实施分析反应的基材制造技术

本发明专利技术涉及一种实施分析反应的基材。该基材包括为提供附加功能元件而制造的零模式波导基材和／或包括增加的体积以定位活性表面的部件和／或减轻下方基材的负面电化学特性的部件。

【技术实现步骤摘要】
实施分析反应的基材本申请是优先权日为2006年6月12日且专利技术名称为“实施分析反应的基材”的 中国专利技术专利申请200780021826. 4(国际申请号PCT/US2007/070901)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请依据35U. S. C. § 119(e)要求 2006 年 6 月 12 日提交的 U. S. S. N. 60/812，863 的权利，在此明确地通过弓I用将其全部内容并入本文。关于联邦赞助研究的声明本专利技术的一部分是借助政府支持利用NHGRI拨款No. RO1-HG003710-01做出的，并 且政府对本专利技术享有一些权利。
技术介绍
各种不同的科学学科在生物研究领域中的应用在生物体系表征和监控方面以及 生物紊乱处理方面产生了巨大进展。特别地，固态电子学技术与生物研究应用的结合取得 了很多重要进展，包括例如分子阵列技术，即DNA阵列(参见美国专利No. 6，261，776)、微流 体芯片技术(参见美国专利No. 5，976，336)、化学敏感场效应晶体管(ChemFET)，以及其它 有价值的传感器技术。零模式波导(ZMW)技术使这些半导体制造技术进一步扩展到研究和诊断的不同 领域。特别地，ZMW阵列用于一系列生物化学分析，并特别用于基因分析领域。ZMW典型地 包含位于透明基材上的不透明包覆层中的开口、井洞或纳米尺度芯部。由于芯部的狭窄尺 度，因此将始终阻止频率高于特定截止频率的电磁辐射传播穿过该芯部。尽管如前所述，辐 射将穿过有限距离而进入芯部，并在芯部内提供非常小的辐照体积。通过辐照非常小的体 积，有可能访问(interrogate)极少量的反应物，包括例如单分子反应。通过在单分子水平监控反应，能够精确地识别和/或监控给定的反应。这是特别 有前景的单分子DNA排序
的基础，该技术通过单聚合酶(polymerase enzyme)以 模板依赖方式进行DNA链的分子合成来监控分子。尽管取得了前述的进涉，然而仍存在很多另外的改进和进展。本专利技术提供了很多 这样的改进和进展。专利技术概述本专利技术一般针对于用于化学和生物化学分析的基材的配置和/或制造中的改进， 且特别针对于在这样的基材中制造有光学特征的基材，例如零模式波导(ZMW)。第一方面，本专利技术提供了一种零模式波导基材，所述基材包含具有至少第一表面 的透明基材层，位于透明基材层的第一表面之上的金属包覆层和穿透该包覆层到达透明基 材层的孔，并形成由金属包覆层包围的芯部区域，其中设定该芯部的尺度以阻止频率高于 截止频率的电磁辐射传播穿透整个芯部。基材还包括位于包覆层上的牺牲阳极。相关联地，本专利技术提供了监控反应的方法，包括在包含金属包覆层的零模式波导 的芯部中提供反应混合物，其中零模式波导包括牺牲阳极，并监控芯部的辐照体积内的反 应混合物。另一方面，本专利技术提供了一种零模式波导基材，所述基材包含透明基材层、不透明3包覆层和芯部，包含穿透包覆层并至少部分延伸到透明基材层内的孔。 附图说明图1提供了位于基材上的零模式波导(ZMW)的示意性图解。图2提供了包括牺牲阳极层的ZMW的示意性图解。图3提供了包括在透明基材层内的增加体积区域的ZMW的示意性图解。图4提供了图3所示的ZMW的示例性制造过程。图5显示了制造图3所示的ZMW的替代性示例制造过程。图6为包括凹陷表面的ZMW的对比优势的示意性图解。专利技术详述本专利技术一般针对于用于化学和生物化学分析的基材的配置和/或制造中的改进， 且特别针对于在这样的基材中制造有光学特征的基材，例如零模式波导(ZMW)。在本专利技术的上下文中，分析基材一般包含刚性或半刚性固体基材，典型地在整个 配置中基本是平面的，使用相关检测系统例如荧光显微镜、光学成像系统或电信号检测系 统可以在该基材上进行并监控感兴趣的反应。典型地，这样的基材可具有制造于基材内或 位于基材的表面上的附加功能部件。这样的部件包括例如分子部件，如分子连接部分，例如 抗体、核酸非特异性化学偶联基团、结合肽等，或者性能改变基团例如疏水或亲水基团，以 便在基材上提供相对疏水或亲水的区域。同样地，该基材可以具有制造于基材上或基材中 的结构部件，包括例如屏障、井洞、柱体、柱状物、沟道、槽、电接触部、掩模层、包覆层等。根据本专利技术提供的特定解决方案的需要，本专利技术一般可以应用于一系列不同的基 材类型。例如，第一方面，本专利技术提供了包含设置于其中的零模式波导(ZMW)阵列的基材。 典型地，ZMW的特征在于包围芯部部件的包覆部件，其中设定芯部的尺度，以使进入芯部中 的电磁能量的频率低于特定阈值或截止频率，并被阻止完全传播穿透该芯部。结果，在芯部 的这种电磁能量的方向仅在芯部的一部分内产生极小的辐照区域。在将芯部提供作为由包 覆层界定的开放体积时，结果是在芯部内能够辐照极小的体积。能够辐射极小的体积，例如 化学或生物化学反应物的体积，在很多应用中特别有价值。在美国专利No. 6，917，726中描 述了这些ZMW阵列，及其制造和用途，出于所有目的将其整体并入本文。零模式波导典型地包括从约IOnm到约250nm的横截面尺度，并优选具有从约20nm 到约IOOnm的横截面尺度。ZMW的横截面典型为圆形，然而其也可以具有狭长结构，例如 椭圆、椭球、狭缝、凹槽或其它非圆形形状。本文讨论的零模式波导的芯部的深度典型地至 少部分由包覆层的厚度限定，其厚度的典型范围从约25nm到约500nm，且优选约50nm到约 200nm的厚度。依据所需的应用，可以从可用深度的整个范围中选择所需的深度。通常将本专利技术的零模式波导制造在基材中，该基材包括沉积于透明基材上的透明 基材层和不透明的包覆层。波导的芯部部分包含穿透包覆层到达透明层的孔，以限定具有 开放的上端和被透明基材封闭的下端的井洞。图1显示了这样的波导的示意性图解。如图 所示，整个基材100包括波导芯部102，其位于不透明的包覆层104之内并且连续穿透至透 明基材层106。可以通过多种方法进行ZMW的制造。然而，在优选的方面，使用如下的分层制造策 略在透明平面基材例如玻璃、熔结氧化硅、石英、氧化铝、透明聚合物等上提供薄金属膜。4通常如下进行芯部的界定在透明基材上提供适当的抗蚀剂(resist)层并对抗蚀剂层进 行显影以得到作为所需波导芯部的负像的柱状物或柱体。然后，将不透明膜例如薄金属膜 或半导体膜层沉积在基材上以提供包覆层，并除去抗蚀剂柱状物以在其位置产生由包覆层 包围的孔或芯部。典型金属包覆层包括可以使用常规金属沉积技术例如溅射和/或蒸发来 制备的许多金属膜中的任何。这样的金属包括铝、金、钼、铬等及其组合，例如多层沉积物。 半导体包覆层还可用于各种应用中，并包括例如可以使用例如气相沉积而沉积于基材上的 各种III-V族、IV族和/或II-VI族半导体中的任何。可以通过半导体制造领域已知的各种方法进行抗蚀剂柱状物的界定，包括例如光 刻法、电子束平版印刷(e-beam lithography)技术，纳米压印平版印刷等。在至少第一方面，零模式波导的整体结构可以并入附加功能体(functionality)， 在优选情形中，该附加功能体作为附加层施加于整个基材。如上所述，优选的零模式波导包含位于透明基材材料上的金属包覆层。在将这样 的金属化基材本文档来自技高网...

【技术保护点】
零模式波导基材，包括：透明基材层；不透明包覆层；以及芯部，其包含穿透该包覆层并至少部分延伸到该透明基材层内的孔。

【技术特征摘要】
US 2006-6-12 60/812,863零模式波导基材，包括透明基材层；不透明包覆层；以及芯部，其包含穿透该包覆层并至少部分延伸到该透明基材层内的孔。2.如权利要求1所述的零模式波导，其中该透明基材层包含至少第一透明层和第二透 明层，第二透明层位于第一透明层之上，且该包覆层位于第二透明层之上，其中所述孔延伸 穿透该包覆层和第二透明层。3.如权利要求2所述的零模式波导基材，其中该包覆层包含金属。4.如权利要求1所述的零模式波导，还包含话性表面，所述活性表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：M福奎特，P佩鲁索，S特纳，DB罗伊特曼，G奥托，
申请(专利权)人：加利福尼亚太平洋生物科学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]