CN107655968B - 检体传感器以及检体传感方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种兼具宽相位范围内的测定和小型且低消耗电流的检体传感器以及检体传感方法。即，根据从输出与检测部(111)的质量变化相应的检测信号的检测元件(110)、和输出与参考部(121)的质量相应的参考信号的参考元件(120)中获得的检测信号以及参考信号，以外差方式来求出相位变化值，并算出靶物的检测量的检体传感器以及检测传感方法。

Description

检体传感器以及检体传感方法
本申请是申请日为2014年03月26日、申请号为201480031070.1、发明名称为“检体传感器以及检体传感方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及能够测定检体的性质或检体中所含的靶物(target)的检体传感器以及检体传感方法。
背景技术
已知利用声表面波元件来测定作为检体的液体的性质或液体的成分的声表面波传感器。
声表面波传感器在压电基板上设置与检体试样中所含的成分反应的检测部，通过测定基于在该检测部中进行了传播的声表面波(SAW：Surface Acoustic Wave)的变化的电信号，由此来检测作为检体的液体的性质或成分(例如专利文献1)。
专利文献1所公开的SAW传感器通过检测SAW的相位差来测定检体浓度。为了测定相位差，一般根据可测定的相位范围的宽度而采用正交调制方式(例如非专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-122105号公报
非专利文献
非专利文献1：「SAW発信器一体型SAWセンサシステムの開発」、信学技報、電子情報通信学会、2003年2月
发明内容
发明要解决的课题
然而，关于正交调制方式，由于用于实现该正交调制方式的部件个数较多，因此存在难以小型化的问题。而且，由于数字处理变多，因此存在消耗电流变大的问题。
为此，谋求可以实现小型化的低消耗电流的检体传感器以及检体传感方法。
用于解决课题的手段
本发明的实施方式所涉及的检体传感器，具备：检测元件，其具有质量根据检体中所含的靶物的吸附或者与所述靶物的反应而发生变化的检测部，并输出与所述检测部的质量变化相应的交流信号即检测信号；参考元件，其具有不吸附所述靶物或者不与所述靶物反应的参考部，并输出针对所述检测信号的交流信号即参考信号；分支部，其将所述检测信号以及所述参考信号之中的一个信号分支为第1信号和第2信号，将另一个信号分支为第3信号和第4信号；第1计算部，其根据所述第1信号和所述第3信号并利用外差方式来获得第1计测信号；第2计算部，其根据所述第2信号和所述第4信号并利用外差方式来获得相位差与所述第1计测信号不同(除±180°之外)的第2计测信号；计测部，其根据所述第1计测信号来算出两个第1相位变化候选值，根据所述第2计测信号来算出两个第2相位变化候选值，将所述两个第1相位变化候选值和所述两个第2相位变化候选值之中的形成值最接近的组合的候选值设为第1相位变化值以及第2相位变化值；和选择部，其将所述第1相位变化值和所述第2相位变化值之中的信号的输出值接近基准值的一方选择为相位变化值。
本发明的实施方式所涉及的检体传感方法，包括：检体溶液供应步骤，将包含具备靶物的检体的检体溶液供应给质量根据所述靶物的吸附或者与所述靶物的反应而发生变化的检测元件的检测部、以及不吸附所述靶物或者不与所述靶物反应的参考元件的参考部；分支步骤，将从所述检体的检测元件输出的与所述检测部的质量变化相应的交流信号即检测信号、以及从所述参考元件输出的与所述参考部的质量相应的交流信号即参考信号之中的一个信号分支为第1信号和第2信号，将另一个信号分支为第3信号和第4信号；第1计算步骤，根据所述第1信号和所述第3信号并利用外差方式来获得第1计测信号；第2计算步骤，根据所述第2信号和所述第4信号并利用外差方式来获得相位差与所述第1计测信号不同(除±180°之外)的第2计测信号；计测步骤，根据所述第1计测信号来算出两个第1相位变化候选值，根据所述第2计测信号来算出两个第2相位变化候选值，将所述两个第1相位变化候选值和所述两个第2相位变化候选值之中的形成值最接近的组合的候选值设为第1相位变化值以及第2相位变化值；和选择步骤，将所述第1计测信号和所述第2计测信号之中的信号的输出值接近基准值的一方选择为相位变化值。
发明效果
根据本发明的实施方式所涉及的检体传感器以及检体传感方法，能够兼具宽相位范围内的测定和小型且低消耗电流这些优点。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的检体传感器的原理构成图。
图2是对外差方式的信号处理进行说明的示意图。
图3(a)是表示第1计测信号和第2计测信号的示意性轨迹的线图，图3(b)是表示被选择的计测信号的轨迹的线图。
图4是本发明的第1实施方式所涉及的检体传感器的立体图。
图5是截断图4所示的检体传感器的一部分后的状态的立体图。
图6(a)是图4的VIa-VIa线处的剖面图，图6(b)是图4的VIb-VIb线处的剖面图。
图7是除去图4所示的检体传感器的一部分之后的顶视图。
图8是本发明的第2实施方式所涉及的检体传感器的原理构成图。
图9是本发明的其他实施方式所涉及的检体传感器的原理构成图。
图10是表示本发明的其他实施方式所涉及的检体传感器的图。
图11是本发明的其他实施方式所涉及的检体传感器的原理构成图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式所涉及的检体传感器的实施方式。其中，在以下说明的各附图中，对于相同的构成部件赋予相同的符号。此外，各部件的大小、部件彼此之间的距离等均示意性地图示，存在与实际的尺寸不同的情况。
此外，检体传感器可以将任何方向设为上方或者下方，但以下为了方便起见，定义正交坐标系xyz，并且将z方向的正侧设为上方，利用上表面、下表面等的用语。
<检体传感器>
(第1实施方式)
(检体传感器100)
图1是用于说明检体传感器100的原理的简要图。
如图1所示，检体传感器100具有：检测元件110、参考元件120、分支部130、计算部140、计测部150、选择部160、和检测量算出部170。
(检测元件110)
检测元件110具有质量根据存在于检体中的靶物的吸附、或者与该靶物的反应而发生变化的检测部111。该检测部111例如通过在不受检体的电导率等电气性质影响的金(Au)的膜上，使具有特异性地吸附靶物这种反应性的反应基固定化，从而能够实现。另外，也可以不吸附靶物自身。例如，也可以在Au的膜上，使具有与靶物反应但不与存在于检体中的靶物以外的物质反应这种特性的反应基固定化。另外，期望该Au膜被电接地。根据这种构成，从而检测部111的质量根据靶物的量而发生变化。
(参考元件120)
参考元件120具有不吸附靶物或者不与靶物反应的参考部121。该参考部121例如不具有针对存在于检体中的靶物而特异性地吸附、或者发生构造变化而与检体中的物质引发置换反应这种反应性。具体而言，能够利用不使上述反应基固定化的Au的膜、在Au膜上使具有与上述反应基相同程度的物质量且具有随机碱基序列的DNA、RNA等固定化所得的膜。根据这种构成，能够抑制参考部121依赖于靶物的量而发生质量变化。
从外部分别向检测元件110、参考元件120提供输入信号。然后，提供给检测元件110的输入信号通过检测部111，经过与检测部111的质量变化相应的变化之后，被作为检测信号输出。同样地，提供给参考元件120的输入信号通过参考部121，经过与参考部121的质量相应的变化之后，被作为参考信号输出。
在此，检测信号和参考信号为交流信号，参考信号相对于检测信号而起到基准信号的作用。
(分支部130)
分支部130包含第1分支部131和第2分支部132。第1分支部131与检测元件110连接，将检测元件110的与检测部111的质量变化相应的检测信号分支为第1信号和第2信号。在此，第1信号和第2信号为相位相同的信号。即，将检测信号分支为两个相同的信号A。
第2分支部132将来自参考元件120的参考信号分支为第3信号和第4信号。第3信号的相位与第1信号相同。第4信号的相位与第1信号偏差除180°之外的值。在该示例中，相位偏差90°。在图1中，用B来表示第3信号，用B’来表示第4信号。
这种第1分支部131、第2分支部132例如由分离器构成。关于第2分支部132，也可以在以通常的方法使信号分支为两个之后，使一方的线路长与另一方的线路长不同，由此来实现。
(计算部140)
计算部140具有第1计算部141和第2计算部142。
第1计算部141根据第1信号A和第3信号B并利用外差方式来获得第1计测信号。在该示例中，第1计算部141利用外差方式来获得从第1信号A减去第3信号B所得的值即第1计测信号。
第2计算部142根据第2信号A和第4信号B’并利用外差方式来获得第2计测信号。在该示例中，第2计算部142利用外差方式来获得从第2信号A减去第4信号B’所得的值即第2计测信号。
这种第1计算部141、第2计算部142例如由混合器和低通滤波器构成。
(计测部150)
计测部150根据第1计测信号来算出两个第1相位变化候选值，将其中之一判断为第1相位变化值。同样地，根据第2计测信号来算出两个第2相位变化候选值，将其中之一判断为第2相位变化值。
在此，利用外差方式来处理第1计测信号以及第2计测信号，因此如图2所示，第1计测信号以及第2计测信号成为正弦曲线，相当于电压的强度(输出值)y1的相位变化值的候选存在两个值x1、x2。该相位变化的候选值表示检测信号和参考信号中的相位差。
若针对第1计测信号以及第2计测信号进行研究，则针对第1计测信号而存在两个第1相位变化候选值x11、x21。同样地，针对第2计测信号而存在两个第2相位变化候选值x12、x22。在此，在x11和x12的组合、x11和x22的组合、x21和x12的组合、以及x21和x22的组合的合计四个组合之中，将以值(相位差的值)最接近的情形来形成组合的相位变化候选值分别设为第1计测信号的第1相位变化值以及第2计测信号的第2相位变化值。具体而言，对四个组合取差，选择其差值最小的组合。然后，将形成选择出的组合的相位变化候选值分别设为第1计测信号的第1相位变化值以及第2计测信号的第2相位变化值。这基于以下的机理。
即，在理论上，第1计测信号的两个第1相位变化候选值之中的一个候选值和第2计测信号的两个第2相位变化候选值之中的一个候选值相同。该相同的值为准确的相位变化值(第1相位变化值、第2相位变化值)。然而，在实际测定的第1以及第2计测信号中，由于误差有可能导致无法取得完全相同的值。为此，将差最小的组合(即取最接近的值的组合)判别为第1相位变化值、第2相位变化值。
在现有技术中，若利用外差方式来进行信号处理，则相位变化候选值有两个，难以判别，其结果导致可测定的相位范围变得非常小。然而，在本实施方式中，通过如上述那样利用两个检测信号(第1以及第2检测信号)，从而能够根据相位变化候选值来判断相位变化值。
(选择部160)
选择部160从第1计测信号和第2计测信号这两个计测信号之中，选择一个作为其后的检测量算出部170中所利用的计测信号。同样地，在被作为计测信号而选择出的信号为第1计测信号的情况下，将第1相位变化值选择为相位变化值，在被作为计测信号而选择出的信号为第2计测信号的情况下，将第2相位变化值选择为相位变化值。
具体而言，进行以下的步骤。首先，预先求出第1计测信号和第2计测信号的轨迹，并求出第1计测信号和第2计测信号的交点处的正负两个强度。然后，将第1计测信号和第2计测信号之中的、位于交点处的正负两个强度之间的信号选择为计测信号。
图3(a)是表示第1计测信号以及第2计测信号的理论值的轨迹的图。为了方便起见，将第1计测信号的强度设为V1，将第2计测信号的强度设为V2，将第1计测信号的轨迹和第2计测信号的轨迹的交点的强度按从大到小的顺序依次设为Vmax、Vmin。此外，用虚线表示第1计测信号的轨迹，用实线表示第2计测信号的轨迹。理论上，交点的强度Vmax、Vmin成为V1、V2的最大强度的0.5倍、-0.5倍。
第1计测信号以及第2计测信号按照取任一个交点的强度的每一相位值来划分相位值的区间。在图3(a)中示出区间1～区间5。其中，使区间1～区间4重复，区间1和区间5相同。并且，在区间1内将第2计测信号选择为计测信号，在区间2内将第1计测信号选择为计测信号，在区间3内将第2计测信号选择为计测信号，在区间4内将第1计测信号选择为计测信号，在区间5内将第2计测信号选择为计测信号。
并且，在将第1计测信号设为计测信号时，将第1相位变化值设为相位变化值，在将第2计测信号设为计测信号时，将第2相位变化值设为相位变化值。
换言之，如下所述。
V1＞V2且V1＞Vmax…作为计测信号而采用V2
V1＜V2且V2＞Vmax…作为计测信号而采用V1
V1＜V2且V1＜Vmin…作为计测信号而采用V2
V1＞V2且V2＜Vmin…作为计测信号而采用V1
假设在V1＝V2的情况下，也可以将任一者作为计测信号来采用。在图3(b)中示出如此选择出的计测信号的轨迹。
根据按照上述条件选择出的计测信号，也能够选择相位变化值。
(检测量算出部170)
接下来，在检测量算出部170中，利用经过上述过程选择出的相位变化值来算出检体的检测量。检测量算出部170与选择部160连接。
通过如以上那样构成，从而能够提供可以算出检体所具备的靶物的检测量的检体传感器100。
本实施方式所涉及的检体传感器利用外差方式来处理信号，因此仅通过追加取得检测信号和参考信号的差分的混合器，便能够算出检体检测量。因而，与以往所采用的正交调制方式相比，无需复杂的信号处理，需要的部件个数也少，可以实现小型化，且能够抑制消耗电流。
此外，在通常的外差方式中由于不附带相位值的正负的判断，因此可测定的相位范围仅为0°～180°。然而，根据本实施方式的检体传感器100，通过将第1计测信号和第2计测信号与第1以及第2相位变化候选值进行比较，从而能够判断来自相位变化候选值的相位的正负，以估计相位变化值。由此，能够使可测定的相位范围扩宽至-180°～180°。
并且，通过连续地追随第1计测信号和第2计测信号的电压强度的变化形态，从而即便在超过180°的相位范围内也能进行测定。
此外，在通常的外差方式中，由于绘制正弦曲线，因此在相位差为0°和±180°时倾斜度变小，存在灵敏度变低或误差变大之虞。针对此，通过采用上述构成，从而除去倾斜度变小的区域，在所有的相位范围内利用倾斜度大的计测信号。由此，能够成为相对于相位变化而电压变化率高的情形，能够形成灵敏度高的检体传感器100。在检体传感器中，在0°附近，相当于基于靶物检测的信号变化的上升部分的情形较多，期望以高的灵敏度来测定，因此特别有效。
尤其是，在上述的示例中，使第4信号相对于第1～第3信号而偏差90°，从而在第1计测信号的灵敏度变得最低时，第2计测信号成为灵敏度最高的区域，因此能够作为高灵敏度的检体传感器100。
另外，在上述的示例中，虽然示出了使参考信号错开相位地分支为第3信号和第4信号的例子，但是也可以将检测信号分支为第3信号和第4信号。此外，作为最有效的示例，虽然说明了使第4信号的相位与第1信号偏差90°的例子，但是只要为除180°之外的值即可，也可以为90°以外。
进入，如上所述，通过利用两个计测信号(第1计测信号、第2计测信号)，从而能够进行噪声判定。这是基于以下的机理。有时在检测信号、参考信号中会混入噪声。通常，难以将这种噪声判别为噪声。针对此，根据本实施方式的检体传感器100，在能够准确地进行测定的情况下，第1计测信号以及第2计测信号当中的一方的电压强度取处于交点强度Vmax、Vmin之间的范围内的值，另一方取该范围之外的值。换言之，在第1计测信号以及第2计测信号均取该范围内的值或者均取该范围外的值的情况下，能够判断为是噪声。如此一来，能够判别出噪声，因此不受噪声影响，能够形成可以正确测定的检体传感器100。
如以上，能够提供可以利用少量的部件个数以及少量的信号处理来高精度地检测与正交调制方式相同宽度的相位范围的检体传感器100。
(检体传感器100A的构成)
接下来，利用图4来说明使检体传感器100的原理具体化的、本发明的第1实施方式所涉及的检体传感器100A的构成。
如图4的立体图所示，检体传感器100A在外观上主要由压电基板1和外罩3构成。在外罩3上设有检体溶液的流入口即第1贯通孔18和空气孔或检体溶液的流出口即第2贯通孔19。
在图5中示出除掉外罩3的单侧一半时的检体传感器100A的立体图。如该图所示，在外罩3的内部形成有成为检体(溶液)的检体用流路的空间20。第1贯通孔18与该空间20相连。即，从第1贯通孔18进入的检体将流入至空间20。
在流入至空间20的检体液中包含靶物，该靶物与形成在压电基板1上的由金属膜7等构成的检测部发生反应。
压电基板1例如由钽酸锂(LiTaO3)单晶、铌酸锂(LiNbO3)单晶、水晶等的具有压电性的单晶的基板构成。压电基板1的平面形状以及各种尺寸也可以适当设定。作为一例，压电基板1的厚度为0.3mm～1mm。
在图6中示出检体传感器100A的剖面图。图6(a)是图4的VIa-VIa线处的剖面图，图6(b)是图2的VIb-VIb线处的剖面图。在图7中示出压电基板1的顶视图。
如图6、图7所示，在压电基板1的上表面，形成有检测第1IDT电极5a、检测第2IDT电极6a、参考第1IDT电极5b、以及参考第2IDT电极6b。检测第1IDT电极5a以及参考第1IDT电极5b用于产生给定的SAW，检测第2IDT电极6a以及参考第2IDT电极6b分别用于接收由检测第1IDT电极5a以及参考第1IDT电极5b所产生的SAW。检测第2IDT电极6a被配置在由检测第1IDT电极5a产生的SAW的传播路径上，使得检测第2IDT电极6a能够接收由检测第1IDT电极5a产生的SAW。参考第1IDT电极5b和参考第2IDT电极6b也同样配置。
由于参考第1IDT电极5b以及参考第2IDT电极6b与检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a相同，因此以下选取检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a为例来进行说明。
检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a具有一对梳齿电极(参照图7)。各梳齿电极具有相互对置的两根汇流条以及从各汇流条向另一汇流条侧延伸的多个电极指。并且，一对梳齿电极被配置为多个电极指相互啮合。检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a构成了横向型的IDT电极。
检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a分别经由布线8而与焊盘9连接。经由这些焊盘9以及布线8而从外部向检测第1IDT电极5a输入信号，从检测第2IDT电极6a向外部输出信号。
检测第1IDT电极5a、检测第2IDT电极6a、参考第1IDT电极5b、参考第2IDT电极6b、布线8以及焊盘9例如由铝(Al)、铝和铜(Cu)的合金等构成。此外，这些电极也可以设为多层构造。在设为多层构造的情况下，例如第1层由钛(Ti)或者铬(Cr)构成，第2层由铝或者铝合金构成。
检测第1IDT电极5a、检测第2IDT电极6a、参考第1IDT电极5b、以及参考第2IDT电极6b由保护膜4覆盖。保护膜4有助于防止各电极以及布线的氧化等。保护膜4由氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化钛、氮化硅、或者硅(Si)等构成。在检体传感器100A中，作为保护膜4而使用了二氧化硅(SiO2)。
保护膜4使焊盘9露出地形成在压电基板1的整个上表面。检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a由该保护膜4覆盖。由此，能够抑制IDT电极腐蚀。
保护膜4的厚度例如为100nm～10μm。
如图6(b)所示，检测第1IDT电极5a被收纳在第1振动空间11a，检测第2IDT电极6a被收纳在第2振动空间12a。由此，检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a与外部气体以及检体液隔离开，能够从水分等的腐蚀物质中使得检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a得到保护。此外，通过确保第1振动空间11a以及第2振动空间12a，从而能够在检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a中成为SAW的激振大且不受到阻碍的状态。
第1振动空间11a以及第2振动空间12a能够通过将具有用于构成这些振动空间的凹部的板状体2与压电基板1接合，由此来形成。
对于参考第1IDT电极5b和参考第2IDT电极6b也同样设有第1振动空间11b以及第2振动空间12b。
在板状体2的用于形成第1振动空间11a以及第2振动空间12a的凹部之间，形成有在厚度方向贯通板状体2的部分即贯通部。该贯通部是为了在SAW的传播路径上形成金属膜7a而设置的。即，在将板状体2与压电基板1接合时，在俯视下，从检测第1IDT电极5a向检测第2IDT电极6a传播的SAW的传播路径的至少一部分从贯通部露出，在该露出部形成有金属膜7a。
同样，在板状体2的用于形成第1振动空间11b以及第2振动空间12b的凹部之间，形成有在厚度方向贯通板状体2的部分即另一贯通部。该贯通部是为了在SAW的传播路径上形成金属膜7b而设置的。
这种形状的板状体2例如能够利用感光性的抗蚀剂来形成。
从板状体2的贯通部露出的金属膜7a构成了检体液的检测部。金属膜7a例如成为铬以及被成膜在铬上的金的2层构造。在金属膜7a的表面上，例如固定化了由核酸、肽构成的适体。如果检体液接触到如此固定化了适体的金属膜7a，则检体液中的特定的靶物质与该靶物质所对应的适体结合。通过采用这种构成，从而检体与适体结合，伴随着吸附而金属膜7a的质量单调增加。即，质量根据检体的检测而单调增加。另外，在此，金属膜7a的质量单调增加仅在检体连续供应给金属膜7a上的期间。例如，即便在检体溶液的供应前后，与检体的供应连续地供应缓冲液的情况下，检体通过金属膜7a上，检体和适体脱离，从而质量减少，也不存在问题。
此外，从板状体2的另一贯通部露出的金属膜7b构成了参考部。金属膜7b例如成为铬以及被成膜在铬上的金的2层构造。在金属膜7a的表面，不附如固定化于金属膜7a这样的适体，使得与检体不具有反应性。进而，也可以针对检体溶液来进行降低反应性以使之稳定化的表面处理。
为了利用SAW来测定检体溶液的性质等，首先经由焊盘9以及布线8而从外部的测定器向检测第1IDT电极5a施加给定的电压(信号)。于是，在检测第1IDT电极5a的形成区域中，压电基板1的表面被激振，产生具有给定频率的SAW。所产生的SAW其一部分将通过检测第1IDT电极5a与检测第2IDT电极之间的区域，并到达检测第2IDT电极6a。此时，在金属膜7a中，被固定化于金属膜7a的适体与检体中的特定的靶物质结合，金属膜7a的重量变化了相结合的量，因此通过金属膜7a下的SAW的相位特性等发生变化。如果这样特性发生了变化的SAW到达检测第2IDT电极6a，则与之相应的电压将产生于检测第2IDT电极6a。该电压作为交流信号的检测信号而经由布线8以及焊盘9被输出至外部，经过图1所示的分支部130、计算部140来处理该检测信号，从而能够调查检体液的性质、成分。
即，由压电基板1、形成在压电基板1上的作为检测部的金属膜7a、和检测第1IDT电极5a以及检测第2IDT电极6a构成了检测元件110A。
同样地，在相同的空间20设置未固定化有适体的其他的金属膜7b，输入来自参考第1IDT电极5b的信号，将从参考第2IDT电极6b输出的交流信号设为用于校正温度特性等、湿度等环境变化所引起的信号变动的参考信号。
即，由压电基板1、形成在压电基板1上的作为参考部的金属膜7b、和参考第1IDT电极5b以及参考第2IDT电极6b构成了参考元件120A。
另外，在该示例中，检测元件110A和参考元件120A共有同一压电基板1，但也可以分离为检测元件基板(第1基板)和参考元件基板(第2基板)。
外罩3例如由聚二甲基硅氧烷构成。作为外罩3的材料，通过采用聚二甲基硅氧烷，从而能够使外罩3为任意的形状。此外，如果采用聚二甲基硅氧烷，则能够比较简单地将外罩3的顶部、侧壁形成得较厚。外罩3的顶部以及侧壁的厚度例如为1mm～5mm。
另外，如图7所示，分别构成检测第1IDT电极5a、检测第2IDT电极6a、参考第1IDT电极5b、以及参考第2IDT电极6b的一对梳齿状电极当中的一者与基准电位线31连接。该基准电位线31与焊盘9G连接，成为基准电位。并且，将分别构成检测第1IDT电极5a、检测第2IDT电极6a、参考第1IDT电极5b、以及参考第2IDT电极6b的一对梳齿状电极之中的、与基准电位连接的一侧的电极，配置在配置有基准电位线31的一侧。换言之，一对梳齿状电极之中的位于内侧的一侧的电极与基准电位连接。通过如此构成，从而能够在检测元件110A与参考元件120A之间抑制相互的信号发生串扰。
通过采用这种构成，从而能够使得检测元件110A与参考元件120A之间的布线8的布置变得容易，并且能够使布线8的长度一致。由此，来自参考元件120A的参考信号作为参照用的信号而成为更准确的信号。
(第2实施方式)
接下来，参照图8来说明本发明的第2实施方式所涉及的检体传感器100B。
在上述第1实施方式所涉及的检体传感器100A中，说明了直接利用来自检测元件110以及参考元件120的信号的示例。相对于此，如图8所示的第2实施方式所涉及的检体传感器100B那样，也可以在检测元件110与第1分支部131之间、以及参考元件120与第2分支部132之间，分别配置低噪声放大器133(第1低噪声放大器133a、第2低噪声放大器133b)。
根据上述构成，即便在如下的情况下，也能够获得高的检测精度。
一般而言，在SAW传感器中，若灵敏度高，则振幅特性的变化也大。为此，如果采用调整保护膜4的厚度等使得灵敏度变高的设计，则浪费大，存在无法准确测定之虞，但通过经由低噪声放大器133，从而能够获得高的检测精度。另一方面，虽然若向计算部140输入的信号小，则存在噪声变多、检测精度变低之虞，但是通过使低噪声放大器133介于向计算部140输入的输入路径，从而能够获得高的检测精度。低噪声放大器133优选设置在向计算部140输入的输入路径之中的接近各元件110、120的一侧。
此外，如果增大输入给检测元件110以及参考元件120的信号，则存在相互的输入信号彼此、或这些输入信号与其他信号会发生串扰等的不良影响之虞，但通过使低噪声放大器133介于从检测元件110以及参考元件120输出的输出路径，从而能够抑制上述那样的串扰，获得高的检测精度。进而，如果增大输入给检测元件110以及参考元件120的信号，则存在相互的输入信号彼此、或这些输入信号与其他信号会作为电磁波而向外部泄漏之虞，但通过使低噪声放大器133介于从检测元件110以及参考元件120输出的输出路径，从而能够抑制上述那样的电磁波向外部的泄漏，获得高的检测精度。
<检体传感方法>
说明本发明的实施方式所涉及的检体传感方法。
(检体溶液供应步骤)
首先，进行的检体溶液供应步骤，将包含靶物的检体供应给质量根据靶物的吸附或者与靶物的反应而发生变化的检测元件的检测部、和不吸附靶物或者不与靶物反应的参考元件的参考部。
(分支步骤)
其次，将与检测部的质量变化相应的交流信号即检测信号以及来自参考部的交流信号即上述参考信号之中的一个信号分支为两个相位相同的第1信号和第2信号，将另个信号分支为相位与第1信号相同的第3信号和使相位偏差除180°之外的值的第4信号。
在此，第4信号的相位只要相对于第1信号的相位而设为除±180°之外的值即可，可以适当地选择，但优选设为±90°。
另外，优选，先于上述分支步骤之前，分别放大检测信号和参考信号。
(第1计算步骤)
接下来，根据第1信号和第3信号并利用外差方式来获得第1计测信号。
在此，在执行外差方式时，既可以从第1信号中减去第3信号，也可以从第3信号中减去第1信号。
(第2计算步骤)
同样地，根据第2信号和第4信号并利用外差方式来获得第2计测信号。
在此，在执行外差方式时，与上述第1计算步骤同样，既可以从第2信号中减去第4信号，也可以从第4信号中减去第2信号。
(计测步骤)
其次，根据第1计测信号来算出两个第1相位变化候选值，根据第2计测信号来算出两个第2相位变化候选值，将两个第1相位变化候选值和两个第2相位变化候选值之中的形成值最小的组合的候选值设为第1相位变化值以及第2相位变化值。
(选择步骤)
进而，预先求出第1计测信号和第2计测信号的轨迹的两个交点的强度，将第1计测信号和第2计测信号之中的位于上述两个交点强度之间的信号选择为计测信号。同样地，将第1相位变化值和第2相位变化值之中的与该计测信号对应的值选择为相位变化值。
(检测量算出步骤)
根据在选择步骤中选择出的相位变化值来算出检体的检测量。
能够经过以上的步骤来测定检体检测量。
本发明并不限定于以上的实施方式，能够以各种形态来实施。
例如，在上述的实施方式所涉及的检测传感器中，如图3等所示那样构成为：预先求出第1计测信号和第2计测信号的轨迹的两个交点的强度，将第1计测信号和第2计测信号之中的位于两个交点强度之间的信号选择为计测信号。取而代之，也可以构成为：将第1相位变化值以及第2相位变化值之中的信号的输出值(例如V1、V2)接近给定的基准值的一方选择为相位变化值。根据上述构成，能够起到与上述实施方式同样的效果，并且能够以给定的基准值为基准来确定要选择的相位变化值。在此，作为基准值，例如能够设定上述两个交点强度的中点、或0(零)等。在利用图3所示那样的理论轨迹的情况下，作为基准值的两个交点强度的中点成为零。另外，作为基准值，并不限于两个交点强度的中点，只要考虑第1计测信号以及第2计测信号而设定为能够获得高灵敏度的计测信号这样的适当值即可。
此外，在上述实施方式所涉及的检测传感器中，如图1～图3等所示，在第2分支部132中，将第3信号的相位设为与第1信号相同，使第4信号的相位与第1信号的相位偏差90°。第1～第4信号的相位的设定并不限于此，只要设定为第1计测信号和第2计测信号具有除±180°之外的相位差即可。如图9所示的检体传感器100C那样，例如也可以将第1信号和第2信号设为相同的相位，使第3信号的相位相对于第1信号的相位而偏差-45°，并且使第4信号的相位相对于第1信号的相位而偏差+45°。在此情况下，也能够起到与上述实施方式所涉及的检体传感器同样的效果。
此外，在上述实施方式所涉及的检测传感器中，如图1等所示那样，第1分支部131以及第2分支部132分别分支为两个信号，但取而代之，也可以设定为第1分支部131以及第2分支部132分别分支为三个或三个以上的信号。如图10所示的检体传感器100D那样，例如在第1分支部131以及第2分支部132分别分支为三个信号的情况下，利用所获得的信号之中的各两个信号并通过外差方式来获得具有互不相同的相位差的三个计测信号，从而可以起到与上述检测传感器同样的效果。而且，此时，在三个计测信号的各个计测信号中倾斜度小的区域较宽的情况下，换言之能够灵敏度良好地计测各个计测信号的区域较窄的情况下，也能够设定为从三个计测信号中选择具有更高灵敏度的区域的计测信号，从而可以更有效地抑制灵敏度的下降。
此外，在上述实施方式所涉及的检测传感器中，如图1等所示那样，具有如下构成：检测元件110以及参考元件120各为一个，一个检测元件110和第1分支部131连接，并且一个参考元件120和第2分支部132连接。取而代之，如图11所示的检体传感器100E那样，可以构成为：将检测元件以及参考元件设为两个以上，两个以上的检测元件110a、b和第1分支部131连接，并且两个以上的参考元件120a、b和第2分支部132连接。在此情况下，只要第1分支部131通过开关136a能够选择地与两个以上的检测元件110a、b之中的任一者连接，第2分支部通过开关136b能够选择地与两个以上的参考元件120a、b之中的任一者连接即可。根据该构成，可以在不改变分支部130以后的构成的情况下，一次性地即利用一个检体来检测两个以上的检测对象。此外，如图11的各开关135、136的构成所示那样，例如能够构成为，第1分支部以及第2分支部分别还能与检测元件以及参考元件的任一者连接。进而，取代这些构成，也可以将检测元件设为三个，将参考元件设为一个。在此情况下，只要是第1分支部以及第2分支部当中的任意一方与参考元件连接的构成，则另一方与三个检测元件当中的哪一者连接并不特别限定，能够根据检测对象的种类、数量来适当设定。
此外，在上述实施方式所涉及的检测传感器中，利用检测元件110A和参考元件120A共有具有压电性的基板的示例来进行了说明，但是也可以将检测元件110A用的元件基板和参考元件120A用的第2基板设为分开体。在此情况下，能够抑制检测元件110A与参考元件120A之间的串扰。在这种情况下，只要设置保持元件基板和第2基板的分开体的基体即可。
符号说明
1…压电基板
2…板状体
3…外罩
4…保护膜
5a…检测第1IDT电极
5b…参考第1IDT电极
6a…检测第2IDT电极
6b…参考第2IDT电极
7a、7b…金属膜
8…布线
9…焊盘
11a、11b…第1振动空间
12a、12b…第2振动空间
20…空间
31…基准电位线
100、100A、B、C、D、E…检体传感器
110…检测元件
111…检测部
120…参考元件
121…参考部
130…分支部
131…第1分支部
132…第2分支部
133…低噪声放大器
135a、b、c、d…元件侧开关
136a、b…分支部侧开关
140…计算部
141…第1计算部
142…第2计算部
150…计测部
160…选择部
170…检测量算出部

Claims (23)

1.一种检体传感器，具备：
检测信号输出部，其输出根据检体中所含的靶物的吸附或者与所述靶物的反应而发生变化的检测信号；
参考信号输出部，其输出针对所述检测信号的基准信号即参考信号；
分支部，其将所述检测信号以及所述参考信号之中的一个信号分支为第1信号和第2信号，将另一个信号分支为第3信号和第4信号；
计算部，其包含第1计算部以及第2计算部，该第1计算部根据所述第1信号和所述第3信号并利用外差方式来获得第1计测信号，该第2计算部根据所述第2信号和所述第4信号并利用外差方式来获得相位与所述第1计测信号不同且相位差除±180°之外的第2计测信号；
计测部，其根据所述第1计测信号来算出两个第1相位变化候选值，根据所述第2计测信号来算出两个第2相位变化候选值，将所述两个第1相位变化候选值和所述两个第2相位变化候选值之中的形成相位差的值最接近的组合的候选值判断为第1相位变化值以及第2相位变化值；和
选择部，其将所述第1相位变化值和所述第2相位变化值之中的任意一方选择为相位变化值。
2.根据权利要求1所述的检体传感器，其特征在于，
所述选择部将所述第1相位变化值和所述第2相位变化值之中对应的所述计测信号的输出值接近基准值的一方选择为相位变化值。
3.根据权利要求1或2所述的检体传感器，其特征在于，
所述选择部将所述第1相位变化值和所述第2相位变化值之中位于所述第1计测信号的轨迹与所述第2计测信号的轨迹的两个交点的强度之间的值选择为所述相位变化值。
4.根据权利要求1或2所述的检体传感器，其特征在于，
所述分支部使所述第1信号～所述第4信号之中的至少一个信号的相位不同，且相位差除±180°之外。
5.根据权利要求1或2所述的检体传感器，其特征在于，
所述检测信号输出部包括：
第1基板，其具有压电性；
检测部，其配置在所述第1基板上，根据所述靶物的吸附或者与所述靶物的反应而发生变化；
检测第1IDT电极，其配置在所述第1基板上，朝向所述检测部产生第1弹性波；以及
检测第2IDT电极，其配置在所述第1基板上，接受通过了所述检测部的所述第1弹性波。
6.根据权利要求5所述的检体传感器，其特征在于，
所述检测信号是由所述检测第2IDT电极接受通过了所述检测部的所述第1弹性波而获得的交流信号。
7.根据权利要求1所述的检体传感器，其特征在于，
所述参考信号输出部包括：
第2基板，其具有压电性；
参考部，其配置在所述第2基板上，不吸附所述靶物或者不与所述靶物反应；
参考第1IDT电极，其配置在所述第2基板上，朝向所述参考部产生第2弹性波；和
参考第2IDT电极，其配置在所述第2基板上，接受通过了所述参考部的所述第2弹性波。
8.根据权利要求7所述的检体传感器，其特征在于，
所述参考信号是由所述参考第2IDT电极接受通过了所述参考部的所述第2弹性波而获得的交流信号。
9.根据权利要求7或8所述的检体传感器，其特征在于，
所述第1基板与所述第2基板一体地形成，
在所述检测部、所述检测第1IDT电极以及所述检测第2IDT电极所配置的检测元件区域与所述参考部、所述参考第1IDT电极以及所述参考第2IDT电极所配置的参考元件区域之间，还具备基准电位线。
10.根据权利要求9所述的检体传感器，其特征在于，
所述检测第1IDT电极、所述检测第2IDT电极、所述参考第1IDT电极以及所述参考第2IDT电极分别由一对梳齿状电极构成，所述一对梳齿状电极的一方分别连接于所述基准电位线。
11.根据权利要求1所述的检体传感器，其特征在于，
所述检体传感器还具备：
第1低噪声放大器，其位于所述检测信号输出部与所述分支部之间，放大来自所述检测信号输出部的所述检测信号；和
第2低噪声放大器，其位于所述参考信号输出部与所述分支部之间，放大来自所述参考信号输出部的所述参考信号。
12.根据权利要求1所述的检体传感器，其特征在于，
所述计算部连续地测定所述第1计测信号以及所述第2计测信号。
13.根据权利要求1所述的检体传感器，其特征在于，
所述检测信号输出部以及所述参考信号输出部的至少一方存在多个。
14.根据权利要求1所述的检体传感器，其特征在于，
所述分支部存在多个。
15.根据权利要求13或14所述的检体传感器，其特征在于，
所述检体传感器还具备：开关，其能够将所述检测信号输出部以及所述参考信号输出部与所述分支部选择地连接。
16.根据权利要求1所述的检体传感器，其特征在于，
所述分支部将所述检测信号以及所述参考信号分别分支为3个以上信号。
17.根据权利要求16所述的检体传感器，其特征在于，
所述计算部根据从所述检测信号分支的所述3个以上信号之中的2个信号以及从所述参考信号分支的所述3个以上信号之中的2个信号，并利用外差方式来获得3个以上的计测信号。
18.一种检体传感方法，包括：
检体供应步骤，将具备靶物的检体，供应给输出根据所述靶物的吸附或者与所述靶物的反应而发生变化的检测信号的检测信号输出部、以及输出针对所述检测信号的基准信号即参考信号的参考信号输出部；
分支步骤，将所述检测信号以及所述参考信号之中的一个信号分支为第1信号和第2信号，将另一个信号分支为第3信号和第4信号；
第1计算步骤，根据所述第1信号和所述第3信号并利用外差方式来获得第1计测信号；
第2计算步骤，根据所述第2信号和所述第4信号并利用外差方式来获得相位与所述第1计测信号不同且相位差除±180°之外的第2计测信号；
计测步骤，根据所述第1计测信号来算出两个第1相位变化候选值，根据所述第2计测信号来算出两个第2相位变化候选值，将所述两个第1相位变化候选值和所述两个第2相位变化候选值之中形成相位差的值最接近的组合的候选值判断为第1相位变化值以及第2相位变化值；
选择步骤，将所述第1相位变化值和所述第2相位变化值之中的任意一方选择为相位变化值。
19.根据权利要求18所述的检体传感方法，其特征在于，
在所述选择步骤中，将所述第1相位变化值和所述第2相位变化值之中所述计测信号的值接近基准值的一方选择为相位变化值。
20.根据权利要求18或19所述的检体传感方法，其特征在于，
在所述选择步骤中，将所述第1相位变化值和所述第2相位变化值之中位于所述第1计测信号的轨迹与所述第2计测信号的轨迹的两个交点的强度之间的值选择为所述相位变化值。
21.根据权利要求18或19所述的检体传感方法，其特征在于，
在所述第1计算步骤以及所述第2计算步骤中连续地测定所述第1计测信号以及所述第2计测信号。
22.根据权利要求18或19所述的检体传感方法，其特征在于，
在所述分支步骤中将所述检测信号以及所述参考信号分别分支为3个以上信号。
23.根据权利要求22所述的检体传感方法，其特征在于，
在包含所述第1计算步骤以及所述第2计算步骤的计算步骤中，根据从所述检测信号分支的所述3个以上信号之中的2个信号以及从所述参考信号分支的所述3个以上信号之中的2个信号，并利用外差方式来获得3个以上的计测信号。
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