JP2020008493A - Device and method for analyzing biological sample - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、生体試料分析装置および生体試料分析方法に関する。 The present disclosure relates to a biological sample analyzer and a biological sample analysis method.
DNAおよびタンパク質等の生体試料を分析する生体試料分析装置として封鎖電流方式のナノポアシーケンサの開発が進められている。封鎖電流方式のナノポアシーケンサは、生体試料と同程度の大きさのナノポアを有する薄膜のメンブレンと、メンブレンの上下に配置された、電極を有する二つの液槽を備える。上記二つの液槽は溶液で満たされ、そのうちの一つの液槽に生体試料が導入される。そして、電極には電圧が印加され、生体試料がナノポアを通過する際に両電極間に流れる電流値の変化が計測される。ナノポアシーケンサは、このような計測により、生体試料の構造的な特徴を判定する。 BACKGROUND ART As a biological sample analyzer for analyzing biological samples such as DNA and protein, development of a nanopore sequencer of a closed current system has been advanced. The closed current type nanopore sequencer includes a thin film membrane having nanopores of the same size as a biological sample, and two liquid tanks having electrodes disposed above and below the membrane. The two tanks are filled with a solution, and a biological sample is introduced into one of the tanks. Then, a voltage is applied to the electrodes, and a change in a current value flowing between the electrodes when the biological sample passes through the nanopore is measured. The nanopore sequencer determines the structural characteristics of the biological sample from such measurements.
封鎖電流方式のナノポアシーケンサの形成方法には、「バイオ式」および「ソリッド式」の二種類がある。バイオ式は、生体分子を用いてナノポアシーケンサを形成する手法である。バイオ式では、まず、溶液で満たした液槽に両親媒性の脂質二重膜を乗せたメンブレンが配置される。次に、脂質二重膜のメンブレンにナノメートルサイズのナノポアを有する改変タンパク質(Mycobacterium Smegmatis Porin A等)を浮かばせることにより、ナノポアが形成される。なお、バイオ式は、使用するタンパク質および脂質二重膜などが変性しやすいという課題がある。 There are two methods for forming a closed pore type nanopore sequencer, a "bio type" and a "solid type". The bio-based method is a method for forming a nanopore sequencer using biomolecules. In the bio-type, first, a membrane on which an amphipathic lipid bilayer is placed is placed in a liquid tank filled with a solution. Next, nanopores are formed by floating a modified protein (such as Mycobacterium Smegmatis Porin A) having nanometer-sized nanopores on the membrane of the lipid bilayer membrane. In addition, the bio-type method has a problem that a protein and a lipid bilayer membrane used are easily denatured.
一方、ソリッド式は、生体分子とは異なり、機械強度の強い材料をメンブレンに用いるため、温度、pH、電圧などの環境に対してロバストなナノポアシーケンサになりうる。ソリッド式は、例えばシリコン窒化膜がメンブレンとして用いられ、電子線の照射、または電圧の印加により、メンブレンにナノメートルサイズのナノポアが形成される。一般的なソリッド式のナノポアシーケンサでは、シリコン窒化膜に代表される機械強度の強い材料が基板に成膜され、次に、開口を基板に形成することによりシリコン窒化膜を露出させる。これにより、メンブレンを有する基板が形成される。そして、メンブレンを有する基板の上下に、液槽および電極を構成する部材が取付けられる。液槽には、少なくとも二つの流路(例えば、溶液を導入するための流路と、液槽内に存在する気体および余分な液体を排出するための流路)が設けられる。 On the other hand, unlike the biomolecule, the solid type uses a material having high mechanical strength for the membrane, and thus can be a nanopore sequencer that is robust to the environment such as temperature, pH, and voltage. In the solid type, for example, a silicon nitride film is used as a membrane, and nanometer-sized nanopores are formed on the membrane by electron beam irradiation or voltage application. In a general solid-type nanopore sequencer, a material having high mechanical strength, such as a silicon nitride film, is formed on a substrate, and an opening is formed in the substrate to expose the silicon nitride film. Thereby, a substrate having a membrane is formed. Then, members constituting the liquid tank and the electrodes are attached to the upper and lower sides of the substrate having the membrane. The liquid tank is provided with at least two flow paths (for example, a flow path for introducing a solution and a flow path for discharging gas and excess liquid existing in the liquid tank).
ナノポアシーケンサでは、読み取りスループットの向上のために、複数のナノポアシーケンサを並列して配置し、生体分子の構造を並行して計測することが重要となる。ナノポアシーケンサのアレイ化では、ナノポアのみならず、付随する液槽、電極等の周辺構造も並列化する必要がある。 In the nanopore sequencer, in order to improve the reading throughput, it is important to arrange a plurality of nanopore sequencers in parallel and measure the structure of the biomolecule in parallel. In arraying a nanopore sequencer, it is necessary to parallelize not only the nanopore but also the peripheral structure such as an associated liquid tank and electrode.
例えば、特許文献1は、ソリッド式のナノポアシーケンサのアレイ化について開示している。特許文献1に記載されたナノポアシーケンサでは、メンブレンをシリコン基板上にアレイ状に形成し、そのアレイ状に並んだメンブレンそれぞれに対して液槽となるパーツと二つの流路を接続し、二つの流路のうち一方の流路を電極材料で形成する。つまり、特許文献1に記載されたナノポアシーケンサは、流路が電極を兼ねることにより、流路と電極のフットプリント(または設置面積)を減らすことができる構造を有する。 For example, Patent Literature 1 discloses an array of solid nanopore sequencers. In the nanopore sequencer described in Patent Literature 1, membranes are formed in an array on a silicon substrate, and a part to be a liquid tank and two flow paths are connected to each of the membranes arranged in the array to form two membranes. One of the channels is formed of an electrode material. That is, the nanopore sequencer described in Patent Literature 1 has a structure in which the footprint (or installation area) of the channel and the electrode can be reduced by using the channel as the electrode.
ところで、特許文献1に記載されたナノポアシーケンサでは、各シーケンサにおいて独立して設けられた電極が、メンブレンを有する基板とは別の部材で構成される。また、特許文献1に記載されたナノポアシーケンサでは、独立して設けられた複数の液槽のそれぞれに溶液を供給するために、流入用および流出用の2本の流路を設けている。このような構造とした場合、流路や別部材の設置面積により、ナノポアシーケンサの面積が増大する。その結果、シーケンサの集積化および並列化を阻害する要因となる。 By the way, in the nanopore sequencer described in Patent Document 1, the electrode provided independently in each sequencer is formed of a member different from the substrate having the membrane. Further, in the nanopore sequencer described in Patent Literature 1, two flow paths for inflow and outflow are provided to supply a solution to each of a plurality of independently provided liquid tanks. In the case of such a structure, the area of the nanopore sequencer increases due to the installation area of the flow path and another member. As a result, it becomes a factor that hinders integration and parallelization of the sequencer.
本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ソリッド式のナノポアシーケンサの集積度を向上させる技術を提供する。 The present disclosure has been made in view of the above points, and provides a technique for improving the integration degree of a solid nanopore sequencer.
上記課題を解決するために、メンブレンと、前記メンブレンが露出するように複数の開口部が設けられ、前記メンブレンの一方の面上に積層された第1の層と、前記第1の層の前記複数の開口部のそれぞれと対応付けられて設けられた複数の独立電極を有し、前記第1の層に積層された第2の層と、前記メンブレンの他方の面上に積層され、前記メンブレンの前記一方の面のうち前記第1の層が有する前記複数の開口部によって露出した領域の反対側の面が露出するように単一の開口部が設けられた第3の層と、前記独立電極とは前記メンブレンを挟んで反対側に設けられる共通電極であって、前記第1の層の前記開口部によって形成された凹部、および、前記第3の層の前記単一の開口部で形成された凹部、のそれぞれに導電性の液体が導入された状態において前記複数の独立電極との間で電位差を生じる共通電極と、を備え、前記メンブレンのうち、前記第1の層の前記複数の開口部によって露出している部分は互いに絶縁されている生体試料分析装置を提供する。 In order to solve the above problem, a membrane, a plurality of openings are provided so that the membrane is exposed, a first layer laminated on one surface of the membrane, and the first layer of the first layer A second layer laminated on the first layer, a second layer laminated on the first layer, and a second layer laminated on the other surface of the membrane; A third layer provided with a single opening such that a surface of the one surface opposite to a region exposed by the plurality of openings of the first layer is exposed; An electrode is a common electrode provided on the opposite side of the membrane, and is formed by a concave portion formed by the opening of the first layer and the single opening of the third layer. Conductive liquid is introduced into each of the recesses And a common electrode that generates a potential difference between the plurality of independent electrodes in a state where the plurality of independent electrodes are provided. Portions of the membrane that are exposed by the plurality of openings in the first layer are insulated from each other. A biological sample analyzer.
また、試料がナノポアを通過する際の電流の変化を同時に複数観測する生体試料分析方法であって、前記ナノポアが形成されるメンブレンに積層された第1の層に設けられた複数の開口部と前記メンブレンの表面とによって形成される複数の凹部に対して、前記複数の開口部を囲む液槽サポートに設けられた流入口から溶液を導入して前記溶液で満たすステップと、前記液槽サポートの前記流入口から前記溶液に対して不溶性且つ絶縁性の液体を導入し、前記液槽サポートに設けられた流出口から前記溶液の一部を流出させ、前記複数の凹部に対して、前記溶液が互いに接触しない液滴状の形状となるようにするステップと、前記メンブレンを支持する基板に設けられた開口部に溶液を導入するステップと、前記メンブレンを挟んで設けられた複数の独立電極と単一の共通電極との間に電圧を印加することによって、前記開口部によって露出した前記メンブレンの複数の部分領域にナノポアを形成するステップと、前記複数の凹部に導入された前記溶液と前記基板に設けられた前記開口部に導入された前記溶液との何れか一方に含まれる生体試料が前記ナノポアを通過する際の前記ナノポアを流れる電流値を計測するステップと、を有する生体試料分析方法を提供する。 A biological sample analysis method for simultaneously observing a plurality of changes in current when a sample passes through a nanopore, wherein a plurality of openings provided in a first layer laminated on a membrane on which the nanopore is formed are provided. For the plurality of recesses formed by the surface of the membrane, a step of introducing a solution from an inlet provided in a liquid tank support surrounding the plurality of openings and filling the same with the solution; An insoluble and insulative liquid for the solution is introduced from the inlet, and a part of the solution is caused to flow out of an outlet provided in the liquid tank support. A step of forming droplet-shaped shapes that do not come into contact with each other; a step of introducing a solution into an opening provided in a substrate supporting the membrane; and a step of sandwiching the membrane. Forming nanopores in a plurality of partial regions of the membrane exposed by the opening by applying a voltage between a plurality of independent electrodes and a single common electrode; and introducing the nanopores into the plurality of recesses. Measuring a current value flowing through the nanopore when a biological sample contained in one of the solution and the solution introduced into the opening provided in the substrate passes through the nanopore. Provided is a biological sample analysis method.
本開示によれば、ソリッド式のナノポアシーケンサの集積度を向上させることができる。なお、本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 According to the present disclosure, the integration degree of a solid nanopore sequencer can be improved. Further features related to the present disclosure will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、図面を用いて本開示の実施例について説明する。各図面は模式的に描いており、説明に不用な箇所は省略している。実施例に記載する構造、材料および方法は、本開示の思想を具現化するための一例であり、材料および寸法などを厳密に特定するものではない。また、本開示の実施例は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Each drawing is schematically drawn, and portions unnecessary for description are omitted. The structures, materials, and methods described in the embodiments are examples for embodying the idea of the present disclosure, and do not strictly specify materials, dimensions, and the like. The embodiments of the present disclosure are not limited to the embodiments described below, and various modifications are possible within the scope of the technical idea.
<実施例1>
図1は、実施例1に係る生体試料分析装置が備える分析デバイス10の断面図である。生体試料分析装置は、基板100(第3の層)、メンブレン101(101A、101B、101C、101D)、絶縁層102(第1の層)、配線103(103A、103B、103C、103D)、独立電極104(104A、104B、104C、104D)、I/Oパッド105(105A、105B、105C、105D)、隔壁106、凹部107(107A、107B、107C、107D)および共通電極200を備える。基板100には基板開口部108が設けられ、当該基板開口部108が共通液槽201として機能する。
<Example 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view of an
メンブレン101の一方の面には絶縁層102(第1の層)が積層され、他方の面には基板100(第3の層)が積層されている。絶縁層102には、メンブレン101が露出するように複数の開口部が設けられ、上記複数の開口部のそれぞれと対応付けられて複数の独立電極104がアレイ状に設けられている。つまり、複数の独立電極104が、メンブレン101の上方に設けられており、絶縁層102と隔壁106とにより形成される凹部107の底部にてメンブレン101が露出している。なお、一つの独立電極104と一つの凹部107とそれを囲む隔壁106は一つの区画を定義する。つまり、生体試料分析装置は区画の数だけ複数の生体試料分析を同時に実行できる。
An insulating layer 102 (first layer) is stacked on one surface of the
また、絶縁層102に被覆された状態でパターニングされた配線103を介して、複数の独立電極104のそれぞれはI/Oパッド105と接続されている。隔壁106は、絶縁層102が有する複数の開口部の一つ(例えば、凹部107Aの第1の層部分)と複数の開口部の一つに対応付けられた複数の独立電極104の一つ(例えば、独立電極104A)のペアと、複数の開口部の別の一つ(例えば、凹部107Bの第1の層部分)と複数の開口部の別の一つに対応付けられた複数の独立電極104の別の一つ(例えば、独立電極104B)のペアと、を互いに隔離するように設けられている。
In addition, each of the plurality of independent electrodes 104 is connected to the I /
一方、基板開口部108および共通電極200は、メンブレン101を挟んで、複数の独立電極104とは反対側に配置されている。共通液槽201は、基板開口部108とつながった一つの空間を形成している。
On the other hand, the
ここで、例えば、基板100の材料はシリコンであり、メンブレン101の材料は窒化シリコンであり、絶縁層102の材料は酸化シリコンであり、配線103の材料は銅であり、独立電極104、共通電極200およびI/Oパッドの材料は金であり、隔壁106の材料はポリイミド樹脂であり、共通液槽201の材料はアクリル樹脂である。
Here, for example, the material of the
また、メンブレン101の表面は親水性であり、メンブレン101を取り囲む隔壁106の上面および側面は疎水性である。ここで、一例として、メンブレン101の口径は200nm、第1の電極104の短寸法は1μm、隔壁106の開口径は25μm、アレイピッチは50μmとした。なお、隔壁106は、疎水性でないかまたは十分に疎水性でなくとも、例えば、表面の疎水性処理を施したものならばよい。その場合、隔壁106の上面のみに疎水性処理を施してもよく、隔壁106の表面全体に亘って疎水性処理を施してもよい。
The surface of the
上記分析デバイス1は、例えば、半導体プロセスと同様の方法によって形成することができる。配線パターンは、例えば、ダマシン法によって形成する。具体的には、層形成後にレジストを塗布して、所望のパターンに沿ってエッチングし、エッチングした箇所に電解めっきによって配線パターンを形成する。その後、不要なレジストをアッシングして除去し、また、CMP(Chemical Mechanical Polishing)によって表面を平坦にする。この工程を繰り返すことによって、必要な配線パターン、独立電極104、隔壁106等が得られる。
The analysis device 1 can be formed, for example, by a method similar to a semiconductor process. The wiring pattern is formed by, for example, a damascene method. Specifically, after forming the layer, a resist is applied, etched along a desired pattern, and a wiring pattern is formed by electrolytic plating on the etched portion. After that, unnecessary resist is removed by ashing, and the surface is flattened by CMP (Chemical Mechanical Polishing). By repeating this process, a necessary wiring pattern, independent electrodes 104,
図2は、実施例1に係る生体試料分析装置1の全体構成を概略的に示す図である。生体試料分析装置1は、制御回路部300、電源および制御・検出データ取得ユニット400、溶液供給機構500を有する。制御回路部300は、I/Oパッド105と着脱可能な端子でつながっており、また、電源および制御・検出データ取得ユニット400と配線を介して接続されている。制御回路部300は、例えば、複数の独立電極104に印加する電圧を制御し、計測中に得られる信号を電源および制御・検出データ取得ユニット400または図示しないPCに転送する。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an overall configuration of the biological sample analyzer 1 according to the first embodiment. The biological sample analyzer 1 includes a
電源および制御・検出データ取得ユニット400には、高出力電源と、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサと、メモリと、ハードディスク等の記憶部を少なくとも備える。メモリには、例えば、データの分析用プログラムおよび機器の制御用プログラムが記録されており、CPUは当該プログラムを読み込むことによって測定データを測定し、種々の機器の制御を行う。
The power supply and control / detection
溶液供給機構500は、分析デバイス(図1に示された構造部分)の上部に配置し、メンブレン101に溶液を供給する役割を果たす。溶液供給機構500は、例えば、電源および制御・検出データ取得ユニット400が出力する制御信号によって制御され、定められた位置において定められた量の液を吐出する。また、溶液供給機構500は、吐出時とは逆にアクチュエータまたはモータを作動させることによって吸引機構としても機能することができる。
The
[生体試料の分析フロー]
図3は、生体試料分析装置1を用いた生体試料の分析フローを示すフローチャートである。以下では、アレイ数が四つの場合を説明するが、アレイ数は四つより多くても少なくてもよい。以下に、各ステップS11〜S21について説明する。
[Biological sample analysis flow]
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of analyzing a biological sample using the biological sample analyzer 1. The case where the number of arrays is four will be described below, but the number of arrays may be more or less than four. Hereinafter, steps S11 to S21 will be described.
(1)ステップS11
まず、溶液供給機構500に、溶液501と生体試料502とを準備し、電源および制御・検出データ取得ユニット400の制御により溶液供給機構500を所望の位置まで移動させる。そして、溶液供給機構500が、メンブレン101を底部にもつ凹部107に対して、生体試料502が入った溶液501を導入する。
(1) Step S11
First, the
図4は、溶液供給機構500が種々の溶液を分析デバイス10に導入する様子を示す図である。図4(a)に示すように、一つの凹部107Aに対して溶液501を供給する場合、まず凹部107Aに溶液供給機構500を位置合わせし、続いて、凹部107Aを満たす(メンブレン101Aと独立電極104Aとが溶液に浸る)に十分で、且つ隣接した凹部107Bに漏れない量の溶液501を導入する。この工程を、別の凹部(107B、107Cおよび107D)に対しても行い、図4(b)に示すように、全ての凹部107内を溶液501で満たした。ここで、隣接した凹部107間に導入された溶液501は、互いに接触しないように遮断された、並列した液溜まり(503A、503B、503C、503D)を形成する。なお、溶液501には、塩化カリウム等の電解質を含む。また、溶液供給機構500は複数の突出口を備え、各凹部(107A、107B、107C、107D)に対して平行して溶液を導入してもよい。
FIG. 4 is a diagram showing how the
(2)ステップS12
次に、溶液供給機構500に絶縁性流体504を準備する。溶液供給機構500から、図4(c)に示すように、並列した液溜まり(503A、503B、503C、503D)の上部から絶縁性流体504を導入し、並列した液溜まり(503A、503B、503C、503D)を被覆する。絶縁性流体504の存在により、微量の液溜まり(503A、503B、503C、503D)が乾燥するのを防ぐ。ここで絶縁性流体504は、例えば、油性液体であり、溶液501に対して不溶性である。
(2) Step S12
Next, the insulating
(3)ステップS13
続いて、図4(d)に示すように、共通液槽201に対して溶液501を導入する。これにより、メンブレン101の上下が溶液で満たされる。なお、ステップS11およびS12のセットと、ステップS13とは順序が逆であってもかまわない。即ち、ステップS13、ステップS11、ステップS12の順で工程を実施してもよい。
(3) Step S13
Subsequently, the
(4)ステップS14
隣接する独立電極(104A、104B、104C、104D)間に電圧を印加し、リーク電流値を測定する。例えば、独立電極104Aと独立電極104Bとの間、独立電極104Cと独立電極104Dとの間のリーク電流値を並列して測定し、次に独立電極104Bと独立電極104Cとの間のリーク電流値を測定する。これは、独立電極(104A、104B、104C、104D)間に、溶液501のリーク(即ち液滴同士の接触)があると、後に説明するナノポア形成工程でメンブレン101にナノポアが形成されない、または、試料分析工程において信号ノイズを発生させるなど、様々な不具合が生じるため、リークが生じた不良区画を特定するためである。なお、ステップS14は、ステップS11の後に実施すればよく、例えば、ステップS13の前に実施してもよい。
(4) Step S14
A voltage is applied between adjacent independent electrodes (104A, 104B, 104C, 104D), and a leak current value is measured. For example, the leak current value between the
(5)ステップS15
リーク電流が存在するか否かの判定は、この後説明するナノポア形成工程および試料分析工程において支障をきたさない一定の電流値を閾値として設定し、測定したリーク電流値を閾値と比較する。当該閾値は、例えば、印加する電圧が0.1Vである場合に、後述のステップS21の際にナノポアを流れる電流に比べて十分に小さな値である10pAとする。ステップS15の判定でリーク電流値が閾値以上である場合には、ステップS22に進み、当該リーク電流が検出された区画を不良と特定する。不良区画もしくは良品区画は、記憶部(例えば、電源および制御・検出データ取得ユニットが備えるメモリ)にて記憶しておく。ステップS15の判定においてリーク電流値が閾値より小さければ、ステップS16に進み、リーク電流が検出されなかった区画を良品区画とする。
(5) Step S15
To determine whether or not there is a leak current, a constant current value that does not hinder the nanopore formation step and the sample analysis step described below is set as a threshold, and the measured leak current value is compared with the threshold. For example, when the applied voltage is 0.1 V, the threshold is set to 10 pA, which is sufficiently smaller than the current flowing through the nanopore in step S21 described below. If it is determined in step S15 that the leak current value is equal to or larger than the threshold, the process proceeds to step S22, and the section in which the leak current is detected is identified as defective. The defective section or the non-defective section is stored in a storage unit (for example, a memory included in a power supply and a control / detection data acquisition unit). If the leak current value is smaller than the threshold value in the determination in step S15, the process proceeds to step S16, and a section in which no leak current is detected is determined as a good section.
(6)ステップS16
共通電極200と、独立電極(104A、104B、104C、104D)のそれぞれとの間に、ステップS18で印加するよりも低い電圧を印加し、メンブレン(101A、101B、101C、101D)のそれぞれに流れるメンブレン間リーク電流を測定する。この際、印加する電圧は、例えば、−1〜+1Vの範囲のスイープ電圧である。
(6) Step S16
A voltage lower than that applied in step S18 is applied between the
(7)ステップS17
メンブレン間リーク電流は、この後説明する試料分析工程において支障をきたさない一定のレベルを閾値として設定し、測定したメンブレン間リーク電流値を閾値と比較する。例えば、事前にメンブレンが割れているなど初期不良がある場合には、メンブレン間に大きな電流が流れる。したがって、当該閾値は、例えば、メンブレン間に印加する電圧が0.1Vである場合に、後述のステップS21においてナノポアを流れる電流に比べて十分に小さな値である100pAとする。ステップS17の判定でメンブレン間リーク電流値が閾値以上である場合には、ステップS22に進み、リーク電流が検出された区画を不良と特定する。不良区画もしくは良品区画(不良と判定されなかった区画)は、記憶部にて記憶しておく。ステップS17の判定でメンブレン間リーク電流値が閾値より小さければ、ステップS18に進み、リーク電流が検出されなかった区画を良品区画とする。
(7) Step S17
For the inter-membrane leak current, a certain level that does not cause any trouble in the sample analysis process described later is set as a threshold, and the measured inter-membrane leak current is compared with the threshold. For example, when there is an initial failure such as a previously cracked membrane, a large current flows between the membranes. Therefore, for example, when the voltage applied between the membranes is 0.1 V, the threshold value is set to 100 pA, which is sufficiently smaller than the current flowing through the nanopore in step S21 described below. If the inter-membrane leak current value is equal to or greater than the threshold value in the determination of step S17, the process proceeds to step S22, and the section in which the leak current is detected is identified as defective. The defective section or the non-defective section (the section not determined to be defective) is stored in the storage section. If the inter-membrane leakage current value is smaller than the threshold value in step S17, the process proceeds to step S18, and the section in which no leak current is detected is determined as a non-defective section.
(8)ステップS18
共通電極200と、独立電極(104A、104B、104C、104D)のそれぞれとの間に電圧を印加し、既知の絶縁破壊のメカニズムによりメンブレン(101A、101B、101C、101D)に、ナノメートルサイズのナノポアを形成する。
(8) Step S18
A voltage is applied between the
(9)ステップS19
所望のサイズのナノポアが形成されたかを判断するために、共通電極200と独立電極(104A、104B、104C、104D)間に、ナノポア形成工程で印加した電圧よりも小さい電圧を印加し、共通電極200と、独立電極(104A、104B、104C、104D)のそれぞれとの間に流れる電流値を測定する。なお、形成したナノポアの径は、メンブレン101に流れる電流値が大きいほど大きくなり、電流値で制御できる(WO2015/097765A参照)。ステップS19の処理は、メンブレン101の親水性が不十分でメンブレン101と溶液501とが十分に接しない場合、メンブレン101の上下に電圧が正常に印加されず、ナノポアが形成されないために実施する処理である。
(9) Step S19
In order to determine whether a nanopore of a desired size has been formed, a voltage smaller than the voltage applied in the nanopore formation step is applied between the
(10)ステップS20
共通電極200と、独立電極(104A、104B、104C、104D)のそれぞれとの間に流れる電流値が所望のサイズのナノポアに対応する値になっているかどうかを判定する。共通電極200と独立電極(104A、104B、104C、104D)のそれぞれとの間に流れる電流値が所定の電流値より小さい区画があった場合、その区画を不良と判断する。その後、ステップS22に進み、この不良区画を記憶部にて記憶しておく。
(10) Step S20
It is determined whether the value of the current flowing between the
なお、各独立電極104に印加する電圧およびシーケンスは、制御回路部300が制御し、複数区画(メンブレン101の複数の露出部分)で平行してナノポア形成を行う。この際、先に説明した液槽形成後に不良と判断した区画には、この電圧を印加する工程および電流を測定する工程を行う必要はない。良品区画のみに上記ナノポア形成工程および電流値測定工程を行えば、ナノポア形成を効率よく行うことができる。ただし、この不良が、メンブレン101と溶液501との間に気泡があって発生した場合には、気泡を抜く作業を行うことで、救済される場合がある。メンブレン101と溶液501との間に気泡がある場合は、減圧環境下に分析デバイス10をおくことで、気泡の体積を膨張させ、気泡の浮力を増加させ、気泡を除去する作業を行い、ステップS18に戻る。
The voltage and sequence applied to each independent electrode 104 are controlled by the
(11)ステップS21
最後に、共通電極200と独立電極(104A、104B、104C、104D)のそれぞれとの間に電圧を印加する。電圧を印加することにより、ナノポアの周辺に電場が発生し、液中でチャージした生体試料502の電気泳動が生じる。これにより、生体試料502がそれぞれのナノポアに導入され、ナノポアを通過する。検出される電流値は、生体試料がナノポアを通過する前と、生体試料がナノポアを通過中とで異なる。これは、生体試料の断面積により、ナノポアが一部封鎖され、ナノポアの抵抗値が変化するためである。これらの測定した電流値から、生体試料の構造を分析する。なお、この封鎖電流測定による試料の構造分析は、不良区画ではない区画に対して実施すればよい。
(11) Step S21
Finally, a voltage is applied between the
以上の各工程を経て、流路がなく、メンブレン101、独立電極104、凹部107といった並列要素が基板100の上に形成された集積度の高い構造が実現され、並列ナノポア形成および試料分析が効率的に実現される。
Through the above steps, a highly integrated structure in which parallel elements such as the
なお、上で説明した内容は一例であり、生体試料分析装置1は上記構成に限定されない。基板100とのアライメントや、溶液吐出量の調整が問題にならないレベルであれば、溶液供給機構500を装置に組み込む必要はなく、手でマイクロピペットを用いて溶液の吐出操作をしてもよい。
The above description is an example, and the biological sample analyzer 1 is not limited to the above configuration. If the alignment with the
なお、上の説明では、制御回路部300は独立した部品としたが、基板100が備えてもよく、電源および制御・検出データ取得ユニット400内に配置してもよく、装置のバリエーションは様々である。つまり、生体試料分析装置1を測定環境に適した系として構築すればよい。
In the above description, the
また、独立した複数の凹部107のそれぞれには、異なる種類の溶液501や生体試料502を導入することができる。その場合、必ずしも複数の凹部(107A、107B、107C、107D)のそれぞれで溶液501と生体試料502との種類をかえる必要はなく、組み合わせは任意である。これにより、同一試料502を同じ溶液501に混入して複数分析すれば、分析精度を向上させることができ、同一試料502を異なる溶液条件にて分析すれば、多角的な情報を得ることができ、異なる試料502を配置すれば、計測スループットを向上させることができる。
Further, different types of
また、全ての凹部107において同一試料502を導入して分析する場合は、生体試料502を共通液槽201側に導入してもよい。
図5は、生体試料502を共通液槽201に導入した様子を示す図である。生体試料502を共通液槽201に導入する場合、生体試料502を凹部107に導入した場合と比較して、例えば、独立電極104と共通電極200とに印加する電圧の向きを逆にして計測する。
When the
FIG. 5 is a diagram illustrating a state where the
また、分析デバイス10に関しても、メンブレン101や独立電極104が十分親水性であり、同区画のメンブレン101と独立電極104とを囲むようにして疎水性の領域が形成されていれば、隔壁106はなくてもよい。その場合、例えば、絶縁層102(第1の層)の表面に、同区画のメンブレン101の露出部分と独立電極104とを囲むように疎水性処理がなされた領域を形成する。
Also, regarding the
また、独立電極104とI/Oパッド105とをつなぐ配線103の並列数が多く、一層で配線を配置しきれない場合は、配線103が設けられる層を多層化してもよい。また、例えば、メンブレン101の材料は窒化シリコンであったが、酸化シリコン、グラフェン、グラファイト、有機物質または高分子材料などでもよい。独立電極104および共通電極200の材料は金であったが、銀、白金などの他の金属であってもよい。隔壁106の材料はポリイミド樹脂であったが、エポキシ樹脂または酸化シリコン等の絶縁性材料を用いてもよい。
In the case where the number of wirings 103 connecting the independent electrodes 104 and the I /
また、基板100は、メンブレン101が上方になるように設置したが、基板100がメンブレン101の上側に位置する構成であってもよい。その場合、凹部107に液槽が形成されるように十分な表面張力を有する溶液501を選択し、下方から凹部107に向かって溶液501を噴射する。
Further, the
図6は、アレイ数が64(8行、8列)の場合の分析デバイス10の上面図である。図6には、基板100、メンブレン101、I/Oパッド105、隔壁106および基板開口部108のレイアウトが描かれている。図6に示す隔壁106には、図4に示されたメンブレン101、独立電極104および凹部107が内包されている。また、基板100周辺に配置しているI/Oパッド105は、図4に示された配線103(図6では省略)を介して、メンブレン101の露出された部分周辺に配置する独立電極104と接続されている。また、基板100の裏面側に形成される基板開口部108は、メンブレン101の一方の面のうち絶縁層102(第1の層)が有する複数の開口部によって露出した領域の反対側の面が露出するように設けられている。
FIG. 6 is a top view of the
なお、ナノポアはメンブレン101に予め形成されていてもよい。実施例1に係る生体試料分析装置1では、ナノポアはメンブレンに電圧を印加することによって形成された。しかしながら、ナノポアの形成方法はこれに限定されない。ナノポアは、電子線を予めメンブレン101に照射することによって形成されてもよい(例えば、A. J. Storm et al.、 Nat. Mat. 2 (2003)参照)。
Note that the nanopore may be formed on the
また、上述したとおり、溶液501を導入する際には、メンブレン101と溶液501との濡れ性が高く、かつ異なる凹部間(例えば、凹部107Aと凹部107Bとの間)で溶液501がリークしない(互いに接触しない)ことが重要である。メンブレン101の濡れ性を高めるためには、溶液501を導入する前に表面処理を行うと効果的である。
As described above, when the
濡れ性を向上させる表面処理として、硫化水素と過酸化水素の混合液に分析デバイス10を漬けて、メンブレン101の表面に堆積した有機物を除去してもよく、溶液501を導入する前にアルコールを導入し、それを溶液501で置換してもよく、分析デバイス10を酸素プラズマ処理してもよい。また、上記方法を組み合わせてもよい。
As a surface treatment for improving wettability, the
この濡れ性を向上させる表面処理により、二つの凹部間の領域の濡れ性が高くなってしまい隣接アレイ間で溶液501のリークが発生する場合は、濡れ性を向上させる表面処理を行う際に、二つの凹部間の領域をマスクすると効果的である。マスクする方法には、感光性レジストを成膜した後にリソグラフィを用いてマスク領域のみにレジストを残す方法、および、予めパターニングしたシートを貼り付ける方法等がある。実施例1では、隔壁106自体が疎水性材料であり、その疎水性をリーク防止に利用したが、二つの凹部間の領域のリークが問題となる場合は、積極的に隔壁106の表面を疎水性にする表面処理を行う。隔壁106の表面を疎水性にする表面処理として、フッ素プラズマ処理を施してもよいし、ヘキサメチルジシラザンなどの疎水性材料を表面に成膜してもよい。この際、メンブレン101の露出部分など濡れ性を損なってはいけない領域に疎水性の処理の影響がないようにするには、疎水性の表面処理をアレイ全面(分析デバイス10の上側表面)に施した後、メンブレン101の露出部分の疎水性処理された表面を除去してもよいし、予めメンブレン101の露出部分をマスクした状態で疎水性の表面処理を施し、後にマスクをリフトオフしてもよい。
When the surface treatment for improving the wettability enhances the wettability of the region between the two concave portions and causes leakage of the
<実施例2>
実施例2では、実施例1と比較して溶液501の導入スループットが向上する溶液501の導入方法の例を説明する。溶液501の導入方法以外は、実施例1において説明した生体試料502の分析方法を適用するため、溶液501の導入方法以外の工程や生体試料分析装置1の構造の説明は省略する。つまり、実施例2では、図3に示されたフローチャートのうち、ステップS11の工程の内容が実施例1とは異なる。そのため、ここでは実施例2の場合のステップS11の工程についてのみ説明し、その後の工程については説明を省略する。
<Example 2>
In the second embodiment, an example of a method for introducing the
図7は、実施例2の場合の溶液501の導入方法を説明するための図である。図7に示すとおり、実施例2では、ステップS11における各凹部107への溶液501の導入は、溶液供給機構500を用いて、凹部107Aおよび凹部107Bに対して同時に実行している。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of introducing the
この場合、まず溶液501の形状は、凹部107Aおよび凹部107Bに跨る形状になる。その後、溶液501を溶液供給機構500で吸引する。少なくとも独立電極104Aおよび104Bとメンブレン101Aおよび101Bが十分に親水性であり、メンブレン101Aおよび101B間に配置された隔壁106が疎水性の表面であるため、溶液501を吸引すると溶液501が二つに分裂し、凹部107Aおよび凹部107Bに溶液501が互いに接触しないように液溜まり状に残る。なお、溶液501を吸引する際は、例えば、溶液供給機構500に設けられたモータ等を吐出時とは逆に動作させる。
In this case, first, the shape of the
上記の吐出動作および吸引動作によって、凹部107A内のメンブレン101Aの露出部分および独立電極104A、ならびに、凹部107B内のメンブレン101Bの露出部分および独立電極104Bは溶液501で満たされる。隣接した凹部107Aおよび凹部107B間は溶液501が互いに独立した並列の液溜まりを形成する。上記過程を凹部107Cおよび凹部107Dにも行い、アレイ全体に液溜まりを形成する。実施例2の溶液501の導入方法を適用すると、一括して溶液501を導入した区画(例えば、凹部107Aおよび凹部107B)では、同一試料かつ同一溶液の計測を同時に実行できるため、高い計測精度が得られるだけでなく、同時に溶液501を複数の区画に導入するため、溶液501の導入スループットが高い。
By the above-described discharge operation and suction operation, the exposed portion of the
<実施例3>
以下に、実施例1に係る分析デバイス10と比較して、メンブレン101が損傷しにくく不良率が低減するデバイス構造を説明する。図4に示されたように、実施例1に係る分析デバイス10は、四つの凹部(107A、107B、107C、107D)に対して、基板開口部108は一つであり、四つの凹部(107A、107B、107C、107D)はアレイ外周部の基板100のみによって支持されている。また、図6に示されているように、実施例1に係る分析デバイス10では、基板開口部108の口径は、おおよそ隔壁106の外周の口径とほぼ同一である。そのため、アレイ数が増えて基板開口部108の面積が大きくなると、メンブレン101の基板開口部108によって露出している部分は、その上に積層された絶縁層102および隔壁106の応力ならびに外部の異物との接触によって損傷しやすくなる。
<Example 3>
Hereinafter, a description will be given of a device structure in which the
実施例3に係る生体試料分析装置は、分析デバイスの構造が実施例1に係る生体試料分析装置1とは異なる。それ以外は、実施例1に記載した構造および方法を適用し、実施例1と同一の工程や構造の説明は省略する。 The biological sample analyzer according to the third embodiment differs from the biological sample analyzer 1 according to the first embodiment in the structure of the analysis device. Otherwise, the structure and method described in the first embodiment are applied, and description of the same steps and structures as in the first embodiment is omitted.
図8は、実施例アレイ数が256((8行、8列)のアレイが(2行、2列)で並んでいる)の場合の分析デバイス20の上面図である。図8には、基板100、メンブレン101、隔壁106および基板開口部108のレイアウトが描かれている。図8には、実施例3の分析デバイス20が基板開口部108を四つ有する例が描かれており、四つの基板開口部108のそれぞれは、(2行、2列)のレイアウトで配列している。四つの基板開口部108のそれぞれは、複数の区画(または凹部107)を内包する。
FIG. 8 is a top view of the
図9は、実施例3の分析デバイス20の一部の断面図である。図9において、メンブレンの露出部分101Aおよび101Bは同一の基板開口部108Aに内包され、メンブレンの露出部分101Cおよび101Dは同一の基板開口部108Bに内包される。図9に示されているとおり、基板開口部108Aと基板開口部108Bとの間には凸部があり、基板100の強度が保たれている。また、基板開口部108Aと基板開口部108Bとの間に支持部を設け、複数の共通液槽201Aおよび201Bを形成することもできる。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a part of the
図10は、基板開口部108Aと基板開口部108Bとが支持部Sで仕切られている様子を示す図である。支持部Sには、例えば、例えば、フォトリソグラフィで加工された熱圧着材を用いれば、共通液槽201Aおよび201Bの間を微細な構造物で仕切ることができ、デバイス面積を増大させることはない。ただし、共通液槽201Aおよび201Bの間を仕切る方法はこれに限らない。支持部Sによって仕切られた共通液槽201Aおよび201Bには、それぞれ異なる溶液および/または異なる生体試料を導入してもかまわない。そのようにすると、計測スループットを向上させることができる。
FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the
<実施例4>
実施例1の生体試料分析装置1では、溶液供給機構500を用いて、溶液501および生体試料502を複数の凹部107へ導入した。実施例4に係る生体試料分析装置では、実施例1とは異なる方法で、溶液501および生体試料502を分析デバイスに導入する。実施例4では、溶液501の導入方法以外は、実施例1と同様であるため、同一の工程や構造についての説明は省略する。具体的には、図3に示されたフローチャートにおいて最初のステップS11およびS12の工程のみ実施例1と実施例4とで異なるため、実施例4におけるステップS11およびS12の工程についてのみ説明する。
<Example 4>
In the biological sample analyzer 1 according to the first embodiment, the
図11は、実施例4に係る分析デバイス30の断面図である。実施例4に係る分析デバイス30は、隔壁106の外周を覆う液槽サポート505を備える。実施例4の生体試料分析装置では、図3におけるステップS11において、上記溶液サポート505に溶液501および生体試料502を導入することで複数の凹部107のそれぞれに溶液501および生体試料502を導入する。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
図11(a)は、液槽サポート505に溶液501が満たされた様子を示す図である。実施例4の生体試料分析装置の場合、図3のフローチャートにおけるステップS11において、液槽サポート505の開口部から溶液を導入し、メンブレンの露出部分(101A、101B、101C、101D)を底部にもつ凹部(107A、107B、107C、107D)に溶液を供給する。このステップS11では、メンブレンの露出部分(101A、101B、101C、101D)の間も溶液501で満たされている。
FIG. 11A is a diagram illustrating a state where the
図11(b)は、液槽サポート505に絶縁性流体が導入された様子を示す図である。実施例4の生体試料分析装置の場合、ステップS12において、液槽サポート505の開口部から、絶縁性液体504を流しいれる。少なくとも独立電極(104A、104B、104C、104D)とメンブレンの露出部分(101A、101B、101C、101D)が十分に親水性であり、複数の凹部(107A、107B、107C、107D)のそれぞれの間に配置された隔壁106が疎水性の表面であるため、絶縁性液体504の流入により、溶液501が千切れ、複数の凹部(107A、107B、107C、107D)に互いに接触しない液溜まり(503A、503B、503C、503D)ができる。言い換えると、複数の凹部107のそれぞれに内包されるメンブレンの露出部分101のそれぞれと複数の独立電極104のそれぞれとの間は溶液501で満たされ、且つ隣接した凹部間(例えば、凹部107Aと凹部107Bとの間)は溶液が遮断される。上記の方法を用いれば、同時に溶液501を複数の凹部107に導入できるため、溶液501の導入スループットが高い。なお、絶縁性流体を導入した際に、液槽サポート505内の上方部を通過して排出口から絶縁性流体が溢れ出で凹部107に導入された溶液501がちぎれないことを防ぐために、液槽サポート505は十分に低い高さに設計する必要がある。
FIG. 11B is a diagram illustrating a state where an insulating fluid is introduced into the
図12は、溶液サポートの別の例を示す図である。図12に示されているように、液槽サポート505は、アレイ(複数の凹部107)の区画を分ける仕切りが設けられてもよい。液槽サポート505の仕切りには、例えば、フォトリソグラフィで加工された熱圧着材を用いる。そのようにすると、微細な構造物で液槽サポート505を仕切ることができ、分析デバイスの面積を増大させることがない。なお、液槽サポート505を仕切る方法はこれに限らない。上記仕切りを有する液槽サポート505では、仕切られた複数の液槽サポート505のそれぞれに、異なる溶液および/または異なる生体試料を導入してもよい。なお、図11および図12で示した分析デバイスでは、溶液供給機構500が不要となり、装置を低コスト化できる。
FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the solution support. As shown in FIG. 12, the
上記のとおり、本開示の生体試料分析装置は、ソリッド式のナノポアシーケンサのアレイ化において、流路をなくし、液槽および電極(独立電極および共通電極)等を単一の分析デバイスの中に集積化および並列化することができる。それ故、本開示の生体試料分析装置は、例えば、装置をコンパクトにできるだけでなく、計測スループットを向上させることができる。 As described above, the biological sample analyzer of the present disclosure eliminates a flow path and integrates a liquid tank and electrodes (independent electrodes and common electrodes) in a single analytical device when forming an array of solid nanopore sequencers. And parallelization. Therefore, the biological sample analyzer according to the present disclosure can not only make the device compact, for example, but also improve the measurement throughput.
なお、本開示は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to easily explain the present disclosure, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Further, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add / delete / replace another configuration.
100:基板
101(101A、101B、101C、101D):メンブレン
102:絶縁層
103(103A、103B、103C、103D):配線
104(104A、104B、104C、104D):独立電極
105(105A、105B、105C、105D):I/Oパッド
106:隔壁
107(107A、107B、107C、107D):凹部
108、108A、108B:基板開口部
200:第2の電極
201、201A、201B:共通液槽
300:制御回路部
400:電源および制御・検出データ取得ユニット
500:溶液供給機構
501:溶液
502:生体試料
503(503A、503B、503C、503D):液溜まり
504:絶縁性流体
505:液槽サポート
100: substrate 101 (101A, 101B, 101C, 101D): membrane 102: insulating layer 103 (103A, 103B, 103C, 103D): wiring 104 (104A, 104B, 104C, 104D): independent electrode 105 (105A, 105B, 105C, 105D): I / O pad 106: partition 107 (107A, 107B, 107C, 107D):
Claims (20)
前記メンブレンが露出するように複数の開口部が設けられ、前記メンブレンの一方の面上に積層された第1の層と、
前記第1の層の前記複数の開口部のそれぞれと対応付けられて設けられた複数の独立電極を有し、前記第1の層に積層された第2の層と、
前記メンブレンの他方の面上に積層され、前記メンブレンの前記一方の面のうち前記第1の層が有する前記複数の開口部によって露出した領域の反対側の面が露出するように単一の開口部が設けられた第3の層と、
前記独立電極とは前記メンブレンを挟んで反対側に設けられる共通電極であって、前記第1の層の前記開口部によって形成された凹部、および、前記第3の層の前記単一の開口部で形成された凹部、のそれぞれに導電性の液体が導入された状態において前記複数の独立電極との間で電位差を生じる共通電極と、
を備え、
前記メンブレンのうち、前記第1の層の前記複数の開口部によって露出している部分は互いに絶縁されている、
生体試料分析装置。 With a membrane,
A plurality of openings are provided so that the membrane is exposed, and a first layer stacked on one surface of the membrane,
A second layer stacked on the first layer, the second layer having a plurality of independent electrodes provided in association with each of the plurality of openings in the first layer,
A single opening is stacked on the other surface of the membrane so that a surface of the one surface of the membrane opposite to a region exposed by the plurality of openings of the first layer is exposed. A third layer provided with a portion,
The independent electrode is a common electrode provided on the opposite side of the membrane, and includes a concave portion formed by the opening of the first layer, and the single opening of the third layer. A common electrode that generates a potential difference between the plurality of independent electrodes in a state where the conductive liquid is introduced into each of the recesses formed by
With
Portions of the membrane that are exposed by the plurality of openings in the first layer are insulated from each other,
Biological sample analyzer.
前記第1の層の前記メンブレンと接していない側の面は、前記複数の開口部の一つと前記複数の開口部の一つに対応付けられた前記複数の独立電極の一つのペアを囲む疎水性の領域を有する、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 1,
The surface of the first layer that is not in contact with the membrane is a hydrophobic surface surrounding one of the plurality of openings and one pair of the plurality of independent electrodes associated with one of the plurality of openings. Having a sex area,
Biological sample analyzer.
前記第2の層は、前記第1の層が有する前記複数の開口部の一つと前記複数の開口部の一つに対応付けられた前記複数の独立電極の一つのペアと、前記複数の開口部の別の一つと前記複数の開口部の別の一つに対応付けられた前記複数の独立電極の別の一つのペアと、を互いに隔離する絶縁性の隔壁をさらに有する、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 1,
The second layer includes one of the plurality of openings included in the first layer, one pair of the plurality of independent electrodes associated with one of the plurality of openings, and the plurality of openings. Another pair of the plurality of independent electrodes associated with another one of the portions and another one of the plurality of openings, further comprising an insulating partition wall that isolates each other,
Biological sample analyzer.
前記隔壁の上面は疎水性である、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 3,
The upper surface of the partition is hydrophobic,
Biological sample analyzer.
前記隔壁の側面は疎水性である、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 4,
The side surface of the partition is hydrophobic,
Biological sample analyzer.
前記独立電極のそれぞれは、配線によってI/Oパッドと接続されている、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 1,
Each of the independent electrodes is connected to an I / O pad by a wiring,
Biological sample analyzer.
前記第2の層が有する前記隔壁および前記第1の層が有する前記開口部で形成された複数の凹部のそれぞれに溶液を導入する溶液供給機構をさらに備える、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 3,
Further provided is a solution supply mechanism for introducing a solution into each of the plurality of recesses formed by the openings of the partition of the second layer and the openings of the first layer.
Biological sample analyzer.
前記隔壁の外周を囲い、前記導電性の液体を流入させる流入口と流入した前記導電性の液体を流出させる流出口とが設けられた液槽サポートをさらに備える、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 3,
Surrounding the outer periphery of the partition, further comprising a liquid tank support provided with an inflow port for flowing the conductive liquid and an outflow port for flowing out the inflowing conductive liquid,
Biological sample analyzer.
前記液槽サポートには、前記複数の独立電極を二つ以上の区画に分ける仕切りを備え、それぞれの前記区画に対応する前記流入口と前記流出口とが設けられている、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 8,
The liquid tank support includes a partition that divides the plurality of independent electrodes into two or more sections, and the inflow port and the outflow port corresponding to each of the sections are provided.
Biological sample analyzer.
前記第3の層は前記開口部を複数備え、前記開口部によって前記メンブレンが露出している領域の反対側の面に前記第1の層が有する前記複数の開口部によって露出した領域が含まれる、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 1,
The third layer includes a plurality of the openings, and includes a region exposed by the plurality of openings of the first layer on a surface opposite to a region where the membrane is exposed by the openings. ,
Biological sample analyzer.
前記隔壁は前記複数の独立電極よりも高さが高い、
生体試料分析装置。 The biological sample analyzer according to claim 3,
The partition is higher than the plurality of independent electrodes,
Biological sample analyzer.
前記ナノポアが形成されるメンブレンに積層された第1の層に設けられた複数の開口部と前記メンブレンの表面とによって形成される複数の凹部に対して、互いに接触しないように液滴状に溶液を導入するステップと、
前記メンブレンを支持する基板に設けられた開口部に溶液を導入するステップと、
前記メンブレンを挟んで設けられた複数の独立電極と単一の共通電極との間に電圧を印加することによって、前記開口部によって露出した前記メンブレンの複数の部分領域にナノポアを形成するステップと、
前記複数の凹部に導入された前記溶液と前記基板に設けられた前記開口部に導入された前記溶液との何れか一方に含まれる生体試料が前記ナノポアを通過する際の前記ナノポアを流れる電流値を計測するステップと、
を含む生体試料分析方法。 A biological sample analysis method for simultaneously observing a plurality of changes in current when a sample passes through a nanopore,
The solution is formed in a droplet form so as not to contact each other with respect to the plurality of openings formed in the first layer laminated on the membrane on which the nanopores are formed and the plurality of recesses formed by the surface of the membrane. The steps of introducing
Introducing a solution into an opening provided in the substrate supporting the membrane,
By applying a voltage between a plurality of independent electrodes and a single common electrode provided across the membrane, forming nanopores in a plurality of partial regions of the membrane exposed by the opening,
A current value flowing through the nanopore when a biological sample contained in one of the solution introduced into the plurality of recesses and the solution introduced into the opening provided in the substrate passes through the nanopore. Measuring the
A biological sample analysis method comprising:
前記複数の凹部に対して溶液を導入するステップにおいて、前記複数の凹部の一つと前記複数の凹部の別の一つとで、導入する前記溶液が異なる、
生体試料分析方法。 The biological sample analysis method according to claim 12,
In the step of introducing a solution to the plurality of recesses, the solution to be introduced is different between one of the plurality of recesses and another one of the plurality of recesses,
Biological sample analysis method.
前記複数の凹部に対して溶液を導入するステップにおいて、吐出口を有する溶液供給機構によって前記溶液を導入する、
生体試料分析方法。 The biological sample analysis method according to claim 12,
In the step of introducing a solution to the plurality of recesses, introducing the solution by a solution supply mechanism having a discharge port,
Biological sample analysis method.
前記複数の凹部に対して溶液を導入するステップにおいて、前記溶液供給機構によって前記複数の凹部の少なくとも二つを跨る量の前記溶液を導入し、
さらに、
前記溶液供給機構が前記溶液を吸引して、前記複数の凹部に導入された前記溶液が互いに接触しないようにするステップを含む、
生体試料分析方法。 The biological sample analysis method according to claim 14,
In the step of introducing the solution to the plurality of recesses, the solution supply mechanism introduces an amount of the solution across at least two of the plurality of recesses,
further,
The solution supply mechanism includes a step of sucking the solution to prevent the solutions introduced into the plurality of recesses from coming into contact with each other,
Biological sample analysis method.
前記複数の凹部に対して溶液を導入するステップの後に、前記複数の独立電極のうち隣り合う二つの独立電極間に電圧を印加して、前記隣り合う二つの独立電極間に流れる電流の電流値を測定するステップと、
測定した前記電流値が所定の値以上である場合に前記隣り合う二つの独立電極で計測する区画を不良区画と判定するステップと、
をさらに含む生体試料分析方法。 The biological sample analysis method according to claim 12,
After the step of introducing the solution into the plurality of recesses, a voltage is applied between two adjacent independent electrodes of the plurality of independent electrodes, and a current value of a current flowing between the two adjacent independent electrodes is measured. Measuring
When the measured current value is equal to or more than a predetermined value, a step of determining a section to be measured by the adjacent two independent electrodes as a defective section,
A biological sample analysis method further comprising:
前記基板に設けられた開口部に溶液を導入するステップの後であって、且つ、前記ナノポアを形成するステップの前に実行されるステップとして、
前記独立電極と前記共通電極との間に前記ナノポアを形成する際の電圧よりも小さい電圧を印加し、前記独立電極と前記共通電極との間に流れる電流の電流値を計測するステップと、
前記電流値が所定の値以上である場合に前記電流値を計測した区画を不良区画と判定するステップと、
をさらに含む生体試料分析方法。 The biological sample analysis method according to claim 12,
After the step of introducing the solution into the opening provided in the substrate, and as a step performed before the step of forming the nanopore,
Applying a voltage smaller than the voltage at the time of forming the nanopore between the independent electrode and the common electrode, measuring the current value of the current flowing between the independent electrode and the common electrode,
When the current value is equal to or more than a predetermined value, a step of determining the section that has measured the current value as a defective section,
A biological sample analysis method further comprising:
前記ナノポアを形成するステップの後に実行されるステップとして、
電圧を印加し、前記独立電極と前記共通電極との間に流れる電流の電流値を計測するステップと、
前記電流値が所定の値より小さい場合に前記電流値を計測した区画を不良区画と判定するステップと、
をさらに含む生体試料分析方法。 The biological sample analysis method according to claim 12,
As a step performed after the step of forming the nanopore,
Applying a voltage, measuring a current value of a current flowing between the independent electrode and the common electrode,
When the current value is smaller than a predetermined value, a step of determining the section that has measured the current value as a defective section,
A biological sample analysis method further comprising:
前記ナノポアを流れる電流値を計測するステップにおいて、前記不良区画ではない区画の前記ナノポアを前記生体試料が通過する際の前記ナノポアを流れる電流値を計測する、
生体試料分析方法。 The biological sample analysis method according to claim 18, wherein
In the step of measuring the current value flowing through the nanopore, measuring the current value flowing through the nanopore when the biological sample passes through the nanopore in a section that is not the defective section,
Biological sample analysis method.
前記ナノポアが形成されるメンブレンに積層された第1の層に設けられた複数の開口部と前記メンブレンの表面とによって形成される複数の凹部に対して、前記複数の開口部を囲む液槽サポートに設けられた流入口から溶液を導入して前記溶液で満たすステップと、
前記液槽サポートの前記流入口から前記溶液に対して不溶性且つ絶縁性の液体を導入し、前記液槽サポートに設けられた流出口から前記溶液の一部を流出させ、前記複数の凹部に対して、前記溶液が互いに接触しない液滴状の形状となるようにするステップと、
前記メンブレンを支持する基板に設けられた開口部に溶液を導入するステップと、
前記メンブレンを挟んで設けられた複数の独立電極と単一の共通電極との間に電圧を印加することによって、前記開口部によって露出した前記メンブレンの複数の部分領域にナノポアを形成するステップと、
前記複数の凹部に導入された前記溶液と前記基板に設けられた前記開口部に導入された前記溶液との何れか一方に含まれる生体試料が前記ナノポアを通過する際の前記ナノポアを流れる電流値を計測するステップと、
を含む生体試料分析方法。 A biological sample analysis method for simultaneously observing a plurality of changes in current when a sample passes through a nanopore,
A liquid tank support surrounding the plurality of openings with respect to a plurality of recesses formed by a plurality of openings provided in a first layer laminated on the membrane in which the nanopores are formed and a surface of the membrane; Introducing a solution from an inflow port provided in and filling with the solution;
Introducing an insoluble and insulating liquid with respect to the solution from the inflow port of the liquid tank support, allowing a part of the solution to flow out of an outflow port provided in the liquid tank support, So that the solution is in the form of a droplet that does not contact each other,
Introducing a solution into an opening provided in the substrate supporting the membrane,
By applying a voltage between a plurality of independent electrodes and a single common electrode provided across the membrane, forming nanopores in a plurality of partial regions of the membrane exposed by the opening,
A current value flowing through the nanopore when a biological sample contained in one of the solution introduced into the plurality of recesses and the solution introduced into the opening provided in the substrate passes through the nanopore. Measuring the
A biological sample analysis method comprising:
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