流路装置以及包含流路装置的样品处理装置的制作方法

专利名称：流路装置以及包含流路装置的样品处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流路装置以及包含该流路装置的样品处理装置(在此“样品”是指样品液)。本发明例如可以对样品中包含的分子进行逐个鉴定(包含说明、检测、化验、测定)或分离(包含分级(sorting))。
背景技术：
目前，在从样品中分离希望的分子时，公知的是使用色谱技术。该方法重复分子对被称为分离载体的物质的吸附和脱离，以通过随机过程中的迁移率的差异使分子分离(例如，参照专利文献I)。更具体而言，例如，使包含各种分子的样品流向装满多孔性的粒子 (分离载体)的筒(这种装满分离载体的单元称为“柱”)。于是，比多孔性的孔小的分子能够进入上述孔，但比孔大的分子不能进入孔而绕过。即，比孔小的分子由于进出孔，因而其移动速度变慢，比孔大的分子由于不进入孔，因而可以迅速移动。通过该移动速度的差异使分子分离。现有技术文献
专利文献专利文献I :日本特开2007-279028号公报发明概要发明要解决的课题但是，在专利文献I公开的这种现有的使用色谱的方法中，理论上(即使在理想的条件下)不能使希望的分子100%分离。这是由于分子进出分离载体的孔是进行布朗运动的分子偶然地(这种偶然是随机过程)进出孔。另外，由于大小接近的分子以相同方式进出孔，因此，区别它们比较困难。另外，根据现有的手法，可以达到从多种分子中分离出数种的程度，但不可能将所有分子完全分离。本发明提供一种根据与上述依赖于这种孔的尺寸的机械原理完全不同的原理，可以对分子进行逐个鉴定或分离的技术。解决课题的手段最近，随着加工技术进步，能够获得截面大小为纳米尺寸的流路，即纳米尺寸流路。另外，本发明人操作纳米尺寸的分子例如生物分子，并构想通过结合两者，使「包含纳米尺寸的分子的样品」流过纳米尺寸流路，从而可以使上述分子逐个流过。另外，本发明人着眼于上述分子的电性质。该性质还包含在给予分子电刺激时或该给予期间该分子呈现的电性质。其结果是，本发明人构想一种流路装置，该流路装置在使一个分子流过的纳米尺寸流路(在此，有时将纳米尺寸流路仅称为纳米尺寸流路或纳米流路)的附近配置至少一个电极对。根据该构想，发明了一种流路装置，其具有使一个分子流过的纳米尺寸流路，在该纳米尺寸流路的附近配置有至少一个电极对，且其具有用于向所述电极施加交流电压的交流电源(第一基本发明)。图IA是表示最简单结构的流路装置之一的概略平面图。从上面看纳米流路12。 纳米流路12的周边为基板。如图IA所示，纳米流路可以形成于基板上，或者也可以形成于管的内部，但不限于此。经由电极对El、E2由交流电源(AS)向分子逐一施加交流电压，其结果是能够测定逐个流过纳米流路的分子的电性质。由此，能够逐一鉴定分子。在该情况下，由于使用交流电压，因此，能够高灵敏度、高精度地进行鉴定。鉴定的意义扩大，使得对分子的状态，例如，分子的立体结构(构造)及其动态变化(动态)进行检测也包含于鉴定中。这样，如果可以鉴定(检测)一个分子，则在流路的出口能够特定地捕捉该一个分子。因此，本发明的流路装置可以用于从样品只分离特定的分子。另外，分子通过受到电刺激(电信号)往往显示固有的力学行为。在上述情况下， 如果在本发明的流路装置的出口准备多个分支流路(可以是纳米尺寸，也可以比纳米尺寸大)，则通过逐个给予流过流路的分子特定的电刺激，来将例如显示第一力学行为的第一种分子作为其结果诱导至第一分支流路，例如将显示第二力学行为的第二种分子作为其结果诱导至第二分支流路。
因此，本发明提供一种流路装置，其具备使一个分子流过的纳米流路、分支部、及多个分支流路(第二基本发明)。分支流路的截面的大小为从纳米到微米的尺寸。图IB是表示具有多个分支流路12a、12b的流路装置之一的概略平面图。其为对分尚有用的流路装置。从上面看纳米流路12。纳米流路12的周边为基板。纳米流路12的出口侧(面向图的右侧)经由分支部分支成两个分支流路12a、12b，流路整体为Y字形。在该情况下，电极对为，i)夹住纳米流路12的电极El和E2、或ii)配置于纳米流路12附近的电极El和配置于分支流路的电极E3、或iii)配置于纳米流路12附近的电极E2和配置于分支流路的电极E4。通过在电极对(E2和E4的对、或E2和El的对)之间施加规定电压来给予包含于样品中的规定分子M电刺激，由此，将分子M诱导至分支流路12b。另外，本发明提供一种流路装置，其具备使一个分子流过的纳米流路、分支部、及多个分支流路，i)在所述纳米流路的附近，以夹住该纳米流路的方式配置有电极对，或ii) 电极对中的一个配置于所述纳米流路的附近，该电极对中的另一个配置于所述分支流路的附近(第三基本发明)。具有这些分支流路的流路装置例如对分离有用。但是，在其它用法中，还有使样品从分支流路朝向纳米流路流动的用法。从根本而言，由于能够朝向「某个电极」吸引(或者排斥)，因此，在例如面向图IB 使分子M从左向右流动中，如果拉向电极E2 (或电极E4)侧，则可以诱导至下侧分支流路 12b，如果拉向电极El(或电极E3)侧，则可以诱导至上侧分支流路12a。在该情况下，所谓电泳(电泳法)，能够利用分子的极性(+、_)用库仑力进行诱导，所谓介电电泳(介电泳)， 能够「与分子的极性无关地」进行诱导。因此，若使用介电电泳力，则不用考虑分子的极性就能进行切换，因此，介电电泳力的通用性高。S卩，如果使用本发明的流路装置，则在样品中包含有第一种分子和第二种分子的情况下，能够将它们逐个分子地从样品中分离。由于是逐个分子地，理论上能够100%纯度地分离。在不同的分支流路到出口的诱导(换言之，切换分支流路的切换动作)中，具有进行切换的模式和不进行切换的模式两种操作模式。(I)进行切换的模式在该情况下，分为通过切换使电刺激发生变化的子模式I和通过切换选择电极对的子模式2。在子模式I中，在面向图IB使分子M从左向右流动中，预先检测分子的种类后，通过在电极对(E1、E2)之间向该分子A施加固有的直流电压或者固有频率A的交流电压，将分子A诱导至分支流路12a。在检测到其它分子B的种类时，通过在电极对(E1、E2)之间向该分子B施加固有的直流电压或者固有频率的交流电压B，将分子B诱导至分支流路12b。 在该情况下，向分子A、B施加的固有的直流电压或具有固有频率的交流电压也具有多种情况。在子模式2中，在面向图IB使分子M从左向右流动中，预先检测分子的种类后，选择对应该分子A的电极对(电极E1、电极E3)，通过在它们之间施加规定的直流电压或具有规定频率的交流电压A，将分子A诱导至分支流路12a。在检测到其它分子B时，选择对应该分子B的电极对(电极E2、电极E4)，通过在它们之间施加规定的直流电压或具有规定频率的交流电压B，将分子B诱导至分支流路12b。在该情况下，所述直流电压或所述具有频率的交流电压A与所述直流电压或所述具有频率的交流电压B可以相同，也可以不同。
(2)不进行切换的模式没有预先检测分子，在电极对(E1、E2)之间，或者在电极对(E1、E3)之间，或者在电极对(E2、E4)之间，向分子A施加固有的直流电压或固有频率的交流电压。向通过那里的任何分子都给予施加。由此，能够仅将分子A诱导至规定的分支路。为了完全将所有的分子分别分离回收，优选I)模式，在只是想仅将目标分子取出的情况下，也能使用2)模式。从纳米流路经过分支部向多个分支流路分支的做法，不限于图IB所示的Y字形， 例如，也可是图IC所示的形状、图ID所示的形状。另外，分支流路数没有上限。另外，本发明的流路装置不限于分子的鉴定或分离，也可以用于其它目的。例如， 按照次序使分子A和分子B流过纳米流路，通过电极对给予电刺激，由此，通过电化学反应或周围温度的上升使分子A和分子B反应，还能合成分子AB连接体。或者，也可以在纳米流路的入口侧设置多个输入部(截面的大小可以为纳米的尺寸，也可以为微米的尺寸)，其数目没有上限。本发明还提供一种样品处理装置，具备(图1A)流路装置，其具有使一个分子流过的纳米流路，且在该纳米流路的附近配置有至少一个电极对；(图1B)交流电源，其用于向所述电极施加交流电压 '及(图1B)测定部，其对包含于流过所述流路的样品中的一个分子进行鉴定(第四基本发明)。本发明还提供一种样品处理装置，具备(图1A)流路装置，其具备使一个分子流过的纳米流路、分支部及多个分支流路，i)在所述纳米流路的附近，以夹住该纳米流路的方式配置有至少一个电极对，或ii)电极对中的一个配置于所述纳米流路的附近，且该电极对中的另一个配置于所述分支流路的附近；及(图1B)切换部，其经由所述电极对向包含于流过所述纳米流路的样品中的一个分子给予电刺激，由此，促进所述分子的力学行为，通过该力学行为将所述分子诱导至规定的分支流路(第五基本发明)。下面，作为本发明之一，对使电性质具体化的应用发明、使电刺激具体化的应用发明、及使力学行为具体化的应用发明进行说明。本发明的样品处理装置具备流路装置、测定部、运算处理部。流路装置含有注入部，其用于注入处理对象的样品；和纳米流路，其截面的大小具有纳米级的尺寸，用于允许包含于样品的分子移动通过。测定部在设置于纳米流路的电极对之间施加电压，并且对分子通过电极对之间时的电阻值或阻抗进行测定。另外，运算处理部根据由测定部测定的电阻值或阻抗值对分子进行鉴定。该样品处理装置还具备多个输出部，其用于取出移动通过纳米流路的分子；和分子分离部，其对所鉴定的分子进行分离。在该情况下，纳米流路配置有对电阻值或阻抗值进行测定的测定部，且纳米流路经由分支部与多个分支流路及其端部的输出部连结。而且， 分子分离部将所鉴定的分子从纳米流路诱导至多个分支流路中的希望的分支流路。本发明的样品处理装置是一种用于将包含于样品中的每类分子进行分离的装置， 其具备流路装置、测定部、运算处理部、分子分离部。而且，流路装置包含注入部，其用于注入样品；纳米流路，其截面的大小具有纳米级的尺寸，且用于允许包含于所述样品中的分子移动通过；以及多个输出部，其用于取出移动通过纳米流路的分子。另外，纳米流路经由分支部与多个分支流路及其端部的输出部连结。测定部在设置于纳米流路的电极对之间施加电压，且对分子移动通过(横穿)电极对之间时的电阻或阻抗进行测定。另外，运算处理部对由测定部测定的电阻值或阻抗值与分子建立关系。而且，分子分离部将与所测定的电阻值或阻抗值有关系的分子从纳米流路诱导至多个分支流路中的希望的分支流路。
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在上述样品处理装置中，也可以在纳米流路设有多个电极对，且该各电极对以相隔规定间隔进行配置。在该情况下，测定部对分子通过各电极对时的电阻或阻抗进行测定。 另外，运算处理部根据电阻值或阻抗值的测定时间差，算出分子的移动速度，并且根据算出的分子的移动速度控制施加电压(施加电场)的时机。另外，在上述装置中，分子分离部具有规定电极，其通过设于纳米流路侧的电极对或共用的电极构成；多个出口电极，其分别设于多个分支流路侧；电压施加部，其用于在规定电极间或其与出口电极之间施加电压；切换部，其用于选择i)由电极对构成的规定电极或ii)规定电极和一个出口电极形成的对或iii)规定电极和另一出口电极形成的对或
iv)规定电极和另一出口电极形成的对或V)规定电极和另一.......而且，运算处理部以
根据所鉴定的分子的信息，决定向所述i)、ii)、iii)、iv)、v)中的哪一对施加直流或交流电压的方式对分子分尚部进行控制。另外，在上述装置中，流路装置由具有亲水性的绝缘体材料(絶縁体材料)构成。 在该情况下，样品通过毛细管现象的作用从注入部被导入至纳米流路。作为其它例子，也可以将用于向样品施加直流或交流电压的诱导用电极对中的一个电极配置于注入部，将诱导用电极对中的另一个电极配置于纳米流路。在该情况下，通过在诱导用电极对之间产生电场，将样品从注入部诱导至纳米流路。另外，为了解决上述课题，本发明的样品处理装置具备流路装置、直流或者交流电源、测定部、运算处理部。流路装置含有注入部，其用于注入处理对象的样品；纳米流路，其截面的大小具有纳米级的尺寸，且用于允许包含于样品中的分子移动通过。测定部在设置于纳米流路的电极对的电极间存在分子时施加直流或者交流电压，以对电阻或者阻抗进行测定。另外，运算处理部根据由测定部测定的电阻值或者阻抗值对分子进行鉴定。注入部的截面的大小优选为从纳米到微米级的尺寸。该样品处理装置还具备多个输出部，其截面的大小具有从纳米到微米级的尺寸， 且用于取出移动通过纳米流路的分子；和分子分离部，其对所鉴定的分子进行分离。在该情况下，纳米流路经由分支部与多个分支流路及其端部的输出部连结。而且，分子分离部将所鉴定的分子从纳米流路诱导至多个分支流路中希望的分支流路。另外，本发明的另一样品处理装置是一种用于将包含于样品中的每类分子分离的装置，其具备流路装置、直流或者交流电源、测定部、运算处理部，以及分子分离部。而且，流路装置包含注入部，其用于注入样品；纳米流路，其截面的大小具有纳米级的尺寸，且用于允许包含于样品中的分子移动通过；以及多个输出部，其用于取出移动通过纳米流路的分子。纳米流路经由分支部与多个分支流路及其端部的输出部连结。测定部在设置于纳米流路的电极对的电极间施加直流或者交流电压，且对电极间存在分子时的电阻或者阻抗进行测定。另外，运算处理部对由测定部测定的电阻值或者阻抗值与分子建立关系。而且，分子分离部将与所测定的阻抗值有关系的分子从纳米流路诱导至多个分支流路中希望的分支流路。在上述样品处理装置中，也可以在纳米流路设有多个电极对，且该各电极对以相隔规定间隔进行配置。在该情况下，测定部对分子通过各电极对时的电阻或者阻抗进行测定。另外，运算处理部根据所测定的阻抗值的测定时间差，算出分子的移动速度，且根据算出的分子的移动速度控制施加电压(施加电场)的时机。
另外，在上述装置中，分子分离部具有规定电极，其通过设于纳米流路侧的电极对或共用电极构成；多个出口电极，其分别设于多个分支流路侧；电压施加部，其用于在规定电极间或规定电极与出口电极之间施加电压；以及切换部，其用于选择i)由电极对构成的规定电极或ii)规定电极和一个出口电极构成的对或iii)规定电极和另一出口电极构
成的对或iv)规定电极和另一出口电极构成的对或V)规定电极和另一.......而且，运算
处理部以根据所鉴定的分子的信息，决定向所述i)、 )、iii)、iv)、V)......的哪一对施
加电压的方式对分子分离部进行控制。另外，在上述装置中，流路装置由具有亲水性的绝缘体材料构成。在该情况下，样品通过毛细管现象的作用从注入部被导入至纳米流路。作为其它例子，也可以将用于向样品施加电场的诱导用电极对中的一个电极配置于注入部，且将诱导用电极对中的另一个电极配置于纳米流路。在该情况下，通过在诱导用电极对间产生电场，将样品从注入部诱导至纳米流路。另外，在本发明的样品处理装置中，交流电源在使至少频率变化的同时将交流电压施加在设置于纳米流路的电极对的电极间。另一方面，测定部也可以使分子滞留于电极对间，使分子的环境变化，并且在一边改变交流电源的频率一边将交流电压施加在电极间时对阻抗进行测定。而且，运算处理部根据由测定部测定的阻抗值，对分子的结构及其动态进行检测。另外，将由交流电源施加在纳米流路的电极对间的电压值是可变的。这时，测定部一边改变交流电源的频率及电压值一边对阻抗进行测定。运算处理部根据使交流电源的频率及电压值变化时产生的阻抗值的变化对分子的立体结构(构造)及其动态变化(动态)进行检测。另外，本发明的特征将在下面通过本发明的最佳实施方式及附图进行说明。发明效果根据本发明，理论上可以实现100%的鉴定、分离精度。与现有的技术相比，本发明能够甚至从少量的样品在短时间对希望的分子进行鉴定或分离。因此，可以实现装置的小型化。另外，根据本发明，也能对即使分子尺寸相同而种类不同的分子进行鉴定或分离， 且能够对生物分子的立体结构及其动态变化(动态)进行检测。


图IA是表示在从上方看本发明实施方式的流路装置的情况下的概略结构例(I) 的图。图IB是表示在从上方看本发明实施方式的流路装置的情况下的概略结构例(2) 的图。图IC是表示在从上方看本发明实施方式的流路装置的情况下的概略结构例(3) 的图。图ID是表示在从上方看本发明实施方式的流路装置的情况下的概略结构例(4) 的图。图IE是表示在从上方看本发明实施方式的流路装置的情况下的概略结构例(5) 的图。图2是表示在从上方看第一实施方式(图1E)的流路装置的纳米流路的情况下的详细结构的图。图3是表示图IE所示的流路装置的沿着kk'取得的截面的图。图4是表示本发明第一实施方式的分子分离装置的电路结构(回路構成)的方块图。图5是表示在本发明第一及第二实施方式的变形例中使用的样品导入部的概略结构的图。图6是表示本发明第一实施方式的变形例的分子分离装置的电路结构的方块图。图7是表示本发明第一及第二实施方式的变形例的纳米流路的结构的图。图8是以3. 3ms的间隔对尺寸为15. Okbp的DNA移动通过纳米流路的样子进行拍摄的图(照片)。图9是表示在尺寸为15. Okbp的DNA移动通过纳米流路时的电流值的变化的图表。图10是表示各尺寸的DNA分子的电流测定值，以及各DNA分子的分离的样子的图。图11是表示使用三种DNA溶液的混合液，以将各DNA分子同时分离的实验结果的图。图12是表示在从上方看第二实施方式的流路装置的纳米流路的情况下的详细结构的图。图13是表示本发明第二实施方式的分子分离装置的电路结构的方块图。图14是表示在不同分子(例如，生物分子)移动通过流路的情况下的阻抗值的变化的例子的图。图15是用于说明对生物分子(例)和酶反应前后的分子的立体结构的动态变化 (动态)进行检测的原理的图。图16是表示使交流电源的频率变化，在各个频率下对电压进行扫描时的实验结果的图。图17是表示本发明第二实施方式的变形例的分子分离装置的电路结构的方块图。图18是用于说明本发明的流路装置的制造工序的图。
图19是用于说明矩形流路和V字型流路的形成工序的图。图20是表示形成于基板上的不同电极图形和所得到的电场的图。图21是用于说明形成电极图形的工序的图。图22是表示在电极图形上涂层绝缘膜的样子的图。图23是用于比较说明矩形流路和V字型流路的特征的图。图24是表示实际制作的流路装置的图(电子显微镜照片)。实施发明的方式本发明提供一种分子分离装置(样品处理装置的一个例子)，其能够在理想的条件下在理论上以100%的精度对分子(即使是同一尺寸而种类不同的分子)进行鉴定、分离(在现有的方法中，即使在理想的条件下也不能以100%的精度对分子进行分离)，并且其能够对分子的立体结构及其动态变化(动态)进行检测，另外其可以实现小型化。作为本发明的处理对象的样品，可以通过将水溶性的分子溶解或悬浮于亲水性的溶剂中来形成，也可以通过使疏水性的分子溶解或悬浮于疏水性的溶剂(例如，丙酮、醋酸乙酯、醋酸甲酯、甲苯等)中而生成。该溶剂为允许分子移动通过纳米流路的载体媒介。下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，本实施方式只不过是用于实现本发明的一个例子，且不是限定本发明的技术范围。另外，在各附图中，对于共用的结构附加同一参照编号。I.第一实施方式第一实施方式涉及一种分子分离装置，其在设置于纳米流路的电极对的电极间施加电压，在电极间存在分子时根据流过的电流测定电阻，根据上述测定的电阻值，对分子进行鉴定。<分子分离装置中的流路装置结构>图IE是表示在本发明实施方式的分子分离装置(样品处理装置)中使用的流路装置10的外观结构的图。该流路装置10具备注入部11，其形成于基板上，作为用于注入样品的部位；纳米流路12，其作为进行分子的鉴定及分离处理的部位；输出部13及14，其作为用于取出所分离的分子的部位。该基板能够由石英、玻璃、塑料或陶瓷等绝缘材料构成，但在利用基板的亲水性处理样品的情况下(例如，利用毛细管现象将样品导入纳米流路12的情况下)，由石英、玻璃构成是重要的。由于纳米流路12过细，直接使样品出入比较困难，因此，有时将尺寸更大的流路作为纳米流路的接口使用。在该情况下，注入部11、输出部13及14不必为纳米流路， 而是可以为更大尺寸的流路。对于注入部11、输出部13及14，例如，输入输出口的直径为大约I 3mm、流路的宽度为大约I 100 μ m、流路的深度为大约I 10 μ m。另外，对于纳米流路12，例如，宽度及深度同时为数nm 500nm。另外，各流路的长度没有特别限制，但可以考虑装置的大小而决定。图2是表示纳米流路12的更详细的结构的图。如图2所示，纳米流路12由连结多个分支流路的纳米流路12、用于对通过纳米流路的分子进行鉴定的测定用纳米电极122、 用于根据流经通过的样品的电流测定电阻的测定用电流表123、设置于纳米流路的分支部且用于将分子诱导至希望的流路中的切换用纳米电极125构成。也可以设置确认用电流表 124，其用于根据切换时在样品之间流动的电流对电阻进行测定，并且确认该分子是否导入至其应该的流路。测定用纳米电极122优选由多对电极构成。通过设置多对，对由最初的电极对测定电阻的分子到达下游的电极对所需要的时间进行测定，以便能够对流过纳米流路的分子的流速进行检测。然后，以如下方式构成根据该流速，能够运算到达切换用纳米电极125 所需要的时间，因此能够将各分子适当地分离至所希望的流路。设置于纳米流路12的分支部分的切换用纳米电极125具备共用电极和设于各出口流路的出口电极，并且通过在各出口电极和共用电极之间施加(用电场换算，例如为大约数MHz、数MV/m的电场)规定电压， 可以将各分子诱导至所希望的分支流路(接通电源)。图3是流路装置10 (图1E)的沿着AA'(设有测定用纳米电极的部分)截取的剖面图。流路装置10在基板10 1上形成纳米流路12(实际比电极的厚度更薄)，纳米流路 12上配置测定用纳米电极122及切换用纳米电极125。然后，用粘接部件16将玻璃板15 和基板101粘接。另外，作为粘接部件16，使用例如PDMS (聚二甲基硅氧烷)，并使其SiO2 化。由此，能够覆盖比纳米流路12的深度更厚的电极，同时使其粘接在基板上。<分子分离装置的电路结构>图4是表示本发明第一实施方式的分子分离装置的电路结构的方块图。该分子分离装置具备运算处理部40，其用于获取来自各结构构件的信息并进行规定的运算，以便根据需要对各结构构件进行控制；测定部41，其具有测定用纳米电极122、测定用电流表 123、向电极122施加电压的电源(未图示)；切换部42，其具有切换用纳米电极125、确认用电流表124、在各电极与共用电极间施加电压的电压施加部(未图示)；电阻值-分子对应表43,其表不向包含各种分子的样品施加电压时所获得的电阻值与各种分子的对应关系； 存储器44;信息输入/输出部45，用于用户输入规定的指示等，且输出(显示)分离处理的
彡口禾寸ο运算处理部40从测定部41获取分子通过纳米流路12时的电阻值，并且将该电阻值与电阻值-分子对应表43对照，以便对该通过的分子的种类进行鉴定(测定的电阻值暂时保存于存储器44)。在包含于样品中的分子为未知的情况下，测定电阻值在表43内不存在，因此，将分别测定的电阻值保存于存储器44，并且按照分子种类为未知的情况进行分离。但是，应注意的是，在以下的说明中，由于用电流表计量电流值，因此在测定电阻值时， 测定部41及切换部42需要从施加电压和电流值算出电阻值。
另外，运算处理部40对分子通过包含于测定部41中的测定用纳米电极122的多个电极对间的时间进行计量，并从上述时间和电极对间的距离运算该分子的流速。然后，根据从例如测定用纳米电极122的最后的电极对到切换用纳米电极125的距离以及运算出的流速，运算处理部40指示切换部42在切换用纳米电极的哪个出口电极和共用电极之间施加电压(电场)，以及施加的时机。按照上述指示，在切换部42中，分子被引入希望的分支流路，并因此能够实现分子的分离。另外，切换部42通过确认用电流表124来测定分子通过时的电阻，并将上述测定值供给到运算处理部40。然后，运算处理部40也可以将上述电阻值与由测定部41测定的电阻值相比较，因此能够确认分离的分子的种类是否有错误。<分子分离装置的动作>(I)样品注入及流动控制首先，将样品导入注入部11。该样品包含既知的分子及未知的分子。根据该分子分离装置，在样品仅包含既知的分子 的情况下，能够将分子按照分子的种类进行分类，另一方面，在样品包含未知的分子的情况下，能够将在分子的种类未知的状态下所测定的电阻值呈现出相同值的分子分成一类。流路装置10的基板101由石英或玻璃等构成，因此流路的壁面具有亲水性。因此， 样品通过毛细管现象自动吸入注入部11 —纳米流路12 —输出部13及14(出口侧)。而且，从出口部分出来的液体量为极微量，因此，流出的所有载体媒介瞬间蒸发。因此，为了补充由于蒸发丧失的液体，在毛细管现象下样品自发继续流动，从而一定量的流动在纳米流路12内形成。另外，蒸发的仅是载体媒介，因此分子被浓缩并分离回收。其结果是，在后工序对分子进行分析时很方便。这也是重要的优点。例如，即使进行回收，若浓度较低，由于现有的化验分析的灵敏度低，也不能进行分析。另外，通过冷却流路装置10的整体或者一部分，能够将流速控制在一定程度。例如，在接近室温下，样品在从纳米流路12接近输出部13及14的部分上全部蒸发。因此，为了防止该蒸发，将流路装置10的整体或者一部分冷却后，使样品流动至出口。另外，冷却温度可以为大约4 大约25°C (室温)。在此，利用毛细管现象将样品导入纳米流路12，但未限于此，如后所述(变形例)， 能够通过电控制将样品导入纳米流路。(2)单分子的检测由于纳米流路12的宽度为纳米单位的尺寸，因此，包含于样品的各分子以单分子的形态移动通过纳米流路12。在本发明第一实施方式的分子分离装置中，测定部41使用电流表123，且根据流过测定用纳米电极122中的电极对之间的电流来测定电阻值。在分子通过该测定用纳米电极122时，电阻发生变化。另外，如果分子(例如分子尺寸)不同，则电阻也不同。利用该性质可以对 分子进行鉴定。运算处理部40从测定部41获取该测定的电阻值，保存于存储器44，并且将该获取的电阻值与电阻值-分子对应表43进行对照。然后，如果对应获取的电阻值的分子包含于表43中，则运算处理部40对分子进行鉴定并继续进行分离处理，如果不包含，则在对分子不鉴定的状态下继续进行分离处理。
在测定用纳米电极122由多对电极构成的情况下，运算处理部40根据各电极对间产生电阻值的时间延迟，算出纳米流路12(的电极配置部位)中的移动速度(流速)，另外， 算出相应的分子几秒后到达纳米流路12的分支部。由此，对特定的分子能够逐一算出移动速度，因此，即使是移动速度未知的分子也能适当地实行分离处理。另外，在本实施方式中， 用多对电极构成测定用纳米电极122，但如果是移动速度为既知的分子，则没有必要设置多对电极，且设置一对电极即可。(3)切换如上所述，可知成为分离对象的分子到达纳米流路12的分支部的时机。因此，在该时机下，根据分子的种类或其电流值，运算处理部40在切换用纳米电极125的共用电极与该对象分子将被诱导至的流路侧的出口电极之间施加电场。于是，介电电泳、电泳、电渗流(Electroosmotic flow)中的任何一个在作为分子将被从纳米流路诱导至的流路的分支流路的方向动作，因此使分子被诱导至该分支流路。另外，在本实施方式中，展示了流路装置10具有纳米流路和从其分支的两个分支流路的例子，但不限于此，分支流路的数目当然是能够根据将被分离的分子的种类数进行分设。另外，作为从纳米流路设置多个分支(分支流路)的方法，可以从一个纳米流路同时设置多叉分支流路以分支，也可以呈级联状连接两叉结构并最终分支成多叉的结构，因此分支流路的结构是不限的。〈变形例〉 (I)样品导入(i)在上述实施方式中，利用毛细管现象将样品从微流路导入至纳米流路，但在此，对通过电控制将样品导入纳米流路的方法进行说明。如果以此方式通过电控制实现样品导入，则能够根据高精度的流动控制提高测定精度及分离精度，另外，流路装置10的基板101不必为亲水性，也可以由塑料、陶瓷这样的材料构成。图5是表不变形例的样品导入部51的结构的图。样品导入部51具有用于向样品施加电场的电极对511及512，和电源513。其中，电极511设于注入部11侧，电极512设于纳米流路12侧。在此，由于分子带电，因此，对于带负电的分子，若在图5所示的方向施加电场，则各分子被引入纳米流路12的方向。另一方面，对于带正电的样品，只要在相反的方向施加电场即可。这样，能够根据样品带哪种电来切换施加电场方向以将样品的分子导入至纳米流路12。图6是表示该变形例的分子分离装置的电路结构的方块图，与图4的差别仅在于具有样品导入部51。向样品导入部51的电极施加的电压(施加方向及电压值等)由运算处理部40按照从信息输入/输出部45输入的指示进行控制。(ii)另外，利用电渗流也能将样品导入。在该情况下，作为流路装置10的基板101 的材料，优选使用玻璃等亲水性材料。由于玻璃带负电，因此，样品中的正离子被玻璃的负电荷吸引，形成双电层。若在此施加电压，则样品中的带电部分移动，样品整体被带动而流出。这是利用电渗流的样品导入的原理。另外，在电渗流的情况下，对于表面的带电，正负均可。(2)纳米流路的结构(分子测定部位)
图7是表示配置流路装置10中的纳米流路12的测定用纳米电极122的部位的其它结构例的图。如上所述，使用测定用纳米电极122，对流过纳米流路的分子进行检测，其移动速度通过多个电极对中的电流值测量时机的差异算出，但为了能够更适当地对分子进行鉴定，将电阻测定部位的纳米流路的宽度设定为比该部位以外的宽度窄。这样，由于因分子导致的电流变化量与分子体积/电极间体积的体积比成比例，因此，体积比随着电极间体积减小而变大，结果，因分子导致的电流变化量变大，因此，可以说能够进行高灵敏度的电阻测定。〈关于实验〉对根据第一实施方式说明的原理及动作进行的实验进行说明，展示本发明的有效性。
(I)纳米流路的规格使用具有整体长度为150 μ m、深度为50 lOOnm、宽度为50 500nm的构造的纳米流路进行实验。(2)使用样品对尺寸为15. Okbp (千碱基对)、33. 5kbp、48. 5kbp的三种DNA分别制作DNA溶液 (样品)，以便在实验中使用。各样品的浓度被调节成在O. IXTBE缓冲液中lfM。另外，所计算的各DNA的表观长度的预测值对于15. Okbp的DNA为I. I μ m，对于33. 5kbp的DNA为
2.4 μ m,对于 48. 5kbp 的 DNA 为 3. 6 μ m。(3)向测定用纳米电极的施加电压O. IV(4)实验内容(i)将各样品独立导入纳米流路，i)测定流速，ii)对DNA的一个分子进行鉴定， iii)实行向对应各DNA的流路的适当输出部的诱导(实验结果参照图8 10)。(ii)对是否可以从混合了各样品的新样品中分离各DNA进行了实验(实验结果参照图11)。(5)实验结果(i)图8是将尺寸为15. Okbp的DNA分子移动通过纳米流路的样子以3. 3ms的间隔拍摄的图(照片)。另外，由于纳米流路与电极的宽度(Iym)相比极小，因此，在附图上不可见，但白色的垂直线表示移动通过纳米流路的DNA的位置。图9是表示尺寸为15. Okbp的DNA分子移动通过纳米流路时的电流值的变化的图表，图9(a)表示使样品持续流过规定时间时的电流值的变化，图9(b)是图9(a)中的虚线包围的部分的放大图。在图9(a)中，可以看到其中电流值变化较大的部分(即电流极小的部分)，在该部分中DNA正在通过纳米流路的电极部分，由于DNA阻断电流的流动，因此使电流值产生了较大变化。因此，如图9(b)所示，在图8(a)的状态下，由于DNA分子还没有到达电极部，因此电流值的变化仅为噪声量(背景的电流值约为IpA)，但在图8(b)的状态下，在DNA通过电极部期间，由于电极间的电流完全被阻挡，因此，所测定的电流值极小。如上所述，可以由该电流值求得电阻值以鉴定分子，或可以分离分子。另外，如图8(c)及(d)所示，可知如果 DNA与电极的重复部分变少，则电流值也回到图8 (a)的状态。
图10是表示各尺寸的DNA的电流测定值及各DNA的分离的样子的图。在此，在具有三叉的分支流路的纳米流路中，以如下方式进行控制，15. Okbp尺寸的DNA被诱导至左边的分支流路(参照图10A)，33. 5kbp尺寸的DNA被诱导至中央的分支流路(参照图10B)， 48. 5kbp尺寸的DNA被诱导至右边的分支流路(图10C)。从图10的各图表可知，示出在各DNA通过电极部时，各DNA特有的电流值的变化。 然后，根据这些分子特有的电流值的变化求得电阻值，并且通过实行纳米流路的分支部中的切换动作，能够将希望的分子诱导至希望的分支流路。(ii)接着，使用上述三种DNA的混合液，进行同时将各DNA分子分离的实验。图11 是表示该混合液的分离实验结果的图，图11 (A)表示各DNA分子的荧光发光强度，图11 (B) 表不分离前后的各DNA分子的突光发光强度。在本实验中，对于各DNA分子准备了 6000个分子(IfM的溶液所包含的分子数)， 但由于时间制约等问题，没有对所有的分子进行计数，而是仅对最多100个分子进行计数以完成实验。从图Il(B)也可知，分离前后的各DNA分子的荧光发光强度大致一致，因此，可以说使用本发明的分子分离装置适当地进行了分离处理。
II.第二实施方式第二实施方式涉及一种分子分离装置，其在设置于纳米流路的电极对的电极间存在分子时施加交流电压并对阻抗进行测定，根据所测定的阻抗值，对分子进行鉴定。<分子分离装置中的流路装置结构>由于在第二实施方式中使用的流路装置10的外观结构及流路装置10的沿 AA'(设有测定用纳米电极的部分)取得的截面结构与第一实施方式(参照图IE及图3) 相同，因此省略说明。图12是表示第二实施方式的纳米流路12的更详细的结构的图。另外，与图2相同的结构附加相同的参照编号。如图12所示，纳米流路12也可以设置具有多个分支的纳米流路12、用于对通过分支前的纳米流路的分子施加交流电压的测定用纳米电极122、用于对测定用纳米电极 122间的分子的阻抗进行测定的测定部223、设置于纳米流路的分支部且用于将分子诱导至希望的分支流路的切换用纳米电极125、用于在切换时对分子的阻抗进行测定且确认该分子是否被诱导至其应该的分支流路的确认用电流表224。另外，也可以将介电常数表现为极化率(一个分子的极化率为其内部结构局部极化率的总和，与介电常数等价)。总之，将在电极间施加交流电压时的相移(迟延或超前)作为介电常数或极化率进行测定。测定用纳米电极122优选由多对电极构成。通过设置多对，对用最初的电极对测定阻抗的分子到达下游的电极对所需要的时间进行测定，从而能够对流过纳米流路的分子的流速进行检测。然后，以如下方式构成，根据该流速，能够运算到达切换用纳米电极125 的时间，以便能够将各分子适当地诱导至希望的流路。设置于纳米流路12的分支部分的切换用纳米电极125具备共用电极和设于各出口流路的出口电极，通过在各出口电极和共用电极之间施加(在电场的情况下例如，为大约数MHz、数MV/m的电场)规定的电压，从而将各分子诱导至希望的流路(接通)。<分子分离装置的电路结构>
图13是表示本发明第二实施方式的分子分离装置的电路结构的方块图。该分子分离装置具备运算处理部90，其用于获取来自各结构构件的信息并进行规定的运算，并根据需要对各结构构件进行控制；测定部91，其具有测定用纳米电极122、阻抗测定部223 ； 电压和频率可变的交流电源96，其用于向测定部91内的测定用纳米电极122施加交流电压；切换部92，其具有切换用纳米电极125、确认用电流表224，和在各电极和共用电极间施加电压的电压施加部(未图示)；阻抗-分子对应表93，其表示在向包含存在于测定用纳米电极122间的各种分子的样品施加电压时的阻抗值与各种分子的对应关系；存储器44 ;信息输入/输出部95，用于用户输入规定的指示等，且输出(显示)分离处理的结果等。运算处理部90从测定部91获取分子通过纳米流路12时的电阻值或阻抗值，并且将该阻抗值与阻抗值-分子对应表93对照，从而对该通过的分子的种类进行鉴定(测定的电阻值或阻抗值暂时保存于存储器94)。在包含于样品的分子为未知的情况下，测定电阻值或阻抗值在表93内不存在，因此，将分别测定的阻抗值保存于存储器94，并且按照阻抗值， 将分子按照分子种类为未知的情况进行分离。另外，运算处理部90对分子通过包含于测定部91的测定用纳米电极122的多个电极对间的时间进行计量，从上述时间和电极对间的距离运算出该分子的流速。然后，运算处理部90根据从例如测定用纳米电极122的最后的电 极对到切换用纳米电极125的距离以及运算出的流速，来指示切换部92在切换用纳米电极的哪个出口电极和共用电极之间施加电压，以及施加的时机。按照上述指示，在切换部92中，分子被诱导至希望的分支流路，从而能够实现分子的分离。另外，切换部92通过确认用电流表224对分子通过时的阻抗进行测定，并将该测定值供给到运算处理部90。然后，运算处理部90也可以将该阻抗值与由测定部91测定的阻抗值相比较，从而能够确认分离的分子的种类是否有错误。<分子分离装置的动作>(I)样品注入及流动控制首先，由用户向注入部11滴加样品。该样品包含既知的分子或未知的分子。根据该分子分离装置，在样品仅包含既知的分子的情况下能够将每类分子进行分离，另一方面， 在样品包含未知的分子的情况下，能够将在分子的种类未知的状态下所测定的阻抗值呈现出相同值的分子分尚。流路装置10的基板101整个由石英或玻璃等构成，因此，流路的壁面具有亲水性。 因此，样品通过毛细管现象自动吸入注入部11 —纳米流路12 —输出部13及14(出口侧)。 而且，从出口部分出来的液体量为极微量，因此，流出的所有载体媒介瞬间蒸发。因此，为了补充由于蒸发丧失的液体，在毛细管现象下样品自发继续流动，从而一定量的流动在纳米流路12内产生。另外，通过冷却流路装置10的整体或者一部分，能够将流速控制在一定程度。例如，在接近室温下，样品在从纳米流路12接近输出部13及14的部分上全部蒸发。因此，为了防止该蒸发，将流路装置10的整体或者一部分冷却后，使样品流动至出口。另外，冷却的温度可以为大约4 大约25°C (室温)。在此，利用毛细管现象将样品导入纳米流路12，但不限于此，如后所述(变形例)， 能够通过电控制将样品导入纳米流路。
(2)单分子的检测由于纳米流路12的宽度为纳米单位的尺寸，因此，构成样品的各分子以单分子移动通过纳米流路12。在本发明的分子分离装置中，测定部91使用电流表223，以根据流过测定用纳米电极122的电极对之间的电流来测定阻抗。在分子通过该测定用纳米电极122时，阻抗发生变化。即使尺寸相同，而分子的种类不同的话，则阻抗也不同。利用该性质可以对分子进
行鉴定。运算处理部90从测定部91获取该测定的阻抗值，保存于存储器94，并且将该获取的阻抗值与阻抗-分子对应表93对照。于是，如果对应获取的阻抗值的分子包含于表93 中，则运算处理部90对分子进行鉴定并继续进行分离处理，如果不包含，则运算处理部90 在不鉴定的状态下对分子进行分离处理。图14是表示在不同的分子(例如，生物分子)移动通过流路的情况下的阻抗值的变化的例子的图。如图14所示，例如，阻抗值变化相对于在生物分子BI存在于测定用纳米电极122之间时的频率变化的特性用Pl表示，阻抗值变化相对于在生物分子B2存在于测定用纳米电极122之间时的频率变化的特性用P2表示。该频率变化是指对电压和频率可变的交流电源的频率在规定范围内的扫描。即，对于生物分子BI，使其滞留于测定用纳米电极122之间，若交流电源的频率变化，则对应该频率变化所测定的阻抗值也发生变化。将该变化特性用图表表示即为P1。对于生物分子B2也一样。 在此，在生物分子BI及B2的分子尺寸大致相同的情况下，使直流电流在测定用纳米电极122之间流过来测定的电阻值的变化对于两者不变。因此，若种类不同的分子具有大致相同的尺寸，则不能对分子进行鉴定或分离。关于这一点，作为生物分子代表的蛋白质原本是由20种氨基酸联成一串形成的一条带状分子构成(将其称为多肽)，并且通过氨基酸彼此的相互作用自发地有规律地进行折叠(称为折叠)以构成三维立体结构。当然，其内部结构及整体的结构因各个分子而有所不同。若从外部向这种生物分子施加交流电场， 则内部的局部结构被外部电场吸引而极化，但例如由于频率变化，出现追随外部电场而进行极化及不能追随而极化，从而产生迟延(位相差)的部分，作为这些局部的内部极化的总和决定了分子整体的极化率。若对这种单分子具有的极化特性(极化率)通过电阻抗测定进行测定，则可以将各个分子区分出来。因此，本发明中着眼于，在测定用纳米电极122之间存在分子的情况下，即使其尺寸相同，如果种类不同，则阻抗变化也不同，因此可以利用该性质对分子进行鉴定或分离。例如，在预先知道将被鉴定或分离的多个分子的种类的情况下，只要对分子使用固有的频率，对该频率下的阻抗值进行测定，并对对应该阻抗值的分子根据阻抗-分子对应表43进行鉴定即可。另一方面，在预先不知道将被鉴定或分离的多个分子的种类的情况下，首先，使每个分子滞留于测定用纳米电极122之间，扫描交流电源的频率以获取该分子
的阻抗值变化特性Pk (k= I、2.....η)。然后，依照各自的特性，将分子分离，从而将同种
类的分子诱导至规定的输出部。另外，在阻抗的检测灵敏度不够等情况下，也可以对将被鉴定或分离的分子利用例如包含二茂铁等的导电性分子做标记。由此，能够强调介电常数或电导率的差异，因此， 可以提高阻抗的检测灵敏度。
另外，在测定用纳米电极122由多对电极构成的情况下，运算处理部40根据各电极对间产生的阻抗变化的时间迟延，算出纳米流路12(的电极配置部位)中的移动速度 (流速)，另外，算出相应的分子几秒后到达纳米流路12的分支部。由此，能够逐一算出特定分子的移动速度，因此，即使是移动速度未知的分子也能适当地实行分离处理。另外，本实施方式中，用多对电极构成测定用纳米电极122，但如果移动速度为既知的分子，则没有必要设置多对电极，所以设置一对电极即可。(3)切换如上所述，可知，成为分离对象的分子到达纳米流路12的分支部的时机。因此，在该时机下，根据分子的种类或其阻抗值，运算处理部90在切换用纳米电极125的共用电极与该对象分子将被诱导至的流路侧的出口电极之间施加电场。于是，介电电泳、电泳、电渗流中的任何一个在分子将被从纳米流路诱导至的流路即分支流路的方向作用，使得分子被诱导至该分支流路。另外，本实施方式中，展示了流路装置10具有分支流路和从其分支的两个分支流路的例子，但不限于此，分支流路的数目当然能够按照将被分离的分子的种类数进行设置。 另外，作为从纳米流路设置多个分支(分支流路)的方法，从一个分支流路可以同时设置多叉分支流路以分支，也可以是呈级联状连接两叉结构并最终分支成多叉，因此分支流路的结构是不限的。(4)单分子的立体结构的电动态测定 根据本发明第二实施方式的分子分离装置，如上((2)及(3))所述，不仅能够对不同分子进行鉴定或分离，而且能够对单分子的立体结构及其动态进行测定。以下，对单分子的立体结构的电动态测定处理进行说明。(i)关于电动态测定的必要性生物分子的功能来源于其分子结构是结构生物学的基本概念，因此，了解分子结构是理解其功能的捷径。需要指出的是，例如即使耗费巨大的努力利用晶体分析、NMR等确定了复杂的静态、准静态结构，而不能抓住伴随作为生物分子功能的本质的环境变化(反应基质浓度、pH、温度、离子浓度等等)的动态结构变化，也不算是理解了生物分子的结构和功能。在考虑今后的分子生物学及结构生物学的发展，和对蛋白质组分析及药物开发等的大规模蛋白质功能分析的应用，进而对用于人为设计而创造生物分子的这种分子机械的纳米生物工程的应用中，必然迎来对生物分子的立体结构(构造)及其动态变化(动态) 进行检测的手法，和应用其的生物分子的功能分析及鉴定手法的发展。本发明鉴于对这种分子的动态检测从基础研究到应用的广泛有效性，提供一种生物分子结构的电测定法。(ii)现有的手法及其问题点目前，在对生物分子进行分析的情况下，使用X射线衍射、NMR等分析手法，在这些手法中，以溶液或晶体的状态对分子进行处理。这样，若对生物分子以悬浮液或溶液这种多分子系统进行处理，则关于各个分子发生的反应和伴随其的结构变化及时间响应等信息会由于多分子间的随机运动的平均化而丧失。另一方面，若使其晶体化，则能够利用规律排列的晶体的周期性得到静态的立体结构，而由于脱离了生理的环境，导致涉及重要的立体结构变化的这样动态的信息丧失。即，在现有的X射线衍射、NMR等分析手法中存在如下困境若提高结构分析的分辨率则不能得到涉及动态的信息，若想得到动态的信息则不能提高分辨率。与此相对，如果能够进行仅关注一个分子的操作或分析，则认为能够得到涉及诸如在反应的基本过程中各分子中的分子结构变化及其时间响应的分子结构动力学的信息。 但是，在现有的单分子测定系统中，上述分析手法大部分限于利用荧光染料的光学检测。例如，通过荧光标记使诸如动力蛋白的“移动”蛋白质的移动可视化，或在所谓的FRET手法中利用两个荧光染料间的能量移动来对局部的结构变化进行检测。实际情况是，由于这种手法花费极多的时间和劳力而最终仅可以测定一个分子的一部分，导致极缺乏通用性，因此， 不能成为一般的分析手法。即，需要首先通过X射线衍射获知立体结构，然后通过电泳或质量分析得到氨基酸的一级序列信息。然后，需要 通过在特定的氨基酸部位仅结合荧光染料的基因操作，来制备观察用测试分子。这样，必须人工制备测试分子本身，不能直接使用自然界的分子。根据本发明实施方式的分子分离装置，能够直接使用自然界的分子对分子的立体结构(构造)及其动态变化(动态)进行简单测定。装置结构与上述结构相同，但测定方法不同。以下，对该测定方法进行说明。(iii)关于生物分子的动态变化的测定原理图15是用于说明对例如生物分子和酶的反应前后的分子结构及其动态进行检测的原理进行说明的图。在图15中，Cl示意性表示反应前生物分子的结构，C2示意性表示反应中或者反应后生物分子的结构。另外，特性P3表示在存在于测定用纳米电极122间的生物分子具有Cl结构时，且在该电极间施加交流电压，在一定范围内扫描频率时得到的阻抗特性。同样地，特性P4表示在存在于测定用纳米电极122间的同一生物分子具有C2结构时，且在该电极间施加交流电压，在一定范围内扫描频率时得到的阻抗特性。这样，即使是单分子，若结构发生变化，则所测定的阻抗值也会发生变化。利用该性质，能够对分子的结构及其动态进行实时检测。但是，介电电泳力是由通过向电介质(在此为生物分子)施加外部电场时产生的电介质内的偶极子的取向或周围溶液的平衡离子等而在分子表面诱发的极化电荷与外部电场相互作用得到的效果。即，借助于足够的外部电场强度，如果利用仅对一个分子诱发的极化电荷使分子移动，则相反，可以对因分子的立体结构(构造)变化引起的这种极化率变化通过电阻抗测定进行检测。另外，还考虑到一种完全新规定的测定方法，其通过在由介电电泳力强制对分子诱发极化，或者使分子的立体结构(构造)本身变形的同时进行测定，例如在破坏蛋白质的高次结构而回到一级结构即一条多肽链的同时对其电阻抗进行测定等， 来对分子进行鉴定或分析其结构的动力学。(iv)在进行电控制生物分子立体结构的同时进行立体结构测定的实施例在单分子结构的动态测定时，首先，准备溶解例如DNA等生物分子的样品。下面，将该样品注入分子分离装置上的流路装置10的注入部10，并且将该DNA分子逐个导入至纳米流路12的测定用纳米电极122。然后，使该DNA分子滞留于测定用纳米电极122之间。接着，将交流电源的电压值(电场强度)固定在规定的值，在一定范围内扫描频率时对阻抗进行测定。另外，将上述电压值固定在其它值(比最初的值大的值)，同样地，扫描频率并对阻抗进行测定。这样，逐渐使交流电源的电压值变化，在各个电压值时扫描频率。 若利用DNA的极化率(介电常数)的频率依存性，则介电电泳力在特定的电场强度以上，且特定的频率下有效地作用，使DNA从无规卷曲被成直线地拉长(参照图16(a)及(b)，在图 16的实验系统中，为了容易观察，电极间的间隙为微米级)。由此，能够由介电电泳力强制对分子诱发极化、或者使立体结构(构造)本身变形，同时进行测定。例如图16(c)所示，在电场强度为3MV/m、频率为IkHz以上的情况下，通过将DNA 从无规卷曲成直线地拉长来使阻抗产生显著的变化。相反，若检测到该阻抗值的变化，则判断出DNA从无规卷曲发生结构变化，变成直线的DNA。在此，对通过介电电泳力发生的结构变化进行了叙述，但不限于此，对通过pH变化、温度变化、离子浓度变化、酶反应等发生的结构变化同样也可以进行检测(测定)。(V)使用纳米流路的显著效果在使用宽度大(微米级以上)的流路的情况下，在数分子的极微量的样品的测定中，相对于周围的水分子的数目，测定对象的分子数变小，使S/N降低。另外，在液体中测定的情况下，存在如下问题在为了提高测定灵敏度而施加高电压(图中也施加MV/m)时，则电极 会由于电极反应而分解。但是，如果使用纳米流路，能够解决这些问题。即，通过如纳米流路那样使测定空间大幅减小，能够限制成为测定对象的单分子周围的水分子数。由此，抑制由包围目标分子周围的水分子的热运动产生的热噪声，可以实现大测定系统不能实现的高灵敏度化。而且， 体积较小，因此，从浓度的观点看，虽然实际为一个分子，但浓度变高。另外，在间隙长度为纳米级的电极系统中，由于电极-溶液界面的双电层重叠且因此实质上可以忽略，因此，特别地，可以实现低频区域的超高灵敏度化。通常，固-液界面肯定会产生双电层且作为电容构件包含在电测定中，降低了测定的精度，但纳米尺寸系统中不存在这些，因此，可以提高绝对精度。另外，因为电场强度与电极间隔成比例(电场强度V =施加电压E/间隙长度d)， 因此间隙长度越短，在相同施加电压下越能得到高电场。因此，纳米间隙的电极由于电极间隔非常短，因此，在不产生电分解的电压下就能得到上述MV/m的电场强度。〈变形例〉(I)样品导入部及具有该样品导入部的分子分离装置的结构(i)对样品导入的变形例，由于能够应用与第一实施方式相同的结构(参照图5)， 因此省略其说明。图17是表示该变形例的分子分离装置的电路结构的方块图，与图13的差别仅在于具有样品导入部51。向样品导入部51的电极施加的电压(施加方向及电压值等)由运算处理部90按照从信息输入/输出部95输入的指示进行控制。(ii)另外，利用电渗流也能将样品导入。在该情况下，作为流路装置10的基板101 的材料，优选使用玻璃等亲水性材料。由于玻璃带负电，因此，样品中的正离子被玻璃的负电荷吸引，形成双电层。若向此施加电压，则样品中的带电部分移动，样品整体被带动而流出。这是利用电渗流进行样品导入的原理。另外，在电渗流的情况下，对于表面的带电，正负均可。(2)纳米流路的结构(分子检测部位)
第一实施方式的、配置于流路装置10中的纳米流路12的测定用纳米电极122的部位的其它结构例(参照图7)也可适用于第二实施方式中。如上所述，在第二实施方式中，使用测定用纳米电极122，对流过纳米流路的分子进行检测，其移动速度通过多个电极对中的阻抗测量时机的差异算出，但为了能够更适当地对分子进行鉴定，将阻抗测定部位的纳米流路的宽度设定为比其部位以外的宽度窄。这样，由于因分子而产生的电流变化量同分子体积与电极间体积的体积比成比例，因此，通过电极间的体积减小而使体积比变大。结果，由于因分子产生的阻抗变化量变大，因此，可以说能够进行高灵敏度的测定。III.流路装置的制造例以下，对在第一及第二实施方式中使用的流路装置的制造方法的一个例子进行说明。(I)制造工序图18是用于说明本发明的流路装置10的制造工序的图。工序I :在由石英或玻璃构成的基板上真空蒸镀例如Inm厚的钛，在其上真空蒸镀例如50 200nm厚的金。金作为电极的材料，钛作为用于使金和基板粘接的粘接剂起作用。 由此，电极材料附着于基板上，形成膜(参照图18(A))。工序2 :利用通常的光刻技术，使纳米电极部分(例如，相当于上述纳米电极122 的部分)形成图形(参照图18(B))。工序3 :使用聚焦离子束(FIB)或反应性离子刻蚀(RIE)，对在工序2制作的带纳米电极图形的基板进行切削而制作槽(纳米流路)。由于纳米电极图形同时也被切削，因此，同时也制作出电极对(参照图18(C))。工序4 :对在工序3制作的纳米流路的端部进行进一步切削，而制作微流路(相当于上述注入部11)(参照图18(D))。工序5 :通过旋涂在石英或玻璃上涂覆例如Ιμπι厚的硅橡胶，并加热至例如 150°C，使其固定而制作盖部件(参照图18(E))。工序6 :将在工序5制作的盖部件盖在在工序4中制作的流路部件上，通过照射真空UV光(波长172nm)、氧等离子体、大气压等离子体等任意一种，使盖部件与流路部件结合 (参照图18(F))。(2)关于流路形状图19是用于对制作形状不同的流路的方法进行说明的图。本发明中，考虑截面为矩形流路和V字型流路。其中，在矩形流路的情况下，没有必要是精确的矩形，例如，底面也可以带有圆形。另外，在V字型流路的情况下，也没有必要是精确的V字，例如，可以朝着流路的底面使流路宽度变窄。在矩形流路的情况下，在通过上述工序2形成电极图形的基板上形成电子束抗蚀剂(参照图19(A))，然后使用反应性离子刻蚀(RIE)对基板进行切削，形成纳米尺寸的流路 (参照图19(B))。另一方面，在V字型流路的情况下，在通过上述工序2形成电极图形的基板上照射聚焦离子束(FIB)并对基板进行切削加工(参照图19(A))。聚焦离子束(FIB)使束流聚焦为一点，因此，在基板上形成沿束流剖面成形(V字形状)的槽(参照图19(B))。、
(3)关于电极图形图20是用于对形成于基板上的不同电极图形进行说明的图。图20(A)是表示电极图形仅到流路边缘的图形1，图20(B)是表示电极图形进入到流路内部的情况下的图形2 的图。在图形I的情况下，由于电极仅在基板表面，因此，在电极间产生的电力线(电场) 不进入流路的底部。因此，在图形I中，在流路的底部对通过分子的电阻或阻抗进行测定比较困难。另一方面，在图形2的情况下，电极以覆盖流路侧面的方式形成。因此，在图形2 中，即使在流路的底部也能产生均匀的电场，因此，在流路的底部也能对通过分子的电阻或阻抗进行测定。(4)关于电极图形的形成图21是用于说明形成图20的图形I及图形2的电极图形的工序，具体而言，是对图18(C)所示的工序3的详细进行说明的图。工序3-1 :准备在表面形成电极图形的基板(参照图21(A))，使用反应性刻蚀 (RIE)纵向掘槽，或使用聚焦离子束(FIB)刻蚀(参照图21(B))。在制作图形I (图20 (A)) 的情况下可以在此结束工序。在制作图形2(图20(B))的情况下继续以后的工序。工序3-2 :在矩形流路及V字型流路两者的情况下，变更反应性刻蚀的条件(例如改变等离子体压力)，进而应用于基板。于是，相对于基板能够在纵向及横向进一步切削槽。 于是，为了保留电极图形，形成超过流路的边缘部分而延设的状态(悬垂)(参照图21 (C))。工序3-3 :将在工序3-2中制作的基板浸在例如水中并提升。在使浸湿状态的基板干燥时，通过表面张力将电极的悬垂部分拉向流路侧面。这样，实现电极图形覆盖流路侧面的结构(参照图21(D))。(5)电极的绝缘膜涂层图22是表示在电极图形上涂覆绝缘膜的样子的图。在使用流路装置时，因为形成于纳米流路的电极图形直接与样品接触，因此构成电极的金属可能溶解于样品。关于这一点，因为在施加直流电压并对电阻进行测定的情况 (第一实施方式)下，电极必须与样品接触，因此不能用保护膜等覆盖电极图形，但在施加交流电压并对阻抗进行测定的情况(第二实施方式)下，越是高频，电极越不必与样品直接接触。因此，用绝缘膜覆盖电极图形的表面，从而能够隔着该绝缘膜实行阻抗测定。因此， 能够防止由电解反应导致的电极溶解。该绝缘膜能够通过如下形成将例如SiO2或Si3N4喷镀在电极图形上以附着例如数nm 数IOOnm厚的膜。(6)矩形流路和V字型流路的比较图23是用于比较矩形流路和V字型流路(在纳米流路侧面没有电极图形的情况) 的特征的图。首先，参照图23(A)，在对纳米流路中的可以电测定的范围进行检验时，在矩形流路的情况 下，电力线(电场)不能到达的区域较多，特别地，在底面的角部不存在电场。另一方面，在V字型流路的情况下，电力线没有到达纳米流路的V字顶端部，但从整体而言，电场不存在的区域比矩形流路的情况少。
接着，参照图23(B)，在对纳米流路中的分子流过的位置(深度方向)进行检验时， 在矩形流路的情况下，由于底面部分的宽度比分子的直径大，因此分子在底面部分流过的较多。另一方面，在V字型流路的情况下，由于纳米流路在深度方向宽度变细，分子在不存在电场的区域流过的较少。因此，从图23 (A)及图23⑶可知，在V字型流路的情况下，电力线对于流路截面的充足率高，测定区域的比例变广。另外，在V字型流路的情况下，由于底部分变窄，因此， 包含于样品的分子不易在底部分流过，仅在测定区域流过的可能性变高。另外，在电极图形存在于纳米流路侧面的情况(参照图20(B)及图21(D))下，SP 使是矩形流路也能消除上述问题。(7)实际的流路图24是表示按照上述制造方法制作的实际的流路装置的图。从图24可知，该流路装置具有一个注入部、由一个纳米流路和三个分支流路构成的纳米流路、三个输出部、 分子速度测定电极及单分子鉴定用电极(测定用纳米电极)，以及用于向分支流路进行分配的电极(切换用纳米电极)。IV.总结(I)由本发明可以鉴定或分离的分子为纳米尺寸的分子例如DNA、RNA、所有蛋白质、多肽、氨基酸、多糖类、脂质、细胞因子、信号传递物质、荷尔蒙等生物分子。除生物分子之外，一般的有机高分子、例如诸如聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸等的合成树脂，或诸如尼龙、 乙·烯等的合成纤维、硅酮树脂等，或无机高分子也可以鉴定或分离。另外，纳米尺寸的粒子状物质，例如胶体及纳米粒子等也可以鉴定或分离。(2)本发明的样品处理装置可以应用于与生物相关的所有行业。例如可用于如下用途病变细胞的检查、病原性细菌的检测、胰岛素的监测等便携式传感器，来自动植物细胞的有效物质的提取、现场的血液检查芯片、病理检查芯片(血液以外的样品检查)、便携式人体监测器(身体状态的监测器)、人工脏器用传感器、现场的感染检查芯片、毒物检查芯片等医疗用途；药物开发(制药)中的新规定药物的效果检验、药物检查芯片、投药结果分析芯片等药物开发用途；毒性细菌的检测、环境病原性细菌的检查、生物危害测定芯片、现场计量环境中的生物污染(0-157等)等环境关系用途；蛋白质组等详尽的蛋白质总体解析、生化学蛋白质的结构解析、生化学反应的总体分析、DNA、蛋白质的测序、蛋白质组学、转录组、表观遗传学等详尽的蛋白质分析的所有领域等的生命科学中的用途；卫生监测 (毒性细菌等的繁殖监测，生产量的监测(所有发酵中的状态的监测(啤酒、奶酪等))、污染检查芯片(0-157或BSE等的监测)、发酵装置内的酵母的活性监测等食品、卫生领域的用途；可类似急救胶布而使用的血液检查芯片(妊娠检查、糖尿病检查、此外，所有蛋白质测定的检测系统)等用途。(3)在第一实施方式中，对在使分子在设置于纳米流路的电极对的电极间移动时的电阻变化进行测定。然后，运算处理部根据由电阻测定部测定的电阻值，对分子进行鉴定。这样，使单分子逐个在纳米流路移动，并且获取因分子通过电极对之间产生的电阻变化的信息，从而根据该信息对分子进行鉴定。由此，能够对分子进行高精度地鉴定，并且，由于使用纳米流路，因此还可以实现装置的小型化。纳米流路具备分支部和从该分支部连接于多个输出部的多个分支流路。而且，将所鉴定的分子从主流路诱导至多个分支流路中希望的分支流路。分子的诱导处理通过设于主流路侧的共用电极、分别设于多个分支流路侧的多个出口电极、用于向多个出口电极中的每个和共用电极施加电压的电压施加部、用于选择由共用电极和一个出口电极形成的对的切换部实现。而且，运算处理部根据所鉴定的分子的信息决定共用电极和出口电极的对， 以施加电压的方式进行控制。由此，能够将希望的分子与其它分子分离而精确获取。另外，在第一实施方式中，流路装置包含注入部，其用于注入处理对象的样品 (本实施方式中，注入部具有微米级的宽度及深度，但如果可以注入样品，当然不限于该级另IJ。);纳米流路，其具有纳米级的宽度及深度，用于允许包含于样品的分子移动通过；多个输出部，其具有微米级的宽度及深度，用于诱导在纳米流路移动的分子并取出。另外，纳米流路具备分支部和从该分支部连接于上述多个输出部的多个分支流路。而且，向设置于纳米流路的电极对的电极间施加电压，并且对分子通过电极间时的电阻进行测定。另外，运算处理部对所测定的电阻值和分子建立关系。而且，将与所测定的电流值(阻抗值)有关的分子从纳米流路诱导至多个分支流路中的希望的分支流路。诱导处理通过设于纳米流路侧的共用电极、分别设于多个分支流路侧的多个出口电极、用于向多个出口电极中的每个和共用电极施加电压的电压施加部、用于选择由共用电极和一个出口电极构成的对的切换部来实现。由此，即使包含于样品的分子的种类未知，依据各分子在测定用纳米电极前移动时的电阻值也能将分子分离。另外，在上述装置中，也可以在纳米流路设有多个电极对，该各电极对相隔规定间隔进行配置。在该情况下，测定部对分子通过各电极对时的电阻进行测定。另外，运算处理部根据电阻值的测定时间差，算出分子的移动速度，并且根据算出的分子的移动速度对施加电压(也可以是电场)的时机进行控制。由此，能够更精确地对分子进行分离。另外，在上述装置中，流路装置由具有亲水性的绝缘体材料构成。在该情况下，样品通过毛细管现象的作用从注入部被导入至纳米流路。这样，如果利用毛细管现象的作用， 则装置结构更简单，可以实现更小型化。作为其它例子，也可以将新电极对的一个电极配置于注入部，将另一个电极配置于纳米流路。在该情况下，通过在该电极对间产生电场，将样品从注入部诱导至纳米流路。由于可以电控制流动，因此可以进行更高精度的测定。(4)在第二实施方式中，在设置于纳米流路的电极对的电极间施加交流电压，并且对在电极间存在分子时的阻抗进行测定。而且，运算处理部根据所测定的阻抗值对分子进行鉴定。这样，使单分子逐个在纳米流路移动，并且获取在分子存在于电极对之间时的阻抗值的变化的信息，然后根据该信息对分子进行鉴定。由此，能够对同一尺寸的种类不同的分子进行高精度地鉴定，并且，由于使用纳米流路，因此，还可以实现装置的小型化。纳米流路具备分支部和从该分支部连接于多个输出部的多个分支流路。而且，将所鉴定的分子从纳米流路诱导至多个分支流路中的希望的分支流路。分子的诱导处理通过设于纳米流路侧的共用电极、分别设于多个输出流路侧的多个出口电极、用于向多个出口电极中的每个和共用电极施加电压(电场)的电压施加部(电场施加部)、用于选择由共用电极和一个出口电极构成的对的切换部来实现。而且，运算处理部根据所鉴定的分子的信息决定共用电极和出口电极的对，并且以施加电压的方式进行控制。由此，能够将希望的分子与其它分子分离而精确分离。另外，在第二实施方式中，流路装置包含注入部，其具有微米级的宽度及高度，用于注入处理对象的样品；纳米流路，其具有纳米级的宽度及深度，用于允许包含于样品的分子移动通过；多个输出部，其用于对在纳米流路移动的分子进行分离。纳米流路具有经由分支部从该分支部连接于上述多个输出部的多个分支流路。而且，在设置于纳米流路的主流路的电极对的电极间施加交流电压，并且对在电极间存在分子时的阻抗进行测定。另外，运算处理部对所测定的阻抗值和分子建立关系。而且，将与测定的阻抗值有关联的分子从纳米流路诱导至多个分支流路中的希望的分支流路。诱导处理通过设于纳米流路侧的共用电极、分别设于多个分支流路侧的多个出口电极、用于向多个出口电极中的每个和共用电极施加电压的电压施加部(电场施加部)、用于选择由共用电极和一个出口电极构成的对的切换部来实现。由此，即使包含于样品的分子的种类未知，依据各分子在测定用纳米电极前移动时的阻抗值也能够对分子进行分离。另外，在上述装置中，也可以在纳米流路设有多个电极对，并且该各电极对相隔规定间隔进行配置。在该情况下，测定部对分子通过各电极对时的阻抗进行测定。另外，运算处理部根据阻抗值的测定时间差，算出分子的移动速度，并根据算出的分子的移动速度对施加电压(电场)的时机进行控制。由此，能够更精确地对分子进行分离。另外，在上述装置中，流路装置的基板由具有亲水性的绝缘体材料构成。在该情况下，样品通过毛细管现象的作用从注入部被导入至纳米流路。这样，如果利用毛细管现象的作用，则能够使装置结构更简单，可以实现更小型化。作为其它例子，如上所述，也可以将新电极对中的一个电极配置于注入部，将另一个电极配置于纳米流路。在该情况下，通过在该电极对间产生电场，来将样品从注入部诱导至纳米流路。另外，使分子(生物分子)滞留于电极对之间，且使分子的环境变化(与酶反应、 使温度变化、使PH变化、使 离子浓度变化等)，并且，对一边改变交流电源的频率一边在电极间施加交流电压时的阻抗进行测定。而且，根据所测定的阻抗值，对分子的立体结构及其动态进行检测。另外，交流电源不仅频率可变，而且，将被施加在纳米流路的电极对间的电压也可变。在该情况下，在改变交流电源的频率及电压的同时对阻抗进行测定，并根据交流电源的频率及电压变化时的阻抗值的变化对分子的立体结构(构造)及其动态变化(动态)进行检测。由此，能够动态捕捉分子(特别是生物分子)的结构变化，因此能够掌握分子的功能。(5)在上述实施方式中，对流路装置具有一个注入部11和多个输出部14的方式进行了说明，但流路装置也可以具有多个注入部和多个输出部。在该情况下，流路装置由多个注入部、从各注入部连接于纳米流路的多个注入用流路、一个纳米流路、多个分支流路、多个输出部构成。另外，流路装置也可以仅具有一个注入部和一个输出部。在该情况下，流路装置由一个注入部、一个纳米流路和一个输出部构成。该流路装置例如在检查样品是否包含一种特定的分子等时使用。符号说明M...分子AS···交流电源Ε1、Ε2、Ε3、Ε4、Ε5、Ε6·…电极10...流路装置11···注入部
12...纳米流路12a、12b、12c. ··分支流路13...输出部14...输出部15...玻璃16...粘接部件40...运算处理部41...测定部
42...切换部43...电流值-分子对应表44...存储器45...信息输入/输出部51...样品导入部90...运算处理部91...测定部92···切换部93...阻抗-分子对应表94...存储器95...信息输入/输出部96...交流电源101...基板122...测定用纳米电极123...电流表124···电流表223...阻抗测定部224...确认用阻抗测定部125...切换用纳米电极511···电极512···电极513. · ·电源
权利要求
1.一种流路装置，其具有使一个分子流过的纳米尺寸流路，并且至少一个电极对配置于所述纳米尺寸流路附近，并且所述流路装置具有用于向所述电极施加交流电压的交流电源。
2.如权利要求I所述的流路装置，其特征在于，所述电极暴露于所述流路，或者在所述电极和所述流路之间存在绝缘层，因此使得所述电极不会暴露于所述流路。
3.一种流路装置，具备使一个分子流过的纳米尺寸流路、分支部，以及多个分支流路，i)在所述纳米尺寸流路的附近，以夹住该纳米尺寸流路的方式配置有电极对，或ii)电极对中的一个配置于所述纳米尺寸流路的附近，所述电极对中的另一个配置于所述分支流路的附近。
4.如权利要求3所述的流路装置，其特征在于，所述电极暴露于所述流路，或者在所述电极和所述流路之间存在绝缘层，因此使得所述电极不会暴露于所述流路。
5.如权利要求3所述的流路装置，其特征在于，所述分支流路的截面的大小为纳米尺寸。
6.一种流路装置，具备使一个分子流过的纳米尺寸流路、分支部，以及多个分支流路。
7.如权利要求6所述的流路装置，其特征在于，所述分支流路的截面的大小为纳米尺寸。
8.一种样品处理装置，具备(I)流路装置，其具有使一个分子流过的纳米尺寸流路，且在所述纳米尺寸流路附近配置有至少一个电极对；(2)交流电源，其用于向所述电极施加交流电压；以及(3)测定部，其对包含于流过所述流路的样品中的一个分子进行鉴定。
9.一种样品处理装置，具备(I)流路装置，其具备使一个分子流过的纳米尺寸流路、分支部，以及多个分支流路，i)在所述纳米尺寸流路的附近，以夹住该纳米尺寸流路的方式配置有电极对，或ii)电极对中的一个配置于所述纳米尺寸流路的附近，且所述电极对中的另一个配置于所述分支流路的附近；以及(2)切换部，其经由所述电极对向包含于流过所述流路的样品中的一个分子给予电刺激，由此促进所述分子的力学行为，并且通过该力学行为将所述分子诱导至规定的分支流路。
10.如权利要求9所述的流路装置，其特征在于，所述分支流路的截面的大小为纳米尺寸。
11.一种样品处理装置，用于对包含于样品中的分子进行鉴定，其特征在于，具备 流路装置，其包含用于注入样品的注入部和具有纳米级尺寸的截面大小且用于允许包含于所述样品中的分子移动通过的纳米尺寸流路； 测定部，其在设置于所述纳米尺寸流路的电极对的电极间施加电压，且对所述分子通过所述电极间时的阻抗进行测定；以及 运算处理部，其根据由所述测定部测定的阻抗值，对所述分子进行鉴定。
12.如权利要求11所述的样品处理装置，其特征在于，具备 多个输出部，其用于将移动通过所述纳米尺寸流路的分子取出；和 分子分离部，其将所述鉴定的分子分离，其中 所述纳米尺寸流路具备在其端部的分支部和从该分支部连接于所述输出部的多个分支流路，并且所述分子分离部将所述鉴定的分子从所述纳米流路诱导至所述多个分支流路中的规定分支流路。
13.如权利要求12所述的样品处理装置，其特征在于，所述分子分离部具有规定电极，其通过设于所述纳米流路侧的电极对或共用的电极构成；多个出口电极，其分别设于所述多个分支流路侧；电压施加部，其用于向所述规定电极的对，或向所述多个出口电极中的任一个和所述规定电极施加电压；切换部，其用于选择i)所述规定电极的对或ii)由所述多个出口电极中的任一个和所述规定电极构成的对，其中所述运算处理部根据所述鉴定的分子的信息来选择所述对，并且以施加所述电压的方式对所述分子分离部进行控制。
14.如权利要求13所述的样品处理装置，其特征在于，所述纳米尺寸流路设有多个电极对，该各电极对以相隔规定的间隔进行配置，所述测量部对所述分子通过所述各电极对时的阻抗进行测定，所述运算处理部根据测定的阻抗值的测定时间差算出所述分子的移动速度，并且根据算出的分子的移动速度对施加所述电压的时机进行控制。
15.如权利要求11所述的样品处理装置，其特征在于，所述流路装置由具有亲水性的绝缘体材料构成，所述样品通过毛细管现象的作用从所述注入部被导入所述纳米尺寸流路。
16.如权利要求11所述的样品处理装置，其特征在于，用于向所述样品施加电压的导入用电极对中的一个电极配置于所述注入部，且所述导入用电极对中的另一个电极配置于所述纳米尺寸流路，通过在所述导入用电极对之间产生电场，所述样品从所述注入部被导入所述纳米尺寸流路。
17.如权利要求11所述的样品处理装置，其特征在于，所述注入部的截面的大小具有微米级的尺寸。
18.一种样品处理装置，用于对包含于样品中的规定的分子进行分离，所述样品处理装置具备流路装置，其包含用于注入样品的注入部、具有纳米级尺寸的截面大小且用于允许包含于所述样品中的分子移动通过的纳米尺寸流路，以及用于将移动通过所述纳米尺寸流路的分子取出的多个输出部，其中所述纳米尺寸流路具备在其端部的分支部和从该分支部连接于所述多个输出部的多个分支流路；测定部，其在设置于所述纳米尺寸流路的电极对的电极间施加电压，且对所述分子通过所述电极间时的电阻或阻抗进行测定；运算处理部，其对由所述测定部测定的电阻值或阻抗值和分子建立关系；以及分子分离部，其将和所述测定的电阻值或阻抗值有关系的分子从所述纳米尺寸流路诱导至所述多个分支流路中的希望的分支流路。
19.如权利要求18所述的样品处理装置，其特征在于，所述分子分离部具有规定电极，其通过设于所述纳米尺寸流路侧的电极对或共用电极构成；多个出口电极，其分别设于所述多个分支流路侧；电压施加部，其用于向所述规定电极的对，或向所述多个出口电极中的任一个和所述规定电极施加电压；以及切换部，其用于选择i)所述规定电极的对或ii)由所述多个出口电极中的任一个和所述规定电极构成的对，其中所述运算处理部根据所述测定的电阻值或阻抗值的信息来选择所述对，并且以施加所述电压的方式对所述分子分离部进行控制。
20.如权利要求19所述的样品处理装置，其特征在于，所述纳米尺寸流路设有多个电极对，且该各电极对以相隔规定的间隔进行配置，所述测定部对所述分子通过所述各电极对时的电阻或阻抗进行测定，所述运算处理部根据测定的电阻值或阻抗值的测定时间差算出所述分子的移动速度， 并且根据算出的分子的移动速度对施加所述电压的时机进行控制。
21.如权利要求18所述的样品处理装置，其特征在于，所述流路装置由具有亲水性的绝缘体材料构成，所述样品通过毛细管现象的作用从所述注入部被导入所述纳米尺寸流路。
22.如权利要求18所述的样品处理装置，其特征在于，用于向所述样品施加电压的导入用电极对中的一个电极配置于所述注入部，且所述导入用电极对中的另一个电极配置于所述纳米尺寸流路，通过在所述导入用电极对之间产生电场，所述样品从所述注入部被导入所述纳米尺寸流路。
23.如权利要求18所述的样品处理装置，其特征在于，所述注入部的截面的大小具有微米级的尺寸。
24.如权利要求11所述的样品处理装置，其特征在于，还包括交流电源，其在设置于所述纳米尺寸流路的电极对的电极间施加交流电压， 所述测定部对所述分子通过所述电极对之间时的阻抗进行测定。
25.如权利要求24所述的样品处理装置，其特征在于，所述交流电源为频率可变的交流电源，所述测定部对使所述交流电源的频率在规定范围内变化时的阻抗进行测定。
26.如权利要求24所述的样品处理装置，其特征在于，还包括多个输出部，其用于将移动通过所述纳米尺寸流路的分子取出；以及分子分离部，其对所述鉴定的分子进行分离，其中所述纳米尺寸流路具备其端部的分支部和从该分支部连接于所述多个输出部的多个分支流路，所述分子分离部将所述鉴定的分子从所述纳米流路诱导至所述多个分支流路中的希望的分支流路。
27.如权利要求26所述的样品处理装置，其特征在于，所述分子分离部具有规定电极，其通过设于所述纳米流路侧的电极对或共用电极构成；多个出口电极，其分别设于所述多个分支流路侧；电压施加部，其用于向所述规定电极的对，或向所述多个出口电极中的任一个和所述规定电极施加电压；以及切换部，其用于选择i)所述规定电极的对或ii)由所述多个出口电极中的任一个和所述规定电极构成的对，其中所述运算处理部根据所述鉴定的分子的信息来选择所述对，并且以施加所述电压的方式对所述分子分离部进行控制。
28.如权利要求27所述的样品处理装置，其特征在于，所述纳米尺寸流路设有多个电极对，且该各电极对以相隔规定的间隔进行配置，所述测定部对所述分子通过所述各电极对时的阻抗进行测定，所述运算处理部根据测定的阻抗值的测定时间差算出所述分子的移动速度，并且根据算出的分子的移动速度对施加所述电压的时机进行控制。
29.如权利要求24所述的样品处理装置，其特征在于，所述流路装置由具有亲水性的绝缘体材料构成，所述样品通过毛细管现象的作用从所述注入部被导入所述纳米尺寸流路。
30.如权利要求24所述的样品处理装置，其特征在于，用于向所述样品施加电压的导入用电极对中的一个电极配置于所述注入部，且所述导入用电极对中的另一个电极配置于所述纳米尺寸流路，通过在所述导入用电极对间产生电场，所述样品从所述注入部被导入至所述纳米尺寸流路。
31.如权利要求24所述的样品处理装置，其特征在于，所述注入部及多个输出部的截面的大小具有微米级的尺寸。
32.如权利要求18所述的样品处理装置，其特征在于，所述电压为交流电压。
33.如权利要求32所述的样品处理装置，其特征在于，所述分子分离部具有规定电极，其通过设于所述纳米尺寸流路侧的电极对或共用电极构成；多个出口电极，其分别设于所述多个分支流路侧；电压施加部，其用于向所述规定电极的对，或向所述多个出口电极中的任一个和所述规定电极施加电压；以及切换部，其用于选择i)所述规定电极的对或ii)由所述多个出口电极中的任一个和所述规定电极构成的对，其中所述运算处理部根据所述测定的阻抗值的信息选择所述对，并且以施加所述电压的方式对所述分子分离部进行控制。
34.如权利要求33所述的样品处理装置，其特征在于，所述纳米尺寸流路设有多个电极对，且该各电极对以相隔规定的间隔进行配置，所述测定部对所述分子通过所述各电极对时的阻抗进行测定，所述运算处理部根据测定的阻抗值的测定时间差算出所述分子的移动速度，并且根据算出的分子的移动速度对施加所述电压的时机进行控制。
35.如权利要求32所述的样品处理装置，其特征在于，所述流路装置由具有亲水性的绝缘体材料构成，所述样品通过毛细管现象的作用从所述注入部被导入所述纳米尺寸流路。
36.如权利要求32所述的样品处理装置，其特征在于，用于向所述样品施加电场的导入用电极对中的一个电极配置于所述注入部，且所述导入用电极对中的另一个电极配置于所述纳米尺寸流路，通过在所述导入用电极对之间产生电场，所述样品从所述注入部被导入至所述纳米尺寸流路。
37.如权利要求32所述的样品处理装置，其特征在于，所述注入部及所述多个输出部的截面的大小具有微米级的尺寸。
38.一种样品处理装置，具备流路装置，其包含用于注入样品的注入部和具有纳米级尺寸的截面大小且用于允许包含于所述样品中的分子移动通过的纳米尺寸流路；交流电源，其在使至少频率变化的同时将交流电压施加在设置于所述纳米尺寸流路的电极对的电极间；测定部，其使所述分子滞留于所述电极对间，使所述分子的环境发生变化，并且在一边改变所述交流电源的频率一边将交流电压施加在所述电极间时对阻抗进行测定；以及运算处理部，其根据由所述测定部测定的阻抗值，对所述分子的立体结构或其动态变化进行检测。
39.如权利要求38所述的样品处理装置，其特征在于，由所述交流电源施加在所述纳米尺寸流路的电极对间的最大电压值是可变的，所述测定部一边改变所述交流电源的频率及最大电压值，一边对所述阻抗进行测定，在使所述交流电源的频率及最大电压值变化时，所述运算处理部通过测定的阻抗值的变化对所述分子的立体结构或其动态变化进行检测。
全文摘要
本发明提供一种流路装置，具有使一个分子流过的纳米尺寸流路，并且在纳米尺寸流路附近配置至少一个电极对，并且流路装置具有用于向所述电极施加交流电压的交流电源。该流路装置用于逐个鉴定分子。还提供一种流路装置，具备使一个分子流过的纳米尺寸流路、分支部及多个分支流路，i)在所述纳米尺寸流路的附近，以夹住该纳米尺寸流路的方式配置有电极对，或ii)电极对中的一个配置于所述纳米尺寸流路的附近，该电极对中的另一个配置于所述分支流路的附近。该流路装置用于一个分子的分离。本流路装置理论上可以实现100％的鉴定、分离精度。本发明的样品处理装置具备流路装置、测定部及运算处理部。测定部在设置于纳米尺寸流路的电极对的电极间施加电压(直流或交流)，对一个分子通过电极间时的电信号进行测定并对一个分子进行鉴定(参照图1B)。
文档编号B01J19/00GK102725060SQ20108006209
公开日2012年10月10日 申请日期2010年7月26日 优先权日2009年12月2日
发明者山本贵富喜 申请人:独立行政法人科学技术振兴机构