TWI674405B - 奈米間隙電極對及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於偵測一生物分子之系統，其包括一奈米間隙電極裝置，該奈米間隙電極裝置包含一第一電極及相鄰於該第一電極之一第二電極。該第一電極與該第二電極可由一奈米間隙分離，該奈米間隙經定尺寸以允許該生物分子流動通過該奈米間隙。該奈米間隙可具有至少一第一間隙區域及一第二間隙區域。該第二間隙區域可依相對於具有該第一間隙區域之一平面大於0°之一角度定向。該系統可進一步包含耦合至該奈米間隙電極裝置之一電路。當該生物分子流動通過該奈米間隙時，該電路可從該第一電極及該第二電極接收電信號。

Description

奈米間隙電極對及其製造方法 [交叉參考]
本申請案主張2013年10月16日申請之日本專利申請案第JP 2013-215828號之優先權，該案之全文以引用的方式併入本文中。
本發明係關於一種奈米間隙電極對及一種製造一奈米間隙電極對之方法。近年來，一電極結構(下文中稱為奈米間隙電極對)已成為關注焦點，其中一奈米級間隙形成於對置電極部件或成形G0針尖之間。據此，使用奈米間隙電極對來對電子裝置、生物裝置及其類似者進行積極研究。例如，在生物裝置領域中，已設想一種利用一奈米間隙電極對來分析DNA或RNA之核苷酸序列之分析設備(例如參閱國際公開案第WO 2011/108540號，該案之全文以引用的方式併入本文中)。
在此分析設備中，使一單一DNA或RNA鏈通過一奈米間隙電極對之電極部件之間之一奈米級中空間隙(下文中稱為一奈米間隙)。通常，可使用單鏈DNA或RNA。接著，當一單一DNA或RNA鏈之鹼基通過電極部件之間之奈米間隙時，量測流動通過電極部件之電流，藉此能夠基於電流值而判定構成DNA或RNA鏈之鹼基。
如上文所提及，在此一分析設備中，若奈米間隙電極對之電極部件之間之距離增大，則一電流之可偵測值減小。此難以高靈敏度地 分析樣本。據此，可期望：電極部件之間可形成小尺寸之奈米間隙。據此，吾人致力於開發一奈米間隙電極對，其之電極部件之間之距離較短(例如參閱日本專利特許公開案第2006-234799號，該案之全文以引用的方式併入本文中)。
日本專利特許公開案第2006-234799號(該案之全文以引用的方式併入本文中)揭示一種方法，其藉由建立包括一金屬層、一自組裝單層(SAM)或Al2O3層及一金屬層之一個三層結構且接著移除該SAM或Al2O3層而在一基板上製造一垂直奈米間隙。日本專利特許公開案第2006-234799號(該案之全文以引用的方式併入本文中)亦揭示一種方法，其藉由在安置於一基板上之一第一金屬層之一側表面上形成作為一電極部件之一SAM，形成充當該基板上之另一電極部件之一第二金屬層以便與該SAM接觸，且接著移除該SAM而建立該第一金屬層與該第二金屬層之間之一平面奈米間隙。
雖然在奈米間隙電極中電極部件之間之距離可變窄，但在一些情況中，電極部件之間之變窄距離會使含一單鏈DNA之樣本溶液量測目標更難以通過奈米間隙。
因此，已鑑於上述問題而實現之本發明之一目的係提出一種奈米間隙電極對及一種用於製造一奈米間隙電極對之方法，其中一樣本流體可容易地通過一第一電極部件與一第二電極部件之間之一奈米間隙，即使該奈米間隙之寬度實質上較窄。
本發明提供奈米間隙電極裝置及系統。本文所提供之奈米間隙電極裝置及系統能夠至少解決一些上述問題。
在一些實施例中，一種奈米間隙電極對可包含：一第一電極部件，其形成於一基板上；一第二電極部件，其形成於在一絕緣層上之一第一電極部件上方形成之一間隙形成層或在該第一電極部件上形成 之一間隙形成層上且安置成與該第一電極部件對置；及一奈米間隙，其形成於該第一電極部件與該第二電極部件之間，該奈米間隙由與一基板共面之一第一奈米間隙區域及垂直於該基板而延伸之一第二奈米間隙區域組成，該第二奈米間隙區域之終端與該第一奈米間隙區域連接或重疊。
在一些實施例中，一種奈米間隙電極對可包含：一第一電極部件，其形成於一基板上；一第二電極部件，其形成於該基板上之一間隙形成層上且安置成與該第一電極部件對置；及一奈米間隙，其形成於該第一電極部件與該第二電極部件之間，該奈米間隙包括與一基板共面之一第一奈米間隙區域及垂直於該基板而延伸之一第二奈米間隙區域，該第二奈米間隙區域之終端與該第一奈米間隙區域連接或重疊。
在本發明之一態樣中，一種奈米間隙電極對包括：一第一電極部件，其形成於一基板上；一第二電極部件，其形成於透過一絕緣層而形成於該第一電極部件中之一間隙形成層或在該第一電極部件中形成之一間隙形成層上且安置成與該第一電極部件對置；及一奈米間隙，其形成於該第一電極部件與該第二電極部件之間，該奈米間隙由沿該基板之一平面方向延伸之一第一間隙區域及垂直於該基板而延伸之一第二間隙區域組成，該第二間隙區域之終端與該第一間隙區域連接。在一實施例中，該第一電極部件包含：一薄膜部件；一厚膜部件，其膜厚度厚於該薄膜部件；及一第一電極側間隙形成部件，其形成於該薄膜部件與該厚膜部件之間且其膜厚度薄於該厚膜部件。該第二電極部件可包含：一基底部件，其透過該絕緣層及該間隙形成層或僅透過該間隙形成層而安置於該薄膜部件上；及一第二電極側間隙形成部件，其之前端從該基底部件延伸朝向該厚膜部件，藉此形成該第一電極側間隙形成部件與該第二電極側間隙形成部件之間之該第一間 隙區域及該厚膜部件與該第二電極側間隙形成部件之間之該第二間隙區域。
在另一態樣中，一種奈米間隙電極對包括：一第一電極部件，其形成於一基板上；一第二電極部件，其形成於該基板上之一間隙形成層中且安置成與該第一電極部件對置；及一奈米間隙，其形成於該第一電極部件與該第二電極部件之間，該奈米間隙由沿該基板之一平面方向延伸之一第一間隙區域及垂直於該基板而延伸之一第二間隙區域組成，該第二間隙區域之終端與該第一間隙區域連接。在一實施例中，該第二電極部件包含：一基底部件，其透過該間隙形成層而安置於該基板上；及一第二電極側間隙形成部件，其經形成以便在該第一電極部件上運行，其中該第一間隙區域及該第二間隙區域設置於該第一電極部件與該第二電極側間隙形成部件之間。
在一實施例中，該第一間隙區域之寬度及該第二間隙區域之寬度具有相同於該間隙形成層之膜厚度之尺寸。
在另一態樣中，一種用於偵測一生物分子之系統包括：一奈米間隙電極裝置，其包含一第一電極及相鄰於該第一電極之一第二電極，其中該第一電極與該第二電極由一奈米間隙分離，該奈米間隙經定尺寸以允許該生物分子流動通過該奈米間隙，其中該奈米間隙具有至少一第一間隙區域及一第二間隙區域，其中該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之一平面大於0°之一角度定向；及一電路，其耦合至該奈米間隙電極裝置，其中當該生物分子流動通過該奈米間隙時，該電路從該第一電極及該第二電極接收電信號。
在一些實施例中，該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之該平面大於約25°之一角度定向。在一些實施例中，該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之該平面大於約45°之一角度定向。在一些實施例中，該第二間隙區域依相對於具有或界 定該第一間隙區域之該平面約90°之一角度定向。
在一些實施例中，該第一電極相鄰於一基板。在一些實施例中，該第二電極相鄰於與該第一電極接觸之一絕緣層。在一些實施例中，該第一電極包括一第一部分及相鄰於該第一部分之一第二部分，其中該第一部分及該第二部分相鄰於該基板，且其中該第一部分具有大於該第二部分之一厚度。在一些實施例中，該第一部分具有部分地界定該第二間隙區域之一表面，且其中該第二部分具有部分地界定該第一間隙區域之一表面。
在一些實施例中，該第一電極或該第二電極之一部分具有一單原子針尖。在一些實施例中，該第二間隙區域之一終端耦合至該第一間隙區域。在一些實施例中，該系統進一步包括至少一通道，其與該奈米間隙電極裝置流體連通且經組態以將該生物分子導引至該奈米間隙。在一些實施例中，該通道與一微流體結構整合。
在一些實施例中，該電路係一電腦處理器之部分或與一電腦處理器通信，該電腦處理器經程式化以從該等電信號偵測該生物分子或其部分。在一些實施例中，該奈米間隙電極裝置係一陣列之奈米間隙電極裝置之部分。在一些實施例中，該奈米間隙電極裝置可相對於該陣列之其他奈米間隙電極裝置而獨立地定址。
在一些實施例中，該奈米間隙具有一第三間隙區域，其之一終端耦合至該第一間隙區域。
在另一態樣中，一種用於感測一生物分子之系統包括一奈米間隙電極裝置，其包含一第一電極及相鄰於該第一電極之一第二電極，其中該第一電極與該第二電極由一奈米間隙分離，該奈米間隙經定尺寸以允許該生物分子流動通過該奈米間隙，其中該奈米間隙具有一第一間隙區域及一第二間隙區域，其中該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之一平面約90°之一角度定向，且其中該第二間 隙區域之一終端耦合至該第一間隙區域。
在一些實施例中，該第一電極相鄰於一基板。在一些實施例中，該第二電極相鄰於與該第一電極接觸之一絕緣層。在一些實施例中，該第一電極包括一第一部分及相鄰於該第一部分之一第二部分，其中該第一部分及該第二部分相鄰於該基板，且其中該第一部分具有大於該第二部分之一厚度。在一些實施例中，該第一部分具有部分地界定該第二間隙區域之一表面，且其中該第二部分具有部分地界定該第一間隙區域之一表面。
在一些實施例中，該第一電極或該第二電極之一部分具有一單原子針尖。在一些實施例中，該系統進一步包括至少一通道，其與該奈米間隙電極裝置流體連通且經組態以將該生物分子導引至該奈米間隙。在一些實施例中，該通道與一微流體結構整合。
在一些實施例中，該奈米間隙電極裝置係一陣列之奈米間隙電極之部分。在一些實施例中，該奈米間隙電極裝置可相對於該陣列之其他奈米間隙電極裝置而獨立地定址。
在一些實施例中，該奈米間隙具有一第三間隙區域，其之一終端耦合至該第一間隙區域。
本發明亦提供一種用於偵測一生物分子之方法，其包括：使用上文或本文別處所描述之裝置或系統之任何者來偵測該生物分子。
在一態樣中，一種用於偵測一生物分子之方法包括：(a)將一生物分子導引至具有一第一電極及相鄰於該第一電極之一第二電極之一奈米間隙電極裝置，其中該第一電極與該第二電極由一奈米間隙分離，該奈米間隙經定尺寸以允許該生物分子流動通過該奈米間隙，其中該奈米間隙具有至少一第一間隙區域及一第二間隙區域，且其中該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之一平面大於0°之一角度定向；(b)當該生物分子流動通過該奈米間隙時，量測電信 號；及(c)使用(b)中所量測之該等電信號來偵測該生物分子。
在一些實施例中，該偵測包括：比較該等電信號與指示該生物分子或其之一部分之參考信號。在一些實施例中，該偵測包括：識別該生物分子或其之一部分。在一些實施例中，該生物分子係一核酸分子。在一些實施例中，(c)中之該偵測包括：使該核酸分子排序。
在一些實施例中，該等電信號包含電流。在一些實施例中，該電流係穿隧電流。
在一些實施例中，該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之該平面約90°之一角度定向。在一些實施例中，該第一電極或該第二電極之一部分具有一單原子針尖。在一些實施例中，透過與該奈米間隙電極裝置流體連通之至少一通道而將該生物分子導引至該奈米間隙電極裝置。在一些實施例中，該奈米間隙電極裝置係一陣列之可獨立定址之奈米間隙電極裝置之部分。在一些實施例中，當該生物分子流動通過該奈米間隙時，該生物分子之一部分流動通過該第一間隙區域且該生物分子之剩餘部分流動通過該第二間隙區域。
本發明亦提供用於製造上文或本文別處所描述之裝置及系統之任何者之方法。
在一態樣中，一種用於製造用於偵測一生物分子之奈米間隙電極之方法包括：(a)提供相鄰於一基板之一第一電極形成部件；(b)形成相鄰於該第一電極形成部件之一表面之一間隙形成層；(c)形成相鄰於該間隙形成層之一第二電極形成部件；及(d)移除該間隙形成層之一部分以在該第一電極部件與該第二電極部件之間形成一奈米間隙，其中該奈米間隙經定尺寸以允許該生物分子流動通過該奈米間隙，其中該奈米間隙具有至少一第一間隙區域及一第二間隙區域，且其中該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之一平面大於0°之一角度定向。
在一些實施例中，該方法進一步包括：在(c)之後，暴露該第一電極形成部件之一表面、該間隙形成層之該第二部分之一表面、及該第二電極形成部件之一表面。在一些實施例中，該方法進一步包括：圖案化該第二電極形成部件、該間隙形成層及該第一電極形成部件以提供各具有一預定形狀之一第一電極部件及一第二電極部件。
在一些實施例中，該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之該平面大於約25°之一角度定向。在一些實施例中，該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之該平面大於約45°之一角度定向。在一些實施例中，該第二間隙區域依相對於具有或界定該第一間隙區域之該平面約90°之一角度定向。
在一些實施例中，該方法進一步包括：處理該第一電極部件及/或該第二電極部件以具有一單原子針尖。在一些實施例中，該第一電極部件及該第二電極部件經處理以各具有一單原子針尖。在一些實施例中，該方法進一步包括：提供與該奈米間隙流體連通之至少一通道。在一些實施例中，該方法之步驟(a)包括：形成相鄰於該電極形成部件之一部分之一絕緣層，該部分具有小於該電極形成部件之另一部分之一厚度；及形成相鄰於該絕緣層之該間隙形成層。在一些實施例中，該第二間隙區域之一終端耦合至該第一間隙區域。在一些實施例中，該第一電極形成部件具有一高度差。在一些實施例中，該第一間隙區域平行於該基板。
在另一態樣中，一種製造一奈米間隙電極對之方法包含：一第一操作，其在一基板上形成具有多個不同高度之一第一電極形成部件，且接著沿該第一電極形成部件之一較低高度形成一間隙形成層，藉此形成與一基板共面且垂直於該基板之該間隙形成層；一第二操作，其在該間隙形成層上形成一第二電極形成部件，且接著暴露該第一電極形成部件之一表面、垂直於該基板而延伸之該間隙形成層之一 表面、及該第二電極形成部件之一表面；一第三操作，其使用一光罩來圖案化該第二電極形成部件、該間隙形成層及該第一電極形成部件，藉此形成各具有一預定形狀之一第一電極部件及一第二電極部件，且在該第一電極部件與該第二電極部件之間形成與一基板共面且垂直於該基板之該間隙形成層；及一第四操作，其移除該間隙形成層，藉此形成包括與一基板共面之一第一奈米間隙區域及垂直於該基板而延伸之一第二奈米間隙區域之一奈米間隙，該第二奈米間隙區域之終端在該第一電極部件與該第二電極部件之間與該第一奈米間隙區域連接或重疊。
在另一態樣中，一種製造一奈米間隙電極對之方法包含：一第一操作，其在一基板上形成一第一電極形成部件，且接著在該第一電極形成部件及該基板上形成一間隙形成層，藉此形成與該基板共面且垂直於該基板之該間隙形成層；一第二操作，其在該間隙形成層上形成一第二電極形成部件；一第三操作，其使用一光罩來圖案化該第二電極形成部件、該間隙形成層及該第一電極形成部件，藉此形成各具有一預定形狀之一第一電極部件及一第二電極部件，且在該第一電極部件與該第二電極部件之間形成與該基板共面且垂直於該基板之該間隙形成層；及一第四操作，其移除該間隙形成層，藉此形成由與該基板共面之一第一奈米間隙區域及垂直於該基板而延伸之一第二奈米間隙區域組成之一奈米間隙，該第二奈米間隙區域之終端在該第一電極部件與該第二電極部件之間與該第一間隙區域連接或重疊。
在另一態樣中，一種製造一奈米間隙電極對之方法包括：在一基板上形成具有一高度差之一第一電極形成部件，且接著沿該第一電極形成部件之該高度差形成一間隙形成層，藉此形成沿該基板之一平面方向且垂直於該基板而延伸之該間隙形成層；在該間隙形成層上形成一第二電極形成部件，且接著暴露該第一電極形成部件之一表面、 垂直於該基板而延伸之該間隙形成層之一表面、及該第二電極形成部件之一表面；使用一光罩來圖案化該第二電極形成部件、該間隙形成層及該第一電極形成部件，藉此形成各具有一預定形狀之一第一電極部件及一第二電極部件，且在該第一電極部件與該第二電極部件之間形成沿該基板之該平面方向且垂直於該基板而延伸之該間隙形成層；及移除該間隙形成層，藉此形成由沿該基板之該平面方向延伸之一第一間隙區域及垂直於該基板而延伸之一第二間隙區域組成之一奈米間隙，該第二間隙區域之終端在該第一電極部件與該第二電極部件之間與該第一間隙區域連接。在一實施例中，形成該第一電極形成部件包括在具有該高度差之該第一電極形成部件上之膜厚度較薄之一區域中形成一絕緣層，且接著沿該第一電極形成部件之該高度差及該絕緣層形成該間隙形成層，且該圖案化包括亦使用該光罩來圖案化該絕緣層以將該絕緣層安置於該第一電極部件之膜厚度較薄之一區域中。
在另一態樣中，一種製造一奈米間隙電極對之方法包括：在一基板之部分上形成一第一電極形成部件，且接著在該第一電極形成部件及該基板上形成一間隙形成層，藉此形成沿該基板之一平面方向且垂直於該基板而延伸之該間隙形成層；在該間隙形成層上形成一第二電極形成部件；使用一光罩來圖案化該第二電極形成部件、該間隙形成層及該第一電極形成部件，藉此形成各具有一預定形狀之一第一電極部件及一第二電極部件，且在該第一電極部件與該第二電極部件之間形成沿該基板之該平面方向且垂直於該基板而延伸之該間隙形成層；及移除該間隙形成層，藉此形成由沿該基板之該平面方向延伸之一第一間隙區域及垂直於該基板而延伸之一第二間隙區域組成之一奈米間隙，該第二間隙區域之終端在該第一電極部件與該第二電極部件之間與該第一間隙區域連接或重疊。
根據各種實施例，可形成一奈米間隙電極對，其中一樣本流體 不僅可流動通過與該基板共面之該第一奈米間隙區域，且可流動通過垂直於該基板而延伸之該第二奈米間隙區域，該第二奈米間隙區域之終端與該第一奈米間隙區域連接或重疊，該第一電極部件與該第二電極部件之間之該奈米間隙經選擇以具有一小寬度，樣本流體可容易地流動通過該奈米間隙。
在一些實施例中，可建構與一或多個奈米間隙電極對相關聯之奈米通道以便控制一樣本(其可為DNA)之流動，使得較高百分比之該樣本可與該等奈米間隙電極對相互作用。
在其他實施例中，可形成與該等奈米間隙電極對相關聯之穩定G0針尖以便更佳且更可靠更精確地量測一樣本。
熟悉此項技術者將從以下詳細描述更容易地明白本發明之額外態樣及優點，其中僅展示及描述本發明之說明性實施例。應認識到，本發明實現其他及不同實施例，且在全部不背離本發明之情況下，能夠在各種明顯態樣中對本發明之若干細節進行修改。據此，圖式及[實施方式]應被視為具說明性而非限制性。
[引用併入]
本說明書中所提及之所有公開案、專利及專利申請案以引用的方式併入本文中，宛如各個公開案、專利或專利申請案被明確且個別地指示為以引用的方式併入。
1‧‧‧奈米間隙電極對
2‧‧‧基板
3‧‧‧第一電極部件
3a‧‧‧薄膜部件
3b‧‧‧第一電極側間隙形成部件
3c‧‧‧厚膜部件
4‧‧‧第二電極部件
4a‧‧‧基底部件
4b‧‧‧第二電極側間隙形成部件
6‧‧‧絕緣層
7‧‧‧絕緣層
8‧‧‧矽基板
9‧‧‧氧化矽層
11a‧‧‧間隙形成上表面
11b‧‧‧間隙形成側表面
12a‧‧‧面向間隙之下表面
12b‧‧‧視情況面向間隙之頂端表面
13‧‧‧薄膜區域
13a‧‧‧表面
14‧‧‧厚膜區域
14a‧‧‧側表面
15‧‧‧抗蝕光罩
15a‧‧‧基底形成區域
15b‧‧‧間隙形成區域
15c‧‧‧基底形成區域
21‧‧‧奈米間隙電極對
23‧‧‧第一電極部件
23a‧‧‧基底部件
23b‧‧‧第一電極側間隙形成部件
24‧‧‧第二電極部件
24a‧‧‧基底部件
24b‧‧‧第二電極側間隙形成部件
26‧‧‧導電層/控制單元
28a‧‧‧間隙形成上表面
28b‧‧‧間隙視情況形成之頂端表面
29a‧‧‧面向間隙之下表面
29b‧‧‧面向間隙之側表面
31‧‧‧第一電極形成部件
32‧‧‧第二電極形成部件
32a‧‧‧相對下表面
32b‧‧‧相對側表面
41‧‧‧第一電極形成部件
41a‧‧‧上表面
41b‧‧‧側表面
42‧‧‧第二電極形成部件
42a‧‧‧相對下表面
42b‧‧‧相對側表面
44‧‧‧抗蝕光罩
45‧‧‧抗蝕光罩
45a‧‧‧基底形成區域
45b‧‧‧間隙形成區域
45c‧‧‧基底形成區域
101‧‧‧奈米間隙電極晶片/奈米間隙電極
102‧‧‧基板
103‧‧‧第一奈米間隙電極
104‧‧‧第二奈米間隙電極
106‧‧‧薄奈米通道形成層/犧牲奈米間隙層
107‧‧‧絕緣層
108‧‧‧矽基板
109‧‧‧絕緣層
110‧‧‧頂部絕緣層
116‧‧‧奈米通道
123‧‧‧入口
124‧‧‧出口
130‧‧‧電連接墊
132‧‧‧選用之較厚通道區段
133‧‧‧選用之較厚通道區段
226‧‧‧控制單元
1501‧‧‧電腦系統
1505‧‧‧中央處理單元(CPU)/處理器
1510‧‧‧記憶體/記憶體位置
1515‧‧‧電子儲存單元
1520‧‧‧通信介面
1525‧‧‧周邊裝置
1530‧‧‧電腦網路
NG‧‧‧奈米間隙
NG1‧‧‧第一間隙區域
NG2‧‧‧第二間隙區域
NG3‧‧‧第一間隙區域
NG4‧‧‧第二間隙區域
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧間隙間隔
W3‧‧‧重疊距離
特定言之，在隨附申請專利範圍中闡述本發明之新穎特徵。藉由參考闡述說明性實施例之以下詳細描述而實現更佳地理解本發明之特徵及優點，其中利用本發明之原理，且其中：圖1係繪示一奈米間隙電極對之整體組態的一示意圖；圖2A係繪示一奈米間隙電極對之一上表面組態的一俯視圖；圖2B係繪示一奈米間隙電極對之一側向橫截面組態的一橫截面 側視圖；圖3A至圖3F係用於製造一奈米間隙電極對之一方法之示意圖；圖4A至圖4F係用於製造一奈米間隙電極對之一方法之示意圖；圖5A至圖5F係用於製造一奈米間隙電極對之一方法之示意圖；圖6係繪示一奈米間隙電極對之整體組態的一示意圖；圖7A係繪示圖6之一奈米間隙電極對之上表面組態的一俯視圖；圖7B係繪示圖6之一奈米間隙電極對之一側向橫截面組態的一橫截面側視圖；圖8A至圖8F係用於製造圖6之奈米間隙電極對之一方法之示意圖；圖9A至圖9F係用於製造圖6之奈米間隙電極對之一方法之示意圖；圖10A至圖10F係用於製造圖6之一奈米間隙電極對之一方法之示意圖；圖11A係具有一整合奈米通道之一奈米間隙電極晶片之一示意性俯視圖及一部分截面圖，其中該部分截面圖穿過該奈米通道平面；圖11B係具有一整合奈米通道之一奈米間隙電極晶片之一垂直橫截面組態之一示意性橫截面側視圖；圖12A係具有一整合奈米通道之一奈米間隙電極晶片之一側向橫截面組態之一示意性橫截面側視圖；圖12B係圖12A之中央區段之一放大示意性部分橫截面側視圖；圖13A至圖13F係用於製造圖11A之奈米間隙電極晶片之一方法之示意圖；圖14A至圖14D係用於製造圖11A之奈米間隙電極晶片之一方法之額外示意圖；及圖15展示經程式化或否則經組態以實施本發明之裝置、系統及 方法之一電腦控制系統。
雖然本文已展示及描述本發明之各種實施例，但熟悉此項技術者應瞭解，此等實施例僅供例示。熟悉此項技術者可在不背離本發明之情況下進行諸多變動、改變及代替。應瞭解，可採用本文所描述之本發明之實施例之各種替代例。
如本文所使用，術語「間隙」一般係指形成或否則設置於一材料中之一針孔、通道或通路。該材料可為一固態材料，諸如一基板。間隙可安置成相鄰於或接近於一感測電路或耦合至一感測電路之一電極。在一些實例中，一間隙具有約0.1奈米(nm)至約1000奈米之一特徵寬度或直徑。具有奈米級之一寬度之一間隙可被稱為一「奈米間隙」。在一些情形中，一奈米間隙具有一寬度，其從約0.1奈米(nm)至50奈米、從0.5奈米至30奈米、或0.5奈米或10奈米、從0.5奈米至5奈米、或從0.5奈米至2奈米，或不大於2奈米、1奈米、0.9奈米、0.8奈米、0.7奈米、0.6奈米或0.5奈米。在一些情況中，一奈米間隙具有一寬度，其至少約為0.5奈米、0.6奈米、0.7奈米、0.8奈米、0.9奈米、1奈米、2奈米、3奈米、4奈米或5奈米。在一些情況中，一奈米間隙之寬度可小於一生物分子之一直徑或該生物分子之一次單元(例如單體)。
如本文所使用，術語「電極」一般係指可用於量測電流之一材料或部件。一電極(或電極部件)可用於量測至另一電極或來自另一電極之電流。在一些情形中，電極可安置於一通道(例如奈米間隙)中且用於量測橫跨該通道之電流。電流可為一穿隧電流。當一生物分子(例如蛋白質)流動通過奈米間隙時，可偵測此一電流。在一些情況中，耦合至電極之一感測電路提供橫跨該等電極而施加之一電壓以產生一電流。替代地或另外，電極可用於量測及/或識別與一生物分子 (例如一蛋白質之胺基酸次單元或單體)相關聯之電導率。在此一情況中，穿隧電流可與電導率相關。
如本文所使用，術語「生物分子」一般係指可藉由橫跨一奈米間隙電極之一電流及/或電位而被詢問之任何生物材料。一生物分子可為一核酸分子、蛋白質或碳水化合物。一生物分子可包含一或多個次單元，諸如核苷酸或胺基酸。
如本文所使用，術語「核酸」一般係指包括一或多個核酸次單元之一分子。核酸可包含選自腺甘酸(A)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)及尿嘧啶(U)、或其等之變體之一或多個次單元。核苷酸可包含A、C、G、T或U、或其等之變體。核苷酸可包含可併入至一生長核酸鏈中之任何次單元。此次單元可為A、C、G、T或U，或為專針對一或多個互補A、C、G、T或U或與嘌呤(即，A或G、或其等之變體)或嘧啶(即，C、T或U、或其等之變體)互補之任何其他次單元。一次單元可實現待分解之個別核酸鹼基或核酸鹼基團(例如AA、TA、AT、GC、CG、CT、TC、GT、TG、AC、CA或其等之尿嘧啶配對物)。在一些實例中，核酸係脫氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)、或其等之衍生物。核酸可為單鏈的或雙鏈的。
如本文所使用，術語「蛋白質」一般係指一生物分子或巨分子，其具有一或多個胺基酸單體、次單元或殘留物。含有(例如)50個或50個以下胺基酸之一蛋白質可被稱為「肽」。胺基酸單體可選自任何天然生成及/或合成之胺基酸單體，諸如(例如)20個、21個或22個天然生成之胺基酸。在一些情況中，將20個胺基酸編碼成一主體之基因密碼。一些蛋白質可包含選自約500個天然生成及非天然生成之胺基酸之胺基酸。在一些情形中，一蛋白質可包含選自異白胺酸、白胺酸、賴胺酸、甲硫胺酸、苯丙胺酸、羥丁胺酸、色胺酸及纈胺酸、精胺酸、組胺酸、丙胺酸、天冬醯胺酸、天冬胺酸、半胱胺酸、麩醯胺 酸、麩胺酸、甘胺酸、脯胺酸、絲胺酸及酪胺酸之一或多個胺基酸。
如本文所使用，術語「高度差」一般係指沿一給定軸(例如z軸)具有不同尺寸(在一些情況中，具有不同厚度)之一部分。例如，一高度差可為在一部分處具有一第一厚度且在一第二部分處具有一第二厚度之一部分，該第一厚度及該第二厚度係不同的。
奈米間隙電極對及方法
本發明提供可用於偵測一生物分子(諸如DNA或RNA，其包含單鏈DNA或RNA)之方法及系統。在一些情況中，當一生物分子或其部分(例如次單元)位於一奈米間隙中時，使用該奈米間隙中之一對電極，藉由量測從一電極至另一電極之一電流而偵測該生物分子或其部分。當進行電流量測以偵測該生物分子或其部分(例如該生物分子之次單元)時，該生物分子可流動通過該奈米間隙。
一奈米間隙可為具有複數個奈米間隙之一奈米間隙陣列之部分。各奈米間隙可包含複數個電極。各奈米間隙之電極(本文中亦稱為「奈米間隙電極」)可相對於該陣列之其他奈米間隙電極而獨立地定址。
電流可為一穿隧電流。當生物分子流動通過奈米間隙時，可偵測此一電流。在一些情況中，耦合至電極之一感測電路提供橫跨電極而施加之一電壓以產生一電流。替代地或另外，電極可用於量測及/或識別與目標物種(例如核酸分子之鹼基)相關聯之電導率。在此一情況中，穿隧電流可與電導率相關。
本發明提供一種奈米間隙電極對，其中含有流體之一樣本(例如一流體介質中之一生物分子)可容易地流動通過一第一電極部件與一第二電極部件之間之一奈米間隙及相關聯之奈米通道，即使該奈米間隙之寬度實質上較小且G0針尖形成為該第一電極部件及該第二電極部件之一部分。在一奈米間隙電極對中，一溶液不僅可通過與一基板 共面之一第一間隙區域NG1，且可通過依相對於具有該基板之一平面之一角度(例如垂直)延伸之一第二間隙區域NG2。該角度可大於約0°，或至少約為1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°或135°。第二間隙區域NG2之一終端可連接至一第一間隙區域NG1或與一第一間隙區域NG1重疊。在一些情況中，若一第一電極部件與一第二電極部件之間之一奈米間隙NG經形成以便具有一小寬度W1，則含有生物分子(例如單鏈或雙鏈DNA)之一溶液可容易地通過奈米間隙NG。
在圖1中，參考數字1標示一奈米間隙電極對，其中具有一預定形狀之一第一電極部件3可安置於一基板2上，一第二電極部件4可安置於設置於第一電極部件3中之一薄膜部件3a上，其中一絕緣層7及一絕緣層6可充當一或若干間隙形成層，且第一電極部件3及第二電極部件4可形成一中空奈米間隙NG，奈米間隙NG之寬度係奈米級的(例如，不大於1000奈米)。在一些實施例中，一奈米間隙NG可由安置成平行於基板2之一第一間隙區域NG1及安置成垂直於基板2之一第二間隙區域NG2組成，與第一間隙區域NG1連接或重疊且沿兩個方向延伸之第二間隙區域NG2之終端可形成於第一電極部件3與第二電極部件4之間。基板2可由(例如)一矽基板8及形成於矽基板8上之一層狀氧化矽層9組成，且可具有一組態，其中第一電極部件3可由一金屬材料(諸如氮化鈦(TiN))組成，形成於氧化矽層9上。
基板8可由一半導體(諸如IV族半導體或III至V族半導體)形成。用作為基板8之半導體之實例包含矽、鍺及砷化鎵。
實際上，在此實施例中，第一電極部件3可由以下各者組成：薄膜部件3a，其位於其上可新增絕緣層7及絕緣層6之一表面上；帶狀第一電極側間隙形成部件3b，其之一端可與薄膜部件3a整體形成；及一 厚膜部件3c，其與第一電極側間隙形成部件3b之另一端整體形成。第一電極部件3可具有一組態，其中薄膜部件3a及第一電極側間隙形成部件3b可經形成以便具有薄於厚膜部件3c之一膜厚度，且第二電極部件4可安置於薄膜部件3a及第一電極側間隙形成部件3b上方。因此，第一電極部件3可經安置使得第二電極部件4可與薄膜部件3a重疊，且第一電極側間隙形成部件3b之部分可經形成使得第二電極部件4不與可具有一較大膜厚度之厚膜部件3c重疊，且因此可暴露厚膜部件3c之上表面。
雖然帶狀第二電極側間隙形成部件4b在圖中展示為一矩形特徵，但此並不重要。具有尖角之實質上較小矩形特徵難以使用光微影方法來建立。在一些實施例中，電極端可呈圓形，所以有限數目個原子提供奈米間隙之最短距離。
在一些實施例中，如圖1中所繪示，第一電極部件3可經形成使得薄膜部件3a及厚膜部件3c之外形可實質上相對於帶狀第一電極側間隙形成部件3b而兩側對稱。在一些實施例中，第一電極部件3可具有一組態，其中(例如)薄膜部件3a之外形可形成為一實質上呈球根狀或錐形之形狀，厚膜部件3c之外形亦可形成為一實質上呈球根狀或錐形之形狀，且帶狀第一電極側間隙形成部件3b之邊緣可與薄膜部件3a及厚膜部件3c之各自中央前緣整體形成。
在一些實施例中，厚膜部件3c可經形成以便具有厚於薄膜部件3a及第一電極側間隙形成部件3b之一膜厚度。據此，一間隙形成側表面11b具有一高度，其對應於第一電極側間隙形成部件3b之一厚度與厚膜部件3c之一厚度之間之第一電極部件3之一膜厚度差。此第一電極部件3可具有一組態，其中薄膜部件3a及第一電極側間隙形成部件3b可經形成以便具有相同膜厚度，使得第一電極部件3僅在第一電極側間隙形成部件3b與厚膜部件3c之間具有一膜厚度差，其中第二電極部 件4可安置於薄膜部件3a及第一電極側間隙形成部件3b上方，其等可經形成以便彼此平齊。
在其他實施例中，第一電極側間隙形成部件3b可具有安置成正交於厚膜部件3c之間隙形成側表面11b之一平面間隙形成上表面11a，且第二電極部件4之一第二電極側間隙形成部件4b可安置成至少部分自間隙形成上表面11a橫跨。此處，提供一組態：其中第二電極部件4之一基底部件4a可安置於絕緣層6及7上，且可由絕緣層6及7使薄膜部件3a與第二電極部件4電隔離。
在一些實施例中，絕緣層6可由一絕緣材料(諸如氮化矽(SiN))形成，可在不同於絕緣層7及氧化矽層9之蝕刻條件中蝕刻絕緣層6。在其他實施例中，絕緣層6可形成於絕緣層7上，且絕緣層6可具有幾乎相同於第一電極部件3之薄膜部件3a之外形的一外形且可在靠近薄膜部件3a之中央前緣之一預定區域中沿絕緣層7之一側表面形成。可在製造過程中藉由奈米間隙形成時所執行之一限時濕式蝕刻而蝕刻絕緣層6之暴露表面(稍後描述)，且因此，絕緣層6可經形成以使其外形略微小於薄膜部件3a。亦在此實施例中，絕緣層7之蝕刻條件可不同於絕緣層6及氧化矽層9之蝕刻條件，且絕緣層7可由一絕緣材料(諸如氧化鋁(Al2O3))形成以能夠使第一電極部件3與第二電極部件4彼此絕緣。另外，絕緣層7可具有幾乎相同於第一電極部件3之薄膜部件3a之外形的一外形，且絕緣層6可形成於絕緣層7之上表面及側表面之部分上。
第二電極部件4可由一金屬材料(諸如氮化鈦(TiN))形成，且可包含基底部件4a(其形成於絕緣層6上)及帶狀窄條之第二電極側間隙形成部件4b(其之一端可與基底部件4a整體形成)。在一些實施例中，第二電極部件4之基底部件4a可具有相同於第一電極部件3之薄膜部件3a之外形的外形，且可安置於第一電極部件3上，使得基底部件4a之外 周邊與第一電極部件3之薄膜部件3a之外周邊共形。另外，第二電極側間隙形成部件4b之一膜厚度可經選擇以大於基底部件4a之一膜厚度。
沿一x方向延伸之第二電極部件4之第二電極側間隙形成部件4b之一X軸長度可經選擇以短於在第一電極部件3處沿x方向延伸之第一電極側間隙形成部件3b之一X軸長度。因此，雖然第二電極側間隙形成部件4b之外周邊可經安置以與第一電極側間隙形成部件3b之外周邊共形，但可形成具有一寬度W1且延伸至第二電極部件4之頂部的第二間隙區域NG2(奈米間隙NG)，如圖2A中所繪示，圖2A展示圖1之一奈米間隙電極對之俯視圖。
在一些實施例中，如圖2B(其展示圖2A中之截面A-A'之側向橫截面組態)中所繪示，第二電極側間隙形成部件4b之底部可由基底部件4a懸臂支撐，且第二電極側間隙形成部件4b之前端可延伸朝向厚膜部件3c，因此形成第一間隙區域NG1(奈米間隙NG)，第一間隙區域NG1具有對應於第二電極側間隙形成部件4b與第一電極側間隙形成部件3b之間隙形成上表面11a之間之絕緣層6之膜厚度的一高度W1。在一些實施例中，位於第二電極側間隙形成部件4b之底側上之一面向間隙之下表面12a可安置成面向第一電極側間隙形成部件3b之間隙形成上表面11a，如圖2B中所繪示。因此，可在面向間隙之下表面12a與第一電極部件3之間隙形成上表面11a之間形成與基板2共面之一第一間隙區域NG1。
除此一組態(如上文所描述)之外，第二電極側間隙形成部件4b之一視情況面向間隙之頂端表面12b可安置成面向第一電極部件3之厚膜部件3c之間隙形成側表面11b，如圖1、圖2A及圖2B中所繪示。因此，在一些實施例中，可形成安置成垂直於基板2之一第二間隙區域NG2(在依直角與基板2之平面相交之一y-z平面中)，第二間隙區域 NG2之終端在視情況面向間隙之頂端表面12b與第一電極部件3之間隙形成側表面11b之間與第一間隙區域NG1連接或重疊。
如本文所描述，由間隙形成上表面11a與面向間隙之下表面12a之間之第一間隙區域NG1及間隙形成側表面11b與視情況面向間隙之頂端表面12b之間之第二間隙區域NG2組成之一奈米間隙NG可形成於第一電極部件3與第二電極部件4之間。形成於第一電極部件3與第二電極部件4之間之一奈米間隙NG可朝向依直角與x-z平面相交之y方向穿過第一電極部件3及第二電極部件4。因此，一奈米間隙電極對可容許(例如)一溶液或其類似者在基板2上方沿y方向流動以通過一奈米間隙NG(第一間隙區域NG1及第二間隙區域NG2)。
奈米間隙NG可經形成使得間隙形成上表面11a與面向間隙之下表面12a之間之第一間隙區域NG1之一寬度W1及間隙形成側表面11b與視情況面向間隙之頂端表面12b之間之第二間隙區域NG2之一寬度W1可為幾乎相同於絕緣層6之厚度。一奈米間隙NG可經形成使得寬度W1係從約0.1奈米(nm)至50奈米、從0.5奈米至30奈米、或0.5奈米或10奈米、從0.5奈米至5奈米、或從0.5奈米至2奈米，或不大於2奈米、1奈米、0.9奈米、0.8奈米、0.7奈米、0.6奈米或0.5奈米。在一些情況中，一奈米間隙之寬度可小於一生物分子或該生物分子之一次單元(例如單體)之一直徑。
在一些實施例中，一奈米間隙電極對1(如上文所描述)可與由(例如)一電源供應器(圖中未展示)施加於第一電極部件3與第二電極部件4之間之一恆定電壓一起使用，且在該條件下，可使含有單鏈DNA之一溶液可流動通過第一電極部件3與第二電極部件4之間之奈米間隙NG。當單鏈DNA通過第一電極部件3與第二電極部件4之間之奈米間隙NG時，可用一安培計(圖中未展示)量測流動於第一電極部件3與第二電極部件4之間之電流之值。因此，奈米間隙電極對1可容許從該等 電流值之一變化判定單鏈DNA之核苷酸序列。
在利用一奈米間隙電極對1之其他實施例中，可藉由選擇具有一小寬度W1之第一電極部件3與第二電極部件4之間之一奈米間隙NG而高度靈敏地分析一樣本。在一些實施例中，含有單鏈DNA之一溶液不僅可通過平行於基板2之第一間隙區域NG1，且可通過安置成垂直於基板2之第二間隙區域NG2。因此，大量溶液可容易地通過奈米間隙NG。
接著，將描述用於製造圖1之一奈米間隙電極對1之一方法。首先，可製備一基板2，其中(例如)氧化矽層9可形成於一矽基板8上。接著，可藉由(例如)一氣相沈積法(諸如化學氣相沈積(CVD)或原子層沈積(ALD))而使一電極形成氮化鈦(TiN)膜形成於氧化矽層9之整個表面或其之一部分上。
接著，使用一光微影技術來圖案化電極形成層，且如圖3A及圖3B(其展示圖3A之側向橫截面B-B')中所繪示，電極形成層之一表面之一預定區域經蝕刻以提供一高度差。因此，形成一第一電極形成部件31，其包含：一薄膜區域13，其具有較薄之膜厚度且凹陷成一視情況呈四邊形之形狀；及一視情況呈四邊形之厚膜區域14，其膜厚度厚於薄膜區域13且具有一側表面14a，側表面14a之高度對應於薄膜區域13與厚膜區域14之間之一厚度差。在一後續程序中，第一電極部件3之薄膜部件3a及第一電極側間隙形成部件3b可由此時藉由蝕刻而形成之第一電極形成部件31之薄膜區域13形成。同樣地，在一後續程序中，第一電極部件3之厚膜部件3c可由厚膜區域14形成。
隨後，可藉由(例如)一氣相沈積法(例如CVD)而使由(例如)氧化鋁(Al2O3)製成之一絕緣層形成於第一電極形成部件31之整個表面上。接著，可使用一光微影技術來圖案化該絕緣層，且如圖3C及圖3D(其展示圖3C之側向橫截面C-C')中所繪示，可蝕刻該絕緣層之一表面之 一預定區域，藉此在第一電極形成部件31之薄膜區域13上形成一絕緣層7。
隨後，如圖3E(其中對應於圖3C之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖3F(其展示圖3E之側向橫截面D-D')中所繪示，可藉由(例如)一氣相沈積法(例如CVD)而使由(例如)氮化矽(SiN)製成之一絕緣層6形成於絕緣層7及第一電極形成部件31(其具有其不同區段之間之一高度差)之整個表面上。因此，絕緣層6(其具有幾乎相同於形成於第一電極形成部件31中之高度差的一高度差)可安置於第一電極形成部件31上。在此情況中，可形成在第一電極形成部件31之薄膜區域13及厚膜區域14之上表面上與基板2共面且在第一電極形成部件31之側表面14a上垂直於基板2而延伸之絕緣層6。亦可形成在絕緣層7之上表面上與基板2共面且在絕緣層7之一側表面上垂直於基板2而延伸之絕緣層6。可以一共形方式沿其上形成絕緣層7之第一電極形成部件31形成(例如)圖3F中所繪示之絕緣層6，且絕緣層6之部分形成於薄膜區域13及側表面14a上，該等部分可具有幾乎相同之膜厚度。
隨後，如圖4A(其中對應於圖3E之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖4B(其展示圖4A之側向橫截面E-E')中所繪示，可藉由(例如)一氣相沈積法(例如CVD)而使可由氮化鈦(TiN)製成之一層狀第二電極形成部件32形成於絕緣層6之整個表面上。因此，面向第一電極形成部件31之薄膜區域13之表面13a的一相對下表面32a及面向第一電極形成部件31之厚膜區域14之側表面14a的一相對側表面32b可形成於第二電極形成部件32中。
隨後，可使用(例如)平坦化處理(諸如化學機械拋光(CMP))來過度拋光第二電極形成部件32、第一電極形成部件31之厚膜區域14上之絕緣層6、及第一電極形成部件31之厚膜區域14，且藉此可使第二電 極形成部件32保留於第一電極形成部件31之薄膜區域13中且暴露第一電極形成部件31之厚膜區域14之一表面，如圖4C(其中對應於圖4A之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖4D(其展示圖4C之側向橫截面F-F')中所繪示。因此，可從第一電極形成部件31與第二電極形成部件32之間暴露垂直於基板2而延伸之絕緣層6之部分之一表面。
在一些實施例中，平坦化處理(諸如化學機械拋光(CMP))可經執行以便僅拋光或僅過度拋光第二電極形成部件32及第一電極形成部件31之厚膜區域14上之絕緣層6，且在一些情況中拋光第一電極形成部件31，暴露第一電極形成部件31之厚膜區域14之頂面、絕緣層6及第二電極形成部件32。
隨後，如圖4E(其中對應於圖4C之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖4F(其展示圖4E之側向橫截面G-G')中所繪示，使用一光微影技術來圖案化之一抗蝕光罩15可形成於暴露第二電極形成部件32、絕緣層6及第一電極形成部件31上。此處，抗蝕光罩15可經形成使得其外形與可隨後形成之圖1中所繪示之第一電極部件3之外形共形。
在一些實施例中，抗蝕光罩15可包含：一基底形成區域15a，其形成為與第一電極部件3之薄膜部件3a之外形共形之一實質上呈球根狀或錐形之形狀；一間隙形成區域15b，其形成為與第一電極部件3之第一電極側間隙形成部件3b之外形共形之一帶狀形狀；及一基底形成區域15c，其形成為與第一電極部件3之厚膜部件3c之外形共形之一實質上呈球根狀或錐形之形狀。抗蝕光罩15(基底形成區域15a及間隙形成區域15b)可安置於第二電極形成部件32上，間隙形成區域15b之終端可安置於絕緣層6上，且基底形成區域15c可安置於第一電極形成部件31之厚膜區域14上。
隨後，可藉由(例如)乾式蝕刻而移除未由抗蝕光罩15覆蓋之第一電極形成部件31及第二電極形成部件32之暴露部分。明確言之，如圖5A(其中對應於圖4E之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖5B(其展示圖5A之側向橫截面H-H')中所繪示，可使用抗蝕光罩15來圖案化第二電極形成部件32以在由抗蝕光罩15覆蓋之一區域中形成一第二電極部件4，且亦可使用抗蝕光罩15來圖案化第一電極形成部件31之厚膜區域14以在由抗蝕光罩15覆蓋之該區域中形成厚膜部件3c。
此時，可由於由抗蝕光罩15之基底形成區域15a圖案化第二電極形成部件32而形成第二電極部件4之基底部件4a。同樣地，可由於由抗蝕光罩15之間隙形成區域15b圖案化第二電極形成部件32而形成包含面向間隙之下表面12a及視情況面向間隙之頂端表面12b之第二電極側間隙形成部件4b。另外，面向第二電極部件4之視情況面向間隙之頂端表面12b的間隙形成側表面11b可形成於第一電極部件3之厚膜部件3c中。氧化矽層9可暴露於其中可移除未由抗蝕光罩15覆蓋之第一電極形成部件31之暴露部分的一區域中。同樣地，與基板2共面且垂直於基板2而延伸之絕緣層6可暴露於其中可移除未由抗蝕光罩15覆蓋之第二電極形成部件32之暴露部分的一區域中。據此，可不在此階段中圖案化由絕緣層6覆蓋之第一電極形成部件31之薄膜區域13。
隨後，可藉由(例如)乾式蝕刻而移除未由抗蝕光罩15覆蓋之絕緣層6之一暴露部分。此時，可使用一氣體來執行用於移除絕緣層6之乾式蝕刻，該氣體不同於用於藉由乾式蝕刻而移除第一電極形成部件31及第二電極形成部件32之一氣體。因此，如圖5C(其中對應於圖5A之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖5D(其展示圖5C之側向橫截面I-I')中所繪示，絕緣層7及第一電極形成部件31之薄膜區域13可被留下且暴露於未由抗蝕光罩15覆蓋且可從其移除絕緣層 6的區域中。另外，絕緣層6可經留下以便與第二電極部件4(基底部件4a及第二電極側間隙形成部件4b)之外形一致且垂直於基板2而直立於第二電極側間隙形成部件4b之前端與第一電極形成部件31之厚膜部件3c之間。
在一些實施例中，可藉由(例如)乾式蝕刻而移除暴露於未由抗蝕光罩15覆蓋之區域中之第一電極形成部件31及第二電極形成部件32，且接著可藉由另一類型之蝕刻移除第二電極形成部件32而暴露絕緣層6。在其他實施例中，可藉由相同類型之蝕刻而連續移除第一電極形成部件31、第二電極形成部件32及絕緣層6。
在一些情況中，若形成具有(例如)2奈米之一薄膜厚度之絕緣層6，則可在移除第一電極形成部件31及第二電極形成部件32之相同時間移除形成於第二電極形成部件32下方之絕緣層6之一部分。在此情況中，亦可蝕刻由於絕緣層6被移除而暴露之第一電極形成部件31之薄膜區域13及絕緣層7之表面，且因此可在第一電極形成部件31及絕緣層7中形成高度差。
其後，可藉由一各向異性移除程序(例如乾式蝕刻)而移除未由抗蝕光罩覆蓋之絕緣層7之一暴露部分。此時，可使用一氣體來執行用於移除絕緣層7之一暴露部分之乾式蝕刻，該氣體不同於用於藉由乾式蝕刻而移除第一電極形成部件31及第二電極形成部件32之一氣體及用於藉由乾式蝕刻而移除絕緣層6之一氣體。因此，第一電極形成部件31之薄膜區域13可被留下且暴露於絕緣層7從其中移除之一區域中。
隨後，可藉由一各向異性移除程序(例如用於圖案化第一電極形成部件31之乾式蝕刻)而移除未由抗蝕光罩15覆蓋之第一電極形成部件31之暴露部分，藉此形成第一電極部件3。其後，可藉由電漿灰化或藉由使用一液體抗蝕剝離劑而移除抗蝕光罩15以暴露由抗蝕光罩15 覆蓋之第一電極部件3及第二電極部件4，如圖5E(其中對應於圖5C之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖5F(其展示圖5E之側向橫截面J-J')中所繪示。
因此，第一電極部件3可形成於基板2上，第一電極部件3包含：薄膜部件3a；第一電極側間隙形成部件3b，其可具有一薄膜厚度；及厚膜部件3c，其可具有一厚膜厚度。另外，第二電極部件4之基底部件4a可由於被安置於絕緣層7及絕緣層6上而安置於第一電極部件3之薄膜部件3a上方。另外，第二電極部件4之第二電極側間隙形成部件4b可由於被安置於絕緣層6上而安置於第一電極側間隙形成部件3b上方。第一電極部件3可經形成使得厚膜部件3c及第二電極部件4之表面可彼此平齊，且厚膜部件3c可安置成與第二電極側間隙形成部件4b對置以便在絕緣層6之相對側上與第二電極側間隙形成部件4b對準，其中第一電極部件3及第二電極部件4之暴露表面可與基板2共面。即，第二電極側間隙形成部件4b可經安置使得面向間隙之下表面12a在絕緣層6之相對側上安置成面向第一電極側間隙形成部件3b之間隙形成上表面11a，且視情況面向間隙之頂端表面12b可在絕緣層6之相對側上安置成面向厚膜部件3c之間隙形成側表面11b。
隨後，可藉由(例如)一時間受控濕式蝕刻而移除間隙形成上表面11a與面向間隙之下表面12a之間及間隙形成側表面11b與視情況面向間隙之頂端表面12b之間之絕緣層6之部分。因此，如圖1、圖2A及圖2B中所繪示，與基板2共面之第一間隙區域NG1可形成於間隙形成上表面11a與面向間隙之下表面12a之間。另外，垂直於基板2而延伸之一第二間隙區域NG2(第二間隙區域NG2之下終端與第一間隙區域NG1連接或重疊)可形成於間隙形成側表面11b與視情況面向間隙之頂端表面12b之間。以此方式，可製造包含由第一間隙區域NG1及第二間隙區域NG2組成之奈米間隙NG之奈米間隙電極對1。
藉由一製造方法而製造一奈米間隙電極對1，如本文所描述，形成於第一電極部件3與第二電極部件4之間之絕緣層6之一膜厚度可用於形成形成於第一電極部件3與第二電極部件4之間之奈米間隙NG之寬度W1。據此，在製造過程中，可僅藉由調整絕緣層6之一膜厚度而容易地製造具有一所要寬度之一奈米間隙NG。另外，由於絕緣層6可經形成以具有一極薄膜厚度，所以亦可成比例地減小形成於第一電極部件3與第二電極部件4之間之奈米間隙NG之寬度W1。
在一些情況中，當移除位於第一電極部件3之第一電極側間隙形成部件3b與第二電極部件4之第二電極側間隙形成部件4b之間之絕緣層6之一部分時，位於第一電極部件3之薄膜部件3a與第二電極部件4之基底部件4a之間之絕緣層6之一部分亦可與用於濕式蝕刻之一化學溶液接觸。在此一情況中，可蝕刻基底部件4a下方之絕緣層6之外周邊表面。因此，絕緣層6可形成有略微小於薄膜部件3a及基底部件4a之一外周邊。另外，歸因於較大寬度，形成於絕緣層7之一側表面與第二電極部件4之第二電極側間隙形成部件4b之間之絕緣層6之一部分不太可能與用於一限時濕式蝕刻之一化學溶液接觸且因此可保留而不被蝕除。
在一些實施例中，奈米間隙電極對1可包括：一第一電極部件3，其包含可具有一薄膜厚度之第一電極側間隙形成部件3b，第一電極側間隙形成部件3b可安置於基板2上之薄膜部件3a與厚膜部件3c之間；及第二電極部件4，其可安置於薄膜部件3a上方且可安置於絕緣層7及絕緣層6上。在一些實施例中，奈米間隙電極對1可包括形成為第二電極部件4之一部分的一第二電極側間隙形成部件4b，其可安置成與第一電極部件3之第一電極側間隙形成部件3b對置，且與基板2共面之第一間隙區域NG1可形成於第一電極側間隙形成部件3b與第二電極側間隙形成部件4b之間。在一些實施例中，一奈米間隙電極對1可 包括：第二電極部件4之第二電極側間隙形成部件4b之一前端，其可安置成與第一電極部件3之厚膜部件3c對置；及第二間隙區域NG2，其垂直於基板2而延伸，可與第一間隙區域NG1連接或重疊之第二間隙區域NG2之終端可形成於第二電極側間隙形成部件4b與厚膜部件3c之間。
因此，利用一奈米間隙電極對1，可藉由在第一電極部件3與第二電極部件4之間形成具有一小寬度W1之一奈米間隙NG而高度靈敏地分析一樣本。另外，不僅容許含有單鏈DNA之一溶液通過平行於基板2之第一間隙區域NG1，且容許其通過安置成垂直於基板2之第二間隙區域NG2，其中第一電極部件3與第二電極部件4之間之奈米間隙NG可經選擇以便具有一小寬度W1。因此，大量溶液可容易地通過奈米間隙NG。
在一些實施例中，具有多個高度之一第一電極形成部件31及一絕緣層7可首先形成於一基板2上。接著，與基板2共面且垂直於基板2之一絕緣層6可形成於第一電極形成部件31及絕緣層7之部分上。隨後，一第二電極形成部件32可形成於絕緣層6上；接著，可藉由(例如)一CMP程序而暴露第一電極形成部件31之一上表面、垂直於基板2而延伸之絕緣層6之一部分之一表面、及第二電極形成部件32之一表面以使用抗蝕光罩15來圖案化第二電極形成部件32、絕緣層6、絕緣層7及第一電極形成部件31。
隨後，可形成具有預定形狀之一第一電極部件3及一第二電極部件4。另外，與基板2共面且垂直於基板2之一絕緣層6可形成於第一電極部件3與第二電極部件4之間。最後，第一電極部件3與第二電極部件4之間之絕緣層6之一部分可經移除以形成由與基板2共面之一第一間隙區域NG1及垂直於基板2而延伸之一第二間隙區域NG2組成之一奈米間隙NG，第二間隙區域NG2之終端在第一電極部件3與第二電極部件4之間與第一間隙區域NG1連接或重疊。
以此方式，可製造一奈米間隙電極對1，其中一溶液不僅可通過第一間隙區域NG1，且可通過第二間隙區域NG2，即使第一電極部件3與第二電極部件4之間之奈米間隙NG之一寬度W1實質上較小，且因此，含有單鏈DNA之一溶液(其可使用奈米間隙NG來量測)可比奈米間隙NG具有一單一奈米間隙區域時更容易地通過奈米間隙NG。
在利用一製造方法之一些實施例中，可僅藉由調整絕緣層6之膜厚度而容易地調整第一電極部件3與第二電極部件4之間之奈米間隙NG之一寬度W1。另外，由於可使用此製造方法來形成具有一極薄膜厚度之絕緣層6，所以可容易地且常規地形成具有一極小寬度W1(其對應於絕緣層6之一膜厚度)之一奈米間隙(其可包括第一間隙區域NG1及第二間隙區域NG2)。
在圖6(其中對應於圖1之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)中，參考數字21標示一奈米間隙電極對，其與圖1之奈米間隙電極對之不同點在於：一奈米間隙NG之側向橫截面形狀形成為一實質上呈倒L形之形狀。在一些實施例中，一奈米間隙NG可由沿兩個方向延伸、安置成與基板2共面之一第一間隙區域NG3及安置成垂直於基板2之一第二間隙區域NG4組成，與第一間隙區域NG3重疊之第二間隙區域NG4之終端可形成於一第一電極部件23與一第二電極部件24之間。
在一些實施例中，第一電極部件23可安置於氧化矽層9(其可為基板2之一部分)上，與第一電極部件23形成一對之第二電極部件24可安置於氧化矽層9上方之導電層26(其可充當一間隙形成層)上，且第二電極部件24之一第二電極側間隙形成部件24b可安置於基板2上之第一電極部件23之一帶狀第一電極側間隙形成部件23b上方以便與第一電極側間隙形成部件23b重疊。據此，一中空奈米間隙NG(其寬度可為奈米級的(例如不大於1000奈米))可形成於第一電極側間隙形成部件 23b與第二電極側間隙形成部件24b之間。
在一些實施例中，第一電極部件23可由一金屬材料(諸如氮化鈦(TiN))形成，且可包含：一基底部件23a，其形成為一預定形狀；及一第一電極側間隙形成部件23b，其之一側可與基底部件23a整體形成。圖6中所繪示之第一電極部件23之基底部件23a可具有一組態，其中，基底部件23之外形可形成為一實質上呈球根狀或錐形之形狀(如圖7A中所繪示，圖7A展示圖6之裝置之一俯視圖)，其中帶狀第一電極側間隙形成部件23b之一端可與基底部件23a之中央前端整體形成。如圖7B(其展示圖7A之側向橫截面K-K')中所繪示，第一電極側間隙形成部件23b可包含：一平面間隙形成上表面28a，其與基板2共面；及一平面間隙視情況形成之頂端表面28b，其從間隙形成上表面28a之終端垂直於基板2而延伸。間隙形成上表面28a及間隙視情況形成之頂端表面28b可安置成面向第二電極部件24，其中奈米間隙NG內插於其等之間。
第二電極部件24可由一金屬材料(諸如氮化鈦(TiN))形成，且可包含：一基底部件24a，其安置於基板2上方之導電層26上；及第二電極側間隙形成部件24b，其可與基底部件24a整體形成且其可經形成以便與第一電極部件23之第一電極側間隙形成部件23b重疊，其中奈米間隙NG內插於第一電極部件23與第二電極部件24之間。在一些實施例中，導電層26可由一導電材料(諸如鈦(Ti))形成，可使用不同於用於蝕刻氧化矽層9之蝕刻條件的蝕刻條件來蝕刻導電層26。
在一些實施例中，導電層26具有可幾乎相同於第二電極部件24之基底部件24a之外形的一外形，如由圖7A中之一虛線所展示。然而，可藉由在製造過程中奈米間隙形成時所執行之濕式蝕刻而蝕刻導電層26之外周邊表面(稍後描述)，且因此，導電層26可經形成以略微小於基底部件24a之外形。
在一些實施例中，(例如)圖6及圖7A中所繪示之第二電極部件24之基底部件24a之外形可形成為對稱於第一電極部件23之基底部件23a之外形的一實質上呈球根狀或錐形之形狀，且帶狀第二電極側間隙形成部件24b之根部可與基底部件24a之中央前端整體形成。另外，如圖7B中所繪示，第二電極側間隙形成部件24b可經安置以便使其外周邊與第一電極側間隙形成部件23b共形，且可安置成與第一電極側間隙形成部件23b對置，其中奈米間隙NG內插於第一電極側間隙形成部件23b與第二電極側間隙形成部件24b。
在一些實施例中，第二電極側間隙形成部件24b可包括一面向間隙之下表面29a，其可安置成面向第一電極側間隙形成部件23b之間隙形成上表面28a，且第一間隙區域NG3可形成於此面向間隙之下表面29a與間隙形成上表面28a(其與基板2共面)之間。另外，第二電極部件24可包含作為基底部件24a之一部分的一面向間隙之側表面29b，其從面向間隙之下表面29a延伸朝向基板2。因此，可將面向間隙之側表面29b安置成面向第一電極側間隙形成部件23b之間隙視情況形成之頂端表面28b，且形成安置成垂直於基板2之第二間隙區域NG4，第二間隙區域NG4之終端在面向間隙之側表面29b與間隙視情況形成之頂端表面28b之間與第一間隙區域NG3連接或重疊。
如本文所描述，奈米間隙電極對21可經組態使得奈米間隙NG可包括：第一間隙區域NG3，其位於間隙形成上表面28a與面向間隙之下表面29a之間；及第二間隙區域NG4，其位於間隙視情況形成之頂端表面28b與面向間隙之側表面29b之間，奈米間隙NG可形成於第一電極部件23與第二電極部件24之間。形成於第一電極部件23與第二電極部件24之間之奈米間隙NG可朝向依直角與x-z平面相交之y方向穿過第一電極部件23及第二電極部件24。因此，奈米間隙電極對21可容許一溶液或其類似者在基板2上沿y方向流動以通過奈米間隙NG(其可 包括第一間隙區域NG3及第二間隙區域NG4)。
在一些實施例中，導電層26之一側表面及第一電極側間隙形成部件23b之間隙視情況形成之頂端表面28b可安置成面向彼此，且一奈米間隙可形成於面向間隙之側表面29b與間隙視情況形成之頂端表面28b之間之一區域中。具有導電性之導電層26可用作一電極，且因此，導電層26亦可用作一奈米間隙電極對。
在一些實施例中，間隙形成上表面28a與面向間隙之下表面29a之間之第一間隙區域NG3之寬度W1及間隙視情況形成之頂端表面28b與面向間隙之側表面29b之間之第二間隙區域NG4之寬度W1可具有幾乎相同於導電層26之膜厚度之尺寸，如圖7B中所繪示。因此，間隙區域可形成為一寬度W1，其係從約0.1奈米(nm)至50奈米、從0.5奈米至30奈米、或0.5奈米或10奈米、從0.5奈米至5奈米或從0.5奈米至2奈米，或不大於5奈米、4奈米、3奈米、2奈米、1奈米、0.9奈米、0.8奈米、0.7奈米、0.6奈米或0.5奈米。在一些情況中，一奈米間隙之寬度可小於一生物分子或該生物分子之一次單元(例如單體)之一直徑。
在一些實施例中，相對於奈米間隙電極對21，可由(例如)一電源供應器(圖中未展示)將一電壓(其可為一恆定電壓)施加於第一電極部件23與第二電極部件24之間，且在該條件下，含有單鏈或雙鏈DNA之一溶液可由一引導構件(圖中未展示)(諸如電泳或壓力系統)引導以便能夠使單鏈或雙鏈DNA流動通過第一電極部件23與第二電極部件24之間之奈米間隙NG。當藉由該溶液之流動或電泳誘發運動而載送之單鏈DNA通過第一電極部件23與第二電極部件24之間之奈米間隙NG時，可用一安培計量測流動於第一電極部件23與第二電極部件24之間之電流之值。因此，奈米間隙電極對21容許從電流值之變化判定單鏈或雙鏈DNA之核苷酸序列。
在一些實施例中，可藉由將第一電極部件23與第二電極部件24 之間之奈米間隙NG寬度選擇或形成為一小寬度W1而利用奈米間隙電極對21來高度靈敏地分析一樣本。不僅容許含有單鏈或雙鏈DNA之一溶液通過與基板2共面之第一間隙區域NG3，且容許其通過安置成垂直於基板2之第二間隙區域NG4。因此，大量溶液可通過奈米間隙NG。
圖8A之俯視圖繪示奈米間隙電極對21，且圖8B展示圖8A之橫截面L-L'。首先，如圖8A及圖8B中所繪示，可製備包括(例如)可形成於矽基板8上之氧化矽層9之一基板，且接著可在氧化矽層9上形成由(例如)氮化鈦(TiN)製成且使用一光微影技術來圖案化為(例如)四邊形形狀之一第一電極形成部件41。在一些實施例中，一側表面41b(其具有對應於第一電極形成部件41之一膜厚度的一高度)可由上表面41a與基板2之間之第一電極形成部件41之一邊緣表面形成為圖案化第一電極形成部件41之一部分。以此方式所形成之第一電極形成部件41可在一後續程序中圖案化為第一電極部件23之基底部件23a及第一電極側間隙形成部件23b。
隨後，如圖8C(其中對應於圖8A之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖8D(其展示圖8C之側向橫截面M-M')中所繪示，可藉由(例如)一氣相沈積法(例如CVD)而使可由鈦(Ti)製成之導電層26形成於第一電極形成部件41上，其包含形成於側表面41b上及形成於基板2上。因此，可由導電層26之一表面形成一高度差，其幾乎相同於由基板2與第一電極形成部件41之側表面41b之間之第一電極形成部件41之一邊邊形成之一高度差。
在一些實施例中，導電層26形成於第一電極形成部件41之上表面41a上及形成於基板2上，導電層26與基板2共面。另外，垂直於基板2而延伸之導電層26之一部分可形成於第一電極形成部件41之側表面41b上。可以一共形方式沿第一電極形成部件41及基板2形成(例如) 圖8D中所繪示之導電層26，且形成於第一電極形成部件41之上表面41a及側表面41b上之導電層26之部分可具有幾乎相同之膜厚度。
隨後，如圖8E(其中對應於圖8C之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖8F(其展示圖8E之側向橫截面N-N')中所繪示，可藉由(例如)一氣相沈積法(例如CVD)而使由氮化鈦(TiN)製成之一層狀第二電極形成部件42形成於導電層26之整個表面或其之一部分上。此處，幾乎相同於形成於導電層26中之一高度差之一高度差可形成於第二電極形成部件42中。因此，透過導電層26而面向第一電極形成部件41之上表面41a的一相對下表面42a及透過導電層26而面向第一電極形成部件41之側表面41b的一相對側表面42b形成於第二電極形成部件42之底面中。
隨後，如圖9A(其中對應於圖8E之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖9B(其展示圖9A之側向橫截面O-O')中所繪示，可用使用一光微影技術來圖案化之一抗蝕光罩44圖案化第二電極形成部件42及導電層26以將導電層26及第二電極形成部件42重疊於第一電極形成部件41之上表面41a之至少一部分及基板2之一區域(其中可不形成第一電極形成部件41)上。
在一些實施例中，可藉由一各向異性蝕刻程序(例如乾式蝕刻)而移除暴露於未由抗蝕光罩44覆蓋之一區域中之第二電極形成部件42之一部分。亦可藉由相同乾式蝕刻而連續移除因此所暴露之導電層26之一部分。另一類型之乾式蝕刻可應用於利用不同條件之第二電極形成部件42及導電層26。若導電層26具有(例如)2奈米之一薄膜厚度，則亦可在移除第二電極形成部件42及導電層26時蝕刻形成於導電層26下方之第一電極形成部件41之一表面。在此情況中，一高度差可形成於第一電極形成部件41之上表面41a中。
其後，藉由電漿灰化或藉由使用一液體抗蝕剝離劑而移除抗蝕 光罩44以暴露由抗蝕光罩44覆蓋之第二電極形成部件42。隨後，如圖9C(其中對應於圖9A之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖9D(其展示圖9C之側向橫截面P-P')中所繪示，導電層26及第二電極形成部件42形成於其上之一區域及上表面41a可暴露於其中之一區域可形成於第一電極形成部件41之上表面41a之至少一部分上。
隨後，如圖9E(其中對應於圖9C之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖9F(其展示圖9E之側向橫截面Q-Q')中所繪示，可使用一光微影技術來圖案化之一新抗蝕光罩45可安置於覆蓋暴露第一電極形成部件41之一部分及第二電極形成部件42之一區域上。抗蝕光罩45可形成為一形狀，其係將隨後形成之圖6中所繪示之第一電極部件23及第二電極部件24之外形之一組合。
在一些實施例中，抗蝕光罩45可包含：一基底形成區域45a，其形成為與第一電極部件23之基底部件23a之外形共形之一實質上呈球根狀或錐形之形狀；一間隙形成區域45b，其形成為與第一電極側間隙形成部件23b及第二電極側間隙形成部件24b之外形共形之一帶狀形狀；及一基底形成區域45c，其形成為與第二電極部件24之基底部件24a之外形共形之一實質上呈球根狀或錐形之形狀。抗蝕光罩45之基底形成區域45a可安置於第一電極形成部件41之上表面41a(其中可不存在第二電極形成部件42)上，且抗蝕光罩45之基底形成區域45c及間隙形成區域45b可安置於第二電極形成部件42上。
隨後，可藉由(例如)乾式蝕刻而移除未由抗蝕光罩45覆蓋之第一電極形成部件41及第二電極形成部件42之暴露部分。因此，基底部件23a可由第一電極形成部件41形成，且包括基底部件24a及第二電極側間隙形成部件24b之第二電極部件24可由第二電極形成部件42形成，如圖10A(其中對應於圖9E之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖10B(其展示圖10A之側向橫截面R-R')中所繪示。
在一些實施例中，可由於由抗蝕光罩45之基底形成區域45c圖案化第二電極形成部件42而形成第二電極部件24之基底部件24a。同樣地，可由於由抗蝕光罩45之間隙形成區域45b圖案化第二電極形成部件42而形成包含面向間隙之下表面29a及面向間隙之側表面29b之第二電極側間隙形成部件24b。氧化矽層9可暴露於其中可已移除未由抗蝕光罩45覆蓋之第一電極形成部件41之一暴露部分的一區域中。同樣地，導電層26可暴露於未由抗蝕光罩45覆蓋之第二電極形成部件42之暴露部分可已從其中移除之一區域中。
隨後，可藉由一各向異性蝕刻程序(例如乾式蝕刻)而移除未由抗蝕光罩45覆蓋之暴露導電層26之部分。可使用一氣體來執行用於移除導電層26之乾式蝕刻，該氣體不同於用於乾式蝕刻來移除第一電極形成部件41及第二電極形成部件42時所使用之一氣體。隨後，如圖10C(其中對應於圖10A之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖10D(其展示圖10C之側向橫截面S-S')中所繪示，氧化矽層9可暴露於基板2上之導電層26可已從其中移除之一區域中。剩餘第一電極形成部件41可稍後形成第一電極側間隙形成部件23b，其可暴露於導電層26可從其中移除之一區域中。
隨後，可藉由(例如)乾式蝕刻而移除未由抗蝕光罩45覆蓋之第一電極形成部件41之一暴露部分，且接著可藉由電漿灰化或藉由使用一液體抗蝕剝離劑而移除抗蝕光罩45。因此，如圖10E(其中對應於圖10C之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示)及圖10F(其展示圖10E之側向橫截面T-T')中所繪示，第一電極形成部件41可保留於抗蝕光罩45之間隙形成區域45b可已位於其中之一區域中，藉此形成包含間隙形成上表面28a及間隙視情況形成之頂端表面28b之第一電極側間隙形成部件23b，及具有第一電極側間隙形成部件23b之第一電極部件23。
如上文所描述般形成之第一電極側間隙形成部件23b之間隙形成上表面28a可在導電層26之相對側上安置成面向第二電極側間隙形成部件24b之面向間隙之下表面29a。同樣地，間隙視情況形成之頂端表面28b可在導電層26之相對側上安置成面向第二電極側間隙形成部件24b之面向間隙之側表面29b。
隨後，可藉由(例如)濕式蝕刻而移除間隙形成上表面28a與面向間隙之下表面29a之間及間隙視情況形成之頂端表面28b與面向間隙之側表面29b之間之導電層26之部分。因此，如圖6、圖7A及圖7B中所繪示，與基板2共面之一第一間區域NG3可形成於間隙形成上表面28a與面向間隙之下表面29a之間。另外，垂直於基板2而延伸之一第二間隙區域NG4、與第一間隙區域NG3連接或重疊之第二間隙區域NG4之上終端可形成於間隙視情況形成之頂端表面28b與面向間隙之側表面29b之間。以此方式，可製造包含一奈米間隙NG之一奈米間隙電極對21，奈米間隙NG由第一間隙區域NG3及第二間隙區域NG4組成且具有第一電極部件23與第二電極件部24之間之一倒L形側向橫截面。
在一些實施例中，根據本文所提供之方法而製造之奈米間隙電極對21可利用形成於第一電極部件23與第二電極部件24之間之導電層26之一膜厚度，其可用於形成形成於第一電極部件23與第二電極部件24之間之奈米間隙NG之寬度W1。據此，可在製造過程中僅藉由調整導電層26之一膜厚度而容易地製造具有一所要寬度之一奈米間隙NG。另外，由於導電層26可經形成以具有一極薄膜厚度，所以可成比例地減小形成於第一電極部件23與第二電極部件24之間之奈米間隙NG之一寬度W1。
在一些實施例中，當移除位於第一電極側間隙形成部件23b與第二電極側間隙形成部件24b之間之導電層26之一部分時，位於第二電極部件24之基底部件24a與氧化矽層9之間之導電層26之一部分可與用 於濕式蝕刻之一化學溶液接觸，可蝕刻導電層26之外周邊表面。因此，導電層26可經形成以便使其外周邊略微小於基底部件24a。
在一些實施例中，奈米間隙電極對21可包括：一第一電極部件23，其中第一電極側間隙形成部件23b可安置於基板2上；及第二電極部件24，其可安置於基板2上方之導電層26上。在進一步實施例中，一奈米間隙電極對21可包括一第二電極側間隙形成部件24b，其可形成於第二電極部件24中且可安置成與第一電極部件23之第一電極側間隙形成部件23b對置且安置於第一電極部件23之第一電極側間隙形成部件23b上方，且與基板2共面之第一間隙區域NG3可形成於第一電極側間隙形成部件23b與第二電極側間隙形成部件24b之間。另外，奈米間隙電極對21可包括一奈米間隙，其中：第一電極部件23之第一電極側間隙形成部件23b之前端可安置成與第二電極部件24之基底部件24a對置，且第二間隙區域NG4可垂直於基板2而延伸，第二間隙區域NG4之終端可與第一間隙區域NG3連接或重疊，其中第一間隙區域NG3可形成於第一電極側間隙形成部件23b與基底部件24a之間。
因此，可藉由選擇具有一小寬度W1之第一電極部件23與第二電極部件24之間之一奈米間隙NG而利用一奈米間隙電極對21來高度靈敏地分析一樣本。含有單鏈或雙鏈DNA之一溶液不僅可通過與基板2共面之第一間隙區域NG3，且可通過安置成垂直於基板2之第二間隙區域NG4，其中第一電極部件23與第二電極部件24之間之奈米間隙NG可經選擇以具有一小寬度W1。因此，大量溶液可容易地通過奈米間隙NG。
在用於製造一奈米間隙電極對21之一些方法中，首先可使電極形成部件41以提供基板2與第一電極形成部件41之間之一高度差之一方式形成於基板2之部分上。接著，可在基板2及第一電極形成部件41上形成導電層26，因此在第一電極部件41之邊緣處安置與基板2共面 且垂直於基板2而延伸之導電層26。隨後，可在導電層26上形成第二電極形成部件42，且接著可使用抗蝕光罩44及45來圖案化第一電極形成部件41、導電層26及第二電極形成部件42。
因此，可形成具有預定形狀之第一電極部件23及第二電極部件24。在一些實施例中，可形成一高度差，藉此第二電極部件24之第二電極側間隙形成部件24b在導電層26之相對側上與第一電極部件23之第一電極側間隙形成部件23b重疊，藉此在第一電極部件23與第二電極部件4之間形成與基板2共面且垂直於基板2而延伸之導電層26。最後，可移除第一電極部件23與第二電極部件24之間之導電層26之一部分，藉此形成由與基板2共面之第一間隙區域NG3及垂直於基板2而延伸之第二間隙區域NG4組成之奈米間隙NG，第二間隙區域NG4之終端與第一間隙區域NG3連接或重疊，其中奈米間隙NG形成於第一電極部件23與第二電極部件24之間。
以此方式，可製造一奈米間隙電極對21，其中一溶液不僅可通過第一間隙區域NG3，且可通過第二間隙區域NG4，即使第一電極部件23與第二電極部件24之間之奈米間隙NG之一寬度W1可實質上較小，且因此，含有單鏈或雙鏈DNA之一溶液(其可由奈米間隙NG3及NG4之一或兩者量測)可更容易地通過奈米間隙NG。
在利用一製造方法(如本文所描述)之一些實施例中，可僅藉由調整導電層26之一膜厚度而容易地調整第一電極部件23與第二電極部件24之間之奈米間隙NG之寬度W1。另外，由於導電層26可經形成以具有一極薄膜厚度，所以可使用此製造方法來形成具有一極小寬度W1(其對應於導電層26之一膜厚度)之一奈米間隙NG(第一間隙區域NG3及第二間隙區域NG4)。
在一些實施例中，可期望使DNA流動通過一或若干奈米間隙電極對。在一些實施例中，可藉由電泳、電滲流動或壓力驅動流動而引 起DNA之運動。可期望在DNA通過一或若干奈米間隙電極對時使DNA定向，使得一端首先進入且一第二端尾隨。亦可期望確保：將有效百分比之DNA導引通過一或若干奈米間隙電極對，而非圍繞該(等)奈米間隙電極對往復運動。因此，可期望整合一封閉通道結構以容許DNA以一受控方式流動通過(若干)奈米間隙電極對之(若干)間隙。可使用微影技術來形成具有一不同寬度之一通道。在一些實施例中，可使用多個光罩來製造具有一不同深度之一通道。在一些實施例中，可將一分離罩蓋新增至整合至一基板上之一敞開通道以建立一封閉通道。在一些實施例中，一罩蓋可為透明的以容許檢測。在一些情況中，可藉由黏著劑、熔化膠合、凡得瓦(Van der Waals)力或實體地夾緊而附接該罩蓋。
在其他實施例中，可使用半導體處理來將一封閉通道與一或若干奈米間隙電極對晶片整合。可使用微影技術來形成具有一不同寬度之一封閉通道。在一些實施例中，可使用多個光罩來製造具有一不同深度之一封閉通道。在一些實施例中，可藉由濕式蝕刻一犧牲層而建立一封閉通道。在其他實施例中，一犧牲層及蝕刻試劑可經選擇使得可依比與蝕刻試劑接觸之其他材料快很多之一蝕刻速率優先移除該犧牲層。
在一些實施例中，一封閉通道可在奈米通道附近具有一窄寬度及淺深度尺寸以有助於使DNA在奈米通道內軸向定向。為減少DNA之纏結，在一些實施例中，窄寬度及淺深度可小於50x，小於10x，小於4x，小於1x，其中x係用於感測器之溶液中之DNA之孔恩(Kuhn)長度。孔恩長度隨著離子強度降低而增大。在一些情況中，窄寬度及/或窄深度可小於1微米，小於500奈米，小於200奈米，小於100奈米，小於50奈米，或小於20奈米。
在一些情況中，與一或若干奈米間隙電極對相關聯之一封閉通 道可與一分離微流體結構整合。一微流體結構可經結合或夾緊以與一奈米間隙電極晶片建立一密封。在一些實施例中，一微流體結構可為金屬材料、聚合材料(例如聚二甲基矽氧烷或PDMS)或玻璃之一者。微流體結構可為塑膠或玻璃之一者。在一些實施例中，一微流體結構可具有分支通道及/或閥以有助於導引流動。在一些實施例中，一微流體結構可具有(例如)整合電極以在一易清洗區域中提供電泳電極。
在一些實施例中，多個奈米間隙電極對感測器可併入至一奈米間隙電極晶片中。在一些實施例中，多個奈米間隙電極對感測器可與一奈米間隙電極晶片之一覆蓋通道連接。在一些實施例中，用於讀取或控制一奈米間隙電極晶片之電子電路可製造於亦可包括一或多個奈米間隙電極對之一基板上。
在一些實施例中，可由兩者平行且垂直於基板之奈米間隙電極對建立一封閉通道，其中可藉由濕式蝕刻用作一薄膜之一材料而建立與該等奈米間隙電極對相關聯之間隙，其中間隙間隔可實質上相同於一薄膜厚度。在一些實施例中，一封閉通道可與平行於一基板之奈米間隙電極對組合，其中已藉由濕式蝕刻用作一薄膜之一材料而建立一間隙，其中一間隙間隔可實質上相同於一薄膜厚度。在其他實施例中，一封閉通道可與垂直於一基板之奈米間隙電極對組合，其中已藉由濕式蝕刻用作一薄膜之一材料而建立該封閉通道，其中一間隙間隔可實質上相同於一薄膜厚度。
圖11A展示一奈米間隙電極晶片101之一實施例之一俯視圖，其具有平行於基板之奈米間隙表面，且包含一整合流體通道。在圖11A中，將頂部區段部分地剖切至奈米通道中心。在頂部絕緣層110中，流體入口123及流體出口124連接至奈米通道116，奈米通道116連接至出口124。在部分區段中，第一奈米間隙電極103相鄰於用於形成奈米通道116之犧牲材料，該犧牲材料將在被移除時建立間隙且容許受控 樣本引入至奈米間隙中。第二奈米間隙電極104亦相鄰於用於形成奈米通道116之犧牲材料，但無法在此視圖中看見具有間隙間隔W2之奈米間隙。頂部絕緣層110可具有出入孔以連接至用於劃分第一奈米間隙電極103及第二奈米間隙電極104之電連接墊130，或可具有相關聯之電路(圖中未展示)所需之其他互連件以容許用於其他實施例，其中可將電連接件製造成矽基板108層上之電子電路。
圖11B展示穿過圖11A之垂直橫截面A-A'之一側視圖。在圖11B中，一基板102可包括矽基板108及絕緣層109。第一奈米間隙電極103可與第二奈米間隙電極104及奈米通道116形成一奈米間隙電極對。絕緣層107提供用於將奈米通道116製造於其上之一平坦表面。絕緣層110提供用於奈米通道116之一頂面，且提供用於入口123及出口124之一密封表面。圖11B中展示入口123與選用之較厚通道區段132之間之一連接，其可連接或流體地耦合至奈米通道116。在出口側上，奈米通道116可連接至一選用之較厚通道區段133，其可連接至出口124。可在此視圖中看見間隙間隔W2。
在一些實施例中，可使樣本之流體流動及/或移動反向。在一些實施例中，多個奈米間隙電極對可與一奈米通道116相交以容許一單一DNA或RNA鏈之多個量測。
圖12A展示穿過圖11A之側向橫截面B-B'之一側視圖。由奈米通道116使第一奈米間隙電極103與第二奈米間隙電極104分離。絕緣層107提供用於奈米通道116之一平坦表面。絕緣層110提供用於奈米通道116之一頂面。
圖12B展示圖12A之奈米間隙區段之一放大圖。當蝕除犧牲奈米間隙層106時，一奈米間隙形成於第一奈米間隙電極103與第二奈米間隙電極104之間。第二奈米間隙電極104可與第一奈米間隙電極103重疊達重疊距離W3。在一些實施例中，重疊距離W3可小於50奈米，小 於20奈米，小於10奈米。亦可在此視圖中看見間隙間隔W2。
接著，如圖13A中所展示，將描述用於製造圖11A、圖11B、圖12A及圖12B之一奈米間隙電極101之一方法。首先，可製備一基板102，其中(例如)氧化矽層109可形成於一矽基板108上。接著，可藉由(例如)一氣相沈積法(例如CVD)而使一電極形成氮化鈦(TiN)膜形成於氧化矽層109之整個表面或其之一部分上。
接著，使用一光微影技術來圖案化電極形成層以建立第一奈米間隙電極103，如圖13A及圖13B(其展示圖13A之側向橫截面A-A')中所繪示。
如圖13C至圖13F中所繪示，其中對應於圖13A之組成元件之組成元件由相同參考數字及字母標示。
如圖13C及圖13D(其展示圖13C之側向橫截面B-B')中所繪示，施加絕緣層107，且接著可使用(例如)一平坦化程序(諸如化學機械拋光(CMP))來拋光或過度拋光絕緣層107。
可藉由(例如)一氣相沈積法(例如CVD)而使可由氮化矽(SiN)製成之一薄奈米通道形成層106形成於整個表面上，且可使用光微影技術來圖案化奈米通道形成層106，如圖13E及圖13F(其展示側向橫截面C-C')中所繪示。
可使用一光微影技術來將SiN之一選用第二奈米通道形成層新增至薄奈米通道形成層106。
如圖14A及圖14B(其展示沿圖14A之線D-D'之一側向橫截面)中所繪示，可使用光微影技術來新增第二奈米間隙電極104。可藉由一氣相沈積(例如一氣相沈積法)而使一上絕緣層110形成於結構之表面上以覆蓋第一奈米間隙電極103、第二奈米間隙電極、薄奈米通道形成層106及絕緣層107，其中可利用光微影技術來建立一出入口及電性墊出入口。接著，可濕式蝕刻任何SiN特徵以移除薄奈米通道形成層 之剩餘部分以建立奈米通道116，如圖14C及圖14D(其展示沿圖14C之線E-E'之一垂直橫截面)中所展示。
為使個別鹼基排序，可期望限制界定間隙之原子數。在一些實施例中，可期望在間隙之一或兩側上具有單原子針尖。在一些實施例中，此可藉由使用由表面粗糙度引起之一天然生成針尖或針尖對而完成。在一些實施例中，一針尖之品質可經改進以更佳地量測品質或穩定性。
在一些實施例中，可使用一電化學法來使一間隙變窄。使用一電化學法來使間隙變窄可持續進行，直至間隙已達到一所要間隙寬度或達到大於或小於一所要間隙寬度之一寬度。一所要間隙可在兩側上具有穩定、大體上呈單晶之針尖。單原子連接使得與一G0(2e2/h)相關聯之一電導率(其對應於金之(例如)12.7K歐姆之一電阻)可用作為中間狀態以建立一穩定間隙。電沈積針尖通常無法形成最初穩定之Go針尖，如Calvo等人於「Physica status solidi(a)」(第204卷，第6期，第1677頁至第1685頁)及Boussaad等人於「Appl.Phys.Lett.80,2398 2002」中所描述，該等案之各者之全文以引用的方式併入本文中。電遷移無法填充間隙，其中該等間隙可具有太低以致無法建立引起原子在一針尖內之移動之足夠電子風力的穿隧電流。
可在由一電腦處理器執行之軟體控制下使一陣列之間隙間隔變窄，其中一電壓可被施加且可經修改以便實施一電化學沈積且控制沈積速率，且因此控制間隙變窄速率。可監測由電化學程序產生之電流，且偏壓電壓可經修改及/或調變以便控制間隙變窄之速率及/或進展。
一電化學沈積程序可為單向的或可為雙向的，其中一偏壓電位可經反向以便使電流反向且因此使沈積方向反向。開始於兩個平行標稱上平坦電極(其等可包括相同材料，例如金、鉑、鎢、銥或其他金 屬)之一典型單向電沈積程序導致一結構，其中陰極保持標稱上平坦，而陽極具有沈積於其上之一小尖銳凸起。若期望具有一對電極，其中該電極對之兩者可具有尖銳尖端，則一單向沈積法可能是不夠的。在一些實施例中，一雙向電沈積程序可用於建立一對尖銳尖端，其中該等電極之金屬可來回穿梭於該兩個電極之間，而當從該等電極之較平坦部分「募集」額外金屬時，該程序引起該等尖端之一連續尖銳化。軟體可連續地或間歇性地監測電沈積程序之電流位準，且可藉由使施加至一第一電極之一電位之正負號反向且使一第二電極之電位保持不變，或藉由使該兩個電極之電位相對於彼此反向且使絕對值保持相同而使所施加之極性反向。在一些實施例中，可在一時間間隔內加強及/或減弱電位反向。在一些實施例中，一極性之一電位差可不同於另一極性之電位差。
一電沈積法可利用各種不同流體(其包含去離子水、HCl、KAu(CN)2、KHCO3、KOH)來作為一載體，且可在一沈積程序期間之不同時期使用一沈積電流，其可包含大於約10微安培之一電流、從約5微安培(μA)至約10微安培之一電流、從約2微安培至約5微安培之一電流、從約1微安培至約2微安培之一電流、或小於約1微安培之一電流。一電壓源或一電流源可用於提供一電位以便實施或促進一電沈積程序。在一些情況中，一電壓源可施加大於或等於約1伏特、約2伏特、約3伏特、約4伏特或約5伏特之一電壓。在一些實施例中，可在電沈積之一初始時期之後改變所使用之溶液之濃度。在一些實施例中，一額外工作電極及/或參考電極可用作為系統之一部分以便相對於一奈米間隙電極對之兩個電極而控制溶液之電位。
穿隧電流可用於判定奈米間隙電極對間隔之寬度，其中指數電流位準可用於判定一間隔尺寸。可使穿隧電流量測成為一電沈積程序之一部分，或可在進行一穿隧電流量測時暫時停止一電沈積程序，且 接著可重新開始該電沈積程序。
一電沈積程序可與一電遷移程序組合，其可對一穩定單原子針尖或針尖對之形成提供更佳控制。在電遷移中，可將一電流從一電極導引至另一電極。例如，可藉由小於或等於約5伏特、約4伏特、約3伏特、約2伏特或約1伏特之一可變電壓而將小於或等於約5微安培、約4微安培、約3微安培、約2微安培或約1微安培之一恆定電流從一電極導引至另一電極。替代地，可藉由小於或等於約5伏特、約4伏特、約3伏特、約2伏特或約1伏特之一可變電壓而將小於或等於約5微安培、約4微安培、約3微安培、約2微安培或約1微安培之一可變電流從一電極導引至另一電極。
在一些實施例中，一電遷移程序可利用不同於由一電遷移程序使用之流體環境的一流體環境。在一些實施例中，一流體環境可包含水性試劑、有機試劑、水性試劑及/或有機試劑之一混合物(其中有機試劑及水性試劑可混溶)、空氣、無反應性氣體或真空。一電沈積程序可用於形成可窄於最終所要間隙之一間隙，且接著一電遷移程序可用於使該間隙變寬及/或形成一更穩定針尖或針尖對。可使該兩個程序互換，其中一電沈積程序可用於(例如)建立可窄於最終所要間隙之一針尖間隙間隔，且一電遷移程序因此可用於建立一或若干更穩定針尖及/或一針尖間隔(其可為一所要間隔)，且可用於提供可尤其在一奈米間隙電極對之針尖附近具有減少數目個晶粒邊界之一結構。在一些實施例中，可利用同時組合電沈積及電遷移之一方法。
在一些實施例中，一電沈積法及一電遷移法可一起用於形成一間隙，其中該電沈積法可從經接合之一奈米間隙電極對移除材料，且一電遷移法可將材料從該接合奈米間隙電極對之一部分移動至該接合奈米間隙電極對之另一部分，使得可藉由該電遷移法而使該接合奈米間隙電極對之最窄部分進一步變窄。在其他實施例中，一電沈積法及 一電遷移法可一起用於形成一間隙，其中該電沈積法可從經接合之一奈米間隙電極對移除材料，且一電遷移法可將材料從該接合奈米間隙電極對之一部分移動至該接合奈米間隙電極對之另一部分，使得可藉由該電遷移法而使該接合奈米間隙電極對之最窄部分進一步變厚以潛在地使該接合奈米間隙電極對之變窄區域更結晶。在其他實施例中，一電沈積法及一電遷移法可一起用於形成一間隙，其中該電沈積法可將材料新增至經接合之一奈米間隙電極對，且一電遷移法可將材料從該接合奈米間隙電極對之一部分移動至該接合奈米間隙電極對之另一部分，使得可藉由該電遷移法而使該接合奈米間隙電極對之最窄部分進一步變窄。
在進一步實施例中，一電沈積法及一電遷移法可一起用於使一間隙塑形，其中該電沈積法可將材料新增至經分離之一奈米間隙電極對，且一電遷移法可將材料從該分離奈米間隙電極對之一部分移動至該接合奈米間隙電極對之另一部分，使得可藉由該電遷移法而進一步增大該分離奈米間隙電極對之間隔。在其他實施例中，一電沈積法及一電遷移法可一起用於使一間隙塑形，其中該電沈積法可從經分離之一奈米間隙電極對移除材料，且一電遷移法可將材料從該分離奈米間隙電極對之一部分移動至該接合奈米間隙電極對之另一部分，使得可藉由該電遷移法而使該分離奈米間隙電極對之間隔變窄。在一些實施例中，一電沈積法可將材料沈積於已被分離之一奈米間隙電極對之兩側上，而在其他實施例中，一電沈積法可從已被分離之一奈米間隙電極對之兩側移除材料，且在進一步實施例中，一電沈積法可從一奈米間隙電極對之一電極移除材料且可將材料新增至一奈米間隙電極對之另一電極。在其中一起利用一電沈積法及一電遷移法兩者之一些實施例中，可在無第二方法之一時間段內利用一第一方法，且因此可在一時間段內一起利用兩種方法，且因此可在無第一方法之一時間段內利 用第二方法。可利用方法之任何混合或組合。
在其中可利用一電沈積法之一些實施例中，一限流電阻器可用於限制材料之移除。在其他實施例中，可監測電流，且一施加電位可經限制使得可減慢及/或停止一材料速率，或基於量測電導率(其可為相對於一材料之一G0之一設定比率)而減慢且接著停止一材料速率。
對於被實施一電沈積法及/或電遷移法之一陣列之奈米間隙電極對，可同時執行對個別奈米間隙電極對之個別電壓及/或量測之控制，或可對一組(例如一列或一行)奈米間隙電極對同時執行對個別奈米間隙電極對之個別電壓及/或量測之控制，或可對各奈米間隙電極對循序地執行對個別奈米間隙電極對之個別電壓及/或量測之控制。在一些實施例中，一處理器(其可與包括奈米間隙電極對之一晶片相關聯，且可包括A/D轉換器及/或數位轉類比轉換器(DAC)電路及/或轉阻放大器及/或整合電流監測器，或可為一外部處理器)可不具有足以直接監測及控制與該陣列之奈米間隙電極對相關聯之所有電流及電壓之能力，藉此需要一循序法，藉此一個或一組奈米間隙電極對可具有對其他奈米間隙電極對完成一電沈積及/或電遷移程序之一或多個操作之前所完成之該電沈積及/或電遷移程序之一或多個操作。例如，其中一電沈積程序可利用多個不同流體試劑，例如使用不同濃度，在對其他奈米間隙電極對執行利用一第一試劑之一或多個操作之前，可對奈米間隙電極對之一子集執行該一或多個操作，但所有奈米間隙電極對可具有用另一試劑替換一流體試劑之前所執行之該相同一或多個操作。在其他實施例中，其中可使用(例如)作為該陣列之奈米間隙電極對之一部分的閥(例如微閥或奈閥)來實施流體控制，其中一或多列或一或多行奈米間隙電極對可具有供應至其之一試劑(其不同於供應至該奈米間隙電極對陣列之其他成員之試劑)，在針對該奈米間隙電極對陣列之其他成員用一第二試劑替換一第一試劑之前，可對一奈米 間隙電極對陣列之不同組完成不同操作。
在一些實施例中，可在一晶圓級處完成針尖形成。在一些實施例中，可在一晶片級處完成針尖形成。在一些實施例中，可在一排序儀器中完成針尖形成以解決針尖穩定性問題。在一些實施例中，作為使用者啟動方法之一部分，可執行針尖形成及/或針尖重組，諸如一DNA排序檢定。
在一些實施例中，可藉由形成一奈米孔隙而製造一奈米間隙電極對，該奈米孔隙可由不同於用於形成一奈米間隙電極對之一材料的一材料形成，其中該奈米孔隙可形成可隨後變為一奈米間隙電極之間隙的一區域，且其中該奈米孔隙可隨後經移除以便容許一樣本流體在一後續檢定中進入該奈米間隙電極對。在一些實施例中，可利用一電沈積法，其中該奈米孔隙可形成於一起動電極上或形成於一起動電極接近處，該起動電極可為一平面電極，且進一步電沈積可將該起動電極連接至一第二電極。一電遷移程序及/或電沈積可用於從該奈米孔隙移動(移除)材料以形成一奈米間隙電極對。
在其他實施例中，可藉由形成一奈米孔隙而形成一奈米間隙電極對，該奈米孔隙可藉由一各向異性KOH 111蝕刻、及/或一聚焦離子束蝕刻、或適合於製造一奈米孔隙之另一程序而至少部分地形成，且可由第一材料(諸如矽)形成，但其可為與本文所描述之操作相容之任何材料。在一後續操作中，一金屬沈積可經執行以便形成一奈米間隙電極對之第二電極。在一些實施例中，一選用之第二材料可形成於一額外層中，諸如硝酸矽或任何其他適合材料，該材料可在一移除程序期間保留於適當位置中，該移除程序可為一濕式蝕刻(其移除該奈米孔隙之第一材料，可用於形成兩層奈米孔隙)。在一續續操作中，矽可經至少部分地移除以便容許流體進入該奈米間隙電極對，其中該金屬及該選用之第二材料可保留。一電沈積及/或電遷移程序可用於使 該奈米間隙電極對分離以形成該奈米間隙電極對之奈米間隙。一第二材料可用於最小化與一電極之流體接觸，藉此最小化否則可從第一電極之相當大表面積發生之本底電流。雖仍需合理容限，但奈米孔隙之尺寸可具有比形成一奈米孔隙(其用於(例如)使用離子電流之DNA排序)時所需之容限要求寬鬆之容限要求，此係因為隨後與回饋一起使用之一電沈積法及/或電遷移法可用於補償奈米孔隙尺寸之變動。
應注意，本發明不受限於本發明之實施例，而是可在本發明之標的之範疇內以各種其他方式修改及實施本發明。例如，各種材料可用作電極部件3及4(23及24)、基板2、絕緣層6、導電層26(其充當一間隙形成層)、絕緣層7、抗蝕光罩15、44及45及其類似者之材料。另外，可使用各種其他方法(根據需要，其包含一濺鍍法)來形成製造一奈米間隙電極對1、21時所形成之各層。
另外，在上文所描述之實施例中，已描述奈米間隙電極對之電極，其中單鏈或雙鏈DNA可通過電極之間之一奈米間隙NG，且當單鏈或雙鏈DNA之鹼基通過電極部件之間之一奈米間隙NG時，可用一安培計量測流動橫跨電極之電流之值。然而，本發明不受限於此等實施例。一奈米間隙電極對可用於各種其他應用中。雖然在一些情況中單鏈及雙鏈DNA已被描述為量測之一目標，但本發明不受限於此一目標。應瞭解，可使用其他目標(例如RNA或蛋白質)。各種其他類型之流體(其包含一液體及一氣體)可用作為含有流體之一樣本。另外，可將各種其他類型之量測目標(其包含病毒及細菌、蛋白質及肽、碳水化合物及脂類、有機分子及無機分子)用作為量測之目標。
另外，在上文所描述之實施例中，已描述一情況，其中以一共形方式形成充當一間隙形成層之絕緣層6(導電層26)。然而，本發明不受限於此等實施例。例如，可根據膜形成之位置藉由不同膜形成條件(溫度、壓力、所使用之氣體、流動速率及其類似者)而改變絕緣層 6(導電層26)之膜厚度，且無需以一共形方式形成形成膜層。
若在無需以一共形方式形成膜層之情況下根據膜形成之位置而改變絕緣層6(導電層26)之膜厚度，則由絕緣層6(導電層26)形成之一奈米間隙NG可在與基板2共面之第一間隙區域NG1(NG3)與垂直於基板2而延伸之第二間隙區域NG2(NG4)之間具有一不同寬度；第二間隙區域NG2(NG4)之終端可與第一間隙區域NG1(NG3)連接或重疊。例如，在一些實施例中，若含於一光阻劑中之聚合物黏著至側表面41b且導電層26形成於側表面41b上，則當形成包含側表面41b之第一電極形成部件41時，橫跨第一電極部件23之間隙視情況形成之頂端表面28b及第二電極部件24之面向間隙之側表面29b之一寬度可變大以與聚合物之厚度一樣。因此，第二間隙區域NG4之一寬度可大於第一間隙區域NG3之一寬度。若聚合物未黏著至第一電極形成部件41之側表面41b，則可藉由在形成導電層26時藉由改變一氣相沈積法(例如CVD)之條件降低一覆蓋度而使形成於側表面41b上之導電層26之膜厚度薄於形成於上表面41a上之導電層26之一膜厚度。因此，第二間隙區域NG4之一寬度可小於第一間隙區域NG3之一寬度。
甚至在此情況中，一溶液不僅可通過與基板2共面之第一間隙區域NG1(NG3)，且可通過垂直於基板2而延伸之第二間隙區域NG2(NG4)，如同上文所描述之實施例，即使第一電極部件3(23)與第二電極部件4(24)之間之奈米間隙NG經選擇以具有一小寬度W1，且因此，含有作為一量測目標之單鏈或雙鏈DNA之一溶液可容易地通過奈米間隙NG。
第二電極部件4之基底部件4a可安置於第一電極部件3之薄膜部件3a上方之絕緣層6及7上。在一些情況中，可在無需形成絕緣層7之情況下增大絕緣層6之一膜厚度以便將第二電極部件4之基底部件4a僅安置於第一電極部件3之薄膜部件3a上方之絕緣層6(其充當一間隙形成 層)上。
在一些實施例中，已描述一情況，其中可由一導電材料製成之導電層26可用作一間隙形成層。然而，本發明不受限制於此實施例。由一絕緣材料製成之一絕緣層可被施加且用作為一間隙形成層。
電腦控制系統
本發明提供經程式化以實施本發明之方法的電腦控制系統。圖15展示經程式化或以其他方式經組態以使一生物分子(諸如一蛋白質)排序之一電腦系統1501。電腦系統1501可為本文別處所描述之控制單元26及226。電腦系統1501包含一中央處理單元(CPU，在本文中亦稱為「處理器」及「電腦處理器」)1505，其可為一單核或多核處理器，或用於平行處理之複數個處理器。電腦系統1501亦包含記憶體或記憶體位置1510(例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、快閃記憶體)、電子儲存單元1515(例如硬碟)、用於與一或多個其他系統通信之通信介面1520(例如網路配接器)、及周邊裝置1525(諸如快取記憶體、其他記憶體、資料儲存器及/或電子顯示配接器)。記憶體1510、儲存單元1515、介面1520及周邊裝置1525透過一通信匯流排(實線)(諸如一主機板)而與CPU 1505通信。儲存單元1515可為用於儲存資料之一資料儲存單元(或資料儲存庫)。電腦系統1501藉助於通信介面1520而可操作地耦合至一電腦網路(「網路」)1530。網路1530可為網際網路、一互聯網及/或外部網路、或與網際網路通信之一內部網路及/或外部網路。在一些情況中，網路1530係一電信及/或資料網路。網路1530可包含可實現分散式計算(諸如雲端計算)之一或多個電腦伺服器。在一些情況中，網路1530可藉助於電腦系統1501而實施可使耦合至電腦系統1501之裝置能夠充當一用戶端或一伺服器之一點對點網路。
CPU 1505可執行可體現於一程式或軟體中之一序列之機器可讀指令。該等指令可儲存於一記憶體位置(諸如記憶體1510)中。該等指 令可針對CPU 1505，其可隨後程式化或以其他方式組態CPU 1505以實施本發明之方法。由CPU 1505執行之操作之實例可包含找取、解碼、執行及回寫。
CPU 1505可為一電路(諸如一積體電路)之部分。系統1501之一或多個其他組件可包含於該電路中。在一些情況中，該電路係一特定應用積體電路(ASIC)。
儲存單元1515可儲存檔案，諸如驅動程式、程式庫及保存程式。儲存單元1515可儲存使用者資料，例如使用者偏好及使用者程式。在一些情況中，電腦系統1501可包含電腦系統1501外部(諸如位於透過一內部網路或網際網路而與電腦系統1501通信之一遠端伺服器上)之一或多個額外資料儲存單元。
電腦系統1501可透過網路1530而與一或多個遠端電腦系統通信。例如，電腦系統1501可與一使用者之一遠端電腦系統通信。該使用者可經由網路1530而存取電腦系統1501。
可由儲存於電腦系統1501之一電子儲存位置上(諸如(例如)儲存於記憶體1510或電子儲存單元1515上)之機器(例如電腦處理器)可執行碼實施本文所描述之方法。可以軟體之形式提供該機器可執行碼或機器可讀碼。在使用期間，可由處理器1505執行該編碼。在一些情況中，該編碼可從儲存單元1515擷取且儲存於記憶體1510上以準備供處理器1505存取。在一些情形中，可排除電子儲存單元1515，且機器可執行指令儲存於記憶體1510上。
編碼可經預編譯及組態以用於與具有經調適以執行編碼之一處理器之一機器一起使用，或可在運行期間被編譯。可以一程式化語言供應編碼，該程式化語言可經選擇以能夠以一預編譯或類編譯方式執行編碼。
本文所提供之系統及方法之態樣(諸如電腦系統1501)可體現於程 式化中。本發明之各種態樣可被視為「產品」或「製品」，其通常呈載送於一類型之機器可讀媒體上或體現於一類型之機器可讀媒體中之機器(或處理器)可執行碼及/或相關聯資料之形式。機器可執行碼可儲存於一電子儲存單元(諸如記憶體(例如唯讀記憶體、隨機存取記憶體、快閃記憶體)或一硬碟)上。「儲存」型媒體可包含電腦、處理器或其類似者之任何或所有有形記憶體、或其相關聯模組(諸如各種半導體記憶體、磁帶機、硬碟機及其類似者)，其可在任何時間對軟體程式化提供非暫時性儲存。有時可透過網際網路或各種其他電信網路來使軟體之全部或部分通信。例如，此等通信可實現將軟體從一電腦或處理器載入至另一電腦或處理器，例如從一管理伺服器或主機電腦載入至一應用伺服器之電腦平台中。因此，可承載軟體元件之另一類型之媒體包含(諸如)橫跨本端裝置之間之實體介面、透過有線及光學陸線網路及通過各種空中鏈路所使用之光波、電波及電磁波。載送此等波之實體元件(諸如有線或無線鏈路、光學鏈路或其類似者)亦可被視為承載軟體之媒體。如本文所使用，若非限於非暫時性有形「儲存」媒體，則諸如電腦或機器「可讀媒體」之術語係指參與對用於執行之一處理器提供指令之任何媒體。
因此，一機器(或電腦)可讀媒體(諸如電腦可執行碼(或電腦程式))可呈諸多形式，其包含(但不限於)一有形儲存媒體、一載波媒體或實體傳輸媒體。非揮發性儲存媒體包含(例如)光碟或磁碟，諸如任何(若干)電腦或其類似者中之任何儲存裝置，其(諸如)可用於實施圖式中所展示之資料庫，等等。揮發性儲存媒體包含動態記憶體，諸如此一電腦平台之主記憶體。有形傳輸媒體包含：同軸電纜；銅線及光纖，其包含導線，該等導線包括一電腦系統內之一匯流排。載波傳輸媒體可呈電信號或電磁信號、或聲波或光波(諸如射頻(RF)及紅外線(IR)資料通信期間所產生之聲波或光波)之形式。因此，電腦可讀媒體 之共同形式包含(例如)：一軟碟、一撓性碟、硬碟、磁帶、任何其他磁性媒體、一CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光學媒體、打孔卡紙帶、具有孔圖案之任何其他實體儲存媒體、一RAM、一ROM、一PROM及EPROM、一FLASH-EPROM、任何其他記憶體晶片或記憶體匣、輸送資料或指令之一載波、輸送此一載波之電纜或鏈路、或任何其他媒體(一電腦可從其讀取程式化編碼及/或資料)。此共形式之電腦可讀媒體之諸多者可涉及將一或多個指令之一或多個序列載送至用於執行之一處理器。
本發明之裝置、系統及方法可與其他裝置、系統或方法組合及/或由其他裝置、系統或方法修改，諸如(例如)JP 2013-36865A、US 2012/0322055A、US 2013/0001082A、US 2012/0193237A、US 2010/0025249A、JP 2011-163934A、JP 2005-257687A、JP 2011-163934A及JP 2008-32529A中所描述之裝置、系統及方法，該等案之各者之全文以引用的方式併入本文中。
雖然本文已展示及描述本發明之較佳實施例，但熟悉此項技術者應瞭解，此等實施例僅供例示。其不意欲使本發明受限於本說明書內所提供之特定實例。雖然已參考前文所提及之說明書而描述本發明，但本文實施例之描述及說明不應被解釋為意指限制。熟悉此項技術者現將在不背離本發明之情況下進行諸多變動、改變及代替。此外，應瞭解，本發明之所有態樣不受限於本文所闡述之特定描述、組態或相對比例，其取決於各種條件及變數。應瞭解，可採用本文所描述之本發明之實施例之各種替代例來實踐本發明。因此，可預期，本發明亦應涵蓋任何此等替代例、修改、變動或等效物。意欲以下申請專利範圍界定本發明之範疇且藉此涵蓋此等請求項及其等效物之範疇內之方法及結構。

Claims (20)

  1. 一種用於偵測一生物分子之系統，其包括：一奈米間隙電極裝置，其包含相鄰於一基板之一第一電極及相鄰於該第一電極之一第二電極，其中該第一電極與該第二電極由一奈米間隙分離，其中該奈米間隙經定尺寸(dimensioned)以允許該生物分子流動通過該奈米間隙，其中該奈米間隙具有至少一第一間隙區域及一第二間隙區域，其中該第二間隙區域依相對於具有該第一間隙區域之一平面大於0°之一角度定向，其中該第一電極包括一第一部分及相鄰於該第一部分之一第二部分，其中該第一部分及該第二部分相鄰於該基板，其中該第一部分具有大於該第二部分之一厚度，其中該第一部分具有部分地界定該第二間隙區域之一表面，且其中該第二部分具有部分地界定該第一間隙區域之一表面；及一電路，其耦合至該奈米間隙電極裝置，其中當該生物分子流動通過該奈米間隙時，該電路從該第一電極及該第二電極接收電信號。
  2. 如請求項1之系統，其中該第二電極相鄰於與該第一電極接觸之一絕緣層。
  3. 如請求項1之系統，其中該第一電極或該第二電極之一部分具有一單原子針尖。
  4. 如請求項1之系統，其中該第二間隙區域之一終端耦合至該第一間隙區域。
  5. 如請求項1之系統，其進一步包括至少一通道，該至少一通道與該奈米間隙電極裝置流體連通且經組態以將該生物分子導引至該奈米間隙。
  6. 如請求項5之系統，其中該通道與一微流體結構整合。
  7. 如請求項1之系統，其中該電路係一電腦處理器之部分，該電腦處理器經程式化以從該等電信號偵測該生物分子或該生物分子之部分。
  8. 如請求項1之系統，其中該奈米間隙電極裝置係一陣列之奈米間隙電極裝置之部分。
  9. 如請求項8之系統，其中該奈米間隙電極裝置可相對於該陣列之其他奈米間隙電極裝置而獨立地定址。
  10. 如請求項1之系統，其中該奈米間隙具有一第三間隙區域，該第三間隙區域之一終端耦合至該第一間隙區域。
  11. 如請求項1之系統，其中該第二間隙區域依相對於具有該第一間隙區域之該平面大於約25°之一角度定向。
  12. 如請求項1之系統，其中該第二間隙區域依相對於具有該第一間隙區域之該平面大於約45°之一角度定向。
  13. 如請求項1之系統，其中該第二間隙區域依相對於具有該第一間隙區域之該平面約90°之一角度定向。
  14. 如請求項1之系統，其中該奈米間隙具有小於該生物分子之一直徑或該生物分子之一次單元(subunit)的一寬度。
  15. 如請求項1之系統，其中該等電信號包括電流信號。
  16. 如請求項15之系統，其中該電流信號包括穿隧電流。
  17. 如請求項1之系統，其中該第二電極係安置在該第一電極之該第二部分之至少一部分上。
  18. 如請求項1之系統，其中該第二電極包括至少一第一部分及相鄰於該第一部分之一第二部分，其中該第一部分具有大於該第二部分之一厚度。
  19. 如請求項18之系統，其中該第一電極之該第一部分具有大於該 第二電極之該第一部分之一厚度。
  20. 如請求項1之系統，其中該第一間隙區域係夾於該第一電極及該第二電極之間。
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WO (1) WO2015057870A1 (zh)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9194838B2 (en) 2010-03-03 2015-11-24 Osaka University Method and device for identifying nucleotide, and method and device for determining nucleotide sequence of polynucleotide
CN104583767B (zh) 2012-08-17 2017-10-27 量子生物有限公司 试样的分析方法
CN106104274B (zh) 2013-09-18 2018-05-22 量子生物有限公司 生物分子测序装置、系统和方法
JP2015077652A (ja) 2013-10-16 2015-04-23 クオンタムバイオシステムズ株式会社 ナノギャップ電極およびその製造方法
US10438811B1 (en) 2014-04-15 2019-10-08 Quantum Biosystems Inc. Methods for forming nano-gap electrodes for use in nanosensors
CN106471359A (zh) * 2014-04-28 2017-03-01 量子生物有限公司 纳米间隙电极装置和系统及其形成方法
US20160177383A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-23 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Nanochannel with integrated tunnel gap
EP3317423B1 (en) * 2015-06-30 2019-06-19 H. Hoffnabb-La Roche Ag Design and methods for measuring analytes using nanofabricated device
JP2018533935A (ja) * 2015-10-08 2018-11-22 クオンタムバイオシステムズ株式会社 核酸配列決定の装置、システム、及び方法
CN105742496A (zh) * 2016-03-31 2016-07-06 南开大学 利用双材料微悬臂实现连续变化纳米间隙的芯片及制备方法
US10761058B2 (en) 2017-02-01 2020-09-01 Seagate Technology Llc Nanostructures to control DNA strand orientation and position location for transverse DNA sequencing
US10731210B2 (en) 2017-02-01 2020-08-04 Seagate Technology Llc Fabrication of nanochannel with integrated electrodes for DNA sequencing using tunneling current
US10640827B2 (en) 2017-02-01 2020-05-05 Seagate Technology Llc Fabrication of wedge shaped electrode for enhanced DNA sequencing using tunneling current
US10641726B2 (en) 2017-02-01 2020-05-05 Seagate Technology Llc Fabrication of a nanochannel for DNA sequencing using electrical plating to achieve tunneling electrode gap
US10889857B2 (en) 2017-02-01 2021-01-12 Seagate Technology Llc Method to fabricate a nanochannel for DNA sequencing based on narrow trench patterning process
US20180259475A1 (en) 2017-03-09 2018-09-13 Seagate Technology Llc Vertical nanopore coupled with a pair of transverse electrodes having a uniform ultrasmall nanogap for dna sequencing
US10752947B2 (en) 2017-03-09 2020-08-25 Seagate Technology Llc Method to amplify transverse tunneling current discrimination of DNA nucleotides via nucleotide site specific attachment of dye-peptide
WO2019072743A1 (en) 2017-10-13 2019-04-18 Analog Devices Global Unlimited Company DESIGN AND MANUFACTURE OF SENSORS IN NANOGAP
US11143618B2 (en) * 2018-04-09 2021-10-12 Roche Sequencing Solutions, Inc. Fabrication of tunneling junctions with nanopores for molecular recognition
WO2020095844A1 (ja) * 2018-11-06 2020-05-14 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 電極基板
CN110420673B (zh) * 2019-08-14 2022-06-03 京东方科技集团股份有限公司 一种微流控器件及其驱动方法、微流控系统
US20220373542A1 (en) * 2019-10-25 2022-11-24 University Of Utah Research Foundation Micro-Balance Biosensors to Detect Whole Viruses
CN110993487A (zh) * 2019-11-22 2020-04-10 国家纳米科学中心 一种亚10纳米间隙结构的制备方法及其应用
KR102629165B1 (ko) * 2021-09-29 2024-01-29 한국기술교육대학교 산학협력단 이온전도도 측정기 및 이를 이용한 이온전도도 측정방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050112860A1 (en) * 2003-11-20 2005-05-26 Park Chan W. Method for manufacturing nano-gap electrode device
US6905586B2 (en) * 2002-01-28 2005-06-14 Ut-Battelle, Llc DNA and RNA sequencing by nanoscale reading through programmable electrophoresis and nanoelectrode-gated tunneling and dielectric detection
TW200907068A (en) * 2007-04-25 2009-02-16 Nxp Bv Apparatus and method for molecule detection using nanopores
US20110179852A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 International Business Machines Corporation Molecule Detection Device Formed in a Semiconductor Structure
US20110236984A1 (en) * 2010-01-04 2011-09-29 Life Technologies Corporation Dna sequencing methods and detectors and systems for carrying out the same
US20120184047A1 (en) * 2009-09-30 2012-07-19 Ge Healthcare Bio-Sciences Ab Nanoplasmonic device
WO2013100949A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Intel Corporation Nanogap transducers with selective surface immobilization sites

Family Cites Families (185)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62194673A (ja) 1986-02-20 1987-08-27 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPS6437640A (en) 1987-08-03 1989-02-08 Mitsubishi Electric Corp Control system for cache memory
US5151164A (en) 1990-02-09 1992-09-29 The University Of Maryland Enhanced capillary zone electrophoresis and apparatus for performance thereof
US5122248A (en) 1990-05-18 1992-06-16 Northeastern University Pulsed field capillary electrophoresis
US5092972A (en) 1990-07-12 1992-03-03 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Field-effect electroosmosis
JPH04302151A (ja) 1991-03-29 1992-10-26 Toshiba Corp 電荷結合装置の製造方法
US5262031A (en) 1991-06-21 1993-11-16 Hewlett-Packard Company Electroosmotic flow control apparatus for capillary electrophoresis
JPH05281276A (ja) 1991-07-31 1993-10-29 Toshiba Corp 液中静電力検出装置
JP3560990B2 (ja) 1993-06-30 2004-09-02 株式会社東芝 固体撮像装置
US5585069A (en) 1994-11-10 1996-12-17 David Sarnoff Research Center, Inc. Partitioned microelectronic and fluidic device array for clinical diagnostics and chemical synthesis
US5885470A (en) 1997-04-14 1999-03-23 Caliper Technologies Corporation Controlled fluid transport in microfabricated polymeric substrates
US5906723A (en) 1996-08-26 1999-05-25 The Regents Of The University Of California Electrochemical detector integrated on microfabricated capillary electrophoresis chips
CA2276251A1 (en) 1996-11-20 1998-05-28 The Regents Of The University Of Michigan Microfabricated isothermal nucleic acid amplification devices and methods
JPH10283230A (ja) 1997-03-31 1998-10-23 Nec Corp ファイルデータ格納装置およびプログラムを記録した機械読み取り可能な記録媒体
US6159353A (en) 1997-04-30 2000-12-12 Orion Research, Inc. Capillary electrophoretic separation system
AU3498900A (en) 1999-02-23 2000-09-14 Caliper Technologies Corporation Sequencing by incorporation
US6521428B1 (en) 1999-04-21 2003-02-18 Genome Technologies, Llc Shot-gun sequencing and amplification without cloning
US6635163B1 (en) 1999-06-01 2003-10-21 Cornell Research Foundation, Inc. Entropic trapping and sieving of molecules
US6762059B2 (en) 1999-08-13 2004-07-13 U.S. Genomics, Inc. Methods and apparatuses for characterization of single polymers
CN1379857A (zh) 1999-08-13 2002-11-13 美国吉诺米克斯有限公司 用于伸展聚合物的方法和装置
US6685810B2 (en) 2000-02-22 2004-02-03 California Institute Of Technology Development of a gel-free molecular sieve based on self-assembled nano-arrays
US6491805B1 (en) 2000-05-23 2002-12-10 Agilent Technologies, Inc. Sample-analysis system with antisynchronously driven contactless conductivity detector
US6413792B1 (en) 2000-04-24 2002-07-02 Eagle Research Development, Llc Ultra-fast nucleic acid sequencing device and a method for making and using the same
US8232582B2 (en) 2000-04-24 2012-07-31 Life Technologies Corporation Ultra-fast nucleic acid sequencing device and a method for making and using the same
WO2001081896A1 (en) 2000-04-24 2001-11-01 Eagle Research & Development, Llc An ultra-fast nucleic acid sequencing device and a method for making and using the same
US6447663B1 (en) 2000-08-01 2002-09-10 Ut-Battelle, Llc Programmable nanometer-scale electrolytic metal deposition and depletion
US6755956B2 (en) 2000-10-24 2004-06-29 Ut-Battelle, Llc Catalyst-induced growth of carbon nanotubes on tips of cantilevers and nanowires
US20020168810A1 (en) * 2001-03-30 2002-11-14 The Penn State Research Foundation Lateral nanostructures by vertical processing
AU2002363627A1 (en) 2001-06-11 2003-05-26 Genorx, Inc. Electronic detection of biological molecules using thin layers
US20030104428A1 (en) 2001-06-21 2003-06-05 President And Fellows Of Harvard College Method for characterization of nucleic acid molecules
US6890409B2 (en) 2001-08-24 2005-05-10 Applera Corporation Bubble-free and pressure-generating electrodes for electrophoretic and electroosmotic devices
JP2003090815A (ja) 2001-09-18 2003-03-28 Japan Science & Technology Corp 遺伝子の電気化学的検出方法と核酸チップ
KR100438828B1 (ko) 2001-11-08 2004-07-05 삼성전자주식회사 칩 상의 전기적 미세 검출기
WO2003106693A2 (en) 2002-01-01 2003-12-24 Princeton University Gradient structures interfacing microfluidics and nanofluidics, methods for fabrication and uses thereof
US7744816B2 (en) 2002-05-01 2010-06-29 Intel Corporation Methods and device for biomolecule characterization
JP2003332555A (ja) 2002-05-09 2003-11-21 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP4075765B2 (ja) 2002-10-30 2008-04-16 日本電気株式会社 分離装置およびその製造方法、ならびに分析システム
US7033476B2 (en) * 2002-12-31 2006-04-25 Ut-Battelle, Llc Separation and counting of single molecules through nanofluidics, programmable electrophoresis, and nanoelectrode-gated tunneling and dielectric detection
US7410564B2 (en) 2003-01-27 2008-08-12 Agilent Technologies, Inc. Apparatus and method for biopolymer identification during translocation through a nanopore
JP3787630B2 (ja) 2003-02-14 2006-06-21 独立行政法人情報通信研究機構 ナノギャップ電極の製造方法
CA2517216A1 (en) 2003-02-28 2004-10-07 Brown University Nanopores, methods for using same, methods for making same and methods for characterizing biomolecules using same
WO2005008450A2 (en) 2003-03-28 2005-01-27 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for nanogap device and array
JP4259902B2 (ja) 2003-04-01 2009-04-30 日立オムロンターミナルソリューションズ株式会社 情報読み取り装置、情報読み取り装置用プログラム
DE10331126B4 (de) * 2003-07-09 2005-09-01 Krohne Ag Coriolis-Massendurchflußmeßgerät und Verfahren zum Betreiben eines Coriolis-Massendurchflußmeßgeräts
US20120254715A1 (en) 2003-07-10 2012-10-04 David Charles Schwartz Visualizer and editor for single molecule analysis
JP4289938B2 (ja) 2003-07-11 2009-07-01 富士通テン株式会社 盗難防止装置、及び盗難防止方法
US20050048513A1 (en) 2003-08-28 2005-03-03 Alex Harwit Rapid hybridization based on cyclical electric fields
KR100549227B1 (ko) * 2003-09-06 2006-02-03 한국전자통신연구원 유기분자 소자의 제작 방법
US7390622B2 (en) 2003-10-16 2008-06-24 Hai Kang Life Corporation Limited Apparatus and methods for detecting nucleic acid in biological samples
US7279337B2 (en) 2004-03-10 2007-10-09 Agilent Technologies, Inc. Method and apparatus for sequencing polymers through tunneling conductance variation detection
US20050202446A1 (en) 2004-03-11 2005-09-15 Yang Dan-Hui D. Methods for biopolymer sequencing using metal inclusions
CN100470585C (zh) 2004-03-31 2009-03-18 松下电器产业株式会社 存储卡和存储卡系统
US20050227239A1 (en) 2004-04-08 2005-10-13 Joyce Timothy H Microarray based affinity purification and analysis device coupled with solid state nanopore electrodes
US8105471B1 (en) 2004-07-19 2012-01-31 Han Sang M Nanofluidics for bioseparation and analysis
US20060057585A1 (en) 2004-09-10 2006-03-16 Mcallister William H Nanostepper/sensor systems and methods of use thereof
US8563237B2 (en) 2004-09-30 2013-10-22 Agilent Technologies, Inc. Biopolymer resonant tunneling with a gate voltage source
US8340914B2 (en) 2004-11-08 2012-12-25 Gatewood Joe M Methods and systems for compressing and comparing genomic data
US7892414B1 (en) 2004-11-19 2011-02-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Army Electrochemical biosensors, applications and methods of making biosensors
TWI273237B (en) 2004-12-13 2007-02-11 Nat Applied Res Laboratories Coulomb blockade device operated under room temperature
JP5127462B2 (ja) 2004-12-28 2013-01-23 独立行政法人科学技術振興機構 単一分子での核酸塩基分析方法
KR100679704B1 (ko) * 2005-01-10 2007-02-06 한국과학기술원 분자소자와 바이오 센서를 위한 나노갭 또는 나노 전계효과 트랜지스터 제작방법
US20060210995A1 (en) 2005-03-15 2006-09-21 Joyce Timothy H Nanopore analysis systems and methods of using nanopore devices
EP1877762B1 (en) 2005-04-06 2011-10-19 President and Fellows of Harvard College Molecular characterization with carbon nanotube control
JP4804028B2 (ja) 2005-04-25 2011-10-26 東京応化工業株式会社 ナノ構造体の製造方法
TWI287041B (en) 2005-04-27 2007-09-21 Jung-Tang Huang An ultra-rapid DNA sequencing method with nano-transistors array based devices
US20060275911A1 (en) 2005-06-03 2006-12-07 Shih-Yuan Wang Method and apparatus for moleclular analysis using nanostructure-enhanced Raman spectroscopy
US7326328B2 (en) 2005-07-19 2008-02-05 General Electric Company Gated nanorod field emitter structures and associated methods of fabrication
JP4558797B2 (ja) 2005-07-25 2010-10-06 株式会社島津製作所 核酸の塩基配列を決定する方法及び装置
KR100849384B1 (ko) 2005-10-21 2008-07-31 한국생명공학연구원 나노갭 및 나노갭 센서의 제조방법
US20090229856A1 (en) 2005-11-18 2009-09-17 Replisaurus Technologies Ab Master Electrode and Method of Forming the Master Electrode
US8055979B2 (en) 2006-01-20 2011-11-08 Marvell World Trade Ltd. Flash memory with coding and signal processing
US8301394B2 (en) 2006-02-16 2012-10-30 454 Life Sciences Corporation System and method for correcting primer extension errors in nucleic acid sequence data
JP4869985B2 (ja) 2006-03-06 2012-02-08 株式会社Ｊｖｃケンウッド 液晶表示装置及びその製造方法
CN100535649C (zh) * 2006-03-30 2009-09-02 中国科学院电子学研究所 三维纳隙网格阵列微电极生物传感芯片
US20080202931A1 (en) 2006-06-15 2008-08-28 Dimiter Nikolov Petsev Ion Specific Control of the Transport of Fluid and Current in Fluidic Nanochannels
EP2049262A2 (en) 2006-07-19 2009-04-22 Bionanomatrix, Inc. Nanonozzle device arrays: their preparation and use for macromolecular analysis
JP4765813B2 (ja) 2006-07-28 2011-09-07 三菱瓦斯化学株式会社 二重鎖ｄｎａ量の電気化学的測定方法
US8236595B2 (en) 2006-08-11 2012-08-07 Agency For Science, Technology And Research Nanowire sensor, nanowire sensor array and method of fabricating the same
US7638034B2 (en) 2006-09-21 2009-12-29 Los Alamos National Security, Llc Electrochemical detection of single molecules using abiotic nanopores having electrically tunable dimensions
JP2008146538A (ja) 2006-12-13 2008-06-26 Intec Web & Genome Informatics Corp マイクロｒｎａ検出装置、方法およびプログラム
GB0625070D0 (en) 2006-12-15 2007-01-24 Imp Innovations Ltd Characterization of molecules
JP2008186975A (ja) 2007-01-30 2008-08-14 Renesas Technology Corp 半導体装置の製造方法
US8003319B2 (en) 2007-02-02 2011-08-23 International Business Machines Corporation Systems and methods for controlling position of charged polymer inside nanopore
WO2008124706A2 (en) 2007-04-06 2008-10-16 Arizona Board Of Regents Acting For And On Behalf Of Arizona State University Devices and methods for target molecule characterization
EP2014761B1 (en) 2007-06-22 2016-09-28 Sony Deutschland GmbH A device for processing an analyte and a method of processing and/or detecting an analyte using said device
AT505495A1 (de) 2007-07-04 2009-01-15 Arc Austrian Res Centers Gmbh Verfahren zur identifizierung und quantifizierung von organischen und biochemischen substanzen
AU2008307485A1 (en) 2007-10-02 2009-04-09 President And Fellows Of Harvard College Capture, recapture, and trapping of molecules with a nanopore
RU2010118611A (ru) 2007-10-09 2011-11-20 Юниверсити Оф Нотр Дам Дю Лак (Us) Микрофлюидные платформы для детектирования множественных мишеней
WO2009097174A2 (en) * 2008-01-07 2009-08-06 Stc.Unm Electrochemical biosensor
GB0801142D0 (en) 2008-01-22 2008-02-27 Imp Innovations Ltd Label-free molecule detection and measurement
WO2009131724A2 (en) * 2008-01-24 2009-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Insulated nanogap devices and methods of use thereof
JP5142763B2 (ja) 2008-02-29 2013-02-13 日本電信電話株式会社 分子分析方法および分子分析素子
US8440063B2 (en) 2008-03-26 2013-05-14 Massachusetts Institute Of Technology Electrokinetic concentration devices
US20090246788A1 (en) 2008-04-01 2009-10-01 Roche Nimblegen, Inc. Methods and Assays for Capture of Nucleic Acids
EP2258006A1 (en) * 2008-04-02 2010-12-08 E. I. du Pont de Nemours and Company An electronic device utilizing fluorinated carbon nanotubes
JP5360528B2 (ja) 2008-05-07 2013-12-04 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 ギャップで分断された薄膜の製造方法、およびこれを用いたデバイスの製造方法
WO2009158141A1 (en) 2008-05-30 2009-12-30 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Piezoelectric aln rf mem switches monolithically integrated with aln contour-mode resonators
KR20110016479A (ko) 2008-06-06 2011-02-17 바이오나노매트릭스, 인크. 통합 나노유체 분석 장치, 제작 방법 및 분석 기술
JP5730762B2 (ja) 2008-06-30 2015-06-10 バイオナノ ジェノミックス、インク． 単一分子全ゲノム解析のための方法及び装置
TWI383144B (zh) 2008-09-23 2013-01-21 Univ Nat Chiao Tung 感測元件、製造方法及其生物檢測系統
WO2010075570A2 (en) 2008-12-24 2010-07-01 New York University Methods, computer-accessible medium, and systems for score-driven whole-genome shotgun sequence assemble
JP2010227735A (ja) 2009-03-25 2010-10-14 Tohoku Univ マイクロ流路デバイス
EP2411536B1 (en) 2009-03-27 2014-09-17 Nabsys, Inc. Methods for analyzing biomolecules and probes bound thereto
JP5372570B2 (ja) 2009-03-30 2013-12-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ ナノポアを用いたバイオポリマー決定方法、システム、及びキット
US8986928B2 (en) 2009-04-10 2015-03-24 Pacific Biosciences Of California, Inc. Nanopore sequencing devices and methods
US9810680B2 (en) 2009-04-16 2017-11-07 Nanonex Corporation Nanogap electronic detector for measuring properties of a biomolecule stretched in a nanochannel, and method thereof
US8926904B2 (en) 2009-05-12 2015-01-06 Daniel Wai-Cheong So Method and apparatus for the analysis and identification of molecules
CN101920932A (zh) 2009-06-10 2010-12-22 中国科学院半导体研究所 制作纳米尺寸间距的电极的方法
TWI424160B (zh) 2009-06-17 2014-01-21 Univ Nat Chiao Tung 結合矽奈米線閘極二極體之感測元件、製造方法及其檢測系統
US8110410B2 (en) 2009-06-29 2012-02-07 International Business Machines Corporation Nanofludic field effect transistor based on surface charge modulated nanochannel
US8313633B2 (en) * 2009-07-28 2012-11-20 Polestar Technologies, Inc. Molecular imprinted nanosensors and process for producing same
JP5413892B2 (ja) 2009-08-31 2014-02-12 オリヱント化学工業株式会社 有機・ナノ炭素複合系薄膜太陽電池
KR101383004B1 (ko) 2009-12-02 2014-04-08 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 유로 디바이스 및 그것을 포함하는 샘플 처리 장치
CN102687027B (zh) 2010-02-02 2016-05-25 阿利桑那卅评议会 用于测序聚合物的受控的隧道间隙设备
JP5336402B2 (ja) 2010-02-10 2013-11-06 有限会社バイオデバイステクノロジー サンプル採取量の補正方法とそれを用いた測定方法
US9194838B2 (en) 2010-03-03 2015-11-24 Osaka University Method and device for identifying nucleotide, and method and device for determining nucleotide sequence of polynucleotide
JP5764296B2 (ja) 2010-03-31 2015-08-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ 生体ポリマーの特性解析法
US8940663B2 (en) 2010-04-07 2015-01-27 Board Of Regents, The University Of Texas System Nano-scale biosensors
US8568878B2 (en) 2010-04-08 2013-10-29 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Directly fabricated nanoparticles for raman scattering
US8652779B2 (en) 2010-04-09 2014-02-18 Pacific Biosciences Of California, Inc. Nanopore sequencing using charge blockade labels
EP3190193A1 (en) 2010-07-14 2017-07-12 The Curators Of The University Of Missouri Nanopore-facilitated single molecule detection of nucleic acids
JP5594728B2 (ja) * 2010-07-23 2014-09-24 松尾博文 直流スイッチ
US8518227B2 (en) 2010-09-16 2013-08-27 Old Dominion University Research Foundation Nanopore-based nanoparticle translocation devices
JP2012110258A (ja) 2010-11-22 2012-06-14 Nippon Steel Chem Co Ltd 塩基配列の決定方法及び塩基配列の決定方法に用いる測定用デバイス
JP2012118709A (ja) 2010-11-30 2012-06-21 Brother Ind Ltd 配信システム、ストレージ容量決定プログラム、及びストレージ容量決定方法
CN107083421A (zh) 2010-12-17 2017-08-22 纽约哥伦比亚大学理事会 使用经修饰的核苷酸和纳米孔检测的dna边合成边测序
US8986524B2 (en) 2011-01-28 2015-03-24 International Business Machines Corporation DNA sequence using multiple metal layer structure with different organic coatings forming different transient bondings to DNA
US20120193231A1 (en) 2011-01-28 2012-08-02 International Business Machines Corporation Dna sequencing using multiple metal layer structure with organic coatings forming transient bonding to dna bases
US9547004B2 (en) 2011-03-09 2017-01-17 Abionic Sa Rapid quantification of biomolecules in a selectively functionalized nanofluidic biosensor and method thereof
CN102180440A (zh) * 2011-04-06 2011-09-14 北京大学 一种微纳机电器件中纳米间隙电极的制备方法
JP6126083B2 (ja) 2011-05-17 2017-05-10 キヤノン ユー．エス． ライフ サイエンシズ， インコーポレイテッドＣａｎｏｎ Ｕ．Ｓ． Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ． マイクロ流体デバイス内で外部ヒータ・システムを使用するシステムおよび方法
ITRM20110252A1 (it) 2011-05-23 2012-11-24 Istituto Naz Per La Ricerca S Ul Cancro Metodo di analisi di singola molecola mediante rilevazione delle collisioni di una molecola target su nanopori funzionalizzati.
WO2012164679A1 (ja) 2011-05-31 2012-12-06 株式会社日立製作所 生体分子情報解析装置
WO2012170560A2 (en) 2011-06-06 2012-12-13 Cornell University Microfluidic device for extracting, isolating, and analyzing dna from cells
US8546080B2 (en) 2011-06-17 2013-10-01 International Business Machines Corporation Molecular dispensers
EP3385992A1 (en) 2011-07-27 2018-10-10 The Board of Trustees of the University of Illinois Nanopore sensors for biomolecular characterization
US20140220704A1 (en) 2011-08-03 2014-08-07 The Johns Hopkins University Articles comprising templated crosslinked polymer films for electronic detection of nitroaromatic explosives
JP5670278B2 (ja) 2011-08-09 2015-02-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ ナノポア式分析装置
EP2573554A1 (en) 2011-09-21 2013-03-27 Nxp B.V. Apparatus and method for bead detection
JP2013090576A (ja) 2011-10-24 2013-05-16 Hitachi Ltd 核酸分析デバイス及びそれを用いた核酸分析装置
US9696277B2 (en) 2011-11-14 2017-07-04 The Regents Of The University Of California Two-chamber dual-pore device
US20140231274A1 (en) 2011-11-22 2014-08-21 Panasonic Corporation Single molecule detection method and single molecule detection apparatus for biological molecule, and disease marker testing apparatus
US20130186758A1 (en) 2011-12-09 2013-07-25 University Of Delaware Current-carrying nanowire having a nanopore for high-sensitivity detection and analysis of biomolecules
JP2013156167A (ja) 2012-01-30 2013-08-15 Osaka Univ 物質の移動速度の制御方法および制御装置、並びに、これらの利用
WO2013116509A1 (en) 2012-02-01 2013-08-08 Arizona Board Of Regents Acting For And On Behalf Of Arizona State University Systems, apparatuses and methods for reading an amino acid sequence
WO2013147208A1 (ja) 2012-03-29 2013-10-03 国立大学法人大阪大学 ポリヌクレオチドの塩基配列を決定する方法、および、ポリヌクレオチドの塩基配列を決定する装置
JP6456816B2 (ja) 2012-04-09 2019-01-23 ザ・トラスティーズ・オブ・コランビア・ユニバーシティー・イン・ザ・シティー・オブ・ニューヨーク ナノ細孔の調製方法およびその使用
US9310326B2 (en) 2012-06-14 2016-04-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Device for determining a monomer molecule sequence of a polymer comprising different electrodes and use thereof
US9551682B2 (en) 2012-06-29 2017-01-24 Intel Corporation High throughput biochemical detection using single molecule fingerprinting arrays
TWI498520B (zh) 2012-06-29 2015-09-01 Ibm 從一安裝表面分離一元件的裝置及方法
KR101882865B1 (ko) 2012-07-03 2018-07-27 삼성전자주식회사 핵산의 염기 서열을 결정하는 방법
CN104583767B (zh) 2012-08-17 2017-10-27 量子生物有限公司 试样的分析方法
KR20140031559A (ko) 2012-09-04 2014-03-13 전홍석 그래핀을 이용한 핵산 염기서열결정 장치
JP6063693B2 (ja) 2012-10-03 2017-01-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ 分析装置及び分析方法
US20140103945A1 (en) 2012-10-05 2014-04-17 Miami University Apparatus and method for demonstrating quantized conductance
CN102914395B (zh) * 2012-11-06 2015-04-08 苏州新锐博纳米科技有限公司 基于金属纳米间隙的纳米应力传感器及其制备方法
US8906215B2 (en) 2012-11-30 2014-12-09 International Business Machines Corporation Field effect based nanosensor for biopolymer manipulation and detection
JP6282036B2 (ja) 2012-12-27 2018-02-21 クオンタムバイオシステムズ株式会社 物質の移動速度の制御方法および制御装置
JP5951527B2 (ja) 2013-03-07 2016-07-13 株式会社東芝 検体検出装置及び検出方法
US9222130B2 (en) 2013-03-15 2015-12-29 Keith Oxenrider Method and apparatus for sequencing molecules
JP6054790B2 (ja) 2013-03-28 2016-12-27 三菱スペース・ソフトウエア株式会社 遺伝子情報記憶装置、遺伝子情報検索装置、遺伝子情報記憶プログラム、遺伝子情報検索プログラム、遺伝子情報記憶方法、遺伝子情報検索方法及び遺伝子情報検索システム
US9012329B2 (en) 2013-04-04 2015-04-21 International Business Machines Corporation Nanogap in-between noble metals
US9188578B2 (en) 2013-06-19 2015-11-17 Globalfoundries Inc. Nanogap device with capped nanowire structures
KR20160086320A (ko) 2013-08-27 2016-07-19 퀀텀 바이오시스템즈 가부시키가이샤 나노-갭 전극 및 이를 제조하기 위한 방법들
JP2018027018A (ja) 2013-08-27 2018-02-22 クオンタムバイオシステムズ株式会社 生体分子熱変性装置及びその製造方法
JP6334115B2 (ja) 2013-09-18 2018-05-30 クオンタムバイオシステムズ株式会社 生体分子シーケンシング装置、方法、及びプログラム
CN106104274B (zh) 2013-09-18 2018-05-22 量子生物有限公司 生物分子测序装置、系统和方法
JP2015077652A (ja) 2013-10-16 2015-04-23 クオンタムバイオシステムズ株式会社 ナノギャップ電極およびその製造方法
US9551697B2 (en) 2013-10-17 2017-01-24 Genia Technologies, Inc. Non-faradaic, capacitively coupled measurement in a nanopore cell array
US9546398B2 (en) 2013-11-14 2017-01-17 Agilent Technologies, Inc. Polymerase idling method for single molecule DNA sequencing
CN106414767A (zh) 2014-01-24 2017-02-15 量子生物有限公司 生物分子的测序装置、系统及方法
JP2015154750A (ja) 2014-02-20 2015-08-27 国立大学法人大阪大学 生体分子シーケンシング装置用電極、生体分子シーケンシング装置、方法、及びプログラム
EP3111353A4 (en) 2014-02-26 2017-11-01 Nantomics, LLC Secured mobile genome browsing devices and methods therefor
CN106471359A (zh) 2014-04-28 2017-03-01 量子生物有限公司 纳米间隙电极装置和系统及其形成方法
US9658184B2 (en) 2014-05-07 2017-05-23 International Business Machines Corporation Increasing the capture zone by nanostructure patterns
WO2015170783A1 (en) 2014-05-08 2015-11-12 Quantum Biosystems Inc. Devices and methods for adjustable nanogap electrodes
WO2015170782A1 (en) 2014-05-08 2015-11-12 Osaka University Devices, systems and methods for linearization of polymers
JP6516000B2 (ja) 2014-05-08 2019-05-22 国立大学法人大阪大学 異種材料を含むナノギャップ電極
US9362162B2 (en) 2014-08-14 2016-06-07 Globalfoundries Inc. Methods of fabricating BEOL interlayer structures
ES2882583T3 (es) 2015-06-23 2021-12-02 Bgi Shenzhen Electrodo microporoso y método para el análisis de una sustancia química
JP2018533935A (ja) 2015-10-08 2018-11-22 クオンタムバイオシステムズ株式会社 核酸配列決定の装置、システム、及び方法
KR20190017738A (ko) 2016-04-11 2019-02-20 퀀텀 바이오시스템즈 가부시키가이샤 생물학적 데이터 관리를 위한 시스템 및 방법
WO2017189930A1 (en) 2016-04-27 2017-11-02 Quantum Biosystems Inc. Systems and methods for measurement and sequencing of bio-molecules
JP2019525766A (ja) 2016-08-02 2019-09-12 国立大学法人大阪大学 ナノ電極対の作製及び較正のためのデバイス及び方法
EP3688449A4 (en) 2017-09-27 2021-11-24 Quantum Biosystems Inc. NANOELECTRODES DEVICES AND ASSOCIATED MANUFACTURING PROCESSES

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6905586B2 (en) * 2002-01-28 2005-06-14 Ut-Battelle, Llc DNA and RNA sequencing by nanoscale reading through programmable electrophoresis and nanoelectrode-gated tunneling and dielectric detection
US20050112860A1 (en) * 2003-11-20 2005-05-26 Park Chan W. Method for manufacturing nano-gap electrode device
TW200907068A (en) * 2007-04-25 2009-02-16 Nxp Bv Apparatus and method for molecule detection using nanopores
US20120184047A1 (en) * 2009-09-30 2012-07-19 Ge Healthcare Bio-Sciences Ab Nanoplasmonic device
US20110236984A1 (en) * 2010-01-04 2011-09-29 Life Technologies Corporation Dna sequencing methods and detectors and systems for carrying out the same
US20110179852A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 International Business Machines Corporation Molecule Detection Device Formed in a Semiconductor Structure
WO2013100949A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Intel Corporation Nanogap transducers with selective surface immobilization sites

Also Published As

Publication number Publication date
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