СМОЛЯНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И ПРОТОЧНЫЕ ЯЧЕЙКИ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ ДАННУЮ СМОЛЯНУЮ КОМПОЗИЦИЮ
RESINOUS COMPOSITION AND FLOW CELLS INCLUDING SAID RESINOUS COMPOSITION

Перекрестные ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка претендует на полезный эффект предварительной патентной заявки US 62/701246, поданной 20 июля 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Предшествующий уровень техники
Биологический массив (англ. biological array, также называемый биочипом или биологической матрицей) - это один из огромного множества инструментов, применяемых для обнаружения и анализа молекул, включающих дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновую кислоту (РНК). Массивы 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, создаваемым на подложке массива в виде геометрической сетки (или неупорядоченным образом). Например, испытуемый образец, полученный из известного человеческого или другого организма, может быть нанесен на сетку таким образом, чтобы комплементарные фрагменты гибридизовались с зондами на индивидуальных сайтах массива. Затем массив 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 массивы 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 биоинформатических 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 массивы могут быть применены для обнаружения и исследования разнообразных молекул, семейств молекул, уровней экспрессии генов, однонуклеотидных полиморфизмов и для проведения генотипирования.
Сущность изобретения
Согласно одному из аспектов, смоляная композиция включает матрицу из эпоксидной смолы, свободнорадикальный фотоинициатор, выбранный из группы, состоящей из: 2-этил-9,10-диметоксиантрацена; 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона; 2-этокси-2-фенилацетофенона; а также фосфиноксид и генератор фотокислоты. В отвержденном состоянии смоляная композиция отличается слабой аутофлуоресценцией или отсутствием аутофлуоресценции при облучении синим светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, или при облучении зеленым светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм.
В одном из примеров отвержденная смоляная композиция отличается слабой аутофлуоресценцией, где слабая аутофлуоресценция при облучении отвержденной смоляной композиции светом, имеющим длину волны возбуждения в синем диапазоне, соответствует значению серого, составляющему менее 25000.
В одном из дополнительных примеров отвержденная смоляная композиция отличается слабой аутофлуоресценцией, где слабая аутофлуоресценция при облучении отвержденной смоляной композиции светом, имеющим длину волны возбуждения в синем диапазоне, соответствует значению серого, составляющему менее 5000.
Согласно другому примеру, отвержденная смоляная композиция отличается слабой аутофлуоресценцией, где слабая аутофлуоресценция при облучении отвержденной смоляной композиции светом, имеющим длину волны возбуждения в зеленом диапазоне, соответствует значению серого, составляющему менее 10000.
Согласно другому примеру, отвержденная смоляная композиция отличается слабой аутофлуоресценцией, где слабая аутофлуоресценция при облучении отвержденной смоляной композиции светом, имеющим длину волны возбуждения в зеленом диапазоне, соответствует значению серого, составляющему менее 2500.
В другом примере матрица из эпоксидной смолы включает эпоксидный материал, выбранный из группы, состоящей из функционализированного эпоксидной группой полиэдрического олигомерного силсесквиоксана; простого триглицидилового эфира триметилолпропана; тетракис(эпоксициклогексилэтил)тетраметил-циклотетрасилоксана; сополимера (эпоксицикпогексилэтил)метилсилоксана и диметилсилоксана; 1,3-бис[2-(3,4-эпоксицикпогексил)этил]тетраметил-дисилоксана; 1,3-бис(глицидоксипропил)тетраметил-дисилоксана; и комбинаций перечисленных веществ.
В одном из примеров матрица из эпоксидной смолы включает комбинацию двух функционализированных эпоксидной группой полиэдрических олигомерных силсесквиоксанов, где комбинация двух функционализированных эпоксидной группой полиэдрических олигомерных силсесквиоксанов включает функционализированный глицидильной группой полиэдрический олигомерный силсесквиоксан и функционализированный эпоксициклогексилэтильной группой полиэдрический олигомерный силсесквиоксан.
В одном из дополнительных примеров свободнорадикальный фотоинициатор представляет собой фосфиноксид, где фосфиноксид выбран из группы, состоящей из дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида; смеси дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида и 2-гидрокси-2-метилпропиофенона; фенил-бис(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида; этил(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфината; и комбинаций перечисленных веществ.
В другом примере генератор фотокислоты выбран из группы, состоящей из трифлата (т.е. трифторметансульфоната) N-гидроксинафталимида; смеси солей - гексафторфосфатов триарилсульфония; смеси солей - гексафторантимонатов триарилсульфония; трифлата 1-нафтилдифенилсульфония; трифлата 4-фенилтиофенил)дифенилсульфония; гексафторфосфата бис-(4-метилфенил)йодония; гексафторфосфата бис(4-трет-бутилфенил)йодония; трифлата (2-метилфенил)(2,4,6-триметилфенил)йодония; трифлата бис(2,4,6-триметилфенил)йодония; гексафторантимонатной соли бис-(4-додецилфенил)йодония; и комбинаций перечисленных веществ.
В другом примере смоляная композиция дополнительно включает темный гаситель или акцептор электронов.
В одном из примеров суммарное количество свободнорадикального фотоинициатора и генератора фотокислоты составляет от приблизительно 1 масс. % до приблизительно 10 масс. %.
В другом примере смоляная композиция дополнительно включает полиакрилат и ацетат простого монометилового эфира пропиленгликоля.
В другом примере матрица из эпоксидной смолы дополнительно включает компонент отверждаемой свободнорадикальной смолы, включающий акрилат и силоксан.
Следует понимать, что любые признаки этого аспекта смоляной композиции могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом и/или в виде любой требуемой конфигурации для достижения полезных эффектов, рассмотренных в настоящей работе, включающих, например, относительно слабую аутофлуоресценцию.
Согласно другому аспекту, смоляная композиция включает матрицу из эпоксидной смолы, включающую по меньшей мере два различных функционализированных эпоксидной группой полиэдрических олигомерных силсесквиоксана и генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту, и при этом в отвержденном состоянии смоляная композиция отличается слабой аутофлуоресценцией или отсутствием аутофлуоресценции при облучении синим светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, или при облучении зеленым светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм.
В одном из примеров генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту, выбран из группы, состоящей из гексафторфосфата диарилйодония, гексафторантимоната диарилйодония и гексафторфосфата (кумол)циклопентадиенилжелеза (II).
В одном из дополнительных примеров по меньшей мере два различных функционализированных эпоксидной группой полиэдрических олигомерных силсесквиоксана включают функционализированный глицидильной группой полиэдрический олигомерный силсесквиоксан и функционализированный эпоксициклогексилэтильной группой полиэдрический олигомерный силсесквиоксан.
Следует понимать, что любые признаки этого аспекта смоляной композиции могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом и/или в виде любой требуемой конфигурации для достижения полезных эффектов, рассмотренных в настоящей работе, включающих, например, относительно слабую аутофлуоресценцию.
Согласно другому аспекту, проточная ячейка включает подложку и отвержденную нанесенную на подложку структурированную смолу, где отвержденная структурированная смола включает углубления, разделенные промежуточными участками, и отвержденная структурированная смола была получена из полимерной композиции. Смоляная композиция включает матрицу из эпоксидной смолы, свободнорадикальный фотоинициатор, выбранный из группы, состоящей из: 2-этил-9,10-диметоксиантрацена, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона, 2-этокси-2-фенилацетофенона, а также фосфиноксид и генератор фотокислоты, где отвержденная структурированная смола отличается слабой аутофлуоресценцией или отсутствием аутофлуоресценции при облучении синим светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, или при облучении зеленым светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм.
В одном из примеров проточная ячейка дополнительно включает размещенное в углублениях полимерное покрытие, и праймер, привитый к полимерному покрытию.
В одном из дополнительных примеров отвержденная структурированная смола отличается слабой аутофлуоресценцией, где слабая аутофлуоресценция при облучении отвержденной смоляной композиции светом, имеющим длину волны возбуждения в синем диапазоне, соответствует значению серого, составляющему менее 5000.
В другом примере отвержденная структурированная смола отличается слабой аутофлуоресценцией, где слабая аутофлуоресценция при облучении отвержденной смоляной композиции светом, имеющим длину волны возбуждения в зеленом диапазоне, соответствует значению серого, составляющему менее 2500.
В другом примере матрица из эпоксидной смолы включает эпоксидный материал, выбранный из группы, состоящей из функционализированного эпоксидной группой полиэдрического олигомерного силсесквиоксана; простого триглицидилового эфира триметилолпропана; тетракис(эпоксициклогексилэтил)тетраметил-циклотетрасилоксана; сополимера (эпоксициклогексилэтил)метилсилоксана и диметилсилоксана; 1,3-бис[2-(3,4-эпоксициклогексил)этил]тетраметил-дисилоксана; 1,3-бис(глицидоксипропил)тетраметил-дисилоксана; и комбинаций перечисленных веществ.
В одном из примеров матрица из эпоксидной смолы включает комбинацию двух функционализированных эпоксидной группой полиэдрического олигомерных силсесквиоксанов, где комбинация двух функционализированных эпоксидной группой полиэдрических олигомерных силсесквиоксанов включает функционализированный глицидильной группой полиэдрический олигомерный силсесквиоксан и функционализированный эпоксициклогексилэтильной группой полиэдрический олигомерный силсесквиоксан.
В одном из дополнительных примеров свободнорадикальный фотоинициатор представляет собой фосфиноксид, где фосфиноксид выбран из группы, состоящей из дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида; смеси дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида и 2-гидрокси-2-метилпропиофенона; фенил-бис(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида; этил(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфината; и комбинаций перечисленных веществ.
Согласно другому примеру, генератор фотокислоты выбран из группы, состоящей из трифлата N-гидроксинафталимида; смеси солей -гексафторфосфатов триарилсульфония; смеси солей - гексафторантимонатов триарилсульфония; трифлата 1-нафтилдифенилсульфония; трифлата 4-фенилтиофенил)дифенилсульфония; гексафторфосфата бис-(4-метилфенил)йодония; гексафторфосфата бис(4-трет-бутилфенил)йодония; трифлата (2-метилфенил)(2,4,6-триметилфенил)йодония; трифлата бис(2,4,6-триметилфенил)йодония; гексафторантимонатной соли бис-(4-додецилфенил)йодония; и комбинаций перечисленных веществ.
Следует понимать, что любые признаки этого аспекта проточной ячейки могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом для достижения полезных эффектов, рассмотренных в настоящей работе, включающих, например, относительно слабую аутофлуоресценцию. Кроме того, следует понимать, что любые комбинации признаков этого аспекта проточной ячейки и/или любой из смоляных композиций могут быть применены совместно, и/или что любые признаки любого из рассмотренных аспектов могут быть скомбинированы с любыми рассмотренными примерами для достижения полезных эффектов, рассмотренных в настоящей работе, включающих, например, относительно слабую аутофлуоресценцию.
Согласно другому аспекту, способ получения проточной ячейки включает осаждение на подложку смоляной композиции. Смоляная композиция включает матрицу из эпоксидной смолы, свободнорадикальный фотоинициатор, выбранный из группы, состоящей из: 2-этил-9,10-диметоксиантрацена, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона, 2-этокси-2-фенилацетофенона, а также фосфиноксид и генератор фотокислоты. Способ дополнительно включает наноимпринтинг (т.е. вдавливание шаблона с наноразмерными элементами в слой материала) осажденной смоляной композиции с помощью рабочего штампа и отверждение осажденной смоляной композиции с образованием отвержденной, структурированной смолы, где отвержденная структурированная смола отличается слабой аутофлуоресценцией или отсутствием аутофлуоресценции при облучении синим светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, или при облучении зеленым светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм.
Следует понимать, что любые признаки этого аспекта способа могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом для достижения полезных эффектов, рассмотренных в настоящей работе, включающих, например, относительно слабую аутофлуоресценцию. Кроме того, следует понимать, что любые комбинации признаков способа и/или проточной ячейки и/или смоляных композиций могут быть применены совместно, и/или что любые признаки любого или всех рассмотренных аспектов могут быть скомбинированы с любыми признаками рассмотренных примеров для достижения полезных эффектов, рассмотренных в настоящей работе, включающих, например, относительно слабую аутофлуоресценцию.
Также следует понимать, что любые признаки любого способа и/или проточной ячейки и/или смоляной композиции могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом, и/или могут быть скомбинированы с любыми рассмотренными примерами для достижения полезных эффектов, рассмотренных в настоящей работе, включающих, например, относительно слабую аутофлуоресценцию.
Краткое описание графических материалов
Признаки примеров осуществления настоящего изобретения станут более очевидными при более подробном их 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. 1 представлена блок-схема, на которой показан один из примеров способа, рассмотренного в настоящей работе;
На Фиг. 2 представлена блок-схема, на которой показан другой пример способа, рассмотренного в настоящей работе;
На Фиг. 3А-3Е схематично представлены перспективные изображения, которые совместно иллюстрируют примеры способа, раскрытого в настоящей работе;
На Фиг. 3F представлены схематичное изображение и изображение в поперечном разрезе вдоль линии 3F-3F, показанной на Фиг. 3Е;
На Фиг. 4А и 4В представлены полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа микрофотографии примеров осуществления лунок, образованных из различных примеров смоляных композиций, рассмотренных в настоящей работе;
На Фиг. 5A-5D представлены черно-белые изображения фотографий, которые в исходном варианте были цветными, на которых представлены, соответственно: (Фиг. 5А) пример первой отвержденной и структурированной смоляной композиции согласно примеру, (Фиг. 5 В) пример второй отвержденной и структурированной смоляной композиции согласно примеру, (Фиг. 5С) пример первой отвержденной и структурированной смоляной композиции согласно примеру и (Фиг. 5D) пример первой отвержденной и структурированной смоляной композиции согласно примеру;
На Фиг. 6 показано графическое представление результатов аутофлуоресценции (в виде средней АФ (аутофлуоресценции)), смоделированных для смоляной композиции сравнительного примера и смоляной композиции примера; и
На Фиг. 7 показано графическое представление результатов аутофлуоресценции (в виде средней АФ (аутофлуоресценции)), смоделированных для смоляной композиции сравнительного примера и смоляной композиции примера.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Желательно, чтобы применяемые для секвенирования структурированные (англ. patterned) проточные ячейки имели базовые уровни аутофлуоресценции, позволяющие достигать достаточно высоких отношений уровня сигнала к уровню шума (англ. signal to noise ratio, сокращенно SNR), которые допускали бы разрешение сигналов индивидуальных кластеров в процессе секвенирования. Смоляные композиции, применяемые для получения структурированных проточных ячеек, часто включают фотоинициаторы (например, генераторы свободных радикалов и/или катионных частиц), инициирующие отверждение при создании структуры из композиции. В теории, если применяемые фотоинициаторы не поглощают свет в видимой области спектра, то при облучении в процессе секвенирования источниками возбуждающего синего, зеленого и/или красного света флуоресценция не наблюдается. Однако было обнаружено, что при интересующей длине волны возбуждения (например, при длине волны возбуждения в синем и/или зеленом диапазоне) нежелательная аутофлуоресценция может наблюдаться даже в том случае, когда, исходя из спектральных свойств компонентов смолы, в видимой области спектра не должно наблюдаться поглощения или может наблюдаться лишь слабое поглощение. Также было обнаружено (на основании исследований в растворе некоторых комбинаций свободнорадикальных и катионных фотоинициаторов), что нежелательная аутофлуоресценция может быть результатом внутримолекулярных взаимодействий, протекающих между комбинациями свободнорадикальных и катионных фотоинициаторов до или во время облучения ультрафиолетовым (УФ) светом. Полагают, что обмен энергией между таким определенными комбинациями свободнорадикальных и катионных фотоинициаторов и последующее образование комплексов (эксиплексов) и аддуктов возбужденного состояния может вносить определенный вклад в нежелательную аутофлуоресценцию в интересующем синем и/или зеленом диапазоне длин волн возбуждающего света.
В настоящей работе рассмотрен ряд смоляных композиций на основе эпоксидов, которые после отверждения характеризуются аутофлуоресценцией в интересующей синей и/или зеленой области спектра длины волны возбуждающего света, причем эта аутофлуоресценция приблизительно на порядок слабее аутофлуоресценции композиций, включающих комбинации свободнорадикальных и катионных фотоинициаторов, упомянутые выше.
В некоторых примерах, рассмотренных в настоящей работе, смоляная композиция на основе эпоксида включает определенный набор фотоинициаторов, который включает свободнорадикальный фотоинициатор, выбранный из группы, состоящей из 2-этил-9,10-диметоксиантрацена, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона, 2-этокси-2-фенилацетофенона и фосфиноксида, и катионный фотоинициатор (генератор фотокислоты). Полагают, что производное антрацена Norrish Типа II и ацетофенон Norrish Типа I или фосфиноксиды при облучении ультрафиолетовым излучением типа А могут генерировать радикалы, которые могут вносить свой вклад в двух компонентную отверждающую систему, содержащую генератор фотокислоты, не приводя к внутримолекулярным взаимодействиям, которые вызывают нежелательную аутофлуоресценцию в интересующем синем и/или зеленом диапазоне длин волн возбуждающего света.
В других примерах, рассмотренных в настоящей работе, смоляная композиция на основе эпоксида включает генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту. Генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту, может быть применен без фотоинициаторов других типов, таких как свободнорадикальные фотоинициаторы. Это, в свою очередь, может минимизировать и в некоторых случаях даже устранять внутримолекулярные взаимодействия, которые в противном случае могут возникать между некоторыми фотоинициаторами различных типов. Поскольку в этих дополнительных примерах смоляных композиций, рассмотренных в настоящей работе, не происходят вышеуказанные внутримолекулярные взаимодействия, эти дополнительные примеры отвержденных смоляных композиций, рассмотренных в настоящей работе, могут характеризоваться отсутствием аутофлуоресценции или слабой аутофлуоресценцией (при облучении светом с длиной волны возбуждения в синем и/или зеленом диапазоне).
Смоляные композиции, рассмотренные в настоящей работе, также могут с большей легкостью подвергаться фотообесцвечиванию, что делает отвержденную смоляную композицию окончательно неспособной к аутофлуоресценции (т.е. величина аутофлуоресценции, которая все же может развиться, составляет менее порогового значения обнаружения или не влияет на способы обнаружения при секвенировании).
Как указано в настоящей работе, примеры рассмотренной отвержденной смоляной композиции характеризуются минимальной эмиссией излучения в синей и зеленой областях, а также характеризуются относительно слабой аутофлуоресценцией или ее отсутствием при облучении светом с длиной волны возбуждения в синем и зеленом диапазоне. Согласно изобретению, длины волн синего излучения составляют от приблизительно 463 нм до приблизительно 514, и длины волн зеленого излучения составляют от приблизительно 583 нм до приблизительно 660 нм. Также согласно изобретению, длина волны возбуждения в синем диапазоне составляет от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, и длина волны возбуждения в зеленом диапазоне составляет от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм. В другом примере длина волны возбуждения в синем диапазоне составляет от приблизительно 440 нм до приблизительно 457 нм, и длина волны возбуждения в зеленом диапазоне составляет от приблизительно 519 нм до приблизительно 535 нм. Согласно другому примеру, длина волны возбуждения в синем диапазоне составляет от приблизительно 400 нм до приблизительно 480 нм.
В некоторых случаях отвержденную смоляную композицию можно рассматривать как не испускающую флуоресценцию (не излучающую свет) при возбуждении светом с длиной волны в синем диапазоне и/или с длиной волны в зеленом диапазоне. Отсутствие флуоресценции или отсутствие аутофлуоресценции означает, что уровень флуоресценции лежит ниже порогового значения обнаружения. Согласно изобретению, отсутствие флуоресценции или отсутствие аутофлуоресценции может иметь место, если отвержденная смоляная композиция была подвергнута фотообесцвечиванию. В других случаях отвержденная смоляная композиция флуоресцирует (испускает свет) при возбуждении светом с длиной волны в синем диапазоне и/или длиной волны в зеленом диапазоне. В этих примерах термин "слабая аутофлуоресценция" может означать, что уровень излучения (отвержденной смолы облученной светом с длиной волны возбуждения в синем диапазоне и/или в зеленом диапазоне) лежит выше порогового значения обнаружения, но имеет достаточно низкое значение, чтобы считаться шумом, и шум не мешает идентификации сигналов кластеров в процессе секвенирования (например, уровни аутофлуоресценции соответствуют достаточно высоким отношениям уровня сигнала к уровню шума (SNR), что позволяет осуществлять разрешение сигналов индивидуальных кластеров в процессе секвенирования).
Следует понимать, что при количественном определении аутофлуоресценции определение "слабый" или "низкий уровень" может варьироваться в зависимости от характеристик инструмента, применяемого для измерения аутофлуоресценции, и/или ламп, применяемых для создания возбуждающего излучения. Например, если для измерения аутофлуоресценции отвержденных смоляных композиций при облучении светом с длиной волны возбуждения в синем диапазоне применяют устройство Amersham TYPHOON™ (ранее называемое TYPHOON™ FLA 7000) (которое поставляет GE Healthcare Life Sciences), то слабая аутофлуоресценция соответствует значению серого, составляющему менее 25000. В другом примере, если для измерения аутофлуоресценции отвержденных смоляных композиций при облучении светом с длиной волны возбуждения в синем диапазоне применяют устройство Amersham TYPHOON™, то слабая аутофлуоресценция соответствует значению серого, составляющему менее 5000. В другом примере, если для измерения аутофлуоресценции отвержденных смоляных композиций при облучении светом с длиной волны возбуждения в зеленом диапазоне применяют устройство Amersham TYPHOON™, то слабая аутофлуоресценция соответствует значению серого, составляющему менее 10000. В другом примере, если для измерения аутофлуоресценции отвержденных смоляных композиций при облучении светом с длиной волны возбуждения в зеленом диапазоне применяют устройство Amersham TYPHOON™, то слабая аутофлуоресценция соответствует значению серого, составляющему менее 2500.
Аутофлуоресценция также может быть измерена с помощью устройства на основе спектрометра. В одном из примеров устройства на основе спектрометра в качестве источника возбуждающего света применяют лазер с длиной волны излучаемого света, составляющей 445 нм (синяя область спектра). Размер лазерного пятна может составлять приблизительно 200 мкм. Луч лазера пропускают через фильтр для отсекания более длинноволновых линий и затем пропускают через образец. Для измерений отбирают прозрачные образцы. На одной линии с лучом лазера на другой стороне образца размещают спектрометр (например, спектрометр Ocean Optics), который присоединяют посредством оптического волокна. Величина энергии падающего луча лазера может быть скорректирована посредством регулировки тока возбуждения или добавлением ослабляющих фильтров на пути луча лазера. В одном из примеров может быть применена мощность лазера, составляющая 3 мВт.
В одном из примеров, если для измерения аутофлуоресценции отвержденных смоляных композиций при облучении светом с длиной волны возбуждения в синем диапазоне применяют устройство на основе спектрометра, то слабая аутофлуоресценция может соответствовать интенсивности флуоресценции (в произвольных единицах (ПЕ)), составляющей менее приблизительно 400 ПЕ. В другом примере, если устройство на основе спектрометра применяют для измерения аутофлуоресценции отвержденной смоляной композиции при облучении светом с длиной волны возбуждения в зеленом диапазоне, то слабая аутофлуоресценция может соответствовать интенсивности флуоресценции (в произвольных единицах (ПЕ)), составляющей менее приблизительно 500 ПЕ.
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 формы этих терминов синонимичны по отношению друг к другу и имеют одинаково широкое значение.
Термины "верх", "низ", "верхний", "нижний", "на" и т.д. используются в настоящей работе для описания модуля проточной ячейки и/или различных компонентов проточной ячейки. Следует понимать, что такие обозначения направления не относятся к специальной ориентации, а применяются для обозначения ориентации компонентов относительно друг друга. Применение обозначений направления не должно рассматриваться как ограничение примеров, рассмотренных в настоящем описании, какой-либо конкретной ориентацией (ориентациями).
"Акриламид" представляет собой функциональную группу, имеющую структуру  или мономер, включающий акриламидную группу, имеющую эту структуру. Акриламид может представлять собой химическое соединение ациламид, имеющее заместитель вместо одного или более атомов водорода (например, метакриламид). Примеры мономеров, включающих акриламидную группу, включают азидоацетамидопентилакриламид:  и N-изопропилакриламид:  Могут быть применены другие акриламидные мономеры.
Используемый в настоящем описании термин "альдегид" относится к органическому соединению, содержащему функциональную группу, имеющую структуру -СНО, которая включает карбонильный центр (т.е. углерод, соединенный двойной связью с кислородом), в котором атом углерода также связан с водородом и группой R, такой как алкил, или с другой боковой цепью. Альдегид имеет следующую общую структуру:
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.
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.
Используемый в настоящем описании термин "алкин" или "алкинил" относится к неразветвленной или разветвленной углеводородной цепочке, содержащей одну или более тройных связей. Алкинильная группа может содержать от 2 до 20 атомов углерода.
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 атома 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. Примеры арильных групп включают фенил, нафтил, азуленил и антраценил.
a
b
a
b
Под функциональной "аминогруппой" понимают группу -NRR, в которой каждый из R и R независимо выбран из водорода (например, ), С1-С6 алкила, С2-С6 алкенила, С2-С6 алкинила, С3-С7 карбоциклила, С6-С10 арила, 5-10-членного гетероарила и 5-10-членного гетероциклила, определения которых приведены в настоящей работе.
Используемый в настоящем описании термин "присоединенный" означает состояние двух объектов, которые объединены, скреплены, склеены, соединены или прикреплены друг к другу либо непосредственно, либо опосредованно. Например, нуклеиновая кислота может быть присоединена к полимерному покрытию ковалентной или нековалентной связью. Ковалентная связь характеризуется обобществлением пары электронов совокупностью атомов. Нековалентная связь представляет собой физическую связь, которая не включает обобществление пар электронов и может включать, например, водородные связи, ионные связи, ван дер Ваальсовы силы, гидрофильные взаимодействия и гидрофобные взаимодействия.
3
Термин "азид" или функциональная "азидогруппа" означает -N.
Используемый в настоящем описании термин "соединительная область" означает участок, расположенный на подложке, который должен быть скреплен с другим материалом, который может представлять собой, например, разделительный слой, крышку, другую подложку и т.д. или комбинации таких материалов (например, разделительный слой и крышку). Связь, образующаяся в соединительной области, может представлять собой химическую связь (рассмотренную выше) или механическую связь (например, с помощью крепежного элемента и т.д.).
Используемый в настоящем описании термин "карбоциклил" означает неароматическое циклическое кольцо (цикл) или циклическую систему, содержащую в основной цепи циклической системы только 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 спироциклической 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. Примеры карбоциклильных колец включают циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил, циклогексенил, 2,3-дигидроинден, бицикло[2,2,2]октанил, адамантил и спиро[4,4]нонанил.
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 норборненил или норборнен. 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 "циклоалкил" относится к любым одновалентным группам, полученным из циклоалканов отщеплением атома водорода от атома углерода кольца (например, от циклоалкана). Пример такой группы включает 2-метилциклопропил.
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. Другим примером является бициклононин. 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 "углубление" относится к дискретному (отдельному) вогнутому элементу в структурированной смоле, имеющему на поверхности отверстие, которое по меньшей мере частично окружено промежуточным участком (участками) структурированной смолы. Углубления могут иметь множество различных форм находящегося на поверхности отверстия, примеры которых включают круглую, эллиптическую, квадратную, многоугольную, звездчатую форму (с любым количеством лучей) и т.д. Поперечное сечение углубления в плоскости, перпендикулярной плоскости поверхности, может быть искривленным, квадратным, многоугольным, гиперболическим, коническим, имеющим углы и т.д. В качестве примеров углубления может быть названа лунка или желобок/дорожка/впадина. Углубление также может иметь более сложное строение, включающее, например, выступы, ступеньки и т.д.
Используемый в настоящем описании термин "эпокси" относится к фрагменту  или
Используемый в настоящем описании термин "проточная ячейка" означает емкость, включающую камеру (т.е. проточный канал), в которой может быть проведена реакция, впускное отверстие для подачи реагента (реагентов) в камеру и выпускное отверстие для удаления реагента (реагентов) из камеры. В некоторых примерах камера позволяет наблюдать протекание реакции в камере. Например, камера/проточный канал может включать одну или более прозрачных поверхностей, через которые может быть произведено оптическое исследование массивов, оптически меченых молекул или подобных элементов, находящихся в углублении.
Используемый в настоящем описании термин "проточный канал" может относиться к области, ограниченной двумя соединенными компонентами, в которую может быть селективно помещен жидкий образец. В некоторых примерах проточный канал может быть заключен между структурированной смолой и крышкой и, таким образом, может находиться в гидравлическом соединении с одним или более углублениями, имеющимися в структурированной смоле.
Используемый в настоящем описании термин "гетероарил" относится к ароматическому циклу или системе циклов (т.е. к двум или более сконденсированным циклам, имеющим два общих соседних атома), которые содержат один или более гетероатомов, то есть элементов, отличных 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 в цикле.
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 спироциклической 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). В некоторых примерах гетероатом (гетероатомы) представляет собой О, N или S.
2
Используемый в настоящем описании термин "гидразин" или "гидразинил" относится к группе -NHNH.
a
b
Используемый в настоящем описании термин "гидразон" или "гидразонил" относится к группе  в которой каждый из R и R независимо выбран из водорода (например, ), С1-С6 алкила, С2-С6 алкенила, С2-С6 алкинила, С3-С7 карбоциклила, С6-С10 арила, 5-10-членного гетероарила и 5-10-члеиного гетероциклила, определения которых при ведены в настоящей работе.
Используемый в настоящем описании термин "гидрокси" или "гидроксил" относится к группе -ОН.
Используемый в настоящем описании термин "промежуточный участок" относится к области, находящейся на поверхности (например, структурированной смолы), которая разделяет углубления. Например, промежуточный участок может отделять один элемент массива (биочипа) от другого элемента массива. Два отделенных друг от друга элемента могут быть дискретными, т.е. не имеющими физического контакта друг с другом. В другом примере промежуточный участок может отделять первую часть элемента от второй части элемента. Во многих примерах промежуточный участок непрерывен, в то время как элементы дискретны, например, как в случае совокупности лунок, ограниченных в остальном непрерывной поверхностью. В других примерах промежуточные участки и элементы являются дискретными, как, например, в случае совокупности желобков, разделенных соответствующими промежуточными участками. Разделение, обеспечиваемое промежуточным участком, может быть частичным или полным разделением. Поверхностный материал промежуточных участков может отличаться от поверхностного материала элементов, сформированных в поверхности. Например, элементы массива могут иметь количество или концентрацию полимерного покрытия и праймера (праймеров), которая превышает количество или концентрацию указанных веществ в промежуточных участках. В некоторых примерах в промежуточных участках полимерное покрытие и праймер (праймеры) могут отсутствовать.
a
a
+
-
Используемый в настоящем описании термин "нитрилоксид" означает группу "RC≡NO", в которой R имеет определение, рассмотренное в настоящем описании. Примеры получения нитрил оксида включают генерацию in situ из альдоксимов под действием хлорамида-Т или при действии основания на имидоилхлориды [RC(Cl)=NOH] или получение по реакции гидроксиламина с альдегидом.
1
2
3
a
b
Используемый в настоящем описании термин "нитрон" означает группу  в которой R R и R могут представлять собой любые из групп R и R, рассмотренных 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, и в ДНК сахар представляет собой 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. В аналоге нуклеиновой кислоты может быть изменена как фосфатная основная цепь, так и любой сахар или любое нуклеотидное основание. Примеры аналогов нуклеиновых кислот включают, например, универсальные основания или аналоги сахарофосфатной основной цепи, такие как пептидные нуклеиновые кислоты (англ. peptide nucleic acid, сокр. PNA).
Используемый в настоящем описании термин "генератор фотокислоты" (англ. photoacid generator, сокращенно PAG) представляет собой молекулу, которая высвобождает протоны под действием излучения. Обычно фотоотщепление протона от PAG происходит необратимо.
Используемый в настоящем описании термин "фотоинициатор" (англ. photoinitiator, сокращенно PI) представляет собой молекулу, которая после поглощения излучения вступает в фотореакцию, образуя реакционноспособные частицы. Фотоинициаторы смогут инициировать или катализировать химические реакции, которые приводят к растворимости и/или физических свойств препаратов.
Используемый в настоящем описании термин "праймер" означает одноцепочечную последовательность нуклеиновой кислоты (например, одноцепочечную ДНК или одноцепочечную РНК). Некоторые праймеры, которые могут быть названы праймерами амплификации, служат начальной точкой для матричной амплификации и генерации кластеров. Другие праймеры, которые могут быть названы праймерами секвенирования, служат начальной точкой для синтеза ДНК или РНК. Конец 5' праймера может быть модифицирован для обеспечения возможности протекания реакции присоединения к функциональной группе полимерного покрытия. 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 или от 20 до 40 оснований.
Используемый в настоящем описании термин "разделительный слой" относится к материалу, который связывает друг с другом два компонента. В некоторых примерах разделительный слой может состоять из материала, способного поглощать излучение, который способствует образованию связи, или слой может контактировать с материалом, способным поглощать излучение, который способствует образованию связи.
Функциональная "тиольная" группа означает -SH.
Используемые в настоящем описании термины "тетразин" и "тетразинил" означают шестичленную гетеро ар ильную группу, включающую четыре атома азота. Тетразин может быть необязательно замещен.
Используемый в настоящем описании термин "тетразол" означает пятичленную гетероциклическую группу, включающую четыре атома азота. Тетразол может быть необязательно замещен.
Первая смоляная композиция согласно примеру
В некоторых примерах, рассмотренных в настоящей работе, смоляной комплекс включает матрицу из эпоксидной смолы, свободнорадикальный фотоинициатор, выбранный из группы, состоящей из 2-этил-9,10-диметоксиантрацена, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона, 2-этокси-2-фенилацетофенона и фосфиноксида, и генератор фотокислоты; при этом в отвержденном состоянии смоляная композиция отличается слабой аутофлуоресценцией или отсутствием аутофлуоресценции при облучении синим светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, или при облучении зеленым светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм. В другом примере длина волны возбуждения в синем диапазоне составляет от приблизительно 440 нм до приблизительно 457 нм, или длина волны возбуждения в зеленом диапазоне составляет от приблизительно 519 нм до приблизительно 535 нм.
В смоляной композиции согласно этому примеру матрица из эпоксидной смолы включает эпоксидный материал, выбранный из группы, состоящей из:
i) функционализированного эпоксидной группой полиэдрического олигомерного силсесквиоксана (POSS) (который более подробно описан ниже);
ii) простого триглицидилового эфира триметилолпропана:
iii) тетракис(эпоксициклогексилэтил)тетраметил-циклотетрасилоксана:
iv) сополимера (эпоксициклогексилэтил)метилсилоксана и диметилсилоксана:
(где отношение m : n составляет от 8:92 до 10:90);
v) 1,3-бис[2-(3,4-эпоксициклогексил)этил]тетраметил-дисилоксана:
vi) 1,3-бис(глицидоксипропил)тетраметил-дисилоксана:
vii) их комбинаций. Если применяют комбинации, то следует понимать, что в смоляную композицию могут быть совместно включены любые две или более из перечисленных матриц на основе эпоксидной смолы.
1,5
2
2
3/2
n
8
1
8
Функционализированный эпоксидной группой полиэдрический олигомерный силсесквиоксан включает ядро полиэдрического олигомерного силсесквиоксана (POSS), которое функционализировано эпокси группами. Используемый в настоящем описании термин "полиэдрический олигомерный силсесквиоксан (англ. polyhedral oligomeric silsesquioxane, сокращенно POSS)" относится к химической композиции, которая представляет собой промежуточный гибрид (RSiO) между оксидом кремния (SiO) и кремнийорганическим материалом (RSiO). В качестве примера POSS может быть рассмотрено вещество, описанное в работе Kehagias с соавт., Microelectronic Engineering 86 (2009), стр. 776-778, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки. Эта композиция представляет собой кремнийорганическое соединение, имеющее химическую формулу [RSiO], в которой группы R могут быть одинаковыми или различными. Смоляная композиция, рассмотренная в настоящей работе, может включать в качестве мономерных единиц одну или более различных структур типа "клетки" или "ядра". В некоторых случаях структура включает полиоктаэдральную структуру типа "клетки" или "ядра". Например, полиэдрическая структура может представлять собой структуру Т, такую как:  которая может быть представлена как:  Такая мономерная единица обычно содержит восемь ответвлений в виде функциональных групп R-R.
10
12
6
14
16
Мономерная единица может иметь структуру типа клетки, содержащую 10 атомов кремния и 10 групп R, обозначаемую Т, такую как:  или может иметь структуру типа клетки, содержащую 12 атомов кремния и 12 групп R, обозначаемую Т, такую как:  В альтернативном случае материал на основе POSS может включать структуры Т, Т или Т типа клетки. Среднее содержимое клетки может быть уточнено в процессе синтеза и/или регулироваться типом способа 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 применяемых мономерных единиц POSS. Материал на основе POSS может представлять собой смесь структур типа клетки и структур в виде клеток открытого и частично открытого типа. Таким образом, предшественник смолы или смола на основе POSS может включать эпоксидированные материалы POSS, которые могут включать смеси конфигураций силсесквиоксана. 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 к некоторым атомам кремния не будут присоединены замещающие группы R, а, напротив, могут быть присоединены замещающие группы ОН. В некоторых примерах материалы POSS включают смесь различных форм, таких как формы, приведенные ниже:
Сконденсированные клетки
Неполностью сконденсированные клетки
Содержимое вне клеток
Крупные и плохо очерченные структуры
и/или (с)
1
8
10
12
1
8
10
12
1
8
10
12
1
8
10
12
1
8
10
12
1
8
10
12
В примерах, рассмотренных в настоящей работе, по меньшей мере один из R-R или R или R включает эпоксигруппу, и, таким образом, POSS называется эпокси-POSS (или эпоксидированным POSS). В некоторых примерах большинство ответвлений, например, восемь, десять или двенадцать ответвлений или групп R включают эпоксигруппы. В других примерах R-R или R или R одинаковы, и, таким образом, каждый из R-R или R или R включает эпоксигруппу. В других примерах R-R или R или R не одинаковы, и, таким образом, по меньшей мере одна из групп R-R или R или R включает эпоксигруппу, и по меньшей мере одна из других групп R-R или R или R 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 сшитой матрицы после инициирования ультрафиолетовым (УФ) излучением и кислотой. В некоторых аспектах эпокси-POSS включает терминальные эпоксигруппы. Примером POSS этого типа является функционализированный глицидильной группой POSS, имеющий следующую структуру:
Другим примером POSS этого типа является POSS, функционализированный эпоксициклогексилэтильной группой, который имеет следующую структуру:
Один из примеров матрицы из эпоксидной смолы, рассмотренной в настоящей работе, включает комбинацию из двух эпокси-POSS соединений, где указанная комбинация включает функционализированный глицидильной группой POSS и функционализированный эпоксициклогексилэтильной группой POSS.
1
8
10
12
В примерах, рассмотренных в настоящей работе, эпокси-POSS также может представлять собой модифицированный эпокси-POSS, который включает агент регулируемой радикальной полимеризации (англ. controlled radical polymerization, сокр. CRP) и/или другую целевую функциональную группу, введенную в смолу или структуру ядра или клетки в виде одной или более функциональных групп R-R или R или R.
В этих примерах смоляной композиции свободнорадикальный фотоинициатор выбран из группы, состоящей из 2-этил-9,10-диметоксиантрацена, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона, 2-этокси-2-фенилацетофенона и фосфиноксида.
В некоторых примерах свободнорадикальный фотоинициатор представляет собой 2-этил-9,10-диметоксиантрацен:
В других примерах свободно-радикальный фотоинициатор представляет собой 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон:
В других примерах свободнорадикальный фотоинициатор представляет собой 2-этокси-2-фенилацетофенон (также называемый простым этиловым эфиром бензоина):
В других примерах свободнорадикальный фотоинициатор представляет собой фосфиноксид. Если применяют фосфиноксид, то он может быть выбран из группы, состоящей из:
i) дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида:
ii) смеси дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида и 2-гидрокси-2-метилпропиофенона:
iii) фенил-бис(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксида:
iv) этил(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфината:
v) их комбинаций. Если применяют комбинации, то следует понимать, что в смоляную композицию могут быть совместно включены любые два или более из перечисленных свободнорадикальных фотоинициаторов.
Кроме свободнорадикального фотоинициатора рассмотренные примеры смоляной композиции также включают генератор фотокислоты (PAG). Свободные радикалы, генерируемые фотоинициатором, реагируют с генератором фотокислоты, который разлагается с образованием сверхкислоты, которая, в свою очередь, инициирует полимеризацию и/или образование поперечных связей в компоненте (компонентах) матрицы из эпоксидной смолы. Полагают, что может быть применен любой подходящий генератор фотокислоты, который не вступает в нежелательные внутримолекулярные взаимодействия со свободнорадикальным фотоинициатором. Примеры подходящих генераторов фотокислоты могут включать системы генераторов фотокислоты на основе бензила, сложного иминоэфира, сопряженного сложного иминоэфира, спиропирана, тетрилена, двухфотонные и металлорганические системы РАС.
Некоторые конкретные примеры подходящих генераторов фотокислоты выбраны из группы, состоящей из:
i) трифлата (трифторметансульфоната) N-гидроксинафталимида:
ii) смеси солей - гексафторфосфатов триарилсульфония:
iii) смеси солей - гексафторантимонатов триарилсульфония:
iv) трифлата 1-нафтилдифенилсульфония (обозначаемого NDS-TF):
v) трифлата (4-фенилтиофенил)дифенилсульфония:
vi) гексафторфосфата бис-(4-метилфенил)йодония:
vii) гексафторфосфата бис(4-трет-бутилфенил)йодония:
viii) трифлата (2-метилфенил)(2,4,6-триметилфенил)йодония:
xi) трифлата бис(2,4,6-триметилфенил)йодония:
x) гексафторантимонатной соли бис-(4-додецилфенил)йодония:
xi) комбинаций перечисленных веществ. Комбинации генераторов фотокислоты могут быть применены при условии, что они растворимы в выбранном растворителе.
Примеры первой смоляной композиции могут быть получены смешиванием матрицы из эпоксидной смолы со свободнорадикальным фотоинициатором и генератором фотокислоты. В одном из примеров массовое процентное отношение массы матрицы из эпоксидной смолы к массе комбинации свободнорадикального фотоинициатора/генератора фотокислоты составляет от приблизительно 99,8:0,2 до 90:10. В другом примере массовое процентное отношение массы матрицы из эпоксидной смолы к массе комбинации свободнорадикального фотоинициатора/генератора фотокислоты составляет от приблизительно 98:2 до 95:5. Согласно другому примеру, массовое процентное отношение массы матрицы из эпоксидной смолы к массе комбинации свободнорадикального фотоинициатора/генератора фотокислоты составляет от приблизительно 96:4 до 99:1. Если применяют меньшие количества комбинации свободнорадикального фотоинициатора/генератора фотокислоты, то для завершения реакции отверждения под действием УФ-излучения может потребоваться увеличение продолжительности реакции.
Следует понимать, что индивидуальные количества матрицы из эпоксидной смолы, фотоинициатора и генератора фотокислоты могут превышать или составлять менее указанных в зависимости, по меньшей мере частично, от типа компонента (компонентов) матрицы из эпоксидной смолы.
Любой пример первой смоляной композиции может быть получен смешиванием компонента (компонентов) матрицы из эпоксидной смолы с фотоинициатором и генератором фотокислоты. Для нанесения смоляной композиции рассмотренные компоненты (компонент (компоненты) матрицы из эпоксидной смолы, фотоинициатор и генератор фотокислоты) могут быть разбавлены подходящим растворителем (для достижения величины вязкости, требуемой для применяемой методики нанесения), таким как ацетат простого монометилового эфира пропиленгликоля (англ. propylene glycol monomethyl ether acetate, сокр. PGMEA), толуол, диметилсульфоксид (ДМСО), тетрагидрофуран (ТГФ) и т.д. В одном из примеров концентрация матрицы из эпоксидной смолы в растворителе составляет от приблизительно 15 масс. % (массовых процентов) до приблизительно 56 масс. %, и концентрация комбинации фотоинициатора и генератора фотокислоты в растворителе составляет от приблизительно 1 масс. % до приблизительно 10 масс. %; тем не менее, полагают, что верхняя граница диапазона может быть выше в зависимости от соответствующей растворимости матрицы из эпоксидной смолы и фотоинициатора/генератора фотокислоты в выбранном растворителе. В одном из примеров растворитель представляет собой PGMEA. Общая концентрация (включающая матрицу из эпоксидной смолы, фотоинициатор и генератор фотокислоты (и, при наличии, полиакрилат или поверхностно-активное вещество)) готовой смоляной композиции может составлять от приблизительно 16 масс. % до приблизительно 66 масс. % Количество растворителя может составлять от приблизительно 34 масс. % до приблизительно 84 масс. %.
2
2-6
В некоторых примерах матрица из эпоксидной смолы смоляной композиции согласно рассматриваемому примеру также может включать эпоксисилан. Эпоксисилан может быть закреплен на основе (или подложке). Например, закрепленный на подложке эпоксисилан может иметь структуру "подложка-О-Si(R)-O-Салкил-(эпоксид)", в которой каждый R представляет собой алкильную группу, такую как метильная или этильная группа. В этих примерах смоляная композиция 14 может быть получена смешиванием закрепленного на подложке эпоксида с одним или двумя различными эпоксидами, рассмотренными в настоящей работе, а также с фотоинициатором и генератором фотокислоты.
Некоторые примеры первой смоляной композиции могут дополнительно включать темный гаситель или акцептор электронов. Темный гаситель представляет собой вещество, которое поглощает световую энергию, генерируемую флуорофором, и рассеивает ее в виде тепла. Это обеспечивает неизлучательный путь релаксации частиц, находящихся в возбужденном состоянии. В рассмотренных примерах осуществления выбранный темный гаситель должен быть способен поглощать аутофлуоресценцию отвержденной смоляной композиции в синей и/или зеленой области спектра. Акцептор электронов также может обеспечивать гашение флуоресценции.
В одном из примеров темный гаситель может включать азокрасители. В одном из дополнительных примеров темный гаситель включает замещенное производное азобензола, выбранное из группы, состоящей из: 4-диметиламиноазобензол-4'-карбоновой кислоты:  DABCYL азида (где DABCYL = 4-(dimethylaminoazo)benzene-4-carboxylic acid, т.е. 4-(диметиламиноазо)бензол-4-карбоновая кислота):  DABSYL азида (где DABSYL = 4-(dimethylamino)azobenzene-4'-sulfonyl, т.е. 4-(диметиламино)азобензол-4'-сульфонил):  дисперсного красного 19:  добавки в виде сажевого наполнителя (англ. carbon black pigment, сокр. СВР), гасителя на основе черного красителя (такого как, например, TRUEBLACK липофусциновый гаситель аутофлуоресценции, 20Х в ДМФА (диметилформамиде)) и комбинаций перечисленных веществ. Примеры подходящих акцепторов электронов могут включать [5,6]-фуллерен-С70:  или фуллерен-С60:
В одном из примеров темный гаситель или акцептор электронов могут присутствовать в количестве, составляющем от приблизительно 0,1 масс. % до приблизительно 10 масс. % в пересчете на общую массу первой смоляной композиции.
Некоторые другие примеры первой смоляной композиции могут дополнительно включать полиакрилат или поверхностно-активное вещество. Примером коммерчески доступного полиакрилата является BYK-350 (поставляемый BYK Additives & Instruments). Может быть применено любое биосовместимое поверхностно-активное вещество, такое как поверхностно-активные вещества TWEEN (например, сложные эфиры полиэтиленсорбита (TWEEN 80) и сложные эфиры полиоксиэтиленсорбита (TWEEN 20), поставляемые Uniqema Americas LLC; TRITON™ X-100 (этоксилат октилфенола, поставляемый The Dow Chemical Co.), и полимерные поверхностно-активные вещества, поставляемые BYK Additives and Instruments. В одном из примеров полиакрилат или поверхностно-активное вещество могут присутствовать в смоляной композиции в количестве, составляющем от приблизительно 0,4 масс. % от общего содержания твердых веществ до приблизительно 1,6 масс. % от общего содержания твердых веществ.
Некоторые другие примеры первой смоляной композиции наряду с матрицей из эпоксидной смолы, фотоинициатором и генератором фотокислоты могут дополнительно включать отверждаемую свободнорадикальную смоляную матрицу, которая включает акрилатную группу и силоксановую группу. Механизм отверждения акрилатных групп в такой смоляной матрице не зависит от механизма отверждения эпоксидных групп матрицы из эпоксидной смолы, и, таким образом, полагают, что смешивание этих компонентов не будет оказывать негативного влияния на эффективность отверждения. Например, некоторые из свободных радикалов, генерируемых фотоинициатором, рассмотренным в настоящей работе, могут инициировать отверждение отверждаемой свободнорадикальной смоляной матрицы, в то время как другие такие радикалы могут инициировать генерацию кислоты фотокислотой, что может приводить к отверждению матрицы из эпоксидной смолы.
Если в композицию включают отверждаемую свободнорадикальную смоляную матрицу, то она может присутствовать в количестве, составляющем от 1 масс. % до приблизительно 50 масс. % от общей массы первой смоляной композиции.
В одном из примеров молекулярная масса акрилатного мономера (мономеров) отверждаемой свободнорадикальной смоляной матрицы может составлять от приблизительно 0,5 кДа до приблизительно 5 кДа или от приблизительно 1 кДа до приблизительно 4,5 кДа. Сшивающая способность и, таким образом, плотность поперечных связей, зависит от количества точек сшивки (например, две, три, четыре), имеющихся в мономере.
Примерами отверждаемой свободнорадикальной смоляной матрицы являются матрицы, включающие акрилат, выбранный из группы, состоящей из:
i) 1,3-бис(3-метакрилоксипропил)тетраметилдисилоксана:
ii) полидиметилсилоксана с терминальными метакрилоксипропильными группами:
(где n составляет от 1 до 1000 или находится в любом диапазоне, лежащем между указанными значениями, например, от 1 до 500 или от 1 до 100 или от 2 до 50, от 1 до 10, от 1 до 2 и т.д.);
iii) тетраметил-тетракис[3-акрилоксипропил]циклотетрасилоксана:
iv) метакрил-полиэдрического олигомерного силсесквиоксана (POSS):
v) акрил-полиэдрического олигомерного силсесквиоксана:
vi) акрилоксипропил-метилсилоксанового гомополимера:
(где m составляет от 1 до 1000 или находится в любом диапазоне, лежащем между указанными значениями, например, от 1 до 500, от 30 до 200, от 30 до 100 и т.д.), и
vii) комбинаций перечисленных веществ. Если применяют комбинации, то следует понимать, что в примеры первой смоляной композиции могут быть совместно включены любые две или более из перечисленных отверждаемых свободнорадикальных смоляных матриц, при условии, что все они растворимы в растворителе, включаемом в первую смоляную композицию.
Если в композицию включают любой из перечисленных компонентов: темный гаситель или акцептор электронов, поверхностную добавку на основе полиакрилата и/или отверждаемую свободнорадикальную смоляную матрицу, то эти компоненты могут быть добавлены к другим компонентам и смешаны, в результате чего получают другие примеры первой смоляной композиции.
Вторая смоляная композиция согласно примеру
В некоторых других примерах, рассмотренных в настоящей работе, смоляной комплекс включает матрицу из эпоксидной смолы, включающую по меньшей мере два различных функционализированных эпоксидной группой олигомерных силсесквиоксана и генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту, выбранный из группы, состоящей из гексафторфосфата диарилйодония, гексафторантимоната диарилйодония и гексафторфосфата (кумол)цикпопентадиенилжелеза (II); причем в отвержденном состоянии смоляная композиция отличается слабой аутофлуоресценцией или отсутствием аутофлуоресценции при облучении синим светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, или при облучении зеленым светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм.
Следует понимать, что в примерах второй смоляной композиции могут быть применены любые из функционализированных эпоксидной группой олигомерных силсесквиоксанов, рассмотренных при описании первой смоляной композиции, при условии, что комбинируют два различных эпокси-POSS соединения. В одном из примеров два различных эпокси-POSS соединения включают функционализированный глицидильной группой POSS и функционализированный эпоксициклогексилэтильной группой POSS.
Для инициирования разложения генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, фотоинициатор не требуется, и, таким образом, этот генератор фотокислоты может непосредственно генерирвоать сверхкислоту, которая, в свою очередь, инициирует полимеризацию и/или образование поперечных связей в компоненте (компонентах) матрицы из эпоксидной смолы. В примерах второй смоляной композиции согласно изобретению генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту, выбран из группы, состоящей из:
i) гексафторфосфата диарилйодония:
ii) гексафторантимоната диарилйодония:
iii) гексафторфосфата (кумол)циклопентадиенилжелеза (II):
iv) комбинаций перечисленных веществ. Если применяют комбинации, то следует понимать, что в примеры второй смоляной композиции могут быть совместно включены любые два или более из перечисленных генераторов фотокислоты, непосредственно генерирующих фотокислоту, при условии, что все они растворимы в растворителе, включаемом во вторую смоляную композицию.
Примеры второй смоляной композиции могут быть получены смешиванием матрицы из эпоксидной смолы с генератором фотокислоты, непосредственно генерирующим фотокислоту. В одном из примеров массовое процентное отношение массы матрицы из эпоксидной смолы к массе генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, составляет приблизительно от 99,8:0,2 до 90:10. В другом примере массовое процентное отношение массы матрицы из эпоксидной смолы к массе генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, составляет приблизительно от 98:2 до 95:5. Согласно другому примеру, массовое процентное отношение массы матрицы из эпоксидной смолы к массе генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, составляет приблизительно от 96:4 до 99:1. Если применяют меньшие количества генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, то для завершения реакции отверждения под действием УФ излучения может потребоваться увеличение продолжительности реакции.
Для нанесения второй смоляной композиции указанные компоненты (матрица из эпоксидной смолы и генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту) могут быть разбавлены подходящим растворителем (для достижения величины вязкости, требуемой для применяемой методики нанесения), таким как ацетат простого монометилового эфира пропиленгликоля (PGMEA), толуол, ДМСО, ТГФ и т.д. В одном из примеров концентрация матрицы из эпоксидной смолы в растворителе составляет от приблизительно 15 масс. % до приблизительно 56 масс. %, и концентрация генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, в растворителе составляет от приблизительно 1 масс. % до приблизительно 10 масс. %; тем не менее, полагают, что верхняя граница диапазона может быть выше в зависимости от соответствующей растворимости матрицы из эпоксидной смолы и генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, в выбранном растворителе. В одном из примеров растворитель представляет собой PGMEA. Общая концентрация (включающая матрицу из эпоксидной смолы и генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту (и, при наличии, полиакрилат или поверхностно-активное вещество)) готовой смоляной композиции может составлять от приблизительно 16 масс. % до приблизительно 66 масс. % Количество растворителя может составлять от приблизительно 34 масс. % до приблизительно 84 масс. %.
2
2-6
В некоторых примерах матрица из эпоксидной смолы этого примера смоляной композиции также может включать эпоксисилан. Эпоксисилан может быть закреплен на основе (или подложке). Например, закрепленный на подложке эпоксисилан может иметь структуру "подложка-O-Si(R)-O-Салкил-(эпоксид)", в которой каждый R представляет собой алкильную группу, такую как метильная или этильная группа. В этих примерах смоляная композиция может быть получена смешиванием закрепленного на подложке эпоксида с по меньшей мере двумя различными функционализированными эпоксидной группой олигомерными силсесквиоксанами и генератором фотокислоты, непосредственно генерирующим фотокислоту.
Некоторые другие примеры второй смоляной композиции могут дополнительно включать полиакрилат и/или поверхностно-активные вещества и/или темный гаситель и/или акцептор электронов, рассмотренные при описании первой смоляной композиции согласно примеру.
Проточная ячейка и способ
Любой пример смоляной композиции, рассмотренный в настоящей работе, может быть применен для формирования проточной ячейки.
Пример способа 100 получения примера проточной ячейки с применением первой смоляной композиции представлен на Фиг. 1. Как показано, один из примеров способа 100 включает осаждение (условное обозначение 102) на подложку смоляной композиции, где смоляная композиция включает матрицу из эпоксидной смолы, свободнорадикальный фотоинициатор, выбранный из группы, состоящей из 2-этил-9,10-диметоксиантрацена, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона, 2-этокси-2-фенилацетофенона и фосфиноксида, и генератор фотокислоты; наноимпринтинг (условное обозначение 104) осажденной смоляной композиции с помощью рабочего штампа; и отверждение (условное обозначение 106) осажденной смоляной композиции с образованием отвержденной, структурированной смолы, где отвержденная структурированная смола отличается слабой аутофлуоресценцией или отсутствием аутофлуоресценции при облучении синим светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, или при облучении зеленым светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм. Полученная проточная ячейка включает подложку и отвержденную нанесенную на подложку структурированную смолу, где отвержденная структурированная смола включает углубления, разделенные промежуточными участками, и при этом отвержденная структурированная смола была получена из примера первой смоляной композиции, который включает матрицу из эпоксидной смолы, свободнорадикальный фотоинициатор, выбранный из группы, состоящей из 2-этил-9,10-диметоксиантрацена, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона, 2-этокси-2-фенилацетофенона и фосфиноксида, и генератор фотокислоты.
Другой пример способа 200 получения другого примера проточной ячейки с применением второй смоляной композиции представлен на Фиг. 2. Как показано, один из примеров способа 200 включает осаждение (условное обозначение 202) на подложку смоляной композиции, где смоляная композиция включает матрицу из эпоксидной смолы, включающую по меньшей мере два различных функционализированных эпоксидной группой полиэдрических олигомерных силсесквиоксана; и генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту, выбранный из группы, состоящей из гексафторфосфата диарилйодония, гексафторантимоната диарилйодония и гексафторфосфата (кумол)циклопентадиенилжелеза (II); наноимпринтинг (условное обозначение 204) осажденной смоляной композиции с помощью рабочего штампа; и отверждение (условное обозначение 206) осажденной смоляной композиции с образованием отвержденной структурированной смолы, где отвержденная структурированная смола отличается слабой аутофлуоресценцией или отсутствием аутофлуоресценции при облучении синим светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, или при облучении зеленым светом с длиной волны возбуждения, составляющей от приблизительно 510 нм до приблизительно 560 нм. Полученная проточная ячейка включает подложку и отвержденную нанесенную на подложку структурированную смолу, где отвержденная структурированная смола включает углубления, разделенные промежуточными участками, и отвержденная структурированная смола была получена из примера второй смоляной композиции, которая включает матрицу из эпоксидной смолы, включающую по меньшей мере два различных функционализированных эпоксидной группой полиэдрических олигомерных силсесквиоксана; и генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту, выбранный из группы, состоящей из гексафторфосфата диарилйодония, гексафторантимоната диарилйодония и гексафторфосфата (кумол)цикпопентадиенилжелеза (II).
Несмотря на то, что это не показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, примеры способа 100, 200 могут дополнительно включать нанесение полимерного покрытия в углубления и прививку праймера к полимерному покрытию. Способы 100, 200 включающие такие дополнительные этапы, более подробно рассмотрены ниже со ссылками на Фиг. 3А-3Е.
На Фиг. 3А показана подложка 12, и на Фиг. 3В показана смоляная композиция 14, осажденная на подложку 12.
3
4
2
5
х
2
Примеры материалов подходящих подложек 12 включают эпоксисилоксан, стекло и модифицированное или функционализированное стекло, пластмассы (включающие акриловые полимеры, полистирол и сополимеры стирола и других материалов, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретаны, политетрафторэтилен (такой как TEFLON, пославляемый Chemours), циклические олефины/циклоолефиновые полимеры (англ. cycloolefin polymer, сокращенно СОР) (такие как ZEONOR, поставляемые Zeon), полиимиды и т.д., нейлон, керамические материалы/керамические оксиды, оксид кремния, плавленый оксид кремния или материалы на основе оксида кремния, силикат алюминия, кремний и модифицированный кремний (например, легированный бором р+ кремний), нитрид кремния (SiN), оксид кремния (SiO), пентоксид тантала (ТаО) или другой оксид (оксиды) тантала (ТаО), оксид гафния (HaO), углерод, металлы, неорганические стекла или подобные материалы. Подложка 12 также может быть изготовлена из стекла или кремния и иметь на поверхности слой покрытия из оксида титана или другого керамического оксида.
В некоторых примерах подложек 12 на поверхности подложки может быть закреплен эпоксисилан, который может реагировать с другими компонентами смоляной композиции с образованием на подложке 12 смоляной композиции 14 (и отвержденной смоляной композиции 14).
В одном из примеров диаметр подложки 12 может составлять от приблизительно 2 мм до приблизительно 300 мм, или прямоугольный лист или панель, наибольшая сторона которой имеет длину до приблизительно 10 футов (~ 3 метров). В одном из примеров подложка 12 представляет собой многослойную структуру, диаметр которой составляет от приблизительно 200 мм до приблизительно 300 мм. В другом примере подложка 12 представляет собой кубик, ширина которого составляет от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 10 мм. Несмотря на то, что здесь указаны примеры размеров, следует понимать, что может быть применена подложка 12 с любыми подходящими размерами. В другом примере может быть применена панель, которая представляет собой прямоугольную подложку 12, площадь поверхности которой превышает площадь круглой многослойной структуры диаметром 300 мм.
Смоляная композиция 14 может представлять собой любой из примеров смоляных композиций, рассмотренных в настоящей работе (например, любой из примеров первой смоляной композиции или любой из примеров второй смоляной композиции), которые включают набор фотоинициаторов или генератор фотокислоты, непосредственно генерирующий фотокислоту. Смоляная композиция 14 может быть нанесена на подложку 12 с помощью любой подходящей методики нанесения, которая может быть выполнена вручную или автоматизированным способом. Например, осаждение смоляной композиции 14 может быть выполнено нанесением из газовой фазы, способами нанесения покрытий, прививкой или подобными способами. Некоторые конкретные примеры включают химическое осаждение из газовой фазы (англ. chemical vapour deposition, сокр. CVD), нанесение покрытия распылением (например, нанесение покрытия ультразвуковым распылением), нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия маканием или окунанием, нанесение покрытия ножевым устройством, нанесение покрытия распределением, аэрозольную печать, трафаретную печать, микроконтактную печать, струйную печать или подобные способы. В одном из примеров применяют нанесение покрытия центрифугированием.
Затем осажденную смоляную композицию 14 подвергают структурированию с помощью любой из упомянутых методик структурирования. В примере, показанном на Фиг. 3В, для структурирования смоляной композиции 14 применяют наноимпринтную литографию. После осаждения смоляной композиции 14, она может быть подвергнута термообработке при невысокой температуре (англ. softbaked) для удаления избытка растворителя. Форму или рабочий штамп 20 для наноимпринтной литографии прижимают к слою смоляной композиции 14, получая на смоляной композиции 14 отпечаток. Другими словами, смоляная композиция 14 вдавливается или протыкается выступами рабочего штампа 20. Смоляная композиция 14 может быть отверждена вместе с прижатым к ней рабочим штампом 20. Отверждение смоляных композиций 14, рассмотренных в настоящей работе, может быть выполнено под действием актиничного излучения, такого как ультрафиолетовое (УФ) излучение. В тех примерах, в которых применяют первую смоляную композицию, образование радикалов во время отверждения происходит за счет наличия фотоинициатора, и эти радикалы вызывают разложение генератора фотокислоты с образованием сверхкислоты, которая инициирует полимеризацию и/или образование поперечных связей в матрице из эпоксидной смолы. В некоторых примерах первой смоляной композиции образование радикалов также приводит к отверждению акрилатной части смоляной композиции. В тех примерах, в которых применяют вторую смоляную композицию, при отверждении происходит разложение генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, с образованием сверхкислоты, которая инициирует полимеризацию и/или образование поперечных связей в матрице из эпоксидной смолы. В любом из примеров, рассмотренных в настоящей работе, при отверждении протекает полимеризация и/или образование поперечных связей в смоляных композициях 14. Например, отверждение может включать один этап облучения УФ светом, или оно может включать совокупность этапов, включающих термообработку при невысокой температуре (например, для удаления растворителя (растворителей)) и в некоторых случаях термообработку при повышенной температуре. Если включают термообработку при невысокой температуре, то она может быть проведена после нанесения смолы, до вдавливания в него рабочего штампа 20, при пониженной температуре, составляющей от приблизительно 50°С до приблизительно 150°С, в течение времени, составляющего более 0 секунд до приблизительно 3 минут. В одном из примеров продолжительность термообработки при невысокой температуре составляет от приблизительно 30 секунд до приблизительно 2,5 минут. Во время проведения термообработки при невысокой температуре могут протекать один или более химических процессов, которые вносят дополнительный вклад в снижение аутофлуоресценции. Примеры таких химических процессов могут включать испарение какого-либо материала (материалов) смоляной композиции, сублимацию какого-либо материала (материалов) смоляной композиции, полимеризацию какого-либо материала (материалов) смоляной композиции и/или комбинации указанных процессов. Рабочий штамп 20 высвобождают/отделяют до проведения термообработки при повышенной температуре (если ее выполняют), например, так, чтобы рабочий штамп 20 не прикреплялся к отвержденной смоляной композиции 14. Продолжительность термообработки при повышенной температуре может составлять от приблизительно 5 секунд до приблизительно 10 минут при температуре, составляющей от приблизительно 100°С до приблизительно 300°С. Термообработка при повышенной температуре может быть выполнена, например, для удаления из смоляной композиции 14 остаточного растворителя (растворителей), для дополнительной полимеризации какого-либо материала (материалов) смоляной композиции (и, таким образом, для повышения степени отверждения) и/или для дополнительного снижения аутофлуоресценции. Примеры устройств, которые могут быть применены для термообработки при невысокой температуре и/или термообработки при повышенной температуре включают горячую пластину, печь и т.д.
После высвобождения рабочего штампа 20 в смоляной композиции 14 образуются элементы топографии, например, углубления 16. Показанная на Фиг. 3С смоляная композиция 14, в которой выполнены углубления 16, называется отвержденной структурированной смолой 14'. Отвержденная структурированная смола 14' может быть подвергнута дополнительной термообработке при повышенной температуре для завершения отверждения и для фиксации выдавленных элементов топографии. В некоторых примерах дополнительная термообработка при повышенной температуре может быть выполнена при температуре, составляющей от приблизительно 60°С до приблизительно 300°С.
Химическое строение отвержденной структурированной смолы 14' зависит от того, какую смоляную композицию применяют: первую или вторую. Химическое строение отвержденной структурированной смолы 14', полученной из первой смоляной композиции, зависит от типа матрицы или матриц из эпоксидной смолы, фотоинициатора и генератора фотокислоты и в некоторых случаях от типа компонента отверждаемой свободнорадикальной смолы, включаемого в первую смоляную композицию. Химическое строение отвержденной структурированной смолы 14', полученной из второй смоляной композиции, зависит от типов по меньшей мере двух различных эпокси-POSS соединений и генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, включаемого во вторую смоляную композицию.
Как показано на Фиг. 3С, в отвержденной структурированной смоле 14' сделаны углубления 16 и имеются промежуточные участки 22, разделяющие соседние углубления 16. В примерах, рассмотренных в настоящей работе, углубления 16 функционализируют полимерным покрытием 18 (Фиг. 3C-3D) и праймерами 24 (Фиг. 3E-3F), в то время как части промежуточных участков 22 могут быть применены для скрепления, и на них не имеется полимерного покрытия 18 или праймера (праймеров) 24.
Изобретение включает применение различных схем расположения углублений 16, которые включают упорядоченные, повторяющиеся и неупорядоченные схемы. В одном из примеров углубления 16 расположены в виде гексагональной сетки с целью создания плотной упаковки и достижения повышенной плотности. Другие схемы расположения могут включать, например, прямолинейные (т.е. прямоугольные) схемы расположения (например, линии или желобки), треугольные схемы расположения и т.д. В некоторых примерах схема или шаблон расположения углублений 16 может находиться в х-у формате, то есть включать ряды и колонки. В некоторых других примерах схема или шаблон расположения углублений 16 и/или промежуточных участков 22 может представлять собой повторяющееся размещение. В других примерах схема или шаблон расположения углублений 16 и/или промежуточных участков 22 может представлять собой размещение в случайном порядке. Шаблон может включать участки, плоскости, лунки, столбики, полосы, изгибы, линии, треугольники, прямоугольники, круги, арки, шахматные схемы, перекрещивающиеся полосы, диагонали, стрелки, квадраты и/или перекрещивающиеся штрихи. В одном из примеров, как показано на Фиг. 3С, углубления 16 представляют собой лунки.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Схема или шаблон расположения углублений может быть охарактеризована плотностью углублений 16 (т.е. количеством углублений 16) в ограниченной области. Например, углубления 16 могут присутствовать с плотностью, составляющей приблизительно 2 миллиона на мм. Могут быть достигнуты различные значения плотности, включающие, например, плотность, составляющую по меньшей мере приблизительно 100 на мм, приблизительно 1000 на мм, приблизительно 0,1 миллиона на мм, приблизительно 1 миллион на мм, приблизительно 2 миллиона на мм, приблизительно 5 миллионов на мм, приблизительно 10 миллионов на мм, приблизительно 50 миллионов на мм или более. В альтернативном варианте или дополнительно может выбрана величина плотности, не превышающая приблизительно 50 миллионов на мм, приблизительно 10 миллионов на мм, приблизительно 5 миллионов на мм, приблизительно 2 миллиона на мм, приблизительно 1 миллион на мм, приблизительно 0,1 миллиона на мм, приблизительно 1000 на мм, приблизительно 100 на мм или менее. Также следует понимать, что плотность размещения углублений 16 в отвержденной структурированной смоле' 14' может составлять от одной из нижних величин до одной из верхних величин, выбранных из указанных выше диапазонов. В некоторых примерах массив с высокой плотностью может быть охарактеризован как массив, содержащий углубления 16, разделенные областью размером менее приблизительно 100 нм, массив со средней плотностью может быть охарактеризован как массив, содержащий углубления 16, разделенные областью размером от приблизительно 400 нм до приблизительно 1 мкм, и массив с низкой плотностью может быть охарактеризован как массив, содержащий углубления 16, разделенные областью размером более чем приблизительно 1 мкм. Несмотря на то, что выше были приведены примеры величин плотностей, следует понимать, что могут быть применены подложки, имеющие любые подходящие плотности.
Также или в альтернативном варианте характеристикой схемы или шаблона расположения углублений 16 может быть средний шаг, т.е. расстояние от центра углубления 16 до центра соседнего углубления 16 (расстояние от центра до центра) или расстояние от края одного углубления 16 до края соседнего углубления 16 (расстояние от края до края). Шаблон может быть упорядоченным, то есть иметь малый коэффициент отклонения среднего шага, или шаблон может быть неупорядоченным, 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 конкретного шаблона расположения углублений 16 может составлять от одной из нижних величин до одной из верхних величин, выбранных из указанных выше диапазонов. В одном из примеров шаг между углублениями 16 (расстояние от центра до центра) составляет приблизительно 1,5 мкм. Несмотря на то, что выше были приведены примеры величин среднего шага, следует понимать, что могут быть применены другие величины среднего шага.
В примере, показанном на Фиг. 3А-3Е, углубления 16 представляют собой лунки, и, таким образом, на поверхности отвержденной структурированной смолы 14' имеется массив лунок. Лунки могут представлять собой микролунки или нанолунки. Размер каждой лунки может быть охарактеризован объемом, площадью отверстия лунки, ее глубиной и/или диаметром.
-3
3
-2
3
3
3
3
4
3
3
3
3
3
3
3
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, ожидаемой при применении проточной ячейки в качестве единицы последующей обработки. Например, объем может составлять по меньшей мере приблизительно 1×10 мкм, приблизительно 1×10 мкм, приблизительно 0,1 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 10 мкм, максимальный объем может составлять приблизительно 1×10 мкм, приблизительно 1×10 мкм, приблизительно 100 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,1 мкм или менее. Следует понимать, что полимерное покрытие 18 может заполнять весь объем лунки или часть объема лунки.
-3
2
-2
2
2
2
2
2
3
2
2
2
2
2
-2
2
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 мкм, приблизительно 1×10 мкм, приблизительно 0,1 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 100 мкм или более. В альтернативном варианте или дополнительно максимальная площадь может составлять приблизительно 1×10 мкм, приблизительно 100 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,1 мкм, приблизительно 1×10 мкм или менее. Площадь, занимаемая отверстием каждой лунки, может превышать указанные выше величины, быть меньше указанных выше величин или иметь промежуточное значение.
3
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 максимальная глубина может составлять приблизительно 1×10 мкм, приблизительно 100 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,1 мкм или менее. Глубина каждой лунки может превышать указанные выше величины, быть меньше указанных выше величин или иметь промежуточное значение.
3
В некоторых случаях 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 максимальный диаметр может составлять приблизительно 1×10 мкм, приблизительно 100 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 0,1 мкм или менее (например, приблизительно 50 нм). Диаметр каждой лунки может превышать указанные выше величины, быть меньше указанных выше величин или иметь промежуточное значение.
Как указано между Фиг. 3С и Фиг. 3D, после структурирования и отверждения смоляной композиции 14 отвержденная структурированная смола 14' может быть обработана для подготовки поверхности к нанесению полимерного покрытия 18.
В одном из примеров отвержденная структурированная смола 14' может быть подвергнута силанизации, в результате которой происходит присоединение силана или производного силана к отвержденной структурированной смоле 14'. При силанизации происходит введение силана или производного силана по всей поверхности, включая углубления 16 (например, на нижней поверхности и вдоль боковых стенок) и промежуточные участки 22.
Для силанизации может быть применен любой силан или производное силана. Выбор силана или производного силана может частично зависеть от типа функционализированной молекулы, которую применяют для образования полимерного покрытия 18 (показанного на Фиг. 3D), поскольку может быть желательным образование ковалентной связи между силаном или производным силана и полимерным покрытием 18. Способ, применяемый для присоединения силана или производного силана к отвержденной структурированной смоле 14', может зависеть от типа применяемого силана или производного силана. Ниже представлены некоторые примеры.
B
C
B
C
2
2
3
2
3
В одном из примеров силаном или производным силана является (3-аминопропил)триэтоксисилан (англ. (3-aminopropyl)triethoxysilane, сокращенно APTES) или (3-аминопропил)триметоксисилан (англ. (3-aminopropyl)trimethoxysilane, сокращенно APTMS) (т.е. X-R-Si(OR), где X представляет собой аминогруппу, R представляет собой -(СН)-, и R представляет собой этил или метил). В этом примере поверхность подложки 12 может быть предварительно обработана (3-аминопропил)триэтоксисиланом (APTES) или (3-аминопропил)триметоксисиланом (APTMS) с образованием ковалентной связи между кремнием и одним или более атомами кислорода, находящимися на поверхности (не придерживаясь какого-либо механизма, можно предположить, что каждый атом кремния может связываться с одним, двумя или тремя атомами кислорода). Такую обработанную химическим способом поверхность подвергают воздействию повышенных температур для образования монослоя из аминогрупп. Затем аминогруппы вводят в реакцию с Сульфо-HSAB (англ. N-hydroxysulfosuccinimidyl-4-azidobenzoate, что означает N-гидроксисульфосукцинимидил-4-азидобензоат) с образованием азидопроизводного. Активация УФ излучением энергией в диапазоне от 1 Дж/см до 30 Дж/см при 21°С приводит к генерации активных нитреновых частиц, которые могут с легкостью вступать в различные реакции включения с PAZAM (то есть с одним из примеров функционализированной молекулы, применяемой для образования полимерного покрытия 18).
Также могут быть применены другие способы силанизации. Примеры подходящих способов силанизации включают осаждение из газовой фазы, способ, (например, разработанный Yield Engineering Systems, "способ YES"), нанесение покрытия центрифугированием или другие способы осаждения. Некоторые примеры способов и материалов, которые могут быть применены для силанизации отвержденной структурированной смолы 14', рассмотрены в настоящей работе; тем не менее, следует понимать, что могут быть применены другие способы и материалы.
В одном из примеров, в котором для проведения способа YES применяют печь для проведения CVD (т.е. для химического осаждения из газовой фазы, англ. chemical vapour deposition, сокр. CVD), отвержденную структурированную смолу 14' на подложке 12 помещают в печь CVD. Камера может быть продута, после чего начинают цикл силанизации. При проведении циклов емкость с силаном или производным силана может быть выдержана при подходящей температуре (например, приблизительно 120°С для норборненсилана), подходящая температура может поддерживаться в трубопроводах для подачи паров силана или производного силана (например, приблизительно 125°С для норборненсилана), и подходящая температура (например, приблизительно 145°С) может поддерживаться в вакуумных трубопроводах.
В другом примере силан или производное силана (например, жидкий норборненсилан) может быть осаждено внутри стеклянного флакона, и флакон может быть помещен в стеклянный вакуумный эксикатор, содержащий структурированную подложку 12. Затем из эксикатора может быть откачан воздух до достижения давления, составляющего от приблизительно 15 миллитор до приблизительно 30 миллитор (приблизительно от 2 до 4 Па), и эксикатор может быть помещен в печь, находящуюся при температуре, составляющей от приблизительно 60°С до приблизительно 125°С. По завершении силанизации эксикатор извлекают из печи, охлаждают и уравновешивают с атмосферой.
Осаждение из газовой фазы, способ YES и/или силанизация в вакуумном эксикаторе могут быть применены для обработки различными силанами или производными силана, такими как силан или производные силана, включающие ненасыщенный циклоалкеновый фрагмент, такой как норборнен, производное норборнена (например, (гетеро)норборнен, включающий атом кислорода или азота вместо одного из атомов углерода), трансциклооктен, производные трансциклооктена, трансциклопентен, транс-циклогептен, транс-циклононен, бицикло[3,3,1]нон-1-ен, бицикло[4,3,1]дец-1(9)-ен, бицикло[4,2,1]нон-1(8)-ен и бицикло[4,2,1]нон-1-ен. Любой из упомянутых циклоалкенов может быть замещен, например, группой R, такой как водород, алкил, алкенил, алкинил, циклоалкил, циклоалкенил, циклоалкинил, арил, гетероарил, гетероалициклил, аралкил или (гетероалициклил)алкил. Пример производного норборнена включает [(5-бицикло[2,2,1]гепт-2-енил)этил]триметоксисилан. В других примерах эти способы могут быть применены, если силан или производное силана включает ненасыщенный циклоалкиновый фрагмент, такой как циклооктин, производное циклооктина или бициклононины (например, бицикло[6,1,0]нон-4-ин или его производные, бицикло[6,1,0]нон-2-ин или бицикло[6,1,0]нон-3-ин). Эти циклоалкины могут быть замещены любыми из групп R, рассмотренных в настоящей работе.
В результате присоединения силана или производного силана образуется предварительно обработанная (например, силанизированная) отвержденная структурированная смола 14', которая включает силанизированные углубления и силанизированные промежуточные участки.
В других примерах отвержденная структурированная смола 14' может не подвергаться силанизации. Напротив, отвержденная структурированная смола 14' может быть подвергнута плазменному травлению, после чего на протравленную плазмой отвержденную структурированную смолу 14' может быть непосредственно нанесено центрифугированием (или осаждено другим способом) полимерное покрытие 18. В этом примере при плазменном травлении может образовываться вещество (вещества), активирующее поверхность (например, гидроксильные (С-ОН или Si-OH) и/или карбоксильные группы), с помощью которого полимерное покрытие 18 может закрепляться на отвержденной структурированной смоле 14'. В этих примерах полимерное покрытие 18 выбирают таким образом, чтобы оно реагировало с поверхностными группами, образующимися при плазменном травлении.
В других примерах отвержденная структурированная смола 14' может включать непрореагировавшие эпоксигруппы, и, таким образом, он может не подвергаться силанизации, поскольку непрореагировавшие эпоксигруппы могут непосредственно реагировать с функциональными аминогруппами полимерного покрытия 18. В этом примере может быть выполнено плазменное травление, например, если необходимо очистить поверхность от возможно имеющихся загрязняющих веществ.
Затем полимерное покрытие 18 может быть нанесено на предварительно обработанную отвержденную структурированную смолу 14' (как указано между Фиг. 3С и 3С). Полимерное покрытие 18 может представлять собой полужесткий полимерный материал, проницаемый для жидкостей и газов, закрепленный на отвержденнойм структурированной смоле 14'.
Пример полимерного покрытия 18 включает сополимер акриламида, такой как сополимер N-(5-азидоацетамидилпентил)акриламида и акриламида (англ. poly(N-(5-azidoacetamidylpentyl)acrylamide-co-acrylamide, сокращенно PAZAM). PAZAM и некоторые другие формы сополимеров акриламида могут быть представлены следующей структурой (I):
где:
1
R представляет собой Н или необязательно замещенный алкил;
A
R выбран из группы, состоящей из аз идо, необязательно замещенной аминогруппы, необязательно замещенного алкенила, необязательно замещенного гидразона, необязательно замещенного гидразина, карбоксила, гидроксигруппы, необязательно замещенного тетразола, необязательно замещенного тетразина, нитрилоксида, нитрона и тиола;
5
6
8
каждый из R, R и R независимо выбран из группы, состоящей из Н и необязательно замещенного алкила;
2
p
каждая из групп-(СН)- 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.
Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что размещение повторяющихся элементов "n" и "m" в структуре (I) является репрезентативным, и мономерные субъединицы могут находиться в полимерной структуре в любом порядке (например, в случайном порядке, в виде блок-полимера, структурированного полимера или их комбинации).
Молекулярная масса PAZAM может составлять от приблизительно 10 кДа до приблизительно 1500 кДа или в одном из конкретных примеров может составлять приблизительно 312 кДа.
В некоторых примерах PAZAM представляет собой линейный полимер. В некоторых других примерах PAZAM представляет собой сшитый полимер с невысокой плотностью сшивок.
6
7
8
9
10
6
7
8
9
10
В других примерах структура, составляющая полимерное покрытие 18, может быть вариантом структуры (I). В одном из примеров акриламидная единица может быть заменена N,N-диметилакриламидом (). В этом примере акриламидная единица в структуре (I) может быть заменена единицей  в которой каждый из R, R и R представляет собой Н, и каждый из R и R представляет собой метальную группу (а не Н, как в случае акриламида). В этом примере q может представлять собой целое число, составляющее от 1 до 100000. В другом примере наряду с акриламидной единицей может быть применен N,N-диметилакриламид. В этом примере кроме повторяющихся элементов "n" и "m" структура (I) может включать единицу в которой каждый из R, R и R представляет собой Н, и каждый из R и R представляет собой метальную группу. В этом примере q может представлять собой целое число, составляющее от 1 до 100000.
В другом примере полимера повторяющийся элемент "n" в структуре (I) может быть заменен мономером, включающим гетероциклическую азидогруппу, имеющую структуру (II):
1
2
где R представляет собой Н или С1-С4 алкил; R представляет собой Н или С1-С4 алкил; L представляет собой линкер (соединительную группу), включающий неразветвленную цепочку, содержащую от 2 до 20 атомов, выбранных из группы, состоящей из углерода, кислорода и азота, и 10 необязательных заместителей на атомах углерода и любых атомах азота цепочки; Е представляет собой неразветвленную цепочку, включающую от 1 до 4 атомов, выбранных из группы, состоящей из углерода, кислорода и азота, и необязательные заместители на атомах углерода и любых атомах азота цепочки; А представляет собой амид, замещенный по атому N, где к атому N присоединен Н или С1-С4 алкил; и Z представляет собой азотсодержащий гетероцикл. Примеры Z включают циклы, содержащие от 5 до 10 членов, в виде одной циклической структуры или структуры из конденсированных циклов.
В другом примере полимер может включать повторяющуюся единицу, соответствующую каждой из структур (III) и (IV):
1a
2a
1b
2b
3a
3b
1
2
где каждый из R, R, R и R независимо выбран из водорода, необязательно замещенного алкила или необязательно замещенного фенила; каждый из R и R независимо выбран из водорода, необязательно замещенного алкила, необязательно замещенного фенила или необязательно замещенного С7-С14 аралкила; и каждый из L и L независимо выбран из необязательно замещенного алкиленового линкера или необязательно замещенного гетероалкиленового линкера.
Следует понимать, что для получения полимерного покрытия 18 могут быть применены другие функционализированные молекулы, при условии, что они были функционализированы для того, чтобы взаимодействовать с предварительно обработанной отвержденной структурированной смолой 14' и наносимым впоследствии праймером (праймерами) 24. Другие примеры молекул, подходящих для образования полимерного покрытия 18, включают молекулы, образующие коллоидную структуру, такие как агароза, или сетчатую полимерную структуру, такие как желатин, или сшитую полимерную структуру, такие как полиакриламидные полимеры и сополимеры, не содержащий силана акриламид (англ. silane free acrylamide, сокращенно SFA) или азидолизированный вариант SFA. Примеры подходящих полиакриламидных полимеров могут быть синтезированы из акриламида и акриловой кислоты или акриловой кислоты, содержащей винильную группу, или из мономеров, вступающих в реакции [2+2] фото-циклоприсоединения. Другие примеры молекул, подходящих для образования полимерного покрытия 18, включают смешанные сополимеры акриламидов и акрилатов. Также могут быть применены разветвленные полимеры, такие как звездообразные полимеры, полимеры со звездообразной структурой макромолекул или звездообразные блок-сополимеры, дендримеры и подобные полимеры.
Функционализированная молекула (например, PAZAM) может быть осаждена на поверхность предварительно обработанной отвержденной структурированной смолы 14' посредством нанесения покрытия центрифугированием или нанесения покрытия маканием или окунанием или распределением функционализированной молекулы под действием положительного или отрицательного давления, или с помощью другой подходящей методики. Функционализированная молекула может присутствовать в смеси. В одном из примеров смесь включает PAZAM в воде или в смеси этанола и воды.
После нанесения в виде покрытия функционализированная молекула также может быть подвергнута отверждению, что приводит к образованию полимерного покрытия 18 на всей структурированной подложке (т.е. в углублении (углублениях) 16 и на промежуточном участке (участках) 22). В одном из примеров отверждение функционализированной молекулы может быть проведено при температуре, составляющей от комнатной температуры (например, приблизительно 25°С) до приблизительно 95°С, в течение времени, составляющего от приблизительно 1 миллисекунды до приблизительно нескольких суток. Согласно другому примеру, продолжительность отверждения может составлять от 10 секунд до по меньшей мере 24 часов. В другом примере продолжительность может составлять от приблизительно 5 минут до приблизительно 2 часов.
Присоединение полимерного покрытия 18 к предварительно обработанным углублениям и промежуточным участкам может происходить за счет ковалентных связей. Ковалентное связывание полимерного покрытия 18 с силанизированными или обработанным плазменным травлением углублениям позволяет фиксировать полимерное покрытие 18 в углублениях 16 в течение всего срока службы готовой проточной ячейки при выполнении различных операций. Ниже приведены некоторые примеры реакций, которые могут протекать между силаном или производным силана и полимерным покрытием 18.
Если силан или производное силана включает в качестве ненасыщенного фрагмента норборнен или производное норборнена, то норборнен или производное норборнена может: i) вступать в реакцию 1,3-биполярного циклоприсоединения с азидом/азидогруппой PAZAM; ii) вступать в реакцию сочетания с группой тетразина, присоединенной к PAZAM; вступать в реакцию циклоприсоединения с группой гидразона, присоединенной к PAZAM; вступать в фото-клик реакцию с группой тетразола, присоединенной к PAZAM; или вступать в реакцию циклоприсоединения с группой нитрилоксида, присоединенной к PAZAM.
Если силан или производное силана в качестве ненасыщенного фрагмента включает циклооктин или производное цикпооктина, то циклооктин или производное циклооктина могут: i) вступать в протекающую под действием напряжения реакцию азид-алкинного 1,3-циклоприсоединения (англ. strain-promoted azide-alkyne 1,3-cycloaddition, сокращенно SPAAC) с азидом/азидогруппой PAZAM или ii) вступать в протекающую под действием напряжения реакцию алкин-нитрилоксидного циклоприсоединения с нитрилоксидной группой, присоединенной к PAZAM.
Если силан или производное силана в качестве ненасыщенного фрагмента включает бициклононин, то бициклононин под воздействием напряжения в бициклической кольцевой системе может вступать в аналогичную реакцию циклоприсоединения алкина согласно механизму SPAAC с азидами или нитрилоксидами, присоединенными к PAZAM.
Для формирования полимерного покрытия 18 в углублении (углублениях) 16, но не на промежуточном участке (участках) 22 отвержденной структурированной смолы 14', полимерное покрытие 18 может быть удалено с промежуточных участков 22 шлифовкой. Шлифовка может быть произведена с применением мягкой химической суспензии (включающей, например, абразивное вещество, буфер, хелатирующий агент, поверхностно-активное вещество и/или диспергирующий агент), которая может удалять полимерное покрытие 18 с промежуточных участков 22, не оказывая разрушительного действия на нижележащую отвержденную структурированную смолу 14' и/или нижележащую подложку 12, находящуюся в обрабатываемых участках. В альтернативном варианте шлифовка может быть выполнена с помощью раствора, который не включает абразивных частиц. Химическая суспензия может быть применена в химической системе механического удаления шлифовкой. В этом примере шлифовальная головка (головки)/пластина (пластины) или другое шлифовальное устройство (устройства) способно снимать шлифовкой полимерное покрытие 18 с промежуточных участков 22, оставляя полимерное покрытие 18 в углублениях 16 и оставляя нижележащую отвержденную структурированную смолу 14' по меньшей мере по существу неповрежденным. Например, шлифовальная головка может представлять собой шлифовальную головку Strasbaugh ViPRR II. В другом примере шлифовка может быть выполнено с помощью шлифовальной пластины и раствора, не содержащего абразива. Например, шлифовальная пластина может быть применена в комбинации с раствором, не содержащим абразивных частиц (т.е. раствором, который не включает абразивных частиц).
На Фиг. 3D показана заготовка 10 проточной ячейки после нанесения слоя полимера 18 в углубления 16. Заготовка 10 проточной ячейки может быть подвергнута очистке. Очистка может включать применение водяной бани и ультразвукового воздействия. Температура водяной бани может поддерживаться относительно низкой и составлять от приблизительно 22°С до приблизительно 30°С. Силанизированная структурированная подложка с покрытием, обработанным шлифовкой, также может быть высушена центрифугированием или с помощью другой подходящей методики.
Как указано между изображениями на Фиг. 3D и Фиг. 3Е, для прививки праймера 24 к полимерному покрытию 18, находящемуся в углублении (углублениях) 16, производят прививку. Праймер 24 может представлять собой любой из праймеров прямой амплификации или праймеров обратной амплификации, которые включают алкинную функциональную группу или другой терминированный праймер (праймер с другой терминальной (конечной) группой). Другие примеры терминированных праймеров, которые могут быть применены, включают праймер с терминальной тетразиновой группой, праймер с терминальной азидогруппой, праймер с терминальной аминогруппой, праймер с терминальной эпоксидной или глицидильной группой, праймер с терминальной тиофосфатной группой, праймер с терминальной тиольной группой, праймер с терминальной альдегидной группой, праймер с терминальной гидразиногруппой, праймер с терминальной фосфорамидитной группой и праймер с терминальной группой триазолиндиона. Также может быть применена смесь праймеров. Конкретные примеры подходящих праймеров включают праймеры Р5 или Р7, которые имеются на поверхности коммерчески доступных проточных ячеек, поставляемых Illumina Inc. для секвенирования на платформах HISEQ™, HISEQX™, MISEQ™, MISEQDX™, MINISEQ™, NEXTSEQ™, NEXTSEQDX™, NOVASEQ™, ISEQ™, GENOME ANALYZER™ и других инструментальных платформах.
В одном из примеров прививка может быть выполнена проточным осаждением (например, с применением временно закрепленной крышки), нанесением покрытия маканием, нанесением покрытия распылением, нанесением покрытия распределением или любым другим подходящим способом, с помощью которого можно присоединить праймер (праймеры) 24 к полимерному покрытию 18. В каждом из перечисленных примеров методик может быть применен раствор или смесь праймеров, которые могут включать праймер (праймеры), воду, буфер и катализатор.
Нанесение покрытия маканием может включать погружение заготовки 10 проточной ячейки (показанной на Фиг. 3D) в серию ванн с регулируемой температурой. В ваннах также может иметься регулировка потока, и/или они могут находиться в атмосфере азота. Ванны могут содержать раствор или смесь праймера. При пропускании через различные ванны происходит присоединение праймера (праймеров) 24 к функциональной группе (группам), к которой может прикрепляться праймер, имеющимся на полимерном покрытии 18, находящемся в по меньшей мере некотором углублении (углублениях) 16. В одном из примеров заготовку 10 проточной ячейки вводят в первую ванну, содержащую раствор или смесь праймера, в которой происходит реакция присоединения праймера (праймеров) 24, после чего заготовку 10 вводят в следующие ванны для промывки. Перемещение из одной ванны в другую может быть выполнено с помощью автоматического манипулятора или вручную. При нанесении покрытия маканием также может быть применена система сушки.
Нанесение покрытия распылением может быть выполнено распылением раствора или смеси праймера непосредственно на заготовку 10 проточной ячейки. Многослойная структура с покрытием, нанесенным распылением, может быть подвергнута инкубации в течение времени, составляющего от приблизительно 4 минут до приблизительно 60 минут, при температуре, составляющей от приблизительно 0°С до приблизительно 70°С. После инкубации раствор или смесь праймера могут быть разбавлены и удалены с помощью, например, устройства для нанесения покрытия центрифугированием.
Нанесение покрытия распределением раствора может быть выполнено способом, включающим налив и центрифугирование, и, таким образом, оно может быть выполнено с помощью устройства для нанесения центрифугированием. Раствор или смесь праймера может быть нанесена (вручную или автоматизированным способом) на заготовку 10 проточной ячейки. Наносимый раствор или смесь праймера могут быть нанесены на или распределены по всей поверхности заготовки 10 проточной ячейки. Заготовка 10 проточной ячейки с покрытием, содержащим праймер, может быть подвергнута инкубации в течение времени, составляющего от приблизительно 2 минут до приблизительно 60 минут, при температуре, составляющей от приблизительно 0°С до приблизительно 80°С. После инкубации раствор или смесь праймера могут быть разбавлены и удалены с помощью, например, устройства для нанесения покрытия центрифугированием.
На Фиг. 3F представлен пример проточной ячейки 10' после прививки праймера. Несмотря на то, что показан праймер 24 единственного типа, следует понимать, что могут быть присоединены два или более различных праймера 24.
На Фиг. 3Е и 3F показаны примеры проточной ячейки 10' без присоединенной к ней крышки. Несмотря на то, что крышка не показана, проточные ячейки 10' могут иметь крышку, присоединенную к по меньшей мере части промежуточного участка 22. Крышка может быть присоединена до или после прививки праймера 24. Если крышку присоединяют до прививки праймера 24, то следует понимать, что для прививки может быть применен проточный способ. При проточном способе раствор или смесь праймера может быть введена в проточный канал (каналы) (ограниченный крышкой и промежуточным участком 22) через соответствующее впускное отверстие (отверстия) (не показано), раствор или смесь может быть выдержана в проточном канале (каналах) в течение времени (т.е. инкубационного периода), достаточного для закрепления праймера (праймеров) 24 на полимерном покрытии 18 в одном или более углублениях 16, после чего может быть извлечена из соответствующего выпускного отверстия (отверстий) (не показано). После присоединения праймера 24 через проточный канал (канал) может быть пропущена дополнительная текучая среда (среды) для промывки уже функционализированных углублений и проточного канала (каналов).
Крышка может быть помещена на промежуточный участок 22 таким образом, что она ограничивает один проточный канал или совокупность гидравлически разделенных проточных каналов.
Крышка может состоять из любого материала, который прозрачен для возбуждающего излучения, направленного на углубление (углубления) 16. Например, крышка может быть изготовлена из стекла (например, Corning Eagle XG (CEXG), боросиликатного стекла, плавленого оксида кремния и т.д.), пластмассы или подобного материала. Примером коммерчески доступного подходящего боросиликатного стекла является D 263, поставляемое Schott North America, Inc. Коммерчески доступными примерами подходящих пластмассовых материалов, а именно, циклоолефиновых полимеров, являются продуты ZEONOR, поставляемые Zeon Chemicals L.P.
В некоторых примерах крышка может составлять одно целое с боковой стенкой (стенками), которая соответствует форме той части промежуточного участка 22, к которой она будет присоединена. Например, в прозрачном блоке может быть вытравлен желобок, в результате чего образуется по существу плоская (например, верхняя) часть и боковая стенка (стенки), выступающая за пределы по существу плоской части. При установке блока с вытравленным желобком на промежуточный участок 22 желобок может становиться проточным каналом.
В других примерах боковая стенка (стенки) и крышка могут быть отдельными компонентами, соединенными друг с другом. Например, крышка может представлять собой по существу прямоугольный блок, имеющий по меньшей мере по существу плоскую наружную поверхность и по меньшей мере по существу плоскую внутреннюю поверхность, которая ограничивает часть (например, верхнюю часть) проточного канала (после соединения с частью промежуточного участка 22). Блок может быть установлен на (например, соединен с) боковую стенку (стенки), которая соединена с частью промежуточного участка 22 и образует боковую стенку (стенки) проточного канала. В этом примере боковая стенка (стенки) может включать любой из материалов, которые, согласно настоящему изобретению, подходят для изготовления разделительного слоя (описанного ниже).
Крышка может быть присоединена с помощью любой подходящей методики, такой как лазерная сварка, диффузионное соединение, анодная сварка, пайка эвтектическим сплавом, плазмоактивируемое соединение, пайка стеклокристаллическим припоем или другими способами, известными в данной области техники. В одном из примеров для соединения крышки с частью промежуточного участка 22 может быть применен разделительный слой. Разделительный слой может состоять из любого материала, который может герметично соединять по меньшей мере некоторые из промежуточных участков 22 с крышкой.
5
В одном из примеров разделительный слой может быть изготовлен из материала, поглощающего излучение с длиной волны, которую пропускает крышка и/или отвержденная структурированная смола 14'. В свою очередь, поглощенная энергия затрачивается на образование связи между разделительным слоем и крышкой и между разделительным слоем и отвержденной структурированной смолой 14'. Одним из примеров материала, поглощающего излучение, является черный KAPTON (полиимид, содержащий углеродную сажу), поставляемый DuPont (США), полоса поглощения которого находится при приблизительно 1064 нм. Следует понимать, что может быть применен полиимид, не содержащий углеродной сажи, но при этом должна быть выбрана такая длина волны, при которой происходит существенное поглощение энергии натуральным полиимидным материалом (например, при 480 нм). В другом примере для соединения может быть применен полиимид CEN JP, который облучают светом с длиной волны 532 нм. Если разделительный слой изготовлен из материала, поглощающего излучение, то разделительный слой может быть расположен на границе раздела между крышкой и частью промежуточного участка 22 таким образом, чтобы разделительный слой контактировал с целевой соединительной областью. Может быть приложено сжимающее усилие (например, давление приблизительно 100 PSI (что приблизительно соответствует 6,20⋅10 Па)) при одновременном воздействии на границу раздела энергии лазера с подходящей длиной волны (т.е. с облучением материала, поглощающего излучение). Для создания подходящего соединения энергия лазера может воздействовать на границу раздела как сверху, так и снизу.
В другом примере разделительный слой может контактировать с материалом, поглощающим излучение. Материал, поглощающий излучение, может быть нанесен на границу раздела между разделительным слоем и крышкой, а также на границу раздела между разделительным слоем и частью промежуточного участка 22. Например, разделительный слой может состоять из полиимида, и отдельный материал, поглощающий излучение, может представлять собой углеродную сажу. В этом примере отдельный материал, поглощающий излучение, поглощает лазерную энергию, которая затрачивается на образование связей между разделительным слоем и крышкой и между разделительным слоем и частью промежуточного участка 22. В этом примере к соответствующим границам раздела может быть приложено сжимающее усилие и одновременно к границам раздела может быть подана энергия лазерного излучения с подходящей длиной волны (т.е. произведено одновременное облучение материала, поглощающего излучение).
Проточные ячейки 10', рассмотренные в настоящей работе, могут быть применены для осуществления множества различных методик или способов секвенирования, включающих методики, часто называемые секвенированием синтезом (англ. sequencing-by-synthesis, сокращенно SBS), циклическим секвенированием массивов, секвенированием лигированием, пиросеквенированием и т.д. Поскольку полимерное покрытие 18 и присоединенный праймер (праймеры) 24 находятся в углублениях 16, а не на промежуточных участках 22, то при применении любой из указанных методик амплификация будет локализована только в углублениях.
В качестве примера можно указать, что реакция секвенирования синтезом (SBS) может быть проведена в такой системе, как системы секвенирования HISEQ™, HISEQX™, MISEQ™, MISEQDX™, MINISEQ™, NOVASEQ™, ISEQ™, NEXTSEQDX™ или NEXTSEQ™, поставляемые lllumina, Inc. (San Diego, CA). При проведении SBS для определения последовательности нуклеотидов в матрице, отслеживают удлинение (достройку) праймера из нуклеиновых кислот (например, праймера секвенирования) вдоль матрицы из нуклеиновых кислот (т.е. матрицы секвенирования). Химическим процессом, лежащим в основе этого способа, может быть полимеризация (например, катализируемая полимеразным ферментом) или лигирование (например, катализируемое лигазным ферментом). В одном из конкретных SBS способов, в котором применяют полимеразу, флуоресцентно меченые нуклеотиды присоединяются к праймеру секвенирования (достраивая таким образом праймер секвенирования) в соответствии с расположением нуклеотидов в матрице, и определение порядка и типа нуклеотидов, присоединяющихся к праймеру секвенирования, может быть применено для определения последовательности матрицы.
Перед секвенированием на праймеры 24 амплификации может быть произведено воздействие библиотекой секвенирования, которую амплифицируют любым подходящим способом, таким как генерация кластеров.
В одном из примеров генерации кластеров фрагменты библиотеки копируются с гибридизованных праймеров 24 посредством удлинения по 3'-концу с помощью высокоточной (англ. high-fidelity) ДНК полимеразы. Исходные фрагменты библиотеки подвергают денатурации, в результате чего остаются иммобилизованные копии. Для амплификации иммобилизованных копий может быть применена изотермическая мостиковая амплификация. Например, скопированные матрицы сворачиваются для гибридизации с соседним комплементарным праймером 24, и полимераза копирует скопированные матрицы, что приводит к образованию двухцепочечных (двухнитевых) мостиков, которые подвергаются денатурации с образованием одноцепочечных нитей. Эти две нити сворачиваются и гибридизуются с соседними комплементарными праймерами 24 и вновь достраиваются с образованием двух новых двухцепочечных петель. Процесс повторяют на каждой копии матрицы, проводя циклы изотермической денатурации и амплификации с образованием плотных клональных кластеров. Каждый кластер двухцепочечных мостиков подвергается денатурации. В одном из примеров обратную цепочку (англ. reverse strand) удаляют специфичным отщеплением основания, в результате чего остаются прямые (forward) полинуклеотидные матричные цепочки. Следует понимать, что образование кластеров приводит к образованию нескольких матричных цепочек.
Для инициирования первого цикла SBS один или более меченых нуклеотидов, ДНК полимераза и т.д. могут быть направлены в/через проточный канал и т.д., в котором достройка праймера секвенирования приводит к встраиванию меченого нуклеотида в матричные цепочки. Такое встраивание может быть обнаружено с помощью акта визуализации. Во время акта визуализации система освещения (не показана) может направлять возбуждающее излучение на функционализированные углубления. Во время акта визуализации любое излучение (если таковое имеется), испускаемое отвержденной структурированной смолой 14' в результате воздействия света с длиной волны возбуждения синем и/или в зеленом диапазоне, может быть i) неподходящим для обнаружения, поскольку его интенсивность ниже порогового значения обнаружения, или ii) благодаря слабой аутофлуоресценции отвержденной структурированной смолы 14' обнаруживаемым в виде шума. Таким образом, отвержденная структурированная смола 14', рассмотренная в настоящей работе, по существу невидима для детектора.
В некоторых примерах нуклеотиды могут дополнительно обладать свойством обратимого терминатора, который прекращает последующее удлинение праймера после добавления нуклеотида к праймеру секвенирования. Например, к праймеру секвенирования может быть добавлен нуклеотидный аналог, содержащий фрагмент обратимого терминатора, в результате чего последующее удлинение не может произойти до тех пор, пока не будет добавлен деблокирующий агент, способный удалить этот фрагмент. Таким образом, в тех примерах, в которых применяют обратимые терминаторы, в проточный канал и т.д. может быть направлен деблокирующий реагент (до или после обнаружения).
Между различными этапами подачи текучих сред может быть проведена промывка (промывки). Цикл SBS может быть повторен n раз для удлинения праймера секвенирования на n нукпеотидов, в результате чего может быть определена последовательность длины n.
Несмотря на то, что был подробно рассмотрен способ SBS, следует понимать, что проточные ячейки, рассмотренные в настоящей работе, могут быть применены в других протоколах секвенирования, для генотипирования или в других химических и/или биологических анализах. Секвенирование спаренных концов позволяет обнаруживать геномные перегруппировки и повторяющиеся последовательности элементов, а также слияние генов и новые транскрипты. В другом примере проточные ячейки, рассмотренные в настоящей работе, могут быть применены для генерации библиотеки на клетках.
Несмотря на то, что примеры, показанные на Фиг. 1, 2 и 3A-3F, иллюстрируют применение примеров смоляных композиций для изготовления проточной ячейки, следует понимать, что рассмотренные в настоящей работе смоляные композиции могут быть применены для других целей, для которых необходимы низкие интенсивности аутофлуоресценции. В одном из примеров смоляная композиция 14, 14' может быть применена в любой методике SBS с оптическим обнаружением. В других примерах смоляная композиция 14, 14' может быть применена для изготовления плоских волноводов, комплементарных металло-оксидных полупроводников (англ. complementary metal-oxide-semiconductor, сокращенно CMOS) и т.д.
Для дополнительной иллюстрации настоящего изобретения ниже приведены примеры. Следует понимать, что эти примеры приведены для иллюстрации и не ограничивают объем настоящего изобретения.
Описание примеров осуществления изобретения
Пример 1
Были получены семь примеров смоляных композиций. Каждый пример включал отличающуюся от других матрицу из эпоксидной смолы, которая включала функционализированный глицидильной группой POSS; функционализированный эпоксициклогексилэтильной группой POSS; простой триглицидиловый эфир триметилолпропана; тетракис(эпоксициклогексилэтил)тетраметил-циклотетрасилоксан; сополимер (эпоксициклогексилэтил)метилсилоксана и диметилсилоксана; 1,3-бис[2-(3,4-эпоксициклогексил)этил]тетраметил-дисилоксан; или 1,3-бис(глицидоксипропил)тетраметил-дисилоксан. Приблизительно 17 масс. % каждой из применяемых матриц на основе эпоксидной смолы, соответственно, смешивали с приблизительно 1,2 масс. % суммарной массы комбинации сравнительного фотоинициатора/генератора фотокислоты, которая включала тиоксант-9-он (ITX) (приблизительно 0,34 масс. %) и TEGO PC 1467 (Evonik Industries) (приблизительно 0,85 масс. %), приблизительно 1,4 масс. % полиакрилата (BYK-350) и с растворителем (PGMEA). Растворитель составлял дополнение композиции до 100% (приблизительно 80 масс. %). Эту комбинацию фотоинициатора/генератора фотокислоты принимали за сравнительную комбинацию, поскольку она генерирует сильную аутофлуоресценцию при освещении возбуждающим светом синего и зеленого диапазона. Однако этот пример был выполнен для демонстрации способности различных матриц на основе эпоксидной смолы подвергаться наноимпринтингу (печати наноразмерных элементов).
Каждую из применяемых смоляных композиций осаждали нанесением покрытия центрифугированием (со скоростью 2200 об./мин. (оборотов в минуту) в течение приблизительно 1 минуты) на подложку из стекла или кремния. После осаждения смоляные композиции подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA. Затем на осажденные смоляные композиции способом наноимпринтной литографии наносили отпечаток. Рабочий штамп вдавливали в нанесенную композицию, и затем смолу облучали УФ светом светодиодной УФ лампы для отверждения в течение приблизительно 20 секунд. После удаления рабочего штампа также выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут.
В каждой из смол последовательно способом наноимпринтинга создавали наноэлементы. С помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) были получены изображения двух отвержденных структурированных смол. СЭМ изображения других отвержденных структурированных смол не получали. На Фиг. 4А и 4В показаны, соответственно, изображения отвержденных структурированных смол, полученных с применением простого триглицидилового эфира триметилолпропана и тетракис(эпоксициклогексилэтил)-тетраметилциклотетрасилоксана. Эти изображения показывают, что матрицы на основе эпоксидной смолы, рассмотренные в настоящей работе, могут быть подвергнуты наноимпринтингу для образования подходящих углублений в проточных ячейках или для других подходящих устройств. Полагают, что аутофлуоресценция будет слабой после замены сравнительной комбинации фотоинициатора/генератора фотокислоты данного примера комбинацией фотоинициатора/генератора фотокислоты согласно настоящему изобретению или генератором фотокислоты, непосредственно генерирующим фотокислоту согласно настоящему изобретению.
Пример 2
Был получен пример первой смоляной композиции согласно изобретению, содержащий эпоксициклогексил-POSS (приблизительно 13 масс. %) и функционализированный глицидилом POSS (приблизительно 4 масс. %), дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксид (приблизительно 0,34 масс. %) в качестве фотоинициатора, TEGO PC 1467 (приблизительно 0,85 масс. %) в качестве генератора фотокислоты и приблизительно 1,4 масс. % полиакрилата (BYK-350). Компоненты смешивали в растворителе (PGMEA), который составлял дополнение композиции до 100%. Пример первой смолы осаждали нанесением покрытия центрифугированием (при 2200 об./мин. в течение приблизительно 1 минуты) на многослойную структуру из кремния размером 3 дюйма (что приблизительно составляет 7,62 см). После осаждения первую смоляную композицию подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA. Затем на осажденные смоляные композиции способом наноимпринтной литографии наносили отпечаток. Рабочий штамп вдавливали в нанесенную композицию, и затем смолу облучали УФ светом светодиодной УФ лампы для отверждения в течение приблизительно 20 секунд. После удаления рабочего штампа также выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут. На Фиг. 5А представлена черно-белая репродукция исходного цветного изображения отвержденной структурированной смолы.
Был получен пример второй смоляной композиции согласно изобретению. Эта смола включала эпоксициклогексил-POSS (приблизительно 13 масс. %) и функционализированный глицидилом POSS (приблизительно 4 масс. %) в качестве матрицы из эпоксидной смолы, гексафторантимонат диарилйодония (SYLANTO™ 7MS, поставляемый Synthos Specialties) (приблизительно 0,85 масс. %) в качестве генератора фотокислоты, непосредственно генерирующего фотокислоту, и приблизительно 1,4 масс. % полиакрилата (BYK-350). Компоненты смешивали в растворителе (PGMEA), который составлял дополнение композиции до 100%. Пример второй смолы осаждали нанесением покрытия центрифугированием (при 2200 об./мин. в течение приблизительно 1 минуты) на многослойную структуру из кремния размером 3 дюйма (что приблизительно составляет 7,62 см). После осаждения вторую смоляную композицию подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA. Затем на осажденные смоляные композиции способом наноимпринтной литографии наносили отпечаток. Рабочий штамп вдавливали в нанесенную композицию, и затем смолу облучали УФ светом светодиодной УФ лампы для отверждения в течение приблизительно 20 секунд. После удаления рабочего штампа также выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут. На Фиг. 5В представлена черно-белая репродукция исходного цветного изображения отвержденной структурированной смолы.
Был получен другой пример первой смоляной композиции согласно изобретению, включающей эпоксициклогексил-POSS (приблизительно 13 масс. %) и функционализированный глицидилом POSS (приблизительно 4 масс. %), этил(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфинат (приблизительно 0,34 масс. %) в качестве фотоинициатора, TEGO PC 1467 (приблизительно 0,85 масс. %) в качестве генератора фотокислоты и приблизительно 1,4 масс. % полиакрилата (BYK-350). Компоненты смешивали в растворителе (PGMEA), который составлял дополнение композиции до 100%. Этот пример первой смолы осаждали нанесением покрытия центрифугированием (при 2200 об./мин. в течение приблизительно 1 минуты) на многослойную структуру из кремния размером 3 дюйма (что приблизительно составляет 7,62 см). После осаждения первую смоляную композицию подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA. Затем на осажденные смоляные композиции способом наноимпринтной литографии наносили отпечаток. Рабочий штамп вдавливали в нанесенную композицию, и затем смолу облучали УФ светом светодиодной УФ лампы для отверждения в течение приблизительно 20 секунд. После удаления рабочего штампа также выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут. На Фиг. 5С представлена черно-белая репродукция исходного цветного изображения отвержденной структурированной смолы.
Был получен другой пример первой смоляной композиции согласно изобретению, включающей эпоксициклогексил-POSS (приблизительно 13 масс. %) и функционализированный глицидилом POSS (приблизительно 4 масс. %), 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона (приблизительно 0,34 масс. %) в качестве фотоинициатора, TEGO PC 1467 (приблизительно 0,85 масс. %) в качестве генератора фотокислоты и приблизительно 1,4 масс. % полиакрилата (BYK-350). Компоненты смешивали в растворителе (PGMEA), который составлял дополнение композиции до 100%. Этот пример первой смолы осаждали нанесением покрытия центрифугированием (при 2200 об./мин. в течение приблизительно 1 минуты) на многослойную структуру из кремния размером 3 дюйма (что приблизительно составляет 7,62 см). После осаждения первую смоляную композицию подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA. Затем на осажденные смоляные композиции способом наноимпринтной литографии наносили отпечаток. Рабочий штамп вдавливали в нанесенную композицию, и затем смолу облучали УФ светом светодиодной УФ лампы для отверждения в течение приблизительно 20 секунд. После удаления рабочего штампа также выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут. На Фиг. 5D представлена черно-белая репродукция исходного цветного изображения отвержденной структурированной смолы.
Эти изображения показывают, что различные примеры первой и второй смоляных композиций, рассмотренных в настоящей работе, могут быть подвергнуты наноимпринтингу для образования подходящих углублений в проточных ячейках или для других подходящих устройств. Полагают, что эти отвержденные и структурированные смолы также будут генерировать слабую аутофлуоресценцию при освещении возбуждающим светом с длиной волны в синем и/или зеленом диапазоне.
Пример 3
Были получены девять смоляных композиций. Три композиции представляли собой сравнительные примеры (включающие сравнительную комбинацию фотоинициатора/генератора фотокислоты), одна из композиций представляла собой пример с гасителем (включающий гаситель и сравнительную комбинацию фотоинициатора/генератора фотокислоты), и пять композиций представляли собой примеры, содержащие комбинацию фотоинициатора/генератора фотокислоты. В Таблице 1 представлены различные компоненты различных смол. Компоненты смешивали друг с другом и с одинаковым количеством (приблизительно 1,4 масс. %) полиакрилата BYK 350. Каждый образец разбавляли PGMEA таким образом, чтобы готовая композиция включала от приблизительно 17 масс. % до приблизительно 22 масс. % компонентов смоляной композиции (эпоксидной смолы, фотоинициатора и/или генератора фотокислоты, гасителя (если его применяют) и полиакрилата) и дополнение до 100% составлял PGMEA.
Каждый образец осаждали нанесением покрытия центрифугированием (при 2200 об./мин. в течение приблизительно 1 минуты) на многослойную структуру из кремния. После осаждения соответствующие композиции подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA. Затем соответствующие смоляные композиции подвергали УФ отверждению под воздействием УФ излучения светодиодной лампы в течение приблизительно 20 секунд. Также выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут.
Каждый из отвержденных образцов (сравнительные примеры, примеры и пример с гасителем), соответственно, облучали возбуждающим светом с длиной волны в синем диапазоне и с длиной волны в зеленом диапазоне, измеряя генерируемую аутофлуоресценцию с помощью визуализации высокого разрешения. На Фиг. 6 показаны усредненные результаты аутофлуоресценции каждой из смол сравнительных примеров, смолы примера с гасителем и смол, полученных согласно примерам. Как показано, смолы согласно примерам Пр. 1-5 генерировали гораздо более слабую аутофлуоресценцию по сравнению со смолами, включающими сравнительные комбинации фотоинициатора/генератора фотокислоты, включаемые в примеры Сравн. 1, Сравн. 2, Сравн. 3 и Гаситель 1.
Каждый из образцов Примера 3 также исследовали, применяя другое устройство для измерения аутофлуоресценции. Полученные результаты не показаны, однако, имеется хорошая корреляция между результатами, представленными на Фиг. 6, и результатами, полученными с помощью этого устройства.
Каждый из образцов также осаждали посредством нанесения покрытия центрифугированием (при 2200 об./мин. в течение приблизительно 1 минуты) на многослойную структуру из кремния и выполняли наноимпринтинг. После осаждения соответствующие композиции подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA, и затем в смоляную композицию вдавливали рабочий штамп. Затем соответствующие смоляные композиции подвергали УФ отверждению под воздействием УФ излучения светодиодной лампы в течение приблизительно 20 секунд. Также, после удаления рабочего штампа выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут. В каждой из смол сравнительных примеров, в смолах согласно примерам и в смоле примера с гасителем успешно получали наноразмерные элементы.
Пример 4
Образец Пр. 5, включающий в качестве фотоинициатора дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксид (англ. diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, сокращенно ТРО), демонстрировал очень слабую аутофлуоресценцию в Примере 3. По этой причине были получены варианты смолы этого примера, содержащие различные количества фотоинициатора. Количества эпоксидов и генератора фотокислоты оставались прежними. Соответственно, были получены примеры смоляных композиций 5А, 5В, 5С и 5D, содержащие количество ТРО, составляющее 0,25 от количества Примера 3, количество ТРО, составляющее 0,5 от количества Примера 3, такое же количество ТРО, как и в Примере 3 (т.е. равное количество) и количество ТРО, в 2 раза превышающее количество ТРО в Примере 3. В этом примере также исследовали смоляные композиции Сравн. 1 и Сравн. 2 Примера 3.
Каждый из образцов осаждали нанесением покрытия центрифугированием (при 2200 об./мин в течение приблизительно 1 минуты) на стеклянные подложки. После осаждения соответствующие композиции подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA. Затем соответствующие смоляные композиции подвергали УФ отверждению под воздействием УФ излучения светодиодной лампы в течение приблизительно 20 секунд. Также выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут.
Каждый из отвержденных образцов (сравнительные примеры и примеры 5А-5D), соответственно, облучали возбуждающим светом с длиной волны в синем диапазоне и с длиной волны в зеленом диапазоне, измеряя генерируемую аутофлуоресценцию с помощью визуализации высокого разрешения. На Фиг. 7 показаны усредненные результаты аутофлуоресценции каждой из смол согласно сравнительным примерам и смол согласно примерам, содержащих различные количества ТРО. Как показано, смолы, полученные согласно примерам Пр. 5A-5D, генерировали гораздо более слабую аутофлуоресценцию по сравнению со смолами, полученными согласно сравнительным примерам Сравн. 1 и Сравн. 2, которые содержали сравнительные комбинации фотоинициатора/генератора фотокислоты. При повышении количества ТРО уровень аутофлуоресценции повышался, но все же оставался более низким, чем в случае сравнительных примеров.
Смоляные композиции согласно примерам 5A-5D также, соответственно, осаждали нанесением покрытия центрифугированием (при 2200 об./мин. в течение приблизительно 1 минуты) на подложки из стекла и кремния и выполняли наноимпринтинг. После осаждения соответствующие композиции подвергали термообработке при невысокой температуре, составляющей приблизительно 120°С, в течение приблизительно 2 минут для удаления PGMEA, и затем в смоляную композицию вдавливали рабочий штамп. Затем соответствующие смоляные композиции подвергали УФ отверждению под воздействием УФ излучения светодиодной лампы в течение приблизительно 20 секунд. Также выполняли термообработку при повышенной температуре, составляющей 250°С, в течение приблизительно 10 минут. В каждой из смоляных композиций примеров 5A-5D успешно получали наноразмерные элементы на подложках каждого указанного типа.
Дополнительные замечания
Следует понимать, что все комбинации приведенных выше признаков и дополнительных признаков, более подробно рассмотренных ниже (при условии, что эти признаки не являются взаимоисключающими) составляют часть предмета изобретения, рассмотренного в настоящей работе. В частности, все комбинации раскрытых предметов изобретения, очевидные после прочтения предлагаемого описания, составляют часть предмета изобретения, рассмотренного в настоящей работе. Также следует понимать, что употребляемая в настоящем описании терминология, которая также может употребляться в любом документе, включенном в настоящее описание посредством ссылки, должна иметь значение, в наибольшей мере соответствующее конкретным признакам, рассмотренным в настоящей работе.
Упоминание в настоящем описании "одного примера", "другого примера", "примера" и т.д. означает, что конкретный элемент (например, элемент, структура и/или характеристика), раскрытый при описании этого примера, включен в по меньшей мере один пример, рассмотренный в настоящей работе, и может присутствовать или может отсутствовать в других примерах. Кроме того, следует понимать, что, если из контекста не ясно иное, то рассмотренные элементы любого примера могут быть скомбинированы в различных примерах любым подходящим образом.
Следует понимать, что приведенные в настоящем описании диапазоны включают указанные диапазоны и любые величины или поддиапазоны, находящиеся в пределах указанного диапазона, как если бы такие величины или поддиапазоны были ясно обозначены. Например, следует понимать, что диапазон, составляющий от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, включает не только явным образом упомянутые пределы от приблизительно 380 нм до приблизительно 480 нм, но также включает индивидуальные величины, такие как приблизительно 408 нм, приблизительно 445,5 нм и т.д., и поддиапазоны, такие как от приблизительно 425 нм до приблизительно 475 нм и т.д. Кроме того, если для описания величины используют модификаторы "приблизительно" и/или "по существу", то они составляют небольшие вариации (до +/- 10%) от означенной величины.
Несмотря на то, что некоторые примеры были описаны подробно, следует понимать, что рассмотренные примеры могут быть модифицированы. Таким образом, приведенное выше описание не является ограничивающим.