具納米解析的形貌特征的選定表面區(qū)域上直接表面官能化的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米孔，更具體地，是涉及表面官能化的納米孔及官能化的納米通道。
【背景技術】
[0002]具有分子尺寸的固態(tài)納米孔和納米通道可以提供有關分析物(例如，脫氧核糖核酸(DNA)，蛋白質和其它生物分子)的化學性質的信息。固態(tài)納米孔器件可包括具有至少單一孔或“納米孔”的多層襯底，該襯底分隔兩種鹽溶液。針對所需的應用程序可客制納米孔器件的特定尺寸和組成。
[0003]在操作中，通過施加電壓使得跨該納米孔產生電位差，并測量穿過納米孔的離子電流。接著，穿過納米孔的分析物誘發(fā)測量的開放電流電平(open current level)的中斷。檢測到的中斷，或離子電流下降，指示分析物的單分子穿過納米孔，其也可以視為一個轉移(trans locat 1n)事件。
[0004]轉移數(shù)據(jù)可以揭露關于分析物在單分子水平(single molecule level)上穿過孔的特性。間接測量技術，如分析物結合至納米孔或納米通道內的受體位置，可以提供許多小的化學和生化化合物的化學和生物性質的有價值信息。

【發(fā)明內容】

[0005]根據(jù)一個實施例，一種在納米孔結構中制作單分子受體的方法包括:通過物理氣相沉積(PVD)技術將材料沉積到納米通道的選定內表面上，以及以具有至少兩個官能基的化學化合物將該材料的表面官能化。該材料形成具有直徑為約I至約100納米(nm)的貼片。
[0006]在另一實施例中，一種在納米孔結構中制作單分子受體的方法包括:令該納米孔結構相對于一束線傾斜一角度，以將該束線定位于該納米孔結構中的納米通道的選定內表面上，操作該束線以沉積該材料到該納米通道中的選定內表面上，該材料形成具有表面積約3至約10，000平方納米(nm2)的貼片，以及官能化該貼片的表面以形成該單分子受體。操作該束線以通過PVD技術沉積材料。
[0007]在又一實施例中，一種包括單分子受體的納米孔結構包括:具有第一表面及相對第二表面的襯底，從該第一表面延伸到該相對第二表面且界定有內表面的納米通道，安置在該納米通道的該內表面的選擇區(qū)域上的材料，以及安置在該材料上以形成官能化材料的化學化合物。該材料具有約3至約10，000nm2的表面積，以及該官能化材料形成結合至分析物的該單分子受體。
[0008]通過本發(fā)明的技術來實現(xiàn)額外的特征和優(yōu)點。本文將詳細描述本發(fā)明的其他實施例和態(tài)樣，并且將其他實施例和態(tài)樣視為所請求保護的發(fā)明的一部分。為更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點和特征，請參考說明書和附圖。
【附圖說明】
[0009]在本說明書結尾處，在權利要求書中特別指出及清楚地主張視為本發(fā)明的標的。本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點將從以下詳細描述并結合附圖而顯而易見:
[0010]圖1表示在納米孔結構中制作單分子受體的方法的一個示范性實施例的方塊圖。
[0011]圖2表示在納米孔結構中制作單分子受體的方法的一個示范性實施例的局部剖面?zhèn)纫晥D。
[0012]圖3表示圖2的納米孔結構內單分子受體的一個示例性實施例的局部剖面?zhèn)纫晥D。
[0013]圖4表示在納米孔結構中制作單分子受體的方法的一個示范性實施例的方塊圖。
[0014]圖5表示使用圖2和圖3的納米孔結構內的單分子受體的方法的局部剖面?zhèn)纫晥D。
【具體實施方式】
[0015]本文公開了一種在納米孔或納米通道內形成單分子受體的方法。當施加電壓到分隔的兩離子溶液的納米孔或納米通道時，分析物的單分子的轉移及/或結合誘發(fā)離子電流中的可量測變化。因此，分析物(例如，蛋白質或小生化化合物)的單分子與納米孔內的受體的受控轉移和/或可逆結合可以揭示該分析物的物理及/或化學性質。
[0016]相比于可發(fā)生多個結合事件的系統(tǒng)，在納米孔結構中提供受控嵌入單結合位點實質上提供了更高的可靠性。多個結合事件的可能性導致了更復雜的數(shù)據(jù)及隨后的解釋。相較之下，本公開的方法提供了一種手段以分析單結合事件，這增加了數(shù)據(jù)分析的簡易性以及可靠性。
[0017]此外，所公開的方法和納米孔結構提供僅兩個不同的轉移場景，其一者為發(fā)生結合至單分子結合位點及另一者為沒有發(fā)生結合。同樣，這樣的場景使數(shù)據(jù)解釋簡易。
[0018]如本文所使用的，術語“分析物”(analyte)是指一種正經歷分析或設法被檢測的化合物、分子、物質、或化學成份。本發(fā)明不欲將其限于特定的分析。代表性分析物包括離子、醣類、蛋白質、核酸及核酸序列。
[0019]如本文所使用的，術語“單分子受體”(single molecule receptor)是指與一個革巴組分(target component)或分析物的單分子結合或物理交互作用的結構。本文所公開的單分子受體包括沉積到納米孔結構或納米通道的內表面上的官能化材料。材料形成具有納米尺寸大小的薄膜(thin film)或貼片(patch)，且該官能化材料包括官能基或分析物結合基，該官能基或分析物結合基與該分析物物理交互作用或結合。
[0020]如本文所使用的，術語“納米孔” (nanopores )和“納米孔結構” (nanoporesstructure)是指具有固態(tài)襯底及“納米通道”(nanochannel)或穿過襯底的納米尺度通道的結構，離子電流可以流動穿過所述結構。納米孔或納米通道的內徑可以根據(jù)所欲用途而適當變化。
[0021 ] 如本文所使用的，術語“物理氣相沉積”(physical vapor deposit1n)、“PVD”及類似者是指將材料的薄膜或涂層沉積到表面上的方法。這些方法大體上包括將氣化(vaporized)形式的材料凝結(condensat1n)在表面上。PVD技術的非限制性實例包括脈沖激光燒蝕、濺射、電子束沉積、脈沖電子沉積、或其任意組合。如本文所使用的，術語“物理氣相沉積束線”，“PVD束線”或“束線”是指在PVD方法中所使用的離子束或電子束。
[0022]如本文所使用的，術語“官能基” (funct1nal group)包括原子、原子組合、化學基團、生化基團、生物化學分子、或其任意組合。官能基可直接連接或結合至連接體的任何基團且該官能基賦予本文所描述的化學化合物的化學反應性。
[0023]現(xiàn)在轉至附圖，圖1及圖2分別是在納米孔結構中制作單分子受體的方法的示范性實施例的方塊圖和示意圖。圖3表示如圖2所示的具有單分子受體的納米孔結構的一部分與分析物交互作用。
[0024]可以從諸如晶片，盤，±夬，板及類似物的襯底制成納米孔結構。此類襯底可以由各種材料制成，各種材料包括，但不限于硅，包括氧化硅、氮化硅、玻璃、陶瓷、鍺、聚合物(例如，聚苯乙烯)、砷化鎵、或其任意組合。襯底可以被蝕刻，例如，晶片可以是半導體晶片。該襯底可以是多層襯底。多層襯底的任何中央材料與外部材料相同或不同，并非本文目的。襯底的厚度以及多層襯底內各個層的厚度可大體上有所不同。因此，該納米孔襯底的特定厚度并不意圖限制。
[0025]該納米孔襯底可以使用任何合適的制造方法來制作，包括但不限于，化學氣相沉積(CVD)方法，等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法，光刻圖案化及蝕刻方法，及磊晶生長制程。接著，納米孔內的納米通道可以通過任何合適工藝穿過襯底來制作，該合適工藝包括但不限于，電子束鉆孔或離子束鉆孔。
[0026]圖1表示在納米孔結構中制作單分子受體的示例性方法100的方塊圖。在方塊110中，方法100包括通過PVD技術將材料沉積在納米孔結構的選定內表面上。在一實施例中，該材料形成具有直徑