CN101225436A - 一种合成的固体侧向纳米孔 - Google Patents

Abstract

本发明为“一种合成的固体侧向纳米孔”，涉及一种由绝缘晶体材料研制成的纳米孔，由纳米孔、样品进出通道、样品存储池和回收池等组成。其特征是：制作该侧向纳米孔不但成品率高，而且成本低；纳米孔的孔径为1.5－10纳米、孔厚为亚纳米，纳米孔与样品的进出通道等完整地连接为一体；在分析样品的特性时，本发明能够对样品进行操纵，能够保证生物样品分子DNA等在进入纳米孔前和离开后的伸展性，保证DNA分子单个、有序、匀速地进入、穿越、离开纳米孔。为合成这种新型侧向纳米孔，本发明首先采用聚焦离子束或高能细束电子束等在高电绝缘性能的晶体材料平整光洁的表面上刻蚀出开口的纳米孔、样品进出通道以及样品池等，再利用阳极键合技术密封成完整的侧向纳米孔。本发明的关键部件纳米孔的孔径大小由能量束刻蚀绝缘材料的分辨率、能量束的移动精度、能量束的漂移、绝缘材料的表面平均粗糙度、以及阳极键合技术等所决定。本发明提供的侧向纳米孔，本身既可以作为一种独立的分子分析用芯片，又能够方便地与其它分子分析用芯片集成形成功能更加强大的新系统。它能够用来操纵单个分子，能够准确、高效、经济地应用于基因(DNA分子)的超快速测序；能够应用于生物分子多种特性的分析；能够应用于纳米级大小药物分子的多种特性分析。

Description

一种合成的固体侧向纳米孔

技术领域

本发明涉及一种新型的由绝缘固体材料加工成的侧向纳米孔，包括一个纳米孔、样品进出通道、样品存储池和回收池等部分。其特点是制作该侧向纳米孔能够有效地重复，并能够有效地控制纳米孔的孔径和孔厚，孔厚能够达到亚纳米尺寸。该侧向纳米孔既能够作为一个完整芯片，独立地应用于生物医学分子等的分析研究，又便于集成在各种生物医学芯片上组成功能更好的芯片，发挥作用。该侧向纳米孔能够应用于基因的超快速侧序；能够应用于其它生物单分子(RNA、蛋白质分子等)的筛选、分离、计数和特性的分析；能够应用于纳米量级大小的药物分子的筛选、分析等；能够与其它基因芯片、蛋白质芯片等生物芯片、以及PCR技术等结合集成为更有效的无干扰、无污染的生物医学用芯片；能够应用于物理学、化学、材料学、生物学等基础学科研究，也能够广泛地应用于分子生物学、基因组学、蛋白质组学、临床医学、药物学等领域。

背景技术

人类基因组计划的成功实施，为人类从基因层次认识生命的活动规律、进行个性化医疗保健、疾病预防、疾病诊断、以及疾病治疗等奠定了基础^1-2。目前常用的基因测序技术主要是“Sanger方法”和“shotgun方法”^3-4。Sanger方法是上世纪70年代Frederick Sanger发明的，该测序方法在“人类基因组计划”实施中被广为采用，是今天大部分测序方法的基础。在这种测序方法中，DNA分子首先经过多次复制，制造出足够多数量的DNA片断；然后，在这些片断的末端，加上带有荧光标记的终止碱基；再后来，通过电泳技术，将这些片断根据分子大小的不同进行分离；最后，由荧光监测仪读出每个片断末端标记的荧光信号，并将荧光信号转化为原始链上对应的碱基序列。Shotgun方法是Craig Venter和其同事们创造的，其基本原理是在基因组按染色体分开后，将其全部打乱，切成碎片，进行随机测序，测序后再将它们拼接起来。该方法将大量工作交给了计算机处理，提高了测序工作的速度，但同时对计算的方法和设备要求却非常苛刻。最近，美国“454生命科学公司”的Jonathan Rothberg与其同事发明了一种基因测序方法，即，焦磷酸测序法^5-6，该测序技术的关键是从最初的DNA片段增殖到基因组排序完成的整个过程都使用了微流控芯片技术，整个过程是完全自动的，能够同时分析数千个DNA分子，每小时能够识别6.7万个碱基。

以上所述的这些方法，其基因测序的基本原理和方法都是先“分段”、再“测序”，最后“拼接”。使用这些技术对一种生物的基因进行完全测序，其花费是十分昂贵的，所用时间也是很漫长的！例如，采用上述最新技术“454方法”，绘制出一个人的基因组中的全部碱基对需要100多天；更不用说“Sanger法”花费了15年时间、数十亿美元才完成了第一份人类基因组草图。因此，探讨与研制新的测序方法，提高测序速度、降低测序成本，是人类基因组计划的成果能够真正得到推广应用、造福人类所不可避免的重要任务，也是基因组计划以及蛋白质组计划等发展的必要。

组成基因的基本成分是脱氧核糖核酸(DNA)，所有生物的DNA都是由具有相同的磷酸根分子、核糖分子、以及一个不同的碱基(腺嘌呤(A)，鸟嘌呤(G)，胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T))组成的核苷酸分子按照一定的排列顺序组合而成的，这四种核苷酸分子的空间结构不同、体积大小上也有差异。所谓的基因测序就是检测确定四种核苷酸分子(碱基)的组合排列顺序。

1990年代末期，哈佛大学的Daniel Branton教授、Jene Golovchenko教授、以及加利福尼亚大学的Dave Deamer教授共同提出了一项全新的技术来鉴别DNA分子上的单个碱基的排列顺序7-8。他们的具体方法是以组成DNA分子的4个亚单元嘌呤和嘧啶的大小和物理性质存在的差别为基础，进而将这种差别转变成可以检测的信号，进行测序。当一条单链的DNA分子在缓冲液中通过一个直径为1.5纳米的小孔时，会导致小孔的电导率发生波动，每一种类型的核苷酸所产生的电导变化有微弱的差别，利用这些差别就能够鉴定核苷酸的类型。纳米孔测序技术是一种安全的、廉价的、超快速的DNA测序新技术，预计能够在一天时间、甚至更少的时间内完全鉴定被测对象任意一位人的整个基因排序；而且，其花费也是相当低廉的，目标是少于1000美金。

纳米孔测序技术涉及到的最为关键的元件是孔径合适的绝缘固体纳米孔。最近一段时间，Jiali Li，Storm A J，以及Chih Jen Lo等科研小组分别报道了他们各自采用不同方法所研制的孔径小到2纳米左右的固体纳米孔^9-11，并利用他们研制的纳米孔进行了相关的检测寡核苷酸分子链的实验。他们研制纳米孔的方法和原理主要是利用离子束或电子束分阶段轰击绝缘材料，利用溅射效应等刻蚀出纳米孔。他们的生物学实验结果表明，利用纳米孔测序技术能够实现对穿越纳米孔的不同寡核苷酸分子链的鉴别。事实上，科研人员也利用α-溶血素蛋白质纳米孔进行了寡核苷酸分子链的测序实验，结果也支持该纳米孔测序方法^12-13。

目前利用现有的方法所研制的纳米孔，都是单独存在的、而且是正向的，即，这些纳米孔基本上全都是被制作在一块面积较大的绝缘固体薄膜的中心，即使蛋白质α-溶血素纳米孔也是被安置在一块面积较大的绝缘平面上。在鉴别寡核苷酸分子链的实验中，所有实验都是利用纳米孔将两个容积较大的样品池拼接起来，样品池内接上偏压电极，进行相关的测序实验^9-16。这样的纳米孔技术在应用中要受到许多限制，存在一些严重的缺陷。这样单单的一个纳米孔，必须和其它部件结合使用，即使在实验室，操作也是非常困难的。另外，这些方法所研制的纳米孔，其制作成功的比率并不高。而且，这些纳米孔的孔厚普遍在10纳米左右，远大于单个核苷酸分子的大小尺寸0.3纳米，不能用来直接鉴别单个核苷酸分子，而要分辨出DNA分子中的一个核苷酸，需要重复上千次实验。更甚者，这样的纳米孔在实验中是和容积相对较大的样品池直接相连的，在测序过程中，一方面，稍微长一点的样品DNA分子在进入纳米孔之前并不是完全伸展开的，而是存在缠绕现象，另一方面，样品分子能否进入纳米孔，随机性是很大的，还有，样品分子进入、以及穿越纳米孔时的速度也是不均匀的，所有这些情况将导致：即使是同一DNA分子链穿越纳米孔，相同的核苷酸亚单元因所处的前后位置不同，其穿越纳米孔时引起的信号会不同；而且，同一DNA分子链在不同的实验中，由于进入纳米孔时其所处的伸展状态可能存在差异，其穿越纳米孔时引起的检测信号也可能不同，这样也势必会引起对探测信号所携带信息的误判，错误判断DNA的排序。同样的道理，现有的纳米孔测序实验，由于样品穿过纳米孔后，直接进入体积较大的样品回收池，而DNA分子在大容积的回收池内会很快收缩缠绕，这一情形会严重影响正在穿越纳米孔的DNA分子的伸展状态和速度，进而影响DNA分子穿越纳米孔时的检测信号，最终导致对基因序列的误判。

因此，发展一种行之有效的能够重复制作、而且孔径合适、孔厚小(小到亚纳米级厚度)的纳米孔，并使之能够很好地有效控制DNA分子进出纳米孔时的状态和速度，就是纳米孔测序技术所面临的关键问题。

本发明的目的就是为解决上述问题而发展的一种固体侧向纳米孔，该纳米孔能够操纵DNA分子单个有序地进入纳米孔，而且在进入纳米孔之前，就引导其伸展开来，并且匀速地进入、穿越、离开纳米孔，迅速准确地鉴定DNA分子的排列顺序。另外，本发明提供的侧向纳米孔也能够用于研究DNA分子的电导性等其它特性，能够广泛应用于其它生物分子如RNA、蛋白质、核糖、甚至细胞、药物分子等特性的分析研究。

发明内容

本发明的主要内容是提供一种能够应用于基因超快速测序的固体侧向纳米孔及其研制方法。本发明涉及的固体侧向纳米孔不仅仅是一个单独存在的纳米孔，而是集具有1.5-10纳米孔径以及亚纳米孔厚的纳米孔、样品进出通道、样品存储池和回收池等部件为一体的合成纳米孔，是一种新型的生物医药用芯片结构，本发明也能够与其它生物医学芯片结合，广泛应用于其它生物分子如RNA、蛋白质、核糖、甚至细胞、以及药物分子等的特性研究。

本发明首先采用聚焦离子束等精密加工仪器在绝缘晶体高度平整的表面上刻蚀出深度不大于10纳米的两个相切的纳米坑，形成具有亚纳米孔厚的开口纳米孔；然后继续在纳米孔两边分别刻蚀有足够长度、以及合适宽度的开口的进样通道和出样通道；接着在样品进出通道两边分别刻蚀出样品存储池和回收池；最后利用阳极键合技术封闭形成完整的侧向纳米孔。

本发明所提供的侧向纳米孔，将解决纳米孔测序技术中目前所急需解决的几项关键难题：解决研制纳米孔的良好重复制作性、成品率问题，解决纳米孔的小孔厚问题，解决DNA分子纳米孔测序技术中涉及到的被测样品进入纳米孔时可操纵、无纠缠问题，解决DNA分子在进入纳米孔之前呈伸展性问题，解决DNA分子在进入、穿越、离开纳米孔的匀速运动问题，解决纳米孔与进样通道、以及出样通道等的集成问题等。

根据上述原理和方法，本发明提供一种单分子分析用单通道侧向纳米孔(图1所示)。它主要由侧向纳米孔、进样通道、出进孔道、样品存储池、回收池等组成；其中，纳米孔的孔径可以小到1.5纳米、孔厚到亚纳米，样品进出孔道的前端和纳米孔孔径相同，根据实际需要，样品进出通道能够做得足够长，保证被测样品如DNA分子在进入和离开纳米孔时是伸展开的，是匀速运动的；另外，样品存储池和回收池上方有开孔，通过这些开孔，样品能够与外界电极和进取样仪器连接。

根据上述原理和方法，本发明提供一种简单的单分子分析用单通道侧向纳米孔(图5所示)。它是由纳米孔和样品进出孔道组成，其中，纳米孔的孔径可以小到1.5纳米左右、孔厚到亚纳米，进样孔道的前端和纳米孔孔径相同，根据需要，进出样品通道可以做得足够长；偏压电极可以集结在样品通道内，该纳米孔和其他生物芯片能够方便集成。事实上，这是第一种单通道侧向纳米孔的简化，没有包括样品存储池和回收池，方便与其它仪器部件集成。

根据上述原理和方法，本发明提供第三种单分子分析用单通道侧向纳米孔(图6所示)，适合于生物单分子分析用。它是由纳米孔、样品进出孔道、样品池等组成。其中，较大尺寸的进样孔道内和出样孔道内分布有均匀的圆柱，它们将保证生物样品如DNA、RNA等分子进出纳米孔时是伸展开、无纠缠的状态；被测样品DNA分子在进入、穿越、离开纳米孔时是匀速运动的；样品池有开孔与外界电极和进样、取样仪器连接。事实上，这也是第一种单通道侧向纳米孔一种发展。

根据上述原理和方法，本发明提供第四种单分子分析用多通道侧向纳米孔(图7所示)。它是由多个侧向的纳米孔及与其相连的样品进出孔道、样品池等组成，样品池有开孔与外界电极和进取样仪器连接。它是第一种或第三种单通道侧向纳米孔的发展，但在电极的分布方面有特殊的要求。该多通道侧向纳米孔能够高速、准确地对大量的样品分子进行平行分析。

附图说明

图1一种单通道固体侧向纳米孔示意图

图2单个开口的纳米孔示意图

图3开口纳米孔与样品进出沟道示意图

图4阳极键合技术密封纳米孔示意图

图5一种简单的单通道固体侧向纳米孔示意图

图6一种单通道生物分子分析用固体侧向纳米孔示意图

图7一种多通道固体侧向纳米孔示意图

具体实施方式

本发明提供的固体侧向纳米孔，是通过现代先进的微纳米精密加工仪器，采用具有高电绝缘性能和表面高度平整(表面平均粗糙度Ra≤0.1nm)的晶体材料加工而成的。本发明涉及的固体侧向纳米孔是将纳米孔与样品的进出通道侧向连通，并与样品存储池、回收池等整体性一次加工集成的，所包括的侧向纳米孔的孔径为1.5～10纳米、孔厚是亚纳米量级。

本发明实例之一：一种单通道固体侧向纳米孔

单通道侧向纳米孔如图1所示，由纳米孔(1-1)、进样通道(1-2)、出样通道(1-3)、样品回收池(1-4)、样品储蓄池(1-5)、样品提取孔(1-6)、电极插孔(1-7)、样品注入孔(1-8)等组成；(1-9)是密封盖子，阴影部分(1-10)代表研制材料氮化硅基底。其中，(1-6)、(1-7)、(1-8)是制作在密封盖子(1-9)上的，其它都是制作在(1-10)上表面的。

图2是加工开口纳米孔的示意图，其中(A)是剖面示意图，(B)是开口纳米孔俯视图。其研制过程可简单描述如下，首先采用聚焦离子束等精密加工仪器，调整离子枪射出的离子束(2-4)直径为～10纳米，离子束流为1～5pA，在具有高电绝缘性(10^-15欧姆·厘米)、高度平整(平均粗糙度R_a≤0.1nm、总面积为10mm×10mm)的晶体基底材料表面刻蚀出一个纳米坑(2-2)，其深度H精确控制在10纳米以内；然后，平行移动离子束发射枪如图2(A)所示的长度L，刻蚀出另外一个纳米坑(2-3)，调整聚焦离子束相关的工作参量，能够使前后两个纳米坑为点接触，刻蚀出开口的纳米孔(2-1)。例如，首先刻蚀出一个圆坑，圆坑深度为H(小于10纳米)，圆的半径设为R₁(离子束最小半径)；然后移动离子枪，使出射的离子束中心到上述圆心的距离为 $L=\sqrt{{R_1}^2-d^2}+\sqrt{R_2^2-d^2}$ (d是所需的纳米孔道半宽度，设为0.75纳米)，刻蚀另一个深度为H、半径为R₂的圆坑；两个圆坑相交叠处，就是最后的孔宽为1.5nm的开口纳米孔。

图3(A)是开口的纳米孔以及样品进出沟道示意图，其中(3-1)是纳米孔，(3-2)是进样通道，(3-3)是出样通道。利用聚焦离子束技术分别在纳米孔(2-1)的两边沿(2-2)、(2-3)刻蚀开口的进出样通道，在深度方向上，分阶段渐渐增大到100纳米；宽度方向上，渐渐增大到100-500纳米；特别地，必须保证有一段长度大于100微米(甚至更长)、宽度和深度都是10-30纳米的样品进出沟道直接与纳米孔相连。关于沟道的长度，根据测试样品的不同，可以长到几个毫米甚至更长，此时，沟道宽度可以逐渐增大到100微米，为了快速制作，可以采用电子束直写系统进行刻蚀。图3(B)所示的进样沟道与图3(A)相比较，有分布均匀的圆柱阵列(3-4)，这是沟道宽度比较大时的情况，一般应大于5微米。这些阵列圆柱障碍物将保证生物分子在其中运动时是处于拉伸状态。其中，圆柱直径为500-1000纳米、间距为50-100纳米，这些圆柱可以通过反应离子束、电子束直写系统等技术实现。

图4所示是采用阳极键合技术将绝缘材料基底(4-6)上的开口纳米孔、进样沟道和出样沟道等利用派热克斯玻璃或氮化硅等密封盖子(4-5)密封，形成密封的侧向纳米孔、样品进出通道等。(4-7)是阳极键合技术所必需的扁平烤盘。孔径逐渐变化的微纳米细长的进样通道和出样通道将保证样品自由地、按顺序地匀速穿越纳米孔。其中，(4-1)是纳米孔，(4-2)是进样通道，(4-3)是出样通道，(4-4)是在进出样品通道内的沉积电极，利用聚焦离子束能够沉积白金Pt在样品进出沟道的底部。

图1所示的单通道侧向纳米孔，其制作过程包括以下4个步骤：

(1)在绝缘材料如氮化硅平整光滑的表面上刻蚀出两个相切的纳米坑，实现开口纳米孔，如图2所示。

(2)沿纳米孔的两边，分别刻蚀开口的进样沟道(1-2)和出样沟道(1-3)、以及样品存储池(1-5)和回收池(1-4)，在样品的进出沟道内或样品池中可以沉积偏压电极；样品存储池和回收池的大小，根据分析对象的不同，可以调整，一般可以为3mm×5mm。

(3)在密封盖材料上制作2对共4个小孔(1-6)、(1-7)和(1-8)，小孔的直径为1毫米，同一侧的两个小孔间距小于样品池的宽度，两对小孔之间的距离等于样品存储池和样品回收池之间的中心距；

(4)最后，调整好密封盖上小孔与纳米孔基底材料上样品池的位置，利用阳极键合技术将密封盖与开口纳米孔、样品进出沟道、样品池等的紧密封盖，形成完整的侧向纳米孔，如图4所示。

利用图1所示的单通道侧向纳米孔进行DNA分子的测序实验，其基本过程是：首先将适量的缓冲液通过样品注入孔(1-8)注入到样品存储池(1-5)内，由于液体的流动以及毛细管作用，缓冲液将连续通过进样通道(1-2)、纳米孔(1-1)、出样通道(1-3)，最后进入样品回收池(1-4)；然后，将样品DNA分子通过(1-8)注入到样品存储池内；再后，接通(1-7)的偏压，施加的电压差一般约为100毫伏，样品存储池和样品回收池所接通的电压极性，根据分析样品的不同，能够进行调整。例如分析样品为DNA分子时，可将样品存储池一边的电极接通为负极，这样，接通偏压后，DNA分子在外界电场力作用下，就向纳米孔方向移动。由于进样通道(1-2)从存储池到纳米孔之间，其孔径是逐渐减小直至到10-30纳米，而且该小尺寸孔径的孔道长度有足够长、大于被测生物样品DNA分子的长度，因此，在进样通道内移动的DNA分子，最后是单队排列、完全伸展开来、匀速进入纳米孔(1-1)的；当DNA分子穿过纳米孔，进入出样通道(1-3)后，也是完全伸展、无缠绕的，其移动的速度也是均匀的。这是由于出样通道也有一段足够长度的孔径为10-30纳米的通道与纳米孔直接相连。因此，进入、穿越、离开纳米孔(1-1)的DNA分子，在整个测试实验中，其运动过程都是匀速的、完全伸展开的。精确记录DNA分子组成成分中的不同亚单元核苷酸碱基穿越纳米孔(1-1)时引起的检测电流信号的差异，就能够准确鉴定DNA分子链的碱基排列顺序。

本发明实例之二：一种简单的单通道固体侧向纳米孔

如图5所示，由纳米孔(5-1)、进样通道(5-2)、出样通道(5-3)、电极(5-4)等组成；(5-5)是密封盖子，阴影部分(5-6)是绝缘材料加工基底。

本发明的制作原理和步骤与实例一基本相同，唯一不同的就是在制作过程中，不包括加工样品存储池(1-5)和回收池(1-4)。该发明同样必须保证有100微米长(根据分析对象不同，可能会更长)、宽度和深度都是10-30纳米的进样通道和出样通道，它们与纳米孔直接相连。样品进出通道中可以沉积电极，也可以不沉积电极。

该单通道侧向纳米孔在样品分析实验中的应用原理和步骤基本上也和实例一的应用相同。不过，本结构的单通道侧向纳米孔能够方便地与其它芯片、仪器相结合使用，进行分子样品特性的测试和分析。

本发明实例之三：一种生物分子分析用单通道固体侧向纳米孔

生物分子分析用单通道侧向纳米孔如图6所示，由纳米孔(6-1)、进样通道(6-2)、出样通道(6-3)、样品回收池(6-4)、样品储蓄池(6-5)、样品提取孔(6-6)、电极插孔(6-7)、样品注入孔(6-8)、以及进样通道内均匀分布的小圆柱阵列(6-9)等组成；(6-10)是密封盖子，(6-11)是绝缘材料加工基底。其中，(6-6)、(6-7)、(6-8)是制作在密封盖子(6-10)上的，其它都是制作在(6-11)上表面的。

本发明的制作原理和步骤与实例一基本相同，不相同的地方是在宽度比较大的进样通道、或出样通道内设置了均匀分布的小圆柱阵列，这些小圆柱的直径为500-1000纳米、圆柱间距为50-100纳米。均匀分布的小圆柱阵列将保证生物分子在穿越纳米孔的整个过程中是伸展开的，这些小圆柱阵列能够采用反应离子束或电子束直写系统等技术实现。该发明同样必须保证有100微米长(根据分析对象不同，可能会更长)、宽度和深度在都在10-30纳米的进样通道和出样通道分别与纳米孔直接相连。

该单通道侧向纳米孔在样品分析实验中的应用原理和步骤基本上和实例一的应用原理等相同。进样通道内均匀分布的小圆柱阵列，保证生物分子进入纳米孔时的完全伸展状态。

本发明实例之四：一种多通道固体侧向纳米孔

一种新型的多通道侧向纳米孔如图7所示。由多个均匀排列的纳米孔(7-1)、进样通道(7-2)、出样通道(7-3)、样品回收池(7-4)、样品储蓄池(7-5)、样品提取孔(7-6)、样品注入孔(7-7)、电极插入孔(7-8)等组成；(7-9)是密封盖子，(7-10)是绝缘材料加工基底。其中，(7-6)、(7-7)、(7-8)是制作在密封盖子(7-9)上的，其它都是制作在(6-10)上表面的。

本发明的制作原理和步骤与实例一基本相同，只是在步骤1-3中，刻蚀的不是单个的、而是阵列分布的开口纳米孔、样品进出沟道；样品的存储池和回收池也相应地增大，而且与每一个侧向纳米孔相对应的一对偏压电极集成在相应的样品进出通道中，并直接从密封盖子上引出。该发明同样必须保证有每一个侧向纳米孔都包含有100微米甚至更长、宽度和深度都是10-30纳米的进样通道和出样通道分别与各个纳米孔直接相连。

该多通道侧向纳米孔在样品分析实验中的应用原理和步骤基本上和实例一的应用原理等基本相同。本发明适合于对大量样品进行准确、安全、快速、高通量的并行分析。

以上叙述的仅是本发明示范性实施举例，本发明中侧向纳米孔的基本思想和亚单元基本结构及其研制方法，可以有多种变化和组合，它们由本发明的权利要求书加以限定。

Claims (23)

1.一种新型的固体侧向纳米孔，由纳米孔、样品进出通道、样品存储池和回收池、偏压电极等组成。侧向纳米孔的几何结构和物理化学性质等不随环境温度、湿度、酸碱度、电场、磁场等条件的变化而变化；它能够用来进行基因的超快速测序；能够用来筛选生物单分子(DNA、RNA、蛋白质等)、分析分子的特性；能够用来统计和分析纳米级大小药物分子的特性等。

2.一种新型的侧向纳米孔，其特征是包括一个密封的纳米孔，孔径为1.5～10纳米。

3.一种新型的侧向纳米孔，其特征是包括一个密封的纳米孔，孔厚为亚纳米。

4.根据权利要求1、2、3所述，其特征是该侧向纳米孔所使用的材料是具有很高电绝缘性的固体材料。

5.根据权利要求1、2、3所述，其特征是该侧向纳米孔为一生物医学用芯片结构。

6.根据权利要求1所述，其特征是该纳米孔芯片有与纳米孔侧向连通的进样通道。

7.根据权利要求1、5、6所述，其特征是进样通道的孔径，从与纳米孔相连处开始，由纳米尺寸逐渐增大。

8.根据权利要求1、5、6、7所述，其特征是直接与纳米孔相连的一段进样通道的孔径是10-30纳米、长度不小于100微米。

9.根据权利要求1所述，其特征是进样通道与样品存储池相连。

10.根据权利要求1所述，其特征是该纳米孔芯片有一条与纳米孔侧向连通的出样通道。

11.根据权利要求1、5、10所述，其特征是出样通道的孔径，从与纳米孔相连处开始，由纳米尺寸逐渐增大。

12.根据权利要求1、5、10、11所述，其特征是直接与纳米孔相连一段出样通道的孔径是10-30纳米、长度不小于100微米。

13.根据权利要求1所述，其特征是出样通道与样品回收池相连。

14.根据权利要求1、2、3、4、5所述，纳米孔两边为弧形结构；其特征研制方法是采用聚焦离子束或高能细束电子束等细能量束在绝缘晶体材料上刻蚀出两个相邻且相同的圆形纳米坑，使两个纳米坑在交叠处的宽度和深度等于所需纳米孔的孔径。然后在开口纳米孔的两边，继续刻蚀分别与两纳米坑相连的沟道、以及样品存放池和回收池；最后采用阳极键合技术密封成完整的侧向纳米孔。

15.根据权利要求1、2、3、4、5所述，纳米孔两边为弧形结构；其特征研制方法是采用聚焦离子束或高能细束电子束等细能量束在绝缘晶体材料上刻蚀出两个相邻的环形纳米坑，其中两个纳米坑的各项参数不同，纳米坑在交叠处的深度和宽度等于所需纳米孔的孔径。然后在开口纳米孔两边，继续刻蚀分别与两个纳米坑相连的沟道、以及样品存放池和回收池；最后采用阳极键合技术密封成完整的侧向纳米孔。

16.根据权利要求1、14、15所述，其特征是该侧向纳米孔所使用的基底材料是具有很高电绝缘性的晶体材料硅化合物如氮化硅等。

17.根据权利要求1、14、15所述，其特征是该侧向纳米孔所使用的密封盖材料是具有很高电绝缘性的晶体硅化合物材料如氮化硅、派热克斯玻璃、二氧化硅等。

18.根据权利要求1、14、15所述，其特征是样品存储池能够与偏压电极集成在一起。

19.根据权利要求1、14、15所述，其特征是样品回收池能够与偏压电极集成在一起。

20.根据权利要求1、14、15所述，其特征是进样通道能够与偏压电极集成在一起。

21.根据权利要求1、14、15所述，其特征是出样通道能够与偏压电极集成在一起。

22.根据权利要求1、6、7、14、15所述，其特征是宽大的进样通道内有均匀分布的圆柱阵列，圆柱的直径为500-1000纳米、间距50-100纳米，保证生物分子在进入纳米孔时是单个有序的，而且是伸展开的。

23.根据权利要求1、6、7、14、15所述，其特征是宽大的出样通道内有均匀分布的圆柱阵列，圆柱的直径为500-1000纳米、间距50-100纳米，保证生物分子在离开纳米孔时是单个有序的，而且是伸展开的。

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