具有均匀且高纵横比的纳米间隙的柱阵列结构制造技术

提供了涉及分选实体技术。入口被配置为接收流体，以及出口被配置为排出流体。连接到入口和出口的纳米柱阵列被配置为允许流体从入口流到出口。纳米柱阵列包括被布置为按大小分离实体的纳米柱。纳米柱被布置为具有将一个纳米柱与另一个纳米柱分离的间隙。间隙被构造为在纳米尺度范围中。

Column array structure with uniform and high aspect ratio nano gap

Techniques relating to sorting entities are provided. The inlet is configured to receive fluid, and the outlet is configured to discharge fluid. A nano column array connected to the inlet and outlet is configured to allow fluid to flow from the inlet to the outlet. The nano column array includes a nano column arranged to separate entities according to size. The nano column is arranged to have a gap separating one nanometer column from the other. The gap is structured in the nanometer scale range.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及柱阵列结构，并且更具体地涉及使用柱阵列结构分离生物学实体。
技术介绍
生物实体(诸如，细胞、蛋白质、脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)等等)的分离和分选对包括诊断学、治疗学、细胞生物学和蛋白质组学的大量生物医学应用非常重要。传统上通过凝胶电泳进行用于分析目的的蛋白质和DNA/RNA分离，其中蛋白质混合物经受强电场(典型地，每厘米30伏特(V/cm))。蛋白质或者DNA/RNA以取决于它们的大小和表面电荷的速率移动穿过凝胶。由已知有毒的丙烯酰胺聚合物或者琼脂糖制备凝胶。通过用染料给蛋白质染色或者用严重致癌的溴化乙锭(ethydiumbromide)给DNA/RNA染色来光学地展现电泳实验的结果。凝胶需要足够量的材料以使电泳结果可被检测，但是凝胶基质中的不良交联通常导致不确定的结果和样本的完全损失。如果凝胶基质大小不适合样本分子大小或者如果让电泳运行太久，则也损失样本。为了分离大分子(诸如，DNA、RNA、蛋白质和它们的片段)，广泛地采用凝胶电泳。凝胶电泳目前具有每年世界范围销售额大于十亿美元的市场。应用于医疗诊断的凝胶电泳代表数十亿美元市场。与传统技术相比，硅(Si)纳米制造技术提供了纳米结构尺度的更加精确和准确控制以及定位，以及因此可以产生基于颗粒大小的可靠的颗粒分选。迄今为止，使用硅(Si)柱阵列的硅基芯片上实验室(Lab-on-a-Chip)方法已经表现出前景。然而，使用这些技术仅已展示了在微米(106或者微米(μm))范围的分选，这没有取得分选DNA、蛋白质等等需要的纳米尺寸。
技术实现思路
根据一个实施例，提供了一种装置。该装置包括被配置为接收流体的入口，被配置为排出流体的出口以及连接到入口和出口的纳米柱阵列。纳米柱阵列被配置为允许流体从入口流到出口。纳米柱阵列包括被布置为按大小分离实体的纳米柱。纳米柱被布置为具有将一个纳米柱与另一个纳米柱分离的间隙。间隙被构造为在纳米尺度范围中。根据一个实施例，提供了一种提供流体装置的方法。方法包括提供被配置为接收流体的入口，提供被配置为排出流体的出口以及将纳米柱阵列耦合到入口和出口。纳米柱阵列被配置为允许流体从入口流到出口。纳米柱阵列包括被布置为按大小分离实体的纳米柱。纳米柱被布置为具有将一个纳米柱与另一个纳米柱分离的间隙。间隙被构造为在纳米尺度范围中。根据一个实施例，提供了一种形成纳米柱阵列的方法。方法包括在衬底上设置硬掩模层以及将抗蚀剂层图案化为纳米柱阵列的图案，其中抗蚀剂层设置在硬掩模层上。利用抗蚀剂层来将硬掩模层图案化为纳米柱阵列的图案，使得抗蚀剂层和硬掩模层两者都具有纳米柱阵列的图案。将衬底图案化为纳米柱阵列的图案，使得形成纳米柱阵列。去除抗蚀剂层和硬掩模层，并且纳米柱阵列中的纳米柱在相对于彼此边对边的关系中具有第一间隙大小。通过在纳米柱阵列上设置氧化物层将第一间隙大小减小到第二间隙大小。根据一个实施例，提供了一种装置。装置包括被配置为接收流体的入口，被配置为排出流体的出口以及连接到入口和出口的纳米柱阵列。纳米柱阵列被配置为允许流体从入口流到出口。纳米柱阵列包括被布置为按大小分离实体的纳米柱。纳米柱被布置为具有将一个纳米柱与另一个纳米柱分离的间隙。间隙被构造为在纳米尺度范围中。单层被施加到纳米柱，并且单层减小间隙的大小。通过本专利技术的技术实现另外的特征和优点。本文对本专利技术的其它实施例和方面进行了详细描述并将它们看作所要求保护的专利技术的一部分。为了更好地理解具有优点和特征的本专利技术，参照说明和附图。附图说明在本申请文件的结论部分处的权利要求中特别指出并明确地要求保护被看作本专利技术的主题。通过下面结合附图理解的详细说明，将明了本专利技术的前述特征和其它特征以及优点，在附图中：图1是示出阵列参数的定义的确定性侧向位移(DLD)阵列的示意图。图2A图示了中性区与微流体超材料(metamaterial)元件之间的界面处的颗粒轨迹的示意图。图2B图示了最简单的超材料元件是相对于通道壁和主体流体流动以角+α倾斜的桩(post)的不对称阵列。图2C图示了示出微制造的桩阵列的截面SEM图像。图2D图示了基于颗粒大小的等效微流体双折射，其示出通过界面并从法线偏转的2.7μm红色荧光的时间追踪。图3A至图3G图示了根据本专利技术实施例的纳米柱阵列制造的工艺流程的示意图，其中：图3A图示了衬底上设置的硬掩模层；图3B图示了在硬掩模层上设置抗蚀剂层；图3C图示了对抗蚀剂层进行图案化；图3D图示了对硬掩模层进行图案化；图3E图示了将衬底蚀刻成柱阵列；图3F图示了去除硬掩模图案的柱阵列；以及图3G图示了在柱阵列上设置氧化物层。图4A和图4B是用于图示根据本专利技术实施例的去除硬掩模之前反应性离子蚀刻的结果的相同晶片的扫描电子显微镜图像。图4C和图4D是用于图示根据本专利技术实施例的去除硬掩模之后反应性离子蚀刻的结果的并行处理的晶片的扫描电子显微镜图像。图5A和图5B是用于图示根据本专利技术实施例的没有热氧化物的制造的纳米柱阵列的另一个晶片的扫描电子显微镜图像。图5C、图5D和图5E是用于图示根据实施例的在纳米柱阵列上生长热氧化物的影响的并行处理的晶片的扫描电子显微镜图像。图6A和图6B是用于图示根据本专利技术实施例的从较小间隙大小开始的另一个晶片的扫描电子显微镜图像。图6C和图6D是用于图示根据本专利技术实施例的初始间隙大小较小时的氧化工艺的并行处理的晶片的扫描电子显微镜图像。图7A图示了根据本专利技术实施例的对柱阵列进行化学改性以形成分选阵列表面的一般化学示意图。图7B图示了根据本专利技术实施例的通过对柱阵列施加金属进行化学改性以形成分选阵列表面的化学示意图。图8A至图8D是图示根据本专利技术实施例的作为改变柱之间的间隙大小的手段的分选阵列的化学改性的截面视图，其中：图8A图示了化学改性之前柱之间的间隙大小；图8B图示了化学改性之后柱之间减小的间隙大小；图8C图示了图8A中的反应部位的放大视图；以及图8D图示了图8B中单层的放大视图。图9A是图示根据本专利技术实施例的化学改性的分选阵列中的颗粒流动的俯视图，其中与对表面单层具有亲和力的颗粒相比有颗粒对表面单层没有亲和力。图9B是根据本专利技术实施例的纳米柱、单层和具有亲和力的颗粒的截面的放大视图。图10A是图示根据本专利技术实施例的具有间隙变化的柱的截面视图。图10B是图示根据本专利技术实施例的去除间隙变化的氧化工艺的截面视图。图11是图示根据本专利技术实施例的具有柱阵列的芯片(流体器件)的俯视图。图12是根据本专利技术实施例的提供流体装置(例如，芯片)的方法。图13是根据本专利技术实施例的形成纳米柱阵列的方法。具体实施方式已经证实了使用硅基芯片上实验室方法在微米(106μm)范围中的分选。在KeithJ.Morton等人的标题为“HydrodynamicMetamaterials:MicrofabricatedArraysToSteer,Refract,AndFocusStreamsOfBiomaterials”的论文(PNAS2008105(21)7434-7438(在2008年5月21日印刷前公开))(其通过引用并入本文)中对关于此另外信息进行了进一步讨论。论文“HydrodynamicMetamaterials:MicrofabricatedArrays本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：入口，被配置为接收流体；出口，被配置为排出所述流体；以及纳米柱阵列，连接到所述入口和所述出口，所述纳米柱阵列被配置为允许所述流体从所述入口流到所述出口；其中所述纳米柱阵列包括被布置为按大小分离实体的纳米柱；其中所述纳米柱被布置为具有将一个纳米柱与另一个纳米柱分离的间隙；以及其中所述间隙被构造为在纳米尺度范围中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.26 US 62/084,649;2015.04.27 US 14/697,0951.一种装置，包括：入口，被配置为接收流体；出口，被配置为排出所述流体；以及纳米柱阵列，连接到所述入口和所述出口，所述纳米柱阵列被配置为允许所述流体从所述入口流到所述出口；其中所述纳米柱阵列包括被布置为按大小分离实体的纳米柱；其中所述纳米柱被布置为具有将一个纳米柱与另一个纳米柱分离的间隙；以及其中所述间隙被构造为在纳米尺度范围中。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个纳米柱在所述另一个纳米柱的一侧，使得所述间隙在所述一个纳米柱与所述另一个纳米柱之间。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个纳米柱与所述另一个纳米柱之间的所述间隙沿着所述一个纳米柱和所述另一个纳米柱的垂直轴是均匀的。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述纳米柱阵列包括施加在所述纳米柱上的氧化物层，所述氧化物层使得所述间隙沿着所述一个纳米柱和所述另一个纳米柱的垂直轴均匀。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述氧化物层使得所述间隙的大小小至约20纳米同时所述间隙保持均匀。6.根据权利要求4所述的装置，其中所述氧化物层使得所述纳米柱的直径的不匀整变得均匀，从而使得所述间隙沿着所述一个纳米柱和所述另一个纳米柱的所述垂直轴均匀。7.根据权利要求4所述的装置，其中所述氧化物层厚度的增加导致所述间隙的大小减小。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述间隙的大小小于100纳米。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述间隙的大小小于300纳米。10.根据权利要求1所述的装置，其中单层被施加到所述纳米柱以减小所述间隙的大小；以及其中具有减小的大小的所述间隙被配置为相对于当没有向所述纳米柱施加所述单层时分离更小的实体。11.一种提供流体装置的方法，所述方法包括：提供被配置为接收流体的入口；提供被配置为排出所述流体的出口；将纳米柱阵列耦合到所述入口和所述出口，所述纳米柱阵列被配置为允许所述流体从所述入口流到所述出口；其中所述纳米柱阵列包括被布置为按大小分离实体的纳米柱；其中所述纳米柱被布置为具有将一个纳米柱与另一个纳米柱分离的间隙；以及其中所述间隙被构造为在纳米尺度范围中。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个纳米柱在所述另一个纳米柱的一侧，使得所述间隙在所述一个纳米柱与所述另一个纳米柱之间。13.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个纳米柱与所述另一个纳米柱之间的所述间隙沿着所述一个纳米柱和所述另一个纳米柱的垂直轴是均匀的。14.根据权利要求11所述的方法，其中所述纳米柱阵列包括施加在所述纳米柱上的氧化物层，所述氧化物层使得所述间隙沿着所述一个纳米柱和所述另一个纳米柱的垂直轴均匀。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述氧化物层使得所述间隙的大小小至约20纳米同时所述间隙保持均匀。16.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·T·史密斯，R·L·布鲁斯，Y·A·阿斯迪尔，王超，B·H·万施，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US