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KR20090112636A - 분자특성분석용 전극시스템과 이들의 이용 - Google Patents

분자특성분석용 전극시스템과 이들의 이용 Download PDF

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KR20090112636A
KR20090112636A KR1020097012326A KR20097012326A KR20090112636A KR 20090112636 A KR20090112636 A KR 20090112636A KR 1020097012326 A KR1020097012326 A KR 1020097012326A KR 20097012326 A KR20097012326 A KR 20097012326A KR 20090112636 A KR20090112636 A KR 20090112636A
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KR
South Korea
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electrodes
pores
electrode
molecule
gap
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Application number
KR1020097012326A
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Inventor
조수아 에델
팀 알브레흐트
Original Assignee
임페리얼 이노베이션스 리미티드
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Publication date
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Abstract

본 발명의 분자특성분석방법은 중간에 터널링 갭을 형성하는 두개의 전극(16a, 16b)을 제공하는 단계, 전극에 전위차를 인가하는 단계, 터널링 갭을 통하여 분자를 통과시키는 단계와, 전 측정시간동안 전극 사이의 터널링 전류를 측정하는 단계로 구성되고, 적어도 일부의 분자가 적어도 일부의 측정시간 동안 갭내에 존재함을 특징으로 한다.
Figure P1020097012326
분자특성분석, 전극, 갭.

Description

분자특성분석용 전극시스템과 이들의 이용 {ELECTRODE SYSTEMS AND THEIR USE IN THE CHARACTERIZATION OF MOLECULES}
본 발명은 분자의 특성분석에 관한 것이다. 특히 본 발명은 DNA 와 같은 고분자물질의 서열분석에 적용하는 것이다.
최근들어 미세유동(microfluidics) 또는 랩온어칩(lab-on-a chip) 기술의 개발과 응용에 상당한 관심을 기울이고 있다. 이들 미세규모, 즉 마이크로스케일의 분석방법에서는 미세가공 구조(채널, 전극, 리액터 및 필터 등)를 이용하며 고도로 정밀하고 효율적으로 유체샘플을 취급할 수 있도록 한다. 미세유체 칩(microfluidic chip) 장치가 핵산분리, 프로테오믹스(proteomics), DNA 증폭, DNA 서열화 및 세포조작(cell manipulations)을 포함하는 다양한 분야에 이용되었다. 기본적으로, 칩을 기반으로 하는 분석시스템은 통상적인 (많은) 유사시스템에 비하여 많은 이점을 보인다. 이들 이점으로서는 샘플크기, 응답시간, 비용, 분석작업, 공정제어, 통합, 작업처리량 및 자동화의 면에서 개선된 효율을 포함한다.
보다 최근에는 수분의 일 마이크론의 단면크기를 갖는 채널과 같은 구조를 얻기 위하여 미세유체 시스템의 크기를 줄이는 것에 관심을 갖는다. 이러한 '나노유체(nanofluidic)'장치가 나노유체현상의 기본적인 연구 및 응용연구를 위한 새로 운 기회를 열어 주었다. 기본적으로, 나노유체는 예를 들어 100 nm 이하의 크기로 정의되는 마이크로스케일 크기의 구조물을 통하여 유동하는 유체유동을 의미한다. 다수의 정의특성은 대규모 환경에서의 유동으로부터 나노스케일의 유체유동을 구별한다. 첫째로, 유동은 전해질용액에서 예를 들어 디바이 길이(Debye length)와 같은 자연규모길이에 비교되는 구조물에서 이루어진다. 둘째로, 표면적대 체적비가 상당히 크다. 셋째로, 확산은 이러한 규모에서 매우 효율적인 질량이동작용이 되고 끝으로는 나노유체환경과 관련된 초극소 체적이 애널라이트 분자(analyte molecules)를 한정된 영역에 효과적으로 잡아둘 수 있도록 하여 이론적으로 검출효율이 100%가 될 수 있도록 한다. 이들 모든 특성은 화학 및 생물학적 시스템을 처리 또는 분석할 때 상당한 이점을 줄 수 있다.
임의 형식으로 나노스케일의 구조(세공과 같은 구조)의 구성이 가능하도록 하는 콜로이드과학 및 박막제조에 이용되는 안정된 기술에 비교할 때, 나노구조화는 다양한 크기, 구조 및 위치의 개별적인 나노구조의 형성과 조절이 이루어질 수 있도록 한다. 간단히 표현컨데, 나노채널(nanochannels)이라 함은 적어도 하나의 단면크기가 나노미터 범위인 채널을 의미한다. 1-차원 나노채널은 하나의 서브마이크론 단면크기를 갖는 반면에, 2-차원나노채널은 나노미터로 측정된 깊이와 평균폭을 모두 갖는다. 이러한 나노스케일의 크기는 채널깊이 또는 폭이 유체내에 분산되어 있는 원자 또는 분자와 유사한 크기를 가지므로 새로운 현상의 연구가 이루어질 수 있도록 한다. 따라서, 이들 초저체적환경내에서 유체이동과 분자성향과 같은 기본현상들이 연구대상으로서 극히 흥미롭고 시기적절한 것이다. 이러한 관점에서 나 노유체분석시스템은 확립된 미세유체기술에 비하여 분석효율과 샘플작업처리량 그리고 희소검출의 개선에 대하여 상당한 잠재력을 제공한다는 면에서 현저히 개발된 것이다. 예를 들어, 최근에는 프리 솔루션에서 각각의 핵산가공형광표지와 양자점생분자물질결합체를 검출하기 위하여 2-차원 나노유체채널을 이용하는 것이 보고되었다.
본 발명은 특히 고효율의 폴리머단편분립, 단일분자레벨에서의 모노머서열분석 및 희소분자분석을 위한 나노유체장치에 적용된다. 단일분자를 기반으로 하는 단편분립방식은 DNA 를 분석하기 위한 소형모세관과 유세포분석기(flow cytometry)를 갖는 장치에서 이미 개발된 바 있다. 더욱이, 단일분자 DNA 단편분립은 마이크로채널환경에서 증명되었다. 이들 상황에서, 채널크기는 아직은 상당히 커서 달성가능한 분석효율과 분자검출효율을 얻을 수 있는 최적한 방법에 제약이 된다. 예를 들어, 크기가 큰 채널의 경우 전체 채널폭의 균일한 조명을 위한 비교적 넓은 관측창을 요구한다. 따라서, 다중분자점유를 피하기 위하여 느린 유동속도 또는 낮은 샘플농도 만이 이용될 수 있다. 다음으로, 채널이 크면 클수록 버퍼용액으로부터의 잡음기여가 커진다. 채널의 크기가 작아지는 경우, 검출영역을 통과하는 모든 DNA 분자는 신속하고 높은 잡음대 신호비로 분석될 수 있음이 확인되었다. 더욱이, 리소그래피제조기술의 이용은 장치의 대규모 어레이 구성이 가능하도록 하여 단일분자레벨에서 고효율의 측정이 이루어질 수 있도록 한다.
따라서 본 발명은 분자특성분석방법을 제공하는 바, 본 발명의 이러한 방법은 중간에 터널링 갭(tunnelling gap)을 형성하는 두개의 전극을 제공하는 단계, 전극에 전위차를 인가하는 단계, 터널링 갭을 통하여 분자를 통과시키는 단계와, 전 측정시간동안 전극 사이의 터널링 전류를 측정하는 단계로 구성되고, 적어도 일부의 측정시간 동안 적어도 일부의 분자가 갭내에 존재한다.
본 발명은 또한 중간에 갭을 형성하는 두개의 전극을 제공하는 단계, 전극에 전위차를 인가하는 단계, 분자의 일부가 이들이 분자를 따라 배치되는 순서로 전극 사이를 통과하도록 갭을 통하여 폴리머 분자를 통과시키는 단계와, 분자가 전극 사이를 통과할 때 전극 사이의 전류를 측정하는 단계로 구성되는 분자특성분석방법을 제공한다. 터널링 전류가 폴리머 백본(polymer backbone)에 수직으로 측정된다.
분자의 일부는 모노머이거나 분자의 다른 서브유닛(sub-unit)일 수 있다.
갭은 10nm 이하일 수 있으며 어떤 경우 5nm 이하일 수 있다.
분자는 폴리머이며, 이러한 경우 특성분석은 폴리머에서 모노머 또는 염기서열을 결정하는 단계로 구성된다. 또는 분자는 비중합형 분자일 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 폴리머의 일부가 이들이 분자를 따라 배치되는 순서로 갭을 통하여 통과하도록 폴리머를 안내하는 단계를 포함한다. 예를 들어 분자는 세공을 통하여 통과될 수 있으며 전극이 이러한 세공에 대하여 배치됨으로서 분자가 세공을 통과할 때 또는 통과한 후에 이들 전극 사이로 안내된다.
또한 본 발명은 터널링 전류가 흐르도록 중간에 터널링 갭을 형성하는 한쌍의 전극과, 전극 사이로 분자를 안내할 수 있도록 배치된 안내수단으로 구성되는 분자특성분석장치를 제공한다.
본 발명은 또한 터널링 전류가 흐르도록 중간에 터널링 갭을 형성하는 한쌍의 전극과, 전극 사이로 분자를 안내하여 분자의 일부가 이들이 분자를 따라 배치되는 순서로 전극 사이로 통과할 수 있도록 배치된 안내수단으로 구성되는 분자특성분석장치를 제공한다.
갭은 10nm 이하일 수 있으며 어떤 실시형태의 경우 5nm 이하일 수 있다.
안내수단은 분자가 용액내에 있는 동안에 유동할 수 있는 도관을 형성한다. 안내수단은 세공에 형성된 물질의 동체로 구성될 수 있다.
도관 또는 세공은 전 길이에서 가장 협소한 지점에서 직경이 10nm 이하이며 어떤 실시형태의 경우 직경이 5nm 이하일 수 있다.
본 발명은 또한 분자특성분석장치를 제조하는 방법을 제공하는 바, 이러한 본 발명의 방법은 세공이 형성되고 세공의 양측에 한쌍의 전극이 배치되는 물질의 층을 제공하는 단계, 세공의 크기를 줄이는 단계와, 전극 사이로 터널링 전류가 흐를 수 있는 크기가 될 때까지 전극 사이의 갭 크기를 줄이는 단계로 구성된다.
또한 본 발명은 세공이 형성되고 세공에 인접하여 전극이 배치되는 물질의 층을 제공하는 단계와, 전극에 전도성 물질을 증착시키는 단계로 구성되는 분자특성분석장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 세공이 형성되어 있고 전극이 구성되는 물질의 층으로 구성되며, 전극이 세공에 인접한 물질의 표면에 형성되고 세공측으로 연장되는 전극시스템을 제공한다.
본 발명의 일부 실시형태에 따라서 단일분자레벨에서 고효율의 DNA 수량화를 위한 나노유체장치를 얻을 수 있는 화학 및 반도체 가공방법을 제공한다. 이러한 시스템은 실리콘 질화물 박막의 나노세공을 통하여 DNA 스트랜드를 공급할 수 있도록 한다.
본 발명은 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 분자특성분석을 위한 본 발명의 한 실시형태에 따른 장치를 보인 개략구성도.
도 2는 도 1에서 보인 장치의 부분 단면도.
도 3a ~ 도 3d는 도 1의 장치를 제조하는 여러 단계를 보인 설명도.
도 4는 도 1의 전극의 증착중에 증착시간에 대한 터널링 전류를 보인 그래프.
도 5는 본 발명의 제2실시형태에 따른 시스템의 설명도.
도 6은 도 5의 시스템에서 시간에 대한 터널링 전류의 그래프.
도 7a ~ 도 7e는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 장치의 제조방법의 여러 단계를 보인 설명도.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 장치의 제조방법의 두 단계를 보인 설명도.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 장치의 평면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 장치의 평면도.
도 1 및 도 2에서, 분자의 특성분석을 위한 시스템이 실리콘 질화물과 같은 비전도성 물질로 되어 있으며 나노세공(12)이 형성된 비전도성 물질의 층(10)으로 구성된다. 이러한 실리콘 질화물의 층은 두께가 20-200nm 이고 두께가 100-500㎛ 인 실리콘 기판(14)상에 지지되어 있다. 나노세공의 직경은 가장 협소한 지점에서 1-10nm, 좋기로는 1-5nm, 더욱 좋기로는 1-2nm 이다. 나노세공(12)의 일측단부에서 양측으로 실리콘 질화물 층의 표면에 한쌍의 뱍금전극(16a)(16b)이 형성되어 있다. 이들 전극은 이들이 첨단팁(18)을 향하여 테이퍼형으로 경사지게 구성되어 있으며, 이들 두 전극의 첨단팁(18) 사이의 갭(20)의 폭은 1-5nm, 좋기로는 나노세공(12)의 폭과 같거나 약간 크다.
이러한 시스템은 나노세공(12)을 통하여 전기영동적으로 또는 유체역학적으로 이동되는 분자, 전형적으로 폴리머의 특성분석을 위하여 구성된다. 예를 들어 생체고분자(올리고뉴클레오타이드, DNA, RNA, 폴리펩타이드, 단백질 및 효소) 또는 합성폴리머(코폴리머)일 수 있는 폴리머가 일반적으로 겹쳐진(folded) 비선형의 형태로 용액내에 존재한다. 각 분자(22)는 나노세공(12)의 상류측 단부를 향하여 이동되며 여기에서 분자는 겹친 상태가 풀리어 언폴딩되면서 언폴딩의 선형상태로 나노세공(12)을 통과한다. 이러한 언폴딩현상은 예를 들어 용매 pH 또는 극성의 선택, 변성제, 세정제 또는 리간드결합에 의하여 촉진될 수 있다. 나노세공의 하류측 단부에서, 중합사슬이 전위차 Vbias가 유지되고 있는 두 전도성 전극(16a)(16b) 사이의 나노미터 스케일의 갭을 통하여 이동한다. 나노미터의 크기로 작은 이러한 갭은 터널링 전류로서 일측 전극으로부터 타측 전극으로 전자가 이동할 수 있도록 한다.
용액내에서, 전극(16a)(16b)의 각 전위 E1 및 E2 는 기준전극(이중정전위모드)에 대하여 제어됨으로서 일정한 E1 에서(E2 를 변화시켜) 바이어스전압 Vbias = E2 - E1 또는 일정한 Vbias(동시에 E1 및 E2 를 변화시켜)에서 절대전위 E1 및 E2 를 독립적으로 변조시킬 수 있다. 그리고 갭에서 터널링 컨덕턴스 G = It/Vbias 는 갭에서 매체의 전도율, Vbias = E2 - E1, 전극(16a, 16b) 사이의 터널링간격 d 와, 전극전위 E1 및 E2 에 따라서 달라질 수 있다.
Vbias, d, E1 및 E2 에 대하여 주어진 값에서, 컨덕턴스 G 는 전적으로 갭에서 매체의 전도율에 따라서 달라질 수 있다. 갭 컨덕턴스 G 는 시간 t의 함수로서 기록된다. 중합사슬이 나노세공과 터널링 갭으로 진입하기 전에, 컨덕턴스 G 는 용매와 특정전자구조에 의하여 달라질 수 있다. 중합사슬이 갭으로 진입할 때, 컨덕턴스 G 는 이제 조합된 용매와 중합사슬의 전도율에 따라서 변조될 것이다. 더욱이, 터널링효과의 강한 거리종속성 때문에 터널링 전류는 두 전극(16a)(16b)의 최외측 원자로 제한된다(참조: Scanning Tunnelling Microscopy, STM). 이는 갭 컨덕턴스가 서브나노미터 해상도로 갭을 가로질러 최단거리에서 측정됨을 의미한다. 이와 같이, 터널링 전류, 즉 컨덕턴스는 분자에 대하여 횡방향으로 측정된다. 이러한 방향 역시 나노세공(12)에 대하여 횡방향이다. 따라서, 측정된 컨덕턴스는 중합사슬내에서 모노머특정차별화가 가능하도록 하는 전극(16a)(16b) 사이의 중합사슬내의 특정한 모노머에 대하여 특정될 수 있다. 만약 어떠한 모노머 유닛이 어느 주어진 싯점에서 정확히 전극 사이에 존재하는 경우 이웃한 유닛은 전극(16a)(16b)로부터 이미 수 나노미터 떨어져 있어 전극으로부터 너무 떨어져 있으므로 충분히 컨덕턴스 G 에 기여할 수 없다. 이는 시스템이 10nm 이하, 대부분의 경우 나노세공의 축방향, 즉 중합사슬의 길이방향으로 5nm 이하의 해상도로 중합사슬의 다른 부분 또는 모노머를 구분할 수 있도록 한다. 이는 예를 들어 DNA 분자의 염기서열을 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
모노머의 두 상이한 형태 A 및 B 로 구성된 폴리머에 대한 도 1의 예에서 보인 바와 같이, 모노머가 두 전극(16a)(16b) 사이로 통과할 때, 컨덕턴스, 즉, 전극 사이의 터널링 전류는 폴리머가 갭으로 진입하기 전에 존재하는 베이스 레벨, 전극 사이에 한 모노머 형태 A가 존재할 때의 제1레벨과, 전극 사이에 다른 모노머 형태 B가 존재할 때의 제2레벨 사이로 변화할 것이다. 따라서 각 모노머를 통하여 차례로 횡방향으로 터널링 전류가 측정된다. 아울러, 시간의 함수로서 터널링 전류의 좌표는 중합사슬내에서 모노머 형태의 서열이 결정될 수 있도록 한다.
도 1의 장치를 제조하는 한 방식을 보인 도 3a - 도 3d에서, 상업적으로 입수가능한 투과형 전자현미경(TEM) 그리드 구조체가 플렛폼으로서 사용된다. 이들은 100-500㎛의 실리콘 플랫폼상에 지지되고 이러한 실리콘 플랫폼에 100-500㎛ 정사각형인 통공(52)상에 연장된 두께 20-200nm 의 실리콘 질화물의 층(50)으로 구성된다. 예를 들어 재질이 Au 또는 Pt 이고 리소그래픽으로 처리되고 플렛폼의 주변측에서 거시적인 와이어접점(56)을 갖는 한쌍의 전극(54a)(54b)이 서로 대향하여 실 리콘 질화물상에 형성된다. 두 전극 사이의 갭 d 는 내부의 크기가 약 50-200nm 이다. 그리고 칩표면이 도 3a에서 보인 바와 같이 전기화학적인 활성도를 제한하기 위하여 전극 갭 둘레에 약 5 ㎛ x 5 ㎛ 의 개방창을 제외하고 실리콘 질화물 Si3N4 와 같은 절연피막이 피복된다.
도 3b에서, 용융이온빔(FIB) 에칭을 이용하여, 전극갭에는 이러한 전극갭의 크기에 따라서 200 nm 까지의 직경을 갖는 세공(58)이 형성된다(단계 B). 이후의 다른 단계에서 FIB 에칭을 이용하여, 직경이 큰 이러한 세공은 세공의 직경이 도 3c에서 보인 바와 같이 5 nm 이하로 감소될 때까지 가장자리로부터 시작하여 용융된다. 이들 FIB 에칭 단계는 대신에 TEM 을 이용하여 수행될 수도 있다.
도 3d에서 보인 바와 같은 최종단계에서, 전착(electrodeposition)을 이용하여 전극 갭 d 를 나노미터 정도로 작아지도록, 즉, 주어진 Vbias 에서 전극 사이에 검출가능한 터널링 전류가 발생할 수 있을 정도로 작아지도록 좁힌다. 결국, 이러한 갭은 충분히 작아져서 전극 사이의 주어진 전위차 Vbias 에서 전자가 터널효과로 일측 전극으로부터 타측 전극으로 이동할 수 있다. 사전에 한정된 갭 크기에서 공정을 중지시킬 수 있도록 하기 위하여, 트리거신호로서 전극 사이의 터널링 전류 또는 전위차를 이용하는 다른 방식이 이용될 수 있다. 전도성 스트립의 어느 한 부분을 녹을 때까지 집중가열하거나 또는 전도성 스트립이 절단될 때까지 절곡하여 적당한 갭을 두고 전극이 분리될 수 있도록 전도성 스트립을 절단하는 것을 이용하는 자기종단방식이 개발되었다.
본 발명의 이러한 실시형태에서, 예를 들어 백금재질의 두 전극 WE1 및 WE2 는 0.1 M HClO4 내의 0.01 M K2[PtCl4] 의 용액내에서 두 전극 사이에 바이어스 전압 Vbias = -0.1 V 이 인가된 상태에서 각각 전위 E(WE1) = -0.3 V 및 E(WE1) = -0.3 V 가 유지된다.
도 4에서, 전착이 이루어지고 전극 사이의 갭이 작아질 때, 제2전극 WE2 의 전착전류는 갭이 매우 작아져 도 4에서 약 770s 의 전착시간에 일어나는 것을 볼 수 있는 터널링 전류의 급격한 증가가 이루어질 때까지 일정하게 유지된다. 터널링 전류의 발생시작시기에서 나타나는 이러한 급격한 증가는 도 4에서 확장된 시간축에 확대하여 보였다. 만약 전작이 계속하여 이루어지도록 허용되는 경우 갭이 더욱 좁아지므로 이러한 갭에 집합체(aggregates)가 형성되고 단계적으로 터널링 전류를 변조시킨다(양자크기효과에 의하여). 갭이 완전히 폐쇄되었을 때, 접합부는 옴 저항기와 같은 작용을 한다.
이러한 실시형태에서, 터널링 전류의 급격한 증가가 검출되고 이를 트리거로서 이용하여 전착공정을 중지시켜 터널링 전류가 전극 사이를 통과할 수 있는 터널링 갭이 형성될 수 있도록 한다.
이러한 공정이 하나의 세공에 대하여 설명되었으나, 실리콘 질화물과 같은 물질의 단일층에 다수의 세공이 형성되고 각각의 전극 쌍을 갖는 대규모 병렬장치의 제조가 유사한 방식으로 수행될 수 있다.
더욱이, 한가지 전착방식이 설명되었으나, 많은 다른 방식이 Pt 및 사용가능 한 다른 금속에 대하여 개발되었다. 이러한 전착공정은 본래의 전극물질을 이용하나, 본래의 전극의 특성과 터널링 특성을 변화시키기 위하여 다른 물질이 본래의 전극상에 전착될 수 있다. 특히 일부의 경우에 있어서 Au, Ag, Pt 및 Cu 와 같은 표면증강 라만분광(surface-enhanced Raman spectroscopy; SERS) 활성물질이 코팅물질로서 전극상에 전착되어 완성된 전극의 표면을 이루도록 할 수 있다.
나노스케일의 전극 갭을 형성하기 위하여 스캐닝 프로우브(scanning prove)기술, 접합부절단(break-junctions)방식, 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 및 일렉트로마이그레이션(Electromigration)방식 등을 포함하는 다양한 방식이 고안되었다. 이들 모든 방식이 본 발명에 이용될 수 있다. 그러나, 상기 언급된 본 발명의 실시형태에서, 이후 상세히 설명되는 바와 같이 전착공정과 조합된 리소그래피방식이 가장 적합하다.
공기 및 액체중에서 이루어지는 스캐닝 프로우브기술, 즉, 스캐닝 터널링 현미경법(STM)과 전류감지원자력현미경법(CS-AFM)이 문제의 분자가 일측 또는 양측의 전극(STM 팁, AFM 캔티레버, 또는 기판면)에 부착되는 단일분자전도율의 연구용으로 유력한 기구임이 확인되었다. 이와 같이 분자전도율이 분자축선을 따라서 측정된다. 그러나, 이때에 터널링 갭은 매우 불안정하므로 이러한 시스템을 상기 언급된 본 발명의 실시형태에 요구되는 세공구조에 통합하는 것이 불가능하다. 또한, 이들 실시형태에서 터널링 갭의 전도율은 앞서의 STM/CS-AFM 방식과는 대조적으로 분자 백본에 대하여 수직인 방향에서 측정된다.
접합부절단방식에서, 금속와이어가 칩 기판상에 부착되고 적당한 기구(피에 조 크리스탈을 기반으로 구성되는 형태)로 절곡된다. 결국 와이어는 절단되고 절단된 두 와이어부분 사이에 서브-옹스트롬 크기의 갭이 형성될 것이다. 계속 기계적인 제어하에, 갭 크기는 기판의 절곡정도를 변화시킴으로서 변화될 수 있다. 그러나, 본 발명의 우선 실시형태에서, 세공/전극 구조가 너무 복잡하여 이러한 방법을 이용할 수 없다. 기판의 절곡은 세공에 변형을 유도하여 세공 자체의 변형이 일어나고 본 발명의 복잡한 특성 때문에 기계적인 고장이 일어날 수 있도록 한다.
정교한 전자빔 리소그래피 기술은 작은 나노미타 크기의 갭을 갖는 전극쌍을 제조할 수 있도록 한다. 그러나 이러한 기술은 전극/세공 구조당 비용이 매우 높고 이러한 기술을 이용하여서는 전체 성공비율의 면에서 절대적인 정밀도가 충분치 않으므로 본 발명에서는 그다지 적합하지는 않다.
일렉트로마이그레이션 기술은 나노미터 스케일의 갭을 제조하는 다른 기술이다. 사전에 한정된 압축으로 와이어를 절단하는 것은 전류로부터의 저항열이 와이어를 통하여 흐르도록 한다. 일견하여 이러한 방법이 전착보다는 간단하게 보여도 세공구조에 나노스케일의 갭을 형성하는 것이 매우 어렵다. 일렉트로마이그레이션 기술이 갭 크기의 양호한 제어가 이루어질 수 있도록 하는 반면에, 세공에 대한 갭의 정확한 정렬이 불가능하여 정밀도가 떨어진다.
본 발명의 다른 실시형태인 도 5에서, 칩(100)은 지지물질층(101)으로 구성되고, 이는 일측으로부터 타측으로 연장된 다수의 세공(102)을 갖는 기판층상에 지지된다. 지지물질층(101)의 일측부(104)에서 각 세공(102)의 양측에 한쌍의 전극(106)이 배치된다. 세공과 전극은 도 1 내지 도 3에서 보인 것과 유사하므로 더 이상 상세한 설명은 하지 않을 것이다. 콘트롤러(108)가 각 전극에 연결되어 시간의 함수로서 각 쌍의 전극을 통하여 흐르는 터널링 전류를 측정하고 모니터한다. 칩은 DNA 단편과 같은 분석될 분자를 포함하고 있는 용액으로 채워진 두개의 탱크(110)(112) 사이에 지지된다. 각 탱크에 전극을 제공하여 잘 알려진 방법으로 DC 전압이 두 탱크에 인가되며, 이러한 전압은 DNA 단편이 전기영동으로 세공(102)을 통과하도록 한다. 이러한 현상이 이루어지는 동안에 콘트롤러(108)는 시간의 함수로서 각 전극 쌍의 사이의 전류를 측정하고 기록한다. 이러한 형태의 시스템에서 단일 칩에 다수의 세공, 예를 들어 적어도 100개, 또는 적어도 1000개, 또는 경우에 따라 적어도 10,000개의 세공이 제공됨으로서 다수의 분자를 동시에 대규모로 분석할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
이와 같은 방식으로 용액내의 모든 분자가 각각 분석될 수 있다. 이는 희소경우의 분석 또는 검출이 가능하도록 한다. 예를 들어 분자의 매우 작은 단편이 상이한 모노머서열을 갖는 경우, 예를 들어 이들이 부가적인 모노머를 포함하거나 나머지 분자 보다 하나 이상의 적은 모노머를 갖는 경우 이것이 검출될 수 있다. 또한 여러 분자의 혼합물을 포함하는 용액이 특별한 특성을 갖는 하나 이상의 분자가 존재하는지의 여부를 확인하기 위하여 '탐색'될 수 있다.
전기영동을 이용하기보다는 분자가 유체역학적으로 세공을 통하여 이동될 수 있다. 즉, 분자는 세공을 통하여 용매를 이동시켜 이동됨으로서 분석될 분자가 용매에 의하여 이동된다. 다른 선택으로서 특히 작은 분자를 위하여 확산방법이 이용될 수 있다.
분자 또는 분자의 일부가 한쌍의 전극 사이를 통과할 때 측정되는 터널링 전류의 변화는 분자의 형태에 따라서 현저히 변화할 것임을 이해할 수 있을 것이다. 도 6의 이러한 실시형태에서 도 1의 예와 같이 폴리머에는 두 가지 형태의 모노머가 있다. 각 모노머가 전극 사이로 통과할 때 크게 변화하는 전류가 측정되고, 이러한 전류는 모노머의 특성에 따라 달라지는 여러 특성 또는 파라메타를 갖는다. 이러한 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전류는 일련의 피크 또는 펄스를 가지며 이에 대하여 진폭, 주파수 및 길이(시간영역에서)를 포함하는 파라메타가 콘트롤러(108)에 의하여 측정된다. 도시된 예에서 제1형태의 모노머가 전극 사이를 통과할 때 제1진폭을 갖는 제1그룹의 피크 a 가 발생되고, 제2형태의 모노머가 전극 사이를 통과할 때 제2진폭을 갖는 제1그룹의 피크 b 가 발생된다. 콘트롤러(108)는 상이한 모노머가 전극 사이로 통과할 때 주기를 확인하고 이러한 주기중에 전류의 특성에 기초하는 각 모노머를 확인하기 위하여 터널링 전류를 분석할 수 있도록 구성되어 있다.
도 5와 유사한 다른 실시형태에서, 콘트롤러는 폴리머의 각 단부가 터널링 갭을 통과할 때의 시간을 확인할 수 있도록 구성되고, 분자가 갭을 통과하는데 걸리는 시간과 분자가 이동하는 속도에 기초하여 DNA 분자 또는 단편의 길이를 측정한다. 이러한 속도는 알려진 길이의 분자가 전극 사이를 통과하는데 걸리는 시간을 측정함으로서 결정될 수 있다.
도 5와 유사한 다른 실시형태에서, 세공을 통하여 분자를 이동시키기 위하여 전압을 전극에 인가하는 전원이 펄스구동된다. 예를 들어 전원은 구동전압과 제로 전압 사이로 온 및 오프되거나 또는 둘 이상의 상이한 전압 사이에서 펄스구동된다. 이는 분자가 세공을 통하여 단계적으로 이동할 수 있도록 구성되며, 각 단계 이후에 일정한 시간동안 분자가 실질적으로 정지된다. 콘트롤러(108)는 이들 펄스의 타이밍을 제어할 수 있도록 구성되어 있으며 또한 구동전압이 제로이고 분자가 실질적으로 정지하여 있는 각 시간 동안 각 전극 쌍 사이의 터널링 전류를 측정할 수 있게 구성되어 있다. 구동전압 펄스의 크기와 시간 그리고 주파수를 제어함으로서 각 단계에서 분자가 이동하는 거리를 제어할 수 있다. 이는 터널링 전류가 측정되고 분자의 특성이 측정되는 분자를 따른 위치의 제어가 이루어질 수 있도록 한다. 구동전압은 분자가 세공과 전극을 통하여 진행하는 속도를 제어할 수 있도록 다양한 방식으로 변화되고 제어됨을 이해할 수 있을 것이다. AC 전계를 제어함으로서 나노세공을 통한 분자의 이동은 효과적으로 정지될 수 있다.
이상으로 설명된 실시형태 모두가 각 세공에 관련하여 한쌍의 전극을 갖는 것으로 설명되었으나 일부의 경우 각 세공에 대하여 둘 이상의 전극 쌍이 제공될 수 있다. 애노드와 캐소드는 동수일 수 있고 또는 동수가 아닐 수 있으며, 전극은 세공의 단부 둘레에 간격을 두고 있어 세공을 통하여 상이한 횡방향에서 터널링 전류가 측정될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태를 보인 도 7a 내지 도 7d에서, 장치는 도 3a와 유사하게 구성되었으나 상이한 형상의 세공과 전극을 갖는다. 도 7a에서, 역시 50-200nm 두께의 실리콘 질화물 층(70)이 세공이 형성된 약 300㎛ 의 실리콘 플랫폼상에 지지된다. 세공(78)이 실리콘 질화물 층(70)에 형성되나 이 경우에 있어서 이러한 세공(78)은 길고 좁으며 20nm x 200nm 크기의 슬리트 형태이 다. 이러한 슬리트형의 세공(78)은 도 7b에서 보인 바와 같은 실리콘 산화물의 증착을 통하여 폭이 약 5nm 이고 길이가 약 185nm 인 소형세공(78a)으로 축소된다. 도 7c에서 보인 바와 같이 슬리트형의 세공(78)의 두 단부에 두개의 전극(74a)(74b)이 형성된다. 이러한 전극의 형성은 슬리트형 세공이 크기가 축소되기 전에 또는 그 후에 이루어질 수 있다. 전극은 슬리트형 세공(78)의 폭 보다 충분히 넓게 배치되어 세공에 대하여 횡방향으로 정확히 배치되도록 할 필요가 없도록 한다. 그리고 전극(74a)(74b)이 전착을 통하여 성장되어 이들이 세공(78)을 따라서 상태측으로 성장함으로서 이들 사이의 갭이 크기가 작아지도록 한다. 도 7d에서 보인 바와 같이 전극(74a)(74b) 사이의 갭이 요구된 크기에 도달하였을 때 전착이 중단된다. 이러한 슬리트형 세공(78)과 전극(74a)(74b)의 구성으로 최종 세공에 대한 전극의 정렬문제는 도 3a 내지 도 3d에서 보인 실시형태의 경우보다 간단하다.
본 발명의 다른 실시형태를 보인 도 8a 내지 도 8c에서, 실리콘 질화물 층(80)에 폭이 10nm 정도 또는 그 이하인 좁은 슬리트(88)가 형성되고, 두개의 전극(84a)(84b)이 슬리트(88)의 단부에 인접하여 층(80)의 표면(83)에 형성된다. 이와 같은 경우, 출발 플랫폼은 두께가 300㎛인 5 x 5 mm의 실리콘 기판으로 구성된다. 전체 두께가 50 - 200 nm 이 되도록 실리콘 질화물이 825℃의 온도에서 암모니아와 디클로로실란 가스하에 저압화학기상증착(LPCVD)을 이용하여 기판상에 증착된다. 암모니아와 디클로로실란의 유량비율은 약 1:5 이다. 이로써 텐실 스트레스(tensil stress)가 50-150 MPa 범위의 실리콘-리치 질화물(silicon-rich nitride) 피막을 얻는다. 이러한 스트레스는 자립형 박막의 형성이 허용될 수 있을 정도로 충분히 낮다. 그리고 실리콘 기판 웨이퍼에 포토리소그래피와 KOH 습식에칭을 이용하여 5㎛ x 5㎛의 창이 형성된다. 타원형 세공, 즉 슬리트가 용융이온빔(FIB) 또는 스캐닝 터널링 전자현미경법(STEM)을 이용하여 Si3N4 박막에 천공된다. 전형적인 슬리트 구조는 폭이 20 - 500 nm 사이이고 길이가 20 - 5000 nm 사이이다. 예를 들어 20 x 200 nm 크기의 타원형 세공이 1-1s의 노출시간에서 30 kV 와 20 pA로 FIB를 이용하여 연속방식으로 가공된다. 따라서 60s 의 시간프레임내에 박막을 통하여 완전한 슬리트가 천공될 수 있다.
이러한 슬리트는 플라즈마증강화학기상증착공정(PECVD) 또는 SEM/FIB TEOS 공정을 통하여 SiO2 를 등방성으로 증착시켜 좁게 축소될 수 있다. 이러한 단계는 단축을 따라 크기가 약 5 nm 으로 감소될 수 있도록 한다.
갭의 폭이 ~500 nm - 10,000 nm 인 한쌍의 대향된 백금전극이 슬리트에 인접한 박막의 평면상 상부면에 열증착과 레지스트 리프트-오프(resist lift-off) 기술을 이용하여 증착되고 패턴화된다. 슬리트와 전극의 정렬은 주의깊게 디자인된 정렬마커로 수행될 수 있다. 전극은 이들의 단부에서 두께가 50 nm 정도이고 폭이 100 nm 정도이다. 또는 슬리트의 형성전에 전극을 증착하고 보다 간단한 정렬기구를 도입하는 것이 가능하다.
층(80)은 요구된 바에 따라서 내용물이 제어될 수 있는 두개의 탱크(81)(82) 사이에 배치된다.
전극상에 전착이 이루어질 수 있도록 하기 위하여 전극상에 부착물 형성될 수 있도록 하는 반응물이 전극(84a)(84b)과 같은 쪽인 상부탱크 보다는 전극(84a)(84b)에 대한 층(80)의 반대쪽인 하부탱크(82)에 높은 농도로 제공된다.상부탱크의 반응물의 농도는 가능한 한 낮게 유지된다. 이와 같은 경우 이는 하부탱크(82)에만 반응물을 주입하고 상부탱크(81)에는 주입하지 않음으로서 이루어질 수 있다.
전착중에 반응물로부터의 금속은 전극의 표면에서 반응물의 농도에 의하여 부분적으로 결정되는 속도로 전극의 표면에 부착된다. 이와 같은 경우에 있어서, 농도는 슬리트(88)의 상측부로부터 하측부로 갈수록 신속히 증가한다. 이는 슬리트(88)에 가장 근접한 전극의 부분과 슬리트(88)의 저면에 가장 근접한 전극의 부분에서 슬리트(88)의 내부에서 전착이 가장 신속하에 일어남을 의미한다. 이로써 전극(84a)(84b)에서는 도 8b에서 보인 바와 같이 슬리트(88) 상부의 영역(90)에서 전도성 물질이 성장하고 슬리트(88)의 변부(87)와 슬리트의 측부(89)의 하측부분 그리고 슬리트(88)의 내측으로 성장한다. 또한 도 8c에서 보인 바와 같이, 슬리트(88)의 하측으로 성장하는 전극(84a)(84b)의 부분(85)은 슬리트(88)의 크기에 의하여 명백하게 제한되므로 이들 부분이 슬리트(88)의 전체 폭을 채우면서 상대측을 향하고 슬리트의 하측으로 성장한다.이로써 전극은 매우 큰 종횡비를 갖는다.
도 8b 및 도 8c에서 보인 바와 같이, 전착이 완료된 후 전극(84a)(84b) 사이의 갭에서 가장 협소한 부분은 전극(84a)(84b)의 상부면 아래이며 또한 층(80)의 상부면(83)의 아래가 될 것이다. 이는 슬리트(88)를 통하여 이동하는 분자가 전극(84a)(84b) 사이의 갭에서 가장 협소한 부분을 통과도록 한다.
이 실시형태에서 전극의 성장이 슬리트 자체에 의하여 안내되므로 전극이 성장된 후에 슬리트(88)와 전극(84a)(84b)의 정렬은 매우 양호하게 이루어짐을 알 수 있을 것이다. 더욱이 이는 예를 들어 장치가 도 5에서 보인 것과 유사한 시스템에 사용될 때 특성이 분석되는 분자가 이들이 슬리트(88)를 통과할 때 전극을 우회할 수 없도록 하는데 도움을 준다.
본 발명의 다른 실시형태를 보인 도 9에서, 세공(98)은 중앙으로부터 외측으로 연장된 4개의 좁은 슬리트(98a)(98b)(98c)(98d)로 구성되는 십자형이며 이들 각 슬리트는 중앙으로부터 가장 멀리 떨어진 폐쇄단부와 다른 슬리트와 연결되는 개방단부를 갖는다. 전극(94a)(94b)(94c)(94d)은 각 슬리트에 인접하고 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 상기 언급된 바와 동일한 방법을 이용하여 각 슬리트의 내측으로 연장된다. 이는 4-전극형 시스템을 제공하는 바, 이는 두개의 대향된 전극을 이용하여 전극 갭에서 분자 또는 폴리머의 전기영동 또는 이중전기영동 트랩핑이 이루어질 수 있도록 하는데 이용될 있으며, 나머지 다른 대향된 두개의 전극은 트랩핑된 종의 터널링 전류 기반의 분석을 위하여 이용된다. 트랩핑 방식은 터널링 전류가 흐르기에는 너무 넓은 전극 갭에도 적용가능한 것으로, 분석은 예를 들어 단일분자형광분광법에 기초하는 다른 기술에 의존할 것이다. 이는 이러한 사극자형 전극구조에서 전계가 진동할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태를 보인 도 10에서, 세공(108)이 중앙으로부터 방사상으로 연장된 3개의 슬리트(108a)(108b)(108c)로 구성되고 이들 각각에 전극(104a)(104b)(104c)이 형성되어 Y-형 구조를 이룬다. 이러한 구조에서 두개의 전 극은 이동하는 종의 터널링 전류 기반의 분석을 위하여 이용되고 제3의 전극은 전자트랜지스터와 유사한 로컬 게이트(local gate)로서 이용된다. 로컬 게이트의 전계에 따라서 이동하는 종의 상이한 전자레벨이 두개의 터널링 전극과 상호작용함으로서 이동하는 분자 또는 폴리머의 특성분석을 위한 부가적인 수단을 제공한다. 또한 두개의 전극은 갭에서 분자의 전기영동 또는 이중전기영동 트랩핑을 위하여 이용될 수 있으며 그리고 이는 두개의 전극과 제3의 전극 사이의 터널링 전류에 의하여 확인될 수 있다.
도 8a-c, 도 9 및 도 10의 실시형태에서 분리형 전극은 동일물질로 구성되거나 또는 상이한 물질로 구성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 전착공정중에 단 하나의 전극 또는 일부의 전극에 전기적인 전위를 인가함으로서 이들 전극이 상이한 속도로 구성되거나 또는 상이한 두께로 구성될 수 있어 전극은 적용여하에 따라서 상이한 크기 또는 형상을 가질 수 있도록 한다.

Claims (36)

  1. 중간에 터널링 갭을 형성하는 두개의 전극을 제공하는 단계, 전극에 전위차를 인가하는 단계, 터널링 갭을 통하여 분자를 통과시키는 단계와, 전 측정시간동안 전극 사이의 터널링 전류를 측정하는 단계로 구성되고, 적어도 일부의 분자가 적어도 일부의 측정시간 동안 갭내에 존재함을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  2. 제1항에 있어서, 분자가 폴리머임을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  3. 제2항에 있어서, 폴리머의 일부가 이들이 분자를 따라서 배치되는 순서로 차례로 갭을 통과하도록 폴리머를 안내하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  4. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 시간의 함수로서 터널링 전류를 기록하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  5. 중간에 갭을 형성하는 두개의 전극을 제공하는 단계, 전극에 전위차를 인가하는 단계, 분자의 일부가 이들이 분자를 따라 배치되는 순서로 전극 사이를 통과하도록 갭을 통하여 폴리머 분자를 통과시키는 단계와, 분자가 전극 사이를 통과할 때 전극 사이의 전류를 측정하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 분자특성분석방 법.
  6. 제5항에 있어서, 측정되는 전류가 분자를 가로질러 횡방향으로 통과하는 전류임을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  7. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 분자가 용액내에서 포함되어 있는 상태에서 갭을 통하여 통과됨을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  8. 제5항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서, 분자의 각 다수의 부분이 특성분석될 수 있도록 분자를 따라 다수의 위치에서 전류를 측정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 각 전극 쌍이 결합된 다수의 안내수단을 제공하는 단계를 포함하고, 분자가 안내수단을 통하여 통과되고 각 전극 쌍 사이의 전류가 동시에 측정됨을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  10. 제7항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서, 갭을 통하여 분자를 구동시키기 위하여 용액에 구동전위를 인가하는 단계를 포함하고, 구동전위가 분자의 이동속도를 변화시키기 위하여 변화됨을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  11. 제10항에 있어서, 분자를 단계적으로 이동시키기 위하여 구동전위가 펄스구동됨을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  12. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 분자가 전극 사이로 통과할 때분자의 길이를 측정하기 위하여 분자의 일부가 전극 사이에 위치되는 시간을 측정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 분자특성분석방법.
  13. 터널링 전류가 흐르도록 중간에 터널링 갭을 형성하는 한쌍의 전극과, 전극 사이로 분자를 안내할 수 있도록 배치된 안내수단으로 구성됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  14. 제13항에 있어서, 안내수단이 분자가 용액내에 포함되어 있는 상태에서 통과하는 도관을 형성함을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 안내수단이 세공이 형성된 물질의 동체로 구성됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  16. 제15항에 있어서, 전극이 물질의 표면에 지지됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  17. 제16항에 있어서, 전극이 세공의 양측에 배치됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  18. 제17항에 있어서, 전극이 세공의 동일한 단부에 배치됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  19. 제15항 내지 제18항의 어느 한 항에 있어서, 물질의 동체가 이에 형성된 다수의 세공을 가지고, 각 세공은 각 쌍의 전극이 결합됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  20. 제12항 내지 제18항에 있어서, 각 쌍의 전극 사이에서 전류를 측정하도록 배치된 제어수단을 포함함을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  21. 제20항에 있어서, 제어수단이 각 쌍의 전극 사이에서 전류에 관련된 전류데이터를 기록하고 전류데이터를 분석하여 분자의 특성을 분석할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  22. 제13항 내지 제21항의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전극이 적어도 그 표면의 일부가 SERS 활성물질로 구성됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치.
  23. 세공이 형성되고 세공에 인접하여 전극이 배치되는 물질의 층을 제공하는 단계와, 전극에 전도성 물질을 증착시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서, 세공이 일측방향으로 향하는 길이와 수직방향의 폭을 가지고 폭 보다 길이가 긴 것을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  25. 제23항에 있어서, 전극이 세공의 단부에 배치됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  26. 제25항에 있어서, 다른 전극이 세공의 타측단부에 제공됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 전도성 물질의 증착전에 전극이 세공 보다 폭이 넓음을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  28. 제23항 내지 제27항의 어느 한 항에 있어서, 물질의 층이 두 탱크 사이에 배치되고, 전극에 증착되는 전도성 물질의 적어도 한 성분을 제공하는 반응물이 타측 보다 일측 탱크에 고농도로 제공됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  29. 제28항에 있어서, 전극이 세공의 일측부에 제공되고, 반응물이 탱크에서 고농도로 세공의 타측으로 제공됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  30. 제23항 내지 제29항의 어느 한 항에 있어서, 전도성 물질이 전극에 증착되어 전극이 세공내로 성장함을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  31. 제23항 내지 제30항의 어느 한 항에 있어서, 전극이 다른 방향 보다는 세공의 하측 방향으로 더욱 성장할 수 있도록 배치됨을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  32. 제23항 내지 제31항의 어느 한 항에 있어서, 전도성 물질이 SERS 활성물질임을 특징으로 하는 분자특성분석장치의 제조방법.
  33. 세공이 형성되고 전극이 배치된 물질의 층으로 구성되고 전극이 세공에 인접하여 물질의 표면에 형성되며 세공내로 연장됨을 특징으로 하는 전극시스템.
  34. 제33항에 있어서, 표면이 실질적으로 평면이고 세공이 측면부와 평면상 표면과 측면부 사이의 변부를 가지며 전극이 변부를 넘어 세공의 측면부측으로 연장됨을 특징으로 하는 전극시스템.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 세공이 폭 보다 길이가 길고 두개의 단부를 가지며, 전극이 세공의 일측단부에 제공되고 다른 전극이 대향측 단부에 제공됨을 특징으로 하는 전극시스템.
  36. 제32항 또는 제33항에 있어서, 세공이 개방단부와 폐쇄단부를 갖는 다수의 연결된 슬리트로 구성되고, 각 전극이 각 슬리트의 폐쇄단부에 제공됨을 특징으로 하는 전극시스템.
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