[發明專利]用于控制固態納米孔的大小的方法

有效

• 申請號: 201380036310.2
• 申請日: 2013-05-07
• 公開（公告）號: CN104411386B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: M·戈丁;E·比米什;V·塔巴德-科薩;W·H·郭
• 申請（專利權）人: 渥太華大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;G01B7/00
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

相關申請的交叉參引

本申請要求享有2012年5月7日提交的美國臨時申請No.61/643,651和2013年3月14日提交的美國臨時申請No.61/781,081的權益。每個上述申請的全部公開內容都通過引用的方式納入本文。

技術領域

本公開內容涉及使用高電場調整固態納米孔的大小的技術。

背景技術

生物納米孔和固態納米孔提供了在單個分子水平感測生物分子分析物的手段。個體納米孔通常被嵌入在薄絕緣膜中，這為離子電流在兩個液體儲存器之間通過提供唯一的管道。利用較大尺度庫爾特計數器的原理，納米孔實驗與離子電流的變化相關聯以確定帶電生物分子的長度、大小、電荷和構造，因為帶電生物分子在存在外部電場的情況下會被電泳驅動通過納米孔。

雖然生物納米孔(諸如α-溶血素)通常提供更大的靈敏度和低噪聲屬性，但是支持的脂質雙層是易碎的并且具有固定大小，限制了它們的應用。另一方面，固態納米孔通常被制造在薄(10-50nm)絕緣膜中，諸如，氮化硅膜或氧化硅膜，并且可被制成不同的大小，容易與晶片尺度技術集成，并且是更結實的，允許更寬范圍的實驗條件。盡管有這些優點，但是固態納米孔技術仍有限制它們用于生物分子研究的許多實際缺點。雖然控制納米孔的大小是可行的，但是由于需要專業儀器和技術人員，因此通常實現起來既昂貴又費力。例如，最近已經在掃描電子顯微鏡(SEM)中示出通過聚焦離子束鉆孔的納米孔會在特定實驗條件下收縮。在其它的方法中，通過透射電子顯微鏡(TEM)鉆孔的納米孔可根據束條件以及隨后暴露于水性溶劑而擴張或收縮。在這些情況下，限制了可實現的納米孔大小的范圍，因為在化學處理之后或當浸入某一液體環境中時納米孔的大小會變化，所以難以控制且甚至是不可靠的。

通過固態納米孔的離子電流還可能遭受高程度的噪聲，噪聲源是納米孔文獻中的一個廣泛研究的話題。雖然已經提出多種方法來減少電噪聲，但是可靠的、穩定的低噪聲納米孔的產率通常仍相當低。在鉆孔和成像期間含碳殘留物的沉積可對電氣信號質量具有不利影響，通常使完全濕潤成為挑戰并導致形成可能難以移除的納米氣泡。此外，分析物分子堵塞納米孔會降低信號質量，致使孔不能用于另外的實驗。這些影響大大減少了功能性納米孔器件的產率并且增加了與固態納米孔研究相關的成本。因此，可靠的納米孔的可再現制造和調整不僅對于學術研究環境是挑戰而且對于任何基于納米孔技術的商業化也仍是挑戰。

本部分提供了與本公開內容有關的背景信息，該背景信息不必然是現有技術。

發明內容

本部分提供了公開內容的總體概述，并不是完整公開了本公開內容的全部范圍或其所有特征。

提供了一種用于調整形成在固態膜中的納米孔的方法。該方法包括：施加電勢穿過納米孔，其中該電勢具有在高值和低值之間振蕩的脈沖波形；測量流經該納米孔的電流；部分地基于所測量的電流確定該納米孔的大?。灰约爱斣摷{米孔的大小對應于期望的大小時，移除施加穿過該納米孔的電勢。

在本公開內容的一個方面，對流經該納米孔的電流的測量發生在以高值施加電勢時；然而，在另一方面，對流經該納米孔的電流的測量發生在以低值施加電勢時。

在本公開內容的一個方面，該方法還被限定以包括：為在納米孔中感生出電場的電勢選擇一個值并在一個預定時間段內施加該電勢，其中該電場為近似0.3伏每納米。在該預定時間段之后，將施加穿過該納米孔的電勢減少到小于所選擇的值的一個值，并且當以已減少的值施加電勢時，測量流經該納米孔的電流。部分地基于所測量的電流確定該納米孔的大小。

在本公開內容的一些方面，重復此過程直到所測量的電流超過閾值。當重新施加相對較高的電勢時，該電勢的極性可被反向以實現或維持孔幾何結構的對稱。一旦所測量的電流超出該閾值，則移除電勢。

從本文提供的描述中將明了應用的其它領域。在本發明內容中的描述和具體實施例僅旨在出于例示的目的并且不旨在限制本公開內容的范圍。

附圖說明

本文所描述的附圖僅出于例示選定的實施方案的目的而不是例示全部可能的實施方式，并且不旨在限制本公開內容的范圍。

圖1是描繪用于調整納米孔的大小的示例技術的流程圖；

圖2是描繪用于調整納米孔的示例設備的圖；

圖3A和圖3B分別是例示應用高電場之前和之后的電流跡線的曲線圖；

圖4A是一個曲線圖，例示了施加穿過納米孔的電勢的脈沖波形和指示增長的穿過納米孔的增加離子電流；