TWI409274B - 分子微陣列之固相居間促成的合成法 - Google Patents

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Description

分子微陣列之固相居間促成的合成法
本發明具體實例係概括地關於半導體技術之，使用電化學產生的藥劑，及合成有機化學固相合成生物聚合物的微陣列。
寡核苷酸、肽、蛋白質、及或寡醣之微陣列作為生醫科學中的研究及診斷應用所用有力工具正持續獲得重要性。例如，寡核苷酸微陣列可用於監控基因表現和基因突變，而蛋白質微陣列可提供分析疾病分子進展的特徵之能力、研究細胞途徑、及在藥物發現應用中執行高產量之篩選。含肽的陣列可作為分子探器用於多種生物學事件，諸如，肽陣列可作為抗體－抗原系統所用抗原，細胞受體－配體系統所用配體，及作為酵素－蛋白質系統所用之受質。有效率採集及分析大量資料的能力係生物指標(biomarker)發現及醫學治療個人化之整體部分。另外，生物科學之其他應用，諸如，一種有機體蛋白質體(proteomic)含量之分析、疾病偵測、病原體偵測、環境保護、食物安全性、及生物防禦(biodefense)都能夠從可允許生物物質樣品之迅速多路複用分析所用工具獲得利益。
隨著基因體及蛋白質體的知識基礎之擴張，對於採集、瞭解、及施用生物學相關資料之方法也同樣有其需要。朝向個人化醫學的驅動力擴大此等需求。可允許使用 小量樣品進行高度多路複用分析之方法，諸如使用微陣列分析係有用的工具且相應地，同樣有用者為提供對陣列可控制自動化製造之方法。
 發明詳細說明
本發明具體實例提供用於合成及製造聚合物陣列之方法。根據本發明之具體實例，聚合物陣列可用大規模平行方式在晶圓尺度上製造。密集分子陣列之高通料量合成可透過固相催化層或擴增層及電極陣列之使用而完成。電化學反應產生用於保護基移除之催化劑。也提供一種含有電活性物種之固相擴增層。
一陣列係一經有意地造出大量附接於固相承載體之分子，其中一組分子的本體或來源係以其在陣列上的位置為基礎而知悉。覆蓋在陣列上且在陣列的特徵點(feature)內的分子可彼此相同或不同。
該陣列之特徵點、區、或分區可具有任何常見的形狀，例如，圓形、方形、長方形、橢圓、或楔形。在某些具體實例中，於其中在一分區內合成每一個別分子的區係小於約1平方毫米，或小於0.5平方毫米。在其他具體實例中，該區具有小於約10,000平方微米、小於約100平方微米、或小於2.5平方微米之面積。此外，在任何區內典型地設置有多重聚合物複本。於一區內的聚合物複本之數為數千至數百萬。通常，一陣列可具有任何數之特徵 點，且在一陣列內所含特徵點的數可經選擇以解決諸如下述考慮，例如，實驗目標、資料收集目標、及成本效用性。陣列可為，例如，具有400區之20 x 20矩陣，具有2,048區之64 x 32矩陣、或具有204,800區之640 x 320陣列。有利地，本發明不限於特別的陣列尺寸或組態。複數個陣列可在一矽晶圓上合成且將晶圓裁切以提供分開的陣列。隨意地，陣列之特徵點可藉由將區物理地分離成洞或盤而達到。
陣列之特徵點可含有一電極以產生電化學劑，一工作電極以合成聚合物，及限制電極以限制所產生的電化學劑。產生電化學劑的電極可具任何形狀包含，例如，圓形、平碟形及半球形。
單體或基礎材料(building block)為分子或化合物，彼等可連結在一起以形成聚合物。單體或基礎材料不需限制於一單體單位及可包括數個單位，即，連接在一起的幾種單體單位。單體係經由化學鍵接合以形成聚合物鏈。聚合物的序列係指聚合物鏈中的單體之順序。
至此參照圖1，其提供一種在固體基材上合成聚合物陣列之方法。該基材或矽晶圓2係由可使用半導體處理法構製的電極陣列4所組成。具有保護基6的聚合物基礎材料係在偶合反應中透過聯結質分子8附接於固體基材。如在本文中更完整地討論者，在此例子中，該聯結質分子用來將聚合物與晶片表面隔開。於肽合成的情況中，基礎材料分子6係胺基酸，其係由，例如，第三丁氧羰基予以保 護。該表面於最初係用氧氣電漿處理以產生氧化金屬表面再將聯結質偶合至該氧化金屬。或者，可於表面塗覆一薄多孔型SiO2 層及且透過標準矽烷偶合化學附接聯結質。然後於該表面上塗覆薄固相層10，其在暴露於約－2V至約＋2V的電壓時，能產生酸(H＋ ，質子)，即，一擴增層。該固相擴增層係由基質聚合物(諸如，PMMA)所組成，其中分散著電敏化劑(electro－sensitizers)(常用為屬於奎寧族的氧化還原配對，諸如羥醌－苯醌的分子)。隨意地，該固相層亦可含有擴增劑分子(稱為電酸擴增劑(EAA))，其可擴增自電敏化劑產生質子之質子產生。該固相擴增層係用來區中的成長聚合物鏈切斷保護基，其係藉由曝露於電壓而活化者。所選電極12經活化後引起鄰近固相層10產生質子。烘焙該基質且移除擴增層而在表面上留下兩種類型之基礎材料：未改質經保護的基礎材料6及經脫保護的基礎材料14。將第二基礎材料16偶合至該脫保護的第一基礎材料14。此方法可經重複直到在基質表面合成所欲聚合分子為止。
類似的作法可用來切斷DMT(二甲氧基三苯甲基(dimethoxytrityl))保護基以用於寡核苷酸之合成。而且，對於鹼可切斷的保護基諸如F－moc基，可在脫保護化學所用固相層中，與鹼擴增劑(諸如特別類型的胺基甲酸酯)一起經由電化學產生鹼。此種作法也可用於小分子的合成(具有小於約800的分子量之分子)，此通常使用現時在溶液相電化學中使用的原理來進行。
至此參照圖2，提供一通用圖解，顯示出在基材上的聚合物分子上構建。該基材20含有一可個別定址的電極22之陣列。一經保護的間隔質分子24經偶合至基材20之表面。藉由選擇性地活化陣列之區，製備出附接於表面的經保護分子用以透過其保護基之移除而偶合第二分子。將一經保護的聚合物基礎材料26偶合至經脫保護的表面附接分子。藉由重複活化及脫保護基材表面之區，將基礎材料分子26之34以空間上特定方式偶合至基材之表面。
電敏化劑(電活性化合物)為可在暴露至電子時產生質子(H＋ )之化合物或分子。圖3A提供一種示範化學反應，可用來在固相電活性層中藉由施加電壓活化下產生質子。經分散在固相擴增層中的電敏化劑可為，例如，常用為屬於奎寧族的氧化還原配對，諸如，羥醌和苯醌之分子。
隨意地，該擴增層亦可含有擴增劑化合物，其可擴增自電敏化劑(酸擴增劑化合物)產生的質子之質子產生。此等擴增劑分子可選自下列分子類別，諸如酸擴增劑(會經歷自催化性分片之磺酸鹽類)，光酸產生劑諸如，鎓鹽如二芳基碘鎓(diaryliodonium)及三芳基鋶鹽(triarylsulphonium salts)，熱酸產生劑，諸如，2,4,4,6－四溴環己二烯酮(2,4,4,6－tetrabromocyclohexadienone)、甲苯磺酸安息香酯(benzoin tosylate)、甲苯磺酸2－硝基苯甲基酯(2－nitrobenzyl tosylate)及其他有機磺酸之烷基酯。圖3B提供用於擴增劑化合物的示範化學反應。圖3C提供質子產生之另外例子。在圖3C中，第三丁基之熱催化 移除產生丙烯及質子。
可用在本發明具體實例中的電極可由，但不限於，金屬諸如銥及/或鉑，及其他金屬，諸如，鈀、金、銀、銅、汞、鎳、鋅、鈦、鎢、鋁、以及此等金屬之合金、及其他傳導性材料，諸如，碳，包括玻狀碳、網化玻狀碳、基面石墨、邊面石墨、及石墨，所構成。也可擬及雜摻氧化物諸如銦錫氧化物，和半導體諸如氧化矽及砷化鎵。此外，該電極可由傳導性聚合物、金屬雜摻聚合物、傳導性陶瓷及傳導性黏土所構成。
電極可用任何熟知方式連接到電源。連接電極至電源之較佳方法包括CMOS(互補金屬氧化半導體)切換電路系統、射頻和微波頻率可定址開關、光可定址開關、自電極至半導體晶片周邊上的銲墊(bond pad)之直接連接，及彼等的組合。CMOS切換電路系統涉及將每一電極連接至CMOS電晶體開關。該開關可藉由將一電子定址訊號下傳經共同匯流排至與每一電極相關的SRAM(靜態隨機存取記憶體)電路。在開關為開時，電極係連接到電源。射頻及微波頻率可定址的開關包括藉由RF或微波訊號切換的電極。此可促成開關用及/或不用切換邏輯兩者來運轉。該等開關可經調整至接收特別頻率或調頻且不用切換邏輯即可切換。光可定址開關係藉由光來切換。在此方法中，該電極亦可用及不用切換邏輯來切換。光訊號可經空間定位而不用切換邏輯即可提供切換。此可，例如，藉由將雷射光束掃描過電極陣列而完成；電極於每次被雷射照到時 即切換。
有合宜化學物種類型的電化學劑之產生要求該產生電化學劑的電極之電位具有一確定值，其可藉由指定電壓或電流任一者而達到。在一電極的合宜電位可藉由指定合宜電壓值或電流值而達到使得其足以提供所欲電壓。在最小與最大電位值之間的範圍係由經選擇要產生的電化學劑之類型所決定。
通常，肽係胺基酸、胺基酸模擬物(mimics)、胺基酸衍生物、及/或非天然胺基酸之聚合物，彼等通常係透過醯胺(肽)鍵連結。肽可代替地稱為多肽。肽含有二或更多個胺基酸單體，且常多於50個胺基酸單體(基礎材料)。胺基酸可為任何胺基酸，包含α、β、或ω胺基酸及改質胺基酸。當該胺基酸係α－胺基酸時，可使用L－光學異構物或D－光學異構物。通常，胺基酸含有胺基、羧基、及R基。R基可為出現在天然胺基酸上的基或在尺寸上類似於天然胺基酸R基之基。此外，非天然胺基酸，例如，β－丙胺酸、苯基甘胺酸(Phenylglycine)、高精胺酸(homoarginine)、胺基丁酸、胺基己酸、胺基異丁酸、丁基甘胺酸、瓜胺酸(citrulline)、環己基丙胺酸、二胺基丙酸、羥脯胺酸.(hydroxyproline)、正白胺酸、正纈胺酸、鳥胺酸、青黴胺(penicillamine)、焦穀胺酸(pyroglutamic acid)、肌胺酸(sarcosine)、及噻吩基丙胺酸(thienylalanine)亦涵蓋在本發明具體實例內。此等及其他天然和非天然胺基酸可得自，例如，EMD Biosciences, Inc.,San Diego,CA。
蛋白質係胺基酸透過肽鍵聯結成之長聚合物且其可由二或更多個多肽鏈組成。更特別地，術語“蛋白質”係指稱由一或更多胺基酸聚合物構成的分子。蛋白質基本上用於人體細胞、組織、和器官之結構、功能、及調節，且每一蛋白質具有獨特的功能。蛋白質之例子包括某些激素、酶、及抗體。
聚核苷酸(polynucleotide)及寡核苷酸於本文中廣義地用來意指一種藉由磷酸二酯鍵聯結在一起的去氧核糖核苷酸(deoxyribonucleotides)或核糖核苷酸(ribonucleotides)序列(聚合物)。通常，可用為可選擇性雜合至所選核苷酸序列的探器(probe)之寡核苷酸在長度上為至少約10個核苷酸，通常在長度上為至少約15個核苷酸，例如在長度上為介於約15與約50個核苷酸。聚核苷酸探器特別可用於偵測在生物樣品內之互補性聚核苷酸且亦可用於DNA定序。聚核苷酸可為基因或其部份、cDNA、合成聚去氧核糖核苷酸序列、或類似者。聚核苷酸，包括寡核苷酸(例如，探器或引子)可含有核苷或核苷酸類似物(analogs)、或除了磷酸二酯鍵之骨架鍵結。通常，構成聚核苷酸聚合物的核苷酸包括天然存在的去氧核糖核苷酸，諸如聯結至2’－去氧核糖的腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤或胸腺嘧啶，或聯結至核糖的核糖核苷酸諸如腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤或尿嘧啶。不過，聚核苷酸或寡核苷酸亦可含有核苷酸類似物，包括非天然存在的合成核苷酸或經改質 的天然存在核苷酸。業經證明具有極好雜合性質的寡聚物化合物或寡核苷酸模擬物之例子為稱為肽核酸(Peptide Nucleic acid,PNA)者。在PNA化合物中，寡核苷酸之糖－骨架係用含醯胺之骨架予以取代，例如胺基乙基甘胺酸(aminoethylglycine)骨架。在此例子中，保留核酸鹼(nucleobases)且直接或間接地鍵結到骨架醯胺部分的氮雜氮原子。PNA化合物經揭示於，例如Nielsen et al.,Science,254：1497－15(1991)中。
聯結聚核苷酸之核苷酸的共價鍵通常係磷酸二酯鍵。不過，該共價鍵亦可為任何數之其他類型鍵，包含硫二酯鍵(thiodiester bond)、硫代磷酸酯(phosphorothioate)鍵、似－肽醯胺鍵或技藝中已知用於聯結核苷酸以產生合成聚核苷酸的任何其他鍵。非天然存在的核苷酸類似物或聯結核苷酸或類似物的鍵之併入可特別有用於聚核苷酸要暴露在含有核酸活性的環境中之情況，包括，例如，組織培養基之中，因為經改質的聚核苷酸較不易於降解之故。
聯結質分子典型地係嵌入成長中聚合物內的分子，其不需要傳遞功能性給所得聚合物，諸如分子辨識功能性，但取代以延長基質表面與聚合物功能性之間的距離以提高基材表面上肽功能性之顯露。典型地，聯結質分子具有約4至約40個原子的長度。聯結質分子可為，例如，芳基乙炔、含2－10個單體單位的乙二醇寡聚物(PEGs)、二胺、二酸、胺基酸、與其它、及彼等的組合。二胺之例子包含乙二胺及二胺基丙烷。或者，聯結質可為與要合成者 (即，初生聚合物)相同的分子類型，諸如，聚核苷酸、肽、寡醣、或胺基酸衍生物之聚合物諸如，胺基己酸。
保護基(或保護性基)係一種化學官能基，其係結合到分子且經設計成封鎖分子之反應部位。保護基在暴露於活化劑或脫保護劑時可被移除。特別合成所用保護基之選擇係由合成所用的整體方法所管制。活化劑包含，例如，電磁幅射、離子束、電場、磁場、電子束、X-射線、及類似者。脫保護劑可包括，例如，酸、鹼、或自由基。
可根據本發明具體實例使用的其它保護基包括用於保護胺基部分體的酸不穩定性基：第三戊氧羰基、金剛烷氧羰基、1-甲基環丁氧羰基、2-(對-聯苯基)丙基(2)氧羰基、2-(對-苯偶氮伸苯基)丙基(2)氧羰基、α,α-二甲基-3,5二甲氧基苯甲氧-羰基、2-苯基丙烯(2)氧羰基、4-甲氧基苯甲氧羰基、呋喃甲氧羰基、三苯基甲基(三苯甲基)、對-甲苯亞磺醯基胺基羰基、二甲基硫代膦醯基、二苯基硫代膦醯基、2-苯甲醯基-1-甲基乙烯基、鄰-硝基苯基亞磺醯基、及1-亞萘基；作為用於保護胺基部分體的鹼不穩定性基：9-茀基甲氧羰基、甲基磺醯基乙氧羰基、及5-苯并異唑基亞甲氧羰基；作為用於保護胺基部分體而在還原後不穩定之基：二硫雜丁二醯基、對-甲苯磺醯基、及哌啶氧羰基；作為用於保護胺基部分體而在氧化後不穩定之基：(乙硫基)羰基；作為用於保護胺基部分體而對各種藥劑不穩定之基，該恰當劑列在基後之括弧中：鄰苯二甲醯基(肼)、三氟乙醯基(哌啶)、及氯乙醯基(2-胺基噻吩)； 用於保護羧酸之酸不穩定性基：第三丁酯；用於保護羥基之酸不穩定性基：二甲基三苯甲基。亦參閱，Greene,T.W.,Protective Groups in Organic Synthesis,Wiley－Interscience,NY,(1981)。
圖4提供一種用於SiO2 表面之衍化及將聚合物分子聯結至該表面之方法。在圖4中，該SiO2 表面係經由與胺基丙基三甲氧基矽烷(APTES)反應而矽烷化。所得表面呈現胺官能基以用於進一步反應，諸如肽鍵形式。聚合物在表面上的密度之調節可藉由矽烷化達成。例如，密度可藉由將可官能化的矽烷例如，APTES，與不能官能化的矽烷(不具有非矽烷基官能基之矽烷)，例如，丙基三氧烷基矽烷混合予以調節。該經衍化的表面可接著與聯結質反應。在此例子中，聯結質係在一端具有用BOC保護之胺基且在第二端具有肽鍵形成基之聚乙烯二醇分子。此偶合反應可在1－羥基苯并三唑(HOBt)和二異丙基碳化二醯亞胺(DIC)於N－甲基吡咯烷酮(NMP)中之溶液內完成。聯結質分子係用將隨後要合成的聚合物(肽)自基材表面分隔開。
圖5顯示一種用於固相肽合成之通用流程。一基材表面經提供成具有一附接於表面之第一胺基酸。將具有保護基的第二胺基酸偶合至該第一胺基酸。在此例子中，第二胺基酸係經用BOC保護基予以N－保護者。此偶合反應係在1－羥基苯并三唑(HOBt)和二異丙基碳化二醯亞胺(DIC)於N－甲基吡咯烷酮(NMP)中之溶液內實施。未反應胺基係 使用醋酸酐(Ac2 O)在二甲基甲醯胺(DMF)中之溶液予以封蓋。該基材表面接著用固相擴增層予以塗覆。在將基材區中的電極活化之後，於毗鄰電極的固相層中產生酸且從附著的肽移除N－保護基。藉由重複圖5中所示之程序，可以在基材表面上所選區內製造出具有所欲序列及長度之肽。
本發明具體實例中之固相塗層部分係由聚合物組成。可用的聚合物包括，例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚－(甲基異丙烯基酮)(PMPIK)、聚－(丁烯－1－碸)(PBS)、聚－(氯丙烯酸三氟乙基酯)(TFECA)、共聚物－(丙烯酸α－氰基乙基酯－丙烯酸α－醯胺基乙基酯)(COP)、及聚－(2－甲基戊烯－1－碸)。可用的溶劑包括，例如，丙二醇一甲基醚醋酸酯(PGMEA)、乳酸乙酯、及醋酸乙氧基乙酯。構製固相層所用溶劑可依特別的聚合物、電活性物種、及所選擴增物種而選擇。
在範例固相塗覆調配物中，聚合物之質量濃度可在約5%與約50%之間，電活性物種之質量濃度可高至約20%，隨意酸擴增劑之質量濃度可為在約1%與10%之間，其餘係包括適合的溶劑。在固相聚合物溶液沉積在基材上之後，典型地係加熱該基質以形成固相層。半導體構製技藝中已知的任何方法都可能用於沉澱固相層溶液。例如，可用旋塗法，其中該基材典型地係以約1,000與約5,000轉每分鐘的速度旋轉約30至約60秒。所得溼固相層具有在約0.1微米與約2.5微米之間的厚度。
固體承載體、承載體、及基材係指具有剛性或半剛性表面或多表面的材料或材料組。在某些方面中，固體承載體的至少一表面係實質上平坦者，不過在某些方面中，其可能宜於將用於不同分子之合成區用例如，洞、隆起區、針、蝕刻溝槽、或類似者物理地分隔開。在某些具體實例中，該固體承載體可為多孔型。
晶圓係一種半導體基材。晶圓可形成為不同的大小及形狀。其可用為微晶片之基材。該基材可經覆蓋或埋置電路例如，晶粒座、通孔、互連或劃線。晶圓之電路亦可用於數種目的，例如，作為微處理器、記憶貯存、及/或通訊能力。該電路可由晶圓本身上的微處理控制或由晶圓外部的裝置控制。
通孔互連指的是在介電質內層蝕刻出的孔，其接著填以電子傳導性材料，例如，鎢，以提供在能導電的堆疊互連金屬線之間的垂直電性連接。劃線典型地係在諸活性晶粒之間的不活性區用以提供分隔該等晶粒所用區。在此區內常滿佈量測學及調正用特徵圖案(features)。
在矽晶圓上之陣列晶片可使用矽處理技術及具有包括，例如，電極陣列、解碼器、及系列－周邊介面的電路系統之SRAM似架構於以構建成。個別可定址的電極可用CMOS電路系統建立。該CMOS電路系統，與其他功能一起者，可擴增信號，及在個別可定址電極上讀取及撰寫資料。圖6顯示一種用於個別地定址在晶圓上的不同工作電極之CMOS切換線路圖。在圖6中，在晶粒上的每一晶粒 座分支進入合成電極大陣列。CMOS開關確保一給定電極(或整行，或整列)一次改質一鹼對。電壓源及對應電極(電鍍工具)經顯示為完成電路。在圖6中。該陣列40之電極係通過CMOS開關42透過銲墊48電連接至電壓源50。此外，也供應對應電極52。用此線路圖，可個別地活化電極44。使用銲墊52於，例如，電源及信號遞送。諸晶圓座可藉由使用多級互連(二或更多層)跨過晶圓前側面上的劃線互接或藉由使用從晶圓之前面側穿越到晶圓之背面側的通孔互連而互接。
 實施例
基材係矽晶圓，其由個別可定址電極之陣列所組成，其係使用傳統半導體加工方法構製。於電極表面施加一薄多孔型SiO2 層。將該表面用0.5%胺基丙基三乙氧基矽烷(APTES)/乙醇溶液官能化30分鐘，用乙醇洗滌，及隨後在110℃固化1小時。然後將一間隔質分子使用0.25 M O－(N－Boc－2－胺基乙基)－O’－(N－二甘醇基－2－胺基乙基)六乙二醇、0.25 M HOBt、及0.25 M DIC(二異丙基碳化二醯亞胺)在NMP(N－甲基吡咯烷酮)中之溶液偶合至該表面約30分鐘。在偶合完成後，用NMP及接著用丙酮洗滌該表面。未反應的表面胺基係經由用1：1醋酸酐在DMF溶液(50%醋酸酐在DMF中之溶液)處理30分鐘於以封蓋。將T－BOC保護的甘胺酸以0.1M濃度在含0.1 M DIC及HOBt (二異丙基碳化二醯亞胺及羥基苯并三唑、活化劑)在N－甲基吡咯烷酮(NMP)中的溶液中偶合至經胺基官能化的表面30分鐘。未反應的表面胺基係使用50%醋酸酐在二甲基甲醯胺(DMF)中之溶液封蓋30分鐘。固相擴增層之薄膜(約100奈米至約500奈米厚)係經由用在基材上面之旋塗器以2000 rpm旋塗60秒且將該基材在85℃下烘焙90秒。該固相擴增層係由基質聚合物、PMMA組成，其具有分散於其中的電－敏化劑，氫醌。該固相層亦含有擴增劑，甲苯磺酸安息香酯，可從電－敏化劑產生的質子擴增質子產生。將電極選擇性活化且供應電壓至要具有偶合至基材表面上之基礎材料分子的胺基酸之區以移除t－BOC基。然後將該基材在110℃下烘烤1小時且移除該固相層。用t－BOC－leu－OH、1－羥基苯并三唑(HOBt)、及二異丙基碳化二醯亞胺(DIC)在N－甲基吡咯烷酮(NMP)中之溶液處理該基材表面。將該表面之未反應胺基使用50%醋酸酐在二甲基甲醯胺(DMF)中之溶液封蓋30分鐘。含有經選擇性活化的電極之區含有甘胺酸－白胺酸之二胺基酸序列。
2,20‧‧‧基材或矽晶圓
4‧‧‧電極陣列
6‧‧‧保護基
8‧‧‧聯結質分子
10‧‧‧固相層
12,22,44‧‧‧電極
14‧‧‧經脫保護的基礎材料
16‧‧‧第二基礎材料
24‧‧‧間隔質分子
26‧‧‧聚合物基礎材料
40‧‧‧陣列
42‧‧‧CMOS開關
48,52‧‧‧銲墊
50‧‧‧電壓源
52‧‧‧對應電極
圖1圖解說明用於在固體承載體上使用電化學產生的藥劑及半導體技術可控制地合成聚合物之方法。
圖2顯示在固體承載體上的聚合物之按步合成。
圖3A、B、及C顯示用於產生可用為保護基移除所 用催化劑之質子的化學反應。
圖4提供一種用於衍化SiO2 表面及將聯結質分子附接至該衍化表面之方法。
圖5提供一圖解，其概述出肽的固相合成所用方法。
圖6顯示一種CMOS開關線路圖，提供電極在表面上之個別定址能力。
2‧‧‧基材或矽晶圓
4‧‧‧電極陣列
6‧‧‧保護基
8‧‧‧聯結質分子
10‧‧‧固相層
12‧‧‧電極
14‧‧‧經脫保護的基礎材料
16‧‧‧第二基礎材料

Claims (24)

  1. 一種用於在固體承載體上合成聚合物之方法，其包括，在該固體承載體表面上提供一電極陣列；附接一種第一分子至該電極表面上，其中：該第一分子能形成肽鍵；該第一分子含有保護基以防止對該承載體表面形成肽鍵；且該第一分子係選自芳基乙炔、含2-10個單體單位的乙二醇寡聚物(PEGs)、二胺、二酸、胺基酸、肽、胺基己酸及彼等的組合；在該固體承載體之表面上塗覆一固相聚合物層，其中：該固相聚合物層含有電活性化合物，其在活化後產生能夠催化該保護基的移除之第二化合物；該固相聚合物層亦含有酸擴增劑化合物；該電活性化合物為可在暴露至電子時產生質子(H+ )之化合物；該能夠催化該保護基的移除之第二化合物為質子(H+ )；該酸擴增劑化合物係選自酸擴增劑、光酸產生劑及熱酸產生劑；該固相聚合物係選自聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基異丙烯基酮)(PMPIK)、聚(丁烯-1-碸)(PBS)、聚(氯丙烯酸三氟乙基酯)(TFECA)、共聚物-(丙烯酸α-氰基乙基酯-丙烯酸α-醯胺基乙基酯)(COP)及聚(2-甲基戊烯-1-碸)；且該固相聚合物中聚合物、電活性化合物及酸擴增劑化合物之含量分別 為5~50%，0~20%及1~10%；經由供應電壓至該電極陣列的至少一電極以活化在該固體承載體表面的至少一部份上之該電活性化合物；移除該固相聚合物層；及偶合能夠形成肽鍵的第二分子，其中該分子含有保護基以防止對該業經脫保護的能夠形成肽鍵之第一分子形成肽鍵；其中該能夠形成肽鍵的第二分子為一種胺基酸。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其也包括在供應電壓至該電極陣列的至少一電極後，加熱該固體承載體。
  3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其也包括在偶合能夠形成肽鍵的第二分子後，封蓋該能夠形成肽鍵的第一分子上之任何未反應且經脫保護的肽鍵形成部位。
  4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該附接係透過肽鍵形成而完成。
  5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該保護基係選自第三丁氧羰基、苯甲氧羰基、及9-茀基甲氧羰基所組成之群組。
  6. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該陣列之特徵圖案尺寸係小於100平方微米。
  7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該陣列含有1,000至10,000個電極。
  8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該方法係經重複以形成至少一種具有至少7個肽鍵之聚合物。
  9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該固體承載體係一矽晶圓。
  10. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該固體承載體含有至少500個可個別定址的電極。
  11. 一種用於在固體承載體上製造聚合物陣列之方法，其包括，經由將承載體表面上一部分可能附接部位阻斷其分子偶合而調節要在該固體承載體的表面上形成的聚合物之密度；其中調節要在該固體承載體的表面上形成的肽之密度之步驟係經由將能夠形成肽鍵的多種分子之混合物偶合到該表面而完成，其中該混合物包含具有防止肽鍵形成的保護基之分子與具有防止肽鍵形成的封蓋基之分子；將一種能形成肽鍵的第一分子附接至該表面，其中：該第一分子能形成肽鍵；該第一分子含有保護基以防止對該承載體表面形成肽鍵；且該第一分子係選自芳基乙炔、含2-10個單體單位的乙二醇寡聚物(PEGs)、二胺、二酸、胺基酸、肽、胺基己酸及彼等的組合；在該固體承載體之表面上塗覆一固相聚合物層，其中：該固相聚合物層含有電活性化合物，其在活化後產生能催化該保護基的移除之第二化合物；該固相聚合物層亦含有酸擴增劑化合物；該電活性化合物為可在暴露至電子時產生質子(H+ )之化合物；該能夠催化該保護基的移除之第二化合物為質子(H+ )；該酸擴增劑化合物係選自酸擴 增劑、光酸產生劑及熱酸產生劑；該固相聚合物係選自聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基異丙烯基酮)(PMPIK)、聚(丁烯-1-碸)(PBS)、聚(氯丙烯酸三氟乙基酯)(TFECA)、共聚物-(丙烯酸α-氰基乙基酯-丙烯酸α-醯胺基乙基酯)(COP)及聚(2-甲基戊烯-1-碸)；且該固相聚合物中聚合物、電活性化合物及酸擴增劑化合物之含量分別為5~50%，0~20%及1~10%；經由供應電壓至該電極陣列的至少一電極以活化在該固體承載體表面的至少一部份上之該電活性化合物；移除該固相聚合物層；及偶合一種能形成肽鍵的第二分子，其中該分子含有保護基以防止對該業經脫保護的能夠形成肽鍵之第一分子形成肽鍵；其中該能夠形成肽鍵的第二分子為一種胺基酸。
  12. 根據申請專利範圍第11項之方法，其也包括在供應電壓至該電極陣列的至少一電極後，加熱該固體承載體。
  13. 根據申請專利範圍第11項之方法，其也包括在偶合該能形成肽鍵的第二分子之後，封蓋在能形成肽鍵的第一分子上之未反應肽鍵形成部位。
  14. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中該附接係透過肽鍵形成而完成。
  15. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中該陣列之特徵圖案尺寸係小於100平方微米。
  16. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中該陣列 含有1,000至10,000個電極。
  17. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中該固體承載體係一矽晶圓。
  18. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中該固體承載體的表面含有至少500個可個別定址的電極。
  19. 一種在固體承載體上製造聚合物陣列之方法，其包括，在該固體承載體表面上提供一電極陣列；附接一種能形成磷酸二酯鍵的第一分子，其中：該第一分子能形成磷酸二酯鍵；該第一分子含有保護基以防止對該承載體表面形成磷酸二酯鍵；且該第一分子係選自芳基乙炔、含2-10個單體單位的乙二醇寡聚物(PEGs)、二胺、二酸、胺基酸、聚核苷酸及彼等的組合；在固體承載體之表面上塗覆一固相聚合物層，其中：該固相聚合物層含有電活性化合物，其在活化後產生能夠催化該保護基的移除之第二化合物；該固相聚合物層亦含有酸擴增劑化合物；該電活性化合物為可在暴露至電子時產生質子(H+ )之化合物；該能夠催化該保護基的移除之第二化合物為質子(H+ )；該酸擴增劑化合物係選自酸擴增劑、光酸產生劑及熱酸產生劑；該固相聚合物係選自聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基異丙烯基酮)(PMPIK)、聚(丁烯-1-碸)(PBS)、聚(氯丙烯酸三氟乙基酯)(TFECA)、共聚物-(丙烯酸α-氰基乙基酯-丙烯酸α-醯胺基乙基酯)(COP)及聚(2-甲基戊烯-1-碸)；且該固相聚合 物中聚合物、電活性化合物及酸擴增劑化合物之含量分別為5~50%，0~20%及1~10%；經由供應電壓至該電極陣列的至少一電極以活化在該固體承載體表面的至少一部份上之該電活性化合物；移除該固相聚合物層；及偶合能夠形成磷酸二酯鍵的第二分子，其中該分子含有保護基以防止對該業經脫保護的能夠形成磷酸二酯鍵之第一分子形成磷酸二酯鍵，其中該能夠形成磷酸二酯鍵的第二分子為一種核苷酸。
  20. 根據申請專利範圍第19項之方法，其也包括在供應電壓至該電極陣列的至少一電極後，加熱該固體承載體。
  21. 根據申請專利範圍第19項之方法，其中該固體承載體係一矽晶圓。
  22. 根據申請專利範圍第19項之方法，其中該陣列之特徵圖案尺寸係小於100平方微米。
  23. 根據申請專利範圍第19項之方法，其中該陣列含有1,000至10,000個電極。
  24. 根據申請專利範圍第19項之方法，其中該固體承載體的表面含有至少500個可個別定址的電極。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7923237B2 (en) * 2006-12-28 2011-04-12 Intel Corporation Method and apparatus for combined electrochemical synthesis and detection of analytes
US20090176664A1 (en) * 2007-06-01 2009-07-09 Keting Chu High density peptide arrays containing kinase or phosphatase substrates
EP2812344A4 (en) 2012-02-07 2015-10-28 Vibrant Holdings Llc SUBSTRATE, PEPTIDARRAYS AND METHOD
EP3974564A1 (en) 2012-09-28 2022-03-30 Vibrant Holdings, LLC Methods, systems, and arrays for biomolecular analysis
US10006909B2 (en) 2012-09-28 2018-06-26 Vibrant Holdings, Llc Methods, systems, and arrays for biomolecular analysis
US10286376B2 (en) 2012-11-14 2019-05-14 Vibrant Holdings, Llc Substrates, systems, and methods for array synthesis and biomolecular analysis
EP3617219A1 (en) 2012-11-14 2020-03-04 Vibrant Holdings, LLC Methods for array synthesis
EP2956771B1 (en) 2013-02-15 2020-04-08 Vibrant Holdings, LLC Methods and compositions for amplified electrochemiluminescence detection
WO2015038919A1 (en) * 2013-09-15 2015-03-19 Stc. Unm Method for atomic layer deposition
AU2015218635B2 (en) 2014-02-21 2017-08-31 Vibrant Holdings, Llc Selective photo activation of amino acids for single step peptide coupling
CA3208979A1 (en) 2015-03-12 2016-09-15 Vibrant Holdings, Llc Polypeptide arrays and methods of attaching polypeptides to an array
WO2018218250A2 (en) 2017-05-26 2018-11-29 Vibrant Holdings, Llc Photoactive compounds and methods for biomolecule detection and sequencing
AU2019266303A1 (en) 2018-05-09 2021-01-07 Vibrant Holdings, Llc Methods of synthesizing a polynucleotide array using photactivated agents
US20200384434A1 (en) * 2019-06-07 2020-12-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Reversing bias in polymer synthesis electrode array
US11896945B2 (en) 2019-10-09 2024-02-13 Microsoft Technology Licensing, Llc High surface area coatings for solid-phase synthesis

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1549744A (zh) * 2001-08-31 2004-11-24 一种基底处理方法
US20060102471A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-18 Karl Maurer Electrode array device having an adsorbed porous reaction layer

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3767398A (en) * 1971-10-26 1973-10-23 C Morgan Solid photoresist comprising a polyene and a polythiol
US6379895B1 (en) * 1989-06-07 2002-04-30 Affymetrix, Inc. Photolithographic and other means for manufacturing arrays
US5744101A (en) * 1989-06-07 1998-04-28 Affymax Technologies N.V. Photolabile nucleoside protecting groups
US5143854A (en) * 1989-06-07 1992-09-01 Affymax Technologies N.V. Large scale photolithographic solid phase synthesis of polypeptides and receptor binding screening thereof
US6406844B1 (en) * 1989-06-07 2002-06-18 Affymetrix, Inc. Very large scale immobilized polymer synthesis
US6506558B1 (en) * 1990-03-07 2003-01-14 Affymetrix Inc. Very large scale immobilized polymer synthesis
US6121048A (en) * 1994-10-18 2000-09-19 Zaffaroni; Alejandro C. Method of conducting a plurality of reactions
US6239273B1 (en) * 1995-02-27 2001-05-29 Affymetrix, Inc. Printing molecular library arrays
ZA975891B (en) * 1996-07-05 1998-07-23 Combimatrix Corp Electrochemical solid phase synthesis of polymers
WO1998020967A1 (en) * 1996-11-14 1998-05-22 Affymetrix, Inc. Chemical amplification for the synthesis of patterned arrays
WO2000012575A1 (de) * 1998-08-28 2000-03-09 Jerini Bio Tools Gmbh Verfahren zur herstellung polymerer festphasenträger
DE19922941A1 (de) * 1999-05-14 2000-11-30 Epigenomics Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur photolithographischen Belichtung von biologischen Stoffen
US6780584B1 (en) * 2000-09-27 2004-08-24 Nanogen, Inc. Electronic systems and component devices for macroscopic and microscopic molecular biological reactions, analyses and diagnostics
US20030044798A1 (en) * 2001-08-31 2003-03-06 Lefkowitz Steven M. Methods for generating ligand arrays via deposition of ligands onto olefin displaying substrates, and arrays produced thereby
US6919181B2 (en) * 2002-03-25 2005-07-19 Agilent Technologies, Inc. Methods for generating ligand arrays
US7202358B2 (en) * 2002-07-25 2007-04-10 Agilent Technologies, Inc. Methods for producing ligand arrays
EP1583816A4 (en) * 2002-12-22 2007-06-13 Scripps Research Inst PROTEIN NETWORKS
CA2513340A1 (en) * 2004-08-25 2006-02-25 F. Hoffmann-La Roche Ag Reusable substrate for dna microarray production
US7718579B2 (en) * 2004-09-13 2010-05-18 Combimatrix Corporation Electrochemical deblocking using a hydrazine derivative
US20070034513A1 (en) * 2005-03-25 2007-02-15 Combimatrix Corporation Electrochemical deblocking solution for electrochemical oligomer synthesis on an electrode array

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1549744A (zh) * 2001-08-31 2004-11-24 一种基底处理方法
US20060102471A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-18 Karl Maurer Electrode array device having an adsorbed porous reaction layer

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US20080108149A1 (en) 2008-05-08
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