JP2021047018A - Electrode substrate - Google Patents

Abstract

To provide a technique for improving the frequency with which a biopolymer passes between nanoelectrodes in an electrode substrate having metal electrodes used for identifying a biopolymer.SOLUTION: An electrode substrate 1 has an insulating substrate layer 30 and a metal layer 40 arranged on the substrate layer 30 and extending in a first direction. The metal layer 40 has a pair of electrodes 430 facing each other in the first direction with a gap, and a wiring portion 42 connected to each of the electrodes 430 and extending in the first direction. In a state without a load, an entire lower surface of the metal layer 40 is arranged along an upper surface of the substrate layer 30. As a result, a flow path area around the electrode 430 for the flow path through which a biopolymer sample passes does not become larger than necessary. Therefore, the frequency with which the biopolymer passes between nanoelectrodes can be improved as compared with the conventional electrode substrate having a groove.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、生体高分子の識別に用いられる金属電極を有する電極基板に関する。 The present invention relates to an electrode substrate having a metal electrode used for identifying a biopolymer.

従来、原子や分子を測定、観察または識別するために、微細な先端部を有するプローブ（探針）や電極が用いられている。例えば、従来の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）には、先端の曲率半径が２０ｎｍ以下の先鋭な探針が用いられる。 Conventionally, a probe or an electrode having a fine tip has been used for measuring, observing or identifying an atom or a molecule. For example, in a scanning probe microscope (SPM) such as a conventional atomic force microscope (AFM) or a scanning tunneling microscope (STM), a sharp probe having a tip radius of curvature of 20 nm or less is used.

また、従来の微細な先端部を有する電極は、例えば、特定の分子や原子を測定または識別するために用いられる。微細な電極を用いて特定の分子を識別する方法については、例えば、特許文献１に記載されている。 Also, conventional electrodes with fine tips are used, for example, to measure or identify specific molecules or atoms. A method for identifying a specific molecule using a fine electrode is described in, for example, Patent Document 1.

特許文献１に記載の単分子識別方法では、電極間距離の短い一対のナノ電極を用いて、電極間を通過する生体高分子を構成する単分子を、トンネル電流を測定することにより識別する。 In the single molecule identification method described in Patent Document 1, a pair of nanoelectrodes having a short distance between electrodes are used to identify single molecules constituting a biopolymer passing between the electrodes by measuring a tunnel current.

国際公開２０１９／０８７４３６号International Publication No. 2019/087436

特許文献１に記載のように、従来の基板では、一対のナノ電極を含む計測電極部と重なる位置において、計測電極部の下側に隣り合う基板層が、上面から凹み、一対のナノ電極の対向方向と直交する方向の溝を有する。このように、電極の下を掘り込んで溝を作り、配線を中空状態にして、応力で配線が切れやすい構造とすることが一般的であった。 As described in Patent Document 1, in the conventional substrate, the substrate layer adjacent to the lower side of the measurement electrode portion is recessed from the upper surface at the position where it overlaps with the measurement electrode portion including the pair of nanoelectrodes, and the pair of nanoelectrodes are formed. It has a groove in the direction orthogonal to the opposite direction. In this way, it was common to dig under the electrode to form a groove and leave the wiring in a hollow state so that the wiring could be easily cut by stress.

しかしながら、このような溝を形成すると、一対のナノ電極の対向方向と直交する方向の流路面積が大きくなる。すると、計測対象である生体高分子がナノ電極間の狭い間隙を通過しにくくなる。このため、十分な量のデータを得るためには、長時間の実験を行う必要がある。 However, when such a groove is formed, the flow path area in the direction orthogonal to the facing direction of the pair of nanoelectrodes becomes large. Then, it becomes difficult for the biopolymer to be measured to pass through the narrow gap between the nanoelectrodes. Therefore, it is necessary to carry out long-term experiments in order to obtain a sufficient amount of data.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、生体高分子がナノ電極間を通過する頻度を向上させる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the frequency of passage of a biopolymer between nanoelectrodes.

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、生体高分子の識別に用いられる電極基板であって、絶縁性の基板層と、前記基板層の上に配置され、第１方向に延びる金属層と、を有し、前記金属層は、前記第１方向に間隔を介して対向する一対の電極と、前記電極のそれぞれと接続し、前記第１方向に延びる配線部と、を有し、無負荷状態において、前記金属層の下面全体が、前記基板層の上面に沿って配置される。 In order to solve the above problems, the first invention of the present application is an electrode substrate used for identifying a biopolymer, which is an insulating substrate layer and a metal arranged on the substrate layer and extending in the first direction. The metal layer has a layer, a pair of electrodes facing each other in the first direction with a gap, and a wiring portion connected to each of the electrodes and extending in the first direction. In the no-load state, the entire lower surface of the metal layer is arranged along the upper surface of the substrate layer.

本願の第２発明は、第１発明の電極基板であって、前記基板層の上面は凹部のない平坦な面である。 The second invention of the present invention is the electrode substrate of the first invention, and the upper surface of the substrate layer is a flat surface without recesses.

本願の第３発明は、第１発明の電極基板であって、前記基板層の上面は、前記金属層と接触する平坦な接触面と、前記接触面よりも下方に凹む凹面と、を含む、電極基板。 A third aspect of the present invention is the electrode substrate of the first invention, wherein the upper surface of the substrate layer includes a flat contact surface in contact with the metal layer and a concave surface recessed below the contact surface. Electrode substrate.

本願の第１発明から第３発明によれば、従来の溝を有する電極基板と比べて、生体高分子がナノ電極間を通過する頻度を向上できる。 According to the first to third inventions of the present application, the frequency of the biopolymer passing between the nanoelectrodes can be improved as compared with the conventional electrode substrate having a groove.

第１実施形態に係る電極基板の上面図である。It is a top view of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の側面図である。It is a side view of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の基板部の上面図である。It is a top view of the substrate part of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の基板部の部分上面図である。It is a partial top view of the substrate part of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の基板部の部分上面図である。It is a partial top view of the substrate part of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の基板部の部分上面図である。It is a partial top view of the substrate part of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の押し曲げの様子を示した図である。It is a figure which showed the state of pushing and bending of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の押し曲げの様子を示した図である。It is a figure which showed the state of pushing and bending of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る電極基板の押し曲げ時の様子を示した部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which showed the state at the time of pushing and bending of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 従来の電極基板のナノ電極付近の形状を示した図である。It is a figure which showed the shape around the nanoelectrode of the conventional electrode substrate. 第１実施形態に係る電極基板のナノ電極付近の形状を示した図である。It is a figure which showed the shape of the vicinity of the nanoelectrode of the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 従来の電極基板を用いて生体高分子試料を含む液体について計測したトンネル電流の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the tunneling current measured about the liquid containing a biopolymer sample using the conventional electrode substrate. 第１実施形態に係る電極基板を用いて生体高分子試料を含む液体について計測したトンネル電流の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the tunneling current measured about the liquid containing a biopolymer sample using the electrode substrate which concerns on 1st Embodiment. 一変形例に係る電極基板のナノ電極付近の形状を示した図である。It is a figure which showed the shape near the nanoelectrode of the electrode substrate which concerns on one modification.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、電極基板の厚み方向を上下方向とし、基板層に対して金属層側を上側、金属層に対して基板層側を下側として説明を行っている。しかしながら、電極基板の使用時の向きは必ずしも金属層側を鉛直上向きとしなくてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present application, the thickness direction of the electrode substrate is the vertical direction, the metal layer side is the upper side with respect to the substrate layer, and the substrate layer side is the lower side with respect to the metal layer. However, the orientation of the electrode substrate when used does not necessarily have to be vertically upward on the metal layer side.

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．電極基板の構成＞
本発明の第１実施形態に係る電極基板１について、図１〜図５を参照しつつ説明する。図１は、電極基板１の上面図である。図２は、電極基板図の側面図である。図３は、電極基板１の基板部１０の上面図である。図４〜図６は、電極基板１の部分上面図である。図７〜図９は、電極基板１の部分断面図である。図１〜図９には、電極基板１に負荷がかかっていない無負荷状態における電極基板１の様子が示されている。このため、後述する一対のナノ電極４３０の先端同士が接触した状態が示されている。 <1. First Embodiment>
<1-1. Electrode substrate configuration>
The electrode substrate 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a top view of the electrode substrate 1. FIG. 2 is a side view of the electrode substrate view. FIG. 3 is a top view of the substrate portion 10 of the electrode substrate 1. 4 to 6 are partial top views of the electrode substrate 1. 7 to 9 are partial cross-sectional views of the electrode substrate 1. 1 to 9 show the state of the electrode substrate 1 in a no-load state in which the electrode substrate 1 is not loaded. Therefore, a state in which the tips of the pair of nanoelectrodes 430, which will be described later, are in contact with each other is shown.

この電極基板１は、生体高分子であるタンパク質を構成するアミノ酸、核酸（ＤＮＡ，ＲＮＡ）を構成するヌクレオチド、糖鎖を構成する単糖、その他の生体高分子を構成する単分子の配列や、各単分子を解析するために用いられる。具体的には、後述する一対のナノ電極４３０間に電圧を負荷した状態でナノ電極４３０間に生体高分子を通過させる。そして、ナノ電極４３０と生体高分子との間に流れるトンネル電流を検知し、解析することにより、生体高分子を構成する単分子の解析を行う。 The electrode substrate 1 includes amino acids that make up proteins that are biopolymers, nucleotides that make up nucleic acids (DNA, RNA), monosaccharides that make up sugar chains, and sequences of single molecules that make up other biopolymers. It is used to analyze each single molecule. Specifically, a biopolymer is passed between the nanoelectrodes 430 in a state where a voltage is applied between the pair of nanoelectrodes 430, which will be described later. Then, by detecting and analyzing the tunnel current flowing between the nanoelectrode 430 and the biopolymer, the single molecule constituting the biopolymer is analyzed.

図１および図２に示すように、電極基板１は、略長方形の板状の基板部１０と、基板部１０の上面の一部を覆うカバー２０とを有する。以下では、電極基板１の長手方向を第１方向と称し、電極基板１の短手方向を第２方向と称する。第２方向は、第１方向と直交する。なお、「直交する」とは、「略直交する」を含むものとする。 As shown in FIGS. 1 and 2, the electrode substrate 1 has a substantially rectangular plate-shaped substrate portion 10 and a cover 20 that covers a part of the upper surface of the substrate portion 10. Hereinafter, the longitudinal direction of the electrode substrate 1 is referred to as a first direction, and the lateral direction of the electrode substrate 1 is referred to as a second direction. The second direction is orthogonal to the first direction. In addition, "orthogonal" includes "substantially orthogonal".

図３〜図９に示すように、基板部１０は、基板層３０と、金属層４０と、被覆層５０とを有する。 As shown in FIGS. 3 to 9, the substrate portion 10 has a substrate layer 30, a metal layer 40, and a coating layer 50.

本実施形態の基板層３０は、絶縁材料により形成される。本実施形態の基板層３０は、図７〜図９に示すように、シリコン（Ｓｉ）により形成された第１基板層３１の上にポリイミドにより形成された第２基板層３２が重なった２層構造である。なお、本実施形態の基板層３０は２層構造であるが、本発明はこれに限られない。基板層３０は１種類の材料により形成される１層のみから構成されてもよいし、３つ以上の層から構成されてもよい。また、基板層３０は、絶縁性の材料により形成されていれば、ポリエチレンテレフタラート樹脂、セラミック、シリコンゴムまたはアルミナ等の、シリコンおよびポリイミド以外の材料により形成されてもよい。 The substrate layer 30 of this embodiment is formed of an insulating material. As shown in FIGS. 7 to 9, the substrate layer 30 of the present embodiment has two layers in which a second substrate layer 32 formed of polyimide is superimposed on a first substrate layer 31 formed of silicon (Si). It is a structure. The substrate layer 30 of the present embodiment has a two-layer structure, but the present invention is not limited to this. The substrate layer 30 may be composed of only one layer formed of one kind of material, or may be composed of three or more layers. Further, the substrate layer 30 may be formed of a material other than silicon and polyimide, such as polyethylene terephthalate resin, ceramic, silicon rubber or alumina, as long as it is formed of an insulating material.

金属層４０は、基板層３０の上面に沿って、第１方向に延びる。金属層４０は、図１および図３〜図６に示すように、２つの接続用電極部４１と、２つの接続用電極部４１の間において第１方向に延びる配線部４２と、金属層４０の第１方向の中央に配置された計測電極部４３とを有する。金属層４０は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）等の金属により形成される。 The metal layer 40 extends in the first direction along the upper surface of the substrate layer 30. As shown in FIGS. 1 and 3 to 6, the metal layer 40 includes two connecting electrode portions 41, a wiring portion 42 extending in the first direction between the two connecting electrode portions 41, and the metal layer 40. It has a measuring electrode unit 43 arranged in the center of the first direction of the above. The metal layer 40 is formed of, for example, a metal such as gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), copper (Cu), and tungsten (W).

本実施形態では、金属層４０は、上述した金、白金、銀、銅、タングステン等の金属からなる１層により構成される。しかしながら、金属層は、例えば、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）等により形成された第１の層の上に、上述した金、白金、銀、銅、タングステン等の金属からなる第２の層が積層された構成であってもよい。この場合、積層構造は、接続用電極部４１および配線部４２のみに配置され、計測電極部４３は第２の層のみから構成される。 In the present embodiment, the metal layer 40 is composed of one layer made of the above-mentioned metal such as gold, platinum, silver, copper and tungsten. However, the metal layer is a second layer made of the above-mentioned metal such as gold, platinum, silver, copper and tungsten on the first layer formed of, for example, chromium (Cr), platinum (Pt) and the like. May be laminated. In this case, the laminated structure is arranged only in the connection electrode portion 41 and the wiring portion 42, and the measurement electrode portion 43 is composed of only the second layer.

接続用電極部４１は、それぞれ、金属層４０の第１方向の端部に配置される。接続用電極部４１の上面の少なくとも一部は、被覆層５０に被覆されず、その上面が露出している。接続用電極部４１は、その上面が、計測電極部４３へ電圧を印加するための電源装置の端子と接触し、電気的に接続される。 The connecting electrode portions 41 are respectively arranged at the ends of the metal layer 40 in the first direction. At least a part of the upper surface of the connecting electrode portion 41 is not covered with the coating layer 50, and the upper surface thereof is exposed. The upper surface of the connection electrode portion 41 comes into contact with the terminal of the power supply device for applying a voltage to the measurement electrode portion 43 and is electrically connected.

配線部４２は、それぞれ、接続用電極部４１から計測電極部４３へ向かうにつれて次第にその幅が小さくなる。図４に示すように、計測電極部４３の近傍では、配線部４２の幅は略一定となる。本実施形態では、配線部４２の当該部位の幅は、約８μｍである。また、計測電極部４３のごく近傍において、配線部４２は、計測電極部４３へ向かって幅が次第に小さくなるテーパ状となっている。 The width of each of the wiring portions 42 gradually decreases from the connection electrode portion 41 toward the measurement electrode portion 43. As shown in FIG. 4, the width of the wiring portion 42 is substantially constant in the vicinity of the measurement electrode portion 43. In the present embodiment, the width of the portion of the wiring portion 42 is about 8 μm. Further, in the immediate vicinity of the measurement electrode portion 43, the wiring portion 42 has a tapered shape in which the width gradually decreases toward the measurement electrode portion 43.

計測電極部４３は、一対のナノ電極４３０により構成される。ナノ電極４３０はそれぞれ、配線部４２の端部から、もう一方のナノ電極４３０へ向かって第１方向に延びる。ナノ電極４３０は、先端部を除いて略一定の幅で第１方向へ延びる。ナノ電極４３０の先端部付近では、その幅が次第に小さくなる。 The measurement electrode unit 43 is composed of a pair of nanoelectrodes 430. Each of the nanoelectrodes 430 extends in the first direction from the end of the wiring portion 42 toward the other nanoelectrode 430. The nanoelectrode 430 extends in the first direction with a substantially constant width except for the tip portion. In the vicinity of the tip of the nanoelectrode 430, its width gradually decreases.

本実施形態の電極基板１は、繋がった金属線を破断することにより一対のナノ電極４３０を形成させるものである。破断前において、計測電極部４３を構成する金属線は、その中央部に向かうにつれて第２方向の幅が次第に狭くなる幅狭部を有している。当該幅狭部の最小幅は、例えば約８０ｎｍとされる。そして、計測電極部４３を構成する金属線の両端部の第１方向の間隔を大きくすることにより、当該幅狭部が破断し、一対のナノ電極４３０が形成される。このため、破断前の当該幅狭部に相当する部分が、破断後の一対のナノ電極４３０の先端部となる。図６〜図８に示すように、破断後、すなわち一対のナノ電極４３０の形成後において、電極基板１が曲げられていない無負荷状態では、一対のナノ電極４３０の先端部同士は、互いに接触している。 The electrode substrate 1 of the present embodiment forms a pair of nanoelectrodes 430 by breaking the connected metal wires. Before breaking, the metal wire constituting the measurement electrode portion 43 has a narrow portion in which the width in the second direction gradually narrows toward the central portion thereof. The minimum width of the narrow portion is, for example, about 80 nm. Then, by increasing the distance between both ends of the metal wire constituting the measurement electrode portion 43 in the first direction, the narrow portion is broken and a pair of nanoelectrodes 430 are formed. Therefore, the portion corresponding to the narrow portion before the fracture becomes the tip portion of the pair of nanoelectrodes 430 after the fracture. As shown in FIGS. 6 to 8, in a no-load state in which the electrode substrate 1 is not bent after breaking, that is, after the formation of the pair of nanoelectrodes 430, the tips of the pair of nanoelectrodes 430 are in contact with each other. are doing.

被覆層５０は、基板層３０および金属層４０の上面の大部分を覆う。本実施形態では、被覆層５０はＴＥＯＳ酸化膜により形成される。なお、被覆層５０は、絶縁性の材料であれば、他の材料により形成されてもよい。以下では、被覆層５０のうち、基板層３０の上面に沿って形成される部分を第１被覆層５１、金属層４０の上面に沿って形成される部分を第２被覆層５２と称する。 The coating layer 50 covers most of the upper surfaces of the substrate layer 30 and the metal layer 40. In this embodiment, the coating layer 50 is formed of a TEOS oxide film. The coating layer 50 may be formed of any other material as long as it is an insulating material. In the following, the portion of the coating layer 50 formed along the upper surface of the substrate layer 30 will be referred to as the first coating layer 51, and the portion formed along the upper surface of the metal layer 40 will be referred to as the second coating layer 52.

基板層３０の上面に形成される第１被覆層５１も、金属層４０の上面に形成される第２被覆層５２も、その厚みはおおよそ同じである。このため、第１被覆層５１上面に対して、第２被覆層５２の上面は、金属層４０の厚みの分だけ上方へ突出している。 The thickness of the first coating layer 51 formed on the upper surface of the substrate layer 30 and the second coating layer 52 formed on the upper surface of the metal layer 40 are substantially the same. Therefore, the upper surface of the second coating layer 52 projects upward by the thickness of the metal layer 40 with respect to the upper surface of the first coating layer 51.

被覆層５０は、接続用電極部４１と、ナノ電極４３０の先端部を除く金属層４０の上面を覆う。これにより、金属層４０を保護する。また、計測電極部４３を液中で用いる場合に、金属層４０のうち計測電極部４３以外の箇所において、金属層４０を構成する金属と液体との間における電子のやりとりが生じるのを抑制できる。 The coating layer 50 covers the upper surface of the connecting electrode portion 41 and the metal layer 40 excluding the tip portion of the nanoelectrode 430. This protects the metal layer 40. Further, when the measuring electrode portion 43 is used in the liquid, it is possible to suppress the exchange of electrons between the metal forming the metal layer 40 and the liquid at a portion of the metal layer 40 other than the measuring electrode portion 43. ..

また、接続用電極部４１の上部を除いて、基板層３０の上面において被覆層５０が形成されない部分は、試料を含む液体を充填および流動させる流路６０を形成する。流路６０は、被覆層５０の上面から、基板層３０の上面まで下方へ凹む。流路６０の深さは、被覆層５０の厚みと同じ約１６０ｎｍである。 Further, except for the upper part of the connection electrode portion 41, the portion of the upper surface of the substrate layer 30 where the coating layer 50 is not formed forms a flow path 60 for filling and flowing the liquid containing the sample. The flow path 60 is recessed downward from the upper surface of the coating layer 50 to the upper surface of the substrate layer 30. The depth of the flow path 60 is about 160 nm, which is the same as the thickness of the coating layer 50.

本実施形態では、基板層３０の上面は、凹部のない平坦な面である。このため、無負荷状態において、金属層４０の下面全体が、基板層３０の上面に沿って配置される。したがって、無負荷状態において、金属層４０の下面全体が、基板層３０の上面に接触する。 In the present embodiment, the upper surface of the substrate layer 30 is a flat surface without recesses. Therefore, in the no-load state, the entire lower surface of the metal layer 40 is arranged along the upper surface of the substrate layer 30. Therefore, in the no-load state, the entire lower surface of the metal layer 40 comes into contact with the upper surface of the substrate layer 30.

流路６０は、２つの第１流路６１、２つの第２流路６２および計測流路６３を有する。流路６０は、一方の第１流路６１、一方の第２流路６２、計測流路６３、他方の第２流路６２、他方の第１流路６１が第２方向に順に並んで構成される。 The flow path 60 has two first flow paths 61, two second flow paths 62, and a measurement flow path 63. The flow path 60 includes one first flow path 61, one second flow path 62, measurement flow path 63, the other second flow path 62, and the other first flow path 61 arranged in this order in the second direction. Will be done.

第１流路６１は、第２流路６２および計測流路６３よりも第１方向の幅が広い流路である。後述するように、その一部が、カバー２０の下側開口２４と連通することにより、カバー内に設けられたカバー流路２２，２３を介して第１流路６１へ試料を含む液体を供給することができる。 The first flow path 61 is a flow path wider in the first direction than the second flow path 62 and the measurement flow path 63. As will be described later, a part of the liquid is supplied to the first flow path 61 via the cover flow paths 22 and 23 provided in the cover by communicating with the lower opening 24 of the cover 20. can do.

第１流路６１内には、ところどころ、被覆層５０で形成された複数の柱６１０が設けられている。複数の柱６１０は、カバー２０の下面を支持するための部位である。カバー２０の下面は、被覆層５０の上面に接触して配置される。複数の柱６１０が設けられることにより、柱６１０の上面がカバー２０の下面を支持し、カバー２０の下面が第１流路６１内に落ち込むのを抑制できる。なお、本実施形態では、柱６１０が上面視で正方形であるが、柱６１０の形状は上面視で長方形、円形、楕円形、その他の形状であってもよい。 In the first flow path 61, a plurality of columns 610 formed by the covering layer 50 are provided in some places. The plurality of pillars 610 are portions for supporting the lower surface of the cover 20. The lower surface of the cover 20 is arranged in contact with the upper surface of the coating layer 50. By providing the plurality of columns 610, the upper surface of the columns 610 supports the lower surface of the cover 20, and the lower surface of the cover 20 can be prevented from falling into the first flow path 61. In the present embodiment, the pillar 610 is square in the top view, but the shape of the pillar 610 may be rectangular, circular, elliptical, or other shape in the top view.

２つの第２流路６２は、第１流路６１の端部から第２方向に延びる。第２流路６２は、計測流路６３側の端部付近を除いて第１方向の幅が略一定であり、約８００ｎｍである。図５および図６に示すように、第２流路６２の計測流路６３側の端部は、次第に幅が狭くなるテーパ状となっている。 The two second flow paths 62 extend in the second direction from the end of the first flow path 61. The width of the second flow path 62 in the first direction is substantially constant except for the vicinity of the end on the measurement flow path 63 side, and is about 800 nm. As shown in FIGS. 5 and 6, the end of the second flow path 62 on the measurement flow path 63 side has a tapered shape whose width gradually narrows.

計測流路６３は、２つの第２流路６２を第２方向に接続する。計測流路６３の第１方向の幅は、第２流路６２の第１方向の最小幅よりも小さい。具体的には、計測流路６３の幅は約１００ｎｍである。ナノ電極４３０の先端部は、第２流路６２内に露出する。 The measurement flow path 63 connects the two second flow paths 62 in the second direction. The width of the measurement flow path 63 in the first direction is smaller than the minimum width of the second flow path 62 in the first direction. Specifically, the width of the measurement flow path 63 is about 100 nm. The tip of the nanoelectrode 430 is exposed in the second flow path 62.

２つの第１流路６１の間を、２つの第２流路６２および計測流路６３を介して、試料含む液体が流動する。これにより、２つのナノ電極４３０の先端部同士の間を、試料である生体高分子が通過する。 The liquid containing the sample flows between the two first flow paths 61 through the two second flow paths 62 and the measurement flow path 63. As a result, the biopolymer as a sample passes between the tips of the two nanoelectrodes 430.

カバー２０は、流路６０の上部を覆う。カバー２０は、可撓性および絶縁性を有する。ここで、「カバー２０が可撓性を有する」とは、具体的には、カバー２０が基板層３０よりも可撓性が高いことを意味する。 The cover 20 covers the upper part of the flow path 60. The cover 20 is flexible and insulating. Here, "the cover 20 has flexibility" specifically means that the cover 20 is more flexible than the substrate layer 30.

本実施形態のカバー２０は、シリコンゴムの一種であるＰＤＭＳ（ジメチルポリシロキサン）により形成される。なお、カバー２０は、可撓性および絶縁性を有する材料であれば、その他のシリコンゴムや、ＰＥＴ樹脂や、その他の材料により形成されてもよい。 The cover 20 of this embodiment is formed of PDMS (dimethylpolysiloxane), which is a kind of silicon rubber. The cover 20 may be made of other silicone rubber, PET resin, or other material as long as it is a flexible and insulating material.

カバー２０が流路６０の全体を覆うことにより、流路６０内に満たされた液体に異物が混入するのが抑制される。したがって、ナノ電極４３０における電流の計測時に、誤って異物のトンネル電流を計測してしまうことを抑制できる。また、流路６０内に満たされた液体と外部の空間との接触面積が大きいと、ナノ電極４３０における電流の計測時に計測環境が不安定となり、計測誤差が大きくなる虞がある。カバー２０により流路６０内の液体と外部の空間との接触面積を小さくすることにより、安定した環境でナノ電極４３０における電流の計測を行うことができる。 By covering the entire flow path 60 with the cover 20, foreign matter is suppressed from being mixed into the liquid filled in the flow path 60. Therefore, it is possible to prevent the tunnel current of a foreign substance from being erroneously measured when measuring the current at the nanoelectrode 430. Further, if the contact area between the liquid filled in the flow path 60 and the external space is large, the measurement environment becomes unstable when measuring the current in the nanoelectrode 430, and the measurement error may increase. By reducing the contact area between the liquid in the flow path 60 and the external space by the cover 20, the current in the nanoelectrode 430 can be measured in a stable environment.

カバー２０の下面は、被覆層５０の上面に密着する。これにより、流路６０内に充填された液体が、カバー２０と被覆層５０との間から漏れるのが抑制される。具体的には、第１被覆層５１と重なる部分において、カバー２０の下面は、第１被覆層５１の上面に沿う高さ（上下方向の位置）に配置される。また、流路６０と重なる領域では、カバー２０の下面は、第１被覆層５１の上面と同じ高さに配置される。一方、第２被覆層５２の上面は、第１被覆層５１の上面よりも上方に配置される。このため、金属層４０および第２被覆層５２と重なる部分において、カバー２０の下面は、第２被覆層５２の上面に沿う高さに配置される。したがって、カバー２０の下面は、第２被覆層５２と重なる位置において上方へ凹んでいる。 The lower surface of the cover 20 is in close contact with the upper surface of the coating layer 50. As a result, the liquid filled in the flow path 60 is suppressed from leaking from between the cover 20 and the coating layer 50. Specifically, in the portion overlapping the first coating layer 51, the lower surface of the cover 20 is arranged at a height (position in the vertical direction) along the upper surface of the first coating layer 51. Further, in the region overlapping the flow path 60, the lower surface of the cover 20 is arranged at the same height as the upper surface of the first coating layer 51. On the other hand, the upper surface of the second coating layer 52 is arranged above the upper surface of the first coating layer 51. Therefore, in the portion overlapping the metal layer 40 and the second coating layer 52, the lower surface of the cover 20 is arranged at a height along the upper surface of the second coating layer 52. Therefore, the lower surface of the cover 20 is recessed upward at a position where it overlaps with the second coating layer 52.

また、カバー２０の可撓性が高いことから、カバー２０が、基板部１０の変形に伴って変形する。これにより、後述する押し上げ具９３で基板部１０を屈曲させた場合であっても、流路６０内に充填された液体が、カバー２０と基板部１０との間から漏れるのが抑制される。 Further, since the cover 20 has high flexibility, the cover 20 is deformed as the substrate portion 10 is deformed. As a result, even when the substrate portion 10 is bent by the push-up tool 93 described later, the liquid filled in the flow path 60 is suppressed from leaking from between the cover 20 and the substrate portion 10.

なお、本実施形態では、カバー２０の下面と被覆層５０の上面とは、化学結合により接着される。カバー２０と被覆層５０との接着時には、接着面にプラズマを照射して接着面の分子の化学結合を切断する。そして、接着面同士を密着させることにより、カバー２０の下面と、被覆層５０の上面とが化学結合により接着する。このように、化学結合によって接着することにより、カバー２０と、被覆層５０とを、強固に接着できる。なお、カバー２０と、被覆層５０とは、接着剤等の他の方法により接着されてもよい。 In the present embodiment, the lower surface of the cover 20 and the upper surface of the coating layer 50 are bonded by a chemical bond. When the cover 20 and the coating layer 50 are bonded to each other, the bonding surface is irradiated with plasma to break the chemical bonds of the molecules on the bonding surface. Then, by bringing the adhesive surfaces into close contact with each other, the lower surface of the cover 20 and the upper surface of the coating layer 50 are adhered by a chemical bond. By adhering by chemical bonding in this way, the cover 20 and the coating layer 50 can be firmly adhered to each other. The cover 20 and the coating layer 50 may be adhered by another method such as an adhesive.

被覆層５０には、シリコン（珪素）原子を含むＴＥＯＳ（正珪酸四エチル、テトラエトキシシラン）の酸化膜が形成されている。一方、カバー２０はシリコンゴムにより形成されるため、カバー２０は、被覆層５０に対して化学結合しやすい。 An oxide film of TEOS (tetraethyl orthosilicate, tetraethoxysilane) containing a silicon atom is formed on the coating layer 50. On the other hand, since the cover 20 is made of silicon rubber, the cover 20 is likely to be chemically bonded to the coating layer 50.

カバー２０は、図１および図２に示すように、４つの上側開口２１、４つの第１カバー流路２２、２つの第２カバー流路２３および２つの下側開口２４を有する。上側開口２１は、カバー２０の上面に設けられた開口部である。第１カバー流路２２はそれぞれ、上側開口２１と第２カバー流路２３の端部とを接続する。第２カバー流路２３は、２つの第１カバー流路２２の下側の端部を繋ぐ。第２カバー流路２３は、カバー２０の下面に沿って延びる。第２カバー流路２３の下端部は、カバー２０の下面に設けられた下側開口２４となっている。２つ第２カバー流路２３はそれぞれ、その一部が、基板部１０の２つの第１流路６１のそれぞれと重なる位置に配置される。これにより、下側開口２４を介して、第２カバー流路２３と第１流路６１は連通する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the cover 20 has four upper openings 21, four first cover flow paths 22, two second cover flow paths 23, and two lower openings 24. The upper opening 21 is an opening provided on the upper surface of the cover 20. The first cover flow path 22 connects the upper opening 21 and the end portion of the second cover flow path 23, respectively. The second cover flow path 23 connects the lower ends of the two first cover flow paths 22. The second cover flow path 23 extends along the lower surface of the cover 20. The lower end of the second cover flow path 23 is a lower opening 24 provided on the lower surface of the cover 20. A part of each of the two second cover flow paths 23 is arranged at a position where it overlaps with each of the two first flow paths 61 of the substrate portion 10. As a result, the second cover flow path 23 and the first flow path 61 communicate with each other through the lower opening 24.

このような構成により、２つの上側開口２１は、２つの第１カバー流路２２および１つの第２カバー流路を介して連通する。上側開口２１から試料を含む液体を注入すると、第１カバー流路２２および第２カバー流路２３に当該液体が充填される。これにより、下側開口２４を介して、基板部１０の第１流路６１内へ当該液体が供給され、流路６０全体に試料を含む液体が満たされる。このように、カバー２０の上側開口２１へと生体高分子試料を含む液体を注入することにより、ナノ電極４３０が配置された計測流路６３内に当該液体を満たすことができる。 With such a configuration, the two upper openings 21 communicate with each other via the two first cover flow paths 22 and the one second cover flow path. When a liquid containing a sample is injected through the upper opening 21, the liquid is filled in the first cover flow path 22 and the second cover flow path 23. As a result, the liquid is supplied into the first flow path 61 of the substrate portion 10 through the lower opening 24, and the entire flow path 60 is filled with the liquid containing the sample. By injecting the liquid containing the biopolymer sample into the upper opening 21 of the cover 20 in this way, the liquid can be filled in the measurement flow path 63 in which the nanoelectrode 430 is arranged.

ここで、押し曲げ装置９を用いた電極基板１の押し曲げについて説明する。電極基板１の押し曲げは、金属線を破断して一対のナノ電極４３０を形成するとき実施される。また、電極基板１の押し曲げは、ナノ電極４３０の形成後のトンネル電流の計測時にも、一対のナノ電極４３０間の距離を調整するために実施される。 Here, the pressing and bending of the electrode substrate 1 using the pressing and bending device 9 will be described. The push-bending of the electrode substrate 1 is performed when the metal wire is broken to form a pair of nanoelectrodes 430. Further, the pressing and bending of the electrode substrate 1 is performed to adjust the distance between the pair of nanoelectrodes 430 even when measuring the tunnel current after the formation of the nanoelectrodes 430.

図１０および図１１は、電極基板１の押し曲げの様子を示した図である。図１０は、押し曲げ装置９にセットされた電極基板１の初期状態における様子を示した側面図である。図１１は、押し曲げ装置９にセットされた電極基板１の押し曲げ時における様子を示した側面図である。図１２は、押し曲げ時の様子を示した電極基板１の部分断面図である。 10 and 11 are views showing a state of pushing and bending of the electrode substrate 1. FIG. 10 is a side view showing a state of the electrode substrate 1 set in the push-bending device 9 in an initial state. FIG. 11 is a side view showing a state of the electrode substrate 1 set in the push-bending device 9 at the time of push-bending. FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the electrode substrate 1 showing a state at the time of pushing and bending.

図１０および図１１に概念的に示すように、押し曲げ装置９は、載置台９１と、固定具９２と、押し上げ具９３と、電源９４と、電流計９５と、制御部９０とを有する。 As conceptually shown in FIGS. 10 and 11, the push-bending device 9 includes a mounting table 91, a fixture 92, a push-up tool 93, a power supply 94, an ammeter 95, and a control unit 90.

載置台９１は、電極基板１を載置する平らな上面を有する。本実施形態の固定具９２は、第１方向に対して略垂直に配置される４つの板状部材である。固定具９２は、ナノ電極４３０を有する計測電極部４３を挟んだ第１方向の２箇所において、電極基板１を上下から押えて固定する。押し上げ具９３は、半球状の上面を有する円柱状の部材である。押し上げ具９３は、モータおよびピエゾ素子等を有する昇降機構（図示省略）に接続されている。電極基板１は、押し上げ具９３の最も上方に突出した部分の真上に計測電極部４３が位置するように、配置される。なお、昇降機構は、押し上げた高さを制御できる機構であれば、その他の動力を用いた機構であってもよい。 The mounting table 91 has a flat upper surface on which the electrode substrate 1 is mounted. The fixture 92 of the present embodiment is four plate-shaped members arranged substantially perpendicular to the first direction. The fixture 92 presses and fixes the electrode substrate 1 from above and below at two locations in the first direction sandwiching the measurement electrode portion 43 having the nanoelectrode 430. The push-up tool 93 is a columnar member having a hemispherical upper surface. The push-up tool 93 is connected to an elevating mechanism (not shown) having a motor, a piezo element, and the like. The electrode substrate 1 is arranged so that the measuring electrode portion 43 is located directly above the portion of the push-up tool 93 that protrudes upward. The elevating mechanism may be a mechanism using other power as long as it can control the pushed-up height.

電極基板１の押し曲げ時には、電源９４は、一対の接続用電極部４１に対して電圧を印加する。そして、電流計９５は、電源９４により印加された電圧によって、計測電極部４３に流れる電流の電流値を測定する。 At the time of pushing and bending the electrode substrate 1, the power supply 94 applies a voltage to the pair of connecting electrode portions 41. Then, the ammeter 95 measures the current value of the current flowing through the measuring electrode unit 43 by the voltage applied by the power supply 94.

制御部９０は、押し上げ具９３、電源９４および電流計９５とそれぞれ電気的に接続し、各部を制御する。制御部９０には、例えば、コンピュータが用いられる。 The control unit 90 is electrically connected to the push-up tool 93, the power supply 94, and the ammeter 95, and controls each unit. For the control unit 90, for example, a computer is used.

電極基板１を押し曲げ装置９にセットする際には、まず、載置台９１上に電極基板１を載置する。その後、電極基板１に負荷のかからない無負荷状態で電極基板１を上下から４つの固定具９２で固定する。 When setting the electrode substrate 1 on the push-bending device 9, first, the electrode substrate 1 is placed on the mounting table 91. After that, the electrode substrate 1 is fixed with four fixtures 92 from above and below in a no-load state where no load is applied to the electrode substrate 1.

押し曲げ時には、図１１に示すように、昇降機構により、押し上げ具９３が上方へと移動する。これにより、電極基板１の計測電極部４３付近が下面側から押し上げられる。 At the time of pushing and bending, as shown in FIG. 11, the push-up tool 93 moves upward by the elevating mechanism. As a result, the vicinity of the measurement electrode portion 43 of the electrode substrate 1 is pushed up from the lower surface side.

このように電極基板１が押し曲げられて変形すると、図１２中に破線矢印で示すように、ナノ電極４３０の先端部が互いに離れる方向へと移動する。その結果、無負荷状態において互いに接触していた一対のナノ電極４３０の先端部が第１方向に離間する。電極基板１がさらに押し曲げられると、ナノ電極４３０の先端部同士の間隔が次第に拡がる。 When the electrode substrate 1 is pushed and bent in this way and deformed, the tips of the nanoelectrodes 430 move in a direction away from each other, as shown by the broken line arrows in FIG. As a result, the tips of the pair of nanoelectrodes 430 that were in contact with each other in the no-load state are separated in the first direction. When the electrode substrate 1 is further pressed and bent, the distance between the tips of the nanoelectrodes 430 gradually increases.

このような電極基板１の押し曲げを、電源９４により接続用電極部４１間に電圧を負荷した状態で行う。このようにすると、電流計９５の計測した電流値の変化から、ナノ電極４３０同士が接触している無負荷状態から、ナノ電極４３０の先端部が離間したか否かを判断できる。なお、制御部９０は、電流計９５で計測された電流を、電流増幅器を用いて増幅してから取得してもよい。 Such pushing and bending of the electrode substrate 1 is performed in a state where a voltage is applied between the connecting electrode portions 41 by the power supply 94. In this way, from the change in the current value measured by the ammeter 95, it can be determined whether or not the tip of the nanoelectrode 430 is separated from the no-load state in which the nanoelectrodes 430 are in contact with each other. The control unit 90 may acquire the current measured by the ammeter 95 after amplifying it using a current amplifier.

＜１−２．基板部の形状の具体例＞
次に、本実施形態の電極基板１のナノ電極４３０付近における具体的な形状について、従来の電極基板と比較ながら、図１３〜図１６を参照しつつ説明する。図１３は、従来の電極基板１Ａのナノ電極４３０付近における形状を示した図である。図１４は、本実施形態の電極基板１のナノ電極４３０付近における形状を示した図である。 <1-2. Specific example of the shape of the substrate>
Next, the specific shape of the electrode substrate 1 of the present embodiment in the vicinity of the nanoelectrode 430 will be described with reference to FIGS. 13 to 16 while comparing with the conventional electrode substrate. FIG. 13 is a diagram showing the shape of the conventional electrode substrate 1A in the vicinity of the nanoelectrode 430. FIG. 14 is a diagram showing the shape of the electrode substrate 1 of the present embodiment in the vicinity of the nanoelectrode 430.

図１３および図１４において、上段は、各電極基板１Ａ，１のナノ電極４３０付近における基板部１０Ａ，１０の形状を電子顕微鏡で観察した画像を示したものである。また、下段は、各電極基板１Ａ，１のナノ電極４３０付近における部分断面図である。図１３中と、以下の説明において、本実施形態の電極基板１と同様の構成については、同じ符号を付している。 In FIGS. 13 and 14, the upper part shows images of the shapes of the substrate portions 10A and 10 in the vicinity of the nanoelectrodes 430 of the electrode substrates 1A and 1 observed with an electron microscope. The lower part is a partial cross-sectional view of each of the electrode substrates 1A and 1 in the vicinity of the nanoelectrode 430. In FIG. 13 and in the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the electrode substrate 1 of the present embodiment.

図１３に示すように、従来の電極基板１Ａでは、ナノ電極４３０と重なる位置において、基板層３０Ａの上面に第２方向に延びる溝３００Ａが形成されている。このため、ナノ電極４３０が配置される計測流路６３Ａの深さが、被覆層５０の厚みと溝３００Ａの深さとを合わせた長さとなる。一方で、図１４に示すように、本実施形態の電極基板１では、ナノ電極４３０と重なる位置に置いて、基板層３０の上面に溝が形成されていない。このため、計測流路６３の深さは、被覆層５０の厚みと同じ長さとなる。 As shown in FIG. 13, in the conventional electrode substrate 1A, a groove 300A extending in the second direction is formed on the upper surface of the substrate layer 30A at a position overlapping with the nanoelectrode 430. Therefore, the depth of the measurement flow path 63A in which the nanoelectrode 430 is arranged is the total length of the thickness of the coating layer 50 and the depth of the groove 300A. On the other hand, as shown in FIG. 14, in the electrode substrate 1 of the present embodiment, the groove is not formed on the upper surface of the substrate layer 30 when placed at a position overlapping the nanoelectrode 430. Therefore, the depth of the measurement flow path 63 is the same as the thickness of the coating layer 50.

この電極基板１では、ナノ電極４３０の先端部同士の間を通過する生体高分子試料のトンネル電流を計測する。このため、ナノ電極４３０間を生体高分子試料が通過する頻度が高いことが望ましい。ナノ電極４３０が配置される計測流路６３の流路面積が大きくなると、計測流路６３内を流動する液体に含まれる生体高分子試料が、間隔が狭いナノ電極４３０間を通りにくくなる。このため、計測流路６３の流路面積は、生体高分子試料が流動しやすい最低限の面積とすることが望ましい。 In this electrode substrate 1, the tunnel current of the biopolymer sample passing between the tips of the nanoelectrodes 430 is measured. Therefore, it is desirable that the biopolymer sample frequently passes between the nanoelectrodes 430. When the flow path area of the measurement flow path 63 in which the nanoelectrode 430 is arranged becomes large, it becomes difficult for the biopolymer sample contained in the liquid flowing in the measurement flow path 63 to pass between the nanoelectrodes 430 having a narrow interval. Therefore, it is desirable that the flow path area of the measurement flow path 63 is the minimum area in which the biopolymer sample easily flows.

本実施形態の電極基板１では、ナノ電極４３０が配置される計測流路６３と重なる位置において基板層３０の上面が凹んでいないことにより、計測流路６３の流路面積が必要以上に大きくならない。これにより、計測流路６３内を流動する液体中の生体高分子試料が、ナノ電極４３０間を通過する頻度を増加させることができる。 In the electrode substrate 1 of the present embodiment, since the upper surface of the substrate layer 30 is not recessed at a position overlapping the measurement flow path 63 in which the nanoelectrode 430 is arranged, the flow path area of the measurement flow path 63 does not become larger than necessary. .. As a result, the frequency with which the biopolymer sample in the liquid flowing in the measurement flow path 63 passes between the nanoelectrodes 430 can be increased.

ここで、図１５は、図１３の例と同種の従来の電極基板１Ａを用いて、生体高分子試料の一種であるＲＮＡを含む液体について計測したトンネル電流の一例を示した図である。図１６は、図１４の例と同種の本実施形態の電極基板１を用いて、同じ液体について計測したトンネル電流の一例を示した図である。図１５および図１６において、横軸は時間であり、縦軸は計測電流値である。 Here, FIG. 15 is a diagram showing an example of a tunnel current measured for a liquid containing RNA, which is a kind of biopolymer sample, using a conventional electrode substrate 1A of the same type as the example of FIG. FIG. 16 is a diagram showing an example of a tunnel current measured for the same liquid using the electrode substrate 1 of the present embodiment of the same type as the example of FIG. In FIGS. 15 and 16, the horizontal axis is time and the vertical axis is the measured current value.

図１５および図１６のグラフにおいて、ナノ電極４３０間を生体高分子試料が通過していない期間は、計測電流値が、比較的電流値の低いベース電流Ｂの範囲内に含まれている。一方、ナノ電極４３０間を生体高分子試料が通過している期間は、計測電流値が、ベース電流Ｂよりも高い電流値であるサンプル電流Ｓの範囲内に含まれる。このサンプル電流Ｓの電流値が、通過中の単分子の種類に応じて異なることから、サンプル電流Ｓの値を解析することにより、ナノ電極４３０間を通過した生体高分子試料の単分子の並び方や、単分子の種類毎の含有率を調べることができる。 In the graphs of FIGS. 15 and 16, the measured current value is included in the range of the base current B having a relatively low current value during the period during which the biopolymer sample does not pass between the nanoelectrodes 430. On the other hand, during the period during which the biopolymer sample passes between the nanoelectrodes 430, the measured current value is included in the range of the sample current S, which is a current value higher than the base current B. Since the current value of this sample current S differs depending on the type of single molecule passing through, by analyzing the value of the sample current S, how to arrange the single molecule of the biopolymer sample that has passed between the nanoelectrodes 430. Or, the content rate of each type of single molecule can be investigated.

図１５と図１６とを比較すると、図１６におけるサンプル電流Ｓの頻度が、図１５におけるサンプル電流Ｓの頻度よりも大きい。このように、計測流路６３の流路面積を小さくすることにより、生体高分子試料の検出頻度を大きくすることができる。 Comparing FIG. 15 and FIG. 16, the frequency of the sample current S in FIG. 16 is higher than the frequency of the sample current S in FIG. By reducing the channel area of the measurement channel 63 in this way, the frequency of detection of the biopolymer sample can be increased.

＜２．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。 <2. Modification example>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

図１７は、一変形例に係る電極基板１Ｂのナノ電極４３０付近における形状を示した図である。図１７において、図１３および図１４と同様、上段は、電極基板１Ｂのナノ電極４３０付近における基板部１０Ｂの形状を電子顕微鏡で観察した画像を示したものである。また、下段は、電極基板１Ｂのナノ電極４３０付近における部分断面図である。 FIG. 17 is a diagram showing the shape of the electrode substrate 1B according to the modified example in the vicinity of the nanoelectrode 430. In FIG. 17, as in FIGS. 13 and 14, the upper part shows an image of the shape of the substrate portion 10B in the vicinity of the nanoelectrode 430 of the electrode substrate 1B observed with an electron microscope. The lower part is a partial cross-sectional view of the electrode substrate 1B in the vicinity of the nanoelectrode 430.

図１７の例では、基板層３０Ｂの上面が、接触面３０１Ｂと、凹面３０２Ｂとを有する。接触面３０１Ｂは、金属層４０および被覆層５０の下面と接触する、平坦な面である。凹面３０２Ｂは、接触面３０１Ｂよりも下方に凹む。凹面３０２Ｂは、基板層３０Ｂの上面が、金属層４０および被覆層５０から露出している領域に形成される。凹面３０２Ｂは、例えば、レジストを除去するためのエッチングを、ドライエッチングで行った場合に、基板層３０の上面までアッシングされることによって形成される。 In the example of FIG. 17, the upper surface of the substrate layer 30B has a contact surface 301B and a concave surface 302B. The contact surface 301B is a flat surface that contacts the lower surfaces of the metal layer 40 and the coating layer 50. The concave surface 302B is recessed below the contact surface 301B. The concave surface 302B is formed in a region where the upper surface of the substrate layer 30B is exposed from the metal layer 40 and the coating layer 50. The concave surface 302B is formed by, for example, ashing to the upper surface of the substrate layer 30 when etching for removing the resist is performed by dry etching.

このように、基板層３０Ｂの上面の一部が凹面３０２Ｂとなる場合であっても、無負荷状態において、金属層４０の下面全体が、接触面３０１Ｂに沿って配置される。すなわち、一対のナノ電極４３０の先端部同士が接触した状態において、ナノ電極４３０の下面全体が接触面３０１Ｂに接触している。このため、上記の実施形態の電極基板１と同様に、ナノ電極４３０と重なる位置において、計測流路６３Ｂの深さは、被覆層５０の厚みと同じ長さとなる。 As described above, even when a part of the upper surface of the substrate layer 30B becomes the concave surface 302B, the entire lower surface of the metal layer 40 is arranged along the contact surface 301B in the no-load state. That is, in a state where the tips of the pair of nanoelectrodes 430 are in contact with each other, the entire lower surface of the nanoelectrodes 430 is in contact with the contact surface 301B. Therefore, similarly to the electrode substrate 1 of the above embodiment, the depth of the measurement flow path 63B is the same as the thickness of the coating layer 50 at the position where it overlaps with the nanoelectrode 430.

したがって、図１７の例では、ナノ電極４３０の配置される第２方向の領域において、基板層３０Ｂの上面が凹んでいないことにより、計測流路６３Ｂの流路面積が必要以上に大きくならない。これにより、計測流路６３Ｂ内を流動する液体中の生体高分子試料が、ナノ電極４３０間を通過する頻度を増加させることができる。 Therefore, in the example of FIG. 17, in the region in the second direction in which the nanoelectrode 430 is arranged, the upper surface of the substrate layer 30B is not recessed, so that the flow path area of the measurement flow path 63B does not become larger than necessary. As a result, the frequency with which the biopolymer sample in the liquid flowing in the measurement flow path 63B passes between the nanoelectrodes 430 can be increased.

上記の実施形態では、電極基板の有する金属層が外部から電力が入力される接続用電極間を一対のみ有したが、本発明はこれに限られない。１つの電極基板が、外部から電力が入力される電極を複数対有していてもよい。例えば、第１流路と第２流路との間に電気泳動用の電圧を印加してもよい。 In the above embodiment, the metal layer of the electrode substrate has only a pair of connection electrodes to which electric power is input from the outside, but the present invention is not limited to this. One electrode substrate may have a plurality of pairs of electrodes to which electric power is input from the outside. For example, a voltage for electrophoresis may be applied between the first flow path and the second flow path.

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。 Further, the elements appearing in the above-described embodiments and modifications may be appropriately combined as long as there is no contradiction.

１，１Ａ，１Ｂ 電極基板
１０，１０Ａ，１０Ｂ 基板部
２０ カバー
３０，３０Ａ，３０Ｂ 基板層
４０ 金属層
４２ 配線部
４３ 計測電極部
５０ 被覆層
６０ 流路
６３，６３Ａ，６３Ｂ 計測流路
３０１Ｂ 接触面
３０２Ｂ 凹面
４３０ ナノ電極 1,1A, 1B Electrode board 10,10A, 10B Board part 20 Cover 30,30A, 30B Board layer 40 Metal layer 42 Wiring part 43 Measuring electrode part 50 Covering layer 60 Flow path 63, 63A, 63B Measuring flow path 301B Contact surface 302B Concave 430 Nano Electrode

Claims (3)

生体高分子の識別に用いられる電極基板であって、
絶縁性の基板層と、
前記基板層の上に配置され、第１方向に延びる金属層と、
を有し、
前記金属層は、
前記第１方向に間隔を介して対向する一対の電極と、
前記電極のそれぞれと接続し、前記第１方向に延びる配線部と、
を有し、
無負荷状態において、前記金属層の下面全体が、前記基板層の上面に沿って配置される、電極基板。 An electrode substrate used for identifying biopolymers.
Insulating substrate layer and
A metal layer arranged on the substrate layer and extending in the first direction,
Have,
The metal layer is
A pair of electrodes facing each other in the first direction with a gap,
A wiring portion connected to each of the electrodes and extending in the first direction,
Have,
An electrode substrate in which the entire lower surface of the metal layer is arranged along the upper surface of the substrate layer in a no-load state. 請求項１に記載の電極基板であって、
前記基板層の上面は凹部のない平坦な面である、電極基板。 The electrode substrate according to claim 1.
An electrode substrate in which the upper surface of the substrate layer is a flat surface without recesses. 請求項１に記載の電極基板であって、
前記基板層の上面は、
前記金属層と接触する平坦な接触面と、
前記接触面よりも下方に凹む凹面と、
を含む、電極基板。 The electrode substrate according to claim 1.
The upper surface of the substrate layer is
A flat contact surface that comes into contact with the metal layer,
A concave surface that is recessed below the contact surface,
Including the electrode substrate.

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