KR20100018495A - 나노채널 어레이를 사용하는 거대분자 분석 방법 - Google Patents

나노채널 어레이를 사용하는 거대분자 분석 방법 Download PDF

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Abstract

큰 게놈 DNA 분자에 따른 거대분자 또는 바이오마커의 물리적 크기와 같은 특성의 분석 방법, 뿐만 아니라 이러한 고처리량 분석을 대량 평행 방식으로 수행하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이러한 장치의 제작 방법이 또한 개시되어 있다. 도면에 나타낸 샘플 실시양태는 여기 광원에 의해 형광을 내는 관심있는 특성을 여기시킨 후, 광자 검출 장치에 의해 형광을 감지함으로써 나노채널을 통한 거대분자의 통과를 기록한 다음, 얻어진 형광 신호를 거대분자의 길이에 따라 서로 관련시키는 것인, 나노채널 장치를 통한 거대분자 유동의 검출을 예시한다.
나노채널 어레이, 거대분자 분석 방법, 나노유체 장치, 나노채널

Description

나노채널 어레이를 사용하는 거대분자 분석 방법 {METHODS OF MACROMOLECULAR ANALYSIS USING NANOCHANNEL ARRAYS}
<관련 출원에 대한 교차-참조>
본원은 2007년 3월 28일에 출원된 미국 출원 제60/908,582호 및 미국 출원 제60/908,584호를 우선권 주장하며, 상기 출원들은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
<컬러 도면>
본 특허의 파일은 컬러로 현상된 하나 이상의 도면/사진을 포함한다. 컬러 도면(들)/사진(들)을 갖는 본 특허의 사본은 요청 및 수수료 지불시 특허청에 의해 제공될 것이다.
<정부 권리에 대한 언급>
본 발명은 미국 정부 지원으로 달성하였다. 미국 정부는 국립보건원 승인 번호 1R43HG004199-01하에 본 발명에 대한 특정 권리를 가질 수 있다.
본 발명의 분야는 나노스케일 장치, 및 거대분자 분석을 위한 이러한 장치의 제조 및 사용 방법을 포함한다. 본 발명의 분야는 또한 폴리핵산 크기배열 및 구조적 분석을 포함한다.
다양한 과학 간행물 및 특허 공보가 본원에서 언급된다. 각각은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
생체분자, 예컨대 DNA 또는 RNA는 뉴클레오티드로 구성된 긴 분자이며, 그의 선형 서열분석은 유기체의 게놈 및 게놈 발현후 정보와 직접 관련된다.
많은 경우에, 개인 수명 중에 뉴클레오티드 서열의 돌연변이 또는 재배열은 질환 상태, 예컨대 유전적 비정상 또는 세포 악성종양을 초래한다. 다른 경우에, 각 개인 간의 적은 서열 차이는 집단의 유전자 배열의 다양성을 반영한다. 이 때문에, 상이한 사람들은 상이한 질환 소질을 갖거나, 환경 자극 및 신호, 예컨대 스트레스 또는 약물 치료에 대해 상이하게 반응한다. 예로서, 일부 환자들은 특정 화합물에 대해 긍정적인 반응을 경험하나, 다른 환자들은 효과가 없거나 심지어 부작용을 경험한다. 관심있는 다른 분야는 환경 독소 또는 다른 독성 자극, 예컨대 방사선에 대한 생체분자, 예컨대 DNA의 반응이다. 독성 자극은 계획된 세포 사멸 (세포자멸(apoptosis)), 독성 또는 비기능성 세포를 제거하는 프로세스를 야기할 수 있다. 세포자멸은 세포 및 핵의 형태학적 변화를 특징으로 하고, 종종 염색체 DNA의 분해를 수반한다.
집단 유전체학, 비교/진화 유전체학, 의료 유전체학, 환경 또는 독성유전체학, 및 유전자 다양성 및 의료 약물학적 관계를 연구하는 약물유전체학의 영역은 광범위한 서열분석 적용범위 및 많은 샘플수를 요구한다. 그러므로, 이러한 연구로부터 얻은 지식은 보건 의료 및 제약 산업에서 특히 가치있을 것이다. 암 유전 체학 및 진단학은 특히 종양발생을 초래하는 게놈 불안정성 사건을 연구한다. 그러므로, 모든 이들 분야는 생물중합체 분자, 예컨대 핵산 상의 선형 서열, 관심있는 요소/영역의 구조적 패턴 변화, 또는 후성 바이오마커, 예컨대 생물중합체에 따른 메틸화 패턴의 신속한 결정을 가능하게 하는 기술로부터 이익을 얻을 것이다.
대부분의 게놈 또는 후성게놈 분석 기술은 여전히 큰 게놈 영역의 일반적인 분석 또는 큰 집단에 대해 너무 장황하거나 고가이다. 그러므로, 게놈 분석 비용을 최소 40배만큼 감소시키는 목적을 달성하기 위해, "$1000 게놈" 마일스톤이라고 불리는 직접적 분자 분석 방법을 가능하게 하는 새로운 패러다임 변화 기술이 바람직하다. 문헌 ["The Quest for the $1,000 Human Genome", by Nicholas Wade, The New York Times, July 18, 2006]을 참조한다.
또한, 새로운 약물을 시판하기 위해서는 평균 7 내지 10년 및 8억 달러가 소모된다. 따라서, 제약 회사는 독성 실패율을 최소화하면서 약물 개발을 재촉하는 더 안전하고 경제적인 방법을 찾고 있다.
약물 화합물 독성은 유전자 돌연변이, 대규모 염색체 변경, 재조합 및 수적 염색체 변화 형태의 DNA에 대한 손상을 초래할 수 있다. 유전독성 시험은 다양한 메카니즘에 의해 직접 또는 간접적으로 이러한 손상을 유도하는 화합물을 검출하기 위해 박테리아, 포유동물 세포 및 동물에서 수행되는 시험관내 및 생체내 시험이다. 양성 화합물은 암 및/또는 유전적 결함을 유도하는 인간 발암물질 및/또는 돌연변이유발원일 수 있다. 약물은 상이한 수준에서 독성일 수 있으나, DNA의 약물-유도 돌연변이유발, 예컨대 배선 돌연변이는 많은 장기간 부작용의 기초가 된다.
정부 규제 기관에 의해 설정된 지침에도 불구하고, COX-2 군의 진통제에 대한 최근 쟁점을 포함하는 약물 독성 사례가 존재한다. 프로세스의 늘어가기만 하는 비용의 원인인 개발 진행 중의 독성 실패율은 수년간 여전히 개선되지 않고 있다. 화합물 스크리닝 중에, 전임상 시험은 작용제가 어떻게 인간에 영향을 미치는가를 예측하기 위해 효능 및 잠재적 부작용을 평가하는 시험관내 및 동물 검정 둘 모두를 포함하나, 이들 유전독성 시험과 관련된 비용 및 실패율은 스크리닝 효율을 개선하기 위한 광범위한 사용 및 조기 시험을 불가능하게 하였다. 예를 들어, 돌연변이유발성 검출을 위한 표준 제1 단계는 거의 30년 이상 전에 개발된 에임스 시험이다. 그러나, 개선된 버전의 에임스 시험도 프로세스에 2 내지 4일이 걸리고 완료하기 위해 시험 당 $4,000 내지 $5,000의 비용이 든다. 이러한 이유로, 에임스 시험은 종종 약물 개발의 후기 단계에서 사용된다.
요구되는 유전독성 시험 배터리 중에서, 큰 구성성분은 마우스 림프종 L5178Y 세포 또는 인간 림프모세포양 TK6 세포를 사용하는 tk 유전자좌, CHO 세포, V79 세포 또는 L5178Y 세포를 사용하는 hprt 유전자좌, 또는 AS52 세포를 사용하는 gpt 유전자좌를 포함하는, 시험관내 또는 생체내 염색체 손상 평가이다. 독성학 분야는 모델 시스템의 간결성을 위해 또는 다른 효율적이고 경제적인 평가 방법의 완전한 결핍으로 인해, 이들 유전자좌에서 유도된 유전자 변경이 게놈의 전체 DNA 손상의 정확한 평가일 것이라고 바라면서, 전체 게놈의 대표로서 이들 특정 유전자좌에서 화합물에 의해 유도된 돌연변이 사건을 이용한다. 이상적인 상황에서, 화합물의 노출 시간, 투여량, 시험 세포 샘플링 시간 또는 임의의 시험 파라미터가 변화할 때마다, 시험 세포 또는 시스템의 전체 게놈 (몇몇 대표 유전자 유전자좌만이 아님)은 큰 효율 및 적은 비용으로 표준화된 형식으로 손상 정보에 대해 상세히 평가될 수 있다. 최소, 다중-유전자 유전자좌의 패널, 예컨대 모든 단일 염색체 또는 핵심 관심있는 영역으로부터의 각 유전자좌가 매우 많은 비용 및 복잡성의 증가 없이 분석될 수 있는 것이 매우 이로울 것이다. 이러한 포괄적인 범-게놈 독성 평가를 효율있게 하는 새로운 기술 플랫폼이 매우 바람직할 것이다.
DNA 손상 평가 영역에서, 수십년된 종래의 세포유전학 분석 (핵형분석, G-밴딩으로부터 FISH의 다양한 형태까지) 기술은 종종 중기 DNA의 범위에 의존하며, 그의 분해능은 메가베이스 스케일로 제한된다. 계면 또는 섬유-FISH 방법은 이완된 또는 부분적으로 연신된 DNA를 사용함으로써 분해능을 개선하는 시도를 하였으나, 이들 방법은 양적 공간 정보를 추출하기 위해 시도하는 경우 난점을 이행하고 제공하는 것이 여전히 어렵다. 이들 기술은 강력하나, 일관성 및 반복성이 결핍되어 있기 때문에 불량한 프로세스 제어로 고생하므로, 마침내 기술자의 기술은 이 방법들을 더 신속하고 더 값싼 유전독성 시험을 위해 스케일 업하는 것을 어렵게 만든다.
표면 "빗질", 광학 집게, 유체 유체역학에 초점을 맞춘 유동 칩 형식을 사용하는, 개별 DNA 분자의 선형화를 개선하기 위해 노력한 다른 최근 시도는 검정 일관성, 표준화 및 비용 실행가능성을 추가로 개선하기 위한 희망을 반영하였다. 불행하게도, 표적 DNA 신장 방법은 본래부터 잘 제어되지 않고, 분자 신장 상태는 종종 일시적이고 불균일하고 일치되지 않으며, 복잡한 분석 방법이라고 간주된다. 이러한 변화성은 유전독성 시험에서 염색체 DNA 구조적 손상의 대규모 스크리닝을 위한 이 군의 단일 분자 분석 접근법의 적용을 제한한다.
전기영동은 또한 겔, 예컨대 아가로스 또는 폴리아크릴아미드를 사용하여 중합체의 변화하는 이동성을 기초로 다양한 분자량의 중합체를 분리하는데 사용된다. 큰 중합체 단편의 경우에, 분리 시간은 수시간 또는 심지어 수일이 걸릴 수 있다. 단일 세포 전기영동 검정은 통상적으로 독성제, 예컨대 환경 독소, 방사선 또는 화학요법에서 사용되는 작용제에 의해 유도된 염색체 DNA의 손상을 평가하는데 사용된다. 현재 유전독성 시험에서 종종 사용되는 혜성 검정이라고 불리는 전형적인 검정에서, 세포를 겔 매트릭스 내에서 용해시킨 후, DNA를 전기영동하고, 형광 염료로 염색한다. 전기영동 중에, DNA 단편은 세포로부터 멀리 이동하여 혜성 꼬리의 형상을 생성한다. 혜성 꼬리의 기하학은 염색체 DNA 내의 이중 가닥 및 단일 가닥 파괴의 수와 관련되므로, 세포에 의해 경험되는 독성제에 대한 노출의 반양적 측정을 제공한다. 이 기술은 손상 정도의 평가를 제공하나, 표준화하는 것이 어렵고, 데이터는 해석을 필요로 한다. 또한, 염색체 DNA의 단편은 여전히 얽혀있고, 서로 분리될 수 없으므로, 파괴 위치 또는 개별 단편의 크기에 대한 가치있는 정보를 불명확하게 만든다.
다른 어레이 기초 접근법, 예컨대 비교 게놈 혼성화 (CGH)는 불균형 게놈 구조적 변화 (증폭, 전위 또는 역위가 아닌 결실)의 검출에서의 분해능 쟁점의 몇몇 측면의 극복에서 진전하였으나, 비교 혼성화에 대한 쟁점으로 제한된다. 신세대 서열분석 기술은 대량 평행 리드에서 개별 유전자 분자 상의 상대적으로 신속한 서 열 데이터를 달성하는 것을 목표로 하나; 이러한 기술하에 분석된 분자는 컴퓨터사용으로 생성된 서열 데이터에 의해, 종종 중복 리드의 타일링 경로를 최소화함으로써 상대적으로 짧은 리드 (약 25 bp)로 단편화되어야 한다. 이 접근법의 결점은 각 개별 단편이 전체 게놈의 내용물로부터 제거되기 때문에 전체 유전자 변화 (통상적으로 훨씬 더 큰 규모에서)가 종종 불명확하게 될 수 있다는 것이다. 이는 특히 복잡한 게놈의 경우에 대량 반복 요소의 영역 및 유전자 복제수 다형성과 관련된다. 따라서, 이러한 기술은 게놈 내의 개별 영역과 반대로, 게놈 전체에 관한 정보를 제공하는 능력이 없다.
분자 빗질 기술은 세포유전학에서 단일 분자 수준에서의 더 상세한 분석을 생성하는 지렛대 작용을 하였다. 분자 빗질에서, DNA는 용액의 액적이 표면 상에서 건조됨에 따라 후진 유체 메니스커스에 의해 신장된다. 용질은 '커피-얼룩' 효과로서 공지된 현상 (문헌 [Deegan 1997])으로 액적의 경계를 향해 이동할 것이다. 완충액 중 DNA의 경우에, DNA는 액상의 경계에서 무작위로 표면에 속박된 후, 후진 메니스커스의 전단력에 의해 신장된다. 불행하게도, 이 연신 방법은 본래부터 잘 제어되지 않고, 상이한 마이크로슬라이드 상의 DNA 샘플은 결코 동일하게 "빗질"될 수 없고, 연신의 정도, 균일성 또는 표면상 분자의 배치를 예측할 수 없다. DNA 분자는 종종 불완전한 선형화에 의해 서로 중복되고 (물리적으로 분리되지 않기 때문), 그의 말단은 종종 메니스커스로부터 방출되면 그 자체 되감겨서, 불완전히-연신된 DNA 분자를 남긴다. 따라서, 이러한 변화성은 환자의 대규모 스크리닝에 대한 빗질 접근법의 적용을 제한한다.
유체 바이오칩 플랫폼을 사용하여 개별 DNA 분자의 선형화를 표준화하는 다른 시도는 원하는 선형화의 수행에서 상대적으로 비효율적인 것으로 증명되었다. DNA는 종종 그 자체 접히거나 그의 자유 용액 가우스 코일 형태 (본질적으로, 실꾸러미)를 유지할 것이다. 더욱이, DNA의 신장은 종종 일시적이고 불균일하고 일치되지 않기 때문에 이러한 기술의 분해능은 불량하고, DNA가 그의 신장된 상태를 유지하기에 충분히 빠른 속도로 이동하는 동안 분석에서 사용되는 영상을 캡쳐해야 한다. 또한, 이들 설계는 광학 검출기를 지나 분자를 유동시키는 단일 채널 주변을 기초로 하기 때문에, 그의 처리량은 심각하게 제한된다.
따라서, 이러한 분자의 선형화 및 분석에 의해 DNA 또는 다른 거대분자의 단편의 크기 및 조성을 효율적으로 결정하는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 이러한 방법은 진단 및 치료 적용에서 즉시 사용될 것이다.
최소량의 샘플 (아마도 단일 세포만큼 적음)을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 이는 세포 상태를 모니터링하고 질환의 발생 및 진행, 예컨대 암 세포의 악성 단계 또는 세포자멸을 야기하는 자극의 독성 정도를 이해하는 능력을 크게 진보시킬 것이다. 또한, 이러한 방법을 수행할 수 있는 장치에 대한 관련된 필요성이 존재한다.
<발명의 요약>
DNA 세그먼트의 크기 및 조성의 분석에 대한 과제의 충족에서, 본 발명은 이러한 분자를 한정하고, 선형화한 후 분석하는 방법 뿐만 아니라 이러한 방법을 수행할 수 있는 장치를 제공한다.
표면, 및 표면에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하며, 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부 내에 존재하는 거대분자의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트 각각은 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 갖는 것인, 기판; 및 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 내용물의 적어도 일부의 광학 검사를 가능하게 할 수 있는 하나 이상의 표시창을 포함하는, 단일 신장된 거대분자를 조작할 수 있는 나노유체 장치가 우선 제공된다.
기판의 표면에 실질적으로 평행하게 배치된 유체 나노채널 세그먼트를 통해 거대분자의 하나 이상의 영역의 적어도 일부를 전위시키는 것 (여기서 유체 나노채널 세그먼트는 거대분자의 영역의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트는 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 가짐); 유체 나노채널 세그먼트의 내용물의 적어도 일부의 광학 검사를 가능하게 할 수 있는 표시창을 통해, 나노채널을 통한 거대분자의 하나 이상의 영역의 전위와 관련된 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것; 및 모니터링된 신호를 거대분자의 하나 이상의 특징과 서로 관련시키는 것을 포함하는, 나노유체 장치를 사용하여 하나 이상의 거대분자를 특징화하는 방법이 또한 제공된다.
표면, 및 표면에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하며, 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부 내에 존재하는 거대분자의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트 각각은 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 갖는 것인, 기판을 포함하며; 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부는 하나 이상의 여기 광원에 의해 조명되는 것인, 장치를 포함하는 장치가 추가로 제공된다.
약 1000 nm 미만의 폭을 갖고, 하나 이상의 경계에 의해 한정되고, 거대분자의 적어도 일부를 선형 형태로 유지하기 위해 거대분자의 적어도 일부를 구속할 수 있는, 표면 상에 배치된 하나 이상의 나노채널을 포함하는, 거대분자 분석 장치가 또한 개시되어 있다.
거대분자의 적어도 일부를 선형 형태로 유지하기 위해 거대분자의 적어도 일부를 구속할 수 있는 하나 이상의 나노채널을 갖는 표면 상에 하나 이상의 거대분자를 배치하는 것; 하나 이상의 나노채널 내의 하나 이상의 거대분자의 적어도 일부를 신장시키기 위해 하나 이상의 거대분자를 원동력으로 처리하는 것; 및 하나 이상의 거대분자로부터 나온 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것을 포함하는, 거대분자의 분석 방법이 또한 제공된다.
본 발명은 또한 2개 이상의 경계의 배치에 의해 표면 상의 하나 이상의 나노채널을 한정하는 것을 포함하며, 여기서 하나 이상의 경계는 거대분자를 구속할 수 있고, 하나 이상의 나노채널은 약 1000 nm 미만의 폭을 갖는 것인, 거대분자 분석 장치의 제작 방법을 교시한다.
상기 요약 뿐만 아니라 하기 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽으면 더 잘 이해된다. 본 발명의 예시를 위해, 도면에 본 발명의 예시적 실시양태를 나타내나; 본 발명은 개시된 특정 방법, 조성물 및 장치로 제한되지 않는다. 또한, 도면은 반드시 일정한 비례로 그려져야 하는 것은 아니다. 도면에서:
도 1A는 여기 광원에 의해 형광을 내는 관심있는 특성을 여기시킨 후, 광자 검출 장치에 의해 형광을 감지함으로써 나노채널을 통한 거대분자의 통과를 기록한 다음, 이 형광 신호를 거대분자의 길이에 따라 서로 관련시키는 것인, 나노채널 장치를 통한 거대분자 유동의 검출을 예시하고;
도 1B는 여기 광원으로부터의 광이 광자 검출기 아래로 통과시 관심있는 특성을 조명하고, 다시 검출기는 조명된 특성에 의해 방출된 임의의 광자를 모니터링하는 것인, 장치의 단면도를 예시하고;
도 2A는 거대분자를 슬릿을 통해 통과된 여기 발광에 노출시키고 슬릿 아래 나노채널에서 거대분자의 영역으로부터 형광 신호를 얻는, 나노채널 장치를 통한 거대분자 유동의 검출을 예시하고, 나노채널을 통한 거대분자의 유동에 의해 슬릿으로부터 형광 신호의 스트림을 수집할 수 있으며, 이는 거대분자의 길이에 따라 특징적 특성을 결정하는데 사용될 수 있고 (도 2B에 나타낸 바와 같음);
도 3은 슬릿을 사용하여 얻은 나노채널을 통한 거대분자 유동으로부터의 형광 신호가 데이터의 스트림을 생성할 수 있는 방법의 예를 예시하고;
도 3A는 채널을 따라 유동하는 분자의 형광 신호를 나타내고, 데이터 분석 알고리즘을 사용하여 거대분자의 개수 및 그의 길이를 결정할 수 있고;
도 3B는 도 3A에서 슬릿에 의해 통과하는 거대분자의 형광 신호 세기 대 시 간의 플롯을 예시하고, 도 3D는 도 3C에서 슬릿에 의해 통과하는 거대분자의 형광 신호 세기 대 시간의 플롯을 예시하고, 두 경우 모두에, 거대분자 크기의 분포에 관한 정보는 검출된 신호로부터 결정될 수 있고;
도 4A는 나노채널의 규정된 영역 상에 초점 맞춰진 여기 발광에 거대분자를 노출시키는, 나노채널 장치를 통한 거대분자 유동의 예를 예시하고, 이러한 실시양태에서, 조명되는 나노채널에서 거대분자의 영역으로부터 형광 신호를 얻고, 조명된 영역을 통한 거대분자의 유동에 의해 거대분자로부터 형광 신호의 스트림을 수집할 수 있으며, 이는 거대분자의 길이를 따라 특징적 특성을 결정하기 위해 사용될 수 있고 (도 4B);
도 5A는 칩 장치에 통합된 여기 조명원에 거대분자를 노출시키는, 나노채널 장치를 통한 거대분자 유동을 예시하고, 이 실시양태에서, 조명되는 나노채널에서 거대분자의 영역으로부터 형광 신호를 얻고, 조명된 영역을 통한 거대분자의 유동에 의해 거대분자로부터 형광 신호의 스트림을 수집하며, 이는 거대분자의 길이를 따라 특징적 특성을 결정하기 위해 사용될 수 있고 (도 5B);
도 6A는 나노채널이 캡에 의해 덮힌, 나노채널 장치에 의해 유동하고 적어도 부분적으로 신장되는 거대분자의 예를 예시하고, 신장 후 거대분자는 표면에 부착하고, 캡을 제거하고 (도 6B 참조), 거대분자의 신장된 영역을 노출시키고, 거대분자의 신장된 영역을 추가 분석, 프로세싱, 처리 등에 이용가능하게 하고;
도 7은 각 나노채널이 하나 이상의 나노채널에 연결된, 분지된 나노채널 네트워크를 예시하며, 거대분자가 네트워크를 통해 유동하기 때문에, 거대분자의 신 장 정도는 나노채널의 단면 치수의 함수이고, 거대분자가 3개의 연속적인 나노채널을 통해 유동하는 경우에, 이에 의해 그의 단면 직경이 변화하고 (D3 > D2 > D1), 거대분자의 신장 정도가 또한 변화할 것이고 (L3 < L2 < L1), 유사하게 거대분자 상의 관심있는 특성 간의 거리는 측정가능한 방법으로 변할 것이고 (T3 < T2 < T1);
도 8A는 많은 유체 나노채널 세그먼트를 가로지르는 표지된 거대분자의 예시이며, 여기서 세그먼트는 그리드-유사 패턴으로 배치되고, DNA 분자는 세그먼트를 가로질러 신장되고, 도 8B는 비선형 유체 나노채널 세그먼트를 가로지르는 표지된 거대분자를 나타내고;
도 9는 트렌치의 경계가 표면의 위상 패터닝에 의해 규정된 나노트렌치 (도 9A), 및 트랙의 경계가 표면 특성의 변화에 의해 규정된 나노트랙 또는 나노레인 (도 9B)에서 신장된 DNA 분자를 예시하고;
도 10은 나노채널 장치에서 신장된 거대분자를 예시하며, 여기서 캡 물질은 거대분자와 상호작용할 수 있는 작용제에 대해 투과가능한 것이나 거대분자는 나노채널 내에 존재하고, 이러한 투과가능한 캡은 또한 거대분자가 전처리된 나노채널에 들어가면 작용제가 거대분자와 상호작용하도록 나노채널을 작용제로 전처리하는데 사용될 수 있고;
도 11은 나노채널 네트워크의 다양한 배치를 예시하며, 나노채널이 서로 유체 소통하고 서로 평행하게 배치된 네트워크를 나타내고;
도 12A는 다양한 크기의 DNA 단편을 예시하고;
도 12B는 도 12A에서 박스내의 DNA 단편의 더 확대된 도면이고;
도 12C는 도 12A 및 12B의 박스내 DNA 단편에 대한 위치 함수로서 영상 세기를 나타내고;
도 13A는 변화하는 길이의 여러 표지된 DNA 단편을 나타내고;
도 13B는 도 13A의 DNA 단편에 대한 위치 함수로서 영상 세기를 나타내고;
도 14는 개시된 나노채널 장치 및 방법에 대한 2개 적용을 나타내며, 도 14의 좌측 패널은 거대분자의 집단을 특징화하기 위한 나노채널 장치의 사용을 나타내고, 여기서 특징화는 집단 내의 분자 크기 분포 또는 군 내의 특정 바이오마커 농도를 포함할 수 있고, 도 14의 우측 패널은 개별 분자 크기 및 단일 분자 상의 바이오마커의 공간 위치를 포함하는, 개별 분자를 특징화하기 위한 나노채널 장치의 사용을 나타내고;
도 15는 대표적 나노채널 장치의 개략도이고, 여기서 (A)는 샘플 입구를 나타내고, (B)는 장치 상에 배치된 나노채널을 나타내고, (C)는 나노채널을 통해 유동한 샘플을 수용하기 위한 폐기물 영역을 나타내고, (D)는 나노채널 장치 외부의 다른 장치, 기구 등과 전기적 연결 또는 다른 연결을 형성할 수 있는 구조물을 나타내고;
도 16은 나노채널 장치를 장치 외부의 다른 장치와 인터페이스로 연결하도록 정렬된 하나 이상의 연결부를 함유하는 플라스틱 하우징에 일치시킨 나노채널 장치의 개략도이고, 도 16은 또한 나노채널의 어레이의 개략도를 제공하며, 여기서 나노채널은 미세유체 뿐만 아니라 한 세트의 지주와 인터페이스로 연결되고, 지주는 거대분자가 나노채널에 들어가기 전에 하나 이상의 거대분자를 적어도 부분적으로 직선화할 수 있고;
도 17 및 18은 하전된 영역 및 하지되지 않은 영역을 갖는 표면 상에 형성된 패턴의 현미경사진이고; 하전된 영역은 인디케이터 분진으로 표시되고;
도 19는 거대분자가 거대분자의 입구 또는 도입에서 거대분자를 고정하는 작용을 하는 비드를 포함하고, 여기서 비드는 나노채널의 입구를 폐색하여 크기배열되는 것인, 나노채널 어레이를 나타낸다.
본 발명은 본 개시물의 부분을 형성하는 첨부된 도면 및 실시예와 함께 하기 상세한 설명을 참고로 하여 더 쉽게 이해될 수 있다. 본 발명은 본원에 기재되고/거나 나타낸 특정 장치, 방법, 적용, 조건 또는 파라미터로 제한되지 않고, 본원에서 사용되는 용어는 특정 실시양태를 예로서만 기술하기 위한 것이고, 청구된 발명을 제한하려는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 또한, 첨부된 청구항을 포함하는 명세서에서 사용된 단수 형태 "a," "an" 및 "the"는 복수를 포함하고, 특정 수치에 대한 언급은 달리 명확하게 언급되지 않는 한 적어도 상기 특정 수치를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "다수"는 1개 초과를 의미한다. 값의 범위를 나타내는 경우, 다른 실시양태는 한 특정 값 및/또는 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 앞에 "약"을 사용함으로써 값을 근사치로서 나타낸 경우, 특정 값이 다른 실시양태를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 모든 범위는 포함되고 조합가능하다.
명확성을 위해 별개의 실시양태의 문맥에서 본원에 기재된 본 발명의 특정 특성은 또한 단일 실시양태와 조합으로 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 반대로, 간결성을 위해 단일 실시양태의 문맥에 기재된 본 발명의 다양한 특성은 또한 개별적으로 또는 임의의 하위조합으로 제공될 수 있다. 또한, 범위에서 언급된 값에 대한 언급은 상기 범위 내의 각기 모든 값을 포함한다.
용어
본원에서 사용되는 용어 "채널"은 경계에 의해 규정된 영역을 의미한다. 이러한 경계는 물리적, 전기적, 화학적, 자성 등일 수 있다. 용어 "나노채널"은 특정 채널이 특정 치수의 나노스케일로 고려되는가를 명확하기 위해 사용된다.
본원에서 사용되는 용어 "생체분자"는 DNA, RNA, 단백질, 및 생물학적 기원의 다른 분자를 의미한다.
200 nm 미만의 직경을 갖는 나노채널은 이중-가닥 DNA 분자를 선형화하여, 분자가 그 자체 다시 구부려지는 것을 방지하고, 자유 용액에서 통상적으로 추정되는 천연 가우스 코일 배치를 완전히 불가능하게 하는 것으로 나타났다 (문헌 [Cao et al., APL, 2002a]). 이러한 형태적 구속은 단일 분자 DNA 분석을 위한 이상적 비히클이다 (문헌 [Cao et al., APL, 2002b]). 나노채널은 수백 킬로베이스 내지 메가베이스 크기 범위의 단편을 통상적으로 선형화하는 것으로 나타났다 (문헌 [Tegenfeldt et al., PNAS, 2004]). 더욱이, 나노스케일 환경의 유체 유동의 성질은 달리 긴 DNA 분자를 단편화하는 와류 및 많은 전단력을 불가능하게 한다. 이는 거대분자 선형 분석, 특히 특이적 프로브 또는 비특이적 바코딩 표지 체계를 갖는 게놈 구조적 패턴 변화 및 관심있는 특성, 예컨대 CpG 섬 클러스터의 후성게놈 바이오마커의 분자 분석에서 특히 가치있다.
이들 유리한 특징은 무손상 천연 DNA가 단편화 또는 서브클로닝 없이 사용되는, 긴 범위 선형 서열분석 적용의 가능성을 추가로 열었다. 또한, 평행 또는 인터우븐 나노채널이 30 cm만큼 길고 1 cm 당 수만개 초과의 채널의 밀도를 갖게 제작될 수 있기 때문에 리드 길이 또는 용량의 제한이 없다. 가장 중요하게는, 잘 제어된 제작 또는 자가-어셈블리 접근법에 의해 제조된, 동봉되거나 동봉되지 않은 나노채널에서 게놈 DNA과 같은 중합체의 포획 및 선형화는 마침내 단일 분자 수준에서 중합체의 양적 측정의 매우 바람직한 표준화를 허용할 것이다.
나노포어는 매우 낮은 영상비 (길이/직경)를 가지나 나노채널은 높은 영상비를 가지므로, 나노채널은 나노포어와 다르다. 전형적으로, 나노포어의 직경은 0.5 내지 1OO nm이나 길이는 오직 수 nm이다. 나노채널은 유사한 직경일 수 있으나, 길이는 1O nm 이상이다.
나노채널의 효과적인 직경은 나노채널 내부 중합체의 부분의 완전한 또는 거의 완전한 선형화를 확신하기 위해 분석되는 중합체의 회전 반경 및 지속 길이에 의해 지시된다. 반가요성 중합체 쇄는 자유 용액에서 Rg=(Lp/6)1/2 (여기서, L은 계산된 윤곽 길이이고, p는 중합체 쇄의 지속 길이임)로서 정의된 회전 반경을 갖는 무작위 코일로 감긴다. 16.5 ㎛ 길이의 λ-DNA 세그먼트 (대략 500 지속 길이를 함유함)는 대략 734 nm의 회전 반경을 갖는다 (문헌 [Chen, et al., Probing Single DNA Molecule Transport Using Fabricated Nanopores, Nano Letters, 2004, 4, 11, 2293-2298]). 4681개 염기쌍 이중-가닥 DNA 단편은 대략 280 nm의 회전 반경을 갖는다 (문헌 [Dietrich, et al., Advances in the Development of a Novel Method to be used in Proteomics using Gold Nanobeads, Ultrasensitive and Single-Molecule Detection Technologies, edited by Jorg Enderlein, et al., Proc. of SPIE Vol. 6092, 6092C (2006)]). 그러므로, 나노채널은 분석된 중합체 코일의 회전 반경의 2배보다 작은 직경을 가질 수 있다. 이러한 치수의 나노채널은 자유 변동 중합체 코일에 대해 엔트로피 격리를 발휘하기 시작하여, 신장 및/또는 선형화를 유발한다.
생물학적 분자, 예컨대 DNA 또는 RNA 단편은 긴 중합체이고, 그의 크기는 종종 불균일 생물학적 샘플에서 공지되지 않은 유의한 정보를 갖고 있다. 전기영동은 통상적으로 겔, 예컨대 아가로스 또는 폴리아크릴아미드를 사용하여 중합체의 변화하는 이동성을 기초로 다양한 분자량의 개별 중합체에 대해 사용된다. 큰 중합체 단편의 경우에, 분리 시간은 수시간 또는 심지어 수일이 걸릴 수 있다. 이 적용에서, 생체분자, 예컨대 DNA, RNA, 단백질 또는 다른 단일 분자는 거대분자라고 언급된다.
상기 기재된 바와 같이 충분히 작은 치수를 갖는 긴 나노채널은 엔트로피 격리를 통한 선형 형태의 이들 중합체 쇄를 신장하는데 효과적이며, 이는 그의 겉보기 윤곽 길이를 그의 개별 분자량과 양적으로 서로 관련되게 한다.
이는 유전독성 (특정 화합물 또는 화합물들에 의해 가해진 유전적 손상의 결정)과 같은 적용에서 특히 중요하고, 여기서 하나 이상의 중요한 염색체 DNA 단편의 크기 및 서열은 세포자멸 단계 및 독성 자극에 대한 노출 수준에 대한 중요한 정보를 갖고 있다. 유전독성 시험은 제약업계에서 특히 중요하며, 문헌 [Guidance For Industry S2B Genotoxicity: A Standard Battery for Genotoxicity Testing of Pharmaceuticals, International Conference on Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use, 1997]을 참조한다. 동일한 문헌을 참조하여, 제약업계에서 유전독성 시험은 (1) 박테리아에서 유전자 돌연변이에 대한 시험; (2) 포유동물 세포에 의한 염색체 손상의 세포형성 평가에 의한 시험관내 시험 또는 시험관내 마우스 림프종 tk 검정; 및 (3) 설치류 조혈 세포를 사용한 염색체 손상에 대한 생체내 시험을 포함한다. 따라서, 유전독성 시험을 효율적으로 수행하는 방법은 제약 산업에서 즉시 적용될 것이다.
DNA 단편의 크기의 결정은 상기 자극에 의해 직접 또는 간접적으로 유발되는 인자들이 긴 중합체와 상호작용하는 경우; 또는 손상이 특정 조건과 서로 관련하여 특정 위치에서 발생하는 경우에 추가 정보를 제공할 수 있다. 세포자멸 중에 염색체 DNA는 먼저 50 내지 300 kbp 크기의 단편으로 소화되는 것으로 보고되었다. 후속적 소화 단계는 < 1 kbp의 단편을 초래한다 (문헌 [Nagata et al., Cell Death and Diff. 2003]).
독성유전체학 영역에서, 단일 세포 전기영동 검정은 통상적으로 독성제, 예컨대 환경 독소, 방사선 또는 화학요법에서 사용되는 작용제에 의해 유도된 염색체 DNA의 손상을 평가하는데 사용된다. 혜성 검정이라고 불리는 전형적인 검정에서, 세포를 겔 매트릭스 내에서 용해시킨 후, DNA를 전기영동하고, 형광 염료로 염색한다.
전기영동 중에, DNA 단편은 세포로부터 멀리 이동하여 소위 혜성 꼬리의 형상을 생성한다. 혜성 꼬리의 기하학은 염색체 DNA 내의 이중 가닥 및 단일 가닥 파괴의 수와 관련되므로, 세포에 의해 경험되는 독성제에 대한 노출의 반양적 측정을 제공한다. 이 기술은 정의에 의해 단일 세포 분석을 제공하나, 표준화하는 것이 어렵고, 데이터는 해석을 필요로 한다. 또한, 염색체 DNA의 단편은 여전히 얽혀있고, 서로 분리될 수 없으므로, 파괴 위치 또는 개별 단편의 크기에 대한 정보를 불명확하게 만든다.
마지막으로, 방사선에 의해 유발된 DNA 손상 평가는 다른 중요한 분야이다. 다양한 형태의 방사선에 대한 우연한 노출의 경우 이외에, 모든 암 환자의 절반 이상은 나중에 방사선요법을 받는다. 종양 사멸에서 최대 유효성을 유지하면서 부작용을 최소화하는 정확한 방사선 용량을 결정하는 것이 과제이다. 전형적인 방사선 치료 계획은 30개 세션이나; 현재 실행에서, 치료 계획은 기본적으로 처음부터 무엇이 각 개인에 적절할 수 있는가가 아니라 소위 "평균" 환자에 대한 최선 치료로부터의 데이터를 기초로 설정된다. 방사선 종양학 분야에서 맞춤의약을 향해 방사선요법을 최적화하는 새로운 진단법 및 치료법을 발견하는 것이 우선해야 할 일이다.
분자 수준에서, 방사선요법은 DNA를 본질적으로 파괴함으로써 종양 세포를 사멸시킨다. 가치있는 피드백을 의사에 제공할 수 있는 방법으로 이 유전적 손상을 검출하는 것은 후속적 치료를 조절하는 것을 도울 수 있다. 현재 방사선 선량측정 검정에서, 어떤 것의 직접 양적 정보가 종양 내부 또는 주변 건강한 세포에서 일어나는 가와 상관없이 상대적으로 장황하고 느린 방식으로 노출후 게놈 손상 평가 및 세포 생존성을 종종 검정하였다.
방사선요법에 적용시, 나노채널 어레이 기재 장치는 게놈 DNA 샘플을 그의 천연 코일형성된 구조로부터 선형 형태로 물리적으로 풀고, 집단 특징, 예컨대 단편화 손상 정도를 분석할 수 있다. 이 방법은 종양 및 주변 조직으로부터 취한 DNA 샘플의 일체성 변화를 모니터링하고, 즉석 방식으로 손상을 정량하여, "기능성" 종양 정보에 의해 치료를 더 잘 인도할 수 있다.
한 측면에서, 본 발명은 표면, 및 표면에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하며, 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부 내에 존재하는 거대분자의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트 각각은 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 갖는 것인, 기판; 및 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 내용물의 적어도 일부의 광학 검사를 가능하게 할 수 있는 하나 이상의 표시창을 포함하는, 단일 신장된 거대분자를 조작할 수 있는 나노유체 장치를 제공한다.
몇몇 실시양태에서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 유체 나노채널 세그먼트는 서로 유체적으로 연결되지 않고, 몇몇 경우에 본질적으로 서로 평행하게 배치될 수 있다.
다른 실시양태에서, 또한 도 11에 나타낸 바와 같이, 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부는 서로 유체적으로 연결된다. 몇몇 이들 실시양태에서, 서로 유체적으로 연결된 유체 나노채널 세그먼트는 분지 패턴 또는 그리드 패턴으로 배치된다. 나노채널의 특정 패턴은 당업자에게 공지된 자가-어셈블리 기술에 의해 달성될 수 있다.
하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 몇몇 경우에 굽은 형태, 비틀린 형태이거나, 심지어 다양한 단면 치수를 가질 수 있다. 모든 나노채널의 단면 치수가 동일한 것은 아니고; 몇몇 경우에, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 다른 유체 나노채널 세그먼트의 단면 치수와 상이한 단면 치수를 포함하는 것으로 고려된다.
나노채널 세그먼트는 또한 상호연결되거나 심지어 다양한 단면을 가질 수 있는 것으로 고려된다 (도 11 참조).
본 발명에 적합한 기판에는 금속, 세라믹, 중합체, 유리, 규소, 반도체, 플라스틱, 유전체, SiGe, GaAs, ITO, 융합 실리카 등이 포함된다. 최적의 기판은 사용자 필요에 의해 지시될 것이다.
적합한 유체 나노채널 세그먼트는 약 500 nm 미만, 또는 약 200 nm 미만, 또는 약 100 nm 미만, 또는 약 50 nm 미만, 약 10 nm 미만, 약 5 nm 미만, 약 2 nm 미만, 또는 약 0.5 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는다.
유체 나노채널 세그먼트는 적합하게는 거대분자의 회전 반경의 약 2배 미만의 특징적 단면 치수를 갖는다. 몇몇 실시양태에서, 나노채널은 대략 거대분자의 지속 길이 이상의 특징적 단면 치수를 갖는다.
본 발명에 적합한 유체 나노채널 세그먼트는 약 100 nm 이상, 약 500 nm 이상, 약 1000 nm 이상, 약 2 ㎛ 이상, 약 5 ㎛ 이상, 약 10 ㎛ 이상, 약 1 mm 이상, 또는 약 10 mm 이상의 길이를 갖는다. 몇몇 실시양태에서, 유체 나노채널 세그먼트는 1 ㎤ 당 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 밀도로 존재한다.
본 발명의 표시창은 슬릿, 현창, 스퀘어 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 배치에서, 표시창은 제거가능하거나 또는 투과가능한 것이다 (도 10 참조). 투과가능한 창은 적합하게는 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 내용물을 유체 나노채널 세그먼트의 외부 환경과 유체 소통하도록 위치시킬 수 있다.
도 9A 및 9B에 나타낸 바와 같이, 유체 나노채널 세그먼트는 트렌치를 특징으로 할 수 있고, 몇몇 장치는 하나 이상의 트렌치의 적어도 일부를 덮을 수 있는 캡을 포함한다. 도 6을 참조한다. 몇몇 실시양태에서, 캡의 적어도 일부는 유체 나노채널 세그먼트에 존재하는 거대분자와 상호작용할 수 있는 가용성 분석대상물에 대해 투과가능한 것이거나 (도 10), 제거가능하거나 심지어 광학적으로 투명하다. 몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 거대분자는 유체 나노채널 세그먼트에서 적어도 부분적으로 신장되고, 캡이 제거된 후에도 여전히 실질적으로 신장된 형태로 남아있다. 도 6B를 참조한다.
다른 실시양태에서 (도 1), 유체 나노채널 세그먼트는 터널을 특징으로 하고, 몇몇 경우에 표면 화학을 갖는 하나 이상의 영역을 경계로 하는 대역을 특징으로 할 수 있다. 도 9B를 참조한다. 적합한 표면 화학은 소수성 종, 친수성 종, 계면활성제, 티올, 아민, 히드록실, 알콜, 카르보닐, 실란 등을 포함한다. 다른 표면 화학은 본원에 기재되어 있다.
하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 하나 이상의 유체 장치, 예컨대 도관, 펌프, 필터, 스크린, 폐색부, 겔, 히터, 스플리터, 저장부 등과 유체 소통하는 것으로 고려된다.
장치에서 사용하기에 적합한 거대분자는 중합체, 이중-가닥 DNA, 단일-가닥 DNA, RNA, 폴리펩티드, 생물학적 분자, 단백질 등을 포함한다. 적합한 중합체는 단독중합체, 공중합체, 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 분지된 공중합체, 덴드리머 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
특정 실시양태에서, 본 장치는 장치를 장치 외부의 하나 이상의 기구와 유체 소통하도록 위치시킬 수 있는 하나 이상의 커넥터를 포함하고; 적합한 기구는 펌프, 도관, 필터, 스크린, 겔, 히터, 폐색부, 스플리터, 저장부 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
기판의 표면에 실질적으로 평행하게 배치된 유체 나노채널 세그먼트를 통해 거대분자의 하나 이상의 영역의 적어도 일부를 전위시키는 것 (여기서 유체 나노채널 세그먼트는 거대분자의 영역의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트는 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 가짐); 유체 나노채널 세그먼트의 내용물의 적어도 일부의 광학 검사를 가능하게 할 수 있는 표시창을 통해, 나노채널을 통한 거대분자의 하나 이상의 영역의 전위와 관련된 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것; 및 모니터링된 신호를 거대분자의 하나 이상의 특징과 서로 관련시키는 것을 포함하는, 나노유체 장치를 사용하여 하나 이상의 거대분자를 특징화하는 방법이 또한 개시되어 있다.
청구된 방법은 또한 1종 이상의 생물학적 실재물을 관심있는 작용제 또는 작용제들, 이러한 작용제의 대사물질, 작용제의 염 등에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 작용제는 염료, 표지, 단백질, 효소, 프로브, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드 및 유사한 종을 포함한다.
노출은 작용제의 주입, 처리, 분무, 형질감염, 소화, 침지, 유동 또는 도포에 의해 달성된다. 예로서, 세포는 세포를 염료 작용제에 노출시키기 위해 염료 작용제를 함유하는 배지에서 일정 기간 동안 인큐베이션될 수 있다.
청구된 방법으로 적합하게 처리되는 생물학적 실재물은 세포로 제한되지 않고; 이러한 실재물은 또한 생물, 생물학적 분자, 단백질 등을 포함할 수 있다. 이러한 실재물의 구성성분은 또한 청구된 실재물로 처리될 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 방법은 또한 생물학적 실재물로부터 하나 이상의 거대분자를 단리하는 것을 포함한다. 단리는 당업자에게 공지된 수단에 의해 달성될 수 있다. 이러한 수단의 비제한적 목록은 예를 들어, 추출, 용해, 정제, 인상, 조작, 반응, 증류, 전기영동 등을 포함한다.
다양한 거대분자는 적합하게는 청구된 방법으로 처리된다. 몇몇 이들 거대분자는 단백질, 단일-가닥 DNA, 이중-가닥 DNA, RNA, siRNA 등을 포함한다. 중합체 및 다른 쇄-구조 분자가 또한 적합하게는 청구된 방법에서 사용된다.
방법에서 사용되는 거대분자는 또한 하나 이상의 거대분자를 2개 이상의 세그먼트로 분할될 수 있다. 몇몇 경우에, 이는 거대분자의 더 효율적인 프로세싱 또는 저장을 가능하게 한다.
거대분자의 분할은 레이저발사, 초음파처리, 화학적 처리, 물리적 조작, 생물학적 처리, 용해, 제한 등에 의해 달성된다. 당업자는 주어진 거대분자를 분할하거나 달리 세그먼트화하거나 짧게하는 적합한 방법을 알 것이다.
방법은 형광 표지, 방사성 표지, 자성 표지 또는 이들의 임의의 조합을 거대분자의 하나 이상의 영역에 결합시키는 것을 추가로 포함한다. 표지가 거대분자에 대해 또는 거대분자의 적어도 일부 또는 관심있는 다른 영역에 대해 특이적으로 상보적인 결합이 달성될 수 있다.
전위는 유체 유동, 자기장, 전기장, 방사선장, 기계력, 전기삼투력, 전기영동력, 동전기력, 온도 기울기, 압력 기울기, 표면 특성 기울기, 모세관 유동 또는 이들의 임의의 조합의 적용을 포함한다. 전위는 거대분자의 적어도 일부를 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부로 제어가능하게 이동시키고; 거대분자의 적어도 일부를 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부를 통해 제어된 속도 및 제어된 방향으로 이동시키는 것을 포함하는 것으로 고려된다.
모니터링은 표시, 분석, 플롯팅 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 신호 모니터링 방법은 당업자에게 명백할 것이다.
하나 이상의 모니터링된 신호는 광학 신호, 방사 신호, 형광 신호, 전기 신호, 자성 신호, 화학 신호 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
특정 실시양태에서, 신호는 전자 스핀 공명 분자, 형광 분자, 화학발광 분자, 방사선동위원소, 효소 기질, 비오틴 분자, 아비딘 분자, 전기 하전된 전이 분자, 반도체 나노결정, 반도체 나노입자, 콜로이드 금 나노결정, 리간드, 마이크로비드, 자성 비드, 상자성 입자, 양자 점, 발색성 기질, 친화성 분자, 단백질, 펩티드, 핵산, 탄수화물, 항원, 합텐, 항체, 항체 단편, 지질 또는 이들의 임의의 조합에 의해 생성된다.
몇몇 실시양태에서, 분자는 표지되지 않고 적외선 분광법, 자외선 분광법 또는 이들의 임의의 조합에 의해 모니터링된다.
신호는 형광, 화학발광, 인광, 생물발광 또는 이들의 임의의 조합을 유도하는 하나 이상의 여기 광원을 사용함으로써 생성된다. 적합한 여기 광원은 레이저, 가시광 광원, 적외선 광의 광원, 자외선 광의 광원 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
서로 관련시키는 것은 유체 나노채널 세그먼트에서 거대분자의 부분 또는 전체 신장에 의해 거대분자의 집단으로부터 독특한 거대분자 또는 그의 부분의 특성을 결정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 거대분자의 적어도 일부는 모니터링 중에 정지상태이다.
몇몇 경우에, 거대분자의 적어도 일부는 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부 내에서 1회 초과 전위된다. 이러한 전위는 주어진 거대분자의 동일한 영역의 다중 분석을 허용한다.
서로 관련시키는 것은 적합하게는 거대분자의 적어도 일부의 길이를 결정하고, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트 내에 한정된 거대분자의 적어도 일부의 겉보기 부분 신장된 길이를 결정하는 것을 포함한다. 겉보기 부분 신장된 길이는 부분 신장된 거대분자를 한정하는 유체 나노채널 세그먼트를 따라 선형 거리로 결정된다.
서로 관련시키는 것은 또한 거대분자의 1종 이상의 구성성분의 동일성을 결정하는 것, 또는 거대분자의 1종 이상의 구성성분의 서열을 결정하는 것, 또는 거대분자의 적어도 일부에 대한 하나 이상의 변형의 존재를 결정하는 것 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다.
서로 관련시키는 것은 자동화된 수단, 컴퓨터화된 수단, 기계적 수단, 수동적 수단 또는 이들의 임의의 조합에 의해 수행된다. 서로 관련시키는 것은 나노채널의 검출 영역을 통한 관찰된 신호 조정을 기초로 듀플렉스 핵산 분자를 특징화하기 위한 하나 이상의 알고리즘을 포함하고, 여기서 상기 알고리즘은 컴퓨터 판독가능한 매체에 존재한다.
거대분자의 하나 이상의 특징은 거대분자의 적어도 일부 상에 존재하는 하나 이상의 표적 특성인 것으로 고려된다. 적합한 표적 특성은 후성 인자, 예컨대 메틸화 패턴을 포함한다.
표적 특성은 또한 하나 이상의 특정 분자 서열, SNP, 반수체형, 반복 요소, 복제수 다형성, DNA 분자 상의 하나 이상의 유전자좌의 변화, 오픈 리딩 프레임, 인트론, 엑손, 조절 요소 또는 이들의 임의의 조합의 위치를 포함하는 하나 이상의 게놈 구조를 포함한다. 표적 특성은 또한 화합물/약물 결합 부위/복합체, DNA 복구 또는 절단 결합 부위/복합체, SiRNA 또는 안티-센스 뉴클레오티드 결합 부위/복합체, 전사/조절 인자 결합 부위/복합체, 제한 효소 결합/절단 부위/복합체, 또는 임의의 다른 유전자 조작된 또는 화학적으로 변형된 결합 부위/복합체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 본 방법은 거대분자를, 복제수가 공지된 제어 게놈 서열에 대해 상보적인 공지된 길이 L1의 제1 표지된 프로브, 및 관심있는 뉴클레오티드 서열에 대해 특이적인 공지된 길이 L2의 제2 표지된 프로브와 접촉시키고; 거대분자를 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부에 도입하고; 표지된 거대분자를 유체 나노채널 세그먼트 내에서 신장하고; 제1 표지된 프로브와 게놈 제어 서열 간의 결합 및 제2 표지된 프로브와 관심있는 뉴클레오티드 서열 간의 결합을 검출하고; 제1 표지된 프로브 (S1) 및 제2 표지된 프로브 (S2)에 상응하는 혼성화 신호의 총 길이를 확인하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
본 방법은 관심있는 뉴클레오티드 서열의 복제수를 계산하는 것을 추가로 포함한다. 복제수는 비율 N1 = S1/L1 및 N2 = S2/L2 (여기서, N1은 게놈 제어 서열의 복제수에 상응하고, N2는 관심있는 뉴클레오티드 서열의 복제수에 상응함)을 계산함으로서 계산된다. 제어 서열의 복제수는 정수이고, N2와 N1 간의 차이는 분석될 게놈에서의 비정상을 나타내는 것으로 고려된다.
방법은 제어 게놈 서열이 게놈 당 총 길이가 공지된 별개의 부분들을 포함하고, 관심있는 서열이 정상 유전자 당 길이가 공지된 별개의 부분들을 포함하고, N2와 N1 간의 유의한 차이가 게놈에서의 유전적 비정상을 나타내는 것을 추가로 고려한다.
몇몇 실시양태에서, 관심있는 뉴클레오티드 서열은 삼염색체-연결 염색체와 관련될 수 있고, 여기서 제어 게놈 서열은 삼염색체-연결 염색체 이외의 염색체로부터 유래되고, 대략 1.5의 N2/N1 비율은 삼염색체 유전자형을 나타낸다. 다른 실시양태에서, 관심있는 뉴클레오티드 서열은 게놈의 일부의 결실을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 관심있는 뉴클레오티드 서열은 반복 서열을 포함한다.
몇몇 측면에서, 본 방법은 제어 게놈 서열 및 관심있는 뉴클레오티드 서열이 주어진 게놈에 대해 동일하고, 존재하는 각 게놈의 각 양을 결정하기 위해 하나 이상의 상이한 게놈을 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트 내에서 분석하는 실시양태를 포함한다.
N2/N1 비율은 20％ 미만의 통계적 오차를 갖는 것으로 고려된다.
방법은 제어 게놈 서열 및 관심있는 뉴클레오티드 서열이 동일한 게놈으로부터 유래되거나, 제어 게놈 서열이 관심있는 뉴클레오티드 서열과 동일한 염색체로부터 유래되는 실시양태를 포함하는 것으로 추가로 고려된다.
본 방법은 소위 플랭킹된 프로브, 관심있는 뉴클레오티드 대역의 말단에서 샘플 뉴클레오티드의 영역 및 관심있는 뉴클레오티드 대역의 말단에서 제어 뉴클레오티드의 영역을 표지하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 방법은 샘플 및 제어 뉴클레오티드를 추가로 선형화하고, 뉴클레오티드가 신장함에 따라 제어 및 샘플 뉴클레오티드 상의 표지 간의 거리에 관한 추가 정보를 얻기 위해, (a) 표지된 뉴클레오티드를 적어도 실질적으로 신장하기에 충분한 단면 직경을 갖는 별개의 유체 나노채널 세그먼트로 표지된 뉴클레오티드를 도입하고, (b) 샘플 뉴클레오티드 및 제어 뉴클레오티드 각각 상의 표지 간의 거리를 결정하고, 단계 (a) 및 (b)를 1회 이상 반복하는 것을 추가로 포함한다.
이들 실시양태는 제어 및 샘플 뉴클레오티드 상의 표지 간의 거리를 비교함으로써 샘플 뉴클레오티드 상의 관심있는 대역의 길이를 결정하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 제어 및 샘플 뉴클레오티드 상의 표지 간의 거리 간의 차이는 샘플 뉴클레오티드 상의 관심있는 대역에서의 비정상을 나타낸다.
표면, 및 표면에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하며, 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부 내에 존재하는 거대분자의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트 각각은 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 갖는 것인, 기판을 포함하며; 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부는 하나 이상의 여기 광원에 의해 조명되는 것인, 장치가 추가로 제공된다.
적합한 유체 나노채널 세그먼트 및 그의 패턴 및 치수는 본원에 기재되어 있다. 적합한 기판은 또한 본원에 기재되어 있다.
몇몇 실시양태에서, 본 장치는 조명된 유체 나노채널 세그먼트와 조명원 사이에 배치된 표시창을 포함하며, 여기서 표시창은 슬릿을 포함하고, 몇몇 실시양태에서, 제거가능한 것으로 고려된다. 또한, 표시창은 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 내용물을 유체 나노채널 세그먼트의 외부 환경과 유체 소통하도록 위치시킬 수 있는 것으로 고려된다.
나노채널 세그먼트는 트렌치를 특징으로 하고, 트렌치는 본원에 기재되어 있다. 이러한 트렌치를 덮기에 적합한 캡은 또한 본원에 기재되어 있고, 하나 이상의 거대분자는 유체 나노채널 세그먼트에서 적어도 부분적으로 신장되고, 캡이 제거된 후에도 여전히 실질적으로 신장된 형태로 남아있는 것으로 고려된다.
유체 나노채널은 또한 표면 화학을 갖는 하나 이상의 영역을 경계로 하는 대역을 특징으로 하고, 상기 유체 나노채널은 본원에 기재되어 있다.
하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 하나 이상의 적합한 유체 장치와 유체 소통하고, 이는 본원에 기재되어 있고, 스크린, 폐색부, 겔, 히터, 스플리터, 저장부 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 장치는 하나 이상의 나노채널에 근접하게 놓인 하나 이상의 장애물을 포함한다. 이러한 장애물은 나노채널에 들어가는 거대분자의 능력을 향상시키기 위해 거대분자를 펴거나 또는 푸는 것을 도울 수 있다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 거대분자는 본원에 기재되어 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 장치는 장치를 장치 외부의 하나 이상의 기구와 유체 소통하도록 위치시킬 수 있는 하나 이상의 커넥터를 포함할 수 있다. 적합한 기구는 본원에 기재되어 있다.
장치에서 사용하기에 적합한 여기 광원은 레이저, 할로겐 광, 수은 램프, 적외선 광의 광원, 자외선 광의 광원, 다이오드, 도파관, 방사선 광원 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 장치는 여기 광원 광의 스펙트럼을 투과할 수 있는 하나 이상의 필터를 추가로 포함할 수 있다.
하나 이상의 여기 광원에 의해 조명된 하나 이상의 조명된 유체 나노채널 세그먼트의 일부는 하나 이상의 슬릿, 하나 이상의 원형 점, 타원형, 다각형 또는 이들의 임의의 조합인 것을 특징으로 한다.
적합한 여기 광원은 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부를 가로질러 스캔될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 장치는 하나 이상의 여기 광원을 포함한다.
장치는 적합하게는 하나 이상의 조명된 유체 나노채널 세그먼트 내로부터 유래된 광학 신호를 수용할 수 있도록 배치된 검출기를 포함한다.
적합한 검출기는 전하 결합 소자 (CCD) 검출 시스템, 상보성 금속-산화막 반도체 (CMOS) 검출 시스템, 포토다이오드 검출 시스템, 광-증폭 튜브 검출 시스템, 섬광 검출 시스템, 광자 계수 검출 시스템, 전자 스핀 공명 검출 시스템, 형광 검출 시스템, 광자 검출 시스템, 전기 검출 시스템, 사진 필름 검출 시스템, 화학발광 검출 시스템, 효소 검출 시스템, 원자간력 현미경법 (AFM) 검출 시스템, 주사 터널링 현미경법 (STM) 검출 시스템, 주사 전자 현미경법 (SEM) 검출 시스템, 광학 검출 시스템, 핵 자기 공명 (NMR) 검출 시스템, 근접장 검출 시스템, 전반사 (TIR) 검출 시스템, 패치 클램프 검출 시스템, 전기용량 검출 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
거대분자 분석 장치가 또한 개시되어 있다. 개시된 장치는 약 1000 nm 미만의 폭을 갖고, 하나 이상의 경계에 의해 한정되고, 거대분자의 적어도 일부를 선형 형태로 유지하기 위해 거대분자의 적어도 일부를 구속할 수 있는, 표면 상에 배치된 하나 이상의 나노채널을 포함한다.
나노채널은 적합하게는 약 10 nm 내지 약 10 cm, 또는 약 100 nm 내지 약 1 cm 범위의 길이를 갖는다. 나노채널은 직선, 평행, 상호연결, 굽은 또는 구부러질 수 있으나, 본 발명의 나노채널은 적합하게는 약 10 nm 내지 약 100 cm의 길이, 또는 약 100 nm 내지 약 10 cm, 또는 약 1 mm 내지 약 1 cm 범위의 길이의 하나 이상의 본질적으로 직선인 부분을 포함한다. 예로서, 청구된 발명은 나노채널이 표면 상에 앞뒤로, 방사체형 패턴으로 배열된 실시양태를 포함한다.
나노채널의 폭은 적합하게는 1000 nm 미만, 또는 500 nm 미만, 또는 50 nm 미만이다. 몇몇 실시양태에서, 나노채널은 적합하게는 약 10 nm 미만, 또는 약 5 nm 미만의 폭을 갖는다.
논의된 바와 같이, 본 발명에 따른 2개 이상의 나노채널은 상호연결될 수 있다. 나노채널은 일정한 단면을 가질 수 있거나, 사용자 필요에 의존하여 단면이 변할 수 있다.
본 발명의 나노채널을 한정하는 경계는 다양한 배치를 갖는다. 경계는 적합하게는 물리적 벽, 리지(ridge) 등일 수 있다. 대안으로, 경계는 전기 하전된 영역, 화학적으로-처리된 영역, 자기장 영역 등을 포함한다. 소수성 및 친수성 영역은 특히 적합한 경계로 고려된다. 몇몇 경우에, 경계는 상이한 물질, 예를 들어 유리, 플라스틱, 중합체 또는 금속으로부터 형성된다. 다른 실시양태에서, 경계는 자가-조립 단층 (SAM)에 의해 형성된다. 다른 실시양태에서, 나노채널은 역 구조이며, 여기서 노출된 표면은 나노채널의 경계를 한정하고 채널의 중앙 레인은 노출된 경계 표면과 질적으로 상이하다. 나노채널은 적합하게는 거대분자의 적어도 일부를 신장하거나 풀기 위해 거대분자의 적어도 일부를 한정할 수 있다. 예를 들어, 친수성 거대분자는 소수성 경계에 의해 결합된 나노채널 내에 위치 또는 배치에 의해 신장될 수 있다. 이 예에서, 거대분자는 경계에 의해 구속되고 신장될 것이다.
개시된 장치에 적합한 표면은 유리, 세라믹, 규소, 금속, 중합체 등을 포함한다. 표면은 사용자 필요에 따라 선택될 것이며, 당업자에게 명백한 바와 같이 특정 표면은 최적으로 이러한 표면 상의 경계 영역을 한정하는데 필요한 다양한 화학적 또는 다른 처리에 대해 수정될 수 있다.
청구된 장치는 또한 하나 이상의 나노채널의 적어도 일부 위에 배치된 표시창을 포함한다. 이러한 표시창은 하나 이상의 거대분자에 대해 투과가능한 것일 수 있다. 예로서, 표시창은 하나 이상의 구멍, 홀, 채널 또는 나노채널을 포함할 수 있고, 이들 중 임의의 것은 거대분자가 청구된 장치에서 삼차원으로 이동할 수 있게 할 것이다. 이러한 삼차원 배치는 거대분자를 수많은 방향으로 도입하고 루트를 정하게 하며, 몇몇 실시양태에서, 청구된 장치 내에서 거대분자의 다중 영역의 동시 관찰을 가능하게 한다.
개시된 발명은 또한 검출기를 포함한다. 이러한 검출기는 적합하게는 청구된 장치 내에서 분자로부터 나온 신호를 모니터링하거나 캡쳐할 수 있으며; 검출기는 CCD 카메라 또는 광자-개수기 장치를 포함한다.
청구된 발명은 또한 거대분자의 분석 방법을 제공한다. 상기 방법은 거대분자의 적어도 일부를 선형 형태로 유지하기 위해 거대분자의 적어도 일부를 구속할 수 있는 하나 이상의 나노채널을 갖는 표면 상에 하나 이상의 거대분자를 배치하고, 하나 이상의 나노채널 내에서 하나 이상의 거대분자의 적어도 일부를 신장시키기 위해 하나 이상의 거대분자를 원동력으로 처리하고, 하나 이상의 거대분자로부터 나온 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것을 포함한다.
거대분자는 적합하게는 분배, 적하, 유동 등에 의해 표면 상에 배치된다. 거대분자는 적합하게는 표면 상에 이들을 배치하는 것을 돕기 위해 유체, 예컨대 물, 버터 등에 담지된다. 담체 유체는 사용자 필요에 따라 선택되고, 적합한 담체 유체는 당업자에게 공지될 것이다.
몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 거대분자는 적어도 부분적으로 하나 이상의 나노채널 내에 배치된다.
적합한 원동력은 압력 기울기, 자기장, 전기장, 후진 메니스커스, 표면 장력, 열 기울기, 인력, 척력 등을 포함한다. 거대분자에 힘을 가하는 다른 방법은 당업자에게 공지될 것이며, 방법은 광학 트랩, 광학 집게, 물리적 프로브, 원자간력 현미경 등을 포함한다. 원동력은 일정하거나 변하거나 변경될 수 있고, 원동력의 진동수 및 세기는 사용자 필요에 의존할 것이다.
몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 거대분자는 분석을 위해 표면에 속박된다. 속박은 비오틴-아비딘 결합, 금과 티오기 간의 상호작용 및 항체-항원 또는 항체-에피토프 상호작용에 의해 달성될 수 있다. 당업자는 분자를 표면에 속박하는 적합한 방법을 알 것이다.
다른 실시양태에서, 거대분자는 동력에 의해 적어도 부분적으로 고정된다. 예를 들어, 거대분자는 한 말단에 비드를 포함할 수 있으며, 비드는 특정 나노채널의 단면보다 더 큰 직경을 갖는다. 이러한 거대분자로의 유체 유동의 적용은 나노채널의 적어도 일부로 연장된 거대분자를 고정하기 위해 거대분자의 비드가 나노채널의 한 말단에 부착되는 것을 초래할 것이다. 이러한 실시양태에서, 거대분자는 반대 원동력의 적용에 의해, 예를 들어 유체 유동장의 방향의 역전에 의해 나노채널로부터 방출될 수 있다. 자기장 및 전기장은 또한 적합하게는 거대분자를 나노채널에 고정하는데 사용되며, 장은 용이하게 역전되어, 이러한 고정된 거대분자를 자유롭게 한다. 이러한 방법으로, 주어진 세트의 나노채널은 주어진 거대분자를 수회 분석하기 위해 재사용되거나, 상이한 거대분자 또는 세트의 거대분자를 분석하기 위해 재활용될 수 있다.
거대분자로부터 나온 신호의 모니터링은 특히, 신호의 기록, 플롯팅 또는 표시에 의해 달성되고; 모니터링된 신호는 적합하게는 나노채널 내에서 실질적으로 선형 형태인 거대분자의 부분으로부터 유도된다. 모니터링은 표시창을 통해 또는 하나 이상의 거대분자에 직접 신호를 보냄으로써 수행될 수 있다.
개시된 방법은 또한 하나 이상의 나온 신호를 분석하는 것을 포함하며, 분석은 적합하게는 하나 이상의 모니터링된 신호를 하나 이상의 거대분자의 하나 이상의 특징과 서로 관련시키는 것을 포함한다. 서로 관련시키는 것은 예를 들어 특정 신호의 존재를 DNA의 세그먼트 상의 특정 돌연변이의 존재와 관련시키는 것을 포함할 수 있다.
거대분자 분석 장치의 제작 방법이 또한 제공된다. 이들 방법은 2개 이상의 경계의 배치에 의해 표면 상의 하나 이상의 나노채널을 한정하는 것을 포함하며, 여기서 하나 이상의 경계는 거대분자를 구속할 수 있고, 하나 이상의 나노채널은 약 1000 nm 미만의 폭을 갖는다.
본 방법에 의해 형성된 나노채널은 500 nm 미만, 100 nm 미만, 50 nm 미만, 또는 10 nm 미만의 폭을 가질 수 있다. 나노채널의 최적의 폭은 사용자 필요에 의해 및 연구중 거대분자에 의해 지시될 것이다.
경계의 배치는 특히 표면의 적어도 일부에 전기 하전 부여, 표면의 적어도 일부에 소수성 부여, 표면의 적어도 일부에 친수성 부여, 표면의 적어도 일부에 자성 부여 또는 이들의 임의의 조합에 의해 달성된다. 한 실시양태에서, 경계의 배치는 표면의 적어도 일부를 경계 또는 나노채널의 원하는 패턴에 대해 상보적인 표면 프로파일을 포함하는 표면 프로파일을 갖는 주형과 접촉시킴으로써 달성된다. 본 발명에 적합한 주형은 하나 이상의 나노스케일 특성을 포함하고, 당업자에게 공지된 방법에 의해 제작될 수 있다.
한 예시적 실시양태는 도 9B에 나타내며, 상기 도면은 표면 B (소수성 표면일 수 있음)의 경계 및 친수성일 수 있는 표면 또는 표면 B와 상이한 다른 표면인 표면 A의 레인에 의해 규정된 나노채널 또는 나노레인을 예시한다. 유사한 경계는 또한 나노채널 (예컨대 도 7에 나타낸 것)의 더 복잡한 패턴을 한정하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 나노채널을 포함하는 주형 또는 다른 기판은 소수성 화합물과 접촉될 수 있다. 그 후, 주형은 친수성 표면과 접촉되어, 경계로서 작용하는 표면 상의 소수성 패치 뒤에 남고, 주형 상의 나노채널 패턴에 상응하는 표면 상의 나노채널을 한정한다. 주형 또는 다른 패턴은 또한 전하 영역 또는 자기장을 수행하는데 사용될 수 있다. 이는 특히 주형을 전하-담지 종, 소수성 종, 친수성 종, 자성 종, 강자성 종 또는 이들의 임의의 조합과 접촉시킴으로써 달성된다. 예시적 패턴은 도 17 및 18에 나타내며, 하전된 영역에 결합된 기판에 걸쳐 인디케이터 분진을 산포하고 결합되지 않은 분진을 제거함으로써 기판 상에 전하 영역을 배치하고 상기 전하 영역을 강조함으로써 패턴을 생성하였다.
일반적 절차. 다양한 각도로 표제 샘플 웨이퍼에 의한 스퍼터링, CVD, 전자빔 증발에 의해 캡핑 물질의 침착을 제공하였다. 나노채널 직경을 감소시키고 캡을 제공하기 위해 이 단계를 사용하였다.
대부분의 경우에, SiO2의 100 내지 340 nm를 채널 개구에 침착하였다. 시험된 다양한 침착 조건으로 효과적인 밀봉을 달성하였다. 30 mTorr의 기체 압력에서, 약 900 W의 RF 힘, 및 1400 V의 DC 바이어스, 약 9 nm/분의 침착 속도를 달성하였다. 5 mTorr의 저압에서, 침착 속도는 추정된 17 nm/분으로 증가하였다. 5 mTorr에서 스퍼터링에 의해 나노채널 개구 상에 충전 물질을 침착하였다. 나노채널 어레이 및 장치의 제조에 대한 추가 상세한 내용은 미국 특허 출원 공개 제US 2004-0033515 A1호 및 제US 2004-0197843 A1호에서 찾을 수 있으며, 상기 문헌 각 각은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
실시예 1: 100 nm 트렌치 폭 및 100 nm 트렌치 높이를 갖는 다수의 평행 선형 채널을 갖는 규소 기판을 제공하였다. 상기 제공된 일반적 절차에 따라 이들 채널 개구를 5 mTorr 기체 압력에서 스퍼터링하였다. 완전히 밀봉되지 않음부터 완전히 밀봉됨까지 범위일 수 있는 나노채널 어레이를 제공하기 위한 스퍼터링 침착 시간은 10 내지 25분이었다. 이산화규소를 전자빔 (열) 증발기 (테메스칼(Temescal) BJD-1800)에 의해 기판 상에 침착하였다. 이산화규소 공급원 표적으로부터의 침착 빔에 대한 다양한 각도의 입사광으로 기판을 위치시키고; 침착 속도를 약 3 nm/분으로 설정할 수 있었으며; 밀봉 물질의 150 nm를 약 50분 내에 침착하였다. 채널 폭 및 높이를 각각 150 nm 미만 및 150 nm로 감소시키고, 얕은 접선 침착 각도를 제공함으로써 실질적으로 밀봉되도록 밀봉 물질의 침착 빔의 입사각을 변화시킬 수 있었다.
실시예 2: 이 실시예에서, 나노채널 어레이를 표면-변형제와 접촉시켰다. 진공 챔버 내에 폴리에틸렌 글리콜을 함유하는 표면-변형제 용액에서 실시예 1에 따라 제조된 나노채널 어레이를 침치하여, 채널의 습윤 및 처리를 촉진하고, 나노채널 내부에서 트랩핑될 수 있는 공기 버블을 탈기할 수 있었다.
실시예 3: 이 실시예는 나노유체 칩을 제공하기 위해 나노채널 어레이를 샘플 저장부에 제공하는 방법을 기술한다. 실시예 1의 일반적 절차에 따라 100 nm 폭, 100 nm 깊이 나노채널을 갖는 나노채널 어레이를 제조하였다. 나노채널 어레이를 포토레지스트로 스핀-코팅하고, 포토마스크로 영상화하여, 채널 어레이의 반 대 말단 상에 영역을 제공하였다. 나노채널 말단을 노출시키고 기판의 연부에서 채널의 반대 말단 상에 약 1 밀리미터 폭의 마이크로미터-깊이 저장부를 제공하기 위해, 반응성 이온 에칭을 사용하여 노출된 구역을 에칭하였다.
실시예 4: 이 실시예는 DNA를 분석하기 위해 DNA 거대분자를 함유하는 유체로 나노유체 칩을 충전하는 방법을 기술한다. 실시예 3의 나노채널 어레이의 저장부 중 하나와 유체 소통하도록 2 mm 직경의 원통형 플라스틱 샘플-전달 튜브를 위치시켰다. 전달 튜브를 외부 샘플 전달/수집 장치에 연결시키고, 이를 다시 압력/진공 생성 기구에 연결할 수 있었다. 모세관 작용을 사용하여 완충액으로 나노채널을 적셨다. 예를 들어 염색된 람다 파지 거대분자 (람다 DNA)를 함유하는 완충액을 전기장 (1 내지 50 V/cm)에 의해 나노채널 어레이에 도입하였으며; 용액 농도는 0.05 내지 5 ㎍/mL이었고, 람다 DNA를 염료 TOTO-1 (몰레쿨라 프로브즈(Molecular Probes), 미국 오리건주 유진 소재)에 의해 10:1 염기 쌍/염료의 비율로 염색하였다. 항점착제로서 사용된 0.1％ 선형 폴리아크릴아미드 및 0.1M 항산화제를 함유하는 0.5xTBE (pH 7.0의 트리스-보로아세테이트 완충제)로 염색된 DNA의 이 용액을 0.01 내지 0.05 ㎍/mL로 희석하였다.
실시예 5: 이 실시예는 나노채널 내에서 선형화된 DNA 전체 또는 거대분자의 실질적 부분을 영상화하는 방법을 기술한다. DNA 거대분자를 형광으로 표지하고, 실시예 4에서 논의된 절차에 따라 나노채널로 유동시켰다. 여기광 광원, 예컨대 100W 할로겐 램프를 60X 렌즈를 통해 나노채널 상으로 초점맞추고, 이에 의해 DNA 분자를 시야 범위 내에서 여기시켰다. TOTO-1 염료 분자로부터의 형광 광 방출을 렌즈를 통해 수집하고, 다이크로익 필터에 의해 반사시키고, TOTO-1에 의해 방출된 파장 밴드의 투과를 허용하는 필터를 통해 통과시켰다. CCD 카메라를 사용하여 광을 검출하였으므로, 시야 범위에서 DNA 분자의 영상을 생성하였다.
실시예 6: 이 실시예는 DNA 거대분자가 나노채널 내에서 선형화된 DNA 분자의 끝에서 끝까지의 물리적 길이보다 더 작은 검출 영역을 통해 통과할 때 DNA 거대분자를 검출하는 방법을 기술한다. DNA를 염색하고, 실시예 4에 기재된 바와 같이 나노채널로 유동시켰다. 여기광이 통과할 수 있는 좁은 슬릿을 규정함으로써 검출 영역을 구속하였다. 나노채널의 상부 상에 침착된 100 nm 알루미늄 필름을 사용하여 슬릿을 규정한 후, 사진석판술 및 염소 플라즈마 에칭을 사용하여 알루미늄에서 1 ㎛ 슬릿을 개방하였다. DNA가 알루미늄 슬릿 아래 나노채널의 부분을 통해 통과할 때, 여기광에 노출시키고, 이는 형광 광을 방출하였다. 실시예 5에 기재된 바와 같이 형광 방출을 수집하였으나, 광전자증배관 튜브 (PMT)를 사용하여 검출하였다. DNA 분자가 완전히 슬릿에 의해 통과할 때까지 PMT는 신호를 기록하였다. DNA가 슬릿을 지나 이동하는 속도 (전형적으로 1 내지 100 ㎛/초)를 신호가 검출된 시간 길이와 서로 관련시킴으로써, DNA 분자의 크기를 결정하였다.

Claims (198)

  1. 표면, 및 표면에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하며, 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부 내에 존재하는 거대분자의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트 각각은 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 갖는 것인, 기판; 및
    하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 내용물의 적어도 일부의 광학 검사를 가능하게 할 수 있는 하나 이상의 표시창
    을 포함하는, 단일 신장된 거대분자를 조작할 수 있는 나노유체 장치.
  2. 제1항에 있어서, 서로 유체적으로 연결되지 않은 다수의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 다수의 유체 나노채널 세그먼트가 본질적으로 평행한 장치.
  4. 제1항에 있어서, 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부가 서로 유체적으로 연결된 다수의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 서로 유체적으로 연결된 다수의 유체 나노채널 세그먼트가 분지 패턴으로 배치된 것인 장치.
  6. 제4항에 있어서, 서로 유체적으로 연결된 다수의 유체 나노채널 세그먼트가 그리드 패턴으로 배치된 것인 장치.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 굽은 형태인 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  8. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 비틀린 형태인 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  9. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 다양한 단면 치수를 갖는 것으로 기재된 것인 장치.
  10. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 다른 유체 나노채널 세그먼트의 단면 치수와 상이한 단면 치수를 포함하는 것인 장치.
  11. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 벌지(bulge), 팽창부, 범프, 포스트, 폐색부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  12. 제1항에 있어서, 기판이 금속, 세라믹, 중합체, 유리, 규소, 반도체, 플라스틱, 유전체, SiGe, GaAs, ITO, 융합 실리카 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  13. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 500 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  14. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 200 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  15. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 100 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  16. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 50 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  17. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 10 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  18. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 5 nm 미만의 특 징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  19. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 2 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  20. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 0.5 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  21. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 거대분자의 회전 반경의 약 2배 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  22. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 대략 거대분자의 지속 길이 이상의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  23. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 100 nm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  24. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 500 nm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  25. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 1000 nm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  26. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 2 ㎛ 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  27. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 5 ㎛ 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  28. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 10 ㎛ 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  29. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 1 mm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  30. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 10 mm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  31. 제1항에 있어서, 유체 나노채널 세그먼트가 1 ㎤ 당 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 밀도로 존재하는 것인 장치.
  32. 제1항에 있어서, 표시창이 슬릿을 포함하는 것인 장치.
  33. 제1항에 있어서, 표시창이 제거가능한 것인 장치.
  34. 제1항에 있어서, 표시창이 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 내용물을 유체 나노채널 세그먼트의 외부 환경과 유체 소통하도록 위치시킬 수 있는 것인 장치.
  35. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 트렌치를 특징으로 하는 것인 장치.
  36. 제35항에 있어서, 하나 이상의 트렌치의 적어도 일부를 덮을 수 있는 캡을 추가로 포함하는 장치.
  37. 제36항에 있어서, 캡의 적어도 일부가 유체 나노채널 세그먼트에 존재하는 거대분자와 상호작용할 수 있는 가용성 분석대상물에 대해 투과가능한 것인 장치.
  38. 제36항에 있어서, 캡이 제거가능한 것인 장치.
  39. 제36항에 있어서, 캡이 광학적으로 투명한 것인 장치.
  40. 제36항에 있어서, 하나 이상의 거대분자가 유체 나노채널 세그먼트에서 적어도 부분적으로 신장되고, 캡이 제거된 후에도 여전히 실질적으로 신장된 형태로 남아있는 것인 장치.
  41. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 터널을 특징으로 하는 것인 장치.
  42. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널이 표면 화학을 갖는 하나 이상의 영역을 경계로 하는 대역을 특징으로 하는 것인 장치.
  43. 제42항에 있어서, 표면 화학이 소수성 종, 친수성 종, 계면활성제, 티올, 아민, 히드록실, 알콜, 카르보닐 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  44. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 하나 이상의 유체 장치와 유체 소통하는 것인 장치.
  45. 제44항에 있어서, 유체 장치가 도관, 펌프, 필터, 스크린, 폐색부, 겔, 히터, 스플리터, 저장부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  46. 제1항에 있어서, 거대분자가 중합체, 이중-가닥 DNA, 단일-가닥 DNA, RNA, 폴리펩티드, 생물학적 분자 또는 이들의 임의의 조합인 장치.
  47. 제46항에 있어서, 중합체가 단독중합체, 공중합체, 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 분지된 공중합체, 덴드리머 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  48. 제1항에 있어서, 장치를 장치 외부의 하나 이상의 기구와 유체 소통하도록 위치시킬 수 있는 하나 이상의 커넥터를 추가로 포함하는 장치.
  49. 제48항에 있어서, 장치 외부의 하나 이상의 기구가 펌프, 도관, 필터, 스크린, 겔, 히터, 폐색부, 스플리터, 저장부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  50. 제1항에 있어서, 거대분자의 적어도 일부를, 나노채널 내의 거대분자의 적어도 일부의 신장을 가능하게 하기 위해 활성화된 표면, 비드 또는 이들의 임의의 조합의 사용에 의해 채널 내에서 유지시키는 것인 장치.
  51. 기판의 표면에 실질적으로 평행하게 배치된 유체 나노채널 세그먼트를 통해 거대분자의 하나 이상의 영역의 적어도 일부를 전위시키는 것 (여기서, 유체 나노채널 세그먼트는 거대분자의 영역의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트는 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 가짐);
    유체 나노채널 세그먼트의 내용물의 적어도 일부의 광학 검사를 가능하게 할 수 있는 표시창을 통해, 나노채널을 통한 거대분자의 하나 이상의 영역의 전위와 관련된 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것; 및
    모니터링된 신호를 거대분자의 하나 이상의 특징과 서로 관련시키는 것
    을 포함하는, 나노유체 장치를 사용하여 하나 이상의 거대분자를 특징화하는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 1종 이상의 생물학적 실재물을 1종 이상의 관심있는 작용제, 관심있는 작용제의 대사물질, 관심있는 작용제의 염 또는 이들의 임의의 조합에 노출시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  53. 제52항에 있어서, 1종 이상의 거대분자를 노출된 생물학적 실재물로부터 단리하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  54. 제52항에 있어서, 1종 이상의 생물학적 실재물을 1종 이상의 관심있는 작용제, 관심있는 작용제의 대사물질, 관심있는 작용제의 염 또는 이들의 임의의 조합에 노출시키는 것이 주입, 처리, 분무, 형질감염, 소화, 침지, 유동, 도포 또는 이 들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  55. 제52항에 있어서, 생물학적 실재물이 생물, 세포, 생물학적 분자, 단백질 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  56. 제52항에 있어서, 1종 이상의 거대분자를 노출된 생물학적 실재물로부터 단리하는 것이 추출, 용해, 정제, 인상, 조작, 반응, 증류, 전기영동 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  57. 제52항에 있어서, 하나 이상의 거대분자가 단백질, 단일-가닥 DNA, 이중-가닥 DNA, RNA, siRNA 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  58. 제52항에 있어서, 하나 이상의 거대분자를 2개 이상의 세그먼트로 분할하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  59. 제52항에 있어서, 분할이 레이저발사, 초음파처리, 화학적 처리, 물리적 조작, 생물학적 처리 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  60. 제51항에 있어서, 형광 표지, 방사성 표지, 자성 표지 또는 이들의 임의의 조합을 거대분자의 하나 이상의 영역에 결합하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  61. 제51항에 있어서, 전위가 유체 유동, 자기장, 전기장, 방사선장, 기계력, 전기삼투력, 전기영동력, 동전기력, 온도 기울기, 압력 기울기, 표면 특성 기울기, 모세관 유동 또는 이들의 임의의 조합의 적용을 포함하는 것인 방법.
  62. 제61항에 있어서, 전위가 거대분자의 적어도 일부를 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부로 제어가능하게 이동시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  63. 제61항에 있어서, 전위가 거대분자의 적어도 일부를 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부를 통해 제어된 속도 및 제어된 방향으로 이동시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  64. 제51항에 있어서, 모니터링이 기록, 표시, 분석, 플롯팅 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  65. 제51항에 있어서, 하나 이상의 신호가 광학 신호, 방사 신호, 형광 신호, 전기 신호, 자성 신호, 화학 신호 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  66. 제51항에 있어서, 신호를 전자 스핀 공명 분자, 형광 분자, 화학발광 분자, 방사선동위원소, 효소 기질, 비오틴 분자, 아비딘 분자, 전기 하전된 전이 분자, 반도체 나노결정, 반도체 나노입자, 콜로이드 금 나노결정, 리간드, 마이크로비드, 자성 비드, 상자성 입자, 양자 점, 발색성 기질, 친화성 분자, 단백질, 펩티드, 핵산, 탄수화물, 항원, 합텐, 항체, 항체 단편, 지질 또는 이들의 임의의 조합에 의해 생성하는 것인 방법.
  67. 제51항에 있어서, 분자를 표지하지 않고 적외선 분광법, 자외선 분광법 또는 이들의 임의의 조합에 의해 모니터링하는 것인 방법.
  68. 제51항에 있어서, 신호를 형광, 화학발광, 인광, 생물발광 또는 이들의 임의의 조합을 유도하는 하나 이상의 여기 광원을 사용하여 생성하는 것인 방법.
  69. 제68항에 있어서, 여기 광원이 레이저, 가시광 광원, 적외선 광의 광원, 자외선 광의 광원 또는 이들의 임의의 조합인 방법.
  70. 제51항에 있어서, 서로 관련시키는 것이 유체 나노채널 세그먼트에서 거대분자의 부분 또는 전체 신장에 의해 거대분자의 집단으로부터 독특한 거대분자 또는 그의 부분의 특성을 결정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  71. 제51항에 있어서, 거대분자의 적어도 일부가 모니터링 중에 정지상태인 방법.
  72. 제51항에 있어서, 거대분자의 적어도 일부를 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부 내에서 1회 초과 전위시키는 것인 방법.
  73. 제51항에 있어서, 서로 관련시키는 것이 거대분자의 적어도 일부의 길이를 결정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  74. 제51항에 있어서, 서로 관련시키는 것이 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트 내에 한정된 거대분자의 적어도 일부의 겉보기 부분 신장된 길이를 결정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  75. 제74항에 있어서, 겉보기 부분 신장된 길이를 부분 신장된 거대분자를 한정하는 유체 나노채널 세그먼트를 따라 선형 거리로 결정하는 것인 방법.
  76. 제51항에 있어서, 서로 관련시키는 것이 거대분자의 1종 이상의 구성성분의 동일성을 결정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  77. 제51항에 있어서, 서로 관련시키는 것이 거대분자의 1종 이상의 구성성분의 서열을 결정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  78. 제51항에 있어서, 서로 관련시키는 것이 거대분자의 적어도 일부에 대한 하나 이상의 변형의 존재를 결정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  79. 제51항에 있어서, 서로 관련시키는 것이 자동화된 수단, 컴퓨터화된 수단, 기계적 수단, 수동적 수단 또는 이들의 임의의 조합에 의해 수행되는 것인 방법.
  80. 제51항에 있어서, 서로 관련시키는 것이 나노채널의 검출 영역을 통한 관찰된 신호 조정을 기초로 듀플렉스 핵산 분자를 특징화하기 위한 알고리즘을 포함하고, 상기 알고리즘이 컴퓨터 판독가능한 매체에 존재하는 것인 방법.
  81. 제51항에 있어서, 거대분자의 하나 이상의 특징이 거대분자의 적어도 일부 상에 존재하는 하나 이상의 표적 특성을 포함하는 것인 방법.
  82. 제81항에 있어서, 표적 특성이 후성 인자를 포함하는 것인 방법.
  83. 제82항에 있어서, 후성 인자가 하나 이상의 메틸화 패턴을 포함하는 것인 방법.
  84. 제81항에 있어서, 표적 특성이 하나 이상의 게놈 구조를 포함하는 것인 방법.
  85. 제84항에 있어서, 게놈 구조가 하나 이상의 특정 분자 서열, SNP, 반수체형, 반복 요소, 복제수 다형성, DNA 분자 상의 하나 이상의 유전자좌의 변화, 오픈 리딩 프레임, 인트론, 엑손, 조절 요소 또는 이들의 임의의 조합의 위치를 포함하는 것인 방법.
  86. 제81항에 있어서, 표적 특성이 화합물/약물 결합 부위/복합체, DNA 복구 또는 절단 결합 부위/복합체, SiRNA 또는 안티-센스 뉴클레오티드 결합 부위/복합체, 전사/조절 인자 결합 부위/복합체, 제한 효소 결합/절단 부위/복합체, 또는 임의의 다른 유전자 조작된 또는 화학적으로 변형된 결합 부위/복합체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  87. 제51항에 있어서,
    거대분자를, 복제수가 공지된 제어 게놈 서열에 대해 상보적인 공지된 길이 L1의 제1 표지된 프로브, 및 관심있는 뉴클레오티드 서열에 대해 특이적인 공지된 길이 L2의 제2 표지된 프로브와 접촉시키는 것;
    거대분자를 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부에 도입하는 것;
    표지된 거대분자를 유체 나노채널 세그먼트 내에서 신장시키는 것;
    제1 표지된 프로브와 게놈 제어 서열 간의 결합 및 제2 표지된 프로브와 관심있는 뉴클레오티드 서열 간의 결합을 검출하는 것; 및
    제1 표지된 프로브 (S1) 및 제2 표지된 프로브 (S2)에 상응하는 혼성화 신호의 총 길이를 확인하는 것
    을 추가로 포함하는 방법.
  88. 제87항에 있어서, 비율 N1 = S1/L1 및 N2 = S2/L2 (여기서, N1은 게놈 제어 서열의 복제수에 상응하고, N2는 관심있는 뉴클레오티드 서열의 복제수에 상응함)을 계산함으로써, 관심있는 뉴클레오티드 서열의 복제수를 계산하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  89. 제87항에 있어서, 제어 서열의 복제수가 정수인 방법.
  90. 제87항에 있어서, N2와 N1 간의 차이가 게놈에서의 비정상을 나타내는 것인 방법.
  91. 제87항에 있어서, 제어 게놈 서열이 게놈 당 총 길이가 공지된 별개의 부분들을 포함하고, 관심있는 서열이 정상 유전자 당 길이가 공지된 별개의 부분들을 포함하고, N2와 N1 간의 유의한 차이가 게놈에서의 유전적 비정상을 나타내는 것인 방법.
  92. 제87항에 있어서, 관심있는 서열이 삼염색체-연결 염색체와 관련되고, 제어 게놈 서열이 삼염색체-연결 염색체 이외의 염색체로부터 유래되고, 대략 1.5의 N2/N1 비율이 삼염색체 유전자형을 나타내는 것인 방법.
  93. 제87항에 있어서, 관심있는 뉴클레오티드 서열이 게놈의 일부의 결실을 포함하는 것인 방법.
  94. 제87항에 있어서, 관심있는 뉴클레오티드 서열이 반복 서열을 포함하는 것인 방법.
  95. 제87항에 있어서, 제어 게놈 서열 및 관심있는 뉴클레오티드 서열이 주어진 게놈에 대해 동일하고, 하나 이상의 상이한 게놈이 존재하는 각 게놈의 각 양을 결정하기 위해 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트 내에서 분석하는 것인 방법.
  96. 제87항에 있어서, N2/N1 비율이 20％ 미만의 통계적 오차를 갖는 것인 방법.
  97. 제87항에 있어서, 제어 게놈 서열 및 관심있는 뉴클레오티드 서열이 동일한 게놈으로부터 유래된 것인 방법.
  98. 제87항에 있어서, 제어 게놈 서열이 관심있는 뉴클레오티드 서열과 동일한 염색체로부터 유래된 것인 방법.
  99. 제51항에 있어서, 관심있는 뉴클레오티드 대역의 말단에서 샘플 뉴클레오티드의 영역 및 관심있는 뉴클레오티드 대역의 말단에서 제어 뉴클레오티드의 영역을 표지하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  100. 제99항에 있어서, 샘플 및 제어 뉴클레오티드를 추가로 선형화하고, 뉴클레오티드가 신장함에 따라 제어 및 샘플 뉴클레오티드 상의 표지 간의 거리에 관한 추가 정보를 얻기 위해, (a) 표지된 뉴클레오티드를 적어도 실질적으로 신장하기에 충분한 단면 직경을 갖는 별개의 유체 나노채널 세그먼트로 표지된 뉴클레오티드를 도입하고, (b) 샘플 뉴클레오티드 및 제어 뉴클레오티드 각각 상의 표지 간의 거리를 결정하고, 단계 (a) 및 (b)를 1회 이상 반복하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  101. 제100항에 있어서, 제어 및 샘플 뉴클레오티드 상의 표지 간의 거리를 비교함으로써 샘플 뉴클레오티드 상의 관심있는 대역의 길이를 결정하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  102. 제101항에 있어서, 제어 및 샘플 뉴클레오티드 상의 표지 간의 거리 간의 차이가 샘플 뉴클레오티드 상의 관심있는 대역에서의 비정상을 나타내는 것인 방법.
  103. 표면, 및 표면에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 하나 이상의 유체 나노채 널 세그먼트를 포함하며, 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트는 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부 내에 존재하는 거대분자의 적어도 일부를 함유하여 이를 신장시킬 수 있고, 유체 나노채널 세그먼트 각각은 약 1000 nm 미만의 특징적 단면 치수 및 약 10 nm 이상의 길이를 갖는 것인, 기판
    을 포함하며; 여기서 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부는 하나 이상의 여기 광원에 의해 조명되는 것인, 장치.
  104. 제103항에 있어서, 서로 유체적으로 연결되지 않은 다수의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하는 장치.
  105. 제104항에 있어서, 다수의 유체 나노채널 세그먼트가 본질적으로 평행한 장치.
  106. 제103항에 있어서, 적어도 일부가 서로 유체적으로 연결된, 다수의 유체 나노채널 세그먼트를 포함하는 장치.
  107. 제106항에 있어서, 서로 유체적으로 연결된 다수의 유체 나노채널 세그먼트가 분지 패턴으로 배치된 것인 장치.
  108. 제106항에 있어서, 다수의 유체 나노채널 세그먼트가 그리드 패턴으로 서로 유체적으로 연결된 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  109. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 굽은 형태인 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  110. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 비틀린 형태인 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  111. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 유체 나노채널 세그먼트의 길이를 따라 변화하는 단면 치수를 갖는 것으로 기재된 것인 장치.
  112. 제106항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 다른 유체 나노채널 세그먼트의 단면 치수와 상이한 단면 치수를 포함하는 것인 장치.
  113. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 벌지, 팽창부, 범프, 포스트, 폐색부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  114. 제103항에 있어서, 기판이 금속, 세라믹, 중합체, 유리, 규소, 반도체, 플라스틱, 유전체, SiGe, GaAs, ITO, 융합 실리카 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  115. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 500 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  116. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 200 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  117. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 100 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  118. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 50 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  119. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 10 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  120. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 5 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  121. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 2 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  122. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 0.5 nm 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  123. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 거대분자의 회전 반경의 약 2배 미만의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  124. 제1항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 대략 거대분자의 지속 길이 이상의 특징적 단면 치수를 갖는 것인 장치.
  125. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 100 nm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  126. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 500 nm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  127. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 1000 nm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  128. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 2 ㎛ 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  129. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 5 ㎛ 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  130. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 10 ㎛ 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  131. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 1 mm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  132. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 약 10 mm 이상의 길이를 갖는 것인 장치.
  133. 제103항에 있어서, 유체 나노채널 세그먼트가 1 ㎤ 당 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 밀도로 존재하는 것인 장치.
  134. 제103항에 있어서, 조명된 유체 나노채널 세그먼트와 조명원 사이에 배치된 표시창을 추가로 포함하는 장치.
  135. 제134항에 있어서, 표시창이 슬릿을 포함하는 것인 장치.
  136. 제134항에 있어서, 표시창이 제거가능한 것인 장치.
  137. 제134항에 있어서, 표시창이 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 내용물을 유체 나노채널 세그먼트의 외부 환경과 유체 소통하도록 위치시킬 수 있는 것인 장치.
  138. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 트렌치를 특징으로 하는 것인 장치.
  139. 제138항에 있어서, 하나 이상의 트렌치의 적어도 일부를 덮을 수 있는 캡을 추가로 포함하는 장치.
  140. 제139항에 있어서, 캡의 적어도 일부가 유체 나노채널 세그먼트에 존재하는 거대분자와 상호작용할 수 있는 가용성 분석대상물에 대해 투과가능한 것인 장치.
  141. 제139항에 있어서, 캡이 제거가능한 것인 장치.
  142. 제139항에 있어서, 하나 이상의 거대분자가 유체 나노채널 세그먼트에서 적어도 부분적으로 신장되고, 캡이 제거된 후에도 여전히 실질적으로 신장된 형태로 남아있는 것인 장치.
  143. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 터널을 특징으로 하는 것인 장치.
  144. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널이 표면 화학을 갖는 하나 이상의 영역을 경계로 하는 대역을 특징으로 하는 것인 장치.
  145. 제144항에 있어서, 표면 화학이 소수성 종, 친수성 종, 계면활성제, 티올, 아민, 히드록실, 알콜, 카르보닐 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  146. 제103항에 있어서, 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트가 하나 이상의 유체 장치와 유체 소통하는 것인 장치.
  147. 제146항에 있어서, 유체 장치가 도관, 펌프, 필터, 스크린, 폐색부, 겔, 히터, 스플리터, 저장부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  148. 제103항에 있어서, 거대분자가 중합체, 이중-가닥 DNA, 단일-가닥 DNA, RNA, 폴리펩티드, 생물학적 분자 또는 이들의 임의의 조합인 장치.
  149. 제148항에 있어서, 중합체가 단독중합체, 공중합체, 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 분지된 공중합체, 덴드리머 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  150. 제103항에 있어서, 장치를 장치 외부의 하나 이상의 기구와 유체 소통하도록 위치시킬 수 있는 하나 이상의 커넥터를 추가로 포함하는 장치.
  151. 제150항에 있어서, 장치 외부의 하나 이상의 기구가 펌프, 도관, 필터, 스크린, 겔, 히터, 폐색부, 스플리터, 저장부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  152. 제103항에 있어서, 여기 광원이 레이저, 할로겐 광, 수은 램프, 적외선 광의 광원, 자외선 광의 광원, 다이오드, 도파관, 방사선 광원 또는 이들의 임의의 조합인 장치.
  153. 제103항에 있어서, 여기 광원 광의 스펙트럼을 투과할 수 있는 필터를 추가로 포함하는 장치.
  154. 제103항에 있어서, 하나 이상의 여기 광원에 의해 조명된 하나 이상의 조명된 유체 나노채널 세그먼트의 일부가 하나 이상의 슬릿인 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  155. 제103항에 있어서, 여기 영역이 하나 이상의 원형 점, 타원형, 다각형 또는 이들의 임의의 조합인 것을 특징으로 하는 것인 장치.
  156. 제103항에 있어서, 여기 광원이 하나 이상의 유체 나노채널 세그먼트의 적어도 일부를 가로질러 스캔될 수 있는 것인 장치.
  157. 제103항에 있어서, 하나 이상의 여기 광원을 추가로 포함하는 장치.
  158. 제103항에 있어서, 하나 이상의 조명된 유체 나노채널 세그먼트 내로부터 유도된 광학 신호를 수용할 수 있도록 배치된 검출기를 추가로 포함하는 장치.
  159. 제158항에 있어서, 검출기가 전하 결합 소자 (CCD) 검출 시스템, 상보성 금속-산화막 반도체 (CMOS) 검출 시스템, 포토다이오드 검출 시스템, 광-증폭 튜브 검출 시스템, 섬광 검출 시스템, 광자 계수 검출 시스템, 전자 스핀 공명 검출 시스템, 형광 검출 시스템, 광자 검출 시스템, 전기 검출 시스템, 사진 필름 검출 시스템, 화학발광 검출 시스템, 효소 검출 시스템, 원자간력 현미경법 (AFM) 검출 시 스템, 주사 터널링 현미경법 (STM) 검출 시스템, 주사 전자 현미경법 (SEM) 검출 시스템, 광학 검출 시스템, 핵 자기 공명 (NMR) 검출 시스템, 근접장 검출 시스템, 전반사 (TIR) 검출 시스템, 패치 클램프 검출 시스템, 전기용량 검출 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 장치.
  160. 약 1000 nm 미만의 폭을 갖고, 하나 이상의 경계에 의해 한정되고, 거대분자의 적어도 일부를 선형 형태로 유지하기 위해 거대분자의 적어도 일부를 구속할 수 있는, 표면 상에 배치된 하나 이상의 나노채널
    을 포함하는, 거대분자 분석 장치.
  161. 제160항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 10 nm 내지 약 10 cm 범위의 길이를 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  162. 제161항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 100 nm 내지 약 1 cm 범위의 길이를 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  163. 제161항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 10 nm 내지 약 100 cm 길이의 본질적으로 직선인 부분을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  164. 제161항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 100 nm 내지 약 10 cm 길이의 하나 이상의 본질적으로 직선인 부분을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  165. 제161항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 1 mm 내지 약 1 cm 길이의 하나 이상의 본질적으로 직선인 부분을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  166. 제160항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 500 nm 미만의 폭을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  167. 제160항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 100 nm 미만의 폭을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  168. 제160항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 50 nm 미만의 폭을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  169. 제160항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 10 nm 미만의 폭을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  170. 제160항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 약 5 nm 미만의 폭을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  171. 제160항에 있어서, 2개 이상의 나노채널이 연결된 것인 거대분자 분석 장치.
  172. 제160항에 있어서, 하나 이상의 나노채널이 변동 단면을 갖는 것인 거대분자 분석 장치.
  173. 제160항에 있어서, 2개 이상의 나노채널의 적어도 일부가 서로 평행하게 배향된 것인 거대분자 분석 장치.
  174. 제160항에 있어서, 경계가 물리적 벽, 전기 하전된 영역, 화학적으로-처리된 영역, 자기장 영역, 상이한 물질, 자가-조립 단층, 중합체 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  175. 제174항에 있어서, 경계가 소수성 영역, 친수성 영역 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  176. 제174항에 있어서, 경계가 정전기 하전된 영역을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  177. 제160항에 있어서, 표면이 유리, 세라믹, 규소, 금속, 중합체 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 거대분자 분석 장치.
  178. 제160항에 있어서, 하나 이상의 나노채널의 적어도 일부 위에 배치된 표시창을 추가로 포함하는 거대분자 분석 장치.
  179. 제178항에 있어서, 표시창이 하나 이상의 거대분자에 대해 투과가능한 것인 거대분자 분석 장치.
  180. 제160항에 있어서, 검출기를 추가로 포함하는 거대분자 분석 장치.
  181. 거대분자의 적어도 일부를 선형 형태로 유지하기 위해 거대분자의 적어도 일부를 구속할 수 있는 하나 이상의 나노채널을 갖는 표면 상에 하나 이상의 거대분자를 배치하는 것;
    하나 이상의 나노채널 내에서 하나 이상의 거대분자의 적어도 일부를 신장시키기 위해 하나 이상의 거대분자를 원동력으로 처리하는 것; 및
    하나 이상의 거대분자로부터 나온 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것
    을 포함하는, 거대분자의 분석 방법.
  182. 제181항에 있어서, 하나 이상의 거대분자를 배치하는 것이 분배, 적하, 유동 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  183. 제181항에 있어서, 하나 이상의 거대분자가 적어도 부분적으로 하나 이상의 나노채널 내에 배치된 것인 방법.
  184. 제181항에 있어서, 원동력이 압력 기울기, 자기장, 전기장, 후진 메니스커스, 표면 장력, 열 기울기, 인력, 척력 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  185. 제181항에 있어서, 원동이 광학 트랩, 광학 집게, 물리적 프로브, 원자간력 현미경 또는 이들의 임의의 조합에 의해 적용되는 것인 방법.
  186. 제184항에 있어서, 힘이 일정하거나 변하거나 또는 둘 모두인 방법.
  187. 제184항에 있어서, 힘이 주기적으로, 간헐적으로, 무작위로 또는 이들의 임의의 조합으로 변하는 것인 방법.
  188. 제181항에 있어서, 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것이 기록, 플롯팅, 표시 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  189. 제181항에 있어서, 하나 이상의 거대분자로부터 나온 하나 이상의 신호를 분석하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  190. 제181항에 있어서, 하나 이상의 모니터링된 신호를 하나 이상의 거대분자의 하나 이상의 특징과 서로 관련시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  191. 제181항에 있어서, 하나 이상의 거대분자로부터 나온 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것이 나노채널 내의 선형 형태의 거대분자의 부분으로부터 나온 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것을 포함하는 것인 방법.
  192. 제181항에 있어서, 하나 이상의 거대분자로부터 나온 하나 이상의 신호를 모니터링하는 것이 표시창을 통해 수행되는 것인 방법.
  193. 제181항에 있어서, 하나 이상의 분자가 표면에 속박되거나, 나노채널 내에 고정되거나 또는 둘 모두인 방법.
  194. 2개 이상의 경계의 배치에 의해 표면 상의 하나 이상의 나노채널을 한정하는 것을 포함하며, 여기서
    하나 이상의 경계는 거대분자를 구속할 수 있고,
    하나 이상의 나노채널은 약 1000 nm 미만의 폭을 갖는 것인, 거대분자 분석 장치의 제작 방법.
  195. 제194항에 있어서, 2개 이상의 경계의 배치가 표면의 적어도 일부에 전기 하전 부여, 표면의 적어도 일부에 소수성 부여, 표면의 적어도 일부에 친수성 부여, 표면의 적어도 일부에 자성 부여 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 방법.
  196. 제195항에 있어서, 2개 이상의 경계의 배치가 하나 이상의 경계에 대해 상보적인 표면 프로파일을 포함하는 표면 프로파일을 갖는 주형과 표면의 적어도 일부를 접촉시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  197. 제195항에 있어서, 2개 이상의 경계의 배치가 하나 이상의 나노스케일 특성을 포함하는 표면 프로파일을 갖는 주형과 표면의 적어도 일부를 접촉시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  198. 제196항에 있어서, 주형을 전하-담지 종, 소수성 종, 친수성 종, 자성 종, 강자성 종 또는 이들의 임의의 조합과 접촉시키는 것인 방법.
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