JP2015508164A - 両親媒性分子の層の配列を支持する装置および両親媒性分子の層の配列を形成する方法 - Google Patents

Abstract

両親媒性分子の層の配列を支持する装置であって、本体と、本体の表面に形成される、両親媒性分子の層をセンサウェルにわたって支持することが可能なセンサウェルの配列であって、センサウェルがそれぞれ、電気回路に接続するための電極を含む、配列と、本体の表面のセンサウェル間に形成された、表面にわたる流体の流れを円滑にすることが可能な流れ制御ウェルとを含む、装置。

Description

本発明は、両親媒性分子の配列を支持する装置およびそのような配列を形成する方法に関する。具体的には、本発明は両親媒性分子の配列の効率的な形成に関する。適用領域には脂質二重層の調製がある。

あるタイプの既知の技術では、膜を基礎とした両親媒性分子層が、２種類の体積の水溶液を分離する手段として使用されることがある。両親媒性層は、電位差が２種類の体積間に印加されたときに、体積間の電流の流れを阻止する。膜透過タンパク質が両親媒性層に挿入されて、層全体をイオンが通過できるようになっており、これが、水溶液のそれぞれに配置された電極によって検出される電気信号として記録される。これには、ＷＯ２００９／０７７７３４に開示されているものなどがある。

この技術では、分析対象物は、膜透過タンパク質と相互作用してイオンの流れを変化させることがあり、また、結果として得られる電気信号の変化を観察することによって検出することができる。したがって、この技術によって、両親媒性分子の層は、分析物を検出するためのバイオセンサとして使用できるようになる。

両親媒性分子の層には、この技術において２つの目的がある。第１に、この層は、センシング要素として働くタンパク質の土台となる。第２に、この層は体積間のイオンの流れを隔てる。この層の電気抵抗によって確実に、システム内のイオンの流れは主として関心対象の膜タンパク質によるものになり、両親媒性分子の層を通り抜ける流れは無視できる程度であるため、単一のタンパク質チャネルでの検出が可能になる。

この技術の具体的な用途にはナノポアセンシングがあり、このセンシングでは、膜タンパク質の数を通常は１〜１００の少数に維持し、それによって単一のタンパク質分子の挙動を電気的に監視することができる。この方法によって、具体的な各分子相互作用の情報が得られ、したがって、バルクの測定値よりも豊富な情報がもたらされる。しかしながら、典型的には数ｐＡの小電流を要するため、この手法は、通常１ＧΩを超える極めて高い抵抗のシールの形成と、電流を測定するのに十分な電気感度とに依拠している。

確率的センシングの要件は実験室では満たされているが、条件および専門的な技術によって、市販の製品におけるその実際の適用は制限されている。また、実験室での方法は労力と時間を要し、市販されている任意のバイオセンサに望ましい高密度配列には容易にスケール調整できない。さらに、単一の両親媒性層膜のもろさは、そういった膜の形成が困難な可能性があることを意味し、その結果、実験室では防振テーブルがよく使用されている。そのような防振テーブルの使用が必要になることは、市販の製品には望ましくないと思われる。

微細加工を用いて二重層形成をより容易にするために熱心な研究が行われてきた。折り畳み脂質二重層または着色脂質二重層のために標準的なシステムを小型化することを試みた技術もある。他の技術には、吸収または吸着のいずれかによって、固体基板に、または電極表面上に直接的に二重層を形成することを含むものもある。大部分のナノポアセンシングデバイスは、折り畳み脂質二重層技術、または着色二重層技術のいずれかの変形を用いることによって二重層を形成する。今日までに大半が、デバイスを小型化するため、または番地指定可能な（addressable）複数のセンサを作り出すために、たとえばＥＰ２１０７０４０およびＷＯ２０１０／１２２２９３に開示されている新規の穴形成方法または新たに出現した微細加工技術の利用のいずれかに集中していた。

支持される両親媒性層の従来の手法に関する問題があり、それによってこの手法が不適切になっている。第１の問題は、典型的には約１００ＭΩの層膜の抵抗にある。これは、高いタンパク質濃度でのタンパク質挙動を調べるのに適していることがある一方で、単一分子のセンシングに基づいた高忠実度アッセイには十分でない。単一分子のセンシングを実現するために、少なくとも１ＧΩの抵抗、また用途によっては１オーダーまたは２オーダー高い抵抗を必要とする。第２の問題は、両親媒性層と固体支持体の間の典型的にはおよそ１ｎｍの短い距離に捕らえられる溶液の体積が小さいことに関する。この小さな体積は多くのイオンを含まず、これは両親媒性層全体の電位の安定性に影響を及ぼし、記録が実施できる時間を制限する。

シリコンチップ産業で使用される技術は、バイオセンサ用途に使用可能な数多くの電極を作り出す魅力的な技術を提供している。この手法は、関連出願のＵＳ７，１４４，４８６およびＵＳ７，１６９，２７２に開示されている。ＵＳ７，１４４，４８６は、絶縁体材料の層にエッチングされたマイクロキャビティを含む微小電極デバイスを製造する方法を開示している。このデバイスは、キャビティ内の電極が電気信号の測定を可能にする広範な電気化学的用途があると言われている。

要約すると、前述の既知の技術はいずれも、高抵抗を再現可能に実現できず、少ないイオンリザーバが難点であり、直流の測定が長い時間できず、かつ／または各配列要素について別個の流体チャンバを必要とする両親媒性層形成の方法を提示している。これは、高密度配列デバイスを製造する技術の拡張を制限している。

ＷＯ２００９／０７７７３４は、凹部にわたって両親媒性層を調製し、複雑な装置を必要とせずに大規模なセンサ配列のチャンバを形成する複数の凹部を備えた装置をスケール調整するための簡素化した装置を記載している。

この方法では、脂質両親媒性層は、２種類の体積の水溶液を分離する層として形成されており、この方法は、（ａ）チャンバを画定する要素であって、チャンバに開口している少なくとも１つの凹部を内部に形成した非導電性材料の本体を有する要素を含む装置であって、凹部が電極を含む装置を設けるステップと、（ｂ）疎水性流体の前処理剤被覆を凹部にわたって本体に施すステップと、（ｃ）水溶液がチャンバから凹部の中に導入され、かつ、ある体積の水溶液を分離する両親媒性分子の層が凹部にわたって形成されるように、両親媒性分子が加えられている水溶液を凹部を覆うように本体にわたって流すステップとを含む。

この方法の重要な特徴は、ナノポアセンシングや単一チャネル記録などの高感度のバイオセンサ用途に適した高品質の両親媒性層の調製である。この方法は、１ＧΩ、典型的には１００ＧΩを超える電気抵抗を有する高抵抗性の電気シールを設けた高抵抗の両親媒性層を形成することが示されており、これによって、たとえば、個々のタンパク質孔から高忠実度の記録が可能になる。

この方法では、凹部を覆うように本体の全体に水溶液を流すだけで行う、凹部にわたる両親媒性分子の層の形成は、疎水性流体の前処理剤被覆が凹部にわたって本体に施される場合に可能である。前処理剤被覆は、両親媒性層の形成を助け、センサウェルを形成するマイクロキャビティの濡れを水溶液によって補助する。

しかしながら、置かれている状況によっては、高品質の両親媒性層の形成が困難になり得る。本発明は、この問題に少なくとも部分的に対処することを狙いとする。

本発明の第１の態様によれば、両親媒性分子の層の配列（アレイ）を支持する装置が提供され、この装置は、本体と、本体の表面に形成される、両親媒性分子の層をセンサウェルにわたって支持することが可能なセンサウェルの配列であって、センサウェルがそれぞれ、電気回路に接続するための電極を含む、配列と、本体の表面のセンサウェル間に形成された、表面にわたる流体の流れを円滑にすることが可能な流れ制御ウェルとを含む。

本態様は、分散の均一性を高めるために非アクティブ流れ制御ウェルが設けられた本体を対象とする。すなわち、追加のウェルが任意のスティック／スリップ特性を減少させ、より予想に近い均一の濡れ表面となる。その追加のウェルを設けることで、システムの濡れ特性を考慮する必要なく、センサウェルを分散させ、所望に応じて機能させることが可能になる。すなわち、所望のセンサウェル分散が選択でき、システムの濡れ特性を考慮するために追加のウェルを設けることができる。

場合により、流れ制御ウェルの断面積はセンサウェルの面積より小さい。

場合により、流れ制御ウェルは電極を含まない。あるいは、流れ制御ウェルはそれぞれ電極を含み、センサウェルの電極は電気回路に接続されているが、流れ制御ウェルの電極は電気回路に接続されていない。流れ制御ウェルがアクティブセンサウェルとして機能しない実施形態では、それらの機能は、システムの濡れ特性を向上させるためだけのものである。したがって、流れ制御ウェルが流れセンサウェルとして機能できる必要があるという制約はなくなり、流れ制御ウェルは、センサウェルとしての使用には不適切なウェルの穴もしくは形状の断面積などの各寸法、またはピッチで設けてもよい。

場合により、装置は、本体の表面上に、本体との間にキャビティを画定するカバーと、電気回路に接続するための、キャビティ内に配置された共通電極とをさらに含む。カバーは、本体の表面に面した内部表面を有し、内部表面はその上で流体の流れを円滑にするために粗面化されている。

場合により、センサウェルの配列は規則的な配列であり、流れ制御ウェルは流れ制御ウェルの規則的な配列からなる。場合により、流れ制御ウェルの少なくとも一部の配列のピッチは、センサウェルの配列の少なくとも一部のピッチよりも短い。すなわち、流れ制御ウェル間の軸方向距離は、センサウェル間の軸方向距離よりも短くてもよい。流れ制御ウェルは、流れセンサウェルとは異なる寸法、たとえば、異なるサイズ、異なる断面積および／またはセンサウェルとは異なる断面積の穴であってもよい。場合により、センサウェルは円形であり、場合により、流れ制御ウェルは正方形（四角形）である。場合により、流れ制御ウェルはセンサウェルより大きな面積に分散される。

場合により、センサウェルおよび流れ制御ウェルは、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である、表面上の前処理剤がＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態に入らないように配置されている。場合により、センサウェルおよび流れ制御ウェルは、（（φ−１）／（ｒ−φ））＞ｃｏｓ（θ）となる接触角θを有する、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤についての要件を満たす、表面と表面の突出面積によって分割されたウェルとの総面積として定義される表面粗度ｒ、および表面の突出面積によって分割されたウェル間の表面の面積として定義される固体表面積部分ｆをもたらす形になっている。これにより、前処理剤が確実にウェルに入ることができるようになる。

場合により、ウェルは、３．２×１０^−５ウェル／μｍ^２以上、場合により６．４×１０^−５ウェル／μｍ^２以上、さらに場合により１．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上、さらに場合により２．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上の数密度で表面上に形成される。

場合により、装置は、本体の表面に塗布（適用）される疎水性流体の前処理剤をさらに含む。

この態様によれば、両親媒性層の配列を形成する装置を準備する方法も提供され、この方法は、既に検討したように装置を設けるステップと、本体の表面にわたって疎水性流体の前処理剤被覆をウェルに供給するステップとを含む。前処理剤被覆は、高抵抗性の電気シールがウェルにわたって形成され得るように、両親媒性層を支持するように働く。

場合により、前処理剤は溶媒に溶解した状態で供給され、この方法は、溶媒を除去するために本体の表面を乾燥させるステップをさらに含む。溶媒を除去するために本体の表面を乾燥させる前記ステップは、好ましくは大気圧未満の圧力下で行われる。

場合により、方法は、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であることのそれぞれが満たされるように行われる。さらに場合により、方法は、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であることのそれぞれが満たされるように行われる。この文脈では、「平均値」は、すべてのセンサウェルについてそれぞれ計算された環の矩形性および周囲長の算術平均値を指す。

この態様によれば、それぞれが電気回路に接続するための電極を含むセンサウェルの配列を形成する方法も提供され、ウェルは、３．２×１０^−５ウェル／μｍ^２以上、場合により６．４×１０^−５ウェル／μｍ^２以上、さらに場合により１．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上、さらに場合により２．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上の数密度を有する。

場合により、すべてのウェルがセンサウェルである。あるいは、ウェルの一部がセンサウェルであり、ウェルの残りが、本体の表面のセンサウェル間に形成された流れ制御ウェルである。

場合により、流れ制御ウェルの面積がセンサウェルの面積よりも小さい。

場合により、流れ制御ウェルは電極を含まない。あるいは、流れ制御ウェルはそれぞれ電極を含み、センサウェルの電極は電気回路に接続されているが、流れ制御ウェルの電極は電気回路に接続されていない

場合により、センサウェルの配列は規則的な配列であり、流れ制御ウェルは、流れ制御ウェルの規則的な配列からなる。場合により、流れ制御ウェルの配列のピッチが、センサウェルの配列のピッチよりも短い。場合により、センサウェルは円形であり、流れ制御ウェルは正方形である。

場合により、流れ制御ウェルは、センサウェルより大きな面積に分散される。

場合により、装置は、本体の表面上に、本体との間にキャビティを画定するカバーと、電気回路に接続するための、キャビティ内に配置された共通電極とをさらに含む。場合により、カバーは、本体の表面に面した内部表面し、内部表面は、その上で流体の流れを円滑にするために粗面化されている。

場合により、ウェルは０．１４１以上の面密度を有する。

場合により、ウェルは、本体の表面に塗布される前処理剤がＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態に入らないように配置されている。場合により、センサウェルおよび流れ制御ウェルは、（（φ−１）／（ｒ−φ））＞ｃｏｓ（θ）となる接触角θを有する、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤についての要件を満たす、表面と表面の突出面積によって分割されたウェルとの総面積として定義される表面粗度ｒ、および表面の突出面積によって分割されたウェル間の表面の面積として定義される固体表面積部分ｆをもたらす形になっている。

場合により、装置は、センサウェルに塗布される疎水性流体の前処理剤をさらに含む。

第２の態様によれば、センサウェルの配列を形成する装置を準備する方法も提供され、この方法は、既に検討したように第２の態様の装置を設けるステップと、本体の表面にわたって疎水性流体の前処理剤をウェルに供給するステップとを含む。

場合により、前処理剤は溶媒に溶解した状態で供給され、方法は、溶媒を除去するために本体の表面を乾燥させるステップをさらに含む。場合により、溶媒を除去するために本体の表面を乾燥させるステップは、大気圧未満の圧力下で行われる。

場合により、方法は、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であることのそれぞれが満たされるように行われる。さらに場合により、方法は、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であることのそれぞれが満たされるように行われる。

第２の態様によれば、両親媒性分子の層の配列を形成する方法も提供され、この方法は、既に検討したように第２の態様の方法によって装置を準備するステップと、両親媒性分子の層をセンサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を本体の表面にわたって流すステップとを含む。

第３の態様によれば、両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法が提供され、方法は、本体と、本体の表面に形成されるウェルの配列であって、その少なくとも一部が、疎水性流体の前処理剤のセンサウェルへの塗布後、両親媒性分子の層をセンサウェルにわたって支持することが可能なセンサウェルであり、センサウェルがそれぞれ、電気回路に接続するための電極を含む、配列とを含む装置を設けるステップと、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤をウェルに塗布するために、本体の表面にわたって前処理剤を溶媒に溶解した状態で供給するステップと、溶媒を除去するために大気圧未満の圧力下で本体の表面を乾燥させるステップとを含む。

この態様によれば、低圧乾燥の使用によって、本体の表面上でより均一の乾燥された前処理剤が得られる。

場合により、装置は、上記の第１または第２の態様による装置である。

場合により、方法は、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であることのそれぞれが満たされるように行われてもよい。さらに場合により、方法は、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であることのそれぞれが満たされるように行われてもよい。

本発明の第３の態様は、両親媒性分子の層の配列を形成する方法も提供し、この方法は、既に検討したように第３の態様の方法に従った方法によって装置を準備するステップと、両親媒性分子の層をセンサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を本体の表面にわたって流すステップとを含む。

本発明の第４の態様によれば、両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法が提供され、この方法は、本体と、本体の表面に形成されるウェルの配列であって、その少なくとも一部が、疎水性流体の前処理剤のセンサウェルへの塗布後、両親媒性分子の層をセンサウェルにわたって支持することが可能なセンサウェルであり、センサウェルがそれぞれ、電気回路に接続するための電極を含む、配列とを含む装置を設けるステップと、本体に疎水性流体の前処理剤を供給するステップとを含み、方法は、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、各センサウェルの周りの各々の前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であることのそれぞれが満たされるように行われる。可視被覆領域は、任意の適切な光源によって確定することができる。たとえば、適切な照明条件下において、被覆領域は通常の光に照らして見ることができてもよい。あるいは、特定の照明条件下で被覆領域をハイライトするために、前処理剤中の添加剤を使用してもよい。たとえば、本発明の一実施形態においては、前処理剤をハイライトするために緑色蛍光染料（ホウ素−ジピロメテン）が使用され、膜層下の緩衝液をハイライトするために赤色蛍光染料（スルホロダミン）が使用される。

場合により、方法は、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であることのそれぞれが満たされるように行われる。

場合により、前処理剤は溶媒に溶解した状態で本体に塗布され、方法は、溶媒を除去するために本体の表面を乾燥させるステップをさらに含み、乾燥させる前記ステップの後に前記条件が満たされるように行われる。

第４の態様は、両親媒性分子の層の配列を形成する方法をさらに提供し、この方法は、既に検討した第４の態様の方法による装置を準備するステップと、両親媒性分子の層をセンサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を本体の表面にわたって流すステップとを含む。

第４の態様は、両親媒性分子の層の配列を形成する装置をさらに提供し、この装置は、本体と、本体の表面に形成されるウェルの配列であって、その少なくとも一部が、疎水性流体の前処理剤のセンサウェルへの塗布後、両親媒性分子の層をセンサウェルにわたって支持することが可能なセンサウェルであり、センサウェルがそれぞれ、電気回路に接続するための電極を含み、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の本体への供給後、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であることのそれぞれが満たされるように配置されている、ウェルの配列とを含む。

場合により、ウェルの配列が、疎水性流体の前処理剤の本体への供給後、以下の条件：前処理剤による表面の可視被覆領域が、センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であることのそれぞれが満たされるように配置されている。

場合により、装置は、センサウェルに塗布された疎水性流体の前処理剤をさらに含む。

例示的な実施形態および添付の図面を参照しながら本発明を説明する。

ウェル中での理想的な流体挙動の図である。 ウェル中での望ましくない流体挙動の図である。 異なる濡れ挙動を示す図である。 ６３ミクロン離間させた５０ミクロンのウェルの配列についてのさまざまな「未処理の」接触角に対する予想される修正接触角のグラフである。 ８１ミクロン離間させた５０ミクロンのウェルの配列についてのさまざまな「未処理の」接触角に対する予想される修正接触角のグラフである。 表面設計の変更が前処理剤の分散にどのように影響を及ぼすかを示す画像である。 表面設計の変更が前処理剤の分散にどのように影響を及ぼすかを示す画像である。 表面設計の変更が前処理剤の分散にどのように影響を及ぼすかを示す画像である。 表面設計の変更が前処理剤の分散にどのように影響を及ぼすかを示す画像である。 第１の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第２の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第２の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第２の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第２の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 異なる条件下における第２の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 異なる条件下における第２の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第３の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第３の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第３の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第３の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第４の設計の概略的表現である。 第４の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第４の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第４の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第４の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第５の設計の概略的表現である。 第５の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第５の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第５の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第５の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第６の設計の概略的表現である。 第６の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第６の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第６の設計の概略的表現である。 第７の設計での前処理剤の分散を示す画像である。 第７の設計での前処理剤の分散を示す画像である。

既に言及したように、全体が参照により本明細書に組み込まれているＷＯ２００９／０７７７３４の技術では、状況により、品質が損なわれた両親媒性層になることがある。本発明では、このことが、配列のいくつかの部分において、前処理剤被覆が最適レベルを上回るか、または下回った結果であり得ることを認めている。

図１は、センサ配列のマイクロキャビティまたはセンサウェル１０の概略的な断面を示す。ウェル１０は、本体をなすＳＵ−８などの材料１１に形成され、多くのウェル１０が材料内に近接して形成されて、センサウェルの配列をなしていてもよい。好ましくは、ウェルが形成される材料は、それ自体が固体かつ非多孔性であり、したがってウェルはその完全性を維持し、液体はウェルから漏出も浸出もしない。本体は、ポジティブもしくはネガティブフォトレジストなどの他の材料、ポリカーボネートもしくはポリエステルなどのプラスチックまたはシリコン、ガラスもしくは窒化ケイ素などの固体状態の無機材料で作られていてもよい。使用され得るフォトレジストの例は、ＳＵ８ ２０００もしくは３０００シリーズの材料、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（メチルグルタルイミド）（ＰＭＧＩ）、フェノールホルムアルデヒド樹脂（ＤＮＱ／Ｎｏｖｏｌａｃ）、またはポリヒドロキシスチレン系ポリマーである。ウェルの底部には電気回路に接続するための電極１２があり、これはウェル１０を通る電流の流れを監視するために（ウェルより上にある図１には図示していない別の電極と組み合わせて）使用され得る。

実際上は、本体に形成されるそのようなセンサウェル１０の配列は、カバーと本体の間にキャビティを画定するように本体の表面の上にカバーをさらに備えた装置に設けられる。電極は、電気回路に接続するためにキャビティ内に配置され、配列におけるウェルのための共通電極として機能する。

図１は理想的な構成を示し、ここでは前処理剤２０がウェル１０の縁に固着されている。この構成によって、最大閉じ込め体積（すなわち両親媒性層３０の体積）がウェル１０に入ることができるようになる。この構成によって、存続期間が最も長いバイオセンサとなる。

前処理剤は、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である。前処理剤被覆は典型的には、有機溶媒中の、通常は長鎖分子を有する疎水性物質である。適切な有機物質には、限定はしないが、ｎ−デカン、ヘキサデカン、イソエコイサン（isoecoisane）、スク配列ン、プリスタン（２，６，１０，１４−テトラメチルペンタデカン）、フッ素化油（フッ素化脂質と一緒に使用するのに適している）、アルキル−シラン（ガラス膜と一緒に使用するのに適している）およびアルキル−チオール（金属膜と一緒に使用するのに適している）が含まれる。適切な溶媒には、限定はされないが、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、およびトルエンが含まれる。材料は典型的には、ペンタンまたは別の溶媒中の０．１％〜５０％（ｖ／ｖ）ヘキサデカン０．１μｌ〜１０μｌ、たとえばペンタンまたは別の溶媒中の１％（ｖ／ｖ）ヘキサデカン２μｌであってもよく、この場合、ジファンチタノイル（diphantytanoyl）−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリン（ＤＰｈＰＣ）などの脂質を０．６ｍｇ／ｍｌの濃度で含めてもよい。

前処理剤被覆３０のいくつかの具体的な材料を例として表１に示したが、これらに限定されるわけではない。

両親媒性層は、層状の相を形成する任意の両親媒性物質で作ることができる。両親媒性物質は、脂質二重層を形成することが可能な脂質を含む。両親媒性物質は、表面電荷、膜タンパク質を支持する能力、集積密度または機械的特性などの必要とされる特性を有する両親媒性層が形成されるように選択される。両親媒性物質は、１つまたは複数の異なる成分を含み得る。たとえば、両親媒性物質は最大１００の両親媒性物質を含み得る。両親媒性物質は天然であっても合成であってもよい。両親媒性物質はブロックコポリマーであってもよい。

両親媒性物質が脂質である実施形態では、脂質は通常、ヘッド基、界面部分および同じでも異なってもよい２つの疎水性のテール基を含む。適切なヘッド基には、限定はされないが、ジアシルグリセリド（ＤＧ）やセラミド（ＣＭ）などの中性ヘッド基；ホスファチジルコリン（ＰＣ）、ホスファチジルエタノールアミン（ＰＥ）、スフィンゴミエリン（ＳＭ）などの双性イオン性ヘッド基；ホスファチジルグリセロール（ＰＧ）；ホスファチジルセリン（ＰＳ）、ホスファチジルイノシトール（ＰＩ）、リン酸塩の酸（phosphatic acid）（ＰＡ）、カルジオリピン（ＣＡ）などの負に帯電したヘッド基；およびトリメチルアンモニウム−プロパン（ＴＡＰ）などの正に帯電したヘッド基が含まれる。適切な界面部分には、限定はされないが、グリセロールベースまたはセラミドベースの部分などの天然の界面部分が含まれる。適切な疎水性テール基には、限定はされないが、ラウリン酸（ｎ−ドデカノリック（Dodecanolic）酸）、ミリスチン酸（ｎ−テトラデコノン（Tetradecononic）酸）、パルミチン酸（ｎ−ヘキサデカン酸）、ステアリン酸（ｎ−オクタデカン酸）およびアラキン酸（ｎ−エイコサン酸）などの飽和炭化水素鎖；オレイン酸（ｃｉｓ−９−オクタデカン酸）などの不飽和炭化水素鎖；およびフィタノイルなどの分枝炭化水素鎖が含まれる。不飽和炭化水素鎖における鎖の長さならびに二重結合の位置および数は異なってもよい。分枝炭化水素鎖における鎖の長さならびにメチル基などの分枝の位置および数は異なってもよい。疎水性テール基は、エーテルまたはエステルとして界面部分に連結されていてもよい。

脂質は化学修飾されていてもよい。脂質のヘッド基またはテール基は化学修飾されていてもよい。ヘッド基が化学修飾されている適切な脂質には、限定はされないが、１，２−ジアシル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホエタノールアミン−Ｎ−［メトキシ（ポリエチレングリコール）−２０００］などのＰＥＧ修飾脂質；１，２−ジステアロイル−ｓｎ−グリセロ−３ホスホエタノールアミン−Ｎ−［ビオチニル（ポリエチレングリコール）２０００］などの官能化ＰＥＧ脂質；および１，２−ジオレオイル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホエタノールアミン−Ｎ−（スクシニル）や１，２−ジパルミトイル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホエタノールアミン−Ｎ−（ビオチニル）などの結合のために修飾された脂質が含まれる。テール基が化学修飾されている適切な脂質には、限定はされないが、１，２−ビス（１０，１２−トリコサジイノイル）−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどの重合性脂質；１−パルミトイル−２−（１６−フルオロパルミトイル）−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどのフッ素化脂質；１，２−ジパルミトイル−Ｄ６２−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどの重水素化脂質；および１，２−ジ−Ｏ−フィタニル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどのエーテル結合脂質が含まれる。

脂質は、脂質二重層の特性に影響を及ぼす１つまたは複数の添加剤を含んでいてもよい。適切な添加剤には、限定はされないが、パルミチン酸、ミリスチン酸、オレイン酸などの脂肪酸；パルミチン酸アルコール、ミリスチン酸アルコール、オレイン酸アルコールなどの脂肪アルコール；コレステロール、エルゴステロール、ラノステロール、シトステロール、スチグマステロールなどのステロール；１−アシル−２−ヒドロキシ−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンなどのリゾホスホリピド；およびセラミドが含まれる。脂質は、膜タンパク質が両親媒性層に挿入されることになっているとき、好ましくはコレステロールおよび／またはエルゴステロールを含む。

前処理剤油２０が図１の最適な構成に堆積されないとき、閉じ込め体積が小さくなるのが最もあり得る結果である。余分な前処理剤油がウェル１０の上面に位置する可能性も高い。これは図２に概略的に示してある。図２では、前処理剤２０がウェル１０の縁に固着されていない。その結果、両親媒性分子３０の閉じ込め体積が減少している。さらに、前処理剤２０ａがウェル１０の上面にも存在する。

前処理剤２０と両親媒性層３０の良好な接触部を形成するために、ウェル１０の形成に疎水性材料を使用するのが好ましい。これによって、前処理剤２０と両親媒性層３０の間の小さな接触角が得られやすくなる。しかしながら、これによってまた、前処理剤油は、ウェル１０への固着とラプラス圧による回収がなければ、配列材料の表面に小滴２０ａを形成する確率が高くなる。適切な疎水性表面特性は、材料の適切な選択によって実現することができる。しかしながら、相反する制約が存在する場合、たとえば、所望の表面特性が、必要とされる構造の製造に適したフォトレジスト材料を使用して得られない場合、これは不可能なことがある。この場合、一般に、親水性表面を実現するために、化学的被覆の追加またはプラズマ修飾などの表面処理を施す。これらの方法は理想的ではなく、典型的には、長い製品保管期間にわたって不安定であり、またはセンサ化学システムへの干渉を招く恐れがある。

両親媒性層を迅速に形成することが望まれ、表面上で速い流速を要する場合、または極めて大規模な配列が使用される場合、両親媒性層形成段階における水溶液の流れによって、前処理剤２０の配列の下流区域への移送が生じるか、または水溶液中の乳剤の生成を招くことがあることが分かっており、これは望ましくない。これは、前処理剤油２０がウェルの外部、たとえばＳＵ−８表面上に位置する状況において起こる可能性が高い。

本発明では、配列の大きな表面への表面パターニングの導入によって、良好な均一性を有する前処理剤層２０の形成を改良し、両親媒性層形成に関連する後続の流体流の間、前処理剤層の保持を補助することが可能になる。

前処理剤分布の均一性は、配列が含まれている流体フローセルのその他の内部面を考慮するために、表面パターニングを配列の大きな表面を越えて広げることによってさらに高めることができる。この例では、前処理剤塗布段階において、前処理剤油材料も他のすべての内部表面に被覆される。後続の流体流ステップの間、この材料が再分散されることで、高品質の脂質両親媒性層の形成を損なう恐れもある。表面パターンは、これらの他の表面に導入することができ、また、前処理剤による被覆の程度を調節し、それらの表面上の前処理剤の保持を強化するために調整することができ、装置の全体的な性能を高める。

表面パターニングによってまた、従来は配列材料の表面化学修飾によって実現してきた必要とされる表面疎水性が、表面エネルギーの寄与について、未処理の材料のものと、空気または何でもよいので周囲のバルク媒体のものとの比を変えることによって、実現できるようになる。

ウェルを含む表面について存在し得る表面状態は、全体的な熱力学的位置によって規定される。

「Ｃａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ」状態においては、ウェルが湿潤性の流体によって満たされず、バルク媒体で満たされたままであるのに十分な疎水性の高さである。しかしながら、この状態は熱力学的に不安定であり、適正な状況下では、より低いエネルギー状態に崩れることがある。

最も熱力学的に安定な「Ｗｅｎｚｅｌ」状態においては、ウェルは、湿潤性の流体によって完全に満たされる。実現された後は、Ｗｅｎｚｅｌ状態からＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態に、またその逆に戻すことは不可能である。

図３は、（ａ）平らな表面の濡れを、（ｂ）Ｗｅｎｚｅｌ状態および（ｃ）Ｃａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態における、微細構造を含む表面の濡れとの比較で示している。図から分かるように、接触角θは各状態で異なる。

ＷｅｎｚｅｌおよびＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒの状態の修正接触角、それぞれθ_Ｗおよびθ_ＣＢは、未処理の材料の接触角θが既知になった際に計算することができる、

ｃｏｓθ_ＣＢ＝φ（ｃｏｓθ＋１）−１
ｃｏｓθ_Ｗ＝ｒｃｏｓθ
式中、φは、表面の突出面積（（総面積−ウェル面積）／（総面積）として計算される）によって分割されたウェル間の表面の面積として定義され、ｒは、固体表面の真の面積対見かけの面積の比として定義される。

したがって、ある範囲の流体接触角にわたる両方の現象に対する効果を計算することが可能である。

図４ａおよび図４ｂは、離間が（ａ）６３ミクロンと（ｂ）８１ミクロンである５０ミクロンのウェルの配列についてのさまざまな「未処理の」接触角に対する予想される修正接触角のグラフを示す。これらのグラフは、６３μｍまたは８１μｍ離間した５０μｍのマイクロウェルの表面間におけるＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒの接触角に有意な差があることを示している。たとえば、未処理のＳＵ−８が約７６°の接触角を有すると、６３μｍのウェルでは、Ｗｅｎｚｅｌ状態では約６５°の修正接触角になるはずであるが、Ｃａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態は領域内で１１５°の修正接触角を示す。

したがって、配列の表面特性は、表面パターニングを調節することによって、特定の流体に合わせるか、または所望の表面状態を作り出すように調整することができる。特に、表面特性を改質するために、センシング目的ではない追加のウェルによる配列を形成することが望ましいことがある。そのような追加のウェルは、電極を含まないため、または電極がセンシング回路に接続されていないために、センシングについて非アクティブであってもよい。この手法はいくつかの利点を保持している。

大規模な流動前処理剤の塗布について、両親媒性層形成中に前処理剤が移動しないように、前処理剤のセンサ配列表面への固着を促進するために表面を調節することができる。さらに、Ｃａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態を避けるのが好ましく、そうしなければ、前処理剤がウェルを満たさなくなる。すなわち、（（φ−１）／（ｒ−φ））＞ｃｏｓ（θ）となる接触角θを有するように表面を設計することが好ましい。

表面パターンをなす大きな表面の上で非アクティブウェルを含む高密度のウェルを使用することにより、設計に最大限の柔軟性が与えられることにもなる。すなわち、センシングウェルの配置構成を変えること、たとえばより緊密に集められた電子配列を作り出すことが望ましくなる場合、これは、非アクティブウェルとの適切な「釣り合わせ」によって、全体表面への影響を最低限にした状態で作り出すことができる。すなわち、非アクティブウェルは、「アクティブ」ウェルが形成されている本体の表面に形成されてもよく、所望の表面特性を生み出すためにアクティブウェルの配列に加わる。その結果、表面特性は事実上変化しない状態を維持することができ、アクティブ配列の構造を変化させ、したがって最適な流体の処置を変える必要はない。追加の「流れ制御」ウェルは電極を含んでいなくてもよく、またはセンサウェルの電気回路に取り付けられていない電極を含んでいてもよい。

ウェルの幾何形状および配置に基づいて疎水性を調節することで、化学的手段による表面特性の改質に関連した追加の処理ステップの必要性が回避される。さらに、この表面制御の方法はあらゆる材料に適用可能であり、特定の化学的性質を特定の材料に合わせる必要をなくす。

また、前処理剤の流動は、マイクロパターン付き表面を使用することによっても向上することが分かっている。前処理剤前面は、追加のウェルの存在下で、特により大きな配列上でより円滑に配列にわたって進行するのを観察することができる。すなわち、追加のウェルは、濡れの均一性が高まるように、本体の表面にわたる流れの均質性を向上させる。追加のウェルは、前記前処理剤の分散の均一性を、本体の表面全体に供給される間、高めることが可能である。この均一化によって、流体前面のいわゆる「スティック／スリップ」移動を招く、流れの最中に大規模な固着を流体が受ける傾向が小さくなる。このスティック／スリップの様式では濡れは不規則であり、次の固着位置まで移動する前にある時間の間、流体の固着を招くことがある。これにより、濡れの輪郭形状が変化する際に既に濡らされた表面の濡れが除去されることもあり得る。このため、流体の流れをさらに円滑にするために、本体とは反対側で、カバーの内部表面を粗面化することが好ましいこともある。センサウェルの配列の縁で前処理剤の流れを確実に向上させるために、追加のウェルを、センサウェルよりも大きい面積にわたって設けることが好ましいこともある。

前処理剤分布は、前処理剤油に蛍光染料で標識を付けることによって監視する。次いで、その場で落射蛍光顕微鏡検査法を用いて染料を画像化する。

図５ａ〜ｄに示した画像は、追加のウェルを表面に導入することによって得られる分散の差の例を示し、その他の点では、ヘキサン中に溶解された前処理剤油の同一の流体流を配列上に流している。図５ａは、追加のウェルを追加していない、処理済みアクティブウェルの配列の概観を示し、図５ｂは、いくつかのウェルの拡大図を示す。明るい区域は前処理剤の存在を示す。図５ｂにおいて特に明らかなように、ウェルの多くが前処理剤によって完全に満たされ、表面上に余分な前処理剤が多く存在する。対照的に、図５ｃは、アクティブウェルに対して追加の（より小さな）非アクティブウェルを導入した配列の概観を示し、図５ｄは、これらのウェルのうちのいくつかの拡大図を示す。前処理剤は、ウェルの周りに「理想的」なリング構造を均一に形成し、完全に満たされたウェルはない。さらに、ウェル間で前処理剤の品質にほとんどばらつきがない（満たされていないウェルを考慮するだけでも）。図５ｃの右側に向かって明るくなっている区域は、配列表面（焦点面）上ではなくセルの窓上に位置する余分な前処理剤であることに留意されたい。

これらの画像は、ウェルを含む表面の上を流れる流体の挙動が、ウェル間の表面組織を変化させることによって影響を受ける可能性があることを示す。導入されたウェルはアクティブウェルとして使用されてもよいが、そうする必要があるわけではない。したがって、一定のアクティブウェルの間隔を維持しつつも前処理剤の分散を向上させるのが望ましい場合、それは「非アクティブ」ウェルを導入することによって可能である。これらの非アクティブウェルは、塗布ステージにおいて表面にわたって前処理剤が流れるのを助け、さらに、乾燥段階においてウェル分散前処理剤の形成を補助する。

例示的な実験を以下に論じる。

［実験手順］
必要とされる材料：
クリーンルーム、オーブン、ＲＩＥ、ホットプレート×２、マスクアライナ、レジストスピナ、現像皿×２、窒素吹き付け装置、ウェーハピンセット、検査顕微鏡、シリコンウェーハ、ＳＵ−８ １０フォトレジスト、ＳＵ−８ ２フォトレジスト、ＥＣデベロッパ、フォトリソグラフィーマスク第１層：４ＫＣＳＨ５１ ４２０１、フォトリソグラフィーマスク第２層：４ＫＣＳＨ４１ ４１４９、アセトン（プロパン−２−オン）、ＩＰＡ（プロパン−２−オール／２−プロパノール）。

［ウェル設計でのウェーハを調製する方法］
製造および取り扱いの際の有機油脂および塩が確実に表面についていないようにするため、使用前にシリコンウェーハをアセトン、２−プロパノールおよび脱イオン水ですすいだ。ウェーハは窒素を軽く吹き付けて乾燥させた。次いでウェーハを、予熱していた１５０℃のオーブンに１時間入れておいた。ＳＵ−８溶液（ＳＵ−８ ２、およびＳＵ−８ １０）を冷蔵場所から取り出し、使用前に室温まで到達させた。ホットプレートを清浄化し、安定な温度の８０℃および１１０℃に到達させた。スピンコータおよび現像皿を使用できる状態にセットした。ＳＵ−８ ２（９ｍＬ）を、酸素プラズマ処理（２００Ｗ、５０ｍＴｏｒｒ）したウェーハ上に２０００ｒｐｍでスピンさせ、次いでこれを、まず８０℃のホットプレート上に１分間置き、その後、１１０℃に設定したホットプレートで２分間処理した。次いで、ウェーハに対する適切なアライメントを行った後、軽く焼いたＳＵ−８ ２層を電極マスクに１０秒間露光させた。露光後、８０℃で１分および２分間、１１０℃で２分間焼いた。次いでウェーハを２段階のすすぎ過程で現像した後、２−プロパノールで完全にすすいだ。検査の前にウェーハを窒素で乾燥させた。次いでウェーハにＳＵ−８ １０（９ｍＬ）を１６００ｒｐｍで再度スピンさせた。次いでウェーハを再び８０℃で１分間、その後１１０℃で２分間焼いた。次いでウェーハをアラインメントし、マスクの下でＵＶに５５秒間露光させた。露光後、８０℃で３分さらに焼き、次いで１１０℃で７分間、さらに焼いた。次いでウェーハを完全に現像し、２−プロパノールで洗浄した後、１分間のデスカム酸素プラズマ処理を行った。次いでウェーハを１５０℃で１時間、強く焼いた。次いでウェーハをダイシングおよび接着用に加工した。

次いで、ダイシングおよび接着された１２８のチップを、使用前に表面欠陥について試験した。使用前に、１回の水洗で表面の塵粒を除去し、１回のエタノール洗浄で表面の油脂を除去した。

設計は、ウェルの深さが２０μｍのＳｉＯ_２／ＳＵ−８上に作り上げた。

［設計１］
「アクティブ」ウェルの標準設計である設計１は、Ｘ軸およびＹ軸に沿ってピッチが２５０μｍの７５μｍウェルの正方形配列である。ＳＵ−８およびシリコン片を、ヘキサン中１０％プリスタン（２，６，１０，１４−テトラメチルペンタデカン）の前処理剤溶液におよそ１ｍｍ／ｓの速度で浸漬被覆することによって、前処理剤を設計１に塗布した。

脂質二重層を以下のように調製した。マイクロウェルをまず、緩衝液中の脂質小胞溶液（４００ｍＭ ＫＣｌ、２５ｍＭトリスを水に溶かして構成した緩衝液中、３．６ｇ／Ｌの１，２−ジフィタノイル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリン）で満たした。次いで、余分な脂質溶液をフローセルからゆっくり後退させることによって、空気と溶液の境界面を作り出した。次いで、脂質溶液をフローセルにゆっくり導入することによって脂質二重層を着色した（光学染料スルホロダミン１０１（緑色励起、赤色発光）を０．０１ｇ／Ｌの濃度で脂質溶液に加えた）。導入した溶液のメニスカスが、マイクロウェル上の脂質二重層を事実上着色する。次いで余分な脂質を大量の緩衝液によって押し流した。

その後、二重層が形成した際にウェルに閉じ込められた脂質溶液に導入した光学染料を使用して、脂質二重層の存在を落射蛍光によって確定した。結果についての全体的な概観（ウェルの具体的な詳細は含まず）が得られる代表的な画像を図６に示してあり、図中、明るくなっている区域が前処理剤の存在を表している。

見ると分かるように、前処理剤の品質は可変であり、一部のウェルは前処理剤の存在を一切示していない。マイクロウェルを全体的に覆っていれば存在するものとして二重層を数える場合、落射蛍光画像を分析するために粒子計数の標準的な画像処理方法が使用できる。３回の検査後、平均６８．５％の二重層形成が認められ、標準偏差は２．７％であった。

二重層形成の品質に及ぼす設計パラメータの効果を確定するために、さらに実験を行った。

以下の例では、ウェルの配列をフローセルに配備した。前処理剤（ヘキサン中１０％のプリスタン、１００μｌ）を、１００μｌ／ｓの流速で配列チップを通して押し流した。チップは次いで２つの方法のうちの一方で乾燥させた。（１）接続管を取り除き、配列チップを、減圧下２００ｍＢａｒの圧力（すなわち大気圧未満）のデシケータ内に１５分間置く方法。これはヘキサンを蒸発させて、後にはプリスタンがその堆積された場所に残った。（２）空気を、配列チップを通して一定の、ただし遅い流速で１５分間押し流す方法。これはヘキサンを大気圧で蒸発させたが、乾燥プロセスを推進する蒸気がなくなった。

［設計２］
この設計では、Ｘ軸およびＹ軸に沿ってピッチが２５０μｍの７５μｍウェルを設けた。これらに、Ｘ軸およびＹ軸上に１２５μｍずらして設定した同じ設計を挟み込んだ。これは、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°の角度をなす軸に沿ってピッチが１７７μｍの７５μｍウェルの正方形配列を事実上作り出している。本設計、すなわち設計２では、設計１と比較してＳＵ−８配列上のマイクロウェル密度が倍になっている。

これらの結果の代表的な画像を図７ａ〜ｆに示してあり、ここで、図７ａはデシケータ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図７ｂはデシケータ乾燥実験の拡大図であり、図７ｃはポンプ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図７ｄはポンプ乾燥実験の拡大図である。

図７ａおよび図７ｂに示してあるように、デシケータ乾燥方法を使用して、許容可能な前処理剤分布を得た。このように乾燥したとき、配列は、ＳＵ−８の表面上（すなわちマイクロウェル間）に前処理剤の有意な形跡は何も示さない。しかしながら、配列は特に輝度が均等であるようには見えず、全体的な輝度も低かったことに留意されたい。

図７ｃおよび図７ｄに示してあるように、ポンプ乾燥方法を使用すると、結果は明らかに不十分なものとなった。表面の多くの部分が、より大きな前処理剤溜りで覆われ、マイクロウェルの多くが前処理剤で満たされた。

このことから、良好な前処理剤分布を得るに当たって、前処理剤乾燥方法が最も重要な要素であるという結論を導くことができるが、考慮すべきことはそれだけではない。図８ａおよび図８ｂに示してあるように、（図７ａ〜ｄで使用した着色技術ではなく）前処理剤の浸漬被覆によって作り出したサンプルは、たとえ表面から前処理剤が除去されていても、十分だが均一でない分散を作り出している。図８ａは、浸漬被覆によって作り出された例の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図８ｂは浸漬被覆によって作り出された例の拡大図である。

［設計３］
Ｘ軸およびＹ軸上に方形に１２５μｍのピッチとした７５μｍウェルを有する設計を設計３として使用した。これは事実上、設計１と同様の「アクティブ」ウェルのグリッドを表すが、同様に直径７５μｍでＸ軸およびＹ軸上に方形に（０、１２５μｍ）、（１２５μｍ、１２５μｍ）および（１２５μｍ、０）のピッチとした「非アクティブ」ウェルの配列が「アクティブ」ウェルの間に追加されている。設計３は、設計１と比較して配列密度を４倍に増加させている。

これらの結果の代表的な画像を図９ａ〜ｄに示してあり、ここで、図９ａは、デシケータ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図９ｂはデシケータ乾燥実験の拡大図であり、図９ｃはポンプ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図９ｄはポンプ乾燥実験の拡大図である。図９ｃおよび図９ｄを通じての背景の明るさは、チップ表面上ではなく視界のセルの上面に堆積した前処理剤である。

見ると分かるように、デシケータ乾燥により、チップの表面が前処理剤について完全に均質になっている。ＳＵ−８表面上のマイクロウェル間に残った前処理剤は、あったとしてもほとんどない。

ポンプ乾燥は、（ウェル密度が設計３の半分である）設計２を超える改良をもたらす。しかしながら、この設計は依然として、配列の前方に行くほどマイクロウェルの有意な充填をもたらすが、チップの後方に行くほどそうではなくなる。これはおそらく、チップの表面上での流速の変化に起因する。さらに、本発明者らは、マイクロウェルの固着影響が分かる。多くの場合、前処理剤は、マイクロウェルを満たすのではなくＳＵ−８上面に固着される（図９ｃおよび図９ｄにおけるウェル間に四角に見える斑点を生じさせる）。これは不十分な結果である。

［設計４］
設計４では、ウェル形状が前処理剤の品質に及ぼす効果を調査するために、異なる形のマイクロウェルのウェルを使用した。ウェル形状の変更で、覆われる面積のアスペクト比を変化させ、また、固着がマイクロウェルの形状（および対称性）に起因するものなのかどうかも探る。

設計４は、設計３と同じピッチ（Ｘ軸およびＹ軸上の１２５μｍ正方形ピッチ）を使用する。ただし、図１０ａに示してあるように、円形ウェルのみの配列（設計４と同様）ではなく、１つの円形ウェルと３つの正方形ウェル（４つのウェルが配列上で正方形をなすように配置されている）の繰り返しパターンに基づいた配列を、設計４に使用した。各円形ウェルは、７５μｍの直径を有し、正方形ウェルは７５μｍの辺の長さを有していた。

この設計において、円形ウェルは「アクティブ」ウェルを表すとみなすことができ、正方形ウェルは「非アクティブ」ウェルを表す。したがって、設計４は設計３に対応するが、「非アクティブ」ウェルの形状を変えている。

これらの結果の代表的な画像を図１０ｂ〜ｅに示してあり、ここで、図１０ｂはデシケータ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図１０ｃはデシケータ乾燥実験の拡大図であり、図１０ｄはポンプ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図１０ｅはポンプ乾燥実験の拡大図である。繰り返しになるが、図１０ｄおよび図１０ｅの明るい背景は、チップ表面上ではなく視界セル上に堆積した前処理剤に起因する。

見ると分かるように、デシケータ乾燥は、設計３の「すべて円形」で他が同じ場合と極めて類似する結果をもたらした。形状は、表面上に残る前処理剤の量に影響を及ぼさないようである。すなわち、形状が変化しても前処理剤の品質は劣化しない。

確かに、ポンプ乾燥実験は、形状の変化がプラス効果を有することを示している。ポンプ乾燥の例（図１０ｄおよび図１０ｅ）では、表面に残った前処理剤の量は「すべて円形」で他が対応する場合と同様に非常に多い。しかしながら、満たされたのは正方形のマイクロウェルのみである。それにより、前処理剤の品質は許容可能である。

［設計５］
設計５（図１１ａに示している）では、ＳＵ−８表面のうち多くを除去している。設計１と同様に、７５μｍ円形ウェルをＸ軸およびＹ軸上の２５０μｍ正方形ピッチで配置している。また、２０ｕｍ正方形と５μｍボーダー（boarder）の「背景」パターンを設けている。間隔の緊密な正方形の背景パターンを使用することで、表面組織を設けながら表面材料をできるだけ多く除去するための効率的なパターンが得られる。

これらの結果の代表的な画像を図１１ｂ〜ｅに示してあり、ここで、図１１ｂはデシケータ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図１１ｃはデシケータ乾燥実験の拡大図であり、図１１ｄはポンプ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図１１ｅはポンプ乾燥実験の拡大図である。繰り返しになるが、図１１ｄおよび図１１ｅの明るい背景は、チップ表面上ではなく視界セル上に堆積した前処理剤に起因する。

設計３および４の結果に照らして予想されるように、設計５のデシケータ乾燥は、極めて均一で、余分な前処理剤のない表面をもたらした。小さなマイクロウェルによって前処理剤は見えにくくなっているが、極めて均一に表面全体に広がっている。図１１ｂにおける背景輝度のばらつきは、チップ表面ではなく視界セル上の前処理剤に起因する。さらに、右下の明るい区域は、表面上の塵によって前処理剤の固着が多くなっているのが原因であると分かったが、注目すべきは、満たされたウェルがこの領域でさえも作り出されなかったことである。

ポンプ乾燥実験は、（視界セル上の前処理剤の存在によるばらつきを除けば）デシケータ乾燥実験と見たところ同一の結果をもたらした。

ここで、候補に挙げた設計、すなわち５０と８１および５０と６３（これはマイクロパターンウェルのサイズとそれらのピッチ間隔（μｍ）を示す）に注目する。この規模ではデシケータ乾燥方法が両方の設計で良好に機能することが分かっており、これは、１２５μｍピッチのマイクロパターンウェルがこれらの条件下で良好に機能するためである。

［設計６および７］
設計６および７もまた、設計１と同様に、Ｘ軸およびＹ軸上の２５０μｍ正方形ピッチで配置した７５μｍ円形ウェルの「アクティブ」配列に基づいている。また、設計６（図１２ａ）では、５０μｍ円形「非アクティブ」ウェルの背景パターンを「アクティブ」ウェル間に８１μｍの正方形ピッチで組み込んでおり、設計７（図１３ａ）では、５０μｍ円形「非アクティブ」ウェルの背景パターンを「アクティブ」ウェル間に６３μｍの正方形ピッチで組み込んでいる。したがって、これらの設計では、追加の（または「非アクティブ」もしくは「流れ制御」）ウェルの穴の断面積は、「アクティブ」または「センサ」ウェルの面積よりも小さい。

これらの設計にはポンプ乾燥実験のみを実施した。これは、設計３の結果からデシケータ乾燥は良好に機能すると推測できるためである。

設計６の結果の代表的な画像を図１２ｂおよび図１２ｃに示してあり、ここで、図１２ｂはデシケータ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図１２ｃはデシケータ乾燥実験の拡大図である。設計７の結果の代表的な画像は図１３ｂおよび図１３ｃに示してあり、ここで、図１３ｂはデシケータ乾燥実験の概観であり（ウェルの具体的な詳細は提供していない）、図１３ｃはデシケータ乾燥実験の拡大図である。

十分な結果が設計６から得られた。表面の大部分は均一である（表面上の前処理剤に多少のばらつきはあるが、これはどちらかと言うとチップ表面の化学的性質に関係し得るものである）が、前処理剤が均一に形成するマイクロウェルの大部分に比べて、満たされたかまたは均一でないマイクロウェルが平均してわずかに存在する。

良い結果が設計７から得られた。視界セルの明白なばらつきを考慮すると、満たされたマイクロウェルは存在しないようであり、分散は設計６と比べてより均質であるように見える。

前処理剤分布の品質にグレードを割り当てることによって、前述の設計の結果を定量化し、これを表２に示してある。これを行う目的で、ウェル中の前処理剤の矩形性および周囲長を測定するために前処理剤分布の均質性を画像分析によって評価した。矩形性は、ウェル内の架空の内接（非回転）長方形の断面積（すなわち、前処理剤の断面積に内接させることができる最大断面積を有する長方形）に対する、前処理剤の断面積の比として定義する。この比は、完全な円形対象物ではｐｉ／４であり、非回転長方形では１である。これを行うために、分析した画像を、その赤色成分、緑色成分および青色成分に分割した。前処理剤をハイライトするために緑色蛍光染料（ホウ素−ジピロメテン）を使用し、膜層下の緩衝液をハイライトするために赤色蛍光染料（スルホロダミン）を使用した。次いでグレースケール画像を背景レベルのすぐ上で閾値フィルタリングにかけた。次いで二色画像を識別された対象物ごとに形状分析にかけた。これに基づいて以下のグレードを定義した。

グレード１：
・表面の可視前処理剤被覆領域が流体セル内の配列表面の５％未満
・配列における満たされたウェルの数（「アクティブ」および「非アクティブ」の両方）が０．５％未満
・ウェル内の前処理剤環の分散の均質性が高く、矩形性および周囲長によって定量化した際に平均値±２０％以内。たとえば、周囲長の平均値が５０μｍウェルについて１４０である場合、５０μｍウェルで測定されるすべての周囲長は１１２μｍ〜１６８μｍの間隔に収まる必要がある。

グレード２
・５％＜前処理剤による表面被覆領域＜１５％
・０．５％＜満たされたウェルの数＜５％
・平均±２０％＜環の特徴についての間隔＜平均±４０％

グレード３
・前処理剤による表面被覆領域＞１５％
・満たされたウェルの数＞５％
・環の特徴についての間隔＞平均±４０％

表２およびここまでの検討から分かるように、真空／デシケータ乾燥は、類似のウェル幾何形状について、あまり粗くない（すなわち、より大きく、離間距離も長い追加のウェルを有する）表面に対してはポンプ／対流乾燥よりも良好な品質分布をもたらす。しかしながら、極めて粗い表面に対しては、この乾燥方法は、得られた前処理剤のグレードに影響を及ぼさない（すなわち、設計５によって示したように）。

より品質の高い前処理剤分布を得るために、より間隔の緊密な「追加の」ウェルを設けるのが好ましいことも（たとえば設計２と３を比較することによって）分かる。好ましくは、追加のウェルの離間は、１２５μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは８１μｍ以下、より好ましくは６３μｍ以下である。好ましくは、追加のウェルのピッチは、「センサ」または「アクティブ」ウェルの配列のピッチよりも短い。

ウェルの数密度（ウェル／μｍ^２）、ウェルの面密度（ウェル面積／総面積）、ウェル間の最近傍距離を、設計１〜３について計算することも可能である。これらの設計は、ウェルの形状が（幾何形状およびサイズの両方に関して）１つだけ存在する設計を表す。これらの値を表３に定量化する。

表２および表３の傾向から、前処理剤分布の向上をもたらすために、より大きい密度のウェルを表面上に設けるのが好ましいことは明らかである。好ましくは、ウェル（アクティブか非アクティブかは問わない）の数分布は、少なくとも３．２×１０^−５ウェル／μｍ^２、より好ましくは６．４×１０^−５ウェル／μｍ^２である。好ましくは、ウェルの面密度は、０．１４１以上、より好ましくは０．２８３以上である。好ましくは、ウェルは、次の最も近いウェルまでの距離が１０２ミクロン以下、より好ましくは５０ミクロン以下となるように形成する。

将来の装置はさらにサイズが小さくなる可能性があり、その場合、設計６および設計７で設けた「追加の」ウェルが、アクティブウェルの連続配列として実際に使用され得ることも企図される。その場合、各設計は表４に示す特性を有することになろう。

したがって、ウェルの数分布は、さらにより好ましくは１．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上、さらにより好ましくは２．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上である。さらに、ウェル面密度は、さらにより好ましくは０．２９９以上、より一層好ましくは０．４９５以上である。加えて、ウェルは、さらにより好ましくは、次の最も近いウェルが３１ミクロン以下、より好ましくは１３ミクロン以下の離間となるように形成される。

すべてアクティブか否かを問わず、ウェルは小さくなるのが好ましいことが表１からさらに明らかである。好ましくは、ウェルは直径７５ミクロン以下、より好ましくは、直径５０ミクロン以下である。

実際上は、本発明の利点は、一部のみ、またはすべてをアクティブウェルで構築した配列を使用して実現できる。追加のウェル（最終的にセンシングに使用されるかどうかは問わない）を使用して表面エネルギーを調節することにより、前処理剤の流れの改良だけでなく、後に続く前処理剤分布の改良も得ることができる。前処理剤ステップなしでも、改良された流れ制御によって、二重層形成を補助し得るより均一な流れが得られる。

特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。上記の説明は本発明を限定せず、本発明は添付の特許請求の範囲において定義されることが理解されよう。

１０ センサウェル
１１ 材料
１２ 電極
２０ 前処理剤
２０ａ 前処理剤
３０ 両親媒性層

特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。上記の説明は本発明を限定せず、本発明は添付の特許請求の範囲において定義されることが理解されよう。
（態様２２）
両親媒性分子の層の配列を支持する装置であって、
本体と、
前記本体の表面に形成される複数のウェルの配列であって、前記ウェルの配列の少なくとも一部が、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤のセンサウェルへの塗布後、前記両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ、電気回路への接続用の電極を含む、配列と
を含み、
前記ウェルが、３．２×１０ ^−５ ウェル／μｍ ^２ 以上、場合により６．４×１０ ^−５ ウェル／μｍ ^２ 以上、さらに場合により１．５×１０ ^−４ ウェル／μｍ ^２ 以上、さらに場合により２．５×１０ ^−４ ウェル／μｍ ^２ 以上の数密度を有する、装置。
（態様２３）
すべての前記ウェルがセンサウェルである、態様２２に記載の装置。
（態様２４）
前記ウェルの一部がセンサウェルであり、前記ウェルの残りが、前記本体の前記表面で前記センサウェル間に形成された流れ制御ウェルである、態様２２に記載の装置。
（態様２５）
一つの流れ制御ウェルの面積が一つのセンサウェルの面積よりも小さい、態様２４に記載の装置。
（態様２６）
前記流れ制御ウェルが電極を含まない、態様２４または態様２５に記載の装置。
（態様２７）
前記流れ制御ウェルがそれぞれ電極を含み、前記センサウェルの前記電極は前記電気回路に接続されているが、前記流れ制御ウェルの前記電極は前記電気回路に接続されていない、態様２４または態様２５に記載の装置。
（態様２８）
前記センサウェルの配列が規則的な配列であり、前記流れ制御ウェルが流れ制御ウェルの規則的な配列からなる、態様２４から２７のいずれか一項に記載の装置。
（態様２９）
前記流れ制御ウェルの配列のピッチが、前記センサウェルの配列のピッチよりも短い、態様２４から２８のいずれか一項に記載の装置。
（態様３０）
前記センサウェルが円形であり、前記流れ制御ウェルが四角形である、態様２４から２９のいずれか一項に記載の装置。
（態様３１）
複数の前記流れ制御ウェルが、複数の前記センサウェルより大きな面積に分散される、態様２４から３０のいずれか一項に記載の装置。
（態様３２）
前記本体の前記表面上に、前記本体との間にキャビティを画定するカバーと、前記電気回路に接続するために、前記キャビティ内に配置された共通電極とをさらに含む、態様２４から３１のいずれか一項に記載の装置。
（態様３３）
前記カバーが、前記本体の前記表面に面した内部表面を有し、前記内部表面は、その上で流体の流れを円滑にするために粗面化されている、態様３２に記載の装置。
（態様３４）
前記ウェルが０．１４１以上の面密度を有する、態様２２から３３のいずれか一項に記載の装置。
（態様３５）
前記ウェルが、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前記表面上の前処理剤がＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態に入らないように配置されている、態様２２から３４のいずれか一項に記載の装置。
（態様３６）
前記センサウェルおよび前記流れ制御ウェルが、（（φ−１）／（ｒ−φ））＞ｃｏｓ（θ）となる接触角θを有する、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤についての要件を満たす、前記表面と前記表面の突出面積によって分割されたウェルとの総面積として定義される表面粗度ｒ、および前記表面の前記突出面積によって分割された前記ウェル間の前記表面の面積として定義される固体表面積部分ｆをもたらす形になっている、態様２２から３５のいずれか一項に記載の装置。
（態様３７）
前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体であり、前記センサウェルに塗布される前処理剤をさらに含む、態様２２から３４のいずれか一項に記載の装置。
（態様３８）
両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法であって、
態様２２から３６のいずれか一項に記載の装置を設けるステップと、
前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤を前記ウェルに塗布するために、前記本体の前記表面にわたって前記前処理剤を供給するステップと
を含む、方法。
（態様３９）
前記前処理剤が溶媒に溶解した状態で供給され、前記溶媒を除去するために前記本体の前記表面を乾燥させるステップをさらに含む、態様３８に記載の方法。
（態様４０）
前記溶媒を除去するために前記本体の前記表面を乾燥させる前記ステップが、大気圧未満の圧力下で行われる、態様３９に記載の方法。
（態様４１）
前記方法は、以下の条件：
前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
のそれぞれが満たされるように実行される、態様３８から４０のいずれか一項に記載の方法。
（態様４２）
前記方法は、以下の条件：
前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
のそれぞれが満たされるように実行される、態様４１に記載の方法。
（態様４３）
両親媒性分子の層の配列を形成する方法であって、
態様３８から４２のいずれか一項に記載の方法によって装置を準備するステップと、
両親媒性分子の層を前記センサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を前記本体の前記表面にわたって流すステップと
を含む、方法。
（態様４４）
両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法であって、
本体、及び前記本体の表面に形成される複数のウェルの配列を含む装置を設けるステップであって、前記ウェルの少なくとも一部がセンサウェルであり、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の前記センサウェルへの塗布後、前記センサウェルが、前記両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ、電気回路への接続用の電極を含む、装置を設けるステップと、
前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤を前記ウェルに適用するために、前記本体の前記表面にわたって前記前処理剤を溶媒に溶解した状態で供給するステップと、
前記溶媒を除去するために大気圧未満の圧力下で前記本体の前記表面を乾燥させるステップと
を含む、方法。
（態様４５）
前記装置が態様２２から３６のいずれか一項に記載の装置である、態様４４に記載の方法。
（態様４６）
前記方法は、以下の条件：
前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
のそれぞれが満たされるように実行される、態様４４または態様４５に記載の方法。
（態様４７）
前記方法は、以下の条件：
前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
のそれぞれが満たされるように実行される、態様４６に記載の方法。
（態様４８）
両親媒性分子の層の配列を形成する方法であって、
態様４４から４６のいずれか一項に記載の方法によって装置を準備するステップと、
両親媒性分子の層を前記センサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を前記本体の前記表面にわたって流すステップと
を含む、方法。
（態様４９）
両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法であって、
本体、及び前記本体の表面に形成される複数のウェルの配列を含む装置を設けるステップであって、前記ウェルの少なくとも一部がセンサウェルであり、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の前記センサウェルへの塗布後、前記センサウェルが、前記両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ、電気回路への接続用の電極を含む、装置を設けるステップと、
前記本体に、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤を供給するステップと
を含み、
前記方法は、以下の条件：
前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
のそれぞれが満たされるように実行される、方法。
（態様５０）
前記方法は、以下の条件：
前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
のそれぞれが満たされるように実行される、態様４９に記載の方法。
（態様５１）
前記前処理剤が溶媒に溶解した状態で前記本体に適用され、前記方法が、前記溶媒を除去するために前記本体の前記表面を乾燥させるステップをさらに含み、前記乾燥させるステップの後に前記条件が満たされるように行われる、態様４９または５０に記載の方法。
（態様５２）
両親媒性分子の層の配列を形成する方法であって、
態様４９から５１のいずれか一項に記載の装置を準備するステップと、
両親媒性分子の層を前記センサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を前記本体の前記表面にわたって流すステップと
を含む、方法。
（態様５３）
両親媒性分子の層の配列を形成する装置であって、
本体と、
前記本体の表面に形成される複数のウェルの配列であって、前記ウェルの少なくとも一部がセンサウェルであり、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤のセンサウェルへの適用後、前記センサウェルが前記両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ電気回路への接続用の電極を含み、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の前記本体への供給後、以下の条件：
前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
のそれぞれが満たされるように配置されている、ウェルの配列と
を含む、装置。
（態様５４）
前記ウェルの配列が、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の前記本体への供給後、以下の条件：
前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
のそれぞれが満たされるように配置されている、態様５３に記載の装置。
（態様５５）
前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体であり、前記センサウェルに適用される前処理剤をさらに含む、態様５４に記載の装置。

Claims (55)

1. 両親媒性分子の層の配列を支持する装置であって、
   本体と、
   前記本体の表面に形成される複数のセンサウェルの配列であって、前記センサウェルの配列は、両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ、電気回路への接続用の電極を含む、配列と、
   前記本体の前記表面で前記センサウェル間に形成された複数の流れ制御ウェルであって、前記表面にわたる流体の流れを円滑にすることが可能な流れ制御ウェルと
   を含む装置。
2. １つの流れ制御ウェルの断面積が１つのセンサウェルの面積よりも小さい、請求項１に記載の装置。
3. 前記流れ制御ウェルが電極を含まない、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記流れ制御ウェルがそれぞれ電極を含み、前記センサウェルの前記電極は前記電気回路に接続されているが、前記流れ制御ウェルの前記電極は前記電気回路に接続されていない、請求項１または請求項２に記載の装置。
5. 前記装置は、前記本体の前記表面上で、前記本体との間にキャビティを画定するカバーと、前記電気回路に接続するために、前記キャビティ内に配置された共通電極とをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記カバーが、前記本体の前記表面に面した内部表面を有し、前記内部表面は、その上で流体の流れを円滑にするために粗面化されている、請求項５に記載の装置。
7. 前記センサウェルの配列が規則的な配列であり、前記流れ制御ウェルが流れ制御ウェルの規則的な配列からなる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記流れ制御ウェルの配列の少なくとも一部のピッチが、前記センサウェルの配列の少なくとも一部のピッチよりも短い、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記センサウェルが円形である、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。［請求項９ａ］前記流れ制御ウェルが四角形である、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
10. 複数の前記流れ制御ウェルが、複数の前記センサウェルより大きな面積に分散される、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記センサウェルおよび前記流れ制御ウェルは、前記本体の前記表面に塗布される疎水性流体の前処理剤がＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態に入らないように配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記センサウェルおよび前記流れ制御ウェルが、（（φ−１）／（ｒ−φ））＞ｃｏｓ（θ）となる接触角θを有する、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤についての要件を満たす、前記表面と前記表面の突出面積によって分割されたウェルとの総面積として定義される表面粗度ｒ、および前記表面の前記突出面積によって分割された前記ウェル間の前記表面の面積として定義される固体表面積部分ｆをもたらす形になっている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記ウェルが、３．２×１０^−５ウェル／μｍ^２以上、場合により６．４×１０^−５ウェル／μｍ^２以上、さらに場合により１．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上、さらに場合により２．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上の数密度で前記表面上に形成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体であり、前記センサウェルに塗布される前処理剤をさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法であって、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置を設けるステップと、
    前記本体の前記表面にわたって疎水性流体の前処理剤を供給するステップと
    を含む、方法。
16. 前記前処理剤が溶媒に溶解した状態で供給され、前記溶媒を除去するために前記本体の前記表面を乾燥させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記溶媒を除去するために前記本体の前記表面を乾燥させる前記ステップが、大気圧未満の圧力下で行われる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記方法は、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように実行される、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記方法は、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように実行される、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 両親媒性分子の層の配列を形成する方法であって、
    請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法によって装置を準備するステップと、
    両親媒性分子の層を前記センサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を前記本体の前記表面にわたって流すステップと
    を含む、方法。
21. 両親媒性分子の層の配列を形成する方法であって、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置を設けるステップと、
    両親媒性分子の層を前記センサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を前記本体の前記表面にわたって流すステップと
    を含む、方法。
22. 両親媒性分子の層の配列を支持する装置であって、
    本体と、
    前記本体の表面に形成される複数のウェルの配列であって、前記ウェルの配列の少なくとも一部が、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤のセンサウェルへの塗布後、前記両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ、電気回路への接続用の電極を含む、配列と
    を含み、
    前記ウェルが、３．２×１０^−５ウェル／μｍ^２以上、場合により６．４×１０^−５ウェル／μｍ^２以上、さらに場合により１．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上、さらに場合により２．５×１０^−４ウェル／μｍ^２以上の数密度を有する、装置。
23. すべての前記ウェルがセンサウェルである、請求項２２に記載の装置。
24. 前記ウェルの一部がセンサウェルであり、前記ウェルの残りが、前記本体の前記表面で前記センサウェル間に形成された流れ制御ウェルである、請求項２２に記載の装置。
25. 一つの流れ制御ウェルの面積が一つのセンサウェルの面積よりも小さい、請求項２４に記載の装置。
26. 前記流れ制御ウェルが電極を含まない、請求項２４または請求項２５に記載の装置。
27. 前記流れ制御ウェルがそれぞれ電極を含み、前記センサウェルの前記電極は前記電気回路に接続されているが、前記流れ制御ウェルの前記電極は前記電気回路に接続されていない、請求項２４または請求項２５に記載の装置。
28. 前記センサウェルの配列が規則的な配列であり、前記流れ制御ウェルが流れ制御ウェルの規則的な配列からなる、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の装置。
29. 前記流れ制御ウェルの配列のピッチが、前記センサウェルの配列のピッチよりも短い、請求項２４から２８のいずれか一項に記載の装置。
30. 前記センサウェルが円形であり、前記流れ制御ウェルが四角形である、請求項２４から２９のいずれか一項に記載の装置。
31. 複数の前記流れ制御ウェルが、複数の前記センサウェルより大きな面積に分散される、請求項２４から３０のいずれか一項に記載の装置。
32. 前記本体の前記表面上に、前記本体との間にキャビティを画定するカバーと、前記電気回路に接続するために、前記キャビティ内に配置された共通電極とをさらに含む、請求項２４から３１のいずれか一項に記載の装置。
33. 前記カバーが、前記本体の前記表面に面した内部表面を有し、前記内部表面は、その上で流体の流れを円滑にするために粗面化されている、請求項３２に記載の装置。
34. 前記ウェルが０．１４１以上の面密度を有する、請求項２２から３３のいずれか一項に記載の装置。
35. 前記ウェルが、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前記表面上の前処理剤がＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒ状態に入らないように配置されている、請求項２２から３４のいずれか一項に記載の装置。
36. 前記センサウェルおよび前記流れ制御ウェルが、（（φ−１）／（ｒ−φ））＞ｃｏｓ（θ）となる接触角θを有する、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤についての要件を満たす、前記表面と前記表面の突出面積によって分割されたウェルとの総面積として定義される表面粗度ｒ、および前記表面の前記突出面積によって分割された前記ウェル間の前記表面の面積として定義される固体表面積部分ｆをもたらす形になっている、請求項２２から３５のいずれか一項に記載の装置。
37. 前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体であり、前記センサウェルに塗布される前処理剤をさらに含む、請求項２２から３４のいずれか一項に記載の装置。
38. 両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法であって、
    請求項２２から３６のいずれか一項に記載の装置を設けるステップと、
    前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤を前記ウェルに塗布するために、前記本体の前記表面にわたって前記前処理剤を供給するステップと
    を含む、方法。
39. 前記前処理剤が溶媒に溶解した状態で供給され、前記溶媒を除去するために前記本体の前記表面を乾燥させるステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
40. 前記溶媒を除去するために前記本体の前記表面を乾燥させる前記ステップが、大気圧未満の圧力下で行われる、請求項３９に記載の方法。
41. 前記方法は、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように実行される、請求項３８から４０のいずれか一項に記載の方法。
42. 前記方法は、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように実行される、請求項４１に記載の方法。
43. 両親媒性分子の層の配列を形成する方法であって、
    請求項３８から４２のいずれか一項に記載の方法によって装置を準備するステップと、
    両親媒性分子の層を前記センサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を前記本体の前記表面にわたって流すステップと
    を含む、方法。
44. 両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法であって、
    本体、及び前記本体の表面に形成される複数のウェルの配列を含む装置を設けるステップであって、前記ウェルの少なくとも一部がセンサウェルであり、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の前記センサウェルへの塗布後、前記センサウェルが、前記両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ、電気回路への接続用の電極を含む、装置を設けるステップと、
    前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤を前記ウェルに適用するために、前記本体の前記表面にわたって前記前処理剤を溶媒に溶解した状態で供給するステップと、
    前記溶媒を除去するために大気圧未満の圧力下で前記本体の前記表面を乾燥させるステップと
    を含む、方法。
45. 前記装置が請求項２２から３６のいずれか一項に記載の装置である、請求項４４に記載の方法。
46. 前記方法は、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように実行される、請求項４４または請求項４５に記載の方法。
47. 前記方法は、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように実行される、請求項４６に記載の方法。
48. 両親媒性分子の層の配列を形成する方法であって、
    請求項４４から４６のいずれか一項に記載の方法によって装置を準備するステップと、
    両親媒性分子の層を前記センサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を前記本体の前記表面にわたって流すステップと
    を含む、方法。
49. 両親媒性分子の層の配列を形成する装置を準備する方法であって、
    本体、及び前記本体の表面に形成される複数のウェルの配列を含む装置を設けるステップであって、前記ウェルの少なくとも一部がセンサウェルであり、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の前記センサウェルへの塗布後、前記センサウェルが、前記両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ、電気回路への接続用の電極を含む、装置を設けるステップと、
    前記本体に、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤を供給するステップと
    を含み、
    前記方法は、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように実行される、方法。
50. 前記方法は、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように実行される、請求項４９に記載の方法。
51. 前記前処理剤が溶媒に溶解した状態で前記本体に適用され、前記方法が、前記溶媒を除去するために前記本体の前記表面を乾燥させるステップをさらに含み、前記乾燥させるステップの後に前記条件が満たされるように行われる、請求項４９または５０に記載の方法。
52. 両親媒性分子の層の配列を形成する方法であって、
    請求項４９から５１のいずれか一項に記載の装置を準備するステップと、
    両親媒性分子の層を前記センサウェルの配列の少なくとも一部にわたって形成するために、両親媒性分子を含む流体を前記本体の前記表面にわたって流すステップと
    を含む、方法。
53. 両親媒性分子の層の配列を形成する装置であって、
    本体と、
    前記本体の表面に形成される複数のウェルの配列であって、前記ウェルの少なくとも一部がセンサウェルであり、両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤のセンサウェルへの適用後、前記センサウェルが前記両親媒性分子の層を前記センサウェルにわたって支持することが可能であり、前記センサウェルがそれぞれ電気回路への接続用の電極を含み、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の前記本体への供給後、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の１５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の４０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように配置されている、ウェルの配列と
    を含む、装置。
54. 前記ウェルの配列が、前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体である前処理剤の前記本体への供給後、以下の条件：
    前記前処理剤による前記表面の可視被覆領域が、前記センサウェルの配列が位置する面積の５％未満であること、
    満たされたセンサウェルの比率が０．５％未満であること、
    前記各センサウェルの周りのすべての前処理剤環の矩形性および周囲長の値が、平均値の２０％以内であること
    のそれぞれが満たされるように配置されている、請求項５３に記載の装置。
55. 前記両親媒性分子と相互作用することが可能な流体であり、前記センサウェルに適用される前処理剤をさらに含む、請求項５４に記載の装置。