TW202328330A - 可固化的樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種紫外光可固化的樹脂組成物的實例,其包括:預定質量比之第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體及第二經取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體,其中該第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體與第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體不同,且其中該預定質量比在約3:7至約7:3範圍內;作為第一引發劑的六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪;第二引發劑,其選自由自由基引發劑及除六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以外之陽離子引發劑組成之群;表面添加劑;及溶劑。
Description
相關申請案之交互參考
本申請案主張於2021年9月24日申請的美國臨時申請案序列號63/248,182的權利,該申請案的內容以全文引用的方式併入本文中。
序列表之引用
特此提交之序列表以全文引用的方式併入本文中。檔案名稱為ILI224BTW_IP-2196-TW2_Sequence_Listing_ST26.txt,檔案之大小為10,275位元組,且檔案之創建日期為2022年9月15日。
奈米壓印技術使得能夠經濟且有效地生產奈米結構。奈米壓印微影採用藉由具有奈米結構之印模使材料直接機械形變。在印模處於適當位置的同時固化材料,以鎖定材料中奈米結構之形狀。
奈米壓印微影已用以製造圖案化基板,圖案化基板可用於多種應用中。一些圖案化基板包括流體通道及離散凹陷。此等圖案化基板可建構成流體槽。在一些流體槽中,將活性表面化學物質引入至離散凹陷中,而圍繞離散凹陷之間隙區域保持惰性。此等流體槽可尤其可用於偵測及評價廣泛範圍的分子(例如DNA)、分子家族、基因表現水平或單核苷酸多型性。
本文揭示若干樹脂組成物,其適用於奈米壓印微影。用樹脂組成物之實例產生之固化樹脂當暴露於在約375 nm至約500 nm範圍內之紫色或藍色激發波長時,在相關螢光偵測波長下可不展現自體螢光或展現低自體螢光。在無或低自體螢光下,固化樹脂對背景螢光無貢獻或貢獻極小。背景強度之減小會增加信雜比(signal to noise ratio,SNR),此使得能夠容易地解析在螢光偵測波長下之信號。因此,固化樹脂組成物及所得固化樹脂可尤其適用於多種基於螢光之生物分析應用,諸如DNA定序、結合固定化蛋白質、細胞或酶的分子之偵測、藥物篩選、毒性測試等。
一些圖案化生物醫學系統,諸如流體槽,包括具有形成於其中之離散凹陷(或孔)或溝槽的固化樹脂組成物。為了形成凹陷或溝槽,可使用多種技術,諸如奈米壓印微影(nanoimprint lithography,NIL)壓印樹脂組成物(固化前)。
利用奈米壓印微影,樹脂組成物(包括可聚合多官能性單體)沈積於基板上。經沈積樹脂組成物藉由按壓至樹脂表面上的壓印設備(例如,工作印模或模板)圖案化。樹脂組成物變形以填充壓印設備圖案。在壓印設備仍與樹脂組成物接觸時,藉由暴露於光或熱引發樹脂組成物的聚合,且固化樹脂。在樹脂組成物充分交聯以使得其不再能夠流動之後,自表面剝掉壓印設備,留下經壓印樹脂表面。當奈米壓印成功時,壓印設備的特徵轉移至固化樹脂。隨後可藉由實現基於螢光的定序、分析物偵測等之表面化學物質對特徵(例如凹陷或溝槽)進行功能化。
當特徵具有低間距(亦即,自一個特徵之中心至直接相鄰特徵之中心的間距(中心至中心距離)或分別自一個特徵之右邊緣或左邊緣至直接相鄰特徵之右邊緣或左邊緣的間距(邊緣至邊緣距離)小於500 nm)時,使用紫色或藍色成像以達成合乎需要的信號解析度。作為實例,對於間距在約250 nm至約350 nm範圍內之特徵,紫色波長照明可尤其合乎需要;且對於間距在約300 nm至約500 nm範圍內之特徵,藍色波長照明可尤其合乎需要。紫光及藍光之波長在約375 nm至500 nm範圍內,其非常接近許多紫外線(ultraviolet,UV)光源之發射(例如365 nm)。分子之發射光譜為其吸收光譜之鏡像,偏移至典型地數十奈米更高之波長(斯托克斯位移(Stokes-shift))。因此,在固化波長(例如UV)下吸收且分解以產生反應性物種之多種引發劑亦產生在暴露於紫光及/或藍光時發射的副產物。此等副產物可使得固化樹脂在相關激發波長(例如約375 nm至約450 nm範圍內之紫色激發波長,或約450 nm至約500 nm範圍內之藍色激發波長)下展現非所需水平之自體螢光。
例如,在基於螢光之生物分析應用期間成像時(例如,在對已併入至在定序期間形成於特徵中之個別新生股中的核苷酸之光學標記成像時),來自固化樹脂之螢光可增加背景雜訊。背景雜訊增加可降低信雜比(SNR),使得個別特徵內之信號更難以被解析。
本文所揭示之樹脂組成物之實例在暴露於約375 nm至約500 nm範圍內之紫色或藍色激發波長時展現低自體螢光或無自體螢光。
樹脂組成物之實例包括以下之混合物:兩種不同的經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體;作為第一引發劑的六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪;及第二引發劑,其選自由自由基引發劑及除六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以外之陽離子引發劑組成之群。亦已發現引發劑之此組合加強此等實例樹脂組成物之固化速率而不會亦增加自體螢光。
如本文中所提及,固化樹脂組成物之實例在暴露於紫色及藍色激發波長時展現極低自體螢光或無自體螢光。如本文所用,紫色激發波長包括約375 nm至約450 nm,且藍色激發波長包括約450 nm至約500 nm。在另一實例中,紫色激發波長在約375 nm至約415 nm範圍內,且藍色激發波長在約450 nm至約465 nm範圍內。固化樹脂組成物之實例亦可具有極少紫色及藍色發射。亦如本文所使用,紫色發射波長包括約415 nm至約455 nm,且藍色發射波長包括約480 nm至約525 nm。
在一些情況下,固化樹脂組成物描述為當暴露於紫色激發波長及/或藍色激發波長時不具有螢光(光發射)。無螢光或無自體螢光意謂螢光水平低於偵測之低限限度。在其他情況下,固化樹脂組成物當暴露於紫色激發波長及/或藍色激發波長時發螢光(發光)。在此等情況下,術語「低自體螢光(low autofluorescence)」可意謂(在暴露於紫色激發波長及/或藍色激發波長時固化樹脂之)發射水平高於偵測之低限限度,但足夠低以被視為雜訊,且雜訊不干擾相關信號之鑑別。在一個實例中,自體螢光水平使得信雜比(SNR)足夠高以使得來自個別叢集之信號可在定序期間被解析。
應瞭解,就定量自體螢光(autofluorescence,AF)而言,「低(low)」或「低水平(low level)」之定義可視用以量測自體螢光之工具及/或用以提供激發輻射之燈而變化。在本文所闡述之實例中,一或多個參考點用以定義相對AF水平。作為一個實例,參考物為0.7 mm厚CORNING® EAGLE XG®玻璃(CEXG)之AF水平及環氧多面體寡聚倍半矽氧烷樹脂之AF水平,且「低AF(low AF)」可相對於紫色或藍色雷射激發下CEXG輸出及環氧樹脂輸出定義。若樹脂自體螢光小於CEXG輸出與環氧樹脂輸出之間的差的一半,則其可具有低AF。輸出之數值(呈任意單位)在相對意義上相關,因為其可取決於所量測之材料、所量測之激發及發射頻帶、激發光之強度等。
當暴露於相對較短固化時間(例如60秒或更短,諸如30秒、20秒等)時,本文所揭示之樹脂組成物之實例亦展現樹脂組成物中單體或聚合物之期望固化程度(例如聚合及/或交聯水平)。固化不足之樹脂未充分地玻璃化,且可展現回流(reflow),其可在圖案化區域中以較差且不受控制之凹陷形狀顯現。另外,固化不足之樹脂可具有低硬度值,此可增加材料對下游加工之敏感性。在2990 cm
-1下之傅立葉轉換紅外光譜(Fourier-transform infrared spectroscopy,FTIR)強度可用以監測本文中所揭示之環氧樹脂組成物的固化程度。舉例而言,2990 cm
-1下之經正規化強度可相對於2925 cm
-1下之參考峰強度來監測。較高固化程度對應於給定峰下的較低強度或經校正強度。
定義
應理解,除非另外規定,否則本文所使用之術語將採用其在相關領域中之普通含義。除了上文所述之術語「無自體螢光(no autofluorescence)」及「低自體螢光(low autofluorescence)」外,本文中使用若干其他術語。此等額外術語之含義闡述於下文中。
除非上下文另外清楚地指示,否則單數形式「一(a/an)」及「該(the)」包括複數個指示物。
術語包含(comprising)、包括(including)、含有(containing)及此等術語之各種形式彼此為同義的且意謂同等廣義。
術語頂部(top)、底部(bottom)、下部(lower)、上部(upper)、之上(on)、相鄰(adjacent)等在本文中用於描述流體槽及/或流體槽之各種組件。應理解,此等方向性術語不意欲暗示特定位向,而係用於指定組件之間的相對位向。方向性術語之使用不應解釋為將本文中所揭示之實例限制於任何特定位向。
術語第一(first)、第二(second)等亦不意謂暗示特定位向或次序,而係用於將一個組件與另一組件區分開來。
應理解,本文中所提供之範圍包括所陳述範圍及在所陳述範圍內的任何值或子範圍,如同明確地列舉此類值或子範圍一般。舉例而言,約400 nm至約1 µm(1000 nm)之範圍應解釋為不僅包括約400 nm至約1 µm之明確敍述之限值,且亦包括諸如約708 nm、約945.5 nm等之個別值及諸如約425 nm至約825 nm、約550 nm至約940 nm等之子範圍。另外,當「約(about)」及/或「實質上(substantially)」用以描述值時,其意謂涵蓋所陳述值的較小變化(至多+/-10%)。
「丙烯醯胺(acrylamide)」為具有以下結構之官能基:
其中各H可替代地為烷基、烷基胺基、烷基醯胺基、烷硫基、芳基、乙二醇及其視需要經取代之變體。包括丙烯醯胺官能基之單體之實例包括疊氮基乙醯胺基戊基丙烯醯胺:
及N-異丙基丙烯醯胺:
。可使用其他丙烯醯胺單體,其一些實例闡述於本文中。
如本文所用,術語「丙烯酸酯(acrylate)」係指「CH
2=CHCOO-」官能基(亦即
)。丙烯酸酯包括其經取代之變體(例如甲基丙烯酸酯為丙烯酸酯之實例)。
如本文所用,「醛(aldehyde)」為含有具有結構-CHO之官能基的有機化合物,其包括羰基中心(亦即與氧雙鍵結的碳)且碳原子亦與氫及R基團,諸如烷基或其他側鏈鍵結。醛之通用結構為:
。
如本文所用,「烷基(alkyl)」係指完全飽和(即,不含雙鍵或參鍵)之直鏈或分支鏈烴鏈。烷基可具有1至20個碳原子。實例烷基包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、己基及其類似基團。舉例而言,名稱「C1-C4烷基(C1-C4 alkyl)」指示烷基鏈中存在一至四個碳原子,亦即烷基鏈選自由以下者組成之群:甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基及三級丁基。烷基可經取代或未經取代。經取代之烷基之實例為鹵烷基或經鹵素取代之烷基。
如本文所用,「烷基胺基(alkylamino)」係指其中一或多個氫原子經胺基置換的烷基,其中胺基係指-NR
aR
b基團,其中R
a及R
b各自獨立地選自C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C3-C7碳環、C6-C10芳基、5-10員雜芳基及5-10員雜環。
如本文所用,「烷基醯胺基(alkylamido)」係指其中一或多個氫原子經C-醯胺基或N-醯胺基置換之烷基。「C-醯胺基(C-amido)」係指「-C(=O)N(R
aR
b)」基團,其中R
a及R
b可獨立地選自由以下者組成之群:烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜芳基、雜脂環、芳烷基或(雜脂環)烷基。「N-醯胺基(N-amido)」係指「RC(=O)N(R
a)-」基團,其中R及R
a可獨立地選自由以下者組成之群:烷基、烯基、炔基、環烷基、環烯基、環炔基、芳基、雜芳基、雜脂環、芳烷基或(雜脂環)烷基。任何烷基醯胺基可經取代或未經取代。
如本文所用,「烷硫基(alkylthio)」係指RS-,其中R為烷基。烷硫基可經取代或未經取代。
如本文所用,「烯烴(alkene)」或「烯基(alkenyl)」係指含有一或多個雙鍵之直鏈或分支鏈烴鏈。烯基可具有2至20個碳原子。實例烯基包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基及其類似基團。
如本文所用,「炔烴(alkyne)」或「炔基(alkynyl)」係指含有一或多個參鍵之直鏈或分支鏈烴鏈。炔基可具有2至20個碳原子。
「胺(amine)」或「胺基(amino)」官能基係指-NR
aR
b基團,其中R
a及R
b各自獨立地選自氫(例如
)、C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C3-C7碳環、C6-C10芳基、5-10員雜芳基及5-10員雜環,如本文所定義。
如本文所用,「芳烷基(aralkyl)」及「芳基(烷基)(aryl(alkyl))」係指芳基經由低碳伸烷基作為取代基連接。芳烷基之低碳伸烷基及芳基可經取代或未經取代。實例包括但不限於苯甲基、2-苯基烷基、3-苯基烷基及萘基烷基。
術語「芳基(aryl)」係指在環主鏈中僅含有碳的芳族環或環系統(亦即,共用兩個相鄰碳原子的兩個或更多個稠合環)。在芳基為環系統時,該系統中的每一個環為芳族的。芳基可具有6至18個碳原子。芳基之實例包括苯基、萘基、薁基及蒽基。任何芳基可為雜芳基,其環主鏈中具有至少一個雜原子,亦即除碳以外之元素(例如氮、氧、硫等)。
如本文所用,術語「連接(attached)」係指兩個事物彼此直接或間接接合、緊固、黏著、相連或結合之狀態。舉例而言,核酸可藉由共價或非共價鍵與聚合物水凝膠連接。共價鍵由原子之間之電子對共用界定特徵。非共價鍵為不涉及電子對共用之物理鍵,且可包括例如氫鍵、離子鍵、凡得瓦爾力(van der Waals force)、親水相互作用及疏水相互作用。
「疊氮(azide)」或「疊氮基(azido)」官能基係指-N
3。
如本文所用,「碳環(carbocycle)」意謂環系統主鏈中僅含有碳原子的非芳族環或環系統。在碳環為環系統時,兩個或更多個環可以稠合、橋連或螺連接方式接合在一起。碳環可具有任何飽和度,其限制條件為環系統中之至少一個環不為芳族。因此,碳環包括環烷基、環烯基及環炔基。碳環基可具有3至20個碳原子。碳環之實例包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環己烯基、2,3-二氫-茚、雙環[2.2.2]辛基、金剛烷基及螺[4.4]壬基。碳環中之任一者可為雜環,其中在環主鏈中具有至少一個雜原子。
如本文所用,「環烷基(cycloalkyl)」係指完全飽和(無雙或參鍵)單或多環烴環系統。當由兩個或更多個環構成時,環可以稠合方式接合在一起。環烷基可在環中含有3至10個原子。在一些實例中,環烷基在環中可含有3至8個原子。環烷基可未經取代或經取代。實例環烷基包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基及環辛基。
如本文所用,「環烯基(cycloalkenyl)」或「環烯烴(cycloalkene)」意謂具有至少一個雙鍵之碳環或環系統,其中環系統中並無環為芳族。實例包括環己烯基或環己烯及降莰烯基或降莰烯(norbornene)。
如本文所用,「環炔基(cycloalkynyl)」或「環炔烴(cycloalkyne)」意謂具有至少一個參鍵之碳環或環系統,其中環系統中並無環為芳族。實例為環辛炔。另一實例為雙環壬炔。再一實例為二苯并環辛炔(dibenzocyclooctyne,DBCO)。
如本文所用,術語「沈積(depositing)」係指任何適合之施加技術,其可為手動或自動化的,且在一些情況下引起表面特性改變。可使用氣相沈積技術、塗佈技術、接枝技術或其類似者進行沈積。一些特定實例包括化學氣相沈積(chemical vapor deposition;CVD)、噴塗(例如超音波噴塗)、旋塗、浸塗(dunk/dip coating)、刮刀塗佈、覆液施配(puddle dispensing)、流通塗佈、氣溶膠列印、網版列印、微接觸列印、噴墨列印或其類似技術。
如本文所用,術語「凹陷(depression)」係指具有至少部分由固化樹脂之間隙區域包圍之表面開口之圖案化樹脂中之離散凹形特徵。凹陷在表面中其開口處可具有多種形狀中之任一者,包括例如圓形、橢圓形、正方形、多邊形、星形(具有任何數目的頂點)等。與表面正交獲得之凹陷的截面可為曲線、正方形、多邊形、雙曲線、圓錐形、角形等。凹陷亦可具有更複雜的架構,諸如脊線、步階特徵等。凹陷為可使用奈米壓印微影而形成的特徵的一個實例。此類特徵之另一實例為溝槽/低谷。
當提及條項之集合使用時,術語「各(each)」意欲鑑別該集合中之個別條項,但未必指代該集合中之每一條項。若明確揭示內容或上下文另外清楚地規定,則可存在例外狀況。
如本文所用,術語「環氧基(epoxy)」係指
或
。
「過濾面積」為使用選定收集頻帶(收集濾波)之積分螢光強度(AU),其中選擇波長以匹配定序成像波長(紫色:418至550 nm,藍色:482至525 nm,綠色:575至625 nm)。
如本文所用,術語「流體槽(flow cell)」欲意謂具有可進行反應之流體通道、用於將試劑遞送至流體通道之入口及用於自流體通道移除試劑之出口的容器。在一些實例中,流體槽允許偵測流體通道中發生之反應。舉例而言,流體槽可在流體通道內包括一或多個允許光學偵測陣列之透明表面、光學標記分子或其類似物。
如本文所用,「流體通道(flow channel)」或「通道(channel)」可為界定於兩個結合組件之間的區域,其可選擇性地接收液體樣品。在本文所揭示之實例中,流體通道可界定於圖案化基板與蓋子之間,且因此可與圖案化基板或樹脂中所界定之一或多個凹陷流體連通。流體通道亦可界定於結合在一起之兩個圖案化基板表面之間。
如本文所用,「雜脂環(heteroalicyclic/heteroalicycle)」係指三、四、五、六、七、八、九、十、至多18員單環、雙環及三環系統,其中碳原子連同1至5個雜原子構成該環系統。然而,雜脂環系統可視需要含有一或多個以完全非定域π電子系統不存在於所有環中之方式定位的不飽和鍵。雜原子獨立地選自氧、硫及氮。雜脂環系統可進一步含有一或多個羰基或硫羰基官能基,以便使該定義包括側氧基系統及硫基系統,諸如內醯胺、內酯、環狀醯亞胺、環狀硫醯亞胺及環狀胺基甲酸酯。該等環可以稠合方式接合在一起。另外,雜脂環中之任何氮可經四級銨化。雜脂環或雜脂環基團可未經取代或經取代。此類「雜脂環(heteroalicyclic/heteroalicycle)」基團之實例包括1,3-二氧雜環己烯、1,3-二烷(dioxane)、1,4-二烷、1,2-二氧雜環戊烷、1,3-二氧雜環戊烷、1,4-二氧雜環戊烷、1,3-氧硫雜環己烷、1,4-氧硫雜環己二烯、1,3-氧硫雜環戊烷、1,3-二吩、1,3-二硫雜環戊烷、1,4-氧硫雜環己烷、四氫-1,4-噻、2H-1,2-
、順丁烯二醯亞胺、丁二醯亞胺、巴比妥酸(barbituric acid)、硫基巴比妥酸、二側氧基哌、乙內醯脲、二氫尿嘧啶、三烷、六氫-1,3,5-三、咪唑啉、咪唑啶、異唑啉、異唑啶、唑啉、唑啶、唑啶酮、噻唑啉、噻唑啶、口末啉、環氧乙烷、哌啶N-氧化物、哌啶、哌、吡咯啶、吡咯啶酮、吡咯啶二酮、4-哌啶酮、吡唑啉、吡唑啶、2-側氧基吡咯啶、四氫哌喃、4H-哌喃、四氫硫代哌喃、噻口末啉、噻口末啉亞碸、噻口末啉碸及其苯并稠合類似物(例如,苯并咪唑啶酮、四氫喹啉及3,4-亞甲基二氧基苯基)。
「(雜脂環)烷基((heteroalicyclic)alkyl)」係指雜環或雜脂環基團經由低碳伸烷基作為取代基連接。(雜脂環)烷基之低碳伸烷基及雜環或雜環可經取代或未經取代。實例包括但不限於四氫-2H-哌喃-4-基)甲基、(哌啶-4-基)乙基、(哌啶-4-基)丙基、(四氫-2H-硫哌喃-4-基)甲基及(1,3-硫雜環己-4-基)甲基。
如本文所用,「雜芳基(heteroaryl)」係指在環主鏈中含有一或多個雜原子,亦即除碳以外之元素的芳族環或環系統(亦即共用兩個相鄰原子之兩個或更多個稠合環),該元素包括但不限於氮(N)、氧(O)及硫(S)。當雜芳基為環系統時,該系統中的每一環為芳族。雜芳基可具有5至18個環成員。
如本文所用,「雜環(heterocycle)」意謂在環主鏈中含有至少一個雜原子之非芳族環或環系統。雜環可以稠合、橋連或螺連接方式接合在一起。雜環可具有任何飽和度,其限制條件為環系統中之至少一個環不為芳族。在環系統中,雜原子可存在於非芳族或芳族環中。雜環基可具有3至20個環成員(亦即,該數目之原子構成環主鏈,包括碳原子及雜原子)。在一些實例中,雜原子為O、N或S。
如本文所用,術語「肼(hydrazine)」或「肼基(hydrazinyl)」係指-NHNH
2基團。
如本文所用,如本文所用之術語「腙(hydrazone)」或「腙基(hydrazonyl)」係指
基團,其中R
a及R
b各自獨立地選自氫、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-7碳環基、C6-10芳基、5-10員雜芳基及5-10員雜環基,如本文所定義。
如本文所用,「羥基(hydroxy/hydroxyl)」係指-OH基團。
如本文所用,「引發劑(initiator)」為在吸收輻射或熱時或在暴露於自由基時發生反應,藉此產生反應性物種的分子。引發劑能夠引發或催化化學反應,該等化學反應引起調配物之溶解度及/或物理特性的變化。「陽離子引發劑(cationic initiator)」或「光酸產生劑(photoacid generator)」(PAG)為在暴露於輻射或自由基時變成酸性的分子。PAG一般以不可逆方式經歷質子光解離。「自由基引發劑(free radical initiator)」為在暴露於輻射或熱時產生自由基物種且促進自由基反應之分子。
如本文所用,術語「間隙區域(interstitial region)」係指(例如固化圖案化樹脂之)表面上之區域,其分隔開凹陷或其他特徵。舉例而言,間隙區域可將陣列之一個特徵與陣列之另一特徵分隔開。彼此分隔之兩個特徵可為離散的,亦即彼此不物理接觸。在另一實例中,間隙區域可將特徵之第一部分與特徵之第二部分隔開。在許多實例中,間隙區域為連續的,然而特徵為離散的,例如如同其他方面連續的表面中所界定之複數個凹陷之情況一般。在其他實例中,間隙區域及特徵為離散的,例如如同藉由各別間隙區域分隔之複數個溝槽之情況一般。由間隙區域提供之分隔可為部分分隔或完全分隔。間隙區域可具有不同於特徵之表面材料的表面材料。舉例而言,陣列之特徵可具有一定量或濃度之聚合水凝膠及引子,該量或濃度超過間隙區域處所存在之量或濃度。在一些實例中,聚合水凝膠及引子可存在於凹陷或溝槽中,且可不存在於間隙區域處。
如本文所用,「氧化腈(nitrile oxide)」意謂「R
aC≡N
+O」基團,其中R
a在本文中經定義。製備氧化腈之實例包括藉由用氯醛甲醯胺-T處理或經由鹼對醯亞胺基氯[RC(Cl)=NOH]之作用自醛肟,或自羥胺與醛之間的反應原位產生。
如本文所用,「硝酮(nitrone)」意謂
基團,其中R
1、R
2及R
3可為本文中所定義之R
a及R
b基團中之任一者。
如本文所用,「核苷酸(nucleotide)」包括含氮雜環鹼基、糖及一或多個磷酸酯基。核苷酸為核酸序列之單體單元。在核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)中,糖為核糖,且在去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)中,糖為去氧核糖,亦即不具有在核糖中存在於2'位處之羥基之糖。含氮雜環鹼基(亦即核鹼基)可為嘌呤鹼基或嘧啶鹼基。嘌呤鹼基包括腺嘌呤(A)及鳥嘌呤(G)及其經修飾之衍生物或類似物。嘧啶鹼基包括胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)及尿嘧啶(U)以及其經修飾之衍生物或類似物。去氧核糖之C-1原子與嘧啶之N-1或嘌呤之N-9鍵結。核酸類似物可具有磷酸酯主鏈、糖或核鹼基中之任一者的改變。核酸類似物之實例包括例如通用鹼基或磷酸酯-糖主鏈類似物,諸如肽核酸(peptide nucleic acid,PNA)。
如本文所用,「引子(primer)」定義為單股核酸序列(例如單股DNA)。一些引子,可稱為擴增引子,充當模板擴增及叢集生成(cluster generation)之起點。其他引子可稱為定序引子,充當DNA合成之起點。引子之5'端可經修飾以允許與聚合水凝膠之官能基發生偶合反應。引子長度可為任何數目個鹼基長且可包括多種非天然核苷酸。在一實例中,定序引子為短股,在10至60個鹼基或20至40個鹼基範圍內。
術語「樹脂組成物(resin composition)」係指本文所闡述之單體混合物中之任一者。樹脂組成物亦可包括一或多種如本文所定義之引發劑、表面添加劑及溶劑。
如本文所用,「分隔層(spacer layer)」係指使兩個組件結合於一起之材料。在一些實例中,分隔層可為有助於結合之輻射吸收材料,或可與有助於結合之輻射吸收材料接觸。分隔層可存在於結合區中,例如與另一材料結合之基板上之區域,該另一材料可例如為分隔層、蓋子、另一基板等或其組合(例如分隔層及蓋子)。結合區處所形成之結合可為化學結合(如上文所述)或機械結合(例如使用緊固件等)。
「硫醇(thiol)」官能基係指-SH。
如本文所用,術語「四(tetrazine)」及「四基(tetrazinyl)」係指包含四個氮原子之六員雜芳基。四可視需要經取代。
如本文所用,「四唑(tetrazole)」係指包括四個氮原子之五員雜環基。四唑可視需要經取代。
術語「紫外光可固化(ultraviolet light curable)」意謂樹脂組成物的聚合或聚合及交聯係藉由暴露於紫外光,亦即波長在約280 nm至約400 nm範圍內的輻射來引發。
基於
環氧基之樹脂組成物
本文所揭示之實例樹脂組成物為紫外光可固化的基於環氧基之樹脂組成物。在一些實例中,紫外光可固化的樹脂組成物包含以下者或由以下者組成:預定質量比之第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體及第二經取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體,其中該第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體與第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體不同,且其中該預定質量比在約3:7至約7:3範圍內;作為第一引發劑的六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪;第二引發劑,其選自由自由基引發劑及除六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以外之陽離子引發劑組成之群;表面添加劑;及溶劑。當樹脂組成物由所列組分組成時,應理解,其不包括任何其他組分。
在基於環氧基之樹脂組成物中之任一者中,使用兩種不同的經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體。如本文所用,術語「多面體寡聚矽倍半氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane)」係指一種化學組成物,其為二氧化矽(SiO
2)與聚矽氧(R
2SiO)之間的混合中間物(例如RSiO
1.5)。一些多面體寡聚矽倍半氧烷作為POSS®由Hybrid Plastics市售。多面體寡聚倍半矽氧烷之實例可為Kehagias等人,Microelectronic Engineering 86 (2009), 第776-778頁中所述之多面體寡聚倍半矽氧烷,該參考文獻以全文引用之方式併入。在一實例中,組成物為具有化學式[RSiO
3/2]
n之有機矽化合物,其中R基團可相同或不同,只要R基團中之一者為環氧基即可。實例R基團包括環氧基、疊氮/疊氮基、硫醇、聚(乙二醇)、降莰烯、四、丙烯酸酯及/或甲基丙烯酸酯,或另外例如烷基、芳基、烷氧基及/或鹵烷基。
在一實例中,該第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體為環氧環己基乙基聚倍半矽氧烷:
;且該第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體為縮水甘油基聚倍半矽氧烷:
。在基於環氧基之樹脂組成物中之任一者中,第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體相對於第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體的預定質量比在3:7至約7:3範圍內。在一個實例中,第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體與第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體的質量比為1.5:1。
在基於環氧基之樹脂組成物中的任一者中,環氧單體的組合的總量以樹脂組成物中的總固體計在約61質量%至小於100質量%範圍內。經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體之總量視存在於樹脂組成物中之其他固體,例如表面添加劑及引發劑而定。在一個實例中,環氧單體占樹脂組成物中總固體之約67質量%至約90質量%。
表面添加劑可調整基於環氧基之樹脂組成物之表面張力,其可提高樹脂自壓印設備(例如,工作印模)之可分離性,提高樹脂組成物之可塗佈性,促進薄膜穩定性及/或改善流平性(leveling)。表面添加劑之實例包括聚丙烯酸酯聚合物(諸如可獲自BYK之BYK®-350)。以基於環氧基之樹脂組成物的總質量計,表面添加劑的量可為3質量%或更少。
基於環氧基之樹脂組成物的任何實例亦可包括溶劑。可添加溶劑以達成用以施加樹脂組成物之沈積技術所要的黏度。樹脂組成物黏度之實例(例如在引入溶劑之後)在約1.75 mPa至約2.2 mPa範圍內(在25℃下量測)。黏度可視需要更高或更低。適合溶劑之實例包括丙二醇單甲醚乙酸酯(propylene glycol monomethyl ether acetate,PGMEA)、甲苯、二甲亞碸(dimethyl sulfoxide,DMSO)、四氫呋喃(tetrahydrofuran,THF)等。在一些實例中,溶劑為PGMEA。基於環氧基之樹脂組成物之總固體濃度可在約15質量%至約60質量%範圍內(以樹脂組成物之總質量計),且溶劑之量可在約40質量%至約85質量%範圍內(以樹脂組成物之質量計)。視所選擇之固體組分於溶劑中之各別溶解度而定,總固體之上限可更高。在一些實例中,固體含量為約30%或更少。
基於環氧基之樹脂組成物包括特定光引發劑套裝,其包括作為第一(陽離子)引發劑的六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪,及第二引發劑,其中該第二引發劑為自由基引發劑或除六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以外之陽離子引發劑。
當使用六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪及自由基引發劑之組合時,藉由自由基引發劑產生之自由基與六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪(其為陽離子引發劑/光酸產生劑)反應,分解以產生超強酸,其繼而引發環氧單體之聚合及交聯。咸信六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪及所選自由基引發劑不經歷產生相關紫色及/或藍色激發波長中之不合需要的自體螢光的分子內相互作用。
當第二引發劑為自由基引發劑時,自由基引發劑選自由以下者組成之群:1,1,2,2-四苯基-1,2-乙二醇:
;丙酮酸乙酯:
;4-氰基-4-(苯基碳硫醯基硫基)戊酸:
;及乙基-3-甲基-2-側氧基丁酸酯:
。
當使用六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪及另一陽離子引發劑之組合時,光酸產生劑之組合具有意外的協同效應,其顯著且合乎需要地在相對較短時段內改變固化程度,例如降低在2990 cm
-1下的經校正強度。咸信陽離子引發劑中之任一者或兩者均作為超強酸產生劑及自由基引發劑兩者作用。
當第二引發劑為陽離子引發劑時,陽離子引發劑選自由以下者組成之群:四(九氟-三級丁氧基)鋁酸雙[4-(三級丁基)苯基]錪:
;及肆(全氟-苯基)硼酸參(4-((4-乙醯基苯基)硫基)苯基)-鋶(PAG 290):
,其中R為
。
在基於環氧基之樹脂組成物的一實例中,以該樹脂組成物之總固體含量計,該六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以約3質量%至約10質量%範圍內之量存在;且以該樹脂組成物之總固體含量計,該第二引發劑以約1質量%至約26質量%範圍內之量存在。在一個實例中,六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以約4質量%至約5質量%範圍內之量存在,且第二引發劑以約2質量%至約26質量%範圍內之量存在。
如所提及,基於環氧基之樹脂的任何實例為紫外光可固化的。在一個實例中,365 nm UV光源可用於固化樹脂組成物之此實例。
用於製造本文所揭示之基於環氧基之樹脂組成物之任何實例的方法之實例包括以介於3:7至約7:3範圍內的質量比混合第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體單體及第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體,將引發劑及表面添加劑添加至混合物,且用溶劑溶解混合物。
流體槽及方法
本文所揭示之樹脂組成物之任何實例均可用於形成流體槽。樹脂組成物可使用奈米壓印微影來圖案化以產生流體槽之特徵。圖案化方法之實例示意性地展示於圖1A至圖1C中。所得流體槽表面(圖2中所示)包括基板及該基板上之固化圖案化樹脂,該固化圖案化樹脂包括藉由間隙區域分隔開之凹陷,且該固化圖案化樹脂由本文所揭示之樹脂組成物之實例形成。方法之一些實例進一步包括使凹陷功能化以用於特定應用,諸如定序。凹陷之功能化之實例展示於圖1D及圖1E中。
圖1A描繪基板12,且圖1B描繪沈積於基板12上之樹脂組成物10的實例。
適合基板12之實例包括環氧矽氧烷、玻璃、經改質或官能化玻璃、塑膠(包括丙烯酸樹脂、聚苯乙烯及苯乙烯與其他材料之共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚胺基甲酸酯、聚四氟乙烯(諸如來自Chemours之TEFLON®)、環烯烴/環烯烴聚合物(cyclo-olefin polymer,COP)(諸如來自Zeon之ZEONOR®)、聚醯亞胺等)、耐綸(聚醯胺)、陶瓷/陶瓷氧化物、二氧化矽、熔融矽石或基於二氧化矽之材料、矽酸鋁、矽及經改質矽(例如,硼摻雜之p+矽)、氮化矽(Si
3N
4)、氧化矽(SiO
2)、五氧化二鉭(Ta
2O
5)或其他氧化鉭(TaO
x)、氧化鉿(HfO
2)、碳、金屬或其類似物。基板12亦可為在表面具有氧化鉭或另一陶瓷氧化物塗層之玻璃或矽。
基板12之一些實例可連接有表面結合矽烷,其可與樹脂組成物組分反應以將固化樹脂組成物10'連接至基板12。此表面結合矽烷為助黏劑。環氧助黏劑之實例為降莰烯矽烷,諸如[(5-雙環[2.2.1]庚-2-烯基)乙基]三甲氧基矽烷。
在一實例中,基板12可為圓形薄片、面板、晶圓、晶粒等,其具有在約2 mm至約300 mm,例如約200 mm至約300 mm範圍內之直徑,或可為最大尺寸高達約10呎(約3公尺)之矩形薄片、面板、晶圓、晶粒等。作為一個實例,晶粒可具有在約0.1 mm至約10 mm範圍內之寬度。雖然已提供實例尺寸,但應理解,基板12可具有任何適合的尺寸。
樹脂組成物10可為本文所描述之基於環氧基之樹脂組成物之任何實例。樹脂組成物10可使用任何適合之施加技術沈積於基板12上,該施加技術可為手動或自動化的。作為實例,可使用氣相沈積技術、塗佈技術、接枝技術或其類似技術進行樹脂組成物10之沈積。一些特定實例包括化學氣相沈積(CVD)、噴塗(例如超音波噴塗)、旋塗、浸塗、刮刀塗佈、覆液施配、氣溶膠列印、網版列印、微接觸列印、噴墨列印或其類似技術。在一個實例中,使用旋塗。
隨後使用任何適合的圖案化技術使經沈積樹脂組成物10圖案化。在圖1B中所示之實例中,奈米壓印微影用於圖案化樹脂組成物10。在沈積樹脂組成物10之後,其可經軟烘烤以移除過量溶劑及/或改善樹脂組成物/基板黏著。當進行時,軟烘烤可在沈積樹脂組成物10之後且在將工作印模14安置於其中之前,且在約50℃至約150℃範圍內之相對較低溫度下進行,持續大於0秒至約3分鐘。在一實例中,軟烘烤時間在約30秒至約2.5分鐘範圍內。
如圖1B中所說明,奈米壓印微影壓印設備14(例如,模具或工作印模)抵著樹脂組成物10之層按壓或輥壓以在樹脂組成物10上產生印記。壓印設備14包括待轉印至樹脂組成物10之所要圖案的模板。因此,樹脂組成物10藉由工作印模14之突起16凹入或穿孔。突起16為待形成於樹脂組成物10中之凹陷或其他特徵的複製陰模。樹脂組成物10隨後可在工作印模14處於適當位置的情況下進行固化。
對於本文所揭示的樹脂組成物10,固化可藉由以適合的能量劑量(例如,範圍介於約0.5 J至約10 J)使經奈米壓印的沈積樹脂組成物10暴露於入射光60秒或更短時間來實現。入射光可為光化輻射,諸如紫外線(UV)輻射。在一個實例中,所發射之UV輻射大部分可具有約365 nm之波長。
在本文所揭示之實例中,光能暴露引發樹脂組成物10中單體之聚合及交聯。在本文所闡述之樹脂組成物10的有效固化程度之情況下,入射光暴露時間可為60秒或更短時間。在一些情況下,入射光暴露時間可為30秒或更短時間。在另外其他情況下,入射光暴露時間可為約20秒。固化過程可包括單一UV暴露階段或單一加熱事件。
固化之後,可移除壓印裝置14。在壓印設備14之剝離之後,表面形貌特徵,例如凹陷18,界定於樹脂組成物10中。其中界定有凹陷18之樹脂組成物10稱為固化圖案化樹脂10'(圖1C中所示)。
至少部分地歸因於本文所揭示之樹脂組成物10之有效光聚合,本文所揭示之方法可能不涉及用於獲得充分固化之膜的固化後硬烘烤步驟。在一些情況下,可能需要進行固化後硬烘烤。應理解,工作印模14在硬烘烤(若進行)之前剝離/分離,例如以使得工作印模14不會黏結至固化圖案化樹脂組成物10'。硬烘烤之持續時間可在範圍為約100℃至約300℃之溫度下持續約5秒至約10分鐘。可進行硬烘烤以例如自固化圖案化樹脂組成物10'移除殘餘溶劑,以進一步聚合樹脂組成物材料中之一些(且因此增強固化之程度),以改善黏著及/或機械特性,及/或以進一步減少自體螢光。本文所闡述之加熱裝置中之任一者可用於硬烘焙。
固化圖案化樹脂10'之化學構成視所用樹脂組成物10而定。
如圖1C中所示,固化圖案化樹脂10'包括其中界定之凹陷18及間隔開相鄰凹陷18之間隙區域20。在本文所揭示之實例中,凹陷18用聚合水凝膠22(圖1D及圖1E)及引子24、26(圖1E及圖2)功能化,而間隙區域20之部分可用於結合但其上將不具有聚合水凝膠22或引子24、26。
可設想凹陷18之多種不同佈局,其包括有規則、重複及非規則圖案。在一實例中,為了緊密堆積及提高密度,將凹陷18安置於六方柵格中。其他佈局可包括例如矩形佈局(例如,線或溝槽)、三角佈局,等。在一些實例中,佈局或圖案可為成列及成行的x-y形式之凹陷18。在一些其他實例中,佈局或圖案可為重複排列之凹陷18及/或間隙區域20。在另外其他實例中,佈局或圖案可為無規排列之凹陷18及/或間隙區域20。圖案可包括條帶、漩渦、線、三角形、矩形、圓形、弧線、方格、格子花、對角線、箭頭、方形及/或交叉影線。在一實例中,凹陷18為成列及成行排列之孔,如圖1C中所示。
凹陷18的佈局或圖案可根據所界定區中凹陷18之密度(亦即凹陷18數目)來界定特徵。舉例而言,凹陷18可以大約200萬/mm
2之密度存在。密度可經調整為不同密度,包括例如至少約100/mm
2、約1,000/mm
2、約10萬/mm
2、約100萬/mm
2、約200萬/mm
2、約500萬/mm
2、約1000萬/mm
2、約5000萬/mm
2或更大或更小的密度。應進一步理解,固化圖案化樹脂10'中凹陷18之密度可介於選自以上範圍之下限值中之一者與上限值中之一者之間。作為實例,高密度陣列可界定特徵為使凹陷18分隔開小於約100 nm,中等密度陣列可界定特徵為使凹陷18分隔開約400 nm至約1 μm,且低密度陣列可界定特徵為使凹陷18分隔開大於約1 μm。儘管已提供實例密度,但應瞭解可使用具有任何適合密度之基板。
凹陷18之佈局或圖案亦可或替代地根據平均間距,亦即自凹陷18之中心至相鄰凹陷18之中心的間距(中心至中心距離)或自一個凹陷18之右邊緣至相鄰凹陷18之左邊緣的間距(邊緣至邊緣距離)來界定特徵。圖案可為有規則的,以使得關於平均間距之變化係數較小,或圖案可為不規則的,在此情況下,變化係數可能相對較大。在任一情況下,平均間距可為例如至少約10 nm、約50 nm、約0.1 μm、約0.5 μm、約1 μm、約5 μm、約10 μm、約100 μm或更大或更小。凹陷18之特定圖案的平均間距可介於選自以上範圍的下限值中之一者與上限值中之一者之間。在一實例中,凹陷18之間距(中心至中心距離)為約1.5 μm。儘管已提供實例平均間距值,但應瞭解可使用其他平均間距值。
各凹陷18之尺寸可藉由其容積、開口面積、深度及/或直徑來界定特徵。
各凹陷18可具有能夠約束流體之任何容積。最小或最大容積可經選擇,例如以適應流體槽之下游用途所預期的通量(例如,多路傳輸量(multiplexity))、解析度、核苷酸或分析物反應性。舉例而言,容積可為至少約1×10
− 3μm
3、約1×10
− 2μm
3、約0.1 μm
3、約1 μm
3、約10 μm
3、約100 μm
3或更大或更小。應理解,聚合水凝膠22可填充凹陷18之全部或部分容積。
可基於如上文關於孔容積所闡述之類似準則而選擇各凹陷開口所佔據之面積。舉例而言,各凹陷開口之面積可為至少約1×10
− 3μm
2、約1×10
− 2μm
2、約0.1 μm
2、約1 μm
2、約10 μm
2、約100 μm
2或更大或更小。各凹陷開口佔據之面積可大於、小於或介於上文指定之值之間。
各凹陷18之深度可足夠大以容納聚合水凝膠22中之一些。在一實例中,深度可為約0.1 μm、約0.5 μm、約1 μm、約10 μm、約100 μm或更大或更小。在一些實例中,深度為約0.4 μm。各凹陷18之深度可大於、小於或介於上文指定之值之間。
在一些情況下,各凹陷18之直徑或長度及寬度可為約50 nm、約0.1 μm、約0.5 μm、約1 μm、約10 μm、約100 μm或更大或更小。各凹陷18之直徑或長度及寬度可大於、小於或介於上文指定之值之間。
在樹脂組成物10經圖案化及固化之後,固化圖案化樹脂10'可經處理以製備用於施加聚合水凝膠22之表面。
在一實例中,固化圖案化樹脂10'可暴露於矽烷化,其將矽烷或矽烷衍生物連接至固化圖案化樹脂10'。矽烷化將矽烷或矽烷衍生物引入整個表面,包括凹陷18中(例如底表面上及沿側壁)及間隙區域20上。
矽烷化可使用任何矽烷或矽烷衍生物來實現。矽烷或矽烷衍生物之選擇可部分視待用於形成聚合水凝膠22(圖2D中所示)之官能化分子而定,因為可能需要在矽烷或矽烷衍生物與聚合水凝膠22之間形成共價鍵。用於將矽烷或矽烷衍生物連接至固化圖案化樹脂10'之方法可視正使用之矽烷或矽烷衍生物而變化。本文闡述若干實例。
適合矽烷化方法之實例包括氣相沈積、旋塗或其他沈積法。本文描述可用以使固化圖案化樹脂10'矽烷化之方法及材料之一些實例,但應瞭解可使用其他方法及材料。
矽烷或矽烷衍生物之連接形成預處理(例如矽烷化)的固化圖案化樹脂10',其包括矽烷化凹陷及矽烷化間隙區域。
在其他實例中,固化圖案化樹脂10'可不暴露於矽烷化。而是,固化圖案化樹脂10'可暴露於電漿灰化,且隨後聚合水凝膠22可直接旋塗(或以其他方式沈積)於電漿灰化之固化圖案化樹脂10'上。在此實例中,電漿灰化可產生表面活化因子(例如羥基(C-OH或Si-OH)及/或羧基),其可將聚合水凝膠22黏著至固化圖案化樹脂10'。在此等實例中,選擇聚合水凝膠22以使得其與由電漿灰化產生之表面基團反應。
在另外其他實例中,固化圖案化樹脂10'可包括未反應環氧基;且因此可不暴露於矽烷化,因為未反應環氧基可與聚合水凝膠22的胺基官能基直接反應。在此實例中,例如若需要清掉表面上之潛在污染物,則可進行電漿灰化。
隨後可將聚合水凝膠22施加至經預處理之固化圖案化樹脂10'(如圖1D中所示)。聚合水凝膠22可為在吸收液體時可溶脹且在例如藉由乾燥移除液體時可收縮的任何凝膠材料。在一實例中,聚合水凝膠22包括丙烯醯胺共聚物。丙烯醯胺共聚物之一些實例由以下結構(I)表示:
其中:
R
A係選自由以下者組成之群組:疊氮基、視需要經取代之胺基、視需要經取代之烯基、視需要經取代之炔烴、鹵素、視需要經取代之腙、視需要經取代之肼、羧基、羥基、視需要經取代之四唑、視需要經取代之四、氧化腈、硝酮、硫酸酯及硫醇;
R
B為H或視需要經取代之烷基;
R
C、R
D及R
E各自獨立地選自由H及視需要經取代之烷基組成之群組;
-(CH
2)
p-中之各者可視需要經取代;
p為1至50範圍內之整數;
n為1至50,000範圍內之整數;及
m為1至100,000範圍內之整數。
由結構(I)表示之丙烯醯胺共聚物之一個特定實例為聚(N-(5-疊氮基乙醯胺基戊基)丙烯醯胺-共-丙烯醯胺,PAZAM。
所屬技術領域中具有通常知識者將認識到,在結構(I)中重複「n」及「m」個特徵之配置係代表性的,且單體子單元可以任何次序存在於聚合物結構中(例如無規、嵌段、圖案化或其組合)。
丙烯醯胺共聚物的分子量可在約5 kDa至約1500 kDa或約10 kDa至約1000 kDa範圍內,或在特定實例中可為約312 kDa。
在一些實例中,丙烯醯胺共聚物為線性聚合物。在一些其他實例中,丙烯醯胺共聚物為輕度交聯聚合物。
在其他實例中,聚合水凝膠22可為結構(I)之變體。在一個實例中,丙烯醯胺單元可經N,N-二甲基丙烯醯胺(
)置換。在此實例中,結構(I)中之丙烯醯胺單元可經
置換,其中R
D、R
E及R
F各自為H或C1-C6烷基,且R
G及R
H各自為C1-C6烷基(而非如同丙烯醯胺之情況一樣為H)。在此實例中,q可為1至100,000範圍內之整數。在另一實例中,除丙烯醯胺單元以外可使用N,N-二甲基丙烯醯胺。在此實例中,除重複的「n」及「m」個特徵以外,結構(I)可包括
,其中R
D、R
E以及R
F各自為H或C1-C6烷基,並且R
G及R
H各自為C1-C6烷基。在此實例中,q可為1至100,000範圍內之整數。
作為聚合水凝膠22之另一實例,結構(I)中之重複「n」個特徵可經包括具有結構(II)之雜環疊氮基之單體置換:
其中R
1為H或C1-C6烷基;R
2為H或C1-C6烷基;L為包括直鏈之連接基團,該直鏈在鏈中具有2至20個選自由碳、氧及氮組成之群之原子及10個於碳原子及任何氮原子上之視需要選用之取代基;E為在鏈中包括1至4個選自由碳、氧及氮組成之群之原子及於碳原子及任何氮原子上之視需要選用之取代基的直鏈;A為經N取代之醯胺,其中H或C1-C4烷基與N連接;且Z為含氮雜環。Z之實例包括以單一環狀結構或稠合結構存在之5至10個含碳環成員。Z之一些特定實例包括吡咯啶基、吡啶基或嘧啶基。
作為再一實例,凝膠材料可包括結構(III)及(IV)中之各者的重複單元:
及
其中R
1a、R
2a、R
1b及R
2b中之各者獨立地選自氫、視需要經取代之烷基或視需要經取代之苯基;R
3a及R
3b中之各者獨立地選自氫、視需要經取代之烷基、視需要經取代之苯基或視需要經取代之C7-C14芳烷基;且各L
1及L
2獨立地選自視需要經取代之伸烷基連接基團或視需要經取代之伸雜烷基連接基團。
在再一實例中,使用氮氧化物調控聚合作用形成丙烯醯胺共聚物,且因此至少一些共聚物鏈具有烷氧基胺端基。在共聚物鏈中,術語「烷氧基胺端基(alkoxyamine end group)」係指休眠物種-ONR
1R
2,其中R
1及R
2中之各者可相同或不同,且可獨立地為直鏈或分支鏈烷基或環結構,且其中氧原子與共聚物鏈之其餘部分連接。在一些實例中,亦可例如在結構(I)中之位置R
A處將烷氧基胺引入至一些重複丙烯醯胺單體中。因此,在一個實例中,結構(I)包括烷氧基胺端基;且在另一實例中,結構(I)在至少一些側鏈中包括烷氧基胺端基及烷氧基胺基團。
應理解,可使用其他分子作為聚合水凝膠22,只要其能夠藉由所要化學物質,例如引子24、26功能化即可。聚合水凝膠22之適合材料的一些實例包括官能化矽烷,諸如降莰烯矽烷、疊氮基矽烷、炔烴官能化矽烷、胺官能化矽烷、順丁烯二醯亞胺矽烷或具有可分別連接所要化學物質之官能基的任何其他矽烷。聚合水凝膠22之適合材料之另外其他實例包括具有以下之材料:膠態結構,諸如瓊脂糖;或聚合物網狀結構,諸如明膠;或交聯聚合物結構,諸如聚丙烯醯胺聚合物及共聚物、無矽烷丙烯醯胺(silane free acrylamide,SFA)或SFA之疊氮化形式。適合的聚丙烯醯胺聚合物之實例可由丙烯醯胺及丙烯酸或含有乙烯基之丙烯酸合成,或由形成[2+2]光致環加成反應之單體合成。聚合水凝膠22之適合材料之另外其他實例包括丙烯醯胺及丙烯酸酯之混合共聚物。本文中所揭示之實例中可使用多種含有丙烯酸單體(例如,丙烯醯胺、丙烯酸酯等)之聚合物架構,諸如分支鏈聚合物,包括樹枝狀聚合物(例如多臂或星形聚合物)及其類似者。舉例而言,單體(例如丙烯醯胺、含有催化劑之丙烯醯胺等)可無規或嵌段併入至樹枝狀聚合物之分支(臂)中。
聚合水凝膠22可使用旋塗、或浸漬或浸塗、或官能化分子在正或負壓下流動、或另一適合的技術沈積於經預處理之固化圖案化樹脂10'之表面上。聚合水凝膠22可存在於混合物中。在一實例中,混合物包括PAZAM水溶液或含PAZAM之乙醇及水之混合物。
在經塗佈之後,聚合水凝膠22亦可暴露於固化程序以在整個圖案化之基板上(亦即在凹陷18中及在間隙區域20上)形成聚合水凝膠22之塗層。在一實例中,聚合水凝膠22的固化可在室溫(例如,約25℃)至約95℃範圍內之溫度下進行約1毫秒至約若干天範圍內之時間。在另一實例中,時間可在10秒至至少24小時之範圍內。在再一實例中,時間可在約5分鐘至約2小時範圍內。
聚合水凝膠22連接至凹陷18及間隙區域20可係經由共價鍵結。聚合水凝膠22與矽烷化或電漿灰化之凹陷的共價鍵聯有助於在多種用途期間在最終形成之流體槽的整個使用壽命中維持凹陷18中之聚合水凝膠22。以下為可在矽烷或矽烷衍生物與聚合水凝膠22之間進行的反應之一些實例。
當矽烷或矽烷衍生物包括降莰烯或降莰烯衍生物作為不飽和部分時,降莰烯或降莰烯衍生物可:i)與PAZAM之疊氮化物/疊氮基進行1,3-偶極環加成反應;ii)與附接至PAZAM之四基團進行偶合反應;與附接至PAZAM之腙基團進行環加成反應;與附接至PAZAM之四唑基團進行光點擊反應;或與附接至PAZAM之氧化腈基團進行環加成。
當矽烷或矽烷衍生物包括環辛炔或環辛炔衍生物作為不飽和部分時,環辛炔或環辛炔衍生物可:i)與PAZAM之疊氮化物/疊氮基進行應變促進之疊氮-炔烴1,3-環加成(azide-alkyne 1,3-cycloaddition,SPAAC)反應,或ii)與附接至PAZAM之氧化腈基團進行應變促進之炔烴-氧化腈環加成反應。
當矽烷或矽烷衍生物包括雙環壬炔作為不飽和部分時,雙環壬炔可由於雙環系統中之應變而與附接至PAZAM之疊氮化物或腈氧化物進行類似的SPAAC炔烴環加成。
為在固化圖案化樹脂10'之凹陷18中而非在間隙區域20上形成聚合水凝膠22,可拋光掉間隙區域20上之聚合水凝膠22。拋光程序可藉由化學漿液(包括例如研磨劑、緩衝劑、螯合劑、界面活性劑及/或分散劑)進行,該化學漿液可自間隙區域20移除聚合水凝膠22而不有害地影響彼等區域底層之固化圖案化樹脂10'及/或基板12。可替代地,拋光可用不包括研磨例子之溶液進行。化學漿液可用於化學機械拋光系統中。在此實例中,拋光頭/墊或其他拋光工具能夠自間隙區域20拋光掉聚合水凝膠22,同時留下在凹陷18中的聚合水凝膠22且使底層固化圖案化樹脂10'保持至少實質上完整。作為實例,拋光頭可為Strasbaugh ViPRR II拋光頭。在另一實例中,拋光可用拋光墊及溶液來進行,而不需任何研磨劑。舉例而言,拋光墊可與不含研磨粒子之溶液(例如不包括研磨粒子之溶液)一起利用。
圖1D描繪在凹陷18中且不在間隙區域20上之聚合水凝膠22。可接著執行清潔程序。此程序可利用水浴及音波處理。水浴可維持在約22℃至約30℃範圍內之相對較低溫度下。矽烷化、經塗佈且經拋光之圖案化基板亦可旋轉乾燥,或經由另一適合的技術乾燥。
如圖1E中所示,進行接枝程序以便將引子24、26接枝至凹陷19中之聚合水凝膠22。引子24、26可為任何正向擴增引子及/或反向擴增引子。在此實例中,引子24、26為兩種不同引子。
引子24、26需要固定至聚合水凝膠22。在一些實例中,固定化可藉由在各別引子24、26之5'端處與聚合水凝膠22單點共價連接。可使用所屬技術領域中已知之任何適合之共價連接方式。在一些實例中,固定化可藉由強力非共價連接(例如生物素-鏈球親生物素蛋白)進行。
引子24、26中之各者具有用於捕捉及/或擴增目的之通用序列。作為實例,引子24、26可包括P5及P7引子、P15及P7引子或本文所闡述之PA引子、PB引子、PC引子及PD引子的任何組合。作為實例,引子24、26可包括任何兩個PA、PB、PC及PD引子,或一個PA引子與一個PB、PC或PD引子的任何組合,或一個PB引子與一個PC或PD引子的任何組合,或一個PC引子與一個PD引子的任何組合。
P5及P7引子之實例用於由Illumina公司出售之商業流體槽之表面上,以用於例如在HISEQ™、HISEQX™、MISEQ™、MISEQDX™、MINISEQ™、NEXTSEQ™、NEXTSEQDX™、NOVASEQ™、ISEQ
TM、GENOME ANALYZER™及其他儀器平台上定序。P5引子為:
P5:5' → 3'
AATGATACGGCGACCACCGAGAUCTACAC(SEQ. ID. NO. 1)
P7引子可為以下中之任一者:
P7 #1:5' → 3'
CAAGCAGAAGACGGCATACGAnAT(SEQ. ID. NO. 2)
P7 #2:5' → 3'
CAAGCAGAAGACGGCATACnAGAT(SEQ. ID. NO. 3)
其中在該等序列中之各者中,「n」為8-側氧基鳥嘌呤。
P15引子為:
P15:5' → 3'
AATGATACGGCGACCACCGAGAnCTACAC(SEQ. ID. NO. 4)
其中「n」係烯丙基-T。
上述其他引子(PA-PD)包括:
PA 5' → 3'
GCTGGCACGTCCGAACGCTTCGTTAATCCGTTGAG(SEQ. ID. NO. 5)
PB 5' → 3'
CGTCGTCTGCCATGGCGCTTCGGTGGATATGAACT(SEQ. ID. NO. 6)
PC 5' → 3'
ACGGCCGCTAATATCAACGCGTCGAATCCGCAACT(SEQ. ID. NO. 7)
PD 5' → 3'
GCCGCGTTACGTTAGCCGGACTATTCGATGCAGC(SEQ. ID. NO. 8)
P5、P7及P15序列說明裂解位。雖然PA-PD之實例序列中未展示,但應瞭解,此等引子中之任一者可在股中之任何點處包括裂解位,諸如尿嘧啶、8-側氧基鳥嘌呤、烯丙基-T等。在實例中之任一者中,引子24、26之裂解位應彼此不同,使得引子24、26之裂解不同時發生。適合裂解位之實例包括酶可裂解核鹼基或化學可裂解核鹼基、經修飾核鹼基或連接子(例如核鹼基之間)。酶可裂解核鹼基可容易藉由與醣苷酶及核酸內切酶或與核酸外切酶反應而發生裂解。可裂解核鹼基之一個特定實例為可由USER酶靶向之去氧尿嘧啶(deoxyuracil,dU)。在一實例中,尿嘧啶鹼基可併入自P5引子(P5U)或P7引子(P7U)之3'端的第7個鹼基位置處。亦可使用其他無鹼基位。化學可裂解核鹼基、經修飾核鹼基或連接子之實例包括8-側氧基鳥嘌呤、鄰二醇、二硫鍵、矽烷、偶氮苯、可光裂解基團、烯丙基T(具有烯丙基官能基之胸腺嘧啶核苷酸類似物)、烯丙基醚或疊氮基官能醚。
本文所揭示之引子中之各者亦可包括引子序列之5'端處的聚T序列。在一些實例中,聚T區包括2個T鹼基至20個T鹼基。作為特定實例,聚T區可包括3、4、5、6、7或10個T鹼基。
各引子之5'端亦可包括連接子。可使用包括可與聚合水凝膠22之表面官能基連接之末端炔基或另一適合末端官能基的任何連接子。適合末端官能基之實例包括四、疊氮基、胺基、環氧基或縮水甘油基、硫代磷酸酯、硫醇、醛、肼、胺基亞磷酸酯、三唑啉二酮或生物素。在一個實例中,引子24、26用己炔基封端。在一些特定實例中,丁二醯亞胺基(NHS)酯封端之引子可在聚合水凝膠22之表面處與胺反應,醛封端之引子可在聚合水凝膠22之表面處與肼反應,或炔烴封端之引子可在聚合水凝膠22之表面處與疊氮化物反應,或疊氮化物封端之引子可在聚合水凝膠22之表面處與炔烴或二苯并環辛炔(DBCO)反應,或胺基封端之引子可在聚合水凝膠22之表面處與活化甲酸酯基團或NHS酯反應,或硫醇封端之引子可在聚合水凝膠22之表面處與烷化反應物(例如碘乙醯胺或順丁烯二醯亞胺)反應,胺基亞磷酸酯封端之引子可在聚合水凝膠22之表面處與硫醚反應,或經生物素修飾的引子可在聚合水凝膠22之表面處與鏈球親生物素蛋白反應。
在一實例中,引子24、26之接枝可藉由流通沈積(例如使用臨時結合之蓋子)、浸塗、噴塗、覆液施配或藉由將引子24、26連接至聚合水凝膠22之另一種適合之方法來實現。此等實例技術中之各者可利用引子溶液或混合物,其可包括引子24、24'、水、緩衝劑及催化劑。
浸塗可涉及將流體槽前驅體(圖1D中所示)浸沒於一系列溫控浴中。浴亦可流動受控及/或覆蓋有氮氣層。該等浴可包括引子溶液或混合物。在各種浴中,引子24、26將與凹陷18中之至少一些中的聚合水凝膠22之引子接枝官能基連接。在一實例中,將流體槽前驅體引入至包括引子溶液或混合物之第一浴中,在該第一浴中發生反應以連接引子24、26,且隨後移動至另外浴中以進行洗滌。浴至浴之移動可涉及機械臂或可手動進行。浸塗中亦可使用乾燥系統。
噴塗可藉由將引子溶液或混合物直接噴灑於流體槽前驅體上而實現。經噴塗之晶圓可在約0℃至約70℃範圍內之溫度下培育約4分鐘至約60分鐘範圍內之時間。培育之後,可稀釋且使用例如旋塗器移除引子溶液或混合物。
覆液施配可根據彙集及旋拋法(pool and spin off method)進行,且因此可用旋塗器實現。可將引子溶液或混合物施加(手動地或經由自動化過程)至流體槽前驅體。可將施加之引子溶液或混合物施加於或展塗於流體槽前驅體之整個表面上。經引子塗佈之流體槽前驅體可在約0℃至約80℃範圍內之溫度下培育約2分鐘至約60分鐘範圍內之時間。培育之後,可稀釋且使用例如旋塗器移除引子溶液或混合物。
在其他實例中,引子24、26可預接枝至聚合水凝膠22,且由此其可在施加聚合水凝膠22後存在於凹陷18中。
圖1E及圖2說明在引子24、26接枝之後的流體槽表面之實例。
圖1E及圖2中所展示之實例為不具有蓋子或與其結合之其他流體槽表面之流體槽表面之實例。在一實例中,蓋子可與固化圖案化樹脂10'之至少一部分,例如在間隙區域20中之一些處結合。形成於蓋子與固化圖案化樹脂10'之間的結合可為化學結合或機械結合(例如,使用固定件等)。
蓋子可為對導引朝向基板12及固化圖案化樹脂10'之激發光透明的任何材料。作為實例,蓋子可為玻璃(例如硼矽酸鹽、熔融矽石等)、塑膠或其類似物。適合的硼矽酸鹽玻璃之市售實例為D 263®,其可自Schott North America公司獲得。適合的塑膠材料,即環烯烴聚合物之市售實例為ZEONOR®產品,其可自Zeon Chemicals L.P.獲得。
可使用任何適合的技術將蓋子結合至固化圖案化樹脂10',該等技術諸如雷射結合、擴散結合、陽極結合、共晶結合、電漿活化結合、玻璃料結合或其他所屬技術領域中已知之方法。在一實例中,分隔層可用於將蓋子結合至固化圖案化樹脂10'。分隔層可為將至少一些固化圖案化樹脂10'及蓋子密封在一起之任何材料。在一些實例中,分隔層可為有助於固化圖案化樹脂10'與蓋子之結合的輻射吸收材料。
在其他實例中,兩個流體槽表面(圖1E及圖2中所示)可結合在一起,使得凹陷18面向形成於其間之流體通道。流體槽可使用本文中所描述之用於結合蓋子之類似技術及材料在間隙區域20處結合。
本文所揭示之流體槽之一個實例包括至少一個包含基板12之流體槽表面;及基板12上之固化圖案化樹脂10',固化圖案化樹脂10'包括由間隙區域20分隔開之凹陷18,且固化圖案化樹脂10'包括固化形式之樹脂組成物10,該樹脂組成物包括:預定質量比之第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體及第二經取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體,其中該第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體與第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體不同,且其中該預定質量比在約3:7至約7:3之範圍內;作為第一引發劑的六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪;第二引發劑,其選自由自由基引發劑及除六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以外之陽離子引發劑組成之群;表面添加劑;及溶劑;其中固化圖案化樹脂在暴露於約375 nm至約500 nm範圍內之紫色或藍色激發波長時具有低自體螢光或無自體螢光。
使用流體槽之方法
本文所揭示之流體槽可用於多種定序方法或技術中,包括通常稱為合成定序(sequencing-by-synthesis,SBS)、循環陣列定序、接合定序、焦磷酸定序等技術。在此等技術中之任一者之情況下,因為聚合水凝膠22及所連接之引子24、26存在於凹陷18中且不存在於間隙區域20上,擴增將受限於凹陷。
作為一個實例,合成定序(SBS)反應可在諸如來自Illumina(San Diego, CA)之HISEQ™、HISEQX™、MISEQ™、MISEQDX™、MINISEQ™、NOVASEQ™、ISEQ™、NEXTSEQDX™或NEXTSEQ™定序系統之系統上運行。在SBS中,監測核酸引子(例如定序引子)沿核酸模板(亦即定序模板)之延伸,以確定模板中核苷酸之序列。基礎化學程序可為聚合(例如,藉由聚合酶催化)或接合(例如,藉由接合酶催化)。在特定的基於聚合酶之SBS程序中,將經螢光標記之核苷酸以模板依賴性方式添加至定序引子中(由此使定序引子延伸),以使得可使用偵測核苷酸添加至定序引子中之次序及類型來確定模板之序列。
在定序之前,捕捉及擴增引子24、26可暴露於定序庫,該定序庫使用任何適合方法,諸如叢集生成來擴增。
在叢集生成之一個實例中,使用高保真DNA聚合酶藉由3'延伸自雜交引子24、26拷貝庫片段。將原始庫片段變性,使拷貝固定化。等溫橋式擴增可用於擴增固定化之拷貝。舉例而言,拷貝之模板循環(loop over)以與相鄰的互補引子24、26雜交,且聚合酶拷貝經拷貝之模板以形成雙股橋,其經變性以形成兩個單股之股。此兩股循環且與相鄰的互補引子24、26雜交並再次延伸以形成兩個新的雙股環。藉由等溫變性及擴增之循環在各模板拷貝上重複該過程以產生密集的純系叢集。使雙股橋之各叢集變性。在一實例中,藉由特異性鹼基裂解移除反向股,從而留下正向模板聚核苷酸股。叢集化使得凹陷18中之各者中形成若干模板聚核苷酸股。叢集化之此實例係橋式擴增,且係可執行之擴增之一個實例。應理解,可使用其他擴增技術,諸如排除擴增(exclusion amplification,Examp)工作流程(Illumina公司)。
可引入與模板聚核苷酸股上之互補序列雜交之定序引子。此定序引子使得模板聚核苷酸股準備好進行定序。可阻斷模板之3'端及任何流體槽結合之引子24、26(不與拷貝連接)以防止對定序反應造成干擾,且特定言之,防止發生非所期望之引動(priming)。
為開始定序,併入混合物可被添加至流體槽。在一個實例中,併入混合物包括液體載劑、聚合酶及經螢光標記之核苷酸。經螢光標記之核苷酸可包括3' OH封端基團。當併入混合物引入至流體槽中時,流體進入流體通道且流入凹陷18中(其中存在模板聚核苷酸股)。
藉由聚合酶將經螢光標記之核苷酸以模板依賴性方式添加至定序引子中(由此使定序引子延伸),以使得可使用偵測核苷酸添加至定序引子中之次序及類型來確定模板之序列。更特定言之,核苷酸中之一者藉由各別聚合酶併入至延伸定序引子且與模板聚核苷酸股互補之新生股中。換言之,在跨流體槽之至少一些模板聚核苷酸股中,各別聚合酶藉由併入混合物中之核苷酸中之一者延伸雜交定序引子。
核苷酸之併入可經由成像事件偵測。在成像事件期間,照明系統(圖中未示)可將激發光提供至流體槽表面。
在一些實例中,核苷酸可進一步包括可逆終止特性(例如3' OH封端基團),一旦核苷酸已添加至定序引子中,則該特性終止進一步的引子延伸。舉例而言,具有可逆終止子部分之核苷酸類似物可添加至定序引子,以使得後續延伸無法進行,直至遞送去阻斷劑以移除該部分。因此,對於使用可逆終止之實例,在偵測發生之後,可將去阻斷劑遞送至流體槽。
洗滌可在各種流體遞送步驟之間進行。SBS循環可隨後重複n次以使定序引子延伸n個核苷酸,由此偵測長度n之序列。
在一些實例中,正向股可經定序且移除,且隨後反向股經構築且如本文所述地定序。
儘管已詳細描述SBS,但應瞭解,本文所述之流體槽可與其他定序方案一起用於基因分型或用於其他化學及/或生物學應用中。
儘管描述於圖1A至圖1E及圖2中之實例說明了實施例樹脂組成物10在形成流體槽表面中之用途,但應瞭解,本文所揭示之樹脂組成物10可用於其他需要低自體螢光之應用中。作為一個實例,樹脂組成物10、10'可用於任何基於光學的定序技術中。作為其他實例,樹脂組成物10、10'可用於平面波導、互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)等中。
為進一步說明本發明,本文給出實施例。應理解,此等實施例係出於說明目的而提供且不欲理解為限制本揭示內容的範圍。
非限制性工作實施例
如以下實施例中之各者中更詳細地描述,製備且分析若干實施例樹脂、比較實施例樹脂及對照實施例。
用配備有紫色、藍色及綠色通道之用具量測自體螢光。樣品量測之雷射功率在170 mW與400 mW之間變化,物鏡之數值孔徑(numerical aperture,NA)在0.13至0.50之間的範圍內,且狹縫尺寸在10 μm與200 μm之間的範圍內。AF用具之三個通道之激發及收集波長展示於表1中。
表 1
顏色 | 激發 /nm | 收集 /nm |
紫色 | 405 | 418-450 |
藍色 | 457 | 482-525 |
綠色 | 532 | 575-625 |
使用傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)測定一些實施例的UV固化之效率。
以下縮寫用於實施例中之一或多者中:
環氧基環己基乙基聚倍半矽氧烷(epoxycyclohexylethyl polysilsesquioxane):EC-PSS
縮水甘油基聚倍半矽氧烷(glycidyl polysilsesquioxane):G-PSS
丙二醇甲醚乙酸酯(propylene glycol methyl ether acetate):PGMEA
六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪:IPF
肆(全氟-苯基)硼酸參(4-((4-乙醯基苯基)硫基)苯基)-鋶:PAG290
4-氰基-4-(苯基碳硫醯基硫基)戊酸:RAFT-1
丙酮酸乙酯(ethyl pyruvate):EP
乙基-3-甲基-2-側氧基丁酸酯:EMOB
四(九氟-三級丁氧基)鋁酸雙[4-(三級丁基)苯基]錪:PITA
1,1,2,2-四苯基-1,2-乙二醇:TPED
全功能胞嘧啶(Fully Functional Cytosine):FFC
全功能腺嘌呤(Fully Functional Adenine):FFA
全功能胸腺嘧啶(Fully Funtional Thymine):FFT
實施例
1
製備八種基於環氧基之實施例樹脂組成物。此等樹脂組成物(實施例樹脂2至實施例樹脂9)中之各者用經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體之相同組合及不同引發劑製備。此等組成物提供於下表2A及表2B中。亦製備兩種比較實施例樹脂(比較實施例樹脂1及比較實施例樹脂10)。比較實施例樹脂1具有單一引發劑,且比較實施例樹脂10具有單一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體。
表 2A
表 2B
成分類型 | 特定成分 | 比較實施例樹脂 1 (總固體中之質量 % ) | 實施例樹脂 2 (總固體中之質量 % ) | 實施例樹脂 3 (總固體中之質量 % ) | 實施例樹脂 4 (總固體中之質量 % ) | 實施例樹脂 5 (總固體中之質量 % ) |
第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷 | EC-PSS | 45.2 | 47.1 | 46.95 | 46.7 | 34.2 - 45.7 |
第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷 | G-PSS | 45.2 | 47.1 | 46.95 | 46.7 | 34.2 - 45.7 |
第一引發劑 | IPF | 8.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
第二引發劑 | PAG290 | ----- | 0.2 | 0.5 | 0.2 | ----- |
EMOB | ----- | ----- | ----- | ----- | 3.0 – 26.0 | |
RAFT-1 | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | |
EP | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | |
PITA | ----- | ----- | ----- | 0.8 | ----- | |
TPED | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | |
表面添加劑 | BYK®-350 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 |
溶劑 | PGMEA | 添加以獲得約17%固體 | 添加以獲得約17%固體 | 添加以獲得約17%固體 | 添加以獲得約17%固體 | 添加以獲得約17%固體 |
成分類型 | 特定成分 | 實施例樹脂 6 (總固體中之質量 % ) | 實施例樹脂 7 (總固體中之質量 % ) | 實施例樹脂 8 (總固體中之質量 % ) | 實施例樹脂 9 (總固體中之質量 % ) | 比較實施例樹脂 10 (總固體中之質量 % ) |
第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷 | EC-PSS | 34.2 - 45.7 | 46.2 | 34.2 - 45.7 | 34.2 - 45.7 | 92.4 |
第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷 | G-PSS | 34.2 - 45.7 | 46.2 | 34.2 - 45.7 | 34.2 - 45.7 | ----- |
第一引發劑 | IPF | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 5.0 |
第二引發劑 | PAG290 | ----- | ----- | ----- | ----- | 1.0 |
EMOB | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | |
RAFT-1 | ----- | 2.0 | ----- | ----- | ----- | |
EP | 3.0 – 26.0 | ----- | ----- | ----- | ----- | |
PITA | ----- | ----- | 3.0 – 26.0 | ----- | ||
TPED | ----- | ----- | 3.0 – 26.0 | ----- | ----- | |
表面添加劑 | BYK®-350 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 |
溶劑 | PGMEA | 添加以獲得約17%固體 | 添加以獲得約17%固體 | 添加以獲得約17%固體 | 添加以獲得約17%固體 | 添加以獲得約17%固體 |
在此實施例中,使用矽烷化玻璃晶圓作為基板。將一個裸(未處理及未塗佈)玻璃晶圓用作對照實施例。
將所有樹脂組成物(比較實施例樹脂1、實施例樹脂-實施例樹脂9及比較實施例樹脂10)旋塗在矽烷化玻璃晶圓上。在130℃下進行軟烘烤約2分鐘或在90℃下進行約30秒。工作印模在經塗佈之玻璃晶圓中之各者上手動輥壓。工作印模具有624 nm或350 nm之中心至中心間距。隨後將樹脂組成物暴露於以在樣品層級量測之330 mW/cm
2功率輸出在365 nm UV LED光源下的UV固化。固化進行60秒或更短。在固化之後,剝離工作印模。
比較實施例樹脂1、實施例樹脂2-實施例樹脂9及比較實施例樹脂10中之各者為可壓印的。
使用實施例樹脂2-實施例樹脂8(具有不同引發劑)及比較實施例樹脂1及10所產生之印記的自體螢光係針對紫色(405 nm)、藍色(457 nm)及綠色(532 nm)通道中之各者利用上文所描述之用具加以量測。結果展示於圖3中(描繪過濾面積相對於通道波長(nm))。在紫色(405 nm)通道中,相較於比較實施例樹脂10,實施例樹脂2至實施例樹脂8展現顯著較低的自體螢光。在紫色(405 nm)通道中,實施例樹脂5至實施例樹脂8展現與比較實施例樹脂1類似的自體螢光。在藍色(457 nm)通道中,實施例樹脂2至實施例樹脂8展現比比較實施例樹脂10略微更低的自體螢光或與其類似的自體螢光,且實施例樹脂5至實施例樹脂7展現比比較實施例樹脂1更低的自體螢光。在綠色(532 nm)通道中,實施例樹脂2至實施例樹脂8展現與比較實施例樹脂1及10兩者類似的自體螢光。將對照實施例描繪為針對玻璃紫色、玻璃藍色及玻璃綠色之虛線。
比較比較實施例樹脂1、實施例樹脂2及實施例樹脂5至實施例樹脂9之固化時間。結果展示於圖4中。實施例樹脂2、5、6及8展現50秒或更短之理想快速固化時間,例如實施例樹脂2為20秒且實施例樹脂5及6中之各者為30秒。雖然實施例樹脂7及9之固化時間不那麼快,但兩者各自展現60秒之固化時間。此固化時間與比較實施例樹脂1類似。
量測實施例樹脂2、實施例樹脂3及實施例樹脂5至實施例樹脂8中之各者的FTIR光譜。為了評估固化程度,相對於2925至2927 cm
-1之參考峰正規化對應於2990 cm
-1下非開環環氧環中之C-H張力之峰的強度(表示為經校正Int2990)。此峰之較低強度對應於較高固化程度。圖5描繪結果。突出顯示區域描繪獲得具有高品質無回流印記之充分交聯之樹脂所需之固化程度之經驗範圍。實施例樹脂中之各者屬於該經驗範圍內,由此確定印記之高品質。圖5亦說明藉由IPF單獨作為引發劑調配之比較實施例樹脂1的強度。
實施例
2-
定序
非圖案化玻璃晶粒分別塗佈有實施例樹脂6及比較實施例樹脂10(來自實施例1)。固化各樹脂組成物60秒。使用空白玻璃晶粒作為對照實施例。
所有晶粒在595 W RF功率下在空氣電漿中灰化約30秒。表面活化晶粒在60℃下,使用[(5-雙環[2.2.1]庚-2-烯基)乙基]三甲氧基矽烷在純化學物質蒸氣中矽烷化隔夜。使用黏著劑將晶粒黏結至具有雕刻的流體通道之蓋玻片,在具有寬光譜發射及在樣品層級量測之3 mW功率輸出的UV燈下UV固化9分鐘。
黏結的流體槽中之矽烷化晶粒用0.175質量% N,N-二甲基-丙烯醯胺水性溶液流體塗佈,在70℃下培育75分鐘以產生水凝膠層。將DNA寡聚物(P5及P7引子)自18 μM水性溶液接枝於水凝膠層上,在60℃下培育30分鐘。
0.67 pM PhiX庫用作DNA模板。叢集生成使用Illumina之MiSeq試劑進行。
用併入混合物進行12個循環之合成定序(SBS),併入混合物包括全功能寡核苷酸(G、FFC-藍色染料標記、FFC-紫色染料標記、FFT紫色染料標記、FFA綠色染料標記、FFA藍色染料標記(其中將兩種不同染料用於包括實施例樹脂6之流體槽),其中一些包括用於紫色/藍色定序之染料標記。在第13循環中,螢光染料自3'封端基團移除。第14循環由額外洗滌步驟組成,該洗滌步驟藉由用不含全功能核苷酸之併入混合物沖過流體槽進行。最後,在第15循環中,使互補股自叢集去雜交。包括循環13至15作為對照運行以驗證全功能寡核苷酸是否與叢集外區域的基板結合。
Illumina之MiSeq™用於定序。MiSeq™儀器之光學設置展示於表3中。
表 3
通道 | 激發波長 /nm | 收集波長 /nm | 輻照度 / W cm -2 | 暴露時間 /ms |
紫色 | 402 | 418-447.5 | 71 | 500 |
藍色 | 464 | 482-520 | 236 | 300 |
所收集之定序數據包括密度(K/mm
2)、通過過濾率(passing filter,% PF)(百分比)及超過Q30的Q評分之百分比。密度為流體槽表面之每單位面積所產生之叢集的數目。通過過濾率(PF)係用以描述通過純度臨限值且用於定序數據之進一步處理及分析的叢集之度量。較高通過過濾%結果指示用於定序數據之獨特叢集的較高產率。30的Q評分(Q30)等效於在1000次中1次不正確鹼基識別之機率。此意謂鹼基識別準確度(亦即,正確鹼基識別之機率)為99.9%。99%(Q20)之較低鹼基識別準確度將具有在100次中1次不正確鹼基識別之機率,意謂每100個鹼基對定序讀數將可能含有一錯誤。當定序品質達到Q30時,幾乎所有讀數均完美,具有99.9%準確度。
來自各流體槽之十二個定序運行的定序數據在表4中再現。
表 4
流體槽 ID | 樹脂 | 密度 ( K/mm 2 ) | 叢集 PF ( % ) | % ≤ 30 |
實施例 A | 實施例樹脂6 | 266 ± 10 | 23.80 ± 6.00 | 66.27 |
比較 B | 比較樹脂10 | 247 ± 9 | 46.87 ± 3.66 | 62.47 |
對照 | 無 | 195 ± 5 | 32.26 ± 8.88 | 64.40 |
實施例流體槽實施例A之定序數據表明本文所揭示之基於環氧基之樹脂與紫色/藍色定序相容。
額外註釋
應瞭解,前述概念及下文更詳細地論述之額外概念的所有組合(限制條件為此類概念並不彼此不一致)經考慮作為本文中所揭示之發明主題的一部分。特定言之,在本發明結尾處出現之所主張主題的全部組合考慮為本文所揭示之發明主題的一部分。亦應瞭解,本文中明確採用的亦可出現在以引用方式併入之任何揭示內容中之術語應符合與本文所揭示之特定概念最一致的含義。
通篇說明書對「一個實例(one example)」、「另一實例(another example)」、「一實例(an example)」等之提及意謂,結合實例描述之特定要素(例如,特徵、結構及/或特性)包括於本文中所描述之至少一個實例中,且可能存在或可能不存在於其他實例中。此外應理解,除非上下文另外明確規定,否則關於任何實例所述之要素可在各種實例中以任何適合方式組合。
雖然已詳細描述了若干實例,但應理解,可修改所揭示實例。因此,先前描述應視為非限制性的。
10:樹脂組成物
10':固化圖案化樹脂
12:基板
14:壓印設備/工作印模
16:突起
18:凹陷
20:間隙區域
22:聚合水凝膠
24:引子
26:引子
參考以下實施方式及圖式,本發明之實例之特徵將變得顯而易見,在以下實施方式及圖式中,類似的元件符號對應於類似但或許不相同的組件。為簡潔起見,具有前述功能之元件符號或特徵可結合或可不結合出現該等元件符號或特徵的其他圖式來描述。
[圖1A]至[圖1E]為一起描繪方法之實例的示意性透視圖,其中圖1A說明基板,圖1B說明沈積於圖1A之基板上的樹脂組成物之奈米壓印,圖1C說明由圖1B中所說明之奈米壓印形成的固化圖案化樹脂,圖1D說明沈積於圖1C之固化圖案化樹脂的凹陷中的聚合水凝膠,且圖1E說明接枝(graft)至圖1D之固化圖案化樹脂的凹陷中的聚合水凝膠的引子;
[圖2]為沿線2-2截取的圖1E之流體槽表面之示意性截面視圖;
[圖3]為描繪固化比較實施例樹脂及含有不同引發劑組合的固化的基於環氧基的實施例樹脂之在405 nm激發波長下過濾面積(FilterArea)(使用選定收集頻帶之積分螢光強度(AU),Y軸)之自體螢光數據(紫色、藍色及綠色通道中)的圖式;
[圖4]為描繪含有不同引發劑組合的固化的基於環氧基的實施例樹脂中之一些的固化時間(秒,Y軸)之圖式;及
[圖5]為描繪含有不同引發劑組合的固化的基於環氧基的實施例樹脂的2990 cm-1下之經校正紅外線(infrared,IR)強度(Y軸)之圖式。
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10':固化圖案化樹脂
12:基板
18:凹陷
20:間隙區域
22:聚合水凝膠
24:引子
26:引子
Claims (11)
- 一種紫外光可固化的樹脂組成物,其包含: 預定質量比之第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體及第二經取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體,其中該第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體與第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體不同,且其中該預定質量比在約3:7至約7:3範圍內; 作為第一引發劑的六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪; 第二引發劑,其選自由自由基引發劑及除六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以外之陽離子引發劑組成之群; 表面添加劑;及 溶劑。
- 如請求項1之紫外光可固化的樹脂組成物,其中: 該第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體為環氧環己基乙基聚倍半矽氧烷;及 該第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體為縮水甘油基聚倍半矽氧烷。
- 如請求項2之紫外光可固化的樹脂組成物,其中該預定質量比為1.5:1。
- 如請求項1之紫外光可固化的樹脂組成物,其中: 該第二引發劑為自由基引發劑;及 該自由基引發劑選自由以下者組成之群:1,1,2,2-四苯基-1,2-乙二醇;丙酮酸乙酯;4-氰基-4-(苯基碳硫醯基硫基)戊酸;及乙基-3-甲基-2-側氧基丁酸酯。
- 如請求項1之紫外光可固化的樹脂組成物,其中: 該第二引發劑為陽離子引發劑;及 該陽離子引發劑選自由以下者組成之群:四(九氟-三級丁氧基)鋁酸雙[4-(三級丁基)苯基]錪;及肆(全氟-苯基)硼酸參(4-((4-乙醯基苯基)硫基)苯基)-鋶。
- 如請求項1之紫外光可固化的樹脂組成物,其中: 以該樹脂組成物之總固體含量計,該六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以約3質量%至約10質量%範圍內之量存在;及 以該樹脂組成物之總固體含量計,該第二引發劑以約1質量%至約26質量%範圍內之量存在。
- 一種流體槽,其包含: 基板;及 該基板上之固化圖案化樹脂,該固化圖案化樹脂包括由間隙區域分隔開之凹陷,且該固化圖案化樹脂包括固化形式之樹脂組成物,該樹脂組成物包括: 預定質量比之第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體及第二經取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體,其中該第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體與該第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體不同,且其中該預定質量比在約3:7至約7:3範圍內; 作為第一引發劑的六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪; 第二引發劑,其選自由自由基引發劑及除六氟磷酸雙(4-甲基苯基)錪以外之陽離子引發劑組成之群; 表面添加劑;及 溶劑; 其中該固化圖案化樹脂在暴露於約375 nm至約500 nm範圍內之紫色或藍色激發波長時具有低自體螢光或無自體螢光。
- 如請求項7之流體槽,其中: 該第一經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體為環氧環己基乙基聚倍半矽氧烷;及 該第二經環氧基取代之多面體寡聚倍半矽氧烷單體為縮水甘油基聚倍半矽氧烷。
- 如請求項8之流體槽,其中該預定質量比為1.5:1。
- 如請求項7之流體槽,其中: 該第二引發劑為自由基引發劑;及 該自由基引發劑選自由以下者組成之群:1,1,2,2-四苯基-1,2-乙二醇;丙酮酸乙酯;4-氰基-4-(苯基碳硫醯基硫基)戊酸;及乙基-3-甲基-2-側氧基丁酸酯。
- 如請求項7之流體槽,其中: 該第二引發劑為陽離子引發劑;及 該陽離子引發劑選自由以下者組成之群:四(九氟-三級丁氧基)鋁酸雙[4-(三級丁基)苯基]錪;及肆(全氟-苯基)硼酸參(4-((4-乙醯基苯基)硫基)苯基)-鋶。
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