控制聚合體通過納米通道的運動的作為機(jī)車的帶電實體的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于控制鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體通過納米通道運動的技術(shù)。第一容器和第二容器被納米通道連接。電極陣列沿著納米通道被設(shè)置，其中流體填充第一容器、第二容器和納米通道。第一電極位于第一容器中，且第二電極位于第二容器中。第一和第二電極被配置為將鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體導(dǎo)引到納米通道中。電極陣列被配置為，響應(yīng)于被控制為捕獲，捕獲納米通道中的一個或多個帶電實體。電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為移動，沿著納米通道移動一個或多個帶電實體。
【專利說明】控制聚合體通過納米通道的運動的作為機(jī)車的帶電實體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]示例性實施例涉及納米器件，且更具體地，涉及控制納米器件中的聚合體(polymer)。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，對于使用納米孔作為傳感器以用于諸如脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、蛋白質(zhì)等生物分子(例如聚合體)的快速分析越來越受重視。用于DNA測序的納米孔的應(yīng)用也受到重視，因為該技術(shù)可以將測序成本降低到低于1000美元/人類基因組。這些納米孔應(yīng)用中的兩個問題是通過納米孔控制DNA的易位(translocation)以及區(qū)分DNA堿基。
[0003]納米孔測序是確定其中在DNA串上出現(xiàn)的核甘酸的順序。納米孔是內(nèi)徑為若干納米量級的小孔。支撐納米孔測序的理論與當(dāng)納米孔中被浸入導(dǎo)電流體時所發(fā)生現(xiàn)象的有關(guān)，且電勢(電壓)被跨納米孔而施加:在這些情況下，可測量到由于離子傳導(dǎo)穿過納米孔所弓丨起的輕微電流，且電流量對于納米孔的尺寸和形狀都是非常敏感的。如果單個DNA堿基或是DNA串穿過(或部分DNA分子穿過)納米孔，這可引起穿過納米孔的電流幅度的變化。其他電或光傳感器也可被放置在納米孔周圍，這樣當(dāng)DNA穿過納米孔時，可區(qū)分DNA堿基。
[0004]通過使用各種方式可驅(qū)使DNA穿過納米孔。例如，電場可將DNA吸引向納米孔，且最終穿過納米孔。而且，附著在納米孔的酶可將DNA導(dǎo)向納米孔。納米孔的尺度是指DNA被作為長串一次一個堿基地強迫通過孔，類似于線穿過針眼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)示例性實施例，提供一種裝置以控制一個或多個帶電實體穿過納米通道。帶電實體可鏈接到聚合體以控制穿過納米通道的聚合體的運動。所述裝置包括通過納米通道連接的第一容器和第二容器，以及沿著納米通道設(shè)置的電極陣列。流體填充第一容器、第二容器和納米通道。所述裝置包括第一容器中的第一電極和第二容器中的第二電極，其中第一和第二電極被配置為導(dǎo)引鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體到納米通道中。電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為捕獲，捕獲納米通道中的一個或多個帶電實體，以及電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為移動，沿著納米通道移動一個或多個帶電實體。
[0006]根據(jù)示例性實施例，提供了一種方法用于控制鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體穿過納米通道。該方法包括通過納米通道連接第一容器和第二容器，電極陣列被沿著納米通道設(shè)置，其中流體填充第一容器、第二容器和納米通道。而且，該方法還包括配置第一容器中的第一電極和第二容器中的第二電極。第一和第二電極被配置為導(dǎo)引鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體到納米通道中。電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為捕獲，捕獲在納米通道中的一個或多個帶電實體，且電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制以移動，沿著納米通道移動一個或多個帶電實體。
[0007]根據(jù)示例性實施例，提供了一種用于控制鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體穿過納米通道的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有由納米通道連接的第一容器和第二容器的裝置，以及沿著納米通道設(shè)置的電極陣列。流體填充第一容器、第二容器和納米通道。該裝置包括第一容器中的第一電極和第二容器中的第二電極，其中第一和第二電極被配置為導(dǎo)引鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體到納米通道中。而且，該系統(tǒng)還包括電壓源，被配置為響應(yīng)于電壓源被控制為捕獲，使得電極陣列捕獲在納米通道中的一個或多個帶電實體。電壓源被配置為響應(yīng)于電壓源被控制為移動，使得電極陣列沿納米通道移動一個或多個帶電的實體。
[0008]根據(jù)示例性實施例，提供了一種用于控制一個或多個帶電實體穿過納米通道的裝置。該裝置包括由納米通道連接的第一容器和第二容器，以及沿著納米通道設(shè)置的電極陣列。流體填充第一容器、第二容器和納米通道。該裝置包括第一容器中的第一電極和第二容器中的第二電極，其中第一和第二電極被配置為導(dǎo)引一個或多個帶電實體進(jìn)入到納米通道中。電極陣列被配置為響應(yīng)于控制為捕獲，捕獲納米通道中一個或多個帶電實體，且電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為移動，沿著納米通道移動一個或多個帶電實體。
[0009]通過本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)額外的特點。在此詳細(xì)描述根據(jù)其他實施例、并被認(rèn)為是本發(fā)明一部分的其他的系統(tǒng)、方法、設(shè)備和/或計算機(jī)程序產(chǎn)品。為了更好地理解示例性實施例和特點，參考以下描述和附圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]被認(rèn)為是本發(fā)明的主題被特別指出并在說明書的結(jié)論處的權(quán)利要求書中明確要求保護(hù)。本公開的前述和其他特點可結(jié)合附圖從以下詳細(xì)描述中變得明顯，在附圖中:
[0011]圖1示出了根據(jù)示例性實施例的具有電極陣列的納米通道的橫截面圖，該電極陣列用于控制鏈接到單個帶電實體/分子的聚合體的運動。
[0012]圖2A示出了根據(jù)示例性實施例的帶電實體如何被三個金屬電極捕獲。
[0013]圖2B示出了根據(jù)示例性實施例的帶電實體如何沿著納米通道移動對應(yīng)于電極陣列的周期的距離。
[0014]圖3示出了根據(jù)示例性實施例具有三個電極的納米通道的橫截面圖，該電極用于控制鏈接到帶電實體/分子陣列的聚合體的運動。
[0015]圖4A示出了根據(jù)示例性實施例帶電實體如何被三個電極捕獲。
[0016]圖4B示出了根據(jù)示例性實施例帶電實體如何沿著納米通道移動對應(yīng)于帶電實體的周期的距離。
[0017]圖5示出了根據(jù)示例性實施例當(dāng)聚合體的位置在納米通道中被控制時用于聚合體的局部化學(xué)處理/合成的納米通道的橫截面圖。
[0018]圖6時根據(jù)示例性實施例用于控制鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體通過納米通道的方法。
[0019]圖7示出了根據(jù)示例性實施例具有可被利用的特征的計算系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0020]示例性實施例可使用沿著作為“軌道”的納米通道的電極陣列和作為“機(jī)車”的帶電實體/分子(連接到聚合體)以控制聚合體(諸如DNA、RNA等)穿過納米通道的運動。示例性實施例使用感測部件的陣列來增加讀取聚合體的單元的空間分辨率?？臻g分辨率對應(yīng)于單個感測部件的尺寸，而其受到用作機(jī)車的帶電實體/分子的相對大尺寸限制。
[0021]如上所述，示例性被配置為鏈接聚合體，DNA、RNA等到相對大的帶電實體/分子(或相對大的帶電實體/分子的陣列)以形成分子列車，隨后采用沿著納米通道的電極陣列來控制穿過通道的整列車的運動。與用于DNA晶體管的現(xiàn)有技術(shù)不同，不是使用自然位于聚合體上的電荷，示例性實施例可提供關(guān)于機(jī)車部件的更多選擇，該機(jī)車部件是控制聚合體運動的引擎。具有(與附著的聚合體相比)較大電荷密度和/或較大尺寸的機(jī)車將要求電極間較少的電壓以針對熱震動捕獲機(jī)車并/或沿著納米通道移動機(jī)車，由此在器件操作期間對于電極侵蝕產(chǎn)生較少的問題。與單個聚合體單元的尺寸相比，空間捕獲精確性可受到機(jī)車(即，帶電實體/分子)尺寸的影響。為了增加對感測部件陣列(即，傳感器陣列)的單個感測部件的尺寸的感測空間分辨率，示例性實施例可監(jiān)視同時來自所有感測部件的信號，并隨后交叉對比該信號。
[0022]現(xiàn)在參看附圖，圖1示出了根據(jù)示例性實施例具有電極陣列108的納米通道104的橫截面示意圖，電極陣列用于控制鏈接到單個帶電實體/分子(106)(其可被稱為帶電實體)的聚合體195的運動。基板101可用任何絕緣固體材料制成，包括但不限于例如硅。兩個容器102和103被蝕刻到基板101中，納米通道104連接兩個容器102和103，。容器102和103以及納米通道104隨后被填充離子溶液，其是導(dǎo)電流體。聚合體105，諸如DNA、RNA等是有需要被測序/測量的單個單元構(gòu)成的。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，聚合體是由重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元組成的大分子(高分子)。這些子單元典型地由共價化學(xué)鍵連接。術(shù)語聚合體可包括由具有寬范圍變化的特性的自然和合成材料組成。聚合體105鏈接到/連接到單個帶電實體106，帶電實體為控制附著聚合體105的運動的機(jī)車(即，引擎)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，傳感器陣列107 (其是感測部件的陣列)被用來識別聚合體105的單個單元。電極陣列108被用于捕獲帶電實體106 (機(jī)車)并用于控制帶電實體106以精確的方式沿著納米通道104的移動。每個電極108由金屬構(gòu)成。兩個電極109和110 (例如諸如Ag或AgCl布線)被分別浸入到容器102和103中。電極陣列108分別連接到電壓源120，且兩個電極109和110連接到電壓源125。電壓源120和125分別被計算機(jī)10中的軟件20控制。來自電壓源125的電壓被施加(經(jīng)由軟件20)到電極109和110以將帶電實體106和附著聚合體105 (即，列車)從容器102移動到納米通道104。軟件20可被編程以自動控制電壓源120和電壓源125施加的電壓的時間和量，且軟件20也可包括被配置為用于給用戶控制軟件的用戶界面。
[0023]圖2A示出了根據(jù)示例性實施例帶電實體106 (B卩，機(jī)車)如何被三個電極108捕獲。為了解釋，三個電極108被指定為電極108a、108b和108c。在這點上，在捕獲期間，沒有電壓被施加給陣列中的剩余電極108，其包括為了解釋在圖2A中被指定為電極108d的第四電極。盡管圖2A和2B中僅指定四個電極108a、108b、108c和108d，將理解大量電極108可被用作導(dǎo)軌以控制通過納米通道104的附著到聚合體105的帶電實體106的移動和捕獲。例如，在電極陣列108中應(yīng)當(dāng)存在足夠的電極以保證被測試的整個聚合體105通過傳感器陣列107。而且，在捕獲期間，沒有電壓偏置被施加到電極109和110。
[0024]假設(shè)帶電實體106是帶正電，相對于具有施加到其的負(fù)電壓偏置的第二電極108b，軟件20被配置為施加正電壓偏置的極性方案(通過電壓源120)到第一電極108a (從左數(shù)到右)和第三電極108c。這樣，帶正電實體106 (機(jī)車)將被電極108a、108b和108c之間的電場固定(即，捕獲)?？朔徇\動/攪動，帶正電實體106被附加到電極108b (具有施加到其的負(fù)電壓偏置)。例如，如果使帶負(fù)電實體106 (熱運動和/或任何其他力)移動到左邊，則電極108a將帶正電實體106排斥回電極108b。類似地，如果使帶正電實體106 (熱運動和/或其他力)移動到右邊，電極108c將正帶電實體106排斥回電極108b。通過該效果，聚合體105 (附著到帶電實體106的后端)在其位置被電極108a、108b以及108c捕獲，以便聚合體105的單元被傳感器陣列107讀取/測量。傳感器陣列107被計算機(jī)10中的軟件20控制和操作。在一個實施中，軟件20被配置為控制傳感器陣列107以施加來自電壓源130的電壓(如圖1所示)到在傳感器陣列107的寬度W (區(qū)域)內(nèi)的聚合體105的單元。然后，軟件20被配置為讀取(經(jīng)由電流計135)通過傳感器陣列107的寬度W內(nèi)的聚合體105的每個單元而輸出的各電流。
[0025]圖2B示出了根據(jù)示例性實施例帶電實體106 (即，用作機(jī)車)如何沿著納米通道104移動了電極陣列108的周期P的距離。周期P是在一個電極108 (的中心)到前一個和/或后一個電極108 (的中心)之間測量的距離。例如，每個電極108之間的距離是相等的，以便每個電極108之間的周期P具有相同的距離測量。傳感器陣列107的寬度W的距離大于或等于每個電極108之間的周期P的距離；因此，每次聚合體105移動對應(yīng)于周期P的距離，在已被測量的聚合體105的單元和將被測量的聚合體105的新單元(即，還未達(dá)到傳感器陣列107的寬度W內(nèi)的聚合體105的單元)之間將有重疊。
[0026]通過施加(經(jīng)由圖1示出的計算機(jī)10的軟件20)相同的電壓偏置的極性方案到下一組(例如被一個電極轉(zhuǎn)移到右邊)三個金屬電極108b、108c和108d，帶電實體106將移動到電極108b、108c和108d的中心。也就是，帶電實體106將附著到電極108c。同樣，在移動階段期間，電壓偏置被施加到電極109和110以打斷圖2A中之前的捕獲(對稱性)，并使得帶電實體106在右向移動(或開始移動)。在這種情況下，軟件20被配置為施加正電壓偏置到電極108b (其中先前，負(fù)電壓偏置被施加到圖2A中的電極108b)和電極108d (其中先前沒有電壓偏置被施加到電極108d和任何隨后的電極)，并被配置為施加負(fù)電壓偏置到電極108c (其中先前正電壓偏置被施加到圖2A中的電極108c)。通過變換從電極108a、108b、108c到電壓電極108b、108c和108d的電壓偏置的極性方案(通過電極陣列108中的單個電極108)，帶電實體106被移動一個周期P。由于從電極108b到電極108c是電極陣列108的一個周期，(機(jī)車)帶正電實體106將沿著納米通道104移動對應(yīng)于電極陣列108的周期P的距離。因為(機(jī)車)帶正電實體106和聚合體105被熱攪動，圖2A示出的捕獲和圖2B不出的移動具有精確度,如果在(金屬層)電極108之間施加合適的電壓偏置(如圖2A和2B示出的方式)，可維持/保證該精確度更優(yōu)于電極陣列108的周期P。被施加到電極陣列108、用于捕獲和移動帶電實體106的適宜的電壓偏置大于熱能kT (是26毫電子伏特(meV))，其中k是玻耳茲曼常數(shù)且T是絕對溫度。
[0027]使用傳感器陣列107，軟件20被配置同時檢測從(傳感器陣列107的)所有感測部件輸出的每個信號，并隨后交叉比較輸出信號(即，電流)。以這種方式，軟件20被配置為確定由傳感器陣列107的各傳感器的周期PsensOT限定的空間分辨率。傳感器陣列107的周期Psensor是每個傳感器之間的距離(每個傳感器107用具有寬度W的黑色垂直線示出)。傳感器陣列107的周期Psmsot被指定為等于或小于聚合體05的單元之間的間隔/距離。例如，如果通過使用碳納米管陣列(具有各碳納米管的2nm (納米)直徑和碳納米管之間的2nm間隙)作為感測電極(即，各傳感器)來實施傳感器陣列107，該傳感器陣列107將具有4nm的空間分辨率。
[0028]盡管此處的例子描述捕獲和移動圖2A和2B (以及圖4A和4B)中的帶正電實體，示例性實施例不限于使用帶正電實體。在其中帶電實體106帶負(fù)電時，圖2A和2B中示出的電壓偏置(即，極性方案)將是圈205和210所示出的那些。在這種情況下，帶負(fù)電實體106將被附著到施加給電極108b的正電壓偏置，并被適當(dāng)?shù)夭东@在施加給電極108a和108c的負(fù)電壓偏置之間(并從其被排斥)。為了移動(即，移到右邊一個周期P)帶負(fù)電實體106，電壓偏置被施加到電極108b、108c，且108d將具有圖2B的圈210所示出的極性。在這點上，帶負(fù)電實體106將從之前被電極108a固定/捕獲移動(一個周期)到被電極IOb捕獲。
[0029]經(jīng)由軟件20捕獲和移動帶電實體106的該處理將繼續(xù)，直到帶電實體106拉動附著的聚合體105完全通過用于測量/測序聚合體105的單元的傳感器陣列107。這樣，將電壓偏置極性方案轉(zhuǎn)移到電極108中接下來的接續(xù)電極的處理繼續(xù)。在將電壓偏置極性方案轉(zhuǎn)移到電極陣列108的處理期間，在下一個電極108 (諸如電極108d)接收電極108的陣列中的電壓偏置時，一個后續(xù)電極108 (諸如電極108a)不再接受電壓偏置，直到帶電實體106移動通過所有的電極108 (類似于機(jī)車如何移動通過火車軌道)。
[0030]在特定實施例中，帶電實體106可以是帶電生物分子或帶電固態(tài)顆粒。帶電生物分子的尺寸和重量可不同，從單個球形蛋白質(zhì)(諸如蛋白(BSA))到大的復(fù)雜蛋白質(zhì)。含帶電金屬蛋白質(zhì)的例子(例如直徑12nm)是鐵蛋白。這種蛋白質(zhì)具有外部蛋白質(zhì)殼，被稱為去鐵鐵蛋白，以及核，其由不同量的氫氧化鐵組成。由于電荷變化，具有不同量的金屬氫氧化物的核將允許操縱分子。其他帶電固態(tài)顆粒包括，諸如Au (金)或Ag (銀)顆?？杀还兄T如鏈霉親和素的蛋白質(zhì)外殼，其可經(jīng)由鏈霉親和素-維生素共價鍵鏈接到諸如DNA的聚合體 105。
[0031]圖3示出了根據(jù)示例性實施例，具有三個電極310、311和312 (例如電極陣列)的納米通道304的橫截面圖300，該電極用于控制鏈接到帶電實體/分子陣列306的聚合體305的運動。與圖1所示的利用多于三個電極108來繼續(xù)沿著電極108的陣列移動帶電實體不同，圖3利用(僅)三個電極310、311和312來移動帶電實體，而不要求額外的電極作為進(jìn)一步的軌道。電極310、311和312可由金屬制成。
[0032]基板301可由任何絕緣固體材料制成。兩個容器302和303被蝕刻到基板301，而納米通道304連接容器302和303。容器302和303以及納米通道304隨后被填充有離子溶液，諸如導(dǎo)電流體。如上所述，聚合體305,諸如DNA、RNA等由需要被測序/測量各單元制成。
[0033]聚合體305鏈接到帶電的實體/分子306的陣列，其用作機(jī)車以拉著附著的聚合體305穿過納米通道304。帶電實體306包括一個或多個帶電部件307以及一個或多個未帶電(即，中性)部件308的陣列。在一個實施中，帶電實體306可包括帶電部件(如帶電部件307)和中性部件(如未帶電部件308)的陣列。在其他實施中，帶電實體306可包括帶正電部件(如帶電部件307)和帶負(fù)電部件(如未帶電部件308)或反之亦然的陣列。帶電部件307和未帶電部件308以交替的方式重復(fù)，以形成圖3所示的帶電實體306的陣列。傳感器陣列309 (如傳感器陣列107)被利用以識別聚合體305的各單元。如被計算機(jī)10的軟件20所控制的，三個電極310、311和312被用來捕獲(機(jī)車)帶電實體306并用于以精確的方式控制帶電實體306沿著納米通道304的移動(拉動和停止聚合體305)。
[0034]兩個電極313和324，諸如Ag或AgCl線，被分別浸入到兩個容器302和303中。電極310、311和312分別連接到電壓源320，且兩個電極313和314連接到電壓源325。電壓源320和325分別收受計算機(jī)10的軟件20的控制。來自電壓源325的電壓(經(jīng)由軟件20)被施加到電極313和314以將帶電實體306和聚合體305的列車(從容器302)移動到納米通道304中。
[0035]圖4A示出了根據(jù)示例性實施例，用作機(jī)車的帶電實體306如何被三個電極310、311和312捕獲。假設(shè)(帶電實體306的)帶電部件307帶正電，軟件20被配置為相對于具有施加的負(fù)電壓偏置的電極311經(jīng)由電壓源320施加正電壓偏置到電極310和312。如圖4A所示，施加到電極310、311和312的電壓偏置的第一極性方案分別是正-負(fù)-正。帶電實體306的帶正電部件307將移動到三個電極310、311和312的中央?yún)^(qū)域，且如圖4A所示，被三個電場固定住(同時在移動期間施加電壓到電極313和314，而在捕獲期間沒有電壓被施加到電極313和314)。
[0036]通過這種效果，聚合體305 (附加到帶電實體306的后端，就好像列車車廂)被電極310,311和312捕獲在合適的位置，以便聚合體305的單元被傳感器陣列309測量/測序。傳感器陣列309可被計算機(jī)10中的軟件20控制并操作。在一個實施中，軟件20被配置為控制傳感器陣列309以將來自電壓源(未示出)的電壓施加到聚合體305的單元，其位于傳感器陣列309的寬度W的區(qū)域內(nèi)。隨后，軟件20被配置為(經(jīng)由未示出的電流計)讀取通過位于傳感器陣列309的寬度W內(nèi)的每個聚合體305的單元輸出的單個電流(即，信號)。
[0037]在這點上，根據(jù)第一極性方案帶正電部件307被施加到三個電極310、311和312的電壓偏置捕獲，且沒有電壓偏置被施加到電極313和314。如果熱移動/攪動試圖使得帶正電部件307移動到左邊，指向右邊并施加力到右方(產(chǎn)生于電極310和311)的電場使得帶正電部件307 (或當(dāng)其被捕獲時，未帶電部件308)從后面移動到右邊。即，指向右邊的電場抵消到左邊的熱運動。類似地，如果熱運動/攪動試圖使得帶正電部件307(或當(dāng)其被捕獲時，未帶電部件308)移動到右邊，指向左邊并施加力到左方的電場(產(chǎn)生于電極311和312)使得帶正電部件307從后面移動到左邊。即，指向左邊的電場抵消到右邊的熱運動。由于分別具有由軟件20施加的電壓源320的正、負(fù)、正電壓偏置的電極310、311和312施加的電場，三個電極310、311和312捕獲帶正電部件307(利用反轉(zhuǎn)的極性方案來捕獲未帶電部件308)。結(jié)果，附著的聚合體305被捕獲以通過傳感器陣列309測量。當(dāng)電壓偏置經(jīng)由電壓源320被施加到電極310、311和312以捕獲帶正電部件307時(或未帶電部件308 (即中性)，如以下進(jìn)一步討論的)，經(jīng)由電壓源325施加到電極313和314的電壓偏置被關(guān)斷。
[0038]圖4B示出了根據(jù)示例性實施例帶電實體306 (用作機(jī)車)如何沿著納米通道304移動對應(yīng)于帶電實體306 (即，帶電實體/分子陣列)的周期距離。為了簡單起見，每個帶電部件307被畫為與每個未帶電部件308等長(如在一個實施例中)，但帶電部件307和未帶電部件308不具有相同的長度。周期P1是形成帶電實體306的每個重復(fù)/交替帶電部件307的長度以及每個重復(fù)/交替未帶電部件308的長度的平均值。
[0039]通過將用于施加到三個金屬電極310、311和312的電壓偏置的第一極性方案(如圖4A所示)轉(zhuǎn)換為圖4B所示的第二極性方案，帶電實體306的未帶電部件208將移動到三個電極310、311和312的中心區(qū)域；同樣，初始施加電極313和314上的電壓偏置以打破圖4A中的捕獲(對稱)，但當(dāng)未帶電部件208在三個電極310、311和312的捕獲區(qū)域中(或附近時)將被關(guān)斷。以該方式，每次極性方案交替時，帶電部件306 (用作用于附著的聚合體305的機(jī)車)沿著納米通道304移動帶電實體306的周期P1的距離。例如，隨著極性方案從第一極性方案轉(zhuǎn)換到第二極性方案又轉(zhuǎn)回第一極性方案等，帶電實體306被饋送(到右邊)通過三個電極310、311和312的區(qū)域。通過軟件20的極性方案的交替使得帶電部件307和未帶電部件308每個移動一個周期P:。
[0040]因為帶電實體306和附著的聚合體305是熱攪動的，圖4A示出的捕獲和圖4B示出的移動將具有精確性，如果合適的電壓偏置被施加在電極(金屬層)310、311和312之間，其被維持為比電極陣列310、311和312的周期P1更好。如上所討論的，施加到電極310、311和312用于捕獲和移動帶電實體306的電壓偏置大于熱能Kt，該熱能是26毫電子伏特(meV)，其中k是玻耳茲曼常數(shù)且T是絕對溫度。熱能引起熱運動/攪動。
[0041]使用傳感器陣列309，軟件20被配置為同時檢測來自所有單個傳感器309的輸出信號，隨后交叉比較在每個傳感器309接收的輸出信號。以這種方式，軟件20可確定由傳感器309的周期PsensOT限定的空間分辨率。傳感器陣列309的周期PsensOT是每個傳感器之間的距離(例如，每個傳感器被示出為具有寬度W內(nèi)的黑色垂直線)。傳感器陣列309的周期Psmsw被設(shè)計為等于或小于聚合體305的單元之間的間隔/距離。聚合體305的單元未示出，但本領(lǐng)域技術(shù)人員理解聚合體305的單元之間的間隔/距離基于被測試的聚合體類型。例如，如果通過使用碳納米管陣列(具有用于各碳納米管的2nm直徑而在碳納米管之間的2nm間隙)作為感測電極(即，單個電極309)，該傳感器陣列309將具有4nm的空間分辨率。
[0042]參考圖4B，當(dāng)電壓偏置的第一極性方案被切換到(第二極性方案)用于電極310的負(fù)電壓偏置、用于電極311的正電壓偏置以及用于電極312的負(fù)電壓偏置,帶正電部件307被移動到右邊而未帶電部件308被移動到三個電極310、311和312的區(qū)域中；這樣，未帶電部件308被捕獲在三個電極310、311和312的區(qū)域中，由此將附著的聚合體305捕獲在其位置處以由傳感器陣列309測量。當(dāng)?shù)诙O性方案被切換回時，下一帶正帶部件307被移動到電極310、311和312的區(qū)域中。而且，如在此提及的，如果未帶電部件308帶電但卻具有與帶電部件307不同的極性(電荷)，上述運動控制應(yīng)用將仍然如上討論的。因此，帶電部件307和未帶電部件308不是旨在限制性的。
[0043]作為示例性實施例，帶電部件307可以是DNA寡核苷酸而未帶電部件308是聚乙二醇。根據(jù)本公開的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可很快選擇想要的帶電和未帶電部件。
[0044]如之前所討論的，DNA測序是本公開的一種應(yīng)用。當(dāng)前的光刻技術(shù)，諸如納米壓印光刻技術(shù)，可產(chǎn)生用于電極的亞IOnm特征，這將保證用于捕獲的亞IOnm精確度。這對于基于DNA樣品(例如，聚合體)的改性的DNA測序技術(shù)是適用的，其要求亞IOnm精確度的位置控制。
[0045]因為示例性實施例被配置為控制帶電實體的運動，其進(jìn)而控制鏈接到其的聚合體，聚合體可以是任何聚合體(包括帶電和未帶電聚合體)。這為另一個示例性應(yīng)用創(chuàng)建了基礎(chǔ)，其是對聚合體的局部化學(xué)治療和/或合成，而聚合體的位置被控制，如圖5所示。根據(jù)示例性實施例，圖5示出了橫截面示意圖500,其包括參考圖1或3描述的元件,但為了簡要不重復(fù)內(nèi)容了。元件501、502、503、504和506與圖1的元件101、102、103、104、105和106或圖3的元件301、302、303、304、305和306的相同。相應(yīng)地，其操作如上所述。為了簡明且不是限制性的，用于控制附著到聚合體505的帶電實體506的運動的圖1或3中的附加元件未在圖5中示出，但被預(yù)期為是圖5描述的示例性實施例的一部分且被功能性地集成到其中。
[0046]新添加的流體納米通道507a和5_7b是兩個附加的納米通道(與圖1和3所示相比)。納米通道504包含上述用于納米通道104和304的離子流體。納米通道507a和507b物理連接到納米通道504以連通地交換流體。試劑508 (根據(jù)需要，被化學(xué)地設(shè)計為與聚合體505反應(yīng))通過納米通道507a被加載到納米通道504中，隨后通過納米通道507b被沖出。如果納米通道507中的流動速率高于納米通道507a中的流動速率，試劑508將被限制在納米通道504的局部區(qū)域509。局部區(qū)域509的尺寸可被納米通道507b中的流動速率對納米通道507a中的流動速率的比率調(diào)整。例如，納米通道507a的流動速率可被增加以導(dǎo)致較大區(qū)域509 ;類似地，納米通道507a中的流動速率可被減少以導(dǎo)致較小區(qū)域509。在試劑508起反應(yīng)后，該反應(yīng)為基于試劑508的化學(xué)特性的預(yù)定時間，試劑508將與容器502和503中的相同離子緩沖劑快速沖出；這保證了聚合體505的局部改性僅在局部區(qū)域509。使用圖1、2A、2B、3、4A和4B描述的捕獲和移動技術(shù)，因此聚合體505上施加試劑508的精確位置可通過經(jīng)由納米通道504的聚合體505的捕獲和移動而被精確地限定/選擇。通過將聚合體505的移動(停止和行進(jìn))控制在希望的精確位置，聚合體505上的其他位置也可通過重復(fù)加載來自納米通道507a的試劑508而被選擇性地局部改性，并將試劑508沖出到納米通道507b，而聚合體505是可控地移動到納米通道504中的新位置。
[0047]在一個實施中，為了控制試劑508進(jìn)入和移出局部區(qū)域509的加載和移動，注射器550可被可連通地附著到納米通道507a的端部，同時收集器555被可連通地附著到納米通道507b的端部。注射器550可以是泵，其施加正壓力到納米通道507a中的試劑508，納米通道507a使得試劑508流動通過區(qū)域509到該區(qū)域的聚合體505的用于希望的反應(yīng)的部分。收集器555可以是泵，其施加負(fù)壓力到納米通道507b中的試劑508，納米通道507b使得流過區(qū)域509的試劑508被收回(即，納米通道504中的試劑508從納米通道被負(fù)壓力吸出并流入到納米通道507b)。納米通道507a和507b可經(jīng)由局部區(qū)域509的孔被物理連接到納米通道504。在另一個實施中，注射器550和收集器555可被集成為單個單元。注射器550和收集器555的操作可被計算機(jī)10中的軟件20控制(如圖1和3所示)。
[0048]為了解釋，一個例子是聚合體505可以是DNA長鏈，而試劑508可以是羥基，其可打斷DNA骨架。使用圖5的上述方法，DNA可在任何指定位置被剪切。根據(jù)本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可使用不同的試劑508在可控地選擇的特定位置影響希望的聚合體505。因此，聚合體和試劑的選擇不是限制性的。
[0049]圖6示出了根據(jù)示例性實施例用于控制鏈接到通過納米通道聚合體的一個或多個帶電實體的方法600。參考圖1、2A、2B、3、4A、4B和5。軟件20被配置為控制一個或多個帶電實體的捕獲和移動。
[0050]在塊605，第一容器(例如容器102、302、502)和第二容器(例如容器103、303和503)通過納米通道(例如納米通道104、304和504)連接，且電極陣列(例如電極108、310、311和312的陣列)被沿著納米通道放置，其中流體(例如離子液體)填充第一容器、第二容器和納米通道。[0051]在塊610，第一電極(例如電極109和313)在第一容器中以及第二電極(電極110、314)在第二容器中，其中第一和第二電極被配置為導(dǎo)引鏈接到聚合體(聚合體105、305、505) 一個或多個帶電實體(例如帶電實體106、306、506)進(jìn)入到納米通道。
[0052]在塊615，電極陣列被配置為當(dāng)被控制以捕獲時，將一個或多個帶電實體捕獲在納米通道中(如圖2A、2B、4A、4B所示)。而且，電極陣列被配置為沿著納米通道(如圖2A到2B的和圖4A和4B的移動所示)移動一個或多個帶電實體
[0053]此外，電極陣列(例如，電極108、310、311和312)被配置為響應(yīng)于施加到電極陣列的電壓偏置，捕獲在納米通道中的一個或多個帶電實體，如圖2A、2B、4A和4B所示被軟件20控制。
[0054]參考圖4A和4B，電極陣列被配置為響應(yīng)于施加到電極陣列的電壓偏置，沿著納米通道每次移動一個或多個帶電實體306 —個周期(例如周期P或周期P1X —個或多個帶電實體306包括帶電部件307和未帶電部件308，其中帶電部件307和未帶電部件308具有相等的長度L。一個周期P1對應(yīng)于帶電部件307和未帶電部件308的相同長度。交替施加到電極陣列的各電極的電壓偏置的極性方案(諸如通過軟件20從正-負(fù)-正到負(fù)-正-負(fù)(或反之亦然))使得一個或多個帶電實體306沿著納米通道一次移動一個周期P1 (如圖4A和4B所示通過捕獲和移動)。電極陣列被配置為響應(yīng)于以第一極性方案(例如，正-負(fù)-正)施加的電壓偏置，將帶電部件捕獲在電極陣列區(qū)域中或從電極陣列的區(qū)域移動未帶電部件208 (例如，當(dāng)從負(fù)-正-負(fù)轉(zhuǎn)變到正-負(fù)-正時，未帶電部件208被移動出該區(qū)域且?guī)щ姴考?07隨后被捕獲在該區(qū)域中)。類似地，電極陣列被配置為響應(yīng)于以第二極性方案(負(fù)-正-負(fù))施加的電壓偏置，將未帶電部件208捕獲在電極陣列的區(qū)域中或從電極陣列的該區(qū)域移動帶電部件207 (例如，當(dāng)從正-負(fù)-正轉(zhuǎn)變到負(fù)-正-負(fù)時，帶電部件207被轉(zhuǎn)移出該區(qū)域，未帶電部件208隨后被捕獲在該區(qū)域中)。
[0055]參考圖2A到2B，一個周期P對應(yīng)于電極陣列108中的各電極之間的相等距離。具有極性方案(例如正-負(fù)-正)的電壓偏壓被施加到電極陣列的各電極的連續(xù)組(例如電極108a、108b、108c)以將一個或多個帶電實體106沿著納米通道移動一個周期P的相等距離。此外，具有極性方案(例如正-負(fù)-正)的電壓偏壓被施加到電極陣列108的各電極的另一連續(xù)組(例如電極108b、108c和108d)以將一個或多個帶電實體106沿著納米通道移動一個周期P的相等距離。與該電極的連續(xù)組相比，另一連續(xù)組(例如電極108b、108c和108d)被上移了單個電極。換句話說，極性方案繼續(xù)上移電極108的軌跡以同時在與移動相同的方向上移動一個或多個帶電實體106。
[0056]參考圖5，附加的納米通道(例如，納米通道507a和507b)被填充有另一種流體(例如試劑)以與聚合體505反應(yīng)，且納米通道507a和507b通過區(qū)域509與納米通道504連通。納米通道507a被配置為響應(yīng)于(例如通過注射器550)施加到納米通道507a的正壓力，將另一種流體(即，試劑)排斥到納米通道504中以與在局部區(qū)域509處的聚合體505反應(yīng)。相反地，納米通道507b被配置為響應(yīng)于施加到(例如，通過收集器550)納米通道507b的負(fù)壓力，將已排斥到局部區(qū)域509處的納米通道504的另一流體吸出。
[0057]圖7示出了具有功能的計算機(jī)系統(tǒng)700的實例，其可被包括在示例性實施例中。在此討論的各種方法、過程、模塊、流程圖、工具、應(yīng)用程序和技術(shù)也可并入和/或利用計算機(jī)系統(tǒng)700的功能。而且，參考圖1到6，計算機(jī)系統(tǒng)700的功能可被利用以實施在此討論的示例性實施例的特征。計算機(jī)系統(tǒng)700的一個或多個功能可實施任何在此討論的元件，諸如但不限于軟件20和計算機(jī)10。
[0058]通常，就硬件基礎(chǔ)架構(gòu)而言，計算機(jī)系統(tǒng)700可包括經(jīng)由本地接口(未示出)而連通地連接的一個或多個處理器710、計算機(jī)可讀存儲存儲器720以及一個或多個輸入和/或輸出(I/O)設(shè)備770。本地接口可以是例如但不限于一條或多條總線或其他有線或無線連連接，如本領(lǐng)域已知的。本地接口可具有額外的元件，諸如控制器、緩沖器(高速緩沖)、驅(qū)動器、重發(fā)器或接收器，以使能連通。此外，本地接口可包括地址、控制和/或數(shù)據(jù)連接以使能前述部件間的適宜連通。
[0059]處理器710是硬件設(shè)備，用于執(zhí)行存儲在存儲器720中的軟件。處理器710實際上可是任何用戶定制或商業(yè)可用的處理器、中央處理單元(CPU)、數(shù)據(jù)信號處理器(DSP)或與計算機(jī)系統(tǒng)700相關(guān)的若干處理器之間的輔助處理器。
[0060]計算機(jī)可讀存儲器720可包括以下中的任一個或組合:易失性存儲器元件(例如隨機(jī)存取存儲器(RAM)，諸如動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)等)以及非易失性存儲器元件(例如ROM、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPR0M)、可編程只讀存儲器(PR0M)、磁帶、緊湊盤只讀存儲器(⑶-ROM)、磁盤、軟磁盤、磁帶盒、盒式帶等)。而且，存儲器720可包括電的、磁的、光的和/或其他類型的存儲介質(zhì)。注意存儲器720可具有分布式架構(gòu)，其中各種部件彼此遠(yuǎn)離地被放置，但可被處理器710訪問。
[0061]計算機(jī)可讀存儲器720中的軟件包括一個或多個獨立程序，每個包括用于實施邏輯功能的可執(zhí)行指令的有序列表。存儲器720中的軟件包括示例性實施例的合適的操作系統(tǒng)(0/S) 750、編譯器740、源代碼730和一個或多個應(yīng)用760。如所示，應(yīng)用760包括各種功能性部件，用于實施示例性實施例的特征、處理、方法、功能和操作。而且，應(yīng)用760可以是源程序、可執(zhí)行程序(目標(biāo)代碼)、腳本或包括一組將被執(zhí)行的指令的任何其他實體。
[0062]I/O設(shè)備770可包括輸入裝置(或外設(shè))，諸如但不限于鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀、麥克風(fēng)、攝像頭等。而且I/o裝置770也可包括輸出裝置(或外設(shè))，例如但不限于打印機(jī)、顯示器等。最后，I/O裝置770還可包括通信輸入和輸出的裝置，例如但不限于NIC或調(diào)制器/解調(diào)器(用于存取遠(yuǎn)程裝置、其他文件、裝置、系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò))、射頻(RF)或其他收發(fā)器(塔)、電話接口、橋、路由器等的裝置。I/O裝置770還可包括在各種網(wǎng)絡(luò)(諸如因特網(wǎng)或內(nèi)部網(wǎng))上通信的部件。使用藍(lán)牙連接和線纜(例如經(jīng)由通用串行總線(USB)端口、串口、并口、光纖部件、火線、HDMI (高清多媒體接口)等)，I/O裝置770可被連接到和/或與處理器710通信。
[0063]所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員知道，本發(fā)明的各個方面可以實現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的各個方面可以具體實現(xiàn)為以下形式，即:完全的硬件實施方式、完全的軟件實施方式(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，或硬件和軟件方面結(jié)合的實施方式，這里可以統(tǒng)稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，在一些實施例中，本發(fā)明的各個方面還可以實現(xiàn)為在一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)中的計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，該計算機(jī)可讀介質(zhì)中包含計算機(jī)可讀的程序代碼。
[0064]可以采用一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)的任意組合。計算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計算機(jī)可讀信號介質(zhì)或者計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)例如可以是一但不限于——電、磁、光、電磁、紅外線、或半導(dǎo)體的系統(tǒng)、裝置或器件，或者任意以上的組合。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個或多個導(dǎo)線的電連接、便攜式計算機(jī)盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式緊湊盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。在本文件中，計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)可以是任何包含或存儲程序的有形介質(zhì)，該程序可以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用。
[0065]計算機(jī)可讀的信號介質(zhì)可以包括在基帶中或者作為載波一部分傳播的數(shù)據(jù)信號，其中承載了計算機(jī)可讀的程序代碼。這種傳播的數(shù)據(jù)信號可以采用多種形式，包括——但不限于——電磁信號、光信號或上述的任意合適的組合。計算機(jī)可讀的信號介質(zhì)還可以是計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)以外的任何計算機(jī)可讀介質(zhì)，該計算機(jī)可讀介質(zhì)可以發(fā)送、傳播或者傳輸用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用的程序。
[0066]計算機(jī)可讀介質(zhì)上包含的程序代碼可以用任何適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)傳輸，包括一但不限于一無線、有線、光纜、RF等等，或者上述的任意合適的組合。
[0067]可以以一種或多種程序設(shè)計語言的任意組合來編寫用于執(zhí)行本發(fā)明操作的計算機(jī)程序代碼，所述程序設(shè)計語言包括面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言一諸如Java、Smalltalk、C++等，還包括常規(guī)的過程式程序設(shè)計語言一諸如“C”語言或類似的程序設(shè)計語言。程序代碼可以完全地在用戶計算機(jī)上執(zhí)行、部分地在用戶計算機(jī)上執(zhí)行、作為一個獨立的軟件包執(zhí)行、部分在用戶計算機(jī)上部分在遠(yuǎn)程計算機(jī)上執(zhí)行、或者完全在遠(yuǎn)程計算機(jī)或服務(wù)器上執(zhí)行。在涉及遠(yuǎn)程計算機(jī)的情形中，遠(yuǎn)程計算機(jī)可以通過任意種類的網(wǎng)絡(luò)一包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)—連接到用戶計算機(jī)，或者，可以連接到外部計算機(jī)(例如利用因特網(wǎng)服務(wù)提供商來通過因特網(wǎng)連接)。
[0068]在此將參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或框圖描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，流程圖和/或框圖的每個方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由計算機(jī)程序指令實現(xiàn)。這些計算機(jī)程序指令可以提供給通用計算機(jī)、專用計算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，從而生產(chǎn)出一種機(jī)器，使得這些計算機(jī)程序指令在通過計算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行時，產(chǎn)生了實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規(guī)定的功能/運動的裝置。
[0069]也可以把這些計算機(jī)程序指令存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)中，這些指令使得計算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其他設(shè)備以特定方式工作，從而，存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)中的指令就產(chǎn)生出包括實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規(guī)定的功能/運動的指令的制造品(article of manufacture)0
[0070]計算機(jī)程序產(chǎn)品也可被加載到計算機(jī)、其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備或其他設(shè)備以使得一系列操作步驟在計算機(jī)、其他可編程設(shè)備或其他設(shè)備上被執(zhí)行以產(chǎn)生計算機(jī)可執(zhí)行處理，這樣在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供了實施在流程圖和/或框圖和/或框中指定的功能/行為的處理。
[0071]附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個實施例的系統(tǒng)、方法和計算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用于實現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為替換的實現(xiàn)中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或運動的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計算機(jī)指令的組合來實現(xiàn)。
[0072]在此使用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例，而不是限制本發(fā)明。如在此使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”也旨在包括負(fù)數(shù)形式，除非上下文另有清楚說明。還將理解術(shù)語“包括”和/或“包含”當(dāng)被用在本說明書中時，指示存在所說明的特點、整體、步驟、操作、元件和/或組件,但不排除存在或添加一個或多個其他特點、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合。
[0073]所附權(quán)利要求書中的對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、行動或所有方式或步驟加功能的等價物旨在包括用于結(jié)合所要求保護(hù)的其他元件執(zhí)行人功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或作用。展示了本發(fā)明的描述是為了示出和描述的目的，但不旨在是窮盡的或?qū)⒈景l(fā)明限制在所公開的形式。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，許多修改和變化是明顯的，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。實施例被選擇和描述是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能理解本發(fā)明，因為具有各種修改的各種實施例適于預(yù)期的特定使用。
[0074]在此示出的流程圖僅是一個例子?？蓪υ诖嗣枋龅膱D或步驟(操作)進(jìn)行各種修改而不脫離本發(fā)明的精神。例如，步驟可以不同的方式被執(zhí)行，或步驟可被添加、刪除或修改。所有這些修改被認(rèn)為是所要求保護(hù)的本發(fā)明的一部分。
[0075]盡管已描述了本發(fā)明的示例性實施例，將理解本領(lǐng)域技術(shù)人員在現(xiàn)在和將來可以做出各種落在所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的改善和改進(jìn)。這些權(quán)利要求被理解為維持對首次描述的本發(fā)明的合適保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體通過納米通道的裝置，包括: 由所述納米通道連接的第一容器和第二容器、沿著所述納米通道設(shè)置的電極陣列，其中流體填充所述第一容器、所述第二容器和所述納米通道；以及 位于所述第一容器中的第一電極和位于所述第二容器中的第二電極，所述第一和第二電極被配置為將鏈接到所述聚合體的所述一個或多個帶電實體導(dǎo)引到所述納米通道中； 其中所述電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為捕獲，捕獲所述納米通道中的所述一個或多個帶電實體；以及 其中所述電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為移動，沿著所述納米通道移動所述一個或多個帶電實體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于電壓偏置被施加到所述電極陣列，捕獲所述納米通道中的所述一個或多個帶電實體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于電壓偏置被施加到所述電極陣列，沿著所述納米通道一次移動所述一個或多個帶電實體一個周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述一個或多個帶電實體包括至少帶電部件和未帶電部件的陣列，以及 其中所述一個周期對應(yīng)于所述帶電部件的長度和所述未帶電部件的長度的平均值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中交替施加到所述電極陣列的各電極的所述電壓偏置的極性方案使所述一個或多個帶電實體沿著所述納米通道一次移動所述一個周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于以第一極性方案施加的所述電壓偏置，將所述帶電部`件捕獲在所述電極陣列的中心區(qū)域中，或從所述電極陣列的所述中心區(qū)域移動所述未帶電部件；以及 其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于以第二極性方案施加的所述電壓偏置，將所述未帶電部件捕獲在所述電極陣列的所述中心區(qū)域中，或從所述電極陣列的所述中心區(qū)域移動所述帶電部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述一個周期對應(yīng)于所述電極陣列中各個電極之間的相等距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中具有極性方案的所述電壓偏置被施加到所述電極陣列的各電極的連續(xù)組，以沿著所述納米通道移動所述一個或多個帶電實體所述一個周期的所述相等距離； 其中具有所述極性方案的所述電壓偏置被施加到所述電極陣列的各電極的另一連續(xù)組，以沿著所述納米通道移動所述一個或多個帶電實體所述一個周期的所述相等距離；以及 其中與所述連續(xù)組相比，所述另一連續(xù)組被上移單個電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括以與所述聚合體反應(yīng)的另一流體填充的另一納米通道，所述另一納米通道通過開口與所述納米通道連通； 其中所述開口被配置為，響應(yīng)于施加到所述另一納米通道的正壓力，將所述另一流體排斥到所述納米通道中以與在所述開口周圍的局部區(qū)域處的聚合體反應(yīng) 其中所述開口被配置為，響應(yīng)于施加到所述另一納米通道的負(fù)壓力，將已排斥到所述開口周圍的所述局部區(qū)域處的所述納米通道的所述另一流體吸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述一個或多個帶電實體包括帶電部件和中性部件的陣列。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述一個或多個帶電實體包括帶正電部件和負(fù)帶電部件的陣列。
12.一種用于控制鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體通過納米通道的方法，所述方法包括: 通過所述納米通道連接第一容器和第二容器，沿著所述納米通道設(shè)置電極陣列，其中流體填充所述第一容器、所述第二容器和所述納米通道；以及 配置所述第一容器中的第一電極和所述第二容器中的第二電極，所述第一和第二電極被配置為將鏈接到所述聚合體的所述一個或多個帶電實體導(dǎo)引到所述納米通道中； 其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于被控制為捕獲，捕獲所述納米通道中的所述一個或多個帶電實體；以及 其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于被控制為移動，沿著所述納米通道移動所述一個或多個帶電實體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于施加到所述電極陣列的電壓偏置，捕獲在所述納米通道中的所述一個或多個帶電實體。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于被施加到所述電極陣列的電壓偏置，沿著所述納米通道一次移動所述一個或多個帶電實體一個周期。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述一個或多個帶電實體包括帶電部件和未帶電部件；以及 其中所述一個周期對應(yīng)于所述帶電部件的長度和所述未帶電部件的長度的平均值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中交替施加到所述電極陣列的各電極的所述電壓偏置的極性方案使得所述一個或多個帶電實體沿著所述納米通道一次移動所述一個周期。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于以第一極性方案施加的所述電壓偏置，將所述帶電部件捕獲在所述電極陣列的中心區(qū)域中，或從所述電極陣列的所述中心區(qū)域移動所述未帶電部件；以及 其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于以第二極性方案施加的所述電壓偏置，將所述未帶電部件捕獲在所述電極陣列的所述中心區(qū)域中，或從所述電極陣列的所述中心區(qū)域移動所述帶電部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述一個周期對應(yīng)于所述電極陣列中的各電極之間的相等距離。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中具有極性方案的所述電壓偏置被施加到所述電極陣列的各電極的連續(xù)組，以沿著所述納米通道移動所述一個或多個帶電實體所述一個周期的所述相等距離； 其中具有所述極性方案的所述電壓偏置被施加到所述電極陣列的各電極的另一連續(xù)組，以沿著所述納米通道移動所述一個或多個帶電實體所述一個周期的所述相等距離；以及 其中與所述連續(xù)組相比，所述另一連續(xù)組被上移單個電極。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括以與所述聚合體反應(yīng)的另一流體填充的另一納米通道，所述另一納米通道通過開口與所述納米通道連通； 其中所述開口被配置為，響應(yīng)于施加到所述另一納米通道的正壓力，將所述另一流體排斥到所述納米通道中以與在所述開口周圍的局部區(qū)域處的聚合體反應(yīng) 其中所述開口被配置為，響應(yīng)于施加到所述另一納米通道的負(fù)壓力，將已排斥到在所述開口周圍的所述局部區(qū)域處的所述納米通道的所述另一流體吸出。
21.一種用于控制鏈接到聚合體的一個或多個帶電實體通過納米通道的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 裝置，包括: 由所述納米通道連接的第一容器和第二容器、沿著所述納米通道設(shè)置的電極陣列，其中流體填充所述第一容器、所述第二容器和所述納米通道；以及 位于所述第一容器中的第一電極和位于所述第二容器中的第二電極，所述第一和第二電極被配置為將鏈接到所述聚合體的所述一個或多個帶電實體導(dǎo)引到所述納米通道中；以及 電壓源，被配置為，響應(yīng)于所述電壓源被控制為捕獲，使得所述電極陣列捕獲在所述納米通道中的所述一個或多個帶電實體； 其中所述電壓源被配置為，響應(yīng)于所述電壓源被控制為移動，使得所述電極陣列沿著所述納米通道移動所述一個或多個帶電實體。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于被施加到所述電極陣列的電壓偏置，捕獲所述納米通道中的所述一個或多個帶電實體。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述電極陣列被配置為，響應(yīng)于被施加到所述電極陣列的電壓偏置，沿著納米通道一次`移動所述一個或多個帶電實體一個周期。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個帶電實體包括帶電部件和未帶電部件；以及 其中所述一個周期對應(yīng)于所述帶電部件的長度和所述未帶電部件的長度的平均值。
25.一種用于控制一個或多個帶電實體通過納米通道的裝置，所述裝置包括: 由所述納米通道連接的第一容器和第二容器、沿著所述納米通道設(shè)置的電極陣列，其中流體填充所述第一容器、所述第二容器和所述納米通道；以及 位于所述第一容器中的第一電極和位于所述第二容器中的第二電極，所述第一和第二電極被配置為將所述一個或多個帶電實體導(dǎo)引到所述納米通道中； 其中所述電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為捕獲，捕獲所述納米通道中的所述一個或多個帶電實體；以及 其中所述電極陣列被配置為響應(yīng)于被控制為移動，沿著所述納米通道移動所述一個或多個帶電實體。
【文檔編號】G01N27/30GK103827663SQ201280044820
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】S·哈雷爾, 欒斌全, G·J·馬蒂納, 彭紅波, S·波隆斯基, S·M·羅斯納格爾, A·K·羅尤魯, G·A·斯托洛維茨基, G·F·瓦爾克 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司