[发明专利]用于控制固态纳米孔的大小的方法

说明书

相关申请的交叉参引

本申请要求享有2012年5月7日提交的美国临时申请No.61/643,651和2013年3月14日提交的美国临时申请No.61/781,081的权益。每个上述申请的全部公开内容都通过引用的方式纳入本文。

技术领域

本公开内容涉及使用高电场调整固态纳米孔的大小的技术。

背景技术

生物纳米孔和固态纳米孔提供了在单个分子水平感测生物分子分析物的手段。个体纳米孔通常被嵌入在薄绝缘膜中，这为离子电流在两个液体储存器之间通过提供唯一的管道。利用较大尺度库尔特计数器的原理，纳米孔实验与离子电流的变化相关联以确定带电生物分子的长度、大小、电荷和构造，因为带电生物分子在存在外部电场的情况下会被电泳驱动通过纳米孔。

虽然生物纳米孔(诸如α-溶血素)通常提供更大的灵敏度和低噪声属性，但是支持的脂质双层是易碎的并且具有固定大小，限制了它们的应用。另一方面，固态纳米孔通常被制造在薄(10-50nm)绝缘膜中，诸如，氮化硅膜或氧化硅膜，并且可被制成不同的大小，容易与晶片尺度技术集成，并且是更结实的，允许更宽范围的实验条件。尽管有这些优点，但是固态纳米孔技术仍有限制它们用于生物分子研究的许多实际缺点。虽然控制纳米孔的大小是可行的，但是由于需要专业仪器和技术人员，因此通常实现起来既昂贵又费力。例如，最近已经在扫描电子显微镜(SEM)中示出通过聚焦离子束钻孔的纳米孔会在特定实验条件下收缩。在其它的方法中，通过透射电子显微镜(TEM)钻孔的纳米孔可根据束条件以及随后暴露于水性溶剂而扩张或收缩。在这些情况下，限制了可实现的纳米孔大小的范围，因为在化学处理之后或当浸入某一液体环境中时纳米孔的大小会变化，所以难以控制且甚至是不可靠的。

通过固态纳米孔的离子电流还可能遭受高程度的噪声，噪声源是纳米孔文献中的一个广泛研究的话题。虽然已经提出多种方法来减少电噪声，但是可靠的、稳定的低噪声纳米孔的产率通常仍相当低。在钻孔和成像期间含碳残留物的沉积可对电气信号质量具有不利影响，通常使完全湿润成为挑战并导致形成可能难以移除的纳米气泡。此外，分析物分子堵塞纳米孔会降低信号质量，致使孔不能用于另外的实验。这些影响大大减少了功能性纳米孔器件的产率并且增加了与固态纳米孔研究相关的成本。因此，可靠的纳米孔的可再现制造和调整不仅对于学术研究环境是挑战而且对于任何基于纳米孔技术的商业化也仍是挑战。

本部分提供了与本公开内容有关的背景信息，该背景信息不必然是现有技术。

发明内容

本部分提供了公开内容的总体概述，并不是完整公开了本公开内容的全部范围或其所有特征。

提供了一种用于调整形成在固态膜中的纳米孔的方法。该方法包括：施加电势穿过纳米孔，其中该电势具有在高值和低值之间振荡的脉冲波形；测量流经该纳米孔的电流；部分地基于所测量的电流确定该纳米孔的大小；以及当该纳米孔的大小对应于期望的大小时，移除施加穿过该纳米孔的电势。

在本公开内容的一个方面，对流经该纳米孔的电流的测量发生在以高值施加电势时；然而，在另一方面，对流经该纳米孔的电流的测量发生在以低值施加电势时。

在本公开内容的一个方面，该方法还被限定以包括：为在纳米孔中感生出电场的电势选择一个值并在一个预定时间段内施加该电势，其中该电场为近似0.3伏每纳米。在该预定时间段之后，将施加穿过该纳米孔的电势减少到小于所选择的值的一个值，并且当以已减少的值施加电势时，测量流经该纳米孔的电流。部分地基于所测量的电流确定该纳米孔的大小。

在本公开内容的一些方面，重复此过程直到所测量的电流超过阈值。当重新施加相对较高的电势时，该电势的极性可被反向以实现或维持孔几何结构的对称。一旦所测量的电流超出该阈值，则移除电势。

从本文提供的描述中将明了应用的其它领域。在本发明内容中的描述和具体实施例仅旨在出于例示的目的并且不旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅出于例示选定的实施方案的目的而不是例示全部可能的实施方式，并且不旨在限制本公开内容的范围。

图1是描绘用于调整纳米孔的大小的示例技术的流程图；

图2是描绘用于调整纳米孔的示例设备的图；

图3A和图3B分别是例示应用高电场之前和之后的电流迹线的曲线图；

图4A是一个曲线图，例示了施加穿过纳米孔的电势的脉冲波形和指示增长的穿过纳米孔的增加离子电流；