(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料を適用することにより、ナノポアを通るポリマーを制御するための装置を製造する方法であって、
導電性流体で充填されたリザーバを形成することと、
前記リザーバを分離する膜を形成することと、
前記膜を通るナノポアを形成することと、
を含み、
前記膜は、導電層、圧電層、及び電気絶縁層を含み、
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポアのサイズを制御するよう動作する、前記方法。
【請求項２】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記膜の一部の厚さを制御するよう動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポアを通るポリマーを制御するよう動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内のポリマーを固定するよう動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内のポリマーを延伸するよう動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内のポリマーを切断するよう動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、ポリマーを２つの位置において固定し、前記ポリマーを切断するよう動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、厚さが増大し、前記ナノポアを通る、圧電層により固定されたポリマーを移動させるよう動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ポリマーは、荷電又は非荷電である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
圧電材料を用いて、ナノポアを通るポリマーを制御するための装置であって、
導電性流体で充填されたリザーバと、
前記リザーバを分離する膜であって、導電層、圧電層、及び絶縁層を含む、膜と、
前記膜を通るナノポアと、
を含み、
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポアを通るポリマーを制御するよう動作する、前記装置。
【請求項１１】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記膜の一部の厚さを制御するよう動作する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内の前記ポリマーを固定するよう動作する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内の前記ポリマーを延伸するよう動作する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内の前記ポリマーを切断するよう動作する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記ポリマーは、荷電又は非荷電である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
圧電材料を用いて、ナノポアを通るポリマーを制御するためのシステムであって、
導電性流体で充填されたリザーバと、
前記リザーバを分離する膜であって、導電層、圧電層、及び電気絶縁層を含む、膜と、
前記膜を通るナノポアと、
を含む装置と、
電圧バイアスと、
を含み、
前記電圧バイアスが前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポアを通るポリマーを制御するよう動作する、前記システム。
【請求項１７】
前記電圧バイアスが前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記膜の厚さを制御するよう動作する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電圧バイアスが前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内のポリマーを固定するよう動作する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記電圧バイアスが前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内のポリマーを延伸するよう動作する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記電圧バイアスが前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、２つの地点において前記ポリマーを固定することにより、特定の位置において前記ポリマーを切断するよう動作する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
圧電材料を含む、ナノポアを通るポリマーを制御するための装置を動作させる方法であって、
導電性流体で充填されたリザーバを分離する、導電層、圧電層、及び電気絶縁層を含む膜を有し、ナノポアが前記膜を通って形成される装置内に、ポリマーを配置することと、
電圧を前記圧電層に加えることと、
を含み、
前記電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポアのサイズを制御するよう動作する、前記方法。
【請求項２２】
前記電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記膜の一部の厚さを制御するよう動作する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポアを通る、圧電層により固定されたポリマーを制御するよう動作する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内のポリマーを固定するよう動作する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記電圧が前記圧電層に印加されたとき、前記圧電層は、前記ナノポア内のポリマーを延伸するよう動作する、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的な実施形態は、ナノデバイスに関し、より具体的には、圧電ベースのナノポアに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体分子（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等）の迅速な分析のために、ナノポアをセンサとして適用することへの関心が高まっている。この技術は、シーケンシング（sequencing、塩基配列決定法）の費用を１ヒトゲノム当たり＄１０００未満に削減する可能性を秘めているため、ＤＮＡシーケンシングに対するナノポアの適用は、特に重要視されている。これらの適用における問題は、ナノポアを通るＤＮＡの転座の制御である。
【０００３】
ナノポア・シーケンシングは、ＤＮＡ鎖上でヌクレオチドが現れる順序を決定する方法である。ナノポアは、簡単に言うと、内径が１ナノメートルのオーダーの小孔である。ナノポア・シーケンシングの背景にある理論は、ナノポアを導電性流体中に浸漬し、ナノポアの両端に電位（電圧）を印加したときに起きることに関係しており、これらの条件下では、ナノポアを通るイオンの伝導に起因する僅かな電流を観察することができ、この電流の量は、ナノポアのサイズ及び形状に強く影響を受ける。ＤＮＡの単一塩基又は鎖（又は、ＤＮＡ分子の一部）がナノポアを通過した場合、このことが、ナノポアを通る電流の大きさの変化をもたらすことがある。また、他の電気センサ又は光センサをナノポアの周りに置き、ＤＮＡがナノポアを通過する間にＤＮＡ塩基を識別することもできる。
【０００４】
ＤＮＡは、様々な理由でナノポアを通過し得る。例えば、電気泳動が、ＤＮＡをナノポアに向けて引き付け、最終的に、ＤＮＡがナノポアを通過することがある。また、ナノポアに付着している酵素がＤＮＡをナノポアに向けて導くこともある。ナノポアの規模は、ＤＮＡを、針の孔を通る糸のように、一度に一塩基ずつ長いストリング（string）として強制的に孔に通すことができるものを意味する。その際、ＤＮＡ分子上の各ヌクレオチドが、特徴的な様々な程度までナノポアを塞ぐことがある。従って、任意の所与の瞬間においてナノポアを通過できる電流の量は、ナノポアがＡ、Ｃ、Ｇ又はＴのどれによって塞がれるかによって変化する。ＤＮＡ分子がナノポアを通過する際のナノポアを通る電流の変化は、ＤＮＡシークエンスの直読値を表わす。代替的に、他の電気センサ又は光センサをナノポアの周りに置き、ＤＮＡ塩基が正しい順序でナノポアを通過する際に個々のＤＮＡ塩基を同定することができる。このナノポアＤＮＡシーケンシング手法の潜在的可能性は、介在するＰＣＲ増幅ステップ又は化学標識化（chemical labeling）ステップ、又は、化学標識を同定するための光学機器を必要とせずに、ナノポアを用いて、直接、ＤＮＡの単一分子のシーケンスを行なうことができることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電材料を用いて、ナノポアを通るポリマーを制御するための装置、システム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの例示的な実施形態によると、圧電材料を適用することにより、ナノポアを通るポリマーを制御するための装置を製造する方法が提供される。リザーバが、導電性流体で充填された状態で形成される。膜が形成され、該膜はリザーバを分離する。ナノポアが、膜を通って形成される。この膜は、導電層と、圧電層と、絶縁層とを含む。電圧が圧電層に印加されたとき、圧電層は、ナノポアのサイズと、上層と下層との間の相対距離とを制御する。
【０００７】
実施形態に従った他のシステム、方法、装置、設計構造体、及び／又は、コンピュータ・プログラムが、以下の図面及び詳細な説明を吟味することにより当業者にとって明らかであり、又は明らかになるであろう。全てのこうした付加的なシステム、方法、装置、設計構造体、及び／又はコンピュータ・プログラムが本説明に含まれ、例示的な実施形態の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲により保護されることが意図されている。特徴をより良く理解するために、説明及び図面を参照されたい。
【０００８】
本発明とみなされる主題は、本明細書の最後にある特許請求の範囲において具体的に示され、明確に特許請求されている。上記の及び他の特徴は、添付図面と併用される以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による、電気駆動力と組み合わせて、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、圧電材料で作られたナノポアの概略図を示す。
【図２】例示的な実施形態による、電気駆動力と組み合わせて、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、圧電材料で作られたナノポアの概略図を示す。
【図３】例示的な実施形態による、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図４】例示的な実施形態による、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図５】例示的な実施形態による、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図６】例示的な実施形態による、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図７】例示的な実施形態による、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図８】例示的な実施形態による、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図９】例示的な実施形態による、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図１０】例示的な実施形態による、ナノポアを通るポリマーの動きを制御するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図１１】例示的な実施形態による、ポリマーを延伸及び切断するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図１２】例示的な実施形態による、ポリマーを延伸及び切断するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図１３】例示的な実施形態による、ポリマーを延伸及び切断するための、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図１４】例示的な実施形態による、圧電材料で作られたナノポアの概略図を示す。
【図１５】例示的な実施形態による、幾つかの圧電部分で作られたナノポアの概略図を示す。
【図１６】例示的な実施形態による方法を示す。
【図１７】例示的な実施形態による、例えば、半導体ＩＣ論理設計、シミュレーション、試験、レイアウト及び製造に用いられる例示的な設計フローのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ナノポアＤＮＡシーケンシング手法に対する主要な課題の１つは、ナノポアを通るＤＮＡの動きを、正確に、且つ、１つ１つの塩基を検出できるほど十分にゆっくり制御することである。本開示は、圧電材料を用いて、任意の電気的に制御された速度でナノポアを通るＤＮＡ又は任意の他のポリマーを固定（clamp）し、移動させる技術及び機構を提供する。例えば、例示的な実施形態は、ナノポア内及び／又はナノポアが作られ膜内に埋め込まれた圧電層を用いて、ナノポアを通るＤＮＡ又は任意の他のポリマーの動きを制御する問題に対処する方法を提供する。
【００１１】
例示的な実施形態は、圧電材料及び他の材料を通って穿孔されたナノポアに基づいている。例示的な実施形態は、ナノポアを通る、ＤＮＡ、ＲＮＡ等のポリマーの動きを制御するように設計されたマイクロ電気機械装置を提供する。
【００１２】
本開示において、例示的な実施形態は、圧電材料を、ナノポアを囲む壁の一部として及び／又はナノポアが作られる膜の一部として利用して、ナノポアのサイズを電気的に調整し、ナノポアを通るＤＮＡ分子等のポリマーを固定及び解放できるようにする。
【００１３】
ＤＮＡにかかる電気駆動力及び／又は圧電材料で作られた別の組の部分と組み合わせることにより、例示的な実施形態は、ナノメートル（ｎｍ）の解像度でＤＮＡの動きを制御することができる。圧電材料で作られた部分を用いることにより、ポリマーとナノポアの壁との間の静止摩擦力のみに依存して、ポリマーの固定、解放及び駆動の全てを行なうことができ、このプロセスは、通常、いずれのポリマー（荷電又は非荷電の）にも適用することができる。
【００１４】
ここで図１及び図２を参照すると、図１及び図２は、例示的な実施形態による、ナノポアを通るＤＮＡ等のポリマーの動きを促すように、電気駆動力と組み合わされた、圧電材料で作られたナノポアの断面概略図を示す。
【００１５】
フィルム１０１、１０２及び１０３を含む膜１５０が、リザーバ１０４を２つの部分に分割する。ナノポアと呼ばれるナノメートル・サイズの孔１０５が、膜１５０を通って形成される。次に、リザーバ１０４及び孔１０５が、イオン緩衝液（流体）１０６で充填される。膜１５０のフィルム１０２は、導電性である必要があり、フィルム１０１及び１０３は、フィルム１０２を導電性イオン緩衝液１０６から隔離するように、電気絶縁性である必要がある。リザーバ１０４は、導電性イオン緩衝液１０６の溶液を保持するように構成された絶縁容器である。
【００１６】
円形状の圧電材料１０７は、孔１０５の内面内にあり、導電性フィルム１０２とイオン緩衝液１０６との間に挟まれている。荷電ポリマー１０８（電荷は、１０９として示される）が、リザーバ１０４の２つの部分のイオン緩衝液１０６中に浸漬された２つの電気化学電極１１１及び１１２を介して、孔１０５の両端に印加された電圧バイアス１１０により孔１０５内に装填される。
【００１７】
ここで図２を参照すると、図２は、導電性フィルム１０２とイオン緩衝液１０６との間に印加された別の電圧バイアス１１３を示す。電圧バイアス１１３は、圧電材料１０７における孔１０５のサイズを調整して、荷電ポリマー１０８の固定及び／又は解放を制御することができる。図２に見られるように、ポリマー１０８を保持するために、円形状の圧電材料１０７が固定される。電圧バイアス１１０及び／又は１１３のいずれかがパルス化された場合、次に、孔１０５を通して荷電ポリマー１０８を制御された方法で駆動することができる。
【００１８】
図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、及び図１０を参照すると、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、及び図１０は、例示的な実施形態による、ナノポアを通るＤＮＡ（又はいずれかのポリマー）の動きを制御するための、幾つかの圧電部分（フィルム）で作られたナノポアの概略図を示す。図３−図１０に示されるナノデバイスは、ポリマー（図１及び図２におけるように）を駆動するために、ポリマー２１１にかかる電気力に依存しないので、このナノデバイスは、非荷電ポリマー２１１（又は荷電ポリマー）を含むいずれのポリマーにも適用することができる。
【００１９】
ここで図３を参照すると、フィルム２０１、２０２、２０３、２０４及び２０５を含む膜２５０が、リザーバ２０６を２つの部分に分割する。ナノメートル・サイズの孔２０７が、膜２５０を通って作られる。次に、リザーバ２０６及び孔２０７が、イオン緩衝液（流体）２０８で充填される。膜のフィルム２０２及び２０４は、導電性であり、膜のフィルム２０１及び２０５は、フィルム２０２及び２０４を導電性イオン緩衝液２０８から隔離するように電気絶縁性である。膜のフィルム２０３は圧電材料で作られる。円形状の圧電材料２０９及び２１０が、孔２０７の内面内にある。円形状の圧電材料２０９が、導電性フィルム２０２とイオン緩衝液２０８との間に挟まれている。円形状の圧電材料２１０が、導電性フィルム２０４とイオン緩衝液２０８との間に挟まれている。
【００２０】
ポリマー２１１は、リザーバ２０６の２つの部分のイオン緩衝液２０８中に浸漬された２つの電気化学電極２１３及び２１４を介して、孔２０７の両端に印加される電圧バイアス２１２により、孔２０７内に装填することができる（ポリマー２１１が荷電の場合）。ポリマー２１１が非荷電の場合、図１０に示すように、ポリマー２１１は、リザーバの２つの部分間の圧力バイアスにより、孔２０７内に装填することができる。図１０において、１つの入口がリザーバ２０６の上部に形成され、１つの出口がリザーバ２０６の下部に作られる。２つのプランジャ２１９及び２２０を用いて、それぞれ入口と出口を密封する。プランジャ２１９及び２２０に加えられた力は、緩衝液２０８中にあるポリマー２１１と協働して、緩衝液２０８を、ナノポア２０７を通ってリザーバ２０６の上部からリザーバ２０６の下部に強制的に流す。電極２１３と電極２１４の間のイオン電流の変化から、ナノポア２０７内のポリマー２１１の存在を検出できるので、ポリマー２１１がナノポア２０７に入るとすぐに、プランジャ２１９及び２２０に加えられる力を停止することができる。これで、非荷電ポリマー２１１をナノポア２０７内に装填するプロセスが完了する。
【００２１】
図３に戻ると、電圧バイアス２１５が、導電性フィルム２０２とイオン緩衝液２０８との間に印加され、これにより圧電材料２０９間の孔２０７のサイズが調整され、よってフィルム２０２のその位置における荷電（又は非荷電）ポリマー２１１の固定及び解放を制御することができる。電圧バイアス２１６が、導電性フィルム２０４とイオン緩衝液２０８との間に印加され、これにより圧電材料２１０における孔２０７のサイズが調整され、よってフィルム２０４のその位置における荷電（又は非荷電）ポリマー２１１の固定及び解放を制御することができる。
【００２２】
電圧バイアス２１７が、２つの導電性フィルム２０２及び２０４の間に印加され、これによりフィルム２０３の厚さを調整することができる。図４に示されるように、電圧２１６を変化させることにより、フィルム２０４の位置において、圧電固定部（piezoelectric clamp）２１０がポリマー２１１を固定することができる。矢印２１８は、フィルム２０２に対するポリマー２１１の相対位置を示す。
【００２３】
図５に示されるように、次に、電圧２１７を調整して、フィルム２０３の厚さを増大させ（又は減少させ）、固定されたポリマー２１１に対するフィルム２０２の相対位置（矢印２１８で示される）を変えることができる。従って、圧電フィルム２０３の厚さの増大（又は減少）のために、フィルム２０２が、矢印２１８に対して上方に（又は下方に）シフトされる。図６に示されるように、電圧２１５を変化させることにより、フィルム２０２の位置において、ポリマー２１１が、圧電固定部２０９により固定される。図７に示されるように、電圧２１６を変化させることにより、フィルム２０４の位置における圧電固定部２１０が解放される。図８に示されるように、電圧２１７を変化させることにより、フィルム２０３は、図４に示される元の厚さに戻る。図９に示されるように、電圧２１６を変化させることにより、フィルム２０４の位置における圧電固定部２１０を用いて、ポリマー２１１を固定することができる。次に、電圧２１５を変化させることにより、フィルム２０２の位置における圧電固定部２０９が解放され、デバイスは、図４に示される元の状態に戻り、ポリマー２１１は下方に（又は上方に）移動される。
【００２４】
図４−図９は、ポリマー２１１を下方に移動させるための１サイクルを示す。次に、他のサイクルを開始して、ポリマー２１１を１サイクルごとに僅かなステップだけ移動させることができる。つまり、圧電材料２０３の伸縮と併せて、圧電固定部２０９及び２１０を固定及び解放し、孔２０７を通ってポリマー２１１を駆動させることができる。さらに、例示的な実施形態においては、図１１、図１２及び図１３に下述されるように、２つの固定点（圧電固定部２０９及び圧電固定部２１０における）を用いて、特定の位置（ユーザが選択する任意の特定の位置）においてポリマー２１１を延伸し、これを切断することができる。
【００２５】
図１１、図１２及び図１３は、例示的な実施形態による、特定の位置においてナノポア内のポリマーを延伸及び切断するための、幾つかの圧電部分（フィルム）で作られたナノポアの断面概略図を示す。図１１、図１２及び図１３に示すように、部分３０１−３１７は、それぞれ図３−図９の部分２０１−２１７に対応する。
【００２６】
電圧３１６及び３１７を変化させることによって、圧電固定部３０９及び３１０により、フィルム３０２及び３０４の位置でポリマー３１１を固定することができる。図１２に示されるように、電圧３１７を調整してフィルム３０３の厚さを増大させることにより、固定されたポリマー３１１を延伸し、これを切断することができる。図１３は、切断されたポリマー３１１を示す。必要に応じて、ユーザは、ポリマー３１１を切断せず、単に所望の長さまで延伸させてもよい。
【００２７】
孔を穿孔した後にナノポア内に円形状１０７、２０９及び２１０を製造するので、図１の円形状の圧電材料１０７、並びに図３−図１０の円形状の圧電材料２０９及び２１０は、製造するのが困難である場合がある。代替案は、孔を穿孔した後、円形状の圧電材料１０７、２０９及び２１０を堆積させる必要がない。
【００２８】
図１４は、例示的な実施形態による、ナノポアを通るＤＮＡ（又は任意のポリマー）の動きを制御するための、幾つかの圧電部分（フィルム）で作られたナノポアの断面概略図を示す。図１４に示されるように、部分４０１−４１３は、図１及び図２の部分１０１−１１３に対応し、かつ、図１及び図２に上述されたように働くように構成される。図１４の円形状の圧電材料４０７は、図１４の孔４０５が穿孔される前に堆積され、パターン形成される。圧電材料４０７は、図１及び図２に説明されるように、荷電ポリマー４０８を固定するように構成される。図１４において、圧電固定部４０７は、圧電固定部１０７と同じように、ポリマー４０８を固定し、これを制御するよう動作する。
【００２９】
図１５は、例示的な実施形態による、ナノポアを通るＤＮＡ（又は任意のポリマー）の動きを制御するための、幾つかの圧電部分（フィルム）で作られたナノポアの断面概略図を示す。図１５に示されるように、部分５０１−５１７は、図３−図９の部分２０１−２１７に対応し、かつ、例示的な実施形態によるナノポアを通るＤＮＡ（又は任意のポリマー）の動きを制御するために、図３−図９に上述されたように働くよう構成されている。図１５の円形状の圧電材料５０９及び５１０は、図１５の孔５０７が穿孔される前に堆積され、パターン形成される。また、図１１−図１３に示されるように、図１５のナノデバイスは、図１１−図１３に上述されたように、ポリマー５１１を延伸し、これを切断するように構成される。図１５において、圧電固定部５０９及び５１０は、図１１−図１３の圧電固定部３０９及び３１０、並びに圧電材料３０３と同じように、２つの位置においてポリマー５１１を固定し、圧電材料５０３を伸ばすことにより、圧電材料５０３を延伸し、これを切断するよう動作する。
【００３０】
図１６は、例えば、図１、図２、図３−図９、図１１−図１５におけるように、例示的な実施形態による、圧電材料を適用することによって、ナノポアを通るポリマーを制御するための装置を製造する方法を示す。６０５において、リザーバが、導電性流体で充填される。
【００３１】
６１０において、膜を形成し、この膜はリザーバを分離する。
【００３２】
６１５において、膜を通ってナノポアを形成する。
【００３３】
６２０において、導電層と、圧電層と、絶縁層とを含むように、膜を形成する。
【００３４】
６２５において、電圧が圧電層に印加されたとき、圧電層は、ナノポアのサイズを制御するよう動作するように形成される。
【００３５】
さらに、電圧が圧電層に印加されたとき、圧電層は、膜の一部の厚さを制御するよう動作するように形成される。電圧が圧電層に印加されたとき、圧電層は、ナノポアを通る、圧電層により固定されたポリマーを駆動するよう動作するように形成される。
【００３６】
また、電圧が圧電層に印加されたときに、圧電層は、ナノポア内のポリマーを固定するよう動作するように形成される。電圧が圧電層に印加されたとき、圧電層は、ナノポア内のポリマーを延伸するよう動作するように形成される。
【００３７】
さらに、電圧が圧電層に印加されたときに、圧電層は、ナノポア内のポリマーを切断するよう動作するように形成される。電圧が圧電層に印加されたとき、圧電層は、２つの位置においてポリマーを固定し、ポリマーを切断するよう動作するように形成される。電圧が圧電層に印加されたとき、圧電層は、厚さが増大し（又は減少し）、ナノポアを通る、圧電層により固定されたポリマーを移動させるよう動作するように形成される。
【００３８】
図１７は、例えば、半導体ＩＣ論理設計、シミュレーション、試験、レイアウト及び製造で用いられる例示的な設計フロー７００のブロック図を示す。設計フロー７００は、上で説明され、かつ、図１−図１５に示された設計構造体及び／又はデバイスの論理的又は機能的に等価な表現を作成するために、設計構造体又はデバイスを処理するためのプロセス、機械及び／又は機構を含む。設計フロー７００によって処理及び／又は作成される設計構造体を機械可読伝送又はストレージ媒体上でコード化して、データ処理システム上で実行又は処理されたときにハードウェア・コンポーネント、回路、デバイス又はシステムの論理的、構造的、機械的、又はその他、機能的に等価な表現を作成するデータ及び／又は命令を含むようにすることができる。機械は、これらに限られるものではないが、回路、コンポーネント、デバイス又はシステムの設計、製造、又はシミュレーションなどのＩＣ設計プロセスに用いられるあらゆる機械を含む。例えば、機械は、リソグラフィ機械、マスクを生成するための機械及び／又は機器（例えば、Ｅビームライター）、設計構造体をシミュレートするためのコンピュータ又は機器、製造又は試験プロセスに用いられるあらゆる装置、或いは設計構造体の機能的に等価な表現を任意の媒体にプログラムするための任意の機械（例えば、プログラマブル・ゲートアレイをプログラムするための機械）を含むことができる。
【００３９】
設計フロー７００は、設計される表現のタイプによって変えることができる。例えば、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）を構築するための設計フロー７００は、標準的なコンポーネントを設計するための設計フロー７００、又はプログラマブル・アレイ、例えば、Ａｌｔｅｒａ（登録商標）Ｉｎｃ．又はＸｉｌｉｎｘ（登録商標）Ｉｎｃ．から提供されているプログラマブル・ゲートアレイ（ＰＧＡ）又はフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）に設計をインスタンス化するための設計フローとは異なり得る。
【００４０】
図１７は、好ましくは設計プロセス７１０によって処理される入力設計構造体７２０を含む、複数のこうした設計構造体を示す。設計構造体７２０は、設計プロセス７１０によって生成及び処理され、ハードウェア・デバイスの論理的に等価な機能的表現を生じる、論理シミュレーション設計構造体とすることができる。設計構造体７２０はさらに、或いは代替的に、設計プロセス７１０によって処理されたときにハードウェア・デバイスの物理的構造の機能的表現を生成するデータ及び／又はプログラム命令を含むことができる。機能的及び／又は構造的設計特徴のどちらを表現するのであれ、設計構造体７２０は、コア開発者／設計者によって実装されるような電子的コンピュータ支援設計（ＥＣＡＤ）を使用して生成することができる。機械可読データ伝送、ゲートアレイ、又はストレージ媒体上でコード化された場合、設計構造体７２０を設計プロセス７１０内の１つ又は複数のハードウェア及び／又はソフトウェア・モジュールによってアクセス及び処理して、図１−図１５に示されるもののような電子コンポーネント、回路、電子若しくは論理モジュール、装置、デバイス、又はシステムをシミュレーションするか、又は他の方法で機能的に表現することができる。そのため、設計構造体７２０は、設計又はシミュレーション・データ処理システムによって処理されたときに回路又は他のレベルのハードウェア論理設計を機能的にシミュレーションするか、又は他の方法で表現する、人間及び／又は機械可読のソースコード、コンパイルされた構造体、及びコンピュータ実行可能コード構造体を含む、ファイル又は他のデータ構造体を含むことができる。このようなデータ構造体は、ハードウェア記述言語（ＨＤＬ）設計エンティティ、又は、Ｖｅｒｉｌｏｇ及びＶＨＤＬのような低レベルＨＤＬ設計言語、及び／又はＣ若しくはＣ＋＋のような高レベル設計言語に適合する及び／又は互換性のある他のデータ構造体を含むことができる。
【００４１】
設計プロセス７１０は、設計構造体７２０のような設計構造体を含むことができるネットリスト７８０を生成するために、好ましくは、図１−図１５に示されるコンポーネント、回路、デバイス又は論理構造体の設計／シミュレーションの機能的等価物を合成、翻訳又はその他の方法で処理するためのハードウェア及び／又はソフトウェア・モジュールを使用し、組み込むことが好ましい。ネットリスト７８０は、例えば、集積回路設計内の他の素子及び回路への接続を記述する配線、個別のコンポーネント、論理ゲート、制御回路、Ｉ／Ｏデバイス、モデル等のリストを表わす、コンパイル又はその他の方法で処理されたデータ構造体を含むことができる。ネットリスト７８０は、繰り返しプロセスを用いて合成することができ、このプロセスにおいて、ネットリスト７８０は、デバイスの設計仕様及びパラメータに応じて１回又は複数回再合成される。ここで説明された他の設計構造体のタイプと同様に、ネットリスト７８０を機械可読データ・ストレージ媒体上に記録し、又はプログラマブル・ゲートアレイにプログラムすることができる。媒体は、磁気又は光ディスク・ドライブのような不揮発性ストレージ媒体、プログラマブル・ゲートアレイ、コンパクトフラッシュ、又は他のフラッシュメモリとすることができる。それに加えて又は代替的に、媒体は、インターネット又は他のネットワーキングに適した手段を介してデータパケットを伝送し、中間的に格納することができる、システム又はキャッシュメモリ、バッファ領域、又は電気的若しくは光学的に伝導性のデバイス及び材料とすることができる。
【００４２】
設計プロセス７１０は、ネットリスト７８０を含む様々な入力データ構造のタイプを処理するためのハードウェア及びソフトウェア・モジュールを含むことができる。このようなデータ構造タイプは、例えば、ライブラリ要素７３０内に存在することができ、これは、所与の製造技術（例えば、異なる技術ノード、３２ｎｍ、４５ｎｍ、９０ｎｍ等）について共通して用いられるモデル、レイアウト、及び記号表現を含めた素子、回路及びデバイスのセットを含むことができる。データ構造タイプは、設計仕様７４０、特徴データ７５０、検証データ７６０、設計規則７７０、並びに入力試験パターン、出力試験結果及び他の試験情報を含むことができる試験データ・ファイル７８５をさらに含むことができる。設計プロセス７１０は、例えば、応力分析、熱分析、機械事象シミュレーション、並びにキャスティング、モールディング、及びダイプレス成形のような操作についてのプロセス・シミュレーション等のような標準的な機械設計プロセスをさらに含むことができる。機械設計の当業者でれば、本発明の範囲及び思想から逸脱することなく、設計プロセス７１０において用いられる、可能な機械設計ツール及び用途の範囲を認識することができるであろう。設計プロセス７１０はまた、タイミング分析、検証、設計規則確認、位置及び経路の操作等のような標準的な回路設計プロセスを実行するモジュールを含むことができる。設計プロセス７１０は、第２の設計構造体７９０を作成するために、ＨＤＬコンパイラ及びシミュレーション・モデル構築ツールのような論理的及び物理的設計ツールを使用し、組み込んで、設計構造体７２０を、図示された支持データ構造体のうちの幾つか又は全てと共に、いずれかの付加的な機械設計又はデータ（適用可能な場合）と併せて処理する。設計構造体７９０は、機械的なデバイス及び構造体のデータの交換に用いられるデータ形式（例えば、ＩＧＥＳ、ＤＸＦ、Ｐａｒａｓｏｌｉｄ  ＸＴ、ＪＴ、ＤＲＧ又はこのような機械的設計構造体を格納又はレンダリングするのに適したその他の形式で格納される情報）でストレージ媒体又はプログラマブル・ゲートアレイ上に存在する。設計構造体７２０と同様に、設計構造体７９０は、好ましくは、１つ又は複数のファイル、データ構造体、又は他のコンピュータ・コード化データ又は命令を含み、これは、伝送又はデータ・ストレージ媒体上に存在し、ＥＣＡＤシステムによって処理されると図１−図１５に示される１つ又は複数の本発明の実施形態の、論理的又はその他の方式で機能的に等価な形態を生成する。１つの実施形態において、設計構造体７９０は、図１−図１５に示されるデバイスを機能的にシミュレーションする、コンパイルされた実行可能なＨＤＬシミュレーション・モデルを含むことができる。
【００４３】
また、設計構造体７９０は、集積回路のレイアウト・データの交換に用いられるデータ形式及び／又は記号データ形式（例えば、ＧＤＳＩＩ（ＧＤＳ２）、ＧＬ１、ＯＡＳＩＳ、マップファイル、又はこのような設計データ構造体を格納するためのその他のいずれかの適切な形式で格納される情報）も使用することができる。設計構造体７９０は、例えば、記号データ、マップファイル、試験データ・ファイル、設計コンテンツ・ファイル、製造データ、レイアウト・パラメータ、配線、金属のレベル、ビア、形状、製造ラインを通じた経路選択のデータ、並びに、上で説明し、図１−図１５に示されるようなデバイス又は構造体を製造するために製造者又は他の設計者／開発者によって要求されるその他のいずれかのデータといった情報を含むことができる。次に、設計構造体７９０は、ステージ７９５に進み、ここで、例えば、設計構造体７９０は、テープアウトされたり、製造に引き渡されたり、マスク会社に引き渡されたり、別の設計会社に送られたり、顧客に送り返されたりされる。
【００４４】
本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのものにすぎず、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書において用いられる場合、文脈から明らかにそうでないことが示されていない限り、単数で示されたものは、複数でも良いことが意図されている。「含む」及び／又は「含んでいる」という用語は、本発明において用いられる場合、言明された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものではあるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないこともさらに理解されるであろう。
【００４５】
以下の特許請求の範囲における全ての「手段又はステップと機能との組合せ」要素の対応する構造、材料、行為及び均等物は、その機能を、明確に特許請求されているように他の特許請求された要素と組み合わせて実行するための、いかなる構造、材料又は行為をも含むことが意図される。本発明の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものであるが、網羅的であることを意図するものではなく、本発明を開示された形態に限定することを意図するものでもない。本発明の範囲及び思想から逸脱することのない多くの変更及び変形が、当業者には明らかである。実施形態は、本発明の原理及び実際の用途を最も良く説明するため、及び、当業者が本発明を種々の変更を有する種々の実施形態について企図される特定の使用に好適なものとして理解することを可能にするために、選択及び記載された。
【００４６】
ここに示されるフロー図は、単なる例にすぎない。本発明の思想から逸脱することなく、ここに説明されるこれらの図又はステップ（或いは、動作）に対する多くの変形があり得る。例えば、ステップを異なる順序で実行することができ、或いはステップを付加し、削除し、又は変更することができる。これら変形の全てが、本発明の特許請求の範囲の一部と考えられる。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、当業者であれば、現在においても将来においても、上記の特許請求の範囲内に含まれる種々の改良及び向上を行ない得ることが理解されるであろう。これらの特許請求の範囲は、最初に説明された本発明に関する適切な保護を維持するように解釈すべきである。
【符号の説明】
【００４８】
１０１−１０３、２０１−２０５、３０２−３０４、４０１−４０３、５０１−５０５：フィルム
１０４、２０６、３０６、４０４、５０６：リザーバ
１０５、２０７、３０７、４０５、５０７：孔（ナノポア）
１０６、２０８、３０８、４０６、５０８：イオン緩衝液
１０７、２０９、２１０、３０３、３０９、３１０、４０７、５０３、５０９、５１０：圧電材料
１０８、２１１、３１１、４０８、５１１：ポリマー
１１０、１１３、２１２、２１５、２１６、２１７、３１２、３１５、３１６、３１７、４１０、４１３、５１２、５１５、５１６、５１７：電圧バイアス
１１１、１１２、２１３、２１４、４１１、４１２、５１３、５１４：電気化学電極
１５０、２５０、３５０、４５０、５５０：膜
２１８：矢印
２１９、２２０：プランジャ
７００：設計フロー
７１０：設計プロセス
７２０、７９０：設計構造体
７３０：ライブラリ要素
７４０：設計仕様
７５０：特徴データ
７６０：検証データ
７７０：設計規則
７８０：ネットリスト
７８５：試験データ・ファイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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