用于制造用以對(duì)生物聚合物測(cè)序的納米孔的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造用以對(duì)生物聚合物、諸如核酸或者蛋白質(zhì)測(cè)序的納米孔的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在借助于納米孔對(duì)生物聚合物測(cè)序時(shí)，例如核酸、諸如DNA、RNA或者寡核苷酸經(jīng)過生物的或者人工的納米孔。在對(duì)例如核酸測(cè)序時(shí)，在此可以通過在核酸經(jīng)過納米孔時(shí)在孔中的離子電導(dǎo)率(孔電阻)的變化來分析核酸鏈(Nukleinsjiurestrang)的各個(gè)堿基。核酸的試樣在此在通過電場(chǎng)、例如借助于電泳被引導(dǎo)通過納米孔。在不同的核苷酸經(jīng)過納米孔時(shí)，離子流改變。所述改變?nèi)Q于核苷酸，所述核苷酸經(jīng)過所述孔，使得核苷酸可以被探測(cè)并且核酸的序列可以被測(cè)定。
[0003]可替代地，與生物聚合物的輸送方向橫向的、在經(jīng)過生物聚合物時(shí)出現(xiàn)的、在納米孔中的隧道電流可以被測(cè)量，其中隧道電流的高度取決于例如位于納米孔中的核苷酸或者氨基酸。“橫向隧穿納米孔”測(cè)序的該辦法是以較高的分辨率來確定序列的大有希望的方法。“橫向隧穿納米孔”測(cè)序的原理在US專利US 6，627，067 B1中被描述。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)借助于隧道電流分析的核酸測(cè)序的高的可靠性，值得期望的是，制造具有小的孔直徑(例如1至5納米之間并且理想地例如1至2納米之間)的納米孔，所述納米孔與兩個(gè)電極接觸。
[0005]為了產(chǎn)生納米孔，Ayub 等人(Journal of Phys1logy, Condens.Matter 22(2010) 454128)使用一致的金屬層，所述金屬層借助于電鍍金屬沉積被減小。然而由此能夠在大的耗費(fèi)之下最大地制造納米孔。然而由此僅能制造適合于使用孔電阻測(cè)量而不適合于隧道電流測(cè)量的納米孔，所述隧道電流測(cè)量將會(huì)需要分別具有兩個(gè)電極的孔。
[0006]在Tsutsui 等人(Nature Nanotechnology, 5, April, 286-290, 2010)情況下作所謂的 “nanofabricated mechanically controllable break junct1ns (納米制造機(jī)械可控?cái)嗔呀Y(jié))”("nano-MCBJs")的報(bào)道、即以下方法，利用所述方法雖然可以生成1納米的非常狹窄的縫隙，然而所述縫隙例如橫向上是非常寬的，使得堿基的測(cè)量技術(shù)上的分辨率是不可能的。此外作納米電極結(jié)的報(bào)道，所述結(jié)能夠幾乎“點(diǎn)狀”實(shí)現(xiàn)電極的小的間隔。但是這里不保證，要測(cè)序的核酸鏈在結(jié)中被引導(dǎo)。所述核酸鏈可能“側(cè)向地漂離”，因此離開結(jié)，并且測(cè)量信號(hào)丟失。
[0007]DE 10 2012 21 76 03.9描述用于隧道電流分析的納米孔的制造方法，其中導(dǎo)電的和不導(dǎo)電的納米顆粒的混合物被布置在兩個(gè)電極之間。由此兩個(gè)納米顆粒之間的間隙可以形成納米孔。構(gòu)造這樣的裝置的可能性然而是非常小的，使得所述方法僅能受限制地被應(yīng)用。
[0008]具有隧道電極裝置的納米孔的制造至今通過昂貴的和費(fèi)時(shí)的納米結(jié)構(gòu)化方法或者通過在技術(shù)上不合適的方法完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]由本發(fā)明解決的任務(wù)是:提尚隧道電流納米孔的制造和使用的效率。
[0010]所述任務(wù)由按照權(quán)利要求1所述的用于制造納米孔的方法解決，其中所述納米孔用于對(duì)生物聚合物測(cè)序。提出的任務(wù)同樣地由按照權(quán)利要求12所述的用于對(duì)生物聚合物測(cè)序的方法以及按照權(quán)利要求11所述的固定的多孔的裝置和按照權(quán)利要求15所述的設(shè)備解決。本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案通過從屬權(quán)利要求給出。
[0011]用于制造至少一個(gè)用以對(duì)生物聚合物測(cè)序的具有預(yù)先確定的直徑的納米孔的按照本發(fā)明的方法基于以下思想:用傳導(dǎo)的材料涂布至少一個(gè)電極，并且附加地通過例如涂布使這樣地形成的固定的多孔裝置的至少一個(gè)孔狹窄。因此能夠設(shè)定預(yù)先確定的直徑。
[0012]按照本發(fā)明的方法在設(shè)備的室中被執(zhí)行。所述方法包括步驟:
-在室中提供至少一個(gè)電極和至少兩個(gè)納米顆粒，其中所述至少兩個(gè)納米顆粒布置在電極和與電極相對(duì)的限制部件之間的間隙中，和
-用導(dǎo)電的材料至少涂布電極，并且由此在間隙中機(jī)械地固定納米顆粒中的至少一個(gè)，使得在間隙中形成固定的多孔裝置。
[0013]固定的多孔裝置是納米顆粒的裝置，其中納米顆粒的至少一部分通過導(dǎo)電的材料被固定在電極和/或限制部件處，并且所述裝置包括孔的網(wǎng)絡(luò)。通過所述涂布，可以使例如導(dǎo)電的納米顆粒彼此電接觸。附加地，所述涂布使得能夠通過作為限制物(Begrenzung)的納米顆粒形成納米孔。
[0014]納米顆粒在此是從少量至幾千原子或者分子的復(fù)合體，其直徑理想地處于1至100納米之間。使用例如僅多個(gè)不傳導(dǎo)的納米顆粒簡化所述方法，因?yàn)椴煌牟牧系募{米顆粒不必被提供。概念“不傳導(dǎo)的”和“傳導(dǎo)的”以下在“不導(dǎo)電的”或者“導(dǎo)電的”的意義上被使用。
[0015]所述方法的特征在于步驟:用所述傳導(dǎo)的材料和/或另一傳導(dǎo)的材料填充固定的多孔裝置和由此設(shè)定預(yù)先確定的直徑，使得納米孔被構(gòu)造。固定的多孔裝置的填充在此包括在固定的多孔裝置中布置導(dǎo)電的材料，例如通過用導(dǎo)電的材料涂布或者環(huán)繞沖洗固定的多孔裝置，使得固定的多孔裝置的一個(gè)或多個(gè)孔被變窄。
[0016]在此，納米孔可以由至少兩個(gè)不傳導(dǎo)的納米顆粒這樣地限制，使得至少兩個(gè)不傳導(dǎo)的納米顆粒將布置在第一電極處的導(dǎo)電的材料與限制部件或者至限制部件的導(dǎo)電連接相隔開。由此形成納米孔，所述納米孔適合于隧道電流測(cè)量。
[0017]納米孔同樣地理想地具有1至10納米、尤其1至5、或者1至2納米之間的直徑。所述設(shè)定步驟允許孔直徑的精調(diào)，并且使得能夠制造具有預(yù)先確定的直徑的納米孔。因此對(duì)于不同的應(yīng)用，“定制的”納米孔可以被制造。此外提高形成適合于例如隧道電流測(cè)量的納米孔的可能性。
[0018]利用按照本發(fā)明的方法，也可以例如在微芯片上同時(shí)制造具有納米孔的多個(gè)固定的多孔裝置。
[0019]在此在按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以在室中提供另一電極作為限制部件。這使得能夠例如施加從第一固定的電極到限制部件的通過電流。因此在固定的多孔裝置中創(chuàng)造用于測(cè)量隧道電流的前提。
[0020]涂布步驟優(yōu)選地包括涂布電極和限制部件。因此，涂層可以從兩側(cè)生長到間隙中去。
[0021 ] 在所述方法的另一實(shí)施方式中，在所述間隙中可以提供至少一個(gè)另外的傳導(dǎo)的納米顆粒。用所述傳導(dǎo)的材料和/或另一傳導(dǎo)的材料涂布電極和/或填充固定的多孔裝置于是可以包括至少部分地涂布至少一個(gè)傳導(dǎo)的納米顆粒。傳導(dǎo)的納米顆粒因此對(duì)于涂層成型地起作用。
[0022]用所述傳導(dǎo)的材料和/或另一傳導(dǎo)的材料對(duì)固定的多孔裝置的填充在優(yōu)選的實(shí)施方式中通過涂布限制孔的表面實(shí)現(xiàn)。換而言之，固定的多孔裝置的限制孔的壁優(yōu)選地被涂布。這使得能夠精調(diào)孔直徑。所述涂布步驟和/或填充步驟可以優(yōu)選地通過電鍍、尤其通過包覆金屬實(shí)現(xiàn)。
[0023]固定的多孔布置的填充在按照本發(fā)明的方法的可替代的或者附加的優(yōu)選實(shí)施方式中包括:通過用傳導(dǎo)的材料涂布限制孔的表面封閉孔，并且接著通過從封閉的孔去除傳導(dǎo)的材料構(gòu)造具有預(yù)先確定的直徑的納米孔。由此可以同樣地精確地設(shè)定預(yù)先確定的孔直徑。納米孔的構(gòu)造可以在此通過電迀移、尤其通過脈動(dòng)式電子移和/或熔斷封閉的涂層實(shí)現(xiàn)。借助于電迀移