特開 2025-156904 ポアデバイスおよび微粒子測定システム、ポアデバイスの製造方法

(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】P2025156904

(43)【公開日】2025-10-15

(54)【発明の名称】ポアデバイスおよび微粒子測定システム、ポアデバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/13 20240101AFI20251007BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20251007BHJP

【ＦＩ】

G01N15/13 A

G01N27/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024059649

(22)【出願日】2024-04-02

(71)【出願人】

【識別番号】390005175

【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】生沼 浩介

(72)【発明者】

【氏名】高田 武晃

(72)【発明者】

【氏名】小川 良平

(72)【発明者】

【氏名】鷲津 信栄

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA19

2G060AF20

2G060AG03

2G060AG11

2G060JA07

2G060KA09

(57)【要約】

【課題】信頼性を損なわずに長期保存が可能なポアデバイスを提供する。
【解決手段】ポアデバイス１００は、デバイス本体１５０およびは封止部材１６０を備える。デバイス本体１５０は、ポア１０４を通じて連通する第１空間１２２と第２空間１２４と、第１空間１２２および第２空間１２４に電解液５を注入するための注入口１５２と、を有する。デバイス本体１５０の内部には親水基１５４が付与されている。封止部材１６０は、第１空間１２２および第２空間１２４が電解液５で満たされた状態で、注入口１５２を封止する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポアを通じて連通する第１空間と第２空間と、前記第１空間および前記第２空間に電解液を注入するための注入口と、を有し、内部に親水基が付与されたデバイス本体と、
前記第１空間および前記第２空間が前記電解液で満たされた状態で、前記注入口を封止する封止部材と、
を備えることを特徴とするポアデバイス。

【請求項2】

前記デバイス本体は、
前記ポアが形成されたポアチップと、
前記ポアチップを収容し、前記ポアチップによって内部が前記第１空間と前記第２空間に区画されるポアチップケースと、
を含み、
前記ポアチップケースは、
前記ポアチップを収容し、前記第１空間と前記第２空間を有するボディと、
前記ボディと接続され、少なくとも一部が前記ボディの内部空間に露出している電極が形成される基板と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のポアデバイス。

【請求項3】

前記電極はそれぞれ、
前記基板上に形成される第１金属層と、
前記ボディの前記内部空間に露出している部分において、前記第１金属層よりも上の層に形成されるカーボンバリア層と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のポアデバイス。

【請求項4】

前記基板はプリント基板であり、
前記第１金属層の材料はＣｕであり、
前記電極は、
前記第１金属層の上に形成されたＮｉの第２金属層と、
前記第２金属層の上に形成されたＡｕの第３金属層と、
をさらに含み、
前記カーボンバリア層は、前記第３金属層の上に形成されることを特徴とする請求項３に記載のポアデバイス。

【請求項5】

前記基板はフィルム基板であり、
前記第１金属層の材料はＡｇであることを特徴とする請求項３または４に記載のポアデバイス。

【請求項6】

前記カーボンバリア層は、前記ボディの外部空間に露出する部分にも形成されることを特徴とする請求項３または４に記載のポアデバイス。

【請求項7】

前記カーボンバリア層の厚みは、１０μｍ～３０μｍであることを特徴とする請求項３または４に記載のポアデバイス。

【請求項8】

前記電極は、前記カーボンバリア層の上に形成されるＡｇ／ＡｇＣｌ層をさらに含むことを特徴とする請求項３または４に記載のポアデバイス。

【請求項9】

請求項１から４のいずれかに記載のポアデバイスと、
前記ポアデバイスの電極に電気信号を印加し、前記ポアデバイスに発生する電気信号を測定する計測装置と、
を備えることを特徴とする微粒子測定システム。

【請求項10】

ポアデバイスの製造方法であって、
ポアを通じて連通する第１空間と第２空間と、前記第１空間および前記第２空間に電解液を注入するための注入口と、を有するデバイス本体の内部に、親水基を付与するステップと、
前記注入口から前記デバイス本体の内部に電解液を注入するステップと、
前記注入口を封止部材によって封止するステップと、
を備えることを特徴とする製造方法。

【請求項11】

前記電解液を注入後、前記デバイス本体を試験するステップをさらに備え、
前記封止するステップは、試験するステップの後に行われることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ポアデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

電気的検知帯法（コールター原理）と呼ばれる粒度分布測定法が知られている。この測定法では、粒子を含む電解液を、ナノポアと称される細孔を通過させる。粒子が細孔を通過するとき、細孔中の電解液は粒子の体積に相当する量だけ減少し、細孔の電気抵抗を増加させる。したがって細孔の電気抵抗を測定することで、粒子の体積（すなわち粒径）を測定することができる。

【0003】

図１は、電気的検知帯法を用いた微粒子測定システム１Ｒのブロック図である。微粒子測定システム１Ｒは、ポアデバイス１００Ｒ、計測装置２００Ｒおよびデータ処理装置３００を備える。

【0004】

ポアデバイス１００Ｒの内部は、検出対象の粒子４を含む電解液２が満たされる。ポアデバイス１００Ｒの内部は、ポアチップ１０２によって２つの空間に隔てられており、２つの空間には電極１０６と電極１０８が設けられる。電極１０６と電極１０８の間に電位差を発生させると、電極間にイオン電流が流れ、また電気泳動によって粒子４がポア１０４を経由して、一方の空間から他方の空間に移動する。

【0005】

計測装置２００Ｒは、電極対１０６，１０８の間に電位差を発生させるとともに、電極対の間の抵抗値Ｒｐと相関を有する情報を取得する。計測装置２００Ｒは、トランスインピーダンスアンプ２１０、電圧源２２０、デジタイザ２３０を含む。電圧源２２０は電極対１０６，１０８の間に電位差Ｖｂを発生させる。この電位差Ｖｂは、電気泳動の駆動源であるとともに、抵抗値Ｒｐを測定するためのバイアス信号となる。

【0006】

電極対１０６，１０８の間には、ポア１０４の抵抗に反比例する微小電流Ｉｓが流れる。
Ｉｓ＝Ｖｂ／Ｒｐ …（１）

【0007】

トランスインピーダンスアンプ２１０は、微小電流Ｉｓを電圧信号Ｖｓに変換する。変換ゲインをｒとするとき、以下の式が成り立つ。
Ｖｓ＝－ｒ×Ｉｓ …（２）
式（１）を式（２）に代入すると、式（３）が得られる。
Ｖｓ＝－Ｖｂ×ｒ／Ｒｐ …（３）
デジタイザ２３０は、電圧信号ＶｓをデジタルデータＤｓに変換する。このように計測装置２００Ｒにより、ポア１０４の抵抗値Ｒｐに反比例する電圧信号Ｖｓを得ることができる。

【0008】

図２は、計測装置２００Ｒにより測定される例示的な微小電流Ｉｓの波形図である。なお本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

【0009】

粒子が通過する短い期間、ポア１０４の抵抗値Ｒｐが増大する。したがって、粒子が通過するごとに電流Ｉｓはパルス状に減少する。個々のパルス電流の振幅は、粒径と相関を有する。データ処理装置３００は、デジタルデータＤｓを処理し、電解液２に含まれる粒子４の個数や粒径分布などを解析する。データ処理装置３００の一部は、サーバやクラウドであってもよい。

【0010】

ポアデバイス１００Ｒの使用前の準備を説明する。ポアデバイス１００Ｒは、使用前に親水処理が必要となる。親水処理を施さないポアデバイス１００Ｒに電解液を注入すると、内部空間の内壁面、電極（配線）１０６，１０８の表面、ポアチップ１０２の表面、ポア１０４などに気泡が付着する。

【0011】

気泡はいくつかの問題をもたらす。たとえば、ポア１０４に気泡が付着すると、ポア１０４の貫通電流が不安定となり、またポア１０４を通過する粒子４の経路を阻害してしまい、正常な微粒子計測が難しくなる。

【0012】

また流路となる内部空間の途中に気泡が付いてしまうと、流路の狭窄が起きてしまう可能性があり、それによって液中の粒子が均一に分散しなくなってしまう。

【0013】

・電極１０６、１０８に気泡が付いてしまうと、電解液２と接触不良が生じ、イオン交換が十分に起きず、正常な計測電流が取得できなくなってしまう。

【0014】

このような問題を解決するために、電解液の注入に先立って、ポアデバイス１００Ｒの内部に親水処理を施すことが好ましいとされる。親水処理の方法はさまざまであるが、たとえばアクアプラズマ照射によって親水基を、ポアデバイス１００Ｒの内部に付与する手法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特許７２８２１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

ポアデバイス１００Ｒのユーザが、親水処理を施すことは容易ではない。また親水基は大気にさらされると減少するため、親水処理の効果は、数日～１週間程度しか持続しない。そのため現状では、ポアデバイス１００Ｒの製造者が、ユーザによるポアデバイス１００Ｒの使用時期に合わせて親水処理を行い、ユーザに届ける必要がある。そしてポアデバイス１００Ｒを受け取ったユーザは数日以内にポアデバイス１００Ｒを使用する必要がある。

【0017】

特許文献１には、親水処理後の複数のポアデバイスを、電解液で満たされた容器に収容する技術が開示されている。この技術によれば、親水基が大気にさらされないため、親水基の減少を抑制できるため、長期間の保存が可能となる。

【0018】

ところが、特許文献１に記載の方法では、容器自体に汚れが付着していると、容器に保存中のポアデバイスの内部に汚れが侵入し、ポアに詰まったりするリスクがある。また、容器内に不純物が含まれていると、化学的に悪影響を及ぼす可能性もある。

【0019】

また容器に液体を入れて保管するため、重量が重くなり、可搬性が低下する。

【0020】

ポアデバイスの使用時には容器から取り出した後に、ポアデバイスの外側に付着した電解液を拭き取る必要がある。これはユーザにとって煩わしい作業である。また、電解液の拭き取り作業によって、不純物が付着するリスクもある。

【0021】

さらに、容器内の保管液の廃液が発生するため、その処理は、ユーザ側にとって煩わしいものとなる。

【0022】

また１つの容器に、複数個のデバイスを保存する形態では、１度容器を開封し、デバイスを１つ以上取り出してしまうと、他デバイスにコンタミの影響が発生してしまうため、微粒子検出デバイスとしてはあまり望ましくない。

【0023】

さらに、計測装置２００Ｒのプローブと、電極１０６，１０８とのコンタクト部分が、電解液に浸漬されることとなる。そのため、コンタクト部分に対して、腐食防止の対策を施す必要がある。

【0024】

本開示は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、信頼性を損なわずに長期保存が可能なポアデバイスの提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0025】

本開示のある態様のポアデバイスは、ポアを通じて連通する第１空間と第２空間と、第１空間および第２空間に電解液を注入するための注入口と、を有し、内部に親水基が付与されたデバイス本体と、第１空間および第２空間が電解液で満たされた状態で、注入口を封止する封止部材と、を備える。

【0026】

本発明の別の態様は、ポアデバイスの製造方法である。この製造方法は、ポアを通じて連通する第１空間と第２空間と、第１空間および第２空間に電解液を注入するための注入口と、を有するデバイス本体の内部に、親水基を付与するステップと、注入口からデバイス本体の内部に電解液を注入するステップと、注入口を封止部材によって封止するステップと、を備える。

【0027】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

【発明の効果】

【0028】

本開示のある態様によれば、ポアデバイスの信頼性を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】電気的検知帯法を用いた微粒子測定システムのブロック図である。

【図2】計測装置により測定される例示的な微小電流Ｉｓの波形図である。

【図3】実施形態に係るポアデバイスの断面図である。

【図4】実施形態に係るポアデバイスの製造方法を説明する図である。

【図5】実施例１に係るデバイス本体の断面図である。

【図6】カーボンバリア層を省略した比較用のサンプルの電極部分の表面成分分析の結果を示す図である。

【図7】カーボンバリア層を備えるサンプルの電極部分の表面成分分析の結果を示す図である。

【図8】実施例２に係るデバイス本体の断面図である。

【図9】変形例１に係るデバイス本体断面図である。

【図10】変形例２に係るデバイス本体の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0031】

一実施形態に係るポアデバイスは、ポアを通じて連通する第１空間と第２空間と、第１空間および第２空間に電解液を注入するための注入口と、を有し、内部に親水基が付与されたデバイス本体と、第１空間および第２空間が電解液で満たされた状態で、注入口を封止する封止部材と、を備える。

【0032】

このポアデバイスは、デバイス本体の内部を電解液で満たした状態で注入口が封止され、製品として出荷される。ユーザは封止部材を剥がすことにより、注入口から検出対象の粒子を含む液体を注入することができる。この構成によれば、親水基は空気に触れないため、長期保存が可能である。また、デバイス本体自体を保存液に浸す必要がないため、デバイス本体の拭き取りが不要であり、また保存液による汚染を防止できる。

【0033】

一実施形態において、デバイス本体は、ポアが形成されたポアチップと、ポアチップを収容し、ポアチップによって内部が第１空間と第２空間に区画されるポアチップケースと、を含んでもよい。ポアチップケースは、ポアチップを収容し、第１空間と第２空間を有するボディと、ボディと接続され、少なくとも一部がボディの内部空間に露出している電極が形成される基板と、を含んでもよい。

【0034】

一実施形態において、電極はそれぞれ、基板上に形成される第１金属層と、ボディの内部空間に露出している部分において、第１金属層よりも上の層に形成されるカーボンバリア層と、を含んでもよい。この構成によると、カーボンバリア層によって、電解液に含まれる塩化物イオンをブロックすることができ、これにより、塩化物イオンが第１配線層に到達するのを防ぐことができ、信頼性を改善できる。

【0035】

一実施形態において、基板はプリント基板であり、第１金属層の材料はＣｕであり、電極は、第１金属層の上に形成されたＮｉの第２金属層と、第２金属層の上に形成されたＡｕの第３金属層と、をさらに含んでもよい。カーボンバリア層は、第３金属層の上に形成されてもよい。これによりＣｕの劣化を防ぐことができる。

【0036】

一実施形態において、基板はフィルム基板であり、第１金属層の材料はＡｇ（銀）であってもよい。これによりＡｇの塩化を防ぐことができる。

【0037】

一実施形態において、カーボンバリア層は、ボディの外部空間に露出する部分にも形成されてもよい。これにより、Ａｇの酸化を防ぐことができる。

【0038】

一実施形態において、カーボンバリア層の厚みは、１０μｍ～３０μｍであってもよい。

【0039】

一実施形態において、電極は、カーボンバリア層の上に形成されるＡｇ／ＡｇＣｌ（銀塩化銀）層をさらに含んでもよい。これにより電解液とのイオン交換を効率よく行うことが可能となる。

【0040】

一実施形態に係る微粒子計測システムは、上述のポアデバイスと、ポアデバイスの電極に電気信号を印加し、ポアデバイスに発生する電気信号を測定する計測装置と、を備えてもよい。

【0041】

一実施形態に係る製造方法は、ポアを通じて連通する第１空間と第２空間と、第１空間および第２空間に電解液を注入するための注入口と、を有するデバイス本体の内部に、親水基を付与するステップと、注入口からデバイス本体の内部に電解液を注入するステップと、注入口を封止部材によって封止するステップと、を備える。

【0042】

一実施形態において製造方法は、電解液を注入後、デバイス本体を試験するステップをさらに備えてもよい。封止するステップは、試験するステップの後に行われてもよい。

【0043】

（実施形態）
以下、好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。

【0044】

また図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

【0045】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0046】

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に接続された（設けられた）状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0047】

また本明細書において、電圧信号、電流信号などの電気信号、あるいは抵抗、キャパシタ、インダクタなどの回路素子に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは回路定数（抵抗値、容量値、インダクタンス）を表すものとする。

【0048】

図３は、実施形態に係るポアデバイス１００の断面図である。ポアデバイス１００は、デバイス本体１５０および封止部材１６０を備える。デバイス本体１５０は、ポア１０４を通じて連通する第１空間１２２および第２空間１２４を含む。デバイス本体１５０には、測定時において、第１空間１２２および第２空間１２４の内部に測定対象の粒子を含む電解液を注入するための注入口１５２が設けられている。またデバイス本体１５０には、第１空間１２２と第２空間１２４の間に電界を印加するための電極１０６、１０８が設けられる。

【0049】

デバイス本体１５０の内部には、プラズマ処理などによって親水基１５４が付与されている。

【0050】

デバイス本体１５０の第１空間１２２および第２空間１２４の内部は、親水基１５４が空気と触れないように、保存用の電解液５で満たされている。

【0051】

封止部材１６０は、第１空間１２２および第２空間１２４が電解液５で満たされた状態で、注入口１５２を封止している。

【0052】

ポアデバイス１００の使用時には、封止部材１６０をデバイス本体１５０から剥がすことにより、注入口１５２が露出する。図５では、一枚の封止部材１６０によって２つの注入口１５２を塞いでいるが、本開示はそれに限定されず、注入口１５２ごとに、別々の封止部材１６０を設けてもよい。またデバイス本体１５０が注入口１５２以外の開口、たとえば空気抜きのための開口を有している場合には、その他の開口を塞ぐように封止部材１６０が貼付けられる。

【0053】

以上がポアデバイス１００の全体構成である。このポアデバイス１００によれば、デバイス本体１５０の内部を保存用の電解液５で満たした状態で注入口１５２が封止され、製品として出荷される。ユーザは封止部材１６０を剥がすことにより、注入口１５２から検出対象の粒子を含む液体を注入することができる。この構成によれば、親水基１５４は空気に触れないため、長期保存が可能である。

【0054】

また、デバイス本体１５０自体を保存液に浸す必要がないため、デバイス本体１５０の拭き取りが不要である。

【0055】

また計測装置２００Ｒのプローブと、電極１０６，１０８とのコンタクト部分が、電解液に浸漬されないため、コンタクト部分に対しては腐食防止の対策を施す必要である。

【0056】

さらに、従来のように、複数のポアデバイスを同じ容器内に保存する手法では、あるポアデバイスを取り出す際に、保存液を汚染し、結果として他のポアデバイスを汚染する可能性がある。これに対して本実施形態によれば、このような問題は生じない。

【0057】

保存用の電解液５は、測定時には廃液となるが、その量は、特許文献１に記載の保存液の量に比べると格段に少なくて済む。

【0058】

また、デバイス毎の包装となるため取り扱いやすいという利点もある。

【0059】

デバイス本体１５０の構成は特に限定されず、公知のあるいは将来利用可能なさまざまなポアデバイスに本開示に係る技術は適用可能である。以下では、デバイス本体１５０の構成例を説明する。

【0060】

デバイス本体１５０は、ポアチップ１０２と、ポアチップ１０２を収容するポアチップケース１０１を備える。ポアチップ１０２には、ポア１０４が形成される。ポアチップケース１０１は、ポアチップ１０２によって区画される２つの空間１２２，１２４を含む。空間１２２，１２４は、出荷保存時において、保存用の電解液５で満たされる。測定時においては、粒子４を含む電解液で満たされる。

【0061】

たとえば、ポアチップケース１０１は、基板１１０およびボディ１２０を含む。ボディ１２０は、基板１１０の上に設けられる。基板１１０には、電極１０６，１０８に相当する配線１１２Ｐ，１１２Ｎが形成されている。配線１１２Ｐ，１１２Ｎはそれぞれ、ボディ１２０の空間１２２，１２４内から外側に引き出されており、ボディ１２０の内側のイオン交換領域１１８において、電解液２との間でイオン交換を行い、外側のコンタクト領域１１６において、計測装置２００と電気的に接続可能となっている。

【0062】

以上がデバイス本体１５０の構成例である。

【0063】

続いてポアデバイス１００の製造方法について説明する。

【0064】

図４は、実施形態に係るポアデバイス１００の製造方法を説明する図である。はじめに、デバイス本体１５０を製造する（Ｓ１００）。デバイス本体１５０の製造方法は、デバイス本体１５０の構造や形式によって異なり、本開示においてデバイス本体１５０の構造や形式は特に限定されないため、説明を省略する。

【0065】

デバイス本体１５０の内部に親水処理を施す（Ｓ１０２）。親水処理の方法はさまざまであるが、たとえばアクアプラズマ照射によって、親水基１５４を、デバイス本体１５０の内部に付与することができる。

【0066】

続いて、保存用の電解液５を、注入口１５２からデバイス本体１５０に注入する（Ｓ１０４）。これによりデバイス本体１５０の内部が電解液５で満たされ、デバイス本体１５０の内部の空気が追い出され、親水基１５４が空気と接触しなくなる。

【0067】

そして、デバイス本体１５０の注入口１５２を塞ぐように、封止部材１６０を貼付ける（Ｓ１０６）。

【0068】

以上がポアデバイス１００の製造方法である。

【0069】

続いてポアデバイス１００の検査について説明する。ポアチップのポアの形状やサイズは、測定精度に大きな影響を及ぼす。ただし、ポアの機械的な出来映え評価は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などが必要であり、特に数ｎｍ～数百ｎｍのポアを正確に評価するには測長用走査電子顕微鏡（CD-SEM）等が必要となるため、全数検査することは現実的ではない。また、電気的な試験を行うためには、ポアデバイス１００の内部に電解液を浸して検査する必要があったため、親水処理後、ドライな状態で出荷していた従来の形態では、電気的試験も全数検査ができなかった。そのため、従来では、抜き取り検査によって、ロットごとの品質保証を行うのが一般的であった。

【0070】

これに対して、上述のポアデバイス１００では、全数検査が可能となるという利点がある。ポアデバイス１００の製造工程において、デバイス本体１５０に親水処理を施し、電解液を注入した状態では、電気的試験が可能である。そこで、すべての個体について、電解液を注入した後に、電気的試験を行い、試験をパスした個体のみ、封止部材１６０を貼付けて出荷することが可能である。全数検査によりポアデバイス１００の品質、信頼性を一層改善できる。

【0071】

続いて電極１０６，１０８の腐食防止について説明する。

【0072】

上述のように、デバイス本体１５０が保存液の中に浸潤するわけではないため、電極１０６，１０８に相当する配線１１２Ｐ，１１２Ｎのうち、コンタクト領域１１６については、腐食の心配はないため、特別な処理は不要である。

【0073】

一方で、ポアデバイス１００の性能を、数ヶ月～年単位の長期間にわたって保つためには、配線１１２Ｐ，１１２Ｎのイオン交換領域１１８について、腐食防止の対策を施すことが求められる。

【0074】

配線１１２Ｐ，１１２Ｎの腐食について説明する。

【0075】

基板１１０としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのフィルム基板、プリント基板、ガラス基板が候補として上げられる。

【0076】

ＰＥＴ基板では安価で、加工性が高いため、使い捨て（ディスポーザブル）のポアデバイス１００Ｒにおいてしばしば用いられる。ＰＥＴ基板は耐熱性が低いため、配線１１２Ｐ，１１２Ｎとしては、低温形成できる銀粒子で配線されることが多い。

【0077】

しかしながら、銀は酸化速度が速く、その表面に酸化銀の絶縁膜を形成してしまう。絶縁膜は、コンタクト領域１１６における基板１１０との電気的な接続を妨げる。電気的接続をポゴピンなどで確立する場合、ワイピングによって酸化銀の絶縁膜を突き破って新生面を露出させてコンタクトを取ることができるが、銀配線の厚みが薄いため、接触が不安定になりやすい。

【0078】

プリント基板は、一般的に電極形成で使用され、ＦＲ－４（Flame Retardant Type 4）などのガラスエポキシ材で形成される。プリント基板の場合、配線層は銅であり、通常はその上に金メッキをするため、ＰＥＴのような酸化の心配はなく、外部電極との接触も良好である。

【0079】

しかしながら、ポアデバイス１００の基板１１０として使用する場合、ボディ１２０の内部を電解液５で満たして長期保存する間に、電解液５に含まれる塩化物イオンが、銀塩化銀電極及びその下の金メッキを通過して配線層の銅まで達してしまう。これにより銅の塩化が起こり、絶縁体である塩化銅が電極表面に析出してきて接触不良を起こす。

【0080】

ガラス基板は、電解液を使用する電気化学計測においてよく用いられる。ガラスは融点が高いので蒸着法で直接に金を配線できる。このためプリント基板のような塩化リスクやＰＥＴ基板のような接触不良リスクは低い。ただし、価格が１桁以上高くなるため、ディスポーザブルなポアデバイスには不向きである。

【0081】

以下、デバイス本体１５０における好ましい配線構造について説明する。

【0082】

図５は、実施例１に係るデバイス本体１５０Ａの断面図である。ここでは配線構造に着目して説明する。

【0083】

第１電極１０６および第２電極１０８は、同様の配線構造を有する配線１３０Ａである。

【0084】

配線１３０Ａは、プリント基板１１０Ａ上に順に積層される第１配線層１３２、第２配線層１３６、第３配線層１３８、カーボンバリア層１３４、Ａｇ／ＡｇＣｌ層１４０を含む。第１配線層１３２はＣｕ、第２配線層１３６はＮｉ、第３配線層１３８はＡｕである。カーボンバリア層１３４は導電性を有しており、第３配線層１３８の上に形成される。カーボンバリア層１３４の上の、ボディ１２０の内部に露出する部分（イオン交換領域）には、電解液２とのイオン交換を効率よく行うために、Ａｇ／ＡｇＣｌ層１４０が形成される。

【0085】

カーボンバリア層１３４の厚さは、たとえば１０μｍ～３０μｍ程度、具体的には２０μｍ程度とするとよい。この範囲とすることで、製造コストの増加を抑えつつ、塩化物イオンをブロックすることができる。

【0086】

以上がデバイス本体１５０Ａの構造である。続いてその利点を説明する。デバイス本体１５０Ａにおけるカーボンバリア層１３４の利点を検証するために、カーボンバリア層を有するデバイスサンプルと、カーボンバリア層を省略した比較用のデバイスサンプルを作製した。そして、２つのサンプルについて、内部を電解液で満たして通電した後、電極の表面成分分析を行った。

【0087】

図６は、カーボンバリア層を省略した比較用のサンプルの電極部分の表面成分分析の結果を示す図である。カーボンバリア層を省略したサンプルでは、ＣｕおよびＣｌが電極表面に多く検出されることが分かる。

【0088】

図７は、カーボンバリア層を備えるサンプルの電極部分の表面成分分析の結果を示す図である。カーボンバリア層を設けたサンプルでは、表面にＣｕは現れず、Ａｇ／ＡｇＣｌ層１４０に含まれるＡｇが多く検出されることが分かる。

【0089】

図５のデバイス本体１５０Ａによれば、電解液５に含まれる塩化物イオンが第１配線層１３２に到達するのを防止できる。これにより、第１配線層１３２における塩化銅の生成、塩化銅の電極表面への析出を防止できる。

【0090】

図８は、実施例２に係るデバイス本体１５０Ｂの断面図である。実施例２に係るデバイス本体１５０Ｂは、プリント基板１１０Ａに代えてフィルム基板１１０Ｂを備える。フィルム基板１１０Ｂは、たとえばＰＥＴ基板であり、フィルム基板１１０Ｂの上には、電極１０６，１０８が形成される。電極１０６，１０８は、同じ構造の配線１３０Ｂで形成される。フィルム基板１１０Ｂの材料はＰＥＴに限定されず、ポリイミド、シクロオレフィンポリマー、アクリルなどで作製することが可能である。

【0091】

配線１３０Ｂは、積層された第１配線層１３２、カーボンバリア層１３４、Ａｇ／ＡｇＣｌ層１４０を含む。第１配線層１３２は、Ａｇである。カーボンバリア層１３４は、第１配線層１３２の上に形成される。カーボンバリア層１３４は、ボディ１２０の内部と外部の両方に形成されている。

【0092】

以上がデバイス本体１５０Ｂの構成である。デバイス本体１５０Ｂでは、ボディ１２０の内側においては、カーボンバリア層１３４によって電解液５中の塩化物イオンが第１配線層１３２に到達するのを防止できる。

【0093】

さらにボディ１２０の外側においては、カーボンバリア層１３４によって第１配線層１３２の酸化を防ぐことができる。

【0094】

続いて配線１３０の変形例を説明する。

【0095】

（変形例１）
図９は、変形例１に係るデバイス本体１５０Ｃ断面図である。実施例１および実施例２では、コンタクト領域が、基板１１０の上面に形成されたがその限りでない。変形例１では、コンタクト領域１１６は、基板１１０の裏面、つまりイオン交換領域１１８の反対側に形成される。

【0096】

配線１３０Ｃは、基板１１０の裏面に積層された第１配線層１３２、カーボンバリア層１３４、第３配線層１３８を含む配線あるいはパッドを有する。プリント基板１１０Ａの上面側の第１配線層１３２と、下面側の第１配線層１３２の間はビアホール１３３で接続される。

【0097】

（変形例２）
図１０は、変形例２に係るデバイス本体１５０Ｄの断面図である。変形例２においては、コンタクト領域１１６とイオン交換領域１１８の間が、プリント基板１１０Ｄの内部の配線１３１およびビアホール１３３を介して接続される。

【0098】

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0099】

１ 微粒子測定システム
２ 電解液
４ 粒子
５ 電解液
２００ 計測装置
２１０ トランスインピーダンスアンプ
２２０ 電圧源
２３０ デジタイザ
１００ ポアデバイス
１０１ ポアチップケース
１０２ ポアチップ
１０４ ポア
１０６，１０８ 電極
１１０ 基板
１１０Ａ プリント基板
１１０Ｂ フィルム基板
１１２Ｐ，１１２Ｎ 配線
１１６ コンタクト領域
１１８ イオン交換領域
１２０ ボディ
１２２ 第１空間
１２４ 第２空間
１３０ 配線
１３２ 第１配線層
１３４ カーボンバリア層
１３６ 第２配線層
１３８ 第３配線層
１４０ Ａｇ／ＡｇＣｌ層
１５０ デバイス本体
１５２ 注入口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】