具纳米解析的形貌特征的选定表面区域上直接表面官能化的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米孔，更具体地，是涉及表面官能化的纳米孔及官能化的纳米通道。
【背景技术】
[0002]具有分子尺寸的固态纳米孔和纳米通道可以提供有关分析物(例如，脱氧核糖核酸(DNA)，蛋白质和其它生物分子)的化学性质的信息。固态纳米孔器件可包括具有至少单一孔或“纳米孔”的多层衬底，该衬底分隔两种盐溶液。针对所需的应用程序可客制纳米孔器件的特定尺寸和组成。
[0003]在操作中，通过施加电压使得跨该纳米孔产生电位差，并测量穿过纳米孔的离子电流。接着，穿过纳米孔的分析物诱发测量的开放电流电平(open current level)的中断。检测到的中断，或离子电流下降，指示分析物的单分子穿过纳米孔，其也可以视为一个转移(trans locat 1n)事件。
[0004]转移数据可以揭露关于分析物在单分子水平(single molecule level)上穿过孔的特性。间接测量技术，如分析物结合至纳米孔或纳米通道内的受体位置，可以提供许多小的化学和生化化合物的化学和生物性质的有价值信息。
【发明内容】
[0005]根据一个实施例，一种在纳米孔结构中制作单分子受体的方法包括:通过物理气相沉积(PVD)技术将材料沉积到纳米通道的选定内表面上，以及以具有至少两个官能基的化学化合物将该材料的表面官能化。该材料形成具有直径为约I至约100纳米(nm)的贴片。
[0006]在另一实施例中，一种在纳米孔结构中制作单分子受体的方法包括:令该纳米孔结构相对于一束线倾斜一角度，以将该束线定位于该纳米孔结构中的纳米通道的选定内表面上，操作该束线以沉积该材料到该纳米通道中的选定内表面上，该材料形成具有表面积约3至约10，000平方纳米(nm2)的贴片，以及官能化该贴片的表面以形成该单分子受体。操作该束线以通过PVD技术沉积材料。
[0007]在又一实施例中，一种包括单分子受体的纳米孔结构包括:具有第一表面及相对第二表面的衬底，从该第一表面延伸到该相对第二表面且界定有内表面的纳米通道，安置在该纳米通道的该内表面的选择区域上的材料，以及安置在该材料上以形成官能化材料的化学化合物。该材料具有约3至约10，000nm2的表面积，以及该官能化材料形成结合至分析物的该单分子受体。
[0008]通过本发明的技术来实现额外的特征和优点。本文将详细描述本发明的其他实施例和态样，并且将其他实施例和态样视为所请求保护的发明的一部分。为更好地理解本发明的优点和特征，请参考说明书和附图。
【附图说明】
[0009]在本说明书结尾处，在权利要求书中特别指出及清楚地主张视为本发明的标的。本发明的前述和其它特征和优点将从以下详细描述并结合附图而显而易见:
[0010]图1表示在纳米孔结构中制作单分子受体的方法的一个示范性实施例的方块图。
[0011]图2表示在纳米孔结构中制作单分子受体的方法的一个示范性实施例的局部剖面侧视图。
[0012]图3表示图2的纳米孔结构内单分子受体的一个示例性实施例的局部剖面侧视图。
[0013]图4表示在纳米孔结构中制作单分子受体的方法的一个示范性实施例的方块图。
[0014]图5表示使用图2和图3的纳米孔结构内的单分子受体的方法的局部剖面侧视图。
【具体实施方式】
[0015]本文公开了一种在纳米孔或纳米通道内形成单分子受体的方法。当施加电压到分隔的两离子溶液的纳米孔或纳米通道时，分析物的单分子的转移及/或结合诱发离子电流中的可量测变化。因此，分析物(例如，蛋白质或小生化化合物)的单分子与纳米孔内的受体的受控转移和/或可逆结合可以揭示该分析物的物理及/或化学性质。
[0016]相比于可发生多个结合事件的系统，在纳米孔结构中提供受控嵌入单结合位点实质上提供了更高的可靠性。多个结合事件的可能性导致了更复杂的数据及随后的解释。相较之下，本公开的方法提供了一种手段以分析单结合事件，这增加了数据分析的简易性以及可靠性。
[0017]此外，所公开的方法和纳米孔结构提供仅两个不同的转移场景，其一者为发生结合至单分子结合位点及另一者为没有发生结合。同样，这样的场景使数据解释简易。
[0018]如本文所使用的，术语“分析物”(analyte)是指一种正经历分析或设法被检测的化合物、分子、物质、或化学成份。本发明不欲将其限于特定的分析。代表性分析物包括离子、醣类、蛋白质、核酸及核酸序列。
[0019]如本文所使用的，术语“单分子受体”(single molecule receptor)是指与一个革巴组分(target component)或分析物的单分子结合或物理交互作用的结构。本文所公开的单分子受体包括沉积到纳米孔结构或纳米通道的内表面上的官能化材料。材料形成具有纳米尺寸大小的薄膜(thin film)或贴片(patch)，且该官能化材料包括官能基或分析物结合基，该官能基或分析物结合基与该分析物物理交互作用或结合。
[0020]如本文所使用的，术语“纳米孔” (nanopores )和“纳米孔结构” (nanoporesstructure)是指具有固态衬底及“纳米通道”(nanochannel)或穿过衬底的纳米尺度通道的结构，离子电流可以流动穿过所述结构。纳米孔或纳米通道的内径可以根据所欲用途而适当变化。
[0021 ] 如本文所使用的，术语“物理气相沉积”(physical vapor deposit1n)、“PVD”及类似者是指将材料的薄膜或涂层沉积到表面上的方法。这些方法大体上包括将气化(vaporized)形式的材料凝结(condensat1n)在表面上。PVD技术的非限制性实例包括脉冲激光烧蚀、溅射、电子束沉积、脉冲电子沉积、或其任意组合。如本文所使用的，术语“物理气相沉积束线”，“PVD束线”或“束线”是指在PVD方法中所使用的离子束或电子束。
[0022]如本文所使用的，术语“官能基” (funct1nal group)包括原子、原子组合、化学基团、生化基团、生物化学分子、或其任意组合。官能基可直接连接或结合至连接体的任何基团且该官能基赋予本文所描述的化学化合物的化学反应性。
[0023]现在转至附图，图1及图2分别是在纳米孔结构中制作单分子受体的方法的示范性实施例的方块图和示意图。图3表示如图2所示的具有单分子受体的纳米孔结构的一部分与分析物交互作用。
[0024]可以从诸如晶片，盘，±夬，板及类似物的衬底制成纳米孔结构。此类衬底可以由各种材料制成，各种材料包括，但不限于硅，包括氧化硅、氮化硅、玻璃、陶瓷、锗、聚合物(例如，聚苯乙烯)、砷化镓、或其任意组合。衬底可以被蚀刻，例如，晶片可以是半导体晶片。该衬底可以是多层衬底。多层衬底的任何中央材料与外部材料相同或不同，并非本文目的。衬底的厚度以及多层衬底内各个层的厚度可大体上有所不同。因此，该纳米孔衬底的特定厚度并不意图限制。
[0025]该纳米孔衬底可以使用任何合适的制造方法来制作，包括但不限于，化学气相沉积(CVD)方法，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，光刻图案化及蚀刻方法，及磊晶生长制程。接着，纳米孔内的纳米通道可以通过任何合适工艺穿过衬底来制作，该合适工艺包括但不限于，电子束钻孔或离子束钻孔。
[0026]图1表示在纳米孔结构中制作单分子受体的示例性方法100的方块图。在方块110中，方法100包括通过PVD技术将材料沉积在纳米孔结构的选定内表面上。在一实施例中，该材料形成具有直径