JP2023506651A - Ｄｎａシーケンシングに使用するためのナノスケールトポグラフィシステムおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムの製造方法は、基材を提供するステップと、基材上にトレンチ壁を作製し、トレンチ壁は、その間にトレンチを画定するものとするステップとを含む。本方法は、トレンチ内にブロック共重合体（ＢＣＰ）の層を堆積させ、トレンチ壁の間にＢＣＰの自己組織化によって円筒状ドメインを形成するステップと、円筒状ドメインの第１の部分を除去してトレンチ内に空所領域を形成するステップと、空所領域内に後続のＢＣＰ層を堆積させ、円筒状ドメインの第２の部分に隣接するトレンチ壁の間にＢＣＰの自己組織化によって球状ドメインを形成するステップとをさらに含む。球状ドメインは、ＤＮＡ分子のアンフォールディングのための千鳥状のポスト構造体を形成し、円筒状ドメインは、シーケンシングのためにＤＮＡ分子を進入させるための平行なチャネル構造体を形成する。
Description
実施形態は、ＤＮＡシーケンシングに使用するためのナノスケールトポグラフィシステム、および該ナノスケールトポグラフィシステムの製造方法に関する。
背景
ＤＮＡは、遺伝情報の中心的な記憶装置であり、この情報を抽出することは、生物学の分野における１つの大きな目標である。遺伝子配列を通じて、ゲノムの変異、遺伝子の突然変異、および複製のダイナミクスについての知見を得ることができる。遺伝情報の読み取りにおいて、シーケンシング技術は過去数十年の間に飛躍的な進歩を遂げたが、単一の細胞から得られた単一の長いＤＮＡ分子から直接遺伝コードを抽出するというビジョンは、まだ限られた成功しか収めていない。ヒトのＤＮＡには何十億もの塩基対があるが、塩基対の配列を直接読み取ることは、細胞内でＤＮＡが複雑に圧縮されていることにより妨害されている。そのため、遺伝子配列にアクセスするためには、ＤＮＡという柔らかい凝縮物のフォールディングおよびねじれを解きほぐさなければならない。
ＤＮＡは、遺伝情報の中心的な記憶装置であり、この情報を抽出することは、生物学の分野における１つの大きな目標である。遺伝子配列を通じて、ゲノムの変異、遺伝子の突然変異、および複製のダイナミクスについての知見を得ることができる。遺伝情報の読み取りにおいて、シーケンシング技術は過去数十年の間に飛躍的な進歩を遂げたが、単一の細胞から得られた単一の長いＤＮＡ分子から直接遺伝コードを抽出するというビジョンは、まだ限られた成功しか収めていない。ヒトのＤＮＡには何十億もの塩基対があるが、塩基対の配列を直接読み取ることは、細胞内でＤＮＡが複雑に圧縮されていることにより妨害されている。そのため、遺伝子配列にアクセスするためには、ＤＮＡという柔らかい凝縮物のフォールディングおよびねじれを解きほぐさなければならない。
ＤＮＡは非常に長いため（２億５千万塩基対のヒト染色体を引き伸ばした長さは約８．５ｃｍである）、まずＤＮＡをせん断するか酵素で消化して最大長が数ｍｍの断片にし、細菌や酵母の人工染色体に組み込む。１０００塩基対程度の断片のライブラリーは、直接シーケンシングし、解析することができる。
ＤＮＡの線形化は、遺伝子配列の決定に重要な役割を果たす。ＤＮＡを引き伸ばすために、さまざまな技術で流体力学的な力が利用されている。魅力的な例の１つは、分子コーミングである。この方法では、生理食塩水で処理したカバースリップを、ＤＮＡを含むリザーバの中に沈める。リザーバ内でのカバースリップの滞留時間中に、ＤＮＡの片方または両方の端部がカバースリップの表面に付着する。カバースリップを、気液メニスカスが形成されている表面からゆっくりと引き出す。毛管力により、ＤＮＡ分子が引き伸ばされる。この技術は迅速で比較的簡単であるが、数百ミクロンを上回る長さのＤＮＡ断片を確実に操作することはできない。
近年では、Chan et al.（Genome Res. 14, 1137-1146 (2004)）が、ＤＮＡの解析に直接線形解析（ＤＬＡ）を用いることを提案している。先細り状のマイクロ流路によって層流中に発生する流体力学的な力を利用して、ＤＮＡのランダムなコイル構造体を巻き戻して引き伸ばす。このセットアップでは、ローディングポートに溶液が注入され、サンプル溶液がチップ内に圧力駆動されると、タグ付けされたＤＮＡ分子がランダムコイル形態で流れに乗って移動する。下流では、ポストフィールドとの相互作用でＤＮＡがアンコイルする。このようにして予め引き伸ばされた分子は、先細り状の領域で流体力学的な影響を受けて完全に引き伸ばされる。先細り部の長さが短いため、ＤＮＡのサイズに匹敵する距離で流れが加速される。その結果、分子のさまざまな部分の周囲で流速の違いが生じ、それが分子を引き伸ばす力を生み出す。
しかし、このような大きなサイズのトポグラフィでは、ＤＮＡ分子を引き伸ばす効果は限定的であることがわかっている。それというのも、引き伸ばしても、典型的にはナノチャネルの前のギャップで元に戻ってしまうためである。１分子シーケンシングの可能性を実現するためには、トポグラフィを（マイクロチャネルおよびポストからナノチャネルおよびポストへと）桁違いに微細化することが必要であり、これによって、ナノスケールの力への対応、ナノ加工の複雑さ、およびデバイスのコストといった新たな課題が生じる。
ナノスケールのトポグラフィは、精度、コスト、およびスループットが異なる高度な技術を用いて実現できる。例えば、電子線（ｅビーム）リソグラフィは、集束した電子線を用いて、イオン化によるエネルギー損失によってレジストを化学的に変化させるプロセスである。電子線リソグラフィは、集束した電子線を用いて、イオン化によるエネルギー損失でレジストを化学変化させるプロセスであるが、レジストの散乱により、フィーチャの分解能は約３ｎｍの臨界寸法に制限される。ｅビームリソグラフィは、その優れた解像度ゆえにナノチャネルやナノポアの製造によく用いられるが、時間およびコストがかかる技術であり、ウェハ全体の広い範囲の露光には適していない。
集束イオンビーム（ＦＩＢ）リソグラフィは、集束したイオンビーム（代表的なものはＧａ）が衝突時に中性およびイオン化した基材原子を物理的にスパッタリングするもので、ナノチャネルの製造に使用されている。この方法は、（化学気相成長法と同様に）、前駆体ガスと組み合わせてエッチング、イメージングおよび成膜を行うのに用いることができるため、非常に汎用性が高い。しかし、大面積のパターニングよりもプロトタイピングにより適している。
ナノインプリントリソグラフィは、潜在的に、高スループットの製造という要求に応えることができる。ナノインプリントリソグラフィでは、慎重に設計された逆テンプレート／モールドが、ｅビームリソグラフィやその他の高解像度技術を用いて製造される。このテンプレートは、そのガラス転移温度を上回る温度に加熱された薄いレジストに押し付けられる。その後、レジストが冷却され、モールドが取り外される。そして、凹凸のあるレジストの表面に方向性のあるエッチングを施すと、薄い領域が厚い領域よりも迅速に除去され、チャネルが形成される。このモールドを何度か使用して、複数の表面に複数のチャネルを生成することができる。しかし、モールドの侵食や圧縮下でのレジストの流動挙動が、小さなフィーチャサイズの達成を妨げている。
概要
１つ以上の実施形態において、シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムの製造方法は、基材を提供するステップと、基材上にトレンチ壁を作製し、該トレンチ壁は、その間にトレンチを画定するものとするステップとを含む。本方法は、トレンチ内にブロック共重合体（ＢＣＰ）の層を堆積させ、トレンチ壁の間にＢＣＰの自己組織化によって円筒状ドメインを形成するステップと、円筒状ドメインの第１の部分を除去してトレンチ内に空所領域を形成するステップと、空所領域内に後続のＢＣＰ層を堆積させ、円筒状ドメインの第２の部分に隣接するトレンチ壁の間にＢＣＰの自己組織化によって球状ドメインを形成するステップとをさらに含む。球状ドメインは、ＤＮＡ分子のアンフォールディングのための千鳥状のポスト構造体を形成し、円筒状ドメインは、シーケンシングのためにＤＮＡ分子を進入させるための平行なチャネル構造体を形成する。
１つ以上の実施形態において、シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムの製造方法は、基材を提供するステップと、基材上にトレンチ壁を作製し、該トレンチ壁は、その間にトレンチを画定するものとするステップとを含む。本方法は、トレンチ内にブロック共重合体（ＢＣＰ）の層を堆積させ、トレンチ壁の間にＢＣＰの自己組織化によって円筒状ドメインを形成するステップと、円筒状ドメインの第１の部分を除去してトレンチ内に空所領域を形成するステップと、空所領域内に後続のＢＣＰ層を堆積させ、円筒状ドメインの第２の部分に隣接するトレンチ壁の間にＢＣＰの自己組織化によって球状ドメインを形成するステップとをさらに含む。球状ドメインは、ＤＮＡ分子のアンフォールディングのための千鳥状のポスト構造体を形成し、円筒状ドメインは、シーケンシングのためにＤＮＡ分子を進入させるための平行なチャネル構造体を形成する。
１つ以上の実施形態において、シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムの製造方法は、基材を提供するステップと、基材上にトレンチ壁を作製し、該トレンチ壁は、その間にトレンチを画定するものとするステップとを含む。本方法は、トレンチ内にブロック共重合体（ＢＣＰ）の層を堆積させ、トレンチ壁の間にＢＣＰの自己組織化によって円筒状ドメインを形成するステップをさらに含み、ＢＣＰは、ポリスチレン－ｂ－ポリジメチルシロキサン（ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）を含む。本方法は、円筒状ドメインの第１の部分を除去してトレンチ内に空所領域を形成するステップと、空所領域内に後続のＢＣＰ層を堆積させ、円筒状ドメインの第２の部分に隣接するトレンチ壁の間にＢＣＰの自己組織化によって球状ドメインを形成するステップと、トレンチおよびトレンチ壁の少なくとも一方に表面機能化を施して円筒状ドメインおよび球状ドメインの位置決めおよび配向を制御するステップとをさらに含み、表面機能化は、ＢＣＰの多数のブロックに優先される。球状ドメインは、ＤＮＡ分子のアンフォールディングのための千鳥状のポスト構造体を形成し、円筒状ドメインは、シーケンシングのためにＤＮＡ分子を進入させるための平行なチャネル構造体を形成する。
１つ以上の実施形態において、シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムは、基材と、基材上のトレンチ壁とを含み、該トレンチ壁は、その間にトレンチを画定する。本システムは、トレンチ内に堆積されたブロック共重合体（ＢＣＰ）の層であって、自己組織化してトレンチ壁の間に円筒状ドメインを形成する層と、円筒状ドメインの第１の部分を除去することにより形成されたトレンチ内の空所領域と、空所領域内に堆積された後続のＢＣＰ層であって、自己組織化して円筒状ドメインの第２の部分に隣接するトレンチ壁の間に球状ドメインを形成する層とをさらに含む。球状ドメインは、ＤＮＡ分子のアンフォールディングのための千鳥状のポスト構造体を形成し、円筒状ドメインは、シーケンシングのためにＤＮＡ分子を進入させるための平行なチャネル構造体を形成する。
１つ以上の実施形態において、ＢＣＰは、ポリスチレン－ｂ－ポリジメチルシロキサン（ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）を含む。
１つ以上の実施形態において、円筒状ドメインは、複数の面内円筒体を含む。
１つ以上の実施形態において、トレンチ壁を作製するステップは、基材上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）層を堆積させるステップと、ＡＲＣ層上にシリカ層を堆積させるステップと、シリカ層上にフォトレジスト層を堆積させるステップとを含む。
１つ以上の実施形態において、トレンチ壁を作製するステップは、フォトレジストグレーティングを作製するステップと、シリカ層およびＡＲＣ層を除去するステップとをさらに含む。
１つ以上の実施形態において、トレンチおよびトレンチ壁の少なくとも一方の表面機能化を用いて、円筒状ドメインおよび球状ドメインの位置決めおよび配向を制御する。
１つ以上の実施形態において、表面機能化は、ＢＣＰの多数のブロックに優先される。
１つ以上の実施形態において、円筒状ドメインを形成するステップは、ＢＣＰ層をアニールして自己組織化を促進するステップと、ＢＣＰ層をエッチングして円筒状ドメインを露出させるステップとを含む。
１つ以上の実施形態において、円筒状ドメインの第１の部分を除去するステップは、円筒状ドメインの第２の部分を覆うようにフォトレジストを堆積させるステップと、エッチングにより円筒状ドメインの第１の部分を除去するステップとを含む。
１つ以上の実施形態において、球状ドメインを形成するステップは、後続のＢＣＰ層をアニールして自己組織化を促進するステップと、後続のＢＣＰ層をエッチングして球状ドメインを露出させるステップとを含む。
１つ以上の実施形態において、本方法は、円筒状ドメインと球状ドメインとの複合構造を基材に転写するステップを含む。
１つ以上の実施形態において、ＢＣＰ層をエッチングするステップは、その層のＰＤＭＳトップコートおよびＰＳマトリックスを除去して、複数の面内ＰＤＭＳ円筒体を残すステップを含み、後続のＢＣＰ層をエッチングするステップは、後続の層のＰＤＭＳトップコートおよびＰＳマトリックスを除去して、複数のＰＤＭＳ球状ドメインを残すステップを含む。
１つ以上の実施形態において、基材は、検出電極を含む。
詳細な説明
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されているが、開示された実施形態は、さまざまな代替的な形態で具現化され得る本発明の単なる例示であることを理解されたい。図面は必ずしも縮尺通りではなく、特定の構成要素の詳細を示すために、いくつかの特徴が誇張されたり、最小化されたりすることがある。したがって、本明細書で開示されている特定の構造的および機能的な詳細は、限定的なものとして解釈されるべきではなく、単に本発明をさまざまに採用することを当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されているが、開示された実施形態は、さまざまな代替的な形態で具現化され得る本発明の単なる例示であることを理解されたい。図面は必ずしも縮尺通りではなく、特定の構成要素の詳細を示すために、いくつかの特徴が誇張されたり、最小化されたりすることがある。したがって、本明細書で開示されている特定の構造的および機能的な詳細は、限定的なものとして解釈されるべきではなく、単に本発明をさまざまに採用することを当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。
実施例、または他に明示されている場合を除き、本明細書における材料の量、または反応および／もしくは使用の条件を示すすべての数値量は、「約」という用語によって修飾されたものとして解釈されるべきである。頭字語または他の略語の最初の定義は、同じ略語の本明細書でのその後のすべての使用に適用され、最初に定義された略語の通常の文法上の変化に準じて適用される。また、反対に明示的に記載されていない限り、特性の測定は、同じ特性に対して前または後に参照されるのと同じ技術によって決定される。
特に断りのない限り、本明細書で使用されているすべての技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者が一般的に理解しているものと同じ意味を有する。
また、特定の構成要素および／または条件はもちろん異なる可能性があるため、本開示は以下に記載される特定の実施形態および方法に限定されるものではないことも理解されるべきである。さらに、本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態を説明するためにのみ使用されており、何ら限定することを意図するものではない。
また、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形の「a」、「an」、および「the」は、文脈が明らかに他のものを示していない限り、複数の参照語を含むことに留意しなければならない。例えば、単数形の構成要素への言及は、複数の構成要素を含むことを意図している。
「or」および「and」という用語は、互換的に使用することができ、「および／または」を意味すると理解することができる。
「comprising」という用語は、「including」、「having」、「containing」、または「characterized by」と同義である。これらの用語は、包括的かつオープンエンドであり、列挙されていない追加の構成要素や方法ステップを除外するものではない。
「consisting of」という句は、請求項に記載されていない構成要素、ステップ、または成分を除外する。この句が、前提部の直後ではなく請求項の本体部分の節に現れた場合、この句は、その節に記載された構成要素のみを限定し、他の構成要素は、請求項全体から除外されない。
「consisting essentially of」という句は、請求項の範囲を、指定された材料やステップに加えて、請求項の主題の基本的かつ新規な特性に重大な影響を与えないものに限定する。
「comprising」、「consisting of」、および「consisting essentially of」の用語は、代替的に使用することができる。これらの３つの用語のうちの１つが使用される場合、ここに開示および請求されている主題は、他の２つの用語のいずれかの使用を含むことができる。
反対に明示されていない限り、パーセント、「parts of」、および比の値は、重量によるものであり、本開示に関連して、所与の目的に適しているまたは好ましい材料のグループまたはクラスの説明は、そのグループまたはクラスのメンバーの任意の２つ以上のものの混合物が同様に適しているまたは好ましいことを意味し、化学用語での成分の説明は、説明で指定された任意の組み合わせへの添加時の成分に関するものであり、一旦混合された混合物の成分間の化学的相互作用を必ずしも排除するものではない。
また、整数の範囲には、間にあるすべての整数が明示的に含まれていることも理解されるべきである。例えば、整数の範囲１～１０には、１、２、３、４、５、６、７、８、９、および１０が明示的に含まれる。同様に、１～１００の範囲には、１、２、３、４・・・９７、９８、９９、１００が含まれる。同様に、いずれかの範囲が要求される場合、その間にある、上限と下限との差を１０で割った増分である数値を、代替の上限または下限とすることができる。例えば、範囲が１．１～２．１の場合、次の数値１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、および２．０を下限または上限として選択することができる。
本明細書に記載の実施例では、濃度、温度、および反応条件（例えば、圧力、ｐＨ、流量など）は、実施例で示された値のプラスマイナス５０％を四捨五入または有効数字２桁まで切り捨てて実施することができる。ある改良形態では、濃度、温度、および反応条件（例えば、圧力、ｐＨ、流量など）は、実施例で示された値のプラスマイナス３０％を四捨五入または有効数字２桁までに切り捨てて実施することができる。別の改良形態では、濃度、温度、および反応条件（例えば、圧力、ｐＨ、流量）は、実施例で示された値のプラスマイナス１０％を四捨五入または有効数字２桁までに切り捨てて実施することができる。
本出願全体を通して、刊行物が参照されている場合、これらの刊行物の開示内容は、本開示が関連する従来技術をより完全に説明するために、その全体が参照により本出願に組み込まれる。
ＤＮＡの次世代シーケンシングには、ＤＮＡのナノスケールの制御が必要である。分子内に保存されている遺伝情報を正確に解読するためには、個々の塩基にアクセスするために、ＤＮＡ鎖のネイティブなフォールディング形態のアンワインディングが必要である。ＤＮＡのアンワインディングを実現する有望な方法の１つは、検出ゾーンに達する前に、制約を受けない分子サイズよりも小さなギャップを持つグリッド状のポストにＤＮＡを強制的に通すことである。このような方法の可能性を最大限に引き出すには、ポストおよびチャネルから構成されるナノスケールトポグラフィシステムを作製するための効率的な製造技術が必要である。
自己組織化ブロック共重合体（ＢＣＰ）の固有のパターンは、分子化学および材料加工条件（堆積／スピンコーティング、アニール、およびエッチング）によって制御される１０～１００ｎｍの長さスケールでのこのような複雑な構造体へのアクセスを可能にする。特に、ＢＣＰの単層の指向性自己組織化は、欠陥を最小限に抑え、長距離秩序を向上させ、ＢＣＰのミクロ相分離によって生成される周期的なラインやドットの形成を誘導する。ＤＮＡシーケンシングデバイスの製造においてＢＣＰの指向性自己組織化を実施することで、技術的課題の多くが比較的簡単かつコスト効率の高い方法で対処される。
したがって、本明細書では、ＤＮＡシーケンシングの目的でＤＮＡのアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムを作製する製造方法を開示する。本製造方法では、ＢＣＰを、ポストおよびチャネルのトポグラフィを基材にエッチングするためのマスキング技術として使用する。周期的なパターンに自己組織化するＢＣＰの生来の能力により、制御可能な間隔で均一なドメインサイズが得られ、ポリマー化学およびポリマープロセスを用いて繰り返しドメインのパターンおよびドメイン間隔が制御される。本方法では、良好な長距離秩序を有する周期的なナノスケールパターンを生成する安価で迅速なアプローチとして、ＢＣＰの指向性自己組織化を利用する。
ＢＣＰは、ブロック状に集まった複数の化学物質をポリマー鎖が含む、特殊なカテゴリーの軟質物質である。その最も単純な形態では、直鎖状のジブロック共重合体は、２本のポリマー鎖が片方の端部でつながっているように見える。各ブロック内の構成ポリマーの混和性が限られているため、相分離が促進され、ブロック間の界面接触が減少する。一方で、同一分子内の異なるブロックの配置により、空間的な分離の範囲が制限され、マクロスケールの相分離ではなく、周期的なパターンになる。ＢＣＰの自発的なミクロ相分離では、通常、多結晶構造に類似した短距離秩序を持つミクロドメインの領域（グレイン）が生成され、各グレインは異なる配向性および局所的な欠陥を有する。しかし、指向性自己組織化（ＤＳＡ）として知られるプロセスである、基材上に形成されたケミカルおよび／またはトポグラフィカルガイドテンプレートの使用によって、ＢＣＰの秩序をより良好に制御することができる。欠陥の除去やパターンの配列は、表面の優先的な濡れ性や、ＢＣＰの周期とテンプレートのサイズとの適応性などの要因に基づいて、テンプレートによって定められる。
ジブロック共重合体に使用されるさまざまな化学物質の中でも、ポリスチレン－ｂ－ポリジメチルシロキサン（ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）は、ナノスケール用途に大きな期待が寄せられている。この２つのブロックの間には大きな非相容性があり、これによってシャープな界面を伴う相分離が促進される。さらに、ポリマードメインを露出させるプロセスでは、酸素プラズマによって炭素ベースのＰＳを燃焼させ、ケイ素ベースのＰＤＭＳをシリカに変換することで、非常に安定したガラスパターンを形成し、これを、基材にナノパターンをエッチングするためのマスクとして使用することができる。ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳは、その成分の割合に応じて異なるドメイン形状（球体、円筒体、ラメラ）を作り出すことができる。
ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳでは典型的に、ＰＳに比べてＰＤＭＳの表面エネルギーが低いため、ＰＤＭＳが上面の自由表面に移動してしまうという問題があった。この挙動により、面内モチーフが生じ、ラメラ構造がナノスケールのパターニングに限定的に使用されてしまう（立っているラメラは基材にエッチングできるが、横になっているシートは基材全体を覆ってしまい、パターンが見えない）。そのため、マスクとして使用できるのは、球状および円筒状ドメインのみである。ドメインの位置決めおよび配向を制御するために、ここではトレンチを用いた一次元的な閉じ込めを行う。
本明細書では、開示された製造方法に関連してＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳが説明されているが、ミクロ相分離によるパターン形成はＢＣＰの一般的な特性であり、そのため、代替的に異なるＢＣＰ化学物質の組み合わせが採用され得ることが理解される。したがって、ＢＣＰは、任意の非相容性化学物質（例えば、ＰＳ－ＰＤＭＳ、ＰＳ－ＰＭＭＡ、ＰＳ－Ｐ４ＶＰなど）であってよいが、ＰＳ－ＰＤＭＳは、高いブロック非相容性ゆえに、より小さい長さのスケールで良好に機能することが予想される。他の化学物質を利用する場合は、該化学物質は、より小さなフィーチャを目的とするのに必要なポリマー界面および最終パターンの安定性をなおも有する必要がある。
図１～図４を参照すると、以下の製造ステップを使用して、１つ以上の実施形態による、シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するための、エントリーポスト１２および複数の平行チャネル１４を有するナノスケールトポグラフィシステム１０を作製することができる。本方法は、テンプレート製造と、円筒体を形成するＢＣＰの自己組織化と、球体を形成するＢＣＰの自己組織化との３つの一般的な部分に分けることができる。概略図は、ＢＣＰ自己組織化パターンをマスクとして用いたポスト／チャネルシステムの実現のために使用することができる製造ステップのシーケンスを示している。
図１を参照すると、１つ以上の実施形態によるテンプレート製造は、これに限定されないが約２００ｎｍの幅を持つ延在するトレンチ１６を作製することを目的としている。まず、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層１８を、検出電極を備えた予めパターニングされた基材２０（例えば、Ｓｉ）上に、スピンコーティングなどによって堆積させ、その後、これを加熱して架橋を誘導することができる。次に、電子線蒸着などにより、シリカ層２２（ＳｉＯ２）を堆積させることができる。次に、シリカ層２２の上にフォトレジスト２４を堆積（例えば、スピンコート）させ、これを加熱することができる。リソグラフィを用いて、レーザで生成された干渉パターンでサンプルを露光し、露光後の現像を用いてフォトレジストグレーティングを生成することができる。次に、反応性イオン（例えば、ＣＦ４プラズマ）エッチングを用いてシリカ層２２を除去し（フォトレジストパターンをシリカ層２２に転写し）、次にＯ２＋Ｈｅプラズマエッチングを用いてＡＲＣ層１８を除去して（パターンをＡＲＣ層１８に転写して）、ＢＣＰの自己組織化を導くための安定したトレンチ壁２６を作製することができる。トレンチ壁２６は、以下でさらに説明するように、ポスト１２／チャネル１４パターンの自己組織化を誘導し、チャネル１４の配向性を制御し、かつポスト１２とチャネル１４とを近接させるために使用される。
次に、ＤＮＡアンフォールディングのためのトポグラフィパターンを作製するための製造ステップについて説明する。１つ以上の実施形態によれば、トレンチ壁２６の間のトレンチ１６へのＢＣＰの施与は、堆積、アニーリング、およびエッチングの一連のステップに従うことができる。
図２に注目すると、まず、トレンチ１６および／またはトレンチ壁２６の表面機能化を用いて、ＢＣＰの濡れ性を向上させ、全体の秩序を改善することができる。特に、ＢＣＰ面内円筒体は、トレンチ壁２６に対して直交して整列するという自然な傾向を有する。円筒体の平行配向を促進するために、多数のブロック（例えば、ＰＳ）に優先的になるような表面機能化を利用することができる。表面機能化には、トレンチ１６および／またはトレンチ壁２６上に多数のブロックを堆積（例えば、スピンコーティング）させるステップと、サーマルアニーリングを行うステップと、洗浄して未グラフトブラシポリマーを除去するステップとが含まれる。
引き続き図２を参照すると、円筒体を形成するＢＣＰの指向性自己組織化が図示されている。ＢＣＰ（例えば、ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）の層２８を、面内円筒体の単層が得られる厚さまでトレンチ１６内に堆積（例えば、スピンコート）させる。次に、アニーリングプロセスを用いて自己組織化を促進する。これは、熱的に、または溶媒の雰囲気中での溶媒アニーリングによって達成することができる。次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのエッチングを用いて、ＢＣＰ単層２８のＰＤＭＳトップコートおよびＰＳマトリックスを除去して、酸化された面内ＰＤＭＳ円筒体３０を残すことができる。特に、ＣＦ４を用いて、ＢＣＰフィルムの上部に形成されるＰＤＭＳの層を除去することができ、Ｏ２を用いて、ＰＳマトリックスを除去することができる。ＢＣＰ構造体を露出させることで、トレンチ１６内の一連の平行な円筒体３０が得られる。したがって、チャネル構造体１４が、面内円筒体３０の単層によって生成される。あるいはチャネル構造体１４は、垂直に立つラメラのテンプレートによって生成することもできる。
図３には、球体を形成するＢＣＰの指向性自己組織化が図示されている。ポスト１２を面内円筒体３０の近傍に配置するために、円筒体３０の第１の部分３２を除去することができる。１つ以上の実施形態において、トレンチ１６および面内円筒体３０の第２の部分３４を覆うようにフォトレジスト２４を施与してパターニングすることができる。次いで、ポスト１２にとって望ましい位置を占める円筒状ドメイン３０の第１の部分３２を、ＣＦ４エッチングを用いるなどして除去することができる。そうすることで、トレンチ１６内の概ね平坦な空所領域３６を回復させることができ、その中に球状ドメイン３８が配置される。
円筒状ＢＣＰ３０を作製するためのものと同様に、ＢＣＰ製造ステップが、表面機能化を含む球状ドメイン３８（例えば、六面体）の作製に用いられる。後続のＢＣＰ層（例えば、ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）を、球状ドメインの単層が得られる厚さまでトレンチ内に堆積（例えば、スピンコート）させる。次に、アニーリングプロセスを用いて自己組織化を促進する。これは、熱的に、または溶媒の雰囲気中での溶媒アニーリングによって達成することができる。次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのエッチングを用いて、ＢＣＰ単層のＰＤＭＳトップコートおよびＰＳマトリックスを除去し、酸化されたＰＤＭＳ球状ドメイン３８を残すことができる。特に、ＣＦ４を用いて、ＢＣＰフィルムの上部に形成される表面コーティングＰＤＭＳ層を除去することができ、Ｏ２を用いて、ＰＳマトリックスを除去し、続いてＰＤＭＳブロックを酸化させて非晶質シリカにすることができる。ＢＣＰ構造体を露出させることで、トレンチ１６内の球体３８の単層が得られ、これがポスト構造体１２として機能する。あるいはポスト構造体１２は、垂直に立つ円筒体のテンプレートによって生成することもできる。
再び図３を参照すると、その後、面内円筒体３０と球体３８との複合構造を、ＲＩＥを使用するなどしてケイ素基材２０に転写することができる。非限定的な一実施形態によれば、ケイ素トポグラフィの最終的な深さは、面内円筒体の半分のドメイン間隔と同じオーダーである。ＢＣＰシリカドメインは、ＣＦ４曝露を用いて除去することができる。非限定的な一実施形態において、ポスト１２の間隔およびチャネル１４の幅は、約１０ｎｍである。
図４は、１つ以上の実施形態によるシーケンシングのためにＤＮＡをアンフォールディングするのに用いられるナノスケールトポグラフィシステム１０の最終レイアウトの概略図である。図示されているように、ＤＮＡがチャネル１４に向かって千鳥状のパターンを通過するように強制されるときに、複数のポスト１２が、ＤＮＡをアンフォールディングまたはアンワインディングさせる。ＤＮＡ分子は、平行なチャネル１４のいずれかに入ることができ、一連の検出電極４０によって読み取られる。
マイクロ流体チャネル内でＤＮＡを駆動し、ＤＮＡの引き伸ばしを引き起こすには流体力学的な力が大きな役割を果たしているが、チャネルのトポグラフィサイズが分子寸法に近づくと、そのような力は選別される。外部電界を印加することで、ＤＮＡを駆動するための制御された方法が提供される。ＤＮＡのトランスロケーション速度と外部電界との間には線形関係が示されており（Menard, L. D. & Ramsey, J. M., Anal. Chem. 85, 1146-1153 (2013)）、広いチャネルではＤＮＡの速度が高い。ＤＮＡの移動度を推定すると、物理的な閉じ込めに比べて外力の影響が大きいことがわかった。しかし、ナノチャネルの前にポスト構造体が存在すると、電界分布が変化するであろう。
図５および図６は、１つ以上の実施形態による代表的なポスト／チャネルトポグラフィシステム（セル幅２μｍ）の電界をマッピングしたものであり、電界によって荷電したＤＮＡ分子がトポグラフィパターンを通過する。図に示すように、電界は、算出電極が適用された算出セルの左端および右端付近で比較的均一である（電位差１００Ｖ）。ポスト１２の近傍では、電界強度の非線形的な増加が観察される。さらに、ポスト１２の近傍には、水平軸に沿って低電界の空乏領域が位置している。これらの領域では、ＤＮＡをナノチャネル１４に向かって駆動する際の力が消失することになる。
一方、垂直方向に沿って集中した電界が配置されている。ここでは、ＤＮＡは、力線に沿って強い駆動力を受けると予想される。また、水平軸に沿ったチャネル１４の入口には、停滞点も観察される。ポスト１２を囲む電界値の大きさが交互に変わることで、分子に沿って不均一な力がかかり、分子の引き伸ばしや、アンフォールディングやアンワインディングが生じるものと考えられる。チャネル１４の入口を超えると、電界はナノチャネル１４の内部で比較的一定の値をとり、その結果、チャネル１４の出口に向かってＤＮＡが連続的にドリフトする。ＤＮＡのドリフト速度は、検出電極による適切な測定時間が可能となるよう、電界の大きさによって決定することができる。
図７は、図６の線Ａに沿った距離の関数としての電界のグラフである。電界の局在化は、垂直方向に大きな電界の大きさが観察されるポスト構造体に起因する。線Ａに沿った断面図に示すように、ナノチャネルの内部には比較的均一な電界の大きさが存在する。
実施例
以下に、本明細書に開示された実施形態を、その実施例を挙げてより詳細に説明する。しかし、本開示はこれらの実施例に限定されるものではないことに留意すべきである。
以下に、本明細書に開示された実施形態を、その実施例を挙げてより詳細に説明する。しかし、本開示はこれらの実施例に限定されるものではないことに留意すべきである。
テンプレート製造
作製プロセスの概要を示すが、プロトコルは、Cheng, L. C. et al., Nano Lett. 18, 4360-4369 (2018); Bai, W. et al., Nano Lett. 150925084648002 (2015);およびCheng, J. Y et al., Appl. Phys. Lett. 81, 3657-3659 (2002)に記載されているものに従った。
作製プロセスの概要を示すが、プロトコルは、Cheng, L. C. et al., Nano Lett. 18, 4360-4369 (2018); Bai, W. et al., Nano Lett. 150925084648002 (2015);およびCheng, J. Y et al., Appl. Phys. Lett. 81, 3657-3659 (2002)に記載されているものに従った。
まず、反射防止コーティング（ＡＲＣ）であるＡＺ（登録商標）ＢＡＲＬｉ（登録商標）（Merck KGaA）を、検出電極を備えた予めパターニングされた基材上にスピンコートし、その後、ホットプレート上にて１７５℃で６０秒間ベークして架橋を誘導した。次に、電子線蒸着法で２０ｎｍのＳｉＯ２を堆積させた。このＳｉＯ２層の上に２００ｎｍのフォトレジスト（ＰＦＩ ８８：Sumitomo Chemical Advanced Technologies）をスピンコートし、ホットプレート上にて９０℃で６０秒間ベークした。このサンプルを、ロイズのミラーシステムを用いて、２ビームのコヒーレントレーザから発生させた干渉パターンにより数分間露光した。露光後の現像を用いてフォトレジストグレーティングを作製した。その後、ＣＦ４プラズマエッチングでフォトレジストパターンをＳｉＯ２層に転写し、Ｏ２プラズマでパターンをＡＲＣ層に転写して、ＢＣＰの自己組織化を導くための安定したトレンチを作製した。
トポグラフィパターン製造
ＤＮＡシーケンシング用のトポグラフィパターンを作製するための製造ステップを以下に示す。製造ステップのシーケンスは、Tavakkoli K. G., A. et al., Nat. Commun. 7, 1-10 (2016)に従う。
ＤＮＡシーケンシング用のトポグラフィパターンを作製するための製造ステップを以下に示す。製造ステップのシーケンスは、Tavakkoli K. G., A. et al., Nat. Commun. 7, 1-10 (2016)に従う。
円筒状ドメイン
表面機能化
ＰＳブラシ（多数のブロック）を施与するために、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート中の１．２ｋｇ ｍｏｌ－１ヒドロキシル末端ＰＳ（Polymer Source, Inc.）の１重量％溶液を３０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間スピンコーティングした。基材を真空オーブン（２０ｍｔｏｒｒ）中にて１７０℃で１５時間サーマルアニールした後、室温のトルエンの浴中に１５分間浸漬し、トルエンでリンスして、未グラフトブラシポリマーを除去した。
表面機能化
ＰＳブラシ（多数のブロック）を施与するために、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート中の１．２ｋｇ ｍｏｌ－１ヒドロキシル末端ＰＳ（Polymer Source, Inc.）の１重量％溶液を３０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒間スピンコーティングした。基材を真空オーブン（２０ｍｔｏｒｒ）中にて１７０℃で１５時間サーマルアニールした後、室温のトルエンの浴中に１５分間浸漬し、トルエンでリンスして、未グラフトブラシポリマーを除去した。
スピンコーティング
円筒体を形成するＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳポリマーについては、４５．５ｋｇ ｍｏｌ－１の重量のポリマー（ｆＰＤＭＳ＝３２％、ＰＤＩ（多分散度）約１．０９）をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに２重量％溶解させてスピンコートした。このような分子量の場平衡ドメイン間隔は、約３０ｎｍである。パターニングされた基材上に、溶解させたＢＣＰを、面内円筒体の単層が得られるような厚さでスピンコートした。
円筒体を形成するＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳポリマーについては、４５．５ｋｇ ｍｏｌ－１の重量のポリマー（ｆＰＤＭＳ＝３２％、ＰＤＩ（多分散度）約１．０９）をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに２重量％溶解させてスピンコートした。このような分子量の場平衡ドメイン間隔は、約３０ｎｍである。パターニングされた基材上に、溶解させたＢＣＰを、面内円筒体の単層が得られるような厚さでスピンコートした。
アニーリング
アニーリングは、サンプルを真空炉に１５０℃で１６時間入れることにより熱的に達成してもよいし、溶媒の雰囲気中で溶媒アニーリングを行ってもよい。特に、ＢＣＰを、２ｍｌのトルエンを充填したキャップ付きのガラスビーカー内で５～６時間アニールした後、直ちに大気中でクエンチしてアニール構造体を凍結させた。
アニーリングは、サンプルを真空炉に１５０℃で１６時間入れることにより熱的に達成してもよいし、溶媒の雰囲気中で溶媒アニーリングを行ってもよい。特に、ＢＣＰを、２ｍｌのトルエンを充填したキャップ付きのガラスビーカー内で５～６時間アニールした後、直ちに大気中でクエンチしてアニール構造体を凍結させた。
エッチング
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて、ＢＣＰ単層のＰＤＭＳトップコートおよびＰＳマトリックスを除去し、酸化された面内ＰＤＭＳ円筒体を残した。特に、ＣＦ４（５０Ｗ、１５ｍＴｏｒｒ）を５秒かけて用いて、ＢＣＰフィルムの上部に形成されたＰＤＭＳの層を除去し、Ｏ２（９０Ｗ、６ｍＴｏｒｒ）を２２秒かけて用いてＰＳマトリックスを除去した。
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて、ＢＣＰ単層のＰＤＭＳトップコートおよびＰＳマトリックスを除去し、酸化された面内ＰＤＭＳ円筒体を残した。特に、ＣＦ４（５０Ｗ、１５ｍＴｏｒｒ）を５秒かけて用いて、ＢＣＰフィルムの上部に形成されたＰＤＭＳの層を除去し、Ｏ２（９０Ｗ、６ｍＴｏｒｒ）を２２秒かけて用いてＰＳマトリックスを除去した。
球状ドメイン
ポストを面内円筒体の近傍に配置するために、トレンチおよび面内円筒体の一部を覆うようにフォトレジストを施与してパターニングする。ポストの位置を占める円筒状ドメインを、ＣＦ４を用いて除去する。
ポストを面内円筒体の近傍に配置するために、トレンチおよび面内円筒体の一部を覆うようにフォトレジストを施与してパターニングする。ポストの位置を占める円筒状ドメインを、ＣＦ４を用いて除去する。
スピンコーティング
円筒状ＢＣＰと同様のＢＣＰ製造ステップを用いて、表面機能化を含む六面体の球状ドメインを作製する（Gadelrab, K. R. et al., Nano Lett. 18, 3766-3772 (2018)）。特に、ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ（少数の体積分率ｆＰＤＭＳ＝１６．５％、分子量５１．５ｋｇ／ｍｏｌ、ＰＤＩ＝１．０４、ＰＧＭＥＡ中で１重量％）を３８ｎｍの厚さにスピンコートした。
円筒状ＢＣＰと同様のＢＣＰ製造ステップを用いて、表面機能化を含む六面体の球状ドメインを作製する（Gadelrab, K. R. et al., Nano Lett. 18, 3766-3772 (2018)）。特に、ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ（少数の体積分率ｆＰＤＭＳ＝１６．５％、分子量５１．５ｋｇ／ｍｏｌ、ＰＤＩ＝１．０４、ＰＧＭＥＡ中で１重量％）を３８ｎｍの厚さにスピンコートした。
アニーリング
サンプルを、トルエンとヘプタンとの混合溶媒（体積比５：１）のチャンバ内にて室温で３０秒間アニールした後、６０℃で５秒間のサーマルクエンチを行った。その後、数秒でサンプルをアニーリングチャンバから取り出した。
サンプルを、トルエンとヘプタンとの混合溶媒（体積比５：１）のチャンバ内にて室温で３０秒間アニールした後、６０℃で５秒間のサーマルクエンチを行った。その後、数秒でサンプルをアニーリングチャンバから取り出した。
エッチング
アニール後、５秒間のＣＦ４（５０Ｗ、１５ｍＴｏｒｒ）、およびその後の２２秒間のＯ２（９０Ｗ、６ｍＴｏｒｒ）の反応性イオンエッチングプロセスを用いて、表面コーティングのＰＤＭＳ層およびＰＳマトリックスを除去し、続いてＰＤＭＳブロックを酸化して非晶質シリカにした。
アニール後、５秒間のＣＦ４（５０Ｗ、１５ｍＴｏｒｒ）、およびその後の２２秒間のＯ２（９０Ｗ、６ｍＴｏｒｒ）の反応性イオンエッチングプロセスを用いて、表面コーティングのＰＤＭＳ層およびＰＳマトリックスを除去し、続いてＰＤＭＳブロックを酸化して非晶質シリカにした。
面内円筒体と六面体球との複合構造を、ＲＩＥを用いてケイ素基材に転写する。ＢＣＰシリカドメインは、ＣＦ４曝露を用いて除去することができる。
以上、例示的な実施形態を説明したが、これらの実施形態が本発明のすべての可能な形態を説明することを意図したものではない。本明細書で使用されている用語は、限定ではなく説明の用語であり、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を行うことができることが理解される。さらに、さまざまな実施形態の特徴を組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を形成することができる。
Claims (20)
- シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムの製造方法において、前記方法は、
基材を提供するステップと、
前記基材上にトレンチ壁を作製し、前記トレンチ壁は、その間にトレンチを画定するものとするステップと、
前記トレンチ内にブロック共重合体（ＢＣＰ）の層を堆積させ、前記トレンチ壁の間に前記ＢＣＰの自己組織化によって円筒状ドメインを形成するステップと、
前記円筒状ドメインの第１の部分を除去して前記トレンチ内に空所領域を形成するステップと、
前記空所領域内に後続のＢＣＰ層を堆積させ、前記円筒状ドメインの第２の部分に隣接する前記トレンチ壁の間に前記ＢＣＰの自己組織化によって球状ドメインを形成するステップと
を含み、
前記球状ドメインは、ＤＮＡ分子のアンフォールディングのための千鳥状のポスト構造体を形成し、前記円筒状ドメインは、シーケンシングのためにＤＮＡ分子を進入させるための平行なチャネル構造体を形成する、方法。 - 前記ＢＣＰは、ポリスチレン－ｂ－ポリジメチルシロキサン（ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）を含む、請求項１記載の方法。
- 前記円筒状ドメインは、複数の面内円筒体を含む、請求項１記載の方法。
- 前記トレンチ壁を作製するステップは、前記基材上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）層を堆積させるステップと、前記ＡＲＣ層上にシリカ層を堆積させるステップと、前記シリカ層上にフォトレジスト層を堆積させるステップとを含む、請求項１記載の方法。
- 前記トレンチ壁を作製するステップは、フォトレジストグレーティングを作製するステップと、前記シリカ層および前記ＡＲＣ層を除去するステップとをさらに含む、請求項４記載の方法。
- 前記トレンチおよび前記トレンチ壁の少なくとも一方に表面機能化を施して、前記円筒状ドメインおよび前記球状ドメインの位置決めおよび配向を制御するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
- 前記表面機能化は、前記ＢＣＰの多数のブロックに優先される、請求項６記載の方法。
- 前記円筒状ドメインを形成するステップは、前記ＢＣＰ層をアニールして自己組織化を促進するステップと、前記ＢＣＰ層をエッチングして前記円筒状ドメインを露出させるステップとを含む、請求項１記載の方法。
- 前記円筒状ドメインの前記第１の部分を除去するステップは、前記円筒状ドメインの第２の部分を覆うようにフォトレジストを堆積させるステップと、エッチングにより前記円筒状ドメインの前記第１の部分を除去するステップとを含む、請求項１記載の方法。
- 前記球状ドメインを形成するステップは、前記後続のＢＣＰ層をアニールして自己組織化を促進するステップと、前記後続のＢＣＰ層をエッチングして前記球状ドメインを露出させるステップとを含む、請求項１記載の方法。
- 前記円筒状ドメインと前記球状ドメインとの複合構造を前記基材に転写するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
- シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムの製造方法において、前記方法は、
基材を提供するステップと、
前記基材上にトレンチ壁を作製し、前記トレンチ壁は、その間にトレンチを画定するものとするステップと、
前記トレンチ内にブロック共重合体（ＢＣＰ）の層を堆積させ、前記トレンチ壁の間に前記ＢＣＰの自己組織化によって円筒状ドメインを形成し、ここで、前記ＢＣＰは、ポリスチレン－ｂ－ポリジメチルシロキサン（ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）を含むものとするステップと、
前記円筒状ドメインの第１の部分を除去して前記トレンチ内に空所領域を形成するステップと、
前記空所領域内に後続のＢＣＰ層を堆積させ、前記円筒状ドメインの第２の部分に隣接する前記トレンチ壁の間に前記ＢＣＰの自己組織化によって球状ドメインを形成するステップと、
前記トレンチおよび前記トレンチ壁の少なくとも一方に表面機能化を施して、前記円筒状ドメインおよび前記球状ドメインの位置決めおよび配向を制御し、ここで、表面機能化は、前記ＢＣＰの多数のブロックに優先されるものとするステップと
を含み、
前記球状ドメインは、ＤＮＡ分子のアンフォールディングのための千鳥状のポスト構造体を形成し、前記円筒状ドメインは、シーケンシングのためにＤＮＡ分子を進入させるための平行なチャネル構造体を形成する、方法。 - 前記円筒状ドメインの前記第１の部分を除去するステップは、前記円筒状ドメインの第２の部分を覆うようにフォトレジストを堆積させるステップと、エッチングにより前記円筒状ドメインの前記第１の部分を除去するステップとを含む、請求項１２記載の方法。
- 前記円筒状ドメインを形成するステップは、前記ＢＣＰ層をアニールして自己組織化を促進するステップと、前記ＢＣＰ層をエッチングして前記円筒状ドメインを露出させるステップとを含み、前記球状ドメインを形成するステップは、前記後続のＢＣＰ層をアニールして自己組織化を促進するステップと、前記後続のＢＣＰ層をエッチングして前記球状ドメインを露出させるステップとを含む、請求項１２記載の方法。
- 前記ＢＣＰ層をエッチングするステップは、前記層のＰＤＭＳトップコートおよびＰＳマトリックスを除去して、複数の面内ＰＤＭＳ円筒体を残すステップを含み、前記後続のＢＣＰ層をエッチングするステップは、前記後続の層のＰＤＭＳトップコートおよびＰＳマトリックスを除去して、複数のＰＤＭＳ球状ドメインを残すステップを含む、請求項１４記載の方法。
- シーケンシングのためにＤＮＡ分子のアンフォールディングを誘導するためのナノスケールトポグラフィシステムにおいて、前記システムは、
基材と、
前記基材上のトレンチ壁であって、前記トレンチ壁は、その間にトレンチを画定するものとする、トレンチ壁と、
前記トレンチ内に堆積されたブロック共重合体（ＢＣＰ）の層であって、自己組織化して前記トレンチ壁の間に円筒状ドメインを形成する層と、
前記円筒状ドメインの第１の部分を除去することにより形成された前記トレンチ内の空所領域と、
前記空所領域内に堆積された後続のＢＣＰ層であって、自己組織化して前記円筒状ドメインの第２の部分に隣接する前記トレンチ壁の間に球状ドメインを形成する層と、
を含み、
前記球状ドメインは、ＤＮＡ分子のアンフォールディングのための千鳥状のポスト構造体を形成し、前記円筒状ドメインは、シーケンシングのためにＤＮＡ分子を進入させるための平行なチャネル構造体を形成する、システム。 - 前記ＢＣＰは、ポリスチレン－ｂ－ポリジメチルシロキサン（ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）を含む、請求項１６記載のシステム。
- 前記トレンチおよび前記トレンチ壁の少なくとも一方は、表面機能化により前記円筒状ドメインおよび前記球状ドメインの位置決めおよび配向を制御することを含む、請求項１６記載のシステム。
- 前記表面機能化は、前記ＢＣＰの多数のブロックに優先される、請求項１８記載のシステム。
- 前記基材は、検出電極を含む、請求項１６記載のシステム。
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