使生物分子热变性的装置和生产装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供方法和系统，所述方法和系统可以减少检测或识别、或者检测和识别生物分子所需要的样品的量，且增加使生物分子变性的速度。一种使生物分子热变性的装置可以包括：具有低热导率的基板；设置为与所述基板邻近的加热器；设置为与所述基板邻近的温度传感器；设置为与所述基板邻近的半导体氧化膜；在所述半导体氧化膜的区域中形成的纳米通道；和在所述纳米通道上的盖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年8月27日提交的日本专利申请No.JP 2013-175637的优先权，通过引用将其整体并入本文。
技术介绍
纳米孔(或纳米间隙)可以用于检测生物分子，包括确定核酸分子诸如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)分子的序列。核酸分子序列的确定可以提供各种好处诸如有助于对象的诊断和/或治疗。例如对象的核酸序列可以被用于遗传病的识别、诊断和潜在治疗方案的开发。
技术实现思路
通过使用微通道检测或识别生物分子的装置普遍有助于增加分析速度和减少所需样品的量。在作为生物分子的示例的DNA的分析中，DNA可以通过被加热至高温进行处理且可以被处理成用于诸如增殖(例如聚合酶链反应(PCR))和杂交的步骤的单链。同样地，当分析作为生物分子的另一个示例的蛋白质时，可以将蛋白质处理成短肽片段。然而，在上述的常规示例中，由于通道的深度由硅基板的厚度决定，所以不可能使通道较浅。因此，加热器所加热的腔室的体积大且生物分子的变性需要大量的时间。本公开提供使生物分子(例如DNA或RNA)热变性的装置、系统和方法。本专利技术的装置、系统和方法减少检测或识别、或者检测和识别生物分子所需要的样品的量且增加使生物分子变性的速度。在其中装置可以被用于使生物分子热变性的一些实施方式中，所述装置可以包括：具有低热导率的基板；设置在基板上的阻性加热器；在基板上与加热器并列设置的温度传感器；在基板、加热器和温度传感器上成层的氧化硅膜；重叠在氧化硅膜上的覆盖构件；和在氧化硅膜中的区域中形成的纳米通道，所述区域与加热器重叠，且所述区域还与温度传感器重叠。在一些实施方式中，其中装置可以被用于使生物分子热变性，加热器为阻性加热器，且可以在施加电压且流经电流时通过焦耳加热使其温度升高。焦耳加热的量可以与施加电压的平方成正比。由于可以减小加热器的尺寸使得加热器可以与纳米通道重叠，所以可以增加焦耳加热的功率密度。因此，可以使用较少的焦耳加热使设置在加热器上的纳米通道的温度升高，且可以减小向周围环境的热传导。由于可以将加热器设置在具有低热导率的基板上，所以也可以抑制通过基板的热传导。另外，由于小加热器具有低热容量，所以它可能会在短时间内达到恒温。因此，快速的温度调制(加热)是有可能的。通过使用温度传感器可以进行温度调节。由于加热器和温度传感器可能会被氧化硅膜覆盖且在氧化硅膜中可能会形成纳米通道，所以通过纳米通道的生物分子可以被快速地局部加热且一致地变性。由于纳米通道可以为深度等于或小于1μm的通道，所以可以减少检测或识别、或者检测和识别生物分子所需的样品的量。在其中装置可以被用于使生物分子热变性的一些实施方式中，可以在纳米通道中设置多个柱状部，其中可以将至少两个柱状部在纵向方向对齐且其中可以将至少两个柱状部在纳米通道的宽度方向对齐。在其中装置可以被用于使生物分子热变性的一些实施方式中，纠缠的生物分子在通过纳米通道中对齐的多个柱状部之中的同时可以被线性化。如上所述，生物分子可以被加热器加热且变性，使得能够增加在分子水平上的生物分子的检测或识别或者检测和识别的速度。在其中可以利用使生物分子热变性的装置的一些实施方式中，可以将加热器和温度传感器排列在纳米通道的宽度方向。在一些实施方式中，如本文中所述的使生物分子热变性的装置，可以使用于使用温度传感器的温度调节的参数被最小化。因此，可以不需要复杂的温度调节。在其中可以利用使生物分子热变性的装置的一些实施方式中，可以将加热器和温度传感器排列在纳米通道的纵向方向。在一些实施方式中，其中装置可以被用于使生物分子热变性，可以将加热器完全设置在纳米通道的宽度方向。因此，可以有效地加热流经纳米通道的生物分子并且使其变性。在一些实施方式中，生产使生物分子热变性的装置的方法可以包括：将阻性加热器设置在具有低热导率的基板上；将温度传感器与加热器并列设置在基板上；在基板、加热器和温度传感器上形成一层氧化硅膜；在氧化硅膜的区域中形成纳米通道，所述区域与加热器重叠，所述区域还与温度传感器重叠；且在氧化硅膜上重叠覆盖构件。在一些实施方式中，其中可以利用生产使生物分子变性的装置的方法，可以生产使生物分子变性的装置，与没有利用所述变性方法所可能需要的相比，所述装置需要更少用于检测或识别或者检测和识别生物分子的样品，且可以增加使生物分子变性的速度。在一些实施方式中，可以利用生产使生物分子热变性的装置的方法，其中所述方法可以包括：在纳米通道中准备多个柱状部，其可以具有在纵向方向对齐的至少两个柱状部且可以具有在纳米通道的宽度方向对齐的至少两个柱状部。在其中装置可以被用于使生物分子热变性的一些实施方式中，可以生产使生物分子热变性的装置，所述装置可以增加在分子水平上的生物分子的检测或识别，或者检测和识别的速度。如上所述，根据在一些实施方式中所述，可以获得有益效果，通过该效果可以需要更少用于检测或识别或者检测和识别生物分子的样品，且由其可以增加使生物分子变性的速度。本公开的方面提供使生物分子热变性的装置，所述装置包括：具有低热导率的基板；设置为与基板邻近的阻性加热器；设置为跟与基板邻近的阻性加热器并列的温度传感器；与阻性加热器和温度传感器邻近的半导体氧化膜；在半导体氧化膜的至少一部分中形成的纳米通道；和在纳米通道的至少一部分上的覆盖构件。在实施方式中，纳米通道与阻性加热器和温度传感器重叠。在一些情况下，可以利用盖将纳米通道封闭诸如密封地封闭。在实施方式中，装置还包括在纳米通道中的一个或多个柱状部。在另一个实施方式中，所述一个或多个柱状部包括多个柱状部。在另一个实施方式中，将所述多个中的至少两个柱状部沿纳米通道的纵向方向对齐，且其中将所述多个中的至少两个柱状部沿纳米通道的宽度方向对齐。阻性加热器和/或温度传感器可以(例如沿纳米通道的长度)在所述一个或多个柱状部之前、与之邻近或之后。在实施方式中，将阻性加热器和温度传感器沿纳米通道的宽度方向排列。在另一个实施方式中，将阻性加热器和温度传感器沿纳米通道的纵向方向排列。在另一个实施方式中，将阻性加热器和温度传感器交错排列。在实施方式中，所述装置还包括与纳米通道流体连通的至少一个电极对，其中所述电极对检测跨过纳米通道的电流。在另一个实施方式中，电流为隧穿电流。在另一个实施方式中，所述至少一个电极对在纳米通道中。在另一个实施方式中，所述至少一个电极对由具有小于或等于约2纳米的距离的间隙隔开。在另一个实施方式中，该距离小于或等于约1纳米。在另一个实施方式中，该距离大于约0.5纳米。在另一个实施方式中，所述至少一个电极对由具有小于生物分子的直径的距离的间隙隔开。在实施方式中，生物分子为核酸分子。在另一个实施方式中，核酸分子为脱氧核糖核酸、核糖核酸或它们的变形。在另一个实施方式中，生物分子悬浮在低离子浓度流体中。低离子浓度流体可以在纳米通道中。低离子浓度流体可以增加持续长度。在实施方式中，阻性加热器接近纳米通道。在另一个实施方式中，阻性加热器与纳米通道重叠。在另一个实施方式中，阻性加热器适合用于加热和温度感测。在另一个实施方式中，所述装置还包括生成至少两个温度区的多个阻性加热器。在另一个实施方式中，所述温度区为不同的温度区。例如，所述温度区具有不同的温度或温度范围。在实施方式中，半导体氧化膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使生物分子热变性的装置，所述装置包括：具有低热导率的基板；被设置为与所述基板邻近的阻性加热器；被设置为跟与所述基板邻近的所述阻性加热器并列的温度传感器；与所述阻性加热器和所述温度传感器邻近的半导体氧化膜；在所述半导体氧化膜的至少一部分中形成的纳米通道；以及在所述纳米通道的至少一部分上的覆盖构件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.27 JP 2013-1756371.一种使生物分子热变性的装置，所述装置包括：具有低热导率的基板；被设置为与所述基板邻近的阻性加热器；被设置为跟与所述基板邻近的所述阻性加热器并列的温度传感器；与所述阻性加热器和所述温度传感器邻近的半导体氧化膜；在所述半导体氧化膜的至少一部分中形成的纳米通道；以及在所述纳米通道的至少一部分上的覆盖构件。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米通道重叠于所述阻性加热器和所述温度传感器。3.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述纳米通道中的一个或多个柱状部。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述一个或多个柱状部包括多个柱状部。5.根据权利要求4所述的装置，其中，将所述多个柱状部中的至少两个柱状部沿所述纳米通道的纵向方向对齐，并且其中，将所述多个柱状部中的至少两个柱状部沿所述纳米通道的宽度方向对齐。6.根据权利要求1所述的装置，其中，将所述阻性加热器和所述温度传感器沿所述纳米通道的宽度方向排列。7.根据权利要求1所述的装置，其中，将所述阻性加热器和所述温度传感器沿所述纳米通道的纵向方向排列。8.根据权利要求1所述的装置，还包括：与所述纳米通道流体连通的至少一个电极对，其中，所述电极对检测跨过所述纳米通道的电流。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述至少一个电极对位于在所述纳米通道中。10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述至少一个电极对由具有小于或等于约2纳米的距离的间隙隔开。11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述距离小于或等于约1纳米。12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述距离大于约0.5纳米。13.根据权利要求8所述的装置，其中，所述至少一个电极对由具有小于所述生物分子的直径的距离的间隙隔开。14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述生物分子为核酸分子。15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述核酸分子为脱氧核糖核酸、核糖核酸或它们的变形。16.根据权利要求1所述的装置，还包括悬浮在低离子浓度流体中的生物分子。17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阻性加热器接近所述纳米通道。18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阻性加热器与所述纳米通道重叠。19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阻性加热器适合用于加热和温度感测。20.根据权利要求1所述的装置，还包括用于生成至少两个温度区的多个阻性加热器。21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述温度区为不同的温度区。22.根据权利要求1所述的装置，其中，所述半导体氧化膜包括氧化硅。23.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板具有小于或等于约100W/(mK)的热导率。24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述基板具有小于或等于约10W/(mK)的热导率。25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述基板具有小于或等于约5W/(mK)的热导率。26.一种使生物分子变性的方法，所述方法包括：(a)提供一种装置，所述装置具有：(i)具有低热导率的基板，(ii)被设置为与所述基板邻近的阻性加热器，(iii)被设置为跟与所述基板邻近的所述阻性加热器并列的温度传感器，(iv)与所述阻性加热器和所述温度传感器邻近的半导体氧化膜，(v)在所述半导体氧化膜的至少一部分中形成的纳米通道，以及(vi)在所述纳米通道的至少一部分上的覆盖构件；(b)引导所述生物分子通过所述纳米通道；并且(c)使用所述阻性加热器向所述生物分子施加热。27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述纳米通道重叠于所述阻性加热器和所述温度传感器。28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述装置还包括在所述纳米通道中的一个或多个柱状部。29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述一个或多个柱状部包括多个柱状部。30.根据权利要求29所述的方法，其中，将所述多个柱状部中的至少两个柱状部沿所述纳米通道的纵向方向对齐，并且其中，将所述多个柱状部中的至少两个柱状部沿所述纳米通道的宽度方向对齐。31.根据权利要求26所述的方法，其中，将所述阻性加热器和所述温度传感器沿所述纳米通道的宽度方向排列。32.根据权利要求26所述的方法，其中，将所述阻性加热器和所述温度传感器沿所述纳米通道的纵向方向排列。33.根据权利要求26所述的方法，其中，所述装置还包括与所述纳米通道流体连通的至少一个电极对。34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述至少一个电极对位于在所述纳米通道中。35.根据权利要求33所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：川合知二，古桥匡幸，谷口正辉，马克·奥尔德姆，埃里克·诺德曼，
申请(专利权)人：量子生物有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP