特許 7082013 微粒子測定システム、計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-30

(45)【発行日】2022-06-07

(54)【発明の名称】微粒子測定システム、計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/12 20060101AFI20220531BHJP

   G01N 27/02 20060101ALI20220531BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20220531BHJP

【ＦＩ】

G01N15/12 F

G01N27/02 D

G01N27/00 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018165314

(22)【出願日】2018-09-04

(65)【公開番号】P2020038121

(43)【公開日】2020-03-12

【審査請求日】2021-05-13

(73)【特許権者】

【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】佐藤 浩

【審査官】山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１０２７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３０５０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２４９０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０８８１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６１２２５９９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １５／００ － １５／１４

Ｇ０１Ｎ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

細孔および電極対を有するナノポアデバイスを用いた微粒子測定システムであって、
前記ナノポアデバイスに流れる電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、
前記電極対の間に直流のバイアス電圧を印加する電圧源と、
前記電圧信号を受けるハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力を第１デジタルデータに変換する第１Ａ／Ｄコンバータと、
前記ハイパスフィルタを通過しない信号を第２デジタルデータに変換する第２Ａ／Ｄコンバータと、
を備え、
前記電圧信号からＤＣ成分を除去した前記第１デジタルデータと、前記電圧信号からＤＣ成分を除去しない前記第２デジタルデータと、にもとづいて、微粒子を測定するとともに、前記ナノポアデバイスの状態を監視可能であることを特徴とする微粒子測定システム。

【請求項2】

前記第１Ａ／Ｄコンバータの分解能は、前記第２Ａ／Ｄコンバータの分解能より高いことを特徴とする請求項１に記載の微粒子測定システム。

【請求項3】

前記第１Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレートは、前記第２Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレートより高いことを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子測定システム。

【請求項4】

前記第１デジタルデータにもとづいて、微粒子を検出する処理と、前記第２デジタルデータに応じて、前記ナノポアデバイスの状態を監視する処理と、を実行するプロセッサを含むことを特徴とする情報処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の微粒子測定システム。

【請求項5】

前記情報処理装置は、前記ナノポアデバイスの目詰まりを検出可能であることを特徴とする請求項４に記載の微粒子測定システム。

【請求項6】

前記情報処理装置は、前記第２デジタルデータが示す電流量が所定時間にわたり、所定値より小さいときに、前記ナノポアデバイスが目詰まり状態であると判定することを特徴とする請求項５に記載の微粒子測定システム。

【請求項7】

細孔および電極対を有するナノポアデバイスを測定する計測装置であって、
前記ナノポアデバイスに流れる電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、
前記電極対の間に直流のバイアス電圧を印加する電圧源と、
前記電圧信号からＤＣ成分を除去するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力を第１データに変換する第１Ａ／Ｄコンバータと、
前記ハイパスフィルタを通過する前の前記電圧信号を、第２データに変換する第２Ａ／Ｄコンバータと、
前記第１データを格納するための第１キャッシュ群と、
前記第２データを格納するための第２キャッシュ群と、
前記第１データおよび前記第２データを、前記第１キャッシュ群および前記第２キャッシュ群に書き込むとともに、前記第１データおよび前記第２データを読み出すキャッシュコントローラと、
前記キャッシュコントローラが読み出した前記第１データおよび前記第２データを、外部の情報処理装置に伝送するバスコントローラと、
を備えることを特徴とする計測装置。

【請求項8】

前記第１Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレートは、前記第２Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレートよりも高く、
前記キャッシュコントローラは、前記第１キャッシュ群に含まれる複数のキャッシュのいずれかにおいてキャッシュフルが生ずると、前記第１データの読み出しを開始し、前記第２キャッシュ群に含まれる複数のキャッシュのいずれかにおいてキャッシュフルが生ずると、前記第２データの読み出しを開始することを特徴とする請求項７に記載の計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ナノポアデバイスを用いた計測に関する。

【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、粒子より細孔の厚みの方が大きい場合には通過する粒子の体積を測定することができ、粒子より細孔の厚みの方が十分に小さい場合、通過している粒子の断面積（すなわち径）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、ナノポアデバイス１００、計測装置２００Ｒおよびデータ処理装置３００を備える。

【0004】

ナノポアデバイス１００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。ナノポアデバイス１００の内部は、ナノポアチップ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が細孔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、細孔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、細孔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、細孔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。電流Ｉｓの変化量は、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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２００９－０１４７０２号公報

【文献】特開２０１４－２０９０８１号公報

【文献】特開２０１７－１２０２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明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、粒子の情報だけでなく、ナノポアデバイスの状態も取得可能な微粒子測定システムの提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明のある態様は、細孔および電極対を有するナノポアデバイスを用いた微粒子測定システムに関する。微粒子測定システムは、ナノポアデバイスに流れる電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、電極対の間に直流のバイアス電圧を印加する電圧源と、を備える。システムは、電圧信号からＤＣ成分を除去した第１データと、電圧信号からＤＣ成分を除去しない第２データと、にもとづいて、微粒子を測定するとともに、ナノポアデバイスの状態を監視可能である。

【0013】

本発明の別の態様は、微粒子測定システムに用いられる情報処理装置に関する。微粒子測定システムは、細孔および電極対を有するナノポアデバイスと、電極対に電圧を印加し、電極対に流れる電流を検出し、ＤＣ成分を除去した第１データと、ＤＣ成分を含む第２データを生成する計測装置と、を備える。情報処理装置は、第１データに応じて、微粒子を検出する処理と、第２データに応じて、ナノポアデバイスの状態を監視する処理と、を実行するプロセッサを含む。

【0014】

本発明のさらに別の態様は、微粒子の測定方法に関する。測定方法は、微粒子を含む電解液を、細孔および電極対を有するナノポアデバイスに充填するステップと、電極対に電圧を印加し、電極対に流れる電流波形を測定するステップと、電流波形のＤＣ成分を除去した第１データと、ＤＣ成分を含む第２データを生成するステップと、第１データに応じて、微粒子を検出するステップと、第２データに応じて、ナノポアデバイスの状態を監視するステップと、を備える。

【0015】

本発明のさらに別の態様は、細孔および電極対を有するナノポアデバイスを測定する計測装置に関する。計測装置は、ナノポアデバイスに流れる電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、電極対の間に直流のバイアス電圧を印加する電圧源と、電圧信号からＤＣ成分を除去するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力を第１データに変換する第１Ａ／Ｄコンバータと、ハイパスフィルタを通過する前の電圧信号を、第２データに変換する第２Ａ／Ｄコンバータと、第１データを格納するための第１キャッシュ群と、第２データを格納するための第２キャッシュ群と、第１データおよび第２データを、第１キャッシュ群および第２キャッシュ群に書き込むとともに、第１データおよび第２データを読み出すキャッシュコントローラと、キャッシュコントローラが読み出した第１データおよび第２データを、外部の情報処理装置に伝送するバスコントローラと、を備える。

【0016】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0017】

本発明のある態様によれば、粒子の情報だけでなく、ナノポアデバイスの状態も取得できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【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】実施の形態に係る微粒子測定システムのブロック図である。

【図4】図４（ａ）、（ｂ）は、電圧信号、第１信号、第２信号の波形図である。

【図5】細孔の目詰まり検出を説明する図である。

【図6】微粒子測定システムにおける微粒子計測のフローチャートである。

【図7】計測装置のブロック図である。

【図8】図７の計測装置のキャッシュ制御を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに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、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0020】

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。

【0021】

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」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。

【0022】

（基本構成）
図３は、実施の形態に係る微粒子測定システム１のブロック図である。微粒子測定システム１は、ナノポアデバイス１００、計測装置２００、データ処理装置３００を備える。

【0023】

ナノポアデバイス１００については、図１を参照して説明した通りであり、細孔１０４が設けられたナノポアチップ１０２と、電極対１０６，１０８を備える。ナノポアチップ１０２の内部は、ＫＣｌ（塩化カリウム）やＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）などの電解液で満たされる。

【0024】

計測装置２００は、電極対１０６，１０８に電圧を印加し、細孔１０４に流れる電流Ｉｓを測定可能に構成される。計測装置２００は、フロントエンド回路として、トランスインピーダンスアンプ２１０、電圧源２２０を備える。電圧源２２０は、電極対１０６，１０８の間に直流のバイアス電圧Ｖｂを印加する。トランスインピーダンスアンプ２１０は、ナノポアデバイス１００に流れる電流Ｉｓを電圧信号Ｖｓに変換する。

【0025】

微粒子測定システム１は、電圧信号ＶｓからＤＣ成分を除去した第１データＤ１と、電圧信号ＶｓからＤＣ成分を除去しない第２データＤ２と、にもとづいて、電解液２に含まれる粒子４を測定するとともに、ナノポアデバイス１００の状態（あるいはナノポアチップ１０２の状態）を監視可能である。

【0026】

第１データＤ１および第２データＤ２の取得に関して、計測装置２００は、ハイパスフィルタ２５０、第１Ａ／Ｄコンバータ２３１、第２Ａ／Ｄコンバータ２３２を備える。ハイパスフィルタ２５０は、電圧信号Ｖｓの直流成分（ベースライン成分）を除去する。第１データＤ１は、ハイパスフィルタ２５０の出力Ｖ１にもとづいて生成される一方、第２データＤ２は、ハイパスフィルタ２５０を通過しない電圧信号Ｖｓにもとづいて生成される。

【0027】

第１Ａ／Ｄコンバータ２３１は、ハイパスフィルタ２５０の出力信号である第１信号Ｖ１をデジタルの第１データＤ１に変換する。第１Ａ／Ｄコンバータ２３１の前段には、アンチエイリアシングフィルタ２５１が挿入される。

【0028】

ハイパスフィルタ２５０の入力信号Ｖｓは、第２信号Ｖ２として第２Ａ／Ｄコンバータ２３２に入力される。第２Ａ／Ｄコンバータ２３２の前段には、アンチエイリアシングフィルタ２５２が挿入してもよい。アンチエイリアシングフィルタ２５２を通過した第２信号Ｖ２は、電圧信号ＶｓのＤＣ成分を含むが、不要な高周波成分が除去された信号となる。第１Ａ／Ｄコンバータ２３１と第２Ａ／Ｄコンバータ２３２の分解能やサンプリングレートは異なっていてよい。

【0029】

インタフェース２４０は、第１データＤ１および第２データＤ２をデータ処理装置３００に送信するとともに、データ処理装置３００からの制御信号を受信する。

【0030】

データ処理装置３００は、ユーザとのインタフェースであり、また微粒子測定システム１を統合的に制御し、測定結果を取得、保存、表示する機能を備える。データ処理装置３００は、汎用的なコンピュータやワークステーションであってもよいし、微粒子測定システム１専用に設計されたハードウェアであってもよい。

【0031】

データ処理装置３００は、計測装置２００から受信した第１データＤ１および第２データＤ２を処理し、電解液２に含まれる粒子４の個数や粒径を取得するとともに、ナノポアデバイス１００の状態を監視する。

【0032】

たとえばデータ処理装置３００は、ラップトップコンピュータやデスクトップコンピュータ、タブレット端末などの情報処理装置である。本明細書において説明されるデータ処理装置３００の機能は、情報処理装置が有するプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）と、プロセッサが実行するソフトウェアプログラムの組み合わせによって実現される。

【0033】

以上が微粒子測定システム１の構成である。続いてその動作を説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、電圧信号Ｖｓ、第１信号Ｖ１、第２信号Ｖ２の波形図である。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。

【0034】

図４（ａ）には、長い時間スケールにおいて電圧信号Ｖｓ（電流信号Ｉｓ）のベースラインをマクロ的にみた波形が示される。長い時間スケールでみると、電圧信号Ｖｓのベースラインは時間とともに減少していき、ナノポアデバイス１００のインピーダンスは、長い時間スケールでみると、増大していく。インピーダンスが増大する理由としては、電極の表面に酸化膜が形成されたり、汚れが付着することなどが挙げられる。

【0035】

図４（ｂ）には、図４（ａ）の短い時間スケールｔｓが拡大して示される。電圧信号Ｖｓは、ベースライン成分に、粒子の通過に対応するスパイク状の信号成分が重畳された波形として観測される。第１信号Ｖ１は、信号成分に対応した波形を有し、第２信号Ｖ２は、ベースラインに対応する波形を有する。つまり第１信号Ｖ１から得られる第１データＤ１は信号成分を表し、第２信号Ｖ２から得られる第２データＤ２はベースライン成分を表す。

【0036】

微粒子測定システム１によれば、第１データＤ１にもとづいて、粒子の径を測定することができる。また第２データＤ２にもとづいて、ナノポアデバイス１００の状態を監視することができる。ナノポアデバイス１００の状態の一例としては、細孔１０４の目詰まりが例示される。

【0037】

図５は、細孔１０４の目詰まり検出を説明する図である。時刻ｔ_０より前において目詰まりは生じておらず、電圧信号Ｖｓのベースラインは時間とともに緩やかに変動しており、第２信号Ｖ２も緩やかに変換する。細孔１０４内に粒子あるいはその他のデブリが滞留すると、電極間のインピーダンスが高くなり、電流信号Ｉｓが流れにくくなるため、電圧信号Ｖｓのベースラインが低下する。たとえばデータ処理装置３００は、第２データＤ２が所定の条件を満たすときに、目詰まり異常と判定し、ユーザに通知・警報することができる。所定の条件は、第２データＤ２が所定のしきい値より小さい状態が、所定時間にわたり持続したことであってもよい。図５の例では、時刻ｔ_１に、第２データＤ２がしきい値_ＴＨより小さくなり、それから所定時間τ経過後の時刻ｔ_２に、目詰まり異常と判定される。

【0038】

なお、微粒子測定システム１によって監視するナノポアデバイス１００の状態は、細孔１０４の目詰まりに限定されず、ベースラインと相関を有するさまざまな現象、状態が含まれる。たとえばベースラインは、ナノポアデバイス１００に充填される電解液２の濃度に依存するところ、電解液２はユーザによる試薬操作によって生成されるため、濃度にはばらつきが発生する。したがって微粒子測定システム１によれば、電解液２の濃度を監視することができ、あるいは濃度の異常を検出することができる。

【0039】

ベースラインは、電極対１０６，１０８の距離に応じて変化する。ナノポアデバイス１００は半導体プロセスで製造されるため、電極対１０６，１０８間の距離は、プロセスばらつきの影響を受ける。またベースラインは細孔１０４の径やナノポアチップ１０２の厚みも、ベースラインに影響を及ぼす。したがって、微粒子測定システム１によれば、ナノポアデバイス１００の製造不良や、一時的な異常を検出できる。

【0040】

また微粒子測定システム１は以下の利点を有する。電圧信号ＶｓのフルスケールをＦＳとするとき、信号成分の振幅の最大値Ａ_ＭＡＸは、フルスケールＦＳに対して小さい。電圧信号Ｖｓを、Ａ／Ｄコンバータによって取り込む場合、Ａ／Ｄコンバータの入力ダイナミックレンジをフルスケールＦＳを考慮して決定する必要がある。そうすると、信号成分の分解能は低くなる。たとえばＡ／Ｄコンバータの分解能を１０ビット、振幅の最大値Ａ_ＭＡＸがフルスケールＦＳの１／４であるとき、信号成分は、８ビット相当の分解能でしか取り込むことができない。

【0041】

図３の計測装置２００では、ベースラインが除去された第１信号Ｖ１を生成し、第１信号Ｖ１を第１Ａ／Ｄコンバータ２３１によって取り込むこととした。したがって第１Ａ／Ｄコンバータ２３１の入力ダイナミックレンジは、電圧信号Ｖｓのフルスケールでなく、振幅の最大値Ａ_ＭＡＸ（第１信号Ｖ１のフルスケール）を基準として定めることができる。これにより、信号成分を高い分解能で取り込むことができる。

【0042】

第１Ａ／Ｄコンバータ２３１は、速い速度で変化する信号成分を入力とする一方、第２Ａ／Ｄコンバータ２３２は、緩やかに変化するベースラインを入力とする。したがって第１Ａ／Ｄコンバータ２３１のサンプリングレートは、第２Ａ／Ｄコンバータ２３２のサンプリングレートより相対的に高くてよい。

【0043】

また、第１Ａ／Ｄコンバータ２３１は微小に変化する信号成分を入力とする一方、第２Ａ／Ｄコンバータ２３２は、幅広いレンジで変化するベースラインを入力とする。したがって、第１Ａ／Ｄコンバータ２３１の分解能は、第２Ａ／Ｄコンバータ２３２の分解能より高くてよい。

【0044】

図６は、微粒子測定システム１における微粒子計測のフローチャートである。はじめに、粒子４を含む電解液２を、細孔１０４および電極対１０６，１０８を有するナノポアデバイス１００に充填する（Ｓ１００）。そして計測装置２００によって、電極対１０６，１０８にバイアス電圧Ｖｂの印加をスタートする（Ｓ１０２）。そして、電極対１０６，１０８に流れる電流波形を測定する（Ｓ１０４）。電流波形のＤＣ成分を除去した第１データＤ１と、ＤＣ成分を含む第２データＤ２とが、それぞれのサンプリングレートで生成される（Ｓ１０６，Ｓ１０８）。データ処理装置３００は、第１データＤ１に応じて、微粒子を検出し（Ｓ１１０、第２データＤ２に応じて、ナノポアデバイス１００の状態を監視する（Ｓ１１２）。

【0045】

なおフローチャートに示される処理、ステップの順序は、処理に支障のない限り変更することができ、またいくつかの処理は同時並列的に実行することができる。たとえば、第１データＤ１と第２データＤ２に関する処理は、同時並列的に行ってもよい。

【0046】

続いてナノポアデバイス１００の具体的な構成例を説明する。図７は、計測装置２００のブロック図である。

【0047】

インタフェース２４０は、第１キャッシュ群２４１、第２キャッシュ群２４２、キャッシュコントローラ２４４、バスコントローラ２４６を備える。第１キャッシュ群２４１は複数（この例では２個）のキャッシュＣ１－１，Ｃ１－２を含み、第１データＤ１を格納する。第２キャッシュ群２４２は複数のキャッシュＣ２－１，Ｃ２－２を含み、第２データＤ２を格納する。

【0048】

キャッシュコントローラ２４４は、第１キャッシュ群２４１への第１データＤ１の書き込み、第２キャッシュ群２４２への第２データＤ２の書き込みを制御するライトコントローラと、第１キャッシュ群２４１からの第１データＤ１の読み出し、第２キャッシュ群２４２からの第２データＤ２の読み出しを制御するリードコントローラを含む。

【0049】

具体的には、ライトコントローラは、第１キャッシュ群２４１の複数のキャッシュＣ１－１，Ｃ１－２の中から、ライト対象となる１個を選択し、それに対して第１データＤ１を順に書き込んでいく。またリードコントローラは、ライドコントローラによってライト対象とされてないひとつをライト対象として選択し、それから第１データＤ１を読み出す。第２キャッシュ群２４２側についても同様である。

【0050】

バスコントローラ２４６は、キャッシュコントローラ２４４が読み出した第１データＤ１および第２データＤ２を、外部の情報処理装置（図３のデータ処理装置３００）に伝送する。

【0051】

上述のように第１Ａ／Ｄコンバータ２３１のサンプリングレートは、第２Ａ／Ｄコンバータ２３２のサンプリングレートよりも高い。また第１Ａ／Ｄコンバータ２３１のビット数は、第２Ａ／Ｄコンバータ２３２のビット数よりも高い。

【0052】

キャッシュコントローラ２４４は、第１キャッシュ群２４１と第２キャッシュ群２４２のいずれかにおいてキャッシュフルが発生すると、ライト対象のキャッシュを切り替えるとともに、元のライト対象をリード対象に切り替えて、第１データＤ１、第２データＤ２の読み出しを開始する。

【0053】

図８は、図７の計測装置２００のキャッシュ制御を説明する図である。図８には、各キャッシュのデータ量が示される。

【0054】

時刻ｔ_０に、データ処理装置３００から計測装置２００に対して、計測開始の命令が与えられる。キャッシュコントローラ２４４は、計測開始の命令に応答して、第１Ａ／Ｄコンバータ２３１および第２Ａ／Ｄコンバータ２３２の制御および第１キャッシュ群２４１、第２キャッシュ群２４２への書き込み制御を開始する。

【0055】

はじめは、キャッシュＣ１－１、Ｃ２－１がライト対象に選択されており、それらに第１データＤ１、第２データＤ２が書き込まれる。

【0056】

理解の容易化のため、第１データＤ１のビット数（たとえば１４ビット）は、第１キャッシュ群２４１に含まれるキャッシュＣ１の１ワード（たとえば１６ビット）より小さいものとする。同様に、第２データＤ２のビット数（たとえば１０ビット）は、第２キャッシュ群２４２に含まれるキャッシュＣ２の１ワード（たとえば１６ビット）より小さいものとする。

【0057】

キャッシュＣ１のワード数をＸ１、キャッシュＣ２のワード数をＸ２とする。また第１Ａ／Ｄコンバータ２３１のサンプリングレートをｒ１、第２Ａ／Ｄコンバータ２３２のサンプリングレートをｒ２とする。第１キャッシュ群２４１、第２キャッシュ群２４２それぞれのキャッシュＣ１，Ｃ２がフルになる時間Ｔ１、Ｔ２は以下の式で表される。
Ｔ１＝Ｘ１／ｒ１
Ｔ２＝Ｘ２／ｒ２
ここでは、Ｔ１＜Ｔ２であるとする。ｒ１、ｒ２は、キャッシュのデータ量の増加の傾きに対応する。

【0058】

時刻ｔ_１（＝Ｔ１）に、第１キャッシュ群２４１側のキャッシュＣ１－１においてキャッシュフルが発生する。キャッシュコントローラ２４４は、このキャッシュフルをトリガとして、それまでライト対象であったキャッシュＣ１－１，Ｃ２－１をリード対象に切り替える。そしてキャッシュコントローラ２４４は、リード対象のキャッシュＣ１－１，Ｃ２－１に格納される第１データＤ１，第２データＤ２を読み出し、データ処理装置３００に送信される。各キャッシュにおいてデータリードが完了すると、データをクリアしてもよい。

【0059】

時刻ｔ_１以降、キャッシュＣ１－２，Ｃ２－２がライト対象に選択され、それらに第１データＤ１、第２データＤ２が書き込まれる。そして時刻ｔ_２に第１キャッシュ群２４１側のキャッシュＣ１－２においてキャッシュフルが発生すると、再び、リード対象、ライト対象が入れ替えられる。以後、同じ処理が繰り返される。

【0060】

キャッシュＣ１の１ワードのビット数（１６ビット）と、キャッシュＣ２の１ワードのビット数（１６ビット）の合計は、バスのデータ幅と同じか、それより小さいとする。この場合、第１データＤ１と第２データＤ２を１ワードずつ読み出して、同時にバスに出力することができる。リード数は、ワード数が多いデータに合わせればよく、この例では第１データＤ１のワード数Ｘ１が、リード数となる。キャッシュＣ２には、（ｒ２×Ｔ１）個の第２データＤ２がストアされているから、（ｒ２×Ｔ１＋１）個目以降については、無効化すればよい。

【0061】

ここで説明したキャッシュ制御の利点は、比較技術との対比によって明確となる。比較技術では、第１キャッシュ群２４１においてキャッシュフルが発生すると、第１キャッシュ群２４１のリード命令が発生し、第２キャッシュ群２４２においてキャッシュフルが発生すると、第２キャッシュ群２４２のリード命令が発生する。第１キャッシュ群２４１におけるキャッシュフルと第２キャッシュ群２４２におけるキャッシュフルは非同期で発生する。そうすると、第１キャッシュ群２４１のリード命令と第２キャッシュ群２４２のリード命令が同時に発行する状況（衝突という）が生ずる。この場合、一方のリード動作が完了した後に、他方のリード動作が開始するため、読み出しに時間がかかる。また状況によっては、一方のリード命令が正しく認識されずに、データ抜けが発生するおそれがある。

【0062】

これに対して図７の計測装置２００によれば、２つのリード命令が衝突しなくなるため、
第１データＤ１、第２データＤ２を確実にデータ処理装置３００に送信することができる。

【0063】

比較技術では、２つのリード命令が異なるタイミングで発生した場合、バスは、キャッシュＣ１を読み出す時間と、キャッシュＣ２を読み出す時間の合計だけ占有される。これに対して、図７の計測装置２００によれば、一方のキャッシュＣ１を読み出す間に、他方のキャッシュＣ２を読み出すことができるため、バスの占有時間を短縮できる。

【0064】

また、比較技術では、バスのデータ幅（３２ビット）のうち、第１データＤ１の伝送中、第２データの伝送中で、それぞれ、１６ビットずつしか使用しておらず、無駄が生じていた。これに対して図７の計測装置２００によれば、バスのデータ幅を有効に利用できる。

【0065】

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

【0066】

（第１変形例）
実施の形態では、アナログ領域で、第１信号Ｖ１と第２信号Ｖ２を生成し、デジタルデータＤ１，Ｄ２を取得したがその限りでない。たとえば電圧信号Ｖｓを高速かつ高分解能なＡ／Ｄコンバータによってデジタル信号Ｄｓに変換し、デジタル信号処理により、第１データＤ１と第２データＤ２を生成してもよい。具体的には、デジタルのハイパスフィルタを用いてデジタル信号Ｄｓを処理することで、第１データＤ１を生成してもよく、デジタルのローパスフィルタを用いてデジタル信号Ｄｓを処理することで、第２データＤ２を生成してもよい。

【0067】

たとば計測装置２００は、デジタル信号Ｄｓをデータ処理装置３００に送信し、データ処理装置３００におけるデータ処理によって、第１データＤ１と第２データＤ２を生成してもよい。

【0068】

あるいは計測装置２００に、デジタル信号Ｄｓから第１データＤ１と第２データＤ２を生成するデジタルフィルタあるいはプロセッサを搭載し、第１データＤ１と第２データＤ２をデータ処理装置３００に送信してもよい。

【0069】

（第２変形例）
実施の形態では、第２データＤ２の生成に、ローパスフィルタ（アンチエイリアシングフィルタ）を利用したがその限りでなく、ローパスフィルタは省略することもできる。なぜなら、第２データＤ２は、ナノポアデバイスの状態の監視に利用できる程度の情報、すなわちおおまかな電流レベルが取得できればよく、したがってサンプリングノイズ等が含まれていたとしても大きな影響はないからである。

【0070】

（第３変形例）
計測装置２００からデータ処理装置３００への第１データＤ１、第２データＤ２の伝送は以下のように行ってもよい。たとえば、第１データＤ１と第２データＤ２それぞれのビット数が、バスのデータ幅より大きい場合には、第１キャッシュ群２４１からすべての第１データＤ１を先行して読み出してデータ処理装置３００に送信し、続いて第２キャッシュ群２４２からすべての第２データＤ２を読み出してデータ処理装置３００に送信してもよい。

【0071】

（第４変形例）
図７の計測装置２００において、同じアドレスに対して書き込みと読み出しが同時に可能なデュアルポートキャッシュを用いてもよい。

【0072】

（第５変形例）
本明細書では微粒子計測装置について説明したが本発明の用途はそれに限定されず、ＤＮＡシーケンサをはじめとするナノポアデバイスを用いた微小電流計測を伴う計測器に広く用いることができる。

【0073】

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】

【0074】

１ 微粒子測定システム
２ 電解液
４ 粒子
１００ ナノポアデバイス
１０２ ナノポアチップ
１０４ 細孔
１０６，１０８ 電極
２００ 計測装置
２１０ トランスインピーダンスアンプ
２２０ 電圧源
２５０ ハイパスフィルタ
２５２ アンチエイリアシングフィルタ
２３１ 第１Ａ／Ｄコンバータ
２３２ 第２Ａ／Ｄコンバータ
２４０ インタフェース
２４１ 第１キャッシュ群
２４２ 第２キャッシュ群
２４４ キャッシュコントローラ
２４６ バスコントローラ
３００ データ処理装置
Ｖ１ 第１信号
Ｖ２ 第２信号
Ｄ１ 第１データ
Ｄ２ 第２データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】