CN103718029A - 纳米孔式分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米孔式生物体高分子分析装置及使用该装置的生物体高分子分析方法，上述装置在使用纳米孔的测量方法中能够提高低浓度试样通过纳米孔的通过频率，从而能改善通过量。本发明尤其涉及纳米孔式生物体高分子分析装置及使用该装置的生物体高分子分析方法，上述装置的特征在于，具有舱室部，该舱室部具有：舱室，其具有用基板分隔的试样导入区域和试样流出区域；第一电极，其设置于上述试样导入区域，以及第二电极，其设置于上述试样流出区域；薄膜，其形成于上述基板上；纳米孔，其设置于上述基板的薄膜上，并连通上述试样导入区域和上述试样流出区域；第三电极，其配置于上述基板的上述纳米孔附近；以及电压施加单元，其对电极施加电压，上述电压施加单元包括对第一电极和第三电极之间、第一电极和第二电极之间以及第三电极和第二电极之间分别施加电压的单元。

Description

纳米孔式分析装置
技术领域
本发明涉及使DNA、蛋白质等的生物体高分子通过纳米等级尺寸的细孔（在本申请中称为纳米孔）并进行分析的装置。本发明特别涉及能够使生物体高分子的纳米孔通过频率提高的纳米孔式分析装置。
背景技术
使用被称作纳米孔的纳米等级尺寸的细孔分析DNA或蛋白质等高分子聚合物的方法的开发正在进步。虽然开通纳米孔在技术上比较困难，但是最初，可以在生物领域内通过向脂质双重膜导入离子通道而实现（非专利文献1）。另外，使用纳米孔的测定方法也开发出按照用于生物体的离子通道测量的膜片钳位术的方法。接下来，尝试利用半导体工序开通纳米孔，开发出使用离子束的方法（非专利文献2）或使用电子线的方法（非专利文献3）。
随着能够制造纳米孔，开发出使用纳米孔的分析DNA或蛋白质等高分子的方法。纳米孔式分析所需要的主要技术有以下两个。
1.检测技术：检测高分子通过纳米孔时的物理变化
2.移动控制技术：使高分子移动，并通过纳米孔
对于上述检测技术，已知有封锁电流方式、隧道电流方式、电容方式。所谓封锁电流方式，是检测高分子将纳米孔的开口部部分地封锁而引起的影响的方式（非专利文献4）。具体的构造在于，通过具有纳米孔的膜将空间分离为两部分，对空间各自填充含有离子的液体，且配置电极。当对电极施加一定的电压时，离子通过纳米孔地移动，电流流动（离子通过电流）。在存在带电的高分子的情况下，该高分子也在电势差的作用下，被牵引向一边侧并通过纳米孔。这时，因为纳米孔的开口部被部分地封锁，所以离子难以流通，离子通过电流的大小降低。封锁电流方式是通过检测该电流值降低，分析高分子的存在或成分的方法。除开口面积之外，离子的流动阻力还受到高分子的荷电状态或与纳米孔壁面之间的相互作用的影响。
另一方面，所谓的隧道电流方式是在高分子通过纳米孔时，隧道电流在设置于纳米孔旁边的隧道电流用电极和高分子之间仅有的间隙内流动，通过检测该隧道电流，分析高分子的存在或成分的方法（非专利文献5、非专利文献6）。
所谓的电容方式是高分子通过纳米孔时，由于纳米孔被部分地封锁，具有纳米孔的膜的电容变化，通过检测该变化，分析高分子的存在或成分的方法（非专利文献7）。
另外对于上述移动控制技术，有电势差移动方式、酶移动方式、力学的移动方式。所谓的电势差移动方式，是如上述利用封锁电流方式那样，在被具有纳米孔的膜分离的两个空间内配置电极，通过对电极施加电压，使带电的高分子随电场梯度移动的方法，其优点可列举有，可以以简单的构造实现，对高分子没有多余的施加。
所谓的酶移动方式，是在纳米孔旁边配置酶，利用高分子和酶的反应使高分子移动的方法。例如，在高分子为单链DNA的情况下，存在在纳米孔旁边配置DNA聚合酶，通过产生双链合成反应，使DNA每个碱基一个个地移动的方法。在该方法中，因为DNA需要位于DNA聚合酶旁边，所以从高效率化这点来说，优选同时采用电势差移动方式，向纳米孔旁边集聚集DNA。
所谓的力学移动方式，是将高分子固定为串链，并通过用光镊使串链移动，从而实现高分子移动的方式。在该方法中，高分子的没有串成串链的端部需要进入纳米孔，此时，采用电势差移动方式。
因此，电势差移动方式作为将试样运送到纳米孔开口部的驱动力，可以和任意方法一同使用。
试样经过以下三个移动状态被运送至纳米孔开口部并通过纳米孔。第一种是通过试样扩散的移动，第二种是通过电泳的移动，第三种是试样为长链状的情况下其前端抵达纳米孔开口部的可能性（非专利文献8）。在第二种和第三种中，电势差的影响有较大关系。
在现有的纳米孔式的分析中，在试样为低浓度的情况下，由于试样到达纳米孔开口部的频率下降，因此存在通过纳米孔的频率变小，测量的处理能力下降的问题。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:Kasianowicz J.J.;Brandin E.;Branton D.;Deamer D.W.：Proc.Nat1.Acad.Sci.U.S.A.1996,93,13770-13773
非专利文献2:Li J.;D.Stein;C.McMu11an;D.Branton;M.J.Aziz;J.A.Go1ovchenko J.A.:2001,Nature,412,166
非专利文献3:Storm A.J.;J.H.Chen;X.S.Ling;H.Zandbergen;C.Dekker2003,Nat.Mater.2,537540
非专利文献4:D.Fo1ogea;M.Gershow;B.Ledden;D.S.McNabb;J.A.Go1ovchenko;J.Li;Nano Lett2005,5,10,1905
非专利文献5:M.Zwo1ak;M.D.Ventra;Nano Lett2005,5,3,421
非专利文献6:M.Taniguchi;M.Tsutsui;K.Yokota;T.Kawai:App1Phys Lett95,123701(2009)
非专利文献7:G.Siga1ov;J.Comer;G.Timp;A.Aksimentiev:Nano Lett2008,8,1,56
非专利文献8:M.Wanunu;W.Morrison;Y.Rabin;A.Y.Grosberg;A.Me11er:Nat.Nano.5,160,2009
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题在于，提供在使用纳米孔的测量方法中，能提高低浓度的试样通过纳米孔的通过频率，并使处理能力改善的纳米孔式生物体高分子分析装置以及使用该纳米孔式生物体高分子分析装置的生物体高分子分析方法。
用于解决问题的方法
本发明的发明人员为解决上述课题，经过反复地用心研究，完成本发明，通过对配置于纳米孔附近的电极施加电压，扩大导入试样侧的纳米孔开口部附近的电势差，从而成功地将试样中的生物体高分子聚集于纳米孔开口部并使其有效地通过纳米孔。
即，本发明包含以下。
［1］一种纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，具有舱室部，该舱室部具有：
舱室，其具有用基板分隔的试样导入区域和试样流出区域；
第一电极，其设置于上述试样导入区域，以及第二电极，其设置于上述试样流出区域；
薄膜，其形成于上述基板上；
纳米孔，其设置于上述基板的薄膜上，并连通上述试样导入区域和上述试样流出区域；
第三电极，其配置于上述基板的上述纳米孔附近；以及
电压施加单元，
上述电压施加单元包括对第一电极和第三电极之间、第一电极和第二电极之间以及第三电极和第二电极之间施加电压的单元。
［2］根据［1］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，上述基板还具备面向上述纳米孔地配置的测量用电极。
［3］根据［1］或［2］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，上述纳米孔在最小直径部具有1～100nm的直径。
［4］根据［1］～［3］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，上述电压施加单元构成为能够将第三电极和第二电极之间的电势差可逆地切换。
［5］根据［2］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，至少一组上述测量用电极隔着上述纳米孔相互对置地配置。
［6］根据［2］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，具备隔着上述纳米孔与第三电极对置地配置的上述测量用电极。
［7］根据［2］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，至少一组上述测量用电极沿上述纳米孔的轴方向并列地配置。
［8］根据［2］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，第三电极和上述测量用电极沿上述纳米孔的轴方向并列地配置，上述测量用电极设置于比第三电极更靠近上述试样流出区域侧的位置。
［9］根据［1］～［8］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，第三电极配置于上述试样导入区域侧的纳米孔开口部附近。
［10］根据［2］～［5］以及［7］～［9］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，上述测量用电极配置于纳米孔开口部附近或薄膜内部。
根据［1］～［10］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，第三电极覆盖除去纳米孔开口部的薄膜整面。
［11］根据［1］～［10］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，第三电极覆盖除了纳米孔开口部的薄膜整个面。
［12］根据［1］～［10］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，第三电极配置于纳米孔开口部的周围，或者配置于隔着纳米孔对置的位置。
［13］根据［1］～［12］任一项所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，第三电极包括多重地以及／或多层地配置的两个以上的电极。
［14］根据［1］～［13］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，具备多个上述舱室部。
［15］一种生物体高分子的分析方法，其特征在于，包括下述步骤：
向［1］～［14］所述的纳米孔式生物体高分子分析装置的上述试样导入区域导入包含生物体高分子的试样溶液，并通过在上述第三电极和第一电极之间施加电压来聚集带电的生物体高分子，并使其通过纳米孔，测量正在通过纳米孔的生物体高分子。
［16］根据［15］所述的分析方法，其特征在于，
通过以上述第三电极的电势比第一电极的电势更高且和第二电极的电势相同或比其更低的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，聚集带负电的生物体高分子。
［17］根据［15］所述的分析方法，其特征在于，
通过以上述第三电极的电势比第一电极的电势更高且和第二电极的电势相同或比其更高的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，之后以第三电极的电势比第二电极的电势更低的方式改变电压，聚集带负电的生物体高分子并促进其通过纳米孔。
［18］根据［15］所述的分析方法，其特征在于，
通过以上述第三电极的电势比第一电极的电势更低且和第二电极的电势相同或比其更高的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，聚集带正电的生物体高分子。
［19］根据［15］所述的分析方法，其特征在于，
通过以上述第三电极的电势比第一电极的电势更低且和第二电极的电势相同或比其更低的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，之后以第三电极的电势比第二电极的电势更高的方式改变电压，聚集带正电的生物体高分子聚集并促进其通过纳米孔。
［20］根据［15］～［19］所述的分析方法，其特征在于，
上述生物体高分子从由核酸、肽核酸、蛋白质、多肽以及糖链组成的组中进行选择。
本说明书包含作为本申请的要求优先权的基础的日本国专利申请2011-173567号公开的内容。
发明效果
根据本发明，能够使生物体高分子通过纳米孔的频率增加，并改善纳米孔式测量法的处理能力。
附图说明
图1是具备配置有用于将试样聚集于纳米孔开口部的第三电极的纳米孔基板的纳米孔式分析装置的分析用舱室部的示意图。
图2是不具有第三电极的纳米孔式分析装置的分析用舱室部的对比图。
图3-1是在纳米孔附近配置有电极的纳米孔基板的示意图。
图3-2是在整个面上配置有电极的纳米孔基板的示意图。
图3-3是在纳米孔周围配置有电极的纳米孔基板的示意图。
图3-4是在纳米孔周围沿整个面配置有电极的纳米孔基板的示意图。
图3-5是在纳米孔周围从纳米孔端部后退地配置有电极的纳米孔基板的示意图。
图3-6是除去从纳米孔端部后退的部分之外在纳米孔周围的整个面上配置电极的纳米孔基板的示意图。
图3-7是在纳米孔周围从纳米孔端部后退地多重地配置电极的纳米孔基板的示意图。
图3-8是在纳米孔周围从纳米孔端部后退地多重且多层地配置有电极的纳米孔基板的示意图。
图4是具备具有在基板上夹着纳米孔且对置地配置的隧道电流测量用电极以及试样聚集用电极的纳米孔基板的分析用舱室部的示意图。
图5是具备夹着纳米孔且对置地配置的隧道电流测量用电极兼用作试样聚集用电极的纳米孔基板的分析用舱室部的示意图。
图6是具备具有沿纳米孔轴方向并列地配置的隧道电流测量用电极和试样聚集用电极的纳米孔基板的分析用舱室部的示意图。
图7是具备沿纳米孔轴方向并列地配置的隧道电流测量用电极的一个兼用作试样聚集用电极的纳米孔基板的分析用舱室部的示意图。
图8是具备具有沿纳米孔轴方向并列地配置的电容测量用电极和试样聚集用电极的纳米孔基板的分析用舱室部的示意图。
图9是具备沿纳米孔轴方向并列地配置的电容测量用电极兼用作试样聚集用电极的纳米孔基板的分析用舱室部的示意图。
图10是表示了来自试样容器的流道的纳米孔式分析装置的分析用舱室部的示意图。
图11-1是具备在生物纳米孔的附近具有试样聚集用电极的纳米孔基板的分析用舱室部的示意图。
图11-2是具备将生物纳米孔直接地配置于固体膜（薄膜）的孔中，且在纳米孔的附近具有试样聚集用电极的纳米孔基板的分析用舱室部的示意图。
图12是配置有多个具有试样聚集用电极的纳米孔的分析用舱室部的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
本发明涉及纳米孔式生物体高分子分析装置以及使用该生物体高分子分析装置的生物体高分子分析方法，上述生物体高分子分析装置的特征在于，通过对配置于纳米孔附近的电极施加电压，并使纳米孔附近的电势差增大，向纳米孔附近聚集生物体高分子，并高频率地使生物体高分子通过纳米孔。
本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置具备舱室部以及配置于其内部的基板。基板具有：基体（基材）；面对基材而形成的薄膜；设置在薄膜上的、连通试样导入区域和试样流出区域的纳米孔；以及配置于纳米孔附近的试样聚集用电极（在本申请说明书中，也称作第三电极）等，且该基板配置于舱室的试样导入区域和试样流出区域之间。基板也可以具有面对试样聚集用电极（第三电极）而配置的绝缘层。基板优选为固体基板。
在本发明中，除电极外，基板能够由电绝缘体的材料，例如由无机材料以及有机材料（包括高分子材料）形成。作为构成基板的电绝缘体材料的例子，可列举出硅（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。作为硅化合物，可列举出氮化硅、氧化硅、碳化硅等、氮氧化硅。特别地，构成基板的支持部的基体（基材）可以由这些材料中任意的材料制作，例如可以是硅或硅化合物。
基板的尺寸以及厚度只需能够设置纳米孔即可而没有特别地限定。基板能够通过本技术领域中已知的方法制作，或者也可以通过从市场购买而获得。例如、基板能够使用影印或电子束刻印、以及蚀刻技术、激光冲蚀、注塑成形、铸造、分子线外延、化学蒸镀（CVD）、电子线或者集中离子束等的技术进行制作。基板为了避免在表面吸附其他的分子，也可以进行表面涂层。
基板的厚度优选为100μm～1000μm。基板至少具有一个纳米孔。纳米孔虽然具体来说设置于薄膜，但是根据情况，也可以同时设置于基体（基材）、电极以及绝缘体。本发明中所谓的“纳米孔”以及“”是纳米（nm）尺寸（即，直径1nm以上且小于1μm）的孔，是贯通基板且连通试样导入区域和试样流出区域的孔。
基板优选具有用于设置纳米孔的薄膜。即，通过在基板上形成具有适于形成纳米尺寸的孔的材料以及厚度的薄膜，能够将纳米孔简便且有效地设置于基板。从纳米孔形成这方面来看，薄膜的材料优选例如氧化硅（SiO2）、氮化硅（SiN）、氮氧化硅（SiON）、金属氧化物、金属硅酸盐等。另外薄膜（或根据情况为基板整体）也可以实质上是透明的。这里所谓的“实质上透明”是指，外部光能够透过大约50％以上、优选为80％以上。另外薄膜既可以为单层也可以为多层。薄膜的厚度为1nm～200nm，优选为1nm～50nm，更优选为1nm～20nm。薄膜能够通过本技术领域中已知的技术，例如通过减压化学气相成长（LPCVD）形成于基板上。
在薄膜上优选也设置绝缘层。绝缘层的厚度优选为5nm～50nm。虽然绝缘层能够使用任意的绝缘体材料，但优选使用例如硅或硅化合物（氮化硅、氧化硅等）。
本发明中纳米孔或细孔的所谓的“开口部”是指，纳米孔或细孔与试样溶液相接触部分的纳米孔或细孔的开口圆。在分析生物体高分子时，试样溶液中的生物体高分子或离子等从一侧的开口部进入纳米孔并从同一或相反侧的开口部向纳米孔外移出。
纳米孔的尺寸能够根据分析对象的生物体高分子的种类而选择适当的尺寸。纳米孔虽然可以具有相同的直径，但是根据部位的不同也可以具有不同的直径。纳米孔也可以和具有1μm以上直径的细孔连结。设置于基板的薄膜的纳米孔的最小直径部、即该纳米孔所具有的最小直径为直径100nm以下，例如1nm～100nm，优选为1nm～50nm，例如1nm～10nm，具体来说优选1nm以上且5nm以下，3nm以上且5nm以下等。优选在纳米孔的这样的直径100nm以下，优选为10nm以下，例如1nm～100nm或1nm～5nm的部分配置测量用电极等而作为检测部。
ssDNA（单链DNA）的直径大致为1.5nm，用于分析ssDNA的纳米孔直径的适当的范围为1.5nm～10nm左右，优选为1.5nm～2.5nm左右。dsDNA（双链DNA）的直径大致为2.6nm，用于分析dsDNA的纳米孔直径的适当的范围为3nm～10nm左右，优选为3nm～5nm左右。在其他的生物体高分子，例如将蛋白质、多肽、糖链等作为分析对象的情况下也一样，能够对应生物体高分子的外径尺寸选择纳米孔直径。
纳米孔的深度（长度）能够通过调整基板或基板薄膜的厚度而进行调整。纳米孔的深度优选为构成分析对象的生物体高分子的单体单位。例如在选择核酸作为生物体高分子的情况下，纳米孔的深度为3个碱基以上的大下，例如优选为约1nm以上。纳米孔的形状（截面形状）虽然基本上都是圆形或大致圆形，但也可以是椭圆形或多边形。
纳米孔能够在基板上至少设置一个，在设置多个纳米孔的情况下，优选规则地进行排列。纳米孔能够通过本技术领域中已知的方法，例如通过照射透射型电子显微镜（TEM）的电子射线、通过使用纳米刻印技术或离子束刻印技术等来形成。
电极（第一～第三电极以及测量用电极等）能够由金属，例如白金、钯、铑、钌等的白金族，金、银、铜、铝、镍等；石墨，例如石墨烯（单层或多层均可）、钨、钽等制作。电极虽然可以是任意形状，但平面状的易于加工。
舱室部具有试样导入区域以及试样流出区域、基板、电压施加单元以及用于测量通过纳米孔的生物体高分子的测量用电极等。在适当的例子中，舱室部具有：试样导入区域以及试样流出区域；具有设置于试样导入区域的第一电极、设置于试样流出区域的第二电极、以及第三电极的基板；相对于第一、第二以及第三电极的电压施加单元；以及用于测量通过纳米孔的生物体高分子的测量用电极等。可以在设置于试样导入区域的第一电极与设置于试样流出区域的第二电极之间配置电流计。第一电极和第二电极之间的电流只要在决定试样的纳米孔通过速度方面适当地决定即可，例如，在使用不含有试样的离子液体的情况下，虽然DNA的话优选100mV～300mV左右，但并不限定于此。
本发明中，虽然为了测量通过纳米孔的生物体高分子而采用封锁电流方式、隧道电流方式、电容方式等，但并不限定于此。测量用电极将适于这些各测量法的电极以适当的配置进行使用。测量用电极虽然可以为一个，但优选为一组以上。在仅使用一个测量用电极的情况下，虽然没有限定，但优选例如和第三电极组合而进行测量。该情况下的第三电极不仅用作试样聚集用电极，也起到测量用电极的作用。一组以上的测量用电极也可以每组均隔着纳米孔对置地配置，也可以沿纳米孔的轴方向并列地配置。在并列地配置的情况下，也可以在测量用电极之间配置绝缘层。测量用电极优选配置于纳米孔开口部附近或薄膜内部。测量用电极在没有和第三电极组合地用于测量的情况下，优选设置于比第三电极更靠近上述试样流出区域侧的位置。
第三电极配置于基板的纳米孔附近。本发明中所谓的第三电极“配置于纳米孔附近”，是指第三电极的至少一部分面对纳米孔或配置于从纳米孔的端部稍稍后退的位置（例如，从纳米孔的中心轴开始沿铅垂方向到100nm的位置）。本发明中所谓的“面对纳米孔”是指，第三电极的至少一部分与纳米孔轴方向的壁面相接。第三电极也可以覆盖除纳米孔开口部之外的薄膜整面，也可以配置于纳米孔开口部的周围。本发明中所谓的第三电极“配置于纳米孔的周围”是指，第三电极在纳米孔的附近，以将纳米孔完全包围的方式或大致包围的方式（优选70％以上的圆周，更优选为80％以上，例如85％以上）配置。或者第三电极也可以是配置于隔着纳米孔对置的位置的电极。该情况下的第三电极优选与纳米孔的轴方向正交地配置。第三电极也可以是多重配置的电极。该上下文中所谓的“多重”是指，以纳米孔为中心，电极以俯视图中为同心圆状或大致同心圆状地配置。第三电极也可以是多层地配置的电极。该上下文中所谓的“多层”是指，电极沿纳米孔的轴方向层状地配置。对于多层地配置的电极，优选在各层电极和电极之间夹有绝缘层。此外，在本发明中，即使不存在第一以及第二电极，或第一以及第二电极没有用作生物体高分子的聚集，或者在还存在其他的电极的情况下，也能够将配置于基板的纳米孔附近的电极称为“第三电极”。
根据情况，在第三电极和其他的电极，例如设置于舱室外侧（作为一个例子，与试样导入区域连结的流入通路或与该流入通路连接的试样容器）的电极之间施加电压，其结果为，也可以构成为能够将试样向纳米孔附近聚集。
本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置并不是限定的装置，除上述舱室部外还具有，典型的来说例如，与试样导入区域以及试样流出区域连接的流出流入通路（流道）、测量通过纳米孔的生物体高分子的测量部等。测量部也可以具有增幅电极间的电信号的放大器（增幅器）、将放大器的模拟输出转换为数字输出的模拟数字转换器以及用于记录测量数据的记录装置等。测量部也可以是具有具备测量单元和测量数据记录单元两者的数据记录器。例如，通过对进入纳米孔的生物体高分子照射外部光（激发光）使生物体高分子激发并产生拉曼散射光，在基于该拉曼散射光的光谱进行分析生物体高分子的特性的测量的情况下，该测量部也可以具有用于照射外部光的光源和检测拉曼散射光的检测器（分光检测器等）。光源例如，虽然并未限定，但可以是氪（Kr）离子激光器、钕（Nd）激光器、氩（Ar）离子激光器、YAG激光器、氮激光器、刚玉激光器等，波长约400～800nm，优选照射500～600nm的外部光的光源。另外测量部也可以和光源组合，具有共焦点透镜以及物镜、过滤器、半透明镜、共焦点针孔等。
另外，本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置也可以与用于对由上述测量部取得的测量值进行分析的外部装置（例如电脑）连接。
相对于第一、第二以及第三电极的电压施加单元可以是向这些电极间施加电压的电源部。电源部也可以具有控制或切换施加电压的控制部。电压施加单元也可以含有多个电源，也可以含有单独的电源。
相对于第三电极的电压施加单元可以是对多重地配置的多个电极之间施加电压的单元。
本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置通常来说，具有如下特征，具有：
舱室，其具有用基板分隔的试样导入区域和试样流出区域；
薄膜，其形成于上述基板上；
纳米孔，且设置于上述基板的薄膜上，并连通上述试样导入区域和上述试样流出区域；
电极，其配置于上述基板的上述纳米孔附近；以及
电压施加单元，其对上述电极施加电压，
通过由上述电压施加单元使纳米孔附近产生电势差，使试样，优选为生物体高分子（特别地，带电的生物体高分子）聚集于纳米孔附近。
本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置典型地来说，其特征在于，具有：
舱室，其具有用基板分隔的试样导入区域和试样流出区域；
第一电极以及第二电极，该第一电极设置于上述试样导入区域，该第二电极设置于上述试样流出区域；
薄膜，其形成于上述基板上；
纳米孔，其设置于上述基板的薄膜上，并连通上述试样导入区域和上述试样流出区域；
第三电极，其配置于上述基板的上述纳米孔附近；以及
电压施加单元，
上述电压施加单元包括对第一电极和第三电极之间、第一电极和第二电极之间以及第三电极和第二电极之间分别施加电压的单元。
图1示意地表示了本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置的一个实施方式，该实施方式具备配置有用于将试样聚集于纳米孔开口部的第三电极的纳米孔基板。
图1中表示了纳米孔基板以及配置有纳米孔基板的舱室部的构成。如图1所示，舱室101由被具有纳米孔102的基板103（纳米孔基板）分隔而成的两个封闭空间、即试样导入区域104和试样流出区域105构成。但是，试样导入区域104和试样流出区域105经纳米孔102连通。试样导入区域104以及试样流出区域105由通过分别连结于两区域的流入通路106、107而被导入的液体110、111装满。液体110、111从连结于试样导入区域104以及试样流出区域105的流出通路108、109流出。流入通路106和107虽然可以设置于隔着基板且对置的位置，但并不限定于此。流出通路108和109虽然可以设置于隔着基板且对置的位置，但并不限定于此。
液体110优选是包含作为分析对象的试样113的试样溶液。液体110优选含有大量的作为电荷的载体的离子（以下为离子液体112）。液体110优选在试样以外仅包含离子液体112。作为离子液体112，能够优选使用溶解有电离度较高的电解质的水溶液，碱类溶液、例如氯化钾水溶液等。
试样113优选为在离子液体112中具有电荷的物质。试样113典型的是生物体高分子。
在试样导入区域104和试样流出区域105设置有以隔着纳米孔102对置的方式配置的电极114、115（分别为第一电极以及第二电极）。再有，在纳米孔102的开口部与液体110相接触侧的附近，包围纳米孔102地配置有电极116（第三电极）。
在本实施方式中，舱室部也具备对电极114、115、116施加电压的单元。电压施加单元是对电极114和116、电极114和115、电极115和116之间施加电压的电压施加单元。
将在对电极114、115、116施加电压的情况下各电极产生的电势分别记作V1、V2、V3，则在试样带负电的情况下，通过以V1＜V3的方式施加电压、试样113被牵引而聚集于试样导入区域104侧的纳米孔102的开口部附近。此时，若同时以V3＜V2的方式施加电压，则试样113通过纳米孔102，并被牵引向试样流出区域105的电极115附近。在该情况下，当用电流计117测量电极114和115之间的电流时，在试样113不存在于纳米孔102内的情况下，测量仅离子流动的电流，在试样113存在的情况下，由于试样113的体积使得能够通过纳米孔102内的离子受到限制，所以流动的电流从仅有离子的状态减少。将该减少量作为试样113产生的封锁电流来测量，从而能够进行试样的分析。即、本发明的电压施加单元优选为能够以各电极的电势为V1（第一电极）＜V3（第三电极）＜V2（第二电极）的方式同时地施加电压的构成。
在将本实施方式的具有舱室部的纳米孔式生物体高分子分析装置用于生物体高分子的分析的情况下，为使试样113尽可能快速地到达纳米孔开口部，优选V1和V3的电势差较大。因为试样通过纳米孔对电信号的输出速度有影响，所以V3和V2的电势差优选为对应电流检测系统的采样速度的适当的值。例如，减小V3和V2的电势差使试样缓慢地通过纳米孔，通过多次测量试样113存在的状态，再进行平均化或统计处理，能够得到精度较高的输出。
在试样113带正电的情况下，向与带负电的逆向施加电压。例如、为V1＞V3＞V2。
作为其他的状态，也可以将使试样113聚集于纳米孔102附近的阶段和使试样113通过纳米孔102的阶段分离地进行。在该情况下，在试样113带负电的情况下，在使试样113聚集于纳米孔102附近的阶段中，以V1＜V3的方式施加电压。此时V2为任意电势均可，也可以使V3≧V2。接下来，在使试样113通过纳米孔102的阶段中，可以以V1≦V3＜V2的方式施加电压，或者也可以以V3断开、V1＜V2的方式施加电压。这样通过使试样113暂时聚集于纳米孔102开口部附近，其后使试样113通过纳米孔102，能够在短时间内使较多的试样通过。即本发明的电压施加单元能够以各电极的电势为V1（第一电极）＜V3（第三电极）且V3（第三电势）≧V2（第二电势）的方式施加电压，且其后能够以V1≦V3＜V2方式施加电压或者以V3断开、V1＜V2的方式施加电压，优选构成为能够可逆地切换第三电极和第二电极之间的电压。这里所谓的“可逆地”是指，例如以V3≧V2的方式施加电压的状态和以V3＜V2的方式施加电压状态或V3断开状态之间容易地切换。
在该方法中，因为能够控制封锁电流的检测开始时间点，所以能够仅检测试样通过纳米孔的时间，能够进行有效的数据收集。除监测基线状态的情况之外，以试样未通过纳米孔的状态分析试样将得到冗余的数据。在短时间内产生庞大的数据的本测量法由于能够避免这样冗余的数据的收集而能够有效地收集数据，称得上是重要的技术。
上述在试样带正电的情况下也可以实施，在该情况下，各电极间产生与试样带负电的情况相反的电势差。
将本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置的舱室部与不具有第三电极的舱室部进行比较说明。在图2中表示了将纳米孔基板配置于舱室部内部且该基板上不具有第三电极的舱室部的构成。舱室201由被具有纳米孔202的纳米孔基板203分离成两个封闭的空间204和205构成，并由通过流入通路206、207和流出通路208、209而被导入的液体210、211填满。液体210和211包含大量的作为电荷的载体的离子（以下为离子液体），再有，液体210和211的任意一方包含少量作为分析对象的少量试样212，若利用配置于纳米孔两侧的电极213、214施加电压，则离子和携带电荷的试样通过纳米孔而移动。离子液体与本发明相同，例如使用氯化钾水溶液等。在试样212通过纳米孔202时，通过检测试样212和纳米孔202的物理的、电气的、化学的相互作用，分析试样212的成分。例如、当向空间204内导入带有负电荷的DNA等试样212，且对电极213和电极214以电极214为高电势的方式施加电压时，则在试样212通过纳米孔202时，由于相比于试样212不存在于纳米孔202内时，存在时的离子通过纳米孔的量减少，因此通过检测电极213和214间的电流值下降的现象（封锁电流方式），能够对试样进行分析。
但是在使用该装置的情况下，在试样212为低浓度的情况下，因为试样212到达纳米孔202开口部的频率变小，所以试样212通过纳米孔202检测信号的频率也变小，测量的处理能力低下成为问题。在电势差移动方式中，虽然通过增大电势差能够使到达频率增大，但因为试样212通过纳米孔202的速度也增加，所以难以正确地取得信号。例如，在试样为DNA或RNA的情况下，需要识别以0.3～0.7nm邻接的各碱基，一般地在1M的KCl水溶液中，当1000个1nM的碱基用于关联的双链DNA，并在100mV的施加电压下使其通过直径5～10nm、长度20nm的纳米孔时，频率为0.5～1次/秒，因为通过速度为1msec以下，因此必须以1μsec以下的高速采样取得100pA左右的一个碱基的信号。
作为使纳米孔通过频率增加的方法，具有KCl水溶液的浓度因纳米孔202两侧的液体210和211改变而形成浓度梯度，从而使纳米孔开口部附近的电势差增大的方法，但是KCl水溶液的饱和浓度在20℃下为3.4mol／L，浓度梯度变大也存在界限（M.Wanunu,W.Morrison,Y.Rabin,A.Y.Grosberg,A.Me11er,2009,Nat.Nano,379）。
为使试样通过纳米孔的频率不变地使测量的处理能力提高，虽然能够以增加纳米孔的数量、并列化等对应，但是难以将多个纳米孔制造为相同的尺寸，制造上差别有可能转变为检测信号的差别，难以进行高精度的检测。
在试样为低浓度DNA的情况下，虽然也存在通过Polymerase ChainReaction法（PCR法）等进行增幅的方法，但是从产生增幅误差、存在难以增幅的部位等、涉及精度的问题点或因利用Polymerase等的酵素而导致高成本的问题来看，优选不使用PCR法。
对此，在本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置中，通过在舱室部的基板配置第三电极并对电极114（第一电极）以及电极115（第二电极）和第三电极之间施加电压，将试样（带电的生物体高分子）聚集于纳米孔开口部附近，且能够容易地提高纳米孔通过频率。
图3－1表示本发明中使用的基板的一个实施方式。
图3－1（a）表示基板301的俯视图。图3－1（b）表示图3－1（c）的A－A线剖视图。图3－1（c）表示图3－1（a）的I－I线剖视图。
如图3－1所示，配置于舱室内的基板301由基体（基材）302、薄膜303、电极304、绝缘层305构成。
在基板的薄膜上设置有为纳米等级尺寸细孔的纳米孔306。纳米孔306贯通基板。
纳米孔306的尺寸优选1nm～100nm。纳米孔的制作能够通过使用集束离子束的方法、使用电子束的方法等已知的方法实施（例如参照J.Li,D.Stein et a1.,2001,Nature,412,166、A.J.Storm et a1.,2003,Nat.Mater.2,537540）。
虽然并没有限定，但是涉及材质的适合例的话，能够优选使用硅作为基体302，氮化硅、氧化硅或碳化硅作为薄膜303，金、白金、钨或钽作为电极304，氮化硅、氧化硅等作为绝缘层305。
基板301优选其厚度为100μm～1,000μm。优选基体302的厚度为100μm～1000μm，电极304的厚度为1nm～100nm、绝缘层的厚度为5nm～50nm。薄膜的厚度虽然也根据第三电极（试样聚集用电极）或测量用电极的配置以及数量而变化，但是优选在如图3－1所示的构成的情况下，薄膜的厚度为1nm～10nm，优选为1nm～5nm。
电极304配置于基板的纳米孔306附近。电极304也可以例如如图3－1所示，由包围纳米孔306的部分以及起到从该处向基板的外侧端部延伸的用于施加电压的导引线作用的部分而构成。在该情况下，包围纳米孔306的部分以及起到导引线作用的部分分别为直径10nm～1,000nm、宽度10nm～1,000nm的形状。
作为电极304以及具有纳米孔的基板的制作顺序，并没有限定，例如列举有，在基体302上蒸镀薄膜303，将电极304以使用图案的选择性蚀刻工艺或剥离工艺进行加工，在蒸镀了绝缘层305后，进行纳米孔306的加工的方法。在形成多个纳米孔的情况下，对环绕各纳米孔的每个电极制作不同的导引线，从而能够施加不同的电压。
另外，图3－2表示基板的其他的实施方式307。
图3－2（a）表示基板307的俯视图。图3－2（b）表示图3－2（c）的B－B线剖视图。图3－2（c）是图3－2（a）的II－II线剖视图。
在图3－2所示的实施方式中，与图3－1所示的基板构造不同之处在于电极（第三电极）的形状，电极308以覆盖基板的薄膜整面（纳米孔除外）的方式形成。电极308的制作代表性地来说，能够通过在基板整面蒸镀电极部件而简单地进行。另外，即使在薄膜上形成多个纳米孔的情况下，也能够通过电极308对所有纳米孔一同施加相同的电压。
图3－3表示基板的其他的实施方式309。
图3－3（a）表示基板309的俯视图。图3－3（b）表示图3－3（c）的C－C线剖视图。图3－3（c）是图3－3（a）的III－III线剖视图。
在图3－3所示的实施方式中，与图3－1所示的基板构造的不同点在于绝缘层的形状，绝缘层312以在纳米孔附近电极310露出至空间311的方式形成。在该情况下，通过由电极310产生的能够吸引试样的空间（电场）扩大，能够易于大范围地聚集试样。作为基板的制作方法，需要将绝缘层312以使用图案的选择性蚀刻工艺或者剥离工艺进行加工。
另外，图3－4表示基板的其他的实施方式313。
图3－4（a）表示基板313的俯视图。图3－4（b）表示图3－4（c）的D－D线剖视图。图3－4（c）为图3－4（a）的IV－IV线剖视图。
图3－4所示的实施方式为图3－2的实施方式307和图3－3的实施方式309组合而成的形状，电极314形成于薄膜整面，且绝缘层316以电极314露出至空间315的方式形成。该实施方式兼具图3－2的实施方式307和图3－3的实施方式309的优点。
另外图3－5表示基板的其他的实施方式317。
图3－5（a）表示基板317的俯视图。图3－5（b）表示图3－5（c）的E－E线剖视图。图3－5（c）为图3－5（a）的V－V线剖视图。
在图3－5所示的实施方式中，纳米孔318仅形成在薄膜319上，隔着纳米孔318地（即，在纳米孔的周围）配置电极320。作为该基板的制作顺序，在基体321上蒸镀膜319，在膜319上通过使用图案的选择性蚀刻工艺或剥离工艺等预先形成电极320和绝缘层322，其后，在部分的薄膜319上通过电子线或离子束加工纳米孔318。对纳米孔的加工来说，优选作为纳米孔加工对象的膜的厚度较薄，另外，与对蒸镀绝缘层的薄膜进行纳米孔加工相比，仅在薄膜的加工中难以混入材料，因此在仅在薄膜319上设置纳米孔的本实施方式中，能够实现容易且高品质的加工。
另外，图3－6表示基板的其他的实施方式323。
图3－6（a）表示基板323的俯视图。图3－6（b）表示图3－6（c）的F－F线剖视图。图3－6（c）为图3－6（a）的VI－VI线剖视图。
在图3－6所示的实施方式中，与图3－5的实施方式317所示的基板构造的不同点在于电极的形状，电极324除去从纳米孔端部后退的部分，形成于薄膜整面上。
另外，图3－7表示基板的其他的实施方式325。
图3－7（a）表示基板325的俯视图。图3－7（b）表示图3－7（c）的G－G线剖视图。图3－7（c）为图3－7（a）的VII－VII线剖视图。
在图3－7所示的实施方式中，通过在纳米孔326的周围多重（双重）地配置电极327和328，能够更大范围地聚集试样。例如，在试样带负电的情况下，通过使对内侧的电极327施加的电势V327、对外侧的电极328施加的电势V328为V327＞V328，能够使试样聚集于纳米孔326附近。在试样带正电的情况下，施加相反的电压即可。如果三重、四重地设置电极，则能够从更大范围内向纳米孔附近聚集试样。再有，通过以V1＜V328≦V327＜V2的方式施加电压，能够使聚集于纳米孔附近的试样高效率地通过纳米孔。
另外，图3－8表示基板的其他的实施方式329。
图3－8（a）表示基板329的俯视图。图3－8（b）表示图3－8（c）的H－H线剖视图。图3－8（c）为图3－8（a）的VIII－VIII线剖视图。
图3－8所示的实施方式与图3－7的实施方式同样地是在纳米孔的周围将电极多重地包围的方法，但如该图所示，能够进一步将电极多层化。电极330和331为在各层（从纳米孔端部后退的部分除外）的整个面上蒸镀电极部件的构造。对于将试样聚集于纳米孔附近，例如，在试样带负电的情况下，对电极330施加电势V330，对电极331施加电势V331，并使V330＞V331。在试样带正电的情况下，施加相反的电压即可。由此，能够进一步强力地将试样聚集于纳米孔附近。另外，通过多层化使得向电极配置导引线更容易。
在图3－1～3－8所示的实施方式中，虽然记载为基板上部为薄膜、下部为基体，但在配置在舱室中时，薄膜和基体的上下关系颠倒也没有关系。但是，第三电极优选形成于试样导入区域侧。
与图3的实施方式对应的纳米孔式生物体高分子分析装置的特征在于，具有：将开有一个或多个纳米等级尺寸细孔的薄膜和上述薄膜间隔而分离成两个区域的试样导入侧的第一舱室以及试样流出侧的第二舱室；向上述舱室的两区域分别进行送液的流出流入通路；上述基板分隔且为了施加电压而设置的，配置于第一舱室的第一电极、配置于第二舱室的第二电极、配置于纳米孔附近的第三电极；对电极施加电压的电源；增幅电极间的电信号的放大器；以及将放大器的模拟输出转换为数字输出并记录的模拟数字转换器和数据记录器，且第三电极配置在纳米孔的两开口内且第一舱室侧附近。
图4表示本发明的其他的实施方式。
图4（a）表示记载本发明的舱室部的纳米孔测量系统401。图4（b）表示将图4（a）所示的基板在电极409中与纳米孔404的轴方向铅垂地切断的J－J线剖视图。
虽然舱室或纳米孔基板的配置、使用的液体等与图1的实施方式101相同，但是作为测量试样402的方法，与图3的封锁电流不同，而是使用隧道电流。因此，优选在纳米孔基板403上配置隔着纳米孔404对置的用于测量隧道电流的电极405、406。若在电极405和电极406之间施加电压，则在舱室内的电极间的位置存在试样402的情况下隧道电流流动，从而能够根据隧道电流的大小来分析试样的成分。电极407、408、409有助于使试样402通过纳米孔404，特别地，电极409与图1的实施方式101的电极116一样，起到将试样402聚集于纳米孔404附近的作用。通过将试样402聚集于纳米孔404附近，使得试样402高频率地通过纳米孔404，从而能提高测量的处理能力。
图4的实施方式所对应的纳米孔式生物体高分子分析装置的特征在于，具有：将开有一个或多个纳米等级尺寸的细孔的薄膜和由上述薄膜分隔而分成两个区域的试样导入侧的第一舱室以及试样流出侧的第二舱室；向上述舱室的两区域分别进行送液的流出流入通路；由上述基板分隔且为了施加电压而设置的，配置于第一舱室的第一电极、配置于第二舱室的第二电极、配置于纳米孔附近的第三电极、位于第三电极附近并沿纳米孔的轴方向直行，分别对置地配置的第四和第五电极；对电极施加电压的电源；增幅电极间的电信号的放大器；以及将放大器的模拟输出转换为数字输出并记录的模拟数字转换器和数据记录器，且第三电极位于纳米孔开口的第一舱室侧附近，第四、第五电极位于第二舱室侧附近或者形成有纳米孔的薄膜内部。
图5表示本发明的其他的实施方式。
图5（a）表示记载有本发明的舱室部的纳米孔测量系统501。图5（b）表示将图5（a）所示的基板在电极502、503中与纳米孔的轴方向铅垂地切断的K－K线剖视图。
在该实施方式中，图4的实施方式的电极409所起到的聚集试样的作用也被作为隧道电流测量用电极的电极502和503代替。试样504的成分分析也可以利用在电极502和电极503的电极间产生的隧道电流来进行。利用电极505和电极506之间的电势差引导试样504的移动。例如，在试样带负电荷的情况下，若对电极505、506、502、503分别施加电势V505、V506、V502、V503，则通过使V505＜V502＜V503＜V506，能够在电极505和电极502之间以及电极505和电极503之间，因电势差而产生的力作用于试样504，使试样504聚集于纳米孔507附近。聚集的试样504被电极506牵引，通过纳米孔507，此时通过电极502和电极503之间。因此，能够通过检测在电极502和电极503之间产生的隧道电流的变化来测量试样的成分。
也可以将试样504向纳米孔附近聚集的阶段和检测试样504的成分的阶段分开进行。以如下方式施加电压即可：在试样504的聚集阶段中，V505＜V502≦V503、V506＜V502≦V503，在试样的检测阶段中，V505＜V502＜V503＜V506。
图5的实施方式所对应的纳米孔式生物体高分子分析装置的特征在于，例如具有：将开有一个或多个纳米等级尺寸的细孔的薄膜和由上述薄膜分隔而分成两个区域的试样导入侧的第一舱室以及试样流出侧的第二舱室；向上述舱室的两区域分别进行送液的流出流入通路；由上述基板分隔且为了施加电压而设置的，配置于第一舱室的第一电极、配置于第二舱室的第二电极、配置于纳米孔附近并沿纳米孔的轴方向直行，分别对置地配置的第三和第四电极；对电极施加电压的电源；增幅电极间的电信号的放大器；以及将放大器的模拟输出转换为数字输出并记录的模拟数字转换器和数据记录器，且第三和第四电极位于纳米孔开口的第一舱室侧附近。
图6表示本发明的其他的实施方式。
图6（a）表示记载有本发明的舱室部的纳米孔测量系统601。图6（b）表示将图6（a）所示的基板在电极605中与纳米孔602的轴方向铅垂地切断的L－L线剖视图。
在该实施方式中，沿纳米孔602的轴方向并列地配置测量用电极603、604，代替在图4的实施方式中配置于隔着纳米孔404对置的位置的隧道电流测量用电极405、406。电极605与图4的实施方式的电极409一样，起到向纳米孔602附近使试样606聚集的效果。测量用的电极603和604优选相互非常接近地配置。例如，电极603和604之间的间隔优选为0.3nm～20nm，更优选为5nm以下，进一步优选为2nm以下。优选在电极603和604之间用绝缘层分隔。另外，作为试样聚集用电极的电极605和测量用电极603之间的间隔优选比电极603和604之间的间隔更大。电极605和测量用电极603之间的间隔例如为10nm以上，更优选为20nm以上，进一步优选为30nm以上。
若对电极603和电极604之间施加电压，则在试样606通过纳米孔602时，对应试样成分的隧道电流流动。利用电极607、608、605的电势差引导试样的移动。例如，在试样606带负电的情况下，若对各电极607、608、605施加电势V607、V608、V605，则通过使V607＜V605＜V608，能够使试样606通过纳米孔602。通过V607和V605的电势差变大，能够使更多试样606向纳米孔602附近聚集，试样606通过纳米孔602的频率增加，能够提高测量的处理能力。
图6的实施方式所对应的纳米孔式生物体高分子分析装置的特征在于，例如具有：将开有一个或多个纳米等级尺寸的细孔的薄膜和由上述薄膜分隔而分成两个区域的试样导入侧的第一舱室以及试样流出侧的第二舱室；向上述舱室的两区域分别进行送液的流出流入通路；由上述基板分隔且为了施加电压而设置的，配置于第一舱室的第一电极、配置于第二舱室的第二电极，配置于纳米孔附近的第三、第四、第五电极；对电极施加电压的电源；增幅电极间的电信号的放大器；以及将放大器的模拟输出转换为数字输出并记录的模拟数字转换器和数据记录器，且第三电极配置于纳米孔开口的第一舱室侧附近，第四、第五电极位于第二舱室侧附近或者形成纳米孔的薄膜内部，各个电极均垂直于纳米孔的轴方向，且电极彼此分别平行地配置。
图7表示本发明的其他的实施方式。
图7（a）表示记载有本发明的舱室部的纳米孔测量系统701。图7（b）表示将图7（a）所示的基板在电极702中与纳米孔的轴方向铅垂地切断的M－M线剖视图。
在该实施方式中，图6的实施方式的电极605所起到的聚集试样的作用也被作为隧道电流测量用电极的电极702代替。试样703的成分分析也可以利用在电极702和电极704的电极间产生的隧道电流来进行。例如，在试样703带负电的情况下，若对电极702、704、705、706分别施加电势V702、V704、V705、V706，则通过使V705＜V702＜V704＜V706，能够在电极705和电极702之间聚集试样，能够通过在电极702和电极704之间产生的隧道电流测量试样的成分。
也可以将聚集试样703的阶段和检测试样703的阶段分离。以如下方式施加电压即可：在试样703的聚集阶段中，V705＜V702、V706≦V704≦V702，在试样的测试阶段中，V705＜V702＜V704＜V706。
图7的实施方式所对应的纳米孔式生物体高分子分析装置的特征在于，例如具有：将开有一个或多个纳米等级尺寸的细孔的薄膜和由上述薄膜分隔而分成两个区域的试样导入侧的第一舱室以及试样流出侧的第二舱室；向上述舱室的两区域分别进行送液的流出流入通路；由上述基板分隔且为了施加电压而设置的，配置于第一舱室的第一电极、配置于第二舱室的第二电极、配置于纳米孔附近的第三、第四电极；对电极施加电压的电源；增幅电极间的电信号的放大器；以及将放大器的模拟输出转换为数字输出并记录的模拟数字转换器和数据记录器，且第三电极配置于纳米孔开口的第一舱室侧附近，第四电极配置于第二舱室侧附近或形成纳米孔的薄膜内部，各个电极均垂直于纳米孔的轴方向，且电极彼此分别平行地配置，第三电极和第四电极之间的间隔为5nm以下，例如2nm以下。
图4～7虽然表示了用隧道电流检测试样成分的测量法，但是也可以用其他方法进行检测。
图8表示本发明的其他的实施方式，该实施方式表示通过测量电容来分析试样成分的情况下的舱室、纳米孔、电极的构成。
图8（a）表示记载有本发明的舱室部的纳米孔测量系统801。图8（b）为将图8（a）所示的基板在电极802与纳米孔的轴方向铅垂地切断的N－N线剖视图。
在该实施方式中，电极802、804以及805沿纳米孔803的轴方向并列地配置，电极802面对纳米孔803地配置于纳米孔的附近。电极804和电极805配置于薄膜内部比靠近电极802的纳米孔803的开口部更靠内侧的位置，即比电极802更位于上述试样流出区域侧的位置。
测量用电极804和电极805之间的间隔与图6的实施方式一样，优选为相互非常接近地配置。例如、电极804和805之间的间隔优选为0.3nm～20nm，更优选为5nm以下，进一步优选为2nm以下。优选在电极804和805之间用绝缘层分隔。另外作为试样聚集用电极的电极802和测量用电极804之间的间隔与图6的实施方式一样，优选为比电极804和805之间的间隔更大。
在该实施方式中，通过测量在试样806通过纳米孔803时，电极804和电极805间的电压，能够测量电容并分析试样的成分。电极802起到将试样806聚集于纳米孔803附近的作用。在试样带负电的情况下，若对各电极802、807、808施加电势V802、V807、V808，则通过使V807＜V802＜V808，能够使试样806有效地通过纳米孔803。
图9表示使用测量电容的本发明的其他的实施方式。
图9（a）表示记载有本发明的舱室部的纳米孔测量系统901。图9（b）表示将图9（a）所示的基板在电极902与纳米孔的轴方向铅垂地切断的O－O线剖视图。
在该实施方式中，图8的实施方式的电极802所起到的聚集试样的作用也可以被作为电容测量用的电极的电极902代替。试样903的成分分析也能够通过测量电极902和电极904的电极间电容来进行。例如，在试样903带负电的情况下，若对电极902、904、905、906分别施加电势V902、V905、V906，则通过使V905＜V902＜V906，能够在电极905和电极902之间聚集试样。然后通过测定电极902和电极904之间的电容，能够分析试样903的成分。
也可以将聚集试样903的阶段和检测试样903的阶段分离地进行。以如下方式施加电压即可：在试样903的聚集阶段中，使V905＜V902、V906≦V902，在试样的检测阶段中，使V905＜V902＜V906。
图10表示本发明的向舱室导入试样的实施方式的一个例子。具体地来说，表示记载有本发明的舱室部、试样容器以及流道的纳米孔测量系统1001。
在该实施方式中，试样1003存在于试样容器1002，将该试样1003吸引并送入舱室1004，再有，能够向纳米孔1005的开口部附近聚集。电极1007也可以配置于连结试样容器1002和舱室1004的流道1006的试样容器侧的流道自身或流道附近。在该电极1007和配置于纳米孔1005的开口部的电极1008之间施加电压，通过电泳使试样1003从试样容器1002移动到纳米孔1005的开口部。流道1006对应试样1003的电荷状态，也可以实施用于防止或促进电浸透流的表面涂层。
试样1003的检测部1009配置于比电极1008更远离纳米孔1005开口部的区域内。作为检测方式，例如有，上述的封锁电流方式、隧道电流方式、电容方式或者检测由纳米孔和试样互动而产生的物理的、电的、化学的变化的方式。另外，在检测部1009使用电极的情况下，使电极1008具有的使试样1003移动的功能也可以由检测部1009的电极代替。在该情况下，检测部1009能够配置于纳米孔1005的导入试样1003的开口部附近。例如，在以封锁电流方式检测的情况下，在电极1010和电极1011之间施加电压，并测量试样1003通过纳米孔1005时电流值的变化。电极1007起到使试样1003从试样容器1002向舱室1004移动，并且使试样1003向纳米孔1005的附近聚集的作用。
图11－1表示作为本发明的其他的实施方式的纳米孔测量系统1101，该系统记载有具备纳米孔基板的分析用舱室部，上述纳米孔基板在生物纳米孔附近具有试样聚集用电极。
在该实施方式中，由α-溶血素等形成的生物纳米孔1102配置于脂质双重膜1103，脂质双重膜1103能够配置于在树脂制或由硅化合物等的材料构成的固体膜1104上开的孔1105中。通过对以包围孔1105的方式配置在固体膜1104上的电极1106施加电压，促使试样1107聚集于纳米孔1102的开口部。
检测能够使用例如图11－1所示的封锁电流方式，只要对电极1108和电极1109施加电压，测量在试样1107通过生物纳米孔1102时在电极1108和电极1109之间流动的电流值的变化即可。在试样1107带负电的情况下，若对各电极1106、1108、1109施加电势V1106、V1108、V1109，则通过使V1108＜V1106＜V1109，则能够使试样聚集于电极1108和电极1106之间。再有也可以测定在电极1108和电极1109产生的封锁电流来分析试样1107的成分。
也可以将聚集试样1107的阶段和检测试样1107的阶段分离进行。通过在试样1107的聚集阶段中，使V1108＜V1106、V1109≦V1106，在试样1107的检测阶段中，使V1108＜V1106＜V1109，能够使试样有效地通过纳米孔。
图11－2表示作为本发明的其他的实施方式的纳米孔测量系统1101′，该系统记载有分析用舱室部，该分析用舱室部具备将生物纳米孔直接配置于固体膜（薄膜）的孔，且在纳米孔附近具有试样聚集用电极的基板。如图11－2所示，不使用脂质双重膜，而是使用直接将生物纳米孔1102′配置于固体膜1104′上的孔1105′的膜即可。生物纳米孔的制造例如能够按照A.R.Ha11;A.Scott;D.Rotem;K.1Mehta;H.Bay1ey;C.Dekker:Nat.Nano.5,874(2010)所记载的方式进行。
图12表示本发明的其他的实施方式1201，其使用具有试样聚集用电极且配置有多个纳米孔的分析用舱室部。通过配置的电极1204、1204′能够向各纳米孔1202、1202′附近聚集试样1203、1203′。在该情况下，通过分别改变对各电极1204、1204′施加的电势，能够分别改变试样1203、1203′通过各纳米孔1202、1202′的频率。
与试样1203、1203′对应的检测部1205、1205′优选配置于比导入试样1203、1203′的纳米孔1202、1202′的开口部或比电极1204、1204′更远离的位置，即配置于比电极1204、1204′更靠近试样流出区域侧。
作为使用的试样的检测方式，例如可以是封锁电流方式、隧道电流方式、电容方式，或者也可以通过检测由纳米孔和试样互动而产生的物理的、电气的、化学的变化的方式，检测试样的成分。通过对电极1206、1206′、1207、1207′施加电压而使试样1203、1203′通过纳米孔1202、1202′。电极1204和1204′也可以具有相同电势，另外也可以一体化。在该情况下，能够向各1202、1202′的附近同样程度地聚集试样1203、1203′。
图12虽然表示检测部1205、1205′使用封锁电流方式的情况，但是在使用隧道电流方式或电容方式的情况下，电极1206、1206′、1207、1207′仅用于使试样1203、1203′移动，对检测没有帮助。因此，电极1206也可以和电极1206′相同电势，另外也可以一体化，同样地，电极1207也可以和电极1207′相同电势，另外也可以一体化。
如图12所示，本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置也可以是具有多个上述舱室图的装置。舱室部可以是2个以上，例如2～10个。多个舱室部可以根据情况以在舱室内部连通的方式连接。
所谓多个电极及流道、多个舱室部、多个纳米孔以及多个电极表示各要素一维或者二维地配置多个的构造。虽然图示中表示有两个各要素，但是在本实施例中的各要素并不限定于两个，纳米孔式生物体高分子分析装置也可以含有3个、4个或以上的各要素。
下述中，记载有使用纳米孔式生物体高分子分析装置的生物体高分子分析方法。如果使用上述的本发明的纳米孔式生物体高分子分析装置，则能够将试样溶液中的试样、特别是生物体高分子高效率地聚集在纳米孔附近并高频率地通过纳米孔。其结果，能够大幅地增加生物体高分子的分析效率，并减少分析所需的时间。
具体来说，首先，向纳米孔式生物体高分子分析装置的试样导入区域导入含有生物体高分子的试样溶液。这里的生物体高分子可以是聚合物性的任意生物体分子。生物体高分子既可以使天然物质，也可以是合成物质，另外也可以是非天然存在的引导体等。生物体高分子包括：具体来说例如，核酸，例如单链DNA（ssDNA）以及双链DNA（dsDNA）、单链RNA（ssRNA）以及双链RNA（dsRNA）、由DNA和RNA组成的杂交核酸等；肽核酸；蛋白质、多肽（也包含单体数100以下等的肽）、例如由D-或L-氨基酸形成的蛋白质或多肽等；以及糖链、例如多糖、糖蛋白质的糖链等，但并不限定于此。
虽然包含生物体高分子的试样溶液的浓度并没有特别地限定，但是低浓度下也可进行良好的分析。例如试样溶液的浓度为0.1nM以上即可，也可以为0.001nm以上，0.01nM～1000nM，优选为0.01nM～1nM。
通过在试样导入区域收纳包含生物体高分子的试样溶液，使用电压施加单元在纳米孔的开口部附近产生电势差，带电的生物体高分子被牵引至纳米孔的开口部附近，能够聚集。接下来，通过在试样导入区域和试样流出区域之间产生电势差，能够将聚集于纳米孔开口部附近的生物体高分子向纳米孔内引导，使其通过纳米孔，并向试样流出区域牵引。
为了使用电压施加单元在纳米孔的开口部附近产生电势差，如上述各实施方式所记载的那样，只要对各电极间进行电压施加即可。
举例进行说明，例如在图1的实施方式的情况下，通过在试样导入区域收纳包含生物体高分子的试样溶液，并在上述第三电极和第一电极之间施加电压，使带电的生物体高分子聚集，能够使其通过纳米孔。
此时，通过以第三电极的电势比第一电极的电势更高且和第二电极的电势相同或比其更低的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，可以聚集带负电的生物体高分子。
或者，通过以第三电极的电势比第一电极的电势更高且和第二电极的电势相同或比其更高的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，其后变更电压使第三电极的电势比第二电极的电势更低，能够聚集带负电的生物体高分子并促进其通过纳米孔。此时，电压的变更如上所述，优选通过可逆的切换单元来进行。所谓的可逆的切换单元，例如是控制装置。
另外，也可以通过以第三电极的电势比第一电极的电势更低且和第二电极的电势相同或比其更高的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，从而聚集带正电的生物体高分子。
或者，通过以第三电极的电势比第一电极的电势更低且和第二电极的电势相同或比其更低的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，其后改变电压使第三电极的电势变得比第二电极的电势更高，从而能够聚集带正电的生物体高分子，并促进其通过纳米孔。
再有，能够通过纳米孔式生物体高分子分析装置的测量部测量正在通过纳米孔的生物体高分子。该测量使用现有的已知的纳米孔方式测量方法即可。例如能够使用封锁电流方式、隧道电流方式、电容方式等的检测法。或者，也可以对生物体高分子照射外部光并基于产生的拉曼散射光的光谱进行检测。
若使用本发明的方法，不仅能够检测生物体高分子，还能进行定量，更能够分析构成生物体高分子的各单体的排列或组成并进行排列解析等。本发明的方法以及分析装置适用于至今为止难以分析的较大尺寸的生物体高分子的分析。本发明的方法以及分析装置特别适合使一定长度试样通过纳米孔并分析，该一定长度为：例如DNA，对不足1kb的短试样固然也能良好地分析，但是优选1kb以上，进一步优选3kb以上，特别优选4kb以上，例如1～5kb的长度。本发明的方法另外还适用于分析试样溶液中的低浓度的生物体高分子。
本发明并不限定于上述的实施方式，本领域技术人员能够容易地理解可根据权利要求范围记载的发明范围进行种种变更。
将本说明书中所引用的所有的出版物、专利以及专利申请的全部内容作为参考而录入本说明书。
符号说明
101—舱室，102—纳米孔，103—纳米孔基板，104—空间（试样导入区域），105—空间（试样流出区域），106—流入通路，107—流入通路，108—流出通路，109—流出通路，110—液体，111—液体，112—离子液体，113—试样，114—电极，115—电极，116—电极，117—电流计，201—舱室，202—纳米孔，203—纳米孔基板，204—空间（试样导入区域），205—空间（试样流出区域），206—流入通路，207—流入通路，208—流出通路，209—流出通路，210—液体，211—液体，212—试样，213—电极，214—电极，215—电流计，301—基板，302—基体，303—膜，304—电极，305—绝缘层，306—纳米孔，307—基板，308—电极，309—基板，310—电极，311—空间，312—绝缘层，313—基板，314—电极，315—空间，316—绝缘层，317—基板，318—纳米孔，319—膜，320—电极，321—基体，322—绝缘层，323—基板，324—电极，325—基板，326—纳米孔，327—电极，328—电极，329—基板，330—电极，331—电极，401—纳米孔测量系统，402—试样，403—纳米孔基板，404—纳米孔，405—隧道电流测量用电极，406—隧道电流测量用电极，407—电极，408—电极，409—电极，501—纳米孔测量系统，502—电极，503—电极，504—试样，505—电极，506—电极，507—纳米孔，601—纳米孔测量系统，602—纳米孔，603—隧道电流测量用电极，604—隧道电流测量用电极，605—电极，606—试样，607—电极，608—电极，701—纳米孔测量系统，702—电极，703—试样，704—电极，705—电极，801—纳米孔测量系统，802—电极，803—纳米孔，804—电极，805—电极，806—试样，807—电极，808—电极，901—纳米孔测量系统，902—电极，903—试样，904—电极，905—电极，906—电极，1001—纳米孔测量系统，1002—试样容器，1003—试样，1004—舱室，1005—纳米孔，1006—流道，1007—电极，1008—电极，1009—检测部，1010—电极，1011—电极，1101—纳米孔测量系统，1102—生物纳米孔，1103—脂质双重膜，1104—固体膜，1105—孔，1106—电极，1107—试样，1108—电极，1109—电极，1201—纳米孔测量系统，1202—纳米孔，1202′—纳米孔，1203—试样，1203′—试样，1204—电极，1204′—电极，1205—检测部，1205′—检测部，1206—电极，1206′—电极，1207—电极，1207′—电极。

Claims (20)

1.一种纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，具有舱室部，该舱室部具有：
舱室，其具有用基板分隔的试样导入区域和试样流出区域；
第一电极，其设置于上述试样导入区域，以及第二电极，其设置于上述试样流出区域；
薄膜，其形成于上述基板上；
纳米孔，其设置于上述基板的薄膜上，并连通上述试样导入区域和上述试样流出区域；
第三电极，其配置于上述基板的上述纳米孔附近；以及
电压施加单元，
上述电压施加单元包括对第一电极和第三电极之间、第一电极和第二电极之间以及第三电极和第二电极之间施加电压的单元。
2.根据权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
上述基板还具备面向上述纳米孔地配置的测量用电极。
3.根据权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
上述纳米孔在最小直径部具有1～100nm的直径。
4.根据权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
上述电压施加单元构成为能够将第三电极和第二电极之间的电压可逆地切换。
5.根据权利要求2所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
至少一组上述测量用电极隔着上述纳米孔相互对置地配置。
6.根据权利要求2所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
具备隔着上述纳米孔与第三电极对置地配置的上述测量用电极。
7.根据权利要求2所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
至少一组上述测量用电极沿上述纳米孔的轴方向并列地配置，且设置于比第三电极更靠近上述试样流出区域侧的位置。
8.根据权利要求2所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
第三电极和上述测量用电极沿上述纳米孔的轴方向并列地配置，上述测量用电极设置于比第三电极更靠近上述试样流出区域侧的位置。
9.根据权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
第三电极配置于上述试样导入区域侧的纳米孔开口部附近。
10.根据权利要求2所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
上述测量用电极配置于纳米孔开口部附近或薄膜内部。
11.根据权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
第三电极覆盖除去纳米孔开口部的薄膜整个面。
12.根据权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
第三电极配置于纳米孔开口部的周围，或者配置于隔着纳米孔对置的位置。
13.根据权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
第三电极包括多重地以及／或多层地配置的两个以上的电极。
14.根据权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置，其特征在于，
具备多个上述舱室部。
15.一种生物体高分子的分析方法，其特征在于，包括下述步骤：
向权利要求1所述的纳米孔式生物体高分子分析装置的上述试样导入区域导入包含生物体高分子的试样溶液，并通过在上述第三电极和第一电极之间施加电压来聚集带电的生物体高分子，并使其通过纳米孔，测量正在通过纳米孔的生物体高分子。
16.根据权利要求15所述的分析方法，其特征在于，
通过以上述第三电极的电势比第一电极的电势更高且和第二电极的电势相同或比其更低的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，聚集带负电的生物体高分子。
17.根据权利要求15所述的分析方法，其特征在于，
通过以上述第三电极的电势比第一电极的电势更高且和第二电极的电势相同或比其更高的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，之后以第三电极的电势比第二电极的电势更低的方式改变电压，聚集带负电的生物体高分子并促进其通过纳米孔。
18.根据权利要求15所述的分析方法，其特征在于，
通过以上述第三电极的电势比第一电极的电势更低且和第二电极的电势相同或比其更高的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，聚集带正电的生物体高分子。
19.根据权利要求15所述的分析方法，其特征在于，
通过以上述第三电极的电势比第一电极的电势更低且和第二电极的电势相同或比其更低的方式对第一、第二以及第三电极施加电压，之后以第三电极的电势比第二电极的电势更高的方式改变电压，聚集带正电的生物体高分子并促进其通过纳米孔。
20.根据权利要求15所述的分析方法，其特征在于，
上述生物体高分子从由核酸、肽核酸、蛋白质、多肽以及糖链组成的组中进行选择。
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WO (1) WO2013021815A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9448153B2 (en) 2013-03-07 2016-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor analysis microchip and method of manufacturing the same
CN109196343A (zh) * 2016-06-03 2019-01-11 株式会社日立高新技术 生物分子测量装置
US10279348B2 (en) 2013-08-12 2019-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor micro-analysis chip and method of manufacturing the same
US10533934B2 (en) 2014-07-18 2020-01-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Particle inspection system and driving method employed therein
CN111373247A (zh) * 2017-12-05 2020-07-03 株式会社日立高新技术 孔形成方法及孔形成装置
CN112513626A (zh) * 2018-07-30 2021-03-16 浜松光子学株式会社 试样支承体、试样的离子化方法及质谱分析方法

Families Citing this family (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011108540A1 (ja) 2010-03-03 2011-09-09 国立大学法人大阪大学 ヌクレオチドを識別する方法および装置、ならびにポリヌクレオチドのヌクレオチド配列を決定する方法および装置
KR20150041146A (ko) 2012-08-17 2015-04-15 오사카 유니버시티 시료의 분석 방법
JP6282036B2 (ja) 2012-12-27 2018-02-21 クオンタムバイオシステムズ株式会社 物質の移動速度の制御方法および制御装置
CN103193189B (zh) * 2013-02-21 2015-08-26 东南大学 一种用于dna检测的多电极纳米孔装置及其制造方法
JP5951527B2 (ja) 2013-03-07 2016-07-13 株式会社東芝 検体検出装置及び検出方法
US9322820B2 (en) * 2013-03-14 2016-04-26 Wisconsin Alumni Research Foundation System and apparatus for nanopore sequencing
CA2906781C (en) * 2013-03-15 2021-06-08 President And Fellows Of Havard College Fabrication of nanopores in atomically-thin membranes by ultra-short electrical pulsing
KR20160079780A (ko) 2013-09-18 2016-07-06 퀀텀 바이오시스템즈 가부시키가이샤 생체분자를 서열화하는 디바이스들, 시스템들 및 방법들
JP2015077652A (ja) 2013-10-16 2015-04-23 クオンタムバイオシステムズ株式会社 ナノギャップ電極およびその製造方法
JP2015099031A (ja) * 2013-11-18 2015-05-28 株式会社東芝 半導体マイクロ分析チップ及びその製造方法
US10908143B2 (en) * 2013-11-27 2021-02-02 Hitachi, Ltd. Current measuring device, current measuring method, and current measuring kit
US10724147B2 (en) * 2013-12-25 2020-07-28 Hitachi, Ltd. Hole forming method, measuring apparatus and chip set
EP2908128A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-19 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) Molecular sensing device
WO2015121394A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Molecular sensing device
JP2017506352A (ja) * 2014-02-25 2017-03-02 アリゾナ ボード オブ リージェンツ アクティング フォー アンド オン ビハーフ オブ アリゾナ ステイト ユニバーシティ 溶液と接触するナノ電子デバイスを安定化するための方法、装置およびシステム
JP6189231B2 (ja) * 2014-02-26 2017-08-30 株式会社東芝 微粒子検査装置と微粒子検査システム及び微粒子検査方法
US9765326B2 (en) * 2014-04-03 2017-09-19 Stmicroelectronics S.R.L. Apparatus and method for nucleic acid sequencing based on nanochannels
US10438811B1 (en) 2014-04-15 2019-10-08 Quantum Biosystems Inc. Methods for forming nano-gap electrodes for use in nanosensors
JP6378924B2 (ja) * 2014-04-23 2018-08-22 株式会社日立ハイテクノロジーズ 核酸分析装置および核酸分析方法
CA2951945C (en) * 2014-06-19 2023-09-19 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatuses and methods for determining analyte charge
GB201411285D0 (en) * 2014-06-25 2014-08-06 Prosser Joseph Sequencer
CN104789468B (zh) * 2014-07-22 2017-10-20 奥克莱流体公司 颗粒筛选装置
CN104792845A (zh) * 2014-08-07 2015-07-22 中国科学院微电子研究所 传感装置
US20160194698A1 (en) * 2014-12-16 2016-07-07 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Systems, apparatuses and methods for reading polymer sequence
JP6538348B2 (ja) * 2014-12-26 2019-07-03 株式会社東芝 粒子測定装置
WO2016160131A1 (en) 2015-02-10 2016-10-06 Multerra Bio, Inc. Apparatuses and methods for detecting molecules and binding energy
WO2016157513A1 (ja) * 2015-04-03 2016-10-06 株式会社日立製作所 抗原抗体間相互作用量の同定法及び装置
ES2882583T3 (es) * 2015-06-23 2021-12-02 Bgi Shenzhen Electrodo microporoso y método para el análisis de una sustancia química
JP2017053808A (ja) 2015-09-11 2017-03-16 株式会社東芝 半導体分析チップ及び微粒子検査方法
CA3001248A1 (en) * 2015-10-14 2017-04-20 SFC Fluidics, Inc. Measurement of electric signals to detect presence or flow of electroactive species in solution
JP6667896B2 (ja) * 2015-11-06 2020-03-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 リボ核酸固定化担体及びそれを用いたリボ核酸の分離回収方法
WO2017145239A1 (ja) * 2016-02-22 2017-08-31 株式会社日立製作所 生体試料分析チップ、生体試料分析装置、及び生体試料分析方法
WO2017149756A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 株式会社日立製作所 粒子分析装置及び粒子分析方法
KR101868221B1 (ko) * 2016-03-14 2018-06-15 고려대학교 산학협력단 이온 채널 압력 센서 및 이의 제조방법
US11486873B2 (en) 2016-03-31 2022-11-01 Ontera Inc. Multipore determination of fractional abundance of polynucleotide sequences in a sample
ES2877193T3 (es) 2016-04-27 2021-11-16 Quantum Biosystems Inc Sistemas y métodos para la medición y secuenciación de biomoléculas
JP7108548B2 (ja) * 2016-05-31 2022-07-28 エフ．ホフマン－ラ ロシュ アーゲー 核酸分子を分析するための方法およびデバイス
GB2565954B (en) * 2016-06-10 2022-09-07 Hitachi High Tech Corp Method and apparatus for analyzing biomolecules
US10444179B2 (en) 2016-08-10 2019-10-15 Multerra Bio, Inc. Apparatuses and methods for detecting molecules and binding energy
JP2018048950A (ja) * 2016-09-23 2018-03-29 株式会社東芝 分析チップ
GB2569478B (en) 2016-10-20 2022-06-01 Hitachi High Tech Corp Method for treating biomolecules and method for analyzing biomolecules
CN112213372A (zh) 2016-10-24 2021-01-12 奥特拉公司 样品中多核苷酸序列的分数丰度
JP2020504808A (ja) * 2016-10-26 2020-02-13 エフ．ホフマン−ラ ロシュ アーゲーＦ． Ｈｏｆｆｍａｎｎ−Ｌａ Ｒｏｃｈｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ナノポア配列決定用の集積回路およびフローセルのマルチチップパッケージング
JP6730171B2 (ja) * 2016-12-07 2020-07-29 株式会社日立製作所 液槽形成方法，測定装置及び分析デバイス
JP6846309B2 (ja) * 2017-08-09 2021-03-24 株式会社日立製作所 溶液槽デバイス
US20190094179A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 Applied Materials, Inc. Method for simple fluidic addressing of a nanopore
WO2019203201A1 (ja) * 2018-04-19 2019-10-24 ティーイーアイソリューションズ株式会社 流体チップ及び分析装置
JP2020031557A (ja) * 2018-08-28 2020-03-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 生体分子分析装置
US11175260B2 (en) * 2018-10-30 2021-11-16 International Business Machines Corporation Adjusting nanopore diameter in situ for molecule characterization
JP2020076720A (ja) * 2018-11-09 2020-05-21 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 計測装置
KR20210138594A (ko) 2019-03-12 2021-11-19 옥스포드 나노포어 테크놀로지즈 피엘씨 나노포어 감지 디바이스 및 이를 작동하는 방법 및 형성하는 방법
WO2020241453A1 (ja) * 2019-05-27 2020-12-03 国立大学法人山形大学 脂質二分子膜チャネル評価チップ及びその製造方法並びに評価装置
US20230103446A1 (en) * 2020-04-10 2023-04-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic nanopore sensing devices
JP2020153996A (ja) * 2020-05-29 2020-09-24 株式会社東芝 分析チップ
WO2022059698A1 (ja) * 2020-09-16 2022-03-24 国立大学法人大阪大学 分光システムおよび分光方法
CN117581094A (zh) 2021-08-18 2024-02-20 株式会社日立高新技术 生物试料分析装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040144658A1 (en) * 2003-01-27 2004-07-29 Flory Curt A. Apparatus and method for biopolymer indentification during translocation through a nanopore
US20060071209A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Flory Curt A Biopolymer resonant tunneling with a gate voltage source
US20070138132A1 (en) * 2003-06-12 2007-06-21 Barth Phillip W Nanopore with resonant tunneling electrodes
CN101203740A (zh) * 2005-04-06 2008-06-18 哈佛大学校长及研究员协会 用碳纳米管控制的分子鉴定
US20080187915A1 (en) * 2007-02-02 2008-08-07 Stanislav Polonsky Systems and Methods for Controlling the Position of a Charged Polymer Inside a Nanopore
US20100038243A1 (en) * 2006-09-07 2010-02-18 White Henry S Nanopore based ion-selective electrodes
US20100122907A1 (en) * 2008-05-06 2010-05-20 Government of the United States of America, Single molecule mass or size spectrometry in solution using a solitary nanopore
CN102095768A (zh) * 2010-11-16 2011-06-15 浙江大学 一种亚纳米厚度的纳米孔传感器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6627067B1 (en) * 1999-06-22 2003-09-30 President And Fellows Of Harvard College Molecular and atomic scale evaluation of biopolymers
US7282130B2 (en) 2003-01-31 2007-10-16 Agilent Technologies, Inc. Apparatus and method for control of biopolymer translocation through a nanopore
US7279337B2 (en) 2004-03-10 2007-10-09 Agilent Technologies, Inc. Method and apparatus for sequencing polymers through tunneling conductance variation detection
US20060073489A1 (en) 2004-10-05 2006-04-06 Gangqiang Li Nanopore separation devices and methods of using same
US20070020146A1 (en) * 2005-06-29 2007-01-25 Young James E Nanopore structure and method using an insulating substrate
EP2195648B1 (en) * 2007-09-12 2019-05-08 President and Fellows of Harvard College High-resolution molecular graphene sensor comprising an aperture in the graphene layer
EP2205765B1 (en) * 2007-10-02 2012-09-12 President and Fellows of Harvard College Capture, recapture, and trapping of molecules with a nanopore
WO2010111605A2 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Nabsys, Inc. Devices and methods for analyzing biomolecules and probes bound thereto
JP5372570B2 (ja) * 2009-03-30 2013-12-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ ナノポアを用いたバイオポリマー決定方法、システム、及びキット
US8986928B2 (en) 2009-04-10 2015-03-24 Pacific Biosciences Of California, Inc. Nanopore sequencing devices and methods
JP5407930B2 (ja) 2010-02-25 2014-02-05 トヨタ自動車株式会社 車両のシール構造及び車両用ドア
KR101715355B1 (ko) * 2010-11-30 2017-03-13 삼성전자주식회사 그래핀 전자 소자
US8852407B2 (en) * 2011-01-28 2014-10-07 International Business Machines Corporation Electron beam sculpting of tunneling junction for nanopore DNA sequencing

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040144658A1 (en) * 2003-01-27 2004-07-29 Flory Curt A. Apparatus and method for biopolymer indentification during translocation through a nanopore
US20070138132A1 (en) * 2003-06-12 2007-06-21 Barth Phillip W Nanopore with resonant tunneling electrodes
US20060071209A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Flory Curt A Biopolymer resonant tunneling with a gate voltage source
CN101203740A (zh) * 2005-04-06 2008-06-18 哈佛大学校长及研究员协会 用碳纳米管控制的分子鉴定
US20100038243A1 (en) * 2006-09-07 2010-02-18 White Henry S Nanopore based ion-selective electrodes
US20080187915A1 (en) * 2007-02-02 2008-08-07 Stanislav Polonsky Systems and Methods for Controlling the Position of a Charged Polymer Inside a Nanopore
US20100122907A1 (en) * 2008-05-06 2010-05-20 Government of the United States of America, Single molecule mass or size spectrometry in solution using a solitary nanopore
CN102095768A (zh) * 2010-11-16 2011-06-15 浙江大学 一种亚纳米厚度的纳米孔传感器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9448153B2 (en) 2013-03-07 2016-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor analysis microchip and method of manufacturing the same
US10279348B2 (en) 2013-08-12 2019-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor micro-analysis chip and method of manufacturing the same
US10533934B2 (en) 2014-07-18 2020-01-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Particle inspection system and driving method employed therein
CN109196343A (zh) * 2016-06-03 2019-01-11 株式会社日立高新技术 生物分子测量装置
CN109196343B (zh) * 2016-06-03 2021-02-12 株式会社日立高新技术 生物分子测量装置
CN111373247A (zh) * 2017-12-05 2020-07-03 株式会社日立高新技术 孔形成方法及孔形成装置
CN111373247B (zh) * 2017-12-05 2022-11-29 株式会社日立高新技术 孔形成方法及孔形成装置
CN112513626A (zh) * 2018-07-30 2021-03-16 浜松光子学株式会社 试样支承体、试样的离子化方法及质谱分析方法
US11935733B2 (en) 2018-07-30 2024-03-19 Hamamatsu Photonics K.K. Sample support, sample ionization method, and mass spectrometry method

Also Published As

Publication number Publication date
EP2743690B1 (en) 2017-09-13
JP2013036865A (ja) 2013-02-21
JP5670278B2 (ja) 2015-02-18
CN103718029B (zh) 2015-07-01
EP2743690A1 (en) 2014-06-18
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US10222348B2 (en) 2019-03-05
WO2013021815A1 (ja) 2013-02-14
US20140158540A1 (en) 2014-06-12

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Timp et al. Third Generation DNA Sequencing with a Nanopore

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