【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米孔设备及其制造方法
本公开整体上涉及用于表征生物聚合物分子的系统、设备和方法，和制造这样的系统和设备的方法。
技术介绍
核酸(例如DNA、RNA等)测序是在分子水平鉴别遗传变异的最有力的方法之一。遗传疾病的许多特征(signatures)可通过经由全基因组单核苷酸多态性(“SNPs”)分析、基因融合、基因组插入和缺失等收集的信息诊断。这些技术和其它分子生物学技术在某些时刻需要核酸测序。在单分子水平将核酸测序的现行技术包括纳米孔测序技术，其与先前的测序技术相比具有优点，因为纳米孔测序技术具有无标签和无扩增技术的特征，其也具有改进的读取长度和改进的系统吞吐量。因此，纳米孔测序技术已并入高质量基因测序用途中。用于纳米孔基DNA测序的早期实验系统检测了穿过α-溶血素(αHL)蛋白质纳米孔的ssDNA的电行为。从那时起，纳米孔基核酸测序技术已经改进。例如，固态纳米孔基核酸测序如下所述用固态(例如半导体、金属门(metallicgates))纳米孔替代生物/蛋白质基纳米孔。纳米孔是可通过离子电流和/或隧穿电流的变化检测穿过孔的电子流的小孔(例如具有大约1nm至大约1000nm的直径)。由于核酸的各核苷酸(例如腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、DNA中的胸腺嘧啶、RNA中的尿嘧啶)在其物理穿过纳米孔时以特异性方式影响跨过纳米孔的电流密度，测量在易位过程中流过纳米孔的电流变化产生可用于直接测序穿过纳米孔的核酸分子的数据。因此，纳米孔技术基于电传感，其能够检测比其它常规测序方法的要求小得多的浓度和体积的核酸分子。纳米孔基核酸...
【技术保护点】
1.一种制造3D纳米孔设备的方法，所述方法包括：/n在第一硅衬底或介电基层上沉积第一Si
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 US 62/566,313;20171201 US 62/593,8401.一种制造3D纳米孔设备的方法，所述方法包括：
在第一硅衬底或介电基层上沉积第一Si3N4层；
在第一Si3N4层上沉积第一介电层和第一金属或多晶硅层；
蚀刻和型式化第一Si3N4层、第一介电层和第一金属或多晶硅层以形成第一栅电极型式。
2.权利要求1的方法，其进一步包括将第一金属或多晶硅电极通道蚀刻到第一金属或多晶硅层中。
3.权利要求2的方法，其进一步包括将第一金属或多晶硅电极安置在第一通道中和将第一金属或多晶硅电极电耦合到第一栅电极型式。
4.权利要求3的方法，其进一步包括：
在第一金属或多晶硅层上沉积第二介电层；
在第二介电层上沉积第二Si3N4层和第二金属层；
蚀刻和型式化第二介电层、第二Si3N4层、第二金属或多晶硅层和第一Si3N4层以经其形成纳米孔。
5.权利要求4的方法，其进一步包括在第一Si3N4层中蚀刻第二金属或多晶硅电极通道，其中第一和第二金属或多晶硅电极通道彼此正交。
6.权利要求5的方法，其进一步包括将第二金属或多晶硅电极安置在第二通道中和将第二金属或多晶硅电极电耦合到第一Si3N4层。
7.权利要求5的方法，其进一步包括从与第一Si3N4层相反的面蚀刻第一硅衬底或介电基层和将底室流体耦合到多个纳米孔柱。
8.权利要求4的方法，其进一步包括：
在第二金属或多晶硅层上沉积第三介电层；和
蚀刻第三介电层以经其形成纳米孔。
9.权利要求8的方法，其进一步包括：
蚀刻第三介电层；和
将第三电极电耦合到第三栅电极层。
10.权利要求1的方法，其进一步包括将第一硅衬底或介电基层、第一Si3N4层和第一金属或多晶硅安置在顶室和底室之间的中间室中，
其中顶室、中间室和底室含有电解质溶液，以使顶室和底室通过纳米孔流体耦合。
11.权利要求1的方法，其进一步包括在纳米孔型式化后沉积顶面和内表面介电涂层以为了生物分子相互作用而将纳米孔的内表面官能化，和形成用于传感的栅电极电介质和调节纳米孔的宽度。
12.权利要求1的方法，其中使用高深宽比反应性离子蚀刻法蚀刻多个介电层、Si3N4层和金属或多晶硅层的堆叠体以形成纳米孔。
13.一种使用3D纳米孔设备检测带电粒子的方法，所述3D纳米孔设备具有顶室、中间室和底室和安置在中间室中的3D纳米孔阵列以使顶室和底室通过3D纳米孔阵列中的多个纳米孔流体耦合，所述方法包括：
将包含带电粒子的电解质溶液添加到顶室、中间室和底室中；
将顶部和底部电极分别安置在顶室和底室中；
在顶部和底部电极之间施加电泳偏压；
对3D纳米孔设备中的第一和第二选择电极施加第一和第二选择偏压以选择所述多个纳米孔的一个或多个纳米孔以经其传送带电粒子；
对3D纳米孔设备中的速率控制电极施加速率控制偏压以调制带电粒子经过所述一个或多个纳米孔的易位速率；
对3D纳米孔设备中的传感电极施加传感偏压；和
检测传感电极中的电流变化。
14.权利要求13的方法，其中所述电流是电极电流。
15.权利要求13的方法，其中所述电流是隧穿电流。
16.一种用于表征生物聚合物分子的3D纳米孔设备，其包含：
具有第一选择轴的第一选择层；
毗邻第一选择层布置并具有与第一选择轴正交的第二选择轴的第二选择层；和
毗邻第二选择层布置的第三电极层，以使第一选择层、第二选择层和第三电极层沿Z轴形成层堆叠体并界定多个纳米孔柱。
17.权利要求16的设备，其中第一选择层包含第一多个抑制电极。
18.权利要求17的设备，其中第二选择层包含第二多个抑制电极。
19.权利要求18的设备，其中第一和第二多个抑制电极形成在其中部分界定所述多个纳米孔柱的阵列。
20.权利要求16的设备，其中第三电极层包含配置为调制电偏压和检测电流调制的电极。
21.权利要求16的设备，其进一步包含毗邻第三电极层布置的一个或多个电极层。
22.权利要求16的设备，其进一步包含：
毗邻第一选择层布置的顶室；和
毗邻底电极层布置的底室，以使所述多个纳米孔柱流体耦合顶室和底室并在所述设备中存在多电极时提供易位通道。
23.权利要求22的设备，其进一步包含
在顶室和底室中并包围第一选择层、第二选择层和第三电极层的电解质溶液；和
顶室和底室电极，
其中所述顶室和底室电极各自包含Ag/AgCl2。
24.权利要求23的设备，其中所述电解质溶液包含KCl或LiCl2。
25.权利要求16的设备，其中第三电极层包含金属速率控制电极。
26.权利要求25的设备，其中第三电极层包含金属，如Ta、Al、Cr、Ti、Au-Cr和Al-Cu、石墨烯或n+或p+多晶硅。
27.权利要求25的设备，其中第三电极层具有2nm至1000nm的厚度。
28.权利要求16的设备，其中第三电极层包含传感电极。
29.权利要求28的设备，其中所述传感电极通过离子阻滞、隧道效应、电容传感、压电或微波传感运行。
30.权利要求16的设备，其进一步包含配置为改变所述多个纳米孔的内径的内膜层。
31.权利要求30的设备，其中所述内膜层包含低应力富硅氮化物(如Si3N4)并用电介质(如Al2O3、SiO2、ZnO或HfO)涂布。
32.权利要求30的设备，其中所述内膜层具有大约10nm至大约50nm的厚度。
33.权利要求16的设备，其中所述多个纳米孔各自具有大约2nm至大约100nm的各自直径。
34.权利要求16的设备，其进一步包含顶膜层。
35.权利要求34的设备，其中所述顶膜层包含Si3N4、Al2O3或SiO2。
36.权利要求34的设备，其中所述顶膜层具有大约5nm至大约50nm的厚度。
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