[发明专利]可调谐纳米柱和纳米间隙电极结构及其方法

说明书

纳米光刻的新方法提供了可用于分子电子传感器中的纳米级结构,诸如用于核苷酸测序。在各个实施方式中，可调谐纳米柱在多对电极上方的抗蚀剂层中纳米图案化的孔中生长，所得纳米柱充当埋在抗蚀剂层下方的电极的垂直延伸。纳米柱的暴露顶面尺寸有限，因而在一对纳米柱中的纳米柱之间提供单个或至多几个桥分子的受控结合。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年3月26日提交的名称为“用于基因组测序的可调谐纳米柱和纳米间隙电极结构(TUNABLE NANOPILLAR AND NANO-GAP ELECTRODE STRUCTURES FORGENOME SEQUENCING)”的美国临时专利申请序列号No.62/824,230的优先权权益，出于所有目的，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及无标签生物分子传感装置，且更具体地涉及尺寸可调谐分子电极的形成。

背景技术

近年来，在精准医学或纳米技术的各个领域，对包括DNA和基因组在内的生物分子的分析越来越受到关注。1946年，Maclyn McCarty和Oswald T.Avery的开创性工作(参见“Studies On The Chemical Nature Of The Substance Inducing Transformation OfPneumococcal Types II.Effect Of Deoxyribonuclease On The Biological ActivityOf The Transforming Substance,”The Journal of Experimental Medicine 83(2),89-96(1946))证明，DNA是决定生物体特征的物质。1953年，James D.Watson和Francis HCCrick首次描述了DNA的分子结构(见已发表的文章“Molecular structure of nucleicacids.”,Nature 777,737-738(1953))，他们因此获得了1962年的诺贝尔医学奖。这项工作清楚地表明，DNA分子的化学字母(碱基)序列编码了基本的生物信息。自从这一发现以来，人们一直在共同努力开发实际实验测量该序列的方法。1978年，Sanger等人提出了第一种用于对DNA进行系统测序的方法，他因此获得了1980年的诺贝尔化学奖。见文章Sanger,Frederick等人,“The nucleotide sequence of bacteriophage”Journal ofmolecular biology 125,225-246(1978)。

用于基因组分析的测序技术在1980年代后期演变为利用自动化商业仪器平台，最终使得在2001年实现了第一个人类基因组的测序。这是花费数十亿美元并依赖数千台专用DNA测序仪器的输出花费了十多年时间的大规模公共和私人努力的结果。这项工作的成功推动了许多“大规模并行”测序平台的开发，其目标是显著降低人类基因组测序所需的成本和时间。这种大规模并行测序平台通常依赖于以高度微型化的微流体格式同时处理数百万到数十亿的测序反应。其中第一个由Jonathan M.Rothberg团队于2005年发明并商业化为454平台，实现了成本和仪器时间的千倍降低。见Marcel Margulies等人的文章，“GenomeSequencing in Open Microfabricated High Density Picoliter Reactors”,Nature437,376-380(2005)。然而，454平台仍然需要大约100万美元，并且需要花了一个多月来测序一个基因组。