(57)【要約】本発明は、概して、センサとして使用されるナノスケールワイヤを含むナノスケールワイヤに関する。ある場合には、ナノスケールワイヤは、多くの従来技術の技法とは異なり、血液等の比較的複雑な環境内でさえも被分析物を直接決定するために使用され得る。いくつかの側面では、ナノスケールワイヤは、電界効果トランジスタのゲートの少なくとも一部分を形成し、ある側面では、異なる周期的に変動する電圧または他の電気信号が、電界効果トランジスタに印加され得る。例えば、一式の実施形態では、異なる周波数の正弦波的に変動する電圧が、ナノスケールワイヤおよび電界効果トランジスタのソース電極に印加され得る。次いで、周期的に変動する電圧に応答した、ナノスケールワイヤの電気コンダクタンスまたは他の性質が決定され、種の結合を決定するために使用され得る。
2015535928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソースと、ナノスケールワイヤを備えているゲートと、ドレインとを備えている電界効果トランジスタと、
前記ソースと電気的に連通している第１の周期的電圧発生器と、
前記ゲートと電気的に接続している第２の周期的電圧発生器と
を備えている、物品。
【請求項２】
前記第１および第２の周期的電圧発生器は、各々、前記ドレインに対して電圧を生成する、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記第１の周期的電圧発生器および前記第２の周期的電圧発生器と電気的に連通している周波数混合器をさらに備えている、請求項１または２に記載の物品。
【請求項４】
前記周波数混合器によって生成される信号を前記ドレインの電気的性質と比較するためのロックイン増幅器をさらに備えている、請求項３に記載の物品。
【請求項５】
前記周波数混合器と前記ロックイン増幅器との間に位置付けられている低域通過フィルタをさらに備えている、請求項４に記載の物品。
【請求項６】
前記ナノスケールワイヤは、マイクロ流体チャネル内に含まれている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の物品。
【請求項７】
前記マイクロ流体チャネルは、約２ｍｍ以下の最大断面寸法を有する、請求項６に記載の物品。
【請求項８】
前記ナノスケールワイヤは、捩れている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の物品。
【請求項９】
前記ナノスケールワイヤは、半導体を備えている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の物品。
【請求項１０】
前記ナノスケールワイヤは、シリコンを備えている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の物品。
【請求項１１】
ソースと、ナノスケールワイヤを備えているゲートと、ドレインとを備えている電界効果トランジスタを提供することと、
第１の周波数を有する第１の周期的電気信号を前記ソースに印加することと、
第２の周波数を有する第２の周期的電気信号を前記ゲートに印加することであって、前記第２の周波数は、前記第１の周波数とは異なる、ことと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記第１の周期的電気信号および前記第２の周期的電気信号は、同時に印加される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の周期的電気信号は、各々、電圧である、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電圧は、前記ドレインに対して生成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、前記第１の周波数および前記第２の周波数のうちの大きい方に対して約１０％以下だけ異なる、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、前記第１の周波数および前記第２の周波数のうちの大きい方に対して約１％以下だけ異なる、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、前記第１の周波数および前記第２の周波数のうちの大きい方に対して約０．１％以下だけ異なる、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の周波数と前記第２の周波数とは、約１０ｋＨｚ以下だけ異なる、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の周波数と前記第２の周波数とは、約１ｋＨｚ以下だけ異なる、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の周波数と前記第２の周波数とは、約１００Ｈｚ以下だけ異なる、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ゲートの電気的性質を決定することをさらに含む、請求項１１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記電気的性質は、コンダクタンスである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電気的性質は、インピーダンスである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記電気的性質に基づいて、前記ナノスケールワイヤとの種の相互作用を決定することをさらに含む、請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナノスケールワイヤとの前記種の前記相互作用は、前記ナノスケールワイヤの電気的性質における決定可能な変化を引き起こす、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ナノスケールワイヤとの前記種の前記相互作用は、前記ナノスケールワイヤの前記コンダクタンスにおける決定可能な変化を引き起こす、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記相互作用は、結合相互作用である、請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記結合は、特異的である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記種は、タンパク質である、請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記タンパク質は、前立腺特異抗原である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記相互作用は、前記種と相互作用することが可能な反応実体を介して起こる、請求項２４〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記反応実体は、抗体である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ナノスケールワイヤは、半導体を備えている、請求項１１〜３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記ナノスケールワイヤは、シリコンを備えている、請求項１１〜３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記ナノスケールワイヤは、約１マイクロメートル未満の直径を有する、請求項１１〜３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記ナノスケールワイヤは、約２０％未満の平均直径の変動を有する、請求項１１〜３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記ナノスケールワイヤは、捩れている、請求項１１〜３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
ソースと、ナノスケールワイヤを備えているゲートと、ドレインとを備えている電界効果トランジスタと、
異なる電圧を前記ソースおよび前記ゲートに印加することが可能な電圧発生器装置と、
前記電圧発生器および前記電界効果トランジスタの前記ドレインと電気的に連通している、ロックイン増幅器と
を備えている、物品。
【請求項３９】
前記ロックイン増幅器は、前記電圧発生器の基準信号を前記ドレインの電気的性質と比較することができる、請求項３８に記載の物品。
【請求項４０】
ソースと、ナノスケールワイヤを備えているゲートと、ドレインとを備えている電界効果トランジスタを備えているデバイスを提供することと、
第１の周期的電圧信号を前記ソースに印加することと、
第２の周期的電圧信号を前記ゲートに印加することと、
前記ドレインによって生成される電圧信号を決定することと、
前記ドレインによって生成される前記電圧信号の変化を決定することによって、前記ゲートの変更を決定することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６１／７００，２０１号（２０１２年９月１２日出願、Ｌｉｅｂｅｒ、他、名称「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」）の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、概して、センサとして使用されるナノスケールワイヤを含む、ナノスケールワイヤに関する。
【背景技術】
【０００３】
ナノ技術、具体的には、半導体量子ドットおよびナノワイヤ等のサブマイクロエレクトロニック技術の関心は、ナノスケールでの化学および物理学の課題によって、ならびに電子および関連デバイスでこれらの構造を利用するという可能性によって、動機付けられてきた。ナノスケール物品は、電荷担体および励起子（例えば、電子、電子対等）の輸送に適する場合があり、したがって、ナノスケール電子用途での構成要素として有用であり得る。ナノスケールワイヤは、電荷担体および励起子の効率的な輸送に適しており、したがって、ナノスケール電子機器および光電子機器のための重要な構成要素であることが期待される。
【０００４】
選択的機能化表面を有するナノスケールワイヤは、例えば、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ」と題された２００６年１０月３１日発行の米国特許第７，１２９，５５４号（特許文献１）で説明されている。説明されるように、ナノスケールワイヤの機能化は、分子実体等の種々の実体との機能化ナノスケールワイヤの相互作用を可能にし得、相互作用は、サンプル中に存在する疑いがある被分析物の存在または非存在を検出するためのナノスケールセンサデバイスのための機構を提供する、機能化ナノスケールワイヤの性質の変化を誘発する。
【０００５】
しかしながら、被分析物が比較的「雑音の多い」環境内で機能化ナノワイヤと相互作用したとき、例えば、被分析物が血液等の生理学的流体中に存在するときを決定することは困難であり得る。そのような環境内の塩、イオン、タンパク質、炭水化物等の存在は、被分析物がナノスケールワイヤに結合したか、またはそれと別様に相互作用したときを識別することを困難または不可能にし得る。したがって、そのような技術の改良が、依然として必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，１２９，５５４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、概して、センサとして使用されるナノスケールワイヤを含む、ナノスケールワイヤに関する。本発明の主題は、ある場合には、相互関連生成物、特定の問題に対する代替解決策、および／または１つ以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を伴う。
【０００８】
一側面では、本発明は、物品を対象とする。一式の実施形態では、本物品は、ソースと、ナノスケールワイヤを備えているゲートと、ドレインとを備えている電界効果トランジスタと、ソースと電気的に連通している第１の周期的電圧発生器と、ゲートと電気的に接続している、第２の周期的電圧発生器とを含む。本物品は、別の一式の実施形態では、ソースと、ナノスケールワイヤを備えているゲートと、ドレインとを備えている電界効果トランジスタと、異なる電圧をソースおよびゲートに印加することが可能な電圧発生器装置と、電圧発生器および電界効果トランジスタのドレインと電気的に連通している、ロックイン増幅器とを含む。
【０００９】
本発明は、別の側面では、概して、方法を対象とする。一式の実施形態によると、本方法は、ソースと、ナノスケールワイヤを備えているゲートと、ドレインとを備えている電界効果トランジスタを提供する行為と、１の周波数を有する第１の周期的電気信号をソースに印加する行為と、第２の周波数を有する第２の周期的電気信号をゲートに印加する行為とを含む。いくつかの実施形態では、第２の周波数は、第１の周波数とは異なる。
【００１０】
本方法は、別の一式の実施形態によると、ソースと、ナノスケールワイヤを備えているゲートと、ドレインとを備えている電界効果トランジスタを備えているデバイスを提供する行為と、第１の周期的電圧信号をソースに印加する行為と、第２の周期的電圧信号をゲートに印加する行為と、ドレインによって生成される電圧信号を決定する行為と、ドレインによって生成される電圧信号の変化を決定することによって、ゲートの変更を決定する行為とを含む。
【００１１】
別の側面では、本発明は、本明細書に説明される実施形態のうちの１つ以上、例えば、センサとして使用されるナノスケールワイヤを作製する方法を包含する。さらに別の側面では、本発明は、本明細書に説明される実施形態のうちの１つ以上、例えば、センサとして使用されるナノスケールワイヤの使用方法を包含する。
【００１２】
本発明の他の利点および新規特徴は、付随の図と併せて検討されることによって、本発明の種々の非限定的実施形態の以下の発明を実施するための形態から明白となるであろう。本明細書および参照することによって組み込まれる文書が、矛盾および／または非一貫した開示を含む場合、本明細書が、優先するものとする。参照することによって組み込まれる２つ以上の文書が、互に対して、矛盾および／または非一貫した開示を含む場合、より最新の発効日を有する文書が、優先するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の非限定的実施形態は、概略され、正確な縮尺で描かれることを意図しない、付随の図を参照して、一例として、説明される。図中、図示される各同一または略同一構成要素は、典型的には、単一数字で表される。明確性の目的のため、当業者が本発明を理解するために例証が必要ではない場合、全構成要素が、全図において標識されるわけではなく、また、本発明の各実施形態の全構成要素が、示されるわけでもない。
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、センサデバイスを概略的に図示する。
【図２】図２Ａ−２Ｂは、本発明の別の実施形態による、ナノワイヤを備えているセンサデバイスの使用を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、概して、センサとして使用されるナノスケールワイヤを含む、ナノスケールワイヤに関する。ある場合には、ナノスケールワイヤは、多くの従来技術の技法とは異なり、血液等の比較的複雑な環境内でさえも被分析物を直接決定するために使用され得る。例えば、ナノスケールワイヤは、血液のサンプルにさらされ得、ＰＳＡ等の特定のタンパク質が、血液内で直接決定され得る。対照的に、多くの従来技術の技法は、典型的には、複数のタンパク質、イオン、他の種等を含むであろう血液サンプル中の特定のタンパク質を識別することに困難を有するであろう。
【００１５】
いくつかの側面では、ナノスケールワイヤは、電界効果トランジスタのゲートの少なくとも一部分を形成し、ある側面では、異なる周期的に変動する電圧または他の電気信号が、電界効果トランジスタに印加され得る。例えば、一式の実施形態では、異なる周波数の正弦波的に変動する電圧が、電界効果トランジスタのナノスケールワイヤおよびソース電極に印加され得る。次いで、周期的に変動する電圧に応答した、ナノスケールワイヤの電気コンダクタンスまたは他の性質が決定され、種の結合を決定するために使用され得る。
【００１６】
ここで、図１を参照して本発明の一実施形態について議論する。この図では、センサデバイス１０は、ゲート２４によって接続される、ソース（Ｓ）２２およびドレイン（Ｄ）２６を有する、電界効果トランジスタを備えている。ゲート２４は、マイクロ流体チャネル２９内の水にさらされるため、図１では「水ゲート」と標識される。しかしながら、任意の他の好適な流体が他の実施形態で使用され得るため、「水」は、ここでは例証目的のみで使用され、例えば、マイクロ流体チャネル２９内の流体は、水性流体、生理食塩水、有機流体、血液、尿、唾液、眼液等の生理学的流体等であり得ることに留意されたい。ゲート２４は、半導体ナノワイヤまたは炭素ナノチューブ等のナノスケールワイヤを備え得る。ある場合には、ゲート２４は、捩れた（ｋｉｎｋｅｄ）ナノワイヤであり得る。捩れたナノワイヤを含む、ナノスケールワイヤの非限定的実施例が、以下でさらに詳細に議論される。
【００１７】
加えて、図１は、第１の電圧発生器３１および第２の電圧発生器３２を図示する。第１の電圧発生器３１が、第１の周波数（図中に示されるようなω＋Δω）で周期的に変動する電圧信号をソース２２に提供する一方で、第２の電圧発生器３２は、第２の周波数（ω）で周期的に変動する電圧信号をゲート２４に提供する。第２の周波数は、量Δωだけ第１の周波数とは異なる。したがって、ソース２２に印加される電圧が、Ｖｓｄｓｉｎ（（ω＋Δω）ｔ）である一方で、ゲート２４に印加される電圧は、ＶＷＧｓｉｎ（ωｔ）である。これらの電圧は、ここで実証されるように、第１の電圧発生器３１および第２の電圧発生器３２によって、または他の実施形態では、異なる周期、すなわち、ωおよびω＋Δωを有する、電圧を生成することが可能である、他の好適な電圧発生器装置によって、生成され得る。
【００１８】
また、図１では、電圧発生器によって生成される基準信号を、ドレイン２６からの電気信号、例えば、ドレイン２６の電圧測定値と比較する、ロックイン増幅器４６も示されている。図１において、基準信号は、周波数混合器４２を使用して電圧発生器３１および３２からの周波数を混合することによって生成され、周波数混合器４２は、随意に低域通過フィルタ４４を通して、信号をロックイン増幅器４６に渡す。したがって、ロックイン増幅器４６は、基準信号およびドレインからの信号に基づいて、出力信号を生成し得る。したがって、これらの信号を比較することによって、ゲート２４のコンダクタンスが決定され得る。
【００１９】
ゲート２４の少なくとも一部分が、ある場合には、外部環境にさらされ得る。例えば、図１に示されるように、ゲート２４は、流体をゲート２４に（またはゲート２４を通り過ぎて）送達し得る、マイクロ流体チャネル２９内に位置する。流体内の被分析物は、ゲート２４内のナノスケールワイヤの少なくとも一部分に結合し得、そのような結合は、ナノスケールワイヤの１つ以上の電気的性質の変化を引き起こし得る。したがって、ゲート２４の電気的性質は、例えば、信号の電気的性質の変化、例えば、コンダクタンス、インピーダンス、リアクタンス等の変化として、ロックイン増幅器４６によって決定されることができる。したがって、ドレイン２６からの信号を基準信号と比較することによって、図１のセンサデバイス１０は、マイクロ流体チャネル２９内の流体内の被分析物を決定するために使用されることができる。そのような決定はまた、定性的（例えば、被分析物が存在するか否か）および／または定量的（例えば、被分析物の量および／または濃度）であり得る。
【００２０】
上記の議論は、本発明の一実施形態による、センサデバイスの非限定的実施例である。しかしながら、他の実施形態も可能である。例えば、より一般的に、本発明の種々の側面は、例えば、被分析物にさらされたときに、ナノスケールワイヤの特性を決定するためのセンサデバイスならびに他のシステムおよび方法を対象とする。例えば、被分析物は、被分析物に加えて他の種が存在する流体を含む、任意の好適な流体中に存在し得る。
【００２１】
本発明の一側面では、ナノスケールワイヤは、電界効果トランジスタ等のトランジスタの一部であり得る。典型的には、電界効果トランジスタでは、電子等の電荷担体が、ソース電極（または単に「ソース」）からドレイン電極（または単に「ドレイン」）まで流動する。ソースおよびドレインは、典型的には、「ゲート」と称される半導体経路によって接続され、ゲートの種々の性質が、ソースとドレインとの間の電荷担体流を制御するために使用され得る。例えば、より高いコンダクタンスを呈するゲートが、ソースとドレインとの間の電流の流れを助長し得る一方で、より高い抵抗（またはより低いコンダクタンス）を呈するゲートは、そのような電流の流れを阻止し得る。
【００２２】
加えて、ゲートの電気的挙動が、少なくとも部分的に、ゲートがさらされる電気的および物理的環境によって制御され得る。したがって、例えば、ゲートのコンダクタンスは、好適な電圧または電位をゲートに印加することによって制御され得、および／またはゲートのコンダクタンスは、ゲートに近接する種々の分子および／またはイオンによる影響を受け得る。例えば、ゲートの一部分に結合するか、またはゲートに近接して位置付けられる、被分析物は、以下で議論されるように決定されることができる、ゲートの電気的挙動の変更を引き起こし得る。
【００２３】
ゲートは、１本以上のナノスケールワイヤ、例えば、シリコンナノワイヤを備え得る。ある場合には、以下で議論されるように、シリコンナノワイヤ（または他のナノスケールワイヤ）は、屈曲または捩られ（ｋｉｎｋｅｄ）得るが、他の場合においては、ナノスケールワイヤは、屈曲または捩られる必要がない。したがって、いくつかの実施形態では、ナノスケールワイヤは、好適な被分析物にさらされ得、被分析物は、ある様式でナノスケールワイヤと相互作用し、ナノスケールワイヤ、したがって、ゲートの電気的性質を変更し得る。例えば、被分析物は、ナノスケールワイヤに非特異的に結合し得、または被分析物と結合または相互作用することが可能な反応実体は、被分析物が反応実体と相互作用してナノスケールワイヤの電気的性質の変化を引き起こすことができるように、ナノスケールワイヤの表面に結合され、および／またはナノスケールワイヤに対して位置付けられ得る。
【００２４】
一式の実施形態では、周期的電気信号が、電界効果トランジスタに印加される。電気信号は、例えば、電圧信号、電流信号等であり得る。周期的信号は、規則的な時間枠または周期で繰り返す、任意の信号であり得る。周期的信号は、例えば、正弦波、三角波、方形波、鋸歯状波等であり得る。いくつかの実施形態では、１つよりも多くの周期的電気信号が、電界効果トランジスタに印加され得、例えば、第１の周波数を有する第１の周期的電気信号が、ソースに印加され得る一方で、第２の周波数を有する第２の周期的電気信号は、ゲートに印加され得る。
【００２５】
第１の周波数および第２の周波数は、典型的には、異なるが、それらの差異は、比較的小さくあり得る。例えば、第１の周波数および第２の周波数は、例えば、第１の周波数および第２の周波数のうちの大きい方に対して、約１０％以下、約５％以下、約３％以下、約１％以下、約０．５％以下、約０．３％以下、約０．１％以下、約０．０５％以下、約０．０３％以下、または約０．０１％以下だけ異なる。いくつかの実施形態では、第１の周波数と第２の周波数とは、ある場合には、約１０ｋＨｚ以下、約５ｋＨｚ以下、約３ｋＨｚ以下、約１ｋＨｚ以下、約５００Ｈｚ以下、約３００Ｈｚ以下、約１００Ｈｚ以下、約５０Ｈｚ以下、約３０Ｈｚ以下、約１０Ｈｚ以下、約５Ｈｚ以下、約３Ｈｚ、または約１Ｈｚ以下だけ異なる。
【００２６】
周期的電気信号は、電流発生器または電圧発生器等の任意の好適な発電機によって、ソースおよびドレインに印加されることができる。第１の周期的電圧信号をソースに、および第２の周期的電圧信号をゲートに印加するために、１つ以上の電圧発生器が使用され得、または第１の周期電流をソースに、および第２の電流をゲートに印加するために、１つ以上の電流発生器が使用され得る。信号は、ある場合には、同時に印加され得る。したがって、例えば、ソースに印加される第１の周期的電圧を生成するために、第１の電圧発生器が使用され得る一方で、ゲートに印加される第２の周期的電圧を生成するために、第２の電圧発生器が使用され得る。種々の発電機は、ある場合には、同一の装置の一部であり得る。発電機は、固定周期的信号、または必要に応じて（例えば、周波数、形状、強度等を）変更することができる周期的信号を生成し得る。電流および／または電圧を生成するための発電機を容易に市販で入手することができる。
【００２７】
好適な電気信号をソースおよびドレインに印加した後、ドレインの電圧または他の電気的挙動が、結果として決定され、ゲートの電気的挙動、および／またはゲートの少なくとも一部分を形成するナノスケールワイヤの電気的挙動を決定するために使用され得る。ゲートまたはナノスケールワイヤの挙動は、少なくとも部分的に、周辺物理的環境に依存し得、これは、例えば、以前に議論されたようにある様式でナノスケールワイヤと相互作用することができる被分析物による影響を受け得る。
【００２８】
したがって、例えば、一式の実施形態では、例えば、ロックイン増幅器、オシロスコープ、または周期的電気信号（例えば、信号の振幅および／または位相偏移）を測定することが可能な他のデバイスを使用して、ドレインの電圧または他の電気的挙動は、それを基準信号と比較することによって決定され得る。概して、ロックイン増幅器は、例えば、ゲートおよび／またはナノスケールワイヤの電気的性質を決定するために後に分析されることができる（例えば、電界効果トランジスタによって生成される）信号を抽出するために、ドレインによって生成される信号と基準とを混合する。基準信号は、一式の実施形態では、電圧発生器または他の発電機によって生成される電気信号が電界効果トランジスタと相互作用する前に、そのような信号を混合することによって生成されることができる。例えば、電気信号は、周波数混合器を使用して組み合わせられ得る。信号はまた、ロックイン増幅器に送達される前に、低域通過フィルタを使用して処理され得る（またはある場合には、低域通過フィルタおよび／または周波数混合器は、ロックイン増幅器の一部であり得る）。周波数混合器、低域通過フィルタ、およびロックイン増幅器は、商業的供給源から入手され得る。加えて、本明細書で議論される電圧の全ては、典型的には、接地に対して測定され、例えば、ロックイン増幅器は、接地され得、全ての電圧は、それに対して測定され得る。
【００２９】
いずれの理論によっても拘束されることを所望するわけではないが、ナノスケールワイヤおよび／または電界効果トランジスタ内のゲートのコンダクタンスは、ロックイン増幅器および電圧発生器の周期を使用して、ドレインの電圧（例えば、位相および／または振幅）を決定することによって決定され得る。
【００３０】
ナノスケールワイヤの電気的挙動が、少なくとも部分的に、ナノスケールワイヤを包囲する環境によって制御され得るので、ナノスケールワイヤは、本発明のある実施形態によるセンサとして使用され得る。例えば、ナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤを包囲する流体中の被分析物を決定するために使用され得る。ある場合には、被分析物と結合または相互作用することが可能な反応実体は、反応実体への被分析物の結合または相互作用が、ナノスケールワイヤの決定可能な変化を引き起こすように、ナノスケールワイヤの表面に結合され、および／またはナノスケールワイヤに対して位置付けられ得る。そのような反応実体は、種々の潜在的な被分析物を決定するために使用され得、そのような決定は、定性的または定量的に行われ得る。例えば、種々の実施形態では、例えば、コンダクタンスまたはインピーダンス等のナノスケールワイヤの電気的性質を決定することによって、流体中の被分析物の存在、量、および／または濃度が決定され得る。そのような反応実体の非限定的実施例が、以下でさらに詳細に議論される。
【００３１】
記述されるように、ナノスケールワイヤ自体は、被分析物と相互作用することができ、および／または被分析物と結合または相互作用することが可能な反応実体が、ナノスケールワイヤの表面に結合され、および／またはナノスケールワイヤに対して位置付けられ得るように修正されることができる任意の好適なナノスケールワイヤであり得る。好適なナノスケールワイヤの非限定的実施例は、炭素ナノチューブ、ナノロッド、ナノワイヤ、有機および無機伝導性および半導体ポリマー、金属ナノスケールワイヤ、半導体ナノスケールワイヤ（例えば、シリコンから形成される）等を含む。炭素ナノチューブが使用される場合、それらは、単層および／または多層であり得、かつ本質的に金属および／または半導体であり得る。ナノスケールワイヤではないこともあるが、種々の小型ナノスケール規模寸法である他の伝導性または半導体要素もまた、ある実施形態で使用されることができる。
【００３２】
一般に、「ナノスケールワイヤ」（本明細書では「ナノスケール規模ワイヤ」または「ナノスケールのワイヤ」としても知られている）は、概して、その長さに沿った任意の点で、１マイクロメートル未満、約５００ｎｍ未満、約２００ｎｍ未満、約１５０ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約７０ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約２０ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、約５ｎｍ未満、約２ｎｍ未満、または約１ｎｍ未満の少なくとも１つの断面寸法、およびいくつかの実施形態では２つの直交断面寸法（例えば、直径）を有する、ワイヤまたは他のナノスケール物体である。いくつかの実施形態では、ナノスケールワイヤは、略円筒形である。しかしながら、他の実施形態では、他の形状が可能であり、例えば、ナノスケールワイヤは、切子面を有し得、すなわち、ナノスケールワイヤは、多角形断面を有し得る。ナノスケールワイヤの断面は、円形、正方形、三角形、環状、多角形、または楕円形を含むが、それらに限定されない、任意の恣意的な形状であり得、規則的または不規則な形状であり得る。ナノスケールワイヤはまた、中実または中空であり得る。
【００３３】
ある場合には、ナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤの他の寸法より実質的に長い、１つの寸法を有する。例えば、ナノスケールワイヤは、長さが少なくとも約１マイクロメートル、少なくとも約３マイクロメートル、少なくとも約５マイクロメートル、または少なくとも約１０マイクロメートル、あるいは約２０マイクロメートルである、最長寸法を有し得、および／またはナノスケールワイヤは、ある場合には、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、または約１０００：１より大きい、あるいはそれ以上の縦横比（最長寸法対最短直交寸法）を有し得る。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ナノスケールワイヤは、実質的に一様であるか、または約３０％未満、約２５％未満、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、または約５％未満のナノスケールワイヤの平均直径の変動を有する。例えば、ナノスケールワイヤは、実質的に一様なナノクラスタまたは粒子、例えば、コロイド粒子から成長させられ得る。例えば、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題された２００７年１１月２７日発行の米国特許第７，３０１，１９９号を参照されたい。ある場合には、ナノスケールワイヤは、約３０％未満、約２５％未満、約２０％未満、約１５％未満、約１０％、または約５％未満のナノワイヤ群の直径の平均変動を有するナノスケールワイヤ群のうちの１つであり得る。
【００３５】
いくつかの実施形態では、ナノスケールワイヤは、任意の半導体または任意の金属、あるいはそれと同様の規模の伝導率である。ナノスケールワイヤは、好適な材料、例えば、半導体、金属等、ならびにそれらの任意の好適な組み合わせで形成することができる。ある場合には、ナノスケールワイヤは、電荷を渡す能力を有し、例えば、導電性であろう。例えば、ナノスケールワイヤは、約１０−３オームｍ未満、約１０−４オームｍ未満、約１０−６オームｍ未満、または約１０−７オームｍ未満の比較的低い抵抗率を有し得る。ナノスケールワイヤは、いくつかの実施形態では、少なくとも約１マイクロジーメンス、少なくとも約３マイクロジーメンス、少なくとも約１０マイクロジーメンス、少なくとも約３０マイクロジーメンス、または少なくとも約１００マイクロジーメンスのコンダクタンスを有することができる。
【００３６】
ナノスケールワイヤは、種々の実施形態では、中空または中実であり得る。本明細書で使用される場合、「ナノチューブ」は、当業者に公知であるこれらのナノチューブを含む、中空であるか、または空洞化コアを有する、ナノスケールワイヤである。別の実施例として、ナノチューブは、コア／シェルナノワイヤを作成し、次いで、中空シェルを残すようにコアの少なくとも一部分をエッチングすることによって、作成され得る。したがって、一式の実施形態では、ナノスケールワイヤは、非炭素ナノチューブである。対照的に、「ナノワイヤ」は、典型的には中実である（すなわち、中空ではない）ナノスケールワイヤである。したがって、一式の実施形態では、ナノスケールワイヤは、シリコンナノワイヤ等の半導体ナノワイヤであり得る。
【００３７】
一式の実施形態では、ナノスケールワイヤは、金属を含むか、または本質的に金属から成り得る。潜在的に好適な金属の非限定的実施例は、アルミニウム、金、銀、銅、モリブデン、タンタル、チタン、ニッケル、タングステン、クロム、またはパラジウムを含む。別の一式の実施形態では、ナノスケールワイヤは、半導体を含むか、または本質的に半導体から成る。典型的には、半導体は、半導体または半金属性質（すなわち、金属および非金属性質の間）を有する、要素である。半導体の実施例は、シリコンである。他の非限定的実施例は、ガリウム、ゲルマニウム、ダイアモンド（炭素）、スズ、セレン、テルル、ホウ素、またはリン等の元素半導体を含む。他の実施形態では、１つより多くの元素、例えば、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、セレン化カドミウム等が、半導体としてナノスケールワイヤ中に存在し得る。さらに他の実施例は、ＩＩ−ＶＩ族材料（周期表のＩＩ族からの少なくとも１つの構成要素、およびＶＩ族からの少なくとも１つの構成要素、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＣｄＳ、ＣｄＳ、またはＣｄＳｅを含む）、またはＩＩＩ−Ｖ族材料（ＩＩＩ族からの少なくとも１つの構成要素、およびＶ族からの少なくとも１つの構成要素、例えばＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、またはＩｎＡｓＰ）を含む。
【００３８】
ある実施形態では、半導体は、非ドープであることができ、またはドープされることができる（例えば、ｐ型またはｎ型）。例えば、一式の実施形態では、ナノスケールワイヤは、ｐ型半導体ナノスケールワイヤまたはｎ型半導体ナノスケールワイヤであり得、電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）等のトランジスタの構成要素として使用されることができる。例えば、ナノスケールワイヤが、ＦＥＴのソース・ゲート・ドレイン配列の「ゲート」の役割を果たし得る一方で、金属リード線または（本明細書で議論されるような）他の伝導性経路は、ソースおよびドレイン電極として使用される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ドーパントまたは半導体は、ＩＶ族元素の混合物、例えば、シリコンおよび炭素の混合物、またはシリコンおよびゲルマニウムの混合物を含み得る。他の実施形態では、ドーパントまたは半導体は、ＩＩＩ族およびＶ族元素の混合物、例えば、ＢＮ、ＢＰ、Ｂａｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、またはＩｎＳｂを含み得る。これらの混合物、例えば、ＢＮ／ＢＰ／ＢａｓまたはＮ／ＡｌＰの混合物も使用され得る。他の実施形態では、ドーパントは、ＩＩＩ族およびＶ族元素の合金を含み得る。例えば、合金は、ＡｌＧａＮ、ＧａＰＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＡｓＰ等の混合物を含み得る。他の実施形態では、ドーパントはまた、ＩＩ族およびＶＩ族半導体の混合物を含み得る。例えば、半導体は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＢｅＳ、ＢｅＳｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ等を含み得る。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）等も可能である。加えて、異なる半導体群の合金、例えば、ＩＩ族・ＶＩ族およびＩＩＩ族・Ｖ族半導体の組み合わせ、例えば、（ＧａＡｓ）ｘ（ＺｎＳ）１−ｘも可能であり得る。ドーパントの他の実施例は、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、またはＰｂＴｅ等のＩＶ族およびＶＩ族元素の組み合わせを含み得る。他の半導体混合物は、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ等のＩ族およびＶＩＩ族の組み合わせを含み得る。他のドーパント化合物は、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等のこれらの元素の異なる混合物を含み得る。
【００４０】
ｐ型またはｎ型半導体を生成するための半導体のドーピングは、ある実施形態では、バルクドーピングを介して達成され得るが、他の実施形態では、他のドーピング技法（イオン注入等）を使用することができる。バルクドーピングおよび表面ドーピング技法の両方を含む、使用することができる、多くのそのようなドーピング技法が、当業者に周知であろう。バルクドープされた物品（例えば、物品、または物品のある区分あるいは領域）は、ドーパントが原子スケールで結晶格子の特定の領域のみに、例えば、表面または外部上に組み込まれる物品とは対照的に、ドーパントが物品の結晶格子の実質的に全体を通して組み込まれる物品である。例えば、いくつかの物品は、典型的には、基礎材料が成長させられた後にドープされ、したがって、ドーパントは、表面または外部から結晶格子の内部の中へ有限距離で延在するのみである。「バルクドープされた」は、半導体内のドーピングの濃度または量を定義または反映せず、または、必ずしもドーピングが一様であることを示さないことを理解されたい。「高濃度にドープされた」および「低濃度にドープされた」は、当業者によって明確に理解される意味の用語である。いくつかの実施形態では、１つ以上の領域は、原子の単一の単層を備えている（「デルタドーピング」）。ある場合において、領域は、厚さが単一の単層より小さくあり得る（例えば、単層内の原子のうちのいくつかが欠如している場合）。具体的実施例として、領域は、ナノスケールワイヤ内で層状構造に配列され得、領域のうちの１つ以上は、デルタドープするか、または部分的にデルタドープすることができる。
【００４１】
したがって、一式の実施形態では、ナノスケールワイヤは、例えば、異種材料あるいは元素、および／または同一の材料あるいは元素であるが、異なる比または濃度を伴う２つの領域のヘテロ接合を含み得る。ナノスケールワイヤの領域は、最小交差汚染を伴って、互とは異なり得るか、またはナノスケールワイヤの組成は、１つの領域から次の領域まで徐々に変動し得る。領域は、両方とも互に対して縦方向に配列されるか、またはナノスケールワイヤ上で（例えば、コア／シェル配列のように）半径方向に配列され得る。各領域は、ワイヤ内で任意のサイズまたは形状であり得る。接合は、例えば、ｐ／ｎ接合、ｐ／ｐ接合、ｎ／ｎ接合、ｐ／ｉ接合（ｉは真正半導体を指す）、ｎ／ｉ接合、ｉ／ｉ接合等であり得る。接合はまた、いくつかの実施形態では、ショットキー接合であり得る。接合はまた、例えば、半導体／半導体接合、半導体／金属接合、半導体／絶縁体接合、金属／金属接合、金属／絶縁体接合、絶縁体／絶縁体接合等であり得る。接合はまた、２つの材料の接合、ドープされた半導体またはドープされていない半導体に対するドープされた半導体、または異なるドーパント濃度を有する領域間の接合であり得る。接合はまた、完全単結晶に対する欠陥領域、結晶に対する非晶質領域、別の結晶に対する結晶、別の非晶質領域に対する非晶質領域、別の欠陥領域に対する欠陥領域、欠陥領域に対する非晶質領域等であり得る。２つより多くの領域が存在し得、これらの領域は、固有の組成を有し得るか、または同一の組成を備え得る。一実施例として、ワイヤは、第１の組成を有する第１の領域、第２の組成を有する第２の領域、および第３の組成または第１の組成と同一の組成を有する第３の領域を有することができる。ヘテロ接合（コア／シェルヘテロ接合、縦方向へテロ接合等、ならびにそれらの組み合わせを含む）を備えている、ナノスケールワイヤの非限定的実施例は、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題された、２００７年１１月２７日発行の米国特許第７，３０１，１９９号で議論されている。
【００４２】
いくつかの実施形態では、ナノスケールワイヤは、屈曲または捩れたナノスケールワイヤである。捩れは、典型的には、ワイヤの第１の実質的に真っ直ぐな部分とワイヤの第２の実質的に真っ直ぐな部分との間の比較的急な遷移または旋回である。例えば、ナノスケールワイヤは、１、２、３、４、または５個以上の捩れを有し得る。ある場合には、ナノスケールワイヤは、単結晶から形成され、および／または単一の結晶方位、例えば、＜１１０＞結晶方位、＜１１２＞結晶方位、または
【００４３】
【数１】
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【００４４】
結晶方位を備えているか、または本質的にそれらから成る。捩れた領域は、半導体ナノスケールワイヤの残りの部分と同一の結晶方位を有する必要がないことに留意されたい。いくつかの実施形態では、半導体ナノスケールワイヤの捩れは、約１２０°またはその倍数の角度であり得る。捩れは、ある場合には、ナノスケールワイヤに沿って意図的に位置付けられることができる。例えば、ナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤ内の１つ以上の捩れの形成を引き起こすように、種々のガス状反応物質に触媒粒子をさらすことによって、触媒粒子から成長させられ得る。捩れたナノスケールワイヤの非限定的実施例、およびそのようなワイヤを作製するための好適な技法は、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、２０１１年３月３１日に国際公開第ＷＯ  ２０１１／０３８２２８号として公開された、Ｔｉａｎらによる「Ｂｅｎｔ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｐｒｏｂｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｐｅｃｉｅｓ」と題された２０１０年９月２４日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５０１９９号で開示されている。
【００４５】
一式の実施形態では、ナノスケールワイヤは、単結晶、例えば、半導体を備えている、単結晶ナノスケールワイヤから形成される。単結晶アイテムは、共有結合、イオン結合等、および／またはそれらの組み合わせを介して形成され得る。そのような単結晶アイテムは、ある場合には、結晶に欠陥を含み得るが、単結晶アイテムは、イオンまたは共有結合されていないが、単に互に近接近している、１つ以上の結晶を含むアイテムとは区別される。
【００４６】
いくつかの実施形態では、本明細書で使用されるナノスケールワイヤは、個々のまたは独立したナノスケールワイヤである。例えば、「個々の」または「独立した」ナノスケールワイヤは、その寿命のある時点で、例えば、別のナノスケールワイヤを伴って、別の物品に取り付けられてなくてもよく、または独立したナノスケールワイヤは、溶液中にあり得る。これは、基板の表面上にエッチングされたナノスケール特徴、例えば、ナノスケール特徴が独立した物品として基板の表面から決して除去されない、シリコンウエハとは対照的である。これはまた、原位置で化学的または物理的に変更されていることのみによって、周辺材料とは異なる物品の伝導性部分（すなわち、一様な部品の一部分が、選択的ドーピング、エッチング等によってその周辺とは異なって作製される）とは対照的である。「個々の」または「独立した」ナノスケールワイヤは、それが個々の物品として、作製された場所から除去され、異なる場所へ輸送され、異なる構成要素と組み合わせられ、本明細書で説明されるものおよび本開示を熟読すると当業者によって考慮されるであろうもの等の機能的デバイスを作製することができる（しかしその必要はない）ものである。
【００４７】
ナノスケールワイヤは、いくつかの実施形態では、ナノスケールワイヤの外部の性質、例えば、化学的性質、電気的性質、物理的性質等に反応し得る。そのような決定は、定性的および／または定量的であり得る。例えば、一式の実施形態では、ナノスケールワイヤは、電圧に反応し得る。例えば、ナノスケールワイヤは、少なくとも約５マイクロジーメンス／Ｖの電圧感度を呈し得、したがって、ナノスケールワイヤの伝導率を決定することによって、ナノスケールワイヤを包囲する電圧が決定され得る。他の実施形態では、電圧感度は、少なくとも約１０マイクロジーメンス／Ｖ、少なくとも約３０マイクロジーメンス／Ｖ、少なくとも約５０マイクロジーメンス／Ｖ、または少なくとも約１００マイクロジーメンス／Ｖであり得る。決定することができる電気的性質の他の実施例は、抵抗、抵抗率、コンダクタンス、伝導率、インピーダンス等を含む。
【００４８】
別の実施例として、ナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤを包囲する環境の化学的性質に反応し得る。例えば、ナノスケールワイヤの電気的性質は、ナノスケールワイヤを包囲する化学的環境の影響を受け得、それによって、ナノスケールワイヤを包囲する化学的環境を決定するために、電気的性質が決定されることができる。具体的な非限定的実施例として、ナノスケールワイヤは、ｐＨまたは水素イオンに敏感であり得る。そのようなナノスケールワイヤのさらなる非限定的実施例は、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ」と題された２００６年１０月３１日出願の米国特許第７，１２９，５５４号で議論されている。
【００４９】
非限定的実施例として、ナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤを包囲する環境の化学的性質（例えば、ｐＨについては水素イオン、または目的とする被分析物については濃度）を示す被分析物に結合する能力を有し得、および／またはナノスケールワイヤは、部分的または完全に機能化され得、すなわち、被分析物が結合することができる表面機能的部分を備え、それによって、ナノスケールワイヤに対する決定可能な性質変化、例えば、ナノスケールワイヤの抵抗率またはインピーダンスに対する変化を引き起こす。被分析物の結合は、特異的または非特異的であり得る。機能的部分は、−ＯＨ、−ＣＨＯ、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＮ、−ＮＨ２、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＯＲ、ハロゲン化物を含むが、それらに限定されない群から選択される単純群、アミノ酸、タンパク質、糖、ＤＮＡ、抗体、抗原、および酵素を含むが、それらに限定されない生体分子、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ポリアクリルを含むが、それらに限定されないポリマー群から選択される、ナノワイヤコアの直径より小さい鎖長を伴うグラフト化ポリマー鎖、例えば、金属元素、酸化物、硫化物、窒化物、セレン化物、ポリマー、およびポリマーゲルであり得る、金属、半導体、および絶縁体を備えている、材料のシェルを含み得る。タンパク質の非限定的実施例は、例えば、ＰＳＡに対するモノクローナル抗体（Ａｂ１）をそれに結合することにより、ナノスケールワイヤを修正することによって決定することができる、ＰＳＡ（前立腺特異抗原）である。例えば、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」と題された２０１２年７月３１日発行の米国特許第８，２３２，５８４号を参照されたい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、反応実体は、ナノスケールワイヤの性質の変化を決定することによって被分析物を決定することができるように、ナノスケールワイヤの表面に結合され、および／またはナノスケールワイヤに関して位置付けられ得る。「決定」は、用途に応じて、定量的および／または定性的であり得る。「反応実体」という用語は、ナノスケールワイヤの性質（電気的性質等）の検出可能な変化を引き起こすような様式で、被分析物と相互作用することができる任意の実体を指す。反応実体は、ナノワイヤと被分析物との間の相互作用を増進し、ナノワイヤへのより高い親和性を有する新しい化学種を生成し、または、ナノワイヤの周囲の被分析物を濃縮し得る。反応実体は、被分析物が結合する結合パートナーを備え得る。反応実体は、結合パートナーであるとき、被分析物の特定の結合パートナーを備え得る。例えば、反応実体は、核酸、抗体、糖、炭水化物、またはタンパク質であり得る。代替として、反応実体は、ポリマー、触媒、または量子ドットであり得る。触媒である反応実体は、被分析物を伴う反応を触媒することができ、例えば、ナノワイヤに電気的に連結される生成物の補助結合パートナーに結合することを介して、ナノワイヤの検出可能な変化を引き起こす、生成物をもたらす。別の例示的反応実体は、被分析物と反応し、ナノワイヤの検出可能な変化を引き起こし得る生成物を生成する、反応物質である。反応実体は、ナノワイヤ上のシェル、例えば、ポリマーの伝導率の変化を引き起こし、順に、ナノワイヤの検出可能な変化を引き起こす、ガス状サンプル中の分子を認識する、ポリマーのシェルを備えていることができる。
【００５１】
「結合パートナー」という用語は、特定の被分析物またはその「結合パートナー」との結合を受けることができ、当業者に公知であるような特異的、半特異的、または非特異的結合パートナーを含む、分子を指す。「特異的に結合する」という用語は、結合パートナー（例えば、タンパク質、核酸、抗体等）を指すときに、異種分子（例えば、タンパク質および他の生物製剤）の混合物中の混合対の一方または他方の構成要素の存在および／または同一性を決定する、反応を指す。したがって、例えば、受容体／リガンド結合対の場合、リガンドは、分子の複合混合物からその受容体を、またはその逆も同様に、特異的および／または優先的に選択するであろう。酵素が、その基質に特異的に結合し、核酸が、その補体に特異的に結合し、抗体が、その抗原に特異的に結合するであろう。他の実施例は、それらの補体に特異的に結合する（交雑する）核酸、それらの抗原に特異的に結合する抗体等を含む。結合は、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等を含むが、それらに限定されない、種々の機構のうちの１つ以上によるものであり得る。
【００５２】
抗体は、免疫グロブリン遺伝子または免疫グロブリン遺伝子の断片によって実質的にコード化される、１つ以上のポリペプチドを含むか、または本質的にそれらから成る、任意のタンパク質または糖タンパク質であり得る。認識される免疫グロブリン遺伝子の実施例は、カッパ、ラムダ、アルファ、ガンマ、デルタ、イプシロン、およびミュー定常領域遺伝子、ならびに無数の免疫グロブリン可変領域遺伝子を含む。軽鎖は、カッパまたはラムダのいずれか一方として分類される。重鎖は、ガンマ、ミュー、アルファ、デルタ、またはイプシロンとして分類され、順に、免疫グロブリンクラス、つまり、それぞれ、ＩｇＧ、ＩｇＭ、ＩｇＡ、ＩｇＤ、およびＩｇＥを定義する。典型的な免疫グロブリン（抗体）構造単位は、四量体を備えていることが知られている。各四量体は、ポリペプチド鎖の２つの同一対から成り、各対は、１本の「軽鎖」（約２５ｋＤ）および１本の「重鎖」（約５０ｋＤ〜７０ｋＤ）を有する。各鎖のＮ末端は、主に抗原認識に関与する、約１００〜１１０以上のアミノ酸の可変領域を画定する。可変軽鎖（ＶＬ）および可変重鎖（ＶＨ）という用語は、それぞれ、これらの軽鎖および重鎖を指す。
【００５３】
抗体は、無傷の免疫グロブリンとして、または種々のペプチダーゼを用いた消化によって生成される、いくつかのよく特徴付けられた断片として存在する。したがって、例えば、ペプシンは、それ自体がジスルフィド結合によってＶＨＣＨ１に接合された軽鎖である、Ｆａｂの二量体であるＦ（ａｂ）’２を生成するように、ヒンジ領域中のジスルフィド結合の下方の（すなわち、Ｆｃドメインに向かった）抗体を消化する。Ｆ（ａｂ）’２は、ヒンジ領域中のジスルフィド結合を破断するように穏和な条件下で還元され、それによって、（Ｆａｂ）２二量体をＦａｂ’単量体に変換し得る。Ｆａｂ’単量体は、本質的に、ヒンジ領域の一部を伴うＦａｂである。種々の抗体断片が、無傷の抗体の消化に関して定義されるが、当業者であれば、そのような断片が、組み換えＤＮＡ方法を利用することによって、または「ファージ提示」方法によってのいずれか一方で、化学的に新たに合成され得ることを理解するであろう。抗体の非限定的実施例は、単鎖抗体、例えば、可変重鎖および可変軽鎖が、連続ポリペプチドを形成するように（直接的に、またはペプチドリンカを通して）一緒に接合される、単鎖Ｆｖ（ｓｃＦｖ）抗体である。
【００５４】
被分析物は、ナノスケールワイヤを包囲する流体中に存在し得、流体は、被分析物を含むことが可能である任意の好適な流体であり得る。例えば、流体は、水、生理食塩水、水溶液、有機流体等であり得る。流体は、液体、ガス、粘弾性材料等であり得る。流体はまた、例えば、被分析物に加えて、任意の好適な量または濃度で、任意の塩および／またはイオンを含有し得る。いくつかの実施形態では、流体は、全血、血清または血漿、あるいは他の血液分画、尿、眼液、唾液、脳脊髄液、扁桃腺、リンパ節等からの流体または他のサンプル等の生理学的流体である。
【００５５】
流体は、任意の好適な機構を使用して、ナノスケールワイヤが流体にさらされるように、ナノスケールワイヤに送達され得る。例えば、ナノスケールワイヤは、基板上に位置付けられ、その少なくとも一部分が流体にさらされ得る。例えば、一滴の流体が、ナノスケールワイヤを含む領域（例えば、サンプル領域）上に配置され得、または流体は、マイクロ流体チャネル等のチャネルを使用してナノスケールワイヤに送達され得る。したがって、例えば、被分析物を含む疑いがある流体が、チャネルを介してナノスケールワイヤに送達され得、被分析物は、本明細書で議論されるように、ナノスケールワイヤと結合するか、または別様に相互作用し得る。
【００５６】
「マイクロ流体」は、本明細書で使用される場合、約１ｍｍ未満の断面寸法を有する、少なくとも１つの流体チャネルを含む、デバイス、物品、またはシステムを指す。したがって、例えば、１つ以上のマイクロ流体チャネルが、好適な基板上または内に存在し得る。チャネルの「断面寸法」は、チャネル内のネット流体流動の方向と垂直に測定される。したがって、例えば、流体チャネルのうちのいくつかまたは全ては、約２ｍｍ未満、ある場合には、約１ｍｍ未満の最大断面寸法を有することができる。一式の実施形態では、流体チャネルの全てが、マイクロ流体的であり、および／または約２ｍｍ以下または約１ｍｍの最大断面寸法を有する。ある実施形態では、流体チャネルは、単一構成要素（例えば、エッチングされた基板または成形されたユニット）によって、部分的に形成され得る。当然ながら、本発明の他の実施形態では、流体を貯蔵する、および／または流体をナノスケールワイヤ、および／または他の種々の要素あるいはシステムに流体を送達するために、より大きなチャネル、チューブ、チャンバ、リザーバ等を使用することができる。
【００５７】
一式の実施形態では、チャネルの最大断面寸法は、約１ｍｍ未満、約５００マイクロメートル未満、約３００マイクロメートル未満、約２００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、約７５マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、約３０マイクロメートル未満、約２５マイクロメートル未満、約２０マイクロメートル未満、約１５マイクロメートル未満、約１０マイクロメートル未満、約５マイクロメートル未満、約３マイクロメートル未満、約２マイクロメートル未満、約１マイクロメートル未満、約５００ｎｍ未満、約３００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、または約５０ｎｍ未満である。
【００５８】
チャネルは、任意の断面形状（円形、卵形、三角形、不整形、正方形または長方形等）を有し、好適な基板または他の媒体内で画定されることができる。チャネルは、被覆されることも、被覆されないこともできる。完全に被覆される実施形態では、チャネルの少なくとも１つの部分は、完全に封入される断面を有することができ、またはチャネル全体が、その入口および／または出口あるいは開口部を除き、その全長に沿って完全に封入され得る。開放チャネルは、概して、流体輸送の制御を促進する特徴、例えば、構造的特性（細長いくぼみ）および／または物理的あるいは化学的特性（疎水性対親水性）、もしくは流体に力（例えば、封じ込め力）を及ぼすことができる、他の特性を含むであろう。チャネル内の流体は、部分的または完全に、チャネルを充填し得る。ある場合には、開放チャネルが使用される場合、流体は、例えば、表面張力（すなわち、凹状または凸状メニスカス）を使用して、チャネル内に保持され得る。
【００５９】
チャネルは、任意のサイズであり、例えば、約５ｍｍまたは２ｍｍ未満、あるいは約１ｍｍ未満、約５００ミクロン未満、約２００ミクロン未満、約１００ミクロン未満、約６０ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約４０ミクロン未満、約３０ミクロン未満、約２５ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約３ミクロン未満、約１ミクロン未満、約３００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約３０ｎｍ未満、または約１０ｎｍ未満のネット流体流動に垂直な最大寸法を有し得る。ある場合には、チャネルの寸法は、流体が、チャネルを通して、自由に流動可能であるように選択される。チャネルの寸法はまた、例えば、チャネル内の流体である体積または線形流速を可能にするように選択され得る。当然ながら、チャネルの数およびチャネルの形状は、当業者に公知の任意の方法によって変動させることができる。ある場合には、２つ以上のチャネルが、使用され得る。例えば、互に隣接または近接して位置付けられる、互に交差して位置付けられる等のように、２つ以上のチャネルが、使用され得る。
【００６０】
ある実施形態では、チャネルのうちの１つ以上は、約１０ｃｍ未満の平均断面寸法を有し得る。ある事例では、平均断面チャネルの寸法は、約５ｃｍ未満、約３ｃｍ未満、約１ｃｍ未満、約５ｍｍ未満、約３ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、５００マイクロメートル未満、２００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満、または２５マイクロメートル未満である。「平均断面寸法」は、チャネル内のネット流体流動に垂直な平面で測定される。チャネルが、非円形である場合、平均断面寸法は、チャネルの断面積と同一面積を有する円形の直径とみなされ得る。したがって、チャネルは、任意の好適な断面形状、例えば、円形、卵形、三角形、不整形、正方形、長方形、四辺形等を有し得る。いくつかの実施形態では、チャネルは、チャネル内に含まれる１つ以上の流体の積層流動を生じさせるようにサイズ決定される。
【００６１】
ある場合には、比較的多数および／または比較的大きい長さのチャネルがある。例えば、いくつかの実施形態では、チャネルは、一緒に加算されると、ある場合には、少なくとも約１００マイクロメートル、少なくとも約３００マイクロメートル、少なくとも約５００マイクロメートル、少なくとも約１ｍｍ、少なくとも約３ｍｍ、少なくとも約５ｍｍ、少なくとも約１０ｍｍ、少なくとも約３０ｍｍ、少なくとも約５０ｍｍ、少なくとも約１００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、少なくとも約５００ｍｍ、少なくとも約１ｍ、少なくとも約２ｍ、または少なくとも約３ｍの全長を有することができる。別の実施例として、少なくとも１本のチャネルが存在し得、または少なくとも３本のチャネル、少なくとも５本のチャネル、少なくとも１０本のチャネル、少なくとも２０本のチャネル、少なくとも３０本のチャネル、少なくとも４０本のチャネル、少なくとも５０本のチャネル、少なくとも７０本のチャネル、少なくとも１００本のチャネル等が存在し得る。
【００６２】
本明細書に説明されるもの等の物品、基板、または他の構成要素、例えば、マイクロ流体チャネル等のチャネル、チャンバ等を形成するために、本発明のある側面による種々の材料および方法を使用することができる。例えば、種々の物品、基板または構成要素は、固体材料から形成されることができ、チャネルは、微細機械加工、スピンコーティングおよび化学蒸着等の膜蒸着プロセス、レーザ加工、フォトリソグラフィー技法、湿式化学またはプラズマプロセスを含むエッチング法等を介して、形成されることができる。例えば、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ａｍｅｒｉｃａｎ，２４８：４４−５５，１９８３（Ａｎｇｅｌｌ、他）を参照されたい。
【００６３】
一式の実施形態では、本明細書で説明される種々の構造または構成要素は、ポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標））等のエラストマーポリマーから形成されることができる。例えば、一実施形態によると、マイクロ流体チャネルは、ＰＤＭＳまたは他のソフトリソグラフィ技法を使用して、流体システムを別個に製作することによって実装され得る（本実施形態に好適なソフトリソグラフィ技法の詳細は、参考文献「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」（Ｙｏｕｎａｎ  Ｘｉａ、および、Ｇｅｏｒｇｅ  Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ著、Ａｎｎｕａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，Ｖｏｌ．２８，ｐａｇｅｓ  １５３−１８４に公開）、および「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｉｎ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」（Ｇｅｏｒｇｅ  Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｅｍａｎｕｅｌｅ  Ｏｓｔｕｎｉ，Ｓｈｕｉｃｈｉ  Ｔａｋａｙａｍａ，Ｘｉｎｇｙｕ  Ｊｉａｎｇ、および、Ｄｏｎａｌｄ  Ｅ．Ｉｎｇｂｅｒ著、ｔｈｅ  Ａｎｎｕａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，Ｖｏｌ．３，ｐａｇｅｓ  ３３５−３７３に公開）に論じられており、これらの参考文献は、各々、参照することによって本明細書に組み込まれる）。
【００６４】
潜在的に好適なポリマーの他の実施例は、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリマー、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン、塩化ビニリデン、ビスベンゾシクロブテン（「ＢＣＢ」）、ポリイミド、ポリイミドのフッ素化誘導体等を含むが、それらに限定されない。前述のものを含むポリマーを伴う、組み合わせ、コポリマー、または混成物もまた、想定される。デバイスはまた、複合材料、例えば、ポリマーおよび半導体材料の複合材から形成され得る。
【００６５】
いくつかの実施形態では、種々の構造または構成要素は、ポリマーおよび／または可撓性および／またはエラストマー材料から製作され、硬化性流体から都合よく形成され、成形（例えば、複製成形、射出成形、注入成形等）を介して、製作を促進することができる。硬化性流体は、本質的に、固化するように誘発され得る任意の流体、または流体ネットワーク内での使用およびそれとの使用のために想定される流体を含むこと、および／または輸送することが可能な固体に、自発的に固化する任意の流体であり得る。一実施形態では、硬化性流体は、ポリマー液体または液体ポリマー前駆体（すなわち、「プレポリマー」）を備えている。好適なポリマー液体は、例えば、その融点を超えて加熱される、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、ワックス、金属、あるいはその混合物または複合材を含むことができる。別の実施例として、好適なポリマー液体は、好適な溶媒中の１つ以上のポリマーの溶液を含み得、その溶液は、例えば、蒸発によって、溶媒の除去に応じて、固体ポリマー材料を形成する。例えば、溶融状態から、または溶媒蒸発によって、固化されることができる、そのようなポリマー材料は、当業者に周知である。
【００６６】
金型原版の一方または両方がエラストマー材料から構成される実施形態のために、その多くがエラストマーである種々のポリマー材料が、好適であり、また、金型あるいは金型原版を形成するためにも好適である。そのようなポリマーの実施例の非限定的リストは、シリコーンポリマー、エポキシポリマー、およびアクリレートポリマーの一般的種類のポリマーを含む。エポキシポリマーは、一般に、エポキシ基、１，２−エポキシ化合物、またはオキシランと称される、三員環状エーテル基の存在によって特徴付けられる。例えば、芳香族アミン、トリアジン、および脂環骨格に基づく化合物に加えて、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルを使用することができる。別の実施例として、公知のＮｏｖｏｌａｃポリマーを含む。本発明による使用に好適なシリコーンエラストマーの非限定的実施例は、メチルクロロシラン、エチルクロロシラン、フェニルクロロシラン、ドデシルトリクロロシラン等のクロロシランを含む、前駆体から形成されるものを含む。
【００６７】
ある実施形態では、シリコーンポリマー、例えば、シリコーンエラストマーポリジメチルシロキサンが使用される。ＰＤＭＳポリマーの非限定的実施例は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）製の商標名Ｓｙｌｇａｒｄで販売されているもの、特に、Ｓｙｌｇａｒｄ  １８２、Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４、およびＳｙｌｇａｒｄ  １８６を含む。ＰＤＭＳを含む、シリコーンポリマーは、本発明の種々の構造の製作を単純化する、いくつかの有益な特性を有する。例えば、そのような材料は、安価、かつ容易に利用可能であり、熱による硬化を介して、プレポリマー液体から固化されることができる。例えば、ＰＤＭＳは、典型的には、例えば、約１時間の露出時間にわたって、例えば、約６５℃〜約７５℃の温度へのプレポリマー液体の露出によって硬化可能である。また、ＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーは、エラストマーであり得、したがって、本発明のある実施形態では必要である、比較的高い縦横比を伴う、非常に小さい特徴を形成するために有用であり得る。可撓性（例えば、エラストマー）金型または原版は、この点において、有利であり得る。
【００６８】
ＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーから、マイクロ流体構造またはチャネル等の構造を形成することの１つの利点は、空気プラズマ等の酸素含有プラズマへの露出によって酸化されるそのようなポリマーの能力であり、それによって、酸化構造が、その表面に、他の酸化シリコーンポリマー表面または種々の他のポリマーおよび非ポリマー材料の酸化表面に架橋結合可能な化学物質を含む。したがって、そのような構造は、製作され、次いで、別個の接着剤または他の密閉手段の必要性を伴わずに、酸化され、本質的に、他のシリコーンポリマー表面に、または酸化シリコーンポリマー表面と反応する他の基質の表面に不可逆的に密閉されることができる。ほとんどの場合、密閉は、密閉を形成するための補助圧力を印加する必要なく、単に、酸化シリコーン表面を別の表面に接触させることによって、完成されることができる。すなわち、酸化前シリコーン表面は、好適な嵌合表面に対して、接触接着剤として作用する。具体的には、それ自体に不可逆的に密閉可能であることに加え、酸化ＰＤＭＳ等の酸化シリコーンはまた、例えば、ＰＤＭＳ表面と同様に酸化された（例えば、酸素含有プラズマへの露出を介して）ガラス、シリコン、シリコン酸化物、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス状炭素、およびエポキシポリマーを含む、それ自体以外のある範囲の酸化材料に不可逆的に密閉されることもできる。使用され得る酸化および密閉方法、ならびに全体的成形技法は、例えば、記事「Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ」（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７０：４７４−４８０，１９９８  （Ｄｕｆｆｙ、他））に説明されており、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００６９】
以下の文書、すなわち、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｄｏｐｅｄ  Ｅｌｏｎｇａｔｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｇｒｏｗｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，ａｎｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題された２００７年５月１日発行の米国特許第７，２１１，４６４号、およびＬｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題された２００７年１１月２７日発行の米国特許第７，３０１，１９９号、２００９年１月１日に米国特許出願公開第２００９／０００４８５２号として公開された、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」と題された２００６年８月９日出願の米国特許出願第１０／５８８，８３３号、２００７年１１月１５日に米国特許出願公開第２００７−０２６４６２３号として公開された、Ｗａｎｇらによる「Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ」と題された２００６年１２月１５日出願の米国特許出願第１１／６２９，７２２号、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ」と題された２００８年１２月９日出願の米国特許出願第１２／３０８，２０７号、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」と題された２０１２年７月３１日出願の米国特許第８，２３２，５８４号、２０１０年６月１７日に米国特許出願公開第２０１０−０１５２０５７号として公開された、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｈｉｇｈ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｗｉｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」と題された２００９年５月２２日出願の米国特許出願第１２／３１２，７４０号、ならびに２０１１年３月３１日に国際公開第ＷＯ  ２０１１／０３８２２８号として公開された、Ｔｉａｎらによる「Ｂｅｎｔ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｐｒｏｂｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｐｅｃｉｅｓ」と題された２０１０年９月２４日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５０１９９号が、それらの全体で参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００７０】
以下の実施例は、本発明のある実施形態を図示することを目的としているが、本発明の全範囲を例示するわけではない。
【００７１】
（実施例１）
電気化学バイオセンサとしてのナノワイヤ電界効果トランジスタ（ＮＷＦＥＴ）が、過去に提案されている。例えば、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｌｉｅｂｅｒらによる「Ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ」と題された、２００６年１０月３１日発行の米国特許第７，１２９，５５４号を参照されたい。しかしながら、臨床診断（診察点）および細菌戦作用物質検出用途のための多くの有意な利点にもかかわらず、高イオン強度溶液中の短デバイ長による電荷検出に基づく、バイオセンサの困難により、ＮＷＦＥＴは、生理学的条件でこれらのためにまだ実装されることができない。
【００７２】
本実施例は、診察点用途だけでなく、原位置細胞内電気化学バイオ感知も可能な見込みである、新規の捩れＮＷＦＥＴバイオセンサのための周波数混合器を伴う高周波数変調測定を例証する。高周波数変調測定は、従来の測定とは異なり、ナノワイヤの表面の周囲の電荷の数に基づく代わりに、標的タンパク質によって引き起こされるゲート誘電体の厚さに基づいて、捩れたＮＷＦＥＴの電気的性質の有意な変化の検出を可能にする。加えて、ソース・ドレインのＡＣ周波数混合、およびゲートバイアスを導入することにより、高周波数信号の代わりに、比較的低い周波数における変調信号の収集を可能にする。
【００７３】
ＰＢＳ  １Ｘ（生理学的条件と同一のイオン強度）中の前立腺特異抗原（ＰＳＡ）検出のためのマイクロ流体チャンバ内のｎ型捩れたＮＷＦＥＴおよびｐ型直線ＮＷＦＥＴを用いた実験結果が、本実施例で議論される。従来の７９Ｈｚ測定は、ＰＢＳ  １Ｘ中のＰＳＡの入出に関して、ＮＷＦＥＴバイオセンサの一貫した信号変化を示すことができないが、混合技法を用いた高周波数変調測定は、図２で見ることができるように、ＰＢＳ  １Ｘ溶液中のＰＳＡの存在に関して、一貫した信号変化を誘発することに成功した。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態を本明細書で説明および図示したが、当業者であれば、本明細書で説明される機能を果たし、および／または、結果および／または利点のうちの１つ以上を得るための種々の他の手段および／または構造を容易に想定し、そのような変形例および／または修正のそれぞれは、本発明の範囲内であると見なされる。より一般的には、当業者であれば、本明細書で説明される全パラメータ、寸法、材料、および構成は、例示的となるように意図されており、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示が使用される、１つまたは複数の具体的用途に依存することを、容易に理解するであろう。当業者であれば、日常的にすぎない実験を使用して、本明細書で説明される本発明の具体的実施形態の多くの同等物を認識するか、または確認することができるであろう。したがって、前述の実施形態は、一例のみとして提示され、添付の請求項およびその同等物の範囲内で、具体的に説明および請求される以外の方法で本発明が実践され得ることを理解されたい。本発明は、本明細書で説明される、各個別特徴、システム、部品、材料、キット、および／または方法を対象とする。加えて、そのような特徴、システム、部品、材料、キット、および／または方法が互に矛盾していなければ、２つ以上のそのような特徴、システム、部品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせが、本発明の範囲内に含まれる。
【００７５】
全定義は、本明細書で定義および使用される場合、辞書的定義、参照することによって組み込まれた文書中の定義、および／または定義された用語の通常の意味に優先するものと理解されたい。
【００７６】
本明細書および本請求項で使用される場合、「１つの」という不定冠詞は、明確にそれとは反対に示されない限り、「少なくとも１つの」を意味すると理解されたい。
【００７７】
本明細書および本請求項で使用されるような、「および／または」という語句は、そのように結合される要素、すなわち、ある場合では接合的に存在し、他の場合では離接的に存在する要素の「いずれか一方または両方」を意味すると理解されたい。「および／または」とともに列挙された複数の要素は、同じように、すなわち、そのように結合される要素の「１つ以上」で構成されるはずである。明確にそれとは反対に示されない限り、「および／または」という節によって具体的に識別される要素と関係するか、無関係であるかにかかわらず、それらの具体的に識別される要素以外に、他の要素が随意で存在し得る。したがって、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」の言及は、「〜を備えている」等の非制約的な用語と併せて使用されると、一実施形態では、ＢのないＡ（随意でＢ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、ＡのないＢ（随意でＡ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（随意で他の要素を含む）等を指す。
【００７８】
本明細書および本請求項で使用される場合、「または」は、上記で定義されるような「および／または」と同じ意味を有すると理解されたい。例えば、リスト中のアイテムを分離するときに、「または」あるいは「および／または」は、包括的であるとして解釈されるものであり、すなわち、少なくとも１つを含むが、多数の要素または要素のリストのうちの２つ以上と、随意で、追加の非記載アイテムも含む。「〜のうちの１つのみ」または「〜のうちの正確に１つ」等の、明確にそれとは反対に示される用語のみ、または、請求項で使用されるときに、「〜から成る」が、多数の要素または要素のリストのうちの正確に１つの包含を指す。一般に、本明細書で使用されるような「または」という用語は、「いずれか一方」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、または「〜のうちの正確に１つ」等の、排他性の用語が先行すると、排他的代替物（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）としてのみ解釈されるものである。「本質的に〜から成る」は、請求項で使用されると、特許法の分野で使用されるような、その通常の意味を有するものである。
【００７９】
本明細書および本請求項で使用される場合、１つ以上の要素のリストを参照した「少なくとも１つ」という語句は、要素のリスト中の要素のうちのいずれか１つ以上から選択される、少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリスト内で具体的に記載される、あらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含むとは限らず、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを除外しないことを理解されたい。この定義はまた、「少なくとも１つ」という語句が指す要素のリスト内で具体的に識別される要素と関係するか、無関係であるかにかかわらず、それらの具体的に識別される要素以外の要素が随意で存在し得ることも許容する。したがって、非限定的な例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または同等に、「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、または同等に、「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない、随意で２つ以上を含む、少なくとも１つのＡ（随意でＢ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、Ａが存在しない、随意で２つ以上を含む、少なくとも１つのＢ（随意でＡ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態では、随意で２つ以上を含む、少なくとも１つのＡ、および、随意で２つ以上を含む、少なくとも１つのＢ（随意で他の要素を含む）等を指すことができる。
【００８０】
また、明確にそれとは反対に示されない限り、２つ以上のステップまたは作用を含む、本明細書で請求される任意の方法では、方法のステップまたは作用の順序は、必ずしも、方法のステップまたは作用が列挙される順序に限定されないことを理解されたい。
【００８１】
請求項ならびに上記の明細書では、「〜を備えている」、「〜を含む」、「〜を担持する」、「〜を有する」、「〜を含む」、「〜を伴う」、「〜を保持する」、「〜から成る」および同等物等の全移行句は非制約的である、すなわち、「〜を含むがそれらに限定されない」を意味すると理解されたい。「〜から成る」および「本質的に〜から成る」という移行句のみが、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ  ２１１１．０３に規定されているように、それぞれ、制約的または半制約的な移行句となるものである。
【図１】
2015535928.tif 000004
【図２】
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【国際調査報告】
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