KR101835142B1 - 중합체들의 움직임을 동적으로 제어하기 위한 압전-기반 나노포어 디바이스 - Google Patents
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Abstract
나노포어를 통과하는 중합체를 제어하기 위해 압전 물질들을 활용하기 위한 장치, 시스템 및 방법들이 제공된다. 저장포가 전도성 유체로 채워지도록 구성된다. 나노포어가 상기 세포막을 통과하여 구성된다. 상기 세포막은 전기 전도체 층, 압전 층들, 및 절연 층들을 포함한다. 전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 압전 층들은 상기 세포막의 부분의 두께를 제어하는 것에 더하여 중합체를 잡고/풀어주도록 상기 나노포어의 크기를 제어하도록 동작된다. 상기 중합체의 잡기/풀어주기와 상기 세포막의 부분의 두께의 변경의 조합이 전기적으로 제어되는 속도로상기 나노포어를 통과해 중합체를 움직이고, 또한 상기 나노포어내 중합체를 늘이거나 파기할 수 있다.
Description
바람직한 실시예들은 나노 디바이스들에 관한 것으로, 보다 자세하게는 압전-기반 나노포어에 관한 것이다.
최근들어, 바이오분자(DNA, RNA, 단백질 등)의 빠른 분석을 위해 센서로 나노포어를 적용하는데에 대한 관심이 증가하고 있다. DNA 시퀀싱(염기서열 결정법, sequencing)을 위해 나노포어들에 관한 명세서들이 특별히 강조되어 왔는데, 이는 이러한 기술이 시퀀싱의 가격을 $1000/인간 게놈(human genome) 이하로 하락하는 것을 보장하기 때문이다. 이러한 명세서들에서의 이슈는 상기 나노포어를 통한 DNA 전좌(translocation of DNA)의 제어이다.
나노포어 시퀀싱은 뉴클레오티드(nucleotide)가 DNA 가닥상에서 발생하는 순서를 결정하기 위한 방법이다. 나노포어는 단순히 내부 지름이 대략 1나노미터인 작은 구멍(hall)이다. 나노포어 시퀀싱의 기본 이론은 상기 나노포어가 전도성 유체내에 담기고 퍼텐셜(전압)이 이를 가로질러 적용될 때 발생하는 것에 관한 것이다: 이러한 조건들하에서 상기 나노포어를 통한 이온 전도로 인한 미세한 전류 흐름이 관찰될 수 있고, 전류량은 상기 나오포어의 크기와 모양에 아주 민감하다. 만약 DNA의 단일 베이스나 가닥이 상기 나노포어를 통과하면(또는 DNA 분자의 일부가 통과하면), 이는 상기 나노포어를 통과한 전류의 규모(in the magnitude of)에 변화를 생성한다. 또한 상기 DNA가 상기 나노포어를 통과해서 지나가는 동안 DNA 베이스들(DNA bases)이 구별(differentiated)될 수 있도록, 다른 전자나 광 센서들을 상기 나노포어 주위에 둘 수 있다.
DNA는 다양한 이유로 상기 나노포어를 통과해 지나갈 수 있다. 예를 들어, 전기이동법(electrophoresis)이 상기 DNA를 상기 나노포어로 끌어당길 수 있고, 결과적으로 이를 통과해서 지나갈 수 있다. 또한, 상기 나노포어에 부착된 효소들이 DNA를 상기 나노포어 방향으로 안내할 수도 있다. 상기 나노포어의 크기는 상기 DNA가 바늘 구멍을 통한 스레드(thread)와 같이, 한번에 한 베이스씩 기다란 열로서 상기 홀을 통해서 강제될 수(be forced) 있다는 것을 의미한다. 이에 따라, 상기 DNA 분자의 각 뉴클레오티드(nucleotide)는 서로다른 특성 정도에 따라 상기 나노포어를 막을 수 있다. 이에 따라 주어진 시점에서 상기 나노포어를 통과해서 지나갈 수 있는 흐름량은 상기 나노포어가 A, C, G 또는 T에 의해 차단되었느냐에 따라 변경된다. 상기 DNA 분자가 상기 나노포어를 통과해 지나감에 따른 상기 나노포어를 통과하는 흐름의 변화는 DNA 시퀀스의 직독(direct reading)을 나타낸다. 또한, 각각의 DNA 베이스가 올바른 순서로 상기 나노포어를 통과해 지나가는지를 식별하기 위해, 다른 전기나 광 센서들이 상기 나노포어의 주변에 두어질 수 있다. 이런 나노포어 DNA 시퀀싱 접근방법의 가치는, 중계 PCR 증폭(intervening PCR amplification) 단계나 화학 라벨링 단계에 대한 필요가 없이, 또는 상기 화학 라벨을 식별하기 위한 광학 기구의 필요가 없이, 하나의 DNA 분자가 나노포어를 이용해서 바로 시퀀스 될 수 있다는 것이다.
바람직한 일 실시예에 따라, 압전 물질을 적용함으로써, 나노포어를 통한 중합체를 제어하기 위한 장치를 생산하기 위한 방법이 제공된다. 저장포가 전도성 유체로 채워지도록 구성된다. 세포막이 상기 저장포를 분리하도록 구성된다. 나노포어가 세포막을 통과해서 구성된다. 상기 세포막은 전기 전도체 층들, 압전 층들 및 절연 층들을 포함한다. 상기 압전 층들은 전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 나노포어의 크기와 위와 아래에 놓인 층들간의 상대적인 거리를 제어하도록 동작한다.
실시예들에 따른 다른 시스템들, 방법들, 장치들, 디자인 구조들 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들이 이하의 도면들 및 상세한 설명들을 참조한 후 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자들에게 명확해질 것이다.
그러한 추가적인 시스템들, 방법들, 장치들, 디자인 구조들 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들은 이러한 상세한 설명에 포함도고, 바람직한 실시예들의 권리범위에 포함되고, 그리고 첨부된 청구항들에 의해 보호되려고 하려는 의도이다. 이러한 특징들의 보다 나은 이해를 위해서, 상세한 설명과 도면들을 참조한다.
본 발명의 주제는 본 명세서의 결론부분에 있는 청구항들에 특별히 지적되거나 명확하게 청구되어 있다. 상술한 특징들 및 그외 특징들은 첨부된 도면들과 함께 표시된 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1a 및 1b는 바람직한 실시예들에 따라, 나노포어를 통한 중합체(polymer)들의 동작을 제어하기 위해, 전기 추진력(electrical diving force)과 조합하여 압전 재료(piezoelectric material)로 만들어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 및 2H는 바람직한 실시예들에 따라, 나노포어를 통한 중합체의 동작을 제어하기 위해, 몇몇 압전 부분들로 만들어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 3A, 3B, 및 3C는 바람직한 실시예들에 따라, 중합체를 늘이고 자르기 위해, 몇몇 압전 부분들로 만들어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 4는 바람직한 실시예들에 따라 압전 물질로 이루어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 5는 바람직한 실시예들에 따라 몇몇 압전 부분들로 이루어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 6은 바람직한 실시예들에 따른 방법을 도시한다.
도 7은 바람직한 실시예들에 따라 예를 들어 반도체 IC 로직 디자인, 시뮬레이션, 테스트, 레이아웃 및 생산에 사용되는 바람직한 디자인 흐름의 블럭도를 도시한다.
도 1a 및 1b는 바람직한 실시예들에 따라, 나노포어를 통한 중합체(polymer)들의 동작을 제어하기 위해, 전기 추진력(electrical diving force)과 조합하여 압전 재료(piezoelectric material)로 만들어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 및 2H는 바람직한 실시예들에 따라, 나노포어를 통한 중합체의 동작을 제어하기 위해, 몇몇 압전 부분들로 만들어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 3A, 3B, 및 3C는 바람직한 실시예들에 따라, 중합체를 늘이고 자르기 위해, 몇몇 압전 부분들로 만들어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 4는 바람직한 실시예들에 따라 압전 물질로 이루어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 5는 바람직한 실시예들에 따라 몇몇 압전 부분들로 이루어진 나노포어의 구조를 도시한다.
도 6은 바람직한 실시예들에 따른 방법을 도시한다.
도 7은 바람직한 실시예들에 따라 예를 들어 반도체 IC 로직 디자인, 시뮬레이션, 테스트, 레이아웃 및 생산에 사용되는 바람직한 디자인 흐름의 블럭도를 도시한다.
DNA 시퀀싱 접근방법의 주 과제 중 하나는, 각각의 단일 베이스를 감지하는 것을 허용할 만큼 충분하도록 정확하고 느리게(slowing), 나노포어를 통한 DNA의 동작을 제어하는 것이다. 본 발명은 전자적으로 제어되는 속도로 상기 나노포어를 통과하는 DNA나 다른 중합체들을 고정시키거나 이동시키도록 압전 물질을 사용하는 기술 및 메카니즘을 제공한다. 예를 들어, 바람직한 실시예들은 상기 나노포어들내 및/또는 상기 나노포어가 만들어지는 세포막(membrane)내 임베디드된 압전층들을 이용하여 상기 나노포어를 통과하는 DNA나 다른 중합체들의 움직임을 제어하는 사안들을 다루는 방법을 제공한다.
바람직한 실시예들은 압전 물질들 및 다른 물질들을 통과하여 뚫린 나노포어에 기초한다. 바람직한 실시예들은 상기 나노포어를 통과하는 중합체들(예를 들어 DNA, RNA 등)의 움직임을 제어하도록 디자인된 미세 전자기계 디바이스를 제공한다.
본 실시예에서, 바람직한 실시예들은 상기 나노포어의 크기가 상기 나노포어를 통과하여 지나가는 중합체들(예를 들어 DNA 분자)을 잡거나 풀어주기 위해 전기적으로 조절(tune)될 수 있는 방법으로, 상기 나노포어들을 둘러싸는 벽들의 일부로서나 상기 나노포어가 생성되는 세포막의 일부로서 압전 물질들을 활용한다.
DNA상의 전기 추진력 및/또는 압전 물질로 만들어진 다른 부분들 세트와 조합함으로써, 바람직한 실시예들은 나노미터급(nm) 해상도를 가진 DNA의 움직임을 제어할 수 있다. 압전 물질들로 만들어진 부분들을 활용함으로써, 상기 중합체들의 모든 잡기(clamping), 풀기(releasing) 및 보내기(driving)는 오로지 상기 중합체들과 상기 나노포어의 벽들간의 정지 마찰력에만 영향을 받을 수 있고, 그리고 이러한 처리는 일반적으로 어느 중합체들(대전되었건 않았건)에도 적용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조로하면, 도 1a 및 1b는 바람직한 실시예들에 따라 나노포어를 통과하는 중합체(예를 들어 DNA)의 동작을 프롬프트하기 위해, 전기 추진력과 결합된, 압전 물질들로 만들어진 나노포어 구조의 단면도를 도시한다.
필름들(101,102 및 103)을 포함하는 세포막(150)은 저장포(reservoir)를 두 개의 부분들로 분할한다. 나노포어로 호칭되는 나노미터 크기의 홀(105)은 상기 세포막(150)을 통과해서 만들어진다. 그리고나서 상기 저장포(104)와 상기 홀(105)은 이온 버퍼(ionic buffer,106)(유체)로 채워진다. 상기 전도체 이온 버퍼(106)로부터 필름(102)를 격리시키기 위해서, 상기 세포(150)의 필름(102)은 전기적으로 전도체인 반면 필름(101과 103)은 전기적으로 절연채일 필요가 있다. 상기 저장포(104)는 상기 전도체 이온 버퍼(106)의 용액을 보관하도록 구성된 절연된 용기(container)이다.
원형 모양의 압전 물질(107)은 상기 홀(105)의 내부 표면내에 있고, 상기 전기적으로 전도체인 필름(102)과 상기 이온 버퍼(106)사이에 사이에 끼여있다. 대전된 중합체(108)(대전은 109로 도시되어 있음)는, 두개의 전기화학 전극(111 및 112)에 의해 상기 홀(105)을 가로질러 적용되는 전기 전압 바이어스(110)에 의해서 홀(105)로 로드되는데, 상기 전극들은 상기 저장포(104)의 두 부분들의 이온 버퍼들(106)내에 담가진다.
도 1b를 참조로, 1b는 상기 전자 전도체 필름(102)과 상기 이온 버퍼(106) 사이에서 적용되는 다른 전압 바이어스(113)를 도시한다. 상기 전압 바이어스(113)는 상기 대전된 중합체(108)의 잡기 및 풀기를 제어하기 위해서 상기 압전 물질(107)내 홀(105)의 사이즈를 조절할 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 압전 원형 모양 물질(107)은 상기 중합체(108)를 잡기 위해 죄어진다. 만약 상기 전압 바이어스(110 및/또는 113) 중 하나가 고동치면, 그 후 상기 대전된 중합체(108)가 제어된 방법으로 상기 홀(105)을 통해서 이동될(driven) 수 있다.
도 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g 및 2f를 참조하면, 도 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g 및 2f는 바람직한 실시예들에 따라 나노포어를 통한 DNA(또는 중합체)의 동작을 제어하기 위해, 몇몇 압전 부분들(필름들)로 이루어진 상기 나노포어 구조의 단면도를 도시한다. 도 2a-f내 나노디바이스들이 상기 중합체를 이동하는데 상기 중합체상의 전기력들에 의지하지 않으므로(도 1a 및 1b와 같이), 상기 나노디바이스들은 대전되지 않은 중합체(211)(또는 대전된 중합체)를 포함하는 중합체에 적용될 수 있다.
도 2a로 돌아와서, 필름들(201,202,203,204 및 205)를 포함하는 세포막(250)은 저장포(206)를 두 부분들로 분리한다. 나노미터 사이즈의 홀(207)은 상기 세포막(250)을 통과해서 생성된다. 그리고나서 상기 저장포(206) 및 상기 홀(207)은 이온 버퍼(액체)(208)로 채워진다. 상기 전도성 이온 버퍼(208)로부터 필름들(202 및 204)을 격리하기 위해서, 세포막 필름(201 및 205)이 전기 전열체인 반면 세포막 필름(202 및 204)은 전기 전도체이다. 세포막 필름(203)은 압전 물질로 만들어진다. 원형 모양(209 및 210)의 압전 물질은 상기 홀(207)의 내부 표면내에 있다. 상기 원형 모양의 압전 물질(209)은 상기 전기 전도성 필름(202)과 상기 이온 버퍼(208)사이에 끼인다(sandwiched). 상기 원형 모양 압전 물질(210)은 상기 전기 전도성 필름(204)과 상기 이온 버퍼(208)사이에 끼인다.
중합체(211)는, 상기 저장포(206)의 두 부분들의 이온 버퍼(208)에 담가져있는 두개의 전기화학 전극들(213 및 214)를 통해 상기 홀(207)을 가로질러 적용된 전기 전압 바이어스(212)에 의해서(만약 상기 중합체(211)가 대전되었다면), 상기 홀(207)로 로드될 수 있다. 만약 상기 중합체(211)가 대전되지 않았다면, 도 2h에 도시된 바와 같이 상기 중합체(211)는 또한 저장포의 두 부분들 사이의 압력 바이어스에 의해 홀(207)로 로드될 수 있다. 도 2h에서, 하나의 주입구가 저장포(206)의 윗부분에 만들어지고 그리고 하나의 배출구가 저장포(206)의 아랫부분에 만들어진다. 두개의 플런저들(plungers)(218 및 219)이 상기 주입구와 배출구를 밀봉하기 위해 사용된다. 플런저들(218 및 219)에 적용된 힘은 상기 나노포어(207)를 통해서 상기 저장포(206)의 윗부분으로부터 상기 저장포(206)의 아랫부분으로 흐르도록, 버퍼(208)내에 있는 중합체(211)들과 함께 상기 이온 버퍼(208)에 가해질 것이다. 상기 나노포어(207)내 중합체(211)의 존재가 전극(213 및 214)사이의 이온 흐름의 변화로부터 감지될 수 있으므로, 플런저들(218 및 219)상에 적용된 힘들은 상기 중합체(211)가 상기 나노포어(207)에 들어가자마자 멈쳐질 수 있다. 이는 상기 나노포어(207)로의 대전되지 않은 중합체(211)의 로딩 공정을 완료한다.
도 2a로 돌아와서, 전압 바이어스(215)가 상기 전기 전도성 필름(202) 및 상기 이온 버퍼(208)사이에 적용되는데, 이는 상기 압전 물질(209)사이의 홀(207)의 크기를 조절할 수 있고, 따라서 필름(202)의 그 위치에서의 대전된(대전되지 않은) 중합체(211)의 잡기 및 풀기를 제어한다. 전압 바이어스(216)는 상기 전기 전도성 필름(204) 및 상기 이온 버퍼(208) 사이에서 적용되고, 이는 상기 압전 물질(210)에서 상기 홀(207)의 크기를 조절할 수 있고, 따라서 상기 필름(204)의 그 위치에서 대전된(대전되지 않은) 중합체(207)의 잡기 및 풀기를 제어한다.
전압 바이어스(217)는 상기 두개의 전기 전도성 필름들(202 및 204) 사이에 적용되고, 이는 필름(203)의 두께를 조절할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 압전 클램프(210)는 상기 필름(204)의 위치에서 상기 중합체(211)를 잡을수 있다. 화살표(218)는 필름(202)에서 상기 중합체(211)의 상대적인 위치를 나타낸다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 그리고나서 상기 필름(203)의 두께를 증가(또는 감소)시키고 상기 잡힌 중합체(211)에서 상기 필름(202)의 상대적인 위치(화살표(218)에 의해 도시된)를 변경하기 위해 상기 전압(217)을 조절할 수 있다. 이어서 상기 필름(202)은 상기 압전 필름(203)의 두께의 증가(또는 감소) 때문에 상기 화살표(218)에 상대적으로 위로(또는 아래로) 옮겨진다(shifted). 도 2d에 도시된 바와 같이, 전압을 변경함으로써, 상기 중합체(211)는 상기 필름(202)의 상기 위치에서 상기 압전 클램프(209)에 의해 잡혀진다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 전압(216)을 변경함으로써, 필름(204)의 위치에서 상기 압전 클램프(210)가 풀어진다. 도 2f에 도시된 바와 같이, 전압(217)을 변경함으로써, 필름(203)은 도 2b에서와 같은 자신의 원래 두께로 복구된다. 도 2g에 도시된 바와 같이, 전압(216)을 변경함으로써, 상기 필름(204)의 상기 위치에서 압전 클램프(210)를 가지고 상기 중합체(207)를 잡는다. 그리고나서, 전압(215)을 변경함으로써, 상기 필름(202)의 위치에서의 압전 클램프(209)가 풀어지고, 상기 중합체(211)가 아래로(또는 위로) 이동되면서 상기 디바이스는 도 2b에 도시된 것과 같은 원래 상태로 복구된다.
도 2b 내지 2g는 상기 중압체(211)가 아래로 이동하는 하나의 사이클을 도시한다. 그리고나서 상기 중합체(211)를 사이클에 따라 조금씩 이동하기 위해 다른 사이클들을 시작한다. 즉, 상기 압전 클램프들(209 및 210)은 상기 홀(207)을 통해 상기 중합체(211)을 이동시키기 위해 상기 압전 물질(203)을 늘이기 및 줄이기와 함께 잡히거나 풀어질 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에서, 상기 실시예는 도 3a,3b 및 3c에서 후술된 바와 같이 특정 위치에서(상기 유저에 의해 선택된 특정 위치인) 상기 중합체(211)를 늘이거나 상기 중합체(211)를 파기하기 위해서, 상기 두개의 잡기 포인트들(압전 클램프(209) 및 압전 클램프(210)에서)을 이용할 수 있다.
도 3a, 3b 및 3c는 바람직한 실시예에 따라 특정 위치에서 상기 나노포어내 중합체를 늘이거나 파기하기 위한, 몇몇 압전 부분들(필름들)로 만들어진 나노포어 구조의 단면도를 도시한다. 도 3a, 3b 및 3c에 도시된 바와 같이, 부분들(301-307)은 도 2a-2g내 부분들(201-217)에 각각 대응한다.
전압들(316 및 317)을 변경함으로써, 실시예는 압전 클램프들(309 및 310)을 가지고 필름들(302 및 304)의 위치에서 상기 중합체(311)를 잡을 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 필름(303)의 두께를 늘이기 위해 전압(317)을 조절함으로써, 상기 잡힌 중합체(311)를 늘리고 이를 파기할 수 있다. 도 3c는 상기 파기된 중합체(311)를 도시한다. 만약 원한다면, 상기 유저는 상기 중합체(311)를 파기하지 않고 단지 상기 중합체(311)를 원하는 길이로 늘일것이다.
원형 모양들(107, 209 및 210)은 상기 홀이 드릴된 다음에 상기 나노포어에서 제작되기 때문에, 도 1의 원형 모양의 압전 물질(107)과 도 2의 원형 모양의 압전 물질(209 및 210)은 제작하기가 어려울 수 있다. 대안으로서, 상기 원형 모양의 압전 물질(107, 209, 및 210)은 상기 홀이 드릴된 이후에 증착될 필요가 없다.
도 4는 바람직한 실시예들에 따라서 상기 나노포어를 통과하는 DNA(또는 중합체)의 동작을 제어하기 위해, 몇몇 압전 부분들(필름들)로 이루어진 나노포어 구조의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 부분들(401-403)은 도 1a 및 1b의 부분들(101-113)에 대응하고, 도 1a 및 1b에서 상술된대로 동작하도록 구성된다. 도 4의 원형 모양의 압전 물질은 도 4의 홀(405)이 드릴되기 전에 증착되고 패턴된다. 도 1a 및 1b에서 설명된 바와 같이 상기 압전 물질(407)은 상기 대전된 중합체(408)를 잡도록 구성된다. 도 4에서, 상기 압전 클램프(407)는 압전 클램프(107)처럼 상기 중합체(408)를 잡고 상기 중합체(408)를 제어하도록 동작한다.
도 5는 바람직한 실시예들에 따라 상기 나노포어를 통해서 DNA(또는 중합체)의 동작을 제어하기 위해서, 몇몇 압전 부분들(필름들)로 이루어진 나노포어의 구조의 단면도를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 부분들(501-517)은 도 2a-2g의 부분들(201-217)에 대응하고, 바람직한 실시예들에 따라 상기 나노포어를 통해서 DNA(또는 중합체)의 동작을 제어하기 위해 도 2a-2g에서 상술된 바와 같이 동작하도록 구성된다. 도 5의 원형 모양들(509 및 510)의 압전 물질은 도 5의 홀(507)이 드릴된 후에 증착되고 패턴된다. 또한, 도 3a-3c에 도시된 바와 같이, 도 5의 나노디바이스는 도 3a-3c내 상술된 바와 같이 상기 중합체(511)를 늘이고 부쉬도록 구성된다. 도 5에서, 상기 압전 클램프들(509 및 510)은, 도 3a-3c의 압전 클램프들(309 및 310)과 압전 물질(303)과 같이, 상기 압전 물질(503)을 확장시킴으로써 상기 중합체(511)를 늘이고 부쉬기 위해 두 지점들에서 상기 중합체(511)를 잡도록 동작한다.
도 6은 바람직한 실시예들(예를 들어 도 1a, 1b, 2a-2g, 3a-3c, 4 및 5)에 따라서 압전 물질을 적용함으로써 나노포어를 통과하는 중합체를 제어하기 위한 장치를 제작하기 위한 방법을 도시한다. 605에서, 저장포가 전도성 유체로 채워진다.
610에서, 세포막이 구성되고 상기 세포막이 상기 저장포를 분리한다.
615에서, 나노포어가 상기 세포막을 통해서 구성된다.
620에서, 상기 세포막이 전기 전도체 층들, 압전층들 및 절연 층들을 포함하도록 구성된다.
625에서, 전압이 상기 압전층들에 적용될때, 상기 압전층들이 상기 나노포어의 사이즈를 제어하기 위해 동작되도록 구성된다.
또한, 전압이 상기 압전층들에 적용될 때, 상기 압전 층들이 세포막의 부분들의 두께를 제어하기 위해 동작되도록 구성된다. 상기 압전층들은 전압이 상기 압전층들에 적용될 때, 상기 나노포어를 통해서 압전 층에 잡힌 중합체를 보내기 위해 동작되도록 구성된다.
또한, 상기 압전층들은 접압이 압전층들에 적용될 때, 상기 나노포어에서 중합체를 잡기 위해 동작되도록 구성된다. 상기 압전층들은 접압이 상기 압전층들에 적용될 때, 상기 나노포어내 중합체를 늘이도록 구성되도록 동작한다.
또한, 상기 압전층들은 전압이 상기 압전층들에 적용될 때, 상기 나노포어내 중합체를 파기하기 위해 동작되도록 구성된다. 상기 압전층들은 전압이 상기 압전층들에 적용될 때, 중합체를 파기하기 위해 두 지점에서 중합체를 잡도록 동작되도록 구성된다. 상기 압전층들은 전압이 상기 압전층들에 적용될 때, 상기 나노포어를 통해서 압전 층에 잡힌 중합체를 이동하기 위해 두께를 늘이도록(또는 줄이도록) 동작되도록 구성된다.
도 7은 반도체 IC 로직 디자인, 시뮬레이션, 테스트, 레이아웃 및 제작에서, 예를 위해 사용된 바람직한 디자인 흐름(700)의 블럭도를 도시한다. 디자인 흐름(700)은 도 1a, 1b, 2a-2h, 3a-3c, 4 및 5에 도시되고 상술된 디자인 구조들 및/또는 디바이스들의 논리적으로나 기능적으로 대응되는 구성들을 생성하기 위해서, 디자인 구조들이나 디바이스들을 처리하기 위한 공정들, 머신들 및/또는 메카니즘들을 포함한다. 디자인 흐름도(700)에 의해 처리 및/또는 생성된 상기 디자인 구조들은, 데이터 처리 시스템상에서 실행되거나 처리될 때, 하드웨어 컴포넌트들, 회로들, 디바이스들 또는 시스템들의 논리적, 구조적, 기계적 또는 다른 기능적으로 대응하는 구성을 생성하는 데이터 및/또는 명령들을 저장하기 위해, 머신-판독가능 전송 또는 저장 매체상에 엔코드될 수 있다. 머신들은 IC 디자인 처리(예를 들어 회로, 컴포넌트, 디바이스 또는 시스템의 디자인, 생산 또는 시뮬레이션)에 사용되는 머신을 포함한다(그러나 이에 한정은 아님). 예를 들어, 머신들은 이하를 포함한다: 리소그래픽 머신들, 마스크들(예를 들어 이빔 기록기들(e-beam writers))을 생성하기 위한 머신들 및/또는 장비, 디자인 구조를 시뮬레이션하기 위한 컴퓨터들이나 장비, 생산이나 테스트 공정에 사용되는 장치들, 또는 임의의 매체로 디자인 구조들의 기능적으로 대응하는 구성들을 프로그래밍하기 위한 머신(예를 들어 프로그램가능 게이트 어레이를 프로그래밍하기 위한 머신).
디자인 흐름(700)은 디자인되어 있는 구성의 타입에 따라 변형될 수 있다. 예를 들어 애플리케이션 지정 IC(ASIC)를 생성하기 위한 디자인 흐름도(700)는, 표준 컴포넌트를 디자인하기 위한 디자인 흐름도(700)나 프로그램가능 어레이(예를 들어 Altera사나 Xilinx사에 의해 제공되는 프로그램가능 게이트 어레이(PGA)나 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA))로 디자인을 instantiating하기 위한 디자인 흐름도(700)와 다를 수 있다.
도 7은 디자인 흐름도(710)에 의해 바람직하게 처리되는 입력 디자인 구조(720)를 포함하는 그러한 디자인 구조들을 도시한다. 디자인 구조(720)는, 하드웨어 디바이스의 논리적으로 대응하는 기능 구성을 생성하기 위해서, 디자인 처리(710)에 의해 생성되고 처리되는 논리 시뮬레이션 디자인 구조일 수 있다. 디자인 구조(720)는 하드웨어 디바이스의 물리적 구조의 기능적 구성을 생성하는 디자인 처리(720)에 의해 처리될 때, 추가로 또는 대체로서 데이터 및/또는 프로그램 명령들을 포함할 수 있다. 기능적 및/또는 구조적 디자인 특징을 나타내건 간에, 디자인 구조(720)는 예를 들어 코어 개발자/디자이너에 의해 구현되는 전자 컴퓨터-보조 디자인(ECAD)를 이용해서 생성될 수 있다. 머신-판독가능 데이터 처리, 게이트 어레이 또는 저장 매체상에 엔코드될 때, 디자인 구조(720)는, 예를 들어 도 1a, 1b, 2a-2h, 3a-3c, 4 및 5에 도시된 것들과 같은 전자 컴포넌트, 회로, 전자나 논리적 모듈, 장치, 디바이스 또는 시스템을 시뮬레이션하거나 기능적으로 나타내기 위해서, 디자인 처리(710)에서 하나 또는 그 이상의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈들에 의해 엑세스되고 처리될 수 있다. 이에 따라, 디자인 구조(720)는 디자인이나 시뮬레이션 데이터 처리 시스템에 의해 처리될 때, 회로들이나 하드웨어 논리 디자인의 다른 레벨들을 기능적으로 시뮬레이션하거나 나타내는 인간 및/또는 머신-판독가능 소스 코드, 컴파일된 구조들, 그리고 컴퓨터-실행가능 코드 구조를 포함하는 파일들 또는 다른 데이터 구조들을 포함할 수 있다. 그러한 데이터 구조들은, 저레벨 HDL 디자인 언어들(예를 들어 베리로그(Verilog)나 VHDL) 및/또는 고레벨 디자인 언어들(예를 들어 C나 C++)을 구성하거나 이와 호환되는 하드웨어-기술 언어(HDL) 디자인 엔트리들이나 다른 데이터 구조들을 포함할 수 있다.
디자인 처리(710)는 바람직하게는, 디자인 구조(720)와 같은 디자인 구조를 포함할 수 있는 네트리스트(780)를 생성하기 위해, 도 1a, 1b, 2a-2h, 3a-3c, 4 및 5에 도시된 컴포넌트들, 회로들, 디바이스들이나 논리 구조들의 기능적인 균등물의 동기화, 번역 또는 디자인/시뮬레이션을 처리와 같은 다른 처리를 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈들을 사용하고 포함한다. 예를 들어 네트리스트(780)는 통합된 회로 디자인내 다른 요소들이나 회로들과의 커넥션을 기술하는 배선들의 리스트, 개별 부품들, 논리 게이트들, 제어 회로들, I/O 디바이스들, 모델들 등을 나타내는 컴파일되거나 다른 처리된 데이터 구조를 포함할 수 있다. 네트리스트(780)는 상기 디바이스에 대한 디자인 스펙이나 파라미터들에 따라 하나 또는 그 이상의 회수동안 네트리스트(780)가 재동기화되는 재귀 처리를 이용해서 동기화될 수 있다. 여기에 기술된 다른 디자인 구조 타입들과 마찬가지로, 네트리스트(780)는 머신-판독가능 데이터 저장 매체에 기록되거나 프로그램가능 게이트 어레이로 프로그램될 수 있다. 상기 매체는 예를 들어 자기나 광 디스크 드라이브, 프로그램가능 게이트 어레이, 컴팩트 플래시, 도는 다른 플래쉬 메모리와 같은 비회발성 저장 매체일 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 상기 매체는 시스템이거나 캐쉬 메모리, 버퍼 공간 또는 데이터 패킷들이 인터넷이나 다른 네트워킹용 수단을 통해 전송되고 임시적으로 저장될 수 있는 전기적이나 광학적 전도체 디바이스들 및 매체들일 수 있다.
디자인 처리(710)는 네트리스트(780)를 포함하는 다양한 입력 데이터 구조 타입들을 처리하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 모듈들을 포함할 수 있다. 그러한 데이터 구조 타입들은 예를 들어 라이브러리 요소들(730)안에 상주할 수 있고, 종래 생산 기술에 대한(예를 들어 다른 기술 노드들, 32nm, 45 nm, 90 nm, 등.) 모델들, 레이아웃들 및 심볼 표현들을 포함하는, 일반적으로 사용되는 요소들, 회로들, 및 디바이스들을 포함할 수 있다. 상기 데이터 구조 타입들은 디자인 스펙(740), 특징 데이터(750), 인증 데이터(760), 디자인 규칙(770) 및 입력 테스트 패턴들, 출력 테스트 결과들 및 다른 테스트 정보를 포함할 수 있는 테스트 데이터 파일들(785)를 더 포함할 수 있다. 디자인 처리(710)는 예를 들어 스트레스 분석, 열 분석, 기계 이벤트 시뮬레이션, 캐스팅과 같은 동작에 대한 처리 시뮬레이션, 몰딩 및 다이 프레스 구성과 같은 표준 기계 디자인 처리들을 더 포함할 수 있다. 기계 디자인의 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 권리범위나 사상에서 벗어남이 없이, 디자인 처리(710)에 사용되는 가능한 기계 디자인 툴들 및 애플리케이션들의 확장을 인식할 수 있다. 또한 디자인 처리(710)는 예를 들어 타이밍 분석, 검증, 디자인 규칙 체크, 위치 및 루트 동작등의 표준 회로 디자인 처리들을 수행하기 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 디자인 처리(710)는 제2 디자인 구조(790)를 생성하기 위해서, 추가적인 기계적 디자인이나 데이터(만약 적용될 수 있다면)에 따라 도시된 서포팅 데이터 구조들의 일부나 전부와 함께 디자인 구조(720)를 처리하기 위해서, 논리 및 물리 디자인 툴들(예를 들어 HDL 컴파일러들 및 시뮬레이션 모델 설계 툴들과 같은)을 사용하고 통합한다. 디자인 구조(790)는 기계 디바이스들 및 구조들의 데이터 교환을 위해 사용되는 데이터 포맷으로(예를 들어 IGES, DXF, 파라솔리드(Parasolid) XT, JT, DRG에 저장된 정보나 그러한 기계 디자인 구조를 저장하거나 렌더링하는데 호환되는 다른 포맷) 저장 매체나 프로그램가능 게이트 어레이상에 상주한다. 디자인 구조(720)와 유사하게, 디자인 구조(990)는 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 파일들, 디자인 구조들, 또는 전송이나 데이터 저장 매체에 상주하고, 그리고 ECAD 시스템의 의해서 처리될 때 도 1a, 1b, 2a-2h, 3a-3c, 4 및 5에 도시된 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들의 논리적으로나 기능적으로 대응되는 형태를 생성하는 다른 컴퓨터-인코드된 데이터나 명령들을 포함한다. 일 실시예에서, 디자인 구조(790)는 도 1a, 1b, 2a-2h, 3a-3c, 4 및 5에 도시된 디바이스들을 기능적으로 시뮬레이트하는, 컴파일되고 실행가능한 HDL 시뮬레이션 모델을 포함할 수 있다.
또한 디자인 구조(790)는 통합 회로의 레이아웃 데이터의 교환에 사용되는 데이터 포맷 및/또는 심볼 데이터 포맷(예를 들어, GDSII(GDS2), GL1, OASIS, 맵 파일들에 저장된 정보, 또는 그러한 디자인 데이터 구조들을 저장하는데 적절한 다른 포맷)을 이용할 수 있다. 디자인 구조(790)는 정보(예를 들어 심볼 데이터, 맵 파일들, 테스트 데이터 파일들, 디자인 컨텐츠 파일들, 생산 데이터, 레이아웃 파라미터들, 배선들, 금속 레벨들, 바이어스, 모양들, 생산 라인을 통해서 라우팅하기 위한 데이터, 및 상술되고 도 1a, 1b, 2a-2h, 3a-3c, 4 및 5에 도시된 바와 같은 디바이스나 구조를 생산하기 위해 생산자나 다른 디자이너/개발자에 의해 필요되는 다른 데이터)를 포함할 수 있다. 그리고나서 디자인 구조(790)는 단계(795)로 진행할 수 있는데, 이 단계는 예를 들어 디자인 구조(790)가 테이프-아웃(tape-out)으로 진행하고, 제조회사로 배포되고, 마스크 하우스(mask house)로 배포되고, 다른 디자인 하우스로 전달되고, 고객에게 돌아오는 등이다.
여기서 사용된 용어들은 특정 실시예를 기술하려는 목적일 뿐이고, 본 발명을 한정하려는 목적은 아니다. 여기서 사용된 바와 같이, 단수 형태들 "한", "하나" 및 "상기"는 따로 명확하게 기재하지 않은 이상, 복수 형태도 포함하려는 의도이다. 용어 "포함하는" 및/또는 "포함"은 본 상세한 설명에서 사용될 때, 언급된 특징들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 나타내려는 지정하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재나 추가를 제한하려는 것은 아니라는 점을 인식할 것이다.
이하의 청구항내의 대응하는 구조, 물질들, 동작들 및 기능적 수단들이나 단계들의 모든 균등물들은 특별히 청구된대로 다른 청구된 요소들과 조합으로 기능을 수행하기 위한 구조, 물질, 또는 동작을 포함하려는 의도이다. 본 발명의 상세한 설명은 도시 및 설명의 목적으로 기술되었으나, 기술된 형태로 본 발명을 제한하거나 한정하려는 의도는 아니다. 많은 수정이나 변형들이 본 발명의 권리범위나 사상에서 벗어남이 없이 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자들에게 용이할 수 있다. 실시예는 본 발명의 사상이나 실현 애플리케이션을 가장 잘 설명하고, 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 다른 사람들이 특정 사용에 적절하도록 다양하게 변형된 실시예들에 대해서 본 발명을 이해할 수 있게 하려는 목적으로 선택되고 기술되었다.
여기서 기술된 흐름도들은 단지 일 예이다. 본 발명의 사상에서 벗어남이 없이 여기에 기술된 이러한 도면들이나 단계들(또는 동작들)에 많은 변형이 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 단계들은 다른 순서로 수행될 수도 있으며 또는 단계들이 추가, 삭제 또는 수정될 수 있다. 이러한 변형들 모두는 상기 청구된 발명의 일부로 고려된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 기술되었으나, 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자가 현재나 미래 둘다에서, 이하의 청구항들의 권리범위내에 포함되는 다양한 개선이나 개량들을 만들 수 있다는 점을 인식할 것이다. 이러한 청구항들은 먼저 기술된 발명에 대해서 바람직한 보호를 유지하는 것으로 이해되어야만 한다.
Claims (25)
- 압전 물질(piezoelectric material)을 적용함으로써, 나노포어(nanopore)를 통과하는 중합체(polymer)를 제어하기 위한 장치를 제작하는 방법에 있어서,
전도성 유체(conductive fluid)로 채워진 저장포(reservoir)를 구성하는 단계;
세포막(membrane)을 구성하는 단계 ― 상기 세포막은 상기 저장포를 분리함 ―; 및
상기 세포막을 관통하는 나노포어를 구성하는 단계를 포함하되,
상기 세포막은 전기 전도체 층들, 압전 층들 및 전기 절연 층들을 포함하고,
상기 압전 층들은 전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 나노포어의 크기를 제어하도록 작동하는
방법. - 제1항에 있어서,
상기 압전 층들은
전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 세포막의 부분의 두께를 제어하도록 작동하는
방법. - 제1항에 있어서,
상기 압전 층들은
전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 나노포어를 통과하는 중합체를 제어하도록 작동하는
방법. - 제1항에 있어서,
상기 압전 층들은
전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 나노포어를 통과하는 중합체를 잡도록(clamp) 작동하는
방법. - 제1항에 있어서,
상기 압전 층들은
전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 나노포어를 통과하는 중합체를 늘이도록(stretch) 작동하는
방법. - 제1항에 있어서,
상기 압전 층들은
전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 나노포어를 통과하는 중합체를 파기하도록(break) 작동하는
방법. - 제1항에 있어서,
상기 압전 층들은
전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 중합체를 파기하기 위해(break) 두 지점들(two locations)에서 상기 중합체를 잡도록(clamp) 작동하는
방법. - 삭제
- 삭제
- 압전 물질을 가지고 나노포어를 통과하는 중합체를 제어하기 위한 장치에 있어서,
전도성 유체(conductive fluid)로 채워진 저장포(reservoir);
상기 저장포를 분리하는 세포막(membrane) ― 상기 세포막은 전기 전도체 층들, 압전 층들(piezoelectric layers) 및 절연 층들을 포함 ―; 및
상기 세포막을 관통하는 나노포어(nanopore)를 포함하되,
상기 압전 층들은 전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 나노포어를 통과하는 중합체를 제어하도록 작동하는
장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 압전 물질을 활용하여 나노포어를 통과하는 중합체를 제어하기 위한 시스템에 있어서,
전도성 유체(conductive fluid)로 채워진 저장포(reservoir);
상기 저장포를 분리하는 세포막(membrane) ― 상기 세포막은 전기 전도체 층들, 압전 층들(piezoelectric layers) 및 절연 층들을 포함 ―; 및
상기 세포막을 관통하는 나노포어(nanopore)를 포함하는 장치; 그리고
전압 바이어스를 포함하되,
상기 전압 바이어스가 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 압전 층들은 상기 나노포어를 통과하는 중합체를 제어하도록 작동하는
시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 나노포어를 통과하는 중합체를 제어하기 위해 압전 물질을 포함하는 장치를 작동시키는 방법에 있어서,
중합체를, 저장포(reservoir)를 분리하는 세포막(membrane)을 가지는 장치 내에 위치시키는 단계 ― 상기 세포막은 전기 전도체 층들, 압전 층들 및 전기 절연 층들을 포함하고, 나노포어는 상기 세포막을 관통하여 구성됨 ―; 및
상기 압전 층들에 전압을 적용시키는 단계를 포함하되,
상기 전압이 상기 압전 층들에 적용될 때, 상기 압전 층들은 상기 나노포어의 크기를 제어하도록 작동하는
방법. - 삭제
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