[发明专利]用于生物聚合物操控和检测的基于场效应的纳米传感器

说明书

技术领域

本发明涉及纳米孔/纳米沟槽器件，并且更具体地涉及对纳米孔/纳米沟槽器件中的分子的控制。

背景技术

纳米孔测序是用于确定核苷酸在脱氧核糖核酸(DNA)的链上发生的顺序的方法。纳米孔(也称作孔隙、纳米通道、孔等等)可以是内径为数个纳米级的小孔。纳米孔测序后面的理论是关于当纳米孔被浸没在传导流体中并且跨越纳米孔施加电势(电压)时发生了什么。在这些条件下，可以测量由于离子通过纳米孔的传导而引起的轻微电流，并且电流的量对纳米孔的大小和形状非常灵敏。如果DNA的单碱基或链穿过(或者DNA分子的一部分穿过)纳米孔，则这可能产生通过纳米的电流的幅度上的改变。也可以围绕纳米孔定位其它电或光传感器使得可以在DAN穿过纳米孔时区分DNA碱基。

可通过使用各种方法来驱动DNA通过纳米孔，使得DNA可能最终穿过纳米孔。纳米孔的级别可以具有可以迫使DNA像通过针眼的线一样一次一个碱基作为长串通过纳米孔的效果。近年来，在应用纳米孔作为用于诸如脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、蛋白质等等的生物分子的快速分析的传感器方面出现了越来越多的关注。已将侧重点放在用于DNA测序的纳米孔的应用上，因为该技术保持着将测序的成本降至$1000/人类基因组以下的希望。

发明内容

根据实施例，提供了一种用于操控分子的方法。方法包括将分子驱动到填充有导电流体的纳米通道内，并且在纳米通道内部创建第一垂直电场以使分子减速和/或使分子不动。此外，方法包括通过第一垂直电场和水平电场使分子伸展成非折叠直链，并且顺序地读取分子的单体。

根据实施例，提供了一种用于操控分子的系统。系统包括填充有导电流体的纳米通道，其中分子被驱动到纳米通道内。第一对俘获电极被定位至纳米通道，并且该第一对俘获电极被配置成在纳米通道内部创建第一垂直电场以使分子减速和/或使分子不动。第一对俘获电极被配置成通过第一垂直电场和水平电场使分子伸展成非折叠的直链。成对的感测电极被定位至纳米通道，并且该成对的感测电极被配置成顺序地读取分子的单体。

通过本发明的技术来实现附加的特征和优点。发明的其它实施例和方面在本文中被详细地描述并且被视作要求保护的发明的一部分。为了更好地理解具有优点和特征的发明，参见描述和附图。

附图说明

在说明书的结论处的权利要求中特别地指出并清楚地要求保护了被当作发明的主题。发明的前述和其它特征以及优点从结合附图进行的以下详细描述中变得显而易见，其中：

图1A是根据实施例的金属绝缘体通道场效应晶体管(MIC-FET)器件的截面图。

图1B是根据实施例的金属绝缘体通道场效应晶体管(MIC-FET)器件的三维视图。

图2A是根据实施例的金属绝缘体通道场效应晶体管(MIC-FET)的垂直生物聚合物俘获机制的截面图。

图2B是根据实施例的对于环绕式底部俘获电极而言在顶部和底部俘获电极之间的截面图。

图2C是根据实施例的对于平坦式底部俘获电极而言在顶部和底部俘获电极之间的截面图。

图3A是根据实施例的用以图示用于被俘获的生物聚合物分子的隧穿感测的金属绝缘体通道场效应晶体管(MIC-FET)器件的截面图。

图3B是根据实施例的用以图示隧穿结电极在其两个电隔离部件之间具有纳米间隙的金属绝缘体通道场效应晶体管(MIC-FET)器件的截面图。

图3C图示了根据实施例的用以形成隧穿结电极中的纳米间隙的两个技术。

图4A至图4C图示了根据实施例的用于控制分子且用于电隧穿测序的金属绝缘体通道场效应晶体管(MIC-FET)器件的处理，其中：

图4A示出了用于利用一个陷阱俘获并矫直分子的截面图；

图4B示出了用于用两个陷阱俘获、继续矫直分子并且逐个碱基对分子进行测序的截面图；

图4C示出了使分子移出以对下一个分子进行测序。

图5A至图5E图示了根据实施例的用于金属绝缘体通道场效应晶体管(MIC-FET)器件的制作工艺，其中：

图5A是在衬底中制作纳米沟槽的俯视图；

图5B是图示了通过共形电介质沉积来减小沟槽大小以形成纳米通道的俯视图；

图5C是图示了在纳米通道上面的金属M1、M2和M3的沉积的俯视图；

图5D是图示了用顶部-栅极电介质材料进行的纳米通道的密封的俯视图；和

图5E是图示了顶部栅极M4的沉积的俯视图。