(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂質膜を形成するための基体であって、
内壁面を有する基材と、
前記基材に内在され、脂質を含む液体が流入される空間と、
前記基材に内在され、前記空間を構成する前記基材の前記内壁面に設けられた開口部を有する微小チャンバーと、を含み、
前記基材のうち、少なくとも前記開口部を構成する部位は、単一の部材で構成され、貼り合わせ面を有さず、
前記微小チャンバーは、前記開口部から内奥へ向かうほど、その孔径が小さくなっており、
前記脂質膜は前記開口部を覆うように形成されることを特徴とする、脂質膜を形成するための基体。
【請求項２】
請求項１に記載の基体であって、
前記単一の部材が、波長０．１μｍ〜１０μｍを有する光のうち少なくとも一部の波長を有する光を透過させることを特徴とする基体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の基体であって、
前記単一の部材がシリコン、ガラス、石英、又はサファイアであることを特徴とする基体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小チャンバーを備えた基体、及び前記基体の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、脂質膜を形成する微小チャンバーを備えた基体、及び前記基体の製造方法に関する。本願は、２０１１年６月２８日に、日本に出願された特願２０１１−１４２９４６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
体を構成する細胞の細胞膜に存在する膜タンパク質は、医薬品が作用するターゲットであるために、産官学において激しい研究競争が展開されている。膜タンパク質は、複雑かつ精緻な立体構造を有するため、変性および分解しやすく、微量の試料しか得られないのが現状である。このため、微量の試料しか入手できない場合であっても実験を行うことができるマイクロ流体チップのバイオテクノロジーへの応用が近年注目されている。【０００３】
マイクロ流体チップは、実験系のスケールがマイクロリットル（μｌ）という微量であるため、実験に要する溶液や試薬が微量で足りる。例えば、特許文献１には、たて×よこ×高さが、１９μｍ×１７μｍ×７μｍのマイクロチャンバーを用いた、脂質膜の形成および前記脂質膜への膜タンパク質の導入方法が開示されている。【０００４】
ところが、特許文献１のマイクロ流体チップはＰＤＭＳ（Polydimethyl siloxane）を材料として使用しているため、緩衝液等の水系溶媒や脂質を溶解した有機溶媒を流し込むことによって、マイクロチャンバーを構成するＰＤＭＳが溶媒を吸収して膨張または収縮する結果、脂質膜を形成するマイクロチャンバーの開口部の孔径が変化してしまい、最悪の場合は、開口部が閉じてしまうという問題がある。また、前記膨張または収縮は、マイクロチャンバーだけでなく、マイクロ流路の閉塞を引き起こす問題がある。このため、特許文献１では、前記膨張または収縮する程度を予め想定して、乾燥時（製造時）のマイクロチャンバーの大きさを設定している。【０００５】
しかしながら、使用する溶媒の種類や使用する温度によってＰＤＭＳが膨張または収縮する割合は変化するため、使用条件を変更する度に、その使用条件に合わせて、マイクロチャンバーの大きさやマイクロ流体チップの仕様を変更して製造することは非現実的である。【０００６】
また、従来のマイクロチャンバーは、ＰＤＭＳの基板表面に溝を形成し、その溝の上にＰＤＭＳ若しくはガラス等の別の部材を被せるように貼り合わせて形成されている。このため、溶媒や温度の影響によってマイクロチャンバーが膨張または収縮すると、マイクロチャンバーの開口部の口径が変化するだけでなく、前記貼り合わせ面が剥離して、マイクロチャンバーが破損したり、脂質膜を形成できなくなる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２８２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、脂質膜を形成する開口部が単一部材によって形成された、脂質膜を形成するための基体、及び前記基体の製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一態様の脂質膜を形成するための基体は、脂質膜を形成するための基体であって、内壁面を有する基材と、前記基材に内在され、脂質を含む液体が流入される空間と、前記基材に内在され、前記空間を構成する前記基材の前記内壁面に設けられた開口部を有する微小チャンバーと、を含み、前記基材のうち、少なくとも前記開口部を構成する部位は、単一の部材で構成され、貼り合わせ面を有さず、前記微小チャンバーは、前記開口部から内奥へ向かうほど、その孔径が小さくなっており、前記脂質膜は前記開口部を覆うように形成される。
本発明の第一態様の基体においては、前記単一の部材が、波長０．１μｍ〜１０μｍを有する光のうち少なくとも一部の波長を有する光を透過することが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記単一の部材がシリコン、ガラス、石英、又はサファイアであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の脂質膜を形成するための基体（第一態様）によれば、脂質を含む液体を流入させる空間に露呈する、微小チャンバーの開口部において、脂質膜を形成することができる。前記開口部は、単一の部材で構成されているため、継ぎ目や貼り合わせ面がなく、段差を実質的に無くすことができる。このため、形成した脂質膜を安定に維持できる。したがって、形成した脂質膜の観察が容易であり、脂質膜にイオンチャネルやイオンポンプ等の膜タンパク質を導入することにより、前記膜タンパク質の高精度の機能解析が可能である。【００１１】
前記単一の部材が、波長０．１μｍ〜１０μｍを有する光のうち、一般に使用される加工用レーザー光線の波長（０．１μｍ〜１０μｍ）の少なくとも一部に対して透明である（一部を透過可能である）場合、前記レーザー光線を照射して、前記単一の部材を改質して加工することができる。また、前記単一の部材が、前記波長の光のうち少なくとも一部の可視光線（０．３６μｍ〜０．８３μｍ）に対して透明である（一部の可視光線を透過可能である）場合には、前記単一の部材を通して、前記形成した脂質膜を、顕微鏡等の光学装置によって容易に観察することができる。さらには、前記単一の部材が、前記波長の光のうち少なくとも一部の紫外光あるいは可視光線（０．１μｍ〜０．８３μｍ）に対して透明である（一部の紫外光あるいは可視光線を透過可能である）場合には、蛍光色素によって標識された膜タンパク質等の生体分子の前記脂質膜中における挙動を蛍光観察することができる。
ここで、「前記単一の部材が、特定波長の光に対して透明である」場合、前記部材に入射された光の一部が前記部材に吸収されたとしても、残りの光（光の残部）が前記部材を透過することが可能である。【００１２】
前記単一の部材がシリコン、ガラス、石英、又はサファイアで構成される部材である場合には、前記微小チャンバーの加工精度をさらに高めることができ、前記開口部をナノオーダー（１ｎｍ以上１μｍ未満）の口径で形成することが可能である。また、これらの部材は溶媒を吸収しないため、脂質膜形成の際に、開口部の口径が変化したり、微小チャンバーの体積が変化することは、ほとんど起こらない。このため、前記形成した脂質膜（例えば、膜厚）のサイズが実験毎に変化することなく、再現性の高い実験が可能である。【００１３】
前記微小チャンバーを形成する方法が、レーザー照射による基材の改質及びエッチング処理による改質部の除去を行う方法である場合、微小チャンバーが精度よく、且つ高密度で配置された基体を得ることができる。【００１４】
本発明の脂質膜を形成するための基体の製造方法（第二態様および第三態様）によれば、単一の部材に、微小チャンバーを形成し、前記微小チャンバーの端部を、当該基体に内在する空間に開口させることができる。また、前記微小チャンバーの開口部を、ナノオーダーの口径サイズで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３Ａ】本発明にかかる基体における脂質膜の形成方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図３Ｂ】本発明にかかる基体における脂質膜の形成方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図３Ｃ】本発明にかかる基体における脂質膜の形成方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図３Ｄ】本発明にかかる基体における脂質膜の形成方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図３Ｅ】本発明にかかる基体における脂質膜の形成方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図３Ｆ】本発明にかかる基体における脂質膜の形成方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明にかかる基体において、ベシクルが形成された状態を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の基体における微小チャンバーの断面の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の基体における微小チャンバーの断面の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の基体における微小チャンバーの断面の一例を示す模式図である。
【図８】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例を示す模式的な斜視図である。
【図９】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例を示す模式的な斜視図である。
【図１０】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例を示す概略上面図である。
【図１１】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例を示す概略上面図である。
【図１２】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例を示す概略上面図である。
【図１３Ａ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１３Ｂ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１３Ｃ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１３Ｄ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１４】レーザー照射方法Ｓを示す模式的な斜視図である。
【図１５Ａ】レーザー照射エネルギーと形成される改質部（酸素欠乏部）との関係を模式的に示す図である。
【図１５Ｂ】レーザー照射エネルギーと形成される改質部（酸素欠乏部）との関係を模式的に示す図である。
【図１６Ａ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１６Ｂ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１６Ｃ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１６Ｄ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１６Ｅ】本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
《第一態様》
＜脂質膜を形成するための基体＞
［基体１０Ａ］
図１は、本発明にかかる、脂質膜を形成するための基体（以下では、単に「基体」と呼ぶことがある。）の第一実施形態である基体１０Ａの斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示す模式図である。
【００１７】
基体１０Ａは脂質膜を形成するために用いられる微小チャンバー１を備えた基体である。基体１０Ａには、基材４に内在され、脂質を含む液体Ｐを流入させる空間（ウェル２）と、基材４に内在され、前記空間（ウェル２）を構成する基材４の内壁面に開口部Ｕを有する微小チャンバー１とを含み、基材４のうち、少なくとも開口部Ｕを構成する部位は、単一の部材で構成される。
【００１８】
ここで「前記空間に脂質を含む液体Ｐを流入させる」とは、前記空間の外部から前記空間に液体Ｐを入れることを意味する。流入された液体Ｐは、前記空間に留まって滞留（又は完全に静止）してもよいし、前記空間の外へ流出してもよい。液体Ｐを空間の外へ流出させる場合、連続的に液体Ｐを前記空間に流入させることによって、液体Ｐの流れが前記空間において生じる。このように液体Ｐの流れが前記空間において生じる作用は、本発明にかかる基体の全てに適用される。
【００１９】
基体１０Ａでは、基材４の上面側（上面）にウェル２が設けられている。前記ウェル２が、前記脂質を含む液体Ｐを流入させる空間を構成している。
ウェル２の側面２ａに、微小チャンバー１の端部１ａが露呈する開口部Ｕが形成されている。ウェル２の開口位置（基材４の上面と同一平面である開口部）及び下面２ｂの少なくとも一部分は、前記開口部Ｕに形成された脂質膜Ｍを光学的に観察可能なように、開口するか或いは透明な部材（不図示）で覆われている。基体１０Ａの、少なくとも前記開口部Ｕを構成する部位は、単一の部材で構成されている。
【００２０】
このようにウェル２の側面２ａに微小チャンバー１が開口している場合は、前記側面２ａに対して斜めの角度から、開口部Ｕに形成した脂質膜Ｍを観察すればよい。側面２ａに対して斜めの角度から観察することによって、開口部Ｕに形成される脂質膜Ｍを膜面の正面側から容易に観察することができる。あるいは、基材４の上方から、すなわち、側面２ａに対して平行な方向から観察してもよい。一般的に、脂質膜Ｍを観察するには、ウェル２と微小チャンバー１との間の圧力差や開口部Ｕ近傍（開口部Ｕに近い位置、開口部Ｕに近い領域、開口部Ｕに近い空間）における流体Ｐの流体圧を利用して、脂質膜Ｍを凹状又は凸状に変形させ、その形成した脂質膜Ｍを観察する手法が採用される。
なお、ウェル２の底面２ｂに微小チャンバー１を開口させる構成（構造）であっても良い。この場合、基体の上面から観察すると、開口部Ｕの正面から観察することになり、開口部Ｕに形成された脂質膜Ｍの表面状態を容易に観察することができる。
【００２１】
開口部Ｕは単一の基材で構成されているため、継ぎ目や貼り合わせ面がなく、脂質膜が張る部位の段差を実質的に無くすことができる。このため、形成した脂質膜を安定に維持できる。
【００２２】
本発明の実施形態において、液体Ｐに含まれる脂質は特に制限されない。例えば、細胞膜に含まれる脂質であるリン脂質が好ましい脂質として挙げられる。リン脂質としては、例えば、ホスファチジルコリン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルエタノールアミン等が挙げられる。これらの両親媒性の脂質を用いると、微小チャンバー１の開口部Ｕに、脂質二重膜構造を有する脂質膜Ｍを形成することができる。この際、脂質成分として、コレステロールを添加すると、脂質膜の強度を高められることがある。
【００２３】
本発明の実施形態において、液体Ｐに含まれる脂質を溶解する溶媒としては、脂質を溶解できる溶媒であれば特に制限されないが、脂質膜Ｍをより容易に形成できるので、水と混和しない溶媒が好ましい。このような溶媒としては、例えば、ヘキサデカン等の有機溶媒、スクアレン（スクワレン）等の油脂が挙げられる。
【００２４】
図１に示す基体１０Ａにおいては、前記単一の部材は、微小チャンバー１を構成するだけでなく、基材４全体を構成している。
前記単一の部材の材料としては、例えばシリコン、ガラス、石英、サファイアなどが挙げられる。これらの材料は、微小チャンバー１の加工性に優れるので好ましい。なかでも、結晶方位による加工異方性の影響を受けにくい非結晶質である方が好ましい。
更に、顕微鏡等の光学装置によって、開口部Ｕの脂質膜Ｍを観察する場合には、前記単一の部材として、ガラス、石英、又はサファイアを用いることがより好ましい。これらの部材は、可視光線（波長０．３６μｍ〜０．８３μｍ）に対して透明であるため、脂質膜Ｍを容易に観察することができる。
【００２５】
これらの部材（材料）は溶媒を吸収しないため、脂質膜形成の際に、開口部の口径が変化したり、微小チャンバーの体積が変化したりすることは、ほとんど起こらない。このことは、微小チャンバー１の開口部Ｕがナノスケールの単位（ｎｍ）（例えば、１ｎｍ以上１μｍ未満の大きさ）で形成されている場合には、決定的に重要な要素である。溶媒を吸収する部材に形成されたナノスケールの開口部Ｕは、溶媒を吸収して膨張すると容易に閉じてしまう。開口部Ｕの形状や大きさが変化しないことによって、形成した脂質膜のサイズが実験毎に変化することなく、再現性の高い実験が可能となる。
なお、開口部Ｕを構成する材料が溶媒を吸収して膨張する材料である場合、ナノスケールの開口部Ｕを形成することは困難である。しかしマイクロスケールの単位（μｍ）（例えば、１μｍ以上１ｍｍ未満の大きさ）で形成することは可能である。
【００２６】
本発明の実施形態の微小チャンバー１の開口部Ｕは貼り合わせ面の無い単一の部材で構成されている。つまり、開口部Ｕの周囲は線膨張係数の等しい部材で構成されている。このため、基体１０Ａの使用温度が変わったり、基体１０Ａの温度とは異なる温度の液体を空間２（ウェル２）に流入した際などに生じ得る、開口部Ｕ近傍の急激な温度変化が起きた場合にも、開口部Ｕが貼りあわせ面から破断する恐れが無い。さらに、開口部Ｕに貼り合せ面がないので、開口部Ｕの薬液に対する化学耐性も高い。このため、貼り合せ面を侵食するような薬液であっても使用することができる。
【００２７】
また、形成した脂質膜を光学顕微鏡等で観察する場合、開口部Ｕに貼り合せ面があると、前記貼り合せ面が光を反射して観察の邪魔になる場合がある。本発明の実施形態の微小チャンバー１の開口部Ｕは貼り合せ面を持たない単一の部材で構成されるため、観察の邪魔になる反射光が生じる恐れが無い。
【００２８】
また、前記単一の部材の材料は、波長０．１μｍ〜１０μｍを有する光のうち少なくとも一部の波長を有する光に対して透明であること（少なくとも一部の波長を有する光を透過可能であること）が好ましい。
具体的には、加工用レーザーとして使用される一般的な光（波長０．１μｍ〜１０μｍ）の、少なくとも一部に対して透明であることが好ましい。このようなレーザー光に対して透明であることによって、後述するように、レーザー照射することによって前記部材に改質部を形成することができる。
また、前記単一の部材の材料は、可視光領域（波長約０．３６μｍ〜約０．８３μｍ）の光に対して透明であること（可視光領域の光を透過可能であること）が、より好ましい。可視光領域の光に対して透明であることによって、形成した脂質膜Ｍを、前記単一部材を透して光学顕微鏡等の光学的手法を用いて容易に観察することができる。
なお、本発明における「透明」とは、前記部材に光を入射して、前記部材から透過光が得られる状態の全てをいう。
図１では、基材４を構成する単一の部材は透明なガラス基板である。
【００２９】
図２に示すように、微小チャンバー１はウェル２の内壁面である側面１ａに開口する、開口部Ｕを有する。
【００３０】
本発明の実施形態の基体における開口部Ｕに脂質膜Ｍを形成する方法としては、次に説明する方法が例示できる。図３Ａ〜図３Ｆを参照する。
まず、ウェル２（空間２）に生理学的食塩水等やｐＨ緩衝液等のバッファ液５を入れて、微小チャンバー１内にバッファ液５を、毛細管現象によって流入させる（図３Ａ）。つづいて、ウェル２から、ピペット等（不図示）を使用してバッファ液５を除去する。
この際、微小チャンバー１内のバッファ液５を微小チャンバー１内に留めて、開口部Ｕに、表面張力を利用して、バッファ液５の水面をウェル２の内部に露呈させる（図３Ｂ）。
【００３１】
つぎに、ウェル２に前記脂質を含む液体Ｐを流入し、開口部Ｕにおいて、液体Ｐとバッファ液５の水面を接触させる。この際、液体Ｐに含まれる脂質分子が、分子中の極性部をバッファ液５側に向けて、バッファ液５の水面に付着する。これにより、バッファ液５の水面は、脂質分子によって覆われる（図３Ｃ）。
その後、ウェル２から、ピペット等を使用して液体Ｐを除去すると、開口部Ｕに留まるバッファ液５の水面には、前記付着した脂質分子で構成される脂質膜Ｍが形成される（図３Ｄ）。
さらに、ウェル２内に、バッファ液５を流入させると、ウェル２内のバッファ液５と微小チャンバー１内のバッファ液５とが、開口部Ｕの脂質膜Ｍによって隔たれた状態となる（図３Ｅ）。
【００３２】
この状態における脂質膜Ｍは、前記脂質分子で構成される脂質二重膜構造又は前記脂質分子で構成される単層の脂質膜構造のうち、少なくとも何れかの膜構造をとりうる。この状態において、ウェル２及び微小チャンバー１に圧力を加える又は圧力を減じる圧力操作を行うことによって、脂質膜Ｍの厚さを制御し、脂質二重膜構造を形成することも可能である（図３Ｆ）。この圧力操作の方法としては、例えばウェル２を密閉して、ウェル２にガスやバッファ液５を加圧しながら注入する方法や、ウェル２を密閉して、ウェル２からバッファ液５を吸引する方法によって行うことができる。
【００３３】
また、脂質膜Ｍを構成する脂質分子の種類や微小チャンバー１の大きさにもよるが、前記圧力操作において加圧する程度を調整すると、脂質膜Ｍが微小チャンバー１内に陥入して変形し、最終的にはベシクルＶ（リポソーム）を形成することも可能である（図４）。
【００３４】
微小チャンバー１は、単一のガラス基板４に形成されており、継ぎ目又は貼り合わせ面がない微小な空間である。当然に、微小チャンバーの端部における開口部Ｕについても、継ぎ目や貼り合わせ面は存在しない。このため、脂質膜Ｍと開口部Ｕとの密着力を十分に高められる。また、微小チャンバー１を備えたガラス基板４が変形した場合や、開口部Ｕが薬液によるダメージを受けた場合においても、開口部Ｕには貼り合せ面が存在しないため、貼り合わせ面を起点とする剥離や破損が生じない。よって、微小チャンバー１を備えたガラス基板４に対して、加熱消毒や薬液消毒を繰り返して行ったとしても、ガラス基板４が破損することがない。これは、日常的に加熱消毒や薬液消毒を行う、膜脂質を形成する基体にとって、特に優れた特徴である。更には、貼り合せ面が存在しない微小チャンバー１の開口部Ｕの近傍においては、貼り合せ面に起因する光の屈折率差が生じないので、開口部Ｕからの光を光学顕微鏡等の光学装置へ容易に集光させることができる。そのため、形成された脂質膜Ｍを、容易に観察することができる。ここで「開口部Ｕ」とは、ウェル２の側面２ａにおいて、微小チャンバー１の端部１ａが開口し、脂質膜Ｍが形成される領域をいう。
【００３５】
開口部Ｕを構成する、微小チャンバー１の端部１ａの、ウェル２の側面２ａにおける孔の形状は、どの様な形状でもよく、例えば、円、略円、楕円、略楕円、矩形、又は三角形、等の形状にすることができる。孔の形状が円又は略円の場合には、その直径又は長径が０．０２μｍ〜５μｍの範囲であることが好ましい。その中でも、直径が０．０２〜３μｍの範囲がより好ましく、さらには直径が０．０２〜１μｍの範囲がより好ましい。このように小さい面積の口径を有する開口部において脂質膜Ｍを形成することによって、脂質膜Ｍを用いた実験をより精密に行うことができる。上記範囲の下限値（即ち、０．０２μｍ）未満であると、開口部Ｕの面積が小さ過ぎて、適切に脂質膜Ｍが形成されない可能性が高まる。また、上記範囲の上限値（即ち、５μｍ）を超えると、開口部Ｕと脂質膜Ｍとのシール性が低下し、長時間の安定した脂質膜形成が出来ない可能性が高まる。
【００３６】
開口部Ｕを構成する孔の形状、すなわち脂質膜Ｍが形成される開口径の形状は、真円に近い形状（略円状）であることが好ましい。ガラス基板４の上方から、すなわちウェル２の側面２ａに対して平行な方向から脂質膜Ｍを観察する場合、ガラス基板４とバッファ液５との屈折率差によって脂質膜Ｍが観察しづらくなることを防ぐことができる。
【００３７】
微小チャンバー１は、図５に示すように、バッファ液５を流入させる開口部Ｕから内奥へ（内部の奥へ）向かうほど、その孔径（内径）が小さくなっていることが好ましい。すなわち、開口径が微小チャンバー１の最大外径Ｈ１であり、前記開口径が最も内奥の内径Ｈ３よりも大きくなっていることが好ましい。この構造であると、微小チャンバー１の内奥へ向かうほど、毛細管力が大きく働くため、バッファ液５を容易に内奥へ侵入させられる。
【００３８】
また、微小チャンバー１は、図６に示すように、開口部Ｕにおいて、孔径の中心に張り出した凸部Ｅを有し、且つ、凸部Ｅが形成された開口部Ｕの最小内径Ｈ２が微小チャンバー１の内奥の最大内径Ｈ１より小さくなっていることが好ましい。このような構造を有する開口部Ｕであると、脂質膜Ｍをより安定に形成することができる。
【００３９】
また、微小チャンバー１は、図７に示すように、開口部Ｕにおいて孔径の中心に張り出した凸部Ｅを有し、且つ、凸部Ｅが形成された開口部Ｕの最小内径Ｈ２が微小チャンバー１の内奥の最大内径Ｈ１より小さく、且つ、微小チャンバー１の最も内奥の内径Ｈ３が前記最大内径Ｈ１の５０％未満であることが好ましい。このような構造を有する微小チャンバー１であると、毛細管力の作用によりバッファ液５を微小チャンバー１の内部に導入しやすくなるとともに、凸部Ｅが形成された開口部Ｕにおいて脂質膜Ｍをより容易に形成することができる。
【００４０】
微小チャンバー１の断面を調べた際に、微小チャンバー１の最も内奥の内径Ｈ３を特定できない場合、前記内径Ｈ３は、微小チャンバー１の奥行き方向の全長Ｌに相当する仮想の線上において、最も内奥の位置から距離を測って（１／２０）×Ｌの位置における内径である、とみなす。
【００４１】
前記凸部Ｅの高さＥ１は、最大内径Ｈ１となる部位と開口部Ｕの最小内径Ｈ２となる部位との高低差として定義され、その高さＥ１は２０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。この範囲の下限値（即ち、２０ｎｍ）未満であると凸部Ｅによる効果が殆ど期待できず、上限値（即ち、２００ｎｍ）を超えると、微小チャンバー１の内部にバッファ液５を導入することが困難になる場合がある。
前記凸部Ｅの幅Ｅ２は、微小チャンバー１が側面２ａに開口する位置から、内奥へ進んで、内径が拡がり始める位置までの距離として定義され、その幅Ｅ２は微小チャンバー１の奥行き方向における全長Ｌの２０％未満であることが好ましい。このような構造であると、バッファ液５を微小チャンバー１へ、より一層容易に導入することができる。
【００４２】
本発明の実施形態において、微小チャンバー１の開口部Ｕの近傍が疎水性になるように、表面処理することによって、脂質膜Ｍをより安定して形成することができる。ここで、開口部Ｕの近傍とは、脂質膜Ｍが接する領域およびその周辺を意味する。前記表面処理としては、例えば表面にアルキル基を結合させる処理が挙げられる。当該表面がガラスである場合、シランカップリング剤を用いてアルキル化処理することができる。
【００４３】
微小チャンバー１を立方体状又は直方体状の空間であると近似した場合、その一辺の長さは、０．１μｍ〜３０μｍであることが好ましい。
上記範囲であると、脂質膜Ｍを開口部Ｕに容易に形成することが可能であり、ベシクルＶの形成も可能となる。
【００４４】
また、微小チャンバー１の容積は、細胞などの微生物と同程度であることが好ましい。微小チャンバー１の内部に微生物を捉え、その状態で開口部Ｕに脂質膜Ｍを形成すると、微生物が微小チャンバー１の内部に閉じ込められる。そして、捉えた微生物にレーザーを照射して微生物の細胞膜を破壊することで、破壊された細胞膜が再生する様子を観察することができる。一般に微生物は、微生物を構成する成分が近くに存在すれば再生することができると言われているが、その様子を直接的に観察された事例はない。本発明の実施形態の装置を用いることで、微生物の再生の様子を確認することができる可能性がある。
【００４５】
前記孔の孔径をナノオーダー（例えば、１ｎｍ以上１μｍ未満の大きさ）で高精度に加工すると、従来よりも更にサイズの小さな脂質膜を形成することが可能である。この場合、従来、複数の分子の集合体として観察されていた膜タンパク質の機能を、本発明の実施形態に係る基体を用いることにより、単一分子で観察することが可能である。つまり、本発明の実施形態に係る基体は、今まで解明されていない膜タンパク質の様々な分子特性を確認する装置として使用することができる。さらに、孔の開口部の径をナノオーダー程度まで微小化すると、脂質膜と開口部との安定したシール性が実現されるため、機能解析等の実験を安定して行うことが可能となる。
【００４６】
本発明の実施形態の基体を用いることによって、微小チャンバー１の開口部Ｕに形成した脂質膜Ｍの特性を高精度に機能解析することができる。例えば、開口部Ｕに脂質膜Ｍが形成された微小チャンバー１の内部に、イオン性物質が閉じ込められた状態をつくり、このイオン性物質が脂質膜Ｍのイオンチャネルを通して微小チャンバー１の外部に輸送される状態や、その輸送速度を調べることができる。輸送速度を調べるためには、脂質膜Ｍを透過する様子を長時間に渡って観測する必要があるため、容量の大きな微小チャンバー１であるとよい。
【００４７】
図２において、微小チャンバー１は、ウェル２の側面２ａに対して略垂直となるように形成されている。しかし、必ずしも略垂直である必要はなく、基体１０Ａの設計に合わせて、単一のガラス基板４において自由に配置することが可能である。
更には、微小チャンバー１の端部１ａに位置する開口部Ｕの開口径を、少し内奥へ進んだ口径よりもわずかに広げて加工することも可能である。つまり、開口部Ｕを漏斗の様な形状に加工することが可能である。このように加工した場合、脂質膜Ｍの一部が微小チャンバー１の端部に入り込んだ状態で、脂質膜Ｍを形成することが可能になる。この脂質膜Ｍの一部は、端部の内側にあるため、ウェル２に流れがあるときにおいても、より安定して長時間の脂質膜Ｍの維持が可能になる場合がある。ここではウェル２を使用した場合について説明しているが、後述する基体１０Ｂにおいて、流路３を使用した場合についても同様の説明が適用される。
【００４８】
基体１０Ａには、複数の微小チャンバー１が形成されていてもよい。各々の微小チャンバー１に対して開口部Ｕが各々備わるため、複数の脂質膜Ｍを形成できる。
基材４がシリコン、ガラス、石英、又はサファイアなどであると、加工精度が高いので、複数の微小チャンバー１を密集させて配置することが可能である。
【００４９】
本発明の実施形態によれば、後で説明するように、微小領域にレーザー光を集光させ、その集光領域の位置を高精度に制御することが可能な加工方法を用いているため、複数の微小チャンバー１を高密度に配置することが可能である。例えば、複数の微小チャンバー１の開口部Ｕを、０．１μｍ〜６μｍのピッチで配置することができる。
【００５０】
基体１０Ａでは、ウェル２の下面２ｂはガラス基板で構成される基材４で構成されている。
下面２ｂに対向する位置における、ウェル２の開口位置（基材４の上面と同一平面である開口部）は開口されて無蓋となっている。この下面２ｂ又は上面のうち少なくとも一方から、顕微鏡等の光学的観察装置によって、開口部Ｕに形成された脂質膜Ｍを観察することができる。なお、前記上面は必ずしも無蓋である必要はなく、プラスチック、樹脂やガラス等の部材で構成される蓋によって、覆われていてもよい（不図示）。開口部Ｕにおける脂質膜Ｍの形成を観察しながら行うことが可能となる。
【００５１】
［基体１０Ｂ］
本発明の脂質膜を形成するための基体の第二実施形態として、図８に示す基体１０Ｂが挙げられる。基体１０Ｂでは、基材４の上面側に流路３が設けられている。前記流路３が、前記脂質を含む液体Ｐを流入させる空間を構成している。
基体１０Ａにおけるウェル２と比べて、基体１０Ｂに流路３が設けられている構造を用いることによって大量の液体Ｐを流入及び流通させることができる。また、流路３（空間２）における溶液の交換が行い易いという利点がある。前述の脂質膜Ｍの形成方法で説明したように、バッファ液５、前記脂質を含む液体Ｐ等の複数の溶液を、開口部Ｕに順次接触させる操作をより容易に行うことができる。
基体１０Ｂの他の構成については、基体１０Ａと同様である。
【００５２】
また、図９に示すように、流路３やウェル２の側面において、複数の微小チャンバー１を各々対向させて配置することも可能である。本発明の実施形態の基体においては、微小チャンバー１を任意の位置に配置し、複数の微小チャンバー１を任意に配列させることが可能である。
【００５３】
図１０は、本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例（第三実施形態）である基体２０Ａの模式的な上面図（上面から見た透視図）である。この上面図におけるウェル１２、微小チャンバー１１の配置構成は、前述の基体１０Ａに適用可能である。
ガラス基板１４には、ウェル１２および微小チャンバー１１がそれぞれ６セット配置されている。ウェル１２の内壁面に微小チャンバー１１が開口していることは、前述の通りである。開口部Ｕの位置は、「Ｘ」の印で示してある。
一つのウェル１２に複数の微小チャンバー１１が配置されていてもよい。
【００５４】
図１１は、本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例（第四実施形態）である基体３０Ａの模式的な上面図（上面から見た透視図）である。この上面図における流路２２、および微小チャンバー２１の配置構成は、前述の基体１０Ｂに適用可能である。
ガラス基板２４には、複数の微小チャンバー２１が内壁面に配された流路２２が、４セット配置されている。流路２２の内壁面に微小チャンバー２１が開口していることは、前述の通りである。開口部Ｕの位置は、「Ｘ」の印で示してある。
流路２２の上流側Ｆ１から、液体Ｐが流入されて、流路２２の下流側Ｆ２へ流通する。
【００５５】
図１２は、本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の一例（第五実施形態）である基体３０Ｂの模式的な上面図（上面から見た透視図）である。この上面図における流路２２、微小チャンバー２１、および第二流路２９の配置構成は、前述の基体１０Ｂに適用可能である。
ガラス基板２４には、複数の微小チャンバー２１が内壁面に配された流路２２が、配置されている。流路２２の内壁面に微小チャンバー２１が開口していることは、前述の通りである。開口部Ｕの位置は、「Ｘ」の印で示してある。
流路２２の上流側Ｆ５から、液体Ｐが流入されて、流路２２の下流側Ｆ６へ流通する。
【００５６】
また、ガラス基板２４に配された第二流路２９は、流路２２と連通している。第二流路２９から流路２２へ、所望の薬液又はガスを流通させることによって、流路２２内にも前記薬液又はガスを拡散流入させることができる。つまり、前記薬液又はガスを、開口部Ｕに形成された脂質膜Ｍへ接触させることができる。
【００５７】
第二流路２９が流路２２に連通する場所や第二流路２９の形状は特に限定されない。そのため、微小チャンバー２１の近傍（微小チャンバー２１に近い位置）に第二流路２９を配置することも可能であり、第二流路２９と流路２２の上流側（Ｆ５側）はそれぞれの機能を代替することが可能である。また複数の第二流路２９や複数に分岐した第二流路２９が流路２２に連通するように配置することも可能である。
【００５８】
《第二態様》
次に、本発明にかかる脂質膜を形成するための基体の製造方法を説明する。
＜脂質膜を形成するための基体の製造方法（第二態様）＞
本発明の第二態様である製造方法の一例を、前述の第二実施形態の基体１０Ｂを例にとって説明する。この場合、前記製造方法は、図１３Ａ〜図１３Ｄで示すように、ピコオーダー秒以下のパルス時間幅を有するレーザーＬを、単一の部材５９において、微小チャンバー５５を形成する領域に照射することによって、前記領域に改質部５１を形成する工程Ａ１（図１３Ａ）と、単一の部材５９に、前記空間を構成する流路５７若しくは貫通孔を形成する工程Ａ２（図１３Ｂ）と、単一の部材５９から改質部５１をエッチングによって除去する工程Ａ３（図１３Ｃ）と、を少なくとも有する。
【００５９】
［工程Ａ１］
レーザーＬ（レーザー光Ｌ）は、パルス時間幅がピコ秒オーダー以下、例えば１フェムト秒以上１０ピコ秒未満、のパルス幅を有するレーザー光を用いることが好ましい。例えばチタンサファイアレーザー、前記パルス幅を有するファイバーレーザーなどを用いることができる。ただし部材５９に対して透明な波長を使用することが必要である。より具体的には、部材５９に対する透過率が６０％以上のレーザー光であることが好ましい。  
【００６０】
前記レーザーＬ（レーザー光Ｌ）は、加工用レーザーとして使用される一般的な波長領域（０．１〜１０ｕｍ）の光を適用することができる。その中でも、被加工部材である部材５９に対して透明である必要がある。部材５９に対して透明な波長のレーザー光を適用することによって、部材５９に対して改質部５１を形成することができる。
ここで、本明細書及び特許請求の範囲において、「改質部」とは、エッチング耐性が低くなり、エッチングによって選択的に又は優先的に除去される部分」を意味する。
【００６１】
部材５９の材料は、例えばシリコン、ガラス、石英、サファイアなどが挙げられる。これらの材料は、微小チャンバー５５の加工性に優れるので好ましい。なかでも、結晶方位による加工異方性の影響を受けにくい非結晶質である方が好ましい。
更には、顕微鏡等の光学装置によって観察する場合には、前記材料として、可視光線（波長０．３６μｍ〜０．８３μｍ）に対して透明であるガラス、石英、又はサファイア等を用いることが、より好ましい。
【００６２】
また、部材５９の材料は、波長０．１μｍ〜１０μｍを有する光のうち少なくとも一部の波長を有する光に対して透明である（光を透過する）ことが好ましい。
具体的には、加工用レーザー光として使用される一般的な波長領域（０．１μｍ〜１０μｍ）の、少なくとも一部の波長領域の光に対して透明であることが好ましい。部材５９の材料が、このようなレーザー光に対して透明であることによって、後述するように、前記部材にレーザー照射して改質部を形成することができる。
また、可視光領域（波長約０．３６μｍ〜約０．８３μｍ）の光に対して透明であることが、より好ましい。可視光領域の光に対して透明であることによって、形成した脂質膜Ｍを、前記単一部材を透して肉眼で容易に観察することができる。
なお、本発明における「透明」とは、前記部材に光を入射して、前記部材から透過光が得られる状態の全てをいう。
図１３Ａ〜図１３Ｄでは、単一の部材５９は透明なガラス基板である（以下、ガラス基板５９と呼ぶ）。
以下では、部材５９がガラス基板である場合について説明するが、部材５９がその他の部材、例えばシリコン、石英、又はサファイアの場合であっても、同様に行うことができる。後述する工程Ａ２における加工性はシリコン、石英、ガラスがより好適である。
【００６３】
ガラス基板５９は、例えば石英で構成されるガラス基板、珪酸塩を主成分とするガラス、ホウ珪酸ガラスで構成されるガラス基板等を用いることができる。合成石英で構成されるガラス基板が、加工性が良いため好適である。また、ガラス基板５９の厚さは特に制限されない。
【００６４】
レーザー光Ｌの照射方法としては、図１３Ａに示す方法が挙げられる。すなわち、ガラス基板５９の内部に集光して焦点を結ぶようにレーザー光Ｌを照射して、前記焦点を矢印方向に走査することによって、ガラスが改質された改質部５１を形成する。
微小チャンバー５５が形成される領域に、前記焦点をガラス基板５９内部で走査することによって、所望の形状の改質部５１を形成することができる。
【００６５】
レーザー光Ｌを照射する際、照射強度をガラス基板５９の加工上限閾値に近い値（加工適正値に近い値）又は加工上限閾値未満（加工適正値未満）にすると共に、レーザー光Ｌの偏波方向（電場方向）を走査方向に対して垂直となるようにすることが好ましい。このレーザー照射方法を、以下ではレーザー照射方法Ｓと呼ぶ。
【００６６】
レーザー照射方法Ｓを、図１４で説明する。レーザー光Ｌの伝播方向は矢印Ｚであり、前記レーザー光Ｌの偏波方向（電場方向）は矢印Ｙである。レーザー照射方法Ｓでは、レーザー光Ｌの照射領域を、前記レーザー光の伝播方向と、前記レーザー光の偏波方向に対して垂直な方向と、で構成される平面５９ａ内とする。これと共に、レーザー照射強度をガラス基板５９の加工上限閾値に近い値又は加工上限閾値未満とする。
【００６７】
このレーザー照射方法Ｓによって、ガラス基板５９内にナノオーダー（例えば１ｎｍ以上１μｍ未満）の口径を有する改質部５１を形成することができる。例えば、短径が２０ｎｍ程度、長径が０．２μｍ〜５μｍ程度の略楕円形状の断面を有する改質部５１が得られる。この略楕円形状は、レーザーの伝播方向に沿った方向が長軸で、レーザーの電場方向に沿った方向が短軸となる。レーザー照射の具合によっては、前記断面は矩形に近い形状となることもある。
【００６８】
レーザー照射強度をガラス基板５９の加工上限閾値（加工適正値）以上とした場合、得られる改質部５１は周期構造を伴って形成されることがある。すなわち、ピコ秒オーダー以下のパルスレーザーを加工上限閾値以上で集光照射させることで、集光部で電子プラズマ波と入射光の干渉が起こり、レーザーの偏波に対して垂直であり、偏波方向に沿って周期性をもつ周期構造が自己形成的に形成されることがある。
【００６９】
形成された周期構造はエッチング耐性の弱い層となる。例えば石英の場合、酸素が欠乏した層と酸素が増えた層が周期的に配列され（図１５Ｂ）、酸素欠乏部のエッチング耐性が弱くなっており、エッチングを行うと周期的な凹部及び凸部が形成されうる。このような周期的な凹部及び凸部は、後述する微小チャンバー５５の形成においては不要である。
【００７０】
一方、前述のレーザー照射方法Ｓのように、レーザー照射強度をガラス基板５９の加工上限閾値未満、且つガラス基板５９を改質してエッチング耐性を低下させることが可能なレーザー照射強度の下限値（加工下限閾値）以上とすれば、前記周期構造は形成されず、レーザー照射によって一つの酸素欠乏部（エッチング耐性の弱い層）が形成される（図１５Ａ）。これのエッチングを行うと、一つの微小チャンバー５５を形成することができる。
【００７１】
前述のレーザー照射方法Ｓによれば、微小チャンバー５５の形状を楕円又は略楕円とすることができる。また、その短径をエッチングによってナノオーダーサイズで制御することが可能となる。微小チャンバー５５の形状が楕円又は略楕円形状である場合は、短径をナノオーダーサイズにすることによって、脂質膜をより容易に形成し易くなることがある。また、脂質膜を形成する前準備として、微細チャンバー５５に、あらかじめバッファ液等の液体を充填させる必要があるが、チャンバーが微細であるほど毛細管力が大きくなるため、微細チャンバー５５から、液体が外部（前記空間）に出てこなくなる弊害が発生する場合がある。しかしながら、微小チャンバー５５を楕円又は略楕円状に形成することによって、脂質膜を形成するのに十分な短径においても毛細管力を抑制させ、液体が空間などの外部に出てこなくなる弊害を抑制することができる。
【００７２】
エッチング耐性が弱い層（石英又はガラスにおいては酸素欠乏部）がレーザー照射によって一つだけ形成される場合においても（本明細書では改質部５１と呼ぶ。）、前記酸素欠乏部は極めてエッチングの選択性（選択比）が高い層となる。このことは、本発明者らの鋭意検討によって見出された。
【００７３】
したがって、前記加工上限閾値は、前記周期構造が形成されうるレーザーパルスパワーの下限値（前記周期構造が形成されないレーザーパルスパワーの範囲における上限値）と定義される。
また、前記「ガラス基板５９を改質してエッチング耐性を低下させうるレーザー照射強度の下限値（加工下限閾値）（閾値）」とは、エッチング処理により、ガラス基板５９に微小チャンバー５５を形成できる限界値である。この下限値よりも低いと、レーザー照射によってエッチング耐性の弱い層が形成出来ないため、微小チャンバー５５が形成できない。
すなわち、本明細書及び特許請求の範囲において、「加工上限閾値（加工適正値）」とは、基材内に照射したレーザー光の焦点（集光域）において、基材とレーザー光との相互作用によって生じる電子プラズマ波と入射するレーザー光との干渉が起こり、前記干渉によって基材に縞状の改質部が自己形成的に形成されることが可能なレーザー照射強度の下限値を意味する。
また、本明細書及び特許請求の範囲において、「加工下限閾値（閾値）」とは、基材内に照射したレーザー光の焦点（集光域）において、基材を改質した改質部を形成し、後段のエッチング処理によって選択的又は優先的にエッチングされうる程度に、前記改質部のエッチング耐性を低下させることが可能なレーザー照射強度の下限値である。この下限値よりも低いレーザー照射強度でレーザー照射した領域は、後段のエッチング処理において選択的又は優先的にエッチングされ難い。このため、エッチング後に微細孔となる改質部を形成するためには、加工下限閾値以上のレーザー照射強度に設定することが好ましい。
【００７４】
加工上限閾値及び加工下限閾値は、レーザー光の波長、レーザー照射対象である基材の材料（材質）及びレーザー照射条件によって概ね決定される。しかし、レーザー光の偏波方向と走査方向との相対的な向きが異なると、加工上限閾値及び加工下限閾値も多少異なる場合がある。例えば、偏波方向に対して走査方向が垂直の場合と、偏波方向に対して走査方向が平行の場合とでは、加工上限閾値及び加工下限閾値が異なる場合がある。したがって、使用するレーザー光の波長及び使用する基材において、レーザー光の偏波方向と走査方向との相対関係を変化させた場合の、それぞれの加工上限閾値及び加工下限閾値を、予め調べておくことが好ましい。
【００７５】
前記偏波としては直線偏波に関して詳細に説明したが、多少の楕円偏波成分を持つレーザーパルスであっても同様な構造（改質部）が形成されることが容易に想像できる。
【００７６】
レーザー光Ｌの焦点を走査する方法は特に限定されないが、一度の連続走査によって形成できる改質部５１は偏波方向（矢印Ｙ方向）に対して垂直な１次元方向と、レーザー光Ｌの伝搬方向（矢印Ｚ方向）の２次元方向（平面５９ａ）内に限定される。この２次元方向内であれば任意の形状で改質部を形成することができる。
【００７７】
図１４においては、レーザー光Ｌの伝播方向は、ガラス基板５９の上面に対して垂直である場合を示したが、必ずしも垂直である必要はない。前記上面に対して所望の入射角で、レーザーＬを照射してもよい。
【００７８】
一般に、改質された部分のレーザーの透過率は、改質されていない部分のレーザーの透過率とは異なるため、改質された部分を透過させたレーザー光の焦点位置を制御することは通常困難である。したがって、レーザー照射する側の面から見て、奥に位置する領域について先に改質部を形成することが望ましい。
【００７９】
ガラス基板５９内に、３次元方向に任意形状を有する改質部を形成する場合には、レーザーの偏波方向（矢印Ｙ方向）を適宜変更することによって行うことができる。
【００８０】
また、図１４で示すように、レーザー光Ｌをレンズ５２を用いて集光して、前述の様に照射することによって改質部５１を形成してもよい。
前記レンズとしては、例えば屈折式の対物レンズ若しくは屈折式のレンズを使用することができるが、他にも例えばフレネル、反射式、油浸若しくは水浸式の方法によって照射することも可能である。また、例えばシリンドリカルレンズを用いれば、一度にガラス基板５９の広範囲にレーザー照射することが可能になる。また、例えばコニカルレンズを用いればガラス基板５９の垂直方向に広範囲に一度にレーザー光Ｌを照射することができる。ただしシリンドリカルレンズを用いた場合には、レーザー光Ｌの偏波はレンズが曲率を持つ方向に対して水平である必要がある。
【００８１】
レーザー照射条件Ｓの具体例としては、以下の各種条件が挙げられる。例えばチタンサファイアレーザー（レーザー媒質としてサファイアにチタンをドープした結晶を使用したレーザー）又は１ｆｓ以上１０ピコ秒未満のパルス時間幅を有するパルスレーザーを用いることができる。照射するレーザー光は、例えば波長８００ｎｍ、繰返周波数２００ｋＨｚを使用し、レーザー走査速度１ｍｍ／秒としてレーザー光Ｌを集光照射する。これら波長、繰返周波数、走査速度の値は一例であり、本発明はこれに限定されず任意に変えることが可能である。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅」は、１フェムト秒以上１ナノ秒未満のパルス時間幅であることが好ましく、１フェムト秒以上１０ピコ秒未満のパルス時間幅であることがより好ましく、１フェムト秒以上３ピコ秒未満のパルス時間幅であることが更に好ましく、１フェムト秒以上２ピコ秒未満のパルス時間幅であることが特に好ましい。
前記パルス時間幅がピコ秒オーダー以下、特に１０ピコ秒未満、であると、集光部における基材の電子温度とイオン温度とが非平衡状態となり加熱され、いわゆる非熱過程での加工が進行する。そして、熱拡散長が極限まで抑えられる。さらには多光子吸収に始まる非線形加工が支配的となるため、加工後に得られる形状はナノスケールからマイクロオーダースケールの微細孔とすることが可能である。
一方、比較的大きなパルス時間幅を有するパルスレーザー、例えば１０ピコ秒以上のパルス時間幅を有するレーザー光を用いた場合では、集光部における基材の電子温度とイオン温度とが平衡状態となる熱的加工が支配的となる。熱的加工においては熱拡散長が大きくなり、ナノからマイクロオーダースケールの加工を行うことが困難になる場合がある。このように、パルス時間幅が約１〜１０ピコ秒付近を境にして、全く異なる反応メカニズムとなる場合があるため、１０ピコ秒未満のパルス時間幅を有するパルスレーザーを用いることが好ましい。
【００８２】
集光に用いるレンズ５２としては、例えばＮ．Ａ.＜０．７未満の対物レンズを用いることが好ましい。より微小な微小チャンバー５５を形成させるためにはパルス強度は、加工上限閾値に近い値、又は加工上限閾値未満且つ加工上限閾値に近い値に設定することが好ましい。
具体的には、ガラス基板５９にレーザーを照射する場合には、例えば、パルス時間幅３００ｆｓ、繰返周波数２００ｋＨｚ、走査速度１ｍｍ／ｓ程度の条件に設定して、８０ｎＪ／ｐｕｌｓｅ程度以下のパルスエネルギーで、照射強度は５５０ｋＷ／ｃｍ２程度の照射強度で、１パルスあたりのレーザーフルエンスが２．７Ｊ／ｃｍ２程度で照射することが好ましい。一方、加工上限閾値以上の照射強度、或いはその加工上限閾値に相当する１パルスあたりのレーザーフルエンス（パワー）よりも大きくすると周期構造が形成され、エッチングによってそれらが繋がるため、ナノオーダーの口径を有する微小チャンバー５５を形成することが困難となり、ミクロンオーダーの口径になる、あるいは前記周期構造が形成されてしまうことがある。Ｎ．Ａ.≧０．７に設定しても加工は可能であるが、スポットサイズがより小さくなり、１パルスあたりのレーザーフルエンスが大きくなるため、より小さなパルス強度（パルスエネルギー）に設定したレーザー照射が求められる。なお、レーザーフルエンスは、単位面積あたりのエネルギー量を指し、Ｊ／ｃｍ２またはＷ／ｃｍ２で表される。
【００８３】
［工程Ａ２］
つぎに、単一のガラス基板５９に、前記空間を構成する流路５７若しくは貫通孔を形成する。前記流路５７を形成する方法としては、次の方法が例示できる。
【００８４】
まず、ガラス基板５９の上面に、例えばフォトリソグラフィなどによってレジスト５２をパターニングして形成する。つづいて、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はサンドブラスト等の方法によって、ガラス基板５９の上面におけるレジスト５２が形成されていない領域を、所定の深さに達するまで浸食して除去する（図１３Ｂ）。不要となったレジスト５２を剥離すると、流路５７が形成されたガラス基板５９が得られる。
【００８５】
工程Ａ２においては、形成する流路５７の側面に、工程Ａ１で形成した改質部５１の断面を露呈させることが好ましい。後段の工程Ａ３におけるエッチング処理によって、微小チャンバー５５を形成させることがより容易となる。
【００８６】
また、工程Ａ２において、流路５７として、ガラス基板５９の上面に凹部を形成する代わりに、貫通孔を形成してもよい。ガラス基板５９内の、流路となる領域を微小ドリル（レーザードリル）等によってガラス基板５９の表面から掘削して貫通孔を形成することによって、流路５７を形成してもよい。このドリルによる掘削方法は、種々のエッチング法と組合わせて使用しても良い。
【００８７】
［工程Ａ３］
つぎに、単一のガラス基板５９から、工程Ａ１で形成した改質部５１をエッチングによって除去する（図１３Ｃ）。
エッチング方法としては、ウェットエッチングが好ましい。流路５７（若しくは貫通孔）の側面に露呈する断面を有する改質部５１は、エッチング耐性が弱くなっているため、選択的又は優先的にエッチングすることができる。
【００８８】
このエッチングは、ガラス基板５９の改質されていない部分に比べて、改質部５１が非常に速くエッチングされる現象を利用している。エッチングの結果として改質部５１の形状に応じた微小チャンバー５５を形成することができる。
前記エッチング液は特に限定されず、例えばフッ酸（ＨＦ）を主成分とする溶液、フッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸等を用いることができる。また、部材５９の材料に応じて、他の薬液を用いることもできる。
【００８９】
前記エッチングの結果、ナノオーダーの口径を有する微小チャンバー５５を、ガラス基板５９内の所定位置に、流路５７の側面に開口するように、形成することができる。
【００９０】
微小チャンバー５５の開口部は、例えば、短径が２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度、長径が０．２μｍ〜５μｍ程度のサイズの略楕円形状の断面を有する開口部として、形成することができる。エッチング処理の条件を調整することによって、前記断面を矩形に近い形状にすることも可能である。
【００９１】
前記ウェットエッチングの処理時間を調整することによって、改質部５１と微小チャンバー５５とのサイズ差を小さくしたり大きくしたりすることが可能である。
前記処理時間を短くすることによって、前記短径を数ｎｍ〜数十ｎｍにすることも理論的には可能である。これとは逆に、前記処理時間を長くすることによって、前記短径を１μｍ〜２μｍ程度に、前記長径を５μｍ〜１０μｍ程度とすることもできる。
【００９２】
ここで、形成した微小チャンバー１の開口部に適切なマスキングを施し、微小チャンバー１を更にエッチングすることによって、前述の図６，７に示したような、開口部Ｕに凸部Ｅを備えた微小チャンバー１を形成できる。具体的には、例えば微小チャンバー１の開口部Ｕにおいて、凸部Ｅを形成する領域に、ＣＶＤ法等を用いてエッチングマスクを成膜する。次にガラス基板５９を選択的にエッチング可能なエッチング液を微小チャンバー１の内部に導入し、微小チャンバー１の内奥（内部の奥）の内壁をエッチングすることによって、微小チャンバー１の内奥の内径を大きくすることができる。このとき、微小チャンバー１のエッチングマスクの近傍（エッチングマスクに近い位置）では、ガラス基板がエッチングされ難いため、当該領域が凸部Ｅとなる。このように、微小チャンバー１を再加工することで、内奥における内径より小さな開口径を有する開口部Ｕを備えた微小チャンバー１を形成することができる。
【００９３】
つぎに、形成された流路５７を覆うように、部材５６をガラス基板５９の上面に貼り合わせる（図１３Ｄ）。
形成された流路５７は、そのままでも流路５７として使用しうるが、図１３Ｄに示すように流路５７の上面に蓋をすることによって、流路５７に圧力をかけて送液することができる。
【００９４】
上記の方法によって、液体Ｐを流入させる空間として、流路５７の代わりにウェルを形成することも可能である。
【００９５】
部材５６とガラス基板５９の上面とを貼り合わせる方法は、部材５６の材料に応じて、公知の方法で行えばよい。
【００９６】
部材５６の材料としては特に制限されず、ＰＤＭＳ、ＰＭＭＡ等の樹脂基板や、ガラス基板を使用することができる。また、部材５６の材料は、観察装置の光線（例えば可視光線）に対して透明であっても不透明であっても良い。つまり、部材５６の材料は、観察装置の光線を透過させる材料であってもよいし、観察装置の光線を透過させない材料であってもよい。脂質膜の形成のみを目的とする場合は、必ずしも観察装置の光線に対して透明である必要はない。観察装置の光線に対して透明な部材であれば、上面からの光学的手法による観察が可能となるため好ましい。
【００９７】
工程Ａ２及び工程Ａ３におけるエッチングとしては、ウェットエッチングやドライエッチングが適用できる。ウェットエッチングは例えば１％以下のフッ酸を用いるのが最も好ましいが、その他の酸や塩基性を有するエッチャントを用いてもよい。
【００９８】
前記ドライエッチングのうち、等方性エッチング法としては、例えばバレル型プラズマエッチング、平行平板型プラズマエッチング、ダウンフロー型ケミカルドライエッチング、などの各種ドライエッチング方式が挙げられる。
【００９９】
異方性ドライエッチング法としては、例えば反応性イオンエッチング(以下ＲＩＥ)を用いる方法として例えば平行平板型ＲＩＥ、マグネトロン型ＲＩＥ、ＩＣＰ型ＲＩＥ、ＮＬＤ型ＲＩＥなどの方法を適用することができ、ＲＩＥ以外にも例えば中性粒子ビームを用いたエッチングを適用することが可能である。異方性ドライエッチング法を用いる場合には、プロセス圧力を上げる等の手法によって、イオンの平均自由行程を短くし、等方性エッチングに近い加工も可能となる。
【０１００】
使用するガスは例えばフロロカーボン系、ＳＦ系ガス、ＣＨＦ３、フッ素ガス、塩素ガス、など材料を化学的にエッチングすることができるガスが主で、それらに適宜その他ガス酸素、アルゴン、ヘリウムなどを混合し使用することが可能である。また、その他のドライエッチング方式による加工も可能である。
【０１０１】
工程Ａ２において、より好適なエッチングは異方性エッチングであり、工程Ａ３において、より好適なエッチングは等方性エッチングである。
【０１０２】
＜脂質膜を形成するための基体の製造方法（第三態様）＞
本発明の第三態様である製造方法の一例を、前述の第二実施形態の基体１０Ｂを例にとって説明する。この場合、前記製造方法は、図１６Ａ〜図１６Ｅで示すように、単一の部材６９に、前記空間を構成する流路６７若しくは貫通孔を形成する工程Ｂ１（図１６Ｂ）と、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーＬを、単一の部材６９の微小チャンバー６５を形成する領域に照射することによって、前記領域に改質部６１を形成する工程Ｂ２（図１６Ｃ）と、単一の部材６９から改質部６１をエッチングによって除去する工程Ｂ３（図１６Ｄ）と、を少なくとも有する。
【０１０３】
部材６９の材料は、例えばシリコン、ガラス、石英、サファイアなどが挙げられる。これらの材料は、微小チャンバー６５の加工性に優れるので好ましい。なかでも、結晶方位による加工異方性の影響を受けにくい非結晶質である方が好ましい。
更には、顕微鏡等の光学装置によって観察するには、ガラス、石英、サファイアを用いると、可視光線（波長０．３６μｍ〜０．８３μｍ）に対して透明であるため、より好ましい。
【０１０４】
また、部材６９の材料は、波長０．１μｍ〜１０μｍを有する光のうち少なくとも一部の波長を有する光に対して透明であることが好ましい。
具体的には、加工用レーザー光として使用される一般的な波長領域（０．１μｍ〜１０μｍ）の、少なくとも一部領域の光に対して透明であることが好ましい。このようなレーザー光に対して透明であることによって、後述するように、前記部材にレーザー照射して改質部を形成することができる。
また、可視光領域（約０．３６μｍ〜約０．８３μｍ）の光に対して透明であることが、より好ましい。可視光領域の光に対して透明であることによって、形成した脂質膜を、前記単一部材を透して肉眼で容易に観察することができる。
なお、本発明における「透明」とは、前記部材に光を入射して、前記基材から透過光が得られる状態の全てをいう。
図１６Ａ〜図１６Ｅでは、単一の部材６９は透明なガラス基板である（以下、ガラス基板６９と呼ぶ）。
【０１０５】
［工程Ｂ１］
工程Ｂ１は、本発明の第二態様の製造方法における工程Ａ２と同様に行うことができる。すなわち、ガラス基板６９の上面に、フォトリソグラフィによってレジスト６２をパターニングして形成する（図１６Ａ）。つづいて、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はサンドブラスト等の方法によって、ガラス基板６９の上面におけるレジスト６２が配されていない領域を、所定の深さに達するまで浸食して除去する（図１６Ｂ）。不要となったレジスト６２を剥離すると、流路６７が形成されたガラス基板５９が得られる。
【０１０６】
また、工程Ｂ１において、流路６７として、ガラス基板６９の上面に凹部を形成する代わりに、基板内部に流路を形成してもよい。ガラス基板６９内の、流路６７となる領域をドリル（レーザードリル）やピコ秒オーダー以下の時間幅を有するレーザー改質とその選択的なエッチング等によってガラス基板６９の表面から掘削して貫通孔を形成することによって、流路６７を形成してもよい。このドリルによる掘削方法は、種々のエッチング法と組合わせて使用しても良い。
【０１０７】
［工程Ｂ２］
つぎに、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーＬを、単一のガラス基板６９の微小チャンバー６５となる領域に照射することによって、前記領域に改質部６１を形成する。
具体的には、本発明の第二態様の製造方法における工程Ａ１と同様に行うことができる。このとき、流路６７の側面に露呈する部位にレーザー光Ｌを集光照射して改質部６１を形成する場合は、液浸露光によってレーザー光Ｌを照射することが、より望ましい（図１６Ｃ）。前記側面に露呈する部位に形成される改質部６１の形状（微小チャンバー６５の端部の形状）の精度を高めることができる。
【０１０８】
［工程Ｂ３］
つづいて、単一のガラス基板６９から、工程Ｂ２で形成した改質部６１をエッチングによって除去する（図１６Ｄ）。
エッチング方法としては、ウェットエッチングが好ましい。流路６７（若しくは貫通孔）の側面に露呈する断面を有する改質部６１は、エッチング耐性が弱くなっているため、選択的又は優先的にエッチングすることができる。
具体的には、本発明の第二態様の製造方法における工程Ａ３と同様に行うことができる。
【０１０９】
前記エッチングの結果、ナノオーダーの口径を有する微小チャンバー６５を、ガラス基板６９内の所定位置に、流路６７の側面に開口するように、形成することができる。
【０１１０】
つぎに、形成された流路６７を覆うように、部材６６をガラス基板６９の上面に貼り合わせる（図１６Ｅ）。
形成された流路６７は、そのままでも流路６７として使用しうるが、図１６Ｅに示すように流路６７の上面に蓋をすることによって、流路６７に圧力をかけて送液することができる。
【０１１１】
上記の方法によって、液体Ｐを流入させる空間として、流路６７の代わりにウェルを形成することも可能である。
【０１１２】
部材６６とガラス基板６９の上面とを貼り合わせる方法は、部材６６の材料に応じて、公知の方法で行えばよい。
【０１１３】
部材６６の材料としては特に制限されず、ＰＤＭＳ、ＰＭＭＡ等の樹脂基板や、ガラス基板を使用することができる。また、部材６６の材料は、観察装置の光線（例えば可視光線）に対して透明であっても不透明であっても良い。つまり、部材５６の材料は、観察装置の光線を透過させる材料であってもよいし、観察装置の光線を透過させない材料であってもよい。脂質膜の形成のみを目的とする場合は、必ずしも観察装置の光線に対して透明である必要はない。観察装置の光線に対して透明な部材であれば、上面からの光学的手法による観察が可能となるため好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明の脂質膜を形成するための基体、及び前記基体の製造方法は、微小な脂質膜を基体に形成して、種々の観察、分析、及び測定を行うためのマイクロ流体デバイス等の使用及び製造に広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１…微小チャンバー、１ａ…微小チャンバーの端部（開口部）、２…ウェル、２ａ…ウェルの側面、２ｂ…ウェルの下面、Ｕ…開口部、Ｐ…液体、３…流路、４…基材、６…基板、１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，３０Ａ,３０Ｂ…基体、１１…微小チャンバー、１４…基材、２１…微小チャンバー、２２…流路、２４…基材、２９…第二流路、５１…改質部、５２…レジスト、５５…微小チャンバー、５６…部材、５９…ガラス基板、６１…改質部、６２…レジスト、６５…微小チャンバー、６６…部材、６７…流路、６９…ガラス基板。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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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１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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