(57)【要約】本発明は、広くナノテクノロジーおよびサブミクロン電子回路に関し、並びに、関連する方法およびデバイス、例えば、試料中に存在すると思われる核酸または他の検体（例えば、その存在および／または動的情報）を例えば単一分子レベルで測定するために使われるナノスケールワイヤデバイスおよび方法、に関する。例えば、ナノスケールワイヤデバイスは、ある場合には、核酸中の一塩基ミスマッチを（例えば、会合および／または解離速度を測定することにより）検出するのに用いることができる。一様態では、結合定数、会合速度、および／または解離速度のような動的情報を、核酸または他の検体とナノスケールワイヤに対して固定化されている結合パートナーとの間で測定することができる。ある場合には、ナノスケールワイヤは、金属‐半導体化合物を含む第１部分および金属‐半導体化合物を含まない第２部分を含む。
2009540333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸と、該核酸の結合パートナーが固定化されているナノスケールワイヤとの間の結合定数および／または解離速度定数を測定する動作を含む、方法。
【請求項２】
前記核酸と前記結合パートナーとの間のミスマッチを測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記核酸と前記結合パートナーとの間の５塩基またはそれより少ないミスマッチを測定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記核酸と前記結合パートナーとの間の３塩基またはそれより少ないミスマッチを測定することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記核酸と前記結合パートナーとの間の２塩基またはそれより少ないミスマッチを測定することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記核酸が単一の核酸分子である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記結合パートナーが核酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記結合パートナーが少なくとも約１０塩基の長さを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記結合パートナーがＤＮＡである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記結合パートナーがＰＮＡである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノスケールワイヤが、約１００ｎｍ以下の最大寸法をもつ該ナノスケールワイヤの領域において、該ナノスケールワイヤに対して各々が固定化されている複数の結合パートナーを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記核酸がＤＮＡである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノスケールワイヤがナノワイヤである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノスケールワイヤがシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノスケールワイヤの少なくとも一部が金属ケイ化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナノスケールワイヤがドープされている、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノスケールワイヤがコアおよび該コアの少なくとも一部を囲む殻を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノスケールワイヤがＦＥＴの一部である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記核酸が前記結合パートナーに特異的に結合する、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
複数の核酸分子を提供する動作であって、各々がナノスケールワイヤに対して固定化されているそれぞれの結合パートナーと会合する、動作と、
該複数の核酸分子の少なくとも一部を該それぞれの結合パートナーから解離させる動作と、
該複数の核酸分子の少なくとも一部が該それぞれの結合パートナーから解離する速度を測定する動作と
を含む、方法。
【請求項２１】
前記各々がそれぞれの結合パートナーと会合する複数の核酸分子を提供する動作が、
複数の結合パートナーが固定化されているナノスケールワイヤを提供することと、
該結合パートナーを、該結合パートナーの少なくとも一部に特異的に結合できる複数の核酸分子に曝露することと
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記核酸分子が実質的に同一である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記核酸分子と前記結合パートナーとの間のミスマッチを、前記解離速度に基づいて測定することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記核酸と前記結合パートナーとの間の５塩基またはそれより少ないミスマッチを測定することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記それぞれの結合パートナーの少なくとも一部が核酸である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記それぞれの結合パートナーの少なくとも一部がＤＮＡである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記結合パートナーが、約１００ｎｍ以下の最大寸法を有する前記ナノスケールワイヤの領域において該ナノスケールワイヤに対して各々固定化されている、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
検体と、該検体の結合パートナーが固定化されているナノスケールワイヤとの間の結合定数および／または解離速度定数を測定する動作
を含む、方法。
【請求項２９】
前記検体が単一の検体分子である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
金属の少なくとも一部を、ナノスケールワイヤの第２部分ではなく、該ナノスケールワイヤの第１部分に拡散させる動作と、
反応体を該ナノスケールワイヤの第２部分に固定化する動作と
を含む方法。
【請求項３１】
前記金属が遷移金属を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記金属がニッケルを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記ナノスケールワイヤが元素半導体を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記元素半導体がＳｉを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記反応体が核酸である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記反応体がＤＮＡである、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１部分が前記金属の前記ナノスケールワイヤへの前記拡散により規定される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記ナノスケールワイヤの前記第２部分が約１００ｎｍ以下の最大寸法を有する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記ナノスケールワイヤの温度を制御することによって、該ナノスケールワイヤの前記第２部分のサイズを制御することを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
前記金属を前記ナノスケールワイヤ中に拡散させるために該ナノスケールワイヤを加熱することと、前記第２部分が所定のサイズより小さくなったときに該ナノスケールワイヤを冷却することとを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記反応体を前記ナノスケールワイヤの前記第２部分に固定化する前記動作が、該ナノスケールワイヤにアルデヒド部分を含むシランを付着させることと、反応体を該シランに付着させることとを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
金属ケイ化物を含む第１部分を含むナノスケールワイヤ、および
該第１部分と異なる組成を有する該ナノスケールワイヤの第２部分に対して固定化されている反応体
を含む物品。
【請求項４３】
前記金属がニッケルを含む、請求項４２に記載の物品。
【請求項４４】
前記反応体が核酸である、請求項４２に記載の物品。
【請求項４５】
前記反応体がＤＮＡである、請求項４２に記載の物品。
【請求項４６】
前記ナノスケールワイヤの前記第２部分が約１００ｎｍ以下の最大寸法を有する、請求項４２に記載の物品。
【請求項４７】
前記ナノスケールワイヤの前記第２部分が約５０ｎｍ以下の最大寸法を有する、請求項４６に記載の物品。
【請求項４８】
前記ナノスケールワイヤの前記第２部分が約３０ｎｍ以下の最大寸法を有する、請求項４７に記載の物品。
【請求項４９】
前記ナノスケールワイヤが単結晶である、請求項４２に記載の物品。
【請求項５０】
前記ナノスケールワイヤが少なくとも４：１のアスペクト比を有する、請求項４２に記載の物品。
【請求項５１】
前記ナノスケールワイヤがＦＥＴの一部である、請求項４２に記載の物品。
【請求項５２】
前記金属ケイ化物が化学量論比のシリコンおよび少なくとも一種の金属を含む、請求項４２に記載の物品。
【請求項５３】
前記ナノスケールワイヤが約５００ｎｍより小さい最小寸法を有する少なくとも一つの部分を含む、請求項４２に記載の物品。
【請求項５４】
バルク金属を半導体ワイヤに隣接して提供する動作、および
該バルク金属の少なくとも一部を該半導体ワイヤの少なくとも一部中に、該半導体ワイヤに沿う長手方向で少なくとも約１０ｎｍの距離にわたって拡散させる動作
を含む、方法。
【請求項５５】
前記金属を前記半導体ワイヤに沿う長手方向で少なくとも約１００ｎｍの距離にわたって拡散させることを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記金属を前記半導体ワイヤに沿う長手方向で少なくとも約３００ｎｍの距離にわたって拡散させることを含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記金属を前記半導体ワイヤに沿う長手方向で少なくとも約５００ｎｍの距離にわたって拡散させることを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記金属を前記半導体ワイヤに沿う長手方向で少なくとも約７５０ｎｍの距離にわたって拡散させることを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記バルク金属が遷移金属を含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項６０】
前記バルク金属がニッケルを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項６１】
前記半導体が元素半導体を含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項６２】
前記元素半導体がシリコン、ガリウム、ゲルマニウム、炭素、スズ、セレン、テルル、ホウ素、またはリンのうちの少なくとも一つを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記元素半導体がＳｉを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
金属ケイ化物を含む第１部分と、該第１部分と異なる組成を有する第２部分とを含むナノスケールワイヤを含む物品であって、該第２部分は、約１００ｎｍ以下の最大寸法を有する、物品。
【請求項６５】
前記ナノスケールワイヤの第２部分に対して固定化されている反応体をさらに含む、請求項６４に記載の物品。
【請求項６６】
前記反応体が核酸である、請求項６４に記載の物品。
【請求項６７】
前記反応体がＤＮＡである、請求項６４に記載の物品。
【請求項６８】
前記ナノスケールワイヤの前記第２部分が約５０ｎｍ以下の最大寸法を有する、請求項６４に記載の物品。
【請求項６９】
前記ナノスケールワイヤの前記第２部分が約３０ｎｍ以下の最大寸法を有する、請求項６８に記載の物品。
【請求項７０】
前記ナノスケールワイヤがＦＥＴの一部である、請求項６４に記載の物品。
【請求項７１】
前記金属ケイ化物が化学量論比のシリコンおよび少なくとも一種の金属を含む、請求項６４に記載の物品。
【請求項７２】
前記ナノスケールワイヤが約５００ｎｍより小さい最小寸法を有する少なくとも一つの部分を含む、請求項６４に記載の物品。
【請求項７３】
第１部分および第２部分を含むナノスケールワイヤを含む物品であって、該第１部分は、該第１部分に固定化された結合パートナーを有し、該第２部分は該結合パートナーを含まない、物品。
【請求項７４】
前記第２部分が前記第１部分と異なる組成を有する、請求項７３に記載の物品。
【請求項７５】
前記第２部分が約１００ｎｍ以下の最大寸法を有する、請求項７３に記載の物品。
【請求項７６】
前記第１部分が金属ケイ化物を含む、請求項７３に記載の物品。
【請求項７７】
前記結合パートナーが核酸を含む、請求項７３に記載の物品。
【請求項７８】
検体と、
第１部分および第２部分を含むナノスケールワイヤであって、該第２部分は、該第２部分に固定化されている該検体に対する結合パートナーを有し、第１部分は該結合パートナーを含まない、ナノスケールワイヤと
を含む溶液であって、
該検体は該ナノスケールワイヤの該第２部分の最大寸法より大きいデバイの遮蔽長を有する、溶液。
【請求項７９】
前記検体が核酸を含む、請求項７８に記載の溶液。
【請求項８０】
前記検体が荷電されている、請求項７８に記載の溶液。
【請求項８１】
検体の核酸と、該核酸の結合パートナーに固定化されている結合パートナー核酸との間のミスマッチの数を測定する動作、
を含む、方法。
【請求項８２】
前記核酸と前記結合パートナーとの間の５塩基またはそれより少ないミスマッチを測定することを含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記核酸と前記結合パートナーとの間の３塩基またはそれより少ないミスマッチを測定することを含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記核酸と前記結合パートナーとの間の２塩基またはそれより少ないミスマッチを測定することを含む、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記結合パートナー核酸がＰＮＡである、請求項８１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、２００６年６月１２日に出願されたＬｉｅｂｅｒらによる表題「Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ」の米国仮特許出願第６０／８１２，８８４号（これは、参考として本明細書に援用される）の利益を主張する。
【０００２】
政府の基金提供
本発明の様々な様態に導いた研究は、少なくとも一部、ＤＡＲＰＡの許可番号第ＦＡ８６５０‐０６‐Ｃ‐７６２２号および第ＦＡ９５５０‐０５‐１‐０２７９号、並びに第Ｎ６６００１‐０４‐１‐８９０３号による資金援助を受けたものである。米国政府は本発明に関する一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、広くナノテクノロジーおよびサブミクロン電子回路に関し、さらに関連する
方法およびデバイス、例えば、試料中に存在すると思われる核酸または他の検体（例えば、その存在および／または動的情報）を、例えば単一分子レベルで、測定するために使用されるナノスケールワイヤのデバイスおよび方法に関する。例えば、ナノスケールワイヤデバイスは、核酸中の一塩基ミスマッチを（例えば、会合および／または解離速度を測定することにより）検出するために使用することができる。ある場合には、該デバイスは、金属ケイ化物のような金属‐半導体化合物を含むことができる。
【背景技術】
【０００４】
ナノテクノロジー、特に半導体量子ドットおよびナノワイヤなどのサブミクロン電子技術、への関心は、ナノスケールにおける化学と物理の挑戦により、さらにこれらの構造のエレクトロニクスおよび関連デバイスにおける活用への見通しにより動機付けられてきた。ナノスコピックな物品は、電荷キャリアおよび励起子（例えば、電子、電子対など）を輸送するのに好適と考えられ、それ故にナノスケールの電子応用における構成単位として有用な可能性がある。ナノワイヤは、電荷キャリアおよび励起子を効率よく輸送するのによく適しており、従ってナノスケールのエレクトロニクスおよび光エレクトロニクスのための重要な構成単位として期待される。
【０００５】
選択的に官能化された表面をもつナノスケールワイヤは、２００２年８月２９日に特許文献１として公開された“ナノセンサー（Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００１年１２月１１日出願の米国特許出願第１０／０２０００４号、およびこれに対応する２００２年６月２０日に国際特許出願公開ＷＯ０２／４８７０１号として公開された２００１年１２月１１日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／４８２３０号に記載されている（各々が参照によりここに組み込まれる）。その記載にあるように、ナノスケールワイヤの官能化は、官能化されたナノスケールワイヤが分子的実体のような様々な実体と相互作用することを可能にし、該相互作用により官能化されたナノスケールワイヤの特性に変化が誘起され、それによりナノスケールセンサデバイスが試料中に存在すると思われる検体の有無を検出する仕組みが提供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１１７６５９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の要旨
本発明は、広くナノテクノロジーおよびサブミクロン電子回路に関し、さらに関連する方法およびデバイス、例えば、試料中に存在すると思われる核酸または他の検体（例えば、その存在および／または動的情報）を、例えば単一分子レベルで、測定するために使用されるナノスケールワイヤのデバイスおよび方法に関する。例えば、ナノスケールワイヤデバイスは、核酸中の一塩基ミスマッチを（例えば、会合および／または解離速度を測定することにより）検出するために使用することができる。本発明の主題は、ある場合には、相互に関連した製品、特定の問題に対する代わりの解決策、および／または一つまたはそれ以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用法を含む。
【０００８】
本発明は、一様態においては方法である。一組の実施形態では、本方法は、核酸と核酸の結合パートナーが固定化されているナノスケールワイヤとの間の結合定数および／または解離速度定数を測定する動作を含む。本方法は、また別の一組の実施形態では、検体と検体の結合パートナーが固定化されているナノスケールワイヤとの間の結合定数および／または解離速度定数を測定する動作を含む。
【０００９】
本方法は、さらに別の一組の実施形態では、複数の核酸分子であって、各々がナノワイヤに固定化されているそれぞれの結合パートナーと会合する核酸分子を提供する動作と、複数の核酸分子の少なくともいくつかをそれぞれの結合パートナーから解離させる動作と、複数の核酸分子の少なくともいくつかがそれぞれの結合パートナーから解離する速度を測定する動作とを含む。
【００１０】
ほかの一組の実施形態によれば、本方法は、金属の少なくとの一部をナノスケールワイヤの第１部分に、但しナノスケールワイヤの第２部分にではなく、拡散させる動作と、反応体（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｅｎｔｉｔｙ）をナノスケールワイヤの第２部分に固定化する動作とを含む。
【００１１】
さらに別の一組の実施形態では、本方法は、バルク金属を半導体ワイヤに隣接して提供する動作、およびバルク金属の少なくとも一部を半導体ワイヤの少なくとも一部中に、半導体ワイヤに沿う長手方向で少なくとも約１０ｎｍの距離にわたって拡散させる動作を含む。
【００１２】
ほかの実施形態では、本方法は、検体の核酸と、核酸の結合パートナーに固定化されている結合パートナーとの間のミスマッチの数を、測定する動作を含む。
【００１３】
また別の様態では、本発明は物品である。本物品は、一組の実施形態では、金属ケイ化物を含む第１部分を含むナノスケールワイヤ、および第１部分と異なる組成を有するナノスケールワイヤの第２部分に対して固定化されている反応体を含む。また別の実施形態では、本物品は、金属ケイ化物を含む第１部分と、第１部分と異なる組成を有する第２部分とを含むナノスケールワイヤを含む。ある場合には、第２部分は約１００ｎｍ以下の最大寸法を有する。
【００１４】
本物品は、さらに別の実施形態では、第１部分および第２部分を含むナノスケールワイヤを含み、第１部分には結合パートナーが固定化されている。ある例では、第２部分は結合パートナーを含まない。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、広く溶液に関する。ある実施形態では、溶液は、検体と、第１部分および第２部分を含むナノスケールワイヤとを含む。第２部分には、検体に対する結合パートナーが固定化されていてもよく、第１部分には、結合パートナーがなくてもよい。一実施形態では、検体は、ナノスケールワイヤの第２部分の最大寸法より大きいデバイの遮蔽長を有する。
【００１６】
また別の様態では、本発明は、ここに記載される一つまたはそれ以上の実施形態、例えば、ナノスケールワイヤを含むセンシング素子、を形成する方法に関する。さらに別の様態では、本発明は、ここに記載される一つまたはそれ以上の実施形態、例えば、ナノスケールワイヤを含むセンシング素子、を使用する方法に関する。
【００１７】
本発明の他の利点および新規な特長は、本発明の様々な非限定的な実施形態に関する以下の詳細な記述を、添付図面と併せて考察することから明らかになるであろう。本明細書と参照により組み込まれる文献とが相反する、および／または、矛盾する開示を含む場合は、本明細書に従うものとする。もし参照により組み込まれる二つまたはそれ以上の文献が相互に反する、および／または、矛盾する開示を含む場合は、有効日が遅い方の文献に従うものとする。
【００１８】
本発明の非限定的な実施形態は、例として添付図を参照して記載されるが、それらは図式的であり縮尺通りに描くことを意図したものではない。図示される各々同じまたはほぼ同じ構成要素は、一般的に単一の数字で表わされる。わかり易くするために、どの図でも構成要素すべてにラベル付けをしているわけではなく、当業者が発明を理解するのに図を必要としないところでは本発明の各実施形態の構成要素をすべて示しているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の様々な実施形態を示す概念図である。
【図１Ｂ】本発明の様々な実施形態を示す概念図である。
【図１Ｃ】本発明の様々な実施形態を示す概念図である。
【図１Ｄ】本発明の様々な実施形態を示す概念図である。
【図１Ｅ】本発明の様々な実施形態を示す概念図である。
【図２Ａ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｂ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｃ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｄ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｅ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｆ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｇ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｈ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｉ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｊ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図２Ｋ】本発明のある実施形態の作製に有用な様々な技術を示す概念図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による異なる濃度における核酸分子の結合パートナーに対する会合／解離の測定について示す。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による異なる濃度における核酸分子の結合パートナーに対する会合／解離の測定について示す。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による異なる濃度における核酸分子の結合パートナーに対する会合／解離の測定について示す。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による異なる濃度における核酸分子の結合パートナーに対する会合／解離の測定について示す。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による異なる濃度における核酸分子の結合パートナーに対する会合／解離の測定について示す。
【図３Ｆ】本発明の一実施形態による異なる濃度における核酸分子の結合パートナーに対する会合／解離の測定について示す。
【図３Ｇ】本発明の一実施形態による異なる濃度における核酸分子の結合パートナーに対する会合／解離の測定について示す。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による検体の結合パートナーとの会合および解離の反応速度の測定について示す。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による検体の結合パートナーとの会合および解離の反応速度の測定について示す。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による検体の結合パートナーとの会合および解離の反応速度の測定について示す。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による検体の結合パートナーとの会合および解離の反応速度の測定について示す。
【図４Ｅ】本発明の一実施形態による検体の結合パートナーとの会合および解離の反応速度の測定について示す。
【図４Ｆ】本発明の一実施形態による検体の結合パートナーとの会合および解離の反応速度の測定について示す。
【図４Ｇ】本発明の一実施形態による検体の結合パートナーとの会合および解離の反応速度の測定について示す。
【図５】本発明のある実施形態による個々の核酸分子の結合パートナーとの多数の会合の測定について示す。
【図６】図６Ａ〜図６Ｂは、本発明の様々な実施形態によるセンサを示す。
【図７】本発明の一実施形態の概念図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
配列の簡単な説明
配列番号１はＡＴＣＡＴＣＴＴＴＧ、合成ＰＮＡの配列である。
配列番号２はＣＡＡＡＧＡＴＧＡＴ、合成ＤＮＡの配列である。
配列番号３はＣＡＡＡＣＡＴＧＡＴ、合成ＤＮＡの配列である。
配列番号４はＣＡＡＡＣＣＴＧＡＴ、合成ＤＮＡの配列である。
配列番号５はＡＴＣＡＡＡＧＡＴＧ、合成ＤＮＡの配列である。
配列番号６はＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ、合成ＤＮＡの配列である。
配列番号７はＣＡＡＡＧＡＴＧ、配列番号５の一部である。さらに、配列番号８はＣＡＴＣＴＴＴＧ、配列番号１の一部である。
【００２１】
詳細な説明
本発明は、広くナノテクノロジーおよびサブミクロン電子回路に関し、さらに関連する方法およびデバイス、例えば、試料中に存在すると思われる核酸または他の検体（例えば、その存在および／または動的情報）を、例えば単一分子レベルで、測定するために使用されるナノスケールワイヤのデバイスおよび方法に関する。例えば、ナノスケールワイヤデバイスは、ある場合には核酸中の一塩基ミスマッチを（例えば、会合および／または解離速度を測定することにより）検出するために使用することができる。一様態では、核酸または他の検体と、ナノスケールワイヤに対して固定された結合パートナーとの間の結合定数、会合速度、および／または、解離速度のような動的情報を測定することができる。ある場合には、ナノスケールワイヤは、金属‐半導体化合物を含む第１部分と、金属‐半導体化合物を含まない第２部分とを含む。結合パートナーは、ある実施形態では、ナノスケールワイヤの少なくとも第２部分に対して固定化され、ナノスケールワイヤの第２部分のサイズは、ある例では、最小化および／または制御することができる。ある実施形態では、ナノスケールより大きいサイズの物品およびデバイスも含まれる。本発明のさらに他の様態は、かかるナノスケールワイヤ、かかるナノスケールワイヤを作製および／または使用する方法などを含む検定、センサ、キット、および／または他のデバイスを含む。
【００２２】
本発明の一様態は、一般的に動的情報、例えば、核酸のような検体と、検体に対する結合パートナーが固定化されているナノスケールワイヤとの間の結合定数、および／または会合および／または解離速度定数、を測定することに関する。ナノスケールワイヤは、以下により詳細に論じるように、例えば、ナノチューブ、または、例えば、半導体ナノワイヤ、金属ナノワイヤ、金属‐半導体ナノワイヤ（例えば、金属ケイ化物ナノワイヤ）などのナノワイヤであっても（または、を備えていても）よい。一組の実施形態では、検体（すなわち、ナノワイヤを用いて測定される物質）は核酸、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡなど、およびそれらの組み合わせである。結合パートナーも同様に検体の核酸に対して実質的または完全に相補的な核酸とすることができる。しかし、他の実施形態では、以下に記載されるように、核酸以外の結合パートナー（例えば、検体の核酸を認識できる酵素）を用いてもよい。ナノスケールワイヤは、複数の結合パートナーが固定されていてもよく、それらは各々独立に同じか、または異なっていてもよい（例えば、同じ核酸配列からの多数の実質的に同一なコピー、および／または異なる核酸配列、および／またはそれらの組み合わせであってもよい）。ある実施形態では、検体は、高い感度で測定することができ、さらにある例では検体の一分子さえ測定することができる。
【００２３】
核酸は、通常はポリマー主鎖を介して結合された複数の塩基を有する。非限定的な核酸の例は、ＲＮＡ（リボ核酸：ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸：ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）、またはＰＮＡ（ペプチド核酸：ｐｅｐｔｉｄｅ  ｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）を含む。一般的に、核酸は多数のヌクレオチド、例えば、アデノシン（“Ａ”）、グアノシン（“Ｇ”）、チミン（“Ｔ”）、ウリジン（“Ｕ”）、またはシチジン（“Ｃ”）を含む。ヌクレオチドはしばしばリン酸基に連結した糖（例えば、リボースまたはデオキシリボース）および置換可能な有機塩基から形成される（但し、ＰＮＡは異なる主鎖、すなわち、ペプチド結合を含む主鎖をもつ）。糖（またはペプチド）および塩基（リン酸はない）は共にヌクレオシドを構成する。有機塩基の例は、種々のピリミジンまたはプリンを含むが、それらには限定されない。
【００２４】
一組の実施形態では、結合パートナーは、検体の核酸（またはその一部）に対して実質的または完全に相補的な核酸である（または核酸配列を含む）。本明細書では、核酸の第１部分は、もし第１部分のヌクレオチドと第２部分のヌクレオチドとが全般的に相補的（すなわち、ワトソン‐クーリック対合、Ａ対ＴまたはＵ、Ｃ対Ｇなど）であれば、核酸の第２部分に対して“相補的”である。一般的に、核酸は十分な相補性を有しており、明確に予測可能な方位に特異的に結合することができる。ある場合には、核酸の部分は、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％相補的である。完全に相補的な核酸は、１００％相補的である。ある実施形態では、第１および第２部分は最大０、１，２、３、４、５、６、７、８、９、または１０のミスマッチがあり、さらにある例では核酸間のミスマッチの数は、ここで論じられるように測定することができる。ヌクレオチドのミスマッチをもつ核酸の非限定的な例は、当業者によく知られたＳＮＰ（ｓｉｎｇｌｅ  ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ）、すなわち一塩基変異多型である。核酸の相補的部分は、少なくとも５ヌクレオチド長、ある場合は、少なくとも７ヌクレオチド長、少なくとも約１０ヌクレオチド長、少なくとも約１２ヌクレオチド長、少なくとも約１５ヌクレオチド長、少なくとも約２０ヌクレオチド長、少なくとも約２５ヌクレオチド長、少なくとも約５０ヌクレオチド長などであってもよい。
【００２５】
ある実施形態では、検体（例えば、核酸）の結合パートナーとの会合または結合は、ナノスケールワイヤの特性、例えば、もし検体が電荷を帯びているとナノスケールワイヤの導電率のような電気的特性、を変化させることができる。非限定的な例として、核酸のような負電荷を帯びた検体は、結合パートナーと会合してｐ型ナノスケールワイヤに固定され、ｐ型ナノスケールワイヤの導電度を増加（またはｎ型ナノスケールワイヤの導電度を減少）させることができる。同様に、正電荷を帯びた検体は、ｎ型ナノスケールワイヤの導電度を増加させるか、またはｐ型ナノスケールワイヤの導電度を減少させる。かかる導電度の変化は、通常は可逆的であり、すなわち、もし検体が次に結合パートナーから解離または解放されると、ナノスケールワイヤは一般的に元の導電度に戻る。それ故、ナノスケールワイヤの導電率または他の特性および／またはかかる導電率または他の特性の変化を測定することにより、検体の結合パートナーとの会合および／または解離を測定することが可能になる。
【００２６】
一実施形態では、本発明のナノスケールワイヤセンサにおいて約１ナノジーメンス（ｎＳ）より小さい導電度（または導電度の変化）を検出することができる。また別の実施形態では、数千ｎＳ程度の導電度を検出することができる。他の実施形態では、約１０マイクロジーメンスより小さい、約１マイクロジーメンスより小さい導電度、約１００ｎＳより小さい、または約１０ｎＳより小さい導電度を検出することができる。種または検体の濃度は、フェムトモル濃度から、ナノモル、マイクロモル、ミリモルまで、さらにモル濃度からそれ以上まで検出することができる。既知の検出器をもつナノスケールワイヤを用いることにより、ここに論じられるように、ある場合には感度を単一分子まで広げることができる。非限定的な例として、以下により詳細に論じるように、（ＤＮＡのような）第１の核酸と、単一の塩基が違う第２の核酸との違いを本発明のある実施形態を用いて、例えば単一分子レベルで測定することもできる。
【００２７】
また別の非限定的な例として、核酸のような電荷をもつ検体は、ナノスケールワイヤの電気的特性の変化、例えば、電圧、電流、導電率、抵抗、インダクタンス、インピーダンス、電気的変化、電磁気的変化など、を測定することにより測定できる。電荷を帯びた検体をナノスケールワイヤに対して固定化するとナノスケールワイヤの導電率の変化を引き起こすことができ、さらにある場合には、電荷を帯びた検体とナノスケールワイヤとの距離がナノスケールワイヤの導電率の変化の大きさを決定することもあり得る。
【００２８】
ある場合には、検体の付加的な特性を検体と結合パートナーとの会合に基づいて決定することができる。例えば、検体と結合パートナーとの会合および／または解離速度をナノスケールワイヤを用いて測定することができる。ある場合には、会合の結合定数を測定することもできる。結合定数は、一般的に言って、検体の結合パートナーとの会合および解離それぞれの速度の比率の尺度である。
【００２９】
非限定的な例として、検体および結合パートナーは、各々（同じタイプ、または異なるタイプであってもよい）核酸であってもよく、核酸間の結合定数、会合速度、および／または解離速度のような動的情報をナノスケールワイヤを用いて測定することができる。ある実施形態では、結合定数および／または解離速度は、検体の核酸と結合パートナーの核酸とのミスマッチの数に敏感であり得る。例えば、一つまたはそれ以上のミスマッチが存在する場合には、完全に相補的な核酸と比較して、相対的な解離定数が実質的に異なる可能性がある。従って、（例えば、５またはそれより少ない、４またはそれより少ない、３またはそれより少ない、２またはそれより少ない、１またはそれより少ない）比較的少数のミスマッチでさえ、本発明の様々な実施形態を用いて検出することもでき、さらにある場合には、単一分子の単一ヌクレオチドのミスマッチを本発明のナノスケールワイヤを用いて測定することができる。それ故、本発明のまた別の様態では、本発明の二つの核酸、例えば、ナノスケールワイヤ（またはその一部）に対して固定化されている第１の核酸と、第１の核酸に対して実質的または完全に相補的な第２の核酸（すなわち、検体分子）とのミスマッチを測定するためにナノスケールワイヤ用いることができる。加えて、ここに論じられるように、ある場合には、第１の核酸および第２の核酸分子の間にあり得るミスマッチも含めて、単一の核酸分子（すなわち、第１の核酸分子と第２の核酸分子）を決定することもできる。
【００３０】
会合および／または解離速度、および／または検体の結合パートナーに対する結合定数、および／または相補的な核酸におけるミスマッチの測定は、任意の適切な技術を用いて測定することもできる。一組の実施形態では、ナノスケールワイヤの導電率が、例えば、導電率を測定するための電界効果トランジスタ（“ＦＥＴ”：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）内のナノスケールワイヤを用いることにより、時間の関数として測定される。当業者は、ＦＥＴとその作製および使用法を承知しているであろう。例えば、ある例では、検体と結合パートナーとの会合および／または解離を測定するために、交流（“ＡＣ”：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）信号、例えば、１０ｍＶと３０ｍＶの間の振幅、および／または１７Ｈｚと５００Ｈｚの間の周波数をもつＡＣ信号をＦＥＴを通して用いることができる。ナノスケールワイヤの導電率は、個々の検体分子とナノスケールワイヤに対して固定化されている結合パートナーとの会合および／または解離に対応して離散的または測定可能な増分だけ変化することができ、かかる変化を会合および／または解離（または結合／解除）速度を測定するために用いることができる。通常、かかる速度は、“速度定数”（例えば、ｋｏｎおよびｋｏｆｆ）および当業者に知られた同様のパラメータのような尺度を用いて定量化される。
【００３１】
検体の結合パートナーとの相互作用は、例えば、結合パートナーとの電気的な結合を通じて、ナノスケールワイヤの特性に検出可能な変化または変調を引き起こすことができる。用語“電気的に結合した”または“電気結合すること”は、検体および結合パートナーに言及して用いられる時には、電子が一方から他方に移動できるような、または一方の電気的特性（または電気的特性の変化）が他方のひとつにより（例えば、容量結合、イオン濃度の過渡的な不均衡などを通じて）決定され得る、検体、結合パートナー、および／またはナノスケールワイヤいずれかの間の会合に適用される。これには、ナノスケールワイヤにより測定できるこれら実体間の電子の流れ、または荷電状態の変化、酸化などが含まれる。例えば、電気的結合または固定化は、検体とナノスケールワイヤとの直接的な共有結合性の連結、間接的な共有結合性の連結（例えば、一つのリンカー、および／または、例えば連鎖状の、複数のリンカーを介した）結合、検体とナノスケールワイヤとの直接的または間接的なイオン結合、検体およびナノスケールワイヤ双方の粒子への直接的または間接的な結合（すなわち、粒子は、検体とナノスケールワイヤの間のリンカーとして働く）、検体およびナノスケールワイヤ双方の共通な表面への直接的または間接的な結合（すなわち、表面はリンカーとして働く）、および／または他の種類の結合または相互作用（例えば、疎水性相互作用または水素結合）を含むことができる。ある場合には、実際の共有結合は必要なく、例えば、検体または他の部分がナノスケールワイヤと単に接触するだけでもよい。ナノスケールワイヤが、検体とナノスケールワイヤの間の電子トンネリングまたは他の効果が可能なほど検体に十分近接していれば、ナノスケールワイヤと検体または他の成分の間のいかなる接触も必ずしも必要ではない。
【００３２】
このように、結合パートナーをナノスケールワイヤに対して固定化することができ、ナノスケールワイヤに検出可能な変化を引き起こすことができる。ある場合には、結合パートナーは、ナノスケールワイヤから約１００ｎｍ以内、ナノスケールワイヤから約７５ｎｍ以内、ナノスケールワイヤから約５０ｎｍ以内、ナノスケールワイヤから約２０ｎｍ以内、ナノスケールワイヤから約１５ｎｍ以内、またはナノスケールワイヤから約１０ｎｍ以内に配置される。実際の近接度は当業者により測定することができる。ある場合には、結合パートナーは、ナノワイヤから約５ｎｍより近くに配置される。他の場合には、結合パートナーは、ナノワイヤから約４ｎｍ以内、約３ｎｍ以内、約２ｎｍ以内、または約１ｎｍ以内に配置される。
【００３３】
ある実施形態では、結合パートナーは、例えば、ここにさらに記載されるように、ナノスケールワイヤに束縛または直接的に（例えば、共有結合的に）結合される。しかし、他の実施形態では、結合パートナーはナノスケールワイヤに直接的には結合されず、別の方法でナノスケールワイヤに対して固定化される、すなわち、上述のように、結合パートナーはナノスケールワイヤに対して間接的に固定化される。例えば、結合パートナーは、リンカー、すなわち、結合パートナーおよびナノスケールワイヤがそれに対して固定化される、たとえば、共有結合的または非共有結合的に結合される種（または複数の種）、を通してナノスケールワイヤに付着させてもよい。例として、リンカーをナノスケールワイヤに直接的に結合させてもよく、さらに結合パートナーをリンカーに直接的に結合させてもよく、または結合パートナーをリンカーに直接的に結合されるのではなく、例えば、（例えば、相補的な核酸‐核酸間の相互作用におけるような）水素結合、（例えば、炭化水素鎖間の）疎水性相互作用、エントロピー相互作用などのような非共有結合を用いて、リンカーに対して固定化してもよい。リンカーは、ナノスケールワイヤに直接的に（例えば、共有結合的に）結合してもよく、またはしなくてもよい。
【００３４】
結合パートナーをナノスケールワイヤに対して、随意的に一つまたはそれ以上のリンカーを通して、固定化するのに適した化学反応の非限定的な例は、以下を含む。一組の実施形態では、ナノスケールワイヤの表面を官能化することができる。例えば、表面をアルデヒド、アミン、チオールなどで官能化してもよく、それらは窒素を含む、またはイオウを含む共有結合を形成することができる。ある実施形態では、例えば、結合パートナーを、アルデヒド部分、アミン部分、および／またはチオール部分のような部分を用いてナノスケールワイヤの表面に共有結合させることができる。
【００３５】
ある実施形態では、ナノスケールワイヤをアルデヒド、アミン、および／またはチオールと反応させ、ナノスケールワイヤの表面が末端アルデヒド、アミン、および／またはチオール基を（例えば、単層として）含むように、然るべき部分でナノスケールワイヤを官能化する。ある実施形態では、溶液は、シランであって、アルデヒド部分、例えば、アルデヒドプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣＨ２ＣＨ２ＣＨＯ）のようなアルデヒド、または、例えば、（ＯＣＨＲ１）（Ｒ２Ｏ）（Ｒ３Ｏ）（Ｒ４Ｏ）Ｓｉ、（ＯＣＨＲ１）Ｒ２Ｒ３ＸＳｉ、（ＯＣＨＲ１）Ｒ２Ｘ１Ｘ２Ｓｉ、または（ＯＣＨＲ１）Ｘ１Ｘ２Ｘ３Ｓｉのような式をもつ他のアルデヒド、但し各々のＲは独立にアルキルまたは他の炭素含有部分である、を含むシラン、アミン部分を含むシラン、チオール部分を含むシランなどを含有することができ、なお各々のＸは独立にハロゲンである。ナノスケールワイヤの表面のすべてまたはただ一部だけを、例えば、アルデヒド部分で、官能化してもよい（例えば、表面をアルデヒド化する前に、ナノスケールワイヤの一部を遮るまたは遮蔽することができる）。
【００３６】
適切なアミンまたはチオールのさらなる非限定的な例は、アミン‐およびチオール‐官能化シラン誘導体、例えば、アミノプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）またはトリメトキシプロピルチオールシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＳＨ）を含み、これらは、形成するためにナノスケールワイヤ表面のすべて、またはただ一部だけと反応することができ、それぞれアミンまたはチオールで官能化された表面である。ほかに適切な可能性のあるアミンは、（Ｚ１Ｚ２ＮＲ１）（Ｒ２Ｏ）（Ｒ３Ｏ）（Ｒ４Ｏ）Ｓｉの式をもっていてもよく、但し、各々のＲは独立にアルキルまたは他の炭素含有部分であり、各々のＺは独立に‐Ｈまたはアルキルまたは他の炭素含有部分である。ほかに適切な可能性のあるチオールは、（ＨＳＲ１）（Ｒ２Ｏ）（Ｒ３Ｏ）（Ｒ４Ｏ）Ｓｉの式をもっていてもよい。ある場合には、誘導体は一つ以上の官能基をもっていてもよく、例えば、誘導体は、アミン基およびチオール基、アミン基およびアルデヒド基、チオール基およびアルデヒド基などをもっていてもよい。
【００３７】
結合パートナーをナノスケールワイヤに共有結合させるために、一つまたはそれ以上の結合パートナー、例えば、核酸、タンパク質、酵素、抗体、受容体、配位子など、をアルデヒド、アミン、および／またはチオール部分と反応させてもよい。例えば、核酸または他の結合パートナーをアミン基またはマレイミド基で修飾してもよい。結合パートナーは、次に、アミンとアルデヒドまたはエポキシの間、マレイミド基とチオールなどの間の反応を通じて表面に対して固定化することができる。
【００３８】
ある場合には、結合パートナーがナノスケールワイヤに束縛された後、ナノスケールワイヤの表面は、任意の未反応な部分を含めて不活性化される、例えば、それらの部分を不活性にするための一つまたはそれ以上の化合物で遮蔽される。かかる不活性化剤の非限定的な例は、例えば、未反応のアルデヒド基を遮蔽するためのエタノールアミンを含む。例えば、一つまたはそれ以上の不活性化剤を含む溶液をナノワイヤに加えてもよい。
【００３９】
結合パートナーをナノスケールワイヤに付着させるのに適した化学反応のさらなる非限定的な例は、２００５年８月９日に出願され、参照によりここに組み込まれるＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールセンサ”と題する米国特許仮出願第６０／７０７１３６号に開示されている。
【００４０】
本発明は、ある実施形態では、（電子センシング要素となり得る）センシング要素を含み、該センシング要素は、サンプル曝露領域およびナノスケールワイヤを含み、該ナノスケールワイヤは、検体を含むかまたは含むと思われる試料（たとえば、液体試料）中の検体の有無、および／または検体の濃度を検出することができ、および／または動的情報、例えば、検体と結合パートナーとの会合および／または解離（例えば、会合速度、解離速度、結合定数、速度定数など）を測定することができる。“試料曝露領域”は、試料曝露領域にある試料がナノスケールワイヤの少なくとも一部分にアドレスすることのできる、ナノスケールワイヤに近接近した任意の領域であってよい。試料曝露領域の例は、限定なしに、ウェル、チャンネル、マイクロ流路チャンネル、またはゲルを含む。ある実施形態では、試料曝露領域は、試料をナノスケールワイヤに近接して保持することができ、および／または試料中の検体を測定するために試料をナノスケールワイヤに差し向けることができる。ナノスケールワイヤは、サンプル曝露領域に近接して、または、その中に配置することができる。代わりに、ナノスケールワイヤは、液体または液体流路中に挿入される探針であってもよい。ナノスケールワイヤ探針は、ある例では、ナノスケールワイヤが支持および／または一体化された極細針を含むこともでき、極細針は試料曝露領域にアドレスすることができる。この配置では、極細探針を試料に挿入するために構築かつ配置されたデバイスは、極細針を囲む或いは極細針と接触した、試料曝露領域を規定する領域を含むことができ、ナノスケールワイヤは試料曝露領域にある試料にアドレスすることができ、逆も同様である。液体流路は、１９９７年９月１８日に国際特許出願公開  ＷＯ９７／３３７３７号として公開され、参照によりここに組み込まれる“キャピラリーマイクロモールディングによる物品の形成および表面パターニングの方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｖｉａ  Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｍｉｃｒｏｍｏｌｄｉｎｇ）”と題する１９９７年３月１４日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／０４００５号に記載されたような様々な技術を用いて、本発明（例えば、マイクロチャンネル）に用いるのに有利なサイズおよび規模につくり出すことができる。
【００４１】
非限定的な例として、測定すべき検体を含むと思われる液体のような試料を、ナノスケールワイヤを含むセンシング要素の試料曝露領域に呈することができる。液体中にありナノスケールワイヤに結合できる検体および／またはナノスケールワイヤに対して固定化されている結合パートナーは、結合時に、例えば、従来のエレクトロニクスにより測定可能なナノスケールワイヤの特性の変化を引き起こす。もし流体中に検体がない時には、ナノスケールワイヤの関連する特性は実質的に変化せず、検出器で有意義な変化は測定されない。それ故、特にこの例によれば、ナノスケールワイヤの特性の変化、またはその欠如をモニターすることにより検体の有無を決定することができる。ある場合には、もし検出器で変化が測定された時には、変化の大きさは、検体の濃度の関数、および／または検体の他の関連する特性（例えば、電荷またはサイズなど）の関数であり得る。それ故、ナノスケールワイヤの特性の変化を測定することにより、試料中の検体の濃度また他の特性を測定することができる。
【００４２】
本明細書では“流体”は、流れる傾向をもち、容器の輪郭にかたちを合わせる物質に広く適用される。一般的に、流体は静的せん断応力に耐えることのできない材料である。流体にせん断応力が加わると、連続的かつ永続的な変形を生じる。一般的に、流体は、液体と気体を含むが、しかし、自由流動性の固体粒子、粘弾性流体などを含んでもよい。
【００４３】
ナノスケールワイヤに関する特性を測定できる任意の検出器を検出器が存在するところに用いることができ、検体を測定するためにこれを使用することができる。特性は、電子的、光学的などであってもよい。ナノスケールワイヤの電子的特性は、先に述べたように、例えば、導電率、抵抗などであってもよい。例えば、電子的または磁気的特性（例えば、電圧、電流、導電率、抵抗、インピーダンス、インダクタンス、電荷など）の変化を測定するために検出器を構築することができる。検出器は、一般的に、電源と電圧計および／または電流計とを含む。一実施形態では、１ｎＳより小さい導電度を検出することができる。ある場合には、数千ｎＳ程度の導電度を検出することができる。種または検体の濃度は、マイクロモル以下からモル濃度さらにそれ以上まで検出することができる。ナノスケールワイヤを既知の検出器とともに用いることにより、感度を、単一分子まで、および／または単一核酸分子内の単一ミスマッチまで広げることができる。
【００４４】
また別の例として、同じまたは異なる検体を検出するために、検体の流速を測定するためになど、一つまたはそれ以上の異なるナノスケールワイヤが同じマイクロ流路を（例えば、異なる位置で）横切っていてもよい。また別の実施形態では、例えば、極細探針、ディップ・エンド・リード探針などにおける、複数の分析要素のひとつを形成するために、一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤをマイクロ流路内に配置することができる。分析要素の探針は、ある実施形態によれば、埋め込み可能にでき、数個の検体を同時にリアルタイムで検出可能にできる。また別の実施形態では、カセットまたはラボ・オン・チップデバイスのためのマイクロアレイ内の分析要素を形成するために、一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤをマイクロ流路内に配置してもよい。当業者は、高スループットの化学分析およびスクリーニング、コンビナトリアル創薬などに適したカセットまたはラボ・オン・チップデバイスの例を承知しているであろう。
【００４５】
本発明のまた別の一組の実施形態は、ナノスケールワイヤの電気的特性の変化を測定するために構築かつ配置された一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤと検出器とを含む物品を提供する。例えば、（ある場合には配列されていてもよい）ナノスケールワイヤの少なくとも一部は、検体を含むまたは含むと思われる試料によりアドレスすることができる。語句“流体によりアドレスすることができる”は、流体中に存在すると思われる検体がナノスケールワイヤと相互作用できるように、ナノスケールワイヤに対して配置される流体の能力として定義される。流体は、ナノスケールワイヤに対して近接していてもよく、または接触していてもよい。
【００４６】
かかるシステム、およびかかるシステムを（例えば、“誤検出”事象を検出するために、多数の検体を同時および／または順次に検出するために、日付をリアルタイムおよび／または準リアルタイムに検出するために、検体の結合を時間の関数として検出するために、多数のナノスケールワイヤを含むアレイおよび／またはカセットを使用するために、コンピュータ制御および／または集積化デバイスのために、など）用いる技術のさらなる例は、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールセンサ（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００５年５月２５日出願の米国特許出願第１１／１３７７８４号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤの方法およびデバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００６年４月７日出願の米国特許仮出願第６０／７９０３２２号、またはＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールセンサ（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００５年８月９日出願の米国特許仮出願第６０／７０７１３６号に開示されており、各々は参照によりここに組み込まれる。
【００４７】
本発明のある様態は、例えば、結合パートナーまたは他の反応体を固定化できる部分を含む、ナノスケールワイヤを作製するための技術を指向する。本発明に用いるためのナノスケールワイヤおよび他の導体または半導体を選択する基準は、ある例では、ナノスケールワイヤ自体が検体と相互作用できるかどうか、ナノスケールワイヤの表面に然るべき結合パートナーを容易に付着させることができるかどうか、および／または然るべき結合パートナーがナノスケールワイヤの表面近くにあるかどうかに基づく。適切な導体または半導体の選択についてはナノスケールワイヤを含めて本明細書が役立ち、当業者には明白かつ容易に再現が可能であろう。
【００４８】
一様態では、本発明はナノ構造を調整する方法を提供する。一組の実施形態では、方法は、第１材料が第２材料の少なくとも一部に拡散することを可能にすることを含み、随意的に新しい化合物をつくり出すことを含む。例えば、第１および第２材料は、各々が金属または半導体とすることができ、一方の材料は金属とすることができかつ他方の材料は半導体とすることができる（例えば、金属‐半導体化合物が形成される）など。一組の実施形態では、半導体はアニールして金属にすることができる。例えば、いくらかの金属元素が半導体に拡散できるように、またはその逆になるように、半導体の一部および／または金属の一部を加熱することができる。ある実施形態では、例えば、２００５年１０月６日に国際特許出願公開ＷＯ  ２００５／０９３８３１号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“金属‐半導体化合物を含むナノ構造（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｍｅｔａｌ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）”と題する２００５年２月１４日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００４４５９号、またはＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールセンサ（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００５年８月９日出願の米国特許仮出願第６０／７０７１３６号、各々は参照によりここに組み込まれる、に開示されるように、金属電極（例えば、ニッケル、金、銅、銀、クロム電極など）を半導体のナノスコピックなワイヤと物理的に接触させて配置し、次に半導体の少なくとも一部が金属の少なくとの一部中に拡散するようにアニールすることができ、随意的に金属‐半導体化合物が形成される。例えば、半導体は、金属とともに約３００℃、約３５０℃、約４００℃、約４５０℃、約５００℃、約５５０℃、約６００℃などの温度で、少なくとも約３０分、少なくとも約１時間、少なくとも約２時間、少なくとも約４時間、少なくとも約６時間などの時間アニールすることができる。かかるアニールにより、例えば、金属と半導体の間のより低い接触抵抗またはインピーダンスが得られる。
【００４９】
本明細書では、“金属‐半導体化合物”は、半導体と組み合わされた少なくとも一つの金属を含む化合物である。本発明の金属‐半導体化合物において、化合物の少なくとも一部は、化学量論的に規定される比率で存在する金属および半導体を含む、すなわち、金属原子および半導体原子は、化学反応で規定される、すなわち、化合物中で金属原子および半導体原子が原子的に相互作用し、元素の存在比率が化学の結合原理（例えば、配位化学、原子および分子の軌道相互作用並びに構造、結晶充填、および／または同様のもの）により支配されることで規定される整数比で（すなわち、原子スケールで）化合物中に存在する。これは、物質中における二つまたはそれ以上の原子が単に混ぜ合わされて原子が任意の比率で混合でき、その比率は原子間の化学量論的な相互作用では決定されない合金または混合物、および、例えば、材料に対するドーパントのイオン照射により、ホスト材料中のドーパンドの非化学量論的な量が導入ドーパント量で支配されるドーピング、とは区別されるべきである。むしろ、金属‐半導体化合物中の金属原子および半導体原子は、規定された仕方で原子レベルで相互作用し、それ故に化合物中に金属原子および半導体原子が整数比で存在する金属‐半導体化合物が結果として生じる、すなわち、その比率は、化合物中における金属原子および半導体原子の原子相互作用で規定される。それ故に金属原子および半導体原子の化学量論比は、原子レベルで（すなわち、化合物中の任意の位置で）常に同じである。一例として、電荷中立のために、化合物中の金属原子および半導体原子の化学量論比が、例えば、Ｍを金属、Ｚを半導体としてＭＺ、Ｍ２Ｚ、Ｍ２Ｚ３、ＭＺ２、Ｍ３Ｚ２などとなるような、金属原子および半導体原子の間のイオン電荷の相互作用もあり得る。具体的な非限定の例は、ニッケルシリサイド、ＮｉＳｉである。ある場合には、一つより多い種類の金属の原子および／または一つより多い半導体の原子が金属‐半導体化合物中に存在してもよい。もちろん、化合物中の二つまたはそれ以上の原子の比率の測定は、実験誤差および他の実際的制約から、必ずしも常に正確ではないことに留意すべきである。それ故にある場合には、そのように測定された比率は、実験による測定が整数比から幾分ずれたとしても実際には化学量論的であり得る。一例として、金属‐半導体化合物に対して実際に測定される比率は、化学量論的な整数比の約１０％または約５％以内のこともあり得る。
【００５０】
一組の実施形態では、金属‐半導体化合物中の金属は、遷移金属、例えば、第ＩＢ族、第ＩＩＢ族、第ＩＩＩＢ族、第ＩＶＢ族、第ＶＢ族、第ＶＩＢ族、第ＶＩＩＢ族、または第ＶＩＩＩＢ族である。ある場合には、第ＶＩＩＩＢ族金属、例えば、ニッケル、鉄、パラジウム、白金、イリジウムなど、は金属‐半導体化合物中で特に有用であり得る。
【００５１】
一実施形態では、第１材料を（例えば、堆積の既知の形態により）第２材料に隣接または近接して配置し、第１材料の原子が第２材料の少なくとも一部に拡散することを可能にする。第１および第２材料の少なくとも一つは、ナノスケールの材料とすることができる。それ故、一例として、図１Ａにおいて、第１材料５１は第２材料５２に隣接して配置される。第１材料は、第２材料に接触するように、および／または第１材料からの原子が第２材料中に拡散できるように配置することができる（例えば、第１材料と第２材料の間に介在する材料またはスペーサーが存在してもよい）。図１Ｂに示すように、第１材料が次に第２材料の少なくとも一部中に拡散できるようにする。十分な拡散が生じた時（すなわち、第１材料の所望の量が第２材料中に拡散した時）、第１材料（または少なくともその一部）は、図１Ｃに示すように、随意的に除去してもよい。ナノスケ−ルワイヤにおいて、拡散は、軸方向、および／またはナノワイヤに沿って長手方向にでき、さらにある場合には、（例えば、いずれかまたは両方向の）拡散速度は、ナノスケールワイヤのサイズまたは直径を制御することにより制御できる。例えば、ある場合には、より細いナノスケールワイヤは、より高い拡散速度をもたらすことができる。
【００５２】
一例として、金属‐半導体化合物を含むナノスケールワイヤをつくり出すために、金属を半導体に隣接または近接して（例えば、堆積の既知の形態により）配置することができ、さらに、例えば、ナノスケールワイヤ中に一つまたはそれ以上のヘテロ接合をつくり出すために、金属元素を半導体材料の少なくとも一部に拡散させることができる。金属はある場合にはバルク状金属、すなわち、少なくともナノスコピックの寸法（例えば、少なくとも１ｎｍの最小寸法）からなる体積をもつ金属であってもよい。
【００５３】
ある場合には、金属の半導体への拡散は、例えば、高圧および／または高温、例えば、少なくとも約５００℃、少なくとも約５５０℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、またはある場合にはそれ以上の温度を印加することにより開始および／または促進することができる。拡散速度はアニール温度および／またはアニール時間により制御でき、拡散の量および／または長さは、ありふれた実験を用いて、特定の応用に応じて容易に最適化することができる。ある例では、金属原子の半導体中への実質的な拡散は、温度および／または圧力の上昇または変更なしには実質的に生じないこともある。ある場合には、金属原子の半導体（または、少なくともその一部）への拡散は、金属‐半導体化合物が（例えば、化学反応により）形成されるまで、および／または金属原子の半導体原子に対する化学量論比が確立した時まで進行する。特定の例として、もし金属がニッケルのような遷移金属であり、半導体材料がシリコンナノスケールワイヤであれば、ニッケルのシリコンナノスケールワイヤ中への拡散は、シリコンナノスケールワイヤ（または、少なくともニッケルにさらされたナノスケールワイヤの部分）がニッケルシリサイドに変換されるまで進行し得る。他の場合には、しかし、金属原子および半導体原子が化学量論比にないこともあり得る。ある例では、金属の半導体中への拡散は、金属‐半導体化合物の形成または化学量論的平衡が成立する前に停止することもでき、それ故、一実施形態では、ナノスケールワイヤは半導体原子に対して化学量論比にない金属原子を含むこともあり得る。金属の半導体への拡散は、ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＡＦＭ、ＥＦＭのような当業者に知られた技術を用いて測定することができる。
【００５４】
金属が半導体中に拡散した後に、ある場合には、例えば、金属エッチング液のようなある種の適用により、過剰の金属を半導体から除去することができる。例えば、半導体に拡散した金属がニッケルであれば、適切なエッチング液は、硝酸、硫酸、塩酸、および／または（マサチュセッツ州ダンバースのＴｒａｎｓｅｎｅが市販している）ＴＦＢまたはＴＦＧのようなニッケルエッチング液を含んでもよい。ある例では、過剰な金属の半導体からの除去は、温度および／または圧力の上昇により促進できる。
【００５５】
それ故、一実施形態では、金属のナノスケールワイヤへの拡散により決められる第１部分と、金属が拡散しなかった第２部分とを有するナノスケールワイヤを調整することができる。例えば、図１Ｄに示すように、第１部分および第２部分を有する半導体１０は、ナノスケールワイヤの一部を金属１５にさらし、さらに第１部分１１および第２部分１２をつくり出すために金属イオンを半導体中に拡散させることにより調整することができる。第１部分１１は、金属の半導体への拡散により規定され、一方で第２部分１２は金属のない半導体の部分で規定され、かかる部分をナノスケールワイヤの半径方向および／または長手方向に配置することができる。
【００５６】
該部分のサイズは、例えば、半導体の温度および／またはアニール時間を制御することにより制御できる。例えば、金属を半導体に拡散させるためにナノスケールワイヤを加熱し、次に金属が半導体中に所定の距離を拡散した時点でナノスケールワイヤを冷やすことにより、第２部分のサイズを望み通りに制御することができる。例えば、図１Ｄを参照して、半導体の第１部分１１のサイズは、金属１５から約９００ｎｍ以下、約７５０ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下などとすることができ、および／または半導体の第２部分１２のサイズは、約９００ｎｍ以下、約７５０ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下などとすることができる。ある場合には、第１および／または第２部分は、金属１５から測った半導体１０の全体長に対して測定することができる。例えば、半導体の約１０％より小さい、約２０％より小さい、約３０％より小さい、約４０％より小さい、約５０％より小さい、約６０％より小さい、約７０％より小さい、約８０％より小さい、約９０％より小さいなどのところが第１部分を含むように、半導体１０中に金属を拡散させることができる。
【００５７】
上述したように、金属の半導体中への拡散は、例えば、高圧および／または高温、例えば、少なくとも約５００℃、少なくとも約５５０℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、またはある場合にはそれより高い温度を印加することにより促進できる。ある例では、金属原子の半導体中への実質的な拡散は、温度および／または圧力の増加または変更なしには実質的に生じないこともあり得る。
【００５８】
また別の組の実施形態では、ナノ構造は、第２材料の一部を第１材料にさらすことにより調整することができる。第１材料は、第１材料に隣接または近接した第２材料の領域に拡散することができ、一方で第１材料に隣接または近接していない第２材料の領域は実質的に第１材料がないままである。一例として、図１Ｅに示すように、ナノ構造がマスクで覆われた一つまたはそれ以上の領域６０と、ナノ構造にマスクがない一つまたはそれ以上の領域６５とを規定するために、マスク３８をナノ構造３７（または他のナノ構造）上にパターニングすることができる。マスクは、規定された任意のパターンを有することができ、特定の応用に応じて、ナノ構造上に２‐または３‐次元パターンを規定することができる。マスクを形成するために、任意の適切な材料を使うことができ、例えば、当業者に知られたフォトリソグラフィ技術によりマスクを規定するために、例えば、ナノ構造上にフォトレジストを形成してもよい。非限定的な例として、ナノワイヤに沿って一連のヘテロ接合をつくり出すために、一連の開口をもつフォトレジストをナノワイヤ上に形成することができ、或いは、ナノワイヤ（または他のナノ構造）上に形成しない場合には、ナノ構造上に材料が付着するのをマスクできるように、ナノワイヤに対して近接して配置することができる。また別の例として、マスクは、ナノスケールワイヤ、例えば、ナノスケールワイヤ、ナノチューブ、コア／シェルのナノスケールワイヤなど、から形成することができる。例えば、マスクとして用いるナノスケールワイヤは、ナノワイヤ（または他のナノ構造）の上にまたは近接して配置することができ、それ故、マスクとして用いられるナノスケールワイヤは、材料がナノワイヤに付着するのをマスクすることができる。
【００５９】
マスクをナノ構造の第２材料上に、またはナノ構造とそこに堆積される材料の供給源との間に配置した後、第１材料をマスク上に堆積することができる。マスクのないナノ構造の領域６５は、その上に堆積された第１材料をもつことになり、一方でマスクで覆われたナノ構造の領域６０は、第１材料にさらされない。第１材料は、それ故、第１材料に隣接または近接した第２材料の部分中に拡散することができる。マスクは、第１材料の第２材料の部分中への拡散の前または後に除去することができる。拡散の後、マスクで規定された、一つまたはそれ以上のヘテロ接合６７を有するナノ構造をつくり出すことができる。
【００６０】
一組の実施形態では、反応体または結合パートナーは、ナノスケールワイヤのすべてに対して、またはナノスケールワイヤのただ一部だけに対して固定化することができ、例えば、ナノスケールワイヤの第２部分に対して固定化することができる。ある場合には、一つ以上の反応体および／または結合パートナーをナノスケールワイヤの第２部分、および／またはナノスケールワイヤの異なる部分に固定化することができる。
【００６１】
それ故、ある場合には、金属‐半導体化合物を備えた第１部分と、金属‐半導体化合物を含まない第２部分を有するナノスケールワイヤを調整することができる。ナノスケールワイヤの第２部分（または、“チャンネル”）に対して固定化されるのは、上述したように、例えば、直接的に、或いは、例えばリンカーを介して間接的に、付着される一つまたはそれ以上の結合パートナーとすることができる。ナノスケールワイヤの第２部分のサイズをナノスケールワイヤの第１部分に対して最小化することは、例えば、第２部分の面積が小さく、そこに固定化される結合パートナーの数が比較的少ないために、ある場合には、核酸のような検体（例えば、その動力学的または他の動的情報）の測定を容易にすることができる。ある場合には、ナノスケールワイヤの他の部分（例えば、結合パートナーを有する、ナノスケールワイヤの他の部分）への結合事象は、それらの他の部分の電気的特性の変化に影響し得ない（または、より少ないかごく僅かな程度で影響することもある）（一例として、金属‐半導体化合物を有するナノスケールワイヤにおいて、金属‐半導体化合物のそれらの部分は金属的とすることができ、検体と、ナノスケールワイヤのそれらの部分に対して固定化されている結合パートナーとの結合によって、ナノスケールワイヤの電気的特性は実質的に変化し得ない）。加えて、ナノスケールワイヤの第２部分へのコンタクトのサイズおよび／またはそこからの静電界の影響を最小化することにより、検体のナノスケールワイヤへの結合による信号を高めることができる。それ故、例えば、ナノスケールワイヤの第２部分に結合した結合パートナーの少ない数および／または検体からの増強された信号により、検体のただ一つの分子（または少数の分子）の結合を、例えば、ナノスケールワイヤの電気的特性（例えば、抵抗または導電率）の変化として検出することができる。この感度の説明については、例５も参照。それ故、ある場合には、核酸のような検体のナノスケールワイヤへの単一結合事象を測定することができ、さらにある場合には、類似した検体の素性を、例えば、結合定数、会合および／または解離速度などの測定を通じて、例えば、結合特性の相違から、決定することができる。
【００６２】
加えて、ＤＮＡのような核酸に関するある場合には、ナノワイヤに対して固定化されている結合パートナーに結合した検体は、他の電荷をもつ検体を“駆逐する”、または、それらが近くの結合パートナーに結合するのを阻止することがあり得る。この“電荷分離”効果は、例えば、“デバイの遮蔽長”を測定することにより、測定できる。当業者に知られるように、デバイの遮蔽長は、特定の溶液中の特定の検体に対して、たとえば、溶液中の他イオンの存在により変化し得る。一例として、ＤＮＡに対しては、通常のバッファ溶液中のデバイの遮蔽長は、３０ｎｍから１００ｎｍの間にあり得る。遮蔽効果により、ただ少数の検体のみがナノスケールワイヤに結合することができ、さらにある場合には、結合パートナーを有するナノスケールワイヤの部分が十分に小さければ、例えば、デバイの遮蔽長と同じ桁またはさらに小さければ、一つの検体分子だけ（例えば、一つの核酸分子）がナノスケールワイヤに対して固定化され得る。従って、一実施形態では、溶液は、検体と、検体に対する結合パートナーが固定化されている部分を含むナノスケールワイヤとを含むことができ、検体のデバイの遮蔽長は結合パートナーを有するナノスケールワイヤの部分の最大寸法より大きい。
【００６３】
発明のある様態は、個々のナノスケールワイヤを作製または合成するために様々な技術を活用することができる。例えば、ある実施形態では、個々のナノスケールワイヤを合成するのに金属触媒ＣＶＤ（“化学気相成長”：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いることができる。個々のワイヤを直接に表面上におよびバルク状に調整するのに有用なＣＶＤ合成手順は広く知られており、当業者により容易に実施できる。
【００６４】
ナノスケールワイヤの成長に使用できる一方法は、触媒化学気相成長（“Ｃ‐ＣＶＤ”：ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。Ｃ‐ＣＶＤ法では、反応分子は、レーザー蒸発からとは対照的に、気相から形成される。Ｃ‐ＣＶＤでは、気相の反応物質にドーピング成分（例えば、ｐ型およびｎ型ドープ領域に対してジボランおよびホスファン）を導入することにより、ナノスケールワイヤにドープすることができる。ドーピング濃度は、複合ターゲットに導入されるドーピング化合物の相対量を制御することにより制御することができる。
【００６５】
ナノスケールワイヤは、レーザー触媒成長によっても成長できる。例えば、Ｍｏｒａｌｅｓ，ｅｔ  ａｌ．，“Ａ  Ｌａｓｅｒ  Ａｂｌａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ，”Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７９：２０８‐２１１（１９９８）参照。レーザー触媒成長では、ドーパントはナノスケールワイヤの気相成長の間に制御性よく導入することができる。所望の材料（例えば、シリコンまたはリン化インジウム）および触媒材料（例えば、ナノ粒子触媒）からなる複合ターゲットのレーザー蒸発により高温、高濃度の蒸気がつくり出される。蒸気は、緩衝ガスとの衝突を通じて液体状のナノクラスターに凝縮する。成長は、液体状のナノクラスターが所望の相で過飽和になった時に開始でき、反応物質が利用できる限り継続できる。成長は、ナノスケールワイヤが高温の反応ゾーンから出た時、または温度が低下した時に停止できる。ナノスケールワイヤは、成長中に別の半導体の反応物質にさらにさらすことができる。もし（例えば、ナノクラスターがいかに均一かによるが１０〜２０％より小さい）均一な直径のナノクラスターを触媒クラスターとして用いると、均一なサイズ（直径）分布をもつナノスケールワイヤを生成することができ、ナノスケールワイヤの直径は触媒クラスターのサイズで決定される。
【００６６】
ナノスケールワイヤのようなナノスケールの半導体を生成する他の技術も、本発明の範囲内である。例えば、様々な材料のいずれかからなるナノスケールワイヤはｖａｐｏｒ‐ｓｏｌｉｄプロセスを通じて気相から直接に成長することができる。加えて、ナノスケールワイヤは、蒸着により表面の段差端、または他のタイプのパターン付き表面の上に生成することもできる。さらに、ナノスケールワイヤは、任意の一般的に細長いテンプレートの中または上に気相堆積により成長できる。多孔質膜は、多孔質シリコン、陽極酸化アルミナ、２ブロック共重合体、または他の任意の同様の構造であってもよい。天然のファイバは、ＤＮＡ分子、タンパク質分子  カーボンナノチューブ、または他の任意の細長い構造であってもよい。上記の技術に対して、原材料は、溶液または気体とすることができる。
【００６７】
ある場合には、ナノスケールワイヤは、形成後にドーピングすることができる。ナノスケールワイヤの合成後にドーピングする一技術では、実質的に均質な組成をもつナノスケールワイヤが最初に合成され、その後に様々なドーパントが合成後にドーピングされる。かかるドーピングは、ナノスケールワイヤ全体にわたって生じてもよく、または、ナノスケールワイヤの一つまたはそれ以上の部分、例えば、組成の異なる多数の領域を有するワイヤで生じてもよい。それ故、特定の非限定的な例として、半導体のナノスケールワイヤを調整し、次に、ナノスケールワイヤの一つまたはそれ以上の部分をドーパントにさらし、かくして一連のドープされない半導体領域とドープされた半導体領域とを有する半導体ナノスケールワイヤが結果として生じる。
【００６８】
一組の実施形態では、本発明は、単結晶のナノスケールワイヤ（またはナノ構造をもつ材料）を含む。本明細書では、“単結晶”品（例えば、半導体）は、品全体にわたって共有結合、イオン結合、またはそれらの組み合わせを有する品である。かかる単結晶品は、欠陥を含むこともあるが、イオン結合または共有結合しているのでなく単に相互に近接近しているだけの一つまたはそれ以上の結晶を含む品とは区別されるべきものである。
【００６９】
本発明の様々な実施形態は、表面上へのナノスケールワイヤの組み立て、または制御された配置を含む。ナノスケールワイヤの配置のために、例えば、半導体を含む基板、金属を含む基板、ガラスを含む基板、ポリマーを含む基板、ゲルを含む基板、薄膜である基板、実質的に透明な基板、非平面な基板、フレキシブルな基板、彎曲した基板、など任意の基板を用いることができる。ある場合には、組み立ては、電界を用いてナノスケールワイヤを配列することにより実施できる。他の場合には、組み立ては、懸濁したナノスケールワイヤを含む流体を、ナノスケールワイヤが配置されることが望まれる位置に向けて、さらに向きを合わせて向かわせるための、流体の流れを方向づける器具を配置することを含む仕組みを用いて行うことができる。
【００７０】
ある場合には、ナノスケールワイヤ（または他のナノ構造）は、基板の表面上に形成される、および／または基板上の凹凸により規定される。ある例では、ナノスケールワイヤのようなナノ構造は、次のように形成される。ナノスケールワイヤまたは他のナノ構造のようなパターンを規定するためにスタンプ、または、他の塗布器を用いて、基板にインプリントを行う。スタンプまたは他の塗布器を取り外した後、インプリント可能な層の少なくとも一部を、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）、または他の既知の技術のようなエッチング工程を通じて除去する。ある場合には、インプリント可能な材料のない基板の部分が露出されるのに十分なインプリント可能な材料を基板から除去することができる。その後、金属または他の材料、例えば、金、銅、銀、クロムなど、を基板の少なくとも一部に堆積することができる。ある場合には、次に“リフトオフ”ステップを実施してもよく、インプリント可能な材料の少なくとも一部が基板から除去される。インプリント可能な材料の上に堆積された金属または他の材料は、インプリント可能な材料の除去とともに除去でき、例えば、一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤを形成することができる。表面に堆積された構造は、ある場合には、一つまたはそれ以上の電極と接続することができる。基板は、例えば、半導体、金属、ガラス、ポリマー、ゲルなどを含めて、インプリント可能な材料を保持できる任意の適切な基板であってもよい。ある場合には、基板は、薄膜、実質的に透明、非平面状、フレキシブルおよび／または彎曲しているなどであってもよい。
【００７１】
ある場合には、複数の実質的に整列したナノスケールワイヤを有する表面を供給すること、および複数のナノスケールワイヤの一つまたはそれ以上の一部分を表面から除去することにより、ナノスケールワイヤのアレイを生成することができる。表面に残ったナノスケールワイヤは、次に一つまたはそれ以上の電極と結合することができる。ある場合には、ナノスケールワイヤは相互に接触するように配置される、他の例では、しかし、整列したナノスコピックなワイヤは実質的に物理的に接触しないピッチをもってもよい。
【００７２】
ある場合には、ナノスケールワイヤは、フロー技術、すなわち、一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤを流体により基板に運ぶことができる技術、を用いて表面に近接して配置される。ナノスケールワイヤ（または任意の他の細長い構造）は、表面上にナノスケールワイヤの溶液の流れを誘起することにより配列させることができ、流れは、チャンネル流または任意の他の適切な技術による流れを含んでもよい。制御された位置と周期性をもつナノスケールワイヤのアレイは、基板の表面をパターニングすること、および／またはナノスケールワイヤの表面が異なる官能性をもつように処理することにより生成することができ、位置と周期性の制御は、パターンをもつ表面とナノスケールワイヤとの間に特異的に働く相補的な力を設計することにより達成できる。ナノスケールワイヤは、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ：Ｌａｎｇｍｕｉｒ‐Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）トラフを用いて組み立てることもできる。ナノスケールワイヤを最初に表面処理し、さらに液相の表面に分散させることができ、ラングミュア・ブロジェット膜が形成される。ある場合には、この液体は界面活性剤を含んでいてもよく、これにより、ある場合には、ナノスケールワイヤの凝集が低減される、および／またはナノスケールワイヤが相互作用する能力が低減される。ナノスケールワイヤは、この表面を圧縮するまたは表面積を低減することにより、（平行アレイまたはファイバーのような）異なるパターンに配列することができる。
【００７３】
また別の配置は、ナノスケールワイヤを選択的に引き寄せない領域に囲まれたナノスケールワイヤを選択的に引き寄せる領域を含む、基板上の表面を形成することを含む。表面は、電子ビームパターニング、“ソフト‐リソグラフィ”のような既知の技術を用いてパターニングすることができる。“ソフト‐リソグラフィ”は、１９９６年７月２６日に国際特許出願公開ＷＯ  ９６／２９６２９号として公開された“表面上のマイクロコンタクトプリンティングおよび派生物品（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ａｎｄ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ）”と題する１９９６年３月１日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９６／０３０７３号、または“表面上のマイクロスタンプされたパターンの形成と派生物品（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｓｔａｍｐｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ａｎｄ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ）”と題する１９９６年４月３０日に発行された米国特許第５５１２１３１号、各々が参照としてここに組み込まれる、に記載されている。さらなる技術は、参照によりここに組み込まれる“分子ワイヤに基づくデバイスとそれらの作製方法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｉｒｅ‐Ｂａｓｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｔｈｅｉｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）”と題する１９９９年７月２日出願の米国特許出願第６０／１４２２１６号に記載されている。流体流路は、１９９７年９月１８日に国際特許出願公開ＷＯ  ９７／３３７３７号として公開され、参照によりここに組み込まれる“キャピラリーマイクロ成型による物品形成および表面パターニングの方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｖｉａ  Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｍｉｃｒｏｍｏｌｄｉｎｇ）”と題する１９９７年３月１４日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９７／０４００５号に記載されたような様々な技術を用いて、表面上にナノスケールワイヤを配置するのに有利なサイズの規模でつくり出すことができる。他の技術は、参照によりここに組み込まれる“３次元状アレイのチャンネルネットワークを含むマイクロ流体システム（Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｔｈｒｅｅ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ  Ａｒｒａｙｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）”と題する２００３年１１月１１日発行の米国特許第６６４５４３２号に記載されたものが含まれる。
【００７４】
ＳＡＭから得られる表面以外の化学的にパターニングされた表面を用いることができ、表面を化学的にパターニングするための多くの技術が知られている。表面を化学的にパターニングするまた別の例としてミクロ相で分離されたブロック共重合体構造があり得る。これらの構造は、高密度の薄板状の相からなる積層を提供することができ、これらの相の切り口には一連の“レーン”が現れ、各レーンは単一層をなしている。ナノスケールワイヤを基板および電極上に組み立てるのに、ある場合には、２分子認識を役立てることができる。例えば、一方の生物学的結合パートナーをナノスケールワイヤ表面上に、他方を基板または電極上に、物理吸着または共有結合的な連結により固定化することができる。ナノスコピックなワイヤの基板上への組み立てに導く一例の技術は、“ＳＡＭ：ｓｅｌｆ‐ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ”すなわち自己組織化単分子膜、を用いることによる。任意の様々な基板およびＳＡＭを形成する材料は、１９９６年７月２６日に国際特許出願公開ＷＯ  ９６／２９６２９号として公開され、参照によりここに組み込まれる“表面上のマイクロコンタクトプリンティングおよび派生物品（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ａｎｄ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ）”と題する１９９６年３月１日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９６／０３０７３号に記載されたようなマイクロ接触プリンティング技術とともに用いることができる。
【００７５】
ある場合には、ナノスケールワイヤのアレイは、例えば、スタンプ技術を用いて、他の基板に移すこともできる。ある例では、ナノスケールワイヤは、相補的な相互作用を用いて組み立てることができる、すなわち、一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤを基板上に配置するのに、一つまたはそれ以上の相補的な化学的、生物学的、静電的、磁気的または光学的相互作用が用いられる。ある場合には、ナノスケールワイヤを表面に近接して配置するために、物理的なパターンを用いることができる。例えば、ナノスケールワイヤを物理的なパターンを用いて、例えば、表面段差の角を用いて、または基板上の溝に沿って表面上に配置することができる。
【００７６】
また別の組の実施形態では、ナノスケールワイヤの少なくともいくつかを第２基板と接触させることにより、例えば、基板を相互に対して移動または“スライド”させることにより、ある場合にはナノスケールワイヤの第２基板上への配列を引き起こすことにより、ナノスケールワイヤを基板に移すことができる。例えば、一実施形態では、一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤを一方から他方に移すために、複数のナノスケールワイヤをその上に有する第１基板を第２基板と接触させる。次に、ナノスケールワイヤの少なくともいくつかが第１基板から第２基板に移るように第１基板を第２基板に対して移動またはスライドさせる（および／または第２基板を第１基板に対して移動させる）ことができる。ナノスケールワイヤは、イオン相互作用、疎水性相互作用、ファン・デル・ワールス相互作用などを通じて第２基板に対して固定化できる。さらなる詳細、および本発明に有用なナノスケールワイヤを移す付加的な方法は、２００６年４月７日に出願され、参照によりここに組み込まれる“ナノスケールワイヤの方法およびデバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する米国特許仮出願第６０／７９０３２２号に論じられている。
【００７７】
本発明は、広範な応用に役立つ。例えば、ある様態では、ここに記載される技術のいずれも、例えば、ガンまたは他の病状、毒素または他の環境要因、ウイルスなどを検出または診断するための、例えば、分析におけるように、ウイルス、細胞などの測定に用いることができる。具体的な非限定の例として、特定のＤＮＡまたはＲＮＡを検査中のウイルスから同定することができ、一方で既知の結合パートナーとのミスマッチの数からそのウイルスのウイルス株を示すことができる。また別の例として、（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ中の）核酸の突然変異を、上記した本発明の様々なシステムと方法を用いて測定することができる、例えば、もし核酸に対する結合パートナーの配列が知られていれば、突然変異の度合いを、存在するミスマッチの数により示すことができる。核酸の試料は、たとえば、ヒトのような被検対象から採取することができる。さらなる別の例として、検体を結合パートナーと相互作用させることにより検体の特性を測定することができ、相互作用は、ある仕方で分析または測定、例えば、定量化することができる。ある場合には、例えば、ナノスケールワイヤおよび／または結合パートナーを検体に曝露した後に、ナノスケールワイヤの特性（例えば、導電度のような電気的特性）を測定することにより相互作用の度合いまたは量（例えば、結合定数）を決定することができる。
【００７８】
また別の組の実施形態は、センシング領域の、マイクロアレイのような、アレイを指向する。ある場合には、センシング領域の少なくともいくつかは各々、個々にアドレス可能な一つまたは複数のナノスケールワイヤを含む。ある例では、ナノスケールワイヤの少なくともいくつかは、結合パートナーおよび／または上記のような反応体を含む。例えば、一実施形態では、複数の異なる検体、例えば、（ある場合には、上記したように、少数のミスマッチを除いて類似した核酸、例えば、ＳＮＰであってもよい）複数の異なる核酸を検出することができるように、いくつか或いはすべてのナノスケールワイヤは、固定化されている異なる結合パートナーを有することができ、随意的に、各々のナノスケールワイヤは、独立にアドレス可能および／または測定可能とすることができる。
【００７９】
非限定的な例として、被験試料からのＤＮＡを、ＳＮＰがしばしば起こる核酸領域に対する結合パートナー（例えば、それらの領域に相補的な核酸）を有するナノスケールワイヤのアレイに曝露することができ、ＤＮＡ中のＳＮＰ対立遺伝子の存在、例えば、ＤＮＡの特定の部分がナノスケールワイヤアレイ上の結合パートナーと結合するか否か、および／またはどの程度結合するかを決定することができる。例えば、野生型ＳＮＰ対立遺伝子のような第１のＳＮＰ対立遺伝子をもつ第１被験試料からのＤＮＡは、アレイ上のナノワイヤに対して固定化されている核酸結合パートナーと完全に相補的かもしれず、一方で第２被験試料からのＤＮＡは、核酸結合パートナーに対して一つまたはそれ以上のミスマッチを示すかもしれないが、かかるミスマッチは、例えばここに記載されるように、検出することが可能である。
【００８０】
ある実施形態では、本発明は、少なくともいくつかが一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤを備えた、複数のセンシング領域を含むマイクロアレイを含む。マイクロアレイは、センシング領域のいくつかまたはすべてを含めて、センサデバイスにおけるセンシング要素を規定する。少なくともいくつかのナノスケールワイヤは、マイクロアレイのセンシング領域が曝露される試料中に存在すると思われる検体を測定することができる、例えば、ナノスケールワイヤは、検体と相互作用することのできる反応体を含む。もしセンシング領域に一つより多いナノスケールワイヤが存在すれば、それらのナノスケールワイヤは、用途に応じて同じ検体および／または異なる検体を検出することができる。例えば、マイクロアレイのセンシング領域内のナノスケールワイヤは、１、２、３、４、５、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、４０、５０またはそれ以上の検体または検体の種類を測定することができる。一例として、マイクロアレイは、一つまたはそれ以上のセンシング領域を有し、少なくともそのいくつかは、例えば、ここに記載されるように、ナノスケールワイヤに対して固定化されている核酸を有するナノスケールワイヤを含む。マイクロアレイは、一つまたは多数の試料中の検体を測定するのに用いることができる。例えば、マイクロアレイは、少なくとの２個、少なくとも３個、少なくとも５個、少なくとも１０個、少なくとも１５個、少なくとも２０個、少なくとも２５個、少なくとも３０個、少なくとも５０個、少なくとも７０個、少なくとも１００個、少なくとも２００個、少なくとも３００個、少なくとも５００個、少なくとも１０００個、少なくとも３０００個、少なくとも５０００個、または少なくとも１００００個またはそれ以上のセンシング領域を含むことができ、それらの少なくともいくつかは、センシング領域上に配置された試料の検体を測定するために用いることができる。ある場合には、マイクロアレイは、高密度のナノスケールワイヤを有することができ、少なくともそのいくつかは個々にアドレスすることができ、少なくともそのいくつかは試料中に存在すると思われる検体を測定するために用いることができる。例えば、ナノスケールワイヤの密度は、少なくとも約１００ナノスケールワイヤ／ｃｍ２、さらにある場合には、少なくとも約１１０ナノスケールワイヤ／ｃｍ２、少なくとも約１２０ナノスケールワイヤ／ｃｍ２、少なくとも約１３０ナノスケールワイヤ／ｃｍ２、少なくとも約１５０ナノスケールワイヤ／ｃｍ２、少なくとも約２００ナノスケールワイヤ／ｃｍ２、少なくとも約２５０ナノスケールワイヤ／ｃｍ２、少なくとも約５００ナノスケールワイヤ／ｃｍ２とすることができる。
【００８１】
センシング領域の一例を図６Ａに示す。この図において、センシング領域２２０は、第１電極２２１と第２または対向電極２２２を含む。第１電極は、一般的に細長く（すなわち、電極の一次元の寸法は、一方の次元が他方より著しく長い）。一つまたはそれ以上のナノスケールワイヤ２２７は、第１電極２２１および第２電極２２２と電気的に通じており、少なくともいくつかのナノスケールワイヤは、検体と相互作用できる反応体を含むことができる。第１電極２２１は、電気接点またはリード線２２５と電子的な接続２２３（例えば、ワイヤまたはエッチングされた電子通路）を通して電子的に繋がっており、一方で第２電極２２２は、電気接点２２５と電子的な接続２２４を通して電子的に繋がっている。検体２２９は、センシング領域２２０内に配置された試料中に存在し、ナノスケールワイヤ２２７上に存在する反応体と（例えば共有結合性の、例えば結合により）相互作用することができる。かかる相互作用が生じると、ナノスケールワイヤの電気的特性、例えば、導電率が（例えば、検体とナノスケールワイヤとの電荷相互作用を通じて）変化し、ナノスケールワイヤの導電率の変化を測定することにより、例えば、電気接点２２５と電気接点２２６の間の導電率の変化を測定することにより、これを決定できる。
【００８２】
追加のナノスケールワイヤをセンシング領域に追加することもできる。例えば、図６Ｂにおいて、センシング領域２２０は、５個の第２または対向電極２２２を有する。ナノスケールワイヤ２１１、２１２、２１３、２１４の少なくともいくつかは、第２電極２２２の少なくともいくつかを第１電極２２１と結合させ、ナノスケールワイヤの少なくともいくつかは、検体と相互作用できる反応体を含む。例えば、ナノスケールワイヤ２１１は第１検体と相互作用することができるが、しかし、第２検体または第３検体とは相互作用しない、一方でナノスケールワイヤ２１２は第２検体とのみ相互作用することができ、ナノスケールワイヤ２１３は第３検体とのみ相互作用することができる。検体と対応する反応体との結合事象が生じると、導電度のようなナノスケールワイヤの特性が変化することができ、上記のように測定することができる。
【００８３】
本発明の様々な実施形態に有用なさらなるアレイおよびマイクロアレイは、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールセンサ（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００５年８月９日出願の米国特許仮出願第６０／７０７１３６号に論じられている。
【００８４】
一様態では、本発明は、上述の任意のデバイスを一まとめにパッケージして、随意的にデバイス使用説明書を含んで、提供される。本明細書では、“使用説明”は説明に役立つ構成要素（例えば、指示、案内、警告、ラベル、メモ、ＦＡＱ（“よくある質問”：Ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ  Ａｓｋｅｄ  Ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ）などを定義することができ、一般的には本発明の実装に関する或いは係わる書面化された使用説明を含む。使用説明は、使用説明がここで論じられるようなデバイスに関するものであることをユーザーが明確に認識できる仕方で提供される、任意の形態（例えば、口頭、電子的、デジタル、光学的、視覚的など）の使用説明に関するコミュニケーションも含むことができる。加えて、キットは、特定の応用に応じて、他の構成要素、例えば、容器、アダプター、シリンジ、針、交換部品などを含むことができる。
【００８５】
ある実施形態では、ここに記載されるナノスケールワイヤの一つまたはそれ以上、および／またはここに記載されるデバイスまたは方法の一つまたはそれ以上は、販売促進することができる。本明細書では、“販売促進する”は、限定なしに、販売、宣伝、譲渡、ライセンス供与、契約、指導、教育、研究、輸入、輸出、交渉、融資、貸付、取引、自動販売、再販、流通、交換などの方法を含む、例えばここに論じられる、本発明の方法および構成要素と関連づけることができるビジネスを行うすべての方法を含む。販売促進は、ある場合には、医療を目的とした本発明の構成要素の販売について政府機関の承認を求めることも含む。販売促進の方法は、限定なしに、（公共または民間）会社、契約または下請契約機関、単科および総合大学のような教育機関、研究機関、病院および他の医療機関、政府機関など、を含む任意の団体により実施できる。販売促進活動は、本発明に明確に係る、任意の形態の使用説明またはコミュニケーション（例えば、書面、口頭、および／または、限定なしに、Ｅ‐メール、電話、ファクシミリ、インターネット、Ｗｅｂベースなどのような電子コミュニケーション）を含むことができる。
【００８６】
以下の定義は、本発明の理解を助けるであろう。これらの定義とともにちりばめられて、本発明の様々な様態が付加的に開示されている。
【００８７】
本発明のあるデバイスは、ナノメートル‐スケールのワイヤ相当の大きさのワイヤまたは他の構成要素を含むことができ、これにはナノチューブおよびナノワイヤが含まれる。ある実施形態では、しかし、本発明は、ナノメートルサイズより大きい（例えば、ミクロンサイズの）物品を含む。本明細書では、“ナノスコピック‐スケール”、“ナノスコピック”、“ナノメートル‐スケール”、“ナノスケール”、（例えば、“ナノ構造”のような）接頭語“ナノ‐”などは、一般的に約１ミクロンより小さい、さらにある場合には約１００ｎｍより小さい、幅または直径をもつ要素または物品に適用される。すべての実施形態において、指定された幅は最小の幅（すなわち、その場所で、物品は他の次元ではより大きい幅をもつことができるように指定された幅）、または最大の幅（すなわち、その場所で、物品は指定されたのより広くない幅をもつが、しかし、より大きい長さをもつことができる）とすることができる。
【００８８】
本明細書では、“細長い”物品（例えば、半導体またはその一部）は、物品の縦軸に沿った任意の点において、その点における物品の長さの最大幅に対する比率が２：１より大きい物品である。
【００８９】
物品の“幅”は、本明細書では、物品の周辺の一点から、物品の中心を通って、物品の周辺の他の点までの直線の距離である。本明細書では、物品の縦軸に沿ったある点における“幅”または“断面寸法”は、その点において物品の断面の中心を通り、断面の外周の２点を結ぶ直線に沿った距離である。物品の縦軸に沿ったある点における“断面”は、その点における面であって、物品を横切り、物品の縦軸に直交する面である。物品の“縦軸”は、物品の最大寸法に沿う軸である。同様に、物品の“長手方向断面”は、ゼロより大きく、物品の長さに等しいかそれより小さい任意の長さをもつことができる、縦軸に沿った物品の一部である。加えて、細長い物品の“長さ”は、縦軸に沿った物品の端から端までの距離である。
【００９０】
本明細書では、“シリンダー状”の物品は、シリンダーのような形をした外観をもつ物品であるが、物品の内部に関するいかなる特性も定義または反映されない。言い換えれば、シリンダー状の物品は、中が詰まっていてもよく、中が空洞化されているなどでもよい。一般的に、シリンダー状の物品の断面は、円形またはほぼ円形に見えるが、六角形のような他の断面形状も可能である。断面は、限定なしに、正方形、長方形、または楕円形を含む任意の形状を有してもよい。規則的および不規則な形状も同様に含まれる。
【００９１】
本明細書では、物品（例えば、ナノスコピックワイヤ）の“アレイ”は、複数の物品、例えば、相互に接続していてもまたはしていなくてもよい、一連の配列されたナノスケールワイヤを含む。本明細書では、“クロスしたアレイ”または“クロスバーアレイ”は、物品の少なくとも一つが、物品のもう一つまたは信号ノード（例えば、電極）のいずれかに接触しているアレイである。
【００９２】
本明細書では、“ワイヤ”は、任意の半導体または任意の金属の、またはそれらと同様の大きさの導電率を有する、さらにある実施形態では二つの電子的な構成要素を相互に電子的に通じるように接続するのに使える、任意の材料に広く適用される。例えば、“電気的に伝導性”または“伝導体”または“電気伝導体”の用語は、“導電性”ワイヤまたはナノスケールワイヤに言及して用いられる時には、そのワイヤが電荷を通す能力に適用される。通常は、電気伝導性のナノスケールワイヤは、金属または半導体材料に匹敵する抵抗を有し、さらにある場合には、電気伝導性のナノスケールワイヤは、より低い抵抗、例えば、約１００マイクロオームｃｍ（μΩｃｍ）より小さい抵抗をもつことができる。ある場合には、電気伝導性のナノスケールワイヤは約１０−３オームメートルより小さい、約１０−４オームメートルより小さい、約１０−６オームメートルより小さいまたは−７オームメートルより小さい抵抗をもつことができる。
【００９３】
本明細書では、“半導体”は、当分野における通常の意味をもつ、すなわち、半導体的または半金属的特性（すなわち、金属と非金属の間の特性）をもつ元素である。半導体の例はシリコンである。他の非限定的な例は、ガリウム、ゲルマニウム、ダイアモンド（炭素）、錫、セレン、テルル、ホウ素、またはリンを含む。
【００９４】
“ナノスコピックワイヤ”（ここでは“ナノスコピック‐スケールワイヤ”または“ナノスケールワイヤ”としても知られる）は、一般的に、長さに沿った任意の点において、１ミクロンより小さい、５００ｎｍより小さい、２００ｎｍより小さい、１５０ｎｍより小さい、１００ｎｍより小さい、７０ｎｍより小さい、５０ｎｍより小さい、２０ｎｍより小さい、１０ｎｍより小さい、または５ｎｍより小さい、少なくとも一つの断面寸法、さらに、ある実施形態では二つの直交する次元の断面寸法、を有する。他の実施形態では、断面寸法は２ｎｍまたは１ｎｍより小さくてもよい。一組の実施形態では、ナノスケールワイヤは０．５ｎｍから１００ｎｍまたは２００ｎｍに及ぶ少なくとも一つの断面寸法を有する。ある場合には、ナノスケールワイヤは電気伝導性である。ナノスケールワイヤが、例えば、コアおよび外部領域を有すると記載されるところでは、上記の寸法は、一般的にコアの寸法に関する。ナノスコピックなワイヤの断面は、限定なしに、円形、正方形、長方形、環状、多角形、または楕円形を含む任意の形状であってよく、さらに規則的または不規則な形状であってもよい。ナノスケールワイヤは中が詰まっていても、または中が空洞であってもよい。本発明のナノスケールワイヤをつくることのできる材料の例に関する非限定的なリストが以下に示される。別に指定がなければ、カーボンナノチューブ、分子ワイヤ（例えば、単一分子から形成されるワイヤ）、ナノロッド、ナノワイヤ、ナノウィスカ、有機または無機の導電性または半導体ポリマーなどを含む任意のナノスケールワイヤを、ここに記載される本発明のいずれの実施形態にも用いることができる。分子ワイヤではないかもしれないが、様々な小さいナノスコピック‐スケールの寸法をもつ他の導電性または半導体の要素、例えば、主族および金属ベースのワイヤ状シリコン、遷移金属を含むワイヤ、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、ゲルマニウム、セレン化カドミウムのような無機構造も、ある例において用いることができる。広範な種類のこれらおよび他のナノスケールワイヤは、例として用いた特定のナノスケールワイヤに係るここに記載される技術と似た仕方で、不適切な実験を伴うことなく、電子デバイスに有用なパターンのかたちで表面に成長または塗布することができる。ナノスケールワイヤは、ある場合には、少なくとも約１ミクロン、少なくとも約３ミクロン、少なくとも約５ミクロン、または少なくとも約１０ミクロンまたは少なくとも約２０ミクロンの長さの寸法に形成することができ、さらに、約１００ｎｍより小さい、約８０ｎｍより小さい、約６０ｎｍより小さい、約４０ｎｍより小さい、約２０ｎｍより小さい、約１０ｎｍより小さい、または約５ｎｍより小さい厚さ（高さおよび幅）とすることができる。ナノスケールワイヤは、約２：１より大きい、約３：１より大きい、約４：１より大きい、約５：１より大きい、約１０：１より大きい、約２５：１より大きい、約５０：１より大きい、約７５：１より大きい、約１００：１より大きい、約１５０：１より大きい、約２５０：１より大きい、約５００：１より大きい、約７５０：１より大きい、約１０００：１より大きい、またはある場合にはそれ以上のアスペクト比（長さ対厚さ）を有することができる。
【００９５】
（例えば、シリコンおよび／またはもう一つの半導体材料例えば元素半導体、を含む）“ナノワイヤ”は、通常は固体のワイヤであるナノスコピックなワイヤであり、ある場合には細長くてもよい。好ましくは、ナノワイヤ（ここでは“ＮＷ”と略記する）は細長い半導体、すなわち、ナノスケールの半導体である。“非ナノチューブのナノワイヤ”は、ナノチューブではない任意のナノワイヤである。本発明の一組の実施形態では、ナノワイヤまたはナノチューブを使うことのできるここに記載される本発明のいかなる配置においても、（ナノチューブにとって固有でない、置かれた環境中の補助的な反応体は除いて）非修飾の表面を有する非ナノチューブのナノワイヤが用いられる。
【００９６】
本明細書では、“ナノチューブ”（例えば、カーボンナノチューブ）は、当業者に知られたナノチューブを含めて、内部が空洞の、またはコアがくり抜かれたナノスコピックなワイヤである。“ナノチューブ”は、ここでは“ＮＴ”と略記される。ナノチューブは、本発明に使用するための微小なワイヤの一例として用いられ、ある実施形態では、本発明のデバイスは、ナノチューブ相当の大きさのワイヤを含む。本発明に使用できるナノチューブの例は、限定なしに、単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ：ｓｉｎｇｌｅ‐ｗａｌｌｅｄ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）を含む。構造的には、ＳＷＮＴは、継ぎ目のないチューブ状に巻かれた単一のグラフェンシートからできている。直径およびヘリシティに依存して、ＳＷＮＴは、一次元の金属および／または半導体として振舞うことができる。ＳＷＮＴ。ＳＷＮＴを含めて、ナノチューブの製造および特性解析の方法が知られている。ナノチューブの端および／または側面を選択的に官能化する方法も知られており、本発明は、ある実施形態において、分子エレクトロニクスに対するこれらの能力を利用する。多層ナノチューブもよく知られており、同様に用いることができる。
【００９７】
本発明に用いることのできるナノチューブの例は、分子エレクトロニクスに特に適した独特の電子的および／または化学的特性を示す単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）を含む。構造的には、ＳＷＮＴは、直径がおよそ約０．５ｎｍから約５ｎｍ程度で長さが約１０ミクロンを越えることのできる寸法を有する、継ぎ目のないチューブ状に巻かれた単一のグラフェーンシーからできている。直径とヘリシティに依存して、ＳＷＮＴは、一次元の金属および／または半導体として振舞うことができ、現在、金属的および半導体のナノチューブの混合物として購入できる。ＳＷＮＴを含めて、ナノチューブの製造および特性解析の方法が知られている。ナノチューブの端および／または側面を選択的に官能化する方法も知られており、本発明は、分子エレクトロニクスに対するこれらの能力を利用する。ナノチューブの基本構造／電子的特性は、接続または入力／出力信号をつくり出すのに使うことができ、さらにナノチューブは分子サイズの構造と整合したサイズを有する。当業者は、ナノチューブを調整する方法を承知しているであろう。例えば、Ｋｏｎｇ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  Ｓｉｎｇｌｅ‐Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｗａｆｅｒｓ，”Ｎａｔｕｒｅ，３９５：８７８‐８８１（１９９８）、またはＫｏｎｇ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｔｈａｎｅ  ｆｏｒ  Ｓｉｎｇｌｅ‐Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，”Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，２９２：５６７‐５７４（１９９８）参照。
【００９８】
本発明のあるナノスケールワイヤは、個々のナノスケールワイヤである。本明細書では、“個々のナノスケールワイヤ”は、もう一つのナノスケールワイヤと接触していない（但し、クロスバーアレイにおける個々のナノスケールワイヤ間に望まれ得るタイプの接触は別として）ナノスケールワイヤを意味する。例えば、“個々の”または“独立した”物品は、その寿命のある時点で、他の物品、例えば、他のナノスケールワイヤに付着していなくてもよく、または、独立した物品は溶液中にあってもよい。かかる独立した物品は、例えば、それがつくられた場所から、個々の物品として、取り除くことができ、別の場所に輸送して、ここに記載されるような、さらに当業者が本明細書を読んで考えるであろうような、機能デバイスをつくるために別の構成要素と組み合わせることができる。これは、単に化学的または物理的にｉｎ‐ｓｉｔｕに変更されることにより周囲の材料とは異なる、例えば、均一な物品の一部が選択的ドーピング、エッチング等により周囲とは異なる、物品の導電性部分とは対照的である。
【００９９】
ある場合には、ナノスケールワイヤは、ここに記載されるように、第ＩＶ族、第ＩＩＩ族／第Ｖ族、第ＩＩ族／第ＶＩ族元素、遷移族元素などのような無機構造を含むことができる。例えば、ナノスケールワイヤは、シリコン、リン化インジウム、窒化ガリウムおよび他の半導体材料からできていてもよい。ナノスケールワイヤは、例えば、分極性または多価状態をもつ任意の有機、無機分子を含むこともできる。例えば、ナノスコピック‐スケールの構造は、主族および金属ベースのワイヤ状シリコン、遷移金属を含むワイヤ、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、ゲルマニウム、またはセレン化カドミウム構造を含むことができる。一組の実施形態では、ナノスケールワイヤは、金属‐半導体化合物を含む。
【０１００】
ナノスケールワイヤは、半導体およびドーパントを含めて、様々な材料の組み合わせを含むことができる。以下は、ドーパントとして使える材料の非包括的な例である。例えば、ドーパントおよび／またはナノスケールワイヤは、元素半導体、例えば、シリコン、ゲルマニウム、スズ、セレン、テルル、ホウ素、ダイヤモンド、またはリンであってもよい。ドーパントは、様々な元素半導体の固溶体であってもよい。例としては、ホウ素と炭素との混合物、ホウ素とＰ（ＢＰ６）との混合物、ホウ素とシリコンとの混合物、シリコンと炭素との混合物、シリコンとゲルマニウムとの混合物、シリコンとスズとの混合物、またはゲルマニウムとスズとの混合物が含まれる。
【０１０１】
ある実施形態では、ドーパントおよび／または半導体は、第ＩＶ族元素の混合物、例えば、シリコンと炭素との混合物、またはシリコンとゲルマニウムとの混合物、を含むことができる。他の実施形態では、ドーパントまたは半導体は、第ＩＩＩ族および第Ｖ族の元素との混合物、例えば、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、またはＩｎＳｂ、を含むことができる。これらの混合物、例えば、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、またはＢＮ／ＡｌＰの混合物も同様に用いることができる。他の実施形態では、ドーパントは、第ＩＩＩ族および第Ｖ族元素の合金を含むことができる。例えば、合金は、ＡｌＧａＮ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ，ＧａＩｎＡｓＰなどの混合物を含むことができる。他の実施形態では、ドーパントは、第ＩＩ族および第ＶＩ族半導体の混合物も含むことができる。例えば、半導体は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＢｅＳ、ＢｅＳｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅなどを含むことができる。これらのドーパントの合金または混合物、例えば、（ＺｎＣｄ）Ｓｅ、またはＺｎ（ＳＳｅ）など、も同様に可能である。加えて、異なる群の半導体の合金、例えば、第ＩＩ族‐第ＩＶ属および第ＩＩＩ‐第Ｖ族半導体の組み合わせ、例えば、（ＧａＡｓ）ｘ（ＺｎＳ）１−ｘも可能である。ドーパントの他の例は、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、またはＰｂＴｅのような第ＩＶ族および第ＶＩ族元素の組み合わせを含むことができる。他の半導体の混合物は、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩなどのような第Ｉ族および第ＶＩＩ族の組み合わせを含むことができる。他のドーパント化合物は、これらの元素の異なる混合物、例えば、ＢｅＳｉＮ２、ＣａＣＮ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｎＡｓ２、ＺｎＳｎＳｂ２、ＣｕＧｅＰ３、ＣｕＳｉ２Ｐ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）２（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）３、Ａｌ２ＣＯ、（Ｃｕ，Ａｇ）（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｆｅ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）２を含むことができる。
【０１０２】
第ＩＶ族ドーパント材料に対しては、例えば、ｐ型ドーパントは第ＩＩＩ族から選択することができ、ｎ型ドーパントは第Ｖ族から選択することができる。シリコン半導体材料に対しては、ｐ型ドーパントは、Ｂ、ＡｌおよびＩｎからなる群から選択でき、ｎ型ドーパントは、Ｐ、ＡｓおよびＳｂからなる群から選択できる。第ＩＩＩ族‐第Ｖ族の半導体材料に対しては、ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＨｇを含む第ＩＩ族またはＣおよびＳｉを含む第ＩＶ族から選択できる。ｎ型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択できる。当然のことながら、本発明は、これらのドーパントに限定されるものではなく、他の元素、合金または材料も同様に含むことができる。
【０１０３】
本明細書では、“族”は、周期律表に言及する場合には、当業者に理解される通常の定義が適用される。例えば、第ＩＩ族元素は、ＭｇおよびＣａを含み、さらにＺｎ、Ｃｄ、およびＨｇのような第ＩＩ族遷移元素を含む。同様に、第ＩＩＩ族元素は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＴｌを含み、第ＩＶ族元素は、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、およびＰｂを含み、第Ｖ族元素は、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉを含み、さらに第ＶＩ族元素は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＰｏを含む。各々の族から一元素以上を含む組み合わせも可能である。例えば、第ＩＩ−ＩＶ族材料は、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＣｄＳ、ＣｄＳ、またはＣｄＳｅのように第ＩＩ族から少なくとも一つの元素、および第ＶＩ族から少なくとも一つの元素材料を含むことができる。同様に、第ＩＩＩ−Ｖ族材料は、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、またはＩｎＡｓＰのように第ＩＩＩ族から少なくとも一つの元素、および第Ｖ族から少なくとも一つの元素を含むことができる。これらの材料およびそれらの組み合わせとともに、他のドーパントは、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ａｕなどのような遷移金属も含むことができる。本発明のナノスケールワイヤは、ある場合には、任意の有機または無機分子をさらに含んでもよい。ある場合には、有機または無機分子は、分極性および／または多価状態を有する。
【０１０４】
本明細書では、周期律表の遷移金属は、独立して（すなわち、主族元素への言及なしに）言及される場合には、“Ｂ”で示される。遷移金属元素は、第ＩＢ族元素（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）、第ＩＩＢ族元素（Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ）、第ＩＩＩＢ族元素（Ｓｃ、Ｙ、ランタニド、アクチニド）、第ＩＶＢ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、第ＶＢ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、第ＶＩＢ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、第ＶＩＩＢ族元素（Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ）、および第ＶＩＩＩＢ族元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）を含む。
【０１０５】
ある実施形態では、ナノスケールワイヤの少なくとも一部は、バルク‐ドープされた半導体であってもよい。本明細書では、“バルク‐ドープされた”物品（例えば、物品または物品の部分または領域）は、ドーパントが原子スケールで結晶格子の特定領域、例えば、表面上または外周上のみに導入されただけの物品とは対照的に、物品の結晶格子の実質的に至るところにドーパントが導入された物品である。例えば、カーボンナノチューブのような物品は、通常は基材を成長した後にドーピングを行う、それ故にドーパントは表面または外周から結晶格子の内部へ限定された距離広がるだけである。当然のことながら、“バルク‐ドープされた”は、半導体におけるドーピングの濃度または量を規定または反映するものではなく、ドーピングが均一であることも必ずしも示さない。特に、ある実施形態では、バルク‐ドープされた半導体は、二つまたはそれ以上のバルク‐ドープされた領域を備えていてもよい。それ故、本明細書でナノスコピックなワイヤを記述する時には、“ドープされた”は、バルク‐ドープされたナノスコピックなワイヤに適用し、従って、“ドープされたナノスコピックな（またはナノスケール）ワイヤ”は、バルク‐ドープされたナノスコピックなワイヤである。“高濃度にドープされた”および“低濃度にドープされた”は、その意味が当業者に理解される用語である。
【０１０６】
バルク‐ドープされた半導体は、他の半導体およびドーパントを含めて、様々な材料の組み合わせを含むことができる。一組の実施形態では、ナノスケールワイヤは、所望のｎ型またはｐ型半導体をつくり出すために然るべきドーパントがドープされた半導体を含むことができる。例えば、シリコンは、ホウ素、アルミニウム、リン、またはヒ素をドープすることができる。シリコンのナノスケールワイヤを気相成長している間に制御性よくドーパントを導入するためにレーザー触媒成長を用いることができる。ナノスケールワイヤの制御されたドーピングを、例えば、ｎ型またはｐ型半導体を形成するために実施することができる。ｐ型半導体を形成するためには、限定なしに、亜鉛、カドミウム、またはマグネシウムを含むドーパントを用いることができ、ｎ型半導体を形成するためのドーパントとして、限定なしに、テルル、イオウ、セレン、またはゲルマニウムを含むドーパントを用いることができる。これらの材料は、直接バンドギャップ半導体材料を規定し、これらおよびドープされたシリコンは、当業者にはよく知られている。本発明は、上述したように、任意のドープされたシリコンまたは直接バンドギャップ半導体材料を様々な用途に用いることを意図している。ドープされた半導体の例は、２００２年９月１１日に米国特許出願公開第２００２／０１３０３１１号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ドープされた細長い半導体、かかる半導体の成長、かかる半導体を含むデバイス、およびかかるデバイスの作製（Ｄｏｐｅｄ  Ｅｌｏｎｇａｔｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，  Ｇｒｏｗｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓｕｃｎ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，  ａｎｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００１年８月２２日出願の米国特許出願第０９／９３５７７６号、または、２００３年５月１５日に米国特許出願公開第２００３／００８９８９９号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤおよび関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００２年７月１６日出願の米国特許出願第１０／１９６３３７号、いずれも参照によりここに組み込まれる、に見られる。
【０１０７】
本発明は、先に記載されたように、試料中の検体に対してナノスケールワイヤが曝露される、該試料中の検体を測定するために構築かつ配置されるシステムの一部を構成する一つまたは複数のナノスケールワイヤを提供する。
【０１０８】
用語“試料”は、本発明により評価することのできる、任意の細胞、組織、または生物学的起源の流体（“生物学的試料”）、または、血清または水のような生物学的または非生物学的な任意の他の媒体に適用される。試料は、流体、例えば、溶液、に含まれていてもよい。試料は、限定なしに、生物（例えば、ヒト、ヒト以外の哺乳動物、無脊椎動物、植物、真菌、藻類、バクテリア、ウイルスなど）から取り出される生物試料、ヒトの食用につくられた食品から取り出される試料、家畜の飼料のような動物の食用につくられた食糧から取り出される試料、ミルク、臓器提供試料、血液供給予定の血液試料、給水からの試料などを含む。
【０１０９】
特定の成分を“含むと思われる試料”は、それに関して成分の中身が未知である試料を意味する。“試料”は、本文脈において自然に存在する試料、例えば、ヒトまたは他の動物からの生理学的な試料、食品サンプル、飼料サンプルなどを含む。ヒトまたは他の動物から採取される典型的な試料は、組織生検、細胞、全血、血清または他の血液分画、尿、眼液、唾液、または扁桃腺からの流体または他の試料、リンパ節、針生検などを含む。
【０１１０】
試料を本発明のナノスケールセンサに曝露するために、様々な実施形態においていろいろな試料サイズを用いることができる。例として、ナノスケールセンサに用いられる試料サイズは、約１０マイクロリットル以下、約１マイクロリットル以下、または約０．１マイクロリットル以下であってもよい。試料サイズは、ある例では、約１０ナノリットル、１ナノリットル、またはそれ以下と小さくてもよい。ナノスケールセンサは、生物学的種への独特の近接性を有することができ、生体内または生体外で用いることができる。生体内で用いる時には、ある場合には、ナノスケールセンサとこれに対応する方法により処置の侵襲性は最小限になる。
【０１１１】
本明細書で用いる“測定する”は、状態または状況を、例えば、定量的または定性的に、
分析することに一般的に適用される。例えば、種、またはシステムの電気的状態を測定することができる。“測定すること”は、例えば、定量的または定性的に、および／または、相互作用の有無を検出することにより、二つまたはそれ以上の種の間の相互作用を分析すること、例えば、二つの種の間の結合を測定することにも適用される。一例として、検体は、ナノスケールワイヤの電気的特性の測定可能な変化（例えば、電気伝導率、抵抗、インピーダンスなど）、ナノスケールワイヤの光学的特性の変化などを引き起こすことができる。測定技術の例は、限定なしに、導電度測定、電流測定、電圧測定、抵抗測定、圧電測定、電気化学的測定、電磁気的測定、光検出、機械的測定、音響測定、重量測定などを含む。“測定すること”は、種間の相互作用を検出または定量することも意味する。
【０１１２】
本明細書では、用語“反応体”は、ナノスケールワイヤの特性に検出可能な変化を引き起こすような仕方で検体と相互作用することのできる任意の実体に適用される。反応体は、検体が結合する結合パートナーを含むことができる。反応体は、結合パートナーの時には、検体に対する固有の結合パートナーを含む。ある場合には、反応体は、ナノワイヤ上の被覆物を形成する。反応体の非限定的な例は、例えば、ここで論じられるように、核酸（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ）、抗体、糖または炭水化物、タンパク質または酵素、ガングリオシドまたは界面活性剤などを含む。
【０１１３】
一組の実施形態では、ナノスケールワイヤと結びついた反応体は、検体と相互作用することができる。ナノスケールワイヤと“結びついた”、または、に対して“固定化されている”反応体は、ナノスケールワイヤの特性または性質の変化を測定することにより検体の測定ができるように、ナノスケールワイヤと関係して（例えば、近接近または接触して）配置される。検体の反応体との相互作用は、例えば、反応体との電気的な結合を通じて、ナノスケールワイヤの特性に検出可能な変化または変調を引き起こすことができる。例えば、検体の反応体との相互作用は、ナノスケールワイヤの電気的特性、例えば、電圧、電流、導電率、抵抗、インダクタンス、インピーダンスの変化、電気的変化、電磁気的変化などを測定することにより測定することができる。
【０１１４】
本明細書では、もう一つの構成要素“に対して固定化される”構成要素は、他の構成要素に対して束縛されるか、或いは、例えば他の構成要素も同様に束縛される第３の構成要素に対して束縛されることにより他の構成要素に対して間接的に束縛されるかのいずれかである。例えば、もし第１実体の表面に束縛された種がある実体に付着し、第２実体の表面上の種が同じ実体に付着したとすると、第１実体は第２実体に対して固定化される、ただし該実体は、単一の実体、多数の種からなる複合的な実体であってもよい。ある実施形態では、もう一つの構成要素に対して固体化される構成要素は、例えば、溶液または懸濁液中で、安定な結合を用いて固定化される。ある実施形態では、構成要素のもう一つの構成要素に対する非特異的な結合は、構成要素が溶媒または熱の影響で容易に分離するかもしれず、好ましくない。
【０１１５】
本明細書では、“に対して束縛された、または束縛されるように適合化される”は、もう一つの種に対するある種、または物品（例えば、ナノスケールワイヤ）の表面に対するある種、またはもう一つの物品の表面に対するある物品の表面へ、の文脈で用いられる時には、種または表面は、共有結合的接続、特異的かつ生物学的な接続（例えば、ビオチン／ストレプトアビジン）、キレート／金属結合のような配位結合などにより、化学的または生化学的にそれぞれ相互に連結される、または連結するように適合化されることを意味する。例えば、本文脈における“束縛される”は、限定なしに、ナノスケールワイヤ上に合成されたペプチドのような結合種、ナノスケールワイヤに付着した、タンパク質Ａのようなタンパク質に結合した抗体に対して特異的かつ生物学的に連結された結合種、分子の一部を形成する結合種であって、該分子がナノスケールワイヤの表面に共有結合的に束縛された結合パートナーに対して特異的かつ生物学的に結合される結合種などを含む、多数の化学的連結、多数の化学的／生物学的連結などを含む。同様に、ある種は、もし表面が特定のヌクレオチド配列を有し、該種が相補的なヌクレオチド配列を含めば、表面に束縛されるように適合化されている。
【０１１６】
“特異的に束縛される”または“特異的に束縛されるように適合化される”は、“束縛される、または束縛されるように適合化される”の定義に関連して上述したように、ある種が、それぞれもう一つの試料または表面に対して、但し、基本的にすべての非特異的な結合は除いて、化学的または生化学的に連結される、または連結されるように適合化されることを意味する。“共有結合的に束縛される”は、基本的に他でもない一つまたはそれ以上の共有結合により束縛されることを意味する。
【０１１７】
本明細書では、“に付着する”は、もう一つの種または物品の表面に対するある種に関する文脈においては、種が共有結合的な付着、特異的かつ生物学的な付着（例えば、ビオチン／ストレプトアビジン）、キレート／金属結合のような配位結合などにより、化学的または生化学的に連結されることを意味する。例えば、本文脈における“付着した”は、多数の化学的な連結、多数の化学的／生物学的連結など、例えば、ポリスチレンビーズ上に合成されたペプチドのような結合種、を含む。“共有結合的に付着した”は、一つまたはそれ以上の共有結合により付着することを意味する。
【０１１８】
用語“結合”は、限定なしに生化学的、生理学的、および／または化学的相互作用を含む、特異的または非特異的な結合または相互作用に一般的に起因して、相互の親和性または結合能力が示される、分子または表面の相対するペア間に働く相互作用に適用される。“生物学的な結合”は、タンパク質、核酸、糖タンパク質、炭水化物、ホルモンなどを含む、分子のペアの間に生じる相互作用のタイプと定義される。具体的な非限定の例は、抗体／抗原、抗体／ハプテン、酵素／基質、酵素／インヒビター、酵素／補因子、結合タンパク質／基質、運搬体タンパク／基質、レクチン／炭水化物、受容体／ホルモン、受容体／エフェクター、核酸の相補鎖、タンパク質／核酸リプレッサー／誘導因子、配位子／細胞表面受容体、ウイルス／配位子、ウイルス／細胞表面受容体などを含む。
【０１１９】
用語“結合パートナー”は、特定の分子との結合を生じる分子に適用される。生物学的な結合パートナーがその例である。例えば、タンパク質Ａは、生体分子ＩｇＧの結合パートナーであり、逆も同様である。他の非限定的な例は、核酸‐核酸結合、核酸‐タンパク質結合、タンパク質‐タンパク質結合、酵素‐基質結合、受容体／配位子結合、受容体／ホルモン結合、抗体／抗原結合などを含む。結合パートナーは、当業者に知られているような特異的、半特異的、および非特異的な結合パートナーが含まれる。例えば、タンパク質Ａは、通常は“非特異的”または半特異的な結合相手と見做されている。用語“特異的に結合する”は、結合パートナー（例えば、タンパク質、核酸、抗体など）に言及する時には、異種分子（例えば、タンパク質または他の生体関連物質）が混在する中で、結合パートナーいずれかの存在および／または素性を決定づける反応に適用される。それ故、例えば、受容体／配位子の結合ペアの場合には、配位子は、分子が複雑に混在する中から、特異的および／または選択的にその受容体を選別することになり、逆も同様である。酵素はその基質に特異的に結合し、核酸は相補鎖に特異的に結合し、さらに抗体はその抗原に特異的に結合することになる。他の例は、相補鎖に特異的に結合（ハイブリダイズ）する核酸、抗原に特異的に結合する抗体、上記のような結合ペアなどを含む。結合は、限定なしに、イオン相互作用、および／または共有結合性相互作用、および／または疎水性相互作用、および／またはファン・デル・ワールス相互作用などを含む様々なメカニズムの一つまたはそれ以上によることができる。
【０１２０】
以下の文献は、すべての目的でその全体が参照によりここに組み込まれるが、本発明とともに使用可能な教示に関する付加的な記述が含まれる。Ｌｉｅｂｅｒらによる“分子ワイヤベースのデバイスおよびその製造方法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｉｒｅ‐Ｂａｓｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｔｈｅｉｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）”と題する１９９９年７月２日出願の米国特許仮出願第６０／１４２２１６号、２００１年１月１１日に国際特許出願公開ＷＯ  ０１／０３２０８号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスコピックワイヤベースのデバイス、アレイ、およびその製造方法（Ｎａｎｏｓｃｏｐｉｃ  Ｗｉｒｅ‐Ｂａｓｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ａｒｒａｙｓ，  ａｎｄ  Ｍｅｏｔｈｓ  ｏｆ  Ｔｈｅｉｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）”と題する２０００年６月３０日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／１８１３８号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“半導体ナノワイヤ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）”と題する２０００年８月２２日出願の米国特許仮出願第６０／２２６８３５号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノワイヤおよびナノチューブナノセンサー（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２０００年１２月１１日出願の米国特許仮出願第６０／２５４７４５号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“放出要素およびセンサを含むナノワイヤデバイス（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００１年５月１８日出願の米国特許仮出願第６０／２９１８９６号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノワイヤおよびナノチューブのナノセンサー（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００１年５月１８日出願の米国特許仮出願第６０／２９２０３５号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“メモリおよびスイッチングデバイスを含むナノワイヤ電子デバイス（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｍｅｍｏｒｙ  ａｎｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００１年５月１８日出願の米国特許仮出願第６０／２９２０４５号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“半導体ナノワイヤ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）”と題する２００１年５月１８日出願の米国特許仮出願第６０／２９２１２１号、２００２年９月１９日に米国特許出願公開第２００２／０１３０３１１号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ドープされた細長い半導体、かかる半導体の成長、かかる半導体を含むデバイス、およびかかるデバイスの作製（Ｄｏｐｅｄ  Ｅｌｏｎｇａｔｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｇｒｏｗｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，  Ｄｅｖｉｖｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，  ａｎｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００１年８月２２日出願の米国特許出願第０９／９３５７７６号、２００２年２月２８日に国際特許出願公開ＷＯ  ０２／１７３６２号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ドープされた細長い半導体、かかる半導体の成長、かかる半導体��含むデバイス、およびかかるデバイスの作製（Ｄｏｐｅｄ  Ｅｌｏｎｇａｔｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｇｒｏｗｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，  ａｎｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００１年８月２２日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／２６２９８号、２００２年９月１９日に米国特許出願公開第２００２／０１３０３５３号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスコピックワイヤベースのデバイスおよびアレイ（Ｎａｎｏｓｃｏｐｉｃ  Ｗｉｒｅ‐Ｂａｓｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ａｒｒａｙｓ）”と題する２００１年１０月２４日出願の米国特許出願第１０／０３３３６９号で２００４年８月２４日に発行された米国特許第６７８１１６６号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノワイヤ構成単位から組み立てられたトランジスタ、ダイオード、論理ゲートおよび他のデバイス（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ，  Ｄｉｏｄｅｓ，  Ｌｏｇｉｃ  Ｇａｔｅｓ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｆｒｏｍ  Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｂｌｏｃｋｓ）”と題する２００１年９月９日出願の米国特許仮出願第６０／３４８３１３号、２００２年８月２９日に米国特許出願公開第２００２／０１１７６５９号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノセンサー（Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００１年１２月１１日出願の米国特許出願第１０／０２０００４号、２００２年６月２０日に国際特許出願公開ＷＯ  ０２／４８７０１号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノセンサー（Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００１年１２月１１日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／４８２３０号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“放出要素とセンサを含むナノワイヤデバイス（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００２年２月６日出願の米国特許仮出願第６０／３５４６４２号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤおよび関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００２年５月２０日出願の米国特許出願第１０／１５２４９０号、２００３年１月１６日に国際特許出願公開ＷＯ  ０３／００５４５０号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤおよび関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００２年５月２０日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０２／１６１３３号、２００３年５月１５日に米国特許出願公開第２００３／００８９８９９号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤおよび関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００２年７月１６日出願の米国特許出願第１０／１９６３３７号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノワイヤコヒアレント光学部品（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）”と題する２００２年７月１９日出願の米国特許仮出願���６０／３５７１２１号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤおよび関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００３年７月１６日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０３／２２０６１号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノワイヤコヒアレント光学部品（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）”と題する２００３年７月２１日出願の米国特許出願第１０／６２４１３５号、２００４年１月２９日に国際特許出願公開ＷＯ  ２００４／０１０５５２号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノワイヤコヒアレント光学部品（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）”と題する２００３年７月２１日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０３／１１７０７８号、Ｗｈａｎｇらによる“ナノスケールアレイおよび関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ａｒｒａｙｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００３年１１月２０日出願の米国特許仮出願第６０／５２４３０１号、２００３年５月１５日に米国特許出願公開第２００３／００８９８９９号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤおよび関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００３年１１月２１日出願の米国特許出願第１０／７２００２０号、２００４年１０月２８日に米国特許出願公開第２００４／０２１３３０７号として公開された、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノワイヤコヒアレント光学部品（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）”と題する２００３年１２月１１日出願の米国特許出願第１０／７３４０８６号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“金属‐半導体化合物を含むナノ構造（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｍｅｔａｌ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）”と題する２００４年２月１３日出願の米国特許仮出願第６０／５４４８００号、ＭｃＡｌｐｉｎｅらによる“強固なナノ構造（Ｒｏｂｕｓｔ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）”と題する２００４年３月８日出願の米国特許仮出願第６０／５５１６３４号、２００４年９月３０日に米国特許出願公開第２００４／０１８８７２１号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスコピックワイヤベースのデバイスおよびアレイ（Ｎａｎｏｓｃｏｐｉｃ  Ｗｉｒｅ‐Ｂａｓｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ａｒｒａｙｓ）”と題する２００４年３月２９日出願の米国特許出願第１０／８１２６５３号、Ｗｈａｎｇらによる“ナノセンサー（Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００４年６月１５日出願の米国特許仮出願第６０／５７９９９６号、２００５年６月２日に米国特許出願公開第２００５／０１１７４４１号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“ナノスコピックワイヤベースのデバイスおよびアレイ（Ｎａｎｏｓｃｏｐｉｃ  Ｗｉｒｅ‐Ｂａｓｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ａｒｒａｙｓ）”と題する２００４年１０月２６日出願の米国特許出願第１０／９７３６６５号、２００５年１１月１７日に米国特許出願公開第２００５／０２５３１３７号として公開されたＷｈａ��ｇらによる“ナノスケールアレイと関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ａｒｒａｙｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００４年１１月２２日出願の米国特許出願第１０／９９５０７５号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤベースのデータ蓄積（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅ  Ｂａｓｅｄ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ）”と題する２００４年１２月６日出願の米国特許仮出願第６０／６３３７３３号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤと関連デバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００５年２月１４日出願の米国特許出願第１１／０５８４４３号、２００５年１０月６日に国際特許出願公開ＷＯ  ２００５／０９３８３１号として公開されたＬｉｅｂｅｒらによる“金属‐半導体化合物を含むナノ構造（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｍｅｔａｌ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）”と題する２００５年２月１４日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００４４５９号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールセンサ（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００５年５月２５日出願の米国特許出願第１１／１３７７８４号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールセンサ（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）”と題する２００５年８月９日出願の米国特許仮出願第６０／７０７１３６号、Ｌｉｅｂｅｒらによる“ナノスケールワイヤの方法およびデバイス（Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する２００６年４月７日出願の米国特許仮出願第６０／７９０３２２号、およびＬｉｅｂｅｒらによる“ナノセンサーおよび関連技術（Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）”と題する２００６年６月１２日出願の米国特許仮出願第６０／８１２８８４号。
【０１２１】
以下の例は、本発明のある実施形態を説明することを企図するものであるが、本発明のすべての範囲を例示するものではない。
【実施例】
【０１２２】
（実施例１）
この実施例では、ナノワイヤの電界効果トランジスタが調整され、単一のＤＮＡ分子を検出するためにナノワイヤの一部の上にＰＮＡ配列が固定化される。
【０１２３】
図２Ａにおいて、１０ｎｍの金のナノ粒子を触媒粒子として、シランを反応剤として、さらにｐ型ドーパントとしてジボランを４０００：１のＳｉ：Ｂ比で用いて、化学気相成長によりシリコンナノワイヤ２０を形成した。フォトリソグラフィを用い、規定されたチャンネル長が約２ミクロンで、ナノワイヤ２０の両端にコンタクト２５をつくるために５０ｎｍのニッケルを蒸着したシリコンナノワイヤの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むデバイス４０を作製した。リフトオフの後、デバイス４０をＨ２／Ｎ２フォーミングガス中において３８０℃で９０秒間プレアニールした。その後、ニッケルの拡散およびシリコンナノワイヤに沿ったニッケルシリサイドの形成を促進するために（すなわち、ナノワイヤ２１の第１部分を規定するために）、デバイス４０を再度４１５℃でアニールした（図２Ｂ）。直径が１０ｎｍのシリコンナノワイヤに対しては、４１５℃で４０秒のアニールにより、約７０ｎｍのチャンネルを有する特定のデバイスのＳＥＭ像に示されるように（図２Ｄ）、約１００ｎｍより小さいチャンネル長（すなわち、ナノワイヤの第２部分２２）が生じた（図２Ｃ）。
【０１２４】
次に、デバイス４０をアルデヒドプロピルトリメトキシシランまたは３‐メルカプトプロピルトリメトキシシラン（エタノール中２％シラン）に６０分間さらした（図２Ｅおよび図２Ｊ）。シランは、ナノワイヤ２２の第２部分の上の酸化シリコン表面と反応し、通常は６０分以内に官能基の単分子層を生成できる。シランへの曝露とエタノールによる十分な洗浄の後、デバイス４０をＮ２中において１２０℃で１０分間ベーキングした。その後、デバイスを、３０マイクロモルのＬｙｓ‐Ｏ‐ＰＮＡ配列（アルデヒドシラン表面に対して）と４ｍＭのＮａＢＨ３ＣＮを含む１０ｍＭのリン酸緩衝液２０マイクロリットル中においてｐＨ８．３で終夜、または、ＭＣＣ‐ＯＯ‐ＰＮＡ配列（すなわち、チオルシラン表面に対するマレイミド‐リンカー‐ＰＮＡ部分）を含む１０ｍＭのリン酸緩衝液中においてｐＨ７で４時間、インキュベーションした結果、ナノワイヤの第２部分２２にＰＮＡ配列が固定化されている（図２Ｆ）。未反応のアルデヒド基は、１０ｍＭ緩衝液中の４ｍＭのＮａＢＨ３ＣＮの存在下でエタノールアミンとインキュベーションすることにより塞がれた。本実施例で用いたＰＮＡ配列はＡＴＣＡＴＣＴＴＴＧ（配列番号１）であるが、他のＰＮＡ配列も同様に使用できる。加えて、ＰＮＡ配列を固定化するのに、例えば、図２Ｄ〜２Ｆに示されるように、例えば、エポキシド開環反応を含む（図２Ｉ）、他の表面化学反応も用いることができる。
【０１２５】
次にデバイス４０は、例えば、もしナノワイヤＦＥＴが電荷をもつ分子によりゲート開閉ができれば、センサとして用いることができる。例えば、以下の実施例で論じられるように、ＰＮＡ配列を実質的に相補的なＤＮＡ配列（例えば、１０マイクロモルのＰＢＳ中の１ナノモルのＤＮＡ）に曝露することにより、ＤＮＡ配列のＰＮＡ配列への会合を測定することができる（図２Ｇ）（ＦＥＴの電子回路を示す図２Ｋ参照）。
【０１２６】
（実施例２）
本実施例では、実施例１で作製した（該実施例で記載されたＰＮＡ結合パートナーを有する）ナノスケールセンサを、溶液中のＤＮＡ検体を測定するために用いた。ＰＮＡ配列は、Ｎ端がナノワイヤ表面に付着したＡＴＣＡＴＣＴＴＧ（配列番号１）である。すべての測定に用いた緩衝液は１０ミリモルのＰＢＳである。ＤＮＡ配列を同じ緩衝液中に溶解させた。本実施例に用いた二つのＤＮＡ配列は、ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ（配列番号６）（“ｐｏｌｙ（Ｔ）１０”）およびＡＴＣＡＡＡＧＡＴＧ（配列番号５）である。ＤＮＡ配列ＡＴＣＡＡＡＧＡＴＧ（配列番号５）は、８塩基対の相互作用を通じて、すなわち、ＤＮＡのＣＡＡＡＧＡＴＧ（配列番号７）はＰＮＡのＣＡＴＣＴＴＴＧ（配列番号８）配列に対して、ＰＮＡとハイブリダイズすると予測された。本実施例においてナノワイヤを通してかかるＡＣ振幅は３０ｍＶであり周波数は１７Ｈｚであった。
【０１２７】
図３Ａは、溶液を、緩衝液、１ｎＭのｐｏｌｙ（Ｔ）１０、緩衝液、１ｎＭのＡＴＣＡＡＡＧＡＴＧ（配列番号５）、緩衝液、１０ｎＭのＡＴＣＡＡＡＧＡＴＧ（配列番号５）、緩衝液の順に供給した後のＰＮＡ修飾されたｐ型シリコンナノワイヤに対して記録された導電度（ナノジーメンス）ｖｓ．時間（秒）データを示す。緩衝液および１ｎＭｐｏｌｙ（Ｔ）１０の両溶液中では測定可能な導電度の信号は観測されなかった。しかし、マッチしたＤＮＡ配列ＡＴＣＡＡＡＧＡＴＧ（配列番号５）を流すと、図３Ａに示すように、一つのＤＮＡ分子が一つのＰＮＡ分子とハイブリダイズするように見えた。ＤＮＡ上の負電荷がナノワイヤ中に正の鏡像電荷を発生させ、従ってｐ型ナノワイヤの導電度がより高い値へと急に変化し、それが図３Ａの矢印に示されるようにリアルタイムで測定された。ＤＮＡが解離してナノワイヤ表面から離れる時に、ナノワイヤの導電度は急に元に戻った。この振舞（ＤＮＡの結合／解離の繰り返し）は、ＤＮＡ溶液が本実施例で用いたナノワイヤを通り過ぎる間継続した。
【０１２８】
図３Ｂおよび図３Ｃは、１ｎＭおよび１０ｎＭのＤＮＡ溶液に対する詳細な時間曲線を示す。これらの時間曲線の各々から、ＤＮＡがＰＮＡプローブに着脱する滞在時間を測定することができ、図３Ｄ〜３Ｇに示すように、ナノワイヤ表面上のＰＮＡプローブに対するＤＮＡ分子の解離および結合速度を測定するのにこれを用いることができた。これらの図において、Ｎｏｎ（ｔ）またはＮｏｆｆ（ｔ）は、“オン”または“オフ”状態の滞在時間時間がｔより短い事象の数を示し、これを開放または結合の速度定数（すなわち、解離／会合速度定数）の決定に用いることができた。これら図における灰色の線は、これらの過程を一つの指数関数でフィットさせたもので、これから、それぞれｋｏｆｆ（１ｎＭ）＝０．００６５ｓ−１（図３Ｄ）、ｋｏｎ（１ｎＭ）＝０．０２２ｓ−１（図３Ｅ）、ｋｏｆｆ（１０ｎＭ）＝０．００６８ｓ−１（図３Ｆ）、およびｋｏｎ（１０ｎＭ）＝０．１４ｓ−１（図３Ｇ）が得られた。本実施例において、解離速度定数は、１ｎＭおよび１０ｎＭのＤＮＡ溶液に対して同様、すなわち、それぞれ０．００６５ｓ−１と０．００６８ｓ−１であることが見出された。しかし、結合過程に対しては、１０ｎＭのＤＮＡ溶液に対する速度定数は、１ｎＭのＤＮＡ溶液に対するものより約６．４倍大きかった。
【０１２９】
この実施例は、シリコンナノワイヤ表面への単一分子の結合および解離事象を具体的に検出する、さらにＤＮＡとＰＮＡの間のハイブリダイゼーションに関する濃度に依存した結合および解離の速度定数を測定する、例えば、溶液中のＤＮＡ濃度を決定する、能力を実証するものである。
【０１３０】
（実施例３）
本実施例では、実施例１で作製した（該実施例で記載されたＰＮＡ結合パートナーを有する）ナノスケールセンサを、ミスマッチのあるＤＮＡおよび完全にマッチしたＤＮＡの配列を単一分子レベルで測定するために用いた。本実施例では、３つの種類のＤＮＡ、すなわち、配列ＣＡＡＡＧＡＴＧＡＴ（配列番号２）を有する完全に相補的なＤＮＡ、または完全に相補的ではないが実質的に相補的で、但し１つまたは２つのミスマッチを有するＤＮＡ、それぞれＣＡＡＡＣＡＴＧＡＴ（配列番号３）またはＣＡＡＡＣＣＴＧＡＴ（配列番号４）を用いた。ＤＮＡはすべて１００ｎＭの濃度であった。本実施例においてナノワイヤを通してかかるＡＣ振幅は２０ｍＶで周波数は５０９Ｈｚであった。
【０１３１】
図４Ａ〜４Ｃは、中央部に一つのミスマッチを有するＤＮＡ、中央部に二つのミスマッチを有するＤＮＡ、および完全にマッチしたＤＮＡを含む溶液に関する導電度（ｎＳ）の時間（ｓ）に対するプロットである。実施例２におけるように“オン”および“オフ”状態の滞在時間を測定することにより、結合および解放（すなわち、会合／解離）の速度定数を、一つのミスマッチをもつＤＮＡおよび二つのミスマッチをもつＤＮＡに対して測定した。（それぞれ、ｋｏｆｆに対して図４Ｃおよび図４Ｄさらに図４Ａに対してｋｏｎ、並びに、それぞれ、ｋｏｆｆに対して図４Ｅおよび図４Ｆさらに図４Ｂに対してｋｏｎ）。図４Ａ〜４Ｃは、ナノワイヤがＤＮＡに対して曝露された実験の一部を示すに過ぎないことを付記する。これらのデータの曲線フィッティングから、一つのミスマッチに対してｋｏｎ＝１．６７ｓ−１およびｋｏｆｆ＝０．１６６ｓ−１、さらに二つのミスマッチに対してｋｏｎ＝１．２０ｓ−１およびｋｏｆｆ＝１４．８０ｓ−１が得られた。それ故、結合速度定数は一つおよび二つのミスマッチをもつ配列に対して同程度である一方で、解離速度定数は顕著に異なり、二つのミスマッチは一つのミスマッチに比べて９０倍も脱離しやすいことがわかった。さらに、実験の間（＞２０００ｓ）に完全に相補的なＤＮＡとそのＰＮＡ結合パートナーとの間の解離は生じないようであった。
【０１３２】
この実施例は、それ故、ＤＮＡ配列における一塩基変異を識別するとともに、結合および解離ステップに内在する生化学的な関連性を明らかにする能力を実証している。
【０１３３】
（実施例４）
この実施例は、本発明のある実施例によれば、個々のＤＮＡの多数の結合または会合を検出するためにナノワイヤが使えることを示す。
【０１３４】
本実施例では、実施例１に記載したのと同様の技術を用いてナノワイヤを調整し、その上にナノワイヤの一部ＰＮＡ配列を固定化した。ＰＮＡ配列は、ＡＴＣＡＴＣＴＴＴＧ（配列番号１）である。ＰＮＡを配列ＣＡＡＡＧＡＴＧＡＴ（配列番号２）を有するＤＮＡ、すなわち、完全に相補的なＤＮＡ、に曝露した。導電度ｖｓ．時間のデータを図５に示す。この図において、導電度は離散的な“ステップ”で増加し、それらの各々は、一つのＤＮＡ分子とナノワイヤ表面上の一つのＰＮＡ分子との個々の結合事象に対応する。注目すべきことに、ＰＮＡと完全に相補的なＤＮＡの間で解離が検出されなかった。
【０１３５】
（実施例５）
本実施例では、図７を参照して、本発明のある実施形態に用いられるナノスケールワイヤの感度について説明する。しかし、この理論的な考察は、単に説明の手段として示されるもので、決して限定的と解釈されるべきではない。
【０１３６】
図７は、ＦＥＴに用いられる、コンタクト抵抗Ｒｓ（ソース）およびＲｄ（ドレイン）を有するナノスケールワイヤを示す。全コンタクト抵抗Ｒｃは、
Ｒｃ＝Ｒｓ＋Ｒｄとなる。
【０１３７】
ワイヤそのものにおいて、Ｒ１とＲ２は、“ゲートで開閉され”ない、または検体がナノスケールワイヤに対して（例えば、ナノスケールワイヤに対して固定化されている結合パートナーに対して）結合しても変化しない、ナノスケールワイヤの部分（それぞれｌ１およびｌ２の長さを有する部分）の抵抗である。（例えば、シリコンナノワイヤにおける）拡散限界では、
Ｒ１＋Ｒ２＝ｒ（ｌ１＋ｌ２）、
ここで、ｒはナノスケールワイヤの単位長さ当たりの抵抗率である。
【０１３８】
Ｒｇは、一つの検体分子が結合するとゲートが働く（変化する）ナノワイヤの部分の抵抗として定義できる。
【０１３９】
【数１】
2009540333.tif 000003
を結合前の抵抗として、
【０１４０】
【数２】
2009540333.tif 000004
を結合後の抵抗として定義すると、その差は、
【０１４１】
【数３】
2009540333.tif 000005
であり、
ここで、ΔＲｇは、抵抗変化である。抵抗変化は、例えば、検体（例えば、ＤＮＡ）の電荷および／またはサイズ、ナノスケールワイヤの電気的特性、および／または検体とナノスケールワイヤとの距離、によって決定され得る。本実施例における取り扱いでは、この値は、所与の検体、ナノスケールワイヤ、およびデバイスの表面化学反応に対して一定として取り扱うことができる。
【０１４２】
これにより、以下の導電度の変化、ΔＧ、が得られる。
【０１４３】
【数４】
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それ故、Ｒｃが減少するに従い、導電度変化の信号は増加し、さらに長さ（ｌ１＋ｌ２）が減少すると、導電度変化の信号は増加する。加えて、ナノワイヤの良好な電子的特性、例えば、高移動度、さらに良好な表面化学反応により比較的高いΔＲｇおよび比較的高いΔＧを得ることができる。従って、より良好なコンタクト、より短い長さ、および／または良好なナノ材料および表面化学反応により一層高い感度、すなわち、ΔＧを得ることができる。
【０１４４】
本発明のいくつかの実施形態がここに記載かつ図解されたが、当業者は、機能を実行するための、および／または結果および／またはここに記載された利点の一つまたはそれ以上を取得するための、様々な他の手段および／または構造を容易に思い巡らすであろうが、かかる変更および／または改良の各々は、本発明の範囲内と見做される。さらに一般的には、当業者は、ここに記載されるすべてのパラメータ、寸法、材料、および構成は、例示することを意図したものであり、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明が教示するところが使われる具体的な一つまたは複数の応用に依存することを理解するであろう。当業者は、ここに記載された発明の特定の実施形態と同等な多くの等価物を認識し、或いはただありきたりの実験を行うだけで確認できるであろう。従って、当然のことながら、前述の実施形態は、ただ例として示しただけであり、添付の請求項およびその等価物の範囲内において、本発明は、具体的に記載され請求されるのとは別のやり方で実施することができる。本発明は、ここに記載される各々の個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または、方法を指向するものである。加えて、二つまたはそれ以上の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または、方法の組み合わせも、もしかかる特徴、システム、物品、材料、キット、および／または、方法が相互に矛盾しないものであれば、本発明の範囲内に含まれる。
ここで定義されかつ使われるすべての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文献における定義、および／または定義される用語の通常の意味、に優先されると解釈すべきである。
【０１４５】
本明細書および請求項において用いられる不定冠詞“ａ”および“ａｎ”は、逆のことが明示されなければ、“少なくとも一つ”と解釈すべきである。
【０１４６】
語句“および／または”は、本明細書および請求項では、そのように結合された要素の“いずれかまたは両方”、すなわち、ある場合には接続的に存在する、他の場合には離接的に存在する、要素と解釈すべきである。“および／または”を伴ってリストアップされた多数の要素も同様の仕方で、すなわち、そのように結合された要素の“一つまたはそれ以上”と解釈すべきである。“および／または”節により具体的に確認された要素とは別他の要素も、具体的に確認された要素と関係するか否かに関わらず、随意的に存在してもよい。それ故、非限定的な例として、“Ａおよび／またはＢ”は、“を含む”のような限定的でない言葉とともに用いられる時には、一実施形態では、（随意的にＢ以外の要素を含む）Ａだけに、また別の実施形態では、（随意的にＡ以外の要素を含む）Ｂだけに、さらに別の実施形態では、（随意的に他の要素を含む）ＡおよびＢの両方に、言及することができる。
【０１４７】
本明細書および請求項では、用語“または”は、上記の定義のように“および／または”と同様の意味をもつと解釈すべきである。例えば、リスト中で項目を分ける時には、“または”または“および／または”は包括的と解釈すべきであり、すなわち、多数の要素または要素のリストのうちの少なくとも一つ、および一つ以上、さらに随意的にリストにない項目を追加的に含む包括的なものと解釈すべきである。“のただ一つ”または“のまさに一つ”のような、または、請求項中で用いられる場合、“のみからなる”のような、明確に逆を示す用語だけは、多数の要素または要素のリストのうちのまさに一つが包含されることに適用する。一般的に、本明細書で用いられる“または”は、“いずれか”、“のうちの一つ”、“のうちのただ一つ”または“のうちのまさに一つ”のような排他的な語句が先行する時には、排他的な選択肢（“一方または他方、但し両方ではない”）を示すものとしてのみ解釈すべきである。“のみから実質的になる”は、請求項中に用いられる時には、特許法の分野で用いられる通常の意味をもつ。
【０１４８】
本明細書および請求項では、語句“少なくとも一つ”は、一つまたはそれ以上の要素のリストに言及する時には、要素のリスト中の任意の一つまたはそれ以上の要素から選択された少なくとも一つの要素を意味し、但し、要素のリスト中に具体的にリストされた各々およびすべてのうちの少なくとも一つを必ずしも含むものではなく、かつ、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを排除するものではないと解釈すべきである。この定義によれば、具体的に確認される要素と関係ありなしに拘わらず、語句“少なくとも一つ”が言及する要素のリスト中で具体的に確認される要素以外の要素が随意的に存在してもよい。それ故、非限定的な例として、“ＡおよびＢのうちの少なくとも一つ”（もしくは等価的に“ＡまたはＢのうちの少なくとも一つ”、或いは等価的に“Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも一つ”は、一実施形態では、随意的にＡを一つとしてそれ以上を含みＢは存在しない（さらに随意的にＢ以外の要素を含む）少なくとも一つに言及し、また別の実施形態では、随意的にＢを一つとしてそれ以上を含みＡは存在しない（さらに随意的にＡ以外の要素を含む）少なくとも一つに言及し、さらに別の実施形態では、随意的にＡを一つとしてそれ以上を含む少なくとも一つおよび随意的にＢを一つとしてそれ以上を含む（および随意的に他の要素を含む）少なくとも一つなどに言及する。
【０１４９】
当然のことながら、別に明示されなければ、一つ以上の段階または動作を含む、本明細書で請求されるいかなる方法においても、方法の段階または動作の順序は、方法の段階または動作が列挙された順序に必ずしも限定されるものではない。
【０１５０】
請求項、および上記の明細書において、“備える”、“含む”、“持つ”、“有する”、“伴う”、“保持する”“からなる”などの移行句は、非限定的、すなわち、包含するが限定されないことを意味すると解釈すべきである。“のみからなる”および“のみから実質的になる”だけは、米国特許審査手続便覧第２１１１．０３号に示されるように、それぞれクローズドまたはセミクローズ（ｓｅｍｉ−ｃｌｏｓｅｄ）移行句である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｋ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【配列表】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月28日(2009.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】配列表
【補正方法】追加
【補正の内容】
【配列表】
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【国際調査報告】
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