用于微流体装置的纳米图案化的表面及其制造方法制造方法及图纸

一种制造微流体装置(200,201,300)的方法可包括：将光致抗蚀剂的层沉积到第一基材(210,270,310)上，选择性地移除光致抗蚀剂以暴露的第一基材(210,270,310)，蚀刻第一基材(210,270,310)的暴露部分以形成纳米孔(240,340)的阵列，用金属氧化物涂覆每个纳米孔(240,340)，以及用第一材料涂覆在每个纳米孔(240,340)上的金属氧化物，从而增加DNA、蛋白质和多核苷酸与金属氧化物的结合。在纳米孔(240,340)之间的间隙区域上可沉积第二材料的层，以抑制DNA、蛋白质和多核苷酸结合到间隙区域。第二基材(220,320)可与第一基材(210,270,310)结合以在腔体中包封纳米孔(240,340)的阵列。列。列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微流体装置的纳米图案化的表面及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119，要求2018年6月14日提交的第62/685,105号美国临时申请的优先权权益，其内容通过引用全文纳入本文。


[0003]本公开一般涉及用于生物分子分析，尤其是基因测序的图案化的微流体装置及制造图案化的微流体装置的方法。

技术介绍

[0004]生物样品在组成和数量上通常很复杂。分析生物样品中的生物分子常涉及将单个样品划分成成千上万个样品来进行定量测定。已经开发了许多不同的划分方法，包括表面图案化(包括表面化学和结构图案化)，微滴，连续或非连续流动，以及在物理力下分离(例如，电泳)。其中，表面图案化是选择性地捕获和划分生物样品中的生物分子以用于生物分析的最有效方式之一。另外，由于微流体的空间和/或临时控制生物的能力，其已经与表面图案化组合来实现生物分子分析的高灵敏度和特异性。例如，对于基于光学检测的大规模平行基因测序技术，可以捕获由基因组DNA样品产生的数百万个短DNA片段，并将其分配到微流体装置的图案化表面上，以使得这些DNA片段在空间上彼此分开，从而有利于测序，例如，通过合成、连接或单分子实时成像进行测序。这些基因测序技术可用于对整个基因组，或者对小部分的基因组(例如外显子或预选的基因子集)进行测序。
[0005]各种大规模平行基因测序技术在DNA固定化学，成簇和DNA测序原理方面可能不同。例如，通过基于桥式扩增或模板行走的合成测序，可共价捕获DNA分子并将其分别分配到具有聚合水凝胶涂层或短链接分子的平坦基材上。对于基于排他性扩增的合成测序，可选择性地捕获DNA分子并将其分配到具有聚合水凝胶涂层的图案化纳米孔基材上。对于通过连接的测序，可在带正电荷的表面(例如，涂覆有胺硅烷的表面)上静电捕获经由滚环复制扩增产生的DNA纳米球。对于基于单分子检测的合成测序，DNA分子可共价附接于表面。
[0006]本公开的实施方式代表了相对于现有技术水平，在微流体装置及其制造方法方面的进步。根据本文提供的描述，这些优点和其他优点以及附加的专利技术特征将变得显而易见。
[0007]概述
[0008]本公开的实施方式公开了涉及图案化的微流体装置的系统和方法，所述图案化的微流体装置具有表面，所述表面包含促进结合到DNA、蛋白质和/或核苷酸的区域，以及抑制结合到DNA、蛋白质和/或核苷酸的区域。本公开的一些实施方式涉及用于制造前述图案化的微流体装置的制造方法。这些图案化的微流体装置的用途尤其包括DNA测序应用。
[0009]在一些实施方式中，所公开的图案化的微流体装置具有表面，所述表面包括两种不同的化学，一种促进DNA结合，另一种抑制DNA结合。这能够将DNA片段选择性地结合和分配到表面上。当检测DNA分子和确定DNA序列时，这种表面包括两种不同化学的图案化微流体装置允许有相对较高的信噪比。另外，如本文所述，使用两种不同的化学可通过将DNA分
子限制在电介质涂覆的纳米孔内来增强荧光成像。
[0010]本公开的一些实施方式提供了一种制造微流体装置的方法。所述方法可包括以下步骤：将光致抗蚀剂层沉积到第一基材上，选择性地移除光致抗蚀剂以暴露光致抗蚀剂层下方的部分的第一基材，以及蚀刻第一基材的暴露部分以形成纳米孔的阵列。所述方法还可包括：在光致抗蚀剂上方沉积金属氧化物层，以使得纳米孔阵列中的每个纳米孔被金属氧化物涂覆，以及沉积第一材料的层，以使得纳米孔阵列中的每个纳米孔被第一材料涂覆。第一材料可被构造用于增加DNA、蛋白质和/或多核苷酸结合到金属氧化物。所述方法还可包括：在纳米孔之间的间隙区域上沉积第二材料的层。第二材料可被构造用于抑制DNA、蛋白质和/或多核苷酸结合到间隙区域。所述方法还可包括：使第二基材与第一基材结合，以将纳米孔阵列包封在第一基材和第二基材之间和/或之内形成的腔体中。如本文所用的术语“腔体”是指至少部分由结合之后的第一基材和第二基材的内表面界定的三维空间，而“通道”是指有时候在第一基材和/或第二基材中建立的U形底板，或者在前述基材底板中形成的可单独寻址(addressable)的通道。
[0011]在一些实施方式中，选择性地移除光致抗蚀剂以暴露部分的第一基材包括：使用纳米压印选择性地移除光致抗蚀剂。在一些这样的实施方式中，使用纳米压印包括：提供具有图案化的纳米柱阵列的模具，以及将所述模具压到第一基材上的光致抗蚀剂层中，使得在光致抗蚀剂固化并且模具与光致抗蚀剂分离后，纳米柱的阵列在光致抗蚀剂中压印对应的印痕阵列。
[0012]第一材料可以是以下中的一种或多种：带伯胺的有机磷酸酯，带环氧基的有机磷酸酯，含不饱和基团的有机磷酸酯，带伯胺的硅烷，带环氧基的硅烷，或者含不饱和基团的硅烷。所述方法的一些实施方式包括：将双官能链接物放置在纳米孔阵列的一个或多个纳米孔中(例如，当第一材料是带伯胺的硅烷或带伯胺的有机磷酸酯时)。所述双官能链接物可以是BS3或胺反应性聚合物。
[0013]第二材料可以是以下中的一种或多种：带聚乙二醇的硅烷，带聚乙二醇的有机磷酸酯，或聚(乙烯基磷酸)。使第二基材与第一基材结合可以包括：使用胶粘剂、可紫外固化的胶粘剂、聚合物胶带或压敏胶带中的一种或多种来结合第一基材和第二基材。在一些实施方式中，使第二基材与第一基材结合包括：使用激光辅助结合，其中，在第一基材与第二基材之间设置有结合层(例如，金属或金属氧化物结合层)。
[0014]本公开的一些实施方式提供了一种制造微流体装置的方法。所述方法可包括以下步骤：将金属氧化物层沉积到第一基材上，在金属氧化物层的上方沉积光致抗蚀剂层，选择性地移除光致抗蚀剂以暴露光致抗蚀剂层下方的部分的金属氧化物层，以及蚀刻金属氧化物层的暴露部分以形成纳米孔的阵列。所述方法还可包括：沉积第一材料的层以使得纳米孔阵列中的每个纳米孔被第一材料涂覆。第一材料可被构造用于增加DNA、蛋白质和/或多核苷酸结合到金属氧化物。所述方法还可包括：在纳米孔之间的间隙区域上沉积第二材料的层。第二材料可被构造用于抑制DNA、蛋白质和/或多核苷酸结合到间隙区域。另外，所述方法可包括：使第二基材与第一基材结合，以将纳米孔阵列包封在第一基材和第二基材之间和/或之内形成的腔体中。
[0015]在一些实施方式中，选择性地移除光致抗蚀剂以暴露部分的第一基材包括：使用纳米压印选择性地移除光致抗蚀剂。在一些这样的实施方式中，使用纳米压印包括：将具有
图案化的纳米柱阵列的模具压到第一基材上的光致抗蚀剂层中，使得在光致抗蚀剂固化并且模具与光致抗蚀剂分离后，纳米柱的阵列在光致抗蚀剂中压印对应的印痕阵列。
[0016]第一材料可以是以下中的一种或多种：带伯胺的有机磷酸酯，带环氧基的有机磷酸酯，含不饱和基团的有机磷酸酯，带伯胺的硅烷，带环氧基的硅烷，或者含不饱和基团的硅烷。前述方法的一些实施方式包括：将双官能链接物放置在纳米孔阵列的一个或多个纳米孔中(例如，当第一材料是带伯胺的硅烷或带伯胺的有机磷酸酯时)。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造微流体装置的方法，所述方法包括以下步骤：将光致抗蚀剂的层沉积到第一基材上；选择性地移除一部分的光致抗蚀剂以暴露在光致抗蚀剂层下方的部分的第一基材；蚀刻第一基材的暴露部分以形成纳米孔阵列；在光致抗蚀剂上方沉积金属氧化物层以使得纳米孔阵列中的每个纳米孔被金属氧化物涂覆；在金属氧化物层的上方沉积第一材料的层，以使得纳米孔阵列中的每个纳米孔被第一材料涂覆，从而增加DNA、蛋白质或多核苷酸中的至少一种与金属氧化物的结合；在纳米孔之间的第一基材的间隙区域上沉积第二材料的层，以抑制DNA、蛋白质或多核苷酸中的至少一种与间隙区域的结合；以及使第二基材与第一基材结合，以将纳米孔阵列包封在第一基材与第二基材之间的腔体中。2.如权利要求1所述的方法，其中，选择性地移除光致抗蚀剂以暴露部分的第一基材包括：将包含纳米柱的图案化阵列的模具压到第一基材上的光致抗蚀剂层中，使得在光致抗蚀剂固化并且模具与光致抗蚀剂分离后，纳米柱阵列在光致抗蚀剂中压印对应的印痕阵列。3.如权利要求1所述的方法，所述方法包括：在沉积第一材料的层之前或之后，移除光致抗蚀剂的剩余部分。4.如权利要求1所述的方法，其中，第一材料包括以下中的至少一种：带伯胺的有机磷酸酯，带环氧基的有机磷酸酯，含不饱和基团的有机磷酸酯，带伯胺的硅烷，带环氧基的硅烷，或者含不饱和基团的硅烷。5.如权利要求4所述的方法，所述方法包括：将双官能链接物沉积在纳米孔阵列的一个或多个纳米孔中，其中，第一材料包括带伯胺的硅烷或带伯胺的有机磷酸酯。6.如权利要求5所述的方法，其中，双官能链接物包括BS3或胺反应性聚合物。7.如权利要求1所述的方法，其中，第二材料包括以下中的至少一种：带聚乙二醇的硅烷，带聚乙二醇的有机磷酸酯，或聚(乙烯基磷酸)。8.如权利要求1所述的方法，其中，使第二基材与第一基材结合包括：使用胶粘剂、可紫外固化的胶粘剂、聚合物胶带或压敏胶带中的一种来结合第一基材和第二基材。9.如权利要求1所述的方法，其中，使第二基材与第一基材结合包括：使用激光辅助结合来结合第一基材和第二基材，其中，在第一基材与第二基材之间设置有金属或金属氧化物结合层。10.一种制造微流体装置的方法，所述方法包括以下步骤：将金属氧化物层沉积到第一基材上；在金属氧化物层的上方沉积光致抗蚀剂的层；选择性地移除一部分的光致抗蚀剂以暴露在光致抗蚀剂层下方的部分的金属氧化物层；蚀刻金属氧化物层的暴露部分以形成纳米孔阵列；沉积第一材料的层，以使得纳米孔阵列中的每个纳米孔被第一材料涂覆，从而增加DNA、蛋白质或多核苷酸中的至少一种与第一基材的结合；
移除光致抗蚀剂的剩余部分；在纳米孔之间的第一基材的间隙区域上沉积第二材料的层，以抑制DNA、蛋白质或多核苷酸中的至少一种与间隙区域的结合；以及使第二基材与第一基材结合，以将纳米孔阵列包封在第一基材与第二基材之间的腔体中。11.如权利要求10所述的方法，其中，选择性地移除光致抗蚀剂包括：将包含纳米柱的图案化阵列的模具压到第一基材上的光致抗蚀剂层中，使得在光致抗蚀剂固化并且模具与光...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：