TW202020163A - 聚合物水凝膠奈米結構之陣列及其用途 - Google Patents

聚合物水凝膠奈米結構之陣列及其用途 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種製造具有一或多個不同的圖案化聚合物水凝膠奈米結構之一微流體裝置之方法。該方法包括：提供一第一基板，其在一第一內表面及一外圍表面部分上具有聚合物水凝膠奈米結構之一第一圖案化陣列；提供一第二基板，其具有一第二內表面及具有一末端表面之一側壁；及將該第二基板之該末端表面黏合至該第一基板之該外圍表面部分，使得該第一及該第二內表面在該等黏合的第一及第二基板內界定一密封空腔。該微流體裝置可經設計以包括聚合物水凝膠奈米結構之多個不同圖案化陣列，此端視該裝置之期望應用及性質而定。

Description

聚合物水凝膠奈米結構之陣列及其用途
本申請案主張根據專利法於2018年8月6日提出申請之美國臨時申請案第62/715,075號之優先權益，該申請案之內容之全文皆以引用方式併入本文中。
本揭示內容係關於圖案化表面及微流體裝置、製造圖案化表面之方法及將該等裝置用於生物分子分析、具體而言基因定序之方法。
生物樣品之組成及量往往很複雜。生物樣品中生物分子之分析通常涉及將樣品分成數千或甚至數百萬個樣品進行定量測定。已經開發了許多不同之分配方法，包括表面圖案化(包括表面化學及結構圖案化)、微滴、連續或不連續流動以及物理受力分離(例如電泳)。其中，表面圖案化係選擇性捕獲及分配生物樣品中之生物分子用於生物分析之最常見且最有效之方法之一。此外，由於微流體在空間及/或時間上控制生物反應之能力，其已經與表面圖案化組合以達成對生物分子分析之高靈敏度及特異性。例如，對於基於光學檢測之大規模平行基因定序應用，可捕獲從基因體DNA樣品產生之數百萬個短DNA片段，並將其分配至微流體裝置之圖案化表面上，使得該等相應DNA片段在空間上彼此分離，以便於藉由例如合成、連接或單分子實時成像進行定序。該等基因定序技術可用於定序整個基因體，或基因體之小部分，如外顯子體或基因之預選子集。
已經使用了幾種方法來製造用於生物分子分析、特別是用於大規模平行基因定序應用之奈米圖案化基板。習用方法使用光微影及奈米壓印來製造圖案化基板，此乃因該等技術在固體表面上製造包括奈米特徵之圖案時具有高通量及高保真度。光微影通常可用於圖案化平坦之晶圓基板(例如玻璃及矽)，而奈米壓印可應用於圖案化平坦或彎曲之晶圓基板。
在過去幾十年裡，已經開發出多種大規模平行基因定序技術，該等技術在DNA固定化化學、聚類及DNA定序原理方面存在差異。例如，對於使用橋擴增或模板步移之定序，將DNA分子共價捕獲並分配至分別具有聚合物水凝膠塗層或短連接體分子之平坦基板上。對於使用排斥擴增之定序，在具有聚合物水凝膠塗層之圖案化奈米孔基板上選擇性地捕獲及分配DNA分子。為了藉由連接進行定序，將使用滾環複製擴增產生之DNA奈米球靜電捕獲至圖案化之帶正電荷之表面(例如胺矽烷塗覆之表面)上。對於使用單分子檢測之定序，將DNA分子共價連接至基板表面。不幸的是，在進行分析及解釋結果時，該等技術中之每一者皆可能更加耗時、供應要求高及/或更複雜。
因此，需要改進技術及相應表面化學來改進微流體裝置中之圖案化表面，用於更精確且更成本有效之基因定序應用。
根據本揭示內容之一些態樣，提供用於製造聚合物奈米凹坑之週期性陣列之方法。該方法包括：提供基板；用塗底漆分子對基板塗底漆以形成塗有底漆之基板；用水凝膠單體及二氧化矽奈米粒子之混合物旋塗塗有底漆之基板以形成經塗覆基板；使經塗覆基板暴露於UV照射以形成聚合物水凝膠；去除聚合物水凝膠之一部分以部分暴露二氧化矽奈米粒子；將金屬層、金屬氧化物層或二者之組合沉積至聚合物水凝膠之頂表面；及蝕刻掉二氧化矽奈米粒子以在聚合物水凝膠之頂表面上形成具有金屬或金屬氧化物區域之聚合物水凝膠奈米凹坑之週期性陣列。
根據本揭示內容之其他態樣，提供用於製造聚合物奈米柱之週期性陣列之方法。該方法包括：提供基板；用塗底漆分子對基板塗底漆以形成塗有底漆之基板；用水凝膠單體及二氧化矽奈米粒子之混合物旋塗塗有底漆之基板以形成經塗覆基板；使經塗覆基板暴露於UV照射以形成聚合物水凝膠；去除聚合物水凝膠之部分以部分暴露二氧化矽奈米粒子及基板；及蝕刻掉二氧化矽奈米粒子以形成聚合物水凝膠奈米柱之週期性陣列。
根據本揭示內容之其他態樣，提供在奈米孔內部製造聚合物奈米柱之週期性陣列之方法。該方法包括：提供基板；用塗底漆分子對基板塗底漆以形成塗有底漆之基板；用水凝膠單體及二氧化矽奈米粒子之混合物旋塗塗有底漆之基板以形成經塗覆基板；使經塗覆基板暴露於UV照射以形成聚合物水凝膠；去除聚合物水凝膠之部分以部分暴露二氧化矽奈米粒子及基板；沉積金屬層、金屬氧化物層或其組合；及蝕刻掉二氧化矽奈米粒子以形成封閉在金屬或金屬氧化物奈米孔內部之聚合物水凝膠奈米柱之週期性陣列。
根據本揭示內容之其他態樣，提供用於製造由金屬或氧化物環包圍之聚合物奈米柱之週期性陣列之方法。該方法包括：提供基板；用塗底漆分子對基板塗底漆以形成塗有底漆之基板；用水凝膠單體及二氧化矽奈米粒子之混合物旋塗塗有底漆之基板以形成具有單層非緊密堆積之膠體晶體之經塗覆基板；使經塗覆基板暴露於UV照射以形成聚合物水凝膠；去除聚合物水凝膠之部分以部分暴露二氧化矽奈米粒子及基板；沉積金屬層、金屬氧化物層或其組合；離子束蝕刻掉金屬或金屬氧化物層之一部分以形成金屬或金屬氧化物環；及蝕刻掉二氧化矽奈米粒子以形成由金屬或金屬氧化物環封閉之聚合物水凝膠奈米柱之週期性陣列。
根據本揭示內容之其他態樣，提供用於製造具有圖案化聚合物水凝膠奈米結構之微流體裝置之方法。該方法包括：提供第一基板，其在第一內表面及外圍表面部分上具有聚合物水凝膠奈米結構之第一圖案化陣列；提供第二基板，其具有第二內表面及具有末端表面之側壁；及將第二基板之末端表面黏合至第一基板之外圍表面部分，使得第一及第二內表面在黏合的第一及第二基板內界定密封空腔。
根據本揭示內容之其他態樣，提供使用引子DNA官能化具有圖案化聚合物水凝膠奈米結構之微流體裝置之方法。該方法包括：提供具有至少一個通道底表面之微流體裝置，該至少一個通道底表面具有圖案化聚合物水凝膠奈米結構；及將微流體裝置與引子DNA一起培育以使引子DNA共價附接至通道底表面。
其他特徵及優點將在隨後之詳細描述中闡述，並且熟習此項技術者根據該描述將部分地容易明瞭或者藉由實踐本文所述之實施例(包括隨後之詳細描述、申請專利範圍以及附圖)認識到該等特徵及優點。
應理解，前文一般描述及下文詳細描述僅具有例示性，並且意欲提供理解申請專利範圍之性質及特徵之概述或框架。附圖包括在內以提供進一步之理解，並且納入並構成本說明書之一部分。附圖圖解說明一或多個實施例，並且與該描述一起用於解釋各個實施例之原理及操作。
其他特徵及優點將在隨後之詳細描述中闡述，並且熟習此項技術者根據該描述將部分地容易明瞭或者藉由實踐如隨後之描述以及申請專利範圍及附圖中所述之實施例認識到該等特徵及優點。
如本文使用之術語「及/或」在用於兩個或更多個項目之列表中時意指可單獨使用所列項目中之任一者，或者可使用所列項目中之兩者或更多者之任一組合。例如，若組合物闡述為含有組分A、B及/或C，則該組合物可含有單獨A；單獨B；單獨C；A及B之組合；A及C之組合；B及C之組合；或者A、B及C之組合。
在本文件中，諸如第一及第二、頂部及底部及諸如此類關係術語僅用於區分一個實體或動作與另一個實體或動作，而不一定要求或暗示該等實體或動作之間之任何實際該關係或順序。
熟習此項技術者以及製造或使用本揭示內容之彼等將會作出對本揭示內容之修改。因此，應理解，附圖中顯示及上文所述之實施例僅出於說明之目的，而不欲限制本揭示內容之範圍，本揭示內容之範圍由以下申請專利範圍限定，如根據專利法之原理、包括等同原則所解釋。
出於本揭示內容之目的，術語「耦接(coupled)」(以其所有形式：耦接(couple)、耦接(coupling)、耦接(coupled)等)通常意指兩個部件直接或間接相互連接。此種連接本質上可為固定的或本質上可為可移動的。此種連接可藉由兩個部件及任何其他中間構件彼此或與兩個部件一體形成為單個整體來達成。除非另有說明，否則此種連接本質上可為永久性的，或者本質上可為可去除或可釋放的。
如本文所用，術語「約」意指量、大小、配方、參數及其他數量及特徵不為並且不需要係精確的，而是可為近似的及/或根據需要更大或更小，反映公差、轉換因子、捨入、測量誤差及諸如此類，以及熟習此項技術者已知之其他因素。當術語「約」用於闡述範圍之值或終點時，本揭示內容應理解為包括所提及之特定值或終點。無論說明書中範圍之數值或終點是否引用「約」，範圍之數值或終點意欲包括兩個實施例：一個由「約」修飾，且另一個不由「約」修飾。應進一步理解，每個範圍之終點相對於另一個終點係重要的，並且獨立於另一個終點。
如本文使用之術語「實質」、「實質上」及其變化形式意欲指出所述特徵等於或近似等於一值或描述。例如，「實質上平坦」之表面意欲表示平坦或近似平坦之表面。此外，「實質上」意欲表示兩個值相等或近似相等。在一些實施例中，「實質上」可表示彼此相差約10%以內、例如彼此相差約5%以內或者彼此相差約2%以內之值。
如本文使用之方向術語（例如上、下、右、左、前、後、頂部、底部）僅參照所繪製之附圖且不欲暗指絕對定向。
除非明確表示相反之情形，否則如本文所用術語「該」、「一個(a或an)」意指「至少一個」，並且不應限於「僅一個」。因此，例如，除非上下文另外明確指示，否則提及「一個部件」包括具有兩個或更多個該等部件之實施例。
參考第1圖，根據本揭示內容之一些態樣，提供圖案化基板100之示意性視圖。本文揭示之微流體裝置具有至少一個圖案化基板表面，其中圖案包括使用模板化二氧化矽奈米球光微影製成之聚合物水凝膠奈米結構陣列。微流體裝置可含有至少一個流體通道。在一些態樣中，微流體裝置亦含有用於每一通道之至少一個入口埠及一個出口埠。通道及入口埠/出口埠可在圖案化基板100或另一基板上製造。在一些態樣中，如第1圖所圖解說明，定位於圖案化基板100上之聚合物水凝膠奈米結構陣列可包括聚合物水凝膠奈米柱130之陣列，其中每個奈米柱130可由金屬或金屬氧化物環120包圍。圖案化基板之表面110可暴露在奈米柱130之間之間隙區域。儘管顯示奈米柱130，但聚合物水凝膠奈米結構之類型及其各別幾何形狀、形狀及尺寸可端視給定之應用或欲提供之期望性質而變化。例如，在一些態樣中，聚合物水凝膠奈米結構可包括(但不限於)奈米柱、奈米凹坑、奈米錐、奈米立方體、奈米圓柱、奈米十二面體、奈米圓環、奈米立方形、奈米球、奈米四面體、奈米二十面體、奈米橢偏體、奈米六角金字塔、奈米三稜鏡、奈米八面體、奈米五角稜鏡、奈米半球、奈米六角稜鏡、奈米平行外延、奈米五角稜鏡或本領域已知之奈米、微米及/或毫米尺度之任何其他3維形狀或結構。此外，在一些態樣中，本文所提供聚合物水凝膠奈米結構之列表可具有施加至各別聚合物水凝膠奈米結構之金屬或金屬氧化物環、金屬或金屬氧化物塗層、金屬或金屬氧化物層及/或金屬或金屬氧化物表面。如本文所詳述，在一些態樣中，聚合物水凝膠奈米結構之陣列可包括由聚合物水凝膠膜頂部之間隙、或間隙金屬或金屬氧化物區域分開之奈米凹坑、由裸基板表面分開之奈米柱及/或封閉在金屬或金屬氧化物奈米孔內部之奈米柱。
現參考第2圖，根據本揭示內容之一些態樣提供用於製造聚合物水凝膠奈米凹坑10之週期性陣列之方法150。該方法150包括：提供基板14 (步驟200)；用塗底漆分子18對基板14塗底漆以形成塗有底漆之基板22 (步驟201)；用水凝膠單體26及奈米粒子30之混合物塗覆塗有底漆之基板22 (例如，藉由旋塗或另一適當沉積製程將水凝膠單體及奈米粒子之混合物沉積在塗有底漆之基板上)以形成經塗覆基板34 (步驟202)；暴露經塗覆基板34 (例如，用紫外(UV)及/或另一適當波長照射照射經塗覆基板)以形成聚合物水凝膠38 (步驟203)；去除聚合物水凝膠38之一部分以部分暴露奈米粒子30 (步驟204)；將金屬層42、金屬氧化物層42或其組合沉積至聚合物水凝膠38之頂表面(步驟205)；及蝕刻掉奈米粒子30以在聚合物水凝膠38之頂表面上形成具有間隙金屬或金屬氧化物區域42之聚合物水凝膠奈米凹坑10之週期性陣列(步驟206)。奈米粒子可包括無機奈米粒子，例如二氧化矽奈米粒子。
參考第3圖，根據本揭示內容之一些態樣提供用於製造聚合物水凝膠奈米柱46之週期性陣列之方法160。該方法160包括：提供基板14 (步驟200)；用塗底漆分子18對基板14塗底漆以形成塗有底漆之基板22 (步驟201)；用水凝膠單體26及奈米粒子30之混合物塗覆塗有底漆之基板22 (例如，藉由旋塗或另一適當沉積製程將水凝膠單體及奈米粒子之混合物沉積在塗有底漆之基板上)以形成經塗覆基板34 (步驟202)；暴露經塗覆基板34 (例如，用UV及/或另一適當波長照射照射經塗覆基板)以形成聚合物水凝膠38 (步驟203)；去除聚合物水凝膠38之部分以部分暴露奈米粒子30及基板14 (步驟208)；及蝕刻掉奈米粒子30以形成聚合物水凝膠奈米柱46之週期性陣列(步驟209)。奈米粒子可包括無機奈米粒子，例如二氧化矽奈米粒子。每個水凝膠奈米柱46可包括聚合物水凝膠奈米凹坑，如第3圖所示。例如，聚合物水凝膠奈米凹坑可佈置在水凝膠奈米柱46之頂表面。基板14 (例如，基板材料本身或塗有底漆之基板)之表面可暴露在水凝膠奈米柱46之間之間隙區域，如第3圖所示。
參考第4圖，提供在奈米孔50內部製造聚合物水凝膠奈米柱之週期性陣列之方法170。該方法170包括：提供基板14 (步驟200)；用塗底漆分子18對基板14塗底漆以形成塗有底漆之基板22 (步驟201)；用水凝膠單體26及奈米粒子30之混合物塗覆塗有底漆之基板22 (例如，藉由旋塗或另一適當沉積製程將水凝膠單體及奈米粒子之混合物沉積在塗有底漆之基板上)以形成經塗覆基板34 (步驟202)；暴露經塗覆基板34 (例如，用UV及/或另一適當波長照射照射經塗覆基板)以形成聚合物水凝膠38 (步驟203)；去除聚合物水凝膠38之部分以部分暴露奈米粒子30及基板14 (210)；沉積金屬層42、金屬氧化物層42或其組合(例如，將金屬層、金屬氧化物層或其組合沉積至基板14之聚合物水凝膠奈米柱及/或奈米粒子之間之間隙區域上) (步驟211)；及蝕刻掉奈米粒子30以形成封閉在金屬或金屬氧化物奈米孔50內部之聚合物水凝膠奈米柱之週期性陣列(例如，由基板14之聚合物水凝膠奈米柱之間之間隙區域上之金屬層、金屬氧化物層或其組合界定) (步驟212)。奈米粒子可包括無機奈米粒子，例如二氧化矽奈米粒子。可進行步驟211沉積金屬層42及/或金屬氧化物層42以使金屬及/或金屬氧化物沉積在藉由聚合物水凝膠38去除步驟210形成之暴露空間中。每個水凝膠奈米柱46可包括聚合物水凝膠奈米凹坑，如第4圖所示。例如，聚合物水凝膠奈米凹坑可佈置在水凝膠奈米柱46之頂表面。
仍參考第4圖，提供用於製造由金屬或金屬氧化物環54包圍之聚合物水凝膠奈米柱之週期性陣列之方法180。該方法180包括：提供基板14 (步驟200)；用塗底漆分子18對基板14塗底漆以形成塗有底漆之基板22 (步驟201)；用水凝膠單體26及奈米粒子30之混合物塗覆塗有底漆之基板22 (例如，藉由旋塗或另一適當沉積製程將水凝膠單體及奈米粒子之混合物沉積在塗有底漆之基板上)以形成具有單層非緊密堆積之膠體晶體之經塗覆基板34 (步驟202)；暴露經塗覆基板34 (例如，用UV及/或另一適當波長照射照射經塗覆基板)以形成聚合物水凝膠38 (步驟203)；去除聚合物水凝膠38之部分以部分暴露奈米粒子38及基板14 (步驟210)；沉積金屬層42及/或金屬氧化物層42 (例如，將金屬層、金屬氧化物層或其組合沉積至基板14之聚合物水凝膠奈米柱及/或奈米粒子之間之間隙區域上) (步驟211)；蝕刻掉金屬及/或金屬氧化物層42之一部分(例如，藉由離子束蝕刻或另一適當蝕刻製程)以形成金屬或金屬氧化物環120；及蝕刻掉奈米粒子30以形成由金屬或金屬氧化物環封閉之聚合物水凝膠奈米柱54之週期性陣列(步驟212)。每個水凝膠奈米柱46可包括聚合物水凝膠奈米凹坑，如第4圖所示。例如，聚合物水凝膠奈米凹坑可佈置在水凝膠奈米柱46之頂表面。
參考第5圖，提供用於製造具有一或多個不同的圖案化聚合物水凝膠奈米結構130 (參見第1圖)之微流體裝置之方法300。第6圖係微流體裝置400之一些實施例之示意性俯視圖，且第7圖係沿著第6圖之線7-7截取之微流體裝置之示意性剖視圖。方法300包括：提供第一基板100，其在第一內表面102及外圍表面部分104上具有聚合物水凝膠奈米結構130之第一圖案化陣列(步驟304)；提供第二基板106，其具有第二內表面107及具有末端表面109之側壁108 (步驟308)；及將第二基板106之末端表面109黏合至第一基板100之外圍表面部分104，使得第一及第二內表面107及107在黏合的第一及第二基板內界定密封空腔406 (步驟312)。微流體裝置400可包括至少一個流體通道(例如，由空腔406界定)。在一些態樣中，微流體裝置400亦包括用於每個通道之至少一個入口埠414及一個出口埠416。通道406、入口埠414及出口埠416中之每一者可獨立地形成在圖案化基板100或第二基板106中。
應理解，前面討論之概述及教導第2-4圖中之各種聚合物水凝膠奈米結構130之描述同樣適用於製造具有或納入一或多個該等不同圖案化聚合物水凝膠奈米結構130之微流體裝置之方法300，該等聚合物水凝膠奈米結構可以任何組合使用。
在一些態樣中，基板14可由玻璃、二氧化矽、矽、金屬、陶瓷、玻璃陶瓷或塑膠製成。在其他態樣中，固體基板14可另外塗覆有波導材料，例如SiOx Ny 、Si3 N4 、Nb2 O5 、TiO2 及Ta2 O5 。此種塗覆有波導材料之基板可增強局部螢光；特別是對於基於全反射螢光之顯微成像。
在一些態樣中，塗底漆分子18可為可共價鍵結或連接至基板表面、且亦與水凝膠單體反應(特別是在UV照射下)、以使得所形成之聚合物水凝膠38可穩定連接至基板表面之分子。在一些態樣中，塗底漆分子18可包括丙烯酸矽烷，或甲基丙烯酸矽烷，例如單烷氧基或二烷氧基或三烷氧基丙烯酸或甲基丙烯酸矽烷。在其他態樣中，塗底漆分子18可包括(但不限於) 3-丙烯醯基醯胺基丙基三甲氧基矽烷、丙烯氧基甲基三甲氧基矽烷、3-丙烯氧基丙基-三氯矽烷及/或甲基丙烯氧基甲基三甲氧基矽烷。在其他態樣中，塗底漆分子18可為疊氮化物官能性矽烷。例如，疊氮化物官能性矽烷可包括(但不限於) (疊氮基甲基)苯乙基三甲氧基矽烷、3-疊氮基丙基三乙氧基矽烷或對疊氮基甲基苯基三甲氧基矽烷。在其他態樣中，塗底漆分子18係環氧基矽烷，例如2-(3,4-環氧基環己基)乙基三乙氧基矽烷、(3-環氧丙氧基丙基)三乙氧基矽烷、(3-環氧丙氧基丙基)三甲氧基矽烷。在其他態樣中，塗底漆分子18可包括乙烯基或烯屬烴官能性矽烷，包括例如11-烯丙氧基十一基三甲氧基矽烷、間-烯丙基苯基丙基三乙氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷、[(5-二環[2.2.1]庚-2-烯基)乙基]三甲氧基矽烷或[2-(3-環己烯基)乙基]三乙氧基矽烷。在其他態樣中，塗底漆分子18可包括UV活性二苯甲酮矽烷，例如2-羥基-4-(3-甲基二乙氧基矽基丙氧基)二苯基酮、2-羥基-4-(3-三乙氧基矽基丙氧基)二苯基酮。在其他態樣中，塗底漆分子18可用作替代性UV照射活性交聯劑。例如，可首先用胺封端矽烷(例如3-胺基丙基三乙氧基矽烷)塗覆基板14，隨後與光活性偶合劑(例如N-羥基磺基琥珀醯亞胺基-4-疊氮基苯甲酸酯(磺基-HSAB)、N-羥基磺基琥珀醯亞胺基-二氮吮、4-苯甲醯基苯甲酸琥珀醯亞胺基酯及/或4-疊氮基-2,3,5,6-四氟苯甲酸琥珀醯亞胺基酯)反應。在一些態樣中，塗底漆分子18可包括丙烯酸矽烷、疊氮化物官能性矽烷、乙烯基官能性矽烷、二苯甲酮矽烷、胺封端矽烷或其組合。
用塗底漆分子18對基板14塗底漆之步驟201可使用基於溶液及/或基於蒸汽之沉積技術來進行。例如，在清潔基板14 (例如玻璃晶圓)之後，基板14可變得親水，並且可藉由化學氣相沉積(3-丙烯氧基丙基)-三氯矽烷(APTCS)來塗底漆，隨後在120℃烘烤30分鐘。
在一些態樣中，水凝膠單體26之混合物可包括三官能性丙烯酸酯單體、丙烯醯胺、生物分子結合反應性丙烯醯胺單體、光起始劑及/或視情況胺基-丙烯醯胺單體。在一些態樣中，三官能性丙烯酸酯單體可包括SR 454 (乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，ETPTA)、SR351 (三羥甲基丙烷三丙烯酸酯)或其類似反應/官能性分子。在一些態樣中，生物分子結合反應性丙烯醯胺單體可包括N-(5-(2-溴乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺(BRAPA)及/或N-(5-(2-疊氮基乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺。在一些態樣中，胺基-丙烯醯胺單體可包括N-(3-胺基丙基)甲基丙烯醯胺。在一些態樣中，光起始劑可包括Darocur 1173 (2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮)或其類似反應/官能性分子。例如，在一些態樣中，水凝膠單體26之混合物可藉由將丙烯醯胺粉末及BRAPA粉末直接溶解於ETPTA液體中來製得。丙烯醯胺、BRAPA及ETPTA之間之分子比可基於生物分子分析或基因分析之具體要求來優化。例如，在一些態樣中，分子比可為100 ETPTA : 10丙烯醯胺: 1 BRAPA : 1 N-(3-胺基丙基)甲基丙烯醯胺，其中光起始劑可佔約1 wt %。在一些態樣中，水凝膠單體26可包括三官能性丙烯酸酯、丙烯醯胺及光起始劑。在其他態樣中，丙烯醯胺可包括選自由以下組成之群之生物分子結合反應性丙烯醯胺單體：N-(5-(2-溴乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、N-(5-(2-疊氮基乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、胺基-丙烯醯胺單體及其組合。
在一些態樣中，奈米粒子30可包括單分散二氧化矽粒子。在一些態樣中，奈米粒子30之具體直徑可為約50 nm至約5000 nm。在其他態樣中，奈米粒子30之具體直徑可為約100 nm至約700 nm。在其他態樣中，奈米粒子30之具體直徑可為約400 nm至約700 nm。在其他態樣中，奈米粒子30之具體直徑可為約250 nm至約600 nm。在一些態樣中，奈米粒子30可為發光的，例如藉由在奈米粒子形成過程中摻雜稀土元素(例如，Eu或類似金屬)或有機染料(例如，Cy3、Cy5或諸如此類)。在一些態樣中，該等類型之發光奈米粒子可用於使用發光顯微術檢查及控制製造過程之不同步驟之圖案化品質，該發光顯微術係一種非侵入性技術。
在一些態樣中，奈米粒子30可使用各種不同之混合物分散至水凝膠單體26之混合物中。例如，可首先使用多次離心/再分散循環(例如，至少4次循環)在200度乙醇中純化市售單分散二氧化矽球。在完全離心計算量之經純化二氧化矽溶液並丟棄上清液乙醇後，可使用混合器將二氧化矽奈米粒子再分散在水凝膠單體之混合物中。最終奈米粒子體積分數可有所變化，以包括約0.05至約0.5或約0.15至約0.25。粒子體積分數可用於幫助確定粒子之間之平均距離。由於水凝膠單體混合物中之二氧化矽微球之間之強靜電排斥以及二氧化矽奈米粒子與水凝膠單體混合物之間之折射率匹配(約1.46)，二氧化矽奈米粒子/水凝膠單體懸浮液可為透明且穩定的，持續時間超過1個月、超過2個月或超過3個月。
在一些態樣中，可使用第2-4圖中提供之塗覆步驟202來形成具有單層非緊密堆積之膠體晶體之經塗覆基板34。膠體晶體之單層非緊密堆積可藉由用水凝膠單體26及二氧化矽奈米粒子30之混合物旋塗基板14來形成，其中塗覆製程係藉由二氧化矽奈米粒子之間之靜電排斥力與奈米粒子在高速旋轉製程中之滑動之組合來實現。例如，在一些態樣中，在受控之旋塗條件下，已經發現分散在黏性、非揮發性、三官能性丙烯酸酯單體ETPTA中之二氧化矽微粒或奈米粒子之剪切力誘導之結晶能夠在晶圓規模上產生具有非緊密堆積晶體結構之單層膠體晶體(參見Fang, Y.等人，Scalable bottom-up fabrication of colloidal photonic crystals and periodic plasmonic nanostructures. J. Materials Chem. C 2013, 1, 6031-6047中討論之實例)。UV照射後，三官能性丙烯酸酯單體ETPTA之存在可產生單層非緊密堆積之二氧化矽膠體晶體，其具有二氧化矽粒子之間受控之晶格間距，以及二氧化矽奈米粒子30與基板30表面之間之受控間距。此不同於典型奈米球或膠體光微影製程，其中幾種不同之膠體自組裝技術(例如旋塗、電場及磁場誘導之組裝、重力沉降、模板輔助組裝及使用溶劑中之膠體粒子之毛細管力誘導之自組裝)可形成單層緊密堆積之膠體晶體，在一些態樣中，該等膠體晶體可進一步經受許多後處理，例如電漿蝕刻、熱解或電子輻射，以產生能量上不利之非緊密堆積之膠體晶體。在一些態樣中，獲得之塗層係單層非緊密堆積之二氧化矽膠體晶體。在一些其他態樣中，獲得之塗層主要係單層非緊密堆積之二氧化矽膠體晶體，但亦有一小部分非緊密堆積之二氧化矽膠體晶體之雙層區域。雙層區域之存在最終可能導致在用DNA完全官能化後產生相對隨機之特徵，而DNA進而可用作位置配準、跟蹤或識別標記。
在一些態樣中，可基於水凝膠單體26及二氧化矽奈米粒子30之混合物之組成來優化塗覆條件(步驟202)。例如，在一些態樣中，當使用粒子體積分數為0.2之330 nm二氧化矽球時，可首先將相應之透明膠體懸浮液分散於塗有底漆之玻璃晶圓上，隨後可使用典型之旋塗機在分步旋塗方案下旋塗玻璃晶圓，例如200 rpm旋塗120秒、300 rpm旋塗120秒、1000 rpm旋塗60秒、3000 rpm旋塗20秒、6000 rpm旋塗20秒及/或8000 rpm旋塗360秒。在矽或玻璃晶圓上形成晶圓大小之單層非緊密堆積之膠體晶體可藉由在光照射下出現特定繞射圖案來指示。例如，矽上之繞射圖案可為引人注目的六臂布拉格繞射星形圖案。與該等六臂布拉格繞射星形圖案相關聯之非緊密堆積之膠體晶體可嵌入在基板14上分層之相應聚合物水凝膠膜中。當體積分數保持在0.20時，發現非緊密堆積之膠體晶體中相鄰球之間之粒子間距離約為膠體直徑之1.41倍，而與粒子大小及旋塗條件無關。
在一些態樣中，暴露經塗覆之基板34 (例如，用UV輻射)可導致水凝膠單體26聚合成相應之聚合物水凝膠38膜。例如，在一些態樣中，經塗覆基板34或晶圓可暴露於典型之UV固化系統，例如氙RC-742脈衝UV固化系統，使得水凝膠單體可光聚合。
在一些態樣中，可使用反應性離子蝕刻(reactive ion etching; RIE)、電感耦合電漿(Inductively Coupled Plasma; ICP)蝕刻及/或灰化(參見步驟204、208及210)來去除聚合或聚合物水凝膠38。藉由控制電漿條件，吾人可控制去除之聚合物水凝膠之含量或量，此進而可產生本文揭示之不同類型之奈米結構。在一些態樣中，形成之聚合物水凝膠奈米結構可取決於電漿蝕刻、金屬或氧化物沉積及/或蝕刻製程。在一些態樣中，使用氧壓力、流速及功率之不同組合之短電漿灰化可用於選擇性去除聚合物水凝膠38膜之部分，從而可部分暴露二氧化矽球。在金屬或金屬氧化物沉積以及隨後蝕刻掉二氧化矽球(例如，藉由氫氟酸(hydrofluoric acid; HF)蝕刻)之後，可形成聚合物水凝膠奈米凹坑10之陣列，在一些態樣中，該陣列由金屬或氧化物區域或層分隔開(參見第2圖)。在其他態樣中，在相同條件下較長之電漿灰化可用於完全去除定位於球之間之聚合物水凝膠38 (參見步驟208及210)，但不去除定位於二氧化矽奈米粒子30下方之聚合物水凝膠38材料。在使用例如HF蝕刻掉二氧化矽奈米粒子之後，可產生聚合水凝膠奈米柱46之陣列。在其他態樣中，在相同條件下更長之電漿灰化可用於完全去除二氧化矽奈米粒子30之間之聚合物水凝膠38，但不去除定位於二氧化矽奈米粒子30下方之聚合物水凝膠38材料。在金屬或金屬氧化物沉積在奈米柱-二氧化矽奈米粒子之間形成之開放空間中並隨後HF蝕刻掉二氧化矽奈米粒子30之後，可形成封閉在金屬或氧化物奈米孔50內部之聚合水凝膠奈米柱之陣列。在其他態樣中，在相同條件下更長之電漿灰化可用於完全去除二氧化矽奈米粒子30之間之聚合物水凝膠38，但不去除定位於二氧化矽奈米粒子30下方之聚合物水凝膠38材料。在金屬或氧化物沉積之後，Ar離子束蝕刻可用於去除金屬或氧化物膜，在此期間，材料之二次濺鍍在二氧化矽奈米粒子30下方之聚合水凝膠材料之側面周圍產生金屬或氧化物殼或環42。之後，可使用HF蝕刻掉二氧化矽奈米粒子30，從而可形成由金屬或氧化物環54包圍之聚合水凝膠奈米柱之陣列。
在一些態樣中，金屬層42可包括例如Al、Zn、Ta、Nb、Sn、Mg、Au、Ag、Ti、Ni、W、Y、Zr、Ce、Co、Cr、Fe及In。在其他態樣中，金屬氧化物層42可包括Al2 O3 、ZnO2 、Ta2 O5 、Nb2 O5 、SnO2 、MgO、銦錫氧化物、CeO2 、CoO、Co3 O4 、Cr2 O3 、Fe2 O3 、Fe3 O4 、In2 O3 、Mn2 O3 、NiO、a-TiO2 (銳鈦礦)、r-TiO2 (金紅石)、WO3 、Y2 O3 、ZrO2 及/或其他金屬氧化物。在一些態樣中，金屬氧化物層在可見波長範圍內(例如，400至750nm)係透明的。
本揭示內容亦包括將DNA分子連接至圖案化基板100上之圖案化聚合物水凝膠奈米結構之方法(參見第1圖)。在一些態樣中，生物分子結合反應性丙烯醯胺單體可為N-(5-(2-溴乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺(BRAPA)，因此獲得之聚合物水凝膠奈米結構可包括溴化物官能基。在一些態樣中，硫代磷酸酯衍生之DNA分子可共價連接至聚合物水凝膠奈米結構。例如，在一些態樣中，可使用5'-硫代磷酸酯寡核苷酸(例如5'-T*T*T*TTTTTTTCAAGCAGAAGACGGCATAC-3' (*=硫代磷酸酯))於PBS緩衝液(pH 8.0)中之溶液與聚合物水凝膠奈米結構圖案化基板或微流體裝置在50°C下反應約1小時。在DNA分子由2-巰基乙醇於PBS緩衝液(pH 8.0)中之溶液封阻後，DNA分子可共價連接至聚合物水凝膠奈米結構。
在一些態樣中，生物分子結合反應性丙烯醯胺單體可包括N-(5-(2-疊氮基乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺，因此獲得之聚合物水凝膠奈米結構可含有疊氮基官能基。在其他態樣中，炔改質之DNA分子可在N,N,N',N',N''-五甲基二乙三胺(PMDETA)、硫酸銅及抗壞血酸鈉存在下共價連接至聚合物水凝膠奈米結構。在其他態樣中，二環[6.1.0]壬-4炔封端之DNA分子可使用UV介導之自由基反應共價連接至聚合物水凝膠奈米結構。在一些態樣中，生物分子結合反應性丙烯醯胺單體可為BRAPA，但其溴化物基團可使用化學反應轉化成疊氮基。
在一些態樣中，提供使用引子DNA官能化具有圖案化聚合物水凝膠奈米結構之微流體裝置之方法。該方法包括提供具有至少一個通道底表面之微流體裝置，該至少一個通道底表面具有圖案化聚合物水凝膠奈米結構。該方法亦包括將微流體裝置與引子DNA一起培育以使引子DNA共價連接至通道底表面。在一些態樣中，引子DNA包括硫代磷酸酯衍生之引子DNA且圖案化聚合物水凝膠奈米結構包括N-(5-(2-溴乙醯胺基)-戊基)丙烯醯胺部分。在其他態樣中，培育步驟包括施加UV輻射，引子DNA包括炔改質之DNA引子分子，且圖案化聚合物水凝膠奈米結構包括N-(5-(2-疊氮基乙醯胺基)戊基)-丙烯醯胺部分。
應理解，概述及教導先前在第1-4圖中討論及圖解說明之各種聚合物水凝膠奈米結構之描述同樣適用於使用引子DNA官能化具有圖案化聚合物水凝膠奈米結構之微流體裝置之方法，該等聚合物水凝膠奈米結構可以任何組合使用。
熟習此項技術者應理解，所述裝置及其他組件之構造可不限於任何特定材料。除非本文另外闡述，否則本文所揭示裝置之其他例示性實施例可由眾多種材料形成。
出於本揭示內容之目的，術語「耦接(coupled)」(以其所有形式耦接(couple)、耦接(coupling)、耦接(coupled)等)通常意指兩個部件(電部件或機械部件)直接或間接相互連接。此種連接本質上可為固定的或本質上可為可移動的。此種連接可藉由兩個部件(電部件或機械部件)及任何其他中間構件彼此或與兩個部件一體形成為單個整體來達成。除非另有說明，否則此種連接本質上可為永久性的，或者本質上可為可去除或可釋放的。
同樣重要的是應注意，如例示性實施例中所示之裝置之元件之構造及佈置僅具有說明性。儘管在本揭示內容中僅詳細闡述了本發明之幾個實施例，但閱讀本揭示內容之熟習此項技術者將容易瞭解，許多修改在實質上不背離所述標的物之新穎教示及優點下係可能的(例如，各種元件之大小、尺寸、結構、形狀及比例、參數值、安裝佈置、材料之使用、顏色、定向等之變化形式)。例如，顯示為一體形成之元件可由多個部件構成，或者顯示為多個部件之元件可一體形成，界面之操作可顛倒或者以其他方式變化，結構及/或構件或連接器或系統之其他元件之長度或寬度可變化，元件之間提供之調節位置之性質或數量可變化。應注意，系統之元件及/或總成可由提供足夠強度或耐久性之眾多種材料中之任一者、眾多種顏色、紋理及組合中之任一者構成。因此，所有該等修改皆意欲包括在本發明之範圍內。在不背離本發明之精神之情況下，可對期望之及其他例示性實施例之設計、操作條件及佈置進行其他取代、修改、改變及省略。
應理解，任何所述製程或所述製程中之步驟可與其他揭示之製程或步驟組合，以形成本裝置範圍內之結構。本文揭示之例示性結構及製程係出於說明之目的且不應解釋為限制性。
亦應理解，在不背離本揭示內容之概念之情況下，可對前述結構進行變化及修改，並且應進一步理解，該等概念意欲由所附申請專利範圍覆蓋，除非該等申請專利範圍藉由其語言另有明確聲明。
以上描述僅視為所說明實施例之描述。熟習此項技術者以及製造或使用該裝置之人員將會想到對該裝置之修改。因此，應理解，附圖中所示及上文所述之實施例僅出於說明之目的，並不欲限制裝置之範圍，該裝置之範圍由根據包括等同原則(Doctrine of Equivalents)在內之專利法之原則解釋之所附申請專利範圍來界定。
7-7:線 10:聚合物水凝膠奈米凹坑 14:基板 18:塗底漆分子 22:塗有底漆之基板 26:水凝膠單體 30:奈米粒子 34:經塗覆基板 38:聚合物水凝膠 42:金屬層 46:聚合物水凝膠奈米柱 50:方法 54:金屬或金屬氧化物環 100:第一基板 102:第一內表面 104:外圍表面部分 106:第二基板 107:第二內表面 108:側壁 109:末端表面 110:圖案化基板之表面 120:金屬或金屬氧化物環 130:奈米柱 150:方法 160:方法 170:方法 180:方法 200~212:步驟 300:方法 304~312:步驟 400:微流體裝置 406:通道 414:入口埠 416:出口埠
下文係對附圖中各圖之描述。各圖不一定係按比例繪製，並且為了清楚及簡明起見，各圖之某些特徵及某些視圖可按比例放大或示意性地顯示。
第1圖係根據本揭示內容之一些態樣之圖案化基板之示意性視圖；
第2圖係展示根據本揭示內容之一些態樣製造聚合物奈米凹坑之週期性陣列之方法之流程圖；
第3圖係展示根據本揭示內容之一些態樣製造聚合物奈米柱之週期性陣列之方法之流程圖；
第4圖係展示根據本揭示內容之一些態樣製造聚合物奈米柱之週期性陣列之方法及在奈米孔內部製造聚合物奈米柱之週期性陣列以及由金屬材料環包圍之聚合物奈米柱之週期性陣列之方法的流程圖；
第5圖係展示根據本揭示內容之一些態樣製造具有圖案化聚合物水凝膠奈米結構之微流體裝置之方法之流程圖；
第6圖係根據本揭示內容之一些態樣之微流體裝置之示意性俯視圖；及
第7圖係沿著第6圖之線7-7截取之微流體裝置之示意性剖視圖。
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10:聚合物水凝膠奈米凹坑
14:基板
18:塗底漆分子
22:塗有底漆之基板
26:水凝膠單體
30:奈米粒子
34:經塗覆基板
38:聚合物水凝膠
42:金屬層
150:方法
200~206:步驟

Claims (28)

  1. 一種製造聚合物水凝膠奈米凹坑之一週期性陣列之方法，該方法包括以下步驟： 用一塗底漆分子對一基板塗底漆以形成一塗有底漆之基板；用水凝膠單體及奈米粒子之一混合物塗覆該塗有底漆之基板以形成一經塗覆基板；暴露該經塗覆基板以形成一聚合物水凝膠；去除該聚合物水凝膠之一部分以部分暴露該等奈米粒子；將一金屬層、一金屬氧化物層或二者之一組合沉積至該聚合物水凝膠之一頂表面；及蝕刻掉該等奈米粒子以形成聚合物水凝膠奈米凹坑之一週期性陣列。
  2. 如請求項1所述之方法，其中聚合物水凝膠奈米凹坑之該週期性陣列定位於一微流體裝置中。
  3. 如請求項1或2中之任一項所述之方法，其中該塗底漆分子包括一丙烯酸矽烷、一疊氮化物官能性矽烷、一乙烯基官能性矽烷、一二苯甲酮矽烷、一胺封端矽烷或其一組合。
  4. 如請求項1至3中之任一項所述之方法，其中該等水凝膠單體包括一三官能性丙烯酸酯、一丙烯醯胺及一光起始劑。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該丙烯醯胺包括選自由以下組成之群之一生物分子結合反應性丙烯醯胺單體：N-(5-(2-溴乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、N-(5-(2-疊氮基乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、一胺基-丙烯醯胺單體及其一組合。
  6. 如請求項1至5中之任一項所述之方法，其中該等奈米粒子包括一具體直徑介於約100 nm與約700 nm之間之二氧化矽奈米粒子。
  7. 一種製造聚合物水凝膠奈米柱之一週期性陣列之方法，該方法包括以下步驟： 用一塗底漆分子對一基板塗底漆以形成一塗有底漆之基板；用水凝膠單體及奈米粒子之一混合物塗覆該塗有底漆之基板以形成一經塗覆基板；暴露該經塗覆基板以形成一聚合物水凝膠；去除該聚合物水凝膠之部分以部分暴露該等奈米粒子及該基板；及蝕刻掉該等奈米粒子以形成聚合物水凝膠奈米柱之一週期性陣列。
  8. 如請求項7所述之方法，其中聚合物水凝膠奈米柱之該週期性陣列定位於一微流體裝置中。
  9. 如請求項7及8中之任一項所述之方法，其中該塗底漆分子包括一丙烯酸矽烷、一疊氮化物官能性矽烷、一乙烯基官能性矽烷、一二苯甲酮矽烷、一胺封端矽烷或其一組合。
  10. 如請求項7至9中之任一項所述之方法，其中該等水凝膠單體包括一三官能性丙烯酸酯、一丙烯醯胺及一光起始劑。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該丙烯醯胺包括選自由以下組成之群之一生物分子結合反應性丙烯醯胺單體：N-(5-(2-溴乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、N-(5-(2-疊氮基乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、一胺基-丙烯醯胺單體及其一組合。
  12. 如請求項7至11中之任一項所述之方法，其中該等奈米粒子包括一具體直徑介於約100 nm與約700 nm之間之二氧化矽奈米粒子。
  13. 一種製造封閉在金屬或金屬氧化物奈米孔內部之聚合物水凝膠奈米柱之一週期性陣列之方法，該方法包括以下步驟： 用一塗底漆分子對一基板塗底漆以形成一塗有底漆之基板；用水凝膠單體及奈米粒子之一混合物塗覆該塗有底漆之基板以形成一經塗覆基板；暴露該經塗覆基板以形成一聚合物水凝膠；去除該聚合物水凝膠之部分以部分暴露該等奈米粒子及該基板；將一金屬層、一金屬氧化物層或其一組合沉積在該暴露之基板上；及蝕刻掉該等奈米粒子以形成封閉在金屬或金屬氧化物奈米孔內部之聚合物水凝膠奈米柱之一週期性陣列。
  14. 如請求項13所述之方法，其中封閉在該等金屬或金屬氧化物奈米孔內部之聚合物水凝膠奈米柱之該週期性陣列定位於一微流體裝置中。
  15. 如請求項13及14中之任一項所述之方法，其中該塗底漆分子包括一丙烯酸矽烷、一疊氮化物官能性矽烷、一乙烯基官能性矽烷、一二苯甲酮矽烷、一胺封端矽烷或其一組合。
  16. 如請求項13至15中之任一項所述之方法，其中該等水凝膠單體包括一三官能性丙烯酸酯、一丙烯醯胺及一光起始劑。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該丙烯醯胺包括選自由以下組成之群之一生物分子結合反應性丙烯醯胺單體：N-(5-(2-溴乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、N-(5-(2-疊氮基乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、一胺基-丙烯醯胺單體及其一組合。
  18. 如請求項13至17中之任一項所述之方法，其中該等奈米粒子包括一具體直徑介於約100 nm與約700 nm之間之二氧化矽奈米粒子。
  19. 一種製造由金屬或金屬氧化物環包圍之聚合物水凝膠奈米柱之一週期性陣列之方法，該方法包括以下步驟： 用一塗底漆分子對一基板塗底漆以形成一塗有底漆之基板；用水凝膠單體及奈米粒子之一混合物塗覆該塗有底漆之基板以形成一經塗覆基板；暴露該經塗覆基板以形成一聚合物水凝膠；去除該聚合物水凝膠之部分以部分暴露該等奈米粒子及該基板；將一金屬層、一金屬氧化物層或其一組合沉積在該暴露之基板上；離子束蝕刻掉該金屬或金屬氧化物層之一部分，在此期間材料之二次濺鍍產生定位於該聚合物水凝膠中及該等奈米粒子下方之一金屬或金屬氧化物殼或環；及蝕刻掉該等奈米粒子以形成由該金屬或金屬氧化物環封閉之聚合物水凝膠奈米柱之一週期性陣列。
  20. 如請求項19所述之方法，其中由該金屬或金屬氧化物環封閉之聚合物水凝膠奈米柱之該週期性陣列定位於一微流體裝置中。
  21. 如請求項19及20中之任一項所述之方法，其中該塗底漆分子包括一丙烯酸矽烷、一疊氮化物官能性矽烷、一乙烯基官能性矽烷、一二苯甲酮矽烷、一胺封端矽烷或其一組合。
  22. 如請求項19至21中之任一項所述之方法，其中該等水凝膠單體包括一三官能性丙烯酸酯、一丙烯醯胺及一光起始劑。
  23. 如請求項22所述之方法，其中該丙烯醯胺包括選自由以下組成之群之一生物分子結合反應性丙烯醯胺單體：N-(5-(2-溴乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、N-(5-92-疊氮基乙醯胺基)戊基)丙烯醯胺、一胺基-丙烯醯胺單體及其一組合。
  24. 如請求項19至23中之任一項所述之方法，其中該等奈米粒子包括一具體直徑介於約100 nm與約700 nm之間之二氧化矽奈米粒子。
  25. 一種製造具有一圖案化聚合物水凝膠奈米結構之一微流體裝置之方法，該方法包括以下步驟： 將一第一基板黏合至一第二基板，該第一基板包括一第一內表面及一外圍表面部分上之聚合物水凝膠奈米結構之一第一圖案化陣列，該第二基板包括一第二內表面及具有一末端表面之一側壁；其中該黏合包括將該第二基板之該末端表面黏合至該第一基板之該外圍表面部分，使得該第一及該第二內表面在該等黏合的第一及第二基板內界定一空腔。
  26. 一種使用一引子DNA官能化具有一圖案化聚合物水凝膠奈米結構之一微流體裝置之方法，該方法包括以下步驟： 將一微流體裝置與一引子DNA一起培育以使該引子DNA共價連接至該微流體裝置之一通道底表面；其中該通道底表面包括一圖案化聚合物水凝膠奈米結構。
  27. 如請求項26所述之方法，其中該引子DNA包括一硫代磷酸酯衍生之引子DNA且該圖案化聚合物水凝膠奈米結構包含N-(5-(2-溴乙醯胺基)-戊基)丙烯醯胺部分。
  28. 如請求項26及27中之任一項所述之方法，其中： 該培育步驟包括施加UV輻射；且該引子DNA包括一炔改質之DNA引子分子，且該圖案化聚合物水凝膠奈米結構包含N-(5-(2-疊氮基乙醯胺基)戊基)-丙烯醯胺部分。
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