(57)【要約】      （修正有）【課題】定常電流の変化のみではなく過渡電流の発生も読み取ることで、高感度検出ができるように設計した電気測定用チップを提供する。【解決手段】基板上に形成したサンプル投入流路４、サンプル移動流路、サンプル回収流路５及び測定流路６，７を含み、サンプル移動流路は、サンプル投入流路４とサンプル回収流路５の間に形成され、測定流路６，７は、サンプル移動流路に接続する、第１測定流路６及び第２測定流路７を含み、第１測定流路６とサンプル移動流路の接続部と、第２測定流路７とサンプル移動流路の接続部が、サンプル移動流路のサンプルが流れる方向に離間した位置に形成され、サンプル投入流路４に配置された第１電極３１およびサンプル回収流路５に配置された第２電極３２と、第１測定流路６に配置された第３電極４１および第２測定流路７に配置された第４電極４２と、を含む、電気測定用チップ１０。【選択図】図９
2020098211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、該基板上に形成したサンプル投入流路、サンプル移動流路、サンプル回収流路及びサンプル測定流路を含み、
前記サンプル移動流路は、
前記サンプル投入流路と前記サンプル回収流路の間に形成され、
前記サンプル測定流路は、
前記サンプル移動流路に接続する、第１測定流路及び第２測定流路を含み、
前記第１測定流路と前記サンプル移動流路の接続部と、前記第２測定流路と前記サンプル移動流路の接続部が、前記サンプル移動流路のサンプルが流れる方向に離間した位置に形成され、
前記サンプル投入流路に配置された第１電極および前記サンプル回収流路に配置された第２電極と、
前記第１測定流路に配置された第３電極および前記第２測定流路に配置された第４電極と、
を含む、
電気測定用チップ。
【請求項２】
前記サンプル移動流路の幅が、前記サンプル投入流路と前記サンプル回収流路の間で一定である、
請求項１に記載の電気測定用チップ。
【請求項３】
前記サンプル移動流路の幅が、
前記第１測定流路と前記サンプル移動流路の接続部の長さ、および、
前記第２測定流路と前記サンプル移動流路の接続部の長さ、
より長い、
請求項１に記載の電気測定用チップ。
【請求項４】
前記サンプル移動流路の幅が、
前記第１測定流路と前記サンプル移動流路の接続部の長さ、および、
前記第２測定流路と前記サンプル移動流路の接続部の長さ、
より長い、
請求項２に記載の電気測定用チップ。
【請求項５】
前記第１測定流路と前記サンプル移動流路の接続部と、前記第２測定流路と前記サンプル移動流路の接続部とが離間した距離が、前記前記サンプル移動流路の幅より長い、
請求項１〜４の何れか一項に記載の電気測定用チップ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の電気測定用チップを用いたサンプルの測定方法であって、
該測定方法は、
（ａ）サンプルが、前記サンプル投入流路と前記サンプル移動流路の境界付近を移動した際の過渡電流を測定する工程と、
（ｂ）前記サンプルが、前記サンプル移動流路と前記サンプル回収流路の境界付近を移動した際の過渡電流を測定する工程と、
を含む、測定方法。
【請求項７】
前記（ａ）の工程および前記（ｂ）の工程の間に、
前記サンプルが、前記サンプル移動流路を移動する際の定常電流の変化を測定する工程、
を含む、請求項６に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気測定用チップ、及び電気測定装置に関し、特に、細胞、菌、ウィルス、ＤＮＡ等のサンプルがマイクロ流路を流れる際に、定常電流の変化のみではなく過渡電流の発生も読み取ることで、高感度検出ができるように設計した電気測定用チップ、及び該電気測定用チップを含む電気測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液中に含まれる細胞、菌、花粉、ＰＭ２．５等のサンプルの大きさ、個数等を正確に測定することは、健康な生活を送る上で大切な情報であり、近年、ますます測定精度の向上が望まれている。また、生物化学の分野では、ＤＮＡ断片をそのまま分析する分析チップの開発が望まれている。
【０００３】
図１は、サンプルの大きさや個数等の測定方法の従来技術を示しており、シリコン等の基板上に形成した細孔（マイクロポア）にサンプルを通過させ、細孔に印加した電圧によって細孔の内部を流れる定常電流が変化する様子から細胞の大きさ、硬さを解析している（非特許文献１参照）。図１に示す従来の測定方法は、細孔の体積が小さい程感度が向上すことが知られている。細孔の体積を減らすためには直径を小さくするとともに基板を薄くする必要があり、そのため、測定の際には図１に示すように基板は縦置きにして使用されている。
【０００４】
また、細孔を通過するサンプルの状態をより詳しく測定するため、マイクロ流路を形成した基板を横置きにすることで細孔部分を蛍光顕微鏡で観察できるようにし、定常電流の測定に加え細孔の周りの事象を直接観察する方法も知られている（非特許文献２参照）。図２は、非特許文献２のＦｉｇ．１を示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｗａｓｅｅｍ  Ａ．ｅｔ  ａｌ．，Ｌａｂ  ｏｎ  ａ  Ｃｈｉｐ，  Ｖｏｌ．１２，  ｐｐ．２３４５−２３５２  （２０１２）
【非特許文献２】Ｎａｏｙａ．Ｙ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｖｉａ  ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ”，  ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ  ＲＥＰＯＲＴＳ，  Ｖｏｌ．３，  ｐｐ．１−７（２０１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１に示す方法では、得られる情報が定常電流の変化の信号のみであり、細孔を通過したサンプルの判別は電流値の強弱などから推察するに留まる。そのため、複数のサンプルが細孔に流れ込む場合や、測定するサンプルが生体分子等の形状が球体以外又は変化し易い場合などは、詳細な解析が難しいという問題がある（問題１）。
【０００７】
また、非特許文献１に記載されている方法は、サンプルを駆動させるための駆動回路と、細孔をサンプルが通過する際の電流変化を測定する測定回路が同じになっている。一般的に、印加電圧を大きくすることで測定感度を上げることができるが、駆動回路と測定回路が同じ場合、印加電圧を大きくすると測定回路の電流計に負荷がかかり過ぎ、高感度検出ができないという問題がある（問題２）。
【０００８】
更に、サンプルが細孔を通過する時間は、サンプルの表面電荷、変形能等に影響されるため、特に生体分子解析においては非常に重要な情報である。しかしながら、従来法の感度では、細孔内の定常電流の緩やかな変化を読みとることしか出来ず、印加電圧によって加速されたサンプルが短い細孔を通過する時間を読み取るには誤差が大きかった。加えて、核酸等の細長い形状の生体分子を測定する場合、生体分子を伸長状態で細孔に導入する必要があるが、そのためには、生体分子を伸長状態にするためのガイド流路が必要となる。しかしながら、ガイド流路を設けることは細孔部分の体積を増加することになり、感度の低下が避けられないという問題がある（問題３）。
【０００９】
一方、図２に示すように、基板を横置きにして蛍光顕微鏡で観察することで、上記（問題１）を解決することができる。しかしながら、非特許文献２に記載されている方法は、ポンプの圧力により液体中に分散したサンプルが基板上に形成された細孔を通過するように設計されている。ポンプの圧力で液体中に分散したサンプルを流す場合、測定感度を上げる為に細孔のサイズを小さくすればするほど、液体が細孔を流れにくくなる。勿論、ポンプの圧力を大きくすることで液体を流すこともできるが、圧力を大きくし過ぎると、細孔部分が破損する恐れがある。また、非特許文献２に記載されているポンプの圧力でサンプルを流す方法では、核酸やタンパク質を流すことはできないという問題がある。更に、非特許文献２に記載されている方法も、非特許文献１に記載されている方法と同様に、感度を上げる為には細孔の体積を小さくする必要があり、上記（問題３）を解決することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされた発明であり、鋭意研究を行ったところ、
（１）サンプルを流すことができるサンプル移動流路を形成し、該サンプル移動流路に接続する第１測定流路及び前記第１測定流路とは反対側から前記サンプル移動流路に接続する第２測定流路を形成することで、サンプルの駆動回路と測定回路を別回路として設計できること、
（２）サンプルの駆動回路と測定回路を別回路とすることで、駆動回路の電圧を高く設定することで検出感度を高めることができ、従来はノイズに埋もれていた過渡電流を測定できること、
（３）測定回路に可変抵抗を組み込むと、より高感度検出が可能となり過渡電流をより精度良く測定できること、
（４）過渡電流を読み取ることで、サンプル移動流路へのサンプルの入出タイミングを正確に測定することができ、その結果、サンプルの通過速度を計算することでサンプルの表面電荷及び変形能を測定できること、
（５）過渡電流とは別に、第１測定流路及第２測定流路間の定常電流の変化を測定できることから、従来の細孔と異なりサンプル移動流路を長く設計することができ、サンプル移動流路内でサンプルの伸長状態を作り出して核酸やタンパク質等の生体分子を測定できること、を新たに見出した。
【００１１】
すなわち、本発明の目的は、定常電流の変化のみではなく過渡電流の発生も読み取ることで、高感度検出ができるように設計した電気測定用チップ、及び該電気測定用チップを含む電気測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下に示す、電気測定用チップ、及び該電気測定用チップを含む電気測定装置に関する。
【００１３】
（１）基板、該基板上に形成したサンプル移動流路及びサンプル測定流路を含み、
前記サンプル測定流路は、前記サンプル移動流路に接続する第１測定流路、及び前記第１測定流路とは反対側から前記サンプル移動流路に接続する第２測定流路を含む、
電気測定用チップ。
（２）前記第１測定流路及び前記第２測定流路の幅が、前記サンプル移動流路と接続している部分の長さより、前記サンプル移動流路から離れるにしたがって長くなる上記（１）に記載の電気測定用チップ。
（３）前記第１測定流路及び前記第２測定流路が、前記サンプル移動流路を挟んで非対称の位置に形成されている上記（１）又は（２）に記載の電気測定用チップ。
（４）前記サンプル移動流路に狭窄部が少なくとも１以上形成されている上記（１）〜（３）の何れか一に記載の電気測定用チップ。
（５）前記サンプル移動流路の一端に形成されたサンプル投入流路、前記サンプル移動流路の他端に形成されたサンプル回収流路を含む、上記（１）〜（４）の何れか一に記載の電気測定用チップ。
（６）前記第１測定流路及び前記第２測定流路に換え、第１測定電極及び第２測定電極が形成されている上記（１）〜（５）の何れか一に記載の電気測定用チップ。
（７）上記（１）〜（５）の何れか一に記載の電気測定用チップ、
サンプルがサンプル移動流路を移動できるようにするための駆動回路、
第１測定流路及び第２測定流路に電圧を印加し、サンプルがサンプル移動回路を移動する際の電流の変化を測定する測定回路、
を含む電気測定装置。
（８）上記（６）に記載の電気測定用チップ、
サンプルがサンプル移動流路を移動できるようにするための駆動回路、
第１測定電極及び第２測定電極に電圧を印加し、サンプルがサンプル移動回路を移動する際の電流の変化を測定する測定回路、
を含む電気測定装置。
（９）前記測定回路が、前記駆動回路と前記測定回路の抵抗を釣り合った状態にするための可変抵抗を含み、
前記測定回路が、釣り合った状態からの電流の差分を測定する上記（７）又は（８）に記載の電気測定装置。
（１０）前記測定回路が、過渡電流及び定常電流の変化を測定する上記（７）〜（９）の何れか一に記載の電気測定装置。
（１１）蛍光顕微鏡を更に含む上記（７）〜（１０）の何れか一に記載の電気測定装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電気測定用チップは、サンプルを流すことができるサンプル移動流路を形成し、該サンプル移動流路に接続する第１測定流路及び前記第１測定流路とは反対側から前記サンプル移動流路に接続する第２測定流路を形成している。
そのため、本発明の電気測定用チップを用いた電気測定装置は、サンプルの駆動回路と測定回路を別回路として設計できるので、駆動回路の電圧を高く設定し、検出感度を高めることができるので過渡電流も正確に読み取ることができる。更に、測定回路に可変抵抗を組み込むと、駆動回路と測定回路が釣り合った状態からの差分を読み取ることができるので、検出感度をより高めることができる。
そして、本発明の電気測定装置は、過渡電流を読み取ることでサンプル移動流路へのサンプルの入出タイミングを正確に測定でき、通過速度からサンプルの表面電荷及び変形能を測定することが可能となる。また、過渡電流とは別に、第１測定流路及び第２測定流路間の定常電流の変化を測定できることから、従来の細孔と異なりサンプル移動流路を長く設計することができ、サンプル移動流路内で核酸やタンパク質等の生体分子の伸長状態を作り出して測定することが可能となる。
更に、本発明の電気測定チップは横置きで使用できることから、蛍光顕微鏡観察と組み合わせて使用することで、より正確な分析をすることができる。
また、サンプル移動流路に狭窄部を設けることで、同種の細胞であっても変形能が異なる細胞を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、サンプルの大きさや個数等の測定方法の従来技術を示している。
【図２】図２は、非特許文献２のＦｉｇ．１を示している。
【図３】図３は、本発明の電気測定用チップ１の概略を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の電気測定用チップ１の他の実施形態を示している。
【図５】図５は、第１測定流路６及び第２測定流路７に代え、第１電極及び第２電極で形成した電気測定用チップ１の概略を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の電気測定用チップ１の他の実施形態を示している。
【図７】図７は、図４のＡ−Ａ’断面図で、電気測定用チップ１の製造工程の一例を示している。
【図８】図８は、本発明の電気測定用チップ１の他の製造工程を示す図である。
【図９】図９は、本発明の電気測定用チップ１を用いた電気測定装置１０の概略を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の電気測定装置１０を用いてサンプルを測定する際の、電気測定チップ１上のサンプルの位置と測定できる電流値の関係を説明する図である。
【図１１】図１１は、電気測定用チップ１の他の実施形態を示す図である。
【図１２】図１２は、図面代用写真で、図１２（１）は、実施例１で作製した電気測定用チップ１の写真、図１２（２）は、第１測定流路６及び第２測定流路７付近の拡大写真である。
【図１３】図１３は、図面代用写真で、図１３（１）は、実施例２で作製した電気測定用チップ１の第１測定流路６及び第２測定流路７付近の拡大写真、図１３（２）は、実施例３で作製した電気測定用チップ１の第１測定流路６及び第２測定流路7付近の拡大写真である。
【図１４】図１４（１）は、実施例４における測定時間と測定された定常電流値の関係を示すグラフ、図１４（２）は、実施例５における測定時間と測定された定常電流値の関係を示すグラフ、図１４（３）は、実施例６における測定時間と測定された定常電流値の関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例３の電気測定用チップ１を用いた場合、ピークを２つ測定した理由を説明する図である。
【図１６】図１６は、サンプル移動流路３を流れるサンプルの位置の連続写真、及びサンプルが流れる際の定常電流値の変化（シグナル強度）と蛍光強度の変化を示す写真及びグラフである。
【図１７】図１７は、実施例８で測定した定常電流値の変化（シグナル強度）を示すグラフである。
【図１８】図１８は、実施例８で測定した結果に基づき作製したサンプルの体積と定常電流値の変化（シグナル強度）を示すグラフである。
【図１９】図１９は、駆動回路の電圧とサンプルがサンプル移動流路を通過する時間の関係を示す図である。
【図２０】図２０（１）は、図面代用写真で、実施例１２で作製した電気測定用チップ１のサンプル移動流路付近の拡大写真、図２０（２）は実施例１２で作製した電気測定用チップ１のサンプル移動流路付近の寸法を説明するための図である。図２０（３）は、定常電流値のヒストグラムで、各定常電流値においてカウントされた細胞数の分布を示すグラフである。
【図２１】図２１（１）は、図面代用写真で、サンプル移動流路３の狭窄部３４付近の拡大写真である。図２１（２）は、サンプル移動流路３と狭窄部３４の長さ及び幅を説明するための図である。
【図２２】図２２（１）は、図２１に示すチップの左から右側にＨｅＬａ細胞を流した時の各幅の流路に入った時間（ｉｎ）と出た時間（ｏｕｔ）、及び定常電流値の変化を示すグラフである。図２２（２）は、ＨｅＬａ細胞を逆方向に流した時の各幅の流路に入った時間（ｉｎ）と出た時間（ｏｕｔ）、及び定常電流値を示すグラフである。
【図２３】図２３（１）は、図面代用写真で、実施例１４で作製した電気測定用チップ１のサンプル移動流路３の狭窄部３４付近の拡大写真である。図２３（２）は、実施例１４の定常電流値と通過時間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の電気測定用チップ、及び電気測定装置について詳しく説明する。先ず、本発明において、「定常電流」とは測定回路に定常的に流れているイオン電流を意味する。また、「過渡電流」とは、測定回路に瞬間的に流れるイオン電流を意味する。
【００１７】
図３は、本発明の電気測定用チップ１の概略を説明する図である。図３に示す電気測定用チップ１は、基板２、基板２上に形成されたサンプル移動流路３、サンプル移動流路３の一端に接続するサンプル投入流路４、サンプル移動流路３の他端に接続するサンプル回収流路５、サンプル移動流路３に接続する第１測定流路６、及び第１測定流路６とは反対側からサンプル移動流路３に接続する第２測定流路７を含んでいる（以下、基板上に形成した流路を纏める場合は、単に「流路」と記載することがある。）。第１測定流路６及び第２測定流路７でサンプル測定流路を形成する。
【００１８】
サンプル移動流路３の幅及び深さは、サンプルのサイズより大きければ特に制限は無いが、測定感度を上げる為には、サンプルのサイズより大き過ぎないように適宜調整することが好ましい。例えば、空気中のＰＭ２．５の直径は約２．５μｍであるので、サンプル移動流路３の幅及び深さは、３μｍ程度の大きさであればよい。また、スギ花粉の直径は約２０〜４０μｍ、ヒノキ花粉の直径は２８μｍ〜４５μｍ程度と言われているので、幅及び深さは約５０μｍ程度であればよい。勿論、上記の数値は目安であって、サンプルがさらに大きな場合は、幅及び深さを１００μ、１５０μｍ、２００μｍ等、サンプルのサイズに応じて大きくしてもよい。幅及び深さの下限値は、現在の微細加工技術では約４ｎｍが限界であるが、技術の進歩により、更に小さくしてもよい。
【００１９】
サンプル投入流路４及びサンプル回収流路５は、サンプル駆動回路の電極を投入できる大きさであって、サンプルを含む液体（以下、サンプルを含む液体を「サンプル液」と記載することがある。）を投入及び回収できれば大きさ及び形状に特に制限は無いが、深さはサンプル移動流路３と同じにすることが望ましい。なお、サンプル移動回路３にサンプルが効率よく流入できるようにするため、サンプル投入流路４及びサンプル回収流路５は、サンプル移動回路３に向かって幅が狭くなるテーパー状にしてもよい。
【００２０】
第１測定流路６及び第２測定流路７は、後述するサンプル測定回路の電極を夫々に投入して測定回路を構成し、定常電流の変化及び過渡電流を測定（以下、定常電流の変化及び過渡電流を測定することを「電流の変化を測定」と記載することがある。）するために用いられる。第１測定流路６及び第２測定流路７の大きさ及び形状は、サンプル測定回路の電極を投入できる大きさであれば特に制限は無いが、測定感度を高くするためには、抵抗を少なくすることが好ましい。サンプル液で満たされた流路の抵抗値は、サンプル液の抵抗率と流路の長さの積を、流路の断面積で割った値となる。したがって、流路の幅を大きくするほど面積が大きくなり、抵抗を少なくすることができる。そのため、第１測定流路６及び前記第２測定流路７の幅は、サンプル移動流路３と接続している部分の長さＬより、サンプル移動流路３から離れるにしたがって長くなることが好ましい。第１測定流路６及び第２測定流路７の形状は同じであっても異なっていてもよいが、第１測定流路６及び第２測定流路７の形状が異なると、測定して得られるシグナルも非対称となる。そのため、測定したシグナルから物の形状等、より精度の高い測定をする場合は、第１測定流路６及び第２測定流路７を同じ形状にすることが好ましい。
【００２１】
なお、図３では、第１測定流路６及び第２測定流路７を略台形状にすることで、第１測定流路６及び第２測定流路７の幅をＬより長くしているが、第１測定流路６及び第２測定流路７の幅がサンプル移動流路３から離れるにしたがって長くなれば形状に特に限定は無い。例えば、図４は、本発明の電気測定用チップ１の他の実施形態を示しており、図４に示すように、半円形状とすることで、サンプル移動流路３から離れるにしたがって長くするようにしてもよい。
【００２２】
第１測定流路６及び第２測定流路７の深さは、サンプル移動流路３の深さと同じにすればよい。また、長さＬは、短い程感度が良くなることから、微細加工技術で作製可能な程度まで短くすればよい。一方、長さＬが長すぎると、サンプルがサンプル移動流路３から第１測定流路６又は第２測定流路７に流れ込む恐れがあるので、長さＬはサンプル移動流路３の幅より短い方が好ましく、測定対象サンプルのサイズより短くすることがより好ましい。
【００２３】
図５は、第１測定流路６及び第２測定流路７に代え、第１測定電極６１及び第２測定電極７１を形成した電気測定用チップ１の概略を説明する図である。第１測定電極６１及び第２測定電極７１を形成する場合は、第１測定流路６及び第２測定流路７を形成する必要は無く、サンプル移動流路３が形成された基板２上に、導電性の材料をサンプル移動流路３に接する位置まで塗布すればよい。電気測定用チップ１の使用時にはガラス板等で蓋をすることから、サンプル移動流路３の中はサンプル液で満たされる。そのため、基板２上に第１測定電極６１及び第２測定電極７１を形成してもサンプル液に導通できる。
【００２４】
第１測定電極６１及び第２測定電極７１の材料としては、アルミニウム、銅、白金、金、銀、チタン等の公知の導電性金属を用いればよい。また、第１測定電極６１及び第２測定電極７１は基板２上をマスクして前記材料を蒸着することで作製すればよい。第１測定流路６及び第２測定流路７を形成して電極を挿入する形態と比較して、第１測定電極６１及び第２測定電極７１を形成する場合は抵抗を少なくできる。そのため、サンプル移動流路３に印加する電圧を低くすることができる。サンプル移動流路３と電極との接続部分の長さは第１測定流路６及び第２測定流路７と同様にすればよい。また、相対する第１測定電極６１及び第２測定電極７１の形状は同じにすることが望ましい。上記のとおり第１測定電極６１及び第２測定電極７１の場合は抵抗を少なくできることから、図３及び図４に示すようにサンプル移動流路３から離れるにしたがって第１測定電極６１及び第２測定電極７１の幅を長くしてもよいが、長方形等、同じ幅であってもよい。
【００２５】
ところで、がん細胞の転移は、細胞の変形能が重要な役割を果たしていることが知られている。また、寿命や血中のコレステロールにより赤血球の変形能が低下すること、分化前の幹細胞は変形しやすいことが知られている。図６は、本発明の電気測定用チップ１の他の実施形態を示しており、サンプル移動流路３に狭窄部３４を形成している。サンプルが狭窄部３４を通過する際に、サンプルの変形能が異なると、狭窄部３４を通過する際の細胞の変形具合が異なる。そのため、同種のサンプルであっても、通過時間や波形を調べることで、サンプルの変形能を測定することができる。図３〜５に示す電気測定用チップ１においても、サンプルの変形能が高ければ、サンプル移動流路３を変形しながら流れる為、サンプルの通過時間や波形を調べることで変形能を測定することはできるが、図６に示す電気測定用チップ１の方が、サンプルの変形能をより詳しく測定できる。狭窄部３４の幅は、測定対象サンプルの変形能を測定することから、少なくとも測定対象サンプルより小さくすることが好ましく、測定対象サンプルの大きさの５０％〜９０％とすることが好ましく、６０％〜８０％程度とすることがより好ましい。また、狭窄部３４の深さは特に制限はなく、サンプル移動流路３と同様とすればよい。なお、狭窄部３４は、幅及び／又は深さをサンプルより小さくすればよいので、例えば、幅はサンプル移動流路３と同じにして、深さを測定対象サンプルの大きさの５０％〜９０％、より好ましくは６０％〜８０％程度としてもよい。或いは、幅及び深さの両方を、測定対象サンプルの大きさの５０％〜９０％、より好ましくは６０％〜８０％程度としてもよい。
【００２６】
なお、図６に示す電気測定用チップ１は狭窄部３４を一か所形成した例を示しているが、狭窄部３４は２カ所以上形成してもよい。また、狭窄部３４を２か所以上形成する場合は、各々の狭窄部３４の幅は同じであっても異なっていてもよい。また、図６に示す電気測定用チップ１は第１測定流路６及び第２測定流路７を設けているが、図５に示す第１測定電極６１及び第２測定電極７１としてもよい。
【００２７】
電気測定用チップ１は、微細加工技術を用いて製造することができる。図７は、図４のＡ−Ａ’断面図で、電気測定チップ１の製造工程の一例を示している。
（１）基板２の上に、エッチング可能な材料８を化学蒸着で塗布する。
（２）ポジ型フォトレジスト９をスピンコータで塗布する。
（３）流路を形成する個所に光が照射するように、フォトマスクを用いて露光・現像処理し、流路を形成する部分のポジ型フォトレジスト９を除去する。なお、図３、図５及び図６に示す電気測定用チップ１を作製する際には、フォトマスクの形状を変えればよい。
（４）流路を形成する個所の材料８をエッチングし、流路を形成する。
（５）ポジ型フォトレジスト９を除去する。
【００２８】
基板２は、半導体製造技術の分野で一般的に用いられている材料であれば特に制限は無い。基板２の材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰ等が挙げられる。
【００２９】
ポジ型フォトレジスト９としては、ＴＳＭＲ  Ｖ５０、ＰＭＥＲ等、半導体製造分野で一般的に使用されているものであれば特に制限はない。また、ポジ型に代え、ネガティブ型フォトレジストを用いてもよく、ＳＵ−８、ＫＭＰＲ等、半導体製造分野で一般的に使用されているものであれば特に制限はない。フォトレジストの除去液は、ジメチルホルムアミドとアセトン等、半導体分野で一般的な除去液であれば特に制限はない。
【００３０】
基板２の上に堆積し、流路及び流路以外を形成する材料８としては、絶縁性の材料であれば特に制限は無く、例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＰＳＧ、ＳｉＯＮ等が挙げられる。なお、図７に示す製造工程は、エッチング可能な材料８を用いて流路を形成しているが、材料８として、上記のポジ型フォトレジストやネガティブ型フォトレジスト等の感光性樹脂を用いてもよい。感光性樹脂を用いる場合は、基板２上に感光性樹脂を塗布し、流路を形成できる形状のフォトマスクを用い、露光・現像により、感光性樹脂で流路を形成すればよい。
【００３１】
図８は、本発明の電気測定用チップ１の他の製造工程を示す図である。図７に示す製造工程は、エッチングにより流路を形成しているが、図８に示す製造工程では、鋳型を転写することで電気測定用チップ１を作製できる。
（１）フォトマスクの形状を変えることで、転写後に流路を形成する凸部８を基板２上に形成し、鋳型を作製する。
（２）鋳型を、転写用の材料２１に転写する。
（３）鋳型を剥離することで、流路が形成された電気測定用チップ１を作製する。
【００３２】
鋳型を転写する材料２１としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、硬質ポリエチレン製等のプラスチック等の絶縁性材料が挙げられる。なお、転写して作製した電気測定用チップ１は、取扱いの利便性を向上するため、ガラス、プラスチック等の補助基板に貼り付けてもよい。
【００３３】
図７及び図８に示す製造工程で作製した電気測定用チップ１を用いて測定する際に、蛍光顕微鏡で観察する場合には、基板２、材料８、鋳型を転写する材料２１、補助基板は、光透過性材料で形成することが望ましい。
【００３４】
また、電気測定用チップ１は、サンプル液が流れやすくするために親水化処理をしてもよい。親水化処理方法としては、プラズマ処理、界面活性剤処理、ＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）処理、光触媒等が挙げられ、例えば、電気測定用チップ１の流路が形成されている面を１０〜３０秒間プラズマ処理することで、表面に水酸基を導入することができる。
【００３５】
図９は、本発明の電気測定用チップ１を用いた電気測定装置１０の概略を示す図である。電気測定装置１０は、電気測定用チップ１に加え、駆動回路３０、及び測定回路４０を含んでいる。
【００３６】
駆動回路３０は、サンプル投入流路４に挿入する第１電極３１及びサンプル回収流路５に挿入する第２電極３２、電圧印加手段３３を含んでいる。第１電極３１及び第２電極３２は、電気を通す材料であれば特に制限は無く、例えば、アルミニウム、銅、白金、金、銀、チタン等の公知の導電性金属を用いればよい。なお、図９に示す例では、第１電極３１をサンプル投入流路４に、第２電極をサンプル回収流路５に挿入しているが、第１電極３１及び第２電極３２は、サンプル投入流路４及びサンプル回収流路５に形成し、電線で繋いでもよい。電圧印加手段３３は、駆動回路３０に電圧を印加してサンプルを移動できれば特に制限は無いが、電池ボックス等、ノイズを出しにくいものが好ましい。
【００３７】
なお、図９に示す実施形態では、電気測定用チップ１のサンプル投入流路４及びサンプル回収流路５に電極３１及び３２を投入してサンプルを移動させているが、サンプルが移動できれば他の実施形態であってもよい。例えば、サンプル回収流路５の一部に孔をあけ、シリコンチューブの一端をサンプル回収流路５に接続し他端をシリンジポンプ等の吸引器に接続することで、駆動回路３０に加え、吸引力によりサンプルを移動させてもよい。細胞等の大きなサンプルを用いる場合に有用である。また、サンプル投入流路４及びサンプル回収流路５を設けなくてもよい。その場合、サンプル移動流路３の両端に孔を形成し、駆動回路３０の第１電極３１及び第２電極３２もサンプル移動回路３に挿入すればよい。更に、必要に応じて、サンプル移動流路３の一端の孔には上記と同様の吸引器を設け、他端の孔にはシリコンチューブの一端を接続し、当該シリコンチューブの他端をサンプル液容器に接続することで、駆動回路３０に加え、吸引力によりサンプルを移動してもよい。
【００３８】
測定回路４０は、第１測定流路６に挿入する第３電極４１及び第２測定流路７に挿入する第４電極４２、電流計４３を少なくとも含んでおり、第３電極４１及び第４電極４２からの電流を電流計４３で測定すればよい。また、駆動回路３０と測定回路４０の電圧を釣り合わせた状態にし、釣り合った状態からの電流の差分を検出することでより高感度検出を行う場合は、測定回路４０に電圧印加手段４４、可変抵抗４５、抵抗４６、更に、必要に応じて増幅手段を含ませることで、電流の差分のみを測定できるようにしてもよい。
【００３９】
第３電極４１及び第４電極４２は、第１電極３１及び第２電極３２と同様の材料で作製すればよく、また、第１測定流路６及び第２測定流路７に形成して電線で繋いでもよい。電圧印加手段４４は、電圧印加手段３３と同様に、電池ボックス等を用いればよい。電流計４３も一般的に使用されている電流計を用いればよい。増幅手段も、一般的に使用されているアンプを用いればよい。第１測定電極６１及び第２測定電極７１を形成する場合は第３電極４１及び第４電極４２は不要で、第１測定電極６１及び第２測定電極７１と電流計４３を電線で接続すればよい。
【００４０】
本発明では、可変抵抗４５及び抵抗４６を用いることで、サンプル移動流路３中の第１測定流路６及び第２測定流路７に挟まれている部分の電位差と、抵抗４６の電位差を釣り合った状態にし、サンプルがサンプル移動流路３に入った際の過渡電流の発生及び定常電流の変化を、釣り合った状態からのズレとして測定することができるので、検出感度を高めることができる。本発明に使用できる可変抵抗４５及び抵抗４６は、市販されているものを用いればよい。
【００４１】
図１０は、本発明の電気測定装置１０を用いてサンプルを測定する際の、電気測定チップ１上のサンプルの位置と測定できる電流値の関係を説明する図である。先ず、測定の前に、ＰＢＳ、リン酸バッファー、ＴＢＥバッファー等の緩衝液を毛管現象で流路に導入し、次いで、サンプル液をサンプル投入流路４に投入する。次に、駆動回路３０に電圧を印加すると、サンプルが、サンプル回収流路５に向けて移動する。サンプル投入流路４とサンプル移動流路３の境界付近（図１０中のaの位置）にサンプルが移動すると、測定回路４０は先ず過渡電流を測定する。次に、サンプルが、aの位置からサンプル移動流路３と第１測定流路６の接続部分（図１０中のｂの位置）の付近に移動するまで、定常電流の変化を読み取る。そして、サンプルが、ｂの位置からサンプル移動流路３と第２測定流路７の接続部分（図１０中のｃの位置）から出るまでの間は、より大きな定常電流の変化を測定する。そして、サンプルが、ｃの位置からサンプル移動流路３とサンプル回収流路５の境界付近（図１０中のｄの位置）に移動するまで、定常電流の変化を読み取り、そして、サンプルがサンプル回収回路５に出る際に、測定回路４０は過渡電流を測定する。
【００４２】
図１０に示すように、本発明の電気測定チップ１を用いてサンプルを測定すると、サンプルがサンプル移動流路３に入る時と出る時の過渡電流を測定することで、サンプルがサンプル移動流路３を移動（図１０中のａ〜ｄ）する時間を正確に測定することができる。したがって、サンプルの表面電荷や変形能を測定することができる。なお、サンプル移動流路３に狭窄部３４を設けた場合の波形は、後述する実施例において説明する。
【００４３】
また、サンプルの粒径、形状は、サンプルが、第１測定流路６とサンプル移動流路３の接続部分から第２測定流路７とサンプル移動流路３の接続部分までの間（図１０中のｂ〜ｃ）の定常電流の変化の大きさで測定することができる。したがって、サンプル移動流路３の長さに比較して、サンプルの定常電流の変化を測定する長さが短いことから、測定感度を維持することができる。更に、第１測定流路６と第２測定流路７の間以外のサンプル移動流路３はガイド流路として利用することができることから、測定感度を維持したまま、ＤＮＡ等の細長い分子を伸長状態で測定することが可能となる。
【００４４】
上記のとおり、本発明の電気測定装置１０は、サンプルがサンプル移動流路３を通過する間の定常電流の変化を測定し、特に、サンプルが第１測定流路６及び第２測定流路７の間を移動している時の定常電流のより大きな変化を測定している。したがって、第１測定流路６及び第２測定流路７は、サンプル移動流路３の両端部に近い非対称となる位置に形成してもよいが、その場合、後述する実施例で示すとおりピーク時の波形は線状となることから第１測定流路６及び第２測定流路７を形成する位置のズレを小さくすることが好ましい。なお、本発明において、位置の「ズレ」とは、第１測定流路６とサンプル移動流路３の接続部分の中間点と第２測定流路７とサンプル移動流路３の接続部分の中間点（図１０中の⇔）を意味する。一方、後述する実施例で示すとおり、サンプル移動流路３を挟んだ対称となる位置に第１測定流路６及び第２測定流路７を形成しても定常電流を測定することはできるが、定常電流の波形が割れることから、上記のとおり、非対称となる位置に形成することが好ましく、位置のズレを、第１測定流路６とサンプル移動流路３の接続部分の長さの半分＋第２測定流路７とサンプル移動流路３の接続部分の長さの半分＋サンプルの大きさ、とすることがより好ましい
【００４５】
図１１は、電気測定用チップ１の他の実施形態を示す図である。図３〜図６に示す電気測定用チップ１のサンプル投入流路４及びサンプル回収流路５は単一の流路となっているが、図１１に示すよう、サンプル投入流路４及びサンプル回収流路５を、複数の流路として形成してもよい。サンプル投入流路４を複数の流路とすることで、例えば、異なるサンプルを夫々の流路に入れ、駆動回路の第１電極３１及び第２電極３２も夫々の流路に入れ、電圧を印加する電極を切り替えることで、異なるサンプルを連続分析して、サンプル回収流路に回収することができる。
【００４６】
なお、複数の流路は、サンプル投入流路４又はサンプル回収流路５の一方のみに形成してもよい。サンプル投入流路４のみを複数の流路とした場合は、異なるサンプル液を連続的に分析することができる。
【００４７】
また、サンプル液中に表面電荷が異なるサンプルが含まれる場合、サンプル移動流路３を流れるサンプルの移動速度が異なる。したがって、サンプル回収流路５のみを複数の流路を形成し、夫々の流路に挿入する電極を切り替えることで、サンプル液中の異なるサンプルを分離・回収することができ、更に別の分析に用いることができる。
【００４８】
以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。
【実施例】
【００４９】
〔電気測定用チップ１の作製〕
＜実施例１＞
以下の手順により、電気測定用チップ１を作製した。
（１）厚さ６００μｍのシリコン基板２（フェローテックシリコン社製  直径７６ｍｍ）を準備した。
（２）ネガ型フォトレジストＳＵ−８  ３００５（ＭＩＣＲＯ  ＣＨＥＭ社製）をスピンコータにより塗布した。
（３）フォトリソグラフィにより、流路を形成する個所に光が照射するように、フォトマスクを用いて露光した。露光後は、ＳＵ−８  ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ（ＭＩＣＲＯ  ＣＨＥＭ社製）を用いてレジストを現像した。現像後は、超純水を用いてリンスし、スピンドライヤーで水分を飛ばし乾燥させ、鋳型を作製した。
（４）作製した鋳型に、ポリジメチルシロキサン（東レ社製、ＳＩＬＰＯＴ１８４）を流し込み、硬化させた。
（５）硬化したＰＤＭＳを鋳型から取り外し、次いで、市販のカバーガラス（厚み：０．１７ｍｍ）をＰＤＭＳに密着させて電気測定用チップ１を作製した。
【００５０】
図１２（１）は、実施例１で作製した電気測定用チップ１の写真で、図１２（２）は、第１測定流路６及び第２測定流路７付近の拡大写真である。サンプル移動流路３の長さは１５０μｍ、幅は４μｍ、深さは７．５μｍであった。第１測定流路６及び第２測定流路７の深さは７．５μｍ、サンプル移動流路３との接続部分の長さは１０．５μｍで、サンプル移動流路と第１測定流路の角度は約４５°であった。また、サンプル移動流路３を挟んだ第１測定流路６と第２測定流路７の位置のズレは、４０μｍであった。サンプル投入流路４及びサンプル回収流路５の深さは７．５μｍであった。
【００５１】
＜実施例２＞
実施例１のフォトマスクの形状を換え、第１測定流路６と第２測定流路７の位置のズレを５μｍとした以外は、実施例１と同様の手順で電気測定用チップ１を作製した。図１３（１）は、実施例２で作製した電気測定用チップ１の第１測定流路６及び第２測定流路７付近の拡大写真である。
【００５２】
＜実施例３＞
実施例１のフォトマスクの形状を換え、サンプル移動流路３を挟んで対称の位置に第１測定流路６と第２測定流路７を形成した以外は、実施例１と同様の手順で電気測定用チップ１を作製した。図１３（２）は、実施例３で作製した電気測定用チップ１の第１測定流路６及び第２測定流路7付近の拡大写真である。
【００５３】
〔電気測定装置１０の作製〕
＜実施例４＞
（１）駆動回路３０の作製
第１電極３１及び第２電極３２は、電線（オヤイデ電気社製ＦＴＶＳ−４０８）の皮を剥いで金属部分を露出させて作製した。電圧印加手段３３は、電池ボックス（誠南工業社製）を用いた。
（２）測定回路４０の作製
第３電極４１及び第４電極４２は、電線（オヤイデ電気社製ＦＴＶＳ−４０８）の皮を剥いで金属部分を露出させて作製した。増幅手段は、ＦＥＭＴＯ社製Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇａｉｎ  Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒを用いた。電圧印加手段４４は、電池ボックス（誠南工業社製）を用いた。可変抵抗４５は、ＢＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製精密ポテンションメーターを用いた。電流計４３は、増幅手段で増幅したシグナルをＵＳＢ−ＤＡＱ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用いてＰＣ用の電気信号に変換し、Ｌａｂ  Ｖｉｅｗ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用いて作成したソフトウェアで読み取った。抵抗４６は、金属皮膜抵抗（１ｋΩ  パナソニック製）を用いた。
（３）実施例１で作製した電気測定用チップ１の、サンプル投入流路４に第１電極３１、サンプル回収流路５に第２電極３２、第１測定流路６に第３電極４１、第２測定流路７に第４電極４２を挿入することで、本発明の電気測定装置１０を作製した。
【００５４】
〔電気測定装置１０を用いた測定〕
＜実施例５＞
超純水にサンプルとして蛍光マイクロビーズ（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ社製Ｆｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ）を分散することで、サンプル液を作製した。次に、５×ＴＢＥバッファーを毛管現象により流路に導入し、作製したサンプル液３０μｌをサンプル投入流路４に投入し、駆動回路３０に５３Ｖの電圧を印加した。また、測定回路４０には、１８Ｖの電圧を印加した。可変抵抗４５を操作し、駆動回路３０及び測定回路４０の見かけ上の抵抗を釣り合った状態にした。サンプルがサンプル移動流路３を流れた際の定常電流の変化と過渡電流の発生を計測した。図１４（１）は、実施例５における測定時間と測定された定常電流値の関係を示すグラフである。
【００５５】
＜実施例６＞
実施例２で作製した電気測定用チップ１を用いた以外は、実施例５と同様の手順で測定を行った。図１４（２）は、実施例６における測定時間と測定された定常電流値の関係を示すグラフである。
【００５６】
＜実施例７＞
実施例３で作製した電気測定用チップ１を用いた以外は、実施例５と同様の手順で測定を行った。図１４（３）は、実施例７における測定時間と測定された定常電流値の関係を示すグラフである。
【００５７】
図１４（１）〜（３）に示すように、実施例１〜３の何れの電気測定用チップ１を用いた場合でも、過渡電流の２つのピークが確認され、ピークの間隔はほぼ同じであった。実施例１〜３は同じサンプルを使用していることから、表面電荷は同じである。したがって、第１測定流路６及び第２測定流路７の位置関係によらず、サンプルの表面電荷に応じて、サンプルがサンプル移動流路３を移動する時間を正確に測定することができる。
【００５８】
また、実施例１の電気測定用チップ１を用いた場合、図１４（１）に示すように、定常電流値の変化量は一番大きかったが、ピーク時の波形は線状となった。これは、第１測定流路６及び第２測定流路７のズレが大きいことから、第１測定流路６及び第２測定流路７の間でサンプルが移動しても、体積変化が起こらず定常状態が続いたためと考えられる。
【００５９】
一方、図１４（２）に示すように、実施例２の電気測定用チップ１を用いた場合、実施例１の電気測定用チップ１と比較して、定常電流値の変化は少なくなるものの、定常電流値の波形は明確なピークを示した。
【００６０】
更に、実施例３の電気測定用チップ１を用いた場合、図１４（３）に示すようにピークを２つ測定した。これは、図１５に示すように、
（１）第１測定流路６及び第２測定流路７が対称となる位置関係に配置されているため、実施例１及び実施例２の配置のチップより測定回路４０の電流が流れやすい、
（２）第１測定流路６及び第２測定流路７の端にサンプルが流れて来た時に定常電流の変化を測定するが、上記のとおり、実施例３の電気測定用チップ１は電気が流れやすいため、サンプルがサンプル移動流路３との接続部分の中間に来た時に定常電流値がベース値に近い値に戻り、
（３）そして、接続部分からサンプルが流れ出る際に、定常電流値の変化を測定した、
為と考えられる。
【００６１】
以上の結果より、第１測定流路６及び第２測定流路７は、サンプル移動流路３を挟んで非対称の位置に形成することが好ましく、サンプルの大きさに応じてピーク値の値が線状にならない程度にズラして配置（第１測定流路６の端部と第２測定流路７の端部がサンプル移動流路３を挟んで重ならず、且つ離れすぎない位置）することが好ましい。
【００６２】
〔電気測定装置１０及び蛍光顕微鏡を用いた測定〕
＜実施例８＞
サンプルとして蛍光マイクロビーズ（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ社製Ｆｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ）を用い、電気測定用チップ１の第１測定流路６と第２測定流路７の間が観察できるように蛍光顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ社製ＴＥ３００）を配置して蛍光強度を測定した以外は、実施例５と同様の手順で測定を行った。図１６は、電気測定用チップ１の写真及び第１測定流路６〜第２測定流路７の間を流れる蛍光マイクロビーズの写真、並びに、蛍光マイクロビーズが流れる際の定常電流値の変化（シグナル強度）と蛍光強度の変化を示すグラフ（グラフ中の線で囲った部分が、蛍光マイクロビーズが第１測定流路６〜第２測定流路７の間を流れた際の測定結果）である。図１６に示すように、本発明の電気測定装置１０を用いることで、過渡電流及び定常電流値の変化を測定しつつ、蛍光顕微鏡で電気測定用チップ１のサンプル移動流路３を流れるサンプルを観察することができるので、電気測定用チップ１の測定部位で起こっている事象を正確に観察することができる。
【００６３】
＜実施例９＞
サンプルとして、粒径が約３．１μｍ、２．０８μｍ、１μｍの蛍光マイクロビーズ（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ社製Ｆｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ）を用いた以外は、実施例８と同様の手順で測定を行った。図１７は実施例９で測定した定常電流値の変化（シグナル強度）を示すグラフである。従来の定常電流値の変化の測定のみでは、同じ大きさの物質が重なったものであるのか、又は、大きさの異なる物質であるのか判別が困難であったが、蛍光顕微鏡と併せて観察することで、サンプルを正確に判別できた。なお、蛍光顕微鏡は異なる色を判別できることから、例えば、グラム陰性菌と陽性菌を染色して蛍光顕微鏡で観察しつつ、過渡電流及び定常電流値の変化を測定することで、大凡の種類の判別も可能となる。
【００６４】
〔粒径と定常電流値の大きさの関係〕
＜実施例１０＞
サンプルとして、粒径が約３．１μｍ、２．０８μｍ、１．７５μｍ、１．１μｍ、１μｍ、０．７５μｍの蛍光マイクロビーズ（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ社製Ｆｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ）を用いて実施例８と同様の手順で測定を行った。図１８はサンプルの体積と定常電流値の変化（シグナル強度）を示すグラフである。図１８に示すように、シグナル強度とサンプルの体積は相関関係があることが確認できた。
【００６５】
〔印加電圧と、シグナル強度及び通過時間の関係〕
＜実施例１１＞
実施例５において、駆動回路３０の電圧を、５３Ｖ、３２Ｖ、１２Ｖの３種類に代えて測定した以外は実施例５と同様の手順で測定を行った。図１９は、駆動回路の電圧とサンプルがサンプル移動流路を通過する時間の関係を示す図である。図１９に示すように、駆動電圧３０の電圧を大きくすることで、測定感度を上げることができる一方で、サンプルの表面電荷により、通過時間が短くなることが明らかとなった。また、１２Ｖの場合は、シグナル強度のバラツキは少なかったものの、通過時間のバラツキが大きかった。一方、駆動電圧を３２Ｖ以上にした場合、通過時間のバラツキはほとんどなかったが、シグナル強度のバラツキが見られた。これは、低電圧下では、電荷を持つサンプルへの駆動力が小さくなり、壁面から受ける摩擦力によってサンプルの移動速度に影響を与えたためと考えられる。
本発明においては、サンプル移動流路３の長さ、及び第１測定流路６及び第２測定流路７の間隔を任意に設定できる。したがって、駆動回路３０の電圧を高くしても、定常電流の変化を読み取るのに必要で且つ最短となる時間となるようにサンプル移動流路３の長さ、及び第１測定流路６及び第２測定流路７を設定できることから、短時間で高感度検出を行うことができる。
【００６６】
〔細胞を用いた際の粒径と定常電流値の大きさの関係〕
＜実施例１２＞
上記実施例１０では、形状が一定の蛍光マイクロビーズを用いたが、形状が変化する細胞を用いた場合のシグナル強度とサンプル体積の相関関係を調べた。
先ず、実施例１のフォトマスクの形状を変えることで、サンプル移動流路３の幅が２０μｍ、第１測定流路６の端部と第２測定流路７の端部の距離が２０μｍの電気測定用チップ１を作製した。図２０（１）は、実施例１２で作製した電気測定用チップ１のサンプル移動流路付近の拡大写真、図２０（２）は実施例１２で作製した電気測定用チップ１のサンプル移動流路付近の寸法を説明するための図である。その他のサイズは、実施例１と同様である。
そして、駆動回路３０に加え、作製した電気測定用チップ１のＰＤＭＳのサンプル投入流路４及びサンプル回収流路５の一部に孔をあけ、シリコンチューブの一端をサンプル回収流路５の形成した孔に接続し他端をシリンジポンプ（ｋｄ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，ＫＤＳ２１０）に接続した以外は、実施例４と同様の手順で電気測定装置１０を作製した。
次に、サンプルとして、
・ＨｅＬａ細胞（ヒト子宮頸がん由来細胞）：約１５μｍ（ＡＴＣＣ，ＣＣＬ−２）
・Ｊｕｒｋａｔ細胞（ヒトＴ細胞）浮遊系  ：約１０μｍ（ＡＴＣＣ，ＴＩＢ−１５２）、
を用いた。なお、ＨｅＬａ細胞は、ＨｅＬａ用細胞培地であるＭＥＭ（Ｓｉｇｍａ  ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍ４６５５）を用いて培養した。また、Ｊｕｒｋａｔは、Ｊｕｒｋａｔ用細胞培地であるＲＰＭＩ１６４０（ｇｉｂｃｏ，１１８７５−０９３）を用いて培養した。
そして、蛍光マイクロビーズに変え上記の細胞を用い、駆動回路３０に印加する電圧を３Ｖ、シリンジポンプでサンプル溶液を５〜１０μＬ／ｍｉｎで吸引した以外は、実施例１０と同様の手順で実験を行った。
図２０（３）は、定常電流値のヒストグラムで、各定常電流値においてカウントされた細胞数の分布を示すグラフである。図２０（２）に示すように、細胞等の形状が変化し易いサンプルを用いた場合でも、定常電流値の強度とサンプルの体積には相関関係があることが確認できた。
【００６７】
〔狭窄部３４を有する電気測定用チップ１の作製〕
＜実施例１３＞
実施例１のフォトマスクの形状を変えることで、狭窄部３４を有する電気測定用チップ１を作製した。図２１（１）は、実施例１３で作製した電気測定用チップ１のサンプル移動流路３の狭窄部３４付近の拡大写真である。また、図２１（２）は、実施例１３で作製した電気測定用チップ１のサンプル移動流路３と狭窄部３４の長さ及び幅を示す図である。サンプル移動流路３の幅は２５μｍで、幅１５μｍの狭窄部及び幅１０μｍの狭窄部を、間隔を設けて形成した。幅１５μｍの狭窄部及び幅１０μｍの狭窄部、並びに両狭窄部の間のサンプル移動流路３の長さは３０μｍであった。また、幅１５μｍの狭窄部及びサンプル移動流路３は約４５°の角度で接続し、接続部分の長さは約５μｍであった。幅１０μｍの狭窄部及びサンプル移動流路３は約４５°の角度で接続し、接続部分の長さは約７．５μｍであった。
次に、作製した電気測定用チップ１を用い、実施例１２と同様の手順で電気測定装置１０を作製した。
次に、サンプルとして実施例１２に記載のＨｅＬａ細胞を用い、シリンジポンプで５μｌ／ｍｉｎの量で吸引した。
図２２（１）は、図２１に示すチップの左から右側（流路幅は、１５μｍ→２５μｍ→１０μｍ）にＨｅＬａ細胞を流した時の各幅の流路に入った時間（ｉｎ）と出た時間（ｏｕｔ）、及び定常電流値の変化を示すグラフである。図２２（２）は、ＨｅＬａ細胞を逆方向（流路幅は、１０μｍ→２５μｍ→１５μｍ）に流した時の各幅の流路に入った時間（ｉｎ）と出た時間（ｏｕｔ）、及び定常電流値を示すグラフである。上記のとおりＨｅＬａ細胞の大きさは約１５μｍである。図２２（１）及び（２）から明らかなように、同じ長さの流路であっても、流路幅が狭くなるに従ってＨｅＬａ細胞が通過する時間が長くなった。特に、ＨｅＬａ細胞が変形しないと通過できない幅である１０μｍの狭窄部を通過する時には、１５μｍ及び２５μｍの幅の時より非常に長い時間を要した。以上の結果より、サンプル移動流路３に狭窄部３４を形成することで、サンプルの変形能を測定することができた。
【００６８】
＜実施例１４＞
上記実施例１３において、狭窄部３４を設けることでサンプルの変形能を測定できたことから、本実施例では、変形能が異なる同種の細胞を準備し測定を行った。
先ず、フォトマスクの形状を変えることで、幅が１０μｍ、長さが４０μｍの狭窄部３４を１つ有する電気測定用チップ１を作製した。図２３（１）は、実施例１４で作製した電気測定用チップ１のサンプル移動流路３の狭窄部３４付近の拡大写真である。次に、作製した電気測定用チップ１を用いて、実施例１３と同様の手順で電気測定装置を作製した。
次に、アクチンの重合を阻害することで細胞骨格を作ることを阻害する物質であるラトランクリンＡ（ｗａｋｏ，１２５−０４３６３）を、上記実施例１２のＨｅＬａ細胞に０．５μＭの濃度で作用させた。なお、ラトランクリンＡをＨｅＬａ細胞に作用させると細胞骨格の形成が阻害されることから、ラトランクリンＡを作用しないＨｅＬａ細胞と比較して、細胞は変形能が異なる。
そして、作製した電気測定装置を用い、ラトランクリンＡを作用したＨｅＬａ細胞（ＬａｔＡ）及びラトランクリンＡを作用していないＨｅＬａ細胞（Ｗｉｔｈｏｕｔ  ＬａｔＡ）を、シリンジポンプを用いて１０μｌ／ｍｉｎの量で吸引した以外は、実施例１２と同様の手順で実験を行った。
図２３（２）は、定常電流値と通過時間の関係を示すグラフである。図２３（２）から明らかなように、同じ定常電流値、つまり、細胞の大きさが同じ場合、ラトランクリンＡを作用していないＨｅＬａ細胞（Ｗｉｔｈｏｕｔ  ＬａｔＡ）の方が明らかに狭窄部を通過する時間が長かった。
以上の結果から、同種の細胞であっても、狭窄部を通過する時間を測定することで細胞の変形能の違いを測定することができた。がん化した細胞は正常細胞と比較して変形能が高くなることから、例えば、狭窄部を設けた電気測定用チップに同じ細胞集団の溶液を流すことで、細胞集団の中から、がん化した細胞を区別・選別する装置（セルソーター）を作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の電気測定用チップ１を用いることで、駆動回路と測定回路を別回路として設計できるので、駆動回路の電圧を高く設定し、検出感度を高めることができる。更に、過渡電流も正確に読み取ることができることから、サンプルの表面電荷を読み取ることができ、また、サンプル移動流路内でサンプルの伸長状態を作り出して核酸やタンパク質等の生体分子の測定が可能となる。
したがって、企業、研究機関等において、サンプルを正確に分析するための測定機器の開発に有用である。
【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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