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WO2020241291A1 - フローセルおよびナノポアアレイ感知システム - Google Patents

フローセルおよびナノポアアレイ感知システム Download PDF

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WO2020241291A1
WO2020241291A1 PCT/JP2020/019367 JP2020019367W WO2020241291A1 WO 2020241291 A1 WO2020241291 A1 WO 2020241291A1 JP 2020019367 W JP2020019367 W JP 2020019367W WO 2020241291 A1 WO2020241291 A1 WO 2020241291A1
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WO
WIPO (PCT)
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flow path
membrane
inlet
flow cell
flow
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2020/019367
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English (en)
French (fr)
Inventor
ハイ フィ グェンファム
至 柳
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 Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of WO2020241291A1 publication Critical patent/WO2020241291A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means

Definitions

  • the present disclosure relates to, for example, the design of a multi-channel flow cell with a plurality of channels or channels for accessing each element position within an array device.
  • Nanopores are made on a membrane sandwiched between the upper and lower chambers of an aqueous solution-filled flow cell. The electrodes are immersed in the solution in each chamber. The targeted biological sample is placed in one chamber. A potential difference is applied between the electrodes and the targeted biological sample is electrophoresed and passes through the nanopores. A targeted biological sample is detected by measuring the ionic current flowing between the electrodes. When the targeted biological sample passes through the nanopore, the ionic current is blocked depending on the structure and size of the sample.
  • Nanopore devices can be made by solid and biological methods.
  • the solid method prepares nanopores using a semiconductor material with high mechanical strength.
  • a silicon nitride (SiN) film is used as the membrane.
  • Nanometer-sized pores are made on the membrane by various methods such as irradiation with electron beam technology and dielectric breakdown technology that applies a voltage to the membrane.
  • Nanopore array sensing systems require not only pore arrays, but also adjacent components such as flow cells and electrodes.
  • Patent Document 1 discloses a multi-channel flow cell and electrodes constructed on a PCB for a nanopore array sensor. Each chamber is separated by a partition. The PCB board, nanopore array chips, and dividers are precisely glued together. After making all channels of the flow cell hydrophilic, an aqueous solution is inserted into each nanopore by laminating the liquid.
  • Non-Patent Document 1 presents another multi-channel flow cell made of an acrylic material, and each chamber is separated by an O-ring. The aqueous solution is pipette into each chamber.
  • the flow cell disclosed in the above document cannot utilize all the membranes in the membrane array chip due to the electric conductance error caused by the bubbles generated in the flow cell, and arranges a flow path to access all the membranes. There is not enough space for it.
  • the multi-channel flow cell of Non-Patent Document 1 sacrifices half of the nanopore array because there is not enough space for one inlet flow path and one outlet flow path for all the densified nanopore arrays. Need to be. Another problem with multi-channel flow cells in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 is that the bubbles generated between the membrane surface and the flow path also reduce the number of available nanopores in the array. Ion current cannot be measured correctly due to electrical conductance errors caused by solution leakage between.
  • the present disclosure proposes a method for designing and forming a multi-channel flow cell for a solid nanopore array to utilize all of the nanopore arrays and eliminate electrical conductance errors caused by bubble generation and solution leakage problems.
  • the present disclosure proposes the design and formation of multi-channel flow cells for solid nanopore arrays to minimize the thickness of the flow cells.
  • the present disclosure is a flow cell, in which a membrane array chip having a plurality of membranes, a common chamber, and a plurality of flow cells each connected to a common chamber via a membrane in the membrane array chip.
  • Independent chambers are provided, and a plurality of flow paths are connected to the independent chambers, and each chamber proposes a flow cell including an inlet flow path and an outlet flow path.
  • one part of the flow path is arranged in a layer parallel to the membrane array chip surface, another part of the flow path is arranged orthogonal to the membrane array chip surface, and each flow path has its own. Access to a unique membrane.
  • the number of membranes in the membrane array chip is N ⁇ M array, where M is N or less, the number of channels is N ⁇ M, and N and M are positive integers.
  • the flow path includes an inlet flow path, an outlet flow path, and first and second types of joints.
  • the present disclosure is a flow cell in which an aqueous solution is supplied to a membrane, each of which is connected to a membrane array chip having a plurality of membranes, a common chamber, and a common chamber via a membrane in the membrane array chip.
  • a flow cell with a plurality of independent chambers.
  • the inlet and outlet channels are connected to their respective independent chambers via joints to combine the inlet and outlet channels, and the joints are the inlet or outlet. It has at least one protruding flow path to which at least one of the flow paths is connected.
  • the present disclosure it is possible to utilize all the membranes of the membrane array chip and eliminate the electric conductance error caused by the generation of air bubbles and the problem of solution leakage. In addition, it is possible to minimize the thickness of the flow cell, which leads to a reduction in the cost of manufacturing the flow cell and the amount of test sample.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a common chamber. It is a schematic diagram of one embodiment of a common chamber. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a common chamber. It is a schematic diagram of one embodiment of a common chamber. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a common chamber. It is a schematic diagram of one embodiment of a common chamber. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a common chamber. It is a schematic diagram of one embodiment of a common chamber. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a common chamber.
  • the present disclosure does not limit the number of membranes in the membrane array chip, the structural arrangement of the membranes, the material of the chip, the material of the flow cell, the material of the partition, or the material of the electrode.
  • the above material is just an example.
  • N ⁇ M membrane array chips (M ⁇ N) arranged in a square, rectangular, or zigzag pattern are described.
  • FIG. 1A shows a cross-sectional view of the nanopore array sensing system.
  • 101 is a Si substrate
  • 102 is a SiN membrane
  • 103 is a poly-Si membrane or SiO2 membrane
  • 104 is a SiN membrane
  • 111 is a partition of a common chamber 113
  • 112 is an independent chamber.
  • 114 partitions, 108 and 109 are KCl aqueous solutions in the common and independent chambers, respectively, 105 and 106 are Ag / AgCl electrodes immersed in the aqueous solutions in the common and independent chambers, respectively, 107 It is an electric wire that connects the Ag / AgCl electrode to the measuring unit, and 110 and 100 are SiN membrane portions that are not sandwiched between the Si substrate 101 and the poly-Si membrane 103.
  • the measuring unit 110 can apply different voltages to the electrodes 105 and 106, and can measure the current flowing between the electrodes 105 and 106.
  • Each independent chamber 114 has electrical and solution separation from the other independent chambers.
  • the nanopores can be made on the membrane 100 based on dielectric breakdown technology by controlling the applied voltage or current using the measuring unit 110.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the multi-channel flow cell of the nanopore array sensing system shown in FIG.
  • each independent electrode 106 and common electrode 105 are immersed in aqueous solutions 109 and 108 inside the independent flow cell 134 and the common flow cell 133, respectively, in order to be connected to the measurement unit 110.
  • FIG. 3A shows the components within a multi-channel flow cell.
  • the partition 112 of the independent chamber and the partition 111 of the common chamber are made of silicone rubber.
  • the membrane array chip 115 is sandwiched between the two partitions 111 and 112.
  • the set of the chip 115 and the partitions 111 and 112 is sandwiched between the common flow cell 133 and the independent flow cell 134.
  • Thread 116 is used to secure the position of each component within the multi-channel flow cell.
  • the common flow cell 133 includes a flow path 117 and a hole 119.
  • the independent flow cell 134 includes a flow path 120 and a hole 118. Holes 118 and 119 are used to insert screws 116.
  • FIG. 4A shows a detailed perspective view of the flow path in the independent flow cell.
  • the independent flow cell 134 includes a flow path 120 and a protrusion 121.
  • FIG. 4B shows a top view, a side view, and a front view of the independent flow cell 134.
  • 122 and 123 show typical inlet channels.
  • 124, 125, and 126 represent typical outlet channels.
  • the channels 122, 123, and 124 are arranged in different layers or at different depths to access the membrane.
  • the flow path includes an inlet flow path, an outlet flow path, and two types of joints (see FIGS. 13A and 13B), one of which connects the inlet and outlet flow paths in the same layer. The other joint, however, connects the inlet and outlet channels in different layers.
  • FIG. 5 shows a conventional arrangement in which each membrane has an inlet and outlet channels on the same layer.
  • each black circle indicates the location of the membrane within the membrane array chip, and two orthogonal solid lines indicate inlet and outlet channels on the same layer.
  • the number adjacent to each line indicates the layer number where the flow path is located. The higher the number, the deeper the layer. According to this arrangement, at least four layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in the 4x4 membrane array chip of the conventional arrangement.
  • 6A-6D show four conventional arrangements where each membrane has an inlet and outlet channels on different layers. Solid and dotted pairs indicate inlet and outlet channels on different layers. According to this arrangement, at least four layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in these arrangements of 4x4 membrane array chips.
  • the material cost for producing the flow cell can be reduced.
  • a more compact flow cell has the advantage of being easy to manufacture, handle, use and store.
  • the reduction in layer thickness also allows for a reduction in channel length, which can reduce the required amount of test sample, which can be valuable, rare and expensive.
  • FIG. 8A shows a conventional arrangement in which each membrane has an inlet and outlet channels on the same layer. According to this arrangement, at least three layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in the 3x3 membrane array chip.
  • FIG. 8B shows a conventional arrangement in which each membrane has inlet / outlet and outlet channels on different layers. According to this arrangement, at least four layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in the 3x3 membrane array chip.
  • FIG. 9A shows a conventional arrangement in which each membrane has an inlet and outlet channels on the same layer. According to this arrangement, at least five layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in the 8x6 zigzag membrane array chip.
  • FIG. 9B shows a conventional arrangement in which each membrane has an inlet and outlet channels on different layers. According to this arrangement, at least four layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in the 8x6 zigzag membrane array chip.
  • FIG. 9C shows a novel arrangement in which part of the membrane has inlet and outlet channels on the same layer and the other membrane has inlet and outlet channels on different layers. According to this arrangement, only three layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in the 8x6 zigzag membrane array chip. The advantage of reducing the number of layers is the same as the arrangement of the flow path for the 4 ⁇ 4 membrane array chip described above.
  • FIG. 10A shows a conventional arrangement in which each membrane has an inlet and outlet channels on different layers. According to this arrangement, at least 6 layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in the 9x6 membrane array chip. (Ii) Arrangement of inlet and outlet channels according to the present disclosure.
  • FIG. 10B shows a novel arrangement in which some of the membranes have inlet and outlet channels on the same layer and the other membranes have inlet and outlet channels on different layers. According to this configuration, only 5 layers are required to arrange the inlet and outlet channels for all membranes in the 9x6 membrane array chip.
  • the advantage of reducing the number of layers is the same as the arrangement of the flow path for the 4 ⁇ 4 membrane array chip described above. ⁇ Overview of the minimum number of layers required to place inlet and outlet channels to all membranes in an NxM membrane array chip>
  • Table 1 shows the minimum number of layers that need to be used to place the inlet and outlet channels to all membranes in an N ⁇ M membrane array chip (non-zigza, M ⁇ N) in three cases.
  • the inlet and outlet channels of each membrane are located on the same layer, and the type (2) the inlet and outlet channels of each membrane are located on different layers.
  • Some of the inlet and outlet channels of the membrane are arranged on the same layer, and the inlet and outlet channels of other membranes are arranged on different layers.
  • the minimum required number of layers is the multiplication of the minimum integer equal to or greater than the value obtained by dividing N by 2 and the minimum integer greater than or equal to the value obtained by dividing M by 2.
  • the minimum required number of layers is M + 1, and when M is even, the minimum required number of layers is M. If M is greater than or equal to the value obtained by dividing N by 2 and less than or equal to the minimum integer, in the case of type (3), the minimum required number of layers is M.
  • M is N or less and M is greater than the minimum integer greater than or equal to the value obtained by dividing N by 2
  • the minimum required number of layers is M-1.
  • the type (3) in which a part of the inlet and outlet channels of the membrane are arranged on the same layer and the inlet and outlet channels of other membranes are arranged on different layers is used for multi.
  • Designing a channel flow cell reduces the number of layers required to place inlet and outlet channels for all membranes in the membrane array chip, which makes the flow cell more compact. This has the advantage that the material cost for producing the flow cell can be reduced because the thickness of the flow cell is reduced.
  • a more compact flow cell has the advantage of being easy to manufacture, handle, use and store.
  • the reduction in layer thickness also allows for a reduction in channel length, which can reduce the required amount of test sample, which is usually valuable, rare and expensive.
  • FIG. 11 shows a perspective view of the configuration of the protrusion 121 of the independent flow cell in the nanopore array sensing system.
  • the distance h between the surface of the membrane 115 and the upper ends of both the inlet flow path 128 and the outlet flow path 129 closest to the membrane surface is set to be equal to or less than the general diameter d of the inlet flow path.
  • a general diameter is defined as the maximum distance between any two points on the boundary of a cross section.
  • the inserted aqueous solution 130 pushes the air in the flow path 128 or 129 outward through the outlet flow path 129 or the inlet flow path 128, and the aqueous solution is a membrane immediately after leaving the inlet flow path 128 or the outlet flow path 129. Contact the surface.
  • the aqueous solution 130 is placed inside the pool 131 to apply hydrophilic treatments such as ozone treatment, plasma treatment, ultraviolet (UV) irradiation, or chemical treatment (surface oxidation with acid) to the membrane surface. Can spread over all membrane surfaces.
  • the aqueous solution 130 moves outward via the outlet flow path 129 or the inlet flow path 128 closest to the membrane surface. Therefore, this protruding structure shown in FIG. 11 can prevent an electrical conductance error due to the generation of bubbles because the aqueous solution cannot contact the membrane surface.
  • air bubbles can be generated near the bottom region of pool 131 and therefore cannot touch the surface of membrane 115.
  • FIG. 12 shows a perspective view of another configuration of the independent flow cell protrusion 121 in the nanopore array sensing system.
  • the protrusion 121 is constructed only on the inlet flow path 128.
  • the distance from the surface (membrane surface) of the membrane 115 to the outlet flow path 127 closest to the membrane surface is set equal to the height of the pool 131.
  • the aqueous solution 130 comes into contact with the surface (membrane surface) of the membrane 115, and the hydrophilic treatment applied to the membrane surface causes the aqueous solution 130 to spread over all the membrane surfaces inside the pool 131. ..
  • the aqueous solution 130 is inside the pool 131 because the closest distance between the membrane surface and the outlet flow path 127 is much longer than the distance h between the membrane and the inlet flow path closest to the membrane surface. Air is extruded to the outside of the independent flow cell via the outlet flow path 129.
  • FIG. 13A and 13B show schematic views of two types of joints with protrusions 121 as presented above.
  • FIG. 13A shows a type (A) in which the inlet and outlet channels of each membrane are arranged on the same layer.
  • FIG. 13B shows a type (B) in which the inlet and outlet channels of each membrane are arranged on different layers.
  • the inlet channel 128 and the outlet channel 129 are arranged orthogonally (at 90 degrees) and the aqueous solution 130 is inserted through the inlet channel 128.
  • the inlet flow path 128 and the outlet flow path 129 are arranged in parallel (at 180 degrees), and the aqueous solution 130 is inserted from the inlet flow path 128.
  • the protrusions have a half moon structure to save space, maximize the flow path area of the protrusions and allow a stable structure for fabrication.
  • the inlet flow path 128 and the outlet flow path 129 can be arranged at any angle other than 180 degrees in the type (A), and can be arranged at an arbitrary angle (0 to 360 degrees) in the type (B). be able to.
  • FIG. 14 shows the configuration of the common flow cell 133, the partition 111, and the membrane array chip 115.
  • FIG. 14A shows a top view and a bottom view of the common flow cell.
  • FIG. 14B shows a cross section AA of FIG. 14A. As shown in FIG. 14B, a common location is constructed within the common chamber 137 for all membranes of the membrane array chip by the chip surface, common flow cell surface, and square hole divider 111.
  • the aqueous solution can be inserted into this common location from the flow path 135.
  • the aqueous solution then randomly flows into the membrane and exits the flow path 136.
  • the aqueous solution may be inserted from the flow path 136 into this common location.
  • the aqueous solution then randomly flows into the membrane and exits the flow path 135.
  • FIG. 15 shows another configuration of the common flow cell 133, the partition 111, and the membrane array chip 115.
  • FIG. 15A shows a top view and a bottom view of a common flow cell having this configuration.
  • FIG. 15B shows a cross section BB of FIG. 15A.
  • the flow path 138 is constructed in the common chamber 137, resulting in a membrane array chip from flow path 135 to flow path 136 or from flow path 136 to flow path 135. Access all membranes in.
  • the flow path 138 of the common chamber 137 consists of a chip surface, a common flow cell surface, and the surface of the partition 111.
  • An aqueous solution is inserted from the flow path 135 into this common location.
  • the aqueous solution then eventually flows through the flow path 138 into each membrane and exits into the flow path 136.
  • the aqueous solution is inserted from the flow path 136 into this common location.
  • the aqueous solution then eventually flows through the flow path 138 into each membrane and out into the flow path 135.
  • the generation of bubbles can be prevented by the random flow of aqueous solution on the common location of the common chamber 137.
  • the common flow cell 133 and the independent flow cell 134 described in FIG. 3A of the multi-channel flow cell can be manufactured by a 3D printer as an example.
  • the membrane array chip 115, the common partition 111, the common flow cell 133, and the independent flow cell 134 insert and tighten the screws to form a multi-channel flow cell.
  • the multi-channel flow cell can be used for nanopore applications.
  • the aqueous solution is inserted into each membrane from each corresponding inlet channel of the independent flow cell 134.
  • the aqueous solution is inserted into the common chamber 137 through the flow path of the common flow cell 133.
  • the electrode 106 is then immersed in an aqueous solution in the inlet or outlet channel of each independent chamber 114. Further, as shown in FIG. 2, the electrode 105 is immersed in the aqueous solution in the flow path of the common chamber 113.
  • nanopores of a desired size can be produced on each membrane based on dielectric breakdown technology.
  • the aqueous solution containing the sample is then inserted into the flow path of the common chamber 113 of the common flow cell 133 or the inlet flow path of each independent chamber 114 of the independent flow cell 134.
  • the movement of the sample through the nanopores can be detected simultaneously by applying a voltage to each chamber through the electrodes and measuring the ion current cutoff event.
  • the present disclosure allows the aqueous solution to be distributed independently to each membrane in the array without causing the problem of air bubbles or the problem of solution leakage between separated chambers.
  • Multi-channel flow cells for membrane array chips can be made.
  • the number of layers to build the flow cell can be minimized, which can reduce the material cost for making the flow cell, which makes the flow cell more compact. It has the advantage of being easy to manufacture, handle, use, and store, and can also reduce the required amount of test samples that can be valuable, rare, and expensive.
  • Membrane part 101 Substrate (Si) 102 Membrane (SiN) 103 Membrane (Poly-Si, SiO2) 104 Membrane (SiN) 105, 106 Electrode 107 Electric wire 108, 109, 130 Aqueous solution 110 Measuring unit 111 Partition (silicone rubber) 112 partition (silicone rubber) 113 Common chamber 114 Independent chamber 115 Membrane chip 116 Thread 117 Flow path 118, 119 Through hole 120, 122, 123, 124, 125, 126, 127 Flow path 121 Protrusion 128 Inlet flow path 129 Outlet flow path 131 Pool 133 Common flow cell 134 Independent flow cell 135, 136, 138 Flow path 137 Common chamber

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Abstract

本開示は、ＤＮＡシーケンス化または標的分子用途のカウントに使用される、ナノポアアレイ感知システム用のマルチチャネルフローセルであって、流路を配置するための限られたスペースによるアレイチップ内の使用可能なナノポアの数の限定、ならびに気泡の生成および水溶液の漏れによる電気コンダクタンスエラーの問題を解決する、マルチチャネルフローセルを提案する。マルチチャネルフローセルでは、メンブレンアレイチップ内のメンブレンの数はＮ×Ｍアレイであり、ＭはＮ以下であり、流路の数はＮ×Ｍであり、ＮおよびＭは正の整数である。さらに、流路は、入口流路と、出口流路と、２つのタイプのジョイント部とを含む（図３を参照）。

Description

フローセルおよびナノポアアレイ感知システム
　本開示は、例えば、アレイデバイス内の各要素位置にアクセスするための複数のチャネルまたは流路を備えるマルチチャネルフローセルの設計に関する。
　ナノポアを使用した技術は、水溶液中の分子、粒子、ＤＮＡ、タンパク質などの生体試料を検出する手段として考えられている。標的化生体試料と同じレベルのサイズの穴を標的化生体試料が通過するとき、標的化生体試料の物体および構造的特徴を検出することができる。ナノポアは、水溶液が満たされたフローセルの上部チャンバと下部チャンバとの間に挟まれたメンブレン上に作製される。電極が、各チャンバ内の溶液に浸される。標的化生体試料は、１つのチャンバ内に投入される。電極間に電位差が適用され、標的化生体試料は、電気泳動されてナノポアを通過する。電極間を流れるイオン電流を測定することで、標的化生体試料が検出される。標的化生体試料がナノポアを通過するとき、試料の構造とサイズに応じてイオン電流が遮断される。
　ナノポアデバイスは、固体法および生物学的方法によって作製することができる。固体法は、機械的強度の高い半導体材料を用いてナノポアを作製する。例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）フィルムが、メンブレンとして使用される。ナノメートルサイズのポアは、電圧をメンブレンに印加する電子ビーム技術および絶縁破壊技術の照射などの様々な方法によってメンブレン上に作製される。
　ナノポア用途では、複数のナノポアをアレイ形態で置き、同じ標的化生体試料または異なる標的化生体試料を並行して同時に測定することにより、読み取りスループット、精度、および測定時間を改善することができる。ナノポアアレイ感知システムは、ポアアレイだけでなく、フローセルおよび電極などの隣接する構成要素も必要である。
　例えば、特許文献１は、ナノポアアレイセンサ用のＰＣＢ上に構築されたマルチチャネルフローセルおよび電極を開示している。各チャンバは、仕切りによって隔離される。ＰＣＢボード、ナノポアアレイチップ、および仕切りが、正確に接着される。フローセルのすべての流路を親水性にした後、液体をラミネートすることによって水溶液が各ナノポアに挿入される。
　非特許文献１は、アクリル材料で作られた別のマルチチャネルフローセルを提示しており、各チャンバは、Ｏリングで分離される。水溶液は、ピペットで各チャンバに挿入される。
特開２０１８－９６６８８号公報
Ｉｔａｒｕ　Ｙａｎａｇｉ，Ｒｅｎａ　Ａｋａｈｏｒｉ，Ｍａｙｕ　Ａｏｋｉ，Ｋｕｎｉｏ　Ｈａｒａｄａ，ａｎｄ　Ｋｅｎ－ｉｃｈｉ　Ｔａｋｅｄａ，「Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｏｎｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｗｏ　ｎａｎｏｐｏｒｅｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｏｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｓｉ３Ｎ４　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ」，Ｌａｐ　Ｃｈｉｐ　１６，３３４０－３３５０（２０１６），ＤＯＩ：１０．１０３９／Ｃ６ＬＣ００６３９Ｆ
　しかし、上記文献に開示されたフローセルは、フローセル内で発生した気泡によって引き起こされる電気コンダクタンスエラーのため、メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンを活用できず、すべてのメンブレンにアクセスする流路を配置するための十分なスペースがない。
　非特許文献１のマルチチャネルフローセルは、高密度化されたナノポアアレイすべてに対して１つの入口流路および１つの出口流路を配置するのに十分なスペースがないため、ナノポアアレイの半分を犠牲にする必要がある。特許文献１および非特許文献１におけるマルチチャネルフローセルの別の問題は、メンブレン面と流路との間に発生した気泡によって、また、アレイ内の使用可能なナノポアの数が減少するような独立チャンバ間の溶液漏出によって引き起こされる電気コンダクタンスエラーのためにイオン電流を正しく測定することができないことである。
　本開示は、ナノポアアレイのすべてを活用し、気泡の発生および溶液の漏れの問題によって引き起こされる電気コンダクタンスエラーを排除するための、固体ナノポアアレイ用のマルチチャネルフローセルの設計および形成方法について提案する。さらに、本開示は、フローセルの厚さを最小化するための、固体ナノポアアレイ用のマルチチャネルフローセルの設計および形成を提案する。
　上記の目的を達成するために、本開示は、フローセルであって、複数のメンブレンを有するメンブレンアレイチップと、共通チャンバと、メンブレンアレイチップ内のメンブレンを介して共通チャンバにそれぞれが連結された複数の独立チャンバとを備え、複数の流路が独立チャンバに連結され、各チャンバは、入口流路と出口流路とを含む、フローセルを提案する。フローセルでは、流路の一部は、メンブレンアレイチップ面に平行な層内に配置され、流路の別の一部は、メンブレンアレイチップ面に直交して配置され、各流路は、それぞれの特有のメンブレンにアクセスする。さらに、フローセルでは、メンブレンアレイチップ内のメンブレンの数は、Ｎ×Ｍアレイであり、ここでＭはＮ以下であり、流路数はＮ×Ｍであり、ＮおよびＭは、正の整数である。さらに、流路は、入口流路と、出口流路と、第１および第２のタイプのジョイント部とを含む。
　本開示は、別の態様として、水溶液がメンブレンに供給されるフローセルであって、複数のメンブレンを有するメンブレンアレイチップと、共通チャンバと、メンブレンアレイチップ内のメンブレンを介して共通チャンバにそれぞれが連結された複数の独立チャンバとを備える、フローセルを提案する。フローセル内では、入口流路および出口流路が、それぞれの独立チャンバと、ジョイント部を介して連結されて入口流路および出口流路を組み合わせており、また、ジョイント部は、入口流路または出口流路の少なくとも一方が連結された少なくとも一つの突起流路を有する。
　本開示のさらなる特徴は、以下の実施形態を参照することによって、および添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
　本開示によれば、メンブレンアレイチップの全てのメンブレンを活用し、気泡の発生および溶液漏れ問題によって引き起こされる電気コンダクタンスエラーを解消することが可能になる。さらに、フローセルの厚さを最小化することが可能になり、それによってフローセルの製造コストおよび試験試料の量の低減が進む。
ナノポアアレイ感知システムの断面図である。 ナノポアアレイ感知システムのマルチチャネルフローセルの１つの実施形態の概略図である。 マルチチャネルフローセルの１つの実施形態の典型的な構成要素の概略図である。 マルチチャネルフローセルの１つの実施形態の流路の概略図である。 マルチチャネルフローセルの１つの実施形態の独立フローセルの斜視図である。 マルチチャネルフローセルの１つの実施形態の独立フローセルの上面図、側面図、および正面図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ４×４メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ３×３メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ３×３メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ３×３メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ３×３メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ８×６メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ８×６メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ８×６メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ９×６メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 ９×６メンブレンアレイチップの１つの実施形態の流路配置の概略図である。 突起部の１つの実施形態の概略図である。 突起部の１つの実施形態の概略図である。 突起部の１つの実施形態の概略図である。 突起部の１つの実施形態の概略図である。 共通チャンバの１つの実施形態の概略図である。 共通チャンバの１つの実施形態の断面の概略図である。 共通チャンバの１つの実施形態の概略図である。 共通チャンバの１つの実施形態の断面の概略図である。
　以下では、本開示による実施形態が、添付の図を参照して説明される。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において、同じ構成要素には同じ符号を付している。
　さらに、本開示は、メンブレンアレイチップ内のメンブレンの数、メンブレンの構造的配置、チップの材料、フローセルの材料、仕切りの材料、または電極の材料を限定しない。上記の資料は例にすぎない。正方形、長方形、またはジグザグパターンで配置されたＮ×Ｍメンブレンアレイチップ（Ｍ≦Ｎ）のいくつかの例が、説明される。
　＜ナノポアアレイ感知システムの構成＞
　図１Ａは、ナノポアアレイ感知システムの断面図を示す。図１では、１０１はＳｉ基板であり、１０２はＳｉＮメンブレンであり、１０３はポリＳｉメンブレンまたはＳｉＯ２メンブレンであり、１０４はＳｉＮメンブレンであり、１１１は共通チャンバ１１３の仕切りであり、１１２は独立チャンバ１１４の仕切りであり、１０８および１０９はそれぞれ共通チャンバおよび独立チャンバ内のＫＣｌ水溶液であり、１０５および１０６は、それぞれ共通チャンバおよび独立チャンバ内の水溶液に浸されたＡｇ／ＡｇＣｌ電極であり、１０７はＡｇ／ＡｇＣｌ電極を測定ユニットに接続する電気ワイヤであり、１１０、１００はＳｉ基板１０１とｐｏｌｙ－Ｓｉメンブレン１０３との間に挟まれていないＳｉＮメンブレン部分である。測定ユニット１１０は、電極１０５および１０６に異なる電圧を印加することができ、電極１０５と１０６との間を流れる電流を測定することができる。各独立チャンバ１１４は、他の独立チャンバとの電気分離および溶液分離を有する。ナノポアは、印加された電圧または電流を、測定ユニット１１０を使用して制御することにより、絶縁破壊技術に基づいてメンブレン１００上に作製することができる。
　＜マルチチャネルフローセルの構成＞
　図２は、図１に示すナノポアアレイ感知システムのマルチチャネルフローセルの概略図を示す。図２では、各独立電極１０６および共通電極１０５は、測定ユニット１１０に連結するために、マルチチャネルフローセルのそれぞれ独立フローセル１３４および共通フローセル１３３の内部の水溶液１０９および１０８に浸される。
　＜マルチチャネルフローセル内部の構成要素＞
　図３Ａは、マルチチャネルフローセル内の構成要素を示す。図３Ａでは、独立チャンバの仕切り１１２および共通チャンバの仕切り１１１は、シリコーンゴムから作られる。メンブレンアレイチップ１１５は、２つの仕切り１１１と１１２の間に挟まれる。チップ１１５と仕切り１１１および１１２とのセットは、共通フローセル１３３と独立フローセル１３４との間に挟まれる。ねじ１１６は、マルチチャネルフローセル内の各構成要素の位置を固定するために使用される。共通フローセル１３３は、流路１１７と、穴１１９とを含む。独立フローセル１３４は、流路１２０と、穴１１８とを含む。穴１１８および１１９は、ねじ１１６を挿入するために使用される。
　＜独立フローセル内の流路＞
　図４Ａは、独立フローセル内の流路の詳細な斜視図を示す。独立フローセル１３４は、流路１２０と、突起部１２１とを含む。図４Ｂは、独立フローセル１３４の上面図、側面図、および正面図を示す。図４Ｂでは、１２２および１２３は、典型的な入口流路を示す。１２４、１２５、および１２６は、典型的な出口流路を示す。各流路１２２、１２３、および１２４は、メンブレンにアクセスするために、異なる層または異なる深さ位置に配置される。流路は、入口流路と、出口流路と、２つのタイプのジョイント部（図１３Ａ、１３Ｂ参照）とを含み、一方のジョイント部は、同一層内の入口流路および出口流路を連結し、他方のジョイント部は、異なる層内の入口流路および出口流路を連結する。
　＜４×４メンブレンアレイチップのための流路の配置＞
　（ｉ）入口流路および出口流路の従来の配置
　次に、４×４メンブレンアレイチップ用の独立フローセルの流路を１つのタイプのジョイント部のみで配置する例が、説明される。
　図５は、各メンブレンが同じ層上に入口流路および出口流路を有する、従来の配置を示す。図５では、各黒い円は、メンブレンアレイチップ内のメンブレンの位置を示し、２つの直交する実線は、同じ層上の入口流路および出口流路を示す。各線に隣接する番号は、流路が位置する層番号を示す。数値が大きいほど、深い層を示す。この配置によれば、従来の配置の４×４メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、少なくとも４層が必要とされる。
　図６Ａから６Ｄは、各メンブレンが異なる層上に入口流路および出口流路を有する４つの従来の配置を示す。実線および点線のペアは、異なる層上の入口流路および出口流路を示す。この配置によれば、これらの配置の４×４メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、少なくとも４つの層が必要とされる。
　（ｉｉ）本開示による入口流路および出口流路の配置
　次に、本実施の形態における４×４メンブレンアレイチップ用の独立フローセルの流路を２つのタイプのジョイント部の両方を用いて配置する例が、説明される。図７Ａから７Ｅは、メンブレンの一部が同じ層上に入口流路および出口流路を有し、他のメンブレンが異なる層上に入口流路および出口流路を有する、５つの新しい配置を示す。この配置によれば、これらの配置の４×４メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、３層しか必要とされない。フローセルを構築するのに必要である層の数は、流路の配置に２つのタイプのジョイント部を使用することによって低減することができ、それにより、フローセルはよりコンパクトになることができ、フローセルの厚さが減少することで、フローセルを作製するための材料コストを低減することができる。よりコンパクトなフローセルは、製造、取り扱い、使用、保管が容易であるという利点を有する。さらに、層の厚さの減少は、流路長さの減少も可能にし、それにより、貴重で、まれで、高価である可能性がある、試験試料の必要な量を低減することができる。
　＜３×３メンブレンアレイチップのための流路配置＞
　（ｉ）入口流路および出口流路の従来の配置
　３×３メンブレンアレイチップ用の独立フローセルの流路を１つのタイプのジョイント部のみで配置する例が、説明される。
　図８Ａは、各メンブレンが同じ層上に入口流路および出口流路を有する従来の配置を示す。この配置によれば、３×３メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、少なくとも３つの層が必要とされる。
　図８Ｂは、各メンブレンが異なる層上に入口出口および出口流路を有する従来の配置を示す。この配置によれば、３×３メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、少なくとも４つの層が必要とされる。
　（ｉｉ）本開示による入口流路および出口流路の配置
　３×３メンブレンアレイチップ用の独立フローセルの流路を２つのタイプのジョイント部の両方を使用して配置する例が、説明される。図８Ｃおよび図８Ｄは、メンブレンの一部が同じ層上に入口流量および出口流路を有し、他のメンブレンが異なる層上に入口流路および出口流路を有する、２つの新しい配置を示す。この配置によれば、３×３メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するのに、２層しか必要とされない。層数を低減する利点は、上記で説明した４×４メンブレンアレイチップ用の流路の配置と同じである。
　＜８×６ジグザグメンブレンアレイチップ用の流路の配置＞
　（ｉ）入口流路および出口流路の従来の配置　８×６ジグザグメンブレンアレイチップ用の独立フローセルの流路を１つのタイプのジョイント部のみを使用して配置する例が、説明される。
　図９Ａは、各メンブレンが同じ層上に入口流路および出口流路を有する従来の配置を示す。この配置によれば、８×６ジグザグメンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、少なくとも５つの層が必要とされる。
　図９Ｂは、各メンブレンが異なる層上に入口流路および出口流路を有する従来の配置を示す。この配置によれば、８×６ジグザグメンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、少なくとも４つの層が必要とされる。
　（ｉｉ）本開示による入口流路および出口流路の配置
　８×６ジグザグメンブレンアレイチップの独立フローセルの流路を２つのジョイント部分の両方を使用して配置する例が、説明される。
　図９Ｃは、メンブレンの一部が同じ層上に入口流路および出口流路を有し、他のメンブレンが異なる層上に入口流路および出口流路を有する、新規の配置を示す。この配置によれば、８×６ジグザグメンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、３層しか必要とされない。層数を低減する利点は、上記で説明した４×４メンブレンアレイチップ用の流路の配置と同じである。
　＜９×６メンブレンアレイチップ用の流路の配置＞
　（ｉ）入口流路および出口流路の従来の配置
　次に、９×６メンブレンアレイチップ用の独立フローセルの流路を１つのタイプのジョイント部のみで配置する例が、説明される。
　図１０Ａは、各メンブレンが異なる層上に入口流路および出口流路を有する従来の配置を示す。この配置によれば、９×６メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するには、少なくとも６層が必要とされる。
　（ｉｉ）本開示による入口流路および出口流路の配置
　９×６メンブレンアレイチップの独立フローセルの流路を２つのジョイント部の両方を使用して配置する例が、説明される。図１０Ｂは、メンブレンの一部が同じ層上に入口流路および出口流路を有し、他のメンブレンが異なる層上に入口流路および出口流路を有する新規の配置を示す。この構成によれば、９×６メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するのには、５層しか必要とされない。層数を低減する利点は、上記で説明した４×４メンブレンアレイチップ用の流路の配置と同じである。
　＜Ｎ×Ｍメンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンへの入口流路および出口流路を配置するために必要な層の最小数の概要＞
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１は、Ｎ×Ｍメンブレンアレイチップ（非ジグザグ、Ｍ≦Ｎ）内のすべてのメンブレンへの入口流路および出口流路を３つの場合に配置するために使用する必要がある層の最小数をまとめている：タイプ（１）各メンブレンの入口流路および出口流路は同じ層上に配置され、タイプ（２）各メンブレンの入口流路および出口流路は異なる層上に配置され、タイプ（３）メンブレンの一部の入口流路および出口流路は同じ層上に配置され、他のメンブレンの入口流路および出口流路は異なる層上に配置される。
　タイプ（１）の場合、層の最小必要数は、Ｎを２で割った値以上の最小整数およびＭを２で割った値以上の最小整数の乗算である。タイプ（２）の場合、Ｍが奇数の場合、層の最小必要数はＭ＋１であり、Ｍが偶数の場合、層の最小必要数はＭである。ＭがＮを２で割った値以上の最小整数以下の場合、タイプ（３）の場合、層の最小必要数はＭである。ＭがＮ以下であり、ＭがＮを２で割った値以上の最小整数より大きい場合、タイプ（３）の場合、層の最小必要数はＭ－１である。そのため、メンブレンの一部の入口流路および出口流路が同じ層上に配置され、他のメンブレンの入口流路および出口流路が異なる層上に配置されるタイプ（３）を使用してマルチチャネルフローセルを設計すると、メンブレンアレイチップ内のすべてのメンブレンのための入口流路および出口流路を配置するのに必要とされる層の数が低減され、それにより、フローセルはよりコンパクトになることができ、フローセルの厚さが減少するためにフローセルを作製する材料コストを低減できるという利点がある。よりコンパクトなフローセルは、製造、取り扱い、使用、保管が容易であるという利点を有する。さらに、層の厚さの減少は、流路長さの減少も可能にし、それにより、通常は貴重で、まれで、そして高価である、試験試料の必要な量を低減することができる。
　＜突起部および独立フローセルの構成＞
　（ｉ）構成１
　図１１は、ナノポアアレイ感知システムにおける独立フローセルの突起部１２１の構成の斜視図を示す。
　図１１では、メンブレン１１５の表面と、メンブレン面に最も近い入口流路１２８および出口流路１２９の両方の上端との間の距離ｈは、入口流路の一般的な直径ｄ以下に設定されている。一般的な直径は、断面の境界上の任意の２点間の最大距離として定義される。水溶液１３０は、入口流路１２８または出口流路１２９からプール１３１に挿入される。プール１３１は、独立チャンバ１１４、独立チャンバの仕切り１１２およびメンブレン１１５から構築される。挿入された水溶液１３０は、流路１２８または１２９内の空気を出口流路１２９または入口流路１２８を介して外側に押し、水溶液は、入口流路１２８または出口流路１２９を離れた直後にメンブレン面に接触する。メンブレンをフローセルに組み付ける前に、たとえばオゾン処理、プラズマ処理、紫外線（ＵＶ）照射、または化学処理（酸による表面酸化）などの親水性処理をメンブレン面に施すため、水溶液１３０は、プール１３１の内側ですべてのメンブレン面に広がることができる。水溶液１３０は、メンブレン面に最も近い出口流路１２９または入口流路１２８を介して外側に移動する。そのため、図１１に示すこの突起構造は、水溶液がメンブレン面に接触できないために気泡が発生することによる電気コンダクタンスエラーを防止することができる。さらに、もしあっても、気泡はプール１３１の底部領域の近くに生成され得るため、メンブレン１１５の表面に触れることはできない。
　（ｉｉ）構成２
　図１２は、ナノポアアレイ感知システムにおける独立フローセルの突起部１２１の別の構成の斜視図を示している。
　図１２に示すような構成では、突起部１２１は、入口流路１２８上のみに構築される。メンブレン１１５の表面（メンブレン面）からメンブレン面に最も近い出口流路１２７までの距離は、プール１３１の高さに等しく設定される。水溶液１３０を出口流路１２９から挿入する場合、プール１３１の内側に気泡が発生する可能性があり、それにより、水溶液がメンブレン面に接触することができないため、電気コンダクタンスエラーが起こり得る。水溶液１３０を入口流路１２８から挿入する場合、プール１３１の内側で気泡は発生せず、それにより、電気コンダクタンスエラーを防止することができる。
　水溶液１３０は、入口流路１２８を離れた直後にメンブレン１１５の表面（メンブレン面）に接触し、メンブレン面に施された親水処理により、水溶液１３０は、プール１３１の内側で全てのメンブレン面に広がる。
　次に、メンブレン面と出口流路１２７との間の最も近い距離が、メンブレンと、メンブレン面に最も近い入口流路との間の距離ｈよりもかなり長いため、水溶液１３０は、プール１３１の内側の空気を出口流路１２９を介して独立フローセルの外側に押出す。
　したがって、プール１３１内の残りの空気によって引き起こされる気泡の発生を防止することができる。この実施形態では、マルチチャネルフローセルの気泡発生による電気コンダクタンスエラーの問題を完全に回避することができる。
　＜２つのタイプの突起部付きジョイント部の構成＞
　図１３Ａおよび図１３Ｂは、上記で提示したような２つのタイプの突起部１２１付きジョイント部の概略図を示す。図１３Ａは、各メンブレンの入口流路および出口流路が同じ層上に配置されるタイプ（Ａ）を示す。図１３Ｂは、各メンブレンの入口流路および出口流路が異なる層上に配置されるタイプ（Ｂ）を示す。
　図１３Ａでは、入口流路１２８および出口流路１２９は、（９０度で）直交して配置され、水溶液１３０は、入口流路１２８から挿入される。
　図１３Ｂでは、入口流路１２８および出口流路１２９は、平行に（１８０度で）配置され、水溶液１３０は、入口流路１２８から挿入される。突起部は、ハーフムーン構造を有してスペースを節約し、突起部の流路面積を最大化し、作製のための安定した構造を可能にする。
　一方で、入口流路１２８および出口流路１２９を、タイプ（Ａ）では１８０度以外の任意の角度で配置することができ、タイプ（Ｂ）では任意の角度（０～３６０度）で配置することができる。
　＜共通フローセルおよび共通チャンバの構成＞
　（ｉ）例１
　図１４は、共通フローセル１３３、仕切り１１１、およびメンブレンアレイチップ１１５の構成を示している。図１４Ａは、共通フローセルの上面図および底面図を示す。図１４Ｂは、図１４Ａの断面Ａ－Ａを示す。図１４Ｂに示すように、共通の場所は、チップ表面、共通フローセル面、および角穴仕切り１１１によって、メンブレンアレイチップのすべてのメンブレンのための共通チャンバ１３７内に構築される。
　水溶液は、流路１３５からこの共通の場所に挿入され得る。次いで、水溶液は、ランダムにメンブレンに流れ、流路１３６に出る。あるいは、水溶液は、流路１３６からこの共通の場所に挿入されてもよい。次いで、水溶液は、ランダムにメンブレンに流れ、流路１３５に出る。
　（ｉｉ）例２
　図１５は、共通フローセル１３３、仕切り１１１、およびメンブレンアレイチップ１１５の別の構成を示す。図１５Ａは、この構成の共通フローセルの上面図および底面図を示す。図１５Ｂは、図１５Ａの断面Ｂ‐Ｂを示す。図１５Ａ（底面図）に示すように、流路１３８は、共通チャンバ１３７内に構築されて、結果的に流路１３５から流路１３６へ、または流路１３６から流路１３５へとメンブレンアレイチップのすべてのメンブレンにアクセスする。
　共通チャンバ１３７の流路１３８は、チップ面、共通フローセル面、および仕切り１１１の表面からなる。水溶液が、流路１３５からこの共通の場所に挿入される。次いで、水溶液は、結果的に、流路１３８を通って各メンブレンに流れ、流路１３６に出る。または、水溶液は、流路１３６からこの共通の場所に挿入される。次いで、水溶液は、結果的に、流路１３８を通って各メンブレンに流れ、流路１３５に出る。
　図１５Ａ及び図１５Ｂに示すこの構成では、共通チャンバ１３７の共通の場所上の水溶液のランダムな流れにより、気泡の発生を防止することができる。
　＜マルチチャネルフローセル等の作製手順＞
　マルチチャネルフローセルの、図３Ａに示す説明する共通フローセル１３３および独立フローセル１３４は、例として３Ｄプリンタによって作製することができる。
　独立仕切り１１２、メンブレンアレイチップ１１５、共通仕切り１１１、共通フローセル１３３、および独立フローセル１３４を組み立てた後、ねじを挿入して締めて、マルチチャネルフローセルを形成する。
　マルチチャネルフローセルは、ナノポア用途に使用することができる。この場合、水溶液は、独立フローセル１３４の対応する各入口流路から各メンブレンに挿入される。水溶液は、共通フローセル１３３の流路から共通チャンバ１３７に挿入される。次いで、電極１０６は、各独立チャンバ１１４の入口流路または出口流路内の水溶液に浸される。また、図２に示すように、電極１０５が、共通チャンバ１１３の流路内の水溶液に浸される。
　図２に示す測定ユニット１１０により、各メンブレンに電極を通して独立して同時に電圧または電流を印加することにより、絶縁破壊技術に基づいて、各メンブレン上に所望のサイズのナノポアを作製することができる。次いで、試料を含む水溶液は、共通フローセル１３３の共通チャンバ１１３の流路、または独立フローセル１３４の各独立チャンバ１１４の入口流路に挿入される。ナノポアを通過する試料の移動は、電極を介して各チャンバに電圧を印加し、イオン電流遮断イベントを測定することにより、同時に検出することができる。
　＜本実施形態の技術的効果＞
　本開示の代表的な実施形態によれば、本開示は、気泡の問題または分離されたチャンバ間の溶液の漏出の問題を発生させることなく、水溶液をアレイ内の各メンブレンに独立して分配できる、メンブレンアレイチップ用のマルチチャネルフローセルを作製することができる。さらに、２つのタイプのジョイント部を使用することにより、フローセルを構築する層数を最小限に抑えることができ、それにより、フローセルを作るための材料コストを低減でき、フローセルはよりコンパクトになり、それによって製造、取り扱い、使用、および保管を容易に行うという利点を有し、また、貴重であり、まれであり、高価である可能性のある試験試料の必要量を削減することもできる。
１００　メンブレン部
１０１　基板（Ｓｉ）
１０２　メンブレン（ＳｉＮ）
１０３　メンブレン（ポリ－Ｓｉ、ＳｉＯ２）
１０４　メンブレン（ＳｉＮ）
１０５，１０６　電極
１０７　電線
１０８，１０９，１３０　水溶液
１１０　測定ユニット
１１１　仕切り（シリコーンゴム）
１１２　仕切り（シリコーンゴム）
１１３　共通チャンバ
１１４　独立チャンバ
１１５　メンブレンチップ
１１６　ねじ
１１７　流路
１１８，１１９　貫通穴
１２０，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７　流路
１２１　突起部
１２８　入口流路
１２９　出口流路
１３１　プール
１３３　共通フローセル
１３４　独立フローセル
１３５，１３６，１３８　流路
１３７　共通チャンバ

Claims (16)

  1. 　フローセルであって、
    　複数のメンブレンを有するメンブレンアレイチップと、
    　共通チャンバと、
    　前記メンブレンアレイチップ内のメンブレンを介して前記共通チャンバにそれぞれが連結された複数の独立チャンバであって、複数の流路が前記独立チャンバに連結され、各独立チャンバは、入口流路と出口流路とを含む、独立チャンバとを備え、
    　前記流路の一部は、メンブレンアレイチップ面に平行である層内に配置され、前記流路の別の部分は、前記メンブレンアレイチップ面に直交して配置され、
    　各流路は、各特有のメンブレンにアクセスし、
    　前記メンブレンアレイチップ内の前記メンブレンの数は、Ｎ×Ｍアレイであり、ＭはＮ以下であり、前記流路の数はＮ×Ｍであり、ＮおよびＭは正の整数であり、
    　前記流路は、入口流路と、出口流路と、第１および第２のタイプのジョイント部とを含む、フローセル。
  2. 　前記第１のタイプのジョイント部が、同じ層内で前記入口流路および前記出口流路を連結し、前記第２のタイプのジョイント部は、異なる層内で前記入口流路および前記出口流路を連結する、請求項１に記載のフローセル。
  3. Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
  4. Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
  5. Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
  6. 　前記第１および第２のジョイント部が、突起流路であって、前記突起流路の上位置が、前記独立チャンバの底面位置よりも前記メンブレンの表面に近い、突起流路を有する、請求項１に記載のフローセル。
  7. 　前記突起流路の上部断面と前記メンブレンとの間の距離が、前記突起流路の前記上部断面の境界上の任意の２点間の最大距離以下である、請求項６に記載のフローセル。
  8. 　前記突起流路が、前記入口流路に連結される、請求項７に記載のフローセル。
  9. 　水溶液が、前記入口流路から前記突起流路に挿入され、前記水溶液が、前記突起流路から前記メンブレンに放出され、次いで、前記水溶液は、前記出口流路に流れる、請求項８に記載のフローセル。
  10. 　標的物質を検出するためのナノポアアレイ感知システムであって、
    　請求項１に記載のフローセルと、
    　複数の電極であって、前記電極の少なくとも１つは、前記共通チャンバによって保持される水溶液に浸され、前記残りの電極は、前記独立チャンバによって保持される水溶液に浸される、電極と、
    　前記共通チャンバまたは前記独立チャンバに挿入された前記標的化物質を検出するために前記共通チャンバ内の前記電極と前記独立チャンバ内の前記電極のそれぞれとの間のイオン電流を測定するように構成される、コントローラとを備え、
    　前記フローセル内側の前記メンブレンアレイチップ内の各メンブレンは、ナノポアを有する、ナノポアアレイ感知システム。
  11. 　前記標的物質が、標的化分子、粒子またはＤＮＡである、請求項１０に記載のナノポアアレイ感知システム。
  12. 　水溶液がメンブレンに供給されるフローセルであって、
    　複数のメンブレンを有するメンブレンアレイチップと、
    　共通チャンバと、
    　前記メンブレンアレイチップ内でメンブレンを介して前記共通チャンバにそれぞれが連結される複数の独立チャンバと、を備え、
    　入口流路および出口流路が、ジョイント部を介して各独立チャンバに連結されて、前記入口流路および前記出口流路を組み合わせており、
    　前記ジョイント部が、前記入口流路または前記出口流路の少なくとも一方が連結された少なくとも１つの突起流路を有する、フローセル。
  13. 　前記突起流路の上部位置が、前記独立チャンバの底面位置よりも前記メンブレンの表面に近い、請求項１２に記載のフローセル。
  14. 　前記突起流路の上部断面と前記メンブレンとの間の距離が、前記突起流路の前記上部断面の境界上の任意の２点間の最大距離以下である、請求項１３に記載のフローセル。
  15. 　前記突起流路が、前記入口流路に連結される、請求項１４に記載の流路。
  16. 　水溶液が、前記入口流路から前記突起流路に挿入され、前記水溶液は、前記突起流路から前記メンブレンに放出され、次いで、前記水溶液は、前記出口流路に流れる、請求項１５に記載の流路。
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