[發明專利]用于生物聚合物操控和檢測的基于場效應的納米傳感器

有效

• 申請號: 201380052168.0
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN104737007B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: A·K·羅尤魯;王超
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;H01J49/00;H01L29/66
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 酆迅,呂世磊

技術領域

本發明涉及納米孔/納米溝槽器件，并且更具體地涉及對納米孔/納米溝槽器件中的分子的控制。

背景技術

納米孔測序是用于確定核苷酸在脫氧核糖核酸(DNA)的鏈上發生的順序的方法。納米孔(也稱作孔隙、納米通道、孔等等)可以是內徑為數個納米級的小孔。納米孔測序后面的理論是關于當納米孔被浸沒在傳導流體中并且跨越納米孔施加電勢(電壓)時發生了什么。在這些條件下，可以測量由于離子通過納米孔的傳導而引起的輕微電流，并且電流的量對納米孔的大小和形狀非常靈敏。如果DNA的單堿基或鏈穿過(或者DNA分子的一部分穿過)納米孔，則這可能產生通過納米的電流的幅度上的改變。也可以圍繞納米孔定位其它電或光傳感器使得可以在DAN穿過納米孔時區分DNA堿基。

可通過使用各種方法來驅動DNA通過納米孔，使得DNA可能最終穿過納米孔。納米孔的級別可以具有可以迫使DNA像通過針眼的線一樣一次一個堿基作為長串通過納米孔的效果。近年來，在應用納米孔作為用于諸如脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、蛋白質等等的生物分子的快速分析的傳感器方面出現了越來越多的關注。已將側重點放在用于DNA測序的納米孔的應用上，因為該技術保持著將測序的成本降至$1000/人類基因組以下的希望。

發明內容

根據實施例，提供了一種用于操控分子的方法。方法包括將分子驅動到填充有導電流體的納米通道內，并且在納米通道內部創建第一垂直電場以使分子減速和/或使分子不動。此外，方法包括通過第一垂直電場和水平電場使分子伸展成非折疊直鏈，并且順序地讀取分子的單體。

根據實施例，提供了一種用于操控分子的系統。系統包括填充有導電流體的納米通道，其中分子被驅動到納米通道內。第一對俘獲電極被定位至納米通道，并且該第一對俘獲電極被配置成在納米通道內部創建第一垂直電場以使分子減速和/或使分子不動。第一對俘獲電極被配置成通過第一垂直電場和水平電場使分子伸展成非折疊的直鏈。成對的感測電極被定位至納米通道，并且該成對的感測電極被配置成順序地讀取分子的單體。

通過本發明的技術來實現附加的特征和優點。發明的其它實施例和方面在本文中被詳細地描述并且被視作要求保護的發明的一部分。為了更好地理解具有優點和特征的發明，參見描述和附圖。

附圖說明

在說明書的結論處的權利要求中特別地指出并清楚地要求保護了被當作發明的主題。發明的前述和其它特征以及優點從結合附圖進行的以下詳細描述中變得顯而易見，其中：

圖1A是根據實施例的金屬絕緣體通道場效應晶體管(MIC-FET)器件的截面圖。

圖1B是根據實施例的金屬絕緣體通道場效應晶體管(MIC-FET)器件的三維視圖。

圖2A是根據實施例的金屬絕緣體通道場效應晶體管(MIC-FET)的垂直生物聚合物俘獲機制的截面圖。

圖2B是根據實施例的對于環繞式底部俘獲電極而言在頂部和底部俘獲電極之間的截面圖。

圖2C是根據實施例的對于平坦式底部俘獲電極而言在頂部和底部俘獲電極之間的截面圖。

圖3A是根據實施例的用以圖示用于被俘獲的生物聚合物分子的隧穿感測的金屬絕緣體通道場效應晶體管(MIC-FET)器件的截面圖。

圖3B是根據實施例的用以圖示隧穿結電極在其兩個電隔離部件之間具有納米間隙的金屬絕緣體通道場效應晶體管(MIC-FET)器件的截面圖。

圖3C圖示了根據實施例的用以形成隧穿結電極中的納米間隙的兩個技術。

圖4A至圖4C圖示了根據實施例的用于控制分子且用于電隧穿測序的金屬絕緣體通道場效應晶體管(MIC-FET)器件的處理，其中：

圖4A示出了用于利用一個陷阱俘獲并矯直分子的截面圖；

圖4B示出了用于用兩個陷阱俘獲、繼續矯直分子并且逐個堿基對分子進行測序的截面圖；

圖4C示出了使分子移出以對下一個分子進行測序。

圖5A至圖5E圖示了根據實施例的用于金屬絕緣體通道場效應晶體管(MIC-FET)器件的制作工藝，其中：

圖5A是在襯底中制作納米溝槽的俯視圖；

圖5B是圖示了通過共形電介質沉積來減小溝槽大小以形成納米通道的俯視圖；

圖5C是圖示了在納米通道上面的金屬M1、M2和M3的沉積的俯視圖；

圖5D是圖示了用頂部-柵極電介質材料進行的納米通道的密封的俯視圖；和

圖5E是圖示了頂部柵極M4的沉積的俯視圖。