▶ オックスフォード ナノポール テクノロジーズ リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-07-26
(54)【発明の名称】ナノ細孔支持構造及びその製造
(51)【国際特許分類】
G01N 27/00 20060101AFI20230719BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20230719BHJP
B82Y 35/00 20110101ALI20230719BHJP
【ＦＩ】
G01N27/00 Z
G03F7/20 501
B82Y35/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022577455
(86)(22)【出願日】2021-04-29
(85)【翻訳文提出日】2023-01-30
(86)【国際出願番号】 GB2021051029
(87)【国際公開番号】W WO2021255414
(87)【国際公開日】2021-12-23
(31)【優先権主張番号】63/040,455
(32)【優先日】2020-06-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】2016874.6
(32)【優先日】2020-10-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2105787.2
(32)【優先日】2021-04-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】511252899
【氏名又は名称】オックスフォード ナノポール テクノロジーズ ピーエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100092783
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120134
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 規雄
(74)【代理人】
【識別番号】100141025
【弁理士】
【氏名又は名称】阿久津 勝久
(72)【発明者】
【氏名】シェ，ピン
(72)【発明者】
【氏名】ミリス，ジャスティン
(72)【発明者】
【氏名】ヒーリー，ケン
(72)【発明者】
【氏名】クラーク，ジェイムス アンソニー
(72)【発明者】
【氏名】ハイド，ジェイソン ロバート
(72)【発明者】
【氏名】ウィルトシャー，リチャード ケネス ジョン
(72)【発明者】
【氏名】マッケンドリー，ジョナサン エドワード
(72)【発明者】
【氏名】グレイシー，ロバート
(72)【発明者】
【氏名】ブラウン，クライヴ ギャビン
(72)【発明者】
【氏名】ペラ，イオアナ
(72)【発明者】
【氏名】サンゲーラ，ガーディアル シン
(72)【発明者】
【氏名】ハイランド，マーク
(72)【発明者】
【氏名】オルティス バハモン，ペドロ ミゲル
(72)【発明者】
【氏名】ジャクソン，マーク デイヴィッド
(72)【発明者】
【氏名】マケット，ポール レイモンド
(72)【発明者】
【氏名】デイヴィス，ロドリ リース
【テーマコード（参考）】
2G060
2H197
【Ｆターム（参考）】
2G060AA15
2G060AA19
2G060AD06
2G060AF15
2G060AG03
2G060AG11
2G060FA10
2G060FA17
2G060JA07
2G060KA09
2H197AB11
2H197CA05
2H197CE01
2H197HA10
2H197JA14
(57)【要約】
複数のウェルを画定する壁を備える壁層と、ウェルの各々にわたって壁から延在するオーバーハングと、を備える、ナノ細孔支持構造が開示され、オーバーハングは、ナノ細孔の挿入に好適な膜を支持するように構成されたアパーチャを画定する。ナノ細孔支持構造を備えるナノ細孔感知デバイス、並びにナノ細孔支持構造及びナノ細孔感知デバイスを製造する方法が更に開示される。
【選択図】図１ａ
【選択図】図１ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ナノ細孔支持構造であって、複数のウェルを画定する壁を備える壁層と、
前記ウェルの各々にわたって前記壁から延在するオーバーハングであって、ナノ細孔の挿入に好適な膜を支持するように構成されたアパーチャを画定する、オーバーハングと、を備える、ナノ細孔支持構造。
【請求項2】
前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する突出部を更に備える、請求項１に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項3】
前記突出部が、前記それぞれのウェルの内側の前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する内側突出部を含む、請求項２に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項4】
前記突出部が、前記それぞれのウェルの外側の前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する外側突出部を含み、及び／又は前記ナノ細孔支持構造が、前記ウェル間の前記壁層の外側表面の範囲の横方向に突出する外側突出部を備える、請求項２又は３に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項5】
各アパーチャについて、前記外側突出部が、前記アパーチャを少なくとも部分的に取り囲み、かつそこから後退したそれぞれの突出部壁を画定する、請求項４に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項6】
前記突出部壁が、前記アパーチャを部分的に取り囲み、かつその中に隙間を有する、請求項５に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項7】
各突出部壁が、メニスカスが前記それぞれのアパーチャ内に少なくとも部分的に延在するように、前記それぞれのアパーチャにわたって前記メニスカスが形成されることを可能にするように構成されている、請求項５又は６に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項8】
前記突出部壁が、前記アパーチャの７５％～９５％を取り囲む、請求項５～７のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項9】
各アパーチャについて、前記突出部壁を画定する、前記アパーチャに向かって面する内側表面と、前記アパーチャから離れて面する外側表面と、を備える、複数の周辺外側突出部を備える、請求項５～８のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項10】
前記外側表面が、微細パターン化構造を含む、請求項９に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項11】
前記周辺外側突出部間の領域に配置された中間外側突出部を更に備える、請求項９又は１０に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項12】
前記中間外側突出部のうちの１つ以上が、微細パターン化構造を含む、請求項１１に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項13】
前記突出部が、前記オーバーハングによる無極性媒体の保持を増加させるように配置されている、請求項２～１２のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項14】
前記突出部が、前記オーバーハングの剛性を増加させるように配置されている、請求項２～５１３のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項15】
前記ウェルが、それぞれのベースを有する、先行請求項のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項16】
前記壁層が、前記ベースを更に画定する、請求項１５に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項17】
前記ナノ細孔支持構造が、基板を更に備え、前記壁層が、前記基板に固定されており、前記基板が、前記ウェルの前記ベースを画定する、請求項１５に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項18】
前記オーバーハング及び前記壁層が、硬化したネガ型フォトレジスト材料を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項19】
前記ウェル内に配設されたバリアを更に備え、前記バリアが、前記ネガ型フォトレジスト材料を硬化させるための波長の電磁放射の散乱を低減することが可能である、請求項１８に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項20】
前記ウェルが、それぞれのベースを有し、前記バリアが、前記ベースから前記オーバーハングまで延在する、請求項１９に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項21】
前記バリアが、前記壁から前記ウェル内に内向きに延在する、請求項１９又は２０に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項22】
前記バリアが、それらの範囲に沿って前記ウェル内に内向きに湾曲している、請求項２１に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項23】
前記壁層及び前記オーバーハングが、一緒に固定されているそれぞれの成形された構成要素である、請求項１～１７のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項24】
それぞれのアパーチャにわたって延在する膜を更に備え、任意選択的に、前記膜のうちの少なくともいくつかに挿入されたナノ細孔も備える、先行請求項のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造。
【請求項25】
ナノ細孔感知デバイスであって、第１及び第２のチャンバと、
先行請求項のいずれか一項に記載のナノ細孔支持構造を備える平面構造であって、前記平面構造が、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間に延在し、かつ前記ナノ細孔支持構造のそれぞれのウェル及びアパーチャを含む、複数の流体通路が提供されており、前記アパーチャが、前記第１のチャンバ内に開口している、平面構造と、
前記ナノ細孔と前記第２のチャンバとの間のそれぞれの通路内の流体電位を感知するように配置されている電極と、を備える、ナノ細孔感知デバイス。
【請求項26】
前記通路が、前記電極と前記第２のチャンバとの間に流体抵抗器部分を備える、請求項２５に記載のナノ細孔感知デバイス。
【請求項27】
前記平面構造が、更なる層を備え、前記流体抵抗器部分が、前記更なる層内に形成されている、請求項２５又は２６に記載のナノ細孔感知デバイス。
【請求項28】
前記第１及び第２のチャンバが、前記平面構造の反対側にあり、前記通路が、前記平面構造を通って延在する、請求項２５～２７のいずれか一項に記載のナノ細孔感知デバイス。
【請求項29】
前記第１及び第２のチャンバ内に駆動電極を更に備える、請求項２５～２８のいずれか一項に記載のナノ細孔感知デバイス。
【請求項30】
ナノ細孔支持構造の製造方法であって、複数のウェルを画定する壁を備える壁層を形成することと、前記壁から前記ウェルにわたって延在するオーバーハングを形成することであって、前記オーバーハングが、ナノ細孔の挿入に好適な膜を支持するように構成されたアパーチャを画定する、形成することと、を含む、方法。
【請求項31】
前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する突出部を形成することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
前記突出部が、前記それぞれのウェルの内側の前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する内側突出部を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項33】
前記突出部が、前記それぞれのウェルの外側の前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する外側突出部を含み、及び／又は前記方法が、前記ウェル間の前記壁層の外側表面の範囲の横方向に突出する外側突出部を形成することを含む、請求項３１又は３２に記載の方法。
【請求項34】
各アパーチャについて、前記外側突出部が、前記アパーチャを少なくとも部分的に取り囲み、かつそこから後退したそれぞれの突出部壁を画定する、請求項３３に記載の方法。
【請求項35】
前記突出部壁が、前記アパーチャを部分的に取り囲み、かつその中に隙間を有する、請求項３４に記載の方法。
【請求項36】
各突出部壁が、メニスカスが前記それぞれのアパーチャ内に少なくとも部分的に延在するように、前記それぞれのアパーチャにわたって前記メニスカスが形成されることを可能にするように構成されている、請求項３４又は３５に記載の方法。
【請求項37】
各アパーチャについて、前記突出部壁を画定する、前記アパーチャに向かって面する内側表面と、前記アパーチャから離れて面する外側表面と、を備える、複数の周辺外側突出部を形成することを含む、請求項３４～３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項38】
前記外側表面が、微細パターン化構造を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項39】
前記周辺外側突出部間の領域に配置された中間外側突出部を形成することを更に含む、請求項３７又は３８に記載の方法。
【請求項40】
前記突出部が、前記オーバーハングによる無極性媒体の保持を増加させるように配置されている、請求項３１～３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項41】
前記突出部が、前記オーバーハングの剛性を増加させるように配置されている、請求項３１～３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項42】
前記ウェルのベースを形成することを更に含む、請求項３０～４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項43】
前記壁層が、前記ベースを構成する、請求項４２に記載の方法。
【請求項44】
前記方法が、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させることと、前記ネガ型フォトレジスト材料を前記ナノ細孔支持構造の形で硬化させるように、前記ネガ型フォトレジスト材料を露光させることと、前記未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む、請求項３０～４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項45】
前記方法が、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させることと、
前記ネガ型フォトレジスト材料を前記ナノ細孔支持構造の形で硬化させるように、多重露光技術を用いて前記ネガ型フォトレジスト材料を露光させることと、
前記未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項46】
多重露光技術を用いて前記ネガ型フォトレジスト材料を露光させる前記工程が、前記ネガ型フォトレジスト材料を前記オーバーハングの形で、及び前記壁層の少なくとも上部セクションを、前記オーバーハングよりも深いレベルまで硬化させるように実行される、請求項４５に記載の方法。
【請求項47】
多重露光技術を用いて前記ネガ型フォトレジスト材料を露光させる前記工程が、前記ネガ型フォトレジスト材料を別個の露光工程で露光させることを含む、請求項４５又は４６に記載の方法。
【請求項48】
多重露光技術を用いて前記ネガ型フォトレジスト材料を露光させる前記工程が、前記ネガ型フォトレジスト材料を強度の空間変調を用いて露光させることを含む、請求項４５又は４６に記載の方法。
【請求項49】
未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させ、多重露光技術を用いて前記ネガ型フォトレジスト材料を露光させる前記工程を実施する前に、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の初期層を堆積させることと、
前記ネガ型フォトレジスト材料を前記壁層の下部セクションの形で硬化させるように、前記ネガ型フォトレジスト材料の初期層を露光させることと、を含む、初期段階を実施することを更に含み、
多重露光技術を用いて露光される前記未硬化のネガ型フォトレジスト材料が、前記未硬化のネガ型フォトレジスト材料の初期層上に更なる層として堆積される、請求項４５～４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項50】
前記方法が、前記ネガ型フォトレジスト材料を、前記オーバーハング、及び前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する突出部の形で硬化させるように、前記ネガ型フォトレジスト材料を露光させることを含む、請求項４４～４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項51】
前記方法が、前記ネガ型フォトレジスト材料を、前記オーバーハング、及び前記それぞれのウェルの内側の前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する内側突出部の形で硬化させるように、多重露光技術を用いて前記ネガ型フォトレジスト材料を露光させることを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項52】
前記方法が、未硬化のネガ型フォトレジスト材料のオーバーハング層を堆積させることと、
ネガ型フォトレジスト材料を前記オーバーハングの形で硬化させるように、前記ネガ型フォトレジスト材料の第１の層を露光させることと、
未硬化のネガ型フォトレジスト材料の前記オーバーハング層上に、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の上部層を堆積させることと、
前記ネガ型フォトレジスト材料を、前記それぞれのウェルの外側の範囲の横方向に突出する外側突出部の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の前記上部層を露光させることと、を含む、請求項５０又は５１に記載の方法。
【請求項53】
前記未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去する前記工程が、前記ネガ型フォトレジストが前記オーバーハング及び前記突出部の形で硬化された後にのみ実施される、請求項５０～５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項54】
前記方法が、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の第１の層を堆積させることと、
ネガ型フォトレジスト材料を、前記壁層及び前記ウェル内に配設されるバリアの形で硬化させるように、前記ネガ型フォトレジスト材料の前記第１の層を露光させることと、
前記第１の層の前記未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去して、前記ウェル及び前記バリアを形成することと、
未硬化のネガ型フォトレジスト材料の前記第１の層上に未硬化のネガ型フォトレジスト材料の第２の層を堆積させることと、
ネガ型フォトレジスト材料を前記オーバーハングの形で硬化させるように、前記ネガ型フォトレジスト材料の前記第２の層を露光させることであって、前記バリアが、前記露光において適用される電磁放射の散乱を低減するように成形される、露光させることと、
前記第２の層の前記未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項55】
前記ウェルが、それぞれのベースを有し、前記バリアが前記ベースから前記オーバーハングまで延在する、請求項５４に記載の方法。
【請求項56】
前記バリアが、前記壁から前記ウェル内に内向きに延在する、請求項５４又は５５に記載の方法。
【請求項57】
前記バリアが、それらの範囲に沿って前記ウェル内に内向きに湾曲している、請求項５６に記載の方法。
【請求項58】
前記方法が、複数のウェルを画定する壁を備える前記壁層を形成することと、前記オーバーハングを別個の工程で形成することであって、前記オーバーハングが、前記壁から前記ウェルにわたって延在するように前記壁層に固定されている、形成することと、を含む、請求項３０～４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項59】
前記壁層を形成する前記工程が、基板上に前記壁層を成形することを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項60】
前記基板が、その上に形成された電極を有し、前記壁層が、前記電極を前記ウェル内に位置させるように前記基板上に成形される、請求項５９に記載の方法。
【請求項61】
前記オーバーハングを形成する前記工程が、前記オーバーハングの範囲の横方向に突出する突出部を有する前記オーバーハングを成形することを含む、請求項５８～６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項62】
前記突出部が、前記それぞれのウェルから離れるように突出する外側突出部を含み、前記オーバーハングを形成する前記工程が、前記壁層上の前記外側突出部を有する前記オーバーハングを成形することを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項63】
前記オーバーハングを形成する前記工程が、前記壁層上に前記オーバーハングを成形することを含む、請求項５８～６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項64】
それぞれのアパーチャにわたって延在する膜を形成することと、任意選択的に、前記膜のうちの少なくともいくつかにナノ細孔を挿入することも更に含む、請求項３０～４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項65】
ナノ細孔感知デバイスの製造方法であって、請求項３０～６３のいずれか一項に記載の方法によってナノ細孔支持構造を作製することと、
ナノ細孔感知デバイスを作製することと、を含み、前記ナノ細孔感知デバイスが、
第１及び第２のチャンバと、
前記ナノ細孔支持構造を備える平面構造であって、前記平面構造が、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間に延在し、かつ前記ナノ細孔支持構造のそれぞれのウェル及びアパーチャを含む、複数の流体通路が提供されており、前記アパーチャが、前記第１のチャンバ内に開口している、平面構造と、
前記ナノ細孔と前記第２のチャンバとの間のそれぞれの通路内の流体電位を感知するように配置されている電極と、を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ナノ細孔支持構造、及びナノ細孔支持構造の製造方法に関する。
【0002】
ナノ細孔センサは、ポリマー分子などの単一分子を含む幅広い種を感知するために開発されている。既知のナノ細孔センサデバイスは、Ｏｘｆｏｒｄ Ｎａｎｏｐｏｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ．によって製造及び販売されているＭｉｎＩＯＮ（商標）である。その中のナノ細孔ベースの感知は、高抵抗両親媒性膜内に位置する生物学的ナノ細孔を通るイオン電流フローの測定を利用する。ＭｉｎＩＯＮ（商標）は、ナノ細孔センサのアレイを有する。例えば、ＤＮＡなどのポリマー分析物などの分子がナノ細孔を移行されるとき、イオン電流の変動の測定を使用して、ＤＮＡ鎖の配列を判定し得る。タンパク質などのポリヌクレオチド以外の分析物を検出するためのナノ細孔デバイスもまた、参照によりその全体が本明細書に援用されるＷＯ２０１３／１２３３７９から既知である。
【0003】
ナノ細孔が位置する両親媒性膜は、典型的には支持構造上で支持される。そのような構造の多くの設計が既知である。例えば、参照によりその全体が本明細書に援用されるＵＳ２０１５／２６５９９４は、膜のアレイのための支持体の設計を開示している。ＵＳ２０１５／２６５９９４は、ウェルとして機能する、それらの間に隙間のない内側陥凹を画定する内側部分と、内側部分から外側に延在し、それらの間に隙間を有する、支柱のように見える外側部分と、を備える、ナノ細孔支持構造を開示している。そのようなナノ細孔支持構造では、外側部分（支柱）は、内側部分の内側陥凹（ウェル）のフットプリントの外側にある。支持された膜は、内側陥凹の開口部にわたって延在する。したがって、実際の膜は、相対的に大きく、これは、大きい膜のキャパシタンスを生み出し、膜の機械的な堅牢性を低下させる。しかしながら、内側陥凹のサイズが低減される場合、内側陥凹内の流体のリザーバの容積が低減し、したがってより早く排出される。したがって、内側陥凹のサイズは、膜特性と内側陥凹内の利用可能な流体の体積との間で均衡化される。
【0004】
例えば、ＵＳ２０１５／２６５９９４に開示されているナノ細孔支持構造から既知であるのは、膜特性と内側陥凹内の利用可能な流体の体積との間の均衡だけでなく、それらは膜に影響を与えることが見出されており、アクセス孔が各ウェルの底部において開口しているこのタイプのナノ細孔支持構造を使用する場合、膜は、支持構造全体にわたって移動可能である。膜の表面張力によって生じる余分な圧力により、ウェル内の溶液は、アクセス孔を通してゆっくりと排出される傾向があり、膜は、最終的に崩壊する。
【0005】
望ましい特性を有する膜を確実に形成することは、常に困難である。より安定している膜の形成を促進し、それらが使用される感知用途により良好に適した特性を有する改善された支持構造を提供することが有利である。
【0006】
本発明は、そのような改善されたナノ細孔支持構造、及びそれらを製造する方法に関する。
【0007】
本発明の第１の態様によれば、複数のウェルを画定する壁を備える壁層と、ウェルの各々にわたって壁から延在するオーバーハングであって、ナノ細孔の挿入に好適な膜を支持するように構成されたアパーチャを画定する、オーバーハングと、を備える、ナノ細孔支持構造が提供される。
【0008】
オーバーハングを含めることで、膜を形成することができるアパーチャを画定する。これは、実際の膜のサイズ及び面積を低減しながら、ウェルのサイズを大きくすることを可能にする。更に、これは、膜のキャパシタンスを低減させ、膜の安定性を改善する。アパーチャのサイズは、ウェルのサイズとは無関係に選択することもでき、ナノ細孔支持構造の設計パラメータにより高い柔軟性を提供する。ウェルのサイズは、深さ及び／又は断面積において増加され得る。ウェルのサイズを増加させると、より多くの緩衝溶液をウェル内に保存することを可能にし、そのようなナノ細孔支持構造を含むナノ細孔感知デバイスが、緩衝液が枯渇するまでにより長い期間動作することを可能にする。
【0009】
いくつかの実施形態では、壁は、くぼみ又は突出部などの無極性媒体、例えば油を保持する特徴部なしで提供され得る。壁は、特徴部がないものとすることができる。壁は、実質的に滑らかであり得る。無極性媒体保持特徴部を有しない壁を提供することは、無極性媒体がウェル内の電極上に侵入することなく、それらの壁又はそれらのそれぞれのベースに電極を有するウェルが、より大きい深さ及びアスペクト比で提供され得るという利点を有する。これにより、より大きいウェルの容積及びより多くの量のレドックス電極メディエータをウェル内に提供することが可能になり、動作時のデバイスの寿命を延ばすことが可能になる。
【0010】
他の実施形態では、壁には、突出部などの無極性媒体制御特徴部が提供され得る。オーバーハングから延在する壁全体又は壁の一部にわたって延在し得る、そのような無極性媒体制御特徴部。
【0011】
いくつかの実施形態では、ナノ細孔支持構造は、オーバーハングの範囲の横方向に突出する突出部を更に備える。突出部は、オーバーハングの表面及び構造特性を更に制御することを可能にし、それによって、ナノ細孔支持構造及びそれが内部で機能する感知デバイスの性能を改善する。
【0012】
いくつかの実施形態では、突出部は、それぞれのウェルの内側のオーバーハングの範囲の横方向に突出する内側突出部、及び／又はそれぞれのウェルの外側のオーバーハングの範囲の横方向に突出する外側突出部を含む。内側及び外側突出部は、ウェルの内側及び外側の両方のオーバーハングの表面及び構造特性の制御を提供する。
【0013】
いくつかの実施形態では、突出部は、オーバーハングによる無極性媒体の保持を増加させるように配置されている。ナノ細孔支持構造のオーバーハングの表面上の無極性媒体の保持は、ナノ細孔支持構造上での膜の形成を促進する。代替的に又は追加的に、いくつかの実施形態では、ナノ細孔支持構造は、ウェル間の壁層の外側表面の範囲の横方向に突出する外側突出部を備える。いくつかの外側突出部は、壁層の外側表面及び１つ以上のオーバーハングの両方から延在し得る。
【0014】
いくつかの実施形態では、各アパーチャについて、外側突出部は、アパーチャを少なくとも部分的に取り囲み、かつそこから後退したそれぞれの突出部壁を画定する。突出部壁を提供することにより、メニスカスがそれぞれのアパーチャ内に少なくとも部分的に延在するように、それぞれのアパーチャにわたってメニスカスが形成されることを可能にし得る。メニスカスのこのより優れた制御は、アパーチャ内の膜の形成を助けるために使用され得、膜形成を促進するための前処理の必要性を回避し得る。
【0015】
いくつかの実施形態では、ナノ細孔支持構造は、各アパーチャについて、突出部壁を画定する、アパーチャに向かって面する内側表面と、アパーチャから離れて面する外側表面と、を備える、複数の周辺外側突出部を備える。周辺外側突出部のうちの１つ以上の内側表面及び／又は外側表面は、微細パターン化構造を含み得る。
【0016】
いくつかの実施形態では、外側突出部は、周辺外側突出部間の領域に配置された中間外側突出部を更に含む。中間外側突出部は、膜の形成に使用される無極性媒体を、アパーチャにわたって送達及び制御するのに役立ち得る。１つ以上の中間外側突出部は、微細パターン化構造を含み得る。特に、１つ以上の中間外側突出部のうちの１つ以上の表面は、微細パターン化構造を含み得る。
【0017】
いくつかの実施形態では、突出部は、オーバーハングの剛性を増加させるように配置されている。これは、損傷の可能性を低減させ、それによって、構造の寿命を改善し、デバイスの性能の一貫性を改善する。
【0018】
いくつかの実施形態では、ウェルは、それぞれのベースを有する。ウェルのベースは、電極又は更なるアパーチャなど、ナノ細孔感知デバイスにおいて重要な更なる構造を支持するために使用され得る。
【0019】
いくつかの実施形態では、壁層は、ベースを更に画定する。これは、壁層を画定する同じプロセスの一部としてベース層を形成することができるため、いくつかの用途において好都合であり得る。
【0020】
いくつかの実施形態では、ナノ細孔支持構造は、基板を更に備え、壁層は、基板に固定されており、基板は、ウェルのベースを画定する。別個の基板を使用してベースを画定することは、製造方法によっては有利である場合があり、この場合、壁層に使用されるものとは異なる材料を使用してベースを画定することが望ましい。
【0021】
いくつかの実施形態では、オーバーハング及び壁層は、硬化したネガ型フォトレジスト材料を含む。これは、レジストの露光を制御することによって、フォトレジスト材料を所望の構造に形成することができるため有利である。
【0022】
いくつかの実施形態では、ナノ細孔支持構造は、ウェル内に配設されたバリアを更に備え、バリアは、ネガ型フォトレジスト材料を硬化させるための波長の電磁放射の散乱を低減することが可能である。散乱は、不所望の領域でフォトレジスト材料の露光を引き起こす可能性があり、それによってナノ細孔支持構造の構造がその意図した設計から変化する。バリアは、光の散乱を低減することでこの影響を低減する。
【0023】
ウェルがそれぞれのベースを有するいくつかの実施形態では、バリアは、ベースからオーバーハングまで延在する。これにより、バリアによって提供される散乱の低減が改善され、いくつかの実施形態では、バリアがオーバーハングに構造的支持を提供することも可能になる。
【0024】
いくつかの実施形態では、バリアは、壁からウェル内に内向きに延在し、任意選択的に、バリアは、それらの範囲に沿ってウェル内に内向きに湾曲している。これは、特に製造方法のいくつかの実施形態において、バリアが構造的支持を提供する能力を改善することができる。
【0025】
いくつかの実施形態では、壁層及びオーバーハングは、一緒に固定されているそれぞれの成形された構成要素である。成形は、フォトレジストの使用に対して代替的な製造方法であり、ナノ細孔支持構造が形成される材料の要件によっては好ましい場合がある。
【0026】
いくつかの実施形態では、ナノ細孔支持構造は、それぞれのアパーチャにわたって延在する膜を更に備え、任意選択的に、膜のうちの少なくともいくつかに挿入されたナノ細孔も備える。
【0027】
本発明の第２の態様によれば、ナノ細孔感知デバイスであって、第１及び第２のチャンバと、本発明の第１の態様によるナノ細孔支持構造を備える平面構造であって、平面構造は、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に延在し、かつ当該ナノ細孔支持構造のそれぞれのウェル及びアパーチャを含む、複数の流体通路が提供されており、アパーチャは、第１のチャンバ内に開口している、平面構造と、ナノ細孔と第２のチャンバとの間のそれぞれの通路内の流体電位を感知するように配置されている電極と、を備える、ナノ細孔感知デバイスが提供される。
【0028】
ナノ細孔感知デバイスは、膜のアレイを含み得、各膜はそれぞれのアパーチャにわたって提供されている。各膜はナノ細孔を含み得る。
【0029】
上で考察されるように、本発明の第１の態様のナノ細孔支持構造は、それらの構造的及び電気的特性に関して利点を提供する。したがって、これらのナノ細孔支持構造を備えるナノ細孔感知デバイスは、その設計の改善された信頼性及び柔軟性を有する。例えば、ナノ細孔支持構造は、膜全体の圧力を均衡化させ、膜をアパーチャの位置にピン止めすることに寄与する。これにより、ナノ細孔と第２のチャンバとの間の通路を提供するために使用することができる底部の開口部又は貫通孔を有するウェルと互換性があるものになる。
【0030】
いくつかの実施形態では、通路は、電極と第２のチャンバとの間に流体抵抗器部分を備えることができる。これらの流体抵抗器部分は、電極と第１のチャンバとの間のナノ細孔を通る抵抗に匹敵する、電極と第２のチャンバとの間の流体抵抗を引き起こすことができる。これにより、流体電位の測定のための有利な構成が可能になる。
【0031】
いくつかの実施形態では、平面構造は、更なる層を備え、流体抵抗器部分は、更なる層内に形成されている。流体抵抗器部分を更なる層に配置することにより、ナノ細孔支持構造の壁層又は基板によって流体抵抗器部分を形成する必要がある場合と比較して、追加の設計柔軟性が可能になる。
【0032】
いくつかの実施形態では、第１及び第２のチャンバは、平面構造の反対側にあり、通路は、平面構造を通って延在する。これにより、ナノ細孔を通るイオンの流れが可能になり、ナノ細孔を通過する分子の特性の測定を可能にする。
【0033】
いくつかの実施形態では、ナノ細孔感知デバイスは、第１及び第２のチャンバ内に駆動電極を更に備える。これらにより、電圧を印加して２つのチャンバ間でイオン電流を駆動し、ナノ細孔を通過する分子の特性の測定を可能にする。
【0034】
本発明の第３の態様によれば、ナノ細孔支持構造の製造方法であって、複数のウェルを画定する壁を備える壁層を形成することと、壁からウェルにわたって延在するオーバーハングを形成することであって、オーバーハングは、ナノ細孔の挿入に好適な膜を支持するように構成されたアパーチャを画定する、形成することと、を含む、方法が提供される。
【0035】
上で考察されるように、オーバーハングを含むナノ細孔支持構造を形成することは、膜を形成することができるアパーチャを画定する。これは、実際の膜のサイズ及び面積を低減しながら、ウェルのサイズを大きく保つことを可能にする。更に、これは、膜のキャパシタンスを低減させ、膜の安定性を改善する。アパーチャのサイズは、ウェルのサイズとは無関係に選択することもでき、ナノ細孔支持構造の設計パラメータにより高い柔軟性を提供する。
【0036】
いくつかの実施形態では、方法は、オーバーハングの範囲の横方向に突出する突出部を形成することを更に含む。突出部は、オーバーハングの表面及び構造特性を更に制御することを可能にし、それによって、ナノ細孔支持構造の性能を改善する。
【0037】
いくつかの実施形態では、突出部は、それぞれのウェルの内側のオーバーハングの範囲の横方向に突出する内側突出部、及び／又はそれぞれのウェルの外側のオーバーハングの範囲の横方向に突出する外側突出部を含む。内側及び外側突出部は、ウェルの内側及び外側の両方のオーバーハングの表面及び構造特性の制御を提供する。
【0038】
いくつかの実施形態では、突出部は、オーバーハングによる無極性媒体の保持を増加させるように配置されている。ナノ細孔支持構造の表面上の無極性媒体の保持は、ナノ細孔支持構造上の膜の形成を促進する。
【0039】
いくつかの実施形態では、突出部は、オーバーハングの剛性を増加させるように配置されている。これは、損傷の可能性を低減させ、それによって、構造の寿命を改善し、デバイスの性能の一貫性を改善する。
【0040】
いくつかの実施形態では、方法は、ウェルのベースを形成することを更に含む。上記のナノ細孔感知デバイスに関連して述べられるように、ウェルのベースは、電極又は更なるアパーチャなど、ナノ細孔感知デバイスにおいて重要な更なる構造を支持するために使用され得る。
【0041】
いくつかの実施形態では、壁層はベースを構成する。これは、ベース層を壁層と同時に形成することができるため、いくつかの用途において好都合であり得る。
【0042】
いくつかの実施形態では、方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料をナノ細孔支持構造の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料を露光させることと、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む。フォトレジスト材料を使用して構造を形成することは、光学技術を使用して構造を正確にパターン化することができ、多重露光及び／又は堆積並びに除去工程を使用して、異なる領域の構造を制御することができるため、有利であり得る。
【0043】
いくつかの実施形態では、方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料をナノ細孔支持構造の形で硬化させるように、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させることと、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む。単一の除去工程を伴う多重露光技術を使用することは、下側の露光層がレジスト構造の望ましくない移動を防止するために他の層を支持している状態で複数のフォトレジスト層を堆積することができるため、有利である。
【0044】
いくつかの実施形態では、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させる工程は、ネガ型フォトレジスト材料をオーバーハングの形で、及び壁層の少なくとも上部セクションを、オーバーハングよりも深いレベルまで硬化させるように実行される。異なる深さまで露光させることは、フォトレジストの追加層を堆積させる必要なく両方の構造を形成することを可能にし、これは、製造時間を低減することができる。
【0045】
いくつかの実施形態では、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させる工程は、ネガ型フォトレジスト材料を別個の露光工程で露光させることを含む。これは、利用可能な光学機器の機能に応じて、例えば、広い領域にわたって均一な照明のみが可能である場合に好ましい場合がある。
【0046】
いくつかの実施形態では、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させる工程は、ネガ型フォトレジスト材料を強度の空間変調を用いて露光させることを含む。これは、例えば、別個の露光工程のために複数のマスクを作成する必要性を排除することができるため、有利であり得る。
【0047】
いくつかの実施形態では、方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させ、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させる当該工程を実施する前に、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の初期層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料を壁層の下側セクションの形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の初期層を露光させることと、を含む、初期段階を実施することを更に含み、多重露光技術を用いて露光される未硬化のネガ型フォトレジスト材料は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の初期層上に更なる層として堆積される。この多重堆積技術は、より深いウェルの形成を可能にすることができ、これは、いくつかの用途において有利である。
【0048】
いくつかの実施形態では、方法は、ネガ型フォトレジスト材料を、オーバーハング、及びオーバーハングの範囲の横方向に突出する突出部の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料を露光させることを含む。突出部は、オーバーハングの表面及び構造特性を更に制御することを可能にし、それによって、ナノ細孔支持構造の性能を改善する。
【0049】
いくつかの実施形態では、方法は、ネガ型フォトレジスト材料を、オーバーハング、及びそれぞれのウェルの内側のオーバーハングの範囲の横方向に突出する内側突出部の形で硬化させるように、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させることを含む。
【0050】
いくつかの実施形態では、方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料のオーバーハング層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料をオーバーハングの形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の第１の層を露光させることと、未硬化のネガ型フォトレジスト材料のオーバーハング層上に、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の上部層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料を、それぞれのウェルの外側の範囲の横方向に突出する外側突出部の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の上部層を露光させることと、を含む。
【0051】
内側及び外側突出部は、ウェルの内側及び外側の両方のオーバーハングの表面及び構造特性の制御を提供する。突出部の下にオーバーハングが適切に形成されるために、フォトレジストを使用して外側突出部を形成するには、追加の堆積工程が必要である。
【0052】
いくつかの実施形態では、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去する工程は、ネガ型フォトレジストがオーバーハング及び突出部の形で硬化された後にのみ実施される。複数の堆積工程を伴う実施形態では、全ての硬化工程の後に単一の工程で全ての未硬化フォトレジストを除去することは、製造プロセスの効率を改善し、硬化中にフォトレジストの下側層が上層を支持することを可能にする。
【0053】
いくつかの実施形態では、方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の第１の層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料を、壁層及びウェル内に配設されるバリアの形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の第１の層を露光させることと、第１の層の未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去して、ウェル及びバリアを形成することと、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の第１の層上に未硬化のネガ型フォトレジスト材料の第２の層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料をオーバーハングの形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の第２の層を露光させることであって、バリアは、露光において適用される電磁放射の散乱を低減するように成形される、露光させることと、第２の層の未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む。バリアの使用は、望ましくない領域でフォトレジストの硬化を引き起こし、構造の欠陥につながる可能性のある散乱を防止する。バリアはまた、複数の堆積工程を伴う実施形態において、未硬化のフォトレジストの少なくとも一部が工程間で除去される場合に、より高い層に構造的支持を提供する。
【0054】
いくつかの実施形態では、方法は、複数のウェルを画定する壁を備える壁層を形成することと、オーバーハングを別個の工程で形成することであって、オーバーハングは、壁からウェルにわたって延在するように壁層に固定されている、形成することと、を含む。別個の工程を実施することは、製造方法の柔軟性を改善することができる。
【0055】
いくつかの実施形態では、壁層を形成する工程は、基板上に壁層を成形することを含む。成形は、例えば、ナノ細孔支持構造に使用される材料に応じて、いくつかの状況において有利であり得る。基板上に壁層を成形することは、壁層を基板に好都合に接合させる。
【0056】
いくつかの実施形態では、基板は、その上に形成された電極を有し、壁層は、電極をウェル内に位置させるように基板上に成形される。電極を実施することができ、基板は壁層とは異なる材料から形成される。これは、電極の設計及び製造の柔軟性を改善する。
【0057】
いくつかの実施形態では、オーバーハングを形成する工程は、オーバーハングの範囲の横方向に突出する突出部を有するオーバーハングを成形することを含む。いくつかの実施形態では、突出部は、それぞれのウェルから離れるように突出する外側突出部を含み、オーバーハングを形成する工程は、壁層上の外側突出部を有するオーバーハングを成形することを含む。いくつかの実施形態では、オーバーハングを形成することは、壁層上にオーバーハングを成形することを含む。突出部は、上で考察されるような利点を有する。突出部は、アパーチャの周りに同心円状に構成することができる。オーバーハングを壁層とは別個に成形し、それらを壁層上に成形することは、壁層及びオーバーハングの材料をより柔軟に選択することができ、使用される正確な成形プロセスに応じて必要であり得る。
【0058】
いくつかの実施形態では、方法は、それぞれのアパーチャにわたって延在する膜を形成することと、任意選択的に、膜のうちの少なくともいくつかにナノ細孔を挿入することも更に含む。これにより、ナノ細孔支持構造がナノ細孔感知デバイスに組み込まれる準備が整う。いくつかの実施形態では、膜は、平面方向に延在する。
【0059】
本発明の第４の態様によれば、ナノ細孔感知デバイスの製造方法であって、本発明の第３の態様による方法によってナノ細孔支持構造を作製することと、ナノ細孔感知デバイスを作製することと、を含み、ナノ細孔感知デバイスは、第１及び第２のチャンバと、ナノ細孔支持構造を備える平面構造であって、平面構造は、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に延在し、かつ当該ナノ細孔支持構造のそれぞれのウェル及びアパーチャを含む、複数の流体通路が提供されており、アパーチャは、第１のチャンバ内に開口している、平面構造と、ナノ細孔と第２のチャンバとの間のそれぞれの通路内の流体電位を感知するように配置されている電極と、を備える、方法が提供される。
【0060】
第５の態様によれば、ナノ細孔アレイ支持構造を作製する方法であって、電極のアレイを備える平面基板を提供する工程と、基板上に壁層を提供してウェルを形成する工程であって、各ウェルは電極を備える、提供する工程と、電極を洗浄して、壁層を提供する工程から生じたいかなる残留物も除去する工程と、ナノ細孔の挿入に好適な膜を支持するように構成された対応するアパーチャのアレイを画定する上部層を壁層上に提供する工程と、を含む、方法が提供される。
【0061】
壁層及び／又は上部層は、成形プロセスによって形成され得る。
【0062】
上部層は、ウェルの各々にわたって壁から延在するオーバーハングを備え得、オーバーハングは、ナノ細孔の挿入に好適な膜を支持するように構成されたアパーチャを画定する。
【0063】
電極を洗浄する工程は、電極の表面をプラズマ処理、化学処理、ＵＶ処理、熱処理及びレーザ処理のうちの少なくとも１つに曝露する工程を含み得る。
【0064】
方法は、対応するアパーチャのアレイにわたって膜のアレイを形成する工程を更に含み得る。
【0065】
方法は、アレイの膜の各々にナノ細孔を提供する工程をまた更に含み得る。
【0066】
上部層を追加する前に洗浄プロセスを提供することにより、表面に損傷を与え、表面が膜を形成するのに最適でなくなる可能性がある洗浄プロセスに上部層が供されないことを確実にしながら、電極を洗浄することを可能にする。
【0067】
より良好な理解を可能にするために、本発明の実施形態は、添付の図面を参照して非限定的な例としてここで説明される。
【図面の簡単な説明】
【0068】
【図1a】ナノ細孔支持構造の側断面図である。
【図1c】は、ナノ細孔支持構造内の二重層を例解する。
【図2】代替形態を有するナノ細孔支持構造の側断面図である。
【図3】ナノ細孔支持構造を組み込んだナノ細孔感知デバイスの側断面図である。
【図4】突出部を有するウェルのオーバーハングの側断面図である。
【図5a】フォトレジストを使用する第１の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側断面図である。
【図5b】フォトレジストを使用する第１の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側断面図である。
【図5c】フォトレジストを使用する第１の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側断面図である。
【図5d】フォトレジストを使用する第１の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側断面図である。
【図5e】フォトレジストを使用する第１の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側断面図である。
【図6a】フォトレジストを使用する第２の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図6b】フォトレジストを使用する第２の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図6c】フォトレジストを使用する第２の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図6d】は、膜が内部に形成された、得られたナノ細孔支持構造の側面図である。
【図7a】オーバーハングのないナノ細孔支持構造の比較例の側面図である。
【図7b】は、膜が内部に形成された、第２の製造方法を使用して作製されたナノ細孔支持構造の側面図である。
【図8a】フォトレジストを使用する第３の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図8b】フォトレジストを使用する第３の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図9a】フォトレジストを使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図9b】フォトレジストを使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図9c】は、得られたナノ細孔支持構造の平面図である。
【図10a】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10b】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10c】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10d】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10e】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10f】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10g】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10h】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10i】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10j】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10k】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図10l】成形を使用する第４の製造方法の工程中のナノ細孔支持構造の側面図である。
【図11】従来のナノ細孔支持構造、及びナノ細孔支持構造の時間に対する開口細孔電流のグラフである。
【図12】ナノ細孔支持構造のアパーチャの可能な形状を示す。
【図13】壁のベースに電極を有する基板に接続されたタレット状ウェルアレイ構造を有する、感知デバイス又はその構成要素の概略断面図である。
【図15】フィンを短くした突出部を有する成形型の斜視図である。
【図16】区画のベースに陥凹が提供された、改善されたウェルアレイ構造の単一区画の斜視図である。
【図17a】コーティング、穿孔、充填、及びエッチングされた基板に接続されたタレット状ウェルアレイ構造を有する、ウェルアレイ構造が接続される前の、感知デバイス又はその構成要素を形成するための方法工程の概略断面図である。
【図17b】コーティング、穿孔、充填、及びエッチングされた基板に接続されたタレット状ウェルアレイ構造を有する、ウェルアレイ構造が接続される前の、感知デバイス又はその構成要素を形成するための方法工程の概略断面図である。
【図17c】コーティング、穿孔、充填、及びエッチングされた基板に接続されたタレット状ウェルアレイ構造を有する、ウェルアレイ構造が接続される前の、感知デバイス又はその構成要素を形成するための方法工程の概略断面図である。
【図17d】コーティング、穿孔、充填、及びエッチングされた基板に接続されたタレット状ウェルアレイ構造を有する、ウェルアレイ構造が接続される前の、感知デバイス又はその構成要素を形成するための方法工程の概略断面図である。
【図17e】コーティング、穿孔、充填、及びエッチングされた基板に接続されたタレット状ウェルアレイ構造を有する、ウェルアレイ構造が接続される前の、感知デバイス又はその構成要素を形成するための方法工程の概略断面図である。
【図18】基板内の導電性ビアの断面図である。
【図19a】金属フィルムでコーティングする前の基板を通るビアの断面図である。
【図19b】金属フィルムでコーティングする前の基板を通るビアの断面図である。
【図20a】一方の側に金属化コーティングを有するシートから感知デバイスを形成するための、ビアの形成及び充填、並びに他方の側でのシート内のウェルアレイ構造の形成を含む、方法工程の概略断面図である。
【図20b】一方の側に金属化コーティングを有するシートから感知デバイスを形成するための、ビアの形成及び充填、並びに他方の側でのシート内のウェルアレイ構造の形成を含む、方法工程の概略断面図である。
【図20c】一方の側に金属化コーティングを有するシートから感知デバイスを形成するための、ビアの形成及び充填、並びに他方の側でのシート内のウェルアレイ構造の形成を含む、方法工程の概略断面図である。
【図20d】一方の側に金属化コーティングを有するシートから感知デバイスを形成するための、ビアの形成及び充填、並びに他方の側でのシート内のウェルアレイ構造の形成を含む、方法工程の概略断面図である。
【図20e】一方の側に金属化コーティングを有するシートから感知デバイスを形成するための、ビアの形成及び充填、並びに他方の側でのシート内のウェルアレイ構造の形成を含む、方法工程の概略断面図である。
【図20f】一方の側に金属化コーティングを有するシートから感知デバイスを形成するための、ビアの形成及び充填、並びに他方の側でのシート内のウェルアレイ構造の形成を含む、方法工程の概略断面図である。
【図20g】一方の側に金属化コーティングを有するシートから感知デバイスを形成するための、ビアの形成及び充填、並びに他方の側でのシート内のウェルアレイ構造の形成を含む、方法工程の概略断面図である。
【図21】分析物（ＴＢＡ）による細孔のブロック中に得られた電流測定のスクリーンショットの図であり、細孔は、本発明の感知構造上に支持された膜に挿入されている。
【図22a】両側に金属フィルムを有するシートを貫通した導電性ビアの断面図である。
【図22b】は、一方の側に金属フィルム、及び他方にスクリーン印刷されたパッドを有するシートを貫通した導電性ビアの断面図である。
【図23a】パッドに接続された導電性ビアの断面図と位置合わせされた基板表面のトラック及びパッドの概略平面図である。
【図23b】は、断面の概略図、及び毛管停止部を有するパッドの平面図である。
【図24】シート材料の表及び対応する特性である。
【図25】本明細書に開示された技術を使用して形成された基板上にセンサを形成する層の断面図である。
【図26a】単一の材料層でオーバーハングを製造するために行われる工程である。
【図26b】単一の材料層でオーバーハングを製造するために行われる工程である。
【図26c】単一の材料層でオーバーハングを製造するために行われる工程である。
【図26d】単一の材料層でオーバーハングを製造するために行われる工程である。
【図27】基板に形成されたウェルの、ウェルを作成するために適所のオーバーハング層がウェルに取り付けられる状態の断面図である。
【図28】外側突出部を有するナノ細孔支持構造の概略上面図である。
【図29a】外側突出部を有するナノ細孔支持構造の概略上面図である。
【図29b】は、外側突出部を有するナノ細孔支持構造の側断面図である。
【図30】代替形態の外側突出部を有する外側突出部を有するナノ細孔支持構造の上面図である。
【0069】
図１ａ及び１ｂは、既知の問題が低減されるナノ細孔支持構造１を示している。ナノ細孔支持構造１は、膜７を支持し、それによって、膜７に挿入されたナノ細孔８を支持するように設計されている。ナノ細孔８は、ナノ細孔８を通るイオン電流フローの測定を用い得るナノ細孔ベースの感知を可能にするために使用される。ＤＮＡなどの分子がナノ細孔８を移行すると、分子の特徴付けを可能にするイオン電流フローの変化が生成される。好適な膜７及びナノ細孔８の例を、以下で更に考察する。
【0070】
ナノ細孔支持構造１は、複数のウェル４を画定する壁３を備える壁層２を備える。明確にするために単一のウェルが図１ａに例解されているが、図１ｂに示されているように、複数のウェル４は、規則的な平面アレイの平面に配置され得、規則的な平面アレイは、アレイの平面に対して垂直なウェル４の縦軸に沿って見たときに繰り返し構造を有する（図１における垂直方向）。アレイは、直線グリッド又は六角形レイアウトで配置することができる。図１ｂは、簡潔にするために９個のウェル４のみを示しているが、一般に、ナノ細孔支持構造１は、任意の数、典型的には９個よりはるかに多く、例えば１０００個以上、更には最大で１００００００個以上のオーダーのウェルを有し得る。
【0071】
ウェル４の壁３は、ウェルのベース１１から垂直に延在することができる。ウェル４のフットプリントは円形であり得るが、これは必須ではなく、例えば正方形、長方形、楕円形、又は六角形などの他の形状が使用され得る。いくつかの実施形態では、ウェル４は、例えば角柱の形状を有する、少なくとも１つの軸に沿って実質的に一定の断面を有する。いくつかの実施形態では、ウェル４は、一定の断面を有していない場合がある。例えば、ウェル４は、半球又は「ディンプル」の形態であり得る。
【0072】
ナノ細孔支持構造１は、ウェル４の各々にわたって壁３から延在するオーバーハング５を備える。オーバーハング５は、ウェル４の縦軸に沿ってウェル４の上部範囲を画定する。オーバーハング５は、ウェル４のアレイの平面に対して平行であり、かつウェル４の縦軸に対して垂直な平面内に延在する。ウェル４が円筒形である図１では、オーバーハング５は壁３に対して垂直に延在しているが、これはウェル４が他の形状を有する場合には当てはまらない場合がある。オーバーハング５は、壁３からウェル４の中央に向かって内向きに延在する。オーバーハング５は、ウェル４の縦軸の周りで実質的に対称であり得、それにより、ウェル４の周囲の全ての点で壁３から同じ距離だけ延在するが、これは必須ではなく、ウェル４は、ウェル４の縦軸の周りで対称ではない異なる形状を有し得る。
【0073】
オーバーハング５は、ナノ細孔８の挿入に好適な膜７を支持するように構成されたアパーチャ６を画定する。アパーチャ６は円形であり得るが、他の実施形態では正方形などの他の形状を有し得る。アパーチャ６の形状は、ウェルの断面などのウェル４の形状とは無関係であり得る。
【0074】
アパーチャ６はまた、より複雑な形状を有し得、例えば、アパーチャ６の中央に向かって内向きに延在するその周囲の１つ以上の部分を有する。そのような形状の例が図１２に示されており、ここで、黒い部分はアパーチャ６を示す。これらは、アパーチャ６の外周の周りのフィンガ構造、又はアパーチャ６に歯車の外観を与える規則的に離間された三角形の特徴部の形態を採り得る。そのような構造は、膜形成を促進するために使用される油をより良好に送達し、制御するのに役立つ。
【0075】
オーバーハング５によって画定されるアパーチャ６を使用することにより、ウェル４のサイズと、ウェル４を覆うのに必要な膜７のサイズとを切り離すことが可能になる。特に、アパーチャ６のサイズは、ウェル４の直径に対して限定することができる。アパーチャ６におけるこの限定は、実際の膜のサイズ及び面積を低減することができるため、膜７のキャパシタンスが低減され、膜７の安定性が改善される。
【0076】
また、膜７がナノ細孔支持構造１上に形成されるときの前処理工程の必要性を排除し得る。そのような前処理工程は、ナノ細孔支持構造１への膜７の接着を促進するために、ナノ細孔支持構造１上に無極性媒体を流すことを含み得る。限定されたアパーチャ６を有することにより、この工程を不要にし得る。
【0077】
限定されたアパーチャ６は、膜７全体の圧力を更に均衡化させることができ、膜７をアパーチャ６の位置にピン止めする。特に、膜７の上面及び底面は、同じ面（すなわち、アパーチャ６を画定するオーバーハング５の端面）から延在し得る。これは、膜７の深さを低減させ、ウェルの縦軸に沿った膜７の対称性を改善し、これが更に、以下で記載するように、使用中の膜７の移動及びウェル４の排出につながり得るいかなるバイアスも低減させる。これにより、ウェル４のベース１０に開口部又は貫通孔を有するウェル４の使用が可能になる。
【0078】
ウェル内の二重層を、図１ｃに示されているように構成することができ、ウェル内の流体のメニスカスが、アパーチャ６を少なくとも部分的に通って突出し、一方で、シスチャンバ内の流体のメニスカスがアパーチャに向かって延在し、二重層界面を形成する。膜を形成する二重層界面は、オーバーハング５の面によって画定される平面によって画定されるアパーチャの領域に近接することができる。二重層界面は、アパーチャの上縁と同じ高さにすることができる。膜を形成するメニスカスは非対称であり得る。図１ｃは、図２８及び２９に関連して以下で考察する、外側突出部５１ａを示している。
【0079】
更に、より大きい膜７を必要とせずに、ウェル４のサイズを増加させることができ、これは、多くの状況で有利である。特に、これにより、より高いイオン電流がナノ細孔８を通してより長い期間維持されることを可能にすることができる。図１１は、（ｉ）最も下のトレースに示されているような、オーバーハング５を欠くナノ細孔支持構造１の従来の設計を通して測定された開口細孔電流と、（ｉｉ）最も上のトレースに示されているような、本発明によるアパーチャ６を画定するオーバーハング５を有するナノ細孔支持構造１とを比較する。従来の設計では、開口細孔電流がより急速に降下し、これは、メディエータ溶液が枯渇するにつれて、２５時間未満後に急激にゼロに低下する。対照的に、オーバーハング５を有するナノ細孔支持構造１を通る開口細孔電流は、よりゆっくりと下がり、４０時間後でもその元の値の約５０％のままである。この溶液の枯渇の問題は、ウェル４と別個の第２のチャンバ３２を提供することによって対処することもできるが、これについては以下で更に考察する。
【0080】
ウェル４のサイズは、一般に、深さを増加させること、及び／又は深さに対して横断方向の断面積（すなわちフットプリント）を増加させることによって、増加され得る。しかしながら、断面の増加は、アレイ全体のアパーチャ６の密度を低減させるため、高密度アレイを提供するために、深さを増加させることが好ましい。
【0081】
典型的には、ウェルの幅：深さのアスペクト比は、少なくとも１：３、好ましくは少なくとも１：５、より好ましくは少なくとも１：１０であり得る。この文脈における「幅」は、円形であるウェル４の場合には直径であり得るか、又は断面積の平方根などの特徴的な幅であり得る。
【0082】
典型的には、アパーチャの幅対ウェルの幅のアスペクト比は、少なくとも２：３、好ましくは１：２～１：５の範囲であり得るが、最大で１：１０であり得る。この文脈における「幅」は、円形であるウェル４の場合には直径であり得るか、又は断面積の平方根などの特徴的な幅であり得る。
【0083】
典型的には、ウェル４は少なくとも５０μｍ、好ましくは少なくとも１２０μｍの深さを有し得るが、これは限定的ではなく、ウェルは例えば最大で１ｍｍの深さを有することができる。
【0084】
支柱の高さは、支柱の高さ対ウェルの深さのアスペクト比を１：１０～１：２００の範囲にすることができるように、５μｍ～３０μｍの範囲にすることができる。
【0085】
ウェル４は、それぞれのベース１０を有する。ベース１０は、ウェル４の縦軸に沿ってウェル４の下部範囲を画定する。ベース１０は、ウェル４のアレイの平面に対して平行な平面内に延在する。図１では、ベース１０は、ナノ細孔支持構造１の壁３に対して垂直であるが、一般に、これはウェル４の形状によっては当てはまらない場合がある。
【0086】
ナノ細孔支持構造１は、基板２０を更に備える。基板２０は、壁層２とは異なる材料から形成され得る。例えば、基板２０は、シリコン又はプラスチック、例えばＫａｐｔｏｎ（商標）から形成され得る。壁層２は、基板２０に固定されており、基板２０は、ウェル４のベース１０を画定する。壁層２は、基板２０上に直接形成し得るか、又は別個に形成して後続の工程で基板２０に固定し得る。
【0087】
ナノ細孔支持構造１は、ウェル４のベース１０上に形成された電極１１を備えることができ、ウェルは、水溶液であることができるイオン溶液で充填することができる。イオン溶液は、可溶性電極メディエータ、例えばフェリ／フェロシアン化合物を含むことができる。
【0088】
ウェル４が閉じられている例では、電極１１を使用して、ウェル４の外側の基準に対するウェル４内のイオン電流を測定することができる。例えば図３に示されているタイプの、ウェルが通路の一部を形成する例では、電極１１を使用して、ウェル４内の流体電位を測定することができる。
【0089】
図１ａは、それぞれのアパーチャ６にわたって延在する膜７と、膜７に挿入されたナノ細孔８とを示している。ナノ細孔８は生物学的ナノ細孔であり得、膜７はその中に挿入された生物学的ナノ細孔を有することができる。膜７は、例えばリン脂質二重層から形成された両親媒性膜であり得る。しかしながら、本発明によるナノ細孔支持構造１を備えるナノ細孔感知デバイス３０が、膜７及びナノ細孔８なしで提供され得る。この場合、エンドユーザは、膜７を形成し、ナノ細孔８をそこに挿入する工程を実行する。
【0090】
図２は、ウェル４がそれぞれのベース１０を有するが、壁層２がベース１０を更に画定する代替形態を有するナノ細孔支持構造１を示している。この場合、ベース１０及び壁層２は同じ材料から形成され、必須ではないが、同じ製造工程で形成され得る。壁層２がベース１０を画定する場合でも、ナノ細孔支持構造１は、依然として基板２０を備え得、壁層２は、基板２０に固定されている。
【0091】
図１又は２に示されているようなナノ細孔支持構造１は、ナノ細孔感知デバイスに組み込まれ得る。ウェル４が閉じられているときの１つの可能なアプローチは、例えば図１に示されているように、チャンバ２５内に開口するアパーチャ６を有するナノ細孔支持構造１を提供することである。
【0092】
別のアプローチは、ナノ細孔支持構造１を２つのチャンバ間に配置し、ウェル４をそれらのチャンバ間の通路の一部を形成するように配置することであり、その例をここで記載する。
【0093】
図３は、以下のように配置されたナノ細孔感知デバイス３０を示している。ナノ細孔感知デバイス３０は、第１のチャンバ３１と、第２のチャンバ３２と、を備え、第１のチャンバ３１と第２のチャンバ３２との間に平面構造４０を有する。第１及び第２のチャンバ３１、３２は流体で充填されている。第１及び第２のチャンバ３１、３２は、図３に概略的に示されているが、任意の好適な構造を有して配置され得る。第１及び第２のチャンバ３１、３２は、閉鎖され得るか、又は内部の溶液の流れを可能にするフローセルの一部として配置され得る。図３では、ウェル４は、第１のチャンバ３１及び第２のチャンバ３２の両方から別個である。しかしながら、図１及び２に示されているようないくつかの実施形態では、第２のチャンバ３２はウェル４自体によって提供される。ウェル４が第２のチャンバ３２から別個である場合、各ウェル４はそれ自体の第２のチャンバ３２を有し得るか、又は代替的には、１つ以上のウェル４が共通の第２のチャンバ３２を共有し得る。いくつかの実施形態では、ナノ細孔感知デバイス３０のウェル４の全てが、単一の第２のチャンバ３２を共有し得る。
【0094】
平面構造４０には、第１のチャンバ３１と第２のチャンバ３２との間に延在する複数の流体通路４１が提供されている。したがって、流体通路４１は流体で充填されており、第１及び第２のチャンバ３１、３２を流体的に接続する。流体通路４１の各々は、第１及び第２のチャンバ３１、３２に接続されているため、ナノ細孔８は、流体連通の平行経路内にある。複数の流体通路４１は、平面構造４０にわたる二次元のアレイに配置され得る。
【0095】
図３では、平面構造４０の構成は示されていないため、流体通路４１は概略的に示されている。平面構造４０及び流体通路４１の構成は、以下で詳細に記載する。
【0096】
この例では、第１及び第２のチャンバ３１、３２が平面構造４０の反対側にあるため、流体通路４１は平面構造４０を通って延在する。しかしながら、代替として、第１及び第２のチャンバ３１、３２は、平面構造４０の同じ側の異なる位置に配置され得る。
【0097】
この例では、駆動電極３３、３４が、第１及び第２のチャンバ３１、３２内に提供されている。使用中、駆動電極３３、３４にわたって、したがって各流体通路４１にわたって電位差を印加して、第１のチャンバ３１と第２のチャンバ３２との間で分析物を流動させるように誘導し得る。駆動電極３３、３４は、全ての流体通路４１にわたって実質的に同じ電位差を印加するように構成され得る。追加的又は代替的に、ナノ細孔感知デバイス３０は、他の技術を使用して、流体通路４１を通る分析物の流れを誘導するように構成することができる。
【0098】
第１のチャンバ３１は、シスチャンバとして機能し、ナノ細孔感知デバイス３０によって分析される分析物を保持し得る。第２のチャンバ３２は、トランスチャンバとして機能し、第１のチャンバ３１から分析物を受容し得る。
【0099】
したがって、平面構造４０は、それぞれの流体通路４１にわたって延在する膜７内のナノ細孔８を支持する。
【0100】
流体通路４１にはそれぞれ、ナノ細孔８と第２のチャンバ３２との間のそれぞれの流体通路４１内の流体電位を感知するように配置された電極１１が提供されている。分析物がナノ細孔８を通過するとき、イオン電流フローの変化によって引き起こされる電位の変動が、電極１１によって検出される。したがって、所与の流体通路４１内のナノ細孔８及び電極１１は、ナノ細孔センサデバイス３０内のそれぞれのセンサとして作用する。平面構造４０は、一緒に固定されたナノ細孔支持構造１及びベース層４２を備える。図３に示されているように、ベース層４２は、この例ではナノ細孔支持構造１の基板２０に取って代わるが、代替として、図１又は２に示されているようなナノ細孔支持構造１全体は、ベース層４２に固定され得る。
【0101】
ナノ細孔支持構造１は、流体通路４１にわたって延在する膜７内のナノ細孔８を支持するように構成されている。特に、ナノ細孔支持構造１には、第１のチャンバ３１に開口するウェル４が提供されている。ウェル４は、流体通路４１の一部を形成し、したがって、それらのベース１０に開口部を有する。
【0102】
すでに説明したように、ウェル４は、流体通路４１にわたって延在する、具体的にはウェル４の開口部にわたって延在する膜７を支持し、それによってナノ細孔８を支持するように構成されている。ナノ細孔支持構造１は、ウェル４を画定する壁３を備える壁層２を含む。
【0103】
ベース層４２は、ナノ細孔支持構造１と第２のチャンバ３２との間にあり、以下の層を含む。ベース層４２は、この例ではナノ細孔支持構造１の基板２０によって形成された半導体ウェハ４３を含む。半導体ウェハ４３は、回路層４４を支持する。回路層４４は、電極１１に接続された回路構成要素を備える。回路構成要素は、電極１１における流体電位が外部回路によって感知されることを可能にすることができる。
【0104】
流体通路４１は、電極１１と第２のチャンバ３２との間の流体抵抗器の機能を提供することができる。「間」は、流体移動の意味で使用され、そのため、電極１１と第２のチャンバ３２との間の流路は、流体抵抗器部分５０を含む。流体抵抗器部分５０は、全ての実施形態において、電極１１と第２のチャンバ３２との間に完全に物理的に位置していない場合がある。より具体的には、流体通路４１は、ベース層４２を通って延在し、ベース層４２に形成された流体抵抗器部分５０と直列に流体的に接続された、上述のようなウェル４を含む。流体抵抗器部分は、回路層４４を通って延在する回路層アクセス孔８０と、半導体ウェハ４３を通って延在するとともに、回路層アクセス孔８０に流体的に接続されたウェハアクセス孔８２と、を備える。
【0105】
流体抵抗器部分５０は、流体抵抗器を形成するように構成されている。このようにして、流体通路４１は、電極１１と第２のチャンバ３２との間に流体抵抗器を提供するように構成されている。
【0106】
ウェハアクセス孔８２は、流体抵抗器部分５０及び流体通路４１の一部を形成し、その寸法は、流体抵抗器部分５０の流体抵抗を判定するように構成することができる。ウェハアクセス孔８２は、流体抵抗器として機能するように構造的及び幾何学的に構成されている。これは、ウェハアクセス孔８２のアスペクト比を規定することによって達成することができる。追加的又は代替的に、回路層アクセス孔８０の寸法を流体抵抗器として機能するように構成するなど、ウェハアクセス孔８２に流体抵抗を実装するための他の技術を使用することができる。
【0107】
ウェハアクセス孔８２の流体抵抗は、その寸法、特にそのアスペクト比を変更することによって、並びに、第１及び第２のチャンバ３１、３２内の流体のイオン濃度を変更することによって変更することができる。例えば、ウェハアクセス孔８２は、抵抗を増加させるために高いアスペクト比を有して構成することができる。追加的又は代替的に、ウェハアクセス孔８２内の流体は、ウェハアクセス孔８２の抵抗を増加させるために、第１及び第２のチャンバ３１、３２内の流体と比較してより低いイオン濃度を有することができる。第１及び第２のチャンバ３１、３２内でより高いイオン濃度を維持することは、信号対雑音比を改善する。
【0108】
その結果、流体通路４１は、電極１１にわたって分圧器を形成する。
【0109】
ナノ細孔８の抵抗は、電極１１と第１のチャンバ３１との間の分圧器の第１の脚に存在する。ウェル４は、ナノ細孔８と比較して最小限の流体抵抗を有するように設計されている。
【0110】
流体抵抗器部分５０の流体抵抗は、電極１１と第２のチャンバ３２との間の分圧器の第２の脚に存在する。回路層アクセス孔８０及びウェハアクセス孔８２は、流体抵抗器部分５０の流体抵抗と比較して無視できる流体抵抗を提供するように設計され得るが、これは必須ではなく、追加の流体抵抗を提供するように設計され得る。
【0111】
分圧器の結果として、電極１１によって流体通路４１内で感知された流体電位は、流体通路４１、ひいてはナノ細孔８を通って流れる電流の感知を可能にする。これが、ナノ細孔感知を可能にする。
【0112】
流体通路４１、特に流体抵抗器部分５０は、流体通路４１が流体で充填されているときに分圧器の２つの脚の抵抗が実質的に一致し、第１及び第２のチャンバ３１、３２内の流体の抵抗に比して相対的に高くなるように構成することができ、それによって、第１及び第２のチャンバ３１、３２の抵抗が測定にあまり影響を与えない。
【0113】
信号対雑音比は、分圧器の２つの脚の流体抵抗が同等であるように選択することによって最適化され得る。しかしながら、これは必須ではなく、流体抵抗器部分５０の流体抵抗は、依然として許容可能な信号対雑音比を取得しながら、他の要因を考慮に入れるために変更され得る。分圧器の第２の脚の流体抵抗が分圧器の第１の脚の抵抗よりも大幅に低い場合、例えば、分圧器の第２の脚の流体抵抗が、分圧器の第１の脚の抵抗の１０％以下、例えば、その２％である場合に、許容可能な信号対雑音比が達成され得る。いくつかの実施形態では、分圧器の第２の脚の流体抵抗の下限は、所望の信号対雑音比によって設定され得る。
【0114】
分圧器の第２の脚、具体的には流体抵抗器部分５０の流体抵抗の選択において考慮され得る他の要因は、以下の通りである。
【0115】
第２の脚の流体抵抗が増加するにつれて、イオンの拡散が減少し、細孔近くのイオンの枯渇が増加し、それにより、信号が取得される典型的な事象のタイムスケールにわたって信号の減衰が引き起こされる。この影響によって制限される利用可能な読み取り時間を増加させるために、流体抵抗器部分１５０の流体抵抗は、低減され得る。多くの実施形態では、この要因が、流体抵抗器部分５０の流体抵抗に上限を課し得る。
【0116】
流体抵抗器部分５０の流体抵抗が増加するにつれて、ナノ細孔８の両端の電圧の変動が増加し、これは信号処理を複雑にする可能性がある。この影響を制限するために、流体抵抗器部分５０の流体抵抗は低減され得る。流体抵抗器部分５０の流体抵抗を低減させることは、帯域幅を増加させ得るか、又は流体通路４１内の追加のキャパシタンスのための余裕を提供し得る。
【0117】
これらの要因を考慮に入れると、分圧器の第２の脚の流体抵抗は、典型的にはナノ細孔８の抵抗の最大５０％、又は最大２５％、ナノ細孔８の抵抗よりも低くなり得る。いくつかの実施形態では、分圧器の第２の脚の最適な流体抵抗は、ナノ細孔８の抵抗の約１０％であり得る。
【0118】
分圧器の第２の脚の流体抵抗対分圧器の第１の脚の抵抗の比を低減させるとき、信号対雑音比は、その抵抗比に直接比例しない。例えば、いくつかの実施形態では、分圧器の第２の脚の流体抵抗がナノ細孔８の抵抗の約１０％である場合、信号対雑音比は、その最適値の約３０％である。
【0119】
図３に例解されているオーバーハングは、その全体が参照により本明細書に援用されるＷＯ２０２０／１８３１７２に記載され、示されている感知デバイスに実装することができる。
【0120】
ここで、上述のナノ細孔支持構造１の様々な製造方法を記載する。これらの方法は、ウェル４のベース１０が別個の基板２０によって形成される、図１に示されているナノ細孔支持構造１に具体的に言及するが、ウェルのベース１０が壁層２の一部によって形成される、図２に示されているナノ細孔支持構造１にも同等に適合させることができる。
【0121】
図４の例に示されているように、方法のいくつかは、オーバーハング５の範囲の横方向に突出する突出部５１、５２を更に備えるオーバーハング５をもたらす。以下で更に考察されるように、いくつかの実施形態では、これは、オーバーハング５の上にフォトレジスト材料の追加の層を堆積（又は積層）することによって達成され得る。突出部５１、５２は、膜７を支持するか、又は油（若しくはより包括的には無極性媒体）がナノ細孔支持構造１上に保持される場所を制御するように作用し得る。この理由から、突出部５１、５２は、油制御特徴部（又はより包括的には無極性媒体制御特徴部）とも称され得る。いくつかの実施形態では、突出部５１、５２の油保持特性は、電極１１の電気的性能を低減させ得る、油が電極１１を覆うことを防止するのに役立ち得る。
【0122】
ウェル４の壁３も、油（又はより包括的には無極性媒体）の制御を考慮して設計され得る。
【0123】
いくつかの実施形態では、壁３には、特徴部がない場合がある。これは、ウェルを充填し、膜を形成し、膜にナノ細孔を挿入するプロセス中に壁が意図的に無極性媒体に曝されないためであるものとすることができ、そのため、制御特徴部は必要ない。これは、壁３上の無極性媒体の捕集を低減することができ、これは、例えば、電極１１上の無極性媒体の捕集を低減するために、いくつかの状況において有利であり得る。
【0124】
他の実施形態では、壁３には、突起などの無極性媒体制御特徴部を提供することができる。そのような無極性媒質制御特徴部は、オーバーハング５からベース１１まで壁３全体にわたって延在し得るか、又はオーバーハング５に隣接する壁３の一部、例えば、図４の例における領域６０のみに提供され得る。例として、突出部５２は、オーバーハング５とウェル４の壁との間の境界面に提供することができる。例として、ウェル３の壁は、ＵＳ２０１５／２６５９９４に開示されているようなフィン状の特徴部を組み込むことができる。
【0125】
突出部５１、５２は、それぞれのウェル４の内側のオーバーハング５の範囲の横方向に突出する内側突出部５２と、それぞれのウェル４の外側のオーバーハング５の範囲の横方向に突出する外側突出部５１と、を備える。突出部５１、５２は、ウェル４の縦軸と同じである同じ軸に沿って反対方向に延在する。しかしながら、これは必須ではなく、概して、外側及び内側突出部５１、５２は、互いに異なる軸に沿って、及び／又はウェル４の縦軸とは異なる軸に沿って延在し得る。図４の突出部５１、５２は、実質的に正方形の形状を有するが、突出部５１、５２の特定の用途又は意図される機能に応じて、他の形状も可能である。
【0126】
典型的な突出部５１、５２は、小さい支柱のアレイ、又は小さいフィンガを有する支柱のアレイである。特に、突出部５１、５２は、オーバーハング５による無極性媒体の保持を増加させるために使用され得る。これは、アパーチャ６における膜７の正確な形成を促進するのに有利である。追加的又は代替的に、突出部５１、５２を使用して、オーバーハング５の剛性を増加させることができる。剛性は、例えば、壁３からオーバーハング５上に延在する（内側突出部５２の場合）、又は壁３の上からオーバーハング５上に延在する（外側突出部５１の場合）、直線的又は湾曲した隆起部をオーバーハング５上に形成することによって増加され得る。
【0127】
図４の実施形態は、内側突出部５２及び外側突出部５１の両方を備えるが、代替として、オーバーハング５は、内側突出部５２のみ又は外側突出部５１のみを備え得る。
【0128】
いくつかの実施形態では、外側突出部５１は、各アパーチャ６を少なくとも部分的に取り囲む突出部壁１０１を画定するように形成され得る。図２８は、そのような実施形態を示している。そのような実施形態では、外側突出部５１は、それぞれのウェル４の外側のオーバーハング５の範囲の横方向、及び／又はウェル４間の壁層２の外側表面の範囲の横方向（すなわち、第１のチャンバ３１に面する壁層３１の表面）に突出し得る。壁層２又はオーバーハング５のいずれかに形成される外側突出部５１は、以下でより詳細に記載するプロセスを使用して形成することができる。
【0129】
図２８は、多数のウェル４を備え、それぞれのオーバーハング４がアパーチャ６を画定する、ナノ細孔支持構造１の上面図を示している。明確にするために、例解されたウェル４のうちの１つのみが、図面において完全に表記されている。４つのウェル４のみが例解されているが、任意の数のウェル４及び対応する特徴部が使用され得ることが理解されるべきである。
【0130】
各アパーチャ６について、外側突出部５１は、アパーチャ６を少なくとも部分的に取り囲み、かつそこから後退したそれぞれの突出部壁１０１を画定する複数の周辺外側突出部５１を備える。例解された実施形態では、外側突出部５１は、アパーチャ６ごとに、複数の周辺外側突出部５１ａを備える。周辺外側突出部５１ａは、それらのそれぞれのアパーチャ６の周りに部分的に配置され、周辺外側突出部５１ａ間に隙間を残す。周辺外側突出部５１ａは、突出部壁１０１を画定する、アパーチャに向かって面する内側表面と、アパーチャから離れて面する外側表面と、を備える。周辺外側突出部５１ａは、アパーチャの周りに同心円状に配置することができる。
【0131】
例解された実施形態では、３つの周辺外側突出部５１ａが各アパーチャ６に提供されている。１つを含む、他の任意の数の周辺外側突出部５１ａを使用して、各アパーチャの周りに周辺壁１０１を画定することができる。周辺外側突出部５１ａの数は、２～２０個の間で変更することができる。周辺外側突出部５１ａのうちの１つ以上は、複数のアパーチャ６に共通であり得る。
【0132】
突出部壁１０１は、メニスカスがそれぞれのアパーチャ６内に少なくとも部分的に延在するように、メニスカスをそれぞれのアパーチャ６にわたって形成することを可能にするように構成されている。特に、アパーチャの上の突出部壁１０１の高さ、及び／又はアパーチャ６と突出部壁との間の距離（すなわち、突出部壁１０１がアパーチャ６の縁部からどれだけ後退しているか）は、アパーチャ６内に少なくとも部分的に延在するメニスカスが形成されることを可能にするように構成することができる。概して、突出部壁６は、上部流体と下部流体との間の界面がＦａｋｉｒ状態にあるようなものであり得る。Ｆａｋｉｒ状態を形成するための条件は、Ａｆｆｅｒｒａｎｔｅ ｅｔ ａｌ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．：Ｃｏｎｄｅｎｓ．Ｍａｔｔｅｒ ２２（２０１０）３２５１０７（参照により本明細書に援用される）において考察されている。メニスカスのこの制御は、アパーチャにおける膜の形成を補助するために使用することができ、膜形成を促進するための前処理の必要性を回避することができる。
【0133】
例解された実施形態では、周辺外側突出部５１ａは、それらの間に隙間を有して配置されるため、突出部壁１０１はアパーチャを部分的にのみ取り囲む。突出部壁１０１は、アパーチャの約８５％を取り囲んで図２８に示されているが、壁内の隙間は、突出部壁がアパーチャ６を含めて７５％～９５％を取り囲むように、サイズを変更することができる。ここで、取り囲まれたパーセンテージは、全円（すなわち３６０°）に対する突出部壁１０１の総方位角範囲（アパーチャ６の中央に対する極座標で考えた場合）の比率に等しい。そのようなカバー範囲は、周辺壁１０１内のメニスカスを制御することと、隙間を通ってアパーチャ６に向かう無極性媒体の流れを可能にすることとの間の均衡を提供する。
【0134】
例解された実施形態の外側突出部５１は、中間外側突出部５１ｂを更に備える。中間外側突出部５１ｂは、周辺外側突出部５１ａ間の領域に配置されている。中間外側突出部５１ｂは、無極性媒体の流れを更に補助し、突出部壁１０１内への緩衝液の湿潤を制限する。例解された中間突出部５１ｂは、実質的に三角形の断面を有するが、他の形状の断面を使用することができる。
【0135】
図２９ａ及び２９ｂは、図２８のナノ細孔支持構造１の更なる図を例解している。図２９ａは、単一のアパーチャ６の周りの外側突出部５１ａ、５１ｂを示している。図から分かるように、周辺外側突出部５１ａ及び中間外側突出部５１ｂの両方が、アパーチャ６の周りに同心円状に配置されている。中間外側突出部５１ｂは、図２８のように、複数のアパーチャ６間で共有され得るが、単一のアパーチャ６の視点から見た場合、１組の中間外側突出部５１ｂが、アパーチャ６の周りに、アパーチャ６及び周辺外側壁５１ａと同心円状に配置され得る。
【0136】
図２９ｂは、個々のウェル４の断面を示しており、そのウェル４の周辺外側突出部５１ｂを例解している。図２９ａ及び２９ｂは、ナノ細孔支持構造１の様々な構成要素の例示的な相対寸法を例解している。これらの寸法は、例としてのみ提供されており、限定することを意図していないことを理解されたい。
【0137】
図２８の実施形態では、周辺外側突出部５１ａの内側表面及び外側表面は実質的に滑らかである。他の実施形態では、内側表面及び／又は外側表面は、微細パターン化構造を含み得る。図３０は、周辺外側突出部５１ａの外側表面が微細パターン化構造１０２を有するような実施形態を示している。微細パターン化構造１０２は、無極性媒体の流れを更に補助し、アパーチャ６から離れる湿潤を制限することができる。微細パターニングは、成形構造の処理によって形成することができ、以下でより詳細に記載するように、成形構造を使用して外側突出部５１を形成する。微細パターニングは、１つ以上の中間外側突出部５１ａの１つ以上の表面にも使用することができる。例として、図２８の中間外側突出部５１ｂ上に、実質的に正方形の外形を有する歯として微細パターン化構造が提供されているが、他の形状を実施することができる。微細パターン化構造１０２は、膜の形成に使用される油を保持することができる。周辺外側突出部５１ａ間の隙間は、ウェルアレイの表面にわたって膜を形成するときに使用される油の流れを容易にすることができる。隙間内で膜が下降し、膜が破裂するのを阻止するために、微細パターン化構造１０２は、隙間と位置合わせして構成することができ、膜を支持するように機能する一方で、油が構造間の表面にわたって流れることを可能にする。したがって、いくつかの実施形態では、１つ以上の中間外側突出部５１ｂは、中間外側突出部５１ｂの１つ以上の表面上に微細パターン化構造１０２を備え得、微細パターン化構造は、周辺外側突出部５１ａ間の隙間に向かって延在する。
【0138】
１つのタイプの方法は、露光時間を制御する複数の露光工程を使用すること、又はグレースケール露光技術を使用して、単一の最終現像工程のみでオーバーハング構造を形成することを含む。最初に、ナノ細孔支持構造１がネガ型フォトレジスト材料の露光及び硬化を使用する方法によって形成され、それによって、オーバーハング５及び壁層２が硬化したネガ型フォトレジスト材料を含む例を記載する。そのような方法は、概して、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料をナノ細孔支持構造１の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料を露光させることと、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む。
【0139】
いくつかの実施形態では、方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料をナノ細孔支持構造１の形で硬化させるように、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させることと、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む。このタイプの多重露光方法の例が図５に示されている。この例では、ナノ細孔支持構造１は、オーバーハング構造の多重露光によって形成され、１回の最終現像工程のみを伴う。
【0140】
図５では、この方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させ、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させる当該工程を実施する前に、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の初期層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料を壁層２の下部セクションの形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の初期層を露光させることと、を含む、初期段階を実施することを含む。これは、初期層が露光される図５ａに示されている。
【0141】
図５ｂでは、多重露光技術を用いて露光される未硬化のネガ型フォトレジスト材料が、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の初期層上に更なる層として堆積される。続いて、ネガ型フォトレジスト材料をオーバーハング５の形で、及び壁層２の少なくとも上部セクションを、オーバーハング５よりも深いレベルまで硬化させるように、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させる工程が実行される。
【0142】
図５において、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させる工程は、別々の露光工程でネガ型フォトレジスト材料を露光させることを含む。これは、図５ｃ及び図５ｄに示されている。図５ｃでは、ネガ型フォトレジスト材料はオーバーハング５の形で硬化される。図５ｄでは、別個の露光工程で、ネガ型フォトレジスト材料が、壁層２の少なくとも上部セクションの形で、オーバーハング５よりも深いレベルまで硬化される。図５ｅでは、未硬化のフォトレジスト材料を全て除去するために、ネガ型フォトレジスト材料の層のスタック全体に対して単一の現像工程が実施される。図５ｃよりも図５ｄにおけるより深いレベルへのフォトレジスト材料の硬化は、様々な方法で達成され得る。例えば、フォトレジスト材料は、図５ｃよりも図５ｄにおいてより長い時間露光され得るか、又はフォトレジスト材料を露光させるために使用される光の強度が、図５ｃよりも図５ｄにおいてより高くなり得る。
【0143】
このタイプの技術は、フォトレジスト材料の特定の選択によって容易にすることができる。例えば、厚いＳＵ－８のような永久フォトレジスト材料の有利な特性は、露光中／露光後の材料の吸収係数の変化により、露光プロセス中に露光光が上から下に徐々に透過することである。これにより、露光タイミングを正しく選択して、レジスト層の上部のみを露光させることが容易になる。これは、複数回の露光と組み合わせて、未露光のフォトレジスト材料を下に残しながら、オーバーハング５を露光させることを可能にする。これは、多重露光技術を用いて露光される未硬化のネガ型フォトレジスト材料を堆積させる前に初期層を現像する必要がないことを意味し、未硬化のフォトレジスト材料は、後続の工程中に上のフォトレジスト材料の支持体として自然に作用することができる。
【0144】
多重露光技術は、２つの別個の露光工程で提供される２つの異なる露光レベルに限定されない。代替的なアプローチは、グレースケールリソグラフィ／露光である。この技術では、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させる工程は、ネガ型フォトレジスト材料を強度の空間変調を用いて露光させることを含む。これは、露光量に応じて、フォトレジスト材料の硬化部分の様々な厚さ（レジストの合計厚さまで）を形成するために使用することができる。このようにして、アパーチャ６の断面を容易に調整して、正しい膜７の形成を促進することができる。
【0145】
上で述べられるように、いくつかの実施形態では、方法は、ネガ型フォトレジスト材料を、オーバーハング５及びオーバーハング５の範囲の横方向に突出する突出部５１、５２の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料を露光させることを含む。突出部は、内側突出部５２及び／又は外側突出部５１であり得る。
【0146】
内側突出部が形成されるいくつかの実施形態では、方法は、ネガ型フォトレジスト材料を、オーバーハング５及びそれぞれのウェル４内のオーバーハング５の範囲の横方向に突出する内側突出部５２の形で硬化させるように、多重露光技術を用いてネガ型フォトレジスト材料を露光させることを含む。内側突出部５２は、多重露光技術においてオーバーハング５と同時に形成され得る。例えば、図５ｃに示されている工程では、フォトレジスト材料をより深くまで露光させ、内側突出部５２を形成するために、オーバーハング５に沿ったいくつかの点で、より大きい露光強度又は露光時間を提供することができる。代替的には、露光強度は、単一の露光工程で空間変調され得る。多重露光又はグレースケール露光技術は、オーバーハング５の下の未露光のフォトレジスト材料の支持体を使用して、オーバーハング表面の上部だけでなく、オーバーハング５の下にもこれらの突出部を形成することを可能にする。これは、より良好な膜形成、より照光な油制御及び膜全体の安定性をもたらすことができる。
【0147】
図６は、外側突出部５１及び内側突出部５２の両方が形成される方法の実施形態を示している。この実施形態では、方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料のオーバーハング層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料をオーバーハング５の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の第１の層を露光させることと、を含む。これは、図５ｂ～５ｄに示されている工程に対応するが、壁３の頂部が図５ｄに示されているものと同様にこの時点で形成されることは必須ではない。オーバーハング５及び突出部５１、５２を完全に形成した後に、壁３の頂部を形成し得る。
【0148】
オーバーハングの形成に続いて、方法は、図６ａに示されているように、未硬化のネガ型フォトレジスト材料のオーバーハング層上に未硬化のネガ型フォトレジスト材料の上部層を堆積させることを含む。次に、図６ｂに示されているように、ネガ型フォトレジスト材料をそれぞれのウェル４の外側の範囲の横方向に突出する外側突出部５１の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の第２の層を露光させる工程が実施される。図６ｂでは、内側突出部５２は、外側突出部５１と同時に形成される。これは、内側突出部５２が形成される領域において、フォトレジスト材料をより高い強度で、又はより長い時間露光させることによって達成することができる。
【0149】
いくつかの実施形態では、図６ｂに示されているように、外側突出部５１は内側突出部５２の真上にある。これは、内側突出部５２が形成される場合、フォトレジスト材料の上部層も同様に露光されるためである。外側突出部５１が内側突出部５２の真上にない場合、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の上部層が堆積される前に、内側突出部が形成されなければならない。未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去する工程は、ネガ型フォトレジストがオーバーハング５及び突出部５１、５２の形で硬化された後にのみ実施される。この最終現像工程は図６ｃに示されており、未露光の（したがって未硬化の）フォトレジスト材料を全て除去する。これに続いて、膜７を、図６ｄに示されているように、油及びポリマーを使用してアパーチャ６にわたって形成することができる。しかしながら、上で述べられるように、膜の形成はエンドユーザによって実施することができるため、図６ｄに示されている工程は、製品の出荷前に実施されない場合がある。
【0150】
外側突出部５１は、内側突出部５２と一致して、オフセットして、又はそれらの組み合わせで形成することができる。これは、別個の積層及び露光工程によって達成することができる。ナノ細孔支持構造１が電圧感知を可能にする電極１１を備える場合、各ウェル４は、流体抵抗器部分５０に接続するための流体通路４１の形のアクセス孔を底部に有する。ＵＳ２０１５／２６５９９４に開示されているような既知の構造を使用して、アクセス孔を有するウェルにわたって膜が形成される場合、膜の表面張力からの追加の圧力、又は流体内の圧力摂動でさえ、流体通路４１を通して液体を押し、膜７がウェル４の底部に圧潰するまで、ウェル４から緩衝溶液をゆっくりと排出することができる。
【0151】
対照的に、オーバーハング５により、アパーチャ６にわたって形成された膜７は、（ｉ）低減されたサイズ、したがってその安定性を増加させること、（ｉｉ）その定常状態での表面張力が最小であること、（ｉｉｉ）大部分が平面的な表面、及び（ｉｖ）オーバーハングの厚さによって制御可能な浅い深さのうちの１つを有する。膜７をアパーチャ６から押しやるいかなる小さい摂動も、膜のサイズを増加させ、これは、エネルギー的に好ましくない。図７に例解されているように、これらの特徴のうちの１つ以上は、膜７をアパーチャ６の位置に効果的に固定するように機能し、電圧感知用途のために長期間安定した膜７を形成するのを助けることができる。
【0152】
図７ａは、オーバーハング５のないナノ細孔支持構造を示している。膜７のサイズが大きいことは、膜７が長期的に安定しないことを意味する。対照的に、図７ｂは、本発明によるナノ細孔支持構造１を示している。より小さいアパーチャ６は、膜７がはるかに小さく、長期的により安定することを意味する。本明細書で考察される全ての例において、オーバーハング５及びアパーチャ６の構造は、以前のナノ細孔支持構造で必要であったような、使用中に油／膜の表面コーティングがウェル４の底部に侵入する必要性を取り除く。油／膜混合物がオーバーハング５（及び、例えば図７ｂに見られる支柱／フィンガの形の、存在する任意の突出部）を覆っている限り、ナノ細孔支持構造１は必要な油制御及び膜支持機能を提供する。これにより、ウェル構造の材料の選択の柔軟性が高くなり、この理由は、ウェルが、油の付着を促進するために以前は必要であった壁層２を構成する疎水性材料に限定されないためである。親水性の壁層２及び／又はベース１０は、流体抵抗器の充填及び気泡耐性に関して有用であり得る。これはまた、油が適用される前処理工程を排除することができ、それによって、ナノ細孔支持構造１を使用してナノ細孔感知デバイス３０を組み立てるプロセスを簡素化する。必要なのは、ウェル４を真空引き又は加圧充填し、緩衝溶液を前面から排出して取り出し、オーバーハング５及び可能性としては突出部５１、５２が存在するウェル４の上部に油／膜混合物を追加し、シスチャンバを通して溶液を流すことだけである。
【0153】
初期層が露光及び現像された後に堆積されたフォトレジスト材料の追加層を使用してオーバーハング５を生成しようとする試みは、露光プロセスの信頼性が必要以上に低下するという課題を生じる可能性がある。第一に、ウェル４の上に懸架されたフォトレジスト材料の追加の層の下の支持の欠如により、追加の層がウェル４にわたって垂れ下がり、湾曲する。第二に、ウェル４の現像された構造により光キャビティが形成される。これにより、後続の露光工程からの光が、硬化したフォトレジスト材料の境界から散乱される。その結果、硬化したフォトレジスト材料の部分的に露光された薄いフィルムが、未露光領域への屈折／散乱光のために、最終現像工程の後、意図したアパーチャ６にわたって残る。これらの影響が、図８に例解されている。図８ａは、未露光のフォトレジスト材料の後続の層がウェル４内に垂れ下がっていることを示している。望ましくない垂れ下がりに加えて、フォトレジスト材料の層のマスク下部分に向かって光が屈折／反射され、フォトレジスト材料の望ましくない領域が露光される。その結果、後続の現像工程に続いて、硬化したフォトレジスト材料の部分的に露光されたフィルムが、図８ｂに示されているようにアパーチャ６をシールする。
【0154】
これらの影響を最小限に抑える１つの方法は、すでに上で述べた多重露光技術である。代替的に又は追加的に、ウェル４内の追加の支持構造をフォトレジスト材料の第１の層に提供することができるため、フォトレジスト材料の後続の層の垂れ下がりを低減することができる。これらの支持構造は、バリア７０とも称され得る。そのような実施形態では、ナノ細孔支持構造１は、ウェル４内に配設されたバリア７０を更に備え、バリア７０は、ネガ型フォトレジスト材料を硬化させるための波長の電磁放射の散乱を低減することが可能である。
【0155】
バリア７０を含むナノ細孔支持構造１を形成する方法は、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の第１の層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料を、壁層２及びウェル４内に配設されるバリア７０の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の第１の層を露光させることと、第１の層の未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去して、ウェル４及びバリア７０を形成することと、未硬化のネガ型フォトレジスト材料の第１の層上に未硬化のネガ型フォトレジスト材料の第２の層を堆積させることと、ネガ型フォトレジスト材料をオーバーハング５の形で硬化させるように、ネガ型フォトレジスト材料の第２の層を露光させることであって、バリア７０は、露光において適用される電磁放射の散乱を低減するように成形される、露光させることと、第２の層の未硬化のネガ型フォトレジスト材料を除去することと、を含む。
【0156】
図９ａに示されているように、バリア７０は、ウェル４内の光の屈折／反射を低減し、また、懸架されたフォトレジスト材料層の垂れ下がりを低減することができる。図９ｂは、未硬化のフォトレジスト材料の現像及び除去後、アパーチャ６が空いていることを示している。図９ａ及び図９ｂでは、ウェル４は、それぞれのベース１０を有し、バリア７０は、ベース１０からオーバーハング５まで延在する。
【0157】
底部に流体通路４１を有しないウェル４の場合、ウェル４の容積が非常に重要であり、ナノ細孔支持構造１の実行時間に比例する。したがって、バリア７０の剛性に大きい影響を与えることなく、バリア７０の体積を最小限に抑えることが望ましい。フォトレジスト材料の懸架される層を保持するための小さい体積の剛性バリア７０を設計する方法は多数ある。バリア７０は、懸架されるフォトレジスト材料の追加の層がはるかに短い距離しか横断せず、したがって垂れ下がらないことを意味する。図９ｃは、ナノ細孔支持構造１の上面図においてそのようなバリア７０の例を示している。より暗い領域は、フォトレジスト材料の第１の層を示しており、５葉の湾曲したバリア７０がはっきりと見える。バリア７０は、壁３からウェル４内に内向きに延在する。バリア７０は、それが占める体積を最小限に抑えるように設計されており、図９ｃでは、バリア７０は、それらの範囲に沿ってウェル４内に内向きに湾曲している。湾曲は剛性を増加させ、ウェル４の中央から光を反射／ブロックするのに役立つ。フォトレジスト材料の第２の層は、暗緑色領域及び明緑色領域の両方を覆い、膜７を形成するためのはるかに小さいアパーチャ６を残す。
【0158】
これまで、ナノ細孔支持構造１を形成する全ての方法は、フォトレジスト材料の層の露光を伴うものであった。代替的には、ナノ細孔支持構造１は、成形によって形成され得る。この場合、壁層２及びオーバーハング５は、一緒に固定されるそれぞれの成形構成要素である。成形を使用したナノ細孔支持構造１の製造方法の一例が図１０に示されている。この方法は、複数のウェル４を画定する壁３を含む壁層２を形成することと、オーバーハング５を別個の工程で形成することであって、オーバーハング５は、壁３からウェル４にわたって延在するように壁層２に固定される、形成することと、を含む。
【0159】
壁層２を形成する工程は、この例ではシリコンで形成された基板２０上に壁層２を成形することを含む。これは、図１０ａ～１０ｄに示されている。図１０ａでは、未硬化の成形剤１０２が、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成された壁層成形型１００に真空充填されている。この例では、壁３の高さＨは約９０μｍである。基板２０は、この例では白金で形成された、その上に形成された電極１１を有する。図１０ｂでは、壁層２が基板２０上に成形されて電極１１をウェル４内に位置させるように、壁層成形型１００が電極１１と位置合わせされる。未硬化の成形剤１０２を基板２０上及び壁層成形型内に圧縮するために圧力が加えられる。
【0160】
図１０ｃでは、成形剤は、紫外線（ＵＶ）の照射によって硬化され、硬化した成形剤１０４が壁層２の形状になる。この例では、波長が約３６５ｎｍのＵＶ光が使用されている。成形剤の選択に応じて、成形剤を加熱するなど、他の方法を使用して成形剤１０２を硬化させ得る。図１０ｄでは、壁層成形型１００が取り外される。場合によっては、これにより、図１０ｄに示されているように、電極１１の表面にわたって硬化した成形剤１０４の薄層が残り得る。これは、ナノ細孔支持構造１が組み込まれるナノ細孔感知デバイス３０の電気的性能を妨げる可能性があるため、望ましくない。この層を除去するために、「デスカム」として既知のプロセスが実施される。これは、図１０ｅに例解されており、電極１１の表面を洗浄するために酸素プラズマ又はレーザを適用することができる。この工程は、硬化した成形剤１０４の層が電極１１上に残されているかどうかに応じて、方法の全ての実施形態では必要ではない場合がある。
【0161】
基板２０上に壁層２を形成した後、オーバーハング５を別個に形成する。これは、図１０ｆ～１０ｉに例解されている。図１０ｆでは、未硬化の成形剤１０２が、ＰＤＭＳで形成されたオーバーハング成形型１１０に真空充填されている。この例では、オーバーハングは約３０μｍの厚さを有し、オーバーハングが壁層２に固定されると、ウェル４のアパーチャ６が約１０μｍ～約６０μｍ、好ましくは約４０μｍになるように構成されている。オーバーハング成形型１１０は、複数のオーバーハング５が同時に形成され、正しい位置合わせ及び離間を有して対応する壁３上に直接配置されて複数のウェル４のアパーチャ６を画定するように構成されている。これは、複数のウェル４を同時に形成することができることを意味し、それにより、オーバーハング５を別々に形成し、それらを対応する壁３と個別に位置合わせしなければならないことと比較して、製造速度を増加させる。
【0162】
図１０ｇでは、オーバーハング成形型１１０は、この例ではオーバーハング成形型１１０と同じＰＤＭＳ材料で形成されたベース１１２上に圧縮されている。未硬化の成形剤１０２をオーバーハング成形型１１０内に圧縮するために圧力が加えられる。任意選択的に、図１０ｈに示されているように、部分硬化工程が実施される。これにより、オーバーハング５の正しい形状の保持が促進される一方で、オーバーハング５を壁層２に固定するために使用することができるオーバーハング５のいくらかの変形が依然として許容される。図１０ｉでは、オーバーハング成形型１１０がベース１１２から取り外され、オーバーハング部分１０３によって例解されているように、オーバーハング５はオーバーハング成形型１１０とともに留まる。これは、ベース１１２を剥がして、オーバーハング５の部分的に硬化された成形アレイが依然として存在し、壁層２と位置合わせされて固定される準備が整った状態で保持される、予め位置合わせされたオーバーハング成形型１１０を残すことによって達成される。
【0163】
図１０ｊ～１０ｌは、オーバーハング５を形成する工程において、オーバーハング５が壁層２に固定される方法を例解している。オーバーハング５を形成することは、壁層２上にオーバーハング５を成形することを含む。図１０ｊでは、オーバーハング５を有するオーバーハング成形型１１０が、基板２０上の壁層２と位置合わせされている。オーバーハング成形型１１０が接地すると、オーバーハング５を壁層２の上部に対して圧縮するために圧力が加えられる。図１０ｋでは、ＵＶ光を適用してオーバーハング５を硬化させ、それらを壁層２に接合させる。図１０ｌでは、オーバーハング成形型１１０が取り外され、完成したナノ細孔支持構造１が残る。任意選択的に、成形剤を更に硬化させるために、追加の加熱工程が実施され得るが、これは、低減又は完全に省略することができる。追加的又は代替的に、工程１０ｉと１０ｊとの間に酸素プラズマ洗浄工程を適用することができる。これは、電極１１の表面を洗浄するように機能するだけでなく、このプロセスは、硬化した成形剤１０４の表面に、オーバーハング部分１０３への結合を強化する接着特性を残す。
【0164】
図１０ｆ～１０ｉでは、オーバーハング５を形成する工程は、オーバーハング５の範囲の横方向に突出する突出部を有するオーバーハング５を成形することを含む。特に、突出部は、それぞれのウェル４から離れるように突出する外側突出部５１を含み、オーバーハング５を形成する工程は、壁層２上の外側突出部を有するオーバーハング５を成形することを含む。この例では、外側突出部５１は、約１５μｍのオーバーハング５上の高さを有する。突出部はまた、それぞれのウェル４の内側のオーバーハング５の範囲の横方向に突出する内側突出部を含み得る。
【0165】
成形された構成要素の表面上のいかなる残留物のプラズマ洗浄に対しても、追加的又は代替的に、例えばＰＤＭＳスタンプは、成形されたチップの表面エネルギーの変動につながる残留オリゴマーＤＭＳ材料を成形剤の表面に残すことがあり、溶媒抽出を使用して、未反応のＤＭＳオリゴマーなどの不要な残留物を除去することができる。
【0166】
上記の例では、ウェルアレイ構造２は、電極１１を有する基板２０に取り付けられる。基板は：プリント回路基板、レーザアブレーションされたプラスチックシートから作製されたプラスチックインタポーザ、シリコンインタポーザ、及び電極として機能する露出端子をその片面に有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の表面のうちの１つを含むことができる。基板２０は、片側の表面にレーザアブレーションされたウェルアレイ構造を有するプラスチックシートであり得る。プラスチックシートは、金属フィルムでコーティングすることができる。
【0167】
ウェルアレイ構造２は：成形されたポリマー１０２などの成形された材料、三次元印刷物、又はパターン化されたフォトレジスト材料のうちの１つを含むことができる、単一の構成要素から形成することができる。三次元印刷物は、誘電体インク（ＵＶ硬化性アクリレート）、疑似ポリイミドインク、ポリエーテルケトン、ポリ乳酸、誘電体セラミック、例えばＬｉ２ＭｏＯ４及びセラミック粒子の水溶液、ポリエーテルイミド並びにポリイミドを含む材料から作製することができる。
【0168】
代替的には、ウェルアレイ構造２は、２つの別個の層を含むことができる。すなわち、ウェルアレイ構造は、ウェル層２、例えば硬化した成形剤１０４を形成するベース層、及びオーバーハング層５を有することができる。したがって、オーバーハング層５は、ウェルアレイ構造２から別のレベル又は層で延在すると言える。
【0169】
ベース層２は、デバイス１００の永久層として構成することができ、オーバーハングを画定する支持層５は、そこから取り外し可能に取り付けることができ、デバイスを再使用又は位置決めし直すために処理することを可能にする。
【0170】
ウェル４を画定するベース層２は：成形されたポリマー１０２、三次元印刷層、レーザアブレーションされたプラスチックシートから作製されたプラスチックインタポーザ、パターン化されたフォトレジスト材料、ガラス、シリコン又は二酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことができる。ベース層は、基板２０に接続されたときにウェル４を画定するためのアパーチャを有する貫通孔を画定する壁３のアレイを有する。
【0171】
オーバーハングを画定する支持層５は：成形されたポリマー１０２、三次元印刷層、レーザアブレーションされたプラスチックシートから作製されたプラスチックインタポーザ、パターン化されたフォトレジスト材料、ガラス又は二酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことができる。支持層は、ウェル４にわたって両親媒性膜を形成するために油の保持を支持する突出部５１、５２の形の支柱を有する。代替的には、支持層は、固体ナノ細孔又はハイブリッドナノ細孔（固体アパーチャに位置付する生物学的ナノ細孔）を含むことができる。
【0172】
本明細書の教示、以下の製造方法及び例に照らして、基板２０、ウェルアレイを画定するベース層２、及びオーバーハングを画定する支持層５の様々な組み合わせが構成可能である。
【0173】
図１３は、３つのみが示されているウェル４のアレイ上に複数のナノ細孔を支持するための、ナノ細孔感知デバイス３０又はその一部を作製するために使用することができるナノ細孔支持構造１の例を示している。感知デバイスは、電極１１のアレイが位置する表面１０を有する基板２０を有する。電極１１は、見られるように、ウェルの底部のアパーチャ又は開口領域１５８で露出されている。電極は、電子回路に接続するか、又は電子回路上に構成することができる。基板２０上には、基板２０に接続されたときにウェル４を画定するためのアパーチャ１５８を有する貫通孔１６０を画定する壁３のアレイを有するウェルアレイ構造２がある。ウェルアレイ構造は基板２０に直接接続することができるが、この接続は接着層１６２で示されている。追加的又は代替的に、接続は、接着面又は他のそのような結合材料若しくは方法を使用することができる。基板２０に接続されるとき、ウェル４及びアパーチャ１５８を画定する貫通孔は、当該ウェルアレイ構造のウェルのベースが電極によって少なくとも部分的に画定されるように、電極１１のアレイと位置合わせされる。ウェルのベースは、基板２０の表面１０によって少なくとも部分的に画定することもできる。
【0174】
感知デバイス３０を形成するために、ウェルのアレイ上で複数のナノ細孔を支持する前に、基板２０を提供することができる。換言すると、基板がウェルアレイ構造に接続された後で、基板又はウェルアレイ構造に対する、感知デバイス３０の性能に悪影響を与える更なる処理又は製造工程が必要ない。
【0175】
片側に支柱１６４及び他方の側にアパーチャ１５８を有するウェルアレイ構造２も別個に提供される。基板及びウェルアレイ構造を別個に提供することにより、それらが製造される条件が他の構成要素に何ら害を及ぼすことなく、それらを製造することができる。
【0176】
基板２０は表面１０上に電子回路を有することができるか、又は基板はプリント回路基板であることができる。電子回路及び電極は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の表面に提供することができる。
【0177】
ウェルアレイ構造を別個に提供することは、基板１０の表面上にウェルアレイ構造２を形成することを含むことができ、すなわち、基板２０が提供された後で、表面１０を、ウェルアレイ構造が形成されるベースとして使用することができる。ウェルアレイ構造は、成形してから基板に適用することができるか、又は基板表面１０上に直接成形することができる。
【0178】
電極１１は、基板２０２の表面１０の一部として図１３に示されている。代替的な例では、基板に貫通孔を提供し、導電性材料を充填して導電性ビアを提供することができ、ビアの露出部分は、ウェルアレイ構造のアパーチャ１５８においてウェル４のベースを少なくとも部分的に形成する電極として機能する。
【0179】
ウェルアレイ構造は、１０ミクロン～１０００ミクロン、好ましくは１０ミクロン～５００ミクロン、より好ましくは１００ミクロン～５００ミクロンの厚さを有することができる。ウェルの深さは、約５ミクロン～約１５００ミクロン、好ましくは１０ミクロン～５００ミクロン、より好ましくは１００ミクロン～５００ミクロンであり得る。ウェルアレイ構造におけるウェル間のピッチは、約１０～約１０００ミクロン、好ましくは１０ミクロン～５００ミクロン、より好ましくは２０ミクロン～１００ミクロンであり得る。貫通孔は、２００ミクロン未満、好ましくは１０ミクロン～２００ミクロンの直径を有することができる。
【0180】
感知デバイス３０が形成された後、膜にナノ細孔を挿入する前に、ウェル４に液体を投入し、ウェルにわたる膜を形成することができる。膜は、（ｉ）両親媒性膜を含み、生物学的ナノ細孔を支持し、（ｉｉ）固体膜を含み、固体ナノ細孔を有し、（ｉｉｉ）固体膜を含み、当該固体膜内の孔に生物学的ナノ細孔を支持することができる。
【0181】
感知デバイス３０は、多くの方法で製造することができる。感知デバイスの機能は、異なる材料を使用して異なる方法でそれ自体を製造することができる基板２０及びウェルアレイ構造２など、本明細書に記載される異なるモジュール構成要素の混合物を組み込むことによって実装することもできる。しかしながら、全体として、重要な要素、すなわち基板２０及びウェルアレイ２は、センサ製造の後の段階で一緒に接続される。本明細書の例の多くにおいて、ウェルアレイ構造２は、取り外して新しい基板と交換することができるように、基板に取り外し可能に取り付けることができ、したがって感知デバイスをリサイクル可能にする。一例では、感知デバイス３０を形成することは、貫通孔１６０を有するウェルアレイ構造２を形成することと、接着層１６２であり得る、パターン化された接着面を、ウェルアレイ構造２又は基板２０のうちの少なくとも一方に更に提供することであって、当該パターン化された接着面は、接着剤のない複数の部分を画定する、更に提供することと、を含む。
【0182】
接着剤のない部分は、電極１１をウェルアレイ構造の貫通孔に露出させる、パターン化された接着面の孔又は空隙などの領域であり得る。パターン化された接着面は、例えばこの面をＵＶ光又はプラズマ処理に曝露することによって、接続面に接着特性を与えるように調製又は処理された、ウェルアレイ構造２又は基板２０の表面１０のうちの１つでもあり得る。
【0183】
ウェルアレイ構造２は、その表面上に位置する電極６のアレイが単一のウェルの一部を少なくとも部分的に画定するように、接着層１６２を使用して基板２０と位置合わせされて接続される。
【0184】
基板２０は、電極１１を有する電子回路を支持するか又は組み込んでおり、当該電極と接触するか、又は電極を備える当該ウェルアレイ構造とは独立して形成される。接着層１６２の接着面を加熱して、ウェルアレイ構造の基板への接着を補助することができる。加熱は、電子回路の構成要素のガス放出温度未満の温度に制限することができる。追加的又は代替的に、電磁放射を使用して、ウェルアレイ構造を基板２０に接着することができる。接着層１６２は、接着前に露光される光パターン化可能な接着剤であり得る。追加的又は代替的に、ウェルアレイ構造及び／又はウェルのベースに位置する電極は：露出面の洗浄、及び露出面の特性を一時的に変化させて本質的に接着性、例えば粘着性にすることのうちの少なくとも１つを行うように機能するプラズマ処理に曝露することができる。
【0185】
図１３に示されているように、接着層１６２は、ウェルアレイ構造又は基板に対して独立した層であり得る。しかしながら、接着層１６２は、ウェルアレイ構造又は基板のうちの１つに組み込むことができる。あるいは、接着層１６２は、加熱などによって接着特性を有するように修飾されたウェルアレイ及び／又は基板の領域であり得る。
【0186】
本発明の１つの例示的な方法は、ウェルアレイ構造２を基板２０とは別個に製造し、次いでそれらを最適に処理した後で組み合わせることを可能にする。この方法は、（ｉ）ＴＯＫＹＯ ＯＨＫＡ ＫＯＧＹＯ ＣＯ．，ＬＴＤ．（ＴＯＫ）から入手可能である約１２０ミクロン厚の厚いフィルムフォトレジストから独立型のマイクロ流体ウェルアレイ構造２を作製することと、（ｉｉ）感光性接着剤（同様にＴＯＫから入手可能）、レーザカット接着剤又は液体接着剤のうちの少なくとも１つを用いて独立型のパターン化された接着層１６２を作製し、基板／レジスト界面の湿潤を制御するか、又はウェルアレイ構造若しくは基板の表面が接着特性を有するように調製することと、（ｉｉｉ）基板２０上への接着剤の位置合わせ及び配置、例えばロボットによる配置と、（ｉｖ）マイクロ流体構造２の位置合わせ及び配置、例えばロボットによる配置と、（ｖ）例えばＵＶ露光又は加熱を使用して材料を架橋させる後処理と、から構成される。
【0187】
より詳細には、フォトレジストは、犠牲層上に積層される厚いフィルムラミネートの形態を採ることができる。犠牲層は、例えば、Ｓｉウェハ上にスピンコーティングすることができるＯｍｎｉｃｏａｔ（ＲＴＭ）又はポリスチレンであり得る。シリコン層の使用は、ウェルアレイ構造を、接続先の基板とは独立して製造することを可能にする１つの技術にすぎない。本明細書で記載するように、構成要素を別個に作製することにより、一方の構成要素の製造プロセスが他方に悪影響を与えることが回避される。
【0188】
リソグラフィ工程中のマスクへの付着を低減するために、プロセス後の加熱プロセスが採用されるか、又は付着を回避するためにマスクを前もって処理することができる。
【0189】
他の表面との接続により発生するラミネートにおける応力を最小限に抑えるため、処理後の温度制御が採用される。
【0190】
接着層が感光性接着剤から作製される場合、複数のビアが提供され、これは、貫通孔１６０を延在するよう機能するように、マイクロ流体構造のアパーチャ１５８と位置合わせされる。接着層１６２は、ウェルアレイ構造２と同じ表面エネルギーを有するように選択することができる。例として、接着層１６２は、ＴＯＫ（ＮＣ－０００７５Ｓ、厚さ２０ｕｍ及び５０ｕｍ）から取得することができる。
【0191】
独立型のパターン化された接着層を形成する他の方法は：レーザ加工機を使用して、感圧接着層（ＰＳＡ）などの既存の接着材料において適切なビアをアブレーションすること、液体接着剤、並びにウェルアレイ構造及び基板の界面において制御湿潤を使用すること、エアロゾルスプレー又はマイクロドロップディスペンサを使用すること、液体接着剤による毛管現象を使用することを含む（がこれらに限定されない）。接着材料は、ウェルアレイ構造と同じ表面エネルギーを有することができる。
【0192】
ベーキングにより、完全な架橋を確実にすることを達成することができる。ベークの温度は、例えば、ＰＣＢ上に存在するポリマーであり得る基板２０のガス放出温度よりも低くなるように制限される。
【0193】
例えばＳｉウェハ上にウェルアレイ構造２を独立して形成した後、Ｓｉウェハは除去される。除去工程は、接着を使用して基板に取り付ける前のトルエンによるリフトオフを含むことができる。
【0194】
接着層は接着面であり得、すなわち、ウェルアレイ構造は、アパーチャ１５８に隣接する面に接着特性を有する。これは、ウェルアレイ構造をハードベークせず、残留溶媒及び／又は未架橋の材料を残すことによって達成することができる。接着を可能にするために、熱及び圧力を使用することができる。
【0195】
ウェルアレイ構造は、スタンプ転写プロセスでその表面に転写された接着剤の薄いフィルムを有することができる。スタンプは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作製することができる。スタンプは、接着剤の転写量を制御するために細い毛を有することができる。ＰＤＭＳの表面エネルギーは、その低い表面エネルギーのため、毛の上部に留まる接着剤の量を制御するのに適している。スタンプ転写は、ウェルアレイ構造２に優先的に行われる。これは、基板が、その上に電極を有することができ、一方で、毛のレイアウト及び密度を、基板２０上の電極表面への接着剤のいかなる転写も阻止するように配置することができ、ウェルアレイ構造への接着剤の適用が、この転写が生じることを軽減するためである。
【0196】
別の例では、感知デバイス３０を形成することは、成形技術を使用してウェルアレイ構造２を形成することを含む。これは、基板２０の製造とは独立して達成することができる。ウェルアレイ構造の独立した形成は、後続の除去及び基板への適用の前に基準面上で行うことができるか、又は代替的に、成形は基板上で直接行うことができる。
【0197】
成形例の基本的な工程が、図１４ａ～１４ｆに例解されている。最初に、ディスペンサ１６６が、例として、電極１１を有する基板２０の表面上に、以下ではポリマー１０２と称される成形剤１０２を堆積させる。ポリマー１０２は、基板の表面にわたって均一に分散される。
【0198】
別個に、第２の工程において、ポリマー１０２を成形型１００内に供給し、成形型は、形成されるウェルアレイ構造２のネガである。成形型１００は、マスター１６８から製造することができ、当該マスターは、形成されるウェルアレイ構造と同一である。研究及び開発の過程において、本発明者らは、現在のＭｉｎＩＯＮ（ＲＴＭ）のウェルアレイ構造を使用することを選択したが、本発明の例はそれに限定されない。代替的には、成形型１００は、マスターなしで最初から製造することができる。このようにして、成形型を作成するときの欠陥を軽減することができる。
【0199】
第３の工程では、図１４ｃに示されているように、ポリマー１０２で充填され、均一に覆われた成形型１００を、成形型のどの部分も露出しないように、ポリマー１０２で覆われた基板２０と位置合わせする。位置合わせは、突出部１７０が電極１１と位置合わせして対応するように、成形型１００と基板２０とを１つにまとめる。
【0200】
第４の工程では、成形型１００及び基板２０が圧力下で１つにまとめられると、突出部１７０が電極の表面から余分なポリマーを絞り出す。成形型１００の弾性特性は、成形型１００が、ドーム形電極、不均一な表面特徴、又は基板２０の表面の湾曲など、基板２０の表面のばらつきに適合及び適応することを可能にする。第５の工程において、ポリマー１０２を、成形型が基板から分離される前に硬化し、第６の工程において、基板２０に付着したポリマーを残す。ポリマーはウェルアレイ構造２になっている。
【0201】
図１５及び１６は、成形型１００と、成形型１００が製造することができる、結果として生じるポリマー１０２の形状を示している。突出部１７０は、フィン１７２と、ポリマーの形成中に電極からポリマーを除去する延長部１７４とを有して示されている。ウェルアレイ構造２の目的は、ＷＯ２０１４／０６４４４３に明確に記載されている。既知の技術から評価することができないことは、改善されたウェルアレイ構造を有するナノ細孔感知デバイスの製造プロセス及びその後の性能を最適化するために必要な成形技術及びハードウェアの適応である。図１６は、３つの陥凹１７６など、ウェルアレイ構造上に膜を形成する前に、前処理油の分散を制御することができる特徴を示している。この例では、陥凹は長方形のノッチ又は溝として示されている。陥凹は、等しく離間させることができるが、前処理油などを保持するための陥凹又はポケットの任意の数又は配置であり得る。陥凹は、区画４の底部に油が溜まり、電極１１を覆うことを阻止するように機能する。
【0202】
突出部１７０は、各区画４の貫通孔を形成し、電極１１からポリマーを変位させるように機能する。平坦な電極の部分的な汚れが発生し、電極表面の一部を覆う成形材料のフィルムが残る可能性がある。これに対抗するために、突出部１７０には、図１５に示されているように、突出部の端部で湾曲若しくはドーム状にすることができる延長部、又は次第に小さくなるディスクの階段状延長部が提供されている。成形型１００の突出部の端部におけるこれらの延長部１７４の目的は、成形型のエラストマが圧縮されるときに、液体成形材料であるポリマーに圧力勾配を生成することである。これは、成形型が電極表面に適合して電極と接触するときに、液体を押し出すように機能する。図１５では、フォトリソグラフィの欠陥により中央にディンプルが存在する。この欠陥の結果として、成形剤がディンプルに蓄積することを可能にし、一方で、電極の周囲の領域が空になる。成形剤がディンプルに蓄積することを可能にするために、突出部の上部に１つ以上のディンプルを提供することができる。ディンプルは、例えば、星形、例えば５角形の星であり得る。
【0203】
代替的には、成形型１００を基板に対して配置することができ、成形剤１０２を成形型と基板との間に注入してから、成形剤を硬化させて基板に固定するように処理することができる。次いで、成形型を取り外して、基板上にウェルアレイ構造を残すことができる。
【0204】
成形剤１０２は、ポリ（メチルメタクリレート）などのポリマーとして記載されてきた。ポリマーは、成形型１００の下側に堆積される前に溶媒に溶解することができる。例えば、ＰＳ（３５ＫＤａ）を、５００ｍｇ／ｍＬのクロロホルムに溶解することができる。成形後、成形型を基板から取り外す前に、ポリマーを加熱して溶媒を蒸発させることができる。
【0205】
成形剤中の溶媒の量は、溶媒の一部を吸収してある程度の構造的剛性を失いやすい場合には、成形型１００の寸法のいかなる変化も阻止するように選択することができる。
【0206】
成形型は、熱可塑性とすることができるか、又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコン材料で作製することができる。マスター１６８は、シリコンウェハなどの頑丈で寸法的に安定した材料から作製することができる。
【0207】
成形剤は、二液型熱硬化エポキシ又はＵＶ硬化性材料であり得る。熱硬化エポキシは、ＵＶ硬化性エポキシよりも硬化が遅く、成形型を所定の位置により長時間保持する必要があることが見出された。
【0208】
成形材料は、エポキシ、アクリルアミド／メタクリルアミド、ポリエステル、スチレン共重合体、ビニル、ポリウレタン（イソシアネート／アミン化学）又はポリイミドのうちの１つ以上を含むことができる。
【0209】
様々な製造業者について多数の成形材料が利用可能であり：パーツ６－６２１、４３１、３０６９、３０６９－ＧＥＬ、３０９９及び１０７２－Ｍを含むＤＹＭＡＸ（ＲＴＭ）の材料；パーツＡＡ ３３２１ ＬＣ、ＡＡ ３９３６、３９２２、３９２１、３３１１、３３０１、及び３２１１を含むＬＯＣＴＩＴＥの材料；パーツ７１０８、７１５６、及び７１５９を含むＥＰＯＸＩＥＳの材料；パーツＮＯＡ８１、ＮＯＡ６１、ＮＯＡ８８、及びＮＯＡ８３Ｈを含むＮＯＲＬＡＮＤ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤの材料；パーツＵＶ１０ＭＥＤ、ＵＶ２２ＤＣ８０－１ＭＥＤ、ＵＶ１０、ＵＶ１０ＴＫＬＯ－２、ＵＶ１６、及びＵＶ１５ＬＶを含むＭａｓｔｅｒＢｏｎｄの材料；パーツＯＧ１９８－５４、ＭＥＤ－ＯＧ１９８－５４、ＯＧ１４２－８７及びＯＧ－１１２を含むＥｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの材料；パーツ４ＵＶ８０及びＵＶ６０５を含むＰｅｒｍａｂｏｎｄの材料、並びにパーツ「３２２」を含むＯｓｔｅｍｅｒの材料を含む。例として、２つの好適な材料は、Ｍａｓｔｅｒｂｏｎｄ（ＲＴＭ）のパーツＵＮ１０ＭＥＤ及びＥｐｏＴｅｋ（ＲＴＭ）のパーツＯＧ１９８－５４からのものであった。ウェルアレイ構造２と基板２０との間の接続は、半永久的であり得る。換言すれば、ウェルアレイ構造２及び基板２０は、形成されたウェルアレイ構造を取り外して別の基板に再適用することができるように、剥がすことができる。あるいは、取り外した後、その位置に新しいウェルアレイ構造を形成することができる。このようにして、基板及び関連するデバイス又は構成要素をリサイクルすることができる。
【0210】
上記のプロセスは、貫通孔を通して電極にアクセスすることができるように基板にウェルアレイ構造を形成又は取り付けることを記載しているが、電極１１は、それらの表面を洗浄するために更なる処理を受けることができる。洗浄は、化学洗浄又はプラズマ処理のうちの少なくとも一方を含むことができる。
【0211】
本発明の成形型１００は、既知のＴＳＶ４上に独立して形成することができ、これは、ウェルアレイ構造２の表面エネルギーに対する処理の影響を最小限に抑えるか、又は成形型は、プリント回路基板などの基板上に独立して形成することができる。
【0212】
図１６に示されているような、油制御のための微細な特徴部を有するウェルアレイを成形することができるが、ウェル４の形状は、図１～４に示されているものと同様に形成することができ、すなわち、特徴部のない壁３を有するウェル４を電極１１に隣接して形成することができ、一方で、フィン１７２に類似した突出部５１、５２を有する上部オーバーハング５層を形成することができる。本明細書の成形例は、図１６に示されているような２０：１の範囲の高アスペクト比及び複雑な構造を有する特徴部を有するウェルを成形することができることを示している。したがって、成形により、高アスペクト比のウェル及び／又は３：１～２：１の範囲のより低いアスペクト比を有するオーバーハング５を作成することができる。
【0213】
本発明の更なる例では、改善された基板２０は、上述のものに対して代替的な材料及び製造方法を使用することができる。これは、費用対効果が高い消耗品の、高スループットかつ低材料費のセンサを製造することを可能にすることができる。この例では、レーザ加工及びスクリーン印刷法を使用して一体化された電極を提供する。この方法は、リールトゥリール又はパネルトゥパネル処理と互換性がある。
【0214】
例として、図１７ａ～ｅは、その上にウェルアレイ構造２を形成することができる基板２０に電極１１を提供するために行うことができる段階的な工程を例解する。この方法は、例えば、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であり得る熱可塑性ホイルのシート１８０を取ることを伴う。厚さは、約０．５ｍｍ以下である。金属フィルム１８２が、メタライゼーションプロセスを使用して、見られるように上面及び下面に形成されている。メタライゼーションプロセスは、スパッタリングであり得、適用される金属は、例えば、銀、金、又は白金であり得る。メタライゼーションは、シートの表面に形成される再配線（ＲＤＬ）を提供する。
【0215】
図１７ａは、金属フィルム１８２を有するそのようなシート１８０を示している。図１７ｂに示されているように、レーザを使用して、金属化フィルムを通る複数のビア１８４を機械加工する。次いで、ビア１８４は、導電性ビア１８６を提供するために硬化される前に、炭素又は銀ペーストなどの導電性ペーストで充填される。各導電性ビア１８６は、約２００～約３００オームの低い抵抗を有する。ペーストは、スクリーン印刷を使用して充填することができる。スクリーン印刷すると、図１７ｃに示されているように、ビア１８４の開口部に余剰なペーストのドーム形マッシュルーム状領域が形成されることにより、導電性ビア１８６と金属フィルム１８２との間の接触が増加する。このオーバーフローは、シート１８０の各側の金属フィルム間の接続を提供するように機能することができる。その後、図１７ｄに示されているように、ＲＤＬパターンが上面及び底面の金属フィルム１８２上に形成され、片側又は両側に電極１１を含む、接触トラック１８８、トラック１８８、又は接触パッド１８８などの特徴部１８８を有する回路を提供する。図１７ｅは、電極１１を画定し、アパーチャ１５８を閉じ、かつウェルアレイ構造２の区画４の底部を画定するために、金属フィルム１４２の一部を保持することができる方法を示している。
【0216】
上述のように、ウェルアレイ構造２は、（ｉ）別個の接着層を伴う若しくは伴わないフォトレジスト層、又は（ｉｉ）成形型１００を使用して独立して形成することができる。成形型の使用は、トラック１８８及び／又は導電性ビア１８６のドーム状の端部によって生じる不均一な表面に適応し、基板２０の表面の高さのばらつきに適応するのに特に適している。
【0217】
金属フィルム１８２を実装するために、シート１８０は、電極１１及び任意の回路部を画定するためにレーザアブレーションを後に使用する前に、シート上に金属をスパッタリングすることによって形成することができる。一例として、高純度の電極１１を提供するために、白金をＰＥＥＫシート上にスパッタリングすることができる。センサデバイス３０が動作しているときに電子移動を最大限に高めるために、高品質の電極を提供することができる。
【0218】
図１８は、金属フィルム１８２の、電極又は他の回路部との界面の寸法に対するビア１８４の形状の影響を例解している。レーザ穿孔によってシート１８０の表面に形成されたビアのアパーチャのサイズが、導電性ビアの接触領域のサイズに影響を与えることは明らかである。図１７ｂで形成されたビアは、平行な側面と、表面に小さいアパーチャを作成する高アスペクト比とを有し、その後、シート１８０の表面への露出が最小限になる。スクリーン印刷で充填すると、小さいドーム形の接点が形成される。実際には、ビア１８４の形状は、シート１８０の厚さ及び穿孔の幾何学的形状、すなわちレーザ穿孔プロセスによって決まる。シート１８０の表面の利用を最大限に高めるために、ビア１８４及び導電性ビア１８６のフットプリントは最小限に抑えられるべきである。
【0219】
シート１８０を金属化フィルム１８２でコーティングし、穿孔し、次に、形成されたビア１８４を導電性ペーストで充填することの代替として、金属化表面のない裸のシートを最初に穿孔し、次に物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用してコーティングすることができる。ＰＶＤ金属コーティングは、シートの平面からビア１８４内に延在するように形成することができ、これにより、図１８に示されているものとは代替的な導電性ビア１８６を形成する。
【0220】
実際には、図１７ｂに示されているように、シートの片側から他方の側に垂直に延在する高アスペクト比のビア１８４は、表面の非常に小さいアパーチャ及び９０度のテーパ角度を有する。その結果、アクセスが制限されるため、シートの表面から最も離れたビアの壁をＰＶＤコーティングすることは困難である。
【0221】
図１９ａは、片側から穿孔されたシート及び平坦な側面を有するビアを形成する金属コーティング１８２コーティングの寸法を示しており、一方で、図１９ｂは、両側から穿孔されたシート、及び隆起した又はくびれた側面を有するビアを形成する、その後適用されたＰＶＤコーティング１８２を示している。シートの平面とそこから延在するビアの側面との間の角度がテーパ角度である。したがって、片側又は両側のテーパ角度は、９０度を超える。
【0222】
図１９ａに示されているように、シート１８０の片側のみでテーパ角度が９０度を超える場合、ビアの一方の開口部のサイズは、他方よりも大きい。この場合、一方の側と他方の側とのアパーチャサイズ又は直径の比は、約１：４、又は好ましくは約１：３、より好ましくは約１：２であり得る。この構成では、ビアの壁全体がコーティングされるように、片側にＰＶＤを受け入れるアパーチャを有する。
【0223】
図１９ｂに示されているように、両側から穿孔すると、シート１８０の両側で９０度を超えるテーパ角度が得られる。開口部は異なるサイズを有することができるが、ビアは実質的に対称であることができ、見えるように、水平方向及び垂直方向の２本の対称線を有するように見える。この場合、片側と比較した反対側のアパーチャサイズ又は直径の比は、約１：１になり得る。これは、シートの表面から見て、また両側から見て、ビアのフットプリントを最小限に抑える。更に、図１９ｂの構成では、ビアの壁全体がコーティングされるように、ビアの両側がＰＶＤを受け入れる。
【0224】
図２０ａ～２０ｇは、上述の基板２０及びウェルアレイ構造２の機能をナノ細孔感知用の単一部品の構成要素に組み込むハイブリッドウェルアレイ１９０の製造工程を示している。同様の参照符号は同様の特徴部を指す。ハイブリッドウェルアレイ１９０の製造は、図２０ａに示されているようなシートを提供するために、片側のみに形成された金属フィルム１８２を有するか、又は片側のみに堆積された金属フィルムを有するシート１８０から始まる。図２０ｂに示されているように、通気孔１９２が、シートの、金属フィルムとは反対側に穿孔され、その後、シート１８０の、通気口１９２とは反対側の金属フィルムを通して部分ビア１８４が穿孔される。得られた構造は、シートの一方の側から他方の側に延在するビア１８４を有することが図２０ｃにおいて分かり、当該ビアは、広い穿孔部分及び狭い通気口１９２を有する。図２０ｄ及び２０ｅでは、ビア１８４の広端部は、導電性ビア１８６に接続された回路を形成するために、金属フィルムがトリミングされる前に、導電性ペーストで充填される。通気口は狭すぎて、導電性ペーストを充填又は完全に充填することができないことに留意されたい。通気口の目的は、捕捉された空気がビアの充填を防止することを阻止することによって、ビアの広い部分を完全に充填することを可能にすることである。その後、図２０ｆに示されているように、シート１８０の通気口１９２側を処理して支柱１６４を形成した後、図２０ｇに示されているように、それらの支柱の周囲の材料を除去して区画４の壁３を画定し、導電性ビア１８６を露出させる。
【0225】
基板２０上の電極１１の特性は、感知デバイス３０の性能に影響を与える。上述のように、シート１８０は、金属でスパッタリングされ、続いてレーザアブレーションされ得る。ポリ（エーテルエーテルケトン）ＰＥＥＫシートに白金をスパッタリングすることで、最適な性能が達成された。その後、ビア１８４を充填することができる。区画４のベースは、図１７ｅに例として示されているように、導電性ビア１８６に接続された、スパッタリングされた金属フィルム１８２によって画定することができる。導電性ビア１８６は、１５０オーム～３００オーム、又は２００オーム～３００オームの抵抗値を有する低抵抗電気接点を提供するように構成されている。
【0226】
シート１８０のために選択された材料はＰＥＥＫであった。例では、シートは二重光沢仕上げで０．２５ｍｍの厚さを有するものとした。ＰＥＥＫは：Ｓａｍｔｅｃ ｚ－ａｒｒａｙコネクタ（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓａｍｔｅｃ．ｃｏｍ／ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ／ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ－ｂｏａｒｄ－ｔｏ－ｂｏａｒｄ／ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ－ａｒｒａｙｓ／ｚｒａｙ）などの、コネクタとの信頼性の高い接続を提供するための機械的安定性を含む、多くの要因のうちの少なくとも１つに基づいて選択され、ＰＥＥＫは、剥離することなく高解像度のトラック及び隙間を形成することを可能にする、スパッタリングされた白金層との良好な接着特性を有ており、ＰＥＥＫは、高アスペクト比のレーザ穿孔ビアホールを達成するのに好適である。同等の性能で好適であることが見出されている他の材料は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む。
【0227】
スパッタリングの前に、シート１８０は、スパッタリングチャンバ内に装填する前に、例えばエタノールで洗浄される。例では、５０ｎｍの白金をフィルムの両側にコーティングした。
【0228】
レーザを使用して、金属化シート１８０をパターン化し、穿孔した。パターンレーザは、例えば、ＳＭＩレーザ（ＭＳＶ－３０１）とすることができる。穿孔レーザは、例えば、直接書き込みレーザ（ＭＳＶ－１０１ＵＶ）とすることができる。
【0229】
ビア１８４の充填は、ＤＥＫ（商標）スクリーン印刷プロセスを使用して実行した。銀インクを使用して裏側からビアを充填した後、パネルを裏返して表側のビアをキャップした。次いで、インクを１１０℃のオーブンで硬化させた。
【0230】
例の各々において、感知デバイス３０の性能を、既知の構造及びウェハの代わりに、組み合わせられたウェルアレイ構造２及び基板２０、又はハイブリッドウェルアレイ１９０を有する既知のＭｉｎＩＯＮ（ＲＴＭ）デバイスを製造することによって評価した。組み付け後、ウェルアレイ構造を流体で充填し、区画２にわたって形成された膜に生物学的ナノ細孔を装着した。評価中、適当な性能の指標は：孔の両端に１８０ｍＶが印加された状態での約１８０～２００ｐＡの開口細孔電流、開口細孔電流に対する約２～３ｐＡの標準偏差の雑音レベル、及びセットアップにおける追加の高いＲＣ時定数がないことを示す、鮮明なトロンビン結合アプタマー（ＴＢＡ）事象を含む。ＴＢＡの使用の詳細は、ＷＯ２０１４／０６４４４３に記載されている。例の各々においてＴＢＡを用いたイオンチャネル記録は、図２１に示されているような結果を明らかにし、これは、細孔を介して測定されたイオン電流が分析物（ＴＢＡ）によってブロックされていることを示しており、細孔は、上述のように、プラスチックシート１８０で作製された基板２０上のフォトレジストで作製されたウェルアレイ構造２上に支持された膜に挿入されている。
【0231】
多数の例が、両側に金属フィルム１８２を有するシート１８０を有し、トラック及び／又は接触パッドが当該又は各金属フィルムに形成されているものとして記載されている。より低コストの代替手段として、シートの片側を金属フィルムでコーティングすることができ、一方で、接触パッドは金属化されていない側にスクリーン印刷されるため、金属のパターニングは必要ない。ビア１４０を充填し、接触パッドを単一工程で形成することができる。図２２ａは、両側に金属フィルムを有するシートの概略図を示しており、導電性ビア１８６がそれを貫通して接触パッド１８８に接続されている。両方の金属フィルム１８２の表面がトリミングされており、この概略図は、実際のパッドの画像の上から示されている。図２２ａの例では、金属フィルムは白金である。
【0232】
図２２ｂは、片側に金属フィルムを有するシートの概略図であり、シート１８０上に導電性ビア１８６がスクリーン印刷されるとき、接触パッド１８８が同時に形成されている。導電性ビア１８６及び接触パッド１８８は両方とも、この例では銀である同じ材料を有する。
【0233】
スクリーン印刷プロセス中に形成されたビア１８４、トラック１８８、又は接触パッド１８８の密度は、制御されたペーストの広がりによって影響を受ける。チャネル密度は、トラック又はパッドのサイズ、それらの隙間及び印刷サイズの組み合わせによって規定される。印刷中のインクの広がりを防止することは、印刷サイズを厳密に規定するために重要である。これはまた、導電性ペーストの堆積及び広がりを制御することで短絡を阻止する。スクリーン印刷されたインクが広がるのを阻止するために、ビア１８４に隣接して毛管停止部１９４を形成することができる。トラックに隣接する導電性ビア１８６の平面図が、導電性ビア１８６を有し、シートの下にＰＣＢを有するシート１８０の断面図と位置合わせされて図２３ａに示されている。電極を形成する導電性ビア１８６の直径は１００ミクロンであるが、毛管停止部は、ビア１８４によって作成されたアパーチャの周りに延在して示されており、これが印刷直径を１１０ミクロンに制限する。図２３ｂは、毛管停止部１９４の幾何学的形状をより詳細に示している。溝が、シート１８０のビア１８４のアパーチャに隣接するが、そこから離間して形成されている。アパーチャの高さは、シート１８０と同じ平面にあり、溝は、シート内に延在している。示されている例では、溝は、トラックがシート１８０の平面に沿って延在することを可能にするためにビアを包囲していない。毛管停止部の溝は、インクの広がりを防止するピン止め点を提供する効果的な方法である。
【0234】
シート１８０に選択した材料は、ナノ細孔感知デバイス３０におけるウェルアレイ構造としてのその用途を考慮に入れた。シート材料の分散成分に必要な値は４０～５５ｍＮ／ｍであり、極性成分は＜３ｍＮ／ｍ未満でなければならない。図２４に示されているように、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、ＰＣ、及びＰＥＴの接触値を評価し、それらの特性を表にした。これらの材料の評価中、レーザアブレーションプロセスによるそれらの本来の表面特性も重要である。これらの表面特性は、酸化を最小限に抑えるアブレーション工程中の雰囲気に基づいて調整することができる。
【0235】
バルク特性の維持に依存せずに必要な表面エネルギーを取得するために、プロセスは：必要な表面特性を達成するために修飾することができる、アブレーション後に表面に残る官能基（シラン）、及びプラズマ処理／薄いフィルム蒸着を用いた表面コーティングを伴うことができる。
【0236】
上記のデバイス及びデバイスを形成する方法で記載したように、感知デバイス３０は、電極１１を有する基板２０に取り付けられたウェルアレイ構造２を有することができる。ウェルアレイ構造２は、単一の構成要素から形成することができる。代替的に、ウェルアレイ構造２は、２つの別個の層、すなわち、ウェル層２を形成するベース層及びオーバーハング層５を含むことができる。
【0237】
上述のような異なる技術を使用して製造された層の組み合わせを組み込んだ感知デバイス３０の例が図２５に示されている。
【0238】
図２５は、ビア１８４、及び電極１１を画定するパターン化された表面を有するようにレーザエッチングされた金属フィルム１８２を有するシート１８０を使用して形成された基板２０を含む。電極は、導電性ビア１８６を介して基板の反対側に接続し、パッド１８８に接触する。代替的に、シート及び金属フィルムは、プリント回路基板によって実装され得るか、又は露出した電極を有するＡＳＩＣデバイスの表面上に提供され得る。ウェルアレイ構造２は、壁によって画定され、電極１１の上に位置するウェル４を有して基板２０上に形成されている。ウェルアレイ構造は、３Ｄ印刷、成形、レーザエッチングされたプラスチック、又はエッチングされたラミネートシートから形成することができる。
【0239】
ウェルアレイ構造２及び電極１１は、ウェルアレイ構造２上に提供されるオーバーハング５層の取り付け前にプラズマ洗浄することができ、同様に、３Ｄ印刷、成形、レーザエッチングされたプラスチック、又はエッチングされたラミネートシートから形成することができる。オーバーハング層５は、ウェルアレイ構造２に取り外し可能に取り付けることができる。突出部５１は、ウェルの外側のオーバーハング上に示されており、オーバーハングの他の面、すなわち電極に面する、及び／又はオーバーハング層によって画定される平面内に延在する面に同様に適用することができる。
【0240】
ウェルアレイ構造２及びオーバーハング層を作製するために使用される技術は、本明細書で教示される異なる技術から作製することができる。一例として、ウェルアレイ構造２は、成形から形成された高アスペクト比のウェルを有する。ウェルのアスペクト比は、ウェルの深さ及び幅によって規定され、これは、ウェルアレイ構造材料２によって影響を受け、約３：１を超えることができる。オーバーハング層も、成形型から、又は代替的にはレーザアブレーションされたプラスチックシート１８０から形成することができる。フィルムの厚さと突出部５１、５２の高さとの間のアスペクト比は、ウェルのアスペクト比よりも低く、約２：１まで低くすることができる。
【0241】
図２６ａ～２６ｄは、単一の裸のシート１８０にオーバーハングを製造するために行われる工程であり、約２：１を超え得る低アスペクト比の突出部を、見られるように上面にレーザ形成することができ、その後、ウェル４を画定する壁３を作成するためにシートが穿孔される。上記の図１９に関連して記載したように、オーバーハングが単一の層に形成されるように、穿孔してテーパ状の壁が形成されることに留意されたい。穿孔された後、壁３の表面は、電極１１及び接触パッド１８８を形成するために、好ましくは白金スパッタリングでコーティングされる。白金コーティングは、レーザを使用してトリミングすることができる。最後に、電極１１及び接触パッドを有する基板２０の表面上にクロージャ１９６を適用して、ウェル４のベースを画定することができる。クロージャは、更なる基板２０であり得る。
【0242】
任意の電極材料を適用することができ、感知目的で特に好適であるため、白金が例として提案されている。レーザがシート１８０を真っ直ぐ通過することを可能にすることで、電極又は他のそのような構造がレーザ穿孔の性能を阻止しないため、製造プロセスが改善される。角度の付いた穿孔には、レーザ穿孔の使用が適している。レーザ穿孔は、突出部などの低アスペクト比の特徴部の形成にも好適である。単一のパーツにオーバーハング材料層を組み込むことで、製造プロセスを簡素化することができる。シートを通るレーザ穿孔後及びその後の電極コーティングは、円筒形ウェル４のベースにおける電極と比較して増加した表面積を有する電極をもたらすことができる。
【0243】
図２７は、レーザエッチングされたシート１８０であり得る基板又はウェル４を画定するブラインドビア１９８を有するＰＣＢ上に形成された感知デバイス３０の一部である。ウェルは、ウェル内の電極１１の面積を増加させるためにテーパ状側面を有することができ、これはカバレッジをより容易にもする。レーザ穿孔には形状の制約がなく、様々な形状のウェルプロファイルを形成することができる。基板は、ビア１８４、１８６を充填し、基板２０の片側に接触パッド１８６を作成する前に、レーザエッチングで処理される。ウェル４は同様に、好ましくは白金でコーティングされて、ウェル内の電極１１及び接触パッドを画定する。電極は、ビア１８６への接続のためにウェルから延在する。ウェルは、突出部５１を有する、取り付け前の基板の上に示されているオーバーハング５層によってキャップされる。
【0244】
ナノ細孔支持構造１を形成するための代替的な方法も可能である。いくつかの実施形態では、ＵＶ放射はＵＶＡ放射である。いくつかの実施形態では、ＵＶ放射は、ＵＶレーザ（例えば、ガスレーザ、レーザダイオード、又は固体レーザ）によって提供される。いくつかの実施形態では、ＵＶ放射は、ＵＶランプを使用して提供される。いくつかの実施形態では、ＵＶ放射は高強度ＵＶ放射である。異なる構成要素に方法の組み合わせが使用され得る。例えば、一部の構成要素には成形が使用され得、他の構成要素はフォトレジスト材料から形成され得る。電極などの一部の構成要素は、エッチング、任意選択的に、化学エッチングによって形成され得る。
【0245】
例えば上記の方法のうちのいずれかを使用してナノ細孔支持構造１を作製した後、ナノ細孔支持構造１を使用して、例えば、図３に示されているようなナノ細孔感知デバイス３０を作製し得る。この場合、ナノ細孔支持構造１は、平面構造４０に組み込まれており、ナノ細孔感知デバイス３０は、平面構造４０を組み込んで組み立てられる。
【0246】
図１及び２は、アパーチャ６にわたって延在する膜７、及び膜７に挿入されたナノ細孔８を示しているが、いくつかのタイプのナノ細孔支持構造１は、膜７及びナノ細孔８なしで提供され得る。その場合、ナノ細孔支持構造１のエンドユーザは、膜７を形成し、ナノ細孔８をその中に挿入させる工程を実行する。
【0247】
膜７及びナノ細孔８の例は以下の通りである。
【0248】
ナノ細孔支持構造１の１つのタイプでは、ナノ細孔８は生物学的ナノ細孔であり、膜７はその中に挿入された生物学的ナノ細孔８を有することができる。
【0249】
膜７は、親水性及び親油性の両方を有する、リン脂質などの両親媒性分子から形成された層である両親媒性層であり得る。両親媒性分子は、合成又は天然に存在するものであり得る。天然に存在しない両親媒性物質及び単層を形成する両親媒性物質は、当該技術分野で既知であり、それらには、例えば、ブロックコポリマー（Ｇｏｎｚａｌｅｚ－Ｐｅｒｅｚ ｅｔ ａｌ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００９，２５，１０４４７－１０４５０）が含まれる。膜７は、トリブロック又はジブロックコポリマー膜であり得る。
【0250】
膜７は、参照によりそれらの全体が本明細書に援用される、ＷＯ２０１４／０６４４４３又はＷＯ２０１４／０６４４４４に開示されている膜のうちの１つであり得る。これらの文献は、好適なポリマーも開示している。
【0251】
両親媒性分子は、ポリヌクレオチドの結合を促進するために化学修飾又は官能化され得る。
【0252】
両親媒性層は、単層であっても二重層であり得る。
【0253】
膜７は、脂質二重層であり得る。好適な脂質二重層は、参照によりそれらの全体が本明細書に援用される、ＷＯ２００８／１０２１２１、ＷＯ２００９／０７７７３４、及びＷＯ２００６／１００４８４に開示されている。脂質二重層を形成するための方法は、当該技術分野で既知である。脂質二重層は通常、Ｍｏｎｔａｌ及びＭｕｅｌｌｅｒ（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ．，１９７２；６９：３５６１－３５６６）の方法で形成される。
【0254】
ナノ細孔８は、任意の膜貫通細孔であり得る。ナノ細孔８は、生物学的又は人工的であり得る。好適なナノ細孔８は、タンパク質細孔、ポリヌクレオチド細孔、及び固体細孔を含むが、これらに限定されない。ナノ細孔８はＤＮＡオリガミ細孔であり得る（Ｌａｎｇｅｃｋｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１２；３３８：９３２－９３６）。
【0255】
膜貫通タンパク質細孔は、それを通ってイオンが流れ得るバレル又はチャネルを含み得る。膜貫通タンパク質細孔のバレル又はチャネルは、通常は、ヌクレオチド、ポリヌクレオチド又は核酸との相互作用を促進するアミノ酸を含む。
【0256】
本発明に従って使用するための膜貫通タンパク質細孔は、β－バレル細孔又はα－ヘリックスバンドル細孔に由来し得る。膜貫通細孔は、例えばＭｓｐ、α－溶血素（α－ＨＬ）、ライセニン、ＣｓｇＧ、ＣｌｙＡ、Ｓｐ１、及び溶血性タンパク質フラガセトキシンＣ（ＦｒａＣ）に由来し得るか、又はそれらに基づき得る。膜貫通タンパク質細孔は、ＣｓｇＧに由来し得る。ＣｓｇＧ由来の好適な細孔は、ＷＯ２０１６／０３４５９１に開示されている。膜貫通細孔は、ライセニンに由来し得る。ライセニン由来の好適な細孔は、ＷＯ２０１３／１５３３５９に開示されている。
【0257】
分析物（例えばタンパク質、ペプチド、小分子、ポリペプチド、ポリヌクレオチドを含む）は試料中に存在し得る。分析物は、任意の好適な試料であり得る。分析物は、生物学的試料であり得る。本明細書に記載される方法の任意の実施形態は、任意の有機体又は微生物から取得された又は抽出された分析物に対してインビトロで実行され得る。有機体又は微生物は、通常は、古細菌、原核生物、又は真核生物であり、通常は、植物界、動物界、真菌界、モネラ界、及び原生生物界の五界のうちの１つに属する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される様々な態様の方法は、任意のウイルスから取得された又は抽出された分析物に対してインビトロで実行され得る。
【0258】
分析物は、生物学的、工業的、又は環境的などのあらゆるソースに由来する液体試料であり得る。分析物は、体液を含み得る。体液は、ヒト又は動物から取得され得る。ヒト又は動物は、疾患を有する、疾患を有する疑いがある、又は疾患の危険性があるものであり得る。分析物は、尿、リンパ液、唾液、粘液、精液、又は羊水であり得るが、全血、血漿、又は血清であり得る。典型的には、分析物は、ヒト由来であるが、代替的には、別の哺乳動物由来、例えばウマ、ウシ、ヒツジ、若しくはブタなどの商業的家畜由来であり得るか、又は代替的には、ネコ若しくはイヌなどの愛玩動物由来であり得る。代替的に、分析物は植物由来のものであり得る。
【0259】
分析物は、非生物学的試料であり得る。非生物学的試料は、流体試料であり得る。塩化カリウムなどのイオン塩を試料に添加して、ナノ細孔を通るイオン流動を実現し得る。
【0260】
ポリヌクレオチドは、一本鎖又は二本鎖であり得る。ポリヌクレオチドの少なくとも一部は、二本鎖であり得る。
【0261】
ポリヌクレオチドは、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）又はリボ核酸（ＲＮＡ）などの核酸であり得る。ポリヌクレオチドは、ＤＮＡの１本の鎖にハイブリダイズされたＲＮＡの１本の鎖を含み得る。ポリヌクレオチドは、当該技術分野において既知の任意の合成核酸であり得る。
【0262】
ポリヌクレオチドは、天然型であっても人工であり得る。
【0263】
方法は、ポリヌクレオチドの２つ、３つ、４つ、又は５つ以上の特性を測定することを伴い得る。１つ以上の特性は、（ｉ）ポリヌクレオチドの長さ、（ｉｉ）ポリヌクレオチドの同一性、（ｉｉｉ）ポリヌクレオチドの配列、（ｉｖ）ポリヌクレオチドの二次構造、及び（ｖ）ポリヌクレオチドが修飾されているか否か、から選択することができる。
【0264】
ナノ細孔は、ＷＯ２０１４／０６４４４３に開示されているような複数のナノ細孔を含むアレイの一部であり得る。ポリヌクレオチドは、ＷＯ２０１３／０４１８７８及びＷＯ２０１４／１３５８３８に開示されているように、ナノ細孔のアレイを移行され得、電流などのパラメータを経時的に測定し、ここから、ポリヌクレオチドの配列が判定され得る。好適な電気的測定が、Ｓｔｏｄｄａｒｔ Ｄ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ，１２；１０６（１９）：７７０２－７、Ｌｉｅｂｅｒｍａｎ ＫＲ ｅｔ ａｌ，Ｊ Ａｍ Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ．２０１０；１３２（５０）：１７９６１－７２、及び国際出願ＷＯ２０００／２８３１２に記載されている。他のタイプの測定、例えば、蛍光測定及びＦＥＴ測定などの光学的測定が実行され得る。光学的測定及び電気的測定は、同時に実行され得る。例えば、Ｈｅｒｏｎ ＡＪ ｅｔ ａｌ．，Ｊ Ａｍ Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ．２００９；１３１（５）：１６５２－３）を参照のこと。
【0265】
ポリヌクレオチドは、標識され得、測定が実行されて、標識の測定からポリヌクレオチド配列を判定し得る。分析物は、ＷＯ２０１４／０７４９２２に開示されているようなエキスパンドマーであり得る。
【0266】
二次構造は、様々な方法で測定され得る。例えば、方法が電気的測定を伴う場合、二次構造は、滞留時間の変化又は細孔を通って流れるイオン電流の変化を使用して測定され得る。これは、一本鎖及び二本鎖ポリヌクレオチドの領域を識別することを可能にする。
【0267】
いかなる修飾の有無も測定され得る。方法は、メチル化によって、酸化によって、損傷によって、１つ以上のタンパク質によって、又は１つ以上の標識、タグ、若しくはスペーサによってポリヌクレオチドが修飾されているか否かを判定することを含み得る。特異的修飾は、細孔との特異的相互作用をもたらすことになり、これは下記の方法を使用して測定することができる。
【0268】
本明細書に記載される様々な態様のいくつかの実施形態では、方法は、標的ポリヌクレオチドを更に特徴付けることを伴い得る。標的ポリヌクレオチドが細孔と接触するとき、標的ポリヌクレオチドの１つ以上の特性を示す１つ以上の測定は、ポリヌクレオチドが細孔に対して移動する際に行われる。
【0269】
方法は、ポリヌクレオチドが修飾されているか否かを判定することを伴い得る。いかなる修飾の有無も測定され得る。方法は、メチル化によって、酸化によって、損傷によって、１つ以上のタンパク質によって、又は１つ以上の標識、タグ、若しくはスペーサによってポリヌクレオチドが修飾されているか否かを判定することを含み得る。
【0270】
本発明はまた、標識ポリヌクレオチドなどの標的分析物を特徴付けるための装置を提供する。装置は、本明細書に開示されているような複数の細孔と、複数の膜と、を備える。複数の細孔は、複数の膜内に存在し得る。細孔及び膜の数は、同等にすることができる。単一の細孔は、各膜に存在することができる。
【0271】
標的分析物を特徴付けるための装置は、複数の膜内に、本明細書に開示されているような又は細孔のアレイを含み得る。
【0272】
装置は、方法を実行するための指示書を更に備えることができる。装置は、分析物分析のための任意の従来の装置、例えば、アレイ又はチップであり得る。方法に関連して上で考察される実施形態のうちのいずれも、本発明の装置に同等に適用可能である。装置は、本明細書に開示されているようなキットに存在する特徴のうちのいずれかを更に備え得る。
【0273】
装置は、本明細書に開示されているような方法を実行するように設定することができる。
【0274】
装置は、複数の細孔及び膜を支持可能であり、細孔及び膜を使用して分析物の特徴付けを実施するように動作可能であるナノ細孔感知デバイス３０と、特徴付けを実施するために材料を送達する少なくとも１つのポートと、を備えることができる。
【0275】
代替的には、装置は、複数の細孔及び膜を支持可能であり、細孔及び膜を使用して分析物の特徴付けを実施するように動作可能であるナノ細孔感知デバイス３０と、特徴付けを実施するために材料を保持する少なくとも１つのリザーバと、を備えることができる。
【0276】
装置は、膜及び複数の細孔及び膜を支持可能であり、細孔及び膜を使用して分析物の特徴付けを実施するように動作可能であるセンサデバイスと、特徴付けを実施するために材料を保持する少なくとも１つのリザーバと、少なくとも１つのリザーバからセンサデバイスへ材料を制御可能に供給するように構成されている流体システムと、それぞれの試料を受容するための１つ以上の容器と、を備えることができ、流体システムは１つ以上の容器からセンサデバイスへ分析物を選択的に供給するように構成されている。
【0277】
装置は、ＷＯ２００９／０７７７３４、ＷＯ２０１０／１２２２９３、ＷＯ２０１１／０６７５５９、又はＷＯ００／２８３１２に記載されているもののうちのいずれかであり得る。
【0278】
例えば、移行の速度、分析物の拒絶などの、ナノ細孔に対する分析物の移動の制御は、参照によりその全体が本明細書に援用される、ＷＯ２０１６／０５９４２７に開示されているシステム及び方法によって管理することができる。ナノ細孔センサによる分析物の拒絶は、ナノ細孔からの分析物の排出を含み得る。
【0279】
上記の説明及び図面における特徴は、本明細書の教示に照らして交換可能であり、互換性がある。本発明は、純粋に例として上で記載されており、本発明の趣旨及び範囲内で修正を行うことができ、これは、記載された特徴の均等物及び本明細書に記載された１つ以上の特徴の組み合わせに及ぶ。本発明はまた、本明細書に記載又は示唆された任意の個々の特徴にある。
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図5d】
【図5e】
【図6a】
【図6b】
【図6c】
【図6d】
【図7a】
【図7b】
【図8a】
【図8b】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図10a】
【図10b】
【図10c】
【図10d】
【図10e】
【図10f】
【図10g】
【図10h】
【図10i】
【図10j】
【図10k】
【図10l】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図14d】
【図14e】
【図14f】
【図15】
【図16】
【図17a】
【図17b】
【図17c】
【図17d】
【図17e】
【図18】
【図19a】
【図19b】
【図20a】
【図20b】
【図20c】
【図20d】
【図20e】
【図20f】
【図20g】
【図21】
【図22a】
【図22b】
【図23a】
【図23b】
【図24】
【図25】
【図26a】
【図26b】
【図26c】
【図26d】
【図27】
【図28】
【図29a】
【図29b】
【図30】
【国際調査報告】