CN113711022A

CN113711022A - 生物体聚合物分析设备、生物体聚合物分析装置以及生物体聚合物分析方法

Info

Publication number: CN113711022A
Application number: CN201980095591.6A
Authority: CN
Inventors: 后藤佑介; 藤冈满; 中川树生; 柳川善光; 板桥直志
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: GB202114754D0; JP7253045B2; WO2020217330A1; JPWO2020217330A1; US20220214326A1; CN113711022B; GB2596753A; GB2596753B

Abstract

本公开的生物体聚合物分析设备具备：绝缘性的薄膜，包含无机材质；第1液槽以及第2液槽，由所述薄膜隔开；多个第1电极，配置在所述第1液槽；以及第2电极，配置在所述第2液槽，在所述第1液槽导入疏水液以及多个液滴，所述多个第1电极构成为能够通过施加给定的电压，从而通过电介质上电润湿来输送导入到所述第1液槽的所述多个液滴，所述多个液滴被输送到与所述多个第1电极接触的部位，通过所述疏水液相互绝缘。

Description

生物体聚合物分析设备、生物体聚合物分析装置以及生物体聚合物分析方法

技术领域

本公开涉及生物体聚合物分析设备、生物体聚合物分析装置以及生物体聚合物分析方法。

背景技术

纳米孔(nanopore)设备是在厚度为

的薄膜设置直径为

的小孔(以下，称为纳米孔)而成，通过使电解质溶液与薄膜的两侧接触而使薄膜的两端之间产生电位差，由此能够使电解质溶液通过纳米孔。此时，若电解质溶液中的测定对象物通过纳米孔，则纳米孔周边部的电特性、特别是电阻值变化，因此通过检测该电特性的变化，能够检测测定对象物。在测定对象物为生物体聚合物的情况下，根据生物体聚合物的单体序列图案(monomer sequence pattern)，纳米孔周边部的电特性变化为图案状。近年来正在积极研究利用其进行生物体聚合物的单体序列解析的方法。

尤其，以生物体聚合物通过纳米孔时观测到的离子电流的变化量根据单体种类而不同为原理的单体序列的解析被认为有前景。由于单体序列的解析精度由上述离子电流的变化量决定，所以单体之间的离子电流量差越大越理想。这样的解析方法与以往不同，不需要伴随生物体聚合物的片段化的化学操作，而能够直接读取生物体聚合物。纳米孔设备在生物体聚合物为DNA的情况下用作DNA碱基序列解析系统(DNA测序器(sequencer))，在生物体聚合物为蛋白质的情况下用作氨基酸序列解析系统(氨基酸测序器)，期待分别作为能够解读远比以往长的序列长度的系统。

特别是，使用封锁电流方式，将纳米孔作为DNA测序器实用化的研究开发正在盛行。所谓封锁电流是指，在生物体聚合物通过纳米孔时，生物体聚合物封锁纳米孔，离子能够通过的有效截面积减少而引起的离子电流的减少量。

作为纳米孔设备，存在使用了埋入脂质双层膜的在中心具有小孔的蛋白质的生物纳米孔、和对通过半导体加工工艺形成的绝缘薄膜加工了小孔的固态纳米孔这两种。在生物纳米孔中，将埋入脂质双层膜的修饰蛋白质(Mycobacterium smegmatis porin A(MspA)等)的小孔(直径1.2nm、厚度0.6nm)作为生物体聚合物检测部来测定离子电流的变化量。

另一方面，在固态纳米孔中，在作为半导体材料的氮化硅(SiN)的薄膜、包含石墨烯、二硫化钼这样的单分子层的薄膜形成有纳米孔的构造体被用作纳米孔设备。在使用了固态纳米孔的生物体聚合物分析方法中，至今为止进行了测定均聚物的腺嘌呤碱基、胞嘧啶碱基、胸腺嘧啶碱基、鸟嘌呤碱基的封锁电流量的报告(非专利文献1以及非专利文献2)。

在使用了纳米孔设备的计测中，存在以下三个课题。第一个课题是，在实现具有阵列化的并联通道的集成化纳米孔设备时，需要在各个独立通道之间电流不泄漏地相互绝缘。若未进行绝缘，则各个独立通道相互干涉而无法进行正确的计测，各通道的独立计测变得困难。

作为第二个课题，在计测中样品枯竭而计测的吞吐量下降的情况下、在充分地计测完某个样品之后想要计测其他样品的情况下，要求通过进行顺畅的样品供给或样品更换来延长有效的连续计测时间。

作为第三个课题，在计测以DNA为代表的生物体分子时，从生物体采集的样品是宝贵的，并期望仅采集少量，因此需要即使是少的溶液量(少的DNA输入量)也能够进行计测。

在专利文献1中，为了实现利用了脂质双层膜和生物纳米孔的集成化纳米孔设备，尝试了以下的方法。相对于需要多个并联阱(well)的树脂流动池(flow cell)，通过使疏水液(油)和具有构成脂质双层膜的材料的水溶液交替地流入，从而使其在各并联阱的底部自发地形成单独液滴部，使其在阱顶部自发地形成公共溶液部。通过使其在各单独液滴部与公共溶液部的界面自发形成脂质双层膜，并在该膜中电埋入生物纳米孔，从而实现集成化。

在固态纳米孔设备中，由于与利用了生物纳米孔的自组织化的脂质双层膜不同，利用由无机材料预先形成的固态无机薄膜，所以无法应用专利文献1那样的方法，为了实现集成化，需要其他的方法(approach)。在非专利文献3中，尝试了通过使用微流路将一个无机薄膜分割为不同的区段来形成五个并联通道的方法。

此外，在非专利文献4中，对于具有16个独立薄膜的设备，尝试了通过组合绝缘橡胶的O-环和树脂流动池来实现并联化的方法。

在实现具有高集成度的并联化固态纳米孔设备时，在专利文献2中，尝试了将疏水液(油)用作各独立通道之间的绝缘体的方法。这样的疏水液通过使用了流路的送液机构来实现。在专利文献3中，记载了将感光性树脂那样的绝缘膜设置为各独立通道之间的绝缘隔壁的方法。这样的绝缘膜通过使用了压接法的送液机构来实现。

如上所述，在集成化纳米孔设备中共通的是在薄膜的一侧设置公共溶液槽，在另一侧设置有多个独立的单独溶液槽。这样的结构是集成化纳米孔设备中的基本构造。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2014/064443号

专利文献2：日本专利第6062569号

专利文献3：日本特开2018-96688号公报

非专利文献

非专利文献1：Feng J.，et al.，Identification of single nucleotides inMoS2 nanopores.Nat.Nanotechnol.10，1070-1076(2015)。

非专利文献2：Goto Y.，et al.，Identification of four single-stranded DNAhomopolymers with a solid-state nanopore in alkaline CsCl solution.Nanoscale10，20844-20850(2018)。

非专利文献3：Tahvildari R.，et al.，Integrating nanopore sensors withinmicrofluidic channel arrays using controlled breakdown.Lab on a Chip 15，1407-1411(2015)。

非专利文献4：Yanagi I.，et al，Multichannel detection of ionic currentsthrough two nanopores fabricated on integrated Si3N4membranes.Lab on a Chip16，3340-3350(2016)。

发明内容

发明要解决的课题

然而，在以往的被集成化的固态纳米孔系统中，难以一边保持各通道之间的绝缘性，一边兼顾向多个独立的单独溶液槽的溶液的一并注入和单独溶液槽的溶液(样品)更换。虽然通过使用流动池等流路，溶液更换较容易，但是为了一并向单独溶液槽注入溶液，需要特殊的夹具、泵那样的送液装置，装置变得繁杂。该课题在集成度变大、流路变得微小时变得显著。

如专利文献3那样通过压接法作成的单独溶液槽成为封闭空间，因此原本溶液的更换较困难。

此外，在以往的方法中，为了向单独溶液槽配置溶液而需要比单独溶液槽的溶液体积大的溶液体积量，因此还存在难以以少的溶液量进行样品计测的课题。

因此，本公开提供一种一边保持并联通道之间的绝缘性，一边兼顾向多个单独溶液槽的溶液的自动一并注入和单独溶液槽的溶液的自动更换的技术。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本公开的生物体聚合物分析设备具备：绝缘性的薄膜，包含无机材质；第1液槽以及第2液槽，由所述薄膜隔开；多个第1电极，配置在所述第1液槽；以及第2电极，配置在所述第2液槽，在所述第1液槽导入疏水液以及多个液滴，所述多个第1电极构成为能够通过施加给定的电压，从而通过电介质上电润湿来输送导入到所述第1液槽的所述多个液滴，所述多个液滴被输送到与所述多个第1电极接触的部位，通过所述疏水液相互绝缘。

与本公开相关的进一步的特征根据本说明书的记述、附图而变得清楚。此外，本公开的方式通过要素以及多样的要素的组合以及以后的详细的记述和所附的权利要求书的方式来达成并实现。

本说明书的记述只不过是典型的例示，在任何意义下都不对本公开的权利要求书或应用例进行限定。

发明效果

根据本公开，能够一边保持并联通道之间的绝缘性，一边兼顾向多个单独溶液槽的溶液的自动一并注入和单独溶液槽的溶液的自动更换。

前述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而明确。

附图说明

图1是示出参考例涉及的单个通道的生物体聚合物分析设备的示意图。

图2是示出参考例涉及的并联通道的生物体聚合物分析设备的示意图。

图3A是示出第1实施方式涉及的生物体聚合物分析设备的示意图。

图3B是示出纳米孔开孔后的生物体聚合物分析设备的示意图。

图4是示出第1实施方式涉及的其他生物体聚合物分析设备的示意图。

图5是示出第1实施方式涉及的其他生物体聚合物分析设备的示意图。

图6是示出第1实施方式涉及的生物体聚合物分析方法的流程图。

图7是示出第2实施方式涉及的生物体聚合物分析设备的示意图。

图8A是第2实施方式涉及的生物体聚合物分析设备的第1液槽的俯视图。

图8B是示出输送液滴的情形的俯视图。

图8C是示出液滴全部被配置在所希望的位置的状态的俯视图。

图9是示出第3实施方式涉及的生物体聚合物分析设备的示意图。

图10A是示出在薄膜表面残留有疏水液的状态的示意图。

图10B是示出第4实施方式的牺牲层的构造的示意图。

图10C是示出第4实施方式的其他生物体聚合物分析设备的示意图。

图11是示出第5实施方式涉及的生物体聚合物分析设备的示意图。

图12是示出第5实施方式涉及的其他生物体聚合物分析设备的示意图。

图13是示出第6实施方式涉及的生物体聚合物分析设备的示意图。

图14A是示出第7实施方式涉及的生物体聚合物分析设备的示意图。

图14B是示出第7实施方式涉及的生物体聚合物分析设备的示意图。

图15是示出第8实施方式涉及的生物体聚合物分析装置的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图对本公开的实施方式进行说明。另外，附图示出了遵循本公开的原理的具体的实施方式，但是它们是用于理解本公开的，绝非用于限定性地解释本公开。

生物体聚合物分析用设备的结构根据生物体聚合物向纳米孔的导入法而不同，但是在本说明书中，作为一个例子，记述关于通过电泳动向纳米孔导入生物体聚合物的方式。在此，所谓生物体聚合物，表示以核酸为单体的DNA或RNA、或者以氨基酸为单体的蛋白质或多肽。

[参考例]

图1是示出参考例涉及的具有单个纳米孔通道的生物体聚合物分析设备100的示意图。如图1所示，生物体聚合物分析设备100具备具有纳米孔101的薄膜102、容纳电解质溶液103的第1液槽104A以及第2液槽104B、以及电极105A以及105B。

电极105A以及105B与电流计106以及电源107连接，通过电源107对电极105A以及电极105B施加电压。基于电源107的电压施加由计算机108控制。

电流计106测定在电极105A以及电极105B之间流动的离子电流(封锁电流)。虽然省略了图示，但是电流计106具有对在电极105A以及105B之间流动的电流进行放大的放大器和模拟/数字变换器。电流计106与计算机108连接，模拟/数字变换器将检测到的离子电流的值作为数字信号输出到计算机108。

计算机108基于离子电流(封锁电流)的值，获取生物体聚合物1的单体序列信息。

图2是示出参考例涉及的具有并联纳米孔通道的作为阵列设备的生物体聚合物分析设备200的示意图。所谓阵列设备是指，具备多个由隔壁隔开的单独溶液槽的设备。如图2所示，生物体聚合物分析设备200与图1的生物体聚合物分析设备100的不同点在于，具有通过作为隔壁的锥形层102B而电绝缘的多个第2液槽104B，在多个第2液槽104B分别各设置有一个电极105B。

这样，第1液槽104A成为公共溶液槽，第2液槽104B成为多个单独溶液槽，形成有多个独立的通道。此外，电极105A成为公共电极，电极105B成为单独电极。

[第1实施方式]

<生物体聚合物分析设备的结构例>

图3A是示出第1实施方式涉及的生物体聚合物分析设备300的示意图。如图3A所示，生物体聚合物分析设备300是固态式的纳米孔设备，具备无机材质的薄膜102、第1液槽104A、第2液槽104B、公共电极105(第2电极)、具有多个单独电极112(多个第1电极)的基板113。

薄膜102的材质是能够通过半导体微细加工技术形成的绝缘性的无机材质。作为薄膜102的材质，例如可列举氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO₂)、氮氧化硅(SiON)、氧化铪(HfO₂)、二硫化钼(MoS₂)、石墨烯等。薄膜102的厚度例如能够设为

根据情况能够设为

或

作为例子能够设为大约5nm。

虽然省略了图示，但是公共电极105能够通过布线，多个单独电极112能够通过基板113内部的布线，分别与图1以及图2所示的电流计106、电源107以及计算机108(控制部)连接。

如后所述，计算机108对由电源107进行的向多个单独电极112以及公共电极105的电压的施加进行控制。此外，计算机108使其对多个单独电极112之间或者单独电极112与公共电极105之间施加电压，基于计测到的电流值等电特性，判断液滴110的位置、在液滴110之间是否产生了泄漏、在薄膜102是否形成了纳米孔。计算机108具备存储部(未图示)，将计测到的电流值、上述判断的结果存储在存储部。

多个单独电极112被埋入基板113，基板113构成第1液槽104A的一部分。作为基板113的材质，只要能够安装电路布线即可，例如使用玻璃环氧树脂那样的PWB基板或PCB基板等。或者，基板113也可以是玻璃基板那样的透明基板。

在第1液槽104A中导入有多个液滴110和疏水液111。各液滴110通过疏水液111与相邻的液滴110电绝缘，相互独立。此外，多个液滴110分别与单独电极112接触，由此能够对各液滴110进行电压的施加等电操作。

单独电极112通过在相邻的单独电极112之间施加给定的电压，从而通过电介质上电润湿(EWOD：Electro Wetting 0n Dielectric)而将液滴110向所希望的位置输送。在图3A中，示出了液滴110分别被输送到与单独电极112接触的位置的状态，液滴110彼此通过疏水液111而分离，相互绝缘。由此，形成多个单独溶液槽(多个通道)。

用于使单独电极112作为EWOD电极进行动作的EWOD输送用电压(给定的电压)的施加由计算机108控制。EWOD输送用电压例如能够设定为0～100V，典型地，在10～50V的范围内进行。该电压值根据液滴110的直径、粘度、液滴110和疏水液111和单独电极112所成的接触角或电极尺寸等而每次变化，因此进行适当调整。

此外，单独电极112还用于通过在单独电极112以及公共电极105之间施加电压来使纳米孔101开孔或者计测离子电流。

在第2液槽104B中导入有作为公共溶液的电解质溶液103，并配置有公共电极105以使与电解质溶液103接触。在此，多个液滴110以及电解质溶液103是包含电解质的水溶液，也可以包含分析对象的生物体聚合物。

电解质溶液103的容量能够设为微升级或毫升级。液滴110的容量能够设为纳升级或微升级。

收纳与薄膜102接触的测定溶液的第1液槽104A以及第2液槽104B能够以对离子电流的测定不造成影响的材质、形状以及大小来适当设置。

单独电极112以及公共电极105的材质能够设为能够与液滴110以及电解质溶液103中的电解质进行电子授受反应(法拉第反应)的材质，例如可列举卤化银、卤化碱银。从电位稳定性以及可靠性的观点出发，特别是能够使用银或银/氯化银。

单独电极112以及公共电极105的材质也可以是成为极化电极的材质，例如能够使用金或铂等。在该情况下，为了确保稳定的离子电流，例如能够在测定溶液中添加铁氰化钾或亚铁氰化钾等能够辅助电子授受反应的物质。或者，例如也能够将二茂铁类等能够进行电子授受反应的物质固定在极化电极表面。

单独电极112以及公共电极105可以全部由前述材质构成，或者也可以将前述材质覆盖在基底材料(铜、铝等)的表面。单独电极112以及公共电极105的形状没有特别限定，能够设为与测定溶液接触的表面积变大的形状。单独电极112以及公共电极105与布线接合，向测定电路发送电信号。

疏水液111是绝缘性且与水相分离的液体，根据情况能够使用与生物体聚合物亲和性高的液体。作为疏水液111，例如可列举硅油、氟系油、矿物油等。这样的液体例如在PCR、数字PCR等技术中也经常被使用。进而，由于疏水液111被用于基于EWOD的液滴110的输送，因此能够将粘性低且流动性高的液体用作疏水液111。

虽然省略了图示，但是第1液槽104A以及第2液槽104B分别具有用于向内部注入液体的注入口和用于排出内部的液体的排出口。

<纳米孔形成方法>

图3B是示出在薄膜102形成有纳米孔101的状态的生物体聚合物分析设备300的示意图。在图3A的结构的状态下，由于未设置纳米孔101，因此无法分析生物体聚合物。因此，通过在多个单独电极112与公共电极105之间施加薄膜102的绝缘击穿电压以上的电压值，能够形成纳米孔101。

在薄膜102形成纳米孔101的方法没有特别限定，例如能够使用基于透射型电子显微镜等的电子束照射、基于电压施加的绝缘击穿等。形成纳米孔101的方法例如能够使用“Itaru Yanagi et al.，Sci.Rep.4，5000(2014)”中记载的方法。

薄膜102由Si₃N₄构成的情况下的基于电压施加的纳米孔101的形成例如能够通过以下的步骤进行。首先，利用Ar/O₂等离子体(plasma)(莎姆克株式会社制造(SamcoInc.))，在10WW、20sccm、20Pa、45sec的条件下，对由Si₃N₄构成的薄膜102进行亲水化。接着，在流动池设置具备薄膜102的生物体聚合物分析设备300。然后，分别向第1液槽104A以及第2液槽104B导入单独电极112以及公共电极105，将含有1M的CaCl₂以及1mM Tris-10mM EDTA的pH7.5的电解质溶液即液滴110输送到第1液槽104A，用该电解质溶液充满第2液槽104B。

电压的施加不仅在纳米孔101的形成时进行，而且在形成纳米孔101后经由纳米孔101而流动的离子电流的计测时也进行。在此，将位于GND电极侧的第1液槽104A称为cis槽，将位于可变电压侧的第2液槽104B称为trans槽。将施加在cis槽侧的电极的电压V_cis设定为0V，对trans槽侧的电极施加电压V_trans。电压V_trans例如通过脉冲产生器(41501B SMUANDPulse Generator Expander，Agilent Technologies公司制造)产生。

脉冲施加后的电流值能够用电流计106(4156B PRECISION SEMICONDUCTORANALYZER，Agilent Technologies公司制造)读取。为了形成纳米孔101而施加电压的工艺以及读取离子电流值的工艺例如通过存放于计算机108的存储部的自制程序(Excel VBA、Visual Basic for Applications)进行控制。根据在施加脉冲电压前形成的纳米孔101的直径选择电流值条件(阈值电流)，依次增大纳米孔101的直径，并且得到作为目标的直径。

纳米孔101的直径能够根据离子电流值来估计。条件选择的基准例如在薄膜102的材质为Si₃N₄且薄膜102的厚度为5nm的情况下，如表1所示。在此，第n个脉冲电压施加时间t_n(其中，n＞2的整数。)由下式决定。

[数式1]

t_n＝10^{-3+(1/6)(n-1)}-10^{-3+(1/6)(n-2)}For n＞2

[表1]

表1.电压施加条件

纳米孔101的形成除了施加脉冲电压的方法以外，还能够通过基于TEM的电子射线照射来进行(A.J.Storm et a1.，Nat.Mat.2(2003))。

纳米孔101的尺寸能够根据分析对象的生物体聚合物的种类来选择，例如能够设为0.9nm～100nm，根据情况能够设为0.9nm～50nm。具体地，纳米孔101的尺寸为0.9nm以上且10nm以下等。例如在直径为大约1.4nm的单链DNA的分析中使用的纳米孔101的直径例如能够设为0.8nm～10nm或0.8nm～1.6nm。此外，例如在直径为大约2.6nm的双链DNA的分析中使用的纳米孔101的直径能够设为3nm～10nm或3nm～5nm。

纳米孔101的深度能够通过调整薄膜102的厚度来调整。纳米孔101的深度能够设为构成生物体聚合物的单体单位两倍以上，根据情况能够设为三倍以上或五倍以上的大小。例如在生物体聚合物为核酸的情况下，纳米孔101的深度设为三个以上碱基的大小，例如大约1nm以上。由此，能够对生物体聚合物一边控制其形状和移动速度一边使其进入纳米孔101，能够进行高灵敏度以及高精度的解析。此外，纳米孔101的形状基本上为圆形，但是也能够设为椭圆形、多边形。

在用户使用生物体聚合物分析设备300刚刚进行生物体聚合物的解析前，如图3B所示，将各液滴110输送到与单独电极112接触的位置，设为通过疏水液111相互绝缘的状态，通过电操作在薄膜102设置纳米孔101，由此能够始终提供品质良好的纳米孔101。

另外，生物体聚合物分析设备300可以在液滴110以及疏水液111被输送到图3A所示的位置的状态下提供给用户，也可以使得在仅疏水液111被导入到第1液槽104A的状态下提供给用户，并通过用户的操作使其对单独电极112施加EWOD输送用电压，而将液滴110输送到图3A所示的位置。此外，还可以在第1液槽104A以及第2液槽104B均为空的状态下向用户提供生物体聚合物分析设备300。在该情况下，在通过用户的操作向第1液槽104A填充疏水液111之后，使其对单独电极112施加EWOD输送用电压来输送液滴110，向第2液槽104B导入电解质溶液103，从而设为图3A所示的状态。

<生物体聚合物分析设备的其他结构例>

图4是示出第1实施方式涉及的其他生物体聚合物分析设备400的示意图。生物体聚合物分析设备400具有相对于在封锁电流方式下的生物体聚合物的分析中使用的典型的固态式的纳米孔设备采用了本实施方式的结构(图3)的结构。如图4所示，生物体聚合物分析设备400具有无机材质的薄膜102A、配置于薄膜102A的一侧的锥形层102B、以及配置于薄膜102A的另一侧的牺牲层102C。此外，存在将薄膜102A、锥形层102B以及牺牲层102C统称为“薄膜”的情况。

作为锥形层102B以及牺牲层102C的材质，通常考虑量产性而采用硅(Si)。锥形层102B例如通过硅晶片的各向异性蚀刻而形成。牺牲层102C在与多个单独电极112对置的位置具有例如通过硅晶片的蚀刻而形成的多个(在图4中为三个)蚀刻孔(凸部)，由此薄膜102A在多个部位露出而被阵列化。此外，牺牲层102C通过应力支承薄膜102A。这样的固态式的纳米孔设备的结构例如记载于美国专利第5795782号、“Yanagi，et al.，ScientificReports 4，5000，2014”、“Akahori，et al.，Nanotechnology 25(27)：275501，2014”、以及“Yanagi，et al.，Scientific Reports，5，14656，2015”等。

在液滴110露出的薄膜102A的尺寸需要是在通过施加电压来形成纳米孔101时难以形成两个以上的纳米孔101的面积，且是强度上允许的面积。该面积例如为100～500nm左右，为了达成DNA单碱基分辨率，能够形成具有相当于单碱基的有效膜厚的纳米孔101的膜厚3～7nm左右是适当的。

如图4所示，在多个单独溶液槽阵列化的结构的情况下，能够规则地排列形成纳米孔101的薄膜102的露出部位。薄膜102A的多个露出部位的间隔能够根据所使用的电极以及电测定系统的能力而例如设为0.1mm～10mm或0.5mm～4mm。

图5是示出第1实施方式涉及的其他生物体聚合物分析设备500的示意图。如图5所示，在生物体聚合物分析设备500中，与图4所示的生物体聚合物分析设备400的不同点在于，设置有多个锥形层102B。这样的结构例如记载于“Yanagi，et al.，Lab on a Chip，16，3340-3350，2016.”。

<生物体聚合物分析方法>

以下，对使用纳米孔形成前的生物体聚合物分析设备，来连续地进行纳米孔的形成和生物体聚合物的分析的方法进行说明。在本实施方式的生物体聚合物分析方法中，可以使用图3A、图4以及图5所示的生物体聚合物分析设备300～500中的任意一个，设为公共电极105以及多个单独电极112与图1以及图2所示的电流计106、电源107以及计算机108连接。此外，设为使用第1液槽104A以及第2液槽104B为空的状态的生物体聚合物分析设备。

图6是示出本实施方式涉及的使用了生物体聚合物分析设备的生物体聚合物分析方法的流程图。首先，在步骤S1中，用户从第1液槽104A(单独电极112侧)的注入口(未图示)导入疏水液111，向第1液槽104A填充疏水液111。

在步骤S2中，用户向计算机108输入动作开始的指示，向第1液槽104A的注入口(未图示)依次注入多个液滴110。在此，多个液滴110分别设为纳米孔开孔用的电解质溶液。

计算机108若接收动作开始的指示，则通过电源107对单独电极112施加EWOD输送用电压，输送多个液滴110以使各液滴110配置在与一个单独电极112相接触的位置。此时，疏水液111防止液滴110彼此的接触，使各液滴110相互电绝缘。由此，形成分别具有一个单独电极112和一个液滴110的多个独立的单独溶液槽(多个通道)。

在步骤S3中，计算机108探测多个液滴110被输送的位置。接着，在步骤S4中，计算机108判定液滴110是否移动到所希望的位置。关于液滴110的位置的判定方法将在后面叙述。在液滴110未到达所希望的位置的情况下(“否”)，返回步骤S2，计算机108重复进行液滴110的输送直到到达所希望的位置。

在液滴110到达所希望的位置后(在步骤S4中为“是”)，在步骤S5中，计算机108对相邻的通道的单独电极112之间施加漏电流读取用的电压，测定漏电流值。

在步骤S6中，计算机108判定测定出的漏电流值是否小于预先设定的阈值。

在漏电流值为阈值以上的情况下(在步骤S6中为“否”)，该通道未保持电独立性，因此返回到步骤S2，计算机108再次尝试从液滴110的输送到漏电流的计测，直到漏电流值小于阈值。或者，计算机108代替返回到步骤S2而判断为该通道为不良而放弃该通道的使用。此时，计算机108将判断为不良的通道的位置存储在存储部。

在漏电流值小于阈值的情况下(在步骤S6中为“是”)，能够判定为是良好的通道，因此转移到步骤S7。

在液滴110移动到所有的通道且确认了电独立之后，在步骤S7中，用户向第2液槽104B导入电解质溶液103。

在步骤S8中，计算机108对各单独电极112与公共电极105之间施加薄膜102的绝缘击穿耐压以上的电压，以电方式使纳米孔101开孔。计算机108直接对独立的各个单独电极112与公共电极105之间施加纳米孔特性判定用的电压，计测纳米孔101的电流电压特性。在此，在计测到的电流值进入所希望的电流值的范围内、即所希望的纳米孔直径范围内的情况下，判定为得到了良好的纳米孔101。

在计测到的电流值在所希望的范围外的情况下，计算机108判断为该通道是不良部位，放弃该通道的使用。在该情况下，计算机108将放弃的通道的位置信息存储在存储部，以使包含样品的液滴不向放弃的通道移动。由此，能够防止样品的损耗。

通过以上的操作输送到单独电极侧的液滴110是纳米孔开孔用的电解质溶液，因此需要更换为样品计测用的溶液。在步骤S9中，计算机108对单独电极112施加EWOD输送用电压，向第1液槽104A的排出口输送作为各纳米孔开孔溶液的液滴110，使其向与排出口连接的废液槽(未图示)移动。

然后，用户从第1液槽104A的注入口注入包含生物体聚合物的样品计测用的液滴(样品溶液)，计算机108对单独电极112施加EWOD输送用电压，使样品溶液移动到形成有良好的纳米孔101的部位。

在输送完全部样品溶液之后，在步骤S10中，计算机108对各单独电极112与公共电极105之间施加样品计测用电压，进行样品的计测。

进而，在进行样品更换的情况下，执行与步骤S9同样的动作。具体地，计算机108对单独电极112施加EWOD输送用电压，向第1液槽104A的排出口输送计测结束的样品溶液，并使其向与排出口连接的废液槽移动。然后，用户从第1液槽104A的注入口导入新的样品溶液，计算机108对单独电极112施加EWOD输送用电压，输送新的样品溶液。这样，能够通过EWOD顺畅地进行各单独溶液槽的溶液的更换。

<液滴的位置的判定方法>

接着，对上述的步骤S3以及S4中的液滴110的位置的探测方法进行说明。能够通过各种各样的方法来探测液滴110是否到达所希望的位置。例如，使用透明的基板以及透明的电极作为单独电极112以及基板113，并在单独电极112以及基板113的上方设置显微镜等观察装置(判定多个液滴是否被输送到所希望的位置的机构)，由此能够光学地对第1液槽104A的内部进行图像观察。观察装置构成为能够将拍摄了观察部位的图像数据发送到计算机108，计算机108能够基于图像数据判定液滴110的位置。

另一方面，在单独电极112以及基板113使用不透明的材质的情况下，液滴110无法进行图像观察。在该情况下，能够不使用上述那样的光学方法，而通过使用电方法来判定液滴110的位置。由于由本实施方式的生物体聚合物分析设备输送的液滴110包含电解质，所以电导通。因此，通过对各单独电极112之间或者各单独电极112与公共电极105之间施加电操作，并调查有无电反应变化，能够判定液滴110是否与单独电极112接触(是否在该单独电极112的位置)。

此外，例如根据与单独电极112接触的是包含电解质的疏水液111还是电解质溶液，交流施加时的阻抗特性不同。因此，通过对单独电极112施加交流电流来计测阻抗，可知液滴110是否与单独电极112接触。

或者，通过计测单独电极112与公共电极105之间的电流值来调查电阻特性，也能够判定液滴110的位置。例如，在疏水液111与单独电极112以及薄膜102接触的状态下，由于单独电极112与公共电极105之间通过疏水液111的高的绝缘性而被完全绝缘，所以观测到的电流值成为10^-13～10^-14A以下。另一方面，在液滴110等电解质溶液与单独电极112以及薄膜102接触的状态下，由于电解质溶液为低电阻体，所以即使在纳米孔101开孔之前，在单独电极112与公共电极105之间也能观测到10^-11～10^-12A的电流值。例如在“ScientificReports，5，14656，2015，Yanagi，et al.”中报告有观测到这样的电流值的情况。这样，通过探测电流值的差分，可知液滴110是否与单独电极112以及薄膜102接触，因此能够判定液滴110的位置。

<技术效果>

如以上那样，在第1实施方式中，对单独电极112施加EWOD输送用电压而使多个液滴110自动地向所希望的位置移动，由此能够进行向多个独立的单独溶液槽的溶液的一并注入。此时，液滴110之间由于疏水液111的存在而相互电绝缘，保持电独立性。此外，在进行溶液更换的情况下，只是通过EWOD输送液滴110并废弃，将新的液滴110同样地输送到所希望的位置即可，因此能够顺畅地进行溶液更换。因此，能够一边保持各并联通道之间的绝缘性，一边兼顾向多个独立的单独溶液槽的溶液的一并注入和单独溶液槽的溶液更换。进而，由于不需要用于溶液的输送、更换的送液装置，因此能够避免装置的大型化、设置成本的增大。

EWOD在集成度变高的情况下、即部件尺寸变微小的情况下也发挥效果。特别是，EWOD即使是几μL至几nL的微小液滴也能够输送，因此能够以少的液滴量进行样品计测。

进而，本实施方式的生物体聚合物分析设备能够将独立的单独溶液槽集成化。因此，能够对种类不同的样品同时进行计测。例如，将某液滴作为样品A的溶液，将另一液滴作为样品B的溶液进行准备，分别输送到适当的位置，由此能够同时计测种类不同的样品。此外，在将本实施方式的生物体聚合物分析设备例如用作DNA测序器的情况下，可以在一个设备上分别同时计测具有基因变异A的样品A和具有基因变异B的样品B。在固定了探针的以杂交(hybridization)为原理的基因检测方法中也相同。或者，也可以同时实施DNA测序和上述的杂交检测法等。这样，通过将单独溶液槽集成化，能够提高计测的吞吐量。

[第2实施方式]

通常，在进行基于EWOD的液滴的输送的情况下，为了通过从液滴的表面提取电荷并使其极化来提高对电极表面的润湿性，有时在电极表面设置绝缘体(电介质)。但是，在第1实施方式的单独电极112的表面设置有绝缘体的情况下，通过高的绝缘电阻来进行电流计测变得困难，变得无法使用单独电极112来分析生物体聚合物。

为了解决这样的课题，在第2实施方式中，作为单独电极，将电流计测用的电极和EWOD用的电极这两种相对于各液滴分别各设置一个以上。

<生物体聚合物分析设备的结构例>

图7是示出第2实施方式涉及的生物体聚合物分析设备700的示意图。生物体聚合物分析设备700的基板113的结构与图4所示的生物体聚合物分析设备400不同。因此，对基板113以外的结构省略说明。

如图7所示，在基板113埋入有电流计测用的多个单独电极112(多个第3电极)和多个EWOD用电极114(多个第1电极)。多个单独电极112分别配置在与薄膜102A的露出部位对置的位置。在EWOD用电极114的内侧的表面设置有绝缘体115。如后所述，多个EWOD用电极114被配置为在与各单独电极112相接触的位置形成用于输送各液滴110的通路(lane)。

图7示出液滴110被输送到所希望的位置的状态，各液滴110至少与一个单独电极112和包围单独电极的多个EWOD用电极114接触。这样，作为不同的用途而设置电流计测用的电极和EWOD用电极，由此能够没有问题地进行EWOD输送和电流计测。

<生物体聚合物分析方法>

本实施方式的生物体聚合物分析方法与第1实施方式(图6)大致相同，但是在步骤S2和S9中的液滴的输送中，不是对单独电极112而是对EWOD用电极114施加EWOD输送用电压，在这一点上与第1实施方式不同。

图8A是生物体聚合物分析设备700的俯视图。如图8A所示，在基板113配置有4列×4行共计16个电流计测用的单独电极112，在各单独电极112的周围配置有多个EWOD用电极114。这样，多个EWOD用电极114构成用于输送液滴110的通路，能够顺畅地输送液滴110。各单独电极112配置在薄膜102的露出部位的上方。在各单独电极112为透明电极的情况下，如图8A所示，能够从单独电极112的上方观察薄膜102。另外，图8A所示的状态是在第1实施方式中说明的步骤S1(图6)中导入了疏水液111之后的状态。

图8B以及8C是示出输送液滴110的情形的生物体聚合物分析设备700的俯视图。如上所述，液滴110的输送通过对EWOD用电极114施加EWOD输送用电压来进行。如图8B所示，例如若经由流动池的流路运送来的液滴110被导入第1液槽104A并与施加了EWOD输送用电压的EWOD用电极114接触，则能够将液滴110各一个电极相应量地离散地输送。最终，一个液滴110配置在薄膜102与单独电极112之间。通过同样地重复该动作，如图8C所示，能够在所有的薄膜102的露出部分与单独电极112之间配置液滴110。

另外，单独电极112以及EWOD用电极114的数量以及配置的布局并不限定于图8A～8C所示，能够适当地进行变更。例如，在将通道高集成化的情况下，也可以以几百个～几千个或者其以上的单位设置单独电极112。

<技术效果>

如以上那样，在本实施方式中，采用在第1液槽104A设置有电流计测用的单独电极112和EWOD用电极114的结构。由此，即使在EWOD用电极114的表面设置绝缘体115，也能够使用单独电极112没有问题地进行纳米孔的形成以及电流的计测。

[第3实施方式]

如上所述，在第1实施方式的单独电极112的表面设置有绝缘体(电介质)的情况下，通过高的绝缘电阻来进行电流计测变得困难，变得无法使用单独电极112来分析生物体聚合物。

为了解决这样的课题，在第3实施方式中，对各单独电极112连接EWOD输送用的电路、纳米孔开孔用的电路以及电流计测用的电路，并切换这些电路，由此控制对单独电极112施加的电压。

<生物体聚合物分析设备的结构例>

图9是示出第3实施方式涉及的生物体聚合物分析设备800的示意图。生物体聚合物分析设备800的结构与在第1实施方式中说明的图4的生物体聚合物分析设备400大致相同，但是在各单独电极112(多个第1电极)通过布线连接有控制电路121(控制部)。如图9所示，在控制电路121设置有EWOD输送用电路116、纳米孔开孔用电路117、电流计测用电路118以及切换这些电路的多个开关122。控制电路121与计算机108(控制部)连接，由计算机108控制开关122的切换以及使用了各电路116～118的电压的施加。

通过在EWOD输送用电路116与单独电极112之间设置例如电容器123(绝缘体)那样从液滴适当地提取电荷那样的结构的电路，即使不将绝缘体设置在单独电极112的表面，也能够适当地进行EWOD输送。另外，也可以在所有的单独电极112设置公共的一个EWOD输送用电路116。

<生物体聚合物分析方法>

本实施方式的生物体聚合物分析方法与第1实施方式(图6)大致相同，但是计算机108通过切换开关122来变更对单独电极112施加的电压，在这一点上与第1实施方式不同。因此，仅对与第1实施方式的不同点进行说明。

在步骤S2中，计算机108切换开关122，将EWOD输送用电路116和各单独电极112连接，对各单独电极112施加EWOD输送用电压。

在步骤S5中，计算机108切换开关122，将电流计测用电路118和各单独电极112连接，对相邻的通道的单独电极112之间施加漏电流读取用的电压，测定漏电流值。

在步骤S8中，计算机108切换开关122，将纳米孔开孔用电路117和各单独电极112连接，对各单独电极112与公共电极105之间施加薄膜102的绝缘击穿耐压以上的电压，以电方式使纳米孔101开孔。

在步骤S9中，计算机108切换开关122，将EWOD输送用电路116和各单独电极112连接。接着，对单独电极112施加EWOD输送用电压，向第1液槽104A的排出口输送作为各纳米孔开孔溶液的液滴110，并使其向与排出口连接的废液槽(未图示)移动。

在步骤S10中，计算机108切换开关122，将电流计测用电路118和各单独电极112连接，对各单独电极112与公共电极105之间施加样品计测用电压，进行样品的计测。

<技术效果>

如以上那样，在本实施方式中，采用在多个单独电极112连接EWOD输送用电路116、纳米孔开孔用电路117以及电流计测用电路118，通过开关122来切换与单独电极112连接的电路的结构。由此，无需另外设置EWOD用电极，而仅通过单独电极112以及公共电极105就能够进行液滴110的输送、纳米孔的形成以及电流值的计测，因此与第2实施方式相比，能够使生物体聚合物分析设备的每单位面积的通道数增加。

[第4实施方式]

如图4以及图5所示，固态式的纳米孔设备大多是在薄膜102A的一侧具有作为平坦面的牺牲层102C，在另一侧具有作为锥形面的锥形层102B的构造。然而，为了使薄膜102A露出，牺牲层102C具有通过化学蚀刻或干式蚀刻而仅削减了特定的区域的构造(蚀刻孔)。

根据生物体聚合物分析设备的构造，在蚀刻孔会残留有疏水液111，液滴110无法进入蚀刻孔内，产生成为不良通道的课题。

图10A是示出在牺牲层102C的蚀刻孔102D残留有疏水液111的状态的示意图。如图10A所示，在蚀刻孔102D例如为圆筒形状的情况下，由于疏水液111先进入，该空间在流体力学上成为不动区域，因此在液滴110被输送到蚀刻孔102D上的情况下，不能以流体方式迅速地进行置换，而疏水液111残留在蚀刻孔102D。这样的现象容易在EWOD中经常使用的疏水液中产生。即，由于疏水液具有粘性低且表面张力低这样的化学性质，所以若是如圆筒形状的蚀刻孔102D那样具有不动区域的构造，则产生不能进行置换这样的现象。特别是在疏水液111的密度比液滴的密度重的情况下，浮力与置换相反地发挥作用，因此置换变得更加困难。

因此，以下，对防止牺牲层102C的蚀刻孔102D中的疏水液111的残留的结构进行说明。

图10B是示出本实施方式的牺牲层102C的构造的示意图。如图10B所示，本实施方式的牺牲层102C将蚀刻孔102D(凹部)的剖面形状形成为锥形状。这样，通过将蚀刻孔102D的剖面形状设为锥形形状那样在流体上不具有不动区域的构造，从而能够通过作为电解质溶液的液滴，以流体方式容易地置换疏水液111。

此外，在蚀刻孔102D为圆筒形状的情况下，通过在向第1液槽104A填充疏水液111之前，预先在圆筒形状的蚀刻孔102D封入电解质溶液，也能够防止疏水液111的残留。由于圆筒形状的蚀刻孔102D内的液体难以以流体方式置换，所以在疏水液111在之后移动过来的情况下，疏水液111不会进入蚀刻孔102D。在该情况下，通过使用比重比水低的流体作为疏水液111，从而疏水液111更难以进入蚀刻孔102D内。

图10C是示出本实施方式的其他生物体聚合物分析设备900的示意图。如图10C所示，生物体聚合物分析设备900的薄膜102A、锥形层102B以及牺牲层102C的构造与第1实施方式的生物体聚合物分析设备500(图5)相同，但是设置有多个单独电极112的基板113配置在第2液槽104B，公共电极105配置在第1液槽104A。进而，多个液滴110以及疏水液111被导入第2液槽104B，电解质溶液103被导入第1液槽104A。

这样，在锥形层102B侧(第2液槽104B)填充疏水液111，然后输送液滴110，由此能够以流体方式容易地用液滴110来置换疏水液111。

<技术效果>

如以上那样，在本实施方式中，采用将在牺牲层102C形成的蚀刻孔102D的剖面形状设为锥形状的结构。或者，采用预先在圆筒形状的蚀刻孔102D填充电解质溶液的结构。进而，也能够采用在锥形层102B侧(第2液槽104B)设置多个单独电极112，并导入疏水液111以及液滴110的结构。由此，能够防止在形成于牺牲层102C的蚀刻孔102D残留疏水液111而成为不良通道。

[第5实施方式]

<生物体聚合物分析设备的结构例>

图11是示出第5实施方式涉及的生物体聚合物分析设备1000的示意图。如图11所示，本实施方式的生物体聚合物分析设备1000与第1实施方式(图4)以及第2实施方式(图7)的不同点在于，在牺牲层102C(薄膜)的上表面形成有EWOD用电极114。在EWOD用电极114的表面配置有绝缘体115。各EWOD用电极114通过设置于牺牲层102C内部的布线(未图示)与外部电路连接。液滴110被输送到分别与一个单独电极112相接触，并且与相邻的至少两个EWOD用电极114相接触的位置。

图12是示出第5实施方式涉及的其他生物体聚合物分析设备1100的示意图。如图11所示，本实施方式的生物体聚合物分析设备1100与第1实施方式(图4)以及第2实施方式(图7)的不同点在于，在牺牲层102C(薄膜)的上表面形成有电流计测用的多个单独电极112(多个第3电极)，在基板113仅形成有EWOD用电极114(多个第1电极)。各单独电极112通过设置于牺牲层102C内部的布线(未图示)与外部电路连接。液滴110被输送到分别与一个单独电极112相接触，并且与相邻的至少两个EWOD用电极114相接触的位置。换言之，单独电极112分别被配置为与一个液滴110相接触。

<技术效果>

如以上那样，本实施方式的生物体聚合物分析设备1000以及1100采用具有电流计测用的单独电极112和EWOD用电极114，并且使单独电极112或EWOD用电极114中的任意一个与薄膜102A上的牺牲层102C一体化的结构。由此，与如第2实施方式那样将电流计测用的单独电极112以及EWOD用电极114都设置在基板113的情况相比，能够使通道进一步集成化，能够进行使用了更微小的容量的液滴的计测。

[第6实施方式]

在第1实施方式中，如图3A所示，对在薄膜102的一侧(第1液槽104A)配置具有多个单独电极112的基板113，并导入液滴110的结构进行了说明。另一方面，在第6实施方式中，在薄膜102的两侧(第1液槽104A以及第2液槽104B)配置具有多个单独电极112的基板113，并分别导入液滴110。

<生物体聚合物分析设备的结构例>

图13是示出第6实施方式涉及的生物体聚合物分析设备1200的示意图。如图13所示，本实施方式的生物体聚合物分析设备1200具备薄膜102、第1液槽104A、第2液槽104B、具有多个单独电极112A(多个第1电极)的基板113A以及具有多个单独电极112B(多个第2电极)的基板113B。基板113A设置在第1液槽104A，基板113B设置在第2液槽104B。多个单独电极112A以及多个单独电极112B配置在隔着薄膜102而对置的位置。

在第1液槽104A以及第2液槽104B分别被导入多个液滴110(测定溶液)和疏水液111。各液滴110通过疏水液111与相邻的液滴110电绝缘，相互独立。此外，多个液滴110分别与单独电极112接触，由此，能够对各液滴110进行电压的施加等电操作。关于其他结构，与第1实施方式的生物体聚合物分析设备300(图3)相同，因此省略说明。

<生物体聚合物分析方法>

本实施方式的生物体聚合物分析方法与第1实施方式大致相同，因此参照图6对本实施方式的生物体聚合物分析方法进行说明。另外，对于与第1实施方式相同的步骤省略说明。

首先，实施第1实施方式的步骤S1～S6，在第1液槽104A导入疏水液111以及液滴110，形成多个单独溶液槽。然后，代替步骤S7，对于第2液槽104B也与步骤S1～S6同样地导入疏水液111以及液滴110，形成多个单独溶液槽。

接着，在步骤S8中，计算机108对对置的单独电极112A与单独电极112B之间施加薄膜102的绝缘击穿耐压以上的电压，以电方式使纳米孔101开孔。

在步骤S9以及S10中，对单独电极112A施加EWOD输送用电压，从第1液槽104A废弃纳米孔开孔用的液滴110，导入样品溶液进行样品计测之后，对于第2液槽104B也同样地，对单独电极112B施加EWOD输送用电压，用样品溶液置换纳米孔开孔用的液滴110。然后，使对对置的单独电极112A与单独电极112B之间施加的电压反转，由此能够进行针对导入到第2液槽104B的样品溶液的样品计测。

<技术效果>

如以上那样，在本实施方式中，采用在第1液槽104A以及第2液槽104B都设置具有多个单独电极112的基板113，并通过EWOD输送液滴110的结构。由此，与仅在一个液槽(第1液槽104A)导入样品溶液的第1实施方式相比，无需进行样品溶液的更换，就能够进行两倍样品数的计测。

[第7实施方式]

在第1实施方式中，对第1液槽104A为一层的结构进行了说明，但是第1液槽104A的内部可以是用于输送液滴110的层和计测样品的层的两层构造。

<生物体聚合物分析设备的结构例>

图14A是示出第7实施方式涉及的生物体聚合物分析设备1300的示意图。如图14A所示，在本实施方式的生物体聚合物分析设备1300中，配置有构成第1液槽104A的上表面的基板113，在第1液槽104A的内部与基板113大致平行地配置有基板119，第1液槽104A成为两层构造。在基板113设置有多个EWOD用电极114(多个第1电极)，多个EWOD用电极114分别被绝缘体115覆盖。在基板119设置有多个单独电极112(多个第3电极)、和输送到基板113与基板119之间的液滴110能够通过的多个开口120。

在第1液槽104A填充疏水液111之后，在第1液槽104A的上层(基板113与基板119之间)导入多个液滴110，通过对相邻的EWOD用电极114之间施加EWOD输送用电压，输送液滴110。若各液滴110被输送到开口120的位置，则液滴110经由开口120移动到下层(基板119与薄膜102之间)。液滴110能够利用重力、浮力、或基板表面相对于水的表面张力差，从第1液槽104A的上层向下层移动。

基板119也可以在开口120的壁面进行亲水化处理。由此，能够使液滴110更容易地向下层移动。

图14B是示出多个液滴110配置于第1液槽104A的下层的状态的示意图。如图14B所示，各单独电极112被配置为，在各液滴110通过开口120移动到下层时，与一个液滴110接触。由此，形成一个单独电极112与一个液滴110接触的单独溶液槽，通过对单独电极112与公共电极105之间施加绝缘击穿电压、电流计测用电压，能够进行对薄膜102的纳米孔开孔、样品的计测。

<技术效果>

如以上那样，本实施方式的生物体聚合物分析设备采用在第1液槽104A设置具有多个EWOD用电极114的基板113和具有多个单独电极112的基板119，设为两层构造的结构。由此，与采用将多个EWOD用电极114以及多个单独电极112都设置在基板113的结构的第2实施方式相比，能够在各基板113以及119以更高密度配置多个EWOD用电极114以及多个单独电极112。

[第8实施方式]

在第1实施方式～第7实施方式中，主要对生物体聚合物分析设备的结构进行了说明。以下，在本实施方式中，对使用了生物体聚合物分析用设备的生物体聚合物分析装置进行说明。作为生物体聚合物分析装置所具备的生物体聚合物分析用设备，也可以使用第1实施方式～第7实施方式的生物体聚合物分析用设备中的任意一个。

<生物体聚合物分析装置的结构例>

图15是示出生物体聚合物分析装置1800的结构例的示意图。生物体聚合物分析装置1800作为一个例子具备第2实施方式的生物体聚合物分析设备700(参照图7)、控制电路121以及计算机108(控制部)。

如图15所示，在第1液槽104A被输送包含生物体聚合物1的多个液滴110(样品溶液)，在薄膜102A未形成纳米孔。在第2液槽104B被导入电解质溶液103。这样，使用包含生物体聚合物1的液滴110来在薄膜102A形成纳米孔，能够直接进行生物体聚合物1的分析。在该情况下，由于不需要置换纳米孔开孔用的溶液和样品溶液，所以能够缩短计测时间。

虽然省略了图示，但是在控制电路121内部设置有EWOD输送用电路、纳米孔开孔用电路、电流计测用电路以及切换这些电路的开关。各单独电极112以及公共电极105经由布线与纳米孔开孔用电路以及电流计测用电路连接。EWOD用电极114经由布线与EWOD输送用电路连接。

在电流计测用电路设置有测定在各单独电极112以及公共电极105之间流动的离子电流(封锁电流)的电流计。电流计具有对在单独电极112以及公共电极105之间流动的电流进行放大的放大器和模拟/数字变换器。电流计与计算机108连接，模拟/数字变换器将检测到的离子电流的值作为数字信号输出到计算机108。

计算机108例如是个人计算机、智能手机、平板等终端，具有对各种数据进行处理的数据处理部和存储电流计的输出值、由数据处理部计算的数据等的存储部。数据处理部基于从电流计输出的离子电流(封锁电流)的电流值，对生物体聚合物1进行计数，或者获取生物体聚合物1的单体序列信息。此外，数据处理部基于计测到的电流值等电特性，判断液滴110的位置、在液滴110之间是否产生了泄漏、在薄膜102是否形成了纳米孔。

此外，计算机108控制控制电路121的开关的切换、对公共电极105、各单独电极112以及各EWOD用电极114的电压的施加。

另外，也可以不是如图15所示那样将控制电路121和计算机108相对于生物体聚合物分析用设备700而设为独立构件，而是将控制电路121以及计算机108与生物体聚合物分析用设备设为一体结构。

<生物体聚合物的分析>

在图15所示的状态下，若对各单独电极112与公共电极105之间施加纳米孔开孔用电压，则在薄膜102A内形成纳米孔。然后，接下来，若对单独电极112与公共电极105之间施加电流计测用电压，则在薄膜102A的两面之间产生电位差，溶解在液滴110的生物体聚合物1向公共电极105的方向泳动。在生物体聚合物1为DNA的情况下，由于在液滴110中带负电，所以通过使公共电极105设为正极，能够使生物体聚合物1向公共电极105的方向泳动。若生物体聚合物1通过纳米孔，则流动封锁电流。

在使用了生物体聚合物分析设备的封锁电流计测中，以在生物体聚合物1的不存在的情况下计测到的电流值为基准(孔电流)，计测纳米孔封入了生物体聚合物1时观测到的电流的减少(纳米孔被生物体聚合物1封锁)，观测分子的通过速度、状态。若生物体聚合物1通过完纳米孔，则获取电流值恢复到孔电流。根据该封锁时间，能够解析生物体聚合物1的纳米孔通过速度，根据封锁量能够解析生物体聚合物1的特性。

在通过电信号、特别是离子电流的信号变化来分析生物体聚合物的纳米孔方法中，由于电解质溶液的导电率越高，离子电流的信号变化量越增大，所以能够进行高的SN比下的计测。虽然也依赖于离子种类的迁移数等，但是通常通过增加离子强度即盐浓度，能够提高电解质溶液的导电率。因此，在纳米孔分析中，从SN比的观点出发，进行尽可能的高盐浓度下的计测。特别是在纳米孔分析中，大多使用1M浓度的氯化钾水溶液，根据情况使用具有3M以上的离子强度的高的盐浓度条件。最大的盐浓度是电解质能够溶解的上限值即饱和浓度。

具体地，例如，在单独电极112以及公共电极105为银/氯化银电极的情况下，作为液滴110以及电解质溶液103，能够使用3M浓度的氯化钾水溶液。其理由是因为，氯化物离子能够与银/氯化银电极进行电子授受反应，钾离子与氯化物离子的电迁移率相等，因此能够充分确保导电率。此外，作为离子种类，除了氯化钾以外，也可以是作为碱金属类的一价阳离子的锂离子、钠离子、铷离子、铯离子或铵离子等。

<生物体聚合物的输送控制>

在使用生物体聚合物分析装置1800来进行DNA测序、RNA测序的情况下，需要在DNA或者RNA通过纳米孔时进行输送控制。生物体聚合物的输送控制能够主要通过使用了酶的分子马达来进行。基于分子马达的输送控制需要仅在纳米孔附近开始。特别是，通过对作为读取对象的生物体聚合物结合控制链，能够控制纳米孔附近的基于分子马达的输送开始。这样的结构例如记载在日本特愿2018-159481、PCT/JP2018/039466。这些文献的公开内容作为构成本说明书的一部分的内容而引用。

在此，作为用作分子马达的酶，是指与生物体聚合物具有结合能力的所有酶。在生物体聚合物为DNA的情况下，例如可列举DNA聚合酶(polymerase)、DNA螺旋酶(helicase)、DNA外切酶(exonuclease)、DNA转座酶(transposase)等。在生物体聚合物为RNA的情况下，例如可列举RNA聚合酶、RNA螺旋酶、RNA外切酶、RNA转座酶等。

如上所述，若对配置于电解质溶液中的纳米孔的两端施加电压，则在纳米孔101附近产生电场，通过该力，生物体聚合物通过纳米孔。另一方面，由于分子马达通常比纳米孔直径大，所以无法通过纳米孔。为了实现该限制，期望纳米孔直径处于单链DNA或者单链RNA能够通过的下限值即0.8nm至作为分子马达的酶不通过的上限值即3nm的范围内。在该条件下，控制链中的引物(primer)接近滞留在纳米孔附近的分子马达，由此开始伸长、背离反应。其结果是，通过分子马达使互补链伸长、背离时的力，生物体聚合物从纳米孔被提起或被降低，根据此时获取的离子电流的变化进行生物体聚合物的分析。

以上，对基于电信号获取生物体聚合物1中的单体序列信息的结构进行了说明，但是通过在纳米孔的内部设置电极来获取隧道电流的方法、检测晶体管特性变化的方法，也能够得到生物体聚合物1的单体序列信息。此外，也可以是基于光学信号获取生物体聚合物1的单体序列信息的结构。即，还可以是对每个单体进行具有特征性的荧光波长的标记，通过计测其荧光信号来决定各单体序列的方法。

用于分析生物体聚合物的生物体聚合物分析设备(纳米孔设备)以及具备其的生物体聚合物分析装置包含上述的结构作为要素。生物体聚合物分析设备以及生物体聚合物分析装置能够与记载有使用步骤、使用量等的说明书一起提供。此外，生物体聚合物分析设备可以以能够即时使用的状态并且以形成有纳米孔的状态提供，也可以以在提供目的地形成的状态提供。

[变形例]

本公开并不限定于上述的实施方式，包含各种各样的变形例。例如，上述的实施方式是为了易于理解地说明本公开而进行了详细的说明，而未必一定要具备所说明的全部的结构。此外，能够将某个实施方式的一部分置换为其他实施方式的结构。此外，也能够在某个实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。此外，对于各实施方式的结构的一部分，还能够追加、删除或置换其他实施方式的结构的一部分。

可以认为，本说明书中引用的所有刊物以及专利文献是通过引用直接纳入本说明书的。

附图标记说明

1：生物体聚合物；

101：纳米孔；

102：薄膜；

103：电解质溶液；

104A：第1液槽；

104B：第2液槽；

105：公共电极；

106：电流计；

107：电源；

108：计算机；

110：液滴；

111：疏水液；

112：单独电极；

113：基板；

114：EWOD用电极；

115：绝缘体；

116：EWOD输送用电路；

117：纳米孔开孔用电路；

118：电流计测用电路；

119：基板；

120：开口；

121：控制电路；

122：开关；

123：电容器。

Claims

1.一种生物体聚合物分析设备，具备：

绝缘性的薄膜，包含无机材质；

第1液槽以及第2液槽，由所述薄膜隔开；

多个第1电极，配置在所述第1液槽；以及

第2电极，配置在所述第2液槽，

在所述第1液槽导入疏水液以及多个液滴，

所述多个第1电极构成为能够通过施加给定的电压，从而通过电介质上电润湿来输送导入到所述第1液槽的所述多个液滴，

所述多个液滴被输送到与所述多个第1电极接触的部位，通过所述疏水液相互绝缘。

2.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述第1液槽还具备多个第3电极，

所述多个液滴分别被输送到与所述多个第1电极以及所述多个第3电极相接触的部位，

所述多个第3电极构成为能够测定从各所述多个液滴通过所述薄膜流到所述第2液槽的电流。

3.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述多个第1电极在表面具备绝缘膜。

4.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述多个第1电极还构成为能够测定从各所述多个液滴通过所述薄膜流到所述第2液槽的电流。

5.根据权利要求2所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述薄膜通过对所述多个第3电极以及所述第2电极之间施加所述薄膜的绝缘击穿电压来形成纳米孔。

6.根据权利要求4所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述薄膜通过对所述多个第1电极以及所述第2电极之间施加所述薄膜的绝缘击穿电压来形成纳米孔。

7.根据权利要求2所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述多个第1电极配置在所述多个第3电极的周围，形成输送所述多个液滴的通路。

8.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述生物体聚合物分析设备还具备判定所述多个液滴是否输送到所希望的位置的机构。

9.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述薄膜在输送所述液滴的部位具有剖面形状为锥形状的凹部。

10.根据权利要求2所述的生物体聚合物分析设备，其中，

所述多个第1电极或所述多个第3电极中的任意一个设置在所述薄膜上。

11.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，

在所述第2液槽设置有多个所述第2电极，并导入所述疏水液以及所述多个液滴，

所述多个所述第2电极构成为能够通过施加所述给定的电压，从而通过电介质上电润湿来输送导入到所述第2液槽的所述多个液滴，

所述多个液滴被输送到与所述多个所述第2电极接触的部位，通过所述疏水液相互绝缘。

12.一种生物体聚合物分析装置，具备：

权利要求1所述的生物体聚合物分析设备；以及

控制部，控制对所述多个第1电极以及所述第2电极施加的电压，

所述控制部具备：

EWOD电压施加用电路，对所述多个第1电极施加所述给定的电压；

纳米孔开孔用电路，用于对所述多个第1电极以及所述第2电极之间施加所述薄膜的绝缘击穿电压来形成纳米孔；

电流计测用电路，用于测定在所述多个第1电极以及所述第2电极之间流动的电流；以及

开关，切换所述EWOD电压施加用电路、所述纳米孔开孔用电路或所述电流计测用电路与所述多个第1电极的连接。

13.根据权利要求12所述的生物体聚合物分析装置，其中，

在所述EWOD电压施加用电路与所述多个第1电极之间配置绝缘体。

14.一种生物体聚合物分析方法，包含：

准备生物体聚合物分析设备，所述生物体聚合物分析设备具备：绝缘性的薄膜，包含无机材质；第1液槽以及第2液槽，由所述薄膜隔开；多个第1电极，配置在所述第1液槽；以及第2电极，配置在所述第2液槽，所述多个第1电极构成为能够通过施加给定的电压，从而通过电介质上电润湿来输送导入到所述第1液槽的多个液滴；

在所述第1液槽导入疏水液；

在所述第1液槽导入所述多个液滴；

通过对所述多个第1电极施加所述给定的电压来向与所述多个第1电极接触的部位输送所述多个液滴，通过所述疏水液使所述多个液滴相互绝缘；以及

在所述第2液槽导入电解质溶液。

15.根据权利要求14所述的生物体聚合物分析方法，其中，

所述第1液槽还具备多个第3电极，

所述生物体聚合物分析方法还包含：测定在各所述多个第3电极与所述第2电极之间流动的电流。

16.根据权利要求15所述的生物体聚合物分析方法，其中，

所述生物体聚合物分析方法还包含：对各所述多个第3电极与所述第2电极之间施加所述薄膜的绝缘击穿电压来在所述薄膜形成纳米孔。

17.根据权利要求14所述的生物体聚合物分析方法，其中，

所述多个第1电极以及所述第2电极与控制对它们施加的电压的控制部连接，

所述控制部具备：

电流计测用电路，用于测定在所述多个第1电极以及所述第2电极之间的所述薄膜流动的电流；以及

18.根据权利要求14所述的生物体聚合物分析方法，其中，

所述多个液滴是包含生物体聚合物的液滴，

所述生物体聚合物分析方法还包含：

通过对所述多个第1电极以及所述第2电极之间施加所述薄膜的绝缘击穿电压来形成纳米孔；

对所述多个第1电极以及所述第2电极之间施加所述生物体聚合物能够电泳动的电压；以及

基于在所述生物体聚合物通过所述纳米孔时的所述多个第1电极以及所述第2电极之间流动的电流的值，进行所述生物体聚合物的分析。

19.根据权利要求14所述的生物体聚合物分析方法，其中，

所述生物体聚合物分析方法还包含：判定所述多个液滴是否输送到所希望的位置。