(57)【要約】  取り外し可能な電気デバイスは、キットであって、互いに接続するように適合された構成要素部材の対を備え、デバイスの接続された構成要素は、その後接続解除され得、キットは、各々が導電性液体を含む電気コネクタのアレイと、電極のアレイとを備え、アレイは、互いに接触させられ、それによって電気コネクタのアレイの導電性液体と、電極のアレイの電極との間に複数の電気接続をもたらすことができ、電気接続は、その後、導電性液体をアレイの電極から引き離すことによって断たれ得る、キットから形成することができる。
2017532562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取り外し可能な電気的なデバイスを提供するために、互いに接続するように適合された一対の構成要素を備えたキットであって、前記デバイスの前記接続された構成要素は、その後、接続解除されることができ、前記キットは、
複数の電気コネクタのアレイであって、各々の電気コネクタが、導電性液体としてイオン液体および／またはイオン溶液を含む、電気コネクタのアレイと、
複数の電極のアレイとを含み、
前記両アレイは、互いに接触させられ、それによって前記電気コネクタのアレイの前記イオン液体および／またはイオン溶液と、前記電極のアレイの前記電極との間に複数の電気接続をもたらすことができ、前記電気接続は、その後、前記イオン液体および／またはイオン溶液を、前記アレイの前記電極から引き離すことによって遮断されることができる、キット。
【請求項２】
前記電気コネクタのアレイと、前記電極のアレイとの間のインターフェース抵抗は、前記電気接続が形成されたとき、電気回路全体内の総抵抗の１％以下、任意選択により０．１％以下、さらに任意選択により０．０１％以下、およびさらに任意選択により０．００１％以下である、請求項１に記載のキット。
【請求項３】
前記導電性液体が、ゲルを含み、好ましくは前記ゲルは、架橋される、請求項１または２に記載のキット。
【請求項４】
前記キットは、接続されたとき、前記アレイの、１つの電気コネクタと１つの電極との間のイオン電流の流れを測定する、請求項１から３のいずれか一項に記載のキット。
【請求項５】
前記アレイの前記電気コネクタの各々と、前記電極のアレイのそれぞれの前記電極の各々との間の回路抵抗は、前記電気接続が形成されたとき、１ＭΩを上回り、任意選択により１００ＭΩを上回り、さらに任意選択により１ＧΩを上回る、請求項１から４のいずれか一項に記載のキット。
【請求項６】
接続されたとき、１つの電気コネクタと前記アレイの１つの電極との間の前記インターフェース抵抗が、０．１ＭΩから１０ＭΩの間、任意選択により０．１ＭΩから１ＭΩの間である、請求項５に記載のキット。
【請求項７】
前記アレイの毛細管の各々が、狭窄部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のキット。
【請求項８】
前記狭窄部が、第２の本体の前記電極と接触される本体の前記表面に設けられる、請求項７に記載のキット。
【請求項９】
前記狭窄部が、前記第１の本体の前記表面から毛細管の長さに沿って延びる、請求項８に記載のキット。
【請求項１０】
前記狭窄部が、導電性イオンゲルを含み、前記毛細管の残りの部分が、前記導電性ゲルと接触する未架橋イオン液体またはイオン溶液を含む、請求項８または９に記載のキット。
【請求項１１】
電気コネクタの前記アレイおよび電極の前記アレイの各々が、１ｍｍ以下、任意選択により５００μｍ以下、さらに任意選択により２００μｍ以下、さらに任意選択により１００μｍ以下のピッチを有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のキット。
【請求項１２】
前記構成要素部材の第１のものが、ベアリングを備え、前記構成要素部材の第２のものが、前記電気接続が形成されたとき、前記ベアリングが中に配置される位置決め点を備えて、前記２つの構成要素部材を位置合わせする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のキット。
【請求項１３】
前記第１の構成要素部材が、３つのベアリングを備え、前記第２の構成要素部材が、３つの位置決め点を備える、請求項１２に記載のキット。
【請求項１４】
導電性液体の個々の液滴が、前記アレイの各々の電極上に提供される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のキット。
【請求項１５】
前記液滴が、前記電極上方の２０μｍ以下、任意選択により１０μｍ以下、さらに任意選択により５μｍ以下の高さを有する、請求項１４に記載のキット。
【請求項１６】
前記アレイの電極の数が、１００を上回り、任意選択により１０００を上回り、さらに任意選択により１０、０００を上回り、さらに任意選択により１００、０００を上回る、請求項１から１５のいずれか一項に記載のキット。
【請求項１７】
電気コネクタの前記アレイおよび電極の前記アレイそれぞれが、第１および第２の本体内に設けられる、請求項１から１６のいずれか一項に記載のキット。
【請求項１８】
前記電極が、前記第２の本体の表面に設けられる、請求項１７に記載のキット。
【請求項１９】
複数の電気接続が、前記第１および第２の本体のそれぞれの表面を接触させる、または近接近させることによって形成され得る、請求項１７または１８に記載のキット。
【請求項２０】
前記第１および第２の本体の前記それぞれの表面が、平面である、請求項１７から１９のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２１】
前記第１および第２の本体が、位置合わせ手段を備え、それによって電気接続が形成されたときの２つの表面間の横方向移動を実質的に防止する、請求項１７から２０のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２２】
前記位置合わせ手段が、各々それぞれの本体の前記表面上に設けられる、請求項２１に記載のキット。
【請求項２３】
前記位置合わせ手段が、接触したときに互いからずらされるような電気コネクタの前記アレイおよび電極の前記アレイの接触を可能にし、結果として生じる前記アレイ間の電気接続の数は、各々それぞれのアレイの電気コネクタまたは電極の数より少ない、請求項２１または２２に記載のキット。
【請求項２４】
前記第１および／第２の本体が、前記電気接続が形成されたときに電極の前記アレイの前記電極間に前記導電性液体が流れることを実質的に防止する流れバリアを備える、請求項１７から２３のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２５】
前記流れバリアが、前記電極の前記表面に対して疎水性である電極間の表面を含む、請求項２４に記載のキット。
【請求項２６】
前記流れバリアが、前記第１と第２の本体間に提供された導電性流体媒体を含む、請求項２４または２５に記載のキット。
【請求項２７】
前記流体媒体が、前記第２の本体の前記表面上に提供され、前記媒体は、前記電極と、前記電気コネクタの前記導電性液体との間の接触によって電極の前記アレイの前記電極の前記表面から変位され得る、請求項２６に記載のキット。
【請求項２８】
前記流体媒体が、油である、請求項２６または２７に記載のキット。
【請求項２９】
前記第２の本体が、集積回路を備える、請求項１７から２８のいずれか一項に記載のキット。
【請求項３０】
電極の前記アレイの前記電極が、前記電極から前記第２の本体内に延びるコネクタによって前記集積回路に接続される、請求項２９に記載のキット。
【請求項３１】
前記電気コネクタのアレイが、毛細管のアレイ内に配設される、請求項１から３０のいずれか一項に記載のキット。
【請求項３２】
前記毛細管が、前記第１の本体の表面まで延びる、請求項１７から３０のいずれか一項に従属するときの請求項３１に記載のキット。
【請求項３３】
前記第１の本体の前記表面に設けられた各々の毛細管の端部が、凸状表面を有する、請求項３２に記載のキット。
【請求項３４】
前記電極コネクタの第２のアレイが、前記第１の本体の前記表面まで延びる毛細管の前記アレイの前記端部から突出し、任意選択により５０μｍ以下、および任意選択により３０μｍ以下で突出する、請求項７から１０および３１から３３のいずれか一項に記載のキット。
【請求項３５】
前記第１の本体が、１つまたは複数の電極を備え、それによって、電気回路を提供するために接続されたとき、前記１つまたは複数の電極と前記電極のアレイの電極との間の前記導電性液体を通る、複数の毛細管イオン流路を提供する、請求項７から１０および３１から３４のいずれか一項に記載のキット。
【請求項３６】
前記１つまたは複数の電極が、前記複数の流路共通の電極である、請求項３５に記載のキット。
【請求項３７】
前記第１の本体が、複数のナノ細孔を備え、各々のナノ細孔は、前記イオン流路を渡して設けられた絶縁基板内に設けられ、それにより、電流は、前記ナノ細孔を通って、前記導電性液体と、前記１つまたは複数の電極との間に通される、請求項７から１０および１７から３６のいずれか一項に記載のキット。
【請求項３８】
前記絶縁基板が、両親媒性膜である、請求項３７に記載のキット。
【請求項３９】
前記ナノ細孔が、生物学的ナノ細孔である、請求項３８に記載のキット。
【請求項４０】
請求項１から３９のいずれか一項に記載のキットから組み立てられた取り外し可能な電気デバイス。
【請求項４１】
検体を特徴付けるための請求項４０に記載の取り外し可能な電気デバイス。
【請求項４２】
前記検体が、ポリヌクレオチドである、請求項４１に記載の取り外し可能な電気デバイス。
【請求項４３】
前記取り外し可能なデバイスが、さらに、
前記構成要素部材が中に配置されたハウジングを備え、
前記ハウジングは、前記複数の電気接続をそれぞれ形成し切断するために、前記構成要素部材を接続し接続解除するように作動可能である、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の取り外し可能なデバイス。
【請求項４４】
前記ハウジングが、さらに、前記構成要素部材の第１のものが中に配置された主要本体と、前記構成要素部材の第２のものが中に配置されたアームとを備え、
前記主要本体および前記アームは、ピボット周りに回転可能に接続され、それによって前記アームを前記主要本体に対して回転させることによって前記構成要素部材の接続および接続解除を可能にする、請求項４３に記載の取り外し可能なデバイス。
【請求項４５】
前記ハウジングが、さらに、前記構成要素部材が前記複数の電気接続を作り出すために接続されるときに前記構成要素部材を位置合わせするための位置合わせ手段を備える、請求項４３または４４に記載の取り外し可能なデバイス。
【請求項４６】
電気デバイスを接続する方法であって、
導電性液体としてイオン液体および／またはイオン溶液を各々が含む、複数の電気コネクタのアレイを提供するステップと、
複数の電極のアレイを提供するステップと、
前記第１および第２のアレイを接触させて、前記アレイの、それぞれの電極と、前記イオン液体および／またはイオン溶液との間に複数の電気接続を形成するステップとを含む、方法。
【請求項４７】
前記方法は、さらに、前記電気接続を断つために前記導電性液体を電極の前記アレイの前記電極から分離するステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記電極間の表面が、前記電極と比べて疎水性である、請求項１から３９のいずれか一項に記載のキットに使用するための電極のアレイ。
【請求項４９】
複数の電気コネクタのアレイを形成する方法であって、各々の電気コネクタが、導電性液体を含み、前記方法は、
毛細管のアレイを形成するステップであって、各々の毛細管が前記毛細管の１つ内にまたは前記１つのところに狭窄部をそれぞれ含む、ステップと、
前記毛細管のアレイの一方側を流体停止部に対して位置合わせし、それによって前記流体停止部と毛細管の前記アレイとの間に末端スペースを形成するステップと、
導電性液体によって前記末端スペースを充填し、各々それぞれの毛細管を少なくとも部分的に充填するステップであって、それにより、前記液体が、前記毛細管内の前記狭窄部を覆うようになる、ステップと、
前記毛細管内および前記末端スペース内の前記毛細管の前記突出した領域内の前記流体を架橋するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取り外し可能な電気構成要素を備えた電気デバイスに関する。構成要素は接続されて構成要素間の電気接続を形成し、次いで分離されて電気接続を断ち、任意選択により、この接続を、構成要素を再接続することによって再形成することを可能にすることができる。
【背景技術】
【０００２】
電気接続を行うさまざまな方法が、知られている。小規模では、そのような接続は、しばしばはんだ付けによって行われており、その理由は、これは、２つのコネクタ間の良好な接続を確実にする信頼高い方法であるためである。しかし、小さい領域内で多くの接続を行う必要があるとき、接続をはんだ付けすることは、難しくなり得る。この問題を克服する１つの方法は、「はんだバンプ」または「フリップチップ」技術を使用することであり、この技術では、たとえば集積回路上の接続のアレイにはんだのバンプが提供され、これらのバンプは、その後たとえば別の電極アレイと必要な接続を行うために使用することができる。
【０００３】
「はんだバンプ」方法の使用の一例は、国際公開第２００９／０７７７３４号パンフレットに提供されている。この特許出願は、両親媒性分子の層を作り出すための装置を開示しており、これは、図１および２を参照して簡潔に論じられる。
【０００４】
図１は、両親媒性分子の層を形成するために使用することができる装置１を示す。装置１は、非伝導性材料の別の層４を支持する、これもまた非伝導性材料である基板３を備える層状化された構造を有する本体２を含む。くぼみ５が、別の層４内に、特に、別の層４を通って基板３まで延びる開口（アパーチャ）として形成される。装置１は、さらに、本体２の上方を延びるカバー６を含む。カバー６は、中空であり、チャンバ７を画定し、このチャンバは、カバー６を貫通する開口部によって各々形成された入口８および出口９以外は閉じられる。チャンバ７の最も下側の壁は、別の層４によって形成される。
【０００５】
使用において、水溶液１０が、チャンバ７内に導入され、両親媒性分子の層１１は、くぼみ５内の水溶液１０をチャンバ７内の水溶液の残りの量から分離するくぼみ５を渡して形成される。閉じられているチャンバ７の使用は、水溶液１０をチャンバ７の内外に流すことを非常に容易にする。これは、チャンバ７が図３に示すように満杯になるまで、図２に示すように水溶液１０を入口８を通して流すことだけによって行われる。このプロセス中、チャンバ７内のガス（通常は空気）は、水溶液１０によって変位され、出口９を通って排出される。
【０００６】
装置は、両親媒性分子の層１１上の電気信号の測定を可能にする以下の電極配置を含む。基板３は、基板３の上側表面上に堆積され、別の層の下方でくぼみ５まで延びる、第１の伝導層２０を有する。くぼみ５の真下の第１の伝導層２０の部分は、くぼみ５の最も下側の表面も形成する電極２１を構成する。第１の伝導層２０は、別の層４の外側に延び、それにより、第１の伝導層２０の一部分は、露出され、接点２２を構成する。
【０００７】
別の層４は、その上に堆積され、カバー６の下方でチャンバ７内に延びる、第２の伝導層２３を有し、チャンバ７の内側の第２の伝導層２３の部分は、電極２４を構成する。第２の伝導層２３は、カバー６の外側に延び、それにより、第２の伝導層２３の一部分は、露出され、接点２５を構成する。電極２１および２４は、くぼみ５およびチャンバ７内の水溶液と電気接触する。これは、電気回路２６と接点２２および２５の接続によって両親媒性分子の層１１上の電気信号の測定を可能にする。
【０００８】
はんだバンプ方法は、複数のくぼみ５を有する実施形態で使用され、その理由は、各々のウエルの底部との個々の電気接続を可能にすることが必要であるためである。これは、図２に示される。図２では、単一の伝導性層２０は、個々の伝導路２８によって置き換えられ、この伝導路は、本体２を通って、本体２の、くぼみ５の底部にある電極２１とは反対側にある接点２９まで延びる。この配置は、はんだバンプ接続の使用を可能にする。特に、それぞれのはんだバンプ６０は各々の接点２９上に堆積され、このはんだバンプ上には回路要素６１を装着することができ、それにより、はんだバンプ６０は回路要素６１上のトラック６２と電気接触するようになる。
【０００９】
しかし、はんだバンププロセスは多くの電気接続を近接近させて信頼高く行うことを可能にするが、これは、形成される電気接続が恒久的であるという欠点を被っている。
【００１０】
恒久的な電気接続を小規模で形成するための方法が、知られており、この場合、たとえば構成要素部材は、自己集合によって位置合わせされ、その後機械的に接合される。たとえば、“Three Dimensional Micro-Self-Assembly Using Hydrophobic Interaction Controlled by Self-Assembled Monolayers”(Onoe et al., Journal of Microelectromechanical Systems, 2004, Vol. 13, No.4, pp 603-611),“Challenges for Capillary Self-Assembly of Microsystems”(Mastrangeli et al., IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, 2011, Vol. 1, No. 1, pp 133-149),“Surface Tension-Powered Self-Assembly of Microstructures - The State-of-the-Art”(Syms et al., Journal of Microelectromechanical Systems, 2003, Vol. 12, No.4, pp 387-417),および“Self-assembly from milli- to nanoscales: methods and applications”(Mastrangeli et al., Journal of Micromechanics and Microengineering, 2009, Vol. 19, DOI: 10.1088/0960-1317/19/8/083001)を参照されたい。しかし、そのような技術は、しばしば、敏感な構成要素を備えた電気デバイスには適さない、（化学活性化関連、または温度または圧力などのシステム可変量関連の）極限環境を必要とし、これもまた、恒久的な電気接続をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、上記で論じた問題を少なくとも部分的に克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、取り外し可能な電気デバイスを提供するために互いに接続するように適合された構成要素部材の対を備え、デバイスの接続された構成要素は、その後接続解除され得る、キットであって、導電性液体を各々が含む電気コネクタのアレイと、電極のアレイとを備え、これらのアレイは、互いに接触させられ、それによって電気コネクタのアレイの導電性液体と、電極のアレイの電極との間に複数の電気接続をもたらしことができ、電気接続は、その後、導電性液体をそのアレイの電極から引き離すことによって断たれ得る、キットが提供される。デバイスは、アレイのそれぞれ電気コネクタと電極の間のイオン電流の流れを測定するための電気化学デバイスである。
【００１３】
この態様によれば、複数の実行可能な電気接続を非常に近いピッチで小規模で行うことを可能にしながら、電気コネクタを電極に接続し、そこから接続解除するために（または異なるセットの電気コネクタを電極に再接続するために）構成要素部材を接続し、接続解除することが可能である。これは、キットから構築されたデバイス全体のさまざまな構成要素部材の修理または保全作業を容易にすることに役立つことができ、または構成要素部材の一部を廃棄できるように使用することを可能にしながら、（恐らくより高い価値、または製造コストの）他の部材を繰り返し再使用することを可能にすることができる。
【００１４】
特に、デバイスは、分析を実行するための分析デバイスとして使用するのに適しており、この場合デバイスは、使用中、汚染されることがあり、または構成要素部材の１つは、限定された測定寿命を有する。取り外し可能な構成要素の提供は、デバイスを全体的に交換する必要性を回避し、その理由は、これが、電極コネクタを備える構成要素などの構成要素の一方の廃棄を可能にしながら、交換することがより高価である、または汚染されていない、電極アレイを含む構成要素などの他方の構成要素部材の再使用を可能にするためである。
【００１５】
導電性液体は、イオン液体またはイオン溶液でよい。イオン液体は、通常、蒸発圧力が低く、そのため非常にゆっくりとしか蒸発しないため、イオン液体を使用することは、電気コネクタの寿命に関して利点をもたらす。
【００１６】
導電性液体は、任意選択により、半固体または固体の特性を有するゲルである。ゲルは、ポリマー鎖網目を含むポリマーヒドロゲルになることができる。ポリマーは、任意選択により、架橋され得る。ゲルの使用は、コネクタの寿命を延ばすことを助け、コネクタからの流体が電極間を移動することを軽減し、導電性液体の形状を維持し、したがって電気接続の信頼性を高めるのを助ける。しかし、非ゲル状の導電性液体もまた使用されてよい。
【００１７】
電極は、任意の従来の直径のものでよい。電極直径は、通常、５０μｍから５００μｍまでの範囲内の任意の直径でよい。
【００１８】
導電性液体の個々の液滴が、アレイの各々の電極上に提供され得る。１００μｍの電極直径の場合、液滴は、通常、電極の上方１００μｍ以下、任意選択により５０μｍ以下、任意選択により２０μｍ以下、任意選択により１０μｍ以下、さらに任意選択により５μｍ以下の高さを有することができる。したがって、液滴は、表面から突出することができ、それによって、電気コネクタのアレイおよび電極のアレイが完全に平面な表面でない場合でも、電気コネクタのアレイとの信頼高い電気接続を形成することをより容易にする。最適な液滴サイズは、導電性液体がゲルの形態であるか、およびその特性によって決まり得る。
【００１９】
電気接続は、自己集合によって形成されてよく、すなわち電気コネクタと、アレイの電極、またはアレイの電極の表面上に提供された液滴との間の表面エネルギーは、電気コネクタが、表面張力を最小限に抑えるために自己整合し、電極表面または電極上に提供された液滴と接続するようなものである。これは、液体コネクタが、接続をもたらすためにアレイの電極と正確に整合される必要がないという利点を有する。電気コネクタの数は、任意選択により、電極のアレイの電極の数と等しい。これは、電極が電気コネクタと完全に位置合わせされた場合、電極の最も効率的な使用となる。
【００２０】
電気コネクタのアレイおよび電極のアレイ各々は、１ｍｍ以下、任意選択により５００μｍ以下、さらに任意選択により２００μｍ以下のピッチを有することができる。アレイの電極の数は、１００を上回り、任意選択により１０００を上回り、さらに任意選択により１０、０００を上回り、さらに任意選択により１００、０００を上回ることができる。すなわち、接続は、多くの数かつ非常に小さい規模およびピッチで行うことができる。単位面積あたりの接続の数が多いことにより、接続されたときのアレイ間の表面張力は、構成要素部材を一緒に保持し、アレイの互いに対する横方向運動を実質的に防止するのに十分なものになることができる。
【００２１】
電気コネクタのアレイおよび電極のアレイは、任意選択により、第１および第２の本体内それぞれに設けられる。電極は、任意選択により、第２の本体の表面に設けられる。複数の電気接続は、第１および第２の本体のそれぞれの表面を接触させるまたは近接近させることによって形成され得る。実際、表面それ自体は、（特に電気コネクタが第１の本体の表面から外方に突出する場合）電気コネクタと電極の間で接触することにより、実際には接触しなくてよい。
【００２２】
第１および第２の本体のそれぞれの表面は、任意選択により平面である。平面な表面は、より多くの接続を大きなアレイにわたってより信頼高く形成することを可能にする。
【００２３】
第１および第２の本体は、任意選択により、位置合わせ手段を備え、それによって電気接続が形成されたときの２つの表面間の横方向運動を実質的に防止する。位置合わせ手段は、各々それぞれの本体の表面上に設けることができる。位置合わせ手段は、任意選択により、接触したときに互いからずらされるような電気コネクタのアレイおよび電極のアレイの接触を可能にし、結果として生じるアレイ間の電気接続の数は、各々それぞれのアレイの電気コネクタまたは電極の数より少ない。したがって、２つのアレイの完全な位置合わせは達成されないが、複数の電気接続は依然として行われ得る。位置合わせ手段は磁気性のものでよい。これは、その後に組み立てられた電気デバイスを頑強にすることを可能にし、それにより、構成要素部材間の複数の電気接続は、使用時に維持される。
【００２４】
しかし、電気コネクタのアレイと電極のアレイとの間の表面張力だけで、物理的位置合わせが自己集合に基づく２つの本体を位置合わせするのに十分になり得る。
【００２５】
第１の本体は、その表面にある毛細管チャネルおよびその中に含まれるまたはそこから突出する伝導性液体を保護するために、「空の」第２の本体に接続される形態で格納され得る。空の第２の本体の表面は、導電性液体の突出部分または毛細管チャネルの端部を電気的に絶縁するために、シリコーン油などの電気絶縁油を含むことができる。電気デバイスを提供するために、第１の本体は、空の第２の本体から接続解除され、電極のアレイを備える第２の本体に接続され得る。液体コネクタがゲルなどの水性系である場合、油での第１の本体の表面の対策は、実質的に、毛細管チャネルから突出する電気コネクタの部分からの水の蒸発を防止する。水の蒸発は、突出の収縮を引き起こし、その結果、コネクタとアレイの電極との間の電気接続は不十分になり、または無くなることがある。
【００２６】
第１および／または第２の本体は、任意選択により、電気接続が形成されたときに電極のアレイの電極間の導電性液体の流れを実質的に防止する流れバリアを備える。流れバリアは、任意選択により、電極の表面に対して疎水性である電極間の表面を含む。流れバリアはまた、任意選択により、第１と第２の本体間に提供された導電性流体媒体も含む。流体媒体は、第２の本体の表面上に提供することができ、前記媒体は、電極と、電気コネクタの導電性液体との間の接触によって、電極のアレイの電極の表面から変位され得る。流体媒体は、シリコーン油などの油になることができる。流れバリアは、個々の電気コネクタと個々の電極との間の１対１の接続を達成するのを助ける。
【００２７】
第２の本体は、任意選択により、集積回路を備える。電極のアレイの電極は、任意選択により、電極から第２の本体内に延びるコネクタによって集積回路に接続される。
【００２８】
電気コネクタのアレイは、毛細管のアレイ内に配設され得る。毛細管は、第１の本体の表面まで延びることができる。第１の本体の表面に設けられた各々の毛細管の端部は、凸状表面を有することができる。電気コネクタの第２のアレイは、毛細管のアレイから突出することができる。導電性液体の突出の範囲は、毛細管の幅によって決まり、通常、突出部の最大範囲は、毛細管幅の約５０％である。したがって１００μｍの幅の毛細管の場合、突出は、５０μｍ以下、任意選択により３０μｍ以下になり得る。突出の幅は、毛細管の幅によって決まることになる。たとえば、１００μｍの毛細管幅の場合、１００μｍを上回る長さのゲル突出は、壊れやすい。通常、ゲル状電気コネクタに対する突出の毛細管の幅対深さの最適なアスペクト比は、１：１未満である。アスペクト比は、１：１から１０：１の値間になり得る。毛細管内に電気コネクタを設けることは、コネクタの形成を助け、また、コネクタを互いから分離したままにすることも助ける。毛細管の端部から離れて延びる電気コネクタを有することにより、アレイが完全に平面でない場合、アレイ全体にわたってより信頼高く接続を行うことができる。毛細管内にゲルのような導電性液体を提供することは、これが毛細管からの突出液体の形状を維持することを助けるため、有利である。アレイの電極上にゲル液滴を提供することは、類似の利点を付与する。ゲルは、毛細管チャネル内および／またはアレイの電極の表面上に液体の形態で提供され、その後固化されて固体または半固体をもたらすことができる。しかし、導電性液体は、液体の形態でもよく、このとき毛細管から突出する液体の部分は、表面張力によって適所に保持される。第１の本体または構成要素部材は、任意選択により、１つまたは複数の電極を備え、それによって、電気回路を形成するために接続されたとき、１つまたは複数の電極と電極のアレイの電極との間の導電性液体を通る、複数の毛細管イオン流路を提供する。１つまたは複数の電極の１つと、電極のアレイのそれぞれの電極との間の抵抗は、電気接続が形成されたとき、通常、１ｋΩを上回り、任意選択により１ＭΩを上回り、さらに任意選択により１００ＭΩを上回り、さらに任意選択により２００ＭΩを上回り、さらに任意選択により１ＧΩを上回る。この抵抗は、さらに大きくてよく、たとえば１から１０ＧΩの間、またはそれ以上でよい。抵抗は、電気回路内のレジスタによって、すなわち２端子受動電気構成要素によってもたらされ得る。抵抗は、イオン液体またはイオン溶液間に設けられた抵抗膜内の１つまたは複数の非常に小さいアパーチャによってもたらされ得る。アパーチャは、たとえば１から５０ｎｍの間の幅でよい。
【００２９】
液体電気接続は、高い抵抗性と、通常は１μＡから０．１μＡの範囲内の非常小さい電流通過とを有する、本発明によるシステムで使用するように良好に適合される。電流通過は、１０から１０００ＰＡの範囲内、たとえば５０から３００ＰＡの範囲内になり得る。したがって、金属接点を使用して第１と第２の本体間に低い抵抗の電気接続をもたらすことは、必要とされない。
【００３０】
デバイスは、電気回路として表すことができ、この場合回路のさまざまな構成要素は、高い抵抗レジスタまたは膜アパーチャの抵抗、イオン溶液またはイオン液体の抵抗、およびイオン溶液またはイオン液体との間の電極表面における抵抗などの、これらに関連付けられた電気抵抗を有する。接続される電気コネクタと電極の間のインターフェースにおける抵抗の構成成分は、２つの間の接触抵抗である。接触抵抗は、たとえば、接続される２つの構成要素間の接触面積および電極の表面汚染の程度に応じて変動し得る。使用時、イオン電流の流れは、分極された電極間、すなわち印可電位差の下で起こる。したがって、負のイオン流が、正荷電した電極に向かって流れ、またその逆の形もある。インターフェースは、容量素子を提供する二重層として考えられ得る。電気回路は、ＲＣ回路として表すことができ、このＲＣ回路は、電極溶液／液体インターフェースにある抵抗に関連付けられた静電容量を有する。また、アパーチャを備える膜に関連付けられた静電容量も存在する。
【００３１】
導電性液体と、電極のアレイの電極との間のインターフェースにおける抵抗は、電気接続が形成されたとき、１つまたは複数の電極の１つと電極のアレイのアレイの電極との間の総抵抗の１％以下、任意選択により０．１％以下、さらに任意選択により０．０１％以下、さらに任意選択により０．００１％以下になることができる。
【００３２】
第１の本体内の１つまたは複数の電極は、複数のイオン流路共通の電極でよい。
【００３３】
第１の本体は、任意選択により、複数のナノ細孔を備え、この場合各々のナノ細孔は、イオン流路を渡して設けられた絶縁基板内に設けられ、それにより、電流は、ナノ細孔を通って、導電性液体と、１つまたは複数の電極との間に通される。したがって、ナノ細孔を含む本体は、デバイスの残りの部分から着脱可能になり得る。絶縁基板板は、両親媒性分子の層を含む膜でよい。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、前述の態様の任意の実施形態によるキットから組み立てられる取り外し可能な電気デバイスが、提供される。取り外し可能な電気デバイスは、検体を特徴付けるためのものになり得る。
【００３５】
１つまたは複数のそのようなデバイスは、ハウジング内にモジュラー形態で設けられて、分析器具を提供することができる。分析器具、またはデバイス自体は、さらに、電極のアレイからの電気信号を処理するプロセッサ、データ処理の結果を表示するディスプレイ、測定値に関連するデータを記憶するデータ記憶手段、記憶または分析のためにデバイスからデータを伝送するデータ伝送手段、および電源の１つまたは複数を備えることができる。
【００３６】
本発明の別の態様によれば、電気デバイスを接続する方法であって、導電性液体を各々が含む電気コネクタのアレイを提供するステップと、電極のアレイを提供するステップと、第１および第２のアレイを接触させて、アレイのそれぞれの電極と、導電性液体との間に複数の電気接続を形成するステップとを含む、方法が、提供される。方法は、任意選択により、さらに、電気接続を断つために導電性液体を電極のアレイの電極から分離するステップを含む。
【００３７】
本発明の別の態様によれば、第１の態様の実施形態の任意のキットに使用するための電気コネクタのアレイが提供され、この場合、各々の電気コネクタは導電性液体を含む。
【００３８】
本発明の別の態様によれば、第１の態様の実施形態の任意のキットに使用するための電極のアレイが存在し、この場合、電極間の表面は、電極と比べて疎水性である。
【００３９】
本発明は、以下の図を参照して、例としてのみ以下で論じられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来技術の装置の断面図である。
【図２】従来技術の装置の断面図である。
【図３】２つの構成要素本体が互いから分離されている、電気デバイスの断面図である。
【図４】２つの構成要素本体が、一緒にされて電気接続を形成している、図３の電気デバイスの断面図である。
【図５】取り外し可能な電気デバイスの構成要素部材間の接続のための代替の配置の断面図である。
【図６】基板内に形成された毛細管の例の斜視図である。
【図７】基板内の毛細管の断面図である。
【図８】電極のアレイ内の電極の構造の概略図である。
【図９】両親媒性膜のアレイがいかにして形成され得るかを示す概略図である。
【図１０】液体電気コネクタのアレイを形成するための別の方法を示す概略図である。
【図１１】電気回路の例の設計を示す図である。
【図１２】電気デバイスの構成要素を形成する副構成要素の斜視図である。
【図１３】位置合わせ特徴を示す、図８の組み立てられた副構成要素の一部の平面図である。
【図１４】位置合わせ特徴の代替のセットを示す概略図である。
【図１５】位置合わせ特徴の別の代替のセットを示す概略図である。
【図１６】位置合わせ特徴の別の代替のセットを示す概略図である。
【図１７】ナノ細孔および両親媒性膜を提供する方法の連続的ステップにおける本体３２の概略断面図のセットである。
【図１８】ハウジング内に設けられた複数の電気デバイスモジュールを備える分析器具を示す図である。
【図１９】分析器具の拡大図である。
【図２０】サンプル導入ポートを備えた分析器具の上面図である。
【図２１】分析デバイスの概略図である。
【図２２】代替の毛細管チャネル設計の概略図である。
【図２３】別の代替の毛細管チャネル設計の図である。
【図２４】コネクタを形成するための代替のプロセスを示す図である。
【図２５】図２２および２３に示す本体張り出し部内のアパーチャの代替の設計を示す図である。
【図２６】コネクタを形成するための別の代替のプロセスの図である。
【図２７】さまざまな外形の球体に利用可能な自由度の概略図である。
【図２８】構成要素部材を備える例示的なデバイスの絵図である。
【図２９Ａ】構成要素部材を位置合わせするための手段を備える別の例示的な実施形態のデバイスの側面図である。
【図２９Ｂ】構成要素部材を位置合わせするための手段を備える別の例示的な実施形態のデバイスの側面図である。
【図２９Ｃ】構成要素部材を位置合わせするための手段を備える別の例示的な実施形態のデバイスの等角図である。
【図２９Ｄ】取り外し可能な構成要素の拡大図である。
【図２９Ｅ】図２９Ｄの取り外し可能な構成要素のフローセル構成要素部材の拡大図である。
【図２９Ｆ】図２９Ｄの取り外し可能な構成要素のフローセル構成要素部材の拡大図である。
【図２９Ｇ】取り外し可能な構成要素の側面図である。
【図２９Ｈ】取り外し可能な構成要素の拡大図である。
【図２９Ｉ】流体通路およびサンプル入口ポートを見ることができるデバイスを示す図である。
【図３０Ａ】取り外し可能な構成要素モジュールのアレイを備える分析器具を示す図である。
【図３０Ｂ】モジュールの拡大図である。
【図３１Ａ】液体コネクタが設けられた例示的な本体の投影図である。
【図３１Ｂ】液体コネクタが設けられた例示的な本体の投影図である。
【図３２】電極のアレイに接続された電気コネクタのアレイの例示的な図である。
【図３３Ａ】接続された状態にある、電気コネクタおよび電極のアレイを備えるチップの部分を示す図である。
【図３３Ｂ】接続解除された状態にある、電気コネクタおよび電極のアレイを備えるチップの部分を示す図である。
【図３４】図３４Ａ〜Ｆは、図３１ＡおよびＢに示すものの例示的な代替的なフィン設計を示す図である。
【図３５】図３５Ａ〜Ｄは、毛細管チャネルを充填する方法を示す図である。
【図３６】ナノ細孔デバイスの回路図である。
【図３７】図３７ａ及びｂは、ナノ細孔を通るＤＮＡの転位のイオン電流測定値に対する電流対時間トレースを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明者は、接続または接続解除を始動させるために（化学的であれ環境的であれ）極限の状態を必要とせずに、構成要素部材を取り付け、取り外し、その後任意選択により再取り付けすることができるようにして、電気デバイスの構成要素部材間の電気接続のアレイを提供する方法を考案した。導電性液体を含む電気コネクタのアレイを使用することにより、敏感な電気デバイスまたはその構成要素部材を潜在的に損傷させる恐れがある極限の状態または圧力を必要とすることなく、接続のアレイが信頼高く作られ得る。これは、特に、２つの本体のそれぞれの表面領域を接続するために必要とされる圧力が非常に高くなり得る、大きい表面積を有する大きいアレイの場合にあてはまる。加えて、デバイスは、分子寸法の厚さを有する、懸架された両親媒性層などのいくつかのもろい構成要素を有し得る。
【００４２】
構成要素部材のアレイを取り外す能力は、電気コネクタのアレイを備えるものなどの部材の一方を交換し、電極のアレイを備えるものなどの他方の構成要素部材を保持することを可能にする。アレイ電極は、その後、電気コネクタの新しいアレイと接続するために使用されてよい。
【００４３】
図３は、電気デバイス３１の構成要素部材を表す２つの本体３２および３７を示し、この場合、構成要素部材は接続されて、複数の電気接続をもたらすことができる。構成要素部材は、互いを接続して取り外し可能な電気デバイスを提供するために、キットとして提供され得る。
【００４４】
本体３２は、２つの平行な表面を有する。しかし、本体は、必ずしも平行な表面を有する必要はない。本体３２は、任意の適切な材料から作製され得る。以下に詳細に論じるように、そのような材料は、その中に形成された毛細管３４を有することができなければならない。また、材料は、毛細管３４を充填することを助けるために、親水性特性を有することが望ましく、これもまた以下で論じられる。
【００４５】
本体３２および／または３７は、非限定的に、セラミック、非ドープの結晶シリコン（すなわちシリコンウエハ）、ＳＵ８、ポリカーボネート、および／またはポリエステル、ガラスを含み、さらにこれらまたは他の材料の任意の組み合わせを含む、高い電気抵抗を有する種々の材料の範囲から準備され得る。本体は、非限定的に、堆積および除去技術、たとえばエッチング、レーザ処理、成形、または写真平板技術を含む、そのような材料向けの従来の技術を使用して製造され得る。
【００４６】
毛細管（細孔）３４のアレイは、本体３２内に形成される。毛細管３４は、本体３２の一方の表面から他方まで延びる。毛細管は、たとえば、約１００μｍの直径と、２００μｍ以下のピッチとを有することができる。好ましくは、ピッチは、１ｍｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１００から１５０μｍ、さらに好ましくは５０から１００μｍになることができる。毛細管の長さは、通常、１００μｍから１ｍｍ、好ましくは１５０μｍから７００μｍ、より好ましくは２００μｍから５００μｍになり得る。しかし、他の寸法が企図されてもよい。毛細管は、円形断面を有することができるが、他の形状を使用することもできる。図３では、毛細管３４のアレイは、本体３２を貫通して延びる。
【００４７】
毛細管３４は、導電性液体によって充填される。液体充填された毛細管は、電気コネクタ３５を形成する。すなわち、電気コネクタ３５のアレイは、毛細管３４のアレイ内に配設される。液体コネクタは、本体３２の一方側から、本体３２を通り、本体３２の反対の表面まで延びる。毛細管内の電気液体の量は、毛細管の長さを増大させることによって増大され得る。この量を増大させることは、これが、より多い量の溶解性酸化還元対を液体内に提供し、それによって装置の潜在的な電気化学的寿命を増大させることから有利である。
【００４８】
図３６は、第１および第２の構成要素の電極３０１および３０２を備えるデバイスを表す部分的回路図を示し、この場合電極は、抵抗膜内に設けられた高い抵抗性のナノ細孔を通るイオン溶液またはイオン液体によって接続される。部分回路は、ＲＣ回路として考えられてよく、ここでＲｐは、細孔抵抗を表し、Ｒｍｅｍは、膜抵抗を表し、Ｒｅは、膜の両側に設けられた電極コネクタおよび流体サンプルの抵抗をそれぞれ表し、Ｒｆは、流体サンプルと電極コネクタの間の抵抗である。Ｒｅの値は、イオン濃度に応じて変動し得るが、通常、インターフェース抵抗または細孔抵抗と比べて極小である。
【００４９】
電極コネクタとアレイの電極との間に追加の接触抵抗Ｒｃが存在し、これは、図３６の実施形態において直列で示される。細孔抵抗Ｒｐは、細孔を転位させる検体の性質および細孔を通るイオンの流れが制限される程度に応じて変動し得る。たとえば、ＭｓｐＡナノ細孔を通るＤＮＡの転位中、細孔抵抗は、２または３倍増大し得る。各々の電極およびナノ細孔膜は、関連する静電容量性成分を有する。電気コネクタとアレイの電極の間のインターフェース抵抗Ｒｉは、ＲＣおよびＲｆ両方の関数である。接触抵抗、したがって関連する静電容量性成分は、電極コネクタとアレイの電極との間の接触の変動によって変動し得る。これは、部分的には、接続される電気コネクタとアレイの電極の間の接触の表面積によるものである。特にゲル電気コネクタの場合、接触の程度は、ゲル突起、たとえばその形状および深さの寸法によって決まる。接触の程度はまた、ゲル突起の圧縮の程度によって、接触される構成要素部材の表面の高さにおける全体的変動として決定され得る。これはまた、表面酸化または表面汚染によって変動し得る、電極表面における抵抗によるものになる。
【００５０】
インターフェース抵抗は、比較的高く、変動し得るが、これは、細孔抵抗よりかなり小さく、したがってその影響は最少である。その結果、電気コネクタ／電極インターフェースにおける静電容量の影響は最少であり、効果的には無視することができる。したがって、接続されるインターフェースにおけるＲＣ時定数タウ（Τ）は最少であり、式中：
т＝ＲＣ
である。
【００５１】
対照的に、インターフェース抵抗が総回路抵抗の大きな成分である場合、レジスタを通ってコンデンサを荷電するための時間を表すタウもまた、大きくなる。ナノ細孔膜の静電容量の一般的な値は、４ｐＦであり、一方でインターフェース静電容量は、これよりかなり大きく、たとえば１００μｍ直径の電極に対して２０ｐＦになり得る。したがって、インターフェース静電容量が考慮に入れられるとき、ＲＣ成分は大きくなり、電流信号の測定は、周波数によるものになる。これは、電流信号の高周波数成分が失われ得るため、高周波数において電流信号を測定する際の重要な要素である。たとえば、ナノ細孔を通るＤＮＡの転位の測定において、測定された電流信号レベルに基づいて個々のｋ−ｍｅｒを解像する能力は、低減され得る。膜における静電容量は、膜のタイプ、たとえばこれが固体状態か、または両親媒性層かに応じて値が異なり得る。固体状態の膜の場合、関連する静電容量は最小限になり得る。接触抵抗を表すＲＣ成分は、図３６において直列に示される。これはまた、並行して、電極表面との接触のタイプ、すなわちたとえばゲルが、均一の抵抗層を介して電極に接触するか、または抵抗層が部分的にのみ存在し、これが直接的であると共に抵抗層を介して電極表面と接触するかに応じて表され得る。導電性液体は、好ましくは、イオン液体またはイオン溶液を含む。イオン液体は、その低い蒸発圧力により、液体コネクタ３５内の液体として使用するのに特に好ましい。したがって、これらが周囲大気に非常にゆっくりとしか蒸発せず、そのため長寿命のコネクタ３５を提供するために使用することができる。イオン液体の適切な例は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ＥＭＩＭ  ＴＦＳＩ）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロほう酸塩（ＥＭＩＭＢＦ４）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロほう酸塩（ＢＭＩＭＢＦ４）および１−エチル−３−メチルイミダゾリウムジシアナミド（ＥＭＩＭ  ＤＣＡ）を含む。
【００５２】
しかし、任意の適切な伝導性液体が使用されてよい。特に、ナノ細孔システムにおける用途の場合、非常に小さい電流だけが液体コネクタを通り過ぎる必要がある（ｐＡ程度のものになり得る）。したがって、高い抵抗（すなわち、したがって比較的小さい伝導性）の液体接続を有することが可能であり、その理由は、電気システムの残りの部分の抵抗、すなわち、ナノ細孔上の抵抗はさらにより大きく、これはＧΩ程度、場合によって数ＧΩのものになり得るためである。
【００５３】
任意選択により、液体コネクタ３５は、架橋され、それによってゲルを形成することができる。これはコネクタの構造的完全性を改善し、それによって（以下にさらに詳細に論じるように）複数の再接続のパフォーマンスを改善する。そのような架橋は、ＵＶ架橋または化学的架橋などのよく知られているプロセスによって達成することができる。
【００５４】
図３に示すように、液体コネクタ３５は、本体３２の表面の一方または両方を超えて突出することができる。特に、液体コネクタ３５が、電気デバイス３１を形成する他の構成要素を向く表面（すなわち図３では本体３２の下側表面）から突出して、良好な電気接続をもたらすことを助けることが好ましい。
【００５５】
液体電気コネクタ３５は、特にゲルの形態であるとき、幅１００μｍの毛細管に対して１００μｍ以下、５０μｍ以下またはさらに任意選択により３０μｍ突出することができる。したがって、これらは、本体３２から離れて突起して、本体３２および３７が接触させられたとき、電極３８との良好な接続が行われることを可能にする。液体コネクタ３５と本体３７内の電極３８の間の接続が１対１であること（すなわち液体コネクタ３５が２つ以上の電極３８と接触する広がりが無いこと）を確実にするために、必要な場合にさまざまな方法が採用され得る。本質的には、これらの方法は、何らかの形態の流れバリアを提供するものになり、それによって電気接続が形成されたとき、導電性液体が液体コネクタ３５からおよび電極３８の間を流れることを実質的に防止する。
【００５６】
１つのそのような方法は、２つの本体３２と３７間の空隙３９内にシリコーン油などの導電性流体を、これらが接触させられる前に提供することである。流体媒体は、第２の本体３７の表面上に提供することができ、電極３８と、電気コネクタ３５の導電性液体との間の接触によって、電極のアレイの電極３８の表面から変位され得る。したがって、流体は、絶縁層として作用して、２つの層が互いに接触した後、個々の接続間に絶縁をもたらす。流体は、したがって、二重効果をもたらし、これは、導電性液体の流れを防止するのに役立つための物理的バリアを提供し、これは、さらに、接続が行われた後、個々の接続間に追加の絶縁効果をもたらす。
【００５７】
流れバリアを提供する別の方法は、電気接触を行うために一緒にされる本体３２および３７の少なくとも１つの表面（すなわち図３では本体３２の下側表面および本体３７の上側表面）を、導電性液体の流れを阻止するように処理することである。これは、この表面を電極の表面に対して疎水性になるように処理することによって行うことができる。したがって、導電性液体３５は、電極自体を超えて広がることが阻止される。
【００５８】
一部の場合、本体３２の材料を、毛細管３４内の液体の適切な挙動を促すように選択することが可能になり得る。たとえば、これは、本体３２の材料を親水性にして、（以下に論じるように）毛細管３４を充填することを助けることが望ましくなり得る。しかし、本体は、複数の個々の層から形成することができ、それにより、本体３２の下側表面における外側層は、毛細管３４の開口部を超えて伝導性液体が広がることを阻止するために疎水性であり、一方で本体３２の主要部分は、（たとえば上側表面から）毛細管３４を充填することを助けることができる親水性材料から作製される。
【００５９】
すでに述べたように、液体コネクタ３５は、第２の本体３７内の電極３８の対応するアレイとの電気接続をもたらすように意図される。電極３８は、第２の本体３７の表面に設けられる。図３に示すように、本体３７内の電極３８の配置は、本体３２内の毛細管３４の配置を鏡像化する。すなわち、本体３７内の電極３８は、本体３２内の毛細管と同じピッチで配置される。また、電極３８の数も電気コネクタ３５の数と等しい。電極のアレイ内の電極３８の数、および電気コネクタ３５の対応する数は、１００を上回り、任意選択により１０００を上回り、さらに任意選択により１０、０００を上回り、さらに任意選択により１００、０００を上回ることができる。
【００６０】
電気コネクタ３５がそこから突出する本体３２の表面は、電極３８が中に設けられる本体３７の上側表面と接触させられる、またはその近位になることができ、それにより、各々の液体コネクタ３５は、本体３７上の１つの電極３８と個々に接触する。すべての接続をアレイにわたって信頼高く行うことを助けるために、電気コネクタ３５がそこから突出する第１の本体３２の表面、および電極３８が中に設けられる第２の本体３７の表面は、好ましくは平面であり、または同じ表面地形を有する。接続の構成は、図４に示される。
【００６１】
本体３７は、たとえば、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）またはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）などの集積回路を備えることができる。本体３７の電極３８は、そのような集積回路と接続され得る。すなわち、電極３８は、電極から第２の本体３７内に延びるコネクタによって集積回路に接続され得る。したがって、ＡＳＩＣを備える構成要素部材の部品コストは、毛細管のアレイを含む構成要素部材よりかなり高いものになり得る。
【００６２】
したがって、本体３７は、分析または測定デバイスの一部または検体を特徴付けるための任意のデバイスを形成することができる。図３に示す電気デバイスは、測定システム、特に、ポリマー分子から測定を行うためのナノ細孔システムである。
【００６３】
決定される対象のポリマー検体は、ナノ細孔のアレイと接触し、第１の本体の１つまたは複数の電極と電気接触するようにデバイスに付加され得る。ポリマーは、第１の本体の共通電極と第２の本体の電極のアレイとの間に確立された電位下でナノ細孔を通過させられ得る。電位差は、５０ｍＶから２Ｖの間、より一般的には１００ｍＶから３００ｍＶの間の値になり得る。
【００６４】
電気回路２６の例の設計が、図１１に示される。電気回路２６の主な機能は、共通電極の第１の本体と、電極アレイの電極との間に生じた電流信号を測定することである。これは、単に測定された信号の出力でよいが、原理上は、信号のさらなる分析を伴うこともできる。電気回路２６は、通常は非常に小さい電流を検出し、分析するのに十分な感度を有する必要がある。例として、開放膜タンパク質は、通常、１Ｍの塩類溶液で１００ｐＡから２００ｐＡの電流を通すことができる。
【００６５】
この実施において、電極２４は、アレイ電極として使用され、電極２１は、共通電極として使用される。したがって、電気回路２６は、電極２４に、電極２１に対するバイアス電圧電位をもたらし、この電極２１は、それ自体事実上の地電位にあり、電流信号を電気回路２６に供給する。
【００６６】
電気回路２６は、バイアス回路４０を有し、このバイアス回路は、電極２４に接続され、２つの電極２１および２４上に効果的に現れるバイアス電圧を印可するように配置される。
【００６７】
電気回路２６はまた、２つの電極２１および２４上に現れる電気電流信号を増幅するために電極２１に接続された増幅回路４１も有する。通常、増幅回路４１は、２つの増幅段４２および４３からなる。
【００６８】
電極２１に接続された入力増幅段４２は、電流信号を電圧信号に変換する。
【００６９】
入力増幅段４２は、高いインピーダンスフィードバックレジスタ、たとえば５００ＭΩを有する反転増幅器として構成された電位計作動増幅器（electrometer operational amplifier）などのトランスインピーダンス増幅器を備えて、通常は１０から１００のｐＡの大きさを有する電流信号を増幅するのに必要な利得を提供することができる。
【００７０】
代替的には、入力増幅段４２は、切り替え式積分増幅器（switched integrator amplifier）を備えることができる。これは、フィードバック要素がコンデンサであり、事実上ノイズが無いために、非常に小さい信号には好ましい。加えて、切り替え式積分増幅器は、より広い帯域幅を有する。しかし、積分器は、出力飽和が起こる前に積分器をリセットする必要があるため、不感時間を有する。この不感時間は、マイクロ秒辺りまで低減することができるため、必要とされるサンプリング速度がかなり早い場合、それほど重大なものではない。トランスインピーダンス増幅器は、必要とされる帯域がより小さい場合、より簡単になる。通常、切り替え式積分増幅器の出力は、各々のサンプリング期間の最後にサンプリングされ、その後リセットパルスが続く。追加の技術を使用して、システム内の小さい誤差を解消する積算の開始をサンプリングすることができる。
【００７１】
第２の増幅段４３は、第１の増幅段４２によって出力された電圧信号を増幅し、フィルタリングする。第２の増幅段４３は、十分な利得を提供して、信号を、データ取得ユニット４４において処理するのに十分なレベルまで上昇させる。たとえば、５００ＭΩのフィードバック抵抗が第１の増幅段４２内にある状態では、第２の増幅段４３への入力電圧は、１００ｐＡ程度の一般的な電流信号が与えられる場合、５０ｍＶ程度のものになり、この場合、第２の増幅段４３は、５０ｍＶ信号範囲を２．５Ｖに上昇させるために５０の利得を提供しなければならない。
【００７２】
電気回路２６は、データ取得ユニット４４を含み、このデータ取得ユニットは、適切なプログラムを実行するマイクロプロセッサでよく、または専用のハードウェアを含むことができる。この場合、バイアス回路４０は、デジタルアナログ変換器４６から信号が供給された反転増幅器によって簡単に形成され、このデジタルアナログ変換器は、専用のデバイスまたはデータ取得ユニット４４の一部でよく、ソフトウェアからデータ取得ユニット４４にロードされたコードに応じて電圧出力を提供する。同様に、増幅回路４１からの信号は、アナログデジタル変換器４７を通ってデータ取得カード４０に供給される。
【００７３】
電気回路２６のさまざまな構成要素は、別個の要素によって形成されてよく、または構成要素の任意のものは、共通の半導体チップ内に組み込まれてよい。電気回路２６の構成要素は、印刷回路板上に配置された構成要素によって形成され得る。電極のアレイからの複数の信号を処理するために、電気回路２６は、本質的には、各々の電極２１について増幅回路４１およびＡ／Ｄ変換器４７を複製して各々のくぼみ５から信号を並行して取得することを可能にすることによって改変される。入力増幅段４２が切り替え式積算器を備える場合、これらは、サンプルホールド信号を取り扱い、積算信号をリセットするためにデジタル制御システムを必要とする。デジタル制御システムは、最も好都合には、フィールドプログラマブルゲートアレイデバイス（ＦＰＧＡ）上に構成される。加えて、ＦＰＧＡは、プロセッサ様機能、および標準的な通信プロトコル、すなわちＵＳＢおよびイーサネット（登録商標）とインターフェース接続するのに必要とされるロジックを組み込むことができる。電極２１が地面に保持されるという事実により、これを電極のアレイ共通として設けることが実用的である。
【００７４】
そのようなシステムでは、ポリヌクレオチドまたは核酸などのポリマー、タンパク質などのポリペプチド、多糖類、または任意の他のポリマー（天然または合成）が、適切にサイズ設定されたナノ細孔を通過することができる。ポリヌクレオチドまたは核酸などの場合、ポリマーユニットはヌクレオチドになり得る。したがって、分子はナノ細孔を通り抜け、その間ナノ細孔上の電気特性は、監視され、ナノ細孔を通り抜ける特定のポリマーユニットの信号と特性が得られる。信号は、こうして、ポリマー分子内のポリマーユニットの配列を特定し、または配列特性を決定するために使用され得る。１つまたは複数の特性は、好ましくは、（ｉ）ポリヌクレオチドの長さ、（ｉｉ）ポリヌクレオチドの同一性、（ｉｉｉ）ポリヌクレオチドの配列、（ｉｖ）ポリヌクレオチドの二次構造、および（ｖ）ポリヌクレオチドが修飾されているか否かの１つまたは複数から選択される。
【００７５】
ポリマーは、ポリヌクレオチド（または核酸）、タンパク質などのポリペプチド、多糖類、または任意の他のポリマーでよい。ポリマーは天然または合成でよい。ポリマーユニットは、ヌクレオチドでよい。ヌクレオチドは、種々の核酸塩基を含む種々のタイプのものでよい。
【００７６】
ポリヌクレオチドは、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、ｃＤＮＡまたは当技術分野で知られている合成核酸、たとえばペプチド核酸（ＰＮＡ）、グリセロール核酸（ＧＮＡ）、トレオース核酸（ＴＮＡ）、ロックド核酸（ＬＮＡ）、ブリッジド核酸（bridged nucleic acid）（ＢＮＡ）またはヌクレオチド側鎖を伴う他の合成ポリマーでよい。ポリヌクレオチドは、一本鎖、二本鎖でよく、または一本鎖および二本鎖領域の両方を含むこともできる。通常、ｃＤＮＡ、ＲＮＡ、ＧＮＡ、ＴＮＡまたはＬＮＡは、一本鎖である。
【００７７】
本明細書において説明する方法は、任意のヌクレオチドを特定するために使用され得る。ヌクレオチドは、自然発生的なものまたは人工のものになることができる。ヌクレオチドは、通常、（本明細書では「塩基」と称され得る）核酸塩基、糖、および少なくとも１つのリン酸基を含む。核酸塩基は、通常ヘテロ環状である。適切な核酸塩基は、プリンおよびピリミジンを含み、より具体的にはアデニン、グアニン、チミン、ウラシルおよびシトシンを含む。糖は、通常、五単糖である。適切な糖は、それだけに限定されないが、リボースおよびデオキシリボースを含む。ヌクレオチドは、通常、リボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチドである。ヌクレオチドは、通常、一リン酸、二リン酸または三リン酸を含む。
【００７８】
ヌクレオチドは、損傷したまたは後天的（epigenetic）な塩基を含み得る。ヌクレオチドは、独自の信号を有するマーカとして作用するように標識または修飾され得る。この技術を使用して、塩基の不在、たとえばポリヌクレオチド内の脱塩基ユニットまたはスペーサを特定することができる。
【００７９】
修飾されたまたは損傷したＤＮＡ（または類似の系）の測定を考える際に特に使用するのは、相補的なデータが考慮される方法である。提供される追加の情報により、多数の基礎となる状態間の区別が可能にされる。
【００８０】
ポリマーはまた、ポリヌクレオチド以外のポリマーのタイプでよく、その一部の非限定的な例は、以下の通りである。
【００８１】
ポリマーは、ポリペプチドでよく、この場合、ポリマーユニットは、自然発生的なまたは人工のアミノ酸でよい。
【００８２】
ポリマーは、多糖類でよく、この場合、ポリマーユニットは、単糖になり得る。
【００８３】
本発明において使用され得るポリマーヒドロゲルの例は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ゼラチン、アガロース、メチルセルロース、ヒアルロン酸、ポリアクリルアミド、シリコーンヒドロゲル、ポリエチレン酸、ポリＡＭＰＳ、ポリビニルピロリドン、多糖類およびジメタクリル酸ポリ（エチレングリコール）を含む。ヒドロゲルは、ホモポリマー、コポリマー、またはマルチポリマー相互侵入ポリマー網目（ＩＰＮ）でよい。ヒドロゲルは、ＵＶ硬化性でよい。ＵＶ重合によって架橋してゲルを形成することは、ゲルを形成するための架橋が、液体を加熱する、または化学反応剤を付加する必要なく室温において実施され得るため、特に有利である。導電性液体がゲルである場合、これは、好都合には、液体の形態で毛細管に付加され、その後個化され得る。
【００８４】
アレイの電極および／または第１の本体の１つまたは複数の電極は、好ましくは、プラチナ、パラジウム、金、または炭素などの不活性材料から形成される。
【００８５】
酸化還元対は、第１の本体の１つまたは複数の電極と、アレイの電極との間の電位差を維持するように働くイオン流路内に影響され得る。酸化還元対は、毛細管流路内および／または電極アレイの表面上の液滴中に提供され得る。代替的には、電極それ自体が、Ａｇ／ＡｇＣｌおよびＣｕ−ＣｕＳＯ４などの酸化還元対を含むことができる。
【００８６】
ナノ細孔システムでは、そのようなデバイスは、一連のウエル内に設けられた細孔にわたって電気活性を監視することができる。図３では、ウエルは、コネクタ充填された毛細管３４の上方にくぼみ３６として設けられる。すなわち、くぼみ３６は、本体３２上に設けることができ、各々のウエルくぼみ３６は、毛細管３４に連結される。図３では、本体３２は、ウエル壁３３の支持体として作用する。ウエル壁３３は、本体３２上の別個の層として設けられて（たとえば、リソグラフィー技術によって構築されて）よい。他の配置では、別個のウエル壁は、存在しなくてよく、このときウエルくぼみは、恐らく毛細管の上部のように本体３２内に直接的に形成されている（また、この場合、液体コネクタ３５は、毛細管３４全体を充填しない）。
【００８７】
ナノ細孔システムでは、ナノ細孔は、通常はナノメートル程度のサイズを有する細孔である。ナノ細孔は、生物学的細孔または固体状態細孔になり得る。生物学的細孔の例は、膜貫通タンパク質細孔になり得る。図３の例では、生物学的細孔は、ウエルくぼみ３６を渡して形成された両親媒性層内に存在する。対照的に、固体状態細孔は、通常、固体状態層内の開口である。いずれの場合も、ナノ細孔は、各々の毛細管３４を渡して、したがってシステムが使用されているときは（以下に述べる）イオン流路を渡して設けられた基板層内に設けられる。したがって、電流は、ナノ細孔を通り抜ける。
【００８８】
上記で述べたように、ナノ細孔の両側の２つの電極間の信号が、監視される。図３では、この配置は、共通の電極５０を本体３２の上側表面上に設け、個々の電極３８の配列を本体３７上に設けることによって概略的に示される。実際、共通の電極は、本体３２の底部を通して（これは明確にするために図３では本体３２の上部に示されているが）接続されて、本体３７内に少なくとも部分的に形成された電気回路の残りの部分との接続を容易にすることができる。代替的には、単一の共通電極５０の代わりに、第１の本体３２は、２つ以上の電極５０を備えることができる。
【００８９】
使用時、決定される対象の検体を含むサンプル液体が、本体３２の上側表面上に提供されて、各々のウエルと共通電極５０の間に電気接続をもたらす。さらに、電気路が、液体コネクタ３５を貫通して、各々のウエルくぼみ３６内に支持されたナノ細孔の他方側の電極３８まで形成される。すなわち、電気接続が形成されたとき、１つまたは複数の電極５０と、電極のアレイの電極３８との間に複数の毛細管イオン流路が存在する。したがって、電流は、ナノ細孔を通って導電性液体と１つまたは複数の電極５０の間に通される。
【００９０】
これは、図２１に概略的に示され、ここでは回路２３０は、接続されたデバイス２００のアレイ（図示せず）の電極を共通電極２１０に接続する。使用時、液体サンプル２２０が、デバイスに付加され、共通電極２１０と電気接触する。共通電極は、フリット材（frit）によってサンプルから分離され得る。これは、たとえば、ＡＧ／Ａｇｃｌなどの参照電極になり得る共通電極によるサンプルのいかなる潜在的な汚染も回避する。
【００９１】
したがって、共通電極５０と任意の個々の電極３８との間に通される電流は、本体３２上に形成された対応する個々のウエルくぼみ内の電気活性を示す。したがって、（図３の要素５１によって概略的に示す）適切な分析ユニットは、それにしたがってそのようなデータを解釈することができる。
【００９２】
上記で述べたように、ナノ細孔回路内の抵抗は、通常、非常に大きい。たとえば、電極５０と３８の間の抵抗は、１ｋΩを上回り、さらに１ＭΩを上回り、さらに１００ＭΩを上回り、さらに１ＧΩを上回り得る。したがって、電気コネクタ３５における抵抗が比較的大きくても、分析システム全体では相対的に重要ではない。したがって、そのようなシステムにおいて液体コネクタを使用することは、たとえば固体状態の電気接続と比較して、その高い抵抗の観点から問題を呈さない。実際、液体コネクタ３５と本体３７の電極３８の間のインターフェース抵抗は、ナノ細孔システム内の電極５０と３８の間の抵抗の１％以下、時に０．１％以下、さらに０．０１％以下、または０．００１％以下になることができる。
【００９３】
電気測定値は、Stoddart D et al., Proc Natl Acad Sci, 12;106(19):7702-7, Lieberman KR et al, J Am Chem Soc. 2010;132(50):17961-72および国際公開第２０００／２８３１２号パンフレットに記載されるような標準的な単一チャネル記録装置を使用して行われ得る。
【００９４】
全般的に、測定値が、細孔を通るイオン電流の流れの電流測定値であるとき、イオン電流は、通常ＤＣイオン電流でよいが、原理上の代替策は、ＡＣ電流の流れ（すなわちＡＣ電圧の印加下で流れるＡＣ電流の大きさ）を使用するものである。
【００９５】
光学測定値は、電気測定値と組み合わせられ得る（Soni GV et al., Rev Sci Instrum. 2010 Jan;81(1):014301）。
【００９６】
デバイスは、異なる性質の同時測定を行うことができる。測定値は、上記で説明したものの任意のものでよい異なる物理的特性の測定値であるため、異なる性質のものでよい。代替的には、測定値は、同じ物理的特性であるが異なる状態下の測定値、たとえば異なるバイアス電圧下の電流測定値などの電気測定値であるため、異なる性質のものでよい。
【００９７】
第１の本体の１つまたは複数の電極は、通常、地面に保持された共通電極であり、電位差は、電極のアレイにおいて電位を変動させることによって変動し得る。回路は、アレイの各々の電極において電位の選択的制御を可能にすることができ、それにより、電位差は、ポリマーを細孔から取り出すために、たとえばアレイの各々のセンサナノ細孔において変動して逆転電位をナノ細孔に印可することができる。
【００９８】
通常、生化学分析システムによって行われる各々の測定は、ｋ−ｍｅｒによるものになり、ｋ−ｍｅｒはポリマーユニットのそれぞれの配列のｋポリマーユニットであり、ここでｋは、正の整数である。理想的には、測定値は、単一ポリマーユニット（すなわちｋが１である場合）によるものになるが、生化学分析システム１の多くの一般的なタイプでは、各々の測定値は、複数のポリマーユニットのｋ−ｍｅｒ（すなわちｋは複数の整数である）によるものになる。すなわち、各々の測定値は、ｋが複数の整数であるｋ−ｍｅｒのポリマーユニットの各々の配列によるものになる。
【００９９】
生化学分析システムによって行われる一連の測定では、複数の測定値の連続的なグループは、同じｋ−ｍｅｒによるものになる。各々のグループにおける複数の測定値は定数値のものであり、以下に論じる何らかの偏差を受け、したがって一連の生測定値において「レベル」を形成する。そのようなレベルは、通常、同じｋ−ｍｅｒ（または同じタイプの連続的ｋ−ｍｅｒ）よるものになる測定値によって形成されてよく、故に、生化学分析システムの共通状態に対応することができる。
【０１００】
信号は、大きいセットでよいレベルのセット間を移動する。器具類のサンプリング速度および信号上のノイズを考えれば、レベル間の移行は、瞬間的であると考えることができ、したがって信号は、理想化されたステップトレースによって近似され得る。
【０１０１】
図３７ａは、酵素制御下でナノ細孔を通るＤＮＡの転位中の一般的な電流信号を経時的に示す。信号は、ナノ細孔内の個々のｋ−ｍｅｒｓを表す、図３７ｂによって示されるようなステップトレースを特定するために分析され得る。
【０１０２】
各々の状態に対応する測定値は、事象の時間スケールにわたって一定であるが、ほとんどのタイプの生化学分析システムでは、短い時間スケールにわたって偏差を受ける。偏差は、たとえば電気回路および信号処理から、とりわけ、電気生理学の特定の場合、増幅器から生じる測定ノイズの結果から生じ得る。そのような測定ノイズは、測定される特性の大きさが小さいことによって避けられないものである。偏差はまた、生化学分析システムの土台となる物理的または生物学的システムにおける固有の変動または広がりの結果からも生じ得る。ほとんどのタイプの生化学分析システムは、多かれ少なかれそのような固有の偏差を経験する。任意の与えられたタイプの生化学分析システムの場合、両方の偏差源が一因になることがあり、またはこれらのノイズ源の１つが主要なものになり得る。
【０１０３】
加えて、通常、グループ内には測定値の数字の演繹的知識は存在せず、これは予測不能に変動する。
【０１０４】
測定値の偏差および数字の知識の欠如のこれら２つの要素は、たとえば、グループが短いおよび／または２つの連続するグループの測定値のレベルが互いに近い場合、グループの一部を区別することを難しくし得る。
【０１０５】
一連の生測定値は、生化学分析システムで行われる物理的または生物学的プロセスの結果としてこの形態をとることができる。したがって、一部の内容では、測定値の各々のグループは、「状態」と称され得る。
【０１０６】
たとえば一部のタイプの生化学システムでは、細孔を通るポリマーの転位からなる事象は、段階的に（ratcheted manner）発生し得る。段階的移動の各々のステップ中、細孔上の所与の電圧においてナノ細孔を流れ抜けるゲルイオン電流は一定であり、上記で論じた偏差を受ける。したがって、測定値の各々のグループは、段階的移動のステップに関連付けられる。各々のステップは、ポリマーが細孔に対してそれぞれの位置にある状態に対応する。一状態の期間中、正確な位置にいくらかの変動が存在し得るが、状態間ではポリマーは大きく移動する。生化学分析システムの性質に応じて、状態は、ナノ細孔内の結合事象の結果として発生し得る。
【０１０７】
個々の状態の持続時間は、細孔上に印可された電位、ポリマーを段階的に移動させるために使用される酵素のタイプ、ポリマーが酵素によって細孔を通って押されるか、または引っ張られるか、ｐＨ、塩濃度および存在するヌクレオチド三リン酸のタイプなどのいくつかの要素によるものになり得る。状態の持続時間は、生化学分析システム１に応じて、また、状態間にいくらかのランダムな変動を有する任意に与えられたナノ細孔システムに対して、通常０．５ｍｓから３ｓの間で変動し得る。持続時間の予想される分布は、任意の与えられた生化学分析システムに対して実験的に決定され得る。
【０１０８】
ポリマーに対して行われた測定は、ポリマーを特徴付けるために、国際公開第２０１３／０４１８７８号パンフレットまたは国際公開第２０１３／１２１２２４号パンフレットに開示されたものなどの方法によって分析され得る。この分析は、クラウド内またはＰＣ上などで遠隔的に実施され得る。代替的には、デバイスは、データ分析手段を備えることができる。
【０１０９】
酵素制御下でナノ細孔を通るＤＮＡの一般的な転位速度（移動速度）は、約３０塩基／秒であるが、この転位速度は、１０００塩基／秒の大きさにもなり得る。したがって、測定システムは、電流信号における変化を経時的に記録することができる必要がある。電流信号を効果的に測定する能力は、部分的には、電流の変化に応答する電極の能力によって決まる。したがって、ＲＣ時間成分、すなわち溶液／電極インターフェースにおける二重層コンデンサを充電するのにかかる時間は、短いことが望ましい。
【０１１０】
両親媒性層は、脂質を含むことができ、これは、脂質二重層を形成する際に従来的であるように、単一の成分または成分の混合体を有することができる。
【０１１１】
脂質二重層を形成する任意の脂質が、使用され得る。脂質は、表面荷電、膜タンパク質を支持する能力、充填密度または機械的特性などの必要とされる特性を有する脂質二重層が形成されるように選択される。脂質は、１つまたは複数の異なる脂質を含むことができる。脂質はまた、化学修飾され得る。しかし、そのような自然発生的な脂質は、たとえば、タンパク質または洗浄剤によって生物学的劣化を受けやすく、高い電圧に耐えることができない。好ましくは、両親媒性層は、非自然発生的なものである。両親媒性ポリマー膜は、より高い電圧に耐えることができるため、脂質膜より好ましい。
【０１１２】
別の例では、両親媒性分子は、第１の外側親水性グループと、疎水性コアグループと、第２の外側親水性グループとを含む両親媒性化合物を含むことができ、この場合第１および第２の外側親水性グループの各々は、疎水性コアグループにリンクされる。両親媒性分子は、ポリ（２−メチルオキサゾリン）−ブロック−ポリ（ジメチルシロキサン）−ブロック−ポリ（２−メチルオキサゾリン）（ＰＭＯＸＡ−ＰＤＭＳ−ＰＭＯＸＡ）などのジブロックまたはトリブロックポリマーになり得る。本発明に使用するのに適した両親媒性膜の例は、国際公開第２０１４／０６４４４４Ａ１号パンフレットに開示される。
【０１１３】
膜は、固体状態層になり得る。固体状態層は、それだけに限定されないが、超電子製品材料、Ｓｉ３Ｎ４、Ａ１２Ｏ３、およびＳｉＯ２などの絶縁材料、ポリアミドなどの有機および無機ポリマー、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）などのプラスチック、または２成分付加硬化型シリコーンゴム、およびガラスを含む有機および無機両方の材料から形成され得る。固体状態層は、グラフェンから形成され得る。適切なグラフェン層は、（国際公開第２００９／０３５６４７号パンフレットとして公開された）国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１０６３７に開示される。
【０１１４】
膜貫通細孔は、ある程度まで膜を渡る構造である。これは、印可電位によって駆動された水和イオンが膜にわたってまたは膜内に流れることを可能にする。膜貫通細孔は、通常、膜全体を渡り、それにより、水和イオンは、膜の一方側から膜の他方側まで流れることができる。しかし、膜貫通細孔は、膜を渡る必要はない。これは一方の端部において閉じられよい。たとえば、細孔は、水和イオンがそれに沿ってまたはその中に流れることができる膜内のウエル、空隙、チャネル、溝またはスリットでよい。
【０１１５】
任意の膜貫通細孔が、本発明において使用され得る。細孔は、生物学的または人工的なものになり得る。適切な細孔は、それだけに限定されないが、タンパク質細孔、ポリヌクレオチド細孔、および固体状態細孔を含む。細孔は、ＤＮＡオリガミ細孔（Langecker et al., Science, 2012; 338: 932-936）でよい。
【０１１６】
膜貫通細孔は、好ましくは膜貫通タンパク質細孔である。膜貫通タンパク質細孔は、検体などの水和イオンが膜の一方側から膜の他方側に流れることを可能にするポリペプチドまたはポリペプチドの集合体である。本発明では、膜貫通タンパク質細孔は、印可電位によって駆動された水和イオンが膜の一方側から他方に流れることを可能にする細孔を形成することができる。膜貫通タンパク質細孔は、好ましくは、ヌクレオチドなどの検体が、トリブロックコポリマー膜などの膜の一方側から他方側に流れることを可能にする。膜貫通タンパク質細孔は、ＤＮＡまたはＲＮＡなどのポリヌクレオチドを細孔を通って移動させることを可能にする。
【０１１７】
膜貫通タンパク質細孔は、モノマーまたはオリゴマーになり得る。細孔は、好ましくは、少なくとも６つ、少なくとも７つ、少なくとも８つまたは少なくとも９つのサブユニットなどのいくつかの繰り返しサブユニットから構成される。細孔は、好ましくは、六量体、七量体、八量体、または九量体の細孔である。細孔は、ホモオリゴマーまたはヘテロ−オリゴマーでよい。
【０１１８】
膜貫通タンパク質細孔は、通常、イオンが流れ抜けることができるバレルまたはチャネルを含む。細孔のサブユニットは、通常、中心軸を囲み、ストランドを膜貫通βバレルもしくはチャネル、または膜貫通α−らせんバンドルまたはチャネルに与える。
【０１１９】
膜貫通タンパク質細孔のバレルまたはチャネルは、通常、ヌクレオチド、ポリヌクレオチドまたは核酸などの検体との相互作用を容易にするアミノ酸を含む。これらのアミノ酸は、好ましくは、バレルまたはチャネルの狭窄部近くに配置される。膜貫通タンパク質細孔は、通常、アルギニン、リシン、もしくはヒスチジンなどの１つまたは複数の正荷電されたアミノ酸、またはチロシンまたはトリプトファンなどの芳香族アミノ酸を含む。これらのアミノ酸は、通常、細孔と、ヌクレオチド、ポリヌクレオチドまたは核酸との間の相互作用を容易にする。
【０１２０】
本発明によって使用するための膜貫通タンパク質細孔は、β−バレル細孔またはα−らせんバンドル細孔由来になることができる。β−バレル細孔は、β−鎖から形成されたバレルまたはチャネルを含む。適切なβ−バレル細孔は、それだけに限定されないが、α−ヘモリシンなどのβ−毒素、炭疽菌毒素、およびロイコシジン、ならびに、たとえばＭｓｐＡ、ＭｓｐＢ、ＭｓｐＣまたはＭｓｐＤなどのマイコバクテリウムスメグマチスポリン（Mycobacterium smegmatis porin）（Ｍｓｐ）、外膜ポリンＦ（ＯｍｐＦ）、外膜ポリンＧ（ＯｍｐＧ）、外膜ホスホリパーゼ（phospholipase）Ａ、およびナイセリアオートトランスポータリポタンパク質（Neisseria autotransporter lipoprotein）（ＮａｌＰ）などの細菌の外膜タンパク質／ポリン、ならびにライセニンなどの他の細孔を含む。α−らせんバンドル細孔は、α−らせんから形成されたバレルまたはチャンネルを含む。適切なα−らせんバンドル細孔は、それだけに限定されないが、ＷＺＡおよびＣｌｙＡ毒素などの内膜タンパク質および外膜タンパク質を含む。膜貫通細孔は、ライセニンに由来することができる。ライセニン由来の適切な細孔は、（国際公開第２０１３／１５３３５９号パンフレットとして公開された）国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０５０６６７に開示される。膜貫通細孔は、Ｍｓｐまたはα−ヘモリシン（α−ＨＬ）に由来することができる。２つのイオン媒体を分離する両親媒性層内に設けられたナノ細孔における抵抗は、細孔上に印可された電位差下のイオン電流の流れの測定値から容易に算出され得る。抵抗は、細孔チャネルの内部寸法、印可された電位差およびイオン可動性に応じて変動する。１００ｍＶの電位差下で細孔を転位させるｋｃｌ水溶液の１Ｍ濃度に対するα−ヘモリシンの一般的な値は、約１ＧΩである。ＭｓｐＡナノ細孔は、より大きい寸法、したがってより大きい伝導性の内部チャネルを有する。同じ状態下の、突然変異体のタイプによるチャネルの抵抗は、したがって、より小さく、通常は５００ＭΩ程度である。
【０１２１】
ポリマーが細孔を通って転位するときに測定を行うことを可能にするために、転位速度は、ポリマー結合部によって制御され得る。通常、この部分は、ポリマーを、印可電場によってまたはこれに反して細孔を通って移動させることができる。この部分は、たとえばその部分が酵素である場合、酵素活性を使用する分子モータとして、または分子ブレーキになることができる。ポリマーがポリヌクレオチドである場合、ポリヌクレオチド結合酵素の使用を含む転位速度を制御するために提案された方法がいくつか存在する。ポリヌクレオチドの転位速度を制御するための適切な酵素は、たとえば、それだけに限定されないが、ポリメラーゼ、ヘリカーゼ、エキソヌクレアーゼ、一本鎖およびニ本鎖結合タンパク質、およびギラーゼなどのトポイソメラーゼを含む。他のポリマータイプの場合、そのポリマータイプと相互作用する部分が使用され得る。ポリマー相互作用部分は、国際公開第２０１０／０８６６０３号パンフレット、国際公開第２０１２／１０７７７８号パンフレット、およびLieberman KR et al, J Am Chem Soc. 2010;132(50):17961-72において、また電圧ゲートスキーム（Luan B et al., Phys Rev Lett. 2010;104(23）:238103）に対して開示された任意のものでよい。
【０１２２】
ポリマー結合部分は、ポリマー動作を制御するためにいくつかの方法において使用され得る。この部分は、印可電場によってまたはこれに反してポリマーを細孔３２を通って移動させることができる。この部分は、たとえば、その部分が酵素である場合、酵素活性を使用する分子モータとして、または分子ブレーキとして使用することができる。ポリマーの転位は、細孔を通るポリマーの移動を制御する分子ラチェットによって制御され得る。分子ラチェットは、ポリマー結合タンパク質になり得る。
【０１２３】
ポリヌクレオチドの場合、ポリヌクレオチド結合タンパク質は、好ましくはポリヌクレオチドハンドリング酵素である。ポリヌクレオチドハンドリング酵素は、ポリヌクレオチドと相互作用し、その少なくとも１つの特性を修飾することができるポリペプチドである。酵素は、ポリヌクレオチドを切断して個々のヌクレオチドまたはより短いヌクレオチド鎖、たとえばジ−もしくはトリヌクレオチドなどを形成することによって、ポリヌクレオチドを修飾することができる。酵素は、ポリヌクレオチドを配向することによって、または特定の位置に移動させることによって、ポリヌクレオチドを修飾することができる。ポリヌクレオチドハンドリング酵素は、これが標的ポリヌクレオチドを結合させることができ、細孔を通るその移動を制御することができる限り、酵素活性を示す必要はない。たとえば、酵素は、その酵素活性を除去するように修飾されてよく、またはこれが酵素として作用することを妨げる状態下で使用されてよい。そのような状態は、以下でより詳細に論じられる。
【０１２４】
ポリヌクレオチドハンドリング酵素は、核酸分解酵素に由来することができる。酵素の構築に使用されるポリヌクレオチドハンドリング酵素は、より好ましくは、酵素分類（ＥＣ）群３．１．１１、３．１．１３、３．１．１４、３．１．１５、３．１．１６、３．１．２１、３．１．２２、３．１．２５、３．１．２６、３．１．２７、３．１．３０および３．１．３１のいずれかのメンバに由来する。酵素は、国際公開第２０１０／０８６６０３号パンフレットに開示されているもののいずれかでよい。
【０１２５】
一本鎖ＤＮＡ配列決定の適切な方法は、印可電位による、またはこれに反する、シスからトランスおよびトランスからシスの両方の、細孔３２を通るＤＮＡの転位である。鎖配列決定の最も有利な機構は、印可電場下の細孔３２を通る一本鎖ＤＮＡの制御された転位である。ニ本鎖ＤＮＡ上で前進的にまたは進行的に作用するエキソヌクレアーゼは、印可電位下において残りの一本鎖を中に送り込むために細孔のシス側で、または逆転電位下においてトランス側で使用することができる。同様に、二本鎖ＤＮＡをほどくヘリカーゼも類似の方法で使用することが可能である。印可電位に反した鎖転位を必要とする配列決定用途の可能性もあるが、ＤＮＡは、まず逆転電位下でまたは電位なしで、酵素によって「捕捉」されなければならない。次に鎖の結合に続いて電位が切り替えられて戻されたとき、この鎖は、シスからトランスへと細孔を通り抜け、電流の流れによって延ばされた立体構造に保持されることになる。一本鎖ＤＮＡエキソヌクレアーゼまたは一本鎖ＤＮＡ依存性ポリメラーゼは、分子モータとして作用して、転位したばかりの一本鎖を、制御された段階的な方法で、トランスからシスに印可電位に反して細孔を通して引き戻すことができる。代替的には、一本鎖ＤＮＡ依存性ポリメラーゼは、細孔を通るポリヌクレオチドの移動を減速する分子ブレーキとして作用することができる。例として、国際公開第２０１２／１０７７７８号パンフレット、国際公開第２０１２／０３３５２４号パンフレット、国際公開第２０１２／０３３５２４号パンフレット、国際公開第２０１３／０５７４９５号パンフレット、または国際公開第２０１４／０１３２６０号パンフレットに説明する任意の部分、技術、または酵素を使用して、ポリマー動作を制御することができる。
【０１２６】
酸化還元対は、導電性液体中に可溶するまたは部分的に可溶するものでよい。そのような例は、フェリ／フェリオシアン化物、フェロセン／フェロシニウム（ferrocinium）、Ｒｕ（ＮＨ３）６Ｃｌ３、およびＲｕ（ＬＬ）（２）（Ｘ）（２）であり、ここでＬＬは、１，１０−フェナントロリンまたは２，２’−ビピリジンタイプ配位子であり、Ｘは酸配位子である。代替的には、酸化還元対は、Ａｇ／Ａｇｃｌなどの金属およびその不溶性金属塩を含むことができる。酸化還元対は、参照電極になり得る。電極間のイオン流の結果、酸化還元対のメンバは、（その極性に応じて）電極において酸化または還元され、したがって経時的に枯渇し、それによってデバイスの寿命を限定し得る。枯渇の程度は、電流の流れの大きさによって決まる。酸化還元対の電気化学的寿命は、存在する酸化還元対の濃度または量を増大させることによって増大させることができる。毛細管チャネルの長さを増大させることは、酸化還元対の量を増大するための好都合な方法である。
【０１２７】
酸化還元対は、ゲルを形成する前に導電性液体に付加され得る。代替策として、これはゲル内に拡散させることができる。酸化還元対の枯渇を最小限にするために、第３の電極が設けられてよく、この場合、電流の流れが２つの電極間に発生し、電位差が、電極の１つと第３の電極の間で維持される。そのようなシステムは、第３の電極システムと称され得る。しかし、実際には、本明細書に説明するように２つの電極システムを設けることがより好都合である。
【０１２８】
図に戻れば、図５は、本体３７の電極３８にも液体コネクタ５２が設けられる代替の配置の例を示す。これらの液体コネクタ５２は、個々の電極３８上の個々の液滴として提供され得る。すなわち、各々の液滴５２は、単一の電極と接触し、２つ以上の電極とは接触しない。液滴５２は、コネクタ３５内の液体と同じものでよく、または異なる伝導性液体でもよい。ここでも、液体はゲル化され得る。液滴は、電極３８上方の２０μｍ以下、任意選択により１０μｍ以下、さらに任意選択により５μｍ以下の高さを有することができる。
【０１２９】
液滴５２は、たとえば、電極３８に対して適切に疎水性である本体３７の表面上に電極３８を設けることによってもたらすことができ、それにより、導電性液体が表面に供給されたとき、液滴５２は、表面の最も親水性の部分として電極上に自然に生じる。
【０１３０】
液滴の存在は、本体３７の表面を超える突出部を形成することができ、したがって、たとえば本体３７および３２の表面が完全に平行でない場合であっても本体３２のコネクタ３５との良好な電気接続をもたらすことを助けることができる。したがって、本体３２内の毛細管は高い割合で、不完全な表面が存在しても本体３７内の電極３８にうまく接続することができる。
【０１３１】
図６は、本体３２の一部を形成する毛細管基板の一部分を示す。基板は、標準的なリソグラフィープロセスによって形成され得る。基板は、ガラス、シリコン、硬化性のエポキシ系フォトラミネート、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）または環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）などのさまざまな材料から形成され得る。材料は、コーティングされてよく、たとえばシランコーティングされたガラスでよく、それによって導電性液体に関連してその表面特性に影響を与え、たとえば以下に論じるクリッピングプロセスを制御する。この例では、毛細管３４は、これが、基板の硬化後に続いて除去されるツール周りに形成されるという事実により、テーパになる。図６に示すキャスタレーションは、両親媒性膜をそこから懸架することができる毛細管チャネルの入口の円周周りに形成された隆起した領域であり、これは図１７（ｃ）に示される。溝は、これが二等分されるように領域内に設けられる。キャスタレーションの形状は、図６に示すものに限定されないが、他の形状が企図されてよい。
【０１３２】
テーパ化に対抗して、所望の場合、図６に示す２つの基板を「背中合わせ」に置いて、中央において広がり、各々の表面に向かって狭くなる毛細管３４を生み出すことができる。代替的には、基板を反対方向に接合することによって反対のプロファイル、すなわち中央において細く、表面に向かって拡張する毛細管を生み出すことができる。これは、図７に示される。図７はまた、導電性液体３５と電極３８の間に形成された電気接続も示す。この例では、液体は、ゲルを生み出すために架橋されており、このゲルは、毛細管３４からのいかなる侵入も低減し、有利には凸状の流体メニスカスが毛細管の端部から延びることを可能にする。膜５４が毛細管３４内に提供された導電性液体と電気接触し続けることを確実にすることが重要である。水溶系イオン溶液よりもイオン液体を使用することは、これが、水の吸収の蒸発により収縮または拡張しにくいことから有利である。（図６に示すように上側表面上の）毛細管３４の端部には、ウエル壁３３を設ける１つの方法であるキャスタレーション（castellation：外壁、胸壁）が提供され、このウエル壁上には、ナノ細孔を含む膜を懸架することができる。毛細管３４は、基板の他方の端部（下側表面）まで延び、それによって他方の本体３７（図６には図示せず）との電気接続をもたらす。
【０１３３】
ナノ細孔および両親媒性膜は、ナノ細孔および両親媒性分子を含む１つまたは複数の液体を、キャスタレーション３３がその上にもたらされる本体３２の表面にわたって流すことによって形成され得る。ナノ細孔および両親媒性膜をアレイ内に設ける適切な方法は、（国際公開第２０１４０６４４４３号パンフレットとして公開される）国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０５２７６６に開示される。
【０１３４】
図１７に示すような可能な方法の一例では、毛細管チャネル４２は、導電性液体４３によって充填される。導電性液体と混合せず、両親媒性分子を含む無極液体４４が、（ａ）に示すように本体４０の表面上に流される。本体の表面上の流れは、フローセル内で起こり得る。液体は、その後、極性媒体４３を本体の表面上に流すことによって変位され、この表面は、両親媒性分子を含む層が、導電性液体と接触するキャスタレーション４６から懸架されるように液体４４をクリップする。極性媒体は、緩衝剤を含むことができる。無極性液体は、炭化水素または油またはその混合物を含むことができる。適切な油は、シリコーン油、ＡＲ２０またはヘキサデカンを含む。キャスタレーションは、図６から分かるように溝を含むことができ、それによって両親媒性膜領域を出入りする極性および無極性液体の流れを可能にして、たとえば過剰な液体が両親媒性膜領域から流れることを可能にする。これらの溝はまた、クリッピングプロセスを助け、両親媒性膜が正しい位置に懸架されることを確実にする。
【０１３５】
無極性媒体を本体の上部にわたって流すことの代替策として、無極性液体は、たとえば静電塗装によって付加された微細液滴の形態で本体の表面上に直接堆積されてよい。
【０１３６】
極性媒体は、ナノ細孔を含み、このナノ細孔は、両親媒性膜に挿入され、両親媒性膜を通る極性媒体と導電性液体の間の電気路をもたらすことができる。極性媒体は、その後、たとえば空気によって変位させることによって除去され得る。極性媒体を除去する代わりに、極性液体を残すこともできる。代替的には、極性媒体を除去した後で、ナノ細孔を含む別の媒体が、両親媒性膜に付加されてよい。ナノ細孔上のいかなる拡散も最小限に抑えるために、極性媒体および導電性液体は、浸透圧的によって合致され得る。両親媒性膜が導電性液体上にクリップされ、うまく形成され得る程度は、導電性液体と本体の材料との間の接触角度、無極性液体と本体の材料との接触角度、ならびに毛細管チャネルの幅およびキャスタレーションの高さなどのいくつかの要素によって決定される。
【０１３７】
理想的には、１つのナノ細孔が、膜ごとに設けられる。これが起こる程度は、膜に付加された媒体内のナノ細孔の集中度に部分的に基づいて決定される。ナノ細孔が膜内に挿入される程度は、（国際公開第２００８／１２４１０７号パンフレットとして公開された）国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００４４６７によって開示されたものなどの電圧フィードバック制御によって制御され得る。
【０１３８】
それぞれの本体の２つの表面間に信頼高い電気接続をもたらすために、これら両方が、ある程度互いに一致できることが好ましい。しかし、表面は、ほぼ剛性（およびたとえば平面）、または可撓性でよい。図８は、電極のアレイ内の１つの電極３８の構造の例を示す。伝導性層４１、たとえばプラチナ層などの金属層が、電極３８が中に設けられる本体３７の表面４２上に設けられる。ＳＵ８シード層が、表面４２に、任意選択により、伝導性層４１の一部の上方に付加されて、電気液体が接触することができる露出された電極領域４４を画定する。ＳＵ８は、シランによって修飾されて疎水性表面をもたらすことができる。すなわち、電極３８のアレイは、露出された電極領域４４のアレイを含む。液体電気接点３５は、使用時、露出された電極領域４４と電気接続を形成する。この例では、伝導性層４１は、たとえばシリコンになることができる絶縁基板４６上に形成される。たとえばドープされた酸化シリコンである伝導性相互接続部４５が、絶縁層内に設けられて、はんだのバンプ結合４８によって、露出された電極領域４４と印刷回路板（ＰＣＢ）４７との間に電気接続をもたらす。この例では、ＰＣＢ４７は、次いで、ＡＳＩＣ２７にさらに接続される。したがって、この追加の層は、ＡＳＩＣ２７などの敏感な構成要素が被るいかなる悪影響のリスクも有することなく、電気接触を行うように最適化されるように表面４２の調製を可能にする。
【０１３９】
図９は、液体コネクタ３５を本体３２内に生み出すことができる１つの方法を示す概略図である。図９Ａでは、本体３２には、空である（すなわち周囲の大気ガスによって、または液体コネクタ３５を形成するために使用される伝導性液体ではない別の液体によって充填された）毛細管３４のアレイが設けられる。伝導性液体は、チャネル内で本体３２の真下に流される。図９Ｂに示すように、チャネルを流れ抜ける液体は、チャネル内の圧力によって本体３２内の毛細管を通るように強制される。チャネルは次いで、図９Ｃに示すように、空気（または別の流体）をチャネル内に流すことによってきれいにすることができるが、液体は毛細管３５内に捕捉されたままである。そのような方法は、毛細管の各々の端部からの凸状突出部を有する、液体で充填された毛細管を得るために使用され得る。このシナリオでは、より小さい粘性の流体の流れを使用して所望の凸状形状を生み出す図８Ｃの作動は、「クリッピング」と呼ばれる。
【０１４０】
図９は、正圧を使用することによって毛細管を充填する一例であるが、受動的または毛細管作用による、または負圧（すなわち真空）を使用して本体３２内の毛細管を通るように液体を引っ張るなどの他の充填方法が、可能である。たとえば、図１０は、浸漬充填の一例である。
【０１４１】
図１０では、毛細管３４は真空下で浸漬充填される。毛細管基板３２は、リザーバ５３内の導電性液体を通るように矢印の方向に引っ張られ、真空下で充填される。図１０のものなどの方法によって充填された毛細管３４は、その後、図９ｃを参照して上記で論じたような「クリッピング」作動にかけることができ、それによって所望の凸状形状を電気コネクタ３５の自由表面に与える。そのようなクリッピングは、「クリッピング」流体として空気を、そして本体３２の材料に対して８０〜１００°の間のぬれ角度を有する伝導性液体を使用して実行することができる。適切なシステムは、イオン液体を有する光重合したポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート（ＰＥＧＤＭＡ）系ヒドロゲルまたはイオン溶液を有するポリアクリルアミドを含む。
【０１４２】
前述の論議から理解されるように、特にナノ細孔用途における非常に小さいピッチの電気接続およびアレイの潜在的に多数の電極は、液体コネクタ３５が電極３８と位置合わせするために本体３２と３７の間の慎重な位置合わせを必要とする。しかし、通常、同じ（または等価の）測定が複数の異なるウエル内で行われるように、ナノ細孔システム実験において冗長性の要素が存在することに留意されるべきである。実際、（個々のナノ細孔測定が行われる数に対応する）本体３２と３７の間の電気接続の数は何千にもなり得る。したがって、本体３２および３７の位置合わせは、アレイの縁における電気接続は形成されないが、アレイの中心の接続は形成されるように、複数のピッチだけずれることが許容可能になり得る。したがって、これは、本体３２および３７を正しく位置合わせする上でいくらのゆとりを与えることができる。すなわち、位置合わせが完璧でない場合でも、これが少なくとも、ピッチサイズの倍数だけ位置合わせからずれる場合、実行可能な接続を行うことができる。言い換えれば、位置合わせ手段は、接触したときに互いからずらされるような電気コネクタ３５のアレイおよび電極３８のアレイの接触を可能にすることができ、この場合、アレイ間の結果として生じる電気接続の数は、各々それぞれのアレイの電気コネクタ３５または電極３８の数より少ない。
【０１４３】
いずれの場合も、電気接続が形成されたときに２つの表面（第１および第２の本体３２、３７の対向する表面）間の横方向移動を実質的に防止するために、第１および第２の本体３２および３７の一部として何らかの形態または位置合わせの手段を設けることが望ましい。位置合わせ手段は、たとえば、各々それぞれの本体３２および３７の表面上に設けられ得る。
【０１４４】
適切な位置合わせをもたらすための１つの方法が、図１２および１３に示される。任意の位置合わせシステムにおいて、束縛すべき６つの自由度が存在する（Ｘ、Ｙ、Ｚ、ピッチ、ヨー、ロール）。この系Ｚでは、ピッチおよびロールは、毛細管アレイを備える構成要素７２を、（図１２には示さないが、図１９ではモジュラー構成要素１３０の一部として示す）電極アレイを備える構成要素７１の表面上に押し出すことによって束縛される。図１２および１３の例の構成要素７２は、５つの主要な副構成要素から作製されるが、他の実施形態における他の配置も可能である。ウエルおよび液体コネクタを含む副構成要素７３は、図１２では最も下側にあり、これはまた、緩衝剤を含み、ウエルを渡して膜を形成するのに必要とされる構造を含む。この副構成要素７３は、位置合わせ特徴および流体チャネルを含む、より大きい下側のフローセル副構成要素７４に位置合わせされ、結合させることができる。したがって、小さい副構成要素７３は、より大きい副構成要素７４との位置合わせによってより容易に位置合わせされ得る。別の副構成要素７５は、上側フローセル構成要素になることができ、このフローセル構成要素は、処理およびサンプル付加のための充填ポート、フリット容器およびメディエータリザーバ、ならびに（以下にさらに論じる）電極／ばね取り付け具を提供することができる。
【０１４５】
別個のインフィル（infill）副構成要素７６が、副構成要素７５の窓内に嵌合し、それによって、たとえば工場プロセス内の膜の形成後のフローセル部分の閉鎖を可能にし、またこれは、追加の上部導入ポートも含む。好ましくはステンレスおよびプラチナメッキの曲げばね７７が、電極接触のために、また、位置合わせの一部として付勢力をもたらすためにも設けられる。
【０１４６】
この例では、位置合わせは、下側フローセル副構成要素７４内の接点を（構成要素７１内に存在する）位置合わせピン７８に対して付勢することによって達成することができる。図１３では、２つの接点７９が、下側位置合わせピン７８に接して示され、一方で単一の接点が、上側位置合わせピン７８用に存在する。図示しないが、（構成要素７１が組み立てられたときに）ばね７７は、（矢印Ａによって示す）付勢力を構成要素上にもたらし、この構成要素は、接点７９を位置合わせピン７８に向かって押しつけながら、共通電極５０にも接触する。
【０１４７】
この方法は、極めて反復可能な位置合わせを可能にするが、その正確性は、構成要素の公差によっては低くなることがある。構成要素７１および７２を位置合わせするのに必要とされる高い正確性を維持し、費用がかかる高い公差要求、および組み立て中に築かれる公差を回避するために、各々の副構成要素７３を個々に位置合わせし、下側フローセル７４に結合することができる。たとえば、すべての下側フローセル構成要素７４は、光学位置合わせシステム下で２つのピン参照点を含む参照マスタ上に装着され得る。これは、たとえば成形プロセスによる下側フローセル副構成要素７４内における不備を、構成要素７１および７２の全体的な位置合わせに関する効果の下で低減することを可能にすることができる。
【０１４８】
同様に、構成要素７２の位置合わせピンは、所定場所に結合される前に個々に位置合わせされ得る。製造中、これらのピン特徴を、理想的なフローセル７４を複製する参照マスタ内に挿入することができ、それにより、ピンを理想的フローセルマスタに対して光学的に位置合わせし、所定場所に固定することができる。これは、築かれた公差による位置合わせに対する悪影響を減じることを助け、たとえば一般的な機械加工公差が可能にするものよりも良好な全体的位置合わせを可能にすることができる。
【０１４９】
構成要素７１は、これを手動で構成要素７２に押し込むことによってｚ軸において位置合わせされる。これは、ばね力が位置合わせピン７８を押しつけることによって適所に維持される。加えて、下側フローセル副構成要素７４上の小さいリップなどのさらなる位置決め特徴が、構成要素７１を所定場所に保持することを助けることができるが、そのような特徴は、電極ばね７７より小さい力を及ぼすはずであり、それにより、これらは、システムを付勢してずらすことはない。
【０１５０】
位置合わせの代替的方法（図１４）は、本体３２および３７の接触表面上の微細特徴部８０を利用することができる。そのような微小特徴８０は、任意の適切な方法によって表面内に機械加工され、または成形され得る。１つの例では、図示するように、これらの特徴は、相補的な「鋸歯」構造として設けることができ、ここで反復式の鋸歯パターンの大きさ（図１４の「Ｂ」）は、毛細管のピッチに対応する。しかし、同じ大きさＢを有する任意の適切な形状（たとえば、正方形「小円鋸歯」など）が、使用されてよい。そのようなパターンは、電極／コネクタアレイの両方の軸に対して平行な方向に設けられて、各々の軸に沿った位置合わせをもたらすことができる。上記で論じたように、そのような配置は、正確な局所的位置合わせを促すことができ、一方で外側接続は、全体的な位置合わせがアレイピッチの整数倍位置ずれすることにより、行われないことを可能にする。
【０１５１】
そのような配置の別の例は、図１５に示される。この例では、「鮫肌状」微小特徴８０が、本体３２および３７の縁周りに設けられる。同様に、図１６は、別の微小特徴パターン８０を示す。図１６ａは、本体３２または３７の表面上のパターンの例を示し、一方で図１６ｂは、上方から見たパターンの例を示す。図１６ｂから見ることができるように、パターンは、効果的には立体的性質であり、上方からのアイソメトリック格子を真似る。このパターンは、３つの軸に沿って摺動する／位置合わせすることを可能にし、これは、コネクタ３５および電極３８の六角アレイを考慮すると、有用である。
【０１５２】
図１８は、複数の副構成要素部材を備える分析器具１００を示す。蓋１１０は、ディスプレイを備えることができる。部材は、アレイへの追加またはアレイの器具からの除去を可能にするモジュラー形態で設けられ得る。器具は、１つまたは複数のそのような分析デバイスを備えることができる。
【０１５３】
図１９は、図１２に示すような複数の第１の本体を各々が備える、６つのモジュール１２０と、等価の数の、電極のアレイを備える複数の第２の本体を各々が備えるモジュール１３０とを備えた分析器具１００の分解図を示す。モジュールは、必要とされるデバイスの数に応じて、個々に除去され、または器具に付加され得る。複数のモジュール１２０は、コンパートメント内に含まれ、このコンパートメントは、複数のモジュール１３０上に下ろされて個々のデバイスを接続することができる。
【０１５４】
図２０は、器具内に設けられた複数の電気デバイス上にサンプルを導入するためのサンプル導入ポート３１０を備えた器具の図を示す。サンプルは、たとえば、図に示すように、複合ピペットを用いることによって導入されてよい。
【０１５５】
図２２は、ウエルアレイの代替の設計を示す。図９に示すようなコネクタ３５を形成する方法に関する１つの潜在的欠点は、形成状態が適切に制御されない場合、ゲル突起部の長さがアレイ領域にわたって変動し得ることである。この結果、一部のコネクタが他のものより激しく「つぶされる」ために、使用時、コネクタを通って伝えられる力がコネクタごとに変動する可能性がある。これは、さらに、最もつぶされたコネクタ３５がウエル内に押し上げられる、それによってナノ細孔膜およびチャネルの遠位端部に損傷を引き起こし得るリスクをもたらす。
【０１５６】
図２２は、コネクタ３５が、形成された後にウエル内に移動するとう可能性を抑える配置を概略的に（また、各々のウエルの上部の柱３３を有さずに）示す。ウエルは、本体３２と比べて張り出し部３２ａを伴って形成される。その結果、主要ウエルの直径より小さい、（この例では）ウエルの底部に導入されたアパーチャ２５４が存在する。
【０１５７】
ガイドとして、図２２内の寸法は以下の通りになり得る。アパーチャ直径Ａは、約５０μｍになることができるが、これは、単一のアパーチャが使用されるか、もしくは複数のアパーチャが使用されるか、またはパターンのタイプに応じて変動し得る（以下を参照）。アパーチャ３２ａを有する本体３２は、ＴＭＭＦ  Ｓ２０００（Ｔｏｋｙｏ  Ｏｈｋａ  Ｋｏｇｙｏ  Ｌｔｄ）（「ＴＯＫ」）などの積層タイプＵＶフォトレジストから構築され得る。本体は、フォトレジスト材料の１つまたは複数を積層し、選択的にＵＶ放射に露出して所望の形状および構造をもたらすことによって構築され得るが、このときＵＶに露出されない部分はたとえば洗い出しによって除去される。アパーチャＢの厚さは、約３０μｍになることができ、これは、積層の単一層に対応する。ウエルＣの高さは、たとえば約２１０μｍでよく、これは、ＴＯＫ積層の７つの層に対応するが、ウエルの深さを変更するために変動することができる。最後に、ウエルＤの幅は、約１００〜１２０μｍになることができる。
【０１５８】
上記で述べたように、ＴＯＫ材料は、これが多くの光を通さず、十分に厚い層は光を全く通さないという（製作上の）利点を有する。したがって、主要本体３２は、光を通過させないほど厚いものであるが、張り出し部分３２ａは、一部のＵＶ光（２６５〜３６５ｎｍの波長）がこれを通ることを可能にするのに十分な薄さである。光のこの波長は、（以下でより詳細に論じる）ゲル硬化プロセス中に使用される。
【０１５９】
図２３は、張り出し部３２ａが、論じた利点を得るために必ずしもウエルの底部に配置される必要がないという点を示す。これは、たとえばウエル内に配置され得る。図２３では、これはウエルの途中に配置される。しかし、実際には、アパーチャがウエルの底部にあるデバイスを製造することがより簡単である。
【０１６０】
ゲル突起の一貫性に関して、さらなる利点は、図２４に示す代替の生産プロセスによって達成される。図２２に示すようなデバイスは、流体停止部２４１から所定距離を離して配置され得る。流体停止部２４１が張り出し部３２ａの下方に設けられるとき、これは、突起部の長さを規定するように働く。突起部の長さは、流体停止部と張り出し部の間の適切な距離を選択することによって最適化され得る。その結果、（たとえばアレイが完全に平坦でないことによる）アレイ上のチャネルの高さのいかなる変動もまた、流体停止部２４１に非常に平坦な構造を設けることによって補償され得る。すなわち、流体停止部２４１が平坦である場合、ゲル突起部すべては、同じ平坦表面まで延びることになる。この結果、ゲル突起部自体にいくらかの変動が生じる場合であっても、デバイス全体は、ゲル突起部の末端部の均一性により、他のコネクタとより一貫的に嵌合する。言い換えれば、コネクタ３５の高さ全体（ゲル柱および突起部）は、一定となり、より平坦な構造が電極に連結されることを可能にする。さらに、上記で述べたように、張り出し部３２ａは、突起部のいかなる上方向力にも抵抗し、ゲルを固定するように働く。これは、したがって、あらゆる上方向の移動および膜に対するその後の損傷を低減する。
【０１６１】
図２４のステップ１に示すように、毛細管アレイを含む本体３２は、流体停止部２４１に対して配置され、システムは適切な流体で充填される。すなわち、毛細管アレイの一方側は、流体停止部２４１に対して位置合わせされて毛細管アレイと流体停止部の間に「末端スペース」を作り出し、この末端スペースは、形成されるゲル突起部のサイズを決定する。適切な導電性充填流体は、たとえば、ポリアクリルアミドの溶液、光開始剤（２−ヒドロキシ−４’−（２−ヒドロキシエトキシ）−２−（メチルプロピオフェノン）および水である。
【０１６２】
ステップ２では、過剰溶液は、次いで、ステップ３においてＵＶ照射が起こる前にシステムから流し出される。ＵＶ光（２６５〜３６５ｎｍ）は上記で論じたように張り出し部３２ａを通過することができるが、主要本体３２の壁は通過しない。したがって、照射の結果、主要ウエルの領域上に、（図示するように）張り出し部３２ａの下方にも架橋が生じる。すなわち、毛細管内の液体および毛細管の突出した領域（すなわち平面図では、毛細管穴のすぐ真下の領域）内の末端スペース内の液体が、架橋される。毛細管の突出した領域内（すなわち本体３２の壁の突出した領域内）にない末端スペース内の液体は、架橋されない。代替策として、ＵＶ光は、液体に向かって、ＵＶ光をこれを通して伝達することを可能にする材料から作製することができる流体停止部２４１を通るように向けることができる。
【０１６３】
ステップ４では、架橋されなかった過剰液体は、突起部を残して流し出され、この突起部は、これが接して形成された流体停止部２４１と同じようにして電極アレイと接触することができる。
【０１６４】
先に論じたように、突起部は、下方の電極３８と接触するために圧縮され得る。システム内のこの弾力性は、すべてのウエル内で非常に平坦な電極アレイと接触することを可能にする。論じた製造プロセスは、システムの上側部分もまた、（液体停止部２４１が平坦である限り）これが連結しているシステムの底部と同じように平坦にして作製することを必要とすることなく、この接触を達成することを可能にする。アレイ間で可能な限り多く電気接続を行うために、接触させられるアレイの表面が平坦であることが有利である。突出部の深さより大きい表面高さの結果、いくらかの接続は行われない。アレイ本体の一方または両方は、有利には、ガラスまたはセラミックなどの非常に剛性の材料を含むことができ、またはこれから構成され得る。剛性材料は、他方に接触させられるアレイ本体の表面上に提供され得る。代替的には、アレイ本体のコアは、ＴＯＫからのより可撓性の材料の表面層によって重ねられる剛性材料を含むことができる。ガラスまたはセラミック表面を有する寸法１．３ｃｍ×０．５ｃｍの電極アレイ上の高さの変動の通常の公差は、５μｍである。（いかなる突起部も有さない）第２の本体の表面上に観察される高さの変動の通常の公差は、類似の寸法のアレイ上で２０μｍである。構成要素は、異なる状態下で異なる材料から製造され得るため、それぞれのアレイに沿った高さプロファイルは、必ずしも合致するわけではなく、したがって接続された構成要素からの高さの全体変動は、さらにより大きくなり得る。アレイ上の表面高さのすべての変動を補償するために、ゲル液体接触の特定量の圧縮が許容され得る。ゲル突起部は、最大５０％、より一般的には２０％だけ圧縮され得る。しかし、ある程度の可撓性を有するＴＯＫなどの材料を、２つの構成要素のアレイが圧縮力下で一緒にされる状況において、たとえば第１の本体に使用することができるため、剛性材料の本体の使用は好ましいが、必須ではない。コネクタ３５が、フェリシアン化カリウム／フェロシアン化カリウムのような酸化還元活性材料などのＵＶ感受性部材を有することが望ましい場合、そのような構成要素を、ＵＶ架橋が起こった後でコネクタ３５にたとえば拡散することによって付加することができる。
【０１６５】
すでに述べたように、アパーチャ２５４設計にはいくらかの変動が存在し得る。実際、単一のアパーチャだけを設ける特定の必要性は存在せず、いくつかの異なる設計が機能することが試験され、示されている。実際、作製される単一のアパーチャが大きすぎる場合、張り出し部３２ａ／アパーチャ配置の利点は損なわれ得る。すなわち、ゲルは、システムの流体部分内へと圧縮され押し戻され、そして上部に形成された膜を破ることがある。しかし、たとえば、張り出し部を全く有さない結果、ゲルがシステムの流体部内に押し戻される状態において、１００μｍウエル内の７５μｍ穴が、ゲルがシステム内に押し戻されることを防止するのに依然として十分であることが、決定されている。
【０１６６】
図２５Ａ〜Ｃは、代替のアパーチャ設計の概略をウエルの上部からの平面図で示す。したがって、図は、支持柱２５１によって取り囲まれたウエル２５２を示す。図２５Ａでは、張り出し部３２ａは、主要アパーチャ２５４として形成され、このときフィン２５５の別個に形成された「ファン」もまたアパーチャ２５４を囲む。図２５Ｂでは、単一ウエル内に形成された複数の円形アパーチャ２５４が存在する。図２５Ｃでは、フィン２５５の「ファン」がそこから突出する単一のアパーチャ２５４が存在する（すなわち、図２５Ａとは対照的に、フィン２５５は、主要アパーチャ２５４と同じ層３２Ａ内の開口部の一部である）。
【０１６７】
図２４に示す生産プロセスの代替策として、図２６は、ゲルがチャネル３４の半分だけ供給されるプロセスの結果を示す。このプロセスは、図２４に示すものに類似するが、チャネル３４は、未架橋液体によって部分的にしか充填されない。液体が架橋され（そして過剰な液体が除去され）た後、チャネル３４はゲルが部分的に充填されたままにされる。その後、図２６に示すように、チャネル３４内の「空の」空間が、全体的に参照によって本明細書に組み込まれる国際公開第２０１４０６４４４３号パンフレットのように充填され得る。たとえば、チャネル３４は、膜形成が起こる前に、（図２６ではウエルの上部に示す）ウエル／柱の側にクリップする緩衝剤／トリブロックで充填される。これは、ゲルコネクタ３５の上部の高さのいかなる変動も補償され得るという利点を有する。
【０１６８】
図２７は、先に論じた位置合わせ態様に関連する一部の概略図を示す。位置合わせが、（図１２および１３を参照して論じたような）位置合わせピンまたはベアリングを使用して達成される場合、さまざまな自由度が、各々のベアリングに潜在的に適用可能である。
【０１６９】
３ベアリングシステムの使用が、位置合わせを容易にするために、運動学的位置合わせシステムなどにおいて望ましくなり得る。ボールベアリングが、弾性屈曲装着体上に設けられて、電気接続を行うために構成要素部材を最適に取り付けることを可能にする公差の程度をもたらすことができる。ベアリング用の４面体の「Ｖ字形」形状の平坦な位置決め点を設けることにより、必要な位置合わせを達成することができる。４面体位置決め点における１つの球状ベアリングの場所は、ベアリングを３つの並進自由度に束縛する。「Ｖ字形」溝は２つの接点を付加して、別のベアリングに対するｙおよびｚ軸の回転束縛をもたらし、一方で平坦な位置決め点は、ｘ軸周りの回転を束縛する。
【０１７０】
図２８は、コネクタのアレイと電極のアレイを位置合わせするための位置合わせ具２８１を備えるデバイス２８０の例を示す。
【０１７１】
図２９Ａ〜Ｃは、ハウジング２９０を備えるデバイスおよびキャリア内に収容されたコネクタのアレイを備える取り外し可能な構成要素２９３のより詳細な例の側面図および斜視図である。
【０１７２】
図２９Ｄ〜Ｆは、取り外し可能な構成要素２９３のより詳細な拡大図を示す。
【０１７３】
特に多数の電気接続を有するアレイおよびアレイの電極間の小さいピッチの点から見た、電気コネクタ構成要素のアレイと電極アレイの位置合わせに必要とされる正確性により、構成要素アレイの手動での接続に頼らずに、構成要素アレイを各々と位置合わせすることができるデバイスおよびキットを提供することが好ましい。
【０１７４】
一実施形態では、デバイスは、構成要素部材が配置されるハウジングを備えることができ、この場合ハウジングは、前記複数の電気接続をそれぞれ作り出し、断つために構成要素部材を接続し、接続解除するように作動可能である。ハウジングは、構成要素部材の第１のものが中に配置される主要本体と、構成要素部材の第２のものが中に配置されるアームとを備えることができ、この場合、前記主要本体および前記アームは、ピボット周りに回転可能に接続され、それによってアームを主要本体に対して回転させることによって構成要素部材の接続および接続解除を可能にする。デバイスは、アームと、構成要素部材を接続し、接続解除するためにアームが回転可能であるピボットとを設ける以外の作動手段を備えることができる。たとえば、ハウジングは、ピンを有する第１の構成要素部材を備えることができ、第２の構成要素部材は、ピン上に嵌合する対応する穴を含むことができ、それにより、第２の構成要素部材は、電気接続を行うために第１の構成要素部材上に下げられ、案内され得る。
【０１７５】
構成要素部材は、接続されたとき、たとえば上記に説明した方法で接続されたとき、圧縮力下で一緒に保持され得る。これは、構成要素部材の一方または両方のそれぞれの表面上の表面高さのあらゆる変動を考慮してゲルを圧縮し、および／または第１の本体を変形させるように働く。これは、構成要素部材間に行われる電気接続の総数を増大させることができる。
【０１７６】
図２９Ａ〜Ｃは、構成要素部材が中に配置されるハウジング２９０を示す。ハウジング２９０はアーム２９１を備えた主要本体を備え、このアームは、取り外し可能な構成要素２９３を、ＡＳＩＣを備えるシリコンチップの表面上に設けられた電極アレイに接続し、そこから接続解除するためにピボット２９９の周りで回転可能である。したがって、ハウジングは、構成要素部材を接続し、接続解除するように作動可能である。構成要素部材２９３は、ラッチ２９２によって所定場所に閉位置に保持され、スイッチ２９１を作動させてラッチを偏向させ、アームを回転させることによって解放され得る。デバイスを組み立てるために、アームは、最初、図２９Ｂに示すように開位置に回転され、ばね２９８によって開構成に保持される。構成要素２９３は、次いで、これもまた、取り外し可能な構成要素内に収容された共通電極との電気接続をもたらすように働くコネクタ２９５に取り付けられ得る。ヒートシンク２９７も示され、このヒートシンクは、取り外し可能な構成要素を電極アレイに正確に位置合わせするようにデバイスおよび位置合わせ手段２９６を作動させることによって生じたあらゆる熱を分散させるためのものである。構成要素２９３をコネクタ２９５に取り付けた後、デバイスは、次いで、構成要素を下にある電極アレイに取り付けるために閉じられ得る。構成要素の使用後、ハウジングは、その後破棄され得る構成要素２９３を取り外すために再度開放され得る。新しい構成要素が、その後、ハウジングに取り付けられ得る。図２９Ａに示すようなデバイスの取り外し可能な構成要素２９３は、分析器具のモジュラー構成要素でよく、この器具は、好都合に設置し器具から取り外すことができる１つまたは複数のそのようなデバイスを備える。デバイスは、対応する複数の電極アレイに接続可能な、たとえば直列に配置された複数の取り外し可能な構成要素を備えることができる。
【０１７７】
図２９Ｄは、取り外し可能な構成要素部材２９３の拡大図である。ＴＯＫ構成要素３０２内に設けられた電気コネクタの４つのアレイが示される。構成要素３０２は、剛性フレーム３０３内に設けられ、分析される対象の試験サンプルを各々含むためのそれぞれの上側流体チャンバを提供するように働く。フレーム３０３は、ガスケット３０４を介してフローセル３０５に取り付けられる。組み立てられたフローセルおよびＴＯＫ積層構成要素３０７は、キャリア３０６内に設けられる。構成要素３０７は、有利には、部材３０７と位置合わせ手段２９６の正確な位置合わせを可能にするようにキャリア３０６内で自由に浮遊するように設けられる。
【０１７８】
図２９ＥおよびＦは、試験流体を電気コネクタのそれぞれのアレイに供給するためのマイクロ流体チャネル３０９を示す、フローセルの拡大図３０８を示す。試験液体は、キャリア内の穴３１０を介してアクセス可能である入口ポート３１１を介してデバイスに導入され得る。
【０１７９】
図２９ＧおよびＨは、取り外し可能な構成要素と電極アレイの位置合わせを示す、取り外し可能な構成要素２９３の側面図および拡大図それぞれを示す。ばね３２０は、キャリア３０６内に収容された浮遊性構成要素に対して下向きの付勢力を与える。電気接続が、コネクタ３２１を介して提供される。キャリアは、いかなる外部静電気および電磁影響も最小限にし、ファラデー箱（Feraday cage）として作用するために、金属から作製されてよく、または金属化コーティングを含むことができる。フローセルは、フリットによって上側流体チャンバから分離されたチャンバ３２２内に設けられた共通電極を備える。
【０１８０】
図２９Ｉは、流体通路およびサンプル入口ポートを見ることができる、「閉」構成にあるデバイスを示す。
【０１８１】
図３０Ａは、図２９Ａに示すような複数のデバイスを備える分析器具を示す。図３０Ｂは、取り外し可能な構成要素モジュール２９３を備えた図３０Ａの一部分の拡大図を示す。下にある電気コネクタ（電極）２９４のアレイもまた、図示される。
【０１８２】
図３１Ａは、液体コネクタを含むための本体４００を示し、この場合液体コネクタは、図２６に例示するようなゲル状水性成分および非ゲル状水性成分を含む。毛細管チャネル各々は、各々のチャネルの長さに沿って、図３１Ａに示すように本体の下側表面から長手方向に延びる狭窄部４０１を備える。狭窄部は、フィン４２１を備え、このフィンは、径方向にチャネル内に延びてアパーチャ４０２を画定する。空隙４２０がフィン間に設けられ、このフィンは、液体を引き出し、空隙およびアパーチャ内に保持するように働く。液体は、図２４に例示する方法で本体の下面に付加され、架橋されてゲルを形成することができる。したがって、水性液体は、その後、国際公開第２０１４０６４４４３号パンフレットによって開示され図３５Ａ〜Ｄに示すような方法で柱アレイ４０２の表面上に水性液体を流すことによってチャネル領域に付加されて、狭窄部４０１内に含まれた下側ゲル状部分と、チャネル領域４０５内に含まれた液体部分とを含む液体接続をもたらすことができる。狭窄部はまた、毛細管が圧縮されたとき、毛細管内へのゲル突起の後退を実質的に低減または防止するようにも働く。毛細管内への突起部の移動は、存在する場合両親媒性膜に対して圧力を作り出し、その結果破損を生じさせ得る。毛細管内への突起部の部分的後退はまた、アレイの電極と電気接続を行うのに利用可能なゲルの量も低減させる。狭窄部の存在により、長さ方向に圧縮されたときのゲル突起部は、幅を増大させる傾向がある。したがって、アレイの電極は、ゲル突起部の圧縮の結果、アレイの隣り合う電極間に短絡が生じないように互いから十分に離間されることが重要である。
【０１８３】
液体コネクタの液体部分および結果として生じる両親媒性膜を提供するために、毛細管チャネルは、図３５Ａ〜Ｄに示すような方法によって充填され得る。イオン液体または緩衝水溶液などのイオン溶液でよい極性媒体７１は、柱アレイ１０の表面上に流されて、毛細管チャネルの残りの部分４０５を充填し、液体コネクタのゲル状部分７６と接触し、これは図３５Ａに示される。その後、両親媒性分子を含む無極性液体７４が、柱アレイの表面上に流されて、過剰な極性媒体７１を変位させ、これは図３５Ｂに示される。極性媒体は、その後、柱アレイの表面にわたって流されて無極性媒体を変位させ、極性媒体の２つの量を分離する両親媒性層を形成し、これは図３５Ｄに示される。ゲル状部分および非ゲル状部分を含む液体コネクタを提供する別の利点は、ゲルの架橋が柱領域において行われないことである。これらの領域における架橋は、両親媒性膜の形成中、ゲルが柱構造から変位できないことにより、アレイのそれぞれのチャネル間に潜在的な短絡化をもたらす恐れがある。
【０１８４】
他の例示的な狭窄部が、図３４Ａ〜Ｆに示される。これらの図から分かるように、フィンは、図３４Ａ、Ｄ、およびＦに示すようにチャネル内に部分的に延びることができ、または図３４Ｂ、ＣおよびＥに示すように、複数のアパーチャを画定するためにチャネルに渡って延びることができる。
【０１８５】
図３２は、液体コネクタ４０６の液体部分と、電極４０８に取り付けられた液体コネクタ４０７のゲル状部分とを含む本体４００の側面図を示す。両親媒性膜４０９は、チャネル領域４０５の遠位端部を渡して設けられる。
【０１８６】
図３３Ａは、電極を本体４１０内に設けられたＡＳＩＣに接続する電極バイアス４０９と接続されたデバイスの一部分を示す。図３３Ｂは、アレイの電気コネクタおよび電極が接続解除されている、図３３Ａのデバイスを示す。
【０１８７】
本発明による接続可能なアレイは、検体のナノ細孔検出以外の他の分野において有用性を有し、電極表面における検体の電気化学的検出または測定に、たとえば、グルコースの検出などの電子メディエータおよび酵素を使用する検体の間接的または直接的な測定において使用され得る。
【０１８８】
前述の論議は、本発明を例としてのみ説明し、当業者は、特有の実施形態の変形形態が、添付された特許請求の範囲の範囲内で可能であることを理解するであろう。
【符号の説明】
【０１８９】
１  生化学分析システム
２  本体
３  基板
４  別の層
５  くぼみ
６  カバー
７  チャンバ
８  入口
９  出口
１０  柱アレイ
１０  水溶液
１１  層
２０  第１の伝導層
２１  電極
２２  接点
２３  第２の伝導層
２４  電極
２５  接点
２６  電気回路
２７  ＡＳＩＣ
２８  伝導路
２９  接点
３１  電気デバイス
３２  細孔
３２  第１の本体
３２ａ  張り出し部
３３  ウエル壁
３４  毛細管
３５  導電性液体
３５  毛細管
３５  液体電気コネクタ
３６  ウエルくぼみ
３７  第２の本体
３８  電極
３９  空隙
４０  バイアス回路
４０  本体
４１  伝導性層
４１  増幅回路
４２  第１の増幅段
４２  表面
４２  毛細管チャネル
４３  導電性液体
４３  極性媒体
４３  第２の増幅段
４４  無極液体
４４  データ取得ユニット
４４  電極領域
４５  伝導性相互接続部
４６  デジタルアナログ変換器
４６  絶縁基板
４６  キャスタレーション
４７  印刷回路板
４７  アナログデジタル変換器
４８  バンプ結合
５０  共通電極
５１  要素
５２  液体コネクタ
５２  液滴
５３  リザーバ
５４  膜
６０  はんだバンプ
６１  回路要素
６２  トラック
７１  極性媒体
７１  構成要素
７２  構成要素
７３  副構成要素
７４  無極性液体
７４  下側フローセル副構成要素
７５  別の副構成要素
７６  ゲル状部分
７６  インフィル副構成要素
７７  曲げばね
７８  位置合わせピン
７９  接点
８０  微細特徴部
１００  分析器具
１１０  蓋
１２０  モジュール
１３０  モジュール
２００  接続されたデバイス
２１０  共通電極
２１４  流体停止部
２２０  液体サンプル
２３０  回路
２４１  流体停止部
２５１  支持柱
２５２  ウエル
２５４  アパーチャ
２５５  フィン
２８０  デバイス
２８１  位置合わせ具
２９０  ハウジング
２９１  アーム
２９１  スイッチ
２９２  ラッチ
２９３  取り外し可能な構成要素
２９４  電極アレイ
２９５  コネクタ
２９６  位置合わせ手段
２９７  ヒートシンク
２９８  ばね
２９９  ピボット
３０１  電極
３０２  ＴＯＫ構成要素
３０３  剛性フレーム
３０４  ガスケット
３０５  フローセル
３０６  キャリア
３０７  組み立てられたフローセルおよびＴＯＫ積層構成要素
３０８  拡大図
３０９  マイクロ流体チャネル
３１０  サンプル導入ポート
３１１  入口ポート
３２０  ばね
３２１  コネクタ
３２２  チャンバ
４００  本体
４０１  狭窄部
４０２  アパーチャ
４０２  柱アレイ
４０５  チャネル領域
４０６  液体コネクタ
４０７  液体コネクタ
４０８  電極
４０９  電極バイアス
４０９  両親媒性膜
４１０  本体
４２０  空隙
４２１  フィン
Ａ  矢印
Ａ  アパーチャ直径
１  ステップ
２  ステップ
３  ステップ
４  ステップ
【図１】
2017532562.tif 000003
【図２】
2017532562.tif 000004
【図３】
2017532562.tif 000005
【図４】
2017532562.tif 000006
【図５】
2017532562.tif 000007
【図６】
2017532562.tif 000008
【図７】
2017532562.tif 000009
【図８】
2017532562.tif 000010
【図９】
2017532562.tif 000011
【図１０】
2017532562.tif 000012
【図１１】
2017532562.tif 000013
【図１２】
2017532562.tif 000014
【図１３】
2017532562.tif 000015
【図１４】
2017532562.tif 000016
【図１５】
2017532562.tif 000017
【図１６】
2017532562.tif 000018
【図１７】
2017532562.tif 000019
【図１８】
2017532562.tif 000020
【図１９】
2017532562.tif 000021
【図２０】
2017532562.tif 000022
【図２１】
2017532562.tif 000023
【図２２】
2017532562.tif 000024
【図２３】
2017532562.tif 000025
【図２４】
2017532562.tif 000026
【図２５】
2017532562.tif 000027
【図２６】
2017532562.tif 000028
【図２７】
2017532562.tif 000029
【図２８】
2017532562.tif 000030
【図２９Ａ】
2017532562.tif 000031
【図２９Ｂ】
2017532562.tif 000032
【図２９Ｃ】
2017532562.tif 000033
【図２９Ｄ】
2017532562.tif 000034
【図２９Ｅ】
2017532562.tif 000035
【図２９Ｆ】
2017532562.tif 000036
【図２９Ｇ】
2017532562.tif 000037
【図２９Ｈ】
2017532562.tif 000038
【図２９Ｉ】
2017532562.tif 000039
【図３０Ａ】
2017532562.tif 000040
【図３０Ｂ】
2017532562.tif 000041
【図３１Ａ】
2017532562.tif 000042
【図３１Ｂ】
2017532562.tif 000043
【図３２】
2017532562.tif 000044
【図３３Ａ】
2017532562.tif 000045
【図３３Ｂ】
2017532562.tif 000046
【図３４】
2017532562.tif 000047
【図３５】
2017532562.tif 000048
【図３６】
2017532562.tif 000049
【図３７】
2017532562.tif 000050
【国際調査報告】
2017532562.tif 000051
2017532562.tif 000052
2017532562.tif 000053
2017532562.tif 000054
2017532562.tif 000055
2017532562.tif 000056
2017532562.tif 000057