KR20080016551A - 나노 콘택트 프린팅 - Google Patents

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Abstract

분자들, 특히 유기분자들의 가역적인 자기 조립체에 기초한 분자 패턴 및/또는 디바이스를 스탬핑하는 방법이 개시된다. 본 방법은, 임의의 나노 제작형 장치의 스탬핑을 위해 적절하며, 하나의 기판으로부터 다른 기판으로 동시에 다량의 정보 패턴을 이전하는 데에 사용될 수 있다.
나노 콘택트 프린팅

Description

나노 콘택트 프린팅{NANOCONTACT PRINTING}
최근, 나노 스케일의 새로운 현상을 이해하고자 하는 상당한 노력이 있어 왔으며, 다양한 새로운 나노 구조 재료가 제조되고 그 특성이 분석되어 왔다. 흥미로운 성질을 가지는 새로운 장치들이 공학 기술을 통해 제조되기 시작하고 있다. 일상 생활을 바꾸어 줄 차세대의 저렴하고 혁신적인 도구에 대한 기대가 매우 높다. 새로운 군의 재료 및 제조 방법과 함께 기대된 특성들 및 기대하지 못했던 특성들의 새로운 조합으로 인해 10년 전에는 전혀 생각해내지 못했던 장치들이 가능하게 되었다. 반도체 양자점에서는 물론 금속 나노 입자에 있어서의 쿨롱 봉쇄(couloumb blockade), 반도체 나노 입자로부터의 협폭 형광 발광, 나노 와이어 및 나노 튜브에서의 양자화된 탄도 전도(quantized ballistic conduction)는 광학적 및 전자적 장치를 고안하는 방식에 영향을 줄 몇몇 신규재료/현상이다. 나노 디바이스 및 제조 기술에 대한 개설은, Bashir 등의, Superlattice and Microstructures (2001), 29(1):l-16; Xia, 등의, Chem. Rev. (1999), 99:1823-1848; 및 Gonsalves 등의, Advanced Materials (2001), 13(10):703-714 를 참조하며, 상기 문헌들의 모든 개시 내용은 본원 명세서에 통합된다.
나노 과학 및 주로 나노 기술의 제1 단계는 무기 반도체 및 금속에 기초한 새로운 재료 및 장치의 개발 및 특성 분석이 지배하였다. 이에 대한 하나의 이유 는, 나노미터 규모의 구조물 및 장치를 만들 수 있는 제1 도구들 중의 하나인 e-빔 리쏘그라피가 무기 기판 상에 무기 재료를 패터닝하는 기술이기 때문이다. 최근의 현저한 발전으로 스캐닝 프로브 마이크로스코프(scanning probe microscope:SPM)에 기초한 신규하고 매우 다재 다능한 나노 리쏘그라피 기술이 개발되었다. 다양한 종류의 SPM을 사용하여, 광범위한 유기 및 무기 기판이, 국소화된 화학적 개질을 유도함에 의해, 혹은 자기 조립 단층(self-assembled monolayer:SAM)을 형성함에 의해 패터닝될 수 있다. 예를 들어, Mirkin 및 동료들은, 현미경 팁(microscope tip)으로부터 기판으로의 분자들의 제어된 이전에 의해 5nm 미만의 해상도로 SAM이 생성되는 원자력 현미경(AFM) 기반 기술 (Dip Pen Nanolithography, DPM)을 개발하였다 (참조: Lee 등의 Science (2002), 295:1702-1705; Demers 등의 Angew. Chem. Int. Ed. (2001), 40(16):3069-3071; Hong 등의 Science (1999), 286:523-525; Piner 등의 Science (1999), 283:661-663; Demer 등의, Angew. Chem. Int. Ed. (2001), 40(16):3071-3073; Demers 등의, Science (2002), 296:1836-1838, 미국특허 제 2002/0063212, 2003/0049381, 2003/0068446, 및 2003/0157254에 개시되어 있으며, 상기 문헌들의 전체 개시 내용은 모두 원용에 의해 본 명세서에 통합된다). 이러한 기술들의 개발은 주요한 획기적 발전을 대표하며, 현재 무기재료 뿐만 아니라 유기 재료 및 생물 재료에 기초한 장치가 제조 가능하다. 유기계 나노 재료는, 나노 스케일로 유효하게 조정될 수 있는 많은 흥미로운 특성을 가지는 경향이 있다. 이러한 신규한 제조 기술 및 표면과 초-분자화학(supra-molecular chemistry)에서의 기본 개념의 해명 덕분에 새로운 장치들이 현재 개발 중에 있다.
유기 및 무기계 나노 리소그라피 기술을 사용하여, 많은 다양한 나노-디바이스(예를 들어, 나노-트랜지스터, 나노-센서, 및 나노-도파관 등)들이 현재 제조되고 있다. 그러나, 나노 기술이 얼마나 큰 영향을 주는지를 예측하기 위해서는, 복잡한 장치의 제조 속도를 평가해야 한다. 장치 제조시간 (및 재현 가능성)은 나노 기술에서의 주요 제한이 될 것이라고 예측되고 있다. 특히, 제조 규모를 어떻게 증가시킬 것이가 대한 문제가 해결되지 않고 있다.
나노 기술이 미세-접촉 프린팅에 상응하는 기술을 가지는 것은 바람직한 일이다: Whiteside 등에 의해 공업적으로 제조되는 스탬핑 기술 (참조: 미국특허 제5,512,131호, 제5,900,160호, 제6,048,623호, 제6,180,239호, 제6,322,979호, 제6,518,168호, 상기 문헌들의 모든 개시 내용은 원용에 의해 본 명세서로 통합된다)은 마이크로 디바이스의 고안 방식에 혁명을 가져왔으며, 비-화학자들로 하여금 바이오-MEMS와 같이 복잡한 장치를 제조할 수 있도록 하는 데에 거대한 영향을 끼쳐 왔다. 불행하게도, 미세 접촉 프린팅은 나노 기술에서 그 응용을 제한하는 몇몇 해상도 제한을 가지고 있다. 프린스턴에서 Chou 등은 최근 이러한 문제를 다루었다. 그들의 방법은, 미국특허 제5,772,905 및 6,309,580와 미국특허출원 2002/0167117, 2003/0034329, 2003/0080471, 및 2003/0080472 에 기술되어 있으며, 이들 문헌의 전체 개시내용은 원용에 의해 본 명세서에 통합된다. 그들의 방법은, 실리콘 웨이퍼를 오버코팅하고 있는 연성 폴리머 필름 상에 스탬핑되어 있는 하드 몰드(즉, 무기 재료로 만들어진 주형)에 기초하고 있다. 프린팅된 기판은, 전형적으로, 금속성 와이어 또는 반도체 재료로 이루어져 있다 (참조: Chou 등, Nature (2002), 417:835-837; 및 Austin 등, J. Vac. Sci. Technol. B (2002), 20(2); 665-667, 상기 문헌의 개시 내용은 모두 원용에 의해 본 명세서에 통합된다)
나노 스케일 장치를 제조하기 위한 현존 나노 리쏘그라피 기술의 문제점은 많은 장치들의 특징부(feature)들이 일련의 단계로 제조된다는 것이다. 따라서, 이들 기술은 비교적 간단한 장치를 위해서는 유용하지만, 다수의 특징부을 가지는 장치의 제조는 매우 긴 시간이 걸릴 수 있다. 이러한 문제점을 다루기 위한 하나의 노력이 SPM 용 멀티-팁 어레이의 제조 (참조: Zhang 등, Nanotechnology (2002), 13:212, 상기 문헌의 전체 개시 내용은, 원용에 의해 본 명세서에 통합된다)이다. 이러한 시도들이 대략 수만 종류의 나노-장치의 병렬 제조(parallel fabrication)를 가능케 하였으나, 장치 상에 다수개의 특징부를 단일 공정 단계로 제조함에 의해 대량 생산을 촉진할 수 있는 나노 스케일의 스탬핑 기술의 개발은 바람직한 것이다.
발명의 개요
본 발명의 방법은, 최근 개발되고 종종 복잡한 기계의 사용을 필요로 하는 화학적 지향의 나노 리쏘그라피 기술을 보완하는 것이다. 예를 들어, DNA 테스팅 어레이가 딥 펜 나노리소그라피를 사용하여 제조될 수 있음이 이미 밝혀졌다. 이러한 장치들의 마스터(master)가 일단 제조되면, 본 발명의 개시 내용은, 복잡한 장치의 사용 및 복잡한 재료를 필요로 하지 않으면서, 예를 들어, 생물학적 유해물질의 검출을 위한, 많은 수의 저렴하고 극도로 민감한 장치를 프린팅하기 위해 사용될 수 있다. 이전 공정이 자기 조립에 기초한 것이기 때문에, 마스터의 제조 이외에는, 모든 단계가 매우 큰 영역에 걸쳐 다중 기판 상에 병렬로 수행될 수 있다.
한 측면에서, 본 발명은, 마스터의 상보적 이미지를 형성하는 방법이다. 상기 방법은, 패턴을 형성하도록 제1 기판에 결합된 제1 세트 분자를 포함한다. 제1 세트 분자들이 핵산을 포함하는 경우, 상기 제1 세트 분자들은 상이한 서열을 가지는 복수개의 핵산을 포함한다. 상기 방법은, 추가로, 인력 또는 결합형성을 경유하여, 제1 세트 분자 위에 제2 세트 분자를 조립하는 것을 포함한다. 제2 세트 분자 내에 있는 각각의 분자는, 반응성의 작용기 및, 제1 세트 분자 중 하나 이상에 끌리거나 결합하는 인식 성분(recognition component)을 포함한다. 상기 방법은, 추가로, 제2 세트 분자와 제2 기판 사이에 결합을 형성하도록 제2 세트 분자의 반응성 작용기를 제2 기판의 표면과 접촉시키는 것과, 마스터의 상보적 이미지를 형성하도록 제1 세트 분자와 제2 세트 분자 사이의 인력 또는 결합을 파괴하는 것과, 선택적으로, 조립, 접촉 및 파괴의 상기 단계들을 1회 이상 반복하는 것을 포함한다.
제2 세트 분자들의 각 분자은 하나 이상의 노출된 작용기, 반응성 작용기를 인식 성분에 연결하는 공유결합 또는 제1 스페이서, 혹은 상기 노출된 작용기를 인식 성분에 연결하는 공유결합 또는 제2 스페이서를 더 포함한다. 제2 세트 분자들은, 마스터를 제2 세트 분자들을 포함하는 용액과 접촉시킴에 의해, 제1 세트 분자들 위에 조립될 수 있다. 예를 들어, 마스터는, 제2 세트 분자를 함유하는 용액의 모세관 작용에 의해 제2 기판과 접촉을 유지할 수 있으며, 제1 및 제2 세트 분자들 사이의 인력 또는 결합은 용액을 증발시킴에 의해 파괴될 수 있다.
제2 세트 분자들은, 다른 인식 성분, 다른 노출 작용성, 또는 이들 양자를 가질 수 있는 2종 이상의 상이한 분자들을 포함할 수 있다. 2종 이상의 상이한 분자들은 제2 기판상에, 프로파일을 가지며 2개 이상의 높이를 포함하는 패턴을 형성할 수 있다. 상기 2종 이상의 상이한 분자들 중 적어도 하나는, 제1 스페이서를 포함할 수 있고, 상기 2종 이상의 상이한 분자들 중 다른 분자는 상기 제1 스페이서와는 다른 길이를 가지는 제2 스페이서를 가지거나 혹은 스페이서가 없을 수 있다. 대안적 구현예에서, 제1 세트 분자과 제2 세트 분자 사이의 결합은, 열을 가함에 의하거나 혹은 높은 이온력을 가지는 용액과 상기 결합을 접촉시킴에 의해 파괴될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 상기 제1 세트 분자들 각각의 성분은 핵산 서열일 수 있고, 제2 세트 분자들의 인식 성분은, 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 99%가 제1 세트 분자들 상의 상기 핵산 서열에 상보적인 핵산 서열일 수 있다. 제1 및 제2 세트 분자들 사이의 결합은, 상기 결합을 효소와 접촉시킴에 의해 파괴될 수 있다. 핵산서열은 DNA, RNA, 개질된 핵산 서열, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제1 세트 분자, 제2 세트 분자, 또는 이들 양자는, 펩티드 핵산 서열을 포함할 수 있다.
상기 방법은, 하나 이상의 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합의 패턴을 기판의 표면상에 형성하고, 상기 표면을 제1 세트 분자와 접촉시키는 것을 더 포함할 수 있다. 이 구현예에서, 제1 세트 분자들의 각 분자는,패턴을 형성하도록 상기 기판에 결합된 제1 세트 분자들을 포함하는 마스터를 형성하기 위해 금속 또는 금속 산화물과 제1 세트 분자인 분자들과 결합을 형성하는 반응성 작용기를 가진다.
한 구현예에서, 제2 기판 표면의 적어도 일부는 제2 세트 분자들이 없을 수 있다. 상기 방법은, 제2 기판의 표면을 제2 세트 분자들에 대하여 화학적으로 불활성이고 적어도 제2 기판의 표면층을 퇴화(degrade)시키도록 선택된 반응제와 접촉하여, 제2 기판의 표면의 제2 세트 분자들이 없는 부분을 퇴화(degrade)하는 것, 및 제2 세트 분자를 제거하여 제2 기판 표면의 제2 기판의 표면의 일부를 노출하는 것을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은, 제2 세트 분자들이 없는 상기 부분에 재료를 퇴적시키고, 제2 세트 분자를 제거하여 제2 기판 표면의 일부를 노출하는 것을 포함한다. 제1 및 제2 세트 분자들간의 인력은 자성(magnetic)일 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 마스터 혹은 마스터의 일부의 복제를 형성하는 방법이다. 상기 방법은, 패턴을 형성하도록 제1 기판 상에 결합된 제1 세트 분자를 포함하는 마스터를 제공하는 단계, 상기 제1 세트 분자 상에 제2 세트 분자를 결합 형성을 통해 조립하는 단계, 제2 세트 분자와 제2 기판 사이에 결합을 형성하도록 제2 세트 분자의 반응성 작용기를 제2 기판의 표면과 접촉시키는 단계, 마스터의 상보적 이미지를 형성하도록 제2 세트 분자 상의 인식 성분과 제1 세트 분자들 사이의 결합을 파괴하는 단계, 상보적 이미지의 제2 세트 분자들 위에 제3 세트 분자들을 결합을 통해 조립하는 단계, 제3 세트 분자들과 제3 기판 사이의 결합을 형성하도록 제3 세트 분자들의 반응성 작용기를 제3 기판의 표면과 접촉시키는 단계, 마스터 또는 마스터의 일부의 복제를 형성하도록 제3 세트 분자들 위의 인식 성분과 제2 세트 분자들 사이의 결합을 파괴하는 단계, 및 선택적으로 제3 세트 분자를 조립하는 단계, 제3 세트 분자의 반응성 기를 접촉하는 단계, 제2 세트 분자와 제3 세트 분자 사이의 결합을 파괴하는 단계들을 1회 이상 반복하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 제1 기판에 결합된 제1 세트 분자의 제1 패턴 및 제2 세트 분자들의 각 분자 위의 반응성 작용기를 경유하여 제2 기판에 결합된 결합된 제2 세트분자의 패턴을 포함하는 상보적 이미지를 포함하는 구성물(composition)에 관한 것이다. 제1 세트 분자가 핵산 서열을 포함할 경우, 제1 세트 분자들은 상이한 서열을 가지는 복수개의 핵산을 포함하며, 제2 세트 분자들 내의 각 분자는 상기 제1 세트 분자들로부터 분자의 적어도 일부에 결합하는 인식 성분을 가진다. 제1 패턴을 가진 제1 기판은 재사용 가능한 마스터이다.
다른 측면에서, 본 발명은 기판 상에 분자 패턴을 프린팅하기 위한 키트이다. 상기 키트는, 기판 상에 결합된 제1 세트 분자의 패턴 및 제2 세트 분자를 포함하며, 제2 세트 분자는 반응성 작용기 및 상기 제1 세트 분자에 결합하는 인식 성분을 포함한다.
DNA 가닥과 같은 분자에 저장된 정보의 양은 거대할 수 있다. 본 발명의 방법은 이러한 정보를 대규모의 평행적 방법으로 (즉, 많은 단계 대신 하나 또는 단지 몇개의 단계로) 이전할 수 가능성을 가진다. 따라서, 현재 다단계 기술을 사용하여 제조되고 있는 장치가 단일단계로 제조될 수 있다. 이러한 기회로 인해 제조된 기판에서의 복잡도를 증가시키는 쪽으로 연구와 장치 제조자들은 방향을 전환할 것이다. 간단한 예로서, 본 발명의 방법을 사용하여, 예를 들면 채널의 벽을 한정하는 50종류의 상이한 DNA 가닥을 가지는 일련의 50개의 나노 및 마이크로 유체 채널을 가지는 1 ㎟ 기판 상에 본 발명의 방법으로 하나의 단일 프린팅 단계에 의해 마스터가 제조된다면, 각각이 상이한 방식으로 기능화된 벽을 구비한 상기 일련의 나노 및 마이크로 유체 채널의 상보적 이미지가 1 ㎟ 기판 상에 제조될 수 있으며, 이는 칩 상의 실제 실험실(real lab)이다.
본 발명의 개시의 고유한 특징은, 본 발명의 병렬적 방법을 사용하여, 마스터 자체를 복사하고, 따라서 복제할 수 있는 능력이다. 이는, 현존하는 방식을 뛰어 넘는 주요 장점이다. 다수의 마스터는 종종 거대한 생산 라인을 필요로 한다. 이는, 현존하는 몰드의 소모와 결합하여, 마스터의 일정한 생산이 요구되는 것을 의미한다. 본 발명의 방법에서는, 일단 마스터가 생산되면, 이로부터 마스터의 복제물이 제조될 수 있으며, 이들 새로운 마스터는, 최종 장치를 프린팅하기 위해 사용될 수 있다. 복제성은 향상되어야 하고 연속적 방식으로 특징부를 생산하는 제1 마스터의 제조를 위한 장치의 사용은 단지 제1 마스터의 제조를 위해서만 사용되어야 할 것이다.
본 발명의 방법은, 유기 SAM을 프린팅하기 위해 사용될 수 있기 때문에 혁신적일 뿐만 아니라, 본 발명의 방법은 다중 형태의 정보 (예를 들어, 케미컬 + 형상)를 이전하고 병렬적 방식으로 마스터를 복제하기 위해 사용될 수 있기 때문에 혁명적인 것이다.
정의
본 명세서에서 사용되는 바의 "마스터"는, 랜덤 또는 비-랜덤 패턴으로 기판의 표면에 결합되어 있는 제1 세트 분자를 구비한 기판이다. 한 구현예에서, 제1 세트 분자는 비-랜덤 패턴으로 마스터에 결합되어 있다. 제1 세트 분자는 하나 이상의 상이한 분자를 포함한다. 패턴내에 암호화된 정보는 기판의 표면의 각 분자의 위치 및/또는 분자의 화학적 본성(즉, 특정 핵산 서열을 가지는 제1 세트 분자로부터의 분자는 상보적 서열을 가지는 핵산 분자에 특이적으로 결합함)으로부터 온다.
본 명세서에서 사용되는 바의 "마스터의 상보적 이미지"는, 기판상의 이미지로서, 마스터 상의 패턴이 비대칭인 경우, 마스터 내에 암호화된 공간 및/또는 화학 정보 또는 이들의 일부의 거울 이미지 또는 마스터 상의 패턴이 대칭인 경우, 복사본(copy)이다. 한 구현예에서, 상보적 이미지는, 제2 기판에 제2 세트 분자를 결합함에 의해 형성된다. 예를 들어, 마스터에 결합된 제1 세트 분자가 비대칭-중심 대칭 패턴을 형성하는 핵산 분자의 경우, 마스터의 상보적 이미지는, 상기 제1 세트 분자로부터의 핵산 서열의 적어도 일부에 상보적인 서열을 가지는 핵산 서열인 제2 세트 분자를, 제2 기판 상에 형성된 마스터의 거울 이미지가 될 것이다. 몇몇 구현예에서, 상보적 이미지로 이전된 화학정보는 마스터 상의 이미지에 대하여 동일하지 않지만, 마스터로부터의 정보의 적어도 일부가 복제될 수 있도록 하기 위해서는 충분한 정보이다. 예를 들어, 제1 및 제2 세트 분자들이 핵산 분자인 경우, 상기 제1 세트 분자로부터의 분자의 적어도 3개 이상의 연속하는 염기가 제2 세트 분자로부터의 3개 이상의 연속하는 염기에 상보적일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 세트 분자들 상에서의 핵산 서열 중 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95% 또는 적어도 99%이 상보적일 수 있다. 상보적 이미지는, 마스터에 결합된 제1 세트 분자들 중 일부 분자에 단지 결합한 제2 세트 분자를 위한 분자들을 선택함에 의해, 마스터 상에 패턴의 일부로부터 형성될 수 있다. 제2 세트 분자가 제1 세트 분자의 일부에 단지 결합한 경우, 상보적 이미지의 높이 프로파일은 둘 이상의 레벨을 가질 수 있다. 또한, 상보적 이미지는, 마스터 내에 암호화된 공간 정보의 단지 거울 이미지를 암호화할 수 있거나, 혹은 마스터 내에서 암호화된 화학적 및 공간적 정보를 모두 암호화할 수 있다. 예를 들어, 만일 마스터에 결합된 제1 세트 분자가 비대칭 패턴을 형성하는 핵산 분자인 경우, 마스터의 상보적 이미지는, 상기 제1 세트 분자로부터의 핵산 서열의 적어도 일부에 대하여 상보적인 서열을 가지는 핵산인 제2 세트 분자로 제2 기판 상에 형성된 마스터의 거울 이미지일 것이다. 이러한 실시예에서는, 마스터로부터 상보적 이미지로 공간적 정보와 화학적 정보가 모두 이전된다. 나아가, 화학적 정보의 단지 일부가 상보적 이미지로 이전될 수 있다. 예를 들어, 마스터 상의 제1 세트 분자가 핵산 분자인 경우, 상보적 이미지를 형성하는 제2 세트 분자는, (예를 들어, 전체 서열에 대하여 상보적인 것이 아니라) 마스터 상의 핵산 서열의 단지 일부에 대하여 상보적인 핵산 서열일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "마스터의 복제(물)"라는 것은, 마스터의 패턴에서 암호화된 공간적 및/또는 화학적 정보의 복사(본)이다. 복제는 마스터의 패턴의 단지 일부의 복사일 수 있거나, 혹은 마스터의 전체 패턴의 복사일 수 있다. 또한, 마스터의 복제는 단지 마스터의 공간적 정보를 복사하거나 마스터 내에 암호화된 공간적 정보 및 화학적 정보 모두를 복사할 수 있다. 추가로, 마스터의 복제는 화학적 정보의 단지 일부를 복제할 수 있다.
"분자 내에 암호화된 화학정보"라는 것은, 분자가 다른 분자로 또는 특이적 형태의 분자로, 전형적으로는, 특이적 입체 구조에서, 특이적으로 결합하는 능력을 가리킨다. 예를 들어, 특정 핵산 서열은 상보적 서열에 대하여 특이적으로 결합할 수 있거나 또는 단백질A는 면역글로브린 (immunogloblin)에 특이적으로 결합할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "패턴"이라는 용어는, 기판에 결합된 분자 세트의 각 분자의 공간적 위치 및 분자 세트내 각 분자의 화학 구조를 가리킨다.
"실란" 이라는 용어는 하기 화학구조를 가지는 작용기를 가리킨다:
Figure 112007080935916-PCT00001
(상기 식에서, R2는 각 경우에서, -H, 알킬, 아릴, 알케닐, 알키닐 및 아릴알킬로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다)
본 명세서에서 사용된 "클로로실란" 이라는 용어는, 하기 화학식을 가지는 작용기를 가리킨다:
Figure 112007080935916-PCT00002
(상기 식에서, R6는 각 경우에서, -Cl, 또는 -OR2로부터 선택되고, 하나 이상의 R6는 -Cl 이다) 바람직하게는, 각 R6는 -Cl 이다.
본 명세서에서 사용된 "스페이서"라는 용어는, 분자의 2개의 성분을 연결하는 2가기를 지칭한다. 예시적 스페이서는, 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로아킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 및 헤테로아릴알킬렌을 포함하며, 이 때, 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로아킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 및 헤테로아릴알킬렌은 치환될 수 있거나 치환되지 않을 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "알킬" 이라는 용어는, 완전히 포화된, 직쇄 또는 분지형의 C1-C20 탄화수소 또는 환형의 C3-C20의 탄화수소를 의미한다. 알킬기는 치환되거나 혹은 치환되지 않을 수 있다.
"알킬렌" 이라는 용어는, 적어도 2개의 잔기에 대해 적어도 2개의 부착점을 가지는 알킬기 (예를 들어, 메틸렌, 에틸렌, 이소프로필렌 등)를 가리킨다. 알킬렌 기는 치환되거나 혹은 치환되지 않을 수 있다.
"알케닐기"는, 하나 이상의 이중 결합을 가지는, 직쇄 또는 분지형의 C2-C20 탄화수소 또는 환형의 C3-C20의 탄화수소이다. 알케닐기는 치환되거나 혹은 치환되지 않을 수 있다.
"알케닐렌"은 적어도 2개의 잔기에 대해 2개의 부착점을 가지는 알케닐기를 가리킨다. 알킬렌기는 치환되거나 혹은 치환되지 않을 수 있다.
"알키닐기"는 하나 이상의 삼중 결합을 가지는, 직쇄 또는 분지형의 C2-C20 탄화수소 또는 환형의 C3-C20의 탄화수소이다. 알키닐기는 치환되거나 혹은 치환되지 않을 수 있다.
"알키닐렌"은, 적어도 2개의 잔기에 대해 2개의 부착점을 가지는 알키닐기를 가리킨다. 알키닐렌기는 치환되거나 혹은 치환되지 않을 수 있다.
"헤테로알킬렌"은 식 -X-｛(알킬렌)-X｝q- (식 중, X는, -O-, -NR1-, 또는 -S-이고; q는 1 내지 10의 정수임) 이다. R1은, 수소, 알킬, 아릴, 아릴알킬, 알케닐, 알키닐, 헤테로아릴, 헤테로알릴알킬, 또는 헤테로시클로알킬이다. 헤테로알킬렌은 치환 또는 미치환일 수 있다.
본 명세서에서 단독으로 또는 (예를 들어, 아릴알킬과 같이) 다른 잔기의 일부로서 사용되는, "아릴" 이라는 용어는, 페닐과 같은 탄소고리형 방향족기를 가리킨다. 아릴기는 또한 융합된 폴리시클릭 방향족 고리 시스템을 포함하며, 상기 시스템에서는, 탄소고리형 방향족 고리가 다른 탄소 고리형 방향족 고리에 융합되어 있거나 (예: 1-나프틸, 2-나프틸, 1-안트라실, 2-안트라실 등) 또는 탄소 고리형 방향족 고리가 하나 이상의 탄소 고리형 비방향족 고리에 융합되어 있다 (예:테트라히드로나프틸렌, 인단 등). 탄소고리형 비방향족 고리에 융합된 아릴렌의 부착점은 방향족 또는 비방향족 고리상에 있을 수 있다. 아릴기는 치환 또는 미치환일 수 있다.
"아릴렌" 은, 적어도 2개의 잔기에 대해 적어도 2개의 부착점을 가지는 아릴기 (예: 페닐렌 등)를 가리킨다. 아릴렌기는 치환 또는 미치환일 수 있다.
"아릴알킬"은 알킬렌 링커를 경유하여 다른 잔기에 부착된 아릴기를 가리킨다. 아릴알킬은 치환 또는 미치환일 수 있다. 아릴알킬렌이 치환된 경우, 치환체는 방향족 고리 또는 아릴알킬의 알킬렌부 상에 있다.
본 명세서에서 사용된 "아릴알킬렌기"는, 적어도 2개의 잔기에 대해 적어도 2개의 부착점을 가지는 아릴알킬기를 가리킨다. 제2 부착점은 방향족 고리 또는 알킬렌 상에 있을 수 있다. 아릴알킬렌은 치환 또는 미치환일 수 있다. 아릴알킬렌이 치환된 경우 치환체는, 방향족 고리 또는 아릴알킬렌의 알킬렌부 상에 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용된, "헤테로아릴"이라는 용어는, 질소, 황 또는 산소로부터 선택된 1, 2, 3, 또는 4개의 헤테로원자를 포함하는 방향족 헤테로고리를 의미한다. 헤테로아릴은 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴, 또는 헤테로아릴과 같은, 하나 또는 2개의 고리에 융합될 수 있다. 분자에 대한 헤테로아릴의 부착점은 헤테로아릴, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬 또는 아릴 고리에 있을 수 있고, 헤테로아릴기는 탄소 또는 헤테로원자를 통해 부착될 수 있다. 헤테로아릴기의 예는, 이미다졸릴, 퓨릴, 피롤릴, 티에닐, 옥사졸릴, 티아졸릴, 이족사졸릴, 티아디아졸릴, 옥사디아졸릴, 피리디닐, 피리미딜, 피라지닐, 피리다지닐, 퀴놀릴, 이소퀴노일릴, 인다졸릴, 벤족사졸릴, 벤조퓨릴, 벤조티아졸릴, 인돌리지닐, 이미다조피리디닐, 피라졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 옥사졸릴, 테트라졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤족사졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조티아디아졸릴, 벤족사디아졸릴, 인돌릴, 테트라히드로인돌릴, 아자인돌릴, 이미다조피리딜, 퀴니자올리닐, 퓨리닐, 피롤로[2,3]피리미딜, 피라졸로[3,4]피리미딜 또는 벤조(b)티에닐을 포함하며, 각각은 선택적으로 치환될 수 있다. 헤테로아릴기는 치환 또는 미치환일 수 있다.
"헤테로아릴렌"은 적어도 2개의 잔기에 대하여 적어도 2개의 부착점을 가지는 헤테로아릴기이다. 헤테로아릴렌기는 치환 또는 미치환일 수 있다.
"헤테로아릴알킬기"는 알킬렌 링커를 경유하여 다른 잔기에 부착되어 있는 헤테로아릴기를 가리킨다. 헤테로아릴알킬기는, 치환 또는 미치환일 수 있다. 헤테로아릴이 치환된 경우, 치환체는 방향족 고리 또는 헤테로 알릴알킬의 알킬렌 부분에 있을 수 있다. 헤테로아릴알킬기는 치환 또는 미치환일 수 있다.
"헤테로아릴알킬렌"은, 적어도 2개의 잔기에 대한 적어도 2개의 부착점을 가진 헤테로아릴알킬기를 가리킨다. 헤테로아릴알킬렌기는 치환 또는 미치환일 수 있다.
"헤테로시클로알킬"은, 하나 이상, 예를 들어, 1 내지 4개의 산소, 질소 또는 황을 포함하는 비-방향족 고리 (예를 들어, 몰포린, 피페리딘, 피페라진, 피롤리딘, 및 티오몰포린)를 가리킨다. 헤테로시클로알킬기는 치환 또는 미치환일 수 있다.
"헤테로시클로알킬렌"은 적어도 2개의 잔기에 대하여 적어도 2개의 부착점을 가진 헤테로시클로알킬을 가리킨다. 헤테로시클로알킬렌기는 치환 또는 미치환일 수 있다.
알킬, 알킬렌, 알케닐, 알케닐렌, 알키닐, 알키닐렌, 헤테로알킬, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬, 헤테로시클로알킬렌기, 아릴, 아릴렌, 아릴알킬, 아릴알킬렌, 헤테로아릴, 헤테로아릴렌, 헤테로아릴알킬, 및 헤테로아릴알킬렌기의 적합한 치환체는, 본 발명의 방법에서 사용되는 반응조건에서 안정한 임의의 치환체를 포함한다. 치환체의 예는, 아릴(예를 들어, 페닐), 아릴알킬(예를 들어, 벤질), 니트로, 시아노, 할로(예를 들어, 불소, 염소 및 브롬), 알킬(예를 들어, 메틸, 에틸, 이소프로필, 시클로헥실 등), 할로알킬 (예를 들어, 트리플루오로메틸), 알콕시(예를 들어, 메톡시, 에톡시 등), 히드록시, -NR3R4, -NR3C(O)R5, -C(O)NR3R4, -C(O)R3, -C(O)OR3,-OC(O)R5 (이 때, 각각의 R3 및 R4는 독립적으로, -H, 알킬, 아릴, 또는 아릴알킬이고; R5는 각각, 독립적으로, 알킬, 아릴 또는 아릴알킬이다.
알킬기, 알킬렌기, 헤테로시클로알킬렌기 및, 알케닐기, 알케닐렌기, 알키닐렌, 알키닐렌기의 임의의 치환된 부분은 =O 및 =S로 치환될 수 있다.
헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬, 헤테로시클로알킬렌, 헤테로아릴, 또는 헤테로아릴렌기가 질소원자를 포함할 경우, 이는 치환 또는 미치환일 수 있다. 헤테로아릴 또는 헤테로아릴렌기의 방향족 고리 내의 질소원자가 치환체를 가지는 경우, 질소는 4급 질소일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는, "핵산" 또는 "올리고뉴클레오티드"라는 용어는 뉴클레오티드의 폴리머를 가리킨다. 전형적으로, 핵산은 적어도 3개의 뉴클레오티드를 포함한다. 폴리머는 천연 뉴클레오시드 (즉, 아데노신, 티미딘, 구아노신, 시티딘, 유리딘, 데옥시아데노신, 데옥시티미딘, 데옥시구아노신 및 데옥시시티딘) 또는 개질된 뉴클레오시드를 포함할 수 있다. 개질된 뉴클레오티드의 예는, 염기성 개질된 뉴클레오시드 (예를 들어, 아라시티딘(aracytidine), 이노신(inosine), 이소구아노신(isoguanosine), 네블라린(nebularine), 수도유리딘(pseudouridine), 2,6-디아미노퓨린(2,6-diaminopurine), 2-아미노퓨린(2-aminopurine), 2-티오티미딘(2-thiothymidine), 3-데자-5-아자시티딘(3-deaza-5-azacytidine), 2'-디옥시유리딘(2'-deoxyuridine), 3-니트로피롤(3-nitorpyrrole), 4-메틸인돌(4-methylindole), 4-티오유리딘(4-thiouridine), 4-티오티미딘(4-thiothymidine), 2-아미노아데노신(2-aminoadenosine), 2-티오티미딘 (2-thiothymidine), 2-티오유리딘(2-thiouridine), 5-브로모시티딘(5-bromocytidine), 5-요도유리딘(5-iodouridine), 이노신(inosine), 6-아자유리딘(6-azauridine), 6-클로로퓨린(6-chloropurine), 7-데자아데노신(7-deazaadenosine), 7-데자구아노신(7-deazaguanosine), 8-아자아데노신(8-azaadenosine), 8-아지도아데노신(8-azidoadenosine), 벤즈이미다졸(benzimidazole), M1-메틸아데노신(M1-methyladenosine), 피롤로-피리미딘(pyrrolo-pyrimidine), 2-아미노-6-클로로퓨린(2-amino-6-chloropurine), 3-메틸아데노신(3-methyl adenosine), 5-프로피닐시티딘(5-propynylcytidine), 5-프로피닐유리딘(5-propynyluridine), 5-브로모유리딘(5-bromouridine), 5-플루오로유리딘(5-fluorouridine), 5-메틸시티딘(5-methylcytidine), 7-데아자아데노신(7-deazaadenosine), 7-데아자구아노신(7-deazaguanosine), 8-옥사아데노신(8-oxoadenosine), 8-옥사구아노신(8-oxoguanosine), O-(6)-메틸구아닌(O(6)-methylguanine), 및 2-티오시티딘(2-thiocytidine), 화학적 또는 생물학적으로 개질된 염기 (예를 들어, 메틸화된 베이스), 개질된 당 (예를 들어, 2-플로오로리보오스, 2'아미노리보오스, 2'아지도리보오스, 2'O-메틸리보오스, L-에난시오모 뉴클레오시드 아라미노스, 및 헥소오즈, 개질된 포스페이트 기( 예를 들어, 포스포로티오에이트 및 5'-N-포스포라미다이트 연결) 및 이들의 조합을 들 수 있다.
핵산의 화학적 합성을 위한 천연 및 개질된 뉴클레오티드 모노머는 상업적으로 구할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는, "펩티드 핵산" (PNA: peptide nucleic acid)은 천연 또는 비-천연 핵산 염기가 각각의 아미노산 잔기에 부착되어 있는 펩티드 골격을 가지는 폴리머를 지칭한다. 펩티드 핵산은, Hanvey 등의 Science (1992), 258: 1481-1485에 기재되어 있으며, 상기 전체의 개시 내용은 본 명세서에 원용에 의해 통합된다. PNA는, 상기 PNA의 서열에 대하여, 3개 이상의 연속하는 염기, 예를 들어, 6개의 연속하는 염기의 상보적 서열을 가지는 핵산 또는 다른 PNA에 특이적으로 결합할 수 있다. 한 구현예에서, PNA는, 상기 핵산 또는 제2 PNA에 대하여, 적어도 80%, 적어도 90%, 또는 적어도 99% 상보적이다.
본 명세서에서 사용되는, "인력(attractive force)"이라는 용어는 2개 이상의 분자를 함께 끄는 힘이다. 인력의 예는, 순 음전하를 가지는 분자에 대한 순 양전하를 가지는 분자의 인력, 쌍극자-쌍극자 인력, 및 자기력 (magnetic attraction)을 포함한다.
공유결합이라고 특정되지 않는 한, "결합한다" 또는 "결합된다"는 것은 공유 및 비-공유 연결, 예를 들어, 수소결합, 이온결합, 정전 상호 작용(electrostatic interaction), 자기 상호작용, 공유결합 및 반데르발스 결합을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는, "인식 성분"이라는 용어는, 다른 분자에 특이적으로 결합할 수 있는 분자의 성분이다.
본 명세서에서, "특이적 결합" 은, 분자의 인식 성분이, 하나 이상의 다른 분자 또는 착체와 결합하되, 상기 분자 또는 착체와 샘플의 다른 성분 또는 오염물을 구별하기에 충분한 특이성을 가지는 것이다. 인식 성분과 그들의 표적을 포함하는 분자들은 공지되어 있으며, 본 명세서에서는 상세히 기술하지 않는다. 이러한 시스템을 준비하고 이용하는 기술은 당해 기술분야에 잘 알려져 있으며, Tijssen, P. "Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology Practice and Theories of Enzyme Immunoassays" (1988) (Burdon 과 Knippenberg 편저, New York: Elsevier 에도 예시되어 있으며, 상기 문헌의 전체 개시내용은 원용에 의해 본 명세서에 통합된다. 예시적 인식 성분과 이들의 표적은 핵산/상보적 핵산, 항원/항체, 항원/항체 단편, 아비딘/비오틴, 스트렙타비딘/비오틴, 단백질 A/Ig, 렉틴/탄수화물 및 압타머(aptamer)/표적을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는, "압타머"는, 표적에 선택적으로 결합하는 비자연적으로 발생하는 핵산을 가리킨다. 압타머를 형성하는 핵산은 자연 발생 뉴클레오시드, 개질된 뉴클레오시드, 하나 이상의 뉴클레오시드 사이에 삽입된 탄화수소 링커(예들 들어, 알킬렌) 또는 폴리에테르 링커(예를 들어, PEG 링커)를 가진 자연 발생 뉴클레오시드, 하나 이상의 뉴클레오시드 사이에 삽입된 탄화수소 또는 PEG 링커를 가진 개질된 뉴클레오시드, 또는 이들의 조합을 포함한다. 한 구현예에서, 뉴클레오티드 또는 핵산 리간드의 개질된 뉴클레오티드는, 핵산 리간드의 결합 친화성 및 선택성이 치환에 의해 실질적으로 감소하지 않는다면 (예를 들어, 표적에 대한 압타머의 해리 상수는 약 1×10-6M 보다 커야 함), 탄화수소 또는 폴리에테르 링커로 치환될 수 있다. 압타머의 표적 분자는 압타머에 결합하는 3차원 화학구조이다. 그러나, 압타머는, 단순히 핵산의 선형 상보적 서열일 뿐만 아니라, 헤어핀 루프와 같이 다른 구조에 의해 개입된 상보적 왓슨-크릭 염기 짝을 경유하여 결합한 영역을 포함할 수 있다. 압타머의 표적은 펩티드, 폴리펩티드, 탄수화물 및 핵산분자를 포함한다.
상세한 기술
본 발명의 방법은, 분자, 특히 유기분자의 가역적 자기 조립에 기초한 분자 패턴 및/또는 장치의 스탬핑에 관한 것이다. 상기 방법은, 무기 및/또는 유기의, 임의의 나노 제조된 장치의 스탬핑에 적합하고, 하나의 기판으로부터 다른 기판으로 많은 양의 정보를 전달하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 기술의 작동 원리는, 현존하는 나노 제조 기술과 완전히 다르다.
본 발명의 한 구현예에서는, 패턴 내의 하나 이상의 표면에 결합된 제1 세트 분자를 가지는 기판을 포함하는 마스터가, 가역적 초-분자 화학 (supra-molecular chemistry) (예를 들어, 수소결합, 이온성 결합, 공유결합, 정전 상호작용, 반데르발스 힘, 자기 상호작용, 또는 이들의 조합)을 경유하여 제2 세트 분자의 조립을 유도하기 위해 사용된다. 실질적으로 비가역적인 표면 화학을 이용하여, 상기 제2 세트 분자들은 기판의 표면으로 이끌리고, 이어서, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자간의 가역적 결합이 파괴된다. 본 명세서에서 사용되는, "실질적으로 비가역적"이라는 표현은, 제2 세트 분자들이, 제1 및 제2 세트 분자들 사이의 결합이 파괴되는 조건 하에서 안정한 결합에 의해 기판의 표면에 부착되는 것을 의미한다. 초-분자 결합은 상 이전을 위한 메카니즘으로서도 이용될 수 있다; 이는 스탬핑되는 기판과 마스터 사이의 기계적 접촉을 위한 필요성을 회피하고, 따라서 Chou 및 공동 개발자들에 의해 개발된 나노-임프린팅으로부터의 주요 차이점(departure)을 구성한다. 이러한 방법은, 유기 패턴을 이전하기 위해 신뢰성 있게 주문 제작된다. 유기 분자의 사용으로 인해, 매우 다양한 변경이 가능하며, 동시에 다중 표면 특징 구조를 이전할 수 있다.
도 1을 참조하면, 한 구현예에서, 마스터의 상보적 이미지를 형성하는 방법은 패턴을 형성하도록 제1 기판(14)에 결합된 제1 세트 분자(12)를 포함한 마스터(10)를 제공하는 것을 포함한다. 제1 세트 분자(12)는 스페이스(11) 및 인식 성분(13)을 포함한다. 제2 세트 분자(16)는 제1 세트 분자에 결합 형성을 통해 조립된다. 제2 세트 분자는 반응성 작용기(18) 및 제1 세트 분자(12)의 인식성분(13)에 결합하는 인식 성분(20)을 포함한다. (참조: 도 2, 이는 제1 세트 분자에 결합된 제2 세트 분자의 확대도임) 제2 세트 분자(16)의 반응성 작용기(18)는 이어서, 제2 기판(22)과 접촉한다. 반응성 작용기는 제2 기판 표면과 반응하여 제2 세트 분자와 제2 기판 사이에 결합이 형성된다. 한 구현예에서, 제2기판의 남아있는 노출 표면은, 제2 기판의 노출 표면을 피복하도록 표면에 결합할 수 있는, 티올 치환기를 가지는 알칸 (예를 들어, 머켑토헥산올)과 같은 반응성 작용기를 각각 가지는 또다른 군의 분자들(24)과 추가로 접촉할 수 있다. 이어서, 제1 세트 분자와 제2 세트분자 사이의 결합은 파괴되고, 제2 기판에 결합된 제2 세트 분자는 마스터(10)의 상보적 이미지(26)을 형성한다. 일단, 제1 및 제2 세트 분자 사이의 결합을 파괴함에 의해 상기 마스터가 상보적 이미지로부터 분리되면, 상기 마스터는, 추가의 상보적 이미지를 형성하기 위해, 1회 이상 재사용될 수 있다. 한 구현예에서, 상보적 이미지의 하나 이상의 특징부의 측방향 치수는 200nm 이하, 예를 들어, 100nm 이하, 50nm 이하, 또는 20nm 이하이다.
한 구현예에서, 제2 세트 분자는 하기 성분 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다: 노출된 작용기(28); 반응성 작용기를 인식 성분에 연결하는 공유결합 또는 제1 페이서(30); 및 상기 노출된 작용기를 인식 성분에 연결하는 공유결합 또는 제2 스페이서(참조번호).
제2 세트 분자는 2개 이상의 상이한 분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자는, 상이한 인식 성분, 예를 들어 상이한 핵산 서열을 가질 수 있거나, 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자는, 상이한 인식 성분과 상이한 노출 작용기를 모두 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제1 세트 분자로부터의 하나 이상의 분자는 제2 세트 분자로부터 각각의 분자들이 어디에 결합되는 지를 결정한다.
한 구현예에서, 제2 세트 분자의 2개 이상의 상이한 분자는 2개 이상의 높이를 포함하는 프로파일을 가지는 제2 기판 상에 패턴을 형성한다. 예를 들어, 제2 세트 분자 내의 분자들은 2개 이상의 상이한 길이의 스페이서(30)를 포함할 수 있다. 스페이서의 길이에서의 차이는 제2 기판으로 이전되는 분자 이미지로 하여금 높이 변화를 초래할 수 있다.
한 구현예에서, 제2 세트 분자는 마스터를, 제2 세트 분자를 포함하는 용액과 접촉함에 의해 제1 세트 분자위에 조립된다. 마스터 상의 패턴을 제2 기판으로 이전하는 한 방법에서, 상기 마스터는, 제2 세트 분자를 포함하는 용액의 모세관 작용에 의해 제2 기판과 접촉을 유지한다. 기계적 힘, 예를 들어, 10-3 내지 1 GPa 의 힘이 적용되어 2개의 기판을 함께 유지한다. 예를 들어, 힘은, 대략 10-3Pa, 1Pa, 1KPa, 1MPa 또는 1GPa 에 따른다. 제2 세트 분자를 포함하는 용액은, 이어서, 서서히 증발되어 마스터와 제2 세트 기판이 서로 가까워지고 제2 기판에 대한 제2 세트 분자의 결합을 촉진한다.
제1 세트 분자 및 제2 세트 분자의 결합은, 수소결합, 이온 결합, 공유결합, 정전 상호작용, 반데르발스 상호작용, 자기 상호작용, pi 결합 상호작용 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 한 구현예에서, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자 사이의 결합은 열을 가함에 의해 파괴된다. 대안적으로, 또는 추가로, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자들 사이의 결합은 상기 결합을 높은 이온력을 가지는 용매 또는 극성 용매와 접촉시킴에 의해 파괴된다. 또 다른 구현예에서, 제1 세트 분자와 제2 세트분자 사이의 결합은 높은 이온력을 가지는 용매와 상기 결합을 접촉시키고 열을 적용함에 의해 파괴된다. 대안적으로, 제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이의 결합은, 결합을 파괴하는 효소를 함유하는 용액으로 이들을 접촉시킴에 의해 파괴된다. 전형적으로, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자 사이의 결합들은 제2 세트 분자와 제2 기판 사이의 결합의 대부분을 파괴하지 않고 파괴될 수 있다.
제2 세트 분자상의 반응성 작용기는 제2 기판의 표면에 결합할 수 있는 기이다. 예를 들어, 제2 세트 분자상의 반응성 작용기가 티올기 또는 보호된 티올기인 경우, 제2 기판 표면은, 금, 은, 구리, 카드뮴, 아연, 팔라듐, 백금, 수은, 납, 철, 크롬, 망간, 텅스텐 또는 이들 중 임의의 것의 혼합물 또는 합금일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "반응성 작용기"라는 용어는, 기판 표면과 결합을 형성하기 위해 반응할 수 있는 기이다. 티올기를 보호 또는 탈보호하는 방법은, Greene과 Wuts의 "Protective Group in Organic Synthesis", Jone Wiley & Sons (1991)에 개시되어 있으며, 상기 문헌의 전체 개시 내용은 원용에 의해 본원 명세서에 통합된다. 보호된 티올기는 기판 표면과 이들을 반응시키기 전에 탈보호된다. 다른 실시예에서, 제2 세트 분자 상의 반응성 작용기는 실란 또는 클로로실란이며, 제2 기판의 표면은 도핑되거나 도핑되지 않은 규소, 유리, 용융 실리카 혹은, 산화된 표면을 가진 기판, 예를 들어, 실리카, 알루미나, 칼슘 포스페이트 세라믹 및 히드록실화 폴리머와 같은 임의의 기판이다. 비-하이드록실화 표면은 플라즈마 에칭되어 실란과 반응할 수 있는 산화된 기를 생성한다. 다른 구현예에서, 제2 세트 분자 상의 반응성 작용기는 카르복시산이고, 제2 기판의 표면은 산화물, 예를 들어, 실리카, 알루미나, 석영 또는 유리, 또는 산화된 폴리머 기판이다. 다른 구현예에서, 제2 세트 분자 상의 반응성 작용기는 니트릴 또는 이소니트릴이고, 제2 기판의 표면은 백금, 팔라듐, 또는 이들의 합금이다. 다른 구현예에서, 제2 세트 분자 상의 반응성 작용기는 히드록사믹 애시드(hydrosamic acid)이고, 제2 기판의 표면은 구리 또는 알루미늄이다. 또한, 포스폰산이 제2 세트 분자를 알루미늄 기판에 부착시키기 위해 사용될 수 있다.
한 구현예에서, 제1 세트 분자의 분자들 중 적어도 몇몇은 제2 세트 분자의 하나 이상의 분자에 결합하는 인식 성분을 포함한다. 예를 들어, 제1 세트 분자의 분자들 각각은 핵산 서열인 인식성분을 포함할 수 있다. 한 구현예에서, 제1 세트 분자 각각은 핵산 서열, 예를 들어, DNA, RNA, 개질된 핵산 서열 또는 이들의 조합을 포함하고, 제2 세트 분자의 인식 성분은 핵산 서열이다. 한 구현예에서, 제2 세트 분자 각각의 핵산 인식 성분은 제1 세트 분자로부터의 분자 중 적어도 하나의 핵산서열의 적어도 일부에 상보적일 수 있다. 예를 들어, 제2 세트 분자로부터의 분자의 3개 이상의 연속하는 핵산 염기, 예를 들어, 6개 이상의 핵산 염기가, 제1 세트 분자로부터의 분자의 3개 이상의 연속하는 핵산 염기, 예를 들어, 6개 이상의 핵산 염기와 상보적이다. 다른 실시예에서, 제1 세트 분자 상의 뉴클레오티드 중 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 99%가, 이들이 결합되는 제2 세트 분자로부터의 이들 분자들에 상보적이다. 제2 세트 분자가 제1 세트 분자 상에 조립되면, 제2 세트 분자는 제2 세트 분자의 핵산 인식 성분에 대하여 상보적 서열을 가지는 제1 세트 분자로부터의 분자들 또는 그 일부와 함께 혼성화(hybridize)될 것이다. 이러한 구현예에서, 마스터에 결합된 제1 세트 분자는 혼성화를 촉진하는 조건 하에서 제2 세트 분자의 용액과 접촉한다. 혼성화를 촉진하는 조건은 당업자에게 공지되어 있다. 혼성화 조건의 일반적 기술은, Ausebel, F.M. 등의 Current Protocols in Molecular Biology (Green Publishing Assoc. 및 Wiley-Interscience, 1989)에 개시되어 있으며, 상기 문헌의 개시내용은 원용에 의해 본 명세서에 통합된다. 서열 길이, 염기 조성, 혼성화 서열간의 백분율 불일치(percent mismatch), 온도 및 이온력은 핵산 하이브리드의 안정성에 영향을 준다.
한 구현예에서, 제1 세트 분자는, 상이한 핵산 서열인 인식 성분을 가지는 2개 이상의 상이한 분자를 포함한다. 이 구현예에서, 제2 세트 분자는, 제1 세트 분자의 분자들 중 적어도 하나에 대하여 상보적인, 핵산 서열을 가지는 분자, 또는 그 일부를 포함한다. 한 구현예에서, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자들로부터 혼성화된 분자들 사이의 수소결합은, 효소로 수소결합을 접촉함에 의해 파괴된다. 예를 들어, 효소의 헬리카제 군으로부터의 효소가 혼성화된 핵산 분자 사이에 결합을 파괴하기 위헤 사용될 수 있다. 다양한 헬리카제는 이중 가닥 올리고뉴클레오티드를 탈혼성화(dehybridize)하는 것으로 보고되어 있다. 예를 들어, E.coliRep, E.coliDnaB, E.coliUvrD (헬리카제II로도 알려져 있음), E.coliRecBCD, E. coli RecQ, 박테리오파지(bacteriophage) T7 DNA 헬레카제, 인간 RECQL 시리즈; WRN(RECQ2), BLM(RBCQL3), RECQL4, RECQL5, S. Pombe rqhl, C. elegance TO4A1 1.6 (전형적으로, 헬리카제 이름은 효소가 온 유기체로부터 유래된다). 헬리카제는 1) 3' 방향으로 핵산 사슬을 따라 이동하는 헬리카제 및 2) 5' 방향으로 핵산 사슬을 따라 이동하는 헬리카제의 2종류로 나뉠 수 있다. 전형적으로, 혼성화된 핵산 사이에 수소결합을 파괴하기 위해 사용되는 헬리카제의 특정 타입은 특정한 힌드더된(hindered) 핵산의 구조적 입체장애를 고려하여 선택된다. 단일 가닥 DNA 결합 단백질 (SSB)와 같이, 단일 가닥 DNA를 아정화하는 공-요인(cofactor)이 부가될 수 있다.
2개의 혼성화된 핵산 사이의 결합을 파괴하는 또 다른 방법은, 특정 염기 서열을 인식사고 핵산 서열에 특정 위치에서 양쪽 사슬을 쪼개는(cleave) 제한 엔도뉴클레아제(restriction endonuclease)를 사용하는 것이다. 제한 엔도뉴클레아제의 예는, BamHI, EcoRI, 및 BstXI를 포함한다. 효소를 사용하여 핵산을 탈혼성화하는 다른 방법은, Lubert Stryer, Biochemistry, 제4판; Benjamin Lewin, Gene VII; Kristen Moore Picha 및 Smita S. Patel의 Bacteriophage T7 DNA Heicase Binds dTTP, Forms Hexamers and Binds DNA in the Absence of Mg2+," J Biol. Chem. (1998), Vol. 273, 42권, 27315-27319; Sheng Cui, Raffaella Klima, Alex Ochem, Daniele Arosio, Arturo Falaschi 및 Alessandro Vindigni의 "Characterization of the DNA-unwinding Activity of Human RECQI, a Helicase Specifically Stimulated by Human Replication Protein A" J. Biol. Chem. (2003), Vol. 278, 3권, 1424-4432; Umezu, K., 및 Nakayama, H. (1993), J Mol, Biol. 230:1145-1150; Nakayama, K., Irino, N., 및 Nakayama, H., Mol. Gen. Genet. (1985), 200:266-271; Kusano, K., Berres, M. E., 및 Engels, W. R., Genetics (1999) 15:1027-1039; Ozsoy, A. Z., Sekelsky, J.J. 및 Matson, S. W., Nucleic Acid Res. (2001), 29:2986-299에 기재되어 있으며, 전체 개시내용은, 원용에 의해 본 명세서에 통합된다.
다른 대안적 구현예에서, 제1 세트 분자의 각 성분은 펩티드 핵산(PNA) 서열이고, 제2 세트 분자의 인식 성분은 PNA 서열이다. 대안으로써, 제1 세트 분자로부터의 각 분자들의 성분은 펩티드 핵산(PNA) 서열이고, 제2 세트 분자의 인식성분은 핵산 서열이거나, 또는 이와 역인 경우(vice versa)이다. PNA 분자는, 핵산의 다른 핵산으로의 혼성화와 유사한 방법으로, 다른 PNA 분자로 및 핵산 서열로 혼성화한다. 한 구현예에서, 제2 세트 분자로부터 적어도 하나 이상의 분자는, 제1 세트로부터의 분자의 적어도 3개의 연속 염기, 예를 들어, 6개의 연속 염기에 상보적인 적어도 3개의 연속하는 염기, 예를 들어, 6개의 연속 염기를 가져야 한다. 다른 실시예에서, 제1 세트 분자들 상에, 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 99%의 뉴클레오타이드는, 결합된 제2 세트 분자로부터의 이들 분자들에 상보적이다.
대안으로서, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자 사이의 결합은, 열을 가함에 의해, 또는 높은 이온력 또는 양극성을 가진 용매로 상기 결합을 접촉함에 의해, 또는 자기장 또는 전기장을 인가함에 의해, 또는 이들을 조합함에 의해 파괴된다.
세트 분자가 기판 표면에 결합한 경우, 상기 분자는 서로에 대하여 포개지거나 쌓여서 분자의 일부가 기판 표면으로 노출된다. 노출된 작용기는 소수성, 친수성 또는 양성 이온성 (amphipathic) 작용기이다. 추가로, 노출된 작용기는 예를 들어, 단백질, 항체, 항원, 당과 기타 탄수화물 등과 같은 다양한 생물학적 또는 다른 화학적 종들에 선택적으로 결합하는 작용기일 수 있다. 노출된 작용기는 예를 들어, 하기의 비제한적 열거의 구성원과 같이, 임의의 특이적 또는 비특이적 결합쌍의 구성원을 포함할 수 있다: 항원/항체, 항체/합텐(hapten), 효소/기질, 효소/저해제, 효소/공동인자, 결합단백질/기질, 캐리어단백질/기질, 렉틴/탄수화물, 수용체/호르몬, 수용체/이펙터(effector), 핵산의 상보적 가닥, 억제체(repressor)/유도인자(inducer) 등. 다른 노출된 작용기의 예는 하기를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다: -OH, -CONH-, -CONHCO-, -NH2, -NH-, -COOH, -COOR, -CSNH-, -NO2, -SO2, -SH, -RCOR-, -RCSR--, -RSR, -ROR-, -PO4 -3, -OSO3 -2, -SO3 -, -COO-, SOO-, -RSOR-, -CONR2, -(OCH2CH2)nOH [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8), -CH3, -PO3H-, -2-이미다졸, -N(CH3)2, -N(R)2, -PO3H2, -CN, -(CF2)nCF3 (식 중 n= 1~20, 바람직하게는 1 내지 8)(식 중, R은 수소, 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 단백질, 효소, 탄수화물, 렉틴, 호르몬, 수용체, 항원, 항체, 또는 합텐이다)
노출된 작용기는, 상보적 이미지의 추가 개질을 행하거나 마스터의 복제를 행하도록 제거될 수 있는, 보호기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광제거 가능한 보호기가 사용될 수 있다. 예를 들어, o-니트로벤질 유도체와 같은 니트로아로마틱 화합물 또는 벤질 술포닐과 같은 매우 다양한 포지티브-광 반응성 기는, 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 광-제거가능한 보호기는 예를 들어, 미국특허 제5,143,854호 (상기 문헌의 모든 개시 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다) 뿐만 아니라, Patchornik, JACS, 92:6333 (1970) 및 Amit 등의 JOC, 39:192, (1974)에 개시되어 있으며, 양 문헌은 모두 원용에 의해 본 명세서에 통합된다.
한 구현예에서, 상보적 이미지는, 금속 또는 금속 이온에 하나 이상의 제2 세트 분자의 노출기를 결합시킴에 의해 더 개질될 수 있다. 예를 들어, 노출된 작용기는 아민, 아미드, 니트로실, 시아노, 카르보닐, 티올, 티오카르보닐, 셀레노카르보닐, 알케닐, 아릴, 아릴알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴알킬, 또는 시클로펜타디엔기를 그 말단에 포함할 수 있거나, 하나 이상의 이중 결합 또는 공액된 파이 시스템을 가지는 선형 또는 환형 유기기를 포함할 수 있다. 이들 기는, 철, 코발트, 니켈, 금, 은, 아연, 포타슘, 인, 셀레늄, 소디움, 백금, 팔라듐, 티타늄, 바나듐, 몰리브덴, 마그네슘, 레늄, 루테늄, 및 오스뮴과 같은 금속의 원자 또는 이온과 배위될 수 있다. 적절한 킬레이트 기가 너무 크거나, 혹은 그렇지 않으면 퇴적 동안 제2 세트 분자 상에 위치하기에 잘 맞지 않는 경우, 제2 세트 분자는 적어도 분자의 일부에 적절한 킬레이트 기를 부착하도록 개질될 수 있다. 예를 들어, 포피린, 또는 코린 고리는 제2 세트 분자의 인식 성분을 스페이서에 부착시키기 위하여, 후술하는 동일한 커플링 화학적 성질(coupling chemistry)을 사용하여 제2 세트 분자의 일부에 부착될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 제2 세트 분자는, 그의 작용기가 그의 작용기가 금속 원자 또는 이온에 결합되어 있는, 펩티드 서열 또는 효소 또는 다른 단백질의 일부을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 금속 원자 또는 이온은 2개, 3개, 또는 그 이상의 제2 세트 분자 위의 작용기에 배위될 수 있다.
제1 및 제2 세트 분자의 제1 및 제2 스페이서는, 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 및 헤테로아릴알킬렌으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알키렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 및 헤테로아릴알킬렌 스페이서는 치환 또는 미치환일 수 있다. 한 구현예에서, 제1 또는 제2 스페이서, 혹은 제1 및 제2 스페이서 모두는 하나 이상의 할로겐 및/또는 히드록시로 치환될 수 있다.
다른 구현예에서, 퇴적되는 기판은, 실란 또는 다른 반응성 작용기에 의해 기판에 고착된 스페이서로 제조될 수 있다. 스페이서의 말단은 에폭시 또는 카르복실레이트와 같은 반응성기를 포함한다. 이러한 구현예에서, 제2 세트 분자의 인식 성분(20)은 스페이서 상의 반응성 기와 반응하여 스페이서와 인식성분 간의 공유결합을 생성하는 반응성 기를 포함한다. 예를 들어, 인식 성분은, 예를 들어, 아민-말단 DNA와 같이 아민-말단의 분자일 수 있다. 카르복시 말단의 분자는, 또한, 에폭시기와 반응하여 무수물을 형성한다. 제2 세트 분자를 기판 상의 스페이서 세트에 커플링시키기 위해 이용될 수 있는 다른 화학적 성질들은, 안하이드라이드-히드록실, 카아보디이미드 커플링, 아민, 히드록시, 또는 다른 기와의 카르복실레이트 반응, 및 당해 기술분야에 공지되어 있는 기타 커플링 반응일 수 있다. 반응 조건은 인식 성분의 안정성을 유지할 수 있다록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부의 인식 성분들이 열 또는 특정 용매에 대하여 안정하지 않은 경우, 이러한 조건에 대하여, 이들은 짧은 노출 (예를 들어, 몇 시간)에 관해 안정할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제2 세트 분자들 및 스페이서의 말단 상의 반응성 기는, 퇴적된 스페이서 또는 분자들이 제2 세트 분자를 기판에 링크하는 대신, 서로 부착되는 것을 방지하도록, 이들 자신과 반응하지 않는다.
마스터는, 당업자에게 공지되어 있는 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다 (참조: Xia, 등, Chem Rev. (1999), 99:1823~1848, 상기 문헌의 전체 개시내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다). 예를 들어, 마스터를 형성하는 방법은 나노패턴화 방법이다. 한 구현예에서, 마스터는, 전자 빔 리소그라피를 사용하여, 하나 이상의 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합의 패턴을 형성함에 의해 제조된다. 기판의 표면은, 이어서, 제1 세트 분자와 접촉한다. 이러한 구현예에서, 제1 세트 분자 각각은 금속 또는 금속 산화물과 제1 세트 분자 사이의 결합을 형성하는 반응성 작용기를 가질 수 있어서, 제1 세트 분자는 기판에 결합하여, 패턴을 형성하도록 기판에 결합된 제1 세트 분자를 가진 마스터를 형성한다. 마스터를 형성하기 위해 사용되는 반응성기 및 기판 재료는 제2 세트 분자를 패터닝하기 위해 사용되는 것과 동일하거나 상이할 수 있다.
대안으로서, 마스터는, 딥 펜 나노리소그라피를 사용한다. 딥 펜 나노 리소그라피를 사용하여, 분자적으로 패턴화된 기판을 제조하는 방법은 Schwartz, Langmuir (2002), 18 4041~4046 및 Piner 등의 Science (1999) 283: 661-663에 기재되어 있으며, 상기 문헌들의 전체 개시 내용은 참조로서 본 명세서에 통합된다.
대안으로서, 마스터는, 대체 리소그라피(replacement lithography), 나노 쉐이딩(nanoshading) 또는 나노그라프팅(nanographting)을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 방법들은, Sun 등의 JACS (2002) 124 (11):2414-2415; Amro, 등의 Langmuir (2000), 16:3006-3009; Liu 등의 Nano Letters (2002), 2(8):863-867; Lui 등의 Acc. Chem, Res. (2000)33:457-466에 기재되어 있으며, 이들 문헌의 전체 개시내용은 참조로서 본 명세서에 통합된다.
다른 구현예는, 제2 기판 표면의 적어도 일부에 제2 세트 분자가 없는 리소그라피 방법이다. 이러한 구현예에서, 제2 기판의 노출된 표면은, 레지스트로서 활동하는, 제2 세트 분자에 대하여 화학적으로 불활성이고 제2 기판 표면의 표층의 일부에서 퇴화되도록 선택된 반응물과 접촉하여 제2 세트 분자가 없는 제2 기판의 표면의 상기 일부를 퇴화시킨다. 예를 들어, 반응물은 반응성 이온 에칭 화합물이다. 이어서, 제2 세트 분자가 제거되어 제2 기판 표면의 일부가 노출된다.
또 다른 구현예에서, 적어도 일부의 제2 기판 표면은 제2 세트 분자가 없고, 제2 세트 분자가 없는 제2 기판 표면의 상기 부분에 재료가 퇴적된다. 퇴적된 재료의 예는, 반도체, 절연체(dielectric), 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 및 이들의 조합이다. 이어서, 제2 세트 분자가 제거되어 제2 기판의 표면의 일부가 드러난다.
본 발명의 한 측면에서, 마스터의 상보적 이미지를 형성하는 방법은, 제1 세트 분자 상에 인력을 통해 제2 세트 분자를 조립하는 것을 포함한다. 인력의 예는, 순 양전하를 가지는 분자의 순 음전하를 가지는 분자에 대한 인력, 쌍극자-쌍극자 인력, 및 자기적 인력이다. 한 구현예에서, 인력은 자기적 인력이다. 예를 들어, 인력이 자기적 인력인 경우, 제1 세트 분자로부터 및 제2 세트 분자로부터, 하나 이상의 분자는 철 또는 철 산화물 성분을 포함한다. 이러한 구현예에서, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자 사이의 인력은 자기장을 가함에 의해 파괴된다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 방법은, 마스터 또는 그 일부의 복제를 형성하는 것을 포함한다. 본 발명의 방법의 이 구현예에서 사용된 마스터는 패턴을 형성하도록 제 1 기판에 결합된 제1 세트 분자를 포함한다. 제2 세트분자는 결합 형성을 통해 제1 세트 분자에 조립된다. 제2 세트 분자는 반응성 작용기 및, 제1 세트 분자에 결합하는 인식 성분을 포함한다. 이어서, 제2 세트 분자의 반응성 작용기는 제2 기판 표면과 접촉한다. 제2 세트 분자의 반응성 작용기는 제2 기판의 표면과 반응하여 제2 세트 분자 및 제2 기판 간에 결합을 형성한다. 그리고나서, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자간의 결합이 파괴되고, 제2 기판에 결합된 제2 세트 분자는 마스터의 상보적 이미지를 형성한다. 제3 세트 분자는, 이어서, 상기 상보적 이미지의 제2 세트 분자 상에 결합 형성을 통해 조립된다. 제 3 세트 분자의 각 분자는 반응성 작용기를 포함하며, 제2 세트에 결합하는 인식 성분을 포함한다. 이어서, 제3 세트 분자의 상기 반응성 작용기는 제3 기판의 표면과 접촉한다. 제3 기판의 표면은, 제3 세트 분자의 반응성 작용기와 반응하여 제3 세트 분자 및 제3 기판 사이에 결합을 형성한다. 제2 세트 분자와 제3 세트 분자간의 결합은, 이어서, 파괴되고, 제3 기판에 결합된 제3 세트 분자는 마스터의 패턴 또는 그 일부의 복제물을 형성한다. 일단 상보적 이미지가 복제로부터 분리된 다음에는, 상보적 이미지는 1회 이상 재사용될 수 있다. 한 구현예에서, 복재물의 적어도 하나의 특징부의 측방향 치수는, 200nm 이하, 예를 들어, 100nm 이하, 50nm 이하, 또는 20nm 이하이다.
복제물을 형성하는 상기 방법은, 마스터의 상보적 이미지가 탬플레이트(또는 "마스터")로서 사용되어 패턴을 제3 기판으로 이전하는 것을 제외하고는, 상보적 이미지를 형성하도록 사용되는 바와 같다. 따라서, 제2 세트 분자 및 제2 기판을 위해 앞서 기술한 구현예와 예시들은 제3 세트 분자 및 제3 기판에도, 각각 적용될 수 있다. 또한, 제1 세트 분자 위의 제2 세트 분자를 조립하기 위한 조건들 및, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자 간의 결합을 파괴하기 위한 조건들의 예시들도, 제2 세트 분자 위에 제3 세트 분자를 조립하기 위한 조건들 및 제3 세트 분자와 제2 세트 분자사이의 결합을 파괴하기 위한 조건들에 동일하게 적용될 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명은, 마스터의 상보적 이미지를 만들어 내기 위한 분자 프린터와 관련되는데, 이 경우, 상기 마스터는 제1 기판에 결합된 제1 세트 분자를 가진다. 상기 분자 프린터는 제2 세트 분자의 용액을 마스터 표면으로 배달하기 위한 장치 및 제2 세트 분자를 제2 기판과 접촉시키기 위한 장치를 포함한다. 이 구현예에서, 제2 세트 분자는 반응성 작용기; 및 제1 세트 분자에 결합된 인식 성분을 포함한다.
상기 기구는, 제2 세트 분자를 포함하는 하나 이상의 저장소 및 제2 세트 분자를 함유하는 용액을 배달하기 위해 마스터를 제 위치에 유지시키기 위한 부품을 포함한다. 또한, 상기 기구는, 마스터를 사용하여 저장소로부터 표면으로 제2 세트 분자 용액을 전달하기 위해, 컴퓨터 제어 장치(computer-controlled device)를 포함할 수 있다. 또한, 마스터를 제2 기판에 고정하기 위한 클램프가 상기 기구 내에 포함될 수 있다. 제2 세트 분자의 용액 온도 및 마스터를 포함하는 용기 또한 제어될 수 있다. 상기 기구는, 높은 이온력을 가진 용액 또는 결합을 파괴하기 위한 효소를 함유한 용액과 같이 제1 및 제2 분자들 사이의 결합을 파괴하기 위한 용액을 함유하는 저장소 및 상기 용액을 배달하기 위한 장치를 더 포함할 수 있다. 추가로, 제2 기판이 제2 세트 분자에 결합된 후에, 결합된 제1 및 제2 세트 분자와 접촉하여 결합을 파괴하기위해 용액을 가열하도록 가열 요소가 사용될 수 있다. 용액을 전달하고 온도를 제어하기 위한, 컴퓨터 제어 장치는 일반적 목적의 실험실 로봇 중 임의의 것일 수 있으며, 이는 Harrison 등의 Biotechniques, 14: 88-97 (1993); Fujita 등의 Biotechniques, 9:584-591 (1990); Wada 등의 Rev. Sci. Instrum, 54: 1569-1572 (1983)에 개시되어 있고, 이들 문헌의 전체 개시내용은 참조로 본 명세서에 통합된다. 적절한 실험실 로봇은, 예를 들어, Applied Biosystems Model 800 Catalyst (Foster City, calif)와 같이, 상업적으로 구할 수 있다. 한 구현예에서, 상기 장치는, 또한, 제1 세트 분자와 제2 세트 분자 사이의 결합이 파괴된 후에, 마스터로부터 제2 기판을 분리하기 위한 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 측면들 및 다른 측면들이 후술되는 실시예를 고려하여 더 이해될 것이다. 그러나, 이들 실시예들은 본 발명의 특정한 구현예를 설명한 것일 뿐, 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명은 도면에 나타낸 특정 구현예를 참조하여 기술한다. 도면에서의 구현예는 예시로서 개시한 것이며, 어떠한 방식으로 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1A 내지 D는 상보적 이미지를 제조하기 위한 본 발명의 방법의 한 구현예의 모식적 대표도이고,
도 2는 제2 세트 분자에 결합된 제1 세트 분자의 모식적 대표도이고,
도 3A 및 도 3B는 기판 표면에 결합된 핵산 분자의 단층을 구비한 마스터의 AFM 이미지이다.
도 3C는 도 3A에 나타낸 마스터의 상보적 이미지의 AFM 이미지이다.
도 3D는 도 3B에서 나타낸 아마스터의 상보적 이미지의 AFM 이미지이다.
도 4A는 그리드 패턴으로 기판에 결합된 핵산을 가지는 마스터의 AFM 이미지이다.
도 4B는 도 4A에 나타낸 마스터의 상보적 이미지의 AFM 이미지이다.
실시예 1: DNA 단층의 상보적 이미지의 제조
A. DNA 용액의 제조
모든 유리 제품은, 75%의 H2SO4 용액 및 25% H2O2 용액으로 사용 전에 세정될 수 있다. 사용된 모든 물은, 초 순수이다(18MΩ/cm).
제1 DNA , 5'-/5-TiolMC6-D/ACG CAA CTT CGG GCT CTT -3' 는 Integrated DNA Technologies, Inc. (IDT), Coraville, IA로부터 구매하였다. DNA 가닥는 제조사로부터 받은 대로 사용하였다. 제1 DNA를 1㎍/mL 농도로 물에 용해시기코, 50㎕의 작은 분량(aliquots)으로 나누어서 -20℃로 보관하였다. 상기 용액의 일부를 사용하는 경우, 분량은 디티오트레이톨 (Dithiothreitol: DTT)을 가진 40mM 버퍼 용액 (0.17M 소디움 포스페이트, pH 8) 내에 16시간 동안 위치시킴에 의해 환원(reduce)시켰다. 올리고뉴클레오티드는 제조사의 지침서에 따라 사이즈 배제 크로마토그라피(size exclusion chromatography) (Pharmacia Biotech사로부터의 NAP 10 컬럼)을 사용하여 DTT 반응의 부산물로 분리하였다. 10mM 소디움 포스페이트 버퍼 (pH 6.8)를 사용하여 컬럼을 평형화하고 올리고뉴클레오티드를 용출시켰다. 최종 DNA 용액의 농도는 260nm 에서의 용액의 흡광도로부터 계산되었다. 제1 DNA (즉, 마스터를 형성하기 위해 사용되는 DNA)의 경우, 1M 포타슘 포스페이트 버퍼 용액 (pH 3.8)을 DNA 용액에 부가하여 용액의 이온 강도를 증가시켰다. DNA 최종 농도는 4-5μM 였다.
제2 DNA (즉, 상보적 이미지를 형성하는 DNA) 용액의 경우, TE 버퍼 내의 1M NaCl (10mM 트리스 버퍼 pH 7.2 및 1mM EDTA)를 첨가하여 용액의 이온 강도를 증가시켰다. 사용된 제2 DNA는 Integrated DNA Technologies, Inc. (IDT), Coraville, IA로부터 구매하였고, 다음 구조를 가진다: 5'-/5-TiolMC6-D/AAG AGC CCG AAG TTG CGT-3'.
B. DNA 단층을 가지는 마스터의 제조
운모 상의 깨끗하고 원자적으로 플랫 골드를 기판으로 사용하였다. 상기 기판을 위에서 준비한 제1 DNA 용액 내에 5일 동안 위치시켜 DNA가 기판 표면에 결합되도록 하였다. 상기 기판을 1M 포타슘 포스페이트 버퍼로 2회, 그리고 물로 5회 세정하였다. 상기 기판을 1mM 스페이서 티올, 6- 머캅토-1-헥산올, 수성 용액에 2 hr 동안 노출시켜서 단일 가닥 DNA의 비특이적 흡수를 최소화하고, 이어서 물로 5회 세정하였다.
C. 상보적 이미지의 제조
단계 B에서 제조된 마스터를, 제2 DNA에 2시간 동안 침지하여 상보적 DNA가 마스터에 결합된 DNA로 혼성화하게 하였다. 상기 기판을 TE 내의 1M NaCl 버퍼로 2회 세정하고 물로 5회 세정하였다.
운모 상의 제2 클린 골드를 마스터와 접촉하게 위치시켜서 2개의 금 표면이 서로 마주보도록 하고 이들 사이에 소량의 물을 가지도록 하였다. 2개의 기판을 함께 밀도록 작은 기계적 힘을 적용하였다. 2개의 기판 사이의 물이 증발함에 따라, 표면 간의 간격은 점점 줄어들어 모세관 인력을 증가시켰다. 그 결과, 제2 DNA의 티올기가 제2 기판에 접근하여 그에 결합되었다. 대략 5시간 후, 상기 기판을 TE 내의 1M NaCl 버퍼 용액 (70℃)에 20분 동안 침지하였다. 상기 기판 (즉, 상기 마스터 및 상기 상보적 이미지)은 자발적으로 분리되었고, TE 내의 1M NaCl 버퍼로 2회 세정하고, 물로 5회 세정한 다음, 공기 건조하였다. 마스터(도 3A 및 3B)와 상보적 이미지(도 3C 및 도 3D)를 AFM 탭핑 모드를 사용하여 이미지화하였다.
D. 결과
DNA의 제1 기판 표면의 피복(coverage)이 완성되었다. 완전한 피복은 단층 및 팁 사이의 강한 상호작용 때문에 AFM 을 어렵게 하였다. 제2 기판으로 이전된 층 또한 완전한 피복을 가졌다.
실시예 2: 금 그리드의 패턴 이전
AFM 교정 금 그리드를, 실시예 1에서 기술한 제1 DNA 분자의 4μM 용액 내에 5일동안 침지하였다. 상기 마스터를 1mM 6-머캅토-1-헥산올 수용액에 2시간 동안 노출시켜 단일 가닥 DNA의 비특이적 흡수를 최소화한 다음, 물로 5 회 세정하고 공기 건조하였다. 상기 마스터를, 이어서, 실시예 1에서 기술된 제2 DNA의 6μM 용액에 2시간 동안 노출시켜 혼성화가 일어나도록 하였다. 운모 상 금의 제2 기판을 상기 마스터 위에 위치시키고 2개의 금 표면을 서로 마주보게 하고 소량의 물을 이들 사이에 가지도록 하였다. 2개의 기판이 함께 있도록 소량의 기계적 힘을 적용하였다. 대략 5시간 후에, 상기 기판을 TE 내의 1M NaCl 버퍼 (70℃) 내에 20 시간 동안 침지하였다. 상기 2개의 기판 (즉, 마스터와 상보적 이미지)는 자발적으로 분리되었고 TE 내의 1M NaCl 버퍼로 2회 세정하고 물로 5회 세정한 다음, 공기 건조하였다. 마스터(도 4A 및 4B)와 상보적 이미지(도 4C 및 도 4D)를 AFM 탭핑 모드를 사용하여 이미지화하였다.
실시예 3: DNA 칩의 제조
Demer 등의 Angew. Chem. Ed. (2001), 40: 3071-3073에 기술된 바와 같이, 딥 펜 나노그라피를 사용하여 마스터를 준비하였으며, 상기 문헌에 기재된 내용은, 참조로서 본 명세서에 통합된다. 상기 마스터를 제조하기 위해, 운모 기판 상의 골드 표면은, 에탄올 내의 1-옥타데칸디올 (ODT)의 1mM 용액으로 5분간 접촉시켜 ODT 분자로 노출된 금 기판을 피복하였다. 상기 기판을 이어서, 1,16-머켑토헥사데카노익애시드 (MHA) 1mM 용액에 침지하고 원자력 현미경의 팁을 사용하여, 100nm 도트를 만들도록 상기 기판을 약 5nN 힘으로 접촉시킴에 의해, 기판에 결합된 ODT 분자를 옮겼다. 용액 내의 MHA 는 상기 도트의 노출된 금 표면에 결합되었다. 상기 MHA의 카르복시산은 pH4.5의 0.1M 몰포린/에탄술폰산 내의 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (EDAC)의 10mg/mL 용액로 활성화되고, 0.1M 소디움 보레이트/붕산 버퍼(pH 9.5) 용액으로 세정되었다. 보레이트 버퍼 내의 1-n 헥실 아민기로 개질된 DNA 25μM 용액에 상기 기판의 표면을 위치시켰다. DNA의 아민기는 활성화된 MHA 분자에 결합하여 100nm 직경을 가지는 DNA 도트를 형성하였다. MHA 도트를 형성하고 여기에 DNA 분자를 결합하는 과정은, 상이한 아민 개질 DNA 분자와 함께 수회 반복되어 약 100nm 의 특징부를 가지는 DNA 어래이를 가지는 마스터를 형성하였다.
상기 마스터를 사용하여, DNA 서열의 상보적 이미지 어레이를 제2 기판 상에 프린트하였는 바, 이 경우, 각 DNA 서열은 상기 마스터 상의 DNA 분자의 하나에 대하여 상보적이며 마스터 상에 그의 상보적 서열의 거울상인 제2 기판 상에서의 지점에 위치하였다. 상기 상보적 어레이는, 헥실 티올 링커를 가지는 마스터 상의 DNA 분자들에 대하여 상보적인 모든 DNA 분자들을 포함하는 한 세트의 DNA 분자를 개질함에 의해 제조되었다. 상기 티올 개질된 DNA 분자를 pH 6.8 및 1M NaCl 를 가 지는 포스페이트 내에 위치시켰다. 상기 마스터를 티올 개질된 DNA를 함유하는 용액 내에 2시간 동안 침지하고, 마스터를 상기 용액으로부터 제거하여 TE 내의 1M NaCl 버퍼로 한번 세정하고 물로 5번 세정하였다.
운모 기판 상에 제2의 깨끗한 금을 상기 마스터와 접촉하게 위치시켜서 상기 금 표면이 서로 마주보도록 하고, 이들 사이에 소량의 물을 가졌다. 2개의 기판을 함께 밀도록 작은 기계적 힘을 적용하였다. 2개의 기판 사이의 물이 증발함에 따라, 표면 간의 간격은 점점 줄어들어 모세관 인력을 증가시켰다. 그 결과, 티올 개질된 DNA의 티올기가 제2 기판에 접근하여 그에 결합되었다. 대략 5시간 후, 상기 기판을 TE 내의 1M NaCl 버퍼 용액 (70℃)에 20분 동안 침지하였다. 상기 기판 (즉, 상기 마스터 및 상기 상보적 이미지)은 자발적으로 분리되었고, TE 내의 1M NaCl 버퍼로 2회 세정하고, 물로 5회 세정한 다음, 공기 건조하였다. 상기 마스터는 하나 이상의 추가의 상보적 이미지를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
실시예 4: DNA 어레이의 상보적 이미지의 제조
DNA 칩을 구매하여 제1 마스터로 사용하였다. 상기 DNA 칩은 12×12 정사각형 어레이를 가졌으며, 이 때, 각각의 정사각형은 300nm ×300nm이고, 총 144개의 상이한 DNA 서열을 위해 기판에 부착된 상이한 DNA 서열을 가졌다. 300nm ×300nm 정사각형은 상기 기판의 표면의 x-축과 y-축을 따라 100nm 이격되었다.
상기 마스터를 제2 기판 상에 DNA의 12×12 상보적 이미지 어레이를 프린팅하기 위해 사용하였으며, 이 경우, 각각의 DNA 서열은 상기 마스터 상의 DNA 분자의 하나에 대하여 상보적이고, 상기 마스터 상의 그 상보적 서열의 거울상 이미지 인 제 2 기판 상의 지점에 위치하였다. 상기 마스터 상의 DNA 분자에 대하여 상보적인 모든 DNA 분자를 포함하는 한 세트의 DNA 분자 (즉, 144개의 상이한 상보적 DNA 서열)가 헥실 티올 링커로 개질되었다. 상기 티올 개질 DNA 분자를 pH 6.8 및 1M NaCl 를 가지는 포스페이트 버퍼 내에 위치시켰다. 상기 마스터를 티올 개질된 DNA 분자를 함유하는 용액 내에 2시간 동안 침지하고, 마스터를 상기 용액으로부터 제거하여 TE 내의 1M NaCl 버퍼로 한번 세정하고 물로 5번 세정하였다.
운모 기판 상에 깨끗한 금을 상기 마스터와 접촉하게 위치시켜서 새로운 기판의 금 표면이 12×12 어레이의 DNA 분자와 마주보도록 하였다. 이들 사이에는 소량의 물이 존재하였다. 2개의 기판을 함께 밀도록 작은 기계적 힘을 적용하였다. 2개의 기판 사이의 물이 증발함에 따라, 표면 간의 간격은 점점 줄어들어 모세관 인력을 증가시켰다. 그 결과, 티올 개질된 DNA의 티올기가 제2 기판에 접근하여 그에 결합되었다. 대략 5시간 후, 상기 기판을 TE 내의 1M NaCl 버퍼 용액 (70℃)에 20분 동안 침지하였다. 상기 기판 (즉, 상기 마스터 및 상기 상보적 이미지)은 자발적으로 분리되었고, TE 내의 1M NaCl 버퍼로 2회 세정하고, 물로 5회 세정한 다음, 공기 건조하였다. 상보적 이미지는, 상기 마스터 상에서 DNA 분자에 대하여 상보적인 12×12 어레이의 DNA를 가졌다. 상기 마스터는, 동일한 단계를 따라, 하나 이상의 추가의 상보적 이미지 어레이를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
추가로, 상기 상보적 이미지가 상기 마스터를 대신하여 사용되고 제 1 마스터 상의 DNA 분자와 동일한 서열을 가지고 헥실 티올 링커로 개질된 제3세트의 144 DNA 분자들이 상보적 이미지 상에 조립하는 것을 제외하고는, 상기 제1 마스터는, 전술한 바와 같은 방법을 따름에 의해 복제될 수 있다. 이어서, 운모 상의 금의 제3 기판을 상기 제1 마스터 및 제2 기판을 위해 전술한 바와 같이 상보적 이미지와 접촉시킨다. 제3 기판에 결합되고 상보적 이미지로부터 분리된 제3 세트의 DNA는 제1 마스터의 복제품이다.
본 발명은, 본 명세서의 고려 또는 여기에 개시된 발명의 실시로부터 명확하게 이해될 것이다. 명세서 및 실시예들은 단지 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명의 진정한 범위와 내용은 후속하는 청구범위에 의해 따른다.

Claims (107)

  1. 하기 단계를 포함하는, 마스터의 상보적 이미지를 형성하는 방법:
    a) 패턴을 형성하도록 제1 기판에 결합된 제1 세트 분자를 포함하는 마스터를 제공하는 단계로서, 여기서 상기 제1 세트 분자가 핵산을 포함하는 경우, 상기 제1 세트 분자를 상이한 서열을 가지는 복수개의 핵산을 포함하고;
    b) 상기 제1 세트 분자 위에 제2 세트 분자를, 인력 또는 결합형성을 통해 자기조립하는 단계로서, 여기서, 상기 제2 세트 분자 내의 각 분자는
    (i) 반응성 작용기 및,
    (ii) 상기 제1 세트 분자의 하나 이상에 결합하거나 끌리게 되는 인식 성분을 포함하고,
    c) 상기 제2 세트 분자의 상기 반응성 작용기를 제2 기판 표면과 접촉시기는 단계로서, 이로써 상기 제2 세트 분자와 상기 제2 기판 사이의 결합을 형성하고,
    d) 상기 제1 세트 분자 및 상기 제2 세트 분자 사이의 인력 또는 결합을 파괴하는 단계로서, 이로써, 상기 마스터의 상보적 이미지를 형성하고,
    e) 선택적으로, b) 내지 d)의 단계를 1회 이상 반복하는 단계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 각 분자는, 하기 성분 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    a) 노출된 작용기;
    b) 상기 반응성 작용기를 상기 인식 성분에 연결하는 공유 결합 또는 제1 스페이서; 및,
    c) 상기 인식 성분에 상기 노출된 작용기를 연결하는 공유결합 또는 제1 스페이서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자들은, 상기 마스터를 제2 세트 분자를 포함하는 용액과 접촉시킴에 의해 제1 세트 분자 상에 조립되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마스터는 제2 세트 분자를 포함하는 용액의 모세관 작용에 의해 상기 제2 기판과 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인력 또는 결합을 파괴하는 단계는, 용액을 증발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자들은 2개 이상의 상이한 분자들 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자들은 상이한 인식 성분을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자들은 상이한 인식 성분과 상이한 노출된 작용기를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자들은 2개 이상의 높이를 포함하는 프로파일을 가지는 제2 기판 위에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 2개 이상의 상이한 분자들 중 적어도 하나는, 제1 스페이서를 포함하고, 다른 것은 스페이서를 포함하지 않거나 제1 스페이서와는 다른 길이를 가지는 제2 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 상보적 이미지의 하나 이상의 특징부의 측방향 치수는 200nm 이하, 100nm 이하, 50nm 이하, 또는 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이에 형성된 결합은 수소 결합, 이온성 결합, 자성 상호작용, 정전 상호작용, 파이 결합 상호작용, 공유결합, 반데르 발스 결합 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이의 결합은 열을 가함에 의해 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이의 결합은, 상기 결합을 높은 이온력을 가지는 용액과 접촉시킴에 의해 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자 상의 반응성 작용기는 티올기, 보호된 티올기, 실란, 클로로실란, 카르복시산, 니트릴, 이소니트릴, 히드록사믹 애시드(hydroxamic acid) 또는 포스폰산인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 제2 기판의 표면은 도핑되거나 도핑되지 않은 규소, 유리, 용융 실리카, 실리카, 알루미나, 칼슘 포스페이트 세라믹, 히드록시화 폴리머, 산화된 폴리머 표면, 산화물, 백금, 팔라듐, 알루미늄, 금, 은, 구리, 카드뮴, 아연, 수은, 납, 철, 크롬, 망간, 텅스텐, 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 합금, 또는 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 각각의 성분은 핵산 서열이고, 상기 제2 세트 분자의 인식 성분은, 상기 제1 세트 분자의 상기 핵산 서열에 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 또는 99% 이상이 상보적인 핵산서열인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이의 결합은 상기 결합을 효소와 접촉시킴에 의해 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 세트 분자의 핵산 서열은 DNA, RNA, 개질된 핵산 서열 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제2항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 각각의 성분은 펩티드 핵산(PNA)이고, 상기 제2 세트 분자의 인식성분은 PNA 서열인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제2항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자 각각의 상기 노출된 작용기는, 독립적으로, -OH, -CONH-, -CONHCO-, -NH2, -NH-, -COOH, -COOR, -CSNH-, -NO2 -, -SO2, -SH, -RCOR-, -RCSR--, -RSR, -ROR-, -PO4 -3, -OSO3 -2, -SO3 -, -COO-, SOO-, -RSOR-, -CONR2, -(OCH2CH2)nOH [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8), -CH3, -PO3H-, -2-이미다졸, -N(CH3)2, -N(R)2, -PO3H2, -CN, -(CF2)nCF3 [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8), 포피린, 코린 고리, 펩티드 서열, 및 올레핀으로 이루어진 군 (식 중, R은 수소, 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 단백질, 효소, 탄수화물, 렉틴, 호르몬, 수용체, 항원, 항체, 합텐임)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 제2 세트 분자의 상기 노출된 작용기를 금속 또는 금속 이온에 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제2항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자는 제1 스페이서, 제2 스페이서, 또는 제1 및 제2 스페이서를 가지고, 상기 스페이서들은, 독립적으로, 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 또는 헤테로알릴알킬렌으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 또는 헤테로알릴알킬렌은 치환 또는 미치환될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 및 헤테로알릴알킬렌을 위한 치환체는 할로겐 및 히드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제2항에 있어서,
    하기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    a) 기판의 표면 상에 하나 이상의 금속, 금속 산화물 또는 이들의 조합의 패턴을 형성하는 단계;
    b) 상기 기판을 상기 제1 세트 분자로 접촉하는 단계로서, 상기 제1 세트 분자의 각 분자는 상기 금속 또는 금속 산화물과 상기 제1 세트 분자 사이의 결합을 형성하는 반응성 작용기를 가지며, 이로써 패턴을 형성하도록 상기 기판에 결합된 제1 세트 분자를 포함하는 마스터를 형성함.
  26. 제2항에 있어서,
    상기 마스터를 제공하는 단계는 딥 펜 나노리소그라피를 사용하여 마스터를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제2항에 있어서,
    상기 제2 기판 표면의 적어도 일부는 상기 제2 세트 분자가 없는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    하기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    a) 상기 제2 기판의 표면을 상기 제2 세트 분자에 대하여 불활성이고 상기 제2 기판의 적어도 표면층을 퇴화하도록 선택되는 반응제와 접촉시키는 단계로서, 이로써, 제2 세트 분자가 없는 상기 제2 기판 표면의 상기 일부가 퇴화되고;
    b) 상기 제2 세트 분자를 제거하여 상기 제2 기판의 표면의 일부를 노출하는 단계.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 반응제는 반응성 이온 에칭 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    a) 상기 제2 세트 분자가 없는 상기 제2 기판 표면의 상기 일부 위에 물질을 퇴적하는 단계; 및
    b) 상기 제2 세트 분자를 제거하여, 상기 제2 기판의 표면의 일부를 노출하는 단계.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 퇴적된 재료는 반도체, 절연체, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제2항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자는 자기 인력을 통하여 제1 세트 분자 위에 조립되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이의 인력은 자기장을 인가함에 의해 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    제2 세트 분자 중 하나 이상의 분자의 인식 성분은 철 또는 철 산화물 입자인 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 하기 단계를 포함하는, 마스터 또는 그 일부의 복제물을 형성하는 방법:
    a) 패턴을 형성하도록 제1 기판에 결합된 제1 세트 분자를 포함하는 마스터를 제공하는 단계;
    b) 상기 제1 세트 분자 위에 제2 세트 분자를, 결합형성을 통해 자기조립하는 단계로서, 이 때, 상기 제2 세트 분자 내의 각 분자는
    (i) 반응성 작용기 및,
    (ii) 상기 제1 세트 분자에 결합하는 인식 성분을 포함하고,
    c) 상기 제2 세트 분자의 상기 반응성 작용기를 제2 기판 표면과 접촉시키는 단계로서, 이로써 제2 세트 분자 및 제2 기판 사이에 결합이 형성되고,
    d) 제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이의 결합을 파괴하는 단계로서, 이로써 상기 마스터의 상보적 이미지를 형성하고;
    e) 상기 상보적 이미지의 제2 세트 분자 상에 제3 세트 분자를, 결합 형성을 통해 자기조립하는 단계로서, 이 때, 상기 제3 세트 분자 내의 각각의 분자는
    (i) 반응성 작용기 및,
    (ii) 상기 제2 세트 분자에 결합하는 인식 성분을 포함하고;
    f) 상기 제3 세트 분자의 상기 반응성 작용기를 제3 기판 표면과 접촉시키는 단계로서, 이로써 상기 제3 세트 분자와 상기 제3 기판 사이에 결합이 형성되고; 및
    g) 상기 제2 세트 분자와 제3 세트 분자들 사이의 결합을 파괴하는 단계로서, 이로써 상기 마스터 또는 그의 일부의 복제를 형성하고,
    h) 선택적으로, e) 내지 g)를 1회 이상 반복하는 단계.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 각 분자는 상기 반응성 작용기를 상기 인식 성분에 연결하는 스페이서를 선택적으로 더 포함하고, 상기 제3 세트 분자의 각 분자는 하나 이상의 하기 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    a) 노출된 작용기;
    b) 상기 반응성 작용기를 상기 인식 성분에 연결하는 공유 결합 또는 제1 스페이서;
    c) 상기 노출된 작용기를 상기 인식 성분에 연결하는 공유결합 또는 제2 스페이서.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 제3 세트 분자는, 상기 상보적 이미지를 상기 제3 세트 분자를 함유하는 용액과 접촉시킴에 의해 제2 세트 분자 위에 조립되는 것을 특징으로 하는 방 법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 상보적 이미지는, 상기 제3 세트 분자를 함유하는 모세관 작용에 의해 제3 기판과 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 용액은 증발되는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 제3분자는 2개 이상의 상이한 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 제3 세트 분자의 2개 이상의 분자는 상이한 인식 성분을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 제3 세트 분자의 2개 이상의 분자는 상이한 인식 성분 및 상이한 노출된 작용기를 모두 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제40항에 있어서,
    상기 제3 세트 분자의 2개 이상의 상이한 분자는 2개 이상의 높이를 포함하는 프로파일을 가지는 제3 기판 상에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제36항에 있어서,
    마스터의 상기 복제물 또는 그 일부의 하나 이상의 특징부의 측방향 치수는, 200nm 이하, 100nm 이하, 50nm 이하, 또는 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제36항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자 및 제3 세트 분자 사이에 형성된 결합은, 수소결합, 이온성 결합, 자기 상호작용, 정전 상호작용, 공유결합, 파이 결합 상호작용, 반데르발스 결합 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자 및 제3 세트 분자 사이의 결합은 열을 가함에 의해 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제45항에 있어서,
    제2 세트 분자 및 제3 세트 분자 사이의 결합은, 상기 결합을, 높은 이온력 을 가지는 용액과 접촉시킴에 의해 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제36항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 각 성분은 핵산 서열이고, 제3 세트 분자의 인식 성분은 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 99%가 상기 제2 세트 분자의 인식성분에 대하여 상보적인 핵산 서열인 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자는, 상이한 핵산 서열을 가지는 2개 이상의 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제48항에 있어서,
    상기 제3 세트 분자의 2개 이상의 분자는, 상이한 핵산 서열인 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제48항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자 및 제3 세트 분자의 결합은, 상기 결합을 효소와 접촉시킴에 의해 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제48항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자의 하나 이상의 성분은 핵산 서열인 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 세트 분자의 핵산 서열은 DNA, RNA, 개질된 핵산 서열 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제36항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 각각의 성분은 펩티드 핵산(PNA) 서열이고, 제1 및 제2 세트 분자의 인식 성분은 PNA 서열인 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제36항에 있어서,
    상기 제3 세트 분자의 각 분자의 상기 노출된 작용기는, -OH, -CONH-, -CONHCO-, -NH2, -NH-, -COOH, -COOR, -CSNH-, -NO2 -, -SO2, -SH, -RCOR-, -RCSR-, -RSR, -ROR-, -PO4 -3, -OSO3 -2, -SO3 -, -COO-, SOO-, -RSOR-, -CONR2, -(OCH2CH2)nOH [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8), -CH3, -PO3H-, -2-이미다졸, -N(CH3)2, -N(R)2, -PO3H2, -CN, -(CF2)nCF3 [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8), 포피린, 코린 고리 및 올레핀으로 이루어진 군 (식 중, R은 수소, 탄화수소, 할로겐화 탄화 수소, 단백질, 효소, 탄수화물, 렉틴, 호르몬, 수용체, 항원, 항체 또는 합텐임)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 제3 세트 분자 하나 이상의 상기 노출된 작용기를 금속 또는 금속 이온에 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제36항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 분자들은 스페이서를 가지고, 상기 제3 세트 분자의 분자들은 제1 및 제2 스페이서를 가지고, 상기 스페이서는, 독립적으로, 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 및 헤테로알릴알킬렌으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌 또는 헤테로알릴알킬렌은 치환 또는 미치환될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제57항에 있어서,
    알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌 및 헤테로알릴알킬렌의 치환체는, 할로겐 및 히드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제36항에 있어서,
    하기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    a) 전자 빔 리소그라피를 사용하여 하나 이상의 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합의 패턴을 형성하는 단계;
    b) 상기 표면을 제1 세트 분자와 접촉하는 단계로서, 제1 세트 분자의 각 분자는 상기 금속 또는 금속 산화물과 제1 세트 분자 사이의 결합을 형성하는 반응성 작용기를 가지고, 이로써 패턴을 형성하도록 상기 기판에 결합된 제1 세트 분자를 포함하는 마스터를 형성함.
  60. 제36항에 있어서,
    상기 제3 기판 표면의 적어도 일부는 제3 세트 분자가 없는 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제60항에 있어서,
    하기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    a) 상기 제3 기판의 표면을, 상기 제3 세트 분자에 대하여 불활성이고 상기 제3 기판의 적어도 표면층을 퇴화하도록 선택되는 반응제와 접촉시키는 단계로서, 이로써, 제3 세트 분자가 없는 상기 제3 기판 표면의 상기 일부가 퇴화되고;
    b) 상기 제3 기판의 표면의 일부를 노출하도록 상기 제3 세트 분자를 제거하 여 단계.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 반응제는 반응성 이온 에칭 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제60항에 있어서,
    a) 상기 제3 세트 분자가 없는 상기 제3 기판 표면의 상기 일부 위에 물질을 퇴적하는 단계; 및
    b) 상기 제3 기판의 표면의 일부를 노출하도록 상기 제3 세트 분자를 제거하는 단계.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 퇴적된 재료는, 반도체, 절연체, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  65. a) 제1 기판에 결합된 제1 세트 분자의 제1 패턴; 및,
    b) 제2 세트 분자의 각 분자 상의 반응성 작용기를 통해 제2 기판에 결합된 제2 세트 분자의 패턴을 포함하는 상보적 이미지를 포함하고,
    상기 제1 패턴에서 상기 제1 세트 분자가 핵산을 포함하는 경우, 상기 제1 세트 분자는 상이한 서열을 가진 복수개의 핵산을 포함하고,
    상기 제2 세트 분자 내의 각 분자는, 제1 세트 분자로부터 분자의 적어도 일부에 결합하는 인식 성분을 가지는 것을 특징으로 하는 구성물(composition).
  66. 제65항에 있어서,
    제2 세트 분자의 각 분자는 하기 성분 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구성물:
    a) 노출된 작용기;
    b) 상기 반응성 작용기를 상기 인식 성분에 연결하는 공유결합 또는 제1 스페이서; 및,
    c) 상기 노출된 작용기를 상기 인식 성분에 연결하는 공유결합 또는 제2 스페이서.
  67. 제66항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자는 2개 이상의 상이한 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성물.
  68. 제67항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자는 상이한 인식 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 구성물.
  69. 제67항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자는, 상이한 인식 성분 및 상이한 노출된 작용기를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 구성물.
  70. 제69항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자들은 2개 이상의 높이를 포함하는 프로파일을 가지는 제2 기판 위에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성물.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 2개 이상의 상이한 분자들 중 적어도 하나는, 제1 스페이서를 포함하고, 상기 2개 이상의 상이한 분자들 중 다른 것은 스페이서를 포함하지 않거나 상기 제1 스페이서와는 다른 길이를 가지는 제2 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성물.
  72. 제66항에 있어서,
    상기 상보적 이미지의 하나 이상의 특징부의 측방향 치수는 200nm 이하, 100nm 이하, 50nm 이하, 또는 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 구성물.
  73. 제66항에 있어서,
    제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이에 형성된 결합은 수소 결합, 이온성 결합, 자기 상호작용, 정전 상호작용, 파이 결합 상호작용, 공유결합, 반데르 발스 결합 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 구성물.
  74. 제66항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자 상의 반응성 작용기는 티올기, 보호된 티올기, 실란, 클로로실란, 카르복시산, 니트릴, 이소니트릴, 히드록사믹 애시드(hydroxamic acid) 또는 포스폰산인 것을 특징으로 하는 구성물.
  75. 제66항에 있어서,
    상기 제2 기판의 표면은 도핑되거나 도핑되지 않은 규소, 유리, 용융 실리카, 실리카, 알루미나, 칼슘 포스페이트 세라믹, 히드록시화 폴리머, 산화된 폴리머 표면, 산화물, 백금, 팔라듐, 알루미늄, 금, 은, 구리, 카드뮴, 아연, 수은, 납, 철, 크롬, 망간, 텅스텐, 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 합금, 또는 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 혼합물인 것을 특징으로 하는 구성물.
  76. 제66항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자의 각 성분은 핵산 서열이고, 제2 세트 분자의 인식 성분은 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 99%가 상기 제1 세트 분자의 핵산에 대하여 상보적인 핵산 서열인 것을 특징으로 하는 구성물.
  77. 제76항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 세트 분자의 핵산 서열은 DNA, RNA, 개질된 핵산 서열 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구성물.
  78. 제76항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 각각의 성분은 펩티드 핵산(PNA) 서열이고, 제1 및 제2 세트 분자의 인식 성분은 PNA 서열인 것을 특징으로 하는 구성물.
  79. 제73항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 각 분자의 상기 노출된 작용기는, -OH, -CONH-, -CONHCO-, -NH2, -NH-, -COOH, -COOR, -CSNH-, -NO2 -, -SO2, -SH, -RCOR-, -RCSR-, -RSR, -ROR-, -PO4 -3, -OSO3 -2, -SO3 -, -COO-, SOO-, -RSOR-, -CONR2, -(OCH2CH2)nOH [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8], -CH3, -PO3H-, -2-이미다졸, -N(CH3)2, -NR2, -PO3H2, -CN, -(CF2)nCF3 [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8], 포르피린, 코린 고리 및 올레핀으로 이루어진 군 (식 중, R은 수소, 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 단백질, 효소, 탄수화물, 렉틴, 호르몬, 수용체, 항원, 항체 또는 합텐임)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구성물.
  80. 제79항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자로부터 적어도 하나의 분자의 상기 노출된 작용기에 결합된 금속 또는 금속 이온을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구성물.
  81. 제66항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 분자들은 제1 스페이서, 제2 스페이서 또는 제1 스페이서와 제2 스페이서를 가지고, 상기 스페이서들은, 독립적으로, 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 및 헤테로알릴알킬렌으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌 또는 헤테로알릴알킬렌은 치환 또는 미치환될 수 있는 것을 특징으로 하는 구성물.
  82. 제81항에 있어서,
    상기 알킬렌, 헤테로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 헤테로시클로알킬렌, 아릴알킬렌 및 헤테로알릴알킬렌의 치환체는, 할로겐 및 히드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구성물.
  83. 제66항에 있어서, 상기 제2 기판 표면의 적어도 일부는 제2 세트 분자가 없 는 것을 특징으로 하는 구성물.
  84. 제65항에 있어서,
    제1 패턴을 가진 상기 기판은 재사용 가능한 마스터인 것을 특징으로 하는 구성물.
  85. 기판 상에 분자 패턴을 프린트하기 위한 키트로서, 상기 키트는,
    a) 기판에 결합된 제1 분자의 패턴을 포함하는 마스터; 및
    b) 제2 세트 분자를 포함하고,
    제2 세트 분자의 각 분자는
    i)반응성 작용기; 및, ii) 제1 세트 분자를 결합하는 인식 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  86. 제85항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 각 분자들은, 하기 성분 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 키트:
    a) 노출된 작용기;
    b) 상기 반응성 작용기에 인식 성분을 연결하는 공유 결합 또는 제1 스페이서; 및,
    c) 상기 인식 성분에 상기 노출된 작용기를 연결하는 공유결합 또는 제2 스 페이서.
  87. 제86항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자는 2개 이상의 상이한 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  88. 제85항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자는 상이한 인식 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  89. 제85항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 2개 이상의 분자는 상이한 인식 성분 및 상이한 노출된 작용기를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  90. 제89항에 있어서,
    상기 2개 이상의 상이한 분자들 중 적어도 하나는, 스페이서를 포함하고, 상기 2개 이상의 상이한 분자들 중 다른 것은 스페이서를 포함하지 않거나 제1 스페이서와는 다른 길이를 가지는 제2 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  91. 제86항에 있어서,
    상기 상보적 이미지의 하나 이상의 특징부의 측방향 치수는 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 키트.
  92. 제86항에 있어서,
    제2 세트 분자 중 각 분자의 인식성분은, 수소 결합, 이온성 결합, 공유결합, 반데르 발스 결합, 자기 상호작용, 파이 결합 상호작용, 정전 상호작용, 또는 이들의 조합을 경유하여 제1 세트 분자의 하나 이상의 분자에 결합하는 것을 특징으로 하는 키트.
  93. 제92항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 및 제2 세트 분자 사이의 결합을 파괴할 수 있는 높은 이온력을 가지는 용액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  94. 제86항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 상기 반응성 작용기에 결합하는 제2 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  95. 제86항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자 상의 반응성 작용기는 티올기, 보호된 티올기, 실란, 클로로실란, 카르복시산, 니트릴, 이소니트릴, 히드록사믹 애시드(hydroxamic acid) 또는 포스폰산인 것을 특징으로 하는 키트.
  96. 제86항에 있어서,
    상기 제2 기판의 표면은 도핑되거나 도핑되지 않은 규소, 유리, 용융 실리카, 실리카, 알루미나, 칼슘 포스페이트 세라믹, 히드록시화 폴리머, 산화된 폴리머 표면, 산화물, 백금, 팔라듐, 알루미늄, 금, 은, 구리, 카드뮴, 아연, 수은, 납, 철, 크롬,망간, 텅스텐, 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 합금, 또는 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 혼합물인 것을 특징으로 하는 키트.
  97. 제94항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 각각의 성분은 핵산 서열이고, 상기 제2 세트 분자의 인식 성분은, 상기 제1 세트 분자로부터의 하나 이상의 상기 핵산 서열에 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 99%가 상보적인 핵산서열인 것을 특징으로 하는 키트.
  98. 제97항에 있어서,
    제2 세트 분자는 2개의 상이한 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  99. 제97항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자는 상이한 핵산 서열을 가진 2개 이상의 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  100. 제98항에 있어서,
    제2 세트 분자의 2개 이상의 분자는 상이한 핵산 서열을 가지는 것을 특징으로 하는 키트.
  101. 제97항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자와 제2 세트 분자 사이의 결합을 파괴할 수 있는 효소를 가진 용액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  102. 제97항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 세트 분자의 핵산 서열은 DNA, RNA, 개질된 핵산 서열 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 키트.
  103. 제97항에 있어서,
    상기 제1 세트 분자 각각의 성분은 펩티드 핵산(PNA)이고, 상기 제2 세트 분자의 인식성분은 PNA 서열인 것을 특징으로 하는 키트.
  104. 제86항에 있어서,
    상기 제2 세트 분자의 각 분자의 상기 노출된 작용기는, OH, -CONH-, -CONHCO-, -NH2, -NH-, -COOH, -COOR, -CSNH-, -NO2 -, -SO2, -SH, -RCOR-, -RCSR-, -RSR, -ROR-, -PO4 -3, -OSO3 -2, -SO3 -, -COO-, SOO-, -RSOR-, -CONR2, -(OCH2CH2)nOH [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8], -CH3, -PO3H-, -2-이미다졸, -N(CH3)2, -NR2, -PO3H2, -CN, -(CF2)nCF3 [식 중, n은 1-20, 바람직하게는, 1-8], 포르피린, 코린 고리 및 올레핀으로 이루어진 군 (식 중, R은 수소, 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 단백질, 효소, 탄수화물, 렉틴, 호르몬, 수용체, 항원, 항체, 또는 합텐임)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 키트.
  105. 제104항에 있어서,
    하나 이상의 제2 세트 분자의 노출된 작용기에 결합할 수 있는 금속 또는 금속 이온을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
  106. 상기 제2 세트 분자의 각 분자는, 제1 스페이서, 제2 스페이서 또는 제1 스페이서와 제2 스페이서를 가지고, 상기 스페이서들은, 독립적으로, 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌, 및 헤테로알릴알킬렌으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌 또는 헤테로알릴알킬렌은 치환 또는 미치환될 수 있 는 것을 특징으로 하는 키트.
  107. 제106항에 있어서,
    상기 알킬렌, 헤테로알킬렌, 헤테로시클로알킬렌, 알케닐렌, 알키닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 아릴알킬렌 및 헤테로알릴알킬렌의 치환체는, 할로겐 및 히드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 키트.
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