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CN114364974A - 粒子分析装置的制造方法和粒子分析装置 - Google Patents

粒子分析装置的制造方法和粒子分析装置 Download PDF

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CN114364974A CN202080063793.5A CN202080063793A CN114364974A CN 114364974 A CN114364974 A CN 114364974A CN 202080063793 A CN202080063793 A CN 202080063793A CN 114364974 A CN114364974 A CN 114364974A
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藤泽直广
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Abstract

本发明提供一种粒子分析装置的制造方法，其中，所述粒子分析装置可抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低。一种粒子分析装置的制造方法，其中，所述粒子分析装置具有：第一贮留室(21)，其贮留第一液体；第二贮留室(22)，其贮留含有作为分析对象的粒子的第二液体；以及流路(40)，其连接第一贮留室(21)和第二贮留室(22)并进行流体流通，所述粒子分析装置的制造方法具有：表面改性工序，其对构成上述流路(40)的表面照射紫外线，从而对上述流路(40)的所述表面进行改性。

Description

粒子分析装置的制造方法和粒子分析装置
技术领域
本发明涉及粒子分析装置的制造方法和粒子分析装置。更详细地，涉及用于对外泌体(exosome)等的单个粒子进行检测分析的粒子分析装置的制造方法和粒子分析装置。
背景技术
以往，为了检测分析外泌体、花粉、病毒、细菌、DNA等的单个粒子，提出了使用纳米孔的检测方法(例如，参见专利文献1)、具有该纳米孔的粒子分析装置(例如，参见专利文献2)。
该粒子分析装置具体按照以下方式对粒子进行分析。即，粒子分析装置具有连接两个空间的孔，在一个空间内贮留液体，在另一个空间内贮留含有作为被分析对象的粒子的液体。对这些空间赋予不同的电位，通过电泳使粒子穿过孔。而且，在粒子穿过孔时，流过液体的电流值发生变化，因此，对该变化进行观察。如此操作可以对穿过孔的粒子的特征、例如种类、形状、尺寸进行分析。
在使用形成有纳米孔的粒子分析装置来进行粒子检测的情况下，特别是从需要使液体、粒子不堵塞地流过纳米孔内的观点考虑，可利用规定的处理溶液对构成该纳米孔等的表面进行表面处理(例如，参见专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-174022号公报
专利文献2：日本专利第5866652号公报
专利文献3：国际公开第2018/105229号
发明内容
发明要解决的课题
然而，在如专利文献3所述那样进行表面处理的情况下，对基于表面处理的效果而言尚有进一步改善的余地。具体而言，在如专利文献3所述那样利用处理溶液进行表面处理或利用氧等离子体进行表面处理的情况下，润湿性得到改良，其结果能够使将含有作为被分析对象的粒子的液体等溶液导入粒子分析装置时的作业变得容易。但是，另一方面，还是会存在如下倾向：在作为测定对象的粒子的测定过程中，该粒子会堵塞纳米孔，使粒子分析装置中的粒子的测定功能降低。因此，期望开发可抑制在粒子的测定过程中其测定功能降低的粒子分析装置。
本发明是鉴于上述现有技术而完成的，其课题在于，提供可抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低的粒子分析装置的制造方法和粒子分析装置。
用于解决课题的技术手段
根据本发明，可提供以下所示的粒子分析装置的制造方法和粒子分析装置。
[1]一种粒子分析装置的制造方法，其中，所述粒子分析装置具有：
第一贮留室，其贮留第一液体；
第二贮留室，其贮留含有作为分析对象的粒子的第二液体；以及
流路，其连接所述第一贮留室和所述第二贮留室并进行流体流通，
所述粒子分析装置的制造方法具有：表面改性工序，对构成所述流路的表面照射紫外线，从而对所述流路的所述表面进行改性。
[2]根据上述[1]所述的粒子分析装置的制造方法，其中，在所述表面改性工序中照射的紫外线是真空紫外线。
[3]根据上述[1]或[2]所述的粒子分析装置的制造方法，其中，所述粒子分析装置具备：具有所述流路的芯片和收纳该芯片的分析装置主体，
在所述表面改性工序中，对所述芯片照射紫外线，从而对所述芯片的构成所述流路的所述表面进行改性。
[4]一种粒子分析装置，其中，所述粒子分析装置具有：
第一贮留室，其贮留第一液体；
第二贮留室，其贮留含有作为分析对象的粒子的第二液体；以及
流路，其连接所述第一贮留室和所述第二贮留室并进行流体流通，
通过X射线光电子能谱法对构成所述流路的表面进行表面分析时的、无机材料的所述表面上的C1s的相对存在比率为5％以下。
发明效果
根据本发明的粒子分析装置的制造方法，能够制造可抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低的粒子分析装置。
本发明的粒子分析装置发挥出可抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低这样的效果。
附图说明
图1是示意性地表示通过本发明的制造方法制造的粒子分析装置的一个实施方式的立体图。
图2是示意性地表示通过本发明的制造方法制造的粒子分析装置的一个实施方式的截面图。
图3是表示实施例1、比较例1中的粒子数的测定结果的图表。
图4是表示通过X射线光电子能谱法对通过实施例1制造的粒子分析装置的构成流路的表面进行表面分析时的宽光谱。
图5是表示通过X射线光电子能谱法对通过比较例1制造的粒子分析装置的构成流路的表面进行表面分析时的宽光谱。
图6是表示照射真空紫外线前后(表面改性前后)的试验板的接触角的图表。
图7是表示(a)表面改性前和(b)表面改性后的试验板的接触角的测定状态的照片。
具体实施方式
以下，参见附图来说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明并不限定于以下的实施方式，应该理解的是，在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的普通知识，可适当加以设计的变更、改良等。
(1)粒子分析装置的制造方法：
在本发明的粒子分析装置的制造方法中，所述粒子分析装置具有：第一贮留室，其贮留第一液体；第二贮留室，其贮留含有作为分析对象的粒子的第二液体；以及流路，其连接第一贮留室和第二贮留室并进行流体流通，所述粒子分析装置的制造方法具有：表面改性工序，其通过对构成流路的表面照射紫外线，从而对流路的表面进行改性。
根据本发明的粒子分析装置的制造方法，能够制造可抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低的粒子分析装置。
(1-1)表面改性工序：
在本发明中，在表面改性工序中进行上述的照射紫外线的操作。通过进行如此的操作，从而对流路的表面进行改性。在对流路的表面进行改性时，可以去除附着在流路的表面的有机物(有机污染物)，进而可以在流路的表面形成亲水性官能团。
通过去除附着在流路的表面的有机污染物、进而在流路的表面形成亲水性官能团，可以使流过流路的作为测定对象的粒子的流动变得良好。具体而言，存在如下倾向：因附着在流路的表面的有机污染物、流路的表面状态，使得作为测定对象的粒子被电性吸引至流路的表面侧，以致因该粒子而堵塞该流路。因此，通过去除附着在流路的表面的有机污染物或在流路的表面形成亲水性官能团，可抑制粒子被电性吸引至流路的表面侧，使粒子不易附着在流路上。其结果，可以抑制粒子的测定功能降低这一事态的发生。
对于构成流路的表面照射紫外线的方法，只要可以如上所述地对流路的表面进行改性，则没有特别限制，例如，可以举出：使用稀有气体或卤素等的混合气体作为激光介质，照射紫外激光的方法；照射真空紫外激光的方法等。
需要说明的是，紫外线的照射时间、照射输出、照射距离只要可以如上所述地对流路的表面进行改性，则可以适当地确定，例如，作为紫外线的照射时间，可以设定为5秒～600秒。另外，作为紫外线的照度，可以设定为10W/cm2～100W/cm2。作为照射距离，可以设定为0.1mm～20mm。
在表面改性工序中照射的紫外线优选为真空紫外线。具体而言，真空紫外线是具有10nm～200nm的波长的紫外线。通过照射该真空紫外线，能够良好地、且比利用处理溶液进行表面处理或利用氧等离子体进行表面处理等更简便地对流路的表面进行改性。具体而言，可以良好地去除附着在流路的表面的有机物(有机污染物)，进而可以在流路的表面形成大量亲水性官能团。其结果，能够制造可极大地抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低的粒子分析装置。需要说明的是，根据紫外线照射(优选为真空紫外线照射)，可以使通过X射线光电子能谱法对构成流路的表面进行表面分析时的、无机材料的表面上的C1s的相对存在比率为5％以下。
在表面改性工序中，只要至少对流路的表面进行改性即可，除了对流路的表面进行改性之外，还可以对第一贮留室内的表面和第二贮留室内的表面进行改性。通过如此操作，能够制造可进一步抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低的粒子分析装置。
这里，在粒子分析装置具备具有流路的芯片和收纳该芯片的分析装置主体的情况下，表面改性工序可以按照以下方式来进行。即，在表面改性工序中，对上述芯片照射紫外线，从而对芯片的构成流路的表面进行改性。通过如此操作，能够可靠地对粒子容易堵塞的流路的表面进行改性，并抑制粒子测定中的测定功能降低。
芯片的材质没有特别限制，可以举出其本身为电化学惰性且绝缘性的材质。具体而言，芯片的材质可以举出：玻璃、蓝宝石、陶瓷、树脂、橡胶、弹性体、SiO2、SiN、Al2O3等。
分析装置主体可以举出如下文所述那样具备将板状构件层叠(具体而言，板状构件从下往上地依次层叠)而成的层叠体和一对电极的分析装置主体等。
需要说明的是，本发明中的粒子分析装置是按照以下方式对粒子进行分析的装置。即，对贮留在第一贮留室中内的第一液体和贮留在第二贮留室内的第二液体(该第二液体包含外泌体等作为分析对象的粒子)通电，并测定通过该通电而产生的电流值。此时，第二贮留室内的第二液体中所含的粒子因流体的扩散、电泳等而通过流路并向第一贮留室移动。然后，在粒子穿过流路时，所测定的电流值根据粒子的特性(种类、形状、尺寸等)而发生变化(增减)。因此，通过测定该电流值，可以分析第二液体中所含的粒子的特性。需要说明的是，作为被分析对象的粒子，没有特别限制，例如，可以举出：外泌体、花粉、病毒、细菌、DNA等。
作为该粒子分析装置，例如，可以举出如图1、图2所示的粒子分析装置100。该粒子分析装置100具备将板状构件11层叠(具体而言，板状构件11a、11b、11c、11d、11e、11f从下往上地依次层叠)而成的层叠体10。而且，该层叠体10具有：第一贮留室21，其贮留第一液体；第二贮留室22，其贮留含有作为分析对象的粒子的第二液体；以及流路40，其连接第一贮留室21和第二贮留室22并进行流体流通。进而，粒子分析装置100具备由配置于第一贮留室21的第一电极31和配置于第二贮留室22的第二电极32构成的一对电极。层叠体10在其中心部具备具有纳米孔(直径为纳米尺寸的贯穿孔)的芯片13，所述纳米孔成为连接第一贮留室21和第二贮留室22并进行流体流通的流路40。需要说明的是，本发明中的粒子分析装置的“板状构件”不限定于具有如板那样的厚度的构件，还包括厚度较薄的构件、即膜状构件。另外，粒子分析装置也可以不具备一对电极。
板状构件11的材质没有特别限制，只要是其本身为电化学惰性的材质即可。具体而言，板状构件11的材质可以举出：玻璃、蓝宝石、陶瓷、树脂(例如，丙烯酸类树脂等)、橡胶(例如，有机硅橡胶等)、弹性体、SiO2、SiN、Al2O3等。
如上所述，芯片13具体可以举出由玻璃、蓝宝石、陶瓷、树脂、橡胶、弹性体、SiO2、SiN、Al2O3等制成的芯片。
这里，在图1、图2中，层叠体10采用的是除了具有板状构件11以外还以分体形式具有芯片13的构成，但是本发明的粒子分析装置也可以使板状构件11与芯片13成为一体。具体而言，作为层叠体，可以为具备膜形成基板和配置于该膜形成基板的两面侧的板状构件的层叠体，所述膜形成基板由基板(板状构件)和配置于该基板上且形成有成为流路40的纳米孔(直径为纳米尺寸的贯穿孔)的板状构件(膜状体)构成。在配置于膜形成基板的两面侧的板状构件上，形成有规定的槽，该槽成为第一贮留室和第二贮留室。
对层叠体10的制作方法没有特别限制。例如，可以是使已经形成有规定的槽等的板状构件11依次层叠的制作方法，也可以是采用光刻法、电子束描绘法等的制作方法。
(2)本发明的粒子分析装置：
本发明的粒子分析装置可以通过上述的本发明的粒子分析装置的制造方法来制造。
本发明的粒子分析装置的一个实施方式是图1、图2所示的粒子分析装置100。该粒子分析装置100具有：第一贮留室21，其贮留第一液体；第二贮留室22，其贮留含有作为分析对象的粒子的第二液体；以及流路40，其连接第一贮留室21和第二贮留室22并进行流体流通。而且，对于粒子分析装置100而言，通过X射线光电子能谱法对构成流路40的表面(由无机材料构成的部分)进行表面分析时的、无机材料的上述表面上的C1s的相对存在比率为5％以下。
该粒子分析装置可抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低。
C1s是指：在通过X射线光电子能谱法对粒子分析装置的构成流路(纳米孔)的表面进行表面分析时(宽扫描分析)检测到的峰中，在结合能(eV)为284ev～292eV处观察到的峰。
在粒子分析装置100中，无机材料的表面上的C1s的相对存在比率为5％以下，优选为2.5％以下。如果无机材料的表面上的C1s的相对存在比率超过5％，则为有机污染物未被充分去除的状态，担心难以充分抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低。
这里，“C1s的相对存在比率”是指：在通过X射线光电子能谱法进行表面分析时得到的宽光谱中，由C1s的光电子强度(c/s)的面积强度相对于所检测出的元素的光电子强度(c/s)的总面积强度的比例进行计算而得到的值(％)。即，是指使用下式进行计算而得到的值。
式：(C1s的光电子强度(c/s)的面积强度/所检测出的元素的光电子强度(c/s)的总面积强度)×100。
对于由与构成流路40的无机材料相同的无机材料制成的试验板，照射上述的紫外线(优选为真空紫外线)而对其表面进行表面改性后的接触角可以为20°～1°，优选为5°～1°。
实施例
以下，基于实施例来具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)
使用准分子灯(Hamamatsu Photonics公司制造的“EX-mini”)，在照射距离1mm、照射时间15秒的条件下，对具有纳米孔且由Si/SiN制成的芯片照射波长172nm的真空紫外线，对芯片的纳米孔(流路)的表面进行表面改性处理。然后，立即将该芯片收纳于由有机硅橡胶制成的分析装置主体内，从而制作粒子分析装置。需要说明的是，分析装置主体在规定位置配置有一对电极。
(比较例1)
除了对芯片的纳米孔(流路)的表面未进行改性处理以外，与实施例1同样地操作而制作粒子分析装置。
(1)粒子数的测定：
对于所制作的各粒子分析装置(实施例1、比较例1的粒子分析装置)，通过以下方法进行粒子分析，对此时的粒子数进行测定。
首先，向粒子分析装置的第一贮留室、第二贮留室以及流路内注入稀释了1倍的磷酸缓冲液，确认到经由纳米孔使第一贮留室与第二贮留室导通。然后，在第二贮留室中填充以0.1体积％的浓度混合了标准粒子(平均粒径为200nm的羧基修饰聚苯乙烯，PolybeadCarboxylate_Polysciences,Inc公司制造)的磷酸缓冲液，通过施加100mV的电压而使其发生电泳，对穿过纳米孔的上述标准粒子进行检测。进行15分钟的测定，测定此时的粒子的检测数(粒子计数)。将粒子计数(N＝3)的测定结果示于图3。
如图3所示，实施例1的粒子分析装置中测得的粒子数为288个，比较例1的粒子分析装置中测得的粒子数为31个。
(2)表面分析：
通过X射线光电子能谱法对所得到的粒子分析装置的构成流路的表面进行表面分析。将对实施例1的表面分析的结果示于图4，将对比较例1的表面分析的结果示于图5。另外，将各元素的相对存在比率示于表1。
由图4、图5可知，实施例1的粒子分析装置与比较例1的粒子分析装置相比，构成流路的表面上的C1s成分(有机物；也可以称为有机污染物)的峰减少。另外，由表1可知，C1s成分的相对存在比率从19.03％降低至2.14％。认为这表示通过照射真空紫外线而分解·去除了有机污染物。
[表1]
(％) C1s N1s O1s Si2p
比较例1 19.03 28.69 22.97 29.31
实施例1 2.14 37.91 25.76 34.2
(3)接触角的测定：
作为模型体系，准备了两张由SiN制成的试验板(长25mm、宽25mm)，测定这些试验板的表面的接触角(表面改性前的接触角)。然后，在与粒子分析装置的制作条件相同的照射条件、即照射距离1mm、照射时间15秒的条件下，对该试验板的表面照射波长172nm的真空紫外线，对试验板的表面进行表面改性。需要说明的是，该照射条件是与粒子分析装置的制作条件相同的照射条件。然后，测定该表面改性后的试验板的表面处的接触角。将具体的测定条件示于表2。在表面改性前后，接触角的测定部位(10点)为相同的位置。
[表2]
测定条件
测定法 液滴法(sessile drop method)(纯水1μL)
测定设备 DropMaster500(协和界面科学株式会社)
测定点 10点(5点/25mm见方SiN×2张)
接触角的测定结果是，试验板的接触角从35°降低至5°(参见图6)。根据该结果，可认为：即使在实施例1的粒子分析装置中，构成其流路的表面也会因真空紫外线的照射而发生亲水化(即，形成了亲水性官能团)。需要说明的是，接触角的测定点(参见表2)设为10点，计算出其平均值。在表2中，“25mm见方SiN”是指将由SiN制成的正方形试验板(长25mm、宽25mm)的四角分别设定为试验部位。测定部位设定为各试验板的四角和中央部(合计5点)。
需要说明的是，图7中示出了表面改性前后的试验板的接触角的测定状态，(a)示出了表面改性前的试验板的测定状态，(b)示出了表面改性后的试验板的测定状态。由图7的结果也可知在表面改性前后接触角降低。
根据实施例1、比较例1的结果，通过实施例1的粒子分析装置的制造方法制造的粒子分析装置与通过比较例1的粒子分析装置的制造方法制造的粒子分析装置相比，确认到可抑制在作为测定对象的粒子的测定过程中其测定功能降低。
产业上的可利用性
可以采用本发明的粒子分析装置的制造方法作为用于分析外泌体、花粉、病毒、细菌等的粒子的粒子分析装置的制造方法。另外，可以采用本发明的粒子分析装置作为用于分析外泌体、花粉、病毒、细菌等的粒子的粒子分析装置。
附图标记说明
10：层叠体
11：板状构件
13：芯片
21：第一贮留室
22：第二贮留室
31：第一电极
32：第二电极
40：流路
100：粒子分析装置

Claims (4)

1.一种粒子分析装置的制造方法，其中，所述粒子分析装置具有：
第一贮留室，其贮留第一液体；
第二贮留室，其贮留含有作为分析对象的粒子的第二液体；以及
流路，其连接所述第一贮留室和所述第二贮留室并进行流体流通，
所述粒子分析装置的制造方法具有表面改性工序，所述表面改性工序对构成所述流路的表面照射紫外线，从而对所述流路的所述表面进行改性。
2.根据权利要求1所述的粒子分析装置的制造方法，其中，在所述表面改性工序中照射的紫外线是真空紫外线。
3.根据权利要求1或2所述的粒子分析装置的制造方法，其中，所述粒子分析装置具备：
具有所述流路的芯片、和
收纳所述芯片的分析装置主体，
在所述表面改性工序中，对所述芯片照射紫外线，从而对所述芯片的构成所述流路的所述表面进行改性。
4.一种粒子分析装置，其中，所述粒子分析装置具有：
第一贮留室，其贮留第一液体；
第二贮留室，其贮留含有作为分析对象的粒子的第二液体；以及
流路，其连接所述第一贮留室和所述第二贮留室并进行流体流通，
通过X射线光电子能谱法对构成所述流路的表面进行表面分析时的、无机材料的所述表面上的C1s的相对存在比率为5％以下。
CN202080063793.5A 2019-11-11 2020-08-28 粒子分析装置的制造方法和粒子分析装置 Withdrawn CN114364974A (zh)

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