含钌电极制造技术

本文公开了含钌材料，诸如具有在介于约180pF/um2至约320pF/um2之间的范围内的双层电容的含钌材料。在一些实施方案中，所述含钌材料适合用在电极中。在一些实施方案中，所述含钌材料适合用在纳米孔测序装置中。含钌材料适合用在纳米孔测序装置中。含钌材料适合用在纳米孔测序装置中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含钌电极
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年8月28日提交的名称为“RUTHENIUM
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CONTAINING ELECTRODES”的美国临时专利申请号62/723,871的优先权，该美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。
[0003]以引用方式并入
[0004]本说明书中提到的所有出版物和专利申请都以引用方式并入本文，所达到的程度如同每个单独的出版物或专利申请都被具体地和单独地指出以引用方式并入。


[0005]本专利技术的实施方案整体涉及电极，并且更特别地涉及在核酸测序中使用的电极。

技术介绍

[0006]从四十年前开始，DNA测序的重要性就已大大提高。它被认为是生物学和医学大多数领域的关键技术，也是个性化和精准医疗新典范的基础。有关个人基因组和表观基因组的信息可以帮助揭示他们的疾病倾向、临床预后以及对治疗方案的响应，但是基因组测序在医学中的常规应用将需要以及时且经济有效的方式递送的综合数据。
[0007]基于纳米孔的核酸测序是已被广泛研究的方法。在过去的二十年中，人们一直对利用纳米孔进行聚合物表征和以低成本、快速、单分子的方式区分核苷酸有极大的兴趣。例如，Kasianowicz等人在单链多核苷酸电易位穿过包埋在脂质双分子层中的α溶血素纳米孔时对其进行了表征(参见例如，Kasianowicz，J.(1996)，Characterization of Individual Polynucleotide Molecules using a Membrane Channel.Proc.Natl.Acad.Sci.，93，13770
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3)。已经证明，在多核苷酸易位期间，可以测量纳米孔孔径的部分堵塞作为离子电流降低的量度。类似地，Gundlach等人证明了对DNA进行测序的方法，该方法使用源于耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis，“MspA”)的低噪声纳米孔，并结合了称为双链体中断测序的过程(参见例如，Derrington，I.等人(2010)，Nanopore DNA Sequencing with MspA.Proc.Natl.Acad.Sci.，107(37)，16060
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16065)。在此，使用双链双链体将核酸的单链部分暂时保持在MspA缩窄中。Akeson等人(参见例如，PCT公布号WO/20150344945)公开了用于表征纳米孔中的多核苷酸的方法，这些方法利用相邻定位的分子马达来控制多核苷酸穿过纳米孔孔径或与纳米孔孔径相邻的易位速率。
[0008]一般来讲，已采用了三种纳米孔测序方法：链测序，其中DNA的碱基在相继穿过纳米孔时被识别；基于核酸外切酶的纳米孔测序，其中核苷酸从DNA分子上被逐个酶切，并且在被纳米孔捕获和穿过纳米孔时被监测；以及纳米孔合成测序(SBS)方法，其中可识别的聚合物标签附接到核苷酸并且在酶催化的DNA合成期间在纳米孔中登记。所有这些方法的共同点是需要精确控制反应速率，以便按顺序确定每个碱基。链测序需要用于减慢DNA穿过纳米孔的速度并且解码通道内的多个碱基的方法；为此，已经开发了利用分子马达的棘轮方法。基于核酸外切酶的测序需要在足够靠近孔时释放每个核苷酸，以保证其捕获并且以足
够慢的速率穿过该孔，以获得有效的离子电流信号。此外，这两种方法都依赖于四个天然碱基，即两个相对相似的嘌呤和两个相似的嘧啶之间的区别。纳米孔SBS方法利用附接到核苷酸的合成聚合物标签，这些标签经过专门设计，以产生独特且能够容易区分的离子电流阻断标记，用于序列测定。

技术实现思路

[0009]本公开的一个方面是纳米孔测序装置，其包括：(i)由含钌材料组成的电极；以及(ii)和参考电极或反电极中的至少一者。在一些实施方案中，含钌材料包含钌、氧和氮中的至少两者。在一些实施方案中，含钌材料包含氮化钌和氮氧化钌中的至少一者。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有在介于约180pF/um2至约320pF/um2之间的范围内的双层电容。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有通过X射线光电子能谱法测量的在介于约1.5和约3.5之间的范围内的(N+O)/Ru表面组成比。在一些实施方案中，表面组成比在从约1.8至约3.0的范围内。在一些实施方案中，表面组成比在从约2至约2.5的范围内。在一些实施方案中，表面组成比在从约2至约2.2的范围内。在一些实施方案中，表面组成比在从约2.1至约2.4的范围内。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有至少约5％的氮含量但不超过约15％的氮含量。在一些实施方案中，该电极包括通过横截面扫描电子显微镜检查法确定的树枝状结构。在一些实施方案中，该纳米孔测序装置还包括设置在电极表面上的电介质材料。在一些实施方案中，该电极设置在金属层上。在一些实施方案中，该纳米孔测序装置包括布置在芯片上的多个电极。
[0010]本公开的另一方面是包括多个可单独寻址的纳米孔的芯片，其中每个可单独寻址的纳米孔与由含钌材料组成的工作电极流体连通。在一些实施方案中，含钌材料包含钌、氧和氮。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有在介于约180pF/um2至约320pF/um2之间的范围内的双层电容。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有通过X射线光电子能谱法测量的在介于约1.5和约3.5之间的范围内的(N+O)/Ru表面组成比。在一些实施方案中，表面组成比在从约1.8至约3.0的范围内。在一些实施方案中，表面组成比在从约2至约2.5的范围内。在一些实施方案中，表面组成比在从约2至约2.2的范围内。在一些实施方案中，表面组成比在从约2.1至约2.4的范围内。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有至少约5％的氮含量但不超过约15％的氮含量。在一些实施方案中，工作电极包括通过横截面扫描电子显微镜检查法确定的柱状结构。在一些实施方案中，工作电极包括通过横截面扫描电子显微镜检查法确定的树枝状结构。
[0011]本公开的另一方面是下述纳米孔测序装置，其包括其中包括多个可单独寻址的纳米孔的芯片或生物芯片，其中每个可单独寻址的纳米孔与由含钌材料组成的工作电极流体连通。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有在介于约180pF/um2至约320pF/um2之间的范围内的双层电容。
[0012]本公开的另一方面是下述纳米孔测序装置，其包括：工作电极，该工作电极由含钌材料组成；和电介质层，其中该电介质层的一部分与工作电极水平相邻设置，并且该电介质层的一部分设置在工作电极的一部分上方并且覆盖工作电极的该部分，并且其中该电介质层在工作电极的未覆盖部分上方形成具有开口的阱(参见例如，美国专利号10,036,739，其公开内容据此全文以引用方式并入本文)。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有在
介于约180pF/um2至约320pF/um2之间的范围内的双层电容。在一些实施方案中，含钌材料的特征在于具有通过X射线光电子能谱法测量的在介于约1.5和约3.5之间的范围内的(N+O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纳米孔测序装置，其包括：(i)由含钌材料组成的电极；以及(ii)和参考电极或反电极中的至少一者。2.根据权利要求1所述的纳米孔测序装置，其中所述含钌材料的特征在于具有在介于180pF/um2至320pF/um2之间的范围内的双层电容。3.根据权利要求1所述的纳米孔测序装置，其中所述含钌材料的特征在于具有通过X射线光电子能谱法测量的在介于1.5和3.5之间的范围内的(N+O)/Ru表面组成比。4.根据权利要求3所述的纳米孔测序装置，其中所述表面组成比在从1.8至3.0的范围内。5.根据权利要求3所述的纳米孔测序装置，其中所述表面组成比在从2至2.5的范围内。6.根据权利要求1所述的纳米孔测序装置，其中所述含钌材料的特征在于具有至少5％的氮含量但不超过15％的氮含量。7.根据权利要求6所述的纳米孔测序装置，其中所述电极包括通过横截面扫描电子显微镜检查法确定的树枝状结构。8.根据权利要求1所述的纳米孔测序装置，其还包括设置在所述电极的表面上的电介质材料。9.一种包括多个可单独寻址的纳米孔的芯片，其中每个可单独寻址的纳米孔与由含钌材料组成的工作电极流体连通。10.根据权利要求9所述的芯片，其中所述含钌材料的特征在于具有在介于180pF/um2至320pF/um2之间的范围内的双层电容。11.根据权利要求9所述的芯片，其中所述含钌材料的特征在于具有通过X射线光电子能谱法测量的在介于1.5和3.5之间的范围内的(N+O)/Ru表面组成比。12.根据权利要求11所述的芯片，其中所述表面组成比在从1.8至3.0的范围内。13.根据权利要求11所述的芯片，其中所述表面组成比在从2至2.5的范围内。14.根据权利要求9所述的芯片，其中所述含钌材料的特征在于具有至少5％的氮含量但不超过15％的氮含量。15.根据权利要求9所述的芯片，其中所述工作电极包括通过横截面扫描电子显微镜检查法确定的树枝状结构。16.一种纳米孔测序装置，其包括根据权利要求9至15中任一项所述的芯片。17.一种纳米孔测序装置，其包括：工作电极，所述工作电极由含钌材料组成；和电介质层，其中所述电介质层的一部分与所述工作电极水平相邻设置，并且所述电介质层的一部分设置在所述工作电极的一部分上方并且覆盖所述工作电极的所述部分，并且其中所述电介质层在所述工作电极的未覆盖部分上方形成具有开口的阱。18.根据权利要求17所述的纳米孔测序装置，其中所述含钌材料的特征在于具有在介于180pF/um2至320pF/um2之间的范围内的双层电容。19.根据权利要求17所述的纳米孔测序装置，其中所述含钌材料的特征在于具有通过X射线光电子能谱法测量的在介于1.5和3.5之间的范围内的(N+O)/Ru表面组成比。20.根据权利要求19所述的纳米孔测序装置，其中所述表面组成比在从1.8至3.0的范围内。21.根据权利要求19所述的纳米孔测序装置，其中所述表面组成比在从2至2.5的范围
内。22.根据权利要求17所述的纳米孔测序装置，其中所述含钌材料的特征在于具有至少5％的氮含量但不超过15％的氮含量。23.根据权利要求22所述的纳米孔测序装置，其中所述电极包括通过横截面扫描电子显微镜检查法确定的树枝状结构。24.根据权利要求17至23中任一项所述的纳米孔测序装置，其还包括在所述电介质层上方的表面，并且其中隔膜能够在所述表面之上形成并且跨过所述工作电极的所述未覆盖部分上方的所述阱的所述开口。25.根据权利要求24所述的纳米孔测序装置，其中所述工作电极的基部表面积大于所述工作电极的所述未覆盖部分上方的所述开口的基部表面积。26.一种根据以下过程制备的含钌膜：使用钌靶材执行溅射沉积或等离子体气相沉积中的一者，其中所述溅射沉积或所述等离子体气相沉积过程包括(i)将氮气以介于10sccm和100sccm之间的流速引入沉积室中，以及(ii)将氩气以10sccm的流速引入所述沉积室中，并且其中在所述沉积期间将所述沉积室内的沉积压力保持在介于5毫托至25毫托之间，并且其中所述沉积使用在从50瓦至250瓦的范围内的功率执行。27.根据权利要求26所述的含钌膜，其中所述沉积过程在室温进行。28.根据权利要求26所述的含钌膜，所述含钌膜具有在介于180pF/um2至220pF/um2之间的范围内的双层电容。29.根据权利要求26所述的含钌膜，其中所述过程还包括在大于120℃的温度加热所沉积的含钌膜。30.根据权利要求29所述的含钌膜，其中加热在介于140℃至340℃之间的范围内的温度进行。31.根据权利要求30所述的含钌膜，其中通过X射线光电子能谱法测量的所述含钌膜的(N+O)/Ru表面组成比在介于1.5和3.5之间的范围内。32.根据权利要求31所述的含钌膜，其中所述表面组成比在介于1.8至3.2之间的范围内。33.根据权利要求32所述的含钌膜，其中所述沉积压力为20毫托，氮气的所述流速为90sccm，所述功率为200瓦，并且其中所述加热在介于180℃至260℃之间进行。34.根据权利要求30所述的含钌膜，其中所述含钌膜包含按所述膜的总重量计至多15％的氮。35.根据权利要求30所述的含钌膜，其中所述含钌膜包含按所述膜的总重量计至多10％的氮，但按所述膜的总重量计不少于5％的氮。36.根据权利要求30所述的含钌膜，其中所述含钌膜具有在介于260pF/um2至320pF/um2之间的范围内的双层电容。37.根据权利要求36所述的含钌膜，其中所述沉积压力为20毫托，氮气的所述流速为90sccm，并且所述功率为200瓦。38.根据权利要求30所述的含钌膜，其中所述含钌膜具有通过横截面扫描电子显微镜检查法确定的树枝状结构。39.根据权利要求30所述的含钌膜，其中所述含钌膜包括面心立方结构。
40.一种沉积到衬底上的叠层，所述叠层包括：至少部分地设置在所述衬底的表面上的金属层；设置在所述金属层的表面上的有源层，所述有源层包括根据权利要求30至39中任一项所述的含钌膜；以及至少部分地设置在所述有源层的表面上的覆盖层。41.根据权利要求40所述的叠层，其中所述有源层至少部分地被电介质材料包围。42.根据权利要求40所述的叠层，其中所述覆盖层由电介质材料组成。43.一种包括多个阱的芯片，所述阱中的每个阱都包括根据权利要求40至42中任一项所述的叠层。44.一种测序装置，其包括根...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：豪夫迈，
类型：发明
国别省市：