分子分配器的制造方法
【專利摘要】一種分配帶電粒子的方法，包括施加促進(jìn)帶電分子通過納米孔的運(yùn)動(dòng)的偏置電壓、檢測(cè)至少一個(gè)帶電分子通過該納米孔并且操縱納米孔內(nèi)部的靜電勢(shì)壘，從而阻止額外的帶電分子移動(dòng)通過該納米孔。
【專利說明】分子分配器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及納米技術(shù)，而且更具體地說，本發(fā)明的示例實(shí)施例針對(duì)被配置成準(zhǔn)確地傳輸個(gè)別的帶電實(shí)體的納米級(jí)小孔，其中帶電實(shí)體例如是諸如小珠之類的分子或粒子。
【背景技術(shù)】
[0002]總的來說，納米級(jí)的小孔可以被認(rèn)為是納米孔，或者內(nèi)直徑規(guī)模為1-100納米的小孔。半導(dǎo)體納米孔可以通過多種方法產(chǎn)生，包括形成通過半導(dǎo)體襯底的幾納米到幾十或幾百納米內(nèi)直徑的小孔。依賴于期望的孔直徑，可以使用多種技術(shù)來產(chǎn)生孔。例如，利用透射式電子顯微鏡的電子束鉆孔、反應(yīng)性離子蝕刻或者離子束雕刻可以用于產(chǎn)生規(guī)定直徑的孔。最終的小孔可以在1-100納米的規(guī)模，而且可以被認(rèn)為是納米孔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例,一種用于分配(dispense)帶電粒子的方法包括施加促進(jìn)帶電分子通過納米孔的運(yùn)動(dòng)的偏置電壓、檢測(cè)至少一個(gè)帶電分子通過納米孔并且操縱納米孔內(nèi)部的靜電勢(shì)壘，以便防止額外的帶電分子移動(dòng)通過該納米孔。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例，一種分子分配器包括包括多個(gè)帶電分子的分子儲(chǔ)存器、分子儲(chǔ)存器附近的納米孔、布置在分子儲(chǔ)存器中的第一拖動(dòng)電極，及控制單元。納米孔包括配置成在其中建立靜電勢(shì)壘的第一組鎖定電極。根據(jù)該示例實(shí)施例，控制單元配置成跨第一組鎖定電極施加振蕩電壓并且向第一拖動(dòng)電極施加偏置電壓，以控制個(gè)別帶電分子從分子儲(chǔ)存器流經(jīng)納米孔。
[0005]另外的特征與優(yōu)點(diǎn)是通過本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的其它實(shí)施例與方面在本文具體描述并且被認(rèn)為是所要求`保護(hù)的發(fā)明的一部分。為了更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與特征，參考描述與附圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]被看作是本發(fā)明的主題在本說明書結(jié)尾的權(quán)利要求中具體指出并清楚地要求保護(hù)。結(jié)合附圖，本發(fā)明的以上及其它特征與優(yōu)點(diǎn)從以下具體描述顯而易見，其中:
[0007]圖1根據(jù)一種示例實(shí)施例繪出了分子分配器的示意性橫截面圖；
[0008]圖2根據(jù)一種示例實(shí)施例繪出了分子分配器的示意性橫截面圖；
[0009]圖3根據(jù)一種示例實(shí)施例繪出了分子分配器的依賴時(shí)間的棘輪電壓的圖；
[0010]圖4根據(jù)一種示例實(shí)施例繪出了分子分配器濾網(wǎng)的透視圖；
[0011]圖5是根據(jù)一種示例實(shí)施例說明分配分子的方法的流程圖；及
[0012]圖6是根據(jù)一種示例實(shí)施例說明分配分子的方法的流程圖。
具體實(shí)施例[0013]精確地控制溶液中化合物(例如，蛋白質(zhì))的濃度是一個(gè)挑戰(zhàn)。示例實(shí)施例提供了分子分配器，這種分子分配器大大提高了通過納米孔結(jié)構(gòu)的分配控制的準(zhǔn)確度，其中納米孔結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)納米孔。納米孔結(jié)構(gòu)的技術(shù)效果與好處包括把精確控制數(shù)量的個(gè)別分子分配到期望溶液中的能力。如本文所使用的，納米孔指完全穿透一種材料，例如隔膜，的納米級(jí)的小孔或通孔。
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例說明分子分配器設(shè)備的橫截面的圖。設(shè)備100包括控制單元109和與該控制單元通信的納米孔隔膜102。納米孔隔膜102可以在該隔膜的兩側(cè)都用例如氧化硅的電絕緣體涂覆。納米孔隔膜102定義了延伸通過其的至少一個(gè)納米孔105。
[0015]納米孔隔膜102包括布置在其中、經(jīng)介質(zhì)120 (例如，通道或電線)與控制單元109通信的至少一個(gè)電極106，這至少一個(gè)電極106進(jìn)一步定義了延伸通過其的納米孔105。例如，電極106可以基本上是平面的，具有定義納米孔105的基本上圓形的洞。因而，納米孔105的內(nèi)部尺寸可以基本上是圓柱形的，電極106包圍納米孔(例如，見圖4)。
[0016]根據(jù)所說明的實(shí)施例，納米孔隔膜102可以進(jìn)一步包括靠近電極106的絕緣層115、靠近絕緣層115并且經(jīng)介質(zhì)121與控制單元109通信的第二電極107、靠近第二電極107的第二絕緣層116，而且可以包括靠近第二絕緣層116并且經(jīng)介質(zhì)122與控制單元109通信的第三電極108。絕緣層可以由任何合適的絕緣體形成，絕緣體包括例如二氧化硅。電極可以由任何合適的導(dǎo)電材料或金屬形成。
[0017]作為說明，圖1繪出了用于把帶電實(shí)體或帶電分子113從分子儲(chǔ)存器部分103(在納米孔的前面)遷移到目標(biāo)溶液部分104 (在納米孔的后面)的設(shè)備100的布置。隔膜102形成為被絕緣層115和116隔開的電極106、107、108的堆疊。每個(gè)電極的電勢(shì)(V1' V2和V3)由控制單元109獨(dú)立設(shè)置。電極106和107在本文中被稱為鎖定電極。電極108在本文中被稱為反電極或檢測(cè)器電極。％、V2和V3是電極106、107、108各自的電壓。
`[0018]部分103和104由納米孔隔膜102中的納米孔105連接。通過例如在電極之間創(chuàng)建電勢(shì)差，鎖定電極(例如，106和107)能夠在納米孔105內(nèi)部創(chuàng)建靜電勢(shì)壘114，以便阻止流經(jīng)納米孔105。
[0019]控制單元109經(jīng)電通信介質(zhì)123向部分103中的電極110提供偏置電壓(V。)，并且經(jīng)電通信介質(zhì)124向部分104中的電極111提供偏置電壓(Vt)。電極110和111被稱為拖動(dòng)電極。拖動(dòng)電極可以由任何合適的導(dǎo)電材料或金屬形成，包括銀。拖動(dòng)電極可以在各自部分103和104中的空間內(nèi)固定，或者可以位于相對(duì)靠近納米孔105的入口和出口。拖動(dòng)電極可以被偏置，迫使帶電分子113移動(dòng)通過納米孔105。
[0020]帶電分子113可以例如最初位于分子儲(chǔ)存器部分103中。電壓差Nt-Nc (拖動(dòng)電壓)把帶電分子朝部分104吸引?？刂茊卧?09檢測(cè)納米孔105內(nèi)部帶電分子的通過。檢測(cè)可以通過例如測(cè)量拖動(dòng)電極110和111、鎖定電極106和107和/或反電極108之間的離子電流變化來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)一種示例實(shí)施例，通過檢測(cè)是通過檢測(cè)反電極108處的電壓或電流變化來使其容易進(jìn)行的。根據(jù)其它示例實(shí)施例，通過檢測(cè)是通過單獨(dú)地或者與來自反電極108的測(cè)量組合地進(jìn)行拖動(dòng)電極110與拖動(dòng)電極111之間的測(cè)量來使其容易進(jìn)行的。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，測(cè)量也可以利用鎖定電極、反電極和拖動(dòng)電極的任意組合來進(jìn)行。
[0021]在分子在納米孔105中通過之后或者之前，鎖定電壓施加到鎖定電極(例如，106、107)，以便創(chuàng)建勢(shì)壘114。勢(shì)壘114可以按棘輪方式振蕩，通過對(duì)鎖定電極106和107施加依賴時(shí)間的電壓偏置，迫使個(gè)別帶電分子順序通過納米孔105。在期望數(shù)量的帶電分子通過之后，拖動(dòng)電極110和111的偏置電壓可以除去。拖動(dòng)電極與鎖定電極可以獨(dú)立地控制，或者可以并行控制，例如，通過利用至少一個(gè)振蕩控制信號(hào)的施加使用簡(jiǎn)單的邏輯門。
[0022]如所說明的，三個(gè)電極在隔膜102的電極堆疊中使用。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在其它實(shí)施例中，可以使用一個(gè)或多個(gè)鎖定電極。在其中使用單個(gè)鎖定電極的實(shí)施例中，勢(shì)壘是作為鎖定電極電壓的結(jié)果創(chuàng)建的。例如，具有0.4V電壓的鎖定電極可以在周圍環(huán)境中創(chuàng)建
0.8V中性電壓或拖動(dòng)電壓的勢(shì)壘。此外，通過使用通過納米孔長(zhǎng)度堆疊的多個(gè)電極，可以產(chǎn)生多個(gè)勢(shì)壘。
[0023]在圖1中，鎖定電極106、107和108示為具有圓柱形的幾何形狀(例如，具有通過其的洞的金屬平面)。但是，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，鎖定電極和拖動(dòng)電極的幾何形狀可以變化。作為例子，一種示例實(shí)施例可以每層包括兩個(gè)電極，每個(gè)電極占用中心帶洞的半個(gè)平面的一部分。
[0024]如所說明的，示例實(shí)施例可以包括控制單元109。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，其它實(shí)施例可以包括一個(gè)或多個(gè)控制單元。例如，控制單元可以包括連接到具有專用集成電路(ASIC)的專用板的計(jì)算機(jī)，其中該專用板連接到設(shè)備。例如，控制單元還可以通過納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)與設(shè)備集成，其中納流控部分(例如，帶電分子的儲(chǔ)存器)可以與電子產(chǎn)品(例如，控制單元)結(jié)合?？刂茊卧哑秒妷菏┘拥酵蟿?dòng)電極，把帶電分子從儲(chǔ)存器的分子儲(chǔ)存器部分吸引到儲(chǔ)存器的目標(biāo)溶液部分，并且向每個(gè)鎖定電極施加依賴時(shí)間的或者振蕩的電壓，以便產(chǎn)生靜電勢(shì)壘，其中靜電勢(shì)壘控制個(gè)別帶電分子通過納米孔。
[0025]而且，在本發(fā)明的一種示例實(shí)施例中，控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)納米孔中帶電分子進(jìn)入的檢測(cè)，并且更改來自鎖定電極的依賴時(shí)間的電壓。
[0026]而且，在本發(fā)明的`一種或多種實(shí)施例中，控制單元可以實(shí)現(xiàn)一種或多種動(dòng)作的重復(fù)。此類動(dòng)作可以包括，例如，從拖動(dòng)電極減少或除去偏置電壓，及向每個(gè)鎖定電極增加或重新施加依賴時(shí)間的電壓，以便以棘輪方式創(chuàng)建并操縱靜電勢(shì)壘。此類重復(fù)的動(dòng)作還可以包括，例如，執(zhí)行目標(biāo)溶液的一種或多種特征化行為，包括個(gè)別分子計(jì)數(shù)與溶解、從每個(gè)鎖定電極和靜電勢(shì)壘減少或除去依賴時(shí)間的電壓，及向拖動(dòng)電極增加或重新施加偏置電壓，以便把帶電分子從分子儲(chǔ)存器103遷移到目標(biāo)溶液104。
[0027]在本發(fā)明的說明性實(shí)施例中，控制單元實(shí)現(xiàn)了以上步驟的重復(fù)，直到達(dá)到目標(biāo)溶液的期望或目標(biāo)成分。
[0028]盡管以上被說明和描述為包括單個(gè)勢(shì)壘，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，勢(shì)壘的數(shù)量可以改變，以便進(jìn)一步提高示例實(shí)施例的分子分配準(zhǔn)確度。例如，圖2是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例說明實(shí)現(xiàn)了多個(gè)勢(shì)壘的分子分配器設(shè)備的橫截面的圖。
[0029]設(shè)備200包括控制單元209和與該控制單元通信的納米孔隔膜202。納米孔隔膜202定義了至少一個(gè)延伸通過其的納米孔205。納米孔隔膜202包括布置在其中、經(jīng)介質(zhì)220、221、222、230、231和232 (例如，通道或電線)與控制單元209通信的電極206,207,208、241、242和243。每個(gè)電極進(jìn)一步定義延伸通過其的納米孔205。例如，電極可以是基本上平面的，具有定義納米孔205的基本上圓形的洞。因而，納米孔205的內(nèi)部尺寸可以基本上是圓柱形的，電極包繞著納米孔(例如，見圖4)。[0030]根據(jù)所說明的實(shí)施例，納米孔隔膜202可以進(jìn)一步包括布置在相鄰電極之間的絕緣層215、216、217、218和219，形成與圖1有些相似的電極堆疊。絕緣層可以由任何合適的絕緣體形成，包括例如二氧化硅。電極可以由任何合適的導(dǎo)電材料或金屬形成。
[0031]作為說明，圖2繪出了用于與設(shè)備100相比更加準(zhǔn)確地把帶電分子213從分子儲(chǔ)存器部分203 (在納米孔的前面)遷移到目標(biāo)溶液部分204 (在納米孔的后面)的設(shè)備200的布置。每個(gè)電極的電勢(shì)(V。V2, V3> V4, V5和V6)由控制單元209獨(dú)立地設(shè)置。電極206、207,241和242在本文中被稱為鎖定電極。電極208和243在本文中被稱為反電極或檢測(cè)器電極。此外，電極206、207和208可以成組并且被稱為第一組棘輪/鎖定電極251，而電極241、242和243可以成組并且被稱為第二組棘輪/鎖定電極252。
[0032]部分203和204由納米孔隔膜202中的納米孔205連接。通過例如在電極之間創(chuàng)建電勢(shì)差，鎖定電極(例如，206、207、241和242)能夠在納米孔205內(nèi)部創(chuàng)建靜電勢(shì)壘214和244，以便阻止流經(jīng)納米孔205。
[0033]控制單元209經(jīng)電通信介質(zhì)223向部分203中的電極210提供偏置電壓(V。)，并且經(jīng)電通信介質(zhì)224向部分204中的電極211提供偏置電壓(Vt)。電極210和211被稱為拖動(dòng)電極。拖動(dòng)電極可以由任何合適的導(dǎo)電材料或金屬形成，包括銀。拖動(dòng)電極可以在各自部分203和204中的空間內(nèi)固定，或者可以位于相對(duì)靠近納米孔205的入口和出口。拖動(dòng)電極可以被偏置，迫使帶電分子213運(yùn)動(dòng)通過納米孔205。
[0034]帶電分子213可以例如最初位于分子儲(chǔ)存器部分203中。電壓差Vt_V。(拖動(dòng)電壓)把帶電分子朝部分204吸引。控制單元209檢測(cè)納米孔205內(nèi)部帶電分子的通過。檢測(cè)可以通過例如測(cè)量拖動(dòng)電極210和211、鎖定電極206、207、241、242和/或反電極208和243之間的離子電流變化來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)一種示例實(shí)施例，通過檢測(cè)是通過反電極208和243來使其容易進(jìn)行的。根據(jù)其它示例實(shí)施例，通過檢測(cè)是通過單獨(dú)地或者與來自反電極208和241的測(cè)量組合地進(jìn)行拖動(dòng)電極210與拖動(dòng)電極211之間的測(cè)量來使其容易進(jìn)行的。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，測(cè)量也可以利用鎖定電極、反電極和拖動(dòng)電極的任意組合來進(jìn)行。
`[0035]在分子在納米孔205中通過之后或者之前，鎖定電壓施加到鎖定電極，以便創(chuàng)建勢(shì)壘214。勢(shì)壘214可以按棘輪方式振蕩，通過對(duì)第一組棘輪/鎖定電極251施加依賴時(shí)間的電壓偏置，迫使個(gè)別帶電分子順序通過納米孔205。在單個(gè)帶電分子通過反電極208之后，依賴時(shí)間的電壓偏置可以施加到第二組棘輪/鎖定電極252，同時(shí)鎖定電壓施加到鎖定電極206和207。以這種方式，單個(gè)帶電分子可以通過勢(shì)壘的雙棘輪布置，由此，與設(shè)備100相比，關(guān)于單個(gè)分子通過納米孔，提高了設(shè)備200的效率。
[0036]在期望或目標(biāo)數(shù)量的分子通過納米孔205之后，拖動(dòng)電極210和211的偏置電壓可以除去。拖動(dòng)電極與鎖定電極(例如，個(gè)別的棘輪電極集合)可以獨(dú)立地控制，或者可以并行控制，例如，通過利用至少一個(gè)振蕩控制信號(hào)的施加使用簡(jiǎn)單的邏輯門。根據(jù)本發(fā)明的一種不例實(shí)施例，施加至少兩個(gè)振蕩信號(hào)，第一個(gè)振蕩信號(hào)施加到第一組棘輪/鎖定電極251,而第二個(gè)振蕩信號(hào)施加到第二組棘輪/鎖定電極252。根據(jù)這種實(shí)施例,第一和第二振蕩信號(hào)的頻率可以不同，其中一個(gè)工作在更高的頻率。
[0037]為了更好地理解用于以棘輪方式振蕩的勢(shì)壘的創(chuàng)建，提供了圖3。圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例說明依賴時(shí)間的電壓的示例應(yīng)用的圖。作為說明，圖3繪出了圖1中所說明設(shè)備布置的三個(gè)位置，鎖定位置310、移動(dòng)位置311和鎖定位置312。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，相同的電壓偏置信息很容易擴(kuò)展到圖2的雙棘輪布置。如所示出的，電極106的偏置電壓301從一個(gè)正值振蕩到一個(gè)較低的值，而電極107的偏置電壓302從中性值振蕩到一個(gè)正值，以便禁用勢(shì)壘114。另外，偏置電壓對(duì)電極110和111的穩(wěn)定施加(例如，電壓303-304)導(dǎo)致迫使帶電粒子朝著納米孔移動(dòng)并移動(dòng)通過納米孔的穩(wěn)定靜電力，僅通過電壓301和302的振蕩迫使其到達(dá)鎖定位置。
[0038]應(yīng)當(dāng)很容易認(rèn)識(shí)到，盡管單獨(dú)地進(jìn)行了描述，但是納米孔可以組合使用，例如像在如圖4中所說明的納米濾網(wǎng)中。如所示出的，濾網(wǎng)400包括納米孔隔膜402，隔膜402包括多個(gè)納米孔105，每個(gè)納米孔105都在獨(dú)立或組合控制單元的控制之下。作為替代，納米孔濾網(wǎng)還可以包括不同設(shè)計(jì)的附加納米孔，例如，包括納米孔205。如所繪出的，濾網(wǎng)400在儲(chǔ)存器403與404之間提供屏障，使得對(duì)帶電分子113通過的非常精確的控制成為可能。
[0039]應(yīng)當(dāng)很容易認(rèn)識(shí)到，為了通過大小和電荷分離和組織分子，濾網(wǎng)400可以包括多個(gè)不同大小(例如，直徑、深度等)的納米孔。
[0040]應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，濾網(wǎng)400可以通過計(jì)數(shù)通過濾網(wǎng)400的對(duì)應(yīng)納米孔的分子使得對(duì)溶液的分子密度或數(shù)量有精確的確定。
[0041]應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，濾網(wǎng)400可縮放至同時(shí)且獨(dú)立工作的數(shù)百萬個(gè)納米孔，以便提供更快的結(jié)果。
[0042]應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，多個(gè)濾網(wǎng)400可以在用于分配分子的系統(tǒng)中使用。這多個(gè)濾網(wǎng)中的每個(gè)濾網(wǎng)可以配置成把不同類型的分子運(yùn)輸?shù)絾蝹€(gè)目標(biāo)溶液，由此方便復(fù)雜但準(zhǔn)確的分子混合物的形成。
[0043]應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，盡管特別地描述為只遷移帶電分子，但是具有凈電荷的聚合物膠囊也可以用于方便電中性有效載荷的遷移。
[0044]如上所述，通過讓分子化合物受限制地通過一個(gè)或多個(gè)納米孔，提供了顯著提高創(chuàng)建或測(cè)量溶液的準(zhǔn)確度的分子分配器。每個(gè)納米孔可以包括至少一個(gè)電極，其被配置成提供針對(duì)分子通過納米孔的靜電勢(shì)壘。此外，相鄰的儲(chǔ)存器，包括懸浮分子的分子儲(chǔ)存器和用于目標(biāo)溶液創(chuàng)建的目標(biāo)溶液儲(chǔ)存器，可以被電偏置，使得來自分子儲(chǔ)存器的分子被迫朝著一個(gè)或多個(gè)納米孔運(yùn)動(dòng)并移動(dòng)通過一個(gè)或多個(gè)納米孔。而且，對(duì)至少一個(gè)電極棘輪施加依賴時(shí)間的電壓提供了以個(gè)別、順序的方式把分子從分子儲(chǔ)存器運(yùn)輸?shù)侥繕?biāo)溶液儲(chǔ)存器的棘輪動(dòng)作。
[0045]下文中，參考圖5-6來描述分子分配方法的更具體描述。
[0046]轉(zhuǎn)向圖5，方法500包括在方框501跨分子分配器的拖動(dòng)電極施加拖動(dòng)電壓。拖動(dòng)電壓可以是適合迫使懸浮分子運(yùn)動(dòng)通過納米孔的任何量的電壓。分子分配器可以是包括控制單元和至少一個(gè)布置成遷移分子的納米孔的任何合適的分配器。拖動(dòng)電極可以懸浮在相鄰的溶液儲(chǔ)存器(例如分子儲(chǔ)存器和目標(biāo)溶液儲(chǔ)存器)當(dāng)中，而且可以被控制單元偏置。
[0047]方法500進(jìn)一步包括在方框502跨分子分配器的鎖定電極施加鎖定電壓。鎖定電壓可以是大于或等于周圍靜電勢(shì)的電壓偏置，例如，使得鎖定電壓的施加在鎖定電極附近和納米孔中形成靜電勢(shì)壘，該靜電勢(shì)壘阻止分子遷移通過納米孔(例如，見圖3)。
[0048]方法500進(jìn)一步包括在方框503中確定目標(biāo)溶液儲(chǔ)存器中是否需要更多的分子。如果需要更多的分子，則方法500包括在方框505跨鎖定電極施加移動(dòng)/棘輪電壓。棘輪電壓可以是足以允許分子行進(jìn)的電壓偏置，或者是配置成推動(dòng)分子通過納米孔的一部分的電壓偏置。方法500進(jìn)一步包括在方框506檢測(cè)分子通過至少一個(gè)納米孔。例如，檢測(cè)可以通過檢測(cè)跨拖動(dòng)電極的電壓變化通過控制單元和/或通過使用圍繞納米孔布置的反電極來方便其進(jìn)行。其后，該方法返回方框502進(jìn)行附加的棘輪，如以上所描述的。
[0049]如果在方框503確定不再需要更多的分子，則在方框504目標(biāo)溶液可以被提取或另作他用。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，分子分配的這種方法也是可逆的，用于通過逆電壓偏置的施加從目標(biāo)溶液儲(chǔ)存器除去分子。而且，還應(yīng)當(dāng)理解，方框503很容易用任何合適的決定代替，例如，是否使用分子分配器作為一種分析工具來計(jì)數(shù)從分子儲(chǔ)存器可以獲得的分子。
[0050]如上所述，分子分配器不限于具有單組棘輪/鎖定電極的納米孔的分配器。例如，根據(jù)有些示例實(shí)施例(例如，圖2)，納米孔可以包括兩組或更多組棘輪/鎖定電極。
[0051]轉(zhuǎn)向圖6，說明了分配分子的方法。方法600包括在方框601跨分子分配器的拖動(dòng)電極施加拖動(dòng)電壓。拖動(dòng)電壓可以是適合用于迫使懸浮分子運(yùn)動(dòng)通過納米孔的任何量的電壓。分子分配器可以是包括控制單元和至少一個(gè)布置成遷移分子的納米孔的任何合適的分配器(例如，分配器200 )。拖動(dòng)電極可以懸浮在相鄰的溶液儲(chǔ)存器中，例如，分子儲(chǔ)存器和目標(biāo)溶液儲(chǔ)存器中，而且可以被控制單元偏置。
[0052]方法600進(jìn)一步包括在方框602以第一頻率操作第一組鎖定電極(例如，以第一振蕩電壓)，并且在方框603以第二頻率操作第二組鎖定電極(例如，以第二振蕩電壓)。操作第一組鎖定電極包括以第一頻率對(duì)第一組鎖定電極執(zhí)行方法步驟502-506。例如，通過來自處于第一頻率的第一鎖定電壓和第一棘輪電壓的振蕩。類似地，以第二頻率操作第二組電極包括以第二頻率對(duì)第二組鎖定電極執(zhí)行方法步驟502-506。例如，通過來自處于第二頻率的第二鎖定電壓和第二棘輪電壓的振蕩。根據(jù)一種示例實(shí)施例，第一頻率和第二頻率是相同的頻率。根據(jù)另一種示例實(shí)施例，第一頻率和第二頻率不同。根據(jù)另一種示例實(shí)施例，第一頻率小于第二頻率。根據(jù)另一種示例實(shí)施例，第一頻率和第二頻率是異相的，使得如果第二組鎖定電極打開的話(例如，沒有施加勢(shì)壘)，則第一組鎖定電極是鎖定的，而且反之亦然。
[0053]回過頭來看圖6，方`法600進(jìn)一步包括在方框604中確定目標(biāo)溶液儲(chǔ)存器中是否需要更多的分子。如果不需要更多的分子，則在方框605目標(biāo)溶液可以被提取或另作他用。
[0054]應(yīng)當(dāng)指出，本文所使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定的實(shí)施例而不是要作為本發(fā)明的限制。如所本文所使用的，除非上下文明確地另外指出，否則單數(shù)形式“一個(gè)”和“這個(gè)”是要也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)在本說明書使用時(shí)，術(shù)語“包括”和/或“包含”指定了所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或部件的存在，但是并不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、部件和/或其組的存在或添加。
[0055]以下權(quán)利要求中所有方式或步驟加功能元素的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作及等價(jià)物都是要包括用于如所要求保護(hù)那樣結(jié)合其它所要求保護(hù)的元素執(zhí)行所述功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或行為。已經(jīng)為了說明和描述給出了本發(fā)明的描述，但這不是詳盡的或者要把本發(fā)明限定到所公開的形式。在不背離本發(fā)明范圍與主旨的情況下，許多修改和變化對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都將是顯而易見的。實(shí)施例的選擇和描述是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)踐應(yīng)用，并使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明具有適于預(yù)期特定使用的各種修改的各種實(shí)施例。
[0056]本文所繪出的流程圖僅僅是一個(gè)例子。在不背離本文主旨的情況下，對(duì)這個(gè)圖或者其中所述的步驟(或操作)可以有許多變化。例如，步驟可以按不同的次序執(zhí)行或者步驟可以添加、刪除或修改。所有這些變體都被認(rèn)為是要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。
[0057]盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，現(xiàn)在和未來本領(lǐng)域技術(shù)人員都可以進(jìn)行屬于以下權(quán)利要求范圍的各種改進(jìn)和增強(qiáng)。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是維護(hù)對(duì)首先描述的發(fā)明的恰當(dāng)保護(hù)。`
【權(quán)利要求】
1.一種用于分配帶電粒子的方法，包括: 施加偏置電壓，以便促進(jìn)帶電分子通過納米孔的運(yùn)動(dòng)； 檢測(cè)至少一個(gè)帶電分子通過該納米孔；及 操縱納米孔內(nèi)部的靜電勢(shì)壘，從而阻止附加帶電分子移動(dòng)通過該納米孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中操縱靜電勢(shì)壘包括振蕩該靜電勢(shì)壘。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中檢測(cè)至少一個(gè)帶電分子的通過包括測(cè)量拖動(dòng)電極之間離子電流的變化。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中檢測(cè)至少一個(gè)帶電分子的通過包括測(cè)量布置在納米孔附近的反電極處的電壓或電流的變化。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中振蕩靜電勢(shì)壘包括: 跨布置在納米孔附近的鎖定電極施加鎖定電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中鎖定電壓與偏置電壓有相同的極性。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中振蕩靜電勢(shì)壘進(jìn)一步包括:` 確定是否有更多分子應(yīng)當(dāng)被分配；及 響應(yīng)于該確定，跨鎖定電極施加棘輪電壓。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中振蕩靜電勢(shì)壘包括: 在鎖定電壓與棘輪電壓之間振蕩跨布置在納米孔附近的鎖定電極的電壓。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括: 振蕩納米孔內(nèi)部的第二靜電勢(shì)壘，其中第二靜電勢(shì)壘阻止帶電分子移動(dòng)通過納米孔，而且其中第二靜電勢(shì)壘布置成與所述靜電勢(shì)壘隔開。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中: 振蕩所述靜電勢(shì)壘包括跨布置在納米孔附近的第一組鎖定電極施加第一鎖定電壓；及 振蕩第二靜電勢(shì)壘包括跨布置在納米孔附近的第二組鎖定電極施加第二鎖定電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中第一鎖定電壓與偏置電壓有相同的極性，而且其中第二鎖定電壓與偏置電壓有相同的極性。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中: 振蕩所述靜電勢(shì)壘進(jìn)一步包括跨第一組鎖定電極施加第一棘輪電壓；及 振蕩第二靜電勢(shì)壘進(jìn)一步包括跨第二組鎖定電極施加第二棘輪電壓。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中: 振蕩所述靜電勢(shì)壘進(jìn)一步包括在第一鎖定電壓與第一棘輪電壓之間振蕩跨布置在納米孔附近的第一組鎖定電極的電壓；及 振蕩第二靜電勢(shì)壘包括在第二鎖定電壓與第二棘輪電壓之間振蕩跨布置在納米孔附近并且與第一組鎖定電極隔開的第二組鎖定電極的電壓。
14.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括: 振蕩納米孔內(nèi)部的第二靜電勢(shì)壘，其中該第二靜電勢(shì)壘阻止帶電分子移動(dòng)通過納米孔，而且其中該第二靜電勢(shì)壘與所述靜電勢(shì)壘異相振蕩。
15.—種分子分配器,包括: 分子儲(chǔ)存器，包括多個(gè)帶電分子； 分子儲(chǔ)存器附近的納米孔，該納米孔包括配置成在其中建立靜電勢(shì)壘的第一組鎖定電極； 布置在分子儲(chǔ)存器中的第一拖動(dòng)電極；及 控制單元，其中該控制單元配置成跨第一組鎖定電極施加振蕩電壓并且向第一拖動(dòng)電極施加偏置電壓，以控制個(gè)別帶電分子從分子儲(chǔ)存器流經(jīng)納米孔。
16.如權(quán)利要求15所述的分子分配器，其中納米孔進(jìn)一步包括配置成在其中建立第二靜電勢(shì)壘的第二組鎖定電極。
17.如權(quán)利要求16所述的分子分配器，其中控制單元進(jìn)一步配置成跨第二組鎖定電極施加第二振蕩電壓，以控制個(gè)別帶電分子從分子儲(chǔ)存器流經(jīng)納米孔。
18.如權(quán)利要求16所述的分子分配器，其中第一組鎖定電極和第二組鎖定電極每組都包括: 第一電極； 第一電極附近的絕緣層；及 絕緣層附近的第二電極。
19.如權(quán)利要求18所述的分子分配器，其中第一組鎖定電極和第二組鎖定電極二者的第一電極、絕緣層和第二電極基本上都是平面的而且堆疊形成納米孔隔膜。
20.如權(quán)利要求18所述的分子分配器，其中第一組鎖定電極和第二組鎖定電極每組都進(jìn)一步包括: 第二電極附近的第二絕緣層；及 第二絕緣層附近的反電極，其中該反電極配置成檢測(cè)帶電分子通過納米孔。
21.如權(quán)利要求15所述的分子分配器，其中納米孔進(jìn)一步包括配置成檢測(cè)帶電分子通過納米孔的反電極。
22.如權(quán)利要求15所述的分子分配器，其中第一組鎖定電極包括: 第一電極； 第一電極附近的絕緣層 '及 絕緣層附近的第二電極。
23.如權(quán)利要求19所述的分子分配器，其中第一電極、絕緣層和第二電極基本上都是平面的而且堆疊形成納米孔隔膜。
24.如權(quán)利要求15所述的分子分配器，進(jìn)一步包括納米孔附近的目標(biāo)溶液儲(chǔ)存器，該目標(biāo)溶液儲(chǔ)存器配置成接收通過納米孔遷移的帶電分子。
【文檔編號(hào)】C02F1/40GK103562138SQ201280026280
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】阿賈伊·K·羅伊尤魯 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司