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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024142072
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】センサデバイス
(51)【国際特許分類】
G01N 27/00 20060101AFI20241003BHJP
C12M 1/34 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
G01N27/00 Z
C12M1/34 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023054054
(22)【出願日】2023-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】597096161
【氏名又は名称】株式会社朝日ラバー
(71)【出願人】
【識別番号】518437671
【氏名又は名称】アイポア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】高野 努
(72)【発明者】
【氏名】武居 弘泰
(72)【発明者】
【氏名】直野 典彦
【テーマコード（参考）】
2G060
4B029
【Ｆターム（参考）】
2G060AA15
2G060AA19
2G060AD06
2G060AF20
2G060AG03
2G060AG11
2G060FA10
2G060FA17
2G060JA07
2G060KA09
4B029AA07
4B029BB01
4B029FA15
(57)【要約】 （修正有）
【課題】細孔の両側の流路の圧力差を制御することで、電気的検知帯法における安定的な計測を可能とするセンサデバイスを提供する。
【解決手段】センサデバイスであって、細孔を有する隔壁と、前記隔壁の上方に位置する上チャンバ及び前記隔壁の下方に位置する下チャンバであって、前記隔壁の細孔を通じて疎通する上チャンバ及び下チャンバと、前記上チャンバ及び下チャンバの各々に設けられた合計少なくとも２つの電極と、上方より前記上チャンバに液を導入するための上チャンバ注入口と、上方より前記下チャンバに液を導入するための下チャンバ注入口と、前記下チャンバの長辺方向において、前記細孔に対して前記下チャンバ注入口から反対側に設けられた、前記下チャンバから上方に空気を排出するための下チャンバ排気口とを含む。
【選択図】図４
【解決手段】センサデバイスであって、細孔を有する隔壁と、前記隔壁の上方に位置する上チャンバ及び前記隔壁の下方に位置する下チャンバであって、前記隔壁の細孔を通じて疎通する上チャンバ及び下チャンバと、前記上チャンバ及び下チャンバの各々に設けられた合計少なくとも２つの電極と、上方より前記上チャンバに液を導入するための上チャンバ注入口と、上方より前記下チャンバに液を導入するための下チャンバ注入口と、前記下チャンバの長辺方向において、前記細孔に対して前記下チャンバ注入口から反対側に設けられた、前記下チャンバから上方に空気を排出するための下チャンバ排気口とを含む。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
センサデバイスであって、
細孔を有する隔壁と、
前記隔壁の上方に位置する上チャンバ及び前記隔壁の下方に位置する下チャンバであって、前記隔壁の細孔を通じて疎通する上チャンバ及び下チャンバと、
前記上チャンバ及び下チャンバの各々に設けられた合計少なくとも２つの電極と、
上方より前記上チャンバに液を導入するための上チャンバ注入口と、
上方より前記下チャンバに液を導入するための下チャンバ注入口と、
前記下チャンバの長辺方向において、前記細孔に対して前記下チャンバ注入口から反対側に設けられた、前記下チャンバから上方に空気を排出するための下チャンバ排気口と
を含み、
計測対象粒子を含む可能性のある検体と第１の電解液とを混合した被検試料液を前記上チャンバ注入口から前記上チャンバに注入すると、前記被検試料液と空気の界面からなる第１の液面を形成し、
第２の電解液を、前記下チャンバ注入口から前記下チャンバに注入すると、前記下チャンバ注入口の下方に前記第２の電解液と空気の界面からなる第２の液面を形成し、
前記第２の電解液は前記下チャンバを充填して前記細孔付近で前記被検試料液と接触し、
前記第２の電解液は前記下チャンバをさらに充填し前記下チャンバ排気口に到達すると、
前記下チャンバ排気口から流入した空気によって押し下げられることで前記第２の電解液と空気の界面からなる第３の液面を形成し、
前記第２の液面及び前記第３の液面の両方が、前記第１の液面よりも低い位置となることを特徴とするセンサデバイス。
細孔を有する隔壁と、
前記隔壁の上方に位置する上チャンバ及び前記隔壁の下方に位置する下チャンバであって、前記隔壁の細孔を通じて疎通する上チャンバ及び下チャンバと、
前記上チャンバ及び下チャンバの各々に設けられた合計少なくとも２つの電極と、
上方より前記上チャンバに液を導入するための上チャンバ注入口と、
上方より前記下チャンバに液を導入するための下チャンバ注入口と、
前記下チャンバの長辺方向において、前記細孔に対して前記下チャンバ注入口から反対側に設けられた、前記下チャンバから上方に空気を排出するための下チャンバ排気口と
を含み、
計測対象粒子を含む可能性のある検体と第１の電解液とを混合した被検試料液を前記上チャンバ注入口から前記上チャンバに注入すると、前記被検試料液と空気の界面からなる第１の液面を形成し、
第２の電解液を、前記下チャンバ注入口から前記下チャンバに注入すると、前記下チャンバ注入口の下方に前記第２の電解液と空気の界面からなる第２の液面を形成し、
前記第２の電解液は前記下チャンバを充填して前記細孔付近で前記被検試料液と接触し、
前記第２の電解液は前記下チャンバをさらに充填し前記下チャンバ排気口に到達すると、
前記下チャンバ排気口から流入した空気によって押し下げられることで前記第２の電解液と空気の界面からなる第３の液面を形成し、
前記第２の液面及び前記第３の液面の両方が、前記第１の液面よりも低い位置となることを特徴とするセンサデバイス。
【請求項2】
前記２つの電極に電圧を印加し、前記２つの電極の間に前記細孔を通じてイオン電流が流れている状態で、前記計測対象粒子には、
前記上チャンバ中の前記被検試料液と前記下チャンバ中の前記第２の電解液の圧力の差で生じる前記被検試料液の前記上チャンバから前記細孔を通じた前記下チャンバへの液流によって前記計測対象粒子が受ける第１の力、及び
前記２つの電極の間の電位差で生じる前記細孔付近の電位勾配によって前記計測対象粒子が受ける第２の力
が加えられ、
前記第１の力と前記第２の力の合力が下方向にかかることで、前記計測対象粒子が前記細孔を通過し、それにより、前記イオン電流が減少してパルス状の信号が検出されることを特徴とする、請求項１に記載のセンサデバイス。
前記上チャンバ中の前記被検試料液と前記下チャンバ中の前記第２の電解液の圧力の差で生じる前記被検試料液の前記上チャンバから前記細孔を通じた前記下チャンバへの液流によって前記計測対象粒子が受ける第１の力、及び
前記２つの電極の間の電位差で生じる前記細孔付近の電位勾配によって前記計測対象粒子が受ける第２の力
が加えられ、
前記第１の力と前記第２の力の合力が下方向にかかることで、前記計測対象粒子が前記細孔を通過し、それにより、前記イオン電流が減少してパルス状の信号が検出されることを特徴とする、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項3】
前記センサデバイスはさらに、前記上チャンバ注入口の上部に、柔軟性を有するリザーバ容器と隔離フィルムで密閉された空間に第２の電解液が充填された電解液パックを含み、
前記計測対象粒子を含む可能性のある検体と第１の電解液とを混合した被検試料液を前記上チャンバ注入口から前記上チャンバに注入し、前記リザーバ容器を押しつぶすと、前記隔離フィルムが破壊されることで、前記第１の電解液が前記下チャンバに進入して、前記被検試料液と前記第１の電解液が前記細孔を通じて電気的に導通することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサデバイス。
前記計測対象粒子を含む可能性のある検体と第１の電解液とを混合した被検試料液を前記上チャンバ注入口から前記上チャンバに注入し、前記リザーバ容器を押しつぶすと、前記隔離フィルムが破壊されることで、前記第１の電解液が前記下チャンバに進入して、前記被検試料液と前記第１の電解液が前記細孔を通じて電気的に導通することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサデバイス。
【請求項4】
前記第１の電解液と前記第２の電解液が同じ組成であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサデバイス。
【請求項5】
前記第１の電解液と前記第２の電解液が同じ組成であることを特徴とする請求項３に記載のセンサデバイス。
【請求項6】
センサデバイスの流路構造であって、
前記流路に細孔が接続され、
前記細孔からみて前記流路の長辺方向の一方の位置に、前記流路の上方に接続された電解液注入口が接続され、前記細孔からみて前記流路の長辺方向の他方の位置に、上方に吸気口を有する液切りチャンバが接続され、
前記液切りチャンバには電解液の吸収パッドを内包する吸収チャンバが流体的に連通しており、
前記電解液注入口に電解液を滴下すると、
前記電解液が前記流路内を前記細孔、さらに前記液切りチャンバに向かって順次進行して前記流路が前記電解液で充填された後、
さらに前記電解液が前記液切りチャンバ内を前記吸収チャンバに向かって進行して前記吸収パッドに到達することで、前記流路と前記吸収パッドが前記電解液で繋がると、前記吸収チャンバ内の前記電解液を経由して前記流路内及び前記電解液注入口内の前記電解液を前記吸収パッドが吸収することによって、前記電解液注入口内の前記電解液の注入口液面が低下し、
前記注入口液面が前記液切りチャンバ上面より低い位置となると、
前記吸気口から空気が前記液切りチャンバに導入され、前記液切りチャンバ内に導入された空気によって前記液切りチャンバ内の前記電解液が前記流路の側と前記吸収チャンバの側に分断されることを特徴とする、センサデバイスの流路構造。
前記流路に細孔が接続され、
前記細孔からみて前記流路の長辺方向の一方の位置に、前記流路の上方に接続された電解液注入口が接続され、前記細孔からみて前記流路の長辺方向の他方の位置に、上方に吸気口を有する液切りチャンバが接続され、
前記液切りチャンバには電解液の吸収パッドを内包する吸収チャンバが流体的に連通しており、
前記電解液注入口に電解液を滴下すると、
前記電解液が前記流路内を前記細孔、さらに前記液切りチャンバに向かって順次進行して前記流路が前記電解液で充填された後、
さらに前記電解液が前記液切りチャンバ内を前記吸収チャンバに向かって進行して前記吸収パッドに到達することで、前記流路と前記吸収パッドが前記電解液で繋がると、前記吸収チャンバ内の前記電解液を経由して前記流路内及び前記電解液注入口内の前記電解液を前記吸収パッドが吸収することによって、前記電解液注入口内の前記電解液の注入口液面が低下し、
前記注入口液面が前記液切りチャンバ上面より低い位置となると、
前記吸気口から空気が前記液切りチャンバに導入され、前記液切りチャンバ内に導入された空気によって前記液切りチャンバ内の前記電解液が前記流路の側と前記吸収チャンバの側に分断されることを特徴とする、センサデバイスの流路構造。
【請求項7】
センサデバイスのチャンバ構造であって、
前記センサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気口及び排気槽を含み、
前記チャンバ構造は、前記注入口より、前記注入槽を経由して前記流路に電解液を導入可能であり、
前記流路の内面と、前記排気槽の内面が接する閉曲面上のすべての流路排気槽接触点において、前記流路の内面と前記排気槽の内面のなす最小値である流路端開放角が２３０°以上であることを特徴とする、センサデバイスのチャンバ構造。
前記センサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気口及び排気槽を含み、
前記チャンバ構造は、前記注入口より、前記注入槽を経由して前記流路に電解液を導入可能であり、
前記流路の内面と、前記排気槽の内面が接する閉曲面上のすべての流路排気槽接触点において、前記流路の内面と前記排気槽の内面のなす最小値である流路端開放角が２３０°以上であることを特徴とする、センサデバイスのチャンバ構造。
【請求項8】
センサデバイスのチャンバ構造であって、
前記センサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気口及び排気槽を含み、
前記チャンバ構造は、前記注入口より、前記注入槽を経由して前記流路に電解液を導入可能であり、
前記流路の内面と、前記排気槽の内面が接する閉曲面上のすべての流路排気槽接触点において、前記流路の内面と前記排気槽の内面のなす最小値である流路端開放角と、前記電解液との接触角との和が２８５°以上であることを特徴とする、センサデバイスのチャンバ構造。
前記センサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気口及び排気槽を含み、
前記チャンバ構造は、前記注入口より、前記注入槽を経由して前記流路に電解液を導入可能であり、
前記流路の内面と、前記排気槽の内面が接する閉曲面上のすべての流路排気槽接触点において、前記流路の内面と前記排気槽の内面のなす最小値である流路端開放角と、前記電解液との接触角との和が２８５°以上であることを特徴とする、センサデバイスのチャンバ構造。
【請求項9】
前記チャンバ構造はさらに、
前記流路はその長辺が水平方向になるよう設置され、
前記排気槽と前記流路の境界をなす境界面が前記長辺に対して垂直となることを特徴とする、請求項７又は８に記載のセンサデバイスのチャンバ構造。
前記流路はその長辺が水平方向になるよう設置され、
前記排気槽と前記流路の境界をなす境界面が前記長辺に対して垂直となることを特徴とする、請求項７又は８に記載のセンサデバイスのチャンバ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気的検知帯法に基づくセンサデバイス（以下、単に「センサデバイス」と呼ぶ場合がある）に関する。
【背景技術】
【0002】
電解液中の計測対象粒子が細孔を通過する際の、電気抵抗の過渡変化をパルス信号として検出する電気的検知帯法は、ウイルスや細菌等といった微生物（非特許文献１）、あるいはエクソソーム等の細胞外粒子（特許文献１）といった生体粒子の検出や同定への利用が提案されてきた。電気的検知帯法の生体粒子の検出や同定への応用のために、半導体Ｓｉによる固体ポアを用いたセンサデバイス（特許文献２）による計測と、計測の結果得られたパルス波形のＡＩ解析（特許文献３）の組み合わせが提案されている。このような技術を用いれば、簡便かつ迅速に、微生物やエクソソームの同定が可能となる。
【0003】
実用的な微生物の検出や同定においては、例えば血液、唾液、膿瘍などの臨床検体を電解液で希釈した試料を計測する必要がある。これら臨床検体は多くの夾雑粒子を含むため、これら夾雑粒子が計測対象粒子の細孔通過を阻害する場合がある。また、これが理由で安定的に粒子通過信号を得ることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６７６２４９４号公報
【特許文献2】特許第５８６６６５２号公報
【特許文献3】特許第６６２１０３９号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Arima et al, Selective detections of single-viruses using solid-state nanopores, Sci Rep 8 16305(2018)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
電気的検知帯法において、電解液中に臨床検体を懸濁した計測対象試料に含まれる計測対象の粒子が細孔を通過するための駆動力は２つある。第１の駆動力はポア付近の電位勾配によって生じるクーロン力である。例えば電解液中で負に帯電した粒子はセンサデバイスの細孔の負極側より正極側に移動する。これによる粒子駆動は電気泳動と呼ばれる。第２の駆動力は細孔の両側による圧力差である。例えば細孔に接し、計測対象試料を導入した側の流路をマイクロポンプ等で加圧することで、それとは反対側に向かって微小な液流が生じ、その液流に乗って計測対象粒子が細孔を通過する。
【0007】
特許文献２に示したようなセンサデバイスにおいては、上記第１のクーロン力の制御は流路に接する電極間に印加する電圧を制御するのみで、容易かつ低コストで制御できる。一方第２の細孔両側の圧力差については、マイクロポンプ等で計測対象試料を加圧する場合は、これを厳密かつ時間的変化がないよう制御する必要があり、計測装置のコストアップに繋がる。特許文献２に示したようなセンサデバイスにおいては、例えば非特許文献１のように加圧に依らず、電気泳動のみによる粒子通過を計測する方法が採用されていた。
【0008】
しかし、計測対象試料側の流路をポンプ等で加圧しなくとも、センサデバイスの構造や計測条件のばらつきにより、細孔の両側の流路に圧力差を生じることがある。この圧力差は工学的に制御することが困難であり、これが計測不安定性の原因となっていた。
【0009】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、細孔の両側の流路の圧力差を制御することで、電気的検知帯法における安定的な計測を可能とするセンサデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らが鋭意検討した結果、上流路の電解液等の液面及び下流路の電解液等の液面を制御することにより、粒子の細孔通過の際のパルス信号のばらつきを減らすことができ、計測安定性を向上できることを見出した。本発明は上記知見に基づき完成されたものであり、以下に例示される。
【0011】
［１］
センサデバイスであって、
細孔を有する隔壁と、
前記隔壁の上方に位置する上チャンバ及び前記隔壁の下方に位置する下チャンバであって、前記隔壁の細孔を通じて疎通する上チャンバ及び下チャンバと、
前記上チャンバ及び下チャンバの各々に設けられた合計少なくとも２つの電極と、
上方より前記上チャンバに液を導入するための上チャンバ注入口と、
上方より前記下チャンバに液を導入するための下チャンバ注入口と、
前記下チャンバの長辺方向において、前記細孔に対して前記下チャンバ注入口から反対側に設けられた、前記下チャンバから上方に空気を排出するための下チャンバ排気口と
を含み、
計測対象粒子を含む可能性のある検体と第１の電解液とを混合した被検試料液を前記上チャンバ注入口から前記上チャンバに注入すると、前記被検試料液と空気の界面からなる第１の液面を形成し、
第２の電解液を、前記下チャンバ注入口から前記下チャンバに注入すると、前記下チャンバ注入口の下方に前記第２の電解液と空気の界面からなる第２の液面を形成し、
前記第２の電解液は前記下チャンバを充填して前記細孔付近で前記被検試料液と接触し、
前記第２の電解液は前記下チャンバをさらに充填し前記下チャンバ排気口に到達すると、
前記下チャンバ排気口から流入した空気によって押し下げられることで前記第２の電解液と空気の界面からなる第３の液面を形成し、
前記第２の液面及び前記第３の液面の両方が、前記第１の液面よりも低い位置となることを特徴とするセンサデバイス。
［２］
前記２つの電極に電圧を印加し、前記２つの電極の間に前記細孔を通じてイオン電流が流れている状態で、前記計測対象粒子には、
前記上チャンバ中の前記被検試料液と前記下チャンバ中の前記第２の電解液の圧力の差で生じる前記被検試料液の前記上チャンバから前記細孔を通じた前記下チャンバへの液流によって前記計測対象粒子が受ける第１の力、及び
前記２つの電極の間の電位差で生じる前記細孔付近の電位勾配によって前記計測対象粒子が受ける第２の力
が加えられ、
前記第１の力と前記第２の力の合力が下方向にかかることで、前記計測対象粒子が前記細孔を通過し、それにより、前記イオン電流が減少してパルス状の信号が検出されることを特徴とする、［１］に記載のセンサデバイス。
［３］
前記センサデバイスはさらに、前記上チャンバ注入口の上部に、柔軟性を有するリザーバ容器と隔離フィルムで密閉された空間に第２の電解液が充填された電解液パックを含み、
前記計測対象粒子を含む可能性のある検体と第１の電解液とを混合した被検試料液を前記上チャンバ注入口から前記上チャンバに注入し、前記リザーバ容器を押しつぶすと、前記隔離フィルムが破壊されることで、前記第１の電解液が前記下チャンバに進入して、前記被検試料液と前記第１の電解液が前記細孔を通じて電気的に導通することを特徴とする［１］又は［２］に記載のセンサデバイス。
［４］
前記第１の電解液と前記第２の電解液が同じ組成であることを特徴とする［１］又は［２］に記載のセンサデバイス。
［５］
前記第１の電解液と前記第２の電解液が同じ組成であることを特徴とする［３］に記載のセンサデバイス。
［６］
センサデバイスの流路構造であって、
前記流路に細孔が接続され、
前記細孔からみて前記流路の長辺方向の一方の位置に、前記流路の上方に接続された電解液注入口が接続され、前記細孔からみて前記流路の長辺方向の他方の位置に、上方に吸気口を有する液切りチャンバが接続され、
前記液切りチャンバには電解液の吸収パッドを内包する吸収チャンバが流体的に連通しており、
前記電解液注入口に電解液を滴下すると、
前記電解液が前記流路内を前記細孔、さらに前記液切りチャンバに向かって順次進行して前記流路が前記電解液で充填された後、
さらに前記電解液が前記液切りチャンバ内を前記吸収チャンバに向かって進行して前記吸収パッドに到達することで、前記流路と前記吸収パッドが前記電解液で繋がると、前記吸収チャンバ内の前記電解液を経由して前記流路内及び前記電解液注入口内の前記電解液を前記吸収パッドが吸収することによって、前記電解液注入口内の前記電解液の注入口液面が低下し、
前記注入口液面が前記液切りチャンバ上面より低い位置となると、
前記吸気口から空気が前記液切りチャンバに導入され、前記液切りチャンバ内に導入された空気によって前記液切りチャンバ内の前記電解液が前記流路の側と前記吸収チャンバの側に分断されることを特徴とする、センサデバイスの流路構造。
［７］
センサデバイスのチャンバ構造であって、
前記センサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気口及び排気槽を含み、
前記チャンバ構造は、前記注入口より、前記注入槽を経由して前記流路に電解液を導入可能であり、
前記流路の内面と、前記排気槽の内面が接する閉曲面上のすべての流路排気槽接触点において、前記流路の内面と前記排気槽の内面のなす最小値である流路端開放角が２３０°以上であることを特徴とする、センサデバイスのチャンバ構造。
［８］
センサデバイスのチャンバ構造であって、
前記センサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気口及び排気槽を含み、
前記チャンバ構造は、前記注入口より、前記注入槽を経由して前記流路に電解液を導入可能であり、
前記流路の内面と、前記排気槽の内面が接する閉曲面上のすべての流路排気槽接触点において、前記流路の内面と前記排気槽の内面のなす最小値である流路端開放角と、前記電解液との接触角との和が２８５°以上であることを特徴とする、センサデバイスのチャンバ構造。
［９］
前記チャンバ構造はさらに、
前記流路はその長辺が水平方向になるよう設置され、
前記排気槽と前記流路の境界をなす境界面が前記長辺に対して垂直となることを特徴とする、［７］又は［８］に記載のセンサデバイスのチャンバ構造。
センサデバイスであって、
細孔を有する隔壁と、
前記隔壁の上方に位置する上チャンバ及び前記隔壁の下方に位置する下チャンバであって、前記隔壁の細孔を通じて疎通する上チャンバ及び下チャンバと、
前記上チャンバ及び下チャンバの各々に設けられた合計少なくとも２つの電極と、
上方より前記上チャンバに液を導入するための上チャンバ注入口と、
上方より前記下チャンバに液を導入するための下チャンバ注入口と、
前記下チャンバの長辺方向において、前記細孔に対して前記下チャンバ注入口から反対側に設けられた、前記下チャンバから上方に空気を排出するための下チャンバ排気口と
を含み、
計測対象粒子を含む可能性のある検体と第１の電解液とを混合した被検試料液を前記上チャンバ注入口から前記上チャンバに注入すると、前記被検試料液と空気の界面からなる第１の液面を形成し、
第２の電解液を、前記下チャンバ注入口から前記下チャンバに注入すると、前記下チャンバ注入口の下方に前記第２の電解液と空気の界面からなる第２の液面を形成し、
前記第２の電解液は前記下チャンバを充填して前記細孔付近で前記被検試料液と接触し、
前記第２の電解液は前記下チャンバをさらに充填し前記下チャンバ排気口に到達すると、
前記下チャンバ排気口から流入した空気によって押し下げられることで前記第２の電解液と空気の界面からなる第３の液面を形成し、
前記第２の液面及び前記第３の液面の両方が、前記第１の液面よりも低い位置となることを特徴とするセンサデバイス。
［２］
前記２つの電極に電圧を印加し、前記２つの電極の間に前記細孔を通じてイオン電流が流れている状態で、前記計測対象粒子には、
前記上チャンバ中の前記被検試料液と前記下チャンバ中の前記第２の電解液の圧力の差で生じる前記被検試料液の前記上チャンバから前記細孔を通じた前記下チャンバへの液流によって前記計測対象粒子が受ける第１の力、及び
前記２つの電極の間の電位差で生じる前記細孔付近の電位勾配によって前記計測対象粒子が受ける第２の力
が加えられ、
前記第１の力と前記第２の力の合力が下方向にかかることで、前記計測対象粒子が前記細孔を通過し、それにより、前記イオン電流が減少してパルス状の信号が検出されることを特徴とする、［１］に記載のセンサデバイス。
［３］
前記センサデバイスはさらに、前記上チャンバ注入口の上部に、柔軟性を有するリザーバ容器と隔離フィルムで密閉された空間に第２の電解液が充填された電解液パックを含み、
前記計測対象粒子を含む可能性のある検体と第１の電解液とを混合した被検試料液を前記上チャンバ注入口から前記上チャンバに注入し、前記リザーバ容器を押しつぶすと、前記隔離フィルムが破壊されることで、前記第１の電解液が前記下チャンバに進入して、前記被検試料液と前記第１の電解液が前記細孔を通じて電気的に導通することを特徴とする［１］又は［２］に記載のセンサデバイス。
［４］
前記第１の電解液と前記第２の電解液が同じ組成であることを特徴とする［１］又は［２］に記載のセンサデバイス。
［５］
前記第１の電解液と前記第２の電解液が同じ組成であることを特徴とする［３］に記載のセンサデバイス。
［６］
センサデバイスの流路構造であって、
前記流路に細孔が接続され、
前記細孔からみて前記流路の長辺方向の一方の位置に、前記流路の上方に接続された電解液注入口が接続され、前記細孔からみて前記流路の長辺方向の他方の位置に、上方に吸気口を有する液切りチャンバが接続され、
前記液切りチャンバには電解液の吸収パッドを内包する吸収チャンバが流体的に連通しており、
前記電解液注入口に電解液を滴下すると、
前記電解液が前記流路内を前記細孔、さらに前記液切りチャンバに向かって順次進行して前記流路が前記電解液で充填された後、
さらに前記電解液が前記液切りチャンバ内を前記吸収チャンバに向かって進行して前記吸収パッドに到達することで、前記流路と前記吸収パッドが前記電解液で繋がると、前記吸収チャンバ内の前記電解液を経由して前記流路内及び前記電解液注入口内の前記電解液を前記吸収パッドが吸収することによって、前記電解液注入口内の前記電解液の注入口液面が低下し、
前記注入口液面が前記液切りチャンバ上面より低い位置となると、
前記吸気口から空気が前記液切りチャンバに導入され、前記液切りチャンバ内に導入された空気によって前記液切りチャンバ内の前記電解液が前記流路の側と前記吸収チャンバの側に分断されることを特徴とする、センサデバイスの流路構造。
［７］
センサデバイスのチャンバ構造であって、
前記センサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気口及び排気槽を含み、
前記チャンバ構造は、前記注入口より、前記注入槽を経由して前記流路に電解液を導入可能であり、
前記流路の内面と、前記排気槽の内面が接する閉曲面上のすべての流路排気槽接触点において、前記流路の内面と前記排気槽の内面のなす最小値である流路端開放角が２３０°以上であることを特徴とする、センサデバイスのチャンバ構造。
［８］
センサデバイスのチャンバ構造であって、
前記センサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気口及び排気槽を含み、
前記チャンバ構造は、前記注入口より、前記注入槽を経由して前記流路に電解液を導入可能であり、
前記流路の内面と、前記排気槽の内面が接する閉曲面上のすべての流路排気槽接触点において、前記流路の内面と前記排気槽の内面のなす最小値である流路端開放角と、前記電解液との接触角との和が２８５°以上であることを特徴とする、センサデバイスのチャンバ構造。
［９］
前記チャンバ構造はさらに、
前記流路はその長辺が水平方向になるよう設置され、
前記排気槽と前記流路の境界をなす境界面が前記長辺に対して垂直となることを特徴とする、［７］又は［８］に記載のセンサデバイスのチャンバ構造。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、細孔の両側の流路の圧力差を制御することで、電気的検知帯法における安定的な計測を可能とするセンサデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】電気的検知帯法に基づくセンサデバイス１００の基本的構造及び動作原理を説明するための図である。
【図2】本発明者らが以前発明した電気的検知帯法による市販のセンサデバイス２００の構造概略を示す図である。図面の上部は上面図であり、図面の下部はＡＡ’の線に沿った断面図である。
【図3】従来技術のセンサデバイスの問題点を説明するための図である。
【図4】本発明の一実施形態のセンサデバイスの断面構造の一例を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態におけるセンサデバイスの下チャンバに電解液を注入した際の挙動を説明するための図である。
【図6】本発明の一実施形態において、上流路の電解液等の液面が細孔の上方に、下流路の電解液等の液面が細孔の下方で安定する原理を模式的説明するための図である。
【図7】市販のセンサデバイスと本発明の一実施形態によるセンサデバイスにおける粒子通過信号の安定性を比較するための図である。
【図8】本発明の一実施形態のセンサデバイスにおける粒子の細孔通過機構を説明するための図である。
【図9】１００ｎｍ、３００ｎｍ、１．２μｍ及び３μｍの穴径を持つ、本発明による構造を有するセンサデバイスを用い、上チャンバに電解液中に各々８０ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ及び７５０ｎｍのポリスチレンビーズを同一濃度で懸濁した試料のパルス測定を行い、１分あたりのパルス頻度を測定した結果である。
【図10】本発明の別の一実施形態のセンサデバイスの断面構造の一例を示す図である。
【図11】液滴の親水性を表す接触角を説明するための図である。
【図12】本発明の一実施形態のセンサデバイスの上チャンバの一例の断面図である。
【図13】本発明の一実施形態における排気槽４１６と上流路４１０の境界付近の立体構造の一例を表す。
【図15】本発明の一実施形態による効果を説明するための図である。
【図16】本発明の様々な実施形態のチャンバ構造例である。
【図17】本発明による別の実施形態のチャンバ構造例である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【0015】
（１．電気的検知帯法の原理）
図１（ａ）は、電気的検知帯法に基づくセンサデバイス１００の断面構造の一例である。チャンバ１１０及びチャンバ１２０が隔壁１４１に開けられた細孔１４０で疎通している。チャンバ１１０には電極１１２が、またチャンバ１２０には電極１２２が各々設けられ、これらの電極はアンプ１５０、電流計１５１及び電圧源１５２接続される。また、チャンバ１１０には注入口１１１が、チャンバ１２０には注入口１２１が各々設けられる。
図１（ａ）は、電気的検知帯法に基づくセンサデバイス１００の断面構造の一例である。チャンバ１１０及びチャンバ１２０が隔壁１４１に開けられた細孔１４０で疎通している。チャンバ１１０には電極１１２が、またチャンバ１２０には電極１２２が各々設けられ、これらの電極はアンプ１５０、電流計１５１及び電圧源１５２接続される。また、チャンバ１１０には注入口１１１が、チャンバ１２０には注入口１２１が各々設けられる。
【0016】
図１（ｂ）は半導体Ｓｉによる固体ポアを用いた細孔部の電子顕微鏡写真の一例である。この一例では、厚さ５０ｎｍ程度のＳｉＮ薄膜が隔壁として用いられる。
【0017】
電気的検知帯法では、例えば、このような構造のセンサデバイスのチャンバ１１０に、計測対象粒子１０１を含む検体と電解液を混合した被検試料液で充填し、チャンバ１２０に電解液を充填する。そうすると、チャンバ１１０内の被検試料液とチャンバ１２０内の電解液は細孔１４０を経由して電気的に導通する。ここで、電極１１２及び１２２の間に電圧を印加すると、被検試料液、細孔及び電解液を通じて、電極１１２と電極１２２の間にはイオン電流が流れる。被検試料液中の計測対象粒子１０１が細孔１４０を通過すると、細孔を流れるイオン電流を生成する陽イオン及び陰イオンの移動が一時的に妨げられる結果、イオン電流の値が計測対象粒子１０１通過の間のみ低下する。これを電流計１５１で観測すると、例えば図１（ｃ）のようなパルス状の信号２０３が観測される（横軸２０１は時刻、縦軸２０２は電流値）。このパルス信号には、計測対象粒子１０１の大きさ、形状や、表面の電荷分布等が反映されることから、このパルス信号を解析することによって、計測対象粒子１０１の有無の検出、種類の同定、あるいは定量が可能となる。
【0018】
図１のように、注入口１１１及び１２１がセンサデバイスの反対側にあると、計測時の注入が困難になる。このため、実用的には、センサデバイスの上面に注入口を配置した上、被検試料液や電解液は水平方向の流路を介して、水平方向の隔壁まで導入することが望ましい。また、被検試料液や電解液を細孔まで導入するためには、細孔に対して注入口の反対側に排気口を設けることが望ましい。図２には、図１のような原理に基づいた、電気的検知帯法による市販のセンサデバイス２００の構造概略を示す。このセンサデバイスでは、隔壁２９１を貫通して細孔２９２を有する構造の半導体Ｓｉチップ２９０の上方に上流路２１０、下方に下流路２２０を有している。上チャンバには注入槽２１５を経由して上注入口２１１が、また排気槽２１６を経由して排気口２１２が各々設けられている。また、下チャンバには、注入槽２２５を経由して下注入口２２１が、排気槽２２６を経由して排気口２２２が、各々設けられている。
【0019】
なお、本明細書においては、細孔の上側と接続された空間を上チャンバ、細孔の下側と接続された空間を下チャンバと呼び、さらにこれらすべてを総称してチャンバと呼ぶ。注入口は、チャンバに液体を注入するための、チャンバとセンサデバイスの外部をつなぐ接点である。排気口はチャンバに注入された液体によりチャンバより押し出される気体を外部に排気するための、チャンバとセンサデバイスの外部をつなぐ接点である。注入槽は注入口に接続された空間、排気槽は排気口に接続された空間であり、後述のように、本発明における流路の一例は、注入槽と排気槽の間が流路によって接続された構造である。流路は注入槽及び排気槽を除いた、注入口から注入された液体が排気槽に向かって流れることを主たる目的とした空間を指す。例えば、図２の例では、細孔２９２に接続された下流路２２０内の空間、注入槽２２５の空間、及び排気槽２２６内の空間を１つの全体として下チャンバと呼ぶ。注入槽２２５と外部との接点２２１は注入口、排気槽２２６と外部の接点２２２は排気口と、各々呼ぶ。上チャンバについても同様に定義できる。なお、図２では、上チャンバ及び下チャンバに各々設けられた電極は省略されている。
【0020】
図２の一例では、上チャンバに、検出、同定又は定量の対象となる計測対象粒子を含む検体と電解液（第１の電解液）を混合した被検試料液を、上注入口２１１より注入すると、被検試料液は上チャンバを進行し、細孔２９２付近を経由して排気口２１２付近に到達する。同様に、電解液（第２の電解液）を下注入口２２１より注入すると、電解液は下チャンバを進行し、細孔２９２付近を経由して排気口２２２付近に到達する。この状態では上チャンバを満たす被検試料液と下チャンバを満たす電解液は細孔２９２を経由して電気的に導通する。このため、上チャンバ及び下チャンバに各々設けられた２つの電極間に電圧を印加すると、図１で説明した原理によって、計測対象粒子が細孔２９２を通過するたびにパルス信号が検出される。計測対象粒子は例えば、細菌、ウイルス、エクソソーム、血球等の細胞、蛋白質、抗体などでよく、またプラスチックや金属の粒子又はそれらに何らかの修飾処理を施したものであってよい。また、上チャンバに入れる電解液と、下チャンバに入れる電解液の組成や塩濃度は同じであっても、又は異なっていても良い。例えば、これら電解液には界面活性剤などが含まれていてもよい。
【0021】
（２．従来技術の問題点）
前述のとおり、計測対象粒子が細孔を通過する際の駆動力は、クーロン力及び細孔両側の圧力差がある。図２に例示する構造を有するセンサデバイスの場合、流路中の液に対する加圧機構はなく、したがって粒子の細孔通過は主としてクーロン力であると考えられてきた。しかし、発明者らは、図２に例示したような構造のセンサデバイスにおいては、上下チャンバの液面の違いによる微小な水頭圧の差が、クーロン力よりも支配的となり得ることを見出した。さらに、これが計測安定性に大きな影響を与えることを見出した。これについては、後に図９及び図１０で論じる。
前述のとおり、計測対象粒子が細孔を通過する際の駆動力は、クーロン力及び細孔両側の圧力差がある。図２に例示する構造を有するセンサデバイスの場合、流路中の液に対する加圧機構はなく、したがって粒子の細孔通過は主としてクーロン力であると考えられてきた。しかし、発明者らは、図２に例示したような構造のセンサデバイスにおいては、上下チャンバの液面の違いによる微小な水頭圧の差が、クーロン力よりも支配的となり得ることを見出した。さらに、これが計測安定性に大きな影響を与えることを見出した。これについては、後に図９及び図１０で論じる。
【0022】
図２のような構造のセンサデバイス２００の流路に電解液を注入する場合、計測時に作業者は、マイクロピペットを使い厳密に定量した上で、下注入口２２１より電解液を注入することで、流路中の液量を一定とした状態で測定する。この注液方法については、以下３つの問題があった。
【0023】
第１は、マイクロピペットは研究用機具であって、一般の利用者には扱いが困難である点である。例えば、図２のような構造のセンサデバイスの医療機器への応用を考えた時、一般の医療者にとってマイクロピペットの扱いは複雑すぎであり、これを広く普及させることは困難である。
【0024】
第２は、たとえマイクロピペットを用いたとしても、ピペットチップ内の液残り等によって、センサデバイスの流路に注入される液量は変化するため、これが粒子の細孔通過の際のパルス信号のばらつきとなる点である。
【0025】
第３は、仮に流路内の液量を厳密に制御できたとしても、液面の高さの厳密な制御は困難であり、このためパルス信号のばらつきを生じる点である。
【0026】
上記第３の問題について図３を用いて説明する。ここでは、一例として、計測対象粒子は負電荷を有しており、電極は下チャンバが正極、上チャンバが負極となるよう電圧が印加されているとする。すなわち、計測対象粒子に対してクーロン力は上チャンバから下チャンバに向かって細孔を通過する方向にかかっている。図３（ａ）は、上チャンバ容積に対して被検試料液を過大に、下チャンバ容積に対して電解液を適量導入した場合のセンサデバイスの断面図である。下チャンバの注入槽２２５における液面３２１及び排気槽２２６の液面３２５は、上チャンバの注入槽２１５及び排気槽２１６の液面３１１より低い位置にある。なお、この図３（ａ）の一例のように、表面張力のために液面３１１は上チャンバの上注入口２１１及び排気口２１２より高くなる場合もある。このような場合は、上チャンバを充填した被検試料液の水頭圧が、下チャンバの電解液のそれよりも大きくなるため、クーロン力と細孔両側の圧力差の両方によって、計測対象粒子が上チャンバから細孔を経由して下チャンバへと移動する。なお、液面とは電解液又は被検試料液と空気との界面を指す。
【0027】
次に、図３（ｂ）は上チャンバの液量が過小、下チャンバの液量が適正の場合である。この場合は下チャンバの液面３２２及び３２６が上チャンバの液面３１２より上にある。このため、下チャンバの水頭圧が上チャンバのそれを上回るようになり、細孔を経由して下チャンバの電解液が上チャンバに流入する。したがって、クーロン力と細孔両側の圧力差による力は、計測対象粒子にかかるクーロン力に対して逆方向にかかる。故に、もし圧力差による力がクーロン力より大きければ、上流路の被検試料液中の計測対象粒子は細孔を通過せず、パルス信号は観測できない。
【0028】
図２に例示した従来の市販センサデバイスにおいて、計測安定性が確保できなかった理由は、たとえチャンバに注入する液量が厳密に制御できたとしても、チャンバにおける液面が厳密に制御できなかった点にある。例えば、図３（ｃ）及び（ｄ）は、上チャンバ、下チャンバともに適正な液量が導入された場合である。図３（ｃ）では、上チャンバの注入槽及び排気槽における液面３１３、及び下チャンバの注入槽２２５内の液面３２３及び排気槽２２６内の液面３２７はすべて同じとなっている。しかし、図３（ｄ）の場合は、（ｃ）と同じ液量を入れた下流路において、下チャンバの注入槽の液面３２４は上注入口２１１より高く、排気槽の液面３２８は排気口２１２より低くなっている。図３（ｃ）と（ｄ）は、下流路にかかる水頭圧は異なるため細孔両側の圧力差は異なる。このためパルス信号が観測できたりできなかったりする場合がある。液量を厳密に制御できている場合でさえ、チャンバへの電解液の入り方の違いによって、上下流路の水頭圧のバランスが変化し、このため計測対象粒子の細孔通過の様態に影響を与える。これを作業者の手技等で回避することは困難であった。そこで本発明者らは、チャンバに導入する液量が変化しても、必ず上チャンバの液面より下チャンバの液面が低くなるようなセンサデバイスの構造を発明した。さらに本発明者らは、上チャンバの液量制御について、排気口からの液溢れが起こらない注入槽と排気槽の形状を発明した。
【0029】
（３．第１の実施形態）
図４に、本発明によるセンサデバイス４００の断面構造の一例を示す。本発明の一実施形態であるセンサデバイス４００は、隔壁４９１に開けられた細孔４９２の両側に上流路４１０及び下流路４２０を備える。下流路４２０のうち、隔壁４９１に隣接する基板４９０に対応部分は細孔接続部４３０と呼ぶ。上流路４１０は注入口４１１及び排気口４１２を、また、下流路４２０は注入口４２１及び排気口４２２を、各々の上方に備える。下流路４２０は注入槽４２３を経由して注入口４２１に接続される。なお、図４において、上流路４１０は図２と同様に紙面と垂直方向に伸びているため、重なって表示されている。下流路４２０では細孔４９２に対して注入口４２１と反対側に液切りチャンバ４２６が接続され、さらに液切りチャンバ４２６には吸収チャンバ４２７が接続される。吸収チャンバ４２７内には吸収パッド４２８が設置されている。さらに吸収チャンバ４２７の先には排気口４２２が接続される。また、液切りチャンバの上面４２５には上方に吸気口４２９が接続される。ここで、下流路の注入槽４２３と下流路４２０との境界を下流路入口４３１、下流路４２０と液切りチャンバ４２６の境界を下流路出口４２４と呼ぶ。吸収パッド４２８は、電解液等液体を吸収する性質のものであれば何でもよく、例えば繊維状の物質であってよい。この場合、注入槽４２３、下流路４２０、液切りチャンバ４２６及び吸収チャンバ４２７はいずれも下チャンバを構成する一部である。図４は上下チャンバに各々設置される電極は省略されているが、これらは上下チャンバ内又は壁面のどこに設置されていてもよい。
図４に、本発明によるセンサデバイス４００の断面構造の一例を示す。本発明の一実施形態であるセンサデバイス４００は、隔壁４９１に開けられた細孔４９２の両側に上流路４１０及び下流路４２０を備える。下流路４２０のうち、隔壁４９１に隣接する基板４９０に対応部分は細孔接続部４３０と呼ぶ。上流路４１０は注入口４１１及び排気口４１２を、また、下流路４２０は注入口４２１及び排気口４２２を、各々の上方に備える。下流路４２０は注入槽４２３を経由して注入口４２１に接続される。なお、図４において、上流路４１０は図２と同様に紙面と垂直方向に伸びているため、重なって表示されている。下流路４２０では細孔４９２に対して注入口４２１と反対側に液切りチャンバ４２６が接続され、さらに液切りチャンバ４２６には吸収チャンバ４２７が接続される。吸収チャンバ４２７内には吸収パッド４２８が設置されている。さらに吸収チャンバ４２７の先には排気口４２２が接続される。また、液切りチャンバの上面４２５には上方に吸気口４２９が接続される。ここで、下流路の注入槽４２３と下流路４２０との境界を下流路入口４３１、下流路４２０と液切りチャンバ４２６の境界を下流路出口４２４と呼ぶ。吸収パッド４２８は、電解液等液体を吸収する性質のものであれば何でもよく、例えば繊維状の物質であってよい。この場合、注入槽４２３、下流路４２０、液切りチャンバ４２６及び吸収チャンバ４２７はいずれも下チャンバを構成する一部である。図４は上下チャンバに各々設置される電極は省略されているが、これらは上下チャンバ内又は壁面のどこに設置されていてもよい。
【0030】
図５で、本発明の一実施形態におけるセンサデバイスの下チャンバに電解液を注入した際の挙動について説明する。なお、以下の説明において、センサデバイスの各部は、図４に記載の番号を用いる。
＜ステップ１＞電解液を注入口４２１に滴下すると、電解液は注入槽４２３、下流路入口４３１を通り、下流路４２０を通って細孔４９２の方向に進む。
＜ステップ２＞電解液が下流路４２０から細孔接続部４３０を満たし、上流路４１０に導入された被検試料液と接触することで、上チャンバと下チャンバが電気的に導通する。
＜ステップ３＞電解液等はさらに下流路出口４２４まで進む（図５（ａ））。
＜ステップ４＞電解液は液切りチャンバを進行して（図５（ｂ））、吸収パッド４２８に到達する。このとき、吸気口４２９の直径は小さいため、液切りチャンバ内の電解液は表面張力によって吸気口４２９への接続部には侵入しない。
＜ステップ５＞電解液が吸収パッド４２８に到達すると、電解液は吸収パッド４２８に吸収され始める（図５（ｃ））。この状態では、注入槽４２３、下流路４２０、液切りチャンバ４２６が注入した電解液で繋がっている。このため、これらの液切りチャンバ４２６、下流路４２０及び注入口４２１内の電解液は吸収パッド４２８に吸われ、注入槽４２３の液面が低下を続ける。図５で示すとおり、（ａ）液面５２１、（ｂ）液面５２２、（ｃ）液面５２３の順にその高さが減少し、その結果、下流路４２０や液切りチャンバ４２６内の電解液の水頭圧が徐々に低下する。
＜ステップ６＞注入槽４２３内の液面が５２３に達しても、電解液はまだ下流路４２０、液切りチャンバ４２６を経由して吸収パッド４２８に繋がっているので、注入口４２１、下流路４２０の電解液は、液切りチャンバ４２６のそれを経由してさらに吸収パッド４２８に吸収され続ける。この結果、注入口４２１の液面が低下し、液切りチャンバの上面４２５、すなわち吸気口４２９への接続部下端より低くなると、吸気口４２９より液切りチャンバ４２６に空気が侵入し、図５（ｃ）に示す気泡５３１が徐々に大きくなる。気泡が大きくなっても、図５（ｃ）液切りチャンバ４２６の底部５３２で電解液が繋がっている限り、吸収パッド４２８が下流路４２０中の電解液を吸い続け、そのため注入槽４２３の液面はさらに低下を続ける。
＜ステップ７＞気泡５３１がさらに大きくなると液切りチャンバ４２６の底部５３２に到達する。このとき、液切りチャンバ４２６内の電解液は、図５（ｄ）のように吸収パッド４２８側と下流路４２０側の電解液で分断される。
＜ステップ８＞液切りチャンバ４２６内に残った下流路４２０側の電解液等は、細孔４９２方向に引き戻され、注入口４２１側の液面５２４と液切りチャンバ側の液面５３３にかかる気圧が等しくなる位置で安定する。また、液切りチャンバ４２６内に残った吸収チャンバ４２７側の電解液等は、さらに吸収パッド４２８に吸収され、液切りチャンバ４２６入り口付近の液面５３４にて安定する。
＜ステップ１＞電解液を注入口４２１に滴下すると、電解液は注入槽４２３、下流路入口４３１を通り、下流路４２０を通って細孔４９２の方向に進む。
＜ステップ２＞電解液が下流路４２０から細孔接続部４３０を満たし、上流路４１０に導入された被検試料液と接触することで、上チャンバと下チャンバが電気的に導通する。
＜ステップ３＞電解液等はさらに下流路出口４２４まで進む（図５（ａ））。
＜ステップ４＞電解液は液切りチャンバを進行して（図５（ｂ））、吸収パッド４２８に到達する。このとき、吸気口４２９の直径は小さいため、液切りチャンバ内の電解液は表面張力によって吸気口４２９への接続部には侵入しない。
＜ステップ５＞電解液が吸収パッド４２８に到達すると、電解液は吸収パッド４２８に吸収され始める（図５（ｃ））。この状態では、注入槽４２３、下流路４２０、液切りチャンバ４２６が注入した電解液で繋がっている。このため、これらの液切りチャンバ４２６、下流路４２０及び注入口４２１内の電解液は吸収パッド４２８に吸われ、注入槽４２３の液面が低下を続ける。図５で示すとおり、（ａ）液面５２１、（ｂ）液面５２２、（ｃ）液面５２３の順にその高さが減少し、その結果、下流路４２０や液切りチャンバ４２６内の電解液の水頭圧が徐々に低下する。
＜ステップ６＞注入槽４２３内の液面が５２３に達しても、電解液はまだ下流路４２０、液切りチャンバ４２６を経由して吸収パッド４２８に繋がっているので、注入口４２１、下流路４２０の電解液は、液切りチャンバ４２６のそれを経由してさらに吸収パッド４２８に吸収され続ける。この結果、注入口４２１の液面が低下し、液切りチャンバの上面４２５、すなわち吸気口４２９への接続部下端より低くなると、吸気口４２９より液切りチャンバ４２６に空気が侵入し、図５（ｃ）に示す気泡５３１が徐々に大きくなる。気泡が大きくなっても、図５（ｃ）液切りチャンバ４２６の底部５３２で電解液が繋がっている限り、吸収パッド４２８が下流路４２０中の電解液を吸い続け、そのため注入槽４２３の液面はさらに低下を続ける。
＜ステップ７＞気泡５３１がさらに大きくなると液切りチャンバ４２６の底部５３２に到達する。このとき、液切りチャンバ４２６内の電解液は、図５（ｄ）のように吸収パッド４２８側と下流路４２０側の電解液で分断される。
＜ステップ８＞液切りチャンバ４２６内に残った下流路４２０側の電解液等は、細孔４９２方向に引き戻され、注入口４２１側の液面５２４と液切りチャンバ側の液面５３３にかかる気圧が等しくなる位置で安定する。また、液切りチャンバ４２６内に残った吸収チャンバ４２７側の電解液等は、さらに吸収パッド４２８に吸収され、液切りチャンバ４２６入り口付近の液面５３４にて安定する。
【0031】
本実施形態では、下チャンバに注入する液量、上チャンバに注入する液量ともに変化しても、常に上流路４１０の電解液等の液面は細孔４９２の上方に、また下流路４２０の電解液等の液面は細孔４９２の下方で安定する。図６はその模式的説明である。図６（ａ）は上チャンバに注入された液量６１１が図５より多く、かつ下流路４２０に注入された液量６２１が図５より少ない場合である。図６（ｂ）はその逆であり、上チャンバに注入された液量６１１が図５より少なく、かつ下流路４２０に注入された液量６２１が図５より多い場合である。図５（ｄ）、図６（ａ）及び（ｂ）を比較すると、下流路４２０の液量変化が増えても、吸収パッド４２８に吸収される電解液等が変化するだけで、下流路４２０における電解液等の液面は変化しないことがわかる。これにより、本発明では従来の方法（図３）における液面の不安定性の解消を実現できる。
【0032】
図７（ａ）に図２のような構造を有する市販のセンサ、及び図４（ｂ）のような構造を有するに本発明の一実施形態の一例であるセンサデバイス（Ｒ００３）を示す。図７（ｂ）のセンサデバイスは、細孔チップ７９０の中心に細孔、上流路７１０、下流路７２０、上流路電極７３２、下流路電極７３１を有する。また、下流路注入口７２１、下流路７２０、細孔、吸収チャンバ７２７、排気口７２２及び吸気口７２９が図４に示すように接続され、吸収チャンバ７２７内には吸収パッド７２８が設置されている。図７（ａ）、（ｂ）ともに細孔の直径は１．２μｍである。
【0033】
図７（ａ）、（ｂ）の各々のセンサデバイスの上流路に直径３００ｎｍのポリスチレンビーズを電解液に懸濁した試料を上流路に、電解液を下流路に充填した状態で図１（ｃ）のようなパルス波形計測し、従来の方法による製品と、本発明によるセンサデバイスについて性能及び安定性を比較した。図７（ｃ）は、１分あたりのパルス数の比較である。本実施形態によるセンサデバイスの単位時間あたりのパルス数７６１は、市販のセンサデバイス７５１の約６倍である。本発明によれば、上流路と下流路の圧力差が安定して実現している結果、多くの粒子が細孔を通過するためである。また、図７（ｄ）はパルス幅の分布である。本発明７６２のパルス幅の平均は従来製品７５２の約１／３程度、そして特筆すべきはパルス幅のばらつきが激的に低減している。このことは、本発明によるセンサデバイスによって、従来の構造にくらべて安定的な粒子の細孔通過が実現していることを表している。
【0034】
図８を用いて、本発明の一実施形態のセンサデバイスにおける粒子の細孔通過機構について説明する。本発明によるセンサデバイスでは、上チャンバの水頭圧が下チャンバのそれに比べて常に高いことから、上チャンバの電解液は細孔を経由して下チャンバに流れる。このため、細孔通過時の粒子８００には下向きの力ｆhp８１０がかかる。穴径が小さいほど流体抵抗は大きくなることから、ｆhp８１０は小さくなる。ただし、本発明の効果は、同一のセンサデバイスを用いた計測間のばらつきを安定化することが目的であるため、ｆhp８１０が穴径に依存することは、本発明の実用的価値に影響を与えるものではない。一方、電解液中の粒子は電荷を持っているため、図１のように上下チャンバの間に電圧を印加すると、粒子には、細孔付近の電位勾配によるクーロン力ｆcがかかる。例えば、図８は粒子が負電荷を持っている場合において、（ａ）は上チャンバに負、下チャンバに正の電位を与えたときの、図８（ｂ）は逆電位を与えた時の、細孔付近の粒子にかかる力を、各々模式的に表したものである。図８（ａ）では、ｆhp８１０とｆc８２１が同じ方向であるが、図８（ｂ）ｆhp８１０とｆc８２２が逆方向となる。
【0035】
図９は、１００ｎｍ、３００ｎｍ、１．２μｍ及び３μｍの穴径を持つ、本発明による構造を有するセンサデバイスを用い、上チャンバに電解液中に各々８０ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ及び７５０ｎｍのポリスチレンビーズを同一濃度で懸濁した試料のパルス測定を行い、１分あたりのパルス頻度を測定した結果である。図９からは、細孔穴径が小さくなるとパルス頻度が低下することがわかる。これは、細孔における流体抵抗が大きくなるため、粒子にかかるｆｈｐが減少するためと考えられる。図９中「〇」印９１０は図８（ａ）のように上チャンバが正、下チャンバが負となるよう、また「×」印９２０は図８（ｂ）のように上チャンバが負、下チャンバが正となるように、各々電圧を印加した場合である。図９からは、穴径３μｍの細孔においては、図８（ａ）の状態９１１と図８（ｂ）の状態９２１ではパルス頻度がおおむね等しい。一方、例えば、穴径３００ｎｍの細孔においては、図８（ｂ）の状態９２３は、図８（ａ）の状態９２３よりも有意にパルス頻度が低い。これは、穴径３μｍにおいてはｆhpがｆcに比べて充分に大きく、ｆcの方向の違いが駆動力にほとんど影響しないが、例えば穴径３００ｎｍの場合はｆhp＞ｆcであるものの、穴径３μｍと比較して、図８（ａ）に比べて、ｆhpが減少し、粒子の細孔通過駆動力が減少しているためと考えられる。現実には、穴径が変化すると、細孔付近の電位分布も変化することから、穴径によってｆcが一定ではなく、図９の結果は、ｆhpとｆcのバランスによる。
【0036】
図９からわかるように、本発明の産業上の応用について重要な知見としては以下４点である。
（１）穴径が概ね１μｍを超える細孔の粒子通過では水頭圧が支配的である。
（２）穴径が概ね１μｍ以下の細孔の粒子通過には水頭圧とクーロン力の両方が寄与し、そのバランスが駆動力となる。
（３）チャンバに導入する液量を厳密に制御したり、その液面高さを厳密に制御したりすること、例えば、図４のような構造のセンサデバイスを用いることで、パルス計測の結果が安定する。
（４）短時間に多数のパルスを計測したい場合には、例えば図４に示すような上下流路の水頭圧の差を大きくするようなセンサデバイスの構造が効果的である。
（１）穴径が概ね１μｍを超える細孔の粒子通過では水頭圧が支配的である。
（２）穴径が概ね１μｍ以下の細孔の粒子通過には水頭圧とクーロン力の両方が寄与し、そのバランスが駆動力となる。
（３）チャンバに導入する液量を厳密に制御したり、その液面高さを厳密に制御したりすること、例えば、図４のような構造のセンサデバイスを用いることで、パルス計測の結果が安定する。
（４）短時間に多数のパルスを計測したい場合には、例えば図４に示すような上下流路の水頭圧の差を大きくするようなセンサデバイスの構造が効果的である。
【0037】
例えば、上記（１）、（２）及び（３）については、穴径にかかわらず、流路に導入する液量や液面高さのばらつきに起因する計測ごとの水頭圧のばらつきを抑えることが、計測安定性の確保にあっては重要であることがわかった。例えば、図２や図７（ａ）に示す従来の技術によるセンサでは、図３に示すように液面の厳密な制御が困難であった。したがって、液量がばらつくと、上下流路の水頭圧差がばらつく結果、図８のｆhp８１０も計測毎にばらついていた。しかし本発明によれば、下流路の液面高さを厳密に制御することが可能になり、この課題が解決した。図７（ｄ）のパルス幅７６２からその効果は大きいことがわかる。なお、パルス幅は、１つの粒子が細孔を通過する時間に相当する。また、（４）については、例えば非特許文献１や特許文献３のように、パルス波形でＡＩを訓練するような解析方法を用いる際に、汎化性能を有するＡＩを作成するために、数多くのパルスが必要である。もし図７（ａ）のような従来のセンサデバイスを医療検査に応用する場合には、パルス頻度が低いため、検査時間が長くなるという課題があった。図７（ｃ）を見れば、パルス頻度が６倍程度になっていることから、同じ検査を本実施形態によるセンサデバイスで実施した場合は、検査時間を１／６程度に短くすることができる。
【0038】
また、従来の電気的検知帯法のセンサデバイスでは、片方のチャンバに被検試料を、他方に電解液を注入する必要があった。例えば図２のようなセンサデバイスの利用にあたって、利用者は例えば、上注入口２１１より被検試料液を、下注入口２２１より電解液を、ピペットを用いて２度にわたって注入する必要があった。被検試料液は、計測のたびに異なるので利用者が注入する必要があるが、下チャンバに入れる電解液は変化することはない。このため、本発明の一部の実施形態において、センサデバイスが下チャンバに入れる電解液を保存するリザーバを有し、計測の際にはこのリザーバに保存された電解液を自動的に下チャンバに導入することができれば、計測の際の手間を低減し、また計測者が必要とする技能を低減させることができる。
【0039】
（４．第２の実施形態）
図１０（ａ）は本発明の他の実施形態の一例であり、下チャンバに導入する電解液を、保存性の高いリザーバ容器１０００に保存できる構造を有する。リザーバ容器１０００と隔離フィルム１００１で囲まれた空間１００２は密閉されており、計測時に下チャンバに導入される電解液が保存される電解液パックを形成する。リザーバ容器１０００や隔離フィルム１００１は電解液の長期保存性に優れている。例えば、吸水性や通気性のない高分子フィルムであっても、アルミニウム等の金属箔であっても、高分子フィルム等に金属薄膜を蒸着や貼り付けたりしたものであってもよい。
図１０（ａ）は本発明の他の実施形態の一例であり、下チャンバに導入する電解液を、保存性の高いリザーバ容器１０００に保存できる構造を有する。リザーバ容器１０００と隔離フィルム１００１で囲まれた空間１００２は密閉されており、計測時に下チャンバに導入される電解液が保存される電解液パックを形成する。リザーバ容器１０００や隔離フィルム１００１は電解液の長期保存性に優れている。例えば、吸水性や通気性のない高分子フィルムであっても、アルミニウム等の金属箔であっても、高分子フィルム等に金属薄膜を蒸着や貼り付けたりしたものであってもよい。
【0040】
図１０に示すセンサデバイスの利用者は計測時に、上注入口１０１１より被検試料液を上チャンバ１０１０に導入し、また、リザーバ容器１０００の上部から加圧する。この時の加圧は、リザーバ容器１０００を指等で押しても良く、計測装置やセンサデバイスを格納するインターポーザーの機構などで押し潰してもよい。そうすると、図１０（ｂ）のようにリザーバ容器１０００は凹み、また隔離フィルム１００１が破れてリザーバ容器１０００内の電解液は下チャンバ１０２０へと導入される。その後下チャンバ１０２０では順次図５（ａ）から（ｄ）に示した過程を経て、液面１０２３及び１０２４の間に電解液が充填された状態で安定する。図１０の一例では、リザーバ容器１０００は指等で押したとき潰れる程度の強度、また隔離フィルム１００１はその場合破れる程度の強度であった。リザーバ容器１０００及び隔離フィルム１００１はこのような機構に限定されず、例えばリザーバ容器１０００がピストン、また隔離フィルム１００１は弁の構造を有するものであってよい。
【0041】
図２に示すような従来のセンサデバイスでは、電解液をリザーバ容器１０００で保持し、計測時に下チャンバに導入すると、例えば図１０（ｂ）２０２１、２０２２のように液残りが発生し、かつこれら残りは計測ごとにばらつくことから、下チャンバの液面は図３で説明したとおり安定せず、したがって上チャンバから下チャンバへの計測対象粒子の細孔通過が安定しない、という課題があった。本発明によれば、リザーバ容器１０００や下注入口内に液残りのバラツキが発生しても、それは吸収パッド１０２８に吸収される電解液の量によって調整される結果、下チャンバ内の液量及び並びにその液面１０２３及び１０２４の位置は一定となり、常に安定した粒子の細孔通過が実現する。
【0042】
（５．第３の実施形態）
本発明の一実施形態のセンサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気槽及び排気口を有するチャンバ構造を有する。例えば、図３の３２１乃至３２８では、下チャンバについての液面制御の困難を示したが、上チャンバの液面制御においても、同様の課題がある。特に、図４に示した吸収パッド４２８のような機構を持たない場合には、上チャンバに導入した電解液が、排気槽を満たした上で、さらに排気口から溢れ出ることがある。この場合は、注入槽、排気槽両側において液面の高さ及び形状が不定となり、電気的検知帯法による計測安定性に影響を与える。また上チャンバに導入する電界液がウイルス等の病原体を含む場合には、センサデバイス利用者の安全性を脅かし得る。これらの課題を解決するために、本発明の他の実施形態は、流路に導入された電解液等が排気槽に侵入しないチャンバ構造を提供する。
本発明の一実施形態のセンサデバイスは、注入口、注入槽、流路、排気槽及び排気口を有するチャンバ構造を有する。例えば、図３の３２１乃至３２８では、下チャンバについての液面制御の困難を示したが、上チャンバの液面制御においても、同様の課題がある。特に、図４に示した吸収パッド４２８のような機構を持たない場合には、上チャンバに導入した電解液が、排気槽を満たした上で、さらに排気口から溢れ出ることがある。この場合は、注入槽、排気槽両側において液面の高さ及び形状が不定となり、電気的検知帯法による計測安定性に影響を与える。また上チャンバに導入する電界液がウイルス等の病原体を含む場合には、センサデバイス利用者の安全性を脅かし得る。これらの課題を解決するために、本発明の他の実施形態は、流路に導入された電解液等が排気槽に侵入しないチャンバ構造を提供する。
【0043】
一般に親水性は、図１１に示すように電解液等の液滴１１０２を基材１１０１上に落としたときの接触角１１１２によって表される。接触角が大きいほど疎水的、小さいほど親水的である。
【0044】
図１２は、本発明の一実施形態のセンサデバイスの上チャンバ構造の一例の断面図である。図１２は、チャンバの断面を表現した図４において、紙面と垂直方向に伸びる上流路４１０、その両端に接続された注入槽４１５及び注入口４１１と、排気槽４１６及び排気口４１２を表している。当該チャンバ構造は、例えば基板に４層以上のシートを積層することにより形成でき、シートの表面が上流路４１０、注入槽４１５、及び排気槽４１６の内面を構成する。図１３は、排気槽４１６と上流路４１０の境界付近の立体構造の一例を表す。本発明の一例では、この図のように上流路４１０は排気槽の中段に接続された構造を有していてよい。
【0045】
流路と排気槽の境界において、電解液等が排気槽に侵入し、さらに排気口から溢れ出るか否かは、流路及び排気槽の内壁を構成する材料表面の物性及び流路に導入される電解液等の組成の両方に影響をうける。ここで、流路と排気槽の境界、すなわち流路を構成する平面又は曲面（以下「流路内面」という）が、排気槽を構成する平面又は曲面（以下「排気槽内面」という）と交わる閉曲線上の任意の一点を「流路排気槽接触点」と呼ぶ。例えば、本発明の一例として図１３に示した流路と排気槽の境界の構造では、流路排気槽接触点は閉曲線１３００上の任意の一点である。例えば図１３におけるＴ点１３０１やＵ点１３０２は、流路排気槽接触点の例である。さらに流路排気槽接触点における流路内面と排気槽内面のなす最小の角度を、「流路端開放角」と呼ぶ。これは、流路内の電解液等が排気槽内の空気に開放される点における角度という意味である。
【0046】
本発明者らは、すべての流路排気槽接触点において、流路端開放角を２３０°以上とすることにより、流路内の電解液等の排気槽内への侵入を抑制できることを見出した。
【0047】
また、本発明者らは、すべての流路排気槽接触点において、流路に導入される電解液等の流路内面及び排気槽内面を構成する材料表面における接触角と流路端開放角の間に、以下（１）式が成り立つ場合には、流路内の電解液等が排気槽内に侵入しないことを見出した。
Ｐ＝流路端開放角＋接触角≧２８５° （１）
Ｐ＝流路端開放角＋接触角≧２８５° （１）
【0048】
図１４（ａ）は、本発明の一例である図１３に示した構造において、上流路４１０と排気槽４１６の接続部の断面を表した模式図である。図１４（ａ）では、流路排気槽接続点であるＴ点１３０１及びＵ点１３０２の流路端開放角１４０１及び１４０２は、ともに２７０°である。一方で、図１４（ｂ）は、従来の技術による流路と排気槽との接続部の構造である。この場合、Ｅ点１４１１及びＢ点１４１２は、流路排気槽接続点の例である。このような従来の技術による構造では、Ｅ点における流路端開放角１４２１は２７０°であるが、Ｂ点における流路端開放角１４２２は１８０°であり、一部の流路排気槽接触点において（１）式を満たさない。
【0049】
図１５を用いて本発明の一実施形態による効果を説明する。図１５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は異なる上チャンバ構造を模したサンプルである。注入槽１５１３、１５２３及び１５３３から各々電解液を注入した。流路はその長辺が水平方向になるよう設置されている。図１５（ａ）のチャンバ構造では、排気槽１５１２、１５２２、１５３２と流路の境界をなす境界面が長辺に対して垂直である。図１５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、接触角１５０１、１０５２はそれぞれ５９．５°、１０９．５°であり、流路端開放角１５１１、１５２１、１５３１はそれぞれ２７０°、１８０°、１８０°であり、（１）式で表される流路端開放角＋接触角の最小値は各々、Ｐ(a)≧３２９．５°、Ｐ(b)≧２３９．５°及びＰ(c)≧２８９．５°であった。本発明者らは、様々な組成の電解液（界面活性剤の種類及び濃度）を変化させた実験結果より、流路端開放角が２３０°以上（図１５（ａ）、（ｃ））、又は流路端開放角＋接触角が概ね２８５°（図１５（ａ））を上回れば、センサデバイスを傾けるなどしても、流路の電解液等が排気槽に侵入しないことを見出した。
【0050】
一般に、チャンバ内面に対して疎水的な電解液等は、流路を流れずに止まる、流路を充填するのに長い時間を要する、あるいは流路内に気泡などが混入し正しい計測ができないなどの問題を生ずる。このため、計測に用いる電解液は親水的である、すなわち接触角は小さいことが望ましい。一方で（１）式をみると、接触角が小さいほどＰが小さくなり、流路の電解液等が排気槽に流出しやすくなる。これを防ぐために、流路端開放角は大きな値、できれば２３０°以上、好ましくは２７０°以上である方が望ましい。図１６に例示する本発明のチャンバ構造例では、流路排気槽接続点Ｘ、Ｙ及びＺにおける流路端開放角１６０１，１６０２，１６０３は各々２７０°、２７０°及び３１５°であり、親水性の高い電解液等であっても流路から排気槽への流出を阻止することができる。
【0051】
なお、上記実施形態は、上チャンバについて説明しているが、下チャンバについても同様に適用可能である。
【0052】
本発明の別の実施形態では、１つのチャンバに複数の排気槽及び排気口があってもよい。本発明によるチャンバ構造の他の一例を図１７に示す。この一例では、注入槽４１５から細孔４９２らに第１の排気槽４１６に向う上流路４１０に加えて、注入槽４１５から電極１７００、さらに第２の排気槽１７１６に向かう第２の流路１７１０を有している。第２の排気槽１７１６は、第２の排気口１７１２を有する。このようなチャンバ構造によって、上チャンバに設置する電極を自由な位置に設置することができ、センサデバイスのレイアウトの自由度向上に繋がる。
【符号の説明】
【0053】
１００ センサデバイス
１０１ 計測対象粒子
１１０ チャンバ
１１１ 注入口
１１２ 電極
１２０ チャンバ
１２１ 注入口
１２２ 電極
１４０ 細孔
１４１ 隔壁
１５０ アンプ
１５１ 電流計
１５２ 電圧源
２００ 市販のセンサデバイス
２０１ 時刻（横軸）
２０２ 電流値（縦軸）
２０３ パルス信号
２１０ 上流路
２１１ 上注入口
２１２ 排気口
２１５ 注入槽
２１６ 排気槽
２２０ 下流路
２２１ 下注入口
２２２ 排気口
２２５ 注入槽
２２６ 排気槽
２９０ 半導体Ｓｉチップ
２９１ 隔壁
２９２ 細孔
３１１，３１２，３１３，３１４ 上チャンバの液面
３２１，３２２，３２３，３２４ 下チャンバの注入槽の液面
３２５，３２６，３２７，３２８ 下チャンバの排気槽の液面
４００ センサデバイス
４１０ 上流路
４１１ 注入口
４１２ 排気口
４１５ 注入槽
４１６ 排気槽
４２０ 下流路
４２１ 注入口
４２２ 排気口
４２３ 注入槽
４２４ 下流路出口
４２５ 液切りチャンバの上面
４２６ 液切りチャンバ
４２７ 吸収チャンバ
４２８ 吸収パッド
４２９ 吸気口
４３０ 細孔接続部
４３１ 下流路入口
４９０ 基板
４９１ 隔壁
４９２ 細孔
５２１，５２２，５２３，５２４ 下チャンバの注入槽の液面
５３１ 気泡
５３２ 液切りチャンバの底部
５３３ 下流路の液切りチャンバ側の液面
５３４ 吸収チャンバの液切りチャンバ側の液面
６１１，６１２ 上チャンバに注入された液量
６２１，６２２ 下流路に注入された液量
７１０ 上流路
７２０ 下流路
７２１ 下流路注入口
７２２ 排気口
７２７ 吸収チャンバ
７２８ 吸収パッド
７２９ 吸気口
７３１ 下流路電極
７３２ 上流路電極
７５１ 市販のセンサデバイスの１分あたりのパルス数
７５２ 市販のセンサデバイスのパルス幅
７６１ 本発明の一実施形態のセンサデバイスの１分あたりのパルス数
７６２ 本発明の一実施形態のセンサデバイスのパルス幅
７９０ 細孔チップ
８００ 粒子
８１０ 力ｆhp
８２１，８２２ クーロン力ｆc
９１０，９１１，９１２，９１３ 図８（ａ）の場合のパルス頻度の例
９２０，９２１，９２２，９２３ 図８（ｂ）の場合のパルス頻度の例
１０００ リザーバ容器
１００１ 隔離フィルム
１００２ 空間
１０１０ 上チャンバ
１０１１ 上注入口
１０２０ 下チャンバ
１０２３，１０２４ 液面
１０２８ 吸収パッド
１１０１ 基材
１１０２ 液滴
１１１２ 接触角
１３００ 閉曲線
１３０１ Ｔ点
１３０２ Ｕ点
１４０１、１４０２ 流路端開放角
１４１１ Ｅ点
１４１２ Ｂ点
１４２１，１４２２ 流路端開放角
１５０１，１５０２ 接触角
１５１１，１５２１，１５３１ 流路端開放角
１５１２，１５２２，１５３２ 排気槽
１５１３，１５２３，１５３３ 注入槽
１６０１，１６０２，１６０３ 流路端開放角
１７００ 電極
１７１０ 第２の流路
１７１２ 第２の排気口
１７１６ 第２の排気槽
２０２１，２０２２ 液残り
１０１ 計測対象粒子
１１０ チャンバ
１１１ 注入口
１１２ 電極
１２０ チャンバ
１２１ 注入口
１２２ 電極
１４０ 細孔
１４１ 隔壁
１５０ アンプ
１５１ 電流計
１５２ 電圧源
２００ 市販のセンサデバイス
２０１ 時刻（横軸）
２０２ 電流値（縦軸）
２０３ パルス信号
２１０ 上流路
２１１ 上注入口
２１２ 排気口
２１５ 注入槽
２１６ 排気槽
２２０ 下流路
２２１ 下注入口
２２２ 排気口
２２５ 注入槽
２２６ 排気槽
２９０ 半導体Ｓｉチップ
２９１ 隔壁
２９２ 細孔
３１１，３１２，３１３，３１４ 上チャンバの液面
３２１，３２２，３２３，３２４ 下チャンバの注入槽の液面
３２５，３２６，３２７，３２８ 下チャンバの排気槽の液面
４００ センサデバイス
４１０ 上流路
４１１ 注入口
４１２ 排気口
４１５ 注入槽
４１６ 排気槽
４２０ 下流路
４２１ 注入口
４２２ 排気口
４２３ 注入槽
４２４ 下流路出口
４２５ 液切りチャンバの上面
４２６ 液切りチャンバ
４２７ 吸収チャンバ
４２８ 吸収パッド
４２９ 吸気口
４３０ 細孔接続部
４３１ 下流路入口
４９０ 基板
４９１ 隔壁
４９２ 細孔
５２１，５２２，５２３，５２４ 下チャンバの注入槽の液面
５３１ 気泡
５３２ 液切りチャンバの底部
５３３ 下流路の液切りチャンバ側の液面
５３４ 吸収チャンバの液切りチャンバ側の液面
６１１，６１２ 上チャンバに注入された液量
６２１，６２２ 下流路に注入された液量
７１０ 上流路
７２０ 下流路
７２１ 下流路注入口
７２２ 排気口
７２７ 吸収チャンバ
７２８ 吸収パッド
７２９ 吸気口
７３１ 下流路電極
７３２ 上流路電極
７５１ 市販のセンサデバイスの１分あたりのパルス数
７５２ 市販のセンサデバイスのパルス幅
７６１ 本発明の一実施形態のセンサデバイスの１分あたりのパルス数
７６２ 本発明の一実施形態のセンサデバイスのパルス幅
７９０ 細孔チップ
８００ 粒子
８１０ 力ｆhp
８２１，８２２ クーロン力ｆc
９１０，９１１，９１２，９１３ 図８（ａ）の場合のパルス頻度の例
９２０，９２１，９２２，９２３ 図８（ｂ）の場合のパルス頻度の例
１０００ リザーバ容器
１００１ 隔離フィルム
１００２ 空間
１０１０ 上チャンバ
１０１１ 上注入口
１０２０ 下チャンバ
１０２３，１０２４ 液面
１０２８ 吸収パッド
１１０１ 基材
１１０２ 液滴
１１１２ 接触角
１３００ 閉曲線
１３０１ Ｔ点
１３０２ Ｕ点
１４０１、１４０２ 流路端開放角
１４１１ Ｅ点
１４１２ Ｂ点
１４２１，１４２２ 流路端開放角
１５０１，１５０２ 接触角
１５１１，１５２１，１５３１ 流路端開放角
１５１２，１５２２，１５３２ 排気槽
１５１３，１５２３，１５３３ 注入槽
１６０１，１６０２，１６０３ 流路端開放角
１７００ 電極
１７１０ 第２の流路
１７１２ 第２の排気口
１７１６ 第２の排気槽
２０２１，２０２２ 液残り
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
