JP2021038923A - 基板 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な先端部を有し、かつ、電極間距離を調整しやすい電極を有する基板、および、当該電極の材料となる金属線を有する基板を提供することを目的とする。【解決手段】この基板１は、絶縁性の基板層２０と、基板層２０の上に配置され、第１方向に延びる金属線３３と、を有する。基板層２０は、金属線３３の下方において、上面から凹み、かつ、第１方向と直交する第２方向に延びる溝５３を有する。これにより、基板１を溝５３付近において上方へ突出する方向へ曲げた際に、溝を有していない場合と比べて、金属線３３の基端部４１同士の第１方向の間隔を大きくできる。したがって、基板１の変形量を抑制しつつ、金属線３３の基端部４１同士の距離を大きくできる。よって、金属線３３が破断部を有する電極である場合、その電極間距離を調整しやすい。また、金属線３３が繋がっている場合、基端部４１同士の距離を大きくして破断することで電極を得やすい。【選択図】図３

Description

本発明は、生体高分子の識別に用いられる金属線を有する基板に関する。

従来、原子や分子を測定、観察または識別するために、微細な先端部を有するプローブ（探針）や電極が用いられている。例えば、従来の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）には、先端の曲率半径が２０ｎｍ以下の先鋭な探針が用いられる。

また、従来の微細な先端部を有する電極は、例えば、特定の分子や原子を測定または識別するために用いられる。微細な電極を用いて特定の分子を識別する方法については、例えば、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の単分子識別方法では、電極間距離の短いナノギャップ電極を用いて、電極間を通過する生体高分子を構成する単分子を、トンネル電流を測定することにより識別する。

特開２０１５−６４２４８号公報

特許文献１に記載のように、生体高分子の識別を目的として電極間のトンネル電流を測定する電極は、その先端部が微細に形成されており、かつ、電極間の距離を精度良く調整可能であることが好ましい。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、微細な先端部を有し、かつ、電極間距離を調整しやすい電極を有する基板、および、当該電極の材料となる金属線を有する基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、生体高分子の識別に用いられる基板であって、絶縁性の基板層と、前記基板層の上に配置され、第１方向に延びる金属線と、を有し、前記基板層は、前記金属線の下方において、上面から凹み、かつ、前記第１方向と直交する第２方向に延びる溝を有する、基板である。

本願の第２発明は、第１発明の基板であって、前記金属線は、前記溝と上下に重なる位置に、幅狭部を有する。

本願の第３発明は、第１発明の基板であって、前記金属線は、前記溝と上下に重なる位置に、破断部を有する。

本願の第４発明は、第１発明ないし第３発明のいずれかの基板であって、前記溝は、上方に向かうにつれて幅が大きくなる、基板。

本願の第１発明から第４発明によれば、基板を溝付近において上方へ突出する方向へ曲げた際に、溝を有していない場合と比べて、金属線の基端部同士の第１方向の間隔を大きくできる。したがって、基板の変形量を抑制しつつ、金属線の基端部同士の距離を大きしたり調整したりできる。

特に、本願の第２発明によれば、基板を押し曲げて金属線を破断する場合に、幅狭部において破断しやすい。したがって、破断位置を特定できる。

特に、本願の第３発明によれば、金属線の破断部により形成される電極対の間隔を調整しやすい。

特に、本願の第４発明によれば、基板が押し曲げられると、溝を構成する基板の側面が開きやすくなる。これにより、基板の変形量を抑制しつつ、金属線の基端部同士の距離をさらに大きくできる。

第１実施形態に係る電極基板の上面図である。 第１実施形態に係る電極基板の部分上面図である。 第１実施形態に係る電極基板の部分上面図である。 第１実施形態に係る電極基板の部分上面図である。 第１実施形態に係る電極基板の部分断面図である。 第１実施形態に係る電極基板の金属線の基端部間の距離の調整を行う際の様子を示した図である。 第１実施形態に係る電極基板の計測電極部の基端部間の距離の調整を行う際の様子を示した図である。 第１実施形態に係る電極基板の押し曲げ時の様子を示した部分断面図である。 第１実施形態に係る電極基板の計測電極部の押し曲げ処理の流れを示したフローチャートである。 第１実施形態に係る電極基板の計測電極部の監視処理および終了処理の流れを示したフローチャートである。 第１実施形態に係る電極基板の計測電極部の監視処理および終了処理の流れを示したフローチャートである。 第１実施形態に係る電極基板の計測電極部の破断処理における電極基板の押し上げ高さおよび電流値の時系列変化の一例を示した図である。 第１実施形態に係る電極基板の計測電極部の破断時の様子を示した概略図である。 第１実施形態に係る電極基板の計測電極部の破断時の様子を示した概略図である。 第２実施形態に係る電極基板の押し曲げ処理の流れを示したフローチャートである。 第２実施形態に係る電極基板の計測電極部の破断処理における電極基板の押し上げ高さの時系列変化の一例を示した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、電極基板の厚み方向を上下方向とし、基板層に対して金属層側を上側、金属層に対して基板層側を下側として説明を行っている。しかしながら、電極基板の使用時の向きは必ずしも金属層側を鉛直上向きとしなくてもよい。

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．電極基板の構成＞
本発明の第１実施形態に係る電極基板１について、図１〜図５を参照しつつ説明する。図１は、電極基板１の上面図である。図２〜図４は、電極基板１の部分上面図である。図５は、電極基板１の部分断面図である。図１〜図５には、金属線である計測電極部３３を破断する前の電極基板１の様子が示されている。

図１に示すように、電極基板１は、略長方形の板状の基板である。この電極基板１は、生体高分子であるタンパク質を構成するアミノ酸、核酸（ＤＮＡ，ＲＮＡ）を構成するヌクレオチド、糖鎖を構成する単糖、その他の生体高分子を構成する単分子の配列や、各単分子を解析するために用いられる。具体的には、後述するナノ電極４８，４９間に電圧を負荷した状態でナノ電極４８，４９間に生体高分子を通過させる。そして、ナノ電極４８，４９と生体高分子との間に流れるトンネル電流を検知し、解析することにより、生体高分子を構成する単分子の解析を行う。

図１〜図５に示すように、電極基板１は、基板層２０と、金属層３０とを有する。以下では、電極基板１の長手方向を第１方向と称し、電極基板１の短手方向を第２方向と称する。第２方向は、第１方向と直交する。なお、「直交する」とは、「略直交する」を含むものとする。

本実施形態の基板層２０は、絶縁材料により形成される。本実施形態の基板層２０は、図５に示すように、シリコン（Ｓｉ）により形成された第１基板層２１の上にポリイミドにより形成された第２基板層２２が重なった２層構造である。なお、本実施形態の基板層２０は２層構造であるが、本発明はこれに限られない。基板層２０は１種類の材料により形成される１層のみから構成されてもよいし、３つ以上の層から構成されてもよい。また、基板層２０は、絶縁性の材料により形成されていれば、ポリエチレンテレフタラート樹脂、セラミック、シリコーンゴムまたはアルミナ等の、シリコンおよびポリイミド以外の材料により形成されてもよい。

金属層３０は、図１〜図４に示すように、２つの接続用電極部３１と、２つの接続用電極部３１の間において第１方向に延びる配線部３２と、配線部３２の中央に配置された計測電極部３３とを有する。金属層３０は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）等の金属により形成される。

本実施形態では、図５に示すように、金属層３０は、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）等により形成された第１金属層３０１と、上述した金、白金、銀、銅、タングステン等の金属からなる第２金属層３０２とにより構成される。接続用電極部３１および配線部３２は、第１金属層３０１と第２金属層３０２の両方により構成される。一方、計測電極部３３は第２金属層３０２のみから構成される。なお、実施例では、例えば、第１金属層３０１の厚みは約１〜１０ｎｍ、第２金属層３０２の厚みは約５０〜３００ｎｍである。

基板層２０および金属層３０の最上面は、絶縁膜（図示せず）により覆われている。金属層３０の表面を絶縁膜で覆うことにより、計測電極部３３を液中で用いる場合に、金属層３０のうち計測電極部３３以外の箇所において、金属層３０を構成する金属と液体との間における電子のやりとりが生じるのを抑制できる。なお、本実施形態では、絶縁膜はＴＥＯＳ酸化膜であるが、絶縁性の材料であれば、他の材料により形成されてもよい。なお、接続用電極部３１の上面の少なくとも一部には、絶縁膜が形成されない。このため、接続用電極部３１の上面の少なくとも一部は露出している。

配線部３２は、接続用電極部３１から計測電極部３３へ向かうにつれて次第にその幅が小さくなる。図２に示すように、計測電極部３３の近傍において、配線部３２の幅は略一定である。本実施形態では、配線部３２の当該部位の幅は、約８μｍである。

両側の配線部３２の間には、配線部３２よりも幅が小さい計測電極部３３が配置される。計測電極部３３は、第１方向に延びる金属線である。図３および図４に示すように、計測電極部３３は、第１方向の両端の基端部４１と、第１方向の略中央に配置された幅狭部４２とを有する。

基端部４１はそれぞれ、配線部３２と接続される。なお、配線部３２と計測電極部３３の基端部４１との接続箇所は、第２方向の幅が次第に変化する第１テーパー部４３となっている。

また、計測電極部３３は、第１方向の略中央に、他の部分よりも幅が狭い幅狭部４２を有する。計測電極部３３は、幅狭部４２へ向かって第２方向の幅が次第に小さくなる第２テーパー部４４を有する。

このように、計測電極部３３は、第１方向に延びる金属線である。これを第１方向に離間するように引っ張ることにより、幅狭部４２が破断し、後述する２つのナノ電極４８，４９（図１３，１４参照）を構成する。計測電極部３３の破断方法の詳細については、後述する。

本実施形態では、計測電極部３３の幅は約４００ｎｍである。また、幅狭部４２の幅は約８０ｎｍである。このように、幅狭部４２の幅が、計測電極部３３の他の部分の幅の１／２以下であることが好ましい。これにより、計測電極部３３を引っ張った際に、幅狭部４２以外の位置で計測電極部３３が破断することが抑制される。

基板層２０は、上面から下方へ凹む流路５０を有する。流路５０は、第１流路５１、第２流路５２および計測流路５３を有する。第１流路５１および第２流路５２は、計測電極部３３を挟んで第２方向に対向して配置される。計測流路５３は、第２方向に延びる溝である。計測流路５３は、第１流路５１と第２流路５２を第２方向に繋ぐ。

第１流路５１および第２流路５２は、格子状に繋がる複数の溝により構成される。このような形状により、第１流路５１および第２流路５２に生体高分子を含む液体が充填されると、各生体高分子が溝の延びる方向に沿って配置されやすくなる。したがって、第１流路５１および第２流路５２と計測流路５３との境界部で生体高分子が詰まって液体の流動性が低下するのが抑制されるとともに、計測流路５３内において各生体高分子が計測流路５３の延びる方向に沿って配置される。第１流路５１および第２流路５２の各溝は、幅が約１μｍであり、深さが約２μｍである。

計測流路５３は、第２方向に沿って延びる。計測電極部３３の幅狭部４２は、計測流路５３と上下に重なる位置に配置される。これにより、計測電極部３３が破断されて一対のナノ電極４８，４９となった場合に、計測流路５３内を第２方向に移動する生体分子が、ナノ電極４８，４９の間を通過しやすい。

計測流路５３の深さは、第１流路５１および第２流路５２と同様、約２μｍである。計測流路５３は、第１流路５１および第２流路５２とそれぞれ繋がる２つの導入溝５３１と、２つの導入溝５３１を繋ぐ計測溝５３２とを有する。

計測溝５３２は、それぞれの導入溝５３１から計測電極部３３の直下に向かうにつれて幅が狭くなる。導入溝５３１の幅は、約８００ｎｍである。計測溝５３２は、計測電極部３３の直下において、最も幅が狭くなる。当該部位において、計測溝５３２の幅は約１００ｎｍである。計測流路５３が計測電極部３３に向かって幅が狭くなる計測溝５３２を有することにより、計測電極部３３の破断後の電流値計測時に、生体分子が、計測流路５３の延びる第２方向に沿う向きで、２つのナノ電極４８，４９の間を通過しやすい。

計測溝５３２は、図５に示すように、少なくとも計測電極部３３と重なる位置において、上方に向かうにつれて第１方向の幅が徐々に大きくなる。すなわち、計測溝５３２は、当該位置において、Ｖ字状の断面を有する。なお、計測溝５３２は、第２方向の全ての領域において、上方に向かうにつれて第１方向の幅が大きくなっていることが好ましい。また、計測溝５３２の形状はＶ字状に限られない。計測溝５３２の形状は、Ｕ字状などの他の形状であってもよい。

ここで、押し曲げ装置９を用いた電極基板１の押し曲げについて説明する。図６および図７は、計測電極部３３の基端部４１間の距離の調整を行う際の様子を示した図である。図６は、押し曲げ装置９にセットされた電極基板１の初期状態における様子を示した側面図である。図７は、押し曲げ装置９にセットされた電極基板１の押し曲げ時における様子を示した側面図である。図８は、押し曲げ時の様子を示した電極基板１の部分断面図である。

図６に概念的に示すように、押し曲げ装置９は、載置台９１と、固定具９２と、押し上げ具９３と、電源９４と、電流計９５と、制御部９０とを有する。

載置台９１は、電極基板１を載置する平らな上面を有する。本実施形態の固定具９２は、第１方向に略垂直に配置される４つの板状部材である。固定具９２は、計測電極部３３を挟んだ第１方向の２箇所において、電極基板１を上下から押えて固定する。押し上げ具９３は、半球状の上面を有する円柱状の部材である。押し上げ具９３は、モータおよびピエゾ素子等を有する昇降機構（図示省略）に接続されている。電極基板１は、押し上げ具９３の最も上方に突出した部分の真上に計測電極部３３が位置するように、配置される。なお、昇降機構は、押し上げた高さを制御できる機構であれば、その他の動力を用いた機構であってもよい。

電極基板１の押し曲げ時には、電源９４は、一対の接続用電極部３１に対して電圧を印加する。そして、電流計９５は、電源９４により印加された電圧によって、計測電極部３３に流れる電流の電流値を測定する。

制御部９０は、押し上げ具９３、電源９４および電流計９５とそれぞれ電気的に接続し、各部を制御する。制御部９０には、例えば、コンピュータが用いられる。

電極基板１を押し曲げ装置９にセットする際には、まず、載置台９１上に電極基板１を載置する。その後、電極基板１に負荷のかからない状態で電極基板１を上下から４つの固定具９２で固定する。

押し曲げ時には、図７に示すように、昇降機構により、押し上げ具９３が上方へと移動する。これにより、電極基板１の計測電極部３３付近が下面側から押し上げられる。

このように電極基板１が押し曲げられて変形すると、計測溝５３２を構成する基板層２０の側壁が、図８中に実線矢印で示すように、互いに離れる方向へと移動する。これにより、計測電極部３３の２つの基端部４１は、互いに離れる方向へと移動する。その結果、計測電極部３３が繋がっている場合、計測電極部３３が引き伸ばされ、幅狭部４２が破断しやすい状態となる。また、計測電極部３３が破断されている場合、２つのナノ電極４８，４９間の距離が拡がる。

押し曲げ時には、固定具９２の間において、計測電極部３３付近を中心として電極基板１の上面が第１方向にも第２方向にも伸びる力が加わる。この電極基板１では、計測電極部３３の直下に第２方向に延びる溝である計測流路５３を配置することにより、図８中に実線矢印で示すように、計測流路５３の底面を中心として、計測流路５３を構成する基板層２０の２つの側壁が、第１方向へ大きく開く。このため、計測電極部３３の下方に計測流路５３が配置されることにより、計測電極部３３の２つの基端部４１がより引き離される。

すなわち、電極基板１を計測流路５３付近において上方へ突出する方向へ曲げた際に、計測流路５３のような溝を有していない場合と比べて、計測電極部３３の基端部４１同士の第１方向の間隔を大きくできる。したがって、電極基板１の変形量を抑制しつつ、計測電極部３３の基端部４１同士の距離を大きくできる。よって、計測電極部３３が幅狭部４２で繋がっている場合、電極基板１が割れるのを抑制しつつ、基端部４１同士の距離を大きくして破断しやすい。また、計測電極部３３が破断部を有する一対のナノ電極４８，４９である場合、電極基板１が割れるのを抑制しつつ、ナノ電極４８，４９間の距離を大きくしたり調整したりしやすい。

このような電極基板１の押し曲げを、電源９４により接続用電極部３１間に電圧を負荷した状態で行う。このようにすると、計測電極部３３が繋がっている場合、電流計９５の計測した電流値の変化から、計測電極部３３が破断したか否かを判断できる。なお、制御部９０は、電流計９５で計測された電流を、電流増幅器を用いて増幅してから取得してもよい。

＜１−２．計測電極部の破断処理＞
次に、幅狭部４２を有する計測電極部３３を破断してナノ電極４８，４９を形成する破断処理について、図９〜図１２を参照しつつ説明する。図９は、計測電極部３３の破断処理における電極基板１の押し曲げ処理の流れを示したフローチャートである。図１０および図１１は、計測電極部３３の破断処理における押し曲げ処理の監視処理および終了処理の流れを示したフローチャートである。図１２は、計測電極部３３の破断処理における電極基板１の押し上げ高さおよび電流値の時系列変化の一例を示した図である。なお、図１２中、上側が、電極基板１の押し上げ高さを示した図であり、下側が、計測電極部３３を流れる電流の電流値を示した図である。

この押し曲げ装置９を用いた計測電極部３３の破断処理では、図９に示すように、押し上げ具９３を押し上げる工程と引き戻す工程とを繰り返す、押し曲げ処理を行う。一方、図１０に示すように、押し曲げ処理を行いつつ電流計９５の検出する電流値を監視し、計測電極部３３が破断したら、押し曲げ処理の終了処理を行う。

まず、図９に示す押し曲げ処理の流れについて説明する。押し曲げ処理では、押し上げ具９３を所定の高さまで押し上げる工程と戻す工程とを、押し上げ速度を徐々に大きくしながら繰り返す。これらの工程を所定の回数行った後、計測電極部３３が破断されていない場合、押し上げ高さを大きくする。そして、押し上げ具９３を所定の高さまで押し上げる工程と戻す工程とを、押し上げ速度を徐々に大きくしながら繰り返す。このような押し曲げ工程を、計測電極部３３が破断するまで繰り返し行う。

計測電極部３３の破断処理を行うために、初めに、電極基板１を押し曲げ装置９にセットする（ステップＳ１０１）。押し曲げ前の各部の位置をそれぞれ初期位置と称する。制御部９０は、初期動作として、カウント数ｎをｎ＝１に設定するとともに、押し上げ速度ＶｕをＶｕ＝Ａ１に設定する（ステップＳ１０２）。

次に、電極基板１の押し曲げを開始する。まず、制御部９０は、電源９４によって、接続用電極部３１間に電圧を負荷し始める。同時に、制御部９０は図１０に示す監視処理を開始する。

そして、押し上げ具９３を、設定された押し上げ速度Ｖｕ＝Ａ１で、所定の第１高さＨ１まで押し上げる（ステップＳ１０３）。これにより、押し曲げ装置９は、金属線である計測電極部３３の両端の基端部４１が所定の第１距離離間した第１位置まで計測電極部３３を引っ張る。したがって、計測電極部３３が伸びて、破断しやすい状態となる。なお、本実施形態では、第１高さＨ１は図１２に示すように０．８ｍｍである。

その後すぐに、制御部９０は、押し上げ具９３を、戻し速度Ｖｄ＝Ｂで、初期位置まで引き下げる（ステップＳ１０４）。これにより、電極基板１の各部が初期位置に戻る。その結果、計測電極部３３の各基端部４１同士の間隔が初期状態における間隔に戻る。そして、制御部９０は、押し上げ具９３を、初期位置において所定の時間（本実施形態では５０ｍｓｅｃ）待機させる（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の一連の押し上げ工程、引き戻し工程および待機工程が行われると、制御部９０は、カウント数ｎが予め設定された繰り返し回数Ｎに達したか否かを判断する（ステップＳ１０６）。図１２の例では、繰り返し回数Ｎ＝４回である。

ステップＳ１０６において、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達していないと判断すると、制御部９０は、カウント数ｎをインクリメントした後、押し上げ速度ＶｕをＶｕ＝Ａｎに設定する（ステップＳ１０７）。１回目のステップＳ１０７では、カウント数ｎはｎ＝１からｎ＝２へと更新されるとともに、押し上げ速度Ｖｕは、Ｖｕ＝Ａ１からＶｕ＝Ａ２へと更新される。なお、Ａ２は、Ａ１よりも大きい押し上げ速度である。

そして、制御部９０は、ステップＳ１０３に戻り、押し上げ具９３を、設定された押し上げ速度Ｖｕ＝Ａ２で、所定の第１高さＨ１まで押し上げる。この２回目のステップＳ１０３における押し上げ速度Ｖｕ＝Ａ２は、以前行った１回目のステップＳ１０３における押し上げ速度Ｖｕ＝Ａ１よりも大きい。すなわち、２回目のステップＳ１０３における基端部４１同士の離間速度は、以前行った１回目のステップＳ１０３における基端部４１同士の離間速度よりも大きい。これにより、１回目のステップＳ１０３と比べて、より計測電極部３３が破断しやすい状態となる。

その後、引き戻し工程（ステップＳ１０４）および待機工程（ステップＳ１０５）を行った後、再度ステップＳ１０６において、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達したか否かを判断する。

このように、制御部９０は、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達するまで、押し上げ工程（ステップＳ１０３）の度にその押し上げ速度Ｖｕを大きくする。押し上げ速度Ｖｕが初めから大きい場合、計測電極部３３に突然大きな引張力がかかり、幅狭部４２において計測電極部３３が細く引き伸ばされずに破断し、破断面が大きくなる。図１３は、大きな押し上げ速度Ｖｕにより１回目の押し上げ工程において計測電極部３３が破断して形成されたナノ電極４８，４９の破断時の様子を示した概略図である。図１３に示すように、この場合、微細な先端部を有するナノ電極４８，４９を得ることができない。

また、押し上げ速度Ｖｕを十分小さくした場合であっても、計測電極部３３を押し戻すことなく単に引き伸ばした場合、幅狭部４２付近が細く引き伸ばされた後に破断したとしても、ナノ電極４８，４９の微細な先端部の金属原子の状態が安定せず、先端部が基端部側へと引き戻される方向へと変形する虞がある。

そこで、上述の様に、押し上げ速度Ｖｕを初めはゆっくりとし、押し上げ速度Ｖｕを次第に大きくしつつ、電極基板１の押し上げと引き戻しを繰り返すことにより、計測電極部３３には、引き伸ばしと押し戻しとが繰り返される。これにより、幅狭部４２付近が徐々に引き伸ばされて細くなっていくとともに、押し戻しによって引き伸ばされた部分の金属原子の状態が安定する。そして、その後に、引き伸ばされて細くなった幅狭部４２が破断される。図１４は、押し上げ工程と引き戻し工程とを繰り返した後に計測電極部３３が破断して形成されたナノ電極４８，４９の破断時の様子を示した概略図である。図１４に示すように、この場合、破断面を小さく、かつ、安定した微細な先端部を有するナノ電極４８，４９を得ることができる。

特に、計測電極部３３を引き伸ばした後、初期位置まで押し戻すことにより、引き伸ばされた部分の金属原子の状態がより安定する。また、初期位置に戻した後に、ステップＳ１０５の待機時間を設けることにより、引き伸ばされた部分の金属原子の状態がさらに安定する。これにより、安定した微細な先端部を有するナノ電極４８，４９を得ることができる。

なお、押し上げ速度Ｖｕおよび戻し速度Ｖｄは、例えば、１回目の押し上げ速度ＶｕはＡ１＝１０μｍ／ｓｅｃ、２回目の押し上げ速度ＶｕはＡ２＝４０μｍ／ｓｅｃ、３回目の押し上げ速度ＶｕはＡ３＝１００μｍ／ｓｅｃ、４回目の押し上げ速度ＶｕはＡ４＝２００μｍ／ｓｅｃ、戻し速度ＶｄはＢ＝４００μｍ／ｓｅｃとすればよい。このように、２回目以降の押し上げ速度Ｖｕを、直前の押し上げ速度Ｖｕの２倍〜４倍とすることが好ましい。これにより、急激に押し上げ速度Ｖｕを大きくすることで計測電極部３３の破断面が大きくなったりナノ電極４８，４９の先端部の状態が不安定となることを抑制しつつ、計測電極部３３の破断処理にかかる時間をなるべく短くできる。

さて、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の押し上げ工程、引き戻し工程および待機工程をＮ回行った後、ステップＳ１０６において、制御部９０は、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達したと判断する。すると、制御部９０は、カウント数ｎをｎ＝１にリセットする。また、同時に、押し上げ速度Ｖｕを再びＶｕ＝Ａ１に設定する（ステップＳ１０８）。

続いて、制御部９０は、押し上げ具９３を、設定された押し上げ速度Ｖｕ＝Ａ１で、所定の第２高さＨ２まで押し上げる（ステップＳ１０９）。これにより、押し曲げ装置９は、計測電極部３３の両端の基端部４１が所定の第２距離離間した第２位置まで計測電極部３３を引っ張る。第２高さＨ２は、第１高さＨ１よりも高い。したがって、第２距離は、第１距離よりも大きい。押し上げ高さを高くすることにより、ステップＳ１０３と比べて計測電極部３３が伸びて、より破断しやすい状態となる。なお、本実施形態では、第２高さＨ２は、図１２に示すように１．０ｍｍである。

その後、制御部９０は、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５と同様に、引き戻し工程（ステップＳ１１０）および待機工程（ステップＳ１１１）を行う。その後、制御部９０は、カウント数ｎが予め設定された繰り返し回数Ｎに達したか否かを判断する（ステップＳ１１２）。図１２の例では、繰り返し回数Ｎ＝４回である。

ステップＳ１１２において、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達していないと判断すると、ステップＳ１０７と同様、制御部９０は、カウント数ｎをインクリメントした後、押し上げ速度ＶｕをＶｕ＝Ａｎに設定する（ステップＳ１１３）。すなわち、１回目のステップＳ１１３では、カウント数ｎはｎ＝１からｎ＝２へと更新されるとともに、押し上げ速度Ｖｕは、Ｖｕ＝Ａ１からＶｕ＝Ａ２へと更新される。なお、Ａ２は、Ａ１よりも大きい押し上げ速度である。

そして、制御部９０は、ステップＳ１０９に戻り、押し上げ具９３を、設定された押し上げ速度Ｖｕ＝Ａ２で、所定の第２高さＨ２まで押し上げる。続いて、再び引き戻し工程（ステップＳ１１０）および待機工程（ステップＳ１１１）を行う。

このようにステップＳ１０９〜Ｓ１１１の押し上げ工程、引き戻し工程および待機工程をＮ回行った後、ステップＳ１１２において、制御部９０は、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達したと判断する。すると、制御部９０は、カウント数ｎをインクリメントせず、カウント数ｎをｎ＝Ｎのままとする。同時に、押し上げ速度ＶｕをＶｕ＝ＡＮの設定のままとする（ステップＳ１１４）。そして、その後は、押し上げ速度ＶｕをＶｕ＝ＡＮとしたまま、ステップＳ１０９〜Ｓ１１１の押し上げ工程、引き戻し工程および待機工程を繰り返す。

本実施形態では、第１高さにおける押し上げ工程をＮ回、第２高さにおける押し上げ工程をＮ回、それぞれ押し上げ速度を大きくしながら行った。そして、その後、第２高さにおける押し上げ工程を同じ押し上げ速度で繰り返した。しかしながら、本発明はこれに限られない。

本実施形態では、２段階の押し上げ高さにおいて押し上げ工程を行ったが、押し上げ高さを変更しなくてもよいし、３段階以上に押し上げ高さを変更してもよい。また、押し上げ速度を大きくしながら行う押し上げ工程の回数は、押し上げ高さ毎に異なってもよい。

続いて、図１０および図１１に示す監視処理および終了処理の流れについて説明する。監視処理は、押し曲げ処理の開始と同時に開始される。図１０に示すように、監視処理では、まず、制御部９０は、電流計９５の検出した電流値が所定の閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。そして、電流値が閾値以下でない場合、ステップＳ２０１を繰り返す。

図１２に示すように、押し曲げ処理を行っている間、計測電極部３３が繋がっている間は、電流計９５が検出する電流値は略一定である。押し上げ具９３の押し上げを繰り返すことによって、計測電極部３３が破断してナノ電極４８，４９が形成されると、当該電流値は急に小さくなる。なお、図１２の例では、時刻Ｔ１において、電流値が閾値以下となっている。

そして、ステップＳ２０１において電流値が閾値以下となったと判断すると、制御部９０は、図９に示す押し曲げ処理を中断するとともに、監視処理を終了する。そして、引き続き、以下の終了処理を行う。具体的には、ステップＳ２０２において、押し上げ具９３による押し上げを中断し（ステップＳ２０２）、初期位置まで引き戻す（ステップＳ２０３）。

その後、ステップＳ１０４およびステップＳ１１１と同様、待機を行う（ステップＳ２０４）。初期位置へと配置されると、形成されたナノ電極４８，４９は、互いの先端部が接触する。これにより、再び電流計９５の検出する電流値が、計測電極部３３の破断前の電流値と近似した値となる。

制御部９０は、この時点でのカウント数ｎがＮであるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。カウント数ｎでない場合、制御部９０は、カウント数ｎをインクリメントする（ステップＳ２０６）。一方、カウント数ｎがＮであると判断すると、カウント数ｎ＝Ｎのまま、ステップＳ２０７へと進む。そして、制御部９０は、カウント数ｎとは異なる第２カウント数ｍをｍ＝１に設定するとともに、押し上げ速度ＶｕをＶｕ＝Ａｎに設定する（ステップＳ２０７）。ここで、第２カウント数ｍは、破断後の押し上げ回数を示すパラメータである。すなわち、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０７において、押し上げ速度Ｖｕが最大の押し上げ速度Ａ４に達していない場合、押し上げ速度Ｖｕを一段階大きくする。

続いて、図１１に示すように、制御部９０は、押し上げ速度Ｖｕで、押し上げ具９３の押し上げを開始する（ステップＳ２０８）。同時に、制御部９０は、電流計９５の検出した電流値が所定の閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９における閾値は、ステップＳ２０１における閾値と同じである。そして、電流値が閾値以下でない場合、ステップＳ２０９を繰り返す。

押し上げ具９３による電極基板１の押し上げによって、計測電極部３３の基端部４１間の距離が拡がり、形成されたナノ電極４８，４９間に間隙が生じる。これにより、再び電流値が閾値以下となる。すると、ステップＳ２０９において電流値が閾値以下となったと判断し、制御部９０は、押し上げ具９３による押し上げを中断し（ステップＳ２１０）、初期位置まで引き戻し（ステップＳ２１１）、その後待機を行う（ステップＳ２１２）。

そして、制御部９０は、第２カウント数ｍが予め設定された第２繰り返し回数Ｍに達したか否かを判断する（ステップＳ２１３）。図１２の例では、第２繰り返し回数Ｍは、Ｍ＝２である。

ステップＳ２１３において第２カウント数ｍが第２繰り返し回数Ｍに達していない場合、ステップＳ２１４へと進み、制御部９０は、カウント数ｎがＮに達したか否かを判断する（ステップＳ２１４）。カウント数ｎがＮに達していないと判断すると、制御部９０は、カウント数ｎをインクリメントし（ステップＳ２１５）、ステップＳ２１６へと進む。一方、カウント数ｎがＮに達していると判断すると、制御部９０は、そのままステップＳ２１６へと進む。

ステップＳ２１６では、制御部９０は、第２カウント数ｍをインクリメントするとともに、押し上げ速度ＶｕをＶｕ＝Ａｎに設定する。すなわち、ステップＳ２１４〜ステップＳ２１６において、押し上げ速度Ｖｕが最大の押し上げ速度Ａ４に達していない場合、押し上げ速度Ｖｕを一段階大きくする。そして、再びステップＳ２０８へと戻る。

ステップＳ２１３において第２カウント数ｍが第２繰り返し回数Ｍに達していると判断すると、制御部９０は、終了処理を終了する。

このように、この押し曲げ装置９では、計測電極部３３の基端部４１同士を離間する工程と、初期位置に戻す工程とを繰り返すことにより、計測電極部３３を破断してナノ電極４８，４９を形成する。ここで、図１３および図１４は計測電極部３３の破断時の様子を示した概略図である。図１３および図１４中、押し曲げ処理前の初期位置における計測電極部３３が破線で示されている。

計測電極部３３の基端部４１同士を突然大きな距離で離間させたり、突然大きな速度で離間させたりした場合、幅狭部４２付近が細く引き伸ばされずに計測電極部３３が破断する。すると、図１３に示すように、破断部であるナノ電極４８，４９の先端部が太く、かつ、凹凸のある破断面となる。さらに、急激に破断した場合、ナノ電極４８，４９の先端部の金属原子の再構成がうまく行われず、先端部が基端部４１側へと引き込まれてナノ電極４８，４９の先端部が丸くなる虞がある。

図９に示す押し曲げ処理のように、計測電極部３３の基端部４１同士を離間する工程と、初期位置に戻す工程とを繰り返しつつ、離間速度を次第に大きくする。このようにすると、幅狭部４２付近が次第に細く引き伸ばされるとともに、引き戻しによって幅狭部４２付近の金属原子の再構成が行われる。特に、初期位置まで引き戻しを行うことにより、破断時に、ナノ電極４８，４９の先端部が基端部４１側へと引き込まれるのが抑制される。これにより、図１４に示すように、破断部であるナノ電極４８，４９の先端部が細く、かつ、安定的に破断できる。したがって、先端が細く、かつ安定的なナノ電極４８，４９を得ることができる。

本実施形態では、さらに、初期位置へ引き戻した後、初期位置において待機時間を設けている。これにより、引き伸ばされた後に、幅狭部４２付近の金属原子の再構成がより時間をかけて行われる。これにより、先端部がより安定的なナノ電極４８，４９を得ることができる。

また、本実施形態では、第１押し上げ高さで複数回押し上げ工程および引き戻し工程を繰り返した後、第１押し上げ高さよりも大きい第２押し上げ高さで押し上げ工程および引き戻し工程を繰り返す。このように、段階的に押し上げ高さを大きくすることにより、計測電極部３３が急激に破断するのを抑制できる。したがって、先端が細く、かつ安定的なナノ電極４８，４９を得ることができる。

また、本実施形態では、計測電極部３３の破断後にも、計測電極部３３の基端部４１同士を離間する工程と、初期位置に戻す工程とを行っている。これにより、破断直後のナノ電極４８，４９の先端部の金属原子がより安定する。したがって、破断後のナノ電極４８，４９の先端部が基端部４１側へと引き込まれて丸くなることを、より抑制できる。

＜２．第２実施形態＞
以下では、第２実施形態に係る電極基板１の切断処理のうち、押し曲げ処理について、図１５および図１６を参照しつつ説明する。図１５は、第２実施形態に係る電極基板１の押し曲げ処理の流れを示したフローチャートである。図１６は、計測電極部３３の破断処理における電極基板１の押し上げ高さの時系列変化の一例を示した図である。なお、本実施形態の押し曲げ処理において、使用する電極基板１および押し曲げ装置９は第１実施形態と同様である。また、監視処理および終了処理についても、第１実施形態と同様である。

第２実施形態に係る押し曲げ処理では、まず、電極基板１を押し曲げ装置９にセットする（ステップＳ３０１）。そして、制御部９０は、初期動作として、カウント数ｎをｎ＝１に設定するとともに、第１押し上げ速度Ｖｕ１をＶｕ１＝Ａ１に設定する（ステップＳ３０２）。ここで、第１押し上げ速度Ｖｕ１とは、押し上げ具９３を初期位置から所定の第１高さＨ１まで押し上げる速度である。

次に、制御部９０は、第１実施形態のステップＳ１０３〜Ｓ１０５押し上げ具９３を、第１高さＨ１まで押し上げる押し上げ工程（ステップＳ３０３）と、押し上げ具９３を初期位置まで引き戻す引き戻し工程（ステップＳ３０４）と、押し上げ具９３を初期位置において所定時間待機させる待機工程（ステップＳ３０５）とを行う。なお、ステップＳ３０３は、設定された第１押し上げ速度Ｖｕ１＝Ａ１で行われ、ステップＳ３０４は戻し速度Ｖｄ＝Ｂで行われる。

ステップＳ３０３〜Ｓ３０５の一連の押し上げ工程、引き戻し工程および待機工程が行われると、制御部９０は、カウント数ｎが所定の繰り返し回数Ｎに達したか否かを判断する（ステップＳ３０６）。図１６の例では、繰り返し回数Ｎ＝４回である。

ステップＳ３０６において、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達していないと判断すると、制御部９０は、カウント数ｎをインクリメントした後、第１押し上げ速度Ｖｕ１をＶｕ１＝Ａｎに設定する（ステップＳ３０７）。すなわち、制御部９０は、第１押し上げ速度Ｖｕ１を、以前に行った押し上げ工程（ステップＳ３０３）における第１押し上げ速度Ｖｕ１よりも大きい押し上げ速度に設定する。そして、制御部９０は、ステップＳ３０３へと戻る。

ステップＳ３０６において、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達したと判断すると、制御部９０は、カウント数ｎをｎ＝１にリセットする。また、同時に、第１押し上げ速度Ｖｕ１をＶｕ１＝ＡＮのままとし、第２押し上げ速度Ｖｕ２をＶｕ２＝Ａ１に設定する（ステップＳ３０８）。ここで、第２押し上げ速度Ｖｕ２とは、押し上げ具９３を第１高さＨ１から所定の第２高さまで押し上げる速度である。

続いて、制御部９０は、押し上げ具９３を、設定された第１押し上げ速度Ｖｕ１＝ＡＮで初期位置から第１高さＨ１まで押し上げ、引き続き、設定された第２押し上げ速度Ｖｕ２＝Ａ１で第１高さＨ１から第２高さＨ２まで押し上げる（ステップＳ３０９）。このように、最大の押し上げ速度ＡＮで押し上げを行ったことのある第１高さＨ１までは、最大の押し上げ速度ＡＮで押し上げを行う。これにより、計測電極部３３に無理な負荷がかかって急激に破断するのを抑制しつつ、ステップＳ３０９の押し上げ工程にかかる時間を短縮できる。

その後、制御部９０は、引き戻し工程（ステップＳ３１０）および待機工程（ステップＳ３１１）を行う。その後、制御部９０は、カウント数ｎが所定の繰り返し回数Ｎに達したか否かを判断する（ステップＳ３１２）。図１６の例では、繰り返し回数Ｎ＝４回である。

ステップＳ３１２において、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達していないと判断すると、制御部９０は、カウント数ｎをインクリメントした後、第２押し上げ速度Ｖｕ２をＶｕ２＝Ａｎに設定する（ステップＳ３１３）。すなわち、第２押し上げ速度Ｖｕ２を以前の第２押し上げ速度Ｖｕ２よりも大きい速度に設定する そして、制御部９０は、ステップ３０９に戻る。

一方、ステップＳ３１２において、カウント数ｎがｎ＝Ｎに達したと判断すると、制御部９０は、カウント数ｎをインクリメントせず、カウント数ｎをｎ＝Ｎのままとする。同時に、第１押し上げ速度Ｖｕ１および第２押し上げ速度Ｖｕ２をＶｕ１＝Ｖｕ２＝ＡＮの設定のままとする（ステップＳ３１４）。そして、その後は、第１押し上げ速度Ｖｕ１および第２押し上げ速度Ｖｕ２をＶｕ１＝Ｖｕ２＝ＡＮ、ステップＳ３０９〜Ｓ３１１の押し上げ工程、引き戻し工程および待機工程を繰り返す。

本実施形態のように、押し上げ高さごとに段階的に押し上げ速度を設定してもよい。このようにすれば、計測電極部３３が先細構造以外で急激に破断するのを抑制しつつ、破断処理にかかる時間を短縮できる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記の実施形態では、電極基板の有する金属層が外部から電力が入力される接続用電極間を一対のみ有したが、本発明はこれに限られない。１つの電極基板が、外部から電力が入力される電極を複数対有していてもよい。例えば、第１流路と第２流路との間に電気泳動用の電圧を印加してもよい。

上記の実施形態では、同じ押し上げ高さにおける繰り返し回数がそれぞれ４回ずつであったが、本発明はこれに限られない。繰り返し回数は、２回、３回、あるいは５回以上であってもよい。また、押し上げ高さごとに、繰り返し回数が異なってもよい。

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１ 電極基板
９ 押し曲げ装置
１０ 制御部
２０ 基板層
２３ 計測流路
３０ 金属層
３１ 接続用電極部
３２ 配線部
３３ 計測電極部
４１ 基端部
４２ 幅狭部
４８，４９ ナノ電極
５３ 計測流路
９０ 制御部
９３ 押し上げ具
Ｈ１ 第１高さ
Ｈ２ 第２高さ
Ｖｄ 戻し速度
Ｖｕ 押し上げ速度

Claims (4)

1. 生体高分子の識別に用いられる基板であって、
   絶縁性の基板層と、
   前記基板層の上に配置され、第１方向に延びる金属線と、
   を有し、
   前記基板層は、
   前記金属線の下方において、上面から凹み、かつ、前記第１方向と直交する第２方向に延びる溝
   を有する、基板。
2. 請求項１に記載の基板であって、
   前記金属線は、前記溝と上下に重なる位置に、幅狭部を有する、基板。
3. 請求項１に記載の基板であって、
   前記金属線は、前記溝と上下に重なる位置に、破断部を有する、基板。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板であって、
   前記溝は、上方に向かうにつれて幅が大きくなる、基板。

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