借助隧道電流分析用于核酸-測(cè)序的裝置的制造方法
【專利說明】借助隧道電流分析用于核酸-測(cè)序的裝置
[0001]本發(fā)明涉及借助隧道電流分析用于核酸-測(cè)序的裝置。
[0002]在文獻(xiàn)中已知多種核酸-測(cè)序的方法。其中包括所謂的通過合成測(cè)序(合成測(cè)序)的方法。在此，在嵌入合適的核苷酸時(shí)釋放借助酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)證明的組分。此外，已知在納米孔中的核酸-測(cè)序。有利的是，在該方法中既不需要標(biāo)記DNA-鏈，也不需要復(fù)雜的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。
[0003]在借助納米孔的核酸-測(cè)序時(shí)，DNA-鏈通過生物或者人工(固態(tài))的納米孔。核酸鏈的單個(gè)堿基可以通過DNA通過納米孔時(shí)的孔電阻的改變來分析。在此，將DNA放入導(dǎo)電流體中。在該流體上施加電壓，以致電流流動(dòng)。在不同的堿基類型(特別是鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤)通過納米孔時(shí)，電流變化。該變化取決于通過該孔的堿基，從而可以分析該堿基。
[0004]替代地，可以測(cè)量通過所述孔的隧道電流(隧道測(cè)序)，其中該隧道電流取決于位于該孔中的堿基。相比于測(cè)量孔電阻，隧道電流方法有利地具有更好的堿基分辨率。這基于在納米孔中的高的電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0005]所述測(cè)量強(qiáng)烈地取決于納米孔的大小和形狀。此外，必須將用于施加電壓的電極準(zhǔn)確地設(shè)置在納米孔上，以足夠精確地檢測(cè)隧道電流。為了實(shí)現(xiàn)借助隧道電流分析的核酸-測(cè)序的高的分析可靠性，希望制造用于特定應(yīng)用的具有電極的訂制的納米孔。多數(shù)生產(chǎn)固態(tài)納米孔的制造方法基于從薄膜中除去材料，類似于鉆孔。該制造特別地借助基于電子束的光刻法來實(shí)施。
[0006]迄今的具有電極的固態(tài)納米孔的裝置的缺點(diǎn)是，在制造中非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)。足夠精準(zhǔn)地相對(duì)于電極或者電容器這樣設(shè)置納米孔，以致能夠以高精確度測(cè)量隧道電流，這目前在技術(shù)上幾乎是不可實(shí)現(xiàn)的，并且其制造的缺點(diǎn)在于高的工作成本和時(shí)間成本。
[0007]本發(fā)明的目的是，提供分析核酸序列的裝置和制造該裝置的方法，其克服所提及的缺點(diǎn)。
[0008]所述目的通過在權(quán)利要求1中給出的裝置和在權(quán)利要求11中給出的方法實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求有利地涉及本發(fā)明的擴(kuò)展實(shí)施方案和具體實(shí)施方案。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，借助隧道電流分析用于核酸-測(cè)序的裝置包含至少兩個(gè)導(dǎo)電顆粒，其具有I nm至100 nm，特別是I nm至10 nm的直徑。此外，該裝置包含至少兩個(gè)電絕緣顆粒，其具有I nm至100 nm，特別是I nm至10 nm的直徑。該裝置此外包含至少兩個(gè)用于接觸所述導(dǎo)電顆粒的第一電極。第一電極和顆粒位于基材上。根據(jù)本發(fā)明，所述的至少四個(gè)顆粒基本上呈正方形平面地排列，其中導(dǎo)電顆粒和絕緣顆粒各自呈對(duì)角線地相對(duì)放置。有利地，在所述的四個(gè)呈正方形平面排列的顆粒的中心處形成空隙。該空隙的大小取決于顆粒大小和形狀而在nm范圍內(nèi)。在分析核酸序列時(shí)，該空隙為固態(tài)的納米孔。所述裝置能夠提供特定的訂制的納米孔。
[0010]在用于制造借助隧道電流分析用于核酸-測(cè)序的裝置的本發(fā)明方法中，在基材中產(chǎn)生凹處。將至少兩個(gè)導(dǎo)電顆粒和至少兩個(gè)電絕緣顆粒放入，特別是填充到凹處中，其中該顆粒隨機(jī)分配到凹處中。[0011 ] 在本發(fā)明的一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，第一電極各自與至少一個(gè)導(dǎo)電顆粒直接電接觸。因此，電流可以有利地通過該導(dǎo)電顆粒流動(dòng)。有利地這樣設(shè)置第一電極，以致所述導(dǎo)電顆粒形成電容器，當(dāng)DNA-鏈或者RNA-鏈位于納米孔中時(shí)，在該電容器上可以測(cè)量用于分析的隧道電流。這時(shí)，這樣有利地相對(duì)于該電容器設(shè)置納米孔，以致可以以高精確度測(cè)量隧道電流，因?yàn)榧{米孔和電容器在位置上是非常緊密相鄰的。在理想情況中，形成的電容器縫隙和納米孔是相同的。
[0012]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述裝置包含至少兩個(gè)相對(duì)于第一電極成直角設(shè)置的第二電極。該電極有利地用于目標(biāo)指向地移動(dòng)DNA-鏈通過所述顆粒。為此特別適合的是在凝膠電泳中用于移動(dòng)DNA/RNA通過凝膠的電極。
[0013]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述基材包含排列成格柵的凹處。該凹處的直徑特別為10 nm至I μπι。該凹處有利地作為顆粒的固定元件。
[0014]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述基材為CMOS-芯片。其以多層的形式構(gòu)成，其中絕緣和導(dǎo)電的層相互疊置地排列。CMOS-芯片通常已經(jīng)包含用于電極的電壓供應(yīng)的設(shè)備，以及用于測(cè)量第一電極之間的電流的設(shè)備。
[0015]在所述裝置的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述顆粒是球形顆粒。有利地，該球形顆粒排列在球袋(Kugelpackung)中?？梢杂欣赜?jì)算如此形成的空隙的直徑。因此，可以形成用于核酸-測(cè)序的訂制的納米孔。
[0016]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述導(dǎo)電顆粒包含金。
[0017]該導(dǎo)電顆粒通常具有基本上相同的大小。由此，所述球袋有利地是規(guī)則的。
[0018]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述電絕緣顆粒包含聚苯乙烯。
[0019]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述導(dǎo)電顆粒是堅(jiān)固地彼此相連的。這樣的堅(jiān)固連接可以有利地借助電鍍過程產(chǎn)生。替代地，堅(jiān)固連接可以借助導(dǎo)電涂層進(jìn)行，其尤其借助金屬的無(wú)電流沉積產(chǎn)生。因此，有利地確保彼此相距各小于Inm的導(dǎo)電顆粒之間的電接觸。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述凹處用至少100個(gè)導(dǎo)電和電絕緣的顆粒填充。
[0021 ] 在本發(fā)明的一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，挑選已經(jīng)用導(dǎo)電和電絕緣的顆粒填充的凹處，其具有剛好一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1的具有納米孔的裝置。有利地，在不存在其它隧道電流疊加的情況下測(cè)量在DNA/RNA通過時(shí)通過納米孔流動(dòng)的隧道電流。
[0022]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，具有小于I nm相互距離的導(dǎo)電顆粒這樣用導(dǎo)電層涂敷，以致其彼此是電接觸的。因此，有利地確保在彼此相距各小于I nm的導(dǎo)電顆粒之間的電接觸。
[0023]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的具體實(shí)施方案和擴(kuò)展實(shí)施方案中，所述導(dǎo)電顆粒借助金屬的無(wú)電流沉積來涂敷。
[0024]以下借助實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0025]圖1在從上方的俯視圖中示意性展現(xiàn)了顆粒裝置13。
[0026]圖2從側(cè)面示意性展現(xiàn)了格柵裝置I的結(jié)構(gòu)。格柵裝置I包含顆粒裝置13。
[0027]圖3在從上方的俯視圖中示意性展現(xiàn)了包含電流10的具有兩個(gè)第一電極4的凹處3。
[0028]在圖1中示意性示出的顆粒裝置13包含兩個(gè)導(dǎo)電顆粒8、兩個(gè)絕緣顆粒9和DNA6。該顆粒以截面的形式在從上方的俯視圖中示出，這意味著所示的圓形面顯示了顆粒在其最大直徑處的截面。螺旋狀的DNA 6也是從上所見的。
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