0029]导电颗粒8由金组成。绝缘颗粒9由聚苯乙烯组成。替代地，绝缘颗粒9由乳胶组成。颗粒8和9的直径11为5 nm。在该颗粒之间形成的空隙为用于DNA-测序的活性纳米孔7。其具有2 nm的孔直径12。
[0030]图2展现了具有例如3个凹处3的格栅装置I的侧视图。基材2尤其包含硅。凹处直径14通常为30至150 nm。凹处直径14在该实施例中为35 nm。在凹处3的两个侧壁上各存在一个第一电极4。按照目的，为第一电极4提供电压。第一电极4可以例如在该实施例中跨侧壁的部分延伸。替代地，第一电极4还可以跨侧壁的整面延伸。在凹处3的底部上和在基材2的上方，各自设置第二电极5。电极4和5的电压供应示例性地借助图2的中部的凹处3示出。
[0031]所述基材通常为CMOS-芯片。在该CMOS-芯片上，凹处排列成格栅。将第二电极5之一和两个第一电极4施加到该基材上，即CMOS-芯片上。该CMOS-芯片具有非常好的确保精确测量隧道电流的模拟电子性能。特别地通过模拟-数字-转换和快速的多路方法，可以设置多种用于测量隧道电流的电极。该电极的接触特别地借助CMOS-芯片最上部的金属化平面进行。
[0032]将凹处3借助蚀刻技术引入到二氧化硅或者氮化硅中。
[0033]将凹处3用导电颗粒8和绝缘颗粒9的混合物填充，其中该混合物的组成基本上是对半分的，并且该颗粒随机地在凹处中分配。
[0034]为第二电极5提供电压，以致将DNA 6运输到凹处3中去，这类似于在电泳装置中的DNA运输。
[0035]在图3中示出通过凹处3之一的截面。DNA 6位于活性的纳米孔7中。如果将电压施加到第一电极4上，那么在颗粒装置13中产生电流10。隧道电流在导电颗粒8之间流动，其中导电颗粒8自身为电容器。隧道电流取决于通过活性纳米孔7的DNA 6的碱基。因此借助在两个第一电极4之间测量隧道电流，可以分析在活性纳米孔7中的碱基。
[0036]有利地，与活性纳米孔7直接毗邻的导电颗粒8形成电容器，这实现了短的孔长度。这明显提高了 DNA-测序的碱基分辨率。
[0037]在第二电极5之间的电流移动DNA 6通过活性的纳米孔7，以致碱基逐个通过活性的纳米孔7，并且分析该核酸-序列。在测量隧道电流期间，不为第二电极5提供电压。替代地，如果这不干扰隧道电流的测量，可以进行第二电极5的恒定的电压供应。
[0038]为了使合适的系统，特别是颗粒装置13具有活性的纳米孔7，凹处3首先用电解液填充。随后，将交流电压施加到用颗粒和电解液填充的凹处3上，并且测量电阻。该电阻对于不导电和导电的颗粒8和9的排列而言是特征性的。
[0039]如果凹处3包含多个在其中同时存在DNA 6的颗粒装置13，那么这在凹处3中导致多个隧道电流。该隧道电流这时不能够被区分，以致不能够评估该凹处3。然而在该实施例中，格栅包含1000个凹处3，以使仍然足够地提供具有刚好一个颗粒装置13的凹处3用于DNA-分析。
[0040]为了固定所述颗粒，可以进行电镀。金的导电颗粒8通过所谓的无电流电镀彼此相连。替代地，该接触可以真正地通过电镀发生。因此，将该导电颗粒固定，并且确保直接接触的导电颗粒8之间的电接触。
[0041]代替DNA-序列，还可以分析RNA-序列。短的RNA-片段，特别是miRNA (微-RNA)或者mRNA (信使RNA)的序列-分析也是可行的。
【主权项】
1.借助隧道电流分析用于核酸-测序的装置，其包含: -至少两个导电颗粒(8)，其具有I nm至100 nm的直径(11)， -至少两个电绝缘颗粒(9)，其具有I nm至100 nm的直径， -至少两个第一电极(4)，以接触导电颗粒(8)， -基材(2)，在其上设置第一电极(8)和颗粒(8、9)， -其中所述的四个颗粒(8、9)基本上呈正方形平面地排列，并且导电颗粒(8)和绝缘颗粒(9)各自呈对角线地相对放置， -并且所述的两个导电颗粒(8)通过设置在所述四个颗粒之间的空隙是彼此电绝缘的。
2.根据要求I的装置，其中第一电极(4)各自与至少一个导电颗粒(8)直接电接触。
3.根据前述权利要求任一项的装置，其具有至少两个相对于第一电极(4)成直角设置的第二电极(5)。
4.根据前述权利要求任一项的装置，其中基材(2)包含排列成格栅的凹处(3)。
5.根据前述权利要求任一项的装置，其中基材(2)是CMOS-芯片。
6.根据前述权利要求任一项的装置，其中颗粒(8、9)是球形颗粒。
7.根据前述权利要求任一项的装置，其中导电颗粒(8)包含金。
8.根据前述权利要求任一项的装置，其中导电颗粒(8)具有基本上相同的大小。
9.根据前述权利要求任一项的装置，其中电绝缘颗粒(9)包含聚苯乙烯。
10.根据前述权利要求任一项的装置，其中具有小于Inm的相互距离的导电颗粒(8)坚固地彼此相连。
11.制造根据权利要求1的装置的方法，其具有以下步骤: -在基材中产生凹处(3)， -将包含至少两个导电颗粒(8)与至少两个电绝缘颗粒(9)的悬浮体添加到凹处(3)中， -其中颗粒(8、9)随机地分布在凹处(3)中。
12.根据权利要求11的方法，其中凹处(3)用至少100个颗粒(8、9)填充。
13.根据权利要求12的方法，其中挑选具有随机分配的颗粒(8、9)的所述凹处，其具有刚好一个根据权利要求1的装置。
14.根据权利要求11至13任一项的方法，其中具有小于Inm的相互距离的导电颗粒(8)用导电层这样涂敷，以致其彼此电接触。
15.根据权利要求14的方法，其中借助金属的无电流沉积来涂敷导电颗粒(8)。
【专利摘要】本发明涉及借助隧道电流分析用于核酸-测序的装置，其包含至少两个直径为1nm至100nm的导电颗粒和至少两个直径为1nm至100nm的电绝缘颗粒，其中所述颗粒尤其是球形的。此外，该装置包含至少两个用于接触所述导电颗粒的第一电极和在其上设置所述第一电极和所述颗粒的基材。所述的四个颗粒基本上是呈正方形平面地排列的。所述导电颗粒和绝缘颗粒各自呈对角线地相对放置。在所述四个颗粒之间的空隙用作核酸测序的固态纳米孔。
【IPC分类】C12Q1-68, B81B1-00, G01N33-487
【公开号】CN104704130
【申请号】CN201380050219
【发明人】W.甘布雷希特, O.海登
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年9月18日
【公告号】DE102012217603A1, EP2880183A1, US20150268220, WO2014048816A1