KR20130058684A - 피착을 위한 개선된 캔틸레버 - Google Patents

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KR20130058684A
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조세프 에스. 프라갈라
알. 로거 실레
세르게이 브이. 로족
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나노잉크, 인크.
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Abstract

본 발명에 따르면, 캔틸레버 팁으로부터 패터닝하는 캔틸레버 설계가 예컨대 캔틸레버 팁을 포위하는 리세스형 영역으로써 개선될 수 있다. 나노스코픽 및 마이크로스코픽 패턴을 인쇄하는 장치는, 전방 표면, 제1 측면 모서리, 제2 측면 모서리, 자유 단부인 제1 단부 그리고 비-자유 단부인 제2 단부를 갖는 적어도 1개의 캔틸레버를 포함한다. 전방 표면은, 제1 캔틸레버 측면 모서리에 배치되는 적어도 1개의 제1 측벽 그리고 제1 캔틸레버 측면 모서리에 대향되는 제2 캔틸레버 측면 모서리에 배치되는 적어도 1개의 제2 측벽과; 제1 및 제2 측벽들 사이에 배치되는 유체를 보유하도록 구성되는 적어도 1개의 채널로서, 채널, 제1 측벽 및 제2 측벽은 캔틸레버 자유 단부를 향해 연장되지만 자유 단부에 도달되지 않는, 적어도 1개의 채널과; 제1 모서리, 제2 모서리 및 캔틸레버 자유 단부에 의해 한정되는 경계부 그리고 또한 제1 측벽, 제2 측벽 및 채널을 갖는 기부 영역을 포함하고, 기부 영역은 캔틸레버 전방 표면으로부터 멀어지게 연장되는 팁을 포함한다. 개선된 피착이 얻어질 수 있다. 생체 분자를 포함하는 유체 잉크가 성공적으로 패터닝될 수 있다.

Description

피착을 위한 개선된 캔틸레버{IMPROVED CANTILEVERS FOR DEPOSITION}
관련출원에 대한 교차참조
본 출원은 온전히 참조로 여기에 합체되어 있는 2010년 4월 14일자로 출원된 미국 임시 출원 제61/324,167호 그리고 또한 온전히 참조로 여기에 합체되어 있는 2010년 4월 20일자로 출원된 미국 임시 출원 제61/326,103호에 대한 35 U.S.C. §119(e) 하에서의 이익을 향유한다.
최근에 개발된 표면 나노리소그래피 도구는 예컨대 딥 펜 나노리소그래피[Dip Pen Nanolithography, (DPN)TM] 인쇄 방법 그리고 관련된 인쇄 방법 등의 다양한 기술에서 사용될 수 있는 원자력 현미경(AFM: tomic Force Microscopy) 캔틸레버를 포함한다. DPN은 예컨대 ("잉크"로서 종종 불리는) 화학 물질 및 생물 물질 유체의 나노스케일 피착을 위한 펜으로서 AFM 캔틸레버 등의 예리한 팁을 이용하는 직접 기록 기술이다. AFM 캔틸레버는 다양한 나노스케일 패턴을 발생시키도록 DPN 분야에서 사용된다. 그러나, 종래의 AFM 캔틸레버는 구체적으로 기판으로 유체 "잉크"를 전달하여 마이크로스케일 또는 나노스케일 구조로 기판을 패터닝하지 않는 스캐닝 분야를 위해 설계되었다. 최초의 캔틸레버 설계는 기본적으로 단부에서 예리한 프로브(팁)를 갖는 통상의 캔틸레버이다. 특히 상업적 분야가 사용될 때를 위한 개선된 설계가 요구된다. 예컨대, 잉크 피착의 비일관성이 일어나면, 이것이 문제를 발생시킬 수 있다. 잉크 피착의 비일관성과 관련된 문제는 캔틸레버의 어레이가 더 큰 면적에 걸친 다수개의 잉크의 병렬 인쇄를 위해 채용될 때에 훨씬 더 중요해진다. 인쇄된 특징부의 크기의 변화는 많은 분야에 대해 어레이를 횡단하여 관찰되지 않거나 최소화되어야 한다.
여기에서 설명되는 실시예는 예컨대 장치; 기구; 시스템; 장치, 기구 및 시스템을 제조하는 방법; 그리고 장치, 기구 및 시스템을 사용하는 방법을 포함한다. 다른 실시예는 키트이다.
여기에서 개시되는 실시예는 예컨대 전방 표면, 제1 측면 모서리, 제2 측면 모서리, 자유 단부인 제1 단부 그리고 비-자유 단부인 제2 단부를 포함하는 적어도 1개의 캔틸레버를 포함하는 장치에 관한 것이다. 전방 표면은, 제1 캔틸레버 측면 모서리에 배치되는 적어도 1개의 제1 측벽 그리고 제1 캔틸레버 측면 모서리에 대향되는 제2 캔틸레버 측면 모서리에 배치되는 적어도 1개의 제2 측벽과; 제1 및 제2 측벽들 사이에 배치되는 유체를 보유하도록 구성되는 적어도 1개의 채널로서, 채널, 제1 측벽 및 제2 측벽은 캔틸레버 자유 단부를 향해 연장되지만 자유 단부에 도달되지 않는, 적어도 1개의 채널과; 제1 모서리, 제2 모서리 및 캔틸레버 자유 단부에 의해 한정되는 경계부 그리고 또한 제1 측벽, 제2 측벽 및 채널을 갖는 기부 영역을 포함한다. 기부 영역은 캔틸레버 전방 표면으로부터 멀어지게 연장되는 팁을 포함할 수 있다. 유체 잉크가 채널 내에 저장될 수 있고, 팁 상으로 기부 영역으로 유동될 수 있고, 팁으로부터 기판으로 피착될 수 있다. 이론에 의해 제한되지 않으면, 유체 잉크는 측벽 영역으로부터 이동되는 것으로 보이고, 그에 의해 인쇄가 진행됨에 따라 채널 및/또는 기부 영역 내로 이동된다. 적어도 일부의 실시예에서, 표면 장력이 채널로부터 기부 영역을 향해 유체를 추진시킬 수 있다.
하나의 실시예에서, 채널은 테이퍼형이고, 채널이 기부 영역을 향해 점차로 좁아지는 폭을 갖는다. 측벽이 또한 테이퍼형이고, 그에 의해 측벽들이 자유 단부 및 기부 영역을 향해 이동됨에 따라 더 좁아진다. 이론에 의해 제한되지 않으면, 기부 영역은 예컨대 기부 위의 유체와 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차이에 의해 채널로부터 유체를 끌어당기도록 구성될 수 있다. 기부 영역은 채널의 저부 표면과 실질적으로 동일한 평면 상에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 측면 모서리 및 제2 측면 모서리는 평행하지 않고, 캔틸레버는 자유 단부로의 접근에 따라 좁아진다.
또 다른 실시예는, 각각에 적어도 1개의 팁을 포함하는 여기에서 설명된 것과 같은 복수개의 캔틸레버를 포함하는 장치 상으로 적어도 1개의 잉크를 적재하는 단계와; 복수개의 캔틸레버 및 팁으로부터 기판으로 잉크를 피착하는 단계를 포함하고, 팁의 적어도 80%, 적어도 90% 또는 적어도 95%가 기판 상으로의 잉크의 성공적인 피착을 보여주는, 방법을 포함한다. 이 방법은 1,000개 초과의 특징부를 패터닝하는 데 사용될 수 있고, 특징부의 80% 초과, 90% 초과 또는 95% 초과가 성공적으로 패터닝될 수 있다.
또 다른 태양에서, 마이크로스코픽 또는 나노스코픽 패턴을 형성하기 위해 유체를 전달하도록 구성되는 시스템이 제공된다. 이 시스템은, 적어도 1개의 어레이의 마이크로빔과; 마이크로빔의 어레이의 운동을 제어하도록 구성되는 제어 장치를 포함한다. 각각의 마이크로빔은, 단부 부분과; 단부 부분의 기부 영역으로부터 돌출되는 팁과; 마이크로빔을 따르고 기부 영역과 유체 연결되는 채널로서, 채널은 측벽을 갖는, 채널을 포함할 수 있고, 기부 영역은 측벽의 외부 표면으로부터 오목하고, 단부 부분의 적어도 1개의 측면까지 연장된다.
하나의 실시예에서, 기부는 단부 부분의 3개의 측면까지 연장된다. 기부는 완전히 단부 부분을 마스킹함으로써 형성될 수 있다.
하나의 실시예에서, 채널은 테이퍼형이고, 채널이 기부 영역을 향해 점차로 좁아지는 폭을 갖는다. 기부는 기부 위의 유체와 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차이에 의해 채널로부터 유체를 끌어당기도록 구성된다. 기부 영역은 채널의 확대 부분을 가질 수 있고, 확대 부분은 측벽을 갖지 않는 적어도 1개의 측면을 가질 수 있다.
기부 영역은 채널의 저부 표면과 실질적으로 동일한 평면 상에 있는 측방 표면을 가질 수 있다. 팁은 기부 영역과 일체로 형성될 수 있다.
또 다른 태양에서, 표면 상에 마이크로스코픽 또는 나노스코픽 패턴을 인쇄하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 캔틸레버 내의 채널로부터 캔틸레버의 단부 부분에서의 표면으로 유체를 피착하는 단계를 포함한다. 단부 부분은 상부에 팁을 갖는 기부 영역을 포함하고, 기부 영역은 적어도 1개의 측면에서 경계부를 갖지 않거나, 채널의 측벽보다 상당히 낮은 측벽을 갖는다.
피착 단계는 기부 영역 내의 유체와 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차이를 통해 채널로부터 기부 영역을 향해 유체를 끌어당기는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 유체가 캔틸레버 단부 부분으로부터 표면으로 전달되도록 표면에 대해 캔틸레버 단부 부분을 이동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
유체는 약 1 내지 약 15 ㎛의 폭 등의 약 15 내지 약 100 ㎛ 또는 약 1 내지 약 100 ㎛의 폭을 갖는 표면 상의 특징부를 형성할 수 있다. 캔틸레버는 표면에 접촉되게 할 수 있다.
또 다른 태양에서, 마이크로 캔틸레버를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 단부 부분을 갖는 긴 빔을 제공하는 단계와; 단부 부분에서 팁을 형성하는 단계와; 빔을 따라 테이퍼형 채널 영역을 갖는 마스크를 가하는 단계로서, 채널을 위한 마스크 부분은 단부 부분을 실질적으로 포위하는 확장 부분을 갖는, 단계와; 테이퍼형 부분 그리고 확장 부분에 대응하는 기부 영역을 형성하도록 긴 빔을 식각하는 단계로서, 기부 영역은 단부 부분의 적어도 1개의 측면을 통해 완전히 연장되는, 단계를 포함한다.
또 다른 태양에서, 캔틸레버를 포함하고, 캔틸레버는, 채널과; 채널을 개재시키는 2개의 측벽 영역과; 캔틸레버의 자유 단부 부분에 배치되는 선택적인 팁과; 팁을 포위하는 넓혀진 채널 영역을 포함하는, 장치가 제공된다. 넓혀진 채널 영역은 자유 단부 부분의 적어도 1개의 측면을 통해 완전히 연장된다.
하나의 실시예는, 여기에서 설명된 실시예에 따른 장치를 제공하는 단계와; 채널 내에 그리고 장치의 팁 상에 잉크를 배치하는 단계와; 팁으로부터 기판으로 잉크를 피착하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
또 다른 실시예는 기판 상으로 잉크를 인쇄하도록 구성되고 여기에서 설명된 것과 같은 장치를 포함하는 기구를 제공한다.
또 다른 실시예는 여기에서 설명된 것과 같은 장치를 포함하는 키트를 제공한다. 또 다른 실시예는 키트가 여기에서 설명된 것과 같은 장치의 사용을 위한 지시부를 추가로 포함하는 것을 제공한다. 또 다른 실시예는 키트가 여기에서 설명된 것과 같은 장치와 사용되는 잉크를 추가로 포함하는 것을 제공한다.
또 다른 실시예는, 각각에 적어도 1개의 팁을 포함하는 복수개의 캔틸레버를 포함하는 장치 상으로 적어도 1개의 잉크를 적재하는 단계와; 복수개의 캔틸레버 및 팁으로부터 기판으로 잉크를 피착하는 단계를 포함하고, 팁의 적어도 80%가 기판 상으로의 잉크의 성공적인 피착을 보여주는, 방법을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 팁의 적어도 90%가 기판 상으로의 잉크의 성공적인 피착을 보여준다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 1,000개 초과의 특징부를 패터닝하는 데 사용되고, 특징부의 80% 초과가 성공적으로 패터닝된다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 1,000개 초과의 특징부를 패터닝하는 데 사용되고, 특징부의 90% 초과가 성공적으로 패터닝된다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 1,000개 초과의 특징부를 패터닝하는 데 사용되고, 특징부의 95% 초과가 성공적으로 패터닝된다.
또 다른 실시예에서, 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 긴 캔틸레버로서, 캔틸레버는, 캔틸레버의 단부 부분에 배치되는 적어도 1개의 팁과; 제1 표면 상의 리세스형 영역을 포함하고, 리세스형 영역은, 캔틸레버의 길이 방향을 따른 제1 긴 부분과; 팁 주위의 제2 확장 영역을 포함하는, 장치가 제공된다.
하나의 중요한 실시예는 센서 및 센서 요소를 제조하기 위한 여기에서 설명된 방법 및 장치의 사용이다.
적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 장점은 예컨대 개선된 피착 일관성, 균일성 및/또는 속도를 포함하는 개선된 피착을 포함한다.
적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 장점은 인쇄 중에 요구되는 적은 횟수의 잉크 보충을 포함한다.
특허 또는 출원 파일은 컬러로 실행되는 적어도 1개의 도면을 포함한다. 컬러 도면을 갖는 이러한 특허 및 특허 출원 공개의 복사본이 요청 그리고 필요한 수수료의 지불 시에 특허청에 의해 제공될 것이다.
도1a는 공지된 캔틸레버(100)의 평면도이다. 여기에 도시된 것과 같은 캔틸레버는 나노잉크(NanoInk)(미국 일리노이주 스코키)로부터 얻어질 수 있다. 캔틸레버는 캔틸레버의 선형 어레이의 일부를 형성하고, 피착이 캔틸레버의 팁으로부터 기판으로 일어나도록 설계된다.
도1b는 기판으로의 피착을 위해 캔틸레버 상에 배치되는 잉크를 포함하는 그 정상 작업 중의 공지된 캔틸레버(100)의 평면도이다.
도1c는 그 표면 상에 형성되는 유체 액적을 갖고 팁으로부터 기판으로의 피착이 일어나도록 팁으로부터 멀어지게 이동되는 공지된 캔틸레버(100)의 평면도이다.
도2a는 캔틸레버의 단부 부분(212)에서 리세스 영역(214)을 갖는 공지된 캔틸레버(210)의 사시도이고, 리세스형 영역(214)은 팁(216)을 포위한다.
도2b는 제1 리세스형 영역(채널)(221) 및 제2 리세스형 영역(224)을 갖는 캔틸레버(220)의 사시도이다.
도2c는 본 발명의 실시예에 따른 캔틸레버(230)의 사시도이다. 리세스형 영역(채널)(231)의 제1 긴 부분은 테이퍼형이다. 측벽(235a, 235b)의 상부 표면이 또한 테이퍼형이다.
도2d는 하나의 실시예에서에서의 도2c에 도시된 캔틸레버(230)의 측면도이다.
도2e는 채널을 위한 측벽(245b) 그리고 리세스형 영역(244)의 제2 확장 부분을 위한 측벽(244b)을 갖는 캔틸레버(240)의 하나의 실시예에 대한 측면도이다. 측벽(244b)은 측벽(245b)보다 낮은 높이를 갖는다.
도3a는 캔틸레버 구조물을 제조하는 데 사용되는 (상이한 색상으로 도시된) 다수개의 마스크의 도면이다.
도3b는 여기에서 개시된 실시예에 따른 캔틸레버 구조물을 제조하는 데 사용되는 (상이한 색상으로 도시된) 다수개의 마스크의 도면이다.
도3c는 도3a에 도시된 마스크의 개략도이다. 측벽의 상부 표면(350a, 350b)은 (101˚ 각도에 의해 표시된 것과 같이) 실질적으로 평행한 모서리를 각각 갖는다. 즉, 상부 표면의 각각의 폭은 채널의 길이를 따라 실질적으로 일정하다(2개의 단부에서 12 ㎛ 및 11 ㎛로서 도시됨).
도3d는 도3b에 도시된 마스크의 개략도이다. 채널(331)의 측벽의 상부 표면(360a, 360b)은 테이퍼형 형상을 각각 갖고, 이 때에 폭이 단부 부분을 향해 약 50%만큼(9 ㎛로부터 4 ㎛로) 좁아진다. 상부 표면(360b)의 내부 모서리(101˚)와 채널의 단부 모서리 사이의 각도는 외부 모서리와 채널의 단부 모서리 사이의 각도보다 작다.
도4는 4개의 상이한 캔틸레버 설계의 평면도이다. #1은 채널을 갖지 않는 경우를 도시하고 있고; #2는 캔틸레버의 두께를 통해 연장되는 긴 채널을 갖고 채널이 테이퍼형인 경우를 도시하고 있다. #3은 캔틸레버의 두께를 통해 연장되는 긴 채널을 갖지만 채널이 테이퍼형이 아닌 경우를 도시하고 있다. #4는 도2b에 도시된 실시예를 도시하고 있다.
도5는 이러한 실시예에 대해 모든 펜이 패턴을 성공적으로 생성하지는 못하는 공지된 다중-펜 어레이의 이미지이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 다중-펜 어레이의 이미지이고, 비교적 성공적인 인쇄가 모든 펜의 모두 또는 상당한 부분으로써 성취된다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 캔틸레버 어레이로써 인쇄된 패턴의 근접도의 이미지이다. 도트의 크기는 1 펨토-리터 피착 체적에 대응하는 1 ㎛ 미만이다.
도8은 도2c의 실시예를 사용한 일관된 잉크 피착의 예의 이미지이다.
도9는 도8에 도시된 이미지의 근접도이다.
도10은 도2c의 실시예를 사용한 다수개의 핵산, DNA 및 용액의 피착의 이미지이다.
도11은 도10에 도시된 이미지의 근접도이다.
도12는 도2c에 도시된 실시예를 사용하여 인쇄된 다중 사이토카인의 단백질의 분석의 이미지이다.
도13은 (위) 상업적으로 이용 가능한 AFM 캔틸레버 상으로 형광 태그 IgG의 6 ㎛ 도트의 인쇄를 보여주는 브라이트필드 라이브 이미지(Brightfield live image)를 도시한다. (아래) 캔틸레버 상의 인쇄 영역의 형광 이미지를 도시한다.
도14는 상이한 스프링 상수를 갖는 주문형 캔틸레버 어레이 상에 인쇄되는 4개의 상이한 형광 태그 단백질을 도시하고 있다.
서론
본 출원에서 인용되는 모든 참고 문헌은 온전히 참조로 여기에 합체되어 있다.
2010년 4월 14일자로 출원된 우선권 주장의 기초가 되는 미국 임시 특허 출원 제61/324,167호가 온전히 참조로 여기에 합체되어 있다.
여기에서 인용되는 참고 문헌은 여기에서 개시되는 실시예의 이해 및 실시를 도울 수 있다. 인쇄, 가공 방법 및/또는 유체 유동과 관련되는 종래 기술의 참고 문헌의 예는 딥 펜 인쇄 방법 그리고 가공 방법 및 유체 유동의 관련된 기술을 기재하고 있는 미국 특허 제6,642,129호; 제6,635,311호; 제6,827,979호; 및 제7,034,854호; 그리고 미국 특허 공개 제2005/0235869호를 포함한다. 예컨대, 미국 특허 공개 제2008/0105042호; 제2009/0023607호; 제2009/0133169호; 및 제2010/0071098호가 또한 참조될 것이다. 다른 예는 미국 특허 제7,610,943호 그리고 미국 특허 공개 제2003/0166263호; 제2007/0178014호; 및 제2009/0104709호를 포함한다. 다른 예는 미국 특허 제7,690,325호 및 제7,008,769호를 포함한다. 미국 특허 제7,081,624호; 제7,217,396호; 및 제7,351,303호가 또한 참조될 것이다. 미국 특허 공개 제2003/0148539호; 및 제2002/0094304호가 또한 참조될 것이다.
다른 예는 발명의 명칭이 "AFM을 위한 캔틸레버 스타일러스의 미세 가공(Microfabrication of Cantilever Styli for the AFM)"(J. Vac. Sci. Technol. A8 (4) Jul/Aug 1990)인 알브레흐트(Albrecht) 등의 미국 특허 제5,221,415호 및 제5,399,232호를 포함하고, 이들 특허는 수동 AFM 캔틸레버를 제조하는 공정을 개시하고 있다.
미세 가공은 엠.제이. 마도(M.J. Madou)의 미세 가공의 기초 사항, 소형화의 과학(Fundamentals of Microfabrication, The Science of Miniaturization)에 일반적으로 기재되어 있다.
나노잉크, 인크.(미국 일리노이주 스코키)로부터 상업적으로 이용 가능한 상업용 인쇄 펜 및 펜 어레이 제품 그리고 또한 인쇄 기구 그리고 다른 관련된 부속품이 또한 참조될 것이다.
여기에서 개시된 실시예는 펨토- 및 아토-리터 체적 범위 내의 고체 표면 상으로의 유체 "잉크"의 더 일관되고 제어 가능한 피착에 관한 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 미세 유체 채널(microfluidic channel)을 갖는 원자력 현미경(AFM) 캔틸레버를 위한 새로운 설계가 나노스케일로의 제어된 양의 화학 물질 및 생물 물질 유체의 일관된 전달을 개선시킬 수 있다. 종래의 캔틸레버 설계와 대조적으로, 본 발명의 실시예에 따른 캔틸레버는 캔틸레버의 말단 단부에서 예리한 팁을 향해 유체를 보유 및 유도하는 리세스형 채널로써 조립될 수 있다. 리세스형 영역 및/또는 리세스와 캔틸레버의 모서리 사이의 영역은 팁을 향해 테이퍼형으로 구성될 수 있다. 테이퍼는 이들 표면 상의 액체가 표면 장력에 의해 팁을 향해 추진되는 결과를 초래한다. 이러한 설계에서, 유체는 팁으로 자체-추진되고, 팁으로부터 고체 기판으로의 일관된 잉크 유동을 형성할 수 있다. 채널을 형성하는 측벽이 또한 테이퍼형일 수 있고, 그에 의해 팁으로 접근함에 따라 더 좁아진다.
마이크로빔 및 캔틸레버
잉크를 인쇄하여 표면을 결상 및 조작하는 용도를 포함하는 캔틸레버 및 마이크로빔이 공지되어 있다. 예컨대, "다이빙 보드" 캔틸레버 및 "A-프레임" 캔틸레버가 공지되어 있다. 캔틸레버의 긴 측면은 평행하거나 테이퍼형일 수 있다. 캔틸레버는 캔틸레버의 경계 단부에 배치되는 간극 부분을 포함할 수 있다. 캔틸레버는 선택적으로 자유 단부에서 팁을 포함할 수 있다. 캔틸레버는 능동 또는 수동 인쇄를 위해 조정될 수 있다. 작동 방법은 열 및 정전기를 포함한다. 캔틸레버는 1 차원 및 2 차원 어레이를 포함하는 캔틸레버의 어레이의 일부를 형성할 수 있다.
전형적인 마이크로스코픽 또는 나노스코픽 인쇄 장치 또는 시스템은 종래의 딥 펜을 연상시키는 1개 이상의 긴 부재를 사용하여 유체를 피착한다. 긴 부재는 캔틸레버 등의 마이크로빔의 형태로 되어 있을 수 있다. 캔틸레버는 대개 기판에 고정되는 단부 그리고 자유로운 또 다른 단부를 갖는다. 캔틸레버는 MEMS 미세 가공 기술 등의 공지된 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 예컨대 서론에서 인용된 참고 문헌이 참조될 것이다. 캔틸레버 및 팁은 실리콘 질화물(silicon nitride), 실리콘 이산화물, 또는 임의의 다른 적절한 반도체 재료 또는 반도체 산업에서 사용되는 재료 등의 무기 재료를 포함할 수 있다. 캔틸레버 및 팁은 중합체와 같은 더 부드러운 유기 재료 그리고 실리콘 중합체(silicone polymers) 등의 탄성 중합체를 또한 포함할 수 있다.
DPN 분야에서, 여기에서 설명된 것과 같이, 캔틸레버 표면이 잉크를 저장하여 프로브로 잉크를 전달하는 풀(pool)로서 작용한다. 잉킹(inking)의 공정은 미세 유체 채널 또는 잉크를 갖는 저장조(예컨대, 잉크웰) 내로 캔틸레버를 침지시키는 단계를 수반할 수 있다. 전형적으로, 잉크는 얇은 액체 필름의 형태로 캔틸레버 표면 위에서 펼쳐진다. 도1은 그 표면 상에 형성되는 유체 액적을 갖는 종래의 캔틸레버(100)의 어레이의 평면도이다. 도1a는 잉크를 갖지 않는 캔틸레버 어레이를 도시하고 있다. 도1b 및 도1c는 그 상에 배치되는 잉크를 갖는 캔틸레버를 도시하고 있다. 잉크는 프로브에 연결되지 않은 상태로 캔틸레버의 중심에서 (얇은 필름의 액체보다 열역학적으로 안정된) 액적을 형성할 수 있다. 특히 도1c가 참조될 것이다. 불만족스러운 인쇄 패턴은 일부 경우에 이들 캔틸레버로부터 기인할 수 있다. 일부 실시예에서, 캔틸레버 상에서의 유체 활동은 비일관된 인쇄로 이어질 수 있다.
캔틸레버 또는 마이크로빔은 전방 표면, 후방 표면, 제1 측면 모서리, 제2 측면 모서리, 제1 단부 및 제2 단부를 포함할 수 있다. 전방 표면은 예컨대 팁을 포함할 수 있다. 후방 표면은 예컨대 팁을 갖지 않을 수 있다. 제1 및 제2 측면 모서리는 길 수 있다. 제1 단부는 자유 단부일 수 있다. 제2 단부는 기부와 관련될 수 있거나 비-자유 단부일 수 있다. 기부 영역이 제1 단부 또는 자유 단부와 관련될 수 있다. 기부 영역은 팁을 포함할 수 있다.
요구되면, 1개 초과의 팁이 각각의 캔틸레버 상에 배치될 수 있다.
하나의 실시예에서, 캔틸레버 전방 표면은 친수성이다. 물 액적이 예컨대 50˚ 미만, 40˚ 미만 또는 30˚ 미만의 접촉 각도를 형성할 수 있다. 캔틸레버가 제조된 후에, 캔틸레버는 표면 친수성을 조정하도록 추가의 처리 없이 사용될 수 있다. 그러므로, 하나의 실시예에서, 캔틸레버 전방 표면은 친수성 또는 소수성을 변경하도록 처리되지 않는다. 대체예에서, 캔틸레버는 전체의 캔틸레버 전방 표면 또는 전방 표면의 선택 부분 중 어느 한쪽에서 처리될 수 있다.
요구되면, 팁은 인쇄를 개선시키도록 표면 개질될 수 있다. 예컨대, 팁의 표면은 더 큰 친수성을 갖게 처리될 수 있다. 팁은 예리해질 수 있다.
하나의 실시예에서, 캔틸레버의 표면은 생체 적합성 및 친수성 표면 층을 형성하는 알킬렌옥시 또는 에틸렌옥시 유닛(예컨대, PEG)을 포함하는 화합물 등의 친수성 화합물 등의 흡착에 대해 표면을 부동태화할 수 있는 화합물로써 처리될 수 있다. 이러한 표면 처리의 하나의 장점은 예컨대 단백질 흡착의 억제 그에 따라 팁으로부터 표면으로의 단백질 운반을 위해 요구되는 활성화 에너지의 감소이다. 이러한 표면 처리가 없으면, 단백질을 포함하는 잉크가 일부 경우에 미처리된 캔틸레버를 침윤시키지 않을 수 있다.
도2a는 웰의 형태로 기부 영역(214)을 갖는 단부 부분(212)을 포함하는 종래의 캔틸레버 또는 마이크로빔(210)의 사시도이다. 팁(216)이 기부 영역에 배치된다. 단부 부분(212)은 캔틸레버의 자유 단부일 수 있다. 도2a의 좌측으로의 대향 단부는 캔틸레버의 고정 단부일 수 있다.
채널 및 기부 영역
채널은 미세 유체 및 MEMS 기술에서 일반적으로 공지되어 있다. 채널은 유체를 저장하고 또한 운반하는 양쪽 모두의 기능을 수행할 수 있다. 채널은 양쪽 측벽을 포함하는 측벽 그리고 저부로부터 형성될 수 있고, 또한 요구되면 포위될 수 있다. 채널의 일단부는 벽을 추가로 포함할 수 있다. 채널의 일단부는 또한 더 큰 영역으로 개방될 수 있고, 벽으로 포위되지 않을 수 있다. 예컨대, 채널은 잉크가 유체 연통되어 채널로부터 기부 영역으로 유동될 수 있도록 여기에서 설명된 것과 같은 기부 영역 내로 개방될 수 있다.
하나의 실시예에서, 도2b에 도시된 것과 같이, 캔틸레버(220)는 캔틸레버의 중간으로부터 또는 제2 고정 단부 부분으로부터 제1 자유 단부 부분(222)을 향해 연장될 수 있는 채널(221)로서 불리는 테이퍼형 리세스형 슬롯을 갖는다. 채널(221) 및 그 테이퍼형 프로파일의 미세 공동 효과(microcavity effect)로 인해, 잉크가 리세스형 영역 내에 보유될 수 있고, 표면 장력에 의해 테이퍼형 단부로 압박될 수 있다. 이와 같이, 잉크는 팁(226)으로부터 피착되도록 단부 부분(222)을 향해 그리고 기부 영역(224) 내로 자체-추진될 수 있다. 이와 같이, 프로브로부터 기판 표면으로의 더 일관된 잉크 피착이 성취될 수 있다. 추가로, 채널(221)은 대량의 잉크를 저장하는 것을 가능케 한다. 이와 같이, 잉크가 보충될 것이 요구되기 전에, 더 큰 면적이 피착될 수 있다.
도2c
도2c에 도시된 실시예에서, 캔틸레버(230)는 캔틸레버 전방 표면(233)으로부터 오목하게 형성되는 테이퍼형 채널(231)을 포함한다. 채널(231)은 테이퍼형이고, 기부 영역을 향해 점차로 좁아지는 폭을 갖는다.
도2c에서, 전방 표면(233)은 4개의 모서리를 가질 수 있고, 2개의 측벽 영역(235a, 235b)을 포함할 수 있다. 기부 영역(234)은 단부 부분(232)에 배치된다. 기부 영역(234)은 기부 영역의 전방 표면으로부터 멀어지게 연장되는 팁(236)을 갖는다. 이러한 실시예에서, 측벽 영역(235a, 235b)은 기부 영역(234) 내로 연장되지 않는다. 이와 같이, 도2a 및 도2b에 도시된 구조와 달리, 팁(236)은 측벽에 의해 포위되지 않고, 기부 영역(234)은 기부 영역(234)의 저부 표면이 채널(231)의 저부 표면과 실질적으로 동일한 평면 상에 있도록 단부 부분(232) 전체에 걸쳐 연장된다.
도2c에 도시된 실시예에서, 기부 영역(234)은 기부 영역(234) 위의 유체와 채널(231) 내의 유체 사이의 표면 장력 차이에 의해 채널(231)로부터 유체(잉크)를 끌어당기도록 구성된다. 구체적으로, 기부 영역은 기본적으로 경계부를 갖지 않으므로, 더 큰 유체 액적이 팁(236) 주위의 기부 영역(234) 내에 형성될 수 있다. 더 큰 액적은 표면 장력 차이를 통해 더 작은 표면적을 갖는 채널(231)로부터 유체를 끌어당기는 경향을 갖는다.
하나의 실시예 도2d는 도2c에 도시된 캔틸레버(230)의 측면도이다. 캔틸레버(230)는 저장조 부분(230a) 및 단부 부분(232)으로 분할될 수 있다. 팁(236)은 채널 영역과 같은 측벽을 갖지 않는 기부 영역(234)의 저부 표면으로부터 돌출된다. 기부 영역(234)은 채널의 측벽, 채널 그리고 단부 부분(232)의 3개의 모서리에 의해 한정될 수 있지만, 3개의 모서리에서 경계부를 실질적으로 갖지 않는다.
도2e에 도시된 실시예에서, 캔틸레버(240)는 채널의 측벽(245b)보다 낮은 높이를 갖는 측벽(244b)을 갖는 기부 영역(244)을 갖는다. 기부 영역은 그 상에 측벽을 갖지 않는 상태로 다른 2개의 모서리를 통해 완전히 연장될 수 있다. 대체예에서, 기부 영역(244)은 선택적으로 단부 부분의 3개의 모서리에서 측벽을 가질 수 있다.
경계부 또는 측벽을 갖지 않거나 채널의 측벽보다 낮은 측벽을 가지면, 기부 영역은 그 내에 보유되는 유체 액적에 대해 작은 구속을 가질 수 있다. 이와 같이, 기부 영역(234, 244)은 그 상에 형성되는 더 큰 액적의 유체를 가질 수 있다. 더 큰 액적은 채널 내의 유체에 비해 더 작은 표면 장력을 가질 수 있고, 유체는 표면 장력 차이에 의해 채널로부터 기부 영역 내로 끌어당겨질 수 있다. 이와 같이, 팁을 포위하는 기부 영역에서의 액적은 채널 내의 유체에 대한 흡인력을 효과적으로 제공할 수 있다.
도2b 및 도2c에 도시된 캔틸레버 설계의 실시예는 쇼트 및 롱 스케일 인쇄(더 큰 개수의 특징부가 인쇄될 수 있는 확장 인쇄)를 성취할 수 있다.
캔틸레버에 대한 치수 및 다른 파라미터
당업자라면 분야에 따라 치수를 변화시킬 수 있다. 치수는 예컨대 캔틸레버가 A-프레임 타입 또는 다이빙 보드 타입인 지에 따라 조정될 수 있다. 또한, 잉크의 종류가 캔틸레버를 설계할 때에 고려될 수 있다. 예컨대, 잉크의 점도가 고려될 수 있다. 예컨대, DNA 잉크는 매우 점성일 수 있다. 더 높은 강성 및 스프링 상수를 갖는 A-프레임 타입 캔틸레버가 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 예컨대, 캔틸레버 전방 표면의 면적은 약 10,000 ㎛2 미만일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 캔틸레버 전방 표면의 면적은 약 2,700 ㎛2 미만일 수 있다.
하나의 실시예에서, 측벽(제1 및 제2 양쪽 모두)은 적어도 약 200 nm인 높이를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 측벽(제1 및 제2 양쪽 모두)은 적어도 약 400 nm인 높이를 가질 수 있다. 제1 및 제2 측벽의 높이는 동일할 수 있다.
하나의 실시예에서, 제1 및 제2 측벽은 최대 폭 및 최소 폭을 가질 수 있고, 최대 폭은 측벽이 테이퍼형이도록 최소 폭보다 클 수 있다. 예컨대, 측벽은 약 3 내지 약 20 ㎛ 또는 약 5 내지 약 15 ㎛의 최대 폭을 가질 수 있다. 측벽은 약 1 내지 약 10 ㎛ 또는 약 2 내지 약 8 ㎛의 최소 폭을 가질 수 있다. 최대 및 최소 측벽 폭의 차이는 예컨대 3 내지 약 10 ㎛일 수 있다.
하나의 실시예에서, 채널은 약 10 내지 약 200 ㎛ 또는 약 50 내지 약 175 ㎛, 또는 약 75 내지 약 160 ㎛ 의 길이를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 길이는 약 90 내지 약 130 ㎛일 수 있다.
하나의 실시예에서, 채널은 약 50 ㎛ 이하, 약 35 ㎛ 이하 또는 약 25 ㎛ 이하의 최대 폭을 가질 수 있다. 이 범위는 예컨대 약 10 내지 약 50 ㎛ 또는 약 20 내지 약 30 ㎛일 수 있다. 이러한 최대 폭은 캔틸레버의 후방 단부에서의 폭일 수 있다. 폭은 자유 단부 및 기부 영역을 향해 채널을 내려오면서 좁아질 수 있다.
하나의 실시예에서, 채널은 약 3 내지 25 ㎛, 약 5 내지 10 ㎛ 또는 약 6 ㎛의 최소 폭을 가질 수 있다. 이러한 영역의 최소 폭은 기부 영역에 경계부를 제공할 수 있다.
하나의 실시예에서, 최대 및 최소 채널 폭들 사이의 차이는 예컨대 약 5 내지 약 50 ㎛, 약 10 내지 약 30 ㎛ 또는 약 15 내지 약 25 ㎛일 수 있다.
하나의 실시예에서, 채널은 채널과 기부 부분 사이의 경계부 즉 "목구멍부(throat)"(또는 제1 채널 단부)에서 그 최대 폭을 갖고, 한편 캔틸레버의 비-자유 단부에 근접한 대향 단부 즉 "꼬리부(tail)"(또는 제2 채널 단부)에서 그 최대 폭을 갖는다. 꼬리부(또는 제2 채널 단부)의 폭은 예컨대 약 5 내지 100 ㎛, 약 15 내지 75 ㎛ 또는 약 25 내지 50 ㎛일 수 있다. 목구멍부(또는 제1 채널 단부)의 폭은 예컨대 약 1 내지 25 ㎛, 약 2 내지 15 ㎛ 또는 약 3 내지 9 ㎛일 수 있다. 목구멍부와 팁 사이의 거리는 예컨대 약 1 내지 25 ㎛ 또는 약 2 내지 11 ㎛일 수 있다.
캔틸레버의 직각 교차 평면에 대해, 측벽의 외부 모서리는 제1 각도에 의해 또한 특징화될 수 있고, 측벽의 내부 모서리는 제2 각도에 의해 특징화될 수 있고, 제1 각도는 제2 각도보다 크다. 예컨대, 제1 각도는 제2 각도보다 약 1 내지 약 20˚ 또는 약 3 내지 약 10˚만큼 클 수 있다. 이것은 테이퍼링 효과를 제공한다.
캔틸레버의 폭은 예컨대 약 10 내지 약 100 ㎛, 약 20 내지 약 75 ㎛, 약 10 내지 약 30 ㎛ 또는 약 15 내지 약 25 ㎛일 수 있다.
팁 높이 및 팁 반경은 AFM 촬영 그리고 팁으로부터 표면으로 잉크를 전달하기 위한 AFM 및 유사한 팁의 사용의 분야를 포함하는 분야에서 알려져 있는 수치일 수 있다. 예컨대, 팁 높이는 약 20 ㎛ 이하, 약 10 ㎛ 이하 또는 약 5 ㎛ 이하일 수 있다. 팁 반경은 예컨대 약 50 ㎚ 이하 또는 약 25 ㎚ 이하일 수 있다. 팁 반경은 예컨대 약 15 ㎚일 수 있다. 나노스코픽 팁이 제조 및 사용될 수 있다.
다중 캔틸레버의 어레이에 대해, 캔틸레버 팁들 사이의 피치가 또한 당업계에서 알려져 있는 것과 같이 조정될 수 있다. 피치는 예컨대 약 50 내지 약 150 ㎛ 또는 약 60 내지 약 110 ㎛일 수 있다.
하나의 실시예에서, 제1 측벽, 제2 측벽 및 채널은 모두가 자유 단부를 향해 이동할 때에 더 좁아지도록 테이퍼형으로 구성되고, 제1 및 제2 측벽은 적어도 4 ㎛만큼 좁아지고, 채널은 적어도 15 ㎛만큼 좁아진다.
하나의 실시예에서, 캔틸레버는 실리콘 질화물을 포함한다. 이러한 캔틸레버의 두께는 예컨대 약 1,000 ㎚ 이하, 약 800 ㎚ 이하, 약 600 ㎚ 이하 또는 약 400 ㎚ 이하일 수 있다.
캔틸레버의 스프링 상수가 또한 조정될 수 있다. 이 예는 약 0.1 내지 약 10 N/m 또는 약 0.3 내지 약 0.7 N/m를 포함한다. 하나의 실시예에서, 스프링 상수는 0.6 N/m이다.
잉크
잉크는 여기에서 설명된 캔틸레버 및 마이크로빔과 관련된 적재, 유동, 피착 및 사용을 위해 조정될 수 있다. 예컨대, 잉크 점도가 조정될 수 있다. 고체 및 액체의 농도가 조정될 수 있다. 표면 장력이 조정될 수 있다. 계면 활성제가 필요하면 사용될 수 있다. 첨가제 및 건조제가 사용될 수 있다. 수성 및 비-수성 잉크가 사용될 수 있고, 용매 비율이 혼합 용매 시스템에 대해 조정될 수 있다.
1개 이상의 생물 물질 성분을 포함하는 잉크가 특히 흥미롭다. 예컨대, 단백질, 핵산, 지질 등이 사용될 수 있다.
잉크는 적재를 위한 요구 위치로 잉크를 안내하기 위해 캔틸레버 상으로의 잉크의 도입 그리고 잉크웰과의 사용에 대해 또한 조정될 수 있다.
제조 방법
미세 가공 방법이 서론에서 인용된 다양한 참고 문헌에 기재되어 있다.
양호한 실시예에서, 채널을 형성하는 일체형 삼각형 유체 채널 부분 그리고 기부 영역을 형성하는 연결된 정사각형 부분을 갖는 샤프닝 마스크가 팁을 샤프닝하는 데 사용될 수 있다. 질화물을 패터닝하는 캔틸레버 마스크는 원래의 마스크(M-ED)가 아니라 더 좁은 M-타입 마스크이다. 이러한 마스크는 팁을 향해 이들 섹션 상의 잉크를 이동시키도록 기능하는 좁은 측면 영역을 갖는다. 이러한 2개의 마스크 조합은 개선된 잉크 이용 그리고 또한 더 균일한 잉크 패턴을 초래한다.
캔틸레버(220, 230)를 각각 제조하는 마스크의 평면도가 도3a 및 도3b에 도시되어 있다(각각, 도3c 및 도3d). 도3a에서, 기부 영역을 위한 정사각형 마스크 부분(324)은 단부 부분(322)보다 작다는 것이 도시되어 있다. 후속적으로 형성된 기부 부분은 이와 같이 측벽에 의해 포위된다. 도3b에서 정사각형 마스크 부분(334)은 전체의 단부 부분(332)보다 크다는 것이 도시되어 있다. 이로 인한 기부 영역(234)은 이처럼 기본적으로 경계부를 갖지 않는다. 도3b에서, 기부 영역(234)을 위한 마스크 부분(334)은 채널(231)을 위한 마스크 부분(331)의 확장 연장부일 수 있다. 추가로, 도3b 및 도3d의 마스크는 (도3a 및 도3c와 달리) 측면에서 상당한 테이퍼링을 제공한다.
일체형 피라미드형 팁을 갖는 실리콘 질화물 캔틸레버가 알브레흐트 등에 의해 설명된 것(알브레흐트 등, 원자력 현미경을 위한 캔틸레버 스타일러스의 미세 가공, 진공 과학 및 기술 A의 저널: 진공, 표면 및 필름 1990; 8:3386-3396)과 유사한 방법에 의해 제조될 수 있다. 피라미드형 핏의 결정학적 식각 그리고 실리콘 웨이퍼로부터의 마스킹 층의 제거에 후속하여, 산화물 층이 형성된다. 이러한 산화물은 피라미드형 핏 및 인접한 삼각형 영역을 포함하는 영역을 형성하도록 패터닝된다. 이러한 산화물 층은 팁을 샤프닝하는 역할 및/또는 그렇지 않으면 핏의 정점 반경 및 형상을 제어하는 역할을 수행할 수 있다(아카민, 미세 주조 팁의 저온 열 산화 샤프닝, J Vac Sci Technol B 1992; 10:2307-2310). 이론에 의해 제한되지 않으면, 산화물 층 내의 압축 응력은 산화물이 표면에 직각인 방향으로 팽창되게 할 수 있다. 피라미드형 핏의 저부 근처에서, 이러한 팽창은 대향 표면의 근접에 의해 좌절된다. 이것은 v자형으로부터 커스프형(cusped)으로의 단면 프로파일 면에서의 변화 그리고 정점에서의 곡률 반경 면에서의 감소를 초래할 수 있다.
산화물 층은 또한 후속적으로-형성되는 실리콘 질화물 캔틸레버 내의 채널을 위한 주형을 형성하는 역할을 수행할 수 있다. 예리한 팁을 형성하도록 이미 수행된 단계가 캔틸레버 상에 개방 채널을 형성하도록 이처럼 변형될 수 있다. 유체 운반을 위한 개방 채널이 나노잉크, 인크.(미국 일리노이주 스코키)에 의해 개발되어 판매되는 잉크웰 제품에 사용된다.
일부 대체 실시예에서, 리세스형 기부 부분은 1개, 2개 또는 3개의 측면 상에 측벽을 가질 수 있다. 측벽은 채널의 측벽 영역보다 낮을 수 있다.
인쇄 방법
거대 영역 위에서의 수백만 개의 특징부의 신속한 형성을 위해, DPN 인쇄가 고밀도 1D 및 2D 펜 어레이를 갖는 MEMS 장치를 사용할 수 있다. 이들 MEMS 장치는 다수개의 재료의 병렬 인쇄에서 DPN 능력을 상당히 확장시킬 수 있지만, 동시에 어레이 내에서의 각각의 펜의 특출한 성능을 요구한다.
나노리소그래피가 오늘날 대면하는 도전 과제들 중 하나가 높은-처리량, 재현성 및 저비용을 갖는 나노스케일 패턴이다.
고체 기판 상의 재현 가능한 고밀도의 화학 물질 및 생물 물질 패턴이 여기에서 개시된 시스템을 사용하여 성취될 수 있다. 이러한 패턴은 예컨대 고밀도 단백질 및 핵산을 스포팅하는 나노 및 바이오기술과 관련된 연구 및 상업 분야, DNA 나노- 및 마이크로-어레이, 랩-온-어-칩 센서(lab-on-a-chip sensor)의 형성, 집적 회로 및 MEMS에 유용할 수 있다.
표면 상에 마이크로스코픽 또는 나노스코픽 패턴을 인쇄하는 방법이 제공된다. 이 방법은 위에서 설명된 캔틸레버 내의 채널로부터 캔틸레버의 단부 부분에서의 표면으로 유체를 피착하는 단계를 포함한다. 단부 부분은 상부에 팁을 갖는 기부 영역을 포함하고, 기부 영역은 적어도 1개의 측면에서 경계부를 갖지 않거나, 채널의 측벽보다 상당히 낮은 측벽을 갖는다. 피착 단계는 기부 영역 내의 유체와 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차이를 통해 채널로부터 기부 영역을 향해 유체를 끌어당기는 단계를 포함한다. 표면에 대해 캔틸레버 단부 부분을 이동시킴으로써, 유체가 상이한 위치에서 캔틸레버 단부 부분으로부터 표면으로 전달될 수 있다.
이로 인한 패턴은 약 15 내지 약 100 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 50 ㎛, 또는 약 1 내지 약 15 ㎛ 등의 약 1 내지 약 25 ㎛의 폭을 갖는 특징부를 가질 수 있다. 캔틸레버 단부 부분 특히 팁은 피착 공정 중에 표면과 접촉될 수 있다. 특징부는 측면 치수(예컨대, 직경 또는 선폭) 면에서 1 ㎛ 이하일 수 있다.
여기에서 개시된 실시예는 도10-도12에 추가로 도시된 것과 같이 (바이오 또는 MEMS에 제한되지 않는, 임의의 액체 잉크 DPN 인쇄에 대해) 고밀도 생물 물질 칩 또는 MEMS 장치의 형성을 위한 DPN의 인쇄 능력을 개선시킨다. 미세 유체 채널을 갖는 캔틸레버를 사용하는 것이 제품 품질을 개선시킬 수 있고, 생산량을 상승시킬 수 있다.
여기에서 설명된 장치를 포함하는 키트가 제공될 수 있다. 이 키트는 적어도 1개의 잉크, 적어도 1개의 기판, 적어도 1개의 잉크웰, 1개 이상의 다른 부속품 및/또는 키트를 사용하는 적어도 1개의 지시 시트를 또한 포함할 수 있다.
여기에서 설명된 장치를 사용하는 기구가 또한 제조될 수 있다. 예컨대, DPN 5000 또는 NLP 2000 기구를 포함하는 인쇄 기구가 나노잉크, 인크.(미국 일리노이주 스코키)로부터 얻어질 수 있다. 예컨대, 나노리소그래픽 기구를 기재하고 있는 미국 특허 공개 제2009/0023607호(나노잉크, 인크.)가 참조될 것이다.
추가의 실시예("ED 실시예")
적어도 11개의 추가의 실시예가 ED("extended delivery")에 대해 추가로 설명될 것이다.
ED1로 불리는 하나의 실시예는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 긴 캔틸레버를 포함하는 장치를 포함하고, 캔틸레버는 캔틸레버의 단부 부분에 배치되는 적어도 1개의 팁 그리고 제1 표면 상의 리세스형 부분을 포함하고, 리세스형 부분은 캔틸레버의 길이 방향을 따른 제1 긴 부분 그리고 팁 주위의 제2 확장 부분을 포함한다.
ED2. 실시예 ED1의 장치에서, 리세스형 영역의 제2 확장 부분은 캔틸레버의 단부 부분에서 측벽을 갖는다.
ED3. 실시예 ED1의 장치에서, 리세스형 영역의 제2 확장 부분은 캔틸레버의 단부 부분 전체에 걸쳐 연장된다.
ED4. 실시예 ED1의 장치에서, 제2 확장 부분은 측벽을 갖지 않는 적어도 1개의 측면을 갖는다.
ED5. 실시예 ED1의 장치에서, 리세스형 영역의 제1 긴 부분은 2개의 측벽을 갖고, 리세스형 영역의 제2 확장 부분은 리세스형 영역의 제1 긴 부분의 2개의 측벽보다 낮은 적어도 1개의 측벽을 갖는다.
ED6. 실시예 ED1의 장치에서, 제1 긴 부분은 리세스형 영역의 제2 확장 부분을 향해 유체를 전달하는 채널로서 구성되고, 제1 긴 부분은 제2 확장 영역을 향해 좁아지는 폭을 갖는 테이퍼형 형상을 갖는다.
ED7. 실시예 ED1의 장치에서, 리세스형 영역의 제1 긴 부분은 2개의 측벽을 갖고, 2개의 측벽은 캔틸레버의 길이를 따라 실질적으로 동일한 폭을 각각 갖는다.
ED8. 실시예 ED1의 장치에서, 리세스형 영역의 제2 확장 부분은 실질적으로 정사각형의 형상을 갖는다.
ED9. 실시예 ED1의 장치에서, 리세스형 영역의 제2 확장 부분은 캔틸레버의 단부 부분 전체에 걸쳐 연장되고, 리세스형 영역의 제1 긴 부분은 2개의 측벽을 갖고, 2개의 측벽의 각각은 단부를 향해 좁아지는 폭을 갖는 상부 표면을 갖는다.
ED10. 실시예 ED1의 장치에서, 리세스형 영역의 제2 확장 부분은 캔틸레버의 단부 부분 전체에 걸쳐 연장되고, 리세스형 영역의 제1 긴 부분은 2개의 측벽을 갖고, 2개의 측벽의 각각은 단부 부분을 향해 좁아지는 폭을 갖는 상부 표면을 갖고, 2개의 측벽의 각각의 상부 표면의 폭은 단부 부분을 향해 적어도 10%만큼 좁아진다.
ED11. 실시예 ED1의 장치에서, 리세스형 영역의 제2 확장 부분은 캔틸레버의 단부 부분 전체에 걸쳐 연장되고, 리세스형 영역의 제1 긴 부분은 2개의 측벽을 갖고, 2개의 측벽의 각각은 단부 부분을 향해 좁아지는 폭을 갖는 상부 표면을 갖고, 2개의 측벽의 각각의 상부 표면의 폭은 단부 부분을 향해 적어도 50%만큼 좁아진다.
실례
이미지를 포함하는 도면은 여러 가지의 실례를 도시하고 있다.
도4는 생물 물질 및 화학 물질 어레이의 형성을 위한 DPN 공정에서 채용된 실제의 개발예를 도시하고 있다. "#1"은 슬롯 및 리세스를 갖지 않는 종래의 캔틸레버이다. "#2"는 팁을 포위하는 단부 부분 내의 웰에서 종료되는 캔틸레버의 길이를 통해 연장되는 테이퍼형 슬롯을 갖는다. "#3"은 페디스틀 내의 웰에서 종료되는 캔틸레버의 길이를 진행하는 비-테이퍼형 슬롯을 갖는다. "#4"는 테이퍼형 리세스형 채널에 연결되는 캔틸레버의 단부 부분 내의 리세스형 영역을 갖는다.
캔틸레버 특징 면에서의 변화가 인쇄 결과를 변화시킬 수 있다. 예컨대, 도5는 모든 펜이 패턴을 형성하지는 않는 다중-펜 어레이를 사용하는 것과 관련되는 인쇄 문제점을 보여준다. 예컨대, 좌측으로부터 3번째 캔틸레버에서, 스폿이 존재하지 않는다.
대조적으로, 도6은 모든 또는 실질적으로 모든 펜으로써의 성공적인 인쇄를 도시하고 있다. 예컨대, 펜의 80% 초과가 동시에 인쇄할 수 있거나, 펜의 90% 초과, 95% 초과 또는 98% 초과가 동시에 인쇄할 수 있다. 많은 실험 데이터는 여기에서 개시된 실시예에 따른 캔틸레버 표면 위에서 엠보싱되는 미세 유체 채널이 캔틸레버로부터 팁으로의 유체 유동을 용이하게 한다는 증거를 제공한다.
추가로, 도7은 본 발명의 실시예에 따른 캔틸레버 어레이로써 인쇄된 패턴의 근접도의 이미지이다. 도트의 크기는 1 펨토-리터 피착 체적에 해당하는 1 ㎛ 미만이다.
추가로, 도8은 도2c의 실시예를 사용한 일관된 잉크 피착의 예의 이미지이다. 나아가, 도9는 도8에 도시된 이미지의 근접도이다.
나아가, 도10은 도2c의 실시예를 사용한 다중 핵산, DNA 및 용액의 피착의 이미지이다. 도11은 도10에 도시된 이미지의 근접도이다.
도12는 도2c에 도시된 실시예를 사용하여 인쇄된 다중 사이토카인의 단백질의 분석의 이미지이다.
추가예("센서 실시예")
하나의 분야에서, 센서가 여기에서 설명된 장치 및 방법을 사용하여 준비될 수 있다. 예컨대, 온전히 참조로 여기에 합체되어 있는 2010년 4월 20일자로 출원된 미국 임시 출원 제61/326,103호가 참조될 것이다. 예컨대, 작은 구조물의 다중화 인쇄를 위한 더 양호한 방법을 제공할 필요성이 존재한다. 추가로, 더 민감한, 정확한, 다재다능한, 강력한 및 저비용 감지 방법 그리고 이들 개선된 센서를 제조 및 사용하는 방법을 개발할 필요성이 존재한다. 구체적으로, 생물 물질-관련된 감지가 중요한 상업적 필요성이고, 다중화 생물 물질 구조물이 요구된다. 예컨대, 많은 의약 분야가 더 양호한 센서에 의해 진보될 것이다. 센서를 제조 및 사용하는 고처리량 방법이 또한 요구된다.
여기에서 제공되는 실시예는 예컨대 장치, 물품, 키트 및 조성물 그리고 이들을 제조하는 방법 그리고 이들을 사용하는 방법을 포함하고, 여기에서 센서 또는 센서 요소가 준비될 수 있다.
하나의 실시예는 예컨대 나노- 및 마이크로-스케일에서 조립식 구조물로의 다중화 접근 가능한 인쇄를 제공한다. 인쇄는 센서를 형성하는 데 사용될 수 있다. 조립식 구조물은 예컨대 캔틸레버일 수 있다.
하나의 실시예는, 예컨대, 적어도 1개의 팁을 제공하는 단계와; 적어도 1개의 기판을 제공하는 단계로서, 기판은 적어도 1개의 감지 요소를 포함하는, 단계와; 팁이 잉크 조성물을 포함하도록 팁 상에 적어도 1개의 잉크 조성물을 배치하는 단계와; 잉크 조성물이 개질된 기판을 형성하기 위해 팁으로부터 감지 요소로 피착되도록 감지 요소에 대해 잉크 조성물을 포함하는 팁을 이동시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 팁은 본원에 기재된 바와 같이 마이크로빔 구조물 및 캔틸레버 구조물의 일부일 수 있다.
적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 장점은 감지 요소를 준비할 때의 개선된 공간 분해능이다.
적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 장점은 동시에 다수개의 분석 물질을 감지할 수 있는 능력이다.
적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 장점은 더 민감한 감지이다.
기구, 재료, 장치, 부속품 및 키트가 나노잉크, 인크.(미국 일리노이주 스코키)로부터 얻어질 수 있다.
마이크로 및 나노 전기 기계(MEMS 및 NEMS) 센서가 당업계에서 공지되어 있다. 센서는 물리 센서 또는 화학 센서일 수 있다. 센서는 예컨대 생물학적 질병을 진단하는 데 사용될 수 있다. 센서는 동시에 다수개의 분석 물질을 검출하는 데 사용될 수 있다.
감지 그리고 관련된 장치 및 방법을 기재하고 있는 기술 문헌은 예컨대 (1) 사우란(Sauran) 등, 분석 화학(Anal. Chem.), 2004, 76, 3194-3198; (2) 다얄(Dhayal) 등, 미국 화학 협회(J. Am. Chem. Soc.), 128, 11 (2006), 3716-3721; (3) 두타(Dutta) 등, 분석 화학(Anal. Chem.), 2003, 75, 2342-2348; (4) 벨라우브레(Belaubre) 등, 응용 물리학 레터즈(Applied Physics Letters), 2003, 82, 18, 3122; (5) 유(Yue) 등, 나노레터즈(Nanoletters), 2008, 8, 2, 520-524; (6) 린치(Lynch) 등, 프로테오믹스(Proteomics), 2004, 4, 1695-1702를 포함한다.
특허 문헌은 예컨대 미국 특허 공개 제2010/0086992[히멜하우스(Himmelhaus) 등] 및 제2010/0086735호[볼드윈(Baldwin) 등]을 포함한다.
추가로, 직접 기록 리소그래피 및 나노리소그래피(direct write lithography and nanolithography)는 당업계에서 공지되어 있다. 예컨대, 잉크 조성물이 팁 상에 배치될 수 있고, 잉크 조성물은 위에서 설명된 것과 같이 팁으로부터 기판으로 전달될 수 있다. 딥 펜 방법이 사용될 수 있다. 나노스케일 및 마이크로스케일 인쇄가 수행될 수 있다. 기술 문헌은 미국 특허 공개 제2010/0048427호(매트릭스 잉크); 미국 특허 공개 제2009/0143246호(매트릭스 잉크); 미국 특허 공개 제2010/0040661(줄기 세포); 미국 특허 공개 제2008/0105042호(2 차원 어레이); 미국 특허 공개 제2009/0325816호(2 차원 어레이); 미국 특허 공개 제2008/0309688호(뷰포트); 미국 특허 공개 제2009/0205091호(레벨링); 미국 특허 공개 제2009/0023607호(기구); 미국 특허 공개 제2002/0063212호(DPN); 미국 특허 공개 제2002/0122873호(APN); 미국 특허 공개 제2003/0068446호(단백질 어레이); 미국 특허 공개 제2005/0009206호(단백질 인쇄); 미국 특허 공개 제2007/0129321호(바이러스 어레이); 미국 특허 공개 제2008/0269073(핵산 어레이); 미국 특허 공개 제2009/0133169호(캔틸레버의 잉킹); 미국 특허 공개 제2008/0242559호(단백질 어레이); 미국 임시 출원 제61/225,530호(히드로겔 어레이); 미국 임시 출원 제61/314,498호(히드로겔 어레이); 미국 임시 출원 제61/324,167호(개선된 펜); 장(Jang) 등, 스캐닝(Scanning), 31, (2000), 1-6; 미국 특허 제7,034,854(잉크웰); 및 제WO 2009/132321호(중합체 펜 리소그래피)를 포함한다.
캔틸레버 그리고 캔틸레버의 단부에 배치되는 팁은 당업계에서 공지되어 있다. 중실 및 비-중공인 팁이 사용될 수 있다. 이들은 개구를 갖지 않을 수 있다. 이들은 나노스코픽 팁일 수 있다. 이들은 원자력 현미경 팁을 포함하는 스캐닝 프로브 현미경 팁일 수 있다. 이들은 예컨대 100 ㎚ 미만, 50 ㎚ 미만 또는 25 ㎚ 미만의 팁 반경을 가질 수 있다. 팁은 당업계에서 공지된 방법에 의해 예리화 및 세척될 수 있다. 팁은 당업계에서 공지된 것과 같이 피착을 개선시키도록 표면 처리될 수 있다. 예컨대, 미국 특허 공개 제2008/0269073호(핵산 어레이); 미국 특허 공개 제2003/0068446(단백질 어레이); 및 미국 특허 공개 제2002/0063212호(DPN)가 참조될 것이다. 플라즈마 세척이 요구될 때에 사용될 수 있다.
감지 요소는 당업계에서 공지되어 있고, 예컨대 캔틸레버(마이크로캔틸레버 또는 나노캔틸레버), 멤브레인 등일 수 있다. 감지 요소는 광학, 전기 화학, 전기 감지와 관련될 수 있다. 생물학적 반응성 결합 성분 또는 포착제를 위한 기판으로서 기능하는 감지 요소가 사용될 수 있다.
마이크로캔틸레버 및 나노캔틸레버는 당업계에서 공지되어 있다. 예컨대, 고에더스(Goeders 등), Chem. Rev., 2008, 108, 522-542; 미국 특허 제7,207,206호 및 제7,291,466호가 참조될 것이다. 캔틸레버는 A-프레임 타입 또는 다이빙 보드 타입일 수 있다. 캔틸레버 폭, 길이 및 형상은 감지 성능 및 인쇄성을 개선시키도록 요구되면 증가 또는 감소될 수 있다.
미세 유체 채널이 팁으로 유체 유동을 안내하도록 캔틸레버 상에 존재할 수 있고, 저장조로서 작용할 수 있다.
팁 없는 캔틸레버가 사용될 수 있다.
캔틸레버 구조물은 실리콘 질화물, 실리콘 및 중합체 재료를 포함할 수 있고, 이들 재료로 제조될 수 있다.
감지 요소는 그 표면 상에서 소수성 또는 친수성일 수 있다.
감지 요소는 사용 전에 세척될 수 있다. 예컨대, 감지 요소는 플라즈마 세척으로써 세척될 수 있다. 세척을 위한 시간은 최상의 결과를 제공하도록 조정될 수 있다.
감지 요소는 사용 전에 표면 코팅으로써 처리될 수 있다. 예컨대, 반응성 실란 코팅이 사용될 수 있다.
감지 요소는 단백질의 흡착 등의 분자 및 재료의 흡착을 차단하는 코팅을 갖도록 처리될 수 있다.
잉크 조성물은 당업계에서 공지되어 있다. 이들은 이러한 나노 입자 또는 다른 나노 구조물 등의 패터닝될 적어도 1개의 패터닝 조성물 또는 재료를 포함할 수 있다. 잉크 조성물은 적어도 1개의 캐리어 그리고 피착될 적어도 1개의 재료를 포함할 수 있다.
캐리어는 예컨대 단독으로 물을 포함하거나 바람직하게는 물과 혼합 가능한 1개 이상의 다른 용매로써 보충되는 물을 포함하는 수성 캐리어 시스템일 수 있다. 캐리어의 pH가 조정될 수 있다.
피착될 재료는 생체 분자 등의 분자일 수 있다. 생체 분자는 예컨대 단백질, 펩티드, 핵산, DNA, RNA, 효소 등을 포함한다.
잉크 조성물은 추가의 반응 시에 히드로겔을 생성하도록 설계되는 중합체(예컨대, 히드로겔 전구체)를 포함하는 적어도 1개의 합성 중합체를 포함할 수 있다.
잉크 조성물은 계면 활성제 등의 첨가제를 또한 포함할 수 있다.
높은 해상도가 성취될 수 있다. 예컨대, 인쇄된 특징부 경계부들 사이의 거리는 10 ㎛ 미만, 5 ㎛ 미만, 1 ㎛ 미만 또는 500 ㎚ 미만일 수 있다.
팁으로부터 기판으로의 재료의 전달을 수반하는 나노스케일에서의 피착을 포함하는 피착은 당업계에서 공지되어 있다. 예컨대, 팁이 기판에 대해 이동될 수 있거나, 기판이 팁에 대해 이동될 수 있다. 팁 및 기판이 접촉될 수 있는 접촉 방법이 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 잉크 제트 인쇄가 수행되지 않는다.
펨토-리터, 피코-리터 그리고 일부 경우에서의 나노-리터 양의 분자가 피착될 수 있다.
피착은 곡선 또는 직선을 포함하는 선을 생성하도록 팁이 기판에 대해 측면 치수로 이동 중인 동안에 또는 팁이 도트 또는 원을 생성하도록 기판에 대해 측면 치수로 정지되어 있는 동안에 발생될 수 있다.
체류 시간, 이동 속도 및 피착 속도는 요구 선폭 및 도트 직경을 제공하도록 조정될 수 있다.
동일한 스폿에서의 인쇄가 반복될 수 있다.
인쇄 중의 상대 습도가 인쇄를 개선하도록 조정될 수 있다. 예컨대, 50% 초과 또는 60% 초과의 상대 습도가 인쇄를 위해 사용될 수 있다.
감지 요소 상의 재료는 당업계에서 공지된 것과 같은 포착제일 수 있다. 포착제는 당업계에서 공지된 것과 같이 타깃 분자와 결합되도록 조정 및 선택될 수 있다. 특정한 결합이 성취될 수 있다.
단백질, 펩티드 및 항체 포착제가 사용될 수 있다. 복합 단백질, 펩티드 및 항체를 포함하는 복합 포착제 시스템이 사용될 수 있다.
타깃 분자/샘플
샘플은 당업계에서 공지된 것과 같이 1개 이상의 타깃 분자를 포함할 수 있다. 타깃 분자는 당업계에서 공지된 것과 같이 포착제와 결합되도록 조정 및 선택될 수 있다.
타깃 분자로의 포착제의 결합은 응력, 공진 및 편향 등의 캔틸레버에서의 검출 가능한 변화를 제공할 수 있다.
인쇄 후에, 감지 요소는 단백질을 포함하는 스폿에 대해 수화 상태를 유지하도록 더 높은 상대 습도에서 보관될 수 있다.
적용 분야는 예컨대 질병 스크리닝, 점 돌연변이 분석, 혈당 감시, 진단, 조직 공학, 세포 단위 이하의 특징부의 정보 획득, 랩-온-어-칩과의 사용, 기본 연구 그리고 화학 및 생물학 작용제 검출을 포함한다. 다른 적용 분야는 여기에서 인용된 참고 문헌에 기재되어 있다.
바이러스가 분석될 수 있다.
줄기 세포를 포함하는 세포가 분석될 수 있다.
항체 및 항원이 분석될 수 있다.
아토-그램 감도가 성취될 수 있다.
기구, 장치 및 방법이 NLP 2000 시스템; DPN® 펜 어레이: 타입 M; DPN® 펜 어레이: 타입 E; DPN® 잉크웰 어레이: 타입 M-12MW; 및 DPN® 기판: 실리콘 이산화물을 포함하는 나노잉크, 인크.(미국 일리노이주 스코키)로부터 사용될 수 있다.
잉크 및 잉크웰이 단백질 잉크를 인쇄하는 절차에 따라 준비될 수 있다. 단백질 잉크와 혼합된 알렉사플루오르 라벨 잉크(AlexaFluor labeled ink)가 사용될 수 있다.
캔틸레버는 균일한 도트 크기가 성취되도록 소수성일 수 있다. 모든 캔틸레버가 200 mtorr에서 매체 상에서 20초 동안 산소 플라즈마 세척기 내에서 처리된다. 글리시독시 프로필 트리메톡시 실란(Glycidoxy propyl Trimethoxy Silane, GTMO)이 통상적으로 캔틸레버의 하부측 상으로 증발된다. 80℃에서 2시간 동안 그리고 100℃에서 GTMO 없이 다음날까지 놓아둔다.
팁은 50% 습도에서 6 ㎛ 도트에 대해 4회만큼 방출된다. 인쇄가 그 다음에 한번에 1개의 팁에서 성취된다.
동일한 압력이 각각의 도트 인쇄에 대해 가해지고 양호한 둥근 도트가 형성되는 것을 보증하기 위해, 기록 팁이 인쇄될 캔틸레버 위로 25 ㎛만큼 위치될 수 있다. 그 다음에, 스테이지가 인쇄에 대한 점검을 위해 위로 20 ㎛만큼 이동될 수 있다. 스테이지는 단일의 균일한 도트가 형성될 때까지 한번에 1 ㎛만큼 이동될 수 있다.
상이한 잉크가 (상이한 형광단으로 인해) 더 작은 도트 크기를 가지면, 더 큰 도트를 형성하도록 정확하게 동일한 장소에서 리-잉킹(re-ink)이 수행될 수 있다.
촬영 전에 수화된 샘플이 유지될 수 있다.
추가의 예가 설명될 것이다:
N-단백질 및 그 결합체가 인비트로겐(Invitrogen)으로부터 구매된다.
정상 염소 카탈로그 # 10200 5 ml 5 mg/ml
정상 쥐 IgG 카탈로그 # 10400C 5 ml
정상 토끼 IgG 카탈로그 # 10500C 5 ml
당나귀 항-양 IgG (H+L) 알렉사 플루오르® 350 카탈로그# A21097 0.5 ml *2mg/mL*
닭 항-염소 IgG (H+L) 알렉사 플루오르® 488 카탈로그# A21467 0.5 ml *2mg/mL*
당나귀 항-쥐 IgG (H+L) 알렉사 플루오르® 546 카탈로그# A10036 0.5 ml *2mg/mL*
닭 항-토끼 IgG (H+L) 알렉사 플루오르® 647 카탈로그# A21443 0.5 ml *2mg/mL*
이들 단백질은 상이한 섹션으로 분할되었다. 나중에 사용될 것들은 진공 밀봉되었고, -80℃에서 놓아두었다. 바로 사용될 정상-단백질 용액이 1x PBS 버퍼로써 2.5 mg/ml까지 희석되었다. 결합체 IgG 단백질이 반응 전에 20 x 또는 500 x만큼 희석되었다.
인쇄하기 위해, 단백질은 단백질 잉크 용액과 5:3 비율로 조합될 수 있다. 이것은 그 다음에 각각의 종류의 단백질로써 3개의 저장조를 충전하도록 0.3 μl를 사용하여 M-타입 잉크웰 내로 피펫으로 옮겨졌다.
나노잉크 M-EXP 팁이 위에서 설명되고 아래에서 청구되는 것과 같이 이러한 실험에서 사용되고, 그날 사용하기 전에 200 mtorr에서 20 초 동안 산소 플라즈마 세정된다.
실리콘 웨이퍼는 다이아몬드 스크라이브로써 미가공 특징부로써 다이싱 및 마킹된다. 개별의 Si 칩은 20분 동안 초순수 아세톤 내에서 초음파 처리함으로써 철저하게 세정되고, 20분 동안의 초순수 이소프로판올 내에서의 초음파 처리가 후속된다. 칩은 그 다음에 글리시독시 프로필 트리메톡시 실란(glycidoxy propyl trimethoxy silane, GPTMS)을 갖는 유리 페트리 디시(glass Petri dish) 내에 위치된다. GPTMS는 유리 페트리 디시 내에 위치되는 원심 분리기 튜브로부터 여러 개의 캡 내로 주사기에 의해 위치된다. 커버는 페트리 디시 상에 위치되고, 그 다음에 기판 상으로 GPTMS를 증발시키도록 2 시간 동안 100℃에서 오븐 내로 놓인다. GPTMS는 그 다음에 제거되고, 기판은 하루 동안 80℃에서 오븐 내로 재삽입된다. 이것은 기판의 소수성이 극성 잉크를 인쇄하는 데 충분하고 단백질이 영구적으로 에폭시 표면에 결합될 수 있는 것을 보증한다.
단백질은 상이한 여러 가지의 상이한 습도 조건에서 인쇄된다. 가장 흔하게는 50%가 사용되고, 높은 습도에서 매우 큰 도트가 양호한 일관성으로써 인쇄되고, 낮은 습도에서 더 작은 도트가 인쇄된다.
잉크는 인쇄 전에 방출될 수 있다. 더 큰 6 ㎛ 도트에 대해, 4개의 방출 도트가 대개 그 다음에 또 다른 3-10개의 반복 가능한 도트를 인쇄할 정도로 충분하다. 더 작은 1-2 ㎛ 도트에 대해, 8-10개의 방출 도트가 10-20개의 특징부를 인쇄하는 데 요구된다.
서로에 근접하게 상이한 단백질을 인쇄하기 위해, 제1 도트에 매우 근접한 특징부를 피착하도록 기판 상에 제1 팁을 위치시키고 후속의 팁을 이동시키는 진보된 패턴 순서가 사용된다. 여러 가지의 상이한 인쇄 피치 즉 11 ㎛, 16.5 ㎛ 및 33 ㎛가 이용된다.
반응:
인쇄 후에, 기판 및 잉크는 습한 용기(70-100% 습도) 내에 위치되고, 실온에서 3시간 동안 반응되게 된다. 이것은 단백질이 표면에 결합되게 한다.
기판은 그 다음에 밀리 Q 물로써 세척되고, 그 다음에 0.1 내지 20%의 PBS의 혼합물과 교반된다.
그 다음에, 카제인 단백질 용액의 큰 액적이 차단제로서 반응 영역 위에 위치되고, 인쇄 특징부들 사이에서 미반응된 에폭시에 결합되게 된다. 이것은 높은 습도에서 1시간 동안 반응되게 된다.
기판은 위와 같이 재차 세척된다.
3개의 결합체 항체는 100 μg/ml까지 희석되고, 단일 용기 내에서 함께 혼합된다.
이러한 용액은 반응 영역 위에서 큰 액적 내에 위치되고, 높은 습도에서 1시간 동안 반응되게 된다.
기판은 마지막으로 세척되고, 형광 현미경 하에서 관찰될 수 있다.
추가로, 센서 분야에 대해, 도13은 (위) 상업적으로 이용 가능한 AFM 캔틸레버 상으로의 형광 태그 IgG의 6 ㎛ 도트를 보여주는 브라이트필드 라이브 이미지를 도시하고 있다. (아래) 캔틸레버 상의 인쇄된 영역의 형광 영상.
마지막으로, 도14는 상이한 스프링 상수를 갖는 주문형 캔틸레버 어레이 상에 인쇄되는 4개의 상이한 형광 태그 단백질을 센서 분야에 대해 도시하고 있다.

Claims (55)

  1. 전방 표면, 제1 측면 모서리, 제2 측면 모서리, 자유 단부인 제1 단부 그리고 비-자유 단부인 제2 단부를 포함하는 적어도 1개의 캔틸레버를 포함하고,
    전방 표면은,
    제1 캔틸레버 측면 모서리에 배치되는 적어도 1개의 제1 측벽 그리고 제1 캔틸레버 측면 모서리에 대향되는 제2 캔틸레버 측면 모서리에 배치되는 적어도 1개의 제2 측벽과;
    제1 및 제2 측벽들 사이에 배치되는 유체를 보유하도록 구성되는 적어도 1개의 채널로서, 채널, 제1 측벽 및 제2 측벽은 캔틸레버 자유 단부를 향해 연장되지만 자유 단부에 도달되지 않는, 적어도 1개의 채널과;
    제1 모서리, 제2 모서리 및 캔틸레버 자유 단부에 의해 한정되는 경계부 그리고 또한 제1 측벽, 제2 측벽 및 채널을 갖는 기부 영역
    을 포함하고,
    기부 영역은 캔틸레버 전방 표면으로부터 멀어지게 연장되는 팁을 포함하는,
    장치.
  2. 제1항에 있어서, 채널은 테이퍼형이고, 채널이 기부 영역을 향해 연장됨에 따라 점차로 좁아지는 폭을 갖는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 측벽은 테이퍼형이고, 측벽들이 기부 영역을 향해 연장됨에 따라 점차로 좁아지는 폭을 갖는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 기부 영역은 채널의 저부 표면과 실질적으로 동일한 평면 상에 있는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 제1 측면 모서리 및 제2 측면 모서리는 평행하지 않고, 캔틸레버는 자유 단부로의 접근에 따라 좁아지는, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 캔틸레버 전방 표면의 면적은 약 10,000 ㎛2 미만인 장치.
  7. 제1항에 있어서, 캔틸레버 전방 표면의 면적은 약 2,700 ㎛2 미만인 장치.
  8. 제1항에 있어서, 측벽은 적어도 약 200 ㎚인 높이를 갖는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 측벽은 적어도 약 400 ㎚인 높이를 갖는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 채널은 약 10 내지 약 200 ㎛의 길이를 갖는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 채널은 약 50 ㎛ 이하의 최대 폭을 갖는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 캔틸레버 전방 표면은 친수성인 장치.
  13. 제1항에 있어서, 캔틸레버 전방 표면은 친수성 또는 소수성을 변경하도록 처리되지 않는 장치.
  14. 제1항에 있어서, 팁은 나노스코픽 팁인 장치.
  15. 제1항에 있어서, 팁은 구멍 또는 개구를 갖지 않는 중실 팁인 장치.
  16. 제1항에 있어서, 팁은 약 20 ㎛ 미만의 팁 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제1항에 있어서, 팁은 적어도 약 3 ㎛의 팁 높이를 갖는 장치.
  18. 제1항에 있어서, 제1 측벽, 제2 측벽 및 채널은 모두가 자유 단부를 향해 이동될 때에 더 좁아지도록 테이퍼형으로 구성되는 장치.
  19. 제1항에 있어서, 제1 측벽, 제2 측벽 및 채널은 모두가 자유 단부를 향해 이동될 때에 더 좁아지도록 테이퍼형으로 구성되고, 제1 및 제2 측벽은 적어도 4 ㎛만큼 좁아지고, 채널은 적어도 15 ㎛만큼 좁아지는, 장치.
  20. 제1항에 있어서, 캔틸레버는 A-프레임 캔틸레버 또는 다이빙 보드 캔틸레버인 장치.
  21. 마이크로스코픽 또는 나노스코픽 패턴을 형성하기 위해 유체를 전달하도록 구성되는 시스템에 있어서,
    적어도 1개의 어레이의 마이크로빔과;
    마이크로빔의 어레이의 운동을 제어하도록 구성되는 제어 장치
    를 포함하고,
    각각의 마이크로빔은,
    단부 부분과;
    단부 부분의 기부 영역으로부터 돌출되는 팁과;
    마이크로빔을 따르고 기부 영역과 유체 연결되는 채널로서, 채널은 측벽을 갖는, 채널
    을 포함하고,
    기부 영역은 측벽의 외부 표면으로부터 오목하고, 단부 부분의 적어도 1개의 측면까지 연장되는,
    시스템.
  22. 제21항에 있어서, 기부는 단부 부분의 3개의 측면까지 연장되는 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 기부는 단부 부분의 3개의 측면까지 연장되고, 기부는 완전히 단부 부분을 마스킹함으로써 형성되는, 시스템.
  24. 제21항에 있어서, 채널은 테이퍼형이고, 채널이 기부 영역을 향해 점차로 좁아지는 폭을 갖는, 시스템.
  25. 제21항에 있어서, 기부는 기부 위의 유체와 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차이에 의해 채널로부터 유체를 끌어당기도록 구성되는 시스템.
  26. 제21항에 있어서, 기부 영역은 채널의 확대 부분을 포함하고, 확대 부분은 측벽을 갖지 않는 적어도 1개의 측면을 갖는, 시스템.
  27. 제21항에 있어서, 기부 영역은 채널의 저부 표면과 실질적으로 동일한 평면 상에 있는 측방 표면을 갖는 시스템.
  28. 제21항에 있어서, 팁은 기부 영역과 일체로 형성되는 시스템.
  29. 제21항에 있어서, 팁은 기부 영역으로부터 적어도 약 3 ㎛의 높이를 갖는 시스템.
  30. 제21항에 있어서, 어레이는 적어도 10개의 마이크로빔을 포함하는 시스템.
  31. 표면 상에 마이크로스코픽 또는 나노스코픽 패턴을 인쇄하는 방법이며,
    캔틸레버 내의 채널로부터 캔틸레버의 단부 부분에서의 표면으로 유체를 피착하는 단계
    를 포함하고,
    단부 부분은 상부에 팁을 갖는 기부 영역을 포함하고, 기부 영역은 적어도 1개의 측면에서 경계부를 갖지 않거나, 채널의 측벽보다 상당히 낮은 측벽을 갖는,
    방법.
  32. 제31항에 있어서, 피착 단계는 기부 영역 내의 유체와 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차이를 통해 채널로부터 기부 영역을 향해 유체를 끌어당기는 단계를 포함하는 방법.
  33. 제31항에 있어서, 유체가 캔틸레버 단부 부분으로부터 표면으로 전달되도록 표면에 대해 캔틸레버 단부 부분을 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  34. 제31항에 있어서, 유체는 약 1 내지 약 100 ㎛의 폭을 갖는 표면 상의 특징부를 형성하는 방법.
  35. 제31항에 있어서, 유체는 약 1 내지 약 15 ㎛의 폭을 갖는 표면 상의 특징부를 형성하는 방법.
  36. 제31항에 있어서, 상기 피착 단계는 캔틸레버 및 표면을 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
  37. 제31항에 있어서, 유체는 수성 유체인 방법.
  38. 제31항에 있어서, 유체는 적어도 1개의 생체 분자를 포함하는 방법.
  39. 제31항에 있어서, 유체는 적어도 1개의 단백질을 포함하는 방법.
  40. 제31항에 있어서, 캔틸레버는 캔틸레버의 어레이의 일부인 방법.
  41. 마이크로 캔틸레버를 제조하는 방법이며,
    단부 부분을 갖는 긴 빔을 제공하는 단계와;
    단부 부분에서 팁을 형성하는 단계와;
    빔을 따라 테이퍼형 채널 영역을 갖는 마스크를 가하는 단계로서, 채널을 위한 마스크 부분은 단부 부분을 실질적으로 포위하는 확장 부분을 갖는, 단계와;
    테이퍼형 부분 그리고 확장 부분에 대응하는 기부 영역을 형성하도록 긴 빔을 식각하는 단계로서, 기부 영역은 단부 부분의 적어도 1개의 측면을 통해 완전히 연장되는, 단계
    를 포함하는 방법.
  42. 캔틸레버를 포함하고,
    캔틸레버는,
    채널과;
    채널을 개재시키는 2개의 측벽 영역과;
    캔틸레버의 자유 단부 부분에 배치되는 선택적인 팁과;
    팁을 포위하는 넓혀진 채널 영역
    을 포함하고,
    넓혀진 채널 영역은 자유 단부 부분의 적어도 1개의 측면을 통해 완전히 연장되는,
    장치.
  43. 제1항에 따른 장치를 제공하는 단계와;
    채널 내에 그리고 팁 상에 잉크를 배치하는 단계와;
    팁으로부터 기판으로 잉크를 피착하는 단계
    를 포함하는 방법.
  44. 기판 상으로 잉크를 인쇄하도록 구성되고 제1항의 장치를 포함하는 기구.
  45. 제1항의 장치를 포함하는 키트.
  46. 제45항에 있어서, 키트는 제1항의 장치의 사용을 위한 지시부를 추가로 포함하는 키트.
  47. 제45항에 있어서, 키트는 제1항의 장치에 사용되는 잉크를 추가로 포함하는 키트.
  48. 각각에 적어도 1개의 팁을 포함하는 복수개의 캔틸레버를 포함하는 장치 상으로 적어도 1개의 잉크를 적재하는 단계와;
    복수개의 캔틸레버 및 팁으로부터 기판으로 잉크를 피착하는 단계
    를 포함하고,
    팁의 적어도 80%가 기판 상으로의 잉크의 성공적인 피착을 보여주는,
    방법.
  49. 제48항에 있어서, 팁의 적어도 90%가 기판 상으로의 잉크의 성공적인 피착을 보여주는 방법.
  50. 제48항에 있어서, 캔틸레버는 제1항에 따른 캔틸레버인 방법.
  51. 제48항에 있어서, 상기 방법은 1,000개 초과의 특징부를 패터닝하는 데 사용되고, 특징부의 80% 초과가 성공적으로 패터닝되는, 방법.
  52. 제48항에 있어서, 이 방법은 1,000개 초과의 특징부를 패터닝하는 데 사용되고, 특징부의 90% 초과가 성공적으로 패터닝되는, 방법.
  53. 제48항에 있어서, 이 방법은 1,000개 초과의 특징부를 패터닝하는 데 사용되고, 특징부의 95% 초과가 성공적으로 패터닝되는, 방법.
  54. 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 긴 캔틸레버를 포함하고,
    캔틸레버는 캔틸레버의 단부 부분에 배치되는 적어도 1개의 팁과; 제1 표면 상의 리세스형 영역을 포함하고, 리세스형 영역은, 캔틸레버의 길이 방향을 따른 제1 긴 부분과; 팁 주위의 제2 확장 영역을 포함하는, 장치.
  55. 제2항에 있어서, 표면 장력은 채널로부터 기부 영역으로 유체를 추진시키는 장치.
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