用于生物分子分析的图案化的流动池的制作方法

本公开一般涉及生物分子分析，更具体地，涉及用于大规模平行基因组分析的方法和微流体流动池装置。

背景技术：

1、生物样品在组成和数量上通常很复杂。分析生物样品中的生物分子常涉及将单个样品划分成成千上万个样品来进行定量测定。实现此的其中一种常用手段是使用固体基材表面来选择性地固定并分配生物样品中的不同生物分子。

2、过去的几十年见证了在对人类遗传变异进行分类并将这些变异与疾病易感性，对特定疗法的反应性，对危险药物副作用的易感性以及其他医学上可操作的特征相关联方面取得的非凡进步。大规模平行基因测序[也被称为下一代测序(ngs)]是进行这种基因测试的极有效手段。基因组测序的最新进展已经降低了每兆碱基的成本并增加了测序的基因组的数目和多样性。

3、本公开的实施方式解决了与dna测序相关的一些上述弊端，并且提供了在全基因组测序方面相对于现有技术的进步。根据本文提供的描述，这些优点和其他优点以及附加的发明特征将变得显而易见。

技术实现思路

1、本公开的实施方式包括图案化的表面，其具有金属氧化物块(patch)或岛的阵列，其中，在一些实施方式中，金属氧化物块具有有机磷酸酯涂层，其支持dna纳米球或含dna引物的聚合物的结合。相邻的金属氧化物块之间的间隙区域任选地涂覆有硅烷，所述硅烷抵抗核苷酸、dna或蛋白质的结合。还提供了制造这类选择性涂覆表面的方法。某些实施方式还提供了使用这样选择性涂覆表面来制造核酸或其他分析物阵列的方法。

2、在一些实施方式中，一种图案化的流动池包括基材，所述基材具有金属氧化物纳米块的图案化阵列。每个金属氧化物纳米块具有有机磷酸酯涂层，所述有机磷酸酯涂层被构造用于增加金属氧化物与dna、蛋白质和/或多核苷酸结合的能力。在金属氧化物纳米块之间的基材上的间隙空间中沉积有硅烷涂层。所述硅烷涂层被构造用于防止多核苷酸、dna、和/或蛋白质结合到间隙空间中。

3、在各个实施方式中，金属氧化物是以下中的一种：al2o3、zno2、ta2o5、nb2o5、sno2、in2o3、nio、a-tio2、r-tio2、mgo、氧化铟锡、氧化铟锌、ceo2、coo、co3o4、cro3、fe2o3、fe3o4、wo3、y2o3、zro2和mn2o3。在一些实施方式中，纳米块的形状是矩形、圆形、椭圆形、卵形、三角形和梯形中的一种，并且/或者金属氧化物的厚度在1纳米至5微米(μm)的范围内。所述基材可以由玻璃、石英、二氧化硅或塑料制成。

4、在一些实施方式中，硅烷涂层包括含聚乙二醇的硅烷，而有机磷酸酯是胺封端的有机磷酸酯、含环氧基的有机磷酸酯和羧基有机磷酸酯中的一种。在一些实施方式中，金属氧化物对波长在400纳米(nm)至700纳米(nm)范围内的光是透明的。

5、在一些实施方式中，一种图案化的流动池包括基材，所述基材具有二氧化硅(sio2)或硅酸盐纳米块的图案化阵列。每个sio2或硅酸盐纳米块具有硅烷涂层，所述硅烷涂层被构造用于增加sio2或硅酸盐与dna、蛋白质和/或多核苷酸结合的能力。在sio2/硅酸盐纳米块之间的基材上的金属氧化物间隙空间中可沉积有机磷酸酯涂层。所述有机磷酸酯涂层可被构造用于防止多核苷酸、dna、和/或蛋白质结合到间隙空间中。当石英或纯二氧化硅基材表面含有sio2，并且玻璃是硅酸盐基材时，一旦暴露于空气，则硅可具有sio2层，或者可热生长出sio2层，

6、在一些实施方式中，金属氧化物是以下中的一种：al2o3、zno2、ta2o5、nb2o5、sno2、in2o3、nio、a-tio2、r-tio2、mgo、氧化铟锡、氧化铟锌、ceo2、coo、co3o4、cro3、fe2o3、fe3o4、wo3、y2o3、zro2和mn2o3.。在一些实施方式中，纳米块的形状是矩形、圆形、椭圆形、卵形、三角形和梯形中的一种，并且/或者金属氧化物的厚度在1纳米至5微米的范围内。所述基材可以由玻璃、石英、纯二氧化硅或硅制成。

7、在一些实施方式中，有机磷酸酯是含聚乙二醇的有机磷酸酯和聚乙烯基磷酸中的一种，并且/或者硅烷涂层是胺封端的硅烷、含环氧基的硅烷、含马来酰亚胺聚乙二醇的硅烷和羧基硅烷中的一种。

8、在一些实施方式中，一种制造图案化的流动池的方法包括以下步骤：将金属氧化物纳米块的阵列沉积到基材上，用第一材料涂覆金属氧化物纳米块，所述第一材料增加金属氧化物与dna、蛋白质和/或多核苷酸的结合，以及在纳米块之间的间隙空间中的基材上沉积第二材料的涂层。所述第二材料可被构造用于防止多核苷酸、dna、和/或蛋白质结合到间隙空间中。

9、在一些实施方式中，所述方法包括：使用光刻法和金属氧化物沉积的组合，沉积金属氧化物纳米块的阵列。在一些实施方式中，第一材料是胺封端的有机磷酸酯、含环氧基的有机磷酸酯和羧基有机磷酸酯中的一种，或者替代性地，第一材料是胺封端的硅烷、含环氧基的硅烷、含马来酰亚胺聚乙二醇的硅烷和羧基硅烷中的一种。根据第一材料的性质，第一材料可以作为基于溶液的涂料或基于蒸气的涂料来沉积。例如，硅烷涂层可通过基于蒸气的涂覆方法来实现，而有机磷酸酯涂层可通过基于溶液的涂覆方法来实现。在一些实施方式中，第二材料是含聚乙二醇的硅烷，或者替代性地，第二材料是含聚乙二醇的有机磷酸酯和聚乙烯基磷酸中的一种。第二材料可以作为基于溶液的涂料或基于蒸气的涂料来沉积。

10、在一些实施方式中，一种制造图案化的流动池的方法包括以下步骤：在涂覆有金属氧化物的基材上形成sio2或硅酸盐纳米块的阵列，在纳米块之间的间隙空间中的基材上沉积第一材料的涂层，所述第一材料被构造用于防止多核苷酸、dna和/或蛋白质结合到间隙空间中，以及用第二材料涂覆sio2或硅酸盐纳米块，所述第二材料增加增加sio2或硅酸盐与dna、蛋白质和/或多核苷酸的结合。

11、在一些实施方式中，形成sio2或硅酸盐纳米块包括：在基材上沉积金属氧化物层，使用光刻法形成图案，以及使用反应性离子蚀刻移除暴露的图案区域内的金属氧化物层的部分。第一材料可以是含聚乙二醇的有机磷酸酯或聚乙烯基磷酸。第二材料可以是以下中的一种：胺封端的硅烷、含环氧基的硅烷、含马来酰亚胺聚乙二醇的硅烷和羧基硅烷。

12、在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。

13、应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

技术特征：

1.一种图案化的流动池，包括：

2.如权利要求1所述的图案化的流动池，其中，金属氧化物纳米块包括al2o3、zno2、ta2o5、nb2o5、sno2、in2o3、a-tio2、r-tio2、氧化铟锡、氧化铟锌、或zro2中的至少一种。

3.如权利要求1所述的图案化的流动池，其中，金属氧化物纳米块包括mgo、nio、ceo2、coo、co3o4、cro3、fe2o3、fe3o4、wo3、y2o3或mn2o3中的至少一种。

4.如权利要求1所述的图案化的流动池，其中，有机磷酸酯涂层包括胺封端的有机磷酸酯、含环氧基的有机磷酸酯或羧基有机磷酸酯中的至少一种。

5.如权利要求1所述的图案化的流动池，其中，硅烷涂层包括含聚乙二醇的硅烷。

6.如权利要求1-5任一项所述的图案化的流动池，其中，金属氧化物纳米块的形状为矩形、圆形、椭圆形、卵形、三角形或梯形中的一种。

7.如权利要求1-5任一项所述的图案化的流动池，其中，所述基材包含玻璃、石英、硅或塑料中的至少一种。

8.如权利要求1-5任一项所述的图案化的流动池，其中，金属氧化物纳米块的厚度在1纳米至5微米的范围内。

9.如权利要求1-5任一项所述的图案化的流动池，其中，金属氧化物纳米块对波长在400纳米至700纳米范围内的光是透明的。

10.一种图案化的流动池，包括：

11.如权利要求10所述的图案化的流动池，其中，金属氧化物层包括al2o3、zno2、ta2o5、nb2o5、sno2、in2o3、a-tio2、r-tio2、氧化铟锡、氧化铟锌、或zro2中的至少一种。

12.如权利要求10所述的图案化的流动池，其中，金属氧化物层包括ceo2、coo、co3o4、cro3、fe2o3、fe3o4、nio、wo3、y2o3、mgo或mn2o3中的至少一种。

13.如权利要求10所述的图案化的流动池，其中，有机磷酸酯涂层包括含聚乙二醇的有机磷酸酯或聚乙烯基磷酸中的至少一种。

14.如权利要求10所述的图案化的流动池，其中，硅烷涂层包括胺封端的硅烷、含环氧基的硅烷、含马来酰亚胺聚乙二醇的硅烷或羧基硅烷中的至少一种。

15.如权利要求10-14任一项所述的图案化的流动池，其中，所述基材包含玻璃、石英、硅或塑料中的至少一种。

16.如权利要求10-14任一项所述的图案化的流动池，其中，sio2或硅酸盐纳米块的厚度在1纳米至5微米的范围内。

17.一种制造图案化的流动池的方法，所述方法包括以下步骤：

18.如权利要求17所述的方法，其中，沉积金属氧化物纳米块的阵列包括：使用光刻法和金属氧化物沉积的组合，沉积金属氧化物纳米块的阵列。

19.如权利要求17或18所述的方法，其中，有机磷酸酯涂层包括胺封端的有机磷酸酯、含环氧基的有机磷酸酯或羧基有机磷酸酯中的至少一种。

20.如权利要求17或18所述的方法，其中，硅烷涂层包括含聚乙二醇的硅烷。

21.一种制造图案化的流动池的方法，所述方法包括以下步骤：

22.如权利要求21所述的方法，其中，形成sio2或硅酸盐纳米块的阵列包括：

23.如权利要求21或22所述的方法，其中，有机磷酸酯涂层包括含聚乙二醇的有机磷酸酯或聚乙烯基磷酸中的至少一种。

24.如权利要求21或22所述的方法，其中，硅烷涂层包含胺封端的硅烷、含环氧基的硅烷、含马来酰亚胺聚乙二醇的硅烷或羧基硅烷中的至少一种。

技术总结
本发明涉及用于生物分子分析的图案化的流动池，包括：基材，所述基材包含金属氧化物纳米块的图案化阵列，每个金属氧化物纳米块包含有机磷酸酯涂层，以增加金属氧化物与DNA、蛋白质或多核苷酸中的至少一种结合的能力；和在金属氧化物纳米块之间的间隙空间上的硅烷涂层，用于防止多核苷酸、DNA或蛋白质中的至少一种结合到间隙空间中；其中，以下至少一个：(a)金属氧化物纳米块包括Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、ZnO<subgt;2</subgt;、Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;、Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;、SnO<subgt;2</subgt;、In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、a‑TiO<subgt;2</subgt;、r‑TiO<subgt;2</subgt;、氧化铟锡、氧化铟锌、ZrO<subgt;2</subgt;、MgO、NiO、CeO<subgt;2</subgt;、CoO、Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;、CrO<subgt;3</subgt;、Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;、WO<subgt;3</subgt;、Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;或Mn<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;中的至少一种；或(b)硅烷涂层包括含聚乙二醇的硅烷。

技术研发人员：方晔
受保护的技术使用者：康宁股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15