專利名稱：用于dna微陣列生產(chǎn)的光敏掩膜的激光曝光的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物合成領(lǐng)域，更具體地涉及制造生物DNA標(biāo)記的微陣列的方法和裝置。
背景技術(shù)：
通過(guò)進(jìn)行一系列的單獨(dú)的化學(xué)反應(yīng)可以合成DNA、RNA、和其它寡核苷酸(以及其它聚合物)。一些生物材料如RNA或DNA是寡核苷酸如腺苷(A)、胞苷(C)、鳥(niǎo)苷(G)和胸苷(T)的聚合物。RNA、DNA和諸如糖蛋白的其它聚合物可以以任何所需的順序合成而得，其通過(guò)將起始分子沉積于基底的表面，活化該分子的末端，并隨后用含有大量下一步所需的氨基的溶液來(lái)清洗基底的表面，該氨基一旦與起始分子的游離末端相連便會(huì)使該末端失活。因而，鏈的活化的末端由于連接了下一個(gè)氨基而失活，故而在該方法的每一步將會(huì)僅連接一個(gè)所需的氨基。
由連接到基底的一個(gè)區(qū)域上的大量起始分子開(kāi)始，可以并行地制造大量具有相同序列的鏈。例如，大量相同的DNA序列可以通過(guò)以下步驟形成首先將大量的引物實(shí)體連接到固體表面(如玻璃或硅基底)，然后一次添加一個(gè)核苷酸或氨基，從而在每個(gè)引物上形成所需的序列。上述方法將提供大量彼此相同的寡核苷酸。
通常，還期望在一個(gè)芯片(通常是小矩形基底)上具有許多不同的序列，在該芯片的每個(gè)區(qū)域或位置存在一種類型的序列。例如，該芯片可以排列為具有行和列的陣列，每個(gè)行列位址定義合成的聚合物的位置。在一個(gè)基底上可以平行地制造許多芯片，然后將該基底切割成單獨(dú)的芯片。聚合物陣列和所謂的DNA芯片通常包括許多單獨(dú)的位點(diǎn)，在該位點(diǎn)上相繼連接了一系列單體或部分DNA序列。在該陣列的每個(gè)預(yù)先定義的位置上，將會(huì)有一個(gè)或多個(gè)相同的序列形成(取決于提供的座落于該位置的數(shù)量或引物)，但是該陣列的不同位置通常各自具有不同的序列。光刻法可通過(guò)選擇性地使參與各個(gè)連續(xù)步驟的各個(gè)陣列位置活化或失活來(lái)用于限定在各個(gè)位置上構(gòu)建的序列的順序。例如，玻璃上的鍍鉻掩膜可用于限定光致抗蝕劑上的圖案，該光致抗蝕劑限定每個(gè)連接步驟中那些陣列位置被活化。平行地制造上述陣列可以提供大量的相同陣列，其中各個(gè)陣列的各個(gè)元素與相同陣列的其它元素不同。
目前需要一種改進(jìn)的方法和裝置，其能在為各個(gè)核苷酸加入操作中限定活性陣列的位置方面提供準(zhǔn)確性、靈活性和速度/性能。
附圖簡(jiǎn)介

圖1顯示了用于生產(chǎn)預(yù)先確定的序列的陣列的系統(tǒng)100的框圖。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法200的流程圖。
圖3是基底99的等距視圖。
圖4是基底99的橫截面圖。
圖5是基底99上的孔95的放大的橫截面圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述在下述對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述中，參考構(gòu)成本文一部分的附圖，并且通過(guò)圖示說(shuō)明了可在本發(fā)明中實(shí)施的具體實(shí)施方案?？梢岳斫獾氖?，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以利用其它的實(shí)施方案和可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變。
圖中出現(xiàn)的參考數(shù)字的首位數(shù)字通常對(duì)應(yīng)于首次引入該元件的圖的編號(hào)，從而相同的參考數(shù)字通篇用于指示出現(xiàn)于多幅圖中的相同的元件。相同的參考數(shù)字或標(biāo)記可指示信號(hào)和連接，并且通過(guò)其在描述部分內(nèi)容中的使用將會(huì)清楚其實(shí)際的含義。
一些生物材料如RNA或DNA是寡核苷酸如A、C、G和T的聚合物。RNA、DNA、氨基酸肽或其類似物、以及諸如糖蛋白的其它聚合物可通過(guò)將起始分子或引物沉積于基底的表面或不溶性基質(zhì)上而以任何所需的順序合成而得。所選擇的基底例如由玻璃、硅、塑料或其它聚合物如聚苯乙烯、聚丙烯等制成，其選擇為應(yīng)與該裝置將要暴露的整個(gè)條件范圍，如溫度、鹽或pH極限、以及例如在電泳分析實(shí)施方案中施加的電場(chǎng)是相容的，并且與制造該裝置所用的試劑和其它材料相容。
在一些實(shí)施方案中，利用由R.Bruce Merrifield設(shè)計(jì)的和現(xiàn)有技術(shù)中已知的固相方法，將氨基酸逐步加到與不溶性基質(zhì)或基底相連的增長(zhǎng)肽鏈上。首先將所需肽的羧基末端氨基酸錨定在基底上。然后除去該氨基酸的t-Boc保護(hù)基。然后將下一個(gè)氨基酸(呈t-Boc保護(hù)的形式)與偶聯(lián)劑二環(huán)己基碳二亞胺一起加入。在肽鍵形成之后，清洗掉過(guò)量的反應(yīng)物和二環(huán)己基脲，從而留下具有所需起始鏈的基底。通過(guò)重復(fù)上述反應(yīng)程序加入更多的氨基酸。
類似地，在一些實(shí)施方案中，通過(guò)向與不溶性基底相連的增長(zhǎng)鏈依次加入活化的單體來(lái)合成DNA鏈。在一些實(shí)施方案中，該活化的單體是質(zhì)子化的脫氧核糖核苷3’亞磷酰胺。該引入單元的3’-磷原子連接到增長(zhǎng)鏈的5’-氧上從而形成亞磷酸三酯。該活化單體的5’OH未發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)是因?yàn)槠浔欢籽趸郊谆?DMT)保護(hù)基所阻擋。在一些實(shí)施方案中，由于水與亞磷酰胺發(fā)生反應(yīng)，因此在無(wú)水的條件下進(jìn)行偶聯(lián)。接下來(lái)，用碘氧化亞磷酸三酯(其中磷是三價(jià)的)以形成磷酸三酯(其中磷是五價(jià)的)。第三步，通過(guò)加入二氯乙酸來(lái)除去DMT保護(hù)基，二氯乙酸能使其它的保護(hù)基完整地保留下來(lái)?，F(xiàn)在該增長(zhǎng)的DNA鏈延長(zhǎng)了一個(gè)單元，并且為上述添加的另一個(gè)循環(huán)做好了準(zhǔn)備。對(duì)于上述肽鏈，固相方法是合乎需要的，因?yàn)樗璧逆溚Ａ艟臀挥诨咨稀?br> 在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的一種方法用光致抗蝕劑覆蓋基底，該光致抗蝕劑是光活化的化學(xué)物質(zhì)，其不會(huì)在化學(xué)上參與所需(例如寡核苷酸或肽)鏈的合成，但其在一個(gè)步驟期間在所選的基底部分上提供了屏障，從而僅有未覆蓋的部分參與了合成反應(yīng)。光線(例如掃描的紫外激光束)圖案曝光使得去除了預(yù)先確定的圖案上的光致抗蝕劑部分。然后處理基底以活化未覆蓋的分子的末端，并提供具有單個(gè)氨基如具有合適保護(hù)基團(tuán)的單個(gè)A、C、G或T的許多拷貝的溶液，使得有且僅有一個(gè)所需核苷酸或氨基酸的拷貝被連接到每個(gè)活化的引物位置上。一旦已經(jīng)提供了合適的條件(如時(shí)間、酸度、溫度、濃度等)使得所需的一個(gè)基團(tuán)連接到每個(gè)引物位置上，便清洗該溶液，并且通過(guò)例如再次活化部分構(gòu)建好的鏈的末端來(lái)為下一個(gè)連接步驟制作基底。下一步將使用不同的光線的圖案，以使在陣列眾多位點(diǎn)的每一個(gè)上構(gòu)建不同的序列。
在一些實(shí)施方案中，通過(guò)在每個(gè)步驟的開(kāi)始用光致抗蝕劑覆蓋基底來(lái)限定位置陣列，以致可以在每個(gè)陣列位置上生產(chǎn)出不同的序列。本文所用的“陣列”是具有許多位置的任何圖案，例如線性圖案、行列圖案、六邊形圖案或任何其它的位置圖案(其中上述位置也稱為陣列位置)。一些常規(guī)方法使用光刻掩膜如常規(guī)的玻璃上的鍍鉻掩膜來(lái)限定各個(gè)連接步驟中哪些位置被活化而哪些不被活化。其它的常規(guī)方法使用具有微鏡陣列的微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS設(shè)備)，其中一些鏡面斜向基底上所需活化圖案上的直射光(“開(kāi)啟”)，而其它的鏡面不同程度地斜向其它地方的直射光(“關(guān)閉”)。在掩膜或MEMS的情況下，需要極亮的UV光源，該光源具有難以獲得的光學(xué)性質(zhì)。此外，為了制造具有千萬(wàn)個(gè)孔的微陣列，需要有千萬(wàn)個(gè)功能鏡面。通常，計(jì)算機(jī)程序被用來(lái)限定將要使用的一系列掩膜，并且各個(gè)掩膜各自由其自己的圖案制成，然后各個(gè)掩膜被用于在合成方法的一個(gè)步驟中。為了改變微陣列上的順序設(shè)置，必須產(chǎn)生一組新的掩膜。
在另一些實(shí)施方案中，在加入各個(gè)單體時(shí)使用光活化的保護(hù)基團(tuán)，而不是使用物理的光致抗蝕劑屏障來(lái)將基礎(chǔ)鏈覆蓋或是暴露于上述鏈構(gòu)建的特定步驟。因而，由于沒(méi)有使用光致抗蝕劑屏障，從而不用在未覆蓋光致抗蝕劑屏障的區(qū)域?qū)ΡＷo(hù)基進(jìn)行嚴(yán)格的化學(xué)去除，但相反該保護(hù)基本身對(duì)光敏感并且在選擇性曝光于陣列位置的光線之后被除去，這些微陳列位置將要被包括在鏈構(gòu)建的步驟中。
為了在25個(gè)位置中的每一個(gè)上生產(chǎn)具有四個(gè)寡核苷酸的任意聚合物序列(也就是說(shuō)每個(gè)聚合物鏈長(zhǎng)度為25)，簡(jiǎn)單的方法是對(duì)于每個(gè)位置可能使用四種不同的掩膜，從而最高達(dá)到100個(gè)不同的掩膜。
在一些實(shí)施方案中，將該方法改變?yōu)槭褂弥睂?xiě)掃描方法來(lái)限定每個(gè)步驟中活化或失活的圖案，其中光源(如紫外激器)或電子束在光致抗蝕劑表面掃描(或者，在另一些實(shí)施方案中，掃描到光活化的保護(hù)基上)，曝光或不曝光各個(gè)陣列位置從而限定下一步的活化或失活的圖案。使用計(jì)算機(jī)程序來(lái)限定所述圖案和控制曝光以獲得所需的單體。
在掃描期間，光和電子束射向表面上眾多預(yù)先確定位置中的每一個(gè)(例如XY笛卡兒陣列)，然后調(diào)節(jié)開(kāi)或關(guān)來(lái)選擇地性活化該陣列位置中的某些位置。
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供在基底上制造許多核酸陣列芯片、切割或者分離各個(gè)陣列、并包裝所得芯片的方法。一些實(shí)施方案試圖并已經(jīng)結(jié)合使用了光致抗蝕塑料。在一些實(shí)施方案中，使用常用于半導(dǎo)體和微電子工業(yè)的微制造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)本發(fā)明的裝置。這些技術(shù)包括膜沉積法如旋涂、電沉積、低壓汽相沉積、激光制造法、光刻法如紫外或X-射線或電子束、和/或可以通過(guò)濕化學(xué)處理或等離子體處理進(jìn)行的蝕刻法。
在本文中，平面元件還被稱為“基底”、“載片”或“芯片”。在各種實(shí)施方案中，這些平面元件由各種材料制成，例如包括塑料(壓塑模制的、注射塑模制的、機(jī)械制的等)、玻璃、硅、石英或其它基于硅石的材料等。在一些實(shí)施方案中，基底包括表面上的許多洼地、孔或空腔。每個(gè)空腔形成反應(yīng)室的基底，并通常被放置于第一平面元件中，或者結(jié)合第一平面元件的開(kāi)孔與第二平面元件的孔區(qū)域或缺口。該空腔被機(jī)械或蝕刻入第一平面元件的表面中，或者在制造第一平面元件的過(guò)程中制備，例如其中該平面元件是模制品如塑料。
圖1顯示了具有用于生產(chǎn)預(yù)先確定的序列的陣列的系統(tǒng)100的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。在一些實(shí)施方案中，陣列199是DNA鏈。在另一些實(shí)施方案中，陣列199是RNA鏈。在再一些實(shí)施方案中，陣列199是肽鏈。在再一些實(shí)施方案中，陣列199是其它的聚合物鏈。光源或電子束源110(如紫外線激光器)提供束111(光或電子)，該束111由裝置120聚焦、掃描、和/或調(diào)制，而裝置120由來(lái)自計(jì)算機(jī)150的信號(hào)151控制。在各種實(shí)施方案中，所使用的計(jì)算機(jī)150是任何合適的控制實(shí)體，例如任何信息處理系統(tǒng)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、微處理器、可編程序的邏輯陣列、微控制器、和/或互聯(lián)網(wǎng)連接工作站；和術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”是指包括任何的上述實(shí)體。所得束121聚焦穿過(guò)基底99以限定將要參與下一步反應(yīng)的位置。在另一些實(shí)施方案中，為了加快處理量(即減少每步的時(shí)間)，同時(shí)使用許多紫外線激光器110和許多裝置120以調(diào)制和掃描許多束121。
在一些實(shí)施方案中，來(lái)自計(jì)算機(jī)150的信號(hào)152控制來(lái)自分配器130的反應(yīng)物和洗滌劑的配送，以便加入各個(gè)連續(xù)的單體(如寡核苷酸或氨基酸)。例如在DNA合成中，如果要加入腺苷(A)，計(jì)算機(jī)150便會(huì)指令裝置120曝光其中下一個(gè)需要的核苷酸是A的所有區(qū)域，隨后處理基底以活化這些區(qū)域上的鏈末端(例如通過(guò)去除保護(hù)基)。然后將帶有保護(hù)基的A核苷酸加到所有的鏈末端，其中A核苷酸上的保護(hù)基防止在該步驟中加入一個(gè)以上的A。接下來(lái)，如果要加入胞苷(C)，則計(jì)算機(jī)150便會(huì)指令裝置120曝光其中下一個(gè)需要的核苷酸是C的所有區(qū)域，隨后處理基底以活化這些區(qū)域上的鏈末端。然后將帶有保護(hù)基的C核苷酸加到所有的鏈末端。因而，在由計(jì)算機(jī)150控制的連續(xù)重復(fù)的步驟中，在基底99上的陣列圖中同時(shí)構(gòu)建出所需的一套多個(gè)DNA鏈。
在一些實(shí)施方案中，來(lái)自計(jì)算機(jī)150的信號(hào)153控制基底操作裝置180，從而實(shí)施諸如下述的一類操作當(dāng)需要時(shí)移去基底，和/或控制溫度和反應(yīng)必需的其它的環(huán)境因素。在一些實(shí)施方案中，裝置180包括旋轉(zhuǎn)沉積臺(tái)，其沉積合適量的光致抗蝕劑并隨后旋轉(zhuǎn)基底以形成覆蓋基底的薄而均勻的光致抗蝕劑層，這在集成電路技術(shù)中是已知的。
在一些實(shí)施方案中，一旦已經(jīng)構(gòu)建出所有的需要鏈，就使用裝置140切割和包裝基底99，以獲得完成的包裝好的陣列芯片199。
在一些實(shí)施方案中，使用存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器170的序列定義使計(jì)算機(jī)150接收用戶輸入來(lái)限定所需的陣列。由于使用束121直接將圖案寫(xiě)于基底99上，所以不需要掩膜生產(chǎn)步驟，從而可以獲得更多的靈活性和更快的周轉(zhuǎn)時(shí)間。此外，在一些實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)150預(yù)先估計(jì)可以用于產(chǎn)生所需序列組的各種序列，并最優(yōu)化核苷酸連接的順序。例如，不用重復(fù)A、C、G和T連接步驟25次(總計(jì)100步)來(lái)產(chǎn)生許多每個(gè)長(zhǎng)度為25個(gè)單元的寡核苷酸，計(jì)算機(jī)150重新排序以獲得較少的總步驟，例如按照序列A、C、C、T、G......，如果上述序列需要較少的步驟來(lái)完成一組寡核苷酸。
本發(fā)明不需要生產(chǎn)MEMS微鏡的巨大陣列，從而消除了對(duì)使常規(guī)制造方法煩惱的重復(fù)掩膜步驟的需要。本發(fā)明比常規(guī)方法更加可靠、更具規(guī)模和更加便宜。
本發(fā)明提供了制備和使用在預(yù)先規(guī)定的區(qū)域上具有許多聚合物序列的基底的方法和裝置。這在Fodor等人的美國(guó)專利5,445,934號(hào)中有進(jìn)一步的描述。在本文中，本發(fā)明主要描述了關(guān)于含有核苷酸或氨基酸序列的分子的制備，但也易于用于其它聚合物的制備。上述聚合物例如包括下述的線性和環(huán)狀聚合物核酸、糖蛋白、多糖、磷脂、和具有α-氨基酸、β-氨基酸或ω-氨基酸的肽、其中已知的藥物共價(jià)地連接到任何上述聚合物上的雜聚合物、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚脲、聚酰胺、聚乙烯亞胺、聚亞芳基硫醚、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚乙酸酯、或?qū)τ诒竟_(kāi)內(nèi)容顯而易見(jiàn)的其它聚合物。在一些實(shí)施方案中，此處的本發(fā)明用于肽的合成。
例如，制得的基底可以用于篩選作為用于與受體結(jié)合的配體的多種聚合物，盡管顯而易見(jiàn)的是本發(fā)明可用于與配體結(jié)合的受體的合成。本文所公開(kāi)的基底將具有廣泛的其它用途。例如，此處的本發(fā)明可用于確定與蛋白質(zhì)結(jié)合的肽和核酸序列、尋找序列特異性結(jié)合的藥物、鑒定由抗體識(shí)別的抗原決定簇、和評(píng)價(jià)各種藥物的臨床和診斷應(yīng)用，以及上述的組合。
在一些實(shí)施方案中，在基底上提供了連接分子。該連接分子的末端具有由光可去除保護(hù)基團(tuán)保護(hù)的反應(yīng)性官能團(tuán)。利用光刻方法，將光可去除保護(hù)基團(tuán)曝光并且將其從第一選擇區(qū)域的連接分子上去除。然后清洗基底或者與第一單體接觸，第一單體與連接分子上暴露的官能團(tuán)反應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，單體是在氨基或羧基末端含有光可去除保護(hù)基團(tuán)的氨基酸，并且連接分子終止于具有光可去除保護(hù)基團(tuán)的氨基或羧酸基。在另一些實(shí)施方案中，單體是在其末端含有光可去除保護(hù)基團(tuán)的核苷酸。
此后，將第二組選擇的區(qū)域曝光并將第二組區(qū)域上的連接分子/保護(hù)的氨基酸上的光可去除保護(hù)基團(tuán)除去。然后將基底與含有光可去除保護(hù)基團(tuán)的第二單體接觸，第二單體與暴露的官能團(tuán)反應(yīng)。選擇性地供應(yīng)單體來(lái)重復(fù)該方法，直到獲得需要長(zhǎng)度和需要化學(xué)序列的聚合物。隨后任選地除去對(duì)光不穩(wěn)定的基團(tuán)，并隨后任選地對(duì)序列加帽。如果存在側(cè)鏈保護(hù)基，也將其除去。
通過(guò)使用本文所公開(kāi)的光刻技術(shù)，可以將光射向基底上相對(duì)小且預(yù)先知道的位置。因此，可以在基底的已知的位置上合成已知化學(xué)序列的聚合物。
優(yōu)選地，本發(fā)明提供具有表面為“S”的孔95的基底99的用途(參見(jiàn)圖5)。在基底的表面上任選地提供連接分子“L”。在一些實(shí)施方案中，連接分子是為了有利于合成聚合物的受體識(shí)別。
任選地，出于存儲(chǔ)的目的，連接分子可以被化學(xué)保護(hù)?；瘜W(xué)存儲(chǔ)保護(hù)基如t-BOC(叔丁氧羰基)可以用于一些實(shí)施方案中。上述化學(xué)保護(hù)基例如暴露于酸溶液中而被化學(xué)除去，并且上述化學(xué)保護(hù)基將在存儲(chǔ)期間用于保護(hù)表面并且在聚合物制備之前被除去。
在基底表面S或連接分子的末端，提供了具有保護(hù)基97的官能團(tuán)。保護(hù)基97可以暴露于輻射、電場(chǎng)、電流、或其它活化劑中而被除去，從而暴露官能團(tuán)。
在一些實(shí)施方案中，輻射是紫外線(UV)、紅外線(IR)或可見(jiàn)光。如下更全面地描述，保護(hù)基還可以是電化學(xué)敏感基團(tuán)，其可以在電場(chǎng)存在下被去除。在另選的實(shí)施方案中，離子束、電子束等可以用于脫保護(hù)。
在一些實(shí)施方案中，暴露的區(qū)域以及在該區(qū)域上合成各個(gè)聚合物序列的該區(qū)域的面積小于約1平方毫米。在一些實(shí)施方案中，暴露的面積小于約10,000平方微米，或者在另一些實(shí)施方案中，小于100平方微米、小于10平方微米或小于1平方微米，并且在一些實(shí)施方案中，可以包括小到單個(gè)分子的結(jié)合位點(diǎn)。在這些區(qū)域中，每個(gè)聚合物優(yōu)選以基本上純的形式合成得到(所有的序列基本上是相同的)。
如圖2所示，本發(fā)明一方面提供了形成聚合物陣列的方法200，該方法包括提供適于合成聚合物序列的211基底，212形成陣列，該陣列的每個(gè)位置具有至少一個(gè)鏈末端，在鏈末端形成220光敏保護(hù)，和230選擇性地掃描和調(diào)制至少一個(gè)能量束使得在所述光敏保護(hù)上曝光出圖案。在一些實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括從選擇出的基于曝光的圖案的鏈末端上除去保護(hù)基。然后該方法還包括240將預(yù)先確定的一個(gè)或多個(gè)單元加到脫保護(hù)的鏈末端。
在本方法的一些實(shí)施方案中，所述的形成光敏保護(hù)包括沉積一層光致抗蝕劑來(lái)覆蓋鏈末端。在本方法的一些實(shí)施方案中，所述的一種或多種能量束包括來(lái)自紫外線激光器的光。在本方法的一些實(shí)施方案中，所述的聚合物序列是DNA序列。在本方法的一些實(shí)施方案中，所述的基底包括形成于該基底的主表面上的眾多的孔。在本方法的一些實(shí)施方案中，所述的選擇性地掃描和調(diào)制包括同時(shí)掃描兩束或多束來(lái)自紫外線激光器的光。
圖3是基底99的等距示意圖(未按比例作圖)，在該基底的底部90上具有光致抗蝕劑層91。光致抗蝕劑層91曝光于光或其它掃描聚焦的能量束，該束的圖案由計(jì)算機(jī)150確定(參見(jiàn)圖1)，并被加工成開(kāi)口93。
圖4是基底99的橫截面圖。在一些實(shí)施方案中，基底99具有很多孔，所述孔中的一些孔95通過(guò)開(kāi)口93而暴露，而所述孔中的其它孔94仍然被光致抗蝕劑層91所覆蓋。
在另一些實(shí)施方案中，不使用孔，而是底部90的頂面基本上是平的，而且聚合物鏈在該平的頂面上構(gòu)建，其中光致抗蝕劑層91直接沉積到增長(zhǎng)的鏈上，曝光于調(diào)制、掃描和聚焦的能量束(例如紫外線激光器光束)，該能量束的圖案由計(jì)算機(jī)150確定(參見(jiàn)圖1)，以及經(jīng)加工形成開(kāi)口93。在一些實(shí)施方案中，使用負(fù)光致抗蝕劑，如此在需要軟化光致抗蝕劑的光致抗蝕劑孔的位置接入調(diào)制、掃描和聚焦的紫外線激光束。在另一些實(shí)施方案中，使用正光致抗蝕劑，并且該光致抗蝕劑的未曝光部分被除去以形成孔93。
圖5是基底99上孔95的放大的橫截面圖。如該實(shí)施方案所示，已經(jīng)形成了許多DNA鏈，每一條均為利用連接單元L連接到基底99的表面S上的序列(如-ACT)。在該實(shí)施例中，孔93允許具有與T連接的下一個(gè)單元的溶劑進(jìn)入孔95，該單元上具有圓點(diǎn)97所示的保護(hù)基。三條序列(標(biāo)記的96)已經(jīng)連接了該單元及其保護(hù)基，而兩條序列(標(biāo)記的89)仍是活化的(沒(méi)有保護(hù)基指示的97)。游離的T-圓點(diǎn)基團(tuán)98將很快連接到序列89的未保護(hù)的末端上。
在一些實(shí)施方案中，該方法包括以下操作在底部90的表面上沉積合適量的液態(tài)光致抗蝕劑，和旋轉(zhuǎn)該底部使光致抗蝕劑散布成一薄層91；掃描光121的調(diào)制圖案；在將要連接下一個(gè)單體單元的位置上顯影光致抗蝕劑，從而形成開(kāi)口93；除去開(kāi)口93所暴露的所有鏈的末端上的保護(hù)基；用含有下一個(gè)單體98的許多拷貝的液體充滿表面，每個(gè)拷貝均具有保護(hù)基97，這使得一旦一個(gè)拷貝連接到基底上的鏈96上時(shí)，就會(huì)中止鏈的構(gòu)建；清洗并重復(fù)上述操作。
在另一些實(shí)施方案中，使用縮短的方法，其中所述保護(hù)基本身是光敏的，從而去除了對(duì)光致抗蝕劑操作的需要。該方法包括以下操作
由鏈開(kāi)始，其中每條鏈的連接末端連接到底部90上，每條鏈各自的游離末端上均具有光敏保護(hù)基；掃描光121的調(diào)制圖案；并且除去將要曝光的所有鏈末端上的光敏保護(hù)基；用含有下一個(gè)單體98的許多拷貝的液體充滿表面，每個(gè)拷貝均具有保護(hù)基97，這使得一旦一個(gè)拷貝連接到基底99上的鏈96上時(shí)，就會(huì)中止鏈的構(gòu)建；清洗并重復(fù)上述操作。
結(jié)論如圖2所示，本發(fā)明一方面提供了形成聚合物陣列的方法200，該方法包括提供適于合成聚合物序列的211基底，212形成陣列，該陣列的每個(gè)位置具有至少一個(gè)鏈末端，220在鏈末端形成光敏保護(hù)，和230選擇性地掃描和調(diào)制至少一個(gè)能量束使得在所述光敏保護(hù)上曝光出圖案。在一些實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括從選擇的基于曝光的圖案的鏈末端上除去保護(hù)基。然后該方法還包括240將預(yù)先確定的一個(gè)或多個(gè)聚合亞單元加到脫保護(hù)的鏈末端上。
本發(fā)明另一方面提供了用于在基底上形成聚合物陣列的系統(tǒng)100(參見(jiàn)圖1)。系統(tǒng)100包括產(chǎn)生能量束的能量束源110，用于在基底的掃描圖案中移動(dòng)能量束的掃描器120，與掃描器可操作地連接的計(jì)算機(jī)150，從而根據(jù)要合成的眾多所需聚合物序列中的每一個(gè)的序列定義來(lái)控制能量的掃描圖，試劑源130，其用于向形成于基底上的眾多鏈中的每一個(gè)的每個(gè)末端位置上加入眾多單體中的一個(gè)，和提供光敏保護(hù)的裝置180，其基于光的掃描圖來(lái)控制單體的順序。
在一些實(shí)施方案中，裝置180包括沉積光致抗蝕劑層91以覆蓋鏈末端的裝置。
在一些實(shí)施方案中，能量束源包括紫外線激光器。
在一些實(shí)施方案中，聚合物序列是DNA序列96。
在一些實(shí)施方案中，基底包括形成于該基底99的主表面上的眾多的孔95。
在一些實(shí)施方案中，能量束源110產(chǎn)生兩束或多束來(lái)自紫外線激光器的光。
一些實(shí)施方案還包括調(diào)制光強(qiáng)度的調(diào)制器，與計(jì)算機(jī)可操作地連接并由其控制。
本發(fā)明再一方面提供了系統(tǒng)100(參見(jiàn)圖1)，其包括第一紫外線激光器110、用于在基底的掃描圖案中從第一紫外線激光器中移動(dòng)光的第一掃描器120，與第一掃描器可操作地連接的計(jì)算機(jī)150，從而根據(jù)要合成的眾多所需的聚合物序列96中的每一個(gè)的序列定義來(lái)控制光的掃描圖，試劑源130，其用于向形成于基底上的眾多鏈中的每一個(gè)的每個(gè)末端位置上加入眾多單體中的一個(gè)，和提供光致抗蝕劑層的裝置180，該光致抗蝕劑層的圖案由掃描光圖確定，從而基于計(jì)算機(jī)控制的光掃描圖來(lái)控制單體的順序。
一些實(shí)施方案還包括第二紫外線激光器110和用于在基底的掃描圖案中從第二紫外線激光器中移動(dòng)光的第二掃描器120，其中計(jì)算機(jī)150與第二掃描器120可操作地連接，從而根據(jù)要合成的眾多所需聚合物序列中的每一個(gè)的序列定義來(lái)控制光的掃描圖。
在本發(fā)明的各種實(shí)施方案中，為于制備含核苷酸或氨基酸序列的分子，不同的聚合亞單元作為反應(yīng)物被用于構(gòu)建所需的聚合物鏈，但是其也易于用于其它聚合物的制備。上述聚合物例如包括下述的線性和環(huán)狀聚合物核酸、多肽、多糖、磷脂、和具有α-氨基酸、β-氨基酸或ω-氨基酸的肽、其中已知的藥物共價(jià)地連接到任何上述聚合物上的雜聚合物、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚脲、聚酰胺、聚乙烯亞胺、聚亞芳基硫醚、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚乙酸酯、或?qū)τ诒竟_(kāi)內(nèi)容顯而易見(jiàn)的其它聚合物。術(shù)語(yǔ)“聚合亞單元”是指一種或多種基本的亞單元，它們連在一起能形成所需的聚合物。
應(yīng)理解的是，上述描述旨在說(shuō)明而非限制性的。在回顧了上述描述的基礎(chǔ)上，對(duì)于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，許多的其它實(shí)施方案是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)參考所附的權(quán)利要求以及與上述權(quán)利要求等價(jià)的整個(gè)范圍來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種形成聚合物陣列的方法，該方法包括提供適于合成聚合物序列的基底；形成陣列，該陣列的眾多位置中的每一個(gè)均具有至少一個(gè)鏈末端；在鏈末端上形成光敏保護(hù)；選擇性地掃描和調(diào)制至少一個(gè)能量束，使得在所述的光敏保護(hù)上曝光出圖案；從基于曝光的圖案而選擇出的鏈末端上除去保護(hù)基；將預(yù)先確定的一個(gè)或多個(gè)聚合亞單元添加到脫保護(hù)的鏈末端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的形成光敏保護(hù)包括沉積一層光致抗蝕劑來(lái)覆蓋鏈末端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的一種或多種能量束包括來(lái)自紫外線激光器的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的聚合物序列是DNA序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的基底包括形成于該基底的主表面上的眾多的孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的選擇性地掃描和調(diào)制包括同時(shí)掃描兩束或多束來(lái)自紫外線激光器的光。
7.一種在基底上形成聚合物陣列的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括產(chǎn)生能量束的能量束源；被設(shè)計(jì)成用于在基底上的掃描圖案中移動(dòng)能量束的掃描器；與掃描器可操作地連接的計(jì)算機(jī)，從而根據(jù)要合成的所需的眾多聚合物序列中的每一個(gè)的序列定義來(lái)控制能量的掃描圖案；試劑源，其被設(shè)計(jì)成用于在形成于基底上的眾多鏈中的每一個(gè)的每個(gè)末端位置處加入眾多單體中的一個(gè)；和用于提供光敏保護(hù)的裝置，其基于光的掃描圖來(lái)控制單體的順序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述的用于提供光敏保護(hù)的裝置包括沉積光致抗蝕劑層以覆蓋鏈末端的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述的能量束源包括紫外線激光器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述的聚合物序列是DNA序列。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述的基底包括形成于該基底的主表面上的眾多的孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述的能量束源產(chǎn)生兩束或多束來(lái)自紫外線激光器的光。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，還包括調(diào)制光強(qiáng)度的調(diào)制器，其與計(jì)算機(jī)可操作地連接并由計(jì)算機(jī)控制。
14.一種在基底上形成聚合物陣列的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括根據(jù)基底上要合成的所需的眾多聚合物序列中的每一個(gè)的序列定義，在基底上掃描能量圖案的裝置；試劑源，其被設(shè)計(jì)成用于在形成于基底上的眾多鏈中的每一個(gè)的每個(gè)末端位置處加入眾多單體中的一個(gè)；和用于提供光敏保護(hù)的裝置，其基于光的掃描圖來(lái)控制單體的順序。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述的用于提供光敏保護(hù)的裝置包括沉積光致抗蝕劑層以覆蓋鏈末端的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述的掃描裝置包括紫外線激光器。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述的聚合物序列是DNA序列。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述的掃描裝置包括兩束或多束來(lái)自紫外線激光器的光。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述的掃描裝置包括用于調(diào)制光強(qiáng)度的調(diào)制器。
20.一種在基底上形成聚合物微陣列的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一紫外線激光器；用于在基底上的掃描圖案中從第一紫外線激光器中移動(dòng)光的第一掃描器；與第一掃描器可操作地連接的計(jì)算機(jī)，從而根據(jù)要合成的所需的眾多聚合物序列中的每一個(gè)的序列定義來(lái)控制光的掃描圖案；試劑源，其被設(shè)計(jì)成用于在形成于基底上的眾多鏈中的每一個(gè)的每個(gè)末端位置處加入眾多單體中的一個(gè)；和用于提供光致抗蝕劑層的裝置，該光致抗蝕劑層的圖案由掃描光圖案確定，從而基于計(jì)算機(jī)控制的光掃描圖案來(lái)控制單體的順序。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述的聚合物序列是DNA序列。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述的基底包括形成于該基底的主表面上的眾多的孔。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，還包括第二紫外線激光器；和用于在基底上的掃描圖案中從第二紫外線激光器中移動(dòng)光的第二掃描器，其中計(jì)算機(jī)與第二掃描器可操作地連接，從而根據(jù)要合成的所需的眾多聚合物序列中的每一個(gè)的序列定義來(lái)控制光的掃描圖案。
全文摘要
用于在適于合成聚合物序列的基底上形成聚合物陣列的方法和裝置。其包括形成其每個(gè)位置具有至少一個(gè)鏈末端的陣列，在鏈末端形成光敏保護(hù)，和選擇性地掃描和調(diào)制至少一個(gè)能量束，使得在所述光敏保護(hù)上曝光出圖案。在一些實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括從基于曝光的圖案而選擇的鏈末端上除去保護(hù)基。該方法還包括將預(yù)先確定的一個(gè)或多個(gè)聚合亞單元加到脫保護(hù)的鏈末端上。在一些實(shí)施方案中，所述的光敏保護(hù)包括覆蓋鏈末端的光致抗蝕劑層。一些實(shí)施方案使用紫外線激光器。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1726432SQ200380106084
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者V·勞, M·亞馬卡瓦, A·伯林 申請(qǐng)人:英特爾公司