用于测序的隧穿结制造技术

可以借由在隧穿结处进行隧穿识别来分析分子(例如，进行核酸分子的测序)。本发明专利技术的实施例可以允许使用隧穿结来检测个体核苷酸以及进行核酸分子的测序。通过用某一部分标记特定核苷酸，隧穿结可以生成具有合适信噪比的信号。所述隧穿识别使用主要穿过所述部分而不是主要穿过所述目的核苷酸或目的分子的一部分的隧穿电流。由于可以使用具有合适信噪比的信号来检测单个核苷酸，所以本发明专利技术的实施例可以允许使用隧穿电流快速检测核苷酸，所述信号由穿过所述部分的隧穿电流产生。穿过所述部分的隧穿电流产生。穿过所述部分的隧穿电流产生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测序的隧穿结

技术介绍

[0001]用于分析单个分子(例如核酸)的技术包括在两个导电层之间具有亚分子大小的间隙的隧穿结装置。隧穿结使用隧穿识别。隧穿识别基于将分子或分子部位(例如核酸的核苷酸)放置在导电层之间。当分子或分子部位接触或足够接近两个层时，分子或分子部位的轨道将会允许电子从一个层转移到另一个层，从而产生隧穿电流。可以分析隧穿电流以鉴定分子或分子部位。
[0002]为了鉴定分子部位，诸如核苷酸，间隙的尺寸通常将必须处于纳米数量级，包括小于2nm，或者甚至是亚纳米级。产生如此小的间隙需要精密且昂贵的技术。减小隧穿结的尺寸还可以使分子接触的频率降低并且持续时间较短。此外，如此小的间隙尺寸可能会造成短路，并可能导致高的背景隧穿电流。
[0003]因此，仍然需要改进用于化学和生物学检测以及涉及该装置的过程的隧穿结的设计和可制造性。设计和可制造性的改善不应以准确且精确的分析为代价。这些和其他问题由本文档中描述的技术解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施方案可以允许通过在隧穿结处的隧穿识别进行分子的分析(例如，核酸分子的测序)。隧穿结可以是电隧穿结或磁隧穿结。本专利技术的实施方案可以允许检测个体核苷酸，并且因此可以使用隧穿结实现核酸的精确测序。通过用某一部分标记一个特定的核苷酸，隧穿结可以产生一个二进制信号，该信号以合适的信噪比清晰可见。所述隧穿识别使用主要穿过所述部分而不是主要穿过所述目的核苷酸或目的分子的一部分的隧穿电流。
[0005]隧穿结装置可以专注于一次读取单个核苷酸。附接在DNA分子模板链上的聚合酶可以在隧穿结中被栓系在介电质上。使用模板链通过聚合酶合成双链DNA分子。单一类型的核苷酸(例如，A核苷酸)可以用某一部分标记并引入装置中。如果所述核苷酸在当前位置与模板链互补，则将其并入DNA分子中。该装置可以包括许多隧穿结，每个隧穿结具有单独的聚合酶-DNA复合物。可以洗涤该装置中过量的游离核苷酸。如果将所述核苷酸添加到DNA分子中，则该部分可能在隧穿结中造成电流信号。如果所述核苷酸未添加到DNA分子，则电流可能接近零。然后可以去除该部分。可以将下一种类型的标记核苷酸引入设备中，并且可以重复该过程。由该部分产生的电流信号可以比穿过核苷酸本身的背景电流更高。
[0006]由于可以使用具有合适信噪比的信号来检测单个核苷酸，所以本专利技术的实施例可以允许使用隧穿电流快速检测核苷酸，所述信号由穿过所述部分的隧穿电流产生。通过检测穿过该部分而不是核苷酸本身的电流，隧穿结中的介电质可能比单个核苷酸的大小厚。因此，可以更容易、更便宜和更快地制造隧穿结。
[0007]隧穿结装置可以利用半导体加工技术来制造。用于检测核苷酸的读取时间可以接近或等于闪存驱动器的读取时间。将多个隧穿结并入到单个测序装置中可以允许多路复用。本专利技术的实施方案可以允许许多隧穿结，其类似于闪存驱动器中的隧穿结数量。换句话
说，数十亿个隧穿结可以并入到闪存驱动器大小(平方厘米量级的面积)的设备中。高度复用的系统可以实现快速、准确的测序。
[0008]参考以下具体实施方式和附图，可以更好地理解本专利技术的实施方案的性质和优点。
附图说明
[0009]图1示出根据本专利技术实施方案的随机电报噪声(RTN)的图。
[0010]图2A和2B示出根据本专利技术实施方案的穿过具有和不具有某一部分的核苷酸的隧穿电流的图。
[0011]图3A和3B示出根据本专利技术的实施方案对具有和不具有某一部分的核苷酸的隧穿电流响应。
[0012]图4A、4B和4C示出根据本专利技术实施方案的化合物的示例，该化合物是用有机金属部分(OM)标记的修饰的核苷酸。
[0013]图5A、5B和5C示出根据本专利技术的实施方案的可用来鉴定合适的部分的构造。
[0014]图6示出根据本专利技术实施方案的确定核酸序列的方法。
[0015]图7示出根据本专利技术实施方案的使用电隧穿结确定核酸序列的步骤。
[0016]图8示出根据本专利技术实施方案的使用磁隧穿结确定核酸序列的步骤。
[0017]图9示出根据本专利技术实施方案的具有电隧穿结的示例系统。
[0018]图10示出根据本专利技术实施方案的具有磁隧穿结的示例系统。
[0019]图11示出根据本专利技术实施方案的用于制造多个磁隧穿结的加工阶段。
[0020]图12示出根据本专利技术实施方案制造的垂直电隧穿结的构造。
[0021]图13A和13B示出根据本专利技术实施方案的测试垂直隧穿结的电学结果。
[0022]图14A和14B示出根据本专利技术实施方案的横向电隧穿结的图示。
[0023]图15A、15B、15C和15D示出根据本专利技术实施方案的测试横向电隧穿结的电学结果。
[0024]图16示出根据本专利技术实施方案的分析系统。
[0025]图17示出根据本专利技术实施方案的计算机系统。
[0026]图18示出根据本专利技术实施方案的计算机系统。
具体实施方式
[0027]术语
[0028]术语“接触”可以指使一个物体靠近另一物体，使得电子可以从一个物体隧穿穿过另一物体。在亚原子水平上，两个物体可能永远不会彼此物理接触，因为物体中电子云的排斥力可能会阻止这些物体更近地接近。
[0029]“核酸”可以指单链或双链形式的脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸及其聚合物。该术语可以涵盖含有已知核苷酸类似物或修饰的骨架残基或键合的核酸，其是合成的、天然存在的和非天然存在的，其具有与参考核酸相似的结合特性。此类类似物的示例可包括但不限于硫代磷酸酯、氨基磷酸酯、甲基膦酸酯、2-O-甲基核糖核苷酸、锁核酸(LNA)，肽核酸(PNA)。
[0030]除非另外指出，否则特定的核酸序列还隐含地涵盖其保守修饰的变体 (例如，简
并密码子替换)和互补序列，以及明确指出的序列。具体而言，简并密码子替换可通过产生序列来实现，其中一个或多个所选(或全部)密码子的第三位置被混合碱基和/或脱氧肌苷残基替换(Batzer等人， Nucleic Acid Res.19：5081(1991)；Ohtsuka等人，J.Biol.Chem.260：2605
-ꢀ
2608(1985)；Rossolini等人，Mol.Cell.Probes 8：91-98(1994))。术语核酸可与基因、cDNA、mRNA、寡核苷酸和多核苷酸互换使用。
[0031]除非上下文另外明确指出，否则术语“核苷酸”除了指天然存在的核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸单体外，还可理解为是指其相关的结构变体，包括衍生物和类似物，其在使用该核苷酸的特定情况下(例如，与互补碱基杂交)在功能上是等同的。
[0032]术语“振荡”可以指由于布朗运动或其他力而导致的物体在流体中的运动。在没有人或机器主动干预的情况下，物体可能会振荡。在某些情况下，由于施加的电场或压力驱动的流动，物体可能会振动。
[0033]当技术术语“部分”用于化学中时，该术语可以包括官能团。另外，部分也可以指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用测序装置确定核酸序列的方法，所述方法包括：向所述测序装置添加一组核苷酸，其中：所述一组核苷酸中的每个核苷酸均附接至包含某一部分的标记化合物，所述测序装置包括隧穿结，并且所述隧穿结包括由绝缘层隔开的第一导体和第二导体；使用附接至所述隧穿结并连接至待测序模板母链的聚合酶来延伸新生链，其中所述延伸包括通过与所述模板母链杂交而将所述一组核苷酸中的第一核苷酸掺入所述新生链中的聚合酶；测量穿过所述第一导体、附接至所述第一核苷酸的第一标记化合物的第一部分和所述第二导体的电特征或磁特征的值；以及使用所述电特征或所述磁特征的值检测与所述模板母链杂交的所述第一核苷酸。2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述第一导体是第一电极，所述第二导体是第二电极，测量所述电特征或所述磁特征的值包括测量所述电特征的值，并且检测与所述模板母链杂交的所述第一核苷酸包括使用所述电特征的值，并且所述方法进一步包括：在所述第一导体和所述第二导体之间施加电压。3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所述电特征的值检测与所述模板母链杂交的所述第一核苷酸，其包括：将所述电特征的值与所述电特征的参考值进行比较，以及确定所述值超过参考值。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述参考值是穿过所述第一电极和所述第二电极并且不穿过所述部分的背景隧穿电流的值。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电特征是电流，并且所述值大于10nA。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述部分选自由有机金属化合物、纳米颗粒、共轭芳族化合物和导电有机分子组成的组。7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述标记化合物包含终止子，所述终止子构造为阻止所述新生链的进一步延伸。8.根据权利要求2所述的方法，其中：所述一组核苷酸中的每个核苷酸都是相同类型的核苷酸，并且附接至所述一组核苷酸中的每个核苷酸的每个标记化合物的每个部分都是相同类型的部分。9.根据权利要求2所述的方法，其中：所述一组核苷酸包含第二核苷酸，所述第二核苷酸附接至包含第二部分的第二标记化合物，基于所述电特征的值检测与所述模板母链杂交的所述第一核苷酸，其包括：将所述电特征的值与所述电特征的第一参考值进行比较，所述方法进一步包括：
通过比较所述电特征的值与所述电特征的第二参考值，基于所述电特征的值确定所述第二核苷酸未与模板母链杂交。10.根据权利要求2所述的方法，其中：所述测序装置包括多个隧穿结...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：豪夫迈，
类型：发明
国别省市：