(57)【要約】【課題】  極微少量の溶液量の評価を正確に行うことができる溶液吐出量評価装置及び方法を提供する。【解決手段】  吐出溶液の吐出量を評価するための溶液吐出量評価装置であって、基板上に形成された電極上に、吐出溶液を吐出する吐出手段と、吐出手段が吐出した吐出溶液を乾燥させる乾燥手段と、電極に流れる電流の電流値を測定する電流値測定手段と、電流値測定手段が測定した電流値に基づいて、吐出溶液の吐出量の評価を行う評価手段を有する。【選択図】図１
2006317382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出溶液の吐出量を評価するための溶液吐出量評価装置であって、
基板上に形成された電極上に、吐出溶液を吐出する吐出手段と、
前記吐出手段が吐出した吐出溶液を乾燥させる乾燥手段と、
前記電極に流れる電流の電流値を測定する電流値測定手段と、
前記電流値測定手段が測定した電流値に基づいて、前記吐出溶液の吐出量の評価を行う評価手段と、
を有することを特徴とする溶液吐出量評価装置。
【請求項２】
前記電流値測定手段は、前記電極を測定溶液中に浸して、前記電極に流れる電流の電流値を測定することを特徴とする請求項１に記載の溶液吐出量評価装置。
【請求項３】
前記吐出溶液の吐出量と、その吐出量の吐出溶液を用いた場合に、前記電極に流れる電流値を記憶する記憶手段と、
前記電流値測定手段で測定した電流値と、前記記憶手段により記憶している電流値とを比較することにより、前記吐出手段で吐出した吐出溶液の吐出量を求める吐出量算出手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶液吐出量評価装置。
【請求項４】
前記電流値測定手段は、走査型電気化学顕微鏡を使用することにより、前記電流値を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の溶液吐出量評価装置。
【請求項５】
吐出溶液の吐出量を評価するための溶液吐出量評価方法であって、
基板上に形成された電極上に、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む吐出溶液を吐出する第１のステップと、
前記第１のステップで吐出した吐出溶液を乾燥させる第２のステップと、
前記電極に流れる電流の電流値を測定する第３のステップと、
前記第３のステップで測定した電流値に基づいて、前記吐出溶液の吐出量の評価を行う第４のステップと、
を有することを特徴とする溶液吐出量評価方法。
【請求項６】
前記第３のステップは、前記電極を測定溶液中に浸して、前記電極に流れる電流の電流値を測定することを特徴とする請求項５に記載の溶液吐出量評価方法。
【請求項７】
前記吐出溶液の吐出量と、その吐出量の吐出溶液を用いた場合に、前記電極に流れる電流値を記憶する第５のステップと、
前記第３のステップで測定した電流値と、前記第５のステップで記憶した電流値とを比較することにより、前記第１のステップで吐出した吐出溶液の吐出量を求める第６のステップと、
を更に有することを特徴とする請求項５又は６に記載の溶液吐出量評価方法。
【請求項８】
前記電気化学的又は電気的に活性な物質を含む吐出溶液として、酵素又はオスミウムを含む吐出溶液を使用することを特徴とする請求項５〜７のいずれかの項に記載の溶液吐出量評価方法。
【請求項９】
前記第３のステップは、走査型電気化学顕微鏡を使用することにより、前記電流値を測定することを特徴とする請求項５〜８のいずれかの項に記載の溶液吐出量評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極微少量の吐出溶液を測定する技術に関し、特に、電気化学的又は電気的に活性な物質を含有する極微少量の吐出溶液の吐出量を高精度に求めるための溶液吐出量評価装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトリソグラフィ技術の発展とともに、金属、半導体、ガラス、樹脂などの固体表面上に数〜数百マイクロメートルレベルというサイズの加工を施したり、これらを材料として微細な構造をもつデバイスを作製するマイクロファブリケーションの技術が実施されるようになってきている。
また、ナノテクノロジ時代の到来により、電子線などを利用することによってマイクロメートル以下、例えば、ナノメートルレベルのサイズの加工を行う技術も研究レベルから実用レベルへと移行しつつあり、単一原子や単一分子を制御することによってナノメートルレベルの大きさの構造物を作製するナノファブリケーションの技術も知られるようになってきている。
【０００３】
一方、これらのマイクロファブリケーションやナノファブリケーションの技術を生体計測などのバイオテクノロジへ応用したナノバイオという技術の試みもなされている。このナノバイオという技術における生体計測では、生物が有する利点を利用するのが最も効率的である。その利点としては、例えば、生体反応の高特異性や高反応性であり、具体的には、抗原抗体反応、酵素反応、相補するＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の選択的結合などである。これにより、マイクロファブリケーションやナノファブリケーションの技術を用いて加工したチップに加工を施すことによって生体特異性と生体高反応性を持たせ、生体計測用のバイオチップを作製することが、ナノバイオの技術にとって重要な技術の一つとなっている。
【０００４】
しかし、生体における反応はほとんどが溶液中での反応であるため、生体反応を利用するためには溶液の制御を行う技術が不可欠である。また、微細加工したデバイスを生体計測ができるように加工するためには、極微少量の溶液を精度よく扱う技術が必要となる。更に、酵素や抗体などの試薬は非常に高価であるため、微量な溶液を無駄にすることなく効率よく利用する技術も必要となる。
【０００５】
具体的な液量を考えると、１ミリメートル立方の溶液は１マイクロリットルにあたり、１００マイクロメートル立方は１ナノリットル、１０マイクロメートル立方は１ピコリットル、１マイクロメートル立方は１フェムトリットルにあたる。つまり、このことは、マイクロファブリケーションの技術で作製したデバイスをバイオ分野に応用する場合には、ナノリットル、ピコリットル、フェムトリットルの溶液の操作することが必要になるということを示している。
【０００６】
これまで、マイクロファブリケーションの技術を生体計測に応用した例としては、ＤＮＡチップがある。ＤＮＡチップは生体から抽出したＤＮＡを分析するために用いる微小な素子であり、ＤＮＡを含む微量な溶液を制御することにより作製する。この作製には、インクジェットプリンタのインク吐出技術などが用いられており、異なる種類のＤＮＡを含む溶液をマイクロメートルサイズのスペースの上に吐出することにより行われている。
【０００７】
実験室レベルでは、最も汎用性の高い手法であるピペッタを用いると、１マイクロリットル程度の溶液を、比較的繰り返し精度よく扱うことができる。更に、それよりも少量の液体の場合は、シリンジポンプ、液輸送ポンプ、ピエゾアクチュエータなどを利用した様々なディスペンサを用いて微量溶液を吐出する試みがなされている（特許文献１参照）。一方、吐出量を測定する方法としては、溶液タンクの重量の変化、液面レベルの変化、ヘッドの圧力変化、タイマによる電磁弁の開閉時間測定などがあり、間接的に吐出量を算出する方法が知られている。また、電気化学的方法を用いた極微少量の溶液の濃度を測定する技術も知られている（非特許文献１）。
【特許文献１】特許第３６２１０４１号明細書
【非特許文献１】S.Neugebauer, et al. , "Analysis in ultrasmall volumes : Microdispensing of picoliter droplets and analysis without protection from evaporation, " Analytical Chemistry, vol. 76, no. 2, pp. 458-462, January 15, 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来から使用されている方法では、溶液タンクやチップへの付着や液ダレで損失した液量については考慮していないため、基板上に吐出された液量を正確に測定することができないという問題があった。また、大量の溶液を使用して少量の溶液を吐出することを前提にしていたため、少量の溶液を吸入して極微少量の溶液を吐出するという場合には使用できないという問題があった。更に、吐出量を測定するためには、あるいは、吐出量の精度を計測するためには、非常に大がかりで高価な装置を必要とするとともに、装置の状態を最適に保つために多量の試薬を捨てなければならないという問題があった。よって、実験室レベルにおいて、これらの技術を使用するのは非常に困難であった。
【０００９】
また、特許文献１に記載されている技術では、市販の電子天秤を使用しているため、１マイクログラム、すなわち１ナノリットル程度までしか溶液量を測定することができないという問題があった。しかも、測定を行う際に、自動で開閉する風防など特定の設備が必要となるため、極微少量の溶液の測定に応用するのは困難であった。
微量な溶液の吐出量を測定するために、溶液を吐出後乾燥させ、溶液が存在していた領域の大きさを示すドットの径を測定することにより、その溶液の吐出量を算出する試みもなされているが、吐出溶液を乾燥させることによりできるドットの径が完全な円になる場合は少なく、正確な溶液の吐出量を求めることは困難であった。
また、非特許文献１に記載されている技術では、溶液の濃度を測定することはできたものの、溶液の吐出量を測定することはできないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、極微少量の溶液量の評価を正確に行うことができる溶液吐出量評価装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、吐出溶液の吐出量を評価するための溶液吐出量評価装置であって、基板上に形成された電極上に、吐出溶液を吐出する吐出手段と、前記吐出手段が吐出した吐出溶液を乾燥させる乾燥手段と、前記電極に流れる電流の電流値を測定する電流値測定手段と、前記電流値測定手段が測定した電流値に基づいて、前記吐出溶液の吐出量の評価を行う評価手段とを有することを特徴とする溶液吐出量評価装置である。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記電流値測定手段は、前記電極を測定溶液中に浸して、前記電極に流れる電流の電流値を測定することを特徴とする請求項１に記載の溶液吐出量評価装置である。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記吐出溶液の吐出量と、その吐出量の吐出溶液を用いた場合に、前記電極に流れる電流値を記憶する記憶手段と、前記電流値測定手段で測定した電流値と、前記記憶手段により記憶している電流値とを比較することにより、前記吐出手段で吐出した吐出溶液の吐出量を求める吐出量算出手段とを更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶液吐出量評価装置である。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記電流値測定手段は、走査型電気化学顕微鏡を使用することにより、前記電流値を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の溶液吐出量評価装置である。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、吐出溶液の吐出量を評価するための溶液吐出量評価方法であって、基板上に形成された電極上に、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む吐出溶液を吐出する第１のステップと、前記第１のステップで吐出した吐出溶液を乾燥させる第２のステップと、前記電極に流れる電流の電流値を測定する第３のステップと、前記第３のステップで測定した電流値に基づいて、前記吐出溶液の吐出量の評価を行う第４のステップとを有することを特徴とする溶液吐出量評価方法である。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、前記第３のステップは、前記電極を測定溶液中に浸して、前記電極に流れる電流の電流値を測定することを特徴とする請求項５に記載の溶液吐出量評価方法である。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、前記吐出溶液の吐出量と、その吐出量の吐出溶液を用いた場合に、前記電極に流れる電流値を記憶する第５のステップと、前記第３のステップで測定した電流値と、前記第５のステップで記憶した電流値とを比較することにより、前記第１のステップで吐出した吐出溶液の吐出量を求める第６のステップとを更に有することを特徴とする請求項５又は６に記載の溶液吐出量評価方法である。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、前記電気化学的又は電気的に活性な物質を含む吐出溶液として、酵素又はオスミウムを含む吐出溶液を使用することを特徴とする請求項５〜７のいずれかの項に記載の溶液吐出量評価方法である。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、前記第３のステップは、走査型電気化学顕微鏡を使用することにより、前記電流値を測定することを特徴とする請求項５〜８のいずれかの項に記載の溶液吐出量評価方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、基板上に形成された電極上に、吐出溶液を吐出し乾燥させた後、測定溶液中でその電極を流れる電流の電流値を測定することにより、吐出溶液の吐出量を評価するようにした。
これにより、吐出した吐出溶液の液量が蒸発等による変化することを考慮することなく、マイクロリットルよりも少ない極微少量の吐出溶液の吐出量を高精度に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施形態の溶液吐出量評価方法による処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、基板上に極微少量の溶液を吐出し、その吐出量について評価を行う。図２（ａ）は本実施形態による基板の構成を示す平面図である。基板１０ａ上には、８行×８列、合計６４個の作用極１が格子状に形成されている。それぞれの作用極１には、外部と電気的に接続するためのリード線２が、他の作用極に接続されるリード線と接触しないように形成されている。図２（ｂ）に示すように、各作用極１上に極微少量の溶液の液滴３を吐出することにより、吐出量の評価を行う。液滴３は、電気化学的又は電気的に活性な物質を含んでいる。基板１０ａとしては、ガラス、アクリル樹脂などの透明な基板等を用いることができる。このように透明な基板を使用すれば、基板の下から倒立型顕微鏡で吐出した溶液の状態を観察しながら、吐出量の評価を行うことができる。
なお、作用極１の材料としては、金や白金、タングステンなどの金属、金属酸化物、カーボン、有機物、導電性高分子などの導電性材料、半導体材料などを用いることができる。また、必要であればこれらの材料を組み合わせて作用極１を作製してもよい。
【００２２】
図１に戻り、基板に形成されている各作用極上に、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液を吐出する（ステップＳ０１）。ここで、電気化学的又は電気的に活性な物質としては、例えば、オスミウムビピリジル、ルビジウムビピリジル、ベンゾフェノン、アントラセン、フェロセン錯体、フィリシアン錯体などの電子移動メディエータや、ポリピロールなどの導電性高分子、金属微粒子、金属酸化物粒子、カーボン微粒子、金属ペースト、カーボンペーストなどを用いることができる。
【００２３】
次に、基板の作用極上に吐出した溶液を乾燥させる（ステップＳ０２）。そして、基板の作用極上に円筒形等の囲いを設置し、その囲いの中に測定溶液を注入する（ステップＳ０３）。次に、測定溶液中に参照電極と対極を設置することにより、参照電極の電位を基準として、作用極と対極の間を流れる電流の電流値を測定する（ステップＳ０４）。これにより、対極と各作用極の間を流れる電流の電流値のデータを取得することができる。
上記ステップＳ０１〜Ｓ０４の処理を予め吐出量が測定済みの極微少量の溶液について行うことにより、溶液量と電流値のデータとを対応付けてデータベースに記憶しておく。そして、吐出量が未知の溶液に対して、上述したステップＳ０１〜Ｓ０４の処理を行うことにより電流値のデータを取得し、その電流値のデータとデータベースに記憶されている電流値のデータとを比較し（ステップＳ０５）、対応する溶液量を決定する（ステップＳ０６）。
【００２４】
上述した溶液吐出量評価方法によれば、複数の電極が格子状に配置された作用極の各電極上に電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液を吐出し、乾燥後、水溶液中で作用極と対極との間を流れる電流値を測定することにより、各作用極上に吐出した溶液の吐出量の評価を行うことができる。
【００２５】
なお、上述した実施形態では、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液を使用する場合について説明したが、これ以外にも、反応生成物が電気化学的又は電気的に活性であるような酵素を含む溶液を使用することもできる。この場合は、その酵素を含む溶液を吐出、乾燥し、溶液中に酵素が反応する基質を添加していきながら、電流値を測定することにより、吐出量を算出することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、図２（ａ）に示すような基板を使用する場合について説明したが、図３（ａ）に示すような基板１０ｂを使用してもよい。この基板は、４行×６例、合計２４個の作用極により構成されている。作用極１ａと作用極１ｂは一対になるように形成されている。また、それぞれの作用極１ａ、１ｂには、外部と電気的に接続するためのリード線２が、他の電極部に接続されるリード線と接触しないように形成されている。
この場合、基板１０ｂに形成されている一対の作用極１ａ及び１ｂ上に、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液の液滴３を図２（ｂ）に示すように吐出する（図１のステップＳ０１）。次に、基板１０ｂの作用極１ａ及び１ｂ上に吐出した溶液を乾燥させる（図１のステップＳ０２）。
【００２７】
次に、基板１０ｂ上に円筒形等の囲いを設置し、その囲いの中に測定溶液を注入する（図１のステップＳ０３）。そして、測定溶液中に参照電極を設置することにより、参照電極の電位を基準として、作用極１ａと作用極１ｂとの間を流れる電流の電流値を測定する（図１のステップＳ０４）。これにより、作用極１ａと作用極１ｂの間を流れる電流の電流値のデータを取得する。
上記ステップＳ０１〜Ｓ０４の処理を予め吐出量が分かっている溶液について行うことにより、溶液量と電流値のデータとを対応付けてデータベースに記憶しておく。そして、吐出量が未知の溶液に対して、上述したステップＳ０１〜Ｓ０４の処理を行うことにより電流値のデータを取得し、その電流値のデータとデータベースに記憶されている電流値のデータとを比較することにより（図１のステップＳ０５）、対応する吐出量を決定する（図１のステップＳ０６）。
【００２８】
一方、吐出する溶液に含まれる物質の種類によっては、より簡便な溶液吐出量評価方法を使用することもできる。例えば、図３のように作用極１ａ及び１ｂの上に溶液を吐出して乾燥させた後、空気中でそれらの電極間を流れる電流の電流値を電流計などによって測定することにより、吐出した溶液の吐出量を評価することができる。
また、４電極を用いて測定を行えば、作用極１ａ及び１ｂの２電極を使用して測定を行う場合に比べて、より高精度な定量が可能となる。
【００２９】
なお、上述した説明では、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液を使用して、吐出する溶液の吐出量を求める場合について説明したが、光学的に活性な物質を含む溶液を使用してもよい。この場合、各作用極上での吸光度、蛍光強度又は発光強度を測定することにより、各作用極上に吐出した溶液の吐出量を評価することができる。
【００３０】
次に、本発明の第１の実施例による溶液吐出量評価方法について説明する。本実施例では、図２で説明した基板１０ａを使用して溶液の吐出量の評価を行った。作用極の材質としては、酸化インジウムスズを用いた。作用極としては、正方形の一辺が２０マイクロメートルのものを使用し、作用極間の距離を６０マイクロメートルとした。各作用極上に、電気化学的又は電気的に活性のある物質を含む溶液として、オスミウムビピリジルを含むポリマ溶液を使用した。各作用極上に溶液を吐出した後、１晩４℃で乾燥させた。そして、図４に示すように、基板１上に囲い８と参照電極７を設置し、その囲い８中に測定溶液としてリン酸緩衝液を注入した。そして、各作用極１と対極４との間に電流を流すマルチポテンシオスタット５を用いて、各作用極１と対極４の間を流れる電流の電流値を測定した。そして、その測定した電流値のデータをＰＣ（Personal Computer）・６に記録した。なお、図４において、Ａ１で示した部分は、囲い８の底部を拡大した斜視図を示しており、格子状に形成された作用極１上に溶液の液滴３が吐出されている様子を示している。
【００３１】
図５にマルチポテンシオスタット５により測定した電流値のデータであるサイクリックボルタモグラムのデータを示す。図に示すように、電流０（ｐＡ）を基準として縦軸方向の上下に高さの異なる凸状の複数本の曲線のデータが得られた。この各曲線は、各作用極を流れた電流の電流値を表しており、それぞれの曲線のピーク面積の大小は、各作用極上の吐出量の大小と対応している。この面積のばらつき（標準偏差）を調べることで吐出量の精度を評価することができる。
【００３２】
ここで、予め既知量（１〜３マイクロリットル）のオスミウムビピリジルを含むポリマ溶液を用いて、サイクリックボルタモグラムを測定し、検量線を作成しＰＣ・６にデータベースとして記憶しておけば、吐出量が未知の溶液の電流値を測定し、データベースに記憶されているデータに基づいて吐出量を決定することにより、各作用極上に吐出された溶液の吐出量（１００〜５００ピコリットル）を定量することができた。
【００３３】
オスミウムビピリジルの電気化学反応は非常に早く、また、酸化インジウムスズはリン酸緩衝液中では電気化学的に不活性であるため、図２で示した作用極を用いれば、吐出溶液の吐出面積が作用極１の面積よりも小さくても吐出量の評価が可能である。また、隣接する作用極１にかからない限りは、図６に示すように、溶液の液滴３の吐出面積が作用極１の電極面積よりも大きくても評価が可能であった。例えば、作用極１上のナノリットル、ピコリットルレベル以上の溶液量の精度を評価することも可能である。また、作用極１の間の距離を更に大きくすれば、より多量の吐出量の溶液の評価を行うことも可能である。
【００３４】
本実施例では、作用極１の材料として酸化インジウムスズを用いたが、その他の金属や金属酸化物、半導体材料、カーボンなどを使用することも可能である。また、本実施例では、作用極１の形状を正方形にしたが、各作用極の電極面積が同一である限り、形状やサイズは問わない。
また、本実施例では、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液として、オスミウムビピリジルを含むポリマ溶液を使用したが、作用極１と対極間の電位を変えることにより化学反応が進行するような物質を使用してもよい。
また、上述した説明では、基板上に複数の作用極１を形成して、各作用極１を流れる電流の電流値を一度に測定するマルチポテンシオスタット５を使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、作用極１を流れる電流の電流値を１つずつ測定するシングルポテンシオスタットを使用して、溶液の吐出量の評価を行うようにしてもよい。
【００３５】
また、図３に示す基板１０ｂを使用する場合には、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液として、カーボンペーストを含む溶液を使用し、隣接する２つの作用極上に溶液を吐出し、乾燥させた後に空気中でその２つの作用極間の導電性をエレクトロメータなどによって測定するようにしてもよい。このようにすれば、基板上に囲いを設置したり、その囲いに測定溶液を注入したりする必要がないため、より簡便な方法により、溶液の吐出量の評価を行うことができる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施例による溶液吐出量評価方法について説明する。本実施例では、第１の実施例と同様、作用極の材質として酸化インジウムスズを用いた。ここでは、作用極として、一辺が５０マイクロメートルの正方形であり、作用極間の距離が２５０マイクロメートルのものを使用した。そして、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液として、グルコースオキシダーゼ、ＢＳＡ（牛血清アルブミン）、グルタルアルデヒドを含む溶液を各電極上に吐出した。そして、その溶液を乾燥させた後、基板上に囲いと参照電極を設置し、その囲いの中に測定溶液としてｐＨ７．４のリン酸緩衝液を注入した。そして、作用極と対極の間を流れる電流の電流値を、マルチポテンシオスタットを用いて、クロノアンペロメトリにより測定したところ、図７に示すような結果が得られた。この図中の４本の曲線は、それぞれ異なる作用極における電流値の測定結果を表している。
【００３７】
電極電位は、参照電極として使用したＡｇ／ＡｇＣｌに対して、０．７Ｖに保ち、図７中の下向き三角（▽）の点において、それぞれ、グルコースを２ミリモル／リットル、４ミリモル／リットル、６ミリモル／リットル、８ミリモル／リットルになるように添加していった。これによって、グルコースとグルコースオキシダーゼとの反応によって得られた過酸化水素の酸化電流値の増加を観察することができた。各作用極における電流値の変化は作用極上に吐出された溶液の吐出量を反映しており、吐出量の精度を評価することが可能であった。反応生成物である過酸化水素を検出する場合は過酸化水素の拡散速度に依存するため、第１の実施例と比較すると、吐出溶液の吐出面積は作用極の大きさよりも小さくし、作用極の中に収まるようにすることが望ましい。しかし、作用極の大きさを大きくすることにより、多量の吐出量の溶液についての評価が可能となる。例えば、作用極上にナノリットル、ピコリットルレベル以上の吐出溶液を吐出した場合であっても、その吐出溶液の吐出量の精度を評価することが可能となる。
【００３８】
本実施例では、作用極の材料として酸化インジウムスズを用いたが、その他の金属や金属酸化物、半導体材料、カーボンなどを使用してもよい。また、ここでは、各作用極の形状が四角形で所定の大きさである場合について説明したが、各作用極の形状や大きさはこれに限定されるものではない。また、各作用極を流れる電流の電流値の測定は、マルチポテンシオスタットを使用して一度に行う必要はなく、シングルポテンシオスタットにより一つずつ評価するようにしてもよい。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施例による溶液吐出量評価方法について説明する。本実施例では、図８に示すような溶液吐出量評価装置を使用した。この溶液吐出量評価装置では、第１及び第２の実施例と同様に、ポテンシオスタット５を使用している。また、走査型電気化学顕微鏡を使用しており、一定電位に保った微小電極９を基板１０の表面近傍を走査しながら、微小電極９に流れる電流の電流値を測定した。図８において、Ａ２で示した部分は、囲い８の底部を拡大した斜視図を示しており、基板１０上に溶液の液滴３を吐出した後、乾燥させた状態を示している。本実施例では、オスミウムビピリジルを含む溶液を、ガラス製の基板１０上に複数の点状に吐出し、乾燥後、測定溶液としてｐＨ７．４のリン酸緩衝液中で、参照電極７であるＡｇ／ＡｇＣｌに対して電位を０．５Ｖに保った直径０．１ミリメートルの微小電極９で走査した際に、その微小電極９と対極４との間を流れた電流の電流値を測定した。その測定結果を２次元に可視化したところ図９に示すような結果が得られた。図９では、６つの作用極に流れた電流の電流値が円形状に示されており、いずれの電流値も円形状の中心に近づくほど、電流値が増大している。各作用極における電流値の積分値が各点における吐出量と見積もることができ、吐出量を評価することが可能となった。
【００４０】
本実施形態では、吐出溶液の吐出量に上限はなく、それぞれの吐出溶液に重なりが生じない限り、吐出量の精度を評価することが可能である。更に、本実施例の方法では、２次元に配列された電極を作製する必要がないため、より簡便な定量が可能である。
また、本実施例では電気化学メディエータであるオスミウムビピリジルを含む吐出溶液を基板上に吐出する場合について説明したが、例えば、酵素を含む溶液を基板上に吐出し、乾燥させた後、酵素と反応する基質を含んだ水溶液中で微小電極９を走引することも可能である。この場合、電極上に電気化学メディエータを塗布しておけば、より精度の高い測定が可能となる。また、本実施形態では、３電極（対極４、参照電極７、微小電極９）を用いて電流値を測定する場合について説明したが、このような構成に限定されるものではない。例えば、微小電極９の面積が小さい場合には、対極４を省略して２電極（参照電極７、微小電極９）を用いて電流値を測定することができる。
【００４１】
次に、本発明の第４の実施例による溶液吐出量評価方法について説明する。第１及び第２の実施例と同様、酸化インジウムスズ製の作用極が形成された基板を使用した。作用極は一辺が５０マイクロメートルの正方形のものを使用し、各作用極間の距離は２５０マイクロメートルとした。ここで、隣接する２つの作用極の上部に、電気化学的又は電気的に活性な物質を含む溶液として、カーボンペーストを含むエタノール溶液を吐出した。この溶液を乾燥させた後、空気中で、その２つの作用極１ａ、１ｂ間に流れる電流Ｉ１の電流値を図１０で示すような回路構成を有する電流計１１を用いて測定したところ、図１１のような結果が得られた。図１１では、傾きの異なる５本の直線のデータが得られている。ここで、各作用極では、異なる導電性を示すことが分かった。この導電性の違いは吐出溶液の吐出量の違いを反映したものであり、この結果に基づいて吐出溶液の吐出量を評価することができた。
【００４２】
なお、本実施形態では、２つの作用極上に吐出溶液を吐出する２端子法により電流値を測定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、４つの作用極上に吐出溶液を吐出する４端子法により電流値を測定するようにすれば、より高精度な測定が可能となる。
上述した第１〜第４の実施例では、予め溶液の吐出量と作用極を流れる電流の電流値とを、それぞれ対応付けてＰＣ等のデータベースに記憶しておき、未知の吐出量の溶液の電流値を測定して、そのデータベースを参照することにより、その未知の吐出溶液の吐出量を算出することができる。
【００４３】
上述した第１〜第４の実施例による溶液吐出量評価方法は、極めてシンプルな原理に基づくものであり、作用極上に吐出する微量な吐出溶液の吐出量を、非常に簡便に測定し、吐出精度を評価することができる。ナノテクノロジを生体計測に応用する場合、高価な生体関連試薬をなるべく微量な量使用して、効率よく吐出、固定する技術が不可欠であり、そのためには、極微少量の吐出溶液を精度よく操作しなければならないという問題があるが、本実施例による溶液吐出量評価方法を使用すればその問題を解決することができる。
また、本実施例による溶液吐出量評価方法は、現在開発中あるいは市販されている微量の吐出溶液を吐出するための装置の品質評価や吐出方法を検討する際にも極めて有効である。また、ナノリットルレベル以下という極微少量の試薬の分注を行う際の分注装置の分注量の評価にも有効である。
【００４４】
以上、この発明の実施例について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
極微少量の吐出溶液を所定の場所に吐出する際の吐出量を評価することは、正確かつ精密な生体計測を行う上で、今後ますます必要度が高まってくる技術である。本発明の溶液吐出量評価装置及び方法は、今後、発展が著しいと期待されるナノテクノロジとバイオテクノロジの融合分野において、極めて有効であり、利用される可能性が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態の溶液吐出量評価方法による処理の流れを示すフローチャートである。
【図２】本実施形態による基板の構成を示す平面図である。
【図３】本実施形態による基板の他の構成を示す平面図である。
【図４】本実施形態による溶液吐出量評価装置の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第１の実施例による電流値の測定結果を示すグラフである。
【図６】本実施例で使用した基板の様子を示す平面写真である。
【図７】本発明の第２の実施例による電流値の測定結果を示すグラフである。
【図８】本発明の第３の実施例による溶液吐出量評価装置の構成を示す概略図である。
【図９】本実施例による電流値の測定結果を示す２次元像である。
【図１０】本発明の第４の実施例で使用した回路構成を示す図である。
【図１１】本実施例による電流値の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・作用極、２・・・リード線、３・・・液滴、４・・・対極、５・・・マルチポテンシオスタット、６・・・ＰＣ、７・・・参照電極、８・・・囲い、９・・・微小電極、１０ａ、１０ｂ・・・基板、１１・・・電流計
【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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