KR20210116208A - 헤테로폴리머를 포함하는 플로우 셀 - Google Patents

헤테로폴리머를 포함하는 플로우 셀 Download PDF

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KR20210116208A
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KR1020207037479A
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웨인 엔. 조지
루도빅 빈센트
앤드류 에이. 브라운
마튜 레사드-비거
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일루미나, 인코포레이티드
일루미나 케임브리지 리미티드
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Abstract

플로우 셀은 지지체 및 지지체에 부착된 헤테로폴리머를 포함한다. 헤테로폴리머는 프라이머에 부착된 작용기와 반응하는 부착기를 포함하는 아크릴아미드 모노머, 및 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머를 포함한다. 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 pH-반응성, 온도-반응성, 사카라이드-반응성, 친핵체-반응성 및/또는 염-반응성일 수 있다.

Description

헤테로폴리머를 포함하는 플로우 셀
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 1월 14일 출원된 미국 가출원 일련 번호 62/792,250의 이익을 청구하며; 이의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
배경
생물학적 어레이는 데옥시리보핵산(DNA) 및 리보핵산(RNA)을 포함하는 분자를 검출하고 분석하는데 사용되는 광범위한 도구에 속한다. 이들 적용 분야에서, 어레이는 인간 및 기타 유기체의 유전자에 존재하는 뉴클레오티드 서열에 대한 프로브를 포함하도록 조작된다. 특정 적용 분야에서, 예를 들어, 각각의 DNA 및 RNA 프로브는 어레이 지지체 상의 기하학적 그리드(grid) (또는 무작위) 위치에 부착될 수 있다. 예를 들어, 인간 또는 유기체로부터의 시험 샘플은 상보적 단편이 어레이의 각각의 부위에서 프로브에 혼성화되도록 그리드에 노출될 수 있다. 그 후, 어레이는, 부위에 걸쳐 광의 특정 주파수를 스캐닝하여 단편이 혼성화된 부위의 형광에 의해 어떤 단편이 샘플에 존재하는지를 확인함으로써 검사될 수 있다.
생물학적 어레이는 유전자 시퀀싱에 사용될 수 있다. 일반적으로, 유전자 시퀀싱은 유전자 물질, 예컨대 DNA 또는 RNA 단편 길이의 뉴클레오티드 또는 핵산의 순서를 결정하는 것을 포함한다. 점점 더 긴 염기쌍 서열이 분석되고 있으며, 생성된 서열 정보는 단편이 유래되었던 유전자 물질의 광범위한 길이의 서열을 신뢰성있게 결정할 수 있도록 단편들을 함께 논리적으로 맞추는 다양한 생물정보학 방법에 사용될 수 있다. 특징적 단편의 자동화된 컴퓨터 기반 검사가 개발되었으며, 이는 게놈 맵핑, 유전자 및 이들의 기능 식별, 특정 병태 및 질환 상태의 위험 평가, 등에 사용되었다. 이러한 응용 외에도 생물학적 어레이는 광범위한 분자, 분자 패밀리, 유전자 발현 수준, 단일 뉴클레오티드 다형성 및 지노타이핑의 검출 및 평가에 사용될 수 있다.
개요
본원에 개시된 한 양태는 자극-반응성 작용기를 포함하는 복수의 모노머로서, 자극-반응성 작용기는 pH-반응성 작용기, 온도-반응성 작용기, 사카라이드-반응성 작용기, 친핵체-반응성 작용기 및 염-반응성 작용기로 구성된 군으로부터 선택되는 모노머를 포함하는 전환가능한 헤테로폴리머이다.
자극-반응성 작용기는 소정의 자극에 노출되는 경우 변형을 겪을 수 있으며, 여기에서 변형은 전환가능한 헤테로폴리머의 극성 및/또는 형태를 변경한다.
일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 여기에 그래프팅된 프라이머를 추가로 포함한다.
일부 양태에서, 자극-반응성 작용기는 아지도기가 아니다.
일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 동일하거나 상이한 자극에 반응성인 2개 이상의 상이한 자극-반응성 모노머를 포함한다.
일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 선택적으로 아지도기를 포함하는 복수의 아크릴아미드 모노머를 포함하는 코폴리머이다. 이러한 양태 중 하나에서, 아크릴아미드 모노머는 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머거나 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머 및 제2 아크릴아미드 모노머의 조합물이다.
일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 아지도기를 선택적으로 포함하는 당 모노머를 포함한다.
일부 양태에서, pH-반응성 작용기는 아세탈, 헤미아세탈 또는 케탈로서 보호된 하이드록실, 1,2,-디올, 1,3-디올, 3차-부틸옥시카르보닐아미노기, 9H-플루오렌-9-일메톡시카르보닐아미노기, 아미노기, 카르복실레이트기, 카르복실산기, 설포네이트기 및 술폰산기로 구성된 군으로부터 선택된다.
다른 양태에서, 사카라이드-반응성 작용기는 보론산기를 포함한다.
또 다른 양태에서, 친핵체-반응성 작용기는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00001
상기 식에서, (a) Y는 SO2이고, Y'는 CH2이거나; (b) Y 및 Y'는 둘 모두 C(O)이다.
추가의 양태에서, 염-반응성 작용기는 항고분자전해질 거동을 나타내는 양쪽성이온 작용기이다.
일부 양태에서, 온도-반응성 기는 열-감응성 하이드록실 또는 아미노 보호기를 포함한다.
본원에 개시된 전환가능한 헤테로폴리머의 임의의 특징은 임의의 바람직한 방식 및/또는 구성으로 함께 조합될 수 있음이 이해되어야 한다.
본원에 개시된 또 다른 양태는 자극-반응성 작용기를 포함하는 복수의 모노머를 복수의 제2 모노머와 공중합하는 것을 포함하는 전환가능한 헤테로폴리머를 제조하는 방법이다.
일부 양태에서, 제2 모노머는 아지도기를 포함하는 아크릴아미드 모노머 또는 당 모노머이다. 일부 양태에서, 아크릴아미드 모노머는 아지도기를 포함한다. 일부 양태에서, 아크릴아미드 모노머는 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머거나 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머 및 제2 아크릴아미드 모노머의 조합물이다.
이 방법의 임의의 특징은 임의의 바람직한 방식으로 함께 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 방법 및/또는 전환가능한 헤테로폴리머의 특징의 임의의 조합이 함께 사용될 수 있고/거나 본원에 개시된 임의의 예와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 개시된 또 다른 양태는 지지체 및 지지체에 부착된 전환가능한 헤테로폴리머를 포함하는 플로우 셀이다. 본원에 개시된 임의의 전환가능한 헤테로폴리머가 사용될 수 있다. 일부 양태에서, 플로우 셀은 전환가능한 헤테로폴리머에 그래프팅된 프라이머를 추가로 포함한다.
이 플로우 셀의 임의의 특징은 임의의 바람직한 방식으로 함께 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 플로우 셀 및/또는 방법 및/또는 전환가능한 헤테로폴리머의 특징의 임의의 조합이 함께 사용될 수 있고/거나 본원에 개시된 임의의 예와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 개시된 또 다른 추가의 양태는 전환가능한 헤테로폴리머를 플로우 셀 지지체의 적어도 일부와 접촉시켜 전환가능한 헤테로폴리머를 플로우 셀 지지체에 부착하는 것을 포함하는, 플로우 셀을 제조하는 방법이다.
일부 양태에서, 방법은 지지체에 부착된 전환가능한 헤테로폴리머에 프라이머를 그래프팅하는 것을 포함한다.
기타 양태에서, 방법은 플로우 셀 지지체에 부착된 전환가능한 헤테로폴리머를 소정의 자극에 노출시키는 것을 포함한다. 일부 양태에서, 방법은 노출 후에 플로우 셀에서 시퀀싱 작업을 수행하는 것을 추가로 포함한다.
이 방법의 임의의 특징은 임의의 바람직한 방식으로 함께 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 플로우 셀 및/또는 임의의 방법 및/또는 전환가능한 헤테로폴리머의 특징의 임의의 조합이 함께 사용될 수 있고/거나 본원에 개시된 임의의 예와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
추가의 또 다른 양태는 프라이머를 플로우 셀 지지체 상의 전환가능한 헤테로폴리머에 그래프팅하는 단계; 플로우 셀 지지체 상의 전환가능한 헤테로폴리머를 소정의 자극에 노출시켜 전환가능한 헤테로폴리머의 극성 및/또는 형태 변화를 초래하는 단계; 핵산 주형을 플로우 셀 지지체 상의 프라이머에 혼성화시키는 단계; 플로우 셀 지지체 상의 핵산 주형을 증폭시켜 증폭된 주형을 생성하는 단계; 및 라벨링된 뉴클레오티드가 증폭된 주형의 상보적 뉴클레오티드와 회합될 경우 신호를 검출하는 단계를 포함하는 시퀀싱 방법이다.
이 방법의 임의의 특징은 임의의 바람직한 방식으로 함께 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 플로우 셀 및/또는 임의의 방법 및/또는 전환가능한 헤테로폴리머의 특징의 임의의 조합이 임의의 바람직한 방식으로 함께 사용될 수 있고/거나 본원에 개시된 임의의 예와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 개시된 또 다른 양태는 프라이머에 부착된 작용기와 반응하는 부착기를 포함하는 모노머, 및 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머를 포함하는 헤테로폴리머이며, 여기에서 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드 모노머; 산-불안정성 보호기를 갖는 하이드록실, 염기-불안정성 보호기를 갖는 하이드록실, 산-불안정성 보호기를 갖는 아미노, 염기-불안정성 보호기를 갖는 아미노, 설포네이트기 및 설폰산으로 구성된 군으로 선택된 pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 비닐 또는 아크릴레이트 모노머; 온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드; 사카라이드-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머; 친핵체-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머; 및 염-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머로 구성된 군으로부터 선택된다.
일부 양태에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 소정의 자극에 노출되는 경우 변형을 겪게 되며, 여기에서 변형은 전환가능한 헤테로폴리머의 극성 및/또는 형태를 변경한다.
이러한 헤테로폴리머의 일부 양태는 부착기에 그래프팅된 프라이머를 추가로 포함한다.
일부 양태에서, 부착기는 아지도기, 알케닐기, 알키닐기, 알데하이드기, 하이드라존기, 하이드라진기, 테트라졸기, 테트라진기 및 티올기로 구성된 군으로부터 선택된다 .
다른 양태에서, 아크릴아미드 모노머의 부착기는 아지도기를 포함한다. 일부 예에서, 아크릴아미드 모노머는 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머다. 일부 예에서, 헤테로폴리머는 제2 아크릴아미드 모노머를 추가로 포함한다.
일부 양태에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드 모노머이고; pH-반응성 말단 작용기는 하이드록실, 아세탈, 헤미아세탈 또는 케탈로 보호된 1,2-디올, 1,3-디올, 3차-부틸옥시카르보닐아미노기, 9H-플루오렌-9-일메톡시카르보닐아미노기, 아미노기, 카르복실레이트기, 카르복실산기, 설포네이트기 및 설폰산기로 구성된 군으로부터 선택된다.
다른 양태에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 사카라이드-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머이고; 사카라이드-반응성 말단 작용기는 보론산기를 포함한다. 한 예에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 3-(아크릴아미도)페닐보론산이다.
일부 양태에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 친핵체-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머이고; 친핵체-반응성 말단 작용기는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00002
상기 식에서, (a) Y는 SO2이고, Y'는 CH2이거나; (b) Y 및 Y'는 둘 모두 C(O)이다.
다른 양태에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 염-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머이고; 염-반응성 작용기는 항고분자전해질 거동을 나타내는 양쪽성이온 작용기이다. 한 예에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 하기 구조 중 하나를 갖는다:
(i)
Figure pct00003
(상기 식에서, A는 O 또는 NH이고, Rz는 H 또는 C1-4알킬임); 또는
(ii)
Figure pct00004
(상기 식에서, Rz는 H 또는 C1-4알킬임).
일부 양태에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드이고; 온도-반응성-치환된 아크릴아미드는 열-감응성 하이드록실 또는 아미노 보호기를 포함한다.
일부 양태에서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드이고; 온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드는 N-이소프로필아크릴아미드이다.
이러한 헤테로폴리머의 임의의 특징은 임의의 바람직한 방식으로 함께 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 헤테로폴리머 및/또는 플로우 셀 및/또는 임의의 방법의 특징의 임의의 조합이 임의의 바람직한 방식으로 함께 사용될 수 있고/거나 본원에 개시된 임의의 예와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 개시된 또 다른 양태는 하기 구조를 갖는 헤테로폴리머이다:
Figure pct00005
상기 식에서, n은 10 내지 500의 범위이다.
이 헤테로폴리머 및/또는 플로우 셀 및/또는 임의의 방법의 특징의 임의의 조합이 임의의 바람직한 방식으로 함께 사용될 수 있고/거나 본원에 개시된 임의의 예와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 개시된 추가의 또 다른 양태는 pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드 모노머; 산-불안정성 보호기를 갖는 하이드록실, 염기-불안정성 보호기를 갖는 하이드록실, 산-불안정성 보호기를 갖는 아미노, 염기-불안정성 보호기를 갖는 아미노, 설포네이트기 및 설폰산으로 구성된 군으로부터 선택된 pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 비닐 또는 아크릴레이트 모노머; 온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드; 사카라이드-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머; 친핵체-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머; 및 염-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머로 구성된 군으로부터의 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머를 선택하고; 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머를 프라이머에 부착된 작용기와 반응하는 부착기를 포함하는 아크릴아미드 모노머와 공중합시키는 것을 포함하는, 헤테로폴리머를 제조하는 방법이다.
일부 양태에서, 부착기를 포함하는 아크릴아미드 모노머는 아지도 아세트아미도펜틸 아크릴아미드 모노머다.
이 방법의 일부 양태는 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머 및 부착기를 포함하는 아크릴아미드 모노머를 제2 아크릴아미드 모노머와 공중합하는 것을 추가로 포함한다.
이 방법 및/또는 플로우 셀 및/또는 임의의 헤테로폴리머의 특징의 임의의 조합이 임의의 바람직한 방식으로 함께 사용될 수 있고/거나 본원에 개시된 임의의 예와 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시내용의 예의 특징은 다음의 상세한 설명 및 도면을 참조하여 명백해질 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사하지만 동일하지는 않은 유사한 구성 요소에 대응한다. 간결함을 위해, 이전에 설명된 기능을 갖는 참조 번호 또는 특징은 이들이 나타나는 다른 도면과 관련하여 설명되거나 설명되지 않을 수 있다.
도 1a 내지 1d와 도 1e 및 1f 또는 도 1g 및 1h는 본원에 개시된 방법의 각각의 예를 묘사하는 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 2d는 본원에 개시된 방법의 또 다른 예를 묘사하는 개략적인 단면도이다.
도 3a 및 3b는 비교 중합체 및 본원에 개시된 중합체의 예로 형성된 플로우 셀에 대한 오류율 백분율(도 3a) 및 품질 메트릭스 백분율(도 3b)을 나타내는 그래프이다.
상세한 설명
단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백하게 다르게 지시되지 않는 한 복수 지시 대상을 포함한다.
용어 포함(comprising), 포함(including), 함유 및 이들 용어의 다양한 형태는 서로 동의어이며, 동등하게 광범위함을 의미한다.
용어 상단(top), 하단(bottom), 하부(lower), 상부(upper), 상(on) 및 관련 용어는 플로우 셀 및/또는 플로우 셀의 다양한 구성 요소를 설명하는데 사용된다. 이러한 방향 용어는 특정 방향을 의미하는 것이 아니라, 구성 요소간의 상대적인 방향을 지정하기 위해 사용된다는 것이 이해되어야 한다. 방향 용어의 사용은 여기에 개시된 예를 임의의 특정 방향(들)으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본원에 사용되는 "아세탈기"는 다음 연결성 R2C(OR')2를 갖는 작용기를 나타내며, 여기서 R 기 및 R' 기는 각각 유기 단편이다. 아세탈 기에는 아세탈, 케탈, 헤미아세탈 및 헤미케탈이 포함된다. 아세탈에서 하나의 R 기는 H이다. 일부 양태에서, R'는 C1-4알킬이거나, 함께 취해진 2개의 R' 기는 C2-4알킬렌을 형성한다. 아세탈 보호기는 하이드록실기, 1,2-디올 또는 1,3-디올을 보호하는데 사용될 수 있다.
"아크릴레이트기"는 아크릴산 및 이의 유도체(예를 들어, 메타크릴산)의 염, 에스테르 및 공액 염기를 포함한다. 아크릴레이트 이온은 분자식 CH2=CHCOO-를 갖는다.
"아크릴아미드 모노머"는 구조
Figure pct00006
또는 이의 치환된 유사체를 갖는 모노머(예를 들어, 메타크릴아미드 또는 N-이소프로필아크릴아미드)이다. 아크릴아미드기 및 아지도기를 포함하는 모노머의 예는 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드이다:
Figure pct00007
.
본원에 사용되는 "알킬"은 완전히 포화된(즉, 이중 또는 삼중 결합을 포함하지 않는) 직쇄 또는 분지된 탄화수소 사슬을 나타낸다. 알킬기는 1 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 3차 부틸, 펜틸, 헥실 등을 포함한다. 예를 들어, 명칭 "C1-4 알킬"은 알킬 사슬에 1 내지 4개의 탄소 원자가 있음을 나타내며, 즉, 알킬 사슬은 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 구성된 군으로부터 선택된다.
본원에 사용되는 "알케닐"은 하나 이상의 이중 결합을 함유하는 직쇄 또는 분지된 탄화수소 사슬을 나타낸다. 알케닐기는 2 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 알케닐기의 예는 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐 등을 포함한다.
본원에 사용되는 "알킨" 또는 "알키닐"은 하나 이상의 삼중 결합을 함유하는 직쇄 또는 분지된 탄화수소 사슬을 나타낸다. 알키닐기는 2 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다.
본원에 사용되는 "아릴"은 고리 골격에 탄소만을 함유하는 방향족 고리 또는 고리 시스템(즉, 2개의 인접한 탄소 원자를 공유하는 2개 이상의 융합 고리)을 나타낸다. 아릴이 고리 시스템인 경우, 시스템의 모든 고리는 방향족이다. 아릴 기는 6 내지 18개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 아릴 기의 예는 페닐, 나프틸, 아줄레닐 및 안트라세닐을 포함한다.
본원에 사용되는 용어 "부착된"은 두 개가 공유적으로 또는 비공유적으로 (예를 들어, 수소 결합, 이온 결합, 반 데르 발스 힘, 친수성 상호 작용 및 소수성 상호 작용에 의해) 서로 접합, 고정, 접착, 연결 또는 결합된 상태를 나타낸다. 예를 들어, 핵산은 공유 또는 비공유 결합에 의해 작용기화된 폴리머에 부착될 수 있다.
"아지드" 또는 "아지도" 작용기는 -N3을 나타낸다.
본원에 사용되는 "접합 영역"은 예로서 스페이서 층, 덮개, 다른 기재 등 또는 이들의 조합(예를 들어, 스페이서 층과 덮개)일 수 있는 다른 물질에 접합시키고자 하는 기재 상의 영역을 지칭한다. 접합 영역에서 형성되는 결합은 화학적 접합(위에서 설명한 바와 같음) 또는 기계적 접합(예를 들어, 패스너 등을 사용)일 수 있다.
"3차-부틸옥시카르보닐기"(Boc)는
Figure pct00008
기를 나타낸다. "부틸옥시카르보닐옥시 기"는 -OCO2tBu 기를 나타낸다.
본원에 사용되는 "카르보사이클릴"은 고리 시스템 백본에 탄소 원자만을 함유하는 비-방향족 사이클릭 고리 또는 고리 시스템을 의미한다. 카르보사이클릴이 고리 시스템인 경우, 두개 이상의 고리가 융합, 브릿지 또는 스피로-연결 방식으로 함께 결합될 수 있다. 카르보사이클릴은 어느 정도의 포화도를 가질 수 있으며, 단 고리 시스템 중 적어도 하나의 고리는 방향족이 아니다. 따라서, 카르보사이클릴은 사이클로알킬, 사이클로알케닐 및 사이클로알키닐을 포함한다. 카르보사이클릴기는 3 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 카르보사이클릴 고리의 예는 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헥세닐, 2,3-디하이드로-인덴, 바이사이클로[2.2.2]옥타닐, 아다만틸 및 스피로[4.4]노나닐을 포함한다.
본원에 사용되는 용어 "카르복실산" 또는 "카르복실"은 -COOH를 나타낸다.
본원에 사용되는 "사이클로알킬렌"은 완전히 포화된 카르보사이클릴 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 이는 2개의 부착 지점을 통해 분자의 나머지 부분에 부착된다.
본원에 사용되는 "사이클로알케닐" 또는 "사이클로알켄"은 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 카르보사이클릴 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 여기서 고리 시스템의 어떤 고리도 방향족이 아니다. 예로는 사이클로헥세닐 또는 사이클로헥센 및 노르보르네닐 또는 노르보르넨을 포함한다. 또한 본원에서 사용되는 "헤테로사이클로알케닐" 또는 "헤테로사이클로알켄"은 적어도 하나의 이중 결합을 가지며, 고리 백본에 적어도 하나의 헤테로원자를 갖는 카르보사이클릴 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 여기서 고리 시스템 중의 어떠한 고리도 방향족이 아니다.
본원에 사용되는 "사이클로알키닐" 또는 "사이클로알킨"은 적어도 하나의 삼중 결합을 갖는 카르보사이클릴 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 여기서 고리 시스템 중의 어떠한 고리도 방향족이 아니다. 예로는 사이클로옥틴이 있다. 또 다른 예로는 바이사이클로노닌이 있다. 또한 본원에서 사용되는 "헤테로사이클로알키닐" 또는 "헤테로사이클로알킨"은 적어도 하나의 삼중 결합을 가지며, 고리 백본에 적어도 하나의 헤테로 원자를 갖는 카르보사이클릴 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 여기서 고리 시스템 중의 어떠한 고리도 방향족이 아니다.
본원에 사용되는 용어 "증착"은 임의의 적합한 적용 기술을 지칭하며, 이는 수동 또는 자동일 수 있고, 표면 특성의 개질을 발생시킬 수 있다. 일반적으로, 증착은 기상 증착 기술, 코팅 기술, 그래프팅 기술 등을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 특정 예에는 화학 기상 증착(CVD), 분무 코팅(예를 들어, 초음파 분무 코팅), 스핀 코팅, 덩크 또는 딥 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 퍼들 디스펜싱, 플로우 쓰루(flow through) 코팅, 에어로졸 인쇄, 스크린 인쇄, 미세접촉 인쇄, 잉크젯 인쇄 등이 포함된다.
본원에 사용되는 용어 "오목부(depression)"는 패턴화된 지지체 표면의 인터스티셜 영역(interstitial region)(들)에 의해 완전히 둘러싸인 표면 개구를 갖는 패턴화된 지지체의 각각의 오목한 피쳐를 나타낸다. 오목부는 표면의 개구부에서 임의의 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예로서 원형, 타원형, 정사각형, 다각형, 별 모양(정점 개수 제한 없음) 등을 포함한다. 표면과 직각으로 취해진 오목부의 단면은 곡선, 정사각형, 다각형, 쌍곡선, 원뿔형, 각진 형상 등이 될 수 있다. 예로서, 오목부는 웰(well)일 수 있다. 또한 본원에서 사용되는 "작용기화된 오목부"는 본원에 개시된 폴리머 및 프라이머(들)가 부착된 별개의 오목한 피쳐를 나타낸다.
항목 모음과 관련하여 사용되는 용어 "각각"은 모음 중 개별 항목을 식별하기 위한 것이지만 모음의 모든 항목을 반드시 나타내는 것은 아니다. 명백한 개시내용 또는 문맥에서 명확히 달리 명시되어 있는 경우 예외가 발생할 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "플로우 셀"은 반응이 수행될 수 있는 챔버(즉, 유동 채널), 시약(들)을 챔버에 전달하기 위한 유입구, 및 시약(들)을 챔버로부터 제거하기 위한 유출구를 갖는 용기를 의미하는 것으로 의도된다. 일부 예에서, 챔버는 챔버에서 발생하는 반응 또는 신호의 검출을 가능하게 한다. 예를 들어, 챔버는 챔버에서 어레이, 광학적으로 표지된 분자 등의 광학적 검출을 허용하는 하나 이상의 투명 표면을 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 "유동 채널" 또는 "유동 채널 영역"은 두 개의 접합된 구성 요소 사이에 규정된 영역으로서, 액체 샘플을 선택적으로 수용할 수 있는 영역일 수 있다. 일부 예에서, 유동 채널은 패턴화된 지지체와 덮개 사이에 규정될 수 있으며, 따라서 패턴화된 지지체에 규정된 하나 이상의 오목부와 유체 소통될 수 있다. 다른 예에서, 유동 채널은 패턴화되지 않은 지지체와 덮개 사이에 규정될 수 있다.
"플루오레닐메틸옥시카르보닐" 기(Fmoc)는 구조
Figure pct00009
를 갖는 염기-불안정성 보호기이다.
본원에 사용되는 "헤테로아릴"은 고리 백본에서 하나 이상의 헤테로 원자, 즉 비제한적으로 질소, 산소 및 황을 포함하는 탄소 이외의 원소를 함유하는 방향족 고리 또는 고리 시스템(예를 들어, 2개의 인접한 원자를 공유하는 2개 이상의 융합 고리)을 나타낸다. 헤테로아릴이 고리 시스템인 경우, 시스템의 모든 고리는 방향족이다. 헤테로아릴기는 5-18개의 고리원을 가질 수 있다.
본원에 사용되는 "헤테로사이클릴"은 고리 골격에 적어도 하나의 헤테로원자를 함유하는 비-방향족 사이클릭 고리 또는 고리 시스템을 의미한다. 헤테로사이클릴은 융합, 브릿지 또는 스피로-연결 방식으로 함께 결합될 수 있다. 헤테로사이클릴은 어느 정도의 포화도를 가질 수 있으며, 단 고리 시스템 중 적어도 하나의 고리는 방향족이 아니다. 고리 시스템에서, 헤테로원자(들)는 비-방향족 또는 방향족 고리에 존재할 수 있다. 헤테로사이클릴기는 3 내지 20개의 고리원(즉, 탄소 원자 및 헤테로원자를 포함하는 고리 백본을 구성하는 원자의 수)을 가질 수 있다. 일부 예에서, 헤테로원자(들)는 O, N 또는 S이다.
본원에 사용되는 용어 "하이드라진" 또는 "하이드라지닐"은 임의로 치환된 -NHNH2 기를 나타낸다.
본원에 사용되는 용어 "하이드라존" 또는 "하이드라조닐"은
Figure pct00010
기를 나타내며, 여기에서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 본원에 정의된 바와 같이 수소, C1-6 알킬, C2-6 알케닐, C2-6 알키닐, C3-7 카르보사이클릴, C6-10 아릴, 5-10원 헤테로아릴 및 5-10원 헤테로사이클릴로부터 선택된다.
본원에 사용되는 "하이드록시" 또는 "하이드록실"은 -OH 기를 나타낸다.
본원에 사용되는 용어 "인터스티셜 영역"은 지지체 또는 표면에서 오목부를 분리하는 영역을 나타낸다. 예를 들어, 인터스티셜 영역은 어레이의 한 피쳐를 어레이의 다른 피쳐로부터 분리할 수 있다. 서로 분리되는 두 피쳐는 별개의 것일 수 있으며, 즉 서로 물리적 접촉이 없다. 또 다른 예에서, 인터스티셜 영역은 피쳐의 제1 부분을 피쳐의 제2 부분으로부터 분리할 수 있다. 많은 예에서, 인터스티셜 영역은 연속적인 반면, 피쳐는 예를 들어, 다른 연속적인 표면에 규정된 복수의 웰의 경우와 같이 불연속적이다. 인터스티셜 영역에 의해 제공되는 분리는 부분적 또는 전체 분리일 수 있다. 인터스티셜 영역은 표면에 규정된 피쳐의 표면 물질과 상이한 표면 물질을 가질 수 있다. 예를 들어, 어레이의 피쳐는 인터스티셜 영역에 존재하는 양 또는 농도를 초과하는 코팅 층 및 프라이머(들)의 양 또는 농도를 가질 수 있다. 일부 예에서, 코팅 층 및 프라이머(들)는 인터스티셜 영역에 존재하지 않을 수 있다.
본원에 사용되는 "뉴클레오티드"는 질소-함유 헤테로사이클릭 염기, 당 및 하나 이상의 포스페이트기를 포함한다. 뉴클레오티드는 핵산 서열의 모노머 단위이다. RNA에서 당은 리보스이고, DNA에서 당은 데옥시리보스, 즉 리보스의 2' 위치에 존재하는 하이드록실기가 없는 당이다. 질소 함유 헤테로사이클릭 염기(즉, 핵염기)는 퓨린 염기 또는 피리미딘 염기일 수 있다. 퓨린 염기는 아데닌(A) 및 구아닌(G), 및 이들의 변형된 유도체 또는 유사체를 포함한다. 피리미딘 염기는 시토신(C), 티민(T) 및 우라실(U), 및 이의 변형된 유도체 또는 유사체를 포함한다. 데옥시리보스의 C-1 원자는 피리미딘의 N-1 또는 퓨린의 N-9에 결합된다.
본원에 사용되는 "플라즈마 애싱"은 산소 플라즈마에 의해 지지체로부터 유기물을 제거하는 과정을 나타낸다. 플라즈마 애싱으로 인한 생성물은 진공 펌프/시스템으로 제거될 수 있다. 플라즈마 애싱은 반응성 하이드록실기를 도입함으로써 지지체를 활성화시킬 수 있다.
본원에서 언급된 "헤테로폴리머" 또는 "헤테로폴리머 코팅 층"은 적어도 2개의 상이한 반복 서브유닛(모노머)의 큰 분자를 의미하는 것으로 의도되며, 여기서 반복 서브유닛(모노머) 중 하나는 자극-반응성 작용기를 포함한다.
본원에 사용되는 "프라이머"는 DNA 또는 RNA 합성을 위한 출발점 역할을 하는 단일 가닥 핵산 서열(예를 들어, 단일 가닥 DNA 또는 단일 가닥 RNA)로 정의된다. 프라이머의 5' 말단은 작용기화된 폴리머 층과의 커플링 반응을 허용하도록 변형될 수 있다. 프라이머 길이는 임의의 수의 염기 길이일 수 있으며, 다양한 비-천연 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 한 예에서 프라이머는 20개 내지 40개 염기 범위의 짧은 가닥이다.
본원에 사용되는 용어 "실란" 및 "실란 유도체"는 하나 이상의 실리콘 원자를 포함하는 유기 또는 무기 화합물을 나타낸다. 무기 실란 화합물의 예는 SiH4, 또는 수소가 하나 이상의 할로겐 원자로 대체된 할로겐화된 SiH4이다. 유기 실란 화합물의 예는 X-RB-Si(ORC)3이고, 여기서 R-Si는 유기 링커이고, 여기서 X는 작용기, 예컨대 아미노, 비닐, 메타크릴레이트, 에폭시, 황, 알킬, 알케닐 또는 알키닐이며; RB는 스페이서, 예를 들어 -(CH2)n-이고, 여기서 n은 0 내지 1000이고; RC는 본원에 규정된 바와 같은 수소, 선택적으로 치환된 알킬, 선택적으로 치환된 알케닐, 선택적으로 치환된 알키닐, 선택적으로 치환된 카르보사이클릴, 선택적으로 치환된 아릴, 선택적으로 치환된 5-10원 헤테로아릴, 및 선택적으로 치환된 5-10원 헤테로 사이클릴로부터 선택된다. 본원에 사용되는 용어 "실란" 및 "실란 유도체"는 상이한 실란 및/또는 실란 유도체 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 "스페이서 층"은 두 구성요소를 함께 접합시키는 물질을 나타낸다. 일부 예에서, 스페이서 층은 접합을 돕는 방사선-흡수 물질일 수 있거나 접합을 돕는 방사선-흡수 물질과 접촉될 수 있다.
본원에 사용되는 "자극-반응성 작용기"는 자극에 반응하여 상태를 변경할 수 있는 폴리머 내의 결합 및/또는 원자의 모이어티를 나타낸다. 자극-반응성 작용기는 pH-반응성, 온도-반응성, 사카라이드-반응성, 친핵체-반응성 또는 염-반응성일 수 있다. 각 자극-반응성 작용기의 특정 예는 아래에서 추가로 설명될 것이다.
용어 플로우 셀 "지지체" 또는 "기판"은 표면 화학물(chemistry)이 그 위에 첨가될 수 있는 지지체 또는 기판을 나타낸다. 용어 "패턴화된 기판"은 오목부가 그 안에 또는 위에 규정된 지지체를 나타낸다. 용어 "패턴화되지 않은 기판"은 실질적으로 평면 지지체를 나타낸다. 기판은 또한 본원에서 "지지체", "패턴화된 지지체" 또는 "패턴화되지 않은 지지체"로서 지칭될 수 있다. 지지체는 웨이퍼, 패널, 직사각형 시트, 다이 또는 임의의 다른 적합한 구성일 수 있다. 지지체는 일반적으로 단단하며, 수성 액체에 불용성이다. 지지체는 오목부를 개질시키는데 사용되는 화학물에 대해 불활성일 수 있다. 예를 들어, 지지체는 폴리머 코팅 층을 형성하는데, 프라이머(들)를 폴리머 코팅 층에 부착하는데, 및 기타 등등에 사용되는 화학물에 불활성일 수 있다. 적합한 지지체의 예는 에폭시 실록산, 유리 및 개질된 또는 기능화된 유리, 다면형 올리고머 실세퀴옥산(POSS) 및 이의 유도체, 플라스틱(아크릴릭스, 폴리스티렌 및 스티렌과 기타 물질의 코폴리머, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌(예컨대, Chemours의 TEFLON®), 사이클릭 올레핀/사이클로-올레핀 폴리머(COP)(예컨대, Zeon의 ZEONOR®), 폴리이미드 등 포함), 나일론, 세라믹/세라믹 옥사이드, 실리카, 융합된 실리카 또는 실리카-기반 물질, 알루미늄 실리케이트, 실리콘 및 개질된 실리콘(예를 들어, 붕소 도핑된 p+ 실리콘), 실리콘 니트라이드(Si3N4), 실리콘 옥사이드(SiO2), 탄탈륨 펜톡사이드(TaO5) 또는 기타 탄탈륨 옥사이드(들)(TaOx), 하프늄 옥사이드(HaO2), 탄소, 금속, 무기 유리 등을 포함한다. 지지체는 또한 유리 또는 실리콘 또는 실리콘-기반 폴리머 예컨대, POSS 물질일 수 있으며, 선택적으로 표면에 탄탈륨 옥사이드 또는 다른 세라믹 옥사이드의 코팅층을 갖는다.
본원에 사용되는 용어 "표면 화학물"은 플로우 셀의 채널에 혼입되는 화학적 및/또는 생물학적 활성 성분(들)을 나타낸다. 본원에 개시된 표면 화학물의 예는 지지체 표면의 적어도 일부에 부착된 폴리머 코팅 층 및 폴리머 코팅 층의 적어도 일부에 부착된 프라이머를 포함한다.
"티올" 작용기는 -SH를 나타낸다.
본원에 사용되는 용어 "테트라진" 및 "테트라지닐"은 4개의 질소 원자를 포함하는 6원 헤테로아릴기를 나타낸다. 테트라진은 임의로 치환될 수 있다.
본원에 사용되는 "테트라졸"은 4개의 질소 원자를 포함하는 5원 헤테로사이클릭 기를 나타낸다. 테트라졸은 임의로 치환될 수 있다.
본원에 개시된 플로우 셀의 예는 지지체, 지지체에 부착된 폴리머 및 폴리머에 그래프팅된 프라이머를 포함한다. 플로우 셀의 예는 도 1f, 1h 및 3d에 도시되어 있으며, 본원에 추가로 설명될 것이다. 이제 플로우 셀 지지체에 부착된 폴리머의 다양한 예가 설명될 것이다.
명세서 전체에서 "한 예", "또 다른 예", "예" 등에 대한 언급은 예와 관련하여 설명된 특정 요소(예를 들어, 피쳐, 구조 및/또는 특징부)가 본원에 기술된 적어도 한 예에 포함되며, 다른 예에 존재할 수 있거나 없음을 의미한다. 또한, 임의의 예에 대해 설명된 요소들은 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한 다양한 예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있음이 이해되어야 한다.
본원에 제공된 범위는 언급된 범위 및 언급된 범위 내의 임의의 값 또는 하위 범위를 포함하는데, 그러한 범위, 값 또는 하위 범위가 본원에서 명시적으로 언급된 것처럼 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 약 400 nm 내지 약 1 μm(1000 nm)의 범위는 명시적으로 언급된 약 400 nm 내지 약 1 μm의 한계뿐만 아니라, 약 708 nm, 약 945.5 nm 등과 같은 각각의 값, 및 약 425 nm 내지 약 825 nm, 약 550 nm 내지 약 940 nm 등과 같은 하위 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 하다. 또한, "약" 및/또는 "실질적으로"가 값을 설명하는데 이용될 경우, 이들은 언급된 값으로부터의 작은 변동(최대 +/- 10%)을 포함하는 것을 의미한다.
본원에 기술된 헤테로폴리머는 소정의 자극에 노출되는 경우 변경을 겪을 수 있는 자극-반응성 작용기를 포함하며, 여기에서 변경은 헤테로폴리머의 극성 및/또는 형태를 변화시킨다. 따라서, 본원 개시된 헤테로폴리머의 예는 전환가능할 수 있다. 전환가능한 헤테로폴리머는 특정 자극에의 노출시 시작 상태로부터 제2의 전환된 상태로 전환될 수 있다. 전환의 예에는 극성에 대한 변화, 예컨대 친수성을 증가시키는 소수성에서 친수성으로, 소수성을 증가시키는 친수성에서 소수성으로, 중성에서 하전된 상태, 하전된 상태에서 중성으로, 음이온에서 중성으로, 양이온에서 중성으로, 중성에서 음이온으로, 중성에서 양이온으로, 및 중성에서 친수성이 증가된 중성으로의 변화를 포함한다. 전환의 예는 또한 팽창, 붕괴된 상태에서 확장된 상태로, 확장된 상태에서 붕괴된 상태로(예를 들어, 항고분자전해질 거동을 가짐) 및 코일-구 형성과 같은 형태적 변화를 포함한다. 주어진 자극-반응성 기는 하나 초과의 전환 효과를 부여할 수 있다. 일부 양태에서, 전환은 비가역적이며, 다른 예에서, 전환은 상이한 화학적 또는 열적 조건 하에서 가역적이다.
자극-반응성 작용기는 전환가능한 헤테로폴리머가 플로우 셀 지지체에 적용되는 경우 시작 상태를 나타낸다. 일부 양태에서, 시작 상태는 플로우 셀 지지체의 소수성 특성과 양립가능하며, 이러한 양립성은 플로우 셀의 제작 및 취급을 용이하게 한다. 예를 들어, 시작 상태(예를 들어, 소수성)는 헤테로폴리머의 소수성 플로우 셀 지지체로의 부착 및 코팅 균일성을 개선시킬 수 있는 반면, 전환된 상태는 시퀀싱 작업과 같은 플로우 셀 사용과 더욱 양립가능할 수 있다.
따라서, 일부 양태에서, 전환된 상태는 시퀀싱 작업을 포함하는 일부 적용에서 개선된 성능을 제공하는 솔루션 형태일 수 있다. 시퀀싱 작업 전, 본원에 개시된 자극-반응성 폴리머는 소정의 자극에 노출될 수 있다. 자극에 노출되면 전환가능한 헤테로폴리머는 자극-반응성 작용기에 대한 소정의 자극 효과로 인해 극성 및/또는 형태를 변경한다. 전환된 상태(들)의 헤테로폴리머는 단백질의 비-특이적 흡착을 감소시킬 수 있고 시퀀싱 메트릭스(예를 들어, 염기 또는 1차 주기 강도, 품질 점수, 오류율 등)를 개선할 수 있는 낮은 오염 표면을 제공할 수 있다.
당업자는 본원에 기재된 임의의 헤테로폴리머가 임의의 순서 또는 구성으로 2개 이상의 반복 모노머 단위를 포함하는 랜덤, 블록, 선형 및/또는 분지형 코폴리머일 수 있으며, 선형, 가교 또는 분지형, 또는 이들의 조합일 수 있음을 인지할 것이다.
일부 예에서, 자극-반응성 작용기는 pH-반응성 작용기이다. 이러한 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 pH-반응성 작용기를 포함하는 복수의 모노머를 포함하는 코폴리머이다. 복수의 모노머는 각각 동일한 pH-반응성 작용기 또는 동일한 pH 조건에 대해 반응하는 상이한 pH-반응성 작용기를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 헤테로폴리머는 복수의 아크릴아미드 모노머와의 코폴리머이다. 단일 유형의 아크릴아미드 모노머가 사용될 수 있거나, 둘 이상의 상이한 아크릴아미드 모노머가 사용될 수 있다.
일부 양태에서, pH-반응성 작용기는 산성 또는 염기성 pH 조건에 노출시 증가 또는 감소된 극성(예를 들어, 증가된 친수성 또는 증가된 소수성)을 갖는 치환기로 전환된다. 일부 양태에서, pH-반응성 작용기는 중성이고 자극에 노출되면 하전된다. 일부 양태에서, pH-반응성 작용기는 하전되며, 자극에 노출되면 중성이 된다. 일부 양태에서, pH-반응성 작용기는 중성이고, 자극에 노출되면 다른 중성이지만 더 극성인 기로 전환된다.
일부 양태에서, pH-반응성 작용기는 산-불안정성 보호기를 갖는 하이드록실(산성/낮은 pH 조건에 노출시 더욱 친수성인 자유 하이드록실로 전환), 염기-불안정성 보호기를 갖는 하이드록실(염기성/높은 pH 조건에 노출시 더욱 친수성인 자유 하이드록실로 전환), 산-불안정성 보호기를 갖는 아미노(산성/낮은 pH 조건에 노출시 더욱 친수성인 자유 아미노기로 전환), 염기-불안정성 보호기를 갖는 아미노(염기성/높은 pH 조건에 노출시 더욱 친수성인 자유 아미노기로 전환), 아미노기(산성/낮은 pH 조건에서 암모늄 이온으로 전환), 카르복실레이트(-CO2 -) 기(산성/낮은 pH 조건에 노출시 중성 카르복실산으로 전환), 카르복실산기(염기성/높은 pH 조건에 노출시 하전되고 더욱 친수성인 카르복실레이트로 전환), 술포네이트(-SO3 -) 기(산/낮은 pH 조건에 노출시 중성 설폰산으로 전환), 또는 설폰산기(염기성/높은 pH 조건에 노출시 하전되고 더욱 친수성인 설포네이트로 전환)이다.
예시적인 전환가능한 헤테로폴리머는 하기 구조의 모노머를 포함한다:
Figure pct00011
상기 식에서,
X는 -O-PG, -NH-PG, -NRaRb, -SO3H, -SO3 -, -CO2H 및 -CO2 -로 구성된 군으로부터 선택된 pH-반응성 작용기이고;
PG는 산- 또는 염기-불안정성 보호기(예를 들어, Boc, Fmoc 또는 아세탈)이며;
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 H 또는 C1-4알킬이고;
각각의 Rz는 독립적으로 H 또는 C1-4알킬이다.
일부 양태에서, X는 -O-Boc, -NHBoc, -NHFmoc, -NH2, -NHCH3, 또는 -N(CH3)2이다. 일부 양태에서, X는 SO3H, -SO3 -, -CO2H 또는 -CO2 -이다. 일부 양태에서, Ra 및 Rb는 둘 다 메틸이다. 일부 양태에서, Rz는 H 또는 메틸이다. 일부 양태에서, 모노머는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00012
.
따라서, 일부 양태에서, pH-반응성 작용기는 아세탈, 헤미아세탈 또는 케탈로 보호된 하이드록실, 1,2-디올 또는 1,3-디올(산성/낮은 pH 조건에 노출시 더욱 극성/친수성 디올로 전환됨), 3차-부틸옥시카르보닐아미노기, 9H-플루오렌-9-일메톡시카르보닐아미노기, 아미노기, 카르복실레이트(-CO2 -)기, 카르복실산기, 설포네이트(-SO3 -)기, 또는 술폰산기이다.
3차-부톡시카르보닐아미노기는 소수성(또는 덜 친수성) 상태일 수 있으며, 낮은(산성) pH(예를 들어, 7미만의 pH)에 노출시 친수성 상태(예를 들어, 아미노기)로 전환될 수 있다. 3차-부톡시카르보닐아미노기는 아크릴아미드 모노머 또는 아크릴레이트 모노머에 부착될 수 있다. 3차-부톡시카르보닐아미노기 함유 모노머의 예는 N-(3차-부톡시카르보닐-아미노에틸)메타크릴아미드, N-(3차-부톡시카르보닐-아미노프로필)메타크릴아미드 및 (2-3차-부톡시카르보닐-아미노)에틸 메타크릴레이트를 포함한다.
9H-플루오렌-9-일메톡시카르보닐아미노기는 소수성(또는 덜 친수성) 상태일 수 있으며, 낮은(산성) pH(예를 들어, 7미만의 pH)에 노출시 친수성 상태(예를 들어, 아미노기)로 전환될 수 있다. 9H-플루오렌-9-일메톡시카르보닐아미노기는 아크릴아미드 모노머, 또는 아크릴레이트 모노머 또는 비닐 모노머에 부착될 수 있다. 9H-플루오렌-9-일메톡시카르보닐기 함유 모노머의 예는 하기를 포함한다:
Figure pct00013
.
아미노기는 중성 상태일 수 있고, 낮은(산성) pH(예를 들어, 7미만의 pH)에 노출시 하전된(그리고 더욱 친수성인) 상태(양이온성)로 전환될 수 있다. 예를 들어, 합성된 폴리머의 아미노기는 양성자화되며, 이는 폴리머 백본 주변에 양이온 전하를 유발할 수 있다. 합성된 폴리머에서, 아미노기는 아크릴아미드 모노머, 또는 아크릴레이트 모노머 또는 비닐 모노머에 부착될 수 있다. 아미노기 함유 모노머의 예는 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트, 2-(N,N-디메틸아미노)에틸 아크릴레이트, N-[3-(N,N-디메틸아미노)프로필]아크릴아미드, N-[2-(N,N-디메틸아미노)에틸]메타크릴아미드, 및 N-[3-(N,N-디메틸아미노)프로필]메타크릴아미드를 포함한다.
낮은(산성) pH(예를 들어, 7 미만의 pH)에 노출시 아세탈기는 이의 시작 상태(하이드록실 또는 디올)보다 더욱 친수성 상태로 전환될 수 있다. 아세탈기는 아지드-작용기화된 히알루론산(HA-N3)에 부착될 수 있다. HA-N3는 유기 용매에 대한 용해도가 제한되어 있어, 아세탈화 반응 전에 산성 이온 교환 수지를 사용하여 이의 테트라부틸암모늄 염으로 전환될 수 있다. 아세탈화 반응은 실온에서 2-메톡시프로펜 및 피리디늄 p-톨루엔설포네이트를 디메틸 설폭사이드(DMSO)에 용해된 HA-N3 염과 반응시켜 수행될 수 있다.
일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 아지도-함유 아크릴아미드 모노머를 추가로 포함한다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 하기를 포함한다:
Figure pct00014
및 선택적으로,
Figure pct00015
.
일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 하기 구조를 포함한다:
Figure pct00016
또는
Figure pct00017
상기 식에서, 각각의 Rz는 독립적으로 H 또는 C1-4알킬이다. 일부 예에서, X는 -O-Boc, -NHBoc, -NHFmoc, -NH2, -NHCH3, 또는 -N(CH3)2이다. 일부 예에서, X는 -NHBoc이다. 일부 양태에서, X는 SO3H, -SO3 -, -CO2H 또는 -CO2 -이다. 일부 양태에서, Ra 및 Rb는 둘 다 메틸이다. 일부 양태에서, 각각의 Rz는 독립적으로 H 또는 메틸이다.
일부 예에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 2개의 pH-반응성 아세탈 작용기(예컨대, 하나의 케탈기 및 하나의 헤미케탈기) 및 카르복실산기를 포함한다. 예시적인 헤테로폴리머는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00018
상기 식에서, n은 10 내지 500의 범위이다. 산-불안정성 아세탈기는 아지도-변형된 히알루론산(HA-N3)의 극성 덱스트란 백본에 있는 다수의 알콜을 보호하고, 헤테로폴리머의 특성을 친수성에서 소수성으로 변화시킨다. 더욱 소수성인 시작 상태의 헤테로폴리머는 취급 및 처리가 더욱 용이할 수 있어, 헤테로폴리머가 본원에 개시된 소수성 지지체(예를 들어, 노르보르넨-작용기화된 유리 또는 POSS 기판)에 더욱 효과적으로 코팅 또는 부착되게 할 수 있다.
일부 예에서, 자극-반응성 작용기는 온도-반응성 작용기이다. 이러한 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 온도-반응성 작용기를 포함하는 복수의 모노머를 포함하는 코폴리머이다. 복수의 모노머는 각각 동일한 온도-반응성 작용기 또는 동일한 온도 조건에 대해 반응하는 상이한 온도-반응성 작용기를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 헤테로폴리머는 복수의 아크릴아미드 모노머와의 코폴리머이다. 단일 유형의 아크릴아미드 모노머가 사용될 수 있거나, 둘 이상의 상이한 아크릴아미드 모노머가 사용될 수 있다.
온도-반응성 작용기는 다소 극성 작용기로 전환될 수 있거나 온도 변화로 인해 폴리머에 형태 변화를 일으킬 수 있는 작용기이다. 예를 들어, 온도-반응성 기는 헤테로폴리머를 열에 노출시 제거되는 열-민감성 하이드록실 또는 아미노 보호기(예컨대, Boc 또는 Fmoc 기)를 포함한다(중성 시작 상태로부터 증가된 친수성을 갖는 중성으로 전환). 아크릴 모노머를 포함하여 다양한 Boc 및 Fmoc-보호된 모노머가 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 온도-반응성 작용기는 폴리머가 실온에서 중성이고 상대적으로 친수성인 확장된 시작 상태로 존재하게 하고, 이어서 헤테로폴리머를 증가된 온도(예컨대, 32℃ 초과)에서 중성이고 상대적으로 소수성인 붕괴된 상태로 전환시킬 수 있다. 이러한 다른 예는 코일-구 전환이며, 이는 예를 들어, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)에 의해 나타날 수 있다. 이러한 전환가능한 헤테로폴리머에 그래프팅된 프라이머는 이러한 거동을 약간 변경할 수 있음이 이해되어야 한다. 일부 양태에서, 이러한 폴리머 물질은 열 코일에서 구로의 전환을 겪는다. 일부 양태에서, 온도-반응성 작용기는 이온화가능한 감열성 겔인 폴리머의 일부이다. 일부 양태에서, 온도 반응성 작용기를 포함하는 모노머는 N-치환된 아크릴아미드, 예컨대 H2C=C(H 또는 메틸)-C(O)NRcRd이고, 여기서 Rc는 H이고 Rd는 분지된 C3-6알킬이다. 일부 양태에서, 온도-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 선택적으로 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) 블록 중의 N-이소프로필아크릴아미드이다.
한 예에서, 헤테로폴리머는 온도-반응성 작용기 모노머 및 아크릴아미드 모노머를 포함한다. 일부 예에서, 아크릴아미드 모노머는 상기에 제시된 바와 같이 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머 및 아크릴아미드 모노머와 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머의 조합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 아지도-함유 아크릴아미드 모노머를 추가로 포함한다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 하기를 포함한다:
Figure pct00019
및 선택적으로,
Figure pct00020
.
일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 하기 구조를 포함한다:
Figure pct00021
또는
Figure pct00022
상기 식에서, 각각의 Rz는 독립적으로 H 또는 C1-4알킬이다.
또 다른 양태에서, 자극-반응성 작용기는 디올 시약과 반응하여 음이온 작용기를 형성하는 친수성 치환기인 사카라이드-반응성 작용기이다. 일부 양태에서, 디올은 유기 디올, 또는 당 또는 글루코스이다. 일부 양태에서, 사카라이드-반응성 작용기는 보론산, 예컨대 알킬 보론산 또는 아릴 보론산을 포함한다. 보론산 작용기는 전하 중성 시작 상태로 존재할 수 있으며(또한, 상대적으로 소수성일 수 있음), 사카라이드 용액에 노출될 때 음으로 하전된(음이온) 상태로 전환될 수 있다(또한, 전하 중성 상태보다 더욱 친수성일 수 있음). 보론산은 사카라이드와 반응하여 물의 유입으로 인해 가역적으로 팽창하는 보로네이트 에스테르를 형성하는 능력이 있으며, 이는 시퀀싱 작업 동안 바람직할 수 있다.
보론산 작용기는 아크릴아미드 모노머, 또는 아크릴레이트 모노머 또는 비닐 모노머에 부착될 수 있다. 한 예에서, 사카라이드-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00023
.
보론산기 함유 모노머의 예는 3-(아크릴아미도)페닐보론산을 포함한다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 아크릴아미드 모노머를 추가로 포함한다. 일부 양태에서, 아크릴아미드 모노머는 아지도-함유 아크릴아미드 모노머이다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 하기를 포함한다:
Figure pct00024
및 선택적으로,
Figure pct00025
.
일부 양태에서, 헤테로폴리머는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00026
또는
Figure pct00027
상기 식에서, 각각의 Rz는 독립적으로 H 또는 C1-4알킬이다.
일부 예에서, 자극-반응성 작용기는 친핵체-반응성 작용기이다. 친핵체-반응성 작용기는 친핵체에 의해 공격을 받아 본원에 기술된 바와 같이 극성 및/또는 형태의 변화를 부여하는 구조적 변화를 일으키기 쉬운 기이다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 친핵체-반응성 작용기를 포함하는 복수의 모노머를 포함하는 코폴리머이다. 복수의 모노머는 각각 동일한 친핵체-반응성 작용기 또는 동일한 친핵체에 반응하는 상이한 친핵체-반응성 작용기를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 헤테로폴리머는 친핵체-반응성 작용기를 포함하는 모노머와 하나 이상의 아크릴아미드 모노머의 코폴리머이다. 단일 유형의 아크릴아미드 모노머가 사용될 수 있거나, 둘 이상의 상이한 아크릴아미드 모노머가 사용될 수 있다. 일부 예에서, 친핵체-반응성 작용기는 사이클릭 설포네이트 에스테르(예컨대, 설톤 고리) 또는 사이클릭 무수물(예를 들어, 숙식산 무수물)이며, 이는 pH 9 이상과 같은 염기성(높은 pH) 조건하의 일부 경우에 친핵체에 노출시 개환 반응을 일으킬 수 있다.
일부 양태에서, 친핵체-반응성 작용기는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00028
상기 식에서, (a) Y는 SO2이고, Y'는 CH2이거나; (b) Y 및 Y'는 둘 모두 C(O)이다. 다른 양태에서, 친핵체-반응성 작용기는 하기와 같다:
Figure pct00029
또는
Figure pct00030
. 적합한 친핵체에는 일차 알킬 아민 및 알킬 알콜이 포함된다. 설톤 개환기 및 이의 개환 반응의 예는 하기와 같다:
Figure pct00031
상기 식에서, M은 H 또는 일가 양이온(나트륨 또는 칼륨 양이온)이다. 설톤 개환기는 소수성(또는 덜 친수성) 상태일 수 있으며, 높은(염기성) pH에 노출시 개환 반응 및 (더욱) 친수성 상태로의 전환을 겪을 수 있다. 개환 반응 후의 작용기는 또한 음이온성일 수 있으며, 따라서 하전된 상태일 수 있다.
일부 양태에서, 친핵체-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 하기와 같다:
Figure pct00032
특정 예에서, 모노머는 하기와 같다:
Figure pct00033
또는
Figure pct00034
.
일부 양태에서, 친핵체-반응성 작용기는 아크릴아미드 모노머, 또는 아크릴레이트 모노머, 또는 비닐 모노머에 부착될 수 있다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 아크릴아미드 모노머를 추가로 포함한다. 일부 예에서, 아크릴아미드 모노머는 아지도-함유 아크릴아미드 모노머이다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 하기를 포함한다:
Figure pct00035
및 선택적으로,
Figure pct00036
.
일부 양태에서, 헤테로폴리머는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00037
또는
Figure pct00038
상기 식에서, 각각의 Rz는 독립적으로 H 또는 C1-4알킬이다.
일부 양태에서, 자극-반응성 작용기는 염-반응성 작용기이다. 일부 예에서, 염-반응성 작용기는 항고분자전해질 거동을 나타내는 양쪽성이온 작용기이고, 여기에서 양쪽성이온 작용기는 염에 노출시 붕괴된 상태로부터 확장된 상태로 전환된다. 염 반응성 작용기는 항고분자전해질 거동을 갖는 양쪽성이온 작용기이다. 본원에 사용되는 "항고분자전해질 거동"은 양쪽성이온 작용기를 포함하는 모노머가 염에 노출시 붕괴된 상태로부터 확장된 상태로 전환됨을 의미한다(즉, 모노머는 순수한 물에서보다 염수에서 더 큰 용해도를 가짐). 이와 같이, 염 반응성 작용기는 붕괴된 상태(예를 들어, 폴리머 사슬은 구형임)에 있을 수 있고, 염 용액에 노출시 확장된 상태(즉, 폴리머 사슬이 확장됨)로 전환될 수 있다. 국부적인 염 반대이온의 영향은 염 반응성 작용기를 포함하는 폴리머 사슬의 형태를 변화시킨다. 한 예에서, 양쪽성이온 작용기를 포함하는 모노머는 N-(2-메타크릴로일옥시)에틸-N,N-디메틸암모니오 프로판설포네이트 및 N-(3-메타크릴로일이미노)프로필-N,N-디메틸암모니오 프로판설포네이트로 구성된 군으로부터 선택된다.
일부 예에서, 염-반응성 작용기를 포함하는 모노머는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00039
상기 식에서, A는 O 또는 NH이고, Rz는 H 또는 C1-4알킬이다.
다른 예에서, 염-반응성 작용기는 -NMe3 +와 같은 4차 암모늄기이다. 예시적인 모노머는 하기와 같다:
Figure pct00040
상기 식에서, Rz는 H 또는 C1-4알킬이다.
음이온 대응물(염 용액에 존재)과 조합될 때, 이러한 하전된 물질은 항고분자전해질 거동을 나타낼 수 있다. 적합한 음이온 대응물의 예는 카르복실레이트 염, 설포네이트 염, 시트레이트 염, 인산염 등을 포함한다.
염-반응성 작용기는 아크릴아미드 모노머, 또는 아크릴레이트 모노머, 또는 비닐 모노머에 부착될 수 있다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 아크릴아미드 모노머를 추가로 포함한다. 일부 예에서, 아크릴아미드 모노머는 아지도-함유 아크릴아미드 모노머이다. 일부 양태에서, 전환가능한 헤테로폴리머는 하기를 포함한다:
Figure pct00041
및 선택적으로,
Figure pct00042
.
일부 양태에서, 헤테로폴리머는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00043
또는
Figure pct00044
상기 식에서, 각각의 Rz는 독립적으로 H 또는 C1-4알킬이다.
한 예에서, 플로우 셀은 지지체 및 지지체에 부착된 전환가능한 헤테로폴리머를 포함하며, 여기에서 자극-반응성 작용기는 pH-반응성 작용기, 온도-반응성 작용기, 사카라이드-반응성 작용기, 친핵체-반응성 작용기 및 염-반응성 작용기로 구성된 군으로부터 선택된다. 자극-반응성 작용기는 소정의 자극에 노출되는 경우 변형을 겪을 수 있으며, 여기에서 변형은 전환가능한 헤테로폴리머의 극성 및/또는 형태를 변경한다.
일부 양태에서, 플로우 셀 지지체는 인터스티셜 영역에 의해 이격된 오목부를 포함하는 패턴화된 기판이고, 여기서 헤테로폴리머는 오목부 내에 존재한다. 다른 양태에서, 지지체는 유동 채널 영역 및 접합 영역을 갖는 패턴화되지 않은 기판이고, 여기에서 헤테로폴리머는 유동 채널 영역에 부착된다.
일부 양태에서, 플로우 셀은 전환가능한 헤테로폴리머에 그래프팅된 프라이머를 추가로 포함한다.
플로우 셀의 이러한 양태의 예에서, 지지체의 표면은 실란 또는 실란 유도체로 작용기화되고, 헤테로폴리머는 실란 또는 실란 유도체에 부착된다. 일부 예에서, 실란 또는 실란 유도체는 작용기화된 폴리머 층의 작용기와 반응할 수 있는 불포화된 모이어티를 포함한다. 본원에 사용되는 용어 "불포화된 모이어티"는 적어도 하나의 이중 결합 또는 하나의 삼중 결합을 포함하는, 사이클로알켄, 사이클로알킨, 헤테로사이클로알켄, 헤테로사이클로알킨, 또는 이의 선택적으로 치환된 변이체를 포함하는 화학 기를 나타낸다. 불포화된 모이어티는 일가 또는 이가일 수 있다. 불포화된 모이어티가 일가인 경우, 사이클로알켄, 사이클로알킨, 헤테로사이클로알켄 및 헤테로사이클로알킨은 각각 사이클로알케닐, 사이클로알키닐, 헤테로사이클로알케닐 및 헤테로사이클로알키닐과 상호교환적으로 사용된다. 불포화된 모이어티가 이가인 경우, 사이클로알켄, 사이클로알킨, 헤테로사이클로알켄 및 헤테로사이클로알킨은 각각 사이클로알케닐렌, 사이클로알키닐렌, 헤테로사이클로알케닐렌 및 헤테로사이클로알키닐렌과 상호교환적으로 사용된다.
불포화된 모이어티는 실란 또는 실란 유도체의 실리콘 원자에 직접적으로 공유 부착될 수 있거나 링커를 통해 간접적으로 부착될 수 있다. 적합한 링커의 예는 선택적으로 치환된 알킬렌(예를 들어, 이중 결합의 개방에 의해 알켄으로부터 또는 상이한 탄소 원자로부터 2개의 수소 원자를 제거함으로써 알칸으로부터 유도되는 것으로 간주되는 이가 포화된 지방족 라디칼(예컨대, 에틸렌)), 치환된 폴리에틸렌 글리콜 등을 포함한다.
본원에 개시된 헤테로폴리머는 적어도 2개의 상이한 모노머로 구성된다. 모노머 중 하나는 자극-반응성 작용기를 포함한다. 일부 양태에서, 다른 모노머는 플로우 셀 지지체 및/또는 프라이머와 반응하여 헤테로폴리머를 여기에 부착시킬 수 있는 부착기를 포함한다. 이러한 다른 부착기는 또한 지지체에 부착할 수 있거나, 다른 모노머는 지지체에 부착할 수 있는 제2(상이한) 부착기를 포함할 수 있다. 본원에 개시된 폴리머는 또한 자극-반응성 작용기 및 부착기의 각각의 기능을 방해하지 않는 하나 이상의 다른 모노머를 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
본원에 개시된 폴리머의 임의의 예에서, 부착기는 아지도, 아미노, 알케닐(사이클로알케닐 또는 헤테로사이클로알케닐기 포함), 알키닐(사이클로알키닐 또는 헤테로사이클로알키닐기 포함), 알데하이드, 하이드라존, 하이드라진, 카르복실, 하이드록시, 테트라졸, 테트라진 및 티올로 구성된 군으로부터 선택된다.
부착기는 프라이머의 5' 말단에 부착된 작용기와 반응할 수 있다. 예를 들어, 바이사이클로[6.1.0]비-4-인(BCN) 종결된 프라이머는 변형-촉진 촉매 비함유 클릭 화학을 통해 폴리머의 아지드 부착기에 의해 포획될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 알킨 종결된 프라이머는 구리 촉매된 클릭 화학을 통해 폴리머의 아지드 부착기에 의해 포획될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 노르보르넨 종결된 프라이머는 폴리머의 테트라진 부착기와 촉매-비함유 고리 변형 증진된 클릭 반응을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 스타우딩거 결찰(Staudinger ligation), 변형-촉진된 반응 및 광-클릭 고리화첨가를 포함하는 다른 커플링 화학반응이 프라이머를 부착기에 부착하는데 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
사용될 수 있는 종결된 프라이머의 다른 예는 테트라진 종결된 프라이머, 아지도 종결된 프라이머, 아미노 종결된 프라이머, 에폭시 또는 글리시딜 종결된 프라이머, 티오포스페이트 종결된 프라이머, 티올 종결된 프라이머, 알데하이드 종결된 프라이머, 하이드라진 종결된 프라이머 및 트리아졸린디온 종결된 프라이머를 포함한다.
한 예에서, 부착기는 아크릴아미드 모노머에 부착된다. 부착기를 포함하는 모노머의 한 예로는 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드가 있다.
방법의 한 예에서, 폴리머 코팅층을 플로우 셀에 적용하는 것은 플로우 쓰루 증착, 화학 기상 증착, 딥 코팅, 덩크 코팅, 스핀 코팅, 분무 코팅, 퍼들 디스펜싱, 초음파 분무 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 에어로졸 인쇄, 스크린 인쇄, 미세접촉 인쇄 또는 잉크젯 인쇄를 포함한다.
방법의 한 예에서, 플로우 셀 지지체는 인터스티셜 영역에 의해 이격된 오목부를 포함하는 패턴화된 플로우 셀 지지체이고, 방법은 폴리머 코팅 층을 적용하기 전에 실란 또는 실란 유도체를 패턴화된 플로우 셀 지지체의 표면에 부착하여 실란화된 오목부 및 실란화된 인터스티셜 영역을 형성시키는 단계; 실란화된 오목부 내에 및 실란화된 인터스티셜 영역 상에 폴리머 코팅 층을 적용하는 단계; 및 실란화된 인터스티셜 영역으로부터 폴리머 코팅 층을 제거(예를 들어, 연마)하는 단계를 추가로 포함한다.
방법의 한 예에서, 폴리머 코팅 층을 소정의 자극에 노출시키는 것은 중합체 코팅 층을 가열하기; 폴리머 코팅 층을 소정의 pH의 용액에 노출시키기; 폴리머 코팅 층을 친핵체에 노출시키기; 폴리머 코팅 층을 사카라이드를 포함하는 용액에 노출시키기; 또는 폴리머 코팅 층을 염 용액에 노출시키기 중 하나를 포함한다.
또 다른 추가의 양태에서, 방법은 플로우 셀 지지체의 적어도 일부 상의 폴리머 코팅 층을 소정의 자극에 노출시켜 폴리머 코팅 층의 자극-반응성 작용기가 i) 현재 상태로부터 현재 상태보다 더욱 친수성 상태로, 또는 ii) 중성 상태로부터 하전된 상태로, 또는 iii) 붕괴된 상태를 확장된 상태로 전환되게 하는 단계; 및 폴리머 코팅 층이 더욱 친핵성 상태, 하전된 상태 또는 확장된 상태인 경우 플로우 셀 지지체를 사용하여 시퀀싱 작업을 수행하는 단계를 포함한다.
일부 양태는 플로우 셀을 제조하기 위한 방법이다. 방법은 전환가능한 헤테로폴리머를 플로우 셀 지지체의 적어도 일부에 적용하는 것을 포함한다.
패턴화된 기판에의 폴리머(폴리머 코팅 층) 및 프라이머(즉, 표면 화학물)의 첨가는 도 1a 내지 1f, 및 도 1g 및 1h와 조합된 도 1a 내지 1d를 참조로 하여 설명될 것이며, 패턴화되지 않은 기판에의 표면 화학물의 첨가는 도 2a 내지 2d를 참조로 하여 설명될 것이다.
도 1a는 패턴화된 지지체(12)의 예의 단면도이다. 패턴화된 지지체(12)는 패턴화된 웨이퍼 또는 패턴화된 다이 또는 임의의 다른 패턴화된 지지체(예를 들어, 패널, 직사각형 시트 등)일 수 있다. 본원에 설명된 지지체(12)의 임의의 예가 사용될 수 있다. 패턴화된 웨이퍼는 여러 플로우 셀을 형성하는데 사용될 수 있으며, 패턴화된 다이는 단일 플로우 셀을 형성하는데 사용될 수 있다. 한 예에서, 지지체는 약 2 mm 내지 약 300 mm 범위의 직경, 또는 최대 약 10 피트(~ 3 미터) 이하의 가장 큰 치수를 갖는 직사각형 시트 또는 패널을 가질 수 있다. 한 예에서,지지체 웨이퍼는 약 200 mm 내지 약 300 mm 범위의 직경을 갖는다. 또 다른 예에서, 지지체 다이는 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 범위의 폭을 갖는다. 예시적인 치수가 제공되었지만, 임의의 적절한 치수를 갖는 지지체/기판이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 또 다른 예에 있어서, 300 mm 원형 웨이퍼보다 표면적이 더 큰 직사각형 지지체인 패널이 사용될 수 있다.
패턴화된 지지체(12)는 지지체(12)의 노출된 층 또는 표면 상에 또는 내에 규정된 오목부(14), 및 인접한 오목부(14)를 분리하는 인터스티셜 영역(16)을 포함한다. 본원에 개시된 예에서, 오목부(14)는 표면 화학물(예를 들어, 20, 22)로 기능화되는 반면, 인터스티셜 영역(16)은 결합에 사용될 수 있으나, 이 위에 존재하된 프라이머(들)는 갖지 않을 것이다(도 1e, 1f 및 1h에 도시됨).
오목부(14)는 예를 들어, 포토리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 스탬핑 기술, 엠보싱 기술, 몰딩 기술, 마이크로에칭 기술, 인쇄 기술 등을 포함하는 다양한 기술을 사용하여 지지체(12) 내에 또는 상에 제작될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 이용되는 기술은 지지체(12)의 조성 및 형태에 의존적일 것이다.
규칙적, 반복적 및 비규칙적 패턴을 포함하는 많은 다양한 오목부(14)의 배치가 예상될 수 있다. 한 예에서, 오목부(14)는 밀착 패킹 및 개선된 밀도를 위해 육각 격자로 배치된다. 다른 레이아웃은 예를 들어, 직선(즉, 직사각형) 배치, 삼각형 배치 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 배치 또는 패턴은 오목부(14)의 행과 열로 존재하는 x-y 형식일 수 있다. 일부 다른 예에서, 배치 또는 패턴은 오목부(14) 및/또는 인터스티셜 영역(16)의 반복 배열일 수 있다. 여전히 다른 예에서, 배치 또는 패턴은 오목부(14) 및/또는 인터스티셜 영역(16)의 무작위 배열일 수 있다. 패턴은 점, 패드, 웰(well), 기둥, 줄무늬, 소용돌이, 선, 삼각형, 직사각형, 원, 호, 체크, 격자 무늬, 대각선, 화살표, 정사각형 및/또는 크로스해치(cross-hatch)를 포함할 수 있다.
배치 또는 패턴은 한정된 영역에서 오목부(14)의 밀도(즉, 오목부(14)의 수)와 관련하여 특성 결정될 수 있다. 예를 들어, 오목부(14)는 mm2 당 약 2백만의 밀도로 존재할 수 있다. 밀도는 예를 들어, mm2 당 적어도 약 100, mm2 당 약 1,000, mm2 당 약 10만, mm2 당 약 100만, mm2 당 약 200만, mm2 당 약 500만, mm2 당 약 1,000만, mm2 당 약 5,000만 이상의 밀도를 포함하는 다양한 밀도로 조정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 밀도는 mm2 당 약 5000만, mm2 당 약 1000만, mm2 당 약 500만, mm2 당 약 200만, mm2 당 약 100만, mm2 당 약 10만, mm2 당 약 1,000, mm 2당 약 100 이하로 더 낮게 조정될 수 있다. 지지체(12) 상의 오목부(14)의 밀도는 상기 범위로부터 선택된 하위 값 중 하나와 상위 값 중 하나 사이에 있을 수 있음이 추가로 이해되어야 한다. 예로서, 고밀도 어레이는 약 100 nm 미만으로 이격된 오목부(14)를 가짐을 특징으로 할 수 있으며, 중간 밀도 어레이는 약 400 nm 내지 약 1 μm로 이격된 오목부(14)를 가짐을 특징으로 할 수 있으며, 저밀도 어레이는 약 1 μm 초과로 이격된 오목부(14)를 가짐을 특징으로 할 수 있다. 예시적인 밀도가 제공되었지만, 임의의 적절한 밀도를 갖는 기판이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
배치 또는 패턴은 또한 또는 대안적으로 평균 피치, 즉 오목부(14)의 중심으로부터 인접한 인터스티셜 영역(16)의 중심까지의 간격(중심 간 간격)으로 특성 결정될 수 있다. 패턴은 평균 피치 주변의 변동 계수가 작도록 규칙적일 수 있거나, 패턴은 변동 계수가 상대적으로 클 수 있는 경우인 비규칙적일 수 있다. 어느 경우든, 평균 피치는 예를 들어, 적어도 약 10 nm, 약 0.1 μm, 약 0.5 μm, 약 1 μm, 약 5 μm, 약 10 μm, 약 100 μm 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 평균 피치는 예를 들어, 최대 약 100 μm, 약 10 μm, 약 5 μm, 약 1 μm, 약 0.5 μm, 약 0.1 μm 이하일 수 있다. 사이트(16)의 특정 패턴에 대한 평균 피치는 상기 범위로부터 선택되는 하위 값 중 하나 내지 상위 값 중 하나 사이에 있을 수 있다. 한 예에서, 오목부(14)는 약 1.5 μm의 피치(중심 간 간격)를 갖는다. 예시적인 평균 피치 값이 제공되었지만, 다른 평균 피치 값이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
도 1a 내지 1h에 도시된 예에서, 오목부(14)는 웰(14')이고, 따라서 패턴화된 지지체(12)는 이의 표면에 웰(14')의 어레이를 포함한다. 웰(14')은 마이크로 웰 또는 나노웰일 수 있다. 각 웰(14')의 크기는 이의 부피, 웰 개구 면적, 깊이 및/또는 직경을 특징으로 할 수 있다.
각 웰(14')은 액체를 담을 수 있는 임의의 부피를 가질 수 있다. 예를 들어, 플로우 셀의 다운스트림 사용에 대해 예상되는 처리량(예를 들어, 다중성), 분해능, 분석물 조성 또는 분석물 반응성을 수용하기 위해 최소 또는 최대 부피를 선택할 수 있다. 예를 들어, 부피는 적어도 약 1 x 10-3 μm3, 약 1 x 10-2 μm3, 약 0.1 μm3, 약 1 μm3, 약 10 μm3, 약 100 μm3 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 부피는 최대 약 1 x 104 μm3, 약 1 x 103 μm3, 약 100 μm3, 약 10 μm3, 약 1 μm3, 약 0.1 μm3 이하일 수 있다. 기능화된 코팅 층이 웰(14') 부피의 전체 또는 일부를 채울 수 있음이 이해되어야 한다. 각각의 웰(14')에서 코팅 층의 부피는 상기 명시된 값보다 크거나, 작거나 그 사이일 수 있다.
표면 상의 각 웰 개구부가 차지하는 면적은 웰 부피에 대해 상기 제시된 것과 유사한 기준에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 표면 상의 각 웰 개구에 대한 면적은 적어도 약 1 x 10-3 μm2, 약 1 x 10-2 μm2, 약 0.1 μm2, 약 1 μm2, 약 10 μm2, 약 100 μm2 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 면적은 최대 약 1 x 103 μm2, 약 100 μm2, 약 10 μm2, 약 1 μm2, 약 0.1 μm2, 약 1 x 10-2 μm2 이하일 수 있다. 각 웰 개구부가 차지하는 면적은 상기 명시된 값보다 크거나, 작거나, 그 사이일 수 있다.
각 웰(14')의 깊이는 적어도 약 0.1 μm, 약 1 μm, 약 10 μm, 약 100 μm 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 깊이는 최대 약 1 x 103 μm, 약 100 μm, 약 10 μm, 약 1 μm, 약 0.1 μm 이하일 수 있다. 각 웰(14')의 깊이는 상기 명시된 값보다 크거나, 작거나, 그 사이일 수 있다.
일부 예에서, 각 웰(14')의 직경은 적어도 약 50 nm, 약 0.1 μm, 약 0.5 μm, 약 1 μm, 약 10 μm, 약 100 μm 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 직경은 최대 약 1 x 103 μm, 약 100 μm, 약 10 μm, 약 1 μm, 약 0.5 μm, 약 0.1 μm 이하(예를 들어, 약 50 nm)일 수 있다. 각 웰(14')의 직경은 상기 명시된 값보다 크거나, 작거나, 그 사이일 수 있다.
패턴화된 지지체(12)는 오목부(들)(14)에 표면 화학물(20, 22)을 추가하기 위해 일련의 공정에 노출될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 패턴화된 지지체(12)는 표면을 세척하고 활성화하기 위해 플라즈마 애싱에 노출될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 플라즈마 애싱 공정은 유기 물질을 제거하고 표면 하이드록실기를 도입할 수 있다. 부분적으로 지지체(12)의 유형에 따라 다른 적절한 세척 공정이 지지체(12)를 세척하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 산화제 또는 가성 용액으로 화학적 세척을 수행할 수 있다.
그 후, 패턴화된 지지체(12)(도 1a에 도시됨)는 폴리머 코팅 층(20)을 형성하기 위해 본원에 개시된 자극-반응성 폴리머의 증착을 위한 표면을 준비하는 공정에 노출될 수 있다(도 1c). 한 예에서, 패턴화된 지지체(12)는 실란 또는 실란 유도체(18)(도 1b)를 패턴화된 지지체 표면에 부착시키는 실란화에 노출될 수 있다. 실란화는 오목부(14, 14')(예를 들어, 바닥 표면 상 및 측벽을 따라) 내 및 인터스티셜 영역(16) 상을 포함하는 표면에 걸쳐 실란 또는 실란 유도체(18)를 도입시킨다(도 1b). 일부 양태에서, 실란 또는 실란 유도체는 패턴화된 기판의 오목부 또는 패턴화되지 않은 기판의 미세위치(microlocation)(서로 분리된)에만 선택적으로 도입된다.
실란화는 임의의 실란 또는 실란 유도체(18)를 사용하여 달성될 수 있다. 실란 또는 실란 유도체(18)의 선택은 폴리머 코팅 층(20)(도 1c에 도시 됨)을 형성하는데 사용될 폴리머에 부분적으로 의존적일 수 있는데, 이는 실란 또는 실란 유도체(18)와 폴리머 코팅 층(20) 사이에 공유 결합을 형성하는 것이 바람직할 수 있기 때문이다. 실란 또는 실란 유도체(18)를 지지체(12)에 부착하는데 이용되는 방법은 사용되는 실란 또는 실란 유도체(18)에 따라 달라질 수 있다. 몇 가지 예가 본원에 제시되어 있다.
한 예에서, 실란 또는 실란 유도체(18)는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES) 또는 (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS)(즉, X-R B -Si(ORC)3, 여기서 X는 아미노이고, RB는 -(CH2)3-이고, R C 는 에틸 또는 메틸임)이다. 이러한 예에서, 지지체(12) 표면은 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES) 또는 (3-아미노프로필)트리 메톡시실란(APTMS)으로 전처리되어 실리콘을 표면 상의 하나 이상의 산소 원자에 공유 결합시킬 수 있다(메카니즘에 의해 얽매이지 않으면서, 각 실리콘은 1, 2 또는 3개의 산소 원자에 결합될 수 있다). 이러한 화학적으로 처리된 표면은 베이킹되어 아민기 단층을 형성한다. 그 후, 아민기는 Sulfo-HSAB와 반응하여 아지도 유도체를 형성한다. 21℃에서 1 J/cm2 내지 30 J/cm2의 에너지로의 UV 활성화는 활성 니트렌 종을 생성하며, 이는 본원에 개시된 폴리머와의 다양한 삽입 반응을 일으킬 수 있다.
다른 실란화 방법 또한 사용될 수 있다. 적합한 실란화 방법의 예에는 기상 증착, YES 방법, 스핀 코팅 또는 기타 증착 방법이 포함된다. 지지체(12)를 실란화하는데 사용될 수 있는 방법 및 재료의 일부 예가 본원에 설명되어 있지만, 다른 방법 및 재료가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
YES CVD 오븐을 사용하는 예에서, 패턴화된 지지체(12)는 CVD 오븐에 배치된다. 챔버를 환기시키고, 이어서 실란화 사이클을 시작할 수 있다. 사이클링 동안 실란 또는 실란 유도체 용기는 적절한 온도(예를 들어, 노르보르넨 실란의 경우 약 120℃)로 유지될 수 있으며, 실란 또는 실란 유도체 증기 라인은 적절한 온도(예를 들어, 노르보르넨의 경우 약 125℃)로 유지될 수 있으며, 진공 라인은 적절한 온도(예를 들어, 약 145℃)로 유지될 수 있다.
또 다른 예에서, 실란 또는 실란 유도체(18)(예를 들어, 액체 노르보르넨 실란)가 유리 바이알 내부에 증착되고, 패턴화된 지지체(12)가 있는 유리 진공 데시케이터 내부에 배치될 수 있다. 그 후, 데시케이터를 약 15 mTorr 내지 약 30 mTorr 범위의 압력으로 비우고, 약 60℃ 내지 약 125℃ 범위의 온도에서 오븐 내부에 놓는다. 실란화가 진행되도록 한 다음 데시케이터를 오븐에서 꺼내 냉각하고 공기에 배기시킨다.
기상 증착, YES 방법 및/또는 진공 데시케이터는 본원에 개시된 불포화된 모이어티의 예를 포함하는 실란 또는 실란 유도체(18)와 같은 다양한 실란 또는 실란 유도체(18)와 사용될 수 있다. 예로서, 이러한 방법은 실란 또는 실란 유도체(18)가 사이클로알켄 불포화된 모이어티, 예컨대 노르보르넨, 노르보르넨 유도체(예를 들어, 탄소 원자 중 하나 대신에 산소 또는 질소를 포함하는 (헤테로)노르보르넨), 트랜스사이클로옥텐, 트랜스사이클로옥텐 유도체, 트랜스사이클로펜텐, 트랜스사이클로헵텐, 트랜스-사이클로노넨, 바이사이클로[3.3.1]논-1-엔, 바이사이클로[4.3.1]데크-1(9)-엔, 바이사이클로[4.2.1]논-1(8)-엔 및 바이시클로 [4.2.1]논-1-엔을 포함하는 경우 이용될 수 있다. 이들 사이클로알켄 중 임의의 사이클로알켄은 예를 들어, R 기, 예컨대 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클릴, 아르알킬 또는 (헤테로알리사이클릴)알킬로 치환될 수 있다. 노르보르넨 유도체의 예는 [(5-바이사이클로[2.2.1]헵트-2-에닐)에틸]트리메톡시실란을 포함한다. 다른 예로서, 이러한 방법은 실란 또는 실란 유도체(18)가 알킨 또는 사이클로알킨 불포화된 모이어티, 예컨대 사이클로옥틴, 사이클로옥틴 유도체 또는 바이사이클로노닌(예를 들어, 바이사이클로[6.1.0]논-4-인 또는 이의 유도체, 바이사이클로[6.1.0]논-2-인, 또는 바이사이클로[6.1.0]논-3-인)을 포함하는 경우 사용될 수 있다. 이들 사이클로알킨은 본원에 기재된 임의의 R 기로 치환될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 실란 또는 실란 유도체(18)의 부착은 실란화된 오목부 및 실란화된 인터스티셜 영역(이는 처리된 오목부와 처리된 인터스티셜 영역의 한 예임)을 포함하는 실란화된 패턴화된 지지체를 형성한다.
이어서, 실란화된 패턴화된 지지체는 실란화된 오목부 및 실란화된 인터스티셜 영역 상에 폴리머 코팅 층(20)을 형성하는 공정에 노출될 수 있다.
폴리머 코팅 층(20)을 적용하기 전에, 방법의 일부 예는 폴리머 코팅 층(20)을 형성하기 위해 증착될 헤테로폴리머를 합성하는 것을 포함할 수 있다. 합성은 자극-반응성 작용기 함유 모노머를 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머 및 아크릴아미드 모노머와 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 모노머를 공중합시키는 것을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 임의의 pH-반응성, 온도-반응성, 사카라이드-반응성, 친핵체-반응성 또는 염-반응성 모노머를 사용하여 헤테로폴리머를 형성할 수 있다. 본원에 개시된 폴리머 물질을 제조하기 위해 여러 접근법이 이용될 수 있다. 몇 가지 예로서, 사용되는 중합 방법은 자유 라디칼 중합, 제어된 라디칼 중합, 비-라디칼 방법 또는 또 다른 적합한 방법일 수 있다.
본원에 기재된 바와 같이, 폴리머 코팅 층(20)의 예는 자극-반응성 작용기의 임의의 예 및 부착기의 임의의 예를 포함하는 본원에 개시된 임의의 자극-반응성 폴리머를 포함한다. 자극-반응성 폴리머는 혼합물에 존재하거나 혼입될 수 있다. 한 예에서, 혼합물은 에탄올과 물 혼합물에 자극-반응성 폴리머를 포함한다. 폴리머 코팅 층(20)은 임의의 적절한 기술을 사용하여 실란화된 패턴화된 지지체(12)의 표면 상에(즉, 실란화된 오목부 및 실란화된 인터스티셜 영역 상에) 형성될 수 있다. 자극-반응성 폴리머는 화학 기상 증착(CVD), 또는 침지 또는 딥 코팅, 덩크 코팅, 스핀 코팅, 분무 코팅 또는 초음파 분무 코팅, 퍼들 분배, 닥터 블레이드 코팅, 에어로졸 인쇄, 스크린 인쇄, 미세접촉 인쇄 또는 잉크젯 인쇄를 이용하여, 또는 기타 적절한 기술을 통해 패턴화된 지지체(12)의 표면 상에 증착될 수 있다. 폴리머 코팅 층(20)은 도 1c에 도시되어 있다.
덩크 코팅은 패턴화되고 실란화된 지지체를 일련의 온도 제어 배쓰에 침지시키는 것을 포함할 수 있다. 배쓰는 또한 흐름 제어될 수 있고/거나 질소 블랭킷으로 덮일 수 있다. 배쓰는 폴리머 혼합물을 포함할 수 있다. 다양한 배쓰 전체에 걸쳐, 자극-반응성 폴리머가 부착되어 실란화된 오목부(들) 내에 및 인터스티셜 영역 상에 폴리머 코팅 층(20)을 형성할 것이다. 한 예에서, 패턴화되고 실란화된 지지체는 폴리머를 부착하기 위한 반응이 일어나는 폴리머 혼합물을 포함하는 제1 배쓰에 도입될 것이며, 그 다음 패턴화되고 실란화되고 폴리머 코팅된 지지체는 세척을 위한 추가 배쓰로 이동될 것이다. 패턴화된 지지체는 로봇 팔을 사용하거나 수동으로 배쓰에서 배쓰로 이동할 수 있다. 건조 시스템이 또한 덩크 코팅에 사용될 수 있다.
분무 코팅은 폴리머 혼합물을 패턴화되고 실란화된 지지체 상에 직접 분무함으로써 수행될 수 있다. 분무 코팅된 지지체는 폴리머를 부착하기에 충분한 시간 동안 인큐베이션될 수 있다. 인큐베이션 후, 임의의 부착되지 않은 폴리머 혼합물은 예를 들어, 스핀 코터를 사용하거나 본원에 기재된 배쓰 또는 덩크 탱크에서 초음파 처리에 의해 희석 및 제거될 수 있다.
퍼들 분배는 풀 및 스핀 오프 방법에 따라 수행될 수 있으며, 따라서 스핀 코터로 달성될 수 있다. 폴리머 혼합물은 패턴화되고 실란화된 지지체에 (수동으로 또는 자동화 공정을 통해) 적용될 수 있다. 적용된 폴리머 혼합물은 패턴화되고 실란화된 지지체의 전체 표면에 걸쳐 적용되거나 스프레딩될 수 있다. 폴리머 코팅된 패턴화된 지지체는 폴리머를 부착하기에 충분한 시간 동안 인큐베이션될 수 있다. 인큐베이션 후, 임의의 부착되지 않은 폴리머 혼합물은 예를 들어, 스핀 코터를 사용하거나 본원에 기재된 배쓰 또는 덩크 탱크에서 초음파 처리에 의해 희석 및 제거될 수 있다.
폴리머 코팅 층(20)을 실란화된 오목부 및 실란화된 인터스티셜 영역(즉, 18)에 부착하는 것은 공유 결합을 통해 이루어질 수 있다. 폴리머 코팅 층(20)을 실란화된 오목부에 공유결합시키는 것은 다양한 사용 동안 궁극적으로 형성된 플로우 셀의 수명에 걸쳐 오목부(14, 14')에서 폴리머 코팅 층(20)을 유지하는데 도움이 된다. 다음은 실란 또는 실란 유도체(18)와 폴리머 코팅 층(20) 사이에서 일어날 수 있는 반응의 일부 예이다.
실란 또는 실란 유도체(18)가 불포화된 모이어티로서 노르보르넨 또는 노르보르넨 유도체를 포함하는 경우, 노르보르넨 또는 노르보르넨 유도체는 i) 자극-반응성 폴리머의 아지드/아지도기와 1,3-이극성 고리화첨가 반응을 일으킬 수 있거나; ii) 자극-반응성 폴리머에 부착된 테트라진기와 커플링 반응을 일으킬 수 있거나; iii) 자극-반응성 폴리머에 부착된 하이드라존기와의 고리화첨가 반응을 일으킬 수 있거나; iv) 자극-반응성 폴리머에 부착된 테트라졸기와 광-클릭 반응을 일으킬 수 있거나; v) 자극-반응성 폴리머에 부착된 니트릴 옥사이드기와의 고리화첨가를 일으킬 수 있다.
실란 또는 실란 유도체(18)가 불포화된 모이어티로서 사이클로옥틴 또는 사이클로옥틴 유도체를 포함하는 경우, 사이클로옥틴 또는 사이클로옥틴 유도체는 i) 자극-반응성 폴리머의 아지드/아지도와의 변형-촉진된 아지드-알킨 1,3-고리화첨가(SPAAC) 반응을 일으킬 수 있거나; ii) 자극-반응성 폴리머에 부착된 니트릴 옥사이드기와의 변형-촉진된 알킨-니트릴 옥사이드 고리화첨가 반응을 일으킬 수 있다.
실란 또는 실란 유도체(18)가 불포화된 모이어티로서 바이사이클로노닌을 포함하는 경우, 바이사이클로노닌은 바이사이클릭 고리 시스템의 변형으로 인해 자극-반응성 폴리머에 부착된 아지드 또는 니트릴 옥사이드와의 유사한 SPAAC 알킨 고리화첨가를 일으킬 수 있다.
도시되지는 않았지만, 방법의 일부 예에서, 패턴화된 지지체(12)는 실란화에 노출되지 않을 수 있음이 이해되어야 한다. 오히려, 패턴화된 지지체(12)는 플라즈마 애싱에 노출될 수 있고, 이어서 폴리머 코팅 층(20)은 플라즈마 애싱된 패턴화된 지지체(12) 상에 직접적으로 스핀 코팅(또는 다르게는 증착)될 수 있다. 이러한 예에서, 플라즈마 애싱은 폴리머 코팅 층(20)을 패턴화된 지지체(12)에 부착시킬 수 있는 표면-활성화제(들)(예를 들어, 카르복실 또는 하이드록실로서 -OH 기)를 생성할 수 있다. 이들 예에서, 폴리머 코팅 층(20)의 다른 작용기는 플라즈마 애싱에 의해 생성된 표면 기와 반응하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리머 코팅 층(20)의 다른 작용기는 N-하이드록시숙신이미드 에스테르(NHS 에스테르)일 수 있다.
코팅된 후, 자극-반응성 폴리머는 또한 전체 패턴화된 기판에 걸쳐(즉, 오목부(들)(14) 및 인터스티셜 영역(들)(16) 상에서) 폴리머 코팅 층(20)을 형성하기 위해 경화 공정에 노출될 수 있다. 한 예에서, 자극-반응성 폴리머의 경화는 약 5분 내지 약 2시간 범위의 시간 동안 실온(예를 들어, 약 25℃) 내지 약 60℃ 범위의 온도에서 일어날 수 있다.
실란화되고 코팅된 패턴화된 기판(도 1c에 도시됨)은 세척 공정에 노출될 수 있다. 이 공정은 수조 및 초음파 처리를 활용할 수 있다. 수조는 약 22℃ 내지 약 45℃ 범위의 상대적으로 낮은 온도로 유지될 수 있다. 또 다른 예에서 수조 온도는 약 25℃ 내지 약 30℃ 범위이다.
그 후, 실란화되고 코팅된 패턴화된 지지체는 필요하다면 연마에 노출되어 실란화된 인터스티셜 영역으로부터 폴리머 코팅 층(20)의 일부(들)를 제거한다. 실란화되고, 코팅되고, 연마된 패턴화된 기판은 도 1d에 도시되어 있다. 인터스티셜 영역(16)에 인접한 실란 또는 실란 유도체(18) 부분은 연마의 결과로 제거되거나 제거되지 않을 수 있다. 이와 같이, 도 1d 내지 1h에서, 인터스티셜 영역(16)에 인접한 실란 또는 실란 유도체(18) 부분은 가상으로 도시되는데, 이들은 연마 후에 적어도 부분적으로 잔존할 수 있거나 연마 후에 제거될 수 있기 때문이다. 이러한 실란화된 부분이 완전히 제거되면, 밑에 있는 지지체(12)가 노출되는 것으로 이해되어야 한다.
연마 공정은 순한 화학 슬러리(예를 들어, 연마재, 완충제, 킬레이트제, 계면활성제 및/또는 분산제 포함)로 수행될 수 있으며, 이는 인터스티셜 영역(16)으로부터 얇은 폴리머 코팅 층(20) 및 일부 경우에, 실란 또는 실란 유도체(18)의 적어도 일부를 제거할 수 있는데, 이들 영역의 밑에 있는 지지체(12)에 해로운 영향을 주지 않으면서 제거할 수 있다. 대안적으로, 연마는 연마 입자를 포함하지 않는 용액으로 수행될 수 있다.
화학 슬러리는 화학 기계 연마 시스템에 사용되어 도 1c에 도시된 실란화되고 코팅된 패턴화된 지지체의 표면을 연마할 수 있다. 연마 헤드(들)/패드(들) 또는 다른 연마 도구(들)는 인터스티셜 영역(16)으로부터 폴리머 코팅 층(20)을 연마할 수 있는 반면, 오목부(14, 14')의 폴리머 코팅 층(20)은 남겨두고, 밑에 있는 지지체(12)는 적어도 실질적으로 온전한채 남겨둔다. 예로서, 연마 헤드는 Strasbaugh ViPRR II 연마 헤드일 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 연마는 연마 패드 및 임의의 연마재 없는 용액으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 연마 입자가 없는 용액(즉, 연마 입자를 포함하지 않는 용액)과 함께 사용될 수 있다.
연마는 도 1d에 도시된 바와 같이 인터스티셜 영역(16)으로부터 폴리머 코팅 층(20) 부분(들)(및 일부 경우에 실란 또는 실란 유도체(18)의 적어도 일부)을 제거하고, 실란화된 오목부에서 폴리머 코팅 층(20) 부분(들)은 남긴다. 또한 상기 언급된 바와 같이, 인터스티셜 영역(들)(16)은 연마가 완료된 후에 실란화된채 유지될 수 있다. 즉, 실란화된 인터스티셜 영역은 연마 후에도 온전히 유지될 수 있다. 대안적으로(18의 가상 부분에 의해 표시되는 바와 같이), 실란 또는 실란 유도체(18)는 연마의 결과로서 인터스티셜 영역(들)(16)으로부터 제거될 수 있다.
도시되지 않았지만, 실란화되고, 코팅되고, 연마된 패턴화된 지지체(도 1d에 도시됨)가 세척 공정에 노출될 수 있음이 이해되어야 한다. 이 공정은 수조 및 초음파 처리를 활용할 수 있다. 수조는 약 22℃ 내지 약 30℃ 범위의 상대적으로 낮은 온도로 유지될 수 있다. 실란화되고, 코팅되고 연마된 패턴화된 기판은 또한 스핀 건조될 수 있거나 또 다른 적절한 기술을 통해 건조될 수 있다.
그 후, 도 1d에 도시된 실란화되고, 코팅되고, 연마된 패턴화된 지지체는 플로우 셀(10)을 생성하는 도 1e 및 1f에 도시된 공정 또는 플로우 셀(10')을 생성하는 도 1g 및 1h에 도시된 공정에 노출될 수 있다. 도 1e 및 1f에서, 프라이머(22)가 그래프팅된 후 패턴화된 플로우 셀 지지체(12)에 덮개(26)가 접합된다. 도 1g 및 1h에서, 덮개(26)는 패턴화된 플로우 셀 지지체(12)에 접합된 후 프라이머(22)가 그래프팅된다.
도 1e에서, 프라이머(22)를 오목부(들)(14, 14')의 폴리머 코팅 층(20)에 그래프팅하기 위해 그래프팅 공정이 수행된다. 프라이머(22)는 알킨 작용기를 포함하는 임의의 전방향 증폭 프라이머 또는 역방향 증폭 프라이머일 수 있다. 적합한 프라이머의 구체적인 예로는 Illumina, Inc.에서 판매하는 상용 플로우 셀의 표면 상에 사용되는, HISEQ™, HISEQX™, MISEQ™, MISEQDX™, MINISEQ™, NEXTSEQ™, NEXTSEQDX™, NOVASEQ™, GENOME ANALYZER™, ISEQ™ 및 기타 기기 플랫폼에서의 시퀀싱을 위한 P5 및/또는 P7 프라이머를 포함한다.
이러한 예에서, 그래프팅은 증착(예를 들어, 일시적으로 결합된 덮개 사용), 덩크 코팅, 분무 코팅, 퍼들 분배를 통한 흐름에 의해, 또는 오목부(14, 14')의 적어도 일부에서 기능화된 폴리머 층(20)에 프라이머(들)(22)를 부착할 또 다른 적합한 방법에 의해 달성될 수 있다. 이들 예시적인 기술 각각은 프라이머(들), 물, 완충제 및 촉매를 포함할 수 있는 프라이머 용액 또는 혼합물을 이용할 수 있고, 본원에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다.
덩크 코팅은 패턴화된 지지체(이의 오목부(들)(14)에서 폴리머 코팅 층(20)을 가짐)를 일련의 온도 제어된 배쓰에 담그는 것을 포함할 수 있다. 배쓰는 또한 흐름 제어될 수 있고/거나 질소 블랭킷으로 덮일 수 있다. 배쓰는 프라이머 용액 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 다양한 배쓰를 통해, 프라이머(들)(22)는 오목부(들)(14)의 적어도 일부에서 폴리머 코팅 층(20)의 부착기(들)에 부착될 것이다. 한 예에서, 코팅되고 연마된 패턴화된 지지체는 프라이머(들)를 부착하기 위한 반응이 일어나는, 프라이머 용액 또는 혼합물을 포함하는 제1 배쓰에 도입되고, 그 후 패턴화된 기판은 세척을 위한 추가적인 배쓰로 이동될 것이다. 패턴화된 기판은 로봇 팔을 사용하거나 수동으로 배쓰에서 배쓰로 이동할 수 있다. 건조 시스템이 또한 덩크 코팅에 사용될 수 있다.
분무 코팅은 프라이머 용액 또는 혼합물을 코팅되고 연마된 패턴화된 지지체에 직접 분무함으로써 수행될 수 있다. 분무 코팅된 웨이퍼는 약 0℃ 내지 약 70℃ 범위의 온도에서 약 4분 내지 약 60분 범위의 시간 동안 인큐베이션될 수 있다. 인큐베이션 후, 프라이머 용액 또는 혼합물은 예를 들어 스핀 코터를 사용하여 희석 및 제거될 수 있다.
퍼들 분배는 풀 및 스핀 오프 방법에 따라 수행될 수 있으며, 따라서 스핀 코터로 달성될 수 있다. 프라이머 용액 또는 혼합물은 코팅되고 연마된 패턴화된 지지체에 (수동으로 또는 자동화 공정을 통해) 적용될 수 있다. 적용된 프라이머 용액 또는 혼합물은 코팅되고 연마된 패턴화된 지지체의 전체 표면에 걸쳐 적용되거나 스프레딩될 수 있다. 프라이머 코팅된 패턴화된 기판은 약 0℃ 내지 약 80℃ 범위의 온도에서 약 2분 내지 약 60분 범위의 시간 동안 인큐베이션될 수 있다. 인큐베이션 후, 프라이머 용액 또는 혼합물은 예를 들어 스핀 코터를 사용하여 희석 및 제거될 수 있다.
그 후, 도 1f에 묘사된 바와 같이, 덮개(26)는 지지체(12)의 접합 영역(25)에 접합될 수 있다. 패턴화된 플로우 셀 지지체(12)가 웨이퍼인 경우, 덮개(26)의 상이한 영역은 웨이퍼를 사용하여 형성되는 각각의 유동 채널(30)을 적어도 부분적으로 규정할 수 있다. 패턴화된 플로우 셀 지지체(12)가 다이일 때, 덮개(26)는 형성되고 있는 하나 이상의 유동 채널(30)을 규정할 수 있다.
덮개(26)는 오목부(들)(14)에서 표면 화학물(20, 22) 쪽으로 향하는 여기 광에 투명한 임의의 물질일 수 있다. 예로서, 덮개(26)는 유리(예를 들어, 보로실리케이트, 용융 실리카 등), 플라스틱 등일 수 있다. 적합한 보로실리케이트 유리의 시중에서 입수가능한 예는 Schott North America, Inc.에서 입수할 수 있는 D 263®이다. 적합한 플라스틱 물질, 즉 사이클로 올레핀 폴리머의 시중에서 입수가능한 예는 Zeon Chemicals L.P.에서 입수할 수 있는 ZEONOR® 제품이다.
일부 예에서, 덮개(26)는 접합 영역(25)의 형상에 대응하고 접합 영역(25)에 결합될 측벽(들)(29)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 리세스는 투명 블록 내로 에칭되어 실질적으로 평면부(예를 들어, 상단)(27) 및 실질적으로 평면부(27)로부터 확장되는 측면(들)(29)을 형성할 수 있다. 에칭된 블록이 패턴화된 기판(12)의 접합 영역에 장착될 때, 리세스는 유동 채널(30)이 될 수 있다.
다른 예에서, 측벽(들)(29) 및 덮개(26)는 서로 결합되는 별개의 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 덮개(26)는 (일단 패턴화된 지지체(12)에 결합되면) 흐름 채널(30)의 일부(예를 들어, 상단부)를 규정하는 적어도 실질적으로 평면인 내표면 및 적어도 실질적으로 평면인 외표면을 갖는 실질적으로 직사각형 블록일 수 있다. 블록은, 패턴화된 플로우 셀 기판(12)의 접합 영역(25)에 접합되고 유동 채널(30)의 측벽(들)을 형성하는 측벽(들)(29) 상에 탑재(예를 들어, 접합)될 수 있다. 이러한 예에서, 측벽(들)(29)은 스페이서 층(후술됨)에 대해 본원에 제시된 임의의 물질을 포함할 수 있다.
덮개(26)는 레이저 접합, 확산 접합, 양극 접합, 공융 접합, 플라즈마 활성화 접합, 유리 프릿 접합 또는 당업계에 공지된 기타 방법과 같은 임의의 적합한 기술을 사용하여 패턴화된 플로우 셀 지지체(12)의 접합 영역(25)에 접합될 수 있다. 한 예에서, 스페이서 층(28)은 덮개(26)를 접합 영역(25)에 접합하는데 사용될 수 있다. 스페이서 층(28)은 패턴화된 기판(12)의 인터스티셜 영역(16)(예를 들어, 접합 영역(25)) 중 적어도 일부와 덮개(26)를 함께 밀봉할 임의의 물질일 수 있다.
한 예에서, 스페이서 층(28)은 덮개(26) 및/또는 패턴화된 지지체(12)에 의해 투과되는 파장에서 방사선을 흡수하는 방사선-흡수 물질일 수 있다. 흡수된 에너지는 차례로 스페이서 층(28)과 덮개(26) 사이 및 스페이서 층(28)과 패턴화된 기판(12) 사이에 접합을 형성한다. 이 방사선-흡수 물질의 예는 약 1064 nm에서 흡수하는 DuPont(USA)의 블랙 KAPTON®(카본 블랙을 포함하는 폴리이미드)이다. 파장이 천연 폴리이미드 물질에 의해 상당히 흡수되는 파장(예를 들어, 480 nm)으로 변경되어야 한다는 점을 제외하고는 카본 블랙이 첨가되지 않은 폴리이미드를 사용할 수 있음을 이해해야 하다. 또 다른 예로서, 폴리이미드 CEN JP는 532 nm에서 광으로 조사할 때 접합될 수 있다. 스페이서 층(28)이 방사선-흡수 물질인 경우, 스페이서 층(28)은 스페이서 층(28)이 원하는 접합 영역(25)과 접촉하도록 덮개(26)와 패턴화된 지지체(12) 사이의 계면에 위치될 수 있다. 적절한 파장의 레이저 에너지가 계면에 적용되는 동안(즉, 방사선-흡수 물질이 조사됨), 압축이 가해질 수 있다(예를 들어, 약 100 PSI의 압력). 레이저 에너지는 적절한 접합을 달성하기 위해 상단과 하단 둘 모두로부터의 계면에 적용될 수 있다.
또 다른 예에서, 스페이서 층(28)은 방사선-흡수 물질을 이와 접촉하여 포함할 수 있다. 방사선-흡수 물질은 스페이서 층(28)과 덮개(26) 사이의 계면뿐만 아니라 스페이서 층(28)과 패턴화된 플로우 셀 지지체(12) 사이의 계면에 적용될 수 있다. 예로서, 스페이서 층(28)은 폴리이미드일 수 있고, 별도의 방사선-흡수 물질은 카본 블랙일 수 있다. 이러한 예에서, 별도의 방사선-흡수 물질은 스페이서 층(28)과 덮개(26) 사이 및 스페이서 층(28)과 패턴화된 지지체(12) 사이의 결합을 형성하는 레이저 에너지를 흡수한다. 이러한 예에서, 적절한 파장의 레이저 에너지가 계면에 적용되는 (즉, 방사선-흡수 물질이 조사되는) 동안, 압축이 각각의 계면에 적용될 수 있다.
패턴화된 플로우 지지체(12)가 웨이퍼인 경우, 스페이서 층(28) 및 (덮개(26)의 또는 이에 연결된) 측벽(29)은 하나의 유동 채널(30)을 인접한 유동 채널(30)로부터 물리적으로 분리할 수 있으며, 웨이퍼의 주변에 위치할 수 있다. 패턴화된 지지체(12)가 다이이고, 형성되는 플로우 셀(10)에 단일 유동 채널(30) 또는 레인을 포함시키고자 하는 경우, 스페이서 층(28) 및 (덮개(26)의 또는 이에 연결된) 측벽(29)은 다이의 주변에 위치하여 유동 채널(30)을 규정하고, 플로우 셀(10)을 밀봉시킬 수 있다. 패턴화된 지지체(12)가 다이이며, 형성되는 플로우 셀(10)에 다수의 분리된 유동 채널(30)(예를 들어, 8개 또는 4개의 유동 채널/레인)을 포함시키고자 하는 경우, 스페이서 층(28) 및 (덮개(26)의 또는 이에 연결된) 측벽(29)은 하나의 유동 채널/레인(30)을 인접한 유동 채널/레인(30)으로부터 물리적으로 분리시킬 수 있으며, 다이의 주변에 위치할 수 있다. 그러나, 스페이서 층(28) 및 측벽(29)은 구현에 따라 임의의 원하는 영역에 위치할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
패턴화된 지지체(12)가 다이인 경우, 플로우 셀(10) 조립은 덮개(26)를 접합시키는 것을 포함할 수 있다. 패턴화된 지지체(12)가 웨이퍼인 경우, 플로우 셀(10) 조립은 덮개(26) 접합 후 다이싱과 같은 추가 처리를 포함할 수 있다. 한 예에서, 덮개(26)는 패턴화된 웨이퍼에 접합될 수 있고, 다이싱은 각각의 플로우 셀(10)을 형성한다. 본원에서 언급된 바와 같이, 웨이퍼 상에서 측벽(29)은 하나의 유동 채널(30)을 인접한 유동 채널(30)로부터 물리적으로 분리할 수 있고, 따라서 다이싱은 측벽(29)의 적어도 일부를 통해 일어날 수 있으며, 따라서 각각의 분리된 플로우 셀(10)은 바람직한 수의 유동 채널(30)을 포함하며, 이들 각각은 이의 주변을 둘러싸는 원래의 측벽(29)의 일부를 갖는다. 또 다른 예에서, 패턴화된 웨이퍼는 다이싱되어 덮개 없는 다이를 형성할 수 있으며, 이는 여기에 접합된 각각의 덮개(26)를 가져 각각의 플로우 셀(10)을 형성할 수 있다.
도 1f에 도시된 예시적인 플로우 셀(10)에서, 덮개(26)는 측벽(들)(29)과 일체로 형성된 상단부(27)를 포함한다. 측벽(들)(29)은 스페이서 층(28)을 통해 패턴화된 기판(12)의 접합 영역(25)에 접합된다.
종합하면, 덮개(26) 및 패턴화된 플로우 셀 기판(12)은 오목부(14, 14')와 선택적으로 유체 소통하는 유동 채널(30)을 규정한다. 유동 채널(30)은 예를 들어, 오목부(14, 14') 내/에서 지정된 반응을 개시하기 위해 반응 성분 또는 반응물을 표면 화학물(20, 22)에 선택적으로 도입하는 역할을 할 수 있다.
시퀀싱 작업을 수행하기 전에, 플로우 셀(10)은 폴리머 코팅 층(20)을 현재 상태로부터 더욱 친수성인 상태(예를 들어, 소수성 상태로부터 친수성 상태로), 중성 상태로부터 하전된 상태로, 및/또는 붕괴 상태로부터 확장된 상태로 전환시키기 위해 폴리머 코팅 층(20)의 소정 자극에 노출될 수 있다. 사용되는 소정의 자극은 폴리머 코팅 층(20) 및 이것이 포함하는 자극-반응성 작용기에 의존적일 것이다. 폴리머 코팅 층(20)을 소정의 자극에 노출시키는 것은 폴리머 코팅 층(20)을 가열하기; 폴리머 코팅 층(20)을 소정 pH의 용액에 노출시키기; 폴리머 코팅 층(20)을 사카라이드를 포함하는 용액에 노출시키기; 폴리머 코팅 층(20)을 친핵체에 노출시키기; 또는 폴리머 코팅 층(20)을 염 용액에 노출시키기를 포함할 수 있다. 덮개(26)가 부착되는 경우, 폴리머 코팅 층(20)을 임의의 용액에 노출시키는 것은 플로우 쓰루 공정에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 염기성 또는 산성 용액, 사카라이드 용액(예를 들어, 글루코스) 또는 염 용액을 유입구를 통해 플로우 셀 채널(30)에 도입하여 원하는 특성 변화가 발생하기에 충분한 시간 동안 인큐베이션되게 하고, 그 후 배출구를 통해 채널(30)로부터 제거한다. 한 예에서, 인큐베이션 시간은 몇 초 내지 몇 분일 수 있다. 자극-반응성 작용기가 열-반응성인 경우, 전체 플로우 셀(10)이 가열될 수 있거나, 가열된 용액은 플로우 쓰루 공정을 이용하여 폴리머 코팅 층(20)에 노출될 수 있다.
소정의 자극은 폴리머 코팅 층(20)이 후속적으로 수행되는 시퀀싱 작업의 조건과 더욱 양립가능하게 만들 것이다.
소정 pH의 용액의 예에는 염기성 용액, 예컨대 0.1 M NaOH, TRIS-HCL 완충액 또는 탄산염 완충액, 또는 산성 용액, 예컨대 시트레이트 완충액(pH 6) 또는 2-(N-모르폴리노)에탄설폰산(MES) 완충액이 포함될 수 있다. 사카라이드 용액의 예는 약 1 mM 내지 약 100 mM 범위의 농도를 갖는 글루코스 용액을 포함한다. 염 용액의 예는 식염수-소듐 시트레이트 완충액 및 인산염 완충 식염수(PBS) 완충액을 포함한다.
이제 도 1g 및 1h를 참조하여, 방법의 또 다른 예는 프라이머(22)가 그래프팅되기 전에 덮개(26)를 패턴화된 플로우 셀 지지체(12)에 접합시키는 것을 포함한다.
도 1g에 도시된 바와 같이, 폴리머 코팅 층(20)은 도 1d에 기술된 바와 같이 적용(예를 들어, 증착 및 연마)되었다. 연마된 인터스티셜 영역(16)의 적어도 일부는 접합 영역(25)을 규정할 수 있으며, 덮개(26)는 접합 영역(25)에 접합될 수 있다. 덮개(26)는 임의의 물질일 수 있으며, 본원에 설명된 임의의 구성을 가질 수 있다. 덮개(26)는 본원에 설명된 임의의 기술을 통해 접합 영역(25)에 접합될 수 있다.
도 1g에 도시된 예에서, 덮개(26)는 측벽(들)(29)과 일체로 형성된 상단부(27)를 포함한다. 측벽(들)(29)은 스페이서 층(28)을 통해 패턴화된 기판(12)의 접합 영역(25)에 접합된다. 덮개(26)가 접합된 후, 유동 채널(30)이 덮개(26)와 패턴화된 기판(12) 사이에 형성된다. 유동 채널(30)은 다양한 유체를 플로우 셀(10')에 선택적으로 도입하는 역할을 할 수 있다(도 1h).
이러한 예에서, 그 후, 프라이머(22)는 도 1h에 도시된 바와 같이 오목부(들)(14)의 폴리머 코팅 층(20)에 그래프팅된다. 본원에 기술된 임의의 프라이머(22)가 사용될 수 있다. 이러한 예에서, 그래프팅은 플로우 쓰루 공정에 의해 달성될 수 있다. 플로우 쓰루 공정에서, 본원에 기술된 프라이머 용액 또는 혼합물은 각 투입구(들)(미도시됨)를 통과하여 유동 채널(들)(30)에 도입될 수 있으며, 프라이머(22)가 하나 이상의 오목부(14)의 폴리머 코팅 층(20)에 부착되기에 충분한 시간(즉, 인큐베이션 기간) 동안 유동 채널(들)(30)에서 유지될 수 있으며, 그 후 각 배출구(들)(미도시됨)로부터 제거될 수 있다. 프라이머(22) 부착 후, 추가적인 유체(들)는 현재 기능화된 오목부 및 유동 채널(들)(30)을 세척하기 위해 유동 채널(들)을 통과하여 안내될 수 있다.
시퀀싱 작업을 수행하기 전에, 플로우 셀(10')은 폴리머 코팅 층(20)을 현재(예를 들어, 더욱 소수성인) 상태로부터 현재 상태보다 더욱 친수성인 상태로, 중성 상태로부터 하전된 상태로, 및/또는 붕괴 상태로부터 확장된 상태로 전환시키기 위해 폴리머 코팅 층(20)의 소정 자극에 노출될 수 있다. 사용되는 소정의 자극은 폴리머 코팅 층(20) 및 이것이 포함하는 자극-반응성 작용기에 의존적일 것이다. 폴리머 코팅 층(20)을 소정의 자극에 노출시키는 것은 폴리머 코팅 층(20)을 가열하기; 폴리머 코팅 층(20)을 소정 pH의 용액에 노출시키기; 폴리머 코팅 층(20)을 사카라이드를 포함하는 용액에 노출시키기; 폴리머 코팅 층(20)을 친핵체에 노출시키기; 또는 폴리머 코팅 층(20)을 염 용액에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 덮개(26)가 부착되는 경우, 폴리머 코팅 층(20)을 임의의 용액에 노출시키는 것은 본원에 상기 기술된 바와 같은 플로우 쓰루 공정에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 자극-반응성 작용기가 열-반응성인 경우, 전체 플로우 셀(10')이 가열될 수 있거나, 가열된 용액이 플로우 쓰루 공정을 이용하여 폴리머 코팅 층(20)에 노출될 수 있다.
소정의 자극은 폴리머 코팅 층(20)이 후속적으로 수행되는 시퀀싱 작업의 조건과 더욱 양립가능하게 만들 것이다.
다른 예에서, 폴리머 코팅층(20)을 소정의 자극에 노출시키는 것은 프라이머(22) 그래프팅 전에 일어날 수 있다. 도 1e에서 프라이머(22) 그래프팅 전에 소정 자극 노출이 발생하는 예에서, 플로우 쓰루 공정 이외의 기술, 예컨대 딥 또는 덩크 코팅이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 1d에 도시된 실란화되고, 코팅되고 연마된 패턴화된 지지체는 원하는 특성 변화가 발생하기에 충분한 시간 동안 염기성 또는 산성 용액, 사카라이드 용액(예를 들어, 글루코스) 또는 염 용액에 담겨질 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 도 1d에 도시된 실란화되고, 코팅되고, 연마된 패턴화된 지지체는 상태 전환을 개시하기 위해 요망되는 온도로 가열될 수 있다. 도 1h에서 프라이머(22) 그래프팅 전에 소정의 자극 노출이 발생하는 예에서, 플로우 쓰루 공정이 이러한 노출에 이용될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 도 1g에 도시된 바와 같이 덮개(26)가 부착된 실란화되고, 코팅되고 연마된 패턴화된 지지체는 상태 전환을 개시하기 위해 요망되는 온도로 가열될 수 있다. 가열은 물 또는 완충액의 존재하에 수행될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 표면 화학물(20, 22)은 또한 패턴화되지 않은 지지체에 첨가될 수 있으며, 이러한 예는 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명될 것이다. 패턴화되지 않은 지지체(12')를 이용하는, 연속적인 표면은 도 1e, 1f 및 1h의 웰(14')에서 발견되는 동일한 표면 화학물(20, 22)을 포함할 것이다. 패턴화되지 않은 기판(12')이 오목부(14) 또는 인터스티셜 영역(16)을 포함하지 않는 것을 제외하고, 본원에 개시된 임의의 지지체는 패턴화되지 않은 기판(12')으로서 사용될 수 있다. 이러한 예시적 방법에서, 덮개(26)(도 2b에 도시됨)는 유동 채널(들)(30)을 형성하기 위해 처음에 패턴화되지 않은 기판(12')에 접합된다. 덮개(26)는 임의의 물질일 수 있으며, 본원에 설명된 임의의 구성으로 존재할 수 있다. 덮개(26)는 또한 본원에 기술된 임의의 기술을 통해 패턴화되지 않은 기판(12')에 접합될 수 있다.
도 2b에 도시된 예에서, 덮개(26)는 측벽(들)(29)과 일체로 형성된 상단부(27)를 포함한다. 측벽(들)(29)은 스페이서 층(28)을 통해 패턴화되지 않은 기판(12')의 접합 영역(25)에 접합된다. 접합 영역(25)은 패턴화되지 않은 기판(12')의 주변에 또는 유동 채널(30)의 경계를 형성하는 것이 바람직한 임의의 영역에 존재할 수 있다. 다른 예에서, 스페이서 층(28)은 측벽(들)을 형성할 수 있고, 적어도 실질적으로 평면인 덮개(26)에 부착될 수 있다.
종합하면, 덮개(26)(측벽(들)(29) 포함) 및 패턴화되지 않은 기판(12')은 유동 채널(30)을 형성한다. 유동 채널(30)은 예를 들어, 표면 화학물(20, 22)을 형성하기 위해 유체를 선택적으로 도입하고, 폴리머 코팅 층(20)의 상태 전환을 개시하기 위해 및/또는 유동 채널(30) 내에 다른 설계된 반응을 개시하기 위해 반응 성분 또는 반응물을 표면 화학물(20, 22)에 선택적으로 도입하는 역할을 할 수 있다.
폴리머 코팅 층(20)을 형성하기 전에(도 2c에 도시됨), 방법은 패턴화되지 않은 기판(12')(플로우 쓰루 공정을 통해)을 세정 공정 및/또는 자극-반응성 폴리머의 후속 증착을 위해 패턴화되지 않은 기판(12')의 노출된 표면을 준비시키는 또 다른 공정(예를 들어, 실란화)에 노출시키는 것을 포함 할 수 있다.
패턴화되지 않은 기판(12')의 실란화는 도 2b에 도시되어 있다. 이러한 예에서, 실란화는 실란 또는 실란 유도체(18)를 유동 채널(30)에 존재하는 패턴화되지 않은 웨이퍼 표면(12')의 노출된 부분에 부착시킨다.
실란화는 임의의 실란 또는 실란 유도체(18)를 사용하여 달성될 수 있다. 실란 또는 실란 유도체(18)의 선택은 폴리머 코팅 층(20)을 형성하는데 사용될 자극-반응성 폴리머에 부분적으로 의존적일 수 있는데(도 2c에 도시 됨), 이는 실란 또는 실란 유도체(18)와 폴리머 코팅 층(20) 사이에 공유 결합을 형성하는 것이 바람직할 수 있기 때문이다. 실란 또는 실란 유도체(18)를 기판(12')에 부착하는데 사용되는 방법은 플로우 쓰루 공정일 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 이러한 예에서, 폴리머 코팅 층(20)은 실란 또는 실란 유도체(18) 상에 또는 증착된 다른 화학물 상에 형성되어 유동 채널(30) 내부에 패턴화되지 않은 기판(12')의 노출 표면을 준비시킨다.
본원에 기재된 임의의 자극-반응성 폴리머가 사용될 수 있고, 자극-반응성 폴리머의 조합이 함께 사용될 수 있다. 한 예에서, 폴리머 코팅 층 형성은 플로우 쓰루 공정에 의해 달성될 수 있다. 플로우 쓰루 공정에서, 자극-반응성 폴리머(들)는 각각의 투입구(들)를 통해 유동 채널(들)(30)에 도입될 수 있고 경화되거나 경화되지 않을 수 있다. 폴리머 코팅 층(20)은 패턴화되지 않은 기판(12')의 노출된 표면 상에 형성될 것이고, 연마는 발생하지 않을 것이다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 프라이머(22)는 유동 채널(30)에서 폴리머 코팅 층(20)에 그래프팅된다. 이러한 예에서, 그래프팅은 플로우 쓰루 공정에 의해 달성될 수 있다. 플로우 쓰루 공정에서, 프라이머 용액 또는 혼합물은 각각의 투입구(들)를 통해 유동 채널(들)(30)로 도입될 수 있으며, 프라이머(22)가 폴리머 코팅 층(20)의 부착기에 부착하기에 충분한 시간(즉, 인큐베이션 기간) 동안 유동 채널(들)에 유지될 수 있다. 그 후, 나머지 프라이머 용액 또는 혼합물은 각각의 배출구(들)로부터 제거될 수 있다. 프라이머 부착 후, 추가적인 유체(들)는 현재 기능화된 유동 채널(들)(30)을 세척하기 위해 유동 채널(들)(30)을 통과하여 안내될 수 있다. 이러한 예에서 생성된 플로우 셀(10")이 도 2d에 도시된다.
시퀀싱 작업을 수행하기 전에, 플로우 셀(10")은 폴리머 코팅 층(20)을 현재 상태로부터 더욱 친수성인 상태로(예를 들어, 소수성 상태로부터 친수성 상태로, 친수성 상태로부터 더욱 친수성인 상태로), 중성 상태로부터 하전된 상태로, 및/또는 붕괴 상태로부터 확장된 상태로 전환시키기 위해 폴리머 코팅 층(20)의 소정 자극에 노출될 수 있다. 사용되는 소정의 자극은 폴리머 코팅 층(20) 및 이것이 포함하는 자극-반응성 작용기에 의존적일 것이다. 폴리머 코팅 층(20)을 소정의 자극에 노출시키는 것은 폴리머 코팅 층(20)을 가열하기; 폴리머 코팅 층(20)을 소정 pH의 용액에 노출시키기; 폴리머 코팅 층(20)을 사카라이드를 포함하는 용액에 노출시키기; 폴리머 코팅 층(20)을 친핵체에 노출시키기; 또는 폴리머 코팅 층(20)을 염 용액에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 덮개(26)가 부착되기 때문에, 폴리머 코팅 층(20)을 임의의 용액에 노출시키는 것은 본원에 상기 기술된 바와 같은 플로우 쓰루 공정에 의해 달성될 수 있다. 자극-반응성 작용기가 열-반응성인 경우, 전체 플로우 셀(10")이 가열될 수 있거나, 가열된 용액이 플로우 쓰루 공정을 이용하여 폴리머 코팅 층(20)에 노출될 수 있다.
소정의 자극은 폴리머 코팅 층(20)이 후속적으로 수행되는 시퀀싱 작업의 조건과 더욱 양립가능하게 만들 것이다. 시퀀싱 작업은 DNA 또는 RNA 샘플에서 뉴클레오티드 순서를 결정하는 공정이다. 한 예에서, 시퀀싱 작업은 합성에 의한 시퀀싱으로, 뉴클레오티드가 주형 가닥에 추가될 때 형광 표지된 가역적 종결인자를 이미지화시킨 다음 형광 표지된 가역적 종결인자를 절단하여 다음 염기의 혼입을 허용하는 것을 포함한다.
플로우 셀(10")을 사용하는 다른 예에서, 폴리머 코팅 층(20)을 소정의 자극에 노출시키는 것은 프라이머(22) 그래프팅 전에 발생할 수 있다. 또한, 폴리머 코팅 층(20)의 적용 전에 덮개(26)가 부착되기 때문에, 소정의 자극 노출을 위해 플로우 쓰루 공정이 이용될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 도 2c에 도시된 실란화되고 코팅된 패턴화되지 않은 지지체는 상태 전환을 개시하기 위해 요망되는 온도로 가열될 수 있다. 가열은 수성 환경(예를 들어, 물 또는 완충액)에서 달성될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 패턴화된 지지체(12) 또는 패턴화되지 않은 지지체(12')는 유입구 및 배출구를 포함할 수 있는데, 이들은 유체(들)를 (예를 들어, 시약 카트리지 또는 기타 유체 저장 시스템으로부터) 각각의 유동 채널 내로 및 유동 채널 밖으로 (예를 들어, 폐기물 제거 시스템으로) 안내하기 위한 다른 포트들(미도시됨)과 맞물리게 하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도시되지는 않았지만, 덮개(26)에 접합되는 대신, 기능화된 지지체(그 위에 표면 화학물(20, 22)을 지님)가 그 위에 표면 화학물(20, 22)을 갖는 또 다른 기능화된 기판에 접합될 수 있음이 이해되어야 한다. 두 기능화된 표면은 서로 마주할 수 있으며, 그 사이에 규정된 흐름 채널을 가질 수 있다. 스페이서 층 및 적절한 접합 방법을 사용하여 기능화된 기판 중 2개를 함께 접합시킬 수 있다.
본원에 개시된 플로우 셀(10, 10', 10")은 종종 합성에 의한 시퀀싱(SBS)(sequencing-by-synthesis), 순환-배열 시퀀싱, 결찰에 의한 시퀀싱, 피로시퀀싱 등으로서 종종 언급되는 기술을 포함하는 다양한 시퀀싱 접근법 또는 기술에 사용될 수 있다. 임의의 이러한 기술과 패턴화된 지지체(12)를 사용하는 예에서, 폴리머 코팅 층(20) 및 부착된 프라이머(들)(22)는 기능화된 오목부(즉, 그 위에 표면 화학물(20, 22)을 갖는 14, 14')에는 존재하고 인터스티셜 영역(16)에는 존재하지 않기 때문에, 증폭은 기능화된 오목부로 제한될 것이다. 시퀀싱은 일반적으로 핵산 주형을 플로우 셀에 혼성화시키고, 핵산 주형을 증폭하고, 뉴클레오티드 또는 올리고뉴클레오티드가 증폭된 핵산 주형과 회합할 경우 신호를 검출하는 것을 포함한다.
하나의 예로서, 합성에 의한 시퀀싱(SBS) 반응은 시스템 예컨대, Illumina(San Diego, CA)의 HISEQ™, HISEQX™, MISEQ™, MISEQDX™, MINISEQ™, NOVASEQ™, NEXTSEQDX™, 또는 NEXTSEQ™ 시퀀서 시스템에서 진행될 수 있다.
SBS 시퀀싱 작업은 일반적으로 핵산 라이브러리 주형을 플로우 셀 지지체(12)에 도입하여 핵산 라이브러리 주형을 폴리머 코팅 층(20)에 부착된 프라이머(22)에 혼성화시키는 단계; 혼성화된 핵산 라이브러리 주형으로부터 핵산 주형 가닥을 생성하는 단계; 핵산 주형 가닥의 어댑터에 상보적인 시퀀싱 프라이머를 도입하는 단계; 형광 표지된 뉴클레오티드 및 중합효소를 플로우 셀 지지체(12)에 도입하여 형광 표지된 뉴클레오티드 중 하나를 혼입하여 핵산 주형 가닥을 따라 시퀀싱 프라이머를 확장하는 단계; 및 상기 혼입된 형광 표지된 뉴클레오티드 중 하나로부터 형광 신호를 검출하는 단계를 포함한다.
SBS에서 복수의 핵산 라이브러리 주형이 플로우 셀(10, 10', 10")에 도입될 수 있다. 다중 핵산 라이브러리 주형은 예를 들어, 플로우 셀(10, 10', 10")에 고정된 두 가지 유형의 프라이머(22)중 하나에 혼성화된다. 그런 다음 클러스터 생성이 수행될 수 있다. 클러스터 생성의 한 예에서, 핵산 라이브러리 주형은 고-정확도(high-fidelity) DNA 중합효소를 사용하여 3' 확장에 의해 혼성화된 프라이머(22)로부터 복사된다. 원래의 핵산 라이브러리 주형은 변성되며, 복사체는 프라이머(22)가 위치하는 곳에 고정된채 둔다. 등온 브릿지 증폭은 고정된 복사체를 증폭하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 복사된 주형은 반복되어 인접한 상보적 프라이머(22)에 혼성화되고, 중합효소는 복사된 주형을 복사하여 이중의 단일 가닥을 형성하며, 이는 변성되어 2개의 단일 가닥을 형성한다. 이들 두 개의 가닥은 반복되고 인접한 상보적 프라이머(22)에 혼성화되고, 다시 확장되어 두 개의 새로운 이중 가닥 루프를 형성한다. 이 과정은 등온 변성 및 증폭의 주기에 의해 각 주형 복사체에 대해 반복되어 조밀한 클론 클러스터를 생성한다. 이중 가닥 브릿지의 각 클러스터는 변성된다. 한 예에서, 역방향 가닥은 특정 염기 절단에 의해 제거되며, 전방향 주형 가닥은 남겨둔다.
주형 및 임의의 프라이머(22)의 3' 말단은 원하지 않은 프라이밍을 방지하기위해 차단될 수 있다. 시퀀싱 프라이머는 플로우 셀(10, 10', 10")에 도입될 수 있다. 시퀀싱 프라이머는 핵산 주형 가닥의 어댑터에 상보적이기 때문에 이는 어댑터에 혼성화될 것이다(예를 들어, 주형의 판독 1 시퀀싱 프라이머).
핵산 주형(예를 들어, 정방향 주형 폴리뉴클레오티드 가닥)에 따른 핵산 프라이머(예를 들어, 시퀀싱 프라이머)의 확장을 모니터링하여 주형에서 뉴클레오티드의 서열을 결정한다. 기본 화학 공정은 중합(예를 들어, 중합효소 효소에 의해 촉매됨) 또는 결찰(예를 들어, 리가제 효소에 의해 촉매됨)일 수 있다. 특정 중합효소-기반 SBS 공정에서, 형광 표지된 뉴클레오티드가 주형 의존적 방식으로 주형에 추가되어 (이에 의해 시퀀싱 프라이머가 확장됨), 시퀀싱 프라이머에 첨가된 뉴클레오티드의 순서 및 유형의 검출이 주형 서열을 결정하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 SBS 주기를 개시하기 위해, 하나 이상의 표지된 뉴클레오티드, DNA 중합효소 등은 주형 가닥이 부착된 프라이머(22)의 어레이를 수용하는 흐름 채널(30) 등등의 내에/이를 통해 전달될 수 있다. 시퀀싱 프라이머 확장은 표지된 뉴클레오티드가 혼입되게 하며, 이 혼입은 이미지화 작업을 통해 검출될 수 있다. 이미지화 작업 동안 조명 시스템(미도시됨)은 플로우 셀(10, 10', 10")에 여기 광을 제공할 수 있다.
일부 예에서, 뉴클레오티드는 뉴클레오티드가 첨가되면 추가 시퀀싱 프라이머 확장을 종결시키는 가역적 종결 특성을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 가역적 종결인자 모이어티를 갖는 뉴클레오티드 유사체는 모이어티를 제거하기 위해 탈차단제가 전달될 때까지 후속 확장이 발생할 수 없도록 주형 가닥을 따라 시퀀싱 프라이머에 추가될 수 있다. 따라서, 가역적 종결을 이용하는 예에 있어서, 탈차단제는 유동 채널(30) 등에 전달될 수 있다(검출 발생 전 또는 후).
세척(들)은 다양한 유체 전달 단계 사이에서 발생할 수 있다. 그런 다음 SBS 주기를 n회 반복하여 시퀀싱 프라이머를 n개의 뉴클레오티드만큼 확장하여 길이 n의 서열을 검출할 수 있다.
SBS가 상세하게 설명되었지만, 여기에 기술된 플로우 셀(10, 10', 10")은 플로우 셀-기반 라이브러리 준비와 같은 다른 시퀀싱 프로토콜과 함께 지노타이핑을 위해 또는 다른 화학적 및/또는 생물학적 적용에 활용될 수 있음이 이해되어야 한다.
본 개시 내용을 추가로 예시하기 위해, 실시예 및 예측 실시예가 본원에 제공된다. 이들 실시예는 예시 목적으로 제공되며, 본 개시 내용의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
비제한적 작업 실시예 및 예측 실시예
실시예 1. 사카라이드-반응성의 전환가능한 헤테로폴리머(보론산)의 합성.
Figure pct00045
BrAPA(N-(5-브로모아세트아미딜펜틸)아크릴아미드), 소듐 아지드 및 디메틸포름아미드(DMF)의 혼합물을 DrySyn 배쓰에 넣고, 용액을 질소 분위기 하에서 20℃에서 3h 동안 교반하면서 가열하여 AzAPA(N-(5-아지도아세트아미딜펜틸)아크릴아미드)를 형성하였다. 아크릴아미드와 3-(아크릴아미도)페닐보론산을 탈이온수에 용해시켰다. 그 후, 준비된 AzAPA 용액을 아크릴아미드/3-(아크릴아미도)페닐보론산 용액에 첨가하고 완전히 혼합한 후 0.2 μm 필터를 통해 여과시켰다. 그 후, 여과된 용액을 교반 막대가 장착된 500 mL 둥근 바닥 플라스크로 옮기고, 질소를 혼합물을 통해 30분 동안 버블링시켰다. 아크릴아미드/AzAPA 프리믹스를 탈기하는 동안, 탈이온수 중의 필요한 양의 포타슘 퍼설페이트를 준비한 후, 모노머의 혼합물에 옮겼다. 그 후, 혼합물을 공동-개시제 TEMED(테트라메틸에틸렌디아민)로 처리하였다. 용액을 질소하에 35℃에서 1.5시간 동안 교반하였다. 중합이 끝나면, 질소 가스 라인을 제거하여 반응 플라스크를 공기에 노출시켰다. 이어서 미정제 혼합물을 2-프로판올에 천천히 첨가하였다. 이어서 미정제 폴리머를 여과에 의해 분리하였다.
예측 실시예 2. pH-반응성이 전환가능한 헤테로폴리머(음이온)의 합성.
Figure pct00046
아크릴레이트 유도체와 설톤의 혼합물을 반응시켜 술포네이트-유도체화된 아크릴레이트 모노머를 형성하였다. 모노머는 실시예 1에 기재된 바와 같이 헤테로폴리머로 전환되었다.
예측 실시예 3. 친핵체-반응성의 전환가능한 헤테로폴리머(설톤)의 합성.
Figure pct00047
설톤-유도체화된 아크릴레이트 모노머는 실시예 1에 기재된 바와 같이 헤테로폴리머로 전환되었다.
예측 실시예 4. 친핵체-반응성의 전환가능한 헤테로폴리머(사이클릭 무수물)의 합성.
Figure pct00048
숙신산 무수물-유도체화된 아크릴레이트 모노머는 실시예 1에 기재된 바와 같이 헤테로폴리머로 전환되었다.
실시예 5. 염-반응성의 전환가능한 헤테로폴리머(양쪽성이온)의 합성.
Figure pct00049
제시된 헤테로폴리머는 실시예 1에 기재된 바와 같이 적절한 모노머로부터 제조되었다. 이 헤테로폴리머는 향상된 건조 저장 견고성을 가질 수 있다.
실시예 6. pH-반응성의 전환가능한 헤테로폴리머(음이온)의 합성.
Figure pct00050
제시된 헤테로폴리머는 실시예 1에 기재된 바와 같이 적절한 모노머로부터 제조되었다. 이 헤테로폴리머는 향상된 건조 저장 견고성을 가질 수 있다.
실시예 7. 전환가능한 헤테로폴리머를 사용한 시퀀싱 작업.
플로우 쓰루 공정을 이용하여 4개의 단일-채널의 패턴화되지 않은 플로우 셀의 채널 표면 상에 4개의 헤테로폴리머를 각각 코팅하였다.
대조군: PAZAM으로서 또한 공지된 폴리(N-(5-아지도아세트아미딜펜틸)아크릴아미드-코-아크릴아미드)
테스트 1: 실시예 5의 양쪽성이온의 전환가능한 헤테로폴리머
테스트 2: 실시예 6의 음이온성의 전환가능한 헤테로폴리머
테스트 3: 실시예 1의 사카라이드 전환가능한 헤테로폴리머
18-26 μM 프라이머를 각각의 플로우 셀의 폴리머 층 각각에 그래프팅하였다.
시퀀싱 전에, 실시예 1 폴리머를 글루코스 용액에 노출시켰는데, 이는 실시예 1 폴리머를 이의 중성의 상대적으로 소수성인 상태로부터 이의 음으로 하전되고 더욱 친수성인 상태로 전환시킨다. 이 실시예에서, 실시예 5 폴리머 및 실시예 6 폴리머는 전환되지 않았다.
PhiX 라이브러리를 사용하여 각 채널에서 300회 초과의 시퀀싱 주기를 수행하였다. 판독 1은 주기 1-151에 해당하고, 판독 2는 주기 152-302에 해당한다. 수집된 시퀀싱 데이터는 오류율(백분율)(도 3a에 도시됨) 및 품질 점수(Q30보다 높은 백분율)(도 3b에 도시됨)를 포함하였다. Q30은 1000번 중 잘못된 염기 콜 1번의 확률과 같다. 이는 염기 콜 정확도(즉, 정확한 염기 콜 확률)가 99.9%임을 의미하다. 99%(Q20)의 낮은 염기 콜 정확도는 100분의 1의 잘못된 염기 콜 확률을 가질 것이며, 이는 100개의 염기쌍 시퀀싱 판독마다 하나의 오류가 있을 가능성이 있음을 의미한다. 시퀀싱 품질이 Q30에 도달하는 경우, 사실상 모든 판독은 완벽할 것이며 오류와 모호성이 0이 된다. 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 실시예 폴리머는 비교/대조 예와 유사하게 수행되었다. 이들 결과는, 실시예 1, 4 및 5 폴리머가 합성에 의한 시퀀싱 기술을 지지할 수 있으며, 성능은 대조군 실시예의 성능과 거의 일치함을 나타낸다. 유사한 결과가 모든 유형의 시퀀싱 라이브러리로 수득될 수 있는 것으로 여겨진다.
추가 참고 사항
본원 및 첨부된 청구범위에서 설명된 개념의 모든 조합(단 이러한 개념이 상호 모순되지 않는다면)은 본원에 개시된 본 발명의 주제의 일부로서 고려됨을 이해해야 한다. 특히, 본 개시 내용의 끝에 나타나는 청구된 주제의 모든 조합은 본원에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다. 또한, 참조로 포함된 임의의 개시내용에 또한 드러날 수 있는 본원에 명시적으로 사용되는 용어는 본원에 개시된 특정 개념과 가장 일치하는 의미를 부여 받아야 한다는 것을 이해해야 한다.
여러 예가 상세하게 설명되었지만, 개시된 예는 변형될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 설명은 비제한적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (25)

  1. 프라이머에 부착된 작용기와 반응하는 부착기를 포함하는 아크릴아미드 모노머; 및
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머를 포함하는 헤테로폴리머로서,
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머는
    pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드 모노머;
    산-불안전성 보호기를 갖는 하이드록실, 염기-불안정성 보호기를 갖는 하이드록실, 산-불안정성 보호기를 갖는 아미노, 염기-불안정성 보호기를 갖는 아미노, 설포네이트기 및 설폰산기로 구성된 군으로부터 선택되는 pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 비닐 또는 아크릴레이트 모노머;
    온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드;
    사카라이드-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머;
    친핵체-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머; 및
    염-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머로 구성된 군으로부터 선택되는, 헤테로폴리머.
  2. 제1항에 있어서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 소정의 자극에 노출되는 경우 변형을 겪을 것이며, 여기에서 변형은 헤테로폴리머의 극성 및/또는 형태를 변경시키는, 헤테로폴리머.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부착기에 그래프팅되는 프라이머를 추가로 포함하는, 헤테로폴리머.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 부착기가 아지도기, 알케닐기, 알키닐기, 알데하이드기, 하이드라존기, 하이드라진기, 테트라졸기, 테트라진기 및 티올기로 구성된 군으로부터 선택되는, 헤테로폴리머.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 아크릴아미드 모노머의 부착기가 아지도기를 포함하는, 헤테로폴리머.
  6. 제5항에 있어서, 아크릴아미드 모노머가 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머인, 헤테로폴리머.
  7. 제5항에 있어서, 제2 아크릴아미드 모노머를 추가로 포함하는, 헤테로폴리머.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드 모노머이고;
    pH-반응성 말단 작용기는 아세탈, 헤미아세탈 또는 케탈로서 보호된 하이드록실, 1,2-디올, 1,3-디올, 3차-부틸옥시카르보닐아미노기, 9H-플루오렌-9-일메톡시카르보닐아미노기, 아미노기, 카르복실레이트기, 카르복실산기, 설포네이트기 및 술폰산기로 구성된 군으로부터 선택되는, 헤테로폴리머.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 사카라이드-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머이고;
    사카라이드-반응성 말단 작용기는 보론산기를 포함하는, 헤테로폴리머.
  10. 제9항에 있어서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 3-(아크릴아미도)페닐보론산인, 헤테로폴리머.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 친핵체-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머이고;
    친핵체-반응성 말단 작용기는 하기 구조를 갖는, 헤테로폴리머:
    Figure pct00051

    상기 식에서, (a) Y는 SO2이고, Y'는 CH2이거나; (b) Y 및 Y'는 둘 모두 C(O)이다.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 염-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머이고;
    염-반응성 작용기는 항고분자전해질 거동을 나타내는 양쪽성이온 작용기인, 헤테로폴리머.
  13. 제12항에 있어서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 하기 구조 중 하나를 갖는, 헤테로폴리머:
    (i)
    Figure pct00052
    (상기 식에서, A는 O 또는 NH이고, Rz는 H 또는 C1-4알킬임); 또는
    (ii)
    Figure pct00053
    (상기 식에서, Rz는 H 또는 C1-4알킬임).
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드이고;
    온도-반응성-치환된 아크릴아미드는 열-감응성 하이드록실 또는 아미노 보호기를 포함하는, 헤테로폴리머.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머가 온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드이고;
    온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드는 N-이소프로필아크릴아미드인, 헤테로폴리머.
  16. 하기 구조를 갖는 헤테로폴리머:
    Figure pct00054

    상기 식에서, n은 10 내지 500의 범위이다.
  17. 전환가능한 헤테로폴리머를 제조하는 방법으로서,
    pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드 모노머;
    산-불안전성 보호기를 갖는 하이드록실, 염기-불안정성 보호기를 갖는 하이드록실, 산-불안정성 보호기를 갖는 아미노, 염기-불안정성 보호기를 갖는 아미노, 설포네이트기 및 설폰산기로 구성된 군으로부터 선택되는 pH-반응성 말단 작용기를 포함하는 비닐 또는 아크릴레이트 모노머;
    온도-반응성 N-치환된 아크릴아미드;
    사카라이드-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머;
    친핵체-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머; 및
    염-반응성 말단 작용기를 포함하는 아크릴아미드, 아크릴레이트 또는 비닐 모노머로 구성된 군으로부터의 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머를 선택하는 단계; 및
    자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머를 프라이머에 부착된 작용기와 반응하는 부착기를 포함하는 아크릴아미드 모노머와 공중합시키는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 부착기를 포함하는 아크릴아미드 모노머가 아지도 아세트아미도 펜틸 아크릴아미드 모노머인, 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 자극-반응성 작용기를 포함하는 모노머 및 부착기를 포함하는 아크릴아미드 모노머를 제2 아크릴아미드 모노머와 공중합시키는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  20. 지지체; 및
    지지체에 부착된 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 헤테로폴리머를 포함하는 플로우 셀.
  21. 제1항, 제2항 또는 제4항 내지 제16항 중 어느 한 항의 헤테로폴리머를 플로우 셀 지지체의 적어도 일부와 접촉시켜 헤테로폴리머를 플로우 셀 지지체에 부착시키는 것을 포함하는, 플로우 셀을 제조하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 프라이머를 지지체에 부착된 헤테로폴리머의 부착기에 그래프팅하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 플로우 셀 지지체에 부착된 헤테로폴리머를 소정의 자극에 노출시키는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 노출 후, 플로우 셀에서 시퀀싱 작업을 수행하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  25. 플로우 셀 지지체 상의 전환가능한 헤테로폴리머에 프라이머를 그래프팅시키는 단계;
    플로우 셀 지지체 상의 전환가능한 헤테로폴리머를 소정 자극에 노출시켜 전환가능한 헤테로폴리머의 극성 및/또는 형태 변화를 초래하는 단계;
    플로우 셀 지지체 상의 프라이머에 핵산 주형을 혼성화시키는 단계;
    플로우 셀 지지체 상의 핵산 주형을 증폭시켜 증폭된 주형을 생성하는 단계; 및
    표지된 뉴클레오티드가 증폭된 주형의 상보적 뉴클레오티드와 회합할 경우 신호를 검출하는 단계를 포함하는, 시퀀싱 방법.
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