(57)【要約】【課題】Ｓｉ基板等の基板から分離して使用可能であり、ナノポアの開口の歪みを低減する。【解決手段】分析装置用ポリマー膜は、ナノポア（１２）が設けられたポリマー膜（１１）を備えている。ナノポア（１２）は、ポリマー膜（１１）の表面（１１ａ，１１ｂ）に設けられた開口（１２ａ，１２ｂ）と、開口（１２ａ，１２ｂ）からポリマー膜（１１）を貫通するように設けられた内壁（１２ｃ）とを備えている。開口（１２ａ，１２ｂ）の最小円（１４）の直径に対する最大円（１３）の直径の比が１．２７４以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー膜を備え、
前記ポリマー膜には、ナノポアが設けられており、
前記ナノポアは、前記ポリマー膜の表面に設けられた開口と、前記開口から前記ポリマー膜を貫通するように設けられた内壁とを備え、
前記開口の最小円の直径に対する最大円の直径の比が１．２７４以下である、分析装置用ポリマー膜。
【請求項２】
前記比が、１．１０５以下である、請求項１に記載の分析装置用ポリマー膜。
【請求項３】
前記比が、１．０２６以下である、請求項２に記載の分析装置用ポリマー膜。
【請求項４】
ポリマー膜を備え、
前記ポリマー膜には、ナノポアが設けられており、
前記ナノポアは、前記ポリマー膜の表面に設けられた開口と、前記開口から前記ポリマー膜を貫通するように設けられた内壁とを備え、
前記ポリマー膜の厚さが１μｍ以下である、分析装置用ポリマー膜。
【請求項５】
前記内壁の少なくとも一部は親水性である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の分析装置用ポリマー膜。
【請求項６】
前記ポリマー膜はポリメチルメタクリレートを含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の分析装置用ポリマー膜。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の分析装置用ポリマー膜と、前記分析装置用ポリマー膜上の補強材と、を備えた、分析装置用基板。
【請求項８】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の分析装置用ポリマー膜、または請求項７に記載の分析装置用基板を備えた、分析装置。
【請求項９】
基板上に導電性材料を設置する工程と、
前記導電性材料上にポリマー膜を設置する工程と、
前記ポリマー膜にナノポアを形成する工程と、
前記導電性材料を除去することによって前記ポリマー膜を前記基板から分離する工程とを含み、
前記ナノポアは、前記ポリマー膜の表面に設けられた開口と、前記開口から前記ポリマー膜を貫通するように設けられた内壁とを備えている、分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１０】
前記導電性材料は水溶性であって、
前記導電性材料は水に溶解させることにより除去される、請求項９に記載の分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１１】
前記開口の最小円の直径に対する最大円の直径の比が１．２７４以下である、請求項９または請求項１０に記載の分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１２】
前記比が、１．１０５以下である、請求項１１に記載の分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１３】
前記比が、１．０２６以下である、請求項１２に記載の分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１４】
基板上に可溶性材料を設置する工程と、
前記可溶性材料上に厚さ１μｍ以下のポリマー膜を設置する工程と、
前記ポリマー膜にナノポアを形成する工程と、
前記可溶性材料を溶解させることによって前記ポリマー膜を前記基板から分離する工程とを含み、
前記ナノポアは、前記ポリマー膜の表面に設けられた開口と、前記開口から前記ポリマー膜を貫通するように設けられた内壁とを備えている、分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１５】
前記内壁の少なくとも一部を親水化する工程をさらに含む、請求項９〜請求項１４のいずれか１項に記載の分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１６】
前記内壁の少なくとも一部を親水化する工程は、酸素プラズマ処理および紫外線照射の少なくとも一方の方法により行なわれる、請求項１５に記載の分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１７】
前記ナノポアは、前記ポリマー膜に集束イオンビームを照射することによって形成される、請求項９〜請求項１６のいずれか１項に記載の分析装置用ポリマー膜の製造方法。
【請求項１８】
請求項９〜請求項１７のいずれか１項に記載の分析装置用ポリマー膜の製造方法により分析装置用ポリマー膜を製造する工程と、
前記分析装置用ポリマー膜上に補強材を設置する工程と、を含む、分析装置用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置用ポリマー膜、分析装置、分析装置用基板、分析装置用ポリマー膜の製造方法、および分析装置用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノポアと呼ばれるナノメートルサイズの細孔を用いて、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、タンパク質、ウィルスおよび細菌などを分析するための分析装置の開発が進められている。
【０００３】
たとえば特許文献１には、シリコン（Ｓｉ）基板上にＳｉＮ膜を積層した後に、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜をエッチングすることによりＳｉＮ膜に直径７５ｎｍの円形開口形状の貫通孔を形成した隔壁を用いた一粒子解析装置が開示されている（たとえば特許文献１の段落［００６０］〜［００７３］等参照）。
【０００４】
また、たとえば特許文献２には、シリコン、ガラス、石英、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスチレン、ポリプロピレンに例示される電気的絶縁体材料に電子ビームやイオンビームを照射してナノポアを形成した固体基板を用いた核酸分析デバイスが開示されている（たとえば特許文献２の段落［００２１］〜［００２９］等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１３／１３７２０９号
【特許文献２】特開２０１３−９０５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の一粒子解析装置においては、ＳｉＮ膜からなる隔壁を支持する基板であるＳｉ基板が割れて破損しやすいという課題があった。
【０００７】
また、特許文献２の核酸分析デバイスにおいては、ＰＤＭＳ、ＰＴＦＥ、ポリスチレン、ポリプロピレンに例示される高分子材料に電子ビームやイオンビームを照射してナノポアを形成した場合にはナノポアの開口が大きく歪むという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここで開示された実施形態は、ポリマー膜を備え、ポリマー膜にはナノポアが設けられており、ナノポアは、ポリマー膜の表面に設けられた開口と、開口からポリマー膜を貫通するように設けられた内壁とを備え、開口の最小円の直径に対する最大円の直径の比が１．２７４以下である、分析装置用ポリマー膜である。
【０００９】
ここで開示された実施形態は、ポリマー膜を備え、ポリマー膜にはナノポアが設けられており、ナノポアは、ポリマー膜の表面に設けられた開口と、開口からポリマー膜を貫通するように設けられた内壁とを備え、ポリマー膜の厚さが１μｍ以下である、分析装置用ポリマー膜である。
【００１０】
ここで開示された実施形態は、上記の分析装置用ポリマー膜と、上記の分析装置用ポリマー膜上の補強材と、を備えた、分析装置用基板である。
【００１１】
ここで開示された実施形態は、上記の分析装置用ポリマー膜、または上記の分析装置用基板を備えた、分析装置である。
【００１２】
ここで開示された実施形態は、基板上に導電性材料を設置する工程と、導電性材料上にポリマー膜を設置する工程と、ポリマー膜にナノポアを形成する工程と、導電性材料を除去することによってポリマー膜を基板から分離する工程とを含み、ナノポアは、ポリマー膜の表面に設けられた開口と、開口からポリマー膜を貫通するように設けられた内壁とを備えている、分析装置用ポリマー膜の製造方法である。
【００１３】
ここで開示された実施形態は、基板上に可溶性材料を設置する工程と、可溶性材料上に厚さ１μｍ以下のポリマー膜を設置する工程と、ポリマー膜にナノポアを形成する工程と、可溶性材料を溶解させることによってポリマー膜を基板から分離する工程とを含み、ナノポアは、ポリマー膜の表面に設けられた開口と、開口からポリマー膜を貫通するように設けられた内壁とを備えている、分析装置用ポリマー膜の製造方法である。
【００１４】
ここで開示された実施形態は、上記の分析装置用ポリマー膜の製造方法により分析装置用ポリマー膜を製造する工程と、分析装置用ポリマー膜上に補強材を設置する工程と、を含む、分析装置用基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
Ｓｉ基板等の基板から分離して使用可能であり、ナノポアの開口の歪みを低減することができる分析装置用ポリマー膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１の分析装置用ポリマー膜の模式的な平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩに沿った模式的な断面図である。
【図３】ナノポアの第１の開口または第２の開口の模式的な拡大平面図である。
【図４】（ａ）は基板上に設置された導電性材料を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂに沿った模式的な断面図である。
【図５】（ａ）は導電性材料上に設置されたポリマー膜を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂに沿った模式的な断面図である。
【図６】（ａ）はポリマー膜上に設置された補強材を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂに沿った模式的な断面図である。
【図７】（ａ）はナノポアの形成後のポリマー膜上に設置された補強材を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂに沿った模式的な断面図である。
【図８】（ａ）は基板から分離されたポリマー膜上の補強材を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂに沿った模式的な断面図である。
【図９】導電性材料上にポリマー膜が設置された状態でＦＩＢの照射により形成された実施形態１の分析装置用ポリマー膜のナノポアの開口の一例の写真である。
【図１０】導電性材料上にポリマー膜が設置された状態でＦＩＢの照射により形成された実施形態１の分析装置用ポリマー膜のナノポアの開口の他の一例の写真である。
【図１１】導電性材料を用いることなく基板上にポリマー膜を直接設置した状態でＦＩＢの照射により形成されたナノポアの開口の一例の写真である。
【図１２】導電性材料を用いることなく基板上にポリマー膜を直接設置した状態でＦＩＢの照射により形成されたナノポアの開口の他の一例の写真である。
【図１３】最大／最小円直径比が１．０２６であるナノポアの開口の一例の写真である。
【図１４】最大／最小円直径比が１．２７４であるナノポアの開口の一例の写真である。
【図１５】最大／最小円直径比が１．１０５であるナノポアの開口の一例の写真である。
【図１６】実施形態２の分析装置用ポリマー膜の模式的な断面図である。
【図１７】（ａ）は可溶性材料上に設置されたポリマー膜を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩｂ−ＸＶＩＩｂに沿った模式的な断面図である。
【図１８】（ａ）はポリマー膜上に設置された補強材を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩＩＩｂ−ＸＶＩＩＩｂに沿った模式的な断面図である。
【図１９】（ａ）はナノポアの形成後のポリマー膜上に設置された補強材を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸＩＸｂ−ＸＩＸｂに沿った模式的な断面図である。
【図２０】実施形態３の分析装置の模式的な構成図である。
【図２１】実施形態３の分析装置で測定される検出信号としての電流値の変化の一例を示す図である。
【図２２】実施形態４の分析装置の模式的な構成図である。
【図２３】実施形態４の分析装置において得られるトンネル電流値と測定時間との関係の一例を示す図である。
【図２４】実施形態４の分析装置に用いられる電極を備えたポリマー膜の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２５】実施形態４の分析装置に用いられる電極を備えたポリマー膜の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１８】
＜実施形態１＞
図１に、実施形態１の分析装置用ポリマー膜の模式的な平面図を示す。図１に示すように、実施形態１の分析装置用ポリマー膜は、ポリマー膜１１と、ポリマー膜１１に設けられたナノポア１２とを備えている。
【００１９】
ポリマー膜１１としては、たとえば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＳＵ−８、およびグラフェンからなる群から選択された少なくとも１つを含む有機高分子膜等を用いることができる。
【００２０】
図２に、図１のＩＩ−ＩＩに沿った模式的な断面図を示す。図２に示すように、ナノポア１２は、ポリマー膜１１の第１の表面１１ａに設けられた第１の開口１２ａと、ポリマー膜１１の第１の表面１１ａと反対側の第２の表面１１ｂに設けられた第２の開口１２ｂと、ポリマー膜１１の第１の表面１１ａと第２の表面１１ｂとの間を貫通するように第１の開口１２ａと第２の開口１２ｂとの間に設けられた内壁１２ｃと、を備えている。
【００２１】
実施形態１の分析装置用ポリマー膜においては、ナノポア１２の第１の開口１２ａおよび第２の開口１２ｂの少なくとも一方の開口の最小円の直径に対する最大円の直径の比（以下、「最大／最小円直径比」という。）が１．２７４以下となっている。
【００２２】
図３に、ナノポア１２の第１の開口１２ａまたは第２の開口１２ｂの模式的な拡大平面図を示す。ナノポア１２の第１の開口１２ａまたは第２の開口１２ｂの開口の中心を通り、かつ当該開口の外周上の任意の２点を結ぶ線分のうち最長の長さを直径Ｄ１とする仮想円を最大円１３とする。また、ナノポア１２の第１の開口１２ａまたは第２の開口１２ｂの開口の中心を通り、かつ当該開口の外周上の任意の２点を結ぶ線分のうち最短の長さを直径Ｄ２とする仮想円を最小円１４とする。最大／最小円直径比は、最小円１４の直径Ｄ２に対する最大円１３の直径Ｄ１の比（Ｄ１／Ｄ２）とされる。
【００２３】
なお、ナノポア１２の第１の開口１２ａまたは第２の開口１２ｂの開口の中心を通って当該開口の周縁上の任意の２点を結ぶ線分（ナノポア径）のうち最長の長さが１０００ｎｍ未満である場合には、たとえば、ウィルス検査、分子間相互作用解析、ＲＮＡシークエンサー、およびＤＮＡシークエンサー等に実施形態１の分析装置用ポリマー膜を用いることができる。また、ナノポア径が１０００ｎｍよりも大きい場合には、たとえば、細胞分取器、および１細胞カウンター等に実施形態１の分析装置用ポリマー膜を用いることができる。また、ナノポア径が１０００ｎｍよりも大きい場合には、実施形態１の分析装置用ポリマー膜を用いて、１０００ｎｍ以上の径を有する異なる２つの粒子を分離することもできる。たとえば、１０００ｎｍ以上の異なる径を有する２つの粒子（第一の粒子（径：ｄ１）と第二の粒子（径：ｄ２））を分離する場合に、ｄ１＞ｄｐ＞ｄ２の関係を満たすナノポア径ｄｐを設定し、第二の粒子のみをナノポア１２を通過させることによって、第一の粒子と第二の粒子とを分離することができる。
【００２４】
以下、図４〜図８を参照して、実施形態１の分析装置用ポリマー膜の製造方法の一例について説明する。まず、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、基板２１上に導電性材料２２を設置する工程を行なう。図４（ａ）は基板２１上に設置された導電性材料２２を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂに沿った模式的な断面図である。
【００２５】
基板２１上に導電性材料２２を設置する工程は、たとえば、導電性材料２２を溶媒に溶解した溶液をＳｉ基板等の基板上に塗布した後にスピンコートし、溶媒を除去することによって行なうことができる。
【００２６】
次に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、導電性材料２２上にポリマー膜１１を設置する工程を行なう。図５（ａ）は導電性材料２２上に設置されたポリマー膜１１を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂに沿った模式的な断面図である。
【００２７】
導電性材料２２上にポリマー膜１１を設置する工程は、たとえば、ポリマー膜１１の原料となるポリマーを溶媒に溶解した溶液を導電性材料２２上に塗布した後にスピンコートし、溶媒を除去することによって行なうことができる。
【００２８】
また、導電性材料２２上にポリマー膜１１を設置する工程は、ポリマー膜１１の原料となるポリマーを融点以上に加熱して液状ポリマーを形成し、導電性材料２２上に液状ポリマーを塗布した後にスピンコートし、液状ポリマーを冷却することによって行なってもよい。また、導電性材料２２上にポリマー膜１１を設置する工程は、粘着性を有するポリマーシート（ポリマー膜１１）を導電性材料２２上に貼り付けることによって行なってもよい。
【００２９】
次に、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ポリマー膜１１上に開口部２５を有する補強材２４を設置する工程を行なう。図６（ａ）はポリマー膜１１上に設置された補強材２４を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂに沿った模式的な断面図である。
【００３０】
ポリマー膜１１上に開口部２５を有する補強材２４を設置する工程は、たとえば、ポリマー膜１１上に補強材２４を設置した後に紫外光を照射し、ポリマー膜１１の補強材２４側の表面を活性化してポリマー膜１１に補強材２４を貼り合わせることにより行なうことができる。補強材２４としては、たとえば、ポリマー膜１１よりも厚いアクリル板などを用いることができる。なお、補強材２４は必ずしも用いる必要がない。また、補強材２４は補強の目的に限定されない。たとえば、ナノポア１２が設けられた実施形態１の分析装置用ポリマー膜を流路を有するプレートに取り付けて分析装置を作製する場合には、流路を有する補強材２４（流路を有するプレートを補強の目的にも使用する）をポリマー膜１１に取り付けて、ポリマー膜１１にナノポア１２を形成することによって分析装置を効率良く製造することができる。すなわち、ポリマー膜１１にナノポア１２を形成して実施形態１の分析装置用ポリマー膜を形成した後に、実施形態１の分析装置用ポリマー膜を流路を有するプレートに取り付ける工程を省くことができる。
【００３１】
次に、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ポリマー膜１１にナノポア１２を形成する工程を行なう。図７（ａ）はナノポア１２の形成後のポリマー膜１１上に設置された補強材２４を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂに沿った模式的な断面図である。
【００３２】
ポリマー膜１１にナノポア１２を形成する工程は、たとえば、補強材２４の開口部２５から露出しているポリマー膜１１の表面に電子ビームまたはイオンビームを照射することにより行なうことができる。なお、ナノポア１２を再現性良く形成する観点からは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射することによりナノポア１２を形成することが好ましい。また、補強材２４の開口部２５の大きさは、ナノポア１２の開口の大きさの１００倍以上となる場合がある。また、ポリマー膜１１の表面にビームを照射してナノポア１２を形成する際に、導電性材料２２にもビームが照射されることによって導電性材料２２にも孔が形成されてもよいが、導電性材料２２には孔を形成しなくてもよい。
【００３３】
次に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、導電性材料２２を除去することによってポリマー膜１１を基板２１から分離する工程を行なう。図８（ａ）は基板２１から分離されたポリマー膜１１上の補強材２４を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂに沿った模式的な断面図である。
【００３４】
導電性材料２２を除去することによってポリマー膜１１を基板２１から分離する工程は、たとえば、導電性材料２２を溶解可能な溶媒で導電性材料２２を溶解することによって行なうことができる。たとえば、ポリマー膜１１および補強材２４が水溶性ではなく、導電性材料２２が水溶性である場合には、純水洗浄により、導電性材料２２を水に溶解させることによって、導電性材料２２を除去することができる。以上により、実施形態１の分析装置用ポリマー膜を製造することができる。
【００３５】
従来においては、絶縁性材料である有機高分子材料に電子ビームやイオンビームを照射してナノポアを形成する場合には、有機高分子材料の表面の帯電によりビームの照射位置がドリフトし、ナノポアの開口が大きく歪み、最大／最小円直径比は１．２７４よりも大きくなっていた。このようなナノポアの開口の歪みは、ナノポアの開口形状のばらつきを引き起こし、ひいては当該ナノポアを用いた分析装置の分析結果のばらつきにつながっていた。
【００３６】
しかしながら、実施形態１においては、導電性材料２２上にポリマー膜１１が設置されているため、ポリマー膜１１の表面の電荷は導電性材料２２を通してポリマー膜１１の外部に放出することができる。これにより、ビーム照射によるナノポア１２の形成時におけるポリマー膜１１の表面の帯電量を従来よりも低減することができるため、ナノポア１２の形成時におけるビームの照射位置のドリフトを抑え、ナノポアの開口の歪みを低減することができ、ひいては実施形態１の分析装置用ポリマー膜を用いた分析装置の分析結果のばらつきも低減し、分析精度も向上することができる。
【００３７】
図９および図１０に、導電性材料２２上にポリマー膜１１が設置された状態でＦＩＢの照射により形成された実施形態１の分析装置用ポリマー膜のナノポア１２の開口の一例の写真を示す。また、図１１および図１２に、導電性材料２２を用いることなく基板２１上にポリマー膜１１を直接設置した状態でＦＩＢの照射により形成されたナノポアの開口の一例の写真を示す。
【００３８】
図９および図１０と、図１１および図１２との比較から明らかなように、実施形態１の分析装置用ポリマー膜のナノポア１２の開口は、基板上にポリマー膜を直接設置した状態でＦＩＢの照射により形成されたナノポアの開口よりも歪みを低減できていることがわかる。
【００３９】
なお、ナノポア１２の開口の歪みを低減して開口形状のばらつき、および実施形態１の分析装置用ポリマー膜を用いた分析装置の分析結果のばらつきを低く抑える観点からは、最大／最小円直径比は１．１０５以下であることがより好ましく、１．０２６以下であることがさらに好ましい。
【００４０】
図１３に、最大／最小円直径比が１．０２６であるナノポア１２の開口の一例の写真を示す。図１３に示す例では、最大円１３の直径Ｄ１は３９５ｎｍとなっており、最小円１４の直径Ｄ２は３８５ｎｍとなっている。
【００４１】
図１４に、最大／最小円直径比が１．２７４であるナノポア１２の開口の一例の写真を示す。図１４に示す例では、最大円１３の直径Ｄ１は１７２ｎｍとなっており、最小円１４の直径Ｄ２は１３５ｎｍとなっている。
【００４２】
図１５に、最大／最小円直径比が１．１０５であるナノポア１２の開口の一例の写真を示す。図１５に示す例では、最大円１３の直径Ｄ１は２１０ｎｍとなっており、最小円１４の直径Ｄ２は１９０ｎｍとなっている。
【００４３】
また、実施形態１の分析装置用ポリマー膜は、ナノポア１２が設けられたポリマー膜１１をそのまま分析装置に用いることができるため、ＳｉＮ膜のようにＳｉ基板を支持基板として必要とせず、また、当然に、Ｓｉ基板と比べて破損しにくい。なお、ポリマー膜１１に補強材２４を設けた分析装置用基板の状態で分析装置に用いてもよい。
【００４４】
また、実施形態１においては、樹脂などの有機高分子材料からなるポリマー膜１１に対して精度良くナノポア１２を形成することができ、材料の選択性が広がることによって、分析装置のコスト低減も可能となる。また、ＳｉＮ膜などの無機材料にナノポア１２を形成する場合と比べて、ナノポア１２の形成時間も短縮することができ、ナノポア１２の内壁１２ｃへの親水化処理も可能となる。ナノポア１２の内壁１２ｃへの親水化処理を行なうことによって、分析対象を含む水が、ナノポア１２の内壁１２ｃを通過しやすくなる。
【００４５】
ナノポア１２の内壁１２ｃの少なくとも一部の親水化処理は、たとえば、ナノポア１２の内壁１２ｃの少なくとも一部に対して、酸素プラズマおよび紫外線の少なくとも一方を照射することにより行なうことができる。
【００４６】
また、ナノポアを用いた分析装置において、ナノポアが形成された膜は、厚さが数十ｎｍ程度の薄膜であることが要求される場合もあるが、樹脂などの有機高分子材料はスピンコートなどによりそのような薄膜とすることができる点で有用である。
【００４７】
＜実施形態２＞
図１６に、実施形態２の分析装置用ポリマー膜の模式的な断面図を示す。実施形態２の分析装置用ポリマー膜は、ポリマー膜１１の厚さが１μｍ以下であることを特徴としている。これは、本発明者が鋭意検討した結果、ポリマー膜１１の厚さが１μｍ以下である場合には、ビームの照射によるナノポア１２の形成時に、ビームの照射位置がドリフトする前にポリマー膜１１の貫通が完了して、開口の歪みを低減したナノポア１２が形成されることを見い出したことによるものである。
【００４８】
以下、図１７〜図１９を参照して、実施形態２の分析装置用ポリマー膜の製造方法の一例について説明する。まず、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、基板２１上に可溶性材料２６を設置する工程を行ない、可溶性材料２６上にポリマー膜１１を設置する工程を行なう。図１７（ａ）は可溶性材料２６上に設置されたポリマー膜１１を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＸＶＩＩｂ−ＸＶＩＩｂに沿った模式的な断面図である。
【００４９】
基板２１上に可溶性材料２６を設置する工程は、たとえば、可溶性材料２６を溶媒に溶解した溶液をＳｉ基板等の基板上に塗布した後にスピンコートし、溶媒を除去することにより行なうことができる。
【００５０】
可溶性材料２６上にポリマー膜１１を設置する工程は、たとえば、ポリマー膜１１の原料となるポリマーを溶媒に溶解した溶液を可溶性材料２６上に塗布した後にスピンコートし、溶媒を除去することにより行なうことができる。
【００５１】
また、可溶性材料２６上にポリマー膜１１を設置する工程は、たとえば、ポリマー膜１１の原料となるポリマーを融点以上に加熱して液状ポリマーを形成し、可溶性材料２６上に液状ポリマーを塗布した後にスピンコートし、液状ポリマーを冷却することにより行なってもよい。また、たとえば、粘着性を有するポリマーシート（ポリマー膜１１）を可溶性材料２６上に貼り付けることにより、可溶性材料２６上にポリマー膜１１を設置してもよい。
【００５２】
なお、可溶性材料２６は、実施形態１とは異なり、導電性材料でなくてもよい。
次に、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、ポリマー膜１１上に開口部２５を有する補強材２４を設置する工程を行なう。図１８（ａ）はポリマー膜１１上に設置された補強材２４を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＸＶＩＩＩｂ−ＸＶＩＩＩｂに沿った模式的な断面図である。この工程は、たとえば実施形態１と同様にして行なうことができる。
【００５３】
次に、図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示すように、ポリマー膜１１にナノポア１２を形成する工程を行なう。図１９（ａ）はナノポア１２の形成後のポリマー膜１１上に設置された補強材２４を上方から見たときの一例の模式的な平面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＸＩＸｂ−ＸＩＸｂに沿った模式的な断面図である。この工程も、たとえば、実施形態１と同様にして行なうことができる。また、ポリマー膜１１の表面にビームを照射してナノポア１２を形成する際に、可溶性材料２６にもビームが照射されることによって可溶性材料２６にも孔が形成されてもよいが、可溶性材料２６には孔を形成しなくてもよい。
【００５４】
上述のように、実施形態２においては、ポリマー膜１１の厚さが１μｍ以下であるため、ビームの照射位置がドリフトする前にビームによるポリマー膜１１の貫通が完了してナノポア１２が形成される。これにより、ビーム照射におけるナノポア１２の形成時のビームの照射位置のドリフトを抑え、ナノポア１２の開口の歪みを低減することができる。
【００５５】
その後、可溶性材料２６を溶解することによってポリマー膜１１を基板２１から分離する工程を行なう。この工程は、たとえば、実施形態１と同様に、ポリマー膜１１および補強材２４は溶解しないが、可溶性材料２６を溶解可能な溶媒で可溶性材料２６を溶解することによって除去することができる。以上により、実施形態２の分析装置用ポリマー膜を製造することができる。
【００５６】
実施形態２における上記以外の説明は実施形態１と同様であるため、その説明については省略する。
【００５７】
＜実施形態３＞
図２０に、実施形態３の分析装置の模式的な構成を示す。図２０に示すように、実施形態３の分析装置は、ナノポア１２が設けられたポリマー膜１１と、ポリマー膜１１に接合された補強材２４とからなる分析装置用基板２７を備えている。また、実施形態３の分析装置は、分析装置用基板２７により区画された第一のチャンバ３４と第二のチャンバ４１とを備えている。
【００５８】
第一のチャンバ３４には第一の電極３１が設けられており、第一の電極３１は、第一の電極３１の一部が第一のチャンバ３４の内部に露出するように設けられている。第一の電極３１は、リード３５を通して、アース３６に接続されている。
【００５９】
第二のチャンバ４１には第二の電極３２が設けられており、第二の電極３２は、第二の電極３２の一部が第二のチャンバ４１の内部に露出するように設けられている。第二の電極３２は、リード４０を通して、アース３７に接続されている。電流計３９および電源３８は、リード４０に第二の電極３２側からこの順序で接続されている。
【００６０】
実施形態３の分析装置による分析は、たとえば以下のようにして行なうことができる。まず、第一のチャンバ３４の内部および第二のチャンバ４１の内部にそれぞれ液体を充填する。第一のチャンバ３４の内部と第二のチャンバ４１の内部とはナノポア１２を通して液体が移動可能となっている。第一のチャンバ３４の内部の液体には分析対象物である粒子３３が含まれる。第一の電極３１は第一のチャンバ３４の内部に充填された液体に接しており、第二の電極３２は第二のチャンバ４１の内部に充填された液体に接している。
【００６１】
第一のチャンバ３４の内部および第二のチャンバ４１の内部に充填される液体は、第一の電極３１と第二の電極３２との間を通電可能な液体であってよい。通電可能な液体としては、たとえば、ＫＣｌ水溶液などの電解質溶液、またはＴＥ緩衝溶液若しくはＰＢＳ緩衝溶液などの緩衝溶液などを用いることができる。
【００６２】
第一のチャンバ３４の内部および第二のチャンバ４１の内部にそれぞれ液体が満たされた状態で、電源３８により第一の電極３１と第二の電極３２との間に電流を流す。第一の電極３１と第二の電極３２との間の電流値を電流計３９で経時的に測定する。第一のチャンバ３４の内部の液体中の粒子３３は拡散によりナノポア１２を通って第二のチャンバ４１の内部の液体に移動する。粒子３３がナノポア１２を通過するときに電流計３９で測定される電流値は粒子３３の大きさおよび形状に依存して低下する。
【００６３】
図２１に、実施形態３の分析装置で測定される検出信号としての電流値の変化の一例を示す。図２１の縦軸に電流値を示し、図２１の横軸に測定時間を示す。ナノポア１２内に粒子３３が存在していない状態では、第一の電極３１と第二の電極３２との間の電流値は一定の電流値５１を示す。この電流値５１は基底値である。ナノポア１２内を粒子３３が通過するときには、第一の電極３１と第二の電極３２との間の電流値は粒子３３の大きさおよび形状に依存して低下した電流値５２となる。粒子３３がナノポア１２内を完全に通過した後には粒子３３がナノポア１２内を通過する以前のレベルの電流値５３に回復する。
【００６４】
この現象は次のように説明できる。ナノポア１２内を粒子３３が通過するときには、電流パスであるナノポア１２内のイオンなどの通電可能な液体中の通電物質が、粒子３３の分だけ排除される。それにより、電流抵抗が上昇し、その結果、電流値が低下する。粒子３３の通過が終了すれば、電流値は元のレベルに回復する。粒子３３が一つ通過すれば、電流低下信号は一つ観測される。電流低下信号をカウントすれば、通過した粒子の数を数えることができる。ここで、粒子３３の存在によりナノポア１２内で排除されるイオンの量は、粒子３３の大きさおよび形状に依存する。
【００６５】
＜実施形態４＞
図２２に、実施形態４の分析装置の模式的な構成を示す。実施形態４の分析装置は、容器６５を備えている。容器６５の内部は、第一の電極６１および第二の電極６２と、これらの電極を挟持する２枚の分析装置用基板２７とによって、第一の溶液槽６６と第二の溶液槽６７とに区画されている。
【００６６】
第一の溶液槽６６は、一方の側面に導入口６８を備えるとともに、他方の側面に排出口６９を備えている。また、第一の溶液槽６６は、導入口６８と排出口６９との間に第一の核酸駆動手段６３を備えている。
【００６７】
第二の溶液槽６７は、一方の側面に導入口７０を備えるとともに、他方の側面に排出口７１を備えている。また、第二の溶液槽６７は、導入口７０と排出口７１との間に第二の核酸駆動手段６４を備えている。
【００６８】
また、第一の電極６１と第二の電極６２との間には電源（図示せず）と電流計（図示せず）とが接続されている。電源、電流計、第一の核酸駆動手段６３、および第二の核酸駆動手段６４は、図示しない制御およびデータ処理手段に接続されている。
【００６９】
実施形態４の分析装置による分析は、たとえば以下のようにして行なうことができる。まず、核酸７２を解析する際には、解析対象である核酸７２をバッファ溶液に混合して導入口６８より第一の溶液槽６６の内部に導入する。また、バッファ溶液のみを導入口７０より第二の溶液槽６７に導入する。
【００７０】
次に、第一の核酸駆動手段６３および第二の核酸駆動手段６４を駆動させることによって、核酸７２を第一の溶液槽６６から第二の溶液槽６７に移動させる。核酸７２の移動と同時に第一の電極６１と第二の電極６２との間に電源により電圧を印加して、第一の電極６１と第二の電極６２との間を流れる電流を電流計を用いて計測する。核酸７２がナノポア１２に導入されると電流値が減少する。電流値が減少したら、第一の電極６１と第二の電極６２との間に流れる電流により塩基種の識別が可能となるように、第一の核酸駆動手段６３および第二の核酸駆動手段６４により、核酸７２がナノポア１２を通過するスピードを調節する。塩基種の識別は、一定電圧の下で流れる電流値の違い、または各塩基の電流−電圧特性の違いにより識別する。
【００７１】
たとえば、実施形態４の分析装置を用いて、一定電圧の下で流れる電流値の違いにより、ＤＮＡ鎖の塩基の識別を行う方法の一例について説明する。まず、予め、ＤＮＡ鎖の塩基ＡＴＧＣの１種類のみが連なったポリマーがナノポア１２を通過するときのトンネル電流値を計測しておく。ＤＮＡ鎖の塩基にはＡＴＧＣの４種類があるが、これらの塩基の種類ごとに固有の電流値を計測しておき、制御およびデータ処理手段のメモリに記憶しておく。
【００７２】
次に、分析対象のＤＮＡ鎖がナノポア１２を通過するときのトンネル電流を実際に計測し、その計測されたトンネル電流値と、予めメモリに記憶されているＡＴＧＣの各塩基の種類に対応した電流値と、を比較する。これにより、分析対象のＤＮＡ鎖を構成する塩基の識別が可能となる。
【００７３】
図２３に、実施形態４の分析装置において得られる電流値と測定時間との関係の一例を示す。図２３の縦軸が電流値を示し、横軸が測定時間を示している。図２３に示される例では、塩基Ａが最も電流値が高く、塩基Ｇが２番目に電流値が高く、塩基Ｃが３番目に電流値が高く、塩基Ｔが最も電流値が低くなっている。そして、これらの塩基の電流値の違いによって、ＤＮＡ鎖を構成する塩基を識別する。
【００７４】
以下、図２４および図２５の模式的な断面図を参照して、実施形態４の分析装置に用いられる電極６１，６２を備えたポリマー膜１１の製造方法の一例について説明する。まず、図２４に示すように、基板２１上に、導電性材料２２、ポリマー膜１１、金属膜８１、およびポリマー膜１１をこの順に設置する。ここで、導電性材料２２に代えて、または導電性材料２２とともに可溶性材料２６を設置してもよい。また、金属膜８１は、たとえば、スパッタリング法または蒸着法等によってポリマー膜１１上に堆積された後に、リソグラフィ技術等でパターニングされることによって形成することができる。
【００７５】
次に、図２５に示すように、たとえば、電子ビーム、イオンビーム、またはＦＩＢ等のビーム８２を、ポリマー膜１１、金属膜８１およびポリマー膜１１の積層体に照射することによって、ポリマー膜１１および金属膜８１にナノポア１２を形成する。金属膜８１にナノポア１２が形成されることによって、電極６１，６２を形成することができる。また、導電性材料２２を用いることに代えて、または導電性材料２２を用いるとともに、電極６１，６２にリードおよびアースを取り付けた状態でビーム８２を照射することによって、ナノポア１２の形成時におけるポリマー膜１１の表面の帯電量を抑えることもできる。
【００７６】
その後、導電性材料２２を除去して、ポリマー膜１１、電極６１，６２およびポリマー膜１１の積層体を基板２１から分離することによって、実施形態４の分析装置に用いられる電極６１，６２を備えたポリマー膜１１を形成することができる。その後、ポリマー膜１１に補強材２４を取り付ることもできるが、ポリマー膜１１に補強材２４を取り付けなくてもよい。
【００７７】
以上のように実施形態について説明を行なったが、上述の各実施形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００７８】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１１  ポリマー膜、１１ａ  第１の表面、１１ｂ  第２の表面、１２  ナノポア、１２ａ  第１の開口、１２ｂ  第２の開口、１２ｃ  内壁、１３  最大円、１４  最小円、２１  基板、２２  導電性材料、２４  補強材、２５  開口部、２６  可溶性材料、２７  分析装置用基板、３１  第一の電極、３２  第二の電極、３３  粒子、３４  第一のチャンバ、３５，４０  リード、３６，３７  アース、３８  、３９  電源、５１，５２，５３  電流値、６１  第一の電極、６２  第二の電極、６３  第一の核酸駆動手段、６４  第二の核酸駆動手段、６５  容器、６６  第一の溶液槽、６７  第二の溶液槽、６８，７０  導入口、６９，７１  排出口、７２  核酸、８１  金属膜、８２  ビーム。
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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