CN116762007A - 具有图案化表面化学成分的纳米图案化膜 - Google Patents
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Abstract
一种制品，该制品包括柔性结构化膜，该柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中该柔性结构化膜的第一主表面具有由平台区域分隔开的多个柱，并且该柱具有暴露表面。抗生物污染层，该抗生物污染层存在于该平台区域中，并且该抗生物污染层具有甲基化表面。无机层，该无机层在该柱的该暴露表面上，其中该无机层包含金属或金属氧化物。分析物结合层，该分析物结合层在该无机层上，其中该分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物。该分析物结合层的暴露表面包含被选择用于与生物化学分析物结合的至少一个官能团。
Description
背景技术
高通量化学和生物测定诸如核酸和肽测序，或蛋白质、基因和其他生物化学和药物测定依赖于昂贵的一次性耗材。例如，除了用于探测、检测或测量未知样品的化学和生物试剂之外，高通量测定通常需要使用图案化流动池耗材，其中化学和生物化学试剂可以选择性地与目标分析物反应。
如今，市售测定中的图案化流动池包含带有蚀刻后的纳米孔的玻璃或硅基板。玻璃基板中的纳米孔各自包含被选择用于结合所选目标分析物的化学官能团，并且被抗污染或非相互作用涂层或表面化学成分的区域隔开。在一些示例中，化学官能团可以是官能化的聚合物或低聚物，例如含聚丙烯酰胺的水凝胶，或通过小分子接头直接附着到基板上。这些图案化流动池可以使用复杂且昂贵的基于晶片的光刻工艺来制造，该光刻工艺包含多个化学机械平坦化(CMP)、旋涂和洗涤步骤以用正确的化学官能团填充纳米孔，并将抗生物污染涂层放置在纳米孔之间。
为了减轻使用高通量测定的最终用户的财务负担，并使测定能够更容易地进入新市场，有必要降低使用的耗材(包括带有蚀刻后的纳米孔的玻璃或硅基板)的成本。
发明内容
一般而言，本公开涉及用于化学或生物测定诸如例如核酸、蛋白质和其他生物化学筛选程序的纳米图案化基板，其形成在柔性结构化膜上。在各种实施方案中，该柔性结构化膜可以用纳米级柱进行结构化，该纳米级柱具有被选择用于在测定中与目标分析物结合的官能化分析物结合区域。在一些实施方案中，官能化柱可以散布在抗生物污染平台区域之间。
在化学或生物测定中使用的一些抗生物污染层可以由诸如无定形含氟聚合物树脂的材料制成，该材料需要在高温(大于约50℃)下烘烤数个30分钟循环。相比之下，本公开的抗生物污染层由包括非反应性疏水性甲基化表面的材料制成，其可消除在生产过程中对高温烘烤循环的需要。
可在连续制造工艺中生产纳米图案化柔性聚合物膜基板，与在零件基础上产生的基于晶片的光刻工艺方法相比，该连续制造工艺可提供更高的产量和更低的制造成本。该纳米图案化柔性聚合物膜基板可被构造成与多种测定试剂和仪器一起使用，并且可用于例如全基因组测序、微生物组测序、基因或基因区段检测、RNA检测、单核苷酸多态性检测、mRNA测序、非编码RNA测序、DNA甲基化测序、蛋白质表达、蛋白质测序、肽和其他生物化学化合物检测、小分子或生物标志物检测以及化学和环境污染物检测。在一些实施方案中，柔性有机载体膜基板可以粘附地安装在支撑层上，这使得在目前采用更刚性的硅或玻璃基板材料的筛选仪器中使用该基板成为可能。
当生产纳米结构化基板时，相对于硅晶片加工技术，连续加工(在一些情况下也被称为辊对辊加工)还提供了若干优点和增加的设计灵活性。例如，当使用硅晶片制造纳米图案化基板时，在远离晶片表面延伸的柱状结构上接枝分析物结合性化学成分可能是困难的，并且因此在硅晶片构造中，结合性化学成分可能限于晶片的凹陷孔状区域。另外，因为厚的无机层花费更长时间沉积，并且由于聚合物载体幅材的必要柔韧性，无机层可被制成薄的(小于200nm)。进一步地，与传统的晶片加工相比，通过辊对辊加工沉积的无定形硅氧化物层可以包含诸如铝或碳的杂质，以允许使用诸如溅射或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的加工技术在柔性、温度敏感表面上实现有效沉积速率。
在一个方面，本公开涉及一种制品，该制品包括：柔性结构化膜，该柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中该柔性结构化膜的第一主表面包括由平台区域分隔开的多个柱，并且其中该柱包括暴露表面；抗生物污染层，该抗生物污染层在该平台区域中，其中该抗生物污染层具有甲基化表面；无机层，该无机层在该柱的暴露表面上，其中该无机层包含金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物；和分析物结合层，该分析物结合层在该无机层上，其中该分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中该分析物结合层的暴露表面包含至少一个被选择用于与生物化学分析物结合的官能团。
在另一个方面，本公开涉及一种用于制造诊断装置的部件的方法，该方法包括：提供柔性结构化膜，该柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中该柔性结构化膜的第一主表面包括图案化表面，该图案化表面包括散布有平台区域的柱的布置；在该柔性结构化膜的第一主表面上施加释放层，使得该释放层覆盖该柱的顶表面和该平台区域，其中该释放层包括富含甲基(CH3)基团的表面；在该释放层上施加平坦化层；用含氧蚀刻材料蚀刻该平坦化层的一部分以在该柱的顶表面上形成非甲基化无机层，其中该无机层包含金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物；移除该平坦化层；以及将官能硅烷材料附着在该柱的顶表面上的该无机层上，并且使该官能硅烷材料聚合以在无机层上形成分析物结合层，其中该分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中该分析物结合层包含至少一个与生物化学分析物反应的官能团。
在另一个方面，本公开涉及一种用于检测生物化学分析物的诊断装置，该诊断装置包括具有流体通道的图案化布置的流动池，该流体通道被构造成提供用于包含该生物化学分析物的样品流体的流动导管，其中该流动池的流体通道中的至少一些流体通道在其表面上衬有：柔性结构化膜，该柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中该柔性结构化膜的第一主表面包括具有延伸到该流动池的流体通道中的暴露表面的多个柱，其中该柱散布有平台区域；抗生物污染层，该抗生物污染层在该平台区域中，其中该抗生物污染层包括甲基化表面；非甲基化无机层，该非甲基化无机层在该柱的暴露表面上，其中该无机层包含金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物；和分析物结合层，该分析物结合层在该无机层上，其中该分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中该分析物结合层的暴露表面包含至少一个被选择用于与该样品流体中的生物化学分析物结合的官能团。
这些和其他实施方案包括在以下示例性实施方案列表中。
示例性实施方案列表：
实施方案A.一种制品，该制品包括：柔性结构化膜，该柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中该柔性结构化膜的第一主表面包括由平台区域分隔开的多个柱，并且其中该柱包括暴露表面；抗生物污染层，该抗生物污染层在该平台区域中，其中该抗生物污染层具有甲基化表面；无机层，该无机层在该柱的暴露表面上，其中该无机层包含金属或金属氧化物；和分析物结合层，该分析物结合层在该无机层上，其中该分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中该分析物结合层的暴露表面包含至少一个被选择用于与生物化学分析物结合的官能团。
实施方案B.根据实施方案A所述的制品，其中该无机层包含Si、Ti或Al中的至少一种或它们的氧化物，并且其中该无机层的厚度小于约200nm。
实施方案C.根据实施方案A所述的制品，其中该无机层的厚度小于50nm。
实施方案D.根据实施方案A至C中的任一项所述的制品，其中该无机层的氧化物选自SiO2、SiCxOy、SiAlxOy、TiO、AlOx以及它们的混合物和组合物。
实施方案E.根据实施方案D所述的制品，其中该氧化物是SiCxOy。
实施方案F.根据实施方案A至E中的任一项所述的制品，其中该无机层包含SiCxOy，并且该抗生物污染层包含甲基封端的SiCxHy。
实施方案G.根据实施方案A至F中的任一项所述的制品，其中该分析物结合层包含丙烯酰胺共聚物、缩合的硅烷以及它们的混合物和组合物。
实施方案H.根据实施方案A至G中的任一项所述的制品，其中该柱具有100nm至1500nm的直径。
实施方案I.根据实施方案A至H中的任一项所述的制品，其中该柱具有大于0nm且至多1000nm的高度。
实施方案J.根据实施方案A至I中的任一项所述的制品，其中该柔性结构化膜是低自发荧光的聚合物。
实施方案K.根据实施方案A至J中的任一项所述的制品，其中该柔性结构化膜是(甲基)丙烯酸树脂。
实施方案L.根据实施方案A至K中的任一项所述的制品，该制品还包括聚合物支撑层，该聚合物支撑层具有第一主表面和第二主表面，其中该聚合物支撑层的第一主表面在该结构化膜的第二主表面上。
实施方案M.根据实施方案L所述的制品，其中该聚合物支撑层包含选自环烯烃共聚物(COP)、聚丙烯、氢化苯乙烯类、聚(甲基)丙烯酸酯、聚碳酸酯以及它们的混合物和组合物的聚合物。
实施方案N.根据实施方案L所述的制品，该制品还包括粘合剂层，该粘合剂层在该聚合物支撑层的第二主表面上。
实施方案O.根据实施方案N所述的制品，其中该粘合剂层是光学透明的。
实施方案P.根据实施方案N所述的制品，该制品还包括支撑层，该支撑层在该粘合剂层上，其中该支撑层选自离型衬垫和刚性基板。
实施方案Q.一种用于制造诊断装置的部件的方法，该方法包括提供柔性结构化膜，该柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中该柔性结构化膜的第一主表面包括图案化表面，该图案化表面包括散布有平台区域的柱的布置；在该柔性结构化膜的第一主表面上施加释放层，使得该释放层覆盖该柱的顶表面和该平台区域，其中该释放层包括富含甲基(CH3)基团的表面；在该释放层上施加平坦化层；用含氧蚀刻材料蚀刻该平坦化层的一部分以在该柱的顶表面上形成非甲基化无机层，其中该无机层包含金属或金属氧化物；移除该平坦化层；以及将官能硅烷材料附着在该柱的顶表面上的无机层上，并且使该官能硅烷材料聚合以在无机层上形成分析物结合层，其中该分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中该分析物结合层包含至少一个与生物化学分析物反应的官能团。
实施方案R.根据实施方案Q所述的方法，其中在附着该官能硅烷之前移除该平坦化层。
实施方案S.根据实施方案Q所述的方法，其中在移除该平坦化层之前附着该功能层。
实施方案T.根据实施方案Q至S中的任一项所述的方法，其中通过使该无机层与氨基硅烷或丙烯酰胺硅烷中的一种反应以形成丙烯酰胺而使该分析物结合层附着至该无机层。
实施方案U.根据实施方案T所述的方法，其中使该丙烯酰胺聚合以形成聚(丙烯酰胺)。
实施方案V.根据实施方案Q至U中的任一项所述的方法，其中该无机层包含Si、Ti或Al中的至少一种或它们的氧化物，并且其中该无机层的厚度小于约200nm。
实施方案W.根据实施方案Q至V中的任一项所述的方法，其中该无机层的氧化物选自SiO2、SiCxOy、SiAlxOy、TiO、AlOx以及它们的混合物和组合物。
实施方案X.根据实施方案W所述的方法，其中该氧化物是SiCxOy。
实施方案Y.根据实施方案Q至X中的任一项所述的方法，其中该无机层包含SiCxOy，并且该释放层包含甲基封端的SiCxHy。
实施方案Z.根据实施方案Q至Y中的任一项所述的方法，其中该分析物结合层包含丙烯酰胺共聚物、缩合的硅烷以及它们的混合物和组合物。
实施方案AA.根据实施方案Q至Z中的任一项所述的方法，其中该柱具有100nm至1500nm的直径。
实施方案BB.根据实施方案Q至AA中的任一项所述的方法，其中该柱具有大于0nm且至多1000nm的高度。
实施方案CC.根据实施方案Q至BB中的任一项所述的制品，其中该柔性结构化膜是(甲基)丙烯酸树脂。
实施方案DD.根据实施方案Q至CC中的任一项所述的方法，其中该聚合物支撑层包含环烯烃共聚物(COP)。
实施方案EE.根据实施方案Q至DD中的任一项所述的方法，该方法还包括在粘附该柔性结构化膜之前使该聚合物支撑层的第一主表面粗糙化。
实施方案FF.根据实施方案Q至EE中的任一项所述的方法，其中该平坦化层是选自PVB、PVA、(甲基)丙烯酸酯以及它们的混合物和组合物的树脂。
实施方案GG.根据实施方案Q至FF中的任一项所述的方法，其中通过将粘合剂层附着于其上以形成层压构造、然后剥离该层压构造来移除该平坦化层。
实施方案HH.根据实施方案Q至GG中的任一项所述的方法，其中通过在其上涂布可UV固化的(甲基)丙烯酸酯层、将该可UV固化的(甲基)丙烯酸酯层层压到载体膜上、固化该可UV固化的(甲基)丙烯酸酯以形成固化的构造并且剥离该固化的构造来移除该平坦化层。
实施方案II.根据实施方案Q至HH中的任一项所述的方法，其中通过向该平坦化层施加溶剂来移除该平坦化层。
实施方案JJ.根据实施方案Q至II中的任一项所述的方法，该方法还包括在该聚合物支撑层的第二主表面上施加粘合剂层。
实施方案KK.根据实施方案JJ所述的方法，其中该粘合剂层是光学透明的。
实施方案LL.根据实施方案JJ至KK中的任一项所述的方法，该方法还包括在该粘合剂层上施加支撑层，其中该支撑层选自离型衬垫和刚性基板。
实施方案MM.一种用于检测生物化学分析物的诊断装置，该诊断装置包括具有流体通道的图案化布置的流动池，该流体通道被构造成提供用于包含该生物化学分析物的样品流体的流动导管，其中该流动池的流体通道中的至少一些流体通道在其表面上衬有：柔性结构化膜，该柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中该柔性结构化膜的第一主表面包括具有延伸到该流动池的流体通道中的暴露表面的多个柱，其中该柱散布有平台区域；抗生物污染层，该抗生物污染层在该平台区域中，其中该抗生物污染层包括甲基化表面；非甲基化无机层，该非甲基化无机层在该柱的暴露表面上，其中该无机层包含Si、Ti或Al的氧化物；和分析物结合层，该分析物结合层在该无机层上，其中该分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中该分析物结合层的暴露表面包含至少一个被选择用于与该样品流体中的生物化学分析物结合的官能团。
实施方案NN.一种DNA测序试剂盒，该DNA测序试剂盒包含根据实施方案MM所述的诊断装置、用于DNA测序的荧光试剂；和说明书。
实施方案OO.一种用于DNA测序的方法，该方法包括：在诊断装置中，该诊断装置包括具有流体通道的图案化布置的流动池，该流体通道被构造成提供用于包含含有多核苷酸和核酸的目标分析物的样品流体的流动导管，其中该流动池的流体通道中的至少一些流体通道在其表面上衬有：柔性结构化膜，该柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中该柔性结构化膜的第一主表面包括柱阵列，并且其中该柱包括延伸到该流动池的流体通道中的暴露表面以及该柱之间的多个平台区域；抗生物污染层，该抗生物污染层在该平台区域中，其中该抗生物污染层包括甲基化表面；非甲基化无机层，该非甲基化无机层在该柱的暴露表面上，其中该无机层包含Si、Ti或Al的氧化物；和分析物结合层，该分析物结合层在该无机层上，其中该分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中该分析物结合层的暴露表面包含至少一个被选择用于与该样品流体中的生物化学分析物结合的官能团；将该样品流体中的目标分析物结合在该分析物结合层上；将结合在该分析物结合层上的目标分析物暴露于荧光试剂和酶，以便使用能谱法检测该分析物；以及切割该荧光试剂以允许对该目标分析物进行进一步探询。
已总结本公开的示例性实施方案的各种方面和优点。上面的发明内容并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。
附图说明
结合附图考虑以下对本公开的各种实施方案的详细说明，
可以更全面地理解本公开，在附图中：
图1是根据本公开的纳米结构化柔性聚合物载体基板上的部件制品的一个实施方案的示意性剖面视图，该部件制品包含官能化柱。
图2是用于制造图1的制品的方法的一个示例性实施方案的示意性剖面视图。
图3是可用于图2的方法中的低平台转移方法的一个实施方案的示意性剖面视图。
图4是实施例2的膜样品和标准品的荧光光谱。
图5是显示实施例3的材料的选择性结合的XPS数据的曲线图。
图6是根据实施例4制造的具有释放处理的400nm直径纳米结构化膜的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图7是实施例4的蚀刻后样的膜的SEM照片。
图8是图6至图7的剥离膜的SEM照片。
图9是根据实施例4制造的具有释放处理的纳米结构化膜的4μm×4μm样品的接触力显微镜(CFM)形貌图像。
图10是使用实施例4的膜的CH3封端的原子力显微镜(AFM)探针获得的4μm×4μm力体积粘附图。
图11是实施例5的蚀刻后的200nm直径结构化膜的SEM照片。
图12是实施例5的剥离膜的SEM照片。
图13是实施例6的1500nm直径柱在剥离步骤之后的TOF-SIMS图像。照片中的比例尺是10微米(μm)。
图14是实施例7的粗糙化COP膜上的400nm直径柱的SEM照片。
在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可能未按比例绘制的上述附图示出了本公开的各种实施方案，但还可以设想其他实施方案，如在具体实施方式中所指出。本具体实施方式描述了代表性的示例性和当前优选的实施方案。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其它修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开和权利要求书的范围和实质内。
具体实施方式
对于以下给出定义的术语，除非在权利要求书或说明书中的别处提供不同的定义，否则整个申请应以这些定义为准。
通过使用取向术语诸如“在...顶上”、“在...上”、“在...之上”“覆盖”、“最上方”、“在...下面”、“叠置”等用于所公开的多层制品中的各种元件的位置，我们是指元件相对于水平设置的、面向上方的基板的相对位置。然而，除非另外指明，否则本发明并非旨在基板或制品在制造期间或在制造后应具有任何特定的空间取向。
通过使用术语“外覆”来描述层相对于本公开的制品的基板或其它层的位置，我们将该层称为在基板或其它元件的顶上，但未必接触或邻接基板或其它层。
通过使用术语“由……分离”来描述层相对于其它层的位置，我们将该层称为被定位在两个其它层之间，但未必与任一层邻接或相邻。
关于数值或形状的术语“约”或“大约”意指该数值或特性或特征的+/-5％，但明确地包括确切的数值。例如，“约”1Pa-sec的粘度是指从0.95Pa-sec至1.05Pa-sec的粘度，但也明确地包括恰好1Pa-sec的粘度。类似地，“基本上正方形”的周边旨在描述具有四条侧棱的几何形状，其中每条侧棱的长度为任何其他侧棱的长度的95％至105％，但也包括其中每条侧棱恰好具有相同长度的几何形状。
关于特性或特征的术语“基本上”是指该特性或特征表现出的程度大于该特性或特征的相对面表现出的程度。例如，“基本上”透明的基板是指与不透射(例如，吸收和反射)相比透射更多辐射(例如，可见光)的基板。因此，透射多于50％的入射在其表面上的可见光的基板是基本上透明的，但透射50％或更少的入射在其表面上的可见光的基板不是基本上透明的。
如本说明书和所附实施方案中所用，除非内容清楚指示其他含义，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括多个指代物。因此，例如，提及包含“一种化合物”的细纤维包括两种或更多种化合物的混合物。如本说明书和所附实施方案中所用的，除非所述内容明确地另有规定，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。
如本说明书中所用的，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。
除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、特性测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员使用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，每个数值参数应至少根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释。
现在将具体参考附图对本公开的各种示例性实施方案进行描述。在不脱离本公开实质和范围的情况下，可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于以下所述的实施方案，而应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制因素的控制。
现在参考图1，部件制品10的一部分的示意图(其未按比例绘制)包括柔性结构化膜16，该柔性结构化膜具有第一结构化主表面19和相对的第二主表面17。柔性结构化膜16可以包含适合或适用于辊对辊工艺的任何聚合物材料。
在一些实施方案中，柔性结构化膜16的材料和厚度应当被选择为实现低自发荧光以提供用于生物测定的低噪声背景，其中使用例如荧光生物结构、荧光标志物或荧光团进行分析。例如，可以使用荧光分子检测DNA或RNA核苷酸序列。在不旨在进行限制的其他示例中，荧光分子可以是标记的核苷酸，如可逆终止子，或标记的寡核苷酸探针。在一些情况下，试剂盒中的不同标记的核苷酸或探针用不同的荧光团进行标记，这些荧光团根据特定序列发射不同的波长以使得能够在单次扫描中调用多个碱基。自发荧光柔性结构化膜16可以潜在地淹没来自这些荧光测序试剂的信号。在一些示例中，可以任选地对聚合物树脂进行改性以减少荧光，这可使得能够将更多种类的聚合物材料用于柔性结构化膜16。在不旨在进行限制的一些示例中，柔性结构化膜16应当具有在400nm与800nm之间、或在450nm与650nm之间测量的自发荧光，类似于在生物测定中常用的硼硅酸盐玻璃或其他基板的自发荧光。
自发荧光不是单一数字，因为发射的光谱取决于激发波长，并且特定的聚合物材料取决于波长可具有高或低的自发荧光。在一些示例中，为了提供低自发荧光以检测多种生物检测分子，可以使用环烯烃共聚物(COP)或双轴定向的聚丙烯(BOPP)，它们各自在宽光谱范围内具有低自发荧光。合适的低自发荧光的聚合物材料的其他示例包含但不限于聚(甲基)丙烯酸酯及其共聚物(其中(甲基)丙烯酸酯包含丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯(诸如例如，以商品名Makrolon得自科思创公司(Covestro AG)(宾夕法尼亚州匹兹堡(Pittsburgh,PA))的那些)、氢化苯乙烯类(诸如，例如，得自加利福尼亚州圣卡洛斯维维安公司(Vivion,Inc.,San Carlos,CA)的环状嵌段共聚物)以及它们的混合物和组合物。在一些实施方案中，(甲基)丙烯酸酯可以用紫外线(UV)辐射固化。
在各种实施方案中，柔性结构化膜16可包括这些聚合物中的任一种聚合物的单层或多层，并且柔性结构化膜的总厚度可为约25nm至约1000μm。在一些示例中，结构化膜16可由更自发荧光的材料制成，然后制得更薄以减少层16的自发荧光。
柔性聚合物载体膜16的第二主表面19包括多个远离其延伸的结构20。结构20在其间散布有平台区域22。在不旨在进行限制并且作为示例提供的各种实施方案中，结构20可以在表面19上以规则或不规则阵列布置，并且结构20可以存在于表面19的全部或一部分中。在图1的实施方案中，结构20通常为圆柱形柱或柱，但结构20也可以具有诸如球形、锥形、立方体等的形状。结构20可以包括各种各样的剖面形状，诸如例如，大致矩形、弓形、梯形、立方体等。
在各种实施方案中，柔性聚合物载体膜16的表面19可以通过多种方法来结构化，这些方法包括但不限于针对结构化工具的微复制、浇铸、微接触或喷墨印刷、化学处理、激光图案化以及它们的组合。在作为示例提供的一些实施方案中，多个结构20包括圆柱形或立方形柱的规则阵列，其直径d为约100nm至约1500nm、或约200nm和500nm，并且高于表面19的高度h为大于0nm且至多约1000nm、或约50nm至约200nm。在一些示例性实施方案中，柱具有约5:1至约1:70、或约5:1至1:5、或约2:1至1:1的纵横比(高度:直径)。在一些实施方案中(未在图1中示出)，柱20可任选地以相对于表面19的平面测量的大于0°且小于约25°或约2°至约10°的锥角渐缩。
结构20包括无机层24，该无机层具有第一主表面25和第二主表面27。在一些示例性实施方案中，无机层24的厚度小于约200nm、或小于约100nm、小于约50nm或甚至小于约20nm。无机层24的组成可广泛地变化，但在不旨在进行限制的一些示例中包含硅氧化物，诸如SiO2、SiCxOy或SiAlxOy，以及TiO、铝氧化物AlOx、诸如Au、Sn、Ge、Ga、Zn和In的其他金属的氧化物以及它们的混合物和组合物。与传统的晶片加工相比，通过辊对辊加工沉积的无定形硅氧化物可以包含如铝或碳的杂质，这可使用例如溅射或PECVD技术在柔性、温度敏感表面上实现更有效的沉积速率。
在一些实施方案中，具有反应性官能团的硅烷在无机层24的至少第二主表面27上缩合。选择反应性官能团以在无机层24的至少第二主表面27上生长分析物结合层26，或将分析物结合层26接枝到无机层24的至少第二主表面27上。用于硅烷的合适反应性官能团包含但不限于环氧化物、环氧乙烷、氮丙啶、异氰酸酯、醇、硫醇、胺、氯甲基苄基、溴甲基苄基、碘甲基苄基、烷基卤化物、乙烯基、羰基如醛和酮、羧酸、酯、叠氮化物、硫酸盐、磷酸盐、烯烃、炔烃、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、降冰片烯、重氮盐、肼、腙、肟、卤素、羟基、四唑、四嗪以及它们的混合物和组合物。在一些实施方案中，官能团是光反应性官能团，如二苯甲酮、芳基叠氮化物、卤代芳基叠氮化物、重氮或偶氮，其可用于使用自由基化学成分生长或接枝分析物结合层。在一些实施方案中，已发现降冰片烯硅烷是特别有用的。
在一些示例中，选择缩合的反应性硅烷官能团以在无机层24的至少第二主表面27与分析物结合层26的第一主表面29之间的界面处提供共价键。例如，分析物结合层26通过与具有以上列出的任何反应性官能团的缩合的官能硅烷反应而共价结合至无机层24。官能硅烷的合适示例包含但不限于丙烯酸酯硅烷、氨基硅烷、丙烯酰胺硅烷、降冰片烯硅烷以及它们的混合物和组合物。
来源于官能硅烷的反应性官能团通过烃连接基团从无机层24中分离出来，该烃连接基团更有效地结合分析物结合层26和无机层24。烃连接基团为至少一个亚甲基单元长，并且在各种实施方案中可以包含约1个至约20个碳原子，或约2个至约15个碳原子。在各种实施方案中，烃连接基团可以是直链、环状、支链或芳族的，并且可以任选地包含杂原子，诸如例如氧、氮、硫、磷以及它们的组合物。
分析物结合层26包含被选择用于与目标分析物结合的反应性官能团。在一些情况下，相对于用于共价结合至无机层24的反应性官能团，该反应性官能团可以是相同的或不同的。在不旨在进行限制的各种实施方案中，选择分析物结合层的第二主表面31内或上的反应性官能团以结合选自氨基酸、核苷、核苷酸、肽、寡核苷酸、多核苷酸、核酸、蛋白质、碳水化合物、次级代谢物、药物分子以及它们的混合物和组合物的生物分子，以及在液体含水流和水源中发现的不期望的化学污染物。
在一些情况下，生物分子被化学成分修饰以促进与分析物结合层的共价连接。在一些情况下，生物分子可用于结合另外的分析物。例如但不限于，该分子是抗体、可结合凝集素的碳水化合物或可结合互补DNA或RNA分子的寡核苷酸引物或寡核苷酸引物的混合物。
在各种实施方案中，分析物结合层26由选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物的官能化材料制成。用于这些官能化材料的合适的反应性官能团包含但不限于经取代和未取代的烯烃、叠氮化物、炔烃、经取代和经取代的胺、羧酸、经取代和未取代的腙、卤素、羟基、经取代和未取代的四唑、经取代和未取代的四嗪、硫醇、环氧化物、羰基(包含醛和酮)、氮丙啶、环氧乙烷以及它们的组合物。在不旨在进行限制的一个示例中，可以使用具有炔的DNA引物低聚物，该炔可与叠氮化物官能化的水凝胶缀合。
在一些实施方案中，分析物结合层26包含下式(Ia)或(Ib)的聚合物或水凝胶：
在式1a和1b中，R1是H或任选取代的烷基；官能团RA选自由以下组成的组：叠氮化物、任选取代的胺、任选取代的烯烃、任选取代的腙、羧酸、卤素、羟基、任选取代的四唑、任选取代的四嗪和硫醇；R5选自H或任选取代的烷基；—(CH2)-p中的每一个都可以任选地被取代；p是1至50范围内的整数；n是1至50,000范围内的整数；并且m是1至100,000范围内的整数。在一些此类实施方案中，该官能团包含叠氮化物。在一些实施方案中，每个R1和R5均为氢。在一些实施方案中，官能团RA是叠氮化物。在一些实施方案中，p为5。
在一个实施方案中，包含在可官能化层中的聚合物或水凝胶是PAZAM。在美国专利第9,012,022号中描述了用于制备和使用PAZAM以及可用于本公开的基板的层中的其他可官能化材料的方法，该美国专利的主题全文以引用方式并入本文。
可使用的反应性硅烷的示例包含但不限于(甲基)丙烯酸酯官能硅烷、(甲基)丙烯酰胺官能硅烷、醛官能硅烷、氨基官能硅烷、酸酐官能硅烷、叠氮化物官能硅烷、羧酸酯官能硅烷、膦酸酯官能硅烷、磺酸酯官能硅烷、环氧官能硅烷、酯官能硅烷、乙烯基官能硅烷、烯烃官能硅烷、卤素官能硅烷和具有上述任何官能团或不具有上述官能团的双峰硅烷。已发现降冰片烯硅烷特别有用。
硅烷官能团的选择可基于其将与之反应的材料的反应性。例如，丙烯酰胺或降冰片烯官能化的硅烷可与叠氮化物官能化的聚合物反应。氨基官能化的硅烷可与羰基官能化的聚合物反应，其中羰基为羧酸、酯、醛、酮和活化酯以及它们的组合物。具有光活性官能团的硅烷(如二苯甲酮、重氮或叠氮基苄基(azidobenzyl))可用于通过夺氢来接枝具有烃连接的任何聚合物。
在一些实施方案中，分析物结合层26可包含水凝胶。水凝胶的非限制性示例描述于美国专利第9,012,022号中并且包含聚丙烯酰胺水凝胶和基于聚丙烯酰胺水凝胶的阵列。其他水凝胶是聚(甲基)丙烯酸酯水凝胶和基于聚(甲基)丙烯酸酯的阵列。一旦水凝胶已经形成，生物分子然后可以附着于水凝胶以产生分子阵列。水凝胶在产生后可以进行化学改性。例如，水凝胶可以与具有引发或预活化的官能团的共聚单体聚合，以与待排列的生物分子反应。在一些示例中，在通过丙烯酰胺来源的多核苷酸的直接共聚产生水凝胶的同时形成阵列。在一个示例中，以商品名ACRYDITE得自马萨诸塞州波士顿的马赛克技术公司(Mosaic Technologies,Boston,MA)的丙烯酰胺亚磷酰胺可以在所得单体与丙烯酰胺共聚之前与多核苷酸反应。
在一些实施方案中，分析物结合层26包含具有能够与所关注的生物分子反应的一个或多个官能团的聚合物。在一些此类实施方案中，官能团可以选自经取代和未取代的烯烃、叠氮化物、经取代或未取代的胺、羧酸、经取代或未取代的腙、卤素、羟基、经取代或未取代的四唑、经取代或未取代的四嗪、硫醇以及它们的组合物。
在一些实施方案中，式(Ia)或(Ib)的聚合物也由式(IIa)或(IIb)表示：
其中n是1-20,000范围内的整数，并且m是1-100,000范围内的整数。
在一些实施方案中，用于直接缀合的官能化分子是聚(N-(5-叠氮乙酰胺基戊基)丙烯酰胺-共-丙烯酰胺)(PAZAM)。PAZAM可以通过以任何比率聚合丙烯酰胺和氮杂(N-(5-(2-叠氮乙酰氨基)戊基)丙烯酰胺)来制备。在各种实施方案中，PAZAM是线性聚合物，一种轻度交联的聚合物，其可在水溶液中供应，或者可以作为水溶液与一种或多种溶剂添加剂一起供应。例如，在一些实施方案中，可以使用US20190232890中描述的含有芳基叠氮化物的聚合物。
再次参考图1，在一些实施方案中，分析物结合层26可以包含至少一种光可固化聚合物，其选自聚氨酯、丙烯酸酯、硅酮、环氧树脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、环氧硅酮、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、倍半硅氧烷、酰氧基硅烷、马来酸酯聚酯、乙烯基醚、具有乙烯基或乙炔基基团的单体或它们的共聚物和组合物。
如图1示意性所示，结构20之间的平台区域22中的柔性聚合物载体膜16的结构化表面19不含分析物结合层26，并且在其上包括抗生物污染层32。例如，抗生物污染层32可以包括接触载体膜16的表面19的第一主表面33和暴露在平台区域22中的第二主表面35。在一些实施方案中，抗生物污染层32可以是与无机层24相同的本体组成，并且在暴露表面35上具有不同的表面组成。在一些实施方案中，抗生物污染层32在一些情况下也可以存在于结构20的壁37的全部或一部分上。
抗生物污染层35的暴露表面可以包含抵抗或防止生物物种(诸如例如微生物)或生物分子(诸如核酸和蛋白质)的积聚或形成的任何材料。因此，抗生物污染层35的暴露表面防止目标分析物、测序试剂或荧光团非特异性地粘附至结构20之间的间隙区域或平台区域22的至少一部分。如果将抗生物污染层32施加在部件制品10的特定区域中，则未被抗生物污染层32涂覆的其他区域可以与生物样品结合。由于抗生物污染表面35在平台区域22中，并且在无机层24的顶表面27上的暴露表面上不存在，因此生物材料可以结合至结构20的顶部上的分析物结合材料26。因此，抗生物污染层32的表面35在部件制品10的一个或多个区域中提供分析物结合材料(和与其结合的生物材料)的特定放置。
该抗生物污染层32的暴露表面35包含多个甲基(CH3)基团。该抗生物污染层32的暴露表面35(其是疏水性的并且相对非反应性的，例如像硅酮材料)可以包含具有富含甲基基团的表面的任何组合物。抗生物污染层32因此在平台区域22中形成释放层。在不旨在进行限制的一个示例中，通过六甲基二硅氧烷的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成甲基基团，其形成厚度为约1nm至约10nm或约2nm至约8nm的薄表面35。薄膜中的甲基基团连接至抗生物污染层32中的Si原子，并且在平台区域22中提供疏水性非反应性层。
在一些示例中，抗生物污染层32的甲基封端的表面35充分富含甲基基团以提供大于100度的水接触角。在一些示例中，甲基基团可以通过等离子体解离由六甲基二硅氧烷的分子片段形成，尽管在金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物上产生甲基封端的表面的任何方法可以提供类似的功能。
在无机层上形成抗生物污染表面的另一个示例包括硅烷与具有含甲基基团的有机取代的水解敏感中心的反应。水解反应性基团的示例是氯、甲氧基、乙氧基、丙氧基、甲氧基烷氧基、乙酰氧基、胺诸如例如二甲胺、硅氮烷或肟。有机取代的示例包括甲基、直链烷基、支链烷基、芳基和双臂。在各种示例中，硅烷可以通过气相沉积、喷雾或溶剂涂布来施加。
其他化学成分(诸如原硅酸四乙酯、四甲基硅烷、六甲基二硅烷、双(三甲基甲硅烷基)胺、三甲胺或四甲基锡以及其他类似金属烷基化合物)可以使用等离子体增强化学气相沉积来进行沉积，以产生甲基封端的表面。另外，如三甲胺等前体可以使用原子层沉积在适当表面上形成甲基基团的单层。
任选的聚合物支撑膜12在柔性结构化膜16之下，并且在图1的实施方案中包括第一主表面13和第二主表面15。支撑膜12的第一主表面13在载体膜16的第二主表面17之下。在一些实施方案中，支撑膜12的第一主表面13可以任选地进行粗糙化、化学处理、电晕处理等以增强与载体膜16的粘附。用于支撑膜12的第一主表面13的合适表面改性技术包括例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。
支撑膜12的组成可以广泛地变化，并且在各种实施方案中可以包括用于柔性结构化膜16的任何低自发荧光的聚合物材料。在不旨在进行限制的一些实施方案中，支撑膜12可选自聚(甲基)丙烯酸酯及其共聚物，其中(甲基)丙烯酸酯包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、聚丙烯、氢化苯乙烯类、聚(甲基)丙烯酸酯、聚碳酸酯以及它们的混合物和组合物。
在一些实施方案中，(甲基)丙烯酸酯可以用紫外线(UV)辐射固化。支撑膜12的厚度可以根据需要进行调整，以控制层12、16的整体自发荧光。
在一些实施方案中，聚合物支撑膜12的第二主表面15包括任选的粘合剂层40。在粘合剂层40中可以使用任何粘合剂，但是已经发现低自发荧光的材料特别适用于生物化学分析物的分析装置中。在不旨在进行限制的一些示例中，粘合剂层40包括光学透明粘合剂，诸如以商品名3M光学透明粘合剂(3M OPTICALLY CLEAR ADHESIVE)8171得自3M公司(3M)的粘合剂，以及聚异丁烯聚合物粘合剂。合适的异丁烯粘合剂可以包含苯乙烯-异丁烯共聚物，或具有多官能组分，如(甲基)丙烯酰基和乙烯基醚基团。
在不旨在进行限制的一些示例中，粘合剂层40的厚度为约1μm至约50μm或约5μm至约15μm。在一些实施方案中，粘合剂层40应足够均匀，使得分析物结合层26的暴露表面(图1中的第二主表面31)的焦平面的变化不超过约5μm、或不超过约2μm、或不超过约1μm、500nm、250nm或100nm。
粘合剂层40的表面41和或43可以任选地用例如放气通道的网络进行结构化，以在将粘合剂层40施加到刚性基板(诸如玻璃板)的平坦表面上时减少截留的空气。在一些实施方案中，粘合剂层40可以是能够重新定位的粘合剂，并且可以任选地包括玻璃珠、生坯强度低的粘合剂、真空层压等。
可使用多种技术将粘合剂层40施加在聚合物支撑膜12的第二主表面15上，这些技术包括直接涂布在表面15上，或通过将转移粘合剂层压到柔性基板12上。
在一些示例中，粘合剂层40附着至任选的增强层或刚性基板42，其可提供增加的刚性，使得部件制品10可以更容易地用于通常用于执行生物化学测定的设备中。增强层42可以广泛地变化，并且在各种实施方案中包含硅、玻璃、塑料、金属、金属氧化物、纸以及它们的组合。在各种实施方案中，增强层42可以包括单层或多层。在一些实施方案中，刚性基板42的主表面45可以任选地经处理以增强粘合剂层40的移除。
在另一个实施方案中，增强层42可以是保护粘合剂层40的离型衬垫，并且可以从粘合剂层40剥离，使得部件制品可以在用于执行生物化学测定的设备中使用之前施加到所选基板上。合适的离型衬垫42包含但不限于聚合物膜、纸、金属、金属氧化物以及它们的组合。离型衬垫42可以包括单层或多层。
图2是用于形成由图1的制品10例示的具有官能化分析物结合柱的部件制品的方法100的一个实施方案的示意图。在各种实施方案中，方法100可以在辊对辊工艺中的生产线上执行以在聚合物支撑层上制造部件制品，或者可以个别地生产个别制品。
在步骤160中，将聚合物支撑膜112用作部件制品的低自发荧光的背衬基板，该聚合物支撑膜具有第一主表面113和第二主表面115。如上所述，合适的支撑膜112包含低自发荧光的材料，诸如例如COP、PET等。
在一些实施方案中，可以任选地使支撑膜112的第一主表面113粗糙化以增强与后续层的粘附。在一个示例中，可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)使表面113粗糙化，但也可以通过使表面与工具或与另一结构化膜接触来使表面粗糙化。在不旨在进行限制的另一个示例中，表面113可通过如下方式改性：通过使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积含硅的不连续层而添加无规纳米结构，同时或按顺序地用反应性物质蚀刻表面，如分别在如美国专利号10,134,566和8,634,146中所述，所述专利以引用的方式整体并入本文。
在步骤162中，将柔性结构化膜116转移到载体膜112的表面113上。结构化膜116包括结构化表面119。
在一些实施方案中，柔性结构化膜116通过在支撑膜112上浇铸并固化可聚合树脂来制备。如Lu等人的美国专利号5,175,030和Lu的美国专利号5,183,597中所述，制品可通过包括以下步骤的方法来制备：将可聚合组合物以刚好足以填充主体的结构的量沉积到主负微结构化或纳米结构化模制表面上，或通过在支撑膜112与主模制表面之间移动可聚合组合物的珠粒来填充该结构，该支撑膜和该主模制表面中的至少一者为柔性的；固化该组合物以及从该主模制表面分离结构化膜116。在其他示例中，柔性结构化膜116的表面119可以通过多种方法来结构化，这些方法包括但不限于针对结构化工具的微复制、微接触或喷墨印刷、化学处理、激光图案化以及它们的组合。
在另一个实施方案中，将结构化膜116转移到支撑膜112的表面113上在图3的方法200的实施方案中进行了描述。方法200的步骤可以按多个不同的顺序进行，并且图3中的步骤的顺序并不旨在是限制性的。
如图3中的步骤202所示，任选的支撑层280包括图案化层282。在一些实施方案中，图案化层282可通过多种方法来结构化，这些方法包括但不限于针对结构化工具的微复制、浇铸、微接触或喷墨印刷、化学处理、激光图案化以及它们的组合。图案化层282包含图案化表面283，其包括一个或多个凹陷特征284，每个凹陷特征邻接至少一个平台特征286。
在步骤204中，将结构化层288施加在图案化层282的图案化表面283上以形成转移构造289。
在步骤206中，将在步骤204中形成的转移构造289层压到图2的步骤160中所示的聚合物支撑膜112的第一主表面113上。
在步骤208中，转移构造289的结构化层288与图案化层282分离，留下具有图案化表面119的柔性结构化膜116(图2)。图案化表面119包括散布有平台区域122的柱样结构120的布置。图案化表面119包括突起146和平台区域148的图案，其是表面283中的凹陷特征284和平台特征286的图案的反转。方法200因此提供结构化表面层116到聚合物支撑膜112的低平台转移，其结果示于图2的步骤162中。
在一个示例性实施方案中，结构化膜116是可UV固化的(甲基)丙烯酸酯，其具有带有直径为约100nm至约1500nm或约200nm和约500nm的柱146的布置的图案化表面119，该柱散布有平台区域148的布置。在不旨在进行限制的各种实施方案中，图案化表面119中的柱146的纵横比为约5:1至约1:5(高度:直径)，或约2:1和1:1(高度:直径)。在一些实施方案中(未在图2至图3中示出)，柱120可以任选地以大于0°且小于约25°或约2°至约10°的锥角渐缩。
再次参考图2，在方法100的步骤164中，将具有富含甲基的表面135的抗生物污染层132施加在载体膜116的表面119上以在其上形成释放涂层。在不旨在进行限制的一些示例性实施方案中，层132包含具有包含SiCxHy的组合物的等离子体聚合材料，并且被施加在载体膜116的表面119上。在不旨在进行限制的一些示例中，层132可以通过六甲基二硅氧烷的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或溅射而辊对辊地沉积在表面119上。
层132在载体膜116的表面119的柱120和平台区域122上形成释放涂层(该释放涂层包含具有甲基化Si表面135的无定形SiCxHy)，其通俗地称为HMDSO处理。甲基化Si表面135富含连接至Si原子的甲基(CH3)基团，并且包括非反应性疏水性表面，该非反应性疏水性表面在一些示例中在反应性上类似于硅酮。用于层132的材料的其他示例是硅、碳、氢、铝、锡、锗、镓、锌和铟的混合物和组合物，其中表面135是甲基或其他烃。
在各种实施方案中，层132的厚度是约1nm至约200nm、约1nm至约50nm、约2nm至约10nm或约2nm至约8nm。
在步骤166中，平坦化层190被施加在无机层132上以覆盖柱120和平台区域122。在不旨在进行限制的各种实施方案中，平坦化层190是聚合物树脂，诸如例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、(甲基)丙烯酸酯等。
在步骤168中，使用富氧反应性离子蚀刻(RIE)步骤来移除平坦化层190的一部分和甲基化表面135，以在柱120上形成具有非甲基化无机表面127的无机层124，同时留下覆盖平台区域122的平坦化层。在一些实施方案中，如果平坦化层190包含Si，则可以任选地将氟添加至蚀刻剂中。可基于蚀刻的持续时间和选择性来控制蚀刻的深度以移除平坦化层190的所需部分。
来自蚀刻剂的氧的添加提供可广泛变化的无机层124的组成，但在不旨在进行限制的一些示例中包含诸如SiO2、SiCxOy或SiAlxOy的硅氧化物，以及TiO、铝氧化物AlOx、诸如Au、Sn、Ge、Ga、Zn和In的其它金属的氧化物，以及它们的混合物和组合物。在一些情况下，层132的剩余部分可以保留在层124下面。在一些实施方案中，平坦化层190的暴露表面可以任选地进行结构化以增强与后续施加的层的粘附或从后续施加的层释放。
蚀刻步骤改变富含甲基的表面135的化学组成以形成非甲基化无机表面127。含氧蚀刻剂从表面127除去基本上所有的甲基基团，并在其上产生包含暴露的硅烷醇基团的更具反应性的二氧化硅样表面，这对于后续键合步骤是有用的。
在步骤170中，通过任何合适的技术移除平坦化层190，以暴露平台区域122中的甲基化表面135。在各种实施方案中，平坦化层190可以通过附着粘合剂并剥离来移除，或者通过涂布可UV固化的丙烯酸酯、与载体膜层压、固化并剥离来移除。在另一实施方案中，平坦化层190可以通过用溶剂、掩模移除剂溶液或水洗涤来移除，任选地使用诸如超声波或喷雾的搅拌。在一些实施方案中，平坦化层190的表面可以任选地进行粗糙化或结构化以辅助剥离过程。
在步骤172中，将例如，官能烷氧基硅烷的分析物结合层126覆盖在无机层124上并与其暴露表面127结合以形成用于例如生物化学测定的部件构造194。分析物结合层126不与平台区域122内的甲基化表面135反应或结合。
在一些示例性实施方案中，分析物结合层126中的硅烷包含可用于在柱120上形成水凝胶聚合物的反应性基团。在不旨在进行限制的一个示例中，烷氧基硅烷含有丙烯酰胺官能团。在柱官能化之后，分析物结合层126中的丙烯酰胺在表面上聚合，从而导致聚(丙烯酰胺)在柱120上生长。在另一个实施方案中，分析物结合层126中的硅烷直接与丙烯酰胺硅烷反应。
在图2中未示出的另一个实施方案中，在步骤170中移除平坦化层190之前，可以在步骤168中将分析物结合层126任选地施加在表面127上。
虽然未在图2中示出，但如上文所讨论的，在一些实施方案中，可以将任选的粘合剂层施加在部件构造194的支撑膜112的第二主表面115上。粘合剂层可以包括任选的保护性离型衬垫，其可被除去，使得粘合剂背衬的部件构造194可附着到诸如玻璃、纸、聚合物膜等增强层上。
上述部件和装置可用于多种生物化学分析程序，包含但不限于DNA测序测试。例如，用于DNA测序的诊断装置可以包含具有流体通道的图案化布置的流动池，该流体通道被构造成为具有包含多核苷酸和核酸的目标分析物的样品流体提供流动导管。
流动池的流体通道中的至少一些流体通道可以在其表面上衬有柱，该柱包括通过亚甲基基团的网络键合至下面的Si氧化物层的分析物结合层。样品流体中的目标分析物结合在分析物结合层上，并且结合的目标分析物暴露于荧光试剂，使得该分析物能够使用光谱学进行检测。
在另一个示例中，诊断装置可包含在DNA测序试剂盒、用于检测环境污染物的试剂盒、用于检测特定病毒或细菌病原体的试剂盒等中。试剂盒可以包含诊断装置以及为待用诊断装置进行的特定测定所选择的试剂，如荧光试剂，以及使用诊断装置进行特定测定或测定组的适当说明。
本公开的操作将参照以下详述的实施例另外描述。提供这些实施例以另外说明各种具体和优选的实施方案和技术。然而，应当理解，可做出许多变型和修改而仍落在本公开的范围内。
实施例
这些实施例仅是为了说明性目的，并且并非意在过度地限制所附权利要求书的范围。尽管示出本公开的广义范围的数值范围和参数为近似值，但尽可能精确地记录具体示例中示出的数值。然而，任何数值都固有地包含某些误差，其各自的测试测量中所存在的标准偏差必然会引起这种误差。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到权利要求书的范围内的前提下，至少应当根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。
材料
除非另外指明或从上下文中容易看出，否则在实施例和说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。实施例中所用的材料和试剂示于下表1中。
表1：材料和来源
测试方法
以下测试方法用于评估本公开的实施例中的一些。
测试方法1：(DNA粘附)
步骤1：切割测试样品的一部分，并且将双面粘合剂的一面施加到样品的未处理面。
步骤2：获得样品的冲孔(5mm)，并且用细尖端镊子从粘合剂的背面除去离型衬垫。
步骤3：将来自每个样品的冲孔附着至96孔透明底板的底部，使其处理面朝上。
步骤4：制备DNA混合物以处理样品。将使用Illumina Nextera DNA flex文库制备试剂盒(Illumina 20018704)生成的五百微升未稀释的合并测序文库(每个样品平均15nM浓度)用50μl 1N NaOH变性5分钟。
向DNA中加入五十微升1M Tris-HCl pH 7.5以中和，并将混合物短暂涡旋。通过在95℃加热3分钟使DNA文库进一步变性，然后在冰上快速冷却。将变性的合并DNA文库加入到4.5ml HT1杂交缓冲液中，并将混合物高速涡旋30秒。
步骤5：将来自步骤4的混合物转移到试剂贮存器中，并使用多通道移液管将75μl转移到96孔板的每个样品孔中。75μl允许用液体淹没整个样品。材料+染料对照或仅材料对照接受75μl不含DNA的HTI杂交缓冲液。
步骤6：将96孔板用密封膜牢固地覆盖，并在室温下温育1小时。
步骤7：使用多通道移液管除去液体。
步骤8：将一百微升含有1X SYBR金染料的20mM Tris-HCl pH 7.5加入到孔n＝4(图9A至图9B中的A-D行)和材料+染料对照n＝2/样品(图9A至图9B中的E行和F行)中。
步骤9：将一百微升不含染料的20mM Tris-HCl pH 7.5加入到每个样品仅n＝2孔的材料中。
步骤10：使用495nm/537nm的激发/发射从板顶部获得荧光读数，使用Synergy Neo2BioTek酶标仪可获得80％的增益，以获得指定为读数1的第一测量值。
从孔中除去液体，并加入不含染料的新鲜20mM Tris pH 7.5，并且再次读板以获得指定为读数2的第二测量值。
从孔中除去液体，并加入不含染料的新鲜20mM Tris pH 7.5，并且再次读板以获得指定为读数3的第三测量值。
从孔中除去液体，并加入不含染料的新鲜20mM Tris pH 7.5，并且再次读板以获得指定为读数4的第四测量值。
从孔中除去液体，并加入不含染料的新鲜20mM Tris pH 7.5，并且再次读板以获得指定为读数5的第五测量值。
从孔中除去液体，并加入不含染料的新鲜20mM Tris pH 7.5，并且再次读板以获得指定为读数6的第六测量值。
从孔中除去液体，并加入不含染料的新鲜20mM Tris pH 7.5，并且再次读板以获得指定为读数7的第七测量值。
步骤11：为了确定DNA对测试材料的相对粘附，从材料+DNA+染料样品获得的最后荧光读数中减去从材料+染料样品获得的最后荧光读数。误差通过正交传播。
测试方法2：自发荧光
在装配有PELA 1002积分球附件的Perkin Elmer Lambda 1050分光光度计上，在前部样品位置(样品垂直于入射方向成30度角，检测器光学器件垂直于入射方向成10度角)自由站立地测量样品。扫描速度设定为102nm/min，UV-Vis积分设定为0.56sec/pt，数据间隔设定为1nm，并且狭缝宽度设定为5nm。仪器设定为“％透射率”和“％反射率”模式。
为了与已知的参照物比较，由奎宁半硫酸盐一水合物制备在0.5N硫酸中的10ppm奎宁溶液，并放入10mm石英池中。
测试方法3：(X射线光电子能谱法)
样品使用X射线光电子能谱(XPS)(也称为化学分析电子能谱(ESCA))检查样品表面。该技术提供对样本表面上的最外侧的3纳米至10纳米(nm)的分析。光电子光谱提供有关固体表面上存在的元素和化学品(氧化态和/或官能团)浓度的信息。在针对0.1原子％至1原子％浓度范围内的大多数物质的检测限下，XPS对检测元素周期表中除了氢和氦之外的所有元素敏感。XPS浓度应被认为是半定量的，除非标准品包含在数据集中。XPS仪器设置描述于表2中。
表2：XPS仪器设置
| 仪器 | NEXSA，赛默飞世尔科技公司 |
| 分析面积 | ＞＞400μm |
| 光电子飞离角 | 90°±30°接受立体角 |
| X射线源 | 单色Al Ka(1486.6eV)72W |
| 电荷中和 | 低能量e-和Ar+淹没式电子源 |
| 电荷校正 | 无 |
| 分析室压力 | <5x10-7毫巴 |
测试方法4：(飞行时间二次离子质谱)
通过飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)来分析表面。TOF-SIMS对分析深度范围为1nm至2nm的原子和分子具有单层灵敏度。SIMS使用液体金属离子枪用高能电离粒子轰击表面，从而在样品表面引起碰撞级联。SIMS过程喷射碎片离子，该碎片离子被提取并发送通过飞行时间(TOF)质量分析器，该质量分析器可以高质量分辨率确定该离子的质量并因此确定该离子的结构。
在单独分析中收集正和负二次离子。通过在分析区域上快速扫描一次离子束并记录从每次一次离子轰击检测到的二次离子的位置以判断化学成分的表面分布来实现外部1nm-2nm的成像。TOF-SIMS仪器设置示于下表3中。
表3：TOF-SIMS仪器设置
测试方法5：化学力显微术
原子力显微术(AFM)是由柔性悬臂以及附着到悬臂自由端的锋利尖端组成的成像技术。悬臂-尖端组件在表面上进行光栅扫描以产生形貌图像。在尖端与样品之间的相互作用力在扫过表面时造成悬臂偏转。悬臂弯曲力由胡克定律描述：Fc＝-kδc，其中k是悬臂弹簧常数，Fc是悬臂的力，并且δc是悬臂偏转。
AFM的最简单的实施方式被称为接触模式，其中使用反馈控制来维持探针与样品之间的恒定力(固定的悬臂偏转)以产生形貌图像。在每个x-y位置，经由从悬臂背侧反射并通过光电二极管检测的激光束来测量悬臂的挠曲。使用z(x,y)数据构建表面的三维形貌图。除了形貌成像之外，AFM还可以获得尖端与样品之间的力-距离曲线。
当尖端接近表面和从表面撤回时，获得力-距离曲线。力曲线含有大量关于样品性质的信息，包括尖端与样品之间的粘附。粘附是指当尖端从表面撤回时尖端脱离吸引表面的力。
化学力显微术(CFM)是使用化学官能化探针测量力曲线的AFM技术。使用Dimension ICON AFM系统(美国加利福尼亚州圣巴巴拉布鲁克公司的Nanoscope V(Nanoscope V,Bruker,Santa Barbara,CA,USA))在水环境中以力体积映射模式进行CFM测量。使用CH3封端的尖端获得CFM粘附力图(Novascan CT.AU.CH3，Au涂层30nm，SiN探针，标称弹簧常数为0.32N/m)。预期-CH3基团对疏水性基团具有较高的粘附，并且对亲水性基团具有较低的粘附。
通过热调谐确定弹簧常数，并且在空气中使用蓝宝石样品建立偏转灵敏度。典型的力体积图在4μm×4μm处获得，具有64×64个数据点。斜坡尺寸设定为535nm，并且典型的探针正向/反向速度为2.18μm/s。触发力阈值设定为4nN。
测试方法6：角分辨X射线光电子能谱(ARXPS)
在角分辨X射线光电子能谱(ARXPS)中，将样品以连续方式倾斜至多个角度，同时照射样品的相同区域。ARXPS可产生样品的非破坏性深度剖面。这在这里是特别有利的，因为相对于深度的化学状态信息是重要的。
使用赛默飞世尔科技K-α仪器进行测量，该仪器采用聚焦的单色Al K-α辐射作为探针束，通过低能量电子和Ar+离子流束实现表面中和。样品表面上的x射线束尺寸为约400μm。光电子检测使用具有±30°接受立体角的输入透镜。用25eV通过能获得光谱数据，并使用Thermo Avantage v5.9915软件进行分析。
测试方法7：共聚焦显微术
使用配备有Achroplan 63×/1.4 Oil DIC M27(FWD＝0.19mm)物镜的共聚焦显微镜(Zeiss Axioplan 2，带LSM 510激光模块，美国新泽西州索恩伍德的蔡司公司(Zeiss,Thornwood N.J))使具有荧光标记的样品成像。使用一滴ResolveTM显微镜浸油(新泽西州里弗代尔的康沃尔公司)将膜样品粘附在1in×3in的显微镜载玻片上，并用玻璃盖玻片覆盖，在其上加入另一滴显微镜油。然后使用60％至80％功率的488激光激发和505nm长通滤光器拍摄荧光图像。设置扫描参数，限定出23.88微米×23.88微米或40.93微米×40.93微米的视野。
制备实施例
制备实施例1
通过首先添加75重量％PHOTOMER 6210与25重量％SR238和0.5％ TPO以产生丙烯酸酯树脂A来制备丙烯酸酯混合物。将93重量％丙烯酸酯树脂A添加到7重量％HFPO-UA溶液中，从而产生第二丙烯酸酯混合物。然后通过将14重量％的第二丙烯酸酯混合物与43重量％PGME和43重量％MEK手动混合来产生丙烯酸酯溶液。
制备实施例2：
通过将PHOTOMER 6210、SR238、SR351和TPO以60/20/20/0.5的重量比组合并混合来制备树脂D。在加入所有组分后，通过加热至大约50℃并在辊式混合机上混合12小时直至混合物看起来均匀来共混该混合物。
制备实施例3：pH 7.0的10mM磷酸钾缓冲液
首先通过将38.5g的1M KH2PO4和61.5g的1M三水合磷酸氢二钾合并来制备0.1M磷酸钾缓冲液。然后通过将10g的0.1M磷酸钾缓冲液与90g的去离子水混合来制备pH 7.0的10mM磷酸盐缓冲液。
实施例
实施例1：生物污染
根据测试方法1对制备实施例1和2的材料进行生物污染实验。来自两种材料+染料对照和四种材料+染料+DNA样品的图像亮度和标准偏差示于表4中。
表4：生物污染测试结果
| 材料 | 图像亮度 | 标准偏差 |
| ST505上的HMDSO | 1,971 | 2,326 |
| ST505上的丙烯酸酯树脂A | 5,016 | 1,245 |
| COP上的SiCxOy | 5 | 73 |
| COP | -10 | 18 |
| 无膜 | -34 | 29 |
实施例2：荧光
根据测试方法2测量COP上丙烯酸酯树脂A的100nm、300nm和2μm平坦涂层的荧光。还测量了COP和BOPP膜以及石英、硼硅酸盐和奎宁掺杂样品的对照的荧光。以CPS/微安培计的强度示于图4中。
实施例3：SiCxOy/HMDSO的选择性
通过混合3-氨基丙基三甲氧基硅烷(1.00g)、无水乙醇(46.3g)、乙酸(200mg)和水(2.5g)制备硅烷涂料溶液。将带涂层的膜切成4英寸正方形，并浸入硅烷涂料溶液中，持续45分钟。从溶液中取出后，立即使用喷瓶用过量乙醇冲洗膜，然后置于保持在70℃下的烘箱中，持续30分钟。然后在硅烷处理之前和之后通过如测试方法3中所述的XPS分析膜，以确定表面上氮的相对浓度。在平坦HMDSO处理的膜上在暴露于氨基硅烷之前和之后的氮浓度以及在COP上的平坦SiOx显示在图5中。
实施例4：400nm柱
复制
通过将树脂D模涂到聚碳酸酯支撑层上来制备纳米结构化膜。将带涂层的膜压贴在纳米结构化镍表面，该纳米结构化镍表面附着到在60℃下使用橡胶覆盖的辊以15.2米/分钟的速度控制的钢辊。纳米结构化镍表面由十二个6mm×6mm的图案化区域组成，其中孔特征的尺寸在介于75nm与500nm之间的范围内。特征为约200nm高，并且具有约4度的侧壁角。
膜上树脂D的涂层厚度足以完全润湿镍表面，并且在将带涂层的膜压贴在纳米结构化镍表面上时形成树脂的滚动料珠。将膜暴露于来自配有D灯泡的两个Fusion UV灯系统(以商品名“F600”得自马里兰州盖瑟斯堡的辐深紫外线系统公司(Fusion UV Systems,Gaithersburg,MD))的辐射，这两个灯泡都以142W/cm工作，同时与纳米结构化镍表面接触。在将膜从纳米结构化镍表面剥离之后，将支撑层的纳米结构化侧再次暴露于来自在142W/cm下操作的配备有D灯泡的Fusion UV灯系统的辐射。
释放处理
在平行板电容耦合等离子体反应器中将根据美国专利号6,696,157(David等人)和8,664,323(Iyer等人)以及美国专利公布号2013/0229378(Iyer等人)中所述的方法组装的具有甲基化表面的无机层施加到纳米结构化膜上，以形成非结构化释放膜。室具有表面积为1.7m2(18.3ft2)的中心圆柱形通电电极。在将纳米结构化膜和聚合物支撑层放置在通电电极上之后，将反应室泵吸降压至小于1.3Pa(2毫托)的基础压力。使O2气体以1000SCCM的速率流入室中。使用等离子体增强CVD方法通过以13.56MHz的频率和2000瓦的施加功率将RF功率耦接到反应器中来进行处理。
通过以9.1米/分钟(30ft/min)的速率移动纳米结构化膜通过反应区来控制处理时间，从而得到约10秒的暴露时间。在完成沉积后，关闭RF功率并将气体从反应器中排出。在第一次处理之后，在同一反应器中进行第二次等离子体处理，而不使腔室返回至大气压。使HMDSO气体以约1750SCCM流入室中以实现9毫托的压力。随后以1000W的施加功率将13.56MHz RF功率耦接到反应器中。
然后以9.1米/分钟(30ft/min)的速率将膜运送通过反应区，从而得到约10秒的暴露时间。在该处理时间结束时，停止RF功率和气体供应并使室返回至大气压。纳米结构化释放膜的SEM示于图6中。
平坦化层
使用狭缝模头以0.025m/s的速率在辊对辊工艺中将5重量％PVB 30H溶液在IPA中的溶液模涂到纳米结构化释放膜上。将溶液涂布15.3cm宽，并用Harvard注射泵以2.23sccm的速率泵送。将涂层在65℃下干燥4分钟以产生平坦化膜。
蚀刻
在用于沉积PECVD释放层的相同的自制反应室中对平坦化膜进行反应性离子蚀刻以产生蚀刻后的膜。在将带涂层的膜放置在通电电极上之后，将反应室泵吸降压至小于1.3Pa(1毫托)的基础压力。使O2气体以100SCCM的速率流入室中。随后以7500W的施加功率将13.56MHz RF功率耦接到反应器中。然后以10ft/min的速率将膜运送通过反应区，以实现大约30秒的暴露时间。在该处理时间结束时，停止RF功率和气体供应，并且使该室返回到大气压。蚀刻后的膜的SEM示于图7中。
剥离
在辊对辊工艺中以0.025m/s(5fpm)将蚀刻后的膜与电晕处理的Melinex 454膜层压。将丙烯酸酯树脂A用注射器注入辊隙中，以保持涂层10cm-12cm宽。辊隙由硬度为90的橡胶辊和设定在54℃处的钢辊组成。辊隙由两个被0.27MPa加压的Bimba气缸接合。膜保持接触大约1.5m，其中它们用熔融D灯泡固化，且随后剥离。通过该方法，将蚀刻后剩余的PVB转移至Melinex 454，在纳米结构化膜上留下清洁但化学上不同的表面。SEM示于图8中。
样品分析
根据测试方法5的4μm×4μm样品的接触力显微术(CFM)形貌图像示于图9中。使用CH3封端的AFM探针获得的4μm×4μm力体积粘附图显示在图10中。
实施例5：200nm直径柱：
重复实验
如实施例4制备纳米结构化膜，不同的是使用Melinex 454膜代替聚碳酸酯膜，并且使用由具有规则间隔的200nm直径孔的一个约5cm×5cm片组成的镍表面。
释放处理
如实施例4所述对纳米结构化膜进行释放处理。
平坦化层
如实施例4所述涂布4重量％于IPA中的PVB 30H溶液。
蚀刻
如实施例4中所述蚀刻平坦化的结构化膜，其中速度改变为10ft/min。部分覆盖的柱可在图11中看到。
剥离
将3ml丙烯酸酯树脂A置于蚀刻后的膜与Melinex 454片材之间。使用手动辊分散液滴。通过暴露于来自UV-LED系统的385nm光30秒来固化树脂。用手剥离样品，并将PVB从蚀刻后的膜转移到Melinex上。柱的不同处理可见于图12中剥离的结构化膜的SEM图像中。
实施例6：1500nm柱
重复实验
如实施例4中制备纳米结构化膜，不同的是使用常规的75um厚的双轴定向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜(自制)代替聚碳酸酯膜。PET膜的接触树脂的一侧用热固性丙烯酸类聚合物(Rhoplex 3208，购自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical,Midland,MI))打底漆。使用由具有规则间隔的1500nm直径和350nm深的孔的一个约15cm×15cm片组成的镍表面。
释放处理：
如实施例4所述对纳米结构化膜进行释放处理。
平坦化层
如实施例4所述涂布4重量％于IPA中的PVB 30H溶液，泵速率改变为2.97sccm。
蚀刻
如实施例4中所述蚀刻平坦化的膜，其中速度改变为10ft/min。
剥离
如实施例1所述从蚀刻后的膜上剥离PVB，并使用测试方法4：TOF-SIMS分析样品。图13示出化学上不同的柱顶部和谷区域。
官能化
样品如实施例3中所述进行硅烷涂布。
实施例7：低自发荧光的纳米结构化膜
粗糙化COP
如美国专利号10,134,566中所述，通过使用PECVD沉积不连续的含硅层，同时用反应性物质蚀刻表面来使COP膜基板粗糙化。在用于沉积PECVD释放层的相同的自制反应室中在COP膜基板上进行反应性离子蚀刻。在将膜放置在通电电极上之后，将反应室泵吸降压至小于1.3Pa(1毫托)的基础压力。使HMDSO和O2气体分别以18sccm和750sccm的速率流入室中。随后以6000W的施加功率将13.56MHz RF功率耦接到反应器中。然后以10ft/min的速率将膜运送通过反应区，以实现大约30秒的暴露时间。在该处理时间结束时，停止RF功率和气体供应，并且使该室返回到大气压。
低平台复制
首先，如实施例4的剥离步骤中所述，通过取得从实施例4的经释放处理的纳米结构化膜并涂布丙烯酸酯树脂A、固化并剥离到Melenex 454膜上来产生纳米结构化孔膜。然后使用实施例4中所述的程序对该纳米结构化孔膜进行释放处理。
通过使用狭缝模头以0.051m/s的速率将丙烯酸酯溶液C预涂布到经释放处理的纳米结构化孔膜上来将纳米结构化柱复制到粗糙化COP上。将溶液涂布15.3cm宽，并用Harvard注射泵以1.8sccm的速率泵送。
将涂层在环境条件下干燥4分钟，然后在辊隙中层压到来自前一步骤的粗糙化COP膜上。辊隙由硬度为90的橡胶辊和设定在54℃处的钢辊组成。辊隙由两个被0.27MPa加压的Bimba气缸接合。膜保持接触大约1.5m，其中它们用熔融D灯泡固化，且随后剥离。从图14中的SEM照片可以看出，根据图4中的数据，该膜将具有低自发荧光。
释放处理
如实施例4中对纳米结构化膜的表面进行释放处理。
平坦化层
除了将流速改变为1.5cc/min和将宽度改变为10.2cm之外，如实施例4中所述，用PVB包覆经释放处理的膜。
剩余步骤
蚀刻、剥离和官能化的剩余步骤可以如上所述进行。可以任选地将样品层压到来自粘合剂组A、B、C或3M TM光学透明粘合剂8171的一种或多种粘合剂上。
实施例8：用叠氮基硅烷官能化1500nm柱膜
代替3-氨基丙基三甲氧基硅烷的最终处理，通过与实施例3中定义的官能化方法相同的方法、但用3-叠氮基丙基三乙氧基硅烷取代3-氨基丙基三甲氧基硅烷，用3-叠氮基丙基三乙氧基硅烷的溶液官能化实施例6的1500nm柱图案化的膜。
实施例9：用丙烯酰胺硅烷官能化1500nm柱膜
代替3-氨基丙基三甲氧基硅烷的最终处理，通过与实施例3中定义的官能化方法相同的方法、但用丙烯酰胺硅烷代替3-氨基丙基三甲氧基硅烷，用丙烯酰胺硅烷溶液官能化实施例6的1500nm柱图案化的膜。
基于XPS测量，在丙烯酰胺硅烷官能化之后，氮％从0.7％增加至3.8％。还使用角分辨XPS分析官能化基板，其中样品阶段可从0°倾斜到75°取向以选择性地分析柱的顶部部分的元素组成。当XPS阶段从0°倾斜至75°时，氮％从3.7％增加至4.6％，表明用丙烯酰胺硅烷优先官能化柱。
实施例10：用氨基硅烷将荧光染料共价连接至1500nm柱膜
然后将实施例6的具有氨基硅烷膜的1500nm柱膜置于12孔板中并用pH 8.0的TE缓冲液冲洗三次。将大约500μL的0.1mg/mLAlexa FluorTM 488 NHS酯(琥珀酰亚胺酯)在pH8.0的TE缓冲液中的溶液移液到氨基硅烷官能化的纳米柱样品的表面上。将官能化设定一小时，然后将样品用pH 8.0的TE缓冲液冲洗，用氮气干燥并使用共聚焦显微镜成像。
使用如上所述的测试方法7(共聚焦显微术)获得实施例10的荧光纳米柱构造的共聚焦图像。共聚焦显微照片显示，与HMDSO处理的平台区域相比，我们已经实现了柱顶部荧光的选择性/对比度。
实施例11：用叠氮基硅烷将炔烃寡核苷酸共价连接至1500nm柱膜
然后使用Cu催化的叠氮-炔烃环加成，用含荧光素的炔烃寡核苷酸将实施例8的含叠氮基硅烷膜的1500nm柱膜官能化。pH 7.0的10mM磷酸钾缓冲液(1.429mL)、炔烃寡核苷酸(3nmol)、N,N,N',N',N"-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA，13.14μL)、五水合硫酸铜(CuSO4.5H2O，4w/v％溶液，7.49μL)和抗坏血酸钠(400mg/mL，6μL)一个接一个地装入1.5mLDNA LoBind管中，并且在添加每种组分后涡旋混合。
将膜放置在铝称重盘中。将500μL的寡核苷酸溶液移液到纳米柱膜的表面上，然后将其放置在设定为60℃的烘箱中30分钟。取出膜，并用去离子H2O冲洗，并用氮气干燥。通过共聚焦显微术确认寡核苷酸的存在。使用如上所述的测试方法7(共聚焦显微术)获得实施例11的荧光纳米柱构造的共聚焦图像。
共聚焦显微照片显示，与HMDSO处理的平台区域相比，我们已经实现了柱顶部荧光的选择性/对比度。除了荧光之外，柱的顶部还具有另外的更粗糙的特征，这可归因于寡核苷酸的沉积。
实施例12：微柱膜上胺丙烯酰胺刷状聚合物的生长
将表5中所示的溶液加入到25mL小瓶中。将实施例9的具有丙烯酰胺硅烷的1500nm柱图案化的膜置于小瓶中，使得其完全浸没在溶液中。用隔膜盖上小瓶，并用氮气经由刺穿隔膜的针将氮气鼓泡通过溶液10分钟。然后取出针，并将小瓶置于保持在70℃的烘箱中2小时。将膜从小瓶中取出并浸泡在水中过夜，然后风干。
表5：用于微柱膜上的胺丙烯酰胺刷状聚合物生长的溶液
实施例13：荧光染料与具有氨基丙烯酰胺刷涂顶部的微柱膜的共价连接
使用针对实施例10所述相同的方法，用实施例12的膜取代实施例6的膜，用含胺刷状聚合物将荧光Alexa FluorTM 488 NHS酯染料共价连接至微柱膜。通过共聚焦显微术确认共价连接的荧光标记的存在。
本说明书中通篇提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在本说明书通篇各处出现的短语诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本公开的某些示例性实施方案中的同一实施方案。此外，具体特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
虽然本说明书已经详细地描述了某些示例性实施方案，但是应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可很容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同物。因此，应当理解，本公开不应不当地受限于以上示出的例示性实施方案。特别地，如本文所用，用端值表述的数值范围旨在包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。另外，本文所用的所有数字都被认为是被术语“约”修饰。
此外，本文引用的所有出版物和专利均以引用的方式全文并入本文中，如同各个单独的出版物或专利都特别地和单独地指出以引用方式并入一般。已对各个示例性实施方案进行了描述。这些实施方案以及其他实施方案均在以下权利要求书的范围内。
Claims (20)
1.一种制品，所述制品包括：
柔性结构化膜，所述柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中所述柔性结构化膜的第一主表面包括由平台区域分隔开的多个柱，并且其中所述柱包括暴露表面；
抗生物污染层，所述抗生物污染层在所述平台区域中，其中所述抗生物污染层具有甲基化表面；
无机层，所述无机层在所述柱的所述暴露表面上，其中所述无机层包含金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物；和
分析物结合层，所述分析物结合层在所述无机层上，其中所述分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中所述分析物结合层的暴露表面包含被选择用于与生物化学分析物结合的至少一个官能团。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述无机层包含Si、Ti或Al中的至少一种或它们的氧化物，并且其中所述无机层的厚度小于约200nm。
3.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述无机层包含SiCxOy，并且所述抗生物污染层包含甲基封端的SiCxHy。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的制品，其中所述分析物结合层包含丙烯酰胺共聚物、缩合的硅烷以及它们的混合物和组合物。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的制品，其中所述柱具有100nm至1500nm的直径。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的制品，其中所述柱具有大于0nm但至多1000nm的高度。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的制品，其中所述柔性结构化膜具有低自发荧光。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的制品，所述制品还包括聚合物支撑层，所述聚合物支撑层具有第一主表面和第二主表面，其中所述聚合物支撑层的所述第一主表面在所述结构化膜的所述第二主表面上。
9.根据权利要求8所述的制品，所述制品还包括粘合剂层，所述粘合剂层在所述聚合物支撑层的所述第二主表面上。
10.根据权利要求9所述的制品，所述制品还包括支撑层，所述支撑层在所述粘合剂层上，其中所述支撑层选自离型衬垫和刚性基板。
11.一种用于制造诊断装置的部件的方法，所述方法包括：
提供柔性结构化膜，所述柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中所述柔性结构化膜的所述第一主表面包括图案化表面，所述图案化表面包括散布有平台区域的柱的布置；
在所述柔性结构化膜的所述第一主表面上施加释放层，使得所述释放层覆盖所述柱的顶表面和所述平台区域，其中所述释放层包括富含甲基(CH3)基团的表面；
在所述释放层上施加平坦化层；
用含氧蚀刻材料蚀刻所述平坦化层的一部分以在所述柱的所述顶表面上形成非甲基化无机层，其中所述无机层包含金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物；
移除所述平坦化层；以及
将官能硅烷材料附着在所述柱的所述顶表面上的所述无机层上，并且使所述官能硅烷材料聚合以在无机层上形成分析物结合层，其中所述分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中所述分析物结合层包含与生物化学分析物反应的至少一个官能团。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在附着所述官能硅烷之前移除所述平坦化层。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在移除所述平坦化层之前附着功能层。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其中通过使所述无机层与氨基硅烷或丙烯酰胺硅烷中的一种反应以形成丙烯酰胺而使所述分析物结合层附着至所述无机层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中使所述丙烯酰胺聚合以形成聚(丙烯酰胺)。
16.根据权利要求11至15中的任一项所述的方法，其中所述无机层包含SiCxOy，并且所述释放层包含甲基封端的SiCxHy。
17.根据权利要求11至16中的任一项所述的方法，其中所述分析物结合层包含丙烯酰胺共聚物、缩合的硅烷以及它们的混合物和组合物。
18.根据权利要求11至17中的任一项所述的方法，所述方法还包括在所述聚合物支撑层的所述第二主表面上施加粘合剂层。
19.一种用于检测生物化学分析物的诊断装置，所述诊断装置包括具有流体通道的图案化布置的流动池，所述流体通道被构造成提供用于包括所述生物化学分析物的样品流体的流动导管，其中所述流动池的所述流体通道中的至少一些流体通道在其表面上衬有：
柔性结构化膜，所述柔性结构化膜具有第一主表面和第二主表面，其中所述柔性结构化膜的第一主表面包括具有延伸到所述流动池的所述流体通道中的暴露表面的多个柱，其中所述柱散布有平台区域；
抗生物污染层，所述抗生物污染层在所述平台区域中，其中所述抗生物污染层包括甲基化表面；
非甲基化无机层，所述非甲基化无机层在所述柱的所述暴露表面上，其中所述无机层包含金属、准金属、金属氧化物或准金属氧化物；和
分析物结合层，所述分析物结合层在所述无机层上，其中所述分析物结合层选自反应性硅烷、可官能化水凝胶、可官能化聚合物以及它们的混合物和组合物，并且其中所述分析物结合层的暴露表面包含被选择用于与所述样品流体中的所述生物化学分析物结合的至少一个官能团。
20.一种DNA测序试剂盒，所述DNA测序试剂盒包含根据权利要求19所述的诊断装置、用于DNA测序的荧光试剂和说明书。
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