纳米流体场效应装置包括具有第一面和第二面的通道、与所述第一面邻近的第一组电极、与所述第二面邻近的第二组电极、用于对所述电极施加电位的控制单元以及所述通道内的包含带电分子的流体。所述第一组电极被设置为使得：电位的施加产生空间上变化的电场，该电场将带电分子限制在所述通道的预定区域内。所述第二组电极被设置为使得：相对于对所述第一组电极施加的所述电位的电位的施加产生这样的电场，该电场将所述带电分子限制到远离所述通道的所述第二面的区域。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般而言涉及纳米电子学，更具体地涉及纳米流体场效应装置(nano-fluidic field effective device)以及用于带电分子的受控传输的方法。
技术介绍
期望开发不太昂贵的人类基因组测序(sequencing)。例如，人类基因组的测序可以通过辅助个性化医学的开发而有益于人类卫生保健。利用当前的纳米电子装置的制造技术，有可能设计合成纳米级装置以对DNA进行操控、检测甚至测序，其可允许不太昂贵的人类基因组测序。图I示出了根据本领域已知技术的未覆盖的纳米流体装置的俯视图。电极101和102提供偏置电场以将带电分子从顺式腔(cis chamber) 103驱动到反式腔(trans chamber) 104。带电分子被驱动通过纳米孔105。将传感器构建到纳米孔105中以在DNA被驱动通过纳米孔105时感测DNA碱基(base)。由于纳米孔的结构和必要尺寸，很难制造根据现有技术的纳米流体装置。而且，根据现有技术的纳米流体装置不能充分限制或适应(conform)纳米孔内的DNA，导致DNA碱基的有损感测。因此，需要改进的纳米流体装置和方法来控制DNA的传输，以允许更好地感测DNA喊基。
技术实现思路
因此，本专利技术的实施例提供一种纳米流体场效应装置。该装置包括具有第一面和第二面的通道、与所述通道的所述第一面邻近的第一组电极以及用于将电位施加到电极的控制单元。所述第一组电极中的所述电极被设置为使得对所述第一组电极的所述电位的施加产生空间上变化的电场，该电场将带电分子限制在所述通道的预定区域内。本专利技术的另一个实施例提供一种在纳米流体场效应装置中控制带电分子的方法。沿所述纳米流体场效应装置中的通道的流轴(flow axis)方向施加第一电场，以驱动带电分子从其中通过。施加第二电场以将所述带电分子限制到所述通道内的预定区域。本专利技术的另一个实施例提供一种纳米流体场效应装置。该装置包括具有第一面和第二面的通道、与所述通道的所述第一面邻近的第一组电极、与所述通道的所述第二面邻近的第二组电极以及用于将电位施加到电极的控制单元。所述第一组电极中的电极被设置为使得对所述第一组电极的所述电位的施加产生空间上变化的电场，该电场将带电分子限制在所述通道的预定区域内。所述第二组电极中的所述电极被设置为使得相对于对所述第一组电极施加的所述电位而对所述第二组电极的所述电位的施加产生这样的电场，该电场将所述带电分子限制到远离所述通道的所述第二面的区域。附图说明图I示出了根据现有技术的未覆盖的纳米流体装置的等距(isometric)视图；图2示出了根据本专利技术实施例的纳米流体场效应装置的示意图；图3示出了根据本专利技术实施例的纳米流体场效应装置的通道结构的等距放大视图；图4示出了根据本专利技术实施例的其中限制有单个带电分子的纳米流体场效应装置的通道的等距放大视图；图5示出了根据本专利技术实施例的产生更好的聚焦电场的金属电极的设计；图6示出了根据本专利技术实施例的用于对DNA进行测序的感测区域的设计；以及图7示出了根据本专利技术实施例的用于控制纳米流体场效应装置中的带电分子的方法的流程图。·具体实施例方式在本专利技术中，带电分子被驱动通过纳米或微米流体通道，且电场被用于限制带电分子，控制其构型(conformation)并使其沿着通道传输。带电分子可以是长链聚合物，诸如多股脱氧核糖核酸(DNA)。通过将DNA限制、适应并传输通过通道，可将感测装置构建为允许相对不太昂贵且快速的DNA测序。图2示出了根据本专利技术实施例的纳米流体场效应装置200的示意图。纳米流体场效应装置200包括控制单元201和通道结构202，底电极203和顶电极204被设置在通道结构内。控制单元201控制对底电极203和顶电极204施加的电位，以便可产生电场以将带电分子驱动通过通道结构将带电分子限制在通道结构内的预定区域内。图3示出了根据本专利技术实施例的纳米流体场效应装置200的通道结构202的等距放大视图。顺式腔电极101和反式腔电极102施加电位，使得产生的电场将带电分子301从顺式腔103 (在图I中示出)加载到通道结构202的通道302中。在带电分子301被驱动通过通道302之后，由电极101和102施加的电场将带电分子301拖出通道302并拖入到反式腔104 (图2中示出)。第一组电极301-315被设置在基板303的表面上并邻近通道302的第一面304。第一组电极310-315中的电极被设置具有梳状图形。通过利用诸如310和311的叉指状齿将电位施加到梳状电极对，可在y方向(也被称为水平方向)产生空间上变化的聚焦场Ef，用于将带电分子301限制在通道302的预定区域或子槽(subslot)内。如图所示，通过包括具有叉指状齿310-315的梳状电极上的多个齿，可产生多个子槽，使得同等数量的带电分子301可被驱动通过单个通道302。在图2中示出在第一组电极301-315上的电压设定的例子。第一组电极310-315中的相邻电极(例如311和312)还可提供偏置电场Ed以沿X方向(也被称为流轴方向)驱动带电分子301。因此，被施加有电位的第一组电极310-315可产生这样的电场，该电场约束(constrain)并驱动带电分子301。当具有叉指状齿的梳状电极对(例如310和311)之间的电压差是0. 2V时，用于DNA 的电俘获能(electric trapping energy) U 是 0. 2 | e | V (I’/I。) 800kBT，其中 e 是一个电子电荷，kB是玻耳兹曼常数，T是温度，I0是相邻的磷酸基(phosphate group)之间的间隔，且I’是梳状电极中每个“齿”的长度( 50nm)。该计算假设DNA没有在俘获电位阱中蜿蜓，这可在由梳状电极的窄“齿”产生的俘获电位阱中得到满足。在一个优选实施例中，通道302的深度为约50nm，宽度为Ium且长度是10um。通道302和子槽的尺寸可适应于在装置中使用的带电分子301的尺寸。通道302至少具有第一面304和第二面305，也被分别称为底面和顶面。通道的底面可以是基板303的表面，或如图所示，单独的部件306可形成通道302。在一个优选实施例，通道302的底面304被涂覆有合适的聚合物以减小带电分子301上的摩擦。在另一个优选实施例中，第一组电极310-3 15与通道302的底面304之间的距离较小，例如为约3nm以允许在通道302的底面304上的强聚焦Ef和偏置电场Ed。第二组电极320-322被设置在膜307上并邻近通道302的第二面305。第二组电极320-322中的每个电极与第一组电极310-315中的梳状电极对相对。例如，电极320与电极310和311相对。相对于第一组电极310-315上的电压，第二组电极320-322上的电压被施加为产生垂直电场Ep以将带电分子301限制或移动到通道302的远离第二面305 (也被称为通道302的底面)的区域。垂直电场Ep不仅限制带电分子301的垂直运动，而且，在单股DNA (ssDNA)的情况下，也使每个ssDNA碱基的偶极子动量沿z方向(也被称为垂直方向)对准。由此，在三维电场中产生的ssDNA构型是线性的，且ssDNA骨干(backbone)接触通道302的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·栾，G·J·马蒂娜，D·纽恩斯，S·波隆斯基，G·A·斯托洛维基，H·彭，S·罗斯纳格尔，S·哈雷尔，A·阿夫扎利阿尔达卡尼，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：
国别省市：
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