KR20110052692A - Creation of high density multidimensional addressable assemblies - Google Patents

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KR20110052692A
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Abstract

본 발명은 고밀도의 생성, 폴리머를 함유하는 핵염기의 기하학적으로 패터닝된 2차원과 3차원 어드레스가능한 어셈블리, 및 그것과 함께 융화되는 형상의 구성을 포함하는 구조의 분자 스케일 어셈블리를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 규정된 형상으로 형성되고, 상보적 단일 가닥 폴리핵염기를 나타내는 상보적 마스터 형상으로부터 생성되는 공유 부착 생체고분자를 포함하는 생산 아이템을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명은 광감응성 고체 기판 매트릭스에서 일정하게 오목한 형상 포메이션을 생성해서 셀프 어셈블리된 생체고분자 패턴을 부착하는 금속 기상 증착을 행하는 단계를 포함하는 생산 아이템 제조 방법을 제공한다.The present invention is directed to a method and apparatus for a molecular scale assembly of a structure comprising a high density production, a geometrically patterned two- and three-dimensional addressable assembly of a polymer containing nucleobase, and a configuration that is compatible with it. It is about. The present invention provides a method of making a production item comprising covalently attached biopolymers formed from a complementary master shape formed into a defined shape and exhibiting complementary single stranded polynucleobases. The present invention provides a method of manufacturing a production item comprising the step of producing a uniformly concave shape formation in a photosensitive solid substrate matrix and performing metal vapor deposition to attach a self-assembled biopolymer pattern.

Description

고밀도 다차원 어드레스가능한 어셈블리의 생성{CREATION OF HIGH DENSITY MULTIDIMENSIONAL ADDRESSABLE ASSEMBLIES}CREATION OF HIGH DENSITY MULTIDIMENSIONAL ADDRESSABLE ASSEMBLIES}

본 발명은 고밀도의 생성, 폴리머를 함유하는 핵염기의 기하학적으로 패터닝된 2차원과 3차원 어드레스가능한 어셈블리 및 그것과 함께 융화되는 형상의 구성을 포함하는 구조의 분자 스케일 어셈블리를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for a molecular scale assembly of a structure comprising a composition of high density production, geometrically patterned two- and three-dimensional addressable assemblies of polymer-containing nucleobases and shapes that are compatible with them. will be.

본 출원은 이하의 출원에 관한 것이며, 그 각각은 여기에 참고로 포함되어 있다: 2007년 3월 15일자로 제출된 미국 가출원 60/918,144; 2007년 8월 30일자로 제출된 미국 가출원 60/969,154; 2007년 11월 6일자로 제출된 미국 가출원 60/985,961; 2007년 11월 6일자로 제출된 US 출원 11/936,045; 2008년 2월 28일자로 제출된 미국 가출원 61/032,118; 2008년 3월 14일자로 제출된 PCT 출원 PCT/US08/57013; 2008년 4월 10일자로 제출된 미국 가출원 61/043,981; 2008년 4월 23일자로 제출된 미국 가출원 61/047,201; 2008년 4월 29일자로 제출된 미국 가출원 61/048,599; 2008년 6월 13일자로 제출된 미국 가출원 61/061,555; 2008년 8월 6일자로 제출된 미국 가출원 61/086,633.This application relates to the following applications, each of which is incorporated herein by reference: US Provisional Application No. 60 / 918,144, filed March 15, 2007; US Provisional Application No. 60 / 969,154, filed August 30, 2007; US Provisional Application No. 60 / 985,961, filed November 6, 2007; US Application 11 / 936,045, filed November 6, 2007; United States provisional application 61 / 032,118, filed February 28, 2008; PCT Application PCT / US08 / 57013, filed March 14, 2008; United States provisional application 61 / 043,981, filed April 10, 2008; US Provisional Application 61 / 047,201, filed April 23, 2008; US Provisional Application 61 / 048,599, filed April 29, 2008; United States provisional application 61 / 061,555, filed June 13, 2008; United States provisional application 61 / 086,633, filed August 6, 2008.

단일 가닥 차원 구성 기반(때때로 여기서 미합중국 멕시코주 앨버커키의 Incitor LLC의 상표인 "SSDC"로 칭함) 촉매의 생성은 나노스케일의 기하학적으로 정확하고, 재생성가능하고 유용한 방식으로 어셈블리되는 폴리핵염기에 발견되는 단일 가닥 DNA(ssDNA), 펩티드 핵산(PNA), 리보핵산(RNA), 또는 다른 어드레스(지금까지, 상술한 것 중 어느 하나)의 제작에 의존할 수 있다. 그러한 어드레스는 (i) 효소와 같은 트랜스바이오틱 촉매, (ii) 유용한 나노스케일 성분 및 디바이스의 2D 및 3D 구성, (iii) 초분자 어셈블리, (iv) 혼성화 기반 로컬화 및 어셈블리에 의존하는 다른 어셈블리, 및 (v) 어떤 그리고 모든 그러한 디바이스의 결합 발견 및 개발을 용이하게 하는 물리 화학적 그룹을 3차원(3D) 공간에 위치시키기 위해 왓슨-크릭 혼성화(Watson-Crick hybridization)를 통하여 상보적 폴리핵염기 프로브를 국부화시킨다.Generation of catalysts based on single stranded dimensions (sometimes referred to herein as "SSDC", a trademark of Incitor LLC of Albuquerque, Mexico, United States) is found in polynucleobases that are assembled in a nanoscale geometrically accurate, reproducible and useful manner. May be dependent on the construction of single-stranded DNA (ssDNA), peptide nucleic acid (PNA), ribonucleic acid (RNA), or other address (any one of the foregoing so far). Such addresses include (i) transbiotic catalysts such as enzymes, (ii) 2D and 3D configurations of useful nanoscale components and devices, (iii) supramolecular assemblies, (iv) other assemblies that rely on hybridization-based localization and assembly, And (v) complementary polynucleobase probes via Watson-Crick hybridization to place physicochemical groups in three-dimensional (3D) space that facilitate the discovery and development of binding of any and all such devices. Localize.

여기에 기술된 바와 같이 그리고 여기에 포함된 적용에 있어서 SSDC는 이 방식에서 생각되고, 적용되고 수행될 때 큰 스케일로 그리고 나노미터로 재생성가능하게 정확한 폴리핵염기의 고밀도 3D 어드레스가능한 어레이를 제조할 수 있는 기술에 의존할 수 있다. 그러한 관련 기술은 (1) 광 전자 빔 리소그래피, (2) 3D 패턴이 상변화를 통해 액체 또는 콜로이드로부터 고체로 복제되는 소프트 리소그래피, (3) 링커를 통해 부착된 물리 화학적 그룹을 갖는 폴리핵염기 프로브, (4) 상보적 그리고 "미러 이미지" 폴리핵염기 패턴 복제, 및 이 문서를 위해 (5) 제작의 각 스테이지에서 3D 고밀도 어드레스의 파라미터를 초기에 그리고 궁극적으로 규정하는 폴리핵염기의 셀프 및/또는 다이렉티드 어셈블리를 포함할 수 있다.As described herein and in the applications included herein, SSDC is conceived in this manner and will produce a high density 3D addressable array of polynucleobases reproducibly accurate at large scale and at nanometers when applied and performed. You can rely on your skills. Such related techniques include (1) photoelectron beam lithography, (2) soft lithography in which 3D patterns are replicated from liquids or colloids to solids via phase changes, and (3) polynucleobase probes with physicochemical groups attached through linkers. , (4) complementary and "mirror image" polynucleobase pattern duplication, and for this document (5) self and // of polynucleobases initially and ultimately defining the parameters of 3D high density addresses at each stage of production. Or a directed assembly.

여기에 기술된 바와 같이 그리고 여기에 포함된 적용에 있어서 SSDC는 주형의 구성으로 시작될 수 있고, 그 성분은 포지티브 및 네거티브 구조의 고체 재료의 3D 파운데이션 및 상기 파운데이션의 컨투어(contours)에 일치하는 리소그래피된 폴리핵염기를 포함한다. 이 구성은 스케일된 양의 복제를 용이하게 하는 재료를 사용하여 주형의 파운데이션 형상 및 폴리핵염기 시퀀스의 미러 이미지 패턴 복제에 의해 생성될 수 있는 제조 플랫폼의 다수의 제작을 위한 기초의 역할을 한다. 주형 제작의 방법은 주형 생성의 목적이 이전 마스터 및 후속 플랫폼에 상보적인 시퀀스 어드레스의 골격(backbone) 기반 리소그래피이므로 초기 스테이지 마스터로부터의 폴리핵염기 패턴 복제에 기초되거나 기초되지 않을 수 있다.As described herein and in the applications included herein, SSDC can begin with the construction of a mold, the components of which are lithographically matched to the 3D foundation of the solid material of positive and negative structures and the contours of the foundation. Polynucleobases. This configuration serves as the basis for the fabrication of many of the fabrication platforms that can be generated by mirror image pattern replication of the foundation shape of the mold and polynucleobase sequences using materials that facilitate scaled amounts of replication. The method of template fabrication may or may not be based on polynucleobase pattern replication from the initial stage master since the purpose of template creation is backbone based lithography of sequence addresses complementary to previous master and subsequent platforms.

도 1은 폴리핵염기 시퀀스 및 기하학적 형상 기반 패턴 복제의 2D 도면이다. 마스터 파운데이션(파스텔)은 폴리핵염기 가닥의 리소그래피 및/또는 어셈블리를 지지하는 재료(카디널(cardinal))로 코팅된 디프레션(depression)으로 컨투어된다. 좌측 영구주형(옐로우 온 블루(yellow-on-blue); 레드로 마운팅된(mounted) 폴리핵염기)은 리소그래피된 마스터 패턴의 상보적 염기 및 복제의 혼성화로 구성된다. 우측 플랫폼은 폴리핵염기 시퀀스 & 패턴 기하학과, 3D 컨투어 및 형상이 "미러 이미지" 포맷으로 재생성된다는 점에서 마스터로부터의 주형의 것과 유사한 방식으로 제조된다. 주형은 플랫폼 상에 요구되는 어드레스와 혼성화되고, 후자는 임프레션 몰딩(impression molding), 박막(도시된 바와 같이, 퍼플(purple), 애쉬(ash), 그린, 해칭된 층의 오버레이), 및 다른 기술을 통해 제작된다.1 is a 2D diagram of polynucleobase sequence and geometry based pattern replication. The master foundation (pastel) is contoured with a depression coated with a material (cardinal) that supports lithography and / or assembly of polynucleobase strands. The left permanent template (yellow-on-blue; red mounted polynucleobase) consists of hybridization of the complementary base and replication of the lithographic master pattern. The right platform is made in a manner similar to that of the template from the master in that the polynucleobase sequence & pattern geometry and the 3D contour and shape are reproduced in a "mirror image" format. The molds are hybridized with the required addresses on the platform, the latter with impression molding, thin films (purple, ash, green, overlay of hatched layers, as shown), and other techniques. Is produced through.

SSDC 기반 플랫폼 촉매는 통상 제조 플랫폼인 인클로저 내에서 촉매를 용이하게 하는 물리 화학적 그룹의 3D 공간 내의 정밀한 로컬화에 의존할 수 있다. 그러한 그룹은 통상 플랫폼 내에서 상보적 폴리핵염기 어드레스로 혼성화되는 폴리핵염기 프로브의 골격에 부착되는 링커의 종단부에 있다. 어드레스의 기하학적 패턴(기술된 제조 방식에 기초된 주형으로부터의 성공적인 재생성의 기능으로서)은 촉매 그룹의 3D 오리엔테이션 및 공간 위치를 결정한다. 이와 같이, (i) 스케일된 촉매 생성물의 성공적인 생성, (ii) 그 활동의 조건, (iii) 신뢰성있는 제조 및 복제, 및 (iv) 엘리먼트 및 벡터 분석을 통한 정확한 모델링과 컴퓨터 프로그램을 통해 일반적으로 착수되는 다른 수단은 바람직하게는 중요한 양상으로서의 기하학적 패턴을 반복하면서 폴리핵염기의 패턴의 초기 스테이지 생성에 모두 크게 의존하며, 그 어셈블리는 기술된 바와 같이 원래 마스터 또는 제조 주형 상으로의 리소그래피에 따른다.SSDC based platform catalysts may rely on precise localization within the 3D space of physicochemical groups that facilitate catalysts in enclosures which are typically fabrication platforms. Such groups are typically at the ends of linkers attached to the backbone of polynucleobase probes that hybridize to complementary polynucleobase addresses in the platform. The geometric pattern of the address (as a function of successful regeneration from the template based on the described fabrication method) determines the 3D orientation and spatial position of the catalyst group. As such, through (i) successful production of scaled catalyst products, (ii) conditions of its activity, (iii) reliable production and replication, and (iv) accurate modeling and computer programming through element and vector analysis Other means undertaken are all highly dependent on the initial stage generation of the pattern of polynucleobases, preferably repeating the geometric pattern as an important aspect, the assembly of which is lithography onto the original master or manufacturing template as described.

도 1은 폴리핵염기 시퀀스 및 기하학적 형상 기반 패턴 복제의 2D 도면이다.
도 2는 스퀘어 해치 패턴(square hatch pattern) 및 대시 어드레스의 어셈블리의 개략도이다.
도 3은 6각형 패턴 및 인덴티드 어드레스(indented addresses)의 어셈블리의 개략도이다.
도 4는 스퀘어 해치 패턴으로부터 대시 어드레스(dashed addresses)의 최종 주형의 개략도이다.
도 5는 스퀘어 해치 패턴 및 대시 어드레스의 디자인의 개략도이다.
도 6은 레벨 1 포토마스크를 예시한다.
도 7은 레벨 2 포토마스크를 예시한다.
도 8은 레벨 1 포토마스크에 의한 노출 후의 코팅된 기판을 예시한다.
도 10은 잔존 감광성 재료의 제거 후의 동일 기판을 예시한다.
도 11은 레벨 2 포토마스크를 사용한 처리 후의 동일 기판을 예시한다.
도 12는 다른 코팅의 적용, 예를 들면 5 ㎚ Ti 및 15 ㎚ Au를 포함하는 코팅의 증착 후의 동일 기판을 예시한다.
도 13은 감광성 재료의 제거 후의 동일 기판을 예시한다.
도 14는 상기 처리 후의 기판의 평면도를 예시한다.
도 15는 상기 처리 후의 기판을 3d 도면을 예시한다.
도 16은 2차원의 불균일 촉매에 대한 SSDC 방식의 예이다.
도 17은 단일 이화 효소의 촉매 부위의 기하학적 근사를 나타낸다.
도 18은 촉매를 위한 보편적인 간극으로의 기하학적 근사의 변환을 나타낸다.
도 19는 보편적인 간극 파운데이션의 소프트 리소그래피를 위한 스탬프의 디자인을 나타낸다.
도 20은 소프트 리소그래피를 위한 스탬프(주형 어레이) 제작 및 준비를 나타낸다.
도 21은 소프트 리소그래피를 통한 플랫폼 제작을 나타낸다.
도 22는 2D 어드레스가능한 어레이의 DNA 위빙 기반 셀프 어셈블리를 나타낸다.
도 23은 3D 어드레스가능한 어레이의 DNA 기하학 기반 다이렉티드 어셈블리를 나타낸다.
도 24는 혼성화된 폴리핵염기 라이브러리로부터의 촉매 기능의 스태킹 컨포메이션(stacking conformation)을 나타낸다.
도 25는 기초 재료에 폴리핵염기를 마운팅하는 대표적인 방법을 나타낸다.
도 26은 어셈블리 제작 스킴(fabrication schemes)의 기능으로서 경계층 흐름을 나타낸다.
도 27은 어셈블리 레벨에서 경계층 흐름을 증진하도록 디자인된 장치를 나타낸다.
1 is a 2D diagram of polynucleobase sequence and geometry based pattern replication.
2 is a schematic diagram of an assembly of a square hatch pattern and a dash address.
3 is a schematic diagram of an assembly of hexagonal patterns and indented addresses.
4 is a schematic diagram of the final template of dashed addresses from a square hatch pattern.
5 is a schematic diagram of a design of a square hatch pattern and a dash address.
6 illustrates a level 1 photomask.
7 illustrates a level 2 photomask.
8 illustrates a coated substrate after exposure with a level 1 photomask.
10 illustrates the same substrate after removal of residual photosensitive material.
11 illustrates the same substrate after treatment with a level 2 photomask.
12 illustrates the same substrate after application of another coating, for example deposition of a coating comprising 5 nm Ti and 15 nm Au.
13 illustrates the same substrate after removal of the photosensitive material.
14 illustrates a plan view of the substrate after the treatment.
Fig. 15 illustrates a 3d view of the substrate after the above treatment.
16 is an example of SSDC scheme for two-dimensional heterogeneous catalyst.
17 shows a geometric approximation of the catalytic site of a single catalytic enzyme.
18 shows the conversion of the geometric approximation to a universal gap for the catalyst.
19 shows the design of a stamp for soft lithography of a universal gap foundation.
20 shows the preparation and preparation of a stamp (mold array) for soft lithography.
21 illustrates platform fabrication via soft lithography.
22 shows DNA weaving based self assembly of 2D addressable arrays.
23 shows a DNA geometry based directed assembly of a 3D addressable array.
FIG. 24 shows stacking conformation of catalytic function from hybridized polynucleobase libraries. FIG.
25 shows an exemplary method of mounting polynucleobases on a base material.
26 illustrates boundary layer flow as a function of assembly fabrication schemes.
27 illustrates an apparatus designed to promote boundary layer flow at the assembly level.

통상 중간 길이 ssDNA 올리고뉴클레오티드(100~1000 염기; 완전 연장에서 대략 50~500 ㎚ 길이)의 라이브러리가 디자인될 수 있으며, 이는 일정한 조건 하에서 셀프어셈블리의 결과적인 양상으로서 어드레스가능한 위치, 즉 혼성화되지 않은 폴리핵염기 부위의 기하학적 패턴을 반복하는 안정한 어셈블리를 자발적으로 형성한다. 이하에 기재된 의존 기술을 사용하면 지금까지 "어드레스가능한 어셈블리"라 칭해지는 폴리핵염기의 나노미터 정밀한 2D 및 3D 패턴은 마스터 및 주형의 리소그래피를 위해 고도의 균일성, 검증성 및 유용성으로 제작될 수 있다:Typically a library of medium length ssDNA oligonucleotides (100-1000 bases; approximately 50-500 nm long in full extension) can be designed, which under certain conditions addressable positions, i.e., unhybridized poly, as a result of self-assembly Spontaneously forms stable assemblies that repeat the geometric pattern of nucleobase sites. Using the dependent techniques described below, nanometer precise 2D and 3D patterns of polynucleobases, so far referred to as "addressable assemblies", can be fabricated with a high degree of uniformity, verifiability and utility for master and mold lithography. have:

1. 상보적 폴리핵염기 세그먼트의 왓슨-크릭 혼성화;1. Watson-Crick hybridization of complementary polynucleobase segments;

2. 어셈블리의 각 단계에서 최적화되어 관리되는 혼성화를 용이하게 하는 벌크 솔루션 조건;2. Bulk solution conditions to facilitate hybridization optimized and managed at each stage of the assembly;

3. 아트 수용체 리간드 기반 생화학 기술(art Receptor-Ligand based biochemical technology)에서의 표준;3. standards in art Receptor-Ligand based biochemical technology;

4. 셀프어셈블리 및 로컬화를 더 촉진하는 물리적 조건 및 물리적 구성 부분;4. Physical conditions and physical components to further facilitate self-assembly and localization;

5. 어셈블리의 리소그래피를 용이하게 하는 인터페이셜(interfacial), 정전 및 용제화 조건.5. Interfacial, electrostatic and solvation conditions to facilitate lithography of the assembly.

본 발명은, 기술된 바와 같이, (i) 원자력 또는 딥펜 나노리소그래피(DPN), (ii) 리시딩 멘시커스(receding mensicus) 또는 다른 위상차 기반 연장, 폴리핵염기의 신장 또는 스트레칭, (iii) iii의 달성을 위해 전기, 자기, 광학, 관성 및 다른 필드와 에너지의 사용, 그러한 필드가 폴리핵염기 가닥 또는 고체 물질 - 통상 가닥의 종단에 고정되고 광학 또는 자기 감수성을 갖는 비드 상에 작용하고 있는 것, (iv) 소망의 컨포메이션을 용이하게 하는 리소프래피된 패턴 내에 또는 상에서의 폴리핵염기 가닥의 연장, 또는 (v) 상기 비의존 기술에 관한 임의의 조합 또는 변동과 같이 적절히 기재된 각종 현재의 기술과 융화된다.The present invention, as described, includes: (i) nuclear or dippen nanolithography (DPN), (ii) receiving mensicus or other retardation based extension, elongation or stretching of polynucleobases, (iii) iii The use of electrical, magnetic, optical, inertial and other fields and energy for the accomplishment of, such fields being fixed on polynucleobase strands or solid materials—typically at the ends of the strands and acting on beads having optical or magnetic sensitivity a variety of current techniques as appropriately described, such as (iv) extension of the polynucleobase strand in or on a lithopic pattern that facilitates the desired conformation, or (v) any combination or variation with respect to the non-dependent technique. Is compatible with

도 2는 스퀘어 해치 패턴 및 대시 어드레스의 어셈블리의 개략도이다. 좌측에는 인접하는 가닥에 일정한 상보성을 갖는 직경 방향으로 대향하는 폴리핵염기(그레이 및 블루; 색은 시퀀스가 아닌 오리엔테이션을 언급함)가 도시되어 있다. 클로우즈 오버랩(close overlap)의 영역은 혼성화의 부위를 나타낸다. 우측에는 혼성화없는 부위에 상보적인 올리고염기(oligobases)의 위치(그레이 폴리핵염기에 대해서는 그린; 블루에 대해서는 레드)가 도시되어 있다. 모든 상보적 올리고염기는 동일 오리엔테이션에 있다.2 is a schematic diagram of an assembly of a square hatch pattern and a dash address. On the left is shown a diametrically opposed polynucleobase (grey and blue; color refers to orientation rather than sequence) with constant complementarity to adjacent strands. The region of close overlap indicates the site of hybridization. On the right is shown the location of oligobases complementary to the site without hybridization (green for gray polynucleobases; red for blue). All complementary oligobases are in the same orientation.

도 3은 6각형 패턴 및 인덴티드 어드레스의 어셈블리의 개략도이다. 좌측에는 도 2의 것에 대해 상이하게 인접하는 가닥 상보성을 갖는 직경 방향으로 대향하는 폴리핵염기가 도시되어 있다. 이전과 같이, 클로우즈 오버랩은 혼성화의 부위를 나타낸다. 우측에는 혼성화없는 부위에 상보적인 올리고염기의 위치(그레이에 대해서는 그린; 블루에 대해서는 레드)가 도시되어 있다. 근위 어드레스 블록(수직 방향) 내의 모든 상보적 올리고염기는 동일 오리엔테이션에 있다.3 is a schematic diagram of an assembly of a hexagonal pattern and an indented address. On the left is shown a diametrically opposed polynucleobase with differently adjacent strand complementarity to that of FIG. 2. As before, the close overlap represents the site of hybridization. On the right, the position of the oligobase complementary to the site without hybridization (green for gray; red for blue) is shown. All complementary oligobases in the proximal address block (vertical direction) are in the same orientation.

통상, 큰 시퀀스 풀 내에서, 예를 들면 폴리메라아제 체인 리액션(polymerase chain reaction)(PCR) 또는 부위 지향 돌연변이, 부위 특정 타겟팅, 마이크로어레이 등의 다른 프리머 기반 기술을 위해 하나의 어드레스만에 혼성화되는 프로브의 디자인은 올리고염기 길이에서 대략 21~27 염기의 시퀀스를 필요로 한다. 25-mer 어드레스가 적당하면 이때 상기 대표적인 어셈블리에서 일어나는 혼성화는 길이에 있어서 대략 12.5 ㎚이고 시퀀스 디자인과 의도된 어드레스 패턴에 의거된 유사한 또는 보다 작은 거리로 분리되는 혼성화되지 않은 부위보다 긴 25 염기 쌍의 기하학적으로 정밀한 그룹핑을 나타낸다.Typically, within a large sequence pool, hybridize to only one address, for example for polymerase chain reaction (PCR) or other primer based techniques such as site directed mutations, site specific targeting, microarrays, etc. The design of the probes required requires a sequence of approximately 21-27 bases in oligobase length. If a 25-mer address is appropriate then the hybridization that occurs in the representative assembly is approximately 12.5 nm in length and is longer than the unhybridized site of 25 base pairs separated by similar or smaller distances based on the sequence design and the intended address pattern. Geometrically precise groupings are shown.

이들 최종적인 어드레스가능한 어셈블리(보다 많은 2D 패턴 및 3D 형상이 생성될 수 있음)는 그러한 기술에 적절한 현재 기술 분야의 새롭고 잠재적으로 혁신적인 개선을 제공한다. 본 발명의 몇몇 예 적용이 이하에 기술되어 있다.These final addressable assemblies (more 2D patterns and 3D shapes can be created) provide new and potentially innovative improvements in the current art that are appropriate for such technology. Some example applications of the present invention are described below.

적용 A. 마이크로프로세서 산업에 관하여, 그러한 어셈블리로 리소그래피된 플랫폼은 포토리소그래피에서 최신식으로 스케일된 제조에 따른 최소 피처 사이즈의 차별화된 사이즈 유닛의 1/16을 포함한다. 즉, 심자외선 또는 이머젼-리소그래피에 의해 제작된 사이드 피처 상의 50 ㎚는 탄소 나노튜브 등의 부품 및 25-mer(12.5 ㎚) 올리고염기의 선상 골격(linear backbone)으로 기능화될 수 있는 100 분자보다 적은 전하 이동 또는 광소자의 사이즈의 16배이다. 간략히, 폴리핵염기의 3D 어드레스가능한 어셈블리를 생성하는 능력은 현재 가능한 구성 부품보다 10배 많은 마이크로프로세서를 생성하는 능력을 잠재적으로 제공한다. Application A. With respect to the microprocessor industry , a platform lithographically lithographically assembled with such assemblies includes 1 / 16th of the differentiated size units of the minimum feature size according to state-of-the-art scaled manufacturing in photolithography. That is, 50 nm on the side features fabricated by deep ultraviolet or immersion-lithography are less than 100 molecules that can be functionalized with components such as carbon nanotubes and the linear backbone of 25-mer (12.5 nm) oligobases. It is 16 times the size of charge transfer or optical element. Briefly, the ability to create 3D addressable assemblies of polynucleobases potentially provides the ability to generate 10 times as many microprocessors as currently available components.

적용 B. 초분자 어셈블리 및 보톰 -투-랍 스케일된 제작 산업에 관하여, 플랫폼은 이제 화학 반응이 변환 비율을 증가시키는 길이 스케일(단축에서: 도 2의 수평; 도 3의 수직)에 근접한다. 어드레스가능한 어셈블리에 의해 제공되는 정밀도 및 민첩에 의해 반응성 화학 기능을 배열하는 능력은 벌크 상, 또는 그러한 정밀도가 결여된 상간에서 상기 반응을 수행하는 스테레오 비특정한 양상(stereo non-specific aspect)을 제거한다. 프로브에 기능화된 그룹 및 적용가능 플랫폼 파운데이션에 있어서, 그러한 어드레스의 근접은 액상 벌크 스케일 합성 및 커플링 기반 어셈블리에도 필요한 많은 직교 보호를 위한 요구를 제거한다. Application B. With respect to the supramolecular assembly and the bottom -to-lob scaled manufacturing industry, the platform is now close to the length scale (in short: horizontal in FIG. 2; vertical in FIG. 3) where the chemical reaction increases the conversion rate. The ability to arrange reactive chemistry by the precision and agility provided by an addressable assembly eliminates stereo non-specific aspects of performing the reaction in bulk or between phases lacking such precision. . For functionalized groups and applicable platform foundations for probes, the proximity of such addresses eliminates the need for much orthogonal protection that is also required for liquid bulk scale synthesis and coupling based assemblies.

적용 C. 인터페이셜 및 주형 합성 산업에 관하여, 여기에 기술된 기술의 정밀도 및 규칙성을 나타내는 현재 어떤 "고밀도 어드레스가능한 어레이"도 존재하는 것으로 알려져 있지 않다. 현재 적용된 주형된 합성에서의 그러한 어셈블리 오더의 부재, 및 안정한 인터페이셜 조건 하의 그 적용의 부재는 액상에서의 합성의 요구에 의해 제조될 수 있는 생성물의 형태뿐만 아니라 추가적인 탈혼성화 및 리프로빙을 위한 주형의 재유용성을 보존하는 방식으로 반응기로부터의 폴리핵염기를 격리하는 현재 기술의 무능력으로 인해 수행될 수 있는 반응의 범위를 심하게 제한한다. Application C. With regard to the interfacial and templated synthesis industry, no "high density addressable arrays" are presently known that present the precision and regularity of the techniques described herein. The absence of such an assembly order in the currently applied molded synthesis, and the absence of its application under stable interfacial conditions, are not only in the form of products that can be produced by the requirements of synthesis in the liquid phase, but also for further dehybridization and reroving. Due to the inability of current techniques to sequester polynucleobases from reactors in a manner that preserves their reusability, they severely limit the range of reactions that can be carried out.

적용 D. 촉매를 필요로 하는 산업에 관하여, 초고밀도 및 기하학적으로 정밀한 어드레스가능한 어셈블리의 잠재적인 장점은 이하 그리고 다음 문서에서 커버된다. Application D. With regard to industries requiring catalysts, the potential advantages of ultra-high density and geometrically precise addressable assemblies are covered below and in the following documents.

본 발명의 대표적인 수행. 어드레스가능한 어셈블리의 개념, 디자인, 제작 및 리소그래피는 여기서 설명된다. 이전에 언급된 의존 기술: 하드(빔) 및 소프트(폴리머) 리소그래피, 혼성화 솔루션, 수용체 리간드 생화학적, 물리적(전자기, 관성 및 액체-기체 인터페이셜) 및 트라이볼로지컬(tribological)(IES: 고체-액체 인터페이셜, 정전 및 용제화) 매니지먼트는 예로서 포함된다. 어드레스가능한 어셈블리의 디자인을 원조하고 최적화하는 컴퓨터 기반 프로그램 및 알고리즘 등의 다른 의존 기술, 및 품질 결정을 위한 원자력, 스캐닝 또는 투과 전자 현미경(각각 AFM, SEM 및 TEM)의 요구는 본 명세서에 내재되어 있다. Representative implementation of the invention. The concept, design, fabrication and lithography of addressable assemblies are described herein. Dependent technologies previously mentioned: hard (beam) and soft (polymer) lithography, hybridization solutions, receptor ligands biochemical, physical (electromagnetic, inertial and liquid-gas interfaces) and tribological (IES: solid-) Liquid interfacial, electrostatic and solvent) management is included as an example. Other dependence techniques, such as computer-based programs and algorithms to assist and optimize the design of addressable assemblies, and the needs of nuclear, scanning or transmission electron microscopes (AFM, SEM and TEM, respectively) for quality determination are inherent in this specification. .

개념 - 영구적인 주형 생성. 이 실시예 구현에 있어서, 폴리핵염기 시퀀스와 패턴을 통한 플랫폼의 스케일된 제조 및 3D 형상 복제에 적절한 주형이 생성되는 것이 바람직하다. 주형은 대략 150 ㎚ 길고, 30 ㎚ 넓고 15 ㎚ 큰 치수를 갖는 종축을 따라 잘려진 실린더의 일반화된 형상을 각각 갖는 다수의(예를 들면, 10억) 동일한 볼록 연장의 어레이이다. 각 유닛 형상은 (1) 주형 유닛의 유용한 표면 영역, 즉 하프 실린더의 대부분의 표면 영역을 따르는 어드레스 부위를 최대화하며, (2) 표면 기능화, 폴리핵염기 골격 변형 및 용제화 매니지먼트를 통해 주형 유닛 상으로 어셈블리를 리소그래피하고, (3) 상보적 패턴 복제를 시작하는 능력, 즉 어셈블리가 "골격 사이드 다운" 및 "염기 포인팅 업워드" 로 리소그래피되는 것을 보존하는 방식으로 어드레스가능한 어셈블리의 "웨빙(webbing)"으로 커버되는 것이 바람직할 수 있다. Concept- the creation of a permanent template . In this embodiment implementation, it is desirable to create a template suitable for scaled fabrication and 3D shape replication of the platform via polynucleobase sequences and patterns. The template is an array of multiple (eg 1 billion) identical convex extensions each having a generalized shape of a cylinder cut along a longitudinal axis with dimensions approximately 150 nm long, 30 nm wide and 15 nm large. Each unit shape (1) maximizes the useful surface area of the mold unit, i.e., the address area along most of the surface area of the half cylinder, and (2) on the mold unit through surface functionalization, polynucleobase backbone modification and solventization management. "Webbing" of the addressable assembly in such a way as to preserve the ability to lithography the assembly and (3) to initiate complementary pattern replication, i. May be preferred.

주형이 스케일하게 제조되는 성공적인 스탬핑 기반 플랫폼에 견디는 탄성에 충분해지는 것을 보장하기 위해 그 재료는 Si(100)일 수 있고, 대부분의 높이 양상을 나타내는 10nm 티타늄 및 5nm 금으로 기상 증착된다. 주형 어레이는 생산성을 최대화하기 위해 양축 상에 50nm마다 150×30×15nm 실린더 형상으로 리소그래피되어야 한다. 100cm2 주형 어레이는 이때 대략 플랫폼 스탬핑의 배치(batch) 당 제조 능력에 대하여 마이크로몰을 나타내어야 한다.The material may be Si (100) and vapor deposited with 10 nm titanium and 5 nm gold, representing most of the height profile, to ensure that the mold is sufficient for elasticity to withstand successful stamping-based platforms that are manufactured to scale. The mold array must be lithographically lithographically 150x30x15nm on every axis to 50nm to maximize productivity. The 100 cm 2 template array should then exhibit approximately micromoles with respect to manufacturing capacity per batch of platform stamping.

도 4는 스퀘어 해치 패턴으로부터의 대시 어드레스의 최종 주형의 개략도이다. 볼록한 주형 유닛의 컨투어 맵(contour map)은 (P) 티오에이트 골격화된 25-mer 올리고 DNA(레드 및 그린)를 수용하기 위해 하드 캐스트 실리콘으로 제조되어 [Ti] 지지 [Au]로 코팅된다. ssDNA는 마스터 어셈블리에 의해 혼성화를 통한 주형 유닛 주위에 위치된다.4 is a schematic diagram of the final template of dash addresses from a square hatch pattern. The contour map of the convex template unit is made of hard cast silicone and coated with [Ti] support [Au] to accommodate (P) thioate skeletoned 25-mer oligo DNA (red and green). ssDNA is located around the template unit via hybridization by the master assembly.

스퀘어 해치 패턴으로 제작된 어드레스가능한 어셈블리를 사용하면, 도 2에서 처럼, 개별적으로 대략 12.5 ㎚ 이격된 12.5 ㎚ 긴 25-mer 어드레스는 일축 상의 150 ㎚ 긴 연장 또는 인클로저에 있어서 50 ㎚=12 어드레스 당 4 어드레스를 나타낸다. 30 ㎚ 직경으로서 반원은 그 주위에 리소그래피된 대략 4개의 어드레스를 수용할 수 있다. 따라서, 간단한 주형 유닛 상의 어드레스의 전체 수는 혼성화에 따른 대략 50 부위이다.Using an addressable assembly fabricated with a square hatch pattern, as in FIG. 2, an individual 12.5 nm long 25-mer address spaced approximately 12.5 nm apart is 4 per 50 nm = 12 address for a 150 nm long extension or enclosure on a single axis. Indicates an address. As 30 nm in diameter, the semicircle can accommodate approximately four addresses lithographically around it. Thus, the total number of addresses on the simple mold unit is approximately 50 sites following hybridization.

플랫폼 제조에 관하여, 주형에 리소그래피된 포스포로티오에이트 골격 ssDNA에 상보적인 폴리핵염기는 소프트 캐스트 폴리머로 전사되어 임프레션, 네거티브 형상을 형성하는 단시간의 캐스팅, 주형 DNA로부터 플랫폼 어드레스를 독립시키는 가열, 주형 어레이의 제거 및 플랫폼의 하드 캐스팅에 의해 임프린트된다.Regarding platform fabrication, polynucleobases complementary to the phosphorothioate backbone ssDNA lithography on the template are transcribed into soft cast polymers to produce impressions, short castings to form negative shapes, heating to separate platform addresses from template DNA, templates Imprinted by removal of the array and hard casting of the platform.

디자인 - 주형 어드레스가능한 어셈블리. 안정한 스퀘어 해치 패터닝된 어셈블리는 앵커 포인트가 특이 용제화 조건에 의해 정전 기반 위치 결정 및 최종 공유 결합 매개 리소그래피를 위한 어셈블리를 국부화하고 오리엔트한 채로 하프 실린더에 일치하도록 디자인된다. 리소그래피된 제품은 이하에 개략적으로 기술된다. Design - the mold Addressable Assembly. The stable square hatch patterned assembly is designed such that the anchor point is matched to the half cylinder while localizing and orienting the assembly for electrostatic based positioning and final covalent bond mediated lithography by specific solvent conditions. The lithographic product is outlined below.

도 5는 스퀘어 해치 패턴 및 대시 어드레스의 디자인의 개략도이다. 상부에는 주형 유닛 - 볼록한 하프 실린더 상에 위치된 대표적으로 단순화된 어셈블리(트렁게이티)가 도시되어 있다. 혼성화된 및 혼성화되지 않은 영역의 조합인 사전제작된 어셈블리는 3D로 주형 유닛의 제작된 형상에 일치하도록 디자인된다. 어셈블리(도시되지 않음)의 에지는 형상 보전의 손상을 방지하고 구조의 탄성을 추가하기 위해 올리고머로 밀봉된다. 하나의 중앙 가닥(다크 블루)의 5' 종단부 및 그 컴플리먼드(라이트 블루)의 3' 종단부는 10 ㎚ 스트렙타비딘 비드(머스타드)를 부착하기 위해 바이오티닐레이트된다(biotinylated). 저부에는 어드레스 부위가 리소그래프된(레드 및 그린) 최종 플랫폼의 상면도가 도시되어 있다. 리소그래프되거나 증착된 비오틴 앵커 포인트의 이전 위치는 플랫폼 유닛의 컨투어에 관한 참조를 위해 위치된다. 각각 25-mer 어드레스가능한 부위의 위치는 주형 주위의 어셈블리 상의 혼성화되지 않은 부위에 상보적이다.5 is a schematic diagram of a design of a square hatch pattern and a dash address. At the top is shown a representative simplified assembly (trunk) located on a mold unit-a convex half cylinder. The prefabricated assembly, which is a combination of hybridized and unhybridized regions, is designed to match the fabricated shape of the mold unit in 3D. The edges of the assembly (not shown) are sealed with oligomers to prevent damage to shape integrity and add elasticity to the structure. The 5 'end of one central strand (dark blue) and the 3' end of its complex (light blue) are biotinylated to attach 10 nm streptavidin beads (mustard). At the bottom is a top view of the final platform with the address area lithographic (red and green). The previous location of the lithographic or deposited biotin anchor point is positioned for reference to the contour of the platform unit. The location of each 25-mer addressable site is complementary to the unhybridized site on the assembly around the template.

적절한 형상의 생성. 도 6 내지 도 15는 각종 분자 구조를 만들기 위해 ssDNA 라인 또는 dsDNA 위브로 활성화될 수 있는 나노미터 & 미크론 스케일로 형상을 생성하는 하나의 방법을 예시한다. 도시된 공정은 결합 기판으로서 금을 나타내지만, 폴리머 또는 다른 재료 등의 다른 기판도 가능하다. 이 예는 구조 형상 또는 기판에 의해 제한되지 않지만, 예로서만 사용된다. 당업자는 예시된 공정의 변화를 통찰할 것이다. Generation of proper shape. 6-15 illustrate one method of generating shapes on a nanometer & micron scale that can be activated with ssDNA lines or dsDNA weaves to create various molecular structures. The process shown represents gold as a bonding substrate, but other substrates such as polymers or other materials are possible. This example is not limited by structural shape or substrate, but is used only as an example. Those skilled in the art will appreciate changes in the illustrated process.

도 6은 레벨 1 포토마스크를 예시한다. 포토마스크는 일예로서 대략 300 ㎚로 분리되는 대략 120 ㎚ 폭의 라인을 포함할 수 있다. 그러한 라인은 마스크의 1차원을 커버하기 위해 확장될 수 있고, 라인/분리 패턴은 마스크의 다른 차원을 커버하기 위해 반복된다.6 illustrates a level 1 photomask. The photomask may include, for example, approximately 120 nm wide lines separated by approximately 300 nm. Such lines can be expanded to cover one dimension of the mask, and the line / separation pattern is repeated to cover another dimension of the mask.

도 7은 레벨 2 포토마스크를 예시한다. 포토마스크는 일예로서 폭의 차원에 따른 280 ㎚ 분리 및 길이의 차원에 따른 200 ㎚ 분리와 함께 대략 140 ㎚ 확장되고 200 ㎚ 긴 엘리먼트의 그리드를 포함할 수 있다. 이 패턴은 마스크를 충전하기 위해 반복될 수 있다. 레벨 2 포토마스크는 레벨 2 포토마스크에서의 엘리먼트가 레벨 1 포토마스크에서의 라인과 실질적으로 정렬되도록 디자인될 수 있다.7 illustrates a level 2 photomask. The photomask may include, for example, a grid of elements that are approximately 140 nm wide and 200 nm long with 280 nm separation along the width dimension and 200 nm separation along the length dimension. This pattern can be repeated to fill the mask. The level 2 photomask can be designed such that the elements in the level 2 photomask are substantially aligned with the lines in the level 1 photomask.

도 8은 레벨 1 포토마스크와의 노출 후의 코팅된 기판을 예시한다. 기판, 예를 들면 실리콘 기판은 감광성 재료로 코팅된 다음 코팅된 기판은 레벨 1 포토마스크를 통해 노광될 수 있다. 노광된 에리어의 제거 후 기판은 레벨 1 포토마스크에 실질적으로 대응하는 코팅으로 남겨진다.8 illustrates a coated substrate after exposure with a level 1 photomask. The substrate, for example a silicon substrate, may be coated with a photosensitive material and then the coated substrate may be exposed through a level 1 photomask. After removal of the exposed area, the substrate is left with a coating substantially corresponding to the level 1 photomask.

도 9는 등방성 에칭 등에 의한 에칭 후의 동일 기판을 예시한다. 레벨 1 포토마스크에 의해 마스크되는 영역은 감광성 재료에 의해 보호되고; 다른 영역은 기판의 최초 표면 아래에서 에칭된다.9 illustrates the same substrate after etching by isotropic etching or the like. The area masked by the level 1 photomask is protected by the photosensitive material; The other area is etched under the initial surface of the substrate.

도 10은 잔존 감광성 재료의 제거 후의 동일 기판을 예시한다. 이 기판은 원래 기판 표면과 실질적으로 동일한 레벨 1 포토마스크 상의 라인에 실질적으로 대응하는 영역을 갖는다. 또한, 기판은 최초 기판 표면 아래에서 에칭된 레벨 1 포토마스크에서의 분리 공간에 실질적으로 대응하는 영역을 갖는다.10 illustrates the same substrate after removal of residual photosensitive material. This substrate has an area that substantially corresponds to a line on a Level 1 photomask that is substantially the same as the original substrate surface. The substrate also has an area substantially corresponding to the separation space in the level 1 photomask etched below the original substrate surface.

도 11은 레벨 2 포토마스크를 사용한 프로세싱 후의 동일 기판을 예시한다. 이 기판은 감광성 재료로 코팅된 다음 코팅된 기판은 레벨 2 포토마스크로 노광될 수 있다. 노광된 에리어의 제거 후 기판은 레벨 2 포토마스크에 실질적으로 대응하는 코팅으로 남겨진다. 레벨 1 및 레벨 2 포토마스크가 동일 형상을 가지므로 최초 기판 표면에서 에칭된 영역은 레벨 2 포토마스크와의 프로세싱 후에 노출되어 남을 수 있게 된다.11 illustrates the same substrate after processing with a level 2 photomask. This substrate may be coated with a photosensitive material and then the coated substrate may be exposed with a level 2 photomask. After removal of the exposed area, the substrate is left with a coating substantially corresponding to the level 2 photomask. Since the level 1 and level 2 photomasks have the same shape, the etched areas on the original substrate surface may remain exposed after processing with the level 2 photomask.

도 12는 다른 코팅의 도포, 예를 들면 5 ㎚ Ti 및 15 ㎚ Au를 포함하는 코팅의 증착 후의 동일 기판을 예시한다. 이 코팅은 잔존 감광성 재료, 최초 기판 표면 아래에서 에칭되는 영역, 및 레벨 2 포토마스크에 의해 노출되어 남겨진 최초 기판 표면의 부분에 대응하는 노출된 면에 부착된다.12 illustrates the same substrate after application of another coating, for example deposition of a coating comprising 5 nm Ti and 15 nm Au. This coating is attached to the exposed photo surface corresponding to the remaining photosensitive material, the area etched below the original substrate surface, and the portion of the original substrate surface left exposed by the level 2 photomask.

도 13은 감광성 재료의 제거 후의 동일 기판을 예시한다. 감광성 재료에 의해 커버되는 영역은 어떤 금속도 갖지 않는 한편, 그렇게 커버되지 않은 영역은 금속 코딩을 갖는다.13 illustrates the same substrate after removal of the photosensitive material. The area covered by the photosensitive material does not have any metal, while the area that is not so covered has metal coding.

도 14는 평면도를 예시하고, 도 15는 상기 프로세싱 후의 기판의 3d 도면을 예시한다. 이 기판은 도 12 및 도 13과 관련하여 논의된 프로세싱 후에 코팅되어 남겨진 것을 제외하고 금속 코팅이 없다. 따라서, 금속화된 영역은 엘리먼트 사이의 제어가능한 분리(이 예에서는 일관된 크기의 분리)와 함께 제어가능한 크기의 엘리먼트(이 예에서는 일관된 크기의 분리)의 그리드를 형성한다.FIG. 14 illustrates a top view and FIG. 15 illustrates a 3d view of the substrate after the processing. This substrate is free of metal coating except that it remains coated after processing discussed in connection with FIGS. 12 and 13. Thus, the metallized region forms a grid of elements of controllable size (in this example consistent size) with controllable separation between elements (in this example consistent size).

기술된 것 등의 포토마스크는 이 분야에 공지된 기술을 사용하여 실현될 수 있다. 예를 들면, 이 기술은 반도체 소자의 제작에 통상 사용된다. 감광성 재료는 이 분야에 공지되어 있고, 예를 들면 포토레지스트는 반도체 소자 제작의 패터닝에 기계적으로 사용된다. 포토마스크 및 감광성 재료를 사용한 기판 프로세싱, 및 코팅 공정은 반도체 소자 제작에 통상 사용된다. 또한, e-빔 패터닝, 집속 이온빔 리소그래피, x-레이 리소그래피 및 분자 임프린팅 등의 다른 프로세싱 기술은 소망의 형상을 생성하는 포토리소그래피 대신에 사용될 수 있다.Photomasks, such as those described, can be realized using techniques known in the art. For example, this technique is commonly used for the manufacture of semiconductor devices. Photosensitive materials are known in the art, for example photoresists are used mechanically in the patterning of semiconductor device fabrication. Substrate processing using photomasks and photosensitive materials, and coating processes are commonly used in semiconductor device fabrication. In addition, other processing techniques such as e-beam patterning, focused ion beam lithography, x-ray lithography and molecular imprinting can be used in place of photolithography to produce the desired shape.

형성된 플랫폼에 직접 마운팅되는 셀프 어셈블리 어드레스. 또한, 본 발명은 촉매 및 다른 유용한 나노스케일 생성물을 구성하기 위해 폴리머 함유 핵염기의 3차원 어셈블리(3D 어드레스가능한 어셈블리 또는 3DAA로 언급됨)의 제작, 및 고상 또는 콜로이드상 파운데이션으로의 통합을 위한 방법을 포함한다. 특정 엠퍼시스(emphasis)는 상기 참조된 적용의 몇몇에 기술된 바와 같이 단일 가닥 차원 구성(SSDC)에 의거된 불균질 촉매의 구성에서의 다수의 단계가 크게 감소되고 기술적으로 단순화되도록 3DAA의 디자인, 제작 및 제조의 단순화에 놓여진다. 여기서 강조된 특정 개선은 3DAA의 기하학 및 구조를 안정화하는 규정된 방법이며, 파운데이션 또는 구조적 스캐폴드(scaffold)의 역할을 하는 고상 또는 안정하게 캐스트된 상의 기여는 최종 생성물의 기하학적 보전 및 촉매 활동에 상당히 기여한다. Mounted directly to the formed platform Self Assembly Address. In addition, the present invention provides methods for the fabrication of three-dimensional assemblies (referred to as 3D addressable assemblies or 3DAA) of polymer containing nucleobases, and incorporation into solid or colloidal foundations, to make up catalysts and other useful nanoscale products. It includes. The specific emphasis is the design of 3DAA so that many steps in the construction of heterogeneous catalysts based on single strand dimensional configuration (SSDC) as described in some of the above referenced applications are greatly reduced and technically simplified. Lies in the simplification of fabrication and manufacturing. The particular improvement highlighted here is a defined method of stabilizing the geometry and structure of the 3DAA, and the contribution of the solid or stably cast phase, which serves as a foundation or structural scaffold, contributes significantly to the geometric integrity and catalytic activity of the final product. do.

본 발명에 따라 제조되는 전체 개요는 이하의 단계에 의해 일반화될 수 있다:The overall overview produced according to the invention can be generalized by the following steps:

I. 이전에 혼성화되지 않은 폴리머 및 단일 가닥 DNA(ssDNA), 펩티드 핵산(PNA) 또는 다른 폴리핵염기의 코폴리머는 시퀀스의 컴퓨터 지원 디자인 및 구조의 예측을 사용하여 합성되어 의도된 3차원(3D) 구조로 셀프 어셈블리되도록 한다.I. Copolymers of previously unhybridized polymers and single-stranded DNA (ssDNA), peptide nucleic acids (PNA) or other polynucleobases are synthesized using computer-assisted design and structure prediction of sequences to design the intended three-dimensional (3D) ) Self-assembly into the structure.

II. 고상에서의 일반적으로 오목한 디프레션 또는 간극은 3DAA에 수용되는 위치의 수가 마운팅을 위해 의도된 구조의 수와 합동되는 스케일로 제조된다. 실시예 제조 기술은 갈라진, 일반적으로 볼록한 네거티브 형상이 주형으로서 사용되는 하드 캐스트 스탬프로부터 업계 표준 소프트 리소그래피 공정, 업계 표준 반도체 에칭 절차, 및 다른 기술을 포함한다.II. Generally concave depressions or gaps in the solid phase are made on a scale in which the number of positions accommodated in the 3DAA coincides with the number of structures intended for mounting. EXAMPLES Manufacturing techniques include industry standard soft lithography processes, industry standard semiconductor etching procedures, and other techniques from hard cast stamps in which cracked, generally convex, negative shapes are used as the template.

III. 셀프 어셈블리 ssDNA 및 PNA는 지금 파운데이션의 역할을 하는 이전 소프트 캐스트 폴리머 상의 디프레션의 어레이와 직면해서 위치 특정 상호작용을 진화시켜 일치되어 안정한 정전 또는 공유 결합을 형성한다. 폴리머의 3D 최종 혼성화, 및 파운데이션의 기여 상용성은 SSDC 촉매를 규정한다.III. Self-assembled ssDNAs and PNAs now evolve position-specific interactions in the face of arrays of depressions on previous soft cast polymers that now act as foundations to form consistent electrostatic or covalent bonds. The 3D final hybridization of the polymer, and the contribution compatibility of the foundation, define the SSDC catalyst.

상기 참조된 적용에 언급된 바와 같이, 3DAA의 개념, 디자인, 제작 및 리소그래피는 수개의 기술의 적용에 의존할 수 있다. 본 발명은 하드(빔) 및 소프트(폴리머) 리소그래피, 벌크 솔루션 조건, 물리적(전자기, 관성 및 액체-기체 인터페이셜) 및 트라이볼로지컬(IES: 고체 액체 인터페이셜, 정전 및 용제화) 매니지먼트를 더 포함할 지라도 감소될 의존성의 수와 정도를 허용한다. 어드레스가능한 어셈블리의 디자인 및 최적화에 조력하는 컴퓨터 기반 프로그램 및 알고리즘 등의 다른 기술, 및 품질 결정을 위한 원자력, 스캐닝 또는 투과 전자 현미경(AFM, SEM 및 TEM)으로부터의 이점은 이전에 기술된 바와 같이 내재되어 있다.As mentioned in the above referenced application, the concept, design, fabrication and lithography of 3DAA may depend on the application of several techniques. The invention further includes hard (beam) and soft (polymer) lithography, bulk solution conditions, physical (electromagnetic, inertial, and liquid-gas interface) and tribologic (IES: solid liquid interface, electrostatic and solventization) management. Although included, allows the number and extent of dependencies to be reduced. Other techniques, such as computer-based programs and algorithms that aid in the design and optimization of addressable assemblies, and the advantages from nuclear, scanning or transmission electron microscopy (AFM, SEM and TEM) for quality determination are inherent as previously described. It is.

본 발명은 생리학 조건에서 3차원으로 안정한 기하학적 정밀 패턴을 생성하고, 어셈블리 주변에 직교하고 일반적으로 초점 또는 중심 내부로 향하는 반경 방향으로 골격기능화된 PNA 세그먼트를 어드레스하는 ssDNA-PNA 올리고머의 혼성화 기반 셀프어셈블리의 적용을 허용한다. 그러한 3DAA는 현재 기술의 컴퓨터 소프트웨어와, 이하에 기술된 추가적인 발견으로 예측가능하게 그리고 정확하게 디자인될 수 있다: (i) 3차원에서의 물리 화학적 기능 오리엔테이션의 개선된 정확도, (ii) 상술한 바와 같이 오리엔트되는 비나선형("래더(ladder)") 컨포메이션에서의 코폴리머된 PNA의 통합, 및 (iii) 데스티네이션 간극 또는 디프레션으로 3DAA 구조 플레이스먼트를 조장하는 IES 팩터의 통합.The present invention produces a three-dimensional stable geometric precision pattern under physiological conditions and hybridization-based self-assembly of ssDNA-PNA oligomers that address radially skeletal functionalized PNA segments orthogonal to the assembly and generally towards the focal point or center. Allow the application of Such 3DAA can be designed predictably and accurately with computer software of the present technology and the additional findings described below: (i) improved accuracy of physicochemical functional orientation in three dimensions, and (ii) as described above. Incorporation of copolymerized PNA in an orientated non-linear ("ladder") configuration, and (iii) Integration of the IES factor to promote 3DAA structure placement with destination gaps or depressions.

SSDC 촉매의 제조는 이하 방법의 수반 및 반복 적용에 의해 비용효율적이고, 신속하고 정확한 방식으로 달성될 수 있다. 이 기술은 완전 의존 순서에 필수적이지 않을 지라도 일반적으로 일시적으로 논의된다.The preparation of SSDC catalysts can be achieved in a cost effective, fast and accurate manner by the accompanying and repeated application of the following methods. This technique is generally discussed temporarily, although it is not necessary for the full dependence order.

구조적 및 동적 촉매 모델링. 우선, 중요한 효소 또는 촉매 경로는 (i) 촉매 및 다른 키 아미노산 잔유물의 위치 및 동적 행위에 관한 구조적 생리학, 및 (ii) 전이 상태, 전자 트랜스포트 벡터, 동적 레독스 상태, 메타 안정 매개물, 일시적 그리고 영구적 결합 형성 및 분열이 파라마운트되는 촉매 프로파일에 의거하여 모델링된다. 그 다음, 이 정보는 활성화된 프로브 혼성화, 링커 타입과 오리엔테이션, 프로브 골격과 직교 물리 화학적 기능의 어드레스의 세트를 규정하도록 SSDC를 위해 개발된 3D 폴리핵염기 포맷으로 변형된다. Structural and Dynamic Catalyst Modeling. First, important enzymes or catalytic pathways include (i) structural physiology of the location and dynamic behavior of catalysts and other key amino acid residues, and (ii) transition states, electron transport vectors, dynamic redox states, metastable mediators, transient and Permanent bond formation and cleavage is modeled based on the parametric catalyst profile. This information is then transformed into a 3D polynucleobase format developed for SSDC to define a set of addresses of activated probe hybridization, linker type and orientation, probe backbone and orthogonal physicochemical functions.

도 16은 2차원 불균일 촉매를 위한 SSDC 방식의 실시예이다. 알파 키모트립신 효소의 미메티제이션(mimetization)에 필요한 직교 화학적 기능. SER(위의 좌측) 및 HIS(아래 좌측)는 스테롤계 링커(sterol-based linkers)를 통해 PNA 세그먼트 어드레스의 아미드 골격에 부착된다. 또한, 촉매기가 없는 잔유물은 스테롤 링커를 가져서 반데르발스 상호작용을 통해 스택 컨포메이션을 야기해서 촉매기의 지향성 얼라인먼트를 개선한다. 수반된 유압 층(옐로우) 및 카티온 표면(퍼플)은 포스포디에스테르-골격 어드레스 폴리핵염기(phosphodiester-backboned address polynucleobases)(DNA, 도시된 바와 같음)의 정전 마운팅을 위해 경화된 소프트 캐스트 폴리머 표면(그린) 주위에 존재한다.16 is an embodiment of the SSDC scheme for a two-dimensional heterogeneous catalyst. Orthogonal chemical function required for mimetization of alpha chymotrypsin enzyme. SER (top left) and HIS (bottom left) are attached to the amide backbone of the PNA segment address via sterol-based linkers. In addition, the residue without catalyst has a sterol linker which leads to stack formation through van der Waals interactions, improving the direct alignment of the catalyst. The accompanying hydraulic layer (yellow) and the cation surface (purple) are hardened soft cast polymer surfaces for electrostatic mounting of phosphodiester-backboned address polynucleobases (DNA, as shown). It exists around (green).

촉매를 위한 인클로저의 재료 디자인 및 제작. 상기 모델링에 의해 규정된 바와 같이, 촉매(미메티제이션을 수행하면 아미노산기의 직교 그룹)에 요구되도록 결정된 화학적 기능의 3D 공간에서의 위치는 화학적 기능의 컨포메이션(반경축 및 종축 상에)의 전형적인 원뿔 및 타원 범위를 관리하는 어드레스 특정 프로브 및 링커 분자를 통한 소정의 좌표 위치이다. 전형적으로 오목한 형상은 이때 촉매기를 성공적으로 국부화하고 오리엔트하는 고밀도 어드레스가능한 폴리핵염기 어레이를 국부화하는 파운데이션으로서 규정된다. 인클로저는 이 인클로저의 간극 내에서 3DAA의 앵커링, 위치결정 및 마운팅을 용이하게 하는 표면 변경, 기능화, 링커 분자 및 다른 팩터와 합동하는 DNA 어셈블리의 사이즈 및 형상과 비슷하다. Material design and fabrication of enclosures for catalysts . As defined by the modeling above, the position in the 3D space of the chemical function determined to be required for the catalyst (orthogonal group of amino acid groups when performing the memetization) is determined by the conformation of the chemical function (on the radial axis and the longitudinal axis). Predetermined coordinate positions through address-specific probe and linker molecules that manage typical cone and elliptic ranges. Typically the concave shape is then defined as a foundation that localizes a high density addressable polynucleobase array that successfully localizes and orients the catalyst. The enclosure resembles the size and shape of the DNA assembly congruent with surface modifications, functionalization, linker molecules and other factors that facilitate anchoring, positioning and mounting of the 3DAA within the enclosure gap.

도 17은 단일 이화 효소의 촉매 부위의 기하학적 근사를 나타낸다. A의 결합, 전이, 안정화 및 릴리스 부위의 근사 차원의 하프 실린더 디프레션. 셀룰로리티쿠스 엔도글루칸(cellulolyticus Endoglucanse) 1. 반경 디자인은 활성 부위 위치를 미믹킹하는 중심축을 일반적으로 향하는 촉매 그룹의 ssDNA 및 PNA의 리소그래피와 지향성 오리엔테이션을 통합하는 것으로 의미된다.17 shows a geometric approximation of the catalytic site of a single catalytic enzyme. Approximate half-cylindrical depression of the binding, transition, stabilization and release sites of A. Cellulolyticus Endoglucanse 1. Radius design is meant to integrate the lithography and directional orientation of ssDNA and PNA of a group of catalysts generally towards the central axis that mimics the active site location.

어드레스가능하고 기하학적으로 규칙적인 폴리핵염기 어셈블리의 디자인. 디자인의 기본으로서의 형상에 있어서, 그리고 유체역학 힘, 인터페이스 상의 매스 트랜스포트 및 촉매에 중요한 촉매 디자인의 부문 외의 다른 팩터를 고려하여 실제 SSDC 간극은 최종산물 플랫폼 기하학이 최적화되어 물리 화학적 관능기를 어드레스하는 최소 복잡성을 갖는 촉매제로서 작용하도록 디자인될 수 있다. 기하학적으로 반복되는 패턴은 (i) 예측가능한 어드레스 위치의 적용을 통해 동적 촉매의 컴퓨터 모델링을 명확하게 하는 3DAA 디자인 및 제작, 및 (ii) 어드레스 위치와 오리엔테이션을 유지하고 고상 또는 콜로이드상 파운데이션의 마운팅을 촉진하는 3DAA의 증가된 구조 강도에 이용될 수 있다. Design of Addressable and Geometrically Regular Polynucleobase Assemblies. In terms of shape as the basis of the design and taking into account factors other than those of the catalytic design that are important for hydrodynamic forces, mass transport on the interface, and catalyst, the actual SSDC gap is the minimum that the end product platform geometry is optimized to address physicochemical functionalities. It can be designed to act as a catalyst of complexity. The geometrically repeating pattern is designed to (i) design and fabricate 3DAA to clarify computer modeling of dynamic catalysts through the application of predictable address positions, and (ii) to maintain address positions and orientations and to mount solid or colloidal foundations. It can be used for increased structural strength of 3DAA to promote.

또한, 어셈블리의 폴딩, 강화 및 다른 2D와 3D 일치 결정을 위해 디자인되는 폴리핵염기의 서브어셈블리는 공유 또는 비공유 링키지를 통해 합성되어 통합될 수 있다. 그러한 서브어셈블리는 의도된 촉매제 모델 및 제작된 인클로저와 합동되는 기하학으로 통상 편평한 어드레스가능한 어셈블리를 벤딩(bend), 폴딩(fold), 브레이스(brace) 및 다르게 일치시키는 터미널 및 개재 유닛을 포함할 수 있다.In addition, subassemblies of polynucleobases that are designed for folding, reinforcing assembly, and other 2D and 3D coincidence determinations can be synthesized and integrated through covalent or non-covalent linkages. Such subassemblies may include terminals and intervening units that bend, fold, brace, and otherwise match a flat addressable assembly typically in a geometry that is congruent with the intended catalyst model and the fabricated enclosure. .

도 18은 촉매를 위한 보편적인 간극으로 기하학적 근사의 전환을 나타낸다. 링커 및 PNA계 물리 화학적 기능은 거의 원통형 간극을 결정한다. 경사진 단부는 간극 부위로 용해가능한 기재(예를 들면, 작은 펩티드 및 폴리삭카라이드)의 매스 트랜스포트 및 간극 부위로부터 최종산물을 증대시킨다. 반구 단부 벽(경사짐) 및 중심에 위치되어 제거가능한 인테그럴 반구 브레이스(평면에 수직, 도시되지 않음)는 블루이다. 허니콤 패턴(옐로우)은 스케일되지 않는다.18 shows the conversion of the geometric approximation to a universal gap for the catalyst. Linker and PNA-based physicochemical functions determine nearly cylindrical gaps. The inclined ends augment the end product from the mass transport and gap sites of the substrate (eg, small peptides and polysaccharides) that are soluble into the gap sites. The hemispherical end wall (tilt) and the centrally located removable hemispherical brace (vertical to plane, not shown) are blue. The honeycomb pattern (yellow) is not scaled.

소프트 리소그래피에 의거한 대량 생산의 주형 디자인. 촉매 간극의 것에 볼록하고 네거티브인 하드 캐스트 및 금속화된 형상을 위한 파운데이션은 (실시예로서) 집속 이온빔(FIB), 광/전자 빔 리소그래피, 하드 캐스트 리소그래피 공정 또는 레이저 어블레이션에 의해 제작될 수 있다. 이것은 최종 하드 캐스팅 시에 파운데이션 또는 인클로저를 형성하는 수용 소프트 캐스트 폴리머 또는 다른 물질 상으로 오목 형상의 반복 생성을 위한 주형, 몰드 또는 스탬프로서 사용될 수 있다. Design of molds for mass production based on soft lithography. Foundations for hard cast and metallized shapes that are convex and negative in the catalytic gap can be fabricated by focused ion beam (FIB), light / electron beam lithography, hard cast lithography processes or laser ablation. . It can be used as a mold, mold or stamp for the repeated creation of concave shapes onto a receiving soft cast polymer or other material that forms a foundation or enclosure upon final hard casting.

소프트 캐스트 폴리머의 스탬핑 동안 그리고 후에 폴리머 다이나믹스를 고려하여 주형은 인클로저의 소프트 리소그래피 기반 생성을 최적화하는 IES 팩터, 예를 들면 윤활성 또는 마찰을 증대시키기 위해 그루브되며, 텍스처되거나 또는 다르게 표면 변형될 수 있다. 인클로저의 유효하고 비용효율적인 제조는 몰드 또는 제품의 형상 인테그러티의 손상 또는 손실없이 스케일된 반복을 통해 의도된 형상을 생성하는 방식으로 신속하고 일정한 제조를 필요로 한다.In view of the polymer dynamics during and after stamping of the soft cast polymer, the mold can be grooved, textured or otherwise surface modified to increase the IES factor, eg lubricity or friction, which optimizes the soft lithography based generation of the enclosure. Effective and cost-effective manufacture of enclosures requires rapid and consistent manufacturing in such a way as to produce the intended shape through scaled iterations without damaging or losing the shape integrity of the mold or product.

도 19는 보편적인 간극 파운데이션의 소프트 리소그래피를 위한 스탬프의 디자인을 나타낸다. 좌측에는 도 18에 기술된 촉매 간극의 네거티브 및 역 오리엔테이션 이미지가 도시되어 있다. 이것은 주형 몰드의 유닛 디자인을 개시점의 역할을 한다. 우측에는 소프트 리소그래피를 통해 간극을 생성하는 주형 유닛의 양단부의 경사도가 도시되어 있다. 출발 재료는 일반적으로 실리콘 유도체[예를 들면, Si(100)]이고 양(x, y)축에 대해 대략 150 ㎚ 이격되어 있는 "경사 단부 퀀셋" 형상의 어레이는 FIB, 포토리소그래피 또는 더 진보적인 방법에 의해 제작될 수 있다. 라인은 컨투어를 나타내고 트리볼로지컬(tribological) 매니지먼트의 증대 및 제품의 반복 생성의 용이함을 위해 윤활성 "그루브"를 나타낼 수 있다.19 shows the design of a stamp for soft lithography of a universal gap foundation. On the left, the negative and reverse orientation images of the catalyst gap described in FIG. 18 are shown. This serves as a starting point for the unit design of the mold mold. On the right side, the slope of both ends of the mold unit is shown, which creates a gap through soft lithography. Starting materials are generally silicon derivatives (eg, Si (100)) and arrays of “inclined end quantum” shapes spaced approximately 150 nm apart on both (x, y) axes are FIB, photolithography or more advanced. It can be produced by the method. Lines represent contours and may indicate lubricity “grooves” for increased tribological management and ease of repeated production of products.

대량 생산을 위한 주형 어레이의 제작. 복수의 스탬프, 또는 주형 어레이는 소프트 리소그래피의 다수 라운드를 위해 준비될 수 있다. 이것은 주형 유닛의 기하학 또는 형상에 악영향을 주지 않고 원하는 윤활 옵션과 협동되는 스탬핑 금속(예를 들면, 티타늄)의 얇지만 탄성 물리적 기상 증착 층의 적용을 포함할 수 있다. 후자는 인클로저 생성물로서 의도된 폴리머 재료에 의존할 수 있다. 이전에, 갈바닉 효과(예를 들면, 알루미늄)를 생성하는 지지 금속 백킹은 도전성 접착제(예를 들면, 그래파이트 카본 도핑 폴리아크릴레이트)를 통해 적용된다. 주형 어셈블리는 롤러, 스탬프와 박리, 박막, 층간 어셈블리, 또는 스핀 코터 등의 제조 공정으로 도입될 수 있다. Fabrication of mold arrays for mass production. Multiple stamps, or mold arrays, may be prepared for multiple rounds of soft lithography. This may include the application of a thin but elastic physical vapor deposition layer of stamping metal (eg titanium) that cooperates with the desired lubrication option without adversely affecting the geometry or shape of the mold unit. The latter may depend on the polymer material intended as the enclosure product. Previously, a backing metal backing that produces a galvanic effect (eg, aluminum) is applied through a conductive adhesive (eg, graphite carbon doped polyacrylate). The mold assembly can be introduced into a manufacturing process such as a roller, stamp and peel, thin film, interlayer assembly, or spin coater.

도 20은 소프트 리소그래피를 위한 스탬프(주형 어레이) 제작 및 준비를 도시한다. 좌측에는 실리콘(fuscia) 상의 리소그래피를 위해 규정된 촉매 간극의 확장된 네거티브 형상이 도시되어 있다. 중앙에는 개별 유닛 형상이 도시되어 있다. 도전성 접착제(올리브)의 층은 주형의 저부에 도포된다. 우측에는 접착제를 통해 주형에 마운팅되는 [Al] 플레이트(라이트 블루), 및 스탬핑 표면 상의 대략 10 ㎚ [Ti]의 PVD에 대는 어셈블리가 도시되어 있다. PVD로부터의 "금속화 립" 잔여 재료가 기대되어 임프레션 몰딩 및 압력 인가(도 21에 더 규정됨)의 제한을 정의한다.20 illustrates the manufacture and preparation of a stamp (mold array) for soft lithography. On the left is an enlarged negative shape of the catalyst gap defined for lithography on fuscia. In the center are shown individual unit shapes. A layer of conductive adhesive (olive) is applied to the bottom of the mold. On the right is shown an assembly against [Al] plate (light blue) mounted to the mold via adhesive, and PVD of approximately 10 nm [Ti] on the stamping surface. A “metallized lip” residual material from the PVD is expected to define the limits of impression molding and pressure application (more defined in FIG. 21).

생산성 소프트 리소그래피의 수행. 저휘발성, 고표면 장력 용매의 박층은 스탬핑에 의해 형성되는 형상 및 소프트 캐스트 폴리머 또는 주형에 적용될 수 있다. 용매는 금속 대 폴리머 상호작용의 동적 마찰을 관리하는 (1) 윤활제, 및 (2) (i) 스탬핑의 힘을 받아들이고 전동하며, (ii) 주형과의 직접 접촉으로부터 폴리머를 절연하고, (iii) 폴리머로 넣어지는 전체 주형 표면에 걸쳐 유도력을 평형시키는 비압축 박막층으로서 작용할 수 있다. 이들 팩터는 반복 및 정확한 형상 복제에 기여하고, 주형 및 제품에 대한 손상을 최소화한다. 소프트 리소그래피 및 박막 제작(예를 들면, 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blodgett), 층간 정전, 물리 화학적 셀프어셈블리 등)을 위한 현재 기술 방법은 이 목적을 위해 수행되도록 내재되어 있다. Performing Productivity Soft Lithography . Thin layers of low volatility, high surface tension solvents can be applied to shapes and soft cast polymers or molds formed by stamping. Solvents (1) lubricants that manage the dynamic friction of metal-to-polymer interactions, and (2) (i) accept and transfer the forces of stamping, (ii) insulate the polymer from direct contact with the mold, and (iii) It can act as an uncompressed thin film layer that balances inductive forces over the entire mold surface encased in a polymer. These factors contribute to repetitive and accurate shape duplication and minimize damage to the mold and product. Current technical methods for soft lithography and thin film fabrication (eg, Langmuir-Blodgett, interlayer electrostatics, physicochemical self-assembly, etc.) are inherent to be performed for this purpose.

도 21은 소프트 리소그래피를 통한 플랫폼 제작을 도시한다. 좌측에는 이전에 기술된 주형 및 플랫폼의 구성요소가 도시되어 있다. I. L., 임프레션 제한; A.D., 적용 거리. 중앙에는 최대 압축 포인트에서의 윤활 층 및 동적 폴리머의 압축 제한의 기하학(존재가 내재될 지라도 뷰잉의 용이함을 위해 제거된 주형)이 도시되어 있다. 유체역학적 열 압축 제한이 도시되어 있다(체리(cherry)). 우측에는 주형에 의해 규정된 압축 제한을 넘은 포스트 캐스팅 릴렉세이션(post-casting relaxation)(그린 내의 곡선)으로 인한 폴리머 기하학의 수축 변화가 도시되어 있다.21 illustrates platform fabrication via soft lithography. On the left are the components of the mold and platform described previously. I. L., Impression Restriction; A.D., applicable distance. In the center is shown the lubrication layer at the maximum compression point and the geometry of the compression limitations of the dynamic polymer (mold removed for ease of viewing even if inherent). Hydrodynamic thermal compression limits are shown (cherry). The right side shows the shrinkage change in the polymer geometry due to post-casting relaxation (curve in green) beyond the compression limit defined by the mold.

어드레스가능한 폴리핵염기 구조의 혼성화 기반 어셈블리. 이전에 기술된 바와 같이, 촉매에 기여하는 프로브를 어드레싱하는 폴리핵염기 부위는 기하학적 방식으로 제작될 수 있다. DNA 위빙(Weaving), 오리가미(Origami) 및 셀프 어셈블리 스캐폴드 등의 현재 기술 방법은 3DAA를 구성하는데 사용될 수 있으며; 상기 참조된 적용과 결합된 당업자의 지식은 그 기술을 기재한다. 이 기술의 새롭고 우선적인 진화는 어셈블리된 DNA의 구조에 절대필요한 PNA 및 다른 변형된 부분을 통합하는 혼성화된 폴리핵염기의 전형적으로 직사각형 "시트"의 디자인 및 제작이다. 개별적인 올리고뉴클레오티드 가닥의 시퀀스는 PNA 및 다른 부분이 요구대로 어드레스되고 최종 어셈블리의 부분을 우선적이고 규칙적으로 반복하도록 디자인된다. Hybridization Based Assembly of Addressable Polynucleobase Structures . As previously described, polynucleobase sites addressing probes that contribute to the catalyst can be fabricated in a geometric manner. Current technical methods such as DNA Weaving, Origami and Self Assembly Scaffolds can be used to construct 3DAA; The knowledge of those skilled in the art combined with the above referenced application describes the techniques. A new and primary evolution of this technique is the design and fabrication of typically rectangular "sheets" of hybridized polynucleobases that incorporate PNA and other modified parts that are absolutely necessary for the structure of assembled DNA. Sequences of individual oligonucleotide strands are designed such that the PNA and other portions are addressed as required and preferentially and regularly repeat portions of the final assembly.

도 22는 2D 어드레스가능한 어레이의 DNA 위빙 기반 셀프어셈블리를 도시한다. 좌측에는 규칙적인 육각형 어레이를 생성하는 올리고뉴클레오티드의 혼성화로 구성된 대표적인 3DAA가 도시되어 있으며: 각각의 100 어드레스 블록은 2D 직사각형 시트로 위빙된다. 중앙에는 혼성화(오프 컬러)를 통해 어드레스 블록으로 위빙된 기하학적으로 반복하는 PNA 부위의 대표적인 패턴이 도시되어 있다. 우측에는 3D 축중심을 반경방향으로 향하는 스테롤계 링커를 통해 어드레스된 SER 및 HIS의 직교 기능을 갖는 래더(비나선형 컨포메이션)에서의 대표적인 PNA 시퀀스를 나타내는 어드레스가 도시되어 있다(도 16 참조).22 shows DNA weaving based selfassembly of a 2D addressable array. On the left is shown a representative 3DAA consisting of hybridization of oligonucleotides to produce a regular hexagonal array: each 100 address blocks are weaved into 2D rectangular sheets. In the center is shown a representative pattern of geometrically repeating PNA sites weaved into address blocks via hybridization (off color). On the right is shown an address representing a representative PNA sequence in a ladder (non-helical configuration) with orthogonal function of SER and HIS addressed via a sterol-based linker facing the 3D axis center radially (see FIG. 16).

기하학적 형상에 일치하는 3 DAA 구조의 변형. 위빙되고 다르게 셀프 어셈블리된 폴리핵염기의 서브어셈블리는 도 B7 및 B8에서 옐로우 육각형 시트에 의해 나타내어지는 주 어드레스가능한 어셈블리에 절대필요하거나 또는 이 어셈블리로부터 쪼개질 수 있도록 제작될 수 있다. (1) 직교 물리 화학적 기능을 반경 방향으로 어드레스하고, (2) 인클로저에 마운팅하는 것에 따르는 형상으로 2D 시트를 일치시키는 대표적인 전략은 (i) 터미널 단부 또는 개재 중심 세그먼트 "벽"을 형성하는 동일하거나 유사한 기하학적 패턴, (ii) 어드레스가능한 구조에 절대필요한 하나 또는 폴리핵염기 "브레이스", 및 (iii) 예를 들면, 특수 아데노실과 티미딘 염기 사이의 시클로부탄-피리미딘 디머의 소라렌 매개 생성을 통한 3DAA의 부분의 부위-특정 "보강"을 포함한다. Variation of 3 DAA structures to match the geometry . The subassemblies of the weaved and otherwise self-assembled polynucleobases may be made necessary or cleavable from the main addressable assembly represented by the yellow hexagonal sheets in FIGS. B7 and B8. Representative strategies for (1) addressing orthogonal physicochemical functions in radial directions and (2) matching 2D sheets into shapes following mounting to the enclosure are: (i) identical or forming a terminal end or intervening center segment "wall"; Similar geometric patterns, (ii) one or polynucleobase “brases” which are absolutely necessary for the addressable structure, and (iii) for example, through the solarene-mediated generation of cyclobutane-pyrimidine dimmers between special adenosyl and thymidine bases. Site-specific “reinforcement” of portions of 3DAA.

도 23은 3D 어드레스가능한 어레이의 DNA 기하학 기반 다이렉티드 어셈블리를 도시한다. 좌측에는 소망하는 하프 실린더 컨포메이션으로 2D 시트를 폴딩하는 대표적인 옵션이 도시되어 있다: 풀 위빙된 수직 "벽"(아쿠아), 및 이중 가닥 "브레이스"(블루+옐로우). 우측에는 3DAA의 기하학에 의존하고 인클로저에 마운팅되는 촉매 기능의 반경방향 오리엔테이션이 도시되어 있다. 예시는 어드레스(그린)의 "완전한" 오리엔테이션 및 타켓 영역(블루 불즈아이)로의 직교 기능(솔리드 컬러)을 암시한다. 다른 어드레스(퍼플 및 틸(teal))의 "불완전한" 오리엔테이션 고려가 내재된 채로 도시되어 있다. 링커 및 다른 디자인에 영향을 주는 리오리엔테이션 고려가 내재되어 있다.Figure 23 illustrates a DNA geometry based directed assembly of a 3D addressable array. On the left, a representative option is shown for folding a 2D sheet with the desired half cylinder configuration: full weaved vertical "wall" (aqua), and double stranded "brace" (blue + yellow). On the right is a radial orientation of the catalytic function depending on the geometry of the 3DAA and mounted to the enclosure. The example implies an "complete" orientation of the address (green) and the orthogonal function (solid color) to the target area (blue bullseye). Incomplete consideration of the "incomplete" orientation of the other addresses (purple and teal) is shown. Reorientation considerations are inherent in linkers and other designs.

3 DAA 구조에 관한 촉매 기능의 디자인, 기능화 및 어셈블리. SSDC 촉매의 디자인의 부분은 이전에 모델링된 메카니즘에서의 촉매에 기여하는 물리 화학적 기능을 어드레싱하는 것이다. 3D 컨포메이션을 용이하게 하는 서브어셈블리를 통해 어드레스가능한 어셈블리의 성공적인 제작 및 소망하는 컨포메이션을 보존하고 용이하게 하는 제작된 인클로저 상의 그러한 것의 마운팅이 제공되면 직교 기능의 어드레싱 및 오리엔테이션이 지금부터 디자인될 수 있다. 3 Design, functionalization and assembly of catalytic functions for DAA structures. Part of the design of the SSDC catalyst is to address physicochemical functions that contribute to the catalyst in previously modeled mechanisms. Given the subassembly facilitating 3D conformation and the successful fabrication of addressable assemblies and the mounting of those on fabricated enclosures that preserve and facilitate the desired configuration, addressing and orientation of orthogonal functions can now be designed. have.

물리 화학적 기능을 갖는 개별적인 어드레스 및 어드레스 블록이 모델링에 의해 결정된 후, 예를 들면, 순수 DNA 올리고뉴클레오티드뿐만 아니라 ssDNA 및 PNA의 코폴리머로 구성되는 폴리핵염기 가닥의 합성이 합성될 수 있다. 염기 구성은 컨포메이션을 폴딩하기 전에 초기 2D "시트"의 소망하는(대표적으로 기술된 바와 같이 규칙적인 육각형) 기하학적 패턴, 패킹 거리, 강성 및 전체 사이즈에 의해 결정될 수 있다. 직교 기능, 예를 들면 어드레스를 규정하는 아미드 골격-기능화된 PNA 세그먼트는 구조적 ssDNA 엘리먼트로 코폴리머될 수 있으며, 여기서 가닥의 마지막 부분은 PNA 기반 어드레스의 방향과 플레이스먼트를 위한 스캐폴드의 역할을 한다.After individual addresses and address blocks having physicochemical functions are determined by modeling, for example, the synthesis of polynucleobase strands consisting of copolymers of ssDNA and PNA as well as pure DNA oligonucleotides can be synthesized. Base composition can be determined by the desired (regular hexagon as representatively described) geometric pattern, packing distance, stiffness and overall size of the initial 2D “sheet” prior to folding the conformation. Orthogonal functions, eg, amide backbone-functionalized PNA segments, that define addresses can be copolymerized into structural ssDNA elements, where the last part of the strand serves as a scaffold for the orientation and placement of PNA-based addresses. .

도 24는 혼성화된 폴리핵염기 라이브러리로부터의 촉매 기능의 컨포메이션의 스태킹을 도시한다. 상부에는 도 16 및 도 22에 기술된 알파-키모트립신 촉매 기능의 대표적인 래더(비나선형) 구성이 도시되어 있다. 스테롤/알칼로이드/다환계 링커 엘리먼트는 어떤 잔유물에서 SER(히드록실) 및 HIS(인돌리/이미다졸릭) 기능을 브릿지하고 기능의 모션의 범위를 제한하는 소수성 상호작용을 통해 지향성 인테그러티에 기여한다. 저부에는 순수 구조(옐로우) 및 혼합 구조와 기능적 스캐폴딩 멤버(블루, 착색된 블루+그린)로 이루어지는 예시적인 폴리핵염기 라이브러리가 도시되어 있다.FIG. 24 depicts stacking of the conformation of catalytic function from hybridized polynucleobase libraries. At the top, a representative ladder (non-helix) configuration of the alpha-chymotrypsin catalyst function described in FIGS. 16 and 22 is shown. Sterol / alkaloid / polycyclic linker elements contribute to directional integrity through hydrophobic interactions that bridge SER (hydroxyl) and HIS (indole / imidazolic) functions in certain residues and limit the range of motion of the function. . At the bottom is shown an exemplary polynucleobase library consisting of pure structure (yellow) and mixed structure and functional scaffolding members (blue, colored blue + green).

어셈블리의 디자인과 기능화 및 마운팅을 위한 고상 파운데이션. 컨포메이션 수용 및 보호 인클로저에 대한 3DAA의 더 효율적인 앵커링 및 마운팅을 용이하게 하는 포스포디에스테르 및 아미드 골격 각각에 중점을 둔 DNA 및 다른 폴리핵염기의 변형을 위한 다수의 표준 기술 방법이 있다. 마찬가지로, 각종 표면 및/또는 인클로저 기능화 옵션은 "플레인(plain)" (포스포디에스테르 골격) 또는 변형된 DNA의 앵커링 및 마운팅을 위한 재료의 물리적, 화학적 및 생화학적 변형을 위해 존재한다. Solid foundation for the design, functionalization and mounting of assemblies . There are a number of standard technical methods for modifying DNA and other polynucleobases each focusing on phosphodiester and amide backbones that facilitate more efficient anchoring and mounting of 3DAA to conformation accommodating and protective enclosures. Likewise, various surface and / or enclosure functionalization options exist for physical, chemical and biochemical modification of materials for anchoring and mounting of "plain" (phosphodiester backbones) or modified DNA.

USPTO 61/086,633는 리소그래피된 스트렙타비딘(SA), 예를 들면 상부에 제작된 인클로저에 직접적으로 앵커링될 링커를 통해 선택적으로 또는 10 나노미터 스케일에서 리소그래피된 비오틴 및 SA 비즈를 통해 간접적으로 말단 상에 비오틴 기능화되는 3DAA의 능력을 상술한다. 이 방법은 디곡시제닌 및 안티바디(안티-DIG)를 포함하는 다른 수용체 리간드 시스템, 다른 안티바디 기반 시스템뿐만 아니라, 폴리-L-리신 및 음이온 리간드 등의 덜 특수한 정전 시스템으로 합리적으로 확장될 수 있다. 그러므로, 이 명세서는 고상에 대하여 3DAA 기하학 보존, 예를 들면 폴리핵염기 골격과 더 합동하는 마운팅 옵션을 강조한다. 후자의 윤곽이 충분히 입증되므로 기술 상태를 통한 개선은 여기서 및 지금부터 기술되는 의존 방법을 통해 SSDC 촉매의 스케일에 대한 디자인, 진보, 활성화, 자격, 최적화 및 제조를 가능하게 하는 기존의 기술 및 프로토콜의 구체적인 적용을 포함한다.USPTO 61 / 086,633 discloses lithographic streptavidin (SA), for example, via a linker to be anchored directly to an enclosure fabricated on top, or indirectly via lithographic biotin and SA beads at 10 nanometer scale. The ability of 3DAA to be biotin functionalized is detailed. This method can be reasonably extended to other receptor ligand systems including digoxigenin and antibody (anti-DIG), other antibody based systems, as well as less specific electrostatic systems such as poly-L-lysine and anionic ligands. have. Therefore, this specification highlights mounting options that are more congruent with 3DAA geometry preservation, eg, polynucleobase backbones, for solid phases. Since the latter outline is well documented, improvements through the state of the art can be achieved using existing methods and protocols that enable the design, advancement, activation, qualification, optimization and manufacture of the scale of SSDC catalysts through the dependencies described here and now. Include specific applications.

어드레스가능한 어셈블리의 부분의 직접 및 간접 앵커링, 및 어드레스가능한 어셈블리의 전체의 마운팅을 위한 3DAA 및 재료를 변형시키는 대표적인 방법은 이하에 기술된 것을 포함한다.Representative methods of modifying 3DAA and materials for direct and indirect anchoring of portions of the addressable assembly, and for mounting the entirety of the addressable assembly include those described below.

1. 에폭시드계 폴리머에 대한 포스포로티오에이트 -변형된 DNA 어셈블리의 간접 마운팅. 폴리머 재료 상의 준안정 에폭시드기는 알킬 디아민으로 응축될 수 있다(표면 말단 경화됨). 잔유 프리 아민 종단부는 - 아민으로의 공유 결합 - 설프하이드릴으로의 공유 결합을 위한 숙신이미드기를 포함하는 이원기능 가교제(예를 들면, 60/918,144에 기술된 바와 같은 SSMCC)에 부착된다. 후자는 dsDNA의 포스포로티오에이트 잔기에 공유 결합될 수 있다. 1. Epoxide Phosphorothioate for polymer thio benzoate - Indirect mounting assembly of the modified DNA. Metastable epoxide groups on the polymeric material can be condensed (surface end cured) with alkyl diamines. Residual free amine terminations are attached to a bifunctional crosslinker (e.g. SSMCC as described in 60 / 918,144) comprising succinimide groups for covalent linkages to amines-sulphhydryls. The latter can be covalently linked to the phosphorothioate residues of dsDNA.

2. 에폭시드계 폴리머에 대한 포스포라미다이트 -변형된 DNA 어셈블리의 직접 마운팅. 벌크에 있어서, 그리고 인터페이셜하게 폴리머 상에서의 (P)-아미다이트의 용제화는 직접 폴리머로의 어셈블리 골격의 최종 공유 결합으로 아민 매개 에폭시드 환원을 증대시키고 촉진하도록 변형될 수 있다. 2. Epoxide Force on polymer Fora midayi agent - directly mounting assembly of the modified DNA. In bulk, and interfacially, the solvation of (P) -amidite on the polymer can be modified to enhance and promote amine mediated epoxide reduction with the final covalent linkage of the assembly backbone directly to the polymer.

3. 에폭시드계 폴리머에 대한 (P)- 티오에이트 -변형된 DNA 또는 설프하이드릴 PNA 어셈블리의 간접 마운팅. 폴리머 재료에 관한 준안정 에폭시드기는 히드록실 잔유물로 안정화되어 일차 할라이드로의 SNI-타입 반응에 의해 전환될 수 있다. 후자는 표면 말레이미드기를 제공하는 SSMCC를 통해 후속 기능화되는 알킬 디아민으로 응축될 수 있다. 예를 들면, PNA 제 3 급 아민 잔유물에 관한 시스틸 잔유물으로의 후자의 공유 결합은 마운팅을 달성할 수 있다. 3. Epoxide Indirect mounting of (P) -thioate -modified DNA or sulfhydryl PNA assemblies to polymers . Metastable epoxide groups on polymeric materials can be stabilized with hydroxyl residues and converted by SNI-type reactions to primary halides. The latter can be condensed into alkyl diamines which are subsequently functionalized via SSMCC to provide surface maleimide groups. For example, the latter covalent linkage to the cisyl residue to the PNA tertiary amine residue can achieve mounting.

4. 금에 대한 포스포로티오에이트 -변형된 DNA 어셈블리의 간접 마운팅. 순(>99.99997%) 금 표면은 금으로의 공유 결합을 위한 설프하이드릴기, 말레이미드기, 또는 다른 프리 환원된 티올기, 및 아민기를 포함하는 이관능성 알칸(예를 들면, 60/918,144에 기술된 바와 같은 MUAM)으로 기능화될 수 있다. 금 표면의 황화 후에 프리 아민은 프리 말레이미드기를 제공하는 SSMCC에 공유 결합될 수 있다. 예를 들면, dsDNA의 포스포로티오에이트 잔기로의 후자의 공유 결합은 마운팅을 달성할 수 있다. 4. Indirect mounting of phosphorothioate -modified DNA assembly to gold . A pure (> 99.99997%) gold surface is a bifunctional alkan (eg, 60 / 918,144) containing sulfhydryl groups, maleimide groups, or other free reduced thiol groups, and amine groups for covalent bonds to gold. MUAM as described). After sulfidation of the gold surface, the preamine can be covalently bound to the SSMCC providing the premaleimide group. For example, the latter covalent linkage of dsDNA to phosphorothioate residues can achieve mounting.

5. 금에 대한 (P)- 티오에이트 -변형된 DNA 어셈블리 직접 마운팅. 벌크에 있어서, 그리고 인터페이셜하게 폴리머 상에서의 (P)-티오에이트의 용제화는 최종 공유 결합과 금에 대하여 DNA 상의 설프하이드릴기의 산화를 증대시키고 촉진하도록 변형될 수 있다. 5. Direct mounting of (P) -thioate -modified DNA assembly to gold . In bulk, and interfacially, the solvation of (P) -thioate on the polymer can be modified to enhance and promote oxidation of sulfhydryl groups on DNA with respect to final covalent bonds and gold.

도 25는 기초 재료에 대하여 폴리핵염기의 마운팅을 위한 대표적인 방법을 도시한다. 체인 모티프는 DNA-PNA 어셈블리의 골격-변형된 잔유물과 몰리머 재료 간의 복합(간접/수평) 및 단일(직접/수직) 공유 결합이 소프트 리소그래피에 의해 생성되는 것을 나타낸다. 옵션 4 및 5는 얇은 금막이 인클로저 상으로의 PVD인 것을 내재한다.25 shows an exemplary method for mounting polynucleobases for the base material. Chain motifs indicate that complex (indirect / horizontal) and single (direct / vertical) covalent bonds between the skeletal-modified residues of the DNA-PNA assembly and the molomer material are produced by soft lithography. Options 4 and 5 imply that the thin gold film is PVD onto the enclosure.

촉매의 증대를 위한 재료의 유동 방식의 디자인. 다수의 제작 옵션은 파운데이션 인클로저의 셰이핑에 적당하고, 그 궁극적인 형상은 직교 물리 화학적 기능의 위치 및 오리엔테이션뿐만 아니라, 인클로저로 그리고 인클로저로부터의 용질(기질, 중간물 및 생성물) 매스 트랜스포트를 통한 촉매 속도를 결정한다. 상술한 바와 같이, 경사진 종단부는 실제 어셈블리 스캐폴딩의 경계층에 인접하여 그러한 흐름을 촉진하는데 사용될 수 있다(여기서, 네트 플로우 속도 = 0). 대안으로, 서브어셈블리는 전체적으로(리셉터클로의 3DAA의 적절한 앵커링 및 마운팅 후에 절개가능한 단부 또는 중간부와 같이 선택적으로) 생략될 수 있어 층류 부문에서 일정하게 근접한 경계층에 가장 가까운 플로우에 의해 연속적인 그루브를 생기게 하며, 여기서 레이놀드 수(Re)는 매우 작다(일반적으로 10 미만임). Design of material flow mode for increasing catalyst. Many fabrication options are suitable for shaping foundation enclosures, the ultimate shape of which is catalyzed by transport of solutes (substrate, intermediates and products) into and out of the enclosure, as well as the location and orientation of orthogonal physicochemical functions. Determine the speed. As noted above, the inclined termination can be used to promote such flow adjacent to the boundary layer of the actual assembly scaffolding (where net flow rate = 0). Alternatively, the subassembly can be omitted as a whole (optionally, such as an incised end or intermediate after proper anchoring and mounting of the 3DAA into the receptacle) to remove continuous grooves by the flow closest to the constantly adjacent boundary layer in the laminar flow section. Where the Reynolds number (Re) is very small (generally less than 10).

또한, 파운데이션 인클로저 옵션은 혼합을 증대시키기 위해 층류가 의도적으로 붕괴되는 한정 영역을 포함한다. 후자는 통상 후속 어셈블리로의 흐름을 방해할 가능성 때문에 후속 전환의 전체 속도를 저하시킬 위험을 제외하고 고유 촉매 플로우 속도를 증가시킨다. 도 B11 우측에 내재된 바와 같이, 난류는 한정된 영역에서 촉매를 성공적으로 증가시키고, 지시된 트러프와 같이 층류가 초기에 요구되는 다음 인클로저 하류측의 흐름을 복잡하게 한다.In addition, the foundation enclosure option includes confined areas where the laminar flow is intentionally disrupted to increase mixing. The latter typically increases the intrinsic catalyst flow rate except for the risk of lowering the overall rate of subsequent conversion because of the possibility of impeding the flow to subsequent assemblies. As inherent in the right side of FIG. B11, turbulence successfully increases the catalyst in a defined region and complicates the flow downstream of the next enclosure where laminar flow is initially required, such as the indicated trough.

통상, 증대된 체적 유속(VFR)은 촉매 어셈블리를 함유하는 인클로저로 - 용해된 용질과 같이 - 기재 매스 트랜스퍼의 증가된 속도로 인한 촉매의 증가 속도로 변형된다. 이 증대는 촉매의 공지되고 디자인된 속도, 특히 완전해지는 촉매 프로파일에 요구되는 유한 체류 시간과 대등해지고(해리 상수, Kd에 의해 규정됨), 그 밖에 초과 VFR은 디자인된 대로 수행되는 직교 화학적 및/또는 물리 화학적 기능의 불능으로 인한 촉매 속도를 저하시킨다. 그러나, 바이오틱 효소의 대부분의 Kd의 시간 스케일이 나노세컨드 정도이므로 최대화된 혼합은 최대 촉매 속도를 위해 요구되는 것이 일반적이다.Typically, the increased volumetric flow rate (VFR) is transformed into the enclosure containing the catalyst assembly-such as dissolved solute-at an increased rate of catalyst due to the increased rate of the substrate mass transfer. This increase is equivalent to the finite residence time required for the known and designed rate of the catalyst, in particular for the complete catalyst profile (as defined by the dissociation constant, Kd), and other excess VFRs are orthogonal chemistry and / or performed as designed. Or lowers the catalyst rate due to the inability of physical and chemical functions. However, since most of the time scale of Kd of biotic enzymes is on the order of nanoseconds, maximized mixing is usually required for maximum catalyst speed.

내재된 트레이드오프는 경계층에 바로 인접하는 흐름을 증대시키기 위해 존재한다. 이전에 기술된 바와 같이, "벽", "브레이스", 또는 다른 서브어셈블리는 미미킹되는 효소의 활성 부위와 유사한 소프트 리소그래피된 인클로저와 일치하는 형상으로 다르게 편평한 2D 어드레스가능한 어셈블리의 적절한 폴딩에 필요할 수 있다. 예를 들면, 연속 그루브는 이용가능한 흐름을 최대화하고, 촉매 어셈블리의 폴딩을 위해 어떤 준비된 옵션도 제공하지 않는다. 위빙된 벽은 어셈블리를 일치시키는 옵션이 촉매 부위로 그리고 촉매 부위로부터의 흐름을 방해하는 것을 제공할 수 있다. 제한된 수의 인테그럴되고 혼성화된 "펜스(fence)"와 같은 서브어셈블리로 이루어진 브레이스는 경계층 근방에 최소 영향을 주는 어셈블리 세이핑(assembly shaping)을 위한 옵션을 제공함으로써 절충물을 형성할 수 있다.Inherent tradeoffs exist to increase the flow immediately adjacent to the boundary layer. As previously described, a "wall", "brase", or other subassembly may be required for proper folding of a differently flat 2D addressable assembly in a shape consistent with a soft lithographic enclosure similar to the active site of the enzyme being mined. have. For example, continuous grooves maximize the available flow and do not provide any ready options for folding the catalyst assembly. Weaved walls can provide the option of matching assemblies to impede flow to and from the catalytic site. A brace made up of a limited number of integral and hybridized “fences” can form a compromise by providing an option for assembly shaping with minimal impact near the boundary layer.

도 26은 어셈블리 제작 스킴의 기능으로서의 경계층 흐름을 도시한다. 좌측에는 각 3D 어셈블리를 지지하는 연속적으로 그루브되고(라이트 블루), 경사지고 세그먼트되고(퍼플), 부분적으로 브레이스된(레드) 파운데이션에서의 위에 인전합 체적 흐름(supra-vicinal volumetric flow)의 움직임이 예측되어 일반화된다. 모든 인접한 유동 방식은 어셈블리 디자인으로 인해 층류가 된다(Re < 10). 원문에 기술된 바와 같이, 연속 그루브는 거의 일정한 Re를 보존하는 반면, 세그먼트되거나 브레이스된 그루브는 상이한 정도의 흐름을 방해한다. 우측에는 제한 트러프 타입 인클로저로 그리고 이 인클로저로부터의 예측된 경계층 흐름이 도시되어 있다. 3DAA(다크 컬러로 지시된 직교 기능을 가짐)는 우선적으로 트러프의 종단부에 있는 제한 영역에 마운팅되며, 여기서 난류(Re > 25)는 혼합 및 촉매 활동을 증대시키기 위해 촉진된다.Figure 26 illustrates boundary layer flow as a function of an assembly fabrication scheme. On the left is the movement of supra-vicinal volumetric flow above in successive grooved (light blue), beveled, segmented (purple), partially brazed (red) foundations supporting each 3D assembly. Predicted and generalized All adjacent flow modes become laminar due to the assembly design (Re <10). As described in the text, continuous grooves preserve an almost constant Re, while segmented or braceed grooves interfere with different degrees of flow. The right side shows the predicted boundary layer flow into and out of the constrained trough type enclosure. 3DAA (having orthogonal function indicated in dark color) is preferentially mounted in the restricted area at the end of the trough, where turbulence (Re> 25) is promoted to enhance mixing and catalytic activity.

촉매의 증대를 위한 3D 벌크 플로우 시스템의 디자인. 다수의 마이크로 투 미터 스케일 제작 옵션(micro-to-meter scale fabrication options)은 이전 부분에 기술된 나노스케일에서의 유동 방식의 최적화를 통해 턴오버의 촉매 및 촉매 속도를 증대시키는 제조 공정으로 최종 3DAA 기반 SSDC 촉매의 함유물에 적당하다. 이들 옵션의 다수는 표준 기술이므로 여기서 제한 방식으로만 기술되고, 통상 경계층 층류가 서브미크론 스케일에서 촉진되는 한정 체적 벌크 흐름의 영역에 있다. 2개의 엘리먼트가 이 전략에서 지배적이다. [1] 순 벌크 플로우 속도는 이론적 최대 Kd에서 또는 이 Kd에 근접하여 촉매를 수행하는 혼합 및 프로세싱 효율을 증대시키기 위해 최대화된다. [2] 낮은 Re 경계층을 용이하게 하는 한정된 벌크 플로우는 고유 촉매에 적절한 Tr을 제공하기 위해 인접한 층에 근접하는 매스 트랜스퍼 속도를 저감시키도록 디자인된다. 그러한 유동 방식은 한정된 플로우 공간 및 기하학에서 유도된 높은 전단력으로 인해 바이틱 효소에 부정적이거나 또는 다르게 말하면 부적절하다. Design of 3D bulk flow systems for increased catalyst . A number of micro-to-meter scale fabrication options are the final 3DAA-based manufacturing process that increase the catalyst and catalyst speed of turnover by optimizing the flow method at nanoscale as described previously. It is suitable for the inclusion of SSDC catalysts. Many of these options are standard techniques and are only described here in a limited manner, and are typically in the region of confined volume bulk flow where boundary layer laminar flow is promoted on a submicron scale. Two elements dominate in this strategy. [1] The net bulk flow rate is maximized to increase the mixing and processing efficiency of performing the catalyst at or near the theoretical maximum Kd. [2] The limited bulk flow, which facilitates low Re boundary layers, is designed to reduce the mass transfer rate in proximity to adjacent layers to provide adequate Tr for the intrinsic catalyst. Such flow modes are negative or, in other words, inappropriate for biotic enzymes due to the high shear forces derived from the limited flow space and geometry.

Kd 및 Tr가 바이오틱 조건 하에 프로세싱 시스템에서 최적화되면 증가된 온도, pH와 pi의 최대치, 고플로우 속도 및 더 한정된 기하학을 포함하는 바이오틱을 초월하는 파라미터, 및 프로틴 기반 효소(예를 들면, 중금속, 이온성 액체, 및 다상계 및 수용성 액체 유기 용매의 유화)에 잠재적으로 손상되고 다른 계에서의 촉매를 최대화하도록 이미 알려져 있는 비생물적 코팩터(abiotic cofactors)의 존재는 인클로저 지지 촉매 어셈블리로의 과도한 손상없이 예측가능하게 수행될 수 있다.When Kd and Tr are optimized in a processing system under biotic conditions, biotic parameters including increased temperature, maximum pH and pi, high flow rates, and more defined geometries, and protein-based enzymes (eg, heavy metals) , Ionic liquids, and emulsification of polyphase and water soluble liquid organic solvents) and the presence of known abiotic cofactors to maximize catalysts in other systems may lead to enclosure support catalyst assembly. It can be performed predictably without excessive damage.

종래 기술과 달리, 본 발명은 여기서 및 지금부터 기술되는 플로우 기하학 및 디바이스를 통해 SSDC 촉매의 스케일에 대한 디자인, 진보, 활성화, 자격, 최적화 및 제조를 부연하고 가능하게 하는 기존의 기술 및 프로토콜의 구체적인 적용을 제공할 수 있다. 대표적인 엔지니어링 방법은 프로세싱이 발생하는 조건 하에 이론적 최대 Kd에 근접하는 플로우 속도, Re 및 플로우 프로파일을 통해 3DAA 어레이의 촉매 속도를 최대화하는 임의의 디바이스 또는 벌크 스케일 제작을 포함한다.Unlike the prior art, the present invention is directed to the specifics of existing technologies and protocols that enable and enable the design, advancement, activation, qualification, optimization and manufacture of the scale of SSDC catalyst through the flow geometry and devices described herein and hereafter. It can provide an application. Exemplary engineering methods include any device or bulk scale fabrication that maximizes the catalyst rate of the 3DAA array through flow rates, Re and flow profiles approaching the theoretical maximum Kd under conditions where processing occurs.

일반적으로 층류 방식에 의한 촉매의 증대에 더하여, 한정된 플로우 기하학, 턴오버 속도는 비즈로(beads)의 인클로저된 어셈블리의 어레이, 그러한 것의 패킹된 칼럼(columns), 혼합 핀(mixing fins) 및 프로세싱 디바이스의 벽의 포함에 의해 증가될 수도 있다. 이들 옵션은 촉매제를 촉진하는 기질 및 발생되는 매스 트랜스퍼에 이용가능한 표면적을 최대화함으로써 촉매를 증대시킬 수 있다. 이들 옵션은 (i) 전체 제조 공정의 병렬 또는 직렬 부분으로서의 인라인에서 분리적으로, (ii) 반복적으로, 또는 (iii) 촉매 공정의 어떤 양상 또는 부분, 또는 그 변동을 수행하는 분리 유닛으로서 순차적으로 한정된 플로우 시스템으로 통합될 수 있다.In addition to augmentation of the catalyst by the laminar flow method in general, the limited flow geometry, turnover speed is such that an array of enclosed assemblies of beads, packed columns of such, mixing fins and processing devices It may be increased by the inclusion of the wall of. These options can augment the catalyst by maximizing the surface area available for the substrate promoting the catalyst and the resulting mass transfer. These options can be (i) separately in-line as parallel or in-line parts of the entire manufacturing process, (ii) repeatedly, or (iii) sequentially as separation units that perform any aspect or portion of the catalytic process, or variations thereof. It can be integrated into a limited flow system.

도 27은 어셈블리 레벨에서 경계층을 증대하도록 디자인된 디바이스를 도시한다. 좌측에는 아래 방향으로 유체 흐름을 강제하고 코일과 벽(둘다 다크 그레이) 사이의 감소된 거리의 지점에서 한정된 유동 기하학을 순차적으로 용이하게 하도록 벌크 그루브된 대칭적인 파상 코일이 도시되어 있다. 중앙에는 아래로의 유체 흐름을 강제하는 나선형 방식으로 벌크 그루브된 비대칭 스크류가 도시되어 있다. 반경 방향 비대칭은 경계층 및 벌크 액체의 비틀림 운동뿐만 아니라 길이방향 운동을 용이하게 함으로써 혼합을 증대시킨다. 우측에는 표준 인라인, 순차 터빈형 혼합 디바이스가 도시되어 있다.27 illustrates a device designed to augment the boundary layer at the assembly level. On the left, a bulk grooved symmetrical wavy coil is shown to force fluid flow in the downward direction and to sequentially facilitate the defined flow geometry at the point of reduced distance between the coil and the wall (both dark grey). In the center is shown a bulk grooved asymmetrical screw in a helical manner that forces fluid flow down. Radial asymmetry increases mixing by facilitating longitudinal movement as well as torsional movement of the boundary layer and the bulk liquid. On the right is a standard inline, sequential turbine-type mixing device.

본 발명은 단일 가닥 차원 구성의 방법으로서 기술되어 있다. 상기 설명은 본 발명의 원리의 적용만을 예시한 것이고, 그 범위는 명세서의 견지에서 보여지는 특허청구범위에 의해 결정되는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 다른 변형 및 수정은 당업자에게 명백할 것이다.The present invention has been described as a method of single strand dimensional construction. It is to be understood that the above description has only exemplified the application of the principles of the invention, the scope of which is to be determined by the claims shown in the context of the specification. Other variations and modifications of the invention will be apparent to those skilled in the art.

Claims (27)

규정된 형상으로 형성되고, 상보적 단일 가닥 폴리핵염기를 나타내는 상보적 마스터 형상으로부터 생성된 공유 부착 생체고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 제조 방법.A method for producing and producing co-attached biopolymers formed from a complementary master shape formed into a defined shape and exhibiting complementary single stranded polynucleobases. 제 1 항에 있어서,
상기 생체고분자는 디옥시리보핵산, 리보핵산, 및 펩티드 핵산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 생산 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein said biopolymer is selected from the group consisting of deoxyribonucleic acid, ribonucleic acid, and peptide nucleic acid.
제 1 항에 있어서,
상기 생산 제조는 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 제조 방법.
The method of claim 1,
The production manufacturing method includes the step of forming a thin film.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 부착은 티올 - 금 상호작용, 또는 아민 - 친전자체(electrophile) 알킬화 또는 응축 반응 중 하나 이상을 포함하고; 생체고분자 골격으로의 직접 부착 또는 이관성 링커 분자를 통한 직접 부착 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 제조 방법.
The method of claim 1,
The covalent attachment comprises at least one of a thiol-gold interaction, or an amine-electrophile alkylation or condensation reaction; A production manufacturing method comprising at least one of direct attachment to a biopolymer backbone or direct attachment through an inertial linker molecule.
제 4 항에 있어서,
상기 친전자체는 에폭시드, 알킬 할라이드, 무수물, 또는 결합 수용체 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
Wherein said electrophile comprises at least one of an epoxide, an alkyl halide, an anhydride, or a bond acceptor.
어드레스된 생체고분자의 한정된 오리엔테이션을 포함하는 생산 제조 방법에 있어서,
상보적 폴리핵염기의 사전조직화된 패턴을 포함하는 주형 파운데이션을 사용한 생산을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 제조 방법.
In a production manufacturing method comprising a limited orientation of addressed biopolymers,
Producing a production using a template foundation comprising a pre-organized pattern of complementary polynucleobases.
제 6 항에 있어서,
상기 주형 파운데이션은 상기 상보적 폴리핵염기의 스퀘어 해치 패턴을 포함하고, 상기 생산에서 어드레스의 대시 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 생산 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the mold foundation comprises a square hatch pattern of the complementary polynucleobases and produces a dashed pattern of addresses in the production.
제 5 항에 있어서,
상기 주형 파운데이션은 상기 상보적 폴리핵염기의 6각형 패턴을 포함하고, 생산에서 어드레스의 인덴티드 패턴(indented pattern)을 생성하는 것을 특징으로 하는 생산 제조 방법.
The method of claim 5, wherein
The template foundation comprises a hexagonal pattern of the complementary polynucleobases and produces an indented pattern of addresses in production.
광감응성 고체 기판 매트릭스에서 일정하게 오목한 형상 포메이션을 생성해서 셀프 어셈블리된 생체고분자 패턴의 부착을 가능케 하는 금속 기상 증착을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 아이템 제조 방법.Producing a uniformly concave shape formation in the photosensitive solid substrate matrix to effect metal vapor deposition to enable attachment of self-assembled biopolymer patterns. 제 9 항에 있어서,
상기 기판 매트릭스는 감광성 재료로 코팅된 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 아이템 제조 방법.
The method of claim 9,
And said substrate matrix comprises silicon coated with a photosensitive material.
제 9 항에 있어서,
상기 기판의 제공은 등방성 방법 및 보호 포토마스크를 사용하여 기판으로 일정한 원통형 트러프를 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 아이템 제조 방법.
The method of claim 9,
The providing of the substrate comprises the step of etching a constant cylindrical trough into the substrate using an isotropic method and a protective photomask.
제 9 항에 있어서,
상기 금속 기상 증착은 5 ㎚ 티타늄 층의 증착, 15 ㎚ 금 층의 증착, 그 다음 포토마스크의 제거를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 아이템 제조 방법.
The method of claim 9,
Wherein said metal vapor deposition comprises depositing a 5 nm titanium layer, depositing a 15 nm gold layer, and then removing a photomask.
제 1 항 내지 제 12 항에 기술된 방법 중 어느 하나를 사용하여 전자 회로를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.13. A method of manufacturing an electronic circuit using any one of the methods described in claims 1 to 12. 제 1 항 내지 제 12 항에 기술된 방법 중 어느 하나를 포함하는 효소 전환을 미믹하는 어셈블리를 제조하는 방법으로서:
상기 어셈블리는 안정성, pH, 온도, 및 촉매를 가속하는 것으로 공지된 첨가제의 존재 중 적어도 하나의 유사한 자연 발생 효소에 우수한 특징을 제공하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 제조 방법.
A method of making an assembly that mimics enzymatic conversion comprising any of the methods described in claims 1-12.
Wherein said assembly provides excellent characteristics to at least one similar naturally occurring enzyme in stability, pH, temperature, and the presence of additives known to accelerate the catalyst.
왓슨-크릭 혼성화 페어링으로 규정된 바와 같이, 상보적 단일 가닥 폴리핵염기를 그 자체로 나타내는 상보적 마스터 형상으로부터 생성된 공유 부착 생체고분자를 나타내는 형상을 주형하는 것을 특징으로 하는 공정.A process characterized by molding a shape representing a covalently attached biopolymer produced from a complementary master shape representing itself as a complementary single stranded polynucleobase, as defined by Watson-Crick hybridization pairing. 제 15 항에 있어서,
적절한 생체고분자는 디옥시리보핵산, 리보핵산, 및 펩티드 핵산을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
The method of claim 15,
Suitable biopolymers include deoxyribonucleic acid, ribonucleic acid, and peptide nucleic acids.
제 15 항에 있어서,
복제 기술은 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
The method of claim 15,
The replication technique includes a thin film.
제 15 항에 있어서,
상기 단일 가닥 생체고분자와 기초 재료 사이의 적절한 공유 결합은 생체고분자 골격의 직접 부착을 통하든 그 밖에 이관능성 링커 분자를 통하든 티올 - 금 상호작용, 또는 아민 - 친전자체 알킬화 또는 응축 반응을 포함하고, 그러한 친전자체는 에폭시드, 알킬 할라이드, 무수물, 또는 결합 수용체를 포함하지만 이들에 한정되지 않는 것을 특징으로 하는 공정.
The method of claim 15,
Suitable covalent bonds between the single-stranded biopolymer and the base material include thiol-gold interactions, or amine-electrophilic alkylation or condensation reactions, either through direct attachment of the biopolymer backbone or else via bifunctional linker molecules. And such electrophiles include, but are not limited to, epoxides, alkyl halides, anhydrides, or bond acceptors.
주형 파운데이션에 부착된 상보적 폴리핵염기의 예비조직화된 패턴(pre-organized pattern)으로 인하여 어드레스된 생체고분자의 규정된 오리엔테이션을 생성하는 것을 특징으로 하는 공정.A pre-organized pattern of complementary polynucleobases attached to the template foundation resulting in a defined orientation of the addressed biopolymer. 제 19 항에 있어서,
어드레스의 대시 패턴은 상기 주형 파운데이션에 부착된 상보적 폴리핵염기의 스퀘어 해피 패턴으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 공정.
The method of claim 19,
Wherein the dashed pattern of addresses originates from a square happy pattern of complementary polynucleobases attached to the template foundation.
제 19 항에 있어서,
어드레스의 인덴티드 패턴은 상기 주형 파운데이션에 부착된 상보적 폴리핵염기의 6각형 패턴으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 공정.
The method of claim 19,
An indented pattern of addresses is generated from a hexagonal pattern of complementary polynucleobases attached to the template foundation.
셀프 어셈블리된 생체고분자 패턴의 부착을 가능케 하기 위해 금속 기상 증착 전에 광감응성 고체 기판 매트릭스에서의 오목한 형상 포메이션을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 공정.Process to form a concave shape formation in the photosensitive solid substrate matrix prior to metal vapor deposition to enable attachment of a self-assembled biopolymer pattern. 제 22 항에 있어서,
상기 기판은 감광성 재료로 코팅되는 실리콘인 것을 특징으로 하는 공정.
The method of claim 22,
Said substrate being silicon coated with a photosensitive material.
제 22 항에 있어서,
일정한 원통형 트러프는 등방성 방법 및 보호 포토마스크를 사용하여 기판으로 에칭될 수 있는 것을 특징으로 하는 공정.
The method of claim 22,
Wherein the constant cylindrical trough can be etched into the substrate using an isotropic method and a protective photomask.
제 22 항에 있어서,
균일한 금속 기상 증착은 5 ㎚ 티타늄, 이어서 15 ㎚ 금으로 형성된 다음, 포토마스크의 제거가 이어지는 것을 특징으로 하는 공정.
The method of claim 22,
Uniform metal vapor deposition is formed of 5 nm titanium, followed by 15 nm gold, followed by removal of the photomask.
마이크로프로세서 산업에 대하여 제 20 항 또는 제 21 항으로 구성되는 애플리케이션에 있어서,
폴리핵염기의 3D 어드레스가능한 어셈블리는 포토리소그래픽 기술에 의한 스케일된 제작에 따른 현재 피처 사이즈의 1/16이 되도록 계산되는 것을 특징으로 하는 애플리케이션.
In the application consisting of claims 20 or 21 for the microprocessor industry,
Wherein the 3D addressable assembly of polynucleobases is calculated to be 1 / 16th of the current feature size resulting from scaled fabrication by photolithographic techniques.
산업 요구 촉매에 대하여 제 20 항 또는 제 21 항으로 구성되는 애플리케이션에 있어서,
공지된 효소 전환을 미믹킹하는 어셈블리는 pH, 온도, 및 촉매를 가속하는데 공지된 첨가제의 존재에 대하여 안정성에 관한 유사한 내츄럴 시스템에 우수한 것을 증명할 수 있는 것을 특징으로 하는 애플리케이션.
In an application consisting of claims 20 or 21 for industrially required catalysts,
An assembly that mimics known enzyme conversion can demonstrate superiority to similar natural systems with regard to stability with respect to pH, temperature, and the presence of known additives to accelerate the catalyst.
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