【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及单分子检测，特别是涉及用于制造和使用具有横场隧穿结的纳米孔装置的系统和方法。
技术介绍
1、纳米孔测序是一种有前途的快速单分子水平测序和表征技术。基于膜蛋白通道及其生物工程突变体的生物纳米孔可以提供原子级的几何结构和尺寸的复现性，可以将其设计成与生物分子(例如，dna)的直径相匹配，以获得较慢的易位速度和较高的离子电流对比度，但在信号质量和分辨率方面仍然存在挑战。这些挑战激发了基于量子隧穿的检测，这种检测需要将固态纳米孔与隧穿结集成在一起。然而，现有的方法缺乏精确性和复现性，因此较难成功。因此，需要改进基于量子隧道的检测技术，并研发能够在单个芯片上提高固态纳米孔密度的制造策略，以便并行处理样品以获得高通量分析潜力。
技术实现思路
1、本文公开了用于使用嵌入纳米流体系统中的可调谐金属纳米间隙来测量单分子的电学特性和/或光学特性的装置、系统、制造方法及其用途。制造本专利技术的装置的方式使得能够制造具有如本文所述的纳米装置(也称为电子装置或电子纳米装置)的高密度阵列的单芯片。纳米装置可以在单个芯片上分组为不同的组，从而提供有效地向不同组提供不同样本的能力，以用于与不同样本相对应的分子的电学特性和/或光学特性的高通量分析。在实施例中，可以根据顶部腔室和底部腔室(纳米间隙位于顶部腔室与底部腔室之间)之间的离子电流迹线、和/或根据通过纳米间隙电极测量的隧道电流、和/或根据所述分子的光学特性来表征分子和包括可调谐金属纳米间隙的电极之间的易位和/或安装/链接事件。
2、因
3、一方面，一种测量单分子的电子特性和/或光学特性的方法包括通过将顶部流体通道/腔室与底部流体通道/腔室之间的离子电流与经过纳米间隙在第一电极与第二电极之间的隧道电流相关联，用本文公开的电子装置来检测单分子的单独安装事件和/或易位事件、和执行电学表征和/或光学表征。
4、在一个实施例中，所述执行电学表征和/或光学表征包括通过穿过透明衬底执行尖端增强拉曼光谱来执行拉曼光谱或者从电子装置的不透明衬底的顶侧执行拉曼光谱，以表征单分子的动态结构。
5、在一个实施例中，所述执行电学表征和/或光学表征包括确定对应于单分子的序列。
6、一方面，一种用于测量单分子的电学特性和/或光学特性的芯片包括多个本文公开的电子装置。多个电子装置可以在2与1000之间，或者在1000与10000之间，或者在一些示例中甚至可以多于10,000。
7、在实施例中，多个电子装置被分成预定数量的不同组。在一些示例中，一个或多个多阱结构可以连结到芯片，其中各个阱对应于预定数量的不同组中的每一组。在一些示例中，一个或多个多阱结构包括第一多阱结构以及可选的第二多阱结构。第一多阱结构连结到芯片的顶侧，以用于将样本提供到多个电子装置中的每一个的顶部流体通道/腔室。第二多阱结构连结到芯片的底侧，以用于接收在每个样本内的分析物易位至底部流体通道/腔室之后提供到顶部流体通道/腔室的样本。
8、在实施例中，芯片可以包括与各个组相关联的一个或多个多路复用器，用于同时从与特定组相对应的电子装置采集信号。
9、一方面，一种用于单分子的高通量分析的系统包括本文公开的芯片和射流装置。芯片具有任意数量的电子纳米装置，射流装置能够将单独的样本运送到多个不同组中的每一组。所述系统还包括控制器，所述控制器将指令存储在非暂时性内存中，所述指令在被执行时使控制器：指示射流装置向多个不同组中的一组或多组提供单独的样本；以及在所述提供之后记录数据，所述数据包括顶部流体通道/腔室与底部流体通道/腔室之间的离子电流、隧道电流、和/或来自与多个不同组中的一组或多组相对应的每一个电子装置的光学信号中的一个或多个，所述数据对应于每一个电子装置内的各个分子的单独安装事件和/或易位事件。
10、在一个方面，一种制造包括纳米孔和遂穿结的电子装置的方法包括沉积限定用于电化学沉积的最终空腔的第一牺牲层以及沉积限定将纳米孔连接到顶部流体通道/腔室并连接到底部流体通道/腔室的最终纳米流体空间的第二外牺牲层至衬底层上；将具有约600nm至2μm的间距的一对电极定位在第一牺牲层的顶部；将钝化层沉积在所述一对电极、第一牺牲层、第二外牺牲层和平面衬底的顶部；进行干法刻蚀过程，以从衬底层的底侧去除钝化层的第一部分和去除衬底层的第二部分，从而向与顶部流体通道/腔室相对应的第二外牺牲层提供第一窗口以及向与底部流体通道/腔室相对应的所第二外牺牲层提供第二窗口；化学蚀刻第一牺牲层和第二牺牲层以构造最终流体空间；和通过金属在所述一对电极上的受控电化学沉积过程来缩小所述一对电极之间的间距，以形成纳米孔和遂穿结。
11、本公开的前述和其他特征将从参考附图进行的以下详细说明中变得更加明显。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种电子装置，包括：
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述距离通过在反馈控制下用所述顶部流体通道/腔室和/或所述底部流体通道/腔室内的一种或多种金属材料电化学沉积的所述第一电极和所述第二电极来限定，从而形成所述单路径。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述平面衬底为透明衬底。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中，所述透明衬底为玻璃或石英。
5.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述平面衬底为不透明衬底。
6.根据权利要求5所述的电子装置，其中，所述平面衬底为涂覆有SiO2和/或Si3N4的硅。
7.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述第一电极和所述第二电极由金、钯、铂或者与自上而下光刻和电化学沉积相容的另外的贵金属或合金、或者其组合形成。
8.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述第一电极和所述第二电极所位于的空间至少部分地由一个或多个介电层形成。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其中，所述一个或多个介电层为HfO2、ZrO2、SiO2、Si3N4或其
10.根据权利要求8所述的电子装置，还包括用于密封的附加聚合物介电层。
11.根据权利要求10所述的电子装置，其中，所述附加聚合物介电层包括SU-8聚合物和聚对二甲苯中的一种或多种。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其中，具有或不具有所述附加聚合物介电层的所述一个或多个介电层为约100nm至约100μm。
13.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述一种或多种金属材料为Ni、Co、金、钯、铂、铱、其合金或其组合。
14.根据权利要求13所述的电子装置，其中，在反馈控制下用所述一种或多种金属材料电化学沉积所述第一电极和所述第二电极还包括脉冲电化学沉积操作，所述脉冲电化学沉积操作具有50ms或更小的脉冲宽度和脉冲之间在大约500ms与2秒之间的静止期。
15.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述分子为DNA。
16.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述纳米间隙是自对准的。
17.一种测量一个或多个分子的电子特性和/或光学特性的方法，所述方法包括：
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述执行电学表征和/或光学表征包括确定与所述一个或多个分子中的至少一个相对应的序列。
20.一种用于测量一个或多个分子的电学特性和/或光学特性的芯片，包括：
21.根据权利要求20所述的芯片，其中，所述多个电子装置的数量在2与1000之间。
22.根据权利要求20所述的芯片，其中，所述多个电子装置的数量在1000与10,000之间。
23.根据权利要求20所述的芯片，其中，所述多个电子装置的数量大于10,000。
24.根据权利要求20所述的芯片，其中，所述多个电子装置被分为设定数量的不同组。
25.根据权利要求24所述的芯片，还包括：
26.根据权利要求24所述的芯片，还包括：
27.根据权利要求25所述的芯片，其中，所述一个或多个多阱结构还包括：
28.一种用于单分子的高通量分析的系统，包括：
29.一种制造包括纳米孔和遂穿结的电子装置的方法，所述方法包括：
30.根据权利要求29所述的方法，还包括：
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述第一牺牲层包括铬、镍、镁和铝中的一种或多种。
32.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第一牺牲层的厚度在1nm与100nm之间。
33.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第一牺牲层的尺寸对应于约10μm×10μm。
34.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第二外牺牲层包括铝、镁、铬和镍中的一种或多种。
35.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第二外牺牲层的厚度为约100-500nm。
36.根据权利要求30-35中任一项所述的方法，其中，所述受控电化学沉积过程包括：
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述脉冲宽度在1ms与5ms之间。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，所述脉冲宽度在1μs与500μs之间。
39.根据权利要求29-35、37和38中任一项所述的方法，其中，所述一对电极包括金、铂、钯或者与自上而下光刻和电化学沉积相容的另外的金属或合金。
40.根据权...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种电子装置，包括：
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述距离通过在反馈控制下用所述顶部流体通道/腔室和/或所述底部流体通道/腔室内的一种或多种金属材料电化学沉积的所述第一电极和所述第二电极来限定，从而形成所述单路径。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述平面衬底为透明衬底。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中，所述透明衬底为玻璃或石英。
5.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述平面衬底为不透明衬底。
6.根据权利要求5所述的电子装置，其中，所述平面衬底为涂覆有sio2和/或si3n4的硅。
7.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述第一电极和所述第二电极由金、钯、铂或者与自上而下光刻和电化学沉积相容的另外的贵金属或合金、或者其组合形成。
8.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述第一电极和所述第二电极所位于的空间至少部分地由一个或多个介电层形成。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其中，所述一个或多个介电层为hfo2、zro2、sio2、si3n4或其组合。
10.根据权利要求8所述的电子装置，还包括用于密封的附加聚合物介电层。
11.根据权利要求10所述的电子装置，其中，所述附加聚合物介电层包括su-8聚合物和聚对二甲苯中的一种或多种。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其中，具有或不具有所述附加聚合物介电层的所述一个或多个介电层为约100nm至约100μm。
13.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述一种或多种金属材料为ni、co、金、钯、铂、铱、其合金或其组合。
14.根据权利要求13所述的电子装置，其中，在反馈控制下用所述一种或多种金属材料电化学沉积所述第一电极和所述第二电极还包括脉冲电化学沉积操作，所述脉冲电化学沉积操作具有50ms或更小的脉冲宽度和脉冲之间在大约500ms与2秒之间的静止期。
15.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述分子为dna。
16.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述纳米间隙是自对准的。
17.一种测量一个或多个分子的电子特性和/或光学特性的方法，所述方法包括：
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述执行电学表征和/或光学表征包括确定与所述一个或多个分子中的至少一个相对应的序列。
20.一种用于测量一个或多个分子的电学特性和/或光学特性的芯片，包括：
21.根据权利要求20所述的芯片，其中，所述多个电子装置的数量在2与1000之间。
22.根据权利要求20所述的芯片，其中，所述多个电子装置的数量在1000与10,000之间。
23.根据权利要求20所述的芯片，其中，所述多个电子装置的数量大于10,000。
24.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：Q·青，
申请(专利权)人：亚利桑那州立大学董事会，
类型：发明
国别省市：
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