(57)【要約】溶液においてナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるためのシステム及び方法が提供される。これらは、生理食塩水溶液と連通しているように構成されたナノ粒子またはナノバブル検知領域を有し、かつナノ細孔にて有意なチャンネル様の特徴を提供するのに十分に小さな半すい角度を有する円錐体の形のナノ細孔の使用を含む。電極（組）は、ナノ細孔間に電圧／電位を適用してナノ細孔間に電気泳動態力（ＥＰＦ）を提供するために使用され、ナノ細孔は電気浸透力（ＥＯＦ）に供され、圧力は、ナノ細孔間で適用され／調整され、及びナノ細孔間のＥＰＦ、ＥＯＦ及び圧力からなる群より選択される少なくとも１つのパラメーターを調整することは、ナノ細孔の検知領域間の粒子またはナノバブル移動速度の微調整を（たとえば、ゼロ速度点を適用した電圧／電位に変化することによって提供し、許容される信号対雑音比を提供することによって）提供する。【選択図】図１
2016519773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液においてナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるための方法であって：
ナノ粒子またはナノバブルを有する生理食塩水溶液を提供すること；
ナノ細孔直径、近位端、遠位端を生理食塩水溶液と連通して有し、かつ前記近位端と前記遠位端との間にナノ粒子またはナノバブル検知領域を有する円錐体の形のナノ細孔であって、及び前記円錐体の形のナノ細孔の前記検知領域は、前記ナノ細孔にて有意なチャンネル様特徴を提供するのに十分に小さな半すい角度を有する、前記円錐体の形のナノ細孔を提供すること；
電極を使用して、前記ナノ細孔間に電圧／電位を適用して前記ナノ細孔間に電気泳動態（ＥＰＦ）を提供すること；
前記ナノ細孔を電気浸透力（ＥＯＦ）に供すること；
前記ナノ細孔間に圧力を適用すること；及び、
ナノ細孔間のＥＰＦ、ＥＯＦ及び圧力から選択される少なくとも１つのパラメーターを調整して、前記ナノ細孔の前記検知領域間の粒子またはナノバブル移動速度の微調整を、ゼロ速度点を適用した電圧／電位に変化することによって提供し、許容される信号対雑音比を提供し、溶液においてナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるための方法を提供すること、
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記ＥＯＦを調整することは、塩の濃度、適用される電圧／電位及びｐＨから選択される少なくとも１つの変数を調整することを含む、請求項１の方法。
【請求項３】
前記ナノ細孔間の前記圧力は、一定の値にて維持され、及び前記ナノ細孔間に適用される電圧／電位は、調整される、請求項１の方法。
【請求項４】
前記ナノ細孔間に適用される電圧／電位は、一定の値にて維持され、及び前記ナノ細孔間の圧力は、調整される、請求項１の方法。
【請求項５】
ＥＰＦ及びＥＯＦから選択される少なくとも１つのパラメーターを調整することは、前記ナノ粒子またはナノバブルの電荷またはゼータ電位を調整することを含む、請求項１の方法。
【請求項６】
ナノ粒子またはナノバブルは、前記ナノ細孔の検知領域間で移動して、抵抗パルス検出及び前記ナノ粒子またはナノバブルの特性付けを提供する、請求項１の方法。
【請求項７】
前記ナノ粒子またはナノバブルの移動は、前記ナノ粒子またはナノバブルのサイズを検出すること／測定することを提供する、請求項６の方法。
【請求項８】
前記円錐体のナノ細孔の前記半すい角度は、０．１度〜４度の範囲の値を有して、前記粒子動態を制御する力の精巧なバランスを達成することを提供する、請求項１の方法。
【請求項９】
前記円錐体のナノ細孔の前記半すい角度は、約２度の範囲の値を有して、前記粒子動態を制御する力の精巧なバランスを達成することを提供する、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記ナノ粒子またはナノバブルは、８ｎＭより小さい、１０ｎＭより小さい、２０ｎＭより小さい、３０ｎＭより小さい、４０ｎＭより小さい、５０ｎＭより小さい、または１００ｎｍより小さい直径を有する、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記ナノ粒子またはナノバブルは、８ｎＭ〜１０ｎＭ、８ｎＭ〜２０ｎＭの中で、８ｎＭ〜３０ｎＭの中で、８ｎＭ〜４０ｎＭの中で、８ｎＭ〜５０ｎＭの中で、または８ｎＭ〜１００ｎＭの範囲の直径を有する、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子またはナノバブルの移動は、内部及び／または外部の方向のものであることを含む、請求項１の方法。
【請求項１３】
前記適用される電圧／電位は、一方の方向またはもう一方（＋または−）において、１００〜５００ｍＶの間、最適には−１００ｍＶ〜９００ｍＶの間、最適には−２５０ｍＶ〜９００ｍＶの間、最適には約２５０ｍＶである、請求項１の方法。
【請求項１４】
前記ナノバブルの前記直径を調節することを提供するために、外圧に供される装置を使用して前記方法を行うことを含む、請求項１の方法。
【請求項１５】
前記外圧は、間の範囲である、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記外圧は、約２００ｐｓｉである、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記塩濃度は、１００ｍＭ〜１Ｍの間、３００ｍＭ〜１Ｍの間、５００ｍＭ〜１Ｍの間、最適には約１５０ｍＭ、最適には約３００ｍＭ、最適には１５０〜約３００ｍＭの塩化ナトリウムである、請求項１の方法。
【請求項１８】
前記ナノバブルは、酸素ナノバブルである、請求項１の方法。
【請求項１９】
前記生理食塩水溶液は、当該技術において公知のとおりのＲＮＳ６０である、請求項１の方法。
【請求項２０】
前記塩濃度は、１００〜３００ｍＭの間、最適には約１５０ｍＭである、請求項１７の方法。
【請求項２１】
溶液においてナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるためのシステムまたは装置であって：
（たとえば、ナノ粒子またはナノバブルを有する）生理食塩水溶液の供与源と連通して配置されるように構成された生理食塩水溶液のための導管；
ナノ細孔直径、近位端、遠位端を生理食塩水溶液のための導管と連通して有する円錐体の形のナノ細孔（たとえば、円錐体の形のガラスナノ細孔）であって、前記円錐体の形のナノ細孔は、近位端と遠位端との間にナノ粒子またはナノバブル検知領域を有し、及び前記円錐体の形のナノ細孔の検知領域は、前記ナノ細孔にて有意なチャンネル様特徴を提供するのに十分に小さな半すい角度を有する、前記円錐体の形のナノ細孔；
前記円錐体の形のナノ細孔の反対側に配置された電極（たとえば、電極対）であって、前記電極は、電圧／電位供与源と連通し、及び近位端と遠位端との間の前記ナノ粒子またはナノバブル検知領域間の電圧／電位の適用を提供して前記ナノ細孔間に電気泳動態力（ＥＰＦ）を提供するように構成される、前記電極；
圧力の供与源で連通し、かつ前記円錐体の形のナノ細孔内に圧力を適用するように構成されたナノ細孔／電極ホルダ；
電流−時間トレースを解析し、エクスポートするために適したコンピュータ実行データ収集ソフトウェアと操作的通信しているように構成された電流測定構成要素（たとえば、適切な増幅器）；及び、
ナノ細孔間のＥＰＦ、電気浸透力ＥＯＦ及び圧力から選択される少なくとも１つのパラメーターを調整して、前記ナノ細孔の前記検知領域間の粒子またはナノバブル移動速度の微調整を（たとえば、ゼロ速度点を適用した電圧／電位に変化することによって提供し、許容される信号対雑音比を提供することによって）提供し、溶液においてナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるための方法を提供するための対照手段、
を含む、前記システムまたは装置。
【請求項２２】
適用電圧の関数として、ピーク位置、高さ及び高さが半分での幅など移動のピークパラメーターを決定するために適したコンピュータ実行ソフトウェアをさらに含む、請求項２１のシステムまたは装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１３年４月１７日に出願のＵ．Ｓ．  Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．  ６１／８１２，７９１の利益を主張し、及びその内容は、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明の側面は、一般に溶液中でナノバブル及びナノ粒子を操作する、及び特徴づけるためのシステム及び方法に関し、及びより詳細には、ナノ細孔にて有意な流路様の特徴を提供するのに十分に小さな半すい角度で感知領域を有する円錐体形状のナノ細孔（たとえば、ガラスまたはその他の適切な材料）の使用を含むシステム及び方法であって、ナノ細孔間の電気泳動力（ＥＰＦ）、電気浸透力（ＥＯＦ）及び圧力から選択される少なくとも１つのパラメーターを調整することは、溶液中でナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づける方法を提供するために、ナノ細孔の感知領域間のナノ粒子またはナノバブル移動速度の微調整を（たとえば、ゼロ速度点を印加した電圧／電位に変化して、許容される信号対雑音比を提供することによって）提供するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
バルク溶液における個々のナノスケール物体の形状、電荷及び動態特性の特性付けは、特にスケールの下端での物体にとって意味がある挑戦である。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、バルク溶液における粒子を評価しないし、及び動態光散乱法（ＤＬＳ）は、個々の粒子に関する情報を提供しない。さらにまた、これらの技術は、人為的結果を起こしやすい（Ｄｏｍｉｎｇｏｓ，  Ｒ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ  ４３：７２７７，  ２００９）。対照的に、ナノ細孔は、バルク溶液における個々のナノスケール粒子を測定する方法を提供し、並びに粒子電荷に関する情報を提供する。コールター−カウンター技術のナノスケール範囲に対する最近の適応では、生体分子、特にＤＮＡ、並びに多様な組成及び表面電荷を有するナノ粒子を研究するための標識のない方法として使用されてきた（ＤｅＢｌｏｉｓ，  Ｒ．  Ｗ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ６１：３２３−３３５，  １９７７）。これらの技術では、電気的な電位差がナノ細孔の２つの側に対して電極間に印加される。細孔を介して通過するナノ粒子は、時間の関数としてプロットされる電気的な電流における短期減少を引き起こす。これらの電流−時間プロフィールの期間、大きさ及び形状は、これらが細孔を通過するにつれて、ナノ粒子に対して作用する多様な力についての豊富な情報を提供する（Ｄｏｍｉｎｇｏｓ，  Ｒ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ  ４３：７２７７，  ２００９；及びＬａｎ，  Ｗ．−Ｊ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８３：３８４０−３８４７，  ２０１１）。しかし、大きな粒子速度は、ナノ細孔技術のナノスケール範囲の有意な部分に対する適用を制限し／除外し得る。
【０００４】
小さなナノ粒子の信頼できる検出及び特性付けは、電気的フィルタリングによって制限され、これは、１０ｋＨｚの典型的な帯域幅について、検出可能な粒子についてのピーク高さの過小評価をまねき、及び一定の細孔の形状について４０ｎｍ以下の粒子を完全に逃すことさえあり得る（Ｌａｎ、Ｗ．−Ｊ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８３：３８４０＝３８４７（２０１１））。過剰な移動速度の問題を解決する革新的な試みは、細孔の化学的修飾（Ｗｕ，  Ｈ．−Ｃ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ  １２９：１６１４２−１６１４８，  ２００７）及び孔径（Ｗａｎｕｎｕ，  Ｍ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ９５：４７１６−４７２５，  ２００８）、形状（Ｗａｎｕｎｕ，  Ｍ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈ  ５：８０７−８１４，  ２０１０）、塩濃度、温度及び溶液粘度（Ｆｏｌｏｇｅａ，  Ｄ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ５：１７３４−１７３７，  ２００５）の変化、並びに個々の粒子の繰り返しの測定を使用すること（Ｂｅｒｇｅ，  Ｌ．  Ｉ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ６０：２７５６，  １９８９；  ａｎｄ  Ｇｅｒｓｈｏｗ  ＆  Ｇｏｌｏｖｃｈｅｎｋｏ，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈ  ２：７７５−７７９，  ２００７）を含む。粒子と細孔との間のゼータ電位における相違を調整するためにｐＨを変更することにより、Ｆｉｒｎｋｅｓ  ｅｔ  ａｌ．は、単一のタンパク質の有効な速度を操作すること、及び電気泳動から電気浸透までの移動推進力を逆転させることができた（Ｆｉｒｎｋｅｓ，  Ｍ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １０：２１６２−２１６７，  ２０１０）。この方法は、粒子速度の制御において重要な段階を先へ提供するが、１０ｎｍ幅の細孔の間の有意な拡散速度は、シグナル忠実度をさらに減少させる。
【０００５】
円柱状カーボンナノチューブ（Ｌａｎ，  Ｗ．−Ｊ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８３：３８４０−３８４７，  ２０１１）、及びガラスナノチャンネル（Ｉｔｏ，  Ｔ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ７５：２３９９−２４０６，  ２００３）は、それぞれ６０ｎｍ及び４０ｎｍ粒子を特徴づけるように使用されてきたが、より小さな粒子の測定は、低信号対雑音比によって妨げられた。対照的に、円錐体のナノ細孔における感知領域を非常に小さな容積に集中すると、高い信号対雑音比及び非対称ピーク形状を含む多くの利点を与え、これが移動方向に関する情報を提供する（Ｗｕ，  Ｈ．−Ｃ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ  １２９：１６１４２−１６１４８，  ２００７）。最近では、Ｖｏｇｅｌ  ｅｔ  ａｌ．は、可変圧力下での円錐体のナノ細孔における抵抗パルス感知に基づいて２００ｎｍ粒子の表面電荷を特徴づけるための方法を報告した（Ｖｏｇｅｌ，  Ｒ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８４：３１２５−３１３１，  ２０１２）。これらの研究において使用されるエラストマーの細孔は、これらがダイナミックにサイズを変更することができるという利点を有するが；しかし、この孔材料の疎水性は、疎水性の分析物及び水以外の溶媒では望ましくない相互作用を引き起こし得る。対照的に、窒化ケイ素（ＳｉＮ）及びガラスナノ細孔（ＧＮＰ）の親水性表面は、たいてい疎水性及び親水性の分析物を含む研究のために望ましい。ＳｉＮに基づいたナノ細孔は、これらが製造の間にこれらの孔径を容易に測定することができるという利点を有するので、頻繁に使用される。この利点にもかかわらず、ＳｉＮチップ型の細孔は、ノイズ問題のために４０ｎｍ以下のナノ粒子に対する有用性が限られ、及びこれらの製造過程は、複雑であり、及び高価である。
【０００６】
対照的に、１．５ｎｍ程度の小さな分子を検出することができるＧＮＰを作製するための簡単及び安価な方法が存在する（Ｇａｏ，  Ｃ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８１：８０−８６，  ２００９；及びＬｉ，  Ｇ．−Ｘ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３８：１６９８−１７０２，  ２０１０）。親水性に加えて、ＧＮＰは、高い帯域幅測定、高圧に耐える能力、光学測定との適合性、化学的安定度及び多様な官能基でこれらの表面を修飾する可能性について、例外的な電気的特性の点から細孔のその他のタイプと比較して多数の利点を有する。Ｇａｏ  ｅｔ  ａｌ．は、粒子が通過することができる閾値の近くでＧＮＰを生成することによって１０ｎｍ金ナノ粒子を検出するために十分に粒子速度を減少させた（Ｇａｏ，  Ｃ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８１：８０−８６，  ２００９）。粒子動態の一般的な制御のためには不適当であるが、このアプローチは、電子顕微鏡検査法を使用して可能性ではなかった孔径を決定するための方法を提供した（Ｇａｏ，  Ｃ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８１：８０−８６，  ２００９；及びＬｉ，  Ｇ．−Ｘ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３８：１６９８−１７０２，  ２０１０）。
【０００７】
ナノバブル。ナノ細孔（たとえば、ＧＮＰ）が任意のサイズのナノバブルの形状、電荷及び動態特性の特性付けに対して何らかの有用性を有するだろうかどうかに関して、当該技術分野において情報または示唆はない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の側面は、ナノ粒子またはナノバブルに対して、それがナノ細孔を通過するにつれて作用する力を制御することに関する。
【０００９】
一定の側面において、ナノ粒子（たとえば、Ａｕナノ粒子）またはナノバブルの速度は、それに対して作用する圧力、電気泳動及び電気浸透力のバランスをとることによって大きさの３桁を越えて制御することができる。
【００１０】
特定の側面に従って、ナノ粒子またはナノバブル速度は、ナノ細孔間の電圧を調整して、ナノ粒子またはナノバブル移動の観察を可能にすることによって高精度で制御することができ、通常これは、電気または圧力による力をいずれか単独で適用することによって観察するには速すぎるだろう。
【００１１】
さらなる側面に従って、電気または圧力による力の相殺により、ナノ粒子またはナノバブルはナノ細孔を介して移動するので、この無秩序運動の観察ができる。
【００１２】
さらなる側面に従って、これらの基本的な結果は、前例がなく、及び粒子またはナノバブル動態を研究するための適用において、並びにナノ粒子及びナノバブルの解析において実質的有用性を有し、及び結局は、ナノ粒子、ナノバブル及び高分子の特性付けのための広範な適用を提供する。
【００１３】
特定の側面に従って、ガラスナノ細孔（ＧＮＰ）における例示的なナノ粒子（たとえば、８ｎｍナノ粒子）またはナノバブルについての３桁を越える示した速度の制御により、閾値条件がさらに調査される。
【００１４】
さらなる側面は、圧力、電気泳動（ＥＰＦ）及び電気浸透（ＥＯＦ）力のバランスをとることによってナノ粒子またはナノバブル動態を制御するための理論的根拠を提供し（図１）、この３つの力のバランスが、円錐体の細孔において粒子動態を越えて以前に到達不能な制御を提供する。
【００１５】
特定の側面において、粒子速度の微調整は、電気浸透の利点を得ることによって、及び定圧を適用してゼロ速度位置を許容される信号対雑音比をもつ電位に移動することによって提供される。
【００１６】
さらなる側面は、実験結果をモデル化する有限要素分析法（ＦＥＡ）シミュレーションを提供する。
【００１７】
さらなる側面は、細孔の形状、孔内のナノ粒子及びナノバブル速度の空間的な分布、並びにナノ粒子またはナノバブル表面及び細孔表面電荷密度の両方の影響に対する洞察を提供する。
【００１８】
好ましい側面は、溶液中でナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるためのシステム及び方法であって：ナノ粒子またはナノバブルを有する生理食塩水溶液を提供すること；ナノ細孔直径、近位端、遠位端を生理食塩水溶液と連通して有し、かつ近位端と遠位端との間にナノ粒子またはナノバブル感知領域を有し、及び円錐体形状のナノ細孔の感知領域は、ナノ細孔にて有意な流路様特徴を提供するのに十分に小さな半すい角度を有する、円錐体形状のナノ細孔を提供すること；ナノ細孔を電気浸透力（ＥＯＦ）に供すること；ナノ細孔間に圧力を適用すること；及びナノ細孔間のＥＰＦ、ＥＯＦ及び圧力から選択される少なくとも１つのパラメーターを調整して、ナノ細孔の感知領域間の粒子またはナノバブル移動速度の微調整を（たとえば、ゼロ速度点を印加した電圧／電位に変化して許容される信号対雑音比を提供することによって）提供し、溶液中でナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるための方法を提供することを含む方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の特定の例示的な側面に従って、バランスをとって、例示的なガラス円錐体のナノ細孔を介したナノ粒子移動の速度を決定する原動力を示す線図である。
【図２】（図２Ａ及び２Ｂ）特定の例示的な側面に従った、プログラム可能なマイクロピペットプラーを使用して引いて狭い〜１−μｍ開口を形成し、これを溶解して円錐形くぼみを封入する末端球を生じたガラスマイクロピペットの先端の例証である（Ａ）。末端球を紙やすりで磨いて、及びマイクロホージで短時間に溶かして平らにした形状を形成した（破線は、（Ａ）に示した元の球の概略を描写する）。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極を開かれてない細孔間に置き、及びフッ化水素酸エッチング液を外部溶液として使用して、紙やすりで磨かれ、及び再溶解された先端にナノスケール細孔を形成した（Ｂ）。細孔形成は、電流のスパイクによって検出した。
【図３】特定の例示的な側面に従って、この研究において使用したナノ細孔のタイプの３つの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージを示す（この特定の細孔は、８ｎｍナノ粒子を検出するために使用したものより大きい）。１．０Ｍ  ＮａＣｌ中で測定した３９ＭΩの抵抗を有するピペットを、ＳＥＭイメージングの前に〜７ｎｍの厚さの金の層でスパッタした。最下段のパネルにおける矢印は、ナノ細孔の位置を示し、それは〜７０ｎｍの直径を有する。これらのイメージは、実際の細孔開口を囲んでいる外部ウェルを示すが、我々は、その大きな幅のため、ウェルはナノ細孔検知帯域に影響しないと考える。
【図４】（図４Ａ及び４Ｂ）特定の例示的な側面に従って、Ａｕナノ粒子サイズが孔径の閾値を超える、またはちょうどである時を決定するために使用した電流対時間（ｉ−ｔ）トレースを示す。
【図５】（図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄ）特定の例示的な側面に従って、印加される電位が逆転されるときの、ナノ細孔に繰り返し出たり入ったりする単一のナノ粒子を示すｉ−ｔトレースを示す。
【図６】（図６Ａ及び６Ｂ）特定の例示的な側面に従って、−０．０４７気圧（Ａ）及び−０．３５気圧（Ｂ）下でのナノ粒子移動速度対印加電圧を示す。
【図７】特定の例示的な側面に従って、図６Ａにおいて表した実験について適用した圧力、電気泳動
【化１】
2016519773.tif 000003
及び電気浸透
【化２】
2016519773.tif 000004
によって生じる有効な速度に対する貢献を図示する。
【図８−１】（図８Ａ−８Ｃ）特定の例示的な側面に従って、（Ａ）図６Ｂ及び図８Ｃにおける青緑色線に対応する０．３５気圧及び１００〜５００ｍＶの間の印加電圧での、０．２Ｍ  ＮａＣｌ溶液中のナノ粒子（ζ＝−１５ｍＶ）についてシミュレートした速度分布を図示する。（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図６Ａ及び図６Ｂにおけるデータに対応する粒子速度のプロットである。データ点色及び記号は、図６Ａ及び６Ｂにおけるプロット実験データに使用した同じスキームに従う。有限要素シミュレーションのパラメーター及びその他の詳細は、ＳＩファイルに示してある。
【図８−２】（図８Ｄ）特定の例示的な側面に従って、ζ＝−１５ｍＶについての適用した圧力、電気泳動
【化３】
2016519773.tif 000005
及び電気浸透
【化４】
2016519773.tif 000006
によって生じる有効な速度に対する貢献を図示する。
【図９】（図９Ａ及び９Ｂ）特定の例示的な側面に従って、適用した圧力の関数として３つのナノ粒子の前方及び後方の移動を示す（適用した圧力により方向を逆転する３つのナノ粒子についての電流対時間トレース）。
【図１０】８ｎｍの直径をもつ−９ｍＣ／ｍ２の荷電Ａｕナノ粒子によって生成されるシミュレートされた電位プロフィールを示す。
【図１１】０．１Ｍまたは０．２Ｍ  ＮａＣｌ溶液及びＰ＝０．３５気圧における有限要素シミュレーションについての形状及び境界条件を示す。
【図１２】１Ｍ  ＮａＣｌ及び０．０４７気圧における有限要素シミュレーションについての形状及び境界条件を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
円錐体のナノ細孔は、ナノスケール粒子及びさらに小分子を特徴づけるための強力なツールである。本技術は、豊富な情報を提供するが、このような細孔は、非常に短い感知領域を通る高粒子速度のため、これらが粒子動態を調査するが能力が〜４０ｎｍを下回って制限され、及び円錐体のナノ細孔は、有効に特徴づけられるナノバブル（たとえば、空気、酸素またはその他の気体（類）ナノバブル）であるだろうかどうかについて当該技術において公知ではなく、または示唆されない。
【００２１】
特定の側面は、溶液中でナノバブル及びナノ粒子を検出する操作する、及び特徴づけるための方法であって、圧力の適用によってナノ粒子に対して作用する電気運動力のバランスをとり（たとえば、８ｎｍまたはたとえば３〜４０ｎｍ直径である範囲に）、検出及び特性付けを可能にするのに十分な遅さの粒子速度を提供することを含む、方法を提供する。
【００２２】
さらなる側面に従って、異なるゼータ電位を有するナノ粒子は、円錐体のナノ粒子において、塩濃度、適用される圧力及び電位を変化させて力が平衡であり、かつナノ細孔を介して粒子を逆方向にする位置を示すこと、及びナノ細孔及びこれらの動態をナノスケール範囲の最も小さな限度に下げさせる条件を調整することによって調査した。
【００２３】
好ましい側面に従って、溶液中でナノバブルを検出する、操作する、及び特徴づける方法が適用できる。
【００２４】
特定の側面に従って、８ｎｍナノ粒子（たとえば、８ｎｍまたはＸ〜Ｙｎｍの範囲）の速度は、圧力を適用すること、及び電気泳動（ＥＰＦ）及び電気浸透（ＥＯＦ）力のバランスをとるように電圧を変更することによってガラス円錐体のナノ細孔において制御することができる。
【００２５】
図１は、本発明の特定の例示的な側面に従って、バランスをとって、例示的なガラス円錐体のナノ細孔を介した粒子（またはナノバブル）移動の速度を決定する原動力を示す線図である。たとえば、移動実験の間に、本明細書において記述したように、ピペット内で電極に適用される正の電位及びピペット内で適用される陰圧は、両方とも負に荷電した粒子を外部の溶液から内部に引き込む傾向がある。印加される電位は、またピペットの外部の粒子を外部の溶液に動かす傾向がある反対に作用する電気浸透力を誘導する。これらの異なる力のバランスにより、粒子移動の速度が決定する。この微調整により、以前に到達不能なサイズ範囲の粒子の特性付けが可能であり、非常に小さな（たとえば、直径が１００ｎｍより小さい、５０ｎｍより小さい、１０ｎｍより小さい、５ｎｍより小さい及び２ｎｍより小さい）ナノバブルを含むナノバブルにも適用できる。
【実施例】
【００２６】
実施例１
材料及び方法
材料。カルボキシメチル重合体と抱合した球状金ナノ粒子（直径：８ｎｍ±７％（ＳＤ）、ＴＥＭによって測定した）は、Ｎａｎｏｐａｒｔｚ，  Ｉｎｃ．  （Ｌｏｖｅｌａｎｄ，  ＣＯ）から購入した。ゼータ電位は、−５１ｍＶ及び−１５ｍＶと（Ｎａｎｏｐａｒｔｚ）、及び脱イオン水中の−５２ｍＶ及び−２２ｍＶと（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．，  Ｎｏｖａｔｏ，  ＣＡ）、及び０．１  ＮａＣｌ  ＰＢＳ  ｐＨ  ７．４プラス０．１％  Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．）中の−３８ｍＶ及び−１２ｍＶと測定された。より高い塩濃度にてゼータ電位を測定する試みでは、再現不可能な値を得た。粒子は、テキストにおいて−５１ｍＶ及び−１５ｍＶを示したが、ζ値は、塩溶液中でより低い。その他の材料は、ホウケイ酸ガラスマイクロピペット（ＯＤ：１．５ｍｍ、ＩＤ：０．８６ｍｍ、長さ：１０ｃｍ、Ｓｕｔｔｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、フッ化水素酸（４８％）、フッ化アンモニウム溶液（〜４０％）、フッ化アンモニウムエッチング混合物（ＡＦ  ８７５−１２５、Ｓｉｇｍａ）、ｐＨ  ７．４リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）１０Ｘ（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）、３Ｍ  １２ミクロンＬａｐｐｉｎｇ  Ｆｉｌｍ（Ｔｅｄ  Ｐｅｌｌａ）、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ１００（Ａｍｒｅｓｃｏ）、０．２５ｍｍのＡｇワイヤー（Ｗｏｒｌｄ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、家庭用漂白剤（５％のヒプロクロライト）及び重炭酸ナトリウム（Ｃｏｓｔｃｏ）を含んだ。溶液は、Ｍｉｌｌｅｘ−ＧＰ、０．２２μｍ、ポリエーテルサルホンフィルタ（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ）を介して濾過した。
【００２７】
ピペット。ピペットは、〜１μｍ開口部にモデルＰ−１０００  Ｆｌａｍｉｎｇ／Ｂｒｏｗｎマイクロピペットプラー（Ｓｕｔｔｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）で引いた。次いで、引いたピペット先端を〜１３０ｍｓの間ブタンハンドトーチ（火炎先端は、先端から〜５ｍｍに配置した）で溶かして、ピペットを３．５ｃｍ／ｓにてターンテーブル上で回転する。生じる末端球の研摩をマイクロホージ加熱の前に手で施したが、これは、幅５ｍｍの白金／イリジウムストリップから作製したΩ形の白金−イリジウム合金フィラメント（５ｍｍ×５ｍｍ）加熱エレメント内に〜４００ｍｓの間ピペット先端を置くことを含んだ。ピペット先端を逆走Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＩＸ５０顕微鏡を使用して最初に撮像し、及び次いでいくつかをＦＥＩ  Ｓｉｒｉｏｎ  ＳＥＭでのイメージングのために選択した。
【００２８】
ガラスナノ細孔製作。ホウケイ酸ガラスマイクロピペットを１２時間６００℃にて加熱し、次いで両端で即時に封止した。〜１μｍ開口部に引いた後、鋭い先端が溶かされるまで、これらを乾燥窒素のストリーム下で保持した。次いで、円錐体のくぼみを囲んでいる末端球を微細紙やすりを使用して扁平な先端に磨き、続いてマイクロホージ加熱した。エッチングの直前に、ピペットの他方の末端を開けて、火でつやを出し、及び１．０Ｍ  ＮａＣｌを埋め戻した。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極は、ここではＡｇワイヤーを実験の前に〜１５分間漂白剤に浸漬することによって調製し、及び平行に接続された複数のピペット内部、並びにエッチング液（〜４０％フッ化アンモニウム溶液中の４８％フッ化水素酸の１：２の希釈）に置いた。細孔形成は、２５０ｍＶの印加される電位で電流対時間モードで作動するＰｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ２２７３  ＰＡＲＳＴＡＴポテンシオスタットを使用して測定される電流のジャンプによって示された。ピペット先端を即時に１０秒の間及び３．０Ｍ  ＫＯＨに浸漬して、電流の測定のために１．０Ｍ  ＮａＣｌ溶液へ移した。１００〜２００ＭΩ間の抵抗を有する細孔をこの方法でルーチンで作製して、必要に応じてよりフッ化アンモニウムエッチング混合物（ＡＦ  ８７５−１２５）の１：２０の希釈に短時間（１５秒）液浸すること、及び閾値移動がもはや生じなくなるまでエッチングプロセスを繰り返すことによって大きなサイズにエッチングした。
【００２９】
抵抗細孔感知測定及びデータ解析。ピペットを、ピペット（Ｗａｒｎｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）内に圧力を適用することができるＢＮＣスタイルの電極ホルダに置き、及び電流測定を、三極形ベッセル低域フィルタを適用した３ｋＨｚの遮断周波数にてＨＥＫＡ  ＥＰＣ−１０増幅器を使用して行った。最初に、ＰＡＴＣＨＭＡＳＴＥＲデータ収集ソフトウェアを使用して電流−時間トレースを解析し、及びエクスポートした。カスタムＶＢＡ  Ｅｘｃｅｌプログラムを使用して、印加電圧の関数としてのハーフハイトでのピークの位置、高さ及び幅などの移動ピークパラメーターを決定した。それぞれのピークを手動で検査して、正確な測定を確実にした；一般に、７：１より小さい信号対雑音比及び／または１ｍｓより小さいベース幅を有する抵抗パルスを除外した。
【００３０】
有限要素シミュレーション。有限要素シミュレーションは、高性能デスクトップＰＣでＣＯＭＳＯＬ  Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ  ３．５（Ｃｏｍｓｏｌ、Ｉｎｃ．）を使用して行った。
【００３１】
実施例２
マイクロピペットに基づいたガラスナノ細孔を製造した
ガラスマイクロピペットを〜１−μｍ開口まで引き、及び次いで、Ｇａｏ  ｅｔ  ａｌ．１３の方法と同様にピペット先端をブタンハンドトーチで溶解して末端球を作製した（図２Ａ）。エッチング液をマイクロピペットの末端球に適用して封入されたくぼみに曝露すると、鋭くした先端を形成する傾向があり、これにより先端以外の位置にて細孔形成を生じることができる１５。先端の側面のワックスコーティングを使用してこの問題を回避してきたが１３、しかし我々は、エッチングの前に扁平な先端の形状を作製するための工程を採用することによって、エッチングプロセスを上回るより優れた制御を行うことができることを見いだした。これを達成するために（図２Ｂ）、ピペットを紙やすりで磨き、及び先端を短時間再溶解した。研摩単独でナノ細孔を作製するために使用することができるが１４、我々はこの方法で作製した細孔では一貫性のない結果を見いだした。研摩が小さな割れ目を導入し得るものと推測して、我々は、細孔を開ける前に研摩ウェルを止めることを選択した。外部の溶液としてのフッ化水素酸エッチング液でのセットアップを使用して、紙やすりで磨かれ、及び再溶解された先端においてナノスケール細孔を形成した。細孔形成は、電流のスパイクによって検出した。
【００３２】
具体的には、図２Ａ及び２Ｂは、特定の例示的な側面に従った、プログラム可能なマイクロピペットプラーを使用して引いて狭い〜１−μｍ開口を形成し、これを溶解して円錐形くぼみを封入する末端球を生じたガラスマイクロピペットの先端の例証である（Ａ）。末端球を紙やすりで磨いて、及びマイクロホージで短時間に溶かして平らにした形状を形成した（破線は、（Ａ）に示した元の球の概略を描写する）。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極を開かれてない細孔間に置き、及びフッ化水素酸エッチング液を外部溶液として使用して、紙やすりで磨かれ、及び再溶解された先端にナノスケール細孔を形成した（Ｂ）。細孔形成は、電流のスパイクによって検出した。
【００３３】
実施例３
例示的なマイクロピペットに基づいてガラスナノ細孔を撮像した
ガラスマイクロピペットをＧａｏ  ｅｔ  ａｌ  （Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８１：８０−８６，  ２００９）  によって記述された方法の改良によって調製した（図２Ａ及び２Ｂ）。ＧＮＰｓのサイズを決定することは、単純ではない。実際は、他の者は、ＳＥＭを使用してガラスピペットの先端の類似のナノ細孔を撮像することができないと報告した（Ｖｏｇｅｌ，  Ｒ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８４：３１２５−３１３１，  ２０１２；  ａｎｄ  Ｇａｏ，  Ｃ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８１：８０−８６，  ２００９）。特定の側面において、たとえば、我々のより大きな（７０ｎｍ）細孔（図３）の１つの孔径を測定した。顕微鏡画像（図２Ａ及び２Ｂ）及び特徴的非対称移動特性及びＦＥＡシミュレーションに基づいて、下記参照、内側細孔の形状は、〜２ｏの円錐角を伴う円錐体である（Ｗｈｉｔｅ  ＆  Ｂｕｎｄ，  Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２４：２２１２−２２１８，２００８）。
【００３４】
具体的には、図３は、特定の例示的な側面に従って、この研究において使用したナノ細孔のタイプの３つの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージを示す（この特定の孔は、８ｎｍナノ粒子を検出するのに使用したものより大きい）。１．０Ｍ  ＮａＣｌにおいて測定した３９ＭΩの抵抗を有するピペットをＳＥＭイメージングの前に〜７ｎｍの厚さの金の層でスパッタした。最下段のパネルにおける矢印は、ナノ細孔の位置を示し、それは〜７０ｎｍの直径を有する。これらのイメージは、実際の孔開口を囲んでいる外部ウェルを示すが、我々は、その大きな幅のため、ウェルはナノ細孔検知帯域に影響しないと考える。
【００３５】
実施例４
ナノ粒子を細孔サイズの閾値にて検出した
細孔を介して通過する閾値にて粒子のサイズを特定することは、マイクロピペットに基づいたＧＮＰのサイジングのためのＳＥＭイメージングの選択肢を提供する。実験を１．０Ｍ  ＮａＣｌ溶液中の２００ｎＭの典型的な濃度にて、（±０．６ｎｍ）の大きさの小さな標準偏差を有す例示的な８ｎｍ直径のカルボキシメチル重合体コーティングしたＡｕナノ粒子を使用して、ナノ粒子移動を検出するために行った。電流対時間（ｉ−ｔ）トレースを正電位が外部溶液に対してマイクロピペット内でＡｇ／ＡｇＣｌワイヤー電極に適用される間に記録した。非常に小さな細孔（１．０Ｍ  ＮａＣｌ中で測定された、１００〜２００ＭΩの間の抵抗を有する）を最初に作製し、及び我々が圧力によって動かされるナノ粒子移動（たとえば、ピペット内で陰圧を適用することによってトリガーされる）を検出するまで、繰り返し希釈したエッチング液で広げた。
【００３６】
このアプローチにより、我々は、正方形のブロックが図４Ｂに１７ｐＡ電流ブロックによって示したように、最後に急激なスパイクで終結された場合を検出することをできるようにし、それは、基本電流に戻る前に７０ｐＡのピークで終わる。この最後のスパイクは、大きく、及び典型的な移動の特徴を有するので、それは、開口部の最初の部分的な遮断の後に細孔を介して通過する粒子をおそらく表す。Ｖｅｒｃｏｕｔｅｒｅ  ｅｔ  ａｌ．は、α−溶血素細孔を介してＤＮＡの移動を示す迅速で深い遮断の前に個々のヘアピンＤＮＡ分子によって生じる類似の長く浅い遮断を観察した（Ｖｅｒｃｏｕｔｅｒｅ，  Ｗ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １９：２４８−２５２，  ２００１）。金ナノ粒子のための幾何的考察は、非常により単純であるが、粒子コーティングは、粒子が閾値サイズにて細孔を介して適合するために圧縮する時間を必要とする可能性がある。また、Ｇａｏ  ｅｔ  ａｌ．，は、最後のスパイクを欠く単純な正方形ブロックに基づいて、ＤＮＡ、１０ｎｍの金ナノ粒子及びβ−シクロデキストリンの均等な単一の分子を使用してこれらの細孔のサイズを見積もるための閾値条件を使用した（Ｇａｏ，  Ｃ．，  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ８１：８０−８６，  ２００９）。この種類の繰り返された観察に基づいて、最後に急激なスパイクのない正方形の遮断の発生がＡｕナノ粒子によって、しかし良好な移動を伴わずに、ナノ細孔開口部の一過性遮断（図４Ａ）を表すと結論される。
【００３７】
図４Ａ及びＢは、特定の例示的な側面に従って、Ａｕナノ粒子サイズが孔径の閾値を超える、またはちょうどである時を決定するために使用した電流対時間（ｉ−ｔ）微トレースを示す。これらの実験において、８ｎｍのＡｕナノ粒子（ζ＝−５１ｍＶ）を外部溶液中に置き、及び〜０．５気圧の圧力及び２５０ｍＶの電圧をナノ細孔に粒子を動かすのに適用した。（Ａ）広く様々な期間の正方形遮断は、粒径が孔径を超えるときに観察される。これらのブロック内の電流は、０．５９秒及び０．６８秒で見られるように、時には短時間に増大するが、しかし（Ａ）（右のトレースはこの領域の拡大である）において破線卵形中に見られるように基本電流レベルに最終的には戻る。（Ｂ）粒子が細孔サイズの閾値であるとき、それは、大きな電流スパイク（（Ｂ）中の破線卵形）を伴った細孔を最終的に通過する。この電流スパイク（右の拡大された）が円錐体の細孔を介して典型的な移動の非対称性の形状特徴を有する点に留意されたい。１．０Ｍ  ＮａＣｌ溶液をＮａ２ＨＰＯ４  ７ｍＭ、ＫＨ２ＰＯ４  ２１ｍＭ及び含まれた０．１％  Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００でｐＨ  ７．４にて緩衝した。
【００３８】
実施例５
適用された圧力による粒子捕獲及び放出を証明した
特定の側面によれば、ピペット内に適用されている圧力は、図９Ａ及び９Ｂに図示したように、細孔に個々の粒子を引き込む、及び繰り返し再びこれらを押し出すための能力を含む、ナノ粒子移動に対してかなりの制御をもたらす。準三角形ピーク形状は、移動の方向に依存するので、これらの実験は、存在する例示的な細孔が円錐形であり、及び内向きに開く確認を提供する。圧力の適用で粒子反転の観察をこれらの再捕獲確率に応じて個々の粒子のサイズを測定するのに使用した（Ｌａｎ  ＆  Ｗｈｉｔｅ，  ＡＣＳ  ｎａｎｏ  ２０１２，  ６，  １７５７−１７６５，  ２０１２）。本実験において、個々の粒子について移動形状に見られる独特の相違は、幾何的及び電荷相互作用におそらく基づいた細かいナノ細孔／ナノ粒子特徴をモニターするためのこの技術の鋭い感度を反映する。
【００３９】
図９Ａ及び９Ｂは、特定の例示的な側面に従って、適用された圧力の関数として３つのナノ粒子の前方及び後方の移動を示す（たとえば、適用した圧力により方向を逆転する３つのナノ粒子についての電流対時間（ｉ−ｔ）トレース）。１．０Ｍ  ＮａＣｌ中で測定した１１７ＭΩの抵抗を有するナノ細孔を一定の適用される電位（２５０ｍＶ）下で８ｎｍの金ナノ粒子を観察するのに使用した。（Ａ）において、３つの粒子は、陰圧（−０．２５気圧）がピペットに適用されるにつれて、１．２〜１．６秒の間に細孔に入る。１．８〜２．８秒の間の細孔ブロックは、適用される陽圧（０．５気圧）によって除去され、３．１〜３．３秒の間にピペットから３つの粒子を押し戻す。次いで、陰圧（−０．２５気圧）を４．５秒で適用して、５秒〜７秒の間にナノ細孔を介して３つの粒子を引き戻す。粒径分布における標準偏差が±０．６ｎｍのみであったが、ｉ−ｔ拡大（Ｂ）において見られる独特のピーク形状は、粒径における細かい相違を反映し、及び個々の粒子の同定を可能にする。３．１〜３．３秒の間の適用された陽圧は、結果として増加した移動速度及びしたがって、より狭いピーク幅を生じる適用された陰圧より大きかった。
【００４０】
実施例６
粒子を適用した電位によって捕獲及び放出した
さらなる側面に従って、図５Ａ〜５Ｄは、また、適用される電位を変化させることが繰り返し粒子を細孔の中へ、及び外へ動かすのに使用することができることを示す。
【００４１】
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄは、特定の例示的な側面に従って、適用される電位が逆転するときの、ナノ細孔に繰り返し出たり入ったりする単一のナノ粒子を示すｉ−ｔトレースを示す。＋１０００  ｍＶ〜−１０００ｍＶの間で１０Ｈｚにて振動する電圧方形波を移動を（Ａ）に示してあり、丸で囲んだ部分は、実験的なトレース（Ｂ）（（Ｂ）で示したｉ−ｔトレースにおける抵抗性パルス）において生じる場所を示す。（Ｂ）におけるｉ−ｔトレースを切り取って、移動が生じる方形波のちょうど関連した５０ｍｓの部分を示してある。（Ｄ）において、粒子は、＋５２５〜＋２２５ｍＶ（Ｃ）のみの間に３Ｈｚにて振動する方形波について方向（細孔開口部を介して後方及び前方に通過する単一のナノ粒子）を逆転させる。両方の溶液は、１．０Ｍ  ＮａＣｌ  ＰＢＳ  ｐＨ  ７．４プラス０．１％  Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００中の８ｎｍの金ナノ粒子（ζ＝−５１ｍＶ）を含んだ。（Ｂ）における実験のための粒子濃度は、５０ｎＭに等しく、及び（Ｄ）においては３２０ｎＭに等しい。
【００４２】
図５Ａ及び５Ｂで示した実験結果において、圧力をピペットに適用しなかったが、その代わりに、粒子の運動は＋１．０  Ｖ〜−１．０Ｖの間を変化する１０Ｈｚの方形波に続いた。細孔の中へ入る、及び外へ出る粒子の４つの場合は先行され、及び任意の粒子移動のない数秒が続き、単一の粒子の繰り返された移動を観察したことを示す。電力変換実験を個々のＤＮＡ鎖を再捕獲するのに使用した（Ｇｅｒｓｈｏｗ  ＆  Ｇｏｌｏｖｃｈｅｎｋｏ，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈ  ２：７７５−７７９，  ２００７）。図５Ｃ及び５Ｄに示した結果は、適用される電位（＋２２５  ｍＶ〜＋５２５  ｍＶのみの間）の振幅における小さな変化さえ細孔の中へ、及び外へ粒子を動かすのに十分なことを示す。
【００４３】
さらなる側面によれば、これらの実験における抵抗性パルス非対称は、電気浸透が優位な力であることを意味し、電気泳動に基づいて予想されるだろうことと正反対である点に留意されたい。
【００４４】
実施例７
ナノ粒子動態を適用された圧力及び適用される電位によって制御した；電気浸透を利用すること、及び０速度位置を許容される信号対雑音比をもつ電位にシフトするための一定の圧力を適用することによる
電気泳動または適用された圧力単独のいずれかを典型的にはナノ細孔を介してナノ粒子を移動するための原動力として使用し、及び以前のセクションで示した。しかし、信号対雑音比は、電圧が減少するにつれて劇的に減少されるので、電圧を下げることによって粒子移動速度を減少させることは限界を有する。本明細書において、我々は、電気浸透を利用することによる、及び０速度位置を許容される信号対雑音比をもつ電位にシフトするために一定の圧力を適用することによる粒子速度の優れた制御を報告する（図６Ａ及び６Ｂ）。
【００４５】
図６Ａ及び６Ｂは、特定の例示的な側面に従って、−０．０４７気圧（Ａ）及び−０．３５気圧の圧力（Ｂ）下でナノ粒子移動速度対印加電圧を示す。溶液条件は、（Ａ）については：１．０Ｍ  ＮａＣｌ、開いた、及び満たされた赤い三角形（ζ＝−５１ｍＶ）及び開いた、及び満たされた青い円（ζ＝−１５ｍＶ）及び（Ｂ）については：０．２Ｍ  ＮａＣｌ：開いたオレンジ三角形（ζ＝−５１ｍＶ）及び開いた青い円（ζ＝−１５ｍＶ）；０．１Ｍ  ＮａＣｌ：開いた黒い三角形（ζ＝−５１ｍＶ）及び開いた黒円（ζ＝−１５ｍＶ）；であり、全ての溶液を７ｍＭ  Ｎａ２ＨＰＯ４、２１ｍＭ  ＫＨ２ＰＯ４及び含まれた０．１％  ＴｒｉｔｏｎＸ−１００でｐＨ  ７．４にて緩衝した。（Ａ）において満たされ、及び開いた記号は、同じ条件下で収集される２つの連続したデータセットを表す。データポイントを通る破線は、二次多項式フィットを表す。異なる電圧にて特定の移動のための代表的ｉ−ｔトレースを示す。挿入図は、特定のデータポイントのために電流‐時間（ｉ−ｔ）トレースを図示する；（Ａ）及び（Ｂ）においてトレースのためのスケールをそれぞれのパネルの右上に示す。
【００４６】
この実験において、移動速度を半分の高さでピーク幅の逆に比例するとみなし、正の値は、ピペットの中への移動を示す。陰圧は、ピペットの中への流体の流れを示す；正電圧を外部溶液に関して測定した（図１を参照されたい）。実験の初め、実験の直前に真空下でピペットに引き込まれた少数の粒子を除いて、８ｎｍの金粒子の大多数は、ピペットの外にあった。次いで、ピペットを一定の陰圧及び＋５００ｍＶに供した（図６Ａにおいて−０．０４７気圧及び図６Ｂにおいて−０．３５気圧）。これらの力の両方は、ピペットに負に荷電された粒子を動かすように作用するはずであり、及びこれまでに、粒子移動特性は、ナノ粒子がピペットから排出されることを明らかに示した。
【００４７】
特定の側面に従って、これは、これらの条件下で粒子に作用する適用された圧力及び電気泳動力（ＥＰＦ）の両方を負かす大きな電気浸透流（ＥＯＦ）の存在によって説明される（図１）。
【００４８】
図６に関して、電位が５分間の期間にわたって＋１００ｍＶまで下降したので、ＥＯＦはＥＰＦより速い速度で減少し、及び粒子に作用する原動力が粒子のゼータ電位によって決定される特徴的移行電圧にて平衡だった。半分の高さのピーク幅として測定された粒子速度は、この移行にて著しく減少された。図６Ａ及び６Ｂに示した１，８９０の移動のうち、１３は２０ｍｓより大きいピーク幅を有し、及び２つは〜２００  ｍｓと同じ大きさであった。最も遅い移動については、粒子が検知領域において、及び周辺で明滅したので（図６Ａにおいて青いトレース挿入図）、全ての粒子原動力の打ち消しにより、我々がブラウン運動の効果を見ることを可能になった。これは、大きさの３つの順位の粒子速度における増大を表して、ピーク幅が≦０．２ｍｓであった図の外側部分とは際立って対照的である。２００−３００ｍＶの近くの限定された数の移動は、移行電圧の近くで減少する粒子侵入率の結果であり、及び最初にピペット内部の少数の粒子のうち、粒子は、電位が５００ｍＶから移行電圧まで減少したので、最終的には消耗された。この電圧よりも下で、粒子は、合わせたＥＰＦ及び適用された圧力の力がＥＯＦより大きくなったので、外部溶液からピペットに引き込まれた。
【００４９】
図７は、図６Ａに示した実験のについて適用された圧力、電気泳動
【化５】
2016519773.tif 000007
及び電気浸透
【化６】
2016519773.tif 000008
によって作られる有効な速度に対する貢献を図示する。具体的に、図７は、特定の例示的な側面に従って、円錐体のナノ細孔におけるナノ粒子速度の制御を模式的に示す。図６Ａ及び６Ｂに提示した電位依存性ピーク幅は、荷電ナノ粒子に作用する異なる力の合計した貢献の結果として生じる場合、図６Ａに提示した実験により、ナノ粒子のそれぞれのタイプに有効な速度に対する力貢献に関して説明される。適用された圧力（−０．０４７気圧）は、全ての測定の全体にわたって一定のままであり、しかし粒子依存的電気泳動及び粒子独立した電気浸透力は、電圧を変化させることで異なる速度で変化する。結果として、ζ＝−５１  ｍＶ粒子が３００ｍＶの近くで最小速度に到達する一方で、ζ＝−１５  ｍＶが２００ｍＶの近くで最小速度に到達する。
【００５０】
実施例８
粒子速度支配因子
抵抗性パルス検知において、粒子速度は、ＥＰＦ、ＥＯＦ及び適用された圧力の相対的強度によって支配される。ＥＰＦが粒子の電荷の機能である一方、ＥＯＦは、細孔の電荷に依存的するのみであり、及びしたがって、２つの力は、異なる速度にて印加電圧で増加する。さらにまた、これらの力は、細孔の形状に異なる依存を有する。円錐体の細孔の流路様の特徴を増加させることは、より大きな検知領域にわたって電場を広げ、それはＥＰＦを減少させると予想されるだろう。それに反して、増加した細孔流路長さは、ＥＯＦを増加させることが観察された１０，１９。この研究において使用されたＧＮＰの形状は円錐体であるが、これらは、小さな円錐角のために有意な流路様の特徴を有し（〜２ｏ；たとえば：２ｏ±０．１ｏ；２ｏ±０．２ｏ；２ｏ±０．３ｏ；２ｏ±０．４ｏ；２ｏ±０．５ｏ；２ｏ±０．６ｏ；２ｏ±０．７ｏ；２ｏ±０．８ｏ；２ｏ±０．９；２ｏ±１．０ｏの中から選択される）、及び特定の本発明の側面に従って、これは、粒子動態を制御する力の微妙な平衡を達成する際に重要である。
【００５１】
圧力なしでは、粒子速度における最小は、０電圧で生じる。適用された適切な圧力によって、我々は、便利であり、及び測定のために実質的有用性を有する電圧範囲に最小速度位置をシフトすることができる。したがって、特定のピペットについて、我々は、この範囲における移行電圧を置くために必要な圧力を適用した；すなわち、細孔内に粒子を動かす力（主にＥＰＦ及び適用された圧力によって生じる流体の流れ）と細孔の外へ粒子を動かすもの（主にＥＯＦ）が等しいことにより、粒子速度が最小限にされる電圧。Ｆｉｒｎｋｅｓ  ｅｔ  ａｌ．は、研究した細孔及び分子のゼータ電位が等しいｐＨを見いだすことによって、ＥＰＦとＥＯＦのバランスをとることができた１０。しかし、単に原動力を除去することでは、粒子動態の一般的な制御は可能にならない。この研究において使用した円錐体の細孔については、ＥＯＦは、ＥＰＦより大きな速度にて電圧で増加するようにみえ、及び我々は、大気条件下で電気泳動の反対方向における移動を観察した。また、Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．は、電気泳動の反対方向におけるＤＮＡ転位を証明し、及びこれを大きなＥＯＦであると考えた１１。図６Ａ及び６Ｂにおける実験において、我々は、電圧に対してＥＯＦにおける大きな変化を利用し、及び内部及び外部の方向の両方及び＋１００〜＋５００ｍＶの間において、ゼロの近くからアンプ（１０ｋＨｚ）の電子帯域幅フィルタリングの限界まで粒子速度の全ての範囲を制御することができた。
【００５２】
実施例９
ナノ粒子動態への塩濃度及び粒子電荷の効果
０．１Ｍ及び０．２Ｍ  ＮａＣｌ溶液中の実験は、１Ｍ  ＮａＣｌ（−０．０４７気圧）中のものより非常に大きな適用圧力（−０．３５気圧）を必要とした；データは、十分に広範囲の粒子速度を収容するために別々グラフに示してある（図６Ｂ）。より高い圧力の必要性は、より低い塩濃度でより長いデバイ距離から期待されるだろうし、それは細孔表面に沿って有意により大きなＥＯＦを生じる。移行電圧にてＥＯＦが適用圧力より大きいので、我々は、０．３気圧より大きい圧力が２５０ｍＶで０．２Ｍ  ＮａＣｌ中に生じ、及び０．１Ｍ  ＮａＣｌ中で同等の圧力が１８０ｍＶで生じると言うことができる。対照的に、Ｔａｋａｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．は、数十ボルト下で０．０５気圧の「極めて高い圧力」の電気浸透ポンプの製作を報告した２３。
【００５３】
塩濃度と印加電圧の特定の組み合わせで異なって荷電した粒子の速度を調査することにより、粒子電荷の効果を明らかになる。これらの条件下で、適用圧力及びＥＯＦは、同一であり、及びしたがって、残りの電気泳動力は、細孔から出て移動する負の粒子の速度を減少させ、及びこれらが入るにつれて、これらの速度を上げる。これは、より高く荷電した（ζ＝−５１ｍＶ）粒子についての速度傾向線が、なぜ常により高くなく荷電した（ζ＝−１５ｍＶ）粒子に対するものより上にあったかについてを説明する（図６Ａ及び６Ｂ）。０．１Ｍ  ＮａＣｌ速度が増加したＥＯＦのために、及び電荷効果のためでなく、０．２Ｍ  ＮａＣｌよりも下に低下することに留意すべきである。
【００５４】
実施例１０
抵抗性パルスピーク形状に影響する因子
円錐体のナノ細孔を通粒子の経路が抵抗性パルスイベントの形状を決定することは、周知である。孔壁の近くのより強力な場のための検知領域内の電場の不均一性は、細孔の中心を介してまっすぐに移動しない（軸からそれた移動）粒子にピーク振幅において１５％の偏差と同じ程度に生じさせることを示した２０。また、孔壁と粒子の相互作用は、移動時間を長くし得るし、ピーク幅に基づいた解析について考慮されなければならない因子である９。我々の実験において達成した程度まで粒子速度を遅くする能力は、移動動態に影響を及ぼす因子のさらに詳しい調査を可能にする。これを図６Ａ及び６Ｂにおいて挿入図によって図示し、移動の期間の間に明らかなピーク形状の違いを示す。特に、我々は、異なっている程度に対して二相性特徴を示す典型的な非対称性の移動の急な側面を観察した（右から２番目及び５番目と右端挿入図の移動を比較する）。抵抗変化のこれらの段階は、均一でない電場、孔壁面相互作用、拡散及び／または粒子それ自体と関連する二重の層から生じるおそらく第２のＥＯＦからの貢献によって説明され得る。追加の複雑な因子は、多数の「理想的に成形された」移動２１の観察がこの可能性に反対の主張をするが、我々の細孔が検知領域の全体にわたって完全に平滑ではないかどうかであろう。
【００５５】
実施例１１
速度測定制限
かなりのデータ散乱があったが、一般的な傾向は、同じ条件下で実施される２件の独立した実験にわたって再現可能であった（図６Ａ、開いた、及び閉じた記号）。図６Ａにおける実験を同じピペット（１Ｍ  ＮａＣｌにて１１０ＭΩの抵抗を有する）で実施し、及び図６Ｂにおけるものを異なるピペットですべて実施した。最高及び最低の適用電位で散乱するデータのいくつかは、最も速い移動粒子についてのピーク幅を正確に測定するための我々の能力の限界に基づく（したがって、図６Ｂの右に見られる数字表示）。また、おそらくは、粒子に作用するさらなる表面の力がこれらの条件下で有意になるので、遅い移動粒子は散乱を含む。データ散乱は、大部分は相対的に乏しい信号対雑音比のために、塩濃度が＜０．２Ｍ  ＮａＣｌであるときに特にひどい。低塩条件下（０．１〜０．２Ｍ  ＮａＣｌ）での実験を特に１００ｍＶの近くで、抵抗性パルスの振幅を最大にするために閾値サイズの１０ＭΩ（１Ｍ  ＮａＣｌで測定される）内の細孔で行った。流体の流れが物理吸着を阻止するのに十分に速くでなかったので、データ傾向を伴うラインにおいて低下しないいくつかのゼロ近くの速度イベントの観察は、孔壁と強く相互作用した粒子をおそらく示す。
【００５６】
明らかなデータ散乱の１つのさらなる原因は、実験間の二次汚染である。たとえば、図６Ａに示したζ＝−１５ｍＶのデータを同じ図に示したζ＝−５１ｍＶのデータの前に収集し、及び実験の間にピペットを徹底的にすすぐ努力にもかかわらず、ζ＝−１５ｍＶのデータで一直線に降下する赤い三角形は、残留するζ＝−１５ｍＶの粒子の存在をおそらく示す。この仮定は、シグナルがζ＝−５１ｍＶの粒子の移行電圧で逆のピークの左右対称を示すという事実をサポートされる。これを図６Ａに最も低い赤い挿入図によって示し、それは２つの粒子、ζ＝−１５ｍＶでの１つ及びζ＝−５１ｍＶでの１つが同じ適用される電位で異なる方向に細孔を交差させることを示唆する。
【００５７】
要するに、特定の側面に従って、マイクロピペットＧＮＰを通しての８ｎｍのナノ粒子移動及びナノバブル移動の動態は、制御することができ、及び我々は、粒子電荷、塩濃度及び適用される圧力の関数として移動速度のバランスをとることよって、電気泳動（ＥＰＦ）、電気浸透（ＥＯＦ）及び圧力の相互作用による制御を示した。ナノ粒子及びナノバブルの検出及び特性付けは、研究及び診断法、薬物送達、産業的ナノテクノロジー応用及びバイオセンシングによって放出されるナノ粒子廃棄物の検出から、異なる学問分野にわたってますます多くの応用を有する。ナノ細孔及び観察パラメーターの適切な選択を介して過剰な粒子またはバブル速度の問題を解決することは、これらの技術を適用する際に重要な段階である。ナノ粒子及びナノバブル動態を制御することにより、ナノ粒子検知を単なる検出から以前に到達不能な範囲におけるナノ粒子特性付けの分野へと前進することができる。
【００５８】
実施例１２
有限要素分析（ＦＥＡ）シミュレーションを行った
ＣＯＭＳＯＬ  Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓを使用する有限要素シミュレーションを、塩濃度のそれぞれで研究した実験結果のより定量的記述を提供するために行った。我々は、液体及び粒子が平衡であると仮定する準定常の方法を使用した２０−２２。流体力学的抗力及びナノ粒子（またはナノバブル）における電気運動力の合計がゼロである仮定に基づいて、粒子またはバブルの速度を適切な最初の推測から以下の方程式を解くためにニュートン−ラプソン法を使用して反復して決定し得る。
【００５９】
準定常した力平衡は：
Ｆｔｏｔａｌ＝ＦＨ  ＋  ＦＥ＝０  （１）
として表され、
式中ＦＨ及びＦＥは、それぞれ、粒子に及ぼされる流体力学的力及び電気運動力である。これらの力は、式（２）及び（３）によって与えられる：
【数１】
2016519773.tif 000009
式中ＴＨ及びＴＥは、それぞれ、流体力学的応力テンソル及びマクスウェル応力テンソルであり、ｎは単位法線ベクトルであり、及びＳはナノ粒子の表面を表す。
【００６０】
ナビエストークス方程式は、非圧縮性流体の層流を記述する。
【数２】
2016519773.tif 000010
式４において、ｕ及びΦは、局所的位置依存的な流速及び電位であり、ｃｉ及びｚｉは溶液中の種ｉの濃度及び電荷であり、ｐは圧力であり、及びＦはファラデー定数である。溶液密度ρ＝１０００ｋｇ／ｍ３、及び動粘性率η＝０．００１Ｐａ＊ｓはそれぞれ、およそ水性溶液に対応する。粒子速度ｕは、粒子表面と囲んでいる液体との間の境界速度に対応する（ｅｑ４）。
【００６１】
システムにおけるイオン分布及び電位特性は、下記としてネルンスト−プランク−ポアソン方程式によってモデル化される：
【数３】
2016519773.tif 000011
式５において、Ｊｉ及びＤｉは、それぞれ、溶液中の種ｉのイオン流束ベクトル及び拡散係数である。ＤＮａ＋＝１．３３×１０−９  ｍ２／ｓ及びＤＣｌ−＝２．０３×１０−９ｍ２／ｓ。絶対温度Ｔ＝２９８Ｋ及び気体定数Ｒ＝８．３１４Ｊ／Ｋ。εは７８の誘電率である。
【００６２】
図８Ａ〜８Ｃは、図６Ａ及び６Ｂにおける実験に対応するＦＥＡシミュレーションの結果を示す。図８Ａは、図６Ｂにおける実験条件（ゼータ電位ζ＝−１５ｍＶ、０．２Ｍ  ＮａＣｌ及び０．３５気圧の外圧）に対応する細孔軸に沿って、速度分布及び流線を示す（明るい青線）。１．８７°の円錐角を使用することによって、実験において見られる一般的な傾向を再現し、粒子は１００ｍＶにて細孔に入り、及び５００ｍＶにて細孔を出て、及び交差点は、〜２００ｍＶ（シミュレートした）及び〜２５０ｍＶ（実験で）にて生じる。
【００６３】
図８Ｂ及び８Ｃでは、シミューレーションパラメータを、様々な塩濃度での異なって荷電した粒子について、それぞれ図６Ｂ及び６Ａに見られる速度傾向を再現するために変更した。実験結果とより優れた定量的マッチは、より低い塩濃度で見られる（図８Ｂ）。具体的には、同じ速度傾向は、粒子電荷及び溶液のイオン性強度が変更されるときに見られ、速度逆転は、１００〜５００ｍＶの範囲の間に印加電圧において生じる。より高い塩濃度では、実験測定との一致はより弱いが、なおも実験結果における傾向を定性的に捕える（図８Ｃ）。モデリングパラメーターにおける近似及びナノ細孔形状における不確定度を考慮すると、ＦＥＡシミュレーションにおいて使用される支配方程式は、粒子運動の非常に満足な記述を提供する。図８Ｄは、特定の例示的な側面に従って、ζ＝−１５  ｍＶについての適用した圧力、電気泳動
【化７】
2016519773.tif 000012
及び電気浸透
【化８】
2016519773.tif 000013
によって生じる有効な速度に対する貢献を図示する。
【００６４】
図９Ａ及び９Ｂは、適用した圧力の関数として、３つのナノ粒子の前方及び後方の移動を示す。１Ｍ  ＮａＣｌ中で測定される１１７Ｍ・の抵抗を有するナノ細孔を、一定の適用電位（２５０ｍＶ）で８ｎｍ直径のＡｕナノ粒子を観察するために使用した。（Ａ）において、３つの粒子は、陰圧（−０．２５気圧）がピペットに適用されるときに１．２〜１．６秒の間に細孔に入る。１．８〜２．８秒の間に細孔ブロックを陽圧（０．５気圧）を適用することによって除去し、３．１〜３．３秒の間にピペットから３つの粒子を押し出す次いで。次いで、陰圧（−０．２５気圧）を４．５秒にて適用して、５秒〜７秒の間にナノ細孔を介して３つの粒子を引き戻す。粒径分布における標準偏差が±０．６ｎｍのみであったが、（Ｂ）に示したｉ−ｔ拡大に見られる異なるピーク形状は、粒径における細かい相違を反映し、及び個々の粒子の同定を可能にする。適用された陽圧は、結果として増加した移動速度及びしたがって、より狭いピーク幅になっている適用された陰圧より大きかった。
【００６５】
極端に希釈された電解質溶液におけるゼータ電位から見積もられるＡｕナノ粒子の表面電荷密度。
【００６６】
Ａｕナノ粒子の有効な表面電荷は、シミュレートした表面電位が測定されたゼータ電位と同等であると仮定して、有限要素シミュレーションによって見積もった。実験的に、ナノ粒子のゼータ電位は、水の自己解離により〜１０−７Ｍ水酸化物（ＯＨ−）及びヒドロニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）を含む脱イオン化された（ＤＩ）水中で測定した。トレースイオンがＤＩ水に中に残ることを考慮すると、電解質をシミュレーションにおいて１０−６Ｍ  ＫＣｌとしてセットした。任意の表面電荷密度を最初にＡｕナノ粒子表面上にセットし、及び次いで、ポアソン及びネルンスト−プランク方程式を反復して解いて表面電荷密度値を得て、これにより測定されたゼータ電位の１０％以内の表面電位を得る。それぞれ測定された−１５及び−５１ｍＶと比較して、−１７．０及び−５１．０ｍＶのシミュレートされた表面電位を生じる−３及び−９ｍＣ／ｍ２の表面電荷密度を得た。図１０は、８ｎｍの直径をもつ−９ｍＣ／ｍ２の荷電した金ナノ粒子によって生成されるシミュレートされた電位特性を示す。
【００６７】
０．１及び０．２Ｍ  ＮａＣｌ溶液中の粒子速度のシミュレーションのための形状及び境界条件。
【００６８】
シミュレーションにおいて、０．３５気圧の圧力及び−０．１〜−０．５Ｖの電圧を実験値に対応して、ナノ細孔全体に適用した。８ｎｍ直径の金ナノ粒子は、ナノ細孔開口部に置き、ｚ＝０及びｒ＝０、その表面電荷密度を−１５及び−５１ｍＶのゼータ電位に対応して、−３または−９ｍＣ／ｍ２に選んだ。ナノ粒子表面電荷密度の決定を上のＳＩ  ２に詳述した。メッシュサイズ＜０．５ｎｍをナノ細孔の荷電した表面（強調された赤いライン）並びにナノ粒子表面にて使用し、それは電気的な二重の層を分解するのに十分である。
【００６９】
ナノ細孔表面電荷密度及び形状をナノ細孔イオン電流及びイオン電流整流比に基づいて見積もり、−５００及び５００ｍＶにおける電流の比率として定義した（内部対外部のナノ細孔）。０．１Ｍ  ＮａＣｌ中で実験値は、〜１．２である一方、−４ｍＣ／ｍ２のナノ細孔表面電荷密度は、〜１．１３のシミュレートされた整流比を生じる；５００ｍＶにてシミュレートされた電流は、５５０ｐＡであり、その一方で、実験値は６００ｐＡである。図１１は、シミュレーションにおいて使用した形状、メッシュ及び境界条件を示す。
【００７０】
１Ｍ  ＮａＣｌ溶液中の粒子速度のシミュレーションのための形状及び境界条件。
【００７１】
境界条件及びメッシュ設定は、実験パラメーターに対応して、圧力が０．０４７気圧まで減少し、及び大部分の塩濃度を１Ｍに増加させた以外は、図１１の実施例において同じであった。
【００７２】
表面電荷及び形状を決定する図１１の実施例と同じ方法は、イオン電流整流比に基づいており、１Ｍ  ＮａＣｌが表面荷電を遮蔽し、及びほとんどイオン整流を除去するので、ここでは使用しなかった。しかし、我々は、抵抗性パルス電流遮断からナノ細孔形状についてのさらなる情報を得ることができる。実験結果は、１Ｍ  ＮａＣｌ及び５００ｍＶにて抵抗性パルス遮断が〜７０ｎＡであることを示し、それは、０．１Ｍ  ＮａＣｌ及び５００ｍＶの印加電圧での抵抗性パルス遮断のものの２倍であり（図６Ａ及び６Ｂを参照されたい）、予想される〜１０倍の違いより少ない。一つの可能性のある理由は、高いＮａＣｌ濃度で使用されたナノ細孔ほど、より低いＮａＣｌ濃縮実験において使用されるものよりわずかに大きいということであり、より小さな遮断をまねく。また、図６Ａ及び６Ｂに示した１００〜５００ｍＶの間に類似の反転速度分布を達成するために、表面電荷密度は変動し、及び−５．６ｍＣ／ｍ２として最後に選ばれた。また、０．１Ｍ  ＮａＣｌでの−４ｍＣ／ｍ２から１Ｍ  ＮａＣｌでの−５．６ｍＣ／ｍ２への表面電荷密度の増加は、Ｇｒｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ．によって正当化され、彼らは、より高い濃縮塩溶液が表面電荷密度増加ｉをまねいて、表面シラノール基の解離を増強することを見いだした。図１２は、シミュレーションにおいて使用した形状、メッシュ及び境界条件を示す。
【００７３】
実施例１３
溶液において気体ナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるためのシステム
一定の態様は、溶液中のナノバブル及びナノ粒子を検出し、操作し、及び特徴づけるためのシステム（たとえば、コンピュータ化された、ソフトウェア増補された、または動かされたシステムを含む、器具、装置及び同様のもの）を提供する。
【００７４】
特定の側面は：生理食塩水溶液（たとえば、ナノ粒子またはナノバブルを有する）の供与源と連通して置かれるように構成された生理食塩水溶液のための導管；ナノ細孔直径、近位端、生理食塩水溶液のための導管と連通する遠位端を有する円錐体形状のナノ細孔（たとえば、円錐体形状のガラスナノ細孔）、近位及び遠位端間のナノ粒子またはナノバブル検知領域を有する円錐体形状のナノ細孔であって、及び円錐体形状のナノ細孔の検知領域は、ナノ細孔にて有意な流路様の特徴を提供するのに十分に小さな半すい角度を有するナノ細孔；円錐体形状のナノ細孔の反対側に配置される電極（たとえば、電極対）、電圧／電位供与源と連通する及びナノ細孔にわたって電気泳動力（ＥＰＦ）を提供するために近位及び遠位端間のナノ粒子またはナノバブル検知領域全体の電圧／電位の適用を提供するように構成された電極；圧力の供与源と連通する、及び円錐体形状のナノ細孔内で圧力の適用を提供するように構成されたナノ細孔／電極ホルダ；電流‐時間トレースを解析し、及びエクスポートするのに適切なコンピュータ実行データ収集ソフトウェア及び任意に、印加電圧の機能として半分の高さにてピークの位置、高さ及び幅などの移動ピークパラメーターを決定するのに適切なコンピュータ実行ソフトウェアと操作通信をするように構成された電流測定成分（たとえば、適切な増幅器）；及びＥＰＦ、電気浸透力ＥＯＦ及びナノ細孔全体の圧力から選択される少なくとも１つのパラメーターを調整するための制御手段、ナノ細孔の検知領域全体のナノ粒子またはナノバブル移動速度の優れた制御を提供すること（たとえば、許容される信号対雑音比を提供するために印加電圧／電位へゼロ速度位置をシフトすることによって）、溶液中のナノバブル及びナノ粒子を検出し、操作し、及び特徴づけるための方法を提供することを含む溶液中のナノバブル及びナノ粒子を検出する、操作する、及び特徴づけるためのシステムまたは装置を提供する。
【００７５】
この研究において使用したＧＮＰの形状は、円錐体であるが、これらは小さな円錐角のために有意な流路様の特徴を有し（〜２ｏ；たとえば：２ｏ±０．１ｏ；２ｏ±０．２ｏ；２ｏ±０．３ｏ；２ｏ±０．４ｏ；２ｏ±０．５ｏ；２ｏ±０．６ｏ；２ｏ±０．７ｏ；２ｏ±０．８ｏ；２ｏ±０．９；２ｏ±１．０ｏの中から選択される）、及び本発明の特定の側面に従って、これは、粒子動態を制御する力の微妙な平衡を達成するために重要である。
【００７６】
参照による援用。この明細書において参照された、及び／または出願データシートに収載された上の米国特許、米国特許出願刊行物、米国特許出願、外国特許、外国特許出願及び非特許刊行物の全ては、これらの全体が参照により本明細書に援用される。
【００７７】
本明細書における図面及び詳細な説明は、限定的よりむしろ説明的な様式に考慮されるべきであり、及び本発明を開示した特定の形態及び実施例に限定することを意図しないことを理解すべきである。対照的に、本発明は、以下の請求の範囲によって定義されるとおり、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者にとって明らかな任意のさらなる改変、変更、再構成、置き換え、代替物、デザイン選択及び態様を含む。したがって、以下の請求の範囲がすべてのこのようなさらなる改変、変更、再構成、置き換え、代替物、デザイン選択及び態様を包含するように解釈されることが意図される。
【００７８】
前述の記述した態様は、異なるその他の構成要素の範囲内に含まれる、またはそれと関係がある異なる構成要素を示す。このような示された構成が単に例示的なだけであり、及び実は、同じ機能性を達成する多くのその他の構成を実行することができることを理解すべきである。概念的な意味では、同じ機能性を達成する成分の任意の配置は、所望の機能性が達成されるように効率的に「関連される」。それ故、特定の機能性を達成するために組み合わせられる本明細書における任意の２つの成分は、構成または中間の成分にかかわりなく、所望の機能性が達成されるように互いに「関連した」ように見られることができる。同様に、また、非常に関連した任意の２つの成分を所望の機能性を達成するために互いに「作動可能に接続される」または「作動可能に結合される」としてみなすことができる。
【００７９】
本発明の特定の態様を示し、及び記述したが、本明細書における教示に基づいて、変更及び改変が本発明及びそのより広い側面を逸脱しない範囲でされてもよいことは、当業者にとって明らかだろうし、及びしたがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内にあるように、すべてのこのような変更及び改変をこれらの範囲内に包含するべきである。さらにまた、本発明がもっぱら添付の請求の範囲によって定義されることを理解すべきである。一般的に、本明細書及び特に添付の請求の範囲（たとえば、添付の請求の範囲の本体）で使用される用語は、「オープン」用語として一般に意図される（たとえば、用語「含む」は「含むが、限定されない」として解釈されるべきであり、用語「有する」は「少なくとも有する」として解釈されるべきである、その他）ことが当業者によって理解されるだろう。前置きされた請求の範囲の詳説の固有番号が意図される場合、このような意図が請求の範囲において明示的に詳述されるだろうことは当業者よってさらによく理解されるだろうし、及びこのような詳説の非存在において、このような意図は存在しない。たとえば、理解に対する援助として、以下の添付の請求の範囲は、請求の範囲の詳説を前置きするために、前置きのフレーズ「少なくとも１つ」及び「１つまたは複数」の使用法を含み得る。しかし、このようなフレーズの使用は、同じ請求の範囲が前置きのフレーズ「１つまたは複数の」または「少なくとも１つ」及び「１つ」または「１つ」などの不定冠詞を含むときにさえ（たとえば、「ａ」または「ａｎ」は「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」を意味するように典型的には解釈されるべきである）、不定冠詞「１つ」または「１つ」による請求の範囲の詳説の前置きがこのような詳説１つのみを含む発明にこのような前置きされた請求の範囲の詳説を含む任意の特定の請求の範囲を制限することを暗示するように解釈されるべきでない；同じことが、請求の範囲の詳説を前置きするのに使用される定冠詞の使用についても言える。加えて、前置きされた請求の範囲の詳説の特異的番号が明示的に詳述される場合であっても、当業者は、このような詳説が少なくとも詳述された番号を意味するように典型的には解釈されるべきであることを認識するであろう（たとえば、その他の修飾因子のない「２つの詳説」のあからさまの詳説は、典型的には少なくとも２つの詳説または２つ以上の詳説を意味する）。したがって、本発明は、添付の請求の範囲と同様の場合を除いて、本発明は限定されない。
【００８０】
参照文献；これらのそれぞれの全体が本明細書において参照により援用される：
１．  Ｄｏｍｉｎｇｏｓ，  Ｒ．；  Ｂａａｌｏｕｓｈａ，  Ｍ．；  Ｊｕ−Ｎａｍ，  Ｙ．；  Ｒｅｉｄ，  Ｍ．；  Ｔｕｆｅｎｋｊｉ，  Ｎ．；  Ｌｅａｄ，  Ｊ．；  Ｌｅｐｐａｒｄ，  Ｇ．；  Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ，  Ｋ．  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：  Ｍｕｌｔｉｍｅｔｈｏｄ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｅｓ．  Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ  ２００９，  ４３，  ７２７７．
２．  Ｍｕｒｒａｙ，  Ｒ．  Ｗ．  Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：  Ｍｅｔａｌ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，  Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，  ａｎｄ  Ｎａｎｏｐｏｒｅｓ．  Ｃｈｅｍ．  Ｒｅｖ  ２００８，  １０８，  ２６８８−２７２０．
３．  ＤｅＢｌｏｉｓ，  Ｒ．  Ｗ．；  Ｂｅａｎ，  Ｃ．  Ｐ．；  Ｗｅｓｌｅｙ，  Ｒ．  Ｋ．  Ａ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｏｒｅｓ  ｂｙ  ｔｈｅ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｐｕｌｓｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １９７７，  ６１，  ３２３−３３５．
４．  Ｌａｎ，  Ｗ．−Ｊ．；  Ｈｏｌｄｅｎ，  Ｄ．  Ａ．；  Ｚｈａｎｇ，  Ｂ．；  Ｗｈｉｔｅ，  Ｈ．  Ｓ．  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｉｎ  Ｃｏｎｉｃａｌ−Ｓｈａｐｅｄ  Ｎａｎｏｐｏｒｅｓ．  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ２０１１，  ８３，  ３８４０−３８４７．
５．  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｕ．  Ｓ．  Ｎ．  Ｕ．Ｓ．  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ  （ａｃｃｅｓｓｅｄ  Ｍａｙ  ３０，  ２０１２）．
６．  Ｗｕ，  Ｈ．−Ｃ．；  Ａｓｔｉｅｒ，  Ｙ．；  Ｍａｇｌｉａ，  Ｇ．；  Ｍｉｋｈａｉｌｏｖａ，  Ｅ．；  Ｂａｙｌｅｙ，  Ｈ．  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｎａｎｏｐｏｒｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ  Ａｔｔａｃｈｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ａｄａｐｔｅｒｓ．  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ  ２００７，  １２９，  １６１４２−１６１４８．
７．  Ｗａｎｕｎｕ，  Ｍ．；  Ｓｕｔｉｎ，  Ｊ．；  Ｂｅｎ  ＭｃＮａｌｌｙ；  Ｃｈｏｗ，  Ａ．；  Ｍｅｌｌｅｒ，  Ａ．  ＤＮＡ  Ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｇｏｖｅｒｎｅｄ  ｂｙ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｎａｎｏｐｏｒｅｓ．  Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ２００８，  ９５，  ４７１６−４７２５．
８．  Ｆｏｌｏｇｅａ，  Ｄ．；  Ｕｐｌｉｎｇｅｒ，  Ｊ．；  Ｔｈｏｍａｓ，  Ｂ．；  ＭｃＮａｂｂ，  Ｄ．  Ｓ．；  Ｌｉ，  Ｊ．  Ｓｌｏｗｉｎｇ  ＤＮＡ  Ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｎａｎｏｐｏｒｅ．  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２００５，  ５，  １７３４−１７３７．
９．  Ｇｅｒｓｈｏｗ，  Ｍ．；  Ｇｏｌｏｖｃｈｅｎｋｏ，  Ｊ．  Ａ．  Ｒｅｃａｐｔｕｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｒａｐｐｉｎｇ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｎａｎｏｐｏｒｅ．  Ｎａｔｕｒｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈ  ２００７，  ２，  ７７５−７７９．
１０．  Ｆｉｒｎｋｅｓ，  Ｍ．；  Ｐｅｄｏｎｅ，  Ｄ．；  Ｋｎｅｚｅｖｉｃ，  Ｊ．；  Ｄoｂｌｉｎｇｅｒ，  Ｍ．；  Ｒａｎｔ，  Ｕ．  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｎａｎｏｐｏｒｅｓ：  Ｃｏｎｊｏｉｎｔ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ  Ａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓ．  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２０１０，  １０，  ２１６２−２１６７．
１１．  Ｚｈａｎｇ，  Ｂ．；  Ｗｏｏｄ，  Ｍ．；  Ｌｅｅ，  Ｈ．  Ａ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｎａｎｏｃｈａｎｎｅｌ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ．  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ２００９，  ８１，  ５５４１−５５４８．
１２．  Ｖｏｇｅｌ，  Ｒ．；  Ａｎｄｅｒｓｏｎ，  Ｗ．；  Ｅｌｄｒｉｄｇｅ，  Ｊ．；  Ｇｌｏｓｓｏｐ，  Ｂ．；  Ｗｉｌｌｍｏｔｔ，  Ｇ．  Ａ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｏｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ．  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ２０１２，  ８４，  ３１２５−３１３１．
１３．  Ｇａｏ，  Ｃ．；  Ｄｉｎｇ，  Ｓ．；  Ｔａｎ，  Ｑ．；  Ｇｕ，  Ｌ．−Ｑ．  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｃｒｅａｔｉｎｇ  ａ  Ｎａｎｏｐｏｒｅ−Ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ  Ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｌｅｃｕｌｅ  Ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒ  Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ．  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ  ２００９，  ８１，  ８０−８６．
１４．  Ｌｉ，  Ｇ．−Ｘ．；  Ｚｈａｎｇ，  Ｚ．−Ｘ．；  Ｌｉｎ，  Ｘ．−Ｑ．  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｌａｓｓ  Ｎａｎｏｐｏｒｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｌｅｃｕｌｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｅｔａ−Ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎ．  Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ２０１０，３８，  １６９８−１７０２．
１５．  Ｓｔoｃｋｌｅ，  Ｒ．；  Ｆｏｋａｓ，  Ｃ．；  Ｄｅｃｋｅｒｔ，  Ｖ．；  Ｚｅｎｏｂｉ，  Ｒ．  Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｂｅｓ  ｂｙ  Ｔｕｂｅ  Ｅｔｃｈｉｎｇ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  １９９９．
１６．  Ｗｈｉｔｅ，  Ｈ．  Ｓ．；  Ｂｕｎｄ，  Ａ．  Ｉｏｎ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｔ  Ｎａｎｏｐｏｒｅｓ  ｉｎ  Ｇｌａｓｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２００８，  ２４，  ２２１２−２２１８．
１７．  Ｖｅｒｃｏｕｔｅｒｅ，  Ｗ．；  Ｗｉｎｔｅｒｓ−Ｈｉｌｔ，  Ｓ．；  Ｏｌｓｅｎ，  Ｈ．；  Ｄｅａｍｅｒ，  Ｄ．；  Ｈａｕｓｓｌｅｒ，  Ｄ．；  Ａｋｅｓｏｎ，  Ｍ．  Ｒａｐｉｄ  Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ  Ａｍｏｎｇ  Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ＤＮＡ  Ｈａｉｒｐｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ａｔ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ｉｏｎ  Ｃｈａｎｎｅｌ．  Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２００１，  １９，  ２４８−２５２．
１８．  Ｌａｎ，  Ｗ．−Ｊ．；  Ｗｈｉｔｅ，  Ｈ．  Ｓ．  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｎｇ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  ａ  Ｎａｎｏｐｏｒｅ．  ＡＣＳ  ｎａｎｏ  ２０１２，  ６，  １７５７−１７６５．
１９．  Ｔａｋａｍｕｒａ，  Ｙ．；  Ｏｎｏｄａ，  Ｈ．；  Ｉｎｏｋｕｃｈｉ，  Ｈ．；  Ａｄａｃｈｉ，  Ｓ．；  Ｏｋｉ，  Ａ．；  Ｈｏｒｉｉｋｅ，  Ｙ．  Ｌｏｗ−Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓ  Ｐｕｍｐ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄ−Ａｌｏｎｅ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ  Ｄｅｖｉｃｅｓ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  ２００３，  ２４，１８５−１９２．
２０．  Ｋｏｚａｋ，  Ｄ．；  Ａｎｄｅｒｓｏｎ，  Ｗ．；  Ｖｏｇｅｌ，  Ｒ．；  Ｔｒａｕ，  Ｍ．  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｐｕｌｓｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ：Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｂｒｉｄｇｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｖｏｉｄ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．  Ｎａｎｏ  Ｔｏｄａｙ  ２０１１，  ６，  ５３１−５４５．
２１．  Ｌａｎ，  Ｗ．  Ｊ．；  Ｈｏｌｄｅｎ，  Ｄ．  Ａ．；  Ｌｉｕ，  Ｊ．；  Ｗｈｉｔｅ，  Ｈ．  Ｓ．  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ａｃｒｏｓｓ  Ｇｌａｓｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ａ  Ｃｏｎｉｃａｌ−Ｓｈａｐｅｄ  Ｎａｎｏｐｏｒｅ．  Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｃ  ２０１１，  １１５，  １８４４５−１８４５２．
２２．  Ｂｅｈｒｅｎｓ．  Ｓ．  Ｈ．  Ｇｒｉｅｒ，  Ｄ．Ｇ．  Ｔｈｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｏｆ  ｇｌａｓｓ  ａｎｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｓｕｒｆａｃｅ．  Ｊ．  Ｃｈｅｍ．  Ｐｈｙｓ．２００１，１１５，６７１６−６７２１．
【図２Ａａｎｄ２Ｂ】
2016519773.tif 000014
【図３】
2016519773.tif 000015
【図５Ａ−５Ｄ】
2016519773.tif 000016
【図１】
2016519773.tif 000017
【図４】
2016519773.tif 000018
【図６】
2016519773.tif 000019
【図７】
2016519773.tif 000020
【図８−１】
2016519773.tif 000021
【図８−２】
2016519773.tif 000022
【図９】
2016519773.tif 000023
【図１０】
2016519773.tif 000024
【図１１】
2016519773.tif 000025
【図１２】
2016519773.tif 000026
【国際調査報告】
2016519773.tif 000027