KR20140021245A - 티올기를 갖는 물질이 부착된 금층을 포함한 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 방법 및 그를 이용한 핵산 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
티올기를 갖는 물질이 부착된 금층을 포함한 나노포어를 갖는 장치를 효율적으로 제조하는 방법 및 그를 이용하여 핵산을 효율적으로 분석하는 방법이 제공된다.
Description
티올기를 갖는 물질이 부착된 금층을 포함한 나노포어를 갖는 장치, 그를 제조하는 방법 및 그를 이용한 핵산 분석 방법에 관한 것이다.
시료 중의 표적 생분자를 분석하기 위한 방법이 개발되었다. 그 중에서 나노갭을 이용한 방법은 바이오포어 모방 시스템으로서 DNA 검출 시스템으로 연구되고 있다. 예를 들면, DNA 또는 RNA가 나노갭을 통과할 때 터널링 전류 또는 차단 전류를 측정하는 것이 있다.
그러나, 종래 나노포어를 이용한 표적 생분자 분석 방법에서, 표적 생분자의 통과 속도는 너무 빨라 표적 생분자의 통과에 따른 신호를 측정하는데 어려움이 있었다.
따라서, 종래 기술에 의하여더라도, 나노포어 또는 나노갭을 이용한 핵산의 분석에 있어서 표적 생분자의 나노포어를 통한 통과 속도를 효율적으로 조절할 수있는 장치 및 그를 효율적으로 제조하는 방법 및 그를 이용하여 효율적으로 핵산을 분석하는 방법이 요구되고 있다.
일 양상은 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 효율적으로 제조하는 방법을 제공한다.
다른 양상은 시료 중의 핵산을 효율적으로 분석하는 방법을 제공한다.
일 양상은 제1 기판상에 금을 접촉시켜 제1 금층을 형성하는 단계; 형성된 제1 금층상에 제1 물질을 접촉시켜 제1 물질층을 형성하는 단계; 형성된 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계; 및 적층 구조물의 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질을 반응시켜 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 부착시키는 단계;를 포함하는, 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 방법의 각 단계에서, 상기 접촉은 물질을 기판상에 부착하는 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 스퍼터링, 스핀코팅, 침적 및 이들의 조합에 의하여 이루어지는 것일 있다. 침적 (deposition)은 물리적 증기 침적 기법, 전기침적, 또는 무전기 침적 (electroless deposition)을 포함한다.
상기 방법은 제1 기판상에 금을 접촉시켜 제1 금층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 금은 고체, 액체 또는 현탁액의 형태일 수 있다. 또한, 상기 금은 다른 화합물과의 복합체 또는 금을 포함하는 화합물일 수 있다. 제1 기판은 생체막과 같은 생체 유래의 물질이 아닌 비생물학적 유래의 물질일 수 있다. 제1 기판은 절연물질 (insulating material)일 수 있다. 제1 기판은 실리콘 니트리드 (Si3N4), 알루미늄 옥시드(Al2O3), 실리카 (SiO2), TeflonTM과 같은 플라스틱, 2성분 부가 경화 실리콘 고무 (silicone rubber)와 같은 탄성체 (elastomer), 유리 및 이들의 조합으로부터 선택된 것일 수 있다. 제1 기판은 편평한 형태, 예를 들면, 필름 또는 막 형태 또는 부정형 형상을 갖는 것일 수 있다. "막 (membrane)"은 일정한 두께를 갖는 평평한 형상의 물질을 포함한다. 제1 기판의 일 형태는 적어도 나노포어의 제1 말단에 접하는 부분이 편평한 형태를 갖는 것일 수 있다. 기판은 층상 구조를 갖는 것으로, 실리콘 막과 같은 박막이 지지체 물질에 의하여 지지된 층상 구조를 갖는 것일 수 있다. 나노포어가 배치된 부분의 기판의 두께는 1nm 내지 1000nm, 예를 들면, 3.4nm 내지 500nm 또는 1nm 내지 50nm일 수 있다. 제1 기판은 고체 상태 (solid state) 물질일 수 있다.
상기 방법은 형성된 제1 금층상에 제1 물질을 접촉시켜 제1 물질층을 형성하는 단계를 포함한다. 제1 물질은 절연물질을 포함할 수 있다. 절연물질은 예를 들면, 실리콘 니트리드 (Si3N4), 알루미늄 옥시드(Al2O3), 실리카 (SiO2), TeflonTM과 같은 플라스틱, 2성분 부가 경화 실리콘 고무 (silicone rubber)와 같은 탄성체 (elastomer), 유리 및 이들의 조합으로부터 선택된 것일 수 있다. 제1 기판 및 제1 물질은 절연 물질로 된 것일 수 있다. 제1 기판은 실리콘 니트리드이고, 제1 물질은 알루미늄 옥시드일 수 있다. 제1 금층은 10nm이하, 예를 들면, 1 내지 10nm, 1 내지 9nm, 1 내지 7nm, 1 내지 5nm, 1 내지 3nm, 3 내지 9nm, 3 내지 7nm, 3 내지 5nm, 또는 2 내지 5nm의 두께를 갖는 것일 수 있다. 제1 기판의 금층이 형성되는 면은 평편한 형상을 갖는 것일 수 있다.
상기 방법은 형성된 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계를 포함한다. 나노포어를 형성하는 것은 알려진 포어링 (poring) 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 포어링 (poring) 방법은 예를 들면, 장방출-(field emission) 투과전자현미경 (TEM)의 고강도 전자빔에 노출시킴으로써 포어링하는 것을 포함한다. 상기 나노포어는 유체가 흐를 수 있는 통로를 포함하고, 상기 통로는 측면이 밀폐되어 있는 형태 또는 일부분 이상의 측면이 개방되어 있는 갭 (gap)의 형태일 수 있다. 상기 나노포어는 제1 말단과 다른 말단을 직선으로 또는 곡선 형태로 유체 소통가능하게 연결된 것일 수 있다. 제1 기판은 유체 흐름을 지지할 수 있는 고체 기판일 수 있다. 상기 나노포어의 횡단면의 길이는 1 nm 내지 1000nm, 예를 들면, 1nm 내지 500nm, 1nm 내지 300nm, 1nm 내지 200nm, 1nm 내지 100nm, 1nm 내지 5nm, 1nm 내지 10nm, 5nm 내지 10nm 또는 1nm 내지 25nm일 수 있다. 상기 나노포어는 횡단면이 원형 또는 다각형의 형태를 갖는 것일 수 있다. 원형인 경우, 상기 횡단면의 길이는 직경을 나타내고, 다각형인 경우, 최단 거리를 나타낸다. 상기 나노포어의 횡단면의 길이는 나노포어의 길이 방향 (longitudinal direction)에 대하여 균일할 수 있다. 상기 나노포어의 길이 방향의 길이는 핵산이 통과될 수 있는 한, 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 나노포어의 길이 방향의 길이는 통과되는 핵산의 길이 보다 작은 것일 수 있다. 상기 나노포어의 길이 방향의 길이는 핵산 분자 중의 한 염기와 염기 사이의 거리 예를 들면, 3.4nm 내지 500nm일 수 있다. 또한, 상기 길이는 핵산 분자 중의 한 염기와 염기 사이의 거리 예를 들면, 3.4nm 이하일 수 있다.
상기 방법은 적층 구조물의 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질을 반응시켜 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 부착시키는 단계를 포함한다. 티올기는 금(Au)과 반응하여 자가조립단일막 (self-assembled monolayers: SAM)을 형성하는 성질을 가지고 있다. 티올기를 갖는 물질을 유기 용매에 혼합하여 혼합 용액을 제조한 후, 상기 혼합 용액에 나노포어를 포함하는 구조물을 담금으로써(immersing) 상기 티올기를 갖는 물질을 금 표면에서 부착시킬 수 있다. 상기 용매는 예를 들면, 에탄올이다. 황 금 상호작용은 반공유결합(semi-covalent)일 수 있다. 상기 반응에 의하여 티올기를 갖는 물질은 적층 구조물의 금층에만 부착될 수 있다. 상기 금층은 그 두께를 조절할 수 있으므로, 나노포어 내부 벽면의 원주 영역에만 티올기를 갖는 물질을 부착시킬 수 있다. 금층은 거친 화학적 세척 처리에 견딜 수 있다.
상기 티올기를 갖는 물질은 생물분자와 상호작용하는 성질을 가진 물질인 것일 수 있다. 상기 생물분자는 핵산, 단백질, 당 및 이들의 조합으로부터 선택된 것일 수 있다. 핵산은 DNA, RNA, PNA, 또는 이들의 조합분자일 수 있다. 상기 티올기를 갖는 물질은 핵산 인터칼레이터, 양전하를 갖는 물질, 전도성 물질, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것일 수 있다. 상기 인터칼레이터는 탄소 개수가 10 내지 100개인 방향족 화합물일 수 있다. 상기 인터칼레이터는 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 크라이센, 테트라센 및 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 상기 인터칼레이터는 벤젠 고리를 2 내지 6개 포함하는 것, 예를 들면, 9-메르캅토플루오렌, 9-플루오레닐메틸티올, 1-나프탈렌티올 또는 이들의 조합일 수 있다. 양전하를 갖는 물질은 시스테아민 (cysteamine)일 수 있다. 전도성 물질은 예를 들면, 1,1', 4',1"-테르페닐-4-티올일 수 있다. 상기 티올기를 갖는 물질은 특정 뉴클레오티드 타입에 특이적으로 결합하는 것일 수 있다. 예를 들면, 아데닌 뉴클레오티드, 티민 뉴클레오티드, 구아닌 뉴클레오티드 또는 시토신 뉴클레오티드에 특이적으로 결합하는 것일 수 있다.
상기 방법은, 제1 금층을 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 연결은 직접적 또는 간접적 연결을 포함한다. 전기적 신호 측정기는 전류, 전압, 임피던스, 전기용량 또는 이들의 조합을 측정하기 위한 것일 수 있다.
상기 방법은, 상기 부착시키는 단계 후에 제1 금층상에 제2 물질을 접촉시켜 제2 물질층을 형성하는 단계; 형성된 제2 물질층상에 금을 접촉시켜 제2 금층을 형성하는 단계; 형성된 제2 금층상에 제3 물질을 접촉시켜 제3 물질층을 형성하는 단계; 형성된 제2 물질층, 제2 금층 및 제3 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계; 및 적층 구조물의 나노포어 내부 벽면의 제2 금층에 티올기를 갖는 물질을 반응시켜 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제2 금층에 부착시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 방법의 각 단계는, 달리 언급이 없으면 상기한 바와 동일하게 또는 유사하게 수행된다.
제1 금층과 제2 금층에 부착된 티올기를 갖는 물질은 다른 물질인 것일 수 있다. 예를 들면, 서로 다른 염기에 결합하는 다른 물질일 수 있다.
상기 방법은 상기한 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제2 금층에 부착시키는 단계까지 수행된 과정을 반복하여 3 이상, 예를 들면, 4, 5, 6, 7, 또는 8의 금층을 나노포어 내부 벽면에 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 각 금층은 핵산의 각 뉴클레오티드 타입에 특이적으로 결합하는 티올기를 갖는 물질이 부착된 것일 수 있다.
선택적으로 형성된 제2 금층상에 제3 물질을 접촉시켜 제3 물질층을 형성하는 단계는 생략될 수 있다. 그 결과, 제2 금층은 장치의 상면에 대하여 노출되거나, 제2 금층상에 다른 금층이 침적될 수 있다.
상기 방법은, 상기 나노포어의 일 말단 측에 유체 소통가능하게 액체를 담을 수 있는 제1 챔버를 형성하고, 상기 나노포어의 다른 말단 측에 유체 소통가능하게 액체를 담을 수 있는 제2 챔버를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 형성된 제1 금층상에 제1 물질을 접촉시키는 단계 후에, 형성된 제1 물질층상에 전극물질을 접촉시켜 제1 전극층을 형성하는 단계; 및 형성된 제1 전극층상에 제2 물질을 접촉시켜 제2 물질층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 이 경우 형성된 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계는 형성된 제1 기판, 제1 금층, 제1 물질층, 제1 전극층 및 제2 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계인 것일 수 있다. 제1 물질층과 제2 물질층은 절연물질인 것일 수 있다.
상기 방법은 제1 전극층을 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 양상은 제1 기판상에 전극물질을 접촉시켜 제1 전극층을 형성하는 단계; 형성된 제1 전극층상에 제1 물질을 접촉시켜 제1 물질층을 형성하는 단계; 형성된 제1 물질층상에 금을 접촉시켜 제1 금층을 형성하는 단계; 선택적으로 형성된 제1 금층상에 제2 물질을 접촉시켜 제2 물질층을 형성하는 단계; 형성된 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 제1 금층 및 선택적으로 제2 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계; 및 적층 구조물의 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질을 반응시켜 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 부착시키는 단계;를 포함하는, 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 방법의 각 단계에서, 상기 접촉은 물질을 기판상에 부착하는 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 스퍼터링, 스핀코팅, 침적 및 이들의 조합에 의하여 이루어지는 것일 있다. 침적 (deposition)은 물리적 증기 침적 기법, 전기침적, 또는 무전기 침적 (electroless deposition)을 포함한다.
상기 방법은 제1 기판상에 전극물질을 접촉시켜 제1 전극층을 형성하는 단계를 포함한다. "전극물질 (electrode material)"은 전도성을 갖는 것으로 전극으로 사용될 수 있는 물질을 포함한다. 상기 전극물질은 금속 또는 탄소기반 물질인 것일 수 있다. 상기 금속은 크롬 (Cr), 구리(Cu), 은 (Ag), 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 전극물질은 그래핀 또는 탄소나노 튜브인 것일 수 있다. 그래핀 또는 탄소나노 튜브는 이미 제조된 것이거나 인 시튜에서 제조된 것일 수 있다. 제1 기판은 생체막과 같은 생체 유래의 물질이 아닌 비생물학적 유래의 물질일 수 있다. 제1 기판은 절연물질 (insulating material)일 수 있다. 제1 기판은 실리콘 니트리드 (Si3N4), 알루미늄 옥시드(Al2O3), 실리카 (SiO2), TeflonTM과 같은 플라스틱, 2성분 부가 경화 실리콘 고무 (silicone rubber)와 같은 탄성체 (elastomer), 유리 및 이들의 조합으로부터 선택된 것일 수 있다. 제1 기판은 편평한 형태, 예를 들면, 필름 또는 막 형태 또는 부정형 형상을 갖는 것일 수 있다. "막 (membrane)"은 일정한 두께를 갖는 평평한 형상의 물질을 포함한다. 제1 기판의 일 형태는 적어도 나노포어의 제1 말단에 접하는 부분이 편평한 형태를 갖는 것일 수 있다. 기판은 층상 구조를 갖는 것으로, 실리콘 막과 같은 박막이 지지체 물질에 의하여 지지된 층상 구조를 갖는 것일 수 있다. 나노포어가 배치된 부분의 기판의 두께는 1nm 내지 1000nm, 예를 들면, 3.4nm 내지 500nm 또는 1nm 내지 50nm일 수 있다. 제1 기판은 고체 상태 (solid state) 물질일 수 있다.
상기 방법은, 형성된 제1 전극층상에 제1 물질을 접촉시켜 제1 물질층을 형성하는 단계를 포함한다. 제1 물질은 절연물질을 포함할 수 있다. 절연물질은 예를 들면, 실리콘 니트리드 (Si3N4), 알루미늄 옥시드(Al2O3), 실리카 (SiO2), TeflonTM과 같은 플라스틱, 2성분 부가 경화 실리콘 고무 (silicone rubber)와 같은 탄성체 (elastomer), 유리 및 이들의 조합으로부터 선택된 것일 수 있다. 제1 기판 및 제1 물질은 절연 물질로 된 것일 수 있다. 제1 기판은 실리콘 니트리드이고, 제1 물질은 알루미늄 옥시드일 수 있다.
상기 방법은, 형성된 제1 물질층상에 금을 접촉시켜 제1 금층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 금은 고체, 액체 또는 현탁액의 형태일 수 있다. 또한, 상기 금은 다른 화합물과의 복합체 또는 금을 포함하는 화합물일 수 있다. 제1 금층은 10nm이하, 예를 들면, 1 내지 10nm, 1 내지 9nm, 1 내지 7nm, 1 내지 5nm, 1 내지 3nm, 3 내지 9nm, 3 내지 7nm, 3 내지 5nm, 또는 2 내지 5nm의 두께를 갖는 것일 수 있다. 제1 기판의 금층이 형성되는 면은 평편한 형상을 갖는 것일 수 있다.
상기 방법은, 선택적으로 형성된 제1 금층상에 제2 물질을 접촉시켜 제2 물질층을 형성하는 단계를 포함한다. 제2 물질은 절연물질을 포함할 수 있다. 절연물질은 예를 들면, 실리콘 니트리드, 알루미늄 옥시드 (Al2O3) 및 이들의 조합일 수 있다. 제1 물질과 제2 물질은 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 물질은 모두 알루미늄 옥시드일 수 있다.
상기 방법은, 형성된 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 제1 금층 및 선택적으로 제2 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계; 및 적층 구조물의 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질을 반응시켜 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 부착시키는 단계를 포함한다. 이들 단계는 상기한 바와 같다.
상기 방법은 제1 전극층에 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 연결은 직접적 또는 간접적 연결을 포함한다. 전기적 신호 측정기는 전류, 전압, 임피던스, 전기용량 또는 이들의 조합을 측정하기 위한 것일 수 있다.
제1 금층은 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 연결되어 있지 않은 것일 수 있다.
상기 방법은, 유사한 과정을 거쳐 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 2이상의 금층, 예를 들면, 제2 금층, 제3 금층, 또는 제4 금층에 부착시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 나노포어의 내부 벽면은 그 길이 방향에 대하여 일정한 또는 일정하지 않은 간격으로 이격된 금층을 포함하고, 상기 금층은 동일하거나 동일하지 않은 티올기를 갖는 물질이 부착될 것일 수 있다. 각 금층은 중간 물질 (intermediate material), 예를 들면 절연물질에 이격될 수 있다. 또한, 각 금층에 부착된 상기 티올기를 갖는 물질은 특정 뉴클레오티드 타입에 특이적으로 결합하는 것일 수 있다. 예를 들면, 아데닌 뉴클레오티드, 티민 뉴클레오티드, 구아닌 뉴클레오티드 또는 시토신 뉴클레오티드에 특이적으로 결합하는 것일 수 있다.
다른 양상은 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 포함하는 것인 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물로서, 상기 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물; 상기 나노포어의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버; 및 상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버;를 포함하는 핵산을 분석하기 위한 장치로서, 상기 티올기를 갖는 물질은 핵산과 상호작용하는 물질이고, 상기 제1 금층은 전압원 및 전기적 신호 측정기와 전기적으로 연결된 것인 장치의 시스 챔버에 핵산 함유 시료인 제1 염 용액을 제공하는 단계; 상기 트란스에 챔버에 제2 염 용액을 제공하는 단계; 시스 챔버로부터 트란스 챔버로 핵산 시료를 이동시키는 단계; 및 제1 금층에 연결된 전기적 신호 측정기로부터 핵산 시료의 이동에 따른 전기적 신호를 측정하는 단계;를 포함하는, 시료 중의 핵산을 분석하는 방법을 제공한다.
상기 방법은 핵산을 분석하기 위한 장치의 시스 챔버에 핵산 함유 시료인 제1 염 용액을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 장치는 상기한 방법에 의하여 제조된 것일 수 있다. 이 단계는 수동으로 제1 염 용액을 시스 챔버에 분배하거나 기계적 수단, 예를 들면 펌프에 의하여 분배되는 것일 수 있다. 핵산은 DNA, RNA 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것일 수 있다. 또한, 핵산은 단일가닥, 이중가닥 및 이들의 조합으로부터 선택된 형태를 갖는 것일 수 있다. 핵산은 또한 2차 또는 3차 구조를 갖는 것일 수 있다. 핵산은 다른 고분자와 결합된 상태가 아닌 분리된 상태일 수 있다. 상기 핵산은 증폭된 산물일 수 있다. 용어 "염 (salts)"이란 산과 염기의 중화반응으로부터 생성된 이온 화합물 (ionic compounds)를 포함한다. 이들은 양이온 및 음이온으로 구성되어 있어 그 산물은 전기적 중성이다. 용융 염 (molten salts) 및 물 중 NaCl과 같은 용해된 염을 포함하는 용액은 전해질(electrolytes)이라고 하며, 전기 전도성을 가진다. 제1 염 용액은 1mM 내지 3M의 염을 갖는 것일 수 있다. 제1 염 용액 및 제2 염 용액은 동일 종류의 염을 포함하는 것일 수 있다. 상기 염은 KCl, NaCl 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 방법은 트란스 챔버에 제2 염 용액을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 제공은 수동으로 제2 염 용액을 트란스 챔버에 분배하거나 기계적 수단, 예를 들면 펌프에 의하여 분배되는 것일 수 있다. 용어 "염 (salts)"이란 산과 염기의 중화반응으로부터 생성된 이온 화합물 (ionic compounds)를 포함한다. 이들은 양이온 및 음이온으로 구성되어 있어 그 산물은 전기적 중성이다. 용융 염 (molten salts) 및 물 중 NaCl과 같은 용해된 염을 포함하는 용액은 전해질(electrolytes)이라고 하며, 전기 전도성을 가진다. 제2 염 용액은 0.1mM 내지 0.3M의 염을 갖는 것일 수 있다. 상기 염은 KCl, NaCl 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
제1 염 용액의 염 농도 대 제2 염 용액의 염 농도의 비는 10:1 이상, 예를 들면, 10 내지 20: 1, 10 내지 50: 1, 10 내지 100:1, 20 내지 100:1, 50 내지 100:1, 또는 80 내지 100:1인 것일 수 있다.
상기 방법은 핵산을 시스 챔버로부터 트란스 챔버로 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 이동시키는 단계는, 제1 말단과 다른 말단 사이에서 핵산에 가하여지는 임의의 구동력에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 이동은 자연적인 중력, 확산, 전압구배, 자기력 구배, 분자 모터, 기계적 힘, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상의 구동력을 인가함으로써 이루어지는 것일 수 있다. 일 예는 제1 말단과 다른 말단 사이에서 전압 구배를 인가하는 것일 수 있다. 이 경우, 제1 말단과 다른 말단은 모두 전해질 용액 중에서 접촉된 것일 수 있다. 전해질 용액은 예를 들면, KCl, NaCl 및 이들의 조합을 포함하는 용액일 수 있다.
상기 방법은, 제1 금층에 연결된 전기적 신호 측정기로부터 핵산 시료의 이동에 따른 전기적 신호를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 이동은 상기 나노포어를 통하여 선형적으로 이동하는 것일 수 있다. 전기적 신호는 핵산이 나노포어를 통하여 선형적으로 이동하는 과정에서 발생하는 전기적 특성의 변화에 의하여 야기되는 것일 수 있다. 상기 특성은 전류, 전압과 같은 전기적 특성을 포함한다. 일 예는, 핵산이 나노포어를 통하여 선형적으로 이동하는 과정에서 발생하는 전류량의 감소 또는 증가 정도 및 그 변화의 시간을 검출하는 것일 수 있다, 즉, 시간에 따른 전기적 특성의 변화를 측정하고 그에 근거하여 대응하는 핵산의 이동 여부를 측정하는 것일 수 있다. 상기 측정은 제1 말단과 다른 말단이 모두 전해질 용액과 접촉된 상태에서 전류 변화를 측정하는 것일 수 있다.
측정하는 단계는 상기 전기적 신호 측정 장치를 통하여 나노포어를 통과하는 핵산과 전극 사이의 터널링 전류 (tunneling current) 또는 나노포어를 통과하는 핵산에 의한 차단 전류 (blockade current)를 측정하는 것일 수 있다. 측정하는 단계는 상기 전기적 신호 측정 장치를 통하여 나노포어를 통과하는 핵산과 전극 사이의 전류의 증가를 측정하는 것일 수 있다.
상기 방법은, 측정된 전기적 신호를 근거로 핵산을 분석하는 단계, 예를 들면 서열을 결정하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 또한, 측정된 전기적 신호를 근거로 핵산의 서열의 존재 또는 농도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 양상은 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 제1 금층 및 선택적으로 제2 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 포함하는 것인 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 제1 금층 및 선택적으로 제2 물질층의 적층 구조물로서, 상기 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물; 상기 나노포어의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버; 및 상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버;를 포함하는 핵산을 분석하기 위한 장치로서, 상기 티올기를 갖는 물질은 핵산과 상호작용하는 물질이고, 제1 금층은 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들 조합과 전기적으로 연결되어 있지 않고, 제1 전극층은 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들 조합과 전기적으로 연결되어 있는 것인 장치의 시스 챔버에 핵산 함유 시료인 제1 염 용액을 제공하는 단계; 상기 트란스에 챔버에 제2 염 용액을 제공하는 단계; 시스 챔버로부터 트란스 챔버로 핵산 시료를 이동시키는 단계; 및 제1 전극층에 연결된 전기적 신호 측정기로부터 핵산 시료의 이동에 따른 전기적 신호를 측정하는 단계;를 포함하는, 시료 중의 핵산을 분석하는 방법을 제공한다.
상기 방법은, 핵산을 분석하기 위한 장치가 상기한 방법에서 사용된 장치와 다른 점 및 측정하는 단계가 금층이 아닌 제1 전극층에 연결된 전기적 신호 측정기로부터 핵산 시료의 이동에 따른 전기적 신호를 측정하는 것을 제외하고는 달리 언급이 없으면 상기한 방법과 동일하다.
상기 방법에서, 상기 장치는 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 제1 금층 및 선택적으로 제2 물질층이 순서대로 그 위에 적층된 구조물에서 제2 물질층 측에는 시스 챔버가 배치되어 있고, 제1 기판 측에는 트란스 챔버가 배치된 것일 수 있다. 따라서, 핵산의 이동시에 핵산은 먼저 제1 금층의 부착된 티올기를 갖는 물질과 상호작용한 후 제1 전극층 부분을 통과한다. 그 결과, 제1 금층의 부착된 티올기를 갖는 물질에 의하여 핵산의 이동 특성, 예를 들면 속도가 제어될 수 있다. 상기 방법에 있어서, 제2 물질층은 선택적으로 생략될 수 있다.
다른 양상은 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 포함하는 것인 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물로서, 상기 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물; 상기 나노포어의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버; 및 상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버;를 포함하는 핵산을 분석하기 위한 장치를 제공한다.
상기 장치는 상기 적층 구조물은 제1 금층상에 배치된 제2 물질층 및 제2 물질층상에 배치된 제2 금층을 더 포함하는 것일 수 있다. 제2 금층상에는 제3 물질이 더 배치될 수 있다. 제2 물질 및 제 물질은 절연물질일 수 있다. 제1 금층, 및 제2 금층중 하나 이상은 전극에 연결된 것일 수 있다. 제1 금층, 및 제2 금층중 하나 이상은 전기적 특성의 측정장치에 연결된 것일 수 있다. 제1 금층, 및 제2 금층중 하나 이상은 전극에 연결되지 않은 것인 수 있다. 제1 금층, 및 제2 금층중 하나 이상은 전기적 특성의 측정장치에 연결되지 않은 것일 수 있다.
다른 양상은 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 및 제1 금층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 포함하는 것인 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 및 제1 금층의 적층 구조물로서, 상기 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물; 상기 나노포어의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버; 및 상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버;를 포함하는 핵산을 분석하기 위한 장치를 제공한다.
상기 장치는 상기 적층 구조물은 제1 금층상에 배치된 제2 물질층을 더 포함하는 것일 수 있다.
일 양상에 따른 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 방법에 의하면, 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 효율적으로 제조할 수 있다.
다른 양상에 따른 시료 중의 핵산을 분석하는 방법에 의하면, 시료 중의 핵산을 효율적으로 분석할 수 있다.
도 3은 도 2의 점선 부분의 일부를 확대한 모식도이다.
도 1은 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 점선 부분의 일부를 확대한 모식도이다.
도 4는 나노포어 내부 벽면의 전극이 아닌 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 과정의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 나노포어 내부 벽면의 금 중간층 (40)에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어 (70)를 갖는 장치의 다른 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 점선 부분의 좌측 부분을 확대한 모식도이다.
도 7은 나노포어 내부 벽면의 전극이 아닌 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 나노포어 내부 벽면의 금 중간층 (40)에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어 (70)를 갖는 장치의 다른 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 점선 부분의 일부를 확대한 모식도이다.
도 4는 나노포어 내부 벽면의 전극이 아닌 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 과정의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 나노포어 내부 벽면의 금 중간층 (40)에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어 (70)를 갖는 장치의 다른 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 점선 부분의 좌측 부분을 확대한 모식도이다.
도 7은 나노포어 내부 벽면의 전극이 아닌 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 나노포어 내부 벽면의 금 중간층 (40)에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어 (70)를 갖는 장치의 다른 일 예를 나타낸 단면도이다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1:
금층을
포함하는
나노포어
장치의 제작 및
금층에
특이적인 화학적 변형
(1)
나노포어
장치의 제작
도 1은 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 과정의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면,
먼저 두께 (예를 들면, 약 300μm)를 갖는 실리콘 기판 (10)에 절연층인 SiO2 (20)를 두께 (예를 들면, 약 300nm)로 증착시켰다. 상기 증착은 열성장 (thermal growth) 방식을 이용하여 이루어졌다 (A).
다음으로, 양 절연층 위에 나노포어 가공을 위한 저스트레스(low stress) SiNx 박막 (30) (예를 들면, 약 30nm)을 LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) 방식을 이용해 성막하였다 (B).
다음으로, 나노갭의 전극 역할을 하게 될 금(Au/Cr)(40)을 증착하고 전자-빔 리소그래피 (E-beam Lithography) 공정을 이용해 나노리본 형태로 패터닝하였다. 상기 나노리본은 최종적으로 나노포어의 내부 공간을 서로 마주 보는 전극쌍으로 배열된다. 나노포어의 평면도 (top view)에 의하면, 나노포어의 테두리의 일부를 구성하며 서로 이격되어 닿지 않게 배치되어 있다. 이때 크롬 (Cr)을 금의 SiNx에 대한 접착력을 높이기 사용하였다. 형성된 금층/크롬층의 두께는 약 10nm/5nm이었고, 폭 (width)은 약 50nm이었다. 다음으로, 전자빔을 이용해 금/Cr 전극을 전체를 잘랐다. 이 경우 Cr 간의 결합 에너지가 실리콘 니트리드와 실리콘 디옥시드 사이의 결합력 보다 크기 때문에 Cr 전극이 잘려나가는 에너량에 의하여 실리콘 니트리드, 실리콘 디옥시드도 잘려지게 되어 직경 약 50nm의 나노포어가 제작되었다. 다음으로, 직경 약 50nm의 나노포어에 실리콘 니트리드와 실리콘 디옥시드를 재성장 (regrowth)시켜 포어 크기를 조절하였다. 생성장은 낮은 에너지의 전자빔을 약 50nm의 나노포어 주변에 조사하여 이루어졌다. 그 결과, 약 50nm의 나노포어는 수 nm 수준으로 조절되었다. 그 결과, 상기 금/Cr 전극은 나노포어의 내부 벽면 전부를 덮고 있는 것이 아니라, 서로 이격되어 한 쌍의 전극을 구성하고 있다. 리소그래피 식각 공정은 리프트-오프 (Lift off) 공정을 이용하였다(C).
다음으로, probe station의 probe를 probing이나 wire-bonding이 진행될 접촉선 (contact line)을 Au/Ti 또는 Au/Cr (50)을 증착하여 제작하며 금/크롬과 마찬가지로 식각 공정은 리프트-오프 공정을 이용하였다. Au/Ti 또는 Au/Cr은 약 50nm/10nm의 두께일 수 있다 (D).
다음으로, 금속 전극의 절연을 위해 Al2O3 박막 (60)을 증착하게 되며 균일한 절연 효과를 위해 약 30nm 정도를 ALD (atomic layer deposition) 공정을 이용해 증착하였다 (E).
전극의 절연이 완성되면 나노포어 가공을 위해 Si 기판 뒷면에서 에칭 공정을 진행하였다. 초기 절연층으로 성막한 SiO2와 나노포어 가공을 위해 성막한 저스트레스 SiNx 박막이 하드마스크 (hardmask) 역할을 담당하게 된다 (F).
다음으로, 테트라메틸암모늄 히드록시드 (tetramethylammonium hydroxide: TMAH) 또는 KOH를 이용하여 진행되는 Si 에칭 공정으로 뒷면의 Si을 제거하였다. BOE (buffferd Oxide Etch) 공정을 거치면 SiO2 박막이 제거되고 저스트레스 SiNx, 금/크롬 (또는 금/Ti), 및 Al2O3 절연층만 남겼다 (G). SiN, 금/크롬(또는 크롬/Ti), 및 Al2O3 절연층의 적층구조는 약 60nm일 수 있다. 금/크롬 (또는 크롬/Ti) 층에서 크롬 또는 Ti는 금의 실리콘에 대한 접착력을 증가시키기 위하여 사용되었다.
다음으로, 투과전자 현미경 (TEM: transmission electron microscope) 설비를 이용하여 Au/Cr 전극을 부분적으로 제거하여 나노포어(70)를 형성하였다 (H). 나노포어의 일 말단은 유체를 담을 수 있는 시스 챔버 (80)와 유체소통가능하게 연결되어 있고, 나노포어의 다른 말단은 유체를 담을 수 있는 트란스 챔버 (90)와 유체소통가능하게 연결되어 있다. 나노포어는 그 횡단면의 길이가 약 1 내지 10nm, 예를 들면, 약 2nm일 수 있다. 도 1에서, 시스 챔버 (80)와 트란스 챔버 (90)는 설명을 위하여 일부가 생략된 것으로서, Au/Ti 또는 Au/Cr (50)와는 전기적으로 연결되어 있지 않으면서, 유체를 담을 수 있도록 된 용기일 수 있다.
(2)
나노포어
내부 벽면의
금층에
대한 화학적 변형
형성된 금층을 포함하는 나노포어에 대하여 티올기를 갖는 물질을 반응시켜, 티올기를 갖는 물질을 금층에 특이적으로 부착시켰다. 구체적으로, 상기 방법을 통해 제작된 나노포어 장치에서 DNA 통과 속도 조절이 가능한 화학적 모이어티를 가진 티올기를 갖는 물질을 반응시켰다. 먼저 UV 오존 세척 (UV ozone cleaning)을 통해 나노포어 장치의 표면과 나노포어 표면에 남아 있는 오염물을 제거시켰다.
티올기를 갖는 물질로서, 티올기를 가진, 인터칼레이터 모이어티, 양으로 하전된 물질, 도전성 타입 물질 또는 이들의 조합을 용매, 예를 들면, 메틸렌 클로리드, 클로로포름, 에틸렌 아세테이트, 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴 또는 이들의 조합에 녹여 용액을 만들고 이 용액에 나노포어 장치를 담가두었다. 화학적 모이어티 종류에 따라 2 시간 내지 24 시간 정도 담가두었다.
반응이 완료된 후 나노포어 장치를 용매에서 꺼내 세척하였다. 반응에 사용한 용매를 이용해 3회 세정한 후 24 시간 정도 용매에 담가 두어 반응 후 남은 잔여물을 확실하게 제거하였다. 다음엔 MeOH 용액을 이용하여 3회 정도 세척한 후 건조하였다. 화학적 모이어티는 단일종을 반응시킬 수도 있고 여러 종류를 반응시킬 수도 있다. 인터칼레이터 모이어티는 예를 들면, 9-메르캅토플루오렌, 9-플루오레닐메틸티올, 1-나프탈렌티올 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 양으로 하전된 물질은 시스테아민 (cysteamine)을 포함할 수 있다. 도전성 모이어티 (conducting moiety)는 테르페닐 티올을 포함할 수 있다.
이렇게 제조된 장치에는 전극, 전압원 또는 전기적 신호 측정 장치가 연결될 수 있다.
도 2는 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치의 일 예를 나타낸 단면도이다.
장치 (100)는 제1 기판 (30), 그 위에 배치된 제1 금/크롬층 (40) 및 그 위에 배치된 제1 물질층 (60)의 적층 구조물로서 그의 두께를 관통하는 나노포어 (70)를 포함하고, 나노포어 (70) 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물; 상기 나노포어의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버 (80); 및 상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버 (90);를 포함할 수 있다. 제1 기판 (30)은 절연물질, 예를 들면, 실리콘 니트리드일 수 있다. 제1 물질층 (60)은 절연물질, 예를 들면, 알루미늄 옥시드일 수 있다. 제1 기판 (30)은 실리콘 니트리드 (30), SiO2 (20), 실리콘 (10), 및 SiO2(20)의 층상 구조에 의하여 지지될 수 있다. 금/크롬 (40)은 금층 (50)에 연결되어 있고 금층 (50)은 전압원 (V1), 전기적 신호 측정기 (I) 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 상기 장치 (100)는 상기 나노포어 (70)를 통하여 전압을 인가할 수 있도록 배치된 전극 쌍 (130, 140), 그에 전기적으로 연결된 전압원 (V2)을 더 포함할 수 있다. 전극 쌍 (130, 140)에는 전기적 신호 측정기가 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 쌍 (130, 140)은 크롬, 금, 구리, 은, 카본나노튜브, 그래핀, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 것일 수 있다. 나노포어의 금층은 나노포어의 내부 벽면의 일부를 정의하고, 티올기를 가진 물질이 부착될 수 있다.
도 3은 도 2의 점선 부분의 일부를 확대한 모식도이다. A, B 및 C는 제1 기판 (30), 그 위에 배치된 제1 금층 (40) 및 그 위에 배치된 제1 물질층 (60)의 적층 구조물에서, 금층에 인터칼레이터 모이어티, 양으로 하전된 물질, 및 도전성 모이어티 (conducting moiety)가 각각 부착된 예를 나타낸다. 도 3A의 (a), (b) 및 (c)는 각각 9-메르캅토플루오렌, 9-플루오레닐메틸티올, 1-나프탈렌티올이 부착된 것을 나타낸다. 도 3B 및 3C는 양으로 하전된 물질로서 시스테아민 (cysteamine) 및 도전성 모이어티로서 테르페닐 티올이 부착된 것을 나타낸다.
실시예
2:
금층을
포함하는
나노포어
장치의 제작 및
금층에
특이적인 화학적 변형
본 실시예는 실시예1의 나노포어 장치 제조 공정에서 (C) 단계 후 Au/Cr 층 (50)을 성막하는 (D) 단계 전에 제1 물질층 (60) 및 그 위에 그래핀 (62)을 적층하는 단계를 포함하고, 나노포어 내부의 벽면에 전극과는 별개의 금층 (40)을 형성하였다. 즉, 티올기를 갖는 물질을 전극이 아닌 금층 (40)에 부착하였으며, 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 연결된 전극과는 다른 금층 (40)이 화학 변형에 사용되었다.
(1) 나노포어 장치의 제작
도 4는 나노포어 내부 벽면의 전극이 아닌 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 과정의 다른 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하여 설명하면,
먼저 두께 (예를 들면, 약 300μm)를 갖는 실리콘 기판 (10)에 절연층인 SiO2 (20)를 두께 (예를 들면, 약 300nm)로 증착시켰다. 상기 증착은 열성장 (thermal growth) 방식을 이용하여 이루어졌다 (A).
다음으로, 양 절연층 위에 나노포어 가공을 위한 저스트레스(low stress) SiNx 박막 (30) (예를 들면, 약 30nm)을 LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) 방식을 이용해 성막하였다 (B).
다음으로, 나노갭의 화학적 변형에 사용하게 될 금(Au/Cr)(40)을 증착하고 전자-빔 리소그래피 (E-beam Lithography) 공정을 이용해 나노리본 형태로 패터닝하였다. 증착된 나노리본은 TEM 공정에 의하여 완전히 절단시킨 후, 생정장 과정에 의하여 나포포어 직경을 조절하였다. 그 결과, 나노리본은 나노포어의 내부 벽면 전부를 덮고 있는 것이 아니라, 서로 이격되어 한 쌍의 전극을 구성하고 있다.
화학적 변형에만 사용되므로 전극 역할은 가지지 못하게 floating 형태, 즉 그래핀 전극이나 접촉 전극과 같은 다른 전극과 연결되지 않도록 제작하였다. 크롬 (Cr)을 금의 SiNx에 대한 접착력을 높이기 위하여 사용하였다. 형성된 금층/크롬층 (40)의 두께는 약 10nm/5nm이었고, 폭 (width)은 약 50nm이었다. 리소그래피 식각 공정은 리프트-오프 (Lift off) 공정을 이용하였다(C).
다음으로, 그래핀 전극의 절연을 위해 Al2O3 박막 (60)을 증착하였다. 증착은 ALD 공정을 이용하여 약 30 nm 두께로 균일하게 증착하였다 (D).
다음으로 신호 측정을 위한 전극 공정을 진행하였다. 먼저 그래핀 (62)을 전이시킨(transfer) 후 나노리본 형태로 패터닝하였다. 패터닝은 전자빔 리소그래피 공정을 사용하였다. 그래핀의 패터닝은 플라즈마 에슁 공정을 이용하여 진행하였다 (E).
다음으로, probe station의 probe를 probing이나 wire-bonding이 진행될 접촉선 (contact line)을 Au/Ti 또는 Au/Cr (50)을 증착하여 제작하며 금/크롬 (40)과 마찬가지로 식각 공정은 리프트-오프 공정을 이용하였다. Au/Ti 또는 Au/Cr (50)은 약 50nm/10nm의 두께일 수 있다 (F).
다음으로, 금속 전극의 절연을 위해 Al2O3 박막 (60')을 증착하게 되며 균일한 절연 효과를 위해 약 30nm 정도를 ALD (atomic layer deposition) 공정을 이용해 증착하였다 (G).
전극의 절연이 완성되면 나노포어 가공을 위해 Si 기판 (10) 뒷면에서 반응성 이온 에칭 공정 (reactive ion ethcing: RIE)을 진행하였다. 초기 절연층으로 성막한 SiO2 (20)와 나노포어 가공을 위해 성막한 저스트레스 SiNx 박막 (30)이 하드마스크 (hardmask) 역할을 담당하게 된다 (H). 그 결과, 실리콘 기판 하면의 SiO2 (20)와 저스트레스 SiNx 박막 (30)의 일부분을 식각하여 제거하였다.
다음으로, TMAH (tetramethylammonium hydroxide) 또는 KOH를 사용한 Si 에칭 공정에 의하여 뒷면의 Si 기판 (10)의 일 부분을 제거하였다. BOE (buffferd Oxide Etch) 공정을 수행하여 SiO2 박막 (20)을 제거하였다.
그 결과, 저스트레스 SiNx (30), 금/크롬 (또는 금/Ti)(40), 그래핀 (62) 및 Al2O3 절연층 (60')만 남겼다 (I). SiNx (30), 금/크롬 (또는 금/Ti) (40), 그래핀 (62) 및 Al2O3 절연층 (60')의 적층구조는 약 100nm일 수 있다. 금/크롬 (또는 크롬/Ti) 층 (40)에서 크롬 또는 Ti는 금의 실리콘에 대한 접착력을 증가시키기 위하여 사용되었다. 선택적으로, SiNx (30)을 식각하여 그 일부분 이상을 제거하여, 상기 적층 구조의 금/크롬 (또는 금/Ti) (40)을 하면에 대하여 노출되게 할 수 있다.
다음으로, 투과전자 현미경 (TEM: transmission electron microscope) 설비를 이용하여 상기 적층 구조를 부분적으로 제거하여 나노포어 (70)를 형성하였다 (J). 나노포어의 일 말단은 유체를 담을 수 있는 시스 챔버 (80)와 유체소통가능하게 연결되어 있고, 나노포어의 다른 말단은 유체를 담을 수 있는 트란스 챔버 (90)와 유체소통가능하게 연결되어 있다. 나노포어는 그 횡단면의 길이가 약 1 내지 10nm, 예를 들면, 약 2nm일 수 있다. 도 4에서, 시스 챔버 (80)와 트란스 챔버 (90)는 설명을 위하여 일부가 생략된 것으로서, 그래핀 전극 (62)과는 전기적으로 연결되어 있지 않으면서, 유체를 담을 수 있도록 된 용기일 수 있다.
(2)
나노포어
내부 벽면의
금층에
대한 화학적 변형
형성된 금층 (40)을 포함하는 나노포어에 대하여 티올기를 갖는 물질을 반응시켜, 티올기를 갖는 물질을 금층 (40)에 특이적으로 부착시켰다. 구체적으로, 상기 방법을 통해 제작된 나노포어 장치에서 DNA 통과 속도 조절이 가능한 화학적 모이어티를 가진 티올기를 갖는 물질을 반응시켰다. 먼저 UV 오존 세척 (UV ozone cleaning)을 통해 나노포어 장치의 표면과 나노포어 표면에 남아 있는 오염물을 제거시켰다.
티올기를 갖는 물질로서, 티올기를 가진, 인터칼레이터 모이어티, 양으로 하전된 물질, 도전성 타입 물질 또는 이들의 조합을 용매, 예를 들면, 메틸렌 클로리드, 클로로포름, 에틸렌 아세테이트, 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴 또는 이들의 조합에 녹여 용액을 만들고 이 용액에 나노포어 장치를 담가두었다. 화학적 모이어티 종류에 따라 2 시간 내지 24 시간 정도 담가두었다.
반응이 완료된 후 나노포어 장치를 용매에서 꺼내 세척하였다. 반응에 사용한 용매를 이용해 3회 세정한 후 24 시간 정도 용매에 담가 두어 반응 후 남은 잔여물을 확실하게 제거하였다. 다음엔 MeOH 용액을 이용하여 3회 정도 세척한 후 건조하였다. 화학적 모이어티는 단일종을 반응시킬 수도 있고 여러 종류를 반응시킬 수도 있다. 인터칼레이터 모이어티는 예를 들면, 9-메르캅토플루오렌, 9-플루오레닐메틸티올, 1-나프탈렌티올 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 양으로 하전된 물질은 시스테아민 (cysteamine)을 포함할 수 있다. 도전성 모이어티 (conducting moiety)는 테르페닐 티올을 포함할 수 있다.
이렇게 제조된 장치의 그래핀 전극 (62)에는 전압원 또는 전기적 신호 측정 장치를 연결하였다. 또한, 상기 나노포어를 통하여 전압을 인가할 수 있도록 전극 쌍 (130, 140)을 배치하고, 그에 전압원 (V2)을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 5는 나노포어 내부 벽면의 금 중간층 (40)에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어 (70)를 갖는 장치의 일 예를 나타낸 단면도이다.
장치 (100)는 제1 기판 (30), 그 위에 배치된 금 중간층 (40), 그 위에 배치된 제1 물질층 (60), 그 위에 배치된 그래핀층 (62) 및 그 위에 배치된 제2 물질층 (60')의 적층 구조물로서 그의 두께를 관통하는 나노포어 (70)를 포함하고, 상기 나노포어 (70) 내부 벽면의 금 중간층(40)에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물; 상기 나노포어 (70)의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버 (80); 및 상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버 (90);를 포함할 수 있다. 제1 기판 (30)은 절연물질, 예를 들면, 실리콘 니트리드일 수 있다. 제1 물질층 (60) 및 제2 물질층 (60')은 절연물질, 예를 들면, 알루미늄 옥시드일 수 있다. 제1 기판 (30)은 실리콘 니트리드 (30), SiO2 (20), 실리콘 (10), 및 SiO2(20)의 층상 구조에 의하여 그 일부 이상이 지지될 수 있다. 그래핀층 (62)은 금층 (50)에 연결되어 있고 금층 (50)은 전압원 (V1), 전기적 신호 측정기 (I) 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 상기 장치 (100)는 상기 나노포어 (70)를 통하여 전압을 인가할 수 있도록 배치된 전극 쌍 (130, 140), 그에 전기적으로 연결된 전압원 (V2)을 더 포함할 수 있다. 전극 쌍 (130, 140)에는 전기적 신호 측정기가 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 쌍 (130, 140)은 크롬, 금, 구리, 은, 카본나노튜브, 그래핀, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 것일 수 있다. 나노포어의 금층은 나노포어의 내부 벽면의 일부를 정의하고, 티올기를 가진 물질이 부착될 수 있다.
도 6은 도 5의 점선 부분의 좌측 부분을 확대한 모식도이다. A, B 및 C는 제1 기판 (30), 그 위에 배치된 금 중간층 (40), 그 위에 배치된 제1 물질층 (60), 그 위에 배치된 그래핀층 (62) 및 그 위에 배치된 제2 물질층 (60')의 적층 구조물에서, 금 중간층 (Au interlayer) (40)에 인터칼레이터 모이어티, 양으로 하전된 물질, 및 도전성 모이어티 (conducting moiety)가 각각 부착된 예를 나타낸다. 도 6A의 (a), (b) 및 (c)는 각각 9-메르캅토플루오렌, 9-플루오레닐메틸티올, 1-나프탈렌티올이 부착된 것을 나타낸다. 도 6B 및 6C는 양으로 하전된 물질로서 시스테아민 (cysteamine) 및 도전성 모이어티로서 테르페닐 티올이 부착된 것을 나타낸다.
도 5, 및 도 6에 도시된 장치는 예시적인 것이며, 다른 구체예가 있을 수 있다. 예를 들면, 금 중간층 (40)의 하면에 배치되어 있는 제1 기판 (30)의 일부분 이상은 제거되어, 금 중간층 (40)이 상기 장치의 하면에 대하여 노출되는 것일 수 있다. 또한, 제1 기판 (30) 및 그 위에 배치된 금 중간층 (40)은 상기 적층 구조의 하면에 배치되는 대신에, 상기 그래핀 (62)에 대하여 대칭적으로 금 중간층 (40)이 제2 물질층 (60') 위에 배치되고, 및 제2 물질층 (60') 위에 제1 기판 (30)이 배치될 수 있다. 선택적으로, 금 중간층 (40)의 상면에 배치되어 있는 제1 기판 (30)의 일부분 이상은 제거되어, 금 중간층 (40)이 상기 장치의 상면에 대하여 노출되는 것일 수 있다. 제1 기판 (30)은 절연물질일 수 있다.
실시예
3:
금층을
포함하는
나노포어
장치의 제작 및
금층에
대한 특이적인 화학적
변형2
본 실시예는 실시예2의 나노포어 장치 제조 공정에서 Au/Cr 층과 그래핀 전극 공정 순서를 바꾸어 실시한 예이다.
(1)
나노포어
장치의 제작
도 7은 나노포어 내부 벽면의 전극이 아닌 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 과정의 다른 일 예를 나타낸 도면이다. 도 7를 참조하여 설명하면,
먼저 두께 (예를 들면, 약 300μm)를 갖는 실리콘 기판 (10)에 절연층인 SiO2 (20)를 두께 (예를 들면, 약 300nm)로 증착시켰다. 상기 증착은 열성장 (thermal growth) 방식을 이용하여 이루어졌다 (A).
다음으로, 양 절연층 위에 나노포어 가공을 위한 저스트레스(low stress) SiNx 박막 (30) (예를 들면, 약 30nm)을 LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) 방식을 이용해 성막하였다 (B).
다음으로 신호 측정을 위한 전극 공정을 진행하였다. 먼저 그래핀 (62)을 전이시킨(transfer) 후 나노리본 형태로 패터닝하였다. 패터닝은 전자빔 리소그래피 공정을 사용하였다. 그래핀의 패터닝은 플라즈마 에슁 공정을 이용하여 진행하였다 (C).
다음으로, probe station의 probe를 probing이나 wire-bonding이 진행될 접촉선 (contact line)을 Au/Ti 또는 Au/Cr (50)을 증착하여 제작하였다. 이 경우, 식각 공정은 리프트-오프 공정을 이용하였다. Au/Ti 또는 Au/Cr (50)은 약 50nm/10nm의 두께일 수 있다 (D).
다음으로, 금속 전극의 절연을 위해 Al2O3 박막 (60)을 증착하게 되며 균일한 절연 효과를 위해 약 30nm 정도를 ALD (atomic layer deposition) 공정을 이용해 증착하였다 (E).
다음으로, 나노갭의 화학적 변형에 사용하게 될 금(Au/Cr)(40)을 증착하고 전자-빔 리소그래피 (E-beam Lithography) 공정을 이용해 나노리본 형태로 패터닝하였다. 증착된 나노리본은 TEM 공정에 의하여 완전히 절단시킨 후, 생정장 과정에 의하여 나포포어 직경을 조절하였다. 그 결과, 나노리본은 나노포어의 내부 벽면 전부를 덮고 있는 것이 아니라, 서로 이격되어 한 쌍의 전극을 구성하고 있다. 화학적 변형에만 사용되므로 전극 역할은 가지지 못하게 floating 형태, 즉 그래핀 전극이나 접촉 전극과 같은 다른 전극과 연결되지 않도록 제작하였다. 크롬 (Cr)을 금의 SiNx에 대한 접착력을 높이기 위하여 사용하였다. 형성된 금층/크롬층 (40)의 두께는 약 10nm/5nm이었고, 폭 (width)은 약 50nm이었다. 리소그래피 식각 공정은 리프트-오프 (Lift off) 공정을 이용하였다(F).
선택적으로, 금층/크롬층 (40) 상에 절연을 위해 Al2O3 박막 (60')을 증착할 수 있다. 증착은 ALD 공정을 이용하여 약 30 nm 두께로 균일하게 증착할 수 있다.
상면의 공정이 완성되면 나노포어 가공을 위해 Si 기판 (10) 뒷면에서 반응성 이온 에칭 공정 (RIE)을 진행하였다. 초기 절연층으로 성막한 SiO2 (20)와 나노포어 가공을 위해 성막한 저스트레스 SiNx 박막 (30)이 하드마스크 (hardmask) 역할을 담당하게 된다 (G). 그 결과, 실리콘 기판 하면의 SiO2(20)와 저스트레스 SiNx 박막 (30)의 일부분을 식각하여 제거하였다.
다음으로, TMAH (tetramethylammonium hydroxide) 또는 KOH를 사용한 Si 에칭 공정에 의하여 뒷면의 Si 기판 (10)의 일 부분을 제거하였다. BOE (buffferd Oxide Etch) 공정을 수행하여 SiO2 박막 (20)을 일 부분을 식각하여 제거하였다. 그 결과, 저스트레스 SiNx (30), 그래핀(62), Al2O3 절연층 (60) 및 금/크롬 층 (Au/Cr) (40)만 남겼다 (H). 저스트레스 SiNx (30), 그래핀(62), Al2O3 절연층 (60) 및 금/크롬 층 (Au/Cr) (40)의 적층구조는 약 100nm일 수 있다. 금/크롬 (또는 크롬/Ti) 층 (40)에서 크롬 또는 Ti는 금의 Al2O3 절연층 (60)에 대한 접착력을 증가시키기 위하여 사용되었다.
다음으로, 투과전자 현미경 (TEM: transmission electron microscope) 설비를 이용하여 상기 적층 구조를 부분적으로 제거하여 나노포어 (70)를 형성하였다 (I). 나노포어의 일 말단은 유체를 담을 수 있는 시스 챔버 (80)와 유체소통가능하게 연결되어 있고, 나노포어의 다른 말단은 유체를 담을 수 있는 트란스 챔버 (90)와 유체소통가능하게 연결되어 있다. 나노포어는 그 횡단면의 길이가 약 1 내지 10nm, 예를 들면, 약 2nm일 수 있다. 도 7에서, 시스 챔버 (80)와 트란스 챔버 (90)는 설명을 위하여 일부가 생략된 것으로서, 그래핀 전극 (62)과는 전기적으로 연결되어 있지 않으면서, 유체를 담을 수 있도록 된 용기일 수 있다.
(2)
나노포어
내부 벽면의
금층에
대한 화학적 변형
형성된 금층 (40)을 포함하는 나노포어에 대하여 티올기를 갖는 물질을 반응시켜, 티올기를 갖는 물질을 금층 (40)에 특이적으로 부착시켰다. 구체적으로, 상기 방법을 통해 제작된 나노포어 장치에서 DNA 통과 속도 조절이 가능한 화학적 모이어티를 가진 티올기를 갖는 물질을 반응시켰다. 먼저 UV 오존 세척 (UV ozone cleaning)을 통해 나노포어 장치의 표면과 나노포어 표면에 남아 있는 오염물을 제거시켰다.
티올기를 갖는 물질로서, 티올기를 가진, 인터칼레이터 모이어티, 양으로 하전된 물질, 도전성 타입 물질 또는 이들의 조합을 용매, 예를 들면, 메틸렌 클로리드, 클로로포름, 에틸렌 아세테이트, 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴 또는 이들의 조합에 녹여 용액을 만들고 이 용액에 나노포어 장치를 담가두었다. 화학적 모이어티 종류에 따라 2 시간 내지 24 시간 정도 담가두었다.
반응이 완료된 후 나노포어 장치를 용매에서 꺼내 세척하였다. 반응에 사용한 용매를 이용해 3회 세정한 후 24 시간 정도 용매에 담가 두어 반응 후 남은 잔여물을 확실하게 제거하였다. 다음엔 MeOH 용액을 이용하여 3회 정도 세척한 후 건조하였다. 화학적 모이어티는 단일종을 반응시킬 수도 있고 여러 종류를 반응시킬 수도 있다. 인터칼레이터 모이어티는 예를 들면, 9-메르캅토플루오렌, 9-플루오레닐메틸티올, 1-나프탈렌티올 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 양으로 하전된 물질은 시스테아민 (cysteamine)을 포함할 수 있다. 도전성 모이어티 (conducting moiety)는 테르페닐 티올을 포함할 수 있다.
이렇게 제조된 장치의 그래핀 전극 (62)에는 전압원 또는 전기적 신호 측정 장치를 연결하였다. 또한, 상기 나노포어를 통하여 전압을 인가할 수 있도록 전극 쌍 (130, 140)을 배치하고, 그에 전압원 (V2)을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 8은 나노포어 내부 벽면의 금 중간층 (40)에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어 (70)를 갖는 장치의 다른 일 예를 나타낸 단면도이다.
장치 (100)는 제1 기판 (30), 그 위에 배치된 그래핀층 (62), 그 위에 배치된 제1 물질층 (50), 및 그 위에 배치된 금/크롬층 (40')의 적층 구조물로서 그의 두께를 관통하는 나노포어 (70)를 포함하고, 상기 나노포어 (70) 내부 벽면의 금 층(40')에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물; 상기 나노포어 (70)의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버 (80); 및 상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버 (90);를 포함할 수 있다. 제1 기판 (30)은 절연물질, 예를 들면, 실리콘 니트리드일 수 있다. 제1 물질층 (50) 및 선택적으로 상기 금/크롬층 (40')상에 배치될 수 있는 제2 물질층 (60')은 절연물질 (도시되지 않음), 예를 들면, 알루미늄 옥시드일 수 있다. 제1 기판 (30)은 실리콘 니트리드 (30), SiO2 (20), 실리콘 (10), 및 SiO2(20)의 층상 구조에 의하여 그 일부 이상이 지지될 수 있다. 그래핀층 (62)은 금층 (40)에 연결되어 있고 금층 (40)은 전압원 (V1), 전기적 신호 측정기 (I) 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 상기 장치 (100)는 상기 나노포어 (70)를 통하여 전압을 인가할 수 있도록 배치된 전극 쌍 (130, 140), 그에 전기적으로 연결된 전압원 (V2)을 더 포함할 수 있다. 전극 쌍 (130, 140)에는 전기적 신호 측정기가 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 쌍 (130, 140)은 크롬, 금, 구리, 은, 카본나노튜브, 그래핀, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 것일 수 있다. 나노포어의 금층은 나노포어의 내부 벽면의 일부를 정의하고, 티올기를 가진 물질이 부착될 수 있다.
도 9는 도 8의 점선 부분을 확대한 모식도이다. A, B 및 C는 제1 기판 (30), 그 위에 배치된 그래핀층 (62), 그 위에 배치된 제1 물질층 (50) 및 그 위에 배치된 금/크롬층 (40')의 적층 구조물에서, 금/크롬층 (40')에 인터칼레이터 모이어티, 양으로 하전된 물질, 및 도전성 모이어티 (conducting moiety)가 각각 부착된 예를 나타낸다. 도 9A의 (a), (b) 및 (c)는 각각 9-메르캅토플루오렌, 9-플루오레닐메틸티올, 1-나프탈렌티올이 부착된 것을 나타낸다. 도 9B 및 9C는 양으로 하전된 물질로서 시스테아민 (cysteamine) 및 도전성 모이어티로서 테르페닐 티올이 부착된 것을 나타낸다.
도 8, 및 도 9에 도시된 장치는 예시적인 것이며, 다른 구체예가 있을 수 있다. 예를 들면, 금층 (40')의 상면에 제2 물질층이 선택적으로 배치될 수 있다. 제2 물질층은 절연물질일 수 있다.
Claims (22)
- 제1 기판상에 금을 접촉시켜 제1 금층을 형성하는 단계;
형성된 제1 금층상에 제1 물질을 접촉시켜 제1 물질층을 형성하는 단계;
형성된 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계; 및
적층 구조물의 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질을 반응시켜 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 부착시키는 단계;를 포함하는, 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 방법. - 청구항 1에 있어서, 제1 기판 및 제1 물질은 절연 물질로 된 것인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 형성된 제1 금층상에 제1 물질을 접촉시키는 단계 후에 형성된 제1 물질층상에 전극물질을 접촉시켜 제1 전극층을 형성하는 단계; 및
형성된 제1 전극층상에 제2 물질을 접촉시켜 제2 물질층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 이 경우 형성된 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계는 형성된 제1 기판, 제1 금층, 제1 물질층, 제1 전극층 및 제2 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계인 것인 방법. - 청구항 3에 있어서, 제1 물질층과 제2 물질층은 절연물질인 것인 방법.
- 청구항 3에 있어서, 제1 전극층을 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 티올기를 갖는 물질은 생물분자와 상호작용하는 성질을 가진 물질인 것인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 생물분자는 핵산, 단백질, 당, 이들의 조합인 것인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 티올기를 갖는 물질은 핵산 인터칼레이터, 양전하를 갖는 물질, 전도성 물질, 또는 이들의 조합인 것인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 제1 금층을 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 부착시키는 단계 후에
제1 금층상에 제2 물질을 접촉시켜 제2 물질층을 형성하는 단계;
형성된 제2 물질층상에 금을 접촉시켜 제2 금층을 형성하는 단계;
선택적으로 형성된 제2 금층상에 제3 물질을 접촉시켜 제2 물질층을 형성하는 단계;
형성된 제2 물질층, 제2 금층 및 선택적으로 제3 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계; 및
적층 구조물의 나노포어 내부 벽면의 제2 금층에 티올기를 갖는 물질을 반응시켜 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제2 금층에 부착시키는 단계;를 더 포함하는 방법. - 청구항 10에 있어서, 제1 금층과 제2 금층에 부착된 티올기를 갖는 물질은 다른 물질인 것인 방법.
- 청구항 10에 있어서, 청구항 10에 기재된 과정을 반복하여 3 이상의 금층을 나노포어 내부 벽면에 형성하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 청구항 12에 있어서, 각 금층은 핵산의 각 뉴클레오티드 타입에 특이적으로 결합하는 티올기를 갖는 물질이 부착된 것인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 나노포어의 일 말단측에 유체 소통가능하게 액체를 담을 수 있는 제1 챔버를 형성하고, 상기 나노포어의 다른 말단측에 유체 소통가능하게 액체를 담을 수 있는 제2 챔버를 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
- 제1 기판상에 전극물질을 접촉시켜 제1 전극층을 형성하는 단계;
형성된 제1 전극층상에 제1 물질을 접촉시켜 제1 물질층을 형성하는 단계;
형성된 제1 물질층상에 금을 접촉시켜 제1 금층을 형성하는 단계; 및
형성된 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 및 제1 금층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계; 및
적층 구조물의 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질을 반응시켜 티올기를 갖는 물질을 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 부착시키는 단계;를 포함하는, 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착된 나노포어를 갖는 장치를 제조하는 방법. - 청구항 15에 있어서, 형성된 제1 금층상에 제2 물질을 접촉시켜 제2 물질층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 이 경우 형성된 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 및 제1 금층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계는 형성된 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 제1 금층, 및 제2 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 형성하는 단계인 것인 방법.
- 청구항 15에 있어서, 상기 전극물질은 금속 또는 탄소기반 물질인 것인 방법.
- 청구항 15에 있어서, 제1 전극층에 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
- 청구항 15에 있어서, 제1 금층은 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들의 조합에 연결되어 있지 않은 것인 방법.
- 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 포함하는 것인 제1 기판, 제1 금층 및 제1 물질층의 적층 구조물로서, 상기 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물;
상기 나노포어의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버; 및
상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버;를 포함하는 핵산을 분석하기 위한 장치로서,
상기 티올기를 갖는 물질은 핵산과 상호작용하는 물질이고, 상기 제1 금층은 전압원 및 전기적 신호 측정기와 전기적으로 연결된 것인 장치의 시스 챔버에 핵산 함유 시료인 제1 염 용액을 제공하는 단계;
상기 트란스에 챔버에 제2 염 용액을 제공하는 단계;
시스 챔버로부터 트란스 챔버로 핵산 시료를 이동시키는 단계; 및
제1 금층에 연결된 전기적 신호 측정기로부터 핵산 시료의 이동에 따른 전기적 신호를 측정하는 단계;를 포함하는, 시료 중의 핵산을 분석하는 방법. - 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 및 제1 금층의 적층 구조물의 두께를 관통하는 나노포어를 포함하는 것인 제1 기판, 제1 전극층, 제1 물질층, 및 제1 금층의 적층 구조물로서, 상기 나노포어 내부 벽면의 제1 금층에 티올기를 갖는 물질이 부착되어 있는 것인 구조물;
상기 나노포어의 일 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 시스 챔버; 및
상기 나노포어의 다른 말단과 유체소통가능하게 연결된 액체를 담을 수 있는 트란스 챔버;를 포함하는 핵산을 분석하기 위한 장치로서,
상기 티올기를 갖는 물질은 핵산과 상호작용하는 물질이고, 제1 금층은 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들 조합과 전기적으로 연결되어 있지 않고, 제1 전극층은 전압원, 전기적 신호 측정기 또는 이들 조합과 전기적으로 연결되어 있는 것인 장치의 시스 챔버에 핵산 함유 시료인 제1 염 용액을 제공하는 단계;
상기 트란스에 챔버에 제2 염 용액을 제공하는 단계;
시스 챔버로부터 트란스 챔버로 핵산 시료를 이동시키는 단계; 및
제1 전극층에 연결된 전기적 신호 측정기로부터 핵산 시료의 이동에 따른 전기적 신호를 측정하는 단계;를 포함하는, 시료 중의 핵산을 분석하는 방법. - 청구항 21에 있어서, 상기 적층 구조물은 제1 금층상에 배치된 제2 물질층을 더 포함하는 것인 방법.
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