(57)【要約】  従来は設置された電極は一組のみで各並列したナノポアが電解質溶液で連結しており、計測されるイオン電流の変化は各ナノポアで発生したイオン電流変化の集合となる。本発明は、複数の第一の電極を備える第一の溶液槽と、第一の電極の対極である第二の電極を備える第二の溶液槽と、第一の溶液槽と、第二の溶液槽との、間に設けられ、複数の小孔を有する膜と、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加して小孔を介して第一の電極と第二の電極との間に流れる電流を計測する計測部と、小孔と第一の電極との間が導電性の液体で満たされた状態で第一の電極間を絶縁する絶縁構造を第一の溶液槽中に形成する絶縁構造形成部と、を備え、ナノポアによるイオン電流計測の並列化を達成する。
2015079510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第一の電極を備える第一の溶液槽と、
前記第一の電極の対極である第二の電極を備える第二の溶液槽と、
前記第一の溶液槽と、前記第二の溶液槽との、間に設けられ、複数の小孔を有する膜と、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加する制御部と、
前記電圧の印加により前記小孔を介して前記第一の電極と前記第二の電極との間に流れる電流を計測する計測部と、
前記小孔と前記第一の電極との間が導電性の液体で満たされた状態で前記第一の電極間を絶縁する絶縁構造を前記第一の溶液槽中に形成する絶縁構造形成部と、を備える、
ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電流計測装置であって、
前記絶縁構造形成部は、
前記小孔と、前記小孔に一対一で個別に対応する前記第一の電極と、の間が導電性の液体で満たされた状態で前記第一の電極間を絶縁する絶縁構造を前記第一の溶液槽中に形成する、ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電流計測装置であって、
前記絶縁構造形成部は、
少なくとも前記小孔と前記第一の電極との間の領域を除いた領域において、流動性の絶縁性物質を充填する、ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電流計測装置であって、
前記絶縁構造形成部は、前記第一の溶液槽内に設けられた親水性構造を含み、前記親水性構造によって前記流動性の絶縁性物質の充填領域から前記小孔と前記第一の電極との間の領域を除く、
ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電流計測装置であって、
前記絶縁構造形成部は、前記第一の溶液槽内に設けられた疏水性構造を含み、前記疏水性構造によって前記流動性の絶縁性物質の充填領域から前記小孔と前記第一の電極との間の領域を除く、
ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項６】
請求項３に記載の電流計測装置であって、
前記第一の溶液槽内の前記小孔周囲に設けられた隔壁を含み、前記隔壁によって前記流動性の絶縁性物質の充填領域から前記小孔と前記第一の電極との間の領域を除く、
ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項７】
請求項３に記載の電流計測装置であって、
前記第一の溶液槽内の前記第一の電極周囲に設けられた立体構造物を含み、前記立体構造物によって前記流動性の絶縁性物質の充填領域から前記小孔と前記第一の電極との間の領域を除く、
ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項８】
請求項３に記載の電流計測装置であって、
前記絶縁構造形成部は、
前記充填した流動性の絶縁性物質を固体化させる、
ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項９】
複数の第一の電極を備える第一の部材と、
前記第一の電極の対極である第二の電極を備える第二の部材と、
複数の小孔を有する膜を備え、前記第一の部材と接合されることで第一の溶液槽を構成し、前記第二の部材と接合されることで第二の溶液槽を構成する第三の部材と、を備え、
前記第一の部材と、前記第三の部材の少なくとも一方は、
前記小孔と前記第一の電極との間が導電性の液体で満たされた状態で前記第一の電極間を絶縁する絶縁構造を前記第一の溶液槽中に形成する絶縁構造形成部を備える、
ことを特徴とする電流計測キット。
【請求項１０】
複数の第一の電極を備える第一の溶液槽と、前記第一の電極の対極である第二の電極を備え、小孔を有する膜を介して前記第一の溶液槽と隣接する第二の溶液槽と、に電解質溶液を充填し、
前記第一の溶液槽に流動性の絶縁物質を供給し、前記絶縁物質によって前記小孔と前記第一の電極との間が導電性の液体で満たされた状態で前記第一の電極間を絶縁し、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加し、
前記電圧の印加により前記小孔を介して前記第一の電極と前記第二の電極との間に流れる電流を計測する、
ことを特徴とする電流計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流の計測技術に関する。特に、並列ナノポアを用いたイオン電流の計測装置、計測方法、計測キットに関する。 
【背景技術】
【０００２】
疾患の診断や創薬研究において，核酸（ＤＮＡやＲＮＡ）やタンパク質等のバイオポリマーは重要なバイオマーカである。特に核酸は遺伝情報であるゲノムを構成する物質であり、個々人の体質把握やがんの病態解明に向け多くのゲノム研究機関がその解析を行っている。ヒトのゲノム情報は30億塩基という膨大な情報量であるため、ゲノム情報の取得には安価で高速な分析装置が望まれている。このような中で、新規遺伝子解析技術として、DNAと同程度の大きさの小孔（ナノポア）を備えたナノポアシーケンサが注目を集めている。【０００３】
ナノポアシーケンサでは、２つの溶液槽の間にナノポアを設けた絶縁性の薄膜を設置し、両溶液槽間で電圧勾配を設け，イオン電流を計測することでＤＮＡやタンパク質等のバイオポリマーの解析を行う。例えばバイオポリマーであるＤＮＡ分子を一方の溶液槽に添加すると，電圧勾配によってＤＮＡ分子はナノポアを通過して別の溶液槽に移動する。ＤＮＡ分子がナノポアを通過する際に，ナノポア内のイオンの流れを塞ぐため，電流の減少（イオン電流）が生じる。このイオン電流の大きさとそのイオン電流の継続時間を計測することにより，ナノポアを通過するＤＮＡ分子を構成する個々の塩基の種類の判別およびＤＮＡ分子の長さが検出可能となる。【０００４】
ナノポアシーケンサは、特許文献１に開示されるようなバイオナノポアシーケンサと、非特許文献１に開示されるようなソリッドナノポアシーケンサの２種類に大別される。バイオナノポアシーケンサでは、例えば、特許文献１に開示されるように、絶縁膜である脂質二重層の薄膜上にタンパク質分子を用いて形成したバイオナノポアを用いて分析を行う。一方で、ソリッドナノポアシーケンサでは、ナノポア形成に生体物質を利用せずに、例えば、非特許文献１に開示されるように絶縁膜であるシリコンナイトライド膜に電子線等を用いて作製されたナノポアを用いてイオン電流計測を行う。【０００５】
上述のとおり、ナノポアシーケンサはゲノム解析等への適用が期待されているが、単一のナノポアでは満足する解析能力が得られないため、計測装置の実用化においては複数のナノポアの並列化による解析能力向上が望ましい。特許文献１では、バイオナノポアシーケンサにおいてバイオナノポアを並列化した構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開2010/0331194号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Venta et al. ACS Nano, 2013, 7 (5), pp 4629-4636
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の特許文献１に開示されるような従来のナノポアシーケンサでは、複数のナノポアが存在するものの、設置された電極は一組のみであり、かつ各並列したナノポアが電解質溶液で連結している。このような構成では計測されるイオン電流の変化は各ナノポアで発生したイオン電流変化の集合となるため、個々のナノポアで発生したイオン電流の変化を検出することは困難であった。【０００９】
本発明では、上述の問題点に鑑み、ナノポアによるイオン電流計測の並列化を達成するために、薄膜上に存在する複数のナノポアのそれぞれで発生したイオン電流を個別に計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題の少なくとも一の課題を解決するための本発明の一態様として、複数の第一の電極を備える第一の溶液槽と、第一の電極の対極である第二の電極を備える第二の溶液槽と、第一の溶液槽と、第二の溶液槽との、間に設けられ、複数の小孔を有する膜と、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加して小孔を介して第一の電極と第二の電極との間に流れる電流を計測する計測部と、小孔と第一の電極との間が導電性の液体で満たされた状態で第一の電極間を絶縁する絶縁構造を第一の溶液槽中に形成する絶縁構造形成部とを設ける。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって、薄膜上に存在する複数のナノポアのそれぞれで発生したイオン電流を個別に計測することで、ナノポアによるイオン電流計測の並列化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明における並列イオン電流計測装置の一例の概略図。
【図２Ａ】実施例１の溶液槽の構成例（溶液供給前）を示す図。
【図２Ｂ】実施例１の溶液槽の構成例（電解質溶液供給後）を示す図。
【図２Ｃ】実施例１の溶液槽の構成例（絶縁構築後）を示す図。
【図３】実施例１の溶液槽の他の構成例（絶縁構築後）を示す図。
【図４Ａ】実施例１の絶縁形成機構（疎水処理）の構成例を示す図。
【図４Ｂ】実施例１の絶縁形成機構（疎水処理）の他の構成例を示す図。
【図４Ｃ】実施例１の絶縁形成機構（親水処理）の構成例を示す図。
【図４Ｄ】実施例１の絶縁形成機構（親水処理）の他の構成例を示す図。
【図５Ａ】実施例２の溶液槽の構成例（溶液供給前）を示す図。
【図５Ｂ】実施例２の溶液槽の構成例（電解質溶液供給後）を示す図。
【図５Ｃ】実施例２の溶液槽の構成例（絶縁構築後）を示す図。
【図６Ａ】実施例３の溶液槽の構成例（溶液供給前）を示す図。
【図６Ｂ】実施例３の溶液槽の構成例（電解質溶液供給後）を示す図。
【図６Ｃ】実施例３の溶液槽の構成例（絶縁構築後）を示す図。
【図７Ａ】実施例４の溶液槽の構成例（溶液供給前）を示す図。
【図７Ｂ】実施例４の溶液槽の構成例（電解質溶液供給後）を示す図。
【図７Ｃ】実施例４の溶液槽の構成例（絶縁構築後）を示す図。
【図８】実施例５の溶液槽の構成例（絶縁構築後）を示す図。
【図９】本発明における並列イオン電流計測キットの構成例を示す図。
【図１０】電極間の絶縁形成が行われた独立計測電極槽の俯瞰図。
【図１１】本発明における並列イオン電流計測装置の計測処理の一例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いた説明により例示する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本実施形態では、個々のナノポアで発生した個別のイオン電流計測を実現するために、少なくとも一方の溶液槽において、各ナノポアに対応する個別の電極を設け、これらの電極間を絶縁する。そして、複数の電極が存在する溶液槽においてナノポアと電極を一対一で連結する電解質溶液を形成することによって並列する電極間を分離し、電極間の絶縁を達成する。
【００１４】
ここで、本実施形態で述べるナノポアとは、薄膜に設けた、薄膜の表裏を貫通するナノサイズの孔である。また、本実施形態では、上述の絶縁が必要となる複数の電極が配置される溶液槽を独立計測電極槽と呼び、ナノポアを介して独立計測電極槽に連結し、独立計測電極槽の電極の対極が少なくとも一つ配置された溶液槽を試料注入槽と呼ぶ。以下では、本実施形態についてより詳細な実施例を示して説明する。
【実施例１】
【００１５】
はじめに、図1を用いて本実施例における並列イオン電流計測装置の構成例について説明する。並列した個別のナノポアのイオン電流計測を行う本実施例のイオン電流並列計測装置は、ナノポアを有する絶縁膜１０３と電極（１０２、１０５）と流入口（１０７，１０８）と排出口（１０９、１１０）を備えた溶液槽４３０と、電解質容器（４０３、４１３）と、試料溶液容器４０２と、絶縁物質容器４０４と、バルブ（４１０、４１１、４１２、４１３、４１４）と、ポンプ（４０１、４１４）と、廃液容器（４２１、４２２）と、電圧印加部４００と、溶液供給やイオン電流計測等の制御を行う制御/記憶部４４０と、から構成される。ここで、溶液槽４３０は絶縁膜１０３によって試料注入槽１０１と独立計測電極槽１０６の２つの領域に分けられている。また、後述する制御/記憶部４４０での制御等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成することによりソフトウェアで実現できるが、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。【００１６】
次に、図２Aを用いて溶液槽４３０の構成例について説明する。図２Aに示すとおり、溶液槽４３０は、絶縁膜１０３と、絶縁膜１０３上に存在する複数のナノポア１０４と、個々のナノポア１０４に一対一で対応する電極１０５が配置された独立計測電極槽１０６と、独立計測電極槽１０６の電極１０５の対極となる電極１０２が少なくとも一つ配置された試料注入槽１０１により構成される。さらに、試料注入槽１０１及び独立計測電極槽１０６は、物質の充填を行う送入口（１０７、１０８）と余剰の物質を排出する排出口（１０９、１１０）を備える。送入口（１０７、１０８）及び排出口（１０９、１１０）の配置は溶液槽の上面または下面であっても良く、また配置する数も本図に限定されない。【００１７】
ここで、試料注入槽１０１と独立計測電極槽１０６はナノポア１０４を介して連結している。そして、後述するように、計測時には試料注入槽１０１の電極１０２と独立計測電極槽１０６の電極１０５とはナノポア１０４を介して電解質溶液によって連結される。なお、試料注入槽１０１はナノポア単位の分割が要求されないため、測定時においても一つの溶液槽であってもよい。また、配置される電極１０２は一つであっても複数であってもよい。【００１８】
次に、図１１を用いて、本実施例の並列イオン電流計測装置における、制御/記憶部４４０の制御に基づくイオン電流計測について説明する。【００１９】
まず、試料注入槽１０１と独立計測電極槽１０６の両溶液槽に水系の電解質溶液の供給を行う（１１０１）。上述のとおり、溶液槽４３０はそれぞれ1箇所以上の流入口（１０７，１０８）を持ち、ポンプ（４０１、４１４）の駆動力によって電解質容器（４０３、４１３）より電解質溶液を供給する。本実施例では、電解質溶液の種類や濃度は、試料注入槽１０１と独立計測電極槽１０６で同一であっても異なっても良い。次に、複数の電極１０５が配置される独立計測電極槽１０６に絶縁物質容器４０４より絶縁物質を供給して電極１０５の間を絶縁する（１１０２）。なお、絶縁物質を独立計測電極槽に供給する際に置換される電解質溶液は排出口１１０から廃液容器４２２に排出される。【００２０】
ここで、図２A、図２B、図２Cを用いて、図１１の１１０１〜１１０２で説明した、互いに隔離した電解質溶液を形成する工程の詳細を説明する。図２Aに示す溶液添加前の状態では、独立計測電極槽１０６は連続した空間であり、設置された複数の電極１０５を物理的に隔てる構造物は存在しない。１１０１で述べた試料注入槽１０１と独立計測電極槽１０６への電解質溶液の供給により図２Bに示すように試料注入槽１０１と独立計測電極槽１０６がナノポア１０４を介して電解質溶液２０１で満たされる。次に、１１０２で述べたとおり、独立計測電極槽１０６の送入孔１０８より電解質溶液と置換する形で絶縁物質を独立計測電極槽に供給することで、図２Cに示すように、絶縁物質２０２によってナノポア１０４と対応する電極１０５の組み合わせのそれぞれが他のナノポア１０４と電極１０５の組み合わせと隔離され、電極間の絶縁が達成される。【００２１】
この電極間の絶縁は、材質選択や表面コーティングによって親水性/疎水性が異なる領域を独立計測電極槽１０６内に構築し、電解質溶液２０１及び絶縁物質２０２と、材質/表面と、間の親和性の差を利用して電解質溶液２０１が残存する領域と絶縁物質２０２が充填される領域と制御することで実現する。本実施例の電極１０５間の絶縁形成機構の詳細については、図４A、図４B、図４C、図４Dを用いて後述する。【００２２】
図１０は絶縁物質による電極１０５間の絶縁形成が行われた独立計測電極槽１０６の状態を示す俯瞰図である。絶縁膜１０３上には複数のナノポア１０４が存在し、各ナノポア１０４と電極１０５は互いに隔離した電解質溶液２０１によって連結される構成となる。なお、図２A、図２B、図２C、及び図１０の構成は流動性の絶縁物質の比重が電解質溶液より大きい場合に適した例であるが、絶縁性物質の比重が電解質溶液より小さい場合には図３に示すように電極の配置及び溶液槽の構成が絶縁性物質の比重に対応するよう上下逆の構成とすればよい。【００２３】
このように、１１０１〜１１０２の電解質溶液や絶縁物質の供給を行うことで、独立計測電極槽１０６に複数設けられた電極１０５の間が絶縁物質容器４０４より供給される絶縁物質により絶縁された状態で、試料注入槽１０１の電極１０２と独立計測電極槽１０６の電極１０５とがナノポアを介して電解質溶液によって連結され、イオン電流の計測が可能な状態となる。【００２４】
図１１に戻り、独立計測電極槽１０６内の絶縁完了後の処理について説明する。上記の絶縁完了後、試料注入槽１０１への試料供給を行う（１１０３）。試料注入槽１０１には試料溶液容器４０２より計測対象物質であるＤＮＡ分子等のバイオポリマーを含んだ水系の試料を供給する。なお、試料注入槽１０１への試料供給は独立計測電極槽１０６の絶縁が達成された後に行われることが望ましいが、独立計測電極槽１０６の絶縁が達成される前に行うことも可能である。また、試料注入槽１０１には流入口１０７に加えて一箇所以上の排出口１０９が設けられており、余剰の電解質溶液や絶縁物質は廃液容器４２１に排出される。【００２５】
次に、電極間の絶縁と試料供給の後に両溶液槽に電圧を印加してイオン電流の計測を行う（１１０４）。電圧印加部４００により電極１０２と電極１０５との間に電圧を印加することで絶縁膜１０３に並列するナノポア１０４にイオン電流を発生させる。そして、並列する個々のナノポアをバイオポリマーが通過することで発生するイオン電流値の変化を、両溶液槽に設置された電極を用いてナノポア個々について独立に計測する。そして、制御/記憶部４４０が、計測した各ナノポアのイオン電流値の記録及び解析を行う（１１０５）。【００２６】
以上の本実施例の並列イオン電流計測装置における処理により、個々のナノポア１０４で発生した個別のイオン電流計測を実現することができる。以下では、本実施例の独立計測電極槽１０６内における電極１０５間の絶縁形成機構についてより詳細に説明する。なお、本実施例の溶液槽４３０では、絶縁形成機構として、送入口１０８、排出口１１０、及び後述する疎水性が高い領域４５１、４５２や親水性が高い領域４５３、４５４が設けられている。また、図1にて説明した並列イオン電流計測装置では、これらに加え、絶縁物質容器４０４と、バルブ４１３と、ポンプ４１４によって絶縁形成機構が構成されるが、バルブ４１３やポンプ４１４は同様の機能を有する機構であればこれに限らない。【００２７】
図２Cに示すように、本実施例での絶縁形成機構では、独立計測電極槽１０６内の材質の親水性/疎水性の差を利用して、水系の電解質溶液２０１と絶縁物質２０２の配置制御を行うことで、独立計測電極槽１０６内で電解質溶液２０１をナノポア１０４と電極１０５を連結する領域に限定する。【００２８】
このような電解質溶液の残存を達成する構成の一例として、独立計測電極槽１０６内の絶縁物質が接する面に疎水性の材質を用いたり、疎水性の物質のコーティングを行い、電解質溶液が残存する領域を限定する構成とする。すなわち、図４Aに示すように、疎水性の材質を用いたり、疎水性の物質のコーティングを行って、独立計測電極槽１０６に面する絶縁膜１０３において隣接するナノポア１０４の間に個々のナノポア周囲より疎水性が高い領域４５１を設ける構成とする。また、図４Bに示すように、疎水性の材質を用いたり、疎水性の物質のコーティングを行って、独立計測電極槽１０６に並立する電極１０５の間に個々の電極周囲より疎水性が高い領域４５２を設けてもよい。また、独立計測槽の表面を並列する電極１０５より疎水性が高い領域としてもよい。【００２９】
また、電解質溶液の残存を達成する構成の他の例として、独立計測電極槽１０６内の絶縁物質が接する面に親水性の材質を用いたり、親水性の物質のコーティングを行い、電解質溶液が残存する領域を限定する構成としてもよい。つまり、電極１０５に親水性の高い材質を用いる、あるいは図４Cに示すように計測電極及びその電極を含む周囲基板に親水化処理を施して親水性領域４５３を設けることによって電解質溶液が残存する領域を限定する。また、図４Dに示すように、各計測電極に対応するナノポアが存在する絶縁膜側に部分的に親水化処理を施した親水性領域４５４を設けてもよい。あるいは電極側とナノポア側の両面を親水化して親水性領域４５３、４５４を両方設ける構成としてもよい。【００３０】
このように、材質選択や表面コーティングによる親水性/疎水性の違いを利用して、つまりは材質と電解質溶液２０１あるいは絶縁物質２０２との親和性の差を利用して電解質溶液２０１が残存する領域を限定することで、その電解質溶液２０１の残存はナノポア１０４と電極１０５の間を連結し、かつ絶縁物質２０２が電極１０５の間を絶縁する。上述の電解質溶液が残存する領域を限定する構成は、電解質溶液の隔離による配置制御によって電極間の絶縁を達成するものであり、上記の疏水性領域や親水性領域を同一装置上に同時に設けてもよいし、個別に設けてもよく、そのいずれか選択的に組み合わせても良い。【００３１】
ここで、本実施例における絶縁物質２０２の一例について説明する。電解質溶液２０１の隔離に用いる絶縁物質２０２として、少なくとも送入口１０８から独立計測電極槽１０６に送入する際に電解質溶液２０１との共存下で流動性を有する絶縁性物質を用いる。より好適な絶縁物質２０２の条件としては、電解質溶液の沸点と凝固点の間に融点を持つ物質である。ナノポアによるイオン電流計測においてこれらの条件を満たす物質の例として、絶縁油、ゴム系の高分子、シリコーンゲル、レジン等が挙げられる。また、電解質溶液の隔離に適用できる物質として気体の利用も可能である。【００３２】
流動性の性質は独立計測電極槽１０６への供給過程に必要な性質であるため、供給工程の終了後に、例えば低温化処理等によって、絶縁性物質２０２を固体化して流動性を消失させることも可能である。絶縁物質２０２が固体化された状態において電解質溶液２０１は固体の隔壁によって隔離された構成となり、固体の隔壁の存在は本装置への振動等の衝撃や装置の取り扱いにおいてより安定して電解質溶液の隔離構造を維持することが大きな利点である。例としたように低温化によって絶縁物質の固体化を行うために、制御/記憶部４４０の制御により温度を制御する機構を備えたり、本装置全体を例えば冷蔵庫のような低温環境に設置することも可能である。また、低温による絶縁物質の固体化は本実施例のひとつの形態であって、固体化の実施の有無、固体化の方法は上記例に制限されない。【００３３】
本実施例における並列イオン電流計測装置向けの計測キットの構成例について図９を用いて説明する。微細加工技術によって作製される本キットはその機能と作製工程から大きく分けて3種の機能単位に分けられる。すなわち、電極１０２が配置されて試料注入槽１０１を構成するための試料注入槽構成部材９０１、ナノポアが配置された絶縁膜を有する本体部材９０２、複数の電極１０５が配置され独立計測電極槽を構成するための独立計測電極槽構成部材９０３である。ここで、流入口（１０７、１０８）及び排出口（１０９、１１０）の設置位置及び数は目的に応じて適宜改変が可能である。【００３４】
また、試料注入槽構成部材９０１、独立計測電極槽構成部材９０３の何れかと本体部材９０２が統合された構成であっても良いし、試料注入槽構成部材９０１、本体部材９０２、独立計測電極槽構成部材９０３が予め一つの部材として構成されたキットであってもよい。つまり、本キットの構成要素試料注入槽構成部材９０１、本体部材９０２、独立計測電極槽構成部材９０３はそれぞれ作製コストや耐久性に差異が存在するため、使用者の目的によっては個別の機能単位を選択して繰り返して利用すること可能であり、そのような使用者向けには個別の機能単位を単独で提供可能である。さらに、図９に示した各部材に加え、計測時に用いる電解質溶液や絶縁物質、溶液槽の洗浄溶液を組み合わせ、計測キットとして提供してもよく、安定した計測を行う上で望ましい。【００３５】
以下では、本実施例によるナノポア並列化における効果について説明する。独立計測電極槽となる一方の溶液槽で計測電極を並列化し、試料注入溶液槽となる他方の溶液槽では一つの計測電極として、独立計測電極槽内で並列する計測電極間を絶縁する固定された物理的隔壁を構築した場合、個々の物理的に隔離された独立計測電極槽はナノポアを介して試料注入溶液槽と連結しているもののほぼ閉じられた空間であり、独立計測電極槽のそれぞれの内部に電解質溶液を充填することが困難となる。これに対して、本実施例によって、イオン電流計測を行う計測装置において、独立計測電極槽内の並列する個々の電極への電解質溶液の供給と、並列電極間の絶縁と、をナノポア並列化の観点から好適な条件で同時に達成することが可能となる。【００３６】
つまり、本実施例の構成により、ナノポアと電極の単位で複数の独立した電解質容器を設けて複雑な溶液注入機構により各電解質容器に電解質溶液を充填せずとも、電解質溶液２０１を単一の独立計測電極槽１０６に充填してから流動性を有する絶縁性物質を送入することで各ナノポアに対応する個別の電極間での絶縁を容易に達成可能となる。そして、個々のナノポアの絶縁確保によって各ナノポアの高精度なイオン電流計測が可能となり、ナノポア並列化による処理能力向上が実現する。
【実施例２】
【００３７】
本実施例では、図1にて説明した並列イオン電流計測装置の溶液槽４３０において、電解質溶液をナノポアと電極を連結する領域に限定する絶縁形成機構の別の態様として電極及びナノポアの周囲の構造を改変する構成例について説明する。なお、並列イオン電流計測装置や計測キットに関する実施例１と共通する構成については説明を割愛し、絶縁形成機構等の実施例１とは異なる構成についてのみ説明する。【００３８】
本実施例の溶液槽４３０では、絶縁形成機構として、送入口１０８、排出口１１０、及び後述する部分隔壁３０１が設けられている。また、図1にて説明した並列イオン電流計測装置では、これらに加え、絶縁物質容器４０４と、バルブ４１３と、ポンプ４１４によって絶縁形成機構が構成されるが、バルブ４１３やポンプ４１４は同様の機能を有する機構であればこれに限らない。【００３９】
本実施例では、図５Aに示すように、個々のナノポア１０４の周囲に独立計測電極槽を部分的に分割する物理的な部分隔壁３０１を設置する。図５Bは両溶液槽に電解質溶液２０１を添加した状態である。電解質溶液２０１を供給した後、送入孔１０８より絶縁物質を供給することよって、図５Cに示すように、個々のナノポアと電極を連結する独立した電解質溶液が形成される。【００４０】
部分隔壁３０１の材料の例としては微細加工技術に一般的に用いられるシリコンオキサイド（ＳｉＯ２）が挙げられる。シリコンオキサイド（ＳｉＯ２）は親水性の高い物質であるため、部分隔壁３０１の材料として好適である。親水性材料を部分隔壁に採用すると材質表面の親水化処理を行うことなく電解質溶液の分離は達成される。また、絶縁性物質に比重が電解質溶液より大きい物質を選択した場合には、送入孔１０８より層流で絶縁性物質を、部分隔壁によってそれぞれの電解質溶液が隔離される高さまで、供給することによって電解質溶液の分離を行う。親水性/疎水性材料の選択や部分的な親水化/疎水化処理が効果的であることは実施例１と同様である。また、絶縁性物質と電解質溶液の比重の差を利用した方法も実施例１の説明と同様である。
【実施例３】
【００４１】
本実施例では、図1にて説明した並列イオン電流計測装置の溶液槽４３０において、電解質溶液をナノポアと電極を連結する領域に限定する別の態様として、電極１０５の周辺に基板に対する凸構造を設ける。本実施例では、並列イオン電流計測装置や計測キットに関する実施例１と共通する構成については説明を割愛し、絶縁形成機構等の実施例１とは異なる構成についてのみ説明する。【００４２】
なお、本実施例の溶液槽４３０では、絶縁形成機構として、送入口１０８、排出口１１０、及び後述する凸型構造３０２が設けられている。また、図1にて説明した並列イオン電流計測装置では、これらに加え、絶縁物質容器４０４と、バルブ４１３と、ポンプ４１４によって絶縁形成機構が構成されるが、バルブ４１３やポンプ４１４は同様の機能を有する機構であればこれに限らない。【００４３】
本実施例では、図６Aに示すように、ナノポア１０４と対応する計測電極１０５を基板に対し凸型構造３０２上に設置する。図６Bは両溶液槽１０６、１０１に電解質溶液を添加した状態である。電解質溶液を供給した後、送入孔１０８より絶縁物質を供給することよって、図６Cに示すように個々のナノポア１０４と電極１０５を連結する独立した電解質溶液が形成される。凸型構造３０２によってナノポアと電極の距離を狭めることにより絶縁性物質を添加した後も電解質溶液はナノポアと電極間に残存し、ナノポアと電極を一対一で対応させる電解質溶液槽が形成可能となる。【００４４】
本構成においては電解質溶液がナノポアと電極間に残存する性質を利用して電解質溶液槽の絶縁を行うため、絶縁性物質を過剰に供給して余剰量を排出孔から排出することで目的とする電極間絶縁の構成を達成可能である。親水性/疎水性材料の選択や部分的な親水化/疎水化処理が効果的であることは実施例１と同様である。また、絶縁性物質と電解質溶液の比重の差を利用した方法も実施例１の説明と同様である。
【実施例４】
【００４５】
本実施例では、電解質溶液をナノポアと電極を連結する領域に限定する別の態様として実施例２及び実施例３で述べた構成を組み合せた構成例について説明する。本実施例では、並列イオン電流計測装置や計測キットに関する実施例１と共通する構成については説明を割愛し、絶縁形成機構等の実施例１とは異なる構成についてのみ説明する。【００４６】
なお、本実施例の溶液槽４３０では、絶縁形成機構として、送入口１０８、排出口１１０、及び部分隔壁３０１と凸型構造３０２が設けられている。また、図1にて説明した並列イオン電流計測装置では、これらに加え、絶縁物質容器４０４と、バルブ４１３と、ポンプ４１４によって絶縁形成機構が構成されるが、バルブ４１３やポンプ４１４は同様の機能を有する機構であればこれに限らない。【００４７】
本実施例では、図7Aに示すとおり、ナノポア１０４直下には部分隔壁が存在し、計測電極１０５は基板に対して凸型構造３０２の上部に設置されている。図7Bは両溶液槽に電解質溶液を添加した状態である。電解質溶液を供給した後、送入孔１０８より絶縁物質を供給することよって、図7Cに示すように個々のナノポアと電極を連結する独立した電解質溶液が形成される。親水性材料の選択や部分的な親水化処理が効果的であることは図５の説明と同様である。親水性/疎水性材料の選択や部分的な親水化/疎水化処理が効果的であることは実施例１と同様である。また、絶縁性物質と電解質溶液の比重の差を利用した方法も実施例１の説明と同様である。
【実施例５】
【００４８】
本実施例では、電解質溶液をナノポアと電極を連結する領域に限定する別の態様として複数の試料注入槽を単一の装置に設置する構成例について説明する。本実施例では、並列イオン電流計測装置や計測キットに関する実施例１と共通する構成については説明を割愛し、絶縁形成機構等の実施例１とは異なる構成についてのみ説明する。【００４９】
なお、本実施例の溶液槽４３０では、絶縁形成機構として、送入口１０８、排出口１１０、及び部分隔壁３０１が設けられている。また、図1にて説明した並列イオン電流計測装置では、これらに加え、絶縁物質容器４０４と、バルブ４１３と、ポンプ４１４によって絶縁形成機構が構成されるが、バルブ４１３やポンプ４１４は同様の機能を有する機構であればこれに限らない。【００５０】
図８は複数の試料注入槽を単一の装置に設置した例である。これまで述べてきたようにイオン電流計測の実施において試料注入槽は隔壁構造を要求されないが、隔壁１１１を設置し、各分割した領域に電極１０２を設置することが可能である。複数の試料注入槽の設置は複数の計測対象試料の同時計測に有効である。複数試料の同時計測を行う際にはそれぞれの溶液槽に独立した流入口１０７と排出口１０９の設置が望ましい。図８では試料注入槽の電極とナノポアが1組となる例を示しているが、これまで述べてきたように一つの試料添加側電極に対し、複数のナノポアと計測電極の組み会わせがあって良い。【００５１】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、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のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。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が可能である。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。
【符号の説明】
【００５２】
１０１…試料注入槽、１０２,１０５…電極、１０３…絶縁膜、１０６…独立計測電極槽、１０７,１０８…流入口、１０９,１１０…排出口、４０４…絶縁物質容器、４０１,４１４…ポンプ、４３０…溶液槽、４１０,４１１,４１２,４１３,４１４…バルブ、４５１,４５２…疎水性が高い領域、４５３,４５４…親水性が高い領域、３０１…部分隔壁構造、３０２…電極支持構造
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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