JP2000338022A - マルチチャンネルｑｃｍセンサデバイス及びマルチチャンネルｑｃｍ測定システム - Google Patents
マルチチャンネルｑｃｍセンサデバイス及びマルチチャンネルｑｃｍ測定システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水晶振動子の表裏面に複数の電極を対向させ
て縦横に配列形成したマルチチャンネルＱＣＭセンサデ
バイスでは、各電極のリード部及び端子部が多くなる
し、測定セルに必要な発振回路や接続切換回路が複雑に
なる。 【解決手段】 水晶基板４１の表面に配列する電極は、
例えば電極４２Ａ1，４２Ａ4，４２Ａ7を電極リード部
４３1で１つの端子部４４1に引き出す。裏面に配列する
電極は、例えば電極４２Ｂ7，４２Ｂ8，４２Ｂ9を電極
リード部４５3で１つの端子部４６3に引き出した構造と
する。このセンサデバイスを使った測定システムは、水
晶基板の表面に配列される電極から引き出された端子部
４４1〜４４3と、裏面に配列される電極から引き出され
た端子部４６1〜４６3とを個別の発振回路等に接続又は
順次切換えて１つの発振回路等に接続する測定セル構成
とする。
て縦横に配列形成したマルチチャンネルＱＣＭセンサデ
バイスでは、各電極のリード部及び端子部が多くなる
し、測定セルに必要な発振回路や接続切換回路が複雑に
なる。 【解決手段】 水晶基板４１の表面に配列する電極は、
例えば電極４２Ａ1，４２Ａ4，４２Ａ7を電極リード部
４３1で１つの端子部４４1に引き出す。裏面に配列する
電極は、例えば電極４２Ｂ7，４２Ｂ8，４２Ｂ9を電極
リード部４５3で１つの端子部４６3に引き出した構造と
する。このセンサデバイスを使った測定システムは、水
晶基板の表面に配列される電極から引き出された端子部
４４1〜４４3と、裏面に配列される電極から引き出され
た端子部４６1〜４６3とを個別の発振回路等に接続又は
順次切換えて１つの発振回路等に接続する測定セル構成
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子の作用
電極表面を試料ガスや試料溶液に晒したときの水晶振動
子の発振周波数やインピーダンス等の電気的特性の変化
から作用電極表面での試料成分の吸脱着を検知・定量す
るＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ ＣｒｙｓｔａｌＭｉｃｒｏｂ
ａｌａｎｃｅ）センサデバイスに係り、特に同じ試料か
ら複数の成分を同時に検知・定量するのに適したマルチ
チャンネルＱＣＭセンサデバイス及びこのセンサデバイ
スを使ったマルチチャンネルＱＣＭ測定システムに関す
る。
電極表面を試料ガスや試料溶液に晒したときの水晶振動
子の発振周波数やインピーダンス等の電気的特性の変化
から作用電極表面での試料成分の吸脱着を検知・定量す
るＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ ＣｒｙｓｔａｌＭｉｃｒｏｂ
ａｌａｎｃｅ）センサデバイスに係り、特に同じ試料か
ら複数の成分を同時に検知・定量するのに適したマルチ
チャンネルＱＣＭセンサデバイス及びこのセンサデバイ
スを使ったマルチチャンネルＱＣＭ測定システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＡＴカット水晶振動子を用いてマ
イクロバランス原理を応用したケミカル及びバイオセン
サが注目を集めている。ＡＴカット水晶振動子は、その
主共振周波数が振動子の板厚と反比例する。この場合、
水晶振動子の電極面に試料成分が成膜したり、あるいは
物質の吸着が起きると表面に存在する物質の単位平面積
当たりの重量に対応した周波数のシフトが起きる。
イクロバランス原理を応用したケミカル及びバイオセン
サが注目を集めている。ＡＴカット水晶振動子は、その
主共振周波数が振動子の板厚と反比例する。この場合、
水晶振動子の電極面に試料成分が成膜したり、あるいは
物質の吸着が起きると表面に存在する物質の単位平面積
当たりの重量に対応した周波数のシフトが起きる。
【０００３】ＱＣＭセンサは、上記の周波数シフト現象
を応用したもので、ＡＴカット水晶振動子は広い温度範
囲において周波数が安定しているため、安定した検出感
度が期待でき、条件が揃えば１〜１０ｎｇの吸着物質の
検出がリアルタイムで可能である。以下に吸着物質量と
周波数のシフト量の関係を示す。
を応用したもので、ＡＴカット水晶振動子は広い温度範
囲において周波数が安定しているため、安定した検出感
度が期待でき、条件が揃えば１〜１０ｎｇの吸着物質の
検出がリアルタイムで可能である。以下に吸着物質量と
周波数のシフト量の関係を示す。
【０００４】主共振周波数ｆ0を持つ水晶振動子の、表
面に生じる質量変化（電極面の吸脱着量）Δｍと、周波
数変化量（周波数のシフト量）Δｆとの関係は、下記
（１）式に示すＳａｕｅｒｂｅｒｙの式により表され
る。
面に生じる質量変化（電極面の吸脱着量）Δｍと、周波
数変化量（周波数のシフト量）Δｆとの関係は、下記
（１）式に示すＳａｕｅｒｂｅｒｙの式により表され
る。
【０００５】
【数１】
【０００６】Δｆ：周波数変化量、ｆ0：水晶振動子の
主共振周波数、ＡPIEZO：電気的有効面積（電極面
積）、μq：水晶のせん断弾性定数、ρq：水晶の密度、
Δｍ：電極表面に生じる質量変化（電極面の吸脱着量） ここで、ＡＴカット水晶振動子の共振周波数は、下記の
（２）、（３）式で表される。
主共振周波数、ＡPIEZO：電気的有効面積（電極面
積）、μq：水晶のせん断弾性定数、ρq：水晶の密度、
Δｍ：電極表面に生じる質量変化（電極面の吸脱着量） ここで、ＡＴカット水晶振動子の共振周波数は、下記の
（２）、（３）式で表される。
【０００７】
【数２】
【０００８】ν：水晶中での音速、ｔq：水晶の厚さ、
また、Ｓａｕｅｒｂｅｒｙの式は、主共振周波数と水晶
の厚さの関係を展開して、下記の（４）式のようにな
る。
また、Ｓａｕｅｒｂｅｒｙの式は、主共振周波数と水晶
の厚さの関係を展開して、下記の（４）式のようにな
る。
【０００９】
【数３】
【００１０】上記の（４）式において、Ｃfは全体感度
である。
である。
【００１１】なお、これを液中にて使用する際には、周
波数変化量Δｆは液の粘度と密度にも影響されるため、
下記の（５）式のように書き直される。
波数変化量Δｆは液の粘度と密度にも影響されるため、
下記の（５）式のように書き直される。
【００１２】
【数４】
【００１３】ηL：溶液の粘性率、ρL：溶液の密度、ω
0＝２πｆ0 この式中の全体感度Ｃfは下記の（６）式で表わされ
る。
0＝２πｆ0 この式中の全体感度Ｃfは下記の（６）式で表わされ
る。
【００１４】
【数５】
【００１５】上記の各式から解るように、全体感度Ｃf
を上げるには主共振周波数ｆ0を上げることが重要とな
る。また、全体感度Ｃf自身も周波数の関数であるた
め、実際の周波数変化量Δｆは、主共振周波数ｆ0の２
乗や３／２乗に依存することになる。
を上げるには主共振周波数ｆ0を上げることが重要とな
る。また、全体感度Ｃf自身も周波数の関数であるた
め、実際の周波数変化量Δｆは、主共振周波数ｆ0の２
乗や３／２乗に依存することになる。
【００１６】従って、センサとして用いる水晶振動子の
主共振周波数を高くするほど、高感度のセンサとするこ
とができる。例えば、図３は、１５ｗｔ％（重量パーセ
ント）のグルコース溶液に浸した水晶振動子の周波数シ
フト量Δｆを主共振周波数ｆ 0の変化に対してプロット
したものである。主共振周波数ｆ0が高ければ同じ電極
表面での振動ロスで共振周波数のずれが大きく取れるこ
とが分る。
主共振周波数を高くするほど、高感度のセンサとするこ
とができる。例えば、図３は、１５ｗｔ％（重量パーセ
ント）のグルコース溶液に浸した水晶振動子の周波数シ
フト量Δｆを主共振周波数ｆ 0の変化に対してプロット
したものである。主共振周波数ｆ0が高ければ同じ電極
表面での振動ロスで共振周波数のずれが大きく取れるこ
とが分る。
【００１７】上記のように、ＡＴカット水晶振動子は、
厚みすべりのモードを使用しているため、主共振周波数
ｆ0はその厚みｔqと反比例する。また、水晶振動子は、
十分なγ値（水晶振動子の等価回路では並列容量と直列
容量の比、通常はＡＴカットで２５０ぐらいで少ない程
よい）を得るためには電極有効面積も周波数に比例して
小さくする必要がある。以上の理由で高周波用の水晶振
動子は電極面積が小さく、しかも水晶厚の薄いものが要
望される。
厚みすべりのモードを使用しているため、主共振周波数
ｆ0はその厚みｔqと反比例する。また、水晶振動子は、
十分なγ値（水晶振動子の等価回路では並列容量と直列
容量の比、通常はＡＴカットで２５０ぐらいで少ない程
よい）を得るためには電極有効面積も周波数に比例して
小さくする必要がある。以上の理由で高周波用の水晶振
動子は電極面積が小さく、しかも水晶厚の薄いものが要
望される。
【００１８】一方、ＱＣＭセンサを実現するには、小型
の水晶振動子をそれに機械的な歪みを与えることなく支
持でき、なおかつ振動子表面は試料ガスあるいは試料溶
液に晒すという条件を満たすため、センサデバイスの収
納装置は図４に示すような構成にしている。
の水晶振動子をそれに機械的な歪みを与えることなく支
持でき、なおかつ振動子表面は試料ガスあるいは試料溶
液に晒すという条件を満たすため、センサデバイスの収
納装置は図４に示すような構成にしている。
【００１９】同図において、絶縁材料製にされる筒形の
センサデバイス収納装置本体１は、その内部には発振回
路部２がネジ止めされる。センサデバイス収納装置本体
１の上面部には突出して一対の接触子３、４がバネ性を
有して設けられ、それらの他端が内部に引き出されて発
振回路部２に接続される。
センサデバイス収納装置本体１は、その内部には発振回
路部２がネジ止めされる。センサデバイス収納装置本体
１の上面部には突出して一対の接触子３、４がバネ性を
有して設けられ、それらの他端が内部に引き出されて発
振回路部２に接続される。
【００２０】センサデバイス収納装置本体１の上面の周
辺部にはピン５、６で位置合わせする円板状のスペーサ
７を設け、このスペーサ７によって水晶振動子８をセン
サデバイス収納装置本体１との間に挟み込み、水晶振動
子８の電極を接触子３、４の先端に接触させる。この挟
み込みには、水晶振動子８の周辺部両面に位置させたオ
ーリング９、１０で緩衝及び気密構造とする。ネジ込み
蓋１１は、スペーサ７をセンサデバイス収納装置本体１
に圧接し、水晶振動子８の上面を試料ガスや試料溶液に
晒すための孔を設ける。
辺部にはピン５、６で位置合わせする円板状のスペーサ
７を設け、このスペーサ７によって水晶振動子８をセン
サデバイス収納装置本体１との間に挟み込み、水晶振動
子８の電極を接触子３、４の先端に接触させる。この挟
み込みには、水晶振動子８の周辺部両面に位置させたオ
ーリング９、１０で緩衝及び気密構造とする。ネジ込み
蓋１１は、スペーサ７をセンサデバイス収納装置本体１
に圧接し、水晶振動子８の上面を試料ガスや試料溶液に
晒すための孔を設ける。
【００２１】センサデバイス収納装置本体１は、下部を
ネジ込み蓋１２で気密性を有して覆い、側部には発振回
路部２からの信号線や電源線を通すための管１３を設け
る。
ネジ込み蓋１２で気密性を有して覆い、側部には発振回
路部２からの信号線や電源線を通すための管１３を設け
る。
【００２２】上記のようなセンサデバイスの収納装置
は、水晶振動子８の作用電極面を試料ガスや試料溶液に
晒し、水晶振動子８の作用電極面で試料成分が吸脱着さ
れることによる電気的特性の変化として、例えば、発振
回路部２の発振周波数変化をカウンタ１４の計数値変化
として測定する測定装置に構成される。
は、水晶振動子８の作用電極面を試料ガスや試料溶液に
晒し、水晶振動子８の作用電極面で試料成分が吸脱着さ
れることによる電気的特性の変化として、例えば、発振
回路部２の発振周波数変化をカウンタ１４の計数値変化
として測定する測定装置に構成される。
【００２３】また、溶液系の電気化学的測定では、図５
に示すように、センサデバイス収納装置２０を電解液を
導入する容器２１内に浸漬し、該容器２１内には電解液
の成分を作用電極面に吸脱着させるのに、作用電極の電
位を設定するための基準電位を発生する参照電極（基準
電極）２２及び該作用電極表面に電解液成分を吸脱着さ
せるための対極電極２３を設けた測定セル構成とし、こ
れら電極及び水晶振動子の電極（作用電極）にポテンシ
ョガルバノスタット（ＰＧＳ）２４を接続したＱＣＭ測
定システムに構成される。
に示すように、センサデバイス収納装置２０を電解液を
導入する容器２１内に浸漬し、該容器２１内には電解液
の成分を作用電極面に吸脱着させるのに、作用電極の電
位を設定するための基準電位を発生する参照電極（基準
電極）２２及び該作用電極表面に電解液成分を吸脱着さ
せるための対極電極２３を設けた測定セル構成とし、こ
れら電極及び水晶振動子の電極（作用電極）にポテンシ
ョガルバノスタット（ＰＧＳ）２４を接続したＱＣＭ測
定システムに構成される。
【００２４】ここで、水晶振動子は、基本的には、１つ
の水晶基板の表面に１つの作用電極が形成され、これに
対向して裏面に１つの裏面電極を設けることで振動を発
生させる構造にされるが、１つの水晶基板に作用電極及
び裏面電極を複数形成したマルチチャンネル構造のもの
を本願出願人等は既に提案している。図６は、マルチチ
ャンネル構造のＱＣＭセンサデバイスを、（ａ）に平面
図を、（ｂ）に側面図で示す。
の水晶基板の表面に１つの作用電極が形成され、これに
対向して裏面に１つの裏面電極を設けることで振動を発
生させる構造にされるが、１つの水晶基板に作用電極及
び裏面電極を複数形成したマルチチャンネル構造のもの
を本願出願人等は既に提案している。図６は、マルチチ
ャンネル構造のＱＣＭセンサデバイスを、（ａ）に平面
図を、（ｂ）に側面図で示す。
【００２５】水晶基板３０は、４角形で一様な厚みを持
つＡＴカット水晶で構成される。水晶基板３０の表面に
は、その四方に円形の作用電極（金や白金など）３１Ａ
〜３４Ａが、これら作用電極に対向して裏面には裏面電
極３１Ｂ〜３４Ｂがスパッタリング法などにより形成さ
れ、各電極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｂはそれぞれ
電極リード部（表面では３５Ａ〜３５Ｄ）で基板周辺の
端子部に引き出される。なお、水晶基板３０の厚みは、
前記の式（１）（２）に従った主共振周波数ｆ 0（５Ｍ
ＨZや１０ＭＨZ）に応じて決定される。また、電極の面
積は前記の式（３）〜（５）での感度を決める要素とし
て決定される。
つＡＴカット水晶で構成される。水晶基板３０の表面に
は、その四方に円形の作用電極（金や白金など）３１Ａ
〜３４Ａが、これら作用電極に対向して裏面には裏面電
極３１Ｂ〜３４Ｂがスパッタリング法などにより形成さ
れ、各電極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｂはそれぞれ
電極リード部（表面では３５Ａ〜３５Ｄ）で基板周辺の
端子部に引き出される。なお、水晶基板３０の厚みは、
前記の式（１）（２）に従った主共振周波数ｆ 0（５Ｍ
ＨZや１０ＭＨZ）に応じて決定される。また、電極の面
積は前記の式（３）〜（５）での感度を決める要素とし
て決定される。
【００２６】このような構造のセンサデバイスを使った
マルチチャンネルＱＣＭシステムを構成するには、セン
サデバイスを前記のセンサデバイス収納装置に収納し、
作用電極面を試料に晒す構造にされる。このマルチチャ
ンネル構造では、複数の成分を含む試料から各作用電極
で各成分を個別に一括して検知・定量することができ
る。同図で示す構成の場合は、１サンプルから４つの成
分を一度に検知・定量することができる。
マルチチャンネルＱＣＭシステムを構成するには、セン
サデバイスを前記のセンサデバイス収納装置に収納し、
作用電極面を試料に晒す構造にされる。このマルチチャ
ンネル構造では、複数の成分を含む試料から各作用電極
で各成分を個別に一括して検知・定量することができ
る。同図で示す構成の場合は、１サンプルから４つの成
分を一度に検知・定量することができる。
【００２７】例えば、各作用電極には試料から検知・定
量しようとする成分に応じて互いに異なるレセプターを
形成しておくことで、例えば、１つの作用電極には「は
しか」のウイルスを検知・定量するための「抗はしかウ
イルス抗体」を固定化しておき、他の作用電極にはイン
フルエンザの抗体を検知・定量するための「インフルエ
ンザ抗体」を固定化しておくことで、試料の成分に「は
しか」と「インフルエンザ」の何れのウイルスが存在す
るかを検知さらには定量することができる。
量しようとする成分に応じて互いに異なるレセプターを
形成しておくことで、例えば、１つの作用電極には「は
しか」のウイルスを検知・定量するための「抗はしかウ
イルス抗体」を固定化しておき、他の作用電極にはイン
フルエンザの抗体を検知・定量するための「インフルエ
ンザ抗体」を固定化しておくことで、試料の成分に「は
しか」と「インフルエンザ」の何れのウイルスが存在す
るかを検知さらには定量することができる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】（第１の課題）従来の
マルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスを使ったＱＣＭ
測定システムでは、各電極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３
４Ｂから引き出された端子は、個別の発振回路やインピ
ーダンス測定回路などの電気的特性測定回路に接続、又
は１つの電気的特性測定回路に時分割で切り替え接続さ
れ、作用電極３１Ａ〜３４Ａが試料に晒されたときの各
チャンネルの発振周波数変化やインピーダンス変化が個
々に計測される。
マルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスを使ったＱＣＭ
測定システムでは、各電極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３
４Ｂから引き出された端子は、個別の発振回路やインピ
ーダンス測定回路などの電気的特性測定回路に接続、又
は１つの電気的特性測定回路に時分割で切り替え接続さ
れ、作用電極３１Ａ〜３４Ａが試料に晒されたときの各
チャンネルの発振周波数変化やインピーダンス変化が個
々に計測される。
【００２９】したがって、従来のマルチチャンネルＱＣ
Ｍセンサデバイスの構造としては、各チャンネル毎に電
極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｂ部分を避けた電極リ
ード部及び端子部を形成する必要があり、チャンネル数
が多くなるほど、電極リード部のパターン形成が困難に
なってくる。
Ｍセンサデバイスの構造としては、各チャンネル毎に電
極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｂ部分を避けた電極リ
ード部及び端子部を形成する必要があり、チャンネル数
が多くなるほど、電極リード部のパターン形成が困難に
なってくる。
【００３０】本発明の目的は、チャンネル数に比して電
極リード部及び端子部の必要個数を少なくすることがで
きるマルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスを提供する
ことにある。
極リード部及び端子部の必要個数を少なくすることがで
きるマルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスを提供する
ことにある。
【００３１】（第２の課題）従来のマルチチャンネルＱ
ＣＭセンサデバイスを使ったＱＣＭ測定セル、さらには
ＱＣＭ測定システムを構成するには、マルチチャンネル
ＱＣＭセンサデバイスの各端子部と個別の発振回路やイ
ンピーダンス回路等の電気的特性測定回路を接続する
か、１つの電気的特性測定回路に時分割で切替接続する
必要があり、チャンネル数が多くなるほど、必要とする
測定回路数が多くなるか、接触ピンとアナログスイッチ
等を使った切換接続回路が複雑になる。
ＣＭセンサデバイスを使ったＱＣＭ測定セル、さらには
ＱＣＭ測定システムを構成するには、マルチチャンネル
ＱＣＭセンサデバイスの各端子部と個別の発振回路やイ
ンピーダンス回路等の電気的特性測定回路を接続する
か、１つの電気的特性測定回路に時分割で切替接続する
必要があり、チャンネル数が多くなるほど、必要とする
測定回路数が多くなるか、接触ピンとアナログスイッチ
等を使った切換接続回路が複雑になる。
【００３２】本発明の目的は、マルチチャンネルＱＣＭ
センサデバイスと電気的特性測定回路の切換接続に、必
要とする測定回路数を減らし、又は切換接続回路を簡略
化できるマルチチャンネルＱＣＭ測定システムを提供す
ることにある。
センサデバイスと電気的特性測定回路の切換接続に、必
要とする測定回路数を減らし、又は切換接続回路を簡略
化できるマルチチャンネルＱＣＭ測定システムを提供す
ることにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、水晶基板の表面または裏面の一方の面で縦
方向又は横方向に配列される各電極を互いに接続した電
極リード部で１つの端子部に引き出した構造、または水
晶基板の両方の面で縦方向と横方向に配列される各電極
を互いに接続した電極リード部で１つの端子部に引き出
した構造とし、水晶基板の表裏面の一対の端子部の切り
替えによって複数チャンネルを切換・選択できるマルチ
チャンネルＱＣＭセンサデバイス構造とするものであ
る。
決するため、水晶基板の表面または裏面の一方の面で縦
方向又は横方向に配列される各電極を互いに接続した電
極リード部で１つの端子部に引き出した構造、または水
晶基板の両方の面で縦方向と横方向に配列される各電極
を互いに接続した電極リード部で１つの端子部に引き出
した構造とし、水晶基板の表裏面の一対の端子部の切り
替えによって複数チャンネルを切換・選択できるマルチ
チャンネルＱＣＭセンサデバイス構造とするものであ
る。
【００３４】このマルチチャンネルＱＣＭセンサデバイ
スを使った測定システムは、水晶基板の表面に配列され
る電極から引き出された端子部と、裏面に配列される電
極から引き出された端子部とを個別の測定回路に接続又
は順次切換えて１つの測定回路に接続する測定セル構成
とするものである。
スを使った測定システムは、水晶基板の表面に配列され
る電極から引き出された端子部と、裏面に配列される電
極から引き出された端子部とを個別の測定回路に接続又
は順次切換えて１つの測定回路に接続する測定セル構成
とするものである。
【００３５】したがって、本発明は、以下のマルチチャ
ンネルＱＣＭセンサデバイス及びマルチチャンネルＱＣ
Ｍ測定システムを特徴とする。
ンネルＱＣＭセンサデバイス及びマルチチャンネルＱＣ
Ｍ測定システムを特徴とする。
【００３６】（第１の発明）水晶基板の表面に複数の作
用電極を縦横に配列形成し、水晶基板の裏面に各作用電
極に対向させた複数の裏面電極を縦横に配列形成し、前
記各作用電極表面を試料ガスや試料溶液に晒したときの
各電極部の電気的特性の変化から、試料に晒される各電
極部別に試料成分の吸脱着を検知・定量するためのマル
チチャンネルＱＣＭセンサデバイスにおいて、前記各作
用電極または各裏面電極のうち、一方の各電極を縦方向
又は横方向で互いに接続した電極リード部で１つの端子
部に引き出した構造、又は前記各作用電極及び各裏面電
極の一方を縦方向で、他方を横方向で互いに接続した電
極リード部で１つの端子部に引き出した構造、を特徴と
するマルチチャンネルＱＣＭセンサデバイス。
用電極を縦横に配列形成し、水晶基板の裏面に各作用電
極に対向させた複数の裏面電極を縦横に配列形成し、前
記各作用電極表面を試料ガスや試料溶液に晒したときの
各電極部の電気的特性の変化から、試料に晒される各電
極部別に試料成分の吸脱着を検知・定量するためのマル
チチャンネルＱＣＭセンサデバイスにおいて、前記各作
用電極または各裏面電極のうち、一方の各電極を縦方向
又は横方向で互いに接続した電極リード部で１つの端子
部に引き出した構造、又は前記各作用電極及び各裏面電
極の一方を縦方向で、他方を横方向で互いに接続した電
極リード部で１つの端子部に引き出した構造、を特徴と
するマルチチャンネルＱＣＭセンサデバイス。
【００３７】（第２の発明）水晶基板の表面に複数の作
用電極を縦横に配列形成し、水晶基板の裏面に各作用電
極に対向させた複数の裏面電極を縦横に配列形成したマ
ルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスと、このセンサデ
バイスの前記各作用電極表面を試料ガスや試料溶液に晒
したときの各電極部別の電気的特性の変化を測定するた
めの測定セルとを備え、前記電気的特性から前記各作用
電極での試料成分の吸脱着を個別に検知・定量するマル
チチャンネルＱＣＭ測定システムにおいて、前記マルチ
チャンネルＱＣＭセンサデバイスは、前記各作用電極ま
たは各裏面電極のうち、一方の各電極を縦方向又は横方
向で互いに接続した電極リード部で１つの端子部に引き
出した構造、又は前記各作用電極及び各裏面電極の一方
を縦方向で、他方を横方向で互いに接続した電極リード
部で１つの端子部に引き出した構造とし、前記測定セル
は、前記各作用電極から引き出された前記各端子部と前
記各裏面電極から引き出された前記各端子部とのうち、
一方の各端子部を複数の電気的特性測定回路に順次切り
替え接続する構成、又は両方の各端子部を１つの電気的
特性測定回路に順次切り替え接続する構成とした、こと
を特徴とするマルチチャンネルＱＣＭ測定システム。
用電極を縦横に配列形成し、水晶基板の裏面に各作用電
極に対向させた複数の裏面電極を縦横に配列形成したマ
ルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスと、このセンサデ
バイスの前記各作用電極表面を試料ガスや試料溶液に晒
したときの各電極部別の電気的特性の変化を測定するた
めの測定セルとを備え、前記電気的特性から前記各作用
電極での試料成分の吸脱着を個別に検知・定量するマル
チチャンネルＱＣＭ測定システムにおいて、前記マルチ
チャンネルＱＣＭセンサデバイスは、前記各作用電極ま
たは各裏面電極のうち、一方の各電極を縦方向又は横方
向で互いに接続した電極リード部で１つの端子部に引き
出した構造、又は前記各作用電極及び各裏面電極の一方
を縦方向で、他方を横方向で互いに接続した電極リード
部で１つの端子部に引き出した構造とし、前記測定セル
は、前記各作用電極から引き出された前記各端子部と前
記各裏面電極から引き出された前記各端子部とのうち、
一方の各端子部を複数の電気的特性測定回路に順次切り
替え接続する構成、又は両方の各端子部を１つの電気的
特性測定回路に順次切り替え接続する構成とした、こと
を特徴とするマルチチャンネルＱＣＭ測定システム。
【００３８】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を示すマルチチ
ャンネルＱＣＭセンサデバイスの構造を図１の（ａ）に
平面図で、（ｂ）にＢ−Ｂ’線に沿った側断面図で示
す。
ャンネルＱＣＭセンサデバイスの構造を図１の（ａ）に
平面図で、（ｂ）にＢ−Ｂ’線に沿った側断面図で示
す。
【００３９】水晶基板４１は、四角形で一様な厚みをも
つＡＴカット水晶で構成され、その表裏面には縦横それ
ぞれ３列配置の合計９個の掘り込み部を設け、この掘り
込み部の表面に作用電極４２Ａ1〜４２Ａ9が形成され、
これらに対向して裏面電極４２Ｂ1〜４２Ｂ9が形成され
る。
つＡＴカット水晶で構成され、その表裏面には縦横それ
ぞれ３列配置の合計９個の掘り込み部を設け、この掘り
込み部の表面に作用電極４２Ａ1〜４２Ａ9が形成され、
これらに対向して裏面電極４２Ｂ1〜４２Ｂ9が形成され
る。
【００４０】各作用電極４２Ａ1〜４２Ａ9は、縦方向に
配列される電極を互いに接続した電極リード部４３1〜
４３3でそれぞれの端子部４４1〜４４3に引き出され
る。例えば、電極４２Ａ1，４２Ａ4，４２Ａ7が電極リ
ード部４３1で互いに接続されて１つの端子部４４1に引
き出される。
配列される電極を互いに接続した電極リード部４３1〜
４３3でそれぞれの端子部４４1〜４４3に引き出され
る。例えば、電極４２Ａ1，４２Ａ4，４２Ａ7が電極リ
ード部４３1で互いに接続されて１つの端子部４４1に引
き出される。
【００４１】この電極引き出し構造に対して、水晶基板
４１の各裏面電極４２Ｂ1〜４２Ｂ9は、横方向に配列さ
れる電極を互いに接続した電極リード部４５1〜４５3で
それぞれの端子部４６1〜４６3に引き出される。例え
ば、電極４２Ｂ1，４２Ｂ4，４２Ｂ7が電極リード部４
５1で互いに接続されて１つの端子部４６1に引き出され
る。
４１の各裏面電極４２Ｂ1〜４２Ｂ9は、横方向に配列さ
れる電極を互いに接続した電極リード部４５1〜４５3で
それぞれの端子部４６1〜４６3に引き出される。例え
ば、電極４２Ｂ1，４２Ｂ4，４２Ｂ7が電極リード部４
５1で互いに接続されて１つの端子部４６1に引き出され
る。
【００４２】以上の構造になるマルチチャンネルＱＣＭ
センサデバイスを使用した測定システムは、水晶基板４
１の電極面を試料に晒し、縦方向に配列される電極から
引き出された端子部４４1〜４４3と、横方向に配列され
た電極から引き出された端子部４６1〜４６3とを個別の
発振回路等の電気的特性測定回路に接続又は順次切換え
て１つの電気的特性測定回路に接続する測定セル構成に
される。
センサデバイスを使用した測定システムは、水晶基板４
１の電極面を試料に晒し、縦方向に配列される電極から
引き出された端子部４４1〜４４3と、横方向に配列され
た電極から引き出された端子部４６1〜４６3とを個別の
発振回路等の電気的特性測定回路に接続又は順次切換え
て１つの電気的特性測定回路に接続する測定セル構成に
される。
【００４３】例えば、端子部４６1と端子部４４1〜４４
3の間に３つの発振回路を接続し、それぞれの発振回路
の周波数変化で作用電極になる各作用電極４２Ａ1〜４
２Ａ3での試料成分の吸脱着でその検知・定量をするこ
とができる。
3の間に３つの発振回路を接続し、それぞれの発振回路
の周波数変化で作用電極になる各作用電極４２Ａ1〜４
２Ａ3での試料成分の吸脱着でその検知・定量をするこ
とができる。
【００４４】また、端子部４６1と端子部４４1〜４４3
の間で１つの発振回路を切換接続し、この接続切換えに
対応させて発振回路での周波数変化で各作用電極４２Ａ
1〜４２Ａ3での試料成分の吸脱着でその検知・定量をす
ることができる。
の間で１つの発振回路を切換接続し、この接続切換えに
対応させて発振回路での周波数変化で各作用電極４２Ａ
1〜４２Ａ3での試料成分の吸脱着でその検知・定量をす
ることができる。
【００４５】また、１つの発振回路を設けた測定セルに
おいて、この発振回路の電極接続端を一方は端子部４４
1〜４４3に順次切換接続し、この切換接続の間に他方を
端子部４６1〜４６3に順次切換接続することにより、作
用電極になる各電極４２Ａ1〜４２Ａ9での試料成分の吸
脱着でその検知・定量をすることができる。
おいて、この発振回路の電極接続端を一方は端子部４４
1〜４４3に順次切換接続し、この切換接続の間に他方を
端子部４６1〜４６3に順次切換接続することにより、作
用電極になる各電極４２Ａ1〜４２Ａ9での試料成分の吸
脱着でその検知・定量をすることができる。
【００４６】したがって、本実施形態のマルチチャンネ
ルＱＣＭセンサデバイスは、９チャンネル構成にしなが
ら、電極リード部及び端子部は水晶基板面に６箇所だけ
パターン形成することで済む。同様に、電極を縦横４列
に配列した１６チャンネル構成とする場合には、電極リ
ード部及び端子部は水晶基板面に８箇所だけパターン形
成することで済み、チャンネル数が多くなるほど電極リ
ード部及び端子部の低減率を高くすることができる。こ
のことにより、小面積の水晶基板に多数の電極を形成す
るマルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスの製造が容易
になる。
ルＱＣＭセンサデバイスは、９チャンネル構成にしなが
ら、電極リード部及び端子部は水晶基板面に６箇所だけ
パターン形成することで済む。同様に、電極を縦横４列
に配列した１６チャンネル構成とする場合には、電極リ
ード部及び端子部は水晶基板面に８箇所だけパターン形
成することで済み、チャンネル数が多くなるほど電極リ
ード部及び端子部の低減率を高くすることができる。こ
のことにより、小面積の水晶基板に多数の電極を形成す
るマルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスの製造が容易
になる。
【００４７】また、測定セル及び測定システム構成とし
ては、必要な発振回路やインピーダンス測定回路などの
電気的特性測定回路数及び切換接続回路が少なくなり、
装置のコストダウンや小型化を図ることができる。
ては、必要な発振回路やインピーダンス測定回路などの
電気的特性測定回路数及び切換接続回路が少なくなり、
装置のコストダウンや小型化を図ることができる。
【００４８】図２は、測定システムの構成例を示す。マ
ルチチャンネルＱＣＭセンサデバイス５１は、図１に示
す９チャンネル構造と同等のものであり、水晶基板の表
面の作用電極Ａ〜Ｉを縦方向にリード接続した端子５２
1〜５２3と、裏面電極を横方向にリード接続した端子５
３1〜５３3が外部接続端子として設けられ、一方の作用
電極面が試料に晒される。
ルチチャンネルＱＣＭセンサデバイス５１は、図１に示
す９チャンネル構造と同等のものであり、水晶基板の表
面の作用電極Ａ〜Ｉを縦方向にリード接続した端子５２
1〜５２3と、裏面電極を横方向にリード接続した端子５
３1〜５３3が外部接続端子として設けられ、一方の作用
電極面が試料に晒される。
【００４９】１つの発振回路（またはインピーダンス測
定回路）５４は、その一対の入力端子の一方が切替スイ
ッチ５５によって端子５２1〜５２3に切替接続され、他
方が切替スイッチ５６によって端子５３1〜５３3に切替
接続される。
定回路）５４は、その一対の入力端子の一方が切替スイ
ッチ５５によって端子５２1〜５２3に切替接続され、他
方が切替スイッチ５６によって端子５３1〜５３3に切替
接続される。
【００５０】制御部５７は、測定に際して、切替スイッ
チ５５、５６を図示の初期状態にすることで電極Ａにお
ける試料の吸脱着に応じた発振周波数を測定信号として
取り込み、カウンタ等による計数値を測定出力として得
る。次に、制御部５７は、切替スイッチ５５を端子５２
2位置に切り替えることで電極Ｂにおける発振周波数を
得、さらに切替スイッチ５５を端子５２3位置に切り替
えることで電極Ｃにおける発振周波数を得る。同様に、
切替スイッチ５６を端子５３2位置に切替え、切替スイ
ッチ５５を順次切替えることで電極Ｄ〜Ｆにおける発振
周波数をそれぞれ得る。最後に、切替スイッチ５６を端
子５３3位置に切替え、切替スイッチ５５の順次切替え
で電極Ｇ〜Ｉにおける発振周波数をそれぞれ得る。
チ５５、５６を図示の初期状態にすることで電極Ａにお
ける試料の吸脱着に応じた発振周波数を測定信号として
取り込み、カウンタ等による計数値を測定出力として得
る。次に、制御部５７は、切替スイッチ５５を端子５２
2位置に切り替えることで電極Ｂにおける発振周波数を
得、さらに切替スイッチ５５を端子５２3位置に切り替
えることで電極Ｃにおける発振周波数を得る。同様に、
切替スイッチ５６を端子５３2位置に切替え、切替スイ
ッチ５５を順次切替えることで電極Ｄ〜Ｆにおける発振
周波数をそれぞれ得る。最後に、切替スイッチ５６を端
子５３3位置に切替え、切替スイッチ５５の順次切替え
で電極Ｇ〜Ｉにおける発振周波数をそれぞれ得る。
【００５１】したがって、図２の測定システム構成とし
ては、１つの発振回路（またはインピーダンス測定回
路）５４と２つの切替スイッチ５５、５６及び制御部５
７を用意することで済む。
ては、１つの発振回路（またはインピーダンス測定回
路）５４と２つの切替スイッチ５５、５６及び制御部５
７を用意することで済む。
【００５２】なお、図２での測定セル構成は、センサデ
バイス５１の表裏面の各端子部を１つの発振回路（電気
的特性測定回路）５４に順次切り替え接続するものを示
すが、３つの電気的特性測定回路を設け、一方の各端子
部は個々の測定回路に固定接続し、他方の各端子部を各
測定回路に順次切り替え接続する構成にできる。
バイス５１の表裏面の各端子部を１つの発振回路（電気
的特性測定回路）５４に順次切り替え接続するものを示
すが、３つの電気的特性測定回路を設け、一方の各端子
部は個々の測定回路に固定接続し、他方の各端子部を各
測定回路に順次切り替え接続する構成にできる。
【００５３】なお、以上までの実施形態では、水晶基板
の表面と裏面の両面の電極をそれぞれ電極リード部で縦
方向または横方向に互いに接続する構造を示すが、水晶
基板の一方の面の電極を電極リード部で縦方向または横
方向に互いに接続し、他方の面の電極は個別の電極リー
ド部と端子部で引き出す構造とすることができる。この
場合、図１の構造に比べて、電極の引き出し数が多くな
るが、従来のものに比して電極の引き出し数を削減でき
る。
の表面と裏面の両面の電極をそれぞれ電極リード部で縦
方向または横方向に互いに接続する構造を示すが、水晶
基板の一方の面の電極を電極リード部で縦方向または横
方向に互いに接続し、他方の面の電極は個別の電極リー
ド部と端子部で引き出す構造とすることができる。この
場合、図１の構造に比べて、電極の引き出し数が多くな
るが、従来のものに比して電極の引き出し数を削減でき
る。
【００５４】また、実施形態では、水晶基板面に対して
電極部を掘り下げたマルチチャンネルＱＣＭセンサデバ
イスを示すが、少なくとも一方の電極部を水晶基板面と
同じ面にした平坦構造のセンサデバイスに適用できる。
特に、試料に晒される面の電極部を平坦にするもので
は、測定後の電極部の洗浄が簡単、確実になる。
電極部を掘り下げたマルチチャンネルＱＣＭセンサデバ
イスを示すが、少なくとも一方の電極部を水晶基板面と
同じ面にした平坦構造のセンサデバイスに適用できる。
特に、試料に晒される面の電極部を平坦にするもので
は、測定後の電極部の洗浄が簡単、確実になる。
【００５５】また、センサデバイスの各電極形状は、楕
円、四角形などのものに適用して同等の作用効果を得る
ことができる。また、電極は表側と裏側の面積は同じに
する必要はない。
円、四角形などのものに適用して同等の作用効果を得る
ことができる。また、電極は表側と裏側の面積は同じに
する必要はない。
【００５６】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、マルチ
チャンネルＱＣＭセンサデバイスは、縦横に配列する電
極を互いに接続した電極リード部で同じ端子部に引き出
す構造としたため、電極リード部及び端子部の必要個数
を少なくすることができる。
チャンネルＱＣＭセンサデバイスは、縦横に配列する電
極を互いに接続した電極リード部で同じ端子部に引き出
す構造としたため、電極リード部及び端子部の必要個数
を少なくすることができる。
【００５７】また、本発明によれば、マルチチャンネル
ＱＣＭ測定システムは、上記のマルチチャンネルＱＣＭ
センサデバイスを使用し、各電極から引き出された端子
部を個別の発振回路等に接続又は順次切換えて１つの発
振回路等に接続する測定セル構成とするため、センサデ
バイスと発振回路等の切換接続に、必要とする発振回路
等の回路数を減らし、又は切換接続回路を簡略化でき
る。
ＱＣＭ測定システムは、上記のマルチチャンネルＱＣＭ
センサデバイスを使用し、各電極から引き出された端子
部を個別の発振回路等に接続又は順次切換えて１つの発
振回路等に接続する測定セル構成とするため、センサデ
バイスと発振回路等の切換接続に、必要とする発振回路
等の回路数を減らし、又は切換接続回路を簡略化でき
る。
【図１】本発明の実施形態を示すマルチチャンネルＱＣ
Ｍセンサデバイスの構造。
Ｍセンサデバイスの構造。
【図２】本発明の実施形態を示すマルチチャンネルＱＣ
Ｍ測定システムの構成。
Ｍ測定システムの構成。
【図３】ＱＣＭセンサによる周波数シフト特性例。
【図４】センサデバイス収納装置の例。
【図５】従来のＱＣＭ測定システムの例。
【図６】従来のマルチチャンネルＱＣＭセンサデバイス
の構造。
の構造。
３０、４１、５１…水晶基板 ４２Ａ1〜４２Ａ9…作用電極 ４２Ｂ1〜４２Ｂ9…裏面電極 ４３1〜４３3、４５1〜４５3…電極リード部 ４４1〜４４3、４６1〜４６3、５３1〜５３9…端子部 ５４…発振回路 ５５、５６…切換スイッチ ５７…制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北寄崎 薫 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 野口 卓孝 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 羽場 方紀 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内
Claims (2)
- 【請求項１】 水晶基板の表面に複数の作用電極を縦横
に配列形成し、水晶基板の裏面に各作用電極に対向させ
た複数の裏面電極を縦横に配列形成し、前記各作用電極
表面を試料ガスや試料溶液に晒したときの各電極部の電
気的特性の変化から、試料に晒される各電極部別に試料
成分の吸脱着を検知・定量するためのマルチチャンネル
ＱＣＭセンサデバイスにおいて、 前記各作用電極または各裏面電極のうち、一方の各電極
を縦方向又は横方向で互いに接続した電極リード部で１
つの端子部に引き出した構造、 又は前記各作用電極及び各裏面電極の一方を縦方向で、
他方を横方向で互いに接続した電極リード部で１つの端
子部に引き出した構造、を特徴とするマルチチャンネル
ＱＣＭセンサデバイス。 - 【請求項２】 水晶基板の表面に複数の作用電極を縦横
に配列形成し、水晶基板の裏面に各作用電極に対向させ
た複数の裏面電極を縦横に配列形成したマルチチャンネ
ルＱＣＭセンサデバイスと、このセンサデバイスの前記
各作用電極表面を試料ガスや試料溶液に晒したときの各
電極部別の電気的特性の変化を測定するための測定セル
とを備え、前記電気的特性から前記各作用電極での試料
成分の吸脱着を個別に検知・定量するマルチチャンネル
ＱＣＭ測定システムにおいて、 前記マルチチャンネルＱＣＭセンサデバイスは、前記各
作用電極または各裏面電極のうち、一方の各電極を縦方
向又は横方向で互いに接続した電極リード部で１つの端
子部に引き出した構造、又は前記各作用電極及び各裏面
電極の一方を縦方向で、他方を横方向で互いに接続した
電極リード部で１つの端子部に引き出した構造とし、 前記測定セルは、前記各作用電極から引き出された前記
各端子部と前記各裏面電極から引き出された前記各端子
部とのうち、一方の各端子部を複数の電気的特性測定回
路に順次切り替え接続する構成、又は両方の各端子部を
１つの電気的特性測定回路に順次切り替え接続する構成
とした、 ことを特徴とするマルチチャンネルＱＣＭ測定システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144239A JP2000338022A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | マルチチャンネルｑｃｍセンサデバイス及びマルチチャンネルｑｃｍ測定システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144239A JP2000338022A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | マルチチャンネルｑｃｍセンサデバイス及びマルチチャンネルｑｃｍ測定システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000338022A true JP2000338022A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15357491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11144239A Pending JP2000338022A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | マルチチャンネルｑｃｍセンサデバイス及びマルチチャンネルｑｃｍ測定システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000338022A (ja) |
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-
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- 1999-05-25 JP JP11144239A patent/JP2000338022A/ja active Pending
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