KR20230007915A - 플로우 셀 - Google Patents

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KR20230007915A
KR20230007915A KR1020217042017A KR20217042017A KR20230007915A KR 20230007915 A KR20230007915 A KR 20230007915A KR 1020217042017 A KR1020217042017 A KR 1020217042017A KR 20217042017 A KR20217042017 A KR 20217042017A KR 20230007915 A KR20230007915 A KR 20230007915A
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KR
South Korea
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monomer
resin
polymer network
resin mixture
interpenetrating polymer
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Application number
KR1020217042017A
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English (en)
Inventor
알렉산드레 리체즈
Original Assignee
일루미나 케임브리지 리미티드
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Abstract

플로우 셀(flow cell)의 일례는 기재(substrate), 및 기재 상의 경화된 패턴화된 수지를 포함한다. 경화된 패턴화된 수지는 간극 영역에 의해 분리된 나노-함몰부(nano-depression)를 갖는다. 각각의 나노-함몰부는 약 10 nm 내지 약 1000 nm 범위의 최대 개구 치수를 갖는다. 경화된 패턴화된 수지는 또한 상호침투 중합체 네트워크를 포함한다. 경화된 패턴화된 수지의 상호침투 중합체 네트워크는 에폭시계 중합체 및 (메트)아크릴로일계 중합체를 포함한다.

Description

플로우 셀
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2020년 4월 24일자로 출원된 미국 가출원 제63/015,259호의 이득을 주장하며, 이의 내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
나노-임프린팅 기술은 나노구조의 경제적이고 효과적인 생성을 가능하게 한다. 나노-임프린트 리소그래피는 나노구조를 갖는 스탬프에 의한 레지스트 재료의 직접적인 기계적 변형을 사용한다. 레지스트 재료에 나노구조체의 형상을 고정시키기 위해 스탬프가 제자리에 있는 동안에 레지스트 재료가 경화된다.
제1 태양에서, 플로우 셀(flow cell)은 기재(substrate); 및 기재 상의 경화된 패턴화된 수지를 포함하며, 경화된 패턴화된 수지는 간극 영역에 의해 분리된 나노-함몰부(nano-depression)를 포함하고, 나노-함몰부는 각각 최대 개구 치수가 약 10 nm 내지 약 1000 nm의 범위이고, 경화된 패턴화된 수지는 에폭시계 중합체 및 (메트)아크릴로일계 중합체를 포함하는 상호침투 중합체 네트워크를 포함한다.
제1 태양의 예는 기재 상에 위치된 격자 층; 및 격자 층 상에 위치된 평판형 도파관(planar waveguide) 층을 추가로 포함한다. 일례에서, 상호침투 중합체 네트워크의 굴절률은 약 1.35 내지 약 1.52의 범위이고; 평판형 도파관 층의 굴절률은 약 1.6 내지 약 2.5의 범위이다.
제1 태양의 예는 각각의 상기 나노-함몰부 내에 위치된 하이드로겔; 및 하이드로겔에 부착된 증폭 프라이머를 추가로 포함한다.
제1 태양의 예에서, 경화된 패턴화된 수지의 두께는 약 225 nm 내지 약 600 nm의 범위이다.
제1 태양의 예에서, 에폭시계 중합체 대 (메트)아크릴로일계 중합체의 중량비는 25:75 내지 약 75:25의 범위이다.
본 명세서에 개시된 플로우 셀의 임의의 특징들은 예를 들어, 하나 이상의 특성이 조정된 임프린팅된 층을 갖는 것을 비롯하여, 본 개시 내용에 기술된 바와 같은 이점을 달성하기 위해 임의의 바람직한 방식 및/또는 구성으로 함께 조합될 수 있음이 이해되어야 한다.
제2 태양에서, 방법은 수지 혼합물을 기재 상에 적용하는 단계로서, 수지 혼합물은 미리 결정된 중량비로 수지 혼합물에 존재하는 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체를 포함하며, 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체 중 제1 단량체는 양이온 중합성 단량체이고, 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체 중 제2 단량체는 자유 라디칼 중합성 단량체인, 상기 단계; 복수의 나노-특징부를 갖는 작업 스탬프로 수지 혼합물을 임프린팅하는 단계; 및 작업 스탬프가 제자리에 있는 동안에 수지 혼합물을 경화시켜, 플로우 셀 나노-함몰부가 임프린팅된 상호침투 중합체 네트워크를 형성하는 단계를 포함한다.
제2 태양의 예에서, 양이온 중합성 단량체는 다작용성 에폭시 단량체이고 자유 라디칼 중합성 단량체는 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체이다. 일례에서, 다작용성 에폭시 단량체는
i) 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(프로필 글리시딜 에테르)사이클로테트라실록산:
Figure pct00001
;
ii) 테트라키스(에폭시사이클로헥실 에틸)테트라메틸 사이클로테트라실록산:
Figure pct00002
;
iii) 다이글리시딜 에테르 종결된 폴리(다이메틸실록산):
Figure pct00003
(여기서, 4 < n < 8임);
iv) 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00004
(여기서, 5 < n < 10임);
v) 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트:
Figure pct00005
;
vi) 브롬화된 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00006
;
vii) 글리시딜 말단-캡핑된 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린):
Figure pct00007
(여기서, 0 < n < 2임);
viii) 비스페놀 A 프로폭실레이트 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00008
;
ix) 모노페닐 작용성 트리스(에폭시 종결된 폴리다이메틸실록산):
Figure pct00009
;
x) 트라이메틸올프로판 트라이글리시딜 에테르:
Figure pct00010
;
xi) 2,2'-(2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로헥산-1,6-다이일)비스(옥시란):
Figure pct00011
;
xii) 1,3-비스(3-글리시독시프로필)테트라메틸다이실록산:
Figure pct00012
;
xiii) 1,3 비스[2(3,4 에폭시사이클로헥스-1-일)에틸]테트라-메틸다이실록산:
Figure pct00013
;
xiv) 글리시딜 다중팔면체(polyoctahedral) 실세스퀴옥산:
Figure pct00014
;
xv) 에폭시사이클로헥실 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00015
;
xvi) 트리스(4-하이드록시페닐)메탄 트라이글리시딜 에테르:
Figure pct00016
;
xvii) 4,4'-메틸렌비스(N, N-다이글리시딜아닐린):
Figure pct00017
; 및
xviii) i) 내지 xvii)의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다른 예에서, 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는
i) 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트:
Figure pct00018
;
ii) 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트:
Figure pct00019
;
iii) 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트:
Figure pct00020
;
iv) 글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트:
Figure pct00021
;
v) 폴리(에틸렌 글리콜) 다이메타크릴레이트:
Figure pct00022
(여기서, 8 < n < 10임);
vi) 글리세롤 다이메타크릴레이트, 이성질체 혼합물:
Figure pct00023
Figure pct00024
;
vii) 3-(아크릴로일옥시)-2-하이드록시프로필 메타크릴레이트:
Figure pct00025
;
viii) 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트:
Figure pct00026
;
ix) 비스(2-메타크릴로일)옥시에틸 다이설파이드:
Figure pct00027
;
x) 트라이사이클로데칸 다이메탄올 다이아크릴레이트:
Figure pct00028
;
xi) 비스페놀 A 글리세롤레이트 (1 글리세롤/페놀) 다이아크릴레이트:
Figure pct00029
;
xii) 비스페놀 A 다이메타크릴레이트:
Figure pct00030
;
xiii) 메타크릴옥시프로필 종결된 폴리다이메틸실록산:
Figure pct00031
(여기서, n은 약 420 g/mol, 950 g/mol, 4,000 g/mol, 10,000 g/mol, 또는 25,000 g/mol의 분자량을 갖는 단량체를 제공하도록 선택됨);
xiv) 지르코늄 브로모노르보르난락톤 카르복실레이트 트라이아크릴레이트:
Figure pct00032
(여기서, m은 0 내지 4의 범위이고, n은 0 내지 4의 범위이고, m + n은 4임);
xv) 지르코늄 아크릴레이트:
Figure pct00033
;
xvi) 하프늄 카르복시에틸 아크릴레이트:
Figure pct00034
;
xvii) 아크릴로 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00035
;
xviii) 메타크릴 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00036
;
xix) 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(3-아크릴로일옥시프로필) 사이클로테트라실록산:
Figure pct00037
; 및
xx) i) 내지 xix)의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
제2 태양의 일례에서, 다작용성 에폭시 단량체는 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00038
이고,
다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트:
Figure pct00039
이고; 미리 결정된 중량비는 약 50:50이다.
제2 태양의 일례에서, 다작용성 에폭시 단량체는 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00040
이고,
다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는 글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트:
Figure pct00041
이고;
미리 결정된 중량비는 약 25:75 내지 약 75:25의 범위이다.
이러한 방법의 임의의 특징은 임의의 바람직한 방법으로 함께 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 방법 및/또는 플로우 셀의 특징들의 임의의 조합은, 예를 들어 임프린팅된 층의 하나 이상의 특성의 조정을 비롯하여, 본 개시 내용에 기술된 바와 같은 이점을 달성하기 위해 본 명세서에 개시된 임의의 예와 함께 사용될 수 있고/있거나 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
제3 태양에서, 방법은 양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체를 혼합하여 수지 혼합물을 형성하는 단계로서, 수지 혼합물은 플로우 셀에 포함될 상호침투 중합체 네트워크에 대한 전구체인, 상기 단계; 적어도 수지 혼합물 또는 상호침투 중합체 네트워크에 부여될 특성을 사용하여 양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비를 조정하는 단계로서, 특성은 상호침투 중합체 네트워크의 굴절률, 상호침투 중합체 네트워크의 흡수성, 상호침투 중합체 네트워크의 경도, 상호침투 중합체 네트워크의 두께, 상호침투 중합체 네트워크의 친수성/소수성 균형, 수지 혼합물의 점도, 수지 혼합물과 작업 스탬프의 표면 화학 상용성(surface chemistry compatibility), 상호침투 중합체 네트워크의 표면 화학 상용성, 상호침투 중합체 네트워크의 수축, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 단계; 및 상호침투 중합체 네트워크를 형성하도록 수지 혼합물을 패턴화하는 단계를 포함한다.
제3 태양의 예에서, 양이온 중합성 단량체는 에폭시 실록산 단량체이고 자유 라디칼 중합성 단량체는 (메트)아크릴로일 단량체이다.
제3 태양의 예에서, 요구되는 특성은 수지 혼합물과 작업 스탬프의 표면 화학 상용성이고; 방법은 작업 스탬프의 재료를 선택하는 단계를 추가로 포함하고; 양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비는 약 25:75 내지 약 75:25의 범위 내로 조정된다.
제3 태양의 예에서, 패턴화하는 단계는 나노임프린트 리소그래피를 수반한다.
이러한 방법의 임의의 특징은 임의의 바람직한 방법으로 함께 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 방법 및/또는 다른 방법 및/또는 플로우 셀의 특징들의 임의의 조합은, 예를 들어 임프린팅된 층의 하나 이상의 특성의 조정을 비롯하여, 본 개시 내용에 기술된 바와 같은 이점을 달성하기 위해 본 명세서에 개시된 임의의 예와 함께 사용될 수 있고/있거나 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 예의 특징은 동일한 도면 참조부호가 유사하지만 아마도 동일하지 않은 구성요소에 대응하는 하기의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 명백해질 것이다. 간결함을 위해, 이전에 설명된 기능을 갖는 도면 참조부호 또는 특징부는 이들이 나타나는 다른 도면과 관련하여 설명되거나 설명되지 않을 수 있다.
도 1은 상호침투 중합체 네트워크의 예의 개략도이고;
도 2는 상호침투 중합체 네트워크의 예를 제조하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이고;
도 3a 내지 도 3c는 경화된 패턴화된 수지를 제조하는 방법의 예의 개략도이고;
도 4a는 플로우 셀의 예의 평면도이고;
도 4b는 도 4a의 4B-4B 선을 따라 취해진, 제1 예시적인 플로우 셀에서의 유동 채널 및 패턴화된 서열분석 표면의 일례의 확대 단면도이고;
도 4c는 도 4a의 4C-4C 선을 따라 취해진, 제2 예시적인 플로우 셀에서의 유동 채널 및 패턴화된 서열분석 표면의 일례의 확대 단면도이고;
도 5a는 수지 혼합물 중의 에폭시 단량체 함량에 대한 수지 혼합물 및 경화된 수지의 굴절률을 도시하는 그래프이고;
도 5b는 수지 혼합물 중의 에폭시 단량체 함량에 대한 침착된 수지 혼합물 및 경화된 수지의 두께를 도시하는 그래프이다.
패턴화 기술은 플로우 셀 표면에 개별 함몰부를 생성하기 위해 사용되어 왔다. 함몰부는 예를 들어 포획 프라이머로 작용화될 수 있다. 각각의 작용화된 함몰부 내에서, 앰플리콘의 단클론성 집단(국소화된 독립적인 클러스터)이 각각의 유전적 올리고뉴클레오티드 단편으로부터 생성될 수 있다. 함몰부가 작은 치수 및 낮은 피치(예를 들어, 하나의 함몰부의 중심으로부터 인접 또는 최근접 이웃 함몰부의 중심까지의 간격 또는 하나의 함몰부의 에지로부터 인접 또는 최근접 이웃 함몰부의 에지까지의 간격)를 갖는 경우에 더 높은 클러스터 밀도가 얻어질 수 있다. 더 높은 클러스터 밀도란, 주어진 단위 면적으로부터 더 많은 염기가 판독될 수 있음을 의미하며, 이는 패턴화된 플로우 셀로부터의 유전적 수율을 증가시킨다.
나노임프린트 리소그래피(NIL)는, 예를 들어, 광자 또는 전자를 사용하는 패턴화 기술보다 높은 정밀도 및 낮은 비용을 가능하게 할 수 있는 고처리량 패턴화 기술의 일례이다. NIL은 작업 스탬프를 이용하여 경화성 수지 혼합물의 특징부를 생성한다.
일부 수지 혼합물은 용이하게 임프린팅 가능하지만, 플로우 셀에 사용하기에 적합한 특성을 갖지 않는다. 예를 들어, 일부 경화된 수지는 서열분석 화학물질에 노출될 때 바람직하지 않게 반응하는 조성을 갖는다. 다른 수지 혼합물은 임프린팅하기 어렵다. 예를 들어, 경화 시 부착되도록 의도된 수지는 작업 스탬프로부터 쉽게 이형되지 않을 수 있다. 일부 수지는 또한 특징부 크기 및/또는 특징부들 사이의 간격이 더 작아지는 경우(예를 들어, 크기 및/또는 간격이 500 nm 미만인 경우) 임프린트하기 더 어려워질 수 있다. 일례로서, 일부 수지는, 예를 들어, 1 μm 초과의 큰 특징부를 복제할 수 있지만, 특징부 크기가 감소함에 따라 특징부를 막고/막거나 덮는 결함을 생성할 수 있다.
본 명세서에 개시된 수지 혼합물의 예는 경화되어 상호침투 중합체 네트워크를 형성한다. 수지 혼합물의 제형은 수지 혼합물의 하나 이상의 특성이, 예를 들어, 임프린팅을 포함하는 특정 응용을 위해 조정되고/되거나, 생성된 상호침투 중합체 네트워크의 하나 이상의 특성이 특정 응용, 예를 들어 플로우 셀 서열분석을 위해 조정되도록 변경될 수 있다. 예로서, 수지 제형의 점도는 가공성 및/또는 리플로우((예를 들어, 롤러 중량을 이용하여) 적정한 압력을 가하여 모든 작업 스탬프 특징부를 수지 제형으로 충전하는 데 걸리는 시간)의 용이성을 위해 조정될 수 있다. 다른 예로서, 수지 제형의 습윤성(wettability)은 특정 작업 스탬프 재료 및/또는 특정 기재 재료와 제형의 상용성을 향상시키도록 조정될 수 있다. 또 다른 예로서, 생성된 상호침투 중합체 네트워크의 친수성/소수성 균형, 두께, 굴절률, 표면 특성(예를 들어, 점착성, 내화학성 등), 수축 및/또는 경도가 특정 응용을 위해 조정될 수 있다. 하나의 구체적인 예로서, 수지 혼합물 제형은 플로우 셀에서 평판형 도파관과 함께 사용하기에 적합한 굴절률을 갖는 상호침투 중합체 네트워크를 생성하도록 조정될 수 있다. 다른 구체적인 예로서, 수지 혼합물 제형은 경화 후 작업 스탬프를 깨끗하게 이형시키는 표면 특성을 갖는 상호침투 중합체 네트워크를 생성하도록 조정될 수 있다. 상호침투 중합체 네트워크의 자가형광(autofluorescence)과 같은 다른 특성은 수지 혼합물에 포함될 특정 개시제를 선택함으로써 조정될 수 있다. 최종 수지 및/또는 생성된 상호침투 중합체 네트워크에 대한 구체적인 특성을 목표로 하는 것은 수지 혼합물의 성분, 및 수지 혼합물의 각 성분의 양을 좌우할 수 있다.
본 명세서에 개시된 플로우 셀 응용의 경우, 생성된 상호침투 중합체 네트워크는 또한 서열분석을 위해 요구되는 표면 화학을 도입하는 중합체 부착 및 다른 표면 개질 공정이 가능하다.
정의
본 명세서에 사용되는 용어는 달리 명시되지 않는 한, 관련 기술 분야에서 이들의 통상적인 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 사용되는 몇몇 용어 및 그 의미는 다음과 같다.
본 명세서에 사용되는 단수형("a", "an" 및 "the")은 문맥 상 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 용어 "포함하는(comprising)"은 "포함하는(including)", "함유하는", 또는 "특징으로 하는"과 동의어이며, 포괄적 또는 개방형(open-ended)이고 추가의 언급되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
청구범위를 포함하여 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어 "실질적으로" 및 "약"은, 예를 들어 처리의 변화로 인한 작은 변동을 기재하고 설명하는 데 사용된다. 예를 들어, 이러한 용어는 명시된 값에서 ±10% 이하, 예컨대 명시된 값에서 ±5% 이하, 예컨대 명시된 값에서 ±2% 이하, 예컨대 명시된 값에서 ±1% 이하, 예컨대 명시된 값에서 ±0.5% 이하, 예컨대 명시된 값에서 ±0.2% 이하, 예컨대 명시된 값에서 ±0.1% 이하, 예컨대 명시된 값에서 ±0.05% 이하를 지칭할 수 있다.
"아크릴로일"은 구조식 H2C=CH-C(=O)-O-R을 갖는 에논이며, 여기서, R은 알킬 사슬, 페닐 사슬(예를 들어, 비스페놀), 플루오르화 탄소 사슬, 알코올, 글리콜 사슬, 실록산 사슬(다이메틸실록산, 사이클로실록산 등)일 수 있다. 아크릴로일은 1작용성 또는 다작용성 분자 또는 금속 착물(예를 들어, 지르코늄 또는 하프늄 착물)의 일부일 수 있다. 아크릴로일 기는 또한 C=C 결합에서 단일 수소 원자 대신에 메틸 기를 갖는 메타크릴로일일 수 있다. 용어 "(메트)아크릴로일"이 사용되는 경우, 이는 기가 아크릴로일 또는 메타크릴로일 중 어느 하나일 수 있음을 의미한다. (메트)아크릴로일계 중합체는 (메트)아크릴로일 단량체 단위의 단일중합체 또는 공중합체이다.
"양이온 중합성 단량체"는 양이온에 의해 중합 및/또는 가교결합이 개시되는 단량체이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "침착"은 수동 또는 자동일 수 있는 임의의 적합한 적용 기술을 지칭하며, 일부 경우에 표면 특성의 개질을 초래한다. 일반적으로, 침착은 증착 기술, 코팅 기술, 그래프팅 기술 등을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 구체적인 예에는 화학 증착(CVD), 스프레이 코팅(예를 들어, 초음파 스프레이 코팅), 스핀 코팅, 덩크(dunk) 또는 딥 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 퍼들 디스펜싱(puddle dispensing), 플로우 스루 코팅(flow through coating), 에어로졸 프린팅, 스크린 프린팅, 마이크로 접촉 프린팅, 잉크젯 프린팅 등이 포함된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "함몰부" 및 "나노-함몰부"는 상호침투 중합체 네트워크의 패턴화된 수지 내의 별개의 오목한 특징부를 지칭한다. 나노-함몰부는 나노-임프린팅 공정 동안 작업 스탬프로부터 전사된 임프린팅된 특징부이며, 따라서 작업 스탬프 나노-특징부의 네거티브 복제물이다. 각각의 나노-함몰부는 약 10 nm 내지 약 1000 nm 범위의 최대 개구 치수(예를 들어, 형상에 따라 직경 또는 길이)를 갖는다. 일부 예에서, 최대 개구 치수는 약 25 nm 내지 약 750 nm, 예를 들어 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 40 nm 내지 약 400 nm 등의 범위의 직경 또는 길이이다. 최대 개구는 수지의 간극 영역(들)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 함몰부는 예를 들어, 원형, 타원형, 정사각형, 다각형, 별형상(star shaped)(임의의 수의 꼭지점을 가짐) 등을 포함하여 표면의 개구에서 임의의 다양한 형상을 가질 수 있다. 표면과 직교하는 함몰부의 단면은 만곡형, 정사각형, 다각형, 쌍곡선, 원추형, 각형 등일 수 있다.
용어 "각각"은 품목들의 집합과 관련하여 사용될 때, 집합 내의 개별 품목을 식별하도록 의도되지만, 반드시 집합 내의 모든 품목을 지칭하지는 않는다. 명시적 개시 또는 문맥이 명백히 달리 지시하면 예외들이 발생할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "에폭시"(글리시딜 또는 옥시란 기로도 지칭됨)는
Figure pct00042
또는
Figure pct00043
를 지칭한다. 에폭시계 중합체는 에폭시 단량체 단위의 단일중합체 또는 공중량체이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "특징부"는 상대적인 위치에 따라 다른 점들 또는 영역들과 구별될 수 있는 패턴의 점 또는 영역을 지칭한다. 예시적인 특징부는 패턴화된 수지 내의 함몰부, 작업 스탬프의 돌출부 등을 포함한다. 용어 "나노-특징부"는 특히 수지 혼합물로 전사될 작업 스탬프의 특징부를 설명하기 위해 사용된다. 나노-특징부는 패턴의 일부이고, 임프린팅 동안, 임프린팅된 재료에서 패턴의 네거티브 복제물이 생성된다. 예를 들어, 나노-특징부는 임프린팅 동안 나노-함몰부를 생성하는 나노-돌출부일 수 있다. 각각의 나노-돌출부는 임프린팅될 나노-함몰부의 최대 개구 치수에 상응하며, 일부 예에서 약 10 nm 내지 약 1000 nm의 범위인 최대 치수를 갖는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "플로우 셀"은 반응이 수행될 수 있는 챔버(예컨대, 유동 채널), 챔버로 시약(들)을 전달하기 위한 입구, 및 챔버로부터 시약(들)을 제거하기 위한 출구를 갖는 용기를 의미하고자 한다. 일부 예에서, 챔버는 챔버에서 일어나는 반응의 검출을 가능하게 한다. 예를 들어, 챔버/유동 채널은 어레이, 광학적으로 표지된 분자 등의 광학적 검출을 허용하는 하나 이상의 투명 표면을 나노-함몰부(들)에 포함할 수 있다.
"자유 라디칼 중합성 단량체"는 자유 라디칼에 의해 중합 및/또는 가교결합이 개시되는 단량체이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "독립적으로 가교결합 가능한 단량체"는 서로 간의 가교결합 없이 각각 반응하고 가교결합하는 2종 이상의 상이한 단량체를 지칭한다. 2종 이상의 상이한 단량체는 서로 혼화성이어서, 각각의 중합 및 가교결합 반응이 동일한 상에서 발생한다. 이는 각각의 가교결합된 중합체가 상호침투 네트워크에서 얽히고 고정되는 것을 보장한다. 대조적으로, 비혼화성 단량체 시스템은 상 분리를 초래할 것이고, 중합 및 가교결합 반응은 별도의 상에서 발생할 것이다. 이는 가교결합된 중합체가 2개의 상에 물리적으로 분리되게 할 것이다.
본 명세서에 개시된 예에서, 독립적으로 가교결합 가능한 단량체들은 동시에 또는 순차적으로(그러나 동일한 상에서) 중합 및 가교결합될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "간극 영역"은 특징부들을 분리하는 (예를 들어, 기재, 패턴화된 수지 등의) 표면 상의 영역을 지칭한다. 예를 들어, 간극 영역은 어레이의 하나의 특징부를 어레이 또는 패턴의 다른 특징부로부터 분리할 수 있다. 서로 분리된 2개의 특징부는 별개의 것일 수 있으며, 즉 서로 물리적 접촉이 결여된 것일 수 있다. 다른 예에서, 간극 영역은 특징부의 제1 부분을 특징부의 제2 부분으로부터 분리할 수 있다. 다수의 예에서, 간극 영역은 연속적인 반면, 특징부는, 예를 들어, 달리 연속적인 표면에서 한정된 복수의 나노-함몰부의 경우와 같이 별개의 것이다. 간극 영역에 의해 제공되는 분리는 부분적인 또는 완전한 분리일 수 있다. 간극 영역은 표면에서 한정된 특징부의 표면 재료와는 상이한 표면 재료를 가질 수 있다. 예를 들어, 플로우 셀 어레이의 특징부는 간극 영역에 존재하는 양 또는 농도를 초과하는 양 또는 농도의 중합체 코팅 및 프라이머(들)를 가질 수 있다. 일부 예에서, 중합체 코팅 및 프라이머(들)는 간극 영역에 존재하지 않을 수 있다.
"상호침투 중합체 네트워크"는 적어도 부분적으로 인터레이스되지만 서로 가교결합되지 않는 둘 이상의 개별 중합체 네트워크를 지칭한다. 둘 이상의 개별 중합체 네트워크는 이들의 중합체 사슬의 물리적 엮임(intertwining) 및 얽힘(entanglement)을 통해 기계적으로 연결되고, 따라서 개별 네트워크들 중 하나 또는 둘 모두에서 화학 결합이 파괴되지 않는 한 분리될 수 없다. 각각의 개별 중합체 네트워크는 가교결합되지만; 둘 이상의 개별 중합체 네트워크는 서로 공유 결합되지 않는다(예를 들어, 가교결합되지 않는다). 상호침투 중합체 네트워크는 독립적으로 가교결합 가능한 단량체들로부터 생성된다. 독립적으로 가교결합 가능한 단량체들을 혼합한 다음, 동시에 또는 순차적으로, 그러나 동일한 상에서 중합 및 가교결합하여 이들 단량체가 물리적으로 엮이게 하여 이러한 중합체 네트워크를 생성한다. 상호침투 중합체 네트워크는 2종(또는 그 이상의) 중합체를 함께 물리적으로 혼합함으로써 형성되는 중합체 블렌드와 구별가능하다. 중합체 블렌드 중의 중합체는 엮이지 않는데, 이는 2종의 중합체를 함께 혼합하기 전에 중합이 일어나기 때문이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "피치"는 특징부들의 간격을 지칭한다. 일 예에서, 피치는 하나의 특징부의 중심으로부터 인접 또는 최근접 이웃 특징부의 중심까지의 간격을 지칭한다. 이 피치는 중심간 간격으로 지칭될 수 있다. 다른 예에서, 피치는 하나의 특징부의 에지로부터 인접 또는 최근접 이웃 특징부의 에지까지의 간격을 지칭한다. 이 피치는 에지간 간격으로 지칭될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "프라이머"는 단일 가닥 핵산 서열(예컨대, 단일 가닥 DNA)로서 정의된다. 증폭 프라이머로 지칭될 수 있는 일부 프라이머는 주형 증폭 및 클러스터 생성을 위한 시작점으로서의 역할을 한다. 서열분석 프라이머로 지칭될 수 있는 다른 프라이머는 DNA 합성을 위한 출발점으로서의 역할을 한다. 프라이머의 5 '말단은 중합체 코팅의 작용기와의 커플링 반응을 허용하도록 변형될 수 있다. 프라이머 길이는 임의의 수의 염기 길이일 수 있으며, 다양한 비-천연 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 일례에서, 서열분석 프라이머는 10 내지 60개의 염기, 또는 20 내지 40개의 염기의 범위의 짧은 가닥이다.
수지 혼합물 및 상호침투 중합체 네트워크
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상호침투 중합체 네트워크(10)의 예는 2종 이상의 개별적인, 그러나 엮여 있는, 중합체 네트워크(12, 14)를 포함한다. 중합체 네트워크(12, 14) 및 따라서 상호침투 중합체 네트워크(10)는 2종 이상의 상이한 유형의 단량체의 수지 혼합물이 경화될 때 형성될 수 있다. 본 명세서에 개시된 예에서, 한 유형의 단량체의 경화 메커니즘은 다른 유형의 단량체의 경화 메커니즘과 직교하며, 따라서 이들 성분은 경화 효율에 악영향을 미치지 않고서 혼합될 수 있다. 직교하는 경화 메커니즘들은 서로 상이하며 간섭하지 않는다.
중합체 네트워크(12) 중 하나는 양이온 중합성 단량체의 양이온 중합을 통해 생성될 수 있다. 에폭사이드-함유 단량체가 양이온 중합성 단량체의 예이다. 본 명세서에 개시된 예에서, 에폭사이드-함유 단량체는
i) 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(프로필 글리시딜 에테르)사이클로테트라실록산:
Figure pct00044
;
ii) 테트라키스(에폭시사이클로헥실 에틸)테트라메틸 사이클로테트라실록산:
Figure pct00045
;
iii) 다이글리시딜 에테르 종결된 폴리(다이메틸실록산):
Figure pct00046
(여기서, 4 < n < 8임);
iv) 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00047
(여기서, 5 < n < 10임);
v) 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트:
Figure pct00048
(증가된 경도를 위해 사용될 수 있음);
vi) 브롬화된 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00049
(더 높은 굴절률을 위해 사용될 수 있음);
vii) 글리시딜 말단-캡핑된 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린):
Figure pct00050
(여기서, 0 < n < 2임);
viii) 비스페놀 A 프로폭실레이트 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00051
;
ix) 모노페닐 작용성 트리스(에폭시 종결된 폴리다이메틸실록산):
Figure pct00052
;
x) 트라이메틸올프로판 트라이글리시딜 에테르:
Figure pct00053
;
xi) 2,2'-(2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로헥산-1,6-다이일)비스(옥시란):
Figure pct00054
(더 낮은 굴절률을 위해 사용될 수 있음);
xii) 1,3-비스(3-글리시독시프로필)테트라메틸다이실록산:
Figure pct00055
;
xiii) 1,3 비스[2(3,4 에폭시사이클로헥스-1-일)에틸]테트라-메틸다이실록산:
Figure pct00056
;
xiv) 글리시딜 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00057
;
xv) 에폭시사이클로헥실 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00058
;
xvi) 트리스(4-하이드록시페닐)메탄 트라이글리시딜 에테르:
Figure pct00059
;
xvii) 4,4'-메틸렌비스(N, N-다이글리시딜아닐린):
Figure pct00060
; 및
xviii) i) 내지 xvii)의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 다작용성 에폭시 단량체이다.
몇몇 예가 제공되었지만, 이러한 예는 비제한적이며, 가교결합될 수 있는 임의의 다른 에폭사이드-함유 단량체가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 에폭시 기로 작용화된 임의의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS) 코어가 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "다면체 올리고머 실세스퀴옥산"(POSS)은 실리카(SiO2)와 실리콘(R2SiO) 사이의 하이브리드 중간체(RSiO1.5)인 화학 조성물을 지칭한다. POSS의 예는 전체적으로 참고로 포함된 문헌[Kehagias et al., Microelectronic Engineering 86 (2009), pp. 776-778]에 기재된 것일 수 있다. 이 조성물은 화학식 [RSiO3/2]n을 갖는 유기규소 화합물이며, 여기서 R 기는 동일하거나 상이할 수 있다.
또 다른 예에서, 1작용성 에폭시 단량체는 전체 수지 특성을 조정하는 데 도움을 주기 위해 공단량체로서 다작용성 에폭시 단량체와 함께 사용될 수 있다.
그러한 1작용성 에폭시 단량체의 예에는 하기 분자가 포함된다:
i) 글리시딜 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르 (수지 굴절률을 감소시키는 데 도움이 됨):
Figure pct00061
;
ii) 글리시딜 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로펜틸 에테르 (수지 굴절률을 감소시키는 데 도움이 됨):
Figure pct00062
;
iii) (2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-헵타데카플루오로노닐)옥시란 (수지 굴절률을 감소시키는 데 도움이 됨):
Figure pct00063
; 또는
iv) i) 내지 iii)의 임의의 조합.
몇몇 예가 제공되었지만, 이러한 예는 비제한적이며, 임의의 다른 1작용성 에폭시 단량체가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
중합체 네트워크(14) 중 다른 것은 자유 라디칼 중합성 단량체의 자유 라디칼 중합을 통해 생성된다. 자유 라디칼 중합 속도는 일반적으로, 예를 들어 양이온 개시되는 에폭시 개환 중합보다 훨씬 더 빠르다. (메트)아크릴로일-함유 단량체는 자유 라디칼 중합성 단량체의 예이다. 본 명세서에 개시된 예에서, (메트)아크릴로일-함유 단량체는
i) 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트:
Figure pct00064
;
ii) 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트:
Figure pct00065
;
iii) 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트:
Figure pct00066
;
iv) 글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트:
Figure pct00067
;
v) 폴리(에틸렌 글리콜) 다이메타크릴레이트:
Figure pct00068
(여기서, 8 < n < 10임);
vi) 글리세롤 다이메타크릴레이트, 이성질체 혼합물:
Figure pct00069
Figure pct00070
;
vii) 3-(아크릴로일옥시)-2-하이드록시프로필 메타크릴레이트:
Figure pct00071
;
viii) 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트:
Figure pct00072
;
ix) 비스(2-메타크릴로일)옥시에틸 다이설파이드:
Figure pct00073
;
x) 트라이사이클로데칸 다이메탄올 다이아크릴레이트:
Figure pct00074
;
xi) 비스페놀 A 글리세롤레이트 (1 글리세롤/페놀) 다이아크릴레이트:
Figure pct00075
;
xii) 비스페놀 A 다이메타크릴레이트:
Figure pct00076
xiii) 메타크릴옥시프로필 종결된 폴리다이메틸실록산:
Figure pct00077
(여기서, n은 약 420 g/mol, 950 g/mol, 4,000 g/mol, 10,000 g/mol, 또는 25,000 g/mol의 분자량을 갖는 단량체를 제공하도록 선택됨); 및
xiv) 지르코늄 브로모노르보르난락톤 카르복실레이트 트라이아크릴레이트:
Figure pct00078
;
(여기서, m은 0 내지 4의 범위이고, n은 0 내지 4의 범위이고, m + n은 4임);
xv) 지르코늄 아크릴레이트:
Figure pct00079
;
xvi) 하프늄 카르복시에틸 아크릴레이트:
Figure pct00080
;
xvii) 아크릴로 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00081
;
xviii) 메타크릴 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00082
;
xix) 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(3-아크릴로일옥시프로필) 사이클로테트라실록산:
Figure pct00083
; 및
xx) i) 내지 xix)의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체이다.
몇몇 예가 제공되었지만, 이러한 예는 비제한적이며, 가교결합될 수 있는 임의의 다른 (메트)아크릴로일-함유 단량체가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
또 다른 예에서, 1작용성 (메트)아크릴로일 단량체는 전체 수지 특성을 조정하는 데 도움을 주기 위해 공단량체로서 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체와 함께 사용될 수 있다. 그러한 1작용성 (메트)아크릴로일 단량체의 예에는 하기 분자가 포함된다:
i) 펜타브로모벤질 아크릴레이트:
Figure pct00084
;
ii) 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플루오로헵틸 아크릴레이트:
Figure pct00085
;
iii) 2-[(1′,1′,1′-트라이플루오로-2′-(트라이플루오로메틸)-2'-하이드록시)프로필]-3-노르보르닐 메타크릴레이트:
Figure pct00086
;
iv) 2,2,2-트라이플루오로에틸 메타크릴레이트:
Figure pct00087
;
v) 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 메타크릴레이트:
Figure pct00088
;
vi) 3-(아크릴아미도)페닐보론산
Figure pct00089
;
vii) 헥사플루오로-아이소-프로필 메타크릴레이트:
Figure pct00090
;
viii) 펜타플루오로페닐 아크릴레이트:
Figure pct00091
;
ix) 펜타플루오로페닐 메타크릴레이트:
Figure pct00092
;
x) 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로아이소프로필 아크릴레이트:
Figure pct00093
;
xi) 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로아이소프로필 메타크릴레이트:
Figure pct00094
;
xii) 모노메타크릴레이트 종결된 폴리(다이메틸실록산):
Figure pct00095
;
(여기서, n은 250 g/mol 내지 50,000 g/mol의 임의의 분자량을 목표로 하도록 선택됨);
xiii) Tert-부틸 아크릴레이트:
Figure pct00096
;
xiv) Tert-부틸 메타크릴레이트:
Figure pct00097
;
xv) 2-카르복시에틸 아크릴레이트 올리고머:
Figure pct00098
(여기서, n은 0 내지 3의 범위임); 및
xvi) i) 내지 xv)의 임의의 조합.
일례에서, 양이온 중합성 단량체는 다작용성 에폭시 단량체이고 자유 라디칼 중합성 단량체는 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체이다. 다작용성 단량체는 중합 및 가교결합을 위한 더 많은 부위를 포함한다. 다른 더 구체적인 예에서, 양이온 중합성 단량체는 에폭시 실록산 단량체이고 자유 라디칼 중합성 단량체는 (메트)아크릴로일 단량체이다.
각각의 논의된 경화 메커니즘(양이온 및 자유 라디칼)은 자외(UV) 광에 대한 노출에 의해 개시될 수 있다. 일부 예에서, 대안적인 UV-유발 경화 메커니즘이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 티올-엔 화학이 본 명세서에 개시된 라디칼 개시된 단량체 대신에 사용될 수 있는데, 그 이유는 이러한 유형의 화학이 또한 자유 라디칼 중합을 수반하기 때문이다. 티올-엔 화학에 관여하는 일부 예시적인 비닐계 분자는 하기를 포함한다:
i) 비닐 종결된 폴리다이메틸실록산:
Figure pct00099
(여기서, n은 약 800 g/mol, 9,400 g/mol, 28,000 g/mol, 49,500 g/mol, 117,000 g/mol, 또는 155,000 g/mol의 분자량을 갖는 단량체를 제공하도록 선택됨);
ii) 비스(다이비닐) 종결된 폴리다이메틸실록산:
Figure pct00100
;
iii) 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트):
Figure pct00101
;
iv) 2,2'-티오다이에탄티올:
Figure pct00102
;
v) 1,5-펜탄다이티올:
Figure pct00103
;
vi) 옥타비닐 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00104
; 및
vii) i) 내지 vi)의 임의의 조합.
이제 도 2를 참조하면, 방법의 예가 도면 부호 100으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 방법(100)은 양이온 중합성 단량체(이것은 그 자체로 다작용성 단량체일 수 있거나 적어도 하나의 다작용성 단량체 및 하나 또는 다수의 1작용성 또는 다작용성 단량체(들)의 혼합물일 수 있음) 및 자유 라디칼 중합성 단량체(이것은 그 자체로 다작용성 단량체일 수 있거나 적어도 하나의 다작용성 단량체 및 하나 또는 다수의 1작용성 또는 다작용성 단량체(들)의 혼합물일 수 있음)를 혼합하여 수지 혼합물을 형성하는 단계로서, 수지 혼합물은 플로우 셀에 포함될 상호침투 중합체 네트워크에 대한 전구체인, 상기 단계(도면 부호 102); 적어도 수지 혼합물 또는 상호침투 중합체 네트워크에 부여될 특성을 사용하여 양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비를 조정하는 단계로서, 특성은 상호침투 중합체 네트워크의 굴절률, 상호침투 중합체 네트워크의 흡수성, 상호침투 중합체 네트워크의 경도, 상호침투 중합체 네트워크의 두께, 상호침투 중합체 네트워크의 친수성/소수성 균형, 수지 혼합물의 점도, 수지 혼합물과 작업 스탬프의 표면 화학 상용성, 상호침투 중합체 네트워크의 표면 화학 상용성, 상호침투 중합체 네트워크의 수축, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 단계(도면 부호 104); 및 상호침투 중합체 네트워크를 형성하도록 수지 혼합물을 패턴화하는 단계(도면 부호 106)를 포함한다.
양이온 중합성 단량체 및 본 명세서에 개시된 자유 라디칼 중합성 단량체의 임의의 예가 사용될 수 있다.
일반적으로, 양이온 중합성 단량체 대 자유 라디칼 중합성 단량체 수지 혼합물의 중량비는 약 10:90(1:9) 내지 약 90:10(9:1)의 범위이다. 본 명세서에 개시된 예에서, 이들 단량체의 중량비는 수지 혼합물의 미리 결정된 특성을 얻고/얻거나 생성된 상호침투 중합체 네트워크(10)의 미리 결정된 특성을 얻도록 조정될 수 있다. 수지 혼합물의 미리 결정된 특성은 점도, 및/또는 작업 스탬프 및/또는 기재(예를 들어, 플로우 셀의 기재)에 의한 습윤성일 수 있다. 생성된 상호침투 중합체 네트워크(10)의 미리 결정된 특성은 친수성/소수성 균형, 두께, 굴절률, 흡수성, 표면 특성(예를 들어, 점착성, 내화학성 등), 수축, 및/또는 경도일 수 있다. 상호침투 중합체 네트워크(10)의 자가형광은 또한 수지 혼합물에 대한 특정 개시제를 선택함으로써 조정 또는 제거될 수 있다.
중량비가 특정 특성에 미치는 효과는, 부분적으로는, 사용되는 단량체 및 단량체의 각각의 특성에 따라 달라질 것이다.
도 5a 및 도 5b(이들 둘 모두는 실시예 섹션에서 상세히 논의됨)는, 수지 혼합물 및 생성되는 상호침투 중합체 네트워크(10) 둘 모두의 굴절률(도 5a) 및 수지 혼합물의 층의 두께 및 생성되는 상호침투 중합체 네트워크(10)의 두께(도 5b)에 대한, 혼합물 에폭시계 단량체:
Figure pct00105
, 및
Figure pct00106
,
및 하나의 아크릴로일계 단량체:
Figure pct00107
의 중량비의 영향을 예시한다.단량체의 이러한 특정 조합에 의해, 수지 혼합물 및 생성되는 상호침투 중합체 네트워크(10)의 굴절률은 양이온 중합성 단량체(에폭시) 대 자유 라디칼 중합성 단량체(아크릴롤)의 비가 약 10:90(1:9) 내지 약 50:50(1:1)의 범위인 경우에 바람직하게 낮은 수준으로 유지될 수 있다. 단량체의 이러한 특정 조합의 경우, 에폭시 함량이 낮아짐에 따라 수지 혼합물 및 생성되는 상호침투 중합체 네트워크(10)의 두께가 일반적으로 감소된다.
상호침투 중합체 네트워크(10)에 대한 바람직한 표면 특성(예를 들어, 점착성, 내화학성 등)을 달성하기 위해, 선택된 단량체의 각각은 이러한 동일하거나 유사한 특성을 가질 수 있어, 특성이 네트워크(10)에 부여될 수 있다. 이러한 예에서, 중량비는 10:90(1:9) 내지 약 90:10 (9:1) 이내일 수 있다.
수축을 위해, (메트)아크릴로계 단량체는 에폭시계 재료보다 더 현저히 수축된다. 결과적으로, 최종 상호침투 중합체 네트워크(10)의 수축을 제한하기 위해, 더 많은 양의 에폭시 재료가 사용될 수 있다.
경도의 경우, 일부 에폭시계 단량체는 일부 (메트)아크릴로계 단량체보다 더 경질이다. 따라서, 중량비는 개별 단량체의 경도 및 최종 상호침투 중합체 네트워크(10)의 원하는 경도에 따라 달라질 것이다.
중량비에 영향을 줄 수 있는 다수의 특성이 또한 목표로 될 수 있다. 예를 들어, 상호침투 중합체 네트워크(10)에 대한 낮은 굴절률과 작업 스탬프에 의한 양호한 습윤성을 목표로 하는 것이 바람직할 수 있다. 낮은 굴절률의 경우, 플루오르화된 단량체가 선택될 수 있지만, 이는 작업 스탬프에 의한 수지 혼합물의 습윤성에 악영향을 미칠 수 있다. 이 예에서, 제2 단량체 및 그의 양은 상용성의 일부를 회복하도록 선택될 수 있다. 제2 단량체는 33 중량% 이상의 양으로 존재할 수 있다.
양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비는 또한 수지 혼합물이 임프린팅 가능하게 되도록 조정될 수 있다. 임프린팅 가능한 수지는, 적용된 작업 스탬프의 특징부에 부합할 수 있고; 경화 시, 적용된 작업 스탬프의 특징부의 구성으로 고정될 수 있고; 경화 후 작업 스탬프를 깨끗하게 이형할 수 있는 것이다. 따라서, 방법(100)의 도면 부호(104)는 수지 혼합물이 작업 스탬프에 의해 임프린팅 가능하게 되도록 양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 수지 혼합물을 작업 스탬프에 의해 임프린팅할 수 있도록 하기 위해, 단량체의 중량비를 조정할 때 작업 스탬프의 재료가 고려될 수 있다. 예를 들어, 작업 스탬프의 재료는 작업 스탬프에 대한 수지 혼합물의 습윤성에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 생성되는 상호침투 중합체 네트워크(10)의 이형성(releasability)에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 단량체 및 관련 중량비는 작업 스탬프와 상용성이도록 선택될 수 있거나, 작업 스탬프는 단량체 및 관련 중량비와 상용성이 되도록 선택될 수 있다. 후자의 예에서, 중량비는 하나 이상의 목표 특성을 달성하도록 조정될 수 있고, 이어서 작업 스탬프 화학은 수지 혼합물을 적합하게 임프린팅하도록 선택될 수 있다. 더욱이, 임프린팅성(imprintability)은 또한 증가된 UV 노출(더 큰 경화 정도의 수지의 경우) 및/또는 수지 혼합물에의 레벨링제의 첨가와 같은 다른 요인에 의해 개선될 수 있다.
하기 예에서, 작업 스탬프 재료는 중합된 규소 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트와 같은 규소계 재료이다. 이러한 작업 스탬프에 의해 임프린팅 가능한 수지 혼합물의 일례에서, 다작용성 에폭시 단량체는 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르이고, 다작용성 아크릴로일 단량체는 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트이고, 미리 결정된 중량비는 약 50:50(1:1)이다. 이러한 작업 스탬프에 의해 임프린팅 가능한 수지 혼합물의 다른 예에서, 다작용성 에폭시 단량체는 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르이고, 다작용성 아크릴로일 단량체는 글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트이고; 미리 결정된 중량비는 약 25:75(1:3) 내지 약 75:25(3:1)의 범위이다.
일부 (메트)아크릴로일 단량체의 경우, 최대 중량비는 1:1이고, 따라서 다른 예는 더 많은 에폭시 단량체 및 더 적은 (메트)아크릴로일 단량체를 포함한다. 이는 (메트)아크릴로일 단량체보다 에폭시 단량체가 작업 스탬프 재료를 더 양호하게 습윤화할 수 있기 때문일 수 있다.
양이온 중합성 단량체 및 자유 라디칼 중합성 단량체(요구되는 중량비로 존재함)에 더하여, 본 명세서에 개시된 수지 혼합물의 예는 또한 양이온성 광개시제 및 자유 라디칼 광개시제를 포함할 수 있다. 각각의 광개시제는 그가 개시하는 단량체에 대해 약 0.25 중량% 내지 약 10 중량% 범위의 양으로 사용될 수 있다. 다른 예에서, 각각의 광개시제는 그가 개시하는 단량체에 대해 약 0.5 중량% 내지 약 9.5 중량%, 예를 들어 약 1 중량% 내지 약 5 중량% 범위의 양으로 혼합물에 존재한다.
양이온 중합성 단량체(들)의 경화를 개시하기 위해 양이온성 광개시제가 사용될 수 있다. 양이온성 광개시제는 광산 발생제(photo-acid generator)(이는 양이온성 화합물임) 및 증감제(이는 양이온성 화합물의 형성에 도움을 줌)를 포함하는 시스템일 수 있다. 이들 두 화합물은 1:1 중량비로, 또는 일부 다른 적합한 중량비로 사용될 수 있다. 이들 두 화합물의 각각은 또한 광개시제에 대해 본 명세서에 제공된 양으로 존재할 수 있다. 적합한 양이온성 화합물(광산 발생제)은 임의의 다양한 공지된 유용한 재료, 예컨대 오늄 염, 특정 유기금속 착물 등, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 양이온성 광개시제의 일부 구체적인 예에는 N-하이드록시나프탈이미드 트라이플레이트; 혼합된 트라이아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트 염; 혼합된 트라이아릴설포늄 헥사플루오로안티모네이트 염; 1-나프틸 다이페닐설포늄 트라이플레이트; 4-페닐티오페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트; 비스-(4-메틸페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; 비스(4-tert-부틸페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; (2-메틸페닐)(2,4,6-트라이메틸페닐)요오도늄 트라이플레이트; 비스(2,4,6-트라이메틸페닐)요오도늄 트라이플레이트; 비스-(4-도데실페닐)요오도늄 헥사플루오로안티모네이트 염; 및 이들의 조합이 포함된다.
자유 라디칼 중합성 단량체(들)의 경화를 개시하기 위해 자유 라디칼 광개시제가 사용될 수 있다. 적합한 자유 라디칼 광개시제에는 벤조인 에테르(예를 들어, 벤조인 메틸 에테르 및 벤조인 아이소프로필 에테르), 치환된 벤조인 에테르(예를 들어, 아니소인 메틸 에테르), 치환된 아세토페논(예를 들어, 2,2-다이에톡시아세토페논 및 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논), 치환된 알파-케톨(예를 들어, 2-메틸-2-하이드록시프로피오페논), 방향족 포스핀 옥사이드(예를 들어, 다이페닐(2,4,6-트라이메틸벤조일)포스핀 옥사이드; 다이페닐(2,4,6-트라이메틸벤조일)포스핀 옥사이드와 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논의 블렌드; 페닐비스(2,4,6-트라이메틸벤조일)포스핀 옥사이드; 및 에틸(2,4,6-트라이메틸벤조일)페닐포스피네이트), 방향족 설포닐 클로라이드(예를 들어, 2-나프탈렌-설포닐 클로라이드), 광활성 옥심(예를 들어, 1-페닐-1,2-프로판다이온-2(O-에톡시카르보닐)옥심) 등, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
수지 혼합물은 임프린팅 및 경화를 위해 기재 상에 침착될 수 있도록 용매를 또한 포함할 수 있다. 수지 혼합물은 사용될 침착 기술에 요구되는 점도를 달성하기 위해, 및/또는 목표로 하는 적어도 실질적으로 균일한 수지 층 두께를 달성하기 위해 용매에 희석될 수 있다. 적합한 용매의 예에는, 예를 들어, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 톨루엔, 다이메틸 설폭사이드(DMSO), 테트라하이드로푸란(THF) 등이 포함된다. 일례에서, 용매 중의 단량체의 총 농도는 약 15 중량%(wt%) 내지 약 56 중량%의 범위이고, 용매 중의 광개시제의 총 농도는 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 범위이지만, 선택된 용매 중의 단량체 및 광개시제의 각각의 용해도에 따라 상한이 더 높을 수 있는 것으로 여겨진다.
이제 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 패턴화된 상호침투 중합체 네트워크(10)의 제조 방법의 예가 도시되어 있다. 본 방법은 수지 혼합물을 기재 상에 적용하는 단계로서, 수지 혼합물은 미리 결정된 중량비로 수지 혼합물(16)에 존재하는 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체를 포함하며, 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체 중 제1 단량체는 양이온 중합성 단량체이고, 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체 중 제2 단량체는 자유 라디칼 중합성 단량체인, 상기 단계; 복수의 나노-특징부(22)를 갖는 작업 스탬프(20)로 수지 혼합물(16)을 임프린팅하는 단계; 및 작업 스탬프(20)가 제자리에 있는 동안에 수지 혼합물(16)을 경화시켜, 플로우 셀 나노-함몰부가 임프린팅된 상호침투 중합체 네트워크(10)를 형성하는 단계를 포함한다.
도 3a는 기재(18) 상의 수지 혼합물(16)의 적용을 도시한다. 본 명세서에 기재된 수지 혼합물(16)의 임의의 예가 사용될 수 있다. 사용되는 기재(18)는 형성될 플로우 셀의 유형에 따라 좌우될 수 있다.
일부 예에서, 기재는 에폭시 실록산, 유리, 및 개질된 또는 기능화된 유리, 플라스틱(아크릴, 폴리스티렌 및 스티렌과 다른 재료의 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌(예컨대, 케무어스(Chemours)로부터의 테플론(TEFLON)(등록상표)), 환형 올레핀/사이클로-올레핀 중합체(COP)(예컨대, 제온(Zeon)으로부터의 제오노르(ZEONOR)(등록상표)), 폴리이미드 등을 포함), 나일론, 세라믹/세라믹 산화물, 실리카, 용융 실리카, 또는 실리카계 재료, 규산알루미늄, 규소 및 개질된 규소(예컨대, 붕소 도핑된 p+ 규소), 질화규소(Si3N4), 산화규소(SiO2), 오산화탄탈럼(Ta2O5) 또는 다른 산화탄탈럼(들)(TaOx), 산화하프늄(HfO2), 탄소, 금속, 무기 유리 등이 포함된다.
기재는 또한 다층 구조체일 수 있다. 다층 구조체의 일부 예에는 유리 또는 규소가 포함되며, 산화탄탈럼 또는 다른 금속 산화물의 코팅 층이 표면에 존재한다. 다층 구조체의 다른 예에는 패턴화된 수지를 상부에 갖는 기본 지지체(예를 들어, 유리 또는 규소)가 포함된다. 다층 기재의 또 다른 예에는 SOI(silicon-on-insulator) 기재가 포함될 수 있다. 다층 기재의 다른 예에는 평판형 도파관이 포함된다. 일례로서, 유리 베이스는 격자 층(레이저 커플링 격자) 및 평판형 도파관 층을 지지할 수 있다.
격자 층은 약 1.35 내지 약 1.55의 범위 내의 굴절률을 갖는 것이 바람직하며, 적합한 굴절률을 갖는 수지가 격자 층을 생성하는 데 사용될 수 있다. 일례에서, 약 1.35 내지 약 1.4의 범위 내의 굴절률을 달성하기 위해 플루오르화된 단량체가 수지에 포함될 수 있다. 다른 예에서, 약 1.4 내지 약 1.45 범위 내의 굴절률을 달성하기 위해 다소 플루오르화된 또는 실록산계 단량체가 수지에 포함될 수 있다. 또 다른 것에서, 수지 중의 실록산계 단량체의 함량은 약 1.45 내지 약 1.5 범위 내의 굴절률을 달성하기 위해 낮아질 수 있다.
평판형 도파관 층은 패턴화된 상호침투 중합체 네트워크(10)의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 일부 예에서, 평판형 도파관은 약 1.6 내지 약 2.6의 범위 내의 굴절률을 갖는 것이 바람직하며, 적합한 굴절률을 갖는 수지가 평판형 도파관 층을 생성하는 데 사용될 수 있다. 약 1.6 내지 약 1.65의 범위의 굴절률을 갖는 고도로 투명한 중합체가 평판형 도파관에 사용될 수 있고, 나노-임프린트 리소그래피를 사용하여 침착될 수 있다. 약 1.65 내지 약 1.8의 범위의 굴절률을 갖는 고도의 분극성(polarizability) 및/또는 브로마이드 함량을 갖는 고도로 투명한 단량체가 평판형 도파관에 사용될 수 있고, 나노-임프린트 리소그래피를 사용하여 침착될 수 있다. 1.8 초과의 굴절률을 갖는 고도로 투명한 금속 산화물은 평판형 도파관에 사용될 수 있고, 스퍼터링을 사용하여 침착될 수 있다. 예시적인 금속 산화물로서, 하기가 사용될 수 있다: 약 2.00의 굴절률을 갖는 일산화아연(ZnO); 굴절률이 약 2.3인 오산화탄탈럼(TaO5); 굴절률이 약 2.14인 이산화지르코늄(ZrO2); 또는 굴절률이 약 2.64인 이산화티타늄(TiO2).
본원에 개시된 임의의 예에서, 기재는 직경이 약 2 mm 내지 약 300 mm의 범위일 수 있거나, 최대 치수가 약 10 피트(약 3 미터) 이하인 직사각형 시트 또는 패널을 가질 수 있다. 일례에서, 기재는 약 200 mm 내지 약 300 mm 범위의 직경을 갖는 웨이퍼이다. 다른 예에서, 기재는 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 범위의 폭을 갖는 다이(die)이다. 예시적인 치수가 제공되었지만, 임의의 적합한 치수를 갖는 기재가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 다른 예에서, 300 mm 원형 웨이퍼보다 더 큰 표면적을 갖는 직사각형 지지체인 패널이 사용될 수 있다.
기재(18) 상에 수지 혼합물(16)을 적용하는 것은 본 명세서에 기재된 임의의 침착 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 수지 혼합물(16)은 침착된 후에, 여분의 용매를 제거하기 위해 소프트베이킹될 수 있다.
도 3b는 복수의 나노 특징부(22)를 갖는 작업 스탬프(20)로 수지 혼합물(16)을 임프린팅하는 것을 도시한다. 작업 스탬프(20)의 나노-특징부(22)의 패턴은 경화된 패턴화된 수지(28)에 형성될 원하는 특징부(예를 들어, 나노-함몰부(24)(도 3c 참조)의 네거티브 복제물이다. 나노-특징부(22)의 크기 및 형상은 나노-함몰부(24)에 요구되는 크기 및 형상에 따라 좌우될 것이다.
작업 스탬프(20)를 수지 혼합물(16) 내로 프레싱하여 수지 혼합물 상에/내에 임프린트를 생성한다. 도 3b에 도시된 바와 같이 작업 스탬프(20)는 경화 동안 제자리에 유지된다.
경화는, 예를 들어, 금속 할라이드 광원, 수은 증기 광원, UV 방출 LED 광원 등을 사용하여 자외(UV) 방사선과 같은 화학 방사선에 대한 노출에 의해 수행될 수 있다. 경화는 각각의 광개시제의 존재로 인해 양이온 및 라디칼 형성을 촉진하고, 이러한 양이온 및 라디칼은 수지 혼합물(16)의 에폭시 부분 및 (메트)아크릴로일 부분을 각각 경화시키는 데 사용된다. 이와 같이, 경화는 수지 혼합물(16)에서 단량체의 개별적인 중합 및/또는 가교결합을 촉진한다.
경화는 단일 UV 노출 단계를 포함할 수 있거나, 또는 소프트 베이크(예를 들어, 용매(들)를 제거하기 위해) 및 이어서 UV 노출을 포함하는 다수의 단계를 포함할 수 있다. 포함되는 경우, 소프트 베이킹은 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위의 더 낮은 온도에서 0초 초과 내지 약 3분 동안 일어날 수 있고, 작업 스탬프(20)가 수지 혼합물(16) 내에 배치되기 전에 일어날 수 있다. 일례에서, 소프트베이킹 시간은 약 30초 내지 약 2.5분의 범위이다.
일부 다단계 경화 공정은 또한 하드베이크(hardbake)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 수지 혼합물(16)의 경화 메커니즘은 수지 혼합물(16)이 하드베이크 없이 최대 경화에 도달할 수 있을 만큼 빠르다. 수행되는 경우, 작업 스탬프(20)는, 예를 들어, 작업 스탬프(20)가 경화된 패턴화된 수지(28)에 결합하지 않도록 하드베이크 전에 이형/분리된다. 수행되는 경우, 하드베이크의 지속 시간은 약 60℃ 내지 약 300℃ 범위의 온도에서 약 5초 내지 약 10분간 지속될 수 있다. 하드베이킹은, 예를 들어 잔류 용매(들)를 제거하고/하거나, 수지 혼합물(16) 재료(들)의 일부를 추가로 중합하고/하거나(따라서 경화 정도를 향상시키고 허용가능한 층 경도에 도달함), 임프린팅된 토포그래피에서 고정에 도움 주기 위해 수행될 수 있다. 소프트베이킹 및/또는 하드베이킹에 사용될 수 있는 장치의 예에는 핫 플레이트, 오븐 등이 포함된다.
경화 후, 도 3c에 도시된 바와 같이 작업 스탬프(20)가 이형된다. 경화는 경화된 패턴화된 수지(28)를 형성한다. 경화된 패턴화된 수지(28)의 화학적 구성은 상호침투 중합체 네트워크(10)이다. 상호침투 중합체 네트워크(10)의 화학적 구성은 수지 혼합물(16)의 조성에 따라 좌우될 것이다. 일례에서, 상호침투 중합체 네트워크(10)의 경화된 패턴화된 수지(28)는 에폭시계 중합체 대 (메트)아크릴로일계 중합체의 중량비가 25:75 내지 약 75:25의 범위일 수 있다. 일례에서, 경화된 패턴 수지의 두께의 가장 두꺼운 부분은 약 225 nm 내지 약 600 nm의 범위이다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 경화된 패턴화된 수지(28)는 내부에 한정된 나노-함몰부(24), 및 인접한 나노-함몰부(24)들을 분리하는 간극 영역(26)을 포함한다.
나노-함몰부(24)는 작업 스탬프 나노-특징부(22)의 네거티브 복제물이다. 본 명세서에 개시된 수지 혼합물의 예는, 본 명세서에 개시된 나노-함몰부(24)를 생성할 나노-특징부(22)를 갖는 작업 스탬프로 성공적으로 임프린팅되도록 제형화될 수 있다.
규칙적인 패턴, 반복 패턴 및 비규칙적인 패턴을 비롯한 나노-함몰부(24)의 다수의 다양한 레이아웃(layout)이 예상될 수 있다. 일례에서, 나노-함몰부(24)들은 조밀 충전(close packing) 및 밀도 개선을 위해 육각 격자에 배치된다. 다른 레이아웃은 예를 들어, 직선형(즉, 직사각형) 레이아웃(예를 들어, 선 또는 트렌치), 삼각형 레이아웃 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 레이아웃 또는 패턴은 행과 열에 존재하는 나노-함몰부(24)들의 x-y 포맷일 수 있다. 일부 다른 예에서, 레이아웃 또는 패턴은 나노-함몰부(24)들 및/또는 간극 영역(26)들의 반복 배열일 수 있다. 또 다른 예에서, 레이아웃 또는 패턴은 나노-함몰부(24)들 및/또는 간극 영역(26)들의 무작위 배열일 수 있다.
레이아웃 또는 패턴은 한정된 영역 내의 나노-함몰부(24)의 밀도(즉, 나노-함몰부(24)의 개수)와 관련하여 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 나노-함몰부(24)는 ㎟당 대략 2백만개의 밀도로 존재할 수 있다. 밀도는 예를 들어, 약 100개/㎟, 약 1,000개/㎟, 약 10만개/㎟, 약 100만개/㎟, 약 200만개/㎟, 약 500만개/㎟, 약 1000만개/㎟, 약 5000만개/㎟ 또는 그 이상, 또는 그 이하를 포함하여, 다양한 밀도로 조정될 수 있다. 경화된 패턴화된 수지(28) 내의 나노-함몰부(24)의 밀도는 상기 범위로부터 선택되는 하한 값들 중 하나와 상한 값들 중 하나 사이에 있을 수 있음이 추가로 이해되어야 한다. 예로서, 고밀도 어레이는 약 100 nm 미만만큼 떨어져 있는 나노-함몰부(24)들을 갖는 것을 특징으로 할 수 있고, 중간 밀도 어레이는 약 400 nm 내지 약 1 μm만큼 떨어져 있는 나노-함몰부(24)들을 갖는 것을 특징으로 할 수 있고, 저밀도 어레이는 약 1 μm 초과만큼 떨어져 있는 나노-함몰부(24)들을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 예시적인 밀도가 제공되었지만, 임의의 적합한 밀도를 갖는 기재가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
나노-함몰부(24)의 레이아웃 또는 패턴은 또한 또는 대안적으로 평균 피치의 관점에서 특징지어질 수 있다. 패턴은 규칙적일 수 있어서, 평균 피치 주위의 변동 계수가 작거나, 패턴은 비규칙적일 수 있으며, 이 경우에 변동 계수는 비교적 클 수 있다. 어느 경우에도, 평균 피치는 예를 들어, 약 50 nm, 약 0.1 μm, 약 0.5 μm, 약 1 μm, 약 5 μm, 약 10 μm, 약 100 μm 또는 그 이상, 또는 그 이하일 수 있다. 특정 패턴의 나노-함몰부(24)에 대한 평균 피치는 상기 범위로부터 선택되는 하한 값들 중 하나와 상한 값들 중 하나 사이에 있을 수 있다. 일례에서, 나노-함몰부(24)는 약 1.5 μm의 피치(중심간 간격)를 갖는다. 예시적인 평균 피치 값이 제공되었지만, 다른 평균 피치 값이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
각각의 나노-함몰부(24)의 크기는 그의 부피, 웰(well) 개구 면적, 깊이, 및/또는 직경에 의해 특징지어질 수 있다.
각각의 나노-함몰부(24)는 플로우 셀(도 4a에서 도면 부호 30) 내로 도입되는 적어도 일부의 유체를 가둘 수 있는 임의의 부피를 가질 수 있다. 최소 또는 최대 부피는 예를 들어 플로우 셀(30)의 하류측 사용에 대해 예상되는 처리량(예를 들어, 다중성(multiplexity)), 분해능, 뉴클레오티드, 또는 분석물 반응성을 수용하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 부피는 적어도 약 1×10-3 μ㎥, 적어도 약 1×10-2 μ㎥, 적어도 약 0.1 μ㎥, 적어도 약 1 μ㎥, 적어도 약 10 μ㎥, 적어도 약 100 μ㎥ 또는 그 이상, 또는 그 이하일 수 있다.
각각의 나노-함몰부 개구가 차지하는 면적은 부피에 대해 전술된 것과 유사한 기준에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 각각의 나노-함몰부 개구 면적은 적어도 약 1×10-3 μm2, 적어도 약 1×10-2 μm2, 적어도 약 0.1 μm2, 적어도 약 1 μm2, 적어도 약 10 μm2, 적어도 약 100 μm2 또는 그 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 면적은 기껏해야 약 1×103 μm2, 기껏해야 약 100 μm2, 기껏해야 약 10 μm2, 기껏해야 약 1 μm2, 기껏해야 약 0.1 μm2, 기껏해야 약 1×10-2 μm2 또는 그 이하일 수 있다. 각각의 함몰부 개구가 차지하는 면적은 상기에 명시된 값보다 크거나, 그보다 작거나, 그 사이에 있을 수 있다.
각각의 나노-함몰부(24)의 깊이는 중합체성 하이드로겔을 수용하기에 충분히 클 수 있다(도 4b를 참조하여 후술됨). 일례에서, 깊이는 적어도 약 0.1 μm, 적어도 약 0.5 μm, 적어도 약 1 μm, 적어도 약 10 μm, 적어도 약 100 μm 또는 그 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 깊이는 기껏해야 약 1 × 103 μm, 기껏해야 약 100 μm, 기껏해야 약 10 μm 또는 그 이하일 수 있다. 일부 예에서, 깊이는 약 0.4 μm이다. 각각의 함몰부(24)의 깊이는 상기 명시된 값들보다 크거나, 그보다 작거나, 그 사이에 있을 수 있다.
일부 경우에, 각각의 나노-함몰부(24)의 직경 또는 길이 및 폭은 약 10 nm 내지 약 1000 nm의 범위일 수 있다. 예로서, 각각의 나노-함몰부(24)의 직경 또는 길이 및 폭은 약 50 nm, 약 0.1 μm, 약 0.5 μm, 또는 약 1 μm일 수 있다. 일부 수지는 예를 들어 약 10 μm, 약 100 μm 또는 그 이상의 직경 또는 길이 및 폭을 갖는 더 큰 함몰부로 임프린팅될 수 있다. 나노-함몰부(24)의 일부 예에서, 직경 또는 길이 및 폭은 약 0.4 μm이다.
플로우 셀
언급된 바와 같이, 패턴화된 경화된 수지(28)를 갖는 기재(18)가 플로우 셀(30)에 통합될 수 있다. 예시적인 플로우 셀(30)이 도 4a에 도시되어 있다. 도 4b를 참조하여 논의될 바와 같이, 플로우 셀(30A)의 일부 예는 2개의 대향하는 서열분석 표면 (32, 34)을 포함한다. 다른 예에서, 플로우 셀(30B)은 기재(18)에 의해 지지되는 하나의 서열분석 표면(32) 및 기재(18)에 부착된 반대편의 덮개(36)를 포함한다.
플로우 셀(30)은 유동 채널(38)을 포함한다. 몇몇 유동 채널(38)이 도 4a에 도시되어 있지만, 임의의 개수의 유동 채널(38)(예를 들어, 단일 채널, 4개의 채널 등)이 플로우 셀(30)에 포함될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 명세서에 개시된 예들 중 일부에서(도 4b), 각각의 유동 채널(38)은 2개의 대향하는 서열분석 표면(32, 34) 사이에 한정된 영역이다. 본 명세서에 개시된 예들 중 다른 예에서(도 4c), 각각의 유동 채널(38)은 하나의 서열분석 표면(예를 들어, 32)과 반대편의 덮개(36) 사이에 한정된 영역이다. 유체는 유동 채널(38) 내로 도입되고 그로부터 제거될 수 있다. 각각의 유동 채널(38)은 플로우 셀(30)의 각각의 다른 유동 채널(38)로부터 분리될 수 있어서, 임의의 특정 유동 채널(38)에 도입된 유체가 임의의 인접한 유동 채널(38)로 유동하지 않는다.
일례에서, 유동 채널(38)은 직사각형 구조를 갖는다. 유동 채널(38)의 길이 및 폭은 각각, 기재(18)의 길이 및 폭보다 작을 수 있어서, 유동 채널(38)을 둘러싸는 (기재(18) 상의) 경화된 패턴화된 수지(28)의 부분(예를 들어, 표면(40)이 다른 기재(18) 또는 덮개(36)에 부착시키는데 이용될 수 있다. 일부 경우에, 각각의 유동 채널(38)의 폭은 약 1 mm, 약 2.5 mm, 약 5 mm, 약 7 mm, 약 10 mm 또는 그 이상 또는 그 이하일 수 있다. 각각의 유동 채널(38)의 폭 및/또는 길이는 상기에 명시된 값보다 크거나, 그보다 작거나, 그 사이에 있을 수 있다. 다른 예에서, 유동 채널(38)은 정사각형(예컨대, 10 mm x 10 mm)이다.
각각의 유동 채널(38)의 깊이는, 예를 들어, 마이크로접촉, 에어로졸 또는 잉크젯 프린팅이 유동 채널 벽을 한정하는 별도의 재료를 침착하는데 사용되는 경우에, 몇 개의 단층 두께만큼 작을 수 있다. 다른 예에서, 각각의 유동 채널(38)의 깊이는 약 1 μm, 약 10 μm, 약 50 μm, 약 100 μm 또는 그 이상일 수 있다. 일례에서, 깊이는 약 10 μm 내지 약 100 μm의 범위일 수 있다. 다른 예에서, 깊이는 약 5 μm 이하이다. 각각의 유동 채널(38)의 깊이가 상기에 명시된 값보다 크거나, 그보다 작거나, 그 사이에 있음이 이해되어야 한다. 유동 채널(38)의 깊이는 또한 예를 들어, 패턴화된 서열분석 표면(들)(32, 34)이 사용되는 경우, 플로우 셀(30)의 길이 및 폭을 따라 변할 수 있다.
도 4b는 패턴화된 대향하는 서열분석 표면(32, 34)을 포함하는 플로우 셀(30A)의 단면도를 예시한다. 일례에서, 이들 표면(32, 34)의 각각은 기재(18, 18') 상의 경화된 패턴화된 수지(28, 28')의 나노-함몰부(24, 24')에서 제조될 수 있다. 기재(18, 18')들은 서로에 (예를 들어, 표면(40, 40')을 통해) 부착되어 플로우 셀(30A)의 일례를 형성할 수 있다. 접착제와 같은 임의의 적합한 결합 재료(42), 결합을 돕는 방사선-흡수 재료 등이 표면(40, 40')들을 함께 결합하는 데 사용될 수 있다.
서열분석 표면(32, 34)은 중합체성 하이드로겔(44, 44') 및 중합체성 하이드로겔(44, 44')에 부착된 증폭 프라이머(46, 46')를 포함한다.
중합체성 하이드로겔(44, 44')의 예에는 아크릴아미드 공중합체, 예컨대 폴리(N-(5-아지도아세트아미딜펜틸)아크릴아미드-코-아크릴아미드(PAZAM)가 포함된다. PAZAM 및 일부 다른 형태의 아크릴아미드 공중합체는 하기 구조식 I로 표시된다:
Figure pct00108
상기 식에서,
RA는 아지도, 선택적으로 치환된 아미노, 선택적으로 치환된 알케닐, 선택적으로 치환된 알킨, 할로겐, 선택적으로 치환된 하이드라존, 선택적으로 치환된 하이드라진, 카르복실, 하이드록시, 선택적으로 치환된 테트라졸, 선택적으로 치환된 테트라진, 니트릴 옥사이드, 니트론, 설페이트 및 티올로 이루어진 군으로부터 선택되고;
RB는 H 또는 선택적으로 치환된 알킬이고;
RC, RD 및 RE는 각각 독립적으로 H 및 선택적으로 치환된 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 -(CH2)p-는 선택적으로 치환될 수 있으며;
p는 1 내지 50의 범위의 정수이고;
n은 1 내지 50,000의 범위의 정수이며;
m은 1 내지 100,000 범위의 정수이다.
당업자는 구조식 I에서 반복되는 "n" 및 "m" 특징부의 배열이 대표적이며, 단량체 서브유닛은 중합체 구조(예를 들어, 랜덤, 블록, 패턴화 또는 이들의 조합)에서 임의의 순서로 존재할 수 있음을 알 것이다.
PAZAM 및 다른 형태의 아크릴아미드 공중합체의 분자량은 약 5 kDa 내지 약 1500 kDa, 또는 약 10 kDa 내지 약 1000 kDa 범위일 수 있거나, 구체적인 예에서 약 312 kDa일 수 있다.
일부 예에서, PAZAM 및 다른 형태의 아크릴아미드 공중합체는 선형 중합체이다. 일부 다른 예에서, PAZAM 및 다른 형태의 아크릴아미드 공중합체는 약하게 가교결합된 중합체이다.
다른 예들에서, 중합체성 하이드로겔(44, 44')은 구조식 I의 변형체일 수 있다. 일례에서, 아크릴아미드 단위는 N,N-다이메틸아크릴아미드(
Figure pct00109
)로 치환될 수 있다. 이러한 예에서, 구조식 I의 아크릴아미드 단위는
Figure pct00110
로 치환될 수 있으며, 여기서 RD, RE 및 RF는 각각 H 또는 C1-C6 알킬이고, RG 및 RH는 각각 C1-C6 알킬(아크릴아미드의 경우와 같이 H 대신에)이다. 이러한 예에서, q는 1 내지 100,000 범위의 정수일 수 있다. 다른 예에서, 아크릴아미드 단위 이외에, N,N-다이메틸아크릴아미드가 사용될 수 있다. 이러한 예에서, 구조식 I은 반복되는 "n" 및 "m" 특징부 이외에
Figure pct00111
를 포함할 수 있으며, 여기서 RD, RE 및 RF는 각각 H 또는 C1-C6 알킬이고, RG 및 RH는 각각 C1-C6 알킬이다. 이러한 예에서, q는 1 내지 100,000 범위의 정수일 수 있다.
또 다른 예로서, 중합체성 하이드로겔(44, 44')은 하기 구조식 III 및 구조식 IV의 각각의 반복 단위를 포함할 수 있다:
Figure pct00112
및
Figure pct00113
상기 식에서, R1a, R2a, R1b 및 R2b는 각각 독립적으로 수소, 선택적으로 치환된 알킬 또는 선택적으로 치환된 페닐로부터 선택되고; R3a 및 R3b는 각각 독립적으로 수소, 선택적으로 치환된 알킬, 선택적으로 치환된 페닐 또는 선택적으로 치환된 C7-C14 아르알킬로부터 선택되고; L1 및 L2는 각각 독립적으로 선택적으로 치환된 알킬렌 링커 또는 선택적으로 치환된 헤테로알킬렌 링커로부터 선택된다.
다른 분자가 올리고뉴클레오티드 프라이머(46, 46')를 그에 그래프팅하도록 작용화되는 한, 중합체성 하이드로 겔(44, 44')을 형성하는 데 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 적합한 중합체 층의 다른 예에는 콜로이드 구조를 갖는 것들, 예컨대 아가로스; 또는 중합체 메시 구조, 예컨대 젤라틴; 또는 가교결합된 중합체 구조, 예컨대 폴리아크릴아미드 중합체 및 공중합체, 실란 비함유 아크릴아미드(SFA) 또는 SFA의 아지도 분해된(azidolyzed) 버전이 포함된다. 적합한 폴리아크릴아미드 중합체의 예는 아크릴아미드 및 아크릴산, 또는 비닐 기를 포함하는 아크릴산으로부터, 또는 [2+2] 광고리화 첨가반응을 형성하는 단량체로부터 합성될 수 있다. 적합한 중합체성 하이드로겔(44, 44')의 또 다른 예에는 아크릴아미드와 아크릴레이트의 혼합 공중합체가 포함된다. 아크릴 단량체(예를 들어, 아크릴아미드, 아크릴레이트 등)를 포함하는 다양한 중합체 구조, 예컨대 별모양(star) 중합체, 별형상 또는 별모양-블록 중합체, 덴드리머(dendrimer) 등을 포함하는 분지형 중합체가 본 명세서에 개시된 예에 이용될 수 있다. 예를 들어, 단량체(예를 들어, 아크릴아미드 등)는 무작위로 또는 블록으로 별형상 중합체의 분지(아암(arm))에 포함될 수 있다.
중합체성 하이드로겔(44, 44')을 나노-함몰부(24, 24') 내로 도입하기 위해, 중합체성 하이드로겔(44, 44')의 혼합물이 생성되고, 이어서 경화된 패턴화된 수지(28, 28') 에 적용될 수 있다. 일례에서, 중합체성 하이드로겔(44, 44')은 (예를 들어, 물과의, 또는 에탄올 및 물과의) 혼합물로 존재할 수 있다. 이어서, 혼합물은 스핀 코팅, 또는 디핑(dipping) 또는 딥 코팅, 또는 양압 또는 음압 하에서의 재료의 유동, 또는 다른 적합한 기술을 사용하여 각각의 경화된 패턴화된 수지(28, 28')(나노-함몰부(24, 24') 내부를 포함함)에 적용될 수 있다. 이러한 유형의 기술은 경화된 패턴화된 수지(28, 28') 상에(예를 들어, 나노-함몰부(24, 24') 내에 그리고 이에 인접한 간극 영역(26, 26') 및 표면(40, 40') 상에) 중합체성 하이드로겔(44, 44')을 전면적으로 침착한다. 중합체성 하이드로겔(44, 44')을 간극 영역(26, 26') 및 표면(40, 40') 상에는 침착하지 않고 나노-함몰부(24, 24') 내에 특이적으로 침착하도록 다른 선택적 침착 기술(예컨대, 마스크, 제어된 인쇄 기술 등을 포함함)이 사용될 수 있다.
일부 예에서, 경화된 패턴화된 수지 표면(나노-함몰부(24, 24')를 포함함)이 활성화될 수 있고, 이어서 혼합물(중합체성 하이드로겔(44, 44')을 포함함)이 이에 적용될 수 있다. 일례에서, 증착, 스핀 코팅 또는 다른 침착 방법을 사용하여 실란 또는 실란 유도체(예를 들어, 노르보르넨 실란)가 경화된 패턴화된 수지 표면 상에 침착될 수 있다. 다른 예에서, 경화된 패턴화된 수지 표면은 플라즈마 애싱(plasma ashing)에 노출되어, 중합체성 하이드로겔(44, 44')에 부착할 수 있는 표면 활성화제(들)(예를 들어, -OH 기)를 생성할 수 있다.
중합체성 하이드로겔(44, 44')의 화학적 성질에 따라, 적용된 혼합물은 경화 과정에 노출될 수 있다. 일례에서, 경화는 실온(예를 들어, 약 25℃) 내지 약 95℃ 범위의 온도에서 약 1 밀리초 내지 약 수일 간의 범위의 시간 동안 일어날 수 있다.
이어서, 나노-함몰부(24, 24')의 표면 상의 중합체성 하이드로겔(44, 44')을 적어도 실질적으로 온전하게 남겨두면서, 나노-함몰부(24, 24')의 주연부에서 간극 영역(26, 26')으로부터 중합체성 하이드로겔(44, 44')을 제거하기 위해 폴리싱이 수행될 수 있다.
서열분석 표면(32, 34)은 또한 중합체성 하이드로겔(44, 44')에 부착된 증폭 프라이머(46, 46')를 포함한다.
나노-함몰부(24, 24')의 중합체성 하이드로겔(44, 44')에 증폭 프라이머(46, 46')를 그래프팅하기 위해 그래프팅 과정이 수행될 수 있다. 일례에서, 증폭 프라이머(46, 46')는 프라이머(46, 46')의 5' 말단 또는 그 부근에서의 단일점 공유 부착에 의해 중합체성 하이드로겔(44, 44')에 고정될 수 있다. 이러한 부착은 i) 프라이머(46, 46')의 어댑터-특이적 부분이 그의 동족 서열분석-준비된 핵산 단편에 자유롭게 어닐링하도록 하고, ii) 프라이머 연장(primer extension)을 위해 3' 하이드록실 기가 자유롭게 남아있게 한다. 임의의 적합한 공유 부착이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 종결된 프라이머의 예에는 알킨 종결된 프라이머(예를 들어, 중합체성 하이드로겔(44, 44')의 아지드 표면 부분에 부착할 수 있음), 아지드 종결된 프라이머(예를 들어, 중합체성 하이드로겔(44, 44')의 알킨 표면 부분에 부착할 수 있음)가 포함된다.
적합한 프라이머(46, 46')의 구체적인 예에는, HiSeq™, HiSeqX™, MiSeq™, MiNISeq™, NextSeq™, NovaSeq™, 게놈 애널라이저(Genome Analyzer)™, ISEQ™, 및 다른 기기 플랫폼에서의 서열분석을 위해 일루미나 인크.(Illumina Inc.)에서 판매되는 시판 플로우 셀의 표면에서 사용되는 P5 프라이머 및 P7 프라이머가 포함된다. P5 및 P7 프라이머는 모두 중합체성 하이드로겔(44, 44')의 각각에 그래프팅될 수 있다.
일례에서, 그래프팅은 플로우 스루 침착(예를 들어, 일시적으로 결합된 덮개를 사용함), 덩크 코팅, 스프레이 코팅, 퍼들 디스펜싱을 수반할 수 있거나, 또는 프라이머(들)(46, 46')를 중합체성 하이드로겔(44, 44')에 부착시킬 다른 적합한 방법에 의한 것일 수 있다. 이러한 예시적인 기술의 각각은 프라이머(들)(46, 46'), 물, 완충제 및 촉매를 포함할 수 있는 프라이머 용액 또는 혼합물을 이용할 수 있다. 임의의 그래프팅 방법에 의해, 프라이머(46, 46')는 나노-함몰부(24, 24') 내의 중합체성 하이드로겔(44, 44')의 반응성 기와 반응하고 주위의 경화된 패턴화된 수지(28, 28')에 대해 친화성을 갖지 않는다. 따라서, 프라이머(46, 46')는 중합체성 하이드로겔(44, 44')에 선택적으로 그래프팅된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 기재(18, 18')는 서열분석 표면(32, 34)들이 서로 대면하여 유동 채널(38)이 그 사이에 한정되도록 경화된 패턴화된 수지(28, 28')를 통해 서로 부착된다.
경화된 패턴화된 수지(28, 28')는 (주연부 표면(40, 40')과 같은) 간극 영역(26, 26')의 일부 또는 전부에서 서로 결합될 수 있다. 형성되는 결합은 화학적 결합, 또는 (예를 들어, 체결구 등을 사용한) 기계적 결합일 수 있다.
레이저 결합, 확산 결합, 양극 결합, 공융 결합(eutectic bonding), 플라즈마 활성화 결합, 유리 프릿 결합 또는 당업계에 공지된 다른 방법과 같은 임의의 적합한 기술이 표면(40, 40')들을 함께 결합하는 데 사용될 수 있다. 일례에서, 스페이서 층(예를 들어, 재료(42))이 표면(40, 40')들을 결합하는 데 사용될 수 있다. 스페이서 층은 표면(40, 40')의 적어도 일부 부분을 함께 밀봉할 임의의 재료(42)일 수 있다. 일부 예에서, 스페이서 층은 결합을 돕는 방사선-흡수 재료일 수 있다.
도 4c에 도시된 예에서, 플로우 셀(30B)은 기재(18)와 경화된 패턴화된 수지(28) 사이에 위치된 평판형 도파관 스택(48)을 포함한다. 다른 예에서, 평판형 도파관 스택(48)은 도 4b에 도시된 예와 유사할 수 있고, 따라서 각각의 서열분석 표면(32, 34)과 연관된 2개의 대향하는 평면형 도파관 스택(48)을 포함할 수 있다. 평판형 도파관 스택(들)(48)은 기재(18) 상에 위치된 격자 층(50); 및 격자 층(50) 상에 위치된 평판형 도파관 층(52)을 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 격자 층(50) 및 평판형 도파관 층(52)의 임의의 예가 사용될 수 있다. 일례에서, 경화된 패턴화된 수지(28)의 상호침투 중합체 네트워크의 굴절률은 약 1.34 내지 약 1.50의 범위이고; 평판형 도파관 층(52)의 굴절률은 약 1.6 내지 약 2.5의 범위이다. 이러한 굴절률은 i) 격자 층(50)과의 경계에서 내부 전반사를 통해 평판형 도파관 층(52)을 통한 광 전파를 얻도록; ii) 패턴화된 수지(28) 내로의(그리고 특히 나노-함몰부(24)의 하부에 도달하는) 소멸파(evanescent wave)의 침투 깊이를 조정하도록; 그리고 iii) 격자 층(50)에 부딪친 후에 광을 평판형 도파관 층(52) 내로 효율적으로 안내하도록 잘 제어된다. 또한, 경화된 패턴화된 수지(28)가 출력 커플러가 되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이는 (예를 들어, 나노-함몰부(24, 24') 내로 도입된) 이미징 완충제의 굴절률을 경화된 패턴화된 수지(28)의 굴절률과 정합시킴으로써 달성될 수 있다.
서열분석 표면(32)(중합체성 하이드로겔(44) 및 증폭 프라이머(46)를 포함함)은 경화된 패턴화된 수지(28)의 나노 함몰부(24) 내에 형성된다.
이러한 예에서, 도 4b를 참조하여 기재된 바와 같이 덮개(36)는 경화된 패턴화된 수지(28)의 주연부 표면(40)에 결합된다.
서열분석 방법
플로우 셀(30, 30A, 30B)의 예는 합성에 의한 서열분석(SBS)과 같은 앙상블(ensemble) 서열분석 기술에 사용될 수 있다. 앙상블 서열분석에서, 증폭 프라이머(46, 46')를 사용하여 플로우 셀(30, 30A, 30B) 상에 서열분석될 주형 폴리뉴클레오티드 사슬(도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 주형 폴리뉴클레오티드 사슬 형성의 초기에, 임의의 핵산 샘플(예컨대, DNA 샘플 또는 RNA 샘플)로부터 라이브러리 주형을 제조할 수 있다. 핵산 샘플을 단일-가닥의 유사한 크기(예를 들어, 1000 bp 미만)의 DNA 또는 RNA 단편으로 단편화할 수 있다. 제조 시에, 어댑터가 이들 단편의 말단에 첨가될 수 있다. 감소된 사이클 증폭을 통해, 다양한 모티프가 어댑터, 예를 들어 서열분석 결합 부위, 인덱스, 및 나노-함몰부(24, 24') 내의 프라이머(46, 46')에 상보적인 영역에서 도입될 수 있다. 최종 라이브러리 주형은 양측 말단에 DNA 또는 RNA 단편 및 어댑터를 포함한다. 일부 예에서, 단일 핵산 샘플로부터의 단편에는 동일한 어댑터가 추가된다.
복수의 라이브러리 주형이 플로우 셀(30, 30A, 30B)에 도입될 수 있다. 다수의 라이브러리 주형이, 예를 들어, 나노-함몰부(24, 24') 내에 고정된 2가지 유형의 프라이머(46, 46') 중 하나에 혼성화된다.
이어서, 클러스터 생성이 수행될 수 있다. 클러스터 생성의 하나의 예에서, 라이브러리 주형은 고충실도 DNA 폴리머라제를 사용하여 3' 연장에 의해 혼성화 프라이머로부터 카피(copy)된다. 원래의 라이브러리 주형은 변성되어, 카피가 나노-함몰부(24, 24') 내에 고정된 채로 남는다. 등온 브리지 증폭 또는 다른 형태의 증폭을 사용하여, 고정화 카피를 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 카피된 주형은 루프 오버하여(loop over) 인접한 상보적 프라이머(46, 46')들에 혼성화되고, 폴리머라제는 카피된 주형을 카피하여 이중 가닥 브리지를 형성하며, 이는 변성되어 2개의 단일 가닥으로 된 가닥을 형성한다. 이러한 2개의 가닥은 루프 오버하여 인접한 상보적 프라이머(46, 46')에 혼성화되고, 다시 연장되어 2개의 새로운 이중 가닥 루프를 형성한다. 이 공정은 밀도가 높은 클론 클러스터를 생성하기 위해 등온 변성 및 증폭의 사이클에 의해 각각의 주형 카피에서 반복된다. 이중 가닥 브리지의 각각의 클러스터는 변성된다. 일례에서, 역방향 가닥은 특정 염기 절단에 의해 제거되어, 정방향 주형 폴리뉴클레오티드 가닥을 남긴다. 클러스터링에 의해, 각각의 나노-함몰부(24, 24')에서 수개의 주형 폴리뉴클레오티드 사슬이 형성된다. 클러스터링의 이러한 예는 브리지 증폭이며, 수행될 수 있는 증폭의 일례이다. 배제 증폭(Examp) 워크 플로우(일루미나 인크.)와 같은 다른 증폭 기술이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
주형 폴리뉴클레오티드 사슬 상의 상보적 서열에 혼성화되는 서열분석 프라이머가 도입될 수 있다. 이러한 서열분석 프라이머는 주형 폴리뉴클레오티드 사슬을 서열분석할 준비가 되게 한다.
서열분석을 개시하기 위해, 혼입 믹스가 플로우 셀(30, 30A, 30B)에 첨가될 수 있다. 일례에서, 혼입 믹스는 액체 캐리어, 폴리머라제 및 3' OH 블로킹된 뉴클레오티드를 포함한다. 혼입 믹스가 플로우 셀(30, 30A, 30B) 내로 도입될 때, 유체는 유동 채널(38) 및 나노-함몰부(24, 24')(주형 폴리뉴클레오티드 사슬이 존재함)로 들어간다.
3' OH 블로킹된 뉴클레오티드를 주형 의존 방식으로 서열분석 프라이머에 첨가하여(그에 의해 서열분석 프라이머를 연장시켜), 서열분석 프라이머에 첨가된 뉴클레오티드의 순서 및 유형의 검출을 사용하여 주형의 서열을 결정할 수 있다. 더 구체적으로, 뉴클레오티드들 중 하나는 각각의 폴리머라제에 의해, 서열분석 프라이머를 연장시키고 주형 폴리뉴클레오티드 가닥에 상보적인 초기 가닥에 혼입된다. 다시 말해서, 플로우 셀(30, 30A, 30B)에 걸쳐서 주형 폴리뉴클레오티드 사슬의 적어도 일부에서, 각각의 폴리머라제는 혼입 믹스의 뉴클레오티드 중 하나에 의해 혼성화된 서열분석 프라이머를 연장시킨다.
이러한 예시적인 방법에서, 초기 가닥에 뉴클레오티드 염기를 혼입한 후에, 임의의 혼입되지 않은 3' OH 블로킹된 뉴클레오티드를 포함하는 혼입 믹스를 플로우 셀(30, 30A, 30B)로부터 제거할 수 있다. 이는 세척 용액(예를 들어, 완충제)을 사용하여 달성될 수 있다.
3' OH 블로킹된 뉴클레오티드는, 일단 뉴클레오티드가 서열분석 프라이머에 부가되면, 추가의 프라이머 연장을 종결시키는 가역적 종결 특성(예를 들어, 3' OH 블로킹 기)을 포함한다. 추가의 혼입이 일어나지 않고서, 가장 최근에 혼입된 뉴클레오티드가 이미징 이벤트를 통해 검출될 수 있다. 이미징 이벤트 동안, 조명 시스템(도시되지 않음)은 유동 채널(38) 및 나노-함몰부(24, 24')에 여기광을 제공할 수 있다. 플로우 셀(30B)이 사용되는 경우, 도파관 기반 조명이 사용될 수 있다.
이어서, 절단 믹스가 플로우 셀(30, 30A, 30B) 내로 도입될 수 있다. 본 명세서에 개시된 예에서, 절단 믹스는 i) 혼입된 뉴클레오티드로부터 3' OH 블로킹 기를 제거할 수 있고, ii) 혼입된 뉴클레오티드로부터 임의의 검출가능한 표지를 절단할 수 있다. 3' OH 블로킹 기의 제거는 후속 서열분석 사이클이 수행될 수 있게 한다.
절단 믹스 내의 3' OH 블로킹 기 및 적합한 블로킹 방지제/성분의 예에는 염기 가수분해에 의해 제거될 수 있는 에스테르 모이어티; Nal, 클로로트라이메틸실란 및 Na2S2O3에 의해 또는 아세톤/물 중 Hg(II)에 의해 제거될 수 있는 알릴-모이어티; 포스핀, 예를 들어 트리스(2-카르복시에틸)포스핀(TCEP) 또는 트라이(하이드록시프로필)포스핀(THP)에 의해 절단될 수 있는 아지도메틸; 산성 조건에 의해 절단될 수 있는 아세탈, 예를 들어, tert-부톡시-에톡시; LiBF4 및 CH3CN/H2O에 의해 절단될 수 있는 MOM (-CH2OCH3) 모이어티; 티오페놀 및 티오설페이트와 같은 친핵체에 의해 절단될 수 있는 2,4-다이니트로벤젠 설페닐; Ag(I) 또는 Hg(II)에 의해 절단될 수 있는 테트라하이드로푸라닐 에테르; 및 포스파타제 효소(예를 들어, 폴리뉴클레오티드 키나제)에 의해 절단될 수 있는 3' 포스페이트가 포함될 수 있다.
세척(들)은 다양한 유체 전달 단계들 사이에서 일어날 수 있다. 이어서, n개의 뉴클레오티드에 의해 서열분석 프라이머를 연장시키도록 SBS 사이클을 n회 반복하여, 길이 n의 서열을 검출할 수 있다. 일부 예에서, 페어드-엔드(paired-end) 서열분석이 사용될 수 있으며, 여기서, 정방향 가닥은 서열분석되어 제거될 수 있으며, 이어서 역방향 가닥은 본 명세서에 기재된 바와 같이 구성되어 서열분석된다.
SBS가 상세히 설명되었지만, 본 명세서에 기술된 플로우 셀(30, 30A, 30B)이 유전자형 결정을 위해 다른 서열분석 프로토콜과 함께 이용되거나, 다른 화학적 및/또는 생물학적 응용에서 이용될 수 있음이 이해되어야 한다. 일부 경우에, 플로우 셀의 프라이머는, 정방향 및 역방향 가닥 둘 모두가 중합체성 하이드로겔(44, 44') 상에 존재하여, 각각의 판독의 동시 염기 콜링(base calling)을 가능하게 하는 동시 페어드-엔드 서열분석을 가능하게 하도록 선택될 수 있다. 순차적 및 동시 페어드 엔드 서열분석은 게놈 재배열 및 반복적 서열 요소뿐만 아니라 유전자 융합 및 새로운 전사체의 검출을 용이하게 한다. 다른 예에서, 본 명세서에 개시된 플로우 셀(30, 30A, 30B)은 온-플로우 셀(on-flow cell) 라이브러리 생성에 사용될 수 있다.
본 발명을 더욱 설명하기 위해, 실시예가 본 명세서에 주어진다. 이러한 실시예는 예시적인 목적으로 제공되며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.
비제한적인 실시예
실시예 1
2개의 대조군 수지(6 및 7)를 제조하였다. 대조군 수지 6 및 대조군 수지 7을 적절한 비로 조합하여 5개의 상이한 수지 혼합물(1 내지 5)을 제조하였다. 대조군 수지 7, 및 따라서 각각의 수지 혼합물 1 내지 수지 혼합물 5에서, 에폭시계 단량체 시스템은
Figure pct00114
(25 중량%)와
Figure pct00115
(75 중량%)의 1:3 혼합물을 포함하였다.
대조군 수지 6, 및 따라서 각각의 이러한 수지 혼합물에서, 아크릴로일계 단량체 시스템은
Figure pct00116
를 포함하였다.
혼합물 및 대조군의 단량체 함량이 표 1에 나타나 있다.
[표 1]
Figure pct00117
대조군 수지 6은 (단량체에 대해) 4 중량%의 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논을 자유 라디칼 광개시제로서 포함하였고, 대조군 수지 7은 양이온성 광개시제로서 (단량체에 대해) 4 중량%의 비스(4-메틸페닐) 요오도늄 헥사플루오로포스페이트 및 증감제로서 (단량체에 대해) 4 중량%의 아이소프로필-9H-티오잔텐-9-온을 포함하였다. 대조군 수지를 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 중에 8%의 고형물 농도로 희석하였다. 이어서, 대조군 수지들을 적절한 비로 혼합하여 각각의 수지 혼합물 1 내지 수지 혼합물 5를 수득하였다. 각각의 혼합물 및 대조군 수지를 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하였다. 경화 전에 각각의 혼합물 및 대조군 수지의 굴절률 및 두께를 측정하였다.
UV 노출을 사용하여 각각의 혼합물 및 대조군 수지를 경화시켰다. 경화 후에 각각의 경화된 수지의 굴절률 및 두께를 측정하였다.
굴절률 결과는 도 5a에 도시되어 있고, 두께 결과는 도 5b에 도시되어 있다. 도 5a의 결과는, 혼합물에서 단량체 비를 변화시키면 1.51(100% 에폭시 - 대조군 수지 7)과 1.49(100% 아크릴로 - 대조군 수지 6) 사이에서 수지 층 굴절률이 낮아짐을 나타낸다. 도 5b의 결과는, 혼합물에서 에폭시 단량체 비를 감소시키면 더 얇은 수지 층이 생성됨을 나타낸다.
실시예 2
실시예 1과 유사한 방식으로 몇몇 상이한 수지 혼합물을 제조하였다. 혼합물의 단량체 함량이 표 2에 나타나 있다.
하기의 약어가 표 2에 사용된다:
2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(프로필 글리시딜 에테르)사이클로테트라실록산: G-D4
테트라키스(에폭시사이클로헥실 에틸)테트라메틸 사이클로테트라실록산: EC-D4
다이글리시딜 에테르 종결된 폴리(다이메틸실록산): G-PDMS
폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르: PPGGE
2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트: BFA
펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트: PETA
글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트: GDA
[표 2]
Figure pct00118
각각의 수지 혼합물을 여과하고 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하였다. 규소-아크릴레이트 작업 스탬프(Si-WS) 또는 플루오르화된 작업 스탬프(F-WS)를 코팅된 수지 혼합물 내로 프레싱함으로써 임프린팅을 시험하였고 경화를 수행하였다.
수지 혼합물 및 경화된 수지를 코팅성(기재의 균일한 습윤화), 작업 스탬프에 의한 습윤화(WS 특징부의 효율적인 충전), 효과적인 경화, 작업 스탬프와의 임프린팅성(WS 이형의 용이성 및 회절 패턴의 시각적 품질), (경화된 수지의) 굴절률 및/또는 (경화된 수지의) 두께에 대해 시험하였다. 코팅성이란, 수지 혼합물이 기재 상에 실질적으로 균일한 필름을 형성함을 의미한다. 임프린팅성은, 끈적임, 특징부 치수 손실 등이 없이 작업 스탬프의 특징부가 경화된 수지에 성공적으로 전사되었음을 의미한다. 수지, 작업 스탬프의 유형(들), 및 결과가 표 3에 나타나 있다. 2개의 작업 스탬프 유형 및 단일 결과가 제공되는 경우, 이는 결과가 두 작업 스탬프 모두에 대해 동일하다는 것을 나타낸다. 2개의 작업 스탬프 및 2개의 결과가 제공되는 경우, 이는 각각의 작업 스탬프에 대한 결과를 나타낸다. 예를 들어, 작업 스탬프 유형이 Si-WS 및 F-WS이고, 임프린트 결과가 예 및 아니오인 경우, Si-WS는 성공적으로 임프린팅되고 F-WS는 성공적으로 임프린팅되지 않은 것이다.
[표 3]
Figure pct00119
수지 혼합물 8 및 수지 혼합물 9(상이한 비의 PPGGE 및 BFA)를 사용하면, 균일한(+) 필름이 코팅되었고 UV 경화가 효율적이었다. 수지 혼합물 8의 경우, 작업 스탬프 습윤화가 효율적이었고 임프린팅성이 얻어졌다. 수지 혼합물 9의 경우, 임프린팅성을 달성하기 위해 레벨링제가 첨가될 수 있다.
수지 혼합물 10 내지 수지 혼합물 13(상이한 비의 EC-D4 및 BFA)의 경우, 중간 정도로 균일한(+/-) 필름이 코팅되었다. 예를 들어 아크릴올 단량체가 너무 많거나(90%), 에폭시 단량체가 너무 많은(75%) 경우, 경화가 항상 효율적인 것은 아니었다. 이러한 조합의 경우, EC-D4:BFA의 비는 약 50:50 내지 약 25:75의 범위여야 한다. 또한 수지 혼합물 10 내지 수지 혼합물 13의 경우, 효율적인 작업 스탬프 습윤화가 달성되었지만, 작업 스탬프 이형이 바람직하지 않았기 때문에 패턴이 스탬프로부터 수지 상으로 성공적으로 전사될 수 없었다. EC-D4는 매우 점성인 화합물이며, 따라서 (수지 혼합물 11 및 수지 혼합물 12에 나타나 있는 바와 같이) 그 양을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 더욱이, 작업 스탬프 이형을 개선하기 위해 레벨링제가 첨가될 수 있다.
수지 혼합물 14 내지 수지 혼합물 16(상이한 비의 EC-D4/G-D4 믹스 및 BFA)의 경우, 중간 정도로 균일한(+/-) 필름이 코팅되었다. 이들 실시예 모두에 대해 경화가 효율적이었다. 또한 수지 혼합물 14 내지 수지 혼합물 16의 경우, 효율적인 작업 스탬프 습윤화가 달성되었지만, 작업 스탬프 이형이 바람직하지 않았기 때문에 패턴이 스탬프로부터 수지 상으로 성공적으로 전사될 수 없었다. G-D4 함량이 증가함에 따라 필름 두께가 증가하였다. 더욱이, 작업 스탬프 이형을 개선하기 위해 레벨링제가 첨가될 수 있다.
수지 혼합물 17 내지 수지 혼합물 19(상이한 비의 G-D4 및 GDA)의 경우, 균일한(+) 필름이 코팅되었다. 이들 실시예 모두에 대해 경화가 효율적이었다. 또한 수지 혼합물 17 내지 수지 혼합물 19의 경우, 효율적인 작업 스탬프 습윤화가 달성되었지만, 작업 스탬프 이형이 바람직하지 않았기 때문에 패턴이 스탬프로부터 수지 상으로 성공적으로 전사될 수 없었다. 작업 스탬프 이형을 개선하기 위해 레벨링제가 첨가될 수 있다.
수지 혼합물 20(G-PDMS 및 GDA)을 사용하면, 중간 정도로 균일한(+/-) 필름이 코팅되었고 경화가 효율적이었다. 또한 수지 혼합물 20의 경우, 효율적인 작업 스탬프 습윤화가 달성되었지만, 패턴이 스탬프로부터 수지 상으로 성공적으로 전사될 수 없었다. PDMS 재료는 연질이며, 아마도 GDA 양을 증가시키면 임프린팅성이 개선될 수 있었다. 더욱이, 작업 스탬프 이형을 개선하기 위해 레벨링제가 첨가될 수 있다.
수지 혼합물 21 내지 수지 혼합물 23(상이한 비의 G-PDMS 및 PETA)의 경우, 균일한(+) 필름이 코팅되었다. 경화가 효율적이었다. 또한 수지 혼합물 21 내지 수지 혼합물 23의 경우, 효율적인 작업 스탬프 습윤화가 달성되었지만, 패턴이 스탬프로부터 수지 상으로 성공적으로 전사될 수 없었다. PDMS 재료는 연질이며, 아마도 PETA 양을 증가시키면 임프린팅성이 개선될 수 있었다. 더욱이, 작업 스탬프 이형을 개선하기 위해 레벨링제가 첨가될 수 있다.
수지 혼합물 24 내지 수지 혼합물 26(상이한 비의 PPGGE 및 GDA)의 경우, 균일한(+) 필름이 코팅되었다. UV 경화가 효율적이었다. 수지 혼합물 24 내지 수지 혼합물 26의 경우, 작업 스탬프 습윤화가 효율적이었고 Si-WS 임프린팅성이 얻어졌다. 그러나, F-WS를 사용하면 임프린트 전사를 달성할 수 없었다. 에폭시(PPGGE) 양이 증가함에 따라 경화된 수지 두께가 또한 증가하기 때문에 점도에 대한 영향이 또한 이들 실시예에서 관찰될 수 있다. 굴절률에 대한 아크릴올 단량체(GDA, RI = 1.446 및 PPGGE, RI = 1.457)의 영향이 또한 이들 수지 혼합물에서 관찰될 수 있다.
수지 혼합물 27 내지 수지 혼합물 29(상이한 비의 PPGGE 및 PETA)의 경우, 균일한(+) 필름이 코팅되었다. UV 경화가 효율적이었다. 수지 혼합물 27 내지 수지 혼합물 29의 경우, 작업 스탬프 습윤화는 효율적이었지만 작업 스탬프 이형이 바람직하지 않았기 때문에 임프린팅성은 얻어지지 않았다. 이 실시예의 혼합물의 경우, 작업 스탬프 이형을 개선하기 위해 레벨링제가 첨가될 수 있다. 아크릴로일(PETA) 양이 증가함에 따라 경화된 수지 두께가 또한 증가하기 때문에 점도에 대한 영향이 또한 이들 실시예에서 관찰될 수 있다.
이 실시예의 결과는 수지 혼합물의 하나 이상의 특성 및/또는 생성된 상호침투 네트워크의 하나 이상의 특성을 조정하기 위해 수지 혼합물에서 상이한 단량체 및 단량체의 상이한 양이 어떻게 변경될 수 있는지를 예시한다. 또한, 수지 혼합물 24 내지 수지 혼합물 26에 대한 결과는, 특정 작업 스탬프를 이용하여 임프린팅 가능한 수지 혼합물을 생성하기 위해 단량체 및 단량체의 중량비가 어떻게 선택될 수 있는지를 나타낸다.
보충 주석
하기에 더 상세히 논의되는 전술한 개념들 및 추가의 개념들의 모든 조합은 (그러한 개념들이 상호 불일치하지 않는다면) 본 명세서에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려됨이 이해되어야 한다. 특히, 본 명세서의 끝부분에 나타나는 청구된 발명 요지의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려된다. 참고로 포함된 임의의 개시내용에서 또한 나타날 수 있는 본 명세서에서 명시적으로 사용된 용어는 본 명세서에 개시된 특정 개념과 가장 일치하는 의미가 부여되어야 함이 또한 이해되어야 한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "하나의 예", "다른 예", "예" 등에 대한 언급은 그 예와 관련하여 설명된 특정 요소(예를 들어, 특징, 구조, 및/또는 특성)가 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 예에 포함되고, 다른 예에 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있음을 의미한다. 게다가, 임의의 예에 대해 설명된 요소는 그 문맥에 달리 명확히 나타나 있지 않는 한 다양한 예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음이 이해되어야 한다.
본 명세서에 제공된 범위는 언급된 범위 및 언급된 범위 내의 임의의 값 또는 하위 범위를, 그러한 값 또는 하위 범위가 명시적으로 언급된 것처럼, 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 약 225 nm 내지 약 600 nm의 범위는 약 225 nm 내지 약 600 nm의 명시적으로 언급된 한계뿐만 아니라 약 358 nm, 약 375.5 nm 등과 같은 개별 값, 및 약 355 nm 내지 약 395 nm, 약 350 nm 내지 약 575 nm등과 같은 하위 범위도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 게다가, "약" 및/또는 "실질적으로"가 값을 기술하는 데 이용되는 경우, 이는 언급된 값으로부터 약간의 변화(최대 +/-10%)를 포함하는 것으로 의도된다.
몇몇 예가 상세하게 설명되었지만, 개시된 예는 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 전술한 설명은 비제한적인 것으로 여겨져야 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용될 때, 용어 "포함한다" 및 "포함하는" 및 이들의 변형은 명시된 특징, 단계 또는 정수가 포함됨을 의미한다. 상기 용어는 다른 특징, 단계 또는 구성요소의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명은 또한 본 명세서에서 개별적으로, 또는 둘 이상의 부분, 요소, 단계, 예 및/또는 특징의 임의의 조합 및 모든 조합으로 총체적으로 지칭되거나 표시되는 상기 부분, 요소, 단계, 예 및/또는 특징으로 광범위하게 구성될 수 있다. 특히, 본 명세서에 기재된 임의의 실시 형태에서 하나 이상의 특징은 본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시 형태(들)로부터의 하나 이상의 특징과 조합될 수 있다.
본 발명과 조합하여 본 명세서에 언급된 임의의 하나 이상의 공개된 문서에 개시된 임의의 특징에 대한 보호가 추구될 수 있다.
본 발명의 특정 예시적인 실시 형태가 설명되었지만, 첨부된 청구범위의 범주는 이들 실시 형태에만 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 청구범위는 문자 그대로, 의도적으로, 및/또는 등가물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
대표적인 특징
대표적인 특징이 하기 항목에 제시되어 있으며, 이는 단독일 수 있거나, 본 명세서의 본문 및/또는 도면에 개시된 하나 이상의 특징과의 임의의 조합일 수 있다.
1. 플로우 셀로서,
기재; 및
기재 상의 경화된 패턴화된 수지를 포함하며, 경화된 패턴화된 수지는 간극 영역에 의해 분리된 나노-함몰부를 포함하고, 나노-함몰부는 각각 최대 개구 치수가 약 10 nm 내지 약 1000 nm의 범위이고, 경화된 패턴화된 수지는 에폭시계 중합체 및 (메트)아크릴로일계 중합체를 포함하는 상호침투 중합체 네트워크를 포함하는, 플로우 셀.
2.
기재 상에 위치된 격자 층; 및
격자 층 상에 위치된 평판형 도파관 층을 추가로 포함하는, 항목 1에 정의된 바와 같은 플로우 셀.
3.
상호침투 중합체 네트워크의 굴절률은 약 1.35 내지 약 1.52의 범위이고;
평판형 도파관 층의 굴절률은 약 1.6 내지 약 2.5의 범위인, 임의의 전술한 항목에 정의된 바와 같은 플로우 셀.
4.
각각의 나노-함몰부 내에 위치된 하이드로겔; 및
하이드로겔에 부착된 증폭 프라이머를 추가로 포함하는, 임의의 전술한 항목에 정의된 바와 같은 플로우 셀.
5. 경화된 패턴화된 수지의 두께는 약 225 nm 내지 약 600 nm의 범위인, 임의의 전술한 항목에 정의된 바와 같은 플로우 셀.
6. 에폭시계 중합체 대 (메트)아크릴로일계 중합체의 중량비는 25:75 내지 약 75:25의 범위인, 임의의 전술한 항목에 정의된 바와 같은 플로우 셀.
7.
수지 혼합물을 기재 상에 적용하는 단계로서, 수지 혼합물은 미리 결정된 중량비로 수지 혼합물에 존재하는 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체를 포함하며, 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체 중 제1 단량체는 양이온 중합성 단량체이고, 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체 중 제2 단량체는 자유 라디칼 중합성 단량체인, 상기 단계;
복수의 나노-특징부를 갖는 작업 스탬프로 수지 혼합물을 임프린팅하는 단계; 및
작업 스탬프가 제자리에 있는 동안에 수지 혼합물을 경화시켜, 플로우 셀 나노-함몰부가 임프린팅된 상호침투 중합체 네트워크를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
8. 양이온 중합성 단량체는 다작용성 에폭시 단량체이고 자유 라디칼 중합성 단량체는 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체인, 항목 7에 정의된 바와 같은 방법.
9. 다작용성 에폭시 단량체는
i) 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(프로필 글리시딜 에테르)사이클로테트라실록산:
Figure pct00120
;
ii) 테트라키스(에폭시사이클로헥실 에틸)테트라메틸 사이클로테트라실록산:
Figure pct00121
;
iii) 다이글리시딜 에테르 종결된 폴리(다이메틸실록산):
Figure pct00122
(여기서, 4 < n < 8임);
iv) 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00123
(여기서, 5 < n < 10임);
v) 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트:
Figure pct00124
;
vi) 브롬화된 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00125
;
vii) 글리시딜 말단-캡핑된 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린):
Figure pct00126
(여기서, 0 < n < 2임);
viii) 비스페놀 A 프로폭실레이트 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00127
;
ix) 모노페닐 작용성 트리스(에폭시 종결된 폴리다이메틸실록산):
Figure pct00128
;
x) 트라이메틸올프로판 트라이글리시딜 에테르:
Figure pct00129
;
xi) 2,2'-(2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로헥산-1,6-다이일)비스(옥시란):
Figure pct00130
;
xii) 1,3-비스(3-글리시독시프로필)테트라메틸다이실록산:
Figure pct00131
;
xiii) 1,3 비스[2(3,4 에폭시사이클로헥스-1-일)에틸]테트라-메틸다이실록산:
Figure pct00132
;
xiv) 글리시딜 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00133
; 및
xv) 에폭시사이클로헥실 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00134
;
xvi) 트리스(4-하이드록시페닐)메탄 트라이글리시딜 에테르:
Figure pct00135
;
xvii) 4,4'-메틸렌비스(N, N-다이글리시딜아닐린):
Figure pct00136
; 및
xviii) i) 내지 xvii)의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 항목 7 또는 항목 8에 정의된 바와 같은 방법.
10. 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는
i) 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트:
Figure pct00137
;
ii) 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트:
Figure pct00138
;
iii) 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트:
Figure pct00139
;
iv) 글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트:
Figure pct00140
;
v) 폴리(에틸렌 글리콜) 다이메타크릴레이트:
Figure pct00141
(여기서, 8 < n < 10임);
vi) 글리세롤 다이메타크릴레이트, 이성질체 혼합물:
Figure pct00142
Figure pct00143
;
vii) 3-(아크릴로일옥시)-2-하이드록시프로필 메타크릴레이트:
Figure pct00144
;
viii) 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트:
Figure pct00145
;
ix) 비스(2-메타크릴로일)옥시에틸 다이설파이드:
Figure pct00146
;
x) 트라이사이클로데칸 다이메탄올 다이아크릴레이트:
Figure pct00147
;
xi) 비스페놀 A 글리세롤레이트 (1 글리세롤/페놀) 다이아크릴레이트:
Figure pct00148
;
xii) 비스페놀 A 다이메타크릴레이트:
Figure pct00149
;
xiii) 메타크릴옥시프로필 종결된 폴리다이메틸실록산:
Figure pct00150
(여기서, n은 약 420 g/mol, 950 g/mol, 4,000 g/mol, 10,000 g/mol, 또는 25,000 g/mol의 분자량을 갖는 단량체를 제공하도록 선택됨);
xiv) 지르코늄 브로모노르보르난락톤 카르복실레이트 트라이아크릴레이트:
Figure pct00151
(여기서, m은 0 내지 4의 범위이고, n은 0 내지 4의 범위이고, m + n은 4임);
xv) 지르코늄 아크릴레이트:
Figure pct00152
;
xvi) 하프늄 카르복시에틸 아크릴레이트:
Figure pct00153
;
xvii) 아크릴로 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00154
;
xviii) 메타크릴 다중팔면체 실세스퀴옥산:
Figure pct00155
;
xix) 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(3-아크릴로일옥시프로필) 사이클로테트라실록산:
Figure pct00156
; 및
xx) i) 내지 xix)의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 항목 7 내지 항목 9에 정의된 바와 같은 방법.
11.
다작용성 에폭시 단량체는 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00157
이고,
다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트:
Figure pct00158
이고;
미리 결정된 중량비는 약 50:50인, 항목 7 내지 항목 10에 정의된 바와 같은 방법.
12.
다작용성 에폭시 단량체는 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
Figure pct00159
이고,
다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는 글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트:
Figure pct00160
이고;
미리 결정된 중량비는 약 25:75 내지 약 75:25의 범위인, 항목 7 내지 항목 11 중 임의의 항목에 정의된 바와 같은 방법.
13.
양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체를 혼합하여 수지 혼합물을 형성하는 단계로서, 수지 혼합물은 플로우 셀에 포함될 상호침투 중합체 네트워크에 대한 전구체인, 상기 단계;
적어도 수지 혼합물 또는 상호침투 중합체 네트워크에 부여될 특성을 사용하여 양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비를 조정하는 단계로서, 특성은 상호침투 중합체 네트워크의 굴절률, 상호침투 중합체 네트워크의 흡수성, 상호침투 중합체 네트워크의 경도, 상호침투 중합체 네트워크의 두께, 상호침투 중합체 네트워크의 친수성/소수성 균형, 수지 혼합물의 점도, 수지 혼합물과 작업 스탬프의 표면 화학 상용성, 상호침투 중합체 네트워크의 표면 화학 상용성, 상호침투 중합체 네트워크의 수축, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 단계; 및
상호침투 중합체 네트워크를 형성하도록 수지 혼합물을 패턴화하는 단계를 포함하는, 방법.
14. 양이온 중합성 단량체는 에폭시 실록산 단량체이고 자유 라디칼 중합성 단량체는 (메트)아크릴로일 단량체인, 항목 13에 정의된 바와 같은 방법.
15.
요구되는 특성은 수지 혼합물과 작업 스탬프의 표면 화학 상용성이고;
방법은 작업 스탬프의 재료를 선택하는 단계를 추가로 포함하고;
양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비는 약 25:75 내지 약 75:25의 범위 내로 조정되는, 항목 13 또는 항목 14에 정의된 바와 같은 방법.
16. 패턴화하는 단계는 나노임프린트 리소그래피를 수반하는, 항목 13 내지 항목 15 중 임의의 항목에 정의된 바와 같은 방법.

Claims (16)

  1. 플로우 셀(flow cell)로서,
    기재(substrate); 및
    상기 기재 상의 경화된 패턴화된 수지를 포함하며, 상기 경화된 패턴화된 수지는 간극 영역에 의해 분리된 나노-함몰부(nano-depression)를 포함하고, 상기 나노-함몰부는 각각 최대 개구 치수가 약 10 nm 내지 약 1000 nm의 범위이고, 상기 경화된 패턴화된 수지는 에폭시계 중합체 및 (메트)아크릴로일계 중합체를 포함하는 상호침투 중합체 네트워크를 포함하는, 플로우 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재 상에 위치된 격자 층; 및
    상기 격자 층 상에 위치된 평판형 도파관(planar waveguide) 층을 추가로 포함하는, 플로우 셀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상호침투 중합체 네트워크의 굴절률은 약 1.35 내지 약 1.52의 범위이고;
    상기 평판형 도파관 층의 굴절률은 약 1.6 내지 약 2.5의 범위인, 플로우 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 나노-함몰부 내에 위치된 하이드로겔; 및
    상기 하이드로겔에 부착된 증폭 프라이머를 추가로 포함하는, 플로우 셀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경화된 패턴화된 수지의 두께는 약 225 nm 내지 약 600 nm의 범위인, 플로우 셀.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에폭시계 중합체 대 상기 (메트)아크릴로일계 중합체의 중량비는 25:75 내지 약 75:25의 범위인, 플로우 셀.
  7. 수지 혼합물을 기재 상에 적용하는 단계로서, 상기 수지 혼합물은 미리 결정된 중량비로 상기 수지 혼합물에 존재하는 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체를 포함하며, 상기 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체 중 제1 단량체는 양이온 중합성 단량체이고, 상기 2종의 독립적으로 가교결합 가능한 단량체 중 제2 단량체는 자유 라디칼 중합성 단량체인, 상기 단계;
    복수의 나노-특징부를 갖는 작업 스탬프로 상기 수지 혼합물을 임프린팅하는 단계; 및
    상기 작업 스탬프가 제자리에 있는 동안에 상기 수지 혼합물을 경화시켜, 플로우 셀 나노-함몰부가 임프린팅된 상호침투 중합체 네트워크를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 양이온 중합성 단량체는 다작용성 에폭시 단량체이고 상기 자유 라디칼 중합성 단량체는 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체인, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 다작용성 에폭시 단량체는
    i) 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(프로필 글리시딜 에테르)사이클로테트라실록산:
    Figure pct00161
    ;
    ii) 테트라키스(에폭시사이클로헥실 에틸)테트라메틸 사이클로테트라실록산:
    Figure pct00162
    ;
    iii) 다이글리시딜 에테르 종결된 폴리(다이메틸실록산):
    Figure pct00163

    (여기서, 4 < n < 8임);
    iv) 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
    Figure pct00164

    (여기서, 5 < n < 10임);
    v) 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트:
    Figure pct00165
    ;
    vi) 브롬화된 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르:
    Figure pct00166
    ;
    vii) 글리시딜 말단-캡핑된 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린):
    Figure pct00167

    (여기서, 0 < n < 2임);
    viii) 비스페놀 A 프로폭실레이트 다이글리시딜 에테르:
    Figure pct00168
    ;
    ix) 모노페닐 작용성 트리스(에폭시 종결된 폴리다이메틸실록산):
    Figure pct00169
    ;
    x) 트라이메틸올프로판 트라이글리시딜 에테르:
    Figure pct00170
    ;
    xi) 2,2'-(2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로헥산-1,6-다이일)비스(옥시란):
    Figure pct00171
    ;
    xii) 1,3-비스(3-글리시독시프로필)테트라메틸다이실록산:
    Figure pct00172
    ;
    xiii) 1,3 비스[2(3,4 에폭시사이클로헥스-1-일)에틸]테트라-메틸다이실록산:
    Figure pct00173
    ;
    xiv) 글리시딜 다중팔면체(polyoctahedral) 실세스퀴옥산:
    Figure pct00174
    ; 및
    xv) 에폭시사이클로헥실 다중팔면체 실세스퀴옥산:
    Figure pct00175
    ;
    xvi) 트리스(4-하이드록시페닐)메탄 트라이글리시딜 에테르:
    Figure pct00176
    ;
    xvii) 4,4'-메틸렌비스(N, N-다이글리시딜아닐린):
    Figure pct00177
    ; 및
    xviii) i) 내지 xvii)의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는
    i) 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트:
    Figure pct00178
    ;
    ii) 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트:
    Figure pct00179
    ;
    iii) 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트:
    Figure pct00180
    ;
    iv) 글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트:
    Figure pct00181
    ;
    v) 폴리(에틸렌 글리콜) 다이메타크릴레이트:
    Figure pct00182

    (여기서, 8 < n < 10임);
    vi) 글리세롤 다이메타크릴레이트, 이성질체 혼합물:
    Figure pct00183
    Figure pct00184
    ;
    vii) 3-(아크릴로일옥시)-2-하이드록시프로필 메타크릴레이트:
    Figure pct00185
    ;
    viii) 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트:
    Figure pct00186
    ;
    ix) 비스(2-메타크릴로일)옥시에틸 다이설파이드:
    Figure pct00187
    ;
    x) 트라이사이클로데칸 다이메탄올 다이아크릴레이트:
    Figure pct00188
    ;
    xi) 비스페놀 A 글리세롤레이트 (1 글리세롤/페놀) 다이아크릴레이트:
    Figure pct00189
    ;
    xii) 비스페놀 A 다이메타크릴레이트:
    Figure pct00190
    ;
    xiii) 메타크릴옥시프로필 종결된 폴리다이메틸실록산:
    Figure pct00191

    (여기서, n은 약 420 g/mol, 950 g/mol, 4,000 g/mol, 10,000 g/mol, 또는 25,000 g/mol의 분자량을 갖는 단량체를 제공하도록 선택됨);
    xiv) 지르코늄 브로모노르보르난락톤 카르복실레이트 트라이아크릴레이트:
    Figure pct00192

    (여기서, m은 0 내지 4의 범위이고, n은 0 내지 4의 범위이고, m + n은 4임);
    xv) 지르코늄 아크릴레이트:
    Figure pct00193
    ;
    xvi) 하프늄 카르복시에틸 아크릴레이트:
    Figure pct00194
    ;
    xvii) 아크릴로 다중팔면체 실세스퀴옥산:
    Figure pct00195
    ;
    xviii) 메타크릴 다중팔면체 실세스퀴옥산:
    Figure pct00196
    ;
    xix) 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라키스(3-아크릴로일옥시프로필) 사이클로테트라실록산:
    Figure pct00197
    ; 및
    xx) i) 내지 xix)의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 다작용성 에폭시 단량체는 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
    Figure pct00198
    이고,
    상기 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트:
    Figure pct00199
    이고;
    상기 미리 결정된 중량비는 약 50:50인, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 다작용성 에폭시 단량체는 폴리(프로필렌 글리콜) 다이글리시딜 에테르:
    Figure pct00200
    이고,
    상기 다작용성 (메트)아크릴로일 단량체는 글리세롤 1,3-다이글리세롤레이트 다이아크릴레이트:
    Figure pct00201
    이고;
    상기 미리 결정된 중량비는 약 25:75 내지 약 75:25의 범위인, 방법.
  13. 양이온 중합성 단량체와 자유 라디칼 중합성 단량체를 혼합하여 수지 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 수지 혼합물은 플로우 셀에 포함될 상호침투 중합체 네트워크에 대한 전구체인, 상기 단계;
    적어도 상기 수지 혼합물 또는 상기 상호침투 중합체 네트워크에 부여될 특성을 사용하여 상기 양이온 중합성 단량체와 상기 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비를 조정하는 단계로서, 상기 특성은 상기 상호침투 중합체 네트워크의 굴절률, 상기 상호침투 중합체 네트워크의 흡수성, 상기 상호침투 중합체 네트워크의 경도, 상기 상호침투 중합체 네트워크의 두께, 상기 상호침투 중합체 네트워크의 친수성/소수성 균형, 상기 수지 혼합물의 점도, 상기 수지 혼합물과 작업 스탬프의 표면 화학 상용성(surface chemistry compatibility), 상기 상호침투 중합체 네트워크의 표면 화학 상용성, 상기 상호침투 중합체 네트워크의 수축, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 단계; 및
    상기 상호침투 중합체 네트워크를 형성하도록 상기 수지 혼합물을 패턴화하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 양이온 중합성 단량체는 에폭시 실록산 단량체이고 상기 자유 라디칼 중합성 단량체는 (메트)아크릴로일 단량체인, 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    요구되는 특성은 상기 수지 혼합물과 상기 작업 스탬프의 표면 화학 상용성이고;
    상기 방법은 상기 작업 스탬프의 재료를 선택하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 양이온 중합성 단량체와 상기 자유 라디칼 중합성 단량체의 중량비는 약 25:75 내지 약 75:25의 범위 내로 조정되는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 패턴화하는 단계는 나노임프린트 리소그래피를 수반하는, 방법.
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