本申請(qǐng)?jiān)?5U.S.C.§119(e)下主張2015年5月6日申請(qǐng)的美國臨時(shí)申請(qǐng)第62/157595號(hào)、2014年11月14日申請(qǐng)的美國臨時(shí)申請(qǐng)第62/079877號(hào)和2014年5月22日申請(qǐng)的美國臨時(shí)申請(qǐng)第62/002117號(hào)的權(quán)益，其每一個(gè)以整體引用的方式并入本文中。

聯(lián)邦政府資助的研究

本發(fā)明是在由美國國防部海軍研究辦公室(U.S.Department of Defense Office of Naval Research)授予的合同編號(hào)N00014-11-1-0914、N00014-10-1-0827和N00014-13-1-0593和在由美國陸軍研究辦公室(U.S.Army Research Office)授予的W911NF-12-1-0238下由政府支持作出。政府擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。

發(fā)明背景

現(xiàn)代電子學(xué)和光學(xué)需要將小構(gòu)建塊(例如納米顆粒和納米線)大規(guī)模整合成特定二位/三維(2D/3D)架構(gòu)。舉例而言，3D光學(xué)通信路徑已通過調(diào)諧納米級(jí)大小組件之中的顆粒間間距執(zhí)行，以使得僅經(jīng)偶聯(lián)的納米顆?？山粨Q信息以構(gòu)建高速全光學(xué)計(jì)算。

可使用易于折疊成任意形狀的脫氧核糖核酸(DNA)分子用于通過DNA引導(dǎo)的自組裝和納米圖案化過程制造這樣的2D/3D架構(gòu)(例如，納米級(jí)裝置)。最近，圖案轉(zhuǎn)移過程(稱為DNA光刻)已用于使用DNA模板作為掩膜圖案化無機(jī)基材。一般而言，DNA掩膜吸附于基材上，且然后將基材蝕刻，產(chǎn)生以DNA掩膜的形狀圖案化的基材。然而，DNA的化學(xué)穩(wěn)定性有限。為保護(hù)DNA掩膜免于蝕刻的嚴(yán)酷化學(xué)反應(yīng)條件，掩膜經(jīng)涂層(例如金屬涂層或氧化物涂層)保護(hù)。

發(fā)明概述

在一些方面中，本文所提供的是平臺(tái)，其使用諸如預(yù)先形成的(還稱為預(yù)組裝的)2D和/或3D核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)/晶體(例如，納米或微米結(jié)構(gòu))的基材(substrate)作為整體模板用于以至少1nm(例如，1、2、3、4或5nm或以上)的空間分辨率自小部分(moiety)(例如，納米顆粒(例如，金納米顆粒)和/或1D納米線(例如，碳納米管或Si納米線)和/或生物分子(例如蛋白質(zhì)和適配體))高分辨率制造(包括可編程的納米制造)復(fù)雜2D和/或3D架構(gòu)。本文所提供的平臺(tái)允許以前述的空間分辨率將例如多于1000個(gè)部分(均質(zhì)或異質(zhì)群體)合理整合成復(fù)雜的規(guī)定2D和/或3D架構(gòu)和基本一維(1D)聚合物納米線和平行陣列。本公開內(nèi)容還提供了具有從納米到晶片規(guī)?？缍鹊闹辽?.1nm的用于圖案化的精確度的方法和裝置。

這樣的納米制造框架可以在光刻條件(例如沉積和反應(yīng)離子蝕刻)以及溶液組裝條件下使用。另外，本文提供的框架允許將例如超過50個(gè)部分(包括均質(zhì)或異質(zhì)群體)合理地整合到復(fù)雜的規(guī)定架構(gòu)中。

本公開內(nèi)容的各個(gè)方面涉及(1)外延生長(zhǎng)(epitaxial growth)的DNA模板；(2)核酸(例如DNA)納米結(jié)構(gòu)(作為模板)在諸如晶片的基材上的非共價(jià)沉積；(3)在核酸(例如DNA)納米結(jié)構(gòu)(用作模板)上組裝一個(gè)或多個(gè)納米部分；(4)基材的3D核酸(例如，DNA)光刻(lithography)；(5)將在核酸納米結(jié)構(gòu)(用作模板)上官能化的一個(gè)或多個(gè)納米部分印刷到基材上；和(6)使用核酸納米結(jié)構(gòu)(用作模板)的3D約束的沉積。

由于其直至1nm的高分辨率定位以及用于復(fù)雜3D特征的一步圖案化能力，本發(fā)明的框架不同于現(xiàn)有的自上而下的光刻/電子束光刻方法。還可以同時(shí)圖案化異質(zhì)部分。與嵌段共聚物光刻相比，本文提供的基于核酸(例如，基于DNA)的框架可用于通過自組裝產(chǎn)生復(fù)雜的不規(guī)則不對(duì)稱圖案，具有來自熱力學(xué)的最小特征缺陷。使用本文提供的這樣的方法形成的方法和設(shè)備允許復(fù)雜的整體架構(gòu)，包括對(duì)稱和不對(duì)稱形式。通過使用單層DNA結(jié)構(gòu)，例如DNA瓦片和2D折紙，還可以在納米制造中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖案。

本文所提供的平臺(tái)還允許構(gòu)建具有深遠(yuǎn)的工程化和技術(shù)蘊(yùn)涵的復(fù)雜的基于納米組件的裝置。在光子器件中，例如，經(jīng)偶聯(lián)的納米顆粒引導(dǎo)光沿特定途徑傳播以交換信息或聚焦能量。作為另一實(shí)例，在電子器件(特別地用于高密度信息儲(chǔ)存的)中，經(jīng)偶聯(lián)的納米顆粒在每一個(gè)特定橫向位置處儲(chǔ)存多個(gè)信息位。相對(duì)于現(xiàn)有的限制，通過使用電子器件(特別地具有高密度信息儲(chǔ)存介質(zhì)的)，良好對(duì)齊的經(jīng)分離的納米顆粒陣列實(shí)現(xiàn)降低至1nm規(guī)模的單-位可尋址性，和超過1000次儲(chǔ)存的能力。而且，使用本文所提供的平臺(tái)構(gòu)建的縱橫架構(gòu)的可擴(kuò)展生產(chǎn)使得能夠自納米帶或納米線工業(yè)級(jí)生產(chǎn)晶體管陣列，這實(shí)現(xiàn)超過例如當(dāng)前的自上而下光刻的極限的電子電路。

本公開內(nèi)容的一些方面提供空間分辨率為50nm或以下且在規(guī)定位置處含有核酸柄的基材，該核酸柄雜交至偶聯(lián)至多個(gè)部分的互補(bǔ)核酸反柄(anti-handle)。

本公開內(nèi)容的一些方面提供包含空間分辨率為50nm或以下且在規(guī)定位置處含有核酸柄的基材的裝置，該核酸柄雜交至偶聯(lián)至多個(gè)部分的互補(bǔ)核酸反柄。

本公開內(nèi)容的一些方面提供空間分辨率小于50nm且在規(guī)定位置處含有部分的基材，其中該部分通過核酸雜交相互作用、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、疏水相互作用、靜電相互作用、π-π堆疊、空間約束或電泳間接偶聯(lián)至或約束于該基材。

本公開內(nèi)容的一些方面提供包含空間分辨率小于50nm且在規(guī)定位置處含有部分的基材的裝置，其中該部分通過核酸雜交相互作用、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、疏水相互作用、靜電相互作用、π-π堆疊、空間約束或電泳間接偶聯(lián)至或約束于該基材。

本公開內(nèi)容的一些方面提供具有小于50nm的空間分辨率和至少一個(gè)通道的基材，其中多個(gè)部分在空間上約束于該至少一個(gè)通道，且該至少一個(gè)通道不寬于該部分的直徑的兩倍(或平均直徑的兩倍)。在一些實(shí)施方案中，該至少一個(gè)通道不寬于該部分的直徑(或平均直徑)。

本公開內(nèi)容的一些方面提供包含具有小于50nm的空間分辨率和至少一個(gè)通道的基材的裝置，其中多個(gè)部分在空間上約束于該至少一個(gè)通道，且該至少一個(gè)通道的直徑不寬于該部分直徑的兩倍(或平均直徑)。在一些實(shí)施方案中，該至少一個(gè)通道不寬于該部分的直徑(或平均直徑)。

本公開內(nèi)容的一些方面提供產(chǎn)生裝置的方法，包括將核酸晶體沉積于基材表面上，和在規(guī)定位置處使該核酸晶體偶聯(lián)至與偶聯(lián)至多個(gè)部分的核酸反柄互補(bǔ)的核酸柄。

在一些方面中，本公開內(nèi)容還提供高分辨率核酸(例如，DNA)光刻平臺(tái)，其用于將各種基材(例如，無機(jī)和有機(jī)基材)制造成任意、復(fù)雜的二維和三維物件。不同于當(dāng)前的核酸光刻技術(shù)，本文提供的方法使用無任何表面涂層(例如，無金屬或氧化物涂層)的“裸”核酸納米結(jié)構(gòu)作為掩膜(mask)，以實(shí)現(xiàn)具有例如1納米(nm)至1μm特征分辨率的規(guī)定二維和三維圖案。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)是自單鏈核酸(例如，單鏈DNA)組裝。在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)是自合成單鏈寡核苷酸(例如，合成的單鏈DNA寡核苷酸)組裝。裸核酸納米結(jié)構(gòu)還可從自天然存在的核酸(例如，DNA)分離的單鏈寡核苷酸(例如，單鏈DNA寡核苷酸)組裝。然而，應(yīng)理解，自經(jīng)分離的核酸(例如，DNA)組裝的任何裸核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)均視為人工結(jié)構(gòu)，因?yàn)楸疚暮w的核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)包括非天然存在的核酸。還應(yīng)理解，在一些情形中，本公開內(nèi)容的核酸納米結(jié)構(gòu)的組分可包括非天然存在和天然存在的核酸的組合。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)是自至少50個(gè)合成單鏈異質(zhì)寡核苷酸組裝的。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)是自長(zhǎng)度為至少1千個(gè)堿基的單鏈核酸(例如，DNA)組裝的。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的方法不包括金屬、金屬氧化物或氧化物生長(zhǎng)步驟。生長(zhǎng)步驟(例如，金屬生長(zhǎng)步驟)是指形狀保存步驟，通過該步驟將顆粒(例如，金屬顆粒，例如Au顆粒)沉積/吸附于核酸納米結(jié)構(gòu)的表面上，所得結(jié)構(gòu)(例如，金屬結(jié)構(gòu))自核酸模板繼承其形狀(參見例如Surwade S.P.等人，J.Am.Chem.Soc.133:11868,2011；和Jin Z.等人，Nature Communications,4:1663,2013，其以引用方式并入本文中)。當(dāng)使用金屬生長(zhǎng)步驟時(shí)，這樣的所得結(jié)構(gòu)可稱為“金屬化”結(jié)構(gòu)(例如，金屬化DNA)。

在一些實(shí)施方案中，吸附步驟包括將包含裸核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)的溶液吸附于基材表面上。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)利用金屬納米顆粒、金屬簇、氧化物、硫?qū)倩?、納米線、聚合物和/或生物分子官能化。在一些實(shí)施方案中，裸DNA納米結(jié)構(gòu)利用金納米顆粒官能化。應(yīng)理解，“官能化”裸核酸納米結(jié)構(gòu)有別于“金屬化”裸核酸納米結(jié)構(gòu)。用于官能化裸核酸納米結(jié)構(gòu)的材料(例如，金屬納米顆粒)不用于保護(hù)裸DNA納米結(jié)構(gòu)免于干法蝕刻條件。如圖8和9中所示，三維DNA納米結(jié)構(gòu)利用金膜(圖8)或金納米顆粒(圖9A-B)官能化，使得在蝕刻過程期間，金顆粒轉(zhuǎn)移至圖案化基材，所得圖案化基材現(xiàn)在被視為“經(jīng)官能化”。

本公開內(nèi)容的一些方面提供了通過本文提供的任一方法產(chǎn)生的圖案化基材。

本公開內(nèi)容的一些方面提供了包含本文所提供圖案化基材中任一者的裝置。例如，本公開內(nèi)容的裝置可為電子裝置、等離子體裝置、光子裝置、光伏裝置或混合型裝置。

在一些實(shí)施方案中，使用本文所提供的DNA光刻方法產(chǎn)生的基材用作整體模板用于以至少1nm(例如，1、2、3、4或5nm或以上)的空間分辨率自小部分(例如，納米顆粒(例如，金納米顆粒)和/或1D納米線(例如，碳納米管))高分辨率制造復(fù)雜2D和/或3D架構(gòu)。

附圖簡(jiǎn)述

附圖并不欲按比例繪制。為清晰起見，并非每一個(gè)組件可標(biāo)記于每一個(gè)附圖中。

圖1A-1B顯示納米顆粒在三維(3D)DNA晶體上對(duì)齊在規(guī)定架構(gòu)中。圖1A顯示金納米顆粒對(duì)齊于DNA晶體上的設(shè)計(jì)示意圖。將單鏈DNA瓦片(tile)(16至48個(gè)核苷酸長(zhǎng))在階段式等溫條件下孵育以產(chǎn)生具有規(guī)定3D DNA柄圖案的DNA晶體。長(zhǎng)方體代表DNA晶體的單位晶胞。鏈狀結(jié)構(gòu)代表DNA柄。然后添加經(jīng)單鏈反柄修飾的金納米顆粒(球體)以形成所設(shè)計(jì)納米顆粒架構(gòu)。圖1B顯示在DNA晶體上所產(chǎn)生的2D/3D納米顆粒架構(gòu)的示意圖。左上方示意圖顯示8-nm金納米顆粒鏈的平行陣列。右上方示意圖顯示交替8-nm和13-nm金納米顆粒鏈的平行陣列。左下方示意圖顯示兩層3D架構(gòu)，其具有在下方的13-nm金納米顆粒鏈的陣列和在頂部的8-nm金納米顆粒鏈的陣列。右下方示意圖顯示三層3D架構(gòu)，其具有在下方的13-nm金納米顆粒鏈的陣列、在中間的一條13-nm金顆粒鏈和在頂部的一條40-nm熒光納米珠粒(或納米顆粒)的鏈。淺灰色球體代表組裝于DNA晶體頂部上的金納米顆粒(小的為8nm；大的為13nm)。小的深灰色球體代表在DNA晶體下方裝飾的13-nm金納米顆粒。大的深灰色球體代表40-nm熒光納米珠粒。比例尺為100nm。

圖2A-2C顯示在DNA晶體上對(duì)齊的納米顆粒。淺灰色球體代表組裝于DNA晶體頂部上的金納米顆粒(小的為8nm；大的為13nm)。小的深灰色球體代表在DNA晶體下方裝飾的13-nm金納米顆粒。大的深灰色球體代表40-nm熒光納米珠粒。

圖2D顯示布置于DNA磚晶體上的2D均質(zhì)(左側(cè))和異質(zhì)(右側(cè))金屬納米顆粒。2D均質(zhì)圖案(左側(cè)圖)顯示自5nm金納米顆粒(小的淺灰色球體)設(shè)計(jì)的圖案。大的黑色區(qū)域顯示DNA晶體的重復(fù)單元。納米顆粒陣列下方的淺灰色區(qū)域是DNA晶體模板。右側(cè)圖顯示于模板上圖案化的納米顆粒的TEM圖像。小的黑色球體代表5nm金納米顆粒。下方的淺灰色區(qū)域是DNA晶體模板。比例尺為100nm。在2D異質(zhì)圖案中(左側(cè)圖)，顯示自5nm金納米顆粒(小的淺灰色球體)和13nm金納米顆粒(大的淺灰色球體)設(shè)計(jì)的圖案。大的黑色區(qū)域顯示DNA晶體的重復(fù)單元。納米顆粒陣列下方的淺灰色區(qū)域是DNA晶體模板。右側(cè)圖顯示于模板上圖案化的納米顆粒的TEM圖像。小的黑色球體代表5nm金納米顆粒。大的黑色球體代表13nm金納米顆粒。下方的淺灰色區(qū)域是DNA晶體模板。比例尺為100nm。

圖2E顯示使用DNA晶體模板的不依賴于表面的圖案化的實(shí)例。自左至右是于無定形碳、一氧化硅和氮化硅上的金納米顆粒的TEM圖像。在每一個(gè)圖內(nèi)，黑色球體是8nm金納米顆粒。金納米顆粒下方的灰色區(qū)域是DNA晶體模板。每一個(gè)圖的右上方區(qū)域是每一個(gè)金納米顆粒圖案的快速傅里葉變換(Fast Fourier transform)。比例尺為100nm。

圖2F顯示手性納米顆粒表面使用DNA模板的構(gòu)建(頂部)和將納米部分“印刷”至硅晶片的實(shí)例(底部)。左上方圖顯示設(shè)計(jì)的手性納米顆粒表面。每一個(gè)黑色球體代表10nm金納米顆粒。白色圓柱體代表DNA晶體模板上的DNA脊(DNA ridge)。黑色曲線顯示每一個(gè)脊上納米顆粒的手性定向。頂部中間圖顯示構(gòu)成2D手性表面的手性納米顆粒鏈。每一個(gè)黑色球體代表10nm金納米顆粒。白色圓柱體代表DNA晶體模板上的DNA脊。頂部右側(cè)圖顯示DNA模板上經(jīng)組裝的手性納米顆粒表面的SEM圖像。每一個(gè)白色球體是在脊頂部的10nm金納米顆粒。每一個(gè)黑色球體是附接至脊側(cè)面的10nm金納米顆粒。黑色矩形柱是DNA模板上的DNA脊。比例尺為60nm。底部圖代表將納米部分(例如，10nm金納米顆粒)“印刷”至硅晶片的實(shí)例?；疑蝮w代表已經(jīng)自DNA模板“印刷”于Si表面上的10nm金納米顆粒。納米顆粒下方的黑色表面是Si晶片。

圖3A顯示在DNA溝槽內(nèi)圖案化碳納米管(CNT)的設(shè)計(jì)方案。

圖3B顯示在DNA溝槽內(nèi)圖案化的CNT的透射式電子顯微鏡(TEM)圖像。在透射式電子顯微鏡(TEM)圖像中，DNA晶體上的CNT經(jīng)人工著色以增加對(duì)比度。比例尺為100nm。

圖3C顯示具有24nm節(jié)距(兩個(gè)毗鄰CNT之間的中心距)尺寸的CNT對(duì)齊的實(shí)例。左上方顯示DNA溝槽內(nèi)圖案化的多個(gè)CNT的TEM圖像。淺灰色線是CNT(利用指示CNT的箭頭標(biāo)記)?；疑羌s束CNT圖案化的DNA脊。比例尺為100nm。左下方是左上方圖中所選區(qū)域的放大視圖。淺灰色線是CNT(利用指示CNT的箭頭標(biāo)記)?；疑羌s束CNT圖案化的DNA脊。右側(cè)圖是CNT裝飾的DNA晶體樣品的縮小TEM圖像。周圍黑色區(qū)域是TEM樣品網(wǎng)格上的銅線。白色背景上的灰色區(qū)域是CNT裝飾的DNA晶體。比例尺為10um。

圖3D顯示DNA晶體模板上CNT陣列的縮放比例。比例尺為場(chǎng)效晶體管中的節(jié)距尺寸(即，晶體管中兩條毗鄰線之間的間距)。比例尺頂部的圖是于DNA晶體模板上圖案化且具有不同的規(guī)定節(jié)距的CNT陣列的TEM圖像。通過使用具有不同周期性的DNA晶體，CNT陣列經(jīng)制造具有自24nm至10nm的可調(diào)諧節(jié)距。在每一個(gè)TEM圖像內(nèi)，標(biāo)記線是CNT，而白色束是DNA模板。比例尺為20nm。比例尺下方是當(dāng)前基于Si的場(chǎng)效晶體管的SEM圖像。左側(cè)是Intel的14-nm節(jié)點(diǎn)晶體管。黑色區(qū)域是Si溝槽，而淺灰色區(qū)域是氧化物涂層與門控介質(zhì)。右側(cè)是IBM的7-nm節(jié)點(diǎn)晶體管。黑色區(qū)域是Si溝槽，而淺灰色區(qū)域和白色區(qū)域是氧化物涂層和絕緣體。深灰色區(qū)域是門控介質(zhì)。

圖4A顯示具有沿x軸的第一尺寸和沿y軸的第二尺寸的二維核酸納米結(jié)構(gòu)的實(shí)例的示意圖。

圖4B顯示具有沿x軸的第一尺寸和沿z軸的第二尺寸的二維核酸納米結(jié)構(gòu)的實(shí)例的示意圖。

圖4C顯示具有沿x軸的第一尺寸、沿y軸的第二尺寸、和沿z軸的第三尺寸的三維核酸納米結(jié)構(gòu)的實(shí)例的示意圖。

圖5顯示本公開內(nèi)容的DNA光刻方法的一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)視圖示意圖(左側(cè))和透視圖示意圖(右側(cè))。將裸DNA納米結(jié)構(gòu)吸附于基材上，且然后在反應(yīng)性離子蝕刻條件下蝕刻裸DNA納米結(jié)構(gòu)吸附于其上的基材，由此產(chǎn)生圖案化基材。

圖6A顯示本公開內(nèi)容的DNA光刻方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。將重疊裸DNA棒(用作裸DNA納米結(jié)構(gòu)掩膜)吸附于基材上，且然后在反應(yīng)性離子蝕刻條件下蝕刻裸DNA棒吸附于其上的基材，由此產(chǎn)生重疊棒結(jié)構(gòu)的規(guī)定三維圖案。

圖6B顯示裸DNA納米結(jié)構(gòu)掩膜的原子力顯微鏡(AFM)圖像。

圖6C顯示規(guī)定三維圖案化基材的AFM圖像。

圖7A顯示比較使用二維DNA納米結(jié)構(gòu)(頂部)或三維DNA納米結(jié)構(gòu)(底部)光刻圖案化二維膜的示意圖。

圖7B顯示本公開內(nèi)容的DNA光刻方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，其中使用三維DNA納米結(jié)構(gòu)掩膜以將基材圖案化成三維物件。三維DNA納米結(jié)構(gòu)掩膜可用于圖案化二維基材或三維基材，而二維DNA納米結(jié)構(gòu)掩膜只能用于圖案化二維基材。

圖8顯示本公開內(nèi)容的DNA光刻方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。將經(jīng)金納米顆粒官能化的裸DNA納米結(jié)構(gòu)掩膜吸附于基材上，且然后在反應(yīng)性離子蝕刻條件下蝕刻裸DNA納米結(jié)構(gòu)掩膜吸附于其上的基材，由此產(chǎn)生經(jīng)金納米顆粒官能化的圖案化基材?；蛘?，該方法可以包括用作為硬掩模層的SiO₂薄層涂覆基材。然后將裸納米結(jié)構(gòu)吸附在SiO₂層上，隨后進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻以制造具有規(guī)定圖案的SiO₂硬掩模。然后可以通過干/濕法蝕刻方案處理具有其SiO₂硬掩模的基材以獲得規(guī)定的金屬納米圖案。

圖9A顯示本公開內(nèi)容的DNA光刻方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。金納米顆粒用于官能化用于三維光刻的裸DNA納米結(jié)構(gòu)掩膜。金納米顆粒在蝕刻之后保留于三維圖案化基材上。通過例如外延生長(zhǎng)(epitaxial growth)，金圖案化基材可進(jìn)一步經(jīng)工程化用于諸如電極連接、波導(dǎo)構(gòu)建或其它等離子體或光伏結(jié)構(gòu)的功能。

圖9B顯示蝕刻具有Au納米顆粒(NP)圖案的DNA模板的實(shí)施方案。Au NP在DNA磚晶體的溝槽中圖案化。在沉積、脫鹽和干燥之后，通過反應(yīng)性離子蝕刻處理攜帶DNA模板-Au NP復(fù)合物的硅晶片。在蝕刻后，Au NP仍保存原始圖案，而模板的DNA脊生成硅脊圖案。

圖10A-10B顯示具有不同節(jié)距(例如，26nm、16nm和10nm)的各種硅圖案的實(shí)例。

圖11顯示根據(jù)本文所述的方法生成的DNA線和Si線、DNA網(wǎng)格和Si網(wǎng)格以及DNA柱陣列和Si柱陣列的圖像。

圖12顯示涉及將金屬薄層涂覆于DNA模板上、隨后進(jìn)行剝離加工的示意圖(左側(cè))和實(shí)驗(yàn)結(jié)果(右側(cè))。

圖13A是顯示使用3D DNA納米結(jié)構(gòu)作為模板以將部分印刷至基材的示意圖。

圖13B是使用圖13A的方法生成的DNA模板上的Au納米顆粒以及硅晶片上的Au納米顆粒印刷圖案的圖像。

圖14顯示DNA模板的3D外延生長(zhǎng)。頂部圖是設(shè)計(jì)示意圖。自2D DNA晶種(左側(cè)，亮白色矩形長(zhǎng)方體，箭頭指示生長(zhǎng)方向)開始，第一生長(zhǎng)階段于晶種(中間、亮白色矩形長(zhǎng)方體)上產(chǎn)生垂直對(duì)齊的溝槽(中間、黑色矩形長(zhǎng)方體)。第二連續(xù)生長(zhǎng)階段進(jìn)一步產(chǎn)生連接垂直對(duì)齊溝槽(右側(cè)、黑色矩形長(zhǎng)方體)的橫向?qū)R的脊(右側(cè)、淺灰色長(zhǎng)方體)。底部圖是每一個(gè)生長(zhǎng)階段的TEM圖像。左側(cè)是晶種(具有不規(guī)則邊緣的灰色區(qū)域)的TEM圖像。中間是第一生長(zhǎng)階段之后的TEM圖像(灰色并行線是平行溝槽)。右側(cè)是第二生長(zhǎng)階段之后的TEM圖像(灰色網(wǎng)格是表面形態(tài)，而黑色斑點(diǎn)是由DNA結(jié)構(gòu)圍繞的空腔)。比例尺為100nm。

發(fā)明詳述

現(xiàn)代電子器件和光學(xué)器件需要將小構(gòu)建塊大規(guī)模整合成特定2D和/或3D架構(gòu)。然而，使用傳統(tǒng)自上而下和自下而上方法對(duì)于10nm以下的小納米顆粒的分辨率是挑戰(zhàn)性的。如本文所提供，使用例如預(yù)先形成的納米級(jí)或微米級(jí)3D DNA納米結(jié)構(gòu)/晶體作為整體模板，以例如2nm至2μm的空間分辨率自小部分(例如，納米顆粒和/或碳納米管)制造復(fù)雜2D/3D架構(gòu)。使用本文所提供方法的高分辨率對(duì)齊確保在規(guī)定位置/方向的部分之中的強(qiáng)偶聯(lián)。另外，部分于DNA納米結(jié)構(gòu)/晶體及其它基材上的強(qiáng)健組裝通過從局部相互作用分離關(guān)于整體架構(gòu)的信息改善自組裝3D架構(gòu)的再現(xiàn)性。此特征最小化局部擾動(dòng)。在各單一位置處的缺陷(缺乏或重復(fù))將由于缺少直接的顆粒間局部相互作用而不會(huì)級(jí)聯(lián)至下游組裝中。

因此，本文提供引導(dǎo)且按比例放大多個(gè)部分的對(duì)齊的整體模板(例如，核酸模板)，而無論其對(duì)稱性和局部顆粒間相互作用。例如，本文提供一維納米顆粒鏈、具有交替鏈的二維陣列和三維平行鏈且其可自均質(zhì)和異質(zhì)顆粒組分構(gòu)建，此顯示組分的廣泛通用性。還可于DNA納米結(jié)構(gòu)/晶體上構(gòu)建缺少置換對(duì)稱性的架構(gòu)。作為另一實(shí)例，可引入空間約束以在可擴(kuò)展的碳納米管(CNT)對(duì)齊中幫助精確定向控制的化學(xué)識(shí)別。如實(shí)施例1中所示，引入具有納米厚度的3D納米級(jí)溝槽以空間上限制CNT在模板上的旋轉(zhuǎn)，此確保由包埋于溝槽底部處的結(jié)合位點(diǎn)捕獲的CNT只能采取規(guī)定取向(圖3A-B)。

在一些實(shí)施方案中，DNA納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)模板經(jīng)組裝具有針對(duì)多個(gè)部分的規(guī)定3D結(jié)合能力和表面特征，隨后在特定結(jié)合位置處將多個(gè)部分“印刷”至DNA納米結(jié)構(gòu)模板上(圖2F)。由此通過選擇具有不同空間結(jié)合特征的DNA納米結(jié)構(gòu)制造復(fù)雜2D和/或3D架構(gòu)。例如，DNA納米結(jié)構(gòu)的自組裝確保與電子束光刻相當(dāng)?shù)膱D案復(fù)雜度，但在三個(gè)尺寸上具有遠(yuǎn)更高的分辨率。

本公開內(nèi)容還提供高分辨率制造3D光子和電子架構(gòu)的通用方案，在一些情形中，這樣的架構(gòu)可容易地經(jīng)由計(jì)算機(jī)輔助軟件編程。

在一些實(shí)施方案中，本文還提供光刻方法，其使用具有復(fù)雜維度的可編程自組裝裸核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)作為掩膜用于將基材干法蝕刻成二維和三維物件。本公開內(nèi)容的方法允許使用可成型為具有例如1納米(nm)至2nm分辨率的二維和三維圖案的各種有機(jī)和無機(jī)基材。不同于現(xiàn)有核酸光刻技術(shù)，令人驚訝地，本公開內(nèi)容的方法不需要使用共形生長(zhǎng)的金屬或氧化物掩膜涂層，這樣的涂層降低光刻分辨率。而且，在一些方面中，使用本文所提供的裸核酸納米結(jié)構(gòu)允許直接“一步”制造二維和三維物件。

本公開內(nèi)容的非限制示例性方法揭示如下。將包含深度為2nm的裸三維DNA納米結(jié)構(gòu)(例如，10pM-1μM納米結(jié)構(gòu)濃度，長(zhǎng)度為至少32堿基對(duì))的溶液(例如，0.5x Tris-乙二胺四乙酸(TE)緩沖劑，40mM Mg²⁺；或100mM-1M NaNO₃)吸附于基材上(例如，每cm²基材1μl–10μl或1-100μl溶液)，并使溶液在密封容器中以50-100％濕度于室溫下于基材上孵育(例如，30分鐘至4小時(shí))。在一些實(shí)施方案中，使溶液在約4℃至25℃的溫度下任選利用50-100％濕度在基材上孵育3分鐘至4小時(shí)以沉積DNA納米結(jié)構(gòu)。孵育(或沉積)之后，將溶液移除(或干燥)(例如，自發(fā)地或通過強(qiáng)制空氣流動(dòng)或通過擦拭)。然后洗滌基材以自TE緩沖劑移除殘余鹽。此過程可視為脫鹽過程，其意欲在最后干燥步驟之前自所吸附的DNA納米結(jié)構(gòu)移除無機(jī)鹽。對(duì)于疏水性基材，將基材于乙醇/水混合物(例如，50-90％乙醇體積)中孵育1-4小時(shí)。

不同基材的不同表面性質(zhì)(例如，親水性或疏水性)、緩沖液中的變化鹽濃度和DNA納米結(jié)構(gòu)的尺寸將決定是否應(yīng)在適當(dāng)液體或若干液體的組合中實(shí)施脫鹽過程，所述液體包括DI水、經(jīng)稀釋的Mg²⁺溶液、無水甲醇、無水乙醇、無水異丙醇和經(jīng)稀釋的甲醇/乙醇/異丙醇(30-95％體積濃度)。脫鹽過程在某一液體中的持續(xù)時(shí)間可自幾秒(通過快速浸漬-拉出)至數(shù)小時(shí)(通過安靜孵育或通過搖瓶孵育)變化，以平衡鹽萃取與DNA納米結(jié)構(gòu)解吸咐之間的權(quán)衡。最后，根據(jù)最后步驟脫鹽液體的性質(zhì)，可通過吸水紙擦拭、或通過強(qiáng)制空氣流動(dòng)、或通過自然蒸發(fā)干燥具有DNA納米結(jié)構(gòu)的基材(即沉積后的)。另外或任選，可將痕量穩(wěn)定劑引入至沉積步驟和/或脫鹽過程以進(jìn)一步增強(qiáng)所干燥3D DNA納米結(jié)構(gòu)的機(jī)械和/或化學(xué)穩(wěn)定性。穩(wěn)定劑的典型劑量將在0.1mM以下。穩(wěn)定劑類別可為金屬陽離子(包括Na⁺,K⁺,Mg²⁺,Ca²⁺,Cr³⁺,Mn²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Co²⁺,Co³⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Zn²⁺等)、重金屬染色劑(包括鉬酸銨、乙酸雙氧鈾、甲酸雙氧鈾、硝酸雙氧鈾、磷鎢酸、四氧化鋨、鐵氰化餓、auroglucothionate、硝酸銀、四氧化釕和四氧化餓)和DNA鏈間交聯(lián)劑(包括補(bǔ)骨脂素、絲裂霉素-C、吡咯并苯并二氮雜美法侖(melphalan)、環(huán)磷酰胺等)。

對(duì)于親水性基材，將基材浸泡于流動(dòng)水中。含有裸DNA納米結(jié)構(gòu)的基材的蝕刻是在標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)性離子蝕刻條件下實(shí)施(Wu等人，Journal of Applied Physics,108:051101,2010,incorporated by reference herein，其以引用方式并入本文中)。等離子體源可包括例如鹵素、硫?qū)倩?、氧、碳氟化合物、氫?或惰性氣體。反應(yīng)性離子蝕刻條件(例如，蝕刻劑類型(例如等離子體源)、室壓力、氣體流速、發(fā)生器線圈功率、板功率和蝕刻持續(xù)時(shí)間)可根據(jù)基材組成和預(yù)期蝕刻深度來優(yōu)化。在此實(shí)例中，為了在平坦的、經(jīng)拋光的硅晶片上垂直蝕刻40nm(參見例如圖2A-C)，使用10(或約1至約100)標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘(SCCM)的CHF₃氣體(或CF₄或C₄F₈或SF₆)作為蝕刻劑源例如等離子體源，且蝕刻持續(xù)時(shí)間為4分鐘(或約5秒至約5分鐘)。若使用更具反應(yīng)性的蝕刻劑源(例如等離子體)，例如SF₆，則可縮短蝕刻持續(xù)時(shí)間。

DNA納米結(jié)構(gòu)沉積于晶片上的進(jìn)一步描述提供于實(shí)施例3中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這樣的實(shí)施例被提供作為指導(dǎo)且因此還涵蓋其它實(shí)施方案。

沉積DNA納米結(jié)構(gòu)之后，可施加涂層或膜，如實(shí)施例4中更詳細(xì)描述的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，該實(shí)施例被提供作為指導(dǎo)且因此還涵蓋其他實(shí)施方案。

蝕刻可在沉積DNA納米結(jié)構(gòu)之后在有或沒有進(jìn)一步官能化的情況下實(shí)施。實(shí)施例5提供使用攜帶Au納米顆粒的DNA納米結(jié)構(gòu)的典型蝕刻過程的描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，該實(shí)施例被提供作為指導(dǎo)且因此還涵蓋其他實(shí)施方案。

印刷還可使用DNA納米結(jié)構(gòu)在有或沒有官能化的情況下實(shí)施。實(shí)施例6提供使用攜帶Au納米顆粒的DNA納米結(jié)構(gòu)的典型印刷過程的描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，該實(shí)施例被提供作為指導(dǎo)且因此還涵蓋其他實(shí)施方案。

基材

基材是指其上施加另一物質(zhì)的物質(zhì)(例如，固體平面物質(zhì)或核酸納米結(jié)構(gòu)/晶體)。例如，可將多個(gè)部分(例如，納米顆粒、納米線或核酸)施加至基材(例如，核酸納米結(jié)構(gòu)/晶體的硅晶片)。根據(jù)本公開內(nèi)容的所用的基材可包括(但不限于)核酸、硅、二氧化硅(還稱為氧化硅)、氧化鋁、藍(lán)寶石、鍺、砷化鎵(GaAs)、硅與鍺的合金或磷化銦(InP)。在一些情況下，基材可包括氮化硅、碳和/或聚合物。

基材可為無機(jī)物(例如，不包含碳)或有機(jī)物(例如，含有碳)。在一些情形中，基材可包含石墨烯和/或石墨。

在一些實(shí)施方案中，基材是本文所提供的任兩種或更多種的雜合物(例如，包含混合物)(例如，無機(jī)材料和有機(jī)材料的雜合物、或兩種或更多種不同無機(jī)材料或有機(jī)材料的雜合物)。例如，基材可包含無機(jī)和有機(jī)材料的混合物、兩種或更多種不同無機(jī)材料的混合物或兩種或更多種不同有機(jī)材料的混合物。雜合基材中一種材料對(duì)另一種材料的比率可為例如1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80或1:90。本文涵蓋其它比例。例如，任兩種或更多種不同材料可在基材中布置成層。本文還涵蓋其它構(gòu)型。

在一些實(shí)施方案中，基材包括半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體材料的混合物。半導(dǎo)體材料包括(但不限于)IV族元素半導(dǎo)體、IV族化合物半導(dǎo)體、VI族元素半導(dǎo)體、III-V族半導(dǎo)體、II-VI族半導(dǎo)體、I-VII族半導(dǎo)體、IV-VI族半導(dǎo)體、IV-VI族半導(dǎo)體、V-VI族半導(dǎo)體、II-V族半導(dǎo)體、氧化物、層狀半導(dǎo)體、磁性半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體、電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括IV族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的IV族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)金剛石、硅、鍺、灰錫、碳化硅及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括VI族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的VI族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)硫、灰硒、碲及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括III-V族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的III-V族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)立方氮化硼、六方氮化硼、磷化硼、砷化硼、砷化硼、氮化鋁、磷化鋁、砷化鋁、銻化鋁、氮化鎵、磷化鎵、砷化鎵、銻化鎵、氮化銦、磷化銦、砷化銦、銻化銦及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括II-VI族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的II-VI族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)硒化鎘、硫化鎘、碲化鎘、氧化鋅、硒化鋅、硫化鋅、碲化鋅、氯化亞銅、硫化銅、硒化鉛、硫化鉛(ii)、碲化鉛、硫化錫、硫化錫、碲化錫、碲化鉛錫、碲化鉈錫、碲化鉈鍺、碲化鉍及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括I-VII族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的I-VII族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)氯化亞銅、硫化銅以及氯化亞銅與硫化銅的組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括IV-VI族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的IV-VI族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)硒化鉛、硫化鉛(ii)、碲化鉛、硫化錫、硫化錫、碲化錫、碲化鉛錫、碲化鉈錫、碲化鉈鍺及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括V-VI族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的IV-VI族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)碲化鉍。

在一些實(shí)施方案中，基材包括II-V族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的II-V族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)磷化鎘、砷化鎘、銻化鎘、磷化鋅、砷化鋅、銻化鋅及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括氧化物。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的氧化物實(shí)例包括(但不限于)銳鈦礦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦、板鈦礦型二氧化鈦、氧化銅(i)、氧化銅(ii)、二氧化鈾、三氧化鈾、三氧化鉍、二氧化錫、鈦酸鋇、鈦酸緦、鈮酸鋰、氧化鑭銅及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括層狀半導(dǎo)體。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的層狀半導(dǎo)體的實(shí)例包括(但不限于)碘化鉛(ii)、二硫化鉬、硒化鎵、硫化錫、硫化鉍及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括磁性半導(dǎo)體。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的磁性半導(dǎo)體的實(shí)例包括(但不限于)砷化鎵錳、砷化銦錳、碲化鎘錳、碲化鉛猛、錳酸鑭鈣、氧化鐵(ii)、氧化鎳(ii)、氧化銪(ii)、硫化銪(ii)、溴化鉻(iii)及其組合。

可根據(jù)本公開內(nèi)容使用的半導(dǎo)體材料的其它實(shí)例包括(但不限于)硒化銅銦(cis)、硫化銀鎵、磷化鋅硅、硫化砷、硅化鉑、碘化秘(iii)、碘化汞(ii)、溴化鉈(i)、硫化銀、二硫化鐵、硫化銅鋅錫、硫化銅鋅銻及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括硫?qū)倩铩Ａ驅(qū)倩锸前ㄖ辽僖粋€(gè)硫?qū)僭仃庪x子和至少一種更具正電性元素的化學(xué)化合物。在一些實(shí)施方案中，硫?qū)倩锸橇蚧?、硒化物或碲化物?/p>

在一些實(shí)施方案中，基材包括電絕緣體。電絕緣體是內(nèi)部電荷不會(huì)自由流動(dòng)、且因此使得其在電場(chǎng)的影響下難以傳導(dǎo)電流的材料。

在一些實(shí)施方案中，基材包括金屬。可根據(jù)本公開內(nèi)容使用的金屬實(shí)例包括(但不限于)鋁、鉻、鈦、鎢、鉭、鈮、鉑、鋅及其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括碳、LiNbO₃、PbZrTiO₃、HfO₂、TiO₂、V₂O₅、Al₂O₃、Ta₂O₃或其組合。

在一些實(shí)施方案中，基材包括聚合物?？筛鶕?jù)本公開內(nèi)容使用的聚合物實(shí)例包括(但不限于)聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)(例如，PMMA樹脂)和自組裝聚合物。在一些實(shí)施方案中，基材包含聚(甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸)(例如，共聚物P(MMA-MAA))。在一些實(shí)施方案中，基材包括自組裝嵌段共聚物。

在一些實(shí)施方案中，基材包括膜，例如光阻劑膜、化學(xué)蒸氣沉積(CVD)膜、半導(dǎo)體膜、石墨烯和/或其它單層原子膜。在一些實(shí)施方案中，基材包括物理蒸氣沉積(PVD)膜、原子層沉積(ALD)膜和/或離子植入膜。

在一些實(shí)施方案中，基材是經(jīng)拋光的硅晶片，例如經(jīng)等離子體處理、或熱食人魚溶液(piranha solution)處理的硅晶片(例如，7:3濃縮H₂SO₄:35％H₂O₂)。

在一些實(shí)施方案中，部分偶聯(lián)至基材表面。在一些實(shí)施方案中，基材是具有多個(gè)部分偶聯(lián)于其上的頂部表面的基本上平面的物質(zhì)?；目蔀閱螌踊蚨鄬?例如，多層石墨烯/BN/MoS₂，例如，條帶或網(wǎng))。

在一些實(shí)施方案中，基材具有包含生物分子或由生物分子組成的(例如，至少一個(gè))層。生物分子包括例如蛋白質(zhì)和核酸。本文涵蓋其它生物分子，例如，多糖和脂質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，基材可含有僅蛋白質(zhì)(均質(zhì)或異質(zhì)群體)、僅核酸(均質(zhì)或異質(zhì)群體)或蛋白質(zhì)與核酸(或其它生物分子)的混合物?；牡纳锓肿訉涌蔀閮?nèi)層(例如，夾心于兩個(gè)層之間)和/或外層(例如，表面暴露于周圍環(huán)境)。

也被稱為“晶體”的核酸納米結(jié)構(gòu)

本公開內(nèi)容的方面涉及用于圖案化基材的二維或三維核酸納米結(jié)構(gòu)?！昂怂峒{米結(jié)構(gòu)”是自個(gè)體核酸自組裝的合理設(shè)計(jì)的人工(例如，非天然存在)結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，在本文中被稱為“晶體”的自組裝一維、二維或三維核酸結(jié)構(gòu)可為基材。應(yīng)理解，術(shù)語“核酸納米結(jié)構(gòu)”和“核酸晶體”(或簡(jiǎn)單地“晶體”)在本文中可互換使用。

“裸核酸納米結(jié)構(gòu)”是無表面涂層的核酸納米結(jié)構(gòu)。在本公開內(nèi)容之前，核酸納米結(jié)構(gòu)(例如，DNA納米結(jié)構(gòu))用例如金屬涂層(參見例如Jin Z.等人Nature Communications,4:1663,2013，其以引用方式并入本文中)或氧化物涂層(參見例如Surwade S.P.等人，J.Am.Chem.Soc.133:11868,2011，其以引用方式并入本文中)涂覆，以使得核酸納米結(jié)構(gòu)可經(jīng)受蝕刻條件。然而，金屬或氧化物涂層例如降低光刻分辨率，且使用這樣的涂層將分辨率極限強(qiáng)加于所蝕刻的基材上。令人驚訝地，本公開內(nèi)容的核酸納米結(jié)構(gòu)(例如，DNA納米結(jié)構(gòu))不需要這樣的表面涂層。例如，多層核酸納米結(jié)構(gòu)(例如，三維DNA納米結(jié)構(gòu))是強(qiáng)健的且能夠經(jīng)受蝕刻(例如，等離子蝕刻)。因此，在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)是沒有金屬涂層且沒有氧化物涂層的核酸納米結(jié)構(gòu)(例如，多層核酸納米結(jié)構(gòu))。

然而，應(yīng)理解，盡管本公開內(nèi)容的裸核酸納米結(jié)構(gòu)不含涂層，但在一些實(shí)施方案中，其在蝕刻之前可經(jīng)預(yù)處理(例如，變性或修飾)。例如，裸核酸納米結(jié)構(gòu)可經(jīng)歷利用以下的預(yù)處理：紫外交聯(lián)(Ravanat,J.L.等人，Journal of Photochemistry and Photobiology B:Biology 63:88–102,2001，其以引用方式并入本文中)或臭氧分解(Cataldo,F.International Journal of Biological Macromolecules 38:248–254,2006，其以引用方式并入本文中)、染料/離子染色、碳化(Rajesh，B.等人，J.Phys.Chem.B 107(12):2701–2708,2003，其以引用方式并入本文中)、金屬陽離子摻雜(Petty,J.T.等人，J.Am.Chem.Soc.126:5207-5212,2004，其以引用方式并入本文中)或毛細(xì)管潤(rùn)濕(Piner,R.D.Science 283:661,1999，其以引用方式并入本文中)。

本公開內(nèi)容的裸核酸納米結(jié)構(gòu)可用作掩膜以覆蓋意欲圖案化的基材區(qū)域(例如，保護(hù)該區(qū)域免于蝕刻)。因此，在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)被稱為“裸核酸納米結(jié)構(gòu)掩膜”。

核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)通常是納米級(jí)或微米級(jí)結(jié)構(gòu)(例如，具有1至1000納米(nm)或1至10微米(μm)的長(zhǎng)度規(guī)模)。在一些情形中，微米級(jí)結(jié)構(gòu)是自多于一個(gè)納米級(jí)或微米級(jí)結(jié)構(gòu)組裝的。在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(且因此，晶體)的長(zhǎng)度規(guī)模為1至1000nm、1至900nm、1至800nm、1至700nm、1至600nm、1至500nm、1至400nm、1至300nm、1至200nm、1至100nm或1至50nm。在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度規(guī)模為1、2、3、4、5、6、7、8、9或10μm。在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度規(guī)模大于1000nm。在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度規(guī)模為1μm至2μm。在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度規(guī)模為200nm至2μm或以上。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)是自多個(gè)不同核酸(例如，單鏈核酸)組裝的。例如，核酸納米結(jié)構(gòu)可自至少10、至少20、至少30、至少40、至少50、至少60、至少70、至少80、至少90或至少100個(gè)核酸組裝。在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)是自至少100、至少200、至少300、至少400、至少500個(gè)或以上核酸組裝的。術(shù)語“核酸”涵蓋“寡核苷酸”，其是長(zhǎng)度為10個(gè)核苷酸至100個(gè)核苷酸的短單鏈核酸(例如，DNA)。在一些實(shí)施方案中，寡核苷酸的長(zhǎng)度為10至20個(gè)核苷酸、10至30個(gè)核苷酸、10至40個(gè)核苷酸、10至50個(gè)核苷酸、10至60個(gè)核苷酸、10至70個(gè)核苷酸、10至80個(gè)核苷酸或10至90個(gè)核苷酸。在一些實(shí)施方案中，寡核苷酸的長(zhǎng)度為20至50、20至75或20至100個(gè)核苷酸。在一些實(shí)施方案中，寡核苷酸的長(zhǎng)度為30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50個(gè)核苷酸。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)是自單鏈核酸、雙鏈核酸或單鏈和雙鏈核酸的組合組裝的。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)可自多個(gè)異質(zhì)核酸(例如，寡核苷酸)組裝?！爱愘|(zhì)”核酸可在核苷酸序列上彼此不同。例如，在包括核酸A、B和C的異質(zhì)多樣性中，核酸A的核苷酸序列不同于核酸B的核苷酸序列，核酸B的核苷酸序列不同于核酸C的核苷酸序列。異質(zhì)核酸還可在長(zhǎng)度和化學(xué)組成上不同(例如，是經(jīng)分離的相對(duì)于經(jīng)合成的)。

設(shè)計(jì)自組裝核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)的基本原則在于編碼核酸鏈中的序列互補(bǔ)性，以使得通過使互補(bǔ)片段配對(duì)，核酸鏈在適當(dāng)物理?xiàng)l件下自組織成預(yù)定義的納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)此基本原則(參見例如Seeman N.C.J.Theor.Biol.99:237,1982，其以引用方式并入本文中)，研究者已產(chǎn)生多樣的合成核酸納米結(jié)構(gòu)(參見例如Seeman N.C.Nature 421:427,2003；Shih W.M.等人，Curr.Opin.Struct.Biol.20:276,2010，其每一者以引用方式并入本文中)?？筛鶕?jù)本公開內(nèi)容使用的核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)的實(shí)例和產(chǎn)生這樣的結(jié)構(gòu)的方法是已知的且包括(但不限于)晶格(參見例如Winfree E.等人，Nature 394:539,1998；Yan H.等人，Science 301:1882,2003；Yan H.等人，Proc.Natl.Acad.of Sci.USA 100；8103,2003；Liu D.等人，J.Am.Chem.Soc.126:2324,2004；Rothemund P.W.K.等人，PLoS Biology 2:2041,2004，其每一個(gè)以引用方式并入本文中)、條帶(參見例如Park S.H.等人，Nano Lett.5:729,2005；Yin P.等人，Science 321:824,2008，其每一個(gè)以引用方式并入本文中)、管(參見例如Yan H.Science,2003；P.Yin,2008，其每一個(gè)以引用方式并入本文中)、具有所定義形狀的有限二維和三維物件(參見例如Chen J.等人，Nature 350:631,1991；Rothemund P.W.K.,Nature,2006；He Y.et al.Nature 452:198,2008；Ke Y.等人，Nano.Lett.9:2445,2009；Douglas S.M.等人，Nature 459:414,2009；Dietz H.等人，Science 325:725,2009；Andersen E.S.等人，Nature 459:73,2009；Liedl T.等人，Nature Nanotech.5:520,2010；Han D.等人，Science 332:342,2011，其每一個(gè)以引用方式并入本文中)和宏觀晶體(參見例如Meng J.P.et al.Nature 461:74,2009，其以引用方式并入本文中)。

本公開內(nèi)容的核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)可以是二維或三維的。二維核酸納米結(jié)構(gòu)是單層平面結(jié)構(gòu)，其可沿x軸和y軸測(cè)量(圖4A)。核酸納米結(jié)構(gòu)的“層”是指高度一致的核酸的平面布置?！案叨取笔侵附Y(jié)構(gòu)的垂直距離(例如，沿y軸)的量度?！白畲蟾叨取笔侵附Y(jié)構(gòu)的最大垂直距離的量度(例如，結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)與結(jié)構(gòu)的最低點(diǎn)之間的距離)。通常，核酸層具有小于3nm(例如，1nm、1.5nm、2nm、2.5nm)的最大高度。二維核酸納米結(jié)構(gòu)是單層結(jié)構(gòu)，因此，二維核酸納米結(jié)構(gòu)具有高度一致且最大高度小于3nm的核酸的平面布置。在一些實(shí)施方案中，二維核酸納米結(jié)構(gòu)的最大高度為小于2.5nm。在一些實(shí)施方案中，二維核酸納米結(jié)構(gòu)的最大高度為1nm至2.9nm或1nm至2.5nm。在一些實(shí)施方案中，二維核酸納米結(jié)構(gòu)的最大高度為1nm、1.5nm、2nm或2.5nm。二維核酸納米結(jié)構(gòu)的非限制性實(shí)例包括核酸晶格、瓦片和納米帶(參見例如Rothemund P.W.K.，Nature 440:297,2006；和Jung:mann R.等人，Nanotechnology 22(27):275301,2011，其每一個(gè)以引用方式并入本文中)。

三維核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)可沿x軸、y軸和z軸測(cè)量(圖4B)。三維核酸納米結(jié)構(gòu)的最大高度等于或大于3nm。在一些實(shí)施方案中，三維核酸納米結(jié)構(gòu)的最大高度大于4nm、大于5nm、大于6nm、大于7nm、大于8nm、大于9nm或大于10nm。在一些實(shí)施方案中，三維核酸納米結(jié)構(gòu)的最大高度為3nm至50nm、3nm至100nm、3nm至250nm或3nm至500nm。在一些實(shí)施方案中，三維納米結(jié)構(gòu)可為多層結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，三維核酸納米結(jié)構(gòu)包含2至200個(gè)或以上的核酸層。在一些實(shí)施方案中，三維核酸納米結(jié)構(gòu)包括大于2、大于3、大于4或大于5個(gè)核酸層。在一些實(shí)施方案中，三維核酸納米結(jié)構(gòu)包含2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、35、40、45或50個(gè)或以上的核酸層。三維納米結(jié)構(gòu)可在高度上是一致的或其可在高度上不是一致的。例如，圖7B頂部的示意性DNA納米結(jié)構(gòu)代表在高度上一致的三維納米結(jié)構(gòu)(例如，平面/平坦結(jié)構(gòu))，且圖7B底部的示意性DNA納米結(jié)構(gòu)代表在高度上不一致的三維納米結(jié)構(gòu)，其中結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域高于毗鄰區(qū)域。圖7B底部的納米結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域的垂直距離代表納米結(jié)構(gòu)的最大高度。三維核酸納米結(jié)構(gòu)的非限制性實(shí)例包括核酸立方體及其它抽象和/或不規(guī)則三維形狀(參見例如Douglas S.M，等人，Nature 459:414,2009；Andersen E.D.等人，Nature 459:73,2009；Han D.等人，Science 332:342,2011；Ke Y.等人，2011；Wei B.，2012，其每一個(gè)以引用方式并入本文中)。

在概念上，在一些實(shí)施方案中，單層二維核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)可通過自三維核酸納米結(jié)構(gòu)“抽取”層來構(gòu)建(參見例如Ke Y.等人，2012；還參見Wei B.等人，Nature 485:623,2012，其每一個(gè)以引用方式并入本文中)。在一些實(shí)施方案中，三維核酸納米結(jié)構(gòu)可自多于一個(gè)二維核酸納米結(jié)構(gòu)(例如，多于一個(gè)核酸層)或多于一個(gè)三維核酸納米結(jié)構(gòu)(例如，連接至一或多個(gè)其它“預(yù)組裝”核酸納米結(jié)構(gòu)的多于一個(gè)“預(yù)組裝”核酸納米結(jié)構(gòu))組裝。

因此，本文涵蓋復(fù)合核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)。在一些實(shí)施方案中，復(fù)合核酸納米結(jié)構(gòu)包含使用連接體連接至彼此的核酸納米結(jié)構(gòu)。連接體通常并不整合至核酸納米結(jié)構(gòu)，但其可通過適當(dāng)官能團(tuán)附接至納米結(jié)構(gòu)。將兩個(gè)或以上的核酸納米結(jié)構(gòu)附接在一起的能力允許制作更大大小(例如，微米大小)和復(fù)雜性的結(jié)構(gòu)。這些復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸可在例如500nm至100μm、1μm至1000μm、1μm至5μm、1μm至10μm、1μm至20μm或以上的范圍內(nèi)。因此，在一些實(shí)施方案中，復(fù)合納米結(jié)構(gòu)涵蓋微結(jié)構(gòu)。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的連接體的實(shí)例包括(但不限于)化學(xué)交聯(lián)劑(例如，戊二醛)、生物分子(例如，抗生物素蛋白-生物素)和配體官能化納米顆粒/部分(例如，單鏈-核酸官能化的納米顆粒)。在一些情形中，連接體可涉及點(diǎn)擊化學(xué)或配位相互作用(Ni2+/聚組胺酸)。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)(例如，裸核酸納米結(jié)構(gòu)掩膜)是使用核酸(例如，DNA)折紙方法組裝的。通過利用DNA折紙方法，例如，將長(zhǎng)“支架”核酸鏈通過與相對(duì)較短的“訂書釘(staple)”鏈相互作用折疊成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀。因此，在一些實(shí)施方案中，用于組裝核酸納米結(jié)構(gòu)的單鏈核酸的長(zhǎng)度為至少500個(gè)堿基對(duì)、至少1千個(gè)堿基、至少2千個(gè)堿基、至少3千個(gè)堿基、至少4千個(gè)堿基、至少5千個(gè)堿基、至少6千個(gè)堿基、至少7千個(gè)堿基、至少8千個(gè)堿基、至少9千個(gè)堿基、或至少1萬個(gè)堿基。在一些實(shí)施方案中，用于組裝核酸納米結(jié)構(gòu)的單鏈核酸的長(zhǎng)度為500堿基對(duì)至1萬個(gè)堿基或以上。在一些實(shí)施方案中，用于組裝核酸納米結(jié)構(gòu)的單鏈核酸的長(zhǎng)度為7千至8千個(gè)堿基。在一些實(shí)施方案中，用于組裝核酸納米結(jié)構(gòu)的單鏈核酸包含M13病毒基因組。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)(例如，裸核酸納米結(jié)構(gòu)掩膜)是自單鏈瓦片(SST)(參見例如Wei B.等人，Nature 485:626,2012，其以引用方式并入本文中)或核酸“磚”(參見例如Ke Y.等人，Science 388:1177,2012；國際公開第WO 2014/018675A1號(hào)，2014年1月30日公開，其每一個(gè)以引用方式并入本文中)組裝的。例如，單鏈2-或4-結(jié)構(gòu)域寡核苷酸通過序列特異性退火以預(yù)定(例如，預(yù)測(cè))方式自組裝成二維和/或三維納米結(jié)構(gòu)。因此，每一個(gè)寡核苷酸在納米結(jié)構(gòu)中的位置是已知的。以此方式，核酸納米結(jié)構(gòu)可通過(例如)在特定位置處添加、移除或替代寡核苷酸來修飾。納米結(jié)構(gòu)還可通過例如在特定位置處附接部分來修飾。此可通過使用經(jīng)修飾的寡核苷酸作為起始材料或通過在形成納米結(jié)構(gòu)之后修飾特定寡核苷酸來完成。因此，已知起始寡核苷酸中的每一個(gè)在所得納米結(jié)構(gòu)中的位置為納米結(jié)構(gòu)提供可尋址能力。

“自組裝”是指核酸(且，在一些情形中，預(yù)先形成的核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體))以序列特異性方式、與預(yù)測(cè)方式且無外部控制的情況下彼此退火的能力。在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)自組裝方法包括在單一容器中組合核酸(例如，單鏈核酸或寡核苷酸)和基于序列互補(bǔ)性使核酸彼此退火。在一些實(shí)施方案中，此退火過程涉及將核酸置于高溫下且然后逐漸降低溫度以有利于序列特異性結(jié)合。各種核酸納米結(jié)構(gòu)或自組裝方法是已知的且描述于本文中。

本公開內(nèi)容的核酸包括DNA，例如D型DNA和L型DNA和RNA、以及其各種修飾形式。核酸修飾包括堿基修飾、糖修飾和主鏈修飾。這樣的修飾的非限制性實(shí)例提供于下文中。

可根據(jù)本公開內(nèi)容使用的經(jīng)修飾的DNA核酸(例如，DNA變體)的實(shí)例包括(但不限于)L-DNA(DNA的主鏈鏡像異構(gòu)物，在文獻(xiàn)中是已知的)、肽核酸(PNA)bisPNA夾、偽互補(bǔ)PNA、鎖核酸(LNA)和上述的共核酸(例如DNA-LNA共核酸)。因此，本公開內(nèi)容涵蓋包含DNA、RNA、LNA、PNA或其組合的納米結(jié)構(gòu)。應(yīng)理解，本公開內(nèi)容的方法和組合物中所用的核酸在性質(zhì)上可為均質(zhì)或異質(zhì)。作為實(shí)例，核酸在性質(zhì)上可完全是DNA的或其可包含DNA和非DNA(例如，LNA)單體或序列。因此，可使用核酸組件的任何組合。核酸修飾可使得核酸在某些條件下更穩(wěn)定和/或不易于降解。例如，在一些實(shí)施方案中，核酸是核酸酶抗性的。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的核酸具有均質(zhì)主鏈(例如，完全磷酸二酯或完全硫代磷酸酯)或異質(zhì)(或嵌合)主鏈。硫代磷酸酯主鏈修飾可使得寡核苷酸對(duì)核酸酶較不敏感且因此在某些條件下更穩(wěn)定(與天然磷酸二酯主鏈核酸相比)。可為本公開內(nèi)容的核酸提供更多穩(wěn)定性的其它鍵聯(lián)包括(但不限于)二硫代磷酸酯鍵聯(lián)、甲基膦酸酯鍵聯(lián)、硫代甲基磷酸酯鍵聯(lián)、硼烷膦酸酯(boranophosphonate)鍵聯(lián)、肽鍵聯(lián)、烷基鍵聯(lián)和去磷酸型鍵聯(lián)。因此，在一些實(shí)施方案中，核酸具有非天然存在的主鏈。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的核酸不編碼產(chǎn)物(例如，蛋白質(zhì))。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的核酸另外或可選擇地在其糖中包含修飾。例如，β-核糖單元或β-D-2'-脫氧核糖單元可由經(jīng)修飾的糖單元替代，其中該經(jīng)修飾的糖單元是例如選自β-D-核糖、α-D-2’-脫氧核糖、L-2'-脫氧核糖、2’-F-2'-脫氧核糖、阿拉伯糖、2'-F-阿拉伯糖、2'-O-(C₁-C₆)烷基-核糖，優(yōu)選2'-O-(C₁-C₆)烷基-核糖是2'-O-甲基核糖、2'-O-(C₂-C₆)烯基-核糖、2'-[O-(C₁-C₆)烷基-O-(C₁-C₆)烷基]-核糖、2'-NH₂-2'-脫氧核糖、β-D-呋喃木糖、α-阿拉伯呋喃糖、2,4-二脫氧-β-D-赤型-己吡喃糖和碳環(huán)(參見例如Froehler J.Am.Chem.Soc.114:8320,1992，其以引用方式并入本文中)和/或開鏈糖類似物(參見例如Vandendriessche等人，Tetrahedron 49:7223,1993，其以引用方式并入本文中)和/或雙環(huán)糖類似物(參見例如Tarkov M.等人，Helv.Chim.Acta.76:481,1993，其以引用方式并入本文中)。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的核酸在其堿基中包含修飾。經(jīng)修飾的堿基包括(但不限于)經(jīng)修飾胞嘧啶(例如5-取代的胞嘧啶(例如，5-甲基-胞嘧啶、5-氟-胞嘧啶、5-氯-胞嘧啶、5-溴-胞嘧啶、5-碘-胞嘧啶、5-羥基-胞嘧啶、5-羥基甲基-胞嘧啶、5-二氟甲基-胞嘧啶和未經(jīng)取代或經(jīng)取代的5-炔基-胞嘧啶)、6-取代的胞嘧啶、N4-取代的胞嘧啶(例如，N4-乙基-胞嘧啶)、5-氮雜-胞嘧啶、2-巰基-胞嘧啶、異胞嘧啶、偽-異胞嘧啶、具有稠環(huán)系統(tǒng)的胞嘧啶類似物(例如，N,N’-丙烯胞嘧啶或吩惡嗪)、和尿嘧啶及其衍生物(例如，5-氟-尿嘧啶、5-溴-尿嘧啶、5-溴乙烯基-尿嘧啶、4-硫-尿嘧啶、5-羥基-尿嘧啶、5-丙炔基-尿嘧啶)；經(jīng)修飾的鳥嘌呤，例如7-去氮鳥嘌呤、7-去氮-7-取代的鳥嘌呤(例如7-去氮-7-(C2-C6)炔基鳥嘌呤)、7-去氮-8-取代的鳥嘌呤、次黃嘌呤、N2-取代的鳥嘌呤(例如，N2-甲基-鳥嘌呤)、5-氨基-3-甲基-3H,6H-噻唑并[4,5-d]嘧啶-2,7-二酮、2,6-二氨基嘌呤、2-氨基嘌呤、嘌呤、吲哚、腺嘌呤、經(jīng)取代的腺嘌呤(例如，N6-甲基-腺嘌呤、8-氧代-腺嘌呤)、8-取代的鳥嘌呤(例如，8-羥基鳥嘌呤和8-溴鳥嘌呤)和6-硫鳥嘌呤。核酸可包含通用堿基(例如，3-硝基吡咯、P-堿基、4-甲基-引哚、5-硝基-引哚和K-堿基)和/或芳香族環(huán)系統(tǒng)(例如，氟苯、二氟苯、苯并咪唑或二氯-苯并咪唑、1-甲基-1H-[1,2,4]三唑-3-甲酸酰胺)。可摻入本發(fā)明的寡核苷酸中的具體堿基對(duì)是dZ和dP非標(biāo)準(zhǔn)核堿基對(duì)，其由Yang等人，NAR,2006,34(21):6095-6101報(bào)道。dZ(嘧啶類似物)是6-氨基-5-硝基-3-(1’-β-D-2’-脫氧呋喃核糖基)-2(1H)-吡啶酮，且其Watson-Crick補(bǔ)體dP(嘌呤類似物)是2-氨基-8-(1’-β-D-1’-脫氧呋喃核糖基)-咪唑并[1,2-a]-1,3,5-三嗪-4(8H)-酮。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的核酸是在體外合成。因此，在一些實(shí)施方案中，核酸是合成的(例如，非天然存在)。合成核酸的方法(包括自動(dòng)化核酸合成)是已知的。例如，具有經(jīng)修飾的主鏈(例如，包含硫代磷酸酯鍵聯(lián)的主鏈，且包括包含嵌合修飾主鏈的那些)的核酸可使用自動(dòng)化技術(shù)采用氨基磷酸酯或H-膦酸酯化學(xué)品來合成(參見例如F.E.Eckstein,“Oligonucleotides and Analogues-A Practical Approach”IRL Press,Oxford,UK,1991；和Matteucci M.D.等人，Tetrahedron Lett.21:719,1980)。還涵蓋具有芳基-和烷基-膦酸酯鍵聯(lián)的核酸的合成(參見例如美國專利第4,469,863號(hào))。在一些實(shí)施方案中，具有烷基磷酸三酯鍵聯(lián)的核酸(其中帶電氧部分經(jīng)烷基化，例如如美國專利第5,023,243號(hào)和歐洲專利第092,574號(hào)中所述的)通過自動(dòng)化固相合成使用市售試劑來合成。已描述了(參見例如Uhlmann E.等人，Chem.Rev.90:544,1990；Goodchild J.Bioconjugate Chem.1:165,1990；Crooke S.T.等人，Annu.Rev.Pharmacol.Toxicol.36:107,1996；和Mod Synth Methods 7:331,1995，其每一個(gè)以引用方式并入)且可根據(jù)本公開內(nèi)容使用制備其它DNA主鏈修飾和取代的方法。

本公開內(nèi)容的一些方面涉及使用退火過程組裝核酸納米結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，核酸是在單一容器(例如但不限于管、孔或小瓶)中組合。所用的核酸摩爾量可取決于期望的納米結(jié)構(gòu)中每一個(gè)核酸的頻率和期望的納米結(jié)構(gòu)的量。在一些實(shí)施方案中，核酸可以以等摩爾濃度存在。在一些實(shí)施方案中，每一個(gè)核酸(例如，寡核苷酸)可以以約200nM的濃度存在。在一些實(shí)施方案中，核酸被置于溶液中。溶液可以是經(jīng)緩沖的，盡管退火反應(yīng)還可在不存在緩沖劑的情形下發(fā)生。溶液可進(jìn)一步包含二價(jià)陽離子，例如(但不限于)Mg²⁺。陽離子或鹽濃度可有所變化。示例性濃度為約490mM。溶液還可包含EDTA或其它核酸酶抑制劑以防止核酸降解。

在一些實(shí)施方案中，退火反應(yīng)通過加熱含有核酸的溶液且然后使溶液緩慢冷卻(例如，加熱且然后置于室溫環(huán)境中)來實(shí)施。反應(yīng)溫度應(yīng)足夠高以熔解任何不期望的二級(jí)結(jié)構(gòu)(例如發(fā)夾結(jié)構(gòu))并確保核酸不會(huì)錯(cuò)誤地結(jié)合至其它非互補(bǔ)核酸。因此，溫度初始可升至低于或等于100℃的任何溫度。例如，溫度初始可升至100℃、95℃、90℃、85℃、80℃、75℃、70℃、65℃或60℃。溫度可通過將容器放置于熱水浴中、加熱能夠進(jìn)行溫度控制的區(qū)塊或裝置(例如，熱循環(huán)儀(例如，聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)儀器)來升高。容器可在該環(huán)境中保持?jǐn)?shù)秒或數(shù)分鐘。在一些實(shí)施方案中，約1分鐘至10分鐘的孵育時(shí)間是足夠的。

在高溫下的核酸孵育完成后，可以以許多方式降低溫度。溫度可例如以自動(dòng)化方式使用計(jì)算機(jī)算法下降，該計(jì)算機(jī)算法使溫度下降一定量且在溫度再次下降之前將該溫度維持一定時(shí)間段。這樣的自動(dòng)化方法可涉及使溫度在每一個(gè)步驟下降1度或在每一個(gè)步驟下降若干度。因此容器可在相同裝置中加熱和冷卻。作為另一實(shí)例，經(jīng)加熱的溶液可置于室溫下冷卻。降低溫度的示例性過程如下。為實(shí)現(xiàn)溫度自約80℃下降至約24℃，使溫度以3分鐘/度的速率以1度增量自80℃變化至61℃(例如，80℃持續(xù)3分鐘，79℃持續(xù)3分鐘等)。然后，使溫度以120分鐘/度的速率以1度增量自60℃變化至24℃(例如，60℃持續(xù)120分鐘，59℃持續(xù)120分鐘等)。此過程的總退火時(shí)間為約17小時(shí)。根據(jù)本公開內(nèi)容，在這些條件下，核酸(例如，寡核苷酸)自組裝成具有預(yù)定和期望的形狀和大小的納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)。

具體退火過程的實(shí)例使用在溶液(例如，5mM Tris-1mM EDTA(TE)、40mM MgCl₂)中的100種不同的200nM寡核苷酸并將溶液加熱至約90℃且然后在約73小時(shí)的時(shí)期冷卻至約24℃，如上文所述在80℃與61℃之間利用3分鐘/度的下降且在60℃與24℃之間利用120分鐘/度的下降。應(yīng)理解，前述退火過程是示例性的且根據(jù)本公開內(nèi)容的可使用其它退火過程。

本公開內(nèi)容提供了使用外延生長(zhǎng)工藝產(chǎn)生的核酸納米結(jié)構(gòu)。外延生長(zhǎng)的核酸納米結(jié)構(gòu)(例如用作DNA模板)可以通過自預(yù)形成的核酸(例如DNA)晶種開始的晶種介導(dǎo)的核酸(例如DNA)生長(zhǎng)過程形成。晶種可以包含具有較長(zhǎng)結(jié)合結(jié)構(gòu)域(例如與典型的每個(gè)結(jié)構(gòu)域8個(gè)核苷酸相比為每個(gè)結(jié)構(gòu)域16個(gè)核苷酸)的單鏈DNA或其可以是預(yù)先形成的DNA結(jié)構(gòu)，但不限于此。外延生長(zhǎng)在晶種和所得的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生單晶界面。與現(xiàn)有的晶種介導(dǎo)的DNA生長(zhǎng)相反，外延生長(zhǎng)不需要用于特定生長(zhǎng)途徑的序列設(shè)計(jì)，并且可以用于3D結(jié)構(gòu)。此外，通過使用外延生長(zhǎng)，晶種介導(dǎo)的DNA形成可以沿π-π堆疊方向(螺旋方向)或垂直于螺旋方向開始。

圖14中示出了外延生長(zhǎng)的示例性非限制性工藝。并在實(shí)施例6中更詳細(xì)地描述。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，該實(shí)施例被提供作為指導(dǎo)。

部分

本公開內(nèi)容的基材(例如，核酸納米結(jié)構(gòu)/晶體)可偶聯(lián)至多個(gè)部分。所用部分的實(shí)例包括(但不限于)半導(dǎo)體顆粒、金屬顆粒、碳納米管、聚合物線、Si納米線、陶瓷納米顆粒、金屬氧化物納米顆粒、氟化物納米顆粒、單鏈或雙鏈核酸(例如，DNA、RNA、LNA、PNA)，包括自組裝核酸結(jié)構(gòu)。用于偶聯(lián)的部分還可包括(但不限于)等離子體納米材料、熒光/發(fā)光納米材料、鐵磁性納米材料、順磁性納米材料、反鐵磁性納米材料、超順磁性納米材料、半導(dǎo)體納米材料、導(dǎo)體納米材料或絕緣體納米材料。

在一些實(shí)施方案中，納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)與納米顆粒(例如，金、銀、銅和/或鎳納米顆粒)或其它組分(例如，金屬簇、氧化物(例如，SiO₂、TiO₂)、硫?qū)倩?例如，CuS、Ag₂S)、納米線(例如，CNT、Si納米線)、聚合物(例如，PS、PMMA)和/或生物分子(例如，蛋白質(zhì)、肽、肌動(dòng)蛋白絲))偶聯(lián)。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體材料包括(但不限于)IV族元素半導(dǎo)體、IV族化合物半導(dǎo)體、VI族元素半導(dǎo)體、III-V族半導(dǎo)體、II-VI族半導(dǎo)體、I-VII族半導(dǎo)體、IV-VI族半導(dǎo)體、IV-VI族半導(dǎo)體、V-VI族半導(dǎo)體、II-V族半導(dǎo)體、氧化物、層狀半導(dǎo)體、磁性半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體、電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括IV族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的IV族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)金剛石、硅、鍺、灰錫、碳化硅及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括VI族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的VI族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)硫、灰硒、碲及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括III-V族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的III-V族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)立方氮化硼、六方氮化硼、磷化硼、砷化硼、砷化硼、氮化鋁、磷化鋁、砷化鋁、銻化鋁、氮化鎵、磷化鎵、砷化鎵、銻化鎵、氮化銦、磷化銦、砷化銦、銻化銦及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括II-VI族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的II-VI族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)硒化鎘、硫化鎘、碲化鎘、氧化鋅、硒化鋅、硫化鋅、碲化鋅、氯化亞銅、硫化銅、硒化鉛、硫化鉛(ii)、碲化鉛、硫化錫、硫化錫、碲化錫、碲化鉛錫、碲化鉈錫、碲化鉈鍺、碲化鉍及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括I-VII族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的I-VII族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)氯化亞銅、硫化銅以及氯化亞銅與硫化銅的組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括IV-VI族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的IV-VI族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)硒化鉛、硫化鉛(ii)、碲化鉛、硫化錫、硫化錫、碲化錫、碲化鉛錫、碲化鉈錫、碲化鉈鍺及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括V-VI族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的IV-VI族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)碲化鉍。

在一些實(shí)施方案中，部分包括II-V族半導(dǎo)體材料。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的II-V族半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括(但不限于)磷化鎘、砷化鎘、銻化鎘、磷化鋅、砷化鋅、銻化鋅及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括氧化物。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的氧化物的實(shí)例包括(但不限于)銳鈦礦型二氧化鈦、金紅石型二氧化鈦、板鈦礦型二氧化鈦、氧化銅(i)、氧化銅(ii)、二氧化鈾、三氧化鈾、三氧化鉍、二氧化錫、鈦酸鋇、鈦酸緦、鈮酸鋰、氧化鑭銅及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括層狀半導(dǎo)體。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的層狀半導(dǎo)體的實(shí)例包括(但不限于)碘化鉛(ii)、二硫化鉬、硒化鎵、硫化錫、硫化鉍及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括磁性半導(dǎo)體。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的磁性半導(dǎo)體的實(shí)例包括(但不限于)砷化鎵錳、砷化銦錳、碲化鎘錳、碲化鉛猛、錳酸鑭鈣、氧化鐵(ii)、氧化鎳(ii)、氧化銪(ii)、硫化銪(ii)、溴化鉻(iii)及其組合。

可根據(jù)本公開內(nèi)容使用的半導(dǎo)體材料的其它實(shí)例包括(但不限于)硒化銅銦(cis)、硫化銀鎵、磷化鋅硅、硫化砷、硅化鉑、碘化秘(iii)、碘化汞(ii)、溴化鉈(i)、硫化銀、二硫化鐵、硫化銅鋅錫、硫化銅鋅銻及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括硫?qū)倩铩Ａ驅(qū)倩锸前ㄖ辽僖粋€(gè)硫?qū)僭仃庪x子和至少一種更具正電性元素的化學(xué)化合物。在一些實(shí)施方案中，硫?qū)倩锸橇蚧?、硒化物或碲化物?/p>

在一些實(shí)施方案中，該部分包括電絕緣體。電絕緣體是內(nèi)部電荷不會(huì)自由流動(dòng)、且因此使得其在電場(chǎng)的影響下難以傳導(dǎo)電流的材料。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括金屬。可根據(jù)本公開內(nèi)容使用的金屬的實(shí)例包括(但不限于)金、鋁、鉻、鈦、鎢、鉭、鈮、鉑、鋅及其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括碳、SiC、LiNbO₃、PbZrTiO₃、HfO₂、TiO₂、V₂O₅、Al₂O₃、Ta₂O₃或其組合。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括聚合物?？筛鶕?jù)本公開內(nèi)容使用的聚合物的實(shí)例包括(但不限于)聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)(例如，PMMA樹脂)和自組裝聚合物。本文提供的其它聚合物實(shí)例包括共聚物P(MMA-MAA)和自組裝嵌段共聚物。

在一些實(shí)施方案中，該部分的直徑(或尺寸，包括最長(zhǎng)或平均尺寸)為1nm至100nm(例如，1nm至75nm、1nm至50nm、1nm至25nm)。

在一些實(shí)施方案中，該部分包括多個(gè)部分的異質(zhì)混合物。例如，基材可包含不同半導(dǎo)體部分的混合物、不同大小的納米顆粒的混合物或納米顆粒和納米線的混合物。

多個(gè)部分至基材的偶聯(lián)

本公開內(nèi)容的基材(例如，核酸納米結(jié)構(gòu)/晶體)可以以規(guī)定方式偶聯(lián)至多個(gè)部分，例如，納米顆粒(例如，金納米顆粒)和/或納米線(例如，碳納米管)?！芭悸?lián)”在本文中是指將部分約束于基材的位置處。部分可以共價(jià)或非共價(jià)地偶聯(lián)至基材。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)部分(例如，納米顆粒)經(jīng)由部分或完全互補(bǔ)的單鏈核酸(例如，DNA或RNA)(稱為柄和反柄)偶聯(lián)至基材。在一些實(shí)施方案中，柄(或反柄)是以共價(jià)或非共價(jià)方式偶聯(lián)至基材。在一些實(shí)施方案中，柄(或反柄)是通過雜交偶聯(lián)至核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)基材。在一些實(shí)施方案中，柄(或反柄)是通過結(jié)合對(duì)偶聯(lián)至基材。在一些情形中，結(jié)合對(duì)是生物素和鏈霉親和素。

類似地，在一些實(shí)施方案中，柄(或反柄)是以共價(jià)或非共價(jià)方式偶聯(lián)至部分(例如，納米顆粒(例如，金納米顆粒)或納米線(例如，碳納米管))。在一些實(shí)施方案中，柄(或反柄)是通過結(jié)合對(duì)偶聯(lián)至部分。

在一些實(shí)施方案中，每一個(gè)反柄偶聯(lián)至個(gè)體部分。例如，每一個(gè)反柄可僅偶聯(lián)至一個(gè)部分。在一些實(shí)施方案中，單一反柄偶聯(lián)至多于一個(gè)(例如，2、3或4個(gè))部分。

在一些實(shí)施方案中，反柄的子集是偶聯(lián)至相同部分。因此，單一部分(例如，納米線)可偶聯(lián)至多個(gè)反柄。

在一些實(shí)施方案中，通過以下將基材偶聯(lián)至柄和/或?qū)⒉糠峙悸?lián)至反柄：-SH基團(tuán)(例如，對(duì)于金屬和半導(dǎo)電部分)、點(diǎn)擊化學(xué)、-NH₂基團(tuán)、-COOH基團(tuán)(例如，對(duì)于氧化硅或聚合物涂覆的部分)、π-π堆疊(例如，以將單鏈DNA纏繞至碳納米管)、配位相互作用(Ni2+/聚組胺酸)或通過靜電相互作用(例如，對(duì)于帶電納米顆?；蚍肿?。

應(yīng)理解，通過使用柄/反柄構(gòu)型，將柄偶聯(lián)至核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)且將互補(bǔ)反柄偶聯(lián)至部分，或可選擇地，將柄偶聯(lián)至部分且將互補(bǔ)反柄偶聯(lián)至核酸納米結(jié)構(gòu)，以使得柄和反柄對(duì)的雜交導(dǎo)致該部分偶聯(lián)至核酸納米結(jié)構(gòu)。

柄(或反柄)可以以共價(jià)或非共價(jià)方式偶聯(lián)至基材(例如，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體))或部分。作為非限制性實(shí)例，其可使用結(jié)合對(duì)(例如，生物素和抗生物素蛋白/鏈霉親和素結(jié)合對(duì))以非共價(jià)方式偶聯(lián)至基材。其它結(jié)合對(duì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的并且可用于偶聯(lián)，包括高親和性蛋白質(zhì)/蛋白質(zhì)結(jié)合對(duì)(例如抗體/抗原和配體/受體結(jié)合對(duì))、疏水相互作用、π-π堆疊或靜電相互作用。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)部分通過空間約束偶聯(lián)至基材。

核酸柄(或反柄)的長(zhǎng)度可有所變化。在一些實(shí)施方案中，部分可偶聯(lián)至基材，而不綴合至中間核酸(例如，不會(huì)促成納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)的結(jié)構(gòu)完整性的核酸，例如，柄/反柄)。在這樣的實(shí)施方案中，該部分可經(jīng)由結(jié)合對(duì)(例如，生物素和抗生物素蛋白/鏈霉親和素結(jié)合對(duì))偶聯(lián)至基材。

柄(或柄的至少單鏈區(qū)域)的長(zhǎng)度可為約15至約50個(gè)核苷酸。在一些實(shí)施方案中，柄(或反柄)的長(zhǎng)度可為約15、約20、約25、約30、約35、約40或約50個(gè)核苷酸。取決于應(yīng)用，核酸柄(或反柄)的長(zhǎng)度可大于50個(gè)核苷酸。

在一些實(shí)施方案中，將多個(gè)部分偶聯(lián)至基材(例如，核酸納米結(jié)構(gòu)/晶體)不需要中間分子相互作用(例如，核酸雜交或蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用)。在一些實(shí)施方案中，將多個(gè)部分是“約束”于基材，以使得該部分由于通道和部分的相對(duì)形狀和/或大小而在基材的通道內(nèi)(或槽、貯器、溝槽或相對(duì)于表面的其它凹入特征)保持緊密靠近。此約束可通過設(shè)計(jì)/提供含有通道的基材來實(shí)現(xiàn)，該通道共形于所約束部分的形狀且直徑不大于所約束部分的直徑。例如，參照?qǐng)D3A，納米線可約束于具有柄和反柄(如所示)或沒有柄和反柄(未顯示)的基材的通道內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，通道的直徑等于所約束部分的直徑。在一些實(shí)施方案中，通道的直徑稍微小于所限制部分的直徑。

多個(gè)部分可布置于基材上或基材內(nèi)以形成具體構(gòu)型或形狀。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)部分可布置于基材上或基材內(nèi)以形成縱橫構(gòu)型、手性構(gòu)型或平行列。平行列構(gòu)型的實(shí)例顯示于圖1A-1B中。具體構(gòu)型可通過例如將柄或其它偶聯(lián)分子定位于基材上或基材中的規(guī)定位置處來規(guī)定。如圖1A中所示，核酸柄的子集可經(jīng)對(duì)齊以使得當(dāng)結(jié)合至附接至多個(gè)部分的互補(bǔ)反柄時(shí)，所得構(gòu)型含有該部分的平行列。具體構(gòu)型可通過例如提供含有以特定方式布置的通道或其它凹入特征的預(yù)先形成的或預(yù)組裝的基材來規(guī)定。如圖3B中所示，DNA晶體基材含有以平行布置配置的通道，且然后將納米線偶聯(lián)至或約束于那些通道，從而導(dǎo)致具有經(jīng)偶聯(lián)或約束的部分的平行(或基本上平行)列的基材。

在一些實(shí)施方案中，核酸柄偶聯(lián)至在基材中形成的通道?；目砂?、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多個(gè)通道，每一個(gè)通道相對(duì)于彼此具有相同寬度或不同寬度。

單一基材可含有多個(gè)部分的均質(zhì)群體或異質(zhì)群體。例如，基材的多個(gè)部分的群體可含有一種材料的多個(gè)部分的子群體、另一種材料的多個(gè)部分的另一群體等等。在一些實(shí)施方案中，基材的多個(gè)部分的群體可含有具有不同大小和/或材料的部分。本文涵蓋其它混合群體。

在一些實(shí)施方案中，基材上的多個(gè)部分的數(shù)量和/或異質(zhì)性是由基材的大小、基材的尺寸和多個(gè)部分的位阻來規(guī)定的。例如，1μmx1μmx1μm 3D基材可含有多達(dá)3000個(gè)部分(均質(zhì)或異質(zhì)群體)。作為另一實(shí)例，100μmx100μmx100μm 3D基材可含有多達(dá)一百萬個(gè)部分(均質(zhì)或異質(zhì)群體)。

在一些實(shí)施方案中，如本文所提供的偶聯(lián)至多個(gè)部分的基材具有1nm至1μm的空間分辨率。例如，基材(例如，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體))的特征分辨率可為1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm。在一些實(shí)施方案中，基材的特征分辨率為1nm至100nm、1nm至50nm、或1nm至10nm、1nm至5nm或1nm至2nm。在一些實(shí)施方案中，基材的特征分辨率小于50nm、小于25nm、小于10nm或小于5nm。在一些實(shí)施方案中，基材的特征分辨率為1nm至小于10nm、2nm至10nm或2nm至5nm。

“空間分辨率”是指基材(例如，核酸納米結(jié)構(gòu)(例如，在核酸自組裝的上下文中))的可分辨細(xì)節(jié)。術(shù)語“空間分辨率”和“特征分辨率”在本文中可互換使用。此分辨率由核酸晶體中每一個(gè)核酸鏈的空間準(zhǔn)確度和精確度確定，其可通過例如透射式電子顯微鏡(TEM)和原子力顯微鏡(AFM)在所合成的核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)上驗(yàn)證。對(duì)于二維核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)，空間/特征分辨率描述二維方面中(例如，在X和Y平面中)的空間可分辨性。對(duì)于三維核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)，空間/特征分辨率分為水平和垂直方面，其分別描述X/Y平面和Z方向的空間可分辨性。

圖案轉(zhuǎn)移過程

本公開內(nèi)容的一些方面涉及利用基于遮蔽概念的蝕刻的圖案轉(zhuǎn)移制程(例如，光刻)，其中“掩膜”保護(hù)基材免于與嚴(yán)苛蝕刻劑反應(yīng)?！拔g刻”是指自基材移除材料(例如，使用蝕刻劑)從而導(dǎo)致基材圖案化的過程。蝕刻可被視為是“濕法”或“干法”的。濕法蝕刻是指利用液體化學(xué)品(還稱為濕法蝕刻劑)以自基材通常以基材上的光阻劑掩膜所界定的特定圖案移除材料的蝕刻過程。本公開內(nèi)容涵蓋使用裸三維核酸納米結(jié)構(gòu)作為基材上的掩膜。掩膜未覆蓋的材料被化學(xué)品“蝕刻掉”，同時(shí)由掩膜覆蓋的材料幾乎保持完整。相比之下，干法蝕刻是指不利用液體化學(xué)品以自基材移除材料的蝕刻過程。在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的方法包括干法蝕刻條件。在一些實(shí)施方案中，干法蝕刻可通過消耗材料的化學(xué)反應(yīng)(例如，使用化學(xué)反應(yīng)性氣體、自由基或等離子體)、通過物理移除材料(例如，通過來自惰性氣體或惰性離子束的動(dòng)量傳遞)或通過物理移除與化學(xué)反應(yīng)的組合來實(shí)現(xiàn)。

干法蝕刻圖案轉(zhuǎn)移過程的實(shí)例包括(但不限于)離子束蝕刻、電子束蝕刻和X射線蝕刻。

在本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方案中，使用離子束蝕刻(參見例如Matsui S.等人，Nanotechology,7(3):247,1996，其以引用方式并入本文中)來圖案化基材。離子束蝕刻可包括利用高能量化學(xué)反應(yīng)性離子轟擊欲蝕刻的材料。這樣的利用能量離子的轟擊將原子自材料驅(qū)逐出，在效果上通過濺射實(shí)現(xiàn)材料移除。在一些實(shí)施方案中，使用反應(yīng)性離子蝕刻來圖案化基材。反應(yīng)性離子蝕刻(參見例如Wu B.等人，J.of App.Phys.108(5):051101,2010，其以引用方式并入本文中)使用化學(xué)反應(yīng)性離子和中性束(例如等離子體)來自基材移除材料。在本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方案中，反應(yīng)性離子蝕刻可包括以下步驟：(1)在等離子體中生成反應(yīng)性物質(zhì)(離子和/或自由基)；(2)使這些物質(zhì)擴(kuò)散至所蝕刻材料的表面；(3)將這些物質(zhì)吸附至表面；(4)該物質(zhì)與所蝕刻材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成揮發(fā)性副產(chǎn)物；(5)副產(chǎn)物自表面解吸附；和(6)經(jīng)解吸附的副產(chǎn)物擴(kuò)散至大量氣體中。

在本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方案中，使用電子束蝕刻(Randolph S.J.等人，Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 31(3):55,2006，其以引用方式并入本文中)來圖案化基材。電子束蝕刻涉及將氣相前體吸附至基材表面。在通過電子束暴露該表面期間，存在原電子或二次電子將使得原本穩(wěn)定的物理吸附的前體解離并與表面原子反應(yīng)的可能性。反應(yīng)的產(chǎn)物(通常為揮發(fā)性物質(zhì))自表面解吸咐，且顯露出新的塊體材料作為表面，這為前體氣體分子提供新的吸附位點(diǎn)以重復(fù)該過程并蝕刻該材料。

在本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方案中，使用X射線蝕刻(Dimitrakakis C.等人，Chem.Commun.48:7483,2012，其以引用方式并入本文中)來圖案化基材。X射線蝕刻涉及使用x射線將圖案自掩膜轉(zhuǎn)移至基材。

本公開內(nèi)容的一些方面涉及基材的二維或三維圖案化。例如，本公開內(nèi)容的裸核酸(例如，DNA)納米結(jié)構(gòu)掩膜可施加至基材(例如，硅晶片)，且在一些情形中可附著至基材。根據(jù)本公開內(nèi)容使用的基材可包含(但不限于)硅、二氧化硅(還稱為氧化硅)、氧化鋁、藍(lán)寶石、鍺、砷化鎵(GaAs)、硅與鍺的合金或磷化銦(InP)。

基材可以是無機(jī)或有機(jī)的。

在一些實(shí)施方案中，基材包括半導(dǎo)體材料，如本文其它地方所述的。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)吸附至基材的表面上。通常，但并非總是如此，本文所述的基材是具有裸核酸納米結(jié)構(gòu)沉積/吸附于其上的頂部表面的平面物質(zhì)(參見例如圖2A-C)。核酸吸附可通過例如物理吸附、靜電吸附或化學(xué)吸附實(shí)現(xiàn)。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)至基材表面上的吸附是由物理吸附驅(qū)動(dòng)。例如，可使用完整基材用于在溶液中孵育裸核酸納米結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，雕刻平坦基材以形成溝槽。這些溝槽捕獲核酸納米結(jié)構(gòu)并增加沉積產(chǎn)率。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)至基材表面上的吸附是由靜電吸附驅(qū)動(dòng)。例如，基材初始可與Mg²⁺溶液一起孵育以產(chǎn)生Mg²⁺飽和的基材。然后，使用經(jīng)Mg²⁺飽和的基材用于裸核酸納米結(jié)構(gòu)沉積。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)至基材表面上的吸附是由化學(xué)吸附驅(qū)動(dòng)。例如，基材可利用含有氨基的試劑(例如，聚賴氨酸、氨基硅烷或聚乙烯亞胺聚(烯丙胺鹽酸化物))修飾以產(chǎn)生化學(xué)修飾的基材。然后，使用經(jīng)化學(xué)修飾的基材用于裸核酸納米結(jié)構(gòu)吸附。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)至基材表面上的吸附是由雙分子結(jié)合驅(qū)動(dòng)。例如，基材可利用可結(jié)合生物素標(biāo)記的裸核酸納米結(jié)構(gòu)的鏈霉親和素修飾。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的核酸納米結(jié)構(gòu)(例如，裸核酸納米結(jié)構(gòu))在溶液(例如，水)中組裝或被轉(zhuǎn)移至溶液(例如，水)。在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)在溶液中的濃度為10pM–1μM。例如，裸核酸納米結(jié)構(gòu)在溶液中的濃度可為10pM至1nM、10pM至500pM、500pM至1nM、1nM至500nM或500nM至1μM。在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)在溶液中的濃度為10pM、50pM、100pM、150pM、200pM、250pM、300pM、350pM、400pM、450pM、500pM、550pM、600pM、650pM、700pM、750pM、800pM、850pM、900pM、950pM、1nM、10nM、50nM、100nM、150nM、200nM、250nM、300nM、350nM、400nM、450nM、500nM、550nM、600nM、650nM、600nM、750nM、800nM、850nM、900nM、950nM或1μM或以上。在一些實(shí)施方案中，上述濃度對(duì)于長(zhǎng)度為至少30個(gè)核苷酸的核酸納米結(jié)構(gòu)是合適的。

在一些實(shí)施方案中，允許包括裸核酸納米結(jié)構(gòu)的溶液在吸附步驟期間在基材上孵育5分鐘(min)至10小時(shí)(hr)。例如，可允許包括裸核酸納米結(jié)構(gòu)的溶液在吸附步驟期間在基材上孵育5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、2小時(shí)、2.5小時(shí)、3小時(shí)、3.5小時(shí)、4小時(shí)、4.5小時(shí)、6小時(shí)、6.5小時(shí)、7小時(shí)、7.5小時(shí)、8小時(shí)、8.5小時(shí)、9小時(shí)、9.5小時(shí)或10小時(shí)或以上。在一些實(shí)施方案中，允許包括裸核酸納米結(jié)構(gòu)的溶液在吸附步驟期間在基材上孵育30分鐘至4小時(shí)。

在一些實(shí)施方案中，在吸附步驟期間每cm²基材1μl-10μl或約1-100μl的溶液吸附于基材上。例如，每cm²基材沉積的溶液的體積可為1μl、2μl、3μl、4μl、5μl、6μl、7μl、8μl、9μl、10μl或100μl或以上。

在一些實(shí)施方案中，將含有10pM-1μM濃度的裸核酸納米結(jié)構(gòu)的1μl-10μl的溶液在基材上吸附15分鐘至4小時(shí)。

本公開內(nèi)容的基材可含有材料的單層或可含有不同材料的多個(gè)層(例如，2、3、4或5個(gè)層)(圖8)。例如，本公開內(nèi)容的一些方面涵蓋將裸核酸納米結(jié)構(gòu)吸附至定位于第二基材層之上的第一基材層上，使用干法蝕刻來蝕刻含有裸核酸納米結(jié)構(gòu)的第一基材層的表面，由此產(chǎn)生定位于該第二基材層之上的第二掩膜，和使用干法蝕刻或濕法蝕刻來蝕刻含有第二掩膜的第二基材層，由此產(chǎn)生圖案化基材。例如，如圖8中所示，具有金膜層的基材利用氧化硅層涂覆(“氧化硅涂層”)。然后，將裸核酸納米結(jié)構(gòu)掩膜(所示的立方體納米結(jié)構(gòu))吸附于氧化硅涂層上，隨后進(jìn)行干法蝕刻。剩余的圖案化的氧化硅發(fā)揮用于進(jìn)一步蝕刻的第二掩膜的功能，從而產(chǎn)生圖案化金膜。多層基材的每一個(gè)層可為選自本文所提供的那些(例如，硅、氧化硅、氧化物、氮化物、金屬、非金屬、半導(dǎo)體和/或聚合物)之中的任一者的基材材料。

圖案化基材和裝置

具有例如金屬涂層的核酸納米結(jié)構(gòu)掩膜的使用導(dǎo)致分辨率的顯著損失。有利地，在本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方案中，本文所提供的裸核酸納米結(jié)構(gòu)掩膜不具有這樣的涂層，且因此實(shí)現(xiàn)高的特征分辨率。本文所提供的方法允許以1nm至1μm的特征分辨率將基材圖案化成二維和三維形狀。例如，圖案化基材的特征分辨率可為1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材的特征分辨率為1nm至100nm或1nm至10nm。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材的特征分辨率小于10nm或小于5nm。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材的特征分辨率為1nm至2nm。

在一些實(shí)施方案中，圖案化基材具有小于10nm或小于5nm的特征分辨率。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材具有1nm至1μm的特征分辨率。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材具有5nm至1μm的特征分辨率。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材具有1nm至2nm的特征分辨率。

如上所述，核酸納米結(jié)構(gòu)的“特征分辨率”是指在核酸納米結(jié)構(gòu)自組裝的上下文中的分辨率，即，該術(shù)語是指核酸納米結(jié)構(gòu)的可分辨細(xì)節(jié)。對(duì)于三維核酸納米結(jié)構(gòu)，特征分辨率分為水平和垂直方面，其分別描述X/Y平面和Z方向的空間可分辨性。

在一些實(shí)施方案中，本文所提供的方法允許以1nm至1μm的蝕刻分辨率將基材圖案化成二維和三維形狀。例如，圖案化基材的蝕刻分辨率可為1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材具有1nm至100nm或1nm至10nm的蝕刻分辨率。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材具有小于10nm或小于5nm的蝕刻分辨率。在一些實(shí)施方案中，圖案化基材具有1nm至2nm的蝕刻分辨率。

核酸納米結(jié)構(gòu)的“蝕刻分辨率”是指在蝕刻規(guī)定圖案的事件中在結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)自核酸納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄至基材的上下文中的分辨率。此分辨率由在核酸納米結(jié)構(gòu)的存在下基材上的化學(xué)/物理蝕刻的空間準(zhǔn)確度和精確度確定，其可通過例如掃描電子顯微鏡(SEM)和AFM在圖案化基材上驗(yàn)證。類似于核酸納米結(jié)構(gòu)的特征分辨率，蝕刻分辨率可根據(jù)核酸納米結(jié)構(gòu)特性和蝕刻需求分為二維和三維方面。在一些實(shí)施方案中，蝕刻分辨率與特征分辨率匹配，顯示相同的可分辨規(guī)模。在一些實(shí)施方案中，由于例如潛在的變形和缺陷問題，核酸納米結(jié)構(gòu)的蝕刻分辨率可低于核酸納米結(jié)構(gòu)的特征分辨率。

具有這樣的特征分辨率的圖案化基材尤其可用于產(chǎn)生例如現(xiàn)代電子裝置、等離子體裝置、光子裝置、光伏裝置和混合型裝置。這樣的裝置的實(shí)例包括(但不限于)電路(Gudiksen M.S.等人，Nature 415:617-620,2002，其以引用方式并入本文中)、集成電路(McAlpine M.C.等人，Nature Materials 6:379-384,2007，其以引用方式并入本文中)、電容(Yu C.等人，Adv.Mater.21:4793-4797,2009，其以引用方式并入本文中)、晶體管(例如，經(jīng)電或光學(xué)調(diào)制的)(Dattoli E.N.等人，Nano Letters 7:2463-2469,2007，其以引用方式并入本文中)、波導(dǎo)(Pavesi L.等人，Nature 408:440-444,2000，其以引用方式并入本文中)、激光諧振腔(Noda S.等人，Nature Photonics 1:449–458,2007，其以引用方式并入本文中)、FANO基材(Luk'yanchuk B.等人，Nature Materials 9:707-715,2010，其以引用方式并入本文中)和超材料(meta-material)(Schnell M.等人，Nature Photonics 3:287-291,2009，其以引用方式并入本文中)?；牡木唧w圖案不是限制性的。核酸納米技術(shù)的新進(jìn)展使得可以以低至2nm的理論精確度構(gòu)建任意形狀的核酸納米結(jié)構(gòu)。因此，本公開內(nèi)容的裸核酸納米結(jié)構(gòu)掩膜可基于例如所關(guān)注的具體最終產(chǎn)品裝置來產(chǎn)生(例如，呈特定電子裝置的形狀)。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的圖案化基材是經(jīng)“官能化”的。若圖案化基材含有允許其它物質(zhì)附接至基材的部分，則認(rèn)為其是經(jīng)官能化的。用于官能化基材的部分的實(shí)例包括(但不限于)半導(dǎo)體顆粒、金屬顆粒、碳納米管、陶瓷納米顆粒、金屬氧化物納米顆?；蚍锛{米顆粒。用于官能化基材的部分還可包括(但不限于)等離子體納米材料、熒光/發(fā)光納米材料、鐵磁性納米材料、順磁性納米材料、反鐵磁性納米材料、超順磁性納米材料、半導(dǎo)體納米材料、導(dǎo)體納米材料或絕緣體納米材料。

在一些實(shí)施方案中，裸核酸納米結(jié)構(gòu)利用納米顆粒(例如，金、銀、銅和/或鎳納米顆粒)或其它組分(例如，金屬簇、氧化物(例如，SiO₂,TiO₂)、硫?qū)倩?例如，CuS,Ag₂S)、納米線(例如，CNT、Si納米線)、聚合物(例如，PS、PMMA)和/或生物分子(例如，蛋白質(zhì)、肽、肌動(dòng)蛋白絲))官能化，例如如圖9A-B中所示。應(yīng)理解，用于官能化裸核酸納米結(jié)構(gòu)的納米顆?；蚱渌M分不用于幫助裸核酸納米結(jié)構(gòu)的蝕刻。相反，納米顆粒(例如，金納米顆?；蚱渌饘偌{米顆粒)或其它組分變成圖案化基材(例如，由本公開內(nèi)容的方法產(chǎn)生的圖案化基材)的功能組分。在一些實(shí)施方案中，納米顆粒或其它組分“夾心”于裸核酸納米結(jié)構(gòu)與基材的表面之間(參見例如圖8)。

偶聯(lián)至多個(gè)部分(例如，納米顆粒和/或納米線)且具有這樣的空間分辨率的基材(例如，圖案化基材)尤其可用于產(chǎn)生例如現(xiàn)代電子裝置、等離子體裝置、光子裝置、光伏裝置和混合型裝置。這樣的裝置的實(shí)例包括(但不限于)電路(Gudiksen M.S.等人，Nature 415:617-620,2002，其以引用方式并入本文中)、集成電路(McAlpine M.C.等人，Nature Materials 6:379-384,2007，其以引用方式并入本文中)、電容(Yu C.等人，Adv.Mater.21:4793-4797,2009，其以引用方式并入本文中)、晶體管(例如，經(jīng)電或光學(xué)調(diào)制的)(Dattoli E.N.等人，Nano Letters 7:2463-2469,2007，其以引用方式并入本文中)、波導(dǎo)(Pavesi L.等人，Nature 408:440-444,2000，其以引用方式并入本文中)、激光諧振腔(Noda S.等人，Nature Photonics 1:449–458,2007，其以引用方式并入本文中)、FANO基材(Luk'yanchuk B.等人，Nature Materials 9:707-715,2010，其以引用方式并入本文中)和超材料(Schnell M.等人，Nature Photonics 3:287-291,2009，其以引用方式并入本文中)。納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)的具體圖案不是限制性的。核酸納米技術(shù)的新進(jìn)展使得可以以低至2nm的理論精確度構(gòu)建任意形狀的核酸納米結(jié)構(gòu)。因此，本公開內(nèi)容的核酸納米結(jié)構(gòu)可基于例如所關(guān)注的具體最終產(chǎn)品裝置來產(chǎn)生(例如，呈特定電子裝置的形狀)。

在一些實(shí)施方案中，裝置通過在基材(例如，具有頂部表面的平面物質(zhì))上吸附/沉積核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)(或其它2D或3D基材)來產(chǎn)生，該核酸納米結(jié)構(gòu)具有50nm或以下的空間分辨率且在規(guī)定位置處含有雜交至偶聯(lián)至多個(gè)部分的互補(bǔ)核酸反柄的核酸柄?！拔健笔侵冈印㈦x子或分子附著至表面的過程。核酸吸附可通過例如物理吸附、靜電吸附或化學(xué)吸附實(shí)現(xiàn)。該部分可在納米結(jié)構(gòu)吸附至基材之前或之后偶聯(lián)至核酸納米結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(任選具有官能化的部分)至基材表面上的吸附由物理吸附驅(qū)動(dòng)。例如，可使用完整基材用于在溶液中孵育任選具有官能化部分的核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)。在一些實(shí)施方案中，雕刻平坦基材以形成溝槽。這些溝槽捕獲核酸納米結(jié)構(gòu)并增加沉積產(chǎn)率。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)至基材表面上的吸附是由靜電吸附驅(qū)動(dòng)。例如，基材初始可與Mg²⁺溶液一起孵育以產(chǎn)生Mg²⁺飽和的基材。然后，使用經(jīng)Mg²⁺飽和的基材用于核酸納米結(jié)構(gòu)沉積。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)至基材表面上的吸附是由化學(xué)吸附驅(qū)動(dòng)。例如，基材可利用含有氨基的試劑(例如，聚賴氨酸、氨基硅烷或聚乙烯亞胺聚(烯丙胺鹽酸化物))修飾以產(chǎn)生化學(xué)修飾的基材。然后，使用經(jīng)化學(xué)修飾的基材用于核酸納米結(jié)構(gòu)吸附。

在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)至基材表面上的吸附是由雙分子結(jié)合驅(qū)動(dòng)。例如，基材可利用可結(jié)合生物素標(biāo)記的核酸納米結(jié)構(gòu)的鏈霉親和素修飾。

在一些實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)在溶液(例如，水)中組裝或被轉(zhuǎn)移至溶液(例如，水)。在一些實(shí)施方案中，核酸納米結(jié)構(gòu)在溶液中的濃度為10pM-1μM。例如，核酸納米結(jié)構(gòu)在溶液中的濃度可為10pM至1nM、10pM至500pM、500pM至1nM、1nM至500nM或500nM至1μM。在一些實(shí)施方案中，核酸晶體在溶液中的濃度為10pM、50pM、100pM、150pM、200pM、250pM、300pM、350pM、400pM、450pM、500pM、550pM、600pM、650pM、700pM、750pM、800pM、850pM、900pM、950pM、1nM、10nM、50nM、100nM、150nM、200nM、250nM、300nM、350nM、400nM、450nM、500nM、550nM、600nM、650nM、600nM、750nM、800nM、850nM、900nM、950nM或1μM或以上。

在一些實(shí)施方案中，允許包括核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)的溶液在吸附步驟期間在基材上孵育5分鐘(min)至10小時(shí)(hr)。例如，可允許包括核酸納米結(jié)構(gòu)的溶液在吸附步驟期間在基材上孵育5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、2小時(shí)、2.5小時(shí)、3小時(shí)、3.5小時(shí)、4小時(shí)、4.5小時(shí)、6小時(shí)、6.5小時(shí)、7小時(shí)、7.5小時(shí)、8小時(shí)、8.5小時(shí)、9小時(shí)、9.5小時(shí)或10小時(shí)或以上。在一些實(shí)施方案中，允許包括核酸納米結(jié)構(gòu)的溶液在吸附步驟期間在基材上孵育30分鐘至4小時(shí)。

在一些實(shí)施方案中，在吸附步驟期間每cm²基材約1-100μl(包括1μl-10μl)的溶液吸附于基材上。例如，每cm²基材沉積的溶液的體積可為1μl、2μl、3μl、4μl、5μl、6μl、7μl、8μl、9μl、10μl或100μl或以上。

在一些實(shí)施方案中，將含有10pM-1μM濃度的核酸納米結(jié)構(gòu)(即，晶體)的約1-100μl(包括1μl-10μl)的溶液在基材上吸附15分鐘至4小時(shí)。

亞波長(zhǎng)波導(dǎo)

在一些實(shí)施方案中，多個(gè)部分(例如，金屬納米顆粒)以可控制的鏈內(nèi)和鏈間間距對(duì)齊在三維架構(gòu)中。顯著地，大約5nm(例如，4nm、5nm、6nm)的鏈內(nèi)間距顯示多個(gè)部分中的強(qiáng)近場(chǎng)偶聯(lián)，這有助于光子沿納米顆粒的延伸方向傳播。將不同取向的多個(gè)鏈進(jìn)一步堆疊在三維空間中實(shí)現(xiàn)光傳播的三維引導(dǎo)。具體地，這些部分波導(dǎo)可引導(dǎo)在亞光學(xué)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，因?yàn)槊恳粋€(gè)部分鏈遠(yuǎn)小于可見光波長(zhǎng)(400-700nm)。

高密度信息儲(chǔ)存

在一些實(shí)施方案中，多個(gè)部分(例如，納米顆粒)經(jīng)對(duì)齊為在厚度(例如，直徑或最短長(zhǎng)度)方向上具有強(qiáng)偶聯(lián)，而在橫向(例如，最長(zhǎng)長(zhǎng)度)方向上未偶聯(lián)。這樣的架構(gòu)可進(jìn)一步用于在不同充電條件下儲(chǔ)存信息。在最佳間距條件下，強(qiáng)偶聯(lián)部分展現(xiàn)多個(gè)充電狀態(tài)，每一個(gè)具有用于信息儲(chǔ)存的獨(dú)特位；而橫向密度可被最大化，其中最小化橫向間距以保持未偶聯(lián)系統(tǒng)。因此，在一些實(shí)施方案中，高密度信息儲(chǔ)存利用單一位置處的多個(gè)位和高橫向密度來實(shí)現(xiàn)。

具有1-nm肋片-FET(Fin-FET)的集成電路

在一些實(shí)施方案中，使用納米線(例如，碳納米管(CNT))構(gòu)建具有1nm(或0.5nm、1.5nm、2.0nm、2.5nm或3nm)肋片(fin)寬度的肋片-FET設(shè)計(jì)。這樣的特征可用于例如使當(dāng)前的電子單元微型化直至原子水平。在一些實(shí)施方案中，使用基材(例如，DNA晶體)以將數(shù)十億CNT整合成規(guī)定架構(gòu)可應(yīng)用于以相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)小得多的尺寸構(gòu)建集成電路(例如，中央處理單元(CPU))。另外，在一些實(shí)施方案中，由于DNA引導(dǎo)的CNT圖案化可在水性溶液中和在柔性表面上實(shí)現(xiàn)，因此這樣的溶液處理制造可用于以低能量消耗和高處理能力制造用于可穿戴裝置(例如，Glass和Watch)的柔性電子器件。

另外的實(shí)施方案

本公開內(nèi)容進(jìn)一步提供在以下經(jīng)編號(hào)的段落中所述的實(shí)施方案：

1.一種核酸光刻方法，其包括：

(a)將裸核酸納米結(jié)構(gòu)吸附于基材的表面上；和

(b)干法蝕刻該裸核酸納米結(jié)構(gòu)吸附于其上的該基材的該表面，由此產(chǎn)生圖案化基材。

2.段落1的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸脫氧核糖核酸(DNA)納米結(jié)構(gòu)。

3.段落1的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸核糖核酸(RNA)納米結(jié)構(gòu)。

4.段落1的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸鎖核酸(LNA)納米結(jié)構(gòu)。

5.段落1的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸蛋白核酸(PNA)納米結(jié)構(gòu)。

6.段落1至5中任一項(xiàng)的方法，其中該干法蝕刻是選自等離子蝕刻、離子束蝕刻、電子束蝕刻和X射線蝕刻。

7.段落1至6中任一項(xiàng)的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸二維核酸納米結(jié)構(gòu)。

8.段落1至6中任一項(xiàng)的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸三維核酸納米結(jié)構(gòu)。

9.段落1至8中任一項(xiàng)的方法，其中該基材包括無機(jī)材料。

10.段落1至9中任一項(xiàng)的方法，其中該基材包括有機(jī)材料。

11.段落1至8中任一項(xiàng)的方法，其中該基材包括硅、氧化硅、氧化物、氮化物、金屬或非金屬。

12.段落1至8中任一項(xiàng)的方法，其中該基材包括半導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合。

13.段落12的方法，其中該半導(dǎo)體是III-V族半導(dǎo)體或II-VI族半導(dǎo)體。

14.段落1至8中任一項(xiàng)的方法，其中該基材包括聚合物膜。

15.段落14的方法，其中該聚合物膜包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。

16.段落1至15中任一項(xiàng)的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是自單鏈DNA組裝的裸DNA納米結(jié)構(gòu)。

17.段落16的方法，其中該裸DNA納米結(jié)構(gòu)是自合成單鏈寡核苷酸組裝。

18.段落17的方法，其中該裸DNA納米結(jié)構(gòu)是自至少50個(gè)合成的單鏈異質(zhì)寡核苷酸組裝。

19.段落16至18中任一項(xiàng)的方法，其中該裸DNA納米結(jié)構(gòu)是自具有至少1千個(gè)堿基的長(zhǎng)度的單鏈DNA組裝。

20.段落1至20中任一項(xiàng)的方法，其中該方法不包括金屬、金屬氧化物或氧化物生長(zhǎng)步驟。

21.段落1至20中任一項(xiàng)的方法，其中(a)的該吸附步驟包括使該基材的該表面與包含該裸核酸納米結(jié)構(gòu)的溶液接觸。

22.段落21的方法，其中(a)的該吸附步驟包括物理吸附、靜電吸附或化學(xué)吸附。

23.段落1至22中任一項(xiàng)的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)利用金屬納米顆粒、金屬簇、氧化物、硫?qū)倩?、納米線、聚合物和/或生物分子官能化。

24.一種通過段落1至23中任一項(xiàng)的方法產(chǎn)生的圖案化基材，其具有小于10nm的特征分辨率。

25.段落24的圖案化基材，其中該圖案化基材具有1mn至1μm的特征分辨率。

26.段落25的圖案化基材，其中該圖案化基材具有5nm至1μm的特征分辨率。

27.段落25的圖案化基材，其中該圖案化基材具有1nm至2nm的特征分辨率。

28.一種包含段落24至27中任一項(xiàng)的圖案化基材的裝置。

29.段落28的裝置，其中該裝置是電子裝置、等離子體裝置、光子裝置、光伏裝置或混合型裝置。

30.一種核酸光刻方法，其包括：

(a)將裸核酸納米結(jié)構(gòu)吸附至定位于第二基材層之上的第一基材層上；

(b)干法蝕刻或濕法蝕刻該裸核酸納米結(jié)構(gòu)吸附于其上的該第一基材層的該表面，由此產(chǎn)生定位于該第二基材層之上的第二掩膜；和

(c)干法蝕刻該第二掩膜吸附于其上的該第二基材層，由此產(chǎn)生圖案化基材。

31.段落30的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸脫氧核糖核酸(DNA)納米結(jié)構(gòu)。

32.段落30的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸核糖核酸(RNA)納米結(jié)構(gòu)。

33.段落30的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸鎖核酸(LNA)納米結(jié)構(gòu)。

34.段落30的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸蛋白核酸(PNA)納米結(jié)構(gòu)。

35.段落30至34中任一項(xiàng)的方法，其中步驟(b)和/或步驟(c)的該干法蝕刻是選自等離子蝕刻、離子束蝕刻、電子束蝕刻和X射線蝕刻。

36.段落30至35中任一項(xiàng)的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸二維核酸納米結(jié)構(gòu)。

37.段落30至36中任一項(xiàng)的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是裸三維核酸納米結(jié)構(gòu)。

38.段落30至37中任一項(xiàng)的方法，其中該第一基材和/或該第二基材包括無機(jī)材料。

39.段落30至37中任一項(xiàng)的方法，其中該第一基材和/或該第二基材包括有機(jī)材料。

40.段落30至37中任一項(xiàng)的方法，其中該第一基材和/或該第二基材包括硅、氧化硅、氧化物、氮化物、金屬或非金屬。

41.段落30至37中任一項(xiàng)的方法，其中該第一基材和/或該第二基材包括半導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合。

42.段落41的方法，其中該半導(dǎo)體是III-V族半導(dǎo)體或II-VI族半導(dǎo)體。

43.段落30至37中任一項(xiàng)的方法，其中該第一基材和/或該第二基材包括聚合物膜。

44.段落43的方法，其中該聚合物膜包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。

45.段落30至44中任一項(xiàng)的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)是自單鏈DNA組裝的裸DNA納米結(jié)構(gòu)。

46.段落45的方法，其中該裸DNA納米結(jié)構(gòu)是自合成的單鏈寡核苷酸組裝。

47.段落46的方法，其中該裸DNA納米結(jié)構(gòu)是自至少50個(gè)合成的單鏈異質(zhì)寡核苷酸組裝。

48.段落45至47中任一項(xiàng)的方法，其中該裸DNA納米結(jié)構(gòu)是自具有至少1千個(gè)堿基的長(zhǎng)度的單鏈DNA組裝。

49.段落30至48中任一項(xiàng)的方法，其中該方法不包括金屬、金屬氧化物或氧化物生長(zhǎng)步驟。

50.段落30至49中任一項(xiàng)的方法，其中(a)的該吸附步驟包括使該基材的該表面與包含該裸核酸納米結(jié)構(gòu)的溶液接觸。

51.段落50的方法，其中(a)的該吸附步驟包括物理吸附、靜電吸附或化學(xué)吸附。

52.段落1至22中任一項(xiàng)的方法，其中該裸核酸納米結(jié)構(gòu)利用金屬納米顆粒、金屬簇、氧化物、硫?qū)倩铩⒓{米線、聚合物和/或生物分子官能化。

53.一種通過段落30至52中任一項(xiàng)的方法產(chǎn)生的圖案化基材，其具有小于10nm的特征分辨率。

54.段落53的圖案化基材，其中該圖案化基材具有1nm至1μm的特征分辨率。

55.段落54的圖案化基材，其中該圖案化基材具有5nm至1μm的特征分辨率。

56.段落54的圖案化基材，其中該圖案化基材具有1nm至2nm的特征分辨率。

57.一種包含段落53至56中任一項(xiàng)的圖案化基材的裝置。

58.段落57的裝置，其中該裝置是電子裝置、等離子體裝置、光子裝置、光伏裝置或混合型裝置。

59.一種裝置，其包含

具有50nm或以下的空間分辨率且在規(guī)定位置處含有核酸柄的基材，該核酸柄雜交至偶聯(lián)至多個(gè)部分的互補(bǔ)核酸反柄。

60.段落59的裝置，其中該基材具有10nm或以下的空間分辨率。

61.段落59的裝置，其中該基材具有1nm至50nm的空間分辨率。

62.段落61的裝置，其中該基材具有1nm至25nm的空間分辨率。

63.段落62的裝置，其中該基材具有2nm至5nm的空間分辨率。

64.段落59至63中任一項(xiàng)的裝置，其中該基材是無機(jī)材料。

65.段落59至63中任一項(xiàng)的裝置，其中該基材是有機(jī)材料。

66.段落59至63中任一項(xiàng)的裝置，其中該基材是核酸晶體。

67.段落59至63中任一項(xiàng)的裝置，其中該基材是兩種或更多種不同材料的雜合物。

68.段落59至63中任一項(xiàng)的裝置，其中該基材包括蛋白質(zhì)層或核酸層。

69.段落59至68中任一項(xiàng)的裝置，其中該基材是二維或三維的。

70.段落59至69中任一項(xiàng)的裝置，其中該核酸柄的子集被布置于該基材上以形成縱橫構(gòu)型、手性構(gòu)型或平行列。

71.段落59至70中任一項(xiàng)的裝置，其中該部分是納米顆粒、納米線或核酸。

72.段落59至70中任一項(xiàng)的裝置，其中該部分是半導(dǎo)體納米顆?；蚪饘偌{米顆粒。

73.段落59至70中任一項(xiàng)的裝置，其中該部分是金納米顆粒。

74.段落59至70中任一項(xiàng)的裝置，其中該部分是碳納米管。

75.段落59至70中任一項(xiàng)的裝置，其中該部分是單鏈核酸、雙鏈核酸、或自組裝一維、二維或三維核酸納米結(jié)構(gòu)。

76.段落59至75中任一項(xiàng)的裝置，其中該部分的直徑是1nm至100nm。

77.段落59至76中任一項(xiàng)的裝置，其中該部分包括多個(gè)部分的異質(zhì)混合物。

78.段落59至77中任一項(xiàng)的裝置，其中每一個(gè)反柄偶聯(lián)至個(gè)體部分。

79.段落59至78中任一項(xiàng)的裝置，其中反柄的子集偶聯(lián)至相同部分。

80.段落59至79中任一項(xiàng)的裝置，其中該核酸柄是偶聯(lián)至該基材的表面。

81.段落59至80中任一項(xiàng)的裝置，其中該核酸柄是偶聯(lián)至該基材的單層。

82.段落59至80中任一項(xiàng)的裝置，其中該核酸柄是偶聯(lián)至該基材的多個(gè)層。

83.段落59至80中任一項(xiàng)的裝置，其中該核酸柄是偶聯(lián)至在該基材中形成的通道。

84.一種裝置，其包含

空間分辨率小于50nm且在規(guī)定位置處含有部分的基材，其中該部分通過核酸雜交相互作用、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、疏水相互作用、靜電相互作用、π-π堆疊、空間約束或電泳間接偶聯(lián)至或約束于該基材。

85.一種裝置，其包含

具有小于50nm的空間分辨率和至少一個(gè)通道的基材，其中多個(gè)部分空間上約束于該至少一個(gè)通道，且該至少一個(gè)通道的直徑不寬于該部分的平均直徑的兩倍。

86.段落84或85的裝置，其中該基材是核酸晶體。

87.段落84或85的裝置，其中該部分是納米顆粒、納米線或核酸。

88.段落59至87中任一項(xiàng)的裝置，其中該裝置是電子裝置、等離子體裝置、光子裝置、光伏裝置或混合型裝置。

89.段落59至88中任一項(xiàng)的裝置，其中該裝置包含集成電路。

90.一種產(chǎn)生裝置的方法，其包括：

將核酸晶體沉積于基材表面上；和

將與偶聯(lián)至多個(gè)部分的核酸反柄互補(bǔ)的核酸柄在規(guī)定位置處與該核酸晶體偶聯(lián)。

91.段落90的方法，其進(jìn)一步包括通過該核酸柄與該互補(bǔ)核酸反柄的雜交將該部分偶聯(lián)至該核酸晶體。

92.段落91的方法，其中該部分是在該核酸晶體沉積于該基材的該表面上之后偶聯(lián)至該核酸晶體。

通過以下實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，其不應(yīng)以任何方式被視為是進(jìn)一步限制性的。整個(gè)本申請(qǐng)中所引用的所有參考資料(包括參考文獻(xiàn)、已授權(quán)專利、公開的專利申請(qǐng)和共同待決的專利申請(qǐng))的全部?jī)?nèi)容(尤其對(duì)于本文所引用的教導(dǎo)內(nèi)容)均以引用方式明確并入本文中。

實(shí)施例

實(shí)施例1

圖1A圖解說明本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案，其中金納米顆粒鏈沿y方向于DNA晶體上平行對(duì)齊(圖1A)?；綝NA單位晶胞經(jīng)設(shè)計(jì)為具有8個(gè)螺旋×4個(gè)螺旋的x-z橫截面和96個(gè)堿基對(duì)的y-維度長(zhǎng)度。這提供15nm×30nm的經(jīng)設(shè)計(jì)的x-y周期性，此假設(shè)2.5nm螺旋寬度和每堿基對(duì)0.32nm。重復(fù)的DNA單位晶胞沿x-和y-方向生長(zhǎng)以形成由四個(gè)均質(zhì)的按順序排列的12-nt單鏈DNA(ssDNA)柄構(gòu)成的結(jié)構(gòu)域以捕獲一個(gè)金納米顆粒。多個(gè)12-nt反柄(與該柄序列互補(bǔ)的ssDNA)還固定于金納米顆粒表面上。柄與反柄之間的雜交將金納米顆粒錨定于DNA晶體的規(guī)定位置上。偏離所設(shè)計(jì)位置的每一個(gè)金納米顆粒不能結(jié)合至單位晶胞內(nèi)的所有四個(gè)柄，這導(dǎo)致用于最小化不穩(wěn)定的未對(duì)齊產(chǎn)物的能量損失。

在典型實(shí)驗(yàn)中，通過核酸鏈混合物(在5mM Tris(pH 7.9)、1mM EDTA、40mM MgCl₂中的500nM的每一未純化DNA鏈，未仔細(xì)調(diào)整鏈化學(xué)計(jì)量)的階段式等溫折疊將DNA晶體折疊。反應(yīng)溶液首先于44℃下保持12h，隨后于39℃下孵育另外的12h。為使晶體生長(zhǎng)得足夠大，添加新鮮生長(zhǎng)鏈(在5mM Tris(pH 7.9)、1mM EDTA、40mM MgCl₂中的500nM的每一未純化DNA鏈，未仔細(xì)調(diào)整鏈化學(xué)計(jì)量)并將反應(yīng)于39℃下再延長(zhǎng)12h。在未經(jīng)純化的情況下，在黑暗中將粗產(chǎn)物與金納米顆粒于室溫下在450mM NaNO₃的存在下混合3小時(shí)。基于最大化表面對(duì)齊密度和最小化溶液中的游離金納米顆粒調(diào)整金納米顆粒與DNA晶體之間的摩爾化學(xué)計(jì)量。此后，將經(jīng)綴合的金-DNA沉積于銅網(wǎng)格上并通過透射式電子顯微鏡(TEM)成像。

TEM成像證實(shí)成功形成8-nm金納米顆粒鏈的經(jīng)設(shè)計(jì)的延伸陣列(圖2A-C)。在金納米顆粒對(duì)齊之后，在晶體表面上觀察到沿y方向的金納米顆粒鏈的陣列。多于300個(gè)納米顆粒成功固定于每一個(gè)DNA晶體上。還利用8-nm和13-nm金納米顆粒產(chǎn)生自一維鏈至三維架構(gòu)范圍內(nèi)的五種其它架構(gòu)(圖2A-C)。

圖3A和B描繪使用3D DNA晶體來空間上約束化學(xué)引導(dǎo)的CNT圖案化的過程。首先基于模塊化DNA磚設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì)具有5nm厚度的平行溝槽的3D DNA晶體(圖3A)。然后引入特異性單鏈DNA識(shí)別基團(tuán)以完全覆蓋CNT表面。CNT與預(yù)先形成的DNA晶體在溫和條件下的孵育提供平行CNT陣列(圖3B)。在典型實(shí)驗(yàn)中，將預(yù)先形成的DNA晶體(類似于上述方案)在黑暗中在35℃下在7.5mM MgCl₂的存在下與單鏈DNA纏繞的CNT混合9小時(shí)，然后在4℃冷卻?；谧畲蠡砻鎸?duì)齊密度和最小化溶液中的游離金納米顆粒調(diào)整金納米顆粒與DNA晶體之間的摩爾化學(xué)計(jì)量。此后，將經(jīng)綴合的CNT-DNA沉積于銅網(wǎng)格上并通過透射式電子顯微鏡(TEM)成像。

實(shí)施例2

本實(shí)施例描述使用棒狀DNA納米結(jié)構(gòu)(寬度為10nm且長(zhǎng)度為2μm)作為掩膜來引導(dǎo)無機(jī)基材至規(guī)定線性圖案的反應(yīng)性離子(等離子體)蝕刻。

DNA自組裝以形成具有4×4個(gè)螺旋的DNA棒

將單鏈瓦片(SST)DNA鏈在聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)管中混合以產(chǎn)生DNA的每一條鏈的終濃度為1μM的溶液。將9μl的DNA鏈溶液(例如，包含水或由水組成)與1μl折疊緩沖液組合(終濃度：0.9μM SST鏈，5mM Tris·Cl，pH＝7.9 1mM EDTA，和40mM MgCl₂)。將組合的溶液輕柔振蕩以均質(zhì)化溶液。在熱循環(huán)儀中利用階段式等溫折疊使用以下程序使溶液中的DNA退火24小時(shí)：80℃持續(xù)15分鐘，44℃持續(xù)12小時(shí)，且39℃再持續(xù)12小時(shí)。所得的DNA納米結(jié)構(gòu)是棒狀的(圖6A-6C)。

DNA納米結(jié)構(gòu)吸附

將含有棒狀DNA的1μl溶液(0.5xTE緩沖劑、40mM Mg²⁺10nM堿基對(duì))轉(zhuǎn)移至清潔的硅晶片(大小為5mm×5mm)上，隨后在飽和濕度下在密封容器中孵育1小時(shí)以促進(jìn)吸附。然后用DI水洗滌該晶片以移除殘余溶液并通過壓縮空氣流干燥。

反應(yīng)性離子蝕刻

在配備有反應(yīng)性離子蝕刻器(Surface Technology Systems Co.)的電感耦合等離子體(ICP)反應(yīng)器中執(zhí)行含有4×4螺旋DNA棒的硅基材的蝕刻。蝕刻參數(shù)包括室壓力15毫巴、10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘(SCCM)的CHF₃氣體、ICP電極功率300W、RF偏壓電極功率12W和2分鐘的蝕刻持續(xù)時(shí)間。

如圖6A-6C中所示，由兩個(gè)重疊DNA棒形成的接合面厚度和復(fù)合結(jié)構(gòu)的三維特征在經(jīng)蝕刻的硅基材上得到保留。

實(shí)施例3

DNA納米結(jié)構(gòu)至基材的沉積和隨后的脫鹽及干燥：

以下的實(shí)施例是非限制性的并且應(yīng)理解，一系列核酸納米結(jié)構(gòu)和基材及條件(例如本文所述的)可用于實(shí)現(xiàn)類似期望的結(jié)果。

將包含深度為2nm的裸三維DNA納米結(jié)構(gòu)(例如，10pM-1μM納米結(jié)構(gòu)濃度，長(zhǎng)度為至少32個(gè)堿基對(duì))的溶液(例如，0.5xTris-乙二胺四乙酸(TE)緩沖劑、40mM Mg²⁺；或100mM-1M NaNO₃)吸附于基材上(例如，1μl–100μl溶液/cm²基材)，且允許溶液在4℃至25℃以50-100％濕度在基材上孵育(例如，3分鐘至4小時(shí))以沉積DNA納米結(jié)構(gòu)。沉積之后，將溶液移除(例如，通過擦拭和/或通過強(qiáng)制空氣流動(dòng))用于隨后的脫鹽過程。在最終干燥步驟之前施加脫鹽過程以自DNA納米結(jié)構(gòu)和基材移除殘余無機(jī)鹽。

實(shí)施例4

金屬薄層在DNA模板上的涂覆或PVD和隨后的剝離加工

以下的實(shí)施例是非限制性的并且應(yīng)理解，一系列核酸納米結(jié)構(gòu)、基材、沉積材料或涂層以及條件(例如本文所述的)可用于實(shí)現(xiàn)類似期望的結(jié)果。

在硅基材上沉積棒狀的3D DNA磚晶體(寬度為50nm，長(zhǎng)度為1μm)，隨后脫鹽和干燥。然后，在濺射涂覆設(shè)備上由5nm金膜涂覆干燥的基材。然后在超聲處理浴中利用純水洗滌Au涂覆的基材，以使3D DNA磚晶體破裂并將晶體頂部上的Au殼剝離，如所示的(圖12)。在SEM圖像上，DNA磚晶體覆蓋的區(qū)域無Au沉積，因此其看起來比具有Au沉積的背景更暗。在DNA磚晶體的邊界周圍，將存在具有更強(qiáng)的電子散射效應(yīng)的金殼/側(cè)壁。因此，可看到明亮輪廓，這指示DNA模板的先前位置。

實(shí)施例5

使用3D DNA納米結(jié)構(gòu)作為模板以將多個(gè)部分印刷至基材。

以下的實(shí)施例是非限制性的并且應(yīng)理解，一系列核酸納米結(jié)構(gòu)、部分、基材以及條件(例如本文所述的)可用于實(shí)現(xiàn)類似期望的結(jié)果。

允許包含官能化有金納米顆粒圖案的三維DNA納米結(jié)構(gòu)(例如，10pM-1μM納米結(jié)構(gòu)濃度，長(zhǎng)度為至少32個(gè)堿基對(duì))的溶液(例如，0.5xTris-乙二胺四乙酸(TE)緩沖劑、40mM Mg²⁺；或100mM-1M NaNO₃)在4℃至25℃以50-100％濕度在等離子體處理的PDMS基材上孵育(例如，3分鐘至4小時(shí))以充分沉積。然后，移除溶液(例如，通過擦拭和/或通過強(qiáng)制空氣流動(dòng))，并通過1巴至50巴的壓力立即將PDMS基材壓于清潔的硅基材上達(dá)5min至1h的持續(xù)時(shí)間，其中DNA沉積側(cè)面對(duì)靶基材。最后，剝離PDMS基材以移除DNA納米結(jié)構(gòu)，其中金納米顆粒圖案保留于硅晶片上。此過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖解說明于圖13中。

實(shí)施例6

外延生長(zhǎng)

以下的實(shí)施例是非限制性的并且應(yīng)理解，一系列晶種和條件(例如本文所述的)可用于實(shí)現(xiàn)類似期望的結(jié)果。

典型的外延生長(zhǎng)圖解說明于圖14中且可如下進(jìn)行：

(1)晶種形成：首先將具有單鏈DNA磚(例如，每一個(gè)磚的濃度為100nM-1μM，長(zhǎng)度為至少32個(gè)堿基對(duì))的晶種溶液(例如，0.5xTris-乙二胺四乙酸(TE)緩沖劑，40mM Mg²⁺)在80℃孵育15min，隨后在44℃孵育12小時(shí)、于39℃孵育24小時(shí)且于31℃孵育8小時(shí)。

(2)外延生長(zhǎng)：首先將具有單鏈DNA磚(例如，每一個(gè)磚的濃度為100nM-1μM，長(zhǎng)度為至少32個(gè)堿基對(duì))的生長(zhǎng)溶液(例如，0.5xTris-乙二胺四乙酸(TE)緩沖劑，40mM Mg²⁺)在80℃下孵育15min，且然后冷卻至38℃。然后將預(yù)先形成的晶種溶液添加至生長(zhǎng)溶液，隨后在38℃下進(jìn)一步孵育48小時(shí)、于33℃孵育48小時(shí)且于31℃孵育8小時(shí)。

對(duì)于外延生長(zhǎng)，晶種形成溫度在31℃至70℃的范圍內(nèi)，且Mg濃度在5mM至60mM的范圍內(nèi)。在每一個(gè)溫度下，孵育時(shí)間可自1min至1周變化。取決于生長(zhǎng)途徑，可存在多個(gè)(多于兩個(gè))生長(zhǎng)階段，每一個(gè)階段在相同或不同溫度下。

雖然已在本文中描述和說明了幾個(gè)本發(fā)明的實(shí)施方案，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地設(shè)想用于進(jìn)行所述功能和/或獲得本文所述的結(jié)果和/或一個(gè)或多個(gè)有利方面的各種其它方法和/或結(jié)構(gòu)，并且這樣的變化和/或修改的每一種被認(rèn)為在本文所述的本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍內(nèi)。更通常地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，本文所述的所有參數(shù)、尺寸、材料和構(gòu)型意欲為示例性的并且實(shí)際參數(shù)、尺寸、材料和/或構(gòu)型將取決于對(duì)其使用本發(fā)明的教導(dǎo)的具體應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)可或能夠確定本文所述的特定的本發(fā)明的實(shí)施方案的許多等同物(通過使用不超過常規(guī)實(shí)驗(yàn))。因此，應(yīng)理解，前述實(shí)施方案僅通過舉例的方式提出，并且在所附權(quán)利要求和其等同物的范圍內(nèi)，本發(fā)明的實(shí)施方案可按與明確描述和要求保護(hù)的方式不同的方式來實(shí)施。本公開內(nèi)容的本發(fā)明的實(shí)施方案涉及本文所述的各種個(gè)體特性、系統(tǒng)、物品、材料、試劑盒和/或方法。另外，如果這樣的特性、系統(tǒng)、物品、材料、試劑盒和/或方法不是相互矛盾的，則兩個(gè)或更多個(gè)這樣的特性、系統(tǒng)、物品、材料、試劑盒和/或方法的任意組合包括在本公開內(nèi)容的發(fā)明范圍內(nèi)。

如本文中所定義和使用的，所有定義應(yīng)當(dāng)被理解為優(yōu)先于詞典定義、通過引用并入的文獻(xiàn)中的定義和/或所定義的術(shù)語的一般含義。

本文中公開的所有參考文獻(xiàn)、專利和專利申請(qǐng)?jiān)陉P(guān)于引用其每一個(gè)的主題方面通過引用并入本文，這在一些情況下可包括文獻(xiàn)的完整內(nèi)容。

除非明確地指示與之相反，否則不定冠詞“一種/一個(gè)(a)”和“一種/一個(gè)(an)”，如本文中在說明書和權(quán)利要求中所用，應(yīng)當(dāng)被理解為意指“至少一種/一個(gè)”。

短語“和/或”，如在本文中在說明書和權(quán)利要求中所用，應(yīng)當(dāng)被理解為意指所連接的元素的“任一個(gè)或兩者”，即元素在一些情況下結(jié)合地存在以及在其它情況下分離地存在。利用“和/或”列出的多個(gè)元素應(yīng)當(dāng)以相同的方式來解釋，即所連接的元素的“一個(gè)或多個(gè)”。除通過“和/或”從句明確確定的元素外，還可任選地存在其它元素，無論與明確確定的那些元素相關(guān)還是無關(guān)。因此，作為非限定性實(shí)例，對(duì)“A和/或B”的提及，當(dāng)與開放性措辭諸如“包含/包括”結(jié)合使用時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中可僅指A(任選地包括除B外的元素)；在另一個(gè)實(shí)施方案中可僅指B(任選地包括除A外的元素)；在另一個(gè)實(shí)施方案中，可指A和B(任選地包括其它元素)；依此類推。

如本文中在說明書和權(quán)利要求中所用，關(guān)于一列一個(gè)或多個(gè)元素的短語“至少一個(gè)”應(yīng)當(dāng)被理解為意指選自一列元素中的任何一個(gè)或多個(gè)元素的至少一個(gè)元素，但不一定包括元素列表內(nèi)明確列出的每一個(gè)元素的至少一個(gè)并且不排除元素列表中的元素的任何組合。該定義還允許可任選地存在除短語“至少一個(gè)”所指的元素列表內(nèi)明確確定的元素外的元素，無論與那些明確確定的元素相關(guān)還是不相關(guān)。因此，作為非限定性實(shí)例，“A和B的至少一個(gè)”(或，等同地，“A或B的至少一個(gè)”或，等同地“A和/或B的至少一個(gè)”)可在一個(gè)實(shí)施方案中指至少一個(gè)(任選地包括不止一個(gè))A而無B存在(且任選地包括除B外的元素)；在另一個(gè)實(shí)施方案中指至少一個(gè)(任選地包括不止一個(gè))B而無A存在(且任選地包括除A外的元素)；在另一個(gè)實(shí)施方案中指至少一個(gè)(任選地包括不止一個(gè))A和至少一個(gè)(任選地包括不止一個(gè))B(且任選地包括其它元素)；依此類推。

還應(yīng)當(dāng)理解，除非明確地指明與之相反，否則在包括不止一個(gè)步驟或行為的本文請(qǐng)求保護(hù)的任何方法中，所述方法的步驟或行為的順序不必須地限定于其中敘述所述方法的步驟或行為的順序。

在權(quán)利要求中，以及在上述說明書中，所有過渡短語諸如“包含”、“包括”、“攜帶”、“具有”、“含有”、“擁有”、“牽涉”、“持有”、“由……組成”等被理解為開放性的，即意指包括但不限于。只有過渡短語“由……組成”和“基本上由……組成”應(yīng)當(dāng)分別是封閉性的或半封閉性的過渡短語，如美國專利局專利審查程序手冊(cè)第2111.03節(jié)中所示的。