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KR100369694B1 - 화학적 태그의 합성 방법 - Google Patents

화학적 태그의 합성 방법 Download PDF

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KR100369694B1
KR100369694B1 KR10-1999-0036459A KR19990036459A KR100369694B1 KR 100369694 B1 KR100369694 B1 KR 100369694B1 KR 19990036459 A KR19990036459 A KR 19990036459A KR 100369694 B1 KR100369694 B1 KR 100369694B1
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인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

본 발명은 생물학적 화학적 태그(tag)의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자가 제공된다. 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자의 적어도 일부분을 변성시킨 후, 하나 이상의 화학 잔기가 부착되는 하나 이상의 변성 부분의 재결정화를 방해하는 하나 이상의 화학 잔기를 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분에 있는 하나 이상의 뉴클레오티드에 부착시킨다.

Description

화학적 태그의 합성 방법{Synthesis of Chemical Tags}
본 발명은 화학적 태그의 합성 방법 및 화학적 태그를 포함하는 구조물에 관한 것이다.
화학적 태그는 다양한 용도로 사용된다. 전형적으로, 화학적 태그는 광범위한 용도에서 많은 파라미터를 추적하고 분석하고 제어하는데 사용된다. 예를 들면, 화학적 태그는 하나 이상의 기법에 의해 검출될 수 있는 하나 이상의 원자 및/또는 분자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 화학적 태그는 방사성 동위원소를 포함할 수 있다. 이러한 화학적 태그는 단순히 화학적 태그의 존재를 탐지할 필요가 있는 경우에 유용할 수 있다. 화학적 태그는 또한 선택된 파장의 방사선 조사시 형광을 발하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 화학적 태그는 자외선 조사에 의해 형광을 발할 수 있다.
전형적으로 화학적 태그의 존재를 탐지하는데 다양한 수단이 이용된다. 예를 들면, 단순한 육안 검사로 조사에 의해 가시광선을 방출하거나 형광을 발하는 화학적 태그의 존재를 탐지할 수 있다. 몇몇 경우에서, 화학적 태그의 존재를 탐지하는데 특정 필름 또는 탐지기가 필요할 수 있다. 예를 들면, 태그에 의해 생성된 방사선에 민감한 필름 또는 탐지기를 이용할 수도 있다.
화학적 태그는 다양한 용도로 이용될 수 있다. 이러한 용도의 예로는, 여러 가지 중에서, 오염 방제, 생성물 판정, 지질학적 연구, 해양에서 해류의 탐지 및 식물에 의한 물질의 동화가 포함된다.
본 발명의 목적은 하나 이상의 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분의 위치를 탐지할 수 있는 생물학적 화학적 태그의 제조 방법, 및 하나 이상의 변성 부분을 포함하는 하나 이상의 DNA 분자와 이 변성 부분에 부착된 화학 잔기로 이루어진 구조물을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기재의 제조 방법의 여러 단계에서 본 발명의 한 태양에 따라 사용될 수 있는 기재의 한 태양의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 기재의 제조 방법의 여러 단계에서 본 발명의 한 태양에 따라 사용될 수 있는 기재의 다른 태양의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 기재의 제조 방법의 여러 단계에서 본 발명의 한 태양에 따라 사용될 수 있는 기재의 또다른 태양의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 기재의 제조 방법의 여러 단계에서 본 발명의 한 태양에 따라 사용될 수 있는 기재의 또다른 태양의 단면도를 나타낸 것이다.
도 5의 (a)는 본 발명에 따른 방법 및 구조물에 사용될 수 있는 DNA 분자의 태양을 나타낸 것이다. (b)는 하나의 변성 부분을 포함하는 (a)에 예시된 DNA 분자의 태양을 나타낸 것이다. (c)는 본 발명에 따른 화학적 태그(tag)의 한 태양을 포함하는 (a) 및 (b)에 예시된 DNA 분자 태양의 변성 부분을 나타낸 것이다. (d)는 본 발명에 따른 화학적 태그의 또다른 태양을 포함하는 (a) 및 (b)에 예시된 DNA 분자 태양의 변성 부분을 나타낸 것이다.
도 6은 도 4의 (e)에 예시된 바와 같은 기재의 한 태양 및 상기 기재에 고정된 유체 저장기의 한 태양의 단면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 태양은 생물학적 화학적 태그의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자를 제공함을 포함한다. 이어지는 설명에서, 전형적으로 DNA 분자는 이중 가닥 DNA 분자이다. 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자의 적어도 일부가 변성된다. 하나 이상의 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분의 재결정화를 방해하는 하나 이상의 화학 잔기를 하나 이상의 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분에 있는 하나 이상의 뉴클레오티드에 부착시킨다.
본 발명의 다른 태양은 하나 이상의 변성 부분을 포함하는 하나 이상의 DNA 분자를 포함하는 구조물을 제공한다. 상기 구조물은 하나 이상의 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분 중 하나 이상의 부분에 부착된 하나 이상의 화학 잔기를 포함한다. 하나 이상의 화학 잔기는 하나 이상의 화학 잔기가 부착되는 하나 이상의 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분의 재결정화를 방지한다.
본 발명이 수행되는 가장 우수한 방식을 단순히 예시함으로써 본 발명의 바람직한 태양만을 나타내고 기술한 하기의 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 당해 분야의 숙련자에게 매우 자명할 것이다. 인지하듯이, 본 발명은 다른 여러 태양을 가질 수 있고, 본 발명의 여러 세부사항들은 본 발명으로부터 벗어나지 않는 한 다양하고 명백한 점에서 변형될 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은 사실상 예시적인 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아닌 것으로 간주되어야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 화학적 태그의 합성 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 하나 이상의 화학적 태그를 혼입시킨 구조물을 포함한다. 특히, 본 발명은 DNA 분자용 화학적 태그에 관한 것이다.
본 발명에 따라서, 하나 이상의 DNA 분자가 제공된다. 하나 이상의 DNA 분자의 서열은 알려져 있거나 알려져 있지 않을 수 있다. 전형적으로, 하나 이상의 DNA 분자는 이중 가닥이다. DNA 분자의 하나 이상의 부분이 변성될 수 있다. 변성은 변성시키고자 하는 DNA 분자의 부분을 DNA를 변성시킬 수 있는 용액에 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 또는, 추가적으로, 변성시키고자 하는 부위(들)를 승온에 노출시킬 수도 있다.
용액을 사용하여 DNA를 변성시키는 경우, DNA를 변성시킬 수 있는 임의의 용액을 사용할 수 있다. 용액은 큰 유전 상수를 가질 수 있다. 용액은 하나 이상의염을 포함할 수 있다. 염은 NaCl, NaOH, 포름아미드 및 우레아로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
다른 방법으로 또는 추가적으로 열을 사용하는 경우, 바람직하게는, 변성될 부위에 있는 DNA를 상기 부위에서 DNA 분자의 변성을 야기하기에 충분한 온도로 상승시킨다. 예를 들면, DNA는 약 70 내지 약 110 ℃의 온도로 가온될 수 있다.
DNA 분자의 하나 이상의 부분을 변성시킨 후, 하나 이상의 화학 잔기 또는 삽입 화합물을 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분에 있는 DNA 분자에 부착시킬 수 있다. 하나 이상의 화학 잔기는 전형적으로 하나 이상의 화학 잔기가 부착되는 하나 이상의 변성 부분의 재결정화를 방해한다.
화학 잔기는 다양한 상이한 방식으로 DNA 분자상에 다양한 상이한 위치에 부착될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 화학 잔기는 DNA 분자상의 하나 이상의 부위에 수소 결합될 수 있다. 또는, 하나 이상의 화학 잔기와 DNA 분자의 하나 이상의 부분 사이에 공유 결합이 형성될 수도 있다.
또한, 하나 이상의 화학 잔기의 성질에 따라서 하나 이상의 화학 잔기가 DNA 분자에 부착되는 위치가 달라질 수 있다. 한 예에 따르면, 하나 이상의 화학 잔기는 DNA 분자의 변성 부분내의 하나 이상의 뉴클레오티드에 상보적인 하나 이상의 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 따라서, 화학 잔기는 뉴클레오티드가 전형적으로 DNA의 이중 나선 구조에서 서로에 결합되는 방식과 유사하게 DNA 분자상의 상보적 뉴클레오티드에 수소 결합될 것이다. 하나 이상의 화학 잔기는 뉴클레오티드가 통상적으로 결합되는 바와 동일하거나 상이한 부위(들)에 결합될 수 있는 다른 원자및/또는 분자를 포함할 수 있다.
또는, 하나 이상의 화학 잔기는 카복실산과 같은 하나 이상의 산 그룹 및/또는 카복실산의 염과 같은 산 그룹의 하나 이상의 유도체를 포함할 수 있다. 산 그룹은 염기의 아민 그룹과 반응하여 DNA가 재결정화 또는 회복되는 것을 저해할 수 있다. 대표적인 화합물은 그의 말단에 산 그룹을 갖는 알칸 쇄를 포함할 수 있다.
하나 이상의 화학 잔기는 DNA 분자의 변성 부분에 결합하는 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 화학 잔기는 변성된 DNA 분자상의 하나 이상의 부위에 결합하는 하나 이상의 부위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 화학 잔기는 변성된 DNA 분자상의 2개 부위에 결합되는 2개 부위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 2개 말단에 뉴클레오티드 염기를 갖는 장쇄 알칸을 들 수 있다.
하나 이상의 화학 잔기는 DNA 분자의 변성 부분에 결합하는 하나 이상의 원자 또는 분자를 포함하는 것 이외에, 하나 이상의 화학 잔기의 탐지를 촉진하는 물질을 포함할 수 있다. 한 예에 따르면, 하나 이상의 화학 잔기는 발광 염료를 포함할 수 있다. 발광 염료는 화학 잔기의 하나 이상의 부착 부분에 화학적으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 발광 염료는 알칸 쇄의 탄소 중 하나에 부착될 수 있다.
하나 이상의 화학 잔기 또는 삽입 화합물은 함께 연결된 다수의 상이한 화학 잔기를 포함하는 올리고머일 수 있다. 화학 잔기는 삽입 화합물을 DNA 분자에 결합시키는 것을 보조하는 부착 부분을 포함할 수 있다. 삽입 화합물은 또한 삽입화합물의 탐지를 가능하게 하는 탐지 부분을 포함할 수 있다.
삽입 화합물의 부착 부분은 하나 이상의 뉴클레오티드 염기를 포함할 수 있다. DNA 분자상의 하나 이상의 부위에 결합하는 삽입 화합물은 각 말단에 부착 부분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 삽입 화합물은 각 말단에 하나씩 2개의 뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 삽입 화합물은 구아닌과 시토신 또는 티민과 아데닌을 포함할 수 있다. 임의의 뉴클레오티드 염기를 삽입 화합물의 말단에 사용할 수 있다. 본 발명의 한 예에 따르면, 염기는 상보적이다. 또다른 예에 따르면, 염기는 동일하다. 삽입 화합물상의 뉴클레오티드 염기는 DNA 분자의 변성 부분상의 염기에 결합할 수 있다.
또다른 예에 따르면, 삽입 화합물의 부착 부분은 카복실산과 같은 하나 이상의 산, 또는 카복실산의 염과 같은 산 유도체를 포함할 수 있다. 산 또는 산 유도체 그룹은 염기의 아미드 그룹과 반응하여 삽입 화합물이 재결정화 또는 회복되는 것을 저해할 수 있다. 한 예에 따르면, 삽입 화합물은 한쪽 말단에 산을 포함한다. 다른 부착 그룹은 산 클로라이드, 이소시아네이트, 포스포닉 디클로라이드를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 부착 그룹(들)은 탐지 그룹에 결합될 수 있다. 사용되는 탐지 그룹은 삽입 화합물이 얼마나 탐지가능해야할 필요가 있는 가에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 삽입 화합물은 염료를 포함할 수 있다. 염료는 조사시 발광성일 수 있다.
삽입 화합물이 발광성 염료인 경우, 염료 화합물을 먼저 제조할 수 있다.한 예에 따르면, 발광성 염료는 염료가 부착될 수 있는 하나 이상의 작용기를 갖는 중합체 쇄를 포함한다. 중합체 쇄는 임의의 바람직한 중합체를 포함할 수 있다. 삽입 화합물에 사용될 수 있는 중합체의 예로는 -(CH2)n-, (CH2O)n-,(이때, n은 2 이상 1000 이하이고, R은 CH3, C2H5,, 30개 미만의 탄소 원자를 갖는 방향족 또는 지방족 탄화수소, 또는 탄소 및 수소를 포함하는 임의의 불활성 그룹이다)를 들 수 있다. 'x'로 정의되는 작용기로는, NH2, -OH 또는 임의의 그밖의 루이스 산 또는 루이스 염기를 포함할 수 있다.
염료가 부착될 수 있는 하나 이상의 작용기는 다양한 위치에서 중합체 쇄에 부착될 수 있다. 예를 들면, 작용기는 중합체 쇄의 말단에 부착될 수 있다. 다른 태양에 따르면, 작용기는 중합체 쇄의 말단 사이의 어디에서나 중합체 쇄에 부착될 수 있다. 예를 들면, 작용기는 중합체 쇄의 중간 부근에 부착될 수 있다.
중합체 쇄의 형성 및 작용기(들)의 부착 후에, 하나 이상의 염료 분자를 작용기에 부착시킬 수 있다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 염료로는 나프탈렌계 염료, 안트라센계 염료, 플루오레신계 염료 및 로다민계 염료가 포함된다. 본 발명에 따라 사용할 수 있는 상기 염료의 예는 다음과 같다:
나프탈렌계 염료: 1-나프틸아세트산
(상기 염료에 사용될 수 있는 작용기로는 -OH 및 -NH2가 포함된다),
안트라센계 염료: 안트라센 카복실산
(상기 염료에 사용될 수 있는 작용기로는 -OH 및 -NH2가 포함된다),
플루오레신계 염료: 플루오레신
(상기 염료에 사용될 수 있는 작용기로는 -OH 및 -NH2가 포함된다),
로다민계 염료: 로다민 B
(상기 염료에 사용될 수 있는 작용기로는 -OH 및 -NH2가 포함된다).
도 5의 (a)는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 DNA 분자의 한 태양을 예시하고 있다. 도 5의 (b)는 DNA 분자의 한 부분이 변성된 도 5의 (a)에 예시된 DNA 분자의 태양을 예시한 것이다. 도 5의 (c) 및 (d)는 삽입 화합물이 변성 부분(3)에 결합된 본 발명의 두 가지 태양을 예시하고 있다.
예를 들면, 도 5의 (c)는 4개의 삽입 화합물이 DNA 분자(1)의 변성 영역(3)에 결합된 태양을 예시한 것이다. 각각의 삽입 화합물(5)은 하나의 부착 부분(7) 및 하나의 탐지 부분(9)을 포함한다. 4개의 삽입 화합물은 도 5의 (c)에 예시된 DNA 분자의 변성 부분(3)에 결합된다.
다른 한편으로, 도 5의 (d)에 예시된 태양에서는, 5개의 삽입 화합물이 변성 영역에 결합된다. 도 5의 (d)에 예시된 태양에서 각각의 삽입 화합물은 부착 부분 (13) 및 (15) 및 탐지 부분(17)을 포함한다. 도 5의 (d)에서 볼 수 있듯이, 각각의 삽입 화합물은 DNA 분자의 변성 영역상의 2개 부위에 결합된다.
DNA의 변성은 DNA 분자의 적어도 일부분을 변성시키기 전에 DNA를 기재상에정렬시킴으로써 촉진될 수 있다. 본 발명에 따라 제공된 기재는 DNA가 그에 인접하여 정렬될 때 변성되는 영역을 하나 이상 포함할 수 있다. DNA가 기재에 인접하여 정렬될 때 변성되는 기재의 하나 이상의 영역은 DNA를 변성시키는 용액을 보유하게 하는 성질을 가질 수 있다. 예를 들면, 기재의 하나 이상의 영역은 용액이 일부분상에 보유되도록 하는 특별한 습윤성을 가질 수 있다.
기재상에 용액의 차별적 보유를 촉진하기 위해, 기재에 상이한 습윤성을 갖는 영역을 제공할 수 있다. 상이한 습윤성을 갖는 이들 영역은 다수의 선으로 제공될 수 있다. 상이한 습윤성을 갖는 대역은 다수의 상이한 습윤성을 가질 수 있다. 전형적으로, 기재는 2개의 상이한 습윤성을 갖는 대역을 포함한다. 2개의 상이한 습윤성을 갖는 영역을 포함하는 기재에 있어서, 바람직하게는 하나의 습윤성은 그 위에 배열된 DNA 분자를 변성시킬 수 있는 용액의 보유를 야기하는 반면, 다른 영역은 용액을 보유하려는 경향이 없다.
상이한 습윤성을 갖는 영역들은 다수의 교번하는 선으로 제공될 수 있는데, 여기에서 하나의 습윤성을 갖는 각각의 선은 각각의 측면상에 존재한다. 선들은 모두 동일한 폭을 가질 수 있다. 또는, 하나의 습윤성을 갖는 선은 모두 하나의 폭을 갖는 반면, 다른 습윤성을 갖는 선들은 모두 상이한 폭을 가질 수 있다. 그러나, 다양한 습윤성을 갖는 많은 선들은 다양한 폭을 가질 수 있다.
한 태양에 따라서, 기재는 두가지 상이한 유형의 습윤성을 갖는 2개의 상이한 유형의 선들을 포함한다. 상기 태양에 따르면, 제 1 유형의 선들은 약 10 내지 약 1000 ㎚의 폭을 갖는다. 또한 상기 태양에 따르면, 제 2 습윤형의 선들은 약 10 내지 약 10,000 ㎚의 폭을 갖는다. 또한, 상기 태양에 따르면, 약 10 내지 약 1000 ㎚의 폭을 갖는 제 1 유형의 선은 기재상에 정렬된 DNA를 변성시킬 수 있는 용액을 보유하는 경향이 있다.
하나의 유형의 선들은 모두 변성 용액을 보유하는 경향이 있는 반면, 다른 유형의 선들은 모두 변성 용액을 보유하지 않는 경향이 있을 수 있다. 또한, 하나의 습윤성 유형을 갖는 선들은 모두 하나의 폭을 가지며 다른 습윤성 유형을 갖는 선들은 모두 또다른 폭을 가질 수 있다. 2개의 폭은 같거나 같지 않을 수 있다. 예를 들면, 하나의 습윤 유형을 갖는 선들은 모두 다른 유형의 선들보다 좁은 폭을 가질 수 있으므로, 하나의 유형의 선들은 모두 다른 유형의 선들보다 넓다. 또는, 두가지 유형의 선들 모두 동일한 폭을 가질 수 있다.
기재상에 상이한 습윤성을 갖는 영역들을 제공하는 것보다, 기재는 변성 용액을 보유하기 위한 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다. 기재는 다수의 채널을 포함할 수 있다. 채널의 크기는 변성시키고자 하는, 채널상에 정렬된 DNA 분자의 영역의 크기에 따라 달라질 수 있다. 또한, 채널의 수는 하나 이상의 변성 부분을 포함하는 DNA 분자의 길이에 따라 달라질 수 있다.
또다른 태양에 따르면, 하나 이상의 부분은 용액을 보유하기 위한 하나 이상의 채널을 포함한다. 용액은, DNA의 하나 이상의 부분이 기재상에 정렬될 때 변성되도록 용액이 존재하는 기재의 하나 이상의 부분에 적어도 정렬되도록 기재상에 침착될 수 있다.
한 태양에 따르면, 기재 중의 각 채널은 약 10 내지 약 500 ㎚의 깊이를 갖는다. 상기 깊이는 기재의 표면에 대해 채널의 가장 깊은 부분의 깊이로서 측정할 수 있다. 기재가 다수의 채널을 포함하는 경우, 각각의 채널은 실질적으로 동일한 깊이를 가질 수 있다. 또는, 채널은 상이한 깊이를 가질 수도 있다.
기재에 제공된 하나 이상의 채널은 또한 약 10 내지 약 10,000 ㎚의 폭을 갖는다. 기재가 다수의 채널을 포함하는 경우, 각각의 채널은 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 또는, 채널은 상이한 폭을 가질 수도 있다.
채널의 폭은 채널 개구부의 폭으로 지칭될 수도 있다. 채널 개구부의 폭은 기재의 표면으로부터 측정될 수 있는데, 기재 표면에서 채널은 채널의 폭 이상의 채널 개구부의 한 부분으로부터 먼저 시작된다. 채널의 최소 폭은 약 10 내지 약 10,000 ㎚일 수 있다.
채널의 폭 또는 채널 개구부의 폭, 또는, 채널을 포함하지 않는 태양에서 변성 용액을 보유하는 경향이 있는 습윤성을 갖는 기재의 일부분의 폭은, 용액이 하나 이상의 DNA 분자를 선택된 양으로 변성시키도록 위치한 기재의 일부분상에 정렬된 하나 이상의 DNA 분자와 용액 사이에서 선택된 양의 접촉을 야기하기에 충분한 양의 용액을 수용하도록, 채널의 경우 충분한 깊이 및 폭을 가지거나 다양한 습윤성을 갖는 표면의 경우 충분한 폭을 가질 수 있다. 또한, 채널 또는 영역들의 폭 및/또는 깊이는 특정량의 DNA 분자를 변성시키기에 바람직한 양의 변성 용액을 보유하기에 충분할 수 있다.
채널은 약 10 내지 약 1000 ㎚의 거리만큼 서로로부터 이격될 수 있다. 이러한 간격은 한 채널의 개구부 가장자리로부터 인접한 채널의 개구부의 인접한 가장자리까지로 측정될 수 있다. 또는, 상기 간격은 한 채널의 중심선으로부터 인접한 채널의 중심선까지로 측정될 수 있다.
변성 용액을 보유하는 경향이 있는 습윤성을 갖는 기재의 채널 또는 영역은 기재의 영역들만큼 이격될 수 있다. 이격되어 있는 영역들은 그들을 접촉하는 DNA 분자들을 보유하는 경향이 있도록 만드는 특성을 가질 수 있다. 상기 선들을 따라서, 이격되어 있는 영역들은 기재상에 정렬된 DNA 분자의 선택된 정도의 보유를 야기하기에 충분한 폭을 가질 수 있다. 변성시킬 수 있는 채널 위의 염기 쌍의 수는 약 40 내지 약 40,000의 범위일 수 있다. 상기 염기 쌍의 수는 약 10 내지 약 10,000 ㎚의 폭에 상응한다.
기재에 채널을 제공한 후에, 용액을 하나 이상의 채널을 포함하는 기재의 적어도 일부분상에 침착시킬 수 있다. 용액은 전술한 변성 용액을 포함한다.
용액은 전체 기재 위에 침착되거나 또는 단지 기재의 일부분 위에만 침착될 수 있다. 변성 용액은 수용액일 수 있다. 용액은 큰 유전 상수를 가질 수 있다. 또는, 용액은 하나 이상의 염을 포함할 수 있다. 염의 예로는 NaCl, NaOH, 포름아미드 및 우레아가 포함된다. 용액은 하나 이상의 극성 용매를 포함할 수 있다. 극성 용매의 한 예는 물이다.
기재가 용액을 보유하는 경향이 없는 영역들을 포함하는 경우, 이들은 용액을 반발시키는 경향이 있거나 또는 단지 용액을 보유하지 않는 경향이 있을 수 있다. 기재의 부분들이 용액을 보유하지 않거나 또는 용액을 반발시키는 경향을 갖는 경우, 이들은 기재의 상기 부분 위에 정렬된 DNA 분자의 적어도 일부분을 보유하는 경향이 있을 수 있다. 이와 같은 채널들 사이의 표면은 탈습 표면으로 간주될 수 있다. DNA는 전형적으로 채널들 사이의 기재 표면과 물리적으로 접촉하고 반 데르 발스(van der Waals) 힘에 의해 상기 표면과 상호작용한다. DNA를 보유하는 경향이 있는 이들 영역은 단지 약간만 친수성일 수 있다.
기재상에 변성 용액을 침착시킨 후, 기재가 채널을 포함하든지 또는 상이한 습윤성을 갖는 영역들을 포함하든지, 임의의 과량의 용액을 제거할 수 있다. 용액을 제거할 필요가 있을 지 없을 지의 여부는 용액이 목적한 습윤 특성을 갖는 채널 및/또는 영역의 목적한 부분에 실질적으로 한정되도록 적절한 양의 용액이 침착되는지에 따라 달라진다. 전형적으로, 용액이 기재상에 침착되는 것을 제어하여 기재 및 용액상에 침착된 DNA가 변성되는지를 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
기재의 선택된 대역에 변성 용액이 침착된 후, 하나 이상의 DNA 분자를 기재상에 정렬시킬 수 있다. 전형적으로, 하나 이상의 DNA 분자는 변성 용액이 침착된 다수의 대역 뿐 아니라 변성 용액이 침착되지 않은 다수의 대역과 접촉하도록 기재상에 정렬된다.
또한, 다수의 DNA 분자를 기재상에 정렬시킬 수 있다. 예를 들면, 약 2 내지 약 10,000개의 DNA 분자를 기재상에 정렬시킬 수 있다. DNA 분자를 기재상에 정렬시키기 위해, 먼저 DNA 함유 용액을 기재상에 침착시킬 수 있다. 바람직하게는, DNA가 채널 내부로 완전히 떨어지지 않도록 DNA 분자의 크기는 채널의 폭보다 커야 한다.
그런 다음, H2O와 같은 용매를 증발시킬 수 있다. 이어서, 변성 유체를 기재의 한쪽 말단으로부터 채널내에 주입한다. 상기 변성 유체는 표면 장력에 의해 채널내로 흡상된다.
침착 후에, DNA 분자는 전형적으로 원하는 양의 DNA 분자의 변성이 일어나도록 하기에 충분한 시간동안 기재상에 놓아 둔다. 예를 들면, 전형적으로, 용액을 주입한 후, DNA 분자를 약 1 내지 약 60 분 동안 변성시킬 수 있다.
원하는 양의 DNA 분자의 변성이 일어나기에 충분한 시간이 경과한 후, 삽입 화합물을 기재 및 기재상에 정렬된 DNA상에 침착시킬 수 있다. 삽입 화합물은 실질적으로 전술한 바와 같을 수 있다. 삽입 화합물을 변성 용액내에 혼입시킴으로써 기재상의 변성된 DNA에 삽입 화합물을 적용할 수 있다.
변성 후에, 삽입 화합물을 이어서 DNA 분자의 변성 부분 또는 부분들에 부착시킬 수 있다. 기재상에 침착된 DNA 분자의 서열 및 삽입 화합물의 구성을 알아냄으로써, 삽입 화합물이 DNA 분자에 부착될 위치를 제어할 수 있다. 다른 한편으로, DNA의 서열이 알려져 있지 않은 경우, 삽입 화합물을 미지의 위치에 부착시켜 서열을 전술한 바와 같이 결정할 수 있다.
삽입 화합물(들)이 기재상에 정렬된 DNA 분자(들)에 결합되기에 충분한 시간이 경과한 후, 과량의 삽입 화합물(들)을 DNA 분자(들) 부근으로부터 제거할 수 있다. 과량의 삽입 화합물은 DNA 분자의 변성 부분에 부착되지 않은 임의의 삽입 화합물일 수 있다. 예를 들어, 과량의 삽입 화합물(들)은 간단히 세척하여 제거할 수 있다.
하나 이상의 삽입 화합물이 하나 이상의 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분에 부착된 후, DNA 분자(들)상의 삽입 화합물(들)의 위치(들)를 탐지할 수 있다. 삽입 화합물이 형광 염료와 같은 발광성 염료를 포함하는 경우, DNA 분자 및 부착된 삽입 화합물은 염료가 형광을 발하도록 하는 파장의 광선으로 조사될 수 있다. 이렇게 DNA의 위치를 탐지할 수 있다.
또한, 하나 이상의 변성 구역을 포함하는 DNA 분자의 부분은 '기록가능한 단편'으로 고려할 수 있다. DNA 분자가 기재상에 정렬되는 경우, 기재에 정렬된 DNA 분자의 부분은 '기록가능한 단편'으로 고려할 수 있다. 상기 분석에 따라서, 삽입 화합물이 DNA 분자의 변성 부분에 부착되는 위치는 일(1)의 값으로 지정할 수 있다. 마찬가지로, DNA의 변성 부분이 삽입 화합물을 포함하지 않는 경우, DNA의 상기 위치는 영(0)의 값으로 지정할 수 있다.
변성된 DNA 분자의 부분은 DNA 분자의 상이한 채널에 상이한 용액을 사용하여 1 및 0의 값으로 국소적으로 "기록"될 수 있다. 따라서, DNA 가닥은 1 및 0 에 의해 변형될 수 있다. 이것은 필수적으로 광학 탐지기와 같은 광학적 방법 및 장치를 이용하여 판독될 수 있는 분자 막대 암호를 생성시킨다.
한 태양에 따라서, 영역이 변성 용액을 보유하는 경향을 갖도록 습윤성을 갖는 기재의 각 채널 또는 영역은 약 100 ㎚의 폭을 갖는다. 상기 태양에 따르면, 변성 용액 보유 습윤성을 갖는 채널 또는 영역은 약 1000 ㎚ 만큼 이격된다. 또한, 채널 또는 특정 영역을 포함하는 기재의 부분은 약 10 ㎜의 폭을 갖는다. 10 ㎜ 길이 이상의 DNA 가닥이 기재상에 정렬되는 경우, DNA 가닥의 약 10,000개의 변성 부분이 기재의 전술한 파라미터를 제공하도록 '기록'될 수 있다. 10,000개의 기록가능한 단편을 가지면 210000의 검증을 유도할 수 있다.
DNA의 변성은 또한 DNA가 변성되는 것이 바람직한 위치에서 DNA를 가열함으로써 수행되거나 촉진될 수 있다. DNA를 기재상에 정렬시키는 경우, 가열은 기재에 가열가능한 부분들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 가열가능한 부분은 특정 습윤성을 갖는 채널 및/또는 영역의 자리 또는 그 이외의 자리의 기재에 제공될 수 있다. 또한, 가열가능한 부분이 반드시 기재 중에 및/또는 기재상에 제공될 필요는 없다.
한 태양에 따르면, 기재의 가열가능한 부분은 기재 중에 및/또는 기재상에 정렬된 금속에 의해 제공된다. 금속은, 스토브의 저항성 가열 요소가 그에 전류를 통과시켜 가열되는 것처럼 금속에 전류를 통과시킴으로써 가열될 수 있다.
전류는 연속적으로 및/또는 주기적으로 제공될 수 있다. 한 예에 따르면, 전류는 펄스화된다. 펄스화는 규칙적으로 또는 불규칙적으로 시간을 조절할 수 있다. 전류는 연속 전류 및 펄스 전류의 조합일 수 있다. 상기 전선을 포함하는 구조는 하기에 보다 상세히 기술한다. 국부적 온도는 약 70 내지 약 110 ℃의 범위일 수 있다. 승온은 펄스로 또는 연속적으로 적용할 수 있다. 온도가 펄스로 적용되는 경우, 승온이 적용되는 펄스 시간은 약 100 ns 이상일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 DNA를 기재상에 정렬시킬 수 있다. 전형적으로, 기재는 부드러운 상부 표면을 갖는다. 기재는 상이한 습윤성을 갖는 다수의 채널 또는 영역들을 포함할 수 있다. 채널 또는 영역은 선으로 제공될 수 있다. 선들은 폭 l1을 가질 수 있다. 기재의 영역 또는 '구획'은 채널 또는 영역들의 사이에 제공될 수 있다. '구획'은 폭 l2를 가질 수 있다. 따라서, 선 또는 영역들 사이의 피치(pitch)는 l1+ l2로서 기술될 수 있다. 기재가 채널을 포함하는 경우, 채널은 깊이 d를 가질 수 있다.
변성 용액이 물 또는 수용액인 경우, 채널 또는 영역은 약 10 내지 약 1000 ㎚의 폭을 가질 수 있으며 l2가 약 10 내지 약 10,000 ㎚가 되도록 '구획'만큼 이격될 수 있다. 채널의 깊이는 약 10 내지 약 500 ㎚이다.
본 발명에 따른 기재는 여러 방법에 따라 제조될 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 방법의 한 태양 전체에 걸쳐 여러 단계에서의 기재의 한 태양을 예시하고 있다. 도 1에 예시된 방법의 태양에 따라서, 기재(19)가 제공된다. 기재는 반도체 물질일 수 있다. 예를 들면, 기재는 실리콘일 수 있다.
기재(19)의 표면(20)은 그것을 단지 부분적으로 친수성으로 만드는 물질로 처리될 수 있다. 예를 들어, 접촉 각도는 약 10° 내지 약 40°일 수 있다. 한 예에 따르면, 표면을 약한 HF로 처리하여 친수성으로 만들 수 있다. "약한" HF는 약 100 부의 H2O 중에 약 1 부의 HF를 함유할 수 있다.
다른 처리 방법을 이용하여 기재의 표면을 친수성으로 만들 수도 있다. 예를 들면, 표면을 알칼리 용액으로 처리할 수 있다. 사용될 수 있는 알칼리 용액의 예로는 NH4OH 및 NaOH의 용액이 포함된다.
기재(19)의 표면(20)을 처리하여 그것을 단지 부분적으로 친수성으로 만든 후에, 하나 이상의 감광성내식막(photoresist)(21)의 새로운 층을 부분적으로 친수성이 된 기재의 표면상에 침착시킬 수 있다. 이 경우 임의의 감광성내식막 물질을 사용할 수 있다. 많은 감광성내식막을 사용할 수 있으나, 한 태양에 따라서 감광성내식막은 높은 실리콘 함량을 가져 이후의 단계에서 플라스마 공정 동안 에칭 스톱(etch stop)으로 작용할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 임의의 표준 감광성내식막도 사용할 수 있다. 예를 들면, 자외선(UV) 내지 강한 UV 광선(λ= 약 190 내지 약 410 ㎚)에 의해 영상화될 수 있는 임의의 감광성내식막을 사용할 수 있다. 또한, 전자 빔에 의해 영상화가능한 내식막도 사용할 수 있다. 그러한 내식막 중 하나가 PMMA이다.
감광성내식막(21) 층을 침착시킨 후, 감광성내식막(들)을 이들이 민감하게 반응하는 파장의 방사선에 선택적으로 노출시킬 수 있다. 한 태양에 따르면, 감광성내식막을 기재에 형성될 채널의 패턴에 상응하는 패턴으로 노출시킨다. 즉, 감광성내식막은 기재에 형성시키고자 하는 선의 폭 및 선의 피치에 상응하는 영상을 형성하도록 노출시킬 수 있다. 노출 후에, 감광성내식막을 현상시켜 도 1의 (b)에 예시된 구조를 형성하도록 감광성내식막의 부분들을 선택적으로 제거할 수 있다. 도 1의 (b)에 예시되어 있듯이, 상기 구조는 감광성내식막이 제거된 다수의 영역(25) 및 감광성내식막이 남아 있는 다수의 영역(23)을 포함한다.
감광성내식막을 노출시키고 현상시킨 후, 기재(19)를 추가로 처리하여 기재 중에 채널을 형성할 수 있다. 채널은 다양한 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 반응성 이온 에칭(reaction ion etch, RIE)을 이용하여 감광성내식막의 제거에 의해 노출된 영역(25)에서 기재(19)를 에칭할 수 있다. 즉, 남아 있는 감광성내식막은 기재(19)의 부분들의 제거에 대해 마스크로서 작용한다.
기재(19)의 에칭은 비등방성일 수 있다. 비등방성 에칭은 우수한 트렌치 선명도를 가져올 수 있다. 에칭은 Cl2, 저압 플라스마를 사용하여 수행할 수 있다. 다른 에칭 처리도 또한 이용할 수 있다. 예를 들면, NF3및 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 플라스마를 사용할 수 있다. 플라스마에 사용되는 탄화수소는 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 임의의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 포함할 수 있다. 또는, 에칭은 약 -100 ℃에서 SF6플라스마를 사용함을 포함할 수 있다. 또한, 에칭은 10% H2/CF4반응성 이온 에칭을 포함할 수 있다.
에칭은 원하는 양의 기재(19)가 제거되어 원하는 깊이를 갖는 채널이 형성될 때까지 수행할 수 있다. 깊이는 전술한 바와 같을 수 있다. 당해 분야의 숙련자라면 선택된 깊이의 트렌치가 형성되기 위해 얼마나 오랫동안 에칭을 수행해야 하는 지를 인지할 것이다.
채널(27)은 모두 평행하도록 기재에 제공될 수 있다. 또는, 채널은 평행하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 기재는 나머지에 수직인 채널 일부를 포함할 수 있다.
트렌치를 형성한 후, 트렌치(27)의 기재 표면을 하나 이상의 물질에 노출시켜 트렌치내의 기재 표면을 친수성으로 만들 수 있다. 트렌치내의 기재 표면을 감광성내식막에 의해 덮여 있는 기재 표면 보다 더 친수성이 되도록 처리할 수 있다. 예를 들면, H2O에 대한 접촉 각도가 약 15° 미만이 되도록 기재를 처리할 수 있다.
한 예에 따르면, 트렌치내의 노출된 기재를 수(水) 플라스마에 적용시켜 표면을 친수성으로 만들 수 있다. 일반적으로 표면에서 -OH 그룹을 형성하는 임의의 플라스마를 사용할 수 있다.
트렌치내의 기재 표면을 친수성으로 만든 후, 남은 감광성내식막 부분(23)을 기재(19)로부터 제거할 수 있다. 남은 감광성내식막은 임의의 적당한 공지된 방법을 사용하여 제거할 수 있다. 생성된 구조물은 도 1의 (d)에 예시되어 있다. 이 구조물은 트렌치(27) 및 구획(29)을 포함한다. 상기 처리에서 기술한 바와 같이, 구획(29)은 친수성이 미소할 수 있고 트렌치(27)는 친수성이 강할 수 있다.
도 2는 그 위에서 하나 이상의 DNA 분자가 변성될 기재를 제조하기 위한 본 발명에 따른 공정의 또다른 태양 중 여러 단계의 기재를 나타낸 것이다. 도 2에 예시된 방법에 따르면, 기재(31)가 제공된다. 기재는 반도체 물질일 수 있다. 예를 들면, 기재는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 실리콘 웨이퍼는 <100>, n-도핑 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 기재는 약 2 내지 약 5 Ω㎝의 저항을 가질 수 있다.
다음으로, 유전 물질의 층(33)을 기재(31)의 표면상에 침착시킬 수 있다. 임의의 적합한 유전 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 유전 물질 층은 산화물 또는 질화물일 수 있다. 산화물 및 질화물의 예로는 Si3N4또는 SiO2가 포함된다. 유전 물질 이외의 다른 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 금속을사용할 수 있다. 그러나, 금속은 선택적으로 에칭될 수 없다.
유전 물질 층을 침착시킨 후, 감광성내식막 층(35)을 유전 물질 층(33) 위에 침착시킬 수 있다. 임의의 적합한 감광성내식막 물질을 사용할 수 있다. 한 태양에 따르면, 감광성내식막은 높은 실리콘 함량을 가져 이후의 단계에서 플라스마 공정 도중 에칭 스톱으로 작용할 수 있는 것이 바람직하다.
그러나, 임의의 표준 감광성내식막을 사용할 수도 있다. 예를 들면, UV 내지 강한 UV 광선(λ= 약 190 내지 약 410 ㎚)에 의해 영상화될 수 있는 임의의 감광성내식막을 사용할 수 있다. 또한, 전자 빔에 의해 영상화가능한 내식막을 사용할 수 있다. 그러한 내식막의 하나가 PMMA이다.
감광성내식막은 임의의 공지된 방법으로 적용할 수 있다. 예를 들면, 감광성내식막을 유전 물질 층(33)상에 스핀 캐스트할 수 있다.
감광성내식막 층을 침착시킨 후, 감광성내식막 층을 도 1에 대해 전술한 공정과 유사하게 노출시키고 현상시킬 수 있다. 현상의 결과로서 감광성내식막의 선택적 제거는 도 1의 (b)에 도시된 구조물과 유사하게 도 2의 (b)에 예시된 바와 같은 구조물을 생성한다. 따라서, 도 2의 (b)에 예시된 구조물은 기재(31), 유전 물질 층(33), 및 개구부(37)와 기재가 남아 있는 영역(39)을 포함하도록 패턴화된 감광성내식막 층을 포함한다.
상기 도 1에 도시된 공정과 유사하게 감광성내식막을 마스크로서 사용하여, 유전 물질 층(33)을 에칭할 수 있다. 유전 물질 층의 에칭은 임의의 적당한 공정 및/또는 물질을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 습식 에칭 화학을 이용하여 유전 물질을 에칭할 수 있다. 한 예에 따르면, HF를 사용하여 유전 물질 층을 에칭할 수 있다. 또는, 반응성 이온 에칭을 이용할 수도 있다. 반응성 이온 에칭은 플라스마를 사용할 수 있다.
유전 물질 층(33)의 에칭은 그 안의 개구부(41) 및 개구부에 인접한 남아 있는 영역(43)을 형성시킨다. 유전 물질 층을 에칭한 후, 남은 감광성내식막 영역(39)을 제거할 수 있다. 남아 있는 감광성내식막 영역(39)의 스트리핑(stripping) 또는 제거는 임의의 적당한 공지된 공정에 따라 수행할 수 있다. 도 2의 (c)는 남은 감광성내식막의 제거 후의 구조물을 예시한 것이다.
남아 있는 감광성내식막 제거 후, 기재(31)를 에칭할 수 있다. 에칭을 수행하여 기재에 채널을 형성시킨다. 도 2의 (d)에 예시된 태양에 있어서, 채널은 그들이 유전 물질(43)의 밑을 도려내도록 에칭된다. 그러나, 채널이 반드시 유전 물질(43)의 밑을 도려낼 필요는 없다.
기재(31)의 에칭은 임의의 공지된 에칭 공정에 따라 수행할 수 있다. 예를 들면, 기재(31)를 등방성으로 에칭할 수 있다. 에칭은 플라스마, 예를 들면, CF4플라스마, 3:1 SF6/O6RIE 플라스마 또는 Cl2/CClF3(CClF350%) 플라스마를 사용하여 수행할 수 있다.
기재(31)에 채널(45)을 형성시킨 후, 채널내의 기재 표면을 친수성으로 만드는 물질에 노출시킬 수 있다. 채널내의 기재 표면이 노출되는 물질은 황산 및/또는 과산화수소를 포함할 수 있다. 이들 물질은 표면을 강한 친수성으로 만들 수 있다. 채널의 표면을 친수성으로 만드는 것은 채널을 이러한 용액에 단지 침지시킴으로써 수행할 수 있다.
채널의 표면이 친수성일 수 있는 반면, 기재(31)의 표면에 남아 있는 유전 물질(43)의 표면은 덜 친수성일 수 있다. 사실상, 유전 물질의 표면은 약간만 친수성일 수 있다. 생성된 구조물은 도 2의 (d)에 예시된 바와 같다.도 2의 (d)에 예시된 구조물은 추가로 가공되어 채널 위에 정렬된 DNA를 가열하기 위한 구조물을 제공할 수 있다. 도 3은 그 위에 정렬된 DNA 분자의 온도를 상승시키기 위한 수단을 기재에 제공하기 위한 본 발명에 따른 공정의 여러 단계에서 본 발명에 따른 기재의 한 태양을 예시한 것이다.
도 3의 (a)에 예시된 구조는 도 2의 (d)에 예시된 구조에 상응한다. 하나 이상의 금속 및/또는 합금을 도 3의 (a)의 구조물상에 침착시킬 수 있다. 금속은 하나 이상의 귀금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금을 도 3의 (a)에 예시된 구조물상에 침착시킬 수 있다. 금 또는 기타 금속은 임의의 공지된 공정에 의해 침착시킬 수 있다. 예를 들면, 표준 스퍼터링(sputtering) 공정을 사용할 수 있다.
도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 예시된 구조물상에 금속이 침착된 구조물을 예시하고 있다. 도 3의 (b)에 예시된 구조물은 채널(45)내에 침착된 금속(47) 및 유전 물질 부분(43)상에 침착된 금속(49)을 포함한다. 채널(45)에 침착된 금속(47)은 도 3의 (b)에 예시된 바와 같이 원추형 횡단면을 가질 수 있다. 금속은 유전 물질 부분(43) 표면의 적어도 일부분 및 채널(45) 표면의 적어도 일부분상에 침착될 수 있다. 원추형 횡단면은 금속이 채널의 개구부를 통과할 때 단순한 그림자 효과에 의해 형성될 수 있다.
채널 및/또는 유전 물질 영역(43)의 표면의 적어도 일부분상에 하나 이상의 금속을 침착시킨 후, 금속의 선택된 부분들을 제거할 수 있다. 한 태양에 따르면, 유전 물질(43)상의 금속(49) 모두를 제거할 수 있다. 채널(45)내의 금속(47)의 적어도 일부분도 또한 동시에 제거되거나 제거되지 않을 수 있다.
금속의 제거는 임의의 공지된 공정에 따라 수행할 수 있다. 본 발명의 한 태양에 따르면, 기재 및 그 위에 침착된 금속을 하나 이상의 액체 금속에 노출시켜 금속을 제거한다. 액체 금속은 높은 표면 에너지를 가지므로 채널로 들어가지 않고 채널내의 금속을 제거하는 경향을 가질 수 있다. 액체 금속은 수은 및/또는 갈륨일 수 있다. 금속의 선택적인 제거 후, 도 3의 (c)에 예시된 구조물이 생성된다.
도 3의 (c)에 예시된 구조물을 이용하여 기재상에 정렬된 DNA 분자에 열을 적용하여 침착된 금속 부근의 DNA를 변성시킬 수 있다. 전류를 채널(45)내의 금속(47)에 통과시켜 금속 부근의 DNA를 변성시킬 수 있다. 가열은 변성 용액의 사용에 추가하고/하거나 변성 용액을 사용하는 대신 수행될 수 있다.
변성 용액이 채널내에 침착되어 있는 기재에 채널을 제공하기보다는, 본 발명은 기재를 통해 완벽하게 형성된 슬릿을 포함하는 격자를 포함하는 기재를 포함할 수 있다. 격자를 포함하는 기재가 변성 용액 저장기 위로 정렬되고, 그다음 DNA가 이러한 기재상에 정렬될 수 있다.
도 4는 기재에 격자를 형성시키기 위해 사용될 수 있는 공정의 한 태양의 여러 단계에서의 기재의 한 태양을 예시한 것이다. 이 공정에 따르면, 다층 기재가 제공될 수 있다. 기재는 반도체 물질의 코어(51)를 포함할 수 있다. 반도체 물질은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 한 예에 따르면, 실리콘 웨이퍼는 <100> 실리콘 웨이퍼이다.
하나 이상의 유전 물질 층을 코어(51)의 상부 표면 및 하부 표면상에 제공할 수 있다. 이때, 유전 물질 층 (53) 및 (55)는 동일한 유전 물질일 수 있다. 또는, 유전 물질 층 (53) 및 (55)는 다를 수 있다. 코어(51)의 상부 및 하부 표면에 상이한 유전 물질을 제공함으로써, 유전 물질 층을 차별적으로 처리할 수 있다. 한 태양에 따르면, 유전 물질 층 (53) 및 (55)는 질화물 및/또는 산화물을 포함할 수 있다. 산화물 및/또는 질화물은 하부의 반도체 코어를 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, 유전 물질은 SiO2및/또는 Si3N4를 포함할 수 있다.
다층 기재는 또한 각각의 유전 물질 층에 침착된 하나 이상의 감광성내식막 층을 포함할 수 있다. 도 4의 (a)에 예시된 구조물은 유전 물질 층 (53) 및 (55)상에 침착된 감광성내식막 층 (57) 및 (59)를 포함한다. 유전 물질에서와 같이, 동일한 감광성내식막을 유전 물질상에 침착시킬 수 있다. 또는, 각각의 감광성내식막 층은 상이한 조성을 포함할 수 있다.
임의의 적당한 감광성내식막을 사용할 수 있다. 한 태양에 따르면, 감광성내식막은 높은 실리콘 함량을 가져 이후의 단계에서 플라스마 공정 중 에칭 스톱으로 작용할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 임의의 표준 감광성내식막도 사용할 수 있다. 예를 들면, UV 내지 강한 UV 광선(λ= 약 190 내지 약 410 ㎚)에 의해 영상화될 수 있는 임의의 감광성내식막을 사용할 수 있다. 또한, 전자 빔에 의해 영상화가능한 내식막을 사용할 수 있다. 이러한 내식막의 하나가 PMMA이다.
또한, 적당한 표준 유전 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 유전 물질 층은 산화물 또는 질화물일 수 있다. 산화물 및 질화물의 예로는 Si3N4또는 SiO2가 포함된다. 유전 물질 이외의 다른 물질도 사용할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 금속을 사용할 수 있다. 그러나 금속은 선택적으로 에칭될 수 없다.
도 4의 (a)는 본 발명에 따른 다층 기재의 한 태양을 예시하고 있다. 도 4의 (a)에 예시된 다층 기재를 제공한 후, 감광성내식막 층 (57) 및 (59)를 이들이 민감하게 반응하는 파장의 방사선에 선택적으로 노출시킬 수 있다. 전형적으로, 현상될 때 현상에 의해 제거되는 감광성내식막(들) 부분이 DNA가 정렬될 격자를 형성하는 슬릿의 폭 및 피치에 상응하는 패턴을 형성하도록 하는 패턴으로 감광성내식막 층들 중 하나가 노출된다. 또한, 전형적으로, 다른 감광성내식막 층은, 격자가 그 위에 배치되는 용액 저장기로부터 용액이 들어갈 수 있는 에칭될 개구부에 상응하는 개구부를 하부의 유전 물질 및/또는 코어에 형성시키도록 노출시킨다.
노출 후에, 감광성내식막 층을 현상할 수 있다. 도 4의 (b)는 감광성내식막이 현상된 본 발명에 따른 구조물의 한 태양을 예시한 것이다. 감광성내식막의 현상은 개구부 (61) 및 (65)와 남은 부분 (63) 및 (67)을 제공할 수 있다. 도 4의 (b)에 예시된 태양에서 개구부(65)는 DNA가 그 위에 정렬되는 격자를 형성할 슬릿을 나타낸다.
감광성내식막을 현상한 후, 남은 감광성내식막을 마스크로 사용하여 하부의 유전 물질 층을 에칭할 수 있다. 유전 물질은 임의의 적용가능한 공정을 사용하여에칭할 수 있다. 예를 들면, 유전 물질 층이 SiO2인 경우, 반응성 이온 에칭을 이용할 수 있다. 반응성 이온 에칭은 C2F6/CHF3및 SF6/O2를 포함하는 플라스마를 사용하여 수행할 수 있다. 상이한 유전 물질을 에칭하기 위해 다른 공정 및/또는 공정 파라미터들을 또한 사용할 수 있다. 예를 들면, 유전 물질이 Si3N4인 경우, CF4/O2를 포함하는 반응성 이온 에칭 플라스마를 사용할 수 있다.
유전 물질 층을 에칭한 후, 모든 유전 물질을 감광성내식막의 개구부 (61) 및 (65)에 의해 한정된 공간으로부터 확실히 제거하기 위해, 코어(51)의 표면을 세정하여 임의의 유전 물질 잔류물을 확실히 제거할 수 있다. 예를 들면, 임의의 적당한 세정 방법 및 물질을 이용할 수 있다. 한 예에 따르면, HF를 이용하여 유전 물질 잔류물을 확실히 제거한다.
임의의 유전 물질 잔류물의 제거 후, 임의의 남아 있는 감광성내식막 부분 (63) 및 (67)을 다층 기재로부터 제거할 수 있다. 도 4의 (c)는 생성된 구조물을 예시하고 있다. 도 4의 (c)에 예시된 태양에서 볼 수 있듯이, 개구부 (69) 및 (71)은 유전 물질 층(53) 및 (55)에서 형성되었다. 유전 물질 층의 부분 (73) 및 (75)는 또한 다층 기재의 코어(51)상에 남을 수 있다.
남아 있는 감광성내식막을 제거한 후, 남은 유전 물질 부분을 마스크로 사용하여 다층 구조물의 코어(51)를 에칭할 수 있다. 먼저, 코어 구조의 한쪽 측면을 에칭할 수 있다. 코어(51)의 제 1 에칭은 KOH 용액 중에서 비등방성으로 에칭할 수 있다.
도 4의 (d)는 생성된 구조물을 예시하고 있다. 도 4의 (d)에 예시된 구조물은 코어(51)에서 에칭된 거대한 개구부(77)를 포함한다. 상기 개구부(77)는 변성 유체 저장기에 인접하여 위치할 개구부이다. 표면 (76) 및 (78)은 (111) 실리콘일 수 있다.
초기에, 코어(51)의 상부 표면은 (100) 평면일 수 있다. 에칭 도중, (100) 평면은 (111) 평면보다 더 빠르게 에칭된다. 그 결과, 표면(80)이 (100)이고 측벽 (76) 및 (78)이 (111)인 트렌치(77)를 수득할 수 있다.
코어 층(51)의 한쪽 측면을 에칭한 후, 반대쪽 측면을 에칭할 수 있다. 이 에칭은 기재를 에칭하여 기재에 채널을 형성시킨 도 1 및 도 2에 예시된 공정에 대해 전술한 바와 같이 수행할 수 있다.
코어 중의 슬릿(79) 및 층(51)을 에칭한 후, 남아 있는 유전 물질 층 부분(75)을 제거할 수 있다. 임의의 적당한 방법 및/또는 물질을 사용하여 코어(51) 위에 남아 있는 유전 물질 층 부분(75)을 제거할 수 있다. 예를 들어, 유전 물질이 Si3N4와 같은 질화물인 경우, 인산을 사용하여 유전 물질의 남은 부분을 제거할 수 있다. 인산을 사용하여 유전 물질(75)을 제거하는 경우, 약 180 ℃에서 85% 인산 용액을 사용할 수 있다. 또는, 반응성 이온 에칭을 이용하여 유전 물질 층 부분(75)을 제거할 수도 있다. 한 태양에 따르면, CF4/O2를 사용할 수 있다.
도 4의 (e)는 유전 물질 층 부분(75)의 제거에 의해 생성된 구조물을 예시한것이다.
도 4의 (e)에 예시된 바와 같은 구조물을 형성시킨 후, 구조물을 변성 용액을 채운 저장기에 인접하여 정렬시킬 수 있다. 이어서, DNA를 구조물상에 정렬시킬 수 있다.
도 6은 도 4의 (e)에 도시된 기재 및 상기 기재에 부착된 유체 저장기(82)를 예시한 것이다. 저장기는 임의의 적당한 물질로 될 수 있다. 예를 들면, 저장기는 유리, 세라믹 또는 실리콘일 수 있다.
기재 및 저장기가 서로에 대해 위치를 이동시키는 것을 방지하기 위해, 저장기를 기재에 고정시킬 수 있다. 임의의 적당한 수단을 이용하여 저장기를 기재에 고정시킬 수 있다. 예를 들면, 클램프(84)를 사용하여 기재와 저장기를 서로에게 고정시킬 수 있다. 기재와 저장기를 서로에 인접하게 정렬시킨 후, 변성 유체(86)를 저장기와 기재에 의해 한정된 공간에 공급할 수 있다.
본 발명의 전술한 설명은 본 발명을 예시하고 설명한다. 또한, 개시 내용은 본 발명의 바람직한 태양만을 나타내고 기술하고 있으나, 전술한 바와 같이, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변형 및 환경에서 사용될 수 있으며, 본원에 나타낸 바와 같은 본 발명의 요지, 상기 교시에 상응하는 바 및/또는 관련 분야의 기술 또는 지식의 범주내에서 변화 또는 변형될 수 있음을 주지해야 한다. 또한, 본원에서 전술한 태양은 본 발명을 실시하는 가장 우수한 방식을 설명하고, 당해 분야의 숙련자들이 상기 태양 또는 다른 태양에서 그리고 본 발명의 특별한 적용 또는 이용에 필요한 다양한 변형하에 본 발명을 이용할 수 있게 하기 위한 것이다. 따라서, 본발명의 설명은 본 발명을 본원에 개시된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 또한, 첨부된 특허청구의 범위는 대체 태양을 포함하는 것으로 간주하고자 한다.
본 발명에 의해, 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자를 제공하고, 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자의 적어도 일부분을 변성시킨 다음, 하나 이상의 화학 잔기가 부착되는 하나 이상의 변성 부분의 재결정화를 방해하는 하나 이상의 화학 잔기를 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분에 있는 하나 이상의 뉴클레오티드에 부착시킴으로써 생물학적 화학적 태그를 제조할 수 있고, 이 태그를 사용하여 하나 이상의 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분의 위치를 탐지할 수 있다.

Claims (159)

  1. ① 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자를 제공하는 단계,
    ② 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자의 적어도 일부분을 변성시키는 단계, 및
    ③ 하나 이상의 이중 가닥 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분 중의 하나 이상의 뉴클레오티드에, 하나 이상의 화학 잔기가 부착되는 하나 이상의 변성 부분의 재결정화를 방해하는 하나 이상의 화학 잔기를 부착하는 단계
    를 포함하는, 생물학적 화학적 태그(tag)의 제조방법.
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  3. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 화학 잔기를 하나 이상의 수소 결합 또는 하나 이상의 공유 결합에 의해 하나 이상의 DNA 분자의 하나 이상의 변성 부분 중의 하나 이상의 뉴클레오티드에 부착시키는 생물학적 화학적 태그의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    ① 하나 이상의 DNA 분자가 정렬되고 변성될 수 있는 기재를 제공하는 단계, 및
    ② DNA 분자의 적어도 일부분을 변성시키기 전에 기재상에 하나 이상의 DNA 분자를 정렬시키는 단계
    를 추가로 포함하는 생물학적 화학적 태그의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상이한 습윤성을 갖는 기재의 영역을 다수의 교번하는 선으로 제공하는 단계를 추가로 포함하는 생물학적 화학적 태그의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    기재상에 DNA를 변성시킬 수 있는 용액을 침착시키는 단계를 추가로 포함하는 생물학적 화학적 태그의 제조방법.
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  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 선이, 제 1 습윤성을 갖는 제 1 유형과 제 2 습윤성을 갖는 제 2 유형으로 제공되거나, 제 1 유형의 선 모두가 제 1 폭을 갖고 제 2 유형의 선 모두가 제 2 폭을 갖도록 제공되는 생물학적 화학적 태그의 제조방법.
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  16. 제 14 항에 있어서,
    제 1 유형의 선이 약 10 내지 약 1000 ㎚의 폭으로 제공되는 생물학적 화학적 태그의 제조방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    제 2 유형의 선이 약 10 내지 약 10,000 ㎚의 폭으로 제공되는 생물학적 화학적 태그의 제조방법.
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  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 선이, 하나의 유형의 선이 이 선 위에 침착된 용액을 보유하거나, 기재상에 정렬된 DNA 분자의 적어도 일부분을 보유하는 경향을 갖도록 제공되는 생물학적 화학적 태그의 제조방법.
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