KR20130066611A

KR20130066611A - 다중화된 딥 펜 어레이를 이용한 바이오센서 기능화

Info

Publication number: KR20130066611A
Application number: KR1020127029880A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 비. 스메타나; 사주 알. 네티카단
Original assignee: 나노잉크, 인크.
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2011133663A1; TW201144213A; AU2011242804A1; JP2013530383A; US20110277193A1; EP2561341A1; CA2794418A1

Abstract

생물학적 응용을 위해 센서를 기능화하기 위한 다중화된 딥 펜 나노리소그래피(multiplexed dip pen nanolithography)가 제공되며, 여기서 다수의 포획 분자(capture molecules)가 캔틸레버(cantilevers)와 같은 센서 소자들에 적용된다. 센서 소자는 마이크로캔틸레버일 수 있다.

Description

다중화된 딥 펜 어레이를 이용한 바이오센서 기능화{FUNCTIONALIZING BIOSENSORS USING A MULTIPLEXED DIP PEN ARRAY}

관련 출원에 대한 상호 참조

본원은 2010년 4월 20일 출원된 미국 특허 가출원 제61/326,103호의 이익을 주장하며, 이 출원은 본 명세서에서 그 전체가 참조 문헌으로 인용된다.

소형 구조체의 다중화된 인쇄(multiplexed printing)를 위한 더 우수한 방법을 제공할 필요가 있다. 또한, 더 민감하고, 정밀하고, 다용도이고, 강인하고, 저비용인 센싱 방법, 및 이러한 개선된 센서를 제조하고 이용하는 방법을 개발할 필요가 있다. 특히, 생물학적으로 관련된 센싱은 중요한 상업적 요구이며, 다중 생물학적 구조체(multiplexed biological structures)가 필요하다. 예를 들어, 많은 의학 분야는 더 우수한 센서에 의해 발전될 것이다. 또한, 센서를 제조하고 이용하기 위한 고 처리량 방법이 필요하다.

본 명세서에서 제공된 실시예들은, 예를 들어, 디바이스, 물품(article), 키트 및 조성물, 및 이를 제조하는 방법 및 이를 이용하는 방법을 포함한다.

일 실시예는, 예를 들어, 나노 스케일 및 마이크로 스케일의 조립식(prefabricated) 구조체에 다중 어드레스 가능 인쇄를 제공한다. 이러한 인쇄는, 예를 들어, 센서 및 랩온어칩(lab-on-a-chip) 디바이스를 형성하는 데 사용될 수 있다. 조립식 구조체는, 예를 들어, 캔틸레버(cantilever), 미세유체(microfluidic) 채널, PDMS 필라(pillar) 어레이 또는 PDMS 미로(maze)일 수 있다.

일 실시예에서, 센서를 기능화(functionalizing)하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 센서 소자를 제공하는 단계; 적어도 제1 팁(tip) 및 제2 팁을 포함하는 펜 어레이(pen array)를 제공하는 단계; 제1 팁을 제1 잉크 조성물(composition)로 그리고 제2 팁을 제2 잉크 조성물로 코팅하는 단계; 제1 잉크 조성물 및 제2 조성물을 팁들로부터 센서 소자로 동시에 퇴적하여 각각이 10 미크론 이하의 가로 치수(lateral dimension)를 갖는 제1 패턴 및 제2 패턴을 형성함으로써 센서 소자를 기능화하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 패턴은 각각 1 미크론 이하의 가로 치수를 갖는다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 팁은 원자력 현미경(atomic force microscope) 팁들이다. 일 실시예에서, 펜 어레이는 일차원 펜 어레이이다. 일 실시예에서, 펜 어레이는 이차원 펜 어레이이다.

일 실시예에서, 센서 소자는 마이크로캔틸레버(microcantilever)를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 나노캔틸레버(nanocantilever)를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 진동형 경질(vibrating stiff) 캔틸레버를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 플렉시블(flexible) 캔틸레버를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 미세유체(microfluidic) 채널을 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 PDMS 필라(pillar) 어레이를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 PDMS 미로(maze)를 포함한다.

일 실시예에서, 잉크 조성물은 포획 분자(capture molecules)를 포함한다. 일 실시예에서, 잉크 조성물은 단백질, 펩티드, 또는 핵산을 포함한다. 일 실시예에서, 잉크 조성물은 수성 운반체(aqueous carrier)를 포함한다. 일 실시예에서, 잉크 조성물은 계면활성제 또는 매트릭스 성분을 포함한다.

일 실시예에서, 퇴적에 의해 적어도 하나의 라인이 형성된다. 일 실시예에서, 퇴적에 의해 적어도 하나의 도트가 형성된다. 일 실시예에서, 퇴적에서 라인 폭 또는 도트 직경은 약 1 미크론 내지 약 10 미크론이다. 일 실시예에서, 퇴적에서 라인 폭 또는 도트 직경은 약 1 미크론 이하이다. 일 실시예에서, 제1 패턴은 제2 패턴과 다른 포획 분자를 포함한다.

일 실시예에서, 기능화된 센서 소자는 실질적으로 상호오염이 없다. 일 실시예에서, 기능화된 센서 소자는 실질적으로 배경에 오염이 없다. 일 실시예에서, 센서 소자는 임의적이고 비평평한 표면을 포함하는 조립식 표면 구조체를 포함하며, 퇴적은 임의적이고 비평평한 표면이 실질적으로 상호오염 및 배경 오염이 모두 없게 하도록 적응된다.

일 실시예에서, 펜 어레이는 적어도 4개의 팁, 또는 적어도 8개의 팁을 포함한다. 일 실시예에서, 펜 어레이는 복수의 캔틸레버를 포함하며, 캔틸레버들 중 적어도 하나는 전면, 제1 측면 에지, 제2 측면 에지, 및 자유단인 제1 단부, 및 비자유단인 제2 단부를 포함하며, 전면은 (1) 제1 캔틸레버 측면 에지에 배치된 적어도 하나의 제1 측벽 및 제1 캔틸레버 측면 에지에 대향하는 제2 캔틸레버 측면 에지에 배치된 적어도 하나의 제2 측벽, (2) 유체를 보관하도록 적응되며, 제1 및 제2 측벽 사이에 배치된 적어도 하나의 채널 - 채널, 제1 측벽 및 제2 측벽은 캔틸레버 자유단을 향해 연장되지만 자유단에 도달하지 않음 -, 및 (3) 제1 에지, 제2 에지 및 캔틸레버 자유단, 그리고 또한 제1 측벽, 제2 측벽, 및 채널로 규정된 경계를 갖는 베이스 영역을 포함하며, 베이스 영역은 캔틸레버 전면에서 멀리 떨어져 연장하는 팁을 포함한다. 일 실시예에서, 채널, 제1 측벽 및 제2 측벽은 이들이 베이스 영역을 향해 연장됨에 따라 점점 더 좁아지도록 모두 테이퍼지며, 베이스 영역은 실질적으로 채널의 바닥면과 높이가 같다. 일 실시예에서, 펜 어레이는 적어도 하나의 DPN M-exp 팁을 포함한다.

다른 실시예는 센서를 기능화하는 방법을 제공하며, 방법은 센서 소자를 제공하는 단계; 적어도 하나의 캔틸레버를 제공하는 단계 - 캔틸레버들은 전면, 제1 측면 에지, 제2 측면 에지, 및 자유단인 제1 단부, 및 비자유단인 제2 단부를 포함하며, 전면은 (1) 제1 캔틸레버 측면 에지에 배치된 적어도 하나의 제1 측벽 및 제1 캔틸레버 측면 에지에 대향하는 제2 캔틸레버 측면 에지에 배치된 적어도 하나의 제2 측벽, (2) 유체를 보관하도록 적응되고, 제1 및 제2 측벽 사이에 배치된 적어도 하나의 채널 - 채널, 제1 측벽, 및 제2 측벽은 캔틸레버 자유단을 향해 연장되지만 자유단에 도달하지 않음 -, 및 (3) 제1 에지, 제2 에지 및 캔틸레버 자유단, 그리고 또한 제1 측벽, 제2 측벽, 및 채널로 규정된 경계를 갖는 베이스 영역을 포함하며, 베이스 영역은 캔틸레버 전면에서 멀리 떨어져 연장하는 팁을 포함함 -; 팁을 센서 분자들을 포함하는 잉크 조성물로 코팅하는 단계; 센서 분자들을 팁으로부터 센서 소자로 퇴적하여 10 미크론 이하의 가로 치수를 갖는 패턴을 형성함으로써 센서 소자를 기능화하는 단계를 포함하며, 패턴 내의 센서 분자들은 샘플로부터 적어도 하나의 분석물질을 검출하기에 적합하다.

간단히 말하면, 디바이스가 또한 제공되며, 디바이스는 칩을 포함하며, 칩은 복수의 센서 소자들을 포함하고, 각각의 센서 소자는 그 상부에 배치된 복수의 패턴들을 포함하고, 적어도 하나의 패턴은 10 미크론 미만의 가로 치수를 가지며, 적어도 하나의 센서 소자는 제1 센싱 분자들을 포함하는 제1 패턴 및 제2 센싱 분자들을 포함하는 제2 패턴을 포함하며, 제1 센서 분자들은 제2 센서 분자들과 다르다.

일 실시예에서, 칩은 적어도 10개의 센서 소자를 포함한다. 일 실시예에서, 칩은 적어도 50개의 센서 소자를 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자는 적어도 5개의 패턴을 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자는 적어도 50개의 패턴을 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 패턴은 1 미크론 이하의 가로 치수를 갖는다. 일 실시예에서, 제1 패턴 및 제2 패턴은 1 미크론 이하의 간격만큼 분리된다.

일 실시예에서, 센서 소자는 마이크로캔틸레버를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 나노캔틸레버를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 진동형 경질 캔틸레버를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 플렉시블 캔틸레버를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 미세유체 채널을 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 PDMS 필라 어레이를 포함한다. 일 실시예에서, 센서 소자는 PDMS 미로를 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자는 조립식 표면 구조체를 포함하며, 조립식 표면 구조체는 임의적이고 비평평하다.

일 실시예에서, 센싱 분자는 포획 분자를 포함한다. 일 실시예에서, 센싱 분자는 단백질을 포함한다. 일 실시예에서, 센싱 분자는 핵산을 포함한다. 일 실시예에서, 센싱 분자는 항체 또는 항원을 포함한다. 일 실시예에서, 센싱 분자는 센서 소자에 화학 흡착되거나 공유 결합된다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자의 적어도 일부는 패시베이션된다(passivated).

간단히 말하면, 디바이스가 또한 제공되며, 디바이스는 센서 칩을 포함하며, 칩은 적어도 제1 센서 소자 및 제2 센서 소자를 포함하는 복수의 센서 소자들을 포함하고; 각각의 센서 소자는 그 상부에 배치된 10 미크론 미만의 가로 치수를 각각 갖는 복수의 패턴을 포함하고, 각 센서 소자 상의 적어도 하나의 패턴은 센싱 분자를 포함하며; 제1 센서 소자는 제2 센서 소자와 다른 적어도 하나의 센싱 분자를 포함한다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 센서는 제1 센싱 분자를 포함하는 제1 패턴 및 제2 센싱 분자를 포함하는 제2 패턴을 포함하며, 제1 센서 분자는 제2 센서 분자와 다르다.

다른 실시예는 센서를 기능화하는 방법을 제공하며, 방법은 칩을 제공하는 단계 - 칩은 복수의 센서 소자들을 포함함 -; 적어도 제1 팁 및 제2 팁을 포함하는 펜 어레이를 제공하는 단계; 제1 팁을 적어도 하나의 제1 센싱 분자를 포함하는 제1 잉크 조성물로 그리고 제2 팁을 적어도 하나의 제2 센싱 분자를 포함하는 제2 잉크 조성물로 코팅하는 단계 - 제1 센싱 분자는 제2 센싱 분자와 다름 -; 제1 잉크 조성물 및 제2 잉크 조성물을 팁들로부터 센서 소자들 중 적어도 하나로 동시에 퇴적하여 제1 센싱 분자를 포함하는 제1 패턴 및 제2 센싱 분자를 포함하는 제2 패턴을 형성함으로써 칩을 기능화하는 단계 - 제1 패턴 및 제2 패턴은 각각 10 미크론 이하의 가로 치수를 가지며; 기능화된 칩은 샘플로부터 적어도 하나의 분석물질을 센싱할 수 있음 - 를 포함한다.

또 다른 실시예는 센서를 기능화하는 방법을 제공하며, 방법은 칩을 제공하는 단계 - 칩은 적어도 하나의 제1 센서 소자 및 하나의 제2 센서 소자를 포함하는 복수의 센서 소자들을 포함함 -; 각각이 적어도 하나의 센싱 분자를 포함하는 잉크 조성물로 코팅된 복수의 팁들을 포함하는 펜 어레이를 제공하는 단계; 잉크 조성물들을 팁들로부터 센서 소자들로 퇴적하여 각각의 센서 소자 상에 복수의 패턴들을 형성함으로써 칩을 기능화하는 단계 - 패턴들은 각각 10 미크론 이하의 가로 치수를 가지며; 기능화된 칩은 샘플로부터 적어도 두 개의 상이한 분석물질을 센싱할 수 있으며; 제1 센서 소자는 제2 센싱 소자와 다른 분석물질을 센싱할 수 있음 - 를 포함한다.

적어도 하나의 실시예에 대한 적어도 하나의 이점은 센서 소자들을 제조할 때 공간 해상도를 개선한다는 것이다.

적어도 하나의 실시예에 대한 적어도 하나의 이점은 다수의 분석물질을 동시에 센싱할 수 있다는 것이다.

적어도 하나의 실시예에 대한 적어도 하나의 이점은 더 민감하게 센싱하는 것이다.

적어도 하나의 실시예에 대한 적어도 하나의 이점은 더 정확하게 센싱하는 것이다.

도 1은 나노잉크 M-exp 타입의 팁들을 이용하여 상업적으로 입수가능한 AFM 캔틸레버 상에 형광 표지된(fluorescently tagged) IgG의 6 미크론 도트를 인쇄한 것을 도시하는 명시야 라이브 이미지(brightfield live image)(위) 및 캔틸레버 상의 인쇄된 영역들의 형광 이미지(아래)를 예시한다.
도 2는 상이한 스프링 상수를 갖는 커스텀 캔틸레버 어레이 상에 인쇄된 네 개의 상이한 형광 표지된 단백질을 예시한다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따라 센서를 제조하는 데 사용되는 경질 캔틸레버 및 나노잉크 M-exp 타입의 팁들(위)과, 플렉시블 캔틸레버(아래)를 예시한다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 기능화된 바이오센서를 예시하며, 여기서 센서는 경질 캔틸레버 상에 제조된다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 기능화된 바이오센서를 예시하며, 여기서 센서는 플렉시블 캔틸레버 상에 제조된다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 기능화된 바이오센서들을 예시하며, 여기서 센서들은 미세유체 채널들 내에 제조된다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 기능화된 바이오센서를 예시하며, 여기서 센서는 미세유체 채널 내에 제조된다.
도 8은 상업적으로 입수가능한 미세유체 시스템의 상부 상의 인쇄를 예시한다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 기능화된 바이오센서를 예시하며, 여기서 센서는 바이오센서를 기능화하기 위해 10 미크론 PDMS 필라 어레이뿐만 아니라, 나노잉크 M-exp 팁 상에 제조된다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 기능화된 바이오센서를 예시하며, 여기서 센서는 10 미크론 PDMS 필라 어레이뿐만 아니라, 비기능화된 PDMS 필라 어레이 상에 제조된다.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 기능화된 바이오센서를 예시하며, 여기서 센서는 PDMS 미로 상에 제조된다.
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 기능화된 바이오센서를 예시하며, 여기서 센서는 PDMS 미로 상에 제조된다.
도 13a는 공지의 캔틸레버들(100)의 상부 평면도이다. 이 도면에 도시된 바와 같은 캔틸레버들은 나노잉크(일리노이주 스코키)에서 입수할 수 있다. 이 캔틸레버들은 선형 캔틸레버 어레이의 일부를 형성하며, 여기서 퇴적은 캔틸레버의 팁으로부터 기판으로 발생되도록 설계된다.
도 13b는 기판의 퇴적을 위해 캔틸레버 상에 배치된 잉크를 포함하는 정상 동작 동안의 공지의 캔틸레버들(100)의 상부 평면도이다.
도 13c는 유체 액적(fluid droplets)이 표면에 형성되고 팁으로부터 멀어져 이동하는 공지의 캔틸레버들(100)의 상부 평면도를 예시하며, 이 경우 팁으로부터 기판으로 퇴적이 발생되어야 한다.
도 14a는 캔틸레버의 단부(212)에 오목(recessed) 영역(214)을 갖는 공지의 캔틸레버(210)의 사시도이며, 여기서 오목 영역(214)은 팁(216)을 둘러싼다.
도 14b는 제1 오목 영역(채널)(221) 및 제2 오목 영역(224)을 갖는 캔틸레버(220)의 사시도이다.
도 14c는 실시예에 따른 캔틸레버(230)의 사시도이다. 오목 영역(채널)(231)의 제1 긴 부분은 테이퍼진다(tapered). 측벽(235a, 235b)의 상부 표면 역시 테이퍼진다.
도 14d는 일 실시예에서 도 2c에 도시된 캔틸레버(230)의 측면도이다.
도 14e는 일 실시예에서 채널의 측벽(245b), 및 오목 영역(244)의 제2 확장된 부분의 측벽(244b)을 갖는 캔틸레버(240)의 측면도이다. 측벽(244b)의 높이는 측벽(245b)의 높이보다 낮다.
도 15a는 캔틸레버 구조체를 제조하는 데 사용되는 다수의 마스크(상이한 색상으로 도시됨)의 도면을 예시한다.
도 15b는 본 명세서에 개시된 실시예에 따라서 캔틸레버 구조체를 제조하는 데 사용되는 다수의 마스크(상이한 색상으로 도시됨)의 도면을 예시한다.
도 15c는 도 3a에 도시된 마스크의 개략도이다. 측벽의 상부 표면(350a, 350b)은 각각 실질적으로 평행한 에지(101도 각도로 표시됨)를 가지며, 즉, 상부 표면 각각의 폭은 실질적으로 채널의 길이를 따라 일정하다(두 단부에서 12um 및 11um으로 도시됨).
도 15d는 도 3b에 도시된 마스크의 개략도이다. 채널(331)의 측벽의 상부 표면(360a, 360b)은 각각 테이퍼진 형상을 갖고, 여기서 폭은 단부를 향해 약 50%(9um로부터 4um까지)만큼 좁다. 상부 표면(360b)의 내부 에지와 채널의 단부 에지 사이의 각도(101도)는 외부 에지와 채널의 단부 에지 사이의 각도보다 작다.

서론

본 명세서에서 인용된 참조 문헌은 그 전체가 참조 문헌으로 인용된다.

기구, 물질, 디바이스, 부속품, 및 키트는 나노잉크사(NanoInk, Inc.)(일리노이주 스코키)에서 입수할 수 있다.

2010년 4월 20일 출원된 우선권 미국 특허 가출원 제61/326,103호는 본 명세서에서 그 전체가 참조 문헌으로 인용된다.

센서

마이크로 및 나노 전자기계식(MEMS 및 NEMS) 센서는 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 센서는 물리 센서 또는 화학 센서일 수 있다. 센서는, 예를 들어, 생물학적 질병을 진단하는 데 사용될 수 있다. 센서는 여러 분석물질(analytes)을 동시에 검출하는 데 사용될 수 있다.

센싱 및 관련 디바이스 및 방법을 기술하는 기술 문헌은, 예를 들어, (1) Sauran 등의 Anal . Chem ., 2004, 76, 3194-3198; (2) Dhayal 등의 J. Am . Chem . Soc., 128, 11(2006), 3716-3721; (3) Dutta 등의 Anal . Chem ., 2003, 75, 2342-2348; (4) Belaubre 등의 Applied Physics Letters, 2003, 82, 18, 3122, (5) Yue 등의 Nanoletters, 2008, 8, 2, 520-524; (6) Lynch 등의 Proteomics, 2004, 4, 1695-1702를 포함한다.

특허 문헌은, 예를 들어, 미국 특허 공개 제2010/0086992호(Himmelhaus 등) 및 제2010/0086735호(Baldwin 등)를 포함한다.

나노리소그래피(NANOLITHOGRAPHY)를 포함하는 직접 기록 리소그래피(DIRECT WRITE LIGHOGRAPHY)

직접 기록 리소그래피 및 나노리소그래피는 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, 잉크 조성물은 팁(tip) 상에 배치될 수 있고 잉크 조성물은 팁으로부터 기판으로 전사될 수 있다. 딥 펜(dip pen) 방법이 사용될 수 있다. 나노스케일 및 마이크로스케일 인쇄(printing)가 수행될 수 있다. 다음의 참조 문헌들, 즉 미국 특허 공개 제2010/0048427호(매트릭스 잉크); 미국 특허 공개 제2009/0143246호(매트릭스 잉크); 미국 특허 공개 제2010/0040661호(줄기 세포); 미국 특허 공개 제2008/0105042호(이차원 어레이); 미국 특허 공개 제2009/0325816호(이차원 어레이); 미국 특허 공개 제2008/0309688호(뷰포트); 미국 특허 공개 제2009/0205091(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 제2008/0269073호(핵산 어레이); 미국 특허 공개 제2009/0133169호(캔틸레버의 잉킹); 미국 특허 공개 제2008/0242559호(단백질 어레이); 미국 가출원 제61/225,530호(hydrogel arrays); 미국 가출원 제61/314,498호(히드로겔 어레이); 미국 가출원 제61/324,167호 및 2011년 4월 13일 출원된 PCT/US2011/032369(개선된 펜); 미국 특허 제7,034,854호(잉크웰); WO 2009/132321(고분자 펜 리소그래피); WO 2010/096591; WO 2010/124210; WO 2010/141836; Jang 등의 Scanning, 31, (2000), 1-6은 본 명세서에서 그 전체가 참조 문헌으로 인용된다.

펜 어레이(PEN ARRAY)

펜 어레이는 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 공개 제2008/0105042호를 참조하기 바란다. 펜 어레이는 일차원 어레이 또는 이차원 어레이일 수 있다. 일 실시예에서, 펜 어레이는 복수의 캔틸레버를 포함하며, 각각은 팁을 포함한다. 그러한 펜 어레이 내의 캔틸레버들의 개수는, 예를 들어, 적어도 4, 적어도 8, 적어도 12, 또는 적어도 250일 수 있다.

팁(TIPS)

캔틸레버 및 캔틸레버의 단부에 배치된 팁들은 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 고체(solid) 및 비중공형(non-hollow) 팁들이 사용될 수 있다. 이들 팁은 구멍(aperture)을 포함하지 않을 수 있다. 이들 팁은 나노 크기(nanoscopic)의 팁일 수 있다. 이들 팁은 원자력 현미경(atomic force microscope) 팁을 포함하여 주사형 프로브(scanning probe) 현미경 팁일 수 있다. 이들 팁은 팁 반경이, 예를 들어 100 nm 미만, 또는 예를 들어 50 nm 미만, 또는 25 nm 미만일 수 있다. 팁은 본 기술 분야에서 공지된 방법에 의해 첨예화되고 세정될 수 있다. 팁은 표면이 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이 퇴적을 개선하도록 표면 처리될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 공개 제2008/0269073호(nucleic acid arrays); 미국 특허 공개 제2003/0068446호(protein arrays); 및 미국 특허 공개 제2002/0063212호(DPN)를 참조하기 바란다. 플라즈마 세정은 필요에 따라 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 센서를 기능화하는데 나노잉크 M-exp 팁이 사용된다.

센서 칩

랩온어칩(lap-on-a-chip: LOC)을 비롯한 센서 칩은 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, Yue 등의 Nanoletters, 2008, 8, 2, 520-524를 참조하기 바란다. 본원의 일 실시예에서, 센서 칩은 캔틸레버와 같은 복수의 센서 소자를 포함한다. 복수의 센서 소자는 센서 칩 상에 어레이로서 배치될 수 있다. 단일 센서 칩 상의 그러한 센서 소자들의 개수는, 예를 들어 적어도 3, 적어도 10, 적어도 50, 또는 적어도 100일 수 있다. 예를 들어, 도 2, 도 3(아래) 및 도 5는 각각 적어도 세 개의 센서 소자를 포함하는 센서 칩을 도시한다. 일 실시예에서, 센서 칩은 예를 들어 20 cm 이하, 또는 10 cm 이하, 또는 5 cm 이하, 또는 2 cm 이하 중 적어도 하나의 가로 치수를 갖는다. 칩의 크기는, 예를 들어 1000 ㎠ 초과, 100 ㎠에서 1000 ㎠ 사이, 10 ㎠에서 100 ㎠ 사이, 1 ㎠에서 10 ㎠ 사이, 또는 심지어 1 ㎠ 미만일 수 있다.

센서 소자

센서 소자는 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, Dutta 등의 Anal.Chem., 2003, 75, 2342-2348; Yue 등의 Nanoletters, 2008, 8, 2, 520-524를 참조하기 바란다. 몇몇 실시예에서, 센서 소자는, 예를 들어 마이크로캔틸레버이든 나노캔틸레버이든 간에 캔틸레버, 멤브레인, 미세유체 채널, PDMS 필라 어레이, PDMS 미로 또는 그와 유사한 것일 수 있다. 센서 소자는 광학, 전자화학, 및 전기 센싱과 관련될 수 있다. 생물학적 반응 결합 반체(biologically reactive binding moieties) 또는 포획제(capture agents)를 위한 기질로서 작용하는 센서 소자가 사용될 수 있다.

본원의 일 실시예에서, 센서 소자는 그 상부에 배치된 복수의 패턴을 포함한다. 예를 들어, 도 1(아래) 및 도 4는 각각 8개의 도트(dot) 패턴을 포함하는 기능화된 경질(stiff) 캔틸레버를 도시한다. 각각의 패턴은 샘플(sample)로부터 분석물질(analyte)을 센싱할 수 있는 적어도 하나의 분자(molecule)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 센서 소자는 다수의 상이한 분석물질을 동시에 센싱할 수 있다.

센서 소자는 그 표면에서 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic)일 수 있다. 센서 소자는 세정된 다음에 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서 소자는 플라즈마 세정으로 세정될 수 있다. 세정 시간은 최상의 결과를 제공하도록 조정될 수 있다. 센서 소자는 표면 코팅 처리된 다음에 사용될 수 있다. 예를 들어, 반응성 실란(silane) 코팅이 이용될 수 있다. 센서 소자는 단백질의 흡수를 차단하는 것과 같이 분자 및 물질의 흡수를 차단하는 코팅을 갖도록 처리될 수 있다.

캔틸레버

마이크로캔틸레버 및 나노캔틸레버는 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, Goeders 등의 Chem . Rev., 2008, 108, 522-542를 참조하고; 미국 특허 제7,207,206호 및 제7,291,466호를 참조하기 바란다. 마이크로캔틸레버는 AFM 캔틸레버일 수 있다. 캔틸레버는 A-프레임 타입 또는 다이빙 보드(diving board) 타입일 수 있다. 캔틸레버는 진동형 경질 캔틸레버(도 4에 도시됨) 또는 플렉시블 캔틸레버(도 5에 도시됨)일 수 있다. 캔틸레버의 폭, 길이 및 형상은 원한다면, 센싱 성능 및 인쇄성(printability)을 향상시키기 위해 증가되거나 감소될 수 있다. 미세유체 채널은 유체 흐름을 팁으로 유도하고 저장소(reservoir)로서 작용하도록 캔틸레버 상에 존재할 수 있다.

일 실시예에서, 팁이 없는 캔틸레버가 이용될 수 있다. 캔틸레버 구조체는, 예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 및 고분자 물질과 같은 물질을 포함하고 그 물질로 제조될 수 있다.

미세유체 채널

미세유체 채널은 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 공개 제2005/0130226호 및 미국 특허 공개 제2010/0304501호를 참조하기 바란다. 미세유체 채널은 일반적으로 1 mm 미만의 적어도 하나의 가로 치수를 갖는다. 미세유체 채널 기반의 MEMS 디바이스는 극소의 샘플 체적을 필요로 하고, 고속 반응 시간을 제공하고 작동하는 데 경제적이기 때문에 생물 의학 연구에서 매우 유용하다. 도 6 및 도 7은 각각이 그 위에 배치된 복수의 상이한 센싱 분자를 포함하는 미세유체 채널들을 도시한다. 일 실시예에서, 미세유체 채널은 샘플로부터 다수의 상이한 분석물질을 동시에 센싱할 수 있다.

필라(PILLAR) 어레이

고분자, 탄성중합체, 및 PDMS 필라 어레이를 포함하는 필라 어레이는 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 공개 제2008/0169059호를 참조하기 바란다. PDMS 필라 어레이의 제조는 Zhao 등의 Sensors and Actuators A 125:398-404(2006)에 기술되어 있다. PDMS 필라 어레이는 생물 의학 연구 및 랩온어칩 디바이스에서 성공적으로 사용되어 왔다. 예를 들어, Tanaka 등의 Lab on a chip 6:230-235(2006); Zhao 등의 Sensors and Actuators A, 125:398-404(2006)를 참조하기 바란다. PDMS 필라 어레이는 임의적이고 평평하지 않은 표면을 포함하는 조립식 표면 구조체이다. 일 실시예에서, PDMS 필라 어레이와 같은 필라 어레이는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 실질적으로 상호오염(cross-contamination) 또는 배경 오염이 없으면서 다수의 센싱 분자들로 기능화될 수 있다.

미로(MAZE)

고분자, 탄성중합체, 및 PDMS 미로를 포함하는 미로는 본 기술 분야에서 공지되어 있으며 생물 의학 연구에서 성공적으로 사용되어 왔다. 예를 들어, Park 등의 Science 301:188(2003)를 참조하기 바란다. 일 실시예에서, PDMS 미로는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 실질적으로 상호오염 또는 배경 오염이 없으면서 다수의 센싱 분자들로 기능화될 수 있다. PDMS 미로 어레이는 임의적이고 평평하지 않은 표면뿐만 아니라 이형 형상(odd shapes)을 포함하는 조립식 표면 구조체이다.

다른 센서 소자

기능화될 수 있는 다른 센서 소자는, 다음으로 제한되지 않지만, 나노와이어, 멤브레인, 광 공진기, 다공성 실리콘, 및 회절 격자를 포함한다. 일 실시예에서, 나노와이어, 멤브레인, 광 공진기, 다공성 실리콘, 및 회절 격자와 같은 기능화된 센서 소자는 실질적으로 상호오염 또는 배경 오염이 없으면서 그 상부에 배치된 적어도 두 개의 상이한 센싱 분자를 포함한다. 다른 실시예에서, 나노와이어, 멤브레인, 광 공진기, 다공성 실리콘, 및 회절 격자와 같은 기능화된 센서 소자는 샘플로부터 다수의 상이한 분석물질을 동시에 센싱할 수 있다.

잉크 조성물

본 명세서에서 기술된 패터닝 방법에 적응된 잉크 조성물을 포함하는 잉크 조성물은 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 이러한 잉크 조성물은 나노입자 또는 다른 나노구조체와 같이 패터닝될 적어도 하나의 패터닝 조성물 또는 물질을 포함할 수 있다. 잉크 조성물은 퇴적될 적어도 하나의 운반체(carrier) 및 적어도 하나의 센싱 분자를 포함할 수 있다.

운반체는, 예를 들어, 물을 단독으로 포함하거나, 또는 바람직하게는 물과 혼합할 수 있는 하나 이상의 다른 용매를 보충한 물을 포함하는 수성 운반체계(aqueous carrier system)일 수 있다. 운반체의 pH는 적응될 수 있다.

퇴적될 센싱 분자는 생체분자일 수 있다. 생체분자는 예를 들어 단백질, 펩티드, 핵산, DNA, RNA, 및 효소(enzymes) 등을 포함한다.

잉크 조성물은 추가 반응시 히드로겔(hydrogels)을 생성하도록 설계된 고분자(예를 들어, 히드로겔 전구체(precursors))를 포함하여 적어도 하나의 합성 고분자를 포함할 수 있다.

잉크 조성물은, 예를 들어 계면활성제(surfactants)와 같은 첨가제를 포함할 수 있다.

잉크 조성물은 센싱 분자를 팁으로부터 센서 소자로 용이하게 퇴적하기 위한 매트릭스 성분(matrix component)을 포함할 수 있다. 매트릭스 성분의 예는, 예를 들어 다당류 및 지질을 포함한다. 미국 특허 공개 제2010/0048427호; 미국 특허 공개 제2009/0143246호를 참조하기 바란다.

패턴

본원의 일 실시예에서, 센서 소자는 그 상부에 패턴 어레이를 퇴적함으로써 기능화된다. 패턴은 임의의 형상(예를 들어, 도트, 라인, 원형, 사각형 또는 삼각형)을 가질 수 있으며 임의의 더 큰 패턴(예를 들어, 이산 샘플 영역들의 행 및 열, 격자, 그리드 등)으로 배열될 수 있다. 패턴은 센싱 분자를 포함할 수 있다. 한가지 패턴은 다른 패턴에 포함된 바와 같거나 다른 센싱 분자를 포함할 수 있다.

각 패턴은 센싱 분자들의 단일 퇴적을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱 분자는 핵산(예를 들어, 올리고핵산염, DNA, 또는 RNA), 단백질 또는 펩티드(예를 들어, 항체 또는 효소), 리간드(예를 들어, 항원, 효소 기질, 수용기 또는 수용기용 리간드), 또는 생체 물질들의 조합 또는 혼합물(예를 들어, 단백질 또는 핵산의 혼합물)과 같은 생체분자일 수 있다.

도트 직경 및 라인 폭을 포함하는 개개의 패턴들의 가로 치수는, 예를 들어 약 10 미크론 이하, 약 1,000 nm 이하, 약 500 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 200 nm 이하, 특히 약 100 nm 이하일 수 있다. 그 치수 범위는, 예를 들어 약 1 nm 내지 10 미크론, 약 1 nm 내지 약 750 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 특히 약 100 nm 내지 약 350 nm일 수 있다. 약 10 nm 내지 약 100 nm의 작은 범위가 사용될 수 있다.

단일 센서 상의 패턴들의 개수는 특별히 제한되지 않는다. 그 개수는 예를 들어 적어도 5, 적어도 10, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 1,000, 심지어 적어도 10,000일 수 있다. 예를 들어, 10 X 10 어레이와 같은 정방 배열이 가능하다. 고밀도 어레이, 일반적으로 제곱 센티미터 당 적어도 100, 바람직하게는 적어도 1,000, 더 바람직하게는 적어도 10,000, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 100,000개의 이산 소자가 바람직하다. 놀랍게도, 본 명세서에서 기술된 나노기술은 패턴 밀도로서 제곱 센티미터 당 백만 초과, 1억 초과, 특히 심지어 10억 이상의 이산 소자들을 포함하는 초고밀도 나노어레이를 생성하는 데 사용될 수 있다.

나노어레이 상의 개개의 패턴들 사이의 간격은 다를 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 패턴들은 1 미크론 미만, 1 내지 10 미크론 사이, 또는 10 미크론 초과의 간격만큼 분리될 수 있다. 이 간격은 예를 들어 약 300 내지 약 1,500 미크론, 또는 약 500 미크론 내지 약 1,000 미크론일 수 있다. 분리된 패턴들의 간격은 도트의 중심 또는 라인의 중간과 같은 패턴의 중심으로부터 측정될 수 있다.

특정한 스팟(spot) 또는 퇴적에서 센싱 분자들의 양은 제한되지 않지만, 예를 들어 약 0.1 ng 내지 약 100 ng, 특히 약 1 ng 내지 약 50 ng를 포함하는 pg 또는 ng 레벨일 수 있다.

센싱 분자

센서 소자 상에 퇴적되는 센싱 분자는 본 기술 분야에서 공지된 바와 같은 포획 분자일 수 있다. 포획 분자는 본 기술 분야에서 공지된 타겟(target) 분자와 결합하도록 적응되고 선택될 수 있다. 특정한 결합이 달성될 수 있다.

포획 분자의 예는 핵산, 단백질, 펩티드, 항체 및 항원을 포함한다. DPN을 이용한 핵산의 퇴적은 미국 특허 공개 제2008/0269073호에 상세히 기술되어 있다. DPN을 이용한 단백질의 퇴적은 미국 특허 공개 제2008/0242559호에 기술되어 있다. 다중화된 핵산, 단백질, 펩티드, 항체 및 항원을 포함하는 다중화된 포획제계(capture agent system)가 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 센싱 분자는 변형되거나 또는 센서 소자에 대한 공유 결합 또는 화학 흡착을 제공하는 화학 구조를 갖는다. 고정화(immobilized) 센싱 분자는 그의 고도로 특정한 인지 특성을 유지할 수 있고 타겟 분자를 포획할 수 있다.

타겟 분자/샘플

샘플은 본 기술 분야에서 공지된 하나 이상의 타겟 분자를 포함할 수 있다. 타겟 분자는 본 기술 분야에서 공지된 포획 분자들과 결합하도록 적응되고 선택될 수 있다. 예를 들어, 포획 분자는 항체일 수 있는 반면에 타겟 분자는 항원일 수 있으며; 포획 분자는 수용기일 수 있는 반면에 타겟 분자는 리간드일 수 있으며; 포획 분자는 핵산일 수 있는 반면에 타겟 분자는 상보적 핵산일 수 있다.

퇴적

퇴적은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, 예를 들어, 미국 특허 공개 제2002/0063212호에 상세히 기술되어 있다. 본원에 따른 퇴적은 개괄적으로 잉크 조성물을 팁으로부터 기판으로 마이크로스케일 또는 나노스케일로 전사하는 것을 포함한다. 예를 들어, 팁이 기판에 대해 이동할 수 있거나, 또는 기판이 팁에 대해 이동할 수 있다. 접촉 방법이 사용될 수 있으며 이에 의해 팁 및 기판이 접촉될 수 있다.

일 실시예에서, 잉크젯 인쇄는 수행되지 않는다.

펨토리터, 피코리터, 그리고 어떤 경우에는 나노리터 양의 분자가 퇴적될 수 있다.

곡선 라인 또는 직선 라인을 포함하는 라인들을 생성하기 위해 팁이 기판에 대해 가로 치수에서 이동하는 동안, 또는 도트 또는 원을 생성하기 위해 팁이 기판에 대해 가로 치수에서 정지해 있는 동안 퇴적이 수행될 수 있다.

체류 시간, 이동 속도, 및 퇴적 속도는 원하는 라인 폭 또는 도트 직경을 제공하도록 적응될 수 있다.

동일한 스팟에서의 인쇄가 그 스팟에서 반복될 수 있다.

인쇄 동안의 상대 습도는 인쇄를 향상시키도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 50% 이상, 또는 60% 이상의 상대 습도가 인쇄에 사용될 수 있다.

패시베이션(PASSIVATION)

센서 소자들은 처리될 수 있으므로 이들은 표면 상에 센싱 분자 및 패시베이션제(passivation agent) 둘 다를 포함한다. 예를 들어, 센서 소자들이 센싱 분자들로 패터닝된 후, 이들은 패시베이션될 수 있다. 한가지 패시베이션 실시예에서, 센서 소자들의 비패터닝된 영역은 패시베이션제로 처리되어 다른 처리 동안에 비패터닝된 영역의 반응성을 줄일 수 있다. 패시베이션은, 예를 들어, 패터닝된 센싱 분자들의 선택도를 개선하거나, 또는 센서 소자 및 타겟 분자들 사이의 비특정한 결합을 줄이는 것을 포함하여 여러 이유로 인해 수행될 수 있다. 패시베이션은 용액 내에 패터닝된 센서 소자를 침지하여 수행될 수 있으며, 여기서 용액은 금(gold)과 같은 센서 소자의 비패터닝된 영역에 선택적으로 흡수되는 알칸 티올(alkane thiol)과 같은 패시베이션제를 포함한다. 따라서, 패시베이션제는 비패터닝된 영역과의 화학 흡착 또는 공유 결합을 제공하는 하나의 반응성 작용기(reactive functional group)를 포함할 수 있지만, 다른 작용기는 갖지 않는다. 예를 들어, 패시베이션제는 흡착시 일반적으로 타겟 분자에 비반응성인 표면에 메틸기를 노출시키는 긴 사슬 알킬기(long chain alkyl group)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 패시베이션은 나머지 센서 소자를 소수성으로 만들 수 있다. 예를 들어, 이미 센싱 분자들로 패터닝된 금 센서 소자는 1분 동안 1-옥타데카네티올(1-octadecanethiol)(ODP, 1 mM)의 에탄올 용액 내에 침지될 수 있다. 이러한 절차는 비패터닝된 금 표면을 소수성 단층(hydrophobic monolayer)으로 코팅하여, 그것을 비특정한 흡착 타겟 분자에 대해 패시베이션한다.

다른 패시베이션 실시예에서, 센서 소자는 먼저 패시베이션제로 패터닝되고, 그 다음에 센싱 분자로 패터닝된다. 다시 말하면, 센서 소자는 패시베이션된 다음에 패터닝될 수 있다. 예를 들면, 기판은 예를 들어 올리고핵산염(oligonucleotides) 및 다른 핵산들이 결합될 수 있는 흡착 방지(adsorption resistant) 히드로겔과 같은 패시베이션제로 처리될 수 있다. 마이크로어레이 기술의 기술 분야에서 공지된 패시베이션제가 사용될 수 있다.

센싱

타겟 분자와 포획 분자의 결합은, 예를 들어 응력, 공진 및/또는 편향과 같은 센서 소자의 검출가능한 변화를 제공할 수 있다. 센싱 분자는 또한 공지의 검지 디바이스(research devices)에 의해 검출가능한 형광 및 포토 루미네선스 신호와 같은 검출가능한 신호를 직접 또는 간접적으로 생성할 수 있다.

응용예

만일 원한다면, 추가 사용을 위해, 기능화된 센서 소자는 단백질을 포함하여 스팟의 수화 상태(hydration states)를 유지하도록 더 높은 상태 습도에서 보관될 수 있다.

응용예는, 예를 들어, 질환 선별검사(disease screening), 점 돌연변이(point mutation) 분석, 혈당 감시, 진단, 조직 공학(tissue engineering), 서브 셀룰러 특징부의 질의(interrogation of sub-cellular features), 랩온어칩과의 이용, 기본 연구, 및 화학 및 생물전 검지(chemical and biological warfare detection)를 포함한다. 다른 응용예는 본 명세서에서 인용된 참조 문헌에 기술되어 있다.

바이러스가 분석될 수 있다. 줄기 세포를 포함하여 세포가 분석될 수 있다. 항체 및 항원이 분석될 수 있다. 아토그램 민감도(attogram sensitivity)가 달성될 수 있다.

다음의 비제한적인 작업예(working examples)에서 추가적인 실시예들이 제공된다.

예시

물질 및 방법

1. NLP 2000 System; DPN® Pen Arrays: Type M; DPN® Pen Arrays: Type E; DPN® Inkwell Arrays: Type M-12MW; DPN® Substrates: Silicon Dioxide를 포함하여 나노잉크사(일리노이주 스코키)로부터의 기구, 디바이스, 및 방법을 사용하였다.

2. 잉크 및 잉크웰(Inkwells):

단백질 잉크를 인쇄하는 절차에 따라 잉크 및 잉크웰을 준비하였다. 알렉사플루오르(AlexaFluor) 라벨이 붙은 잉크를 단백질 잉크와 혼합하였다.

기판:

캔틸레버는 균일한 도트 크기가 달성될 것을 보장하는 데 도움이 되도록 소수성이었다. 캔틸레버를 200 mtorr의 배지(medium)에서 20초 동안 산소 플라즈마 세정기 내에서 처리하였다. 글리시독시 프로필 트리메톡시 실란(Glycidoxy propyl Trimethoxy Silane(GTMO))을 캔틸레버의 아래 부분으로 증발시켰다. 섭씨 80도에서 2 시간 그리고 100℃에서 GTMO없이 밤새 두었다.

3. 잉크 구입:

인비트로젠(Invitrogen)에서 다음과 같은 N-단백질 및 이들의 복합체(conjugates), 즉, 정상 염소 카탈로그 # 10200 5 ml 5 mg/ml; 정상 쥐 IgG 카탈로그 # 10400C 5ml; 정상 토끼 IgG 카탈로그# 10500C 5 ml; 당나귀 항(anti)-양 IgG(H+L) Alexa Fluor® 350 카탈로그# A21097 0.5ml*2 mg/mL*; 닭 항-염소 IgG(H+L) Alexa Fluor® 488 카탈로그 #A21467 0.5 ml*2 mg/mL*; 당나귀 항-쥐 IgG(H+L) Alexa Fluor® 546 카탈로그# A10036 0.5ml*2 mg/mL*; 닭 항-토끼 IgG(H+L) Alexa Fluor® 647 카탈로그# A214430.5 ml*2 mg/mL*를 구입하였다.

4. 잉크 준비:

이들 단백질을 여러 섹션들로 분리하였다. 나중에 사용할 것은 진공 포장하여 -80℃ 냉동실에 놓았다. 바로 사용할 정상 단백질 용액은 1x PBS 완충제와 2.5 mg/ml로 희석시켰다. 복합 IgG 단백질은 20 x 또는 500 x 희석시킨 다음 반응시켰다.

인쇄하기 위해, 단백질을 단백질 잉크 용액과 5:3 비율로 혼합하였다. 다음에, 이를 각 유형의 단백질로 3개의 저장소를 채우기 위해 0.3 ㎕을 이용하여 M-타입 잉크웰로 점적(pipette)하였다.

5. 팁:

이 실험에서 나노잉크 M-EXP 팁을 사용하였고 당일 사용하기 전에 200 mtorr에서 20초 동안 산소 플라즈마로 세정하였다.

6. 기판:

실리콘 웨이퍼를 다이싱하였고, 다이아몬드 긋기(diamond scribe)한 거친 형상(crude features)으로 표시하였다. 개개의 Si 칩들을 20분 동안 초고순도의 아세톤으로 초음파 처리함으로써 철저히 세정한 다음 20분 동안 초고순도의 이소프로판올(Isopropanol)로 초음파 처리하였다. 다음에, 이 칩들을 글리시독시 프로필 트리메톡시 실란(glycidoxy propyl trimethoxy silane: GPTMS)과 함께 유리 패트리 접시에 놓았다. GPTMS는 주사기에 의해 유리 패트리 접시에 놓은 원심분리기 튜브로부터 몇 개의 캡(caps)에 넣어졌다.

패트리 접시 위에 덮개를 덮은 후에 100℃에서 2시간 동안 오븐에 넣어 GPTMS를 기판으로 증발시켰다. 다음에, GPTMS를 제거하여 기판을 오븐에 다시 넣고 80℃에서 밤새 두었다. 이것은 기판의 소수성이 극성(polar) 잉크를 인쇄하는 데 적합하게 되고 단백질이 에폭시 표면에 영구적으로 결합할 수 있을 것을 보장하는 데 도움이 되었다.

7. 인쇄:

단백질 잉크를 수개의 다른 습도 조건에서 인쇄하였다. 가장 흔히 사용된 것은 50%였다. 높은 습도에서 매우 큰 도트가 일관성 좋게 인쇄되었고, 낮은 습도에서, 더 작은 도트가 인쇄되었다.

잉크는 인쇄 전에 블리드될(bled) 수 있다. 더 큰 6 미크론 도트의 경우, 추후에 다른 3-10개의 반복가능한 도트를 인쇄하는 데 통상적으로 4개의 블리딩 도트가 충분하였다. 더 작은 1-2 미크론 도트의 경우, 10-20개의 특징부(features)를 인쇄하는 데 8-10개의 블리딩 도트가 필요하였다.

상이한 단백질들을 서로 가깝게 인쇄하기 위해, 기판 상에서 제1 팁을 스포팅(spot)하고 후속 팁들을 이동시켜 제1 도트에 매우 가까운 특징부들을 퇴적하는 진보된 패턴 시퀀스가 사용되었다. 수 개의 상이한 인쇄 피치, 즉 11 미크론, 16.5 미크론 및 33 미크론이 사용되었다.

각 도트 인쇄에서 동일 압력이 가해지고 적절한 둥근 도트가 형성되도록 보장하기 위해, 기록(writing) 팁들은 인쇄될 캔틸레버보다 25 미크론 위에 배치되었다. 다음으로, 스테이지는 20 미크론 위로 이동되어 인쇄가 확인되었다. 스테이지는 단일의 균일한 도트가 인쇄될 때까지 한번에 1 미크론 위로 이동시켰다.

만일 상이한 잉크가 (상이한 형광단(fluorophore)으로 인해) 더 작은 도트 크기를 갖는다면, 그것은 더 큰 도트를 만들기 위해 정확히 동일한 위치에서 다시 잉킹된다.

샘플은 이미징 전에 수분 유지되었다.

8. 반응:

인쇄 후, 기판 및 잉크를 습기있는 용기(70-100% 습도)에 놓고 상온에서 3 시간 동안 반응하게 두었다. 이렇게 하여 단백질을 표면에 결합시켰다.

다음에, 기판은 밀리 Q 워커(milli Q water)로 세척한 다음 PBS 및 0.1% 트윈(tween) 20의 혼합물로 쉐이킹되었다.

다음에, 반응 영역 위에 차단제로서 카세인 단백질 용액의 큰 액적을 위치시키고, 인쇄된 특징부들 사이의 미반응 에폭시에 결합할 수 있게 하였다. 이것을 높은 습도에서 1 시간 동안 반응하게 두었다. 기판을 전술한 바와 같이 다시 세척하였다.

세 개의 복합 항체들을 100 ㎍/ml로 희석시키고 단일 용액 내에 함께 혼합하였다. 이 용액을 반응 영역 위에 큰 액적으로 두고 높은 습도에서 1 시간 동안 반응하게 두었다.

마지막으로 기판을 세척하여 형광 현미경으로 관측하였다.

작업예 1

도 1 및 도 4는 일 실시예에 따라서 기능화된 경질 캔틸레버를 예시한다.

명시야 라이브 이미지는 상업적으로 입수가능한 진동형 경질 캔틸레버 상에 형광 표지된 IgG의 6 미크론 도트를 인쇄한 것을 보여준다. 인쇄된 도트의 크기는 매우 작은 캔틸레버가 특수한 목적으로 인쇄될 수 있다는 것을 보여준다(프라임 프로브(Prime Proves) TMP-50; 스프링 상수 k=25-75 N/m).

작업예 2

도 2 및 도 5는 상이한 스프링 상수를 갖는 플렉시블 캔틸레버들의 커스텀 캔틸레버 어레이 상에 인쇄된 네 개의 상이한 형광 표지된 단백질의 형광 이미지를 예시한다. 청색 배경은 배경으로부터 350 파장 채널-산란에 의거 얻은 것이다.

작업예 3

도 6 및 도 7은 랩온어칩 디바이스에 유용한 기능화된 미세유체 채널을 예시한다. 네 개의 상이한 단백질을 포함하는 도트 형상의 패턴은 패턴 어레이를 형성하거나 미세유체 채널 내에 임의로 퇴적될 수 있다. 도 8은 상업적으로 입수가능한 미세유체계의 상부 상의 패턴 인쇄를 예시하며, 이는 본원에 따른 방법의 능력을 증명한다.

작업예 4

도 9 및 도 10은 DPN® M-exp 팁을 이용하여 기능화된 PDMS 필라 어레이를 예시한다. PDMS 필라 어레이는 임의의 비평평한 표면을 가지며, PDMS 필라 상에 단백질 잉크의 균일한 액적들을 퇴적하여 10 미크론 도트 어레이를 형성함으로써 기능화된다. 기능화된 PDMS 필라 어레이는 실질적으로 상호오염 또는 배경 오염이 없다.

작업예 5

도 11 및 도 12는 본원에 따라서 기능화된 PDMS 미로를 예시한다. 이 PDMS 미로는 임의적인 평평하지 않은 표면을 가질뿐만 아니라, 이형 형상(odd shapes)을 갖는다. 그럼에도 불구하고, 기능화된 PDMS 미로는 실질적으로 상호오염 또는 배경 오염이 없다.

추가적인 팁 실시예

몇몇 팁 실시예들은 특히 센서 및 센서 소자를 준비하는 데 유용하다. 예를 들어, 미국 가출원 제61/324,167호 및 2011년 4월 13일 출원된 PCT/US2011/032369를 참조하기 바란다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 추가 실시예들은, 예를 들어, 전면, 제1 측면 에지, 제2 측면 에지, 및 자유단인 제1 단부 및 비자유단인 제2 단부를 포함하는 적어도 하나의 캔틸레버를 포함하는 디바이스와 관련된다. 전면은 제1 캔틸레버 측면 에지에 배치된 적어도 하나의 제1 측벽 및 제1 캔틸레버 측면 에지에 대향하는 제2 캔틸레버 측면 에지에 배치된 적어도 하나의 제2 측벽, 유체를 보관하도록 적응되고, 제1 및 제2 측벽 사이에 배치된 적어도 하나의 채널(여기서 채널, 제1 측벽 및 제2 측벽은 캔틸레버 자유단을 향해 연장하지만 자유단에 도달하지 않음), 및 제1 에지, 제2 에지 및 캔틸레버 자유단, 그리고 또한 제1 측벽, 제2 측벽 및 채널로 규정된 경계를 갖는 베이스 영역을 포함할 수 있다. 베이스 영역은 캔틸레버 전면에서 멀리 떨어져 연장하는 팁을 포함할 수 있다. 유체 잉크는 채널 내에 저장될 수 있으며 베이스 영역으로, 팁 상으로 흐를 수 있으며, 팁으로부터 기판으로 퇴적될 수 있다. 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 유체 잉크는 인쇄가 진행됨에 따라 측벽 영역을 벗어나서, 채널 및/또는 베이스 영역으로 이동하는 것으로 보인다. 적어도 몇몇 실시예에서, 표면 장력은 유체를 채널로부터 베이스 영역을 향해 유도할 수 있다. 센서 및 센서 소자가 준비될 수 있다.

일 실시예에서, 채널은 테이퍼지고(tapered) 베이스 영역을 향해 점점 좁아지는 폭을 갖는다. 측벽 역시 테이퍼져서, 자유단 및 베이스 영역으로 이동함에 따라 더 좁아질 수 있다. 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 베이스 영역은, 예를 들어 베이스 위의 유체 및 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차에 의해 유체를 채널로부터 끌어당기도록 구성될 수 있다. 베이스 영역은 실질적으로 채널의 바닥면과 동일한 높이일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제1 측면 에지 및 제2 측면 에지는 평행하지 않으며, 캔틸레버는 자유단에 접근함에 따라 좁아진다.

다른 실시예는 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 각 캔틸레버 상에 적어도 하나의 팁을 포함하는 복수의 캔틸레버를 포함하는 디바이스 상에 적어도 하나의 잉크를 적재하는 단계, 복수의 캔틸레버 및 팁으로부터 기판으로 잉크를 퇴적하는 단계를 포함하는 방법을 포함하며, 팁의 적어도 80%, 또는 적어도 90%, 또는 적어도 95%가 기판 상에 잉크가 성공적으로 퇴적한 것으로 보인다. 이 방법은 1,000개가 넘는 특징부의 패터닝을 시도하는 데 사용될 수 있으며, 및 그 특징부들의 80% 이상, 또는 90% 이상, 또는 95% 이상이 성공적으로 패터닝될 수 있다. 기판은 본 명세서에 기술된 바와 같은 센서 또는 센서 소자일 수 있다.

다른 양태에서, 시스템은 유체를 전달하여 극미세 또는 나노 크기의 패턴을 형성하도록 구성될 수 있으며, 이 시스템은 적어도 하나의 마이크로빔 어레이, 및 그 마이크로빔 어레이의 움직임을 제어하도록 구성된 제어 디바이스를 포함한다. 각 마이크로빔은 단부, 그 단부의 베이스 영역으로부터 돌출한 팁, 마이크로빔을 따라서 있고 베이스 영역과 유체적으로 연결되는 채널을 포함할 수 있으며, 여기서 채널은 측벽을 포함하고, 베이스 영역은 측벽의 외부 표면에서 오목하고 단부의 적어도 일 측면으로 연장된다.

일 실시예에서, 베이스는 단부의 세 측면으로 연장된다. 베이스는 단부를 완전히 마스킹함으로써 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 채널은 테이퍼지고 베이스 영역을 향해 점점 좁아지는 폭을 갖는다. 베이스는 베이스 위의 유체 및 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차에 의해 유체를 채널로부터 끌어당기도록 구성될 수 있다. 베이스 영역은 채널의 확장된 부분을 가질 수 있으며, 그 확장된 부분은 측벽이 없는 적어도 하나의 측면을 갖는다.

베이스 영역은 실질적으로 채널의 바닥면과 높이가 같은 가로 표면을 가질 수 있다. 팁은 베이스 영역과 통합 형성될 수 있다.

다른 양태에서, 표면 상에 극미세 또는 나노 크기의 패턴을 인쇄하는 방법이 제공된다. 이 방법은 캔틸레버 내 채널로부터 캔틸레버의 단부의 표면으로 유체를 퇴적하는 단계를 포함한다. 단부는 상부에 팁을 갖는 베이스 영역을 포함하며, 여기서 베이스 영역은 적어도 일 측면 상에서 경계를 갖지 않거나 또는 실질적으로 채널의 측벽보다 낮은 측벽을 갖는다.

퇴적 단계는 베이스 영역 내의 유체 및 채널 내의 유체 사이의 표면 장력 차를 통해 채널로부터 베이스 영역을 향해 유체를 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 유체가 캔틸레버 단부로부터 표면으로 전달되도록 표면에 대해 캔틸레버 단부를 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

유체는 폭이 약 15 nm 내지 약 100 미크론 또는 약 1 미크론 내지 약 100 미크론인, 예를 들어 폭이 약 1 미크론 내지 약 15 미크론인 표면 상에 특징부를 형성할 수 있다. 퇴적 단계에서, 캔틸레버는 표면에 접촉하게 될 수 있다.

다른 양태에서, 마이크로 캔틸레버를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 단부를 갖는 긴 빔(elongated beam)을 제공하는 단계, 단부에 팁을 형성하는 단계, 그 빔을 따라서 있는 테이퍼진 채널 영역을 갖는 마스크를 적용하는 단계(여기서 채널을 위한 마스크 부분은 실질적으로 단부를 에워싸는 확장된 부분을 가짐), 및 긴 빔을 에칭하여 테이퍼진 영역, 및 확장된 부분에 대응하는 베이스 영역을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 베이스 영역은 단부의 적어도 일 측면을 완전히 관통하여 연장된다.

다른 양태에서, 캔틸레버를 포함하는 디바이스가 제공되며, 캔틸레버는 채널, 채널을 사이에 두는 두 측벽 영역, 캔틸레버의 자유 단부에 배치된 팁, 및 팁을 둘러싸는 확장된 채널 영역을 포함한다. 확장된 채널 영역은 자유 단부의 적어도 일 측면을 완전히 관통하여 연장된다.

일 실시예는 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 디바이스를 제공하는 단계, 채널 내 및 디바이스의 팁 상에 잉크를 배치하는 단계, 및 잉크를 팁으로부터 기판으로 퇴적하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

다른 실시예는 기판 상에 잉크를 인쇄하도록 적응되고 본 명세서에 기술된 바와 같은 디바이스를 포함하는 기구(instrument)를 제공한다.

또 다른 실시예는 본 명세서에 기술된 바와 같은 디바이스를 포함하는 키트(kit)를 제공한다. 또 다른 실시예는 키트가 본 명세서에 기술된 디바이스를 이용하기 위한 명령을 더 포함하는 것을 제공한다. 또 다른 실시예는 키트가 본 명세서에 기술된 디바이스와 함께 이용하기 위한 잉크를 더 포함하는 것을 제공한다.

또 다른 실시예는 각 캔틸레버 상에 적어도 하나의 팁을 포함하는 복수의 캔틸레버를 포함하는 디바이스 상에 적어도 하나의 잉크를 적재하는 단계, 잉크를 복수의 캔틸레버 및 팁으로부터 기판으로 퇴적하는 단계를 포함하는 방법을 제공하며, 여기서 팁의 적어도 80%가 기판 상에 잉크가 성공적으로 퇴적한 것을 보인다. 또 다른 실시예에서, 팁의 적어도 90%가 기판 상에 잉크가 성공적으로 퇴적한 것을 보인다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 1,000개가 넘는 특징부를 패터닝하는 데 사용되며, 및 그 특징부들의 80% 이상이 성공적으로 패터닝된다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 1,000개가 넘는 특징부를 패터닝하는 데 사용되며, 그 특징부들의 90% 이상이 성공적으로 패터닝된다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 1,000개가 넘는 특징부를 패터닝하는 데 사용되며, 그 특징부들의 95% 이상이 성공적으로 패터닝된다.

또 다른 실시예에서, 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 긴 캔틸레버를 포함하는 디바이스가 제공되며, 여기서 캔틸레버는 캔틸레버의 단부에 배치된 적어도 하나의 팁; 제1 표면 상의 오목 영역을 포함하며, 여기서 오목 영역은 캔틸레버의 길이 방향을 따라서 있는 제1 긴 부분; 및 팁 주위의 제2 확장된 부분을 포함한다.

중요한 일 실시예는 본 명세서에 기술된 방법 및 디바이스를 센서 및 센서 소자를 제조하는 데 이용하는 것이다.

적어도 하나의 실시예에 대한 적어도 한가지 이점은, 예를 들어, 퇴적 일관성, 균일성 및/또는 속도를 개선시킨 것을 포함하여 퇴적을 개선시켰다는 것을 포함한다. 적어도 하나의 실시예에 대한 다른 이점은 인쇄 동안에 필요한 잉크 보충(replenishments)을 더 적게 한다는 것을 포함한다.

a. 서론

2010년 4월 14일 출원된 미국 특허 가출원 제61/324,167호는 본 명세서에서 그 전체가 참조 문헌으로 인용된다.

본 명세서에서 인용된 참조 문헌들은 본 명세서에 개시된 실시예들을 이해하고 및/또는 실시하는 데 도움을 줄 수 있다. 인쇄, 제조 방법 및/또는 유체 흐름과 관련되는 종래 기술 문헌의 예는 기본적인 딥 펜 인쇄 방법 및 이와 연관된 제조 방법 및 유체 흐름 기술을 기술하는 미국 특허 제6,642,129호; 제6,635,311호, 제6,827,979호, 제7,034,854호, 및 제2005/0235869호를 포함한다. 또한, 예를 들어, 미국 특허 공개 제2008/0105042호; 제2009/0023607호; 제2009/0133169호; 제2010/0071098호를 참조하기 바란다. 다른 예는 미국 특허 제7,610,943호 및 미국 특허 공개 제2003/0166263호; 제2007/0178014호; 및 제2009/0104709호를 포함한다. 다른 예는 미국 특허 제7,690,325호 및 제7,008,769호를 포함한다. 또한, 미국 특허 제7,081,624호; 제7,217,396호; 및 제7,351,303호를 참조하기 바란다. 또한, 미국 특허 공개 제2003/0148539호 및 제2002/0094304호를 참조하기 바란다.

다른 예는 Albrecht 등의 미국 특허 제5,221,415호 및 제5,399,232호, 및 수동형 AFM 캔틸레버를 제조하는 공정을 개시하는 제목 "Microfabrication of Cantilever Styli for the AFM", J. Vac . Sci . Technol. A8(4) Jul/Aug 1990 논문을 포함한다.

마이크로가공 기술(Microfabrication)은 M.J.Madou의 Fundamentals of Microfabriation, The Science of Miniaturization에 개괄적으로 기술되어 있다.

또한, 나노잉크사(일리노이주 스코키)에서 상업적으로 입수가능한 상용 인쇄 펜 및 펜 어레이 제품과, 인쇄 도구 및 다른 관련 부속품들도 참조하기 바란다.

본 명세서에 개시된 실시예들은 펨토- 및 아토리터(attolitter) 체적 범위에서 고체 표면 상에 유체 "잉크"를 더 일관성있고 제어가능하게 퇴적하는 것과 관련될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 미세유체 채널을 갖는 원자력 현미경(AFM) 캔틸레버의 새로운 디자인은 나노스케일에서 제어된 양의 화학적 및 생물학적 유체의 제어량의 일관성있는 전달을 개선할 수 있다. 통상적인 캔틸레버 디자인과 대조적으로, 실시예에 따른 캔틸레버는 캔틸레버의 말단부(distal end)에서 첨예한 팁을 향해 유체를 유지하고 유도하는 오목한 채널로 제조될 수 있다. 오목 영역, 및/또는 캔틸레버의 에지와 오목부 사이의 영역은 팁을 향해 테이퍼질 수 있다. 이러한 테이퍼에 의해 결과적으로 이러한 표면 상의 액체는 표면 장력에 의해 팁을 향해 유도될 수 있다. 이러한 디자인에서, 유체는 팁으로 자동으로 유도될 수 있으며 팁으로부터 고체 기판으로 일관성있는 잉크 흐름을 형성할 수 있다. 채널을 형성하는 측벽들 역시 테이퍼질 수 있어, 팁에 접근함에 따라 더 좁아지게 된다.

b. 마이크로빔 및 캔틸레버

캔틸레버 및 마이크로빔은 잉크 인쇄, 및 표면 이미징 및 조작을 위해 이용하는 것을 포함하는 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어, "다이빙 보드" 캔틸레버 및 "A-프레임" 캔틸레버가 공지되어 있다. 캔틸레버의 긴 측면들은 평행하거나 테이퍼질 수 있다. 캔틸레버는 캔틸레버의 결합단에서 배치된 갭 부분을 포함할 수 있다. 캔틸레버는 선택적으로 자유단에 팁을 포함할 수 있다. 캔틸레버는 능동 또는 수동형 인쇄에 적응될 수 있다. 작동 방법은 열 및 정전(electrostatic)을 포함한다. 캔틸레버는 일차원 및 이차원 어레이를 포함하여 캔틸레버 어레이의 일부를 형성할 수 있다.

전형적인 극미세 또는 나노 크기의 인쇄 장치 또는 시스템은 종래의 딥 펜을 연상시키는 하나 이상의 긴 부재를 이용하여 유체를 퇴적한다. 긴 부재는 캔틸레버와 같은 마이크로빔 형태일 수 있다. 캔틸레버는 통상적으로 기판에 고정된 일단부, 및 자유로운 다른 단부를 갖는다. 캔틸레버는 MEMS 미세가공 기술과 같은 공지의 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 전술한 서론에서 인용된 참조 문헌들을 참조하기 바란다. 캔틸레버 및 팁은, 예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 이산화물, 또는 어떤 다른 적절한 반도체 물질 또는 반도체 산업에서 사용되는 물질과 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 캔틸레버 및 팁은 또한 실리콘 고분자와 같은 고분자 및 탄성중합체와 같은 더 연성인 유기 물질을 포함할 수 있다.

DPN 응용예에서, 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 캔틸레버 표면은 잉크를 저장하고 프로브에 전달하는 풀(pool)로서 작용한다. 잉킹(inking) 공정은 캔틸레버를 잉크를 보유하는 미세유체 채널 또는 저장소(예컨대, 잉크웰)에 함침(dipping)하는 것을 포함할 수 있다. 전형적으로, 잉크는 액체 박막 형태로 캔틸레버 표면 위에 확산된다. 도 13은 표면 상에 유체 액적들이 형성된 종래의 캔틸레버(100) 어레이의 상부 평면도를 도시한다. 도 13a는 잉크가 없는 캔틸레버 어레이를 도시한다. 도 13b 및 도 13c는 그 위에 잉크가 배치된 캔틸레버를 도시한다. 잉크는 프로브와의 연결이 없는 캔틸레버의 중심에 (액체 박막보다 열역학적으로 더 안정적인) 액적들을 형성할 수 있다. 특히, 도 13c을 참조하기 바란다. 일부 경우들에서는 이러한 캔틸레버로부터 불만족스러운 인쇄 패턴이 유발될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 캔틸레버 상의 유체 활동은 일관성없는 인쇄를 유발할 수 있다.

캔틸레버 또는 마이크로빔은 전면, 후면, 제1 측면 에지, 제2 측면 에지, 제1 단부, 및 제2 단부를 포함할 수 있다. 전면은, 예를 들어 팁을 포함할 수 있다. 후면은, 예를 들어 팁이 없을 수 있다. 제1 및 제2 측면 에지는 길게 연장될 수 있다. 제1 단부는 자유단일 수 있다. 제2 단부는 베이스와 연관될 수 있거나, 또는 비자유단일 수 있다. 베이스 영역은 제1 단부와 연관될 수 있거나, 또는 자유단일 수 있다. 베이스 영역은 팁을 포함할 수 있다.

만일 원한다면, 각 캔틸레버 상에 하나보다 많은 팁이 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 캔틸레버 전면은 친수성이다. 물방울은, 예를 들어, 50도 미만, 또는 40도 미만, 또는 30도 미만의 접촉각을 형성할 수 있다. 캔틸레버가 제조된 후, 캔틸레버는 표면 친수성을 조절하기 위한 추가 처리 없이 곧바로 사용될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 캔틸레버 전면은 친수성 또는 소수성을 변경하도록 처리되지 않는다. 대안으로, 캔틸레버는 캔틸레버 전면 전체 또는 전면의 선택된 부분에서 처리될 수 있다.

만일 원한다면, 팁은 인쇄를 개선하기 위해 표면이 변형될 수 있다. 예를 들어, 팁의 표면은 더 친수성으로 만들어질 수 있다. 팁은 첨예화될 수 있다.

일 실시예에서, 캔틸레버의 표면은 친수성 화합물, 이를 테면, 예를 들어 생체에 적합하면서 친수성인 표면층을 형성하는 알킬렌옥시(alkyleneoxy) 또는 에틸렌옥시(ethyleneoxy) 유닛(예컨대, PEG)을 포함하는 화합물과 같이, 흡착에 대하여 표면을 패시베이션할 수 있는 화합물로 처리된다. 이러한 표면 처리의 한가지 이점은, 예를 들어, 단백질 흡착을 억제시킨다는 것이며, 따라서 팁으로부터 표면으로 단백질을 수송하는 데 필요한 활성 에너지를 줄여준다는 것이다. 이러한 표면 처리를 하지 않으면, 단백질을 포함한 잉크는 어떤 경우에 미처리 캔틸레버를 적시지(wet) 못할 수 있다.

도 14a는 웰 형태의 베이스 영역(214)을 갖는 단부(212)를 포함하는 종래의 캔틸레버 또는 마이크로빔(210)의 사시도이다. 팁(216)은 베이스 영역에 배치된다. 단부(212)는 캔틸레버의 자유단일 수 있다. 도 14a의 좌측의 대향 단부는 캔틸레버의 고정단일 수 있다.

c. 채널 및 베이스 영역

채널은 일반적으로 미세유체 및 MEMS 기술에서 공지되어 있다. 채널은 유체를 저장하기도 하고 또한 유체를 수송하도록 작용할 수 있다. 채널은 대향 측벽들을 포함하는 측벽, 및 플로어(floor)로 형성될 수 있으며, 또한 원한다면 둘러싸여질 수 있다. 채널의 일 단부는 벽을 더 포함할 수 있다. 채널의 일 단부는 또한 더 큰 영역 내로 개방될 수 있고 벽으로 둘러싸이지 않을 수 있다. 예를 들어, 채널은 잉크가 유체적으로 연통할 수 있고 채널로부터 베이스 영역 내로 흐를 수 있도록 본 명세서에 기술된 베이스 영역으로 개방될 수 있다.

일 실시예에서, 도 14b에 예시된 바와 같이, 캔틸레버(220)는 캔틸레버의 중간부터, 또는 제2 고정 단부로부터 제1 자유 단부(222)를 향해 연장될 수 있는 채널(221)이라고 지칭된 테이퍼진 오목한 슬롯을 갖는다. 채널(221)의 마이크로캐비티 효과 및 그의 테이퍼진 프로파일로 인해, 잉크는 오목 영역 내에 보관될 수 있으며 표면 장력에 의해 테이퍼진 단부로 강제로 유도될 수 있다. 따라서, 잉크는 단부(222)를 향해, 그리고 베이스 영역(224)으로 자동으로 유도되어 팁(226)으로부터 퇴적될 수 있다. 따라서, 프로브로부터 기판 표면으로 좀 더 일관된 잉크 퇴적이 달성될 수 있다. 또한, 채널(221)은 더 많은 양의 잉크를 저장하게 해준다. 따라서, 다음 잉크가 보충되어야 하기 전에 더 큰 영역이 퇴적될 수 있다.

도 14c

도 14c에 도시된 실시예에서, 캔틸레버(230)는 캔틸레버 전면(233)으로부터 오목하게 된 테이퍼진 채널(231)을 포함한다. 채널(231)은 테이퍼지며 베이스 영역을 향해 점점 좁아지는 폭을 갖는다.

도 14c에서, 전면(233)은 네 개의 에지를 가질 수 있으며, 두 개의 측벽 영역(235a 및 235b)을 포함할 수 있다. 베이스 영역(234)은 단부(232)에 배치된다. 베이스 영역(234)은 베이스 영역의 전면에서 멀리 떨어져 연장하는 팁(236)을 갖는다. 이 실시예에서, 측벽 영역(235a 및 235b)은 베이스 영역(234)으로 연장되지 않는다. 따라서, 도 14a 및 도 14b에 도시된 구조체들과 달리, 팁(236)은 측벽으로 둘러싸이지 않고, 베이스 영역(234)은 베이스 영역(234)의 바닥면이 실질적으로 채널(231)의 바닥면과 높이가 같도록 단부(232) 전체에 걸쳐서 연장된다.

도 14c에 도시된 실시예에서, 베이스 영역(234)은 베이스 영역(234) 위의 유체 및 채널(231) 내의 유체 사이의 표면 장력 차에 의해 채널(231)로부터 유체(잉크)를 끌어당기도록 구성된다. 특히, 베이스 영역에는 본질적으로 경계가 없기 때문에, 팁(236) 주위의 베이스 영역(234)에 더 큰 유체 액적이 형성될 수 있다. 더 큰 액적은 표면 장력 차를 통해 더 작은 표면 영역을 갖는 유체를 채널(231)로부터 끌어당기는 경향이 있다.

일 실시예, 즉 도 14d는 도 14c에 도시된 캔틸레버(230)의 측면도이다. 캔틸레버(230)는 저장소 부(230a) 및 단부(232)로 분할될 수 있다. 팁(236)은 채널 영역이 갖는 측벽을 갖지 않는 베이스 영역(234)의 바닥면으로부터 돌출한다. 베이스 영역(234)은 채널의 측벽들, 채널, 및 단부(232)의 세 개의 에지로 규정될 수 있지만, 실질적으로 세 개의 에지에서의 경계는 없다.

도 14e에 도시된 실시예에서, 캔틸레버(240)는 측벽(244b)을 갖는 베이스 영역(244)을 가지며, 이 측벽(244b)은 채널의 측벽(245b)의 높이보다 낮은 높이를 갖는다. 베이스 영역은 측벽이 없는 다른 두 개의 에지를 완전히 관통하여 연장될 수 있다. 대안으로, 베이스 영역(244)은 선택적으로 단부의 세 개의 에지 모두에서 측벽을 가질 수 있다.

경계 또는 측벽이 없는, 또는 채널의 측벽보다 낮은 측벽이 있는 베이스 영역은 그 안에 보관되는 유체 액적에 대해 제약을 덜 가질 수 있다. 따라서, 베이스 영역(234, 244)은 그 위에 더 큰 유체 액적이 형성될 수 있다. 더 큰 액적은 채널 내 유체와 비교하여 더 작은 표면 장력을 가질 수 있으며, 유체는 표면 장력 차에 의해 채널로부터 베이스 영역 내로 유도될 수 있다. 따라서, 팁을 둘러싸는 베이스 영역에서의 액적은 채널 내 유체에게 흡입력을 효과적으로 제공할 수 있다.

도 14b 및 도 14c에 도시된 캔틸레버 디자인의 실시예들은 짧고 긴 스케일의 인쇄(더 많은 개수의 특징부가 인쇄될 수 있는 확장된 인쇄)를 달성할 수 있다.

d. 캔틸레버의 치수 및 다른 파라미터

당업자는 응용예에 따라 치수를 가변시킬 수 있다. 치수는, 예를 들어, 캔틸레버가 A-프레임 타입인지 또는 다이딩 보드 타입인지에 따라서 적응될 수 있다. 또한, 캔틸레버의 설계시 잉크의 타입이 고려될 수 있다. 예를 들어, 잉크의 점도(viscosity)가 고려될 수 있다. 예를 들어, DNA 잉크는 매우 끈적거릴 수 있다. 경도(stiffness) 및 스프링 상수가 더 큰 A-프레임 타입의 캔틸레버를 이용할 수 있다.

일 실시예에서, 예를 들어, 캔틸레버 전면의 면적은 약 10,000 제곱 미크론보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 캔틸레버 전면의 면적은 약 2,700 제곱 미크론보다 작을 수 있다.

일 실시예에서, 측벽(제1 및 제2 둘 다)은 높이가 적어도 약 200 nm일 수 있다. 다른 실시예에서, 측벽(제1 및 제2 둘 다)은 높이가 적어도 약 400 nm일 수 있다. 제1 및 제2 측벽의 높이는 동일할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 측벽은 최대 폭 및 최소 폭을 가질 수 있으며, 최대 폭은 최소 폭보다 클 수 있으므로, 측벽은 테이퍼진다. 예를 들어, 측벽은 최대 폭이 약 3 미크론 내지 약 20 미크론이거나, 또는 약 5 미크론 내지 약 15 미크론일 수 있다. 측벽은 최소 폭이 약 1 미크론 내지 약 10 미크론이거나, 또는 약 2 미크론 내지 약 8 미크론일 수 있다. 최대 및 최소 측벽 폭의 차는, 예를 들어, 약 3 미크론 내지 약 10 미크론일 수 있다.

일 실시예에서, 채널은 길이가 약 10 미크론 내지 약 200 미크론, 또는 약 50 미크론 내지 약 175 미크론, 또는 약 75 미크론 내지 약 160 미크론일 수 있다. 일 실시예에서, 그 길이는 약 90 미크론 내지 약 130 미크론일 수 있다.

일 실시예에서, 채널은 최대 폭이 약 50 미크론 이하, 또는 약 35 미크론 이하, 또는 약 25 미크론 이하일 수 있다. 그 범위는, 예를 들어, 약 10 미크론 내지 약 50 미크론, 또는 약 20 미크론 내지 약 30 미크론일 수 있다. 이러한 최대 폭은 캔틸레버의 후단부의 폭일 수 있다. 그 폭은 채널을 따라 자유단 및 베이스 영역으로 내려갈수록 좁아질 수 있다.

일 실시예에서, 채널은 최대 폭이 약 3 내지 25 미크론, 또는 약 5 내지 10 미크론, 또는 약 6 미크론일 수 있다. 이러한 최대 폭의 구역은 베이스 영역의 경계를 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 최대 및 최소 채널 폭 간의 차는, 예를 들어, 약 5 미크론 내지 약 50 미크론, 또는 약 10 미크론 내지 약 30 미크론, 또는 약 15 미크론 내지 약 25 미크론일 수 있다.

일 실시예에서, 채널은 채널 및 베이스 영역 사이의 경계, 즉, "스로트(throat)"(또는 제1 채널 단부)에서 최소 폭을 갖는 반면, 캔틸레버의 비자유단에 가까운 대향 단부, 즉, "테일(tail)"(또는 제2 채널 단부)에서 최대 폭을 갖는다. 테일(또는 제2 채널 단부)의 폭은, 예를 들어, 약 5 내지 100 미크론, 또는 약 15 내지 75 미크론, 또는 약 25 내지 50 미크론일 수 있다. 스로트(또는 제1 채널 단부)의 폭은, 예를 들어, 약 1 내지 25 미크론, 또는 약 2 내지 15 미크론, 또는 약 3 내지 9 미크론일 수 있다. 스로트와 팁 간의 거리는, 예를 들어 약 1 및 25 미크론, 또는 약 2 내지 11 미크론일 수 있다.

캔틸레버의 수직 단면에 대하여 측벽의 외측 에지는 또한 제1 각도로 특징지어질 수 있고, 측벽의 내측 에지는 제2 각도로 특징지어질 수 있으며, 여기서 제1 각도는 제2 각도보다 크다. 예를 들어, 제1 각도는 제2 각도보다 약 1 내지 20도, 또는 약 3 내지 약 10도 클 수 있다. 이는 테이퍼링(tapering) 효과를 제공할 수 있다.

캔틸레버의 폭은, 예를 들어, 약 10 미크론 내지 약 100 미크론, 또는 약 20 미크론 내지 약 75 미크론, 또는 약 10 미크론 내지 약 30 미크론, 또는 약 15 미크론 내지 약 25 미크론일 수 있다.

팁 높이 및 팁 반경은 AFM 이미징 기술, 및 잉크를 팁으로부터 표면으로 전사하기 위해 AFM 및 유사 팁들을 이용하는 것을 포함하는 기술 분야에서 공지된 값들일 수 있다. 예를 들어, 팁 높이는 약 20 미크론 이하, 또는 약 10 미크론 이하, 또는 약 5 미크론 이하일 수 있다. 팁 반경은, 예를 들어, 약 50 nm 이하, 또는 약 25 nm 이하일 수 있다. 팁 반경은, 예를 들어, 약 15 nm일 수 있다. 나노 크기의 팁이 제조되고 사용될 수 있다.

다중 캔틸레버 어레이의 경우, 캔틸레버 팁들 사이의 피치 역시 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이 조정될 수 있다. 피치는, 예를 들어, 약 50 미크론 내지 약 150 미크론, 또는 약 60 미크론 내지 약 110 미크론일 수 있다.

일 실시예에서, 제1 측벽, 제2 측벽, 및 채널은 모두 자유단을 향해 이동할 때 더 좁아지게 되도록 테이퍼지며, 제1 및 제2 측벽은 적어도 4 미크론만큼 좁고, 채널은 적어도 15 미크론만큼 좁다.

일 실시예에서, 캔틸레버는 실리콘 질화물을 포함한다. 이러한 캔틸레버의 두께는, 예를 들어, 약 1,000 nm 이하, 또는 약 800 nm 이하, 또는 약 600 nm 이하, 또는 약 400 nm 이하일 수 있다.

캔틸레버의 스프링 상수 역시 적응될 수 있다. 그 예는 약 0.1 N/m 내지 약 10 N/m, 또는 약 0.3 N/m 내지 약 0.7 N/m을 포함한다. 일 실시예에서, 스프링 상수는 0.6 N/m이다.

e. 잉크

잉크는 본 명세서에서 기술된 적재, 흐름, 퇴적, 및 캔틸레버 및 마이크로빔과 함께 사용하는 데 적합할 수 있다. 예를 들어, 잉크 점도가 적응될 수 있다. 고체 및 액체의 농도가 적응될 수 있다. 표면 장력이 적응될 수 있다. 필요하다면, 계면활성제가 사용될 수 있다. 첨가제 및 건조제가 사용될 수 있다. 수성 및 비수성 잉크가 사용될 수 있으며 용매 비율은 혼합 용매계에 맞게 적응될 수 있다.

하나 이상의 생체 반체(moieties)를 포함하는 잉크가 특히 관심이 있다. 예를 들어, 단백질, 핵산, 및 지질 등이 사용될 수 있다.

잉크는 또한 캔틸레버에 잉크를 도입하고, 잉크를 원하는 적재 위치로 유도하기 위해 잉크웰과 함께 사용하는 데 맞게 적응될 수 있다.

f. 제조 방법

제조 방법은 전술한 서론에서 인용된 여러 참조 문헌에서 기술되었다.

바람직한 실시예에서, 채널을 형성하는 통합된 삼각 유체 채널부 및 베이스 영역을 형성하는 연결된 사각부를 갖는 첨예화 마스크(sharpening mask)가 팁을 첨예화하기 위해 사용될 수 있다. 질화물을 패터닝하는 캔틸레버 마스크는 원래의 마스크(M-ED)가 아니라, 더 좁은 M-타입 마스크이다. 이러한 마스크는 좁은 측면 영역을 가지며, 이는 팁을 향해 그러한 영역 상의 잉크를 퍼넬링(funnel)하도록 작용한다. 이러한 두 마스크를 결합하면 결과적으로 잉크 활용도를 개선할뿐만 아니라 잉크 패턴을 더 균일하게 한다.

캔틸레버(220, 230)를 제조하기 위한 마스크의 상부 평면도가 각각 도 15a 및 도 15b에 도시되어 있다(도 15c 및 도 15d도 참조). 도 15a에서, 베이스 영역의 사각 마스크 부(324)는 단부(322)보다 작게 도시된다. 따라서, 그 후에 형성된 베이스 영역은 측벽들로 둘러싸인다. 도 15b에서, 사각 마스크 부(334)가 전체 단부(332)보다 큰 것이 도시되어 있다. 따라서, 결과적인 베이스 영역(234)은 본질적으로 경계를 갖지 않는다. 도 15b에서, 베이스 영역(234)의 마스크 부(334)는 채널(231)을 위한 마스크 부(331)의 연장부를 확장한 것일 수 있다. 또한, 도 15b 및 도 15d의 마스크는 (도 15a 및 도 15c에서와 달리) 측벽에서 실질적인 테이퍼링을 제공한다.

피라미드형 팁을 통합한 실리콘 질화물 캔틸레버는 Albrecht 등(Albrecht 등의 Microfabrication of cantilever styli for the atomic force microscope. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum , Surfaces , and Films 1990; 8:3386-3396)에 의해 기술된 방법과 유사한 방법에 의해 제조될 수 있다. 피라미드형 피트(pyramidal pits)의 결정학적 에칭(crystallographic etching) 및 실리콘 웨이퍼로부터의 마스킹 층 제거에 후속하여, 산화물 층이 형성된다. 다음에, 이 산화물은 패터닝되어 피라미드형 피트 및 인접한 삼각 영역을 포함하는 영역을 형성한다. 이 산화물 층은 팁을 첨예화하고, 및/또는 피트의 정점(apex) 반경 및 형상을 다르게 제어하는 역할을 할 수 있다(Akamine의 Low temperature thermal oxidation sharpening of microcast tips. J Vac Sci Technol B 1992; 10:2307-2310). 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 산화물 층에서의 압축 응력은 산화물이 표면에 수직한 방향으로 확장하게 할 수 있다. 피라미드형 피트의 바닥 근처에서, 이러한 확장은 대향면의 근접에 의해 방해받을 수 있다. 이는 결과적으로 v 형상으로부터 첨점(cusped)으로의 단면 프로파일의 변화, 및 정점에서의 곡률(curvature) 반경의 축소를 가져올 수 있다.

산화물 층은 또한 후속하여 형성된 실리콘 질화물 캔틸레버에서 채널을 위한 몰드(mold)를 형성하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 팁을 첨예하게 하기 위해 이미 수행된 단계는 캔틸레버 상에 개방 채널을 만들도록 수정될 수 있다. 유체 수송을 위한 개방 채널은 나노잉크사(일리노이주 스코키)에 의해 개발되고 판매된 잉크웰 제품에 사용된다.

몇몇 대안의 실시예에서, 오목한 베이스 부는 하나, 두 개 또는 세 개의 측면 상에 측벽을 가질 수 있다. 이러한 측벽은 채널의 측벽 영역보다 낮을 수 있다.

7. 인쇄 방법

매크로 영역 위에 수백만 개의 특징부를 빠르게 제조하기 위해, DPN 인쇄는 고밀도 1D 및 2D 펜 어레이를 갖춘 MEMS 디바이스를 이용할 수 있다. 이러한 MEMS 디바이스는 다수의 물질을 동시에 인쇄하는 데 있어서의 DPN 능력을 상당히 확대할 수 있지만 이와 동시에 어레이 내에서 각 펜의 특별한 성능을 필요로 할 수 있다.

나노리소그래피가 오늘날 직면한 과제 중 하나는 고 처리량, 재생력 및 저비용을 갖는 나노 크기의 패턴이다.

본 명세서에 개시된 시스템을 이용하여 고체 기판 상에서 재생가능한 고밀도 화학 및 생물학적 패턴들이 달성될 수 있다. 이러한 패턴들은, 예를 들어 고밀도 단백질 및 핵산을 스포팅(spotting)하기 위한 나노 및 생체 기술, DNA 나노 어레이 및 마이크로 어레이, 랩온어칩 센서, 집적 회로 및 MEMS의 제조에 관련된 연구 및 상업적 응용에 유용할 수 있다.

표면 상에 극미세 또는 나노 크기의 패턴을 인쇄하는 방법이 제공된다. 이 방법은 전술한 캔틸레버의 채널로부터 캔틸레버의 단부의 표면으로 유체를 퇴적하는 단계를 포함한다. 단부는 그 위에 팁을 갖는 베이스 영역을 포함하며, 베이스 영역은 적어도 하나의 측면에서 경계를 갖지 않거나 또는 실질적으로 채널의 측벽보다 낮은 측벽을 갖는다. 퇴적 단계는 베이스 영역 내 유체 및 채널 내 유체 사이의 표면 장력 차를 통해 채널로부터 베이스 영역을 향해 유체를 유도하는 단계를 포함한다. 표면에 대해 캔틸레버 단부를 이동시킴으로써, 유체는 캔틸레버 단부로부터 상이한 위치의 표면으로 전달될 수 있다.

결과적인 패턴은 폭이 약 15 nm 내지 약 100 미크론, 또는 약 100 nm 내지 약 50 미크론, 또는 약 1 미크론 내지 약 25 미크론, 이를 테면, 약 1 미크론 내지 약 15 미크론인 특징부들을 가질 수 있다. 캔틸레버 단부, 특히 팁은 퇴적 공정 동안에 표면과 접촉할 수 있다. 특징부들은 가로 치수(예컨대, 직경 또는 라인 폭)에서 1 미크론 이하일 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예들은 (바이오 또는 MEMS로 국한되지 않고, 모든 액체 잉크 DPN 인쇄를 위해) 하이엔드의 생체 칩 또는 MEMS 디바이스의 제조를 위해 DPN의 인쇄 능력을 개선한다. 미세 유체 채널을 갖는 캔틸레버를 이용하면 제품 품질을 개선할 수 있고 생산량을 증대한다.

본 명세서에 기술된 디바이스를 포함하는 키트가 제공될 수 있다. 또한, 키트는 적어도 하나의 잉크, 적어도 하나의 기판, 적어도 하나의 잉크웰, 하나 이상의 다른 부속품, 및/또는 그 키트를 이용하기 위한 적어도 하나의 명령어 시트(instruction sheet)를 포함할 수 있다.

또한, 기구는 본 명세서에 기술된 디바이스를 이용하도록 만들어질 수 있다. 예를 들어, 인쇄 기구는 DPN 5000 및 NLP 2000 기구를 포함하는 나노잉크사(일리노이주 스코키)에서 입수할 수 있다. 예를 들어, 나노리소그래픽 기구를 기술하는 미국 특허 공개 제2009/0023607호(나노잉크사)를 참조하기 바란다.

Claims

센서들을 기능화(functionalizing)하기 위한 방법으로서,
센서 소자를 제공하는 단계;
적어도 제1 팁(tip) 및 제2 팁을 포함하는 펜 어레이(pen array)를 제공하는 단계;
상기 제1 팁을 제1 잉크 조성물(composition)로, 상기 제2 팁을 제2 잉크 조성물로 코팅하는 단계;
상기 제1 잉크 조성물 및 제2 잉크 조성물을 상기 팁들로부터 상기 센서 소자로 동시에 퇴적하여 각각이 10 미크론 이하의 가로 치수(lateral dimension)를 갖는 제1 패턴 및 제2 패턴을 형성함으로써 상기 센서 소자를 기능화하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 패턴은 각각 1 미크론 이하의 가로 치수를 갖는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 팁은 원자력 현미경(atomic force microscope) 팁들인 방법.
제1항에 있어서, 상기 펜 어레이는 일차원 펜 어레이인 방법.
제1항에 있어서, 상기 펜 어레이는 이차원 펜 어레이인 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서 소자는 마이크로캔틸레버(microcantilever) 또는 나노캔틸레버(nanocantilever)를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서 소자는 진동형 경질(vibrating stiff) 캔틸레버를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서 소자는 플렉시블(flexible) 캔틸레버를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서 소자는 미세유체(microfluidic) 채널을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서 소자는 필라(pillar) 어레이를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서 소자는 미로(maze)를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 잉크 조성물은 포획 분자들(capture molecules)을 포함하는 방법.
디바이스로서,
칩을 포함하며,
상기 칩은 복수의 센서 소자를 포함하고,
각각의 센서 소자는 그 위에 배치된 복수의 패턴을 포함하고, 적어도 하나의 패턴은 10 미크론 미만의 가로 치수를 가지며,
적어도 하나의 센서 소자는 제1 센싱 분자들을 포함하는 제1 패턴 및 제2 센싱 분자들을 포함하는 제2 패턴을 포함하며,
상기 제1 센서 분자들은 상기 제2 센서 분자들과 다른 디바이스.
제13항에 있어서, 상기 칩은 적어도 50개의 센서 소자를 포함하는 디바이스.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 센서 소자는 적어도 50개의 패턴을 포함하는 디바이스.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 패턴은 1 미크론 이하의 가로 치수를 갖는 디바이스.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 센서 소자의 적어도 일부는 패시베이션되는 (passivated) 디바이스.
디바이스로서,
센서 칩을 포함하며,
상기 칩은 적어도 제1 센서 소자 및 제2 센서 소자를 포함하는 복수의 센서 소자를 포함하고;
각각의 센서 소자 위에는 10 미크론 미만의 가로 치수를 각각 갖는 복수의 패턴이 배치되며, 각 센서 소자 상의 적어도 하나의 패턴은 센싱 분자를 포함하며;
상기 제1 센서 소자는 상기 제2 센서 소자와 다른 적어도 하나의 센싱 분자를 포함하는 디바이스.
제18항에 있어서, 적어도 하나의 센서는 제1 센싱 분자를 포함하는 제1 패턴 및 제2 센싱 분자를 포함하는 제2 패턴을 포함하며, 상기 제1 센서 분자는 상기 제2 센서 분자와 다른 디바이스.
센서들을 기능화하는 방법으로서,
칩을 제공하는 단계 - 상기 칩은 복수의 센서 소자를 포함함 -;
적어도 제1 팁 및 제2 팁을 포함하는 펜 어레이를 제공하는 단계;
상기 제1 팁을 적어도 하나의 제1 센싱 분자를 포함하는 제1 잉크 조성물로, 상기 제2 팁을 적어도 하나의 제2 센싱 분자를 포함하는 제2 잉크 조성물로 코팅하는 단계 - 상기 제1 센싱 분자는 상기 제2 센싱 분자와 다름 -; 및
상기 제1 잉크 조성물 및 제2 잉크 조성물을 상기 팁들로부터 상기 센서 소자들 중 적어도 하나로 동시에 퇴적하여 상기 제1 센싱 분자를 포함하는 제1 패턴 및 상기 제2 센싱 분자를 포함하는 제2 패턴을 형성함으로써 상기 칩을 기능화하는 단계 - 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 각각 10 미크론 이하의 가로 치수를 가짐 -
를 포함하고, 기능화된 칩은 샘플로부터 적어도 하나의 분석물질(analyte)을 센싱할 수 있는 방법.
센서들을 기능화하는 방법으로서,
칩을 제공하는 단계 - 상기 칩은 적어도 하나의 제1 센서 소자 및 하나의 제2 센서 소자를 포함하는 복수의 센서 소자를 포함함 -;
적어도 하나의 센싱 분자를 포함하는 잉크 조성물로 각각 코팅된 복수의 팁을 포함하는 펜 어레이를 제공하는 단계;
상기 잉크 조성물들을 상기 팁들로부터 상기 센서 소자들로 동시에 퇴적하여 각각의 센서 소자 상에 복수의 패턴을 형성함으로써 상기 칩을 기능화하는 단계
를 포함하고,
상기 패턴들은 각각 10 미크론 이하의 가로 치수를 가지며;
기능화된 칩은 샘플로부터 적어도 두 개의 상이한 분석물질을 센싱할 수 있으며;
상기 제1 센서 소자는 상기 제2 센싱 소자와 다른 분석물질을 센싱할 수 있는 방법.