用於聚合物分析的納米通道陣列和近場照射裝置以及相關方法
2023-08-01 05:19:01
專利名稱：用於聚合物分析的納米通道陣列和近場照射裝置以及相關方法
技術領域：
本發明涉及納米流體學領域並且涉及大分子分析領域。背景對基因材料(例如，核酸聚合物)結構和與該結構有關的生理學特性表達(或可 能的表達)之間的關係的興趣日益増加。因此，本領域亟需能夠快速且有效地聚集這類結構信息的裝置和方法。若能夠有效地比較多個樣品的結構，則這些裝置和方法的價值將進ー步增加。概述在遇到所述挑戰時，本發明首選提供了分析裝置，其包括沿第一基板表面安裝的多個納米通道，每ー納米通道由側壁和底板界定；以及布置在第二基板上的至少ー個納米縫隙，布置所述納米縫隙以使在至少ー個所述納米通道內通過所述納米縫隙的至少第一波長的電磁輻射界定橫截面尺寸小於所述第一波長的照射區域。本發明還提供了分析裝置，其包括沿第一基板表面安裝的多個納米通道，每ー納米通道由側壁和底板限定，布置在至少ー個納米通道周圍的相位掩模板，以使在至少ー個所述納米通道中通過相移掩模板的至少第一波長的電磁輻射界定了在至少ー個所述納米通道內的照射區域，所述照射區域的橫截面尺寸小於所述第一波長。還提供了分析方法，其包括使包含兩個或多個標記的大分子沿一個或多個納米通道移動經過兩個或多個激發區域；使用電磁輻射激發在所述激發區域內的所述標記以產生ー個或多個信號，所述激發區域的特徵在於橫截面尺寸小於所述電磁輻射的波長；以及使所述ー個或多個信號沿所述大分子與所述標記的相對位置相關聯。附圖
簡述當參考隨附的附圖進行閱讀時，能進ー步理解概述以及下列詳細的描述。為了示例可能性實施方案的目的，在附圖中示出多種示例性實施方案，然而，可能的實施方案並不限於公開的具體方法、組合物以及裝置。此外，不必要按比例繪製附圖。在附圖中圖I描述了在近場照射器陣列上/下裝配的納米通道陣列，在它們的交叉處產生了多個矩陣檢測位置-即由螢光體標記的聚合物流經納米通道，螢光體將由在矩陣檢測位置的照射器激發，並且將檢測到該信號；圖2描述了近場照射器陣列的非限制性的基於納米縫隙的實施方案，其包括5個縫隙，除了藍色具有兩個縫隙外，一個縫隙用於ー種顔色，即兩個藍色縫隙用於檢測聚合物分子當流經通道和流過縫隙時的速率，並且縫隙將近場照射限制於納米通道的窄(亞-IOOnm級)區域。在該實施方案中，聚合物為由4種不同顔色的螢光團標記的DNA分子，並且當合適的螢光團經過照射的縫隙(矩陣檢測區域)時，其變成激發的並發射螢光信號，並且能通過使用測量速率的軟體測定螢光標記沿DNA的空間圖像；圖3描述了裝配納米縫隙裝置的示例性方案；圖4描述了通過併入納米通道頂部的相移掩模板產生近場照射的樣品實施方案；圖5描述了將相移掩模板裝在基板外部的實施方案；圖6描述了相移裝置的裝配；圖7示出示例性信號檢測和分析，其中將雷射在片的納米縫隙底部上聚集為線，當DNA流經一個納米通道而經過納米縫隙時，螢光激發在DNA上的探針，並且檢測激發的螢光信號，對DNA流經的每一矩陣檢測區域產生時間條形碼信號，將該信號翻譯為DNA的空間 條形碼；圖8描述了在3個不同的依次時間間隔t0、tl和t2下顯示的具有兩個照射波長的矩陣裝置，即每一檢測區域及時產生表示通過該區域的具體螢光團的標記的時間信號；以及圖9描述了將本發明的條形碼用於鑑定核酸生物聚合物(DNA)的結構變體。示例性實施方案的詳述可能性實施方案不限於本文描述和/或顯示的具體裝置、方法、應用、條件或參數，並且本文使用的術語為僅通過實施例來描述特定實施方案的目的，並且不旨在受到限制。此外，除非上下面明確地另有所指，如在包括隨附的權利要求的本說明書中所用的單數形式「一(a)」、「一(an)」和「一(the) 」包括複數，並且指代特定數值時至少包括該特定值。如本文所用，術語「多個」是指大於一個。當表達數值範圍時，其它實施方案包括從一個特定值和/或至其它特定值。類似地，當通過使用前綴「約」來將值表達為近似值時，則應理解該特定值形成另一實施方案。所有範圍為包含的且可組合的。為了清楚而在單獨實施方案的上下文中描述的可能性實施方案的特徵還可以組合形式提供在單一實施方案中。相反，為了簡潔而在單一實施方案的上下文中描述的可能性實施方案的多種特徵還可分別地或以任何亞組合的形式提供。此外，提及範圍內給出的數值時其包括該範圍內的每一和各個值。尤其地，本發明提供了基於納米通道陣列和近場照射器陣列矩陣裝置的聚合物分析系統和方法。納米通道陣列(例如，以整體形式通過引入併入本文的美國專利申請10/484，793)適於納米通道的陣列，其中聚合物分子線性流動以使每次僅有一個聚合物分子佔據納米通道部分。納米通道適於被度量，從而通過例如熵限制至少部分地延長在納米通道內移動的大分子。在一個實施方案中，本發明包括在納米管道上/下產生近場照射器陣列的其它裝置，如在非限制性的圖I中所示，該圖描述了納米通道和對應的近場照射器組，其產生在納米管內布置的檢測區域矩陣。位於接近(例如，在下面、上面或二者)近場照射器的納米通道陣列部分形成了檢測區域矩陣。將檢測區域進行界定，以便在納米管道中，目標物體的照射發生在這些區域內，並且區域為適當的且空間縱向小於所使用的光的波長。優選地，照射區域小於所使用的光的波長的衍射極限。這例如在圖I中所示，其在本文其它部分更詳細地描述。在一個實施方案中，如非限制性的圖2、7、8和9中所示，當它們聚合物分子近場照射器下面/上面時由發螢光的物體標記該聚合物分子。實際上，螢光體能為當暴露於特定波長的光時為可檢測的任何物質。螢光團(螢光素、德克薩斯紅、YOYO, B0DIPY-FL等)為特別合適的。適當地設置標記以特定結合至在聚合物/大分子上的特定結構基元，從而允許使用者將具有確定自由度的基元放置在大分子上或不同的大分子上。作為ー個非限制性實例，使用者可選擇當暴露於示例性波長X的光時發螢光的第一標記。還設置第一標記使其特定地結合於核酸的特定的第一序列。這可通過將該標記結合至與核酸第一序列互補的ー個或多個核酸或其它物質來完成。這樣，螢光團能通過選擇與螢光團連接的一個或多個「連接子」基團來用於檢測存在於聚合物樣品內特定序列中的ー種、兩種或多種核酸(或其它單元)的存在。
使用者還能選擇當暴露於示例性波長Y的光時發螢光的第二標記。還設置第二標記使其特定地結合於核酸的特定第二序列。這可以通過將標記結合至與核酸第二序列互補的ー個或多個核酸或其它物質來完成。這樣，使用者因此能標記包含核酸第一和第二序列的大分子的那些區域，然後當標記暴露于波長X和Y的照射時，使這些標記可視化，如圖2、7和8中所示。檢測所示標記信號並使其與處於研究中的大分子的ー個或多個特性相關聯。在每一物體/標記通過多個近場照射器吋，將其檢測多次，這要考慮到待測定的螢光物體的運送速率。這樣，用螢光標記來標記的聚合物具有通過監測源自矩陣檢測區域的時間信號而產生的聚合物上的標記的空間圖像(「條形圖」)，井隨後使用軟體重組圖像，如非限制性的圖7所示。當近場照射器僅照射通道的窄區域時，條形碼圖像的空間解析度能小於照射光的衍射極限。這具有許多有用的應用，如本文其它方面所示。近場照射器陣列能由多於ー個波長的電磁輻射組成。選擇這些波長以便每一波長激發特定的螢光團(參見圖2、7和8)。這樣，對於在分析中的給定大分子，能產生多顏色條形碼空間圖像，如圖9所示。在該圖中所示，使用本方法，使用者能生成大分子上目標區域(或多個區域)的參考圖像。該目標圖像可能涉及例如與特定蛋白表達有關的基因(或其部分)，或者可能以其它方式為特定生理特性的標示。一旦已經獲得參考圖像，則使用者可鑑定在大分子上的參考圖像的兩個/多個位置、參考圖像的刪除、參考圖像的倒置或參考圖像的易位。這樣，使用者能分析和相互比較多個樣品，從而確定樣品群的特定成員是否具有目標區域，或某些成員是否具有該區域的某些變體。這些變體、刪除、倒置乃至易位能證明生理或疾病狀態或者甚至易患這類狀態，如本文其它方面所述。示例實施方案納米縫隙近場照射器在一個實施方案中，近場照射器的陣列通過使納米縫隙在納米通道下/上圖形化而產生，如圖2所示。這些縫隙適當地由金屬製成。縫隙開ロ優選為Inm至500nm寬，但還能為Inm至約300nm, IOnm至約IOOnm,或甚至為約15nm。如圖2所示，樣品陣列包括5個縫隙，除了藍色具有兩個縫隙外(圖的最左和最右處所示)一個用於ー種顏色。(兩個藍色縫隙用於測定聚合物分子當其流經通道和流過縫隙時的速率)縫隙將近場照射限制於納米通道的窄(亞-IOOnm級)區域。在本圖中，大分子為由4個不同顏色的螢光團標記的DNA分子。當合適的螢光團經過照射的縫隙(矩陣檢測區域)時，螢光團變為激發的並發射螢光信號。通過使用經過裝置檢測區域的DNA的測量速率的軟體來適當地產生螢光標記沿DNA的空間圖像。該實施方案的概念為通過使由不透明材料組成的縫隙具有遠小於照射光波長的開口而限制通過窄縫隙的光透射(圖2)。照射光漸逝場將在縫隙上從縫隙開口僅直接側向延伸幾十納米，因此提供了存在照射光的納米通道的非常窄的區域(< IOOnm)。在非限制性圖中所示，將具有螢光探針的DNA聚合物片段延伸並流經納米通道以及流過納米縫隙。窄的納米通道高度(例如，在一些實施方案中為約50nm)確保當探針/螢光團經過縫隙時大分子探針足以接近於納米縫隙開口而被激發。因為激發光被物理限制於小區域(< IOOnm)，所以在長度尺寸上單獨地檢測螢光團，因此克服已限制了其它檢測裝置的衍射解析度極限。在某些實施方案中，通道可以具有的高度為10nm、50nm、100nm、200nm、500nm或甚至為I微米。在該特定實施方案中，至少一個波長的光適當地具有至少2個與該光有關的縫 隙，以便兩個縫隙能用於測定標記速率和DNA分子的速率。每一波長與多個縫隙有關，以便各個標記具有多於一次的被檢測到的機會。多個相同標記的測定考慮到對假陰性和假陽性讀數的矯正的可能性。實施方案的納米縫隙裝置的裝配在圖3中所示的一個可能的裝配方案為裝配納米縫隙實施方案，其將納米通道陣列蝕刻在諸如熔融石英的透明基板或本文其它方面描述的其它材料的表面中。實例過程包括使抗蝕劑膜在基板表面上圖形化、通過等離子蝕刻將圖形轉移至基板中、然後除去抗蝕劑的光刻法。然後，使由金屬組成的納米縫隙的陣列在其它透明基板上圖形化。示例性過程包括將金屬膜沉積在基板上，然後使用光刻法使抗蝕劑膜在金屬上圖形化。將抗蝕劑用作掩模板以蝕刻去暴露的金屬，隨後在金屬蝕刻之後除去抗蝕劑。通過將通道陣列與縫隙陣列結合在一起、彼此正交定向而完成矩陣裝置。結合方法包括例如熔融結合、陽極結合、等離子活化結合、金屬結合、接觸結合等。實施方案相移掩模板照射在由圖4和5所示的該樣品實施方案中，採用相移掩模板以在納米通道陣列內產生小於所用光的波長的照射區域。照射區域的寬度隨所用波長和相移掩模板拓撲學而變化，如本領域普通技術人員所公知的。根據構造，大小為λ/4的照射區域是可能的。相移掩模板為公知的，並在半導體工業中用於使光抗蝕劑圖形化以具有小於光的波長的特徵。如本領域所知，這類相移掩模板利用由相位差產生的幹涉以改善光刻法中的圖像解析度。在另一變化中，能通過近場全息(NFH)掩模板來產生納米通道內的近場照射。一個實施方案使用45度的NHl光柵照射。在一定角度入射的光部分衍射為負一(-1)級，並且在負一級和未衍射零級間的自幹涉產生了幹涉圖形，其具有的間距等於相位掩模板間距。通過使用相移掩模板(不論是標準掩模板或掩模板)，使用者能將掩模板用於界定檢測螢光團用的納米通道內的檢測區域。這由非限制性圖4和5示出，其各自示出不同構造的相移掩模板。在本發明的一些實施方案中，相移掩模板能在納米縫隙的位置使用或者甚至與納米縫隙相結合地使用。
實施方案的相移的裝配如圖6所示，能通過將由納米通道陣列圖形化的基板結合(例如正交地結合)至由相移掩模板陣列圖形化的基板來裝配相移掩模板實施方案。裝配相移掩模板的一個方法為將光刻用於使抗蝕劑膜在基板上圖形化，然後通過等離子蝕刻將該圖形轉移至基板中，然後除去抗蝕劑。然後，通過熔融結合、陽極結合、金屬結合、等離子活化結合、粘合等將相移掩模板結合於納米通道基板。實施方案信號檢測和分析在一個示例性實施方案(圖7)中，當具有螢光標記的聚合物(例如，DNA)經過納米通道的矩陣檢測區域時，將合適的螢光標記激發並發螢光。例如，這還由圖2所示，其中當經過第一納米縫隙時僅有「藍」螢光團發螢光(其允許僅激發「藍」螢光團的照射進入)，當經過第二納米縫隙時，僅有「綠」突光團發螢光(其允許僅激發「綠」突光團的照射進入)，
坐寸ο如圖7所示，將一個或多個雷射(或其它輻射源)聚集在片的納米縫隙的底部，從而當DNA流經納米通道時隨該DNA流過納米縫隙而螢光激發DNA上的探針。檢測激發的螢光信號，對於DNA流經的每一矩陣檢測區域產生時間條形碼信號。使用合適的算法(例如，由軟體生成的)，然後將這些信號翻譯為DNA的空間條形碼。條形碼說明了 DNA上多種螢光團的位置，然後，使用者反過來能將其用於得到與多種螢光團連接的多種核酸序列的位置圖像。多種序列的位置(或僅為多種序列的存在)的這種知識產生了關於樣品總結構的信息，該樣品結構能與患者/個體的疾病狀態(或甚至為疾病狀態的可能性)相關聯。這將導致在每一矩陣位置產生時間依賴性的信號，然後通過諸如具有圖像傳感器/像素矩陣的CCD相機的光傳感器來單獨地監測該信號。通過監測沿相同通道由相同波長的矩陣檢測區域產生的信號圖形，能將圖形進行比較以確定那種信號對應於聚合物樣品上的相同螢光團標記(圖7，插圖)。這樣，能測定聚合物速率。此外，通過測定多個矩陣檢測區域中的相同螢光團標記，能實現充足的冗餘度，從而能將假陰性和假陽性誤差校正併入軟體。通過非限制性圖8示出其它細節。該圖描述了具有多個通過兩種波長的照射而照射的納米通道的矩陣裝置，以及在3個不同的、依次的時間間隔(即，t0, tl和t2)下顯示的所得螢光。每一矩陣檢測區域產生時間信號，其即時地表示通過該區域的具體螢光團的標記。一旦已測定DNA片段的標記序列，則其能用於分析DNA。DNA分析的實例包括結構變體圖像。在一方面中，本發明提供了分析裝置。這類分析裝置適當地包括沿第一基板表面安裝的多個納米通道，每一納米通道由側壁和底板界定；以及布置在第二底板上的至少一個納米縫隙，布置所述納米縫隙以便在至少一個納米通道內經過納米縫隙的至少第一波長的電磁輻射界定了橫截面尺寸小於第一波長的照射區域。可以以多種方式裝配納米通道；美國專利申請10/484，793(其整體以引用方式併入本文)描述了合適的納米通道和裝配方法。在裝置中，合適的第一基板包括二氧化矽或矽，這兩種材料在本領域中被充分表徵。其它合適的材料包括，例如，電介質、絕緣體、玻璃、高硼矽玻璃、鈉鈣玻璃、氧氮化矽，SiOxNy、氫化二氧化矽、氫化氮化矽、氫化氧氮化矽、高K電介質、含鈦的化合物TiSi0、Ti0、1^、氧化鈦、氫化氧化鈦、氮化鈦、氫化氮化鈦バ30、133;
第二基板對所應用的電磁輻射適當地為透明的；不總是需要第一基板材料必為類似透明的。基板的透明度可以由裝置構造而決定，即，輻射探測器是否收集經過第一或第二基板的光。在一個適當的設計中，探測器收集通過第一基板的光。裝置適當地包括能夠發射至少第一波長的電磁輻射的源。雷射器為一種這樣的合適的輻射源。福射源適當地為能夠發射至少一個頻率分量為約IOOnm至約20，OOOnm、或約500nm至約10，OOOnm、或約IOOOnm至約5000nm的電磁福射的裝置。為約350nm至約1500nm
的頻率被認為是特別合適的。輻射源適當地發射在可見光或甚至在紅外範圍中的輻射。然而，公開的裝置可以適當地基於輻射發揮作用，所述輻射的範圍為從遠-uv( S卩，約300nm或以下)至約示例性CO2雷射器能力(約10微米)。 在另一方面，本發明提供了分析裝置。這些裝置適當地包括沿第一基板表面安裝的多個納米通道，每一納米通道由側壁和底板界定，布置在至少一個納米通道周圍的相位掩模板，以便在至少一個納米通道中經過相移掩模板的至少第一波長的電磁輻射界定了至少一個納米通道內的照射區域，該照射區域的橫截面尺寸小於第一波長。基板材料包括本文其它方面所述的那些。矽和矽被認為是特別合適的材料。納米通道適當地具有在本文其它方面所述的尺寸，並且如本文其它方面所述而適當地分開。相位掩膜板適當地包括特徵為對至少第一波長的電磁輻射為基本透明的材料。在一些實施方案中，相位掩模板包括近場全息掩模板。這類掩模板對於本領域技術人員是已知的，並且通過將光束分為兩個以便彼此幹涉而適當地操作。近場掩模板被認為是相位掩模板的亞組。在技術上，掩模板為相位掩模板的亞組。相位掩模板適當地與第一基板
彡口口。裝置適當地包括能夠發射至少第一波長的電磁輻射的源。這類源包括雷射器，並且合適的波長在本文其它方面描述。除雷射器之外的其它輻射源也被認為是合適的。還提供了分析方法。這些方法適當地包括使包含兩個或多個標記的大分子沿一個或多個納米通道移動經過兩個或多個激發區域；使用電磁輻射激發在激發區域內的標記以產生一個或多個信號,激發區域的特徵為橫截面尺寸小於所述電磁輻射的波長；以及使一個或多個信號沿大分子與標記的對應位置相關聯。使用通過諸如納米縫隙的輻射限定器或其它限定裝置傳送的電磁輻射來適當地激發標記。標記包括螢光燃料、放射性顆粒、磁性顆粒等；本文描述了適當的標記。標記適當地與一個或多個大分子的特定區域互補，這反過來能讓使用者使用標記區分兩個或多個區域。作為一個非限制性實例，標記可以與自身與目標序列互補的核酸序列結合。在一些實施方案中，通過相同波長的電磁輻射激發兩個或多個標記。在其它實施方案中，通過不同波長的電磁輻射激發兩個或多個標記。可以在不同激發區域激發兩個或多個標記。在其它實施方案中，在相同的激發區域激發兩個或多個標記。方法包括使源自兩個或多個大分子上的兩個或多個標記的信號相關聯，並且還包括使一個或多個標記的相對位置與生理學狀態、疾病狀態或其任意組合相關聯。例如，使用者可以確定樣品上兩個區域(例如，區域Xl和x2)間的間距；若間距超過那兩個區域間的正常間距，則使用者可以推斷個體具有特定生理狀態。作為其它實例，使用者可以發現特定靶序列的探針與源自個體的DNA結合五次；若正常個體僅表現出零個或ー個拷貝的該序列，則使用者可具有個體攜帶過度拷貝的序列的現象。該拷貝數可以反過來表明個體患有特定疾病狀態或為未特定疾病的攜帯者。使用者還可以使標誌的數量和圖形與生理狀態相關聯，因此讓使用者建立與標記/標誌存在相關的生理狀態庫，針對該庫，使用者能對來自 未來個體的結果進行比較。
權利要求
1.分析裝置，其包括 沿第一基板表面安裝的多個納米通道， 每一所述納米通道由側壁和底板界定；以及 布置在第二基板中的至少ー個納米縫隙，布置所述納米縫隙以使在至少ー個所述納米通道內，經過所述納米縫隙的至少第一波長的電磁輻射界定了橫截面尺寸小於所述第一波長的照射區域。
2.如權利要求I所述的分析裝置，其中所述第一基板包含ニ氧化矽、矽、電介質、絕緣體、玻璃、高硼矽玻璃、鈉鈣玻璃、氧氮化矽，SiOxNy、氫化ニ氧化矽、氫化氮化矽、氫化氧氮化矽、高K電介質、含鈦的化合物TiSiO、TiO、TiN、氧化鈦、氫化氧化鈦、氮化鈦、氫化氮化鈦，TaO, TaSiO, TaOxNy, Ta2O5, TaCN、氧化鉭、氫化氧化鉭、氮化鉭、氫化氮化鉭、含鉿的化合物Hf02、HfSiO2, HfZrOx, HfN, HfON, HfSiN, HfSiON、氧化鉿、氫化氧化鉿、氮化鉿、氫化氮化鉿，ZrO2, ZrSiO2, ZrN, ZrSiN, ZrON, ZrSiON、氧化鋯、氫化氧化鋯、氮化鋯、氫化氮化鋯、A1203、AIN、TiAlN, TaAlN, WAIN、氧化鋁、氫化氧化鋁、氮化鋁、氫化氮化鋁、SiN, WN、低K電介質、摻氟的ニ氧化矽、摻碳的ニ氧化矽、多孔ニ氧化矽、多孔摻碳的ニ氧化矽、旋壓的有機聚合物電介質、石墨、石墨烯、碳納米管、塑料、聚合物、共聚物、嵌段共聚物、聚ニ甲基矽氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酷)(PMMA)、環烯烴共聚物(C0C)，任意前述化合物的化學計量變體，或所述化合物的任意組合。
3.如權利要求I所述的分析裝置，其中至少ー個所述納米通道的特徵為所述側壁之間的寬度為約IOnm至約lOOOnm。
4.如權利要求I所述的分析裝置，其中至少ー個所述納米通道的特徵為從所述納米通道的側壁頂部至所述納米通道的底板的深度為約IOnm至約lOOOnm。
5.如權利要求I所述的分析裝置，其中至少兩個鄰近的所述納米通道的最接近側壁相隔至少約150nm。
6.如權利要求I所述的分析裝置，其中至少兩個鄰近的所述納米通道的最接近側壁相隔至少約400nm。
7.如權利要求I所述的分析裝置，其中將至少ー個所述納米縫隙布置在對至少第一波長的電磁輻射不透明的第二基板中。
8.如權利要求I所述的分析裝置，其中至少ー個所述納米縫隙包含特徵為橫截面尺寸小於所述第一波長的橫截面尺寸的孔。
9.如權利要求I所述的分析裝置，其中至少ー個所述納米縫隙包含特徵為橫截面尺寸為約Inm至約300nm的孔。
10.如權利要求9所述的分析裝置，其中至少ー個所述納米縫隙包含特徵為橫截面尺寸為約IOnm至約IOOnm的孔。
11.如權利要求9所述的分析裝置，其中至少ー個所述納米縫隙包含特徵為橫截面尺寸為約20nm至約70nm的孔。
12.如權利要求7所述的分析裝置，其中所述第一基板和第二基板彼此結合。
13.如權利要求I所述的分析裝置，其中所述第二基板包含ニ氧化矽、矽、電介質、絕緣體、玻璃、高硼矽玻璃、鈉鈣玻璃、氧氮化矽，SiOxNy、氫化ニ氧化矽、氫化氮化矽、氫化氧氮化矽、高K電介質、含鈦的化合物TiSi0、TiO、TiN、氧化鈦、氫化氧化鈦、氮化鈦、氫化氮化鈦，了&0、了&5丨0、了&0!￡ル、了&205、了&0隊氧化鉭、氫化氧化鉭、氮化鉭、氫化氮化鉭、!1 )2、!^5102、HfZrOx, HfN、H fON、HfSiN、HfSiON、氧化鉿、氫化氧化鉿、氮化鉿、氫化氮化鉿、ZrO2, ZrSiO2,ZrN, ZrSiN, ZrON, ZrSiON、氧化鋯、氫化氧化鋯、氮化鋯、氫化氮化鋯、A1203、AIN、TiAlN,TaAlN, WAIN、氧化鋁、氫化氧化鋁、氮化鋁、氫化氮化鋁、SiN, WN、低K電介質、摻氟的ニ氧化矽、摻碳的ニ氧化矽、多孔ニ氧化矽、多孔摻碳的ニ氧化矽、旋壓的有機聚合物電介質、石墨、石墨烯、碳納米管、塑料、聚合物、共聚物、嵌段共聚物、聚ニ甲基矽氧烷(PDMS)、聚碳酸酷(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酷)(PMMA)、環烯烴共聚物(COC)，任意前述化合物的化學計量變體，或所述化合物的任意組合。
14.如權利要求I所述的分析裝置，其還包括能發射至少第一波長的電磁輻射的源。
15.如權利要求14所述的分析裝置，其中所述源包括雷射器。
16.如權利要求14所述的分析裝置，其中所述源包括能發射至少ー個頻率分量為約IOOnm至約20，OOOnm的電磁福射的裝置。
17.如權利要求16所述的分析裝置，其中所述源包括能發射至少ー個頻率分量為約350nm至約1500nm的電磁福射的裝置。
18.分析裝置，其包括 沿第一基板表面安裝的多個納米通道， 每一所述納米通道由側壁和底板界定，以及 布置在至少ー個所述納米通道周圍的相位掩模板，以使在至少ー個所述納米通道中，經過相移掩模板的至少第一波長的電磁輻射界定了在至少ー個所述納米通道內的照射區域，所述照射區域的橫截面尺寸小於所述第一波長。
19.如權利要求18所述的分析裝置，其中所述基板包含ニ氧化矽、矽、電介質、絕緣體、玻璃、高硼矽玻璃、鈉鈣玻璃、氧氮化矽，SiOxNy、氫化ニ氧化矽、氫化氮化矽、氫化氧氮化矽、高K電介質、含鈦的化合物TiSiO、TiO、TiN、氧化鈦、氫化氧化鈦、氮化鈦、氫化氮化鈦，TaO, TaSiO, TaOxNv> Ta2O5, TaCN、氧化鉭、氫化氧化鉭、氮化鉭、氫化氮化鉭、HfO2, HfSiO2,HfZrOx, HfN、HfON、HfSiN、HfSiON、氧化鉿、氫化氧化鉿、氮化鉿、氫化氮化鉿、ZrO2, ZrSiO2,ZrN, ZrSiN, ZrON, ZrSiON、氧化鋯、氫化氧化鋯、氮化鋯、氫化氮化鋯、A1203、AIN、TiAlN,TaAlN, WAIN、氧化鋁、氫化氧化鋁、氮化鋁、氫化氮化鋁、SiN, WN、低K電介質、摻氟的ニ氧化矽、摻碳的ニ氧化矽、多孔ニ氧化矽、多孔摻碳的ニ氧化矽、旋壓的有機聚合物電介質、石墨、石墨烯、碳納米管、塑料、聚合物、共聚物、嵌段共聚物、聚ニ甲基矽氧烷(PDMS)、聚碳酸酷(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酷)(PMMA)、環烯烴共聚物(COC)，任意前述化合物的化學計量變體，或所述化合物的任意組合。
20.如權利要求18所述的分析裝置，其中至少ー個所述納米通道的特徵為所述側壁之間的寬度為約IOnm至約300nm。
21.如權利要求18所述的分析裝置，其中至少ー個所述納米通道的特徵為從所述納米通道的側壁頂部至所述納米通道的底板的深度為約IOnm至約lOOOnm。
22.如權利要求18所述的分析裝置，其中至少兩個鄰近的所述納米通道的側壁相隔至少約300nm。
23.如權利要求18所述的分析裝置，其中至少兩個鄰近的所述納米通道的側壁相隔至少約400nm。
24.如權利要求18所述的分析裝置，其中所述相位掩模板包括對至少第一波長的電磁輻射基本透明的材料。
25.如權利要求18所述的分析裝置，其還包括能發射至少第一波長的電磁輻射的源。
26.如權利要求25所述的分析裝置，其中所述源包括雷射器。
27.如權利要求25所述的分析裝置，其中所述源包括能發射至少ー個頻率分量為約IOOnm至約20，OOOnm的電磁福射的裝置。
28.如權利要求18所述的分析裝置，其中所述相位掩模板包括近場全息掩模板。
29.如權利要求18所述的分析裝置，其中所述相移掩模板與所述第一基板結合。
30.分析方法，其包括 使包含兩個或多個標記的大分子沿一個或多個納米通道移動經過兩個或多個激發區域； 使用電磁輻射激發在所述激發區域內的所述標記以產生ー個或多個信號， 所述激發區域的特徵為橫截面尺寸小於所述電磁輻射的波長；以及 使一個或多個所述信號沿所述大分子與所述標記的對應位置相關聯。
31.如權利要求30所述的方法，其中使用通過輻射限定器傳送的電磁輻射來激發所述ο
32.如權利要求30所述的方法，其中所述標記包括螢光染料。
33.如權利要求30所述的方法，其中ー個或多個所述標記與ー個或多個大分子的特定區域互補。
34.如權利要求30所述的方法，其中通過相同波長的電磁輻射激發兩個或多個所述標記。
35.如權利要求30所述的方法，其中通過不同波長的電磁輻射激發兩個或多個所述標記。
36.如權利要求35所述的方法，其中在不同激發區域激發兩個或多個所述標記。
37.如權利要求30所述的方法，其還包括使來自兩個或多個大分子上的兩個或多個標記的信號相關聯。
38.如權利要求30所述的方法，其還包括使ー個或多個所述標記的相對位置與生理狀態、疾病狀態或所述生理狀態和疾病狀態的任意組合相關聯。
全文摘要
提供了用於聚合物分析的裝置和方法，其中將標記的聚合物沿著內部具有照射檢測區域的納米通道轉移。當標記的化合物沿納米通道轉移並且該標記經過照射檢測區域時，該標記變為可檢測的(例如，其中不同的標記對在不同的照射區域存在的不同波長做出反應而發螢光)，並且使用者產生沿聚合物長度的多種標記位置的空間圖像。然後使標記位置與聚合物的一個或多個結構特性相關聯。
文檔編號C40B30/04GK102666946SQ201080043518
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月27日 優先權日2009年9月28日
發明者帕瑞克史特·A·戴施潘德, 瓦勒瑞·博格達諾夫, 麥可·D·奧斯汀, 阿力克謝·沙羅諾夫 申請人:生物納米基因組公司