[发明专利]涂覆阻挡涂层的纳米结构

说明书

本发明涉及包括纳米结构的装置，其中所述纳米结构由导电材料制成并且其中所述纳米结构由阻挡涂层覆盖，该阻挡涂层包含Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物，厚度至少为约1nm，其中通过原子层沉积(ALD)来沉积所述阻挡涂层。本发明还涉及在这种装置中检测目标化合物的方法以及这种装置用于表面特异性地产生倏逝场、测量介质的介电性能、检测目标化合物的存在或浓度、确定目标化合物的一级结构、确定目标化合物与对照值的偏差、扩增目标化合物或监测目标化合物的扩增的用途。此外，本发明涉及制造包括纳米结构的装置的方法，该纳米结构允许通过产生倏逝场进行表面特异性的检测或允许介电传感，该方法包括通过原子层沉积(ALD)在诸如铝的导电材料上沉积厚度至少为约1nm的Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物阻挡涂层。

技术领域

本发明涉及包括纳米结构的装置，其中所述纳米结构由导电材料制成并且其中所述纳米结构由阻挡涂层覆盖，该阻挡涂层包含Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物，厚度至少为约1nm，其中通过原子层沉积(ALD)来沉积所述阻挡涂层。本发明还涉及在该装置中检测目标化合物的方法以及该装置用于表面特异性地产生倏逝场、测量介质的介电性能、检测目标化合物的存在或浓度、确定目标化合物的一级结构、确定目标化合物与对照值的偏差、扩增目标化合物或监测目标化合物的扩增的用途。此外，本发明涉及包含纳米结构的装置的制造方法，该纳米结构允许通过产生倏逝场进行表面特异性的检测或允许介电传感，该方法包括通过原子层沉积(ALD)在诸如铝的导电材料上沉积厚度至少为约1nm的Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Sc、Y、Ge、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sr、Al、B、Ba、Bi和/或Mg氧化物阻挡涂层。

背景技术

荧光检测在生物装置及诊断装置中是测量并且量化样本中类似蛋白质等生物实体的存在的最常用技术。通常，通过特异性捕获分子将目标实体选择性地结合到基底表面来进行荧光检测。例如，目标可以通过荧光分子标记，并且通过将表面上的荧光相对于来自周围环境(例如体相流体、体相基底等)的荧光背景进行测量来识别目标的存在。取决于分析挑战，即使在单一分子水平以及大的表面积上，该检测也必须以高空间分辨率以及高灵敏度实现。实时观测要求表面选择性的检测。包括波导或开口(aperture)的纳米光子结构通过在导电材料制成的结构之间产生倏逝场而可以检测这种表面特异性。因此，纳米光子结构是基于荧光的检测的一大进步，该基于荧光的检测在生物装置及诊断装置中目前是测量并且量化生物实体的存在的最常用技术。

典型地，这种需要具有高纵横比的纳米结构由铝制成，因为铝的各向异性蚀刻允许在经济的条件下制造高纵横比特征。替代材料包括金和其他导电材料。

遗憾的是，许多生物反应及检验要求特定的缓冲系统，该缓冲系统包括，除其他外，高盐浓度或者易于与纳米结构表面反应并导致纳米结构降解的其他化学物质。特别地，铝表面在高pH下相当容易受损。由于纳米结构低于1μm的小尺寸以及在所要求的环境中优选材料的变质倾向，需要对纳米结构进行有效保护。根据US 2010/0252751，各向同性地涂覆的诸如SiO₂或Si₃N₄等介电材料可以用作纳米结构的阻挡涂层材料。涂层材料必须是保形的，即必须从各个侧面保护该纳米结构并且应该导致无针孔的覆盖。同时，该涂层不应该太厚以允许目标分子接近倏逝场。但是，人们发现如US 2010/0252751中所述的硅基涂层在具有所要求的厚度时并没有针对缓冲腐蚀提供防护。

US2010/0284001公开了表面增强的拉曼光谱(SERS)活性结构，其包括基板、多个纳米结构核，所述纳米结构核具有多个从基板延伸的侧边，其中所述纳米结构核由薄层或介电材料保护。