KR20230128281A - 기재에 결합된 작용기를 포함하는 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

기재에 결합된 작용기를 포함하는 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20230128281A
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랜들 스미스
웨인 죠지
앤드류 브라운
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일루미나, 인코포레이티드
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Abstract

한 예에서, 불포화 사이클릭 디온이 기재에 결합되고, 제1 작용기를 포함하는 인돌 또는 인다졸과 반응하여, 제1 작용기를 기재에 결합시키는 제1 부가물을 형성한다. 또 다른 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 기재에 결합되고 작용기를 포함하는 디엔과 반응하여 작용기를 기재에 결합시키는 부가물을 형성한다. 또 다른 예에서, 인돌 또는 인다졸은 기재에 결합되고, 올리고뉴클레오티드를 포함하는 불포화 사이클릭 디온과 반응하여 올리고뉴클레오티드를 기재에 결합시키는 부가물을 형성한다. 또 다른 예에서, 디엔은 기재에 결합되고, 올리고뉴클레오티드를 포함하는 불포화 사이클릭 디온과 반응하여 올리고뉴클레오티드를 기재에 결합시키는 부가물을 형성한다.

Description

기재에 결합된 작용기를 포함하는 조성물 및 이의 제조 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2021년 1월 5일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Compositions Including Functional Groups Coupled to Substrates, and Methods of Making the Same"인 미국 임시 특허 출원 제63/133,955호의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 출원은 기재에 작용기를 결합시키는 것에 관한 것이다.
중합체-코팅된 기재는 다수의 기술적 응용에 사용된다. 예를 들어, 이식가능한 의료 장치는 생물학적으로 불활성인 중합체로 코팅될 수 있다. 또 다른 예에서, 중합체-코팅된 기재는 생물학적 분자의 제조 및/또는 분석에 사용된다. 특정 핵산 시퀀싱 방법과 같은 분자 분석은 핵산 가닥을 기재의 중합체-코팅된 표면에 부착하는 것에 의존한다. 부착된 핵산 가닥의 서열은 당업계에 공지된 다수의 상이한 방법에 의해 결정될 수 있다.
합성에 의한 시퀀싱(SBS)과 같은 특정 시퀀싱 프로세스에서, 유동 셀과 같은 기재의 표면은 올리고뉴클레오티드 프라이머(예를 들어, 단일 가닥 DNA 또는 ssDNA)가 그래프트되는 중합체로 코팅된다.
중합체 표면(및 그 제조)은 일반적으로 다양한 화학적 조건, 온도, 광학 검출 방법, 포획 모이어티 밀도 및 기타 매개변수를 포함하여 광범위한 시퀀싱 및 검출 프로세스와 호환되며 일반적으로 다양한 보관 및 배송 조건에서 안정적이다. 이러한 분자 생물학 접근법에 사용되는 특정 중합체 재료는 그래프트될 기재 및/또는 올리고뉴클레오티드의 표면에 있는 알켄 또는 알킨 기와 구리 매개 사이클로첨가 반응에서 반응하는 펜던트 아지도 기를 사용한다. 그러나, 잔류 구리는 생물학적으로 관련된 환경에서 세포 독성 효과를 나타낼 수 있다. DNA 시퀀싱 적용과 관련하여 경우에 따라 구리는 DNA를 손상시켜 시퀀싱 수율과 데이터 품질을 저하시킬 수 있다. 또한, 종종 구리 촉매 반응은 구리를 다량으로 사용하기 때문에 비용이 많이 들고 기재 표면에 적절한 중합체 부착 및 국부화를 보장하기에 충분히 효율적이거나 빠르게 실행되지 않을 수 있다. 따라서, 증가된 반응 효율과 같은 개선된 특성을 갖고 잔류 구리를 감소시키는 표면 중합체 코팅이 필요하다.
본원에 제공된 예는 기재에 결합된 작용기를 포함하는 조성물 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 조성물을 사용하는 방법도 개시되어 있다.
본원의 일부 예는 기재에 작용기를 결합하는 방법을 제공한다. 방법은 기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온을 제공하는 단계, 및 불포화 사이클릭 디온을 제1 작용기를 포함하는 인돌 또는 인다졸과 반응시켜, 기재에 제1 작용기를 결합시키는 제1 부가물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기이다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임. 일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 트리아졸린디온이다:
.
일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 말레이미드이다:
.
일부 예에서, 5. 제2항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 4-사이클로펜텐-1,3-디온인, 방법:
.
일부 예에서 인돌 또는 인다졸은 하기이다:
상기 식에서 F1은 제1 작용기를 포함하고; R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기이고; Z는 CH 또는 N임. 일부 예에서, 인돌은 하기의 1H-인돌이다:
.
일부 예에서, 인돌은 하기의 1H-인다졸이다:
.
일부 예에서, 제1 부가물은 하기이다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임. 일부 예에서, 제1 부가물은 하기이다:
.
일부 예에서, 방법은 제1 부가물을 가열하여 기재에 결합된 사이클릭 불포화 디온을 재생하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 예에서, 방법은 제1 부가물을 제2 작용기를 포함하는 디엔과 반응시켜 제2 작용기를 기재에 결합시키는 제2 부가물을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 예에서, 디엔은 1,3-디엔을 포함한다. 일부 예에서, 1,3-디엔은 하기이다:
상기 식에서 F2는 제2 작용기를 포함함. 일부 예에서, 제2 부가물은 하기이다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함함.
일부 예에서, 제2 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 예에서, 제2 작용기는 올리고뉴클레오티드이다.
일부 예에서, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 예에서, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드이다.
일부 예에서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함한다. 일부 예에서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화된다.
일부 예에서, 기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온을 제공하는 것은 기재에 결합된 4-치환된 우라졸을 제공하는 것, 및 4-치환된 우라졸을 산화하여 트리아졸린디온을 형성하는 것을 포함한다.
본원의 일부 예는 기재, 및 하기의, 기재에 결합된 부가물을 포함하는 조성물을 제공한다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고; F1은 제1 작용기를 포함하고; 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고; R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기이고; Z는 CH 또는 N임.
일부 예에서, 부가물은 하기이다:
.
일부 예에서, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 예에서, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드이다.
일부 예에서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함한다. 일부 예에서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화된다.
본원의 일부 예는 기재에 작용기를 결합하는 방법을 제공한다. 방법은 기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온을 제공하는 단계, 및 불포화 사이클릭 디온을 작용기를 포함하는 디엔과 반응시켜 기재에 작용기를 결합시키는 부가물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기이다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커이고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임. 일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 트리아졸린디온이다:
. 일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 말레이미드이다:
. 일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 4-사이클로펜텐-1,3-디온이다:
.
일부 예에서, 디엔은 1,3-디엔을 포함한다. 일부 예에서, 1,3-디엔은 하기이다:
상기 식에서 F2는 작용기를 포함함. 일부 예에서, 부가물은 하기이다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함함.
일부 예에서, 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 예에서, 작용기는 올리고뉴클레오티드이다.
일부 예에서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함한다. 일부 예에서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화된다.
일부 예에서, 기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온을 제공하는 것은 기재에 결합된 4-치환된 우라졸을 제공하는 것, 및 4-치환된 우라졸을 산화하여 트리아졸린디온을 형성하는 것을 포함한다.
본원의 일부 예는 기재, 및 하기의, 기재에 결합된 부가물을 포함하는 조성물을 제공한다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, F2는 작용기를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
일부 예에서, 부가물은 하기이다:
.
일부 예에서, 부가물은 하기이다:
.
일부 예에서, 부가물은 하기이다:
.
일부 예에서, 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 예에서, 작용기는 올리고뉴클레오티드이다.
일부 예에서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함한다. 일부 예에서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화된다.
본원의 일부 예는 기재에 작용기를 결합하는 방법을 제공한다. 방법은 기재에 결합된 인돌 또는 인다졸을 제공하는 단계, 및 인돌 또는 인다졸을 올리고뉴클레오티드를 포함하는 제1 불포화 사이클릭 디온과 반응시켜, 기재에 올리고뉴클레오티드를 결합시키는 제1 부가물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 제1 불포화 사이클릭 디온은 하기이다:
,
상기 식에서 F3은 올리고뉴클레오티드를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임. 일부 예에서, 제1 불포화 사이클릭 디온은 트리아졸린디온이다:
.
일부 예에서 인돌 또는 인다졸은 하기이다:
,
상기 식에서 Z는 CH 또는 N이고, L은 기재에 대한 링커를 포함하고, R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기임. 일부 예에서, 인돌은 하기의 1H-인돌이다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커임. 일부 예에서, 제1 부가물은 하기이다:
상기 식에서 F3은 올리고뉴클레오티드를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
일부 예에서, 방법은 제1 부가물을 가열하여 기재에 결합된 인돌 또는 인다졸을 재생하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 예에서, 방법은 기재에 결합된 인돌 또는 인다졸을 재생한 후, 인돌 또는 인다졸을 제2 불포화 사이클릭 디온과 반응시켜 제2 부가물을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 예에서, 제2 불포화 사이클릭 디온은 작용기를 포함한다. 일부 예에서, 작용기는 제2 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 예에서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함한다. 일부 예에서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화된다.
일부 예에서, 방법은 올리고뉴클레오티드를 포함하는 4-치환된 우라졸을 제공하는 단계, 및 4-치환된 우라졸을 산화하여 올리고뉴클레오티드를 포함하는 불포화 사이클릭 디온 트리아졸린디온을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
본원의 일부 예는 기재, 및 하기의, 기재에 결합된 부가물을 포함하는 조성물을 제공한다:
,
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, F3은 올리고뉴클레오티드를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고, Z는 CH 또는 N임.
일부 예에서, 부가물은 하기이다:
.
일부 예에서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함한다. 일부 예에서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화된다.
본원의 일부 예는 기재에 작용기를 결합하는 방법을 제공한다. 방법은 기재에 결합된 디엔을 제공하는 단계, 및 디엔을 올리고뉴클레오티드를 포함하는 불포화 사이클릭 디온과 반응시켜, 기재에 올리고뉴클레오티드를 결합시키는 제1 부가물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기이다:
,
상기 식에서 F3은 올리고뉴클레오티드를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 트리아졸린디온이다:
.
일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 말레이미드이다:
.
일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 4-사이클로펜텐-1,3-디온이다:
.
일부 예에서, 디엔은 1,3-디엔을 포함한다. 일부 예에서, 1,3-디엔은 하기이다:
,
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함함. 일부 예에서, 부가물은 하기이다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고, F3은 올리고뉴클레오티드를 포함함.
일부 예에서, 부가물은 하기이다:
.
일부 예에서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함한다. 일부 예에서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화된다.
일부 예에서, 방법은 올리고뉴클레오티드를 포함하는 4-치환된 우라졸을 제공하는 단계, 및 4-치환된 우라졸을 산화하여 올리고뉴클레오티드를 포함하는 불포화 사이클릭 디온 트리아졸린디온을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
본원의 일부 예는 기재, 및 하기의, 기재에 결합된 부가물을 포함하는 조성물을 제공한다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고, F3은 올리고뉴클레오티드임.
일부 예에서, 부가물은 하기이다:
.
일부 예에서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함한다. 일부 예에서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화된다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 본 개시의 양태 각각의 임의의 각각의 특징부/예는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 결과를 달성하기 위해 임의의 적절한 조합으로 함께 구현될 수 있고, 이러한 양태들 중 임의의 하나 이상으로부터의 임의의 특징부/예는 여기에서 설명된 바와 같은 이점을 달성하기 위해 임의의 조합으로 본 명세서에서 설명된 바와 같은 다른 양태(들)의 임의의 특징부와 함께 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 작용기를 기재에 결합시키는 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 작용기를 기재에 결합시키는 또 다른 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 작용기를 기재에 결합시키는 또 다른 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 작용기를 기재에 결합시키는 또 다른 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다.
도 5는 작용기를 기재에 결합시키는 또 다른 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다.
본원에 제공된 예는 기재에 결합된 작용기를 포함하는 조성물 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 조성물을 사용하는 방법도 개시되어 있다.
예를 들어, 올리고뉴클레오티드 프라이머를 기재에 결합하는 이전에 알려진 일부 방법은 기재를 제조하기 위해 시아누르산 클로라이드, 하이드라진 또는 디에틸 에테르와 같은 비교적 강인한 시약을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 추가로, 일부 이전에 알려진 커플링 화학은 하이드라진-작용화된 유리 기재와 5'-알데하이드 변형을 갖는 올리고뉴클레오티드 사이의 하이드라존 형성 반응을 이용할 수 있다. 이와 같이, 화학은 약 5의 비교적 낮은 pH에서 수행될 수 있으며, 이는 올리고뉴클레오티드 안정성에 문제가 될 수 있고 양전하를 띤 올리고뉴클레오티드와 유리 기재 사이에 비특이적 결합이 발생할 가능성을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 하이드라존 결합은 가역적으로 형성될 수 있고, 따라서 올리고뉴클레오티드가 유리 기재로부터 점차적으로 분리될 가능성을 증가시킬 수 있다. 이전에 알려진 일부 다른 방법에서, 올리고뉴클레오티드 프라이머는 Cu(I)와 같은 비교적 가혹한 "클릭 화학" 시약 및 약 7 내지 11의 비교적 높은 pH를 사용하여 PAZAM과 같은 중합체 기재에 결합되며, 이는 또한 올리고뉴클레오티드 안정성에 문제가 될 수 있다.
이에 비해, 본원에서는 하나 이상의 대안적인 "클릭 화학" 반응을 통해 대략 중성 또는 약염기성 pH 조건 하에서 올리고뉴클레오티드와 같으나 이에 제한되지 않는 하나 이상의 작용기를 수용할 수 있는 작용화된 표면을 제조하는 방법을 제공한다. 용어 "클릭 화학"은 하나 이상의 기준을 충족하는 반응을 지칭하며, 예를 들어, 비교적 높은 수율을 가질 수 있고, 비교적 범위가 넓을 수 있고, 비교적 쉽게 제거할 수 있는 부산물을 생성할 수 있고, 비교적 수행하기가 간단할 수 있고, 비교적 쉽게 제거할 수 있는 용매 및 시약을 사용하여 수행될 수 있고/있거나 비교적 순한 용매 및 시약을 사용하여 수행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, "클릭 화학" 반응은 열역학적으로 선호될 수 있으며 특정 생성물로 이어질 수 있다.
일부 예에서, 작용기는 불포화 사이클릭 디온과 디엔, 인다졸 또는 인돌 사이의 반응을 사용하여 기재에 결합될 수 있다. 본원에 제공된 일부 특정 예에서, 본 발명의 예에서 사용된 불포화 사이클릭 디온은 2개의 카보닐 작용기에 연결된 아조 모이어티를 포함하는 헤테로사이클릭 화합물일 수 있으며, 예를 들어 다음과 같은 구조를 가질 수 있다:
이는 트리아졸린 디온(TAD)으로 지칭될 수 있으며, 상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, 기재에 작용기를 결합시키기 위해 디엔 또는 인돌을 사용하여 작용기가 결합될 수 있다. TAD 분자의 구조는 전자 컨쥬게이션을 통해 아조 작용기를 안정화시킬 수 있다. 그러나, 전자를 끄는 카보닐과 전자 시스템의 대칭성으로 인해 카벤 또는 일중항 산소와 유사한 궤도 제어 친전자성 반응성이 나타날 수 있다. 이와 같이, TAD 분자는 초고속 Diels-Alder 및 엔-유형 반응에 쉽게 참여할 수 있으며 촉매의 필요성 내에서 비교적 낮은 온도(예를 들어, 실온 이하, 예를 들어, 약 20℃ 이하)에서 등몰 조건 하에서 비교적 높은 수율을 갖는 선택적이고 예측 가능한 공유 결합 반응을 제공한다. TAD 분자는 전자가 풍부한 π 시스템에 대해 비교적 높은 운동 선호도를 보여 인돌 및 대안적으로 치환된 디엔에 대해 비교적 우수한 선택성을 허용한다. 추가적으로, TAD와 인돌 또는 디엔 사이의 반응 부가물은 본원에서 제공되는 것과 같으나 이에 제한되지 않는 다수의 적용과 양립할 수 있는 강력한 헤테로사이클릭 스캐폴드이다. 추가 특징으로 TAD 분자는 시각적으로 다채로운 반면 인돌 또는 디엔과의 반응 부가물은 무색일 수 있으므로 분석적으로 접근 가능한 반응 효율 평가 방법을 제공한다. 본 발명의 조성물 및 방법에 사용될 수 있는 불포화 사이클릭 디온의 다른 비제한적 예는 본원의 다른 곳에서 제공된다.
일부 예에서, 표면 결합 TAD 또는 다른 불포화 사이클릭 디온은 다음과 같은 구조를 갖는 인돌과 반응한다:
이는 1H-인돌로 지칭될 수 있으며, 상기 식에서 F1은 작용기를 포함함. 비제한적 예에서, 이러한 인돌은 예를 들어 부가물을 형성하기 위해 "가역적 클릭" 반응에서 TAD와 같은 불포화 사이클릭 디온과 가역적으로 반응할 수 있다:
이는 TAD 및 1H-인돌의 마이클-첨가 부가물로 지칭될 수 있고, 이를 통해 작용기 F1이 기재에 결합된다. 다른 불포화 사이클릭 디온과 반응할 수 있는 인돌 및 인다졸의 다른 비제한적 예가 본원의 다른 곳에서 제공된다.
일부 예에서, 표면 결합 TAD는 다음과 같은 구조를 갖는 1,3-디엔과 반응한다:
이는 트랜스,트랜스-1,3-헥사디엔으로 지칭될 수 있으며, 상기 식에서 F2는 작용기를 포함함. 일부 예에서, 이러한 디엔은 예를 들어 부가물을 형성하기 위해 "초고속 클릭" 반응에서 TAD와 같은 불포화 사이클릭 디온과 실질적으로 비가역적으로 반응할 수 있다:
이는 Diels-Alder 사이클로첨가 생성물로 지칭될 수 있으며, 이를 통해 작용기 F2가 기재에 결합된다. 대안적으로, 디엔은 TAD 또는 다른 불포화 사이클릭 디온과 인돌 또는 인다졸 사이의 "가역적 클릭" 반응의 부가물과 함께 "트랜스클릭" 반응에서 실질적으로 비가역적으로 반응하여, 예를 들어 부가물을 형성할 수 있다:
이를 통해 작용기 F2가 기재에 결합되고, 반응에서 인돌이 치환되어 작용기 F1이 기재로부터 해리된다.
본원에 기재된 바와 같은 반응은 임의의 적합한 수 및 유형의 작용기를 서로 상이한 시간에 기재에 결합시키는 데 사용될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, "가역적 클릭" 반응은 불포화 사이클릭 디온(예를 들어, TAD) 및 인돌 또는 인다졸을 통해 기재에 제1 작용기(F1)를 결합시키는 데 사용될 수 있고 "트랜스클릭" 반응은 후속적으로 제1 작용기가 인돌 또는 인다졸을 통해 기재로부터 해리되도록 하고 제2 작용기(F2)를 디엔을 통해 표면에 결합시키는 데 사용될 수 있다. 또는 예를 들어 "가역적 클릭" 반응이 가역적이기 때문에 표면에 결합된 불포화 사이클릭 디온(예를 들어, TAD)은 "가역적 클릭" 반응의 부가물을 적절한 온도로 가열하여 인돌 또는 인다졸의 해리를 야기함으로써 재생될 수 있다. 이와 같이, 표면에 결합된 불포화 사이클릭 디온(예를 들어, TAD)은 기재에 또 다른 작용기를 결합시키기 위해 또 다른 "가역적 클릭" 반응(그 자체가 가역적일 수 있음)에서 또 다른 인돌 또는 인다졸과 또는 기재에 또 다른 작용기를 결합시키기 위해 "초고속 클릭" 반응에서 디엔과 반응하는 데 이용될 수 있다.
비록 일부 예가 링커를 통해 기재에 결합되는 TAD 또는 다른 불포화 사이클릭 디온의 사용을 포함할 수 있지만, 다른 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 작용화될 수 있고 유사한 "가역적 클릭", "초고속 클릭" 또는 "트랜스클릭" 반응을 통해 기재에 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 예시적으로, TAD는 다음과 같은 구조를 갖는다:
상기 식에서 F3은 작용기를 포함하고, 기재에 결합된 디엔, 인돌 또는 인다졸을 통해 기재에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 용액 기반 TAD가 반응하는 인돌은 하기 구조를 가질 수 있다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함함. 인돌은 가역적 "가역적 클릭" 반응에서 TAD와 반응하여 부가물을 형성할 수 있다:
이는 TAD 및 1H-인돌의 또 다른 마이클-첨가 부가물이며, 이를 통해 작용기 F3이 기재에 결합될 수 있다.
일부 예에서, 용액 기반 TAD가 반응하는 디엔은 하기 구조를 가질 수 있는 1,3-디엔일 수 있다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함함. 디엔은 예를 들어 부가물을 형성하기 위해 실질적으로 비가역적인 "초고속 클릭" 반응에서 TAD 또는 다른 불포화 사이클릭 디온과 반응할 수 있다:
이는 또 다른 Diels-Alder 사이클로첨가 생성물이며, 이를 통해 작용기 F3이 기재에 결합됨.
위에서 설명한 것과 마찬가지로 "가역적 클릭" 반응은 가역적이기 때문에, 표면 결합된 인돌 또는 인다졸은 "가역적 클릭" 반응의 부가물을 적절한 온도로 가열하여 TAD 또는 작용기가 부착된 다른 불포화 사이클릭 디온의 해리를 야기함으로써 재생될 수 있다. 이와 같이, 인돌 또는 인다졸은 또 다른 "가역적 클릭" 반응(그 자체가 가역적일 수 있음)에서 또 다른 불포화 사이클릭 디온(예를 들어, TAD)과 반응하여 또 다른 작용기를 기재에 결합시키는 데 이용될 수 있다.
먼저, 본 명세서에서 사용되는 일부 용어들이 간략하게 설명될 것이다. 이어서, 기재에 결합된 작용기를 포함하는 일부 예시적인 조성물, 및 이를 제조 및 사용하는 예시적인 방법이 설명될 것이다.
용어
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 당업자가 통상적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. 용어 "포함하는"뿐만 아니라 "포함하다", "포함한다", 및 "포함된"과 같은 다른 형태의 사용은 제한적이지 않다. 용어 "갖는"뿐만 아니라 "갖다", "갖는다", 및 "가진"과 같은 다른 형태의 사용은 제한적이지 않다. 본 명세서에 사용된 바, 접속구에서든 또는 청구범위의 본문에서든, "포함한다" 및 "포함하는"의 용어는, 제약을 두지 않는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 즉, 상기 용어는 어구 "적어도 갖는" 또는 "적어도 포함하는"과 동의어로 해석되어야 한다. 예를 들어, 공정과 관련하여 사용되는 경우, 용어 "포함하는"은 공정이 적어도 언급된 단계들을 포함하지만, 추가의 단계들을 포함할 수 있음을 의미한다. 화합물, 조성물 또는 장치의 맥락에서 사용될 때, "포함하는"이라는 용어는, 해당 화합물, 조성물 또는 장치가 적어도 언급된 특징 또는 구성요소를 포함하지만, 추가의 특징 또는 구성요소를 포함할 수도 있음을 의미한다.
본원 전반에 걸쳐 사용된 용어 "실질적으로", "대략", 및 "약"은, 예를 들어 처리에 있어서의 변동으로 인한 작은 변동을 기술하고 설명하는 데 사용된다. 예를 들어, 이들은 ±5% 이하, 예를 들어 ±2% 이하, 예를 들어 ±1% 이하, 예를 들어 ±0.5% 이하, 예를 들어 ±0.2% 이하, 예를 들어 ±0.1% 이하, 예를 들어 ±0.05% 이하를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 용어 "어레이"는 상이한 분자가 상대적 위치에 따라 서로 구별될 수 있도록 하나 이상의 기재에 부착된 상이한 분자의 집단을 지칭한다. 어레이는 기재 상의 상이한 어드레스가능한 위치에 각각 위치한 상이한 분자를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 어레이는 각각 상이한 분자 또는 분자들을 갖는 별개의 기재를 포함할 수 있으며, 여기서 상이한 분자는 기재가 부착된 표면 상의 기재의 위치에 따라 또는 액체 중에서의 기재의 위치에 따라 식별될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 용어 "공유 부착된(covalently attached)" 또는 "공유 결합된(covalently bonded)"은 원자들 사이에 전자쌍을 공유하는 것을 특징으로 하는 화학 결합의 형성을 지칭한다. 예를 들어, 공유적으로 부착된 분자는 다른 수단, 예를 들어 정전기적 상호작용과 같은 비공유 결합을 통한 표면에 대한 부착과 비교하여, 기재와 화학적 결합을 형성하는 분자를 지칭한다.
본원에서 사용되는 "a" 및 "b"가 정수인 "Ca 내지 Cb" 또는 "Ca-b"는 특정 그룹 내의 탄소 원자의 수를 지칭한다. 즉, 기는 "a" 내지 "b"개의 탄소 원자를 함유할 수 있다(경계 포함). 따라서, 예를 들어, "C1 내지 C4 알킬" 또는 "C1-4 알킬" 또는 "C1-4알킬" 기는 1개 내지 4개의 탄소를 갖는 모든 알킬 기, 즉 CH3-, CH3CH2-, CH3CH2CH2-, (CH3)2CH-, CH3CH2CH2CH2-, CH3CH2CH(CH3)- 및 (CH3)3C-를 의미한다.
본원에서 사용되는 용어 "할로겐" 또는 "할로"는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드를 의미하며, 불소 및 염소가 그 예이다.
본원에 사용되는 "알킬"은 완전 포화된(즉, 이중 또는 삼중 결합을 함유하지 않는) 직쇄 또는 분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다. 알킬 기는 1개 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다(본원에서 나타날 때마다 "1개 내지 20"과 같은 숫자 범위는 주어진 범위의 각 정수를 의미하고; 예를 들어, "1개 내지 20개의 탄소 원자"는 알킬 기가 1개의 탄소 원자, 2개의 탄소 원자, 3개의 탄소 원자 등, 최대 20개의 탄소 원자로 이루어질 수 있음을 의미하며, 비록 본 정의는 숫자 범위가 지정되지 않은 용어 "알킬"의 발생도 포함한다). 알킬 기는 또한 1개 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 중간 크기 알킬일 수 있다. 알킬 기는 또한 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬일 수 있다. 알킬 기는 "C1-4알킬" 또는 유사한 명칭으로 지정될 수 있다. 단지 예로서, "C1-4 알킬" 또는 "C1-4 알킬"은 알킬 사슬 내에 1개 내지 4개의 탄소 원자가 있음을 나타내며, 즉, 알킬 사슬은 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸, 및 t-부틸로 이루어진 군으로부터 선택된다. 전형적인 알킬 기는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 삼차 부틸, 펜틸, 헥실 등을 포함하지만 결코 이로 한정되지 않는다.
본원에 사용되는 "알케닐"은 하나 이상의 이중 결합을 함유하는 직쇄 또는 분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다. 알케닐 기는 2개 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있지만, 본 정의는 수치 범위가 지정되지 않은 용어 "알케닐"의 경우도 포함한다. 알케닐 기는 또한 2개 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 중간 크기 알케닐일 수 있다. 알케닐 기는 또한 2개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 저급 알케닐일 수 있다. 알케닐 기는 "C2-4 알케닐" 또는 유사한 명칭으로 지정될 수 있다. 단지 예로서, "C2-4 알케닐"은 알케닐 사슬에 2개 내지 4개의 탄소 원자가 존재함을 나타내며, 즉, 알케닐 사슬은 에테닐, 프로펜-1-일, 프로펜-2-일, 프로펜-3-일, 부텐-1-일, 부텐-2-일, 부텐-3-일, 부텐-4-일, 1-메틸-프로펜-1-일, 2-메틸-프로펜-1-일, 1-에틸-에텐-1-일, 2-메틸-프로펜-3-일, 부타-1,3-디에닐, 부타-1,2,-디에닐, 및 부타-1,2-디엔-4-일로 이루어진 군으로부터 선택된다. 전형적인 알케닐 기에는 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 및 헥세닐 등이 포함되지만 결코 이로 한정되지 않는다.
알케닐 기를 포함하는 기는 선택적으로 치환된 알케닐, 사이클로알케닐 및 헤테로사이클로알케닐 기를 포함한다.
본원에 사용되는 "알키닐"은 하나 이상의 삼중 결합을 포함하는 직쇄 또는 분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다. 알키닐 기는 2개 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있지만, 본 정의는 수치 범위가 지정되지 않은 용어 "알키닐"의 경우도 포함한다. 알키닐 기는 또한 2개 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 중간 크기 알키닐일 수 있다. 알키닐 기는 또한 2개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 저급 알키닐일 수 있다. 알키닐 기는 "C2-4 알키닐" 또는 유사한 명칭으로 지정될 수 있다. 단지 예로서, "C2-4 알키닐" 또는 "C2-4 알키닐"은 알키닐 사슬에 2개 내지 4개의 탄소 원자가 존재함을 나타내는데, 즉, 알키닐 사슬은 에티닐, 프로핀-1-일, 프로핀-2-일, 부틴-1-일, 부틴-3-일, 부틴-4-일, 및 2-부티닐로 이루어진 군으로부터 선택된다. 전형적인 알키닐 기에는 에티닐, 프로피닐, 부티닐, 펜티닐, 및 헥시닐 등이 포함되지만 결코 이로 한정되지 않는다.
알키닐 기를 포함하는 기는 선택적으로 치환된 알키닐, 사이클로알키닐 및 헤테로사이클로알키닐 기를 포함한다.
본원에 사용되는 "아릴"은 고리 백본 내에 탄소만을 함유하는 방향족 고리 또는 고리계(즉, 2개의 인접한 탄소 원자를 공유하는 2개 이상의 융합된 고리)를 지칭한다. 아릴이 고리계일 때, 시스템 내의 모든 고리는 방향족이다. 아릴 기는 6개 내지 18개의 탄소 원자를 가질 수 있지만, 본 정의는 수치 범위가 지정되지 않은 용어 "아릴"의 경우도 포함한다. 일부 예에서, 아릴 기는 6개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는다. 아릴 기는 "C6-10 아릴", "C6 또는 C10 아릴", 또는 유사한 명칭으로 지정될 수 있다. 아릴기의 예에는 페닐, 나프틸, 아줄레닐, 및 안트라세닐이 포함되지만 이로 제한되지 않는다.
본원에서 사용되는 "헤테로사이클"은 다른 원자(헤테로원자), 예를 들어 질소, 산소 또는 황과 함께 탄소 원자를 포함하는 사이클릭 화합물을 지칭한다. 헤테로사이클은 방향족(헤테로아릴) 또는 지방족일 수 있다. 지방족 헤테로사이클은 완전히 포화되거나 1개 이상 또는 2개 이상의 이중 결합을 함유할 수 있으며, 예를 들어 헤테로사이클은 헤테로사이클로알킬일 수 있다. 헤테로사이클은 단일 헤테로사이클릭 고리 또는 융합된 다중 헤테로사이클릭 고리를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "헤테로아릴"은 고리 백본 내에 하나 이상의 헤테로원자, 즉, 질소, 산소 및 황을 포함하지만 이로 한정되지 않는 탄소 이외의 원소를 함유하는 방향족 고리 또는 고리계(즉, 2개의 인접한 원자를 공유하는 2개 이상의 융합된 고리)를 지칭한다. 헤테로아릴이 고리계일 때, 시스템 내의 모든 고리는 방향족이다. 헤테로아릴기는 5개 내지 18개의 고리 구성원(즉, 탄소 원자 및 헤테로원자를 포함하는 고리 백본을 구성하는 원자수)을 가질 수 있지만, 본 정의는 수치 범위가 지정되지 않은 용어 "헤테로아릴"의 경우도 포함한다. 일부 예에서, 헤테로아릴기는 5개 내지 10개의 고리 구성원 또는 5개 내지 7개의 고리 구성원을 갖는다. 헤테로아릴기는 "5원 내지 7원 헤테로아릴", "5원 내지 10원 헤테로아릴", 또는 유사한 명칭으로 지정될 수 있다. 헤테로아릴 고리의 예에는 푸릴, 티에닐, 프탈라지닐, 피롤릴, 옥사졸릴, 티아졸릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 이소옥사졸릴, 이소티아졸릴, 트라이아졸릴, 티아디아졸릴, 피리디닐, 피리다지닐, 피리미디닐, 피라지닐, 트리아지닐, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 벤즈이미다졸릴, 벤족사졸릴, 벤조티아졸릴, 인돌릴, 이소인돌릴, 및 벤조티에닐이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 "사이클로알킬"은 완전 포화 카보사이클릴 고리 또는 고리계를 의미한다. 예에는 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 및 사이클로헥실이 포함된다.
본 명세서에 사용되는 "사이클로알케닐" 또는 "사이클로알켄"은 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 카보사이클릴 고리 또는 고리계를 의미하며, 여기서 고리계 내의 고리는 방향족이 아니다. 예는 사이클로헥세닐 또는 사이클로헥센이다. 또 다른 예는 노르보르넨 또는 노르보르네닐이다.
본 명세서에 사용되는 "사이클로알케닐" 또는 "사이클로알켄"은 적어도 하나의 이중 결합을 갖는, 고리 백본에 적어도 하나의 헤테로원자가 있는 카보사이클릴 고리 또는 고리계를 의미하며, 여기서 고리계 내의 고리는 방향족이 아니다. 일부 예에서, 헤테로사이클로알케닐 또는 헤테로사이클로알켄 고리 또는 고리계는 3원, 4원, 5원, 6원, 7원, 8원, 9원 또는 10원이다.
본 명세서에 사용되는 "사이클로알키닐" 또는 "사이클로알킨"은 적어도 하나의 삼중 결합을 갖는 카보사이클릴 고리 또는 고리계를 의미하며, 여기서 고리계 내의 고리는 방향족이 아니다. 예는 사이클로옥틴이다. 다른 예는 비사이클로노닌이다. 또 다른 예는 디벤조사이클로옥틴(DBCO)이다.
본원에 사용되는 "헤테로사이클로알키닐" 또는 "헤테로사이클로알킨"은 고리 백본에 적어도 하나의 헤테로원자를 갖고, 적어도 하나의 삼중 결합을 갖는 카보사이클릴 고리 또는 고리계를 의미하며, 여기서 고리계 내의 고리는 방향족이 아니다. 일부 예에서, 헤테로사이클로알키닐 또는 헤테로사이클로알킨 고리 또는 고리계는 3원, 4원, 5원, 6원, 7원, 8원, 9원 또는 10원이다.
본 명세서에 사용되는 "헤테로사이클로알킬"은 고리 백본에 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 비방향족 사이클릭 고리 또는 고리계를 의미한다. 헤테로사이클로알킬은 융합된, 가교된 또는 스피로 연결된 형태로 함께 결합될 수 있다. 헤테로사이클로알킬은 고리계의 적어도 하나의 헤테로사이클릭 고리가 방향족이 아니면 임의의 포화도를 가질 수 있다. 헤테로사이클로알킬 기는 3개 내지 20개의 고리 구성원(즉, 탄소 원자 및 헤테로원자를 포함하는 고리 백본을 구성하는 원자수)을 가질 수 있지만, 본 정의는 수치 범위가 지정되지 않은 용어 "헤테로사이클로알킬"의 경우도 포함한다. 헤테로사이클로알킬 기는 또한 3개 내지 10개의 고리 구성원을 갖는 중간 크기 헤테로사이클로알킬일 수 있다. 헤테로사이클로알킬 기는 또한 3개 내지 6개의 고리 구성원을 갖는 헤테로사이클로알킬일 수 있다. 헤테로사이클로알킬 기는 "3원 내지 6원 헤테로사이클로알킬" 또는 유사한 명칭으로 지정될 수 있다. 일부 6원 모노사이클릭 헤테로사이클로알킬에서, 헤테로원자(들)는 O, N 또는 S 중 1개 내지 3개로부터 선택되고, 일부 5원 모노사이클릭 헤테로사이클로알킬에서, 헤테로원자(들)는 O, N 또는 S로부터 선택된 1개 또는 2개의 헤테로원자로부터 선택된다. 헤테로사이클로알킬 고리의 예에는 아제피닐, 아크리디닐, 카바졸릴, 신놀리닐, 디옥솔라닐, 이미다졸리닐, 이미다졸리디닐, 모르폴리닐, 옥시라닐, 옥세파닐, 티에파닐, 피페리디닐, 피페라지닐, 디옥소피페라지닐, 피롤리디닐, 피롤리도닐, 피롤리디오닐, 4-피페리도닐, 피라졸리닐, 피라졸리디닐, 1,3-디옥시닐, 1,3-디옥사닐, 1,4-디옥시닐, 1,4-디옥사닐, 1,3-옥사티아닐, 1,4-옥사티이닐, 1,4-옥사티아닐, 2H-1,2-옥사지닐, 트리옥사닐, 헥사하이드로-1,3,5-트리아지닐, 1,3-디옥솔릴, 1,3-디옥솔라닐, 1,3-디티올릴, 1,3-디티올라닐, 이소옥사졸리닐, 이소옥사졸리디닐, 옥사졸리닐, 옥사졸리디닐, 옥사졸리디노닐, 티아졸리닐, 티아졸리디닐, 1,3-옥사티올라닐, 인돌리닐, 이소인돌리닐, 테트라하이드로푸라닐, 테트라하이드로피라닐, 테트라하이드로티오페닐, 테트라하이드로티오피라닐, 테트라하이드로-1,4-티아지닐, 티아모르폴리닐, 디하이드로벤조푸라닐, 벤즈이미다졸리디닐, 및 테트라하이드로퀴놀린이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 치환된 기는 비치환된 모 기(parent group)의 하나 이상의 수소 원자를 다른 원자 또는 기로 교환한 것으로부터 유도된다. 달리 지시되지 않는 한, 기가 "치환된" 것으로 간주될 때, 그 기는 C1-C6 알킬, C1-C6 알케닐, C1-C6 알키닐, C1-C6 헤테로알킬, C3-C7 카보사이클릴(할로, C1-C6 알킬, C1-C6 알콕시, C1-C6 할로알킬, 및 C1-C6 할로알콕시로 선택적으로 치환됨), C3-C7-카보사이클릴-C1-C6-알킬(할로, C1-C6 알킬, C1-C6 알콕시, C1-C6 할로알킬, 및 C1-C6 할로알콕시로 선택적으로 치환됨), 5원 내지 10원 헤테로사이클릴(할로, C1-C6 알킬, C1-C6 알콕시, C1-C6 할로알킬, 및 C1-C6 할로알콕시로 선택적으로 치환됨), 5원 내지 10원 헤테로사이클릴-C1-C6-알킬(할로, C1-C6 알킬, C1-C6 알콕시, C1-C6 할로알킬, 및 C1-C6 할로알콕시로 선택적으로 치환됨), 아릴(할로, C1-C6 알킬, C1-C6 알콕시, C1-C6 할로알킬, 및 C1-C6 할로알콕시로 선택적으로 치환됨), 아릴(C1-C6)알킬(할로, C1-C6 알킬, C1-C6 알콕시, C1-C6 할로알킬, 및 C1-C6 할로알콕시로 선택적으로 치환됨), 5원 내지 10원 헤테로아릴(할로, C1-C6 알킬, C1-C6 알콕시, C1-C6 할로알킬, 및 C1-C6 할로알콕시로 선택적으로 치환됨), 5원 내지 10원 헤테로아릴(C1-C6)알킬(할로, C1-C6 알킬, C1-C6 알콕시, C1-C6 할로알킬, 및 C1-C6 할로알콕시로 선택적으로 치환됨), 할로, 시아노, 하이드록시, C1-C6 알콕시, C1-C6 알콕시(C1-C6)알킬(즉, 에테르), 아릴옥시, 설피드릴(메르캅토), 할로(C1-C6)알킬(예를 들어, -CF3), 할로(C1-C6)알콕시(예를 들어, -OCF3), C1-C6 알킬티오, 아릴티오, 아미노, 아미노(C1-C6)알킬, 니트로, O-카바밀, N-카바밀, O-티오카바밀, N-티오카바밀, C-아미도, N-아미도, S-설폰아미도, N-설폰아미도, C-카복시, O-카복시, 아실, 시아네이토, 이소시아네이토, 티오시아네이토, 이소티오시아네이토, 설피닐, 설포닐 및 옥소(=O)로부터 독립적으로 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환된 것을 의미한다. 기가 "선택적으로 치환된"으로 기재되어 있는 경우에는 언제든지, 그 기는 상기 치환기로 치환될 수 있다.
본원에 개시된 화합물이 적어도 하나의 입체중심을 갖는 경우, 이들은 개별 거울상이성질체 또는 부분입체이성질체로서, 또는 라세미체를 포함하는 이러한 이성질체의 혼합물로서 존재할 수 있다. 개별 이성질체의 분리 또는 개별 이성질체의 선택적 합성은 당업자에게 잘 알려진 다양한 방법의 적용에 의해 달성된다. 본원에 개시된 화합물이 호변이성질체 형태로 존재하는 것으로 이해되는 경우, 모든 호변이성질체 형태는 묘사된 구조의 범위에 포함된다. 달리 나타내지 않는 한, 이러한 모든 이성질체 및 이의 혼합물은 본원에 개시된 화합물의 범위에 포함된다. 또한, 본원에 개시된 화합물은 하나 이상의 결정형 또는 무정형 형태로 존재할 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 이러한 모든 형태는 임의의 다형체 형태를 포함하여 본원에 개시된 화합물의 범위에 포함된다. 또한, 본 명세서에 개시된 화합물 중 일부는 물(즉, 수화물) 또는 일반적인 유기 용매와 용매화물을 형성할 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 이러한 용매화물은 본원에 개시된 화합물의 범위에 포함된다.
본 명세서에 사용되는 용어 "뉴클레오티드"는 당 및 적어도 하나의 포스페이트 기를 포함하는 분자를 의미하고자 하는 것으로, 일부 실시예에서 또한 핵 염기를 포함한다. 핵 염기가 결여된 뉴클레오티드는 "무염기"로 지칭될 수 있다 뉴클레오티드는 데옥시리보뉴클레오티드, 변형된 데옥시리보뉴클레오티드, 리보뉴클레오티드, 변형된 리보뉴클레오티드, 펩티드 뉴클레오티드, 변형된 펩티드 뉴클레오티드, 변형된 포스페이트 당 백본 뉴클레오티드, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 뉴클레오티드의 예는 아데노신 모노포스페이트(AMP), 아데노신 디포스페이트(ADP), 아데노신 트리포스페이트(ATP), 티미딘 모노포스페이트(TMP), 티미딘 디포스페이트(TDP), 티미딘 트리포스페이트(TTP), 시티딘 모노포스페이트(CMP), 시티딘 디포스페이트(CDP), 시티딘 트리포스페이트(CTP), 구아노신 모노포스페이트(GMP), 구아노신 디포스페이트(GDP), 구아노신 트리포스페이트(GTP), 우리딘 모노포스페이트(UMP), 우리딘 디포스페이트(UDP), 우리딘 트리포스페이트(UTP), 데옥시아데노신 모노포스페이트(dAMP), 데옥시아데노신 디포스페이트(dADP), 데옥시아데노신 트리포스페이트(dATP), 데옥시티미딘 모노포스페이트(dTMP), 데옥시티미딘 디포스페이트(dTDP), 데옥시티미딘 트리포스페이트(dTTP), 데옥시시티딘 디포스페이트 (dCDP), 데옥시티딘 트리포스페이트(dCTP), 데옥시구아노신 모노포스페이트(dGMP), 데옥시구아노신 디포스페이트(dGDP), 데옥시구아노신 트리포스페이트(dGTP), 데옥시우리딘 모노포스페이트(dUMP), 데옥시우리딘 디포스페이트(dUDP) 및 데옥시우리딘 트리포스페이트(dUTP)를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 용어 "뉴클레오티드"는 또한 천연 발생 뉴클레오티드와 비교하여 변형된 핵 염기, 당 및/또는 포스페이트 모이어티를 포함하는 뉴클레오티드의 유형인 임의의 뉴클레오티드 유사체를 포함하도록 의도된다. 예시적인 변형된 핵 염기는 이노신, 잔타닌, 하이포잔틴, 이소시토신, 이소구아닌, 2-아미노퓨린, 5-메틸시토신, 5-하이드록시메틸 시토신, 2-아미노아데닌, 6-메틸 아데닌, 6-메틸 구아닌, 2-프로필 구아닌, 2-프로필 아데닌, 2-티오우라실, 2-티오티민, 2-티오시토신, 15-할로우라실, 15-할로시토신, 5-프로피닐 우라실, 5-프로피닐 시토신, 6-아조 우라실, 6-아조 시토신, 6-아조 티민, 5-우라실, 4-티오우라실, 8-할로 아데닌 또는 구아닌, 8-아미노 아데닌 또는 구아닌, 8-티올 아데닌 또는 구아닌, 8-티오알킬 아데닌 또는 구아닌, 8-하이드록실 아데닌 또는 구아닌, 5-할로 치환 우라실 또는 시토신, 7-메틸구아닌, 7-메틸아데닌, 8-아자구아닌, 8-아자아데닌, 7-데아자구아닌, 7-데아자아데닌, 3-데아자구아닌, 3-데아자아데닌 등을 포함한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 특정 뉴클레오티드 유사체는 폴리뉴클레오티드, 예를 들어, 아데노신 5'-포스포설페이트와 같은 뉴클레오티드 유사체에 혼입될 수 없다. 뉴클레오티드는 임의의 적합한 수의 포스페이트, 예를 들어, 3개, 4개, 5개, 6개, 또는 6개 초과의 포스페이트를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "폴리뉴클레오티드"는 서로 결합된 일련의 뉴클레오티드를 포함하는 분자를 의미하며, 용어 "올리고뉴클레오티드"와 상호교환적으로 사용될 수 있다. 용어 "폴리뉴클레오티드" 및 "올리고뉴클레오티드"는 본 명세서에서 상호교환적으로 사용된다. 상이한 용어는 달리 구체적으로 지시되지 않는 한 크기, 서열 또는 다른 특성의 임의의 특정 차이를 나타내는 것으로 의도되지 않는다. 설명의 명확성을 위해, 여러 폴리뉴클레오티드 종을 포함하는 특정 방법 또는 조성물을 설명할 때 하나의 폴리뉴클레오티드 종을 다른 것으로부터 구별하기 위해 용어가 사용될 수 있다. 폴리뉴클레오티드는 중합체의 하나의 비제한적인 예이다. 폴리뉴클레오티드의 예는 데옥시리보핵산(DNA), 리보핵산(RNA), 잠금 핵산(LNA), 펩티드 핵산(PNA) 및 이들의 유사체를 포함한다. 폴리뉴클레오티드는 뉴클레오티드의 단일 가닥 서열, 예컨대 RNA 또는 단일 가닥 DNA, 이중 가닥 DNA와 같은 뉴클레오티드의 이중 가닥 서열일 수 있거나, 뉴클레오티드의 단일 가닥 서열과 이중 가닥 서열의 혼합물을 포함할 수 있다. 이중 가닥 DNA(dsDNA)는 게놈 DNA, 및 PCR 및 증폭 생성물을 포함한다. 단일 가닥 DNA(ssDNA)는 dsDNA로 전환될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 폴리뉴클레오티드는 거울상이성질체 DNA와 같은 비천연 발생 DNA를 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드에서 뉴클레오티드의 정확한 서열은 공지되거나 공지되지 않을 수 있다. 다음은 폴리뉴클레오티드의 예이다: 유전자 또는 유전자 단편(예를 들어, 프로브, 프라이머, 발현된 서열 태그(EST) 또는 유전자 발현의 연속 분석(SAGE) 태그), 게놈 DNA, 게놈 DNA 단편, 엑손, 인트론, 메신저 RNA(mRNA), 트랜스퍼 RNA, 리보좀 RNA, 리보자임, cDNA, 재조합 폴리뉴클레오티드, 합성 폴리뉴클레오티드, 분지형 폴리뉴클레오티드, 플라스미드, 벡터, 임의의 서열의 단리된 DNA, 임의의 서열의 단리된 RNA, 핵산 프로브, 프라이머 또는 전술한 것 중 어느 하나의 증폭된 카피.
본 명세서에 사용되는 "폴리머라제"는 뉴클레오티드를 폴리뉴클레오티드로 중합시켜 폴리뉴클레오티드를 조립하는 활성 부위를 갖는 효소를 의미하는 것으로 의도된다. 폴리머라제는 프라이밍된 단일 가닥 표적 폴리뉴클레오티드에 결합할 수 있고, 성장하는 프라이머에 뉴클레오티드를 순차적으로 첨가하여 표적 폴리뉴클레오티드의 서열에 상보적인 서열을 갖는 "상보적 카피" 폴리뉴클레오티드를 형성할 수 있다. 그 후, 다른 폴리머라제 또는 동일한 폴리머라제가 상보적 카피 폴리뉴클레오티드의 상보적 카피를 형성함으로써 표적 뉴클레오티드의 카피를 형성할 수 있다. 임의의 이러한 카피는 본 명세서에서 "앰플리콘"으로 지칭될 수 있다. DNA 폴리머라제는 표적 폴리뉴클레오티드에 결합한 다음, 성장하는 폴리뉴클레오티드 가닥(성장 앰플리콘)의 3' 말단에서 유리 하이드록실기에 뉴클레오티드를 순차적으로 첨가하여 표적 폴리뉴클레오티드 아래로 이동할 수 있다. DNA 폴리머라제는 DNA 주형으로부터 상보적 DNA 분자를 합성할 수 있고, RNA 폴리머라제는 DNA 주형으로부터 RNA 분자를 합성할 수 있다(전사). 폴리머라제는 가닥 성장을 시작하기 위해 짧은 RNA 또는 DNA 가닥(프라이머)을 사용할 수 있다. 일부 폴리머라제는 이들이 사슬에 염기를 첨가하고 있는 부위 상류의 가닥을 치환할 수 있다. 이러한 폴리머라제는 가닥 치환인 것으로 언급될 수 있으며, 이는 폴리머라제에 의해 판독되는 주형 가닥으로부터 상보적 가닥을 제거하는 활성을 갖는 것을 의미한다. 가닥 치환 활성을 갖는 폴리머라제의 예는 Bst(바실루스 스테아로써모필루스) 폴리머라제, 엑소-Klenow 폴리머라제 또는 서열분석 등급 T7 엑소-폴리머라제의 큰 단편을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 일부 폴리머라제는 이들 전방의 가닥을 분해하여, 후방의 성장하는 사슬로 효과적으로 대체(5' 엑소뉴클레아제 활성)한다. 일부 폴리머라제는 이들 뒤의 가닥을 분해하는 활성(3' 엑소뉴클레아제 활성)을 갖는다. 일부 유용한 폴리머라제는 돌연변이에 의해 또는 그렇지 않으면 3' 및/또는 5' 엑소뉴클레아제 활성을 감소시키거나 제거하기 위해 변형되었다.
본원에서 사용되는 용어 "프라이머"는 뉴클레오티드가 유리 3' OH 기를 통해 첨가될 수 있는 폴리뉴클레오티드를 지칭한다. 프라이머 길이는 임의의 적합한 수의 염기만큼 길 수 있으며, 임의의 적합한 천연 및 비천연 뉴클레오티드의 조합을 포함할 수 있다. 표적 폴리뉴클레오티드는 프라이머에 혼성화하는 (이에 상보적인 서열을 가지는) "어댑터"를 포함할 수 있고, 프라이머의 유리 3' OH기에 뉴클레오티드를 첨가함으로써 상보적 카피 폴리뉴클레오티드를 생성하도록 증폭될 수 있다. 프라이머는 기재에 결합될 수 있다.
일부 예에서, 기재 표면에 사용되는 프라이머는 Illumina, Inc.에서 상업적으로 입수할 수 있는 P5 및 P7 프라이머이다. P5 및 P7 프라이머 서열은 일부 예에서 다음 서열을 가질 수 있다:
쌍형성된 판독 세트:
P5: 5'-AATGATACGGCGACCACCGAGAUCTACAC-3'
P7: 5'-CAAGCAGAAGACGGCATACGAG*AT-3'
단일 판독 세트:
P5: 5'-AATGATACGGCGACCACCGA-3'
P7: 5'-CAAGCAGAAGACGGCATACGA-3'
여기서, G*는 G 또는 8-옥소구아닌이다.
일부 예에서, 부착된 올리고뉴클레오티드(예컨대, 프라이머 또는 P5 또는 P7 프라이머)는 5' 말단에 링커 또는 스페이서를 포함한다. 이러한 링커 또는 스페이서는 화학적 또는 효소적 절단을 허용하거나 일부 다른 바람직한 특성을 부여하기 위해, 예를 들어 중합체 또는 고체 지지체에 대한 공유 부착을 가능하게 하기 위해, 또는 절단 부위를 고체 지지체로부터 최적의 거리에 위치시키기 위한 스페이서로서 작용하기 위해 포함될 수 있다. 특정 경우에, 10개의 스페이서 뉴클레오티드는 중합체 또는 고체 지지체에 대한 P5 또는 P7 프라이머의 부착 지점들 사이에 위치할 수 있다. 일부 예에서, 폴리T(polyT) 스페이서가 사용되지만, 다른 뉴클레오티드들 및 이들의 조합이 또한 사용될 수 있다. 한 예에서, 스페이서는 6T 내지 10T 스페이서이다. 일부 예에서, 링커는 인접한 디올 또는 알릴 T와 같은 화학적으로 절단가능한 작용기를 포함하는 절단가능한 뉴클레오티드를 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "앰플리콘"은, 폴리뉴클레오티드와 관련하여 사용될 때, 폴리뉴클레오티드 복제의 산물을 의미하며, 여기서 산물은 폴리뉴클레오티드의 뉴클레오티드 서열의 적어도 일부와 실질적으로 동일하거나 실질적으로 상보적인 뉴클레오티드 서열을 갖는다. "증폭" 및 "증폭하는"은 폴리뉴클레오티드의 앰플리콘을 제조하는 공정을 지칭한다. 표적 폴리뉴클레오티드의 제1 앰플리콘은 상보적 카피일 수 있다. 추가 앰플리콘은 제1 앰플리콘의 생성 후에, 표적 폴리뉴클레오티드로부터 또는 제1 앰플리콘으로부터 생성된 카피이다. 후속 앰플리콘은 표적 폴리뉴클레오티드에 실질적으로 상보적이거나 표적 폴리뉴클레오티드와 실질적으로 동일한 서열을 가질 수 있다. 폴리뉴클레오티드의 소수의 돌연변이(예를 들어, 증폭 아티팩트에 기인함)가 그 폴리뉴클레오티드의 앰플리콘을 생성할 때 발생할 수 있음을 이해할 것이다.
본원에서 사용되는 용어 "실란"은 하나 이상의 규소 원자를 함유하는 유기 또는 무기 화합물을 지칭한다. 무기 실란 화합물의 비제한적 예는 SiH4, 또는 수소가 하나 이상의 할로겐 원자로 대체된 할로겐화 SiH4이다. 유기 실란 화합물의 비제한적 예는 X-RC-Si(ORD)3이며, 상기 식에서, X는 아미노, 비닐, 에폭시, 메타크릴레이트, 황, 알킬, 알케닐 또는 알키닐과 같은 비가수분해성 유기 기이고; RC는 스페이서, 예를 들어 -(CH2)n-이고, 여기서 n은 0 내지 1000이고; 각각의 RD는 수소, 선택적으로 치환된 알킬, 선택적으로 치환된 알케닐, 선택적으로 치환된 알키닐, 선택적으로 치환된 카보사이클릴, 선택적으로 치환된 아릴, 선택적으로 치환된 5원 내지 10원 헤테로아릴, 및 선택적으로 치환된 5원 내지 10원 헤테로사이클릴로부터 독립적으로 선택된다. 일부 예에서, 실란은 X-RC-Si(ORD)3의 -ORD 기의 산소 원자가 인접한 유기 실란 화합물인 X-RC-Si(ORD)3의 규소 원자에 부착되도록 가교될 수 있다. 또한, 실란 화합물은 X-RC-Si(ORD)3 모이어티와 표면의 산소 원자의 공유 결합에 의해 기재 표면에 부착될 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 기재된 실란은 하기 구조를 포함한다:
Figure pct00051
.
본원에서 사용되는 용어 "실란"은 상이한 실란 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 예에서, X는 노르보르네닐 기이다. 일부 예에서, X는 비사이클로노니닐 기이다. 일부 예에서, X는 알켄- 또는 알킨-함유 기이다. 일부 예에서, X는 알켄 또는 알킨이다. 일부 예에서, RC 링커는 C2-6알킬렌 기이다.
본원에서 사용되는 용어 "기재"는 고체 지지체를 포함하는 물질을 지칭한다. 기재는 고체 지지체를 정의하거나 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함할 수 있다. 예시적인 기재 재료는 유리, 실리카, 플라스틱, 석영, 금속, 금속 산화물, 유기-실리케이트(예를 들어, 다면체 유기 실세스퀴옥산(POSS)), 폴리아크릴레이트, 탄탈륨 옥사이드, 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. POSS의 예는 그 전체가 참고로 포함된 문헌[Kehagias et al., Microelectronic Engineering 86 (2009), pp. 776-778]에 기재된 것일 수 있다. 예시적으로, POSS-함유 단량체는 연성 물질 작용화가 수행될 수 있는 POSS 수지(POSS를 포함하도록 작용화된 중합체)를 제공하기 위해 신속하게 겔점에 도달하도록 중합될 수 있다. 일부 실시예에서, 본 출원에 사용된 기재는 유리, 용융 실리카, 또는 다른 실리카-함유 재료와 같은 실리카계 기재를 포함한다. 일부 실시예에서, 기재는 규소, 질화규소, 또는 실리콘 수소화물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 본 출원에 사용된 기재는 플라스틱 재료 또는 구성요소, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)를 포함한다. 예시적인 플라스틱 재료는 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스티렌, 및 사이클릭 올레핀 중합체 기재를 포함한다. 일부 실시예에서, 기재는 실리카계 재료 또는 플라스틱 재료 또는 이들의 조합이거나 이를 포함한다. 특정 실시예에서, 기재는 유리 또는 규소계 중합체를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는다. 일부 실시예에서, 기재는 금속을 포함할 수 있다. 일부 이러한 실시예에서, 금속은 금이다. 일부 실시예에서, 기재는 금속 산화물을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는다. 일 실시예에서, 표면은 산화탄탈륨 또는 산화주석을 포함한다. 아크릴아미드, 에논 또는 아크릴레이트도 또한 기재 재료 또는 성분으로서 사용될 수 있다. 다른 기재 재료는, 이에 제한되지는 않으나, 갈륨 비소, 인듐 포스파이드, 알루미늄, 세라믹, 폴리이미드, 석영, 수지, 중합체 및 공중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기재 및/또는 기재 표면은 석영일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 기재 및/또는 기재 표면은 GaAs 또는 ITO와 같은 반도체일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 전술한 목록은 본 출원을 예시하는 것으로 의도되며, 이들로 제한하고자 함이 아니다. 기재는 단일 재료 또는 복수의 상이한 재료를 포함할 수 있다. 기재는 복합체 또는 라미네이트일 수 있다. 일부 실시예에서, 기재는 유기-실리케이트 재료를 포함한다. 기재는 편평한, 둥근, 구형, 막대 형상, 또는 임의의 다른 적합한 형상일 수 있다. 기재는 강성 또는 가요성일 수 있다. 일부 실시예에서, 기재는 비드 또는 플로우 셀이다.
일부 실시예에서, 기재는 패턴화된 표면을 포함한다. "패턴화된 표면"은 기재의 노출된 층 상 또는 그 안의 상이한 영역들의 배열을 지칭한다. 예를 들어, 영역들 중 하나 이상은 하나 이상의 포획 프라이머가 존재하는 특징부일 수 있다. 특징부는 포획 프라이머가 존재하지 않는 틈새 영역(interstitial region)에 의해 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 패턴은 행과 열인 특징부의 x-y 포맷일 수 있다. 일부 실시예에서, 패턴은 특징부 및/또는 틈새 영역의 반복 배열일 수 있다. 일부 실시예에서, 패턴은 특징부 및/또는 틈새 영역의 무작위 배열일 수 있다. 일부 실시예에서, 기재는 표면에 웰의 어레이(함몰부)를 포함한다. 웰은 실질적으로 수직 측벽에 의해 제공될 수 있다. 일부 예에서, 기재는 표면에 포스트(돌출부)의 어레이를 포함한다. 웰 및 포스트는 포토리소그래피, 스탬핑 기법, 몰딩 기법, 나노-임프린트 리소그래피 및 마이크로에칭 기법을 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 기법들을 사용하여 당업계에 일반적으로 알려진 바와 같이 제조될 수 있다. 당업자에 의해 인식될 것인 바와 같이, 사용되는 기술은 어레이 기재의 조성 및 형상에 좌우될 것이다. 예시적으로, 약 50 nm 내지 약 500 nm의 직경을 갖는 포스트는 나노포스트로 지칭될 수 있고 직경과 유사한 차원의 높이를 가질 수 있다.
기재의 패턴화된 표면의 특징부는 폴리(N-(5-아지도아세트아미딜펜틸) 아크릴아미드-코-아크릴아미드)(PAZAM)와 같은 패턴화된 공유 결합 겔이 있는 유리, 규소, 플라스틱, 또는 다른 적합한 재료(들) 상의 특징부(예를 들어, 웰, 예컨대 마이크로웰 또는 나노웰, 또는 포스트, 예컨대 나노포스트)의 어레이를 포함할 수 있다. 공정은 다수의 사이클을 갖는 서열분석 실행에 걸쳐서 안정적일 수 있는 서열분석을 위해 사용되는 겔 패드들을 생성한다. 웰에 대한 중합체의 공유 결합은 다양한 사용 중 구조화된 기재의 수명 전체에 걸쳐서 구조화된 특징부 내에 겔을 유지하는 데 도움이 된다. 그러나, 많은 실시예들에서, 겔이 웰에 공유 결합될 필요는 없다. 예를 들어, 일부 조건에서, 구조화된 기재의 어느 부분에도 공유 결합되지 않은 실란 비함유 아크릴아미드(SFA)가 겔 재료로서 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 구조화된 기재는 적합한 재료로 웰(예를 들어, 마이크로웰 또는 나노웰)을 패턴화시키고, 패턴화된 재료를 겔 재료(예를 들어, PAZAM, SFA 또는 이들의 화학적으로 변형된 변이체, 예컨대 SFA의 아지도 분해된(azidolyzed) 버전(아지도-SFA))로 코팅하고, 예를 들어, 화학적 또는 기계적 연마를 통해서 겔 코팅된 재료의 표면을 연마하여 웰 내에 겔을 보유시키지만 웰들 사이의 구조화된 기재의 표면 상의 틈새 영역으로부터 실질적으로 모든 겔을 제거하거나 불활성화시킴으로써 제조될 수 있다. 프라이머는 겔 재료에 부착될 수 있다. 다음으로, 복수의 표적 폴리뉴클레오티드(예를 들어, 단편화된 인간 게놈 또는 이의 부분)를 포함하는 용액은 개별 표적 폴리뉴클레오티드가 겔 재료에 부착된 프라이머와의 상호작용을 통해 개별 웰에 시딩하도록 연마된 기재와 접촉될 수 있다; 그러나, 겔 재료의 부재 또는 불활성으로 인해 표적 폴리뉴클레오티드는 틈새 영역을 점유하지 않을 것이다. 표적 폴리뉴클레오티드의 증폭은 틈새 영역 내 겔의 부재 또는 비활성이 성장하는 클러스터의 외향 이동을 억제할 수 있기 때문에 웰로 한정될 것이다. 공정은 편리하게 제조가능하고, 확장가능하며, 종래의 마이크로-제조 또는 나노-제조 방법을 활용한다.
패터닝된 기재는 예를 들어 슬라이드 또는 칩에 제공된 에칭된 웰을 포함할 수 있다. 웰의 에칭 및 기하학적 구조의 패턴은 다양한 상이한 형상 및 크기를 취할 수 있고, 이러한 특징부는 물리적으로 또는 기능적으로 서로 분리 가능할 수 있다. 이러한 구조적 특징부를 갖는 특히 유용한 기재는 미소구체와 같은 고체 입자의 크기를 선택할 수 있는 패턴화된 기재를 포함한다. 이러한 특성을 갖는 예시적인 패턴화된 기재는 BEAD ARRAY 기술과 관련하여 사용되는 에칭된 기재이다(Illumina, Inc., 미국 샌디에이고, 캘리포니아 소재). 나노 임프린트 리소그래피(NIL)는 웰을 제공하는 데 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 본원에 기술된 기재는 플로우 셀의 적어도 일부를 형성하거나 또는 플로우 셀에 위치하거나 또는 플로우 셀에 결합된다. 플로우 셀은 복수의 레인 또는 복수의 섹터로 분할되는 유동 챔버를 포함할 수 있다. 본원에 제시된 방법 및 조성물에 사용될 수 있는 예시적인 플로우 셀 및 플로우 셀의 제작을 위한 기재에는, 비제한적으로, Illumina, Inc.(미국 샌디에이고, 캘리포니아 소재)에서 상업적으로 입수 가능한 것들이 포함된다.
본원에서 사용되는 용어 "구조"는 기재에 결합된 화합물, 예를 들어 공중합체를 지칭한다. 공중합체는 예를 들어 아지도 기를 통해 기재에 공유 결합될 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "중합체"는 많은 반복된 서브유닛 또는 반복 단위를 포함하는 분자를 지칭한다. 중합체 구조의 비제한적 예는 선형, 분지형 또는 과분지형 중합체를 포함한다. 선형 중합체의 비제한적인 예는 블록 공중합체 또는 랜덤/통계 공중합체를 포함한다. 분지형 중합체의 비제한적 예는 소수성 및 친수성 세그먼트를 모두 포함하는 별 중합체, 별형 또는 별-블록 중합체, 소수성 및 친수성 세그먼트를 모두 포함하는 H형 중합체, 덤벨형 중합체, 빗 중합체, 브러시 중합체, 덴드론화된 중합체, 사다리 및 덴드리머를 포함한다. 중합체는 가교될 수 있거나 약간 가교될 수 있다. 본원에 기술된 중합체는 선형, 분지형, 과분지형 또는 수지상일 수 있다. 본원에 기재된 중합체는 또한 중합체 나노입자의 형태일 수 있다. 중합체 구조의 다른 예는 링 블록 중합체 및 코일-사이클-코일 중합체를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 하나 초과의 유형의 반복 단위를 갖는 중합체는 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 또는 교호 공중합체 또는 이들의 혼합물로 배열될 수 있다. 최종 공중합체 구조는 예를 들어 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 빗형 중합체 또는 별형 중합체 구조를 포함하는 상이한 구조일 수 있다. 상이한 부류의 중합체 백본은 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리실록산, 실리콘, 폴리아크롤레인, 폴리포스파젠, 폴리이소시아네이트, 폴리올, 다당류, 폴리펩티드 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 예에서, 중합체는 폴리아크릴아미드 백본을 포함한다. 일부 다른 예에서, 중합체는 폴리아크릴레이트 백본을 포함한다. 또 다른 일부 예에서, 중합체는 폴리우레탄 백본을 포함한다. 또 다른 일부 예에서, 중합체는 폴리포스파젠 백본을 포함한다. 또 다른 일부 예에서, 중합체는 덴드리머 백본을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "형광단"은 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광으로 여기에 반응하는 제1 파장의 광을 방출하는 분자를 의미하는 것으로 의도된다. 형광단에 의해 방출되는 광은 "형광"이라고 할 수 있으며 적합한 광학 회로에 의해 검출될 수 있다.
본원에 사용된, 형광을 "검출"한다는 것은 형광단으로부터 광을 수신하고, 수신한 광을 기반으로 전기 신호를 생성하고, 전기 신호를 사용하여 광이 형광단으로부터 수신되었음을 결정하는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 형광은 임의의 적합한 광학 검출 회로를 사용하여 검출될 수 있으며, 이는 형광단으로부터 수신된 광에 기반으로 전기 신호를 생성하기 위한 광학 검출기 및 전기 신호를 사용하여 광이 형광단으로부터 수신되었음을 결정하기 위한 전자 회로를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 광학 검출기는 광 검출기에 의해 수신된 광에 기반으로 전기 신호를 생성하도록 구성된 증폭된 광 검출기의 어레이를 포함하는 능동 픽셀 센서(APS: active-pixel sensor)를 포함할 수 있다. APS는 당업계에 알려진 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS) 기술을 기반으로 할 수 있다. CMOS 기반 검출기는 전계 효과 트랜지스터(FET), 예를 들어 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함할 수 있다. 특정 예에서, 단일 광자 애벌런치 다이오드(CMOS-SPAD)를 갖는 CMOS 이미저가 예를 들어 형광 수명 이미징(FLIM)을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 광학 검출기는 포토다이오드, 예컨대 애벌런치 포토다이오드, 전하 결합 소자(CCD), 극저온 광자 검출기, 역 바이어스 발광 다이오드(LED), 포토레지스터, 포토트랜지스터, 광전지, 광전자 증배관(PMT), 양자점 광전도체 또는 포토다이오드 등을 포함할 수 있다. 광학 검출 회로는 광학 검출기와 작동 가능하게 통신하는 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 적절한 조합을 추가로 포함하여 광학 검출기로부터 전기 신호를 수신할 수 있고, 이러한 신호에 기반으로, 예를 들어 광학 검출기가 형광단으로부터 광을 검출하는 것을 기반으로 형광을 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 전자 회로는 메모리 및 메모리에 결합된 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 프로세서가 광학 검출기로부터 신호를 수신하고 이러한 신호를 사용하여 형광단을 검출하게 하기 위한 명령을 저장할 수 있다. 예를 들어, 명령은 광학 검출기로부터의 신호를 사용하여 프로세서가 광학 검출기의 시야 내에서 형광이 방출된다는 것을 결정하고 이러한 결정을 사용하여 형광단이 존재한다고 결정하게 할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "부가물"은 2개 이상의 분자 사이의 화학 반응 생성물을 의미하는 것으로 의도되며, 여기서 생성물은 반응된 분자의 모든 원자를 함유한다.
본원에서 사용되는 용어 "링커"는 하나의 요소가 다른 요소에 부착되는 분자 또는 분자들을 의미하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 링커는 분자를 기재에 부착할 수 있다. 링커는 공유적이거나 비공유적일 수 있다. 공유 링커의 비제한적 예는 알킬 사슬, 폴리에테르, 아미드, 에스테르, 아릴 기, 폴리아릴 등을 포함한다. 비공유 링커의 비제한적 예는 호스트-게스트 복합체화, 사이클로덱스트린/노르보르넨, β-CD와의 아다만탄 내포 복합체화, DNA 혼성화 상호작용 등을 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "작용기"는 하나 이상의 다른 분자와 상호작용할 수 있는 분자 또는 분자들을 의미하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용되는 "작용화된"으로 지칭되는 요소는 요소가 작용기를 포함한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 작용기는 하나 이상의 다른 분자에 공유 결합할 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 다른 분자와 가역적으로 또는 실질적으로 비가역적으로 반응하여 생성물을 형성할 수 있다. 또는, 예를 들어 작용기는 하나 이상의 다른 분자와 비공유적으로 회합할 수 있다. 작용기의 비제한적 예는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물을 포함한다. 예시적으로, 올리고뉴클레오티드(예컨대 프라이머)를 포함하는 작용기는 또 다른 올리고뉴클레오티드(예컨대 증폭되거나 시퀀싱될 폴리뉴클레오티드)와 혼성화할 수 있다. 또는, 표지물을 포함하는 작용기는 형광단 또는 FRET(Frster 공명 에너지 전달) 파트너를 포함할 수 있으며, 형광단 또는 FRET 파트너로부터의 형광의 검출은 표지물이 부착된 분자를 특성화하는 데 사용될 수 있다.
기재에 결합된 작용기를 포함하는 조성물 및 이의 제조 방법
위에서 언급하고 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 본 발명의 조성물 및 방법은 임의의 적합한 작용기를 기재에 결합시키는 손쉬운 방법을 제공하고, 일부 예에서는 공통 반응 성분을 사용하여 기재에 상이한 작용기를 순차적으로 결합시키는 방법을 제공한다. 도 1a 내지 도 1e 및 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명된 것과 같은 예에서, 불포화 사이클릭 디온이 링커를 통해 기재에 결합되고, 작용화된 인돌, 작용화된 인다졸 또는 작용화된 디엔이 반응하여 작용기가 기재에 결합되는 반응 부가물을 형성한다. 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 설명된 것과 같은 다른 예에서, 인돌 또는 인다졸은 링커를 통해 기재에 결합되고, 작용화된 불포화 사이클릭 디온이 반응하여 작용기가 기재에 결합되는 반응 부가물을 형성한다. 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 설명된 것과 같은 다른 예에서, 디엔은 링커를 통해 기재에 결합되고, 작용화된 불포화 사이클릭 디온이 반응하여 작용기가 기재에 결합되는 반응 부가물을 형성한다.
도 1a 내지 도 1e는 작용기를 기재에 결합시키는 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다. 도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 조성물 및 작업에 사용될 수 있는 분자의 특정 예를 도시하지만, 다른 분자가 적절하게 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
이제 도 1a를 참조하면, 조성물(100)은 각각의 링커(L)를 통해 기재(101)에 결합된 복수의 불포화 사이클릭 디온(110)을 포함한다. 예시적으로, 불포화 사이클릭 디온은 하기 구조를 가질 수 있다:
,
상기 식에서 L은 기재(101)에 대한 링커를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임. 도 1a에 도시된 바와 같은 일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온(110)은 하기 구조를 갖는 TAD 분자를 포함할 수 있다:
.
다른 예에서, 불포화 사이클릭 디온(110)은 하기 구조를 갖는 말레이미드 분자를 포함할 수 있다:
.
또 다른 예에서, 불포화 사이클릭 디온(110)은 하기 구조를 갖는 4-사이클로펜텐-1,3-디온 분자를 포함할 수 있다:
.
링커(L)의 비제한적인 예는 본원의 다른 곳에서 제공된다. 기재(101)는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함할 수 있거나, 그 위에 중합체를 갖지 않은 고체 지지체를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 고체 지지체는 본원의 다른 곳에서 설명된 것과 같은 임의의 기재 재료를 포함할 수 있다. 포함되는 경우 중합체는 본원의 다른 곳에서 설명된 것과 같은 임의의 적합한 중합체, 예시적으로 POSS를 포함하도록 작용화된 중합체를 포함할 수 있다. 기재는 중합체 및/또는 불포화 사이클릭 디온의 포획을 용이하게 하기 위해 실란으로 처리될 수 있다. L은 임의의 적합한 방식으로 기재(101)에(예를 들어, 고체 지지체 또는 고체 지지체 상에 배치된 중합체에) 결합될 수 있다. 예를 들어, 중합체 브러시는 관련 작용기가 있는 단량체를 사용하여 성장할 수 있다.
불포화 사이클릭 디온은 제1 작용기(F1)를 포함하는 인돌 또는 인다졸 분자와 반응하여, 제1 작용기를 기재에 결합시키는 제1 부가물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같은 방식으로, TAD 분자(110)는 제1 작용기(F1)를 포함하는 인돌 분자(120)와 반응하여, 제1 작용기를 기재에 결합시키는 제1 부가물을 형성할 수 있다. 불포화 사이클릭 디온은 임의의 적합한 반응 온도, 예를 들어 실온에서 디온 분자 및 인돌 또는 인다졸 분자와 상용성인 임의의 적합한 용매(예를 들어, 극성 양성자성 용매, 예컨대 물 또는 알코올, 또는 극성 비양성자성 용매, 예컨대 아세토니트릴, 에스테르 또는 에테르)에 용해되는 인돌 또는 인다졸 분자(120)와 접촉될 수 있다. 도 1a에 도시된 비제한적인 예에서, 인돌 분자(120)는 하기 구조를 가질 수 있다:
이는 1H-인돌로 지칭될 수 있으며, 상기 식에서 F1은 제 1작용기를 포함함. 그러나, 불포화 사이클릭 디온은 임의의 적합한 인돌 또는 인다졸, 예를 들어 하기 구조를 갖는 분자와 반응할 수 있다:
상기 식에서 R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기이고, Z는 CH 또는 N임. 예시적으로, 인다졸은 하기 구조를 가질 수 있다:
이는 1H-인다졸로 지칭될 수 있음.
제1 작용기는 임의의 적합한 분자 또는 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 것과 같은 분자일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 비제한적인 예에서, 제1 작용기(F1)는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자(예컨대 PEG), 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예시적으로, 제1 작용기(F1)는 올리고뉴클레오티드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
불포화 사이클릭 디온과 인돌 또는 인다졸의 반응은 하기 구조를 가질 수 있는 복수의 제1 부가물 분자(130)를 포함하는 조성물을 제공할 수 있다:
.
이는 Michael-첨가 부가물로 지칭될 수 있고, 상기 식에서 X, Z, R, L 및 F1은 본원의 다른 곳에서 정의된 바와 같음. 예시적으로, 도 1b에 도시된 구체적인 예에서, TAD 분자(110) 및 인돌 분자(120)의 반응은 하기 구조를 가질 수 있는 복수의 제1 부가물 분자(130)를 포함하는 조성물(100')을 제공할 수 있다:
. 예를 들어, 불포화 사이클릭 디온과 인돌 또는 인다졸 사이의 마이클 첨가 반응을 사용하여 기재에 F1을 결합시키는 다른 부가물은 본원에 제공된 교시에 기초하여 쉽게 구상될 수 있다.
불포화 사이클릭 디온 분자(110)와 인돌 또는 인다졸 분자(120) 사이의 반응은 가역적일 수 있으며, "가역적 클릭" 반응으로 지칭될 수 있다. 이와 같이, 일부 예에서, 부가물 분자(130)는 기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온 분자(110)를 재생하고 결합된 기재(101)를 유지하는 TAD 분자 및 도 1c에서 해리되는 인돌 분자에 대해 예시된 바와 같은 방식으로 인돌 또는 인다졸 분자(120)(및 이에 결합된 제1 작용기 F1)의 해리를 야기하기에 적합한 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 기재(101)는 적어도 50℃의 온도, 또는 약 50℃ 내지 약 100℃의 온도, 또는 약 60℃ 내지 약 90℃의 온도, 또는 약 60℃ 내지 약 80℃의 온도로 가열되어 기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온 분자(110)를 재생하고 인돌 또는 인다졸 분자(120)의 해리를 야기할 수 있다. 하나의 옵션으로서, 불포화 사이클릭 디온 분자(110)를 재생한 후, 디온 분자는 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 기술된 것과 같은 방식으로 또 다른 작용화된 인돌 또는 인다졸과 반응할 수 있다. 이러한 반응은 유사하게 가역적일 수 있고, 이와 같이 불포화 사이클릭 디온 분자(110)는 추가 반응에서 사용하기 위해 다시 재생될 수 있다.
부가물 분자(130)는 불포화 사이클릭 디온(110)보다 반응성이 상당히 낮을 수 있으며, 예를 들어 TAD보다 반응성이 상당히 낮을 수 있음에 유의한다. 이와 같이, 인돌 또는 인다졸 분자(120)는 불포화 사이클릭 디온(예를 들어, TAD 분자)을 "보호"하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 불포화 사이클릭 디온(110)은 "가역적 클릭" 반응을 역전시키기 위해 가열함으로써, 또는 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 "트랜스클릭" 반응에서 디엔과 부가물 분자(130)를 반응시킴으로써 "탈보호"되는 것으로 간주될 수 있다. 이와 관련하여, 보호제로 사용되는 인돌 또는 인다졸 분자(120)는 작용기를 포함할 수도 있거나, 작용기를 포함하지 않을 수도 있음에 유의한다. 추가로, 일부 예에서 인돌 또는 인다졸 분자의 하위 집합만이 부가물 분자(130)로부터 해리되고("트랜스클릭" 또는 "가역적 클릭"에 의해) 기재에 결합된 나머지 인돌 분자는 원하지 않는 화학 또는 생화학적 반응에 참여하는 것으로부터 불포화 사이클릭 디온을 계속 보호할 수 있다. 일부 예에서, 인돌 또는 인다졸 분자(120)는 기재의 오염을 억제할 수 있는 친수성 분자(예컨대 PEG)와 같은 작용기를 포함하고, 기재가 폴리뉴클레오티드 시퀀싱에 사용되는 예에서 더 긴 시퀀싱 실행을 위해 시퀀싱 품질을 개선하는 데 도움이 될 수 있다.
불포화 사이클릭 디온은 제2 작용기(F2)를 포함하는 디엔과 반응하여 제2 작용기를 기재에 결합시키는 제2 부가물을 형성할 수 있다. 디엔은 디엔의 임의의 탄소에 대한 치환을 포함할 수 있는 1,3-디엔을 포함할 수 있고, 반응성을 증가시키기 위해 구상될 수 있는 임의의 적합한 헤테로원자 치환 방식을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 도 1d에 도시된 것과 같은 방식으로, TAD 분자(110)는 제2 작용기(F2)를 포함하는 1,3-디엔(140)과 반응하여 제2 작용기를 기재에 결합시키는 제2 부가물을 형성할 수 있다. TAD 분자(110)는 TAD 분자(110)가 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 기술된 방식으로 재생되기 전에 부가물(130)을 형성하기 위해 미리 인돌(120)과 반응했을 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 도 1d에 도시된 조성물(102)에서, TAD 분자(110)는 TAD 분자 및 디엔 분자와 상용성인 임의의 적합한 용매(예를 들어, 극성 양성자성 용매, 예컨대 물 또는 알코올, 또는 극성 비양성자성 용매, 예컨대 아세토니트릴, 에스테르 또는 에테르)에 용해되는 1,3-디엔 분자(140)와 접촉할 수 있다.
도 1d에 도시된 비제한적인 예에서, 1,3-디엔 분자(140)는 하기 구조를 가질 수 있다:
(트랜스,트랜스-1,3-헥사디엔). 그러나, 많은 다른 디엔이 적합하게 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 디엔 분자(140)는 대신 예를 들어 하기 구조를 갖는 2,4-디엔일 수 있다:
(트랜스-트랜스-2,4-헥사디엔). 또 다른 예에서, 디엔은 예를 들어 하기 구조를 갖는 Danishefky의 디엔을 포함할 수 있다:
(1-메톡시-3-트리메틸실록시-부타-1,3-디엔). 또 다른 예에서, 디엔은 예를 들어 하기 구조를 갖는 Brassard 디엔과 같은 Danishefky의 디엔:
(1,3-알콕시-1-트리메틸실록시-1,3-부타디엔) 상기 식에서 R 기 중 적어도 하나는 F2를 포함할 수 있고 R 기 중 또 다른 하나는 예시적으로 메틸 또는 에틸을 포함할 수 있음; 또는 예를 들어 하기 구조를 갖는 Rawal 디엔의 유도체를 포함할 수 있다:
(1-디알킬아미노-3-트리메틸실록시-1,3-부타디엔) 상기 식에서 R 기 중 적어도 하나는 F2를 포함할 수 있고 R 기 중 또 다른 하나는 예시적으로 메틸 또는 에틸을 포함할 수 있음. Chan 디엔도 유사하게 사용될 수 있다.
일부 예에서, 디엔의 제2 작용기(F2)는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예시적으로, 제2 작용기는 올리고뉴클레오티드이다. 불포화 사이클릭 디온(110)이 디엔 분자(140)와의 반응 전에 부가물(130)로부터 재생된 일부 예에서, 디엔 분자(140)의 제2 작용기(F2)는 인돌 분자(120)의 제1 작용기(F1)와 상이할 수 있다. 예시적으로, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있고 제2 작용기는 올리고뉴클레오티드 이외의 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 또는 표지물과 같은 요소를 포함할 수 있다. 또는, 제1 작용기는 제1 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있고, 제2 작용기는 제1 올리고뉴클레오티드와 상이한 제2 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 대안적으로, 디엔 분자(140)의 제1 작용기(F2)는 인돌 분자(120)의 제1 작용기(F1)와 동일할 수 있다.
도 1e에 도시된 비제한적인 예에서, TAD 분자(110)의 [4+2] 고리화 반응은 하기 구조를 가질 수 있는 복수의 제2 부가물 분자(150)를 포함하는 조성물(102')을 제공할 수 있다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커이고 F2는 제2 작용기임. 그러나, 다른 불포화 사이클릭 디온 및/또는 다른 디엔 사이의 반응의 다른 부가물이 본 교시에 기초하여 구상될 수 있다. 예시적으로, 불포화 사이클릭 디온의 트랜스,트랜스-1,3-헥사디엔과의 반응은 부가물을 생성할 수 있다:
,
상기 식에서 X는 CH 또는 N임. 불포화 사이클릭 디온이 말레이미드인 예에서, 부가물은 하기 구조를 가질 수 있다:
.
불포화 사이클릭 디온이 4-사이클로펜텐-1,3-디온인 예에서, 부가물은 하기 구조를 가질 수 있다:
.
비제한적인 예가 도 1e에 도시되어 있는 제2 부가물 분자(150)를 형성하기 위한 불포화 사이클릭 디온(110)(예를 들어, TAD)과 디엔 분자(140)(예를 들어, 1,3-디엔) 사이의 반응은 실질적으로 비가역적일 수 있다. 이러한 반응이 도 1d에 도시된 반응식을 통해 수행될 때(예를 들어, 불포화 사이클릭 디온(110)을 디엔 분자(140)와 접촉시킴으로써), 이러한 반응을 "초고속 클릭" 반응이라고 할 수 있다. 그러나, 도 1e에 도시된 제2 부가물 분자(150)는 대안적으로 상이한 반응식을 통해 수득될 수 있다. 더 구체적으로, 대신 디엔 분자(140)는 예를 들어 도 1f에 도시된 바와 같은 방식으로 디엔 분자(140)를 포함하는 적합한 용매와 조성물(100')을 접촉시킴으로써 제1 부가물 분자(130)와 반응할 수 있다. 도 1f에 도시된 조성물 101"에서, 디엔 분자(140)는 부가물 분자(130)로부터 인돌 또는 인다졸 분자(120)를 치환할 수 있고, 제1 작용기 F1이 기재(101)로부터 해리되게 하고 제2 작용기 F2를 기재에 결합시켜 도 1e에 도시된 조성물(102')의 제2 부가물 분자(150)를 형성한다. 이와 같이, 인돌 분자(120)는 부가물 분자(130)를 디엔 분자(140)와 반응시키기 전에 불포화 사이클릭 디온(110)(예컨대 TAD)을 "보호"하는 것으로 간주될 수 있다.
도 1a 내지 도 1f를 참조하여 설명된 바와 같이, 기재(101)에 결합된 불포화 사이클릭 디온(110)은 임의의 적절한 작업 조합을 사용하여 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, TAD 분자(110)는 산화 메커니즘을 통해 4-치환된 우라졸(여기서 우라졸의 4-치환기는 예를 들어 링커 L을 통해 기재에 결합됨)을 통해 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c는 작용기를 기재에 결합시키는 또 다른 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다. 도 2a에 예시된 바와 같이, 예를 들어, SiSiB® Silicones - PCC Group(중국 난징 소재)의 상업적으로 입수 가능한 이소시아네이트를 사용하여 기재(101)는 링커 L을 통해 결합된 이소시아네이트(111)를 포함하도록 작용화될 수 있다. 이소시아네이트(111)는 하기 구조를 갖는 화합물(112)과 접촉하여 축합 반응을 겪을 수 있다:
이는 N-아미노 에톡시 카바메이트 또는 하이드라진 카바메이트로 지칭될 수 있다. 일부 예에서, 화합물(112)은 하이드라진(N2H4)을 하기　화합물과 반응시켜 수득할 수 있다:
(디에틸 카보네이트).
도 2b에 예시된 바와 같이, 이소시아네이트(111)와 화합물(112)의 반응 생성물(113)은 하기 구조를 가질 수 있다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커임. 이어서 반응 생성물(113)은 염기-매개 고리화 반응을 거쳐 4-치환된 우라졸(114)을 형성할 수 있으며, 이는 도 2c에 도시된 바와 같은 방식으로 기재에 결합되고, 하기 구조를 갖는다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커임. 4-치환된 우라졸(114)은 도 1a 및 도 1d를 참조하여 기술된 바와 같이, 산화되어 링커 L을 통해 기재(101)에 결합된 TAD 분자(110)를 형성할 수 있다. 4-치환된 우라졸(114)을 TAD 분자(110)로 전환시키기 위해 현장에서 생성된 N2O4 산화, 과산 조건, 초가 요오드화물 종, 옥손, 하이포아염소산염, 1,4-디아자비사이클로[2.2.2]옥탄 브롬(DABCO-Br) 또는 염소산염을 사용하는 것과 같은 다양한 산화 조건이 사용될 수 있다.
4-치환된 우라졸(114)은 TAD 분자(110)보다 훨씬 덜 반응적일 수 있음에 유의한다. 이와 같이, 4-치환된 우라졸(114)은 "보호" 기를 제공하는 것으로 간주될 수 있고, 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 기술된 바와 같은 방식으로, TAD 분자를 디엔 또는 인돌과 반응시키는 것이 의도되기 직전까지, 산화되어 TAD 분자(110)를 형성하지 않을 수 있다. 본원의 다른 곳에서 설명된 것과 같은 다른 유형의 불포화 사이클릭 디온을 결합하기 위한 반응식이 적합하게 사용될 수 있다.
위에서 추가로 언급한 바와 같이, 일부 예에서 불포화 사이클릭 디온이 기재에 결합되고 작용화된 디엔과 반응하지만, 인다졸, 또는 용액에 있는 인돌, 다른 예에서 디엔, 인다졸 또는 인돌은 기재에 결합될 수 있고 용액에 있는 작용화된 불포화 사이클릭 디온과 반응할 수 있다.
예를 들어, 도 3a 및 도 3b는 작용기를 기재에 결합시키는 또 다른 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다. 이제 도 3a를 참조하면, 조성물(300)은 각각의 링커(L)를 통해 기재(301)에 결합된 복수의 인돌 또는 인다졸 분자(320)를 포함한다. 인돌 또는 인다졸 분자(320)는 하기 구조를 가질 수 있다:
상기 식에서 Z는 CH 또는 N이고; L은 기재에 대한 링커를 포함하고, R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기임. 도 3a에 도시된 비제한적인 예에서, 인돌 분자(320)는 하기 구조를 가질 수 있다:
상기 식에서 L은 기재(301)에 대한 링커임. 인돌 및 인다졸에 대한 다른 예시적인 구조는 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 제공된다. L 및 기재의 비제한적 예는 본원의 다른 곳에서 제공된다. 기재(301)는 고체 지지체 상에 배치된 중합체(예를 들어, POSS를 포함하도록 작용화된 중합체)를 포함할 수 있거나, 그 위에 중합체를 갖지 않은 고체 지지체를 포함할 수 있다.
인돌 또는 인다졸 분자는 작용기(F3)를 포함하는 불포화 사이클릭 디온과 반응하여 기재에 작용기를 결합시키는 부가물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같은 방식으로, 인돌 분자(320)는 작용기(F3)를 포함하는 TAD 분자(310)와 반응하여 작용기를 기재에 결합시키는 부가물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 인돌 또는 인다졸 분자(320)는 불포화 사이클릭 디온 분자 및 인돌 또는 인다졸 분자와 상용성인 임의의 적합한 용매(예를 들어, 극성 양성자성 용매, 예컨대 물 또는 알코올, 또는 극성 비양성자성 용매, 예컨대 아세토니트릴, 에스테르 또는 에테르)에 용해되는 불포화 사이클릭 디온(310)과 접촉될 수 있다.
불포화 사이클릭 디온은 하기 구조를 가질 수 있다:
상기 식에서 X는 CH 또는 N이고, F3은 작용기를 포함함. 도 3a에 도시된 비제한적인 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기 구조를 갖는 TAD 분자(310)를 포함할 수 있다:
. 대안적으로, 불포화 사이클릭 디온은 4 위치에 F3을 포함하도록 작용화된 말레이미드 또는 4-사이클로펜텐-1,3-디온을 포함할 수 있다. 작용기는 임의의 적합한 분자 또는 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 것과 같은 분자일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 비제한적인 예에서, 작용기(F3)는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예시적으로, 작용기(F3)는 올리고뉴클레오티드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
용액 중의 불포화 사이클릭 디온과 기재에 결합된 인돌 또는 인다졸 분자의 반응은 하기 구조를 가질 수 있는 복수의 부가물 분자를 포함하는 조성물을 제공할 수 있다:
상기 식에서 Z는 CH 또는 N이고; L은 기재에 대한 링커를 포함하고; R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기이고; F3은 작용기를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임. 도 3b에 도시된 비제한적인 예에서, TAD 분자(310) 및 인돌 분자(320)의 반응은 하기 구조를 가질 수 있는 복수의 부가물 분자(330)를 포함하는 조성물(300')을 제공할 수 있다:
상기 식에서 L은 기재에 대한 링커이고; F3은 작용기임.
본원의 다른 곳에서 언급된 바와 같이, 불포화 사이클릭 디온과 인돌 또는 인다졸 분자 사이의 반응은 가역적일 수 있으며 "가역적 클릭" 반응으로 지칭될 수 있다. 이와 같이, 일부 예에서, 이러한 반응의 부가물은 도 1c를 참조하여 기술된 것과 유사한 방식으로 기재에 결합된 인돌 또는 인다졸 분자를 재생하고 불포화 사이클릭 디온(및 그에 각각 결합된 작용기 F3)의 해리를 유발하기에 적합한 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 기재(301)는 적어도 50℃의 온도, 또는 약 50℃ 내지 약 100℃의 온도, 또는 약 60℃ 내지 약 90℃의 온도, 또는 약 60℃ 내지 약 80℃의 온도, 또는 약 80℃ 내지 약 100℃의 온도, 또는 약 90℃ 내지 약 100℃의 온도로 가열되어, 기재에 결합된 인돌 또는 인다졸 분자(320)를 재생하고 불포화 사이클릭 디온(예를 들어, TAD) 분자(310)의 해리를 야기할 수 있다. 하나의 옵션으로서, 인돌 또는 인다졸 분자(320)를 재생한 후, 인돌 또는 인다졸 분자는 도 3a를 참조하여 설명된 것과 같은 방식으로 또 다른 작용화된 불포화 사이클릭 디온 분자와 반응할 수 있다. 이러한 반응은 유사하게 가역적일 수 있고, 이와 같이 인돌 또는 인다졸 분자(320)는 예를 들어 제2 부가물을 형성하기 위한 제2 불포화 사이클릭 디온 분자와의 반응을 위한 추가 반응에 사용하기 위해 다시 재생될 수 있다. 제2 불포화 사이클릭 디온 분자는 작용기, 예를 들어, 제2 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기를 포함할 수 있다. 제2 올리고뉴클레오티드는 이전에 결합된 불포화 사이클릭 디온에 결합된 올리고뉴클레오티드와 동일한 서열 또는 상이한 서열을 가질 수 있다. 불포화 사이클릭 디온이 TAD를 포함하는 예에서, TAD 분자는 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 기술된 바와 유사하게 제조될 수 있으며, 예를 들어, 4-치환된 우라졸(여기서 4-치환기는 작용기(예컨대 올리고뉴클레오티드)임)을 제공하고, 4-치환된 우라졸을 산화시켜 작용기 F3, 예를 들어 올리고뉴클레오티드를 포함하는 TAD를 형성함으로써 제조될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 작용기를 기재에 결합시키는 또 다른 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다. 보다 구체적으로, 기재에 디엔을 결합시키고, 작용기를 포함하는 불포화 고리형 디온을 디엔과 반응시켜 표면에 작용기를 결합시킬 수 있다. 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 제공되는 디엔 분자의 예는 작용기 자체를 포함하는 대신 디엔을 표면에 결합시키는 링커 L을 포함하도록 작용화될 수 있다. 이제 도 4a를 참조하면, 조성물(400)은 각각의 링커(L)를 통해 기재(401)에 결합된 복수의 디엔 분자(440)를 포함한다. 도시된 예에서, 디엔 분자(440)는 하기 구조를 가질 수 있다:
상기 식에서 L은 기재(401)에 대한 링커이지만, 임의의 다른 적절한 1,3-디엔, 2,4-디엔, Danishefsky의 디엔, Brassard 디엔 또는 Rawal 디엔이 대신 사용될 수 있다. L 및 기재의 비제한적 예는 본원의 다른 곳에서 제공된다. 기재(401)는 고체 지지체 상에 배치된 중합체(예를 들어, POSS를 포함하도록 작용화된 중합체)를 포함할 수 있거나, 그 위에 중합체를 갖지 않은 고체 지지체를 포함할 수 있다.
도 4a에 예시된 바와 같은 방식으로, 디엔 분자(440)는 작용기(F3)를 포함하는 불포화 사이클릭 디온(예를 들어, TAD) 분자(410)와 반응하여 작용기를 기재에 결합시키는 부가물을 형성한다. 예를 들어, 기재에 결합된 디엔 분자(440)는 불포화 사이클릭 디온 분자 및 디엔 분자와 상용성인 임의의 적합한 용매(예를 들어, 극성 양성자성 용매, 예컨대 물, 또는 알코올, 또는 극성 비양성자성 용매, 예컨대 아세토니트릴, 에스테르, 또는 에테르)에 용해되는 불포화 사이클릭 디온 분자(410)와 접촉될 수 있다. 불포화 사이클릭 디온 분자는 하기 구조를 가질 수 있다:
상기 식에서 X는 CH 또는 N이고, F3은 작용기를 포함함. 도 4a에 도시된 비제한적인 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 하기 구조를 갖는 TAD 분자(410)를 포함할 수 있다:
상기 식에서 F3은 작용기를 포함함. 또 다른 예에서, 불포화 사이클릭 디온은 말레이미드를 포함할 수 있다:
또는 4-사이클로펜텐-1,3-디온:
.
작용기는 임의의 적합한 분자 또는 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 것과 같은 분자일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 비제한적인 예에서, 작용기(F3)는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예시적으로, 작용기(F3)는 올리고뉴클레오티드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
불포화 사이클릭 디온 및 디엔 분자의 반응은 하기 구조를 가질 수 있는 복수의 부가물 분자를 포함하는 조성물을 제공할 수 있다:
상기 식에서 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고; L은 기재에 대한 링커를 포함하고; F3은 작용기를 포함함. 도 4b에 도시된 비제한적인 예에서, TAD 분자(410) 및 디엔 분자(440)의 반응은 하기 구조를 가질 수 있는 복수의 부가물 분자(430)를 포함하는 조성물(400')을 제공할 수 있다:
.
다른 디엔과 다른 불포화 사이클릭 디온 사이의 다른 부가물은 본원의 교시에 기초하여 쉽게 구상될 수 있다. 불포화 사이클릭 디온과 디엔 분자 사이의 반응은 실질적으로 비가역적일 수 있으며 "초고속 클릭" 반응이라고 할 수 있다.
기재에 결합된 작용기를 포함하는 조성물을 사용하는 방법
본원의 다른 곳에서 언급된 바와 같이, 올리고뉴클레오티드는 예를 들어 도 1a 내지 도 1f, 2a 내지 도 2c, 3a 및 도 3b 또는 4a 및 도 4b를 참조하여 기술된 방식으로 기재에 결합될 수 있는 작용기의 비제한적 예이다. 본원에 기재된 바와 같은 방식으로 기재에 결합된 올리고뉴클레오티드는 다양한 증폭 기술에 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 기술의 예는 중합효소 연쇄 반응(PCR), 롤링 서클 증폭(RCA), 다중 치환 증폭(MDA) 또는 랜덤 프라임 증폭(RPA) 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 예에서, 증폭에 사용되는 하나 이상의 프라이머가 기재에 결합될 수 있다. 2종 이상의 부착된 프라이머를 활용하는 형식은 브리지 증폭(BridgeAmp) 또는 동역학적 배제 증폭(ExAmp)을 가능하게 하며, 여기서 앰플리콘은 복사된 템플레이트 시퀀스 옆에 있는 두 개의 부착된 프라이머 사이에 브리지 유사 구조를 형성할 수 있다. 증폭은 또한 기재에 부착된 하나의 증폭 프라이머 및 용액 중의 제2 프라이머(예를 들어, 에멀젼 PCR)로 수행될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 본원에 기재된 바와 같은 방식으로 기재에 결합된 올리고뉴클레오티드는 표적 폴리뉴클레오티드의 서열을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 표적 폴리뉴클레오티드는 본원에 기재된 바와 같은 방식으로 기재에 공유적으로 결합된 복수의 프라이머 중 하나에 결합(예를 들어, 혼성화)될 수 있다. 표적 폴리뉴클레오티드는 기재 결합 앰플리콘의 클러스터를 형성하기 위해 복수의 프라이머를 사용하여 증폭될 수 있다. 기재 결합된 앰플리콘의 클러스터는 표지된 뉴클레오티드(예를 들어, 형광 표지된 뉴클레오티드) 및 뉴클레오티드가 폴리머라제에 의해 혼입되는 동안 검출가능한 신호(예를 들어, 형광)가 생성되고, 이러한 신호는 뉴클레오티드를 식별하여 표적 폴리뉴클레오티드의 뉴클레오티드 서열을 결정하는 데 사용될 수 있는 폴리머라제와 접촉할 수 있다.
실시예
추가적인 실시예가 하기의 실시예에서 더 상세히 개시되며, 이러한 실시예는 결코 본 발명의 범주를 제한하고자 의도되지 않는다.
실시예 1. 올리고뉴클레오티드를 포함하는 TAD에 결합된 블록 공중합체
한 예에서, 디엔을 포함하는 제1 블록 공중합체(BCP1)가 제조되고, 이어서 디엔은 올리고뉴클레오티드(P5 또는 P7 프라이머)를 포함하는 TAD와 반응하여 다음 반응식을 사용하여 제2 블록 공중합체(BCP2)를 형성한다:
Figure pct00089
BCP2의 NH2 기는 기재와 반응하여 BCP2를 유리 또는 실리카 지지체에 공유 결합한다. 반응은 부착된 이소시아네이트, 활성화 카복실산 또는 마이클 수용체에서 수행된다. TAD 분자가 짙은 색(적자색)을 띠고 반응(소비) 시 용액이 점차 무색이 되기 때문에 TAD-디엔 반응에 대한 명확한 시각적 표시가 있다. 올리고뉴클레오티드를 포함하는 TAD 분자의 농도는 UV 또는 비색 모니터링을 사용하여 모니터링되며 실시간으로 추가될 수 있다.
이 반응식으로부터, 올리고뉴클레오티드(예를 들어, 프라이머)와 같은 원하는 작용기를 포함하는 TAD와 같은 불포화 사이클릭 디온은 고체 지지체 상에 배치된 중합체와 같은 기재에 결합되는 디엔과 반응하여 작용기를 기재에 결합시킬 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
실시예 2. 올리고뉴클레오티드를 포함하는 TAD에 결합된 패턴화된 웰
도 5는 작용기를 기재에 결합시키는 또 다른 공정에서의 예시적인 조성물 및 작업을 개략적으로 도시한다. 도 5에 도시된 조성물(a)은 웰을 형성하기 위해 나노-임프린트 리소그래피(NIL)를 사용하여 패터닝된 중합체 수지가 그 위에 배치된 유리 고체 지지체를 포함한다. NIL을 사용하여 패터닝하는 방법은 국제공개 WO2018/119053호 및 WO2018/118932호에 설명되어 있으며, 각각의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다. 기재를 제조하는 방법은 국제공개 WO2014/133905호에 기재되어 있으며, 그 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다. 본 예에서, 웰은 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 기술된 바와 같이 4-치환된 우라졸("우라졸 중합체")에 결합된 중합체를 포함한다. 조성물(a)은 DABCO-Br을 사용하여 산화되어 웰이 도 1a를 참조하여 기술된 바와 같이 TAD 분자("TAD 중합체")에 결합된 중합체를 포함하는 조성물(b)을 형성한다. 조성물(b)은 작용기를 갖지 않는 인돌 분자("인돌 보호제")와 반응하여 웰이 TAD-인돌 반응의 부가물에 결합된 중합체를 포함하는 조성물(c)을 형성한다(도 1b를 참조하여 설명된 것과 같으나 작용기 F1은 생략). 조성물(c)은 올리고뉴클레오티드 프라이머(P5/P7)("P5/P7-디엔 그래프팅/치환")를 포함하도록 작용화된 실시예 3의 디엔과 도 1f를 참조하여 기술된 것과 같은 방식으로 반응하여 웰이 도 1e를 참조하여 설명된 것과 같은 TAD-디엔 부가물에 결합된 중합체를 포함하는 조성물(d)을 형성한다. 일부 예에서, 나노웰의 일부는 이 방법에서 작용화되어 반응에 사용할 수 있는 TAD 모이어티의 나머지 수를 남긴다.
조성물(c)을 형성하기 위한 인돌 "가역적 클릭" 반응은 온화하며 실온에서 수행될 수 있다. 중합체-결합된 TAD 분자의 완전한 또는 실질적으로 완전한 보호를 제공함으로써 다운스트림 화학 또는 생화학 작업 동안 이들 분자의 후속 반응을 방지하거나 억제하기 위해 인돌 분자의 큰 과량이 사용될 수 있다. 추가적으로, 조성물(d)을 형성하는 조성물(c)의 인돌-TAD 부가물과 작용화된 디엔의 "트랜스클릭" 반응은 특이적이고 실질적으로 비가역적인 교환 반응일 수 있으며, 이는 또한 온화하고 비(non)에칭이며 따라서 많은 다른 유형의 기재와 호환되며 실온에서 몇 분 안에 수행될 수 있다. 올리고뉴클레오티드 작용화 디엔은 이전에 기재에 결합된 인돌 보호제 분자 중 적어도 일부를 치환한다.
이 반응식으로부터, 올리고뉴클레오티드(예를 들어, 프라이머)와 같은 원하는 작용기를 포함하는 디엔은 작용기를 기재에 결합시키기 위해 고체 지지체 상에 배치된 중합체와 같은 기재에 결합된 인돌-보호된 TAD와 반응할 수 있다.
실시예 3. 올리고뉴클레오티드를 포함하는 디엔에 결합된 블록 공중합체
또 다른 예에서, 하기 반응식을 사용하여 4-치환된 우라졸을 포함하는 제1 블록 공중합체(BCP1)가 제조되고, 그런 다음 우라졸은 DABCO-Br(DABCO를 DCM 또는 CHCl3와 같은 적합한 용매에서 Br2와 반응시켜 제조됨)을 사용하여 산화되어 TAD를 포함하는 제3 블록 공중합체(BCP3)를 형성하고, TAD는 올리고뉴클레오티드(P5 또는 P7 프라이머)를 포함하는 디엔과 반응하여 제4 블록 공중합체(BCP4)를 형성한다:
Figure pct00090
BCP4의 NH2 기는 기재와 반응하여 BCP4를 실시예 1에 기재된 방식으로 고체 지지체에 공유 결합시킨다. TAD/불포화 사이클릭 디온 함유 중합체를 제조하기 위해 아래 예시된 반응식에 따라 추가 반응을 수행한다. 아래에 설명된 제1 반응식은 가역적 첨가-단편화 연쇄 이동(RAFT) 중합을 사용한다. 그런 다음 이러한 폴리머는 디엔과 반응하여 유사한 화학(즉, 나머지 TAD 단위를 통한 공유 부착)을 사용하여 표면에 부착되는 올리고 작용화 물질을 형성하며, 중합체 코팅 단계에서 모두 소비되는 것은 아니므로 디엔 올리고와의 반응을 위해 대부분 남아 있다. 아래에 설명된 후속 반응식은 아래의 제1 반응식에 사용된 단량체 Az-TAD를 제조하는 방법을 자세히 설명한다.
Figure pct00091
Figure pct00092
이들 반응식으로부터, 올리고뉴클레오티드(예를 들어, 프라이머)와 같은 원하는 작용기를 포함하는 디엔은 고체 지지체 상에 배치된 중합체와 같은 기재에 결합되는 TAD와 같은 우라졸-보호된 불포화 사이클릭 디온과 반응하여 작용기를 기재에 결합시킬 수 있음이 이해될 수 있다.
추가 주석
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 본 개시의 양태 각각의 임의의 각각의 특징부/예는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 결과를 달성하기 위해 임의의 적절한 조합으로 함께 구현될 수 있고, 이러한 양태들 중 임의의 하나 이상으로부터의 임의의 특징부/예는 여기에서 설명된 바와 같은 이점을 달성하기 위해 임의의 조합으로 본 명세서에서 설명된 바와 같은 다른 양태(들)의 임의의 특징부와 함께 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
다양한 예시적인 예가 위에서 설명되어 있지만, 본 발명을 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 이러한 모든 변경 및 수정을 포함하도록 의도된다.

Claims (82)

  1. 기재에 작용기를 결합시키는 방법으로서,
    기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온을 제공하는 단계; 및
    불포화 사이클릭 디온을 제1 작용기를 포함하는 인돌 또는 인다졸과 반응시켜, 제1 작용기를 기재에 결합시키는 제1 부가물을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기인, 방법:

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
  3. 제2항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 트리아졸린디온인, 방법:
    .
  4. 제2항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 말레이미드인, 방법:
    .
  5. 제2항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 4-사이클로펜텐-1,3-디온인, 방법:
    .
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 인돌 또는 인다졸은 하기인, 방법:

    상기 식에서 F1은 제1 작용기를 포함하고; R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기이고; Z는 CH 또는 N임.
  7. 제6항에 있어서, 인돌은 하기의 1H-인돌인, 방법:
    .
  8. 제6항에 있어서, 인돌은 하기의 1H-인다졸인, 방법:
    .
  9. 제6항에 있어서, 제1 부가물은 하기인, 방법:

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
  10. 제9항에 있어서, 제1 부가물은 하기인, 방법:
    .
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 부가물을 가열하여 기재에 결합된 사이클릭 불포화 디온을 재생하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 부가물을 제2 작용기를 포함하는 디엔과 반응시켜 제2 작용기를 기재에 결합시키는 제2 부가물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 디엔은 1,3-디엔을 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 1,3-디엔은 하기인, 방법:

    상기 식에서 F2는 제2 작용기를 포함함.
  15. 제14항에 있어서, 제2 부가물은 하기인, 방법:

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함함.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 제2 작용기는 올리고뉴클레오티드인, 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드인, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화되는, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온을 제공하는 단계는 하기를 포함하는, 방법:
    기재에 결합된 4-치환된 우라졸을 제공하는 단계; 및
    4-치환된 우라졸을 산화시켜 트리아졸린디온을 형성하는 단계.
  23. 조성물로서,
    기재; 및
    하기의, 기재에 결합된 부가물을 포함하며,

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고; F1은 제1 작용기를 포함하고; 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고; R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기이고; Z는 CH 또는 N인, 조성물.
  24. 제23항에 있어서, 부가물은 하기인, 조성물:
    .
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조성물.
  26. 제25항에 있어서, 제1 작용기는 올리고뉴클레오티드인, 조성물.
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함하는, 조성물.
  28. 제27항에 있어서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화되는, 조성물.
  29. 기재에 작용기를 결합시키는 방법으로서,
    기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온을 제공하는 단계; 및
    불포화 사이클릭 디온을 작용기를 포함하는 디엔과 반응시켜 기재에 작용기를 결합시키는 부가물을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기인, 방법:

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커이고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
  31. 제30항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 트리아졸린디온인, 방법:
    .
  32. 제30항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 말레이미드인, 방법:
    .
  33. 제30항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 4-사이클로펜텐-1,3-디온인, 방법:
    .
  34. 제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 디엔은 1,3-디엔을 포함하는, 방법.
  35. 제34항에 있어서, 1,3-디엔은 하기인, 방법:

    상기 식에서 F2는 작용기를 포함함.
  36. 제35항에 있어서, 부가물은 하기인, 방법:

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함함.
  37. 제29항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  38. 제37항에 있어서, 작용기는 올리고뉴클레오티드인, 방법.
  39. 제29항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함하는, 방법.
  40. 제39항에 있어서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화되는, 방법.
  41. 제29항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 기재에 결합된 불포화 사이클릭 디온을 제공하는 단계는 하기를 포함하는, 방법:
    기재에 결합된 4-치환된 우라졸을 제공하는 단계; 및
    4-치환된 우라졸을 산화시켜 트리아졸린디온을 형성하는 단계.
  42. 조성물로서,
    기재; 및
    하기의, 기재에 결합된 부가물을 포함하며,

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, F2는 작용기를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N인, 조성물.
  43. 제42항에 있어서, 부가물은 하기인, 조성물:
    .
  44. 제42항에 있어서, 부가물은 하기인, 조성물:
    .
  45. 제42항에 있어서, 부가물은 하기인, 조성물:
    .
  46. 제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 작용기는 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조성물.
  47. 제46항에 있어서, 작용기는 올리고뉴클레오티드인, 조성물.
  48. 제42항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함하는, 조성물.
  49. 제48항에 있어서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화되는, 조성물.
  50. 기재에 작용기를 결합시키는 방법으로서,
    기재에 결합된 인돌 또는 인다졸을 제공하는 단계; 및
    인돌 또는 인다졸을 올리고뉴클레오티드를 포함하는 제1 불포화 사이클릭 디온과 반응시켜, 올리고뉴클레오티드를 기재에 결합시키는 제1 부가물을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  51. 제50항에 있어서, 제1 불포화 사이클릭 디온은 하기인, 방법:
    ,
    상기 식에서 F3은 올리고뉴클레오티드를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
  52. 제51항에 있어서, 제1 불포화 사이클릭 디온은 트리아졸린디온인, 방법:
    .
  53. 제50항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 인돌 또는 인다졸은 하기인, 방법:
    ,
    상기 식에서 Z는 CH 또는 N이고, L은 기재에 대한 링커를 포함하고, R은 H, 전자 끌기 기 또는 전자 공여 기임.
  54. 제53항에 있어서, 인돌은 하기의 1H-인돌인, 방법:

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커임.
  55. 제54항에 있어서, 제1 부가물은 하기인, 방법:

    상기 식에서 F3은 올리고뉴클레오티드를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
  56. 제50항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 부가물을 가열하여 기재에 결합된 인돌 또는 인다졸을 재생하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  57. 제56항에 있어서, 기재에 결합된 인돌 또는 인다졸을 재생한 후, 인돌 또는 인다졸을 제2 불포화 사이클릭 디온과 반응시켜 제2 부가물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  58. 제57항에 있어서, 제2 불포화 사이클릭 디온은 작용기를 포함하는, 방법.
  59. 제58항에 있어서, 작용기는 제2 올리고뉴클레오티드, 친수성 분자, 친수성 거대분자, 촉매 및 표지물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  60. 제50항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함하는, 방법.
  61. 제60항에 있어서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화되는, 방법.
  62. 제50항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
    올리고뉴클레오티드를 포함하는 4-치환된 우라졸을 제공하는 단계; 및
    4-치환된 우라졸을 산화시켜 올리고뉴클레오티드를 포함하는 불포화 사이클릭 디온 트리아졸린디온을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  63. 조성물로서,
    기재; 및
    하기의, 기재에 결합된 부가물을 포함하며,
    ,
    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, F3은 올리고뉴클레오티드를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고, Z는 CH 또는 N인, 조성물.
  64. 제63항에 있어서, 부가물은 하기인, 조성물:
    .
  65. 제63항 또는 제64항에 있어서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함하는, 조성물.
  66. 제65항에 있어서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화되는, 조성물.
  67. 기재에 작용기를 결합시키는 방법으로서,
    기재에 결합된 디엔을 제공하는 단계; 및
    디엔을 올리고뉴클레오티드를 포함하는 불포화 사이클릭 디온과 반응시켜, 올리고뉴클레오티드를 기재에 결합시키는 제1 부가물을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  68. 제67항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기인, 방법:
    ,
    상기 식에서 F3은 올리고뉴클레오티드를 포함하고 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N임.
  69. 제68항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 트리아졸린디온인, 방법:
    .
  70. 제68항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 말레이미드인, 방법:
    .
  71. 제68항에 있어서, 불포화 사이클릭 디온은 하기의 4-사이클로펜텐-1,3-디온인, 방법:
    .
  72. 제67항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 디엔은 1,3-디엔을 포함하는, 방법.
  73. 제70항에 있어서, 1,3-디엔은 하기인, 방법:
    ,
    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함함.
  74. 제73항에 있어서, 부가물은 하기인, 방법:

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고, F3은 올리고뉴클레오티드를 포함함.
  75. 제74항에 있어서, 부가물은 하기인, 방법:
    .
  76. 제67항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함하는, 방법.
  77. 제76항에 있어서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화되는, 방법.
  78. 제67항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
    올리고뉴클레오티드를 포함하는 4-치환된 우라졸을 제공하는 단계; 및
    4-치환된 우라졸을 산화시켜 올리고뉴클레오티드를 포함하는 불포화 사이클릭 디온 트리아졸린디온을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  79. 조성물로서,
    기재; 및
    하기의, 기재에 결합된 부가물을 포함하며:

    상기 식에서 L은 기재에 대한 링커를 포함하고, 각각의 X는 독립적으로 CH 또는 N이고, F3은 올리고뉴클레오티드인, 조성물.
  80. 제79항에 있어서, 부가물은 하기인, 조성물:
    .
  81. 제79항 또는 제80항에 있어서, 기재는 고체 지지체 상에 배치된 중합체를 포함하는, 조성물.
  82. 제81항에 있어서, 중합체는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)을 포함하도록 작용화되는, 방법.
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