[发明专利]用于纳米孔阵列的自密封流体通道

说明书

背景技术

本公开总体上涉及用于对脱氧核糖核酸（DNA）和蛋白质进行定序的传感器的领域。

背景技术

在生命科学中映射DNA链的碱基序列是非常重要的。基于通过合成的定序的当前DNA定序技术花费超过$300,00/人类基因组，并且存在大量需要来将成本降低至低于$1000/人类基因组，以用于诸如个人医疗和预防性医疗保险。由于当DNA链被拉紧时单个碱基为约0.7纳米（nm）长，因此用于定序的传感器具有约1nm或更小的空间分辨率是重要的。然而，制造具有该范围内的空间分辨率的传感器是有挑战性的。生命科学中的另一个重要领域是蛋白质和病毒的检测。对于蛋白质和病毒检测，可以使用包括场效应晶体管（FET）的生物分子传感器。然而，很多基于FET的传感器的缺点在于传感器的感测表面必须被生物涂层覆盖，所述生物涂层特定地结合待检测的生物分子。施加适当的涂层会是劳动强度高且昂贵的。此外，FET传感器仅可以用于检测与涂层结合的特定生物分子，限制了该传感器的有用性。

FET传感器可以包括通过离子注入以及之后的高温退火（例如，约1000℃）形成的重掺杂的源区和漏区。尽管该方法对于在较长沟道（大于10nm）FET器件中形成源区和漏区是标准的，但是离子注入和退火对于制造高灵敏度FET器件所需的相对短的FET沟道（小于约5nm）来说可能造成问题，这是因为离子注入和高温激活退火在源区/漏区中产生掺杂剂密度分布，该分布可能延伸到FET的沟道区中数纳米。因此，以这种方式形成的FET传感器的灵敏度可能劣化，使得FET传感器不适合用于对DNA进行定序。

已经提出纳米孔传感器作为以$1000/人类基因组的成本来进行DNA定序的可能方法，并且纳米孔传感器可被用作FET传感器的替代物来进行生物分子感测。由于DNA分子具有相对高的负电荷，可以通过具有几纳米量级的直径的纳米孔将DNA分子从第一流体储池（fluidic reservoir）电驱动到第二流体储池。图1示出了根据现有技术的包括单个纳米孔103的纳米孔传感器系统100。纳米孔103被形成为穿过隔膜（membrane）101。隔膜101将流体储池104分成两部分：顶部储池105和底部储池106。然后用流体107填充流体储池104和纳米孔103，所述流体107可以是包含诸如DNA分子108的生物分子的离子缓冲剂。通过经由分别被浸入顶部流体储池105和底部流体储池106中的两个电化学电极110和111跨纳米孔103施加的电压偏置109，DNA分子108改变位置而通过纳米孔103。随着DNA分子108移动通过纳米孔103，通过该纳米孔或集成在纳米孔103附近的其它光学/电学传感器借助于离子电流对DNA分子108进行定序。除了DNA定序之外，这种纳米孔传感器除了提供关于生物分子相互作用的信息之外还可以对诸如DNA、RNA和蛋白质的生物分子进行相对快的分析。纳米孔DNA定序是实时的单分子方法，不需要DNA放大或化学修饰DNA，并且为DNA定序提供了相对最低成本的方法。

发明内容

在一个方面，一种形成纳米孔阵列的方法包括：对衬底的正面层进行构图以形成正面沟槽，所述衬底包括设置在所述正面层与背面层之间的掩埋层；在构图的正面层之上以及所述正面沟槽中沉积隔膜层；对所述背面层和所述掩埋层进行构图以形成背面沟槽，所述背面沟槽与所述正面沟槽对准；形成穿过所述隔膜层的纳米孔阵列的多个纳米孔；在所述正面沟槽和所述背面沟槽中沉积牺牲材料；在所述牺牲材料之上沉积正面和背面绝缘层；以及将所述牺牲材料加热至所述牺牲材料的分解温度以去除所述牺牲材料并且形成正面和背面通道对，其中每一个通道对的正面通道通过单独的纳米孔而被连接到其相应通道对的背面通道。

在另一方面，一种纳米孔阵列包括：位于衬底中的多个正面和背面通道对，其中每个通道对的正面通道通过多个纳米孔中的单个纳米孔而被连接到其相应通道对的背面通道，其中所述纳米孔被形成为穿过位于所述正面通道与所述背面通道之间的隔膜层；其中所述多个正面和背面通道对的所述多个正面通道位于所述衬底的构图的正面层中并且在顶部由正面绝缘层界定（bound）；其中所述隔膜层位于所述构图的正面层之上以及所述多个正面通道的底部中；并且其中所述多个正面和背面通道对的所述多个背面通道位于所述衬底的构图的掩埋层和构图的背面层中且在底部由背面绝缘层界定。

通过本示例性实施例的技术实现另外的特征。本文中详细描述了其它实施例，这些实施例被认为是要求保护的发明的一部分。为了更好地理解示例性实施例的特征，参考说明书和附图。

附图说明