CN106461583A - 生物分子测序装置用电极、生物分子测序装置、方法及程序 - Google Patents

生物分子测序装置用电极、生物分子测序装置、方法及程序 Download PDF

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Abstract

纳米间隙电极对(12)是配置成在试料所包含的由至少一种类以上的单分子连结而成的生物分子通过相对位置时流过隧道电流的电极对，且是使上游侧的形状与下游侧的形状不同以使从相对位置(64)向下游侧分离了预先确定的距离的位置处的电场的强度比从相对位置(64)向上游侧分离了所述距离的位置处的电场的强度强的电极对。

Description

生物分子测序装置用电极、生物分子测序装置、方法及程序
技术领域
本发明涉及生物分子测序装置用电极、生物分子测序装置、方法及程序。
背景技术
以往，通过测序来决定构成蛋白质的氨基酸的序列、构成核酸的核苷酸的序列、构成糖链的单糖的序列等构成生物分子尤其是生物体高分子的单分子的序列。例如，使用基于酶降解法的HPLC(High performance liquid chromatography：高效液相层析)法、质量分析、X射线晶体结构解析、埃德曼降解法等，来决定蛋白质的序列。
另外，提出了通过使用将电极间距离固定成1nm以下的纳米间隙电极来测定流过1分子的隧道电流而进行单分子识别的测序技术。而且，在这样的技术中，关于试料流动的流路，提出了各种技术(例如，参照专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-227735号公报
专利文献2：日本特开2012-110258号公报
发明内容
发明要解决的课题
进行基于隧道电流的单分子识别的单分子电气测量法是能够通过直接测量试料分子的电子能量状态而进行单分子识别的方法。在以往的单分子电气测量法的试料分子的导入方法中，由于利用基于热摆动的布朗运动所产生的偶发性的概率现象，因此存在分子通过传感电极间的频度为低频度且分子的检测精度为低精度这样的问题。
作为溶液中的试料分子的导入方法，存在使用了泵压、电渗流的方法，但是都无法诱发出能够以分子尺度进行控制的稳态流，因此并不足以解决分子通过传感电极间的频度成为低频度的情况。因此，在以往的基于隧道电流的单分子电气测量法中，存在仅能应用于以使用高浓度的纯粹试料溶液这样的限定条件下的重测序为目的的情况这样的问题。
本发明鉴于上述的问题点而完成，目的在于提供一种能够高精度地识别构成生物分子的单分子的生物分子测序装置用电极、生物分子测序装置、方法及程序。
用于解决课题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的生物分子测序装置用电极具备电极对，该电极对配置成在试料所包含的由至少一种以上的单分子连结而成的生物分子通过相对位置时流过隧道电流，使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使从所述相对位置向下游侧分离了预先确定的距离的位置处的电场的强度比从所述相对位置向上游侧分离了所述距离的位置处的电场的强度强。
根据本发明，使电极对的上游侧的形状与下游侧的形状不同，以使从电极对的相对位置向下游侧分离了预先确定的距离的位置处的电场的强度比从所述相对位置向上游侧分离了所述距离的位置处的电场的强度强。即，电极对的形状在生物分子的导入侧即上游侧与生物分子的排出侧即下游侧呈非对称。由此，能够促进试料的生物分子的电泳力而诱发出稳定的稳态流，能够使生物分子稳定地电泳，因此能够高精度地识别单分子。
此外，也可以是，使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使所述上游侧的上游侧流路的形状是随着从所述相对位置向所述上游侧分离而逐渐扩展的形状，并且所述下游侧的下游侧流路的形状是随着从所述相对位置向所述下游侧分离而逐渐扩展的形状，所述下游侧流路的扩展角度小于所述上游侧流路的扩展角度。
另外，也可以是，使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使与所述电极对的相对方向正交的正交方向上的所述下游侧流路的长度比所述正交方向上的所述上游侧流路的长度长。
另外，优选的是，所述正交方向上的所述下游侧流路的长度为所述正交方向上的所述上游侧流路的长度的2倍以上且4倍以下。
另外，也可以是，使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使以所述电极对的最窄的电极间的中心为中心的圆与所述下游侧的下游侧流路的端部相交而形成的圆弧的长度比所述圆与所述上游侧的上游侧流路的端部相交而形成的圆弧的长度短。
另外，也可以是，使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使以所述电极对的最窄的电极间的中心为中心的预先确定的范围所包含的所述下游侧的下游侧流路的面积小于所述预先确定的范围所包含的所述上游侧的上游侧流路的面积。
另外，也可以是，所述电极对为电极间距离各不相同的多个电极对。
本发明的生物分子测序装置具备：所述生物分子测序装置用电极；测定部，测定在所述生物分子通过所述生物分子测序装置用电极的电极对的相对位置时产生的隧道电流；及识别部，基于根据由所述测定部测定的隧道电流而得到的检测物理量，对构成所述生物分子的至少一种的单分子的种类进行识别。
本发明的生物分子测序方法是在具备所述生物分子测序装置用电极的生物分子测序装置中执行的生物分子测序方法，其包括如下步骤：测定在所述生物分子通过所述生物分子测序装置用电极的电极对的相对位置时产生的隧道电流；以及基于根据所测定的隧道电流而得到的检测物理量，对构成所述生物分子的至少一种的单分子的种类进行识别。
本发明的生物分子测序程序使计算机作为所述生物分子测序装置的测定部以及识别部而发挥功能。
发明效果
根据本发明，能够高精度地对构成生物分子的单分子进行识别。
附图说明
图1是表示第一实施方式的生物分子测序装置的结构的概略图。
图2是第一实施方式的纳米间隙电极对的周围的放大图。
图3是图3的局部放大图。
图4是用于说明通过对纳米间隙电极对施加电压而产生的电场的图。
图5是表示纳米间隙电极对的上游侧流路的长度与下游侧流路的长度之比为1：1的情况下的读取时间的测定结果的图。
图6是表示纳米间隙电极对的上游侧流路的长度与下游侧流路的长度之比为1：2的情况下的读取时间的测定结果的图。
图7是表示纳米间隙电极对的上游侧流路的长度与下游侧流路的长度之比为1：4的情况下的读取时间的测定结果的图。
图8是表示纳米间隙电极对的相对于上游侧流路的长度的下游侧流路的长度与读取时间的关系的测定结果的图。
图9是表示第一实施方式中的控制部的功能结构的框图。
图10是表示第一实施方式中的生物分子测序处理的流程图。
图11是表示针对所读取的碱基的每个长度来测定读取数的结果的坐标图。
图12是表示针对能够正常读取的次数相对于读取转换的次数的每个比例来测定读取数的结果的坐标图。
图13是表示第二实施方式的生物分子测序装置的结构的概略图。
图14是表示第二实施方式中的控制部的功能结构的框图。
图15是表示第二实施方式中的生物分子测序处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。在以下的实施方式中，说明通过测定单分子通过电极间时流动的隧道电流而对生物分子进行测序的情况。
<第一实施方式>
如图1所示，第一实施方式的生物分子测序装置10包括作为生物分子测序装置用电极的纳米间隙电极对12(12a、12b)、测定用电源18、电流计24及控制部26而构成。以下，对各结构进行说明。
纳米间隙电极对12由相对的2个纳米间隙电极12a、12b构成。纳米间隙电极12a、12b隔开如下的距离而进行配置，即在试料50所包含的构成生物分子的单分子52向图1中的箭头A方向流动而通过电极间时流过隧道电流这样的距离。在此，生物分子包含作为生物体高分子的蛋白质、肽、核酸、糖链等。而且，构成生物分子的单分子包含构成蛋白质或肽的氨基酸、构成核酸的核苷酸、构成糖链的单糖等，但是并不局限于此。
在电极间距离与单分子52的分子直径相比过长时，在纳米间隙电极对12的电极间难以流过隧道电流，或者2个以上的单分子52会同时进入纳米间隙电极对12之间。反之，在电极间距离与单分子52的分子直径相比过短时，单分子52无法进入纳米间隙电极对12的电极间。
在电极间距离与单分子52的分子直径相比过长或过短时，难以检测经过单分子52的隧道电流。由此，电极间距离优选为与单分子52的分子直径相比稍短、或相等、或稍长的程度。例如，电极间距离为单分子52的分子直径的0.5倍～2倍的长度，优选为1倍～1.5倍的长度，更优选为1倍～1.2倍的长度。
纳米间隙电极对12的具体的制作方法没有特别限定。以下，示出制作方法的一例。
上述的纳米间隙电极对12可以通过使用公知的纳米加工机械可控裂结法(nanofabricated mechanically-controllable break junctions)来制作。该纳米加工机械可控裂结法是能够以皮米级以下的分辨率控制在机械稳定性方面优异的电极间距离的优异的方法。使用了纳米加工机械可控裂结法的电极对的制作方法例如记载在J.M.vanRuitenbeek,A.Alvarez,I.Pineyro,C.Grahmann,P.Joyez,M.H.Devoret,D.Esteve,C.Urbina,Rev.Sci.Instrum.67.108(1996)或M.Tsutsui,K.Shoji,M.Taniguchi,T.Kawai,Nano Lett.8,345(2008)中。作为电极的材料，可列举金等任意的金属。
例如，可以按照以下所示的顺序来制作纳米间隙电极对12。
首先，使用电子束曝光装置(日本电子公司制造，目录编号：JSM6500F)，通过公知的电子束光刻及剥离技术，将纳米尺度的金结在以聚酰亚胺涂层的挠性的金属基板上进行图案成形。接下来，使用反应性离子蚀刻装置(SAMCO Inc.制造，目录编号：10NR)，通过基于公知的蚀刻法(反应性离子蚀刻法等)的蚀刻而去除该结下的聚酰亚胺。
并且，通过将基板折弯，来制作在三点折弯的结构的纳米尺度的金桥。在这种情况下，使用压电致动器(CEDRAT公司制造，目录编号：APA150M)来精密地操作基板的折弯，由此能够以皮米级以下的分辨率控制电极对的电极间距离。
接下来，对制成的该桥进行牵拉，使桥的一部分断裂。进一步牵拉桥，将由于断裂而产生的间隙的大小(电极间距离)设定为目标的单分子52的长度。例如在单分子52是构成将作为生物体高分子的蛋白质降解成适当的长度而得到的肽的氨基酸分子的情况下，其长度约为1nm。在这种情况下，利用自断裂技术来调节桥的牵拉，由此能够准确地控制电极对的电极间距离(参照M.Tsutsui,K.Shoji,M.Taniguchi,T.Kawai,Nano Lett.8,345(2008)及M.Tsutsui.M.Taniguchi,T.Kawai,Appl.Phys.Lett.93,163115(2008))。
具体而言，使用数据采集板(National Instruments Corp.制造，目录编号：NIPCIe-6321)，通过电阻反馈法(参照M.Tsutsui,K.Shoji,M.Taniguchi,T.Kawai,NanoLett.8,345(2008)及M.Tsutsui,M.Taniguchi,T.Kawai,Appl.Phys.Lett.93,163115(2008))，在被程序化的结的牵拉速度下，使用10kΩ的串联的电阻，对该桥施加0.1V的DC偏压(Vb)，对金纳米结进行牵拉而使桥断裂。并且，进一步牵拉桥，将由于断裂而产生的间隙的大小(电极间距离)设定为目标的长度。这样，形成纳米间隙电极对12。
测定用电源18对纳米间隙电极对12施加电压。通过测定用电源18而对纳米间隙电极对12施加的电压的大小没有特别限定，例如，可以设为0.25V～0.75V。测定用电源18的具体结构没有特别限定，可以适当使用公知的电源装置。
电流计24测定在单分子52通过了利用测定用电源18而施加了电压的纳米间隙电极对12的电极间时所产生的隧道电流。电流计24的具体结构没有特别限定，只要适当使用公知的电流测定装置即可。
接下来，说明生物分子测序装置10的纳米间隙电极对12周围的具体结构。
图2中示出纳米间隙电极对12的电极间周围的放大俯视图。如图2所示，纳米间隙电极12a、12b为左右对称的形状，各自前端部变细。
图3示出图2的以虚线示出的区域60的放大俯视图。如上所述，纳米间隙电极对12的电极间距离d优选为与单分子52的分子直径相比稍短、或相等、或稍长的程度，例如为几百pm～1.0nm。
另外，如图3所示，纳米间隙电极12a、12b的前端部为左右对称的形状，并使纳米间隙电极对12的上游侧的形状与下游侧的形状不同，以使从电极间最窄的相对位置64向下游侧分离了预先确定的距离的位置处的电场的强度比从相对位置64向上游侧分离了所述距离的位置处的电场的强度强。在此，上游侧的形状是指比相对位置64靠图3中的上侧处的形状，下游侧的形状是指比相对位置64靠图3中的下侧处的形状。
具体而言，试料50流过的流路中的上游侧的上游侧流路62A的形状是随着从相对位置64向上游侧分离而逐渐扩展的形状，并且下游侧的下游侧流路62B的形状是随着从相对位置64向下游侧分离而逐渐扩展的形状，以使下游侧流路62B的扩展角度小于上游侧流路62A的扩展角度的方式使纳米间隙电极12a、12b的上游侧的形状与下游侧的形状不同。
由此，在对纳米间隙电极12a、12b施加电压时，形成于下游侧流路62B的电场的电力线的密度比形成于上游侧流路62A的电场的电力线的密度高。
因此，如图4所示，从相对位置64向下游侧分离了预先确定的距离c的位置68B处的电场的强度比从相对位置64向上游侧分离了相同距离c的位置68A处的电场的强度强。由此，能够促进试料50所包含的生物分子的电泳力而诱发出稳定的稳态流，能够使生物分子稳定地电泳，因此能够高精度地识别单分子52。
另外，纳米间隙电极对12的形状只要在上游侧与下游侧形状不同，以使从相对位置64向下游侧分离了预先确定的距离c的位置68B处的电场的强度比从相对位置64向上游侧分离了相同距离c的位置68A处的电场的强度强即可，并不局限于图3、4所示的形状。
另外，图4所示的纳米间隙电极对12也可以是，在上游侧与下游侧形状不同，以使以最窄的电极间的中心70为中心的圆与下游侧流路62B的端部(纳米间隙电极对12的下游侧的端部)相交而形成的圆弧的长度比所述圆与上游侧流路62A的端部(纳米间隙电极对12的上游侧的端部)相交而形成的圆弧的长度短。
另外，图4所示的纳米间隙电极对12也可以是，在上游侧与下游侧形状不同，以使以最窄的电极间的中心70为中心的预先确定的范围所包含的下游侧流路62B的面积小于所述预先确定的范围所包含的上游侧流路62A的面积。在此，预先确定的范围例如由圆、正方形、长方形等对称的形状表示。
另外，如图3所示，纳米间隙电极对12在上游侧与下游侧形状不同，以使与纳米间隙电极12a、12b的相对方向B正交的正交方向A上的下游侧流路62B的长度b比所述正交方向上的上游侧流路62A的长度a长。在此，上游侧流路62A的长度a是从相对位置64至纳米间隙电极对12的上游侧的端部72A的距离，下游侧流路62B的长度是从相对位置64至纳米间隙电极对12的下游侧的端部72B的距离。
并且，正交方向A上的下游侧流路62B的长度b优选为正交方向A上的上游侧流路62A的长度a的2倍以上。
图5示出在如以往那样纳米间隙电极对12的上游侧的形状与下游侧的形状相同的情况、即上游侧流路62A的长度a与下游侧流路62B的长度b之比为1：1的情况下的碱基的读取时间的坐标图。坐标图中的粗线80是表示碱基的读取时间的理想状态的直线，每1碱基约为1ms。而且，坐标图中的多个细线82表示各碱基的读取时间，虚线84表示多个细线82的平均值。在此，虽然可以说多个细线82越接近虚线84则读取时间的偏差越小，而虚线84越接近粗线80则越接近理想的读取时间，但是如图5所示，在以往结构的情况下，多个细线82的偏差较大且虚线84远离粗线80。
图6示出如本实施方式的纳米间隙电极对12那样使上游侧的形状与下游侧的形状不同的情况下的碱基的读取时间的坐标图。图6示出上游侧流路62A的长度a与下游侧流路62B的长度b之比为1：2的情况下的碱基的读取时间的坐标图。如图6所示，与图5的以往结构的情况相比较，可以说多个细线82更接近虚线84，读取时间的偏差小。
另外，图7示出了上游侧流路62A的长度a与下游侧流路62B的长度b之比为1：4的情况下的碱基的读取时间的坐标图。如图7所示，与图5的以往结构的情况相比较，可以说多个细线82接近虚线84，说读取时间的偏差小。而且，可以说虚线84接近粗线80，读取时间接近理想的时间。
另外，图8中示出了将上游侧流路62A的长度a与下游侧流路62B的长度b之比设为1：Ratio的情况下的测定核酸碱基链的读取时间(ms)的结果。另外，图8的测定结果是将与隧道电流对应的信号的测量取得速度设为10kHz而测定出的结果。而且，图中的PRatio标绘在表示Ratio及读取时间各自的平均值的位置。而且，以PRatio为中心的纵线VL表示所测定的读取时间的范围(偏差)，以PRatio为中心的横线HL表示所测定的Ratio的范围(偏差)。读取时间的偏差减小到1ms附近是理想的情况，但是如图8所示，Ratio＝2～4的情况下，读取时间的平均值接近1ms且偏差小，因此是优选的。
根据以上所述，下游侧流路62B的长度b优选为正交方向A上的上游侧流路62A的长度a的2倍以上且4倍以下。
控制部26对生物分子测序装置10的各结构进行控制，并基于与测定的隧道电流对应的信号而对单分子52的种类进行识别。
控制部26可以由具备CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、RAM(RandomAccess Memory:随机存取存储器)及存储有后述的生物分子测序程序的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)等的计算机构成。如图9所示，由该计算机构成的控制部26在功能上可以由包含测定控制部32及识别部34的结构表示。以下，对各部进行详细叙述。
测定控制部32以测定在纳米间隙电极对12的电极间流过的隧道电流的方式控制电流计24。隧道电流的测定时间没有限定，但是可以设为例如10分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、1小时。测定时间只要根据单分子52的长度而适当设定即可。
并且，测定控制部32取得由电流计24测定的隧道电流的电流值，根据取得的电流值来计算电导，并制作电导-时间曲线。电导可以通过将隧道电流的电流值除以在测定隧道电流时对纳米间隙电极对12施加的电压V来进行计算。通过使用电导，即使在对纳米间隙电极对12间施加的电压值在每次测定时都不同的情况下，也能够得到统一的基准的曲线。另外，在将每次测定时对纳米间隙电极对12间施加的电压值设为恒定的情况下，隧道电流的电流值与电导可以同等地处理。
另外，测定控制部32也可以使用电流放大器将由电流计24测定的隧道电流先放大后取得。通过使用电流放大器，能够将微弱的隧道电流的值放大，因此能够高灵敏度地测定隧道电流。作为电流放大器，例如可以使用市售的可变高速电流放大器(Femto公司制造，目录编号：DHPCA-100)。
识别部34通过将根据由测定控制部32制成的电导-时间曲线而得到的检测物理量与存储在相对电导表36中的针对种类已知的单分子52的相对电导进行比较，来识别单分子52的种类。在本实施方式中，检测物理量是由测定控制部32制成的电导-时间曲线的每个测定点的电导。在此，相对电导是根据种类已知的单分子52而测定的单分子52的每个种类的相对电导，通过将单分子52各自的1分子的电导除以按照单分子52的每个种类而测定的电导的最大值而算出。
接下来，说明第一实施方式的生物分子测序装置10的作用。
首先，使至少1种以上的识别对象的单分子52溶解于溶液。溶液没有特别限定。例如，可以使用超纯水。超纯水可以通过使用例如Millipore Co.的Milli-Q Integral 3(装置名)(Milli-Q Integral 3/5/10/15(目录编号))来制作。溶液中的单分子52的浓度没有特别限定，但是例如可以设为0.01～1.0μM。
接着，在试料中配置纳米间隙电极对12，通过测定用电源18对纳米间隙电极对12施加电压。接着，构成控制部26的计算机的CPU读取并执行在ROM中存储的生物分子测序程序，由此，利用生物分子测序装置10进行图10所示的生物分子测序处理。
在步骤S10中，测定控制部32控制电流计24，以预定时间测定了单分子52通过纳米间隙电极对12的电极间时产生的隧道电流。
接下来，在步骤S12中，测定控制部32取得所测定的隧道电流的电流值，针对每个测定点而计算电导，制作电导-时间曲线。
接下来，在步骤S14中，识别部34从相对电导表36取得识别对象的单分子52的相对电导。
接下来，在步骤S16中，识别部34将在上述步骤S12中制成的电导-时间曲线与在上述步骤S14中取得的相对电导进行比较，识别各信号所表示的单分子的种类。接下来，在步骤S18中，识别部34输出识别结果，结束单分子识别处理。
如以上说明所述，根据第一实施方式的生物分子测序装置，使纳米间隙电极对12的上游侧的形状与下游侧的形状，以使比相对位置64靠下游侧处的电场的强度大于比相对位置64靠上游侧处的电场的强度，因此能够促进试料50所包含的生物分子的电泳力而诱发出稳定的稳态流，能够使生物分子稳定地电泳，因此能够高精度地识别单分子52。
图11示出分别针对如以往那样将纳米间隙电极对12的上游侧的形状与下游侧的形状形成为对称的情况(Sim)和如本实施方式那样将纳米间隙电极对12的上游侧的形状与下游侧的形状形成为非对称的情况(Usim)，按照所读取的碱基的每个长度而测定了读取数的结果。如图11所示，可知如本实施方式那样将纳米间隙电极对12的上游侧的形状与下游侧的形状形成为非对称的情况下，读取数在整体上增加。
另外，图12示出与上述同样地分别针对纳米间隙电极对12为以往结构的情况(Sim)和本实施方式的情况(Usim)，按照能够正常读取的次数相对于碱基的泳动方向转换的读取转换的次数的每个比例而测定了读取数的结果。如图12所示，可知的是，虽然示出横轴的数值越大则读取转换的发生频度越少的情况，但是与以往结构相比较，本发明的读取转换减少，能够正常读取的频度较高。
这样，可知的是，如本实施方式的纳米间隙电极对12那样通过将上游侧的形状与下游侧的形状形成为非对称，能够使读取数增加，并能够使读取转换减少。
<第二实施方式>
接下来，说明第二实施方式。另外，对于与第一实施方式的生物分子测序装置10相同的部分，标注相同标号而省略详细的说明。
如图13所示，第二实施方式的生物分子测序装置210包括纳米间隙电极12A、12B、12C、测定用电源18、电流计24及控制部226而构成。
纳米间隙电极12a、12B、12C各自的结构与第一实施方式中的纳米间隙电极对12相同。纳米间隙电极12A、12B、12C分别以各电极间的中心排列在同一轴上的方式隔着绝缘体14而层叠。即，通过纳米间隙电极12A、12B、12C各自的电极间而形成供单分子52通过的一个通路。纳米间隙电极12a的电极间距离为d1，纳米间隙电极对12B的电极间距离为d2，纳米间隙电极对12C的电极间距离为d3而各不相同。在图13的例子中，d1>d2>d3。例如，可以设为d1＝1.0nm，d2＝0.7nm，d3＝0.5nm。
如图14所示，控制部226可以由具备测定控制部232及识别部234的结构表示。
测定控制部232以分别测定在纳米间隙电极12a、12B、12C各自的电极间产生的隧道电流的方式控制电流计24。而且，测定控制部232取得由电流计24测定的各电极间距离的隧道电流的电流值而计算电导，制作各电极间距离的电导-时间曲线。
识别部234通过将根据由测定控制部32制成的各电极间距离的电导-时间曲线而得到的检测物理量与存储在相对电导表236中的针对种类已知的单分子52的相对电导进行比较，来识别单分子52的种类。
接下来，说明使用第二实施方式的生物分子测序装置210而进行的生物分子测序方法。
首先，与第一实施方式同样地，使至少1种以上的识别对象的单分子52溶解于溶液。接着，在试料中配置纳米间隙电极12A、12B、12C，通过测定用电源18，对纳米间隙电极12A、12B、12C分别施加电压。接着，构成控制部226的计算机的CPU读取并执行在ROM中存储的生物分子测序程序，由此，通过生物分子测序装置210而进行图15所示的生物分子测序处理。
在步骤S20中，测定控制部232对电流计24进行控制，以预定时间测定单分子52通过由纳米间隙电极12A、12B、12C各自的电极间形成的一个通路时产生的隧道电流。
接下来，在步骤S22中，测定控制部232取得所测定的隧道电流的电流值，针对每个各测定点而计算电导，针对各电极间距离而制作电导-时间曲线。
接下来，在步骤S24中，识别部234将变量i设定为1。
接下来，在步骤S26中，识别部234从相对电导表236取得与电极间距离di对应的单分子52的相对电导、即能够通过电极间距离di而识别的识别对象的单分子52的相对电导。
接下来，在步骤S28中，识别部234将在上述步骤S22中制成的电极间距离di的电导-时间曲线与在上述步骤S26中取得的相对电导进行比较，识别各信号所表示的单分子的种类。
接下来，在步骤S30中，识别部234判定针对全部的电极间距离di是否结束处理。在存在未处理的电极间距离di的情况下，向步骤S32转移，将i增加1，返回步骤S26。在针对全部的电极间距离di结束了处理的情况下，向步骤S34转移，识别部234输出识别结果，结束生物分子测序处理。
如以上说明所述，根据第二实施方式的生物分子测序装置，通过使用根据在多个电极间距离的纳米间隙电极间产生的隧道电流而得到的电导，除了第一实施方式的效果之外，还能够进行更高精度的识别。
另外，在第二实施方式中，说明了设置电极间距离不同的多个纳米间隙电极对的情况，但是也可以是设置有对1个纳米间隙电极对的电极间距离进行变更的机构的结构。例如，可以是通过利用杠杆原理而调整力点、支点及作用点的几何学配置来变更电极间距离的结构。更具体而言，可以是通过压电元件将纳米间隙电极对的一部分推起，由此使成为作用点的电极端部移动来变更电极间距离的结构。在这种情况下，能够基于压电元件的推起距离与电极间距离的对应关系而设定为所希望的电极间距离。
另外，本发明没有限定为在上述各实施方式中说明的各结构，在权利要求书所示的范围内能够进行各种变更，将不同的实施方式各自公开的技术手段进行适当组合而得到的实施方式也包含于本发明的技术范围内。
另外，在本申请说明书中，作为程序预先被安装的实施方式而进行了说明，但是也可以随时读入在外部的存储装置或记录介质等中存储的程序，另外也可以经由互联网进行下载并执行。而且，也可以将该程序存储于计算机可读取的记录介质中来提供。
标号说明
10、210 生物分子测序装置
12、12A、12B、12C 纳米间隙电极对
18 测定用电源
24 电流计
26、226 控制部
32、232 测定控制部
34、234 识别部
36、236 相对电导表
50 试料
52 单分子。

Claims (10)

1.一种生物分子测序装置用电极，
具备电极对，该电极对配置成在试料所包含的由至少一种以上的单分子连结而成的生物分子通过相对位置时流过隧道电流，
使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使从所述相对位置向下游侧分离了预先确定的距离的位置处的电场的强度比从所述相对位置向上游侧分离了所述距离的位置处的电场的强度强。
2.根据权利要求1所述的生物分子测序装置用电极，其中，
使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使所述上游侧的上游侧流路的形状是随着从所述相对位置向所述上游侧分离而逐渐扩展的形状，并且所述下游侧的下游侧流路的形状是随着从所述相对位置向所述下游侧分离而逐渐扩展的形状，所述下游侧流路的扩展角度小于所述上游侧流路的扩展角度。
3.根据权利要求2所述的生物分子测序装置用电极，其中，
使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使与所述电极对的相对方向正交的正交方向上的所述下游侧流路的长度比所述正交方向上的所述上游侧流路的长度长。
4.根据权利要求3所述的生物分子测序装置用电极，其中，
所述正交方向上的所述下游侧流路的长度为所述正交方向上的所述上游侧流路的长度的2倍以上且4倍以下。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的生物分子测序装置用电极，其中，
使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使以所述电极对的最窄的电极间的中心为中心的圆与所述下游侧的下游侧流路的端部相交而形成的圆弧的长度比所述圆与所述上游侧的上游侧流路的端部相交而形成的圆弧的长度短。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的生物分子测序装置用电极，其中，
使所述电极对的所述上游侧的形状与所述下游侧的形状不同，以使以所述电极对的最窄的电极间的中心为中心的预先确定的范围所包含的所述下游侧的下游侧流路的面积小于所述预先确定的范围所包含的所述上游侧的上游侧流路的面积。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的生物分子测序装置用电极，其中，
所述电极对为电极间距离各不相同的多个电极对。
8.一种生物分子测序装置，具备：
权利要求1～7中的任一项所述的生物分子测序装置用电极；
测定部，测定在所述生物分子通过所述生物分子测序装置用电极的电极对的相对位置时产生的隧道电流；以及
识别部，基于根据由所述测定部测定的隧道电流而得到的检测物理量，对构成所述生物分子的至少一种的单分子的种类进行识别。
9.一种生物分子测序方法，在具备权利要求1～7中的任一项所述的生物分子测序装置用电极的生物分子测序装置中执行，
所述生物分子测序方法包括如下步骤：
测定在所述生物分子通过所述生物分子测序装置用电极的电极对的相对位置时产生的隧道电流；以及
基于根据所测定的隧道电流而得到的检测物理量，对构成所述生物分子的至少一种的单分子的种类进行识别。
10.一种生物分子测序程序，用于使计算机作为权利要求8所述的生物分子测序装置的测定部以及识别部而发挥功能。
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