JP2019219244A - 電位測定装置及び電位測定装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】評価品質を更に向上させることができる電位測定装置を提供すること。【解決手段】アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、絶縁部材と、参照電位を検出する参照電極と、読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、を含み、該読み出し電極が、該読み出し電極に該絶縁部材が積層された被覆領域と、該読み出し電極に該絶縁部材が積層されていない開口領域とを有し、該読み出し電極が、該開口領域に、該読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置を提供する。【選択図】図１

Description

本技術は、電位測定装置及び電位測定装置の製造方法に関する。

微小な読み出し電極をアレイ状に配置し、当該読み出し電極と溶液との界面で発生する電位を電気化学的に測定する電位測定装置があり、例えば、読み出し電極上に培養液で満たして生体細胞を乗せ、生体細胞が発生する活動電位を測定する電位測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特に、近年、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）集積回路技術を用いて電極、増幅器、Ａ／Ｄ変換器などを一つの半導体基板（チップ）に集積し、多点で同時に電位を測定する電位測定装置が注目されている。

特開２００２−３１６１７号公報

しかしながら、特許文献１で提案された技術では、評価品質の更なる向上が図れないおそれがある。

そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、評価品質を更に向上させることができる電位測定装置、及びその電位測定装置の製造方法を提供することを主目的とする。

本発明者らは、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、画質を飛躍的に向上させることに成功し、本技術を完成するに至った。

すなわち、本技術では、まず、アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、
絶縁部材と、
参照電位を検出する参照電極と、
読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、
を含み、
該読み出し電極が、該読み出し電極に該絶縁部材が積層された被覆領域と、該読み出し電極に該絶縁部材が積層されていない開口領域とを有し、
該読み出し電極が、該開口領域に、該読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置を提供する。

本技術に係る電位測定装置において、前記開口領域の表面に、凹凸形状が形成されていてもよい。

また、本技術では、アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、
絶縁部材と、
金属部材と、
参照電位を検出する参照電極と、
読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、
を含み、
該読み出し電極が、該読み出し電極に該金属部材と該絶縁部材とがこの順で積層された被覆領域と、該読み出し電極に該金属部材と該絶縁部材とが積層されていない開口領域とを有し、
該読み出し電極が、該開口領域に、該読み出し電極の該金属部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置を提供する。

本技術に係る電位測定装置において、前記読み出し電極が、前記開口領域に、前記金属部材の前記絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部を有してもよく、さらに、前記開口領域の表面に、凹凸形状が形成されていてもよい。

さらに、本技術では、読み出し電極に絶縁部材を積層することと、
該読み出し電極に、該絶縁部材が積層されていない開口領域を形成することと、
該開口領域を有する該読み出し電極に対して、電気化学的酸化還元サイクルを行うこと、とを含む、電位測定装置の製造方法を提供する。

本技術に係る電位測定装置の製造方法において、前記開口領域の表面に付着した物質を除去することを含んでもよく、前記開口領域の表面に、前記読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部とを形成することを含んでもよく、さらに、前記開口領域の表面に、凹凸形状を形成することを含んでもよい。

さらにまた、本技術では、読み出し電極に金属部材と絶縁部材とをこの順で積層することと、
該読み出し電極に、該金属部材と該絶縁部材とが積層されていない開口領域を形成することと、
該開口領域を有する該読み出し電極に対して、電気化学的酸化還元サイクルを行うこと、とを含む、電位測定装置の製造方法を提供する。

本技術に係る電位測定装置の製造方法において、前記開口領域の表面に付着した物質を除去することを含んでもよく、前記開口領域の表面に、前記読み出し電極の該金属部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を形成することを含んでもよく、前記開口領域の表面に、前記金属部材の前記絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部を形成することを含んでもよく、さらに、前記開口領域の表面に、凹凸形状を形成することを含んでもよい。

本技術によれば、評価品質を更に向上させることができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術を適用した第１の実施形態の電位測定装置に含まれる読み出し電極の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第２の実施形態の電位測定装置に含まれる読み出し電極の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第１の実施形態及び第２の実施形態の電位測定装置の構成の概略を示す構成図である。 電極形状が正方形の参照電極と読み出し電極との電極配置の一例を示す平面図である。 読み出し電極及び参照電極と差動型増幅器との間の配線構造の一例を示す模式図である。 読み出し電極表面の酸化還元サイクルに伴うラフネスの増大を説明するための図である。 本技術を適用した第３の実施形態の電位測定装置の製造方法の一例を示す断面図である。 本技術を適用した第３の実施形態の電位測定装置の製造方法の一例を示す上面図及び断面図である。 本技術を適用した第４の実施形態の電位測定装置の製造方法の一例を示す断面図である。 本技術を適用した第４の実施形態の電位測定装置の製造方法の一例を示す上面図及び断面図である。

以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、特に断りがない限り、図面の説明において、「上」を含む用語は、図中の上方向、上側又は上部を意味し、「下」を含む用語は、図中の下方向、下側又は下部を意味し、「左」を含む用語は、図中の左方向、左側又は左部を意味し、「右」を含む用語は、図中の右方向、右側又は右部を意味する。

なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．第１の実施形態（電位測定装置の例１）
３．第２の実施形態（電位測定装置の例２）
４．第３の実施形態（電位測定装置の製造方法の例１）
５．第４の実施形態（電位測定装置の製造方法の例２）

＜１．本技術の概要＞
まず、本技術の概要について、説明をする。

例えば、電気メッキにより白金微粒子を電極表面上に堆積し、表面積を増やす技術がある。しかしながら、白金のメッキを行うためには塩化白金酸や亜硝酸白金のアンモニア溶液などの毒性が強い化学物質を用いる必要があり、塩化白金酸や亜硝酸白金のアンモニア溶液が電極アレイ表面上やパッケージ部材に残留した場合、その後の細胞培養や活動電位取得評価に影響を来すことになる。また、白金を電極表面に析出する場合、電極間のショートのリスクも発生する。さらに、このようにして有効表面積を増大させた場合においても電極表面を環境中に暴露した場合、反応性に富む白金電極表面には環境雰囲気の不純物の付着が進み、やがて有効表面積が減少する。

本技術は上記の事情を鑑みてなされたものである。本技術は、評価品質を更に向上させることができる電位測定装置、及びその電位測定装置の製造方法を提供することを目的とし、特には、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる電位測定装置及びその電位測定装置の製造方法を提供することを目的とする。

細胞間における活動電位の伝搬等を、二次元にて高分解能で行う場合、アレイ状に配列された電極のピッチを細胞のサイズに相当する寸法以下にまで微細化する必要がある。この結果、必然的に電極の表面積は小さくなり、電極界面のインピーダンスの増大が生じ、これに由来するバックグラウンドノイズの増大が起きる。これを抑制するためには、何らかの方法で電極の表面積を増大させる必要がある。特にシグナルとなる活動電位が小さい細胞（例えば、神経細胞など）間の伝搬の評価を行う場合、ノイズの低減を行わないと活動電位との分別が困難となる。以上のことから、本願で提案する本技術による評価品質の向上が必要である。

次に、ノイズとインピーダンスとの関係について説明をする。下記の式（１）で示されるように、ノイズとインピーダンスとの関係を表す式がある。

式（１）中、ｋはボルツマン定数（Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり、Ｔは絶対温度（Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）であり、Ｃ_es,sは電極キャパシタンスである。式（１）により、観測されるノイズの値は、電極キャパシタンスの値（Ｃ_es,s）に反比例することが理解できる。すなわち、電極キャパシタンスが増大すれば、観測されるノイズは減少することとなる。

本技術によれば、電極表面の不純物の除去と凹凸の形成による有効表面積の拡大を行うことができる。これにより、電極インピーダンスを低下させることが可能となり、電極ノイズの抑制ができ、Ｓ／Ｎ比が向上し、微小な信号を微小電極アレイで取得することができる。本技術は、例えば、デバイス（電位測定装置）の出荷直前、使用者が用いる直前に簡便に読み出し電極の表面積の拡大を行うことができ、評価品質の向上に有効である。

以下に、本技術について詳細に説明をする。

＜２．第１の実施形態（電位測定装置の例１）＞
本技術に係る第１の実施形態（電位測定装置の例１）の電位測定装置は、アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、絶縁部材と、参照電位を検出する参照電極と、読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、を含み、読み出し電極が、読み出し電極に絶縁部材が積層された被覆領域と、読み出し電極に絶縁部材が積層されていない開口領域とを有し、読み出し電極が、開口領域に、読み出し電極の絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置である。

本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置において、開口領域の表面に、凹凸形状が形成されていてもよい。

本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置は、読み出し電極が有する開口領域に、読み出し電極の絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部（例えば、凹凸形状）を有することにより、開口領域（読み出し電極）の有効表面積の拡大を行うことができる。したがって、本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置によれば、電極インピーダンスを低下させることが可能となり、電極ノイズの抑制ができ、また、Ｓ／Ｎ比が向上し、微小な信号が微小電極アレイで取得され得る。本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。

そして、本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置は、開口領域の読み出し電極表面の不純物を除去することにより、開口領域（読み出し電極）の有効表面積の更なる拡大を行うことができる。したがって、本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置によれば、電極インピーダンスを更に低下させることが可能となり、電極ノイズの更なる抑制ができ、また、Ｓ／Ｎ比が更に向上し、微小な信号を微小電極アレイで取得することができる。電極表面上の不純物としては、電位測定装置の加工形成などの製造過程において発生して電極表面に吸着する物質、もしくは電位測定装置の完成後に、空気中に浮遊して電極表面に付着するコンタミ等が挙げられる。

本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置に含まれる読み出し電極を、図１を用いて説明をする。図１は、本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置に含まれる読み出し電極の構成例（読み出し電極１−１−ｃ）を示す断面図である。

図１に示されるように、図１の左側では、単位電極（読み出し電極）１−１−ｃ上に、絶縁部材２−１−ｃが積層されて、単位電極１−１−ｃが有する被覆領域Ｔ−１−１−ｃが形成される。図１の右側では、単位電極１−１−ｃ上と右側面に、絶縁部材２−１−４−ｃが配される。より詳しくは、単位電極１−１−ｃ上に絶縁部材２−１−２−ｃが積層されて単位電極１−１−ｃが有する被覆領域Ｔ−１−２−ｃが形成されて、単位電極１−１−ｃの右側面には、右隣の単位電極（不図示）を分離するように絶縁部材２−１−３−ｃが覆われている。そして、図１に示されるように、単位電極１−１−ｃには、単位電極１−１−ｃ上に絶縁部材が積層されていない開口領域Ｓ−１−ｃが形成されている。

そして、図１に示されるように、単位電極１−１−ｃ（作用電極）の開口領域Ｓ−１−ｃの表面には、単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−１−１−ｃとの積層面Ｒ−１−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−１−２−ｃとの積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にして、高さが高い高部Ｈ−１−１及び高部Ｈ−１−３が形成され、積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にして、高さが略同等である高部Ｈ−１−２及び高部Ｈ−１−４が形成される。

また、単位電極１−１−ｃ（作用電極）の開口領域Ｓ−１−ｃの表面には、単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−１−１−ｃとの積層面Ｒ−１−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−１−２−ｃとの積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にして、高さが低い低部Ｌ−１−１、低部Ｌ−１−２、低部Ｌ−１−３、低部Ｌ−１−４及び低部Ｌ−１−５が形成されている。

高部Ｈ−１−１〜Ｈ−１−４の積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にした正の体積（単位電極の電極材料の正の量）と低部Ｌ−１−１〜Ｌ−１−５の積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にした負の体積（単位電極の電極材料の負の量）とを足し合わせると略ゼロとなる。すなわち、積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準に略平坦である単位電極の体積（単位電極の電極材料の量）に対して単位電極１−１−ｃの体積（単位電極の電極材料の量）は略同等である。また、単位電極１−１−ｃは、表面Ｕ−１−ｃを基準にして、高部Ｈ−１−１〜Ｈ−１−４及び低部Ｌ−１−１〜Ｌ−１−５に基づく、凹凸形状が形成されている。

以上より、高部Ｈ−１−１〜Ｈ−１−４及び低部Ｌ−１−１〜Ｌ−１−５に基づく凹凸形状が形成された単位電極１−１−ｃ（作用電極）の有効な表面積は、積層面Ｒ−１−２−ｃを基準に略平坦であり、不純物が付着した単位電極（例えば、単位電極１−１−ａ及び１−１−ｂ）の表面積と比較して増加する。この表面積の増加により、電極インピーダンスが低下し、微小電極アレイで電位を計測する場合のバックグラウンドノイズを抑制することができる。

図６は、読み出し電極表面（例えば、単位電極１−１−ｃ、後述する単位電極１−２−ｃ）の酸化還元サイクルに伴うラフネス（例えば、凹凸形状、高部及び低部を有する形状等）の増大を説明するための図である。読み出し電極表面は、走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察され、図６（ａ）〜（ｅ）は、その観察に基づく図である。

図６（ａ）は、酸化還元サイクル（−０．２２⇔１．１５Ｖ）を２０回繰り返した後の読み出し電極表面の図であり、図６（ｂ）は、酸化還元サイクル（−０．２２⇔１．１５Ｖ）を６０回繰り返した後の読み出し電極表面の図であり、図６（ｃ）は、酸化還元サイクル（−０．２２⇔１．１５Ｖ）を２４０回繰り返した後の読み出し電極表面の図である。そして、図６（ｄ）及び（ｅ）は、酸化還元サイクル（−０．２２⇔１．１５Ｖ）を４８０回繰り返した後の読み出し電極表面の図であり、図６（ｄ）及び（ｅ）は観察場所が異なる読み出し電極表面の図（２視野）である。図６（ａ）〜図６（ｅ）から明らかなように、酸化還元サイクルの回数が多くなるに従って、読み出し電極表面のラフネス（例えば、凹凸形状、高部及び低部を有する形状等）が増大していることがわかる。

次に、本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置を、図３〜図５を用いて説明をする。

図３は、本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置の構成の概略を示す構成図である。本技術に係る第１の実施形態の電位測定装置１０は、ＣＭＯＳ集積回路技術を用いて作成された電極部１１、行選択部１２、列選択部１３、増幅部１４Ａ，１４Ｂ、及び、Ａ／Ｄ変換部１５Ａ，１５Ｂを、一つの半導体基板（半導体チップ）１６に集積して成るデバイスである。ここでは、増幅部１４Ａ，１４Ｂ及びＡ／Ｄ変換部１５Ａ，１５Ｂを、電極部１１を挟んで両側に配置した構成を採っているが、電極部１１の一方側に配置する構成を採ることも可能である。

電極部１１には、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極２１がアレイ状にｍ行ｎ列配置されている。読み出し電極２１は、例えば、活動電位発生点の大きさと同程度の大きさの電極サイズを有する。この読み出し電極２１のアレイ内に、参照電位を検出する参照電極２２が配置されている。読み出し電極２１は、例えば、上記の図１で説明をした単位電極１−１−ｃである。そして、図１で説明をしたように、読み出し電極２１には絶縁部材を積層することができる。

ここでは、一例として、行方向及び列方向それぞれ３個、計９個の読み出し電極２１を単位として参照電極２２が配置されており、読み出し電極２１の電極サイズが参照電極２２の電極サイズよりも小さい。換言すれば、参照電極２２の電極サイズが読み出し電極２１の電極サイズよりも大きい。参照電極２２が検出する参照電位は、読み出し電極２１が検出する活動電位発生点の電位との差分を取る際の基準となる基準電位である。読み出し電極２１及び参照電極２２の電極構造は、平面的な構造となっている。

ｍ行ｎ列の読み出し電極２１の配置に対して、行毎に行選択線３１_{_1}〜３１_{_m}が配線され、列毎に列選択線３２_{_1}〜３２_{_n}及び信号読み出し線３３_{_1}〜３３_{_n}が配線されている。行選択線３１_{_1}〜３１_{_m}は各一端が、行選択部１２の対応する行の出力端に接続されている。列選択線３２_{_1}〜３２_{_n}は各一端が、列選択部１３の対応する列の出力端に接続されている。

読み出し電極２１は、スイッチ２３を介して信号読み出し線３３_{_1}〜３３_{_n}に接続されている。図３では、図面の簡略化のために、スイッチ２３を１つのスイッチとして図示しているが、実際には、スイッチ２３は行選択用及び列選択用の少なくとも２つのスイッチから成る。また、これに対応して、信号読み出し線３３_{_1}〜３３_{_n}も少なくとも２本の信号読み出し線から成る。

スイッチ２３において、例えば、行選択用のスイッチは、行選択部１２から行選択線３１_{_1}〜３１_{_m}を介して印加される行選択信号によってオン（閉）駆動され、列選択用のスイッチは、列選択部１３から列選択線３２_{_1}〜３２_{_n}を介して印加される列選択信号によってオン駆動される。この行選択用及び列選択用の各スイッチがオンすることにより、読み出し電極２１が検出した電位が信号読み出し線３３_{_1}〜３３_{_n}に出力され、これら信号読み出し線３３_{_1}〜３３_{_n}によって増幅部１４Ａ，１４Ｂへ伝送される。

なお、ここでは、読み出し電極２１の電位読み出し系を主体として説明したが、参照電極２２の電位読み出し系についても、基本的に同様の構成となる。具体的には、行選択部１２、列選択部１３、行選択線３１_{_1}〜３１_{_m}、列選択線３２_{_1}〜３２_{_n}及び、信号読み出し線３３_{_1}〜３３_{_n}から成る電位読み出し系が、読み出し電極２１の電位読み出し用と、参照電極２２の電位読み出し用として２系統設けられることになる。

この２系統の電位読み出し系によって読み出された読み出し電極２１の検出電位及び参照電極２２の検出電位は、増幅部１４Ａ，１４Ｂに供給される。増幅部１４Ａ，１４Ｂは、複数の読み出し電極２１に対して共通に設けられた複数の差動型増幅器から成り、例えば、参照電極２２を単位として、参照電極２２の検出電位（参照電位）と当該参照電極２２に属する９個の読み出し電極２１の検出電位との差分を取る。この差分は、Ａ／Ｄ変換部１５Ａ，１５Ｂに供給される。Ａ／Ｄ変換部１５Ａ，１５Ｂは、増幅部１４Ａ，１４Ｂから出力される差分をＡ／Ｄ変換し、読み出し電極２１が検出した電位に対応するデジタル値として出力する。

上記の構成の電位測定装置１０において、参照電極２２は、読み出し電極２１の近傍、具体的には、読み出し電極２１のアレイ内に配置されている。そして、参照電極２２の大きさは、読み出し電極２１の大きさよりも大きくなっている。参照電極２２としては様々な形状の電極を用いることができる。参照電極２２の電極形状が正方形の例を図４に示す。

図４には、図３との対応関係から、行方向及び列方向それぞれ３個、計９個の読み出し電極２１を単位として参照電極２２が配置される例を示している。１つの参照電極２２はその平面内に、行列状配置の９個の読み出し電極２１のそれぞれに対応する位置に９個の開口部２２Ａを有している。そして、参照電極２２は、行列状配置の９個の読み出し電極２１のそれぞれが９個の開口部２２Ａ内に位置するように配置されることになる。換言すれば、読み出し電極２１は、参照電極２２の開口部２２Ａ内に位置するように配置されている。

図４に示すような読み出し電極２１及び参照電極２２の電極配置は、局所的な電位変化を読み出すのに適している。一例として、５［μｍ］程度の大きさの生体細胞の活動電位を読み出すために、電極サイズが５［μｍ］程度の大きさの読み出し電極２１と、その１０倍以上の大きさ、即ち５０［μｍ］以上の大きさの参照電極２２とを配置する。

このような場合は、活動電位の発生部は局所的な１点と等価となる。５［μｍ］の大きさの読み出し電極２１と５０［μｍ］の大きさの参照電極２２では電位変動が約１０倍になる。そして、読み出し電極２１が検出する電位と参照電極２２が検出する電位との差分を取ることによって、生体細胞の活動電位を測定ができる。

図５に、読み出し電極２１及び参照電極２２と、増幅部１４Ａ，１４Ｂの一つの差動型増幅器との間の配線の一例を示す。上述したように、参照電極２２を読み出し電極２１の近傍に、より具体的には読み出し電極２１のアレイ内に配置した構成を採ることで、差動型増幅器２４の位置に対して、読み出し電極２１の位置と参照電極２２の位置とを同等にできる。これにより、読み出し電極２１及び参照電極２２と差動型増幅器２４の２つの入力端とを接続する二つの配線で、配線容量・環境との容量が電気的にほぼ等価となり、これら配線に重畳するノイズを同等にできるため、その差分を取ったときの差動型増幅器２４の出力に含まれるノイズを抑制できる。

＜３．第２の実施形態（電位測定装置の例２）＞
本技術に係る第２の実施形態（電位測定装置の例２）の電位測定装置は、アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、絶縁部材と、金属部材と、参照電位を検出する参照電極と、読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、を含み、読み出し電極が、該読み出し電極に金属部材と絶縁部材とがこの順で積層された被覆領域と、読み出し電極に金属部材と絶縁部材とが積層されていない開口領域とを有し、読み出し電極が、開口領域に、読み出し電極の金属部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置である。

本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置において、読み出し電極が、開口領域に、前記金属部材の前記絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部を有してもよい。また、本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置において、開口領域の表面に、凹凸形状が形成されていてもよい。

本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置は、開口領域に、読み出し電極の金属部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部（例えば、凹凸形状）を有することにより、開口領域（読み出し電極）の有効表面積の拡大を行うことができる。したがって、本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置によれば、電極インピーダンスを低下させることが可能となり、電極ノイズの抑制ができ、また、Ｓ／Ｎ比が向上し、微小な信号が微小電極アレイで取得され得る。本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。

そして、本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置は、開口領域の読み出し電極表面の不純物を除去することにより、開口領域（読み出し電極）の有効表面積の更なる拡大を行うことができる。したがって、本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置によれば、電極インピーダンスを更に低下させることが可能となり、電極ノイズの更なる抑制ができ、また、Ｓ／Ｎ比が更に向上し、微小な信号を微小電極アレイで取得することができる。電極表面上の不純物としては、電位測定装置の加工形成などの製造過程において発生して電極表面に吸着する物質、もしくは、電位測定装置の完成後に、空気中に浮遊して電極表面に付着するコンタミ等が挙げられる。

本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置に含まれる読み出し電極を、図２を用いて説明をする。図２は、本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置に含まれる読み出し電極の構成例を示す断面図である。

図２に示されるように、図２の左側では、単位電極１−２−ｃ上に、金属部材５−２−１−ｃと絶縁部材２−２−１−ｃとがこの順で積層されて、単位電極１−２−ｃの被覆領域Ｔ−２−１−ｃが形成される。図２の右側では、単位電極１−２−ｃ上に積層された金属部材５−２−２−ｃと、単位電極１−２−ｃ及び金属部材５−２−２−ｃの右側面とに、絶縁部材２−２−４−ｃが配される。より詳しくは、単位電極１−２−ｃ上に金属部材５−２−２−ｃと絶縁部材２−２−２−ｃとがこの順で積層されて、単位電極１−２−ｃの被覆領域Ｔ−２−２−ｃが形成されて、単位電極１−２−ｃ及び金属部材５−２−２−ｃの右側面には、右隣の単位電極（不図示）及び金属部材を分離するように絶縁部材２−２−３−ｃが覆われている。そして、図２に示されるように、単位電極１−２−ｃには、上記のとおり絶縁部材２−２−１−ｃ及び２−２−２−ｃで覆われていない箇所に相当する金属部材が溶解し、単位電極１−２−ｃ上に絶縁部材及び金属部材が積層されていない開口領域Ｓ−２−ｃが形成されている。

そして、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、単位電極１−２−ｃ（作用電極）の表面が酸化・還元されて、単位電極１−２−ｃ（作用電極）の開口領域Ｓ−２−ｃの表面には、単位電極１−２−ｃの金属部材５−２−１−ｃとの積層面Ｒ−２−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの金属部材５−２−２−ｃとの積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にして、高さが高い高部Ｈ−２−１及び高部Ｈ−２−２が形成され、積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にして、高さが略同等である高部Ｈ−２−３及び高部Ｈ−２−４が形成される。高部Ｈ−２−２は、単位電極１−２−ｃの絶縁部材２−２−１−ｃとの積層面Ｖ−２−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−２−２−ｃとの積層面Ｖ−２−２−ｃを基準にしても高い。

また、単位電極１−２−ｃ（作用電極）の開口領域Ｓ−１−ｃの表面には、単位電極１−２−ｃの金属部材５−２−１−ｃとの積層面Ｒ−２−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの金属部材５−２−２−ｃとの積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にして、高さが低い低部Ｌ−２−１、低部Ｌ−２−２、低部Ｌ−２−３、低部Ｌ−２−４及び低部Ｌ−２−５が形成されている。

高部Ｈ−２−１〜Ｈ−２−４の積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にした正の体積（単位電極の電極材料の正の量）と低部Ｌ−２−１〜Ｌ−２−５の積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にした負の体積（単位電極の電極材料の負の量）とを足し合わせると略ゼロとなる。すなわち、積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準に略平坦である単位電極（例えば、単位電極１−２−ａ及び１−２−ｂ）の体積（単位電極の電極材料の量）に対して単位電極１−２−ｃの体積（単位電極の電極材料の量）は略同等である。また、単位電極１−１−ｃは、表面Ｕ−１−ｃを基準にして、高部Ｈ−１−１〜Ｈ−１−４及び低部Ｌ−１−１〜Ｌ−１−５に基づく、凹凸形状が形成されている。

以上より、高部Ｈ−２−１〜Ｈ−２−４及び低部Ｌ−２−１〜Ｌ−２−５に基づく凹凸形状が形成された単位電極１−２−ｃ（作用電極）の有効な表面積は、積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準に略平坦であり、不純物が付着した単位電極（例えば、単位電極１−２−ａ及び１−２−ｂ）の表面積と比較して増加する。この表面積の増加により、電極インピーダンスが低下し、微小電極アレイで電位を計測する場合のバックグラウンドノイズを抑制することができる。

本技術に係る第２の実施形態の電位測定装置には、上記で説明をした図３〜図５及び図６の内容がそのまま適用され得る。そして、読み出し電極２１は、例えば、上記の図２で説明をした単位電極１−２−ｃである。そして、図２で説明をしたように、読み出し電極２１には金属部材と絶縁部材とをこの順で積層することができる。

＜４．第３の実施形態（電位測定装置の製造方法の例１）＞
本技術に係る第３の実施形態（電位測定装置の製造方法の例１）の電位測定装置の製造方法は、読み出し電極に絶縁部材を積層することと、読み出し電極に、絶縁部材が積層されていない開口領域を形成することと、開口領域を有する読み出し電極に対して、電気化学的酸化還元サイクルを行うこと、とを含む、製造方法である。また、本技術に係る第３の実施形態（電位測定装置の製造方法の例１）の電位測定装置の製造方法の変形例として、読み出し電極に対して電気化学的酸化還元サイクルを行うことを含む電位測定装置の製造方法、読み出し電極に対して電気化学的酸化還元サイクルを行うことと、読み出し電極の表面に付着した物質を除去することとを含む電位測定装置の製造方法、読み出し電極に対して電気化学的酸化還元サイクルを行うことと、読み出し電極の表面に付着した物質を除去することと、読み出し電極の表面に凹凸形状を形成することとを含む、電位測定装置の製造方法が挙げられる。本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法を用いて製造された電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。また、本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法の変形例を用いて製造された電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。

本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法は、開口領域の表面に付着した物質を除去することを含んでもよい。また、本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法は、開口領域の表面に、読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を形成することを含んでもよく、開口領域の表面に、凹凸形状を形成することを含んでもよい。

本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法を、図７及び図８を用いて説明をする。なお、図７及び図８で説明する内容以外は、公知（例えば、ＷＯ２０１７／０６１１７１Ａ１）の方法を用いて、本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置を製造することができる。

図７は、本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法の一例を示す断面図である。図８は、本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法の一例を示す上面図及び断面図である。

まず、図７を用いて、本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法について説明をする。図７（ａ）は、ウエハプロセス終了後、組み立て工程が完了したデバイス（電位測定装置）の単位電極１−１−ａを示す。単位電極１−１−ａ（図７（ｂ）〜（ｃ）中の単位電極１−１−ｂ〜１−１−ｃ）は、作用電極であり、貴金属電極材料から構成されてよい。貴金属電極材料は、例えば、白金、金、イリジウム、ロジウム、パラジウム等が挙げられる。すなわち、単位電極１−１−ａは、例えば、白金電極等でよい。

図７（ａ）に示されるように、環境中から付着した不純物３−１−１−ａ及び３−１−２−ａが単位電極１−１−ａの表面Ｕ−１−ａに付着している。図７（ａ）の左側では、単位電極１−１−ａ上に、絶縁部材２−１−１−ａが積層されて、単位電極１−１−ａの被覆領域Ｔ−１−１−ａが形成される。図７（ａ）の右側では、単位電極１−１−ａ上と単位電極１−１−ａの右側面に、絶縁部材２−１−４−ａが配される。より詳しくは、単位電極１−１−ａ上に絶縁部材２−１−２−ａが積層されて単位電極１−１−ａの被覆領域Ｔ−１−２−ａが形成されて、単位電極１−１−ａの右側面には、右隣の単位電極（不図示）を分離するように絶縁部材２−１−３−ａが覆われている。そして、図７（ａ）に示されるように、単位電極１−１−ａには、単位電極１−１−ａ上に絶縁部材が積層されていない開口領域Ｓ−１−ａが形成されている。

図７（ｂ）は、電解質溶液（例えば生理食塩水）中にて、単位電極（作用電極）１−１−ｂと対電極４−１−ｂとの間に電位差を印加し、電気化学的な酸化・還元サイクルを施すことを示す図である。例えば、図７（ｂ）に示されるように、対電極４−１−ｂを基準にして単位電極（作用電極）１−１−ｂの電位を０[Ｖ]と３[Ｖ]との間で２０回掃引する。対電極４−１−ｂは微小電極アレイのデバイス上に設けるか、または別途白金電極を用意し、これを電解質溶液に浸漬して用いることができる。図７（ｂ）に示されるように、環境中から付着した不純物３−１−１−ｂ及び３−１−２−ｂが単位電極１−１−ｂの表面Ｕ−１−ｂに付着している。図７（ｂ）の左側では、単位電極１−１−ｂ上に、絶縁部材２−１−ｂが積層されて、単位電極１−１−ｂの被覆領域Ｔ−１−１−ｂが形成される。図７（ｂ）の右側では、単位電極１−１−ｂ上と右側面に、絶縁部材２−１−４−ｂが配される。より詳しくは、単位電極１−１−ｂ上に絶縁部材２−１−２−ｂが積層されて単位電極１−１−ｂの被覆領域Ｔ−１−２−ｂが形成されて、単位電極１−１−ｂの右側面には、右隣の単位電極（不図示）を分離するように絶縁部材２−１−３−ｂが覆われている。そして、図７（ｂ）に示されるように、単位電極１−１−ｂには、単位電極１−１−ｂ上に絶縁部材が積層されていない開口領域Ｓ−１−ｂが形成されている。

図７（ｃ）は、製造された単位電極（読み出し電極）１−１−ｃを示す。図７（ｃ）に示されるように、図７（ｂ）で説明をした電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、不純物３−１−１−ｂ及び３−１−２−ｂが分解及びイオン化して、不純物３−１−１−ｂ及び３−１−２−ｂは除去され得る。図１でも説明したことと同様になるが、図７（ｃ）の左側では、単位電極１−１−ｃ上に、絶縁部材２−１−１−ｃが積層されて、単位電極１−１−ｃが有する被覆領域Ｔ−１−１−ｃが形成される。図７（ｃ）の右側では、単位電極１−１−ｃ上と右側面に、絶縁部材２−１−４−ｃが配される。より詳しくは、単位電極１−１−ｃ上に絶縁部材２−１−２−ｃが積層されて単位電極１−１−ｃが有する被覆領域Ｔ−１−２−ｃが形成されて、単位電極１−１−ｃの右側面には、右隣の単位電極（不図示）を分離するように絶縁部材２−１−３−ｃが覆われている。そして、図７（ｃ）に示されるように、単位電極１−１−ｃには、単位電極１−１−ｃ上に絶縁部材が積層されていない開口領域Ｓ−１−ｃが形成されている。

そして、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、単位電極１−１−ｃ（作用電極）の表面が酸化・還元されて、単位電極１−１−ｃ（作用電極）の開口領域Ｓ−１−ｃの表面には、単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−１−１−ｃとの積層面Ｒ−１−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−１−２−ｃとの積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にして、高さが高い高部Ｈ−１−１及び高部Ｈ−１−３が形成され、積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にして、高さが略同等である高部Ｈ−１−２及び高部Ｈ−１−４が形成される。

また、単位電極１−１−ｃ（作用電極）の開口領域Ｓ−１−ｃの表面には、単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−１−１−ｃとの積層面Ｒ−１−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−１−２−ｃとの積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にして、高さが低い低部Ｌ−１−１、低部Ｌ−１−２、低部Ｌ−１−３、低部Ｌ−１−４及び低部Ｌ−１−５が形成されている。

高部Ｈ−１−１〜Ｈ−１−４の積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にした正の体積（単位電極の電極材料の正の量）と低部Ｌ−１−１〜Ｌ−１−５の積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準にした負の体積（単位電極の電極材料の負の量）とを足し合わせると略ゼロとなる。すなわち、積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準に略平坦である単位電極（例えば、単位電極１−１−ａ及び１−１−ｂ）の体積（単位電極の電極材料の量）に対して単位電極１−１−ｃの体積（単位電極の電極材料の量）は略同等である。また、単位電極１−１−ｃは、表面Ｕ−１−ｃを基準にして、高部Ｈ−１−１〜Ｈ−１−４及び低部Ｌ−１−１〜Ｌ−１−５に基づく、凹凸形状が形成されている。

以上より、不純物が除去されて、高部Ｈ−１−１〜Ｈ−１−４及び低部Ｌ−１−１〜Ｌ−１−５に基づく凹凸形状が形成された単位電極１−１−ｃ（作用電極）の有効な表面積は、積層面Ｒ−１−１−ｃ及び積層面Ｒ−１−２−ｃを基準に略平坦であり、不純物が付着した単位電極（例えば、単位電極１−１−ａ及び１−１−ｂ）の表面積と比較して増加する。この表面積の増加により、電極インピーダンスが低下し、微小電極アレイで電位を計測する場合のバックグラウンドノイズを抑制することができる。単位電極１−１−ｃを用いて製造された電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。

次に、図８を用いて、本技術に係る第３の実施形態の電位測定装置の製造方法について説明をする。図８（ａ）は、ウエハプロセス終了後、組み立て工程が完了したデバイス（電位測定装置）の単位電極１−３−ａの上面図である。単位電極１−３−ａ（図８（ｂ）〜（ｄ）中の単位電極１−３−ｂ〜１−３―ｄ）は、作用電極であり、貴金属電極材料から構成されてよい。貴金属電極材料は、例えば、白金、金、イリジウム、ロジウム、パラジウム等が挙げられる。すなわち、単位電極１−３−ａは、例えば、白金電極等でよい。

図８（ａ）に示されるように、例えば、環境中から付着した不純物３−３−１−ａ及び３−３−２−ａが単位電極１−３−ａに付着している。図８（ａ）に示されるように、絶縁部材２−３−ａは、単位電極１−３−ａの外周囲に配されている。

図８（ｂ）は、製造された単位電極（読み出し電極）１−３−ｂの上面図である。図８（ｂ）に示されるように、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、不純物３−３−１−ａ及び３−３−２−ａが分解及びイオン化して、不純物３−３−１−ａ及び３−３−２−ａは除去されて、単位電極（読み出し電極）１−３−ｂは、高部及び低部に基づく、凹凸形状が形成されている。そして、図８（ｂ）に示されるように、絶縁部材２−３−ｂは、単位電極１−３−ｂの外周囲に配されている。

図８（ｃ）は、図８（ａ）中に示されるＰ３−Ｐ’３線の断面図であり、図８（ｃ）には、ウエハプロセス終了後、組み立て工程が完了したデバイス（電位測定装置）の単位電極１−３−ｃが示されている。

図８（ｃ）に示されるように、環境中から付着した不純物３−３−１−ｃ及び３−３−２−ｃが単位電極１−３−ｃの表面Ｕ−３−ｃに付着している。図８（ｃ）の左側では、単位電極１−３−ｃ上に、絶縁部材２−３−１−ｃが積層されて、単位電極１−３−ｃの被覆領域Ｔ−３−１−ｃが形成される。図７（ａ）の右側では、単位電極１−３−ｃ上と単位電極１−３−ｃの右側面に、絶縁部材２−３−４−ｃが配される。より詳しくは、単位電極１−３−ｃ上に絶縁部材２−３−２−ｃが積層されて単位電極１−３−ｃの被覆領域Ｔ−３−２−ｃが形成されて、単位電極１−３−ｃの右側面には、右隣の単位電極１−３−２−ｃを分離するように絶縁部材２−３−３−ｃが覆われている。そして、図８（ｃ）に示されるように、単位電極１−３−ｃには、単位電極１−３−ｃ上に絶縁部材２−３−１−ｃ及び２−３−２−ｃが積層されていない開口領域Ｓ−３−ｃが形成されている。

図８（ｄ）は、図８（ｂ）中に示されるＱ３−Ｑ’３線の断面図であり、図８（ｄ）には、製造された単位電極（読み出し電極）１−３−ｄが示されている。

図８（ｄ）に示されるように、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、不純物３−３−１−ｃ及び３−３−２−ｃが分解及びイオン化して、不純物３−３−１−ｃ及び３−３−２−ｃは除去され得る。図８（ｄ）の左側では、単位電極１−３−ｄ上に、絶縁部材２−３−１−ｄが積層されて、単位電極１−３−ｄが有する被覆領域Ｔ−３−１−ｄが形成される。図８（ｄ）の右側では、単位電極１−３−ｄ上と単位電極１−３−ｄの右側面に、絶縁部材２−３−４−ｄが配される。より詳しくは、単位電極１−３−ｄ上に絶縁部材２−３−２−ｄが積層されて単位電極１−３−ｄが有する被覆領域Ｔ−３−２−ｄが形成されて、単位電極１−３−ｄの右側面には、右隣の単位電極１−３−２−ｄを分離するように絶縁部材２−３−３−ｄが覆われている。そして、図８（ｄ）に示されるように、単位電極１−３−ｄには、単位電極１−３−ｄ上に絶縁部材が積層されていない開口領域Ｓ−３−ｄが形成されている。

そして、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、単位電極１−３−ｄ（作用電極）の表面が酸化・還元されて、図８（ｄ）に示されるように、単位電極１−３−ｄ（作用電極）の開口領域Ｓ−３−ｄの表面には高部及び低部が形成されて、単位電極１−３−ｄの表面Ｕ−３−ｄを基準にして、高部及び低部に基づく凹凸形状が形成されている。単位電極１−３−ｄ（単位電極１−３−ｂ）は、単位電極１−３−ｃ（単位電極１−３−ａ）に対して、不純物が取り除かれて凹凸形状が形成されるので、単位電極１−３−ｄ（単位電極１−３−ｂ）の表面積は、単位電極１−３−ｃ（単位電極１−３−ａ）の表面積と比べて増加して、電極インピーダンスが低下し、微小電極アレイで電位を計測する場合のバックグラウンドノイズを抑制することができる。単位電極１−３−ｄ（単位電極１−３−ｂ）を用いて製造された電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。

＜５．第４の実施形態（電位測定装置の製造方法の例２）＞
本技術に係る第４の実施形態（電位測定装置の製造方法の例２）の電位測定装置の製造方法は、読み出し電極に金属部材と絶縁部材とをこの順で積層することと、読み出し電極に、金属部材と絶縁部材とが積層されていない開口領域を形成することと、開口領域を有する該読み出し電極に対して、電気化学的酸化還元サイクルを行うこと、とを含む、製造方法である。本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法を用いて製造された電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。

本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法は、開口領域の表面に付着した物質を除去することを含んでもよい。また、本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法は、開口領域の表面に、読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を形成することを含んでもよく、開口領域の表面に、金属部材の絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部を形成することを含んでもよい。さらに、本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法は、開口領域の表面に、凹凸形状を形成することを含んでもよい。

本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法を、図９及び図１０を用いて説明をする。なお、図９及び図１０で説明する内容以外は、公知（例えば、ＷＯ２０１７／０６１１７１Ａ１）の方法を用いて、本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置を製造することができる。

図９は、本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１０は、本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法の一例を示す上面図及び断面図である。

まず、図９を用いて、本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法について説明をする。図９（ａ）は、ウエハプロセス終了後、組み立て工程が完了したデバイス（電位測定装置）の単位電極１−２−ａを示す。単位電極１−２−ａ（図９（ｂ）〜（ｃ）中の単位電極１−２−ｂ〜１−２−ｃ）は、作用電極であり、貴金属電極材料から構成されてよい。貴金属電極材料は、例えば、白金、金、イリジウム、ロジウム、パラジウム等が挙げられる。すなわち、単位電極１−２−ａは、例えば、白金電極等でよい。単位電極１−２−ａ上には、金属部材５−２−ａが形成されている。金属部材５−２−ａ（後述する図９（ｂ）〜図９（ｃ）に示される金属部材）は、例えば、為害性の少ない金属材料、イオン化傾向が大きい金属材料等から構成されてよく、為害性の少ない金属材料は、例えば、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）等が挙げられる。単位電極１−２−ａが白金電極であり、金属部材５−２−ａが鉄（Ｆｅ）の場合、白金のスパッタ直後、鉄などの生物学的な為害性の低い金属を連続して、例えば膜厚１０ｎｍをスパッタし、これをパターニングすることにより、単位電極１−２−ａと金属部材５−２−ａとの２層構造が形成される。

図９（ａ）に示されるように、環境中から付着した不純物３−２−１−ａ及び３−２−２−ａが単位電極１−２−ａ上に積層された金属部材５−２−ａの表面Ｕ−２−ａに付着している。図９（ａ）の左側では、単位電極１−２−ａ上に、金属部材５−２−ａと絶縁部材２−２−１−ａとがこの順で積層されて、単位電極１−２−ａの被覆領域Ｔ−２−１−ａが形成される。図９（ａ）の右側では、単位電極１−２−ａ上に積層された金属部材５−２−ａと、単位電極１−２−ａ及び金属部材５−２−ａの右側面とに、絶縁部材２−２−４−ａが配される。より詳しくは、単位電極１−２−ａ上に金属部材５−２−ａと絶縁部材２−２−２−ａとがこの順で積層されて、単位電極１−２−ａの被覆領域Ｔ−２−２−ａが形成されて、単位電極１−２−ａ及び金属部材５−２−ａの右側面には、右隣の単位電極（不図示）及び金属部材（不図示）を分離するように絶縁部材２−２−３−ａが覆われている。そして、図９（ａ）に示されるように、単位電極１−２−ａには、単位電極１−２−ａ上に絶縁部材が積層されていないで単位電極１−２−ａ上に金属部材５−２−ａが積層された開口領域Ｓ−２−ａが形成されている。

図９（ｂ）は、電解質溶液（例えば生理食塩水）中にて、単位電極（作用電極）１−２−ｂと対電極４−２−ｂとの間に電位差を印加し、電気化学的な酸化・還元サイクルを施すことを示す図である。例えば、図９（ｂ）に示されるように、対電極４−２−ｂを基準にして単位電極（作用電極）１−２−ｂの電位を０[Ｖ]と３[Ｖ]との間で３０回掃引する。対電極４−２−ｂは微小電極アレイのデバイス上に設けるか、または別途白金電極を用意し、これを電解質溶液に浸漬して用いることができる。図９（ｂ）に示されるように、環境中から付着した不純物３−２−１−ｂ及び３−２−２−ｂが、単位電極１−２−ｂ上に積層された金属部材５−２−ｂの表面Ｕ−２−ｂに付着している。図９（ｂ）の左側では、単位電極１−２−ｂ上に、金属部材５−２−ｂと絶縁部材２−２−１−ｂとがこの順で積層されて、単位電極１−２−ｂの被覆領域Ｔ−２−１−ｂが形成される。図９（ｂ）の右側では、単位電極１−２−ｂ上に積層された金属部材５−２−ｂと、単位電極１−２−ｂ及び金属部材５−２−ｂの右側面とに、絶縁部材２−２−４−ｂが配される。より詳しくは、単位電極１−２−ｂ上に金属部材５−２−ｂと絶縁部材２−２−２−ｂとがこの順で積層されて、単位電極１−２−ｂの被覆領域Ｔ−２−２−ｂが形成されて、単位電極１−２−ｂ及び金属部材５−２−ｂの右側面には、右隣の単位電極（不図示）及び金属部材（不図示）を分離するように絶縁部材２−２−３−ｂが覆われている。そして、図９（ｂ）に示されるように、単位電極１−２−ｂには、単位電極１−２−ｂ上に絶縁部材が積層されていないで単位電極１−２−ｂ上に金属部材５−２−ｂが積層された開口領域Ｓ−２−ｂが形成されている。

図９（ｃ）は、製造された単位電極（読み出し電極）１−２−ｃを示す。図９（ｃ）に示されるように、図９（ｂ）で説明をした電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、不純物３−２−１−ｂ及び３−２−２−ｂが分解及びイオン化し、さらには、金属部材５−２−ｂの溶解によるリフトオフにより、不純物３−２−１−ｂ及び３−２−２−ｂは除去され得る。なお、不純物のリフトオフによる除去は、幅広い種類の不純物に対応することができる。

図２でも説明したことと同様になるが、図９（ｃ）の左側では、単位電極１−２−ｃ上に、金属部材５−２−１−ｃと絶縁部材２−２−１−ｃとがこの順で積層されて、単位電極１−２−ｃの被覆領域Ｔ−２−１−ｃが形成される。図９（ｃ）の右側では、単位電極１−２−ｃ上に積層された金属部材５−２−２−ｃと、単位電極１−２−ｃ及び金属部材５−２−２−ｃの右側面とに、絶縁部材２−２−４−ｃが配される。より詳しくは、単位電極１−２−ｃ上に金属部材５−２−２−ｃと絶縁部材２−２−２−ｃとがこの順で積層されて、単位電極１−２−ｃの被覆領域Ｔ−２−２−ｃが形成されて、単位電極１−２−ｃ及び金属部材５−２−２−ｃの右側面には、右隣の単位電極（不図示）及び金属部材（不図示）を分離するように絶縁部材２−２−３−ｃが覆われている。そして、図９（ｃ）に示されるように、単位電極１−２−ｃには、上記のとおり絶縁部材２−２−１−ｂ及び２−２−２−ｂで覆われていない金属部材５−２−ｂが溶解し、単位電極１−２−ｃ上に絶縁部材及び金属部材が積層されていない開口領域Ｓ−２−ｃが形成されている。

そして、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、単位電極１−２−ｃ（作用電極）の表面が酸化・還元されて、単位電極１−２−ｃ（作用電極）の開口領域Ｓ−２−ｃの表面には、単位電極１−２−ｃの金属部材５−２−１−ｃとの積層面Ｒ−２−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの金属部材５−２−２−ｃとの積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にして、高さが高い高部Ｈ−２−１及び高部Ｈ−２−２が形成され、積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にして、高さが略同等である高部Ｈ−２−３及び高部Ｈ−２−４が形成される。高部Ｈ−２−２は、単位電極１−２−ｃの絶縁部材２−２−１−ｃとの積層面Ｖ−２−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの絶縁部材２−２−２−ｃとの積層面Ｖ−２−２−ｃを基準にしても高い。

また、単位電極１−２−ｃ（作用電極）の開口領域Ｓ−１−ｃの表面には、単位電極１−２−ｃの金属部材５−２−１−ｃとの積層面Ｒ−２−１−ｃ及び単位電極１−１−ｃの金属部材５−２−２−ｃとの積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にして、高さが低い低部Ｌ−２−１、低部Ｌ−２−２、低部Ｌ−２−３、低部Ｌ−２−４及び低部Ｌ−２−５が形成されている。

高部Ｈ−２−１〜Ｈ−２−４の積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にした正の体積（単位電極の電極材料の正の量）と低部Ｌ−２−１〜Ｌ−２−５の積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準にした負の体積（単位電極の電極材料の負の量）とを足し合わせると略ゼロとなる。すなわち、積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準に略平坦である単位電極（例えば、単位電極１−２−ａ及び１−２−ｂ）の体積（単位電極の電極材料の量）に対して単位電極１−２−ｃの体積（単位電極の電極材料の量）は略同等である。また、単位電極１−１−ｃは、表面Ｕ−１−ｃを基準にして、高部Ｈ−１−１〜Ｈ−１−４及び低部Ｌ−１−１〜Ｌ−１−５に基づく、凹凸形状が形成されている。

以上より、不純物が除去されて、高部Ｈ−２−１〜Ｈ−２−４及び低部Ｌ−２−１〜Ｌ−２−５に基づく凹凸形状が形成された単位電極１−２−ｃ（作用電極）の有効な表面積は、積層面Ｒ−２−１−ｃ及び積層面Ｒ−２−２−ｃを基準に略平坦であり、不純物が付着した単位電極（例えば、単位電極１−２−ａ及び１−２−ｂ）の表面積と比較して増加する。この表面積の増加により、電極インピーダンスが低下し、微小電極アレイで電位を計測する場合のバックグラウンドノイズを抑制することができる。単位電極１−２−ｃを用いて製造された電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。

次に、図１０を用いて、本技術に係る第４の実施形態の電位測定装置の製造方法について説明をする。図１０（ａ）は、ウエハプロセス終了後、組み立て工程が完了したデバイス（電位測定装置）の単位電極１−４−ａの上面図である。単位電極１−４−ａ（図１０（ｂ）中の単位電極１−４−ｂ）は、作用電極であり、貴金属電極材料から構成されてよい。貴金属電極材料は、例えば、白金、金、イリジウム、ロジウム、パラジウム等が挙げられる。すなわち、単位電極１−４−ａは、例えば、白金電極等でよい。図１０（ａ）に示されるように、例えば、環境中から付着した不純物３−４−１−ａ及び３−４−２−ａは、単位電極１−４−ａに積層されている金属部材５−４−１−ａを介して単位電極１−４−ａに付着している。すなわち、直接的には、不純物３−４−１−ａ及び３−４−２−ａは、金属部材５−４−１−ａに付着している。図１０（ａ）に示されるように、絶縁部材２−４−ａは、単位電極１−４−ａの外周囲に配されている。なお、図１０（ａ）は上面図であるので、絶縁部材２−４−ｓと積層されている、後述する図１０（ｃ）に示される金属部材５−４−１−ｃ及び５−４−２−ｃは図示されていない。

図１０（ｂ）は、製造された単位電極（読み出し電極）１−４−ｂの上面図である。図１０（ｂ）に示されるように、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、不純物３−４−１−ａ及び３−４−２−ａが分解及びイオン化して、不純物３−４−１−ａ及び３−４−２−ａは除去されて、単位電極（読み出し電極）１−４−ｂは、高部及び低部に基づく、凹凸形状が形成されている。そして、図１０（ｂ）に示されるように、絶縁部材２−４−ｂは、単位電極１−３−ｂの外周囲に配されている。なお、図１０（ｂ）は上面図であるので、絶縁部材２−４−ｂと積層されている、後述する図１０（ｄ）に示される金属部材５−４−１−ｄ及び５−４−２−ｄは図示されていない。

図１０（ｃ）は、図１０（ａ）中に示されるＰ４−Ｐ’４線の断面図であり、図１０（ｃ）には、ウエハプロセス終了後、組み立て工程が完了したデバイス（電位測定装置）の単位電極１−４−ｃが示されている。

図１０（ｃ）に示されるように、環境中から付着した不純物３−４−１−ｃ及び３−４−２−ｃが単位電極１−４−ｃ上に積層された金属部材５−４−１−ｃの表面Ｕ−４−ｃに付着している。図１０（ｃ）の左側では、単位電極１−４−ｃ上に、金属部材５−４−１−ｃと絶縁部材２−４−１−ｃとがこの順で積層されて、単位電極１−４−ｃの被覆領域Ｔ−４−１−ｃが形成される。図１０（ｃ）の右側では、単位電極１−４−ｃ上に積層された金属部材５−４−１−ｃと、単位電極１−４−ｃ及び金属部材５−４−１−ｃの右側面とに、絶縁部材２−４−４−ｃが配される。より詳しくは、単位電極１−４−ｃ上に金属部材５−４−１−ｃと絶縁部材２−４−２−ｃとがこの順で積層されて、単位電極１−４−ｃの被覆領域Ｔ−４−２−ｃが形成されて、単位電極１−４−ｃ及び金属部材５−４−１−ｃの右側面には、右隣の単位電極１−４−２−ｃ及び金属部材５−４−２−ｃを分離するように絶縁部材２−４−３−ｃが覆われている。そして、図１０（ｃ）に示されるように、単位電極１−４−ｃには、単位電極１−４−ｃ上に絶縁部材２−４−１−ｃ及び２−４−２−ｃが積層されていないで単位電極１−４−ｃ上に金属部材５−４−１−ｃが積層された開口領域Ｓ−４−ｃが形成されている。

図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）中に示されるＱ４−Ｑ’４線の断面図であり、図１０（ｄ）には、製造された単位電極（読み出し電極）１−４−ｄが示されている。

図１０（ｄ）に示されるように、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、不純物３−４−１−ｃ及び３−４−２−ｃが分解及びイオン化し、さらには、金属部材５−４−１−ｃ及び５−４−２−ｃの溶解によるリフトオフにより、不純物３−４−１−ｃ及び３−４−２−ｃは除去され得る。なお、不純物のリフトオフによる除去は、幅広い種類の不純物に対応することができる。

図１０（ｄ）の左側では、単位電極１−４−ｄ上に、金属部材５−４−１−ｄと絶縁部材２−４−１−ｄとがこの順で積層されて、単位電極１−４−ｄの被覆領域Ｔ−４−１−ｄが形成される。図１０（ｄ）の右側では、単位電極１−４−ｄ上に積層された金属部材５−４−２−ｄと、単位電極１−４−ｄ及び金属部材５−４−２−ｄの右側面とに、絶縁部材２−４−４−ｄが配される。より詳しくは、単位電極１−４−ｄ上に金属部材５−４−２−ｄと絶縁部材２−４−２−ｄとがこの順で積層されて、単位電極１−４−ｄの被覆領域Ｔ−４−２−ｄが形成されて、単位電極１−４−ｄ及び金属部材５−４−２−ｄの右側面には、右隣の単位電極１−４−２−ｄ及び金属部材５−４−３−ｄを分離するように絶縁部材２−４−３−ｄが覆われている。そして、図１０（ｄ）に示されるように、単位電極１−４−ｄには、上記のとおり絶縁部材２−４−１−ｃ及び２−４−２−ｃで覆われていない金属部材５−４−１−ｃが溶解し、単位電極１−４−ｄ上に絶縁部材及び金属部材が積層されていない開口領域Ｓ−４−ｄが形成されている。

そして、電気化学的な酸化・還元サイクルの処理により、単位電極１−４−ｄ（作用電極）の表面が酸化・還元されて、単位電極１−４−ｄ（作用電極）の開口領域Ｓ−４−ｄの表面には、高部及び低部が形成されて、表面Ｕ−４−ｄを基準にして、高部及び低部に基づく、凹凸形状が形成されている。単位電極１−４−ｄ（単位電極１−４−ｂ）は、単位電極１−４−ｃ（単位電極１−４−ａ）に対して、不純物が取り除かれて凹凸形状が形成されるので、単位電極１−４−ｄ（単位電極１−４−ｂ）の表面積は、単位電極１−４−ｃ（単位電極１−４−ａ）の表面積と比べて増加して、電極インピーダンスが低下し、微小電極アレイで電位を計測する場合のバックグラウンドノイズを抑制することができる。単位電極１−４−ｄ（単位電極１−４−ｂ）を用いて製造された電位測定装置は、高解像度及び低ノイズで、微弱な細胞活動電位を二次元的に計測することができる。

なお、本技術に係る実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
［１］
アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、
絶縁部材と、
参照電位を検出する参照電極と、
読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、
を含み、
該読み出し電極が、該読み出し電極に該絶縁部材が積層された被覆領域と、該読み出し電極に該絶縁部材が積層されていない開口領域とを有し、
該読み出し電極が、該開口領域に、該読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置。
［２］
前記開口領域の表面に、凹凸形状が形成されている、［１］に記載の電位測定装置。
［３］
アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、
絶縁部材と、
金属部材と、
参照電位を検出する参照電極と、
読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、
を含み、
該読み出し電極が、該読み出し電極に該金属部材と該絶縁部材とがこの順で積層された被覆領域と、該読み出し電極に該金属部材と該絶縁部材とが積層されていない開口領域とを有し、
該読み出し電極が、該開口領域に、該読み出し電極の該金属部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置。
［４］
前記読み出し電極が、前記開口領域に、前記金属部材の前記絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部を有する、［３］に記載の電位測定装置。
［５］
前記開口領域の表面に、凹凸形状が形成されている、［３］又は［４］に記載の電位測定装置。
［６］
読み出し電極に絶縁部材を積層することと、
該読み出し電極に、該絶縁部材が積層されていない開口領域を形成することと、
該開口領域を有する該読み出し電極に対して、電気化学的酸化還元サイクルを行うこと、とを含む、電位測定装置の製造方法。
［７］
前記開口領域の表面に付着した物質を除去することを含む、［６］に記載の電位測定装置の製造方法。
［８］
前記開口領域の表面に、前記読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を形成することを含む、［６］又は［７］に記載の電位測定装置の製造方法。
［９］
前記開口領域の表面に、凹凸形状を形成することを含む、［６］から［８］のいずれか１つに記載の電位測定装置の製造方法。
［１０］
読み出し電極に金属部材と絶縁部材とをこの順で積層することと、
該読み出し電極に、該金属部材と該絶縁部材とが積層されていない開口領域を形成することと、該開口領域を有する該読み出し電極に対して、電気化学的酸化還元サイクルを行うこと、とを含む、電位測定装置の製造方法。
［１１］
前記開口領域の表面に付着した物質を除去することを含む、［１０］に記載の電位測定装置の製造方法。
［１２］
前記開口領域の表面に、前記読み出し電極の該金属部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を形成することを含む、［１０］又は［１１］に記載の電位測定装置の製造方法。
［１３］
前記開口領域の表面に、前記金属部材の前記絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部を形成することを含む、［１０］から［１２］のいずれか１つに記載の電位測定装置の製造方法。
［１４］
前記開口領域の表面に、凹凸形状を形成することを含む、［１０］から［１３］のいずれか１つに記載の電位測定装置の製造方法。
［１５］
読み出し電極に対して電気化学的酸化還元サイクルを行うことを含む、電位測定装置の製造方法。
［１６］
前記読み出し電極の表面に付着した物質を除去することを含む、［１５］に記載の電位測定装置の製造方法。
［１７］
前記読み出し電極の表面に、凹凸形状を形成することを含む、［１５］又は［１６］に記載の電位測定装置の製造方法。

１、２１・・・読み出し電極、２・・・絶縁部材、５・・・金属部材、１４Ａ・・・増幅部、２２・・・参照電極、１０・・・電位測定装置、Ｈ・・・高部、Ｌ・・・低部、Ｔ・・・被覆領域、Ｓ・・・開口領域

Claims (14)

1. アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、
   絶縁部材と、
   参照電位を検出する参照電極と、
   読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、
   を含み、
   該読み出し電極が、該読み出し電極に該絶縁部材が積層された被覆領域と、該読み出し電極に該絶縁部材が積層されていない開口領域とを有し、
   該読み出し電極が、該開口領域に、該読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置。
2. 前記開口領域の表面に、凹凸形状が形成されている、請求項１に記載の電位測定装置。
3. アレイ状に配置され、細胞の活動によって発生する活動電位発生点の電位を検出する複数の読み出し電極と、
   絶縁部材と、
   金属部材と、
   参照電位を検出する参照電極と、
   読み出し電極による検出電位と参照電極による検出電位との電位差を得る増幅部と、
   を含み、
   該読み出し電極が、該読み出し電極に該金属部材と該絶縁部材とがこの順で積層された被覆領域と、該読み出し電極に該金属部材と該絶縁部材とが積層されていない開口領域とを有し、
   該読み出し電極が、該開口領域に、該読み出し電極の該金属部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を有する、電位測定装置。
4. 前記読み出し電極が、前記開口領域に、前記金属部材の前記絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部を有する、請求項３に記載の電位測定装置。
5. 前記開口領域の表面に、凹凸形状が形成されている、請求項３に記載の電位測定装置。
6. 読み出し電極に絶縁部材を積層することと、
   該読み出し電極に、該絶縁部材が積層されていない開口領域を形成することと、
   該開口領域を有する該読み出し電極に対して、電気化学的酸化還元サイクルを行うこと、とを含む、電位測定装置の製造方法。
7. 前記開口領域の表面に付着した物質を除去することを含む、請求項６に記載の電位測定装置の製造方法。
8. 前記開口領域の表面に、前記読み出し電極の該絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を形成することを含む、請求項６に記載の電位測定装置の製造方法。
9. 前記開口領域の表面に、凹凸形状を形成することを含む、請求項６に記載の電位測定装置の製造方法。
10. 読み出し電極に金属部材と絶縁部材とをこの順で積層することと、
    該読み出し電極に、該金属部材と該絶縁部材とが積層されていない開口領域を形成することと、
    該開口領域を有する該読み出し電極に対して、電気化学的酸化還元サイクルを行うこと、とを含む、電位測定装置の製造方法。
11. 前記開口領域の表面に付着した物質を除去することを含む、請求項１０に記載の電位測定装置の製造方法。
12. 前記開口領域の表面に、前記読み出し電極の該金属部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部及び／又は高さが低い少なくとも１つの低部を形成することを含む、請求項１０に記載の電位測定装置の製造方法。
13. 前記開口領域の表面に、前記金属部材の前記絶縁部材との積層面を基準にして、高さが高い少なくとも１つの高部を形成することを含む、請求項１０に記載の電位測定装置の製造方法。
14. 前記開口領域の表面に、凹凸形状を形成することを含む、請求項１０に記載の電位測定装置の製造方法。