(57)【要約】【課題】デオキシリボ核酸（DNA）若しくはリボ核酸（RNA）などの核酸分子を感知し及び／又は配列決定するために、又はその他のバイオポリマーを配列決定し及び／又は感知するために、並びに分子を検出し同定するために使用され得る、調節可能なナノ電極システムを創出するための方法及び装置を提供する。【解決手段】  本開示は、調節可能なナノギャップを備えたナノ電極を実現するための方法及び構造を提供する。集積アクチュエータを備えたデバイス（例えば、圧電デバイス）及び／又は異なる膨張係数を持つ材料が記述される。ナノ電極対を較正するための方法についても記述される。【選択図】  図１
2017517749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオポリマーの配列を決定するためのデバイスであって、
少なくとも１つの流体ナノチャネルを備える基板と、
前記基板に隣接して配置され、それぞれが少なくとも１つのナノ電極対を備える複数の電極構造であり、各ナノ電極対が、前記少なくとも１つのナノ電極対のナノ電極間のギャップを画定する領域を含み、前記少なくとも１つのナノ電極対が、前記少なくとも１つの流体ナノチャネルと交差する、複数の電極構造と、
前記少なくとも１つのナノ電極対と一体化され、前記少なくとも１つのナノ電極対の前記ナノ電極間の前記ギャップの間隔を調節するアクチュエータと、
を備えるデバイス。
【請求項２】
前記基板がシリコンである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記アクチュエータが、前記基板に組み込まれた圧電素子である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記アクチュエータが、前記基板の外にある圧電素子である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ギャップが、前記基板の平面に実質的に直交しない角度に向いている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記アクチュエータが、カンチレバー構造を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記アクチュエータが、複数の固定点を持つブリッジ構造を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記アクチュエータが、前記基板の平面に実質的に平行に移動可能である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つのナノ電極対が複数のナノ電極対を含み、前記複数のナノ電極対のナノ電極間のギャップが同じアクチュエータによって調節可能である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記アクチュエータが、熱膨張によって駆動される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記アクチュエータが、バイメタル撓み素子を備える、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記熱膨張が、前記基板に一体化された加熱素子によって推進される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記熱膨張が、前記基板の外にある加熱素子によって推進される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
バイオポリマー配列決定のためのデバイスであって、
少なくとも１つの流体ナノチャネルを備える基板と、
前記基板上に配置され、それぞれが少なくとも１つのナノ電極対を備える複数の電極構造であり、各ナノ電極対が、前記少なくとも１つのナノ電極対のナノ電極間のギャップを画定する領域を有する、複数の電極構造と、
前記少なくとも１つのナノ電極対と一体化され、前記少なくとも１つのナノ電極対の前記ナノ電極間の前記ギャップの間隔を調節するアクチュエータと、
前記少なくとも１つのナノ電極対の前記ナノ電極と電気通信し、前記ギャップを横断する電流を使用してバイオポリマーの配列を特定するデータ処理装置と、
を備えるデバイス。
【請求項１５】
前記基板がシリコンである、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記アクチュエータが、前記基板に組み込まれた圧電素子である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記アクチュエータが、前記基板の外にある圧電素子である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ギャップが、前記基板の平面に実質的に直交しない角度に向いている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記アクチュエータが、カンチレバー構造を備える、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記アクチュエータが、複数の固定点を持つブリッジ構造を備える、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記アクチュエータが、前記基板の平面に実質的に平行に移動可能である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのナノ電極対が複数のナノ電極対を含み、前記複数のナノ電極対のナノ電極間のギャップが同じアクチュエータによって調節可能である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記アクチュエータが、熱膨張によって駆動される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記アクチュエータが、バイメタル撓み素子を備える、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記熱膨張が、前記基板に一体化された加熱素子によって推進される、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記熱膨張が、前記基板の外にある加熱器によって推進される、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記データ処理装置が、外部コンピューター装置に含まれる、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記外部コンピューター装置がクラウドコンピューティングデバイスである、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記電流がトンネル電流である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項３０】
バイオポリマーの配列を決定するためのシステムであって、
少なくとも１つの流体チャネルを備える基板と、
前記基板上に又は前記基板に隣接して配置された複数の電極構造であり、当該複数の電極構造のそれぞれが、ギャップによって離間された少なくとも１つの電極対を含み、前記少なくとも１つの電極対が、前記少なくとも１つの流体チャネルと交差する、複数の電極構造と、
前記少なくとも１つの電極対と一体化され、前記ギャップの間隔を制御可能に調節するアクチュエータと、
を備えるシステム。
【請求項３１】
前記バイオポリマーが、前記ギャップの少なくとも一部を通り抜ける核酸分子である、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの電極対と電気通信する制御システムであって、前記ギャップ内を核酸分子が流れたときに前記少なくとも１つの電極対の間の電流を測定する制御システムをさらに備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記電流がトンネル電流である、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記複数の電極構造の少なくとも部分集合が、複数の電極対を備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３５】
前記複数の電極対が独立してアドレス指定可能である、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記電極対の少なくとも１つが独立してアドレス指定可能である、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３７】
モノマーを有する核酸分子の配列決定をするための複数の電極を較正するための方法であって、
基板にナノチャネルを設ける工程であり、前記ナノチャネルが、ギャップによって離間された１対のナノ電極を含み、前記ギャップが、調節可能な間隔を有する工程と、
複数の参照較正部分を前記ナノチャネルに流す工程であり、前記参照較正部分が、核酸分子のモノマーの少なくとも一部に対応し、前記参照較正部分が、非核酸部分である工程と、
前記ナノ電極を使用して、前記複数の参照較正部分の少なくとも部分集合を通る電流を測定する工程と、
１つ又は複数の前記電流の測定値に基づいて、前記ギャップの間隔を調節する工程と、
を備える方法。
【請求項３８】
前記ナノ電極で測定された電流が所定の電流プロファイルに対応するように、前記間隔が調節される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ナノチャネルが、ギャップを有するナノ電極の複数の対を備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
ナノ電極の対を選択する工程であって、そのそれぞれが、前記ナノ電極の対による前記複数の参照較正部分に関する電流の測定によって決定されるように、所望のギャップ間隔に設定される工程をさらに備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
所望のナノ電極対ギャップ間隔を持たないギャップが調節され、前記電流が、前記ナノチャネル内を前記複数の参照較正部分が流れたときに測定される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
所望のナノ電極対ギャップ間隔を持たないナノ電極の対にフラッグが立てられ、前記ナノ電極の対からのデータ収集が停止される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記ナノチャネル内を前記参照較正部分が流れたときに、前記ナノ電極の対のそれぞれによる電流の測定値に基づいて、前記ギャップのそれぞれに関して間隔を調節する工程をさらに備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記ナノ電極の複数の対のいくつかの部分集合が、異なる金属、コーティング、又はそれに結合されている部分で形成され、１つ又は複数の前記電流の測定値が、前記ナノ電極の複数の対の部分集合のそれぞれに関連した異なる較正値による１つ又は複数の較正設定をもたらす、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記複数の参照較正部分が、公知の配列を含有する合成又は天然バイオポリマーである、請求項３７に記載の方法。
【請求項４６】
前記複数の参照較正部分が対称配列を有する、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
１つ又は複数の前記電流の測定値が、不揮発性メモリーに記憶される較正設定を提供する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
前記不揮発性メモリーが、（ｉ）前記ナノチャネルを含み若しくは前記ナノチャネルに近接しているか、又は（ｉｉ）前記ナノチャネルに対して遠隔に配置されている、機器上にある、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記不揮発性メモリーがバッテリーバックアップされている、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記較正設定が、個々の電極対用に保持された１つ又は複数の較正値を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記参照較正部分が、キットの一部として供給される、請求項３７に記載の方法。
【請求項５２】
前記参照較正部分がホモポリマー配列に対応する、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
[0001]  本出願は、参照によりそのそれぞれが全体として本明細書に組み込まれる、２０１４年５月８日に出願された米国仮特許出願第６１／９９０，５４２号と、２０１４年５月８日に出願された米国仮特許出願第６１／９９０，５０７号との優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  ナノポアは、デオキシリボ核酸（DNA）又はリボ核酸（RNA）分子などの核酸分子の配列を決定するために役立てることができる。核酸分子の配列の決定は、対象の診断及び／又は治療の支援などの様々な利益をもたらすことができる。例えば、対象の核酸配列は、遺伝性疾患を特定し、診断し、おそらくは治療を開発するために使用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  本明細書で理解されるように、いくつかのデバイスでは、単一ナノチャネルで多数のトンネルナノ電極を利用して、一本鎖核酸分子などの核酸分子を数回測定することができ、それによって測定の精度及び速度を共に改善することができる。したがって、効果的に動作させるためには、幅が数ナノメートルから１ナノメートル未満に至り得るナノ電極ギャップは、おそらくは１ナノメートルよりも著しく小さい許容差で緊密に制御する必要があり得る。ある場合には、これは現行の製作技法の可能性を上回る可能性があり、ナノギャップを調節可能にする必要がある。単一デバイスをいくつかの異なるタイプのバイオポリマーに利用する場合、ギャップ幅を調節することがさらに望ましいものであり得るが、システムを最適に機能させるためには、異なるタイプのバイオポリマーに異なるギャップ幅が必要であり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  本開示は、デオキシリボ核酸（DNA）若しくはリボ核酸（RNA）などの核酸分子を感知し及び／又は配列決定するために、又はその他のバイオポリマーを配列決定し及び／又は感知するために、並びに分子を検出し同定するために使用され得る、調節可能なナノ電極システムを創出するための方法及び装置を提供する。本開示の核酸配列決定デバイス又はシステムは、核酸分子の配列を決定するために使用し得るトンネルナノ電極、特に調節可能なトンネルナノ電極を備えることができる。核酸分子は、一本鎖又は二本鎖とすることができる。
【０００５】
[0005]  本開示の態様は、バイオポリマーの配列を決定するためのデバイスであって、少なくとも１つの流体ナノチャネルを備える基板と；基板に隣接して配置され、それぞれが少なくとも１つのナノ電極対を備える複数の電極構造であり、各ナノ電極対が、少なくとも１つのナノ電極対のナノ電極間のギャップを画定する領域を含み、少なくとも１つのナノ電極対が、少なくとも１つの流体ナノチャネルと交差する、複数の電極構造と；少なくとも１つのナノ電極対と一体化され、少なくとも１つのナノ電極対のナノ電極間のギャップの間隔を調節するアクチュエータと、を備える、デバイスを提供する。
【０００６】
[0006]  本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、基板がシリコンである。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、基板に組み込まれた圧電素子である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、基板の外にある圧電素子である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、ギャップが、基板平面に対して実質的に直交しない角度に向いている。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、カンチレバー構造を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、複数の固定点を持つブリッジ構造を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、基板の平面に実質的に平行に移動可能である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、少なくとも１つのナノ電極対が複数のナノ電極対を含み、複数のナノ電極対のナノ電極間のギャップが、同じアクチュエータによって調節可能である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、熱膨張によって駆動される。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、バイメタル撓み素子を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、熱膨張が、基板に一体化された発熱素子によって推進される。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、熱膨張が、基板の外にある発熱素子によって推進される。
【０００７】
[0007]  本開示の別の態様は、バイオポリマー配列決定のためのデバイスであって、少なくとも１つの流体ナノチャネルを備える基板と；基板上に配置され、それぞれが少なくとも１つのナノ電極対を備える複数の電極構造であり、各ナノ電極対が、少なくとも１つのナノ電極対のナノ電極間のギャップを画定する領域を有する、複数の電極構造と；少なくとも１つのナノ電極対と一体化され、少なくとも１つのナノ電極対のナノ電極間のギャップの間隔を調節するアクチュエータと；少なくとも１つのナノ電極対のナノ電極と電気通信し、ギャップを横断する電流を使用してバイオポリマーの配列を特定するデータ処理装置と、を備える、デバイスを提供する。
【０００８】
[0008]  本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、基板がシリコンである。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、基板に組み込まれた圧電素子である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、基板の外にある圧電素子である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、ギャップが、基板平面に対して実質的に直交しない角度に向いている。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、カンチレバー構造を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、複数の固定点を持つブリッジ構造を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、基板の平面に実質的に平行に移動可能である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、少なくとも１つのナノ電極対が複数のナノ電極対を含み、複数のナノ電極対のナノ電極間のギャップが、同じアクチュエータによって調節可能である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、熱膨張によって駆動される。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、アクチュエータが、バイメタル撓み素子を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、熱膨張が、基板に一体化された発熱素子によって推進される。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、熱膨張が、基板の外にある加熱器によって推進される。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、データ処理装置が、外部コンピューター装置に含まれる。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、外部コンピューター装置がクラウドコンピューティングデバイスである。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、電流がトンネル電流である。
【０００９】
[0009]  本開示の別の態様は、バイオポリマーの配列を決定するためのシステムであって、少なくとも１つの流体チャネルを備える基板と；基板上に又は基板に隣接して配置された複数の電極構造であり、複数の電極構造のそれぞれが、ギャップによって離間された少なくとも１つの電極対を含み、少なくとも１つの電極対が、少なくとも１つの流体チャネルと交差する、複数の電極構造と；少なくとも１つの電極対と一体化され、ギャップの間隔を制御可能に調節するアクチュエータとを備える、システムを提供する。
【００１０】
[0010]  本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、バイオポリマーが、ギャップの少なくとも一部を通り抜けた核酸分子である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、システムはさらに、少なくとも１つの電極対と電気通信する制御システムであって、ギャップ内を核酸分子が流れたときに少なくとも１つの電極対の間の電流を測定する制御システムを備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、電流がトンネル電流である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、複数の電極構造の少なくとも部分集合が、複数の電極対を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、複数の電極対が、独立してアドレス指定可能である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、電極対の少なくとも１つが、独立してアドレス指定可能である。
【００１１】
[0011]  本開示の別の態様は、モノマーを有する核酸分子の配列決定をするための複数の電極を較正するための方法であって、基板にナノチャネルを設ける工程であり、ナノチャネルが、ギャップによって離間された１対のナノ電極を含み、ギャップが、調節可能な間隔を有する工程と；複数の参照較正部分をナノチャネルに流す工程であり、参照較正部分が、核酸分子のモノマーの少なくとも一部に対応し、参照較正部分が、非核酸部分である工程と；ナノ電極を使用して、複数の参照較正部分の少なくとも部分集合を通る電流を測定する工程と；電流の測定値（１つ又は複数）に基づいて、ギャップの間隔を調節する工程と、を備える方法を提供する。
【００１２】
[0012]  本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、間隔は、ナノ電極で測定された電流が所定の電流プロファイルに対応するように調節可能である。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、ナノチャネルが、ギャップを有するナノ電極の複数の対を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、方法はさらに、ナノ電極の対を選択する工程であって、そのそれぞれが、ナノ電極の対による複数の参照較正部分に関する電流の測定によって決定されるように、所望のギャップの間隔に設定される工程を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、ナノチャネル内を複数の参照較正部分が流れるときに、所望のナノ電極対のギャップの間隔を持たないギャップが調節され、かつ電流が測定される。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、所望のナノ電極対のギャップの間隔を持たないナノ電極の対にフラッグが立てられ、ナノ電極の対からのデータ収集が停止される。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、方法はさらに、ナノチャネル内を参照較正部分が流れたときのナノ電極の対のそれぞれによる電流の測定値に基づき、ギャップのそれぞれに関して間隔を調節する工程を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、ナノ電極の複数の対のいくつかの部分集合が、異なる金属、コーティング、又はそれに結合されている部分で形成され、電流の測定値（１つ又は複数）が、ナノ電極の複数の対の部分集合のそれぞれに関連した異なる較正値による較正設定（１つ又は複数）をもたらす。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、複数の参照較正部分が、公知の配列を含有する合成又は天然バイオポリマーである。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、複数の参照較正部分が、対称配列を有する。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、電流の測定値（１つ又は複数）が、不揮発性メモリーに記憶される較正設定を提供する。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、不揮発性メモリーが、（ｉ）ナノチャネルを含み若しくはナノチャネルに近接しているか、又は（ｉｉ）ナノチャネルに対して遠隔に配置されている、機器上にある。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、不揮発性メモリーが、バッテリーバックアップされている。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、較正設定が、個々の電極対に関して保持される１つ又は複数の較正値を備える。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、参照較正部分が、キットの一部として供給される。本明細書で提供される態様のいくつかの実施形態では、参照較正部分が、ホモポリマー配列に対応する。
【００１３】
[0013]  本開示の追加の態様及び利点は、本開示の単なる例示的な実施形態が図示され記述されている、以下の詳細な記述から、当業者に容易に明らかにされよう。理解されるように、本開示は、その他の及び異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、全てが開示から逸脱することなく、様々な明らかな点において修正することが可能である。したがって、図面及び記述は、本質的に例示的なものとみなされ、制限的なものではない。
【００１４】
参照による組込み
[0014]  本明細書で言及される、全ての刊行物、特許、及び特許出願は、個々の刊行物、特許、及び特許出願のそれぞれが参照により組み込まれることを特別かつ個々に示された場合と同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる刊行物及び特許又は特許出願が、本明細書に含有される開示と矛盾する程度まで、本明細書は、任意のそのような矛盾する材料に取って代わり及び／又は優先するものとする。
【００１５】
[0015]  本発明の新規な特徴は、添付される特許請求の範囲で特別に述べる。本発明の特徴及び利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を示す以下の詳細な記述と、添付図面（本明細書では、「図」及び「Fig.」とも記す）とを参照することによって得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】[0016]重なる電極上に追加の金属の上層を備えた、重ねられた調節可能なナノギャップを示す図である。
【図２】[0017]ギャップが実質的に平面状である、張出し電極上に追加の金属の上層を備えた、別の重ねられた調節可能なナノギャップを示す図である。
【図３】[0018]両方の電極がカンチレバー状態にある上方電極上に、追加の金属の上層を備えた、傾斜した調節可能なナノギャップを示す図である。
【図４】[0019]下方電極のみがカンチレバー状態にあるその下方電極上に、追加の金属の下層を備えた、傾斜した調節可能なナノギャップを示す図である。
【図５】[0020]両方の電極が少なくとも部分的にカンチレバー状態にある下方電極上に、追加の金属の下層を備えた、傾斜した調節可能なナノギャップを示す図である。
【図６】[0021]両方の電極が少なくとも部分的にカンチレバー状態にある上方電極上に、追加の金属の上層を備えた、別の傾斜した調節可能なナノギャップを示す図である。
【図７】[0022]下方電極及び一体化された加熱器の下の、温度依存性材料を備える領域を備えた、傾斜した調節可能なナノギャップを示す図である。
【図８】[0023]圧電アクチュエータが下方電極と一体化された、傾斜した調節可能なナノギャップを示す図である。
【図９】[0024]カンチレバー式電極で、縁部間に２種の金属を備える、水平アクチュエータの上面図である。
【図１０】[0025]カンチレバー式電極で、縁部間に２種の金属を備える、水平アクチュエータの側面図である。
【図１１】[0026]カンチレバー式電極を移動させる熱膨張アクチュエータを備えた水平アクチュエータの上面図である。
【図１２】[0027]カンチレバー式電極を移動させる熱膨張アクチュエータを備えた水平アクチュエータの側面図である。
【図１３Ａ】[0028]カンチレバー式電極の垂直移動から電極形成前の側面図である。
【図１３Ｂ】[0029]カンチレバー式電極の垂直移動から電極形成中の、細くなった電極の側面図である。
【図１３Ｃ】[0030]ギャップが所望の間隔に調節されている、カンチレバー式電極の垂直移動から電極形成後に破断した側面図である。
【図１４Ａ】[0031]アクチュエータを備えた、いくつかの傾斜した調節可能なナノギャップの側面図である。
【図１４Ｂ】[0032]１つのアクチュエータが各電極対に結合されている、いくつかの傾斜した調節可能なナノギャップの上面図である。
【図１４Ｃ】[0033]１つのアクチュエータが多数の電極対に結合されている、いくつかの傾斜した調節可能なナノギャップの上面図である。
【図１５】[0034]本開示のデバイス、システム、及び方法を実施するようにプログラムされた又は他の手法で構成されたコンピューターシステムを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0035]  本発明の様々な実施形態について本明細書に図示し、かつ記述してきたが、そのような実施形態は単なる例として提供されることが、当業者に明らかにされよう。数多くの変形例、変更例、及び置換例を、本発明から逸脱することなく、当業者なら思い浮かべることができる。本明細書に記述される本発明の実施形態の様々な代替例を用いてもよいことを、理解すべきである。
【００１８】
[0036]  本明細書で使用される「ギャップ」という用語は、一般に、材料中に形成され又はその他の方法で設けられた、細孔、チャネル、又は通路を指す。材料は、基板などの固相材料であってもよい。ギャップは、感知回路又は感知回路に連結された電極に、隣接して又は近接して配置されてもよい。いくつかの実施例では、ギャップは、０．１ナノメートル（nm）程度〜約１０００ｎｍの特徴的な幅又は直径を有する。ナノメートル程度の幅を有するギャップを、「ナノ−ギャップ」と呼ぶ（本明細書では「ナノギャップ」とも呼ぶ）。いくつかの状況では、ナノ−ギャップは、約０．１ナノメートル（nm）〜５０ｎｍ、０．５ｎｍ〜３０ｎｍ、又は０．５ｎｍ若しくは１０ｎｍ、０．５ｎｍ〜５ｎｍ、又は０．５ｎｍ〜２ｎｍ、又は２ｎｍ、１ｎｍ、０．９ｎｍ、０．８ｎｍ、０．７ｎｍ、０．６ｎｍ、若しくは０．５ｎｍ以下の幅を有する。ある場合には、ナノ−ギャップは、少なくとも約０．５ｎｍ、０．６ｎｍ、０．７ｎｍ、０．８ｎｍ、０．９ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、又は５ｎｍの幅を有する。ある場合には、ナノ−ギャップの幅は、生体分子又は生体分子のサブユニット（例えば、モノマー）の直径よりも小さくすることができる。
【００１９】
[0037]  本明細書で使用する「電極」という用語は、一般に、電流を測定するために使用することができる材料又は部分を指す。電極（又は電極部分）は、別の電極への又は別の電極からの電流を測定するために使用することができる。いくつかの状況では、電極は、チャネル（例えば、ナノギャップ）に配置することができ、チャネルを横断する電流を測定するために使用することができる。電流は、トンネル電流とすることができる。そのような電流は、生体分子（例えば、タンパク質）をナノ−ギャップ内に流すことによって検出することができる。ある場合には、電極に連結された感知回路は、電極の両端に印加電圧を供給して電流を発生させる。代替として又はさらに、電極を生体分子（例えば、タンパク質のアミノ酸サブユニット又はモノマー）に関連した電気伝導度を測定し及び／又は特定するために使用することができる。そのような場合、トンネル電流を電気伝導度に関連付けることができる。
【００２０】
[0038]  本明細書で使用される「生体分子」という用語は、一般に、ナノ−ギャップ電極の両端の電流及び／又は電位で応答指令信号を送ることができる、任意の生物学的材料を指す。生体分子は、核酸分子、タンパク質、又は炭水化物とすることができる。生体分子は、ヌクレオチド又はアミノ酸などの１つ又は複数のサブユニットを備えることができる。
【００２１】
[0039]  本明細書で使用される「核酸」という用語は、一般に、１つ又は複数の核酸サブユニットを備える分子を指す。核酸は、アデノシン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）、チミン（T）、及びウラシル（U）、又はこれらの変異体から選択される１つ又は複数のサブユニットを含んでいてもよい。ヌクレオチドは、Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔ、若しくはＵ、又はこれらの変異体を備えることができる。ヌクレオチドは、成長する核酸鎖に組み込むことができる任意のサブユニットを備えることができる。そのようなサブユニットは、Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔ、若しくはＵとすることができ、あるいは、１つ若しくは複数の相補的なＡ、Ｃ、Ｇ、Ｔ、若しくはＵに特異的な、又はプリンに相補的な（即ち、A若しくはG、又はそれらの変異体）若しくはピリミジンに相補的な（即ち、C、T、若しくはU、又はそれらの変異体）、任意のその他のサブユニットとすることができる。サブユニットは、個々の核酸塩基又は塩基の群（例えば、AA、TA、AT、GC、CG、CT、TC、GT、TG、AC、CA）を分解することができる。いくつかの実施例では、核酸がデオキシリボ核酸（DNA）若しくはリボ核酸（RNA）又はそれらの誘導体である。核酸は、一本鎖又は二本鎖であってもよい。
【００２２】
[0040]  本明細書で使用される「タンパク質」という用語は、一般に、１つ又は複数のアミノ酸モノマー、サブユニット、又は残基を有する生物学的分子又は高分子を指す。例えば５０以下のアミノ酸を含有するタンパク質は「ペプチド」と呼ぶことができる。アミノ酸モノマーは、任意の天然に存在する及び／又は合成されたアミノ酸モノマー、例えば２０、２１、又は２２個の天然に存在するアミノ酸などから選択することができる。ある場合には、２０個のアミノ酸が、対象の遺伝暗号内でコードされる。一部のタンパク質は、約５００種の天然に存在する及び天然に存在するものではないアミノ酸から選択される、アミノ酸を含んでいてもよい。いくつかの状況において、タンパク質は、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、トリプトファン、及びバリン、アルギニン、ヒスチジン、アラニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、プロリン、セリン、及びチロシンから選択される、１種又は複数のアミノ酸を備えることができる。
【００２３】
[0041]  本明細書で使用される「層」という用語は、基板上の原子又は分子の層を指す。ある場合には、層は、１つのエピタキシャル層又は複数のエピタキシャル層を備える。層は、被膜又は薄膜を含んでいてもよい。いくつかの状況では、層は、例えば光を発生（又は放出）するように構成された活性層などの、所定のデバイス機能を発揮するデバイス（例えば、発光ダイオード）の構造的構成要素である。層は一般に、約１つの単原子単層（ML）から数十個の単層、数百個の単層、数千個の単層、数百万個の単層、数十億個の単層、１兆個の単層、又はそれ以上の厚さを有する。実施例では、層が、１つの単原子単層よりも大きい厚さを有する多層構造である。さらに、層は多数の材料層（又は副層）を含んでいてもよい。実施例では、多数の量子井戸活性層が、多数の井戸及び障壁層を備える。層は、複数の副層を含んでいてもよい。例えば、活性層は障壁副層及び井戸副層を含んでいてもよい。
【００２４】
[0042]  本明細書で使用される「隣接」又は「〜に隣接する」という用語は、「〜の隣り」、「接合する」、「〜に接触する」、及び「〜に近接する」を備える。ある場合には、構成要素への隣接は、１つ又は複数の介在層によって互いに離間されている。例えば、１つ又は複数の介在層は、約１０マイクロメートル（「ミクロン」）未満、１ミクロン、５００ナノメートル（「nm」）、１００ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍ、１ｎｍ、又はそれ未満の厚さを有することができる。実施例では、第１の層が第２の層に直接接触するとき、第１の層は第２の層に隣接する。別の実施例では、第１の層が第３の層によって第２の層と離間されるとき、第１の層は第２の層に隣接する。
【００２５】
[0043]  本明細書で使用される「基板」という用語は、表面に被膜又は薄膜の形成が望まれる、任意の工作物を指す。基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリカ、サファイヤ、酸化亜鉛、炭素（例えば、グラフェン）、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、スピネル、被覆シリコン、シリコンオンオキサイド、シリコンカーバイドオンオキサイド、ガラス、窒化ガリウム、窒化インジウム、二酸化チタン、及び窒化アルミニウム、セラミック材料（例えば、アルミナ、AlN）、金属材料（例えば、モリブデン、タングステン、銅、アルミニウム）、及びこれらの組合せ（又は合金）を備えるが、これらに限定するものではない。基板は、単一の層又は多数の層を備えることができる。
【００２６】
生体分子を検出し又は感知するためのデバイス
[0044]  ナノギャップトンネル電極は、ＤＮＡ塩基の測定に使用されてきた。適切なギャップサイズが選択されると、ＤＮＡ鎖の存在を検出するだけでなく、塩基配列を決定することも可能になる。しかし、各ナノギャップごとに適切なギャップ間隔を製作することは、特に電極のアレイが一緒に製作される場合に実に難しく、外部ＸＹＺ機構を使用する個々の調節は、サイズ上の制約により不可能である。必要な許容差は、ナノメートルよりも著しく小さく、０．１ナノメートル（nm）以下の許容差が望ましいものであり得る。
【００２７】
[0045]  核酸（例えば、DNA）配列決定を含めた生体分子の検出又は感知のためのシステムは、ナノ電極対を所望の又は最適なギャップ間隔に調節するために、１つ又は複数のナノ電極対の調節器として働くことができるアクチュエータと組み合わせた、ナノチャネルに交差するナノ電極対を組み込んだ１つ又は複数の流体ナノチャネルを備えたデバイスによって実現され得る。いくつかの実施形態では、ナノギャップトンネル電極を基板上に製作してもよい。
【００２８】
[0046]  基板は、シリコン及びゲルマニウムなどの半導体材料のチップ；プラスチック材料及びガラスなどの絶縁材料；又は金属若しくは金属の合金であってもよい。基板が金属で作製される場合、電極は、ナノ電極から電気的に絶縁されてもよい。いくつかの実施形態では、基板がポリアミドであってもよい。
【００２９】
[0047]  いくつかの実施形態では、デバイスは、ＭＥＭＳ施設で製作されてもよい。デバイスは、相互コンダクタンス増幅器、アナログ−デジタルデバイス、コンピューター装置、通信装置、記憶装置、及び任意のその他のハードウェア及び／又はソフトウェアコンポーネントであって、デバイスによって発生され得るデータの収集、通信、記憶、及び解析に役立てることができるものを備えることができる、追加の電子回路を含んでいてもよい。
【００３０】
[0048]  デバイスからのデータは、コンピューター又はデータ処理装置によって処理されてもよい。いくつかの実施形態では、データは、外部コンピューター装置によって処理されてもよい。いくつかの実施形態では、データは、クラウドコンピューティングデバイスによって処理されてもよい。いくつかの実施形態では、ＧＰＵクラスターを使用してデータを処理してもよい。
【００３１】
[0049]  そのようなデバイスに関する空間上の制約はかなりのものであるが、それは単一ＤＮＡ鎖を配列決定する過程において前記ＤＮＡ鎖が数回読み取られるように、単一ナノチャネルに沿っていくつかのナノギャップトンネル電極対を利用することが望ましいものであり得るからである。さらに、いくつかのナノチャネルは、異なるナノチャネル内で同時に、多重鎖を検出、測定し、配列決定するように利用されてもよい。
【００３２】
[0050]  本開示は、調節するいくつかの手法を提供する。１つの手法は、ナノギャップ対に結合されている温度依存性調節器を利用することであり、ギャップ間隔は、局所電極システムの温度の変化を利用して、又は一組のナノ電極対の温度を調節することによって、調節されてもよい。いくつかの実施形態では、圧電調節器を利用してもよく、この場合、圧電結晶の両端に印加される電圧を、１つ又は複数のナノ電極対を調節するために利用してもよい。別の手法は、ナノギャップ対に結合されているバイメタルカンチレバーを利用することであり、この場合、１つ又は両方の電極がカンチレバー上に取り付けられ、カンチレバーは、カンチレバーの温度の変化を利用して調節することができ、熱膨張係数の差が、カンチレバーの曲げをもたらす。異なる熱膨張係数を持ついくつかの材料を利用してもよく、係数が１４．３×１０−６／Ｋである金、係数が２３．１×１０−６／Ｋであるアルミニウム、係数が３．０×１０−６／Ｋであるシリコン、及び係数が４．３×１０−６／Ｋであるタングステンが含まれる。いくつかの実施形態では、バイメタルカンチレバーが、バイメタル撓み機構であってもよい。
【００３３】
[0051]  例えば、窒化シリコンの下層（温度係数３．２×１０−６／Ｋ）及びアルミニウムの上層（温度係数２３×１０−６／Ｋ）と、１０Ｋの温度上昇を経験する５０μｍの長さとを利用した、温度で誘発される撓みは、（２３−３．２）×１０−６／Ｋ×５×１０−５ｍ×１０Ｋ＝９．９×１０−９ｍの間の伸び差を受けることになる。
【００３４】
[0052]  いくつかの実施形態では、構造の温度は、赤外線（IR）レーザー若しくは近ＩＲレーザーであってもよいＩＲ源などの外部供給源、又は１つ若しくは複数のナノ電極対に連結されていてもよい外部抵抗器を利用して、上昇させてもよい。構造の温度を上昇させるための追加の手法は、個々のカンチレバー又はカンチレバーの群の温度制御を可能にすることができる、局所抵抗器を備える。いくつかの実施形態では、構造の温度は、基板と一体化した加熱器によって上昇させてもよい。いくつかの実施形態では、熱膨張は、内部又は外部加熱器によって推進させてもよい。
【００３５】
[0053]  図１は、そのようなカンチレバー式ナノ電極対を概略的に示し、上部及び下部電極は共に金で製作されているがその他の金属を使用してもよく、一方で上層（上部）の電極は、追加の材料の層１２を有し、この層は、金の上部電極上に堆積された金属であってもよい。上層金属は、金の場合よりも大きい膨張係数を有する材料で製作されてもよく、したがって構造が加熱されると、カンチレバー式構造は下部電極に向かって下へと曲がることになり、ナノ電極ギャップ間隔の調節が可能になる。この実施形態では、ナノ電極ギャップ間隔を適切な間隔に低減させることができるように、ナノ電極対の初期ギャップ間隔が、望まれる値よりも大きいことが望ましい。図１に示されるように、電極は、二酸化ケイ素であってもよい酸化物の任意選択の層上に製作されてもよく、あるいは電極は、基板１３上に直接製作されてもよく、又は、金若しくはその他の金属が半導体回路の適正な動作を妨げないように、おそらくは誘電体材料を利用して、平面状であってもよいトランジスタ、キャパシタ、若しくは半導体回路のその他の能動部分に利用され得る追加の層を含み得るその他の構造上に製作されてもよい。
【００３６】
[0054]  カンチレバーは、より単純な製作を可能にし得る実施形態を提供することができるが、ギャップ調節器は、複数の点（ブリッジ）で支持される又はダイヤフラムなどのラインに沿って支持される電極を使用して製作されてもよい。
【００３７】
[0055]  図１のナノギャップは、上部ナノ電極に結合されているカンチレバーを形成するプロセスの部分として形成されてもよく、あるいは、上部ナノ電極を支持した、かつカンチレバーが形成されるように除去される／除去された層を、除去する前若しくは後に別々に作製されてもよい。カンチレバーを形成するために除去される層は、下部ナノ電極上に重なるように構成されてもよく、上部電極は、この層の上に堆積されて、上部ナノ電極が上昇の変化に順応するようになされていてもよく、その結果、下にある酸化物又は基板１３との両方の類似する界面が可能になり、かつ上部ナノ電極が下部電極上に重なることが可能になる。したがって上部及び下部ナノ電極間の層の厚さは、ナノ電極対の間のギャップの初期間隔を設定する。
【００３８】
[0056]  その他の実施形態では、ナノ電極間のギャップは、当初は望まれるよりも短い距離であってもよく、次いで構造を加熱することによって増大させてもよい。この実施形態では、金属又はその他の材料の層は、上部ナノ電極の場合よりも小さい膨張係数を有して、加熱されると上部ナノ電極が上向きに曲がり、ナノ電極間のギャップ間隔が増大するようになされることが望ましいものであり得る。
【００３９】
[0057]  いくつかの実施形態では、ナノ電極及び／又は第２の材料１２は、ナノ電極がナノ電極の先端以外は流体試薬に曝されないように、したがってナノ電極と流体試薬との間の望ましくない相互作用が防止できるように、ナノ電極上に形成され、堆積され、又はその他の手法で重ねられ若しくは下に設けられた追加の誘電体層を有していてもよい。先端は、直交する又はほぼ直交する流体ナノチャネルであってもよいナノチャネルに、交差するように構成されてもよい。
【００４０】
[0058]  図２は、図１の構造に類似する構造を概略的に示すが、図２の構造は、３つの異なる材料を利用し、ナノ電極対の２つのナノ電極の材料は異なる金属（金属１及び金属２）のものであってもよく、第３の金属（金属３）は、カンチレバーの温度依存性の撓みを引き起こすために利用されてもよい。金属１は、下にある酸化物層と同じ高さのものとして示され、この酸化物層は、先に堆積された金属１の高さに一致するように成長させてもよい。犠牲層を堆積させてもよく、その後、金属層２及び金属層３を堆積させてもよく、犠牲層はそこから除去されて、ナノギャップ及びカンチレバー構造を形成してもよい。
【００４１】
[0059]  図３は、図１の構造に類似した構造を概略的に示すが、下部ナノ電極上に上部ナノ電極の上層を有する代わりに、ギャップが、ある角度を使用して形成されている。そのような角度は、反応性イオンエッチング又はその他の適切な半導体製作方法を使用して形成されてもよい。したがって、ナノ電極対の２つのナノ電極は、ナノ電極を創出するために図１の構造によって必要とされる２つの金属化工程の代わりに、単一の金属化工程を使用して最初に製作され、さらに、温度依存性撓みをもたらす追加の金属層を創出するために追加の金属化工程を使用してもよい。図３はさらに、カンチレバーが創出されるように形成される両方の電極を示しており、したがって、ただ１つのナノ電極に結合されているカンチレバーを形成するために必要な任意の縁部と、新たに形成されたナノ電極対の間のギャップとの位置合わせする必要がなくなる。同様に、第２の材料１２は、アルミニウムであってもよく、又は、ギャップが当初、望まれるよりも大きいものである実施形態に関するナノ電極の係数よりも、大きい係数を有するその他の材料であってもよい。ナノ電極の温度を上昇させ、追加の上に重なる第２の材料１２と共に示されているナノ電極を曲げてもよく、したがってナノ電極間のギャップを閉鎖してもよい。上に重なる第２の材料１２は、ナノ電極間のギャップにまで延びず、これは、ナノ電極間のギャップとの位置合わせを必要としないように行うことができる。さらなる実施形態では、第２の材料は、ナノ電極間のギャップを所望の間隔に設定することができる差動が可能になるように、一方の電極上に他方の電極よりも十分多くの材料がある限り、両方の電極の部分上に延びてもよい。カンチレバーの長さ及び／又は上に重なる第２の材料１２の長さ及び／又はナノ電極間の初期ギャップ間隔の任意のばらつきは、ナノ電極ギャップ間隔を所望の間隔に閉鎖し又は開放するために必要とされる温度を較正することによって、補償されてもよい。先に記述したものに類似したその他の実施形態では、代わりにギャップ間隔が望まれるより狭くてもよく、上に重なる第２の材料は、構造が加熱されるとカンチレバーが上に曲がり、ナノ電極間のギャップ間隔を所望の間隔に開放するように、電極の膨張係数よりも小さい膨張係数を有するものが利用されてもよい。
【００４２】
[0060]  図４は、図３の構造に類似した構造を概略的に示し、下にある材料２０は１つの電極の下に使用され、ナノ電極間のギャップと位置合わせされるように示されているが、下にある材料２０は、ナノ電極間のギャップまで完全には延びないように適用されてもよく、又はナノ電極間のギャップを通り越して延びてもよい。同様に、ただ１つのナノ電極がカンチレバー状態として示されており、下にある材料の除去がナノ電極間のギャップの場所に位置合わせされる必要がある。代替の実施形態では、第２の電極が部分的にアンダーカットされて、第１のナノ電極の図示されるカンチレバーと同じ長さのものであってもよい、又はより短くてもよい、第２のカンチレバーを形成することができる。カンチレバーの長さ及び／又は下若しくは上に配置された第２の材料の任意の組合せは、温度制御された差動を創出するように、組み合わせて利用されてもよい。第３又はさらに追加の材料をさらに利用してもよく、その場合、組み合わされた構造は、ナノ電極間に温度依存性ギャップ間隔を有する。
【００４３】
[0061]  図５は、図４に示される構造に類似した構造を概略的に示し、上に重なる電極材料と組み合わせた温度依存性カンチレバー構造を形成し得る材料のものであってもよい、下にある材料は、カンチレバーが形成されるように後で除去される犠牲層上（図示せず）に配置される。電極材料（１種又は複数）の金属とは異なる金属であってもよい材料は、電極材料の堆積前に平坦化されてもよい。それ故、電極材料は、傾斜したナノギャップを切削するため反応性イオンエッチング又はその他の方法を使用する前に、平坦化されてもよい。あるいはギャップは、電極を平坦化する前に切削されてもよい。ギャップは、この場合、望まれるよりも大きいと想定される。
【００４４】
[0062]  図６は、図５に示される構造に類似した構造を概略的に示すが２つの相違点があり、ナノギャップを形成する、角度の付いた切削の向きが、逆になっており、さらに、電極材料よりも下にある材料の温度係数が逆になっており、カンチレバー構造は、温度の上昇と共に上に曲がってギャップを閉鎖する代わりに、温度の上昇と共に下に曲げられてギャップを閉鎖する。切削されたギャップが望まれるよりも小さいものである、またさらなる実施形態では、ギャップの向き、又は電極材料の温度係数に対する電極以外の材料の温度係数が逆になってもよく、その結果、カンチレバー式電極が、温度の上昇と共に上又は下に曲がって、ナノ電極間のギャップを所望のギャップ間隔に開放してもよい。
【００４５】
[0063]  その他の実施形態では、延びたカンチレバーが製作されるときのように材料が一緒に結合され、かつ制約を受けない結果として、弓形に電極を曲げるために電極と別の材料との間の膨張係数の差を利用する代わりに、比較的非可撓性の基板と電極構造との間で制約を受ける材料を使用してもよい。図７は、そのようなデバイスを概略的に示し、加熱素子が、温度依存性膨張係数を持つ材料の下に示されている。温度依存性材料２２は、カンチレバー式電極と併せて示されており、電極の先端よりも、基板に接触している電極の部分のより近くに示されている。温度依存性材料が電極に結合している場合、先端は、図示されるように、温度依存性材料２２がその垂直寸法を、電極及び基板に対して増大させた量だけ持ち上げられることになり、この相対的な温度依存性は、電極材料ではなく基板材料によって支配される。この実施形態では、電極は、温度依存性材料２２と、基板への電極の取着点との間の領域で変形することになる。温度依存性材料が電極に結合されていないその他の実施形態では、電極の先端の動きは、温度依存性材料２２と電極及び電極の先端との間の接触点と、温度依存性材料２２と電極が基板に結合する点との間の接触点との間の距離に対して、電極のてこの作用によって増大することになる。したがって、ナノ電極の先端が温度変化に対して移動する距離は、てこ構成を変化させ、温度依存性材料の場所を移動させ又はナノ電極間のギャップを形成する傾斜した切削の場所を移動させることによって、製作時に変化させてもよい。ナノ電極のカンチレバー式部分の長さは、増大させても減少させてもよい。
【００４６】
[0064]  いくつかの実施形態では、システムは、カンチレバー又はその他の温度依存性要素を含んでいてもよく、カンチレバー又はその他の温度依存性要素は、一体型抵抗加熱、外部抵抗加熱、電磁放射線、例えばレーザー光、又はその他のタイプの加熱を使用して加熱されてもよい。いくつかの実施形態では、温度は、サーミスター及び抵抗性サーマルデバイスなどによって局所的に測定することができる。その他の実施形態では、所望の位置は、トンネル電流測定から推定することができる。システムは、室温よりも高い温度でギャップのみが存在するように製作されてもよい。
【００４７】
[0065]  いくつかの実施形態では、鋭い先端の対を、破断点まで少量延伸することによって形成してもよく、これはリソグラフィー技法を使用して形成されていてもよいものであり、さらにこの先端の対は、トレンチ上に懸垂された状態で構成されていてもよく、したがって最初にナノ電極の先端が形成される。これは単一工程で又は多数の応力サイクルによって行うことができる。
【００４８】
[0066]  いくつかの実施形態では、電極材料とは異なる膨張係数を持つ材料の代わりに、圧電材料を利用してもよい。図８は、一体化圧電ギャップ調節器の側面図を概略的に示す。いくつかの実施形態では、圧電アクチュエータが電極に一体化されていてもよい。いくつかの実施形態では、ナノギャップナノ電極材料を使用して、圧電積層体の１つの要素の両端の電圧を設定し、その一方で、別の電極を圧電材料の反対側で使用して、ナノ電極の電圧と追加の電極との間に異なる電圧を設定してもよい。その他の実施形態では、ナノ電極とは別の２つの追加の電極を、電圧を設定するために使用してもよい。圧電アクチュエータは、１つ又は複数の圧電材料（「圧電（piezo）」）から構成されていてもよく、追加の電極は、積層体の異なる圧電素子の間に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、上部電極は、圧電素子の下部電極とは異なる厚さのものであってもよい。圧電積層体は、圧電材料の膨張又は収縮の方向がカンチレバーアームと平行であるような向きであってもよい。電圧が印加されるにつれ、圧電積層体は膨張して電極支持体の曲げを引き起こしてもよい。この曲げは、電極ギャップの調節を行ってもよく、ギャップが開放され又は閉鎖され得るよう、曲がるように構成されてもよい。
【００４９】
[0067]  図９は、水平ギャップ調節器の上面図を概略的に示す。この実施形態では、異なる熱膨張係数を持つ２種以上の金属を使用してもよい。例えば、電極１及び電極２は、ＣＴＥが１４．３×１０６／Ｋである金で製作されてもよく、電極２の第２の材料はタングステン（ＣＴＥは４．３×１０６／Ｋ）であってもよく、温度の上昇は、電極２のカンチレバーを電極１から離すように曲げて、電極間の小さい接続を破断させ又はギャップ間隔を増大させることになる。その他の実施形態では、温度の上昇によってナノ電極間のギャップを減少させ得るように、材料を異なる膨張係数で配置構成してもよい。
【００５０】
[0068]  図１０は、水平バイメタルナノ電極ギャップ調節器の側面図を概略的に示す。ナノ電極の下に示されるギャップは、犠牲層（図示せず）をエッチングすることによって形成されてもよく、カンチレバーの運動が容易になる。酸化物の任意選択の層は、ナノ電極と、下にある基板との間に示されている。
【００５１】
[0069]  図１１は、ギャップ調節システムの実施形態の上面図を概略的に示し、その運動は水平面内にあってもよい。ナノ電極２は、カンチレバーのセクションを有することが示される。熱膨張アクチュエータＭは、電極基部２６から長さＸ１に位置決めされた状態が示されている。このアクチュエータは、基板とは異なる熱膨張係数を持つ材料から構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、材料は、アルミニウム又は銅など、半導体プロセスに適合する金属であってもよい。その他の実施形態では、材料は、パラフィンなどの有機材料、又はＰＭＭＡなどのプラスチック、又はＳＵ８などのレジストであってもよい。熱膨張アクチュエータＭの膨張／収縮は、少なくとも一部ではレバーアーム比：Ｘ２／Ｘ１に起因して、増幅されてもよい。
【００５２】
[0070]  図１２は、図１１に示される水平ギャップ調節器の側面図を概略的に示す。ナノ電極の下のギャップは、犠牲層をエッチングすることによって形成されてもよく、それによってカンチレバーの運動が容易になる。いくつかの実施形態では、犠牲層は、ナノ電極と同様に、熱アクチュエータ材料の下に延びてもよい。
【００５３】
[0071]  図１３Ａ〜Ｃは、ナノ電極対ギャップを使用してトンネル電流を検出するための垂直調節システムにおける電極の先端を製作する方法を概略的に示す。図１３Ａでは、標準的なリソグラフィー法を利用して、犠牲層を横断してバイアが形成される。図１３Ｂでは、電極が、上述のギャップ調節機構の１つによって引き離されており、バイアの金属を延伸させ、バイアの金属の厚みは途中で細くなっている。図１３Ｃでは、電極が分離されており、ギャップが最初に調節される。
【００５４】
[0072]  図１４Ａは、ナノ電極ギャップ調節器の側面図を概略的に示す。アクチュエータは、圧電デバイス、熱膨張デバイス、又はその他のアクチュエータであってもよい。図１４Ｂは、１つのアクチュエータがいくつかのナノ電極対のそれぞれに関して使用され得る実施形態を示す。図１４Ｃは、多数のナノ電極対ギャップが単一のアクチュエータによって調節することができ、かつ多数のアクチュエータが多数の組のナノ電極対ギャップを調節することができる実施形態を示す。多数のナノ電極対ギャップの一組が単一の調節器により調節される実施形態では、調節器用のアクチュエータは、多数のナノ電極対ギャップのその一組の平均ギャップが理想的な間隔に設定されるように、多数のナノ電極ギャップのその一組を調節してもよい。その他の実施形態では、多数のナノ電極対ギャップのその一組は、多数のナノ電極対ギャップのその一組の１つ又は複数が理想的な間隔に設定されるように、設定することができる。いくつかの実施形態では、試験運転又は制御を使用して、おそらくは、類似するナノ電極対ギャップ間隔を有するその一組の多数のナノ電極対ギャップの一組を有する結果、どのナノギャップが好ましいかを決定することができ、データを、多数のナノ電極対ギャップのその一組の好ましい部分集合から収集することができる。
【００５５】
ナノギャップ電極の較正
[0073]  本開示は、調節可能なナノ電極などの、ナノ電極を較正するための方法を提供する。ナノ電極対は、較正標準部分を使用して較正することができる。較正標準部分は、核酸分子（例えば、DNA又はRNA）又は複数の核酸分子を含んでいてもよく、核酸ポリマーへの標識又はその他の修飾を含み得る天然又は合成塩基を利用してもよい。これは検出される標的が、ＤＮＡ及び／又はＲＮＡ、又はその他の類似の天然若しくは合成核酸である場合、特に望ましいものであり得る。ナノ電極対の前記較正は、ＤＮＡ配列決定若しくはその他のバイオポリマーの配列決定で使用するための、又はバイオポリマー若しくは溶液中のその他の所望の標的を同定しその数を定量するための、ナノ電極対の応答を最適化するために役立てることができる。トンネル電流は、較正標準部分を通過してもよく、それによって物理的に直接結合されているナノ電極対を通過してもよく、それによって較正標準が測定される。較正標準部分は、それによって直接物理的に結合されているとみなされるナノ電極対のナノ電極の間に物理的に存在していてもよい。
【００５６】
[0074]  較正標準部分は、ホモポリマー核酸を含んでいてもよい。例えば、核酸の配列決定をするためにナノ電極対の組を備えるシステムを利用する場合、ポリＡ、ポリＴ、ポリＣ、及びポリＧ  ＤＮＡ、又はポリＡ、ポリＵ、ポリＧ、及びポリＣ  ＲＮＡを備える較正標準を利用することが望ましいものであり得る。較正標準部分は、システムが例えばポリＡオリゴヌクレオチド（「オリゴ」）のみ導入することができるように、かつナノ電極ギャップが単一のホモポリマー種に望ましい間隔に設定され得るように、別々に導入されてもよい。したがって、１種又は複数の追加のホモポリマーオリゴ種が、追加の較正標準部分として導入されてもよい。較正標準部分は、圧力推進流体流によって、ナノ電極対（１つ又は複数）が結合されているナノチャネル（１つ又は複数）に導入されてもよく、それによって較正標準部分がナノ電極対と直接相互に作用して、トンネル電流測定を、ナノ電極対によって較正標準部分に対して行うことができるようにしてもよく、その場合にナノ電極対は、ナノチャネル内で溶液と流体接触していてもよい。あるいは、較正標準部分は、電気動力学的及び／又は電気内部浸透（又は電気浸透）力などの電気の力を利用して、ナノチャネル（１つ又は複数）に導入されてもよい。いくつかのナノ電極対は、各ナノチャネルと流体接触するように構成されてもよい。
【００５７】
[0075]  システムは、ギャップ間隔が最適化されるように、ナノ電極ギャップ間隔を測定し調節してもよい。所望の間隔よりも大きい間隔に最初に設定された、ギャップ間隔を有することが望ましいものであり得る。それ故、ギャップ間隔は、ホモポリマー核酸が較正標準として利用されるときに所望のトンネル電流レベルが測定されるまで低減される。いくつかの実施形態では、ギャップ間隔が、信頼性ある信号を生成し得る最大間隔に設定されるとき、信頼性ある信号を生成する較正標準部分が使用され、一方でその他の潜在的な較正標準、例えばその他のホモポリマー核酸は、同じナノ電極対ギャップ間隔で著しく小さい電流を生成し得る。次いでギャップは、４種の核酸全てを最適に測定するようにギャップが所望の位置にあるときに、最小トンネル電流レベルを与えるホモポリマー核酸ポリマーであってもよいその他の較正標準に関して、適切な信号レベル（例えば、信号対雑音比が少なくとも５：１、１０：１、１００：１、又は１０００：１など）を提供するように調節されてもよい。
【００５８】
[0076]  その他の実施形態では、ホモポリマーオリゴの組合せが同時に使用される。そのような場合、ギャップは、同時にナノ電極対に単一溶液中で提供されてもよい、２種以上のホモポリマー核酸較正標準の測定から得られるトンネル電流をモニターした結果として設定されてもよい。システムは、適切な数の各タイプの較正標準核酸ホモポリマーが測定されたことを統計的に又は絶対的に保証するように、調節を行う前にいくつかの異なる分子を測定してもよい。
【００５９】
[0077]  いくつかの実施形態では、ＲＮＡ分子の最大及び最小のシグナルを提供し得る、様々な種類のホモポリマーの連続（即ち、塩基の配列）、例えばポリＧ及びポリＵ  ＲＮＡの領域を含み得る、公知の配列を備える合成オリゴを利用してもよい。ホモポリマー核酸の連続のその他の組合せを利用してもよい。
【００６０】
[0078]  いくつかの実施形態では、合成又は天然オリゴは、ホモポリマーの連続とホモポリマーの連続を含まない配列との組合せを含んでいてもよい、公知の配列を備える。いくつかの実施形態では、未知の配列を備える合成又は天然オリゴを利用してもよく、その場合、ナノ電極対ギャップ間隔は、未知の配列データ測定の測定値を利用して設定することができる。いくつかの実施形態では、信号が向きに依存しないように、対称的な配列を備える合成又は天然オリゴを利用してもよい。
【００６１】
[0079]  供給された較正標準部分は、較正キットの一部であってもよい。較正標準部分として利用される部分は未知のサンプルであってもよく、この場合、ナノ電極ギャップ間隔の較正の所望のレベルを達成する前に獲得されたデータ測定値は、廃棄してもよい。較正標準部分として利用される部分を、未知のサンプルに添加してもよく、その場合、ナノ電極ギャップ間隔の較正の所望のレベルを達成する前に獲得されたデータ測定値は、廃棄してもよい。
【００６２】
[0080]  特に標的サンプルがポリペプチドであってもよい場合、ポリペプチドなどの異なるタイプのポリマーであってもよいその他のタイプの較正標準部分を利用してもよい。その他のタイプのポリマーは、炭水化物ポリマー、脂質ポリマー、又はその他の生物学的ポリマー、又は合成ポリマーなど、類似の又は同一の標的分子の異なるタイプのものに対応する、較正標準部分として利用されてもよい。モノマー又はその他のより複雑な分子を、類似の又は同一の標的分子の異なるタイプのものに対応する較正標準部分として利用してもよい。較正標準部分は、標的バイオポリマーの、少なくともいくつかの繰返し若しくはホモポリマーを含んでいてもよく、又は特定のナノ電極ギャップ間隔に関するサイズ及び／又はトンネル電流において、標的バイオポリマーの所望のモノマーに直接結合されていてもよい。
【００６３】
[0081]  測定されるものとは異なるタイプの分子を備える、較正標準部分を利用してもよい。例えば、標的分子はポリペプチドであってもよく、一方でナノ電極ギャップ間隔は、ＤＮＡホモポリマーを備える較正標準部分を使用して設定（又は較正）されてもよい。ギャップ間隔は、所望の標的分子に望まれるギャップ間隔に直接対応した電流レベルに設定されてもよく、一方でナノ電極ギャップ間隔は、較正標準部分に最適ではない電流レベルをもたらし得る。
【００６４】
[0082]  いくつかの実施形態では、ナノ電極対ギャップ間隔は、較正標準部分を利用して設定されてもよく、それ故、ナノ電極対ギャップ間隔は、異なるナノ電極対ギャップ間隔に調節することができる。異なるナノ電極対ギャップ間隔は、固定された事前に決定された量だけ調節されてもよく、又は、異なるタイプの較正標準部分に関して最適な設定となり得る２つ以上の異なるタイプの測定の測定値に基づいて調節されてもよく、この場合、ナノ電極対ギャップ間隔を、意図される標的分子（１個又は複数）に望まれるギャップ間隔に調節するために、最適なナノ電極対ギャップ間隔に必要とされる温度、電圧、又はその他の加えられる調節パラメーターの差を利用して、温度、電圧、又はその他の加えられる調節パラメーターの適切な変化を決定してもよい。
【００６５】
[0083]  いくつかの実施形態では、電流レベル及びナノ電極ギャップ間隔であってもよい１つの測定値を利用することができ、この場合、ナノ電極対ギャップに供給される較正標準部分はなく、代わりに電流測定は、ナノ電極間で直接、電流で行われる。これはナノ電極対ギャップ間隔を直接設定するために利用することができ、又は所望のナノ電極ギャップ間隔は、ナノ電極間で直接得られた測定値と、較正標準部分を使用して得られた測定値とを組み合わせることによって決定することができる。
【００６６】
[0084]  ナノ電極対ギャップ間隔を、その他の部分の測定値又はナノ電極対の間の直接的な測定値を使用して設定し得る、いくつかの実施形態では、制御パラメーターに設定する際の変化は、公知の実際のギャップ間隔から又は例えば表から得られる公知の相対的な制御パラメーターの変化から、直接線形補間によって決定されてもよい。その他の方法、例えば、制御パラメーターの変化の関数として、ナノ電極対ギャップ間隔の動きに関する多項式、対数、指数方程式、これらの組合せ、又は任意のその他の適切な数学的表現を使用した、所望の変化の計算が利用されてもよく、上記の制御パラメーターは、パルス幅変調である出力、デジタル−アナログ変換器、電気的に調節可能な電位差計の設定、制御回路のメモリーの設定、又はナノ電極対ギャップ間隔を制御するための任意のその他の適切な方法とすることができる。
【００６７】
[0085]  いくつかの実施形態では、較正は、較正標準（１つ又は複数）を導入し、前記較正標準（１つ又は複数）を測定し、ギャップ間隔（１つ又は複数）を適宜調節して所望のギャップ間隔（１つ又は複数）を実現するプロセスを含んでいてもよい。その他の実施形態では、較正は、ギャップ間隔（１つ又は複数）の前記調節の後に前記較正標準（１つ又は複数）の反復測定を行うこと、及び所望の間隔（１つ又は複数）を実現するよう再調節することを含んでいてもよい。
【００６８】
[0086]  いくつかの実施形態では、ナノ電極対ギャップ間隔の較正は、工場で行ってもよく、さらに、ナノ電極対と同じ基板上に直接不揮発性メモリーを製作することによって、あるいはマルチチップモジュール若しくはハイブリッド回路内で又は回路アセンブリーの部分としてそれによりナノ電極対に結合されていてもよい基板上に不揮発性メモリーを製作することなどによって、ナノ電極対に直接物理的に結合されているフラッシュメモリー又はその他の不揮発性メモリーとなり得るメモリーなどの非一時的コンピューター可読媒体に、較正値を記憶させることにより、ナノ電極対間隔の使用時点で較正を利用できるようにしてもよい。いくつかの実施形態では、不揮発性メモリーは、ナノ電極対及びバッテリーに直接物理的に結合されていてもよい。
【００６９】
[0087]  いくつかの実施形態では、ナノ電極ギャップ間隔の較正値は、コンパクトディスク又はＤＶＤを供給し、メモリースティック、ハードドライブ、又は任意のその他の適切なデータ記憶装置を供給するなど、ナノ電極対に直接物理的に結合されていないメモリーに記憶させてもよい。一組のナノ電極を備えるデバイスは、光学的であってもよいバーコーディングを利用する外部データ記憶装置に結合されていてもよく、あるいは、ブルートゥース、Ｗｉ−Ｆｉ、若しくはその他の無線接続を使用して、又はＵＳＢ、イーサネット、ＣＡＮ、若しくはその他の適切なハードウェア接続を使用して、利用可能にしてもよい。
【００７０】
[0088]  さらにいくつかの実施形態では、較正値は、中央データベース、分散型データベース、又はクラウドデータベースからアクセス可能であってもよく、バーコード又はその他の識別子を利用して一組のナノ電極を備えたデバイスに結合されていてもよい。較正値は、ネットワーク全体にわたってアクセス可能であってもよい。
【００７１】
[0089]  いくつかの実施形態では、較正は、ナノ電極対を備えたデバイスがエンドユーザーによって利用される時に行ってもよい。較正値は、本明細書で記述されるように決定されてもよく、関連する制御システム（以下、参照）又は前記関連するメモリーシステムに結合されている記憶メモリーに記憶させてもよい。
【００７２】
[0090]  いくつかの実施形態では、ナノ電極対ギャップは、デバイスがエンドユーザーによって利用されるときに形成されてもよく、この場合、ナノ電極は、エンドユーザーがナノ電極構造デバイスを設置した後に、延伸され破断され、したがって、輸送中の高温又は圧電電圧など、ギャップ間隔制御の除去の結果生じるいかなる潜在的な損傷も防止されてもよい。他の実施形態では、揮発性メモリー内で値を維持するためにも利用されるバッテリーであってもよいバッテリーを利用して、輸送中に圧電電圧又は高温を維持ししてもよく、その結果、前記高温又は圧電電圧の除去の結果生じるナノ電極対に対する損傷が防止されるようになるが、この除去は、ナノ電極の先端を互いに対して変形させる可能性があるものであり、ナノ電極構造を引っ張り破断することによって創出される先端構造を奪い去る。
【００７３】
[0091]  いくつかの実施形態では、調節器は、各ナノ電極対に関して１つの調節器があるように、したがって各ナノ電極対ギャップ間隔が個々に調節され得るように製作されてもよい。そのような実施形態では、特に温度依存性調節器を利用する実施形態の場合、異なるナノ電極対の間、特に隣接するナノ電極対の間で熱クロストークがある可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、デバイス間の熱伝導を最小限に抑えるようにデバイスを設計することが望ましいものであり得る。また、ナノギャップを一緒に調節することが望ましいものであり得る。したがって熱クロストークは較正手順の一部として補償することができる。いくつかの実施形態では、デバイスの全てを最適な又はさらに望ましい設定に調節することは、可能ではないものであり得る。したがって適切に設定することができないデバイスからのデータは無視してもよい。
【００７４】
[0092]  いくつかの実施形態では、ナノ電極の組は、ナノ電極対のナノ電極の間のギャップ間隔に較正標準部分が配置される間に得られた、トンネル電流の測定の結果として選択されてもよい。前記選択は、選択されていないナノ電極対からのデータの廃棄をもたらしてもよく、又は、前記選択されていないナノ電極対に関連したデータを、最適ではない若しくは望まれるよりも低いトンネル電流をもたらすギャップ間隔を持ったナノ電極対からのものとしてもよい。それほど望ましくない較正値を持つナノ電極の組は、選択解除され、もはやデータ収集に使用することはできなくなり得る。ナノ電極対に関連したトンネル電流の測定を記憶させて、後続の解析アルゴリズムにより、どの組のナノ電極データを利用し及び／又はどのように前記組のナノ電極データを重み付けるかを決定することが可能になる。
【００７５】
[0093]  いくつかの実施形態では、単一の調節器をいくつかのナノ電極対に利用してもよく、ナノ電極ギャップ間隔の製作のばらつき又はナノ電極対の間に結合されているナノ電極調節器による調節に対するナノ電極ギャップ間隔の応答は、共通の調節器の単一の設定を防止するために十分であり得る。その結果、デバイスの全てを最適な又はさらに望ましい設定に調節することが可能になり、したがって、最大数のデバイスが、最適なナノ電極対ギャップ間隔を有することが可能になる位置に、調節器を設定することが望ましいものであり得るか、又は最大数のデバイスが所望のナノ電極対ギャップ間隔を有することが可能になる位置に、調節器を設定することが望ましいものであり得る。最適な又は望まれる間隔に設定することができないナノ電極対ギャップ間隔は、廃棄された前記ナノ電極対から得られたデータを有していてもよく、又はそうでない場合には、潜在的に疑わしいと記される。
【００７６】
[0094]  いくつかの実施形態では、異なるナノ電極対ギャップ間隔で、単一のナノチャネル内に異なるナノ電極対を設定することが望ましいものであり得る。したがってナノ電極対ギャップ間隔の一部は、異なる標的部分に対して最適に又は望ましく調整できるようになり、例えば、いくつかのナノ電極対ギャップ間隔は、ウリジン核酸塩基に関して最適化されてもよく、一方でその他のナノ電極対ギャップ間隔は、グアノシン核酸塩基に関して最適化されてもよい。ナノ電極対ギャップ間隔を、１つの核酸塩基に関して最適に設定することによって、より良好な測定データをその塩基に関して得ることが可能になり、又は核酸塩基を別の核酸塩基とより良好に区別することが可能になるが、核酸塩基のその他の対同士を識別する能力は低減する可能性があり、したがっていくつかの異なるナノ電極対間隔を有することが望ましいものであり得る。同様に、いくつかの異なるタイプの分子が同時に測定される場合、例えば核酸及びポリペプチドなどの場合には、全く異なる距離で設定された異なるナノ電極対ギャップ間隔を有することが望ましいものであり得る。
【００７７】
[0095]  いくつかの実施形態では、異なるナノ電極対を、異なる金属又はその他の表面コーティングを有するように改質してもよく、したがって、異なるナノ電極対は、異なる塩基又はその他の異なる標的部分に対して異なる状態で相互に作用することができるようになる。異なるナノ電極対は、意図される標的部分に対する応答が最適化されるように、異なる物理的ギャップ間隔に設定し又は較正することが望ましいものであり得る。
【００７８】
[0096]  いくつかの実施形態では、異なるナノ電極対を、そこに結合された異なる相互作用分子を有するように改質してもよく、したがって、異なる相互作用分子が結合されている異なるナノ電極対は、異なる塩基又はその他の異なる標的部分に対して異なる状態で相互に作用することができるようになる。異なるナノ電極対を、意図される標的部分に対する応答が最適化されるように、異なる物理的ギャップ間隔に設定し又は較正することが望ましいものであり得る。いくつかの実施形態では、これは異なる相互作用分子とナノ電極対上の異なる場所との結合から得られ得るものであり、その他の実施形態では、これは相互作用分子の異なる種の異なる物理的サイズの結果として、異なる最適な物理的ナノ電極対ギャップ間隔から得られ得るものである。
【００７９】
コンピューターシステム
[0097]  本開示は、本開示の較正センサーなど、本明細書で提供された方法を実施するために、プログラムされた又はその他の手法で構成されたコンピューター制御システムを提供する。図１５は、シングルコア若しくはマルチコア処理装置、又は並列処理用の複数の処理装置とすることができる、中央処理装置（CPU、本明細書では「処理装置」及び「コンピューター処理装置」とも呼ぶ）１５０５を備えるコンピューターシステム１５０１を示す。コンピューターシステム１５０１は、メモリー又はメモリー位置１５１０（例えば、ランダムアクセスメモリー、読出し専用メモリー、フラッシュメモリー）、電子記憶ユニット１５１５（例えば、ハードディスク）、１つ又は複数のその他のシステムと通信するための通信インターフェース１５２０（例えば、ネットワークアダプター）、及び周辺装置１５２５、例えばキャッシュ、その他のメモリー、データ記憶及び／又は電子表示アダプターも備える。メモリー１５１０、記憶ユニット１５１５、インターフェース１５２０、及び周辺装置１５２５は、マザーボードなど、通信バス（実線）を通してＣＰＵ  １５０５と通信する。記憶ユニット１５１５は、データを記憶するためのデータ記憶ユニット（又はデータリポジトリー）とすることができる。コンピューターシステム１５０１は、通信インターフェース１５２０の助けを借りて、コンピューターネットワーク（「ネットワーク」）１５３０に動作可能に連結することができる。ネットワーク１５３０は、インターネット、インターネット及び／又はエクストラネット、又はイントラネット及び／又はエクストラネットであって、インターネットと通信するものとすることができる。ネットワーク１５３０は、ある場合には、遠距離通信及び／又はデータネットワークである。ネットワーク１５３０は、クラウドコンピューティングなどの分散コンピューティングを可能にすることができる、１つ又は複数のコンピューターサーバーを備えることができる。ネットワーク１５３０は、ある場合にはコンピューターシステム１５０１の助けを借りて、ピアツーピアネットワークを実施することができ、コンピューターシステム１５０１に連結されたデバイスがクライアント又はサーバーとして振る舞うことが可能になり得る。
【００８０】
[0098]  ＣＰＵ  １５０５は、プログラム又はソフトウェアで具体化することができる、機械可読命令のシーケンスを実行することができる。命令は、メモリー１５１０などのメモリー位置に記憶させてもよい。命令は、ＣＰＵ  １５０５に宛てることができ、その後、ＣＰＵ  １５０５をプログラムし又はその他の手法で構成して、本開示の方法を実施することができる。ＣＰＵ  １５０５によって行われる演算の例は、フェッチ、デコード、実行、及びライトバックを備えることができる。
【００８１】
[0099]  ＣＰＵ  １５０５は、集積回路などの回路の一部とすることができる。システム１５０１の１つ又は複数のその他の構成要素は、回路に含めることができる。ある場合には、回路は特定用途向け集積回路（ASIC）である。
【００８２】
[0100]  記憶ユニット１５１５は、ドライバー、ライブラリー、及び保存されたプログラムなどのファイルを記憶することができる。記憶ユニット１５１５は、ユーザーデータ、例えばユーザー選好及びユーザープログラムを記憶することができる。コンピューターシステム１５０１は、ある場合には、イントラネット又はインターネットを通してコンピューターシステム１５０１と通信する遠隔サーバー上に位置付けられたような、コンピューターシステム１５０１の外部にある１つ又は複数の追加のデータ記憶ユニットを備えることができる。コンピューターシステム１５０１は、ネットワーク１５３０を通して１つ又は複数の遠隔コンピューターシステムと通信することができる。
【００８３】
[0101]  本明細書に記述される方法は、例えばメモリー１５１０又は電子記憶ユニット１５１５上など、コンピューターシステム１５０１の電子記憶位置に記憶されたコードを実行可能な機械（例えば、コンピューター処理装置）を用いて実施することができる。機械で実行可能な又は機械可読コードは、ソフトウェアの形で提供することができる。使用中、コードは、処理装置１５０５によって実行することができる。ある場合には、コードを、記憶ユニット１５１５から取り出し、メモリー１５１０に記憶させて、処理装置１５０５により容易にアクセスできる状態にすることができる。いくつかの状況において、電子記憶ユニット１５１５を除外することができ、機械で実行可能な命令はメモリー１５１０に記憶させる。
【００８４】
[0102]  コードは、プリコンパイルし、コードを実行するように適合された処理装置を有する機械で使用するように構成することができ、又は実行時間中にコンパイルすることができる。コードは、このコードをプリコンパイルされた又はコンパイルされたままの状態で実行できるように選択することができる、プログラミング言語で供給することができる。
【００８５】
[0103]  コンピューターシステム１５０１は、基板温度、前駆体流量、成長速度、キャリアガス流量、及び反応チャンバー圧力などの１つ又は複数の処理パラメーターを規制するように、プログラムし又はその他の手法で構成することができる。コンピューターシステム１５０１は、貯蔵容器と反応チャンバーとの間の弁と通信することができ、反応チャンバーへの前駆体の流れを停止させる（又は規制する）のを助けることができる。
【００８６】
[0104]  コンピューターシステム１５０１など、本明細書に提供されるシステム及び方法の態様は、プログラミングで具体化することができる。技術の様々な態様は、典型的には、機械可読媒体のタイプで実施され又は具体化される、機械（又は処理装置）で実行可能なコード及び／又は関連あるデータの形をした、「製品」又は「製造の物品」として考えることができる。機械で実行可能なコードは、メモリー（例えば、読出し専用メモリー、ランダムアクセスメモリー、フラッシュメモリー）又はハードディスクなどの電子記憶装置に記憶させることができる。「記憶」型媒体は、コンピューター、処理装置などの有体メモリー、又はそれらに関連あるモジュール、例えば様々な半導体メモリー、テープドライバー、ディスクドライバーなどであって、ソフトウェアプログラミング用にいつでも非一時的記憶を提供することができるものの、いずれか又は全てを備えることができる。ソフトウェアの全て又は部分は、時に、インターネット又は様々なその他の遠距離通信ネットワークを通して通信してもよい。そのような通信は、例えば、１つのコンピューター又は処理装置から別のもの、例えば管理サーバー又はホストコンピューターからアプリケーションサーバーのコンピュータープラットフォームへの、ソフトウェアのローディングを可能にしてもよい。したがって、ソフトウェア要素を保持する別のタイプの媒体は、有線及び光学陸上通信線ネットワークを通して及び様々なエアリンク上で、局所デバイス間の物理的インターフェースを横断して使用されるような、光学、電気、及び電磁波を備える。有線若しくは無線リンク、光学リンクなど、そのような波を運ぶ物理的要素は、ソフトウェアを保持する媒体と見なしてもよい。本明細書で使用されるように、非一時的有体「記憶」媒体に制限されない限り、コンピューター又は機械「可読」媒体などの用語は、実行を目的として処理装置に命令を供給することに関与する、任意の媒体を指す。
【００８７】
[0105]  したがって、コンピューターで実行可能なコードなどの機械可読媒体は、有体記憶媒体、搬送波媒体、又は物理的伝送媒体を備えるがこれらに限定することのない、多くの形をとることができる。不揮発性記憶媒体には、例えば、図面に示されるデータベースを実施するために使用することができるような、任意のコンピューター（１つ又は複数）などの記憶装置のいずれかのような光学又は磁気ディスクが含まれる。揮発性記憶媒体には、コンピュータープラットフォームなどのメインメモリーのような、動的メモリーが含まれる。有体伝送媒体には、同軸ケーブル；銅線及び光ファイバーが含まれ、これらには、コンピューターシステム内にバスを備えるワイヤーが含まれる。搬送波伝送媒体は、電気若しくは電磁信号、又は音響若しくは光波、例えば高周波（RF）及び赤外線（IR）データ通信中に発生した媒体の形をとってもよい。したがって、コンピューター可読媒体の一般的な形は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意のその他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、若しくはＤＶＤ−ＲＯＭ、任意のその他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを持つ任意のその他の物理的記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、及びＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意のその他のメモリーチップ若しくはカートリッジ、搬送波輸送データ若しくは命令、そのような搬送波を輸送するケーブル若しくはリンク、又はコンピューターがプログラミングコード及び／又はデータを読み取ることができる任意のその他の媒体を備える。コンピューター可読媒体のこれらの形の多くは、１つ又は複数の命令の１つ又は複数のシーケンスを処理装置に伝達するために関与してもよい。
【００８８】
[0106]  本開示の方法及びシステムは、１つ又は複数のアルゴリズムを用いて実施することができる。アルゴリズムは、中央処理装置１５０５による実行後、ソフトウェアを用いて実施することができる。
【００８９】
[0107]  本開示のデバイス、システム、及び方法は、例えば参照によりそのそれぞれの全体が本明細書に組み込まれる特許出願公開第２０１３−３６８６５号、米国特許出願公開第２０１０／００２５２４９号、米国特許出願公開第２０１２／０１９３２３７号、米国特許出願公開第２０１２／０３２２０５５号、米国特許出願公開第２０１３／０００１０８２号、米国特許出願公開第２０１４／０３００３３９号、特許出願公開第２０１１−１６３９３４号、特許出願公開第２００５−２５７６８７号、特許出願公開第２０１１−１６３９３４号、及び特許出願公開第２００８−３２５２９号に記載されるような、その他のデバイス、システム、若しくは方法と組み合わせてもよく及び／又はそれらにより修正されてもよい。
【００９０】
[0108]  本発明の好ましい実施形態について、本明細書に示し記述してきたが、そのような実施形態は単なる例として提供されることが、当業者に明らかにされよう。本発明は、明細書内に提供された特定の実施例により限定されるものではない。本発明について、前述の明細書を参照しながら述べてきたが、本明細書の実施形態の記述及び例示は、限定する意味に解釈されることを意味するものではない。数多くの変形例、変更例、及び置換例を、ここで当業者なら本発明から逸脱することなく思い浮かべるであろう。さらに、本発明の全ての態様は、様々な条件及び変数に依存する本明細書で述べた特定の描写、構成、又は相対的な割合に限定されないと理解されるものとする。本明細書に記述される本発明の実施形態の様々な代替例は、本発明を実施する際に用いられてもよいことを理解すべきである。したがって、本発明は、任意のそのような代替例、修正例、変形例、又は均等物も包含するものとすることが企図される。下記の特許請求の範囲は、本発明の範囲を定め、これらの特許請求の範囲内の方法及び構造とそれらの均等物は、それによって包含されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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