(57)【要約】  物体の検出精度を従来よりも向上させる。検出装置（１００）に設けられる流路（１０）は、基材（１）と、基材（１）に対応する位置に設けられた被覆部材（２）と、を備える。被覆部材（２）の被覆部材開口（ＨＬ２）は、当該被覆部材（２）によって基材（１）の基材開口（ＨＬ１）が覆われないように設けられている。被覆部材（２）は、基材キャパシタンスと被覆部材キャパシタンスとが直列接続されるように、基材（１）に対して配置されている。そして、被覆部材キャパシタンスは、基材キャパシタンスよりも小さい。
2020013235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノポアセンサに設けられる流路であって、
基材と、
上記基材に対応する位置に設けられた被覆部材と、を備え、
上記基材および上記被覆部材のそれぞれの厚さ方向を第１方向として、
上記基材には、当該基材を上記第１方向に貫く基材開口が設けられており、
上記被覆部材には、当該被覆部材を上記第１方向に貫く被覆部材開口が設けられており、
上記被覆部材開口は、上記被覆部材によって上記基材開口が覆われないように設けられており、
上記基材のキャパシタンスを基材キャパシタンスとし、
上記被覆部材のキャパシタンスを被覆部材キャパシタンスとして、
上記被覆部材は、上記基材キャパシタンスと上記被覆部材キャパシタンスとが直列接続されるように、上記基材に対して配置されており、
上記被覆部材キャパシタンスは、上記基材キャパシタンスよりも小さい、流路。
【請求項２】
上記被覆部材開口の、上記第１方向に対して垂直な方向における最大長をＢとし、
上記基材開口の、上記第１方向に対して垂直な方向における最大長をＣとして、
Ｂ≧１０×Ｃ；
という関係が満たされている、請求項１に記載の流路。
【請求項３】
上記被覆部材の厚さをＡとして、
Ｂ２／Ａ＞５×Ｃ；
という関係が満たされている、請求項１または２に記載の流路。
【請求項４】
上記被覆部材の材料は、ポリマー材料である、請求項１から３のいずれか１項に記載の流路。
【請求項５】
上記ポリマー材料は、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、またはポリジメチルシロキサンである、請求項４に記載の流路。
【請求項６】
上記基材の材料は、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２である、請求項１から５のいずれか１項に記載の流路。
【請求項７】
上記被覆部材の比誘電率は、上記基材の比誘電率よりも小さい、請求項１から６のいずれか１項に記載の流路。
【請求項８】
上記被覆部材開口の電気抵抗は、上記基材開口の電気抵抗よりも小さい、請求項１から７のいずれか１項に記載の流路。
【請求項９】
上記被覆部材開口の電気抵抗は、上記基材開口の電気抵抗の１／４よりも小さい、請求項８に記載の流路。
【請求項１０】
上記被覆部材開口の電気抵抗は、上記基材開口の電気抵抗の１／１０以下である、請求項９に記載の流路。
【請求項１１】
上記被覆部材は、上記第１方向から見た場合に、上記被覆部材開口を除いた位置において、上記基材の一部と重なり合っている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の流路。
【請求項１２】
上記基材を支持する支持部材をさらに備えており、
上記被覆部材は、上記支持部材を介して、上記基材と間接的に接触している、請求項１から１１のいずれか１項に記載の流路。
【請求項１３】
上記被覆部材は、上記基材と直接的に接触している、請求項１から１１のいずれか１項に記載の流路。
【請求項１４】
上記被覆部材キャパシタンスは、上記基材キャパシタンスの１／１００以下である、請求項１から１３のいずれか１項に記載の流路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、ナノポアセンサに設けられる流路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノポア（ナノスケールの細孔）を利用して物体を検出する装置（ナノポアセンサ）が開発されている。ナノポアセンサでは、物体がナノポアを通過する時に生じるイオン電流の変化を測定することで、当該物体を検出できる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２０１６−１９７０７７号公報」
【特許文献２】日本国公開特許公報「特開２０１４−１２６５５４号公報」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
但し、後述するように、ナノポアセンサにおいて、物体の検出精度を向上させるための工夫点には、なお改善の余地がある。本発明の一態様の目的は、物体の検出精度を従来よりも向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る流路は、ナノポアセンサに設けられる流路であって、基材と、上記基材に対応する位置に設けられた被覆部材と、を備え、上記基材および上記被覆部材のそれぞれの厚さ方向を第１方向として、上記基材には、当該基材を上記第１方向に貫く基材開口が設けられており、上記被覆部材には、当該被覆部材を上記第１方向に貫く被覆部材開口が設けられており、上記被覆部材開口は、上記被覆部材によって上記基材開口が覆われないように設けられており、上記基材のキャパシタンスを基材キャパシタンスとし、上記被覆部材のキャパシタンスを被覆部材キャパシタンスとして、上記被覆部材は、上記基材キャパシタンスと上記被覆部材キャパシタンスとが直列接続されるように、上記基材に対して配置されており、上記被覆部材キャパシタンスは、上記基材キャパシタンスよりも小さい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、物体の検出精度を従来よりも向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１の検出装置の構成について説明するための図である。
【図２】流路のＳＥＭ像の一例を示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、比較例の検出装置と実施形態１の検出装置との構成の違いについて説明するための図である。
【図４】比較例の検出装置および実施形態１の検出装置のそれぞれにおいて得られた、イオン電流の時間変化の様子を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、比較例の検出装置および実施形態１の検出装置のそれぞれにおいて得られた、イオン電流のパルス波形を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、比較例の検出装置と実施形態１の検出装置との間の、イオン電流の応答速度の相違について説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、実施形態２の検出装置の構成について説明するための図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、実施形態３の流路について説明するための図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、実施形態３における一検討結果について説明するための図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、実施形態３における別の検討結果について説明するための図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、実施形態４の流路について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施形態１〕
実施形態１の検出装置１００（ナノポアセンサ）について、以下に説明する。説明の便宜上、以降の各実施形態では、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【０００９】
なお、本明細書では、公知技術と同様の事項についても、説明を適宜省略する。説明を省略した事項については、公知技術と同様であると理解されてよい。例えば、ナノポアセンサの基本原理については、特許文献２を参照されたい。
【００１０】
（検出装置１００の構成）
図１は、検出装置１００の構成について説明するための図である。検出装置１００は、サンプルとしての粒子Ｐ（物体）を検出するナノポアセンサの一例である。以下の例では、粒子Ｐは、任意のナノ粒子である。このため、説明の便宜上、粒子Ｐの形状が球体である例示する。但し、粒子Ｐの形状は、球体に限定されない。粒子Ｐの形状は、当該粒子Ｐが以下に述べる流路１０を通過できる限り、任意のものであってよい。
【００１１】
また、図１は、検出装置１００の一構成例を概略的に示す図であることに留意されたい。例えば、図１では、各部材の寸法が、必ずしも実際のスケール通りに描画されていない。また、各部材の位置は、図１の配置に限定されなくともよい。例えば、後述の図２に示されるように、ＨＬ１（後述）の中心軸とＨＬ２（後述）の中心軸とは、必ずしも一致していなくともよい。これらの点は、後述の図３等についても同様である。
【００１２】
検出装置１００は、流路１０、第１電極１１、第２電極１２、電圧源２１、および電流計２２を備える。第１電極１１および第２電極１２は、電極対を形成するように、対向して配置されている。図１の例では、第１電極１１および第２電極１２は、ｚ方向（後述）において互いに離間している。第１電極１１および第２電極１２としては、例えば、銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）電極を使用できる。
【００１３】
図１の例では、第１電極１１および第２電極１２はそれぞれ、正極および負極として機能する。具体的には、電圧源２１によって、第１電極１１に、所定の大きさの電圧（以下、Ｖｂ）が印加されている。電圧源２１の＋極は、第１電極１１に接続されている。電圧源２１の−極は、接地されている。一例として、Ｖｂ＝０．１Ｖである。電流計２２の一方の端子は、第２電極１２に接続されている。電流計２２のもう一方の端子は、接地されている。電流計２２は、粒子Ｐが流路１０を通過した時に生じる時に生じるイオン電流（以下、Ｉｉｏｎ）を測定する。
【００１４】
図１の構成によれば、第１電極１１と第２電極１２との間には、Ｖｂが印加される。つまり、ｚ方向に電界を形成できる。当該電界によって、粒子Ｐをｚ方向に移動させることができる。例えば、正電荷が帯電した粒子Ｐを、第１電極１１の側から第２電極１２の側へと移動させることができる。
【００１５】
流路１０は、ｚ方向において、第１電極１１と第２電極１２との間に介在するように配置されている。流路１０は、基材１および被覆部材２を備える。一例として、基材１および被覆部材２は、いずれも絶縁物である。このため、流路１０は、絶縁物構造体と称されてもよい。一例として、基材１は、Ｓｉ３Ｎ４の薄膜（Ｓｉ３Ｎ４メンブレン）である。被覆部材２は、基材１に対応する位置に設けられている。実施形態１では、被覆部材２は、基材１の一部を覆うように、当該基材１上に堆積されている。一例として、被覆部材２は、基材１の２つの面（より厳密には、主面）のうち、第２電極１２に対向する面の一部を覆う。一例として、被覆部材２は、ポリイミドの層（ポリイミド層）である。被覆部材２は、被覆層とも称される。
【００１６】
本明細書では、基材１の２つの面のうち、第２電極１２に対向する面を、「基材１の第１面」と称する。以下では、説明の便宜上、基材１の第１面を、「基材１の上面（表面）」とも称する。また、基材１の２つの面のうち、第１電極１１に対向する面を、「基材１の下面」と称する。基材１の第２面を、「基材１の下面（裏面）」とも称する。一例として、基材１の下面には、当該基材１を支持する支持部材（図１では不図示）が設けられている（後述の実施形態４も参照）。
【００１７】
基材１には、当該基材１をｚ方向に貫通する円形の開口（以下、ＨＬ１）が形成されている。ＨＬ１は、基材１の内部空間（以下、第１内部空間）を規定する。図１の例では、第１内部空間は、円筒状の内部空間である。従って、ｚ方向から見た場合のＨＬ１の形状（便宜上、「ＨＬ１の平面形状」と称する）は、円形である。ＨＬ１は、基材開口と称されてもよい。ＨＬ１は、ナノポアとも称される。
【００１８】
ＨＬ１は、粒子Ｐが当該ＨＬ１を通過できるように形成されている。このため、ＨＬ１の直径（図１のＣ）は、粒子Ｐの直径（以下、ｄｐｓ）よりも大きく設定されている。一例として、Ｃ＝３００ｎｍであり、ｄｐｓ＝１００ｎｍである。本明細書では、Ｃを、ｄｐｏｒｅとも適宜表記する。図１のＤは、基材１の厚さを示す。Ｄは、ＨＬ１の深さ（高さ）と称されてもよい。一例として、Ｄ＝５０ｎｍである。
【００１９】
ここで、「Ｄ／Ｃ」（深さ／直径）の値を、ナノポアのアスペクト比と称する。ナノポアのアスペクト比は、特に限定されない。ここで、アスペクト比が小さいナノポア（所定の直径に対して深さが比較的小さいナノポア）を、低アスペクト比ナノポアと称する。これに対して、アスペクト比が大きいナノポア（所定の直径に対して深さが比較的大きいナノポア）を、高アスペクト比ナノポアと称する。
【００２０】
低アスペクト比ナノポアを使用することにより、高アスペクト比ナノポアを使用した場合に比べて、イオン電流の波形が複雑となる。このため、低アスペクト比ナノポアを使用することにより、粒子Ｐについてのより多様な情報（例：粒子Ｐの形状を特定するための情報）を取得できることが知られている。そこで、実施形態１では、ＨＬ１が低アスペクト比ナノポアである場合を主に例示する。
【００２１】
被覆部材２には、当該被覆部材２をｚ方向に貫通する開口（以下、ＨＬ２）が形成されている。ＨＬ２は、被覆部材２の内部空間（以下、第２内部空間）を規定する。図１の例では、第２内部空間も、第１内部空間と同様に、円筒状の内部空間である。従って、ｚ方向から見た場合のＨＬ２の形状（便宜上、「ＨＬ２の平面形状」と称する）は、ＨＬ１の平面形状と同様に、円形である。ＨＬ２は、被覆部材開口と称されてもよい。実施形態１におけるＨＬ２は、ポリイミド開口と称されてもよい。
【００２２】
ＨＬ２は、被覆部材２によってＨＬ１が覆われないように、形成されている。より具体的には、ＨＬ２は、ｚ方向から見た場合に、ＨＬ１の全体を内包するように（ＨＬ１と最大限に重なり合うように）、形成されている。従って、ＨＬ２の直径（図１のＢ）は、Ｃに比べて十分大きく設定されている。一例として、Ｂ＝３μｍである。図１のＡは、被覆部材２の厚さを示す。Ａは、ＨＬ２の深さ（高さ）と称されてもよい。一例として、Ａ＝５μｍである。このように、Ａは、Ｄに比べて十分に大きい。ＨＬ２は、マイクロポアとも称される。
【００２３】
以上のように、流路１０には、ＨＬ１およびＨＬ２が形成されている。当該ＨＬ１およびＨＬ２は、電極対（第１電極１１および第２電極１２）の間において、粒子Ｐの移動経路を画定する。基材１および被覆部材２は、当該移動経路の一部を取り囲むように形成されている。
【００２４】
粒子Ｐを移動させる場合、第１内部空間および第２内部空間は、不図示の媒体によって充填される。当該媒体は、例えば、電解質が溶解した水溶液である。それゆえ、特許文献２に示されるように、電界および電気浸透流によって、粒子Ｐの移動を制御できる。このように、検出装置１００は、粒子Ｐの移動を制御する制御装置としての機能を有する。
【００２５】
図１において、基材１および被覆部材２のそれぞれの厚さ方向を、ｚ方向として表す。ｚ方向は、第１方向と称されてもよい。ｚ方向は、ＨＬ１およびＨＬ２のそれぞれの深さ方向とも表現できる。また、ｚ方向は、基材１および被覆部材２のそれぞれの主面の法線方向とも表現できる。
【００２６】
これに対し、ＨＬ１およびＨＬ２のそれぞれの半径方向を、ｒ方向と称する。ｒ方向は、ｚ方向に直交している。ｒ方向は、ｚ方向に垂直な平面（ｘｙ平面）上の任意の方向を指していてよい。
【００２７】
なお、上述のＢ（ＨＬ２の直径）は、より厳密には、「ＨＬ２の、ｚ方向に対して垂直な方向における最大長（最大の長さ）」として規定される。同様に、上述のＣ（ＨＬ１の直径）は、より厳密には、「ＨＬ１の、ｚ方向に対して垂直な方向における最大長」として規定される。このため、ＨＬ１の平面形状およびＨＬ２の平面形状は、必ずしも円形に限定されない。例えば、当該平面形状は、楕円形であってもよいし、あるいは多角形（例：四角形）であってもよい。また、第１内部空間および第２内部空間の立体的な形状は、必ずしも円筒状（円柱状）に限定されない。例えば、当該形状は、円錐台状であってもよいし、あるいは角錐台状であってもよい。
【００２８】
図２は、流路１０のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope，走査電子顕微鏡）像の一例を示す。図２に示される各部の寸法は、上述のＡ〜Ｄの例の通りである。
【００２９】
（比較例としての検出装置１００ｒの構成）
続いて、検出装置１００との対比のため、比較例としての検出装置（以下、検出装置１００ｒ）を考える。検出装置１００ｒは、従来のナノポアセンサの一構成例である。図３は、検出装置１００ｒと検出装置１００との構成の違いについて説明するための図である。図３の（ｂ）には、検出装置１００における流路１０およびその周辺の構成が、３次元的に図示されている。
【００３０】
図３の（ａ）は、図３の（ｂ）と対になる図である。図３の（ａ）に示されるように、検出装置１００ｒは、検出装置１００から、被覆部材２が取り除かれた構成である。つまり、検出装置１００ｒは、検出装置１００において、Ａ＝Ｂ＝０として設定された場合に相当する。検出装置１００ｒでは、検出装置１００とは異なり、基材１のみによって流路が構成されている。
【００３１】
（イオン電流波形の観測）
本願の発明者ら（以下、単に発明者ら）は、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれについて、Ｉｉｏｎの時間変化を観測した。粒子Ｐとしては、カルボキシ修飾ポリスチレンナノ粒子を選択した。媒体としては、超純水を所定の希釈液によって希釈した水溶液を用いた。以下の例では、０．４×ＰＢＳ（Phosphor Saline Buffer，リン酸緩衝液生理的食塩水）を希釈液として用いた。その他、各部の寸法および材料は、特に明示されない限り、上述の例の通りである。従って、Ｃ（ｄｐｏｒｅ）＝３００ｎｍであり、ｄｐｓ＝１００ｎｍである。サンプリングレートを１ＭＨｚとして、Ｉｉｏｎの時間変化を記録した。
【００３２】
＜確認された効果その１：電流ノイズの低減＞
図４は、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれにおいて得られた、Ｉｉｏｎの時間変化の様子（Ｉｉｏｎの波形）を示すグラフである。図４のグラフにおいて、横軸はｔ（時間）（単位：ｓ（秒））であり、縦軸はＩｉｏｎ（単位：ｎＡ）である。検出装置１００ｒおよび検出装置１００のいずれにおいても、１つの粒子Ｐが流路内（より具体的には、第１内部空間）を通過する時に、当該粒子Ｐによってイオン電流がブロックされる。このため、１つの粒子Ｐが流路内を通過する時に、Ｉｉｏｎの減少（Ｉｉｏｎの負のパルス）が観測される。
【００３３】
但し、図４に示されるように、検出装置１００ｒの場合には、検出装置１００の場合に比べ、Ｉｉｏｎのノイズ（電流ノイズ）が十分に大きいという傾向が確認された。つまり、検出装置１００の構成（より具体的には、流路１０）を適用することによって、検出装置１００ｒに比べて、電流ノイズを十分に低減できることが確認された。具体的には、検出装置１００の場合には、検出装置１００ｒの場合に比べ、電流ノイズが約１／４（ＲＭＳ値）まで低減されていることが確認された。
【００３４】
＜確認された効果その２：イオン電流の応答速度の向上＞
続いて、発明者らは、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれについて、Ｉｉｏｎの応答速度に関して検討を行った。発明者らは、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれについて、Ｉｉｏｎの１つのパルス波形を比較した。以下の実験では、希釈液として０．１×ＰＢＳを用いた。また、Ｃ（ｄｐｏｒｅ）＝１２００ｎｍに設定した。その上で、ｄｐｓの値を、様々に変化させ、Ｉｉｏｎのパルス波形（以下、単にパルス波形）を観測した。
【００３５】
図５は、上記実験によって得られたパルス波形を示すグラフである。具体的には、図５の（ａ）〜（ｃ）にはそれぞれ、ｄｐｓ＝９００ｎｍ、７８０ｎｍ、５１０ｎｍの場合に観測されたパルス波形が示されている。以下、パルス波形のパルス高をＩｐ、パルス波形のパルス幅をｔｄと称する。Ｉｐは、Ｉｉｏｎのピーク値の絶対値に相当する。ｔｄは、Ｉｐが非ゼロの値をとる期間の長さに相当する。ｔｄは、粒子Ｐが流路内に存在している時間とも言える。
【００３６】
図５の（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても、検出装置１００の場合には、検出装置１００ｒの場合に比べ、Ｉｐが十分に大きいことが確認された。また、検出装置１００の場合には、検出装置１００ｒの場合に比べ、ｔｄは同程度またはやや大きくなることが確認された。つまり、検出装置１００の場合には、検出装置１００ｒの場合に比べ、Ｉｉｏｎの時間変化が急激であると言える。このように、発明者らは、検出装置１００の構成（より具体的には、流路１０）を適用することによって、検出装置１００ｒに比べて、Ｉｉｏｎの応答速度を十分に向上させることも可能となることを確認した。
【００３７】
（イオン電流の応答速度についてのさらなる検討）
発明者らは、検出装置１００ｒと検出装置１００との間の、イオン電流の応答速度の相違について、さらなる検討を行った。図６は、これらの検討事項について説明するための図である。
【００３８】
＜追加検討１＞
発明者らは、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれにおいて得られた複数のパルス（例：数１００個のパルス）を平均化した。発明者らは、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれについて、平均化されたパルス（以下、平均化パルス）を比較した。
【００３９】
図６の（ａ）には、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれにおいて得られた平均化パルスが示されている。図６の（ａ）における実験では、希釈液として０．４×ＰＢＳを用いた。また、Ｃ（ｄｐｏｒｅ）＝３００ｎｍ、ｄｐｓ＝２００ｎｍに設定した。
【００４０】
発明者らは、平均化パルスのライズ部分（時間の経過に伴い、Ｉｉｏｎが０からピーク値に向かう部分）において、Ａｒｉｓｅ＝Σ（Ｉｉｏｎ×Δｔ）を算出した。また、発明者らは、平均化パルスのテール部分（時間の経過に伴い、Ｉｉｏｎがピーク値から０に向かう部分）において、Ａｆａｌｌ＝Σ（Ｉｉｏｎ×Δｔ）を算出した。なお、Δｔ＝１０−６（ｓ）である。図６の（ａ）には、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれの平均化パルスにおける、ＡｒｉｓｅおよびＡｆａｌｌが示されている。
【００４１】
図６の（ａ）も示されるように、検出装置１００ｒと検出装置１００とでは、Ａｒｉｓｅが顕著に相違していることが確認された。このことからも、検出装置１００の構成によって、Ｉｉｏｎの応答速度が向上されていると言える。
【００４２】
＜追加検討２＞
発明者らは、実験条件を様々に変更し、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれについて、Ａｆａｌｌを比較した。図６の（ｂ）には、様々な実験条件において得られたＡｆａｌｌの比較結果を示す。図６の（ｂ）には、
（１）希釈液：０．４×ＰＢＳ、ｄｐｓ＝０．２μｍ、ｄｐｏｒｅ＝０．３μｍ；
（２）希釈液：０．１×ＰＢＳ、ｄｐｓ＝０．５μｍ、ｄｐｏｒｅ＝１．２μｍ；
（３）希釈液：０．１×ＰＢＳ、ｄｐｓ＝０．８μｍ、ｄｐｏｒｅ＝１．２μｍ；
（４）希釈液：０．１×ＰＢＳ、ｄｐｓ＝０．９μｍ、ｄｐｏｒｅ＝１．２μｍ；
という、４通りの実験条件において得られたＡｆａｌｌが示されている。
【００４３】
図６の（ｂ）に示されるように、上述の（１）〜（４）のいずれの実験条件においても、検出装置１００ｒと検出装置１００とでは、Ａｆａｌｌはそれほど大きく相異していない（誤差は高々５％程度である）ことが確認された。このことから、発明者らは、検出装置１００ｒと検出装置１００とでは、Ｒｎｅｔ（後述）の値はそれほど大きい相違しないと推測した。
【００４４】
＜追加検討３＞
発明者らは、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれについて、パルスのテール波形の時間変化の態様を比較した。具体的には、発明者らは、テール波形を指数関数によってフィッティングすることにより、当該テール波形の時定数（以下、Ｔｄｅｌａｙ）を算出した。なお、Ｔｄｅｌａｙは、以下に述べるＲＣ回路の時定数とも表現できる。このため、Ｔｄｅｌａｙ＝Ｒｎｅｔ×Ｃｎｅｔの関係が成立する。Ｃｎｅｔについては後述する。
【００４５】
図６の（ｃ）には、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれについて、テール波形をフィッティングした波形が示されている。図６の（ｃ）に示されるように、検出装置１００ｒの場合には、Ｔｄｅｌａｙ＝１０９９μｓと算出された。これに対し、検出装置１００の場合には、Ｔｄｅｌａｙ＝１５７μｓと算出された。
【００４６】
このように、検出装置１００によれば、検出装置１００ｒに比べ、Ｔｄｅｌａｙが十分に低減されたことが確認された。このことからも、検出装置１００の構成によって、Ｉｉｏｎの応答速度が向上されていると言える。さらに、発明者らは、Ｔｄｅｌａｙの低減傾向から、検出装置１００では、検出装置１００ｒに比べ、Ｃｎｅｔが十分に低減されていると推測した。
【００４７】
＜追加検討４＞
発明者らは、検出装置１００ｒおよび検出装置１００のそれぞれについて、流路およびその近傍の等価回路（より厳密には、簡易等価回路）を検討した。図６の（ｄ）には、検出装置１００ｒにおける等価回路（以下、比較例の等価回路）および検出装置１００における等価回路（以下、実施例の等価回路）が示されている。以下では、電気抵抗を、単に抵抗と称する。
【００４８】
図６の（ｄ）の各記号は、
・ＣＥＯＦ：電気２重層のキャパシタンス；
・Ｃｓｔｒａｙ：漂遊キャパシタンス；
・ＣＳｉ３Ｎ４：基材１（Ｓｉ３Ｎ４メンブレン）のキャパシタンス；
・Ｃｐｏｌｙ：被覆部材２（ポリイミド層）のキャパシタンス；
・Ｒｐｏｒｅ：ＨＬ１（ナノポア）の抵抗；
・Ｒａｃｃ：ＨＬ１外の抵抗；
の通りである。以下の検討では、簡単のために、Ｃｓｔｒａｙについては無視する。図６の（ｄ）の各等価回路において、合成抵抗をＲｎｅｔ、合成キャパシタンスをＣｎｅｔとして表す。
【００４９】
以下、基材１のキャパシタンスおよび被覆部材２のキャパシタンスをそれぞれ、基材キャパシタンスおよび被覆部材キャパシタンスと称する。ＣＳｉ３Ｎ４およびＣｐｏｌｙはそれぞれ、基材キャパシタンスおよび被覆部材キャパシタンスの一例である。以下に述べるように、本開示の一態様に係る流路では、被覆部材は、基材キャパシタンスと被覆部材キャパシタンスとが直列接続されるように、基材に対して配置されている。そして、被覆部材キャパシタンスは、基材キャパシタンスよりも小さく設定されている。
【００５０】
図６の（ｄ）に示されるように、比較例の等価回路および実施例の等価回路のいずれにおいても、抵抗成分の接続関係は共通している。具体的には、「１つのＲｐｏｒｅ」と「２つのＲａｃｃ」とが、直列に接続されている。このため、
Ｒｎｅｔ＝Ｒｐｏｒｅ＋２×Ｒａｃｃ…（１）
である。一般に、ＲａｃｃはＲｐｏｒｅに比べて十分に大きいため、Ｒｎｅｔ≒２×Ｒａｃｃである。
【００５１】
これに対し、比較例の等価回路と実施例の等価回路とでは、キャパシタンス成分の接続関係は相違している。まず、比較例の等価回路では、「１つのＣＳｉ３Ｎ４」と「２つのＣＥＯＦ」とが、直列に接続されている。このため、比較例の等価回路では、
１／Ｃｎｅｔ＝（１／ＣＳｉ３Ｎ４）＋１／（２×ＣＥＯＦ）…（２）
となる。一般に、ＣＥＯＦはＣＳｉ３Ｎ４に比べて十分に小さいため、比較例の等価回路では、Ｃｎｅｔ≒ＣＳｉ３Ｎ４となる。以下、比較例におけるＣｎｅｔを、Ｃｎｅｔ（比較例）とも表記する。
【００５２】
他方、実施例の等価回路では、「１つのＣＳｉ３Ｎ４」と「１つのＣｐｏｌｙ」と「２つのＣＥＯＦ」とが、直列に接続されている。つまり、比較例の等価回路におけるキャパシタンス成分に対し、Ｃｐｏｌｙがさらに直列接続されている。このため、実施例の等価回路では、
１／Ｃｎｅｔ＝｛１／Ｃｎｅｔ（比較例）｝＋（１／Ｃｐｏｌｙ）…（３）
となる。上述の図１に示されるように、被覆部材２のサイズは、基材１のサイズに比べて十分に大きい。このため、ＣｐｏｌｙはＣＳｉ３Ｎ４（≒Ｃｎｅｔ（比較例））に比べても十分に小さいと見なすことができる。それゆえ、実施例の等価回路では、Ｃｎｅｔ≒Ｃｐｏｌｙとなる。以下、実施例におけるＣｎｅｔを、Ｃｎｅｔ（実施例）とも表記する。
【００５３】
以上のように、Ｃｎｅｔ（比較例）≒ＣＳｉ３Ｎ４であり、Ｃｎｅｔ（実施例）≒Ｃｐｏｌｙである。すなわち、実施例の等価回路によれば、比較例の等価回路に比べて、Ｃｎｅｔを十分に小さくすることができる。実施例の等価回路では、直列接続された３つのキャパシタンスのうち、Ｃｐｏｌｙが、Ｃｎｅｔのキャパシタンスを決定する支配的な成分となるためである。
【００５４】
一例として、発明者らは、検出装置１００ｒにおけるＴｄｅｌａｙに基づいて、ＣＳｉ３Ｎ４を算出した。その結果、ＣＳｉ３Ｎ４≒４５ｎＦであった。なお、当該計算において、発明者らは、媒体の電気抵抗率ρ（既知）に基づいて算出されたＲａｃｃの値を用いた。
【００５５】
さらに、発明者らは、被覆部材２を平板コンデンサと見なして、Ｃｐｏｌｙを算出した。具体的には、発明者らは、
Ｃｐｏｌｙ＝ε０×εｐｏｌｙ×Ｓ／ｄ…（４）
という関係式を用いて、Ｃｐｏｌｙを算出した。その結果、Ｃｐｏｌｙ≒９０ｐＦであった。式（４）において、ε０は真空の誘電率であり、εｐｏｌｙはポリイミドの比誘電率である。εｐｏｌｙ＝３．４である。また、Ｓは、被覆部材２の主面のうち、媒体に接触する部分の面積である。ｄは、被覆部材２の厚さ（すなわち上述の図１のＡ）である。ｄ＝５μｍである。
【００５６】
以上のことから、Ｃｎｅｔ（実施例）／Ｃｎｅｔ（比較例）≒９０ｐＦ／４５ｎＦ＝０．００２である。このように、発明者らは、実施例の等価回路によれば、比較例の等価回路に比べて、Ｃｎｅｔを十分に低減できることを確認した。
【００５７】
（効果）
上述の通り、検出装置１００ｒ（従来のナノポアセンサ）では、電流ノイズを十分に低減させるには至らなかった。従って、検出装置１００ｒでは、サイズが小さい粒子Ｐを検出することが困難である。一般に、粒子Ｐのサイズが小さくなるほど、Ｉｉｏｎのパルス高が小さくなるので、電流ノイズの影響が顕著となるためである。
【００５８】
さらに、検出装置１００ｒでは、イオン電流の応答速度を十分に向上させるにも至らなかった。従って、検出装置１００ｒでは、高い時間分解能で粒子Ｐを検出することが困難である。例えば、検出装置１００ｒでは、流路内を高速で移動する粒子Ｐを検出することが困難である。このように、検出装置１００ｒでは、十分に高い感度で粒子Ｐを検出することが困難であった。
【００５９】
これに対し、検出装置１００によれば、検出装置１００ｒとは異なり、電流ノイズを十分に低減させることができる。さらに、検出装置１００によれば、イオン電流の応答速度を十分に向上させることもできる。それゆえ、検出装置１００によれば、検出装置１００ｒに比べて、粒子Ｐの検出精度を十分にも向上させることができる。例えば、上述の図４に示されるように、検出装置１００ｒでは、サイズが十分に小さい粒子Ｐ（例：直径１００ｎｍ程度のナノ粒子）を高感度で検出することは困難であった。これに対し、検出装置１００によれば、当該粒子Ｐを高感度で検出することが可能となる。
【００６０】
特に、検出装置１００によれば、被覆部材２を設けることにより、検出装置１００ｒに比べて、Ｃｎｅｔを十分に低下させることができる。すなわち、被覆部材２によって、Ｔｄｅｌａｙを十分に低下させることができる。その結果、上述の通り、イオン電流の応答速度を十分に向上させることが可能となる。
【００６１】
また、以下に述べるように、流路１０の構成によれば、ＨＬ２（ポリイミド開口）の抵抗（以下、Ｒｐｏｒｅ２）は、Ｒｐｏｒｅに比べて十分に小さい。このため、被覆部材２を設けた場合であっても、実施例の等価回路におけるＲｎｅｔは、比較例の等価回路におけるＲｎｅｔとほぼ同程度の値に維持される。つまり、図６の（ｄ）において、Ｒｐｏｒｅ２≒０と見なしても構わない。このため、図６の（ｄ）の等価回路では、Ｒｐｏｒｅ２は図示されていない。
【００６２】
このように、被覆部材２によれば、Ｒｎｅｔをほぼ増加させることなく、Ｃｎｅｔを十分に低減できる。すなわち、Ｔｄｅｌａｙ（＝Ｒｎｅｔ×Ｃｎｅｔ）を十分に低下させることが可能となる。このように、流路１０の構成は、イオン電流の応答速度を向上させるために特に好適である。それゆえ、流路１０は、低アスペクト比ナノポア（高アスペクト比ナノポアに比べて、イオン電流の波形が複雑となるナノポア構成）に対し、特に好適である。
【００６３】
（流路１０の各部の寸法についての検討）
続いて、発明者らは、流路１０の電気的な特性に着目し、当該流路１０の各部の寸法について検討を行った。以下、上述の図１のＡ〜Ｃ間の関係について検討する。上述の通り、媒体の電気抵抗率をρとすると、Ｒｐｏｒｅ２は、
Ｒｐｏｒｅ２＝ρ×Ａ／｛（π×Ｂ２／４）｝＋ρ／Ｂ…（５）
として表される。ここで、式（５）の右辺第２項を無視すれば、近似的に、
Ｒｐｏｒｅ２＝ρ×Ａ／｛（π×Ｂ２／４）｝…（６）
と表すことができる。
【００６４】
また、Ｒｐｏｒｅは、
Ｒｐｏｒｅ＝ρ×Ｄ／｛（π×Ｃ２／４）｝＋ρ／Ｃ…（７）
として表される。ここで、Ｃ＞＞Ｄであることを考慮すれば、式（７）の右辺第１項を無視できる。このため、近似的に、
Ｒｐｏｒｅ＝ρ／Ｃ…（８）
と表すことができる。
【００６５】
上述の通り、Ｒｐｏｒｅ２は、Ｒｐｏｒｅに比べて十分に小さく設定される必要がある。つまり、Ｒｐｏｒｅ２＜＜Ｒｐｏｒｅの関係が満たされるように、Ａ〜Ｃ間の関係が設定されることが好ましい。
【００６６】
（第１の条件）
以上の点を踏まえ、発明者らは、
Ｂ≧１０×Ｃ    …（９）
という条件（以下、第１の条件）が満たされるように、流路１０を構成することが好ましいと考察した。例えば、図１の例では、Ｂ＝３μｍ、Ｃ＝３００ｎｍであるので、Ｂ＝１０×Ｃである。すなわち、第１の条件が満たされている。
【００６７】
一例として、Ｂ＝１０×Ｃである場合を考える。ここで、簡単のために、式（５）の右辺第１項を無視する近似が成立すると仮定する。この場合、
Ｒｐｏｒｅ２＝ρ／Ｂ    …（１０）
と表すことができる。この場合、Ｒｐｏｒｅ２＝ρ／（１０×Ｃ）＝Ｒｐｏｒｅ／１０である。以上のように、第１の条件が満たされる場合には、「Ｒｐｏｒｅ２≦Ｒｐｏｒｅ／１０」（すなわち、１０×Ｒｐｏｒｅ２≦Ｒｐｏｒｅ）という関係が成立する。従って、Ｒｐｏｒｅ２を、Ｒｐｏｒｅに比べて十分に小さく設定できる。
【００６８】
（第２の条件）
さらに、発明者らは、
Ｂ２／Ａ＞５×Ｃ    …（１１）
という条件（以下、第２の条件）が満たされるように、流路１０を構成することも好ましいと考察した。例えば、図１の例では、Ａ＝５μｍであるので、（Ｂ２／Ａ）＝１．８μｍである。これに対し、５×Ｃ＝１．５μｍである。すなわち、第２の条件が満たされている。
【００６９】
一例として、Ｂ２／Ａ＝５×Ｃである場合を考える。この場合、式（６）から、
Ｒｐｏｒｅ２＝｛４／（５×π）｝×（ρ／Ｃ）    …（１２）
である。式（１２）に式（８）を代入すれば、Ｒｐｏｒｅ２＝｛４／（５×π）｝×Ｒｐｏｒｅ≒０．２５×Ｒｐｏｒｅとなる。
【００７０】
以上のように、第２の条件が満たされる場合には、「Ｒｐｏｒｅ２＜Ｒｐｏｒｅ／４」（すなわち、４×Ｒｐｏｒｅ２＜Ｒｐｏｒｅ）、という関係が成立する。この場合にも、Ｒｐｏｒｅ２を、Ｒｐｏｒｅに比べて十分に小さく設定できる。なお、第１の条件と第２の条件との両方が満たされるように、流路１０が構成されることが特に好ましい。
【００７１】
以上のように、流路１０では、Ｒｐｏｒｅ２は、Ｒｐｏｒｅに比べて小さく設定されている。好ましくは、Ｒｐｏｒｅ２は、Ｒｐｏｒｅの１／４よりも小さい。より好ましくは、Ｒｐｏｒｅ２は、Ｒｐｏｒｅの１／１０以下である。
【００７２】
（流路１０の製造方法の一例）
以下、流路１０（基材１および被覆部材２）の製造方法の一例について、簡単に述べる。但し、本発明の一態様では、以下の例に限定されず、公知の成膜技術、リソグラフィ技術、およびエッチング技術が利用されてよい。
【００７３】
＜基材１の製造工程＞
まず、ＣＶＰ（Chemical Vapor Deposition）を用いて、厚さ５０ｎｍ（＝Ｄ）のＳｉ３Ｎ４の層（Ｓｉ３Ｎ４メンブレン）を成膜した。続いて、電子線ビームリソグラフィを用いて、Ｓｉ３Ｎ４メンブレンに対し、直径３００ｎｍ（＝Ｃ）の開口（すなわちＨＬ１）を形成した。このようにして、基材１（ＨＬ１が設けられたＳｉ３Ｎ４メンブレン）が得られた。
【００７４】
＜被覆部材２の製造工程＞
そして、基材１の表面に、厚さ５μｍ（＝Ａ）の感光性ポリイミド層を成膜した。続いて、感光性ポリイミド層にＵＶ（Ultra Violet）光を照射し、当該感光性ポリイミド層に直径３μｍ（＝Ｂ）の開口（すなわちＨＬ２）を形成した。このようにして、被覆部材２（ＨＬ２が設けられたポリイミド層）が得られた。すなわち、流路１０が製造された。
【００７５】
〔変形例〕
実施形態１では、基材１の材料としてＳｉ３Ｎ４を例示した。但し、基材１の材料は、これに限定されない。基材１の材料の別の例としては、ＳｉＯ２を挙げることができる。
【００７６】
また、実施形態１では、被覆部材２の材料としてポリイミドを例示した。但し、被覆部材２の材料も、これに限定されない。被覆部材２の別の例としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）またはＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を挙げることができる。
【００７７】
また、発明者らは、「被覆部材２を設けることによりＣｎｅｔを低減する」というコンセプトに基づき、「被覆部材２の材料は、比誘電率が比較的低い材料であればよい」と推察した。例えば、被覆部材２の材料としては、上述の各例に限らず、公知のポリマー材料を用いることができる。あるいは、被覆部材２の材料として、公知の無機材料（より具体的には、非金属材料）を用いることもできる。
【００７８】
上述の通り、本発明の一態様に係る流路において、被覆部材キャパシタンスは、基材キャパシタンスよりも小さい。このため、被覆部材の比誘電率（以下、被覆部材比誘電率）は、基材の比誘電率（以下、基材比誘電率）よりも小さいことが好ましい。実施形態１におけるεｐｏｌｙ（ポリイミドの比誘電率）は、被覆部材比誘電率の一例である。上述の通り、εｐｏｌｙ＝３．４である。これに対し、Ｓｉ３Ｎ４メンブレン（基材）の比誘電率は、εＳｉ３Ｎ４＝７．５である。εＳｉ３Ｎ４は、基材比誘電率の一例である。
【００７９】
〔実施形態２〕
図７は、実施形態２の検出装置の構成について説明するための図である。実施形態２の検出装置は、実施形態１の検出装置１００とは異なり、粒子Ｐを本発明の一態様に係る流路の付近まで移動させるための補助流路（例：マイクロ流路）を含んでいる。以下、実施形態２の検出装置を、単に「検出装置」と称する。また、実施形態２の流路を、単に「流路」と称する。
【００８０】
具体的には、図７の（ａ）には、検出装置の全体的な構成が示されている。図７の（ｂ）は、図７の（ａ）におけるナノポアおよびその近傍を拡大した図である。図７の（ｂ）には、流路の構成が示されている。図７の（ｃ）には、検出装置に設けられるナノポアチップの構成が示されている。
【００８１】
図７の（ａ）に示されるように、検出装置は、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極（第１電極・第２電極）、ナノポアチップ（基材）、およびＰＤＭＳブロック（被覆層）を備える。ナノポアチップには、ナノポア（ＨＬ１）、注入口、および排出口が形成されている。また、ナノポアチップには、ナノポアと注入口と排出口とを連通する流路が形成されている（図７の（ｃ）も参照）。ナノポアチップの材料は、ＳＩ３Ｎ４である。ＰＤＭＳブロックには、ＨＬ２が形成されている（図７の（ｂ）を参照）。２つのＰＤＭＳブロックは、ナノポアチップを挟持するように配置されている。
【００８２】
一例として、ユーザによって、粒子Ｐを含んだ液体（懸濁液）が注入口に注入される。そして、流体が補助流路を通ってナノポアの近傍に到達すると、上述の通り流路を利用して粒子Ｐを移動させることができる。このため、粒子Ｐの一部が取り除かれた液体が、排出口に向かう。当該液体は、排出口を通過して排出される。
【００８３】
＜追加検討＞
発明者らは、以下の事項、すなわち、
（１）ナノポアチップの表面の一部のみを被覆層（例：ＰＭＭＡ）によって覆った場合には、Ｃｎｅｔの低減効果がそれほど高くない；
（２）これに対し、ナノポアチップの裏面のみを被覆層によって覆った場合には、Ｃｎｅｔの低減効果が高い；
という事項を確認した。
【００８４】
このことから、発明者らは、「ＲＣ効果」、換言すれば、「Ｔｄｅｌａｙ（＝Ｒｎｅｔ×Ｃｎｅｔ）の大きさ」（イオン電流波形の鈍り具合と表現されてもよい）には、液体と接触するナノポアチップの表面に由来するキャパシタンスが大きく寄与するのではないかと考察した。
【００８５】
〔実施形態３〕
発明者らは、実施形態２における「追加検討の（１）」に関し、さらなる検討を行った。実施形態３では、その検討結果の一例について述べる。
【００８６】
図８は、実施形態３の流路３０について説明するための図である。図８の（ａ）には、流路３０およびその近傍の構成が概略的に示されている。流路３０は、実施形態１の流路１０と同様に、被覆部材としてのポリイミド層を備える。以下、流路３０の被覆部材を、被覆部材２Ａと称する。被覆部材２Ａは、被覆部材２と同様に、基材１（Ｓｉ３Ｎ４メンブレン）の上面に設けられている。なお、実施形態３の検出装置では、実施形態２と同様に、ＰＤＭＳによって画定された流路（ＰＤＭＳチャネル）が設けられている。
【００８７】
実施形態３において、発明者らは、ｄｐｓ＝２００ｎｍの場合について検討を行った。なお、実施形態３では、Ｂ＝５０μｍとして、被覆部材２Ａが形成されている。つまり、実施形態３では、実施形態１に比べ、Ｂがより大きく設定されている。なお、実施形態３では、希釈液としては、０．４×ＰＢＳが用いられている。その他の条件については、特に明示されない限り、実施形態１と同様であるものとする。
【００８８】
図８の（ｂ）には、ポリイミド層（被覆部材２Ａ）によって被覆されたナノポアチップ（基材１）の光学像が示されている。Ｌｐｏｌｙは、被覆部材２Ａの長手方向の長さを示す。実施形態３では、ｙ方向が、水平面（ｘｙ平面）における流路３０の長手方向であるものとする。ｙ方向は、例えば図１における左右方向に相当する。これに対し、ｘ方向を、幅方向とも称する。実施形態３では、ｘ方向が、水平面における流路３０の短手方向であるものとする。長手方向および幅方向はいずれも、上述のｒ方向の一例である。
【００８９】
また、図８の（ｂ）に示されるように、実施形態３のナノポアチップには、図７の（ｃ）と同様の流路が設けられている。図８の（ａ）および（ｂ）に示されるように、実施形態３では、基材１の上面の一部のみが、被覆部材２Ａに覆われている場合を主に例示する。
【００９０】
図８の（ｃ）には、流路３０のＳＥＭ像の一例が示されている。図８の（ｃ）に示されるように、実施形態３においても、ＨＬ１はＨＬ２に比べて十分に小さい。
【００９１】
図８の（ｄ）には、流路３０およびその近傍の等価回路が示されている。図８の（ｄ）のＣＥＤＬは、電気２重層のキャパシタンスである。ＣＥＤＬは、図６の（ｄ）のＣＥＯＦに相当する。図８の（ｄ）の等価回路において、基材１が被覆部材２Ａによって被覆されている箇所では、ＣｐｏｌｙとＣＳｉ３Ｎ４とが直列接続されている。なお、図８の（ｄ）の等価回路の右端におけるＣＳｉ３Ｎ４は、基材１が被覆部材２Ａによって被覆されていない箇所の基材キャパシタンスを示す。
【００９２】
実施形態１と同様に、ＣＥＤＬは、ＣＳｉ３Ｎ４に比べて十分に小さい。このため、ＣＥＤＬについては無視する。また、実施形態１と同様に、Ｃｐｏｌｙは、ＣＳｉ３Ｎ４に比べて十分に小さい。このことから、図８の（ｄ）の等価回路におけるＣｎｅｔは、近似的に、
Ｃｎｅｔ＝Ｃｐｏｌｙ＋ＣＳｉ３Ｎ４…（１３）
と表すことができる。
【００９３】
以下に述べるように、実施形態３において、ＣｐｏｌｙおよびＣＳｉ３Ｎ４のそれぞれは、Ｌｐｏｌｙに依存する。それゆえ、Ｃｎｅｔも、Ｌｐｏｌｙに依存する。
【００９４】
（Ｃｐｏｌｙについて）
図７の（ｃ）に示されるように、実施形態３のナノポアチップにおいて、正方形状の２つの末端部を除いた流路の長手方向の長さは、１２ｍｍである。そこで、まずは、Ｌｐｏｌｙ≦１２ｍｍの場合を考える。この場合、Ｃｐｏｌｙは、
Ｃｐｏｌｙ＝α×ｗｔｈｉｎ×Ｌｐｏｌｙ…（１４Ａ）
と表すことができる。なお、
α＝ε０×εｐｏｌｙ／ｔｐｏｌｙ
である。ｗｔｈｉｎは、２つの末端部を除いた領域における流路の幅である。図７の（ｃ）に示されるように、ｗｔｈｉｎ＝０．５ｍｍである。ｔｐｏｌｙは、ポリイミド層（被覆部材２Ａ）の厚さであり、図１のＡに相当する。実施形態１と同様に、ｔｐｏｌｙ＝５μｍである。
【００９５】
続いて、Ｌｐｏｌｙ＞１２ｍｍの場合を考える。この場合、Ｃｐｏｌｙは、
Ｃｐｏｌｙ＝０．０１２×α×ｗｔｈｉｎ
＋（Ｌｐｏｌｙ−０．０１２）×α×ｗｓｑ…（１４Ｂ）
と表される。ｗｓｑは、流路における正方形状の末端部の幅を表す。図７の（ｃ）に示されるように、ｗｓｑ＝２ｍｍである。従って、流路の長手方向の全長は、１６ｍｍである。この点を踏まえ、実施形態３では、Ｌｐｏｌｙの最大値は、１６ｍｍであるものとする。
【００９６】
（ＣＳｉ３Ｎ４について）
まず、Ｌｐｏｌｙ≦１２ｍｍの場合を考える。この場合、ＣＳｉ３Ｎ４は、
ＣＳｉ３Ｎ４＝（０．０１２−Ｌｐｏｌｙ）×β…（１５Ａ）
と表される。なお、
β＝ε０×εＳｉ３Ｎ４×ｗｔｈｉｎ／ｔＳｉ３Ｎ４
である。また、ｔＳｉ３Ｎ４は、基材１の厚さであり、図１のＤに相当する。実施形態１と同様に、ｔＳｉ３Ｎ４＝５０ｎｍである。上述の通り、ｔＳｉ３Ｎ４＜＜ｔｐｏｌｙである。
【００９７】
他方、Ｌｐｏｌｙ＞１２ｍｍの場合、ＣＳｉ３Ｎ４は、
ＣＳｉ３Ｎ４＝（Ｌｐｏｌｙ−０．０１２）×β…（１５Ｂ）
と表される。
【００９８】
発明者らは、式（１３）〜（１５Ｂ）に基づき、Ｌｐｏｌｙの増加に伴い、Ｃｎｅｔが減少する傾向にあると予想した。
【００９９】
（実施形態３における検討その１）
図９は、実施形態３における一検討結果について説明するための図である。発明者らは、Ｌｐｏｌｙの値を様々に相違させて、実験を行った。具体的には、発明者らは、
（ケース１）Ｌｐｏｌｙ＝０ｍｍ；
（ケース２）Ｌｐｏｌｙ＝１ｍｍ；
（ケース３）Ｌｐｏｌｙ＝２ｍｍ；
（ケース４）Ｌｐｏｌｙ＝３ｍｍ；
（ケース５）Ｌｐｏｌｙ＝６ｍｍ；
（ケース６）Ｌｐｏｌｙ＝１２ｍｍ；
（ケース７）Ｌｐｏｌｙ＝１６ｍｍ；
という、７通りのケースについて実験を行った。なお、ケース１は、被覆部材２Ａが設けられていない場合に相当する。つまり、ケース１は、実施形態１の比較例に相当する。
【０１００】
図９の（ａ）には、上記７通りのケースのそれぞれにおける、Ｉｉｏｎの波形が示されている。図９の（ａ）に示されるように、Ｌｐｏｌｙを大きくするにつれて、Ｉｐ（Ｉｉｏｎのピーク値の絶対値）が大きくなる傾向が確認された。また、ケース６・７において、電流ノイズが特に効果的に削減できていることが確認された。そこで、例えば、Ｌｐｏｌｙは、１２ｍｍ以上に設定されることが好ましい。
【０１０１】
また、図９の（ｂ）には、ケース７におけるＩｉｏｎの１つのパルス波形が示されている。図９の（ｃ）には、ケース７におけるＩｉｏｎの３０個のパルス波形が重ね合わせて示されている。
【０１０２】
図９の（ｃ）の例において、パルスのライズ部分の形状については、パルスごとのばらつきが比較的大きい。ライズ部分の大きいばらつきは、粒子Ｐが多様な入射角によって、流路３０の入口部（上部に位置するＨＬ２）に侵入することに起因していると考えられる。他方、パルスのテール部分の形状については、パルスごとのばらつきが比較的小さい。テール部分の小さいばらつきは、流路３０の出口部（下部）では、ＨＬ１を通過した粒子Ｐの進行方向がほぼ均一に揃えられていることに起因していると考えられる。
【０１０３】
（実施形態３における検討その２）
図１０は、実施形態３における別の検討結果について説明するための図である。図１０の（ａ）には、ケース１・３・４のそれぞれにおける平均化パルスが示されている。図１０の（ａ）からも、Ｌｐｏｌｙを大きくするにつれて、Ｉｐが大きくなる傾向が確認された。
【０１０４】
また、実施形態１から理解されるように、テール部分におけるＩｉｏｎは、
Ｉｉｏｎ＝Ｉ０×ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｄｅｌａｙ）…（１６）
と表すことができる。つまり、テール波形は、式（１６）によってフィッティングできる。Ｉ０は、Ｉｉｏｎのピーク値である。図１０の（ａ）には、Ｌｐｏｌｙ＝３ｍｍの場合について、式（８）に基づき算出されたテール波形が示されている。当該テール波形は、ケース４の平均化パルスのテール波形と概ね一致することが確認された。
【０１０５】
続いて、発明者らは、式（８）を用いて、ケース１〜７のそれぞれについて、Ｔｄｅｌａｙを同定した。図１０の（ｂ）には、ケース１〜７のそれぞれにおけるＴｄｅｌａｙが、白丸によって示されている（Ｔｄｅｌａｙの値については、同図のグラフの左端の縦軸を参照）。また、図１０の（ｂ）には、ケース１〜７のそれぞれについて、式（１３）〜（１５Ｂ）に基づき算出されたＣｎｅｔが、黒丸によって示されている（Ｃｎｅｔの値については、同図のグラフの右端の縦軸を参照）。
【０１０６】
このように、図１０の（ｂ）には、Ｌｐｏｌｙ（同図のグラフの横軸）に対する、ＴｄｅｌａｙおよびＣｎｅｔの依存性が示されている。図１０の（ｂ）に示されるように、Ｌｐｏｌｙの増加に伴い、Ｔｄｅｌａｙが減少する傾向が確認された。また、Ｌｐｏｌｙの増加に伴い、Ｃｎｅｔが減少する傾向が確認された。
【０１０７】
但し、（ｉ）Ｌｐｏｌｙの増加に伴うＴｄｅｌａｙの減少傾向と、（ｉｉ）Ｌｐｏｌｙの増加に伴うＣｎｅｔの減少傾向との間には、若干の相違がみられる。当該相違は、各種のノイズに起因すると考えられる。上述の通り、Ｌｐｏｌｙが小さい場合には、ノイズが大きくなると考えられる。それゆえ、Ｌｐｏｌｙは、ある程度大きい値に設定されることが好ましいと言える。例えば、上述の通り、Ｌｐｏｌｙは、１２ｍｍ以上に設定されることが好ましい。
【０１０８】
〔実施形態４〕
発明者らは、実施形態２における「追加検討の（２）」に関し、さらなる検討を行った。実施形態４では、その検討結果の一例について述べる。
【０１０９】
図１１は、実施形態４の流路４０について説明するための図である。図１１の（ａ）には、流路４０の構成が概略的に示されている。流路４０では、基材１の下面に、支持部材９が設けられている。支持部材９は、基材１を支持する。支持部材９は、例えばドープＳｉ基板である。支持部材９には、ＨＬ１に対応する位置に、支持部材開口（以下、ＨＬＭ）が設けられている。ＨＬＭは、支持部材９をｚ方向に貫く。ＨＬＭは、支持部材９によってＨＬ１が覆われないように設けられている。
【０１１０】
そして、流路４０では、支持部材９の下面に、被覆部材２Ｂが設けられている。被覆部材２Ｂの材料は、ＰＭＭＡである。このように、流路４０では、実施形態１〜３とは異なり、被覆部材が基材１の上面に設けられていない。流路４０では、被覆部材２Ｂは、基材１の下方に設けられている。図１１の（ａ）に示されるように、被覆部材２Ｂは、支持部材９を介して、基材１と間接的に接触している。なお、被覆部材２Ｂにおいて、ＨＬ２は、ＨＬ１およびＨＬＭに対応する位置に設けられている。
【０１１１】
流路４０の構成においても、基材キャパシタンスと被覆部材キャパシタンスとが直列接続されている。このように、本発明の一態様に係る流路において、基材と被覆部材とは、ｚ方向に離間していてもよい。なお、本発明の一態様に係る流路において、基材の第１面（上面）とは、当該基材の２つの主面のうち、支持部材９と接触していない面と表現することもできる。また、基材の第２面（下面）とは、当該基材の２つの主面のうち、支持部材９と接触している面（支持部材９によって支持されている面）と表現することもできる。
【０１１２】
図１１の（ｂ）には、流路４０およびその近傍の等価回路が示されている。また、図１１の（ｂ）には、流路４０との対比のために、流路１０Ｖが示されている。図１１の（ｂ）には、流路１０Ｖおよびその近傍の等価回路がさらに示されている。流路１０Ｖでは、流路１０における支持部材９が明示的に図示されている。流路１０Ｖでは、流路１０と同様に、基材１の上面のうち、ＨＬの近傍を除いた部分の全体が、ポリイミド層（被覆部材２）によって被覆されている。以下、当該被覆態様を、「上面全体被覆」と称する。流路１０Ｖでは、被覆部材２は、支持部材９を介さずに、基材１と直接的に接触している。
【０１１３】
これに対し、流路４０では、被覆部材２Ｂは、基材１の下面の一部に対応する位置に設けられている。以下、当該被覆態様を、「ＰＭＭＡ被覆」と称する。上述の実施形態３に示されるように、本発明の一態様に係る流路において、上面全体被覆は必須ではないことが、発明者らによって新たな知見として見出された。流路４０の構成は、当該新たな知見に基づき、発明者らによって創作された。
【０１１４】
図１１の（ｂ）の等価回路において、ＣＰＭＭＡは、被覆部材２Ｂのキャパシタンスである。ＣＰＭＭＡは、被覆部材キャパシタンスの別の例である。ＣｄＳｉは、支持部材９のキャパシタンスである。ＣｄＳｉは、ＣＰＭＭＡおよびＣＳｉ３Ｎ４に比べて十分に大きい。このため、Ｃｎｅｔの計算においては、ＣｄＳｉを無視してよい。
【０１１５】
図１１の（ｂ）の各等価回路においても、基材キャパシタンスと被覆部材キャパシタンスとは直列接続されている。図１１の（ｂ）の例において、ＣＰＭＭＡ＝４４ｐＦであった。従って、流路４０の等価回路では、Ｃｎｅｔ≒４４ｐＦとなる。これに対し、ＣＳｉ３Ｎ４＝１３ｎＦであった。従って、流路１０Ｖの等価回路では、Ｃｎｅｔ≒１３ｎＦとなる。このように、発明者らは、ＰＭＭＡ被覆によれば、上面全体被覆に比べて、被覆部材キャパシタンスをさらに低減できることを見出した。すなわち、流路４０によれば、流路１０Ｖに比べて、さらに小さいＣｎｅｔを得ることができる。
【０１１６】
以上のように、本発明の一態様に係る流路では、被覆部材は、ｚ方向から見た場合に、ＨＬ２を除いた位置において、基材の一部と重なり合うように設けられてよい。すなわち、被覆部材は、ｚ方向から見た場合に、ＨＬ２を除いた位置において、基材の全体と重なり合うように設けられていなくともよい。また、本発明の一態様に係る流路では、被覆部材を基材の下方に設けることもできるので、流路の構造設計の自由度も高いと言える。
【０１１７】
図１１の（ｃ）には、（ｉ）「Ｌｐｏｌｙ＝１６ｍｍ（上述の実施形態３のケース７）」、（ｉｉ）「ＰＭＭＡ被覆（流路４０）」、および、（ｉｉｉ）「上面全体被覆（流路１０Ｖ）」のそれぞれにおける、Ｉｉｏｎの波形が示されている。「Ｌｐｏｌｙ＝１６ｍｍ」のデータは、「ＰＭＭＡ被覆」および「上面全体被覆」のデータとの対比のために示されている。ＰＭＭＡ被覆によれば、ケース７および上面全体被覆に比べて、電流ノイズが特に効果的に削減できていることが確認された。
【０１１８】
図１１の（ｄ）には、（ｉ）「Ｌｐｏｌｙ＝１６ｍｍ」、（ｉｉ）「ＰＭＭＡ被覆」、および、（ｉｉｉ）「上面全体被覆」のそれぞれにおける、平均化パルスが示されている。発明者らは、実施形態３と同様に、ＰＭＭＡ被覆および上面全体被覆のそれぞれの場合についても、Ｔｄｅｌａｙを同定した。
【０１１９】
図１０に示されるように、ケース７では、Ｔｄｅｌａｙは、約２００μｓであった。これに対し、ＰＭＭＡ被覆では、Ｔｄｅｌａｙ＝１４５μｓであった。また、上面全体被覆では、Ｔｄｅｌａｙ＝１４９μｓであった。このように、ＰＭＭＡ被覆では、特に小さいＴｄｅｌａｙが得られることが確認された。以上のことから、流路４０の構成は、イオン電流の応答速度向上に特に好適であると期待される。
【０１２０】
〔補足１〕
上述のように、本発明の一態様に係る流路では、被覆部材キャパシタンス（以下、Ｃ２）は、基材キャパシタンス（以下、Ｃ１）よりも小さく設定されている。例えば、上述の各実施形態に示されるように、Ｃ２はｐＦオーダの値をとり、Ｃ１はｐＦオーダの値をとる。
【０１２１】
従って、一例として、Ｃ２は、Ｃ１の１／１００以下であることが好ましい。このように各キャパシタンスが設定されていれば、Ｃ２＜＜Ｃ１であると言える。上述の各実施形態から理解されるように、Ｃ１とＣ２とが直列接続されている場合には、
Ｃｎｅｔ≒（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）…（１７）
の関係が成立する。
【０１２２】
さらに、Ｃ２＜＜Ｃ１である場合には、
Ｃｎｅｔ≒（Ｃ１×Ｃ２）／Ｃ１＝Ｃ２…（１７Ａ）
となる。このように、Ｃ２をＣ１よりも十分に小さく設定する（例：Ｃ２をＣ１の１／１００以下に設定する）ことにより、Ｃｎｅｔを効果的に低減できる。
【０１２３】
〔補足２〕
本発明の一態様に係る流路では、基材の上方および下方の両方に、被覆部材がそれぞれ設けられてもよい。
【０１２４】
〔まとめ〕
本発明の一態様に係る流路は、ナノポアセンサに設けられる流路であって、基材と、上記基材に対応する位置に設けられた被覆部材と、を備え、上記基材および上記被覆部材のそれぞれの厚さ方向を第１方向として、上記基材には、当該基材を上記第１方向に貫く基材開口が設けられており、上記被覆部材には、当該被覆部材を上記第１方向に貫く被覆部材開口が設けられており、上記被覆部材開口は、上記被覆部材によって上記基材開口が覆われないように設けられており、上記基材のキャパシタンスを基材キャパシタンスとし、上記被覆部材のキャパシタンスを被覆部材キャパシタンスとして、上記被覆部材は、上記基材キャパシタンスと上記被覆部材キャパシタンスとが直列接続されるように、上記基材に対して配置されており、上記被覆部材キャパシタンスは、上記基材キャパシタンスよりも小さい。
【０１２５】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材開口の、上記第１方向に対して垂直な方向における最大長をＢとし、上記基材開口の、上記第１方向に対して垂直な方向における最大長をＣとして、Ｂ≧１０×Ｃという関係が満たされている。
【０１２６】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材の厚さをＡとして、Ｂ２／Ａ＞５×Ｃという関係が満たされている。
【０１２７】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材の材料は、ポリマー材料である。
【０１２８】
本発明の一態様に係る流路では、上記ポリマー材料は、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、またはポリジメチルシロキサンである。
【０１２９】
本発明の一態様に係る流路では、上記基材の材料は、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２である。
【０１３０】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材の比誘電率は、上記基材の比誘電率よりも小さい。
【０１３１】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材開口の電気抵抗は、上記基材開口の電気抵抗よりも小さい。
【０１３２】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材開口の電気抵抗は、上記基材開口の電気抵抗の１／４よりも小さい。
【０１３３】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材開口の電気抵抗は、上記基材開口の電気抵抗の１／１０以下である。
【０１３４】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材は、上記第１方向から見た場合に、上記被覆部材開口を除いた位置において、上記基材の一部と重なり合っている。
【０１３５】
本発明の一態様に係る流路は、上記基材を支持する支持部材をさらに備えており、上記被覆部材は、上記支持部材を介して、上記基材と間接的に接触している。
【０１３６】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材は、上記基材と直接的に接触している。
【０１３７】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材キャパシタンスは、上記基材キャパシタンスの１／１００以下である。
【０１３８】
〔本発明の一態様の別の表現〕
本発明の一態様に係る流路は、ナノポアセンサに設けられる流路であって、基材と、上記基材上に堆積された被覆部材と、を備え、上記基材および上記被覆部材のそれぞれの厚さ方向を第１方向として、上記基材には、当該基材を上記第１方向に貫く基材開口が設けられており、上記被覆部材には、当該被覆部材を上記第１方向に貫く被覆部材開口が設けられており、上記被覆部材開口は、上記被覆部材によって上記基材開口が覆われないように設けられており、上記被覆部材開口の、上記第１方向に対して垂直な方向における最大長をＢとし、上記基材開口の、上記第１方向に対して垂直な方向における最大長をＣとして、Ｂ≧１０×Ｃという関係が満たされている。
【０１３９】
本発明の一態様に係る流路では、上記被覆部材の厚さをＡとして、Ｂ２／Ａ＞５×Ｃという関係が満たされている。
【０１４０】
〔付記事項〕
本発明の一態様は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の一態様の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４１】
１  基材
２、２Ａ、２Ｂ  被覆部材
９  支持部材
１０、１０Ｖ、３０、４０  流路
１００  検出装置（ナノポアセンサ）
ＨＬ１  基材開口（ナノポア）
ＨＬ２  被覆部材開口（ポリイミド開口）
Ａ  被覆部材の厚さ
Ｂ  被覆部材開口の直径（被覆部材開口の、第１方向に対して垂直な方向における断面の最大幅）
Ｃ  基材開口の直径（基材開口の、第１方向に対して垂直な方向における断面の最大幅）
ｚ方向  厚さ方向（第１方向）
ＣＳｉ３Ｎ４  Ｓｉ３Ｎ４メンブレン（基材）のキャパシタンス（基材キャパシタンス）
Ｃｐｏｌｙ  ポリイミド層（被覆部材）のキャパシタンス（被覆部材キャパシタンス）
ＣＰＭＭＡ  ＰＭＭＡ（被覆部材）のキャパシタンス（被覆部材キャパシタンス）
Ｒｐｏｒｅ  基材開口の抵抗（電気抵抗）
Ｒｐｏｒｅ２  被覆部材開口の抵抗（電気抵抗）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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