JP2003240694A - Multichannel micro mass sensor - Google Patents

Multichannel micro mass sensor

Info

Publication number
JP2003240694A
JP2003240694A JP2002041532A JP2002041532A JP2003240694A JP 2003240694 A JP2003240694 A JP 2003240694A JP 2002041532 A JP2002041532 A JP 2002041532A JP 2002041532 A JP2002041532 A JP 2002041532A JP 2003240694 A JP2003240694 A JP 2003240694A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
channel
wiring
mass sensor
sensor according
piezoelectric vibrator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002041532A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Mizuno
誠 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2002041532A priority Critical patent/JP2003240694A/en
Publication of JP2003240694A publication Critical patent/JP2003240694A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that channels cannot be driven individually due to conductivity between the channels when using a biosensor immersed into an electrolyte solution, in a conventional method in which strip electrodes are wired to orthogonalize the both sides of a substrate to simplify the wiring thereof when a QCM which can detect micro mass is made to be multichanneled. <P>SOLUTION: In the present invention, to electrically separate the channels, the wiring which is not soaked in the solution is arranged for each channel, and the wiring in the solution is commonly arranged. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、微小質量の変化
を測定するシステムに関する。特に、生化学物質を固定
化し、それに特異的に吸着する酵素、抗体、たんぱく
質、ホルモンなどの化学物質を測定するQCM(Qua
rtz Crystal Microbalance)
型バイオセンサ(マルチチャネル微量質量センサ)に関
する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a system for measuring changes in minute mass. In particular, QCM (Qua) that immobilizes biochemical substances and measures chemical substances such as enzymes, antibodies, proteins, and hormones that specifically adsorb to them.
rtz Crystal Microbalance)
Type biosensor (multi-channel trace mass sensor).

【0002】[0002]

【従来の技術】図2にQCMセンサを構成する水晶振動
子の概要図を示す。基本的に、エッチング、および/ま
たは研磨などにより薄く加工した水晶板1の両表面に蒸
着などによって電極2a、2bを形成したものである。
この水晶振動子をバイオセンサとして用いる場合は、電
極の一方の表面に分析対象のみを捕獲する感応膜を固定
化しておく。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a schematic view of a crystal unit which constitutes a QCM sensor. Basically, electrodes 2a and 2b are formed on both surfaces of a quartz plate 1 which is thinly processed by etching and / or polishing by vapor deposition or the like.
When this crystal oscillator is used as a biosensor, a sensitive film that captures only the analysis target is immobilized on one surface of the electrode.

【0003】両電極2a、2bに交流電界を印加する
と、逆圧電効果により一定の周波数の振動が励起される
が、分析対象が感応膜により捕獲されると、質量増加Δ
mを伴い、その結果として振動子の共振周波数がΔfだ
け変動する。
When an alternating electric field is applied to both electrodes 2a, 2b, vibration of a certain frequency is excited by the inverse piezoelectric effect, but when the analysis target is captured by the sensitive film, the mass increase Δ
As a result, the resonance frequency of the oscillator fluctuates by Δf.

【0004】このバイオ反応には、DNAのハイブリダ
イゼーション反応、抗原−抗体反応、たんぱく質の結
合、酵素反応など、ガス中、液中を含めさまざまなもの
を利用することができる。
For this bioreaction, various reactions including gas hybridization and liquid reaction such as DNA hybridization reaction, antigen-antibody reaction, protein binding and enzyme reaction can be utilized.

【0005】上述の質量付加量Δmおよび振動周波数の
変化量Δfの関係は、Sauerbreyにより導かれ
ており(G. Sauerbrey, Z. Phy
s.155, 1959, 206)、次式で表すこと
ができる。
The relationship between the mass addition amount Δm and the vibration frequency change amount Δf is derived from Sauerbrey (G. Sauerbrey, Z. Phy).
s. 155, 1959, 206) can be expressed by the following equation.

【0006】[0006]

【数1】 [Equation 1]

【0007】ここに、f0は水晶振動子の主基本周波
数、Aは電極の面積、μqは水晶のせん断弾性係数、Pq
は水晶の密度である。たとえばATカット面で切り出し
た水晶振動子の場合、水晶版の厚さtと主基本周波数の
間には、次式の関係がある。
Where f 0 is the main fundamental frequency of the crystal unit, A is the electrode area, μ q is the shear elastic coefficient of the crystal, and P q
Is the density of the crystal. For example, in the case of a crystal oscillator cut out on an AT-cut surface, there is a relationship of the following expression between the thickness t of the crystal plate and the main fundamental frequency.

【0008】[0008]

【数2】 [Equation 2]

【0009】したがって、主基本振動数を高くするほ
ど、すなわち水晶板の厚さを薄くするほど質量センサと
しての感度が高くなることがわかる。
Therefore, it can be seen that the higher the main fundamental frequency is, that is, the thinner the crystal plate is, the higher the sensitivity as the mass sensor is.

【0010】一例として335μm厚のATカット水晶
板の場合、主基本振動数はおよそ5MHzとなり、せん
断弾性係数μqは2.95×1011dyn/cm2、水晶
の密度Pqは2.65 g/cm3より、約18ng H
-1 cm-2の感度となる。
As an example, in the case of an AT-cut quartz plate having a thickness of 335 μm, the main fundamental frequency is about 5 MHz, the shear elastic modulus μ q is 2.95 × 10 11 dyn / cm 2 , and the crystal density P q is 2.65. About 18 ng H from g / cm 3
The sensitivity is z -1 cm -2 .

【0011】近年DNAチップやプロテインチップな
ど、多くの種類の検査を同時に短時間で行うコンビナト
リアルケミストリー技術が急速に発展してきている。ま
たLab−on−a−Chip、あるいはバイオマイク
ロマシンなどと呼ばれる、複合機能を持つバイオ検査チ
ップの開発が盛んになってきている。Lab−on−a
−Chipタイプのバイオセンサは、コンパクトで安価
なため、たとえば人の健康状態を家庭で定期的に検査し
たり、あるいは特殊なガスや匂いをその場で分析したり
することに適しているといわれている。このような目的
に用いるバイオチップでは、サンプルが少量で動作する
ことが望ましい。
In recent years, combinatorial chemistry technology for simultaneously performing many kinds of tests such as DNA chips and protein chips in a short time has been rapidly developed. Further, development of a bio-inspection chip having a composite function, which is called Lab-on-a-Chip or bio-micromachine, has been actively developed. Lab-on-a
Since the Chip type biosensor is compact and inexpensive, it is said to be suitable for, for example, periodically inspecting human health conditions at home or analyzing special gas or odor on the spot. ing. In a biochip used for such a purpose, it is desirable that the sample be operated in a small amount.

【0012】本発明で述べるQCM型バイオセンサは、
従来用いられてきたサンプル溶液やガスなどにQCMセ
ンサ部を浸漬して検査する場合のみならず、上で述べた
ような少量のサンプル溶液で動作するLab−on−a
−Chipタイプのバイオチップの検査部分にQCMセ
ンサを組み込み、マルチチャネル化して多種類の分析対
象を同時に検出できるような応用例も含んで述べてい
る。
The QCM type biosensor described in the present invention is
Lab-on-a that operates with a small amount of sample solution as described above, not only when the QCM sensor unit is immersed in a sample solution or gas that has been conventionally used for inspection.
-The description also includes an application example in which a QCM sensor is incorporated in the inspection portion of a Chip-type biochip and a multi-channel is formed so that multiple types of analysis targets can be detected simultaneously.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上で述べたマルチチャ
ネル型のQCMバイオセンサを構築することを目的とし
て、特開平8−193854が提案されている。図9に
3×3マルチアレーの場合の概略図を示す。該発明は、
マルチチャネルQCMバイオセンサを構成する際の配線
の複雑化を軽減する目的で、少なくとも一本の帯状電極
(図9では51a、52a、および53a)と、他方の
面に該帯状電極とおよそ直交するように配置された複数
の帯状電極(図9では51b、52b、および53b)
から構成され、その交差した部分(図9では311〜3
33)を検査用チャネルとして用い、駆動は両面に構成
された複数の帯状電極51a、52a、53a、51
b、52b、および53bをそれぞれ順次スイッチング
回路素子などで切り替えることにより、各チャネルを逐
次駆動できるシステムとなっている。
For the purpose of constructing the above-mentioned multi-channel type QCM biosensor, Japanese Patent Laid-Open No. 8-193854 has been proposed. FIG. 9 shows a schematic diagram in the case of a 3 × 3 multi-array. The invention is
For the purpose of reducing the complexity of wiring when constructing a multi-channel QCM biosensor, at least one strip electrode (51a, 52a, and 53a in FIG. 9) and the other electrode are approximately orthogonal to the strip electrode. Strip-shaped electrodes (51b, 52b, and 53b in FIG. 9) arranged in the same manner
And the intersecting portions (311 to 311 in FIG. 9).
33) is used as an inspection channel, and is driven by a plurality of strip electrodes 51a, 52a, 53a, 51 configured on both sides.
By sequentially switching b, 52b, and 53b by switching circuit elements or the like, the system can sequentially drive each channel.

【0014】例えば、まず帯状電極51aおよび51b
に電圧を印加し、チャネル311を駆動する。次に、5
1aへの電解を遮断し、52aに印加することで、チャ
ネル312を駆動する。このような手順を逐次繰り返す
ことで、圧電基板1上の多チャネルを順次測定すること
ができる。
For example, first, the strip electrodes 51a and 51b.
A voltage is applied to drive the channel 311. Then 5
The channel 312 is driven by blocking the electrolysis to 1a and applying it to 52a. By sequentially repeating such a procedure, it is possible to sequentially measure multiple channels on the piezoelectric substrate 1.

【0015】しかしながら、このようなマルチチャネル
素子を、電解質の試料溶液に浸漬して用いる場合、試料
溶液側の電極がチャネル間で導通し、個別にチャネル駆
動することができない。例えば、前述の例のように、帯
状電極51aおよび51bに電圧を印加し、チャネル3
11の駆動を試みた場合においても、試料溶液が電解質
である場合には、a面側全面が電極とみなすことができ
る。
However, when such a multi-channel element is used by immersing it in a sample solution of an electrolyte, the electrodes on the sample solution side are electrically connected between the channels, and it is not possible to individually drive the channels. For example, as in the above example, a voltage is applied to the strip electrodes 51a and 51b, and the channel 3
Even when the driving of No. 11 is tried, when the sample solution is the electrolyte, the entire a-plane side can be regarded as the electrode.

【0016】b面側の帯状電極51bに電解を印加した
場合、チャネル311、312、および313の3箇所
が駆動されることになる。したがって、従来例のような
方法では、マルチチャネル圧電振動子の全面を電解質の
試料用液に浸漬するような方法では使用することができ
ない。
When electrolysis is applied to the strip-shaped electrode 51b on the b-plane side, three locations of channels 311, 312 and 313 are driven. Therefore, the conventional method cannot be used in a method of immersing the entire surface of the multi-channel piezoelectric vibrator in the electrolyte sample solution.

【0017】また該方法は配線の途中に検査用チャネル
があるために、他のチャネルの反応などにより、配線の
抵抗の変化など電気的な特性の変化となって現れ、正確
な検査に影響を与える可能性もある。
Further, in this method, since there is an inspection channel in the middle of the wiring, a change in the electrical characteristics such as a change in the resistance of the wiring appears due to the reaction of other channels, which affects accurate inspection. It may be given.

【0018】さらに帯状電極の場合、チャネル間におけ
る配線距離の差が大きく、配線抵抗の差など電気的な特
性の変化となって現れやすい。
Further, in the case of the strip electrode, the difference in the wiring distance between the channels is large, and the change in the electrical characteristics such as the difference in the wiring resistance is likely to appear.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電振動子を
基板上に複数個マトリックス状に並べたマルチチャネル
バイオセンサにおいて、特定の分析対象のみを捕獲する
感応膜が固定化された検査用チャネル側への配線は、概
ね基板全面に設けられ、反対面はチャネルごとに個別の
配線となっていることを特徴とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is for a multi-channel biosensor in which a plurality of piezoelectric vibrators are arranged in a matrix on a substrate and for which a sensitive film for capturing only a specific analysis target is immobilized. The wiring to the channel side is provided substantially on the entire surface of the substrate, and the opposite surface is an individual wiring for each channel.

【0020】前記圧電振動子は、少なくとも一つの面に
チャネル部を避けるような形状の補強板が接着固定され
ていることを特徴とする。
The piezoelectric vibrator is characterized in that a reinforcing plate having a shape avoiding the channel portion is adhered and fixed to at least one surface.

【0021】前記圧電振動子は、少なくとも一つの面の
チャネル部のみ薄板化加工が施されていることを特徴と
する。
The piezoelectric vibrator is characterized in that only a channel portion of at least one surface is thinned.

【0022】圧電振動子を基板上に複数個マトリックス
状に並べたマルチチャネルバイオセンサにおいて、特定
の分析対象のみを捕獲する感応膜が固定化された検査用
チャネル側への配線は、少なくとも一列ごとに共通配線
が施され、反対面は、個別に設けられており、さらに配
線の方向は感応膜がつけられた面の配線と概ね同じ向き
であることを特徴とする。
In a multi-channel biosensor in which a plurality of piezoelectric vibrators are arranged in a matrix on a substrate, wiring to the inspection channel side, on which a sensitive film for capturing only a specific analysis target is immobilized, is at least in every row. Is provided with a common wiring, the opposite surface is provided individually, and the direction of the wiring is substantially the same as the wiring on the surface provided with the sensitive film.

【0023】前記個別に配線された電極は円形であるこ
とを特徴とする。
The individually wired electrodes are circular.

【0024】前記個別に配線された円形電極の直径が前
記圧電振動子両面で異なることを特徴とする。
The diameters of the individually wired circular electrodes are different on both surfaces of the piezoelectric vibrator.

【0025】前記個別に配線された電極のうち少なくと
も片側の面のものは、円と方形を組み合わせた形状であ
ることを特徴とする。
At least one surface of the individually wired electrodes has a shape in which a circle and a square are combined.

【0026】前記個別の配線は、前記円形状あるいは円
形と方形を組み合わせた形状の電極の端部から配線と接
続されていることを特徴とする。
The individual wirings are characterized in that they are connected to the wirings from the end portions of the electrodes having a circular shape or a combination of a circular shape and a square shape.

【0027】前記少なくとも一列ごと共通化された電極
の中心は、列とは概ね直行する方向へ配線の幅以上チャ
ネルごとに方向を変えて偏心させてあることを特徴とす
る。前記圧電振動子にあるいは前記圧電振動子と補強板
の間にグランド層が設けられていることを特徴とする。
It is characterized in that the centers of the electrodes shared by at least one column are eccentrically changed in a direction substantially orthogonal to the columns by changing the direction for each channel more than the width of the wiring. A ground layer is provided on the piezoelectric vibrator or between the piezoelectric vibrator and the reinforcing plate.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】(第1の実施例)図1(a)に、
本発明の第1の実施例の概要の上面図を、図1(b)に
A−A断面図を示す。本実施例では、4×4のマルチチ
ャネルがアレー状に形成されている。配線5bは、特定
の分子を捕獲するための感応膜が固定化されていない側
(以降b面と記す)の電極チャネル3(図中灰色丸で示
す)に個別に設けられ、圧電振動子の反対面(以降a面
と記す)には全面電極2a(配線5aを兼ねる)が施さ
れる配置となっている。なお、圧電振動子1には、AT
カットの水晶振動子板が望ましく、従来技術の節で述べ
たように、検査の必要に応じた検出感度に対応する板
厚、および電極面積となるように加工されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) FIG.
The outline top view of the first embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, 4 × 4 multi-channels are formed in an array. The wirings 5b are individually provided on the electrode channels 3 (shown by gray circles in the figure) on the side where the sensitive film for capturing a specific molecule is not immobilized (hereinafter referred to as b surface), and The entire surface of the electrode 2a (also serving as the wiring 5a) is arranged on the opposite surface (hereinafter referred to as the "a surface"). The piezoelectric vibrator 1 has an AT
A cut quartz crystal plate is desirable, and as described in the section of the prior art, it is processed so as to have a plate thickness and an electrode area corresponding to the detection sensitivity required for inspection.

【0029】各チャネルの駆動は、b面の電極2bを順
次切り替えることで行う。これによって液中で計測する
場合においてもチャンネル間が導通/干渉することな
く、分離して計測を行うことができる。このことから個
別電極2bが、a面側に設けられることは、検査対象と
なるサンプル溶液が電気的に導体である場合(電解質の
試料溶液)には、成立しない。
Driving of each channel is performed by sequentially switching the electrodes 2b on the b-side. As a result, even when the measurement is performed in a liquid, the measurement can be performed separately without conduction / interference between the channels. Therefore, the provision of the individual electrode 2b on the a-plane side is not established when the sample solution to be inspected is an electric conductor (electrolyte sample solution).

【0030】本発明の配置では、b面上のチャネル3へ
の配線5bを基板の両端から取り出すことができる。こ
のことは、配線5bの基板上の長さが最大でも振動子基
板1の一辺の長さの半分であるため、高周波回路を構成
する上で、不要なノイズ等の原因となる配線長を列ごと
の帯状電極とする場合よりも短く取ることができ、配線
抵抗低減などの点でも有利である。
In the arrangement of the present invention, the wiring 5b to the channel 3 on the b-plane can be taken out from both ends of the substrate. This means that even if the length of the wiring 5b on the substrate is at most half the length of one side of the vibrator substrate 1, the wiring length that causes unnecessary noise or the like in the high frequency circuit is determined. It can be made shorter than the case where the strip-shaped electrodes are provided for each of them, which is also advantageous in terms of reduction of wiring resistance.

【0031】本実施例のマルチチャネルQCM型センサ
を、バイオセンサとしてたとえば抗原―抗体反応に応用
する場合、検出用チャネル3には、特定の抗体7のみを
捕獲する抗原を含む膜6をチャネル電極2a上に固定化
する(図5参照)。このバイオセンサの応用例には、抗
原−抗体反応のほか、さまざまな生化学反応に応用でき
るが、この電極上に固定化する膜には、分析対象となる
物質のみに吸着することのできる物質を用いる。
When the multi-channel QCM type sensor of this embodiment is applied as a biosensor to, for example, an antigen-antibody reaction, the detection channel 3 is provided with a membrane 6 containing an antigen that captures only a specific antibody 7 as a channel electrode. Immobilize on 2a (see FIG. 5). In addition to the antigen-antibody reaction, various biochemical reactions can be applied to this biosensor, but the membrane immobilized on this electrode is a substance that can be adsorbed only to the substance to be analyzed. To use.

【0032】サンプル溶液8中に、前述したようなチャ
ネル3上に固定化した膜6によって捕獲可能な物質が含
まれている場合、該当するチャネル3上にその物質が捕
獲され、その結果としてチャネル電極2a上の質量変化
が生じ、共振周波数の変化を通じて、対象物の捕獲量を
同定することができる。なお各チャネル3の共振周波数
における発振動作は、チャネルごとに順次発振させれば
よい。この場合真のリアルタイム計測ではないが、チャ
ネル相互間の干渉を軽減することができる。
When the sample solution 8 contains a substance that can be captured by the membrane 6 immobilized on the channel 3 as described above, the substance is captured on the corresponding channel 3, and as a result, the channel is captured. A change in mass occurs on the electrode 2a, and the trapped amount of the object can be identified through the change in resonance frequency. The oscillation operation at the resonance frequency of each channel 3 may be sequentially oscillated for each channel. In this case, it is not true real-time measurement, but interference between channels can be reduced.

【0033】図6は、マルチチャネルQCMバイオセン
サを、Lab−on−a−Chipのような、多機能型
の小型システムに組み込んだ例の概要を示している。こ
の例では、サンプル導入口11から分析対象の溶液ある
いはガスをセンサシステムに入れ、前処理要素10にお
いてサンプルの分離、抽出処理を施し、センサ部に導入
される。前処理工程には、その他混合/反応、フィル
タ、バルブなどさまざまな機能が必要な場合があるが、
ここではそれらの詳細は述べない。
FIG. 6 shows an outline of an example in which the multi-channel QCM biosensor is incorporated into a multifunctional small system such as a Lab-on-a-Chip. In this example, the solution or gas to be analyzed is put into the sensor system through the sample inlet 11, the sample is separated and extracted in the pretreatment element 10, and then introduced into the sensor unit. The pretreatment process may require various other functions such as mixing / reaction, filters, valves, etc.
I will not describe them in detail here.

【0034】また前処理工程に、反応など特別な試薬が
必要な場合があり、別途その試薬を導入する経路や導入
口が必要な場合もある。一方、サンプルの移動には、ポ
ンプによる機械的なものや、電気浸透などを利用した電
気的なものなどが広く用いられる。
In addition, a special reagent such as a reaction may be required in the pretreatment step, and a route or inlet for introducing the reagent may be required separately. On the other hand, for moving the sample, a mechanical one using a pump, an electric one using electroosmosis, etc. are widely used.

【0035】センサ部には、マルチチャネル用に配列さ
れたQCMセンサがあり、それぞれのチャネルには配線
が施してある(図6では、試料溶液と接しない側の配線
を点線で示している)。検出を終えたあとのサンプル溶
液あるいはガスは、排出口12より排出される。
The sensor section has a QCM sensor arranged for multi-channels, and wiring is provided for each channel (in FIG. 6, wiring on the side not in contact with the sample solution is shown by dotted lines). . The sample solution or gas after the detection is discharged from the discharge port 12.

【0036】(第2の実施例)図3(a)に、本発明の
第2の実施例の概要の上面図を、図3(b)にA−A断
面図を示す。本実施例では、4×4のマルチチャネルが
アレー状に形成されている。実施例1では、水晶振動子
基板1をb面からチャネル部3のみを薄型化加工した構
成となっているが、補強板4を少なくとも一方の面から
接着した構成となっている。
(Second Embodiment) FIG. 3 (a) is a schematic top view of the second embodiment of the present invention, and FIG. 3 (b) is a sectional view taken along line AA. In this embodiment, 4 × 4 multi-channels are formed in an array. In the first embodiment, the crystal unit substrate 1 has a structure in which only the channel portion 3 is thinned from the b-side, but the reinforcing plate 4 is bonded from at least one side.

【0037】この補強板4は、薄い圧電振動子基板を補
強する効果と、他チャネルの振動的な絶縁の効果を持
つ。補強板4の平面図はここでは図示しないが、チャネ
ル部3のみ貫通穴を持つ平面板である。なおb面側の配
線5bは補強板4の上からでも、圧電振動子1と補強板
4の間に形成してもどちらでも良い。
The reinforcing plate 4 has an effect of reinforcing the thin piezoelectric vibrator substrate and an effect of vibrationally insulating other channels. Although the plan view of the reinforcing plate 4 is not shown here, it is a flat plate having through holes only in the channel portion 3. The wiring 5b on the b-side may be formed on the reinforcing plate 4 or between the piezoelectric vibrator 1 and the reinforcing plate 4.

【0038】配線5bは、特定の分子を捕獲するための
感応膜が固定化されていない側(以降b面と記す)の電
極チャネル3(図中黒点線で示す)に個別に設けられ、
圧電振動子基板1の反対面(以降a面と記す)には全面
電極5aが形成される配置となっている。なお圧電振動
子基板1には、ATカットの水晶振動子板が望ましく、
従来技術の節で述べたように、検出感度に応じた板厚、
および電極面積となるように加工されている。
The wiring 5b is individually provided on the electrode channel 3 (shown by a black dotted line in the figure) on the side where the sensitive film for capturing a specific molecule is not immobilized (hereinafter referred to as b surface),
The entire surface electrode 5a is arranged on the opposite surface (hereinafter referred to as a surface) of the piezoelectric vibrator substrate 1. The piezoelectric vibrator substrate 1 is preferably an AT-cut crystal vibrator plate,
As mentioned in the section of the prior art, the plate thickness according to the detection sensitivity,
And the electrode area is processed.

【0039】各チャネル3の駆動は、b面の個別配線さ
れた電極2bを順次切り替えることで行う。これによっ
て液中で計測する場合においてもチャンネル間が導通/
干渉することなく、分離して計測を行うことができる。
このことから個別電極2bが、a面側に設けられること
は、検査対象となるサンプル溶液8が電解質である場合
には、成立しない。
Each channel 3 is driven by sequentially switching the individually wired electrodes 2b on the b-side. As a result, there is continuity between channels even when measuring in liquid.
Measurements can be performed separately without interference.
Therefore, the provision of the individual electrode 2b on the a-plane side is not established when the sample solution 8 to be inspected is an electrolyte.

【0040】なお配線間のノイズによる影響を軽減する
ために図4に示すような水晶板1と補強板4の間にグラ
ンド層を挿入しても良い。グランド層は、蒸着などによ
って水晶振動子1のb面に、上で述べた補強板4と同様
にチャネル部3を避けたパターンとなっている。なおチ
ャネル部3を避ける穴は、補強板4に設けた穴より一回
り大きな穴となっており、後に形成するb面の配線5b
と導通しない用に配慮してある。
A ground layer may be inserted between the crystal plate 1 and the reinforcing plate 4 as shown in FIG. 4 in order to reduce the influence of noise between the wirings. The ground layer has a pattern formed on the surface b of the crystal unit 1 by vapor deposition or the like so as to avoid the channel portion 3 like the reinforcing plate 4 described above. The hole that avoids the channel portion 3 is a hole that is slightly larger than the hole provided in the reinforcing plate 4, and the wiring 5b on the b-side formed later is formed.
Considering that it does not connect with.

【0041】(第3の実施例)図7(a)に、本発明の
第3の実施例の概要の上面図を、図7(b)にA−A断
面図を示す。本実施例では、4×4のマルチチャネルが
アレー状に形成されている。配線5bは、特定の分子を
捕獲するための感応膜が固定化されていない側(以降b
面と記す)の電極チャネル3(図中黒点線で示す)に個
別に設けられ、圧電振動子基板1の反対面(以降a面と
記す)には少なくとも各列ごとに共通に配線5aが形成
される構成となっている。
(Third Embodiment) FIG. 7 (a) is a schematic top view of a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 (b) is a sectional view taken along line AA. In this embodiment, 4 × 4 multi-channels are formed in an array. The wiring 5b is on the side where the sensitive film for capturing a specific molecule is not immobilized (hereinafter referred to as b
Wirings 5a are individually provided on the electrode channels 3 (denoted by a surface) (indicated by a black dotted line in the figure), and on the opposite surface of the piezoelectric vibrator substrate 1 (hereinafter referred to as a surface) at least in common for each column. It is configured to be.

【0042】この場合、両面の配線5aおよび5bはそ
れぞれ概ね同じ方向に配置される。なお圧電振動子基板
1には、ATカットの水晶振動子板が望ましく、従来技
術の節で述べたように、検出感度に応じた板厚、および
電極面積となるように加工されている。
In this case, the wirings 5a and 5b on both sides are arranged in substantially the same direction. The piezoelectric oscillator substrate 1 is preferably an AT-cut crystal oscillator plate, and is processed to have a plate thickness and an electrode area corresponding to the detection sensitivity, as described in the section of the prior art.

【0043】各チャネルの駆動は、b面の個別配線5b
とそれに対応するa面側の共通配線への電解の印加を順
次切り替えることで行う。これによって液中で計測する
場合においてもチャンネル間が導通/干渉することな
く、分離して計測を行うことができる。このことから個
別電極5bが、a面側に設けられることは、検査対象と
なるサンプル溶液が電解質である場合には、成立しな
い。
Each channel is driven by the individual wiring 5b on the b-side.
And the application of electrolysis to the common wiring on the a-plane side corresponding thereto are sequentially switched. As a result, even when the measurement is performed in a liquid, the measurement can be performed separately without conduction / interference between the channels. Therefore, the provision of the individual electrode 5b on the a-plane side is not established when the sample solution to be inspected is an electrolyte.

【0044】本発明の配置では、チャネル3への個別配
線5bが、配線を対辺となる両側から取り、最大でも振
動子板1の一辺の長さの半分であるため、高周波回路を
構成する上で、不要なノイズ等の原因となる配線長を短
く取ることができ、また配線抵抗軽減などの点でも有利
である。
In the arrangement of the present invention, the individual wiring 5b to the channel 3 is taken from both sides which are opposite sides, and is half the length of one side of the vibrator plate 1 at the maximum. Thus, it is possible to reduce the wiring length that causes unnecessary noise and the like, and it is also advantageous in reducing the wiring resistance.

【0045】振動子基板1両側の電極2aおよび2bは
それぞれ直径が異なり、中心が列方向で配線の幅以上偏
心させてあることが望ましい。これによって、b面側の
個別配線5bを電極2bの端部から直線的に振動子基板
1の端へ取り出すこと、および圧電振動子基板1の両面
における電極2a、2bの位置合わせが容易になる。な
お図8に示すように、a、b面両側の電極は円形状以外
でも良く、円形と方形を組み合わせた形を用いることが
できる。これによっても、両面の電極2a、2b形成の
際の位置合わせ精度が軽減され、配線の基板外への引出
しを容易にできる。
It is desirable that the electrodes 2a and 2b on both sides of the vibrator substrate 1 have different diameters, and that their centers are eccentric to the width of the wiring in the column direction. This makes it easy to take out the individual wiring 5b on the b-side from the end of the electrode 2b to the end of the vibrator substrate 1 linearly and to align the electrodes 2a and 2b on both surfaces of the piezoelectric vibrator substrate 1. . As shown in FIG. 8, the electrodes on both sides of the a and b surfaces may have a shape other than a circular shape, and a combination of a circular shape and a rectangular shape can be used. This also reduces the alignment accuracy when forming the electrodes 2a and 2b on both surfaces, and facilitates the extraction of the wiring to the outside of the substrate.

【0046】(第4の実施例)図10(a)に、本発明
の第4の実施例の概要の上面図を、図10(b)にA−
A断面図を示す。本実施例では、4×4のマルチチャネ
ルがアレー状に形成されている。実施例3では、水晶振
動子板1をb面からチャネル部3のみを薄型化加工した
構成となっているが、補強板4を少なくとも一方の面か
ら接着した構成となっている。
(Fourth Embodiment) FIG. 10A is a schematic top view of the fourth embodiment of the present invention, and FIG.
A sectional view is shown. In this embodiment, 4 × 4 multi-channels are formed in an array. In the third embodiment, the crystal resonator plate 1 has a structure in which only the channel portion 3 is thinned from the b surface, but the reinforcing plate 4 is bonded from at least one surface.

【0047】この補強板4は、薄い圧電振動子基板を補
強する効果と、他チャネルの振動的な絶縁の効果を持
つ。補強板4の平面図はここでは図示しないが、チャネ
ル部3のみ貫通穴を持つ平面板である。なおb面側の配
線5bは補強板4の上からでも、圧電振動子1と補強板
4の間に形成してもどちらでも良い。
The reinforcing plate 4 has an effect of reinforcing the thin piezoelectric vibrator substrate and an effect of vibrationally insulating other channels. Although the plan view of the reinforcing plate 4 is not shown here, it is a flat plate having through holes only in the channel portion 3. The wiring 5b on the b-side may be formed on the reinforcing plate 4 or between the piezoelectric vibrator 1 and the reinforcing plate 4.

【0048】配線5bは、特定の分子を捕獲するための
感応膜が固定化されていない側(以降b面と記す)の電
極チャネル3(図中黒点線で示す)は個別に設けられ、
圧電振動子基板1の反対面(以降a面と記す)には各列
ごとに共通に配線5aが施される構成となっている。な
お、圧電振動子基板1には、ATカットの水晶振動子板
が望ましく、従来技術の節で述べたように、検出感度に
応じた板厚、および電極面積となるように加工されてい
る。
In the wiring 5b, the electrode channel 3 (shown by a black dotted line in the figure) on the side where the sensitive film for capturing a specific molecule is not immobilized (hereinafter referred to as b surface) is provided individually,
Wirings 5a are commonly provided for each column on the opposite surface (hereinafter referred to as a surface) of the piezoelectric vibrator substrate 1. The piezoelectric vibrator substrate 1 is preferably an AT-cut crystal vibrator plate, and is processed to have a plate thickness and an electrode area corresponding to the detection sensitivity, as described in the section of the prior art.

【0049】各チャネルの駆動は、b面の電極2bを順
次切り替えることで行う。これによって液中で計測する
場合においてもチャンネル間が導通/干渉することな
く、分離して計測を行うことができる。このことから個
別電極2bが、a面側に設けられることは、検査対象と
なるサンプル溶液が電気的に導体である場合(電解質の
試料溶液)には、成立しない。
Each channel is driven by sequentially switching the electrodes 2b on the b-side. As a result, even when the measurement is performed in a liquid, the measurement can be performed separately without conduction / interference between the channels. Therefore, the provision of the individual electrode 2b on the a-plane side is not established when the sample solution to be inspected is an electric conductor (electrolyte sample solution).

【0050】なお配線間のノイズによる影響を軽減する
ために図11に示すような水晶板1と補強板4の間にグ
ランド層を挿入しても良い。グランド層は、蒸着などに
よって水晶振動子1のb面に、上で述べた補強板4と同
様にチャネル部3を避けたパターンとなっている。なお
チャネル部3を避ける穴は、補強板4に設けた穴より一
回り大きな穴となっており、後に形成するb面の配線5
bと導通しない用に配慮してある。
A ground layer may be inserted between the crystal plate 1 and the reinforcing plate 4 as shown in FIG. 11 in order to reduce the influence of noise between the wirings. The ground layer has a pattern formed on the surface b of the crystal unit 1 by vapor deposition or the like so as to avoid the channel portion 3 like the reinforcing plate 4 described above. The hole that avoids the channel portion 3 is a hole that is slightly larger than the hole provided in the reinforcing plate 4, and the wiring 5 on the b-side that will be formed later.
It is designed so that it does not connect to b.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればチャ
ネル間干渉することなく、かつ高精度な電解質試料溶液
に浸漬して用いるマルチチャネルQCMバイオセンサを
提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a multi-channel QCM biosensor which is used by immersing it in a highly accurate electrolyte sample solution without causing interchannel interference.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 全面電極のマルチチャネルQCMセンサFIG. 1 Multi-channel QCM sensor with full surface electrode

【図2】 水晶振動子の基本的構成[Fig. 2] Basic configuration of crystal unit

【図3】 補強板接着型全面電極マルチチャネルQCM
センサ
[Fig. 3] Reinforcement plate adhesion type full-surface electrode multi-channel QCM
Sensor

【図4】 グランド層付補強板接着型マルチチャネルQ
CMセンサ
FIG. 4 Reinforcement plate adhesive type multi-channel Q with ground layer
CM sensor

【図5】 マルチチャネル型バイオチップ上の化学反応
の概要
Fig. 5 Outline of chemical reaction on multi-channel biochip

【図6】 マルチチャネル型バイオチップ上のLab−
on−a−Chipへの適用例
[Fig. 6] Lab- on a multi-channel biochip
Application example to on-a-Chip

【図7】 一部共通電極のマルチチャネルQCMセンサFIG. 7: Multi-channel QCM sensor with some common electrodes

【図8】 使用可能な電極形状[Figure 8] Usable electrode shapes

【図9】 直交配置された帯状電極の例FIG. 9: Example of strip electrodes arranged orthogonally

【図10】 補強板接着型一部共通電極のマルチチャネ
ルQCMセンサ
FIG. 10: Multi-channel QCM sensor with reinforcing plate adhesive type partial common electrode

【図11】 グランド層付補強板接着型一部共通電極の
マルチチャネルQCMセンサ
FIG. 11 is a multi-channel QCM sensor with a ground plate reinforcing plate adhesive type partially common electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水晶振動子基板 2a、2b 電極 3、311〜333 検出用チャネル 4 補強板 5、5a、5b 配線 6 捕獲膜 7 分析対象物質 8 サンプル溶液 9 流路 10 前処理要素 11 サンプル導入口 12 廃出口 13 グランド層 1 Crystal oscillator substrate 2a, 2b electrodes 3, 311 to 333 Detection channel 4 Reinforcement plate 5, 5a, 5b wiring 6 capture membrane 7 substances to be analyzed 8 sample solution 9 channels 10 Preprocessing element 11 sample inlet 12 waste exit 13 ground layer

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電振動子を基板上に複数個マトリックス
状に並べたマルチチャネルバイオセンサにおいて、特定
の分析対象のみを捕獲する感応膜が固定化された検査用
チャネル側への配線は、概ね全面共通電極で、反対面は
個別に設けられていることを特徴とするマルチチャネル
微量質量センサ。
1. In a multi-channel biosensor in which a plurality of piezoelectric vibrators are arranged in a matrix on a substrate, the wiring to the inspection channel side on which a sensitive film for capturing only a specific analysis target is fixed is generally A multi-channel trace mass sensor characterized in that it has a common electrode on the entire surface, and the opposite surface is individually provided.
【請求項2】前記圧電振動子は、少なくとも一つの面に
チャネル部を避けるような形状の補強板が接着固定され
ていることを特徴とする請求項1記載のマルチチャネル
微量質量センサ。
2. The multi-channel trace mass sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator has a reinforcing plate adhered and fixed to at least one surface so as to avoid the channel portion.
【請求項3】前記圧電振動子は、少なくとも一つの面の
チャネル部のみ薄板化加工が施されていることを特徴と
する請求項1記載のマルチチャネル微量質量センサ。
3. A multi-channel trace mass sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is thinned only in the channel portion of at least one surface.
【請求項4】圧電振動子を基板上に複数個マトリックス
状に並べたマルチチャネルバイオセンサにおいて、特定
の分析対象のみを捕獲する感応膜が固定化された検査用
チャネル側への配線は、少なくとも一列ごとに共通配線
が施され、反対面は、個別に設けられており、さらに配
線の方向は感応膜がつけられた面の配線と概ね同じ向き
であることを特徴とするマルチチャネル微量質量セン
サ。
4. In a multi-channel biosensor in which a plurality of piezoelectric vibrators are arranged in a matrix on a substrate, at least the wiring to the inspection channel side, on which a sensitive film for capturing only a specific analysis target is fixed, is provided. A multi-channel trace mass sensor characterized in that common wiring is provided for each row, the opposite surface is provided individually, and the direction of the wiring is almost the same as the wiring on the surface provided with the sensitive film. .
【請求項5】前記個別に配線された電極は円形であるこ
とを特徴とする請求項1又は請求項4記載のマルチチャ
ネル微量質量センサ。
5. The multi-channel trace mass sensor according to claim 1, wherein the individually wired electrodes are circular.
【請求項6】前記個別に配線された円形電極の直径が前
記圧電振動子両面で異なることを特徴とする請求項4記
載のマルチチャネル微量質量センサ。
6. The multi-channel trace mass sensor according to claim 4, wherein the diameters of the individually wired circular electrodes are different on both surfaces of the piezoelectric vibrator.
【請求項7】前記個別に配線された電極のうち少なくと
も片側の面のものは、円と方形を組み合わせた形状であ
ることを特徴とする請求項4記載のマルチチャネル微量
質量センサ。
7. The multi-channel mass sensor according to claim 4, wherein at least one surface of the individually wired electrodes has a shape in which a circle and a square are combined.
【請求項8】前記個別の配線は、前記円形状あるいは円
形と方形を組み合わせた形状の電極の端部から配線と接
続されていることを特徴とする請求項4記載のマルチチ
ャネル微量質量センサ。
8. The multi-channel trace mass sensor according to claim 4, wherein the individual wiring is connected to the wiring from an end portion of the electrode having the circular shape or a combination of a circular shape and a rectangular shape.
【請求項9】前記少なくとも一列ごと共通化された電極
の中心は、列とは概ね直行する方向へ配線の幅以上チャ
ネルごとに方向を変えて偏心させてあることを特徴とす
る請求項4記載のマルチチャネル微量質量センサ。
9. The center of the electrode shared by at least one column is decentered by changing the direction of each channel by a width of the wiring or more in a direction substantially orthogonal to the column. Multi-channel trace mass sensor.
【請求項10】前記圧電振動子にあるいは前記圧電振動
子と補強板の間にグランド層が設けられていることを特
徴とする請求項1項又は請求項4記載のマルチチャネル
微量質量センサ。
10. The multi-channel trace mass sensor according to claim 1, wherein a ground layer is provided on the piezoelectric vibrator or between the piezoelectric vibrator and a reinforcing plate.
JP2002041532A 2002-02-19 2002-02-19 Multichannel micro mass sensor Pending JP2003240694A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002041532A JP2003240694A (en) 2002-02-19 2002-02-19 Multichannel micro mass sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002041532A JP2003240694A (en) 2002-02-19 2002-02-19 Multichannel micro mass sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003240694A true JP2003240694A (en) 2003-08-27

Family

ID=27781916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002041532A Pending JP2003240694A (en) 2002-02-19 2002-02-19 Multichannel micro mass sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003240694A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006030167A (en) * 2004-06-15 2006-02-02 Seiko Instruments Inc Microchip system
JP2009229353A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Seiko Epson Corp Device and system for sensing gas
JP2010002413A (en) * 2008-05-20 2010-01-07 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Piezoelectric sensor and detector
JP2010261786A (en) * 2009-05-01 2010-11-18 Seiko Epson Corp Oscillator circuit, oscillator circuit group, electronic device, and layout method of oscillator circuit group
WO2021091069A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-14 주식회사 엘지화학 Device for manufacturing allergy diagnosis chip

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006030167A (en) * 2004-06-15 2006-02-02 Seiko Instruments Inc Microchip system
JP4602162B2 (en) * 2004-06-15 2010-12-22 セイコーインスツル株式会社 Microchip system
JP2009229353A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Seiko Epson Corp Device and system for sensing gas
JP2010002413A (en) * 2008-05-20 2010-01-07 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Piezoelectric sensor and detector
JP2010261786A (en) * 2009-05-01 2010-11-18 Seiko Epson Corp Oscillator circuit, oscillator circuit group, electronic device, and layout method of oscillator circuit group
WO2021091069A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-14 주식회사 엘지화학 Device for manufacturing allergy diagnosis chip

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7468608B2 (en) Device and method for detecting a substance of a liquid
JP2003307481A (en) Multichannel biosensor
CN1894583B (en) Biosensor utilizing a resonator having a functionalized surface
US8349611B2 (en) Resonant sensors and methods of use thereof for the determination of analytes
JP4602162B2 (en) Microchip system
US20080050285A1 (en) Reaction cell and operation method thereof
JP2008502911A (en) Analytical instrument with an array of sensors and calibration elements
US10466194B2 (en) Piezoelectric biochips having fluidic channels
US20040093947A1 (en) Micromechanic sensor element, electric circuit and sensor array comprising a plurality of micromechanic sensor elements
EP1190093A2 (en) Apparatus and process for monitoring and detecting small molecule-biomolecule interactions
KR20100133254A (en) Saw sensor device
JP2003240694A (en) Multichannel micro mass sensor
JP2000283905A (en) Multichannel qcm sensor device
EP1519162B1 (en) Measurement method and biosensor apparatus using resonator
JP4412546B2 (en) Trace mass sensor chip, trace mass analysis system, and trace mass sensor chip analysis method
JP2007057289A (en) Microsensor for analysis
JP4616124B2 (en) Microreactor, microreactor system, and analysis method using the microreactor system
CN102608172A (en) Film bulk acoustic galloping resonance biochemistry sensor with direct-current electrodes
KR100487758B1 (en) Bio-chip and system for measuring the characteristic of bio-material using the same
JP2004361269A (en) Multichannel sensor and method for manufacturing the same and biosensor system and method for manufacturing the same
WO2008019694A2 (en) Bio surface acoustic wave (saw) resonator design for detection of a target analyte
JP3944644B2 (en) Manufacturing method of mass measuring chip
JP2003240695A (en) Reflection diffusion structure for micro mass measuring device
JP2005134327A (en) Mass sensor
Cunningham et al. Miniature silicon electronic biological assay chip and applications for rapid battlefield diagnostics