JP6831521B2 - 分析素子及び分析装置 - Google Patents
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Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1実施形態に係る分析素子及び分析装置を例示する模式図である。
図2は、第1実施形態に係る分析素子を例示する模式的斜視図である。
図1に示すように、実施形態に係る分析素子110は、第1電極21、第2電極22、第1膜31及び第2膜32を含む。
図3の横軸は時間tmである。図2の縦軸は、電流Isである。電流Isは、第1電極21と第2電極22との間に流れる電流である。
図4に示すように、粒52は、異方性形状を有している。粒52は、例えば、第1電極21と第1膜31との間の空間(分析対象物51)を、種々の姿勢で、第1孔h1に向けて移動する。粒52が第1孔h1を通過するときに、粒52の長軸は、Z軸方向から傾いている場合がある。このとき、第1孔h1を通過する際に、粒52の姿勢が制御される。例えば、粒52の長軸は、Z軸方向に近づく。このため、粒52が第2孔h2を通過する際には、粒52の長軸は、Z軸方向に沿うようになる。このような場合においては、粒52が第1孔h1を通過したときに得られる第1パルス信号S1に比べて、粒52が第2孔h2を通過したときに得られる第2パルス信号S2において、より正確な情報が得られる。例えば、第2パルス信号S2の信号強度(第2強度p2)の分布ばらつきを低減できる。例えば、検出感度の分解能を向上できる。
図5(a)に示す分析素子110aのように、第1電極21及び第2電極22は、第1孔h1及び第2孔h2と重なるように、選択的に設けられても良い。
図6に示すように、本実施形態に係る分析素子111(及び分析装置211)においては、第1膜31の第1厚さt1は、第2膜32の第2厚さt2とは異なる。この例では、第1厚さt1は、第2厚さt2よりも厚い。分析素子111におけるこれ以外の構成は、分析素子110の構成と同様である。
図7に示すように、本実施形態に係る分析素子112(及び分析装置212)においては、第1膜31は、複数の第1孔h1を含む。この例では、第2膜32も、複数の第2孔h2を含む。分析素子112において、第2孔h2の数は、1でも良い。分析素子112におけるこれ以外の構成は、分析素子110の構成と同様である。
図8は、第2実施形態に係る分析素子及び分析装置を例示する模式図である。
図8に示すように、実施形態に係る分析素子120は、第1部材11、第2部材12、第1膜31、第1電極21、第2電極22及び第1壁部41を含む。分析装置220は、分析素子120及び処理部70を含む。
図9に示すように、実施形態に係る分析素子121は、第1部材11、第2部材12、第1膜31、第1電極21、第2電極22及び第1壁部41に加えて、第2壁部42及び第3壁部43をさらに含む。分析装置221は、分析素子121及び処理部70を含む。
図10は、第3実施形態に係る分析素子及び分析装置を例示する模式図である。
図10に示すように、実施形態に係る分析素子130は、第1部材11、第2部材12、第1膜31、第1電極21、第2電極22、第1壁部41及び第2壁部42を含む。分析装置230は、分析素子130及び処理部70を含む。
図11に示すように、実施形態に係る分析素子131は、第1部材11、第2部材12、第1膜31、第1電極21、第2電極22、第1壁部41及び第2壁部42に加えて、第3壁部43及び第4壁部44をさらに含む。分析装置231は、分析素子131及び処理部70を含む。
第4実施形態は、分析装置に係る。分析装置は、上記の実施形態に係る任意の分析素子(及びその変形)と、処理部70と、を含む。既に説明したように、処理部70は、第1電極21及び第2電極22と電気的に接続される。
v1=μ・E
=(Q/6πηr)・(V/L1) (1)
第1式において、「μ」は、移動度である。「E」は、電界である。「Q」は、イオン(粒52)の電荷である。「η」は、溶媒(液体51L)の粘度である。「r」は、イオンの半径である。「V」は、電圧である。「L1」は、複数の電極の間の距離である。
R=ρ(L2/πD2)+ρ/4D (2)
第2式において、「ρ」は、分析対象物51の抵抗率である。L2は、膜(第1膜31または第2膜32)の厚さである。「D」は、孔(第1孔h1または第2孔h2など)の半径である。例えば、抵抗Rの変化(パルス信号の強度)から、粒52の通過による、孔の半径の減少に関する情報が得られる。その結果から、粒52の半径が得られる。その結果と、第1式と、を用いて、粒52の電荷に関する情報が導出されても良い。
第1部材11、第2部材12、第1膜31及び第2膜32は、例えば、絶縁性である。第1部材11及び第2部材12の少なくともいずれかは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、及び、酸化アルミニウムよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。第1膜31及び第2膜32の少なくともいずれかは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、及び、酸化アルミニウムよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。
図12(a)〜図12(d)は、実施形態に係る分析素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図12(a)に示すように、基板10sの上に、第2電極22が設けられている。第2電極22の上に、第1層37a、第1絶縁層38a、第2層37b及び第2絶縁層38bをこの順で形成する。第1層37a及び第2層37bは、例えば、犠牲層である。
図13(a)及び図13(b)は、実施形態に係る分析素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図13(a)に示すように、第1部材11、第1電極21及び第1膜31を含む構造体を形成する。第1部材11及び第1膜31は、支持体39Aにより支持される。一方、第2部材12、第2電極22及び第2膜32を含む構造体を形成する。第2部材12及び第2膜32は、支持体39Bにより支持される。これらの2つの構造体を対向させる。
(構成1)
第1電極と、
第2電極と、
第1孔を有する第1膜であって、前記第1膜の少なくとも一部は前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第1膜は、前記第1電極及び前記第2電極から離れた、前記第1膜と、
第2孔を有する第2膜であって、前記第2膜の少なくとも一部は前記第1膜と前記第2電極との間に設けられ、前記第2膜は、前記第1膜及び前記第2電極から離れた、前記第2膜と、
を備えた分析素子。
(構成2)
前記第1膜の第1厚さは、前記第2膜の第2厚さよりも厚い、構成1記載の分析素子。
(構成3)
前記第1膜の第1厚さは、前記第2膜の第2厚さの1.5倍以上10倍以下である、構成1記載の分析素子。
(構成4)
前記第1膜と交差する第1方向において、前記第1孔の少なくとも一部は、前記第2孔と重なる、構成1〜3のいずれか1つに記載の分析素子。
(構成5)
前記第1膜と交差する第1方向に沿う、前記第1膜と前記第2膜との間の距離は、前記第1膜に沿う第2方向に沿う前記第1孔の幅の1.2倍以上10倍以下である、構成1〜4のいずれか1つに記載の分析素子。
(構成6)
前記第1膜に沿う方向に沿う前記第1孔の幅は、
前記第1膜に沿う前記方向に沿う前記第2孔の幅の0.8倍以上1.2倍以下である、構成1〜4のいずれか1つに記載の分析素子。
(構成7)
前記第1膜に沿う方向に沿う前記第1孔の幅は、10nm以上10μm以下であり、
前記第1膜に沿う前記方向に沿う前記第2孔の幅は、10nm以上10μm以下である、構成1〜4のいずれか1つに記載の分析素子。
(構成8)
前記第1膜は、複数の前記第1孔を含み、
前記第1膜に沿う方向に沿う、前記複数の第1孔の1つの幅は、前記方向に沿う前記第2孔の幅の1.2倍以上5倍以下である、構成1〜4のいずれか1つに記載の分析素子。
(構成9)
前記第1膜は、複数の前記第1孔を含み、
前記第2膜は、複数の前記第2孔を含み、
前記複数の第1孔の密度は、前複数の第2孔の密度よりも高い、構成1〜4のいずれか1つに記載の分析素子。
(構成10)
第1部材と、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に設けられた第1膜であって、前記第1膜は、第1孔が設けられた第1部分領域と、第2孔が設けられた第2部分領域と、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間の第3部分領域と、を含み、前記第1膜は、前記第1部材の少なくとも一部及び前記第2部材の少なくとも一部から離れた、前記第1膜と、
前記第1部材と前記第1部分領域との間に設けられ、前記第1部分領域から離れた第1電極と、
前記第1部材と前記第2部分領域との間に設けられ、前記第2部分領域から離れた第2電極と、
前記第1部材と前記第3部分領域との間に設けられた第1壁部と、
を備えた分析素子。
(構成11)
第2壁部及び第3壁部をさらに備え、
前記第1膜は、第4部分領域及び第5部分領域をさらに含み、
前記第3部分領域は、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第3孔が前記第3部分領域に設けられ、
前記第4部分領域は、前記第3部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、
前記第5部分領域は、前記第4部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第4孔が前記第5部分領域に設けられ、
前記第2壁部は、前記第2部材と前記第4部分領域との間に設けられ、
前記第3壁部は、前記第1部材と前記第5部分領域との間に設けられ、
前記第2部材から前記第1部材への第1方向において前記第1壁部と前記第3部分領域とが重なる領域は、前記第1孔と前記第3孔との間にあり、
前記第1方向において前記第2壁部と前記第4部分領域とが重なる領域は、前記第3孔と前記第4孔との間にあり、
前記第1方向において前記第3壁部と前記第5部分領域とが重なる領域は、前記第4孔と前記第2孔との間にある、構成10記載の分析素子。
(構成12)
第1部材と、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に設けられた第1膜であって、前記第1膜は、第1孔が設けられた第1部分領域と、第2孔が設けられた第2部分領域と、第3孔が設けられ前記第1部分領域と前記第2部分領域との間の第3部分領域と、前記第3部分領域と前記第2部分領域との間の第4部分領域と、を含み、前記第1膜は、前記第1部材の少なくとも一部及び前記第2部材の少なくとも一部から離れた、前記第1膜と、
前記第1部材と前記第1部分領域との間に設けられ、前記第1部分領域から離れた第1電極と、
前記第1部材と前記第2部分領域との間に設けられ、前記第2部分領域から離れた第2電極と、
前記第1部材と前記第3部分領域との間に設けられた第1壁部と、
前記第2部材と前記第4部分領域との間に設けられた第2壁部と、
を備え、
前記第2部材から前記第1部材への第1方向において前記第1壁部と前記第3部分領域とが重なる領域は、前記第1孔と前記第3孔との間にあり、
前記第1方向において前記第2壁部と前記第4部分領域とが重なる領域は、前記第3孔と前記第2孔との間にある、分析素子。
(構成13)
第3壁部及び第4壁部をさらに備え、
前記第1膜は、第4部分領域〜第6部分領域をさらに含み、
前記第4部分領域は、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第3孔が前記第4部分領域に設けられ、
前記第5部分領域は、前記第4部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第4孔が前記第5部分領域に設けられ、
前記第6部分領域は、前記第5部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第5孔が前記第5部分領域に設けられ、
前記第3壁部は、前記第2部材と前記第4部分領域との間に設けられ、
前記第4壁部は、前記第1部材と前記第5部分領域との間に設けられ、
前記第1方向において前記第1壁部と前記第3部分領域とが重なる領域は、前記第1孔と前記第3孔との間にあり、
前記第1方向において前記第3壁部と前記第4部分領域とが重なる領域は、前記第3孔と前記第4孔との間にあり、
前記第1方向において前記第4壁部と前記第5部分領域とが重なる領域は、前記第4孔と前記第5孔との間にあり、
前記第1方向において前記第2壁部と前記第5部分領域とが重なる領域は、前記第5孔と前記第2孔との間にある、構成12記載の分析素子。
(構成14)
構成1〜13のいずれか1つに記載の分析素子と、
前記第1電極及び前記第2電極と電気的に接続された処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記第1電極及び前記第2電極から得られる第1パルス信号及び第2パルス信号の間の時間間隔に基づいて、分析対象物を分析する、分析装置。
(構成15)
前記分析対象物は、液体と、前記液体中の粒と、を含み、
前記第1パルス信号は、前記粒の前記第1孔の通過に対応し、
前記第2パルス信号は、前記粒の前記第2孔の通過に対応した、構成14記載の分析装置。
Claims (11)
- 第1電極と、
第2電極と、
第1孔を有する第1膜であって、前記第1膜の少なくとも一部は前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第1膜は、前記第1電極及び前記第2電極から離れた、前記第1膜と、
第2孔を有する第2膜であって、前記第2膜の少なくとも一部は前記第1膜と前記第2電極との間に設けられ、前記第2膜は、前記第1膜及び前記第2電極から離れた、前記第2膜と、
を備え、
前記第1膜は、複数の前記第1孔を含み、
前記第2膜は、複数の前記第2孔を含み、
前記複数の第1孔の密度は、前記複数の第2孔の密度よりも高く、
分析対象の粒を含む液体中の前記粒が前記第1孔及び前記第2孔を通過することに対応する電流のパルス信号を測定することで、前記分析対象を分析可能な、分析素子。 - 前記第1膜の第1厚さは、前記第2膜の第2厚さよりも厚い、請求項1記載の分析素子。
- 前記第1膜の第1厚さは、前記第2膜の第2厚さの1.5倍以上10倍以下である、請求項1記載の分析素子。
- 前記第1膜と交差する第1方向において、前記第1孔の少なくとも一部は、前記第2孔と重なる、請求項1〜3のいずれか1つに記載の分析素子。
- 前記第1膜と交差する第1方向に沿う、前記第1膜と前記第2膜との間の距離は、前記第1膜に沿う第2方向に沿う前記第1孔の幅の1.2倍以上10倍以下である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の分析素子。
- 前記第1膜に沿う方向に沿う前記第1孔の幅は、
前記第1膜に沿う前記方向に沿う前記第2孔の幅の0.8倍以上1.2倍以下である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の分析素子。 - 前記第1膜に沿う方向に沿う前記第1孔の幅は、10nm以上10μm以下であり、
前記第1膜に沿う前記方向に沿う前記第2孔の幅は、10nm以上10μm以下である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の分析素子。 - 第1部材と、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に設けられた第1膜であって、前記第1膜は、第1孔が設けられた第1部分領域と、第2孔が設けられた第2部分領域と、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間の第3部分領域と、を含み、前記第1膜は、前記第1部材の少なくとも一部及び前記第2部材の少なくとも一部から離れた、前記第1膜と、
前記第1部材と前記第1部分領域との間に設けられ、前記第1部分領域から離れた第1電極と、
前記第1部材と前記第2部分領域との間に設けられ、前記第2部分領域から離れた第2電極と、
前記第1部材と前記第3部分領域との間に設けられた第1壁部と、
第2壁部と、
第3壁部と、
を備え、
前記第1膜は、第4部分領域及び第5部分領域をさらに含み、
前記第3部分領域は、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第3孔が前記第3部分領域に設けられ、
前記第4部分領域は、前記第3部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、
前記第5部分領域は、前記第4部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第4孔が前記第5部分領域に設けられ、
前記第2壁部は、前記第2部材と前記第4部分領域との間に設けられ、
前記第3壁部は、前記第1部材と前記第5部分領域との間に設けられ、
前記第2部材から前記第1部材への第1方向において前記第1壁部と前記第3部分領域とが重なる領域は、前記第1孔と前記第3孔との間にあり、
前記第1方向において前記第2壁部と前記第4部分領域とが重なる領域は、前記第3孔と前記第4孔との間にあり、
前記第1方向において前記第3壁部と前記第5部分領域とが重なる領域は、前記第4孔と前記第2孔との間にあり、
分析対象の粒を含む液体中の前記粒が前記第1孔及び前記第2孔を通過することに対応する電流のパルス信号を測定することで、前記分析対象を分析可能な、分析素子。 - 第1部材と、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に設けられた第1膜であって、前記第1膜は、第1孔が設けられた第1部分領域と、第2孔が設けられた第2部分領域と、第3孔が設けられ前記第1部分領域と前記第2部分領域との間の第3部分領域と、前記第3部分領域と前記第2部分領域との間の第4部分領域と、を含み、前記第1膜は、前記第1部材の少なくとも一部及び前記第2部材の少なくとも一部から離れた、前記第1膜と、
前記第1部材と前記第1部分領域との間に設けられ、前記第1部分領域から離れた第1電極と、
前記第1部材と前記第2部分領域との間に設けられ、前記第2部分領域から離れた第2電極と、
前記第1部材と前記第3部分領域との間に設けられた第1壁部と、
前記第2部材と前記第4部分領域との間に設けられた第2壁部と、
を備え、
前記第2部材から前記第1部材への第1方向において前記第1壁部と前記第3部分領域とが重なる領域は、前記第1孔と前記第3孔との間にあり、
前記第1方向において前記第2壁部と前記第4部分領域とが重なる領域は、前記第3孔と前記第2孔との間にあり、
分析対象の粒を含む液体中の前記粒が前記第1孔、前記第2孔及び前記第3孔を通過することに対応する電流のパルス信号を測定することで、前記分析対象を分析可能な、分析素子。 - 第3壁部及び第4壁部をさらに備え、
前記第1膜は、第4部分領域〜第6部分領域をさらに含み、
前記第4部分領域は、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第3孔が前記第4部分領域に設けられ、
前記第5部分領域は、前記第4部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第4孔が前記第5部分領域に設けられ、
前記第6部分領域は、前記第5部分領域と前記第2部分領域との間に設けられ、第5孔が前記第5部分領域に設けられ、
前記第3壁部は、前記第2部材と前記第4部分領域との間に設けられ、
前記第4壁部は、前記第1部材と前記第5部分領域との間に設けられ、
前記第1方向において前記第1壁部と前記第3部分領域とが重なる領域は、前記第1孔と前記第3孔との間にあり、
前記第1方向において前記第3壁部と前記第4部分領域とが重なる領域は、前記第3孔と前記第4孔との間にあり、
前記第1方向において前記第4壁部と前記第5部分領域とが重なる領域は、前記第4孔と前記第5孔との間にあり、
前記第1方向において前記第2壁部と前記第6部分領域とが重なる領域は、前記第5孔と前記第2孔との間にある、請求項9記載の分析素子。 - 第1電極と、
第2電極と、
第1孔を有する第1膜であって、前記第1膜の少なくとも一部は前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第1膜は、前記第1電極及び前記第2電極から離れた、前記第1膜と、
第2孔を有する第2膜であって、前記第2膜の少なくとも一部は前記第1膜と前記第2電極との間に設けられ、前記第2膜は、前記第1膜及び前記第2電極から離れた、前記第2膜と、
を含む分析素子と、
前記第1電極及び前記第2電極と電気的に接続された処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記第1電極及び前記第2電極から得られる第1パルス信号及び第2パルス信号の間の時間間隔に基づいて、分析対象物を分析し、
前記分析対象物は、液体と、前記液体中の粒と、を含み、
前記第1パルス信号は、前記粒の前記第1孔の通過に対応し、
前記第2パルス信号は、前記粒の前記第2孔の通過に対応した、分析装置。
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