DE112020003288T5

DE112020003288T5 - Analysevorrichtung

Info

Publication number: DE112020003288T5
Application number: DE112020003288.4T
Authority: DE
Inventors: Eitaro Kameda
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2022-05-25
Also published as: WO2021005834A1; JPWO2021005834A1; US20220113236A1; JP7239905B2

Abstract

Eine Analysevorrichtung (100) umfasst ein piezoelektrisches Substrat (10), das ein Paar einander gegenüberliegender Hauptflächen aufweist; einen Rillenteil (13), der in einer der Hauptflächen (110a) des piezoelektrischen Substrats (10) vorgesehen ist und der einen Strömungskanal bildet, durch den ein Analyseobjekt strömt; eine erste Elektrode (31), die in mindestens einem Teil eines Raums innerhalb des Rillenteils (13) vorgesehen ist; und eine zweite Elektrode (33, 34), die auf der anderen der Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats (10) vorgesehen ist, um der ersten Elektrode (31) mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Substrat (10) gegenüberzuliegen, wobei die zweite Elektrode (33, 34) eine piezoelektrische Schwingung zwischen der zweiten Elektrode (33, 34) und der ersten Elektrode (31) erzeugt. Mindestens ein vorstehender Teil (30), der von einer Bodenfläche (130) des Rillenteils (13) vorsteht, ist innerhalb des Rillenteils (13) vorgesehen und die erste Elektrode (31) und/oder ein Adsorptionsmaterial (32) ist in einer Region, die sich von der Bodenfläche (130) des Rillenteils (13) zu einer Seitenfläche des mindestens einen vorstehenden Teils (30) erstreckt, vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Analysevorrichtung.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) ist ein bekanntes Verfahren zur Analyse der Masse eines in Flüssigkeit enthaltenen Ziels durch Nutzung der Resonanz eines piezoelektrischen Schwingers, wie etwa eines Quarzkristallresonators. Genauer gesagt, ändert sich bei Anlagerung einer Substanz an einer Elektrode eines piezoelektrischen Schwingers die Resonanzfrequenz des Schwingers in Abhängigkeit von der Masse der Substanz, die sich an der Elektrode angelagert hat. Die QCM ist eine Technik zum Messen der Masse einer in Flüssigkeit enthaltenen Substanz durch Erfassung einer Änderung der Resonanzfrequenz. Zum Beispiel offenbart das unten genannte Patentdokument 1 ein piezoelektrisches Substrat, das eine Detektionselektrode und einen Adsorptionsfilm, der auf der Oberseite eines an einer Oberfläche davon gebildeten, rillenförmigen unregelmäßigen Teils vorgesehen ist, und eine gegenüberliegende Elektrode, die auf der anderen Oberfläche davon vorgesehen ist, aufweist.
Liste der Anführungen
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische veröffentlichte ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2007-57289
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Das in Patentdokument 1 offengelegte piezoelektrische Substrat 1 weist die Detektionselektrode nur an der Oberseite des unregelmäßigen Teils auf und die Fläche des an der Detektionselektrode vorgesehenen Adsorptionsfilms ist beschränkt. Dementsprechend kann die Adsorptionsmenge einer Substanz, die als ein Messobjekt dient, unzureichend sein und eine Signaländerung kann klein sein.
Die vorliegende Offenbarung erfolgt angesichts der oben beschriebenen Umstände, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Analysevorrichtung bereitzustellen, die die Analyse eines Stoffs mit erhöhter Genauigkeit ermöglicht.
Lösung des Problems
Eine Analysevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein piezoelektrisches Substrat, das ein Paar einander gegenüberliegender Hauptflächen aufweist; einen Rillenteil, der in einer der Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats vorgesehen ist und der einen Strömungskanal bildet, durch den ein Analyseobjekt strömt; eine erste Elektrode, die in mindestens einem Teil eines Raums innerhalb des Rillenteils vorgesehen ist; und eine zweite Elektrode, die auf der anderen der Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats vorgesehen ist, um der ersten Elektrode mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Substrat gegenüberzuliegen, wobei die zweite Elektrode eine piezoelektrische Schwingung zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode erzeugt. Innerhalb des Rillenteils ist mindestens ein vorstehender Teil, der von einer Bodenfläche des Rillenteils vorsteht, vorgesehen und in einer Region, die sich von der Bodenfläche des Rillenteils zu einer Seitenfläche des mindestens einen vorstehenden Teils erstreckt, ist die erste Elektrode und/oder ein Adsorptionsmaterial vorgesehen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Analysevorrichtung vor, die die Analyse eines Stoffs mit erhöhter Genauigkeit ermöglicht.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Struktur einer Analysevorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2 ist eine Draufsicht eines in 1 veranschaulichten piezoelektrischen Substrats.
3 ist eine Schnittansicht von 1 entlang Linie III-III.
4 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer in 2 veranschaulichten Adsorptionsregion veranschaulicht.
5 ist eine Schnittansicht von 4 entlang Linie V-V.
6 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
7 ist eine Schnittansicht von 6 entlang Linie VII-VII.
8 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
9 ist eine Schnittansicht von 8 entlang Linie IX-IX.
10 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
11 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
12 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
13 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
14 ist eine Schnittansicht von 13 entlang Linie XIV-XIV.
15 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer siebten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
16 ist eine Schnittansicht von 15 entlang Linie XVI-XVI.
17 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer achten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
18 ist eine Schnittansicht von 17 entlang Linie XVIII-XVIII.
19 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer neunten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
20 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer zehnten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
21 ist eine Schnittansicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer elften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
22 ist eine Schnittansicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer zwölften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
23 ist eine Schnittansicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer dreizehnten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
24 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Analysevorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
25 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Analysevorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Beschreibung der Ausführungsformen

Im Folgenden werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden gleiche oder ähnliche Bauteile durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung und zeigen schematisch die Dimensionen und Form jedes Teils. Es versteht sich, dass der technische Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
Eine Analysevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Struktur einer Analysevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 2 ist eine Draufsicht eines in 1 veranschaulichten piezoelektrischen Substrats. 3 ist eine Schnittansicht von 1 entlang Linie III-III.
Ähnlich einem Mikrosensor, der eine Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) nutzt, weist eine Analysevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Funktion eines Sensors auf, der eine Masse einer Substanz erfasst, die zum Beispiel in Flüssigkeit enthalten ist und als Analyseobjekt dient. In der folgenden Beschreibung, wird ein Beispiel beschrieben, in dem Flüssigkeit in die Analysevorrichtung 100 eingebracht wird. Die in die Analysevorrichtung 100 eingebrachte Substanz ist jedoch nicht auf Flüssigkeit beschränkt und kann stattdessen auch Gas oder ein anderes fließfähiges Fluid sein.
Die Analysevorrichtung 100 umfasst zum Beispiel ein piezoelektrisches Substrat 10 und ein Deckelelement 20. Obwohl in der folgenden Beschreibung rechtwinklige Koordinatensysteme mit x-, y- und z-Achse, die zueinander orthogonal sind, erwähnt werden, sind diese Koordinatensysteme für kristallographische Achsen von unten beschriebenen Elementen irrelevant.
Das piezoelektrische Substrat 10 und das Deckelelement 20 sind jeweils flachplattenförmig und umfassen ein Paar rechteckiger Hauptflächen, die zu einer von der x- und der y-Achse definierten Ebene (im Folgenden auch als „xy-Ebene“ bezeichnet, und andere Ebenen sind ähnlich definiert) parallel sind, und eine Dicke in einer zu der z-Achse parallelen Richtung. Das piezoelektrische Substrat 10 besteht aus einem piezoelektrischen Element, zum Beispiel einem Quarzkristallsubstrat.
In der folgenden Beschreibung wird als ein Beispiel für das piezoelektrische Substrat 10 angenommen, dass das piezoelektrische Substrat 10 aus einem Quarzkristallsubstrat mit AT-Schnitt besteht. Der AT-Schnitt bedeutet, dass das Quarzkristallsubstrat aus synthetischem Quarzkristall ausgeschnitten wird, so dass Hauptflächen davon parallel zu einer Ebene sind, die von der X-Achse und der Z'-Achse definiert wird, wenn kristallographische Quarzkristallachsen X-, Y- und Z-Achse sind und wenn Y'- und Z'-Achse Achsen sind, die durch Drehen der Y- und der Z-Achse in der Richtung von der Y-Achse zur Z-Achse um 35 Grad 15 Minuten ± 1 Minute 30 Sekunden um die X-Achse erhalten werden. Der Schnitt des Quarzkristallsubstrats ist nicht auf den AT-Schnitt beschränkt und kann stattdessen ein anderer Schnitt, wie etwa ein BT-Schnitt, sein.
Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, weist eine Hauptfläche 110a des piezoelektrischen Substrats 10, die dem Deckelelement 20 gegenüberliegt, einen Einlass 11, durch den die Flüssigkeit eingebracht wird, einen Auslass 12, durch den die Flüssigkeit abgelassen wird, und einen Rillenteil 13, der als ein Strömungskanal dient, durch den die Flüssigkeit strömt, auf.
Der Einlass 11 ist nahe der Ecke der Hauptfläche 110a des piezoelektrischen Substrat 10 zwischen den Seiten in Richtung der positiven x-Achse und in Richtung der negativen y-Achse vorgesehen. Der Auslass 12 ist nahe der Ecke der Hauptfläche 110a des piezoelektrischen Substrats 10 zwischen den Seiten in Richtung der negativen x-Achse und in Richtung der positiven y-Achse vorgesehen. Somit sind der Einlass 11 und der Auslass 12 an diagonalen Ecken der Hauptfläche 110a des piezoelektrischen Substrats 10 vorgesehen.
Der Rillenteil 13 verläuft in Draufsicht auf die Hauptfläche 110a des piezoelektrischen Substrats 10 in einer Spiralform vom Einlass 11 zum Auslass 12. Die durch den Einlass 11 eingebrachte Flüssigkeit strömt durch den Rillenteil 13 zum Auslass 12 hin. Die Form des Wegs des Rillenteils 13 ist nicht auf die Spiralform beschränkt und kann zum Beispiel eine Kammform sein. Ein längerer Strömungskanal für die Flüssigkeit verursacht eine größere Trennung zwischen in der Flüssigkeit enthaltenen Substanzen und wird daher für die Abscheidung der als das Analyseobjekt dienenden Substanz bevorzugt. Die Struktur einer Adsorptionsregion 14, die eine Region ist, in der die als das Analyseobjekt dienende Substanz im Rillenteil 13 adsorbiert wird, wird unten beschrieben.
Das Deckelelement 20 weist Durchgangsbohrungen 21 und 22 auf, die positioniert sind, um den Einlass 11 bzw. den Auslass 12 des piezoelektrischen Substrats 10 in der Dickenrichtung zu überlagern. Die Durchgangsbohrungen 21 und 22 erstrecken sich in der Dickenrichtung durch das Deckelelement 20 und sind mit dem Einlass 11 bzw. dem Auslass 12 verbunden, die im piezoelektrischen Substrat 10 gebildet sind. Das Deckelelement 20 kann zum Beispiel aus einem Quarzkristallsubstrat ähnlich dem piezoelektrischen Substrat 10 bestehen und kann an das piezoelektrische Substrat 10 angefügt sein. So wird zwischen dem piezoelektrischen Substrat 10 und dem Deckelelement 20 ein abgedichteter Strömungskanal gebildet.
Im Folgenden wird nun die Struktur der Adsorptionsregion 14 mit Bezug auf die 4 und 5 ausführlich beschrieben.
4 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur der in 2 veranschaulichten Adsorptionsregion veranschaulicht. 5 ist eine Schnittansicht von 4 entlang Linie V-V. Die Draufsicht von 4 ist in der gleichen Richtung wie die Draufsicht der Hauptfläche 110a des piezoelektrischen Substrats 10 gesehen.
Wie in den 4 und 5 veranschaulicht, umfasst die Adsorptionsregion 14 des piezoelektrischen Substrats 10 einen vorstehenden Teil 30, eine Masseelektrode 31, ein Adsorptionsmaterial 32 und ein Anregungselektrodenpaar 33 und 34.
Der vorstehenden Teil 30 ist innerhalb des Rillenteils 13 angeordnet und steht von einer Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 zum Deckelelement 20 hin vor. In der vorliegenden Ausführungsform ist der vorstehende Teil 30 flachplattenförmig und erstreckt sich in einer Strömungsrichtung der Flüssigkeit (das heißt, der Längenrichtung des Rillenteils 13). Der vorstehende Teil 30 ist an oder nahe an der Mitte in einer Richtung, die zu der Strömungsrichtung der Flüssigkeit orthogonal ist (das heißt, der Breitenrichtung des Rillenteils 13), angeordnet. Die Länge (Höhe) des vorstehenden Teils 30 in der Richtung der z-Achse ist zum Beispiel kleiner als Länge (Tiefe) des Rillenteils 13 in der Richtung der z-Achse, so dass der vorstehende Teil 30 vom Rillenteil 13 nicht in der Richtung der z-Achse vorsteht. Der vorstehende Teil 30 kann zum Beispiel aus dem gleichen Material wie dem des piezoelektrischen Substrats 10 hergestellt sein und kann als ein vorstehender Substratteil dienen, der zusammen mit den piezoelektrischen Substrat 10 als Schwinger funktioniert. Wenn der vorstehende Teil 30 aus dem gleichen Material wie das des piezoelektrischen Substrats 10 hergestellt ist, kann der vorstehende Teil 30 zum Beispiel im Verlauf der Herstellung des Rillenteils 13 durch Durchführen einer Ätzung, so dass ein Teil des piezoelektrischen Substrats 10 nicht geätzt wird, zusammen mit dem Rillenteil 13 des piezoelektrischen Substrats 10 gebildet werden. Wie unten beschrieben, kann der vorstehende Teil 30 stattdessen aus einem von dem des piezoelektrischen Substrats 10 verschiedenen Material hergestellt sein.
Die Masseelektrode 31 (erste Elektrode) ist eine Elektrode, an die das Massepotential angelegt wird. Die Masseelektrode 31 ist zum Bedecken einer Oberfläche des vorstehenden Teils 30 entlang der Breitenrichtung des Rillenteils 13 vorgesehen. Die Masseelektrode 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich an einer Seitenfläche des vorstehenden Teils 30 an der einen Seite, einer Oberseite des vorstehenden Teils 30 und einer Seitenfläche des vorstehenden Teils 30 an der anderen Seite entlang von der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 an einer Seite des vorstehenden Teils 30 bis zur Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 an der anderen Seite. Es ist nicht nötig, dass die Masseelektrode 31 die gesamte Oberfläche des vorstehenden Teils 30 bedeckt, solange die Masseelektrode 31 zumindest eine Region bedeckt, die sich von der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 zu einer Seitenfläche des vorstehenden Teils 30 erstreckt.
Das Anregungselektrodenpaar 33 und 34 (zweite Elektroden) ist an einer weiteren Hauptfläche 110b des piezoelektrischen Substrats 10 vorgesehen, um der Masseelektrode 31 mit dem dazwischen liegenden piezoelektrische Substrat 10 gegenüberzuliegen. Das Anregungselektrodenpaar 33 und 34 ist auf beiden Seiten des vorstehenden Teils 30 in der Breitenrichtung des Rillenteils 13 angeordnet, um den vorstehenden Teil 30 in Draufsicht auf die Bodenfläche 130 nicht zu überlagern. An jede der beiden Anregungselektroden 33 und 34 wird eine Wechselspannung angelegt, so dass zwischen der Masseelektrode 31 und dem Anregungselektrodenpaar 33 und 34 eine piezoelektrische Schwingung in einem vorbestimmten Anregungsmodus erzeugt wird.
Zum Beispiel wird, wenn das piezoelektrische Substrat 10 so gestaltet ist, dass die X-Achse, die eine kristallographische Achse des Quarzkristalls ist, sich in der Längenrichtung des Rillenteils 13 erstreckt und die Z'-Achse sich in der Breitenrichtung des Rillenteils 13 erstreckt, im piezoelektrischen Substrat 10 eine Dickenscherschwingung erzeugt und der Rillenteil 13 schwingt in den von den schwarzen und weißen Pfeilen in 4 gezeigten Richtungen. In 4 zeigen die Pfeile in verschiedenen Farben Auslenkungen zu verschiedenen Zeiten. Von den schwarzen Pfeilen gezeigte Bewegungen und von den weißen Pfeilen gezeigte Bewegungen finden abwechselnd statt, so dass die Dickenscherschwingung erzeugt wird. Dies gilt auch für andere Diagramme.
Das Adsorptionsmaterial 32 bedeckt mindestens einen Teil einer Oberfläche der Masseelektrode 31. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich das Adsorptionsmaterial 32 ähnlich der Masseelektrode 31 an der Seitenfläche des vorstehenden Teils 30 an der einen Seite, der Oberseite des vorstehenden Teils 30, der Seitenfläche des vorstehenden Teils an der anderen Seite entlang von der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 an der einen Seite zur Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 an der anderen Seite. Das Adsorptionsmaterial 32 kann zum Beispiel ein Adsorptionsfilm sein, der die Substanz, die als Analyseobjekt dient, selektiv adsorbiert. Wenn das Adsorptionsmaterial 32 eine spezifische Substanz adsorbiert, ändert sich die Anregung des vorstehenden Teils 30 und eines Teils der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 um den vorstehenden Teil 30 und die Resonanzfrequenz der Anregung des piezoelektrischen Substrats 10 ändert sich entsprechend. Durch Erfassen der Änderung der Resonanzfrequenz kann die Masse der Substanz, die sich am Adsorptionsmaterial 32 angelagert hat, gemessen werden. Dementsprechend können die Masse und die Konzentration der in der Flüssigkeit enthaltenen Substanz gemessen werden.
Die Adsorptionsregion 14 ist vorzugsweise an einer Position, die näher am Auslass 12 als am Einlass 11 liegt, in dem Rillenteil 13 vorgesehen, der als Strömungskanal für die Flüssigkeit dient. Wenn die Flüssigkeit zum Beispiel mehrere Arten von Substanzen enthält und die Analysevorrichtung 100 eine spezifische Substanz nach dem Prinzip der Chromatographie analysiert, sorgt ein längerer Abstand zwischen der Position des Adsorptionsmaterials 32 und dem Einlass 11 beim Strömen der Flüssigkeit durch den Rillenteil 13 für eine größere Trennung zwischen dem Inhalt der Flüssigkeit. Dementsprechend kann die spezifische Substanz vom Adsorptionsmaterial 32 leichter adsorbiert werden.
In der oben beschriebenen Struktur ist das Adsorptionsmaterial 32 nicht nur auf der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 vorgesehen, sondern auch an den Seitenflächen des vorstehenden Teils 30 im Rillenteil 13 des piezoelektrischen Substrats 10. Dementsprechend wird, verglichen mit einer Struktur, bei der zum Beispiel das Adsorptionsmaterial nur auf der Bodenfläche des Rillenteils vorgesehen ist, die Oberfläche des Adsorptionsmaterials vergrößert, so dass die Kontaktfläche zwischen der Flüssigkeit, die durch den Rillenteil 13 strömt, und dem Adsorptionsmaterial 32 vergrößert wird. Daher wird der durch Anlagerung der Substanz an dem Adsorptionsmaterial 32 verursachte Änderungsbetrag der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Substrats 10 vergrößert, so dass die Masse und Konzentration der Substanz mit höherer Auflösung gemessen werden kann.
In der oben beschriebenen Struktur ist der vorstehende Teil 30 so angeordnet, dass seine langen Seiten zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit parallel sind. Daher bietet der vorstehende Teil 30 keinen großen Widerstand gegen die Flüssigkeitsströmung. Außerdem ist der vorstehende Teil 30 an oder nahe an der Mitte des Rillenteils 13 in der Breitenrichtung vorgesehen, wo die Auslenkung der Dickenscherschwingung relativ klein ist. Dementsprechend ist der Einfluss des vorstehenden Teils 30 auf die Dickenscherschwingung des piezoelektrischen Substrats 10 verringert, so dass die Beeinträchtigung der Schwingungscharakteristik verringert wird und ein hoher Gütefaktor aufrechterhalten werden kann.
Gemäß der oben beschriebenen Struktur schwingt das vorstehende Teil 30 aufgrund der Schwingung des Rillenteils 13, um sich in Draufsicht auf die Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 (siehe gestrichelte Pfeile in 4) zu drehen. Verglichen mit einer Struktur, in der der vorstehende Teil 30 nicht schwingt, adsorbiert das Adsorptionsmaterial 32 daher die Zielsubstanz leichter, so dass der Adsorptionsbetrag der Zielsubstanz größer werden kann.
Gemäß der oben beschriebenen Struktur ist jede der beiden Anregungselektroden 33 und 34 auf der Hauptfläche 110b des piezoelektrischen Substrats 10 vorgesehen, die außerhalb des Rillenteils 13 liegt. Verglichen mit einer Struktur, bei der die beiden Anregungselektroden getrennt inner- und außerhalb des Rillenteils 13 angeordnet sind, wie in unten beschriebenen Modifikationen, oder einer Struktur, bei der das Anregungselektrodenpaar innerhalb des Rillenteils angeordnet ist, können daher Leitungen zum Anlegen der Wechselspannung leichter angeordnet werden.
Zum Beispiel kann der Durchfluss der Flüssigkeit durch Beeinflussen der Flüssigkeitsströmung durch den Rillenteil 13 mit der Form und Größe des vorstehenden Teils 30 reguliert werden. Alternativ kann der Durchfluss der Flüssigkeit auf Basis einer Änderung der Resonanzfrequenz, die beim Aufprallen der Flüssigkeit auf den vorstehenden Teil 30 verursacht wird, gemessen werden.
Obwohl der vorstehende Teil 30 in der vorliegenden Ausführungsform flachplattenförmig ist, ist die Form des vorstehenden Teils nicht besonders beschränkt. Außerdem sind, wie unten beschrieben, die Anordnungsposition und -ausrichtung des vorstehenden Teils 30 ebenfalls nicht besonders beschränkt.
Die Struktur der Elektroden zur Erzeugung der piezoelektrischen Schwingung des piezoelektrischen Substrats 10 ist nicht auf die oben beschriebene Struktur beschränkt. Zum Beispiel kann ein Anregungselektrodenpaar innerhalb des Rillenteils angeordnet sein und eine Masseelektrode kann außerhalb des Rillenteils (auf der Hauptfläche 110b des piezoelektrischen Substrats 10) angeordnet sein, so dass sie dem Anregungselektrodenpaar gegenüberliegt. In diesem Fall können zum Beispiel die beiden Anregungselektroden auf der einen und der anderen Seite des vorstehenden Teils vorgesehen sein und jede der beiden Anregungselektroden kann auf einer Oberfläche davon mit einem Adsorptionsmaterial versehen sein. Die Masseelektrode 31 kann eine potentialfreie Elektrode sein, anstatt das Massepotential aufzunehmen.
6 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 7 ist eine Schnittansicht von 6 entlang Linie VII-VII. Die Schnittansicht von 6 ist in der gleichen Richtung wie die Draufsicht of 4 gesehen. Dies gilt auch für die unten beschriebenen 8, 10 bis 13, 15, 17, 19 und 20. In der folgenden Beschreibung wird auf die Beschreibung von Elementen verzichtet, die mit denen der oben beschriebenen Ausführungsform identisch sind, und es werden nur Unterschiede beschrieben. Insbesondere wird die Beschreibung ähnlicher Wirkungen, die durch ähnliche Strukturen erzielt werden, nicht bei jeder Ausführungsform oder Modifikation wiederholt.
Wie in den 6 und 7 veranschaulicht, unterscheidet sich ein piezoelektrisches Substrat 10A gemäß der ersten Modifikation dadurch vom oben beschriebenen piezoelektrischen Substrat 10, dass außerdem zwei Aussparungen 40a und 40b vorgesehen sind. Die zwei Aussparungen 40a und 40b sind aus der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 zur Hauptfläche 110b des piezoelektrischen Substrats 10A hin ausgesparte Regionen. Die zwei Aussparungen 40a und 40b sind auf beiden Seiten des vorstehenden Teils 30 in der Breitenrichtung des Rillenteils 13 angeordnet und erstrecken sich in der Längenrichtung des Rillenteils 13.
Da die zwei Aussparungen 40a und 40b im Rillenteil 13 vorgesehen sind, ist die Schwingungsregion, die den vorstehenden Teil 30 umfasst, von den Seitenflächen des Rillenteils 13 getrennt und die Anregung des Rillenteils 13 kann leicht auf die Adsorptionsregion 14 beschränkt werden. Daher kann die Substanz mit größerer Genauigkeit analysiert werden. Die Anzahl der Aussparungen ist nicht auf zwei beschränkt. Zum Beispiel kann anstelle der Aussparungen auf beiden Seiten des vorstehenden Teils 30 eine einzelne Aussparung an einer Seite des vorstehenden Teils 30 vorgesehen sein.
8 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 9 ist eine Schnittansicht von 8 entlang Linie IX-IX.
Wie in den 8 und 9 veranschaulicht, unterscheidet sich ein piezoelektrisches Substrat 10B nach der zweiten Modifikation vom oben beschriebenen piezoelektrischen Substrat 10A durch die Position der zwei Aussparungen 41a und 41b. In der zweiten Modifikation sind die zwei Aussparungen 41a und 41b auf beiden Seiten des vorstehenden Teils 30 in der Längenrichtung des Rillenteils 13 angeordnet und erstrecken sich in der Breitenrichtung des Rillenteils 13.
Die Positionen der zwei Aussparungen sind also nicht besonders beschränkt, solange die zwei Aussparungen in Draufsicht auf die Hauptfläche 110a des piezoelektrischen Substrats 10B um den vorstehenden Teil 30 angeordnet sind. Auch lässt sich die Anregung leicht auf die Adsorptionsregion 14 beschränken, wenn die zwei Aussparungen 41a und 41b auf beiden Seiten des vorstehenden Teils 30 in der Längenrichtung des Rillenteils 13 angeordnet sind, ähnlich wie bei dem piezoelektrischen Substrat 10A. Daher kann die Substanz mit größerer Genauigkeit analysiert werden. Die Aussparungen 40a und 40b und die Aussparungen 41a und 41b können kombiniert angewendet werden und können zum Beispiel so angeordnet werden, dass sie den gesamten Umfang des vorstehenden Teils 30 umgeben.
Die 10 bis 12 sind Draufsichten, die jeweils beispielhafte Strukturen von Adsorptionsregionen in Analysevorrichtungen nach der dritten bis fünften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. In 10 und den folgenden Figuren ist das Adsorptionsmaterial nicht dargestellt.
Wie in den 10 bis 12 veranschaulicht, unterscheiden sich die dritte bis fünfte Ausführungsform von der in 4 veranschaulichten ersten Ausführungsform in der Anordnungsausrichtung eines vorstehenden Teils 30A. In der dritten bis fünften Modifikation ist der vorstehende Teil 30A flachplattenförmig und so angeordnet, dass seine langen Seiten sich in der Breitenrichtung des Rillenteils 13 erstrecken. Dementsprechend ist eine Masseelektrode 31A so vorgesehen, dass sie sich in der Längenrichtung des Rillenteils 13 an einer Seitenfläche an der einen Seite, einer Oberseite und einer Seitenfläche an der anderen Seite des vorstehenden Teils 30A entlang von der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 an einer Seite des vorstehenden Teils 30A bis zur Bodenfläche 130 an der anderen Seite erstreckt. Das Adsorptionsmaterial (nicht dargestellt) ist zum Bedecken einer Oberfläche der Masseelektrode 31A vorgesehen.
Wie in 10 veranschaulicht, ist in der dritten Modifikation ähnlich den in 5 veranschaulichten Anregungselektroden 33 und 34 ein Anregungselektrodenpaar 33A und 34A auf beiden Seiten des vorstehenden Teils 30A in Regionen vorgesehen, die der Masseelektrode 31A mit einem dazwischen angeordneten piezoelektrischen Substrat 10C gegenüberliegen, so dass das Anregungselektrodenpaar 33A und 34A um den vorstehenden Teil 30A symmetrisch ist.
In der dritten Modifikation wird eine Dickenscherschwingung in von den schwarzen und weißen Pfeilen in 10 gezeigten Richtungen erzeugt, wenn eine Wechselspannung an das Anregungselektrodenpaar 33A und 34A angelegt wird. Bei der vorliegenden Modifikation kann die Beeinträchtigung der Schwingungscharakteristik aufgrund des vorstehenden Teils 30A verringert werden, da der vorstehende Teil 30A in einer Region gebildet ist, in der die Auslenkung relativ klein ist.
Wie in 11 veranschaulicht, ist in der vierten Modifikation ein Anregungselektrodenpaar 33B und 34B in Regionen vorgesehen, die der Masseelektrode 31A mit einem dazwischen angeordneten piezoelektrischen Substrat 10D gegenüberliegen, so dass das Anregungselektrodenpaar 33B und 34B um den vorstehenden Teil 30A asymmetrisch ist. Genauer gesagt, erstreckt sich eine Anregungselektrode 33B in Draufsicht auf die Bodenfläche 130 über eine relativ große Region von einem Ende der Masseelektrode 31A bis zu einer Position jenseits des vorstehenden Teils 30A. Die andere Anregungselektrode 34B erstreckt sich in Draufsicht auf die Bodenfläche 130 von dem anderen Ende der Masseelektrode 31A über eine relativ schmale Region, damit sie den vorstehenden Teil 30A nicht erreicht.
In der vierten Modifikation wird auch eine Dickenscherschwingung in den von den schwarzen und weißen Pfeilen in 11 gezeigten Richtungen erzeugt, wenn eine Wechselspannung an das Anregungselektrodenpaar 33B und 34B angelegt wird. In der vierten Modifikation kann, da der vorstehende Teil 30A in einer Region gebildet ist, in der die Auslenkung relativ groß ist, der Adsorptionsbetrag der Zielsubstanz aufgrund der Schwingung des vorstehenden Teils 30A selbst vergrößert werden. Es ist daher nicht notwendig, dass das Anregungselektrodenpaar 33B und 34B um den vorstehenden Teil 30A symmetrisch ist.
Wie in 12 veranschaulicht, ist in der fünften Ausführungsform ein Anregungselektrodenpaar 33C und 34C in Regionen vorgesehen, die der Masseelektrode 31A mit einem dazwischen angeordneten piezoelektrischen Substrat 10E gegenüberliegen, so dass das Anregungselektrodenpaar 33C und 34C sich in der Längenrichtung des Rillenteils 13 über den vorspringenden Teil 30A erstreckt. Die beiden Anregungselektroden 33C und 34C sind in der Breitenrichtung des Rillenteils 13 nebeneinander angeordnet.
In der fünften Modifikation wird auch eine Dickenscherschwingung in den in 12 von den schwarzen und weißen Pfeilen gezeigten Richtungen erzeugt, wenn eine Wechselspannung an das Anregungselektrodenpaar 33C und 34C angelegt wird. In der fünften Modifikation kann, da der vorstehende Teil 30A in einer Region gebildet ist, in der die Auslenkung relativ groß ist, der Adsorptionsbetrag der Zielsubstanz aufgrund der Schwingung des vorstehenden Teils 30A selbst vergrößert werden.
In der dritten bis fünften Modifikation dient der vorstehende Teil 30A jeweils als größerer Widerstand gegen die Flüssigkeitsströmung als der in der oben beschriebenen Analysevorrichtung 100. Daher kann der Durchfluss der Flüssigkeit geringer sein.
13 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 14 ist eine Schnittansicht von 13 entlang Linie XIV-XIV.
Die in den 13 und 14 veranschaulichte sechste Modifikation unterscheidet sich von der in 10 veranschaulichten dritten Modifikation durch die Struktur der Elektroden. In der sechsten Modifikation ist die Masseelektrode 31A nicht vorgesehen. Eine Anregungselektrode 33D (erste Elektrode) ist innerhalb des Rillenteils 13 vorgesehen und eine weitere Anregungselektrode 34D (zweite Elektrode) ist außerhalb des Rillenteils 13 auf der Hauptfläche 110b eines piezoelektrischen Substrats 10F vorgesehen. Ähnlich der oben beschriebenen Masseelektrode 31A erstreckt sich die innerhalb des Rillenteils 13 vorgesehene Anregungselektrode 33D in der Längenrichtung des Rillenteils 13 an einer Seitenfläche an einer Seite, einer Oberseite und einer Seitenfläche an der anderen Seite des vorstehenden Teils 30A entlang von der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 an der einen Seite des vorstehenden Teils 30A bis zu der Bodenfläche 130 an der anderen Seite. Das Adsorptionsmaterial (nicht veranschaulicht) ist zum Bedecken einer Oberfläche der Anregungselektrode 33D, die innerhalb des Rillenteils 13 angeordnet ist, vorgesehen. Die Anregungselektrode 34D ist vorgesehen, um der Anregungselektrode 33D g mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Substrat 10F gegenüberzuliegen.
In dieser Struktur wird auch eine Dickenscherschwingung in den von den schwarzen und weißen Pfeilen in den 13 und 14 gezeigten Richtungen erzeugt, wenn eine Wechselspannung an das Anregungselektrodenpaar 33D und 34D angelegt wird. In der sechsten Modifikation kann, da keine Masseelektrode vorgesehen ist, die Elektrodenzahl gegenüber der in jeder der oben beschriebenen Modifikationen verringert werden.
15 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer siebten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 16 ist eine Schnittansicht von 15 entlang Linie XVI-XVI.
Die in den 15 und 16 veranschaulichte siebte Modifikation unterscheidet sich von der in den 13 und 14 veranschaulichten sechsten Modifikation durch die Richtungen kristallographischer Achsen des Quarzkristalls. In der siebten Modifikation ist ein piezoelektrisches Substrat 10G so angeordnet, dass die X-Achse, die eine kristallographische Achse des Quarzkristalls ist, sich in der Breitenrichtung des Rillenteils 13 erstreckt, und dass die Z'-Achse sich in der Längenrichtung des Rillenteils 13 erstreckt. In diesem Fall wird eine Dickenscherschwingung in von den schwarzen und weißen Pfeilen in den 15 und 16 gezeigten Richtungen (das heißt, in Richtungen entlang der X-Achse, die eine kristallographische Achse ist) erzeugt, wenn eine Wechselspannung an das Anregungselektrodenpaar 33D und 34D angelegt wird. In der siebten Modifikation kann der Adsorptionsbetrag der Zielsubstanz vergrößert werden, da der vorstehende Teil 30A in Richtungen schwingt, die zu der Strömungsrichtung der Flüssigkeit orthogonal sind.
17 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer achten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 18 ist eine Schnittansicht von 17 entlang Linie XVIII-XVIII.
Die in den 17 und 18 veranschaulichte achte Modifikation unterscheidet sich von der in den 15 und 16 veranschaulichten siebten Modifikation dadurch, dass zwei vorstehende Teile 30B und 30C auf einem piezoelektrischen Substrat 10H vorgesehen sind. Die zwei vorstehenden Teile 30B und 30C sind beide flachplattenförmig und in der Breitenrichtung des Rillenteils 13 nebeneinander angeordnet, so dass lange Seiten davon sich in der Längenrichtung des Rillenteils 13 erstrecken. Eine innerhalb des Rillenteils 13 angeordnete Anregungselektrode 33E ist zum Bedecken von Oberflächen der zwei vorstehenden Teile 30B und 30C vorgesehen. Eine außerhalb des Rillenteils 13 angeordnete Anregungselektrode 34E ist auf der Hauptfläche 110b des piezoelektrischen Substrats 10H vorgesehen, um der Anregungselektrode 33E mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Substrat 10H gegenüberzuliegen. Wenn eine Wechselspannung an das Anregungselektrodenpaar 33E und 34E angelegt wird, wird eine Dickenscherschwingung in von den schwarzen und weißen Pfeilen in den 17 und 18 gezeigten Richtungen erzeugt.
Daher ist die Anzahl der in dem Rillenteil 13 vorgesehenen vorstehenden Teile nicht besonders beschränkt und kann zwei oder mehr sein. In der achten Modifikation erstrecken sich die langen Seiten der zwei vorstehenden Teile 30B und 30C in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit und die vorstehenden Teile 30B und 30C schwingen in Richtungen, die zur Strömung des Fluids orthogonal sind. Daher kann der Einfluss auf die Strömung des Fluids geringer sein und der Adsorptionsbetrag der Zielsubstanz kann größer sein.
19 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer neunten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Die in 19 veranschaulichte neunte Modifikation unterscheidet sich von der in 15 veranschaulichten siebten Modifikation durch die auf einem piezoelektrischen Substrat 101 vorgesehene Struktur der Anregungselektroden. Genauer gesagt, ist in der neunten Modifikation eine Anregungselektrode 33F innerhalb des Rillenteils 13 vorgesehen und vier Anregungselektroden 34Fa bis 34Fd sind außerhalb des Rillenteils 13 vorgesehen. Die vier Anregungselektroden 34Fa bis 34Fd sind vorgesehen, um der Anregungselektrode 33F mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Substrat 101 gegenüberzuliegen, und in Draufsicht auf die Bodenfläche 130 in zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet.
In der neunten Modifikation wird eine Dickenscherschwingung in von den schwarzen und weißen Pfeilen in 19 gezeigten Richtungen erzeugt, wenn zwischen der Anregungselektrode 33F und jeder der vier Anregungselektroden 34Fa bis 34Fd eine Wechselspannung angelegt wird. Dementsprechend findet eine Biegeschwingung des vorstehenden Teils 30A statt (siehe gestrichelte Pfeile in 19). Da der vorstehende Teil 30A selbst schwingt, kann der Adsorptionsbetrag der Zielsubstanz größer sein.
Daher ist die Anzahl der auf dem piezoelektrischen Substrat vorgesehenen Anregungselektroden nicht besonders beschränkt. Durch Erhöhen der Anzahl der Anregungselektroden kann der Schwingungsmodus der Rillenteile 13 auf verschiedene Weise geändert werden.
20 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer zehnten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
In der in 20 veranschaulichten zehnten Modifikation sind vier vorstehenden Teils 30D bis 30G auf einem piezoelektrischen Substrat 10J vorgesehen. Die vier vorstehenden Teile 30D bis 30G sind alle flachplattenförmig und in zwei Reihen und zwei Spalten in dem Rillenteil 13 angeordnet. Die vorstehenden Teils 30D und 30F auf einer Diagonale sind so angeordnet, dass ihre langen Seiten sich in der Breitenrichtung des Rillenteils 13 erstrecken. Die vorstehenden Teile 30E und 30G auf der anderen Diagonale sind so angeordnet, dass sich ihre langen Seiten in der Längenrichtung des Rillenteils 13 erstrecken. Jedes der vorstehenden Teile 30D bis 30G ist mit einer innerhalb des Rillenteils 13 angeordneten Anregungselektrode und zwei außerhalb des Rillenteils 13 angeordneten Anregungselektroden versehen. Die Anordnung der Anregungselektroden kann ähnlich der in einer der oben beschriebenen Modifikationen sein und auf eine ausführliche Beschreibung davon wird verzichtet.
Wie von einem Pfeil 200 in 20 gezeigt, wird in einer Region, die von den vier vorstehenden Teilen 30D bis 30G umgeben ist, ein Wirbel erzeugt und beim Strömen der Flüssigkeit kommt es zu Konvektion. Dementsprechend wird die Flüssigkeit, die durch den Rillenteil 13 strömt, aufgewirbelt und die Substanz kann von dem Adsorptionsmaterial leicht gleichmäßig adsorbiert werden.
Entsprechend der vorliegenden Modifikation kommt es beim Strömen der Flüssigkeit zu Konvektion und die Substanz wird von dem Adsorptionsmaterial gleichmäßig adsorbiert. Infolgedessen kann die Substanz mit größerer Genauigkeit analysiert werden. Außerdem kann die Strömung des Fluids durch Synchronisierung der Anlegung der Wechselspannung oder absichtliches Variieren der Zeit zum Anlegen der Wechselspannung wirksam gesteuert werden, da die vier vorstehenden Teile 30D bis 30G mit den jeweiligen Anregungselektroden versehen sind. Außerdem können die vier vorstehenden Teile 30D bis 30G zum Steuern der Strömung der Flüssigkeit oder zur Durchflussmessung angeordnet sein.
Die in 20 veranschaulichte Anordnung der Anregungselektroden ist ein Beispiel und stattdessen können die Anordnungen der Anregungselektroden nach den oben beschriebenen verschiedenen Modifikationen anwendet werden. Zum Beispiel können, ähnlich der in 17 veranschaulichten achten Modifikation, alle der vier vorstehenden Teile 30D bis 30G mit einer einzelnen Anregungselektrode bedeckt sein.
21 ist eine Schnittansicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer elften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 22 ist eine Schnittansicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer zwölften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Schnittansichten der 21 und 22 sind in der gleichen Richtung wie die Schnittansicht von 5 gesehen. Dies gilt auch für die unten beschriebene 23.
Gemäß der in 21 veranschaulichten elften Modifikation und der in 22 veranschaulichten zwölften Modifikation sind die vorstehenden Teile 30H und 301 aus Material hergestellt, das von dem piezoelektrischen Substrat 10, das in 5 veranschaulicht wird, verschieden ist. Ein piezoelektrisches Substrat 10K nach der elften Modifikation ist so gebildet, dass der Rillenteil 13 eine flache Bodenfläche 130A aufweist und dass eine auf der Bodenfläche 130A vorgesehene Masseelektrode 31B von der Bodenfläche 130A des Rillenteils 13 vorsteht, um den vorstehenden Teil 30H zu bilden. Das Adsorptionsmaterial 32 ist auf einer Oberfläche der Masseelektrode 31B vorgesehen.
Ein piezoelektrisches Substrat 10L nach der zwölften Modifikation ist so gebildet, dass die Bodenfläche 130A des Rillenteils 13 und eine auf der Bodenfläche 130A vorgesehene Masseelektrode 31C flach sind und dass ein auf der Masseelektrode 31C vorgesehenes Adsorptionsmaterial 32A von der Bodenfläche 130A des Rillenteils 13 vorsteht, um das vorstehenden Teil 301 zu bilden. Wie in diesen Modifikationen beschrieben, ist das Material jedes der vorstehenden Teile 30H und 30I, die von der Bodenfläche 130A des Rillenteils 13 vorstehen, nicht auf ein piezoelektrisches Substrat beschränkt und kann stattdessen beispielsweise eine Elektrode, ein Adsorptionsmaterial oder andere Materialien sein.
In den oben erwähnten Strukturen sind die Adsorptionsmaterialien 32 und 32A auch zumindest in Regionen gebildet, die sich von der Bodenfläche 130A des Rillenteils 13 zu Seitenflächen der vorstehenden Teile 30H und 301 erstrecken. Daher können ähnliche Wirkungen wie die der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt werden.
23 ist eine Schnittansicht, die eine beispielhafte Struktur einer Adsorptionsregion einer Analysevorrichtung nach einer dreizehnten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Ein piezoelektrisches Substrat 10M nach der dreizehnten Modifikation unterscheidet sich von dem in 5 veranschaulichten piezoelektrischen Substrat 10 dadurch, dass an der Masseelektrode 31 kein Adsorptionsmaterial vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform hat die Masseelektrode 31 eine Funktion zur Adsorption des Analyseobjekts. So kann in einer Region, die sich von der Bodenfläche 130 des Rillenteils 13 zu einer Seitenfläche des vorstehenden Teils 30 erstreckt, die Masseelektrode 31 und/oder das Adsorptionsmaterial vorgesehen sein.
In dieser Struktur können auch Wirkungen ähnlich denen der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt werden, weil die Masseelektrode 31 das Analyseobjekt adsorbiert. In der bzw. den oben beschriebenen Ausführungsform und Modifikationen kann das Adsorptionsmaterial auch weggelassen sein und die Masseelektrode kann zur Adsorption des Analyseobjekts gestaltet sein.
Die Anzahl und Anordnungen der vorstehenden Teile und die Anzahl und Anordnungen der Anregungselektroden in den oben beschriebenen Modifikationen sind Beispiele und stellen keine Beschränkungen dar. Die oben beschriebenen Modifikationen können in Kombination miteinander angewendet werden.
24 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Analysevorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Analysevorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform kann ein Deckelelement aufweisen, das dem oben beschriebenen, in der Analysevorrichtung 100 enthaltenen Deckelelement 20 ähnlich ist, weshalb das Deckelelement nicht abgebildet ist. Dies gilt auch für die unten beschriebene dritte Ausführungsform.
Wie in 24 veranschaulicht, umfasst ein piezoelektrisches Substrat 10N nach der vorliegenden Erfindung drei Adsorptionsregionen 14A bis 14C. Die Anzahl der Adsorptionsregionen 14A bis 14C ist ein Beispiel und stellt keine Beschränkung dar. Die drei Adsorptionsregionen 14A bis 14C sind in dem Rillenteil 13 positioniert und in der Längenrichtung des Rillenteils 13 (das heißt, in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit) nebeneinander angeordnet. Die Struktur von Komponenten, wie dem vorstehenden Teil, von jeder der Adsorptionsregionen 14A bis 14C, kann eine beliebige derjenigen in den oben beschriebenen Adsorptionsregionen sein und auf eine ausführliche Beschreibung davon wird deshalb verzichtet. Die Adsorptionsregionen 14A bis 14C können entweder die gleiche Struktur oder verschiedene Strukturen aufweisen. Die in den drei Adsorptionsregionen 14A bis 14C vorgesehenen Adsorptionsmaterialien, adsorbieren zum Beispiel selektiv verschiedene Substanzen. In einem solchen Fall schwingen die drei vorstehenden Teile mit verschiedenen Resonanzfrequenzen und die Masse und Konzentration jeder Substanz kann durch Erfassen jeder Resonanzfrequenz gemessen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Massen und Konzentrationen mehrerer Arten von Substanzen gleichzeitig gemessen werden, da verschiedene Substanzen in den jeweiligen der Adsorptionsregionen 14A bis 14C adsorbiert werden.
Ähnlich wie zum Beispiel bei dem in den 8 und 9 veranschaulichten piezoelektrischen Substrat 10B ist jede der Adsorptionsregionen 14A bis 14C vorzugsweise so strukturiert, dass die beiden Aussparungen 41a und 41b auf beiden Seiten des vorstehenden Teils 30 in der Längenrichtung des Rillenteils 13 vorgesehen sind. In einem solchen Fall sind die Anregungen der vorstehenden Teile stark auf die jeweiligen der Adsorptionsregionen 14A bis 14C beschränkt. Daher können Interferenzen zwischen den Schwingungen der vorstehenden Teile reduziert werden. Dementsprechend können die Substanzen mit größerer Genauigkeit analysiert werden, als wenn keine Aussparungen vorgesehen sind.
25 ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Analysevorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Wie in 25 veranschaulicht, unterscheidet sich ein piezoelektrisches Substrat 100 nach der vorliegenden Ausführungsform von dem in der oben beschriebenen Analysevorrichtung 100 nach der ersten Ausführungsform dadurch, dass auch ein optisches Analysefenster 50 vorgesehen ist.
Das optische Analysefenster 50 ist an einer Zwischenposition des Rillenteils 13 vorgesehen, das den Strömungskanal für die Flüssigkeit bildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das optische Analysefenster 50 in der Nähe des Auslasses 12 des Rillenteils 13 angeordnet. Das optische Analysefenster 50 ist ein Analysefenster, das Licht in der Dickenrichtung des piezoelektrischen Substrats 10 durchlässt, und ist so angeordnet, dass eine optische Analyseeinrichtung daran angebracht werden kann.
Da das optische Analysefenster 50 an einer Zwischenposition des Strömungskanals vorgesehen ist, weist die Analysevorrichtung 100 ferner eine optische Analysefunktion auf. Wenn das optische Analysefenster 50 zum Beispiel aus Quarzkristall besteht, können verschiedene Substanzen analysiert werden, weil der Quarzkristall Licht mit einem relativ breiten Wellenlängenbereich durchlässt und sogar zum Beispiel einen tief ultravioletten Strahl mit einer Wellenlänge von etwa 152 nm durchlassen kann.
Es wurden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollen das Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtern und nicht die Auslegung der vorliegenden Erfindung einschränken. Die vorliegende Erfindung kann modifiziert oder verbessert werden, ohne von ihrem Kern abzuweichen, und umfasst Äquivalente zur vorliegenden Erfindung. Anders ausgedrückt, umfasst die vorliegende Erfindung die Ausführungsformen, an denen der Fachmann gegebenenfalls eine konstruktive Änderung vorgenommen hat, solange sie Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen. So sind beispielsweise die in den Ausführungsformen enthaltenen Elemente und deren Anordnungen, Materialien, Zustände, Formen, Größen usw. nicht auf die veranschaulichten Beispiele beschränkt und können gegebenenfalls verändert werden. Die Elemente der Ausführungsformen können in Kombinationen miteinander angewendet werden, solange solche Kombinationen technisch möglich sind, und die Kombinationen davon fallen ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Erfindung, solange sie Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen.
Bezugszeichenliste

10, 10A bis 100: piezoelektrisches Substrat,
11: Einlass,
12: Auslass,
13: Rillenteil,
14, 14A bis 14C: Adsorptionsregion,
20: Deckelelement,
21, 22: Durchgangsbohrung,
30, 30A bis 301: vorstehender Teil,
31, 31A bis 31C: Masseelektrode,
32, 32A: Adsorptionsmaterial,
33, 33A bis 33F, 34, 34A bis 34E, 34Fa bis 34Fd: Anregungselektrode,
40a, 40b, 41a, 41b: Aussparung,
50: optisches Analysefenster,
100: Analysevorrichtung,
110a, 110b: Hauptfläche,
130, 130A: Bodenfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 200757289 [0003]

Claims

Analysevorrichtung, umfassend: ein piezoelektrisches Substrat, das ein Paar einander gegenüberliegender Hauptflächen aufweist; einen Rillenteil, der in einer der Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats vorgesehen ist und der einen Strömungskanal bildet, durch den ein Analyseobjekt strömt; eine erste Elektrode, die in mindestens einem Teil eines Raums innerhalb des Rillenteils vorgesehen ist; und eine zweite Elektrode, die auf der anderen der Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats vorgesehen ist, um der ersten Elektrode mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Substrat gegenüberzuliegen, wobei die zweite Elektrode eine piezoelektrische Schwingung zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode erzeugt, wobei mindestens ein vorstehender Teil, der von einer Bodenfläche des Rillenteils vorsteht, innerhalb des Rillenteils vorgesehen ist, und die erste Elektrode und/oder ein Adsorptionsmaterial in einer Region, die sich von der Bodenfläche des Rillenteils zu einer Seitenfläche des mindestens einen vorstehenden Teils erstreckt, vorgesehen ist.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine vorstehende Teil näher an einem Auslass als an einem Einlass des Rillenteils für das Analyseobjekt liegt.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine vorstehende Teil mehrere vorstehende Teile umfasst, die innerhalb des Rillenteils vorgesehen und in einer Längenrichtung des Rillenteils angeordnet sind, und wobei einer der mehreren vorstehenden Teile eine Substanz adsorbiert, die von einer Substanz, die von einem anderen der mehreren vorstehenden Teile adsorbiert wird, verschieden ist.
Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das piezoelektrische Substrat ferner mindestens eine Aussparung aufweist, die innerhalb des Rillenteils in einer Region um den mindestens einen vorstehenden Teil vorgesehen ist und die aus der Bodenfläche des Rillenteils zur anderen Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats hin ausgespart ist.
Analysevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Aussparung auf jeder Seite des mindestens einen vorstehenden Teils in einer Längenrichtung des Rillenteils vorgesehen ist.
Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rillenteil in Draufsicht auf das Paar Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats in einer Spiralform gebildet ist.
Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine vorstehende Teil einen vorstehenden Substratteil umfasst, der aus dem gleichen Material wie ein Material des piezoelektrischen Substrats hergestellt ist und von der Bodenfläche des Rillenteils vorsteht, und die erste Elektrode in einer Region vorgesehen ist, die sich von der Bodenfläche des Rillenteils zu einer Seitenfläche des vorstehenden Substratteils erstreckt.
Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine vorstehende Teil durch Bilden der ersten Elektrode, so dass die erste Elektrode von der Bodenfläche des Rillenteils vorsteht, gebildet wird.
Analysevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Adsorptionsmaterial an mindestens einem Teil einer Oberfläche der ersten Elektrode vorgesehen ist.
Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine vorstehende Teil durch Bilden des Adsorptionsmaterials, so dass das Adsorptionsmaterial von der Bodenfläche des Rillenteils vorsteht, gebildet wird.