專利名稱：流路裝置以及包含流路裝置的樣品處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流路裝置以及包含該流路裝置的樣品處理裝置(在此“樣品”是指樣品液)。本發(fā)明例如可以對樣品中包含的分子進(jìn)行逐個鑒定(包含說明、檢測、化驗(yàn)、測定)或分離(包含分級(sorting))。
背景技術(shù)：
目前，在從樣品中分離希望的分子時，公知的是使用色譜技術(shù)。該方法重復(fù)分子對被稱為分離載體的物質(zhì)的吸附和脫離，以通過隨機(jī)過程中的遷移率的差異使分子分離(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。更具體而言，例如，使包含各種分子的樣品流向裝滿多孔性的粒子 (分離載體)的筒(這種裝滿分離載體的單元稱為“柱”)。于是，比多孔性的孔小的分子能夠進(jìn)入上述孔，但比孔大的分子不能進(jìn)入孔而繞過。即，比孔小的分子由于進(jìn)出孔，因而其移動速度變慢，比孔大的分子由于不進(jìn)入孔，因而可以迅速移動。通過該移動速度的差異使分子分離?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2007-279028號公報(bào)發(fā)明概要發(fā)明要解決的課題但是，在專利文獻(xiàn)I公開的這種現(xiàn)有的使用色譜的方法中，理論上(即使在理想的條件下)不能使希望的分子100%分離。這是由于分子進(jìn)出分離載體的孔是進(jìn)行布朗運(yùn)動的分子偶然地(這種偶然是隨機(jī)過程)進(jìn)出孔。另外，由于大小接近的分子以相同方式進(jìn)出孔，因此，區(qū)別它們比較困難。另外，根據(jù)現(xiàn)有的手法，可以達(dá)到從多種分子中分離出數(shù)種的程度，但不可能將所有分子完全分離。本發(fā)明提供一種根據(jù)與上述依賴于這種孔的尺寸的機(jī)械原理完全不同的原理，可以對分子進(jìn)行逐個鑒定或分離的技術(shù)。解決課題的手段最近，隨著加工技術(shù)進(jìn)步，能夠獲得截面大小為納米尺寸的流路，即納米尺寸流路。另外，本發(fā)明人操作納米尺寸的分子例如生物分子，并構(gòu)想通過結(jié)合兩者，使「包含納米尺寸的分子的樣品」流過納米尺寸流路，從而可以使上述分子逐個流過。另外，本發(fā)明人著眼于上述分子的電性質(zhì)。該性質(zhì)還包含在給予分子電刺激時或該給予期間該分子呈現(xiàn)的電性質(zhì)。其結(jié)果是，本發(fā)明人構(gòu)想一種流路裝置，該流路裝置在使一個分子流過的納米尺寸流路(在此，有時將納米尺寸流路僅稱為納米尺寸流路或納米流路)的附近配置至少一個電極對。根據(jù)該構(gòu)想，發(fā)明了一種流路裝置，其具有使一個分子流過的納米尺寸流路，在該納米尺寸流路的附近配置有至少一個電極對，且其具有用于向所述電極施加交流電壓的交流電源(第一基本發(fā)明)。圖IA是表示最簡單結(jié)構(gòu)的流路裝置之一的概略平面圖。從上面看納米流路12。 納米流路12的周邊為基板。如圖IA所示，納米流路可以形成于基板上，或者也可以形成于管的內(nèi)部，但不限于此。經(jīng)由電極對El、E2由交流電源(AS)向分子逐一施加交流電壓，其結(jié)果是能夠測定逐個流過納米流路的分子的電性質(zhì)。由此，能夠逐一鑒定分子。在該情況下，由于使用交流電壓，因此，能夠高靈敏度、高精度地進(jìn)行鑒定。鑒定的意義擴(kuò)大，使得對分子的狀態(tài)，例如，分子的立體結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)及其動態(tài)變化(動態(tài))進(jìn)行檢測也包含于鑒定中。這樣，如果可以鑒定(檢測)一個分子，則在流路的出口能夠特定地捕捉該一個分子。因此，本發(fā)明的流路裝置可以用于從樣品只分離特定的分子。另外，分子通過受到電刺激(電信號)往往顯示固有的力學(xué)行為。在上述情況下， 如果在本發(fā)明的流路裝置的出口準(zhǔn)備多個分支流路(可以是納米尺寸，也可以比納米尺寸大)，則通過逐個給予流過流路的分子特定的電刺激，來將例如顯示第一力學(xué)行為的第一種分子作為其結(jié)果誘導(dǎo)至第一分支流路，例如將顯示第二力學(xué)行為的第二種分子作為其結(jié)果誘導(dǎo)至第二分支流路。
因此，本發(fā)明提供一種流路裝置，其具備使一個分子流過的納米流路、分支部、及多個分支流路(第二基本發(fā)明)。分支流路的截面的大小為從納米到微米的尺寸。圖IB是表示具有多個分支流路12a、12b的流路裝置之一的概略平面圖。其為對分尚有用的流路裝置。從上面看納米流路12。納米流路12的周邊為基板。納米流路12的出口側(cè)(面向圖的右側(cè))經(jīng)由分支部分支成兩個分支流路12a、12b，流路整體為Y字形。在該情況下，電極對為，i)夾住納米流路12的電極El和E2、或ii)配置于納米流路12附近的電極El和配置于分支流路的電極E3、或iii)配置于納米流路12附近的電極E2和配置于分支流路的電極E4。通過在電極對(E2和E4的對、或E2和El的對)之間施加規(guī)定電壓來給予包含于樣品中的規(guī)定分子M電刺激，由此，將分子M誘導(dǎo)至分支流路12b。另外，本發(fā)明提供一種流路裝置，其具備使一個分子流過的納米流路、分支部、及多個分支流路，i)在所述納米流路的附近，以夾住該納米流路的方式配置有電極對，或ii) 電極對中的一個配置于所述納米流路的附近，該電極對中的另一個配置于所述分支流路的附近(第三基本發(fā)明)。具有這些分支流路的流路裝置例如對分離有用。但是，在其它用法中，還有使樣品從分支流路朝向納米流路流動的用法。從根本而言，由于能夠朝向「某個電極」吸引(或者排斥)，因此，在例如面向圖IB 使分子M從左向右流動中，如果拉向電極E2 (或電極E4)側(cè)，則可以誘導(dǎo)至下側(cè)分支流路 12b，如果拉向電極El(或電極E3)側(cè)，則可以誘導(dǎo)至上側(cè)分支流路12a。在該情況下，所謂電泳(電泳法)，能夠利用分子的極性(+、_)用庫侖力進(jìn)行誘導(dǎo)，所謂介電電泳(介電泳)， 能夠「與分子的極性無關(guān)地」進(jìn)行誘導(dǎo)。因此，若使用介電電泳力，則不用考慮分子的極性就能進(jìn)行切換，因此，介電電泳力的通用性高。S卩，如果使用本發(fā)明的流路裝置，則在樣品中包含有第一種分子和第二種分子的情況下，能夠?qū)⑺鼈冎饌€分子地從樣品中分離。由于是逐個分子地，理論上能夠100%純度地分離。在不同的分支流路到出口的誘導(dǎo)(換言之，切換分支流路的切換動作)中，具有進(jìn)行切換的模式和不進(jìn)行切換的模式兩種操作模式。(I)進(jìn)行切換的模式在該情況下，分為通過切換使電刺激發(fā)生變化的子模式I和通過切換選擇電極對的子模式2。在子模式I中，在面向圖IB使分子M從左向右流動中，預(yù)先檢測分子的種類后，通過在電極對(E1、E2)之間向該分子A施加固有的直流電壓或者固有頻率A的交流電壓，將分子A誘導(dǎo)至分支流路12a。在檢測到其它分子B的種類時，通過在電極對(E1、E2)之間向該分子B施加固有的直流電壓或者固有頻率的交流電壓B，將分子B誘導(dǎo)至分支流路12b。 在該情況下，向分子A、B施加的固有的直流電壓或具有固有頻率的交流電壓也具有多種情況。在子模式2中，在面向圖IB使分子M從左向右流動中，預(yù)先檢測分子的種類后，選擇對應(yīng)該分子A的電極對(電極E1、電極E3)，通過在它們之間施加規(guī)定的直流電壓或具有規(guī)定頻率的交流電壓A，將分子A誘導(dǎo)至分支流路12a。在檢測到其它分子B時，選擇對應(yīng)該分子B的電極對(電極E2、電極E4)，通過在它們之間施加規(guī)定的直流電壓或具有規(guī)定頻率的交流電壓B，將分子B誘導(dǎo)至分支流路12b。在該情況下，所述直流電壓或所述具有頻率的交流電壓A與所述直流電壓或所述具有頻率的交流電壓B可以相同，也可以不同。
(2)不進(jìn)行切換的模式?jīng)]有預(yù)先檢測分子，在電極對(E1、E2)之間，或者在電極對(E1、E3)之間，或者在電極對(E2、E4)之間，向分子A施加固有的直流電壓或固有頻率的交流電壓。向通過那里的任何分子都給予施加。由此，能夠僅將分子A誘導(dǎo)至規(guī)定的分支路。為了完全將所有的分子分別分離回收，優(yōu)選I)模式，在只是想僅將目標(biāo)分子取出的情況下，也能使用2)模式。從納米流路經(jīng)過分支部向多個分支流路分支的做法，不限于圖IB所示的Y字形， 例如，也可是圖IC所示的形狀、圖ID所示的形狀。另外，分支流路數(shù)沒有上限。另外，本發(fā)明的流路裝置不限于分子的鑒定或分離，也可以用于其它目的。例如， 按照次序使分子A和分子B流過納米流路，通過電極對給予電刺激，由此，通過電化學(xué)反應(yīng)或周圍溫度的上升使分子A和分子B反應(yīng)，還能合成分子AB連接體?；蛘撸部梢栽诩{米流路的入口側(cè)設(shè)置多個輸入部(截面的大小可以為納米的尺寸，也可以為微米的尺寸)，其數(shù)目沒有上限。本發(fā)明還提供一種樣品處理裝置，具備(圖1A)流路裝置，其具有使一個分子流過的納米流路，且在該納米流路的附近配置有至少一個電極對；(圖1B)交流電源，其用于向所述電極施加交流電壓 '及(圖1B)測定部，其對包含于流過所述流路的樣品中的一個分子進(jìn)行鑒定(第四基本發(fā)明)。本發(fā)明還提供一種樣品處理裝置，具備(圖1A)流路裝置，其具備使一個分子流過的納米流路、分支部及多個分支流路，i)在所述納米流路的附近，以夾住該納米流路的方式配置有至少一個電極對，或ii)電極對中的一個配置于所述納米流路的附近，且該電極對中的另一個配置于所述分支流路的附近；及(圖1B)切換部，其經(jīng)由所述電極對向包含于流過所述納米流路的樣品中的一個分子給予電刺激，由此，促進(jìn)所述分子的力學(xué)行為，通過該力學(xué)行為將所述分子誘導(dǎo)至規(guī)定的分支流路(第五基本發(fā)明)。下面，作為本發(fā)明之一，對使電性質(zhì)具體化的應(yīng)用發(fā)明、使電刺激具體化的應(yīng)用發(fā)明、及使力學(xué)行為具體化的應(yīng)用發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明的樣品處理裝置具備流路裝置、測定部、運(yùn)算處理部。流路裝置含有注入部，其用于注入處理對象的樣品；和納米流路，其截面的大小具有納米級的尺寸，用于允許包含于樣品的分子移動通過。測定部在設(shè)置于納米流路的電極對之間施加電壓，并且對分子通過電極對之間時的電阻值或阻抗進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部根據(jù)由測定部測定的電阻值或阻抗值對分子進(jìn)行鑒定。該樣品處理裝置還具備多個輸出部，其用于取出移動通過納米流路的分子；和分子分離部，其對所鑒定的分子進(jìn)行分離。在該情況下，納米流路配置有對電阻值或阻抗值進(jìn)行測定的測定部，且納米流路經(jīng)由分支部與多個分支流路及其端部的輸出部連結(jié)。而且， 分子分離部將所鑒定的分子從納米流路誘導(dǎo)至多個分支流路中的希望的分支流路。本發(fā)明的樣品處理裝置是一種用于將包含于樣品中的每類分子進(jìn)行分離的裝置， 其具備流路裝置、測定部、運(yùn)算處理部、分子分離部。而且，流路裝置包含注入部，其用于注入樣品；納米流路，其截面的大小具有納米級的尺寸，且用于允許包含于所述樣品中的分子移動通過；以及多個輸出部，其用于取出移動通過納米流路的分子。另外，納米流路經(jīng)由分支部與多個分支流路及其端部的輸出部連結(jié)。測定部在設(shè)置于納米流路的電極對之間施加電壓，且對分子移動通過(橫穿)電極對之間時的電阻或阻抗進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部對由測定部測定的電阻值或阻抗值與分子建立關(guān)系。而且，分子分離部將與所測定的電阻值或阻抗值有關(guān)系的分子從納米流路誘導(dǎo)至多個分支流路中的希望的分支流路。
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在上述樣品處理裝置中，也可以在納米流路設(shè)有多個電極對，且該各電極對以相隔規(guī)定間隔進(jìn)行配置。在該情況下，測定部對分子通過各電極對時的電阻或阻抗進(jìn)行測定。 另外，運(yùn)算處理部根據(jù)電阻值或阻抗值的測定時間差，算出分子的移動速度，并且根據(jù)算出的分子的移動速度控制施加電壓(施加電場)的時機(jī)。另外，在上述裝置中，分子分離部具有規(guī)定電極，其通過設(shè)于納米流路側(cè)的電極對或共用的電極構(gòu)成；多個出口電極，其分別設(shè)于多個分支流路側(cè)；電壓施加部，其用于在規(guī)定電極間或其與出口電極之間施加電壓；切換部，其用于選擇i)由電極對構(gòu)成的規(guī)定電極或ii)規(guī)定電極和一個出口電極形成的對或iii)規(guī)定電極和另一出口電極形成的對或
iv)規(guī)定電極和另一出口電極形成的對或V)規(guī)定電極和另一.......而且，運(yùn)算處理部以
根據(jù)所鑒定的分子的信息，決定向所述i)、ii)、iii)、iv)、v)中的哪一對施加直流或交流電壓的方式對分子分尚部進(jìn)行控制。另外，在上述裝置中，流路裝置由具有親水性的絕緣體材料(絶縁體材料)構(gòu)成。 在該情況下，樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象的作用從注入部被導(dǎo)入至納米流路。作為其它例子，也可以將用于向樣品施加直流或交流電壓的誘導(dǎo)用電極對中的一個電極配置于注入部，將誘導(dǎo)用電極對中的另一個電極配置于納米流路。在該情況下，通過在誘導(dǎo)用電極對之間產(chǎn)生電場，將樣品從注入部誘導(dǎo)至納米流路。另外，為了解決上述課題，本發(fā)明的樣品處理裝置具備流路裝置、直流或者交流電源、測定部、運(yùn)算處理部。流路裝置含有注入部，其用于注入處理對象的樣品；納米流路，其截面的大小具有納米級的尺寸，且用于允許包含于樣品中的分子移動通過。測定部在設(shè)置于納米流路的電極對的電極間存在分子時施加直流或者交流電壓，以對電阻或者阻抗進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部根據(jù)由測定部測定的電阻值或者阻抗值對分子進(jìn)行鑒定。注入部的截面的大小優(yōu)選為從納米到微米級的尺寸。該樣品處理裝置還具備多個輸出部，其截面的大小具有從納米到微米級的尺寸， 且用于取出移動通過納米流路的分子；和分子分離部，其對所鑒定的分子進(jìn)行分離。在該情況下，納米流路經(jīng)由分支部與多個分支流路及其端部的輸出部連結(jié)。而且，分子分離部將所鑒定的分子從納米流路誘導(dǎo)至多個分支流路中希望的分支流路。另外，本發(fā)明的另一樣品處理裝置是一種用于將包含于樣品中的每類分子分離的裝置，其具備流路裝置、直流或者交流電源、測定部、運(yùn)算處理部，以及分子分離部。而且，流路裝置包含注入部，其用于注入樣品；納米流路，其截面的大小具有納米級的尺寸，且用于允許包含于樣品中的分子移動通過；以及多個輸出部，其用于取出移動通過納米流路的分子。納米流路經(jīng)由分支部與多個分支流路及其端部的輸出部連結(jié)。測定部在設(shè)置于納米流路的電極對的電極間施加直流或者交流電壓，且對電極間存在分子時的電阻或者阻抗進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部對由測定部測定的電阻值或者阻抗值與分子建立關(guān)系。而且，分子分離部將與所測定的阻抗值有關(guān)系的分子從納米流路誘導(dǎo)至多個分支流路中希望的分支流路。在上述樣品處理裝置中，也可以在納米流路設(shè)有多個電極對，且該各電極對以相隔規(guī)定間隔進(jìn)行配置。在該情況下，測定部對分子通過各電極對時的電阻或者阻抗進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部根據(jù)所測定的阻抗值的測定時間差，算出分子的移動速度，且根據(jù)算出的分子的移動速度控制施加電壓(施加電場)的時機(jī)。
另外，在上述裝置中，分子分離部具有規(guī)定電極，其通過設(shè)于納米流路側(cè)的電極對或共用電極構(gòu)成；多個出口電極，其分別設(shè)于多個分支流路側(cè)；電壓施加部，其用于在規(guī)定電極間或規(guī)定電極與出口電極之間施加電壓；以及切換部，其用于選擇i)由電極對構(gòu)成的規(guī)定電極或ii)規(guī)定電極和一個出口電極構(gòu)成的對或iii)規(guī)定電極和另一出口電極構(gòu)
成的對或iv)規(guī)定電極和另一出口電極構(gòu)成的對或V)規(guī)定電極和另一.......而且，運(yùn)算
處理部以根據(jù)所鑒定的分子的信息，決定向所述i)、 )、iii)、iv)、V)......的哪一對施
加電壓的方式對分子分離部進(jìn)行控制。另外，在上述裝置中，流路裝置由具有親水性的絕緣體材料構(gòu)成。在該情況下，樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象的作用從注入部被導(dǎo)入至納米流路。作為其它例子，也可以將用于向樣品施加電場的誘導(dǎo)用電極對中的一個電極配置于注入部，且將誘導(dǎo)用電極對中的另一個電極配置于納米流路。在該情況下，通過在誘導(dǎo)用電極對間產(chǎn)生電場，將樣品從注入部誘導(dǎo)至納米流路。另外，在本發(fā)明的樣品處理裝置中，交流電源在使至少頻率變化的同時將交流電壓施加在設(shè)置于納米流路的電極對的電極間。另一方面，測定部也可以使分子滯留于電極對間，使分子的環(huán)境變化，并且在一邊改變交流電源的頻率一邊將交流電壓施加在電極間時對阻抗進(jìn)行測定。而且，運(yùn)算處理部根據(jù)由測定部測定的阻抗值，對分子的結(jié)構(gòu)及其動態(tài)進(jìn)行檢測。另外，將由交流電源施加在納米流路的電極對間的電壓值是可變的。這時，測定部一邊改變交流電源的頻率及電壓值一邊對阻抗進(jìn)行測定。運(yùn)算處理部根據(jù)使交流電源的頻率及電壓值變化時產(chǎn)生的阻抗值的變化對分子的立體結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)及其動態(tài)變化(動態(tài))進(jìn)行檢測。另外，本發(fā)明的特征將在下面通過本發(fā)明的最佳實(shí)施方式及附圖進(jìn)行說明。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，理論上可以實(shí)現(xiàn)100%的鑒定、分離精度。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明能夠甚至從少量的樣品在短時間對希望的分子進(jìn)行鑒定或分離。因此，可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。另外，根據(jù)本發(fā)明，也能對即使分子尺寸相同而種類不同的分子進(jìn)行鑒定或分離， 且能夠?qū)ι锓肿拥牧Ⅲw結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化(動態(tài))進(jìn)行檢測。


圖IA是表示在從上方看本發(fā)明實(shí)施方式的流路裝置的情況下的概略結(jié)構(gòu)例(I) 的圖。圖IB是表示在從上方看本發(fā)明實(shí)施方式的流路裝置的情況下的概略結(jié)構(gòu)例(2) 的圖。圖IC是表示在從上方看本發(fā)明實(shí)施方式的流路裝置的情況下的概略結(jié)構(gòu)例(3) 的圖。圖ID是表示在從上方看本發(fā)明實(shí)施方式的流路裝置的情況下的概略結(jié)構(gòu)例(4) 的圖。圖IE是表示在從上方看本發(fā)明實(shí)施方式的流路裝置的情況下的概略結(jié)構(gòu)例(5) 的圖。圖2是表示在從上方看第一實(shí)施方式(圖1E)的流路裝置的納米流路的情況下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示圖IE所示的流路裝置的沿著kk'取得的截面的圖。圖4是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)(回路構(gòu)成)的方塊圖。圖5是表示在本發(fā)明第一及第二實(shí)施方式的變形例中使用的樣品導(dǎo)入部的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的變形例的分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖7是表示本發(fā)明第一及第二實(shí)施方式的變形例的納米流路的結(jié)構(gòu)的圖。圖8是以3. 3ms的間隔對尺寸為15. Okbp的DNA移動通過納米流路的樣子進(jìn)行拍攝的圖(照片)。圖9是表示在尺寸為15. Okbp的DNA移動通過納米流路時的電流值的變化的圖表。圖10是表示各尺寸的DNA分子的電流測定值，以及各DNA分子的分離的樣子的圖。圖11是表示使用三種DNA溶液的混合液，以將各DNA分子同時分離的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。圖12是表示在從上方看第二實(shí)施方式的流路裝置的納米流路的情況下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖13是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖14是表示在不同分子(例如，生物分子)移動通過流路的情況下的阻抗值的變化的例子的圖。圖15是用于說明對生物分子(例)和酶反應(yīng)前后的分子的立體結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化 (動態(tài))進(jìn)行檢測的原理的圖。圖16是表示使交流電源的頻率變化，在各個頻率下對電壓進(jìn)行掃描時的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。圖17是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的變形例的分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖18是用于說明本發(fā)明的流路裝置的制造工序的圖。
圖19是用于說明矩形流路和V字型流路的形成工序的圖。圖20是表示形成于基板上的不同電極圖形和所得到的電場的圖。圖21是用于說明形成電極圖形的工序的圖。圖22是表示在電極圖形上涂層絕緣膜的樣子的圖。圖23是用于比較說明矩形流路和V字型流路的特征的圖。圖24是表示實(shí)際制作的流路裝置的圖(電子顯微鏡照片)。實(shí)施發(fā)明的方式本發(fā)明提供一種分子分離裝置(樣品處理裝置的一個例子)，其能夠在理想的條件下在理論上以100%的精度對分子(即使是同一尺寸而種類不同的分子)進(jìn)行鑒定、分離(在現(xiàn)有的方法中，即使在理想的條件下也不能以100%的精度對分子進(jìn)行分離)，并且其能夠?qū)Ψ肿拥牧Ⅲw結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化(動態(tài))進(jìn)行檢測，另外其可以實(shí)現(xiàn)小型化。作為本發(fā)明的處理對象的樣品，可以通過將水溶性的分子溶解或懸浮于親水性的溶劑中來形成，也可以通過使疏水性的分子溶解或懸浮于疏水性的溶劑(例如，丙酮、醋酸乙酯、醋酸甲酯、甲苯等)中而生成。該溶劑為允許分子移動通過納米流路的載體媒介。下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。需要說明的是，本實(shí)施方式只不過是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個例子，且不是限定本發(fā)明的技術(shù)范圍。另外，在各附圖中，對于共用的結(jié)構(gòu)附加同一參照編號。I.第一實(shí)施方式第一實(shí)施方式涉及一種分子分離裝置，其在設(shè)置于納米流路的電極對的電極間施加電壓，在電極間存在分子時根據(jù)流過的電流測定電阻，根據(jù)上述測定的電阻值，對分子進(jìn)行鑒定。<分子分離裝置中的流路裝置結(jié)構(gòu)>圖IE是表示在本發(fā)明實(shí)施方式的分子分離裝置(樣品處理裝置)中使用的流路裝置10的外觀結(jié)構(gòu)的圖。該流路裝置10具備注入部11，其形成于基板上，作為用于注入樣品的部位；納米流路12，其作為進(jìn)行分子的鑒定及分離處理的部位；輸出部13及14，其作為用于取出所分離的分子的部位。該基板能夠由石英、玻璃、塑料或陶瓷等絕緣材料構(gòu)成，但在利用基板的親水性處理樣品的情況下(例如，利用毛細(xì)管現(xiàn)象將樣品導(dǎo)入納米流路12的情況下)，由石英、玻璃構(gòu)成是重要的。由于納米流路12過細(xì)，直接使樣品出入比較困難，因此，有時將尺寸更大的流路作為納米流路的接口使用。在該情況下，注入部11、輸出部13及14不必為納米流路， 而是可以為更大尺寸的流路。對于注入部11、輸出部13及14，例如，輸入輸出口的直徑為大約I 3mm、流路的寬度為大約I 100 μ m、流路的深度為大約I 10 μ m。另外，對于納米流路12，例如，寬度及深度同時為數(shù)nm 500nm。另外，各流路的長度沒有特別限制，但可以考慮裝置的大小而決定。圖2是表示納米流路12的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)的圖。如圖2所示，納米流路12由連結(jié)多個分支流路的納米流路12、用于對通過納米流路的分子進(jìn)行鑒定的測定用納米電極122、 用于根據(jù)流經(jīng)通過的樣品的電流測定電阻的測定用電流表123、設(shè)置于納米流路的分支部且用于將分子誘導(dǎo)至希望的流路中的切換用納米電極125構(gòu)成。也可以設(shè)置確認(rèn)用電流表 124，其用于根據(jù)切換時在樣品之間流動的電流對電阻進(jìn)行測定，并且確認(rèn)該分子是否導(dǎo)入至其應(yīng)該的流路。測定用納米電極122優(yōu)選由多對電極構(gòu)成。通過設(shè)置多對，對由最初的電極對測定電阻的分子到達(dá)下游的電極對所需要的時間進(jìn)行測定，以便能夠?qū)α鬟^納米流路的分子的流速進(jìn)行檢測。然后，以如下方式構(gòu)成根據(jù)該流速，能夠運(yùn)算到達(dá)切換用納米電極125 所需要的時間，因此能夠?qū)⒏鞣肿舆m當(dāng)?shù)胤蛛x至所希望的流路。設(shè)置于納米流路12的分支部分的切換用納米電極125具備共用電極和設(shè)于各出口流路的出口電極，并且通過在各出口電極和共用電極之間施加(用電場換算，例如為大約數(shù)MHz、數(shù)MV/m的電場)規(guī)定電壓， 可以將各分子誘導(dǎo)至所希望的分支流路(接通電源)。圖3是流路裝置10 (圖1E)的沿著AA'(設(shè)有測定用納米電極的部分)截取的剖面圖。流路裝置10在基板10 1上形成納米流路12(實(shí)際比電極的厚度更薄)，納米流路 12上配置測定用納米電極122及切換用納米電極125。然后，用粘接部件16將玻璃板15 和基板101粘接。另外，作為粘接部件16，使用例如PDMS (聚二甲基硅氧烷)，并使其SiO2 化。由此，能夠覆蓋比納米流路12的深度更厚的電極，同時使其粘接在基板上。<分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)>圖4是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)的方塊圖。該分子分離裝置具備運(yùn)算處理部40，其用于獲取來自各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的信息并進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，以便根據(jù)需要對各結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行控制；測定部41，其具有測定用納米電極122、測定用電流表 123、向電極122施加電壓的電源(未圖示)；切換部42，其具有切換用納米電極125、確認(rèn)用電流表124、在各電極與共用電極間施加電壓的電壓施加部(未圖示)；電阻值-分子對應(yīng)表43,其表不向包含各種分子的樣品施加電壓時所獲得的電阻值與各種分子的對應(yīng)關(guān)系； 存儲器44;信息輸入/輸出部45，用于用戶輸入規(guī)定的指示等，且輸出(顯示)分離處理的
彡口禾寸ο運(yùn)算處理部40從測定部41獲取分子通過納米流路12時的電阻值，并且將該電阻值與電阻值-分子對應(yīng)表43對照，以便對該通過的分子的種類進(jìn)行鑒定(測定的電阻值暫時保存于存儲器44)。在包含于樣品中的分子為未知的情況下，測定電阻值在表43內(nèi)不存在，因此，將分別測定的電阻值保存于存儲器44，并且按照分子種類為未知的情況進(jìn)行分離。但是，應(yīng)注意的是，在以下的說明中，由于用電流表計(jì)量電流值，因此在測定電阻值時， 測定部41及切換部42需要從施加電壓和電流值算出電阻值。
另外，運(yùn)算處理部40對分子通過包含于測定部41中的測定用納米電極122的多個電極對間的時間進(jìn)行計(jì)量，并從上述時間和電極對間的距離運(yùn)算該分子的流速。然后，根據(jù)從例如測定用納米電極122的最后的電極對到切換用納米電極125的距離以及運(yùn)算出的流速，運(yùn)算處理部40指示切換部42在切換用納米電極的哪個出口電極和共用電極之間施加電壓(電場)，以及施加的時機(jī)。按照上述指示，在切換部42中，分子被引入希望的分支流路，并因此能夠?qū)崿F(xiàn)分子的分離。另外，切換部42通過確認(rèn)用電流表124來測定分子通過時的電阻，并將上述測定值供給到運(yùn)算處理部40。然后，運(yùn)算處理部40也可以將上述電阻值與由測定部41測定的電阻值相比較，因此能夠確認(rèn)分離的分子的種類是否有錯誤。<分子分離裝置的動作>(I)樣品注入及流動控制首先，將樣品導(dǎo)入注入部11。該樣品包含既知的分子及未知的分子。根據(jù)該分子分離裝置，在樣品僅包含既知的分子 的情況下，能夠?qū)⒎肿影凑辗肿拥姆N類進(jìn)行分類，另一方面，在樣品包含未知的分子的情況下，能夠?qū)⒃诜肿拥姆N類未知的狀態(tài)下所測定的電阻值呈現(xiàn)出相同值的分子分成一類。流路裝置10的基板101由石英或玻璃等構(gòu)成，因此流路的壁面具有親水性。因此， 樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象自動吸入注入部11 —納米流路12 —輸出部13及14(出口側(cè))。而且，從出口部分出來的液體量為極微量，因此，流出的所有載體媒介瞬間蒸發(fā)。因此，為了補(bǔ)充由于蒸發(fā)喪失的液體，在毛細(xì)管現(xiàn)象下樣品自發(fā)繼續(xù)流動，從而一定量的流動在納米流路12內(nèi)形成。另外，蒸發(fā)的僅是載體媒介，因此分子被濃縮并分離回收。其結(jié)果是，在后工序?qū)Ψ肿舆M(jìn)行分析時很方便。這也是重要的優(yōu)點(diǎn)。例如，即使進(jìn)行回收，若濃度較低，由于現(xiàn)有的化驗(yàn)分析的靈敏度低，也不能進(jìn)行分析。另外，通過冷卻流路裝置10的整體或者一部分，能夠?qū)⒘魉倏刂圃谝欢ǔ潭?。例如，在接近室溫下，樣品在從納米流路12接近輸出部13及14的部分上全部蒸發(fā)。因此，為了防止該蒸發(fā)，將流路裝置10的整體或者一部分冷卻后，使樣品流動至出口。另外，冷卻溫度可以為大約4 大約25°C (室溫)。在此，利用毛細(xì)管現(xiàn)象將樣品導(dǎo)入納米流路12，但未限于此，如后所述(變形例)， 能夠通過電控制將樣品導(dǎo)入納米流路。(2)單分子的檢測由于納米流路12的寬度為納米單位的尺寸，因此，包含于樣品的各分子以單分子的形態(tài)移動通過納米流路12。在本發(fā)明第一實(shí)施方式的分子分離裝置中，測定部41使用電流表123，且根據(jù)流過測定用納米電極122中的電極對之間的電流來測定電阻值。在分子通過該測定用納米電極122時，電阻發(fā)生變化。另外，如果分子(例如分子尺寸)不同，則電阻也不同。利用該性質(zhì)可以對 分子進(jìn)行鑒定。運(yùn)算處理部40從測定部41獲取該測定的電阻值，保存于存儲器44，并且將該獲取的電阻值與電阻值-分子對應(yīng)表43進(jìn)行對照。然后，如果對應(yīng)獲取的電阻值的分子包含于表43中，則運(yùn)算處理部40對分子進(jìn)行鑒定并繼續(xù)進(jìn)行分離處理，如果不包含，則在對分子不鑒定的狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行分離處理。
在測定用納米電極122由多對電極構(gòu)成的情況下，運(yùn)算處理部40根據(jù)各電極對間產(chǎn)生電阻值的時間延遲，算出納米流路12(的電極配置部位)中的移動速度(流速)，另外， 算出相應(yīng)的分子幾秒后到達(dá)納米流路12的分支部。由此，對特定的分子能夠逐一算出移動速度，因此，即使是移動速度未知的分子也能適當(dāng)?shù)貙?shí)行分離處理。另外，在本實(shí)施方式中， 用多對電極構(gòu)成測定用納米電極122，但如果是移動速度為既知的分子，則沒有必要設(shè)置多對電極，且設(shè)置一對電極即可。(3)切換如上所述，可知成為分離對象的分子到達(dá)納米流路12的分支部的時機(jī)。因此，在該時機(jī)下，根據(jù)分子的種類或其電流值，運(yùn)算處理部40在切換用納米電極125的共用電極與該對象分子將被誘導(dǎo)至的流路側(cè)的出口電極之間施加電場。于是，介電電泳、電泳、電滲流(Electroosmotic flow)中的任何一個在作為分子將被從納米流路誘導(dǎo)至的流路的分支流路的方向動作，因此使分子被誘導(dǎo)至該分支流路。另外，在本實(shí)施方式中，展示了流路裝置10具有納米流路和從其分支的兩個分支流路的例子，但不限于此，分支流路的數(shù)目當(dāng)然是能夠根據(jù)將被分離的分子的種類數(shù)進(jìn)行分設(shè)。另外，作為從納米流路設(shè)置多個分支(分支流路)的方法，可以從一個納米流路同時設(shè)置多叉分支流路以分支，也可以呈級聯(lián)狀連接兩叉結(jié)構(gòu)并最終分支成多叉的結(jié)構(gòu)，因此分支流路的結(jié)構(gòu)是不限的?！醋冃卫?(I)樣品導(dǎo)入(i)在上述實(shí)施方式中，利用毛細(xì)管現(xiàn)象將樣品從微流路導(dǎo)入至納米流路，但在此，對通過電控制將樣品導(dǎo)入納米流路的方法進(jìn)行說明。如果以此方式通過電控制實(shí)現(xiàn)樣品導(dǎo)入，則能夠根據(jù)高精度的流動控制提高測定精度及分離精度，另外，流路裝置10的基板101不必為親水性，也可以由塑料、陶瓷這樣的材料構(gòu)成。圖5是表不變形例的樣品導(dǎo)入部51的結(jié)構(gòu)的圖。樣品導(dǎo)入部51具有用于向樣品施加電場的電極對511及512，和電源513。其中，電極511設(shè)于注入部11側(cè)，電極512設(shè)于納米流路12側(cè)。在此，由于分子帶電，因此，對于帶負(fù)電的分子，若在圖5所示的方向施加電場，則各分子被引入納米流路12的方向。另一方面，對于帶正電的樣品，只要在相反的方向施加電場即可。這樣，能夠根據(jù)樣品帶哪種電來切換施加電場方向以將樣品的分子導(dǎo)入至納米流路12。圖6是表示該變形例的分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)的方塊圖，與圖4的差別僅在于具有樣品導(dǎo)入部51。向樣品導(dǎo)入部51的電極施加的電壓(施加方向及電壓值等)由運(yùn)算處理部40按照從信息輸入/輸出部45輸入的指示進(jìn)行控制。(ii)另外，利用電滲流也能將樣品導(dǎo)入。在該情況下，作為流路裝置10的基板101 的材料，優(yōu)選使用玻璃等親水性材料。由于玻璃帶負(fù)電，因此，樣品中的正離子被玻璃的負(fù)電荷吸引，形成雙電層。若在此施加電壓，則樣品中的帶電部分移動，樣品整體被帶動而流出。這是利用電滲流的樣品導(dǎo)入的原理。另外，在電滲流的情況下，對于表面的帶電，正負(fù)均可。(2)納米流路的結(jié)構(gòu)(分子測定部位)
圖7是表示配置流路裝置10中的納米流路12的測定用納米電極122的部位的其它結(jié)構(gòu)例的圖。如上所述，使用測定用納米電極122，對流過納米流路的分子進(jìn)行檢測，其移動速度通過多個電極對中的電流值測量時機(jī)的差異算出，但為了能夠更適當(dāng)?shù)貙Ψ肿舆M(jìn)行鑒定，將電阻測定部位的納米流路的寬度設(shè)定為比該部位以外的寬度窄。這樣，由于因分子導(dǎo)致的電流變化量與分子體積/電極間體積的體積比成比例，因此，體積比隨著電極間體積減小而變大，結(jié)果，因分子導(dǎo)致的電流變化量變大，因此，可以說能夠進(jìn)行高靈敏度的電阻測定?！搓P(guān)于實(shí)驗(yàn)〉對根據(jù)第一實(shí)施方式說明的原理及動作進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明，展示本發(fā)明的有效性。
(I)納米流路的規(guī)格使用具有整體長度為150 μ m、深度為50 lOOnm、寬度為50 500nm的構(gòu)造的納米流路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(2)使用樣品對尺寸為15. Okbp (千堿基對)、33. 5kbp、48. 5kbp的三種DNA分別制作DNA溶液 (樣品)，以便在實(shí)驗(yàn)中使用。各樣品的濃度被調(diào)節(jié)成在O. IXTBE緩沖液中l(wèi)fM。另外，所計(jì)算的各DNA的表觀長度的預(yù)測值對于15. Okbp的DNA為I. I μ m，對于33. 5kbp的DNA為
2.4 μ m,對于 48. 5kbp 的 DNA 為 3. 6 μ m。(3)向測定用納米電極的施加電壓O. IV(4)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(i)將各樣品獨(dú)立導(dǎo)入納米流路，i)測定流速，ii)對DNA的一個分子進(jìn)行鑒定， iii)實(shí)行向?qū)?yīng)各DNA的流路的適當(dāng)輸出部的誘導(dǎo)(實(shí)驗(yàn)結(jié)果參照圖8 10)。(ii)對是否可以從混合了各樣品的新樣品中分離各DNA進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)結(jié)果參照圖11)。(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(i)圖8是將尺寸為15. Okbp的DNA分子移動通過納米流路的樣子以3. 3ms的間隔拍攝的圖(照片)。另外，由于納米流路與電極的寬度(Iym)相比極小，因此，在附圖上不可見，但白色的垂直線表示移動通過納米流路的DNA的位置。圖9是表示尺寸為15. Okbp的DNA分子移動通過納米流路時的電流值的變化的圖表，圖9(a)表示使樣品持續(xù)流過規(guī)定時間時的電流值的變化，圖9(b)是圖9(a)中的虛線包圍的部分的放大圖。在圖9(a)中，可以看到其中電流值變化較大的部分(即電流極小的部分)，在該部分中DNA正在通過納米流路的電極部分，由于DNA阻斷電流的流動，因此使電流值產(chǎn)生了較大變化。因此，如圖9(b)所示，在圖8(a)的狀態(tài)下，由于DNA分子還沒有到達(dá)電極部，因此電流值的變化僅為噪聲量(背景的電流值約為IpA)，但在圖8(b)的狀態(tài)下，在DNA通過電極部期間，由于電極間的電流完全被阻擋，因此，所測定的電流值極小。如上所述，可以由該電流值求得電阻值以鑒定分子，或可以分離分子。另外，如圖8(c)及(d)所示，可知如果 DNA與電極的重復(fù)部分變少，則電流值也回到圖8 (a)的狀態(tài)。
圖10是表示各尺寸的DNA的電流測定值及各DNA的分離的樣子的圖。在此，在具有三叉的分支流路的納米流路中，以如下方式進(jìn)行控制，15. Okbp尺寸的DNA被誘導(dǎo)至左邊的分支流路(參照圖10A)，33. 5kbp尺寸的DNA被誘導(dǎo)至中央的分支流路(參照圖10B)， 48. 5kbp尺寸的DNA被誘導(dǎo)至右邊的分支流路(圖10C)。從圖10的各圖表可知，示出在各DNA通過電極部時，各DNA特有的電流值的變化。 然后，根據(jù)這些分子特有的電流值的變化求得電阻值，并且通過實(shí)行納米流路的分支部中的切換動作，能夠?qū)⑾Ｍ姆肿诱T導(dǎo)至希望的分支流路。(ii)接著，使用上述三種DNA的混合液，進(jìn)行同時將各DNA分子分離的實(shí)驗(yàn)。圖11 是表示該混合液的分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖，圖11 (A)表示各DNA分子的熒光發(fā)光強(qiáng)度，圖11 (B) 表不分離前后的各DNA分子的突光發(fā)光強(qiáng)度。在本實(shí)驗(yàn)中，對于各DNA分子準(zhǔn)備了 6000個分子(IfM的溶液所包含的分子數(shù))， 但由于時間制約等問題，沒有對所有的分子進(jìn)行計(jì)數(shù)，而是僅對最多100個分子進(jìn)行計(jì)數(shù)以完成實(shí)驗(yàn)。從圖Il(B)也可知，分離前后的各DNA分子的熒光發(fā)光強(qiáng)度大致一致，因此，可以說使用本發(fā)明的分子分離裝置適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了分離處理。
II.第二實(shí)施方式第二實(shí)施方式涉及一種分子分離裝置，其在設(shè)置于納米流路的電極對的電極間存在分子時施加交流電壓并對阻抗進(jìn)行測定，根據(jù)所測定的阻抗值，對分子進(jìn)行鑒定。<分子分離裝置中的流路裝置結(jié)構(gòu)>由于在第二實(shí)施方式中使用的流路裝置10的外觀結(jié)構(gòu)及流路裝置10的沿 AA'(設(shè)有測定用納米電極的部分)取得的截面結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式(參照圖IE及圖3) 相同，因此省略說明。圖12是表示第二實(shí)施方式的納米流路12的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)的圖。另外，與圖2相同的結(jié)構(gòu)附加相同的參照編號。如圖12所示，納米流路12也可以設(shè)置具有多個分支的納米流路12、用于對通過分支前的納米流路的分子施加交流電壓的測定用納米電極122、用于對測定用納米電極 122間的分子的阻抗進(jìn)行測定的測定部223、設(shè)置于納米流路的分支部且用于將分子誘導(dǎo)至希望的分支流路的切換用納米電極125、用于在切換時對分子的阻抗進(jìn)行測定且確認(rèn)該分子是否被誘導(dǎo)至其應(yīng)該的分支流路的確認(rèn)用電流表224。另外，也可以將介電常數(shù)表現(xiàn)為極化率(一個分子的極化率為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)局部極化率的總和，與介電常數(shù)等價)?？傊?，將在電極間施加交流電壓時的相移(遲延或超前)作為介電常數(shù)或極化率進(jìn)行測定。測定用納米電極122優(yōu)選由多對電極構(gòu)成。通過設(shè)置多對，對用最初的電極對測定阻抗的分子到達(dá)下游的電極對所需要的時間進(jìn)行測定，從而能夠?qū)α鬟^納米流路的分子的流速進(jìn)行檢測。然后，以如下方式構(gòu)成，根據(jù)該流速，能夠運(yùn)算到達(dá)切換用納米電極125 的時間，以便能夠?qū)⒏鞣肿舆m當(dāng)?shù)卣T導(dǎo)至希望的流路。設(shè)置于納米流路12的分支部分的切換用納米電極125具備共用電極和設(shè)于各出口流路的出口電極，通過在各出口電極和共用電極之間施加(在電場的情況下例如，為大約數(shù)MHz、數(shù)MV/m的電場)規(guī)定的電壓，從而將各分子誘導(dǎo)至希望的流路(接通)。<分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)>
圖13是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)的方塊圖。該分子分離裝置具備運(yùn)算處理部90，其用于獲取來自各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的信息并進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，并根據(jù)需要對各結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行控制；測定部91，其具有測定用納米電極122、阻抗測定部223 ； 電壓和頻率可變的交流電源96，其用于向測定部91內(nèi)的測定用納米電極122施加交流電壓；切換部92，其具有切換用納米電極125、確認(rèn)用電流表224，和在各電極和共用電極間施加電壓的電壓施加部(未圖示)；阻抗-分子對應(yīng)表93，其表示在向包含存在于測定用納米電極122間的各種分子的樣品施加電壓時的阻抗值與各種分子的對應(yīng)關(guān)系；存儲器44 ;信息輸入/輸出部95，用于用戶輸入規(guī)定的指示等，且輸出(顯示)分離處理的結(jié)果等。運(yùn)算處理部90從測定部91獲取分子通過納米流路12時的電阻值或阻抗值，并且將該阻抗值與阻抗值-分子對應(yīng)表93對照，從而對該通過的分子的種類進(jìn)行鑒定(測定的電阻值或阻抗值暫時保存于存儲器94)。在包含于樣品的分子為未知的情況下，測定電阻值或阻抗值在表93內(nèi)不存在，因此，將分別測定的阻抗值保存于存儲器94，并且按照阻抗值， 將分子按照分子種類為未知的情況進(jìn)行分離。另外，運(yùn)算處理部90對分子通過包含于測定部91的測定用納米電極122的多個電極對間的時間進(jìn)行計(jì)量，從上述時間和電極對間的距離運(yùn)算出該分子的流速。然后，運(yùn)算處理部90根據(jù)從例如測定用納米電極122的最后的電 極對到切換用納米電極125的距離以及運(yùn)算出的流速，來指示切換部92在切換用納米電極的哪個出口電極和共用電極之間施加電壓，以及施加的時機(jī)。按照上述指示，在切換部92中，分子被誘導(dǎo)至希望的分支流路，從而能夠?qū)崿F(xiàn)分子的分離。另外，切換部92通過確認(rèn)用電流表224對分子通過時的阻抗進(jìn)行測定，并將該測定值供給到運(yùn)算處理部90。然后，運(yùn)算處理部90也可以將該阻抗值與由測定部91測定的阻抗值相比較，從而能夠確認(rèn)分離的分子的種類是否有錯誤。<分子分離裝置的動作>(I)樣品注入及流動控制首先，由用戶向注入部11滴加樣品。該樣品包含既知的分子或未知的分子。根據(jù)該分子分離裝置，在樣品僅包含既知的分子的情況下能夠?qū)⒚款惙肿舆M(jìn)行分離，另一方面， 在樣品包含未知的分子的情況下，能夠?qū)⒃诜肿拥姆N類未知的狀態(tài)下所測定的阻抗值呈現(xiàn)出相同值的分子分尚。流路裝置10的基板101整個由石英或玻璃等構(gòu)成，因此，流路的壁面具有親水性。 因此，樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象自動吸入注入部11 —納米流路12 —輸出部13及14(出口側(cè))。 而且，從出口部分出來的液體量為極微量，因此，流出的所有載體媒介瞬間蒸發(fā)。因此，為了補(bǔ)充由于蒸發(fā)喪失的液體，在毛細(xì)管現(xiàn)象下樣品自發(fā)繼續(xù)流動，從而一定量的流動在納米流路12內(nèi)產(chǎn)生。另外，通過冷卻流路裝置10的整體或者一部分，能夠?qū)⒘魉倏刂圃谝欢ǔ潭?。例如，在接近室溫下，樣品在從納米流路12接近輸出部13及14的部分上全部蒸發(fā)。因此，為了防止該蒸發(fā)，將流路裝置10的整體或者一部分冷卻后，使樣品流動至出口。另外，冷卻的溫度可以為大約4 大約25°C (室溫)。在此，利用毛細(xì)管現(xiàn)象將樣品導(dǎo)入納米流路12，但不限于此，如后所述(變形例)， 能夠通過電控制將樣品導(dǎo)入納米流路。
(2)單分子的檢測由于納米流路12的寬度為納米單位的尺寸，因此，構(gòu)成樣品的各分子以單分子移動通過納米流路12。在本發(fā)明的分子分離裝置中，測定部91使用電流表223，以根據(jù)流過測定用納米電極122的電極對之間的電流來測定阻抗。在分子通過該測定用納米電極122時，阻抗發(fā)生變化。即使尺寸相同，而分子的種類不同的話，則阻抗也不同。利用該性質(zhì)可以對分子進(jìn)
行鑒定。運(yùn)算處理部90從測定部91獲取該測定的阻抗值，保存于存儲器94，并且將該獲取的阻抗值與阻抗-分子對應(yīng)表93對照。于是，如果對應(yīng)獲取的阻抗值的分子包含于表93 中，則運(yùn)算處理部90對分子進(jìn)行鑒定并繼續(xù)進(jìn)行分離處理，如果不包含，則運(yùn)算處理部90 在不鑒定的狀態(tài)下對分子進(jìn)行分離處理。圖14是表示在不同的分子(例如，生物分子)移動通過流路的情況下的阻抗值的變化的例子的圖。如圖14所示，例如，阻抗值變化相對于在生物分子BI存在于測定用納米電極122之間時的頻率變化的特性用Pl表示，阻抗值變化相對于在生物分子B2存在于測定用納米電極122之間時的頻率變化的特性用P2表示。該頻率變化是指對電壓和頻率可變的交流電源的頻率在規(guī)定范圍內(nèi)的掃描。即，對于生物分子BI，使其滯留于測定用納米電極122之間，若交流電源的頻率變化，則對應(yīng)該頻率變化所測定的阻抗值也發(fā)生變化。將該變化特性用圖表表示即為P1。對于生物分子B2也一樣。 在此，在生物分子BI及B2的分子尺寸大致相同的情況下，使直流電流在測定用納米電極122之間流過來測定的電阻值的變化對于兩者不變。因此，若種類不同的分子具有大致相同的尺寸，則不能對分子進(jìn)行鑒定或分離。關(guān)于這一點(diǎn)，作為生物分子代表的蛋白質(zhì)原本是由20種氨基酸聯(lián)成一串形成的一條帶狀分子構(gòu)成(將其稱為多肽)，并且通過氨基酸彼此的相互作用自發(fā)地有規(guī)律地進(jìn)行折疊(稱為折疊)以構(gòu)成三維立體結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及整體的結(jié)構(gòu)因各個分子而有所不同。若從外部向這種生物分子施加交流電場， 則內(nèi)部的局部結(jié)構(gòu)被外部電場吸引而極化，但例如由于頻率變化，出現(xiàn)追隨外部電場而進(jìn)行極化及不能追隨而極化，從而產(chǎn)生遲延(位相差)的部分，作為這些局部的內(nèi)部極化的總和決定了分子整體的極化率。若對這種單分子具有的極化特性(極化率)通過電阻抗測定進(jìn)行測定，則可以將各個分子區(qū)分出來。因此，本發(fā)明中著眼于，在測定用納米電極122之間存在分子的情況下，即使其尺寸相同，如果種類不同，則阻抗變化也不同，因此可以利用該性質(zhì)對分子進(jìn)行鑒定或分離。例如，在預(yù)先知道將被鑒定或分離的多個分子的種類的情況下，只要對分子使用固有的頻率，對該頻率下的阻抗值進(jìn)行測定，并對對應(yīng)該阻抗值的分子根據(jù)阻抗-分子對應(yīng)表43進(jìn)行鑒定即可。另一方面，在預(yù)先不知道將被鑒定或分離的多個分子的種類的情況下，首先，使每個分子滯留于測定用納米電極122之間，掃描交流電源的頻率以獲取該分子
的阻抗值變化特性Pk (k= I、2.....η)。然后，依照各自的特性，將分子分離，從而將同種
類的分子誘導(dǎo)至規(guī)定的輸出部。另外，在阻抗的檢測靈敏度不夠等情況下，也可以對將被鑒定或分離的分子利用例如包含二茂鐵等的導(dǎo)電性分子做標(biāo)記。由此，能夠強(qiáng)調(diào)介電常數(shù)或電導(dǎo)率的差異，因此， 可以提高阻抗的檢測靈敏度。
另外，在測定用納米電極122由多對電極構(gòu)成的情況下，運(yùn)算處理部40根據(jù)各電極對間產(chǎn)生的阻抗變化的時間遲延，算出納米流路12(的電極配置部位)中的移動速度 (流速)，另外，算出相應(yīng)的分子幾秒后到達(dá)納米流路12的分支部。由此，能夠逐一算出特定分子的移動速度，因此，即使是移動速度未知的分子也能適當(dāng)?shù)貙?shí)行分離處理。另外，本實(shí)施方式中，用多對電極構(gòu)成測定用納米電極122，但如果移動速度為既知的分子，則沒有必要設(shè)置多對電極，所以設(shè)置一對電極即可。(3)切換如上所述，可知，成為分離對象的分子到達(dá)納米流路12的分支部的時機(jī)。因此，在該時機(jī)下，根據(jù)分子的種類或其阻抗值，運(yùn)算處理部90在切換用納米電極125的共用電極與該對象分子將被誘導(dǎo)至的流路側(cè)的出口電極之間施加電場。于是，介電電泳、電泳、電滲流中的任何一個在分子將被從納米流路誘導(dǎo)至的流路即分支流路的方向作用，使得分子被誘導(dǎo)至該分支流路。另外，本實(shí)施方式中，展示了流路裝置10具有分支流路和從其分支的兩個分支流路的例子，但不限于此，分支流路的數(shù)目當(dāng)然能夠按照將被分離的分子的種類數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 另外，作為從納米流路設(shè)置多個分支(分支流路)的方法，從一個分支流路可以同時設(shè)置多叉分支流路以分支，也可以是呈級聯(lián)狀連接兩叉結(jié)構(gòu)并最終分支成多叉，因此分支流路的結(jié)構(gòu)是不限的。(4)單分子的立體結(jié)構(gòu)的電動態(tài)測定 根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的分子分離裝置，如上((2)及(3))所述，不僅能夠?qū)Σ煌肿舆M(jìn)行鑒定或分離，而且能夠?qū)畏肿拥牧Ⅲw結(jié)構(gòu)及其動態(tài)進(jìn)行測定。以下，對單分子的立體結(jié)構(gòu)的電動態(tài)測定處理進(jìn)行說明。(i)關(guān)于電動態(tài)測定的必要性生物分子的功能來源于其分子結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)生物學(xué)的基本概念，因此，了解分子結(jié)構(gòu)是理解其功能的捷徑。需要指出的是，例如即使耗費(fèi)巨大的努力利用晶體分析、NMR等確定了復(fù)雜的靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)構(gòu)，而不能抓住伴隨作為生物分子功能的本質(zhì)的環(huán)境變化(反應(yīng)基質(zhì)濃度、pH、溫度、離子濃度等等)的動態(tài)結(jié)構(gòu)變化，也不算是理解了生物分子的結(jié)構(gòu)和功能。在考慮今后的分子生物學(xué)及結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展，和對蛋白質(zhì)組分析及藥物開發(fā)等的大規(guī)模蛋白質(zhì)功能分析的應(yīng)用，進(jìn)而對用于人為設(shè)計(jì)而創(chuàng)造生物分子的這種分子機(jī)械的納米生物工程的應(yīng)用中，必然迎來對生物分子的立體結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)及其動態(tài)變化(動態(tài)) 進(jìn)行檢測的手法，和應(yīng)用其的生物分子的功能分析及鑒定手法的發(fā)展。本發(fā)明鑒于對這種分子的動態(tài)檢測從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用的廣泛有效性，提供一種生物分子結(jié)構(gòu)的電測定法。(ii)現(xiàn)有的手法及其問題點(diǎn)目前，在對生物分子進(jìn)行分析的情況下，使用X射線衍射、NMR等分析手法，在這些手法中，以溶液或晶體的狀態(tài)對分子進(jìn)行處理。這樣，若對生物分子以懸浮液或溶液這種多分子系統(tǒng)進(jìn)行處理，則關(guān)于各個分子發(fā)生的反應(yīng)和伴隨其的結(jié)構(gòu)變化及時間響應(yīng)等信息會由于多分子間的隨機(jī)運(yùn)動的平均化而喪失。另一方面，若使其晶體化，則能夠利用規(guī)律排列的晶體的周期性得到靜態(tài)的立體結(jié)構(gòu)，而由于脫離了生理的環(huán)境，導(dǎo)致涉及重要的立體結(jié)構(gòu)變化的這樣動態(tài)的信息喪失。即，在現(xiàn)有的X射線衍射、NMR等分析手法中存在如下困境若提高結(jié)構(gòu)分析的分辨率則不能得到涉及動態(tài)的信息，若想得到動態(tài)的信息則不能提高分辨率。與此相對，如果能夠進(jìn)行僅關(guān)注一個分子的操作或分析，則認(rèn)為能夠得到涉及諸如在反應(yīng)的基本過程中各分子中的分子結(jié)構(gòu)變化及其時間響應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)動力學(xué)的信息。 但是，在現(xiàn)有的單分子測定系統(tǒng)中，上述分析手法大部分限于利用熒光染料的光學(xué)檢測。例如，通過熒光標(biāo)記使諸如動力蛋白的“移動”蛋白質(zhì)的移動可視化，或在所謂的FRET手法中利用兩個熒光染料間的能量移動來對局部的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行檢測。實(shí)際情況是，由于這種手法花費(fèi)極多的時間和勞力而最終僅可以測定一個分子的一部分，導(dǎo)致極缺乏通用性，因此， 不能成為一般的分析手法。即，需要首先通過X射線衍射獲知立體結(jié)構(gòu)，然后通過電泳或質(zhì)量分析得到氨基酸的一級序列信息。然后，需要 通過在特定的氨基酸部位僅結(jié)合熒光染料的基因操作，來制備觀察用測試分子。這樣，必須人工制備測試分子本身，不能直接使用自然界的分子。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的分子分離裝置，能夠直接使用自然界的分子對分子的立體結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)及其動態(tài)變化(動態(tài))進(jìn)行簡單測定。裝置結(jié)構(gòu)與上述結(jié)構(gòu)相同，但測定方法不同。以下，對該測定方法進(jìn)行說明。(iii)關(guān)于生物分子的動態(tài)變化的測定原理圖15是用于說明對例如生物分子和酶的反應(yīng)前后的分子結(jié)構(gòu)及其動態(tài)進(jìn)行檢測的原理進(jìn)行說明的圖。在圖15中，Cl示意性表示反應(yīng)前生物分子的結(jié)構(gòu)，C2示意性表示反應(yīng)中或者反應(yīng)后生物分子的結(jié)構(gòu)。另外，特性P3表示在存在于測定用納米電極122間的生物分子具有Cl結(jié)構(gòu)時，且在該電極間施加交流電壓，在一定范圍內(nèi)掃描頻率時得到的阻抗特性。同樣地，特性P4表示在存在于測定用納米電極122間的同一生物分子具有C2結(jié)構(gòu)時，且在該電極間施加交流電壓，在一定范圍內(nèi)掃描頻率時得到的阻抗特性。這樣，即使是單分子，若結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，則所測定的阻抗值也會發(fā)生變化。利用該性質(zhì)，能夠?qū)Ψ肿拥慕Y(jié)構(gòu)及其動態(tài)進(jìn)行實(shí)時檢測。但是，介電電泳力是由通過向電介質(zhì)(在此為生物分子)施加外部電場時產(chǎn)生的電介質(zhì)內(nèi)的偶極子的取向或周圍溶液的平衡離子等而在分子表面誘發(fā)的極化電荷與外部電場相互作用得到的效果。即，借助于足夠的外部電場強(qiáng)度，如果利用僅對一個分子誘發(fā)的極化電荷使分子移動，則相反，可以對因分子的立體結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)變化引起的這種極化率變化通過電阻抗測定進(jìn)行檢測。另外，還考慮到一種完全新規(guī)定的測定方法，其通過在由介電電泳力強(qiáng)制對分子誘發(fā)極化，或者使分子的立體結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)本身變形的同時進(jìn)行測定，例如在破壞蛋白質(zhì)的高次結(jié)構(gòu)而回到一級結(jié)構(gòu)即一條多肽鏈的同時對其電阻抗進(jìn)行測定等， 來對分子進(jìn)行鑒定或分析其結(jié)構(gòu)的動力學(xué)。(iv)在進(jìn)行電控制生物分子立體結(jié)構(gòu)的同時進(jìn)行立體結(jié)構(gòu)測定的實(shí)施例在單分子結(jié)構(gòu)的動態(tài)測定時，首先，準(zhǔn)備溶解例如DNA等生物分子的樣品。下面，將該樣品注入分子分離裝置上的流路裝置10的注入部10，并且將該DNA分子逐個導(dǎo)入至納米流路12的測定用納米電極122。然后，使該DNA分子滯留于測定用納米電極122之間。接著，將交流電源的電壓值(電場強(qiáng)度)固定在規(guī)定的值，在一定范圍內(nèi)掃描頻率時對阻抗進(jìn)行測定。另外，將上述電壓值固定在其它值(比最初的值大的值)，同樣地，掃描頻率并對阻抗進(jìn)行測定。這樣，逐漸使交流電源的電壓值變化，在各個電壓值時掃描頻率。 若利用DNA的極化率(介電常數(shù))的頻率依存性，則介電電泳力在特定的電場強(qiáng)度以上，且特定的頻率下有效地作用，使DNA從無規(guī)卷曲被成直線地拉長(參照圖16(a)及(b)，在圖 16的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，為了容易觀察，電極間的間隙為微米級)。由此，能夠由介電電泳力強(qiáng)制對分子誘發(fā)極化、或者使立體結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)本身變形，同時進(jìn)行測定。例如圖16(c)所示，在電場強(qiáng)度為3MV/m、頻率為IkHz以上的情況下，通過將DNA 從無規(guī)卷曲成直線地拉長來使阻抗產(chǎn)生顯著的變化。相反，若檢測到該阻抗值的變化，則判斷出DNA從無規(guī)卷曲發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，變成直線的DNA。在此，對通過介電電泳力發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了敘述，但不限于此，對通過pH變化、溫度變化、離子濃度變化、酶反應(yīng)等發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化同樣也可以進(jìn)行檢測(測定)。(V)使用納米流路的顯著效果在使用寬度大(微米級以上)的流路的情況下，在數(shù)分子的極微量的樣品的測定中，相對于周圍的水分子的數(shù)目，測定對象的分子數(shù)變小，使S/N降低。另外，在液體中測定的情況下，存在如下問題在為了提高測定靈敏度而施加高電壓(圖中也施加MV/m)時，則電極 會由于電極反應(yīng)而分解。但是，如果使用納米流路，能夠解決這些問題。即，通過如納米流路那樣使測定空間大幅減小，能夠限制成為測定對象的單分子周圍的水分子數(shù)。由此，抑制由包圍目標(biāo)分子周圍的水分子的熱運(yùn)動產(chǎn)生的熱噪聲，可以實(shí)現(xiàn)大測定系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)的高靈敏度化。而且， 體積較小，因此，從濃度的觀點(diǎn)看，雖然實(shí)際為一個分子，但濃度變高。另外，在間隙長度為納米級的電極系統(tǒng)中，由于電極-溶液界面的雙電層重疊且因此實(shí)質(zhì)上可以忽略，因此，特別地，可以實(shí)現(xiàn)低頻區(qū)域的超高靈敏度化。通常，固-液界面肯定會產(chǎn)生雙電層且作為電容構(gòu)件包含在電測定中，降低了測定的精度，但納米尺寸系統(tǒng)中不存在這些，因此，可以提高絕對精度。另外，因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度與電極間隔成比例(電場強(qiáng)度V =施加電壓E/間隙長度d)， 因此間隙長度越短，在相同施加電壓下越能得到高電場。因此，納米間隙的電極由于電極間隔非常短，因此，在不產(chǎn)生電分解的電壓下就能得到上述MV/m的電場強(qiáng)度?！醋冃卫?I)樣品導(dǎo)入部及具有該樣品導(dǎo)入部的分子分離裝置的結(jié)構(gòu)(i)對樣品導(dǎo)入的變形例，由于能夠應(yīng)用與第一實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)(參照圖5)， 因此省略其說明。圖17是表示該變形例的分子分離裝置的電路結(jié)構(gòu)的方塊圖，與圖13的差別僅在于具有樣品導(dǎo)入部51。向樣品導(dǎo)入部51的電極施加的電壓(施加方向及電壓值等)由運(yùn)算處理部90按照從信息輸入/輸出部95輸入的指示進(jìn)行控制。(ii)另外，利用電滲流也能將樣品導(dǎo)入。在該情況下，作為流路裝置10的基板101 的材料，優(yōu)選使用玻璃等親水性材料。由于玻璃帶負(fù)電，因此，樣品中的正離子被玻璃的負(fù)電荷吸引，形成雙電層。若向此施加電壓，則樣品中的帶電部分移動，樣品整體被帶動而流出。這是利用電滲流進(jìn)行樣品導(dǎo)入的原理。另外，在電滲流的情況下，對于表面的帶電，正負(fù)均可。(2)納米流路的結(jié)構(gòu)(分子檢測部位)
第一實(shí)施方式的、配置于流路裝置10中的納米流路12的測定用納米電極122的部位的其它結(jié)構(gòu)例(參照圖7)也可適用于第二實(shí)施方式中。如上所述，在第二實(shí)施方式中，使用測定用納米電極122，對流過納米流路的分子進(jìn)行檢測，其移動速度通過多個電極對中的阻抗測量時機(jī)的差異算出，但為了能夠更適當(dāng)?shù)貙Ψ肿舆M(jìn)行鑒定，將阻抗測定部位的納米流路的寬度設(shè)定為比其部位以外的寬度窄。這樣，由于因分子而產(chǎn)生的電流變化量同分子體積與電極間體積的體積比成比例，因此，通過電極間的體積減小而使體積比變大。結(jié)果，由于因分子產(chǎn)生的阻抗變化量變大，因此，可以說能夠進(jìn)行高靈敏度的測定。III.流路裝置的制造例以下，對在第一及第二實(shí)施方式中使用的流路裝置的制造方法的一個例子進(jìn)行說明。(I)制造工序圖18是用于說明本發(fā)明的流路裝置10的制造工序的圖。工序I :在由石英或玻璃構(gòu)成的基板上真空蒸鍍例如Inm厚的鈦，在其上真空蒸鍍例如50 200nm厚的金。金作為電極的材料，鈦?zhàn)鳛橛糜谑菇鸷突逭辰拥恼辰觿┢鹱饔谩?由此，電極材料附著于基板上，形成膜(參照圖18(A))。工序2 :利用通常的光刻技術(shù)，使納米電極部分(例如，相當(dāng)于上述納米電極122 的部分)形成圖形(參照圖18(B))。工序3 :使用聚焦離子束(FIB)或反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)，對在工序2制作的帶納米電極圖形的基板進(jìn)行切削而制作槽(納米流路)。由于納米電極圖形同時也被切削，因此，同時也制作出電極對(參照圖18(C))。工序4 :對在工序3制作的納米流路的端部進(jìn)行進(jìn)一步切削，而制作微流路(相當(dāng)于上述注入部11)(參照圖18(D))。工序5 :通過旋涂在石英或玻璃上涂覆例如Ιμπι厚的硅橡膠，并加熱至例如 150°C，使其固定而制作蓋部件(參照圖18(E))。工序6 :將在工序5制作的蓋部件蓋在在工序4中制作的流路部件上，通過照射真空UV光(波長172nm)、氧等離子體、大氣壓等離子體等任意一種，使蓋部件與流路部件結(jié)合 (參照圖18(F))。(2)關(guān)于流路形狀圖19是用于對制作形狀不同的流路的方法進(jìn)行說明的圖。本發(fā)明中，考慮截面為矩形流路和V字型流路。其中，在矩形流路的情況下，沒有必要是精確的矩形，例如，底面也可以帶有圓形。另外，在V字型流路的情況下，也沒有必要是精確的V字，例如，可以朝著流路的底面使流路寬度變窄。在矩形流路的情況下，在通過上述工序2形成電極圖形的基板上形成電子束抗蝕劑(參照圖19(A))，然后使用反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)對基板進(jìn)行切削，形成納米尺寸的流路 (參照圖19(B))。另一方面，在V字型流路的情況下，在通過上述工序2形成電極圖形的基板上照射聚焦離子束(FIB)并對基板進(jìn)行切削加工(參照圖19(A))。聚焦離子束(FIB)使束流聚焦為一點(diǎn)，因此，在基板上形成沿束流剖面成形(V字形狀)的槽(參照圖19(B))。、
(3)關(guān)于電極圖形圖20是用于對形成于基板上的不同電極圖形進(jìn)行說明的圖。圖20(A)是表示電極圖形僅到流路邊緣的圖形1，圖20(B)是表示電極圖形進(jìn)入到流路內(nèi)部的情況下的圖形2 的圖。在圖形I的情況下，由于電極僅在基板表面，因此，在電極間產(chǎn)生的電力線(電場) 不進(jìn)入流路的底部。因此，在圖形I中，在流路的底部對通過分子的電阻或阻抗進(jìn)行測定比較困難。另一方面，在圖形2的情況下，電極以覆蓋流路側(cè)面的方式形成。因此，在圖形2 中，即使在流路的底部也能產(chǎn)生均勻的電場，因此，在流路的底部也能對通過分子的電阻或阻抗進(jìn)行測定。(4)關(guān)于電極圖形的形成圖21是用于說明形成圖20的圖形I及圖形2的電極圖形的工序，具體而言，是對圖18(C)所示的工序3的詳細(xì)進(jìn)行說明的圖。工序3-1 :準(zhǔn)備在表面形成電極圖形的基板(參照圖21(A))，使用反應(yīng)性刻蝕 (RIE)縱向掘槽，或使用聚焦離子束(FIB)刻蝕(參照圖21(B))。在制作圖形I (圖20 (A)) 的情況下可以在此結(jié)束工序。在制作圖形2(圖20(B))的情況下繼續(xù)以后的工序。工序3-2 :在矩形流路及V字型流路兩者的情況下，變更反應(yīng)性刻蝕的條件(例如改變等離子體壓力)，進(jìn)而應(yīng)用于基板。于是，相對于基板能夠在縱向及橫向進(jìn)一步切削槽。 于是，為了保留電極圖形，形成超過流路的邊緣部分而延設(shè)的狀態(tài)(懸垂)(參照圖21 (C))。工序3-3 :將在工序3-2中制作的基板浸在例如水中并提升。在使浸濕狀態(tài)的基板干燥時，通過表面張力將電極的懸垂部分拉向流路側(cè)面。這樣，實(shí)現(xiàn)電極圖形覆蓋流路側(cè)面的結(jié)構(gòu)(參照圖21(D))。(5)電極的絕緣膜涂層圖22是表示在電極圖形上涂覆絕緣膜的樣子的圖。在使用流路裝置時，因?yàn)樾纬捎诩{米流路的電極圖形直接與樣品接觸，因此構(gòu)成電極的金屬可能溶解于樣品。關(guān)于這一點(diǎn)，因?yàn)樵谑┘又绷麟妷翰﹄娮柽M(jìn)行測定的情況 (第一實(shí)施方式)下，電極必須與樣品接觸，因此不能用保護(hù)膜等覆蓋電極圖形，但在施加交流電壓并對阻抗進(jìn)行測定的情況(第二實(shí)施方式)下，越是高頻，電極越不必與樣品直接接觸。因此，用絕緣膜覆蓋電極圖形的表面，從而能夠隔著該絕緣膜實(shí)行阻抗測定。因此， 能夠防止由電解反應(yīng)導(dǎo)致的電極溶解。該絕緣膜能夠通過如下形成將例如SiO2或Si3N4噴鍍在電極圖形上以附著例如數(shù)nm 數(shù)IOOnm厚的膜。(6)矩形流路和V字型流路的比較圖23是用于比較矩形流路和V字型流路(在納米流路側(cè)面沒有電極圖形的情況) 的特征的圖。首先，參照圖23(A)，在對納米流路中的可以電測定的范圍進(jìn)行檢驗(yàn)時，在矩形流路的情況 下，電力線(電場)不能到達(dá)的區(qū)域較多，特別地，在底面的角部不存在電場。另一方面，在V字型流路的情況下，電力線沒有到達(dá)納米流路的V字頂端部，但從整體而言，電場不存在的區(qū)域比矩形流路的情況少。
接著，參照圖23(B)，在對納米流路中的分子流過的位置(深度方向)進(jìn)行檢驗(yàn)時， 在矩形流路的情況下，由于底面部分的寬度比分子的直徑大，因此分子在底面部分流過的較多。另一方面，在V字型流路的情況下，由于納米流路在深度方向?qū)挾茸兗?xì)，分子在不存在電場的區(qū)域流過的較少。因此，從圖23 (A)及圖23⑶可知，在V字型流路的情況下，電力線對于流路截面的充足率高，測定區(qū)域的比例變廣。另外，在V字型流路的情況下，由于底部分變窄，因此， 包含于樣品的分子不易在底部分流過，僅在測定區(qū)域流過的可能性變高。另外，在電極圖形存在于納米流路側(cè)面的情況(參照圖20(B)及圖21(D))下，SP 使是矩形流路也能消除上述問題。(7)實(shí)際的流路圖24是表示按照上述制造方法制作的實(shí)際的流路裝置的圖。從圖24可知，該流路裝置具有一個注入部、由一個納米流路和三個分支流路構(gòu)成的納米流路、三個輸出部、 分子速度測定電極及單分子鑒定用電極(測定用納米電極)，以及用于向分支流路進(jìn)行分配的電極(切換用納米電極)。IV.總結(jié)(I)由本發(fā)明可以鑒定或分離的分子為納米尺寸的分子例如DNA、RNA、所有蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、多糖類、脂質(zhì)、細(xì)胞因子、信號傳遞物質(zhì)、荷爾蒙等生物分子。除生物分子之外，一般的有機(jī)高分子、例如諸如聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸等的合成樹脂，或諸如尼龍、 乙·烯等的合成纖維、硅酮樹脂等，或無機(jī)高分子也可以鑒定或分離。另外，納米尺寸的粒子狀物質(zhì)，例如膠體及納米粒子等也可以鑒定或分離。(2)本發(fā)明的樣品處理裝置可以應(yīng)用于與生物相關(guān)的所有行業(yè)。例如可用于如下用途病變細(xì)胞的檢查、病原性細(xì)菌的檢測、胰島素的監(jiān)測等便攜式傳感器，來自動植物細(xì)胞的有效物質(zhì)的提取、現(xiàn)場的血液檢查芯片、病理檢查芯片(血液以外的樣品檢查)、便攜式人體監(jiān)測器(身體狀態(tài)的監(jiān)測器)、人工臟器用傳感器、現(xiàn)場的感染檢查芯片、毒物檢查芯片等醫(yī)療用途；藥物開發(fā)(制藥)中的新規(guī)定藥物的效果檢驗(yàn)、藥物檢查芯片、投藥結(jié)果分析芯片等藥物開發(fā)用途；毒性細(xì)菌的檢測、環(huán)境病原性細(xì)菌的檢查、生物危害測定芯片、現(xiàn)場計(jì)量環(huán)境中的生物污染(0-157等)等環(huán)境關(guān)系用途；蛋白質(zhì)組等詳盡的蛋白質(zhì)總體解析、生化學(xué)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析、生化學(xué)反應(yīng)的總體分析、DNA、蛋白質(zhì)的測序、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組、表觀遺傳學(xué)等詳盡的蛋白質(zhì)分析的所有領(lǐng)域等的生命科學(xué)中的用途；衛(wèi)生監(jiān)測 (毒性細(xì)菌等的繁殖監(jiān)測，生產(chǎn)量的監(jiān)測(所有發(fā)酵中的狀態(tài)的監(jiān)測(啤酒、奶酪等))、污染檢查芯片(0-157或BSE等的監(jiān)測)、發(fā)酵裝置內(nèi)的酵母的活性監(jiān)測等食品、衛(wèi)生領(lǐng)域的用途；可類似急救膠布而使用的血液檢查芯片(妊娠檢查、糖尿病檢查、此外，所有蛋白質(zhì)測定的檢測系統(tǒng))等用途。(3)在第一實(shí)施方式中，對在使分子在設(shè)置于納米流路的電極對的電極間移動時的電阻變化進(jìn)行測定。然后，運(yùn)算處理部根據(jù)由電阻測定部測定的電阻值，對分子進(jìn)行鑒定。這樣，使單分子逐個在納米流路移動，并且獲取因分子通過電極對之間產(chǎn)生的電阻變化的信息，從而根據(jù)該信息對分子進(jìn)行鑒定。由此，能夠?qū)Ψ肿舆M(jìn)行高精度地鑒定，并且，由于使用納米流路，因此還可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。納米流路具備分支部和從該分支部連接于多個輸出部的多個分支流路。而且，將所鑒定的分子從主流路誘導(dǎo)至多個分支流路中希望的分支流路。分子的誘導(dǎo)處理通過設(shè)于主流路側(cè)的共用電極、分別設(shè)于多個分支流路側(cè)的多個出口電極、用于向多個出口電極中的每個和共用電極施加電壓的電壓施加部、用于選擇由共用電極和一個出口電極形成的對的切換部實(shí)現(xiàn)。而且，運(yùn)算處理部根據(jù)所鑒定的分子的信息決定共用電極和出口電極的對， 以施加電壓的方式進(jìn)行控制。由此，能夠?qū)⑾Ｍ姆肿优c其它分子分離而精確獲取。另外，在第一實(shí)施方式中，流路裝置包含注入部，其用于注入處理對象的樣品 (本實(shí)施方式中，注入部具有微米級的寬度及深度，但如果可以注入樣品，當(dāng)然不限于該級另IJ。);納米流路，其具有納米級的寬度及深度，用于允許包含于樣品的分子移動通過；多個輸出部，其具有微米級的寬度及深度，用于誘導(dǎo)在納米流路移動的分子并取出。另外，納米流路具備分支部和從該分支部連接于上述多個輸出部的多個分支流路。而且，向設(shè)置于納米流路的電極對的電極間施加電壓，并且對分子通過電極間時的電阻進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部對所測定的電阻值和分子建立關(guān)系。而且，將與所測定的電流值(阻抗值)有關(guān)的分子從納米流路誘導(dǎo)至多個分支流路中的希望的分支流路。誘導(dǎo)處理通過設(shè)于納米流路側(cè)的共用電極、分別設(shè)于多個分支流路側(cè)的多個出口電極、用于向多個出口電極中的每個和共用電極施加電壓的電壓施加部、用于選擇由共用電極和一個出口電極構(gòu)成的對的切換部來實(shí)現(xiàn)。由此，即使包含于樣品的分子的種類未知，依據(jù)各分子在測定用納米電極前移動時的電阻值也能將分子分離。另外，在上述裝置中，也可以在納米流路設(shè)有多個電極對，該各電極對相隔規(guī)定間隔進(jìn)行配置。在該情況下，測定部對分子通過各電極對時的電阻進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部根據(jù)電阻值的測定時間差，算出分子的移動速度，并且根據(jù)算出的分子的移動速度對施加電壓(也可以是電場)的時機(jī)進(jìn)行控制。由此，能夠更精確地對分子進(jìn)行分離。另外，在上述裝置中，流路裝置由具有親水性的絕緣體材料構(gòu)成。在該情況下，樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象的作用從注入部被導(dǎo)入至納米流路。這樣，如果利用毛細(xì)管現(xiàn)象的作用， 則裝置結(jié)構(gòu)更簡單，可以實(shí)現(xiàn)更小型化。作為其它例子，也可以將新電極對的一個電極配置于注入部，將另一個電極配置于納米流路。在該情況下，通過在該電極對間產(chǎn)生電場，將樣品從注入部誘導(dǎo)至納米流路。由于可以電控制流動，因此可以進(jìn)行更高精度的測定。(4)在第二實(shí)施方式中，在設(shè)置于納米流路的電極對的電極間施加交流電壓，并且對在電極間存在分子時的阻抗進(jìn)行測定。而且，運(yùn)算處理部根據(jù)所測定的阻抗值對分子進(jìn)行鑒定。這樣，使單分子逐個在納米流路移動，并且獲取在分子存在于電極對之間時的阻抗值的變化的信息，然后根據(jù)該信息對分子進(jìn)行鑒定。由此，能夠?qū)ν怀叽绲姆N類不同的分子進(jìn)行高精度地鑒定，并且，由于使用納米流路，因此，還可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。納米流路具備分支部和從該分支部連接于多個輸出部的多個分支流路。而且，將所鑒定的分子從納米流路誘導(dǎo)至多個分支流路中的希望的分支流路。分子的誘導(dǎo)處理通過設(shè)于納米流路側(cè)的共用電極、分別設(shè)于多個輸出流路側(cè)的多個出口電極、用于向多個出口電極中的每個和共用電極施加電壓(電場)的電壓施加部(電場施加部)、用于選擇由共用電極和一個出口電極構(gòu)成的對的切換部來實(shí)現(xiàn)。而且，運(yùn)算處理部根據(jù)所鑒定的分子的信息決定共用電極和出口電極的對，并且以施加電壓的方式進(jìn)行控制。由此，能夠?qū)⑾Ｍ姆肿优c其它分子分離而精確分離。另外，在第二實(shí)施方式中，流路裝置包含注入部，其具有微米級的寬度及高度，用于注入處理對象的樣品；納米流路，其具有納米級的寬度及深度，用于允許包含于樣品的分子移動通過；多個輸出部，其用于對在納米流路移動的分子進(jìn)行分離。納米流路具有經(jīng)由分支部從該分支部連接于上述多個輸出部的多個分支流路。而且，在設(shè)置于納米流路的主流路的電極對的電極間施加交流電壓，并且對在電極間存在分子時的阻抗進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部對所測定的阻抗值和分子建立關(guān)系。而且，將與測定的阻抗值有關(guān)聯(lián)的分子從納米流路誘導(dǎo)至多個分支流路中的希望的分支流路。誘導(dǎo)處理通過設(shè)于納米流路側(cè)的共用電極、分別設(shè)于多個分支流路側(cè)的多個出口電極、用于向多個出口電極中的每個和共用電極施加電壓的電壓施加部(電場施加部)、用于選擇由共用電極和一個出口電極構(gòu)成的對的切換部來實(shí)現(xiàn)。由此，即使包含于樣品的分子的種類未知，依據(jù)各分子在測定用納米電極前移動時的阻抗值也能夠?qū)Ψ肿舆M(jìn)行分離。另外，在上述裝置中，也可以在納米流路設(shè)有多個電極對，并且該各電極對相隔規(guī)定間隔進(jìn)行配置。在該情況下，測定部對分子通過各電極對時的阻抗進(jìn)行測定。另外，運(yùn)算處理部根據(jù)阻抗值的測定時間差，算出分子的移動速度，并根據(jù)算出的分子的移動速度對施加電壓(電場)的時機(jī)進(jìn)行控制。由此，能夠更精確地對分子進(jìn)行分離。另外，在上述裝置中，流路裝置的基板由具有親水性的絕緣體材料構(gòu)成。在該情況下，樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象的作用從注入部被導(dǎo)入至納米流路。這樣，如果利用毛細(xì)管現(xiàn)象的作用，則能夠使裝置結(jié)構(gòu)更簡單，可以實(shí)現(xiàn)更小型化。作為其它例子，如上所述，也可以將新電極對中的一個電極配置于注入部，將另一個電極配置于納米流路。在該情況下，通過在該電極對間產(chǎn)生電場，來將樣品從注入部誘導(dǎo)至納米流路。另外，使分子(生物分子)滯留于電極對之間，且使分子的環(huán)境變化(與酶反應(yīng)、 使溫度變化、使PH變化、使 離子濃度變化等)，并且，對一邊改變交流電源的頻率一邊在電極間施加交流電壓時的阻抗進(jìn)行測定。而且，根據(jù)所測定的阻抗值，對分子的立體結(jié)構(gòu)及其動態(tài)進(jìn)行檢測。另外，交流電源不僅頻率可變，而且，將被施加在納米流路的電極對間的電壓也可變。在該情況下，在改變交流電源的頻率及電壓的同時對阻抗進(jìn)行測定，并根據(jù)交流電源的頻率及電壓變化時的阻抗值的變化對分子的立體結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)及其動態(tài)變化(動態(tài))進(jìn)行檢測。由此，能夠動態(tài)捕捉分子(特別是生物分子)的結(jié)構(gòu)變化，因此能夠掌握分子的功能。(5)在上述實(shí)施方式中，對流路裝置具有一個注入部11和多個輸出部14的方式進(jìn)行了說明，但流路裝置也可以具有多個注入部和多個輸出部。在該情況下，流路裝置由多個注入部、從各注入部連接于納米流路的多個注入用流路、一個納米流路、多個分支流路、多個輸出部構(gòu)成。另外，流路裝置也可以僅具有一個注入部和一個輸出部。在該情況下，流路裝置由一個注入部、一個納米流路和一個輸出部構(gòu)成。該流路裝置例如在檢查樣品是否包含一種特定的分子等時使用。符號說明M...分子AS···交流電源Ε1、Ε2、Ε3、Ε4、Ε5、Ε6·…電極10...流路裝置11···注入部
12...納米流路12a、12b、12c. ··分支流路13...輸出部14...輸出部15...玻璃16...粘接部件40...運(yùn)算處理部41...測定部
42...切換部43...電流值-分子對應(yīng)表44...存儲器45...信息輸入/輸出部51...樣品導(dǎo)入部90...運(yùn)算處理部91...測定部92···切換部93...阻抗-分子對應(yīng)表94...存儲器95...信息輸入/輸出部96...交流電源101...基板122...測定用納米電極123...電流表124···電流表223...阻抗測定部224...確認(rèn)用阻抗測定部125...切換用納米電極511···電極512···電極513. · ·電源
權(quán)利要求
1.一種流路裝置，其具有使一個分子流過的納米尺寸流路，并且至少一個電極對配置于所述納米尺寸流路附近，并且所述流路裝置具有用于向所述電極施加交流電壓的交流電源。
2.如權(quán)利要求I所述的流路裝置，其特征在于，所述電極暴露于所述流路，或者在所述電極和所述流路之間存在絕緣層，因此使得所述電極不會暴露于所述流路。
3.一種流路裝置，具備使一個分子流過的納米尺寸流路、分支部，以及多個分支流路，i)在所述納米尺寸流路的附近，以夾住該納米尺寸流路的方式配置有電極對，或ii)電極對中的一個配置于所述納米尺寸流路的附近，所述電極對中的另一個配置于所述分支流路的附近。
4.如權(quán)利要求3所述的流路裝置，其特征在于，所述電極暴露于所述流路，或者在所述電極和所述流路之間存在絕緣層，因此使得所述電極不會暴露于所述流路。
5.如權(quán)利要求3所述的流路裝置，其特征在于，所述分支流路的截面的大小為納米尺寸。
6.一種流路裝置，具備使一個分子流過的納米尺寸流路、分支部，以及多個分支流路。
7.如權(quán)利要求6所述的流路裝置，其特征在于，所述分支流路的截面的大小為納米尺寸。
8.一種樣品處理裝置，具備(I)流路裝置，其具有使一個分子流過的納米尺寸流路，且在所述納米尺寸流路附近配置有至少一個電極對；(2)交流電源，其用于向所述電極施加交流電壓；以及(3)測定部，其對包含于流過所述流路的樣品中的一個分子進(jìn)行鑒定。
9.一種樣品處理裝置，具備(I)流路裝置，其具備使一個分子流過的納米尺寸流路、分支部，以及多個分支流路，i)在所述納米尺寸流路的附近，以夾住該納米尺寸流路的方式配置有電極對，或ii)電極對中的一個配置于所述納米尺寸流路的附近，且所述電極對中的另一個配置于所述分支流路的附近；以及(2)切換部，其經(jīng)由所述電極對向包含于流過所述流路的樣品中的一個分子給予電刺激，由此促進(jìn)所述分子的力學(xué)行為，并且通過該力學(xué)行為將所述分子誘導(dǎo)至規(guī)定的分支流路。
10.如權(quán)利要求9所述的流路裝置，其特征在于，所述分支流路的截面的大小為納米尺寸。
11.一種樣品處理裝置，用于對包含于樣品中的分子進(jìn)行鑒定，其特征在于，具備 流路裝置，其包含用于注入樣品的注入部和具有納米級尺寸的截面大小且用于允許包含于所述樣品中的分子移動通過的納米尺寸流路； 測定部，其在設(shè)置于所述納米尺寸流路的電極對的電極間施加電壓，且對所述分子通過所述電極間時的阻抗進(jìn)行測定；以及 運(yùn)算處理部，其根據(jù)由所述測定部測定的阻抗值，對所述分子進(jìn)行鑒定。
12.如權(quán)利要求11所述的樣品處理裝置，其特征在于，具備 多個輸出部，其用于將移動通過所述納米尺寸流路的分子取出；和 分子分離部，其將所述鑒定的分子分離，其中 所述納米尺寸流路具備在其端部的分支部和從該分支部連接于所述輸出部的多個分支流路，并且所述分子分離部將所述鑒定的分子從所述納米流路誘導(dǎo)至所述多個分支流路中的規(guī)定分支流路。
13.如權(quán)利要求12所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述分子分離部具有規(guī)定電極，其通過設(shè)于所述納米流路側(cè)的電極對或共用的電極構(gòu)成；多個出口電極，其分別設(shè)于所述多個分支流路側(cè)；電壓施加部，其用于向所述規(guī)定電極的對，或向所述多個出口電極中的任一個和所述規(guī)定電極施加電壓；切換部，其用于選擇i)所述規(guī)定電極的對或ii)由所述多個出口電極中的任一個和所述規(guī)定電極構(gòu)成的對，其中所述運(yùn)算處理部根據(jù)所述鑒定的分子的信息來選擇所述對，并且以施加所述電壓的方式對所述分子分離部進(jìn)行控制。
14.如權(quán)利要求13所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述納米尺寸流路設(shè)有多個電極對，該各電極對以相隔規(guī)定的間隔進(jìn)行配置，所述測量部對所述分子通過所述各電極對時的阻抗進(jìn)行測定，所述運(yùn)算處理部根據(jù)測定的阻抗值的測定時間差算出所述分子的移動速度，并且根據(jù)算出的分子的移動速度對施加所述電壓的時機(jī)進(jìn)行控制。
15.如權(quán)利要求11所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述流路裝置由具有親水性的絕緣體材料構(gòu)成，所述樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象的作用從所述注入部被導(dǎo)入所述納米尺寸流路。
16.如權(quán)利要求11所述的樣品處理裝置，其特征在于，用于向所述樣品施加電壓的導(dǎo)入用電極對中的一個電極配置于所述注入部，且所述導(dǎo)入用電極對中的另一個電極配置于所述納米尺寸流路，通過在所述導(dǎo)入用電極對之間產(chǎn)生電場，所述樣品從所述注入部被導(dǎo)入所述納米尺寸流路。
17.如權(quán)利要求11所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述注入部的截面的大小具有微米級的尺寸。
18.一種樣品處理裝置，用于對包含于樣品中的規(guī)定的分子進(jìn)行分離，所述樣品處理裝置具備流路裝置，其包含用于注入樣品的注入部、具有納米級尺寸的截面大小且用于允許包含于所述樣品中的分子移動通過的納米尺寸流路，以及用于將移動通過所述納米尺寸流路的分子取出的多個輸出部，其中所述納米尺寸流路具備在其端部的分支部和從該分支部連接于所述多個輸出部的多個分支流路；測定部，其在設(shè)置于所述納米尺寸流路的電極對的電極間施加電壓，且對所述分子通過所述電極間時的電阻或阻抗進(jìn)行測定；運(yùn)算處理部，其對由所述測定部測定的電阻值或阻抗值和分子建立關(guān)系；以及分子分離部，其將和所述測定的電阻值或阻抗值有關(guān)系的分子從所述納米尺寸流路誘導(dǎo)至所述多個分支流路中的希望的分支流路。
19.如權(quán)利要求18所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述分子分離部具有規(guī)定電極，其通過設(shè)于所述納米尺寸流路側(cè)的電極對或共用電極構(gòu)成；多個出口電極，其分別設(shè)于所述多個分支流路側(cè)；電壓施加部，其用于向所述規(guī)定電極的對，或向所述多個出口電極中的任一個和所述規(guī)定電極施加電壓；以及切換部，其用于選擇i)所述規(guī)定電極的對或ii)由所述多個出口電極中的任一個和所述規(guī)定電極構(gòu)成的對，其中所述運(yùn)算處理部根據(jù)所述測定的電阻值或阻抗值的信息來選擇所述對，并且以施加所述電壓的方式對所述分子分離部進(jìn)行控制。
20.如權(quán)利要求19所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述納米尺寸流路設(shè)有多個電極對，且該各電極對以相隔規(guī)定的間隔進(jìn)行配置，所述測定部對所述分子通過所述各電極對時的電阻或阻抗進(jìn)行測定，所述運(yùn)算處理部根據(jù)測定的電阻值或阻抗值的測定時間差算出所述分子的移動速度， 并且根據(jù)算出的分子的移動速度對施加所述電壓的時機(jī)進(jìn)行控制。
21.如權(quán)利要求18所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述流路裝置由具有親水性的絕緣體材料構(gòu)成，所述樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象的作用從所述注入部被導(dǎo)入所述納米尺寸流路。
22.如權(quán)利要求18所述的樣品處理裝置，其特征在于，用于向所述樣品施加電壓的導(dǎo)入用電極對中的一個電極配置于所述注入部，且所述導(dǎo)入用電極對中的另一個電極配置于所述納米尺寸流路，通過在所述導(dǎo)入用電極對之間產(chǎn)生電場，所述樣品從所述注入部被導(dǎo)入所述納米尺寸流路。
23.如權(quán)利要求18所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述注入部的截面的大小具有微米級的尺寸。
24.如權(quán)利要求11所述的樣品處理裝置，其特征在于，還包括交流電源，其在設(shè)置于所述納米尺寸流路的電極對的電極間施加交流電壓， 所述測定部對所述分子通過所述電極對之間時的阻抗進(jìn)行測定。
25.如權(quán)利要求24所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述交流電源為頻率可變的交流電源，所述測定部對使所述交流電源的頻率在規(guī)定范圍內(nèi)變化時的阻抗進(jìn)行測定。
26.如權(quán)利要求24所述的樣品處理裝置，其特征在于，還包括多個輸出部，其用于將移動通過所述納米尺寸流路的分子取出；以及分子分離部，其對所述鑒定的分子進(jìn)行分離，其中所述納米尺寸流路具備其端部的分支部和從該分支部連接于所述多個輸出部的多個分支流路，所述分子分離部將所述鑒定的分子從所述納米流路誘導(dǎo)至所述多個分支流路中的希望的分支流路。
27.如權(quán)利要求26所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述分子分離部具有規(guī)定電極，其通過設(shè)于所述納米流路側(cè)的電極對或共用電極構(gòu)成；多個出口電極，其分別設(shè)于所述多個分支流路側(cè)；電壓施加部，其用于向所述規(guī)定電極的對，或向所述多個出口電極中的任一個和所述規(guī)定電極施加電壓；以及切換部，其用于選擇i)所述規(guī)定電極的對或ii)由所述多個出口電極中的任一個和所述規(guī)定電極構(gòu)成的對，其中所述運(yùn)算處理部根據(jù)所述鑒定的分子的信息來選擇所述對，并且以施加所述電壓的方式對所述分子分離部進(jìn)行控制。
28.如權(quán)利要求27所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述納米尺寸流路設(shè)有多個電極對，且該各電極對以相隔規(guī)定的間隔進(jìn)行配置，所述測定部對所述分子通過所述各電極對時的阻抗進(jìn)行測定，所述運(yùn)算處理部根據(jù)測定的阻抗值的測定時間差算出所述分子的移動速度，并且根據(jù)算出的分子的移動速度對施加所述電壓的時機(jī)進(jìn)行控制。
29.如權(quán)利要求24所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述流路裝置由具有親水性的絕緣體材料構(gòu)成，所述樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象的作用從所述注入部被導(dǎo)入所述納米尺寸流路。
30.如權(quán)利要求24所述的樣品處理裝置，其特征在于，用于向所述樣品施加電壓的導(dǎo)入用電極對中的一個電極配置于所述注入部，且所述導(dǎo)入用電極對中的另一個電極配置于所述納米尺寸流路，通過在所述導(dǎo)入用電極對間產(chǎn)生電場，所述樣品從所述注入部被導(dǎo)入至所述納米尺寸流路。
31.如權(quán)利要求24所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述注入部及多個輸出部的截面的大小具有微米級的尺寸。
32.如權(quán)利要求18所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述電壓為交流電壓。
33.如權(quán)利要求32所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述分子分離部具有規(guī)定電極，其通過設(shè)于所述納米尺寸流路側(cè)的電極對或共用電極構(gòu)成；多個出口電極，其分別設(shè)于所述多個分支流路側(cè)；電壓施加部，其用于向所述規(guī)定電極的對，或向所述多個出口電極中的任一個和所述規(guī)定電極施加電壓；以及切換部，其用于選擇i)所述規(guī)定電極的對或ii)由所述多個出口電極中的任一個和所述規(guī)定電極構(gòu)成的對，其中所述運(yùn)算處理部根據(jù)所述測定的阻抗值的信息選擇所述對，并且以施加所述電壓的方式對所述分子分離部進(jìn)行控制。
34.如權(quán)利要求33所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述納米尺寸流路設(shè)有多個電極對，且該各電極對以相隔規(guī)定的間隔進(jìn)行配置，所述測定部對所述分子通過所述各電極對時的阻抗進(jìn)行測定，所述運(yùn)算處理部根據(jù)測定的阻抗值的測定時間差算出所述分子的移動速度，并且根據(jù)算出的分子的移動速度對施加所述電壓的時機(jī)進(jìn)行控制。
35.如權(quán)利要求32所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述流路裝置由具有親水性的絕緣體材料構(gòu)成，所述樣品通過毛細(xì)管現(xiàn)象的作用從所述注入部被導(dǎo)入所述納米尺寸流路。
36.如權(quán)利要求32所述的樣品處理裝置，其特征在于，用于向所述樣品施加電場的導(dǎo)入用電極對中的一個電極配置于所述注入部，且所述導(dǎo)入用電極對中的另一個電極配置于所述納米尺寸流路，通過在所述導(dǎo)入用電極對之間產(chǎn)生電場，所述樣品從所述注入部被導(dǎo)入至所述納米尺寸流路。
37.如權(quán)利要求32所述的樣品處理裝置，其特征在于，所述注入部及所述多個輸出部的截面的大小具有微米級的尺寸。
38.一種樣品處理裝置，具備流路裝置，其包含用于注入樣品的注入部和具有納米級尺寸的截面大小且用于允許包含于所述樣品中的分子移動通過的納米尺寸流路；交流電源，其在使至少頻率變化的同時將交流電壓施加在設(shè)置于所述納米尺寸流路的電極對的電極間；測定部，其使所述分子滯留于所述電極對間，使所述分子的環(huán)境發(fā)生變化，并且在一邊改變所述交流電源的頻率一邊將交流電壓施加在所述電極間時對阻抗進(jìn)行測定；以及運(yùn)算處理部，其根據(jù)由所述測定部測定的阻抗值，對所述分子的立體結(jié)構(gòu)或其動態(tài)變化進(jìn)行檢測。
39.如權(quán)利要求38所述的樣品處理裝置，其特征在于，由所述交流電源施加在所述納米尺寸流路的電極對間的最大電壓值是可變的，所述測定部一邊改變所述交流電源的頻率及最大電壓值，一邊對所述阻抗進(jìn)行測定，在使所述交流電源的頻率及最大電壓值變化時，所述運(yùn)算處理部通過測定的阻抗值的變化對所述分子的立體結(jié)構(gòu)或其動態(tài)變化進(jìn)行檢測。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流路裝置，具有使一個分子流過的納米尺寸流路，并且在納米尺寸流路附近配置至少一個電極對，并且流路裝置具有用于向所述電極施加交流電壓的交流電源。該流路裝置用于逐個鑒定分子。還提供一種流路裝置，具備使一個分子流過的納米尺寸流路、分支部及多個分支流路，i)在所述納米尺寸流路的附近，以夾住該納米尺寸流路的方式配置有電極對，或ii)電極對中的一個配置于所述納米尺寸流路的附近，該電極對中的另一個配置于所述分支流路的附近。該流路裝置用于一個分子的分離。本流路裝置理論上可以實(shí)現(xiàn)100％的鑒定、分離精度。本發(fā)明的樣品處理裝置具備流路裝置、測定部及運(yùn)算處理部。測定部在設(shè)置于納米尺寸流路的電極對的電極間施加電壓(直流或交流)，對一個分子通過電極間時的電信號進(jìn)行測定并對一個分子進(jìn)行鑒定(參照圖1B)。
文檔編號B01J19/00GK102725060SQ20108006209
公開日2012年10月10日 申請日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者山本貴富喜 申請人:獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)