器件、离子电流测量装置、Zeta电位测量装置、离子电流测量方法及Zeta电位测量方法

器件、离子电流测量装置、zeta电位测量装置、离子电流测量方法及zeta电位测量方法
技术领域
1.本发明涉及器件、离子电流测量装置、zeta电位测量装置、离子电流测量方法以及zeta电位测量方法。


背景技术：

2.zeta电位作为表示分散于液体中的粒子的分散稳定性的指标而为人所知。近年来，粒子作为原材料使用的情况增多。粒子通过表面改性而功能发生变化，因此作为表示表面改性后的粒子的稳定性的指标，zeta电位的重要性提高。
3.当从外部对分散有带电的粒子的体系施加电场时，粒子向电极移动。此时，粒子的移动速度与粒子的电荷成比例，因此能够通过测量该粒子的电泳速度来求出zeta电位(参考非专利文献1)。作为测量zeta电位的技术的一例，已知有电泳光散射法(els：electrophoretic light scattering)。els被称为激光多普勒法，是利用“多普勒效应”求出粒子的电泳速度的方法，该“多普勒效应”是指光、声波碰到运动的物体而反射、散射时，光、声波的频率与物体的速度成比例地变化。更具体而言，若对电泳的粒子照射激光，则来自粒子的散射光由于多普勒效应而频率偏移，但由于该偏移量与粒子的电泳速度成比例，因此能够通过测量偏移量来求出粒子的电泳速度。
4.作为zeta电位的其他测量方法，已知有根据粒子通过形成于基板的孔(纳米孔)时的脉冲状的电流变化来求出zeta电位的电阻脉冲测量法(参考非专利文献2)。
5.现有技术文献
6.非专利文献
7.非专利文献1：matthias firnkes et al.,“electrically facilitated translocations of proteins through silicon nitride nanopores:conjoint and competitive action of diffusion,electrophoresis,and electroosmosis”,nano letters,2010,10(6),p2162-2167
8.非专利文献2：nima arjmandi et al.,“measuring the electric charge and zeta potential of nanometer-sized objects using pyramidal-shaped nanopores”,anal.chem.,2012,84,p8490-8496


技术实现要素：

9.发明所要解决的课题
10.上述els仅能够测量溶液中所含的多个粒子的平均化后的zeta电位，换句话说，存在无法测量单一粒子的zeta电位的问题。另一方面，上述非专利文献2中记载的发明能够测量单一粒子的zeta电位。然而，本发明人等进行了深入研究，结果新发现：(1)若使用形成有三个以上对粒子通过时的离子电流的变化进行测量的狭窄部的器件，则能够以高精度算出单一粒子的移动时间(速度)；(2)并且，基于由该测量结果得到的单一粒子的移动时间(速
度)，能够计算单一粒子的zeta电位。
11.本技术的目的在于，提供能够高精度地测量单一粒子的移动时间(速度)的器件、使用该器件的离子电流测量装置和zeta电位测量装置、以及离子电流测量方法和zeta电位测量方法。
12.用于解决课题的手段
13.本发明涉及以下所示的器件、离子电流测量装置、zeta电位测量装置、离子电流测量方法以及zeta电位测量方法。
14.(1)一种用于测量离子电流的器件，
15.该包括基板和形成于基板的流路，
16.流路包括：
17.样品液投放流路；
18.样品回收流路；以及
19.狭窄流路，形成于样品液投放流路与样品回收流路之间，
20.狭窄流路包含三个以上的狭窄部，狭窄部使用凸部形成，
21.三个以上的狭窄部被形成为从样品液投放流路向样品回收流路的方向呈大致直线状，
22.在将狭窄部的宽度定义为1时，相邻的狭窄部与狭窄部的间隔为0.5～3。
23.(2)根据上述(1)所述的器件，其中，
24.狭窄部的宽度为样品液中所含的一个粒子能够通过但两个以上的粒子无法同时通过的宽度。
25.(3)根据上述(1)或(2)所述的器件，其中，
26.狭窄部的尺寸以及相邻的狭窄部与狭窄部的间隔全部相同。
27.(4)一种离子电流测量装置，包括：
28.上述(1)至(3)中任一项所述的器件；和
29.测量部，其测量当样品液中包含的粒子通过狭窄流路时的离子电流的变化。
30.(5)一种zeta电位测量装置，包括：
31.上述(4)所述的离子电流测量装置；和
32.运算部，其根据测量的离子电流值算出粒子的zeta电位。
33.(6)根据上述(5)所述的zeta电位测量装置，其中，
34.运算部使用测量出的离子电流值中的、粒子通过相邻的狭窄部与狭窄部之间的时间或速度。
35.(7)根据上述(6)所述的zeta电位测量装置，还包括：
36.存储部，所述存储部存储参照粒子的zeta电位、以及参照粒子通过相邻的狭窄部与狭窄部之间的时间或速度。
37.(8)一种使用离子电流测量装置的离子电流测量方法，其中，
38.离子电流测量装置包括器件和测量部，
39.器件包括基板和形成于基板的流路，
40.流路包括：
41.样品液投放流路；
42.样品回收流路；以及
43.狭窄流路，形成于样品液投放流路与样品回收流路之间；
44.狭窄流路包含三个以上的狭窄部，狭窄部使用凸部形成，
45.三个以上的狭窄部被形成为从样品液投放流路向样品回收流路的方向呈大致直线状，
46.在将狭窄部的宽度定义为1时，相邻的狭窄部与狭窄部的间隔为0.5～3，
47.测量部能够测量样品液中所含的粒子通过狭窄流路时的离子电流的变化，
48.离子电流测量方法包括：
49.粒子移动工序，其中，投放到样品液投放流路的样品液所包含的粒子朝向样品回收流路移动；和
50.测量工序，起哄对粒子通过狭窄流路时的离子电流的变化进行测量。
51.(9)一种样品的zeta电位测量方法，包括：
52.运算工序，根据通过上述(8)所述的离子电流测量方法得到的离子电流值来算出粒子的zeta电位。
53.(10)根据上述(9)所述的zeta电位测量方法，其中，运算工序使用测量出的离子电流值中的、粒子通过相邻的狭窄部与狭窄部之间的时间或速度。
54.发明效果
55.使用本技术中公开的器件，能够高精度地测量单一粒子的移动时间(速度)。
附图说明
56.图1a是第一实施方式的器件1a的俯视图。
57.图1b是沿图1a的x-x箭头剖开的剖面图。
58.图1c是沿图1a的y-y箭头剖开的剖面图。
59.图1d是图1a的狭窄流路33部分的放大图。
60.图2是根据第二实施方式的器件1b的俯视图。
61.图3是表示离子电流测量装置100的实施方式的概要的示意图。
62.图4a是用于说明计算zeta电位的运算部(运算工序)的示意图。
63.图4b是用于说明计算zeta电位的运算部(运算工序)的示意图。
64.图5是离子电流测量方法和zeta电位测量方法的流程图。
65.图6是实施例1中制造的器件(流路形成基板)的照片。
66.图7a的(a)是实施例4中测量的离子电流的测量波形。图7a的(b)是对图7a的(a)的测量波形实施fft(快速傅里叶变换)处理并进行噪声去除后的波形。
67.图7b的(c)是表示使用程序通过指数函数对t
pp-m函数进行拟合的结果的图表。图7b的(d)是用于计算测量对象粒子的zeta电位的比例式。
68.图7c的(e)是表示算出的各个测量对象粒子的zeta电位及使用市场销售的zeta测量仪对测量对象粒子(amino-modified ps)测量出的平均值的图表。图7c的(f)是代替t
pp
而描绘td的值的图表。
具体实施方式
69.以下，参照附图对器件、离子电流测量装置、zeta电位测量装置、离子电流测量方法以及zeta电位测量方法进行详细说明。
70.在本说明书中，对具有同种功能的构件标注相同或类似的附图标记。并且，对于标注有相同或类似的附图标记的构件，有时省略重复的说明。
71.本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指包含“～”的前后记载的数值作为下限值和上限值的范围。关于数值、数值范围以及定性的表达(例如，“相同”、“大致”等表达)，解释为表示包含在该技术领域中通常允许的误差的数值、数值范围以及性质。
72.另外，为了容易理解，附图中所示的各结构的位置、大小、范围等有时不表示实际的位置、大小、范围等。因此，本发明未必限定于附图中公开的位置、大小、范围等。
73.(器件的第一实施方式)
74.参照图1a～图1d，对第一实施方式的器件1a进行说明。图1a是器件1a的俯视图，图1b是沿着图1a中的箭头x-x剖开的剖面图，图1c是沿着图1a中的箭头y-y剖开的剖面图，并且图1d是图1a中的狭窄流路33部分的放大图。
75.器件1a包括基板2和形成于基板2的流路3。流路3包括样品液投放流路31、样品回收流路32以及形成在样品液投放流路31和样品回收流路32之间的狭窄流路33。狭窄流路33包括使用凸部33a形成的三个以上的狭窄部33b。
76.器件1a例如能够使用微细加工技术来制造。以下，示出步骤的一例。
77.(1)在基板2上通过化学蒸镀涂布cr等可蚀刻的材料。
78.(2)用旋涂机涂布正型光致抗蚀剂。
79.(3)以对形成流路的部分照射光的方式，使用光掩模进行曝光、显影处理，除去形成流路的部分的正型光致抗蚀剂。此时，只要改变光掩模的形状以使流路3成为期望的配置即可。
80.(4)去除暴露的(1)的可蚀刻材料。
81.(5)通过反应性蚀刻或fib(聚焦离子束)等方法对露出的基板2进行挖掘，由此形成流路3。
82.另外，上述步骤是通过挖掘基板2来形成流路3的例子。取而代之，也可以在基板2上堆积抗蚀剂等，通过蚀刻挖掘堆积的抗蚀剂等，由此形成流路3。图1a～图1d表示利用堆积在基板2上的抗蚀剂等形成了流路3的例子。在本说明书中，“形成于基板的流路”包括通过挖掘基板2而形成流路3的实施方式和在堆积于基板2上的抗蚀剂等材料上形成流路3的实施方式中的任一者。
83.基板2只要是半导体制造技术领域中通常使用的材料就没有特别限制。作为基板2的材料，例如可举出si、siox、sinx、ge、se、te、gaas、gap、gan、insb、inp等。
84.正型光致抗蚀剂、显影和蚀刻等中使用的试剂只要是微细加工技术领域中通常使用的材料就没有特别限制。另外，用于旋涂机和蚀刻等的装置只要是微细加工技术领域中通常使用的材料，就没有特别限制。
85.通过上述制造方法制造的器件1a和图1a～图1d所示的器件1a仅为一例。也可以使用负型光致抗蚀剂代替正型光致抗蚀剂。另外，也可以通过使用微细加工技术首先制作铸模，在pdms等材料上转印铸模来制造。或者，也可以通过3d打印机来制造。
86.在图1a至图1d所示的示例中，狭窄部33b由形成在流路壁部34上的一对凸部33a形成。在图1a至图1d所示的示例中，狭窄部33b的宽度w可以说是彼此相对布置的一对凸部33a之间的间隙。狭窄部33b的宽度w是样品液中所含的一个粒子能够通过但两个以上的粒子无法同时通过的宽度。另外，在本说明书中，“样品液”是指分散有作为测量对象的粒子的液体。分散粒子的液体可列举后述的电解液。
87.粒子只要具有体积且在液体中带电，就没有特别限制。例如可举出细菌、细胞、病毒、dna、rna、蛋白质、花粉等生物体物质；硫氧化物(sox)、氮氧化物(nox)、挥发性有机化合物(voc)、氧化矿物(硅、铝、钛、铁等)、树脂珠等非生物体物质等。
88.由于狭窄部33b的体积越小，粒子通过狭窄部33b时的灵敏度越高，因此狭窄部33b只要设为作为测量对象的粒子能够通过一个但两个以上的粒子无法同时通过的尺寸即可。例如，柳杉、扁柏的花粉的尺寸为约30μm～40μm，人的细胞的平均尺寸为约20μm，霉菌为约2μm～10μm，细菌为约1μm～5μm，病毒为约20nm～300nm。虽然不是限定，但狭窄部33b的宽度w的上限例如设为80μm以下、60μm以下、40μm以下、20μm以下、10μm以下、1000nm以下、800nm以下、600nm以下、400nm以下、200nm以下、150nm以下、100nm以下即可。另一方面，关于狭窄部33b的宽度w的下限，从离子电流的测量的观点出发，下限值没有特别限制，但从高精度地制作多个狭窄部33b的观点出发，狭窄部33b的宽度w设为10nm以上、15nm以上、20nm以上、25nm以上、30nm以上即可。
89.狭窄部33b的长度l可以比测量对象粒子短或长，但越短灵敏度越高。以得到所期望的灵敏度的方式适当设定即可。虽然不是限制，但当狭窄部33b的宽度w定义为1时，狭窄部33b的长度l例如设为20以下、18以下、16以下、14以下、12以下、10以下、8以下、6以下、5以下、4以下、3以下、2以下、1以下、0.8以下，0.6以下，0.4以下、0.2、0.1以下即可。另一方面，从测量离子电流的观点来看，下限值虽然没有特别限制，但是从精确地制造多个狭窄部33b的观点来看，狭窄部33b的长度l的绝对值可以为10nm以上、15nm以上、20nm以上、25nm以上、30nm以上。
90.狭窄部33b的深度h2(参照图1b)只要是测量对象粒子能够通过一个但两个以上的粒子不能同时通过的尺寸就没有特别限制。狭窄部33b的深度h2可以是与宽度w的可能范围相同的范围，但不限于此。另外，狭窄部33b的深度h2可以与宽度w相同，也可以不同。
91.第一实施方式的器件1a的特征在于，三个以上的狭窄部33b形成在狭窄流路33中，并且三个以上的狭窄部33b形成为在从样品液投放流路31到样品回收流路32的方向上大致呈直线状。虽然细节后述，但当粒子通过器件1a的狭窄流路33时，粒子在相邻的狭窄部33b与狭窄部33b之间移动的移动时间越朝向样品收集流路32侧越稳定。使用该稳定的移动时间，例如能够运算zeta电位。因此，狭窄部33b至少为3以上(n＝3以上的整数)即可，换句话说，测量粒子的移动时间的场所为两个以上即可。狭窄部33b的数量也可以为4个以上、5个以上。
92.另一方面，狭窄部33b的数量的上限在能够计算粒子的稳定的移动时间(速度)的观点上没有特别的上限，但越增加狭窄部33b的数量，器件1a越大型化，并且成本也增加。因此，从器件1a的尺寸和成本的观点而不是技术观点来看，可以设置狭窄部33b的上限，例如可以设为30个以下(n＝30以下的整数)、25个以下、20个以下、15个以下、10个以下、9个以下、8个以下、7个以下、6个以下、5个以下、4个以下。
93.本技术中公开的器件1a能够用于zeta电位运算用的粒子移动时间的测量。在该情况下，即使狭窄部33b的宽度w根据粒子通过狭窄部33b时的波形而不同，也能够基于测量中使用的器件1a的狭窄部33b的宽度w以及测量出的移动时间来计算粒子的移动速度。因此，三个以上的狭窄部33b的尺寸(即，宽度w)不必在所有狭窄部33b中相同，而是可以不同。类似地，狭窄部33的长度l也可以相同或不同。另一方面，通过使用本技术中公开的器件1a，当一个粒子通过三个以上的狭窄部33b时，可以一次测量三个以上的离子电流的变化。在样品液中包含的粒子的数量少的情况下，在一次测量中比较多个相同条件下的测量数据，这在分析测量结果方面是有用的。因此，三个以上的狭窄部33b的尺寸(w、l、h)可以全部相同，但不限于此。
94.为了使粒子移动时的轨道稳定，优选以粒子能够呈直线状流动的方式设计流路。在本说明书中，“三个以上的狭窄部33b形成为在从样品液投放流路31到样品回收流路32的方向上大致呈直线状”是指，连接狭窄部33b的宽度(w1，w2，
……
wn)的中点的线呈大致直线形状，如图1d所示。
95.在图1d所示的示例中，当将狭窄部33b的宽度w定义为1时，相邻的狭窄部33b与狭窄部33b之间的间隔m(在下文中，可以简称为“间隔m”)优选设为0.5～3。如果间隔m过短，则相邻的两个狭窄部33b就好像一个狭窄部，难以进行测量的离子电流的波形的分析。因此，当将狭窄部33b的宽度w定义为1时，相邻的狭窄部33b与狭窄部33b之间的间隔m(凸部33a与凸部33a之间的间隔)，例如，0.5以上、0.6以上、0.7以上、0.8以上、0.9以上、1以上即可，但不限于此。
96.另一方面，若间隔m过大，则填充于由凸部33a和凸部33a形成的槽部33c的液体的量变多。液体发生布朗运动。因此，间隔m越大，通过狭窄部33b与狭窄部33b之间的粒子越容易受到布朗运动的影响。其结果是，粒子移动的轨道变得不稳定，对测量的粒子的移动时间(移动规定的间隔时的粒子的移动速度)的稳定性造成影响。因此，当将狭窄部33b的宽度w定义为1时，间隔m(凸部33a与凸部33a之间的间隔)例如可设为3以下、2.8以下、2.6以下、2.4以下、2.2以下、2.0以下、1.8以下、1.6以下、1.4以下、1.2以下、1.0以下等即可，但不限于此。
97.此外，在槽部33c的长度d(凸部33a距流路壁部34的长度)为0的情况下，不形成狭窄部33b。另一方面，如果槽部33c过长，则器件1a变大。因此，考虑通过狭窄部33b的粒子的离子电流的测量灵敏度等来适当调整槽部33c的长度d即可。
98.间隔m可以全部相同，也可以不同。根据粒子通过狭窄部33b时的波形，能够确认粒子通过了狭窄部33b的哪个部分。因此，在间隔m不同的情况下，基于间隔m的长度计算粒子的移动速度即可。但是，狭窄部33b的间隔m相同时，运算工序的便利性提高，因此从效率上的观点而不是技术上的观点出发，间隔m也可以全部相同。
99.在图1b和图1c所示的示例中，器件1a的样品液投放流路31的深度h1比狭窄流路33的深度h2深。此外，尽管未示出，但是样品收集流路32的深度也可以比狭窄流路33的深度h2深。当测量粒子通过狭窄部33b时的离子电流的变化时，为了提高测量灵敏度，优选减小流路3的电阻。充满液体的流路的电阻值成为液体的电阻率与流路的长度之积除以流路的截面积而得到的值。如上所述，狭窄部33b越小，测量灵敏度越高。因此，随着样品液投放流路31和样品回收流路32比狭窄流路33越深，越能够减小电阻并提高测量灵敏度。此外，通过在
狭窄流路33和样品液投放流路31之间形成台阶，当以将狭窄流路33夹在中间的方式施加电场时，粒子容易流入狭窄流路33。
100.另外，图1b和图1c所示的例子仅表示优选的实施方式，对于本技术中公开的器件1a来说不是必须的特征。样品液投放流路31和样品回收流路32的深度可以与狭窄流路33的深度相同，或者样品液投放流路31和样品回收流路32中的任一个的深度可以比狭窄流路33的深度深。
101.(器件的第二实施方式)
102.参照图2，对第二实施方式的器件1b进行说明。图2是器件1b的俯视图。除了狭窄部33b由一个凸部33a和流路壁部34形成之外，第二实施方式的器件1b与第一实施方式的器件1a相同。因此，在第二实施方式中，将主要描述狭窄部33b的差异，并且将省略对在第一实施方式中已经描述的事项的重复描述。因此，即使在第二实施方式中没有明确地说明，当然也能够采用在第一实施方式中已说明的事项。
103.图2所示的器件1b与第一实施方式的器件1a的不同之处在于，一个狭窄部33b由一个凸部34和流路壁部34形成，除此之外，与第一实施方式的器件1a相同。第二实施方式的器件1b起到与第一实施方式的器件1a同样的效果。
104.(器件1的变形例)
105.本技术所公开的器件1并不限定于上述实施方式1以及2，显然能够在本技术所公开的技术思想的范围内适当地变形或者变更。另外，在各实施方式中也能够省略任意的构成要素。
106.例如，可以对制造的器件1进行亲水化处理，以使样品液容易流动。作为亲水化处理方法，可举出等离子体处理、表面活性剂处理、pvp(聚乙烯吡咯烷酮)处理、光催化剂处理、sio2膜的覆盖等，例如，通过对器件1的形成有流路3的面进行10秒～30秒的等离子体处理，能够向表面导入羟基。此外，具有至少覆盖狭窄流路33的尺寸的盖部件可以贴合到器件1。或者，器件1也可以贴合有与形成有投放和回收样品液的孔的基板2大致相同形状的盖部件。另外，也可以在器件1的样品液投放流路31和样品回收流路32形成用于施加电压的电极。另外，如后述的实施例中制造的器件的照片所示，也可以通过分隔件划分样品液投放流路31和样品回收流路32。
107.(离子电流测量装置的实施方式)
108.参照图3，对离子电流测量装置的实施方式进行说明。图3是表示离子电流测量装置100的实施方式的概要的示意图。除了器件1之外，离子电流测量装置100还包括测量部7，测量部7测量当样品液体中包含的粒子通过器件1的狭窄流路33时的离子电流的变化。
109.在图3所示的例子中，在样品液投放流路31内的与样品液接触的部位形成有第一电极52，在样品回收流路32内的与样品液接触的部位形成有第二电极62。第一电极52和第二电极62可以是器件1的结构，也可以是离子电流测量装置100的结构。
110.另外，离子电流测量装置100也可以任意附加地包括：分析由测量部7测量出的离子电流的分析部8；用于显示测量出的离子电流值和/或分析部8分析出的结果的显示部9；预先存储有用于使分析部8、显示部9发挥功能的程序的程序存储器10；以及用于读出并执行程序存储器10中存储的该程序的控制部11。程序可以预先存储在程序存储器10中，也可以记录在记录介质中，使用安装部存储到程序存储器10中。
111.第一电极52以及第二电极62能够由铝、铜、铂、金、银、钛等公知的导电性金属形成。第一电极52和第二电极62可以形成在基板2上，也可以经由与器件1分体且根据需要设置的盖部件的孔插入。
112.第一电极52经由引线53与电源54、地线55连接。第二电极62经由引线63与测量部7、地线64连接。此外，在图3所示的例子中，电源54与第一电极52侧连接，测量部7与第二电极62侧连接，但电源54和测量部7也可以设置在相同的电极侧。
113.电源54只要能够向第一电极52及第二电极62通入直流电流即可，没有特别限制。测量部7只要是在对第一电极52和第二电极62通电时能够随着时间的经过而测量所产生的离子电流的测量部即可，没有特别限制。测量部7例如是电流计。此外，虽然在图3中未图示，但也可以根据需要设置噪声去除电路、电压稳定电路等。
114.在粒子位于狭窄部33b时，流过狭窄部33b的离子电流被粒子截断，由测量部7测量的离子电流值减少。该离子电流的减少量与狭窄部33b内的粒子的体积成比例。
115.分析部8对由测量部7测量出的离子电流的值进行分析。如上所述，离子电流的值根据粒子的尺寸而变化。因此，基于测量的离子电流的值由分析部8进行数据分析，由此能够识别粒子。
116.显示部9只要能够显示测量出的离子电流值(表示变化的图表)、由分析部8分析出的结果即可，使用液晶显示器、等离子体显示器、有机el显示器等公知的显示装置即可。
117.(zeta电位测量装置的实施方式)
118.参照图3、图4a和图4b，说明zeta电位测量装置100a的实施方式和zeta电位测量方法。图4a和图4b是用于说明计算zeta电位的运算部(运算工序)的示意图。zeta电位测量装置100a包括离子电流测量装置100和根据由离子电流测量装置100测量的离子电流值计算粒子的zeta电位的运算部8a。在图3所示的例子中，示出了在离子电流测量装置100中将作为任意附加的结构的分析部8作为必须的结构，也用作计算zeta电位的运算部8a的例子。取而代之，虽然省略图示，但在zeta电位测量装置100a中，分析部8也可以具备计算zeta电位的运算部8a作为任意附加的结构。
119.如图4a所示，对配置于样品液投放流路31的第一电极52和配置于样品回收流路32的第二电极62施加电压。于是，带电的粒子s1从样品液投放流路31向样品回收流路32移动。图4a示出了粒子s1沿着狭窄流路33的中心线cl从样品液投放流路31进入狭窄流路33的示例。在这种情况下，由于粒子s1在中心线cl上直线前进，因此在狭窄部33b与狭窄部33b之间(在图4a所示的示例中，连接相邻狭窄部33b的中间点的距离：m1、m2、m3
……
mn-1)行进的时间在m1、m2、m3
……
mn-1中相同。
120.另一方面，如后述的实施例所示，本发明人等对使用以m1、m2、m3
……
mn-1的距离相同的方式制造的器件1测量的离子电流进行了分析。然而，作为分析测量的离子电流值的结果，新发现了狭窄流路33的入口侧(例如，m1和m2)的粒子的移动时间长(移动速度慢)。
121.作为其原因，可想到以下的理由。
122.(1)如图4b所示，样品液投放流路31形成为大于狭窄流路33。
123.(2)因此，分散在样品液投放流路31中的粒子s2从与狭窄流路33的中心线cl不同的方向进入狭窄流路33的情况更多。
124.(3)在这种情况下，由于粒子s2的动能在进入狭窄流路33之后，粒子s2也脱离中心
线cl而前进。因此，粒子s2倾斜地横穿第一狭窄部33bno.1而前进，因此在狭窄部33bno.1内移动的距离比沿着中心线cl前进的情况长。另外，在狭窄部33bno.1和no.2之间移动的距离也比中心线cl长。
125.(4)另一方面，由于第一电极52和第二电极62通电，因此在狭窄流路33中产生使粒子s2沿着中心线cl移动的推进力。
126.(5)因此，随着粒子s2在狭窄流路33中前进，当粒子s2进入狭窄流路33时从中心线cl的偏移由于推进力而收敛。其结果是，进入狭窄流路33的粒子s2在规定的收敛时段之后沿着中心线cl前进。
127.基于上述新发现，运算部8a通过使用测量的离子电流值中的粒子s2在相邻的狭窄部33b与狭窄部33b之间通过的时间或速度来计算zeta电位。
128.更具体地，运算部8a根据所测量的离子电流值的波形来计算粒子在狭窄部33b与狭窄部33b之间(m1、m2、m3
……
mn-1)移动的时间或速度(在以下描述中，有时将粒子s2移动“m1”的时间或速度描述为“tm1”等。另外，在粒子移动的“时间”和“速度”均可的情况下，有时也记载为“时间等”。)。另外，在离子电流测量装置100具备分析部8的情况下，粒子s2移动的时间等也可以不是运算部8a的处理，而是分析部8的处理。
129.接着，运算部8a根据计算出的粒子s2的移动时间等，计算用于计算zeta电位的运算用时间等。以下，记载运算用时间等的计算例。
130.(1)使用tm1、tm2、tm3
……
tmn-1的全部通过指数函数进行拟合，计算所得到的拟合曲线的截距作为运算用时间等。
131.(2)至少除去粒子的移动时间等不稳定的tm1，使用tm2、tm3
……
tmn-1，与上述(1)同样地计算截距作为运算用时间等。
132.(3)至少除去粒子的移动时间等不稳定的tm1，算出从tm2、tm3
……
tmn-1中选择的任意的移动时间等的平均值作为运算用时间等。
133.(4)将粒子的移动时间等稳定的tmn-1的移动时间等作为运算用时间等。
134.此外，上述(1)～(4)所记载的运算用时间等的计算方法仅是例示，只要能够计算可靠性高的粒子s2的移动时间(速度)，也可以是其他方法。此外，在不使用tm1来计算运算用时间等的情况下，可以延长样品液投放流路侧的第一个狭窄部33b的l1。通过延长未用于计算运算用时间等的第一个狭窄部33b，在狭窄流路33中移动的粒子容易沿着中心线cl。
135.如非专利文献1所记载，粒子s2的移动时间等与粒子的电荷成比例，因此粒子s2的移动时间等与zeta电位存在相关关系。因此，能够对于zeta电位已知的粒子(参照粒子)，也与粒子s2同样地计算移动时间等，根据粒子s2和参照粒子的移动时间等之比来计算粒子s2的zeta电位。
136.虽然省略了图示，但zeta电位测量装置100a还可以包括存储参照粒子的zeta电位和参照粒子通过相邻的狭窄部与狭窄部之间的移动时间等的存储部。在zeta电位测量装置100a还包括存储部的情况下，省略参照粒子的移动时间等的测量，运算部8a能够基于存储于存储部的参照粒子的zeta电位和移动时间等，计算粒子s2的zeta电位，因此粒子s2的zeta电位测量的便利性提高。
137.(离子电流测量方法和zeta电位测量法的实施方式)
138.接着，参照图5，对使用离子电流测量装置100的离子电流测量方法和使用zeta电
位测量装置100a的zeta电位测量方法进行说明。图5是离子电流测量方法和zeta电位测量方法的流程图。离子电流测量方法的实施方式包括粒子移动工序(st1)和离子电流测量工序(st2)。zeta电位测量方法的实施方式除了粒子移动工序(st1)和离子电流测量工序(st2)以外，还包括zeta电位运算工序(st3)。
139.粒子移动工序(st1)通过向样品液投放流路31投放样品液，向样品回收流路32投放电解液，向第一电极52及第二电极62施加电压来实施。电解液只要能够使第一电极52和第二电极62通电就没有特别限制，可以使用te缓冲液、pbs缓冲液、hepes缓冲液、kcl水溶液等。在这种情况下，样品液投放流路31和样品收集流路32通过毛细管作用经由狭窄流路33彼此液体连接。由于粒子具有表面电荷，所以当向第一电极52和第二电极62施加电压时，粒子从样品液投放流路31进入狭窄流路33，并且一边通过狭窄部33b一边到达样品回收流路32。
140.在离子电流测量工序(st2)中，利用测量部7随着时间的经过测量通过向第一电极52和第二电极62通电而产生的离子电流的值。
141.运算工序中，根据离子电流测量工序(st2)中得到的离子电流值，通过上述(zeta电位测量装置的实施方式)中记载的方法算出粒子的zeta电位。需要说明的是，根据需要，也可以在zeta电位运算工序(st3)之前，对参照粒子实施粒子移动工序(st1)和离子电流测量工序(st2)。
142.以下举出实施例，对本发明进行具体说明，但该实施例仅是为了本发明的说明，为了参考其具体方式而提供的。这些例示用于说明本发明的特定的具体方式，但并不表示限定或限制本技术中公开的发明的范围。
143.实施例
144.＜实施例1＞
145.(器件的制造)
146.(流路形成基板)
147.通过解理将厚度400μm的si晶片切成25mm见方的小片。接着，通过高频磁控溅射蒸镀cr薄膜。然后，通过使用了zep 520a正型抗蚀剂的标准电子束光刻，在小片的上表面描绘流路的图案，通过湿式蚀刻除去露出的cr层。对其结果露出的si表面通过深挖反应性离子蚀刻进行挖掘，由此制作微小流路。最后，通过化学蒸镀法将流路整面用厚度50nm的sio2膜覆盖。
148.图6是制作的器件(流路形成基板)的照片。参照图1a～图1d的符号说明制作的器件的概要。在狭窄流路33中形成有8个狭窄部33b，狭窄部33b的宽度(w1～w8)为550nm，长度(l1～l8)为600nm，深度h2为500nm。另外，狭窄部33b与狭窄部33b的间隔(m1～m7)为600nm。槽部33c的长度d为600nm。另外，样品液投放流路31和样品回收流路32的深度h1为500nm。
149.(盖部件及粘接)
150.利用聚二甲基硅氧烷(pdms)制作盖部件。需要说明的是，为了将包含粒子的磷酸缓冲液(样品液)注入样品液投放流路31，在pdms块中预先制作毫米级的槽(通过光刻在si晶片上准备由su-8形成的凸图案，将其用作铸模，使pdms升温至80℃并固化，由此制作)。然后，用刀切出pdms块。然后，通过氧等离子体处理来使pdms的粘接面与流路形成基板活化，使彼此的面迅速附着，由此进行粘接。需要说明的是，粘接是在光学显微镜下一边进行pdms
的槽与si基板上的流路图案的对位一边实施的。pdms块上有8个开孔，其中有两个开孔用于放置ag/agcl电极用于离子电流测量，其余6个开孔作为用于将待测粒子的分散液注入微流路的注入口。
151.＜实施例2＞
152.[离子电流测量装置的制造]
[0153]
使用一对ag/agcl电极作为第一电极52和第二电极62。作为电源54，使用电池驱动的偏压电源(致动器)，经由引线与第一电极52连接。在测量部7中，使用电流放大器和具有1mhz的高时间分辨率的数字化仪(ni 5922，national instruments)进行数据的获取，获取的数据储存至sdd(ni 8260，national instruments co.)中。
[0154]
＜实施例3＞
[0155]
[离子电流测量方法]
[0156]
(1)样品液的制备
[0157]
使用直径460μm的氨基修饰聚苯乙烯粒子(polysciences公司制#07763)作为测量对象粒子，使用直径489μm的羧基修饰聚苯乙烯粒子(polysciences公司制#09836)作为参照粒子。以成为3.6
×
10
11
个/ml的浓度的方式将粒子悬浮于pbs缓冲液(nacl 137mm)中，由此制备样品液。
[0158]
(2)离子电流的测量
[0159]
在样品液投放流路中投放上述(1)中制备的样品液，在样品回收流路中投放pbs缓冲液。向一方的电极施加直流电压1v，通过电流放大器放大流向另一方的电极的电流，以1mhz的采样速率经由高速数字转换器(ni 5922，national instruments inc.)记录在hdd中。图7a的(a)表示测量的离子电流的波形。如图7a的(a)所示，能够测量粒子通过8个狭窄部33b时的离子电流的变化。
[0160]
＜实施例4＞
[0161]
[zeta电位测量装置的制造及zeta电位测量方法]
[0162]
通过在离子电流测量装置中加入进行以下(1)～(5)中所述运算的运算部，制造zeta电位测量装置，进行zeta电位的计算。
[0163]
(1)对图7a的(a)的离子电流的测量波形实施fft(快速傅里叶变换)处理，进行噪声去除。图7a的(b)表示fft处理后的波形。通常，当粒子通过狭窄部33b的中心部分时，离子电流的测量值表示最小值(例如，图7a的(a)中的“33bno.1”和“33bno.8”的箭头)。因此，也能够根据测量出的离子电流的波形直接进行以下的(2)所示的处理，因此fft处理是任意附加的处理(工序)，不是运算部的必须的处理(工序)。
[0164]
(2)基于离子电流的波形，算出粒子的移动时间。图7a的(b)示出了计算粒子在相邻狭窄部33b的中心和狭窄部33b的中心前进的时间(t
pp
)的示例。如(1)中所述，测得的离子电流值的向下的峰值是粒子通过狭窄部33b的中心的时间。因此，相邻的向下的峰值间的时间t
pp
相当于粒子在相邻的狭窄部33b中心和狭窄部33b中心前进的时间。此外，在相邻的狭窄部33b中心与狭窄部33b中心的距离全部相同的情况下，单纯地将t
pp
用于zeta电位的运算即可。在相邻的狭窄部33b中心与狭窄部33b中心的距离不同的情况下，基于t
pp
和距离，计算粒子在相邻的狭窄部33b中心和狭窄部33b中心移动的速度即可。另外，粒子的移动时间也可以用粒子通过狭窄部33b(图1d的l)的时间td代替t
pp
来计算。如图7a的(b)所示，将离子电
流值的下方向的变化量的中间值与从下方向的峰值到上方向的变化量的中间值连结的时间成为通过狭窄部33b的粒子的移动时间td。在狭窄部33b的长度l不同的情况下，根据长度l和移动时间计算粒子在狭窄部33b移动的速度即可。
[0165]
(3)图7b的(c)是表示使用程序通过指数函数对t
pp-m函数进行拟合的结果的图表。由此，算出对作为测量对象粒子的氨基修饰聚苯乙烯粒子(amino-modified ps)和作为参照粒子的羧基修饰聚苯乙烯粒子(carboxylated ps)得到的拟合曲线的截距t
carbo
和t
amino
。如图7b的(c)所示，粒子在最靠样品液投放流路侧的狭窄部33b中心和与其相邻的狭窄部33b中心前进的时间(图7b的(c)的m＝1)与样品回收流路侧相比，粒子的移动时间长。然而，确认到：随着粒子向样品回收流路侧移动，粒子的移动时间变得更稳定。另外，关于图7b的(c)的carboxylated ps的m＝6的值，虽然原因不明，但认为是某种异常值。然而，在利用拟合曲线求出截距的情况下，即使假设存在一个异常值，也不会对测量精度产生大幅影响。可以说是形成多个狭窄部33b的效果。
[0166]
(4)使用市场销售的zeta测量仪，测量参照粒子的zeta电位。
[0167]
(5)使用图7b的(d)所示的比例式，算出测量对象粒子各自的zeta电位。结果示于图7c的(e)中。图7c的(e)的
●
表示计算出的各个测量对象粒子的zeta电位，记载为“zeta sizer-33.5mv”的线表示使用市场销售的zeta测量仪对测量对象粒子(amino-modified ps)进行了测量的平均值。确认到：通过图7b的(d)所示的比例式算出的测量对象粒子的zeta电位以与市场销售的数据测量仪的测量值大致接近的值分布。
[0168]
另外，图7c的(f)是表示上述(2)所记载的td的值的图表。另外，在图7c的(f)中，省略了通过最靠样品回收流路侧的狭窄部33b的时间td值的记载。由图可知，确认到：随着粒子向样品回收流路侧移动，粒子的移动时间变得更稳定。因此，即使使用td代替t
pp
，也能够计算粒子的zeta电位。
[0169]
从以上结果可以确认，粒子刚从样品液投放流路进入狭窄流路后的粒子的移动轨道不稳定，其结果是，粒子移动规定距离时的时间等也不稳定。非专利文献2中记载的方法基于粒子通过单一的纳米孔时的离子电流的变化来算出zeta电位。因此，即使是相同种类的粒子，粒子的移动时间等也会根据进入纳米孔时的粒子的角度而变化(与图4a和图4b的粒子进入狭窄部33bno.1时相同的理由)，zeta电位的运算结果产生偏差。另一方面，在本技术中，使用在粒子通过的狭窄流路中形成有至少三个以上狭窄部的器件来测量离子电流值，通过计算拟合曲线或者使用粒子的移动时间等稳定的部分的数据，能够高精度地计算zeta电位。
[0170]
工业实用性
[0171]
若使用本技术中公开的器件，则能够高精度地计算单一粒子在流路中移动的时间等，因此能够基于移动时间等计算出zeta电位。因此，对于分析仪器产业中的分析装置的开发是有用的。
[0172]
附图标记说明：
[0173]
1、1a、1b
…
装置
[0174]2…
基板
[0175]3…
流路
[0176]
31
…
样品液投放流路
[0177]
32
…
样品回收流路
[0178]
33
…
狭窄流路
[0179]
33a
…
凸部
[0180]
33b
…
狭窄部
[0181]
33c
…
槽部
[0182]
34
…
流路壁部
[0183]7…
测量部
[0184]8…
分析部
[0185]
8a
…
运算部
[0186]9…
显示部
[0187]
10
…
程序存储器
[0188]
11
…
控制部
[0189]
52
…
第一电极
[0190]
53
…
引线
[0191]
54
…
电源
[0192]
55
…
地线
[0193]
62
…
第二电极
[0194]
63
…
引线
[0195]
64
…
地线
[0196]
100
…
离子电流测量装置
[0197]
100a
…
zeta电位测量装置
[0198]
cl
…
狭窄流路的中心线
[0199]d…
槽部的长度
[0200]
h1
…
样品液投放流路的深度
[0201]
h2
…
狭窄部的深度
[0202]
l
…
狭窄部的长度
[0203]m…
狭窄部与狭窄部的间隔
[0204]m…
连接相邻的狭窄部的中间点的距离
[0205]
s1、s2
…
粒子
[0206]w…
狭窄部的宽度