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FLOW PATH DEVICE AND SAMPLE PROCESSING DEVICE INCLUDING SAME

Foreign code F110003204
File No. K02809WO
Posted date Jun 22, 2011
Country WIPO
International application number 2010JP062497
International publication number WO 2011/067961
Date of international filing Jul 26, 2010
Date of international publication Jun 9, 2011
Priority data
  • P2009-274921 (Dec 2, 2009) JP
  • P2009-293960 (Dec 25, 2009) JP
Title FLOW PATH DEVICE AND SAMPLE PROCESSING DEVICE INCLUDING SAME
Abstract Provided is a flow path device having a nano size flow path in which one molecule flows, at least one pair of electrodes disposed in the vicinity thereof, and an AC power supply for applying an AC voltage to the electrodes. This device is useful for identifying molecules one by one. Further provided is a flow path device provided with a nano size flow path in which one molecule flows, a branch portion, and a plurality of branch flow paths. In the flow path device, i) a pair of electrodes are disposed in the vicinity of the nano size flow path so that the nano size flow path is intervened between the electrodes, or ii) one of the pair of electrodes is disposed in the vicinity of the nano size flow path, and the other is disposed in the vicinity of the branch flow path. This device is useful for separating one molecule. This flow path device attains 100% identification and separation accuracy in principle. A sample processing device is provided with the flow path device, a measurement unit, and an arithmetic processing unit. The measurement unit applies a (DC or AC) voltage between the electrodes of the pair of electrodes disposed in the nano size flow path, measures an electrical signal at the time when one molecule passes between the electrodes, and identifies the one molecule.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】 分子1個が流れるナノサイズ流路を有し、その近傍に少なくとも1つの電極対が配置され、かつ前記電極に交流電圧を印加するための交流電源を有する流路デバイス。

【請求項2】 請求項1の流路デバイスにおいて、前記電極が前記流路に露出しているか、又は前記電極と前記流路との間に絶縁層があり、そのため前記電極が前記流路に露出していないことを特徴とする流路デバイス。

【請求項3】 分子1個が流れるナノサイズ流路、分岐部及び複数の分岐流路を備え、i)前記ナノサイズ流路の近傍であって当該ナノサイズ流路を挟むように電極対が配置され、又はii)電極対の一方が前記ナノサイズ流路の近傍に配置され、他方が前記分岐流路の近傍に配置された流路デバイス。

【請求項4】 請求項3の流路デバイスにおいて、前記電極が前記流路に露出しているか、又は前記電極と前記流路との間に絶縁層があり、そのため前記電極が前記流路に露出していないことを特徴とする流路デバイス。

【請求項5】 請求項3の流路デバイスにおいて、前記分岐流路の断面の大きさがナノメートルサイズであることを特徴とする流路デバイス。

【請求項6】分子1個が流れるナノサイズ流路、分岐部及び複数の分岐流路を備えた流路デバイス。

【請求項7】 請求項6の流路デバイスにおいて、前記分岐流路の断面の大きさがナノメートルサイズであることを特徴とする流路デバイス。

【請求項8】 (1)分子1個が流れるナノサイズ流路を有し、その近傍に少なくとも1つの電極対が配置された流路デバイス、(2)前記電極に交流電圧を印加するための交流電源、及び(3)前記流路を流れるサンプルに含まれる分子1個を同定する測定部を備えたサンプル処理装置。

【請求項9】 (1)分子1個が流れるナノサイズ流路、分岐部及び複数の分岐流路を備え、i)前記ナノサイズ流路の近傍であって当該ナノサイズ流路を挟むように電極対が配置され、又はii)電極対の一方が前記ナノサイズ流路の近傍に配置され、他方が前記分岐流路の近傍に配置された流路デバイス及び(2)前記流路を流れるサンプルに含まれる分子1個に前記電極対を介して電気的刺激を与え、これにより前記分子に力学的挙動を促し、この力学的挙動により所定の分岐流路に前記分子を誘導するスイッチング部を備えたサンプル処理装置。

【請求項10】 請求項9の流路デバイスにおいて、前記分岐流路の断面の大きさがナノメートルサイズであることを特徴とする流路デバイス。

【請求項11】 サンプルに含まれる分子を同定するサンプル処理装置であって、
 サンプルを注入するための注入部と、断面の大きさがナノメートルオーダーのサイズを有し、前記サンプルに含まれる分子を移動させるためのナノサイズ流路と、を含む流路デバイスと、
 前記ナノサイズ流路に設置された電極対の電極間に電圧を印加し、前記分子が前記電極間を通過するときのインピーダンスを測定する測定部と、
 前記測定部によって測定されたインピーダンス値に基づいて、前記分子を同定する演算処理部と、
を備えることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項12】 請求項11において、
 前記ナノサイズ流路を移動してきた分子を取り出すための複数の出力部と、
 前記同定された分子を分離する分子分離部と、を備え、
 前記ナノサイズ流路は、その先に分岐部と当該分岐部から前記出力部につながる複数の分岐流路とを備え、
 前記分子分離部は、前記同定された分子を、前記ナノ流路から前記複数の分岐流路のうち所定の分岐流路に誘導することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項13】 請求項12において、
 前記分子分離部は、前記ナノ流路側に設けられた電極対又は共通の電極からなる所定電極と、前記複数の分岐流路側にそれぞれ設けられた複数の出口電極と、前記所定電極の対又は前記所定電極と前記複数の出口電極のどれかに電圧を印加するための電圧印加部と、i)前記所定電極の対又はii)前記所定電極と前記複数の出口電極のどれかとの対を選択するためのスイッチング部と、を有し、
 前記演算処理部は、前記同定された分子の情報に基づいて、前記の対を選択し、前記電圧を印加するように前記分子分離部を制御することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項14】 請求項13において、
 前記ナノサイズ流路には複数の電極対が設けられ、当該各電極対は所定の間隔を隔てて配置されており、
 前記計測部は、前記分子が前記各電極対を通過するときのインピーダンスを測定し、
 前記演算処理部は、測定したインピーダンス値の測定時間差に基づいて、前記分子の移動速度を算出し、算出した分子の移動速度に基づいて前記電圧を印加するタイミングを制御することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項15】 請求項11において、
 前記流路デバイスは親水性のある絶縁体材料で構成され、
 前記サンプルは、前記注入部から前記ナノサイズ流路に毛管現象の作用により導入されることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項16】 請求項11において、
 前記サンプルに電圧を印加するための導入用電極対の一方の電極が前記注入部に配置され、他方の電極が前記ナノサイズ流路に配置され、
 前記導入用電極対間に電場を生じさせることにより、前記サンプルが前記注入部から前記ナノサイズ流路に導入されることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項17】 請求項11において、
 前記注入部は、断面の大きさがマイクロメートルオーダーのサイズを有していることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項18】 サンプルに含まれる所定の分子を分離するサンプル処理装置であって、
 サンプルを注入するための注入部と、断面の大きさがナノメートルオーダーのサイズを有し、前記サンプルに含まれる分子を移動させるためのナノサイズ流路と、前記ナノサイズ流路を移動してきた分子を取り出すための複数の出力部と、を含み、前記ナノサイズ流路が、その先に分岐部と当該分岐部から前記複数の出力部につながる複数の分岐流路とを備えた流路デバイスと、
 前記ナノサイズ流路に設置された電極対の電極間に電圧を印加し、前記電極間を前記分子が通過したときの抵抗又はインピーダンスを測定する測定部と、
 前記測定部によって測定された抵抗値又はインピーダンス値と分子とを関連付ける演算処理部と、
 前記測定された抵抗値又はインピーダンス値と関連付けられた分子を、前記ナノサイズ流路から前記複数の分岐流路のうち所望の分岐流路に誘導する分子分離部と、
を備えることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項19】 請求項18において、
 前記分子分離部は、前記ナノサイズ流路側に設けられた電極対又は共通電極からなる所定電極と、前記複数の分岐流路側にそれぞれ設けられた複数の出口電極と、前記所定電極の対又は前記所定電極と前記複数の出口電極のどれかに電圧を印加するための電圧印加部と、i)前記所定電極の対又はii)前記所定電極と前記複数の出口電極のどれかとの対を選択するためのスイッチング部と、を有し、
 前記演算処理部は、前記測定された抵抗値又はインピーダンス値の情報に基づいて、
前記の対を選択し、前記電圧を印加するように前記分子分離部を制御することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項20】 請求項19において、
 前記ナノサイズ流路には複数の電極対が設けられ、当該各電極対は所定の間隔を隔てて配置されており、
 前記測定部は、前記分子が前記各電極対を通過するときの抵抗又はインピーダンスを測定し、
 前記演算処理部は、測定した抵抗値又はインピーダンス値の測定時間差に基づいて、前記分子の移動速度を算出し、算出した分子の移動速度に基づいて前記電圧を印加するタイミングを制御することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項21】 請求項18において、
 前記流路デバイスは親水性のある絶縁体材料で構成され、
 前記サンプルは、前記注入部から前記ナノサイズ流路に毛管現象の作用により導入されることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項22】 請求項18において、
 前記サンプルに電圧を印加するための導入用電極対の一方の電極が前記注入部に配置され、他方の電極が前記ナノサイズ流路に配置され、
 前記導入用電極対間に電場を生じさせることにより、前記サンプルが前記注入部から前記ナノサイズ流路に導入されることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項23】 請求項18において、
 前記注入部は、断面の大きさがマイクロメートルオーダーのサイズを有していることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項24】 請求項11において、
 さらに、前記ナノサイズ流路に設置された電極対の電極間に交流電圧を印加する交流電源を有し、
 前記測定部は、前記分子が前記電極対間を通過するときのインピーダンスを測定することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項25】 請求項24において、
 前記交流電源は、周波数可変の交流電源であり、
 前記測定部は、前記交流電源の周波数を所定範囲内で変化させたときのインピーダンスを測定することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項26】 請求項24において、
 さらに、前記ナノサイズ流路を移動してきた分子を取り出すための複数の出力部と、
 前記同定された分子を分離する分子分離部と、を備え、
 前記ナノサイズ流路は、その先の分岐部と当該分岐部から前記複数の出力部につながる複数の分岐流路とを備え、
 前記分子分離部は、前記同定された分子を、前記ナノ流路から前記複数の分岐流路のうち所望の分岐流路に誘導することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項27】 請求項26において、
 前記分子分離部は、前記ナノ流路側に設けられた電極対又は共通電極からなる所定電極と、前記複数の分岐流路側にそれぞれ設けられた複数の出口電極と、前記所定電極の対又は前記所定電極と前記複数の出口電極のどれかに電圧を印加するための電圧印加部と、i)前記所定電極の対又はii)前記所定電極と前記複数の出口電極のどれかとの対を選択するためのスイッチング部と、を有し、
 前記演算処理部は、前記同定された分子の情報に基づいて、前記の対を選択し前記電圧を印加するように前記分子分離部を制御することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項28】 請求項27において、
 前記ナノサイズ流路には複数の電極対が設けられ、当該各電極対は所定の間隔を隔てて配置されており、
 前記測定部は、前記分子が前記各電極対を通過するときのインピーダンスを測定し、
 前記演算処理部は、測定したインピーダンス値の測定時間差に基づいて、前記分子の移動速度を算出し、算出した分子の移動速度に基づいて前記電圧を印加するタイミングを制御することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項29】 請求項24において、
 前記流路デバイスは親水性のある絶縁体材料で構成され、
 前記サンプルは、前記注入部から前記ナノサイズ流路に毛管現象の作用により導入されることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項30】 請求項24において、
 前記サンプルに電圧を印加するための導入用電極対の一方の電極が前記注入部に配置され、他方の電極が前記ナノサイズ流路に配置され、
 前記導入用電極対間に電場を生じさせることにより、前記サンプルが前記注入部から前記ナノサイズ流路に導入されることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項31】 請求項24において、
 前記注入部及び複数の出力部は、断面の大きさがマイクロメートルオーダーのサイズを有していることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項32】 請求項18において、
 前記電圧は交流電圧であることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項33】 請求項32において、
 前記分子分離部は、前記ナノサイズ流路側に設けられた電極対又は共通電極からなる所定電極と、前記複数の分岐流路側にそれぞれ設けられた複数の出口電極と、前記所定電極の対又は前記所定電極と前記複数の出口電極のどれかに電圧を印加するための電圧印加部と、i)前記所定電極の対又はii)前記所定電極と前記複数の出口電極のどれかとの対を選択するためのスイッチング部と、を有し、
 前記演算処理部は、前記測定されたインピーダンス値の情報に基づいて、前記の対を選択し前記電圧を印加するように前記分子分離部を制御することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項34】 請求項33において、
 前記ナノサイズ流路には複数の電極対が設けられ、当該各電極対は所定の間隔を隔てて配置されており、
 前記測定部は、前記分子が前記各電極対を通過するときのインピーダンスを測定し、
 前記演算処理部は、測定したインピーダンス値の測定時間差に基づいて、前記分子の移動速度を算出し、算出した分子の移動速度に基づいて前記電圧を印加するタイミングを制御することを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項35】 請求項32において、
 前記流路デバイスは親水性のある絶縁体材料で構成され、
 前記サンプルは、前記注入部から前記ナノサイズ流路に毛管現象の作用により導入されることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項36】 請求項32において、
 前記サンプルに電場を印加するための導入用電極対の一方の電極が前記注入部に配置され、他方の電極が前記ナノサイズ流路に配置され、
 前記導入用電極対間に電場を生じさせることにより、前記サンプルが前記注入部から前記ナノサイズ流路に導入されることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項37】 請求項32において、
 前記注入部及び前記複数の出力部は、断面の大きさがマイクロメートルオーダーのサイズを有していることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項38】 サンプルを注入するための注入部と、断面の大きさがナノメートルオーダーのサイズを有し、前記サンプルに含まれる分子を移動させるためのナノサイズ流路と、を含む流路デバイスと、
 前記ナノサイズ流路に設置された電極対の電極間に、少なくとも周波数を変化させながら交流電圧を印加する交流電源と、
 前記電極対間に前記分子を滞留させて、前記分子の環境を変化させるとともに、前記交流電源の周波数を変えながら前記電極間に交流電圧を印加したときのインピーダンスを測定する測定部と、
 前記測定部によって測定されたインピーダンス値に基づいて、前記分子の立体構造又はその動的な変化を検知する演算処理部と、
を備えることを特徴とするサンプル処理装置。

【請求項39】 請求項38において、
 前記交流電源は、前記ナノサイズ流路の電極対間に印加すべき最大電圧値が可変であり、
 前記測定部は、前記交流電源の周波数及び最大電圧値を変えながら、前記インピーダンスを測定し、
 前記演算処理部は、前記交流電源の周波数及び最大電圧値を変化させたとき、測定したインピーダンス値の変化によって、前記分子の立体構造又はその動的な変化を検知することを特徴とするサンプル処理装置。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY
  • Inventor
  • YAMAMOTO Takatoki
IPC(International Patent Classification)
Reference ( R and D project ) PRESTO Structures and control of interfaces AREA
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