借助隧道电流分析用于核酸-测序的装置的制造方法
【专利说明】借助隧道电流分析用于核酸-测序的装置
[0001]本发明涉及借助隧道电流分析用于核酸-测序的装置。
[0002]在文献中已知多种核酸-测序的方法。其中包括所谓的通过合成测序(合成测序)的方法。在此，在嵌入合适的核苷酸时释放借助酶级联反应证明的组分。此外，已知在纳米孔中的核酸-测序。有利的是，在该方法中既不需要标记DNA-链，也不需要复杂的级联反应。
[0003]在借助纳米孔的核酸-测序时，DNA-链通过生物或者人工(固态)的纳米孔。核酸链的单个碱基可以通过DNA通过纳米孔时的孔电阻的改变来分析。在此，将DNA放入导电流体中。在该流体上施加电压，以致电流流动。在不同的碱基类型(特别是鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤)通过纳米孔时，电流变化。该变化取决于通过该孔的碱基，从而可以分析该碱基。
[0004]替代地，可以测量通过所述孔的隧道电流(隧道测序)，其中该隧道电流取决于位于该孔中的碱基。相比于测量孔电阻，隧道电流方法有利地具有更好的碱基分辨率。这基于在纳米孔中的高的电场强度。
[0005]所述测量强烈地取决于纳米孔的大小和形状。此外，必须将用于施加电压的电极准确地设置在纳米孔上，以足够精确地检测隧道电流。为了实现借助隧道电流分析的核酸-测序的高的分析可靠性，希望制造用于特定应用的具有电极的订制的纳米孔。多数生产固态纳米孔的制造方法基于从薄膜中除去材料，类似于钻孔。该制造特别地借助基于电子束的光刻法来实施。
[0006]迄今的具有电极的固态纳米孔的装置的缺点是，在制造中非常复杂和费时。足够精准地相对于电极或者电容器这样设置纳米孔，以致能够以高精确度测量隧道电流，这目前在技术上几乎是不可实现的，并且其制造的缺点在于高的工作成本和时间成本。
[0007]本发明的目的是，提供分析核酸序列的装置和制造该装置的方法，其克服所提及的缺点。
[0008]所述目的通过在权利要求1中给出的装置和在权利要求11中给出的方法实现。从属权利要求有利地涉及本发明的扩展实施方案和具体实施方案。
[0009]根据本发明，借助隧道电流分析用于核酸-测序的装置包含至少两个导电颗粒，其具有I nm至100 nm，特别是I nm至10 nm的直径。此外，该装置包含至少两个电绝缘颗粒，其具有I nm至100 nm，特别是I nm至10 nm的直径。该装置此外包含至少两个用于接触所述导电颗粒的第一电极。第一电极和颗粒位于基材上。根据本发明，所述的至少四个颗粒基本上呈正方形平面地排列，其中导电颗粒和绝缘颗粒各自呈对角线地相对放置。有利地，在所述的四个呈正方形平面排列的颗粒的中心处形成空隙。该空隙的大小取决于颗粒大小和形状而在nm范围内。在分析核酸序列时，该空隙为固态的纳米孔。所述装置能够提供特定的订制的纳米孔。
[0010]在用于制造借助隧道电流分析用于核酸-测序的装置的本发明方法中，在基材中产生凹处。将至少两个导电颗粒和至少两个电绝缘颗粒放入，特别是填充到凹处中，其中该颗粒随机分配到凹处中。[0011 ] 在本发明的一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，第一电极各自与至少一个导电颗粒直接电接触。因此，电流可以有利地通过该导电颗粒流动。有利地这样设置第一电极，以致所述导电颗粒形成电容器，当DNA-链或者RNA-链位于纳米孔中时，在该电容器上可以测量用于分析的隧道电流。这时，这样有利地相对于该电容器设置纳米孔，以致可以以高精确度测量隧道电流，因为纳米孔和电容器在位置上是非常紧密相邻的。在理想情况中，形成的电容器缝隙和纳米孔是相同的。
[0012]在本发明的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述装置包含至少两个相对于第一电极成直角设置的第二电极。该电极有利地用于目标指向地移动DNA-链通过所述颗粒。为此特别适合的是在凝胶电泳中用于移动DNA/RNA通过凝胶的电极。
[0013]在本发明的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述基材包含排列成格栅的凹处。该凹处的直径特别为10 nm至I μπι。该凹处有利地作为颗粒的固定元件。
[0014]在本发明的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述基材为CMOS-芯片。其以多层的形式构成，其中绝缘和导电的层相互叠置地排列。CMOS-芯片通常已经包含用于电极的电压供应的设备，以及用于测量第一电极之间的电流的设备。
[0015]在所述装置的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述颗粒是球形颗粒。有利地，该球形颗粒排列在球袋(Kugelpackung)中。可以有利地计算如此形成的空隙的直径。因此，可以形成用于核酸-测序的订制的纳米孔。
[0016]在本发明的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述导电颗粒包含金。
[0017]该导电颗粒通常具有基本上相同的大小。由此，所述球袋有利地是规则的。
[0018]在本发明的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述电绝缘颗粒包含聚苯乙烯。
[0019]在本发明的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述导电颗粒是坚固地彼此相连的。这样的坚固连接可以有利地借助电镀过程产生。替代地，坚固连接可以借助导电涂层进行，其尤其借助金属的无电流沉积产生。因此，有利地确保彼此相距各小于Inm的导电颗粒之间的电接触。
[0020]在本发明的一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述凹处用至少100个导电和电绝缘的颗粒填充。
[0021 ] 在本发明的一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，挑选已经用导电和电绝缘的颗粒填充的凹处，其具有刚好一个根据权利要求1的具有纳米孔的装置。有利地，在不存在其它隧道电流叠加的情况下测量在DNA/RNA通过时通过纳米孔流动的隧道电流。
[0022]在本发明的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，具有小于I nm相互距离的导电颗粒这样用导电层涂敷，以致其彼此是电接触的。因此，有利地确保在彼此相距各小于I nm的导电颗粒之间的电接触。
[0023]在本发明的另一个有利的具体实施方案和扩展实施方案中，所述导电颗粒借助金属的无电流沉积来涂敷。
[0024]以下借助实施例进一步阐述本发明。
[0025]图1在从上方的俯视图中示意性展现了颗粒装置13。
[0026]图2从侧面示意性展现了格栅装置I的结构。格栅装置I包含颗粒装置13。
[0027]图3在从上方的俯视图中示意性展现了包含电流10的具有两个第一电极4的凹处3。
[0028]在图1中示意性示出的颗粒装置13包含两个导电颗粒8、两个绝缘颗粒9和DNA6。该颗粒以截面的形式在从上方的俯视图中示出，这意味着所示的圆形面显示了颗粒在其最大直径处的截面。螺旋状的DNA 6也是从上所见的。
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