(57)【要約】【課題】正確に物質を識別することができる物質の識別方法を提供する。【解決手段】電気浸透流を発生させる孔６によって、電極対１・２によって移動している物質２０をトラップおよび脱トラップさせながら、物質２０をトラップしている状態の孔を通過するイオン電流と、物質を脱トラップしている状態の孔を通過するイオン電流との差であるブロック電流を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極対によって、電荷を有する物質を移動させる移動工程と、
上記物質の移動経路の途中に設けられている孔であって、上記物質が通過できない大きさの孔によって、上記移動している物質をトラップするトラップ工程と、
上記孔によってトラップされた上記物質を、上記孔から脱トラップさせる脱トラップ工程と、
上記物質をトラップしている状態の上記孔を通過するイオン電流と、上記物質を脱トラップしている状態の上記孔を通過するイオン電流との差であるブロック電流を算出する算出工程と、を有し、
上記孔では、上記物質の移動方向とは逆方向へ向かう電気浸透流が発生していることを特徴とする物質の識別方法。
【請求項２】
上記移動工程の前に、上記孔よりも大きな別の孔を通過する物質を選別する選別工程を有することを特徴とする請求項１に記載の物質の識別方法。
【請求項３】
上記算出工程の後に、上記算出されたブロック電流と、予め決定されている参照試料におけるブロック電流とを比較する比較工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の物質の識別方法。
【請求項４】
上記算出工程では、更に上記物質のブロック電流の値が０．１ｎＡ以上であるか否かを判定し、
上記物質のブロック電流の値が０．１ｎＡ以上でない場合には、上記電極対に印加する電圧の値を変更した上で上記移動工程、トラップ工程、脱トラップ工程および算出工程を再び行って、上記物質のブロック電流を算出し直すことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の物質の識別方法。
【請求項５】
上記脱トラップ工程では、上記電極対へ印加する電圧の極性を、上記トラップ工程において上記電極対へ印加した電圧の極性とは逆にすることによって、上記物質を上記孔から脱トラップさせることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の物質の識別方法。
【請求項６】
上記孔の内部空間は、円筒の形状であり、
上記円筒の高さをｔとし、上記円筒の横断面の直径をｄとしたときに、ｔ／ｄ≦０．１２５であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の物質の識別方法。
【請求項７】
上記物質は、負の電荷を有するものであり、
上記孔を取り囲む内壁は、負の表面電荷を有していることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の物質の識別方法。
【請求項８】
上記孔を取り囲む内壁は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２またはＺｒＯ２によって形成されていることを特徴とする請求項７に記載の物質の識別方法。
【請求項９】
上記物質は、正の電荷を有するものであり、
上記孔を取り囲む内壁は、正の表面電荷を有していることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の物質の識別方法。
【請求項１０】
上記孔を取り囲む内壁は、Ａｌ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＭｇＯまたはＦｅ２Ｏ３によって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の物質の識別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質を正確に識別する技術は、様々な分野において必要とされている非常に重要な技術である。
【０００３】
例えば、世界中には膨大な数の花粉アレルギーの患者が存在する。このような花粉アレルギーの患者にとって、大気中に漂っている花粉の有無を知ることは、アレルギーの発症を抑える上で非常に重要である。
【０００４】
花粉の性質は、由来する植物によって異なっており、重篤なアレルギーを引き起こす花粉もあれば、軽度のアレルギーしか引き起こさない花粉もある。それ故に、花粉アレルギーの患者にとって、大気中に漂っている花粉の有無を知ることのみならず、花粉の種類を識別することも、アレルギーの発症を抑える上で、非常に重要である。
【０００５】
また、ある種の疾患を患っている患者では、特定の物質（例えば、細胞、ウイルス粒子）が体内で増加または減少する場合がある。このような体内における特定の物質の増加または減少を正確かつ簡便に識別することは、患者に対して早期にかつ適切な治療を行う上で非常に重要である。
【０００６】
このような状況下にあって、従来から、物質を識別する方法として電気的検知帯法が用いられている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【０００７】
電気的検知帯法では、物質の体積に基づいて物質を識別している。具体的に、電気的検知帯法では、物質が通過し得る孔を形成し、当該孔の内部空間に電解液を配置する。そして、上記孔を挟むように形成された電極対に電圧を印加することによって、孔の内部空間を流れるイオン電流を発生させる。
【０００８】
上記イオン電流の値は、孔の内部空間に侵入してきた物質の体積に応じて変化する。つまり、孔の内部空間に大きな体積の物質が侵入すれば、イオン電流の値が大きく変化し、孔の内部空間に小さな体積の物質が侵入すれば、イオン電流の値が小さく変化する。
【０００９】
それ故に、電気的検知帯法では、イオン電流の値の変化を測定することによって物質の体積に関する情報を得、更に、物質の体積に基づいて物質を識別している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】M. Tsutsui et al., Scientific Reports 2,394（2012）
【非特許文献２】M. Tsutsui et al., ACS Nano 6,3499-3505（2012）
【非特許文献３】M. Zwolak and M. Di Ventra, Rev. Mod. Phys. 80, 141-165（2008）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のような従来技術は、正確に物質を識別することができないという問題点を有している。
【００１２】
例えば、上述のような従来技術は、物質の体積に基づいて測定する技術であるため、体積が同じ物質を見分けることができないという問題点を有している。
【００１３】
また、上述のような従来技術は、微小な孔の内部空間へ侵入可能な物質を識別する技術であるので、孔よりも大きな物質を識別することができないという問題点を有している。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、正確に物質を識別することができる物質の識別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の物質の識別方法は、上記課題を解決するために、電極対によって、電荷を有する物質を移動させる移動工程と、上記物質の移動経路の途中に設けられている孔であって、上記物質が通過できない大きさの孔によって、上記移動している物質をトラップするトラップ工程と、上記孔によってトラップされた上記物質を、上記孔から脱トラップさせる脱トラップ工程と、上記物質をトラップしている状態の上記孔を通過するイオン電流と、上記物質を脱トラップしている状態の上記孔を通過するイオン電流との差であるブロック電流を算出する算出工程と、を有し、上記孔では、上記物質の移動方向とは逆方向へ向かう電気浸透流が発生していることを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、電極対によって電荷を有する物質を移動させるので、物質に固有の電荷の量（例えば、表面電荷密度）に応じた力が、物質に対して加わっている。つまり、電極対に由来する力の大きさは、物質ごとに異なることになる。
【００１７】
物質の移動経路の途中には物質が通過できない大きさの孔が設けられており、当該孔によって、物質がトラップされる。このとき、物質に対しては、上述した電極対に由来する力と、孔によって発生される電気浸透流に由来する力とが加わる。
【００１８】
電極対に由来する力の方向と、電気浸透流に由来する力の方向とは逆であるので、これらの力のバランスに基づいて、トラップされたときの物質の孔に対する相対的な位置が決定される。例えば、電極対に由来する力は物質の電荷の量が多いほど大きくなるので、電荷の量が多い物質は孔により近づいた状態でトラップされ、一方、電荷の量が少ない物質は孔からより離れた状態でトラップされる。
【００１９】
そして、孔に対する物質の相対的な位置に応じて、当該孔を通過するイオン電流の値が変化することになる。つまり、物質をトラップしている状態の孔を通過するイオン電流の値は、物質に固有の値となる。
【００２０】
孔から物質を脱トラップさせると、孔の近傍から物質が完全に排除される。それ故に、物質を脱トラップしている状態の孔を通過するイオン電流の値は、物質の種類によらず一定の値になる。
【００２１】
したがって、物質をトラップしている状態の孔を通過するイオン電流と物質を脱トラップしている状態の孔を通過するイオン電流との差であるブロック電流の値は物質に固有の値となるので、当該ブロック電流に基づいて物質を識別することができる。
【００２２】
本発明の物質の識別方法は、上記移動工程の前に、上記孔よりも大きな別の孔を通過する物質を選別する選別工程を有することが好ましい。
【００２３】
上記構成によれば、より正確に物質を識別することができる。
【００２４】
本発明の物質の識別方法は、上記算出工程の後に、上記算出されたブロック電流と、予め決定されている参照試料におけるブロック電流とを比較する比較工程を有することが好ましい。
【００２５】
上記構成によれば、より詳細に物質を識別することができる。例えば、識別の対象である物質が、参照資料と同じ物質であるか否かを知ることができる。
【００２６】
本発明の物質の識別方法は、上記算出工程では、更に上記物質のブロック電流の値が０．１ｎＡ以上であるか否かを判定し、上記物質のブロック電流の値が０．１ｎＡ以上でない場合には、上記電極対に印加する電圧の値を変更した上で上記移動工程、トラップ工程、脱トラップ工程および算出工程を再び行って、上記物質のブロック電流を算出し直すことが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、各物質に固有のブロック電流を互いに区別することが容易な条件下においてブロック電流を算出することができるので、より正確に物質を識別することができる。
【００２８】
本発明の物質の識別方法は、上記脱トラップ工程では、上記電極対へ印加する電圧の極性を、上記トラップ工程において上記電極対へ印加した電圧の極性とは逆にすることによって、上記物質を上記孔から脱トラップさせることが好ましい。
【００２９】
上記構成によれば、簡単な構成によって、物質のトラップおよび脱トラップを行うことができる。
【００３０】
本発明の物質の識別方法では、上記孔の内部空間は、円筒の形状であり、上記円筒の高さをｔとし、上記円筒の横断面の直径をｄとしたときに、ｔ／ｄ≦０．１２５であることが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、より正確に物質を識別することができる。
【００３２】
本発明の物質の識別方法では、上記物質は、負の電荷を有するものであり、上記孔を取り囲む内壁は、負の表面電荷を有していることが好ましい。
【００３３】
更に、本発明の物質の識別方法では、上記孔を取り囲む内壁は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２またはＺｒＯ２によって形成されていることが好ましい。
【００３４】
上記構成によれば、簡単な構成によって、物質の移動方向とは逆方向へ向かう電気浸透流を発生させることができる。
【００３５】
具体的に、孔を取り囲む内壁が負の表面電荷を有している場合、当該孔の内壁表面に正の電荷を有する物質（識別する対象とは異なる物質）が引き寄せられる。そして、上述した電極対によって、正の電荷を有する物質が移動し、これによって、電気浸透流が発生する。
【００３６】
識別する対象である負の電荷を有する物質も上述した電極対によって移動しているので、この場合、物質の移動方向と電気浸透流の方向とは逆向きになる。
【００３７】
本発明の物質の識別方法では、上記物質は、正の電荷を有するものであり、上記孔を取り囲む内壁は、正の表面電荷を有していることが好ましい。
【００３８】
更に、本発明の物質の識別方法では、上記孔を取り囲む内壁は、Ａｌ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＭｇＯまたはＦｅ２Ｏ３によって形成されていることが好ましい。
【００３９】
上記構成によれば、簡単な構成によって、物質の移動方向とは逆方向へ向かう電気浸透流を発生させることができる。
【００４０】
具体的に、孔を取り囲む内壁が正の表面電荷を有している場合、当該孔の内壁表面に負の電荷を有する物質（識別する対象とは異なる物質）が引き寄せられる。そして、上述した電極対によって、負の電荷を有する物質が移動し、これによって、電気浸透流が発生する。
【００４１】
識別する対象である正の電荷を有する物質も上述した電極対によって移動しているので、この場合、物質の移動方向と電気浸透流の方向とは逆向きになる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明は、正確に物質を識別することができるという効果を奏する。
【００４３】
本発明は、体積が同じ物質をも識別することができるという効果を奏する。
【００４４】
本発明は、大きな物質をも識別することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の識別方法を実施するための装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の基本原理を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の基本原理を説明するための図である。
【図４】本発明の基本原理を説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、孔の内部空間の形状の例を示す図である。
【図６】物質の移動経路を電気抵抗にて示した図である。
【図７】本発明の識別方法を実施するための装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の識別方法を実施するための装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の識別方法を実施するための装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の識別方法を実施するための装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の識別方法を実施するための装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の識別方法を実施するための装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１３】（ａ）は、実施例において、孔にＰｓｔ−ＣＯＯＨをトラップまたは脱トラップしたときに当該孔を通過するイオン電流を示すグラフであり、（ｂ）は、実施例において、孔にＰｓｔ−ＮＨ２をトラップまたは脱トラップしたときに当該孔を通過するイオン電流を示すグラフであり、（ｃ）は、実施例において、孔から粒子が脱トラップされているときに当該孔を通過するイオン電流の値と、孔に粒子がトラップされているときに当該孔を通過するイオン電流との差を示すグラフである。
【図１４】実施例において、電極対に印加する電圧を変化させながら、孔にＰｓｔ−ＣＯＯＨをトラップまたは脱トラップしたときに当該孔を通過するイオン電流を示すグラフである。
【図１５】実施例において、電極対に印加する電圧を変化させながら、孔にＰｓｔ−ＣＯＯＨをトラップまたは脱トラップしたときに当該孔を通過するイオン電流を示すグラフである。
【図１６】実施例において、電極対に印加する電圧を変化させながら、孔にＰｓｔ−ＣＯＯＨまたはＰｓｔ−ＮＨ２をトラップまたは脱トラップしたときのブロック電流の変化を示すグラフである。
【図１７】実施例において、孔に対するＰｓｔ−ＣＯＯＨまたはＰｓｔ−ＮＨ２の捕捉率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。本発明は、以下に説示する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４７】
〔１．本発明の基本原理〕
まず、図１〜４を用いて、本発明の基本原理を説明する。
【００４８】
本発明の物質の識別方法は、例えば、図１に示す装置を用いて実施することが可能である。なお、図１に示す装置は一例にすぎず、装置の構成は、図１に示される構成に限定されない。
【００４９】
図１に示す装置では、電極対を形成している電極１および電極２が対向して配置されている。電極１には電圧源１１が接続されており、電極２には電流計１２が接続されている。そして、電極対に電圧を印加することによって、電荷を有する物質２０が、電極１と電極２との間を移動することになる。
【００５０】
電極１と電極２との間には、孔６を有する基板５が配置されている。移動している物質２０は、孔６へ到達することになる。なお、孔６の大きさは、物質２０が通過できない程度の大きさである。
【００５１】
図２に示すように、孔６の近傍に到達した物質２０には、２種類の力が作用することになる。一方は静電応力５０であり、他方は電気浸透流６０である。そして、本発明では、静電応力５０の方向と、電気浸透流６０の方向とは逆方向である。それ故に、物質２０が孔６へ接近できる距離は、静電応力５０と電気浸透流６０とのバランスによって決定されることになる。
【００５２】
図３（ａ）に示すように、物質２０の電荷が大きい（換言すれば、表面電荷密度が高い）と、静電応力５０の作用が大きくなる。それ故に、静電応力５０の作用によって電気浸透流６０の作用が効果的に打ち消されて、物質２０は、孔６により近づいた状態でトラップされることになる。
【００５３】
この場合、孔６から物質２０が脱トラップされている状態（図３（ｃ）参照）を基準として、孔６を通過するイオン電流の値が大きく減少する。なお、孔６を通過するイオン電流は、電流計１２によって測定され得る。
【００５４】
一方、図３（ｂ）に示すように、物質２０の電荷が小さい（換言すれば、表面電荷密度が低い）と、静電応力５０の作用が小さくなる。それ故に、静電応力５０の作用によって電気浸透流６０の作用を効果的に打ち消すことができず、物質２０は、孔６からより離れた状態でトラップされることになる。
【００５５】
この場合、孔６から物質２０が脱トラップされている状態（図３（ｃ）参照）を基準として、孔６を通過するイオン電流の値が小さく減少する。
【００５６】
つまり、物質２０が孔６にトラップされているときのイオン電流の値は、物質の電荷に応じて異なる。
【００５７】
図３（ｃ）に、物質２０が孔６から脱トラップされたときの孔６の近傍の様子を示す。物質２０が孔６から脱トラップされているときには、物質２０と孔６との間の距離が大きい。この場合、孔６を介して流れるイオン電流に対して、物質２０が影響を与えることはない。つまり、物質２０が孔６から脱トラップされているときには、何れの物質であったとしても、同じ大きな値のイオン電流が流れることになる。
【００５８】
図４に、物質２０が孔６から脱トラップされているときのイオン電流、および、物質２０が孔６にトラップされているときのイオン電流の概略を示す。
【００５９】
図４に示すように、物質２０が孔６から脱トラップされているときのイオン電流の値は、大きな値となる。一方、物質２０が孔６からトラップされているときのイオン電流の値は、小さな値となる。なお、図４では、上述した２つのイオン電流の差を、ΔＩ（ブロック電流に対応）と記載している。
【００６０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）を用いて説明したように、物質２０が孔６から脱トラップされているときのイオン電流の値は、物質２０の種類によって変化することはないが、物質２０が孔６にトラップされているときのイオン電流の値は、物質２０の種類によって変化する。したがって、ΔＩは、物質２０の種類に応じて変化することになる。換言すれば、個々の物質２０は、固有のΔＩを有している。そして、本発明では、ΔＩに基づいて物質２０を識別している。
【００６１】
〔２．物質の識別方法〕
本実施の形態の物質の識別方法は、移動工程、トラップ工程、脱トラップ工程および算出工程を有している。更に、本実施の形態の物質の識別方法は、上述した工程以外にも、選別工程および／または比較工程を有していてもよい。以下に、各工程について説明する。
【００６２】
〔２−１．移動工程〕
移動工程は、電極対によって、電荷を有する物質を移動させる工程である。
【００６３】
上記電極対の具体的な構成としては特に限定されず、適宜、公知の電極対を用いることができる。例えば、電極対の具体的な構成として、銀／塩化銀電極などを挙げることができる。
【００６４】
上記物質は電荷を有しているものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、原子、分子、ポリマー、または、これらの複合体であってもよい。上記物質が電荷を有していれば、当該物質を電極対によって移動させることができる。
【００６５】
上記物質が、物質Ａと物質Ｂとの複合体である場合には、物質Ａおよび物質Ｂの少なくとも一方が電荷を有していればよい。勿論、物質Ａと物質Ｂとの両方が電荷を有していてもよい。
【００６６】
物質Ａと物質Ｂとの両方が電荷を有している場合には、物質Ａが有する電荷と物質Ｂが有する電荷とが、共に正または負の電荷であってもよいし、一方が正の電荷であり他方が負の電荷であってもよい。上記複合体の中で部分的に電荷を打ち消し合ったとしても、上記複合体を全体としてみた場合に当該複合体が電荷を有していればよい。
【００６７】
上記物質が、物質Ａと物質Ｂとの複合体である場合には、物質Ａと物質Ｂとは、移動中に互いが遊離しない程度の力にて、互いに結合していればよい。例えば、物質Ａと物質Ｂとは、共有結合、イオン結合、水素結合、疎水結合、または、これらから選択される複数の結合を介して互いに結合していればよい。
【００６８】
上記物質Ａまたは物質Ｂとしては、例えば、イオン性界面活性剤（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム塩）、帯電した有機粒子または帯電した無機粒子を用いることが可能である。これらの物質は自身が電荷を有しているので、他の物質と複合体を形成した場合に、当該複合体に対して電荷を付与することが可能である。つまり、これらの物質を用いれば、容易に電荷を有する複合体を形成することができる。
【００６９】
上述したイオン性界面活性剤は、自身が形成するミセル中に、所望の物質を容易に含有させることができる。それ故に、複合体を形成する成分の１つとしてイオン性界面活性剤を用いれば、容易に電荷を有する複合体を形成することができる。
【００７０】
上記電荷を有する物質の具体例としては、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、アミノ酸、タンパク質、花粉、ウイルス、細胞、有機粒子または無機粒子を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００７１】
〔２−２．トラップ工程〕
トラップ工程は、物質の移動経路の途中に設けられている孔であって、物質が通過できない大きさの孔によって、移動している物質をトラップ（捕捉）する工程である。つまり、トラップ工程では、電極対によって移動している物質を、孔によってトラップする工程である。
【００７２】
上記孔の作製方法は特に限定されないが、例えば、基板に対して穴をあけることによって作製することができる。
【００７３】
上記孔では、物質の移動方向とは逆方向へ向かう電気浸透流が発生している。電気浸透流を発生させるための具体的な方法は特に限定されないが、例えば、孔を形成する構成（例えば、上述した基板）の材質を選択することによって電気浸透流を発生させることができる。
【００７４】
例えば、上記孔を取り囲む内壁は、負の表面電荷を有していてもよい。そして、この場合、識別する対象の物質としては負の電荷を有するものを選択することが可能である。
【００７５】
上記構成であれば、孔を取り囲む内壁の表面に正の電荷を有する物質（識別する対象とは別の物質）を引き寄せ、当該正の電荷を有する物質を電極対によって移動させることにより、物質（識別する対象である物質）の移動方向とは逆方向へ向かう電気浸透流を発生させることができる。
【００７６】
この場合、孔を取り囲む内壁は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２またはＺｒＯ２によって形成されていてもよい（孔に配置される電解質溶液のｐＨが中性に近い場合（例えば、ｐＨ６．５〜７．５、より好ましくはｐＨ７．０）を想定）。更に具体的には、これらの材料の少なくとも１つを含む基板に穴をあけることによって、負の表面電荷を有する内壁を備えた孔を形成することも可能である。
【００７７】
また、上記孔を取り囲む内壁は、正の表面電荷を有していてもよい。そして、この場合、識別する対象の物質としては正の電荷を有するものを選択することが可能である。
【００７８】
上記構成であれば、孔を取り囲む内壁の表面に負の電荷を有する物質（識別する対象とは別の物質）を引き寄せ、当該負の電荷を有する物質を電極対によって移動させることにより、物質（識別する対象である物質）の移動方向とは逆方向へ向かう電気浸透流を発生させることができる。
【００７９】
この場合、孔を取り囲む内壁は、Ａｌ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＭｇＯまたはＦｅ２Ｏ３によって形成されていてもよい（孔に配置される電解質溶液のｐＨが中性に近い場合（例えば、ｐＨ６．５〜７．５、より好ましくはｐＨ７．０）を想定）。更に具体的には、これらの材料の少なくとも１つを含む基板に穴をあけることによって、正の表面電荷を有する内壁を備えた孔を形成することも可能である。
【００８０】
上記孔の内部空間の形状は特に限定されず、物質が通過できない形状であればよい。
【００８１】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、孔の内部空間の形状は、円筒形であってもよいし、多角柱の形であってもよい。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）中、矢印は、物質の移動方向を示している。
【００８２】
孔の内部空間が円筒形または多角柱である場合、当該内部空間の高さｔおよび直径ｄの長さは特に限定されない。なお、孔の内部空間が多角柱の場合、上記直径ｄは、上面または下面である多角形の外接円の直径と考えることができる。また、上述した高さの方向は、略物質が移動する方向に略平行な方向である。
【００８３】
例えば、高さｔは、０．６ｎｍ〜１０００ｎｍであってもよいし、１ｎｍ〜３００ｎｍであってもよいし、１ｎｍ〜５０ｎｍであってもよいし、２５ｎｍ〜５０ｎｍであってもよい。
【００８４】
また、直径ｄは、２ｎｍ〜１００００ｎｍであってもよいし、１０ｎｍ〜５０００ｎｍであってもよいし、１０ｎｍ〜１０００ｎｍであってもよいし、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであってもよい。
【００８５】
孔の内部空間のアスペクト比（高さｔ／直径ｄ）は特に限定されないが、好ましいアスペクト比が存在する。この点について、以下に説明する。
【００８６】
本発明では、孔にトラップされる物質によって、孔を通るイオンの輸送が阻害される現象を利用して、物質の識別を行う。このとき、孔の内部空間のアスペクト比には好ましい値がある。
【００８７】
通常の電気的検知帯法の原理では、孔内に存在する物質が排除するイオンの量に比例した大きさのイオン電流が観測される。つまり、イオン電流の大きさは、概ね孔内で物質が占める体積に比例した大きさになる。
【００８８】
一方、本発明のように、物質が孔内に侵入できず、その近傍でトラップされる場合には、孔内に占める物質の体積は比較的小さくなるため、上述の「イオン排除効果」によるイオン電流の変化も小さくなる。
【００８９】
そこで、本発明では、孔の内部のイオン輸送ではなく、孔の外部のイオン輸送によって、孔を介したイオン伝導度が大きく変化するように、孔の内部空間のアスペクト比を小さくすることが好ましい。
【００９０】
例えば、物質の移動経路に満たす溶液（例えば、ＴＥバッファー）が一定のイオン伝導度を有していると仮定した場合、孔の深さが浅いほど、孔の内部のイオン伝導度は高くなる。一方、電極（例えば、銀／塩化銀電極）から孔の入口までのイオン伝導度は、孔の深さによらず、孔の直径と溶液の伝導率だけで決まる。それ故に、計測されるイオン伝導度は、孔が浅くなるほど、孔の外部でのイオンの輸送が支配的なパラメータになる。
【００９１】
つまり、図６のように、計測されるイオン電流は、孔の内部の抵抗成分Ｒｐｏｒｅと、孔の外部の抵抗成分Ｒａｃｃとの直列回路によって決められる。孔が浅くなるほどＲｐｏｒｅが小さくなり、その一方でＲａｃｃは変化しないことから、計測されるイオン電流に対するＲａｃｃの影響が大きくなる。
【００９２】
Ｒａｃｃは、孔の近傍におけるイオン濃度や当該イオンの移動度に大きく影響されるパラメータであることから、例えば、物質が孔の上部近傍でトラップされた場合、Ｒｐｏｒｅと比較して、Ｒａｃｃは相対的にある程度大きな変化を起こす。
【００９３】
アスペクト比が大きな孔では、物質が孔の内部のイオンを部分的に（もしくは物質が孔に入っていない場合は全く）排除できないことからＲｐｏｒｅは小さな変化しか示さず、またＲａｃｃ＜Ｒｐｏｒｅであることから、実際に検出されるイオン電流の変化は小さいものになる。
【００９４】
逆に、アスペクト比が小さな孔では、Ｒａｃｃ＞Ｒｐｏｒｅであるため、物質のトラップに伴うＲａｃｃの変化が計測される電流の値に顕著に反映され、より良い物質の検出が可能になる。
【００９５】
以上の理由により、孔の内部空間のアスペクト比（高さｔ／直径ｄ）は、ｔ／ｄ≦０．２００であることが好ましく、ｔ／ｄ≦０．１５０であることが更に好ましく、ｔ／ｄ≦０．１２５であることが最も好ましいといえる。但し、本発明はこれらに限定されない。
【００９６】
〔２−３．脱トラップ工程〕
脱トラップ工程は、孔にトラップされた物質を、孔から脱トラップ（脱捕捉）させる工程である。
【００９７】
孔から物質を脱トラップさせる方法は特に限定されないが、例えば、電極対へ印加する電圧の極性を、トラップ工程において電極対へ印加した電圧の極性とは逆にすることによって、物質を孔から脱トラップさせてもよい。
【００９８】
上記構成であれば、簡単な構成によって、孔から物質を脱トラップさせることができる。また、上記構成であれば、物質がトラップされた状態と脱トラップされた状態を短時間で繰り返し形成することができるので、短時間で正確に物質を識別することができる。
【００９９】
または、市販のポンプによって、物質の移動経路に沿って、物質の移動方向とは逆方向へ向かって液体または気体などを吐出することによって、物質を孔から脱トラップさせてもよい。
【０１００】
上記構成であれば、簡単な構成によって、孔から物質を脱トラップさせることができる。
【０１０１】
〔２−４．算出工程〕
算出工程は、物質をトラップしている状態の孔を通過するイオン電流と、物質を脱トラップしている状態の孔を通過するイオン電流との差であるブロック電流を算出する工程である。上記ブロック電流は物質に固有の値をとるので、ブロック電流に基づいて物質を識別することができる。
【０１０２】
イオン電流を測定するための具体的な構成は特に限定されないが、例えば、図１に示す電流計１２を用いて測定することができる。そして、算出工程は、電流計１２の実測データに基づいて、周知の算出手段（例えば、コンピュータ）によって行うことが可能である。なお、電流計１２と算出手段とを同じ装置として構成することも可能である。
【０１０３】
算出工程では、測定対象である物質のブロック電流の値が所定の範囲内にあるか否かを判定し、ブロック電流の値が所定の範囲内にない場合には、電極対に印加する電圧の値を変更（例えば、上昇、または、低下）した上で上述した移動工程、トラップ工程、脱トラップ工程および算出工程を再び行って、測定対象である物質のブロック電流を算出し直すことも可能である。
【０１０４】
一般的に、ブロック電流の値が大きいほど、物質の識別精度が上昇する。そして、実施例に示すように、当該ブロック電流の値は、電極対に印加する電圧を調節することによって変化させることができる。それ故に、上記構成であれば、より正確に物質を識別することができる。
【０１０５】
上記所定の範囲の具体的な数値は特に限定されず、目的に応じて適宜設定することができる。例えば、０．１ｎＡ以上であってもよいし、０．５ｎＡ以上であってもよいし。１ｎＡ以上であってもよいし、２ｎＡ以上であってもよいし、３ｎＡ以上であってもよいし、４ｎＡ以上であってもよいし、５ｎＡ以上であってもよいし、６ｎＡ以上であってもよいし、７ｎＡ以上であってもよいし、８ｎＡ以上であってもよいし、９ｎＡ以上であってもよいし、１０ｎＡ以上であってもよい。
【０１０６】
また、電極対に印加する電圧は、０．１Ｖ以上、０．２Ｖ以上、０．３Ｖ以上、０．４Ｖ以上、または、０．５Ｖ以上へ変更してもよい。
【０１０７】
更に具体的に、電極対に印加する電圧は、０．１Ｖ以上１．０Ｖ以下、０．２Ｖ以上１．０Ｖ以下、０．３Ｖ以上１．０Ｖ以下、０．４Ｖ以上１．０Ｖ以下、０．５Ｖ以上１．０Ｖ以下、０．１Ｖ以上０．５Ｖ以下、０．２Ｖ以上０．５Ｖ以下、０．３Ｖ以上０．５Ｖ以下、０．４Ｖ以上０．５Ｖ以下、または、０．５Ｖへ変更してもよい。
【０１０８】
〔２−５．選別工程〕
選別工程は、移動工程の前に設けられ得る工程であって、測定対象である物質をトラップおよび脱トラップする孔よりも大きな別の孔を通過する物質を選別する工程である。そして、選別工程によって選別された物質が、これより後の各工程で処理されることになる。
【０１０９】
上記構成によれば、測定対象である物質の大きさが揃えられるので、より正確に物質を識別することができる。
【０１１０】
選別工程の具体的な構成は特に限定されず、適宜周知の選別手段（例えば、篩）を用いて行うことができる。例えば、選別工程は、測定対象である物質が通過し得る程度の大きさの孔を基板に形成し、当該孔を通過した物質を取得する工程であってもよい。
【０１１１】
例えば、測定対象である物質をトラップおよび脱トラップするための孔を第１の孔と呼び、選別工程に用いる孔を第２の孔と呼ぶことにする。第１の孔の横断面の直径の長さをｄ１とし、第２の孔の横断面の直径の長さをｄ２とすれば、ｄ１＜ｄ２となる。このときΔｄ（＝ｄ２−ｄ１）の値は特に限定されないが、小さいほど、測定対象である物質の大きさの分布を狭く設定することができるので好ましい。
【０１１２】
ｄ２の値は特に限定されないが、例えば、ｄ１＜ｄ２≦１００×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦５０×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１０×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦９×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦８×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦７×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦６×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦５×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦４×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦３×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦２×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１．９×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１．８×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１．７×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１．６×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１．５×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１．４×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１．３×ｄ１、ｄ１＜ｄ２≦１．２×ｄ１、または、ｄ１＜ｄ２≦１．１×ｄ１に設定することも可能である。
【０１１３】
また、上述した第２の孔は、複数種類の孔が多段階に形成されたものであってもよい。つまり、より大きな孔によって粗く物質を選別した後、より小さな孔によって、更に厳密に物質を選別してもよい。
【０１１４】
〔２−６．比較工程〕
比較工程は、算出工程の後に設けられ得る工程であって、算出された測定対象である物質のブロック電流と、予め決定されている参照試料におけるブロック電流とを比較する工程である。
【０１１５】
上記構成によれば、より詳細に物質を識別することができる。例えば、ブロック電流の値が同じであれば、測定対象である物質と参照試料とが同一であると予測することができ、ブロック電流が異なれば、測定対象である物質と参照試料とが異なると予測することができる。
【０１１６】
比較工程は、周知の比較手段（例えば、コンピュータ）によって行うことが可能である。例えば、比較手段に、参照試料の物質としての特徴点（例えば、物質名）と、当該参照試料のブロック電流とを格納しておき、当該参照試料のブロック電流と、上述した算出手段によって算出された測定対象である物質のブロック電流とを比較することによって行うことができる。
【０１１７】
なお、上述した参照試料のブロック電流は、図１、図７または図１０などに示す装置を用いて、予め決定することができる。
【０１１８】
〔３．物質を識別するための装置の動作フローの例〕
図７および図１０に、物質を識別するための装置の構成の例を示す。また、図８および図９に、図７に示す装置の動作フローの例を示し、図１１および図１２に、図１０に示す装置の動作フローの一例を示す。なお、これらは、本発明の実施形態の例にすぎず、本発明は、これらに限定されない。
【０１１９】
図８に示す動作フローでは、Ｓ１０１において、電極対１２０の電極間に物質が配置される。なお、当該物質は、上述した選別手段によって予め所定の範囲内に大きさが揃えられたものであってもよいし、予め所定の範囲内に大きさが揃えられていないものであってもよい。
【０１２０】
Ｓ１０２では、電圧源１１０によって電極対１２０へ電圧が印加される。そして、これによって、孔へ向かって物質が移動する。
【０１２１】
Ｓ１０３では、孔に物質をトラップおよび脱トラップさせながら、電流計１３０によって孔を通過するイオン電流が測定される。なお、物質をトラップおよび脱トラップさせる回数は特に限定されず、各々１回であってもよいし、各々複数回であってもよい。
【０１２２】
Ｓ１０４では、算出手段１４０によって差分Ａ（換言すれば、ブロック電流）が算出される。差分Ａの値は物質に固有であるので、差分Ａによって物質を識別することができる。
【０１２３】
図９に示す動作フローでは、図８に示す動作フローに対して、Ｓ２０５が追加されている。Ｓ２０５以外については既に説明したので、ここではＳ２０５についてのみ説明する。
【０１２４】
Ｓ２０５では、算出手段１４０にて算出された差分Ａ（換言すれば、ブロック電流）が所定の範囲内にあるか判定される。差分Ａが所定の範囲内にない場合には、Ｓ２０２〜Ｓ２０５を繰り返す。差分Ａが所定の範囲内にある場合には、動作が終了する。これによって、より正確に物質を識別することができる。
【０１２５】
一方、図１１に示す動作フローでは、Ｓ３０１において、電極対２２０の電極間に物質が配置される。なお、当該物質は、上述した選別手段によって予め所定の範囲内に大きさが揃えられたものであってもよいし、予め所定の範囲内に大きさが揃えられていないものであってもよい。
【０１２６】
Ｓ３０２では、電圧源２１０によって電極対２２０へ電圧が印加される。そして、これによって、孔へ向かって物質が移動する。
【０１２７】
Ｓ３０３では、孔に物質をトラップおよび脱トラップさせながら、電流計２３０によって孔を通過するイオン電流が測定される。なお、物質をトラップおよび脱トラップさせる回数は特に限定されず、各々１回であってもよいし、各々複数回であってもよい。
【０１２８】
Ｓ３０４では、算出手段２４０によって差分Ａ（換言すれば、ブロック電流）が算出される。差分Ａの値は物質に固有であるので、差分Ａによって物質を識別することができる。
【０１２９】
Ｓ３０５では、更に、比較手段２５０にて、差分Ａと、予め決定されている参照試料における差分Ｂ（換言すれば、ブロック電流）とが比較される。なお、差分Ｂに関する情報は、予め比較手段２５０に格納しておくことが可能である。
【０１３０】
図１１に示す動作フローによれば、より詳細に物質を識別することができる。
【０１３１】
図１２に示す動作フローでは、図１１に示す動作フローに対して、Ｓ４０５が追加されている。Ｓ４０５以外については既に説明したので、ここではＳ４０５についてのみ説明する。
【０１３２】
Ｓ４０５では、算出手段２４０にて算出された差分Ａ（換言すれば、ブロック電流）が所定の範囲内にあるか判定される。差分Ａが所定の範囲内にない場合には、Ｓ４０２〜Ｓ４０５を繰り返す。差分Ａが所定の範囲内にある場合には、Ｓ４０６を行う。これによって、より正確に物質を識別することができる。
【０１３３】
物質を識別するための装置の制御ブロック（特に、算出手段、および、比較手段）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１３４】
後者の場合、装置は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。
【０１３５】
上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【実施例】
【０１３６】
＜１．孔の作製＞
ＳｉＮ膜（厚さｔ＝５０ｎｍ）付のドープシリコンウエハー（厚さ０．５ミリメートル）を用いて、アスペクト比（＝孔の厚さ（ｔ）／孔の底面および上面の直径（ｄ））が非常に小さいナノメートルサイズの孔を作製した。以下に、作製工程の詳細を説明する。
【０１３７】
はじめに、ＳｉＮ膜付のドープシリコンウエハーを３０ｍｍ四方の大きさに劈開した。その後、切り出した基板の裏側に存在するＳｉＮ膜を、反応性イオンエッチング（エッチングガス：ＣＦ４）によって部分的（０．８ミリメートル四方の領域）に除去した。
【０１３８】
次に、ＫＯＨ水溶液を用いたウエットエッチングによって、露出しているＳｉを溶解させた。以上のプロセスにより、基板の表面に、厚さが５０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。
【０１３９】
ＳｉＮ膜を形成した後、ピンコートによって、基板の表面にＡＺ−５２０６Ｅフォトレジスト膜を製膜した。フォトリソグラフィー法によってマイクロ電極パターンを作製した後、高周波マグネトロンスパッタ法によって金属膜（Ｃｒ／Ａｕ：厚さ５ｎｍ／２５ｎｍ）を蒸着した。
【０１４０】
金属膜を蒸着した後、基板をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに１２時間以上浸して余分なフォトレジスト層を剥離させ、その後に、基板をエタノール、アセトン、およびイソプロパノールによって洗浄した。以上のプロセスにより、マイクロメートルサイズのＣｒ／Ａｕ電極を作製した。
【０１４１】
続いて、スピンコートによって、基板の表面上にＺＥＰ−５２０Ａ−７レジスト層を製膜し、上述のプロセスによって作製したＣｒ／Ａｕ電極の一部を外部マークとして用いて、電子線リソグラフィー法によって、ＳｉＮ膜上に直径ｄの円形パターンを描画した。反応性イオンエッチング（エッチングガス：ＣＦ４）によって、露出した円形パターンの領域に存在するＳｉＮ層を掘削し、貫通させることで所望の孔を作製した。
【０１４２】
本実施例では、孔の直径ｄは４００ｎｍ以上の大きさにすることで、アスペクト比ｔ／ｄが０．１２５以下である孔を形成した。
【０１４３】
＜２．液体導入用ＰＤＭＳブロックの接着＞
上述した孔を電解質溶液に長時間浸漬させるために、上記基板の両面に、流路付のＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）ブロックを接着させた。ＰＤＭＳブロックの作製方法は以下のとおりである。
【０１４４】
まず、ＳｉＯ２膜付のＳｉウエハー上にＳＵ−８層を製膜し、フォトリソグラフィー法によって、液体導入用の流路のポジパターンを作製した。
【０１４５】
次に、Ｓｉウエハー上に製膜されたＳＵ−８層のパターンを鋳型として用いて、流路付のＰＤＭＳブロックを作製した。
【０１４６】
具体的には、Ｓｙｌｇａｒｄ１８４の主材と硬化剤とを質量比１０：１で混合し、真空脱気によって気泡を除去した後、当該混合物をＳＵ−８層の鋳型上に塗布した。７０℃のオーブン内で１時間加熱することによってＰＤＭＳを硬化させた後、メスを用いて硬化したＰＤＭＳを１０ｍｍ角に切り出すことで、流路付のＰＤＭＳブロックを得た。
【０１４７】
切り出した２個のＰＤＭＳブロックに対して酸素プラズマ処理を行うことによって、ＰＤＭＳブロックの表面を活性化させた。また、孔を備える基板に対しても、同じプロセスによる表面処理を施した。孔を備える基板の両面に、ＰＤＭＳブロックを１個ずつ速やかに接触させることによって、ＰＤＭＳブロックを基板上に強固に接着させた。なお、ＰＤＭＳブロックの接着工程は、ＰＤＭＳブロックの表面の汚染を防ぐために、クラス１０００のクリーンルーム内にて実施した。
【０１４８】
孔を備える基板に対してＰＤＭＳブロックを接着させた後、基板の表と裏とに接着している各ＰＤＭＳブロックに予め空けておいた３つの穴のうちの２つにチューブ（例えば、テフロン（登録商標）製のチューブ）を挿入し、シリンジを用いてＰＤＭＳブロックと基板との接着面に存在する流路中に電解質溶液（ＴＥバッファー（１０ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ、１ｍＭ  ＥＤＴＡ））を導入した。このとき、基板を境として一方の側に存在する流路には検出対象の粒子を含むＴＥ（粒子濃度：１μｇ／ｍｌ）を導入し、基板を境として反対の側に存在する流路にはＴＥのみを導入した。
【０１４９】
流路の途中に孔が存在しているので、流路中にＴＥを導入することで、孔の内部空間もＴＥで浸漬された。なお、孔を境にして流路内で圧力差が生じることを避けるために、各ＰＤＭＳブロックに取り付けられた１本のチューブの内、１本を大気に対して開放した。
【０１５０】
＜３．イオン電流の計測＞
銀／塩化銀ペーストで表面を被った直径０．８ミリメートルのＰｔ線（換言すれば、銀／塩化銀電極）を、基板の両側に接着された各ＰＤＭＳブロックの各々に空けた穴を介して流路へ挿入して、銀／塩化銀電極を、電解質溶液に接している状態とした。
【０１５１】
基板の両側に配置された銀／塩化銀電極を、ケースレー社製の６４８７型ピコアンペアメータ・ソースに接続した。そして、当該６４８７型ピコアンペアメータ・ソースを用いて、流路内で物質を電気泳動させるための電圧を銀／塩化銀電極に対して印加すると同時に、孔を通過するイオン電流を測定した。
【０１５２】
＜４．孔による物質のトラップおよび脱トラップ＞
６４８７型ピコアンペアメータ・ソースをＧＰＩＢ制御することによって、銀／塩化銀電極に対して印加する電圧の極性を繰り返し変化させることで、物質（例えば、ナノ粒子）を孔にトラップおよび脱トラップした。
【０１５３】
例えば、測定対象であるナノ粒子が負の表面電荷を有している場合には、ナノ粒子が存在する側とは反対側に配置されている銀／塩化銀電極の電位が正になるように電圧を設定する（＋Ｖｂボルト（例えば、０．０５Ｖ〜０．５Ｖ））ことで、ナノ粒子が孔にトラップされる状況を作った。
【０１５４】
そして、孔を通るイオン電流の経時変化を計測しながら、この状態を６０秒間保持した後、上述した銀／塩化銀電極に印加する電圧の極性を反転（−Ｖｂボルト（例えば、−０．４Ｖ））させることで、孔にトラップされたナノ粒子を電気泳動によって孔から脱トラップさせた。
【０１５５】
更に２０秒後、上述した銀／塩化銀電極に印加する電圧の極性を再び反転して＋Ｖｂボルトの電圧が印加された状態にて、ナノ粒子が孔にトラップされる状況を再び作った。
【０１５６】
上述した一連の操作を繰り返しながら、同時に孔を通るイオン電流の計測を実施した。これによって、ナノ粒子が孔にトラップされた状態で孔を通過するイオン電流に関する複数のデータと、ナノ粒子が孔から脱トラップされた状態で孔を通過するイオン電流に関する複数のデータとを取得した。上述した複数のデータを統計学的に処理して、所望のデータを取得した。
【０１５７】
＜５．物質の識別試験−１＞
本実施例では、直径が５００ｎｍであるポリスチレン粒子の表面にアミノ基が導入されている粒子（以下、Ｐｓｔ−ＮＨ２とも呼ぶ）、および、直径が５００ｎｍであるポリスチレン粒子の表面にカルボキシル基が導入されている粒子（以下、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨとも呼ぶ）を、識別する対象として用いた。なお、Ｐｓｔ−ＮＨ２およびＰｓｔ−ＣＯＯＨとしては、Polysciences社が販売しているPolybead Amino MicrospheresおよびPolybead Carboxylate Microspheresを用いた。
【０１５８】
Ｐｓｔ−ＮＨ２とＰｓｔ−ＣＯＯＨとは、粒子の大きさが同じであり、かつ、共に負の表面電荷を有している。しかしながら、表面電荷の密度は、Ｐｓｔ−ＮＨ２よりも、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨの方が高い。
【０１５９】
孔の直径ｄが４００ｎｍである装置を用いて、Ｐｓｔ−ＮＨ２およびＰｓｔ−ＣＯＯＨの識別試験を行った。Ｐｓｔ−ＮＨ２またはＰｓｔ−ＣＯＯＨを孔にトラップするときには、Ｐｓｔ−ＮＨ２またはＰｓｔ−ＣＯＯＨが存在する側とは反対側に配置されている銀／塩化銀電極の電位を０．１Ｖとし、Ｐｓｔ−ＮＨ２またはＰｓｔ−ＣＯＯＨを孔から脱トラップするときには、Ｐｓｔ−ＮＨ２またはＰｓｔ−ＣＯＯＨが存在する側とは反対側に配置されている銀／塩化銀電極の電位を−０．４Ｖとした。そして、トラップと脱トラップとを略１５０回繰り返しながら、孔を通過するイオン電流を測定した。
【０１６０】
図１３（ａ）に、孔にＰｓｔ−ＣＯＯＨをトラップまたは脱トラップしたときに当該孔を通過するイオン電流を示す。また、図１３（ｂ）に、孔にＰｓｔ−ＮＨ２をトラップまたは脱トラップしたときに当該孔を通過するイオン電流を示す。また、図１３（ｃ）に、孔から粒子が脱トラップされているときに当該孔を通過するイオン電流の値と、孔に粒子がトラップされているときに当該孔を通過するイオン電流との差（当該差を、ブロック電流とも呼ぶ）を示す。
【０１６１】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、孔に粒子がトラップされているときには、孔から粒子が脱トラップされているときと比較して、孔を通過するイオン電流の値が小さいことが明らかになった。また、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、孔から粒子が脱トラップされているときに当該孔を通過するイオン電流の値と、孔に粒子がトラップされているときに当該孔を通過するイオン電流との差（ブロック電流）は、表面電荷の密度が高いＰｓｔ−ＣＯＯＨの方が、表面電荷の密度が低いＰｓｔ−ＮＨ２よりも大きいことが明らかになった。
【０１６２】
図１３（ｃ）に、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す実測データから求められたブロック電流を示す。図１３（ｃ）からも、表面電荷の密度が高いＰｓｔ−ＣＯＯＨの方が、表面電荷の密度が低いＰｓｔ−ＮＨ２よりも大きいことが明らかである。
【０１６３】
以上に説明したように、ブロック電流の値は物質に固有の値であって、当該ブロック電流の値に基づいて物質を識別可能であることが明らかになった。
【０１６４】
＜６．物質の識別試験−２＞
本実施例では、直径が７８０ｎｍであるポリスチレン粒子の表面にカルボキシル基が導入されている粒子（以下、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨとも呼ぶ）、を、識別する対象として用いた。なお、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨとしては、Polysciences社が販売しているPolybead Carboxylate Microspheresを用いた。
【０１６５】
孔の直径ｄが６００ｎｍである装置を用いて、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨの識別試験を行った。Ｐｓｔ−ＣＯＯＨを孔にトラップするときには、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨが存在する側とは反対側に配置されている銀／塩化銀電極の電位を０．１０Ｖ〜０．５０Ｖの範囲で変化させ、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨを孔から脱トラップするときには、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨが存在する側とは反対側に配置されている銀／塩化銀電極の電位を−０．４Ｖとした。そして、トラップと脱トラップとを略１５０回繰り返しながら、孔を通過するイオン電流を測定した。
【０１６６】
図１４および１５に、孔にＰｓｔ−ＣＯＯＨをトラップまたは脱トラップしたときに当該孔を通過するイオン電流を示す。
【０１６７】
図１４から明らかなように、電極対に印加する電圧の値を大きくすると、ブロック電流の値も大きくなる傾向を示すことが明らかになった。なお、Ｐｓｔ−ＮＨ２を用いた場合にも、同様の傾向を示した。
【０１６８】
このことは、電極対に印加する電圧の値を調節することによって、より精度高くブロック電流を計測することが可能になるとともに、当該ブロック電流に基づいてより精度よく物質を識別可能であることを示している。
【０１６９】
図１６に、電極対に印加する電圧を変化させながらブロック電流を測定したときの、ブロック電流の変化を示す。
【０１７０】
図１６に示すように、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨを用いた場合であっても、Ｐｓｔ−ＮＨ２を用いた場合であっても、電極対に印加する電圧の値を大きくすると、ブロック電流の値も大きくなる傾向を示すことが明らかになった。また、何れの電圧の場合であっても、Ｐｓｔ−ＣＯＯＨを用いた場合のブロック電流の値と、Ｐｓｔ−ＮＨ２を用いた場合のブロック電流の値とは異なっており、ブロック電流の値に基づいて物質を識別可能であることが明らかになった。
【０１７１】
図１７に、図１６に示す試験から得られた粒子捕捉率の変化を示す。なお、粒子捕捉率は、粒子のトラップおよび脱トラップをｘ回試行し、粒子のトラップを示唆するブロック電流が観測された回数ｙをｘで除することによって算出されるものである。同じ大きさの粒子であれば、その表面電荷密度が高いほど、粒子はより大きな静電応力を受ける。一方、粒子の補足を妨げる電気浸透流の影響は、粒子の表面電荷状態によらない。よって、表面電荷密度が高い粒子ほど、補足率が高くなる。
【０１７２】
図１７に示すように、Ｐｓｔ−ＮＨ２の粒子捕捉率よりもＰｓｔ−ＣＯＯＨの粒子捕捉率の方が高かった。また、電極対に印加する電圧が大きくなるにしたがって、粒子捕捉率も高くなった。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は、物質（例えば、花粉、ウイルス、ウイルスカプシド、細胞、ハウスダストなど）を識別するための装置またはシステムに用いることができる。また、本発明は、未知の物質を同定するための装置またはシステムに用いることができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１・・・電極
２・・・電極
５・・・基板
６・・・孔
１１・・・電圧源
１２・・・電流計
２０・・・物質
５０・・・静電応力
６０・・・電気浸透流
１００、２００・・・装置
１１０、２１０・・・電圧源
１２０、２２０・・・電極対
１３０、２３０・・・電流計
１４０、２４０・・・算出手段
２５０・・・比較手段
【図１】
2014174022.tif 000003
【図２】
2014174022.tif 000004
【図３】
2014174022.tif 000005
【図４】
2014174022.tif 000006
【図５】
2014174022.tif 000007
【図６】
2014174022.tif 000008
【図７】
2014174022.tif 000009
【図８】
2014174022.tif 000010
【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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