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WO2018142480A1 - 生体分子分析用デバイス及び生体分子固定部材 - Google Patents

生体分子分析用デバイス及び生体分子固定部材 Download PDF

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WO2018142480A1
WO2018142480A1 PCT/JP2017/003456 JP2017003456W WO2018142480A1 WO 2018142480 A1 WO2018142480 A1 WO 2018142480A1 JP 2017003456 W JP2017003456 W JP 2017003456W WO 2018142480 A1 WO2018142480 A1 WO 2018142480A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
biomolecule
nanopore
fixing member
individual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/003456
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
玲奈 赤堀
武田　健一
善光 柳川
佑介 後藤
一真 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Technologies Corp, Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Technologies Corp
Priority to PCT/JP2017/003456 priority Critical patent/WO2018142480A1/ja
Publication of WO2018142480A1 publication Critical patent/WO2018142480A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids

Definitions

  • the present invention relates to a biomolecule analysis device and a biomolecule fixing member.
  • next-generation DNA sequencers a technique for electrically directly measuring the base sequence of a biomolecule (biological polymer) such as a DNA chain without performing an extension reaction or a fluorescent label has attracted attention.
  • a biomolecule biological polymer
  • This method is a method in which a DNA sequence is directly measured and a base sequence is determined without using a reagent.
  • individual base species contained in a DNA strand passing through nanometer-order pores (hereinafter referred to as “nanopores”) formed in a thin film are directly measured by the amount of blocking current, and the base species are sequentially identified.
  • the template DNA is not amplified by the enzyme, and a label such as a phosphor is not used. For this reason, it is expected as a method capable of high-throughput, low running cost, and long base DNA decoding.
  • One of the problems of the nanopore method is the control of DNA transport through the nanopore.
  • the DNA nanopore passage time is set to 100 ⁇ s or more per base from the current noise at the time of measurement and the time constant of DNA molecule fluctuation. There are thought to be.
  • DNA nanopore passage time is usually as short as 1 ⁇ s or less per base, and it is difficult to sufficiently measure the blocking current derived from each base.
  • DNA ends are fixed to a parallel flat plate Si probe (fixed substrate) larger than the thin film of the nanopore substrate, and the micro displacement in the z direction of the fixed substrate is controlled by an external drive mechanism.
  • an external drive mechanism There is one that introduces DNA into the nanopore without positioning the nanopore and arbitrarily controls the passing speed of the DNA passing through the nanopore. Since DNA is negatively charged in an aqueous solution, it receives a force due to a potential difference generated in the vicinity of the nanopore and is introduced into the nanopore. At the same time, by monitoring the ion current passing through the nanopore, it is possible to obtain a blocking current signal when DNA passes through the nanopore.
  • dsDNA double-stranded DNA
  • ssDNA single-stranded DNA
  • ssDNA single-stranded DNA
  • a certain degree of tilt may occur on the opposing surfaces of the nanopore substrate and the fixed substrate.
  • a DNA introduction possible region (about 300 nm) generated in the vicinity of the nanopore. If the size of the nanopore substrate increases due to the array of nanopores, the distance between the nanopore at the end of the nanopore substrate and the fixed substrate becomes 300 nm or more due to the inclination with the fixed substrate, and there is a region where DNA cannot be introduced. End up. This results in a decrease in measurement throughput. Even if biomolecules can be introduced into the nanopore while the bias is generated, the measurement environment is biased due to the nonuniformity of the substrate approach distance, which causes an error in the measurement signal.
  • the biomolecule analysis device of the present invention is, for example, a nanopore substrate having a thin film on which a plurality of nanopores are formed, a common tank provided on the top of the nanopore substrate, and a lower portion of the nanopore substrate, A plurality of individual tanks communicated with the common tank through the nanopore, a common electrode disposed in the common tank, an electrode substrate on which a plurality of individual electrodes respectively disposed in the plurality of individual tanks are formed, and a living body
  • a biomolecule fixing member that fixes molecules and is driven toward the nanopore substrate in the common tank, and a tilt correction mechanism that is disposed below the biomolecule fixing member or the electrode substrate. It is deformed by the applied pressure generated when the biomolecule fixing member is pressed against the nanopore substrate, and the deformed shape is maintained.
  • the biomolecule fixing member is driven toward the nanopore substrate, and the tilt correction mechanism is deformed by the applied pressure generated by pressing the biomolecule fixing member against the nanopore substrate. I do.
  • the biomolecule fixing member of the present invention is disposed between a biomolecule fixing substrate having a biomolecule fixing surface, a drive mechanism connecting member for connecting to the driving mechanism, and the biomolecule fixing substrate and the driving mechanism connecting member.
  • the tilt correction mechanism is deformed by the pressure applied between the biomolecule fixing substrate and the drive mechanism connecting member, and maintains the deformed shape.
  • the biomolecule analysis device includes, as one aspect, a nanopore substrate having a thin film on which a plurality of nanopores are formed, one common tank provided on the top of the nanopore substrate, and a lower portion of the nanopore substrate.
  • Sensors are provided in at least three locations on the peripheral edge of the nanopore substrate, and the sensors are provided in a region where the biomolecule fixing member approaches and a thin film having no nanopores is exposed.
  • the phase change amount of the difference between the current that flows when an AC voltage is applied between and the current that flows when an AC voltage is applied between the individual electrode and the common electrode of the second individual tank is monitored.
  • the biomolecule analysis device includes, as one aspect, a nanopore substrate having a thin film on which a plurality of nanopores are formed, one common tank provided on the top of the nanopore substrate, and a lower portion of the nanopore substrate.
  • a plurality of individual tanks each communicating with the common tank through nanopores, a common electrode disposed in the common tank, and a plurality of individual electrodes respectively disposed in the plurality of individual tanks
  • the tilt correction mechanism disposed below the electrode substrate, and the biomolecule fixing member that is driven toward the nanopore substrate by fixing the biomolecules, the peripheral edge of the nanopore substrate And the tilt correction mechanism is deformed by the applied pressure generated when the biomolecule fixing member is pressed against the nanopore substrate, and the shape after the deformation is obtained. It is intended to maintain.
  • the biomolecule analysis device includes, as one aspect, a nanopore substrate having a thin film on which a plurality of nanopores are formed, one common tank provided on the top of the nanopore substrate, and a lower portion of the nanopore substrate.
  • a nanopore substrate having a thin film on which a plurality of nanopores are formed, one common tank provided on the top of the nanopore substrate, and a lower portion of the nanopore substrate.
  • a device for analyzing biomolecules which is used for analyzing biomolecules fixed to a biomolecule fixing member that has a correction mechanism and is driven toward a nanopore substrate in a common tank, for detecting the approach of the biomolecule fixing member
  • Sensors are provided at at least three locations on the periphery of the nanopore substrate, and the sensors are arranged on the periphery of the nanopore substrate and the nanopore provided in the region where the biomolecule fixing member approaches.
  • the through hole of large dimensions Ri is to monitor the changes in the ionic current flowing through the through hole.
  • the inclination of the biomolecule fixing member generated when the biomolecule fixing member approaches the nanopore substrate is eliminated, so that the biomolecule fixed to the biomolecule fixing member becomes the nanopore of the nanopore substrate.
  • the probability of being introduced is made uniform in the plane.
  • the cross-sectional schematic diagram which shows an example of the biomolecule analyzer which provided the inclination correction mechanism in the fixing member.
  • the schematic sectional drawing which showed a part of process of providing a gold stud bump in a fixing member.
  • the top view and sectional drawing which show the example of a shape of the bump immediately after bonding gold
  • the top view and sectional drawing which show the example of a shape of the bump after pressing a Si substrate.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a device configuration of a conventional array-type biomolecule analyzer.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional array-type biomolecule analyzer.
  • an inclination correction mechanism is formed in a biomolecule fixing member (hereinafter also simply referred to as a fixing member) provided with a biomolecule fixing substrate (hereinafter also simply referred to as a fixing substrate). It was found that the relative inclination between the nanopore substrate and the fixed substrate can be eliminated by contacting and pressing the fixing member with the nanopore substrate of the biomolecule analysis device for analyzing the characteristics of the biomolecule.
  • the tilt correction mechanism provided on the fixed member satisfies the following conditions (a) to (d).
  • (A) Correctable immediately before measurement (b) Constructed by a plastically deformable material having malleable ductility (c) Adhesive force is 1 gf or more (d) Rigidity, force of 0.1 N or less In such a case, deformation does not occur.
  • Adhesive force is 1 gf or more
  • Rigidity, force of 0.1 N or less In such a case, deformation does not occur.
  • in contact with the nanopore substrate in order to detect that the relative tilt between the nanopore substrate and the fixed substrate has been eliminated, at the positions corresponding to the four corners of the fixed substrate on the nanopore substrate, It is preferable to provide an approach detection mechanism.
  • a device for biomolecule analysis used when analyzing a biomolecule composed of nucleic acids separates the first and second liquid tanks filled with the electrolyte solution from the first and second liquid tanks, respectively.
  • the device for biomolecule analysis can be configured as an array device.
  • An array device refers to a device having a plurality of sets of liquid chambers partitioned by a nanopore substrate.
  • the first liquid tank is a common tank
  • the second liquid tank is a plurality of individual tanks.
  • an electrode is arranged in each of the common tank and the individual tank.
  • the biomolecule analyzer has a measuring unit that measures an ionic current (blocking signal) flowing between electrodes provided in the biomolecule analyzing device, and is based on the value of the measured ionic current (blocking signal). This is a device for acquiring sequence information of biomolecules.
  • Biomolecules are fixed to a fixed substrate of a fixing member, and are transported and approached by a driving mechanism directly above the nanopore substrate through an opening provided in the upper part of the common tank of the biomolecule analysis device.
  • a driving mechanism directly above the nanopore substrate through an opening provided in the upper part of the common tank of the biomolecule analysis device.
  • the parallelism between the fixed substrate and the nanopore substrate is maintained, and the measurement yield when using a plurality of individual tanks at once in the array device is improved.
  • the above-mentioned fixing member when the fixed substrate is brought into contact with the nanopore substrate of the biomolecule analysis device, the two who have non-uniform contact points when the correction mechanism is not used are It was confirmed that proper contact was achieved.
  • the fixed substrate constitutes a fixed member together with the drive mechanism connecting member and the tilt correcting mechanism.
  • a fixing member with a tilt correction mechanism By using a fixing member with a tilt correction mechanism, the relative tilt between the nanopore substrate in the biomolecule analysis device and the fixed substrate in the fixing member is eliminated, and the nanopore substrate in the biomolecule analysis device is uniformly distributed to all nanopores. Biomolecules can be introduced to improve the measurement yield. Below, it demonstrates concretely with reference to drawings.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional array-type biomolecule analyzer.
  • the biomolecule analysis device 100 includes an electrode substrate 113 on which a plurality of individual electrodes 115B are arranged, a nanopore substrate 111 on which a plurality of nanopores 110 are formed, and an outer wall 114 for forming a common tank 104 on top of the nanopore substrate 111.
  • an electrode substrate 113 on which a plurality of individual electrodes 115B are arranged
  • a nanopore substrate 111 on which a plurality of nanopores 110 are formed
  • an outer wall 114 for forming a common tank 104 on top of the nanopore substrate 111.
  • a plurality of individual tanks 105 are provided between the nanopore substrate 111 and the electrode substrate 113.
  • One common electrode 115 ⁇ / b> A is disposed in the common tank 104, and one individual electrode 115 ⁇ / b> B is disposed in each of the plurality of individual tanks 105.
  • the common tank and the individual tanks are filled with the electrolyte solution.
  • a voltage is applied from the power source 120 between the common electrode 115A and the individual electrode 115B, and an ionic current flows through the nanopore 110.
  • no biomolecule is introduced into the nanopore 110, so that an electric current corresponding to the size (pore diameter) of the nanopore is measured by the ammeter 121.
  • the measurement value of the ammeter 121 is output to the computer 130.
  • the end-modified DNA strand 116 is fixed to the fixing member 117, and the fixing member 117 is brought close to the nanopore substrate 111 by a driving mechanism. Then, the DNA strand 116 fixed to the fixing member 117 detects a potential gradient formed in the vicinity of the nanopore and is introduced into the nanopore 110.
  • the fixing member 117 when the fixing member 117 is brought close to the nanopore substrate 111, there is a case where an inclination exists between the fixing member and the nanopore substrate, so that the opposing surfaces may not be parallel as shown in FIG.
  • the parallel projection to the fixing surface of the driving mechanism is insufficient.
  • the surface of the nanopore substrate 111 is inclined when the biomolecule analysis device 100 is installed because the electrode substrate 113 itself of the biomolecule analysis device 100 has an inclination.
  • the distance at which DNA is introduced by the potential gradient generated around the nanopore of the nanopore substrate is about 300 nm from the center of the nanopore.
  • the fixing member is separated from the nanopore substrate by a maximum of 2.4 ⁇ m when tilted by 0.1 degree. Accordingly, there is a possibility that DNA on the fixing member is not introduced into some nanopores of the nanopore substrate.
  • the probability of introducing DNA into a plurality of nanopores provided on the nanopore substrate needs to be 90% or more.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a biomolecule analyzer in which an inclination correction mechanism is provided on a fixed member.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of an arrangement place of the plastically deformable material, and is a schematic top view and a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of the fixing member and the nanopore substrate.
  • a plastic deformation material is provided inside the biomolecule fixing member 117. That is, the fixing member 117 of this embodiment has a biomolecule fixing substrate 117A that has a biomolecule fixing surface and can fix a biomolecule, and a driving mechanism connecting member 117B for connecting to the driving mechanism. It has a plastic deformation material as the inclination correction mechanism 117C.
  • the fixing member 117 having such a structure the plastic deformation material is deformed by using a force pressing the fixing member 117 against the nanopore substrate 111. Thereby, the inclination between the fixed substrate 117A and the nanopore substrate 111 can be eliminated, and the surface of the fixed substrate 117A can be made parallel to the surface of the nanopore substrate 111.
  • the pressing force against the plastically deformable material a force generated by contact with the nanopore substrate 111 when the fixing member 117 is lowered using the driving mechanism is used.
  • the nanopore substrate 111 has a structure in which a thin film 111A in which the nanopore 110 is opened is sandwiched between a lower thin film fixing member 111C and an upper thin film fixing member 111B.
  • an upper thin film fixing member 111B is formed on the thin film 111A, and an opening is formed at the position of the nanopore by lithographic processing to minimize the area where the thin film is exposed.
  • a dotted line frame 310 in FIG. 2 represents the outline of the opening processed in the upper thin film fixing member 111B.
  • a dotted line frame 311 is a position where an etch stop position obtained by taper etching the lower thin film fixing member 111C made of a silicon substrate intersects the thin film 111A.
  • the thin film 111A is not damaged by the amount of pressing on the upper thin film fixing member 111B outside the dotted line frame 311. That is, the formation position of the plastically deformable material is a position where the force at the time of contact is well transmitted, that is, an area where the thin film is not exposed, and an area on the upper thin film fixing member 111B.
  • the material used for the inclination correction mechanism 117C needs to be a material suitable for fine conveyance control, a certain degree of rigidity is required. Therefore, in this embodiment, as the inclination correction mechanism 117C, the plastic deformation that can be deformed by the applied pressure generated when the fixed substrate 117A is brought into close contact with the nanopore substrate 111 by the driving mechanism and can maintain the shape after the deformation. Material was used.
  • a material that maintains a deformed shape by pressurization and that can maintain stable displacement in active measurement is a gold stud bump.
  • the principle was verified by adopting an array of stud bumps made of gold as the tilt correction mechanism 117C.
  • the effect of eliminating the tilt can be obtained by deforming the stud bump made of gold by the pressure generated when the fixing member and the nanopore substrate are brought into close contact with each other by the drive mechanism.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a part of the process of providing the gold stud bump in the fixing member. The experiment was conducted with the dimensions of the fixed substrate being 6 mm ⁇ 12 mm.
  • FIG. 4 is a top view and a cross-sectional view showing an example of the shape of the stud bump 414A immediately after gold is bonded.
  • FIG. 5 is a top view and a cross-sectional view showing an example of the shape of the stud bump 414B after the Si substrate is pressed. 4 and 5 show a state in which a bump having a height of 72 ⁇ m is deformed to a height of 30 ⁇ m by pressing and a flat surface of 30 ⁇ m can be formed.
  • a 20 mm square fixed substrate is used according to the array device dimensions, and the required contact pressure is 670 gf.
  • the required pressing strength increases as the number of bumps increases.
  • the required number of bumps to be formed when using a fixed substrate for an array device is not less than 600 gf, which is the holdable strength, and not more than the pushable strength. Since this condition varies depending on the bump size and gold density, if the above deformation and holding are possible, it should be designed according to the necessary conditions.
  • FIG. 6 and 7 are diagrams showing the results.
  • FIG. 6 is a diagram showing a contact area when a fixing member without an inclination correction mechanism is used
  • FIG. 7 is a diagram showing a contact area when a fixing member with a bump is used as the inclination correction mechanism.
  • the broken line indicates the pressing position of the fixed substrate on which the bumps are installed.
  • the pressing strength is about 1N, which is the combined weight of the piezo holder and the piezo.
  • the size of the fixed substrate for array devices may be 15 to 20 mm, and the tilt of the fixed substrate and the nanopore substrate may occur at a maximum of about 0.1 °. In this case, the tilt cancellation distance is 35 ⁇ m. It becomes.
  • the dimensions that can be set by the bumps are 70 to 90 ⁇ m, and the height achieved when crushing with 10 N is about 5 ⁇ m. Therefore, the height that can be eliminated at this time is 65 to 85 ⁇ m. In this case, it is necessary to eliminate the inclination of 35 ⁇ m at the maximum, but it can be seen that it is in a sufficiently resolvable range.
  • the pressure generated during crushing should be kept to the extent that the nanopore substrate is not damaged. Since the plastic deformation material used in this embodiment as the tilt correction mechanism is provided on the fixed substrate, the rigidity of the tilt canceling material can affect the transport controllability of biomolecules. Therefore, a high rigidity is required as a non-pressurized state. On the other hand, it is necessary to be able to be plastically deformed within the above range, so it is preferable to use a metal having malleability and ductility. Gold, silver, platinum, copper, lead, tin, nickel, or alloys thereof are suitable as specific materials for realizing such plastic deformation.
  • a means for confirming that the inclination between the fixed substrate and the nanopore substrate has been eliminated will be described. Since excessive pressurization causes damage to the nanopore substrate, a sensor that detects the approach of the fixing member to the nanopore substrate is used as a means of monitoring that the tilt has been eliminated in order to keep the pressurization to a level that does not cause damage. It is preferable to provide it.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the relative distance between the nanopore substrate and the fixed substrate and the ionic current flowing through the large-diameter pore.
  • (B) in the figure shows the relationship at a position where the fixing member is not completely in contact with the nanopore substrate. Thereafter, when the fixing member is brought close to the nanopore substrate, the space between the nanopore substrate and the fixing member is narrowed, so that the space formed by the nanopore substrate and the fixing member becomes a resistance, resulting in a decrease in output current.
  • the acquired current value approaches a constant value.
  • FIG. 9 and 10 are schematic diagrams showing the cause of the generation of the ionic current value shown in FIG.
  • FIG. 9 shows the cause of generation of the ionic current value measured at time (b) before the fixing member 117 approaches the nanopore substrate 111.
  • Nanopore substrate - the distance d between the fixing substrate is d b.
  • the current value I b where the through-hole and a resistor 301 between the individual electrode 115B for proximity detection and the common electrode 115A is measured.
  • the resistor 301 resulting from the through hole, the fixing member 117 is close to the nanopore substrate 111 As a result, the resistance component 302 generated by the narrow conductive path between the fixing member 117 and the nanopore substrate 111 is overlapped, so that the measured ion current Ia is reduced.
  • through holes large-diameter pores
  • the approach of the fixing member 117 to the nanopore substrate 111 is detected from the change in the ionic current value flowing therethrough.
  • a specific configuration example for realizing proximity detection by forming a large-diameter pore on the nanopore substrate as described above is shown below.
  • a SiO / SiN film was further formed with a film thickness of 250 nm / 100 nm on the Si substrate.
  • a SiN film of 100 nm was formed on the back surface, and an opening of 1 mm ⁇ was formed.
  • TMAH TMAH
  • a free-standing film of SiO / SiN is formed with 65 ⁇ m square. Thereafter, by removing the free-standing film, a through hole of 65 ⁇ m ⁇ can be formed in the Si substrate.
  • the liquid baths above and below the Si substrate were filled with KCl solution, and an AgCl electrode was provided in each liquid bath to monitor the current value. The measured current value was 4 ⁇ A when 0.1 V was applied.
  • the mechanism for measuring the ionic current flowing through the large-diameter pore for the purpose of approach detection is basically the same as the ammeter for measuring the characteristics of biomolecules, so it can be prepared in parallel.
  • the current value measured with the large-diameter pore is about three orders of magnitude larger than the current value measured with the nanopore, it is preferable to reduce the amplification factor of the ammeter by three orders of magnitude.
  • the device for biomolecule analysis has a nanopore substrate.
  • FIG. 11 and 12 are schematic cross-sectional views showing a configuration example of the biomolecule analyzer.
  • the figure shows a configuration example of a biomolecule analyzer having a disposable biomolecule analysis device 100, power supplies 120 and 123, ammeters 121 and 124, and a computer 130.
  • the biomolecule analyzer of the present embodiment has an inclination correction mechanism and an approach detection mechanism.
  • FIG. 11 shows a state before the inclination correction
  • FIG. 12 shows a state where the inclination correction is completed.
  • the biomolecule analysis device 100 includes upper and lower liquid tanks separated by a nanopore substrate 111.
  • the nanopore substrate 111 includes a thin film 111A on which the nanopore 110 is formed, and an upper thin film fixing member 111B and a lower thin film fixing member 111C formed so as to sandwich the thin film.
  • the nanopore 110 may be formed at any position of the thin film 111A.
  • the upper liquid tank is a common tank 104, and the lower liquid tank is further divided into a plurality of liquid tanks.
  • the lower thin film fixing member 111 ⁇ / b> C has four spaces separated by three partition walls, and these spaces are respectively used as the individual tanks 105.
  • the common tank 104 is used as a common liquid tank for the four individual tanks 105 located on the lower side. Each individual tank 105 communicates with the common tank 104 via the nanopore 110.
  • the upper thin film fixing member 111B and the thin film 111A constitute a part of the structure of the common tank 104. Further, the thin film 111 ⁇ / b> A and the lower thin film fixing member 111 ⁇ / b> C constitute a part of the structure of the individual tank 105. Both the common tank 104 and the individual tank 105 are filled with the electrolyte solution.
  • the volume of the electrolyte solution is on the order of microliters or milliliters.
  • KCl, NaCl, LiCl, CsCl, or MgCl 2 is used for the electrolyte solution.
  • the dimension of the thin film 111A exposed at the opening provided in the upper thin film fixing member 111B and the lower thin film fixing member 111C is an area where two or more nanopores are difficult to be formed when nanopores are opened by voltage application, and The area needs to be acceptable in terms of strength.
  • the area is, for example, about 100 to 500 nm ⁇ .
  • the film thickness is suitably about 7 nm or less that can form the nanopore 110 having an effective film thickness equivalent to one base.
  • Each individual tank 105 is provided with a single nanopore 110 and an individual electrode 115B, which are insulated from each other by a partition wall.
  • a common electrode 115 ⁇ / b> A is disposed in the common tank 104. For this reason, the electric current which flows through each nanopore 110 can be measured independently.
  • the common electrode 115A and the individual electrodes 115B are, for example, Ag, AgCl, and platinum, and are in contact with the electrolyte solution.
  • a connection terminal electrically connected to the common electrode 115 ⁇ / b> A and the individual electrode 115 ⁇ / b> B is provided on the outer peripheral surface of the biomolecule analysis device, and is connected to the power source 120 and the ammeter 121.
  • the ammeter 121 includes an amplifier that amplifies a current flowing between the electrodes by applying a voltage and an ADC (Analog-to-Digital Converter). A detection value that is an output of the ADC is output to the computer 130. The computer 130 collects and records the detected current value. As shown in FIG. 11, the power source 120, the ammeter 121, and the computer 130 are not separate members from the biomolecule analysis device 100, but the power source 120, the ammeter 121, and the computer 130 are the biomolecule analysis device. 100 may be integrated.
  • An opening 501 is formed in a part of the outer wall 114 in the common tank 104 constituting the biomolecule analysis device 100, and the drive mechanism 201 is attached to the opening 501.
  • a fixing member 117 is attached to the lower surface of the drive mechanism 201 by a drive mechanism connecting member 117B.
  • the fixing member 117 has a drive mechanism connecting member 117B, a fixed substrate 117A, and an array of gold stud bumps as an inclination correction mechanism 117C provided therebetween.
  • a DNA chain 116 is fixed to the surface of the fixing substrate 117A facing the nanopore substrate 111 of the fixing member 117.
  • the size of the fixed substrate 117A on which the DNA strand 116 is fixed is larger than the size of the portion of the thin film 111A that is in contact with the electrolyte solution.
  • the fixing member 117 is driven in the vertical direction in the figure by the drive mechanism 201 toward the nanopore substrate 111 in the common tank 104. That is, the surface of the fixed substrate 117A to which the DNA strand 116 is fixed is driven in a direction toward or away from the nanopore substrate 111.
  • the DNA strand 116 is introduced into the nanopore 110 when the surface of the fixed substrate 117A approaches the nanopore substrate 111.
  • the operation of the drive mechanism 201 is controlled by the control unit 202.
  • Contact between the fixed substrate 117A and the thin film 111A is prevented by the upper thin film fixing member 111B. This is because if the fixed substrate 117A comes into contact with the thin film 111A on which the nanopores 110 are formed, the thin film 111A may be destroyed. That is, the upper thin film fixing member 111B also functions as means for stopping the lowering of the fixed substrate 117A. After the upper thin film fixing member 111B is formed on the upper part of the thin film 111A, an opening is formed by patterning and etching a part thereof.
  • the nanopore 110 is formed by dielectric breakdown at the opening of the upper thin film fixing member 111B, that is, at the place where the thin film is formed in the nanopore substrate 111.
  • the combined film thickness of the upper thin film fixing member 111B and the lower thin film fixing member 111C is 200 to 200 considering the securing of the strength of the thin film 111A and the fixed height fluctuation of the biomolecule fixed on the surface of the fixed substrate 117A.
  • About 500 nm is appropriate.
  • the thin film 111A has a diameter of 500 nm
  • the upper thin film fixing member 111B has a film thickness of 250 nm
  • the lower thin film fixing member 111C has a film thickness of 100 nm.
  • the fixing member 117 can be fixed to the drive mechanism 201 by vacuum suction or pressure bonding.
  • the drive mechanism 201 is made of a piezoelectric material typified by a piezo element, and can be driven at 0.1 nm / s or more.
  • As the piezoelectric material barium titanate (BaTiO 3 ), lead zirconate titanate (PZT), zinc oxide (ZnO), or the like is used.
  • the end of the DNA strand 116 and the surface of the fixed substrate 117A are bonded to each other by a covalent bond, an ionic bond, an electrostatic interaction, a magnetic force, or the like.
  • a DNA strand is immobilized by a covalent bond
  • a DNA strand whose end is modified via APTES or glutaraldehyde is used.
  • Si and SiO serving as a scaffold for APTES are formed on the surface of the fixed substrate 117A in order to use the above bond.
  • the fixing member 117 When the surface of the nanopore substrate 111 and the surface of the fixed substrate 117A are not parallel to each other but tilted, if the fixing member 117 is lowered toward the nanopore substrate 111 by the drive mechanism 201, the fixed substrate 117A is first shown as shown in FIG. Is in contact with the upper thin film fixing member 111B of the nanopore substrate 111. When the fixing member 117 is further lowered in this state and the fixing member 117 is pressed against the nanopore substrate 111, the tilt correction mechanism 117C provided inside the fixing member 117 is deformed by the pressure generated or the pressure.
  • the amount of deformation of the tilt correction mechanism 117C varies depending on the location, and by deforming the tilt correction mechanism 117C, the surface of the nanopore substrate 111 and the surface of the fixed substrate 117A are finally made parallel to each other as shown in FIG. Once the tilt correction mechanism 117C is deformed by receiving pressure, it maintains its deformed shape.
  • through holes 502 having the same opening diameter as the opening of the upper thin film fixing member 111B are formed in at least three, preferably four corners, of the region where the fixing substrate 117A approaches at the periphery. .
  • the ion current flowing through the through-hole 502 having a size larger than that of the nanopore is monitored by the ammeter 124 to detect the approach between the fixed substrate 117A and the nanopore substrate 111. That is, the individual electrode 115 ⁇ / b> B arranged in the individual tank 105 having the through hole 502 is used as a sensor for detecting the approach of the fixed substrate 117 ⁇ / b> A to the nanopore substrate 111.
  • the voltage applied between the common electrode 115A and the individual electrode 115B from the power source 123 is adjusted according to the detection system.
  • the principle of approach detection is as described with reference to FIGS. For example, when the current values detected by the proximity sensors provided at the above four corners decrease and become equal values, it is determined that the surface of the fixed substrate 117A is parallel to the surface of the nanopore substrate 111, The driving of the fixing member 117 by the driving mechanism 201 is stopped.
  • the DNA strand 116 is introduced into the plurality of nanopores at a desired speed, and the blocking current is measured by the plurality of individual electrodes 115B, respectively. Perform analysis in parallel.
  • the inclination correction mechanism 117C is deformed as shown in FIG. 12, it has an adhesive force of 1 gf or more, has rigidity, and is not deformed by a force of 0.1 N or less.
  • the fixed substrate 117A can move integrally with the drive mechanism 201, and high-precision analysis is possible.
  • the fixing member 117 and the driving mechanism 201 are attached to the biomolecule analysis device 100. However, these members may not be attached at the distribution stage.
  • the thin film 111A on which the nanopore 110 is formed may be a lipid bilayer (biopore) composed of an amphipathic molecular layer in which a protein having a pore at the center is embedded, or from a material that can be formed by a semiconductor microfabrication technique. It may be a thin film (solid pore). Examples of materials that can be formed by semiconductor microfabrication technology include silicon nitride (SiN), silicon oxide (SiO 2 ), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO 2 ), molybdenum disulfide (MoS 2 ), and graphene. is there.
  • the thickness of the thin film is 1 to 200 nm, preferably 1 to 100 nm, more preferably 1 to 50 nm, for example, about 5 nm.
  • the size of the nanopore can be appropriately selected according to the type of biological polymer to be analyzed, and is, for example, 0.9 nm to 100 nm, preferably 0.9 nm to 50 nm, specifically about 0.9 nm or more. , 10 nm or less.
  • the diameter of the nanopore used for analysis of ssDNA having a diameter of about 1.4 nm is preferably about 1.4 nm to 10 nm, more preferably about 1.4 nm to 2.5 nm, specifically about 1.6 nm. is there.
  • the diameter of the nanopore used for analyzing dsDNA having a diameter of about 2.6 nm is preferably about 3 nm to 10 nm, more preferably about 3 nm to 5 nm.
  • the depth of the nanopore can be adjusted by adjusting the thickness of the thin film 111A.
  • the depth of the nanopore is preferably less than the size of a single base in order to decompose the characteristics of biomolecules.
  • a thickness up to about 5 times the monomer unit constituting the living body polymer is allowed.
  • the depth of the nanopore is preferably 3 or more bases, for example, about 1 nm or more.
  • the interval at which the plurality of nanopores are arranged can be 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably 0.5 ⁇ m to 4 ⁇ m, depending on the electrode used and the ability of the electrical measurement system.
  • the method of forming the nanopore 110 in the thin film 111A is not particularly limited, and for example, electron beam irradiation by a transmission electron microscope or the like, or dielectric breakdown by voltage application can be used. For example, the method described in “Itaru Yanagi et al., Sci. Rep. 4, 5000 (2014)” can be used. In addition to applying a pulse voltage, nanopores can also be formed by electron beam irradiation with TEM (A. J. Storm et al., Nat. Mat. 2 (2003)).
  • the common tank and the individual tank that can store the measurement solution in contact with the thin film 111A can be appropriately provided with materials, shapes, and sizes that do not affect the measurement of the blocking current.
  • the measurement solution is injected so as to come into contact with the thin film 111A partitioning these liquid tanks.
  • the common electrode 115A and the individual electrode 115B are preferably made of a material capable of performing an electron transfer reaction (Faraday reaction) with an electrolyte in a measurement solution.
  • the silver halide or the alkali silver halide is used. It is made with. From the viewpoint of potential stability and reliability, it is preferable to use silver or silver-silver chloride.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a procedure from the tilt correction performed by the biomolecule analyzer to the measurement.
  • Step S11 First, a fixing member sandwiching plastic deformation materials as an inclination correction mechanism is prepared.
  • Step S12 A biomolecule is fixed to the fixing substrate of the fixing member.
  • Step S13 The fixing member is connected to the drive mechanism via a connection member in the fixing member.
  • Step S14 Thereafter, the driving mechanism is driven under the control of the control unit to bring the fixing member closer to the nanopore substrate. Alternatively, the tilt is eliminated by bringing the fixing member into contact with the nanopore substrate and pressing it.
  • Step S15 The proximity sensor is used to detect the proximity using the through-hole (large-diameter pore) of the nanopore substrate in the example of FIG. For example, when the conductance of the through holes provided at the four corners reaches the lower limit and no change is observed in the value of the ionic current flowing through the four through holes, the pressing of the fixing member is canceled, and the process proceeds to step S16. At this time, it is determined that the posture of the fixed substrate with respect to the nanopore substrate has changed from the state of FIG. 11 to the state of FIG. That is, it is determined that the biomolecule fixing surface of the fixing member is substantially parallel to the surface of the nanopore substrate.
  • Step S16 Biomolecules fixed on the fixed substrate are introduced into the nanopore by applying a voltage between the common electrode and the individual electrodes, and the biomolecules are analyzed by measuring the blocking current by moving the drive mechanism up and down. . Tilt detection and correction between the nanopore substrate and the fixed substrate are performed before biomolecule analysis as described above, but can also be performed during biomolecule analysis, and the fixed substrate is closest to the nanopore substrate. In this case, it is possible to correct the inclination again.
  • the fixing member and the biomolecule analysis device for analyzing the biological polymer according to the present embodiment include the above-described configuration as an element.
  • the fixing member and the biomolecule analysis vice may be provided together with instructions describing the use procedure, the use amount, and the like.
  • the fixing member may be provided in a state where it can be used immediately, or may be provided in a state where only the biomolecule to be measured is not bound. Such forms and preparation can be understood by those skilled in the art.
  • the device for biomolecule analysis may be provided in a state in which nanopores are formed in a state where it can be used immediately, or may be provided in a state in which it is formed at a provision destination.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a biomolecule analyzer in which an inclination correction mechanism is arranged below the biomolecule analysis device.
  • a hard flat plate member 401 such as a silicon substrate is installed below the electrode substrate 113 of the biomolecular analysis device, and a gold stud bump is used as the tilt correction mechanism 402 between the flat plate member 401 and the electrode substrate 113.
  • the relative inclination of the biomolecule fixing member 117 and the nanopore substrate 111 is adjusted using the flat plate member 401 as a reference.
  • the fixing member 117 in the common tank 104 is lowered toward the nanopore substrate 111 by the driving mechanism, the lower right corner of the fixing member 117 first contacts the nanopore substrate 111 and the right side of the nanopore substrate 111 is moved to the right side. Press down.
  • the pressure applied by the pressing acts on the tilt correction mechanism 402 via the electrode substrate 113, and the bumps are deformed to reduce the height.
  • the tilt correction mechanism 402 is greatly deformed, and the left bump is also deformed sequentially, and the electrode substrate 113 is tilted.
  • the tilt correction mechanism 402 is deformed until the surface of the nanopore substrate 111 is parallel to the surface of the fixing member 117, and the electrode substrate 113 and the biomolecule analysis device 100 as a whole are tilted.
  • the timing for ending the pressing of the fixing member 117 by the drive mechanism is determined from the monitoring result of monitoring the change in the ionic current flowing through the through hole 502.
  • the bump array When the bump array is arranged on the lower surface of the biomolecule analysis device 100, it is not necessary to examine the strength of the adhesive force of the inclination correction mechanism 402.
  • the dimensions of the electrode substrate 113 vary depending on the required circuit quantity, but are at least larger than the nanopore substrate 111.
  • the assumed size of the nanopore substrate 111 is 30 cm ⁇ 30 cm, and therefore the inclination likelihood to be adjusted can be about 100 ⁇ m. Therefore, the height of the bump constituting the tilt correction mechanism 402 is required to be about 100 ⁇ m.
  • Example 3 In addition to monitoring the ionic current flowing through the through-holes provided in the nanopore substrate, a method of applying an AC bias is also possible as a proximity sensor for detecting tilt cancellation between the nanopore substrate and the fixed substrate of the biomolecule analysis device. . In this embodiment, the amount of change in the AC response of the current generated when a voltage is applied to the thin film as the fixed substrate approaches is detected.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing another example of a biomolecule analyzer.
  • the biomolecule analyzer of the present embodiment includes a pair of individual tanks having no nanopores at the end of the nanopore substrate 111. That is, in addition to the individual tank 105 for measuring biomolecules having the nanopores 110, there is a set of individual tanks 105A and 105B in which nanopores are not formed on the exposed thin film.
  • the individual tank 105A is provided in a region where the peripheral edge of the nanopore substrate and the fixed substrate 117A do not approach, and the individual tank 105B is provided in a region where the peripheral edge of the nanopore substrate and the fixed substrate 117A approach.
  • AC power sources 141A and 141B and ammeters 142A and 142B are connected to the individual electrodes arranged in the individual tanks 105A and 105B, respectively.
  • the difference between the currents measured by the ammeters 142A and 142B is sent to the impedance characteristic monitor system 140, and the amount of phase change is monitored by the computer 130.
  • the AC voltage to be applied be applied within a range that does not apply excessive stress to the thin film. This is because there is a possibility that a hole is formed in the thin film and the diameter of the already formed nanopore is enlarged by the application of the AC voltage. As a result, the impedance fluctuates and the approach detection accuracy of the fixed board may be deteriorated. Since the standard of the withstand voltage of a general semiconductor insulating film is 1 V / 1 nm, it is desirable that the applied AC voltage be 0.1 V / 1 nm or less in order to prevent excessive stress on the thin film.
  • the AC frequency F to be applied can be determined according to the capacitance C 0 between the counter electrodes, the solution resistance R 1 that changes according to the approach of the fixed substrate, and the solution resistance R 0 that does not depend on the approach of the fixed substrate.
  • FIG. 16 is a diagram showing the result of simulating the phase change of the current with respect to the solution resistance R 1 using the frequency F of the AC voltage to be applied as a parameter.
  • the capacitance C 0 is 1 nF and the solution resistance R 0 is 5 k ⁇ .
  • the resistance of the solution is 1 k ⁇ , and the resistance derived from the narrow space formed by the fixed substrate 117A and the nanopore substrate 111 is about 10 k ⁇ , it is necessary to detect 1 k ⁇ to 10 k ⁇ to detect the completion of the approach.
  • a frequency of about 10 kHz to 20 kHz may be selected based on FIG. This is because when the applied voltage is 10 kHz to 20 kHz, the amount of phase change when the solution resistance R 1 changes from 1 k ⁇ to 10 k ⁇ is relatively large.
  • the AC response through the thin film of the individual tank 105A to which the fixed substrate 117A is not approaching is monitored as a reference, and the difference between them is monitored.
  • the set of individual tanks 105A and 105B in which the nanopores are not formed in the thin film is provided only in one place of the nanopore substrate 111.
  • the set of the individual tanks 105A and 105B is 3 of the nanopore substrate 111. It is provided at more than one place, preferably at the four corners.
  • V 100 mV pp and frequency of 40 kHz
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing another example of a biomolecule analyzer.
  • the biomolecule analyzer of the present embodiment is adjacent to three or more, preferably four corners, as proximity sensors in the peripheral area of the nanopore substrate 111 where the fixing member 117 approaches. Electrodes 118A and 118B were provided. A power source 125 and an ammeter 126 are connected to the adjacent electrodes 118A and 118B, and the ammeter 126 is connected to the computer 130 to analyze the detection signal.
  • adjacent electrodes are formed on the upper thin film fixing member 111B formed on the nanopore substrate 111 at the end of the region where the fixing substrate 117A approaches and at least three locations.
  • a voltage is applied from a separately provided power source 125 between adjacent electrodes including the pair of electrodes 118A and 118B, and an amount of current corresponding to a resistance value between the adjacent electrodes is monitored by an ammeter 126. Since the resistance value between the adjacent electrodes changes as the fixed substrate 117A approaches the adjacent electrode, it is possible to check whether the fixed substrate 117A is approaching or not approaching based on the amount of current detected by the ammeter 126. Become.
  • the distance between the fixed substrate 117A and the nanopore substrate 111 is 7 ⁇ m or more. Although there is almost no h dependency, it was found that there is a correlation between the distance h and the current decrease amount below that. Therefore, the height of the fixing member 117 can be adjusted by acquiring the correlation between the distance h and the current amount.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and it is not necessary to provide all the configurations described.
  • a part of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment.
  • the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment.
  • a part of the configuration of each embodiment can be added, deleted, or replaced with a part of the configuration of another embodiment.
  • Biomolecule analysis device 104 Common tank 105 Individual tank 110 Nanopore 111 Nanopore substrate 111A Thin film 111B Thin film fixing member 111C Lower thin film fixing member 113 Electrode substrate 116 DNA chain 117 Biomolecule fixing member 117A Biomolecule fixing substrate 117B Drive mechanism connecting member 117C Inclination correction mechanism 120 Power supply 121 Ammeter 130 Computer 201 Drive mechanism 502 Through hole

Landscapes

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Abstract

複数のナノポア１１０が形成された薄膜１１１Ａを備えるナノポア基板１１１と，ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽１０４と，ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれがナノポアを介して共通槽と連通している複数の個別槽１０５と，共通槽に配置された共通電極１１５Ａと，複数の個別槽にそれぞれ配置される複数の個別電極１１５Ｂが形成された電極基板１１３と，生体分子を固定して共通槽内をナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材１１７と，生体分子固定部材又は電極基板の下方に配置された傾き補正機構１１７Ｃと，を有する。傾き補正機構は，生体分子固定部材をナノポア基板に押し付ける際に発生する加圧力によって変形し，変形後の形状を維持するものである。

Description

生体分子分析用デバイス及び生体分子固定部材
　本発明は，生体分子分析用デバイス及び生体分子固定部材に関する。
　次世代ＤＮＡシーケンサの分野では，伸長反応や蛍光ラベルを行うことなく，ＤＮＡ鎖等の生体分子（生体ポリマ）の塩基配列を電気的に直接計測する手法が注目されている。具体的には，ナノポアＤＮＡシーケンシング方式の研究開発が活発に進められている。この方式は，試薬を用いることなくＤＮＡ鎖を直接計測し，塩基配列を決定する方式である。この方式は，薄膜に形成されたナノメートルオーダーの細孔（以下「ナノポア」という）を通過するＤＮＡ鎖に含まれる個々の塩基種を封鎖電流量で直接計測して塩基種を順次同定するものであり，酵素による鋳型ＤＮＡの増幅を行わない上に，蛍光体等の標識物を用いない。このため，高スループット，低ランニングコスト，長塩基のＤＮＡ解読が可能な方式として期待されている。
US 2009/0286245 A1
　ナノポア方式の課題の１つとして，ナノポアを通過するＤＮＡの搬送制御が挙げられる。ＤＮＡ鎖に含まれる個々の塩基種の違いを封鎖電流量で計測するには，計測時の電流ノイズ及びＤＮＡ分子の揺らぎの時定数から，ＤＮＡのナノポア通過時間を１塩基あたり１００μｓ以上にする必要があると考えられている。ナノポアを用いてＤＮＡをシーケンシングする際，ナノポアの上下に位置する電極を用いて電位勾配を形成し，負電荷を持つＤＮＡをナノポアへ通過させる。しかし，ＤＮＡのナノポア通過時間は通常１塩基当たり１μｓ以下と短く，各塩基由来の封鎖電流を十分に計測することが困難である。
　搬送制御法の一つとして，ナノポア基板の薄膜よりも大きな平行平板Ｓｉプローブ（固定基板）にＤＮＡ末端を固定し，固定基板のｚ方向の微小変位を外部駆動機構で制御することで，ＤＮＡとナノポアの位置合わせ無くＤＮＡをナノポアへ導入し，ナノポアを通過するＤＮＡの通過速度を任意に制御するものがある。ＤＮＡは水溶液中で負に帯電しているため，ナノポア近傍に発生した電位差により力を受けて，ナノポアに導入される。同時に，ナノポアを通るイオン電流をモニタすることで，ＤＮＡがナノポアを通過した際の封鎖電流信号を取得することが出来る。本システムを用いて，ｄｓＤＮＡ（２本鎖ＤＮＡ），ｓｓＤＮＡ（１本鎖ＤＮＡ）ともナノポアへの導入，引出が可能であり，ｓｓＤＮＡ一分子中に存在する塩基種を識別できる。
　本制御方式では，ナノポア基板と固定基板の相対する面にある程度の傾きが発生しうる。固定基板上のＤＮＡをナノポアへ導入するには，ナノポア近傍で発生するＤＮＡ導入可能領域（３００ｎｍ程度）内に入れる必要がある。ナノポアがアレイ化することによりナノポア基板の寸法が大きくなると，固定基板との間の傾きによってナノポア基板末端のナノポアでは固定基板との距離が３００ｎｍ以上になってしまい，ＤＮＡが導入できない領域が存在してしまう。これは測定スループットの低下をもたらす。また，偏りが生じたまま生体分子のナノポアへの導入が実現出来たとしても，基板接近距離の不均一に伴い計測環境の偏りが生じるため，計測信号へ生じるエラーの原因となる。
　本発明の生体分子分析用デバイスは，一例として，複数のナノポアが形成された薄膜を備えるナノポア基板と，ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽と，ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれがナノポアを介して共通槽と連通している複数の個別槽と，共通槽に配置された共通電極と，複数の個別槽にそれぞれ配置される複数の個別電極が形成された電極基板と，生体分子を固定して共通槽内をナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材と，生体分子固定部材又は電極基板の下方に配置された傾き補正機構と，を有し，傾き補正機構は，生体分子固定部材をナノポア基板に押し付ける際に発生する加圧力によって変形し，変形後の形状を維持するものである。
　上記生体分子分析用デバイスの使用に当たっては，生体分子固定部材をナノポア基板に向けて駆動し，生体分子固定部材をナノポア基板に押し付けることにより発生する加圧力により傾き補正機構を変形させることによって傾き補正を行う。
　本発明の生体分子固定部材は，一例として，生体分子固定面を有する生体分子固定基板と，駆動機構に接続するための駆動機構接続部材と，生体分子固定基板と駆動機構接続部材の間に配置された傾き補正機構とを有し，傾き補正機構は，生体分子固定基板と駆動機構接続部材の間に作用する加圧力によって変形し，変形後の形状を維持するものである。
　また，本発明による生体分子分析用デバイスは，一態様として，複数のナノポアが形成された薄膜を備えるナノポア基板と，ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽と，ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれがナノポアを介して前記共通槽と連通している複数の個別槽と，共通槽に配置された共通電極と，複数の個別槽にそれぞれ配置された複数の個別電極とを有し，傾き補正機構を備え共通槽内をナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材に固定された生体分子の分析に用いられる生体分子分析用デバイスであって，生体分子固定部材の接近を検知するためのセンサがナノポア基板の周縁部の少なくとも３か所に設けられ，当該センサは，生体分子固定部材が接近する領域に設けられナノポアを有しない薄膜が露出している第一の個別槽と，生体分子固定部材が接近しない領域に設けられナノポアを有しない薄膜が露出している第二の個別槽とを備え，第一の個別槽の個別電極と共通電極の間に交流電圧を印加したとき流れる電流と第二の個別槽の個別電極と共通電極の間に交流電圧を印加したとき流れる電流の差分の位相変化量をモニタするものである。
　また，本発明による生体分子分析用デバイスは，一態様として，複数のナノポアが形成された薄膜を備えるナノポア基板と，ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽と，ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれがナノポアを介して前記共通槽と連通している複数の個別槽と，共通槽に配置された共通電極と，複数の個別槽にそれぞれ配置される複数の個別電極が形成された電極基板と，電極基板の下方に配置された傾き補正機構と，生体分子を固定して共通槽内をナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材の接近を検知するために，ナノポア基板の周縁部の少なくとも３か所に設けられたセンサと，を有し，傾き補正機構は，生体分子固定部材をナノポア基板に押し付ける際に発生する加圧力によって変形し，変形後の形状を維持するものである。
　また，本発明による生体分子分析用デバイスは，一態様として，複数のナノポアが形成された薄膜を備えるナノポア基板と，ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽と，ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれがナノポアを介して共通槽と連通している複数の個別槽と，共通槽に配置された共通電極と，複数の個別槽にそれぞれ配置された複数の個別電極とを有し，傾き補正機構を備え共通槽内をナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材に固定された生体分子の分析に用いられる生体分子分析用デバイスであって，生体分子固定部材の接近を検知するためのセンサがナノポア基板の周縁部の少なくとも３か所に設けられ，当該センサは，ナノポア基板の周縁部かつ生体分子固定部材が接近する領域に設けられたナノポアより大きな寸法の貫通孔を含み，貫通孔を通って流れるイオン電流の変化をモニタするものである。
　本発明によれば，生体分子固定部材がナノポア基板に接近する際に発生する生体分子固定部材のナノポア基板に対する傾きを解消して，生体分子固定部材に固定された生体分子がナノポア基板のナノポアに導入される確率が面内で均一化される。
　前述した以外の課題，構成及び効果は，以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
固定部材に傾き補正機構を設けた生体分子分析装置の一例を示す断面模式図。 可塑変形材料の配置場所の一例を説明する図。 金のスタッドバンプを固定部材内に設ける工程の一部を示した概略断面図。 金をボンディングした直後のバンプの形状例を示す上面図及び断面図。 Ｓｉ基板を押し付けた後のバンプの形状例を示す上面図及び断面図。 傾き補正前の固定基板傾き量の感圧紙による計測例を示す図。 傾き補正後の固定基板傾き量の感圧紙による計測例を示す図。 ナノポア基板－固定基板間の相対距離と大口径ポアを通って流れるイオン電流の関係を示す図。 大口径ポアを流れるイオン電流値の発生原因を示した模式図。 大口径ポアを流れるイオン電流値の発生原因を示した模式図。 生体分子分析装置の構成例を示す断面模式図（傾き補正前）。 生体分子分析装置の構成例を示す断面模式図（傾き補正完了後）。 傾き補正を行って計測を行うまでの手順例を示すフローチャート。 傾き補正機構を生体分子分析用デバイスの下部に配置した生体分子分析装置の構成例を示す断面模式図。 生体分子分析装置の他の例を示す断面模式図。 ＡＣ検出シミュレーション結果を示す図。 生体分子分析装置の他の例を示す断面模式図。 従来のアレイ型生体分子分析装置の装置構成を示す略断面図。 従来のアレイ型生体分子分析装置の装置構成を示す略断面図。
　以下，図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお，添付の図面は，本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが，それらは本発明の理解のためのものであり，決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
　発明者による鋭意検討の結果，生体分子固定基板（以下，単に固定基板ということがある）を備える生体分子固定部材（以下，単に固定部材ということがある）中に傾き補正機構を形成しておき，固定部材を生体分子の特性解析を行う生体分子分析用デバイスのナノポア基板に接触，押し付けを行うことにより，ナノポア基板と固定基板の相対傾きを解消できることを見出した。
　固定部材に設けられる傾き補正機構は，以下の条件（ａ）～（ｄ）を満たすことが望ましい。
（ａ）測定直前に補正可能である
（ｂ）展性延性を有する可塑変形材料によって構成される
（ｃ）接着力は１ｇｆ以上である
（ｄ）剛性を有し，０．１Ｎ以下の力がかかる際には変形を起こさない
　また，ナノポア基板との接触の際，ナノポア基板と固定基板の相対傾きが解消されていることを検知するために，ナノポア基板上で固定基板の四隅に当たる位置に，接近検出機構を設けるのが好ましい。
　核酸から構成される生体分子を分析する際に使用する生体分子分析用デバイスは，それぞれに電解質溶液が満たされている第１及び第２の液槽と，第１及び第２の液槽を仕切るナノポア基板と，第１及び第２の液槽に設けられる第１及び第２の電極とを有する。生体分子分析用デバイスはアレイデバイスとして構成することができる。アレイデバイスは，ナノポア基板によって仕切られる液室の組を複数個備えるデバイスをいう。例えば第１の液槽を共通槽とし，第２の液槽を複数個の個別槽とする。この場合，共通槽と個別槽のそれぞれに電極を配置する。なお，生体分子分析装置は，生体分子分析用デバイスに設けられた電極の間に流れるイオン電流（封鎖信号）を測定する測定部を有し，測定されたイオン電流（封鎖信号）の値に基づいて生体分子の配列情報を取得する装置である。
　生体分子は，固定部材の固定基板に固定され，生体分子分析用デバイスの共通槽上部に設けられた開口を通じ，ナノポア基板の直上へ駆動機構により搬送接近される。この際，固定部材に傾き補正機構を形成しておくことで，固定基板とナノポア基板の平行度が保たれ，アレイデバイスで複数個の個別槽を一度に利用する際の計測歩留まりが向上する。その結果，生体分子の分析，並びに，その分析情報を利用する試験，診断，治療，創薬，基礎研究などの分野への適用における有用性を高めることができる。実際に，上記の固定部材を用いることで，固定基板を生体分子分析用デバイスのナノポア基板に接触させた際に，補正機構不使用時に不均一な接触点を有していた二者が，均一な接触を実現することを確認した。
　固定基板は，駆動機構接続部材及び傾き補正機構と共に固定部材を構成する。傾き補正機構を備える固定部材を使用することにより，生体分子分析用デバイス中のナノポア基板と固定部材中の固定基板の相対傾きが解消され，生体分子分析用デバイス中の全てのナノポアに対し均一に生体分子を導入して測定歩留まりを向上させることが可能となる。以下では，図面を参照して具体的に説明する。
　図１８は，従来のアレイ型生体分子分析装置の装置構成を示す略断面図である。生体分子分析用デバイス１００は，複数の個別電極１１５Ｂが配置された電極基板１１３，複数のナノポア１１０が形成されたナノポア基板１１１，ナノポア基板１１１の上部に共通槽１０４を形成するための外壁１１４を有する。ナノポア基板１１１に設けられた複数のナノポア１１０に対応して，ナノポア基板１１１と電極基板１１３の間には複数の個別槽１０５が設けられている。共通槽１０４には１個の共通電極１１５Ａが配置され，複数の個別槽１０５にはそれぞれ１個の個別電極１１５Ｂが配置されている。共通槽及び個別槽には電解質溶液が満たされている。
　測定時には，電源１２０から共通電極１１５Ａと個別電極１１５Ｂの間に電圧が印加され，ナノポア１１０を通してイオン電流が流れる。電圧の印加当初は，ナノポア１１０に生体分子が導入されていないため，ナノポアの寸法（ポア径）に応じた電流が電流計１２１で計測される。電流計１２１の計測値はコンピュータ１３０に出力される。ナノポア１１０にＤＮＡ鎖を導入するには，末端修飾したＤＮＡ鎖１１６を固定部材１１７に固定し，駆動機構により固定部材１１７をナノポア基板１１１に衝突するまで接近させる。すると，固定部材１１７に固定されたＤＮＡ鎖１１６がナノポア近傍に形成された電位勾配を検知し，ナノポア１１０に導入される。
　ここで，固定部材１１７をナノポア基板１１１に接近させる際に固定部材とナノポア基板の間に傾斜が存在することにより，図１８に示すように，両者の相対する面が平行にならない場合がある。傾きが発生する原因の一つとして，固定部材を駆動機構に取り付ける際に駆動機構の固定面への平行出しが不十分であることが考えられる。また，図１９に示すように，生体分子分析用デバイス１００の電極基板１１３自体に傾きが存在することで生体分子分析用デバイス１００の設置時にナノポア基板１１１の面が傾いてしまうことが考えられる。
　ここでナノポア基板のナノポア周辺に発生する電位勾配によりＤＮＡが導入される距離は，ナノポア中心より３００ｎｍ程度である。一方で，固定部材の一辺が１．４ｍｍである場合，０．１度傾くと固定部材はナノポア基板から最大で２．４μｍ離れてしまうことになる。これにより，ナノポア基板の一部のナノポアには固定部材上のＤＮＡが導入されない可能性が出てくる。
　アレイデバイスでは，同時に複数のＤＮＡを計測することで解析スループットの向上を期待しているため，この問題は計測歩留まりの低下をもたらす。なお，歩留まり向上のためには，ナノポア基板に設けられた複数のナノポアへのＤＮＡ導入確率が９０％以上である必要がある。
　固定部材とナノポア基板の間の傾きを解消する方策の一つとして，機械的な設計により解消することが可能な場合もある。一方で，固定部材などはユーザ側で設置する可能性もあり，また電極基板においても部品ごとに傾き量が変化する可能性がある。全ての傾き発生原因に対応するためには，計測時に用いる各装置の特性に合わせて補正ができることが必要である。
　図１は，固定部材に傾き補正機構を設けた生体分子分析装置の一実施例を示す断面模式図である。図２は，可塑変形材料の配置場所の一例を説明する図であり，固定部材とナノポア基板の部分を拡大して示した概略上面図及び略断面図である。
　本実施例では，生体分子固定部材１１７の内部に可塑変形材料を設けた。すなわち，本実施例の固定部材１１７は，生体分子固定面を有し生体分子を固定することができる生体分子固定基板１１７Ａ，駆動機構に接続するための駆動機構接続部材１１７Ｂを有し，その間に傾き補正機構１１７Ｃとしての可塑変形材料を有する。このような構造の固定部材１１７を用いることにより，固定部材１１７をナノポア基板１１１に押し付ける力を利用して可塑変形材料を変形させる。それによって固定基板１１７Ａとナノポア基板１１１の間の傾きを解消し，固定基板１１７Ａの表面をナノポア基板１１１の表面に平行に沿わせることができる。可塑変形材料に対する押し付け力は，駆動機構を用いて固定部材１１７を下降させる際にナノポア基板１１１との接触で発生する力を用いる。
　図２に示した固定部材とナノポア基板の概略上面図及び略断面図を用いて，可塑変形材料の形成位置の一例を説明する。
　ナノポア基板１１１は，ナノポア１１０が開孔された薄膜１１１Ａを下部薄膜固定部材１１１Ｃと上部薄膜固定部材１１１Ｂで挟んだ構造を有する。薄膜１１１Ａの破損を防ぐために，薄膜１１１Ａの上に上部薄膜固定部材１１１Ｂを形成し，それをリソグラフィ加工することによりナノポアの位置に開口部を形成し，薄膜が露出する面積を極力小さくしている。図２の点線枠３１０は，上部薄膜固定部材１１１Ｂに加工された開口部の輪郭を表す。また，点線枠３１１はシリコン基板からなる下部薄膜固定部材１１１Ｃをテーパーエッチングしたエッチストップ位置が薄膜１１１Ａと交差する位置である。この点線枠３１１よりも外側の上部薄膜固定部材１１１Ｂ上で押し付けが行われる分には，薄膜１１１Ａが破損することはない。すなわち，可塑変形材料の形成位置は，接触時の力が良く伝わる位置，すなわち薄膜が露出していない領域であり，上部薄膜固定部材１１１Ｂ上の領域である。
　傾き補正機構１１７Ｃに用いられる材料は，微細な搬送制御に適した材料である必要があるため，ある程度の剛性が必要となる。そこで，本実施例では，傾き補正機構１１７Ｃとして，駆動機構により固定基板１１７Ａをナノポア基板１１１に密着させる際に発生する加圧力によって変形し，かつその変形後の形状を維持することのできる可塑変形材料を用いた。加圧によって変形した形状を維持し，かつアクティブ計測において安定した変位保持が可能な材料の一例として，金によるスタッドバンプがある。
　以下では，傾き補正機構１１７Ｃとして金によるスタッドバンプのアレイを採用して原理検証を行った。まず，駆動機構により固定部材とナノポア基板を密着させる際に発生する加圧力によって金によるスタッドバンプが変形することで，傾き解消の効果が得られることを確認した。
　図３は，金のスタッドバンプを固定部材内に設ける工程の一部を示した概略断面図である。固定基板の寸法は６ｍｍ×１２ｍｍとして実験を行った。
　（ａ）先ず，生体分子を固定するための固定基板４１０の裏面及びシリコン基板４１２の表面に，スパッタリング装置を用い金４１１，４１３を膜厚１００ｎｍだけ成膜した。
　（ｂ）次に，シリコン基板４１２の表面に蒸着した金４１３の上に，金のスタッドバンプ４１４Ａを９箇所設けた。更に，スタッドバンプの頂点が平坦になるように，フラットな面を有する別のＳｉ基板４１５をバンプ上に配置し，加圧装置（ＩＭＡＤＡ）を用いて１Ｎで押し付けた。
　その際のバンプの一つの形状例を図４，図５に示す。図４は，金をボンディングした直後のスタッドバンプ４１４Ａの形状例を示す上面図及び断面図である。図５は，Ｓｉ基板を押し付けた後のスタッドバンプ４１４Ｂの形状例を示す上面図及び断面図である。図４，図５には，最初高さ７２μｍを有していたバンプが，押し付けにより高さ３０μｍへ変形し，かつ３０μｍの平坦面を形成可能となる様子が示されている。
　（ｃ）固定基板４１０の裏面の金４１１及び，スタッドバンプ４１４Ｂを設けたシリコン基板４１２の表面をプラズマアッシング４１７にさらした（２０Ｗ，２０Ｐａ，２０ｓｃｃｍ，６０ｓｅｃ，ＦＡ－１，ＳＡＭＣＯ Ｉｎｃ．）。
　（ｄ）その直後に，固定基板４１０上の蒸着面と，Ｓｉ基板面上のバンプ設置面とを合わせた状態で加圧装置によって５Ｎの加圧により接着した。
　本手法で接触させたバンプの接合強度を調べたところ，一箇所当たり２００～３００ｇｆであった。今回バンプを設けた固定基板が本形状を保つためには，接触圧力６０ｇｆが必要であり，９箇所のバンプで保持するには十分軽量である。
　実際の装置に搭載する際には，アレイデバイス寸法に合わせ，２０ｍｍ□の固定基板を使用することになり，必要接触圧力は６７０ｇｆとなる。また，バンプの形成個数は，数が増えるほど必要押しつけ強度が上がる。アレイデバイス用の固定基板を用いる場合のバンプ形成必要個数は，保持可能強度である６００ｇｆ以上，かつ押し付け可能強度以下となり，今回のバンプサイズの場合，４個以上あれば十分である。本条件は，バンプ寸法や金密度によっても異なるため，上記変形及び保持が可能であれば，必要条件に応じて設計するべきものである。
　次に，このようにして作製した固定部材を用いて実験を行った。ナノポア基板上に感圧紙（プレスケール，Ｆｕｊｉｆｉｌｍ）を配置し，傾き補正機構として前記バンプのアレイを搭載した固定部材（６ｍｍ×１２ｍｍ）を，ナノポア基板上に接近させた。感圧紙は，圧力に応じて，感光剤が転写され，接触強度及び接触領域を確認することが出来る。接近後，固定部材を引き上げ，感圧紙上の変色領域を確認した。
　図６，図７は結果を示す図である。図６は傾き補正機構を設置していない固定部材を使用した場合の接触面積を示す図，図７は傾き補正機構としてバンプを設置した固定部材を使用した場合の接触面積を示す図である。図中，破線部はバンプを設置した固定基板の押し付け位置を示す。押し付け強度は，ピエゾホルダ及びピエゾをあわせた重さとなり１Ｎ程度となる。
　図６から分かるように，傾き補正機構を設置していない固定部材を用いた場合には，基板のエッジにおいて，強く押し付けが起きる領域が存在した。またその対角にあたる部分は，逆に最も接触圧力が弱くなっていることが分かる。一方で，図７に示されているように，傾き補正機構として複数個のバンプを設けた固定部材を用いた場合には，局所的に力がかかる部分が存在せず，固定部材の平面内にてほぼ均一に接触する様子が確認された。
　アレイデバイス向け固定基板の寸法は，１５ｍｍ～２０ｍｍを採用する可能性があり，固定基板とナノポア基板の傾きは最大で０．１°程度発生する可能性があり，その場合の傾き解消距離は３５μｍとなる。バンプで設置可能な寸法は７０～９０μｍの高さであり，また１０Ｎで押しつぶした際に達成した高さは約５μｍであることから，このときに解消可能な高さは６５～８５μｍとなる。今の場合，最大で３５μｍの傾きを解消する必要があるが，十分解消可能範囲であることが分かる。
　押しつぶし時に発生する圧力は，ナノポア基板を破損しない程度に留める。傾き補正機構として本実施例で使用する可塑変形材料は固定基板上に設けられるため，傾き解消材料の剛性は，生体分子の搬送制御性に影響を与えうる。したがって，非加圧時の状態として，剛性の高いものが求められる。一方で前記の範囲で可塑変形が可能であることが必要であるため，展性，延性を有する金属を利用するのが良い。このような塑性変形を実現する具体的材料として，金，銀，プラチナ，銅，鉛，スズ，ニッケル，あるいはそれらの合金が適している。
　次に，固定基板とナノポア基板の間の傾きが解消したことを確認する手段について説明する。必要以上の加圧はナノポア基板の破損を招くため，破損しない程度の加圧に留めておくために，傾きが解消したことをモニタする手段としてナノポア基板への固定部材の接近を検知するセンサを設けるのが好ましい。
　接近検知には，例えば，ナノポア基板に貫通孔（大口径ポア）を形成し，上方から固定部材を接近させることによる，貫通孔近傍に形成される抵抗変化により検出を行う。図８は，ナノポア基板－固定基板間の相対距離と大口径ポアを通って流れるイオン電流の関係を示す図である。図中（ｂ）は，固定部材がナノポア基板に完全には接触していない位置における関係を示す。その後，固定部材をナノポア基板に接近させると，ナノポア基板と固定部材の間隔が狭くなるため，ナノポア基板と固定部材で形成される空間が抵抗となり，出力電流の低下を招く。さらに接近を進め，完全に接触が完了した時点（ａ）で，取得される電流値は一定に近づく。
　図９及び図１０は，図８に示したイオン電流値の発生原因を示した模式図である。図９は，固定部材１１７がナノポア基板１１１に接近する前の，時点（ｂ）で測定されるイオン電流値の発生原因を示している。ナノポア基板－固定基板間の距離ｄはｄbである。この時には主に，共通電極１１５Ａと接近検知用の個別電極１１５Ｂの間に貫通孔を抵抗３０１とした電流値Ｉbが計測される。貫通孔上に固定部材１１７が接近し，ナノポア基板－固定基板間の距離ｄがｄaになると，図１０に示すように，貫通孔から生じる抵抗３０１に，固定部材１１７がナノポア基板１１１に接近することで固定部材１１７とナノポア基板１１１の間が狭小導通路となることにより発生した抵抗成分３０２が重なることで，計測されるイオン電流Ｉaが減少する。本実施例では，ナノポア基板１１１の四隅に貫通孔（大口径ポア）を設け，そこを通って流れるイオン電流値の変化からナノポア基板１１１への固定部材１１７の接近を検知する。
　上記のようにナノポア基板に大口径ポアを形成して接近検知を実現するための具体的な構成例を次に示す。Ｓｉ基板上に，さらにＳｉＯ／ＳｉＮ膜を膜厚２５０ｎｍ／１００ｎｍで成膜した。裏面にＳｉＮ膜を１００ｎｍ成膜し，１ｍｍ□の開口を形成した。裏面ＳｉをＴＭＡＨでエッチングすると，ＳｉＯ／ＳｉＮのフリースタンディング膜が６５μｍ□で形成される。その後，フリースタンディング膜を取り除くことで，Ｓｉ基板に６５μｍ□の貫通孔が出来る。Ｓｉ基板の上下の液槽にはＫＣｌ溶液を満たし，各液槽にＡｇＣｌ電極を設け，電流値をモニタした。計測された電流値は，０．１Ｖ印加時に，４μＡであった。
　貫通孔を設けたＳｉ基板上に固定部材を接近させて電流値の変化をモニタしたところ，図８に示すような関係が得られた。接近前の電流値は４μＡであったのに対し，固定部材がＳｉ基板に接近すると，電流値が当初の１０％程度まで減少する様子が観察された。再び固定部材を引き上げると，電流値が増大することを確認した。
　ナノポア基板の４隅のうち少なくとも３箇所にナノポアより大径の大口径ポアを設けることにより，固定部材の接近の有無を確認することが可能となる。接近検知の目的で大口径ポアを流れるイオン電流を計測する機構は，生体分子の特性を計測する電流計と基本的に同じであるため並列に用意することが可能である。但し，大口径ポアで計測される電流値はナノポアで計測される電流値より３桁程度大きいため，電流計の増幅率は３桁減少させるのがよい。
　以下では，固定基板の傾き補正機構を有する固定部材を搭載した生体分子分析用デバイスと，当該デバイスを使用して生体分子を分析する生体分子分析装置について説明する。生体分子分析用デバイスはナノポア基板を有する。
　図１１及び図１２は，生体分子分析装置の構成例を示す断面模式図である。図は，使い捨てタイプの生体分子分析用デバイス１００，電源１２０，１２３，電流計１２１，１２４，及びコンピュータ１３０を有する生体分子分析装置の構成例を示している。本実施例の生体分子分析装置には傾き補正機構及び接近検知機構が導入されており，図１１は傾き補正前の状態を示し，図１２は傾き補正が完了した状態を示している。
　生体分子分析用デバイス１００は，ナノポア基板１１１により分離された上下の液槽を備えている。ナノポア基板１１１は，ナノポア１１０が形成された薄膜１１１Ａと，その薄膜を挟むように形成された上部薄膜固定部材１１１Ｂ及び下部薄膜固定部材１１１Ｃを有する。ナノポア１１０は，薄膜１１１Ａのいずれかの位置に形成されていればよい。上部の液槽は共通槽１０４であり，下部の液槽はさらに複数の液槽に分割されている。図示の例の場合，下部薄膜固定部材１１１Ｃは３つの隔壁により分離された４つの空間を有し，これらの空間がそれぞれ個別槽１０５として用いられる。なお，共通槽１０４は，下側に位置する４つの個別槽１０５に対する共通の液槽として用いられる。それぞれの個別槽１０５はナノポア１１０を介して共通槽１０４と連通している。
　上部薄膜固定部材１１１Ｂと薄膜１１１Ａは，共通槽１０４の構造の一部を構成する。また，薄膜１１１Ａと下部薄膜固定部材１１１Ｃは，個別槽１０５の構造の一部を構成する。共通槽１０４及び個別槽１０５は，いずれも電解質溶液で満たされている。電解質溶液の容量は，マイクロリットルオーダー又はミリリットルオーダーである。電解質溶液には，例えばＫＣｌ，ＮａＣｌ，ＬｉＣｌ，ＣｓＣｌ，ＭｇＣｌ2が用いられる。これらの溶液に対して，生体分子の自己相補鎖形成抑制のために４Ｍ以上のＵｒｅａや，ＤＭＳＯ，ＤＭＦ，ＮａＯＨを混在させることも可能である。また，生体分子の安定化のため，緩衝剤を混在させることも可能である。緩衝剤としては，ＴｒｉｓやＥＤＴＡやＰＢＳなどが用いられる。
　上部薄膜固定部材１１１Ｂ及び下部薄膜固定部材１１１Ｃに設けられた開口部分で露出する薄膜１１１Ａの寸法は，電圧印加によるナノポア開孔の際に２個以上のナノポアが形成され難い面積であり，かつ，強度上許容される面積である必要がある。当該面積は，例えば１００～５００ｎｍ□程度である。また，ＤＮＡ一塩基分解能を達成するには，膜厚は一塩基相当の実効膜厚を有するナノポア１１０を形成可能な７ｎｍ以下程度が適当である。
　個別槽１０５のそれぞれには，単一のナノポア１１０と個別電極１１５Ｂが設けられており，隔壁により互いに絶縁されている。共通槽１０４には共通電極１１５Ａが配置されている。このため，各ナノポア１１０を流れる電流を独立に計測することができる。共通電極１１５Ａ及び個別電極１１５Ｂは，例えばＡｇ，ＡｇＣｌ，プラチナであり，電解質溶液と接触している。図１１では図示していないが，生体分子分析用デバイスの外周面には共通電極１１５Ａ及び個別電極１１５Ｂと電気的に接続された接続端子が設けられており，電源１２０及び電流計１２１と接続される。
　共通電極１１５Ａと個別電極１１５Ｂの間に電源１２０から電圧を印加すると，ナノポア１１０が形成された薄膜１１１Ａの両面の間に電位差が生じ，共通槽１０４に溶解しているＤＮＡ鎖１１６が，下側に位置する個別槽１０５の方向に泳動される。電流計１２１は，電圧の印加によって電極間に流れる電流を増幅する増幅器とＡＤＣ（Analog to Digital Converter）を有している。ＡＤＣの出力である検出値がコンピュータ１３０に出力される。コンピュータ１３０は，検出された電流値を収集し記録する。なお，図１１に示すように電源１２０，電流計１２１及びコンピュータ１３０を生体分子分析用デバイス１００に対して別部材とするのではなく，電源１２０，電流計１２１及びコンピュータ１３０を生体分子分析用デバイス１００と一体構成としても良い。
　生体分子分析用デバイス１００を構成する共通槽１０４には，外壁１１４の一部に開口５０１が形成されており，当該開口５０１に駆動機構２０１が取り付けられている。駆動機構２０１の下面には，駆動機構接続部材１１７Ｂによって固定部材１１７が取り付けられている。固定部材１１７は，駆動機構接続部材１１７Ｂ，固定基板１１７Ａと，その間に設けられた傾き補正機構１１７Ｃとしての金のスタッドバンプのアレイを有する。固定部材１１７のナノポア基板１１１と対向する固定基板１１７Ａの表面にはＤＮＡ鎖１１６が固定されている。ＤＮＡ鎖１１６が固定された固定基板１１７Ａの寸法は，薄膜１１１Ａのうち電解質溶液と接触する部分の寸法より大きい。固定部材１１７は，駆動機構２０１により共通槽１０４内をナノポア基板１１１に向けて図中上下方向に駆動される。すなわち，ＤＮＡ鎖１１６が固定された固定基板１１７Ａの表面がナノポア基板１１１に近づく方向又は遠ざかる方向に駆動される。アクティブ型では，固定基板１１７Ａの表面がナノポア基板１１１に近づくことでＤＮＡ鎖１１６がナノポア１１０に導入される。
　駆動機構２０１の動作は制御ユニット２０２により制御される。固定基板１１７Ａと薄膜１１１Ａの接触は，上部薄膜固定部材１１１Ｂにより防止される。ナノポア１１０が形成された薄膜１１１Ａに固定基板１１７Ａが接触すると，薄膜１１１Ａが破壊されるおそれがあるためである。すなわち，上部薄膜固定部材１１１Ｂは，固定基板１１７Ａの降下をストップする手段としても機能する。上部薄膜固定部材１１１Ｂは，薄膜１１１Ａの上部に形成された後，その一部をパターニング及びエッチングすることで開口部が形成される。これにより，固定基板１１７Ａがナノポア基板１１１に最接近した際，固定基板１１７Ａと薄膜１１１Ａの間に空間を形成する。薄膜１１１Ａのうち，上部薄膜固定部材１１１Ｂの開口部，すなわちナノポア基板１１１中で最も薄膜となった場所に絶縁破壊でナノポア１１０が形成される。
　なお，上部薄膜固定部材１１１Ｂと下部薄膜固定部材１１１Ｃを合わせた膜厚は，薄膜１１１Ａの強度の確保と，固定基板１１７Ａの表面に固定された生体分子の固定高さ揺らぎを考慮すると，２００～５００ｎｍ程度が適当である。本実施例の場合，薄膜１１１Ａの寸法は直径５００ｎｍ，上部薄膜固定部材１１１Ｂの膜厚は２５０ｎｍ，下部薄膜固定部材１１１Ｃの膜厚は１００ｎｍである。
　固定部材１１７は，駆動機構２０１に真空吸着あるいは圧着して固定することも可能である。駆動機構２０１はピエゾ素子に代表される圧電材料で形成されており，０．１ｎｍ／ｓ以上での駆動が可能である。圧電材料としては，チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）や，チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが用いられる。
　ＤＮＡ鎖１１６の末端と固定基板１１７Ａの表面とは，互いに共有結合，イオン結合，静電相互作用，磁気力などで結合される。例えば共有結合でＤＮＡ鎖を固定する場合，ＡＰＴＥＳ，グルタルアルデヒドを介して末端修飾されたＤＮＡ鎖を使用する。一方，固定基板１１７Ａの表面には，上記結合を利用するために，ＡＰＴＥＳの足場となるＳｉ，ＳｉＯが形成される。
　ナノポア基板１１１の表面と固定基板１１７Ａの表面が互いに平行ではなく傾いている場合，駆動機構２０１により固定部材１１７をナノポア基板１１１に向けて降下させると，図１１に示すように最初に固定基板１１７Ａの一端がナノポア基板１１１の上部薄膜固定部材１１１Ｂに接触する。この状態で固定部材１１７を更に降下させて固定部材１１７をナノポア基板１１１に押し付けると，その際に発生するか圧力によって固定部材１１７の内部に設けられた傾き補正機構１１７Ｃが変形する。傾き補正機構１１７Ｃの変形量は場所によって異なり，傾き補正機構１１７Ｃが変形することによってナノポア基板１１１の表面と固定基板１１７Ａの表面は，最終的に図１２に示すように互いに平行にされる。傾き補正機構１１７Ｃは，加圧力を受けて一旦変形すると，その変形後の形状を維持する。
　ナノポア基板１１１には，その周縁部で固定基板１１７Ａが接近する領域の少なくとも３か所，好ましくは四隅に，上部薄膜固定部材１１１Ｂの開口部と同じ開口径を有する貫通孔５０２が形成されている。このナノポアよりも大きな寸法の貫通孔５０２を通って流れるイオン電流を電流計１２４にてモニタして固定基板１１７Ａとナノポア基板１１１の接近を検出する。すなわち，貫通孔５０２を有する個別槽１０５に配置された個別電極１１５Ｂは，ナノポア基板１１１に対する固定基板１１７Ａの接近検知のためのセンサとして使用される。電源１２３から共通電極１１５Ａと個別電極１１５Ｂの間に印加される電圧は検出系に合わせて調整する。接近検出の原理は，図８，図９，図１０を用いて説明したとおりである。例えば，上記の四隅に設けた接近センサによって検出される電流値が減少していずれも同程度の値になったとき，固定基板１１７Ａの表面がナノポア基板１１１の表面に平行になったと判定し，駆動機構２０１による固定部材１１７の駆動を停止する。
　その後，駆動機構２０１によって固定部材１１７を決められた速度で上下に駆動することによりＤＮＡ鎖１１６を複数のナノポアに所望の速度で導入し，複数の個別電極１１５Ｂでそれぞれ封鎖電流を計測することにより分析を並列して行う。このとき，傾き補正機構１１７Ｃは図１２に示すように変形しているものの，１ｇｆ以上の接着力を有し，また剛性を有していて０．１Ｎ以下の力によっては変形を起こさないため，固定基板１１７Ａは駆動機構２０１と一体となって運動することができ，高精度な分析が可能となる。
　なお，前述の説明では，固定部材１１７と駆動機構２０１が生体分子分析用デバイス１００に取り付けられた構造を前提としているが，流通段階では，これらの部材が装着されていなくても良い。
　次に，生体分子分析用デバイスの製造方法について説明する。いわゆる封鎖電流方式で生体ポリマの分析に用いられる生体分子分析用デバイスの基本的な構成自体は当技術分野で既知であり，その構成要素も当業者であれば容易に理解することができる。例えば，米国特許第５，７９５，７８２号，“Scientific Reports 4, 5000, 2014, Akahori, et al.”, “Nanotechnology 25(27):275501, 2014, Yanagi, et al.”，“Scientific Reports, 5, 14656, 2015, Goto, et al.”，“Scientific Reports 5, 16640, 2015”に具体的なデバイスが開示されている。また，ここに記載する方法はナノポアを一つのみ有するデバイスに関するものであるが，ナノポアをアレイ化したデバイスを形成する際には，開口部を複数にしてほぼ同様の手順を取る。
　ナノポア１１０が形成される薄膜１１１Ａは，中心に細孔を有するタンパク質が埋め込まれた両親媒性分子層からなる脂質二重層（バイオポア）であってもよいし，半導体微細加工技術で形成できる材質からなる薄膜（ソリッドポア）であってもよい。半導体微細加工技術で形成できる材質としては，例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ），酸化ケイ素（ＳｉＯ2），酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ），酸化ハフニウム（ＨｆＯ2），二硫化モリブデン（ＭｏＳ2），グラフェンなどがある。薄膜の厚さは，１Å～２００ｎｍ，好ましくは１Å～１００ｎｍ，より好ましくは１Å～５０ｎｍ，例として約５ｎｍである。
　ナノポアの寸法は，分析対象である生体ポリマの種類に応じて適切に選択することができ，例えば０．９ｎｍ～１００ｎｍ，好ましくは０．９ｎｍ～５０ｎｍであり，具体的にはおよそ０．９ｎｍ以上，１０ｎｍ以下などである。例えば直径が約１．４ｎｍであるｓｓＤＮＡの分析に用いるナノポアの径は，好ましくは，１．４ｎｍ～１０ｎｍ程度，より好ましくは１．４ｎｍ～２．５ｎｍ程度，具体的には約１．６ｎｍである。また，例えば直径が約２．６ｎｍであるｄｓＤＮＡの分析に用いるナノポアの径は，好ましくは３ｎｍ～１０ｎｍ程度，より好ましくは３ｎｍ～５ｎｍ程度である。
　ナノポアの深さは，薄膜１１１Ａの厚さを調整することにより調整することができる。ナノポアの深さは生体分子の特性を分解するために一塩基の寸法以下であることが望ましいが，一方で構造形成上の歩留まりや安定性の観点をふまえ，また，データ解析技術を併用することで，生体ポリマを構成するモノマ単位の５倍程度までの厚みが許容される。例えば生体ポリマが核酸から構成されている場合には，ナノポアの深さは塩基３個以上の大きさ，例えば約１ｎｍ以上とすることが好ましい。これにより，生体ポリマをその形状と移動速度を制御しながらナノポアに進入させることができ，高感度及び高精度な解析が可能となる。
　ナノポア１１０を有する個別槽１０５を複数備えるアレイ型装置の場合には，ナノポアを規則的に配列することが好ましい。複数のナノポアを配置する間隔は，使用する電極，電気測定系の能力に応じて，０．１μｍ～１０μｍ，好ましくは０．５μｍ～４μｍとすることができる。
　薄膜１１１Ａ中にナノポア１１０を形成する方法は，特に限定されるものではなく，例えば透過型電子顕微鏡などによる電子ビーム照射や電圧印加による絶縁破壊などを用いることができる。例えば“Itaru Yanagi et al., Sci. Rep. 4, 5000 (2014)”に記載されている方法を使用することができる。ナノポアの形成は，パルス電圧を印加する方法以外に，ＴＥＭによる電子線照射によっても可能である（A. J. Storm et al., Nat. Mat. 2 (2003)）。
　薄膜１１１Ａに接触する測定溶液を収納できる共通槽や個別槽は，封鎖電流の測定に影響を及ぼさない材質，形状及び大きさで，適宜設けることができる。これらの液槽を仕切る薄膜１１１Ａに接液するように測定溶液が注入される。
　共通電極１１５Ａ及び個別電極１１５Ｂは，測定溶液中の電解質と電子授受反応（ファラデー反応）を行うことが可能な材質で作製されることが好ましく，典型的には，ハロゲン化銀又はハロゲン化アルカリ銀で作製される。電位安定性及び信頼性の観点からは，銀又は銀塩化銀を使用することが好ましい。
　図１３は，生体分子分析装置で傾き補正を行って計測を行うまでの手順例を示すフローチャートである。
(1)ステップＳ１１
　先ず，傾き補正機構としての可塑変形材をサンドイッチした固定部材を用意する。
(2)ステップＳ１２
　固定部材の固定基板に生体分子を固定する。
(3)ステップＳ１３
　固定部材を，固定部材内の接続部材を介して駆動機構に接続する。
(4)ステップＳ１４
　その後，制御ユニットの制御下に駆動機構を駆動して固定部材をナノポア基板に接近させる。あるいは，固定部材をナノポア基板に接触させ押し付けることで傾き解消を行う。
(5)ステップＳ１５
　接近センサ，図１１の例ではナノポア基板の貫通孔（大口径ポア），を用いて接近検知を行い，押し付けの継続判断を行う。例えば四隅に設けた貫通孔のコンダクタンスが下限に到達し，４つの貫通孔を通って流れるイオン電流値に変化が見られなくなったところで，固定部材の押し付けを解消し，ステップＳ１６に進む。このとき，ナノポア基板に対する固定基板の姿勢は，図１１の状態から図１２の状態に変化していると判断される。すなわち，固定部材の生体分子固定面はナノポア基板の表面とほぼ平行になっていると判断される。
(6)ステップＳ１６
　共通電極と個別電極の間に電圧を印加することにより固定基板に固定された生体分子がナノポアに導入され，駆動機構を上下運動させて封鎖電流を計測することで，生体分子の特性解析を行う。ナノポア基板と固定基板の間の傾き検出及び補正は，上記のように生体分子分析の前に行われるが，生体分子分析中にも行うことが可能であり，固定基板がナノポア基板に最接近した際に再度傾き補正を行うことも可能である。
　本実施例に係る生体ポリマを分析するための固定部材及び生体分子分析用デバイスは，上述した構成を要素として含む。固定部材及び生体分子分析用バイスは，使用手順や使用量などを記載した説明書と共に提供され得る。固定部材は，即時使用可能な状態で提供されてもよいし，計測対象となる生体分子のみが結合していない状態で提供されてもよい。そのような形態及び調製は，当業者であれば理解することができる。生体分子分析用デバイスに関しても同様に，即時使用可能な状態でナノポアが形成されている状態で提供されてもよいし，提供先で形成される状態で提供されてもよい。
［実施例２］
　実施例１では傾き補正機構を生体分子固定部材内に設置する例を示したが，傾き補正機構は生体分子分析用デバイスの下部に配置してもよい。図１４は，傾き補正機構を生体分子分析用デバイスの下部に配置した生体分子分析装置の構成例を示す断面模式図である。
　本実施例では，生体分子分析用デバイスの電極基板１１３の下方にシリコン基板等の硬い平板部材４０１が設置されており，平板部材４０１と電極基板１１３の間に傾き補正機構４０２として金のスタッドバンプが配列されている。この場合，平板部材４０１を基準として生体分子固定部材１１７と，ナノポア基板１１１の相対傾きの調整が行われる。図示の例の場合，駆動機構によって共通槽１０４内の固定部材１１７をナノポア基板１１１に向けて降下させると，固定部材１１７の右下隅がナノポア基板１１１に最初に接触し，ナノポア基板１１１の右側を下方に押し付ける。すると，その押し付けによる加圧力が電極基板１１３を介して傾き補正機構４０２に作用し，バンプが変形して高さが低くなる。固定部材１１７をナノポア基板１１１に更に押し付けると，傾き補正機構４０２の変形が大きくなって順次左側のバンプも変形し，電極基板１１３が傾斜する。最終的には，ナノポア基板１１１の表面が固定部材１１７の表面と平行になるまで傾き補正機構４０２が変形し，電極基板１１３及び生体分子分析用デバイス１００全体が傾斜する。駆動機構による固定部材１１７の押し付けを終了するタイミングは，貫通孔５０２を通って流れるイオン電流の変化をモニタしているモニタ結果から決定される。
　生体分子分析用デバイス１００の下面にバンプのアレイを配置する場合，傾き補正機構４０２の接着力の強度を検討する必要性がなくなる。電極基板１１３の寸法は必要な回路量に応じて変化するが，少なくともナノポア基板１１１よりは大きい。ナノポア基板１１１の想定される寸法は，３０ｃｍ×３０ｃｍであり，従って，調整すべき傾き尤度としては，１００μｍ程度になりうる。それゆえ傾き補正機構４０２を構成するバンプ高さにも１００μｍ程度が必要とされる。
［実施例３］
　生体分子分析用デバイスのナノポア基板と固定基板の傾き解消を検出する接近センサとして，ナノポア基板に設けた貫通孔を通って流れるイオン電流をモニタする以外に，ＡＣバイアスを印加する方法も可能である。本実施例では，薄膜に電圧を印加した際に発生する電流のＡＣ応答が，固定基板の接近に伴い変化する量を検出する。
　図１５は，生体分子分析装置の他の例を示す断面模式図である。本実施例の生体分子分析装置は，図１に示した装置の基本構成に加え，ナノポアを有しない一対の個別槽をナノポア基板１１１の端部に備える。すなわち，ナノポア１１０を有する生体分子計測用の個別槽１０５以外に，露出している薄膜にナノポアが形成されていない個別槽１０５Ａ，１０５Ｂの組を有する。個別槽１０５Ａはナノポア基板の周縁部かつ固定基板１１７Ａが接近しない領域に設けられ，個別槽１０５Ｂはナノポア基板の周縁部かつ固定基板１１７Ａが接近する領域に設けられている。この個別槽１０５Ａ，１０５Ｂに配置された個別電極には，それぞれＡＣ電源１４１Ａ，１４１Ｂ及び電流計１４２Ａ，１４２Ｂが接続されている。電流計１４２Ａ，１４２Ｂで計測された電流の差分はインピーダンス特性モニタシステム１４０に送られ，位相変化量がコンピュータ１３０にてモニタされる。
　印加する交流電圧は，薄膜に過度のストレスがかからない範囲で印加することが望ましい。なぜなら，交流電圧の印加により，薄膜に穴が形成されたり，また，既に形成したナノポアの径が拡大したりする可能性があるからである。その結果としてインピーダンスが変動し，固定基板の接近検知精度が悪化する恐れがある。一般的な半導体絶縁膜の耐圧の目安は１Ｖ／１ｎｍであることから，薄膜に過度のストレスがかからないようにするには，印加する交流電圧を０．１Ｖ／１ｎｍ以下にすることが望ましい。印加する交流の周波数Ｆは対向電極間の容量Ｃ0と，固定基板の接近に応じて変化する溶液抵抗Ｒ1，固定基板の接近に依存しない溶液抵抗Ｒ0に応じて決めることができる。
　図１６は，印加する交流電圧の周波数Ｆをパラメータとし，溶液抵抗Ｒ1に対する電流の位相変化をシミュレーションした結果を示す図である。ここでは，容量Ｃ0を１ｎＦ，溶液抵抗Ｒ0を５ｋΩと仮定した。実際に，溶液の抵抗として１ｋΩ，固定基板１１７Ａ及びナノポア基板１１１で形成される狭空間由来の抵抗が１０ｋΩ程度であるため，接近完了の検知には１ｋΩから１０ｋΩを検出する必要がある。溶液抵抗の変化量として１ｋΩから１０ｋΩの間を感度良く検知したい場合は，図１６に基づいて１０ｋＨｚ～２０ｋＨｚ程度の周波数を選択すればよい。なぜなら，印加電圧が１０ｋＨｚ～２０ｋＨｚの時，溶液抵抗Ｒ1が１ｋΩから１０ｋΩまで変化した時の位相変化量が比較的大きいからである。
　ここで容量Ｃ0のうち，接近領域以外の寄生容量由来の電流成分を除くため，リファレンスとして，固定基板１１７Ａが接近していない個別槽１０５Ａの薄膜を介したＡＣ応答をモニタし，それらの差分を取ることで，対象外の電流成分を減算し，固定基板接近時のインピーダンス特性変化をモニタするのが好ましい。また，図示の例では，薄膜にナノポアが形成されていない個別槽１０５Ａ，１０５Ｂの組をナノポア基板１１１の１カ所だけに設けているが，個別槽１０５Ａ，１０５Ｂの組は，ナノポア基板１１１の３か所以上，好ましくは四隅に設けられる。
　検証のため，一例としてＫＣｌ溶液中で，膜厚５ｎｍのＳｉＮ，膜厚１５０ｎｍのＳｉＯ犠牲層を有する２つのナノポア基板にそれぞれＶ＝１００ｍＶp-p，周波数４０ｋＨｚの交流を印加しつつ，片方のナノポア基板に７２５μｍ厚のＳｉ基板を接近させた際，それぞれのナノポア基板における電流応答特性を比較したところ，１０ｄｅｇ．／１μｍの割合で電流の位相応答が変化し，Ｓｉ基板のナノポア基板への接近をモニタできることが確認された。
［実施例４］
　図１７は，生体分子分析装置の他の例を示す断面模式図である。本実施例の生体分子分析装置は，図１に示した装置の基本構成に加え，ナノポア基板１１１の周縁部で固定部材１１７が接近する領域の３か所以上，好ましくは四隅に接近センサとして隣接電極１１８Ａ，１１８Ｂを設けた。隣接電極１１８Ａ，１１８Ｂには電源１２５及び電流計１２６が接続され，電流計１２６はコンピュータ１３０に接続されて検出信号の解析が行われる。
　本実施例では，ナノポア基板１１１に形成された上部薄膜固定部材１１１Ｂ上で，固定基板１１７Ａが接近する領域の端部かつ少なくとも３箇所以上に，隣接電極を形成する。一対の電極１１８Ａ，１１８Ｂからなる隣接電極間には，別途設けられた電源１２５から電圧が印加され，隣接電極間の抵抗値に応じた電流量が電流計１２６にてモニタされる。隣接電極間の抵抗値は，固定基板１１７Ａが隣接電極に接近することにより変化するため，電流計１２６で検知される電流量により固定基板１１７Ａの接近・非接近の有無を確認することが可能となる。
　例えば，隣接電極間距離４００ｎｍ～５μｍで設計した隣接電極間電流量の，固定基板－ナノポア基板間距離ｈ依存性を調べると，固定基板１１７Ａとナノポア基板１１１間が７μｍ以上離れると電流量の距離ｈ依存性は殆どないが，それ以下では距離ｈと電流減少量に相関があることが分かった。従って，このような距離ｈと電流量の相関関係を取得することによって，固定部材１１７の高さ調整が可能となる。
　本発明は，上述した実施例に限定されるものでなく，様々な変形例を含んでいる。例えば，上述した実施例は，本発明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必要はない。また，ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることができる。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できる。また，各実施例の構成の一部について，他の実施例の構成の一部を追加，削除又は置換することもできる。
１００　生体分子分析用デバイス
１０４　共通槽
１０５　個別槽
１１０　ナノポア
１１１　ナノポア基板
１１１Ａ　薄膜
１１１Ｂ　上部薄膜固定部材
１１１Ｃ　下部薄膜固定部材
１１３　電極基板
１１６　ＤＮＡ鎖
１１７　生体分子固定部材
１１７Ａ　生体分子固定基板
１１７Ｂ　駆動機構接続部材
１１７Ｃ　傾き補正機構
１２０　電源
１２１　電流計
１３０　コンピュータ
２０１　駆動機構
５０２　貫通孔

Claims (15)

  1. 　複数のナノポアが形成された薄膜を備えるナノポア基板と，
    　前記ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽と，
    　前記ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれが前記ナノポアを介して前記共通槽と連通している複数の個別槽と，
    　前記共通槽に配置された共通電極と，
    　前記複数の個別槽にそれぞれ配置される複数の個別電極が形成された電極基板と，
    　生体分子を固定して前記共通槽内を前記ナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材と，
    　前記生体分子固定部材又は前記電極基板の下方に配置された傾き補正機構と，を有し，
    　前記傾き補正機構は，前記生体分子固定部材を前記ナノポア基板に押し付ける際に発生する加圧力によって変形し，変形後の形状を維持するものである，生体分子分析用デバイス。
  2. 　前記傾き補正機構は，金，銀，プラチナ，銅，鉛，スズ，スズ合金，ニッケルあるいはそれらの合金のバンプのアレイを有する，請求項１に記載の生体分子分析用デバイス。
  3. 　前記生体分子固定部材は，生体分子固定面を有する生体分子固定基板と，駆動機構に接続するための駆動機構接続部材と，前記生体分子固定基板と前記駆動機構接続部材の間に配置された前記傾き補正機構とを備える，請求項１に記載の生体分子分析用デバイス。
  4. 　前記ナノポア基板への前記生体分子固定部材の接近を検知するセンサを少なくとも３か所に備える，請求項１に記載の生体分子分析用デバイス。
  5. 　前記センサは，前記ナノポア基板の周縁部かつ前記生体分子固定部材が接近する領域に設けられた前記ナノポアより大きな寸法の貫通孔を含み，前記貫通孔を通って流れるイオン電流の変化をモニタするものである，請求項４に記載の生体分子分析用デバイス。
  6. 　前記センサは，前記ナノポア基板の周縁部かつ前記生体分子固定部材が接近する領域に設けられた一対の隣接した電極を有し，前記一対の隣接した電極間に流れる電流の変化をモニタするものである，請求項４に記載の生体分子分析用デバイス。
  7. 　前記センサは，前記生体分子固定部材が接近する領域に設けられ前記ナノポアを有しない薄膜が露出している第一の個別槽と，前記生体分子固定部材が接近しない領域に設けられ前記ナノポアを有しない薄膜が露出している第二の個別槽とを備え，前記第一の個別槽の個別電極と前記共通電極の間に交流電圧を印加したとき流れる電流と前記第二の個別槽の個別電極と前記共通電極の間に交流電圧を印加したとき流れる電流の差分の位相変化量をモニタするものである，請求項４に記載の生体分子分析用デバイス。
  8. 　前記生体分子固定部材を前記ナノポア基板に押し付けて前記傾き補正機構を変形させる動作を生体分子分析の前又は生体分子分析中に行う，請求項１に記載の生体分子分析用デバイス。
  9. 　請求項１に記載の生体分子分析用デバイスの使用方法であって，
    　前記生体分子固定部材を前記ナノポア基板に向けて駆動する工程と，
    　前記生体分子固定部材を前記ナノポア基板に押し付けることにより発生する加圧力により前記傾き補正機構を変形させる工程と，を有する方法。
  10. 　前記ナノポア基板の複数の位置で前記生体分子固定部材の接近をモニタし，前記複数の位置でのモニタ結果から前記生体分子固定部材の表面が前記ナノポア基板の表面に平行になったと判定されたとき前記生体分子固定部材の前記ナノポア基板への押し付けを終了する，請求項９に記載の方法。
  11. 　生体分子固定面を有する生体分子固定基板と，
    　駆動機構に接続するための駆動機構接続部材と，
    　前記生体分子固定基板と前記駆動機構接続部材の間に配置された傾き補正機構とを有し，
    　前記傾き補正機構は，前記生体分子固定基板と前記駆動機構接続部材の間に作用する加圧力によって変形し，変形後の形状を維持するものである，生体分子固定部材。
  12. 　前記傾き補正機構は，金，銀，プラチナ，銅，鉛，スズ，ニッケルあるいはそれらの合金のバンプのアレイを有する，請求項１１に記載の生体分子固定部材。
  13. 　複数のナノポアが形成された薄膜を備えるナノポア基板と，
    　前記ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽と，
    　前記ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれが前記ナノポアを介して前記共通槽と連通している複数の個別槽と，
    　前記共通槽に配置された共通電極と，
    　前記複数の個別槽にそれぞれ配置された複数の個別電極とを有し，
    　傾き補正機構を備え前記共通槽内を前記ナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材に固定された生体分子の分析に用いられる生体分子分析用デバイスであって，
    　前記生体分子固定部材の接近を検知するためのセンサが前記ナノポア基板の周縁部の少なくとも３か所に設けられ，
    　前記センサは，前記生体分子固定部材が接近する領域に設けられ前記ナノポアを有しない薄膜が露出している第一の個別槽と，前記生体分子固定部材が接近しない領域に設けられ前記ナノポアを有しない薄膜が露出している第二の個別槽とを備え，前記第一の個別槽の個別電極と前記共通電極の間に交流電圧を印加したとき流れる電流と前記第二の個別槽の個別電極と前記共通電極の間に交流電圧を印加したとき流れる電流の差分の位相変化量をモニタするものである，生体分子分析用デバイス。
  14. 　複数のナノポアが形成された薄膜を備えるナノポア基板と，
    　前記ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽と，
    　前記ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれが前記ナノポアを介して前記共通槽と連通している複数の個別槽と，
    　前記共通槽に配置された共通電極と，
    　前記複数の個別槽にそれぞれ配置される複数の個別電極が形成された電極基板と，
    　前記電極基板の下方に配置された傾き補正機構と，
    　生体分子を固定して前記共通槽内を前記ナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材の接近を検知するために，前記ナノポア基板の周縁部の少なくとも３か所に設けられたセンサと，を有し，
    　前記傾き補正機構は，前記生体分子固定部材を前記ナノポア基板に押し付ける際に発生する加圧力によって変形し，変形後の形状を維持するものである，生体分子分析用デバイス。
  15. 　複数のナノポアが形成された薄膜を備えるナノポア基板と，
    　前記ナノポア基板の上部に設けられた１つの共通槽と，
    　前記ナノポア基板の下部に設けられ，それぞれが前記ナノポアを介して前記共通槽と連通している複数の個別槽と，
    　前記共通槽に配置された共通電極と，
    　前記複数の個別槽にそれぞれ配置された複数の個別電極とを有し，
    　傾き補正機構を備え前記共通槽内を前記ナノポア基板に向けて駆動される生体分子固定部材に固定された生体分子の分析に用いられる生体分子分析用デバイスであって，
    　前記生体分子固定部材の接近を検知するためのセンサが前記ナノポア基板の周縁部の少なくとも３か所に設けられ，
    　前記センサは，前記ナノポア基板の周縁部かつ前記生体分子固定部材が接近する領域に設けられた前記ナノポアより大きな寸法の貫通孔を含み，前記貫通孔を通って流れるイオン電流の変化をモニタするものである，生体分子分析用デバイス。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016088486A1 (ja) * 2014-12-04 2016-06-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ 生体分子測定装置及び生体分子測定方法

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