納米孔式分析裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種納米孔式生物體高分子分析裝置及使用該裝置的生物體高分子分析方法，上述裝置在使用納米孔的測(cè)量方法中能夠提高低濃度試樣通過(guò)納米孔的通過(guò)頻率，從而能改善通過(guò)量。本發(fā)明尤其涉及納米孔式生物體高分子分析裝置及使用該裝置的生物體高分子分析方法，上述裝置的特征在于，具有艙室部，該艙室部具有：艙室，其具有用基板分隔的試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域；第一電極，其設(shè)置于上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域，以及第二電極，其設(shè)置于上述試樣流出區(qū)域；薄膜，其形成于上述基板上；納米孔，其設(shè)置于上述基板的薄膜上，并連通上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和上述試樣流出區(qū)域；第三電極，其配置于上述基板的上述納米孔附近；以及電壓施加單元，其對(duì)電極施加電壓，上述電壓施加單元包括對(duì)第一電極和第三電極之間、第一電極和第二電極之間以及第三電極和第二電極之間分別施加電壓的單元。
【專利說(shuō)明】納米孔式分析裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使DNA、蛋白質(zhì)等的生物體高分子通過(guò)納米等級(jí)尺寸的細(xì)孔(在本申請(qǐng)中稱為納米孔)并進(jìn)行分析的裝置。本發(fā)明特別涉及能夠使生物體高分子的納米孔通過(guò)頻率提高的納米孔式分析裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]使用被稱作納米孔的納米等級(jí)尺寸的細(xì)孔分析DNA或蛋白質(zhì)等高分子聚合物的方法的開(kāi)發(fā)正在進(jìn)步。雖然開(kāi)通納米孔在技術(shù)上比較困難，但是最初，可以在生物領(lǐng)域內(nèi)通過(guò)向脂質(zhì)雙重膜導(dǎo)入離子通道而實(shí)現(xiàn)(非專利文獻(xiàn)I)。另外，使用納米孔的測(cè)定方法也開(kāi)發(fā)出按照用于生物體的離子通道測(cè)量的膜片鉗位術(shù)的方法。接下來(lái)，嘗試?yán)冒雽?dǎo)體工序開(kāi)通納米孔，開(kāi)發(fā)出使用離子束的方法(非專利文獻(xiàn)2)或使用電子線的方法(非專利文獻(xiàn)3)。
[0003]隨著能夠制造納米孔，開(kāi)發(fā)出使用納米孔的分析DNA或蛋白質(zhì)等高分子的方法。納米孔式分析所需要的主要技術(shù)有以下兩個(gè)。
[0004]1.檢測(cè)技術(shù):檢測(cè)高分子通過(guò)納米孔時(shí)的物理變化
[0005]2.移動(dòng)控制技術(shù):使高分子移動(dòng)，并通過(guò)納米孔
[0006]對(duì)于上述檢測(cè)技術(shù)，已知有封鎖電流方式、隧道電流方式、電容方式。所謂封鎖電流方式，是檢測(cè)高分子將納米孔的開(kāi)口部部分地封鎖而引起的影響的方式(非專利文獻(xiàn)4)。具體的構(gòu)造在于，通過(guò)具有納米孔的膜將空間分離為兩部分，對(duì)空間各自填充含有離子的液體，且配置電極。當(dāng)對(duì)電極施加一定的電壓時(shí)，離子通過(guò)納米孔地移動(dòng)，電流流動(dòng)(離子通過(guò)電流)。在存在帶電的高分子的情況下，該高分子也在電勢(shì)差的作用下，被牽弓I向一邊側(cè)并通過(guò)納米孔。這時(shí)，因?yàn)榧{米孔的開(kāi)口部被部分地封鎖，所以離子難以流通，離子通過(guò)電流的大小降低。封鎖電流方式是通過(guò)檢測(cè)該電流值降低，分析高分子的存在或成分的方法。除開(kāi)口面積之外，離子的流動(dòng)阻力還受到高分子的荷電狀態(tài)或與納米孔壁面之間的相互作用的影響。
[0007]另一方面，所謂的隧道電流方式是在高分子通過(guò)納米孔時(shí)，隧道電流在設(shè)置于納米孔旁邊的隧道電流用電極和高分子之間僅有的間隙內(nèi)流動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)該隧道電流，分析高分子的存在或成分的方法(非專利文獻(xiàn)5、非專利文獻(xiàn)6)。
[0008]所謂的電容方式是高分子通過(guò)納米孔時(shí)，由于納米孔被部分地封鎖，具有納米孔的膜的電容變化，通過(guò)檢測(cè)該變化，分析高分子的存在或成分的方法(非專利文獻(xiàn)7)。
[0009]另外對(duì)于上述移動(dòng)控制技術(shù)，有電勢(shì)差移動(dòng)方式、酶移動(dòng)方式、力學(xué)的移動(dòng)方式。所謂的電勢(shì)差移動(dòng)方式，是如上述利用封鎖電流方式那樣，在被具有納米孔的膜分離的兩個(gè)空間內(nèi)配置電極，通過(guò)對(duì)電極施加電壓，使帶電的高分子隨電場(chǎng)梯度移動(dòng)的方法，其優(yōu)點(diǎn)可列舉有，可以以簡(jiǎn)單的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，對(duì)高分子沒(méi)有多余的施加。
[0010]所謂的酶移動(dòng)方式，是在納米孔旁邊配置酶，利用高分子和酶的反應(yīng)使高分子移動(dòng)的方法。例如，在高分子為單鏈DNA的情況下，存在在納米孔旁邊配置DNA聚合酶，通過(guò)產(chǎn)生雙鏈合成反應(yīng)，使DNA每個(gè)堿基一個(gè)個(gè)地移動(dòng)的方法。在該方法中，因?yàn)镈NA需要位于DNA聚合酶旁邊，所以從高效率化這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，優(yōu)選同時(shí)采用電勢(shì)差移動(dòng)方式，向納米孔旁邊集聚集DNA。
[0011]所謂的力學(xué)移動(dòng)方式，是將高分子固定為串鏈，并通過(guò)用光鑷使串鏈移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)高分子移動(dòng)的方式。在該方法中，高分子的沒(méi)有串成串鏈的端部需要進(jìn)入納米孔，此時(shí)，采用電勢(shì)差移動(dòng)方式。
[0012]因此，電勢(shì)差移動(dòng)方式作為將試樣運(yùn)送到納米孔開(kāi)口部的驅(qū)動(dòng)力，可以和任意方
法一同使用。
[0013]試樣經(jīng)過(guò)以下三個(gè)移動(dòng)狀態(tài)被運(yùn)送至納米孔開(kāi)口部并通過(guò)納米孔。第一種是通過(guò)試樣擴(kuò)散的移動(dòng)，第二種是通過(guò)電泳的移動(dòng)，第三種是試樣為長(zhǎng)鏈狀的情況下其前端抵達(dá)納米孔開(kāi)口部的可能性(非專利文獻(xiàn)8)。在第二種和第三種中，電勢(shì)差的影響有較大關(guān)系。
[0014]在現(xiàn)有的納米孔式的分析中，在試樣為低濃度的情況下，由于試樣到達(dá)納米孔開(kāi)口部的頻率下降，因此存在通過(guò)納米孔的頻率變小，測(cè)量的處理能力下降的問(wèn)題。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0016]非專利文獻(xiàn)
[0017]非專利文獻(xiàn)1: Kasianowicz J.J.; Brandin E.; Branton D.; Deamer D.ff.:Proc.Natl.Acad.Sc1.U.S.A.1996，93，13770-13773
[0018]非專利文獻(xiàn)2:Li J.;D.Stein; C.McMulIan;D.Branton;M.J.Aziz ; J.A.Golovchenko J.A.: 2001，Nature，412，166
[0019]非專利文獻(xiàn)3: Storm A.J`.; J.H.Chen ; X.S.Ling; H.Zandbergen ; C.Dekker2003, Nat.Mater.2，537540
[0020]非專利文獻(xiàn)4:D.Fologea;M.Gershow;B.Ledden;D.S.McNabb; J.A.Golovchenko; J.Li ; Nano Lett2005，5，10，1905
[0021]非專利文獻(xiàn)5:M.Zwolak ;Μ.D.Ventra; Nano Lett2005, 5，3，421
[0022]非專利文獻(xiàn)6:Μ.Taniguchi ;Μ.Tsutsui ;K.Yokota; Τ.Kawa1: ApplPhysLett95, 123701 (2009)
[0023]非專利文獻(xiàn)7: G.Sigalov ; J.Comer ; G.Timp ; A.Aksimentiev: NanoLett2008, 8，1，56
[0024]非專利文獻(xiàn)8:M.Wanunu;W.Morrison; Y.Rabin;A.Y.Grosberg;A.Meller:Nat.Nan0.5，160，2009

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]發(fā)明所要解決的課題
[0026]本發(fā)明的課題在于，提供在使用納米孔的測(cè)量方法中，能提高低濃度的試樣通過(guò)納米孔的通過(guò)頻率，并使處理能力改善的納米孔式生物體高分子分析裝置以及使用該納米孔式生物體1?分子分析裝置的生物體1?分子分析方法。
[0027]用于解決問(wèn)題的方法
[0028]本發(fā)明的發(fā)明人員為解決上述課題，經(jīng)過(guò)反復(fù)地用心研究，完成本發(fā)明，通過(guò)對(duì)配置于納米孔附近的電極施加電壓，擴(kuò)大導(dǎo)入試樣側(cè)的納米孔開(kāi)口部附近的電勢(shì)差，從而成功地將試樣中的生物體高分子聚集于納米孔開(kāi)口部并使其有效地通過(guò)納米孔。[0029]SP，本發(fā)明包含以下。
[0030][I] 一種納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，具有艙室部，該艙室部具有:
[0031]艙室，其具有用基板分隔的試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域；
[0032]第一電極，其設(shè)置于上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域，以及第二電極，其設(shè)置于上述試樣流出區(qū)域；
[0033]薄膜，其形成于上述基板上；
[0034]納米孔，其設(shè)置于上述基板的薄膜上，并連通上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和上述試樣流出區(qū)域；
[0035]第三電極，其配置于上述基板的上述納米孔附近；以及
[0036]電壓施加單元，
[0037]上述電壓施加單元包括對(duì)第一電極和第三電極之間、第一電極和第二電極之間以及第三電極和第二電極之間施加電壓的單元。
[0038][2]根據(jù)[I]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，上述基板還具備面向上述納米孔地配置的測(cè)量用電極。
[0039][3]根據(jù)[I]或[2]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，上述納米孔在最小直徑部具有I?IOOnm的直徑。
[0040][4]根據(jù)[I]?[3]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，上述電壓施加單元構(gòu)成為能夠?qū)⒌谌姌O和第二電極之間的電勢(shì)差可逆地切換。
[0041][5]根據(jù)[2]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，至少一組上述測(cè)量用電極隔著上述納米孔相互對(duì)置地配置。
[0042][6]根據(jù)[2]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，具備隔著上述納米孔與第三電極對(duì)置地配置的上述測(cè)量用電極。
[0043][7]根據(jù)[2]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，至少一組上述測(cè)量用電極沿上述納米孔的軸方向并列地配置。
[0044][8]根據(jù)[2]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，第三電極和上述測(cè)量用電極沿上述納米孔的軸方向并列地配置，上述測(cè)量用電極設(shè)置于比第三電極更靠近上述試樣流出區(qū)域側(cè)的位置。
[0045][9]根據(jù)[I]?[8]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，第三電極配置于上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域側(cè)的納米孔開(kāi)口部附近。
[0046][10]根據(jù)[2]?[5]以及[7]?[9]所述的納米孔式生物體聞分子分析裝置,其特征在于，上述測(cè)量用電極配置于納米孔開(kāi)口部附近或薄膜內(nèi)部。
[0047]根據(jù)[I]?[10]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，第三電極覆蓋除去納米孔開(kāi)口部的薄膜整面。
[0048][11]根據(jù)[I]?[10]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，第三電極覆蓋除了納米孔開(kāi)口部的薄膜整個(gè)面。
[0049][12]根據(jù)[I]?[10]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，第三電極配置于納米孔開(kāi)口部的周圍，或者配置于隔著納米孔對(duì)置的位置。
[0050][13]根據(jù)[I]?[12]任一項(xiàng)所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，第三電極包括多重地以及/或多層地配置的兩個(gè)以上的電極。
[0051][14]根據(jù)[I]?[13]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，具備多個(gè)上述艙室部。
[0052][15] 一種生物體高分子的分析方法，其特征在于，包括下述步驟:
[0053]向[I]?[14]所述的納米孔式生物體高分子分析裝置的上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域?qū)氚矬w高分子的試樣溶液,并通過(guò)在上述第三電極和第一電極之間施加電壓來(lái)聚集帶電的生物體高分子，并使其通過(guò)納米孔，測(cè)量正在通過(guò)納米孔的生物體高分子。
[0054][16]根據(jù)[15]所述的分析方法，其特征在于，
[0055]通過(guò)以上述第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更高且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更低的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，聚集帶負(fù)電的生物體高分子。
[0056][17]根據(jù)[15]所述的分析方法，其特征在于，
[0057]通過(guò)以上述第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更高且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更高的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，之后以第三電極的電勢(shì)比第二電極的電勢(shì)更低的方式改變電壓，聚集帶負(fù)電的生物體高分子并促進(jìn)其通過(guò)納米孔。
[0058][18]根據(jù)[15]所述的分析方法，其特征在于，
[0059]通過(guò)以上述第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更低且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更高的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，聚集帶正電的生物體高分子。
[0060][19]根據(jù)[15]所述的分析方法，其特征在于，
[0061]通過(guò)以上述第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更低且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更低的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，之后以第三電極的電勢(shì)比第二電極的電勢(shì)更高的方式改變電壓，聚集帶正電的生物體高分子聚集并促進(jìn)其通過(guò)納米孔。
[0062][20]根據(jù)[15]?[19]所述的分析方法，其特征在于，
[0063]上述生物體高分子從由核酸、肽核酸、蛋白質(zhì)、多肽以及糖鏈組成的組中進(jìn)行選擇。
[0064]本說(shuō)明書包含作為本申請(qǐng)的要求優(yōu)先權(quán)的基礎(chǔ)的日本國(guó)專利申請(qǐng)2011-173567號(hào)公開(kāi)的內(nèi)容。
[0065]發(fā)明效果
[0066]根據(jù)本發(fā)明，能夠使生物體高分子通過(guò)納米孔的頻率增加，并改善納米孔式測(cè)量法的處理能力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0067]圖1是具備配置有用于將試樣聚集于納米孔開(kāi)口部的第三電極的納米孔基板的納米孔式分析裝置的分析用艙室部的示意圖。
[0068]圖2是不具有第三電極的納米孔式分析裝置的分析用艙室部的對(duì)比圖。
[0069]圖3-1是在納米孔附近配置有電極的納米孔基板的示意圖。
[0070]圖3-2是在整個(gè)面上配置有電極的納米孔基板的示意圖。
[0071]圖3-3是在納米孔周圍配置有電極的納米孔基板的示意圖。
[0072]圖3-4是在納米孔周圍沿整個(gè)面配置有電極的納米孔基板的示意圖。
[0073]圖3-5是在納米孔周圍從納米孔端部后退地配置有電極的納米孔基板的示意圖。[0074]圖3-6是除去從納米孔端部后退的部分之外在納米孔周圍的整個(gè)面上配置電極的納米孔基板的不意圖。
[0075]圖3-7是在納米孔周圍從納米孔端部后退地多重地配置電極的納米孔基板的示意圖。
[0076]圖3-8是在納米孔周圍從納米孔端部后退地多重且多層地配置有電極的納米孔基板的不意圖。
[0077]圖4是具備具有在基板上夾著納米孔且對(duì)置地配置的隧道電流測(cè)量用電極以及試樣聚集用電極的納米孔基板的分析用艙室部的示意圖。
[0078]圖5是具備夾著納米孔且對(duì)置地配置的隧道電流測(cè)量用電極兼用作試樣聚集用電極的納米孔基板的分析用艙室部的示意圖。
[0079]圖6是具備具有沿納米孔軸方向并列地配置的隧道電流測(cè)量用電極和試樣聚集用電極的納米孔基板的分析用艙室部的示意圖。
[0080]圖7是具備沿納米孔軸方向并列地配置的隧道電流測(cè)量用電極的一個(gè)兼用作試樣聚集用電極的納米孔基板的分析用艙室部的示意圖。
[0081]圖8是具備具有沿納米孔軸方向并列地配置的電容測(cè)量用電極和試樣聚集用電極的納米孔基板的分析用艙室部的示意圖。
[0082]圖9是具備沿納米孔軸方向并列地配置的電容測(cè)量用電極兼用作試樣聚集用電極的納米孔基板的分析用艙室部的示意圖。
[0083]圖10是表示了來(lái)自試樣容器的流道的納米孔式分析裝置的分析用艙室部的示意圖。
[0084]圖11-1是具備在生物納米孔的附近具有試樣聚集用電極的納米孔基板的分析用艙室部的示意圖。
[0085]圖11-2是具備將生物納米孔直接地配置于固體膜(薄膜)的孔中，且在納米孔的附近具有試樣聚集用電極的納米孔基板的分析用艙室部的示意圖。
[0086]圖12是配置有多個(gè)具有試樣聚集用電極的納米孔的分析用艙室部的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0087]以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0088]本發(fā)明涉及納米孔式生物體高分子分析裝置以及使用該生物體高分子分析裝置的生物體高分子分析方法，上述生物體高分子分析裝置的特征在于，通過(guò)對(duì)配置于納米孔附近的電極施加電壓，并使納米孔附近的電勢(shì)差增大，向納米孔附近聚集生物體高分子，并高頻率地使生物體高分子通過(guò)納米孔。
[0089]本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置具備艙室部以及配置于其內(nèi)部的基板?；寰哂?基體(基材)；面對(duì)基材而形成的薄膜；設(shè)置在薄膜上的、連通試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域的納米孔；以及配置于納米孔附近的試樣聚集用電極(在本申請(qǐng)說(shuō)明書中，也稱作第三電極)等，且該基板配置于艙室的試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域之間?；逡部梢跃哂忻鎸?duì)試樣聚集用電極(第三電極)而配置的絕緣層?；鍍?yōu)選為固體基板。
[0090]在本發(fā)明中，除電極外，基板能夠由電絕緣體的材料，例如由無(wú)機(jī)材料以及有機(jī)材料(包括高分子材料)形成。作為構(gòu)成基板的電絕緣體材料的例子，可列舉出硅(硅元素)、硅化合物、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯、聚丙烯等。作為硅化合物，可列舉出氮化硅、氧化硅、碳化硅等、氮氧化硅。特別地，構(gòu)成基板的支持部的基體(基材)可以由這些材料中任意的材料制作，例如可以是硅或硅化合物。
[0091]基板的尺寸以及厚度只需能夠設(shè)置納米孔即可而沒(méi)有特別地限定。基板能夠通過(guò)本【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的方法制作，或者也可以通過(guò)從市場(chǎng)購(gòu)買而獲得。例如、基板能夠使用影印或電子束刻印、以及蝕刻技術(shù)、激光沖蝕、注塑成形、鑄造、分子線外延、化學(xué)蒸鍍(CVD)、電子線或者集中離子束等的技術(shù)進(jìn)行制作?；鍨榱吮苊庠诒砻嫖狡渌姆肿?，也可以進(jìn)行表面涂層。
[0092]基板的厚度優(yōu)選為100 μ m?1000 μ m。基板至少具有一個(gè)納米孔。納米孔雖然具體來(lái)說(shuō)設(shè)置于薄膜，但是根據(jù)情況，也可以同時(shí)設(shè)置于基體(基材)、電極以及絕緣體。本發(fā)明中所謂的“納米孔”以及“”是納米(nm)尺寸(B卩，直徑Inm以上且小于I μ m)的孔，是貫通基板且連通試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域的孔。
[0093]基板優(yōu)選具有用于設(shè)置納米孔的薄膜。即，通過(guò)在基板上形成具有適于形成納米尺寸的孔的材料以及厚度的薄膜，能夠?qū)⒓{米孔簡(jiǎn)便且有效地設(shè)置于基板。從納米孔形成這方面來(lái)看，薄膜的材料優(yōu)選例如氧化娃(Si02)、氮化娃(3110、氮氧化娃(3;[(10、金屬氧化物、金屬硅酸鹽等。另外薄膜(或根據(jù)情況為基板整體)也可以實(shí)質(zhì)上是透明的。這里所謂的“實(shí)質(zhì)上透明”是指，外部光能夠透過(guò)大約50%以上、優(yōu)選為80%以上。另外薄膜既可以為單層也可以為多層。薄膜的厚度為Inm?200nm,優(yōu)選為Inm?50nm,更優(yōu)選為Inm?20nm。薄膜能夠通過(guò)本【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的技術(shù)，例如通過(guò)減壓化學(xué)氣相成長(zhǎng)(LPCVD)形成于基板上。
[0094]在薄膜上優(yōu)選也設(shè)置絕緣層。絕緣層的厚度優(yōu)選為5nm?50nm。雖然絕緣層能夠使用任意的絕緣體材料，但優(yōu)選使用例如硅或硅化合物(氮化硅、氧化硅等)。
[0095]本發(fā)明中納米孔或細(xì)孔的所謂的“開(kāi)口部”是指，納米孔或細(xì)孔與試樣溶液相接觸部分的納米孔或細(xì)孔的開(kāi)口圓。在分析生物體高分子時(shí)，試樣溶液中的生物體高分子或離子等從一側(cè)的開(kāi)口部進(jìn)入納米孔并從同一或相反側(cè)的開(kāi)口部向納米孔外移出。
[0096]納米孔的尺寸能夠根據(jù)分析對(duì)象的生物體高分子的種類而選擇適當(dāng)?shù)某叽纭＜{米孔雖然可以具有相同的直徑，但是根據(jù)部位的不同也可以具有不同的直徑。納米孔也可以和具有I μ m以上直徑的細(xì)孔連結(jié)。設(shè)置于基板的薄膜的納米孔的最小直徑部、即該納米孔所具有的最小直徑為直徑IOOnm以下，例如Inm?IOOnm,優(yōu)選為Inm?50nm,例如Inm?IOnm,具體來(lái)說(shuō)優(yōu)選Inm以上且5nm以下，3nm以上且5nm以下等。優(yōu)選在納米孔的這樣的直徑IOOnm以下，優(yōu)選為IOnm以下，例如Inm?IOOnm或Inm?5nm的部分配置測(cè)量用電極等而作為檢測(cè)部。
[0097]ssDNA (單鏈DNA)的直徑大致為1.5nm,用于分析ssDNA的納米孔直徑的適當(dāng)?shù)姆秶鸀?.5nm?IOnm左右，優(yōu)選為1.5nm?2.5nm左右。dsDNA (雙鏈DNA)的直徑大致為
2.6nm,用于分析dsDNA的納米孔直徑的適當(dāng)?shù)姆秶鸀?nm?IOnm左右，優(yōu)選為3nm?5nm左右。在其他的生物體高分子，例如將蛋白質(zhì)、多肽、糖鏈等作為分析對(duì)象的情況下也一樣，能夠?qū)?yīng)生物體高分子的外徑尺寸選擇納米孔直徑。
[0098]納米孔的深度(長(zhǎng)度)能夠通過(guò)調(diào)整基板或基板薄膜的厚度而進(jìn)行調(diào)整。納米孔的深度優(yōu)選為構(gòu)成分析對(duì)象的生物體高分子的單體單位。例如在選擇核酸作為生物體高分子的情況下，納米孔的深度為3個(gè)堿基以上的大下，例如優(yōu)選為約Inm以上。納米孔的形狀(截面形狀)雖然基本上都是圓形或大致圓形，但也可以是橢圓形或多邊形。
[0099]納米孔能夠在基板上至少設(shè)置一個(gè)，在設(shè)置多個(gè)納米孔的情況下，優(yōu)選規(guī)則地進(jìn)行排列。納米孔能夠通過(guò)本【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的方法，例如通過(guò)照射透射型電子顯微鏡(TEM)的電子射線、通過(guò)使用納米刻印技術(shù)或離子束刻印技術(shù)等來(lái)形成。
[0100]電極(第一?第三電極以及測(cè)量用電極等)能夠由金屬，例如白金、鈀、銠、釕等的白金族，金、銀、銅、招、鎳等；石墨，例如石墨烯(單層或多層均可)、鎢、鉭等制作。電極雖然可以是任意形狀，但平面狀的易于加工。
[0101]艙室部具有試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域以及試樣流出區(qū)域、基板、電壓施加單元以及用于測(cè)量通過(guò)納米孔的生物體高分子的測(cè)量用電極等。在適當(dāng)?shù)睦又?，艙室部具?試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域以及試樣流出區(qū)域；具有設(shè)置于試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域的第一電極、設(shè)置于試樣流出區(qū)域的第二電極、以及第三電極的基板；相對(duì)于第一、第二以及第三電極的電壓施加單元；以及用于測(cè)量通過(guò)納米孔的生物體高分子的測(cè)量用電極等?？梢栽谠O(shè)置于試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域的第一電極與設(shè)置于試樣流出區(qū)域的第二電極之間配置電流計(jì)。第一電極和第二電極之間的電流只要在決定試樣的納米孔通過(guò)速度方面適當(dāng)?shù)貨Q定即可，例如，在使用不含有試樣的離子液體的情況下，雖然DNA的話優(yōu)選IOOmV?300mV左右，但并不限定于此。
[0102]本發(fā)明中，雖然為了測(cè)量通過(guò)納米孔的生物體高分子而采用封鎖電流方式、隧道電流方式、電容方式等，但并不限定于此。測(cè)量用電極將適于這些各測(cè)量法的電極以適當(dāng)?shù)呐渲眠M(jìn)行使用。測(cè)量用電極雖然可以為一個(gè)，但優(yōu)選為一組以上。在僅使用一個(gè)測(cè)量用電極的情況下，雖然沒(méi)有限定，但優(yōu)選例如和第三電極組合而進(jìn)行測(cè)量。該情況下的第三電極不僅用作試樣聚集用電極，也起到測(cè)量用電極的作用。一組以上的測(cè)量用電極也可以每組均隔著納米孔對(duì)置地配置，也可以沿納米孔的軸方向并列地配置。在并列地配置的情況下，也可以在測(cè)量用電極之間配置絕緣層。測(cè)量用電極優(yōu)選配置于納米孔開(kāi)口部附近或薄膜內(nèi)部。測(cè)量用電極在沒(méi)有和第三電極組合地用于測(cè)量的情況下，優(yōu)選設(shè)置于比第三電極更靠近上述試樣流出區(qū)域側(cè)的位置。
[0103]第三電極配置于基板的納米孔附近。本發(fā)明中所謂的第三電極“配置于納米孔附近”，是指第三電極的至少一部分面對(duì)納米孔或配置于從納米孔的端部稍稍后退的位置(例如，從納米孔的中心軸開(kāi)始沿鉛垂方向到IOOnm的位置)。本發(fā)明中所謂的“面對(duì)納米孔”是指，第三電極的至少一部分與納米孔軸方向的壁面相接。第三電極也可以覆蓋除納米孔開(kāi)口部之外的薄膜整面，也可以配置于納米孔開(kāi)口部的周圍。本發(fā)明中所謂的第三電極“配置于納米孔的周圍”是指，第三電極在納米孔的附近，以將納米孔完全包圍的方式或大致包圍的方式(優(yōu)選70%以上的圓周，更優(yōu)選為80%以上，例如85%以上)配置?；蛘叩谌姌O也可以是配置于隔著納米孔對(duì)置的位置的電極。該情況下的第三電極優(yōu)選與納米孔的軸方向正交地配置。第三電極也可以是多重配置的電極。該上下文中所謂的“多重”是指，以納米孔為中心，電極以俯視圖中為同心圓狀或大致同心圓狀地配置。第三電極也可以是多層地配置的電極。該上下文中所謂的“多層”是指，電極沿納米孔的軸方向?qū)訝畹嘏渲?。?duì)于多層地配置的電極，優(yōu)選在各層電極和電極之間夾有絕緣層。此外，在本發(fā)明中，即使不存在第一以及第二電極，或第一以及第二電極沒(méi)有用作生物體高分子的聚集，或者在還存在其他的電極的情況下，也能夠?qū)⑴渲糜诨宓募{米孔附近的電極稱為“第三電極”。[0104]根據(jù)情況，在第三電極和其他的電極，例如設(shè)置于艙室外側(cè)(作為一個(gè)例子，與試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域連結(jié)的流入通路或與該流入通路連接的試樣容器)的電極之間施加電壓，其結(jié)果為，也可以構(gòu)成為能夠?qū)⒃嚇酉蚣{米孔附近聚集。
[0105]本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置并不是限定的裝置，除上述艙室部外還具有，典型的來(lái)說(shuō)例如，與試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域以及試樣流出區(qū)域連接的流出流入通路(流道)、測(cè)量通過(guò)納米孔的生物體高分子的測(cè)量部等。測(cè)量部也可以具有增幅電極間的電信號(hào)的放大器(增幅器)、將放大器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及用于記錄測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄裝置等。測(cè)量部也可以是具有具備測(cè)量單元和測(cè)量數(shù)據(jù)記錄單元兩者的數(shù)據(jù)記錄器。例如,通過(guò)對(duì)進(jìn)入納米孔的生物體高分子照射外部光(激發(fā)光)使生物體高分子激發(fā)并產(chǎn)生拉曼散射光，在基于該拉曼散射光的光譜進(jìn)行分析生物體高分子的特性的測(cè)量的情況下，該測(cè)量部也可以具有用于照射外部光的光源和檢測(cè)拉曼散射光的檢測(cè)器(分光檢測(cè)器等)。光源例如，雖然并未限定，但可以是氪(Kr)離子激光器、釹(Nd)激光器、氬(Ar)離子激光器、YAG激光器、氮激光器、剛玉激光器等，波長(zhǎng)約400?800nm，優(yōu)選照射500?600nm的外部光的光源。另外測(cè)量部也可以和光源組合，具有共焦點(diǎn)透鏡以及物鏡、過(guò)濾器、半透明鏡、共焦點(diǎn)針孔等。
[0106]另外，本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置也可以與用于對(duì)由上述測(cè)量部取得的測(cè)量值進(jìn)行分析的外部裝置(例如電腦)連接。
[0107]相對(duì)于第一、第二以及第三電極的電壓施加單元可以是向這些電極間施加電壓的電源部。電源部也可以具有控制或切換施加電壓的控制部。電壓施加單元也可以含有多個(gè)電源，也可以含有單獨(dú)的電源。
[0108]相對(duì)于第三電極的電壓施加單元可以是對(duì)多重地配置的多個(gè)電極之間施加電壓的單元。
[0109]本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置通常來(lái)說(shuō)，具有如下特征，具有:
[0110]艙室，其具有用基板分隔的試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域；
[0111]薄膜，其形成于上述基板上；
[0112]納米孔，且設(shè)置于上述基板的薄膜上，并連通上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和上述試樣流出區(qū)域；
[0113]電極，其配置于上述基板的上述納米孔附近；以及
[0114]電壓施加單元，其對(duì)上述電極施加電壓，
[0115]通過(guò)由上述電壓施加單元使納米孔附近產(chǎn)生電勢(shì)差，使試樣，優(yōu)選為生物體高分子(特別地，帶電的生物體高分子)聚集于納米孔附近。
[0116]本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置典型地來(lái)說(shuō)，其特征在于，具有:
[0117]艙室，其具有用基板分隔的試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域；
[0118]第一電極以及第二電極，該第一電極設(shè)置于上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域，該第二電極設(shè)置于上述試樣流出區(qū)域；
[0119]薄膜，其形成于上述基板上；
[0120]納米孔，其設(shè)置于上述基板的薄膜上，并連通上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和上述試樣流出區(qū)域；
[0121]第三電極，其配置于上述基板的上述納米孔附近；以及[0122]電壓施加單元，
[0123]上述電壓施加單元包括對(duì)第一電極和第三電極之間、第一電極和第二電極之間以及第三電極和第二電極之間分別施加電壓的單元。
[0124]圖1示意地表示了本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置的一個(gè)實(shí)施方式，該實(shí)施方式具備配置有用于將試樣聚集于納米孔開(kāi)口部的第三電極的納米孔基板。
[0125]圖1中表示了納米孔基板以及配置有納米孔基板的艙室部的構(gòu)成。如圖1所示，艙室101由被具有納米孔102的基板103 (納米孔基板)分隔而成的兩個(gè)封閉空間、即試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域104和試樣流出區(qū)域105構(gòu)成。但是，試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域104和試樣流出區(qū)域105經(jīng)納米孔102連通。試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域104以及試樣流出區(qū)域105由通過(guò)分別連結(jié)于兩區(qū)域的流入通路106、107而被導(dǎo)入的液體110、111裝滿。液體110、111從連結(jié)于試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域104以及試樣流出區(qū)域105的流出通路108、109流出。流入通路106和107雖然可以設(shè)置于隔著基板且對(duì)置的位置，但并不限定于此。流出通路108和109雖然可以設(shè)置于隔著基板且對(duì)置的位置，但并不限定于此。
[0126]液體110優(yōu)選是包含作為分析對(duì)象的試樣113的試樣溶液。液體110優(yōu)選含有大量的作為電荷的載體的離子(以下為離子液體112)。液體110優(yōu)選在試樣以外僅包含離子液體112。作為離子液體112，能夠優(yōu)選使用溶解有電離度較高的電解質(zhì)的水溶液，堿類溶液、例如氯化鉀水溶液等。
[0127]試樣113優(yōu)選為在離子液體112中具有電荷的物質(zhì)。試樣113典型的是生物體高分子。
[0128]在試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域104和試樣流出區(qū)域105設(shè)置有以隔著納米孔102對(duì)置的方式配置的電極114、115 (分別為第一電極以及第二電極)。再有，在納米孔102的開(kāi)口部與液體110相接觸側(cè)的附近，包圍納米孔102地配置有電極116 (第三電極)。
[0129]在本實(shí)施方式中，艙室部也具備對(duì)電極114、115、116施加電壓的單元。電壓施加單元是對(duì)電極114和116、電極114和115、電極115和116之間施加電壓的電壓施加單元。
[0130]將在對(duì)電極114、115、116施加電壓的情況下各電極產(chǎn)生的電勢(shì)分別記作V1、V2、V3，則在試樣帶負(fù)電的情況下，通過(guò)以Vl <V3的方式施加電壓、試樣113被牽引而聚集于試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域104側(cè)的納米孔102的開(kāi)口部附近。此時(shí)，若同時(shí)以V3 < V2的方式施加電壓，則試樣113通過(guò)納米孔102，并被牽引向試樣流出區(qū)域105的電極115附近。在該情況下，當(dāng)用電流計(jì)117測(cè)量電極114和115之間的電流時(shí)，在試樣113不存在于納米孔102內(nèi)的情況下，測(cè)量?jī)H離子流動(dòng)的電流，在試樣113存在的情況下，由于試樣113的體積使得能夠通過(guò)納米孔102內(nèi)的離子受到限制，所以流動(dòng)的電流從僅有離子的狀態(tài)減少。將該減少量作為試樣113產(chǎn)生的封鎖電流來(lái)測(cè)量，從而能夠進(jìn)行試樣的分析。即、本發(fā)明的電壓施加單元優(yōu)選為能夠以各電極的電勢(shì)為Vl (第一電極)<V3 (第三電極)<V2 (第二電極)的方式同時(shí)地施加電壓的構(gòu)成。
[0131]在將本實(shí)施方式的具有艙室部的納米孔式生物體高分子分析裝置用于生物體高分子的分析的情況下，為使試樣113盡可能快速地到達(dá)納米孔開(kāi)口部，優(yōu)選Vl和V3的電勢(shì)差較大。因?yàn)樵嚇油ㄟ^(guò)納米孔對(duì)電信號(hào)的輸出速度有影響，所以V3和V2的電勢(shì)差優(yōu)選為對(duì)應(yīng)電流檢測(cè)系統(tǒng)的采樣速度的適當(dāng)?shù)闹?。例如，減小V3和V2的電勢(shì)差使試樣緩慢地通過(guò)納米孔，通過(guò)多次測(cè)量試樣113存在的狀態(tài)，再進(jìn)行平均化或統(tǒng)計(jì)處理，能夠得到精度較聞的輸出。[0132]在試樣113帶正電的情況下，向與帶負(fù)電的逆向施加電壓。例如、為V1>V3>V2。
[0133]作為其他的狀態(tài)，也可以將使試樣113聚集于納米孔102附近的階段和使試樣113通過(guò)納米孔102的階段分離地進(jìn)行。在該情況下，在試樣113帶負(fù)電的情況下，在使試樣113聚集于納米孔102附近的階段中，以Vl < V3的方式施加電壓。此時(shí)V2為任意電勢(shì)均可，也可以使V3 ^ V2。接下來(lái)，在使試樣113通過(guò)納米孔102的階段中，可以以Vl ^ V3 < V2的方式施加電壓，或者也可以以V3斷開(kāi)、Vl < V2的方式施加電壓。這樣通過(guò)使試樣113暫時(shí)聚集于納米孔102開(kāi)口部附近，其后使試樣113通過(guò)納米孔102，能夠在短時(shí)間內(nèi)使較多的試樣通過(guò)。即本發(fā)明的電壓施加單元能夠以各電極的電勢(shì)為Vl (第一電極)<V3 (第三電極)且V3 (第三電勢(shì))3V2 (第二電勢(shì))的方式施加電壓，且其后能夠以Vl ^ V3 < V2方式施加電壓或者以V3斷開(kāi)、Vl < V2的方式施加電壓，優(yōu)選構(gòu)成為能夠可逆地切換第三電極和第二電極之間的電壓。這里所謂的“可逆地”是指，例如以V3 ^ V2的方式施加電壓的狀態(tài)和以V3 < V2的方式施加電壓狀態(tài)或V3斷開(kāi)狀態(tài)之間容易地切換。
[0134]在該方法中，因?yàn)槟軌蚩刂品怄i電流的檢測(cè)開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)，所以能夠僅檢測(cè)試樣通過(guò)納米孔的時(shí)間，能夠進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)收集。除監(jiān)測(cè)基線狀態(tài)的情況之外，以試樣未通過(guò)納米孔的狀態(tài)分析試樣將得到冗余的數(shù)據(jù)。在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)的本測(cè)量法由于能夠避免這樣冗余的數(shù)據(jù)的收集而能夠有效地收集數(shù)據(jù)，稱得上是重要的技術(shù)。
[0135]上述在試樣帶正電的情況下也可以實(shí)施，在該情況下，各電極間產(chǎn)生與試樣帶負(fù)電的情況相反的電勢(shì)差。
[0136]將本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置的艙室部與不具有第三電極的艙室部進(jìn)行比較說(shuō)明。在圖2中表示了將納米孔基板配置于艙室部?jī)?nèi)部且該基板上不具有第三電極的艙室部的構(gòu)成。艙室201由被具有納米孔202的納米孔基板203分離成兩個(gè)封閉的空間204和205構(gòu)成，并由通過(guò)流入通路206、207和流出通路208、209而被導(dǎo)入的液體210、211填滿。液體210和211包含大量的作為電荷的載體的尚子(以下為尚子液體),再有,液體210和211的任意一方包含少量作為分析對(duì)象的少量試樣212，若利用配置于納米孔兩側(cè)的電極213、214施加電壓，則離子和攜帶電荷的試樣通過(guò)納米孔而移動(dòng)。離子液體與本發(fā)明相同，例如使用氯化鉀水溶液等。在試樣212通過(guò)納米孔202時(shí)，通過(guò)檢測(cè)試樣212和納米孔202的物理的、電氣的、化學(xué)的相互作用，分析試樣212的成分。例如、當(dāng)向空間204內(nèi)導(dǎo)入帶有負(fù)電荷的DNA等試樣212，且對(duì)電極213和電極214以電極214為高電勢(shì)的方式施加電壓時(shí)，則在試樣212通過(guò)納米孔202時(shí)，由于相比于試樣212不存在于納米孔202內(nèi)時(shí)，存在時(shí)的離子通過(guò)納米孔的量減少，因此通過(guò)檢測(cè)電極213和214間的電流值下降的現(xiàn)象(封鎖電流方式)，能夠?qū)υ嚇舆M(jìn)行分析。
[0137]但是在使用該裝置的情況下，在試樣212為低濃度的情況下，因?yàn)樵嚇?12到達(dá)納米孔202開(kāi)口部的頻率變小，所以試樣212通過(guò)納米孔202檢測(cè)信號(hào)的頻率也變小，測(cè)量的處理能力低下成為問(wèn)題。在電勢(shì)差移動(dòng)方式中，雖然通過(guò)增大電勢(shì)差能夠使到達(dá)頻率增大，但因?yàn)樵嚇?12通過(guò)納米孔202的速度也增加，所以難以正確地取得信號(hào)。例如，在試樣為DNA或RNA的情況下，需要識(shí)別以0.3~0.7nm鄰接的各堿基，一般地在IM的KCl水溶液中，當(dāng)1000個(gè)InM的堿基用于關(guān)聯(lián)的雙鏈DNA，并在IOOmV的施加電壓下使其通過(guò)直徑5~10nm、長(zhǎng)度20nm的納米孔時(shí)，頻率為0.5?I次/秒，因?yàn)橥ㄟ^(guò)速度為Imsec以下，因此必須以I μ sec以下的高速采樣取得IOOpA左右的一個(gè)堿基的信號(hào)。
[0138]作為使納米孔通過(guò)頻率增加的方法，具有KCl水溶液的濃度因納米孔202兩側(cè)的液體210和211改變而形成濃度梯度，從而使納米孔開(kāi)口部附近的電勢(shì)差增大的方法，但是KCl水溶液的飽和濃度在20°C下為3.4mol / L，濃度梯度變大也存在界限(M.Wanunu，W.Morrison, Y.Rabin, A.Y.Grosberg, A.Meller, 2009, Nat.Nano, 379)。
[0139]為使試樣通過(guò)納米孔的頻率不變地使測(cè)量的處理能力提高，雖然能夠以增加納米孔的數(shù)量、并列化等對(duì)應(yīng)，但是難以將多個(gè)納米孔制造為相同的尺寸，制造上差別有可能轉(zhuǎn)變?yōu)闄z測(cè)信號(hào)的差別，難以進(jìn)行高精度的檢測(cè)。
[0140]在試樣為低濃度DNA的情況下,雖然也存在通過(guò)Polymerase Chain Reaction法(pciui)等進(jìn)行增幅的方法，但是從產(chǎn)生增幅誤差、存在難以增幅的部位等、涉及精度的問(wèn)題點(diǎn)或因利用Polymerase等的酵素而導(dǎo)致高成本的問(wèn)題來(lái)看,優(yōu)選不使用PCR法。
[0141]對(duì)此，在本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置中，通過(guò)在艙室部的基板配置第三電極并對(duì)電極114 (第一電極)以及電極115 (第二電極)和第三電極之間施加電壓，將試樣(帶電的生物體高分子)聚集于納米孔開(kāi)口部附近，且能夠容易地提高納米孔通過(guò)頻率。
[0142]圖3 — I表示本發(fā)明中使用的基板的一個(gè)實(shí)施方式。
[0143]圖3 — I (a)表不基板301的俯視圖。圖3 — I (b)表不圖3 — I (C)的A —A線首1J視圖。圖3 — I (c)表不圖3 — 1 (a)的I— I線首I]視圖。
[0144]如圖3 -1所示，配置于艙室內(nèi)的基板301由基體(基材)302、薄膜303、電極304、絕緣層305構(gòu)成。
[0145]在基板的薄膜上設(shè)置有為納米等級(jí)尺寸細(xì)孔的納米孔306。納米孔306貫通基板。
[0146]納米孔306的尺寸優(yōu)選Inm?100nm。納米孔的制作能夠通過(guò)使用集束離子束的方法、使用電子束的方法等已知的方法實(shí)施(例如參照J(rèn).Li，D.Stein etal., 2001, Nature, 412, 166、A.J.Storm et al., 2003, Nat.Mater.2, 537540)。
[0147]雖然并沒(méi)有限定，但是涉及材質(zhì)的適合例的話，能夠優(yōu)選使用硅作為基體302，氮化硅、氧化硅或碳化硅作為薄膜303，金、白金、鎢或鉭作為電極304，氮化硅、氧化硅等作為絕緣層305。
[0148]基板301優(yōu)選其厚度為100 μ m?1，000 μ m。優(yōu)選基體302的厚度為100 μ m?1000 μ m,電極304的厚度為Inm?100nm、絕緣層的厚度為5nm?50nm。薄膜的厚度雖然也根據(jù)第三電極(試樣聚集用電極)或測(cè)量用電極的配置以及數(shù)量而變化，但是優(yōu)選在如圖3—1所示的構(gòu)成的情況下，薄膜的厚度為Inm?IOnm,優(yōu)選為Inm?5nm。
[0149]電極304配置于基板的納米孔306附近。電極304也可以例如如圖3 — I所示，由包圍納米孔306的部分以及起到從該處向基板的外側(cè)端部延伸的用于施加電壓的導(dǎo)引線作用的部分而構(gòu)成。在該情況下，包圍納米孔306的部分以及起到導(dǎo)引線作用的部分分別為直徑IOnm?I, OOOnrn、寬度IOnm?I, OOOnm的形狀。
[0150]作為電極304以及具有納米孔的基板的制作順序，并沒(méi)有限定，例如列舉有，在基體302上蒸鍍薄膜303，將電極304以使用圖案的選擇性蝕刻工藝或剝離工藝進(jìn)行加工，在蒸鍍了絕緣層305后，進(jìn)行納米孔306的加工的方法。在形成多個(gè)納米孔的情況下，對(duì)環(huán)繞各納米孔的每個(gè)電極制作不同的導(dǎo)引線，從而能夠施加不同的電壓。
[0151]另外，圖3 — 2表示基板的其他的實(shí)施方式307。
[0152]圖3 — 2 Ca)表示基板307的俯視圖。圖3 — 2 (b)表示圖3 — 2 (C)的B — B線剖視圖。圖3 — 2 (c)是圖3 — 2 Ca)的II — II線剖視圖。
[0153]在圖3 — 2所示的實(shí)施方式中，與圖3 -1所示的基板構(gòu)造不同之處在于電極(第三電極)的形狀，電極308以覆蓋基板的薄膜整面(納米孔除外)的方式形成。電極308的制作代表性地來(lái)說(shuō)，能夠通過(guò)在基板整面蒸鍍電極部件而簡(jiǎn)單地進(jìn)行。另外，即使在薄膜上形成多個(gè)納米孔的情況下，也能夠通過(guò)電極308對(duì)所有納米孔一同施加相同的電壓。
[0154]圖3 — 3表示基板的其他的實(shí)施方式309。
[0155]圖3 —3 (a)表不基板309的俯視圖。圖3 —3 (b)表不圖3 — 3 (C)的C — C線剖視圖。圖3 — 3 (c)是圖3 — 3 Ca)的III — III線剖視圖。
[0156]在圖3 — 3所示的實(shí)施方式中，與圖3 -1所示的基板構(gòu)造的不同點(diǎn)在于絕緣層的形狀，絕緣層312以在納米孔附近電極310露出至空間311的方式形成。在該情況下，通過(guò)由電極310產(chǎn)生的能夠吸引試樣的空間(電場(chǎng))擴(kuò)大,能夠易于大范圍地聚集試樣。作為基板的制作方法，需要將絕緣層312以使用圖案的選擇性蝕刻工藝或者剝離工藝進(jìn)行加工。
[0157]另外，圖3 — 4表示基板的其他的實(shí)施方式313。
[0158]圖3 —4 (a)表不基板313的俯視圖。圖3 —4 (b)表不圖3 — 4 (C)的D —D線剖視圖。圖3 — 4 (c)為圖3 — 4 Ca)的IV — IV線剖視圖。
[0159]圖3 — 4所示的實(shí)施方式為圖3 — 2的實(shí)施方式307和圖3 — 3的實(shí)施方式309組合而成的形狀，電極314形成于薄膜整面，且絕緣層316以電極314露出至空間315的方式形成。該實(shí)施方式兼具圖3 — 2的實(shí)施方式307和圖3 — 3的實(shí)施方式309的優(yōu)點(diǎn)。
[0160]另外圖3 — 5表不基板的其他的實(shí)施方式317。
[0161]圖3 — 5 Ca)表示基板317的俯視圖。圖3 — 5 (b)表示圖3 — 5 (C)的E — E線剖視圖。圖3 —5 (c)為圖3 —5 (a)的V —V線剖視圖。
[0162]在圖3 — 5所示的實(shí)施方式中，納米孔318僅形成在薄膜319上，隔著納米孔318地(即，在納米孔的周圍)配置電極320。作為該基板的制作順序，在基體321上蒸鍍膜319，在膜319上通過(guò)使用圖案的選擇性蝕刻工藝或剝離工藝等預(yù)先形成電極320和絕緣層322，其后，在部分的薄膜319上通過(guò)電子線或離子束加工納米孔318。對(duì)納米孔的加工來(lái)說(shuō)，優(yōu)選作為納米孔加工對(duì)象的膜的厚度較薄，另外，與對(duì)蒸鍍絕緣層的薄膜進(jìn)行納米孔加工相t匕，僅在薄膜的加工中難以混入材料，因此在僅在薄膜319上設(shè)置納米孔的本實(shí)施方式中，能夠?qū)崿F(xiàn)容易且聞品質(zhì)的加工。
[0163]另外，圖3 — 6表不基板的其他的實(shí)施方式323。
[0164]圖3 —6 (a)表不基板323的俯視圖。圖3 —6 (b)表不圖3 — 6 (C)的F —F線剖視圖。圖3 — 6 (c)為圖3 — 6 Ca)的VI — VI線剖視圖。
[0165]在圖3 — 6所示的實(shí)施方式中，與圖3 — 5的實(shí)施方式317所示的基板構(gòu)造的不同點(diǎn)在于電極的形狀，電極324除去從納米孔端部后退的部分，形成于薄膜整面上。
[0166]另外，圖3 — 7表不基板的其他的實(shí)施方式325。
[0167]圖3 — 7 Ca)表示基板325的俯視圖。圖3 — 7 (b)表示圖3 — 7 (C)的G — G線剖視圖。圖3 — 7 (c)為圖3 — 7 Ca)的VII — VII線剖視圖。[0168]在圖3 — 7所示的實(shí)施方式中，通過(guò)在納米孔326的周圍多重(雙重)地配置電極327和328，能夠更大范圍地聚集試樣。例如，在試樣帶負(fù)電的情況下，通過(guò)使對(duì)內(nèi)側(cè)的電極327施加的電勢(shì)V327、對(duì)外側(cè)的電極328施加的電勢(shì)V328為V327 > V328，能夠使試樣聚集于納米孔326附近。在試樣帶正電的情況下，施加相反的電壓即可。如果三重、四重地設(shè)置電極，則能夠從更大范圍內(nèi)向納米孔附近聚集試樣。再有，通過(guò)以Vl < V328 ^ V327 < V2的方式施加電壓，能夠使聚集于納米孔附近的試樣高效率地通過(guò)納米孔。
[0169]另外，圖3 — 8表不基板的其他的實(shí)施方式329。
[0170]圖3 — 8 Ca)表示基板329的俯視圖。圖3 — 8 (b)表示圖3 — 8 (C)的H — H線剖視圖。圖3 — 8 (c)為圖3 — 8 Ca)的VIII — VIII線剖視圖。 [0171]圖3 — 8所示的實(shí)施方式與圖3 - 7的實(shí)施方式同樣地是在納米孔的周圍將電極多重地包圍的方法，但如該圖所示，能夠進(jìn)一步將電極多層化。電極330和331為在各層(從納米孔端部后退的部分除外)的整個(gè)面上蒸鍍電極部件的構(gòu)造。對(duì)于將試樣聚集于納米孔附近，例如，在試樣帶負(fù)電的情況下，對(duì)電極330施加電勢(shì)V330，對(duì)電極331施加電勢(shì)V331，并使V330 >V331。在試樣帶正電的情況下，施加相反的電壓即可。由此，能夠進(jìn)一步強(qiáng)力地將試樣聚集于納米孔附近。另外，通過(guò)多層化使得向電極配置導(dǎo)引線更容易。
[0172]在圖3 — I~3 — 8所示的實(shí)施方式中，雖然記載為基板上部為薄膜、下部為基體，但在配置在艙室中時(shí)，薄膜和基體的上下關(guān)系顛倒也沒(méi)有關(guān)系。但是，第三電極優(yōu)選形成于試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域側(cè)。
[0173]與圖3的實(shí)施方式對(duì)應(yīng)的納米孔式生物體高分子分析裝置的特征在于，具有:將開(kāi)有一個(gè)或多個(gè)納米等級(jí)尺寸細(xì)孔的薄膜和上述薄膜間隔而分離成兩個(gè)區(qū)域的試樣導(dǎo)入側(cè)的第一艙室以及試樣流出側(cè)的第二艙室；向上述艙室的兩區(qū)域分別進(jìn)行送液的流出流入通路；上述基板分隔且為了施加電壓而設(shè)置的，配置于第一艙室的第一電極、配置于第二艙室的第二電極、配置于納米孔附近的第三電極；對(duì)電極施加電壓的電源；增幅電極間的電信號(hào)的放大器；以及將放大器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出并記錄的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)記錄器，且第三電極配置在納米孔的兩開(kāi)口內(nèi)且第一艙室側(cè)附近。
[0174]圖4表示本發(fā)明的其他的實(shí)施方式。
[0175]圖4 Ca)表示記載本發(fā)明的艙室部的納米孔測(cè)量系統(tǒng)401。圖4 (b)表示將圖4(a)所示的基板在電極409中與納米孔404的軸方向鉛垂地切斷的J 一 J線剖視圖。
[0176]雖然艙室或納米孔基板的配置、使用的液體等與圖1的實(shí)施方式101相同，但是作為測(cè)量試樣402的方法，與圖3的封鎖電流不同，而是使用隧道電流。因此，優(yōu)選在納米孔基板403上配置隔著納米孔404對(duì)置的用于測(cè)量隧道電流的電極405、406。若在電極405和電極406之間施加電壓，則在艙室內(nèi)的電極間的位置存在試樣402的情況下隧道電流流動(dòng)，從而能夠根據(jù)隧道電流的大小來(lái)分析試樣的成分。電極407、408、409有助于使試樣402通過(guò)納米孔404，特別地，電極409與圖1的實(shí)施方式101的電極116 —樣，起到將試樣402聚集于納米孔404附近的作用。通過(guò)將試樣402聚集于納米孔404附近，使得試樣402高頻率地通過(guò)納米孔404，從而能提高測(cè)量的處理能力。
[0177]圖4的實(shí)施方式所對(duì)應(yīng)的納米孔式生物體高分子分析裝置的特征在于，具有:將開(kāi)有一個(gè)或多個(gè)納米等級(jí)尺寸的細(xì)孔的薄膜和由上述薄膜分隔而分成兩個(gè)區(qū)域的試樣導(dǎo)入側(cè)的第一艙室以及試樣流出側(cè)的第二艙室；向上述艙室的兩區(qū)域分別進(jìn)行送液的流出流入通路；由上述基板分隔且為了施加電壓而設(shè)置的，配置于第一艙室的第一電極、配置于第二艙室的第二電極、配置于納米孔附近的第三電極、位于第三電極附近并沿納米孔的軸方向直行，分別對(duì)置地配置的第四和第五電極；對(duì)電極施加電壓的電源；增幅電極間的電信號(hào)的放大器；以及將放大器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出并記錄的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)記錄器，且第三電極位于納米孔開(kāi)口的第一艙室側(cè)附近，第四、第五電極位于第二艙室側(cè)附近或者形成有納米孔的薄膜內(nèi)部。
[0178]圖5表示本發(fā)明的其他的實(shí)施方式。
[0179]圖5 (a)表不記載有本發(fā)明的艙室部的納米孔測(cè)量系統(tǒng)501。圖5 (b)表不將圖
5Ca)所示的基板在電極502、503中與納米孔的軸方向鉛垂地切斷的K 一 K線剖視圖。
[0180]在該實(shí)施方式中，圖4的實(shí)施方式的電極409所起到的聚集試樣的作用也被作為隧道電流測(cè)量用電極的電極502和503代替。試樣504的成分分析也可以利用在電極502和電極503的電極間產(chǎn)生的隧道電流來(lái)進(jìn)行。利用電極505和電極506之間的電勢(shì)差引導(dǎo)試樣504的移動(dòng)。例如，在試樣帶負(fù)電荷的情況下，若對(duì)電極505、506、502、503分別施加電勢(shì)￥505、￥506、￥502、￥503，則通過(guò)使￥505 < V502 < V503 < V506，能夠在電極 505 和電極502之間以及電極505和電極503之間，因電勢(shì)差而產(chǎn)生的力作用于試樣504，使試樣504聚集于納米孔507附近。聚集的試樣504被電極506牽引，通過(guò)納米孔507，此時(shí)通過(guò)電極502和電極503之間。因此，能夠通過(guò)檢測(cè)在電極502和電極503之間產(chǎn)生的隧道電流的變化來(lái)測(cè)量試樣的成分。
[0181]也可以將試樣504向納米孔附近聚集的階段和檢測(cè)試樣504的成分的階段分開(kāi)進(jìn)行。以如下方式施加電壓即可:在試樣504的聚集階段中，V505 < V502 ^ V503、V506
<V502 ^ V503，在試樣的檢測(cè)階段中，V505 < V502 < V503 < V506。
[0182]圖5的實(shí)施方式所對(duì)應(yīng)的納米孔式生物體高分子分析裝置的特征在于，例如具有:將開(kāi)有一個(gè)或多個(gè)納米等級(jí)尺寸的細(xì)孔的薄膜和由上述薄膜分隔而分成兩個(gè)區(qū)域的試樣導(dǎo)入側(cè)的第一艙室以及試樣流出側(cè)的第二艙室；向上述艙室的兩區(qū)域分別進(jìn)行送液的流出流入通路；由上述基板分隔且為了施加電壓而設(shè)置的，配置于第一艙室的第一電極、配置于第二艙室的第二電極、配置于納米孔附近并沿納米孔的軸方向直行，分別對(duì)置地配置的第三和第四電極；對(duì)電極施加電壓的電源；增幅電極間的電信號(hào)的放大器；以及將放大器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出并記錄的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)記錄器，且第三和第四電極位于納米孔開(kāi)口的第一艙室側(cè)附近。
[0183]圖6表不本發(fā)明的其他的實(shí)施方式。
[0184]圖6 (a)表不記載有本發(fā)明的艙室部的納米孔測(cè)量系統(tǒng)601。圖6 (b)表不將圖
6Ca)所示的基板在電極605中與納米孔602的軸方向鉛垂地切斷的L 一 L線剖視圖。
[0185]在該實(shí)施方式中，沿納米孔602的軸方向并列地配置測(cè)量用電極603、604，代替在圖4的實(shí)施方式中配置于隔著納米孔404對(duì)置的位置的隧道電流測(cè)量用電極405、406。電極605與圖4的實(shí)施方式的電極409 —樣，起到向納米孔602附近使試樣606聚集的效果。測(cè)量用的電極603和604優(yōu)選相互非常接近地配置。例如，電極603和604之間的間隔優(yōu)選為0.3nm~20nm,更優(yōu)選為5nm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2nm以下。優(yōu)選在電極603和604之間用絕緣層分隔。另外，作為試樣聚集用電極的電極605和測(cè)量用電極603之間的間隔優(yōu)選比電極603和604之間的 間隔更大。電極605和測(cè)量用電極603之間的間隔例如為IOnm以上，更優(yōu)選為20nm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為30nm以上。
[0186]若對(duì)電極603和電極604之間施加電壓，則在試樣606通過(guò)納米孔602時(shí)，對(duì)應(yīng)試樣成分的隧道電流流動(dòng)。利用電極607、608、605的電勢(shì)差引導(dǎo)試樣的移動(dòng)。例如,在試樣606帶負(fù)電的情況下，若對(duì)各電極607、608、605施加電勢(shì)V607、V608、V605，則通過(guò)使V607
<V605 < V608,能夠使試樣606通過(guò)納米孔602。通過(guò)V607和V605的電勢(shì)差變大，能夠使更多試樣606向納米孔602附近聚集，試樣606通過(guò)納米孔602的頻率增加，能夠提高測(cè)量的處理能力。
[0187]圖6的實(shí)施方式所對(duì)應(yīng)的納米孔式生物體高分子分析裝置的特征在于，例如具有:將開(kāi)有一個(gè)或多個(gè)納米等級(jí)尺寸的細(xì)孔的薄膜和由上述薄膜分隔而分成兩個(gè)區(qū)域的試樣導(dǎo)入側(cè)的第一艙室以及試樣流出側(cè)的第二艙室；向上述艙室的兩區(qū)域分別進(jìn)行送液的流出流入通路；由上述基板分隔且為了施加電壓而設(shè)置的，配置于第一艙室的第一電極、配置于第二艙室的第二電極，配置于納米孔附近的第三、第四、第五電極；對(duì)電極施加電壓的電源；增幅電極間的電信號(hào)的放大器；以及將放大器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出并記錄的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)記錄器，且第三電極配置于納米孔開(kāi)口的第一艙室側(cè)附近，第四、第五電極位于第二艙室側(cè)附近或者形成納米孔的薄膜內(nèi)部，各個(gè)電極均垂直于納米孔的軸方向，且電極彼此分別平行地配置。
[0188]圖7表示本發(fā)明的其他的實(shí)施方式。
[0189]圖7 (a)表示記載有本發(fā)明的艙室部的納米孔測(cè)量系統(tǒng)701。圖7(b)表示將圖
7Ca)所示的基板在電極702中與納米孔的軸方向鉛垂地切斷的M-M線剖視圖。
[0190]在該實(shí)施方式中，圖6的實(shí)施方式的電極605所起到的聚集試樣的作用也被作為隧道電流測(cè)量用電極的電極702代替。試樣703的成分分析也可以利用在電極702和電極704的電極間產(chǎn)生的隧道電流來(lái)進(jìn)行。例如，在試樣703帶負(fù)電的情況下，若對(duì)電極702、704、705、706 分別施加電勢(shì) V702、V704、V705、V706，則通過(guò)使 V705 < V702 < V704 < V706,能夠在電極705和電極702之間聚集試樣，能夠通過(guò)在電極702和電極704之間產(chǎn)生的隧道電流測(cè)量試樣的成分。
[0191]也可以將聚集試樣703的階段和檢測(cè)試樣703的階段分離。以如下方式施加電壓即可:在試樣703的聚集階段中，V705 < V702、V706 ^ V704 ^ V702，在試樣的測(cè)試階段中，V705 < V702 < V704 < V706。
[0192]圖7的實(shí)施方式所對(duì)應(yīng)的納米孔式生物體高分子分析裝置的特征在于，例如具有:將開(kāi)有一個(gè)或多個(gè)納米等級(jí)尺寸的細(xì)孔的薄膜和由上述薄膜分隔而分成兩個(gè)區(qū)域的試樣導(dǎo)入側(cè)的第一艙室以及試樣流出側(cè)的第二艙室；向上述艙室的兩區(qū)域分別進(jìn)行送液的流出流入通路；由上述基板分隔且為了施加電壓而設(shè)置的，配置于第一艙室的第一電極、配置于第二艙室的第二電極、配置于納米孔附近的第三、第四電極；對(duì)電極施加電壓的電源；增幅電極間的電信號(hào)的放大器；以及將放大器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出并記錄的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)記錄器，且第三電極配置于納米孔開(kāi)口的第一艙室側(cè)附近，第四電極配置于第二艙室側(cè)附近或形成納米孔的薄膜內(nèi)部，各個(gè)電極均垂直于納米孔的軸方向，且電極彼此分別平行地配置，第三電極和第四電極之間的間隔為5nm以下，例如2nm以下。
[0193]圖4~7雖然表示了用隧道電流檢測(cè)試樣成分的測(cè)量法，但是也可以用其他方法進(jìn)行檢測(cè)。[0194]圖8表示本發(fā)明的其他的實(shí)施方式，該實(shí)施方式表示通過(guò)測(cè)量電容來(lái)分析試樣成分的情況下的艙室、納米孔、電極的構(gòu)成。
[0195]圖8 (a)表示記載有本發(fā)明的艙室部的納米孔測(cè)量系統(tǒng)801。圖8 (b)為將圖8(a)所示的基板在電極802與納米孔的軸方向鉛垂地切斷的N — N線剖視圖。
[0196]在該實(shí)施方式中，電極802、804以及805沿納米孔803的軸方向并列地配置，電極802面對(duì)納米孔803地配置于納米孔的附近。電極804和電極805配置于薄膜內(nèi)部比靠近電極802的納米孔803的開(kāi)口部更靠?jī)?nèi)側(cè)的位置，即比電極802更位于上述試樣流出區(qū)域側(cè)的位置。
[0197]測(cè)量用電極804和電極805之間的間隔與圖6的實(shí)施方式一樣，優(yōu)選為相互非常接近地配置。例如、電極804和805之間的間隔優(yōu)選為0.3nm?20nm，更優(yōu)選為5nm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2nm以下。優(yōu)選在電極804和805之間用絕緣層分隔。另外作為試樣聚集用電極的電極802和測(cè)量用電極804之間的間隔與圖6的實(shí)施方式一樣，優(yōu)選為比電極804和805之間的間隔更大。
[0198]在該實(shí)施方式中，通過(guò)測(cè)量在試樣806通過(guò)納米孔803時(shí)，電極804和電極805間的電壓，能夠測(cè)量電容并分析試樣的成分。電極802起到將試樣806聚集于納米孔803附近的作用。在試樣帶負(fù)電的情況下，若對(duì)各電極802、807、808施加電勢(shì)V802、V807、V808，則通過(guò)使V807 < V802 < V808,能夠使試樣806有效地通過(guò)納米孔803。
[0199]圖9表示使用測(cè)量電容的本發(fā)明的其他的實(shí)施方式。
[0200]圖9 (a)表示記載有本發(fā)明的艙室部的納米孔測(cè)量系統(tǒng)901。圖9(b)表示將圖9 Ca)所示的基板在電極902與納米孔的軸方向鉛垂地切斷的O — O線剖視圖。
[0201]在該實(shí)施方式中，圖8的實(shí)施方式的電極802所起到的聚集試樣的作用也可以被作為電容測(cè)量用的電極的電極902代替。試樣903的成分分析也能夠通過(guò)測(cè)量電極902和電極904的電極間電容來(lái)進(jìn)行。例如，在試樣903帶負(fù)電的情況下，若對(duì)電極902、904、905、906分別施加電勢(shì)V902、V905、V906，則通過(guò)使V905 < V902 < V906，能夠在電極905和電極902之間聚集試樣。然后通過(guò)測(cè)定電極902和電極904之間的電容，能夠分析試樣903的成分。
[0202]也可以將聚集試樣903的階段和檢測(cè)試樣903的階段分離地進(jìn)行。以如下方式施加電壓即可:在試樣903的聚集階段中，使V905 < V902、V906含V902，在試樣的檢測(cè)階段中，使 V905 < V902 < V906。
[0203]圖10表不本發(fā)明的向艙室導(dǎo)入試樣的實(shí)施方式的一個(gè)例子。具體地來(lái)說(shuō),表不記載有本發(fā)明的艙室部、試樣容器以及流道的納米孔測(cè)量系統(tǒng)1001。
[0204]在該實(shí)施方式中，試樣1003存在于試樣容器1002,將該試樣1003吸引并送入艙室1004，再有，能夠向納米孔1005的開(kāi)口部附近聚集。電極1007也可以配置于連結(jié)試樣容器1002和艙室1004的流道1006的試樣容器側(cè)的流道自身或流道附近。在該電極1007和配置于納米孔1005的開(kāi)口部的電極1008之間施加電壓，通過(guò)電泳使試樣1003從試樣容器1002移動(dòng)到納米孔1005的開(kāi)口部。流道1006對(duì)應(yīng)試樣1003的電荷狀態(tài)，也可以實(shí)施用于防止或促進(jìn)電浸透流的表面涂層。
[0205]試樣1003的檢測(cè)部1009配置于比電極1008更遠(yuǎn)離納米孔1005開(kāi)口部的區(qū)域內(nèi)。作為檢測(cè)方式，例如有，上述的封鎖電流方式、隧道電流方式、電容方式或者檢測(cè)由納米孔和試樣互動(dòng)而產(chǎn)生的物理的、電的、化學(xué)的變化的方式。另外，在檢測(cè)部1009使用電極的情況下，使電極1008具有的使試樣1003移動(dòng)的功能也可以由檢測(cè)部1009的電極代替。在該情況下，檢測(cè)部1009能夠配置于納米孔1005的導(dǎo)入試樣1003的開(kāi)口部附近。例如，在以封鎖電流方式檢測(cè)的情況下，在電極1010和電極1011之間施加電壓，并測(cè)量試樣1003通過(guò)納米孔1005時(shí)電流值的變化。電極1007起到使試樣1003從試樣容器1002向艙室1004移動(dòng)，并且使試樣1003向納米孔1005的附近聚集的作用。
[0206]圖11 一 I表示作為本發(fā)明的其他的實(shí)施方式的納米孔測(cè)量系統(tǒng)1101，該系統(tǒng)記載有具備納米孔基板的分析用艙室部，上述納米孔基板在生物納米孔附近具有試樣聚集用電極。
[0207]在該實(shí)施方式中，由α-溶血素等形成的生物納米孔1102配置于脂質(zhì)雙重膜1103，脂質(zhì)雙重膜1103能夠配置于在樹脂制或由硅化合物等的材料構(gòu)成的固體膜1104上開(kāi)的孔1105中。通過(guò)對(duì)以包圍孔1105的方式配置在固體膜1104上的電極1106施加電壓，促使試樣1107聚集于納米孔1102的開(kāi)口部。
[0208]檢測(cè)能夠使用例如圖11 一 I所示的封鎖電流方式，只要對(duì)電極1108和電極1109施加電壓，測(cè)量在試樣1107通過(guò)生物納米孔1102時(shí)在電極1108和電極1109之間流動(dòng)的電流值的變化即可。在試樣1107帶負(fù)電的情況下，若對(duì)各電極1106、1108、1109施加電勢(shì)￥1106、￥1108、￥1109，則通過(guò)使￥1108 < Vl 106 < Vl 109，則能夠使試樣聚集于電極1108和電極1106之間。再有也可以測(cè)定在電極1108和電極1109產(chǎn)生的封鎖電流來(lái)分析試樣1107的成分。
[0209]也可以將聚集試樣1107的階段和檢測(cè)試樣1107的階段分離進(jìn)行。通過(guò)在試樣1107的聚集階段中，使Vl 108 < Vl 106、Vl 109 ^ Vl 106，在試樣1107的檢測(cè)階段中，使Vl 108
<V1106 < Vl 109，能夠使試樣有效地通過(guò)納米孔。
[0210]圖11 一 2表示作為本發(fā)明的其他的實(shí)施方式的納米孔測(cè)量系統(tǒng)1101'，該系統(tǒng)記載有分析用艙室部，該分析用艙室部`具備將生物納米孔直接配置于固體膜(薄膜)的孔，且在納米孔附近具有試樣聚集用電極的基板。如圖11 一 2所示，不使用脂質(zhì)雙重膜，而是使用直接將生物納米孔1102'配置于固體膜1104'上的孔1105'的膜即可。生物納米孔的制造例如能夠按照 A.R.Hall; A.Scott;D.Rotem;K.1Mehta;H.Bayley; C.Dekker:Nat.Nan0.5，874(2010)所記載的方式進(jìn)行。
[0211]圖12表示本發(fā)明的其他的實(shí)施方式1201，其使用具有試樣聚集用電極且配置有多個(gè)納米孔的分析用艙室部。通過(guò)配置的電極1204、1204'能夠向各納米孔1202、1202'附近聚集試樣1203、1203'。在該情況下，通過(guò)分別改變對(duì)各電極1204、1204'施加的電勢(shì)，能夠分別改變?cè)嚇?203、1203'通過(guò)各納米孔1202、1202'的頻率。
[0212]與試樣1203、1203^對(duì)應(yīng)的檢測(cè)部1205、1205 ^優(yōu)選配置于比導(dǎo)入試樣1203、1203'的納米孔1202、1202'的開(kāi)口部或比電極1204、1204'更遠(yuǎn)離的位置，即配置于比電極1204、1204'更靠近試樣流出區(qū)域側(cè)。
[0213]作為使用的試樣的檢測(cè)方式，例如可以是封鎖電流方式、隧道電流方式、電容方式，或者也可以通過(guò)檢測(cè)由納米孔和試樣互動(dòng)而產(chǎn)生的物理的、電氣的、化學(xué)的變化的方式，檢測(cè)試樣的成分。通過(guò)對(duì)電極1206、1206'、1207、1207'施加電壓而使試樣1203、1203'通過(guò)納米孔1202、1202'。電極1204和120V也可以具有相同電勢(shì)，另外也可以一體化。在該情況下，能夠向各1202、1202'的附近同樣程度地聚集試樣1203、1203'。
[0214]圖12雖然表示檢測(cè)部1205、1205'使用封鎖電流方式的情況，但是在使用隧道電流方式或電容方式的情況下，電極1206、1206'、1207、1207'僅用于使試樣1203、1203'移動(dòng)，對(duì)檢測(cè)沒(méi)有幫助。因此，電極1206也可以和電極1206'相同電勢(shì)，另外也可以一體化，同樣地，電極1207也可以和電極1207'相同電勢(shì)，另外也可以一體化。
[0215]如圖12所示，本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置也可以是具有多個(gè)上述艙室圖的裝置。艙室部可以是2個(gè)以上，例如2?10個(gè)。多個(gè)艙室部可以根據(jù)情況以在艙室內(nèi)部連通的方式連接。
[0216]所謂多個(gè)電極及流道、多個(gè)艙室部、多個(gè)納米孔以及多個(gè)電極表示各要素一維或者二維地配置多個(gè)的構(gòu)造。雖然圖示中表示有兩個(gè)各要素，但是在本實(shí)施例中的各要素并不限定于兩個(gè)，納米孔式生物體高分子分析裝置也可以含有3個(gè)、4個(gè)或以上的各要素。
[0217]下述中，記載有使用納米孔式生物體高分子分析裝置的生物體高分子分析方法。如果使用上述的本發(fā)明的納米孔式生物體高分子分析裝置，則能夠?qū)⒃嚇尤芤褐械脑嚇?、特別是生物體高分子高效率地聚集在納米孔附近并高頻率地通過(guò)納米孔。其結(jié)果，能夠大幅地增加生物體高分子的分析效率，并減少分析所需的時(shí)間。
[0218]具體來(lái)說(shuō)，首先，向納米孔式生物體高分子分析裝置的試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域?qū)牒猩矬w高分子的試樣溶液。這里的生物體高分子可以是聚合物性的任意生物體分子。生物體高分子既可以使天然物質(zhì)，也可以是合成物質(zhì)，另外也可以是非天然存在的引導(dǎo)體等。生物體高分子包括:具體來(lái)說(shuō)例如，核酸，例如單鏈DNA (ssDNA)以及雙鏈DNA (dsDNA)、單鏈RNA (ssRNA)以及雙鏈RNA (dsRNA)、由DNA和RNA組成的雜交核酸等；肽核酸；蛋白質(zhì)、多肽(也包含單體數(shù)100以下等的肽)、例如由D-或L-氨基酸形成的蛋白質(zhì)或多肽等；以及糖鏈、例如多糖、糖蛋白質(zhì)的糖鏈等，但并不限定于此。
[0219]雖然包含生物體高分子的試樣溶液的濃度并沒(méi)有特別地限定，但是低濃度下也可進(jìn)行良好的分析。例如試樣溶液的濃度為0.1nM以上即可，也可以為0.0Olnm以上，
0.0lnM ?IOOOnM,優(yōu)選為 0.0lnM ?InM0
[0220]通過(guò)在試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域收納包含生物體高分子的試樣溶液，使用電壓施加單元在納米孔的開(kāi)口部附近產(chǎn)生電勢(shì)差，帶電的生物體高分子被牽引至納米孔的開(kāi)口部附近，能夠聚集。接下來(lái)，通過(guò)在試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域之間產(chǎn)生電勢(shì)差，能夠?qū)⒕奂诩{米孔開(kāi)口部附近的生物體高分子向納米孔內(nèi)引導(dǎo)，使其通過(guò)納米孔，并向試樣流出區(qū)域牽引。
[0221]為了使用電壓施加單元在納米孔的開(kāi)口部附近產(chǎn)生電勢(shì)差，如上述各實(shí)施方式所記載的那樣，只要對(duì)各電極間進(jìn)行電壓施加即可。
[0222]舉例進(jìn)行說(shuō)明，例如在圖1的實(shí)施方式的情況下，通過(guò)在試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域收納包含生物體高分子的試樣溶液，并在上述第三電極和第一電極之間施加電壓，使帶電的生物體高分子聚集，能夠使其通過(guò)納米孔。
[0223]此時(shí)，通過(guò)以第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更高且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更低的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，可以聚集帶負(fù)電的生物體高分子。
[0224]或者，通過(guò)以第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更高且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更高的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，其后變更電壓使第三電極的電勢(shì)比第二電極的電勢(shì)更低，能夠聚集帶負(fù)電的生物體高分子并促進(jìn)其通過(guò)納米孔。此時(shí)，電壓的變更如上所述，優(yōu)選通過(guò)可逆的切換單元來(lái)進(jìn)行。所謂的可逆的切換單元，例如是控制裝置。
[0225]另外，也可以通過(guò)以第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更低且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更高的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，從而聚集帶正電的生物體高分子。
[0226]或者，通過(guò)以第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更低且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更低的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，其后改變電壓使第三電極的電勢(shì)變得比第二電極的電勢(shì)更高，從而能夠聚集帶正電的生物體高分子，并促進(jìn)其通過(guò)納米孔。
[0227]再有，能夠通過(guò)納米孔式生物體高分子分析裝置的測(cè)量部測(cè)量正在通過(guò)納米孔的生物體高分子。該測(cè)量使用現(xiàn)有的已知的納米孔方式測(cè)量方法即可。例如能夠使用封鎖電流方式、隧道電流方式、電容方式等的檢測(cè)法?；蛘?，也可以對(duì)生物體高分子照射外部光并基于產(chǎn)生的拉曼散射光的光譜進(jìn)行檢測(cè)。
[0228]若使用本發(fā)明的方法，不僅能夠檢測(cè)生物體高分子，還能進(jìn)行定量，更能夠分析構(gòu)成生物體高分子的各單體的排列或組成并進(jìn)行排列解析等。本發(fā)明的方法以及分析裝置適用于至今為止難以分析的較大尺寸的生物體高分子的分析。本發(fā)明的方法以及分析裝置特別適合使一定長(zhǎng)度試樣通過(guò)納米孔并分析，該一定長(zhǎng)度為:例如DNA，對(duì)不足Ikb的短試樣固然也能良好地分析，但是優(yōu)選Ikb以上,進(jìn)一步優(yōu)選3kb以上,特別優(yōu)選4kb以上,例如I?5kb的長(zhǎng)度。本發(fā)明的方法另外還適用于分析試樣溶液中的低濃度的生物體高分子。
[0229]本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地理解可根據(jù)權(quán)利要求范圍記載的發(fā)明范圍進(jìn)行種種變更。
[0230]將本說(shuō)明書中所引用的所有的出版物、專利以及專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作為參考而錄入本說(shuō)明書。
[0231]符號(hào)說(shuō)明
[0232]101—艙室，102 —納米孔，103 —納米孔基板，104一空間(試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域)，105—空間(試樣流出區(qū)域)，106一流入通路，107一流入通路，108一流出通路，109一流出通路，110 —液體，111 一液體，112—離子液體，113 —試樣，114一電極，115 —電極，116 —電極，117 —電流計(jì)，201—艙室，202一納米孔，203一納米孔基板，204一空間(試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域)，205—空間(試樣流出區(qū)域)，206—流入通路，207—流入通路，208—流出通路，209—流出通路，210 —液體，211—液體，212—試樣，213 —電極，214 —電極，215 —電流計(jì)，301—基板，302一基體，303—I旲，304一電極，305—絕緣層，306—納米孔，307一基板，308—電極，309—基板，310 —電極，311—空間，312—絕緣層，313—基板，314 —電極，315—空間，316—絕緣層，317一基板，318一納米孔，319一I旲,320一電極，321 一基體，322一絕緣層，323一基板，324一電極，325一基板，326一納米孔，327一電極，328一電極，329一基板，330一電極，331 一電極，401 一納米孔測(cè)量系統(tǒng)，402一試樣，403一納米孔基板，404一納米孔，405一險(xiǎn)道電流測(cè)量用電極，406—隧道電流測(cè)量用電極，407—電極，408—電極，409—電極，501—納米孔測(cè)量系統(tǒng)，502—電極，503—電極，504—試樣，505—電極，506—電極，507—納米孔，601—納米孔測(cè)量系統(tǒng)，602—納米孔，603—隧道電流測(cè)量用電極，604—隧道電流測(cè)量用電極，605—電極，606—試樣，607—電極，608—電極，701—納米孔測(cè)量系統(tǒng)，702—電極，703—試樣,704—電極，705—電極，801—納米孔測(cè)量系統(tǒng)，802—電極，803—納米孔，804一電極，805—電極，806—試樣，807—電極，808—電極，901—納米孔測(cè)量系統(tǒng)，902—電極，903—試樣，904—電極，905—電極，906—電極，1001—納米孔測(cè)量系統(tǒng)，1002—試樣容器，1003—試樣，1004—艙室，1005—納米孔，1006—流道，1007—電極，1008—電極，1009—檢測(cè)部，1010 一電極，1011 一電極，1101 一納米孔測(cè)量系統(tǒng)，1102 一生物納米孔，1103 一脂質(zhì)雙重膜，1104—固體膜，1105—孔，1106 —電極，1107—試樣，1108 —電極，1109 —電極，1201—納米孔測(cè)量系統(tǒng)，1202—納米孔，1202 ^ 一納米孔，1203—試樣，1203 ^ 一試樣，1204—電極，1204; 一電極，1205—檢測(cè)部，1205 ^ 一檢測(cè)部，1206—電極，1206 ^ 一電極，1207—電極，1207' 一 電極。
【權(quán)利要求】
1.一種納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于，具有艙室部，該艙室部具有: 艙室，其具有用基板分隔的試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和試樣流出區(qū)域； 第一電極，其設(shè)置于上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域，以及第二電極，其設(shè)置于上述試樣流出區(qū)域； 薄膜，其形成于上述基板上； 納米孔，其設(shè)置于上述基板的薄膜上，并連通上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域和上述試樣流出區(qū)域； 第三電極，其配置于上述基板的上述納米孔附近；以及 電壓施加單元， 上述電壓施加單元包括對(duì)第一電極和第三電極之間、第一電極和第二電極之間以及第三電極和第二電極之間施加電壓的單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 上述基板還具備面向上述納米孔地配置的測(cè)量用電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 上述納米孔在最小直徑部具有I~IOOnm的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 上述電壓施加單元構(gòu)成為能夠?qū)⒌谌姌O和第二電極之間的電壓可逆地切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 至少一組上述測(cè)量用電極隔著上述納米孔相互對(duì)置地配置。`
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 具備隔著上述納米孔與第三電極對(duì)置地配置的上述測(cè)量用電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 至少一組上述測(cè)量用電極沿上述納米孔的軸方向并列地配置，且設(shè)置于比第三電極更靠近上述試樣流出區(qū)域側(cè)的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 第三電極和上述測(cè)量用電極沿上述納米孔的軸方向并列地配置，上述測(cè)量用電極設(shè)置于比第三電極更靠近上述試樣流出區(qū)域側(cè)的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 第三電極配置于上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域側(cè)的納米孔開(kāi)口部附近。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 上述測(cè)量用電極配置于納米孔開(kāi)口部附近或薄膜內(nèi)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 第三電極覆蓋除去納米孔開(kāi)口部的薄膜整個(gè)面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 第三電極配置于納米孔開(kāi)口部的周圍，或者配置于隔著納米孔對(duì)置的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 第三電極包括多重地以及/或多層地配置的兩個(gè)以上的電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置，其特征在于， 具備多個(gè)上述艙室部。
15.一種生物體高分子的分析方法，其特征在于，包括下述步驟:向權(quán)利要求1所述的納米孔式生物體高分子分析裝置的上述試樣導(dǎo)入?yún)^(qū)域?qū)氚矬w高分子的試樣溶液，并通過(guò)在上述第三電極和第一電極之間施加電壓來(lái)聚集帶電的生物體高分子，并使其通過(guò)納米孔，測(cè)量正在通過(guò)納米孔的生物體高分子。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的分析方法，其特征在于， 通過(guò)以上述第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更高且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更低的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，聚集帶負(fù)電的生物體高分子。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的分析方法，其特征在于， 通過(guò)以上述第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更高且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更高的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，之后以第三電極的電勢(shì)比第二電極的電勢(shì)更低的方式改變電壓，聚集帶負(fù)電的生物體高分子并促進(jìn)其通過(guò)納米孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的分析方法，其特征在于， 通過(guò)以上述第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更低且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更高的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，聚集帶正電的生物體高分子。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的分析方法，其特征在于， 通過(guò)以上述第三電極的電勢(shì)比第一電極的電勢(shì)更低且和第二電極的電勢(shì)相同或比其更低的方式對(duì)第一、第二以及第三電極施加電壓，之后以第三電極的電勢(shì)比第二電極的電勢(shì)更高的方式改變電壓，聚集帶正電的生物體高分子并促進(jìn)其通過(guò)納米孔。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的分析方法，其特征在于， 上述生物體高分子從由核酸、肽核酸、蛋白質(zhì)、多肽以及糖鏈組成的組中進(jìn)行選擇。
【文檔編號(hào)】G01N27/447GK103718029SQ201280038456
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月9日
【發(fā)明者】大浦剛 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立高新技術(shù)