一些共聚物链具有烷氧基胺端基；
将产物混合物沉积在具有表面结合的降冰片烯硅烷分子的基底上；以及
允许所述烷氧基胺端基中的至少一些烷氧基胺端基与所述表面结合的降冰片烯硅烷分子中的至少一些表面结合的降冰片烯硅烷分子反应，从而形成共聚物涂层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
R2’是所述叠氮基；并且
所述方法还包括固化所述共聚物涂层，由此所述叠氮基中的一些叠氮基与所述表面结合的降冰片烯硅烷分子中的一些其他表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。
13.根据权利要求11所述的方法，其中：
R2’是所述叠氮基；并且
在共聚之前，所述方法还包括通过使式(V)：
Figure FDA0004020028320000041
的单体与NaN3反应以引入所述叠氮基来生成式(III)的所述单体。
14.根据权利要求11所述的方法，其中：
R2’是所述卤素；并且
在沉积所述产物混合物之前，所述方法还包括：
将NaN3引入到所述产物混合物中；以及
加热所述产物混合物以用所述叠氮基替换所述卤素。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括将四甲基乙二胺添加到所述反应混合物中，并且其中所述共聚物链中的至少一些共聚物链是支链的。
16.一种方法，包括：
在具有表面结合的降冰片烯硅烷分子的基底的存在下将i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合添加到式(III)：
Figure FDA0004020028320000051
的单体和式(IV)：
Figure FDA0004020028320000052
的单体的混合物，其中：
对于式(III)：
R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；
R2'是叠氮基或卤素；
每个(CH2)p可任选地被取代；并且
p为1至50的整数；并且
对于式(IV)：
R3、R3’、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；
R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且
R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；
从而生成共价附接到所述降冰片烯硅烷分子的共聚物涂层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中：
R2是所述叠氮基；并且
所述方法还包括固化所述基底上的所述共聚物涂层，由此所述叠氮基中的一些叠氮基与所述表面结合的降冰片烯硅烷分子中的一些其他表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。
18.根据权利要求16所述的方法，其中：
R2’是所述叠氮基；并且
在共聚之前，所述方法还包括通过使式(V)：
Figure FDA0004020028320000061
的单体与NaN3反应以引入所述叠氮基来生成式(III)的所述单体。
19.根据权利要求16所述的方法，其中：
R2’是所述卤素；并且
在所述共聚之后，所述方法还包括：
将NaN3引入到所述共聚物涂层中；以及
加热所述共聚物涂层以用所述叠氮基替换所述卤素。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括固化所述基底上的所述共聚物涂层，由此所述叠氮基中的一些叠氮基与所述表面结合的降冰片烯硅烷分子中的一些其他表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。
21.根据权利要求16所述的方法，还包括在所述共聚期间将四甲基乙二胺添加到所述混合物中，并且其中所述共聚物链中的至少一些共聚物链是支链的。
22.一种方法，包括：
在i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合的存在下使式(III)：
Figure FDA0004020028320000062
的单体和其他单体的反应混合物共聚，其中：
R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；
R2'是叠氮基；
每个(CH2)p可任选地被取代；并且
p为1至50的整数；
猝灭所述聚合，从而生成具有嵌段共聚物链的第一产物混合物，由此所述嵌段共聚物链中的至少一些嵌段共聚物链具有烷氧基胺端基；
将式(IV)：
Figure FDA0004020028320000071
的单体添加到所述第一产物混合物以生成第二反应混合物，其中：
R3、R3’、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；
R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且
R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；
在i)所述硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)所述水溶性引发剂和所述硝基氧的所述组合的存在下使所述第二反应混合物聚合；
猝灭所述聚合，从而生成具有嵌段共聚物链的第二产物混合物，由此所述嵌段共聚物链中的至少一些嵌段共聚物链具有烷氧基胺端基；
将所述第二产物混合物沉积在具有表面结合的降冰片烯硅烷分子的基底上；以及
使所述烷氧基胺端基中的至少一些烷氧基胺端基与所述表面结合的降冰片烯硅烷分子中的至少一些表面结合的降冰片烯硅烷分子反应。
23.一种流通池，所述流通池包括：
基底；以及
附接到所述基底的至少一部分的共聚物涂层，所述共聚物涂层包括多个共聚物链，其中每个共聚物链包括：
式(I)：
Figure FDA0004020028320000081
的第一重复单元，其中：
R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；
R2是叠氮基；
每个(CH2)p可任选地被取代；并且
p为1至50的整数；
式(II)：
Figure FDA0004020028320000082
的第二重复单元，其中：
R3、R3’、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；
R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且
R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；以及
式(VI)：
Figure FDA0004020028320000091
的第三重复单元，其中：
R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；
R1和R2独立地选自碳基取代基；
每个(CH2)p可任选地被取代；并且
p为1至50的整数。
24.根据权利要求23所述的流通池，其中所述共聚物链中的至少一些共聚物链包括至少一个烷氧基胺端基。
25.一种方法，包括：
将i)硝基氧介导的聚合单分子引发剂或ii)水溶性引发剂和硝基氧的组合添加到式(V)：
Figure FDA0004020028320000092
的单体和式(IV)：
Figure FDA0004020028320000093
的单体的混合物，其中：
对于式(V)：
R1选自由以下组成的组：-H、卤素、烷基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；
卤基是卤素；
每个(CH2)p可任选地被取代；并且
p为1至50的整数；并且
对于式(IV)：
R3、R3’、R4、R4’中的每一者独立地选自由以下组成的组：-H、R5、-OR5、-C(O)OR5、-C(O)R5、-OC(O)R5、-C(O)NR6R7和-NR6R7；
R5选自由以下组成的组：-H、-OH、烷基、环烷基、羟烷基、芳基、杂芳基、杂环以及它们的任选取代的变体；并且
R6和R7中的每一者独立地选自由-H和烷基组成的组；
从而生成共聚物；以及
在所述共聚之后，将所述卤素中的一些卤素转化为烷氧基胺并且将所述卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物。
26.根据权利要求25所述的方法，其中将所述卤素中的一些卤素转化为烷氧基胺，并且将所述卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物涉及：
将羟胺引入到所述共聚物中，使得所述卤素超过所述羟胺；
加热所述共聚物以引发反应，其中所述羟胺置换所述卤素中的一些卤素；
将NaN3引入到所述共聚物中；以及
加热所述共聚物以引发反应，其中所述叠氮化物置换所述卤素中的一些其他卤素。
27.根据权利要求25所述的方法，其中将所述卤素中的一些卤素转化为羟胺，并且将所述卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物涉及：
将羟胺和NaN3的混合物引入到所述共聚物中；以及
加热所述共聚物以引发反应，其中所述羟胺置换所述卤素中的一些卤素，并且其中所述叠氮化物置换所述卤素中的一些其他卤素。
28.根据权利要求25所述的方法，其中将所述卤素中的一些卤素转化为羟胺，并且将所述卤素中的一些其他卤素转化为叠氮化物涉及：
使羟胺去质子化以形成烷氧基胺阴离子；
将所述烷氧基胺阴离子引入到所述共聚物中，使得所述卤素超过所述烷氧基胺阴离子；
加热所述共聚物以引发反应，其中所述烷氧基胺阴离子置换所述卤素中的一些卤素；
将NaN3引入到所述共聚物中；以及
加热所述共聚物以引发反应，其中所述叠氮化物置换所述卤素中的一些其他卤素。
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