JP6877466B2 - ナノポアを用いた電流計測装置及び電流計測方法 - Google Patents
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Description
と表すことができる。このような現象が生じる表面では上記のRTNが発生する。そのため図2に示すように,イオン吸着防止構造8を,ナノポア2を形成している薄膜の壁面及びその近傍に設けることにより,Xの吸着が生じずRTNを抑制できる。上記の仮説の検証は,後述の実験結果で説明する。
といった反応が生じ,特に溶液1中のプロトン(H+)とカチオン(M+)が脱離吸着を繰返すことでRTNを発生させる。
[式1]
S(f)=Clf・I2/fα
f:周波数
S(f):パワースペクトル密度
Clf:低周波ノイズ係数
I:電流値
α:係数
このときClfを比較することでノイズ量を評価でき,Clfが大きいほどノイズが大きいことを意味する。よって図15に示したベース電流波形から図16のようなパワースペクトル密度を取得し,パワースペクトル密度からClf=S(1Hz)/I2を算出することで,ノイズ量を定量的に評価できる。
3 薄膜
8 イオン吸着防止構造
11 第一の槽
12 第二の槽
13 第一の電極
14 第二の電極
15 電源装置
21 第一の溶液
22 第二の溶液
23 第三の溶液
41 隔壁
51 生体ポリマ
101 流体制御部
105 第三の槽
106 第四の槽
Claims (26)
- 第一の槽と,
第二の槽と,
前記第一の槽と前記第二の槽を連通するナノポアを有し,前記第一の槽と前記第二の槽の間に配置されたSiを含む薄膜と,
前記第一の槽に設けられた第一の電極と,
前記第二の槽に設けられた第二の電極と,を備え,
前記ナノポアの壁面は,前記第一の槽及び/又は前記第二の槽に充填される溶液に含まれる第一のイオンの吸着を阻害する第二のイオンが吸着したイオン吸着防止構造を有し,
前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加することで前記ナノポアを通過するイオン電流を計測する,電流計測装置。 - 前記イオン吸着防止構造は前記溶液に含まれる第一のイオンのうち陽イオンが脱離吸着することを防止する,請求項1に記載の電流計測装置。
- 前記ナノポアは直径が0.1nm以上100nm以下,長さが0.1nm以上100nm以下である,請求項1に記載の電流計測装置。
- 前記第一の槽又は前記第二の槽に被検体である生体ポリマを導入し,当該生体ポリマが前記ナノポアを通過するときのイオン電流の変化を計測する,請求項1に記載の電流計測装置。
- Siを含む薄膜に設けられたナノポアの壁面に,当該薄膜によって分離された第一の槽と第二の槽のうち少なくとも一方の槽に導入された二族元素のイオンを含む溶液又は酸性の溶液である第一の溶液を接液して,前記第一の槽及び/又は前記第二の槽に充填される溶液に含まれる第一のイオンの吸着を阻害する第二のイオンが吸着したイオン吸着防止構造を形成する工程と,
前記第一の槽に設けられた第一の電極と前記第二の槽に設けられた第二の電極の間に電圧を印加して前記ナノポアを通過するイオン電流を計測する工程と,
を有する電流計測方法。 - 前記ナノポアは前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加して前記薄膜を絶縁破壊することによって開孔したナノポアである,請求項5に記載の電流計測方法。
- 前記ナノポアを開孔する際,前記第一の槽と前記第二の槽のうち少なくとも一方の槽に前記第一の溶液が満たされている,請求項6に記載の電流計測方法。
- 前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加して前記薄膜を絶縁破壊することによって前記ナノポアを開孔するときの電圧の方向と,前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加して前記ナノポアを通過する電流を計測するときの電圧の方向とが一致している,請求項7に記載の電流計測方法。
- 前記二族元素がCa,Sr,Baのいずれかである,請求項5に記載の電流計測方法。
- 前記二族元素のイオン濃度が10mM以上飽和濃度以下である,請求項5に記載の電流計測方法。
- 前記イオン電流を計測する工程の前に,前記第一の溶液が導入された槽に一族元素のイオンを含む第二の溶液を導入する工程を有する,請求項5に記載の電流計測方法。
- 前記第二の溶液を導入する前に,前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加する工程を有する,請求項11に記載の電流計測方法。
- 前記第二の溶液を導入する前に前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加するときの電圧の方向と,前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加して前記ナノポアを通過する電流を計測するときの電圧の方向とが一致している,請求項12に記載の電流計測方法。
- 前記第二の溶液に含まれる一族元素がCsであって,そのイオン濃度が10mM以上飽和濃度以下である,請求項11に記載の電流計測方法。
- 前記第一の溶液は前記第一の槽と前記第二の槽のうち一方の槽に導入され,他方の槽には一族元素のイオンを含む第三の溶液が導入される,請求項5に記載の電流計測方法。
- 前記第三の溶液に含まれる一族元素がCsであって,そのイオン濃度が10mM以上飽和濃度以下である,請求項15に記載の電流計測方法。
- 前記ナノポアは前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加して前記薄膜を絶縁破壊することによって開孔したナノポアであり,
前記ナノポアを開孔する際,前記第一の槽と前記第二の槽のうち少なくとも一方の槽に前記第一の溶液として酸性の溶液が満たされており,
前記イオン電流を計測する工程の前に,前記第一の溶液を含む液槽に前記第一の溶液よりも[H+]濃度が小さく,かつ一族元素のイオンを含む第二の溶液を導入する工程を有する,請求項5に記載の電流計測方法。 - 前記第一の溶液に含まれる[H+]濃度が10-5.5M以上飽和濃度以下である,請求項17に記載の電流計測方法。
- 前記第二の溶液に含まれる[H+]濃度が10-14M以上10-5.5M以下である,請求項17に記載の電流計測方法。
- 前記第一の槽及び前記第二の槽には二族元素のイオンを含む溶液又は酸性の溶液である第一の溶液が満たされており,
一族元素のイオンを含む第二の溶液が入った第三の槽と,
前記第三の槽と前記第一の槽又は前記第二の槽とを接続する注入用流路と,
前記第二の溶液を前記第三の槽から前記注入用流路を介して前記第一の槽又は前記第二の槽に注入するための流体制御部と,
を有する請求項1に記載の電流計測装置。 - 一族元素のイオンを含む第二の溶液を入れる第三の槽と,
二族元素のイオンを含む溶液又は酸性の溶液である第一の溶液を入れる第四の槽と,
前記第三の槽及び前記第四の槽と前記第一の槽又は前記第二の槽とを接続する注入用流路と,
前記第一の溶液を前記第四の槽から前記注入用流路を通して前記第一の槽又は前記第二の槽に注入するための第一の流体制御部と,
前記第二の溶液を前記第三の槽から前記注入用流路を通して前記第一の槽又は前記第二の槽に注入するための第二の流体制御部と,
を有する請求項1に記載の電流計測装置。 - 前記薄膜は前記ナノポアを複数有し,
前記第二の槽は複数の前記ナノポアのそれぞれに対応する複数の個別槽に分割され,
前記複数の個別槽には前記第二の電極がそれぞれ設けられ,
前記複数の個別槽には一族元素のイオンを含む第三の溶液が満たされており,
二族元素のイオンを含む溶液又は酸性の溶液である第一の溶液を入れる第四の槽と,
前記第四の槽と前記第一の槽とを接続する注入用流路と,
前記第一の溶液を前記第四の槽から前記注入用流路を通して前記第一の槽に注入するための流体制御部と,
を有する請求項1に記載の電流計測装置。 - 前記ナノポアは前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加して前記薄膜を絶縁破壊することによって開孔したナノポアである,請求項1に記載の電流計測装置。
- 前記第二のイオンがCa,Sr,Baのいずれかである,請求項1に記載の電流計測装置。
- 前記ナノポアは前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加して前記薄膜を絶縁破壊することによって開孔したナノポアであり,
前記ナノポアを開孔する際,前記第一の槽と前記第二の槽のうち少なくとも一方の槽に酸性の第一の溶液が満たされており,
前記イオン電流を計測する前に,前記第一の溶液を含む液槽に前記第一の溶液よりも[H + ]濃度が小さく,かつ前記第一のイオンとして一族元素のイオンを含む第二の溶液が導入され,
前記第一の溶液に含まれる[H + ]濃度が10 -5.5 M以上飽和濃度以下である,請求項1に記載の電流計測装置。 - 前記ナノポアは前記第一の電極と前記第二の電極の間に電圧を印加して前記薄膜を絶縁破壊することによって開孔したナノポアであり,
前記ナノポアを開孔する際,前記第一の槽と前記第二の槽のうち少なくとも一方の槽に酸性の第一の溶液が満たされており,
前記イオン電流を計測する前に,前記第一の溶液を含む液槽に前記第一の溶液よりも[H + ]濃度が小さく,かつ前記第一のイオンとして一族元素のイオンを含む第二の溶液が導入され,
前記第二の溶液に含まれる[H + ]濃度が10 -14 M以上10 -5.5 M以下である,請求項1に記載の電流計測装置。
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