(57)【要約】【課題】基板の構造や特性を変化させずに、基板表面の親水性を長期に亘って簡単な管理で維持できる技術を提供する。【解決手段】親水性の面を有する親水性部材と、前記面上に形成された、可溶性物質を含む保護層１５と、を有する親水性保持基材。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性の面を有する親水性部材と、
前記面上に形成された、可溶性物質を含む保護層と、
を有する親水性保持基材。
【請求項２】
前記親水性部材はシリコンを材料に含む、
請求項１に記載の親水性保持基材。
【請求項３】
前記可溶性物質として非結晶性の物質を含む、
請求項１に記載の親水性保持基材。
【請求項４】
請求項１に記載の親水性保持基材を含む計測装置。
【請求項５】
請求項１に記載の親水性保持基材を有するデバイスであって、
前記親水性部材は、厚さが１μｍ以下の薄膜形状かつ絶縁性であり、
前記親水性部材が有する二面のうち少なくとも一方の表面に前記可溶性物質を含む保護層が形成されているデバイス。
【請求項６】
前記親水性部材を挟んで両側に二つの溶液槽が設けられている、
請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記溶液槽には電極が設けられている、
請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記保護層は溶媒によって前記親水性部材の前記面から除去可能な可溶性物質からなる、
請求項１に記載の親水性保持基材。
【請求項９】
基板表面を親水化処理する工程と、
親水化処理後の前記基板表面に可溶性物質を含む溶液を塗布する工程と、
塗布した前記溶液を乾燥させる工程と、
を有する基板表面の親水性保持方法。
【請求項１０】
前記基板はシリコンを材料に含む、
請求項９に記載の親水性保持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、生体分子または無機分子の計測や反応等に用いる親水性保持基材、計測装置、デバイスおよび親水性保持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液中に存在する分子を検出する方法として、微細な検出部（厚さがｎｍオーダーの薄膜）を有するナノデバイスを用いる方法が注目されている。ナノデバイスは、対象分子をマーカーによって標識することなく溶液中に存在する分子を計測可能である。
【０００３】
上下の溶液槽を仕切る薄膜にナノメータサイズの細孔（ナノポア）を施したナノデバイスは、ナノポアを通過する分子の種類および数を電流値にて検出が可能である。この原理を用いた分子の計測事例として、低分子化合物、ＤＮＡ等の核酸分子およびタンパク質の検出が、非特許文献１において報告されており、今後利用の拡大が見込まれる。
【０００４】
他の微細加工デバイスとして、ナノサイズの間隙を電極対として利用するナノギャップデバイスが非特許文献２に開示されている。また、非特許文献３には、導電性または半導電性のナノファイバーを利用するナノワイヤーデバイスが開示されている。
【０００５】
これらナノデバイスは半導体加工に用いられる微細加工技術によって作製されるため、シリコンを含む素材で形成されている。シリコン素材は高純度化可能であり、微細加工性が高いといった大きな利点がある。例えば、前述のナノポアは、シリコン素材の薄膜の両面を導電性の溶液で濡らして両側から電圧を印加し、絶縁破壊を生じさせることによって形成する。しかし、シリコンを含む素材は疎水性であるため、シリコン素材からナノデバイスを作製して溶液中の分子検出に供するには、ナノポアを形成する前にシリコン素材表面の親水化処理が必要となる。
【０００６】
シリコン素材表面を親水化する技術として親水性ポリマーを固定する技術が利用されている。しかしながら、親水性ポリマーを基板表面に結合する技術は、表面構造が変化するため微細な構造によって分子を検出するナノデバイスには不適合である。そのため、ナノデバイスの親水化処理では表面構造に変化を与えない手法であるピラニア洗浄またはプラズマ処理が用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Haque, F., et al., Solid-State and Biological Nanopore for Real-Time Sensing of Single Chemical and Sequencing of DNA, Nano Today. 8(1), p. 56-74 (2013).
【非特許文献２】Chen, X., et al., Electrical nanogap devices for biosensing, materialstoday. 13(11), p. 28-41 (2010).
【非特許文献３】Patolsky, F., et al., Nanowire sensors for medicine and the life sciences. Nanomedicine 1(1), p. 51-65 (2006).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記のピラニア洗浄またはプラズマ処理によって得られた表面親水化の効果は、経時的に低下する。そのため、基板表面の親水化処理はシリコン薄膜に溶液を接触させる直前に行うことが望ましい。以下に説明するように、このことはナノデバイスによる分子計測技術を普及させるにあたっての障害となる。
【０００９】
（Ｃａｓｅ１）ナノデバイスの使用者がナノデバイスを製造する場合
親水化処理を使用者が行う場合、プラズマ照射装置を保有するか、ピラニア溶液を取り扱う必要がある。しかしながら、プラズマ照射装置は高価であり使用者が保有するには負担が大きい。また、硫酸と過酸化水素水との混合液体であるピラニア溶液は非常に危険であるため、使用者に本処理を委託することは困難である。
【００１０】
（Ｃａｓｅ２）ナノデバイスの製造者と使用者が一致しない場合
親水化処理を製造者が行う場合、親水化処理の効果が低下する前に薄膜を備える計測チップに溶液を添加する必要がある。しかしながら、薄膜の親水性が劣化する前に溶液添加を達成するには、ウェハーからの薄膜のピックアップ、溶液槽への組込といった一連の工程を迅速に行うことが要求される。つまり、計測チップを一度に大量に生産するには時間的制約が存在する。また、計測チップへの溶液添加を行うためには、溶液添加装置に加えて添加溶液の蒸発を防ぐために溶液注入口をシールする技術が要求されることも負担を大きくする。
【００１１】
上述したように基板表面の親水化処理の実行者が使用者であっても、製造者であっても、薄膜を組み込んだ計測チップの作製と利用は容易でない。この問題は親水化処理を施した薄膜の親水性が経時的に低下することに起因しているため、基板表面の親水性を保持する技術によって解決可能である。
【００１２】
また、薄膜の微細な構造やその計測特性を維持するためには、用いられる親水性保持技術は薄膜に化学的または物理的な改変を伴わない技術であることが要求される。さらには、基板表面に施す親水性保持処理は本来の目的である分子計測に与える影響が少ないことが望ましい。また、親水性保持技術を適用した薄膜を組み込んだ計測ユニットが常温常圧で保管可能であれば、製造、輸送、販売といった製造から使用者の消費にいたるまでの過程において脱気密封や冷蔵等の設備が不要となるため、当該技術の価値がさらに向上する。
【００１３】
本開示は、以上のことを鑑み、基板の構造や特性を変化させずに、基板表面の親水性を長期に亘って簡単な管理で維持できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本開示は、親水性の面を有する親水性部材と、前記面上に形成された、可溶性物質を含む保護層と、を有する親水性保持基材を提供する。
【００１５】
さらに、本開示は、前記親水性保持基材を含む計測装置を提供する。
【００１６】
また、本開示は、前記親水性保持基材を有するデバイスであって、前記親水性部材は、厚さが１μｍ以下の薄膜形状かつ絶縁性であり、前記親水性部材が有する二面のうち少なくとも一方の表面に前記可溶性物質を含む保護層が形成されているデバイスを提供する。
【００１７】
さらにまた、本開示は、基板の表面を親水化処理する工程と、親水化処理後の前記基板表面に可溶性物質を含む溶液を塗布する工程と、塗布した前記溶液を乾燥させる工程と、を有する基板表面の親水性保持方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本開示は、基板の構造や特性を変化させずに、基板表面の親水性を長期に亘って簡単な管理で維持できる技術を提供する。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ナノデバイスによって分子計測をする際の処理のフローである。
【図２】親水化処理が施された基板表面に純水を垂らした際の親水性または撥水性を示す図である。
【図３】基板表面に垂らした純水の接触角の経時的変化を示す図である。
【図４】ナノデバイスの構造を示す図である。
【図５】本開示の親水性保持方法を適用したナノデバイスと適用しなかったナノデバイスとでリーク電流を測定した結果を比較した図である。
【図６】本開示の親水性保持方法を適用したナノデバイスによって分子計測をする際の処理のフローである。
【図７】ナノデバイスに形成された保護層を除去して分子計測を実施する様子が示された図である。
【図８】本開示の親水性保持方法を適用したナノデバイスで観察された電圧印加累積時間とイオン電流との関係を示す図である。
【図９】ナノデバイスの初期欠陥の有無を示す図である。
【図１０】ナノデバイスの初期欠陥の有無を示す図である。
【図１１】分子計測の測定結果の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものには同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。また、本開示は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本開示の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【００２１】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、実施形態の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本開示は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。また、本明細書で引用した刊行物等は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。なお、本開示において、プラズマ処理とはプラズマエッチングを意味する。シリコン系の基板はプラズマエッチングをされた直後では、親水性を有することが知られている。まず、本開示の親水性保持方法が適用されない場合の、ナノデバイス作製から分子計測までの流れを説明する。
【００２２】
図１は、ナノデバイスによって分子計測をする際の処理のフローである。ここで、当該フローは、ナノデバイスを計測に利用する検査キットや装置の製品化を想定している。半導体加工技術を利用して検査キットを作製する場合、ウェハー上に薄膜を多数並列して作製（１０１）した後、それらを個々のセンサ部の単位にダイシングする（１０２）。
【００２３】
続いて、溶液槽に組み込む前のウェハーに対して親水化処理（１０３）を行う。親水化処理は、個々の薄膜を溶液槽に組み込む前にプラズマ処理またはピラニア洗浄を実施することで、効率よく効果的に実施できる。溶液中に含まれる分子の計測を可能にするため、薄膜を別途製造した溶液槽に組み込み、計測チップを作製（１０４）する。
【００２４】
使用者が計測チップを作製する場合（Ｃａｓｅ１）、計測チップ作製直後に試料溶液を計測チップに導入（１０５）し、目的に応じた技術を用いて分子を計測する（１０６）。使用者とは異なる製造者が計測チップを作製する場合（Ｃａｓｅ２）、製造段階で使用者の目的に適合した試料溶液を計測チップに添加することは困難であるため、計測チップ作製直後に緩衝溶液を計測チップに導入（１０７）する。当該計測チップが使用者に渡った後、使用者が計測チップ中の緩衝溶液に計測試料を追加するか、または緩衝溶液を除去した後に試料溶液を計測チップに添加（１０８）し、その後目的に応じた技術を用いて使用者が分子を計測する（１０９）。
【００２５】
上記のフローにおいて、使用者が計測チップを作製する場合（Ｃａｓｅ１）と、使用者とは異なる製造者が計測チップを作製する場合（Ｃａｓｅ２）と、のどちらの場合であってもナノデバイスを計測に利用する検査キットや装置の製品化には課題があることは既に説明した。本開示の親水性保持方法は、基板表面の親水性の経時的劣化を抑制することによって上記課題を回避可能とする。
【００２６】
＜実施例１＞
図２は、親水化処理が施された基板表面に純水を垂らした際の親水性または撥水性を示す図である。図２に示された基板は、シリコンナイトライド基板（ＳｉＮ基板）にプラズマ処理によって親水化処理を行ったものである。具体的には、図２に示された基板は、周知の半導体加工技術によって作製される基板であり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって形成されたＳｉＮ層をプラズマエッチングして作成したＳｉＮ基板である。ここでのＳｉＮ基板は、Ｓｉ３Ｎ４を材料とした基板である。親水性の評価は、基板表面に滴下した純水と基板との接触角にて評価した。
【００２７】
図２（ａ）は、プラズマ処理をした直後の基板を用いた場合の実験結果を示す図である。基板表面に滴下した純水は接触角の計測が困難なほど薄く基板上に広がっており、プラズマ処理によってＳｉＮ基板は超親水性の状態であったことが確認された。つまり、ＳｉＮ基板はプラズマエッチングをされた直後には高い親水性を有することを確認した。
【００２８】
図２（ｂ）は、プラズマ処理をしてから３日間経過させた後の基板を用いた場合の実験結果を示す図である。図２（ｂ）に示す例では、本開示の親水性保持方法は適用されていない。ＳｉＮ基板は、表面にプラズマ処理を施された後、デシケータにて３日間保管され、その後基板表面に純水を滴下して純水の接触角を観察した。純水と基板表面との接触角は約６５°と大きく、ＳｉＮ基板の親水性が短期間で劣化することが確かめられた。つまり、デシケータにて３日間保存しただけでも、シリコン薄膜の表面が導電性の溶液と接触しにくくなるため、ナノポアを形成するための絶縁破壊が生じにくくなる。
【００２９】
図２（ｃ）は、本開示の親水性保持方法を適用したＳｉＮ基板を用いた場合の実験結果を示す図である。図２（ｃ）に示す例では、基板表面にプラズマ処理をした後、本開示の親水性保護処理方法をＳｉＮ基板に適用して基板表面に溶媒で洗い流せる保護層を形成した。その後当該基板をデシケータに３日間保管した後、基板表面に形成された保護層を除去してから純水を基板表面に滴下し、純水の接触角を観察した。
【００３０】
図２（ｃ）の例では、ＳｉＮ基板の表面に可溶性物質を含む溶液として濃度１ＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ溶液を滴下し、乾燥させて保護層を形成してＳｉＮ基板を保管した。図２（ｃ）に示されているように、親水性保持方法が適用されたＳｉＮ基板を用いた場合、基板表面上に滴下した純水は、図２（ａ）に示されたプラズマ処理直後の観察像とほぼ同様に薄く基板上に広がっている。つまり、本開示の親水性保持方法を適用した基板は、基板表面の超親水性が３日経過した時点においても保持されている。よって、本開示の親水性保持方法を適用したシリコン薄膜は、３日間経過した後でも導電性溶液を接触させ、電圧を印加することによりナノポアを形成できる。なお、図２（ｃ）の例では、純水を基板に垂らす前に溶媒にて保護層を除去している。
【００３１】
図３は、基板表面に垂らした純水の接触角の経時的変化を示す図である。図３中、破線で示された折れ線グラフが本開示の親水性保持処理を実施しなかった場合の接触角を示し、実線で示された折れ線グラフが本開示の親水性保持処理を実施した場合の接触角を示す。上で説明したのと同様、基板の材料はＳｉ３Ｎ４であり、基板の保管方法はデシケータ内での保管とした。
【００３２】
親水性保持処理を実施しなかった未処理基板では、プラズマ処理後３日間経過した時点で、純水と基板表面との接触角が６０°以上に達し、基板表面の親水性が低下することが見て取れた。一方、本開示の親水性保持処理を行った基板では、プラズマ処理から７日経過後も、純水と基板表面との接触角が１０°未満であり、基板表面の親水性が保持されている。
【００３３】
上記のとおり、本開示の親水性保持処理を施したＳｉＮ基板の表面は、プラズマ処理をした後７日間経過した後でも、親水性を保持することができる。また、本開示の親水性保持方法は、ＳｉＮ基板表面の化学的変化を起こさない。言い換えると、Ｓｉ３Ｎ４の一部をＯＨ基に置換するといったＳｉＮ基板の物理的および化学的変化を起こさず、ＳｉＮ基板表面に、溶媒によって除去可能な保護層を形成する。当該保護層は、空気中に含まれる分子等がＳｉＮ基板表面に吸着し、ＳｉＮ基板の親水性が損なわれるのを防ぐことができる。なお、上の説明では、可溶性物質を含む溶液として濃度１ＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ溶液を用いて保護層を形成したが、保護層の形成にはそれ以外の溶液を用いることもできる。Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ溶液以外の例については、後に表１にて例示される。また、保護層は、使用する溶液の種類によって、溶媒が乾燥したあと可溶性物質のみが残っている場合もあれば、可溶性物質と非可溶性物質が混在している場合もある。
【００３４】
＜実施例２＞
実施例２では、分子の種類および数を電流値にて検出が可能なナノデバイスに対し、実施例１にて説明した親水性保持方法を適用した例について説明する。
【００３５】
図４は、ナノデバイス１の構造を示す図である。ナノデバイス１は、上下二つの溶液槽が絶縁性のＳｉＮ薄膜１１（厚さ２．６０ｎｍ、材料：Ｓｉ３Ｎ４）によって仕切られた構造である。二つの溶液槽は、それぞれ、シリコン基板１２およびポリシリコン１３によって囲われる。二つの溶液槽を隔てるＳｉＮ薄膜１１の幅は、およそ６００ｎｍ程度であり、一方の溶液槽は、溶液が侵入可能な径１５０ｎｍの開口を有するカバー１４で覆われている。図４には、デバイス構造と併せて、ナノデバイス１の一部を拡大した断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）観察像も示されている。
【００３６】
既に述べたように、ＳｉＮ薄膜１１には、両溶液槽に導電性溶液を満たした後に、各溶液槽に設置した電極に電圧を印加し、絶縁破壊を生じさせることによって、径が数ナノメートルの細孔（ナノポア）が形成（以下、電圧開口と称する）される。ナノデバイス１の製造方法の詳細については、例えば特許文献ＷＯ２０１６／１２９１１１Ａ１に記載された方法を参照することができる。
【００３７】
ナノデバイス１に電圧開口を実施すると、形成したナノポアを分子が通過する際に発生する電流値の変化を計測することによって核酸等の分子の検出ができることが“Yanagi, I., et al., Fabricating nanopores with diameters of sub-1 nm to 3 nm using multilevel pulse-voltage injection. Sci. Rep., 4(5000) (2014)”において報告されている。
【００３８】
上記電圧開口は、ＳｉＮ薄膜１１に電圧が印加されること、つまりＳｉＮ薄膜１１が溶液槽に満たした導電性の液体に接していることが要件であるため、本開示の親水性保持方法が見出される以前は電圧開口処理の直前にＳｉＮ薄膜１１の親水化処理が行われていた。
【００３９】
本開示の親水性保持処理が実施されないナノデバイス１をプラズマ処理後デシケータにて保管し、一日経過した後にＳｉＮ薄膜１１に対して電圧開口処理を行うと、絶縁破壊が生じない。言い換えると、ＳｉＮ薄膜１１へのナノポアの形成は観察されない。上記デシケータでの保管は一般的な保管方法であり、ＳｉＮ薄膜１１の親水性は、通常の管理方法を適用するとプラズマ処理後一日経過したのみで損なわれてしまうことがわかる。一方、ナノデバイス１が備えるＳｉＮ薄膜１１に本開示の親水性保持処理を適用すると、デシケータにて一日保管した後でも電圧開口によってナノポアの形成が可能である。
【００４０】
図５は、本開示の親水性保持処理を適用したナノデバイス１と適用しなかったナノデバイスとでリーク電流を測定した結果を比較した図である。図５において、実線が本開示の親水性保持処理を適用されたナノデバイス１で測定した電流値を示し、破線が本開示の親水性保持処理が適用されなかったナノデバイス１で測定した電流値を示す。
【００４１】
電流測定は、上で説明したのと同様、プラズマ処理後、デシケータにて一日保管する条件で実施した。図５に示されているように、親水性保持処理が適用されなかったナノデバイス１では、電極に印加する電圧が１０Ｖに達してもリーク電流の電流値に変化が見られず、電流値がナノポアの形成と見做せる閾値を超えなかった。これは、親水性保持処理が適用されないと撥水のため、導電性溶液がＳｉＮ薄膜１１に密着せず、電圧を印加してもＳｉＮ薄膜１１の絶縁破壊が起きないためである。一方、親水性保持処理が適用されたナノデバイス１では、電極に印加する電圧が４Ｖに達した際に、リーク電流の電流値が離散的に上昇し、ＳｉＮ薄膜１１にナノポアが形成されたことが確認できた。即ち、本開示の親水性保持方法を適用したナノデバイス１では、デシケータにて一日保管した後でも、ＳｉＮ薄膜１１の親水性が保持され、ＳｉＮ薄膜１１に導電性溶液が密着していたことがわかる。
【００４２】
図６は、本開示の親水性保持方法を適用したナノデバイス１によって分子計測をする際の処理のフローである。本開示の親水性保持方法の特徴は、図１に示したフローにおける親水化処理（１０３）の後に、基板表面に可溶性物質を含む溶液を塗布し、塗布した溶液を乾燥して可溶性物質を成分とする保護層を形成する工程（１１０）が追加されたことにある。また、ＳｉＮ薄膜１１の表面に保護層が形成されているため、使用者とは異なる製造者が計測チップを作製する場合（Ｃａｓｅ２）であっても、ナノデバイス１に緩衝溶液を導入する工程（１０７）が不要となる点も特徴である。その他の工程については、図１のフローと同様であるから説明は繰り返さない。
【００４３】
図７は、ナノデバイス１に形成された保護層１５を除去して分子計測を実施する様子が示された図である。保護層１５は可溶性物質を成分とするため、溶液槽に溶液を入れる作業と同時に除去することができる。電圧印加回路を保有する溶液槽内に設置されたナノデバイス上の保護層１５を溶液槽への溶液充填によってＳｉＮ薄膜１１の表面から除去した後に、電圧開口によりナノポアを形成する。その後に、例えばＤＮＡのような分子の分子計測が行われる。
【００４４】
図８は、本開示の親水性保持方法を適用したナノデバイス１で観察された電圧印加累積時間とイオン電流との関係を示す図である。印加する電圧は、上記文献“Yanagi, I., et al.”に記されたパルス状電圧であり、１．０−１０Ａ以上の電流が流れると、ナノポア形成を示す絶縁破壊が起きたことを示す。図８は、実施例２に記載のナノデバイス１の例では、２．０×１０−１０Ａが流れるナノポアを形成できることが確認できた。
【００４５】
図９は、ナノデバイス１の初期欠陥の有無を示す図である。具体的には、図９には、本開示の親水性保持方法が適用されたナノデバイス１を長期保管した際の特性評価結果が示されている。上述したように、実施例２に係るナノデバイス１では、電圧開口を行う前であっても１０−１０Ａ以上の電流が流れる場合、力学的な応力変化による破壊等により初期欠陥が生じたことを意味する。図９に示されているように、本開示の親水性保持方法が適用されたナノデバイス１は、３ヶ月以上長期保管を行っても電圧開口の実施前のリーク電流が１０−１０Ａ未満であり、初期欠陥が生じていない。即ち、本開示の親水性保持方法は、シリコン薄膜に力学的な負荷を与えずに親水性を保持することができる。
【００４６】
図１０は、ナノデバイス１の初期欠陥の有無を示す更なる図である。図１０には、ナノデバイス１を保管してから経過した日数と絶縁破壊電圧との関係が示されている。図１０に示されているように、本開示の親水性保持方法が適用されたナノデバイス１の絶縁破壊電圧は３ヶ月以上長期保管を行ってもおよそ４Ｖ程度であり、変化しないことを確認した。したがって、本開示の親水性保持方法はナノデバイス１の特性を劣化することなくナノデバイス１の親水性を保持することが可能である。つまり、本開示の親水性保持方法が適用されたナノデバイス１は分子計測の精度を低下させない。
【００４７】
図１１は、分子計測の測定結果の例を示す図である。本開示の親水性保持方法が適用されたナノデバイス１において、電圧開口によってナノポアを形成した場合、安定したベースライン電流を計測できた（図１１（ａ））。このナノポアが形成されたナノデバイスを用いて典型的な生体分子である一本鎖ＤＮＡ分子を計測したところ、ＤＮＡ分子が通過することにより抵抗値が増加して電流値が減少する様子が安定して観測された（図１１（ｂ））。
【００４８】
上の実施例１および２では、ＳｉＮ薄膜１１の表面に保護層１５を形成するのに、濃度１ＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ溶液を利用した。保護層１５の形成には、上記以外の可溶性物質を含んだ溶液を利用することもできる。表１に様々な条件で本開示の親水性保持方法を適用したナノデバイスの電圧開口の実験結果を示した。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１には、保護層１５を形成するのに用いた溶液に含まれる溶質（可溶性物質）の種類、保護層１５を形成して常温常圧の解放空間で保管してからの経過時間（ｈ）、上記経過時間（ｈ）を日数単位に換算した経過日数（ｄ）、電圧開口を実施する前に計測した初期電流値（Ａ）およびナノポア形成の基準となる絶縁破壊電圧（Ｖ）が項目として含まれる。
【００５１】
保護層１５を形成するのに用いた溶液としては、Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液およびＨＥＰＥＳ緩衝液並びにそれら緩衝液に塩化カリウム、塩化セシウムまたは塩化リチウムを添加した溶液を用い、それらを種々の濃度で調整した。
【００５２】
濃度および含まれる可溶性物質の種類が異なる複数の溶液で、ナノポア形成を示す絶縁破壊電圧が観察された。上で説明したとおり、絶縁破壊電圧は上下の溶液槽を隔てる絶縁性のＳｉＮ薄膜１１に対して電圧を印加することによって細孔が形成される時点の電圧値である。絶縁破壊電圧の電圧値の観察は、上下二つの溶液槽に通電が発生したことを示す。本試験の結果から本開示の親水性保持方法を適用することによって、ナノデバイス１を長期間常温、常圧下で親水性を保って保管可能であることが示された。
【００５３】
なお、表１に記載されているとおり、濃度が１ＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液を基板に塗布し、９０日間常温常圧にて保管した場合に、電圧開口が実施される前の時点で絶縁性が失われる初期破壊現象の発生事例が観察された。
【００５４】
基板の初期破壊現象は、溶液の乾燥処理によって形成された基板表面の可溶性物質の結晶が、基板の構造を破壊したため生じたと推察される。より具体的には、可溶性物質を含む溶液が乾燥する過程で保護層が収縮し、基板に生じた応力が基板の構造を破壊したと考えられる。上記応力は、保護層の形成に用いる溶液の濃度が高いほど大きくなる傾向がある。それ故、本開示の親水性保持方法は、当該方法を適用するデバイスの構造に応じて適切な濃度の溶液を選択して保護層を形成することが望ましい。また、先に述べた物質計測への影響軽減の観点からも保護層形成のために塗布する溶液の濃度は適宜調整することが望ましい。
【００５５】
保護層を形成するために用いる溶液の濃度の最適範囲は、本開示の親水性保持方法を適用するナノデバイスの構造、基板の材質、計測対象物質および計測方法に応じて調節される。ナノデバイスの構造や基板の材質、計測対象物質、計測方法が固定の条件であれば、本開示の親水性保持方法に用いる可溶性物質の種類や溶液の濃度は、分子計測の経験者であれば容易に設計できる。
【００５６】
［分子計測への影響］
次に本開示の親水性保持方法が分子計測に与える影響について説明する。本開示では、プラズマ処理がなされた基板に溶解性の物質を含む溶液を塗布して乾燥させるため、基板表面には溶解していた可溶性物質が残存する。つまり、本開示の親水性保持方法を適用した計測ユニットに計測溶液を添加した場合、計測溶液中に可溶性物質が溶解して混合することとなる。
【００５７】
しかしながら、一般に溶液中の分子を計測する場合、溶液の溶媒は緩衝液または塩を含む緩衝液であるため、計測時に使用する緩衝液に含まれる溶質と同一の可溶性物質を保護層の形成に利用することによって、保護層の計測溶液への混入が計測に与える影響を軽減することができる。
【００５８】
［まとめ］
本開示の親水性保持方法の特徴は、プラズマ処理後に基板に塗布する溶液に含まれる物質が可溶性であることである。可溶性の物質が溶解した溶液を基板表面に塗布し、その後乾燥することによって、基板表面に可溶性の保護層が形成されて基板表面が保護される。つまり、本開示の親水性保持方法を適用することによって空気中に存在する分子などが基板表面に直接吸着することを防ぐことができる。
【００５９】
また、保護層が可溶性であることから、後に溶液を添加することによって容易に基板表面から保護層を除去できる。なお、可溶性物質の種類には特段の制限はないが、表１に記載された塩化リチウムの試験では塩化リチウムの潮解性により乾燥処理後の保管期間中に基板表面に水滴が付着する例が観察された。この結果から保管の簡易性や安定性を考慮すると、可溶性物質には潮解性のない物質を選択することが望ましい。
【００６０】
本開示の親水性保持効果を好適に発揮するためには、可溶性物質が基板表面上に未塗布部分がないように塗布されることが望ましい。例えば、結晶性物質は溶媒の乾燥時に再結晶化が行われ、未塗布部分が発生する可能性がある。一方、非結晶性の可溶性物質を保護層形成に用いた場合、溶媒乾燥時に基板表面にアモルファス状の保護層が形成される。そのため、非結晶性の可溶性物質を用いると、基板表面に未塗布部分を生じることなく保護層を安定的に形成できる。したがって、本開示の親水性保持効果を好適に活かすためには、可溶性かつ非結晶性の物質を基板表面に塗布することが好ましい。
【００６１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６２】
上述したように、本開示の親水性保持方法を適用することにより、親水性の面を有する親水性部材と、上記面上に形成された、可溶性物質を含む保護層と、を有する部材を作製することができる。当該部材は、例えば、溶液中に含まれるＤＮＡ分子を計測するナノデバイスに用いることができる。さらに、本開示の親水性保持方法は、ナノデバイス以外にも、親水性の表面を有する部材全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…ナノデバイス
１１…ＳｉＮ薄膜
１２…シリコン基板
１３…ポリシリコン
１４…カバー
１５…保護層
【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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