纳米尺度传感器制造技术

在本发明专利技术中，可以参与相互作用事件的有机、无机或其它分子或物体被与纳米尺度的物体物理地连接起来，所述纳米尺度的物体典型地但非限制性地为：碳纳米管，硅纳米管，纳米杆以及诸如微管和肌动蛋白丝这样的生物构件，用以构建一个用于报告微米尺度或更小尺度的分子相互作用事件的信号转换系统。分子相互作用事件利用安培计或者利用扫描隧道显微镜得到监测，从而当分子或物体参与一个分子相互作用事件或者其它相互作用事件时，通过对纳米管的物理特性中的变化或移动进行监测来报告相互作用事件的发生。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
优先权本申请请求享有2000年10月10日提交的临时申请No.60/238,518和2001年10月9日提交的美国专利申请No.＿＿的优先权。临时申请No.60/238,518和美国非临时申请No.＿＿的专利技术公开内容被引用作为本申请的参考。在扫描探针方法中，微米尺寸量级的探针用于询问载体上分子的形貌特征或其它特征。在一个变型中，可使化学的、生物分子的或改进的微粒附着在探针的顶端，并且当对表面或表面上的样品进行微粒扫描时可以进行极其微细的力的测量。通过这些力的测量，人们可以获悉附着在探针顶端的微粒何时会与表面或淀积在表面上的物体有相互作用。上述研究方法存在的一个问题是，”报告者(reporter)”系统涉及的物体是微米空间尺度或更大的。与此相反，令人感兴趣的分子常常是纳米尺度或更小的；令人感兴趣的分子的活动也是在纳米尺度上发生的。即使应用先进的原子力显微镜(AFM)探针技术，对纳米尺度的分子相互作用事件进行检测也是很困难的。用于栓系分子的探针比其上栓系的分子或令人感兴趣的分子要大得多也重得多，这种情形使问题变得复杂起来。由于这两种分子和探针之间存在很大的尺寸差异，可能导致单一分子相互作用事件的灵敏度较低或者减低。因此就有这样一种需求，即，需要改进的检测微米与纳米尺度分子相互作用事件的装置及方法。因此，存在这样一种需求，即，需要用于检测在纳米尺度上发生的分子相互作用事件的装置及方法。进一步的需求是，直接检测这些分子相互作用事件而毋需借助于总体平均。最后，存在这样一种需求，即，需要一种能够用作单一的生物分子相互作用事件的报告者的装置及方法。在本专利技术中，可能参与分子相互作用事件的有机的、无机的、或其它物体被物理地连接到纳米尺度的物体，典型地，但非限制性地是，碳纳米管，硅纳米管，金属纳米棒，以及诸如微管和肌动蛋白丝这样的生物构件，以构建一个用于报告微米尺度或更小尺度的分子相互作用事件的信号转换系统。在一个实施例中，第一纳米尺度物体被形成并被可操作地相对于第二纳米尺度物体进行定位，而第二纳米尺度物体的一端则拴系分子。第一纳米尺度物体的各端都连接有单独的微米尺寸的导电焊点。然后使电流流过第一纳米尺度物体并进行监测。当与第二纳米尺度物体结合的分子参与分子相互作用事件时，第二纳米尺度物体的物理性质改变，从而影响第一纳米尺度物体的电导率。在最简的情况下，由于第二纳米尺度物体比结合在它上面的分子尺寸小，所以第二纳米尺度物体可能发生物理位移，因此影响第一纳米尺度物体的电流或电阻。这种电流或电阻可被检测出来用以报告分子相互作用事件。可以理解，纳米尺度物体相互作用中的其它物理性质也可被测量出来。在本专利技术的第二个实施例中，第一纳米尺度物体被形成在一个表面上，其一端拴系有分子而另一端拴系有导电焊点。扫描隧道显微镜被用来监测该纳米尺度物体的位置和电子学特性。当发生分子相互作用事件时，该纳米尺度物体的位置和电子学特性会有改变。而扫描隧道显微镜被用来对该纳米管的位置变化或电子学特性变化进行检测和报告。本专利技术还包括一种纳米尺度传感器，其包括形成在一个表面上的第一纳米管，可操作地连接于第一纳米管的监测装置，形成在所述表面上并与第一纳米管具有可操作关系的第二纳米管，以及拴系在第二纳米管的第一端的至少一个分子，其中，当发生有该拴系分子参与的分子相互作用事件时，所述监测装置检测到该分子相互作用事件。本专利技术的另一个实施例包括一种检测分子相互作用事件的方法，其包括将第一纳米管可操作地耦合到第二纳米管，其中第一纳米管的第一端被可操作地耦合到第一导电焊点而其第二端被可操作地连接到第二导电焊点，并且其中第二纳米管的第一端被可操作地耦合到第三导电焊点而其第二端被可操作地与分子连接；施加电流通过第一与第二纳米管；以及利用安培计监测通过第一与第二纳米管的电流，其中当生物分子经历分子相互作用事件时，第一与第二纳米管的电导率变化由所述安培计检测出来。此外另一种检测分子相互作用事件的方法包括将分子拴系到纳米尺度物体的第一端，利用扫描隧道显微镜扫描纳米尺度物体，以及当分子经历分子相互作用事件时检测纳米尺度物体的移动。本专利技术还包括一种用于检测分子相互作用事件的装置，其包括可操作地连接于一个表面的第一纳米管，可操作地连接于所述表面且可操作地连接到第一纳米管的第二纳米管，拴系到第二纳米管第一端的分子，其中，当该分子参与分子相互作用事件时，它导致第一与第二纳米管的物理性质产生可测量的变化。附图简介附图说明图1是本专利技术的一个实施例的纳米管电路的原理示意图。详细说明在本专利技术应用中，可以用这样一种方式监测纳米尺度物体，其中，该物体的物理位置或其它物理性质的改变可被作为纳米尺度事件的表征而被识别出来。例如，碳纳米管可以像导线、开关、以及二极管一样传导电子。因此，其电阻就是一种用于表征分子相互作用事件出现的可监测的性质。本专利技术也可以使用其它的纳米尺度物体。这些纳米尺度物体包括硅纳米管、诸如微管和肌动蛋白丝这样的生物构件、以及纳米棒和纳米线。本专利技术将利用碳纳米管作为优选的纳米尺度物体。清楚限定的金属性质以及制作具有限定物理与化学属性的纳米棒的能力是人们可以理解知晓的，因此可以提供一种用于制造本专利技术所述纳米传感器的可替选的装置。另外，这种类型的系统更易于实现批量制造。因此，替换代入其它纳米尺度物体(诸如那些上面列述的)是本领域普通技术人员所能够实现的，但不会背离本专利技术的精神与范围。以针状的单层或多层纳米尺寸管形式的C60富勒烯结构的合成是本领域公知的。这些扩展开的富勒烯管结构也称为碳纳米管，或薄壁碳纳米管。在结构上，碳纳米管是一些称为富勒烯的分子碳的构件。六角形的碳环相对于纳米管轴线的原子排列形式各不相同且通常是螺旋状的。纳米管由许多同轴的圆筒形的薄片(由一片至约50片)构成，薄片由六角形排列的碳原子组成。该管通常具有几个至几十个纳米的直径和达到几个微米之多的长度。这样的纳米管是本领域普通技术人员所公知的。利用标准碳弧方法在实验数量上合成这些纳米管是已知的。纳米管的制作通常包括将两个水冷的由无定形碳制成的碳电极或者石墨棒以大约一毫米间距分开放置于真空室中，将该真空室抽真空至大约10-7托的气压，用诸如氦气、氮气、氩气的惰性气体或者氢气回填该真空室使气压达到约50至500托，而后在两个电极之间进行大电流电弧放电，同时持续调整两个电极以维持一毫米的电极间隙。结果是在负极上生长碳纳米管以及其它小的碳颗粒。在电极沉淀中产生的纳米管的数量取决于最佳生长条件能够维持多长时间。由这种或其它的方式制成的探针可应用于许多实验。参见Wong，S.S.，E.Joselevich，A.T.Woolley，C.L.Cheung和C.M.Lieber的“在化学和生物学中作为纳米尺寸探针的共价功能化的纳米管”(CovalentlyFunctionalized Nanotubes as Nanometre-sized Probes in Chemistry andBiolog)，Nature，1998，p52-5；Wong，S.S.，A.T.Woolley，E.Joselevich，C.L.Cheung，和C.M.Lieber的“用于化学力显微术的共价功能化单壁碳纳米管探针尖端”(Covalently-fun本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器包括：形成在一个表面上的第一纳米尺度物体；形成在所述表面上并与所述第一纳米尺度物体具有可操作关系的第二纳米尺度物体；可操作地连接到所述第一纳米尺度物体和所述第二纳米尺度物体的监测装置；以及拴系在所述第二纳米尺度物体 的第一端的至少一个分子，其中当发生有所述拴系分子参与的分子相互作用事件时，分子相互作用事件通过所述监测装置得到检测。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克亨德森，柯蒂斯莫舍，
申请(专利权)人：拜澳富斯毫微科学有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]