Биочипы, включающие пленку смолы и структурированный слой полимера

Изобретение может быть использовано для обнаружения и анализа молекул, включающих дезоксирибонуклеиновую и рибонуклеиновую кислоты. Способ образования биочипов включает нанесение слоя гидрофобного полимера в виде схемы на пленку из поперечно-сшитой смолы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), содержащего эпоксигруппу. При этом дискретные участки пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS остаются доступными для воздействия. Затем наносят полимерное покрытие, в результате чего получают присоединенную часть покрытия на доступных для воздействия дискретных участках и неприсоединенную часть покрытия на нанесенном в виде схемы гидрофобном слое. Затем проводят удаление неприсоединенной части покрытия промывкой. Предложены также вариант способа образования биочипов и биочипы. Изобретение обеспечивает определение последовательности генетического материала большой длины. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка претендует на полезный эффект предварительной патентной заявки US 62/438024, поданной 22 декабря 2016 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Биологическая матрица (также называемая биочипом или биологическим блоком) - это один из огромного множества инструментов, применяемых для обнаружения и анализа молекул, включающих дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновую кислоту (РНК). Биочипы для указанного применения конструируют таким образом, чтобы они включали зонды для нуклеотидных последовательностей, находящихся в генах человека и других организмов. Например, в некоторых вариантах применения отдельные зонды для ДНК и РНК могут быть присоединены к небольшим участкам, располагаемым на подложке биочипа в виде геометрической сетки (или неупорядоченным образом). Например, испытуемый образец, полученный из организма определенного человека или другого организма, может быть нанесен на сетку таким образом, чтобы комплементарные фрагменты гибридизовались с зондами на индивидуальных сайтах биочипа. Затем биочип может быть исследован сканированием сайтов при определенных частотах света, и по флуоресценции тех сайтов, с которыми гибридизованы фрагменты, может быть установлено, какие именно фрагменты присутствуют в образце.

Биологические матрицы (биочипы) могут быть применены для проведения генетического секвенирования. В общем, генетическое секвенирование включает определение порядка нуклеотидов или нуклеиновых кислот по протяженности генетического материала, такого как фрагмент ДНК или РНК. Постепенно удлиняющиеся последовательности пар оснований анализируют, и полученная информация о последовательности может быть применена в различных биоинформационных методиках для логического расположения фрагментов относительно друг друга с целью надежного определения последовательности генетического материала большой длины, из которого были получены фрагменты. Были разработаны методики автоматизированного компьютеризированного исследования характеристических фрагментов, которые применяют для картирования генома, идентификации генов и их функций, оценки риска развития некоторых состояний и заболеваний и т.д. Кроме указанных применений биологические матрицы (биочипы) могут быть применены для обнаружения и исследования разнообразных молекул, семейств молекул, уровней экспрессии генов, однонуклеотидных полиморфизмов и для проведения генотипирования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые аспекты изобретения относятся к композиции, включающей носитель (подложку) и пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS (т.е. пленку из полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (англ. polyhedral oligomeric silsesquioxane, сокращенно POSS), содержащего эпоксидные группы и сшитого поперечными связями), находящуюся на поверхности носителя. В некоторых аспектах композиция подходит для применения в качестве биочипа для секвенирования олигонуклеотидов или в качестве промежуточного вещества, участвующего в синтезе. В некоторых аспектах пленка смолы нанесена в виде схемы, которая содержит дискретные участки внутри промежуточных областей, и в некоторых аспектах дискретные участки представляют собой лунки. Согласно другим аспектам, композиция включает слой гидрофобного полимера, расположенный на нанесенной согласно схеме пленке смолы, которая включает дискретные участки, расположенные в соответствии со схемой (например, в лунках), и промежуточные области. Согласно другим аспектам, слой гидрофобного полимера нанесен в виде схемы таким образом, что пленка смолы доступна для воздействия (т.е. открыта) в дискретных участках или лунках, но при этом слой гидрофобного полимера остается на пленке смолы в промежуточных областях пленки смолы между дискретными участками или лунками. В других аспектах полимерное покрытие присоединено к нанесенной в виде схемы пленке смолы в дискретных участках пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, доступных для воздействия. Композиция дополнительно может включать праймер амплификации, привитый на полимерное покрытие. Пленка смолы из поперечно-сшитого POSS необязательно включает сайт инициирования роста полимера, рассмотренный в настоящей заявке. В других аспектах к сайту инициирования роста полимера в доступных для воздействия дискретных участках пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS присоединена полимерная щетка (полимер типа "щетка").

Некоторые аспекты изобретения относятся к способам получения композиции, включающей носитель и пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, находящуюся на поверхности носителя, где способы включают образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, причем образование включает смешивание закрепленного на носителе эпоксисилана с одним или более функционализированными эпоксидной группой реагентами, образующим POSS, в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора, что приводит к образованию закрепленного на носителе предшественника смолы, и отверждение предшественника смолы с образованием закрепленной на носителе пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. Такие способы дополнительно могут включать реакцию поверхности носителя с эпоксисиланом, приводящую к образованию закрепленного на носителе эпоксисилана. В некоторых аспектах пленка смолы нанесена в виде схемы, определяющей дискретные участки внутри промежуточных областей, и в некоторых аспектах дискретные участки представляют собой лунки. Такие способы дополнительно могут включать образование слоя гидрофобного полимера на поперечно-сшитой, закрепленной на носителе пленке смолы эпокси-POSS, находящейся на поверхности носителя, причем слой гидрофобного полимера нанесен в виде схемы так, что он не закрывает пленку смолы в дискретных участках или лунках, но остается на пленке смолы в промежуточных областях, находящихся на пленке смолы между дискретными участками или лунками.

Первый аспект относится к биочипу, который включает носитель, пленку из поперечно-сшитой смолы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), содержащего эпоксигруппу, находящуюся на поверхности носителя, и слой гидрофобного полимера, нанесенный в виде схемы на пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, где нанесенный в виде схемы слой гидрофобного полимера ограничивает доступные для воздействия дискретные участки пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, и полимерное покрытие присоединено к доступным для воздействия дискретным участкам.

Некоторые аспекты относятся к способам образования биочипов согласно первому аспекту, которые включают образование слоя гидрофобного полимера, нанесенного в виде схемы на пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, находящуюся на поверхности носителя, так что при этом остаются открытыми дискретные участки пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. Этот способ может дополнительно включать нанесение полимерного покрытия, в результате которого получают присоединенную часть покрытия, находящуюся на доступных для воздействия дискретных участках, и неприсоединенную часть покрытия, находящуюся на нанесенном в виде схемы гидрофобном слое; и удаление неприсоединенной части покрытия с нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя промывкой. Способ дополнительно может включать образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, где образование включает: смешивание эпоксисилана и по меньшей мере одной мономерной единицы эпокси-POSS в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора, что приводит к образованию предшественника смолы; нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и отверждение предшественника смолы с образованием пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Согласно второму аспекту, биочип включает носитель, пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS, находящуюся на поверхности носителя, и слой гидрофобного полимера, нанесенный в виде схемы на пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS, где нанесенный в виде схемы слой гидрофобного полимера ограничивает доступные для воздействия дискретные участки пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. В некоторых примерах пленка из смолы модифицированного эпокси-POSS включает сайт инициирования роста полимера, и нанесенный в виде схемы слой гидрофобного полимера ограничивает доступные для воздействия дискретные участки пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS. В доступных для воздействия дискретных участках к сайту инициирования роста полимера присоединена полимерная щетка. В некоторых аспектах биочип включает носитель, находящуюся на поверхности носителя пленку из смолы модифицированного, содержащего эпоксидные группы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), где пленка из смолы модифицированного эпокси-POSS включает сайт инициирования роста полимера, нанесенный в виде схемы на пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS слой гидрофобного полимера, где нанесенный в виде схемы слой гидрофобного полимера ограничивает доступные для воздействия дискретные участки пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS, и полимерную щетку, присоединенную к сайту инициирования роста полимера в доступных для воздействия дискретных участках.

Способы получения биочипов согласно второму аспекту, рассмотренные в настоящей заявке, включают образование слоя гидрофобного полимера, наносимого в виде схемы на пленку из смолы модифицированного, содержащего эпоксидные группы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), находящуюся на поверхности носителя, причем дискретные участки пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS остаются открытыми. Пленка из смолы модифицированного эпокси-POSS включает сайт инициирования роста полимера. В некоторых аспектах на сайте инициирования роста полимера, находящемся в доступных для воздействия дискретных участках, выращивают полимерную щетку. Таким образом, некоторые примеры второго аспекта способа согласно изобретению включают образование слоя гидрофобного полимера, наносимого в виде схемы на пленку из смолы модифицированного, содержащего эпоксидные группы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), находящегося на поверхности носителя, причем дискретные участки пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS остаются открытыми, и при этом пленка из смолы модифицированного эпокси-POSS включает сайт инициирования роста полимера; и выращивание полимерной щетки на сайте инициирования роста полимера в доступных для воздействия дискретных участках. В некоторых аспектах способ дополнительно включает образование пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS, где образование включает смешивание эпоксисилана, по меньшей мере одной мономерной единицы эпокси-POSS и функционализированного эпоксидной группой агента роста цепи, применяемого для полимеризации (например, агента роста цепи в радикальной полимеризации, агента роста цепи в катионной полимеризации, агента роста цепи в анионной полимеризации, агента роста цепи в метатезисной полимеризации с раскрытием цикла или агента роста цепи контролируемой радикальной полимеризации) или агента роста цепи контролируемой радикальной полимеризации (англ. controlled radical polymerization, сокращенно CRP) в присутствии фотокислотного генератора и необязательного сенсибилизатора, что приводит к образованию предшественника смолы; нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и отверждение предшественника смолы с образованием пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS. В некоторых аспектах по меньшей мере одна мономерная единица эпокси-POSS представляет собой эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Признаки и полезные эффекты примеров осуществления настоящего изобретения станут более очевидными при их более подробном рассмотрении с учетом фигур, в которых подобные числовые обозначения относятся к подобным, но не обязательно идентичным, компонентам. Для краткости числовые обозначения или признаки, имеющие функции, описанные ранее, могут быть описаны или могут не быть описаны в комбинации с другими фигурами, на которых они изображены.

На Фиг. 1A-1F представлены виды поперечных сечений, иллюстрирующих пример способа согласно изобретению, где на Фиг. 1Е представлено увеличенное изображение углубления, образованного в биочипе; и

На Фиг. 2A-2D представлены виды поперечных сечений, иллюстрирующих другой пример способа согласно изобретению, где на Фиг. 2С представлено увеличенное изображение углубления, образованного в биочипе.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следует понимать, что любые признаки первого аспекта биочипа могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков первого аспекта и/или первого способа может быть применена совместно, и/или любые признаки любого или обоих аспектов могут быть скомбинированы с любыми примерами, рассмотренными в настоящей заявке.

В некоторых примерах способов, композиций и биочипов, рассмотренных в настоящей заявке, пленка из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS нанесена в виде схемы, которая ограничивает такие элементы, как лунки, и разделяющие промежуточные области, находящиеся между элементами, но в других примерах пленка из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS не нанесена в виде схемы. В тех примерах, в которых пленка из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS нанесена в виде схемы, схема нанесения пленки определяет элементы, которые представляют собой дискретные участки, которые не закрыты нанесенным в виде схемы гидрофобным слоем; например, пленка смолы включает лунки, а дискретные области, не закрытые нанесенным в виде схемы гидрофобным слоем, представляют собой лунки, образованные в пленке.

В примерах способа согласно изобретению для определения локализации нанесения или выращивания полимера или для прерогативного удаления полимера с участков, имеющих нанесенный в виде схемы гидрофобный слой, по сравнению с участками открытой пленки из смолы, применяют пленки из различных смол эпокси-POSS в комбинации с нанесенным в виде схемы гидрофобным слоем. Применение таких способов позволяет не выполнять операции механического или химического удаления полимера, такие как шлифовка, которые выполняют, если полимер нанесен сплошным слоем на всю смолу или твердую поверхность носителя.

В одном из примеров способа согласно изобретению пленку из поперечно-сшитой смолы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), содержащего эпоксигруппу, применяют в комбинации с нанесенным в виде схемы гидрофобным слоем. Нанесенный в виде схемы гидрофобный слой открывает дискретные части пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, которые служат площадками захвата для наносимого впоследствии полимерного материала, частично потому, что полимерный материал более гидрофилен, чем нанесенный в виде схемы гидрофобный слой. Величина поверхностной энергии полимерного материала ближе к величине поверхностной энергии пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, чем к величине поверхностной энергии нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя, и, таким образом, полимерный материал лучше смачивает пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. В некоторых примерах пленка смолы химически модифицирована группами захвата, которые могут образовывать ковалентные связи с функциональными группами, находящимися на полимерном материале.

Один из примеров способа согласно первому аспекту дополнительно включает образование на поверхности носителя пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, причем это образование включает смешивание эпоксисилана, эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора, что приводит к образованию предшественника смолы; нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и отверждение предшественника смолы с образованием пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Согласно первому аспекту способа, перед нанесением в виде схемы слоя гидрофобного полимера способ может дополнительно включать обработку пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS плазменным травлением или химическую обработку с целью введения в пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS групп -ОН, таких как гидроксильные (С-ОН или Si-OH) группы и/или карбоксильные группы. В некоторых аспектах способ дополнительно включает присоединение функциональных групп к по меньшей мере некоторым из -ОН групп, где функциональные группы выбраны из группы, состоящей из:

, где n составляет от 1 до 20, и где - представляет собой алкилсилан (например, по реакции гидроксильных групп с триалкоксиалкилсиланом), полиэтиленгликоль-силан (например, по реакции гидроксильных групп с триалкоксисиланполиэтиленгликолем), алкил (например, по реакции гидроксильных групп с алкилгалогенидом) или цепь полиэтиленгликоля.

Другой пример согласно первому аспекту способа дополнительно включает образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, где образование включает проводимое в присутствии необязательного сенсибилизатора и фотокислотного генератора смешивание эпоксисилана, эпоксициклогексилалкил-POSS, глицидил-POSS и основной части POSS, включающей по меньшей мере одну функциональную эпоксигруппу и функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, с образованием предшественника смолы; нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и отверждение предшественника смолы с образованием пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

В другом примере первого аспекта способ включает образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, где образование включает проводимое в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора смешивание закрепленного на носителе эпоксисилана с одним или более реагентами для POSS, функционализированными эпоксидной группой, и с основной частью POSS, включающей одну функциональную эпоксигруппу и функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, с образованием закрепленного на носителе предшественника смолы, и отверждение предшественника смолы с образованием закрепленной на носителе пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

В одном из примеров первого аспекта способа промывка включает ультразвуковую обработку в воде. В другом примере промывка включает промывку маканием и распылением или механическую чистку.

В одном из примеров первого аспекта способа нанесение слоя гидрофобного полимера в виде схемы включает i) нанесение гидрофобного полимера на пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS и создание схемы из осажденного гидрофобного полимера с помощью по меньшей мере одной из следующих методик: наноимпринтной литографии и фотолитографии; или ii) нанесение гидрофобного полимера в виде схемы на пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS с помощью структурированной печати, например, по меньшей мере одной из следующих методик: струйной печати и микроконтактной печати, или аэрозольной печати в виде схемы.

В одном из примеров первого аспекта способ дополнительно включает прививку праймера амплификации к присоединенной части покрытия. Примеры первого аспекта биочипа дополнительно включают праймеры амплификации, привитые к присоединенной части покрытия.

Согласно первым аспектам способа и биочипа, материал нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя выбран из группы, состоящей из фторполимера, негативного фоторезиста и полисилоксана.

В другом примере способа согласно изобретению пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS применяют в комбинации с нанесенным в виде схемы гидрофобным слоем. Нанесенный в виде схемы гидрофобный слой оставляет открытыми дискретные части пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS. Пленка из смолы модифицированного эпокси-POSS включает функционализированный эпоксидной группой агент роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP), который служит инициатором образования частиц, участвующих в росте полимерной цепи. Нанесенный в виде схемы гидрофобный слой позволяет ограничивать рост полимера дискретными участками.

В некоторых примерах агент роста цепи полимеризации или агент роста цепи в CRP представляет собой основную часть POSS, включающую по меньшей мере одну функциональную эпоксигруппу, и функциональную группу агента роста цепи полимеризации или агента роста цепи в CRP. В некоторых примерах функционализированный эпоксидной группой агент роста цепи в CRP представляет собой функционализированный эпоксидной группой агент роста цепи в полимеризации с переносом цепи посредством обратимого присоединения и фрагментирования (англ. reversible addition-fragmentation chain transfer, сокращенно RAFT) или функционализированный эпоксидной группой инициатор радикальной полимеризации с переносом атома (англ. atom transfer radical polymerization, сокращенно ATRP). В некоторых примерах молярное или массовое отношение эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS к функционализированному эпоксидной группой агенту роста цепи в CRP составляет от приблизительно 1:1 до приблизительно 9:1.

Другой пример второго аспекта способа включает образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, причем образование включает смешивание закрепленного на носителе эпоксисилана с одним или более функционализированными эпоксидной группой реагентами для POSS в присутствии функционализированного эпоксидной группой агента роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP), фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора, что приводит к образованию закрепленного на носителе предшественника смолы, и отверждение предшественника смолы с образованием закрепленной на носителе пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. Такие примеры могут дополнительно включать реакцию поверхности носителя с эпоксисиланом, приводящую к образованию поперечно-сшитого закрепленного на носителе эпоксисилана. Такие способы могут дополнительно включать нанесение слоя гидрофобного полимера в виде схемы на поперечно-сшитую закрепленную на носителе пленку смолы эпокси-POSS, находящуюся на поверхности носителя, рассмотренную в настоящей заявке.

Согласно второму аспекту способа, перед нанесением слоя гидрофобного полимера в виде схемы способ может дополнительно включать обработку пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS плазменным травлением или химическую обработку с целью введения в пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS групп -ОН (например, гидроксильных (С-ОН, Si-OH) и/или карбоксильных); и присоединение функциональных групп или агентов роста цепи в CRP к по меньшей мере некоторым из гидроксильных групп, где функциональные группы выбраны из группы, состоящей из:

, где n составляет от 1 до 20,

и где - представляет собой алкилсилан (например, по реакции гидроксильных групп с триалкоксиалкилсиланом), полиэтиленгликоль-силан (например, по реакции гидроксильных групп с триалкоксисиланполиэтиленгликолем), алкил (например, по реакции гидроксильных групп с алкилгалогенидом) или цепочку полиэтиленгликоля.

Другой пример второго аспекта способа включает образование пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS, причем образование включает смешивание эпоксисилана, эпоксициклогексилалкил-POSS, глицидил-POSS и основной части POSS, включающей по меньшей мере одну функциональную эпоксигруппу и функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, в присутствии необязательного сенсибилизатора и фотокислотного генератора, что приводит к образованию предшественника смолы; нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; отверждение предшественника смолы с образованием пленки из смолы первоначально модифицированного эпокси-POSS; и введение функциональной группы агента роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP) в пленку из смолы первоначально модифицированного эпокси-POSS, что приводит к образованию пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS. Функциональная группа, не являющаяся эпоксигруппой, представляет собой (а) реакционноспособную группу, которая ортогонально реакционноспособна по отношению к эпоксигруппе (т.е. реагирует в условиях, в которых не реагирует эпоксигруппа), которая служит "держателем" для присоединения смолы к праймеру амплификации, полимеру или агенту роста цепи при полимеризации; или (b) группу, которая регулирует механические или функциональные свойства смолы, например, регулирует величину поверхностной энергии. В некоторых аспектах функциональная группа, не являющаяся эпоксигруппой, выбрана из группы, состоящей из азида, тиола, полиэтиленгликоля, норборнена и тетразина. В других аспектах функциональная группа, не являющаяся эпоксигруппой, представляет собой аминогруппу, гидроксил, алкинил, кетон, альдегид или сложноэфирную группу. В других аспектах функциональная группа, не являющаяся эпоксигруппой, представляет собой алкил, арил, алкоксигруппу или галогеноалкильную группу.

В одном из примеров второго аспекта способа нанесение в виде схемы слоя гидрофобного полимера включает i) нанесение гидрофобного полимера на пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS и создание схемы из осажденного гидрофобного полимера с помощью по меньшей мере одной из следующих методик: наноимпринтной литографии и фотолитографии; или ii) нанесение гидрофобного полимера в виде схемы на пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS с помощью структурированной печати, такой как по меньшей мере одна из следующих методик: струйная печать и микроконтактная печать или аэрозольная печать в виде схемы.

Следует понимать, что любые признаки второго аспекта способа могут быть скомбинированы друг с другом любым подходящим образом. Кроме того, следует понимать, что любые комбинации признаков первого аспекта способа и/или биочипа и/или второго аспекта способа могут быть применены совместно, и/или что любые признаки любого из раскрытых аспектов могут быть скомбинированы с любыми примерами, рассмотренными в настоящей заявке.

В некоторых примерах второго аспекта биочипа и способа полимерная щетка представляет собой сополимер, такой как неупорядоченный, упорядоченный или блок-сополимер. В некоторых аспектах полимерная щетка дополнительно функционализирована за счет обмена радикалами. Функционализация присоединенных полимерных сетей может быть выполнена с использованием реакционноспособных единиц, опосредующих реакции вставки в С-Н, таких как ароматические карбонильные соединения (производные дифенилкетона), азосоединения, сульфонилазиды, арилазиды и азиридины.

Пример второго аспекта биочипа дополнительно включает праймер амплификации, привитый к полимерной щетке. Пример второго аспекта способа дополнительно включает прививку праймера амплификации к полимерной щетке.

Согласно вторым аспектам способа и биочипа, материал нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя выбран из группы, состоящей из фторполимера, негативного фоторезиста и полисилоксана.

Следует понимать, что любые признаки второго аспекта биочипа могут быть скомбинированы друг с другом любым подходящим образом. Кроме того, следует понимать, что любые комбинации признаков первого аспекта способа и/или биочипа и/или второго аспекта способа и/или биочипа могут быть применены совместно, и/или что любые признаки любого из раскрытых аспектов могут быть скомбинированы с любыми примерами, рассмотренными в настоящей заявке.

В некоторых аспектах способов, биочипов и композиций, рассмотренный в настоящей заявке, полимерное покрытие включает повторяющуюся единицу, имеющую Формулу (I):

где:

R¹ представляет собой Н или необязательно замещенный алкил;

R^A выбран из группы, состоящей из азидогруппы, необязательно замещенной аминогруппы, необязательно замещенного алкенила, необязательно замещенного гидразона, необязательно замещенного гидразина, карбоксила, гидроксигруппы, необязательно замещенного тетразола, необязательно замещенного тетразина, нитрилоксида, нитрона и тиола;

R⁵ выбран из группы, состоящей из Н и необязательно замещенного алкила;

каждая из групп -(СН₂)_p- может быть необязательно замещенной;

р представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50;

n представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50000; и

m представляет собой целое число, составляющее от 1 до 100000.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что в структуре, обозначенной Формулой (I), субъединицы "n" и "m" представляют собой повторяющиеся субъединицы, распределенные в случайном порядке по всему полимеру.

Конкретным примером материала полимерного покрытия является сополимер N-(5-азидоацетамидилпентил)акриламида и акриламида PAZAM (сокращенно от англ. poly(N-(5-azidoacetamidylpentyl)acrylamide-co-acrylamide, рассмотренный, например, в опубликованных патентных заявках US 2014/0079923 А1 или US 2015/0005447 А1 содержания которых полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки), который включает структуру, показанную ниже:

где n представляет собой целое число, составляющее от 1 до 20000, и m представляет собой целое число, составляющее от 1 до 100000. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что, как и в Формуле (I), субъединицы "n" и "m" являются повторяющимися единицами, распределенными в случайном порядке по всей структуре полимера.

Молекулярная масса полимера, имеющего Формулу (I), или PAZAM может составлять от приблизительно 10 кДа до приблизительно 1500 кДа, или в одном из конкретных примеров она может составлять приблизительно 312 кДа.

В некоторых примерах полимер, имеющий Формулу (I), или PAZAM представляет собой линейный (неразветвленный) полимер. В некоторых других примерах полимер, имеющий Формулу (I), или PAZAM представляет собой полимер, включающий небольшое количество поперечных сшивок. В других примерах полимер, имеющий Формулу (I), или PAZAM имеет разветвления.

Другие примеры подходящих полимерных материалов включают материалы, имеющие коллоидную структуру, такие как агароза, или полимерную сетчатую структуру, такие как желатин, или поперечно-сшитую полимерную структуру, такие как полиакриламидные полимеры и сополимеры, не содержащий силана акриламид (англ. silane free acrylamide, сокращенно SFA, см., например, опубликованную патентную заявку US 2011/0059865, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки) или азидолизированый вариант SFA. Примеры подходящих полиакриламидных полимеров могут быть получены из акриламида и акриловой кислоты или акриловой кислоты, содержащей винильную группу, рассмотренной, например, в документе WO 2000/031148 (содержание которого полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки) или из мономеров, которые вступают в реакции [2+2] фотоциклоприсоединения, которые рассмотрены, например, в документах WO 2001/001143 или WO 2003/0014392 (содержание каждого из которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки). Другими подходящими полимерами являются сополимеры SFA и SFA, функционализированного бромацетамидной группой (например, BRAPA (от англ. N-[5-(2-bromoacetyl)aminopentyl]acrylamide, русс. N-[5-(2-бромацетил)аминопентил]акриламид)), или сополимеры SFA и SFA, функционализированного азидоацетамидной группой.

Следует понимать, что, если не указано иное, то используемые в настоящем описании термины имеют свои обычные значения, известные в соответствующей области техники. Некоторые используемые в настоящем описании термины и их значения приведены ниже.

Формы единственного числа включают множественное число, если из контекста не ясно иное.

Термины "включающий", "содержащий" и различные грамматические формы этих терминов синонимичны по отношению друг к другу и имеют одинаково широкое значение.

Используемый в настоящем описании термин "акрилат" означает функциональную группу "СН₂=СНСОО-" (т.е. ).

Используемый в настоящем описании термин "алкил" относится к полностью насыщенной (т.е. не содержащей двойных или тройных связей) неразветвленной или разветвленной углеводородной цепочке. Алкильная группа может содержать от 1 до 20 атомов углерода. Примеры алкильных групп включают метил, этил, пропил, изопропил, бутил, изобутил, третичный бутил, пентил, гексил и подобные группы. Например, обозначение "С1-4 алкил" указывает на то, что в алкильной цепочке содержится от одного до четырех атомов углерода, т.е. алкильная цепочка выбрана из группы, состоящей из метила, этил, пропила, изопропила, н-бутила, изобутила, втор-бутила и трет-бутила.

Алкил может быть замещен галогенидом или галогеном, которые представляют собой любые из радиостабильных атомов 7 столбца Периодической Таблицы Элементов, например, фтор, хлор, бром или йод. Такие соединения называются "алкилгалогенидами".

Алкил также может быть связан одинарной связью с атомом кислорода. Получаемая группа называется "алкоксигруппой". Примером алкоксигруппы является оканчивающаяся гидроксилом этоксигруппа (т.е. , где n составляет от 1 до 20). Такая группа также может быть названа оканчивающимся гидроксилом полиэтиленгликолем.

Используемый в настоящем описании термин, "алкенил" относится к неразветвленной или разветвленной углеводородной цепочке, содержащей одну или более двойных связей. Алкенильная группа может содержать от 2 до 20 атомов углерода. Примеры алкенильных групп включают этенил, пропенил, бутенил, пентенил, гексенил и подобные группы. Алкенильная группа может быть обозначена, например, "С2-4 алкенил", что означает, что в алкенильной цепочке содержится от двух до четырех атомов углерода.

Используемый в настоящем описании термин, "алкинил" относится к неразветвленной или разветвленной углеводородной цепочке, содержащей одну или более тройных связей (например, ). Алкинильная группа может содержать от 2 до 20 атомов углерода. Алкинильная группа может быть обозначена, например, "С2-4 алкинил", что означает, что в алкинильной цепочке содержится от двух до четырех атомов углерода.

Термин функциональная "аминная" группа (аминогруппа) относится к группе -NR_aR_b, в которой каждый из R_a и R_b независимо выбран из водорода (например, ), C_1-6-алкила, С_2-6-алкенила, С_2-6-алкинила, С_3-7-карбоциклила, С_6-10-арила, 5-10-членного гетероарила и 5-10-членного гетероциклила, определения которых представлены в настоящем описании.

Используемый в настоящем описании термин "арил" относится к ароматическому циклу или системе циклов (т.е. двух или более сконденсированных циклов, которые имеют два общих соседних атомов углерода), которые содержат в основной цепи цикла только атомы углерода. Если арил представляет собой систему циклов, то каждый цикл в системе представляет собой ароматический цикл. Арильная группа может содержать от 6 до 18 атомов углерода, и такая группа может быть обозначена С6-18. Примеры арильных групп включают фенил, нафтил, азуленил и антраценил.

Используемый в настоящем описании термин "присоединенный" означает состояние двух предметов, которые объединены, скреплены, склеены, соединены или связаны друг с другом. Например, нуклеиновая кислота может быть присоединена к слою полимерного покрытия ковалентной или нековалентной связью. Ковалентная связь характеризуется обобществлением пары электронов атомами. Нековалентная связь представляет собой химическую связь, которая не включает обобществление пар электронов и может включать, например, водородные связи, ионные связи, ванн-дер-Ваальсовы силы, гидрофильные взаимодействия и гидрофобные взаимодействия.

Термин "азид" или функциональная "азидогруппа" означает -N₃ (например, ).

Используемый в настоящем описании термин "карбоциклил" означает циклическое кольцо (цикл) или циклическую систему, содержащую в основной цепи цикла атомы углерода. Если карбоциклил представляет собой систему циклов, то два или более цикла могут быть соединены друг с другом в сконденсированную систему, соединены мостиком или в виде спиро-кольцевой системы. Карбоциклилы могут иметь любую степень насыщения при условии, что по меньшей мере один цикл в системе циклов не является ароматическим. Таким образом, карбоциклилы включают циклоалкилы, циклоалкенилы и циклоалкинилы. Карбоциклильная группа может содержать от 3 до 20 атомов углерода (т.е. С3-20).

Используемый в настоящем описании термин "отверждение" означает обработку полимера или предшественника смолы, приводящую к полимеризации и образованию поперечных связей. В отношении пленки из смолы POSS, рассмотренной в настоящей заявке, отверждение означает полимеризацию и образование поперечных связей в предшественниках смолы POSS и/или ее компонентах. Отверждение может быть произведено в различных условиях, таких как воздействие актиничного излучения, такого как видимый свет или ультрафиолетовое (УФ) излучение или излучение с длиной волны от приблизительно 240 до 380 нм, и/или под воздействием повышенной температуры. Отверждающее излучение может быть создано ртутной лампой. Подходящие температуры отверждения могут составлять от приблизительно 20°C до приблизительно 80°C. В некоторых примерах отверждение может быть выполнено в условиях жесткой сушки, которые позволяют полностью протекать реакции образования поперечных связей (например, полимеризацию/образование поперечных связей инициируют воздействием УФ излучения, после чего реакция продолжается в темноте до завершения). В некоторых примерах при жесткой сушке также происходит высушивание или дегидратация пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS с удалением любого растворителя (растворителей), которые могут оставаться после отверждения. Подходящие температуры жесткой сушки включают температуры, составляющие от приблизительно 100°C до приблизительно 300°C. Пример устройства, которое может быть применено для проведения жесткой сушки включает нагреваемую пластину.

Используемый в настоящем описании термин "циклоалкил" означает полностью насыщенное карбоциклическое кольцо (цикл) или систему циклов. Примеры включают циклопропил, циклобутил, циклопентил и циклогексил.

Используемый в настоящем описании термин "циклоалкилен" означает полностью насыщенное карбоциклическое кольцо (цикл) или систему циклов, которая присоединена к остатку молекулы в двух точках присоединения.

Используемый в настоящем описании термин "циклоалкенил" или "циклоалкен" означает карбоциклическое кольцо (цикл) или систему циклов, содержащую по меньшей мере одну двойную связь, причем система циклов не содержит ароматических циклов. Примеры включают циклогексенил или циклогексен и норборнен или норборнил (например, ). Также используемый в настоящем описании термин "гетероциклоалкенил" или "гетероциклоалкен" означает карбоциклическое кольцо (цикл) или систему циклов, содержащую в основной цепи цикла по меньшей мере один гетероатом и содержащую по меньшей мере одну двойную связь, причем система циклов не содержит ароматических циклов.

Используемый в настоящем описании термин "циклоалкинил" или "циклоалкин" означает карбоциклическое кольцо (цикл) или систему циклов, содержащую по меньшей мере одну тройную связь, причем система циклов не содержит ароматических циклов. Примером является циклооктин (например, ). Другим примером является бициклононин (т.е. бициклическая система колец, такая как ). Также используемый в настоящем описании термин "гетероциклоалкинил" или "гетероциклоалкин" означает карбоциклическое кольцо (цикл) или систему циклов, содержащую в основной цепи цикла по меньшей мере один гетероатом и содержащую по меньшей мере одну тройную связь, причем система циклов не содержит ароматических циклов.

Используемый в настоящем описании термин "карбоновая кислота" или "карбоксил" означает -С(O)ОН.

Используемый в настоящем описании термин "осаждение (нанесение)" относится к любой подходящей методике нанесения, которая может быть выполнена вручную или может быть автоматизированной. Обычно осаждение может быть выполнено с применением методик осаждения из газовой фазы, методик нанесения покрытия, методик прививки или подобных методик. Некоторые конкретные примеры включают химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ,, англ. аббревиатура CVD - chemical vapor deposition), плазмостимулированное ХОГФ, инициированное ХОГФ, химическое осаждение металлоорганических соединений из паровой фазы, нанесение покрытия распылением, нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия маканием или погружением, нанесение покрытия распределением раствора, струйную печать, трафаретную печать или микроконтактную печать.

Используемый в настоящем описании термин "углубление" относится к дискретному вогнутому элементу, ограниченному нанесенным в виде схемы гидрофобным слоем и имеющему отверстие на поверхности, которое полностью окружено промежуточной областью (областями) нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя. Углубления могут иметь множество различных форм отверстия на поверхности, примеры которых включают круглую, эллиптическую, квадратную, многоугольную, звездчатую форму (с любым количеством лучей) и т.д. Поперечное сечение углубления в плоскости, перпендикулярной поверхности, может быть искривленным, квадратным, многоугольным, гиперболическим, коническим, имеющим углы и т.д. Примерами углублений могут быть лунка или проточный канал.

Термин "каждый", используемый в сочетании с набором предметов, предназначен для идентификации индивидуального предмета набора, но не обязательно относится к каждому предмету в наборе. Исключениями могут быть прямые контекстные указания, или если из контекста ясно вытекает иное.

Используемый в настоящем описании термин "эпокси" означает или .

Используемый в настоящем описании термин "гетероарил" означает ароматический цикл или систему циклов (т.е. двум или более сконденсированным циклам, имеющим два общих соседних атома), которые содержат один или более гетероатомов, то есть элемент, отличный от углерода, и неограничивающие примеры гетероарилов включают в основной цепи цикла азот, кислород и серу. Если гетероарил представляет собой систему циклов, то каждый цикл в системе является ароматическим. Гетероарильная группа может содержать от 5 до 18 членов цикла.

Используемый в настоящем описании термин "гетероциклил" означает неароматическое циклическое кольцо (цикл) или систему циклов, содержащую по меньшей мере один гетероатом в основной цепи цикла. Гетероциклилы могут быть соединены друг с другом в сконденсированную систему, соединены мостиком или в виде спиро-кольцевой системы. Гетероциклилы могут иметь любую степень насыщения при условии, что по меньшей мере один цикл в системе циклов не является ароматическим. В системе циклов гетероатом (гетероатомы) может присутствовать в неароматическом или ароматическом цикле. Гетероциклильная группа может содержать от 3 до 20 членов цикла (т.е. количество атомов, составляющих основную цепь цикла, включая атомы углерода и гетероатомы). Гетероциклильная группа может быть обозначена как "3-6-членный гетероциклил" или аналогичными обозначениями. В некоторых примерах гетероатом (гетероатомы) представляет собой О, N или S.

Используемый в настоящем описании термин "гидразин" или "гидразинил" относится к группе -NHNH₂.

Используемый в настоящем описании термин "гидразон" или "гидразонил" относится к группе , в которой R_a и R_b имеют значения, приведенные выше в настоящем описании.

Используемый в настоящем описании термин "гидроксил" означает -ОН группу. Гидроксильные группы согласно изобретению могут быть присоединены к атомам углерода или кремния.

Используемый в настоящем описании термин "промежуточная область" означает область слоя гидрофобного полимера, нанесенного в виде схемы, которая отделяет доступные для воздействия участки нижележащей пленки смолы. Промежуточная область может отделять один элемент, определяемый нанесенным в виде схемы слоем гидрофобного полимера (например, углубление), от другого элемента, определяемого нанесенным в виде схемы слоем схемы гидрофобного полимера. Два отделенных друг от друга элемента могут быть дискретными, т.е. не имеющими контакта друг с другом. В другом примере промежуточная область может отделять первую часть элемента от второй части элемента. В различных примерах промежуточная область непрерывна, в то время как элементы дискретны, например, как в случае совокупности лунок, ограниченных в остальном непрерывным слоем гидрофобного полимера, нанесенным в виде схемы. Разделение, обеспечиваемое промежуточными областями, может быть частичным или полным разделением. В качестве поверхностного материала на промежуточные области нанесен слой гидрофобного полимера, а поверхностным материалом на элементах, ограниченных слоем гидрофобного полимера, служит пленка смолы. Если сама пленка смолы нанесена в виде схемы, то термин "промежуточная область" также применяют для описания области, которая отделяет один элемент, определяемый нанесенной в виде схемы пленкой, от другого элемента, определяемого нанесенной в виде схемы пленкой.

Термин "N-амидогруппа" означает группу "-N(R_a)C(=O)R_b", в которой каждый из R_a и R_b независимо выбран из водорода, С1-6 алкила, С2-6 алкенила, С2-6 алкинила, С3-7 карбоциклила, С6-10 арила, 5-10-членного гетероарила и 5-10-членного гетероциклила, определения которых приведены выше). Примером N-амидогруппы является , где R_a представляет собой водород, и R_b представляет собой С2-алкенил. Одной из конкретных N-амидогрупп также является акриламид. Следует понимать, что атом Н в акриламиде может быть замещен алкилом или другой функциональной группой, и, таким образом, может быть применен замещенный акриламид. Кроме того, R_b может представлять собой алкил, замещенный С2-алкенилом (что приводит к получению, например, метакриламидной группы).

Используемый в настоящем описании термин "нитрилоксид" означает группу "R_aC≡N⁺O^-", в которой R_a имеет определение, рассмотренное выше в настоящем описании. Примеры получения нитрилоксида включают генерацию in situ из альдоксимов под действием хлорамида-Т или при действии основания на имидоилхлориды [RC(CI)=NOH].

Используемый в настоящем описании термин "нитрон" означает группу "R_aR_bC=NR_c⁺O^-", в которой R_a и R_b имеют значения, рассмотренные выше в настоящем описании, и R_c выбран из C_1-6-алкила, С_2-6-алкенила, С_2-6-алкинила, С_3-7-карбоциклила, С_6-10-арила, 5-10-членного гетероарила и 5-10-членного гетероциклила, которые имеют значения, рассмотренные в настоящем описании.

Используемый в настоящем описании термин "нуклеотид" включает азотсодержащее гетероциклическое основание, сахар и одну или более фосфатных групп. Нуклеотиды представляют собой мономерные единицы последовательности нуклеиновой кислоты. В РНК сахар представляет собой рибозу, а в ДНК - дезоксирибозу, т.е. сахар, не имеющий гидроксильной группы, которая присутствует в положении 2' рибозы. Азотсодержащее гетероциклическое основание (т.е. нуклеиновое основание) может представлять собой пуриновое основание или пиримидиновое основание. Пуриновые основания включают аденин (А) и гуанин (G) и их модифицированные производные или аналоги. Пиримидиновые основания включают цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U) и их модифицированные производные или аналоги. Атом С-1 дезоксирибозы связан с N-1 пиримидна или N-9 пурина.

Используемый в настоящем описании термин "фотокислотный генератор" означает соединение, которое становится более кислым или высвобождает ионы протона при поглощении света. Примеры фотокислотных генераторов включают соли йодония, такие как перфтор-1-бутансульфонат бис(4-трет-бутилфенил)йодония или пара-толуолсульфонат бис-(4-трет-бутилфенил)йодония, и трифлаты (трифторметансульфонаты) сульфония, такие как трифлат (4-трет-бутилфенил)дифенилсульфония или трифлат трифенилсульфония. В альтернативных примерах осуществления отверждение может быть проведено при повышенных температурах в присутствии реагентов, которые при нагреванию высвобождают in situ сильную кислоту.

Используемый в настоящем описании термин "плазменное травление" относится к способу удаления органического вещества со структурированной многослойной пластины или поверхности (например, с пленки смолы) кислородной или воздушной плазмой. Продукты, получаемые при плазменном травлении, могут быть удалены с помощью вакуумного насоса/вакуумной системы. Плазменное травление может активировать поверхность носителя посредством введения реакционноспособных -ОН или гидроксильных групп. Вводимые гидроксильные группы могут быть присоединены к, например, атомам углерода и/или кремния, находящимся в пленке смолы. Вводимые группы также могут включать карбоксильные группы.

Используемые в настоящем описании термины "полимерное покрытие" и "полимерная щетка" означают полужесткий полимерный материал, проницаемый для жидкостей и газов, который закреплен на подложке/носителе. Полимерное покрытие и полимерная щетка могут представлять собой гидрогель, который может набухать при впитывании жидкости и может сокращаться при удалении жидкости сушкой. Полимерное покрытие может быть осаждено, и полимерная щетка может быть выращена из сайта инициирования роста полимера.

Используемый в настоящем описании термин "полиэдральный олигомерный силсесквиоксан" (POSS) означает химическую композицию, которая представляет собой гибридное соединение (RSiO_1.5), промежуточное между оксидом кремния (SiO₂) и кремнийорганическим материалом (R₂SiO). Ее состав соответствует кремнийорганическому соединению с химической формулой [RSiO_3/2]_n, где группы R могут быть одинаковыми или различными. В качестве мономерных единиц композиция может включать одну или более различных структур типа "клетки" или "ядра". В некоторых примерах структура включает полиоктаэдральную структуру типа "клетки" или "ядра". Например, полиэдральная структура может представлять собой структуру Т₈, такую как: , которая может быть представлена обозначением: . Такая мономерная единица обычно содержит восемь ответвлений в виде функциональных групп R₁-R₈.

Мономерная единица может иметь структуру типа клетки, содержащую 10 атомов кремния и 10 групп R, обозначаемую Т₁₀, такую как: , или может иметь структуру типа клетки, содержащую 12 атомов кремния и 12 групп R, обозначаемую Т₁₂, такую как: . Материал POSS может включать структуры Т₆, Т₁₄ или Т₁₆ типа клетки. Среднее содержимое клетки может быть уточнено в процессе синтеза и/или регулироваться выбором способов очистки, и примеры осуществления изобретения могут включать определенное распределение размеров клетки, образованной мономерной единицей (единицами). Например, любая из структур типа клетки может присутствовать в количестве, составляющем от приблизительно 30% до приблизительно 100% от общего количества используемых мономерных единиц POSS. Материал POSS может представлять собой смесь структур типа клетки и структур в виде клеток открытого и частично открытого типа. Таким образом, предшественники смол и смолы POSS, рассмотренные в настоящей заявке, включают материалы эпокси-POSS, которые могут представлять собой смесь конфигураций. Например, любой материал POSS, рассмотренный в настоящей заявке, может быть смесью дискретных клеток POSS и недискретных силсесквиоксановых структур и/или не полностью сконденсированных дискретных структур, таких как полимеры, лестничные полимеры и подобные структуры. Таким образом, частично сконденсированные материалы включают рассмотренные в настоящей заявке эпоксидные группы R, расположенные на некоторых вершинах, образуемых атомами кремния, но при этом некоторые атомы кремния не будут замещены группами R, а, напротив, могут быть замещены группами ОН. В некоторых примерах материалы POSS включают смесь различных форм, таких как приведенные ниже:

В примерах, рассмотренных в настоящей заявке, по меньшей мере один из R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ включает эпоксигруппу, и, таким образом, POSS называется эпокси-POSS. В некоторых примерах большинство ответвлений, например, восемь, десять или двенадцать ответвлений или групп R включают эпоксигруппы. В других примерах R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ одинаковы, и, таким образом, каждый из R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ включает эпоксигруппу. В контексте настоящей заявки этот тип POSS (т.е. где R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ включают одинаковые эпоксигруппы) может быть обозначен как "POSS", к которому присоединена конкретная функциональная эпоксигруппа. Например, представляет собой клетку POSS, где в качестве каждой из групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ присоединена эпоксициклогексилметильная функциональная группа. В других примерах R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ не одинаковы, и, таким образом, по меньшей мере одна из групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ включает эпоксигруппу и по меньшей мере одна из других групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ представляет собой функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, которая в некоторых случаях выбрана из группы, состоящей из азида/азидогруппы, тиола, полиэтиленгликоля, норборнена и тетразина, или дополнительно, например, алкила, арила, алкоксигруппы и галогеноалкильных групп. В некоторых аспектах функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, выбирают с целью повышения поверхностной энергии смолы. В таких примерах отношение количества эпоксигрупп к количеству групп, не являющихся эпоксигруппами, составляет от 7:1 до 1:7 или от 9:1 до 1:9 или от 11:1 до 1:11. В любых примерах наличие дизамещенной или монозамещенной (терминальной) эпоксигруппы (эпоксигрупп) позволяет протекать полимеризации мономерных единиц с образованием поперечно-сшитой матрицы (т.е. пленки смолы) после инициирования ультрафиолетовым (УФ) излучением и кислотой. В некоторых аспектах эпокси-POSS включает терминальные эпоксигруппы.

Если эпокси-POSS упоминается как "модифицированный эпокси-POSS," то это означает, что в смолу или основную структуру или структуру типа клетки в качестве одной или более функциональной группы R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ включен агент роста цепи при контролируемой радикальной полимеризации (CRP) и/или другая целевая функциональная группа. Аналогично, если пленка смолы эпокси-POSS названа "пленкой из смолы модифицированного эпокси-POSS," то это означает, что в поперечно-сшитую матрицу включен агент роста цепи при контролируемой радикальной полимеризации (CRP) и/или другая целевая функциональная группа.

Используемый в настоящем описании термин "праймер" означает одноцепочечную последовательность нуклеиновой кислоты (например, одноцепочечную ДНК или одноцепочечную РНК), которая служит начальной точкой для синтеза ДНК или РНК. Конец 5' праймера может быть модифицирован для проведения реакции присоединения к слою покрытия из функционализированной молекулы. Длина праймера может составлять любое количество оснований, и праймер может включать различные не встречающиеся в природе нуклеотиды. В одном из примеров праймер секвенирования представляет собой короткую цепочку, включающую от 10 до 60 оснований.

Используемый в настоящем описании термин "сенсибилизатор" означает реагент, повышающий фотореакционную способность мономеров компонента за счет высвобождения реакционноспособных частиц, таких как свободные радикалы, например, фотоинициатор, инициатор образования свободных радикалов, азобисизобутиронитрил (англ. azobisisobutyronitrile, сокращенно AIBN), бензоилпероксид, 1-гидроксициклогексилфенилкетон (англ. 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, сокращенно HCPK) или тиоксантенон. В некоторых аспектах сенсибилизатор выбран для обеспечения лучшего соответствия энергии с энергией фотокислотного генератора, так, чтобы кислота высвобождалась из фотокислотного генератора при выбранных параметрах УФ излучения.

Используемый в настоящем описании термин "силан" означает органическое или неорганическое соединение, содержащее один или более атомов кремния. Примером неорганического силана является SiH₄ или галогенированный SiH₄, в котором водород замещен одним или более атомами галогена. Примерами органического силана являются соединения X-R^B-Si(OR^C)₃, в котором X представляет собой функционализируемую органическую группу, такую как аминогруппа, метакрилат, тиол, алкил, алкенил, циклоалкенил, алкинил или эпоксигруппа, которая может быть применена для присоединения к поверхности и/или полимеру; R^B представляет собой спейсер, например алкилен, гетероалкилен или -(СН₂)_n-, где n составляет от 0 до 1000 или от 1 до 100 или от 1 до 10 или от 2 до 6; R^C выбран из водорода, необязательно замещенного алкила, необязательно замещенного алкенила, необязательно замещенного алкинила, необязательно замещенного карбоциклила, необязательно замещенного арила, необязательно замещенного 5-10-членного гетероарила и необязательно замещенного 5-10-членного гетероциклила, определения которых приведены выше. В некоторых примерах все группы R^C одинаковы, а в других примерах они могут быть различными. В некоторых примерах X представляет собой алкенил или циклоалкенил, R^B представляет собой -(СН₂)_n-, где n составляет от 2 до 6, и/или R^C представляет собой алкил. В другом примере силан представляет собой X-R^B-Si(R^D)₃, и определения X и R^B приведены выше, и каждый R^D независимо представляет собой R^C или OR^C. В некоторых примерах X включает подложку или носитель. Обычно алкоксисилановый фрагмент применяют для конденсации с -ОН группами, такими как -ОН группы на поверхности сетки эпокси-POSS, обработанной оксидом металла или плазмой. Функциональная группа X ортогональна по отношению к алкоксисилану, и ее применяют для отдельного взаимодействия с инициатором CRP или другим инициатором. Ортогональная природа реакционноспособных групп позволяет вводить единицу CRP после проведения этапа отверждения смолы POSS или после этапа силанизации поперечно-сшитой смолы. Используемый в настоящем описании термин "силан" может включать смеси различных силанов и/или производных силана.

В настоящем описании термины "подложка" и "носитель" используются взаимозаменяемо и означают материал, на который наносят пленку смолы. Примеры подходящих материалов носителей включают стекло и модифицированное или функционализированное стекло, полимеры (включающие акриловые полимеры, полистирол и сополимеры стирола и других материалов, поливинилхлорид, сложные полиэфиры, поликарбонаты, полиметилметакрилат, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретаны, политетрафторэтилен (ПТФЭ) (такой как TEFLON®, поставляемый Chemours), циклические олефины/циклоолефиновые полимеры (англ. cycloolefin polymer, сокращенно СОР) или сополимеры (англ. cycloolefin copolymer, сокращенно СОС) (такие как ZEONOR®, поставляемый Zeon), полиимиды и т.д.), нейлон, керамические материалы, оксид кремния, плавленый оксид кремния или материалы на основе оксида кремния, кремний и модифицированный кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, гидрид кремния, углерод, металлы, неорганические стекла и пучки оптоволокна. Несмотря на то, что выше были предоставлены некоторые примеры, следует понимать, что могут быть применены любые другие подходящие подложки/носители.

Используемый в настоящем описании термин "находящееся на поверхности химическое вещество" означает полимерное покрытие или полимерную щетку и праймер (праймеры), присоединенные к по меньшей мере части пленки из смолы эпокси-POSS, находящейся на поверхности носителя/подложки.

Функциональная "тиольная" группа означает-SH (например, ).

Используемые в настоящем описании термины "тетразин" и "тетразинил" означают шестичленную гетероарильную группу, включающую четыре атома азота. Тетразин может быть необязательно замещен. В одном из примеров, тетразин представляет собой часть мультицикличской структуры, в которой циклы не имеют общих атомов углерода (например, ).

Используемый в настоящем описании термин "тетразол" означает пятичленную гетероциклическую группу, включающую четыре атома азота.

Используемый в настоящем описании термин "смачивающий агент" означает добавку, которая способствует распределению компонентов смеси предшественником смолы по поверхности. Примеры таких агентов включают поверхностно-активные вещества, такие как полиакрилатные поверхностно-активные вещества или кремнийорганические поверхностно-активные вещества.

Используемый в настоящем описании термин "способ YES" относится к способу химического осаждения из газовой фазы, разработанному lllumina, Inc., в котором применяют устройство для химического осаждения из газовой фазы, предоставляемое Yield Engineering Systems (сокращенно "YES"). Устройство включает три различные системы осаждения из газовой фазы. Автоматизированная система YES-VertaCoat для нанесения покрытия из паров силана предназначена для серийного выпуска и снабжена гибким модулем для манипулирования многослойными пластинами, подходящим для работы с многослойными пластинами размером 200 мм или 300 мм. Система YES-1224P для нанесения покрытия из паров силана с ручной загрузкой предназначена для универсального серийного выпуска и снабжена камерами большой емкости с изменяемой конфигурацией. Система Yes-LabKote представляет собой экономичную настольную версию, идеально подходящую для анализа применимости и для проведения исследований.

Аспекты и примеры, представленные в настоящем описании и раскрытые в пунктах формулы изобретения, следует рассматривать в свете приведенных выше определений.

На Фиг. 1A-1F представлен пример способа согласно изобретению, согласно которому получают пример биочипа, рассмотренного в настоящей заявке. На Фиг. 1Е представлено в увеличенном виде углубление образуемого биочипа.

На Фиг. 1А представлен носитель 12, на котором образована пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. Может быть применен любой пример носителя 12, рассмотренный выше в настоящей заявке. В одном из примеров носитель 12, на котором образована пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, коммерчески доступен. В другом примере на носителе 12 сформирована пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Обычно пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS может быть получена путем образования предшественника смолы, нанесения предшественника смолы на поверхность носителя 12 и облучения УФ светом для отверждения предшественника смолы, что приводит к образованию пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Предшественник смолы представляет собой смесь, которая включает по меньшей мере мономерную единицу эпокси-POSS. Предшественник включает кремнийсодержащие фрагменты, такие как атомы D-кремния (присоединенные к двум атомам кислорода), атомы Т-кремния (присоединенные к 3 атомам кислорода) и атомы Q-кремния (присоединенные к 4 атомам кислорода). Как было отмечено выше, материалы POSS могут включать полиэдральные структуры типа клетки, дискретные, но не полностью сконденсированные полиэдральные структуры или недискретные силсесквиоксановые структуры, каждая из которых может иметь различные размеры. Примеры мономерных единиц эпокси-POSS включают эпоксициклогексил-алкил-POSS (где алкил, является линкером между клеткой POSS и эпоксициклогексильными группами и представляет собой метил, этил и т.д.), глицидил-POSS (где R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ группы включают алкил (например, метил, этил, пропил и т.д.), присоединенный к простому глицидиловому эфиру; например, ), октаглицидилдиметилсилил-POSS или подобные структуры. В некоторых примерах предшественник смолы включает один тип мономерной единицы эпокси-POSS. В других примерах предшественник смолы включает различные мономерные единицы эпокси-POSS. Если две различные мономерные единицы эпокси-POSS применяют в комбинации, то может быть выбрана любая подходящая масса или молярное отношение этих двух единиц. Например, количество (X) первой мономерной единицы эпокси-POSS может составлять от приблизительно 10% мол. до приблизительно 90% мол. от общего количества мономерных единиц эпокси-POSS, и вторая мономерная единица эпокси-POSS может составлять дополнение до 100% общего количества мономерных единиц (т.е. 100% мол. - Х% мол.). В одном из примеров эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS применяют совместно в массовом или молярном отношении, составляющем приблизительно 3:1, хотя, как было отмечено выше, могут быть применены другие массовые или молярные отношения.

В некоторых примерах предшественник смолы также включает эпоксисилан или другой реакционноспособный силан, который может быть включен в матрицу из поперечно-сшитой смолы POSS. На одном конце молекулы эпоксисилана имеется эпоксигруппа, а на другом конце молекулы эпоксисилана имеется группа силана. Эпоксигруппа может быть связана ковалентной связью и включена в пленку из смолы эпокси-POSS (посредством реакции эпоксигруппы), и группа силана может быть присоединена ковалентной связью к поверхностным группам (например, -ОН) носителя 12. Эпоксисилан может быть включен, если носитель 12 не содержит вещества-активатора (веществ-активаторов) поверхности, которые позволяют прикреплять пленку из смолы эпокси-POSS к носителю 12. Однако следует понимать, что эпоксисилан можно не применять, если носитель 12 представляет собой подложку на основе оксида кремния в комбинации с подходящим веществом-активатором поверхности, которое может способствовать прилипанию пленки из смолы эпокси-POSS к носителю 12.

В других примерах, если носитель 12 не включает вещество-активатор (вещества-активаторы) поверхности, то предшественник смолы, применяемый для образования пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, может не включать эпоксисилан или другой реакционноспособный силан. Напротив, эпоксисилан или другой реакционноспособный силан и по меньшей мере одна мономерная единица (единицы) эпокси-POSS могут быть сначала осаждены с целью прикрепления силана к носителю 12, и затем рассмотренный выше предшественник смолы (не содержащий силана) может быть введен в реакцию с силаном, что приводит к образованию пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Предшественник смолы также может включать фотокислотный генератор (англ. photoacid generator, сокращенно PAG), сенсибилизатор, растворитель и/или смачивающий агент. Эти компоненты могут быть добавлены в любом подходящем количестве для улучшения протекания полимеризации и/или осаждения предшественника смолы. В некоторых аспектах всех способов, рассмотренных в настоящей заявке, предшественник смолы включает смачивающий агент, такой как поверхностно-активное вещество на основе полиакрилата или поверхностно-активное вещество на основе кремнийорганического соединения.

В некоторых примерах не полностью сконденсированные силсесквиоксановые материалы, содержащиеся в предшественнике POSS (которые содержат силанольные группы), реагируют с поверхностью подложки, закрепляя смолу на этой поверхности.

На Схеме 1 представлен один из примеров предшественника смолы и образующейся из него пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Схема 1

Полимеризация пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS

На Схеме 1А представлен другой пример пленки из поперечно-сшитой смолы.

Схема 1А Пленка из поперечно-сшитой смолы

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что показанные полимеры приведены для примера, поскольку индивидуальные мономеры могут комбинироваться в любом порядке или структуре полимера, и к показанным мономерным единицам могут быть присоединены дополнительные мономеры, например, боковые ответвления клеток могут быть соединены с дополнительными мономерами.

Как показано в этом примере, предшественник смолы образуется смешиванием эпоксисилана (который может присоединяться к носителю 12 через кислородную связь, как показано на Схеме 1), эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS в присутствии сенсибилизатора и PAG (фотокислотного генератора). В другом примере закрепленный на носителе эпоксисилан может иметь структуру Носитель-O-Si(R)₂-O-С_2-6алкил-(эпоксид), в которой каждый R представляет собой алкильную группу, такую как метильная или этильная группа. В некоторых примерах предшественник смолы образуется смешиванием закрепленной на носителе эпоксидной смолы с одной или двумя различными мономерными единицами эпокси-POSS. В других примерах предшественник смолы осаждают на поверхность носителя 12 любым подходящим способом осаждения. Отверждение (т.е. полимеризацию и образование поперечных связей) предшественника смолы выполняют под действием актиничного излучения (такого как ультрафиолетовое (УФ) излучение). Это приводит к образованию пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. Отношение количеств мономеров в готовой пленке 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS зависит от стехиометрии мономеров в исходной смеси предшественника смолы.

В некоторых примерах способа, показанного на Фиг. 1A-1F, пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS после отверждения может быть подвергнута жесткой сушке. Жесткая сушка способствует завершению реакции образования поперечных связей (например, УФ инициирует полимеризацию/образование поперечных связей, и реакция продолжается в темноте до завершения). При жесткой сушке также происходит инкубация или обезвоживание пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, при котором происходит удаление растворителя (растворителей), которые могут оставаться после отверждения. Продолжительность жесткой сушки может составлять от приблизительно 5 секунд до приблизительно 10 минут при температуре, составляющей от приблизительно 100°C до приблизительно 300°C. Пример устройства, которое может быть применено для проведения жесткой сушки, включает нагреваемую пластину.

Как показано на Фиг. 1А, в некоторых примерах пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS не имеет вдавленного рельефа.

Как показано на Фиг. 1А и Фиг. 1В, могут быть выполнены два различных варианта: Вариант А или Вариант В. При выполнении Варианта А нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера образуется на пленке 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS без дополнительной обработки пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. При выполнении Варианта В нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера образуется на пленке 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS после проведения дополнительной обработки, проводимой с целью введения в пленку 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS функциональных групп, которые могут ковалентно связываться с функциональной группой полимерного покрытия 22, наносимого при последующей обработке.

В Варианте А перед образованием наносимого в виде схемы слоя 16 гидрофобного полимера пленку 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS не подвергают дополнительной обработке. Таким образом, нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера образуется на пленке 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, которая имеет тот вид, в котором она была получена.

Нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера может быть изготовлен из любого полимера, более гидрофобного, чем пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, который не прикрепляется к наносимому впоследствии полимерному покрытию 22. Примеры гидрофобного полимера включают фторированный полимер, негативный фоторезист или полисилоксан. Фторированный полимер может представлять собой аморфный (некристаллический) фторполимер (например, CYTOP®, поставляемый Bellex), кристаллический фторполимер или фторполимер, включающий как аморфные, так и кристаллические области. Может быть применен любой подходящий негативный фоторезист, такой как негативные фоторезисты на основе эпоксидов (например, серии SU-8, поставляемой MicroChem). Также может быть применен любой подходящий полисилоксан, такой как полидиметилсилоксан (англ. polydimethylsiloxane, сокращенно PDMS).

Нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера может быть образован любым подходящим способом. В одном из примеров для образования нанесенного в виде схемы слоя 16 гидрофобного полимера гидрофобный полимер осаждают (например, центрифугированием и т.д.) на пленку 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, и на осажденный гидрофобный полимер наносят схему с помощью наноимпринтной литографии и/или фотолитографии. В другом примере для образования нанесенного в виде схемы слоя 16 гидрофобного полимера гидрофобный полимер осаждают в виде требуемой схемы на пленку 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS с помощью струйной печати и/или микроконтактной печати.

Нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера может представлять собой непрерывный слой, который включает промежуточные области 20, разделяющие соседние углубления 18. В каждом углублении 18 дискретные участки пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS доступны для воздействия (как показано на Фиг. 1В).

Изобретение включает применение различных схем расположения углублений 18, которые включают упорядоченные, повторяющиеся и неупорядоченные схемы. В одном из примеров углубления 18 расположены в виде гексагональной сетки с целью достижения плотной упаковки и повышенной плотности. Другие схемы расположения могут включать, например, прямолинейные (т.е. прямоугольные) схемы расположения, треугольные схемы расположения и т.д. Схема или шаблон расположения углублений 18 может находиться в х-у формате, то есть включать ряды и колонки. В некоторых других примерах схема или шаблон расположения углублений 18 и/или промежуточных областей 20 может представлять собой повторяющееся размещение. В других примерах схема или шаблон расположения углублений 18 и/или промежуточных областей 20 может представлять собой неупорядоченное размещение. Схема может включать участки, плоскости, лунки, столбики, полосы, изгибы, линии, треугольники, прямоугольники (например, ограничивающие проточные каналы), круги, арки, шахматные схемы, перекрещивающиеся полосы, диагонали, стрелки, квадраты и/или перекрещивающиеся штрихи. В некоторых примерах схема включает лунки. Другие примеры поверхностных схем, которые могут быть применены в примерах настоящего изобретения, рассмотрены в патентах US 8778849, US 9079148, US 8778848 и опубликованной патентной заявке US 2014/0243224, содержания которых полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки.

Схема или шаблон расположения углублений может быть охарактеризована плотностью углублений 18 (т.е. количеством углублений 18) в ограниченной области. Например, углубления 18 могут присутствовать с плотностью, составляющей приблизительно 2 миллиона на мм². Могут быть достигнуты различные значения плотности, включающие, например, плотность, составляющую по меньшей мере приблизительно 100 на мм², приблизительно 1000 на мм², приблизительно 0,1 миллиона на мм², приблизительно 1 миллион на мм², приблизительно 2 миллиона на мм², приблизительно 5 миллионов на мм², приблизительно 10 миллионов на мм², приблизительно 50 миллионов на мм² или более. В альтернативном варианте или дополнительно может выбрана величина плотности, не превышающая приблизительно 50 миллионов на мм², приблизительно 10 миллионов на мм², приблизительно 5 миллионов на мм², приблизительно 2 миллиона на мм², приблизительно 1 миллион на мм², приблизительно 0,1 миллиона на мм², приблизительно 1000 на мм², приблизительно 100 на мм² или менее. Также следует понимать, что плотность размещения углублений 18, ограничиваемых нанесенным в виде схемы слоем 16 гидрофобного полимера может составлять от одной из нижних величин до одной из верхних величин, выбранных из указанных выше диапазонов. Например, биочип с высокой плотностью может быть охарактеризован как биочип, содержащий углубления 18, разделенные промежуточной областью 20, размером менее приблизительно 1 мкм, и биочип с низкой плотностью может быть охарактеризован как биочип, содержащий углубления 18, разделенные промежуточной областью 20, размером более приблизительно 1 мкм.

Также или в альтернативном варианте характеристикой схемы или шаблона расположения может быть средний шаг, т.е. расстояние от центра углубления 18 до центра соседней промежуточной области 20 (расстояние от центра до центра). Схема может быть упорядоченной, то есть иметь малый коэффициент отклонения среднего шага, или схема может быть неупорядоченной, и в этом случае коэффициент отклонения может быть относительно большим. В любом случае средний шаг может составлять, например, по меньшей мере приблизительно 10 нм, приблизительно 0,1 мкм, приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 100 мкм или более. В альтернативном варианте или дополнительно наибольшее значение среднего шага может составлять, например, приблизительно 100 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 0,1 мкм или менее. Величина среднего шага конкретной схемы расположения углублений 18 может составлять от одной из нижних величин до одной из верхних величин, выбранных из указанных выше диапазонов. В одном из примеров шаг между углублениями 18 (расстояние от центра до центра) составляет приблизительно 1,5 мкм.

В одном из примеров, показанном на Фиг. 1В, углубления 18 представляют собой лунки. Лунки могут представлять собой микролунки или нанолунки. Характеристики каждой лунки могут включать объем, площадь отверстия лунки, глубину и/или диаметр.

Каждая лунка может иметь любой объем, достаточный для удержания жидкости. Минимальный или максимальный объем может быть выбран, например, для достижения требуемой производительности (например, мультиплексности) и разрешения, для соответствия составу анализируемого вещества или реакционной способности анализируемого вещества, которые ожидаются, если биочип 10' применяют в качестве устройства последующей обработки (как показано на Фиг. 1F). Например, объем может составлять по меньшей мере приблизительно 1×10^-3 мкм³, приблизительно 1×10^-2 мкм³, приблизительно 0,1 мкм³, приблизительно 1 мкм³, приблизительно 10 мкм³, приблизительно 100 мкм³ или более. В альтернативном варианте или дополнительно наибольший объем может составлять приблизительно 1×10⁴ мкм³, приблизительно 1×10³ мкм³, приблизительно 100 мкм³, приблизительно 10 мкм³, приблизительно 1 мкм³, приблизительно 0,1 мкм³ или менее.

Площадь, занимаемая отверстием каждой лунки на поверхности, может быть выбрана с учетом критериев, аналогичных указанным выше для объема лунки. Например, площадь, занимаемая отверстием каждой лунки на поверхности, может составлять по меньшей мере приблизительно 1×10^-3 мкм², приблизительно 1×10^-2 мкм², приблизительно 0,1 мкм², приблизительно 1 мкм², приблизительно 10 мкм², приблизительно 100 мкм² или более. В альтернативном варианте или дополнительно наибольшая площадь может составлять приблизительно 1×10³ мкм², приблизительно 100 мкм², приблизительно 10 мкм², приблизительно 1 мкм², приблизительно 0,1 мкм², приблизительно 1×10^-2 мкм² или менее.

Глубина каждой лунки может составлять по меньшей мере приблизительно 0,1 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 100 мкм или более. В альтернативном варианте или дополнительно наибольшая глубина лунки может составлять приблизительно 1×10³ мкм, приблизительно 100 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,1 мкм или менее.

В некоторых примерах диаметр каждой лунки может составлять по меньшей мере приблизительно 50 нм, приблизительно 0,1 мкм, приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 100 мкм или более. В альтернативном варианте или дополнительно наибольший диаметр лунки может составлять приблизительно 1×10³ мкм, приблизительно 100 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 0,1 мкм или менее (например, приблизительно 50 нм).

В Варианте В, показанном на Фиг. 1А и Фиг. 1В, пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS доступна для дополнительной обработки до образования на ней наносимого в виде схемы слоя 16 гидрофобного полимера, рассмотренного выше.

Такая дополнительная обработка может включать плазменное травление или химическую обработку с целью введения в пленку 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS гидроксильных групп. В некоторых примерах обработка представляет собой травление кислородной плазмой, в результате которого в пленку смолы вводят свободные -ОН группы (например, гидроксильные и/или карбоксильные группы). На Схеме 2 представлен один из примеров введения гидроксильных групп в пленку 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Схема 2

Плазменное травление пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS

На Схеме 2А представлен другой пример введения гидроксильных групп в пленку 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Схема 2А

Плазменное травление пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS

Пленка 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, содержащая гидроксильные группы, затем может быть подвергнута силанизации или другой химической обработке с целью введения функциональных групп (например, "ФГ" на Фиг. 1Е), которые могут присоединяться к гидроксильной группе (группам). Функциональные группы ФГ могут представлять собой закрепляющие молекулы, которые усиливают закрепление наносимого позже полимерного покрытия 22 на пленке 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, которая открыта для воздействия в углублениях 18. Таким образом, выбор функциональной группы ФГ может частично зависеть от типа молекулы, которую применяют для образования полимерного покрытия 22 (показанного на Фиг. 1С), поскольку может потребоваться образование ковалентной связи и/или нековалентной связи (например, Ван дер Ваальсовых или водородных связей) между функциональной группой ФГ и осаждаемого позднее полимерного покрытия 22. Примеры функциональных групп ФГ выбраны из группы, состоящей из: где n составляет от 1 до 20, и где - представляет собой алкилсилан (например, по реакции гидроксильных групп с триал коксиалкилсиланом), полиэтиленгликоль-силан (например, по реакции гидроксильных групп с триалкоксисиланполиэтиленгликолем) или алкил галогенид-силан (например, по реакции гидроксильных групп с алкилгалогенидом) или цепочку полиэтиленгликоля, или любой другой силан, который может образовывать трехпозиционное соединение с гидроксильной группой (группами) или другой группой, которая может образовывать связь С-С-О- с гидроксильной группой (группами). Могут быть применены указанные функциональные группы или любые другие функциональные группы, которые могут выдерживать обработку, связанную с образованием наносимого в виде схемы слоя 16 гидрофобного покрытия. Условия проведения способа также могут быть изменены для работы с требуемыми функциональными группами. Несмотря на то, что выше были приведены примеры функциональных групп, следует понимать, что к пленке 14 из смолы эпокси-POSS могут быть ковалентно присоединены или в пленке 14 могут быть захвачены другие гидрофильные или гидрофобные функциональные группы, которые придают пленке 14 из смолы эпокси-POSS требуемые функциональные свойства. Дополнительно могут быть применены производные различных функциональных групп ФГ и/или замещенные варианты функциональных групп ФГ. В других примерах может быть нанесено полимерное покрытие, которое отверждают, получая пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, непосредственно после проведения плазменного травления, без проведения отдельного этапа силанизации или функционализации.

Способ, применяемый для присоединения функциональной группы ФГ к гидроксильным группам пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, может быть различным, и его выбор может зависеть от типа применяемой функциональной группы ФГ. Примеры подходящих способов включают осаждение из газовой фазы, способ YES, способы осаждения из раствора или другие способы осаждения.

В Варианте В пленку 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS подвергают модификации, получая функционал изированную пленку 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. Затем на функционализированную пленку 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS способами, рассмотренными выше, может быть нанесен в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера (включающий промежуточные области 20 и углубления 18). В этом примере находящиеся в углублениях 18 дискретные части функционализированной пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS доступны для воздействия.

Независимо от того, выполняют ли Вариант А или Вариант В, после нанесения в виде схемы слоя 16 гидрофобного полимера, на нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера и на углубления 18 наносят полимерное покрытие 22, или полимерное покрытие 22 выращивают на нанесенном в виде схемы слое 16 гидрофобного полимера и на углубления 18. Это показано на Фиг. 1С.

Полимерное покрытие 22 может быть осаждено на нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера и на доступные для воздействия поверхности пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS или функционализированной пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS способами нанесения покрытия центрифугированием, нанесения покрытия погружением или маканием, нанесения покрытия распылением или подобными способами. В одном из примеров полимерное покрытие 22 наносят в виде раствора, пример которого включает PAZAM в смеси этанола и воды. Может быть применен любой растворитель или комбинация растворителей, которые повышают смачивание. Для улучшения смачивания в раствор также могут быть добавлены поверхностно-активные вещества.

После нанесения полимерное покрытие 22 может быть подвергнуто отверждению для образования прикрепленной части (частей) 22' покрытия (полимерное покрытие 22 закрепляется на доступной для воздействия пленке 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS или функционализированной пленке 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS в углублениях 18) и неприкрепленной части (частей) 22'' покрытия (полимерное покрытие 22 не закрепляется на нанесенном в виде схемы слое 16 гидрофобного полимера (например, в промежуточных областях 20)). Температура отверждения может составлять от приблизительно 20°C до приблизительно 80°C, и продолжительность отверждения может составлять от нескольких секунд до приблизительно 120 минут. В одном из примеров отверждение полимерного покрытия 22 может протекать при приблизительно 60°C в течение приблизительно 1 часа. Температура и продолжительность отверждения могут быть различными и частично зависеть от типа получаемого полимерного покрытия 22.

При использовании Варианта В для получения функционализированной пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS полимерное покрытие 22 может быть выращено из поверхности пленки смолы 14'. Например, носитель 12, на котором имеется пленка смолы 14' и нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера, может быть погружен в подходящую баню, содержащую мономер (мономеры) и инициатор. В результате полимеризации мономера (мономеров) образуется присоединенная часть (части) 22' полимерного покрытия 22.

Присоединенная и неприсоединенная части 22', 22'' покрытия показаны на Фиг. 1С. Механизм закрепления присоединенной части (частей) 22' покрытия зависит от того, является ли пленка пленкой 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS (Вариант А) или функционализированной пленкой 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS (Вариант В).

В одном из примеров полимерное покрытие 22 может присоединяться к непрореагировавшии эпоксигруппам пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS или может быть внедрено в непрореагировавшие эпоксигруппы пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS с образованием присоединенной части (частей) 22' покрытия. Например, свободные аминогруппы, имеющиеся на полимерной структуре (например, имеющей Формулу (I)), могут реагировать с непрореагировавшими эпоксигруппами пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

В другом примере полимерное покрытие 22 может быть присоединено к добавленной функциональной группе (группам) ФГ функционализированной пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS с образованием присоединенной части (частей) 22' покрытия. Тип протекающей реакции зависит от вида функциональной группы ФГ функционализированной пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS и функциональной группы полимерного покрытия 22. Ниже приведены некоторые примеры реакций, которые могут иметь место.

Если функциональная группа ФГ функционализированной пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS представляет собой норборнен или производное норборнена, то норборнен или производное норборнена могут: i) вступать в реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения (т.е. клик-реакцию) с азидом/азидогруппой PAZAM или полимера, имеющего Формулу (I); ii) вступать в реакцию сочетания с группой тетразина, присоединенной к полимерной структуре (например, имеющей Формулу (I)); iii) вступать в реакцию циклоприсоединения с группой гидразона, присоединенной к полимерной структуре (например, имеющей Формулу (I)); iv) вступать в фотоклик-реакцию с группой тетразола, присоединенной к полимерной структуре (например, имеющей Формулу (I)); или v) вступать в реакцию циклоприсоединения с группой нитрилоксида, присоединенной к полимерной структуре (например, имеющей Формулу (I)). Пример норборнена или функциональной группы норборнена, вступающей в реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения с азидом/азидогруппой PAZAM, представлен на Схеме 3.

Схема 3

Клик-реакция между ФГ пленки смолы 14' и полимерного покрытия 22

где группа -CH₂C(O)NHR представляет собой боковую цепочку полимера PAZAM.

В других примерах функциональную группу ФГ функционализированной поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS внедряют в те положения, в которых находились гидроксильные группы, которые были присоединены при функционализации поверхности, рассмотренной выше. На Схеме 3А показан пример, в котором ФГ представляет собой функциональную группу, рассмотренную в настоящей заявке.

Схема 3А

Введение функциональных групп

В некоторых примерах добавочные функциональные группы включают алкеновые или циклоалкановые группы. Один из примеров таких групп показан на Схеме 3В.

Схема 3В

Введение алкенильных или циклоалкенильных функциональных групп

В одном из примеров полимерное покрытие 22 образуется в результате реакции полимерного материала, такого как полимер, имеющий Формулу (I), или PAZAM, или комбинация SFA и азидо- или бром-функционализированного SFA, с висячими (боковыми) функциональными группами. В примере, показанном на Схеме 3С, представлен лишь один реакционный участок на пленке смолы POSS. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что реакция полимерного покрытия с пленкой функционализированной смолы POSS происходит на множестве участков полимера и смолы.

Схема 3С

Присоединение полимерного покрытия

Если функциональная группа ФГ функционализированной пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS представляет собой циклооктин или производное циклооктина, то циклооктин или производное циклооктина может: i) вступать в реакцию облегченного напряжением азид-алкинного 1,3-циклоприсоединения (англ. strain-promoted azide-alkyne 1,3-cycloaddition, сокращенно SPAAC) с азидом/азидогруппой PAZAM (или другого полимера, такого как полимер, имеющий Формулу (I)), или ii) вступать в реакцию облегченного напряжением алкин-нитрилоксидного циклоприсоединения с группой нитрилоксида, присоединенной к полимеру (такого как полимер, имеющий Формулу (I)).

Если функциональная группа ФГ функционализированной пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS представляет собой бициклононин, то, благодаря напряжению в бициклической системе колец, бициклононин может вступать в аналогичную реакцию циклоприсоединения алкина SPAAC с азидами или нитрилоксидами, присоединенными к PAZAM (или к другому подходящему полимерному материалу, такому как полимер, имеющий Формулу (I)).

После образования присоединенной и неприсоединенной части (частей) 22', 22'' покрытия, неприсоединенная часть (части) 22'' покрытия может быть удалена промывкой с нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя 16 (и в некоторых примерах с присоединенной части (частей) 22' покрытия). Промывка может быть проведена с помощью водяной бани и обработки ультразвуком. Температура водяной бани может быть относительно низкой и составлять от приблизительно 20°C до приблизительно 60°C. На Фиг. 1D представлен биочип 10 после удаления неприсоединенной части (частей) 22'' покрытия.

На Фиг. 1Е представлено в увеличенном виде одно из углублений 18 после присоединения к нему части 22' покрытия. В примере, показанном на Фиг. 1Е, образуется функционализированная пленка 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, и функциональной группой ФГ, присоединяемой к поверхности пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, является норборненсилан. PAZAM присоединяется к функциональной группе ФГ с образованием присоединенной части покрытия 22' внутри углубления 18, образованного в нанесенном в виде схемы слое 16 гидрофобного полимера.

Как показано на Фиг. 1F, праймер 24 амплификации может быть привит к присоединенной части 22' полимерного покрытия. Примеры подходящих праймеров 24 включают праймеры прямой амплификации или праймеры обратной амплификации. Конкретные примеры подходящих праймеров 24 включают праймеры Р5 или Р7, которые фиксированы на поверхности коммерчески доступных проточных ячеек, поставляемых lllumina Inc. для секвенирования на инструментальных платформах HiSeq®, HiSeqX®, MiSeq®, NextSeq® и Genome Analyzer®.

Праймер 24 амплификации может быть модифицирован по 5'-концу группой, которая может реагировать с функциональной группой присоединенной части 22' покрытия (например, азидом, показанным на Фиг. 1Е). Например, праймер, имеющий терминальную группу бицикло[6,1,0]нон-4-ина (англ. bicyclo[6.1.0]non-4-yne, сокращенно BCN), может захватываться азидом присоединенной части 22' покрытия в результате облегченной напряжением реакции клик-химии в отсутствие катализатора. В другом примере праймер, имеющий терминальную алкинную группу, может быть захвачен азидом присоединенной части 22' покрытия в результате реакции клик-химии в присутствии медного катализатора. В другом примере праймер, имеющий терминальную группу норборнена, может вступать в отсутствие катализатора в облегченную напряжением в цикле клик-реакцию с присоединенной частью 22' покрытия, функционализированного тетразином. Другие подходящие для применения примеры праймеров, имеющих терминальную группу, включают праймер, имеющий терминальную тетразиновую группу, праймер, имеющий терминальную азидогруппу, праймер, имеющий терминальную аминогруппу, праймер, имеющий терминальную эпоксигруппу или глицидильную группу, праймер, имеющий терминальную тиофосфатную группу, праймер, имеющий терминальную группу тиола, праймер, имеющий терминальную альдегидную группу, праймер, имеющий терминальную гидразиновую группу, и праймер, имеющий терминальную группу триазолиндиона. Другими примерами праймеров, имеющих терминальную группу, являются праймеры, имеющие терминальные тиофосфатные группы.

Прививка может быть произведена нанесением покрытия маканием, нанесением покрытия распылением, распределением раствора или другим подходящим способом, с помощью которого праймер (праймеры) 24 может быть зафиксирован на присоединенных частях 22' покрытия в по меньшей мере некоторых углублениях 18. В каждом из указанных примеров может быть использован раствор или смесь праймера, которые могут включать праймер (праймеры) 24, воду, буфер и необязательный катализатор (катализаторы).

Нанесение покрытия маканием может включать погружение (автоматическое или выполненное вручную) биочипа 10 (показанного на Фиг. 1D) в ряд бань с регулируемой температурой. Бани могут содержать раствор или смесь праймера. При контакте с различными банями праймер (праймеры) 24 закрепляются на присоединенных частях 22' покрытия в по меньшей мере некотором углублении (углублениях) 18. В одном из примеров биочип 10 вводят в первую баню, содержащую раствор или смесь праймера, где происходит реакция присоединения праймера (праймеров) 24, после чего биочип 10' перемещают в следующие бани для промывки.

Нанесение покрытия распылением может быть выполнено распылением раствора или смеси праймера непосредственно на биочип 10. Биочип с покрытием, нанесенным распылением, может быть подвергнут инкубации в течение времени, составляющего от приблизительно 5 минут до приблизительно 60 минут, при температуре, составляющей от приблизительно 10°C до приблизительно 70°C. После инкубации раствор или смесь праймера могут быть разбавлены и удалены, например, с помощью устройства для нанесения покрытия центрифугированием.

Нанесение покрытия распределением раствора может быть выполнено способом, включающим налив и центрифугирование, то есть с помощью устройства для нанесения покрытия центрифугированием. Раствор или смесь праймера могут быть нанесены (вручную или автоматически) на биочип 10. Наносимый раствор или смесь праймера может быть нанесена или распределена по всей поверхности биочипа 10. Биочип 10 с покрытием из праймера может быть подвергнут инкубации в течение времени, составляющего от приблизительно 5 минут до приблизительно 60 минут, при температуре, составляющей от приблизительно 10°C до приблизительно 80°C. После инкубации раствор или смесь праймера могут быть разбавлены и удалены, например, с помощью устройства для нанесения покрытия центрифугированием.

После прививки наносят необходимые химические вещества, наносимые на поверхность, и биочип 10' может быть применен в различных операциях или способах секвенирования.

Пример способа, показанного на Фиг. 1A-1F, также может быть осуществлен с использованием модифицированной мономерной единицы эпокси-POSS. В этом примере предшественник смолы включает мономерную единицу (единицы) эпокси-POSS, рассмотренную выше, и модифицированную мономерную единицу эпокси-POSS. В этих примерах по меньшей мере одна из групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ модифицированной мономерной единицы эпокси-POSS представляет собой эпоксигруппу (для введения в пленку 14 из смолы эпокси-POSS), и по меньшей мере одна из групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ представляет собой другую функциональную группу, которая может ковалентно или нековалентно связываться с функциональной группой наносимого позже полимерного покрытия 22. Таким образом, в этом примере другую функциональную группу вводят непосредственно в основную часть POSS или структуру типа клетки. Примеры других функциональных групп включают любые примеры функциональной группы ФГ.

Предшественники смолы, включающие модифицированную мономерную единицу (единицы) эпокси-POSS, могут включать от приблизительно 50% мол. до приблизительно 90% мол. мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS и от приблизительно 10% мол. до приблизительно 50% мол. модифицированной мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS (т.е. 100% мол. - Х% мол. мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS). Таким образом, массовое или молярное отношение количества мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS к количеству модифицированной мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS в некоторых примерах предшественника смолы составляет от приблизительно 1:1 до приблизительно 9:1. В таких предшественниках смолы, если две различных (немодифицированных) мономерных единицы эпокси-POSS применяют в комбинации, то может быть выбрано любое подходящее массовое или молярное отношение этих двух единиц. Например, первая мономерная единица эпокси-POSS (например, эпоксициклогексилалкил-POSS) может присутствовать в количестве (Y), составляющем от приблизительно 10% мол. до приблизительно 90% мол. от общего количества мономерных единиц эпокси-POSS, и вторая мономерная единица эпокси-POSS (например, глицидил-POSS), может составлять дополнение до 100% от общего количества мономерных единиц эпокси-POSS (т.е. 100% мол. мономерных единиц эпокси-POSS - Y% мол.). В других примерах любые мономерные единицы эпокси-POSS и любые модифицированные мономерные единицы эпокси-POSS могут присутствовать в количестве, составляющем от приблизительно 10% мол. до приблизительно 90% мол.

Применение модифицированной мономерной единицы эпокси-POSS для образования пленки смолы позволяет вводить функциональную группу ФГ непосредственно в основную цепь пленки смолы и, таким образом, обеспечивает создание участка (отличного от непрореагировавших эпоксигрупп) для присоединения полимерного покрытия 22 без дополнительной обработки пленки смолы, предусмотренной в Варианте В.

На Фиг. 2A-2D представлен другой пример способа согласно изобретению, согласно которому получают другой пример биочипа согласно изобретению. На Фиг. 2С в увеличенном виде представлено углубление образованного биочипа.

В примере (примерах) способа, показанного на Фиг. 2A-2D, образуется пленка 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS, которая включает агент роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP) (схематично показанный на Фиг. 2С, где он обозначен цифрой 26), встроенный в матрицу, содержащую поперечные связи. Агент 26 роста цепи в CRP может являться агентом полимеризации с переносом цепи посредством обратимого присоединения и фрагментирования (RAFT) или инициатором радикальной полимеризации с переносом атома (ATRP). При использовании агентов RAFT на полимеризацию влияет ориентация тиокарбонильной группы на поверхности. В одном из примеров агент RAFT может ковалентно присоединяться к поверхности пленки 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS через стабилизирующую группу, в результате чего растущая радикальная цепочка движется в направлении от поверхности. Такой подход называется способом с использованием Z-группы. В другом примере агент RAFT присоединяется к поверхности через отщепляющуюся и инициирующую группу (т.е. подход с использованием R-группы). Подход с использованием R-группы может обеспечивать более успешное регулирование молекулярной массы и позволяет минимизировать взаимодействие между цепочками.

Как более подробно рассмотрено ниже, агент 26 роста цепи в CRP может быть включен в поперечно-сшитую матрицу во время отверждения или после отверждения, и он может быть включен в основную цепь поперечно-сшитой матрицы (через мономерную единицу, не являющуюся POSS, или модифицированную мономерную единицу эпокси-POSS) или может быть присоединен к основной цепи через другую функциональную группу.

На Фиг. 2А представлен носитель 12, на котором образована пленка 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS. Может быть применен любой пример носителя 12, рассмотренный в настоящей выше заявке. В одном из примеров пленку 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS формируют на носителе 12, и на Фиг. 2А представлены три варианта, обозначенные Вариант С, Вариант D и Вариант Е образования пленки 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS.

При выполнении Варианта С образуется предшественник смолы, который включает мономерную единицу, содержащую агент CRP (англ. CRP - controlled radical polymerization); предшественник смолы осаждают на поверхности носителя 12, и предшественник смолы облучают УФ светом для отверждения и образования пленки 14' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS'. Таким образом, Вариант С включает введение агента 26 роста цепи в CRP в основную цепь поперечно-сшитой матрицы пленки смолы 14'' во время отверждения предшественника смолы.

В этом примере предшественник смолы представляет собой смесь, которая включает по меньшей мере мономерную единицу эпокси-POSS и мономерную единицу, содержащую агент CRP. Могут быть применены любые примеры мономерных единиц эпокси-POSS, рассмотренные в настоящей заявке. Мономерная единица, содержащая агент CRP, может представлять собой мономерную единицу, не являющуюся POSS, или модифицированную мономерную единицу эпокси-POSS.

Мономерная единица, содержащая агент CRP и не являющаяся мономерной единицей POSS, не включает основную часть POSS. Напротив, агент 26 роста цепи в CRP присоединяют к функциональной группе, которая может быть внедрена посредством ковалентной связи в пленку 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS вместе с мономерной единицей (единицами) эпокси-POSS. Например, агент 26 роста цепи в CRP может быть введен в реакцию с функциональной эпоксигруппой, приводящую к образованию функционализированного эпоксидной группой агента роста цепи в CRP, такого как функционализированный эпоксидной группой агент RAFT (Схема 4) или функционализированный эпоксидной группой инициатор ATRP (Схема 5).

Схема 4

Образование функционализированного эпоксидной группой агента RAFT

На Схеме 4 агент RAFT представляет собой сложный эфир 2-(додецилтиокарбонотиоилтио)-2-метилпропионовой кислоты и 3-азидо-1-пропанола, и функциональная эпоксигруппа представляет собой простой глицидилпропаргиловый эфир. Следует понимать, что могут быть применены другие коммерчески доступные агенты RAFT или агенты RAFT, полученные другими способами. Другим подходящим агентом RAFT является 4-циано-4-[(додецилсульфанилтиокарбонил)сульфанил]пентанол:

который может быть введен в реакцию с любым эпоксигалогеногидрином (например, эпихлоргидрином ), приводящую к образованию другого примера агента RAFT, функционализированного эпоксидной группой.

Схема 5

Образование инициатора ATRP, функционализированного эпоксидной группой

На Схеме 5 инициатором ATRP является 2-азидоэтил 2-бромизобутират, и функциональная эпоксигруппа представляет собой простой глицидилпропаргиловый эфир. Следует понимать, что могут быть применены другие коммерчески доступные инициаторы ATRP или инициаторы ATRP, полученные другими способами, такие как простой метиловый эфир плиэтиленгликоль-2-бромизобутирата.

Как было отмечено выше, мономерная единица, содержащая агент CRP, может представлять собой модифицированную мономерную единицу эпокси-POSS. В таких примерах мономерная единица представляет собой основную часть POSS, содержащую в качестве по меньшей мере одной из групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ эпоксигруппу (для введения в пленку 14'' из смолы эпокси-POSS) и включающую агент 26 роста цепи в CRP в качестве по меньшей мере одной из групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂. Таким образом, в этом примере агент 26 роста цепи в CRP введен непосредственно в основную часть POSS или структуру типа клетки. В различных примерах может быть применен любой агент RAFT, имеющий структуру , и любой инициатор ATRP, имеющий структуру , например, 2-азидоэтил-2-бромизобутират, 2-бромизомасляный ангидрид, бромизобутирилбромид или полиэтиленгликоль-бис(2-бромизобутират). Например, агент RAFT может представлять собой:

Другими подходящими агентами RAFT являются дитиобензоаты, тритиокарбонаты и дитиокарбаматы. Приведенные выше конкретные агенты RAFT или инициаторы ATRP также могут быть применены для модификации основной части/клетки эпокси-POSS.

В Варианте С предшественник смолы, включающий мономерную единицу (единицы), содержащую агент CRP, может включать от приблизительно 50% мол. до приблизительно 90% мол. мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS и от приблизительно 10% мол. до приблизительно 50% мол. мономерной единицы (единиц), содержащей агент CRP (т.е. 100% мол. - Х% мол. мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS). Таким образом, молярное или массовое отношение количества мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS к количеству мономерной единицы (единиц), содержащей агент CRP, в некоторых примерах предшественника смолы составляет от приблизительно 1:1 до приблизительно 9:1. В одном из примеров молярное или массовое отношение общего количества мономерных единиц эпокси-POSS (например, эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS) к общему количеству функционализированных эпоксидной группой агентов роста цепи в CRP составляет от приблизительно 1:1 до приблизительно 9:1. Если в таких предшественниках смолы применяют в комбинации два различных (немодифицированных) мономерных единицы эпокси-POSS, то может быть выбрано любое подходящее массовое или молярное отношение этих двух единиц. Например, первая мономерная единица эпокси-POSS (например, эпоксициклогексилалкил-POSS) может присутствовать в количестве (Y), составляющем от приблизительно 10% мол. до приблизительно 90% мол. от общего количества мономерных единиц эпокси-POSS, и вторая мономерная единица эпокси-POSS (например, глицидил-POSS) может составлять дополнение до 100% общего количества мономерных единиц эпокси-POSS (т.е. 100% мол. мономерных единиц эпокси-POSS - Y% мол.). В других примерах мономерные единицы эпокси-POSS и мономерная единица (единицы), содержащая агент CRP, могут присутствовать в количестве, составляющем от приблизительно 10% мол. до приблизительно 90% мол.

В некоторых примерах с применением Варианта С предшественник смолы также включает эпоксисилан или другой реакционноспособный силан, который может быть введен в поперечно-сшитую матрицу смолы POSS. Эпоксисилан имеет эпоксигруппу на одном конце молекулы и группу силана на другом конце молекулы. Эпоксигруппа может быть введена в пленку 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS посредством образования ковалентной связи, и группа силана может быть ковалентно присоединена к поверхностным группам (например, -ОН) носителя 12. Эпоксисилан может быть использован, если носитель 12 не содержит вещества-активатора (веществ-активаторов) поверхности, с помощью которого пленка 14'' из смолы эпокси-POSS может быть закреплена на носителе 12. Однако следует понимать, что эпоксисилан можно не применять, если носитель 12 представляет собой подложку на основе оксида кремния, содержащую подходящее вещество-активатор поверхности, способствующее закреплению пленки 14'' из смолы эпокси-POSS на носителе 12.

В других примерах, если носитель 12 не включает вещество-активатор (вещества-активаторы) поверхности, то предшественник смолы, применяемый для получения пленки 14'' из поперечно-сшитой модифицированной смолы эпокси-POSS, может не включать эпоксисилан или другой реакционноспособный силан. Напротив, на носитель 12 сначала могут быть нанесены эпоксисилан или другой реакционноспособный силан и по меньшей мере одна мономерная единица (единицы) эпокси-POSS с целью присоединения силана к носителю 12, и затем предшественник смолы, рассмотренный выше для Варианта С (без силана), может быть введен в реакцию с силаном, в результате чего образуется пленка 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS.

Предшественник смолы, применяемый в Варианте С, также может включать фотокислотный генератор (PAG), сенсибилизатор, растворитель и/или смачивающий агент. Эти компоненты могут быть добавлены в любом подходящем количестве для улучшения протекания полимеризации и/или осаждения предшественника смолы.

На Схемах 6 и 7 представлены примеры предшественников смолы, применяемых в Варианте С, и получаемая из них пленка из смолы модифицированного эпокси-POSS. Эти примеры иллюстрируют применение мономерной единицы, содержащей агент CRP и не являющейся POSS.

Схема 6

Полимеризация пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS с применением функционализированного эпоксидной группой агента RAFT

Схема 7

Полимеризация пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS с применением функционализированного эпоксидной группой инициатора ATRP

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что пленки из смолы POSS, представленные на Схемах 6 и 7, также могут быть представлены так, как показано в предшествующих Схемах, и что пленки смолы состоят из мономерных единиц, расположенных в любом порядке или в виде любой структуры полимера (например, неупорядоченного полимера, блок-сополимера, полимера с регулярным чередованием мономерных единиц или их комбинаций).

В этих примерах предшественник смолы образуется смешиванием мономерной единицы, содержащей агент CRP и не являющейся POSS (т.е. функционализированного эпоксидной группой агента RAFT или функционализированного эпоксидной группой инициатора ATRP), эпоксисилана или другого реакционноспособного силана (который может быть присоединен к носителю 12 посредством кислородной связи, как показано на Схемах 6 и 7), эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS в присутствии сенсибилизатора и PAG. Предшественник смолы наносят на поверхность носителя 12 любым подходящим способом нанесения. Отверждение (т.е. полимеризацию и образование поперечных связей) предшественника смолы выполняют под действием актиничного излучения (такого как ультрафиолетовое (УФ) излучение). В результате получают пленки 14'' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. Отношение мономеров в готовой пленке 14'' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS зависит от стехиометрического отношения мономеров в исходной смеси предшественника смолы.

Как показано на Схемах 6 и 7, во время отверждения предшественника смолы мономерная единица, содержащая агент CRP и не являющаяся POSS, внедряет сайт инициирования роста полимера (т.е. сайт инициирования CRP) в основную цепь поперечно-сшитой матрицы пленки смолы 14''. Несмотря на то, что это не показано, следует понимать, что, если вместо мономерной единицы, содержащей агент CRP и не являющейся POSS, применяют содержащую агент CRP мономерную единицу эпокси-POSS, то основная цепь поперечно-сшитой матрицы будет включать дополнительную клетку POSS, к которой присоединен сайт инициирования роста полимера (т.е. сайт инициирования CRP).

Вариант D включает присоединение агента 26 роста цепи в CRP к основной цепи поперечно-сшитой матрицы через другую функциональную группу после отверждения пленки 14'' смолы.

В этом примере предшественник смолы представляет собой смесь, аналогичную смеси, рассмотренной при описании Фиг. 1А. Например, предшественник смолы в Варианте D может включать мономерную единицу (единицы) эпокси-POSS, эпоксисилан или другой реакционноспособный силан (например, если необходимо закрепление на носителе 12), фотокислотный генератор (PAG), сенсибилизатор, растворитель и/или смачивающий агент. Предшественник смолы наносят на поверхность носителя 12 любым подходящим способом нанесения. Отверждение (т.е. полимеризацию и образование поперечных связей) предшественника смолы производят под действием актиничного излучения (такого как ультрафиолетовое (УФ) излучение). В результате получают пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, аналогичную рассмотренной выше пленке 14 смолы (см., например, Схему 1). Может быть проведена жесткая сушка, рассмотренная выше. Следует понимать, что при выполнении Варианта D, эпоксисилан или другой реакционноспособный силан и по меньшей мере одна мономерная единица (единицы) эпокси-POSS могут быть сначала нанесены для присоединения силана к носителю 12, и затем предшественник смолы, рассмотренный выше в Варианте D (не содержащий силана), может быть введен с силаном в реакцию, которая приводит к образованию пленки 14 из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

После этого пленка из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS доступна для обработки плазменным травлением или для химической обработки, которая позволяет вводить -ОН группы (например, гидроксильные (С-ОН или Si-OH) и/или карбоксильные группы) в пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS (например, как показано на Схеме 2).

Гидроксильные группы, содержащиеся в пленке из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, затем могут быть доступны для силанизации или другого химического процесса, позволяющего присоединять функциональную группу к гидроксильной группе, где выбранная функциональная группа может быть присоединена к требуемому агенту 26 роста цепи в CRP. Таким образом, выбор функциональной группы в Варианте D может частично зависеть от типа агента 26 роста цепи в CRP, который должен быть присоединен. Например, агент RAFT, содержащий терминальную азидогруппу, может реагировать с алкиннной функциональной группой, которая была присоединена к гидроксильной группе пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Примеры функциональных групп, подходящих для Варианта D, выбраны из группы, состоящей из , где n составляет от 1 до 20, , и где - представляет собой частицу, способную реагировать с-ОН группой пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS. Примеры частицы - включают алкилсилан (например, по реакции гидроксильных групп с триалкоксиалкилсиланом), полиэтиленгликоль-силан (например, по реакции гидроксильных групп с триалкоксисиланполиэтиленгликолем) или алкил галогенид-силан (например, по реакции гидроксильных групп с алкилгалогенидом) или цепочку полиэтиленгликоля, или любой другой силан, который может образовывать трехпозиционную связь с гидроксильной группой (группами), или другую группу, которая может образовывать связь С-С-О- с гидроксильной группой (группами). Некоторые конкретные примеры функциональных групп включают силан-ПЭГ-азид (Polysciences, Inc.), силан-ПЭГ-алкин (Polysciences, Inc.), 3-азидопропилтриэтоксисилан (Gelest) или (бицикло[2,2,1]гепт-5-ен-2-ил)триэтоксисилан. Несмотря на то, что были приведены конкретные примеры, следует понимать, что может быть использована любая функциональная группа, которая может быть присоединена к гидроксильной группе (группам) пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS и к агенту 26 роста цепи в CRP.

Способ, применяемый для присоединения функциональной группы к гидроксильным группам пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, может быть различным и зависеть от типа применяемых функциональных групп. Примеры подходящих способов включают осаждение из газовой фазы, способ YES, осаждение из раствора (например, нанесением покрытия маканием) или другие способы осаждения.

К функциональной группе пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS затем может быть присоединен любой из агентов 26 роста цепи в CRP, рассмотренных выше (например, сложный эфир 2-(додецилтиокарбонотиоилтио)-2-метилпропионовой кислоты и 3-азидо-1-пропанола, 4-циано-4-[(додецилсульфанилтиокарбонил)сульфанил]пентанол и т.д.). Способы, применяемые для присоединения агентов роста 26 цепи в CRP к функциональным группам пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, могут быть различными в зависимости от типа применяемого агента 26 роста цепи в CRP. Примеры подходящих способов включают способы осаждения из раствора.

При выполнении Варианта D пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS сначала подвергают модификации, присоединяя рассмотренную выше функциональную группу (группы), и затем агент 26 роста цепи в CRP присоединяют к по меньшей мере некоторым функциональным группам, получая пример пленки 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS (которая включает сайт инициирования роста полимера).

Как и Вариант D, Вариант Е включает присоединение агента 26 роста цепи в CRP к основной цепи поперечно-сшитой матрицы после отверждения пленки 14'' смолы.

При выполнении Варианта Е предшественник смолы представляет собой смесь, включающую мономерную единицу (единицы) эпокси-POSS и мономерную единицу модифицированной эпокси-POSS. В этом примере мономерной единицы модифицированной эпокси-POSS по меньшей мере одна из групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ представляет собой эпоксигруппу (для введения в пленку 14'' из смолы эпокси-POSS) и по меньшей мере одна из групп R₁-R₈ или R₁₀ или R₁₂ представляет собой функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, которая может быть присоединена к агенту 26 роста цепи в CRP (например, функциональная группа, не являющаяся эпоксигруппой, может быть выбрана из группы, состоящей из азида, тиола, полиэтиленгликоля, норборнена и тетразина). Эту функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, вводят в пленку из смолы первоначально модифицированного эпокси-POSS при проведении отверждения.

Предшественники смолы, применяемые в Варианте Е, могут включать от приблизительно 50% мол. до приблизительно 90% мол. мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS и от приблизительно 10% мол. до приблизительно 50% мол. модифицированной мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS (т.е. 100% мол. -Х% мол. мономерных единиц эпокси-POSS). Таким образом, молярное или массовое отношение количества мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS к количеству модифицированной мономерной единицы (единиц) эпокси-POSS в некоторых примерах предшественников смолы составляет от приблизительно 1:1 до приблизительно 9:1. Если две различные (немодифицированные) мономерные единицы эпокси-POSS применяют в комбинации, то в таких предшественниках смолы может быть выбрано любое подходящее молярное или массовое отношение двух единиц. Например, первая мономерная единица эпокси-POSS (например, эпоксициклогексилалкил-POSS) может присутствовать в количестве (Y), составляющем от приблизительно 10% мол. до приблизительно 90% мол. от общего количества мономерных единиц эпокси-POSS, и вторая мономерная единица эпокси-POSS (например, глицидил-POSS) может составлять дополнение до 100% от общего количества мономерных единиц эпокси-POSS (т.е. 100% мол. мономерных единиц эпокси-POSS - Y% мол.). В других примерах как мономерные единицы эпокси-POSS, так и модифицированная мономерная единица (единицы) могут присутствовать в количестве, составляющем от приблизительно 10% мол. до приблизительно 90% мол.

Предшественник смолы в Варианте Е также может включать эпоксисилан или другой реакционноспособный силан (например, если необходимо присоединение к носителю 12), фотокислотный генератор (PAG), сенсибилизатор, растворитель и/или смачивающий агент. Предшественник смолы наносят на поверхность носителя 12 любым подходящим способом нанесения. Отверждение (т.е. полимеризацию и образование поперечных связей) предшественника смолы производят под действием актиничного излучения (так как ультрафиолетовое (УФ) излучение). В результате получают пленку из смолы первоначально модифицированного эпокси-POSS, который включает функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой. Может быть произведена жесткая сушка, рассмотренная выше. Следует понимать, что при выполнении Варианта Е эпоксисилан или другой реакционноспособный силан и по меньшей мере одна мономерная единица (единицы) эпокси-POSS может быть сначала осаждена для закрепления силана на носителе 12, и затем рассмотренный выше предшественник смолы Варианта Е (не содержащий силана) может быть введен с силаном в реакцию, которая приводит к образованию пленки 14'' из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

Затем в пленку из смолы первоначально модифицированного эпокси-POSS может быть включен требуемый агент 26 роста цепи в CRP, что приводит к образованию пленки 14'' модифицированной эпоксидной смолы, которая включает сайт инициирования роста полимера. Агент 26 роста цепи в CRP может быть присоединен к функциональной группе, не являющейся эпоксигруппой, с помощью любой методики осаждения из раствора (например, нанесением покрытия маканием и т.д.), рассмотренной в настоящей заявке. Агент 26 роста цепи в CRP выбирают таким образом, чтобы он мог реагировать с любой рассмотренной функциональной группой, не являющейся эпоксигруппой (например, с функциональными группами азида, тиола, полиэтиленгликоля, норборнена или тетразина).

Реализация Вариантов С, D и Е приводит к образованию на носителе 12 пленки 14'' из модифицированной эпоксидной смолы. Пленка 14'' из модифицированной эпоксидной смолы включает сайт инициирования роста полимера, образованный в результате присоединения/интеграции агента 26 роста цепи в CRP. Как показано на Фиг. 2А, пленка 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS не имеет напечатанной структуры.

Затем на пленке 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS способами, описанными выше, может быть сформирован наносимый в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера (включающий промежуточные области 20 и углубления 18). В этом примере дискретные части пленки 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS остаются открытыми в углублениях 18. Образованный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера показан на Фиг. 2В.

Способ, представленный на Фиг. 2A-2D, включает выращивание полимерной щетки 28 из сайта 26 инициирования роста полимера/агента 26 роста цепи в CRP. Выращенная полимерная щетка 28 показана на Фиг. 2С. Полимер может быть выращен в резервуарах для погружения, в которых содержится носитель 12, на который нанесены слои 14'' и 16, и подходящий полимеризующийся мономер. Примеры подходящих мономеров включают акриламиды (например, мономер PAZAM или другой акриламид, на котором может быть закреплен праймер 24) или акрилаты.

На Схеме 8 представлен пример образования полимерной щетки. На схеме представлена полимеризация акриламида (слева) и акрилата (справа) из инициатора 26 ATRP/агента 26 роста цепи в CRP (т.е. ).

Схема 8

Рост полимерной щетки из инициатора ATRP/сайта инициирования роста полимера

Следует отметить, что пленка 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS представлена группой силана и значком - между группой силана и агентом 26 роста цепи в CRP. Полимер также может быть выращен из акриламидных и акрилатных мономеров, если к пленке 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS присоединен агент 26 RAFT роста цепи в CRP.

Условия полимеризации могут зависеть от типа мономера (мономеров) и агента 26 роста цепи в CRP пленки 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS. Например, рост полимерной щетки может быть осуществлен в растворе.

На Фиг. 2В представлен биочип 10'' после образования полимерной щетки 28 в углублениях 18 (в доступных для воздействия дискретных участках пленки 14'' из смолы модифицированного эпокси-POSS).

Как показано на Фиг. 2D, праймер 24 амплификации может быть привит к полимерной щетке 28. Может быть применен любой подходящий праймер 24 амплификации, и 5'-конец праймера 24 амплификации может быть модифицирован группой, которая может реагировать с функциональной группой полимерной щетки 28. Например, праймер с терминальной группой бицикло[6,1,0]нон-4-ина (BCN) может быть захвачен азидом полимерной щетки 28 в результате облегченной напряжением клик-реакции в отсутствие катализатора. В другом примере имеющий терминальную алкинную группу праймер может быть захвачен азидом полимерной щетки 28 в результате клик-реакции в присутствии медного катализатора. В другом примере праймер, имеющий терминальную норборненовую группу, может вступать в облегченную напряжением в цикле клик-реакцию с закрепленной полимерной щеткой 28, функционализированной тетразином, в отсутствие катализатора. Другие примеры праймеров с терминальной группой, которые могут быть применены, включают праймер, имеющий тетразиновую терминальную группу, праймер, имеющий терминальную азидогруппу, праймер, имеющий терминальную аминогруппу, праймер, имеющий терминальную эпоксидную или глицидильную группу, праймер, имеющий терминальную тиофосфатную группу, праймер, имеющий терминальную тиольную группу, праймер, имеющий альдегидную терминальную группу, праймер, имеющий терминальную группу гидразина, и праймер, имеющий терминальную группу триазолиндиона. Другие праймеры, имеющие терминальные группы, включают праймеры, имеющие терминальную тиофосфатную группу.

Прививка может быть выполнена как указано выше, например, нанесением покрытия маканием, нанесением покрытия распылением, распределением раствора или другим подходящим способом, с помощью которого праймер (праймеры) 24 может быть присоединен к полимерной щетке 28, расположенной в по меньшей мере некоторых углублениях 18.

После прививки на поверхность наносят требуемые химические вещества, и биочип 10''' (Фиг. 2D) может быть применен в различных вариантах или методиках секвенирования.

Несмотря на то, что в настоящей заявке были рассмотрены некоторые примеры пленки 14, 14', 14'' из смолы эпокси-POSS, следует понимать, что может быть применена многослойная пленка 14, 14', 14'' из смолы эпокси-POSS, или что на различные участки носителя 12 могут быть нанесены/на различных участках носителя 12 могут быть сформированы различные пленки 14, 14', 14'' из смолы эпокси-POSS. В многослойном варианте различные слои могут быть доступны для воздействия на различных участках, что позволяет изменять функциональность биочипа в различных областях.

Биочипы 10', 10''', рассмотренные в настоящей заявке, могут быть применены в различных вариантах или методиках секвенирования, включающих методики, часто называемые секвенированием синтезом (англ. sequencing by synthesis, сокращенно SBS), секвенированием легированием, пиросеквенированием и т.д. Поскольку при применении указанных методик присоединенная часть 22' покрытия или полимерная щетка 28 и закрепленные праймеры 24 секвенирования находятся в углублениях 18, а не в промежуточных областях 20, протекание амплификации будет ограничено различными углублениями 18.

Вкратце, реакция секвенирования синтезом (SBS) может быть проведена в такой системе, как системы секвенирования HiSeq®, HiSeqX®, MiSeq® или NextSeq®, поставляемые lllumina (San Diego, CA). Набор целевых молекул ДНК, подвергаемых секвенированию, гибридизуют с праймерами 24 амплификации и затем подвергают амплификации, например, амплификации способом кинетического исключения или мостиковой амплификации. После денатурации остаются одноцепочечные матрицы, прикрепленные к присоединенной части 22' покрытия или полимерной щетке 28, и генерируется несколько миллионов компактных кластеров двухцепочечной ДНК (т.е. происходит генерация кластеров). Протекают реакции секвенирования.

Биочипы 10', 10''', рассмотренные в настоящей заявке, также могут быть расположены в проточной ячейке или могут образовывать часть проточной ячейки, которая представляет собой камеру, включающую твердую поверхность, по которой могут протекать различные текучие среды-носители, реагенты и т.д. В одном из примеров проточная ячейка может включать биочип 10', 10''', соединенный с верхней подложкой через герметизирующий материал (например, черный полиимид или другой подходящий связующий материал). Соединение может быть осуществлено в области соединительных участков нанесенного в виде схемы слоя 16 гидрофобного полимера, герметизирующего материала и верхней подложки. Соединительные участки могут быть расположены между проточными каналами, так что при этом герметизирующий материал физически отделяет один проточный канал от соседнего проточного канала (для предотвращения перекрестного загрязнения) и может быть расположен на периферии проточной ячейки (для герметизации проточной ячейки от внешних воздействий). Однако следует понимать, что в зависимости от предполагаемого применения соединительные участки и герметизирующий материал могут быть расположены в любой требуемой области. Соединение может быть произведено лазерной сваркой, диффузионной сваркой, анодной сваркой, пайкой эвтектическим сплавом, плазмоактивируемой сваркой, пайкой стеклокристаллическим припоем или другими способами, известными в данной области.

Другие примеры проточных ячеек и соответствующих жидкостных систем и платформ обнаружения, которые могут быть интегрированы с биочипом 10', 10'' и/или успешно применены в способах согласно настоящему изобретению, рассмотрены, например, в публикациях Bentley с соавт., Nature 456:53-59 (2008), WO 04/018497, US 7057026, WO 91/06678, WO 07/123744, US 7329492, US 7211414, US 7315019, US 7405281 и US 2008/0108082, содержания которых полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки.

В некоторых вариантах применения проточную ячейку используют для проведения контролируемых химических или биохимических реакций в автоматизированном реакционном устройстве, таком как секвенатор нуклеотидов. Через носитель 12, пленку 14, 14', 14'' из смолы эпокси-POSS и нанесенный в виде схемы слой 16 гидрофобного полимера могут быть высверлены сквозные отверстия (не показаны). В альтернативном варианте с тех областей носителя 12, на которых требуется создать отверстие и/или соединительный участок, могут быть удалены слои. Слои могут быть удалены до высверливания отверстий и соединения. После подсоединения к отверстиям автоматизированное реакционное устройство может регулировать поток реагента (реагентов) и продукта (продуктов) в герметизированных проточных каналах. В некоторых вариантах применения автоматизированное реакционное устройство может регулировать давление, температуру, состав газа и другие условия среды в проточной ячейке. Кроме того, в некоторых вариантах применения отверстия могут быть высверлены в верхней подложке или в верхней подложке и носителе 12, пленке 14, 14', 14'' из смолы эпокси-POSS и нанесенном в виде схемы слое 16 гидрофобного полимера. В некоторых вариантах применения реакции, протекающие в герметизированных проточных каналах, можно отслеживать через верхнюю подложку посредством визуализации или определением выделяющейся теплоты, испускаемого света и/или флуоресценции.

Дополнительные замечания

Следует понимать, что все комбинации приведенных выше аспектов (при условии, что эти аспекты взаимно согласуются) считаются частью предмета изобретения, рассмотренного в настоящем описании. В частности, все комбинации защищаемого предмета изобретения, которые могут быть созданы по завершении прочтения настоящего описания, считаются частью предмета изобретения, рассмотренного в настоящем описании. Также следует понимать, что используемая в настоящем описании терминология, которая также может появляться в любом документе, включенном в настоящее описание посредством ссылки, должна иметь значение, наиболее согласующееся с определенными аспектами, рассмотренными в настоящем описании.

Содержание всех публикаций, патентов и патентных заявок, цитируемых в настоящем описании, полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.

Употребляемые в настоящем описании фразы "один пример", "другой пример", "пример" и т.д. означают, что конкретный элемент (например, признак, структура и/или характеристика), рассмотренный при раскрытии примера, включен в по меньшей мере один пример, рассмотренный в настоящем описании, и он может присутствовать или отсутствовать в других примерах. Кроме того, следует понимать, что, если из контекста не следует обратное, рассмотренные элементы одного примера могут быть скомбинированы любым подходящим образом в других примерах.

Следует понимать, что диапазоны, упоминаемые в настоящем описании, включают указанный диапазон и любую величину или поддиапазон, включенный в указанный диапазон. Например, если диапазон составляет от приблизительно 10 кДа до приблизительно 1500 кДа, то следует понимать, что он включает не только явно заданные границы, составляющие от приблизительно 10 кДа до приблизительно 1500 кДа, но также и индивидуальные величины, такие как приблизительно 88 кДа, приблизительно 325 кДа, приблизительно 425 кДа, приблизительно 975,5 кДа и т.д., и поддиапазоны, такие как от приблизительно 25 кДа до приблизительно 900 кДа, от приблизительно 335 кДа до приблизительно 680 кДа и т.д. Кроме того, если при описании величины используется модификатор "приблизительно", то величина должна включать небольшие отклонения (до +/-10%) от указанного значения.

Несмотря на то, что выше были подробно рассмотрены несколько примеров, следует понимать, что рассмотренные примеры могут быть модифицированы. Таким образом, приведенное выше описание следует считать неограничивающим.

1. Способ образования биочипов, включающий:

нанесение слоя гидрофобного полимера в виде схемы на пленку из поперечно-сшитой смолы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), содержащего эпоксигруппу, находящуюся на поверхности носителя, в результате чего дискретные участки пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS остаются доступными для воздействия, где материал нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя представляет собой полисилоксан;

нанесение полимерного покрытия, включающего повторяющуюся единицу, имеющую Формулу (I):

где:

R¹ представляет собой Н или необязательно замещенный алкил;

R^A выбран из группы, состоящей из азидогруппы, необязательно замещенной аминогруппы, необязательно замещенного алкенила, необязательно замещенного гидразона, необязательно замещенного гидразина, карбоксила, гидроксигруппы, необязательно замещенного тетразола, необязательно замещенного тетразина, нитрилоксида, нитрона и тиола;

R⁵ выбран из группы, состоящей из Н и необязательно замещенного алкила;

каждая из групп -(СН₂)_p- может быть необязательно замещена;

р представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50;

n представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50000; и

m представляет собой целое число, составляющее от 1 до 100000,

в результате чего получают присоединенную часть покрытия на доступных для воздействия дискретных участках и неприсоединенную часть покрытия на нанесенном в виде схемы гидрофобном слое; и

удаление неприсоединенной части покрытия с нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя промывкой.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, где образование включает:

смешивание эпоксисилана и по меньшей мере одной мономерной единицы эпокси-POSS в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора, что приводит к образованию предшественника смолы;

нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и

отверждение предшественника смолы с образованием пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

3. Способ по п. 2, в котором смешивание и нанесение производят одновременно.

4. Способ по п. 2 или 3, в котором эпоксисилан представляет собой эпоксисилан, закрепленный на поверхности носителя.

5. Способ по п. 1, дополнительно включающий образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, где образование включает:

смешивание эпоксисилана, эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора, что приводит к образованию предшественника смолы;

нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и

отверждение предшественника смолы с образованием пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором перед нанесением в виде схемы слоя гидрофобного полимера способ дополнительно включает:

обработку пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS плазменным травлением или химическую обработку с целью введения -ОН групп в пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS; и

присоединение функциональных групп к по меньшей мере некоторым из -ОН групп, где функциональные группы выбраны из группы, состоящей из

где n составляет от 1 до 20, и

где представляет собой алкилсилан, полиэтиленгликоль-силан, алкил или цепочку полиэтиленгликоля.

7. Способ по п. 1, дополнительно включающий образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, где образование включает:

проводимое в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора смешивание эпоксисилана, эпоксициклогексилалкил-POSS, глицидил-POSS и основной части POSS, включающей по меньшей мере одну функциональную эпоксигруппу и функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, что приводит к образованию предшественника смолы;

нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и

отверждение предшественника смолы с образованием пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором промывка включает обработку ультразвуком в воде.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором нанесение слоя гидрофобного полимера в виде схемы включает:

i) нанесение гидрофобного полимера на пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS; и создание схемы из осажденного гидрофобного полимера с помощью по меньшей мере одной из следующих методик: наноимпринтной литографии и фотолитографии; или

ii) нанесение гидрофобного полимера в виде схемы на пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS с помощью по меньшей мере одной из следующих методик: струйной печати и микроконтактной печати.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий прививку праймера амплификации к присоединенной части покрытия.

11. Биочип, включающий:

носитель;

пленку из поперечно-сшитой смолы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), содержащего эпоксигруппу, находящуюся на поверхности носителя;

слой гидрофобного полимера, нанесенный в виде схемы на пленку из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, где нанесенный в виде схемы слой гидрофобного полимера ограничивает доступные для воздействия дискретные участки пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS, и где материал нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя представляет собой полисилоксан; и

полимерное покрытие, присоединенное к доступным для воздействия дискретным участкам, где полимерное покрытие включает повторяющуюся единицу, имеющую Формулу (I):

где:

R¹ представляет собой Н или необязательно замещенный алкил;

R^A выбран из группы, состоящей из азидогруппы, необязательно замещенной аминогруппы, необязательно замещенного алкенила, необязательно замещенного гидразона, необязательно замещенного гидразина, карбоксила, гидроксигруппы, необязательно замещенного тетразола, необязательно замещенного тетразина, нитрилоксида, нитрона и тиола;

R⁵ выбран из группы, состоящей из Н и необязательно замещенного алкила;

каждая из групп -(СН₂)_p- может быть необязательно замещена;

р представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50;

n представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50000; и

m представляет собой целое число, составляющее от 1 до 100000.

12. Биочип по п. 11, дополнительно включающий праймер амплификации, привитый к полимерному покрытию.

13. Способ образования биочипов, включающий:

образование слоя гидрофобного полимера, нанесенного в виде схемы на пленку из смолы модифицированного, содержащего эпоксидные группы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), находящуюся на поверхности носителя, причем дискретные участки пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS остаются доступными для воздействия, и пленка из смолы модифицированного эпокси-POSS включает сайт инициирования роста полимера, и где материал нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя представляет собой полисилоксан; и

выращивание полимерной щетки на сайте инициирования роста полимера в доступных для воздействия дискретных участках, где полимерная щетка представляет собой полужесткий полимерный материал, проницаемый для жидкостей и газов, который закреплен на подложке/носителе.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий образование пленки из поперечно-сшитой смолы эпокси-POSS на поверхности носителя, где образование включает:

смешивание эпоксисилана, по меньшей мере одной мономерной единицы эпокси-POSS и функционализированного эпоксидной группой агента роста цепи в полимеризации или агента роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP) в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора, что приводит к образованию предшественника смолы;

нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и

отверждение предшественника смолы с образованием пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS.

15. Способ по п. 14, в котором смешивание и нанесение производят одновременно.

16. Способ по п. 14 или 15, в котором эпоксисилан представляет собой эпоксисилан, закрепленный на поверхности носителя.

17. Способ по п. 13, дополнительно включающий образование пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS, где образование включает:

смешивание эпоксисилана, эпоксициклогексилалкил-POSS, глицидил-POSS и функционализированного эпоксидной группой агента роста цепи в полимеризации или агента роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP) в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора, что приводит к образованию предшественника смолы;

нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и

отверждение предшественника смолы с образованием пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS.

18. Способ по любому из пп. 14-17, в котором функционализированный эпоксидной группой агент роста цепи в CRP представляет собой функционализированный эпоксидной группой агент роста цепи в полимеризации с переносом цепи посредством обратимого присоединения и фрагментирования (RAFT) или функционализированный эпоксидной группой инициатор радикальной полимеризации с переносом атома (ATRP).

19. Способ по п. 17, в котором молярное или массовое отношение количества эпоксициклогексилалкил-POSS и глицидил-POSS к количеству функционализированного эпоксидной группой агента роста цепи в CRP составляет от 1:1 до 9:1.

20. Способ по любому из пп. 13-19, дополнительно включающий:

обработку пленки смолы эпокси-POSS плазменным травлением или химическую обработку с целью введения -ОН групп в пленку смолы эпокси-POSS;

присоединение функциональных групп к по меньшей мере некоторым из -ОН групп; и

присоединение агентов роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP) к по меньшей мере некоторым из функциональных групп.

21. Способ по п. 20, в котором функциональные группы выбраны из группы, состоящей из:

где n составляет от 1 до 20, и

где представляет собой алкилсилан, полиэтиленгликоль-силан, алкил или цепочку полиэтиленгликоля.

22. Способ по п. 13, дополнительно включающий образование пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS, где образование включает:

проводимое в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора смешивание эпоксисилана, эпоксициклогексилалкил-POSS, глицидил-POSS и основной части POSS, включающей по меньшей мере одну функциональную эпоксигруппу и функциональную группу агента роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP), что приводит к образованию предшественника смолы;

нанесение предшественника смолы на поверхность носителя; и

отверждение предшественника смолы с образованием пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS.

23. Способ по п. 13, дополнительно включающий образование пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS, где образование включает:

проводимое в присутствии фотокислотного генератора и необязательно сенсибилизатора смешивание эпоксисилана, эпоксициклогексилалкил-POSS, глицидил-POSS и основной части POSS, включающей по меньшей мере одну функциональную эпоксигруппу и функциональную группу, не являющуюся эпоксигруппой, что приводит к образованию предшественника смолы;

нанесение предшественника смолы на поверхность носителя;

отверждение предшественника смолы с образованием пленки из смолы первоначально модифицированного эпокси-POSS; и

введение функциональной группы агента роста цепи в контролируемой радикальной полимеризации (CRP) в пленку из смолы первоначально модифицированного эпокси-POSS, что приводит к образованию пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS.

24. Способ по любому из пп. 13-23, в котором нанесение слоя гидрофобного полимера в виде схемы включает:

i) нанесение гидрофобного полимера на пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS; и создание схемы из осажденного гидрофобного полимера с помощью по меньшей мере одной из следующих методик: наноимпринтной литографии и фотолитографии; или

ii) нанесение гидрофобного полимера в виде схемы на пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS с помощью структурированной печати.

25. Биочип, включающий:

носитель;

пленку из смолы модифицированного, содержащего эпоксидные группы полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS), находящуюся на поверхности носителя, где пленка из смолы модифицированного эпокси-POSS включает сайт инициирования роста полимера;

нанесенный в виде схемы на пленку из смолы модифицированного эпокси-POSS слой гидрофобного полимера, где нанесенный в виде схемы слой гидрофобного полимера ограничивает доступные для воздействия дискретные участки пленки из смолы модифицированного эпокси-POSS, и где материал нанесенного в виде схемы гидрофобного слоя представляет собой полисилоксан; и

полимерную щетку, присоединенную к сайту инициирования роста полимера в доступных для воздействия дискретных участках, где полимерная щетка представляет собой полужесткий полимерный материал, проницаемый для жидкостей и газов, который закреплен на подложке/носителе.

26. Биочип по п. 25, дополнительно включающий праймер амплификации, привитый к полимерной щетке.