CN116848462A - 树脂组合物和并入有该树脂组合物的流通池 - Google Patents
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Abstract
树脂组合物的示例包括环氧树脂基质和掺入到该环氧树脂基质中的官能化二氧化硅纳米粒子。这些官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。该树脂组合物可使用纳米压印光刻进行压印。该树脂组合物可用于制造用于流通池的图案化基底。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年2月9日提交的美国临时申请序列号63/147,605的权益，该美国临时申请的内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
纳米压印技术实现了纳米结构的经济而有效的生产。纳米压印光刻通过具有纳米结构的印模而采用材料的直接机械变形。在印模处于适当位置的同时将材料固化以锁定材料中纳米结构的形状。
纳米压印光刻已经用于制造图案化基底，这些基底可用于各种应用中。一些图案化基底包括流体通道和离散的孔或凹入部。这些图案化基底可被构建到流通池中。在一些流通池中，将活性表面化学物质引入到离散的凹入部中，而包围离散的凹入部的间隙区域保持惰性。这些流通池可能特别可用于检测和评估各种各样的分子(例如，DNA)、分子家族、基因表达水平或单核苷酸多态性。
发明内容
本文公开了一种树脂组合物，该树脂组合物适用于纳米压印光刻。树脂组合物的示例包括环氧树脂基质和官能化二氧化硅纳米粒子。环氧树脂基质中官能化二氧化硅纳米粒子的特定尺寸和量有助于树脂组合物的可压印性。树脂组合物的示例在不到30秒内就表现出一致地高的固化程度。
用树脂组合物的示例生成的固化树脂可具有若干种期望的特性。作为一个示例，固化树脂可具有高硬度水平，这增强了树脂在后续加工期间的抗损坏性。作为另一个示例，固化树脂可表现出低的自体荧光。作为另一个示例，固化树脂可表现出减少的开裂和解聚。
在第一方面，树脂组合物包含环氧树脂基质；和掺入到环氧树脂基质中的官能化二氧化硅纳米粒子。
在第一方面的示例中，官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。
在第一方面的示例中，官能化二氧化硅纳米粒子具有表面官能团，并且表面官能团选自由丙烯酸官能团、羧基官能团、氨基官能团以及它们的组合组成的组。
在第一方面的示例中，基于树脂组合物中的总固体，官能化二氧化硅纳米粒子以大于0质量％最高至约35质量％范围内的量存在。
在第一方面的示例中，基于树脂组合物中的总固体，官能化二氧化硅纳米粒子以约12质量％至约25质量％范围内的量存在。
在第一方面的示例中，环氧树脂基质包含选自由以下各项组成的组的一种或多种环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷、(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物、乙烯基环己烯二氧化物、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环氧-3-苯氧基丙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧十六烷、聚(乙二醇)二缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚、1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯以及它们的组合。
第一方面的示例还包含液体载体。
应当理解，本文所公开的树脂组合物的第一方面的任何特征可以任何期望的方式和/或构型组合在一起，以实现如本公开所描述的益处，包括例如改善的机械特性和/或增加的固化程度。
在第二方面，树脂组合物包含液体载体，其中固体分散在该液体载体中，这些固体由以下各项组成：选自由以下各项组成的组的环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷、(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物、乙烯基环己烯二氧化物、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环氧-3-苯氧基丙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧十六烷、聚(乙二醇)二缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚、1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯以及它们的组合；官能化二氧化硅纳米粒子；引发体系，该引发体系选自由直接光酸产生剂和自由基光引发剂与光酸产生剂的组合组成的组；以及任选的表面添加剂。
在第二方面的示例中，官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。
在第二方面的示例中，基于树脂组合物中的总固体，环氧材料以约65质量％至小于100质量％范围内的量存在；并且基于树脂组合物中的总固体，官能化二氧化硅纳米粒子以大于0质量％最高至约35质量％范围内的量存在。
在第二方面的示例中，官能化二氧化硅纳米粒子具有表面官能团，并且表面官能团选自由丙烯酸官能团、羧基官能团、氨基官能团以及它们的组合组成的组。
应当理解，该树脂组合物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，这种树脂组合物和/或树脂组合物的第一方面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描述的益处，包括例如改善的机械特性和/或增加的固化程度。
在第三方面，一种流通池包括基底和基底上的固化的图案化树脂，该固化的图案化树脂包括由间隙区域分开的凹入部，并且该固化的图案化树脂包括树脂组合物的固化形式，该树脂组合物包含环氧树脂基质和掺入到环氧树脂基质中的官能化二氧化硅纳米粒子，官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。
第三方面的示例还包括凹入部中的水凝胶和附接到水凝胶的扩增引物。
在第三方面的示例中，官能化二氧化硅纳米粒子具有表面官能团，并且表面官能团选自由丙烯酸官能团、羧基官能团、氨基官能团以及它们的组合组成的组。
在第三方面的示例中，环氧树脂基质包含选自由以下各项组成的组的环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷、(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物、乙烯基环己烯二氧化物、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环氧-3-苯氧基丙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧十六烷、聚(乙二醇)二缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚、1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯以及它们的组合。
应当理解，本文所公开的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，流通池的和/或树脂组合物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，包括例如具有基本上均匀涂层表面的内部流通池表面。
在第四方面，一种方法包括将环氧树脂基质与液体载体混合以形成混合物；以及将平均粒度为至多约10nm的官能化二氧化硅纳米粒子掺入到混合物中，从而形成稀释的树脂组合物，其中基于稀释的树脂组合物中的总固体，官能化二氧化硅纳米粒子以大于0质量％最高至约35质量％的量存在。
第四方面的示例还包括将稀释的树脂组合物施加于基底上，由此液体载体中的至少一些蒸发，以形成可纳米压印的树脂组合物；用具有多个纳米特征的工作印模压印可纳米压印的树脂组合物；以及在工作印模就位时固化可纳米压印的树脂组合物，从而在基底上形成固化的图案化树脂。
在第四方面的示例中，官能化二氧化硅纳米粒子具有表面官能团，并且表面官能团选自由丙烯酸官能团、羧基官能团、氨基官能团以及它们的组合组成的组。
在第四方面的示例中，环氧树脂基质包含选自由以下各项组成的组的环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷、(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物、乙烯基环己烯二氧化物、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环氧-3-苯氧基丙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧十六烷、聚(乙二醇)二缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚、1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯以及它们的组合。
应当理解，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，该方法的和/或流通池的和/或树脂组合物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描述的益处，包括例如增加的固化程度。
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是流程图，示出了用于制备本文所公开的稀释的树脂组合物的示例的方法的示例；
图2是流程图，示出了使用本文所公开的稀释的树脂组合物的示例的方法的示例；
图3A至图3E是一起描绘图2的方法的示例的示意性透视图；
图3F是沿着图3E的线3F-3F截取的示意性横截面图；
图4是描绘稀释的树脂组合物的粘度(mPa，Y轴)相对于稀释的树脂组合物中官能化二氧化硅纳米粒子的百分比(质量％固体，X轴)的图；
图5是描绘固化树脂的硬度(GPa，Y轴)相对于用于形成固化树脂的树脂组合物中官能化二氧化硅纳米粒子的百分比(质量％固体，X轴)的图；
图6是描绘固化树脂(在两个不同UV固化时间下固化)在2990cm-1处的经校正红外(IR)强度(Y轴)相对于用于形成固化树脂的树脂组合物中官能化二氧化硅纳米粒子的百分比(质量％固体，X轴)的图；
图7是描绘固化树脂(在两个不同的UV固化时间下固化)的硬度(GPa，Y轴)相对于固化树脂在2990cm-1处的经校正红外(IR)强度(X轴)的图；
图8是描绘固化树脂的自体荧光(蓝色强度，Y轴)相对于UV固化时间(以秒计，X轴)的图；并且
图9是扫描电子显微镜(SEM)图像，描绘了使用本文所公开的树脂组合物的示例和纳米压印光刻形成的示例性固化树脂。
具体实施方式
一些图案化的流通池包括树脂材料，该树脂材料具有在其中形成的离散的孔或凹入部。为了形成孔或凹入部，可使用诸如纳米压印光刻的各种技术来压印树脂材料。纳米压印光刻涉及用压印设备(例如，模板或工作印模)压印树脂，然后使树脂固化。当纳米压印成功时，压印设备的特征被转移到树脂上。
本文公开了一种树脂组合物，该树脂组合物适用于纳米压印光刻。该树脂组合物包含特定量的官能化二氧化硅纳米粒子，这些纳米粒子具有特定的平均粒度。如本文所述的实施例部分中所证明，当包含特定量的这些特定官能化二氧化硅纳米粒子时，稀释的树脂组合物的粘度保持在使得稀释的树脂组合物能够沉积的范围内，并且沉积的树脂组合物具有期望的膜厚度并能够成功地进行纳米压印(例如，模板的特征精确且准确地转移到固化树脂上)。
添加官能化二氧化硅纳米粒子不会有害地影响树脂组合物中单体或聚合物的固化(例如聚合和/或交联)程度。固化不够的树脂不会完全玻璃化并且可表现出回流，这可体现于图案化区域中的不良且不受控制的孔/凹入部形状。另外，固化不足的树脂可具有低硬度值，这会增加材料对下游加工的敏感性。2990cm-1处的傅里叶变换红外光谱(FTIR)强度显示固化树脂的硬度与固化程度之间存在相关性。较高的固化程度对应于在2990cm-1处较低的校正强度。
如本文所述的实施例部分中所证明，本文所公开的树脂组合物的示例在30秒内表现出一致的高固化程度。当官能化二氧化硅纳米粒子的量超过本文公开的上限时，固化程度降低，并且2990cm-1处的校正强度增加。然而，当包含本文所公开的特定量的官能化二氧化硅纳米粒子时，树脂组合物有效地固化，如2990cm-1处的低校正强度和固化树脂硬度的增加所证明。高硬度水平降低了固化树脂对下游加工的敏感性，因此固化的图案化树脂在后续加工(诸如抛光)期间表现出增强的抗损坏(例如刮擦)性。由于本文所公开的固化树脂的示例的硬度处于期望的水平(例如，在20秒固化时间下为至少0.25GPa，或在5秒固化时间下为至少0.175GPa)，因此发生回流和刮擦的可能性最小或不存在。
合适的固化程度和增加的硬度，再加上固化树脂的其他期望特性(诸如低自体荧光)不会受到有害影响。一些固化树脂在感兴趣的激发波长(例如，在约380nm至约450nm范围内的紫色激发波长、或在约450nm至约495nm范围内的蓝色激发波长、或在约495nm至约570nm范围内的绿色激发波长)下表现出不期望的自体荧光水平。当对已经掺入到测序期间形成于凹入部中的单独的新生链中的核苷酸的光学标记进行成像时，来自固化树脂的荧光可能会增加背景噪声。增加的背景噪声可能会降低信噪比(SNR)，使得在测序期间更难以分辨来自各个凹入部内的各个簇的信号。本文所公开的固化树脂的示例具有最小的蓝色激发吸光度，从而在暴露于紫色或蓝色激发波长时产生相对较低的蓝色或没有蓝色或者更长波长的自体荧光。因此，在本文所公开的固化树脂的示例的图案化的流通池表面上测序期间的信号干扰的可能性是最小的或不存在的。
官能化二氧化硅纳米粒子还可填充固化的图案化树脂内的空腔，这可减少开裂。官能化二氧化硅纳米粒子还可防止固化期间环氧树脂解聚，这可导致更均匀的涂层，这继而可减少随后沉积的材料的起泡或分层。
同样，本文所公开的树脂组合物可具有显著地提高图案化的流通池制造的生产量的益处，而不会损害对应的固化树脂的期望的性质。
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、相邻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。
“丙烯酰胺”是具有结构的官能团或包含丙烯酰胺官能团的单体。丙烯酰胺可为具有取代一个或多个氢原子的取代基的化学化合物丙烯酰胺(例如，甲基丙烯酰胺)。包含丙烯酰胺官能团的单体的示例包括叠氮基乙酰氨基戊基丙烯酰胺：：和N-异丙基丙烯酰胺：/>可使用其他丙烯酰胺单体，本文阐述了其中的一些示例。
如本文所用，“醛”是包含具有结构-CHO的官能团的有机化合物，其包括羰基中心(即，碳以双键键合到氧)，其中碳原子也键合到氢和R基团，诸如烷基或其他侧链。醛的通式结构是：
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-C4烷基”指示烷基链中存在一至四个碳原子，即烷基链选自由甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基组成的组。烷基可为取代的或未取代的。取代的烷基的示例是卤代烷基或被卤素取代的烷基。
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。烯基基团可具有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。
“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。
“芳烷基”是指芳基取代的烷基自由基。
如本文所用，“芳基”是指在环骨架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。
“胺”或“氨基”官能团是指-NRaRb基团，其中Ra和Rb各自独立地选自氢(例如)、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C3-C7碳环基、C6-C10芳基、5-10元杂芳基和5-10元杂环基，如本文所定义。
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。例如，核酸可通过共价键或非共价键附接到聚合物水凝胶。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。
“自体荧光”是指固化树脂在暴露于蓝色激发波长时发射光。无自体荧光意味着荧光水平低于阈值检测极限。术语“低自体荧光”是指(固化树脂在暴露于蓝色激发波长时的)发光水平高于阈值检测极限并且是足够低的以至于被认为是噪声，并且噪声所处的水平不会干扰测序期间对簇信号的识别(例如，自体荧光水平实现足够高的信噪比(SNR)，使得在测序期间可分辨来自各个簇的信号)。
应当理解，就对自体荧光(AF)定量而言，对“低”或“低水平”的定义可根据用于测量自体荧光的工具和/或用于提供激发辐射的灯而变化。在一些示例中，参考水平可用于定义相对AF水平。作为一个示例，参考水平是0.7mm厚的玻璃(CEXG)的AF水平，并且可在蓝色激光激发下相对于CEXG输出定义“低AF”。这种输出(以任意单位计)的数值在相对意义上是相关的，因为该数值可取决于所测量的材料、所测量的激发和发射带、激发光的强度等。作为一个示例，考虑到针对0.7mm CEXG的发射值为约3500Au，固化树脂的大约500nm的层在来自堆叠体的总信号小于约10,000AU(例如，固化树脂贡献小于CEXG贡献的2倍)，或者在其他示例中小于约7,000AU(例如，固化树脂贡献小于CEXG贡献的1倍)的情况下可被认为具有低AF。
“叠氮化物”或“叠氮基”官能团是指-N3。
如本文所用，“碳环基”意味着在环系主链中仅含有碳原子的非芳族环状环或环系。当碳环基为环系时，两个或更多个环可以以稠合、桥接或螺接的方式接合在一起。碳环基可具有任何饱和度，前提条件是环系中的至少一个环不是芳族的。因此，碳环基包括环烷基、环烯基和环炔基。碳环基团可具有3至20个碳原子。碳环的示例包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环己烯基、2,3-二氢-茚、双环[2.2.2]辛烷基、金刚烷基和螺[4.4]壬烷基。
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。同样如本文所用，“杂环烯基”或“杂环烯烃”意指在环主链中具有至少一个杂原子，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。
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。在一些实施方案中，环烷基基团可在环中含有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。同样如本文所用，“杂环炔基”或“杂环炔烃”意指在环主链中具有至少一个杂原子，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。
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。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”是指图案化树脂中的离散凹面特征部，该离散凹面特征部具有至少部分地被固化树脂的间隙区域包围的表面开口。凹入部可在其表面中的开口处具有多种形状中的任一种，作为示例包括圆形、椭圆形、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、方形、多边形、双曲线形、圆锥形、角形等。作为示例，凹入部可为孔或沟槽/线槽/谷部。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。
如本文所用的术语“环氧基”是指
如本文所用，术语“流通池”旨在表示具有其中可进行反应的室(包括流动通道和凹入部)、用于将试剂递送到室的入口以及用于从室中移除试剂的出口的容器。在一些示例中，室使得能够检测在该室中发生的反应。例如，室/流动通道可包括允许在凹入部处对阵列、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”可为限定在两个粘结的或以其他方式附接的部件之间的区域，该区域可选择性地接收液体样品。在一些示例中，流动通道可限定在图案化树脂与盖或两个图案化树脂之间，并且因此可与限定在图案化树脂中的一个或多个凹入部流体连通。
如本文所用，“杂芳基”是指在环主链中含有一个或多个杂原子(即，除碳之外的元素，包括但不限于氮(N)、氧(O)和硫(S))的芳族环或环系(即，共用两个相邻原子的两个或更多个稠环)。当杂芳基是环系时，该环系中的每个环均是芳族的。杂芳基基团可具有5-18个环成员。
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。杂环基团可具有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，术语“肼”或“肼基”是指-NHNH2基团。
如本文所用，术语“腙”或“肼基”是指基团，其中Ra和Rb各自独立地选自氢(例如，/>)、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C3-C7碳环、C6-C10芳基、5-10元杂芳基和5-10元杂环，如本文所定义。
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，固化的图案化树脂的)表面上的分开凹入部的区域。例如，间隙区域可将阵列的一个特征部与阵列的另一个特征部分开。彼此分开的两个特征部可为离散的，即彼此缺乏物理接触。在另一个示例中，间隙区域可将特征部的第一部分与特征部的第二部分分开。在许多示例中，间隙区域是连续的，而特征部是离散的，例如，就像限定在其他连续表面中的多个孔的情况一样。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特征部的表面材料不同的表面材料。例如，阵列的特征部可具有量或浓度超过存在于间隙区域处的量或浓度的聚合物涂层和引物。在一些示例中，聚合物涂层和引物可能不存在于间隙区域处。
如本文所用，“腈氧化物”意指“RaC≡N+O-”基团，其中Ra在本文定义。制备腈氧化物的示例包括通过用氯酰胺-T处理或通过碱基在酰亚胺氯[RC(Cl)＝NOH]上的作用或通过羟胺与醛之间的反应由醛肟原位生成。
如本文所用，“硝酮”意指基团，其中R1、R2和R3可为本文定义的Ra和Rb基团中的任一者。
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，术语“平均粒度”是指粒子分布的体积加权平均直径或质量加权平均直径。“D10”是指分布中10％的粒子小于给定尺寸，“D50”是指分布中50％的粒子小于给定尺寸，“D90”是指分布中90％的粒子小于给定尺寸。在一个示例中，官能化二氧化硅纳米粒子的D50粒度为至多10nm。
如本文所用，“光酸产生剂”(PAG)是在暴露于辐射或自由基时变为酸性的分子。PAG通常不可逆地经历质子光解离。
如本文所用，“光引发剂”(PI)是在吸收辐射时经历光反应从而产生反应性物质的分子。光引发剂能够引发或催化导致制剂的溶解度和/或物理特性变化的化学反应。
如本文所用，“引物”被定义为单链核酸序列(例如，单链DNA)。可被称为扩增引物的一些引物用作模板扩增和簇生成的起点。可被称为测序引物的其他引物用作DNA合成的起点。引物的5'端可被修饰以允许与聚合物涂层的官能团进行偶联反应。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“树脂组合物”是指环氧树脂基质和官能化二氧化硅纳米粒子的组合。树脂组合物还可以包含光引发剂、光酸产生剂和表面添加剂。术语“稀释的树脂组合物”是指与液体载体混合的树脂组合物。液体载体可使树脂组合物能够更容易沉积。术语“可纳米压印的树脂组合物”是指已经沉积并且至少一些液体载体已经从其中蒸发的树脂组合物。
如本文所用，“间隔层”是指将两个部件粘结在一起的材料。在一些示例中，间隔层可以是有助于粘结的辐射吸收材料，或者可与有助于粘结的辐射吸收材料接触。间隔层可存在于粘结区域中，例如，将粘结到另一种材料的基底上的区域，作为示例，该另一种材料可为间隔层、盖、另一个基底等或它们的组合(例如，间隔层和盖)。形成于粘结区域处的粘结可为化学粘结(如上所述)或机械粘结(例如，使用紧固件等)。
“硫醇”官能团是指-SH。
如本文所用，术语“四嗪”和“四嗪基”是指包含四个氮原子的六元杂芳基基团。四嗪可为任选取代的。
如本文所用，“四唑”是指包含四个氮原子的五元杂环基团。四唑可为任选取代的。
树脂组合物
在本文所公开的示例中，树脂组合物包含环氧树脂基质和掺入到环氧树脂基质中的官能化二氧化硅纳米粒子，官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。
环氧树脂基质包括至少一种环氧材料。任何合适的环氧单体或可交联的环氧共聚物都可用作环氧材料。环氧材料可选自由以下各项组成的组：
i)环氧官能化的倍半硅氧烷(下文进一步描述)；
ii)三羟甲基丙烷三缩水甘油醚：
iii)四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷：
iv)(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物：
(其中m:n的比率在8:92至10:90范围内)；
v)1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷：
vi)1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷：
vii)3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯：
viii)双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯：
ix)4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物：
x)乙烯基环己烯二氧化物：
xi)4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯：
xii)1,2-环氧-3-苯氧基丙烷：
xiii)甲基丙烯酸缩水甘油酯：
xiv)1,2-环氧十六烷：
xv)聚(乙二醇)二缩水甘油醚：
(其中n在1至100范围内)；xvi)季戊四醇缩水甘油醚：
xvii)1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯：
xviii)四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯：
以及
xix)它们的组合。当使用组合时，应当理解，任何数量的所列举的环氧树脂材料可一起用于树脂组合物中。在一个示例中，树脂组合物不包含任何其他单体或共聚物。
环氧官能化的倍半硅氧烷包括用环氧基团官能化的倍半硅氧烷芯。
如本文所用，术语“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(RSiO1.5)的化学组合物。示例性倍半硅氧烷包括多面体低聚倍半硅氧烷(可以商品名从Hybrid Plastics Inc商购获得。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。该组合物是具有化学式[RSiO3/2]n的有机硅化合物，其中n是6至14范围内的偶数并且R基团中的至少一些是环氧基团。本文所公开的树脂组合物可包括一个或多个不同的笼或芯倍半硅氧烷结构作为单体单元。
在一些示例中，多面体低聚硅倍半氧烷的所有R基团是环氧基团。这种类型的环氧官能化倍半硅氧烷的示例是具有以下结构的缩水甘油基多面体低聚倍半硅氧烷：
这种类型的环氧官能化倍半硅氧烷的另一个示例是具有以下结构的环氧环己基乙基官能化多面体低聚倍半硅氧烷：
本文所公开的环氧树脂基质的一个示例包括环氧官能化的多面体低聚倍半硅氧烷，其中环氧官能化的多面体低聚倍半硅氧烷选自由以下各项组成的组：缩水甘油基官能化的多面体低聚倍半硅氧烷、环氧环己基乙基官能化的多面体低聚倍半硅氧烷以及它们的组合。此示例可包括单独的环氧倍半硅氧烷材料，或与选自由以下各项组成的组的附加的环氧材料组合：三羟甲基丙烷三缩水甘油醚；四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷；(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物；1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷；1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷；3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯；双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯；4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物；乙烯基环己烯二氧化物；4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯；1,2-环氧-3-苯氧基丙烷；甲基丙烯酸缩水甘油酯；1,2-环氧十六烷；聚(乙二醇)二缩水甘油醚；季戊四醇缩水甘油醚；1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯；四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯；以及它们的组合。
在其他倍半硅氧烷示例中，大多数R基团是环氧基团。例如，8个R基团中的6个是环氧基团，并且8个R基团中的2个是非环氧官能团，其可以选自由叠氮化物/叠氮基、硫醇、聚(乙二醇)、降冰片烯和四嗪，或者进一步例如烷基、芳基、烷氧基和卤代烷基组成的组。在一些方面，选择非环氧官能团以增加树脂的表面能量。在这些其他示例中，环氧基团与非环氧基团的比率在例如7:1至5:3、或9:1至6:4、或11:1至7:5范围内。
无论是将单一环氧材料还是将环氧材料的组合用于环氧树脂基质中，基于树脂组合物中的总固体，环氧树脂基质(环氧树脂材料)的总量都在约57质量％至约100质量％范围内。在另一个示例中，环氧树脂基质(环氧树脂材料)占树脂组合物中总固体的约65质量％至小于100质量％(例如，约97.5质量％)。
在本文所公开的任何示例性环氧材料下，应当理解，在使用紫外(UV)光和酸(由下文所述的光酸产生剂产生)引发时，环氧基团允许单体单元和/或共聚物聚合和/或交联成交联基质。
在本文所公开的树脂组合物的示例中，包含官能化二氧化硅纳米粒子。官能化二氧化硅纳米粒子的表面官能团、官能化二氧化硅纳米粒子的粒度和官能化二氧化硅纳米粒子的量有助于树脂组合物的可压印性、树脂组合物的固化效率和固化树脂组合物的改善的机械特性。
官能化二氧化硅纳米粒子包括二氧化硅(SiO2)芯和附接在SiO2芯表面处的官能团。表面官能团的存在有助于树脂组合物的可压印性，因为具有非官能化二氧化硅粒子的比较组合物是不可压印的(参见实施例部分)。在一个示例中，表面官能团是丙烯酸官能团。合适的丙烯酸官能团的示例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、取代和未取代的丙烯酸酯、丙烯酰胺等。在其他示例中，表面官能团可以是羧基官能团和/或氨基官能团。也可以使用丙烯酸官能团、羧基官能团和氨基官能团的任何组合。
这些官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。在一个示例中，官能化二氧化硅纳米粒子的平均粒度在约0.1nm至约10nm的范围内。在其他示例中，官能化二氧化硅纳米粒子的平均粒度在约1nm至约10nm的范围内，例如约1nm至约5nm、约2nm至约8nm、约6nm至约9nm等。官能化二氧化硅纳米粒子的小粒度有助于树脂组合物的可压印性，因为具有较大官能化二氧化硅粒子的比较组合物是不可压印的(参见实施例部分)。
官能化二氧化硅纳米粒子以树脂组合物中的总固体的大于0质量％最高至约35质量％范围内的量存在于树脂组合物中。在其他示例中，官能化二氧化硅纳米粒子以树脂组合物中总固体的5质量％最高至约30质量％范围内的量存在于树脂组合物中，例如总固体的约7质量％至约25质量％、总固体的约12质量％至约25质量％、总固体的约12质量％至约21质量％等。官能化二氧化硅纳米粒子的量有助于获得进行沉积的合适粘度，并且还有助于树脂组合物的可压印性。官能化二氧化硅纳米粒子的量也有助于树脂组合物的可固化性，因为具有较高量的官能化二氧化硅粒子的比较组合物具有较高的FTIR值(参见实施例部分)，这表明较高的载量阻碍聚合过程。官能化二氧化硅纳米粒子的量还改善固化树脂组合物的机械特性。
因为环氧树脂基质可包含一种或多种阳离子可固化物质，所以树脂组合物还包含引发体系，诸如直接光酸产生剂或光引发剂和光酸产生剂的组合，以引发环氧树脂基质材料的固化。
直接光酸产生剂不需要光引发剂来引发其分解，因此可直接产生酸，酸继而引发环氧树脂基质组分的聚合和/或交联。直接光酸产生剂的合适示例可选自由以下各项组成的组：
i)二芳基碘六氟磷酸盐：
ii)二芳基碘鎓六氟锑酸盐：
iii)(异丙苯)环戊二烯基铁(II)六氟磷酸盐：
以及
iv)它们的组合。当使用组合时，应当理解，在树脂组合物的示例中可一起使用所列的直接光酸产生剂中的任何两种或更多种，只要它们均可溶于树脂组合物中所用的溶剂中即可。
在一个示例中，环氧树脂基质与直接光酸产生剂的质量比在约99.8:0.2至90:10范围内。在另一个示例中，环氧树脂基质与直接光酸产生剂的质量比在约98:2至95:5范围内。在又一个示例中，环氧树脂基质与直接光酸产生剂的质量比在约96:4至99:1范围内。当包含较低量的直接光酸产生剂时，可能必须增加UV固化时间以允许完全反应。
在其他示例中，树脂组合物包含光引发剂和光酸产生剂。由光引发剂产生的自由基与光酸产生剂反应，光酸产生剂分解产生酸，酸继而引发环氧树脂基质组分的聚合和/或交联。
自由基光引发剂可选自由2-乙基-9,10-二甲氧基蒽、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2-乙氧基-2-苯基苯乙酮和氧化膦组成的组。
在一些示例中，自由基光引发剂为2-乙基-9,10-二甲氧基蒽：
在其他示例中，自由基光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮：
在其他示例中，自由基光引发剂为2-乙氧基-2-苯基苯乙酮(也称为安息香乙醚)：
在另外的其他示例中，自由基光引发剂为氧化膦。当使用氧化膦时，其可选自由以下各项组成的组：
i)二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦：
ii)二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦和2-羟基-2-甲基苯丙酮的共混物：
iii)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦：
iv)(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基次膦酸乙酯：
v)它们的组合。当使用组合时，应当理解，所列举的自由基光引发剂中的任何两者或更多者可一起用于树脂组合物的该示例中。
除了自由基光引发剂之外，树脂组合物的这些示例还包含光酸产生剂(PAG)，其不是直接光酸产生剂。据信可使用不会与自由基光引发剂发生不期望的分子内相互作用的任何合适的光酸产生剂。合适的光酸产生剂的示例可包括苄基、亚氨基酯、共轭亚氨基酯、螺吡喃、基于四亚苯基的、双光子和有机金属PAG体系。
与光引发剂组合使用的合适的光酸产生剂的一些具体示例选自由以下各项组成的组：
i)N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸盐：
ii)混合的三芳基锍六氟磷酸盐：
iii)混合的三芳基锍六氟锑酸盐：
iv)1-萘基二苯基锍三氟甲磺酸盐(NDS-TF)：
v)(4-苯基苯硫基)二苯基锍三氟甲磺酸盐：
vi)双-(4-甲基苯基)碘鎓六氟磷酸盐：
vii)双(4-叔丁苯基)碘鎓六氟磷酸盐：
viii)(2-甲基苯基)(2,4,6-三甲基苯基)碘鎓三氟甲磺酸盐：
ix)双(2,4,6-三甲基苯基)碘鎓三氟甲磺酸盐：
x)双-(4-脱癸基苯基)碘鎓六氟锑酸盐：
以及/>
xi)它们的组合。可使用光酸产生剂的组合，只要它们可溶于所选溶剂中即可。
在这些示例中，环氧树脂基质与自由基光引发剂/光酸产生剂组合的质量比在约99.8:0.2至90:10范围内。在另一个示例中，环氧树脂基质与自由基光引发剂/光酸产生剂组合的质量比在约98:2至95:5范围内。在又一个示例中，环氧树脂基质与自由基光引发剂/光酸产生剂组合的质量比在约96:4至99:1范围内。当包含较低量的自由基光引发剂/光酸产生剂组合时，可能必须增加UV固化时间以允许完全反应。
树脂组合物的一些示例还可包含表面添加剂。表面添加剂可调整树脂组合物的表面张力，这可提高树脂从压印设备(例如，工作印模)的可脱离性，提高稀释的树脂组合物的可涂覆性、促进薄膜稳定性和/或提高流平性。表面添加剂的示例包括聚丙烯酸酯聚合物(诸如可购自BYK的 )。基于树脂组合物的总质量，表面添加剂的量可为3质量％或更少。
树脂组合物还可包含液体载体。包含液体载体的树脂组合物可在本文中称为稀释的树脂组合物。可添加液体载体以实现用于施加树脂组合物的沉积技术的所需粘度。稀释的树脂组合物粘度(例如，在引入液体载体之后)的示例在约1.75mPa至约2.2mPa范围内(在25℃下测量)。合适的液体载体的示例包括丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)、甲苯、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)等。在一些示例中，液体载体为PGMEA。稀释的树脂组合物的总固体浓度可在约15质量％至约60质量％范围内，并且液体载体的量可在约40质量％至约85质量％范围内。不受任何特定理论的束缚，但据信上限可以更高，这取决于固体组分在所选择的液体载体中的相应的溶解度。
稀释的树脂组合物的一个示例包含液体载体和分散在液体载体中的固体，这些固体由以下各项组成：选自由以下各项组成的组的环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷；三羟甲基丙烷三缩水甘油醚；四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷；(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物；1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷；1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷；3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯；双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯；4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物；乙烯基环己烯二氧化物；4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯；1,2-环氧-3-苯氧基丙烷；甲基丙烯酸缩水甘油酯；1,2-环氧十六烷；聚(乙二醇)二缩水甘油醚；季戊四醇缩水甘油醚；1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯；四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯；以及它们的组合；官能化二氧化硅纳米粒子；引发体系，该引发体系选自由直接光酸产生剂和光引发剂与光酸产生剂的组合组成的组；以及任选的表面添加剂。
用于制备稀释的树脂组合物的方法的示例示于图1中。方法100包括将环氧树脂基质和液体载体混合以形成分散体(附图标记102)；以及将平均粒度为至多约10nm的官能化二氧化硅纳米粒子掺入到分散体中，从而形成稀释的树脂组合物(附图标记104)。官能化二氧化硅纳米粒子也可在它们被添加到分散体中之前悬浮在相同类型的液体载体中。
方法100还可以包括将直接光酸产生剂或光引发剂和光酸产生剂的组合添加到稀释的树脂组合物中。方法100的一些示例还可以包括将表面添加剂添加到稀释的树脂组合物中。
在方法100中，环氧树脂基质、官能化二氧化硅纳米粒子、直接光酸产生剂或光引发剂与光酸产生剂的组合、表面添加剂和液体载体的任何示例可以本文所述的任何量使用。
流通池和方法
本文所公开的树脂组合物的任何示例可用于形成流通池。图2中示出了用于对树脂组合物进行图案化以形成流通池的内表面的方法200的示例。如图所示，方法100的一个示例包括将稀释的树脂组合物施加到基底上，由此至少一些液体载体蒸发，以形成可纳米压印的树脂组合物(附图标记202)；用具有多个纳米特征的工作印模压印可纳米压印的树脂组合物(附图标记204)；以及在工作印模就位时固化可纳米压印的树脂组合物，从而在基底上形成固化的图案化树脂(附图标记206)。
所得的流通池表面包括基底以及基底上的固化的图案化树脂，该固化的图案化树脂包括由间隙区域分开的凹入部，并且固化的图案化树脂包括本文所公开的树脂组合物的示例的固化形式。
在图3A至图3E中示意性地示出了方法200。方法200的一些示例还包括针对诸如测序的特定应用将凹入部官能化。在图3D和图3E中示出了凹入部的官能化的示例。使用方法200形成的流通池表面的横截面示于在图3F中。
图3A示出了基底12，并且图3B示出了沉积在基底12上的树脂组合物10的示例。在方法200的整个讨论中，短语“树脂组合物10”在一些情况下可以指稀释的树脂组合物，并且在其他情况下可以指可纳米压印的树脂组合物。
合适的基底12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)、环烯烃/环烯烃聚合物(COP)(诸如得自Zeon的)、聚酰亚胺等)、尼龙(聚酰胺)、陶瓷/陶瓷氧化物、二氧化硅、熔融的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)或其他氧化钽(TaOx)、氧化铪(HfO2)、碳、金属、无机玻璃等。基底12也可为玻璃或硅，在表面处具有氧化钽或另一种陶瓷氧化物的涂层。
基底12的一些示例可具有附接到其上的表面结合的环氧硅烷，其可与其他树脂组合物组分相互作用，以在基底12上形成固化树脂组合物10'。
在一个示例中，基底12可具有约2mm至约300mm范围内的直径，或者其最大尺寸高达约10英尺(约3米)的矩形片材或面板。在一个示例中，基底12为直径在约200mm至约300mm范围内的晶片。在另一个示例中，基底12是宽度在约0.1mm至约10mm范围内的管芯。虽然已经提供了示例尺寸，但应当理解，可使用具有任何合适尺寸的基底12。在另一个示例中，可使用作为矩形基底12的面板，该面板具有比300mm圆形晶片更大的表面积。
树脂组合物10可以是本文所述的树脂组合物的任何示例，其包含环氧树脂基质和官能化二氧化硅纳米粒子。稀释的树脂组合物10具有适于通过期望的技术进行施加的粘度，并因此被施加到基底12上。可使用可为手动或自动的任何合适的施加技术将稀释的树脂组合物10施加于基底12上。作为示例，稀释的树脂组合物10的施加可使用气相沉积技术、涂覆技术、接枝技术等来执行。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、气溶胶印刷、丝网印刷、微接触印刷、喷墨印刷等。在一个示例中，使用旋涂。
用于施加稀释的树脂组合物10的技术可导致液体载体中的至少一些蒸发。在将稀释的树脂组合物10施加到基底表面之后，可将其软烘烤以除去过量的液体载体。所得的膜具有期望的厚度并且是可纳米压印的。该膜被称为可纳米压印的树脂组合物。
当执行时，可在沉积稀释的树脂组合物10之后并且在工作印模14定位在其中之前进行软烘烤。软烘烤可以在低于用于固化的温度(例如，范围为约50℃至约150℃)下进行并且持续范围为大于0秒至约3分钟的时间。在一个示例中，软烘烤时间在约30秒至约2.5分钟的范围内。
然后使用任何合适的图案化技术对可纳米压印的树脂组合物10进行图案化。在图3B所示的示例中，使用纳米压印光刻来对树脂组合物10进行图案化。如图3B所示，将纳米压印光刻模具或工作印模14压靠在可纳米压印的树脂组合物10的层上，以在可纳米压印的树脂组合物10中产生压痕。换句话讲，可纳米压印的树脂组合物10通过工作印模14的突出部(纳米特征16)而凹进或穿孔。然后可在工作印模14就位的情况下将可纳米压印的树脂组合物10固化。
对于本文所公开的树脂组合物10，固化可通过将施加的且纳米压印的树脂组合物10在约0.5J至约10J范围内的能量剂量下在入射光中暴露30秒或更短的时间来实现。入射光可为光化辐射，诸如紫外线(UV)辐射。在一个示例中，所发射的大部分UV辐射可具有约365nm的波长。
在本文公开的一些示例中，能量暴露促进直接光酸产生剂分解成引发环氧树脂基质的聚合和/或交联的酸。在一些情况下，入射光暴露时间可为30秒或更短的时间。在其他情况下，入射光暴露时间可为20秒或更短的时间。在另外的其他情况下，入射光暴露时间可为约5秒。
在本文公开的其他示例中，能量暴露导致光引发剂产生自由基，自由基促进光酸产生剂分解成酸，酸引发环氧树脂基质的聚合和/或交联。利用由该机制带来的有效固化程度，入射光暴露时间可为30秒或更短的时间。在一些情况下，入射光暴露时间可为20秒或更短的时间。在另外的其他情况下，入射光暴露时间可为约5秒。
固化过程可包括单个UV暴露阶段。在固化并释放工作印模14之后，在固化树脂组合物中限定形貌特征。如图3C所示，在其中限定有凹入部18的固化树脂组合物被称为固化的图案化树脂10'。至少部分地由于有效的光聚合，本文所公开的方法200可不涉及UV固化后硬烘烤步骤以便获得良好固化的膜。
固化的图案化树脂10'包括分布在整个固化环氧基质中的官能化二氧化硅纳米粒子。固化的图案化树脂10'的精确化学组成取决于树脂组合物10中使用的环氧树脂基质、官能化二氧化硅纳米粒子、引发体系(例如，直接光酸产生剂或光引发剂和光酸产生剂的组合)。
如图3C所示，固化的图案化树脂10'包括限定在其中的凹入部18和将相邻的凹入部18分开的间隙区域20。在本文所公开的示例中，凹入部18利用聚合物水凝胶22(图3C和图3D)和引物24、26(图3E和图3F)进行官能化，而间隙区域20的部分可用于粘结，但在其上将不具有聚合物水凝胶22或引物24、26。
可设想凹入部18的许多不同的布局，包括规则的、重复的和不规则的图案。在一个示例中，凹入部18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(即，矩形)布局(例如，线槽或沟槽)、三角形布局等。在一些示例中，布局或图案可为呈行和列形式的凹入部18的x-y格式。在一些其他示例中，布局或图案可为凹入部18和/或间隙区域20的重复布置。在另外的其他示例中，布局或图案可为凹入部18和/或间隙区域20的随机布置。图案可包括条/线、漩涡、三角形、矩形、圆形、弧形、对角线、箭头、正方形和/或交叉影线。在一个示例中，如图3C所示，凹入部18是以行和列定位的孔。
凹入部18的布局或图案可相对于限定区域中的凹入部18的密度(即，凹入部18的数量)来表征。例如，凹入部18可以大约2百万个/mm2的密度存在。可将密度调整为不同的密度，包括例如至少约100个/mm2、约1,000个/mm2、约10万个/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。还应当理解，固化的图案化树脂10'中的凹入部18的密度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。作为示例，高密度阵列可被表征为具有分开小于约100nm的凹入部18，中等密度阵列可被表征为具有分开约400nm至约1μm的凹入部18，并且低密度阵列可被表征为具有分开大于约1μm的凹入部18。虽然已经提供示例性密度，但应当理解，可使用具有任何合适密度的基底。
凹入部18的布局或图案也可根据或另选地根据从凹入部18的中心到直接相邻的凹入部18的中心的平均节距，即间距(中心到中心间距)或从一个凹入部18的右边缘到直接相邻的凹入部18的左边缘的平均节距，即间距(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，平均节距可为例如至少约10nm、约50nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大或更小。凹入部18的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。在一个示例中，凹入部18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18的大小可通过其体积、开口面积、深度和/或直径来表征。
每个凹入部18可具有能够限制流体的任何体积。可选择最小或最大体积，例如以适应流通池的下游使用所期望的通量(例如，复用度)、分辨率、核苷酸或分析物反应性。例如，体积可为至少约1×10-3μm3、约1×10-2μm3、约0.1μm3、约1μm3、约10μm3、约100μm3或更大或更小。应当理解，聚合物水凝胶22可填充凹入部18的所有或部分体积。
每个凹入部开口所占据的面积可基于与上文针对孔体积所阐述的标准类似的标准而选择。例如，每个凹入部开口的面积可为至少约1×10-3μm2、约1×10-2μm2、约0.1μm2、约1μm2、约10μm2、约100μm2或更大或更小。每个凹入部开口所占据的面积可以大于、小于上文指定的值或介于它们之间。
每个凹入部18的深度可大到足以容纳一部分聚合物水凝胶22。在一个示例中，深度可为约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约10μm、约100μm或更大或更小。在一些示例中，深度为约0.4μm。每个凹入部18的深度可大于、小于上文指定的值或介于它们之间。
在一些情况下，每个凹入部18的直径或长度和宽度可为约50nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约10μm、约100μm或更大或更小。每个凹入部18的直径或长度和宽度可大于、小于上文指定的值或介于它们之间。
在将树脂组合物10图案化并固化之后，可对固化的图案化树脂10'进行处理以制备用于施加聚合物水凝胶22的表面。
在一个示例中，可将固化的图案化树脂10'暴露于硅烷化反应，该硅烷化反应将硅烷或硅烷衍生物附接到固化的图案化树脂10'。硅烷化将硅烷或硅烷衍生物引入整个表面中，包括在凹入部18中(例如，在底表面上并沿着侧壁)和在间隙区域20上。
硅烷化可使用任何硅烷或硅烷衍生物来实现。硅烷或硅烷衍生物的选择可部分地取决于将用于形成聚合物水凝胶22(示于图3D中)的材料，因为可能期望在硅烷或硅烷衍生物与聚合物水凝胶22之间形成共价键。用于将硅烷或硅烷衍生物附接到固化的图案化树脂10'的方法可根据所使用的硅烷或硅烷衍生物而变化。本文阐述了若干示例。
合适的硅烷化方法的示例包括气相沉积(例如，YES方法)、旋涂或其他沉积方法。本文描述了可用于将固化的图案化树脂10'硅烷化的方法和材料的一些示例，但应当理解，可使用其他方法和材料。
在利用YES CVD烘箱的示例中，将基底12上的固化的图案化树脂10'放置在CVD烘箱中。可对室进行排气，然后开始硅烷化循环。在循环期间，可将硅烷或硅烷衍生物容器维持在合适的温度(例如，对于降冰片烯硅烷为约120℃)，将硅烷或硅烷衍生物蒸气管线维持在合适的温度(例如，对于降冰片烯硅烷为约125℃)，并且将真空管线维持在合适的温度(例如，约145℃)。
在另一个示例中，可将硅烷或硅烷衍生物(例如，液体降冰片烯硅烷)沉积在玻璃小瓶内并且放置在具有基底12的玻璃真空干燥器内，该基底上具有固化的图案化树脂10'。然后可将干燥器抽空至约15mTorr至约30mTorr范围内的压力，并且将该干燥器放置在处于约60℃至约125℃的范围的温度的烘箱内。允许继续进行硅烷化，然后将干燥器从烘箱中移除，对该干燥器进行冷却并且在空气中排气。
气相沉积、YES方法和/或真空干燥器可与各种硅烷或硅烷衍生物一起使用，诸如包含以下各项的那些硅烷或硅烷衍生物：环烯烃不饱和部分，诸如降冰片烯、降冰片烯衍生物(例如，包括氧或氮来取代碳原子中的一者的(杂)降冰片烯)、反式环辛烯、反式环辛烯衍生物、反式环戊烯、反式环庚烯、反式环壬烯、双环[3.3.1]壬-1-烯、双环[4.3.1]癸-1(9)-烯、双环[4.2.1]壬-1(8)-烯和双环[4.2.1]壬-1-烯。这些环烯烃中的任一者可例如被R基团取代，诸如氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂脂环基、芳烷基或(杂脂环基)烷基。降冰片烯衍生物的示例包括[(5-双环[2.2.1]庚-2-烯基)乙基]三甲氧基硅烷。作为其他示例，当硅烷或硅烷衍生物包括环炔烃不饱和部分，诸如环辛炔、环辛炔衍生物或双环壬炔(例如，双环[6.1.0]壬-4-炔或其衍生物、双环[6.1.0]壬-2-炔或双环[6.1.0]壬-3-炔)时，可使用这些方法。这些环炔烃可被本文所描述的任何R基团取代。
硅烷或硅烷衍生物的附接形成预处理(例如，硅烷化)的固化的图案化树脂10'，其包括硅烷化的凹入部和硅烷化的间隙区域。
在其他示例中，固化的图案化树脂10'可能不会暴露于硅烷化。相反，固化的图案化树脂10'可暴露于等离子体灰化，然后可将聚合物水凝胶20直接旋涂(或以其他方式沉积)在等离子体灰化的固化的图案化树脂10'上。在此示例中，等离子体灰化可产生可将聚合物水凝胶22粘附到固化的图案化树脂10'的表面活化剂(例如，羟基(C-OH或Si-OH)和/或羧基基团)。在这些示例中，聚合物水凝胶22被选择为使得其与由等离子体灰化产生的表面基团发生反应。
在另外的其他示例中，固化的图案化树脂10'可包含未反应的环氧基团；并且因此可能不会暴露于硅烷化，因为未反应的环氧基团可与聚合物水凝胶22的氨基官能团直接发生反应。在此示例中，例如，如果期望清洁表面的潜在污染物，则可执行等离子体灰化。
然后可将聚合物水凝胶22施加到固化的图案化树脂10'。聚合物水凝胶22可为可渗透液体和气体并附接到固化的图案化树脂10'的半刚性聚合物材料。
聚合物水凝胶22的示例包括丙烯酰胺共聚物，诸如聚(N-(5-叠氮基乙酰胺基戊基)丙烯酰胺-共-丙烯酰胺)，即PAZAM。PAZAM和丙烯酰胺共聚物的一些其他形式由以下结构(I)表示：
其中：
RA选自叠氮基、任选地取代的氨基、任选地取代的烯基、任选地取代的炔烃、卤素、任选地取代的腙、任选地取代的肼、羧基、羟基、任选地取代的四唑、任选地取代的四嗪、腈氧化物、硝酮、硫酸盐和硫醇；
RB为H或任选地取代的烷基；
RC、RD和RE各自独立地选自H和任选地取代的烷基；
-(CH2)p-中的每一者可任选地被取代；
p为在1至50范围内的整数；
n为在1至50,000范围内的整数；并且
m为在1至100,000范围内的整数。
应当注意，结构(I)中反复出现的“n”和“m”特征的布置是代表性的，并且单体亚单元可以任何顺序存在于聚合物结构中(例如，无规、嵌段、图案化或它们的组合)。
丙烯酰胺共聚物的PAZAM和其他形式的分子量可在约5kDa至约1500kDa或者约10kDa至约1000kDa的范围内，或者在一个具体示例中可为约312kDa。
在一些示例中，丙烯酰胺共聚物的PAZAM和其他形式为直链聚合物。在一些其他示例中，PAZAM和丙烯酰胺共聚物的其他形式为轻度交联的聚合物。
在其他示例中，聚合物水凝胶22可为结构(I)的变型。在一个示例中，丙烯酰胺单元可用N,N-二甲基丙烯酰胺替换。在该示例中，/>
结构(I)中的丙烯酰胺单元可用替换，其中RD、RE和RF各自为H或C1-C6烷基，并且RG和RH各自为C1-C6烷基(而不是H，如丙烯酰胺的情况)。在该示例中，q可为1至100,000范围内的整数。在另一个示例中，除了丙烯酰胺单元之外，还可使用N,N-二甲基丙烯酰胺。在该示例中，除了反复出现的“n”和“m”特征之外，结构(I)还可包括其中RD、RE和RF各自为H或C1-C6烷基，并且RG和RH各自为C1-C6烷基。在该示例中，q可为1至100,000范围内的整数。
作为聚合物水凝胶22的另一个示例，结构(I)中反复出现的“n”特征可用包含具有结构(II)的杂环叠氮基基团的单体替换：
其中R1为H或C1-C6烷基；R2为H或C1-C6烷基；L为包括直链的连接基，其具有2至20个选自碳、氧和氮的原子以及链中的碳和任何氮原子上的10个任选取代基；E为直链，其包括1至4个选自由碳、氧和氮组成的组的原子以及链中的碳和任何氮原子上的任选取代基；A为具有附接到N上的H或C1-C4烷基的N取代的酰胺；并且Z为含氮杂环。Z的示例包括作为单个环状结构或稠合结构存在的5至10个环成员。Z的一些具体示例包括吡咯烷基、吡啶基或嘧啶基。
作为又一示例，聚合物水凝胶22可包含结构(III)和(IV)中的每一者的反复出现的单元：
其中R1a、R2a、R1b和R2b中的每一者独立地选自氢、任选地取代的烷基或任选地取代的苯基；R3a和R3b中的每一者独立地选自氢、任选地取代的烷基、任选地取代的苯基或任选地取代的C7-C14芳烷基；并且每个L1和L2独立地选自任选地取代的亚烷基连接基或任选地取代的杂亚烷基连接基。
应当理解，其他分子可用于形成聚合物水凝胶22，只要它们被官能化以将寡核苷酸引物24、26与其接枝即可。合适的聚合物层的其他示例包括具有胶态结构的那些，诸如琼脂糖；或具有聚合物网状结构的那些，诸如明胶；或具有交联聚合物结构的那些，诸如聚丙烯酰胺聚合物和共聚物、不含硅烷的丙烯酰胺(SFA)或SFA的叠氮化版本。合适的聚丙烯酰胺聚合物的示例可由丙烯酰胺和丙烯酸或含有乙烯基基团的丙烯酸合成，或由形成[2+2]光环加成反应的单体合成。合适的聚合物水凝胶22的另外其他示例包括丙烯酰胺和丙烯酸酯的混合共聚物。含有丙烯酸类单体(例如，丙烯酰胺、丙烯酸酯等)的多种聚合物架构可用于本文所公开的示例中，诸如支链聚合物，包括树枝状聚合物(即，星型聚合物、星型嵌段聚合物)等。例如，可将单体(例如，丙烯酰胺、包含催化剂的丙烯酰胺等)无规或以嵌段掺入星形形状聚合物的支链(臂)中。
聚合物水凝胶22可使用旋涂，或浸渍，或浸涂，或在正压或负压下的流动或另一种合适的技术来沉积在预处理的固化的图案化树脂10'的表面上。聚合物水凝胶22可存在于混合物中。在一个示例中，混合物包含在水中或在乙醇和水混合物中的PAZAM或其变型。
在涂覆之后，也可将聚合物水凝胶22暴露于固化过程以在整个图案化基底上(即，在凹入部18中和间隙区域20上)形成聚合物水凝胶22的涂层。在一个示例中，使聚合物水凝胶22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。在另一个示例中，时间可在10秒到至少24小时的范围内。在又一个示例中，时间可在约5分钟至约2小时的范围内。
聚合物水凝胶22与预处理的凹入部18和间隙区域20的附接可通过共价键合来进行。聚合物水凝胶22与硅烷化或等离子体灰化的凹入部的共价连接有助于在最终形成的流通池在各种使用期间的整个寿命中将聚合物水凝胶22维持在凹入部18中。以下是可在硅烷或硅烷衍生物与聚合物水凝胶22之间发生的反应的一些示例。
当硅烷或硅烷衍生物包含降冰片烯或降冰片烯衍生物作为不饱和部分时，降冰片烯或降冰片烯衍生物可：i)与PAZAM的叠氮化物/叠氮基基团进行1,3-偶极环加成反应；ii)与附接到PAZAM的四嗪基团发生偶联反应；与附接到PAZAM的腙基团发生环加成反应；与附接到PAZAM的四唑基团发生光点击反应；或者与附接到PAZAM的腈氧化物基团发生环加成反应。
当硅烷或硅烷衍生物包含环辛炔或环辛炔衍生物作为不饱和部分时，环辛炔或环辛炔衍生物可：i)与PAZAM的叠氮化物/叠氮基发生由应变促成的叠氮化物-炔烃1,3-环加成(SPAAC)反应，或ii)与附接到PAZAM的腈氧化物基团发生由应变促成的炔烃-腈氧化物环加成反应。
当硅烷或硅烷衍生物包含双环壬炔作为不饱和部分时，由于双环环系中的应变，双环壬炔可与附接到PAZAM的叠氮化物或腈氧化物发生类似的SPAAC炔烃环加成反应。
为了将聚合物水凝胶22形成于凹入部18中而不形成于固化的图案化树脂10'的间隙区域20上，可对间隙区域20抛光除去聚合物水凝胶22。可利用温和的化学浆料(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，这可将聚合物水凝胶22从间隙区域20中移除，而不会有害地影响那些区域处的下面的固化的图案化树脂10'和/或基底12。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中。在此示例中，抛光头/垫或其他抛光工具能够从间隙区域20对聚合物水凝胶22进行抛光，同时将聚合物水凝胶22留在凹入部18中并且使下面的固化的图案化树脂10'至少基本上保持完整。作为一个示例，抛光头可为Strasbaugh ViPRR II抛光头。在另一个示例中，可利用抛光垫和不具有任何磨料的溶液执行抛光。例如，抛光垫可与不含磨料颗粒的溶液(例如，不包括磨料颗粒的溶液)一起使用。
抛光导致对固化的图案化树脂10'的损坏程度最小至无刮擦和/或其他损坏。这可能是由于硬度增加。
图3D示出了在已经将聚合物水凝胶22施加到凹入部18之后的流通池表面前体30。流通池表面前体30可暴露于清洁过程。此过程可利用水浴和超声处理。水浴可维持在约22℃至约30℃范围内的相对较低的温度。经过硅烷化、涂覆和抛光的图案化基底还可旋转干燥，或经由另一种合适的技术干燥。
进行接枝过程以便将引物24、26(例如，两种不同的引物24、26)接枝到凹入部18中的聚合物水凝胶22。引物24、26可为任何正向扩增引物和/或反向扩增引物。在此示例中，引物24、26是两种不同的引物。
期望引物24、26固定到聚合物水凝胶22。在一些示例中，固定可通过在相应的引物24、26的5'端处单点共价附接到聚合物水凝胶22来进行。可使用本领域已知的任何合适的共价附接手段。在一些示例中，固定可通过强效非共价附接来进行。
可使用的封端引物的示例包括炔烃封端的引物、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、硫代磷酸基封端的引物、硫醇封端的引物、醛封端的引物、肼封端的引物、亚磷酰胺封端的引物、三唑啉二酮封端的引物和生物素封端的引物。在一些具体示例中，琥珀酰亚胺(NHS)酯封端的引物可与聚合物水凝胶22的表面处的胺发生反应，醛封端的引物可与聚合物水凝胶22的表面处的肼发生反应，或者炔烃封端的引物可与聚合物水凝胶22的表面处的叠氮化物发生反应，或者叠氮化物封端的引物可与聚合物水凝胶22的表面处的炔烃或DBCO(二苯并环辛炔)发生反应，或者氨基封端的引物可与聚合物水凝胶22的表面处的活化的羧酸基团或NHS酯发生反应，或者硫醇封端的引物可与聚合物水凝胶22的表面处的烷基化反应物(例如，碘乙酰胺或马来酰亚胺)发生反应，亚磷酰胺封端的引物可与聚合物水凝胶22的表面处的硫醚发生反应，或者由生物素修饰的引物可与聚合物水凝胶22的表面处的链霉抗生物素蛋白发生反应。
引物24、26中的每个引物具有用于捕获和/或扩增目的的通用序列。引物24、26的示例包括P5和P7引物，其示例在Illumina Inc.销售的商业流通池的表面上使用，以例如在HISEQTM、HISEQXTM、MISEQTM、MISEQDXTM、MINISEQTM、NEXTSEQTM、NEXTSEQDXTM、NOVASEQTM、ISEQTM、GENOME ANALYZERTM和其他仪器平台上进行测序。
对于顺序配对末端测序，这些引物24、26中的每个引物还可包括切割位点。引物24、26的切割位点可彼此不同，使得引物24、26的切割不会同时发生。合适的切割位点的示例包括可酶促切割的核碱基或可化学切割的核碱基、修饰的核碱基或连接子(例如，在核碱基之间)。可酶促切割的核碱基可能容易通过与糖基化酶和核酸内切酶，或核酸外切酶发生反应来切割。可裂解核碱基的一个具体示例是脱氧尿嘧啶(dU)，其可以被USER酶靶向。在一个示例中，尿嘧啶碱基可并入P5引物(P5U)或P7引物(P7U)的3'端中的第7个碱基位置处。也可使用其他无碱基位点。可化学裂解核碱基、经修饰的核碱基或连接子的示例包括8-氧代鸟嘌呤、邻二醇、二硫化物、硅烷、偶氮苯、可光裂解基团、烯丙基T(具有烯丙基官能团的胸腺嘧啶核苷酸类似物)、烯丙基醚或叠氮基官能醚。
在一个示例中，接枝可通过以下方式来实现：流动通过沉积(例如，使用暂时性结合的盖)、厚涂、喷涂、搅打分配或将引物24、26附接到聚合物水凝胶22的另一种合适的方法。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24、26；水；缓冲液；和催化剂。
厚涂可涉及将流通池表面前体30(示于图3D中)浸没于一系列温度受控的浴液中。浴液也可为流量控制的和/或覆盖有氮气层。浴液可包括引物溶液或混合物。在各种浴液中，引物24、26将附接到凹入部18中的至少一些中的聚合物水凝胶22的引物接枝的官能团。在一个示例中，将流通池表面前体30引入到包括引物溶液或混合物的第一浴液中，在其中发生反应来附接引物24、26，然后将该流通池前体移动到附加的浴液中以进行洗涤。在浴液之间移动可能涉及机器人臂或可手动地执行。也可将干燥系统用于厚涂中。
喷涂可通过将引物溶液或混合物直接喷涂到流通池表面前体30上来实现。可在约0℃至约70℃范围内的温度下将喷涂的晶片温育约4分钟至约60分钟范围内的时间。在温育之后，可使用例如旋涂机稀释并移除引物溶液或混合物。
搅打分配可根据池化和旋转分离方法来执行，并且因此可利用旋涂机实现。可将引物溶液或混合物(手动地或经由自动化过程)施加到流通池表面前体30。可将所施加的引物溶液或混合物施加到流通池表面前体30的整个表面或跨整个表面散布。可在约0℃至约80℃范围内的温度下将经过引物涂覆的流通池表面前体30温育约2分钟至约60分钟范围内的时间。在温育之后，可使用例如旋涂机稀释并移除引物溶液或混合物。
在其他示例中，引物24、26可预接枝到聚合物水凝胶22，并且因此一旦施加聚合物水凝胶22就可存在于凹入部18中。
图3E和图3F示出了在引物接枝之后的流通池表面30'的示例。
图3E和图3F所示的示例是没有盖或其他流通池表面30'粘结到其上的流通池表面30'的示例。在一个示例中，盖可粘结到固化的图案化树脂10'的至少一部分，例如，粘结在间隙区域20中的一些间隙区域处(例如，限定基底的周边或基底的通道的那些)。在盖与固化的图案化树脂10'之间形成的粘结可为化学粘结或机械粘结(例如，使用紧固件等)。
盖可以是对导向流通池表面30'的激发光透明的任何材料。例如，盖可以是玻璃(例如，硼硅酸盐、熔融二氧化硅等)、塑料等。合适的硼硅酸盐玻璃的可商购获得的示例为购自Schott North America,Inc.的D合适的塑料材料(即环烯烃聚合物)的可商购获得的示例为购自Zeon Chemicals L.P.的/>产品。
可使用任何合适的技术(诸如激光粘结、扩散粘结、阳极粘结、共熔粘结、等离子体活化粘结、玻璃熔块粘结或本领域已知的其他方法)将盖粘结到固化的图案化树脂10'的间隙区域20的部分。在一个示例中，间隔层可用于将盖粘结到固化的图案化树脂10'的间隙区域20的部分。间隔层可为将固化的图案化树脂10'中的至少一些和盖密封在一起的任何材料。在一些示例中，间隔层可为有助于粘结固化的图案化树脂10'和盖的辐射吸收材料。
在其他示例中，流通池表面30'中的两者可粘结在一起，使得凹入部18(和其中的活性表面化学成分)面向形成于其间的流动通道。
使用流通池的方法
本文所公开的流通池可用于多种测序方法或技术中，包括通常被称为合成测序(SBS)、循环阵列测序、连接测序、焦磷酸测序等的技术。在这些技术中的任一种技术下，由于聚合物水凝胶22和所附接的引物24、26存在于凹入部18中而不是在间隙区域20上，因此扩增将限制于凹入部18。
作为一个示例，合成测序(SBS)反应可在诸如来自Illumina(San Diego,CA)的HISEQTM、HISEQXTM、MISEQTM、MISEQDXTM、MINISEQTM、NOVASEQTM、ISEQTM、NEXTSEQDXTM或NEXTSEQTM测序机系统的系统上运行。在SBS中，监测核酸引物(例如，测序引物)沿着核酸模板(即，测序模板)的延伸，以确定模板中核苷酸的序列。基础化学过程可以是聚合(例如，由聚合酶催化)或连接(例如，由连接酶催化)。在特定的基于聚合酶的SBS过程中，以模板依赖性方式将荧光标记的核苷酸添加到测序引物(从而使测序引物延伸)，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。
在测序之前，捕获和扩增引物24、26可暴露于测序文库，该测序文库使用诸如簇生成的任何合适的方法来扩增。
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24、26拷贝文库片段。使原始文库片段变性，从而使拷贝固定。等温桥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24、26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24、26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。成簇导致在凹入部18中的每个凹入部中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。此测序引物使得模板多核苷酸链准备好用于测序。模板和任何流通池结合的引物24、26(未附接到拷贝)的3'端可被封闭，以防止干扰测序反应，并且特别地防止不期望的引发。
为了引发测序，可将掺入混合物添加到流通池中。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到流通池中时，流体进入流动通道，并且流入凹入部18中(其中存在模板多核苷酸链)。
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，在流通池表面30'上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)可向流通池表面30'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。
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。
在一些示例中，可以对正向链进行测序和移除，然后如本文所述对反向链进行构建和测序。
虽然已经详细描述了SBS，但应当理解，本文所述的流通池表面30'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。
虽然图2和图3A至图3F中描述的示例示出了实施例树脂组合物用于形成流通池，但应当理解，本文所公开的树脂组合物可用于需要低自体荧光的其他应用中。作为一个示例，树脂组合物10及其相应的固化树脂10'可用于任何基于光学的SBS技术中。作为其他示例，树脂组合物10及其相应的固化树脂10'可用于平面波导中，用于互补金属氧化物半导体(CMOS)等中。
为了进一步说明本公开，本文给出了实施例。应当理解，提供这些实施例是出于说明目的，而不应理解为限制本公开的范围。
非限制性工作实施例
实施例1
制备实施例树脂(实施例树脂1)和两种比较实施例树脂(比较实施例树脂2和比较实施例树脂3)。在下表1中提供了树脂组合物(无液体载体)。
树脂组合物中的每一种包含i)环氧树脂基质，其包含缩水甘油基多面体低聚倍半硅氧烷和环氧环己基多面体低聚倍半硅氧烷单体；以及ii)光引发剂(PI)(即，2,2-二甲氧基-2-二苯基乙酮)和光酸产生剂(PAG(即，双-4-甲基苯基)碘鎓六氟磷酸盐)的组合。树脂组合物包含不同的二氧化硅纳米粒子。官能化二氧化硅纳米粒子具有丙烯酸表面官能团，并且具有10nm或20nm的粒度。非官能化二氧化硅纳米粒子是没有任何表面官能团的二氧化硅。
表1
将表1所示的树脂组合物各自用含有约97％ PGMEA和约3％ DMSO的溶剂混合物稀释，获得包含约18质量％的固体的树脂组合物。
稀释形式的实施例树脂1是澄清且基本上透明的溶液，并且能够被旋涂并成功地压印。
稀释形式的比较实施例树脂2是浑浊且不透明的。稀释形式的比较实施例树脂2被旋涂，但没有成功地压印。这些结果表明非官能化二氧化硅纳米粒子不适于形成可纳米压印的树脂组合物。
稀释形式的比较实施例树脂3也是浑浊且不透明的。稀释形式的比较实施例树脂3能够被旋涂，但没有成功地压印。这些结果表明粒度大于10nm的官能化二氧化硅纳米粒子不适合于形成纳米可压印的树脂组合物。
这些结果表明，二氧化硅纳米粒子的官能度和粒度都影响环氧树脂是否可以成功地压印。
实施例2
制备对照树脂组合物、两种实施例树脂组合物和比较实施例树脂组合物。
树脂组合物中的每一种包含i)环氧树脂基质，其包含缩水甘油基多面体低聚倍半硅氧烷和环氧环己基多面体低聚倍半硅氧烷单体；以及ii)光引发剂(PI)(即，2,2-二甲氧基-2-二苯基乙酮)和光酸产生剂(PAG(即，双-4-甲基苯基)碘鎓六氟磷酸盐)的组合。对照树脂组合物不包含官能化二氧化硅纳米粒子。实施例树脂组合物包含本文所述范围内的不同量的官能化二氧化硅纳米粒子(粒度10nm)。比较实施例树脂组合物包含在本文所述范围之外的量的官能化二氧化硅纳米粒子(粒度10nm)。表2中提供了树脂组合物(无液体载体)。
表2
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表2所示的各树脂组合物的粘度使用X-RITETM粘度计在25℃下测量。结果示于图4中(其中树脂通过名称和官能化二氧化硅纳米粒子的质量％来标识)。对照树脂4(无任何官能化二氧化硅纳米粒子)实际上具有最高粘度。官能化二氧化硅纳米粒子具有最少团聚至没有团聚，因此不增加实施例树脂组合物和比较实施例树脂组合物的粘度。实施例树脂5和6以及比较实施例树脂7的粘度在适于沉积至期望的层厚度的范围内。
将表2所示的树脂组合物各自用含有约97％ PGMEA和约3％ DMSO的溶剂混合物稀释，获得包含约18质量％的固体的树脂组合物。
将对照树脂4、实施例树脂5和6以及比较树脂7中的每一者的稀释形式旋涂在玻璃晶片上并产生手工压印物。使用不同的暴露时间将压印的树脂组合物固化(使用365nm处的入射UV光)，该暴露时间包括5秒、20秒或30秒。在整个讨论中，固化的压印树脂通过用于产生固化树脂的树脂组合物来识别。
对在5秒和20秒时固化的固化压印树脂(对照树脂4、实施例树脂5和6以及比较树脂7)中的每一者进行硬度测量。使用纳米压痕仪进行硬度测量，结果示于图5中。如图5所示，硬度通常随着官能化二氧化硅纳米粒子浓度的增加而增加，除了比较树脂7在20秒时固化。在20秒时固化的比较树脂7的结果表明，大量官能化二氧化硅纳米粒子可能阻碍聚合过程。与在20秒时固化的对照树脂4相比，在20秒时固化的实施例树脂6硬度增加约30％。
用FTIR评价固化的压印树脂(在5秒和20秒时固化)的固化程度。结果示出于图6中。Y轴表示在2990cm-1处的校正强度，因为在该波长处的强度与树脂的硬度之间存在相关性，并因此与环氧单体的固化程度之间存在相关性。在2990cm-1处较低的校正强度对应于较高的固化程度。图6中所示的结果表明，将至多21质量％的官能化二氧化硅纳米粒子加载到环氧树脂基质中不会显著影响树脂固化的程度。相反，较高的量(例如，比较实施例树脂7中的42质量％)可能阻碍聚合过程，导致在相同固化条件下固化树脂较少。可包含在本文所公开的环氧树脂基质中而不会有害地影响固化程度的官能化二氧化硅纳米粒子的最大量为约35质量％(例如，35.8质量％)。
图7绘制了固化的压印树脂中的每一者的硬度结果与FTIR结果的关系。标记了在20秒固化和5秒固化时的值。该图说明更长的固化时间会增加硬度，而不管添加的官能化二氧化硅纳米粒子的量如何。该图还说明42％的官能化二氧化硅纳米粒子不期望地增加了2990cm-1处的校正IR强度。比较实施例树脂7在20秒固化时的硬度降低(与实施例树脂6在20秒固化时的结果相比)表明，当包含42％的官能化二氧化硅纳米粒子时，固化程度受到有害影响。
测量固化的压印树脂中的每一者(在5秒和20秒固化时)和用实施例树脂6在30秒固化时产生的另一个压印物的自体荧光(AF)。结果示出于图8中。Y轴表示蓝色荧光强度(以任意单位，au计)。如图8所示，无论树脂组合物如何，蓝色荧光强度随着固化时间的增加而增加。固化20秒和5秒的所有树脂组合物的蓝色强度低于12,000，表明添加官能化二氧化硅纳米粒子不会有害地影响自体荧光。当实施例树脂6的固化时间增加到30秒时，蓝色增加到12,000以上。这表明具有较高量的官能化二氧化硅纳米粒子的树脂组合物在较短的固化时间下在较低的自体荧光方面可能表现得更好。
实施例树脂6的固化(20秒)压印物的一部分的SEM图像示于图9中。如图所示，来自工作印模的纳米尺寸特征被成功地压印为固化压印物中的凹入部。还对凹入部深度、侧壁角度、顶部直径等采取了质量测量。本文中未重现结果，但在所使用的主模板的预期值内。质量测量表明，实施例树脂可以高质量、精细的特征图案化。
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400nm至约1μm(1000nm)的范围应被解释为不仅包括明确列举的约400nm至约1μm的限值，而且包括单个值，诸如约708nm、约945.5nm等，以及子范围，诸如约425nm至约825nm、约550nm至约940nm等。另外，当利用“约”和/或“基本上”来描述值时，它们意在涵盖与该值的微小变化(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 (18)
1.一种树脂组合物，所述树脂组合物包含：
环氧树脂基质；以及
掺入到所述环氧树脂基质中的官能化二氧化硅纳米粒子，所述官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。
2.根据权利要求1所述的树脂组合物，其中所述官能化二氧化硅纳米粒子具有表面官能团，并且所述表面官能团选自由丙烯酸官能团、羧基官能团、氨基官能团以及它们的组合组成的组。
3.根据权利要求1所述的树脂组合物，其中基于所述树脂组合物中的总固体，所述官能化二氧化硅纳米粒子以大于0质量％最高至约35质量％范围内的量存在。
4.根据权利要求1所述的树脂组合物，其中基于所述树脂组合物中的总固体，所述官能化二氧化硅纳米粒子以约12质量％至约25质量％范围内的量存在。
5.根据权利要求1所述的树脂组合物，其中所述环氧树脂基质包含选自由以下各项组成的组的环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷、(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物、乙烯基环己烯二氧化物、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环氧-3-苯氧基丙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧十六烷、聚(乙二醇)二缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚、1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯以及它们的组合。
6.根据权利要求1所述的树脂组合物，所述树脂组合物还包含液体载体。
7.一种树脂组合物，所述树脂组合物包含：
液体载体；以及
分散在所述液体载体中的固体，所述固体由以下各项组成：
选自由以下各项组成的组的环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷、(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物、乙烯基环己烯二氧化物、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环氧-3-苯氧基丙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧十六烷、聚(乙二醇)二缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚、1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯以及它们的组合；
官能化二氧化硅纳米粒子；
引发体系，所述引发体系选自由直接光酸产生剂和自由基光引发剂与光酸产生剂的组合组成的组；以及
任选的表面添加剂。
8.根据权利要求7所述的树脂组合物，其中所述官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。
9.根据权利要求7所述的树脂组合物，其中：
基于所述树脂组合物中的总固体，所述环氧材料以约65质量％至小于100质量％范围内的量存在；并且
基于所述树脂组合物中的所述总固体，所述官能化二氧化硅纳米粒子以大于0质量％最高至约35质量％范围内的量存在。
10.根据权利要求7所述的树脂组合物，其中所述官能化二氧化硅纳米粒子具有表面官能团，并且所述表面官能团选自由丙烯酸官能团、羧基官能团、氨基官能团以及它们的组合组成的组。
11.一种流通池，所述流通池包括：
基底；以及
位于所述基底上的固化的图案化树脂，所述固化的图案化树脂包括由间隙区域分开的凹入部，并且所述固化的图案化树脂包括树脂组合物的固化形式，所述树脂组合物包含：
环氧树脂基质；以及
掺入到所述环氧树脂基质中的官能化二氧化硅纳米粒子，
所述官能化二氧化硅纳米粒子具有至多约10nm的平均粒度。
12.根据权利要求11所述的流通池，所述流通池还包括：
所述凹入部中的水凝胶；以及
附接到所述水凝胶的扩增引物。
13.根据权利要求11所述的流通池，其中所述官能化二氧化硅纳米粒子具有表面官能团，并且所述表面官能团选自由丙烯酸官能团、羧基官能团、氨基官能团以及它们的组合组成的组。
14.根据权利要求11所述的流通池，其中所述环氧树脂基质包含选自由以下各项组成的组的环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷、(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物、乙烯基环己烯二氧化物、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环氧-3-苯氧基丙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧十六烷、聚(乙二醇)二缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚、1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯以及它们的组合。
15.一种方法，所述方法包括：
将环氧树脂基质与液体载体混合以形成混合物；以及
将平均粒度为至多约10nm的官能化二氧化硅纳米粒子掺入到所述混合物中，从而形成稀释的树脂组合物，其中基于所述稀释的树脂组合物中的总固体，所述官能化二氧化硅纳米粒子以大于0质量％最高至约35质量％范围内的量存在。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
将所述稀释的树脂组合物施加于基底上，由此所述液体载体中的至少一些蒸发，以形成可纳米压印的树脂组合物；
用具有多个纳米特征的工作印模压印所述可纳米压印的树脂组合物；以及
在所述工作印模就位时固化所述可纳米压印的树脂组合物，从而在所述基底上形成固化的图案化树脂。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述官能化二氧化硅纳米粒子具有表面官能团，并且所述表面官能团选自由丙烯酸官能团、羧基官能团、氨基官能团以及它们的组合组成的组。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述环氧树脂基质包含选自由以下各项组成的组的环氧材料：环氧官能化倍半硅氧烷；三羟甲基丙烷三缩水甘油醚；四(环氧环己基乙基)四甲基环四硅氧烷；(环氧环己基乙基)甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物；1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷；1,3-双(缩水甘油氧基丙基)四甲基二硅氧烷；3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯；双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯；4-乙烯基-1-环己烯1,2-环氧化物；乙烯基环己烯二氧化物；4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯；1,2-环氧-3-苯氧基丙烷；甲基丙烯酸缩水甘油酯；1,2-环氧十六烷；聚(乙二醇)二缩水甘油醚；季戊四醇缩水甘油醚；1,2-环己烷二羧酸二缩水甘油酯；四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯；以及它们的组合。
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