用于DNA测序的纳米级形貌系统及其制造方法技术方案

制造用于诱导测序所用的DNA分子的解折叠的纳米级形貌系统的方法包括提供衬底和在衬底上创建沟槽壁，所述沟槽壁在其间限定沟槽。所述方法进一步包括：在沟槽中沉积一层嵌段共聚物(BCP)、和通过BCP在沟槽壁之间的自组装形成圆柱形域、除去圆柱形域的第一部分以在沟槽中创建空区域、和在所述空区域中沉积后续BCP层、和通过BCP在与圆柱形域的第二部分相邻的沟槽壁之间的自组装形成球形域。所述球形域形成用于解折叠DNA分子的交错柱结构，且所述圆柱形域形成用于测序所用的DNA分子的进入的平行通道结构。行通道结构。行通道结构。

Nanoscale morphology system for DNA sequencing and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于DNA测序的纳米级形貌系统及其制造方法


[0001]实施方案涉及用于DNA测序的纳米级形貌系统和制造该纳米级形貌系统的方法。
[0002]背景DNA是遗传信息的中央存储单元，且提取该信息是生物学领域的一个主要目标。通过基因测序，可以实现深入了解基因组变异、基因突变和复制动力学。在过去的几十年里，测序技术在读取遗传信息方面已经取得了巨大进步；但是，从单个细胞外部的单个长DNA分子直接提取遗传密码的愿景仍然取得有限的成功。虽然人类DNA有数十亿个碱基对，但细胞内DNA的复杂压缩阻碍了碱基对序列的直接读取。因此，必须解开DNA的软凝聚物的折叠和扭曲才能获得基因序列。
[0003]由于DNA极长(2.5亿碱基对的人类染色体具有约8.5 cm的完整伸展长度)，首先将DNA剪切或酶促地消化成最大长度为几毫米的片段，并掺入细菌或酵母人工染色体。约1000碱基对的片段的文库可以直接测序和分析。
[0004]DNA线性化在基因测序中起着重要作用。不同的技术依靠流体动力学力来实现DNA延伸。一个有吸引力的实例是分子梳理。在那里，将盐化的盖玻片放入含有DNA的蓄池中。在盖玻片在蓄池内停留期间，DNA的一端或两端附着至盖玻片表面。使盖玻片从形成气液弯液面的表面缓慢撤出。毛细管力会拉伸DNA分子。该技术是快速的且相对简单的；但是，它不允许对长度超过几百微米的DNA片段进行可靠操作。
[0005]近年来，Chan等人(Genome Res.14, 1137
‑
1146 (2004))提出了使用直接线性分析(DLA)来分析DNA。使用逐渐变细的微流体通道在层流中产生的流体动力学力，DNA的无规则卷曲构象被展开和拉伸。在此设置中，将溶液注射进加载端口，且样品溶液被压力驱动进入芯片，并且标记的DNA分子以其无规卷曲形式随流移动。在下游，DNA随着它与后场相互作用而展开。这些预拉伸的分子在逐渐变细的区域中在流体动力学影响下完全拉伸。短的逐渐变细长度在与DNA大小相当的距离中产生流动加速度。由此产生的在分子的不同部分周围的流速差异会产生拉伸它的力。
[0006]但是，这种大尺寸形貌被证实在伸展DNA分子方面具有有限的效力，因为实现的伸展通常会在纳米通道之前的间隙中恢复。单分子测序的真正潜力需要形貌的小型化数量级(从微米到纳米通道和柱)，这在解决纳米级力、纳米制造的复杂性和设备成本方面带来了新的挑战。
[0007]使用在准确度、成本和处理量方面不同的复杂技术，可以实现纳米级形貌。例如，电子束(e
‑
束)光刻是一种使用聚焦电子束通过电离产生的能量损失来化学改变抗蚀剂的工艺。由于抗蚀剂中的散射，特征分辨率被限制在约3 nm的临界尺寸。鉴于其令人印象深刻的分辨率，电子束光刻经常用于制造纳米通道和孔，尽管它是一种不太适合在整个晶片上暴露大区域的费时且昂贵的技术。
[0008]聚焦离子束(FIB)光刻，其中聚焦离子束(通常为Ga)在撞击后物理地溅射中性和电离的衬底原子，也已用于制造纳米通道。该方法是非常通用的，因为它可以与前体气体结合地用于蚀刻、成像和沉积薄膜(类似于化学气相沉积)。但是，它对于原型制作比对于图案
化大区域更有用。
[0009]纳米压印光刻可以潜在地解决高通量制造的要求。在那里，使用电子束光刻或其它高分辨率技术制造精心设计的反向模板/模具。将模板压靠在加热到高于其玻璃化转变温度的薄抗蚀剂上。然后冷却抗蚀剂并移除模具。然后将不平坦的抗蚀剂表面暴露于定向蚀刻，其中薄区域的除去速度比厚区域更快，从而产生通道。模具可以多次使用以在多个表面上创建多个通道。尽管如此，在压缩下抗蚀剂的模具侵蚀和流动行为对达到小特征尺寸有负面影响。
[0010]概述在一个或多个实施方案中，制造用于诱导测序所用的DNA分子的解折叠的纳米级形貌系统的方法包括提供衬底和在所述衬底上创建沟槽壁，所述沟槽壁在其间限定沟槽。所述方法进一步包括在沟槽中沉积一层嵌段共聚物(BCP)、和通过BCP在沟槽壁之间的自组装形成圆柱形域、除去圆柱形域的第一部分以在沟槽中创建空区域、和在所述空区域中沉积后续BCP层、和通过BCP在与圆柱形域的第二部分相邻的沟槽壁之间的自组装形成球形域。所述球形域形成用于解折叠DNA分子的交错柱结构，且所述圆柱形域形成用于测序所用的DNA分子的进入的平行通道结构。
[0011]在一个或多个实施方案中，制造用于诱导测序所用的DNA分子的解折叠的纳米级形貌系统的方法包括提供衬底和在所述衬底上创建沟槽壁，所述沟槽壁在其间限定沟槽。所述方法进一步包括在沟槽中沉积一层嵌段共聚物(BCP)、和通过BCP在沟槽壁之间的自组装形成圆柱形域，其中所述BCP包含聚苯乙烯
‑
b
‑
聚二甲基硅氧烷(PS
‑
b
‑
PDMS)。所述方法进一步包括除去圆柱形域的第一部分以在沟槽中创建空区域、在所述空区域中沉积后续BCP层、和通过BCP在与圆柱形域的第二部分相邻的沟槽壁之间的自组装形成球形域、和提供沟槽和沟槽壁中的至少一个的表面官能化以控制圆柱形域和球形域的定位和取向，其中表面官能化优先于BCP的主要嵌段。所述球形域形成用于解折叠DNA分子的交错柱结构，且所述圆柱形域形成用于测序所用的DNA分子的进入的平行通道结构。
[0012]在一个或多个实施方案中，用于诱导测序所用的DNA分子的解折叠的纳米级形貌系统包括衬底和在所述衬底上的沟槽壁，所述沟槽壁在其间限定沟槽。所述系统进一步包括：沉积在沟槽中的一层嵌段共聚物(BCP)，所述嵌段共聚物自组装以在沟槽壁之间形成圆柱形域；通过除去圆柱形域的第一部分而形成的在沟槽中的空区域；以及沉积在所述空区域中的后续BCP层，所述BCP自组装以在与圆柱形域的第二部分相邻的沟槽壁之间形成球形域。所述球形域形成用于解折叠DNA分子的交错柱结构，且所述圆柱形域形成用于测序所用的DNA分子的进入的平行通道结构。
[0013]在一个或多个实施方案中，所述BCP包含聚苯乙烯
‑
b
‑
聚二甲基硅氧烷(PS
‑
b
‑
PDMS)。
[0014]在一个或多个实施方案中，所述圆柱形域包括多个平面内圆柱。
[0015]在一个或多个实施方案中，创建沟槽壁包括在衬底上沉积抗反射涂层(ARC)、在ARC层上沉积二氧化硅层、和在二氧化硅层上沉积光致抗蚀剂层。
[0016]在一个或多个实施方案中，创建沟槽壁进一步包括产生光致抗蚀剂光栅、和除去二氧化硅层和ARC层。
[0017]在一个或多个实施方案中，使用沟槽和沟槽壁中的至少一个的表面官能化以控制
圆柱形域和球形域的定位和取向。
[0018]在一个或多个实施方案中，表面官能化优先于BCP的主要嵌段。
[0019]在一个或多个实施方案中，形成圆柱形域包括使BCP层退火以促进自组装、和蚀刻BCP层以露出圆柱形域。
[0020]在一个或多个实施方案中，除去圆柱形域的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制造用于诱导测序所用的DNA分子的解折叠的纳米级形貌系统的方法，所述方法包括：提供衬底；在衬底上创建沟槽壁，所述沟槽壁在其间限定沟槽；在沟槽中沉积一层嵌段共聚物(BCP)并通过BCP在沟槽壁之间的自组装形成圆柱形域，除去圆柱形域的第一部分以在沟槽中创建空区域；和在所述空区域中沉积后续BCP层并通过BCP在与圆柱形域的第二部分相邻的沟槽壁之间的自组装形成球形域，其中所述球形域形成用于解折叠DNA分子的交错柱结构，且所述圆柱形域形成用于测序所用的DNA分子的进入的平行通道结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述BCP包含聚苯乙烯
‑
b
‑
聚二甲基硅氧烷(PS
‑
b
‑
PDMS)。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述圆柱形域包括多个平面内圆柱。4.根据权利要求1所述的方法，其中创建沟槽壁包括在衬底上沉积抗反射涂层(ARC)、在ARC层上沉积二氧化硅层、和在二氧化硅层上沉积光致抗蚀剂层。5.根据权利要求4所述的方法，其中创建沟槽壁进一步包括产生光致抗蚀剂光栅、和除去二氧化硅层和ARC层。6.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括提供沟槽和沟槽壁中的至少一个的表面官能化以控制圆柱形域和球形域的定位和取向。7.根据权利要求6所述的方法，其中表面官能化优先于BCP的主要嵌段。8.根据权利要求1所述的方法，其中形成圆柱形域包括使BCP层退火以促进自组装、和蚀刻BCP层以露出圆柱形域。9.根据权利要求1所述的方法，其中除去圆柱形域的第一部分包括沉积光致抗蚀剂以覆盖圆柱形域的第二部分、和通过蚀刻除去圆柱形域的第一部分。10.根据权利要求1所述的方法，其中形成球形域包括使后续BCP层退火以促进自组装、和蚀刻后续BCP层以露出球形域。11.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括将圆柱形域和球形域的组合结构转移至衬底。12.制造用于诱导测序所用的DNA分子的解折叠的纳米级形貌系统的方法, 所述方法包括：提供衬底；在衬底上创建沟槽壁，所述沟槽壁在其间限定沟槽；在沟槽中沉积一层嵌段共聚物(BCP)并通过BCP在沟槽壁之间的自组装形成圆柱形域，其中所述BCP包含聚苯乙烯
‑
b
‑
聚二甲基硅氧烷(P...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：