JP2014529082A - 単一分子を処理するための装置 - Google Patents
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Abstract
Description
a)第1の材料の第1の層。ここで、第1の層は、第1のスリットを備える。参照の便宜上、第1の層は、以下では「底部層」と呼ばれる(図面にはその通常の位置を示すが、現実にはその向きに対して制約はない)。用語「スリット」は、本出願の文脈では、一般に任意の形状の、連接された開口、ギャップ、穴、又はアパーチャを表すものであるが、しばしば、この語のより狭い意味合いで、細長い(例えば長方形の)スリットを表す。
b)前述の底部層の上に配設され、第2のスリットを有する第2の層。参照の便宜上、この第2の層は、以下では「上部層」と呼ばれる。上部層の第2のスリットは、底部層の第1のスリットに少なくとも部分的に重畳するものとし、それにより、両方のスリットが合わさって、単一分子が通過することができるアパーチャを成す。さらに、上部層は、(少なくとも一部)導電性であるものとする。
a)底部層に第1のスリットを提供するステップ。底部層は、例えば、まず材料の均質な層として提供されることがあり、次いで、その層に、リソグラフィなどの方法によってスリットが形成される。
b)前記底部層の上に導電性の上部層を堆積するステップ。
c)上部層に第2のスリットを形成するステップであって、この第2のスリットは、第1のスリットの上方に設けられ、それにより両方のスリットが合わさってアパーチャを形成する、ステップ。
a)分子を、導電性の上部層の第2のスリット、及び隣接する底部層の第1のスリットに順次に通すステップであって、前記スリットが一般にアパーチャを提供するステップ。分子の通過は、例えば、適切な電気力、磁気力、又は流体力学的な力によって、能動的に誘発又は支援され得る。しかしまた、分子は、単にそれらのランダム(熱)運動によって押し進められて、受動的にのみアパーチャを通って移動することも可能である。両方の通過方向、即ち、まず上部層を通り、次いで底部層を通る方向、又はその逆の方向が、このステップによって含まれることが留意されるべきである。
b)前述の分子と上部層及び/又は底部層との相互作用を実行又は感知するステップであって、分子が前記アパーチャを通過するステップ。
− 容易に製造され得るデバイスを作製するために、ナノギャップ又は「スリット」が、グラフェン電極全体に及ぶ有限長さを有さなければならない。これは、0.1〜1μm程度の寸法である。測定されるべき一本鎖DNA(ss−DNA)は非常に柔軟であるので、これは、DNAが多くの形で、特に折り畳まれた形でナノギャップを通過できるようにする。これは、企図される一塩基分解能での測定を行うことをできないようにする。
− グラフェン層が機械的な支持を有さず、グラフェンは強い材料であるものの、そのようにして製造されたデバイスはそれほど頑強ではない。
− イオンで帯電された緩衝液を通る分流電流が生じ、この分流電流は、測定されるべき任意のトンネル電流よりも大きいことがある。
− x方向に延びる幅wbの細長い長方形の第1のスリット111を備える「底部層」110。
− 前述の底部層110の上に配設された「上部層」120。前記上部層は、2つの切り離された部分120aと120bからなり、部分120aと120bは、y方向に延びる幅wtの第2のスリット121によって分離されている。
− 米国特許出願公開第2010/0327847A1号で提案されているナノホールデバイス構造とは異なり、DNAがナノ開口を通過する場合及び時にのみ(トンネル)電流が発生される。さらに、このデバイスは、ゼロバックグラウンドに対する測定を行うという重要な利点を有し、即ち、DNAがデバイスを通過してないときには、生じる信号が(非常に)限られるか、さらには信号が生じない。
− このデバイス構造は、容易に製造されることができ、且つss−DNAのみが通過することができる単一のナノ開口を保証することができる。ナノホールが形成される必要はなく、nm幅を有する2つのスリットのみが形成されればよい。
− ss−DNAは、折り畳まれた形ではこのデバイスを通過することができない。折り畳まれた形での通過は、単一塩基の検出を妨げることにもなる。
− 単一分子Mが通過することができるアパーチャAを有する導電性の「上部層」220。この上部層は、特に、グラフェン層(単層、二層、又は多層)でよい。
− 前述の上部層220(アパーチャAの内部を除いて)を覆う、「底部層」210と「追加層」260とからなる電気絶縁材。
− アパーチャAの両側に配設され、上部層220に電気的に接触する2つの電気接点230a及び230b。これらの接点は、外部回路(図示せず)に接続されることがある。
Claims (15)
- 単一分子を処理するための装置であって、
a)第1のスリットを有する底部層と、
b)導電性の上部層とを備え、前記上部層が、前記底部層の上に配設され、第2のスリットを有し、前記第2のスリットが、前記第1のスリットの上方に配設されて、単一分子が通過することができるアパーチャを提供する
装置。 - 導電性の上部層を備え、前記上部層が、単一分子が通過することができるアパーチャを提供し、前記上部層の表面の少なくとも一部に電気絶縁材を有する
単一分子を処理するための装置、特に請求項1に記載の装置。 - 請求項1に記載の装置を製造するための方法であって、
a)底部層に第1のスリットを提供するステップと、
b)前記底部層の上に導電性の上部層を堆積するステップと、
c)アパーチャを形成するために、前記第1のスリットの上方で、前記上部層に第2のスリットを形成するステップと
を含む方法。 - 単一分子を処理するための方法であって、
a)分子を、導電性の上部層の第2のスリット、及び隣接する底部層の第1のスリットに順次に通すステップであって、前記スリットがアパーチャを提供するステップと、
b)前記分子が前記アパーチャを通過するときに、前記分子と、前記上部層及び/又は前記底部層との相互作用を実行又は感知するステップと
を含む方法。 - 前記第1のスリットが前記第2のスリットに対して斜めであることを特徴とする
請求項1に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 前記第2のスリットが、前記上部層を2つの切り離された部分に分割することを特徴とする
請求項1に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 前記上部層が、好ましくは5単層未満、最も好ましくは1単層でグラフェンを含むことを特徴とする
請求項1若しくは2に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 追加層、特に非導電性の追加層が、前記アパーチャを除く前記上部層の上に配設されることを特徴とする
請求項1若しくは2に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 前記上部層、及び/又は前記底部層、及び/又は前記追加層が、約10nm〜約1000nmの間の厚さを有することを特徴とする
請求項1若しくは2に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 前記底部層が、誘電体材料、特に二酸化ケイ素及び/又は窒化ケイ素を含むことを特徴とする
請求項1に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 前記アパーチャが、約0.1nm2〜約10nm2の間、好ましくは約2nm2〜5nm2の間のサイズを有することを特徴とする
請求項1若しくは2に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 前記第1のスリット及び/又は前記第2のスリットが、約0.1nm〜約100nmの間の幅を有することを特徴とする
請求項1に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 前記上部層が電気回路に接続され、前記電気回路によって、前記アパーチャを通過する分子との相互作用が制御され得ることを特徴とする
請求項1若しくは2に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。 - 前記回路が、分子又は分子の様々な部分が前記アパーチャを通過するときに生じる導電率の変化を感知することを特徴とする
請求項13に記載の装置又は方法。 - 複数のアパーチャが提供されることを特徴とする
請求項1若しくは2に記載の装置又は請求項3若しくは4に記載の方法。
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