涂覆阻挡涂层的纳米结构制造技术

本发明专利技术涉及包括纳米结构的装置，其中所述纳米结构由导电材料制成并且其中所述纳米结构由阻挡涂层覆盖，该阻挡涂层包含Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物，厚度至少为约1nm，其中通过原子层沉积(ALD)来沉积所述阻挡涂层。本发明专利技术还涉及在这种装置中检测目标化合物的方法以及这种装置用于表面特异性地产生倏逝场、测量介质的介电性能、检测目标化合物的存在或浓度、确定目标化合物的一级结构、确定目标化合物与对照值的偏差、扩增目标化合物或监测目标化合物的扩增的用途。此外，本发明专利技术涉及制造包括纳米结构的装置的方法，该纳米结构允许通过产生倏逝场进行表面特异性的检测或允许介电传感，该方法包括通过原子层沉积(ALD)在诸如铝的导电材料上沉积厚度至少为约1nm的Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物阻挡涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括纳米结构的装置，其中所述纳米结构由导电材料制成并且其中所述纳米结构由阻挡涂层覆盖，该阻挡涂层包含Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物，厚度至少为约1nm，其中通过原子层沉积(ALD)来沉积所述阻挡涂层。本专利技术还涉及在该装置中检测目标化合物的方法以及该装置用于表面特异性地产生倏逝场、测量介质的介电性能、检测目标化合物的存在或浓度、确定目标化合物的一级结构、确定目标化合物与对照值的偏差、扩增目标化合物或监测目标化合物的扩增的用途。此外，本专利技术涉及包含纳米结构的装置的制造方法，该纳米结构允许通过产生倏逝场进行表面特异性的检测或允许介电传感，该方法包括通过原子层沉积(ALD)在诸如铝的导电材料上沉积厚度至少为约1nm的Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物阻挡涂层。
技术介绍
荧光检测在生物装置及诊断装置中是测量并且量化样本中类似蛋白质等生物实体的存在的最常用技术。通常，通过特异性捕获分子将目标实体选择性地结合到基底表面来进行荧光检测。例如，目标可以通过荧光分子标记，并且通过将表面上的荧光相对于来自周围环境(例如体相流体、体相基底等)的荧光背景进行测量来识别目标的存在。取决于分析挑战，即使在单一分子水平以及大的表面积上，该检测也必须以高空间分辨率以及高灵敏度实现。实时观测要求表面选择性的检测。包括波导或开口(aperture)的纳米光子结构通过在导电材料制成的结构之间产生倏逝场而可以检测这种表面特异性。因此，纳米光子结构是基于荧光的检测的一大进步，该基于荧光的检测在生物装置及诊断装置中目前是测量并且量化生物实体的存在的最常用技术。典型地，这种需要具有高纵横比的纳米结构由铝制成，因为铝的各向异性蚀刻允许在经济的条件下制造高纵横比特征。替代材料包括金和其他导电材料。遗憾的是，许多生物反应及检验要求特定的缓冲系统，该缓冲系统包括，除其他外，高盐浓度或者易于与纳米结构表面反应并导致纳米结构降解的其他化学物质。特别地，铝表面在高pH下相当容易受损。由于纳米结构低于1μm的小尺寸以及在所要求的环境中优选材料的变质倾向，需要对纳米结构进行有效保护。根据US 2010/0252751，各向同性地涂覆的诸如SiO2或Si3N4等介电材料可以用作纳米结构的阻挡涂层材料。涂层材料必须是保形的，即必须从各个侧面保护该纳米结构并且应该导致无针孔的覆盖。同时，该涂层不应该太厚以允许目标分子接近倏逝场。但是，人们发现如US 2010/0252751中所述的硅基涂层在具有所要求的厚度时并没有针对缓冲腐蚀提供防护。因此，需要开发改进的纳米结构阻挡涂层，该阻挡涂层在生物测定期间提供有效的缓冲腐蚀防护并且可以进行熟练的倏逝场成像。专利技术目的及
技术实现思路
本专利技术解决了这些需求并且提供包含涂覆阻挡涂层的纳米结构的装置、该装置的用途以及该装置的生产方法。上述目的特别通过包括纳米结构的装置来实现，其中所述纳米结构由导电材料制成并且其中所述纳米结构由阻挡涂层覆盖，该阻挡涂层包含Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物，厚度至少为约1nm，并且其中通过原子层沉积(ALD)来沉积所述阻挡涂层。特别地，人们发现迄今为止所描述的阻挡涂层(其薄到足以受益于倏逝场进行纳米结构的表面特异性检测)在具有低于20nm的厚度时保护作用不够好。推测这种行为是由涂层中的针孔和/或这些层上的其他缺陷所导致。因此，在对相应涂覆的纳米结构暴露以后，将该纳米结构暴露于缓冲溶液，例如柠檬酸钠缓冲液，导致了纳米结构的降解。另一方面，如果Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr或W氧化物，特别是Hf氧化物，通过原子层沉积以约为1nm或更厚的厚度沉积到纳米结构上，这允许有效的倏逝场成像，那么该纳米结构可以暴露于几种高盐缓冲液而不会丧失功能。尤其发现HfO2涂层的约2nm的最优厚度允许从包括纳米结构的装置获得最高的信号和最高的信号背景比。这一发现允许将这种涂覆阻挡涂层的纳米结构作为纳米光子结构用于通过产生倏逝场进行表面特异性的检测，或者允许将这种涂覆阻挡涂层的纳米结构或多个这种纳米结构作为电极用于测量装置周围介质的介电性能。因此，目前提供的方法有效地将倏逝场成像和纳米尺度电极检测的优点与众多和生物测定或基于缓冲液的反应测定相联系的可能性结合在一起。在优选的实施方案中，根据本专利技术的装置包含导电材料铝。此外或者替代地，阻挡涂层优选包含Hf氧化物。在本专利技术进一步优选的实施方案中，本文上面定义的装置适于生物测定。此外或者替代地，由阻挡涂层覆盖的所述结构优选耐液体离子、盐和/或清洁剂溶液的降解，所述溶液例如为缓冲溶液。在进一步优选的实施方案中，本专利技术涉及本文上述的装置，其中由阻挡涂层覆盖的所述纳米结构包含允许与生物分子化学偶联的化学官能团。在特别优选的实施方案中，所述化学官能团来自于与双官能有机硅烷的反应。在进一步优选的实施方案中，所述化学官能团是醛官能团、伯胺官能团、仲胺官能团、羧基官能团或环氧化物官能团。在进一步任选的实施方案中，所述纳米结构偶联到生物分子。在本专利技术的另一个优选实施方案中，本文上述的所述纳米结构为纳米光子结构，并且包括所述纳米光子结构的装置允许通过在所述纳米光子结构的开口中产生倏逝场进行表面特异性的检测。在本专利技术的另一个优选实施方案中，由阻挡涂层覆盖的所述纳米光子结构形成、构成、包括、或者形成部分的线栅、多条线、多条纤维、一个网或多个网或者它们的组合。此外，所述纳米光子结构优选具有低于光的光学分辨率的特征尺寸。在本专利技术特别优选的实施方案中，本文上述的装置包括纳米尺度的开口，该开口尺寸在至少一个方向上小于光的光学分辨率。在本专利技术另一个优选的实施方案中，所述纳米结构或多个所述纳米结构形成、构成、包括、或者形成部分的用于测量所述纳米结构或多个纳米结构周围介质的本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括纳米结构的装置，其中所述纳米结构由导电材料制成并且其中所述纳米结构由阻挡涂层覆盖，该阻挡涂层包含Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物，厚度至少为约1nm，其中通过原子层沉积(ALD)来沉积所述阻挡涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.02 US 61/666,9631.包括纳米结构的装置，其中所述纳米结构由导电材料制成并且其中
所述纳米结构由阻挡涂层覆盖，该阻挡涂层包含Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、
Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、
Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物，厚度至少为约1nm，其中通过
原子层沉积(ALD)来沉积所述阻挡涂层。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述导电材料选自Cu、Au、Ag、
Cr、Pt、Ni、Pd以及Al和/或其中所述阻挡涂层包含Hf氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述装置适合生物测定和/
或其中由阻挡涂层覆盖的所述结构耐液体离子、盐和/或清洁剂溶液的降
解，所述溶液例如为缓冲溶液。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中由阻挡涂层覆盖的
所述纳米结构包含允许与生物分子化学偶联的化学官能团，该化学官能团
优选地来自于与双官能有机硅烷的反应，更优选为醛官能团、伯胺官能团、
仲胺官能团、羧基官能团或环氧化物官能团，并且其中所述纳米结构任选
地与生物分子偶联。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其中所述纳米结构为纳
米光子结构，并且其中所述装置允许通过在所述纳米光子结构的开口中产
生倏逝场而进行表面特异性的检测。
6.根据权利要求5所述的装置，其中由阻挡涂层覆盖的所述纳米光子
结构形成、构成、包括、或者形成部分的线栅、多条线、多条纤维、一个
网或多个网或者它们的组合，并且其中所述纳米光子结构具有低于光的光
学分辨率的特征尺寸。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其中所述装置包括纳米尺度的开
口，该开口在至少一个方向上的尺寸小于光的光学分辨率。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其中所述纳米结构或多
个所述纳米结构形成、构成、包括、或者形成部分的用于测量所述纳米结
构或多个所述纳米结构周围的介质的介电性能的电极。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的装置，其中所述装置为测序装
置、荧光检测器或用于检测核酸或蛋白质的微阵列。
10.检测权利要求5、6、7或9中任意一项定义的装置中的目标化合
物的方法，其包括以下步骤：
(a)发出具有波长的光束或辐射，该光束或辐射优选通过载...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·温贝格尔弗里德尔，C·R·M·德维茨，C·A·范登赫费尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL