(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、前記チャンバ内に設けられた、チャンバを二つの領域に仕切る基板と、を備え、
前記基板にはナノメートルサイズの細孔が設けられており、
前記チャンバ内の領域に電圧を印加することによって、前記細孔に試料を通過させて試料の分析を行う、ナノポア式分析装置において、
前記チャンバの一方の領域へ液体を流入するために一部が該一方の領域まで伸びている第１流路と、前記チャンバの他方の領域から液体を流出するために一部が該他方の領域まで伸びている第２流路とをさらに有し、
前記第１流路の一部が電極で形成され、前記第２流路の一部が電極で形成され、これらの電極を用いて前記チャンバ内の領域に電圧を印加する、ことを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
複数の前記チャンバが配置されており、
少なくともいずれか２以上の前記チャンバへの液体の流入部分が、上流側で繋がっていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項３】
請求項２において、
複数のチャンバで同じ基板を共有しており、チャンバ毎に該基板に細孔が設けられていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項４】
請求項１において、
複数の前記チャンバが配置されており、
複数のチャンバで同じ基板を共有しており、チャンバ毎に該基板に細孔が設けられていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項５】
請求項１において、
一つの前記チャンバ内に、複数の前記細孔が設けられていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記細孔がアレイ状に配列されていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記チャンバ内の前記基板によって隔てられた少なくとも一方側がさらに複数の領域に区切られており、該領域毎に前記基板に前記細孔が設けられていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記チャンバ内の前記基板によって隔てられた試料導入側が複数の領域に区切られており、該領域毎に前記基板に前記細孔が設けられ、前記基板によって隔てられた他方側は一つの領域であることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項９】
請求項１において、
試料を吸引し、吸引した試料をチャンバ内へ吐出するためのポンプを備えていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項１０】
請求項１において、
垂直方向への駆動可能であり、所定の軸を中心に回転する分注機構を有することを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記分注機構は、さらに、別の回転一関節を有することを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項１２】
請求項１において、
ＸＹＺ方向への駆動が可能である分注機構を有することを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項１３】
請求項１において、
前記チャンバへ純水とイオン液体とを切り替えて供給するバルブを備えていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
さらに、試料を切り替えて供給する別のバルブを備えていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項１５】
請求項１において、
少なくとも２以上の液体を流入および流出する部分がチャンバに設けられていることを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項１６】
請求項１において、
電位差により、試料を試料トレイからチャンバへ送り、測定後、電位差によりチャンバから排出することを特徴とするナノポア式分析装置。
【請求項１７】
請求項１において、
複数の流路が交差する部分に、バルブあるいは、電極を有し、バルブの開閉あるいは、電圧の印加により、複数の流路間の試料の混合を防止することを特徴とするナノポア式分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ，蛋白質などの分析サンプルをナノメートルサイズの細孔（以下、ナノポア）に通して分析する装置に関し、特に、分析サンプルの導入流路と、ＤＮＡや蛋白などをナノポアに通すための電圧を印加する電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノポアと呼ばれる、ナノメートルサイズの細孔を用いて、ＤＮＡや蛋白質などの高分子ポリマーを分析する方法の開発が進められている。ナノポアを開けることは、技術的に難しかったが、初めに、バイオ分野において、脂質２重膜にイオンチャネルを導入することで実現された（非特許文献１）。また、ナノポアを使った測定方法も、生体のイオンチャネル計測に用いられるパッチクランプ法に準じた方法がとられた。次に、半導体プロセスを利用してナノポアを開けることが試みられ、イオンビームによる方法（非特許文献２）や電子線による方法（非特許文献３）が開発されてきた。
【０００３】
ナノポアが作成できるにつれ、ナノポアを使ったＤＮＡや蛋白質などの高分子を分析する方法が開発された。ナノポア式の分析で必要な主要技術は、以下の２つである。
１．検出技術：高分子がナノポアを通る際の物理的変化を検出
２．移動制御技術：高分子を移動させ、ナノポアを通す
【０００４】
検出技術には、封鎖電流方式，トンネル電流方式，キャパシタンス方式がある。
【０００５】
封鎖電流方式とは、高分子がナノポアの開口部を部分的に封鎖することによる影響を検出する方式である（非特許文献４）。具体的な構造としては、ナノポアを有する膜によって空間を２つに分離し、それぞれの空間にイオンを含む液体を充填し、且つ、電極を配置する。電極に一定の電圧を印加すると、イオンがナノポアを通って移動し、電流が流れる（イオン通過電流）。帯電した高分子が存在する場合、その高分子も電位差により、片側へ引き寄せられ、ナノポアを通る。その際、ナノポアの開口部が部分的に封鎖されるので、イオンが流れ難くなりイオン通過電流の大きさが低下する。この電流値低下を検出することにより、高分子の存在や成分を分析する方法である。イオンの流れにくさは、開口面積に加え、高分子の荷電状態やナノポア壁面との相互作用からの影響を受ける。
【０００６】
トンネル電流方式とは、高分子がナノポアを通過する際、ナノポア近辺に設けられたトンネル電流用電極と高分子とのわずかな隙間にトンネル電流が流れ、それを検出することで、高分子の存在や成分を分析する方法である（非特許文献５，６）。
【０００７】
キャパシタンス方式とは、高分子がナノポアを通過する際、ナノポアが部分的に封鎖されるため、ナノポアを有する膜のキャパシタが変化し、それを検出することで、高分子の存在や成分を分析する方法である（非特許文献７）。
【０００８】
移動制御技術には、電位差移動方式，酵素移動方式，力学的移動方式がある。
【０００９】
電位差移動方式とは、上記、封鎖電流方式で出てきたように、ナノポアを有する膜によって分離された２つの空間に電極を配置し、電極に電圧を印加することで、帯電した高分子を電場の勾配にしたがって移動させる方法であり、利点として、単純な構造で実現可能である、高分子に余分な付加がかからないなどが挙げられる。
【００１０】
酵素移動方式とは、ナノポア近辺に酵素を配置し、高分子と酵素の反応を利用して高分子を移動させる方法である。例えば、高分子が１本鎖ＤＮＡの場合、ＤＮＡポリメラーゼをナノポア近辺に配置し、２本鎖合成反応を起こさせることで、一塩基ずつＤＮＡを動かす方法がある。この方法では、ＤＮＡがＤＮＡポリメラーゼ近辺に位置する必要があるので、電位差移動方式を併用し、ＤＮＡをナノポア近辺に集めることが、高効率化の点から望ましい。
【００１１】
力学的移動方式とは、高分子をビーズに固定し、ビーズを光ピンセットで移動させることで、高分子の移動を実現する方式である。この方法では、高分子のビーズがついていない端部を、ナノポアに入れる必要があり、その際に、電位差移動方式が採用される。
【００１２】
従って、電位差移動方式は、どの方法とも併用されるので、電位差を生み出す電極は、ナノポア式分析装置の必須構成要素である。
【００１３】
従来のナノポア式分析装置には、ナノポアを有する膜を隔てて２つの空間がある。各空間には、試料や電気伝導の担体となるイオンを含んだ溶液を導入するための流入路と流出路が必要である。また、各空間には、試料やイオンを移動させる電位差を生み出すための電極が必要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Kasianowicz J.J.; Brandin E.;Branton D.;Deamer D.W.:Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 13770-13773
【非特許文献２】J.Li, D.Stein, C.McMullan, D.Brantion, M.J.Aziz, J.A.Golovchenko: 2001, Nature, 412, 166
【非特許文献３】Storm A.J.;  J.H.Chen; X.S.Ling; H.Zandbergen; C.Dekker 2003, Nat. Mater. 2, 537540
【非特許文献４】D.Fologea; M.Gershow; B.Ledden;D.S.McNabb;J.A.Golovchenko;J.Li; Nano Lett 2005, 5, 10, 1905
【非特許文献５】M.Zwolak;M.D.Ventra;Nano Lett 2005, 5, 3, 421
【非特許文献６】M.Taniguchi; M.Tsutsui; K.Yokota;T.Kawai: Appl Phys Lett 95, 123701(2009)
【非特許文献７】G.Sigalov;  J.Comer; G.Timp; A.Aksimentiev: Nano Lett 2008, 8, 1, 56
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
課題として、一つ又は複数のナノポアを含むチャンバは、流路と電極がそれぞれ必要であるが、配置スペースが限られ、スループットの向上を図るために、ナノポアを含むチャンバを複数並列に配置した場合、高密度化が難しい点が挙げられる。
【００１６】
本発明の目的は、流路と電極を配置するスペースを確保し、ナノポアを有するチャンバを高密度に配置して分析ができる、ナノポア式分析装置および試料分析用チャンバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のナノポア式分析装置および試料分析用チャンバは、チャンバ内へ液体を流入および／または流出する部分と試料をナノポアへ通すために電圧を印加する電極部とが一体的に形成されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、ナノポア式の分析に必要な流路と電極の最小化が図れ、ナノポアを高密度に配置することができ、分析の高スループット化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例におけるナノポア式分析装置の概要を示す図である。
【図２】ノズルの位置を変更して流路の変更を行うロボットを示す図である。
【図３】ノズルの位置を変更して流路の変更を行うロボットを示す図である。
【図４】ノズルの位置を変更して流路の変更を行うロボットを示す図である。
【図５】本発明の実施例における基板の構造を示す図である。
【図６】比較例としての従来のチャンバ内の構造を示す図である。
【図７】本発明の実施例におけるチャンバ内の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施例におけるナノポア式分析装置の動作を示す図である。
【図９】本発明の実施例におけるナノポア式分析装置の動作を示す図である。
【図１０】本発明の実施例におけるナノポア式分析装置の動作を示す図である。
【図１１】本発明の実施例におけるナノポア式分析装置の動作を示す図である。
【図１２】本発明の実施例におけるナノポア式分析装置の動作を示す図である。
【図１３】本発明の別の実施例におけるナノポア式分析装置の概要を示す図である。
【図１４】電圧により試料を試料容器から吸引し、チャンバに吐出する状態を示した図である。
【図１５】電圧により試料を吸引・吐出した後、ナノポアを通過させる状態を示した図である。
【図１６】電圧により試料をチャンバから流出路へ移動させて廃液する状態を示した図である。
【図１７】電圧による試料の吸引・吐出において、他の試料を吸引するために、吸引側の流路を動す様子を示した図である。
【図１８】電圧による試料の吸引・吐出において、他の試料を吸引するために、試料トレイをロボットにより動す様子を示した図である。
【図１９】電圧による試料の吸引・吐出において、複数の流路の内の１つから試料を吸引する様子を示した図である。
【図２０】電圧による試料の吸引・吐出において、複数の流路において、図１９とは別の流路の１つから試料を吸引する様子を示した図である。
【図２１】電圧による試料の吸引・吐出において、複数の流路から同時に試料を吸引する様子を示した図である。
【図２２】電圧による試料の吸引・吐出を複数の流路で同時に行う場合において、バルブにより逆流を防止した状態を示した図である。
【図２３】電圧による試料の吸引・吐出を複数の流路で同時に行う場合において、電圧により逆流を防止した状態を示した図である。
【図２４】ＤＮＡがナノポアを通過する際の封鎖電流の状態を表す図である。
【図２５】チャンバが複数並列している場合の実施例を示す図である。
【図２６】チャンバが複数並列している場合の別の実施例を示す図である。
【図２７】チャンバが複数並列している場合のさらに別の実施例を示す図である。
【図２８】チャンバの試料導入側が複数の空間からなる場合の実施例を示す図である。
【図２９】封鎖電流計測における、チャンバに仕切りがない状態で、流入出路を並列化した構造を示す。
【図３０】封鎖電流計測における、チャンバに仕切りがない状態で、流入路を並列化した構造で、流出路が１つの場合を示す。
【図３１】トンネル電流計測における、チャンバに仕切りがない状態で、流入路を並列化した構造で、流出路が１つの場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に本実施例のナノポア分析装置の概要を示す。本例のナノポア分析装置１００は、単数又は複数本のナノポア１０１があいている基板１０２を含むチャンバ１０３，チャンバ１０３に純水１０４やイオン液体１０５を送液するためのポンプ機構１０６，試料トレイ１０７に配置された試料１０８を吸引・吐出のためのポンプ機構１０９，流路の開閉を行うバルブ１１０，１２２，１２３，チャンバ１０３や試料トレイ１０７と流路接続を行うノズル１１１，ノズル１１１の位置を変更して流路の変更を行うロボット１１２、を有する。また、チャンバ１０３内の流入路１１３と１１４の一部は導電性を有し、その導電部１１５と１１６は、電源１１７により電圧が印加され、増幅器１１８を介してアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）とデータロガー１１９に接続され、電気シグナルを取り出すことができる。流出路１２０と１２１は、チャンバ１０３内の余分な液体を廃液へ流すための流路である。
【００２１】
ポンプ機構１０６は一方向に純水１０４やイオン液体１０５を送液するのみでよいので、液量の制御が厳しくなく、ロータリーポンプ，ダイアフラムポンプなどが用いられる。基板１０２の両側に別々の種類の液体、例えば、片方に純水、もう一方にイオン液体を送液するならば、ポンプ機構を２つ用意し、別々に動作させることも可能である。
【００２２】
ポンプ機構１０９は、試料１０８を高精度に吸引し、その後に吐出しなければならないため、シリンジポンプあるいはプランジャポンプが望ましい。
【００２３】
バルブ１１０，１２２，１２３、は電気シグナルにより開閉を行う電磁弁が用いられる。
【００２４】
ロボット１１２は、ノズル１１１の位置を移動させるため、円筒座標系で駆動するθ−Ｚ型のロボットが望ましい。試料１０８が試料トレイ１０７に、２次元平面上に配置される場合、例えば、９６個や３８４個のウェルを有するプラスチックプレートの場合、ノズル１１１と試料１０８の位置関係を２次元的に変える必要があるので、ロボット１１２は、θ−Ｚ型から更に回転１関節を加えたθ−φ−Ｚ型（図２）か、Ｘ−Ｙ−Ｚ型（図３）にする必要がある。あるいは、ノズル１１１は、θ−Ｚ型のロボット１１２により移動し、試料トレイ１０７が１軸のロボット１１２により移動をする構成（図４）が挙げられる。
【００２５】
電源１１７は、本実施例では直流であるが、直流と交流の重ね合わせでもよい。直流の場合、印加電圧に比例したイオン通過電流や高分子ポリマーがナノポアを通過する際の封鎖電流が観測される。直流と交流の重ね合わせの場合、交流成分の位相変化を検出することで、ナノポアのインピーダンス変化を知ることができ、高分子ポリマーの成分分析が可能となる。
【００２６】
図５に基板１０２の詳細を示す。チャンバ１０３内に配置されている基板２０１は、ベース２０２，膜２０３，コーティング層２０４で構成される。材質に関し、ベース２０２はシリコン、膜２０３は窒化シリコン，酸化シリコン、あるいは、炭化シリコン，コーティング層２０４は酸化シリコンからなる。膜２０３には、ナノポア２０５と呼ばれるナノメートルサイズの穴があいている。ナノポア２０５のサイズは、１ｎｍ〜１００ｎｍが望ましい。ナノポア２０５の作成方法は、Focused Ion Beamを用いた方法，電子線を用いた方法などにより実施される。膜２０３は酸化シリコンでもよい。コーティング層２０４は、絶縁，強度増大，親水性付加の機能を有し、膜２０３で機能を代替することもできる。
【００２７】
図５に示す基板２０１は上部が膜２０３、下部がベース２０２であるが、以降に示すチャンバ３０１に配置されるときは、上部の膜２０３と下部のベース２０２は逆であっても構わない。
【００２８】
比較例として、図６に従来のチャンバ８０１を示す。チャンバ８０１は、基板８０２を隔てて２つの密封された空間８０３と８０４で構成され、流入路８０５，８０６と、流出路８０７，８０８、を介して導入される液体８０９で満たされている。液体は電荷の担い手となる多量のイオン（以下、イオン液体）と、分析対象となる少量の電荷を持った試料を含み、ナノポアの両側に配置された電極８１０，８１１で電圧をかけると、イオンと試料はナノポアを通って移動する。イオン液体としては、塩化カリウム水溶液など、電離しやすいものを用いる。
【００２９】
次に、図７に本実施例のチャンバ３１２を示す。チャンバ３１２は、基板３１３を隔てて２つの密封された空間３１４と３１５で構成され、流入路３１６，３１７と、流出路３１８，３１９、を介して導入されるイオン液体３２０で満たされている。液体は電荷の担い手となる多量のイオン（以下、イオン液体）と、分析対象となる少量の電荷を持った試料を含み、ナノポアの両側に配置された、流路と一体化した電極３２１，３２２に電圧をかけると、イオンと試料はナノポアを通って移動する。
【００３０】
流路と一体化した電極３２２，３２３は、例えば、円筒形状の金属（金属パイプ）により構成されている。金属パイプは、一般的に電気化学の分野で用いられる銀／塩化銀で構成される。あるいは、ステンレス、白金、金、で構成されていても良い。金属パイプは、一部が直接的にイオン液体と接し、通電していればよい。従って、パイプ内面は高分子ポリマーなどの有機物が吸着しないよう４フッ化エチレンなどでコーティングされていることが望ましい。
【００３１】
あるいは、半導体プロセスにより流路を作成し、絶縁層を挟んで、表面に導電性のコーティングを行い、電極を有する流路を形成できる。例えば、材質をシリコンとした場合、シリコンの異方性エッチング，ボッシュプロセスなどの半導体プロセスにより流路を形成する。次に、絶縁層として酸化シリコンを表面に蒸着し、最後に、金、白金、チタンなどを表面にコーティングすることで、電極を有する流路が形成される。
【００３２】
電極と流路の一体化による利点は、配置スペースの削減が可能となる点、チャンバ外部との接続が集約できるため、密閉性を高めやすい点、が挙げられる。さらに、電極と流入口が同じ位置に配置できるので、ナノポアへ近づけることができ、試料が拡散する影響を防ぎ、高精度の分析が可能である。
【００３３】
本装置では、高分子がナノポアを通る際の物理的変化を検出することで、高分子の成分を分析する。例えば、高分子がＤＮＡの場合、空間Ａに流路を介してＤＮＡを導入し、空間Ａの電極をマイナスに、空間Ｂの電極をプラスとなるよう電圧を印加する。電位差により、溶液中のイオンやＤＮＡは移動する。ＤＮＡはマイナスに帯電しているため、ナノポアを通過してプラス側に引き寄せられる。ＤＮＡがナノポアを通過する際に、ナノポアの開口部を塞ぎ、開口面積を減少させるので、液体中のその他のイオンが流れ難くなる。一定の電位差を印加している場合、イオンの流れ難さは、電流値の減少として検出されるので、その減少量を基に、ＤＮＡの塩基の種類や、ＤＮＡが１本鎖であるか２本鎖であるかを分析することができる。
【００３４】
成分を分析する高分子は、ＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク質などが挙げられる。また、ＤＮＡやＲＮＡの１本鎖や２本鎖、部分的な２本鎖なども検出可能である。
【００３５】
図８，図９を用いて、分析手順を示す。分析手順は、（１）ナノポアとチャンバの洗浄，（２）イオン流体の供給，（３）試料の吸引，（４）試料の吐出，（５）電圧の印加・測定、からなる。
【００３６】
（１）ナノポアとチャンバの洗浄
図８は、チャンバ１０３へ純水１０４を供給している状態である。ノズル１１１はロボット１１２により、流入路１１３へ接続されている。バルブ１１０とバルブ１２２を開き、バルブ１２３は閉じ、ポンプ機構１０６を動作させ、純水１０４をチャンバ１０３へ送液する。以前に分析した試料を除去するため、チャンバ１０３の容量より多い量の純水１０４を流す。チャンバ１０３に入りきらない純水１０４は、流出路１２０，１２１により廃液として、外部へ送られる。
【００３７】
（２）イオン液体の供給
図９は、チャンバ１０３へイオン液体１０５を供給している状態である。ノズル１１１はロボット１１２により、流入路１１３へ接続されている。バルブ１１０とバルブ１２３を開き、バルブ１２２を閉じ、ポンプ機構１０６を動作させ、イオン液体１０５をチャンバ１０３へ送液する。チャンバ１０３内の純水１０４をイオン液体１０５で置換するため、チャンバ１０３の容量より多い量のイオン液体１０５を流す。チャンバ１０３に入りきらないイオン液体１０５は、流出路１２０，１２１により廃液として、外部へ送られる。（１）ナノポアとチャンバの洗浄を純水ではなく、本工程により、イオン液体１０５で行ってもよい。
【００３８】
（３）試料の吸引
図１０に示すように、試料１０８の吸引を行う。まず、ポンプ機構１０６を停止し、次にバルブ１１０を閉じ、それから、ロボット１１２によりノズル１１１を試料位置まで移動させる。その後、シリンジポンプ１０９を引き、試料１０８を吸引する。
【００３９】
（４）試料の吐出
図１１に示すように、試料１０８の吐出を行う。まず、ロボット１１２により、ノズル１１１をチャンバ流入路１１３まで移動させ、次に、シリンジポンプ１０９を押し、試料１０８をチャンバ１０３へ吐出する。
【００４０】
（５）電圧の印加・測定
図１２に示すように、定電圧の印加を行う。例えば、高分子ポリマーがマイナスに帯電しているＤＮＡ４０１の場合、導電部１１５はマイナスに導電部１１６はプラスに印加することで、ＤＮＡ４０１はナノポアを通ってプラスの導電部１１６に引き寄せられる。その際、イオン液体１０５中のイオンも、それぞれの電荷に応じて、プラス側やマイナス側の電極に引き寄せられるが、ＤＮＡがナノポア１０１を通過している間は、穴（ナノポア１０１）が部分的に封鎖され、イオンが流れ難くなっているため、電流値が減少する。その状態を検出し、ＤＮＡの塩基の種類や、１本鎖か２本鎖かなどを検出する。
【００４１】
繰り返し分析を行う場合は、再度、（１）ナノポアとチャンバの洗浄に戻り、チャンバ１０３内を洗浄した後、（３）試料の吸引で、前回と同じ、あるいは、前回とは違う試料を吸引して、分析を行う。洗浄は、（１）ナノポアとチャンバの洗浄の変わりに（２）イオン液体１０５の供給を実施してもよい。
【００４２】
なお、密閉空間のチャンバに空気抜きのような構造があれば流入路と流出路を１本にすることができる。
【００４３】
また、流入路ではなく、流出路に電極を設けてもよい。この場合、電極つきの流出路をナノポアの近くに配置することが望ましい。
【００４４】
図１３に別の流路構成を示す。チャンバ１０３内の基板１０２を挟んで片方に純水１０４、もう片方にイオン液体１０５を入れる場合など、両側で違う成分・濃度の液体を入れる際に適する構造である。ポンプ機構１０６と１０６′、バルブ１２２と１２２′、バルブ１２３と１２３′が配置される。溶液の種類を増やす場合、バルブを増やして、各々切り替えを行うことで、様々な液体を扱うことが可能である。
【００４５】
図１４（ａ）（ｂ）に試料をチャンバに導入する際の別の方法を示す。導電部１１５を有する流入路１１３と、導電部１２４を有する流路１２５はつながっていて、導電部１１５と導電部１２４の間に電圧を印加することで、試料１０８が試料トレイ１０７からチャンバ４０１へ移動する。具体的には、マイナスの電荷を有する高分子ポリマーを試料として動かす場合、導電部１１５に導電部１２４より高い電圧を印加すると、高分子ポリマーが導電部１１５へ引き寄せられるように移動する。図８のポンプ機構１０９を用いた方法では、ノズル１１１と流入路１１３の接続／切断があるが、この方法は、流路の接続／切断がないため、コンタミネーションの防止や、液体の乾燥防止につながる。
【００４６】
図１５に示すとおり、導電部１１５に達した試料は、導電部１１６に導電部１１５より高い電圧をかけてナノポア１０１に通して検出を行う。また、試料の帯電状態や、測定条件に応じて、電圧の印加・切断や、電圧の向きの逆転などを行う。
【００４７】
図１６に示すとおり、流出路１２０に導電部１２６を設けて導電部１１５との間に電圧を印加することで、試料を効率的に排出することも可能である。
【００４８】
図１７（ａ）（ｂ）に示すとおり、ロボット１１２により、流路１２６を移動させ、試料１０８の切り替えを行うこともできる。
【００４９】
さらに、図１８（ａ）（ｂ）に示すとおり、ロボット１１２′により、試料トレイ１０７を移動させて、試料１０８の切り替えを行うこともできる。
【００５０】
図１９に、ロボットを使わないで、試料１０８の切り替えを行う方法を示す。流路１２５と流路１２８の交点に導電部１２９を設け、導電部１２４と導電部１２９の間には電圧を印加し、導電部１２７と導電部１２９の間は同電位とする。すると、流路１２５にのみ試料１０８が流れ、導電部１２９に達する。その後、ナノポア１０１へ試料を流すため、導電部１１５，１１６へ電圧を印加すればよい。
【００５１】
次に、図２０に示すとおり、導電部１２４と導電部１２９の間は同電位とし、導電部１２７と導電部１２９の間には電圧を印加する。すると、流路１２８にのみ試料１０８が流れ、導電部１２９に達し、同様に、導電部１１５，１１６へ電圧を印加し、ナノポア１０１へ試料を流す。
【００５２】
図２１に複数のナノポアに複数の試料をそれぞれ導入する場合を示す。構成は、ナノポア１個の場合の導電部・流路・測定系を、測定試料の数分だけ並列化したものである。流入路１１４と導電部１１６は共通できるが、並列化してもかまわない。
【００５３】
また、図２２に示すように流路が交差する箇所にバルブを設けることで、試料同士のコンタミネーションを防ぐことができる。
【００５４】
あるいは、図２３に示すように、流路が交差する箇所に導電部１３０を設け、導電部１３０が導電部１２４や１２４′と同電位となるよう電圧を印加することで、試料同士のコンタミネーションを防ぐことができる。
【００５５】
図２４に高分子が通過する際の電流信号の変化を示す。通常状態では、ナノポア内をイオンが流れているが、高分子がナノポアに入ると、イオンが流れにくくなり、電流値が低下する。その低下の度合いにより、高分子の成分・状態を測定する。
【００５６】
図２５にチャンバ６０１と６０２が複数並列している場合の実施例を示す。電極・流路６０３と６０４はそれぞれ独立しているので、別々の試料を導入・分析をすることができる。試料を導入するノズル１１１が図１に示したように１本の場合、各々のチャンバ６０１，６０２に対して試料の吸引・吐出を繰り返す。ノズル１１１が複数本ある場合、一度に複数の試料を吸引・吐出可能である。高分子ポリマーの成分検出方式は、封鎖電流方式で実現可能であり、トンネル電流方式，キャパシタンス方式の場合、基板１０２上に、別途、トンネル電流検出用あるいは、キャパシタンス検出用の電極を実装すれば実現可能である。
【００５７】
図２６にチャンバ６０５と６０６が複数並列している場合の別の実施例を示す。各ナノポアに対して、チャンバ及び電極・流路６０７，６０８がそれぞれ１対ずつ配置される。全ての流路は１つの流路６０９にまとまっているので、１つの試料を並列して分析することが可能である。また、電極部は分離されているので、各ナノポアに対して、電圧のＯｎ／Ｏｆｆを同時に行うことができる。高分子ポリマーの成分検出は、封鎖電流方式で実現可能であり、トンネル電流方式，キャパシタンス方式の場合、基板に、別途、トンネル電流検出用あるいは、キャパシタンス検出用の電極を実装すれば実現可能である。
【００５８】
図２７にチャンバ６１０が一つでナノポア６１１，６１２が複数個複数並列している場合の別の実施例を示す。電極・流路６１３，６１４がひとつあり、ナノポア６１１，６１２が複数個存在する。ナノポア６１１，６１２近辺には、トンネル電流検出用あるいは、キャパシタンス検出用の電極６１５，６１６がそれぞれのナノポア６１１，６１２に配置される。高分子ポリマーの成分検出は、トンネル電流方式，キャパシタンス方式で実現可能である。
【００５９】
図２８では、チャンバの試料導入側が複数の空間６１７，６１８からなり、各空間にはナノポア６２０，６２１が配置され、導入側とは反対側の空間６１９が一つからなる。電極・流路６２２，６２３から、各々異なった試料を導入可能であり、電極・流路６２４との間に電圧が印加される。ナノポア６２０，６２１近辺には、トンネル電流検出用あるいは、キャパシタンス検出用の電極６２５，６２６がそれぞれのナノポア６２０，６２１に対して配置される。高分子ポリマーの成分検出は、トンネル電流方式，キャパシタンス方式で実現可能である。
【００６０】
図２９に示すとおり、電極・流路６２８と６２９をナノポアの近傍に配置した場合、流路からナノポアに至るまでの拡散を小さく抑えることができ、１つのチャンバ６２７に複数の電極・流路を配置し、それぞれ異なる試料を導入することが可能である。また、試料がナノポアに達する時間を短縮することができる。
【００６１】
また、図３０に示すとおり、チャンバへ試料を導入する側は、並列処理する試料の数分の複数の電極・流路が必要であるが、反対側は最低限１個の電極・流路６３３があればよく、また、電極のみでもよい。
【００６２】
図３１に示すとおり、トンネル電流やキャパシタンスによる計測の場合でも、電極・流路６３５と６３６を近傍に配置した場合、流路からナノポアに至るまでの拡散を小さく抑えることができ、１つのチャンバ６３４に複数の電極・流路を配置し、それぞれ異なる試料を導入することが可能である。また、試料がナノポアに達する時間を短縮することができる。
【００６３】
複数の電極・流路，複数のチャンバ，複数のナノポア，複数の電極とは、各要素が１次元あるいは２次元的に複数配置された構造を示す。図示では、各要素が２個で表示されているが、本実施例を限定するものではない。
【００６４】
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。
【符号の説明】
【００６５】
１００  ナノポア分析装置
１０１，２０５，６１１，６１２，６２０，６２１  ナノポア
１０２，２０１，３１３  基板
１０３，３１２，６０１，６０２，６０５，６０６，６１０  チャンバ
１０４  純水
１０５，３２０  イオン液体
１０６  ポンプ機構
１０７  試料トレイ
１０８  試料
１１０，１１０′，１２２，１２３  バルブ
１１１  ノズル
１１２  ロボット
１１３，１１４，３１６，３１７  流入路
１１５，１１６  導電部
１１７  電源
１１８  増幅器
１１９  データロガー
１２０，１２１，３１８，３１９  流出路
１２４，１２６，１２７，１２９，１３０  導電部
１２５，１２８  流路
２０２  ベース
２０３  膜
２０４  コーティング層
３１４，３１５，６１７，６１８，６１９  空間
３２１，３２２  電極
６０３，６０４，６０７，６０８，６１３，６１４，６２２，６２３，６２４  電極・流路
６０９  流路
６１５，６１６  測定電極
６２５，６２６  キャパシタンス検出用の電極
６２７，６３４  チャンバ
６２８，６２９，６３３，６３５，６３６  電極・流路
６３７，６３８  電極
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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