KR20150022751A - 생물학적 반응 시스템을 위한 코팅된 기판 - Google Patents

생물학적 반응 시스템을 위한 코팅된 기판 Download PDF

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엘리오도어 겐시우
에반 포스터
시어도어 스트라우브
마이클 씨. 팔라스
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Abstract

생물학적 반응을 위한 장치가 제공된다. 장치는 기판 및 기판 내 다수의 반응 부위를 포함한다. 기판의 표면은 제1 친수성을 갖도록 구성되고, 다수의 반응 부위의 각 표면은 제2 친수성을 갖도록 구성되어 상당한 수의 반응 부위에 샘플 부피가 로딩된다. 로딩된 각 반응 부위의 샘플 부피는 그 각각의 반응 부위에 실질적으로 한정된다. 샘플 부피는 반응 부위 내에서 생물학적 반응을 겪도록 구성된다.

Description

생물학적 반응 시스템을 위한 코팅된 기판 {COATED SUBSTRATE FOR BIOLOGICAL REACTION SYSTEMS}
<관련 출원에 대한 상호 참조>
본원은 2012년 3월 16일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/612,005, 2012년 3월 16일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/612,087, 2012년 11월 7일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/723,759, 2012년 3월 16일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/612,008, 2012년 11월 7일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/723,658 및 2012년 11월 7일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/723,738을 우선권 주장하며, 이들 모두는 또한 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
본 개시내용은 생물학적 반응 시스템에 사용되는 기판의 표면을 처리하는 방법, 보다 특히 생물학적 반응 시스템에 사용되는 기판의 표면을 화학적으로 처리하여 생물학적 분자가 표면에 부착되는 것을 방지하는 방법에 관한 것이다.
폴리머라제 연쇄 반응 (PCR)은 표적 DNA 서열을 증폭하는 방법이다. 이전에, PCR은 일반적으로 96- 또는 384-웰 마이크로플레이트에서 수행되었다. 보다 높은 처리량이 바람직한 경우에는, 종래의 마이크로플레이트에서의 PCR 방법은 비용 효과적이지 않거나 효율적이지 않다. 추가로, 처리량을 증가시키는 것에 있어서, PCR 반응 부피를 감소시키는 것은 시약의 소비를 낮추어, 반응 부피의 감소된 열 질량으로 인해 증폭 시간을 감소시킬 수 있다. 이러한 전략은 어레이 형식 (m x n)으로 구현되어, 다수의 보다 작은 반응 부피를 생성할 수 있다. 또한, 어레이를 사용하는 것은 증가된 정량화 감수성, 동적 범위 및 특이성을 갖는 측정가능한 고처리량 분석을 위해 감안된다.
어레이는 또한 디지털 폴리머라제 연쇄 반응 (dPCR)을 수행하는데 사용되었다. dPCR로부터의 결과는 희귀 대립유전자의 농도를 검출 및 정량화하고, 핵산 샘플의 절대적 정량화를 제공하고, 핵산 농도의 낮은 배수-변화를 측정하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 반복의 수를 증가시키는 것은 dPCR 결과의 정확도 및 재현성을 증가시킨다.
대부분의 정량적 폴리머라제 연쇄 반응 (qPCR) 플랫폼에서의 어레이 형식은 샘플별 검정 실험을 위해 설계되며, 여기서 PCR 결과는 구동후 분석을 위해 지정가능한 것일 필요가 있다. 그러나, dPCR에 대해, 각 PCR의 결과의 특정한 위치 또는 웰은 중요하지 않을 수 있으며, 단지 샘플당 양성 및 음성 반복의 수만이 분석될 수 있다.
dPCR의 판독값, 즉 양성 반응의 수 및 음성 반응의 수는 주형 농도에 선형으로 비례하는 반면, qPCR의 판독값 (신호 대 사이클)은 주형 농도의 로그에 비례한다. 따라서, dPCR의 경우에, 샘플 부피를 최소화하는 것이 바람직하다.
그러나, 반응 부피를 계속 감소시키는 것은, 예를 들어 어레이에 샘플 부피를 로딩하고, 샘플 부피의 물리적 단리를 유지함에 있어서의 신뢰에 관한 과제로 이어질 수 있다. 즉, 가능한 한 많은 웰 또는 관통 구멍에 샘플 부피를 로딩하고, 웰 또는 관통 구멍 사이의 교차-소통을 감소시키는 것이 중요하다.
한 예시적 실시양태에서, 생물학적 반응을 위한 장치가 제공된다. 장치는 기판 및 기판 내 다수의 반응 부위를 포함한다. 기판의 표면은 제1 친수성을 갖도록 구성되고, 다수의 반응 부위의 각 표면은 제2 친수성을 갖도록 구성되어 상당한 수의 반응 부위에 샘플 부피가 로딩된다. 로딩된 각 반응 부위의 샘플 부피는 그 각각의 반응 부위에 실질적으로 한정된다. 샘플 부피는 반응 부위 내에서 생물학적 반응을 겪도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따른 예시적인 코팅된 기판이고;
도 2는 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따른 후진 및 전진 접촉각을 예시하고;
도 3은 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따른 샘플 로더에 의한 반응 부위의 로딩을 예시하고;
도 4는 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따른 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이고;
도 5는 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따라 기판의 기판 표면을 코팅하는 단계를 예시하고;
도 6은 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따라 기판의 수직 표면을 코팅하는 단계를 예시하고;
도 7은 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따라 기판의 기판 표면을 코팅하는 또 다른 단계를 예시하고;
도 8은 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따라 기판의 수직 표면을 코팅하는 또 다른 단계를 예시하고;
도 9는 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따라 코팅된 기판을 사용할 수 있는 예시적인 폴리머라제 연쇄 반응 기기의 블록 다이어그램을 예시한다.
본 발명의 보다 충분한 이해를 제공하기 위해, 하기 설명은 다수의 구체적 세부사항, 예컨대 구체적 구성, 파라미터, 예 등을 제시한다. 그러나, 이러한 설명은 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니며, 예시적 실시양태의 보다 우수한 설명을 제공하려는 것이다.
여러 생물학적 반응을 동시에 수행하는 것은 로딩된 샘플을 각각 갖는 다수의 반응 부위를 포함하는 기판을 필요로 할 수 있다. 반응 부위는, 예를 들어 관통 구멍, 함입부 또는 웰일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다는 것을 인지해야 한다. 추가로, 실험당 반응의 수를 증가시키기 위해, 샘플 영역 크기를 또한 감소시키면서 기판 상의 반응 부위의 밀도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 15mm x 15mm 기판 상에, 10,000개의 반응 부위가 포함될 수 있다. 그러나, 30,000개의 반응 부위가 15mm x 15mm 기판에 포함되는 경우에는, 샘플 영역을 보다 작게 할 뿐만 아니라 기판 상의 반응 부위의 밀도를 증가시킬 수 있다.
본원에 기재된 다양한 실시양태에 따르면, 샘플 부피가 충분히 로딩될 수 있는 장치가 제공된다. 기판의 특정 영역의 표면 특징, 예컨대 소수성 및/또는 친수성은 액체 샘플을 반응 부위에 로딩하는 것을 용이하게 할 수 있다. 소수성/친수성의 수준은 상기 기재된 바와 같은 기판 내 다수의 반응 부위의 로딩의 용이성 및 효율에 영향을 미치는 다양한 요인에 기초할 수 있다.
예를 들어, 반응 부위의 로딩에 영향을 주는 하나의 요인은 샘플의 로딩을 용이하게 할 수 있는 반응 부위 및/또는 기판의 물리적 기하구조이다. 예를 들어, 반응 부위 깊이 (칩 두께) 및 반응 부위의 직경에 기초한 반응 부위 사이의 종횡비가 반응 부위의 충분한 로딩에 필요한 특징을 결정함에 있어서의 요인일 수 있다. 반응 부위 깊이 (칩 두께) 대 직경의 비가 종횡비로서 지칭된다. 예를 들어, 반응 부위 깊이가 반응 부위 직경과 동일한 경우에 종횡비는 1이다. 또 다른 예에서, 반응 부위 깊이가 반응 부위 직경보다 10x 더 큰 경우에 종횡비는 10이다. 반응 부위의 직경은 액체 반응 매질을 반응 부위에 로딩하는 것을 가능하게/용이하게 하는 모세관력에 영향을 준다. 일부 실시양태에서, 직경이 보다 작아질수록, 모세관력은 보다 커지고, 반응 부위의 로딩은 보다 우수/용이해진다.
다양한 실시양태에 따라 반응 부위에 샘플 부피를 로딩하는 것에 영향을 주는 또 다른 요인은 목적하는 로딩 효율 및/또는 일관성이다. 목적하는 효율은 90% 이상의 로딩된 반응 부위이다. 다른 실시양태에서, 목적하는 효율은 90%의 로딩된 반응 부위 및 최대 10%의 반응 부위-대-반응 부위 변화일 수 있다.
다양한 실시양태에 따라 반응 부위에 샘플 부피를 로딩하는 것에 영향을 주는 또 다른 요인은 반응 부위 내에서의 목적하는 반응과 물질과의 적합성이다. 일부 실시양태에서, 목적하는 반응은 증폭 반응일 수 있다. 보다 구체적으로, 증폭 반응은 폴리머라제 연쇄 반응 (PCR)일 수 있다. 다양한 실시양태에 따르면, 예를 들어 반응에 관련된 샘플 부피, 효소 또는 시약과 접촉하는 장치의 일부는 샘플 부피, 효소 또는 시약과 화학적으로 상호작용해서는 안 된다. 예를 들어, 반응과 접촉하는 물질은 반응을 방해할 수 있는 이온을 반응 부위로 침출시켜서는 안 된다.
다양한 실시양태에 따른 반응 부위의 로딩에 영향을 주는 또 다른 요인은 샘플 부피가 반응 부위에 로딩된 후의 샘플 부피의 바람직한 한정이다. 즉, 각 반응 부위로부터의 샘플 부피의 누출을 방지하고, 하나의 반응 부위에서 또 다른 반응 부위로의 유출을 방지하고, 반응 부위 외부의 샘플 부피의 임의의 풀링을 방지하기에 충분한 힘이 요구된다.
상기 언급된 요인들을 고려하여, 이들 목적을 충족시킬 수 있는 장치가 설계될 수 있고, 이는 작은 부피를 포함하는 다수의 반응 부위에서 반응을 수행하는데 사용될 수 있다.
표면의 충분한 소수성/친수성 특징을 생성하기 위해, 표면을 또 다른 물질로 코팅할 수 있다. 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따르면, 기판 표면의 일부를 친수성 특징을 갖도록 코팅하고, 반응 부위의 표면의 일부를 친수성 특징을 갖도록 코팅한다. 두 표면 모두가 친수성 특징을 가질지라도, 반응 부위는 예를 들어 모세관 작용에 의해 로딩될 수 있다. 다양한 실시양태에 따르면, 친수성 코팅은 동일한 코팅일 수 있다. 다양한 실시양태에 따르면, 코팅은 증착에 의해 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따르면, 기판 표면의 일부를 소수성 특징을 갖도록 코팅하고, 반응 부위의 표면의 일부를 소수성 특징을 갖도록 코팅한다. 두 표면 모두가 소수성 특징을 가질지라도, 반응 부위는 예를 들어 모세관 작용에 의해 로딩될 수 있다. 다양한 실시양태에 따르면, 소수성 코팅은 동일한 코팅일 수 있다. 다양한 실시양태에 따르면, 코팅은 증착에 의해 적용될 수 있다.
추가로, 본원에 기재된 다른 실시양태에 따르면, 기판 표면의 일부는 소수성 특징을 갖도록 코팅하고, 기판의 표면의 일부는 친수성 특징을 갖도록 코팅하는 것을 포함하는, 기판의 코팅 방법이 용이하게 할 수 있다. 추가로, 일부 실시양태에 따르면, 샘플 영역의 표면은 친수성이도록 코팅되고, 기판의 다른 표면은 소수성이도록 코팅된다. 이러한 방식으로, 소수성/친수성은 액체 샘플을 반응 부위에 로딩하는 것을 용이하게 한다. 반응 부위는, 예를 들어 모세관 작용에 의해 로딩될 수 있다.
또한, 다양한 실시양태에 따르면, 소수성/친수성 표면을 갖는 것은 반응 부위 사이의 액체 샘플의 교차 오염을 감소시킬 수 있다. 소수성 영역은 반응 부위 내 그 각각의 샘플 영역에 각 액체 샘플을 유지하는 것을 보조할 수 있다. 다양한 실시양태에 따르면, 연속적인 또는 완전한 코팅은 반응을 방해할 수 있는 이온이 기판으로부터 침출되는 것을 또한 방지하거나 또는 감소시킬 수 있다.
다양한 실시양태에 따르면, 코팅은 다른 코팅보다 증가된 물리적 및 화학적 안정성을 갖고, 생체적합성이다. 이는 생물학적 반응에 사용되는 활성 생화학물질 및 생체물질의 흡착 및 후속적 억제를 방지하거나 또는 감소시킬 수 있다. 이들은, 예를 들어 효소, 프로브 및 DNA를 포함할 수 있다. 특히 디지털 PCR 적용을 위해, 목적하지 않는 표면에 대한 반응 화학물질 및 성분 흡착을 최소화하는 것이 중요하다.
기판
본원에 기재된 다양한 실시양태에 따르면, 기판 물질은, 예를 들어 규소, 산화규소, 유리, 금속, 세라믹 또는 플라스틱일 수 있다. 유리는 감광성 유리일 수 있다. 그러나, 생체적합성이며 형광 검출을 방해하지 않는 임의의 물질이 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따라 코팅될 수 있다는 것을 당업자는 인지할 것이다.
상기 언급된 바와 같이, 반응 부피의 감소는 보다 높은 반응 부피 밀도를 허용하여, 보다 많은 반응이 주어진 영역 내에서 수행될 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 기판 내 300 μm 직경 관통 구멍으로 구성된 어레이는 약 30 nL의 반응 부피를 함유할 수 있다. 예를 들어, 어레이에서의 각 관통 구멍의 크기를 직경 60-70 μm로 감소시킴으로써 각 반응 부피는 100 pL일 수 있다. 본원에 기재된 다양한 실시양태에 따르면, 반응 부피는 약 1 pL 내지 30 nL 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 반응 부위의 어레이는 다양한 상이한 부피의 반응 영역으로 구성되어 동적 범위를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본원에 기재된 다양한 실시양태에 따른 반응 부위(104)의 어레이를 포함하는 기판(100)을 포함하는 칩(100)을 예시한다. 칩(100)은, 예를 들어 물품, 장치, 소모품, 어레이, 슬라이드 또는 플래튼으로서 지칭될 수 있다.
칩(100)은 기판(100)을 포함한다. 기판(102)는, 예를 들어 금속, 유리, 세라믹, 규소 및 산화규소를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다양한 물질일 수 있다.
칩(100)은 다수의 반응 부위(104)를 추가로 포함한다. 다수의 반응 부위(104)는, 예를 들어 웰, 공동 또는 관통 구멍일 수 있다. 각 샘플 영역은, 예를 들어 다양한 단면 기하구조, 예컨대 원형, 삼각형 또는 육각형을 또한 가질 수 있다. 다른 기하구조를 갖는 것은 보다 밀집 패킹된 반응 부위를 허용하여, 주어진 영역에서의 반응의 수를 추가로 증가시키게 할 수 있다. 추가로, 반응 부위의 기하구조는 액체 샘플을 반응 부위에 로딩하는 것을 또한 용이하게 할 수 있다.
도 1에서의 칩(100)의 단면도는 다수의 관통 구멍(104)를 예시한다. 각 관통 구멍(104)는 기판(102)의 제1 표면의 개구부에서 기판(102)의 제2 표면의 개구부로 연장되며, 각 관통 구멍(104)는 모세관 작용에 의해 충분한 표면 장력을 제공하여 처리 또는 검사할 생물학적 샘플을 함유하는 각각의 액체 샘플을 보유하도록 구성될 수 있다. 칩(100)은 USPN 6,306,578; 7,332,271; 7,604,983; 7,6825,65; 6,387,331; 또는 6,893,877 (이들은 본원에 완전히 제시된 것과 마찬가지로 그 전문이 본원에 참조로 포함됨) 중 임의의 것에 개시된 바와 같은 일반적 형태 또는 구성을 가질 수 있다.
다양한 실시양태에 따르면, 관통 구멍(104)는 약 1.3 나노리터의 부피를 가질 수 있다. 대안적으로, 각 관통 구멍의 부피는, 예를 들어 관통 구멍(104)의 직경 및/또는 기판(102)의 두께를 감소시킴으로써 1.3 나노리터 미만일 수 있다. 예를 들어, 각 관통 구멍(104)는 1 나노리터 이하, 100 피코리터 이하, 30 피코리터 이하 또는 10 피코리터 이하인 부피를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 관통 구멍(104)의 일부 또는 모두의 부피는 1 내지 20 나노리터 범위이다.
특정 실시양태에서, 관통 구멍(104)의 밀도는 제곱 밀리미터당 50개 이상의 관통 구멍일 수 있다. 다른 실시양태에서, 보다 높은 관통 구멍 밀도가 존재할 수 있다. 예를 들어, 칩(100) 내 관통 구멍(104)의 밀도는 제곱 밀리미터당 150개 이상의 관통 구멍, 제곱 밀리미터당 200개 이상의 관통 구멍, 제곱 밀리미터당 500개 이상의 관통 구멍, 제곱 밀리미터당 1,000개 이상의 관통 구멍, 제곱 밀리미터당 10,000개 이상의 관통 구멍일 수 있다.
칩(100)의 다른 실시양태는 2012년 3월 16일에 출원된 가출원 61/612,087 (도켓 번호 LT00655 PRO) 및 2012년 11월 7일에 출원된 61/723,759 (도켓 번호 LT00655 PRO 2) (이들은 모든 목적을 위해 본원에 포함됨)에 추가로 기재되어 있다.
상기 언급된 바와 같이, 샘플 영역의 크기를 감소시키는 것은 액체 샘플을 각 반응 부위에 로딩하는 것과 연관된 과제로 이어질 수 있다. 본원에 기재된 다양한 실시양태에 따른 기판 표면에 적용되는 코팅은 액체 샘플을 반응 부위에 로딩하는 것 뿐만 아니라 반응 부위 사이의 교차-소통을 최소화하는 것을 용이하게 할 수 있다.
본원에 기재된 실시양태에 따르면, 코팅 전에 기판을 세척 및 수화시켜, 이들을 후속 화학 반응에 대해 준비시킬 수 있다. 세척은 예를 들어 수송 및 저장 동안에 발생하였을 수 있는 임의의 가능한 오염을 제거하여, 코팅 공정에서의 일관성을 보장한다.
본원에 기재된 방법 및 프로토콜은 본원에 기재된 다양한 실시양태에 따른 예임을 인지해야 한다. 프로토콜은 높은 종횡비 칩 및/또는 낮은 종횡비 칩 상에서 작동하도록 변형될 수 있다. 일부 실시양태에서, 물 접촉각이 60-100도인 경우에 충분한 로딩이 발생할 수 있다. 다른 실시양태에서, 물 접촉각이 75-90도인 경우에 충분한 로딩이 발생할 수 있다.
추가로, 이중-코트 및 단일-코트 둘 다에 의해, 다양한 실시양태에 의해 기재된 바와 같은 코팅이 달성될 수 있다. 더욱이, 다양한 실시양태에 따른 코팅 방법은, 예를 들어 액체 코팅 공정 뿐만 아니라 증착 공정을 포함할 수 있다.
친수성 방법
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 교시의 다양한 실시양태에 따르면, 기판 표면 뿐만 아니라 반응 부위의 표면 상의 친수성 코팅은 생물학적 반응을 위한 반응 부위의 어레이의 제조를 용이하게 하는데 사용될 수 있다. 또한 상기 언급된 바와 같이, 기판은 칩으로서 지칭될 수 있고, 반응 부위는, 예를 들어 관통 구멍, 함입부 또는 웰일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 다양한 실시양태에 따르면, 기판 표면 및 반응 부위의 코팅은 동일한 물질일 수 있다. 다른 실시양태에서, 기판 표면 및 반응 부위의 코팅은 상이한 물질일 수 있다. 기판 표면 및 반응 부위의 표면은 증착 공정에 의해 코팅될 수 있다.
기판 표면 및 반응 부위 표면 둘 다가 다양한 실시양태에 따라 친수성 특징을 가질 수 있을지라도, 액체 샘플의 로딩은 모세관 작용을 기초로 할 수 있다. 즉, 액체 샘플과 반응 부위의 벽 사이의 부착력은 액체 샘플을 반응 부위 내로 끌어당길 것이다. 하기 일반식으로부터, 각 반응 부위 내로 끌어당겨질 수 있는 액체 샘플의 양은 반응 부위의 반경에 따라 달라진다.
액체 칼럼의 높이 h는 하기에 의해 주어진다:
Figure pct00001
여기서, γ는 액체-공기 표면 장력 (힘/단위 길이)이고, θ는 물 접촉각이고, p는 액체의 밀도 (질량/부피)이고, g는 국부 중력장 강도 (힘/단위 질량)이고, r은 반응 부위의 반경 (길이)이다.
다양한 실시양태에 따르면, 기판 표면 및 반응 부위의 소수성/친수성 특징은 기판 및 반응 부위를 구성하는 물질 및/또는 이들 표면의 코팅 물질에 따라 달라질 수 있다. 반응 부위의 로딩의 효율은 기판 표면 및 반응 부위 표면과 액체 샘플의 물 접촉각에 따라 달라진다.
샘플 로더로부터의 액체 샘플의 도포는 액체 샘플의 물 접촉각에 따라 달라진다. 물 접촉각은 샘플 로더의 물질 특성과 액체 샘플의 특성과의 관계로부터 생성된다. 물 접촉각이 90도 미만인 경우에, 액체 샘플과 기판 표면 사이의 관계는 친수성이고, 샘플은 기판 표면과의 응집 상호작용을 나타내며, 이는 샘플을 관통 구멍 내로 끌어당기기 위한 모세관 작용에 필요하다. 예를 들어 50도 미만의 물 접촉각을 갖는 과도하게 친수성인 기판은, 예를 들어 기판 표면 상의 과량의 액체 샘플의 증가된 풀링 또는 반응 부위의 불충분한 로딩을 유도할 수 있다. 추가로, 낮은 접촉각은 액체 샘플이 일부 반응 부위 내로 너무 빠르게 이동하도록 하여 다수의 반응 부위에서의 액체 샘플의 불균일한 분포를 초래할 수 있다.
대조적으로, 물 접촉각이 90도 초과인 경우에, 기판 표면과 액체 샘플 사이의 관계는 소수성이고, 모세관력이 음성일 것이기 때문에 액체 샘플이 반응 부위 내로 이동하지 않을 것이다. 이 상황은 기판 표면 상의 액체 샘플의 풀링 및 일부 반응 부위에의 액체 샘플 로딩의 방지로 또한 이어질 수 있다. 이에 따라, 기판 및 반응 부위의 표면은 액체 샘플에 관하여 기판 및 반응 부위 표면의 소수성 및 친수성이 균형을 이루도록 설계된다.
이들 특성과 관련하여, 다양한 실시양태에 따르면, 액체 샘플과의 전진 접촉각이 액체 샘플과의 후진 접촉각과 유사하도록 샘플 로더를 구성함으로써 효율적인 로딩이 달성될 수 있다. 도 2에 관하여, 전진 및 후진 접촉각이 예시된다. 물 액적(202)가 기판(200) 상에 제시된다. 기판이 경사진 경우에, 물 액적(202)는 전진 접촉각(206) 및 후진 접촉각(204)를 가질 것이다.
본원에 기재된 다양한 실시양태에 따르면, 70-85도의 전진 접촉각이 반응 부위에 대한 액체 샘플의 충분한 로딩을 제공할 수 있다.
전진 및 후진 접촉각 사이의 차이는 히스테리시스로서 공지되어 있다. 다양한 실시양태에서, 표면 특징은 0도의 히스테리시스가 존재하도록 설계될 수 있다. 다른 실시양태에서, 표면 특징은 30도 이하의 히스테리시스가 존재하도록 설계될 수 있다. 다른 실시양태에서, 표면 특징은 20도 이하의 히스테리시스가 존재하도록 설계될 수 있다. 다른 실시양태에서, 표면 특징은 0-15도의 히스테리시스가 존재하도록 설계될 수 있다. 높은 히스테리시스를 갖는 칩은 관통 구멍 내 로딩된 부피에서의 변화를 나타낼 것이며, 외부 표면 상의 샘플 풀링에 대한 경향을 가질 수 있다.
도 3에 관하여, 본원에 기재된 다양한 실시양태에 따라 샘플 로더에 의해 반응 부위를 로딩하는 것이 예시된다. 반응 부위(104)에 로딩할 액체 샘플(304)는 샘플 로더(302) 내에 존재한다. 샘플 로더(302)는 표면(106)을 가로질러 측방으로 이동된다. 이것이 이동될 때, 모세관 작용에 의해 액체 샘플(304)가 반응 부위(104)에 로딩된다.
상기 언급된 바와 같이, 다양한 실시양태에 따른 코팅은 증착 공정에 의해 침착될 수 있다. 이러한 공정의 한 예는 다음과 같다:
1. 음파처리와 함께 30초 동안 2-프로판올 중에 칩을 침지시킴.
2. 60℃에서 10분 동안 5:1:1 물:수산화암모늄:과산화수소 v:v:v (과산화수소 및 수산화암모늄의 30% 원액으로부터) 중에서 음파처리함.
3. 60℃에서 10분 동안 4:1 물:질산 v:v (질산의 70% 원액으로부터) 중에서 음파처리함.
4. 건조시킴.
5. 헥사메틸디실라잔 (HMDS)을 증기 상 침착시킴.
본원에 기재된 다양한 실시양태에 따른 다른 적합한 코팅은 알킬-트리메톡시실란, 알킬-트리에톡시실란, 알킬-디메톡시모노메틸실란, 알킬-디에톡시모노메틸실란, 알킬-모노메톡시디메틸실란 또는 알킬-모노에톡시디메틸실란, 또는 승온에서 진공 하에 휘발성인 임의의 다른 실란, 실록산, 실라잔 또는 포스포네이트임을 인지해야 한다.
또한, 약간 소수성인 기판 표면 및 반응 부위의 표면을 생성하는 코팅 물질이 본원에 기재된 다양한 실시양태에 따른 반응 부위의 로딩에 또한 사용될 수 있음을 인지해야 한다. 90-100도의 전진 물 접촉각 및 후진 물 접촉각이 또한 다양한 실시양태에 따라 반응 부위를 로딩하기에 충분할 수 있다.
친수성/소수성 방법
본원에 기재된 다양한 실시양태에 따르면, 충분한 로딩을 위한 바람직한 특징을 달성하기 위한 코팅 방법의 한 예는 다음이다. 예시적인 방법은 도 4에 제시된다.
칩의 기판 표면 제1 단계: 소수성 실란 (C1)
본 방법은 기판 표면(106) (도 1) 상에 소수성 층을 생성하는 단계(402)를 포함한다. 도 5에 관하여, 단계(402)는 수화된 기판 표면을 반응성 트리-알콕시 실란과 반응시킴으로써 탄화수소 층을 기판 표면(106)에 추가하는 것을 예시한다. 적절한 탄화수소 쇄를 반응하는 트리-알콕시 실란의 제4 관능기로서 선택함으로써 표면(106) 특성을 미세 조정할 수 있다.
기판 표면(106)의 표면 특성은 반응 부위(104)에 대한 일관성 있는 샘플 로딩, 및 또한 반응 부위(104)에 대한 로딩 후의 기판 표면(106) 상의 샘플 풀링/잔류의 방지에 중요하다. 샘플의 풀링은 생체-반응 사이클 동안 인접 반응 부위 사이의 교차 소통을 초래할 수 있고, 후속적인 가양성 결과를 또한 초래할 수 있다. 다양한 실시양태에 따르면, 예를 들어 표면 특성을 변화시키기 위해, 실란의 제4 관능기인 탄화수소 쇄의 길이를 사용하여 표면 특성을 미세 조정할 수 있다.
한 실시양태에서, 도 5에 예시된 바와 같이, 기판의 기판 표면(106)은 노출되어, 비-극성 용매, 예컨대 헵탄 중에 용해된 트리-알콕시 실란 (탄화수소 쇄는 C4 내지 C20일 수 있음)과 반응한다. 또한, 기판을 실란 용액에 침지시키기 전에, 반응 부위를 물 중 희석 산 용액으로 충전하며, 이는 물과 불혼화성인 헵탄 중에 용해된 실란과 각각의 표면이 반응하는 것을 보호할 것이다. 알콕시-실란 및 수화된 표면 사이의 반응은 주어진 기간 동안 계속 발생할 것이다. 이들 반응은 산성 용액 중에서의 가수분해 및 공기에 의해 완결된다. 반응 완결 후에, 다양한 용매, 예컨대 아세토니트릴, 이소프로필 알콜 및 헵탄을 사용한 세척을 통해 물을 제거하고, 다양한 실시양태에 따른 방법에서의 후속 단계에 대해 표면을 준비시킨다.
반응 부위 표면 제1 단계: 관능화 실란 (C2)
도 5에서와 같이 기판 표면을 소수성이 되게 한 (도 4의 단계(402)) 후에, 단계(404)는 친수성일 반응 부위의 수직 표면을 실질적으로 연속적인 필름으로 코팅하는 공정을 포함한다. 이러한 방식으로, 생화학물질을 포함하는 샘플 부피는 각 목적 반응 부위에 보다 용이하게 로딩될 수 있다.
이러한 예에서, S1은 용매 1 (소수성)을 나타내고, S2는 용매 2 (친수성)를 나타낸다. 여기서, S1 및 S2는 불혼화성 용매이며, S1은 S2에 의해 습윤된 영역에 대한 접근성을 갖지 않는다. C1은 S1 중에 용해된 알콕시 실란을 나타낸다. C1은 기판 표면(106) 상에 존재하는 -OH 기와 반응할 수 있다. 도 5에 예시된 반응은 기판 표면(106)을 소수성이 되게 한다. S2의 존재는 S1 및 알콕시 실란이 반응 부위(104)의 수직 표면에 접근하는 것을 방지하여 친수성을 유지한다.
반응 동안의 반응 부위에서의 샘플 로딩 및 보유는 종횡비 및 칩 표면에 적용되는 코팅의 유형에 의해 제어 및 증진될 수 있다. 또한, 일부 칩 기판은 이온을 침출시키거나 또는 샘플 (생)화학물질과의 물리적 상호작용을 가질 수 있어, 실질적으로 연속적인 코팅이 필요할 수 있다. 실질적으로 연속적인 코트는 이온이 시약 매질 내로 침출되지 못하도록 하는 코팅이다.
한 예에서, 실질적으로 연속적인 코팅은 이중 관능화 실란 (알콕시 및 에폭시 기)를 사용하여 달성될 수 있으며, 알콕시 기는 수화된 기판에 결합하는 한편, 에폭시 기는 친수성 중합체와의 후속 반응을 가능하게 할 수 있다.
이 단계의 한 실시양태는 도 6에 예시된다. 도 5에서 완결된 바와 같이, 기판의 기판 표면을 C4-C20 관능화 실란으로 덮었다. (알콕시)3-Si-글리시딜 또는 아미노 관능화 실란은 기판 표면(106) 상의 미반응 -OH 기와 또한 반응할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6에 예시된 예에서, C2는 S1 중에 용해된 (알콕시)3 글리시딜 또는 아미노 관능화 실란을 나타내며, 반응 부위(104)의 표면 상에 존재하는 -OH 기와 반응할 수 있다. 즉, 반응 부위의 수화된 벽은 헵탄 중에 용해된 글리시딜 기로 관능화된 트리-알콕시 실란의 용액과 반응할 수 있다.
반응 부위(104)의 표면의 반응은 약간의 친수성을 반응 부위(104)의 표면에 부여하고, 수평 벽을 보호성의 연속적인 층으로 덮는 공정의 후속 단계를 위한 관능기를 제공한다. 즉, 글리시딜 기는 수화된 표면에 연결된 실란을 통해 반응 부위 벽에 부착될 수 있고, 추가의 화학으로 반응 부위의 코팅을 미세-조정하여, 예를 들어 적용, 예컨대 dPCR을 가능하게 할 수 있다.
반응 부위 표면 제2 단계: 관능화 중합체 (C3)의 부착
단계(404) 후에, 도 7에 예시된 바와 같은 친수성 중합체의 부착에 의해 반응 부위 표면의 친수성 코팅을 생성하기 위해 단계(406)을 수행한다.
1에 근접한 종횡비를 갖는 칩, 이온을 침출시키거나 또는 생체-샘플/반응과의 다른 상호작용을 가질 수 있어 억제, 샘플의 오염 및 오류가 있거나 부정확한 결과를 초래할 수 있는 기판을 사용하는 경우에 코팅 단계(406)이 중요하다. 상기 언급된 바와 같이, 다양한 실시양태에 따르면, 칩을 코팅하는 목적은 기판 표면(106)을 덮는 실질적으로 연속적인 소수성 필름을 달성하는 것이며, 이는 반응 동안 보다 우수한 로딩 및 보유, 및 반응에서의 방해 부재를 가능하게 할 것이다. 일부 실시양태에서 열 순환 동안에 반응이 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서, 이어서, 이전 단계에서 이용가능하게 된 글리시딜 기는 후기 반응 가교의 존재 또는 부재 하에 다양한 분자량의 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜 또는 폴리프로필렌 글리콜과 반응할 수 있다.
한 실시양태는 도 7에 예시된다. 도 6에서 반응 부위 표면에 대한 글리시딜 기 후에, 글리시딜 기는 추가로 개질된다. 다양한 실시양태에 따르면, 2개의 가능한 경로가 존재할 수 있다.
제1의 가능한 경로에서, 촉매로서의 염기의 존재 하에 글리시딜 기를 다양한 분자량의 폴리에틸렌 글리콜과 반응시킨다. C3으로서 나타내어진, 다양한 분자량의 디-글리시딜 관능화된 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌 옥시드 (PEO 또는 PPO)를 용매 S3 중에 용해시킨다. 이에 따라, 글리시딜 고리가 개환되고, 폴리에틸렌 글리콜 -OH와 반응한다. 이어서, 디-글리시딜 관능화된 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌 글리콜의 첨가 및 이와의 반응, 및 폴리아민의 존재 하의 후속 가교는 조정가능한 친수성을 갖는 연속적인 필름을 생성시킨다.
제2의 가능한 경로에서, 글리시딜 기를 가수분해시킨다. 이어서, -OH는 디-글리시딜 관능화된 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌 글리콜과 반응한다. 여기에 폴리아민의 존재 하의 후속 가교가 이어진다. 한 실시양태에서, 공기 및 오븐 중에서의 주어진 시간 길이 동안 및 온도 (실온 내지 120℃)의 경화를 통해 반응이 완결된다.
기판 표면 제2 단계: 소수성 실란 (C1)
상기 언급된 바와 같이, 도 4의 단계(402)는 기판 표면(106)을 소수성 층으로 덮는다. 그러나, 도 4의 후속 코팅 단계 (404) 및 (406) 동안 이어서 반응할 수 있는 표면의 미코팅/미반응 부분이 존재할 가능성이 있다. 이는 기판 표면(106)의 코팅의 소수성에서의 변화를 초래할 수 있으며, 이어서 이는 로딩 동안의 기판 표면(106) 상의 샘플 풀링을 초래할 수 있다. 이는 반응 부위 사이의 샘플 부피 브리징 및 오류가 있는 결과를 초래할 수 있다. 이를 개선하기 위해, 일부 실시양태에서 C4-C20 탄화수소로 관능화된 트리-알콕시 실란을 사용하여 기판 표면(106)의 소수성 코팅을 미세 조정하고 균질화함으로써 기판 표면의 소수성 코팅을 반복할 수 있다 (단계(402)).
이어서 단계(408)에서, 기판의 기판 표면의 소수성 특징은 미세-조정될 수 있다. 반응 부위(104)의 벽을 코팅하는 이전 단계 동안, 기판 표면 상의 코팅과의 바람직하지 못한 약간의 반응이 존재하였을 수 있다. 이에 따라, 이 단계에서, 기판 표면 상의 소수성 코팅이 조정될 수 있다.
도 8에 관하여, S1은 용매 1 (소수성)을 나타내고, S2는 용매 2 (친수성)를 나타낸다. S1 및 S2는 불혼화성 용매이며, S1은 S2에 의해 습윤된 영역에 대한 접근성을 갖지 않는다. 단계(404) 동안, 도 6에 관하여, 일부 C2가 기판 표면(106)에 부착되어, 필요한 소수성을 감소시켰을 수 있다. 일부 실시양태에서, 단계(402)와 같은 추가의 단계가 다시 구현되어 기판 표면(106)의 소수성을 미세 조정할 수 있다. 이는 정확한 dPCR을 달성하기 위해 필요할 수 있다. 반응 부위(104) 내의 S2의 존재는 S1 및 알콕시 실란이 반응 부위(104)의 표면에 접근하는 것을 방지하여 친수성을 유지한다.
기판 표면 소수성과 수직 표면 친수성 사이의 올바른 균형, 및 또한 기판의 물리적 기하학적 고려사항, 예컨대 반응 부위 피치 및 기판의 두께와의 균형을 달성하는 것을 단계(408)이 보조할 수 있다. 이는 접근/조사할 생체-샘플을 포함하는 반응물질의 균일하고 일정한 로딩을 가능하게 함에 있어서 중요할 수 있다.
다음은 본 개시내용의 실시양태를 구현하는데 사용될 수 있는 화학물질의 목록이다:
ㆍ 유형 1: "수화된" SiO2를 갖는 임의의 기판 및 후속적으로 유형 2 화학물질에 대한 화학 결합을 허용할 규소 유도체
ㆍ 유형 2: 유형 1 화합물질의/이와의 가교를 가능하게 할 다양한 (분자량 및 조성) 에폭시 중합체
ㆍ 부틸, 헥실, 옥틸, 데실, 도데실, 헥사데실 트리메톡시 실란; 동일한 C4-C16 탄화수소 트리에톡시 실란; 동일한 Cx의 퍼플루오린화 유도체
ㆍ 아미노프로필 트리메톡시 및/또는 트리에톡시 실란; 다른 아미노 Cx 트리메톡시 및/또는 트리에톡시 실란
ㆍ 글리시딜프로필 디메톡시 메틸실란; 글리시딜프로필 트리메톡시 및/또는 트리에톡시실란; 다른 글리시딜 Cx 트리메톡시 및/또는 트리에톡시 실란
ㆍ 수산화나트륨 용액, 염산 용액, 차아염소산나트륨 용액
ㆍ 소수성 및 친수성 용매 (펜탄, 헥산, 헵탄, 아세토니트릴, 이소프로필 알콜, 에탄올, 메탄올, 물, 케톤 등)
ㆍ 디글리시딜 단량체 및/또는 중합체 (디글리시딜 관능화된 폴리에틸렌 옥시드 (임의의 분자량), 디글리시딜 관능화된 폴리프로필렌 옥시드 (임의의 분자량), 디글리시딜 관능화된 폴리비닐 알콜, 디글리시딜 관능화된 소분자량 Cx 탄화수소, 디이소시아네이트 화합물
ㆍ 촉매 및 가교제로서 사용될 아민, 폴리-아민, 알콜, 폴리-알콜
상기 기재된 바와 같이, 칩을 세척한 후에, 본원에 기재된 다양한 실시양태에 따라 칩을 코팅할 수 있다. 다양한 세척 프로토콜이 구현될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 세척 프로토콜은 다음과 같다:
1. IPA 중에서 1x2분 세정; 1x 220kHz; 1x170kHz
2. ACN 중에서 1x2분 세정; 1x 220kHz; 1x170kHz
3. DIW 중에서 4x1분 세정; 2x220kHz; 2x170kHz
4. 15% HNO3 중에서 30분, 220kHz에서 15분 음파처리 및 170kHz에서 15분 음파처리
5. 0.14% 질산 중에서 1x2분, 170kHz에서 1x 및 220kHz에서 1x 음파처리
다양한 프로토콜에 의해 코팅 단계(402)가 구현될 수 있음을 인지해야 한다.
예로서, 본 개시내용의 실시양태에 따른 다음 세척 프로토콜이 주어진다:
1. 헵탄 중 1.5% n데실 트리메톡시실란 (C10-실란) 중에서 45분 (기판 표면; 차단된 수직 표면)
2. 0.14% 질산 중에서 15분
3. 대기 중 실온에서 30분
4. IPA 중에서 2x2분, 220kHz에서 음파처리, 100% 파워
5. 헵탄 중에서 2x2분, 220kHz에서 음파처리, 100% 파워
6. 헵탄 중 2% 3글리시딜옥시프로필 트리메톡시실란 중에서 30분 (모든 표면); 시작 시 220kHz에서 5분 음파처리
7. ACN 중에서 2x1분, 220kHz에서 음파처리
다양한 프로토콜에 의해 코팅 단계(404) 및 (406)이 구현될 수 있음을 인지해야 한다. 그러나, 예로서, 본 개시내용의 실시양태에 따른 다음 프로토콜이 주어진다:
1. ACN 중 2% PEG 8k 및 0.1% TPA 중에서 90분, 220kHz에서 5분 음파처리, 100% 파워
2. 대기 중 실온에서 30분
3. 오븐 내 92℃에서 90분
4. DIW 중에서 1x2분, 170kHz에서 음파처리, 100% 파워
5. IPA 중에서 1x2분, 170 kHz에서 음파처리, 100% 파워
6. 헵탄 중에서 1x2분, 170에서 음파처리
7. IPA 중에서 1x2분, 170 kHz에서 음파처리, 100% 파워
8. 아세토니트릴 (ACN) 중에서 1x2분; 170 kHz에서 음파처리, 100% 파워
9. 2x1분 DIW, 220kHz에서 음파처리
10. 2x1분 DIW, 170kHz에서 음파처리
11. 대기 중에서 15분
12. 공기로 블로우 건조
13. 오븐 내 92℃에서 30분
14. 헵탄 중 2% 3글리시딜옥시프로필 트리메톡실실란 중에서 30분 반응; 시작 시 220kHz에서 5분 음파처리
15. ACN 중에서 2x1분, 220kHz 및 170kHz에서 음파처리 1x
16. ACN 중 2% 제파민 5k 및 0.1% TPA 중에서 90분 반응, 220kHz에서 5분 음파처리, 100% 파워
17. 대기 중 실온에서 15분 동안 건조
18. 오븐 내 92℃에서 90분 동안 반응/건조
19. IPA 중에서 1x2분, 170 kHz에서 음파처리
20. 헵탄 중에서 1x2분, 170kHz에서 음파처리
21. IPA 중에서 1x2분, 170kHz에서 음파처리
22. 아세토니트릴 (ACN) 중에서 1x2분; 170 kHz에서 음파처리, 100% 파워
23. DIW 중에서 2x1분 세정, 170kHz에서 음파처리
24. 0.5% 표백제 (5ml 클로록스(Clorox) + 95ml DIW) 중에서 1x2분; 170kHz에서 음파처리
25. 4x1분 DIW, 170kHz에서 2x 음파처리 및 220kHz에서 2x 음파처리
26. 대기 중에서 15분
27. 공기로 블로우 건조
28. 오븐 내 92℃에서 30분 건조
29. 진공 팩
본원에 기재된 실시양태에 따른 코팅을 구현하기 위한 프로토콜의 또 다른 예가 하기에 기재된다. 다음 방법은 높은 종횡비 칩 뿐만 아니라 낮은 종횡비 칩 상에서 작동할 수 있다. 높은 종횡비 칩의 경우에, 모세관력이 로딩 공정에서 보다 중요한 요인이다.
1. 세척; 마이크로글라스(Mikroglas) 어레이;
2. IPA 중에서 2x2분 세정; 1x 220kHz; 1x170kHz
3. ACN 중에서 2x2분 세정; 1x 220kHz; 1x170kHz
4. DIW 중에서 4x2분 세정; 2x220kHz; 2x170kHz
5. 15% HNO3 중에서 30분, 220kHz에서 15분 음파처리 및 170kHz에서 15분 음파처리
6. 0.14% 질산 중에서 1x2분, 170kHz에서 1x 및 220kHz에서 1x 음파처리
7. DIW 중에서 4x1분, 170kHz에서 2x 및 220kHz에서 2x 음파처리
8. IPA 중에서 2x2분, 220kHz에서 음파처리, 100% 파워
9. 헵탄 중에서 2x2분, 220kHz에서 1x 및 170kHz에서 1x 음파처리
본원에 기재된 다양한 실시양태에 따른 코팅 방법은 바람직한 가공 요구사항을 또한 충족시킬 수 있다. 예를 들어, 생물학적 반응에 사용되는 기판이 대규모 고객에 의해 사용되는 것인 경우에, 다양한 실시양태에 따른 코팅 방법은 재현가능하며, 비용 요구사항을 충족시킬 수 있고, 기판의 사용에 대한 수요를 충족시키는 규모가 가능하다.
상기 언급된 바와 같이, 다양한 실시양태에 따라 이용될 수 있는 기기는 폴리머라제 연쇄 반응 (PCR) 기기이지만, 이에 제한되지는 않는다. 도 9는 PCR 기기(900)을 예시하는 블록 다이어그램이며, 이에 따라 본 발명의 교시의 실시양태가 구현될 수 있다. PCR 기기(900)은 샘플 지지 장치 (제시되지 않음)에 함유된 다수의 샘플(912) 상에 놓인 가열 커버(910)을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 샘플 지지 장치는 다수의 샘플 영역을 갖는 유리 또는 플라스틱 슬라이드일 수 있으며, 샘플 영역은 샘플 영역과 가열 커버(910) 사이에 커버를 갖는다. 샘플 지지 장치의 일부 예는 다중-웰 플레이트, 예컨대 표준 마이크로타이터 96-웰, 384-웰 플레이트, 도 1에 예시된 칩 또는 마이크로카드, 또는 실질적으로 평면인 지지체, 예컨대 유리 또는 플라스틱 슬라이드를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 샘플 지지 장치의 다양한 실시양태에서의 샘플 영역은 기판의 표면 상에 형성된 규칙적이거나 또는 불규칙적인 어레이로 패턴화된 함몰부, 함입부, 융기부 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. PCR 기기의 다양한 실시양태는 샘플 블록(914), 가열 및 냉각 부재(916), 열 교환기(918), 제어 시스템(920) 및 사용자 인터페이스(922)를 포함한다. 본 발명의 교시에 따른 열 블록 조립체의 다양한 실시양태는 도 9의 PCR 기기(900)의 부품(914-918)을 포함한다.
도 9에서의 PCR 기기(900)의 실시양태에 대해, 제어 시스템(920)이 검출 시스템, 가열 커버 및 열 블록 조립체의 기능을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 제어 시스템(920)은 도 9에서의 PCR 기기(900)의 사용자 인터페이스(922)를 통해 최종 사용자에게 접근가능할 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같은 컴퓨터 시스템(100)은 도 9에서의 PCR 기기(900)의 기능, 뿐만 아니라 사용자 인터페이스 기능의 제어를 제공하는 역할을 할 수 있다. 추가로, 컴퓨터 시스템은 데이터 처리, 디스플레이 및 보고 준비 기능을 제공할 수 있다. 이러한 모든 기기 제어 기능이 PCR 기기에 국부적으로 제공될 수 있거나, 또는 컴퓨터 시스템이 제어, 분석 및 보고 기능의 일부 또는 모두의 원격 조종을 제공할 수 있다.
본 발명의 교시의 다양한 구현에 대한 하기 기재는 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이는 철저하지 않고, 본 발명의 교시를 개시된 정밀한 형태로 제한하지 않는다. 변형 및 변경은 상기 교시에 비추어 가능하거나 또는 본 발명의 교시의 실시로부터 획득될 수 있다. 추가로, 기재된 구현은 소프트웨어를 포함하지만, 본 발명의 교시는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로서 또는 하드웨어 단독으로 구현될 수 있다. 본 발명의 교시는 객체-지향 및 비-객체-지향 프로그래밍 시스템 둘 다로 구현될 수 있다.
본원에 기재된 다양한 실시양태에 관한 방법을 위한 예시적인 시스템은 하기 미국 특허 가출원에 기재된 것을 포함한다:
ㆍ 2012년 3월 16에 출원된 미국 가출원 번호 61/612,087; 및
ㆍ 2012년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 61/723,759; 및
ㆍ 2012년 3월 16일에 출원된 미국 가출원 번호 61/612,005; 및
ㆍ 2012년 3월 16일에 출원된 미국 가출원 번호 61/612,008; 및
ㆍ 2012년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 61/723,658; 및
ㆍ 2012년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 61/723,738; 및
ㆍ 2012년 6월 13일에 출원된 미국 가출원 번호 61/659,029; 및
ㆍ 2012년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 61/723,710; 및
ㆍ 2013년 3월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 61/774,499; 및
ㆍ 2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스(Life Technologies) 도켓 번호 LT00655 PCT; 및
ㆍ 2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 도켓 번호 LT00656 PCT; 및
ㆍ 2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 도켓 번호 LT00657 PCT; 및
ㆍ 2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 도켓 번호 LT00668 PCT; 및
ㆍ 2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 도켓 번호 LT00699 PCT.
이들 출원 모두는 또한 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
다양한 실시양태가 특정의 예시적인 실시양태, 예 및 적용에 관하여 기재되었지만, 다양한 변형 및 변화가 본 발명의 교시로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (19)

  1. 기판; 및
    기판 내 다수의 반응 부위
    를 포함하며, 여기서
    기판의 표면은 제1 친수성을 갖도록 구성되고, 다수의 반응 부위의 각 표면은 제2 친수성을 갖도록 구성되어 상당한 수의 반응 부위에 샘플 부피가 로딩되고,
    로딩된 각 반응 부위의 샘플 부피는 그 각각의 반응 부위에 실질적으로 한정되고,
    샘플 부피는 반응 부위 내에서 생물학적 반응을 겪도록 구성된 것인
    생물학적 반응을 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 친수성이 60 내지 100도의 전진 물 접촉각을 유발하는 것인 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1 친수성이 75 내지 90도의 전진 접촉각을 유발하는 것인 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제1 친수성이 제2 친수성과 동일한 것인 장치.
  5. 제2항에 있어서, 후진 물 접촉각이 60-100도인 장치.
  6. 제5항에 있어서, 전진 물 접촉각과 후진 접촉각 사이의 차이가 0도인 장치.
  7. 제5항에 있어서, 전진 물 접촉각과 후진 접촉각 사이의 차이가 0 내지 30도인 장치.
  8. 제5항에 있어서, 전진 물 접촉각과 후진 접촉각 사이의 차이가 10-15도인 장치.
  9. 제1항에 있어서, 기판의 표면 및 다수의 반응 부위의 각 표면이 동일한 물질로 코팅됨으로써, 기판의 표면이 제1 친수성을 갖도록 구성되고, 다수의 반응 부위의 각 표면이 제2 친수성을 갖도록 구성된 것인 장치.
  10. 제9항에 있어서, 물질이 헥사메틸디실라잔 (HMDS)인 장치.
  11. 제9항에 있어서, 기판의 표면 및 다수의 반응 부위의 각 표면이 증착 공정에 의해 코팅된 것인 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상당한 수의 반응 부위가 90 내지 100%의 다수의 반응 부위인 장치.
  13. 제1항에 있어서, 다수의 반응 부위에 로딩된 액체 샘플 부피가 최대 1 나노리터인 장치.
  14. 제1항에 있어서, 기판이 규소, 산화규소, 유리 및 플라스틱 중 하나의 물질로 구성된 것인 장치.
  15. 제1항에 있어서, 다수의 반응 부위가 관통 구멍인 장치.
  16. 제1항에 있어서, 생물학적 반응이 증폭 반응인 장치.
  17. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 친수성이 로딩된 각 반응 부위 내에 샘플 부피를 실질적으로 한정하기에 충분한 표면 장력을 생성시키는 것인 장치.
  18. 제1항에 있어서, 모세관 작용이 각 반응 부위에 로딩되는 액체 샘플의 부피를 결정하고, 여기서 모세관 작용의 양이 각 반응 부위의 치수를 기초로 하는 것인 장치.
  19. 제1 물질과 액체 샘플의 전진 물 접촉각을 결정하고;
    제1 물질과 액체 샘플의 후진 물 접촉각을 결정하고;
    후진 물 접촉각이 전진 물 접촉각의 15도 이내인 경우에, 기판의 제1 표면 및 다수의 반응 부위의 각 반응 부위의 표면을 제1 물질로 코팅하는 것
    을 포함하는, 다수의 반응 부위을 갖는 기판을 설계하는 방법.
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