JP2004245719A - Method and device for measuring mass - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片を用いて検体溶液中の特定物質の有無および濃度等を測定するために用いる質量測定方法および質量測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
食品や生化学、環境などの分野で、特定物質の有無や濃度等を測定するため、水晶振動子マイクロバランス法が利用されている。その具体的な方法は、まず圧電振動片における一方面側の励振電極の表面に、特定物質の感応膜を塗布する。そして、特定物質を含む検体溶液中にその圧電振動片を浸漬する。すると、検体溶液中の特定物質が感応膜と結合し、励振電極の質量が増加する。この励振電極の質量増加にともなって、圧電振動片の共振周波数が低下する。これにより、検体溶液中の特定物質の有無および濃度等を判断することができる。
【0003】
ところで、圧電振動片を検体溶液中に浸漬する際に、その両面に形成した励振電極が相互に短絡すると、圧電振動片を発振させることができなくなる。そこで、感応膜を塗布しない他方面側の励振電極を被覆部材等で覆うことにより、当該励振電極を検体溶液から封止して、電極間の短絡を防止する必要がある。
【0004】
図7に、特許文献1に記載された質量測定チップの説明図を示す。なお、図7(1)は平面図であり、図7(2)は図7(1)のG−G線における側面断面図である。この質量測定チップ503は、矩形状の圧電平板の両面に円形状の励振電極522a,522bを形成した圧電振動片520を備えている。また、圧電振動片520の一方面側には、絶縁性薄板からなる被覆部材550が接着剤558によって接着されている。これにより、一方面側の励振電極522bが検体溶液から封止され、電極間の短絡が防止されている。さらに、各励振電極にはリード線524が取り付けられ、リード線524の検体溶液に浸漬する部分は接着剤558によって被覆されている。
【0005】
図8に、従来の質量測定装置の説明図を示す。質量測定装置501において、上述した質量測定チップ503は外部の発振回路540に接続されている。質量測定は、励振電極522aの表面に上述した感応膜(不図示)を塗布した上で、質量測定チップ503を検体溶液7中に浸漬して行う。まず、発振回路540により質量測定チップ503の圧電振動片を発振させ、周波数カウンタ5により圧電振動片の共振周波数を測定する。上述したように、検体溶液中の特定物質が感応膜と結合し励振電極の質量が増加すると、圧電振動片の共振周波数が低下する。そこで、コンピュータ6によりこの共振周波数の低下量等を解析して、検体溶液中の特定物質の有無および濃度等を算出する。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−138125号公報
【特許文献2】
特開2000−338022号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、圧電振動片を検体溶液中に浸漬して使用する場合には、感応膜を塗布しない励振電極を被覆部材等で覆うことにより、当該励振電極を検体溶液から封止して、電極間の短絡を防止する必要がある。したがって、多くの製造コストを必要とするという問題がある。また、圧電振動片を検体溶液中に浸漬して使用する場合には、多くの検体溶液が必要となり、微量の検体溶液中に含まれる質量測定を行うことができないという問題がある。
【0008】
近時、質量測定装置にはマルチセンサ化が要求されている。質量測定装置のマルチセンサ化とは、同時に多種類の特定物質の質量測定を可能にすることをいう。質量測定チップをマルチセンサ化するには、複数の振動部を有する圧電振動片を形成し、各振動部の励振電極にそれぞれ異なる感応膜を塗布する。しかし、このような圧電振動片を検体溶液に浸漬して使用するには、大量の検体溶液が必要になる。また、各励振電極の短絡を防止するための被覆部材が大がかりなものとなり、多大な製造コストが必要となる。このような理由から、質量測定装置のマルチセンサ化に対応できないという問題がある。
【0009】
一方、質量測定装置には高感度化が要求されている。質量測定装置を高感度化するには、圧電振動片を高周波化する必要がある。しかし、高周波の圧電振動片を検体溶液に浸漬した状態で使用すると、圧電振動片のインピーダンスが増加し、発振が不安定になるという問題がある。したがって、高感度の質量測定に対応することができないという問題がある。
【0010】
本発明は上記問題点に着目し、製造コストの削減が可能であり、微量の検体溶液中に含まれる特定物質の質量測定が可能であり、またマルチセンサ化および高感度化に対応することが可能な、質量測定方法および質量測定装置の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る質量測定方法は、圧電振動片における一方面側の励振電極の表面に感応膜を塗布し、前記励振電極に検体溶液を接触させて、前記検体溶液中の特定物質の質量測定を行う方法であって、定量吐出手段により、前記励振電極に検体溶液を吐出して接触させる構成とした。
【0012】
この場合、下側の励振電極と短絡するおそれがないので、下側の励振電極を検体溶液から封止するための被覆部材が不要となり、製造コストを削減することができる。また、大量の検体溶液が不要となり、微量の検体溶液中に含まれる特定物質の質量測定を行うことができる。加えて、検体溶液の吐出位置および吐出量を正確に制御することができるので、高精度の質量測定が可能である。
【0013】
さらに、圧電振動片の一部のみに検体溶液が接触するので、圧電振動片の発振が検体溶液の影響によって妨げられることが少なくなる。これにより、高周波の圧電振動片でも安定して発振させることができる。これにともなって、高周波の圧電振動片を利用することが可能となり、質量測定の高感度化に対応することができる。
【0014】
また、圧電振動片に複数組の励振電極を形成し、前記圧電振動片における一方面側の前記各励振電極の表面に感応膜を塗布し、前記各励振電極に検体溶液を接触させて、前記検体溶液中の特定物質の質量測定を行う方法であって、定量吐出手段により、前記各励振電極に検体溶液を順次吐出して接触させる構成とした。
【0015】
これにより、下側の励振電極を検体溶液から封止するための大がかりな被覆部材が不要となり、製造コストを削減することができる。また、複数の振動部を有するマルチセンサ型の圧電振動片を使用する場合でも、大量の検体溶液が不要となり、微量の検体溶液中に含まれる特定物質の質量測定を行うことができる。なお、検体溶液の吐出位置および吐出量を正確に制御することができるので、高精度の質量測定が可能である。これらにより、質量測定のマルチセンサ化に対応することができる。
【0016】
なお、前記励振電極の表面のみに、前記検体溶液を吐出して接触させる構成としてもよい。この場合、検体溶液は感応膜の塗布されていない部分には接触しない。したがって、質量測定の精度を向上させることができる。
【0017】
一方、本発明にかかる質量測定装置は、感応膜が塗布された圧電振動片の励振電極の表面に、検体溶液を接触させることにより、前記検体溶液中の特定物質の質量測定を行う装置であって、前記励振電極の表面に検体溶液を吐出する定量吐出手段を備えた構成とした。これにより、製造コストの削減が可能となり、微量の検体溶液中に含まれる特定物質の質量測定が可能となり、またマルチセンサ化および高感度化に対応することが可能となる。
【0018】
また、前記圧電振動片および前記定量吐出手段を所定の温度下に保持する温度調節手段を備えた構成としてもよい。これにより、励振電極の表面に塗布した感応膜と検体溶液中の特定物質との反応に対する温度変化による影響を最小限にすることができるので、質量測定の精度を向上させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明に係る質量測定方法および質量測定装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0020】
図1に、第1実施形態に係る質量測定装置の説明図を示す。質量測定装置1は、感応膜が塗布された圧電振動片20の励振電極22aの表面に、検体溶液を接触させることにより、検体溶液中の特定物質の質量測定を行う装置であって、励振電極22aの表面に検体溶液を吐出する定量吐出手段30と、圧電振動片20および定量吐出手段30を所定の温度下に保持する温度調節手段18とを備えたものである。
【0021】
第1実施形態に係る質量測定装置は、従来の質量測定装置を高感度化したものである。質量測定装置の感度は、次式で表すことができる。
【0022】
【数1】
【0023】
ただし、dfは圧電振動片の共振周波数の変化量、f0は圧電振動片の共振周波数の初期値、ρは圧電材料の密度、μは圧電材料のせん断応力、dmは励振電極に結合した特定物質の質量、Aは励振電極の面積である。上式からわかるように、圧電振動片の共振周波数の初期値f0が高いほど、その変化量dfが大きくなり、質量測定装置が高感度化する。例えば、f0を従来の27MHzから150MHzまで高周波化すれば、感度を30倍にすることができる。そして圧電振動片を高周波化するには、圧電振動片の振動部における肉厚を薄くすればよい。
【0024】
図2に、逆メサ型圧電振動片の説明図を示す。なお、図2(1)は平面図であり、図2(2)は図2(1)のA−A線における側面断面図である。圧電振動片20として、いわゆる逆メサ型圧電振動片を使用する。逆メサ型圧電振動片20は、水晶等の圧電材料を平板状に切り出し、その両面中央部に凹部を形成して薄肉化し、その薄肉部の両面に励振電極22a,22bを形成したものである。圧電振動片20の周縁の厚肉部21には、励振電極22a,22bと導通する接続電極24a,24bを形成する。なお、各電極はAu/CrまたはAg/Crの2層によって構成する。このような逆メサ型圧電振動片では、周縁の厚肉部により中央の薄肉振動部が保護されるので、外力による振動部の破壊を防止することができる。これにより、高周波の圧電振動片が利用可能となり、質量測定装置を高感度化することができる。
【0025】
そして、この圧電振動片20における上面の励振電極22aの表面に感応膜を塗布して、圧電振動片20をほぼ水平に配置する。感応膜は、検出すべき特定物質の分子のみと結合する物質であり、特定物質に対応して選択する。
【0026】
一方、図1に示すように、検体溶液を吐出する定量吐出手段30を圧電振動片20の上方に設ける。定量吐出手段30として、いわゆるインクジェットヘッドを使用する。なお、定量吐出手段30は所定量の検体溶液を所定位置に吐出できるものであればよく、ピエゾ方式やバブルインクジェット方式、サーマルインクジェット方式など、インクジェットの方式は問わない。したがって、熱影響を受けやすい検体溶液の場合には、ピエゾ方式を採用すればよい。その他の場合には、ヘッド構造を簡略化できるバブルインクジェット方式やサーマルインクジェット方式を採用すればよい。
【0027】
図3に、ピエゾ方式のインクジェットヘッドの側面断面図を示す。このインクジェットヘッド30は、主に、ガラス基板32、シリコン基板36およびシリコン等からなるノズルプレート38で構成する。シリコン基板36とノズルプレート38との間にインク室42を形成して検体溶液を封入する。このインク室42に隣接するノズルプレート38には、ノズル39を形成する。一方、インク室42の壁面を構成するシリコン基板36を薄肉化して、振動板37を形成する。そして、振動板37とガラス基板32との間に、ピエゾ(圧電)素子34を配置する。なお、ピエゾ素子34の両端面には、駆動用の電極33,35を配置する。この駆動用電極33,35によりピエゾ素子34に電圧を印加すると、ピエゾ素子が膨張する。これにより、振動板37がインク室42を圧縮し、インク室42内の検体溶液がノズル39から吐出される。
【0028】
図4に、位置制御手段の斜視図を示す。圧電振動片20の励振電極を定量吐出手段30のノズル直下に配置するため、位置制御手段50を設ける。定量吐出手段30は、シャフト56に対して摺動自在に取り付けるとともに、図示しないタイミングベルト等に固定して、X方向に沿って移動可能とする。一方、圧電振動片20を載置するトレイ52は、シャフト54に対して摺動自在に取り付けるとともに、図示しないタイミングベルト等に固定して、Y方向に沿って移動可能とする。また、圧電振動片20および定量吐出手段30の両方または一方の位置を検知するCCDカメラ等の画像認識手段58を設ける。
【0029】
位置制御の具体的な手順は、まず圧電振動片20をトレイ52に載置して、定量吐出手段30の下方に移動させる。次に、画像認識手段58により圧電振動片20を撮像して、圧電振動片20の現在位置を検知する。そして、圧電振動片20の励振電極が定量吐出手段30のノズル直下に位置するように、定量吐出手段30をX方向に移動させるとともに、圧電振動片20を載置したトレイ52をY方向に移動させる。これにより、検体溶液を励振電極上に正確に吐出させることができる。なお、圧電振動片の位置を固定しつつ、定量吐出手段をXY両方向に移動させるように、位置制御手段を構成してもよい。
【0030】
ところで、水晶振動子マイクロバランス法は、感応膜と特定物質との結合に適した所定の温度下で実施する必要がある。そこで、上述した圧電振動片20および定量吐出手段30を所定の温度下に保持する温度調節手段18を設ける。温度調節手段18として、圧電振動片20および定量吐出手段30を内部に収容可能な恒温槽を使用する。これにより、検体溶液を含む定量吐出手段30の全体を、効率的かつ正確に所定の温度下に保持することができる。なお、圧電振動片20や定量吐出手段30の各部にヒータ等を設けて、それぞれ別個に温度調節することも可能である。
【0031】
そして、図1に示すように、圧電振動片20を外部の発振回路40に接続する。発振回路40は、圧電振動片20の励振電極に通電して圧電振動片20を発振させるものである。また、発振回路40は周波数カウンタ5に接続する。周波数カウンタ5は、圧電振動片20の共振周波数を測定するものである。また、周波数カウンタ5はコンピュータ6に接続する。コンピュータ6は、周波数カウンタ5が測定した共振周波数から、圧電振動片20の励振電極22aに付着した特定物質の質量を算出するものである。加えて、特定物質の付着量の経時変化から検体溶液中の特定物質の有無および濃度等を解析し得るようにコンピュータ6を構成するのが好ましい。
【0032】
次に、第1実施形態に係る質量測定装置の使用方法について説明する。
図1に示すように、まず定量吐出手段30の下方に圧電振動片20を配置する。その際、位置制御手段50により、圧電振動片20と定量吐出手段30との相対位置制御を行って、圧電振動片20の上側の励振電極22aを定量吐出手段30のノズル直下に配置する。次に、温度調節手段18を作動させて、圧電振動片20および検体溶液を含む定量吐出手段30を所定の温度下に保持する。
【0033】
質量測定を行うには、まず発振回路40から圧電振動片20に通電して圧電振動片20を発振させる。また、周波数カウンタ5により圧電振動片20の共振周波数を連続的に計測しておく。次に、定量吐出手段30のノズルから検体溶液を吐出し、圧電振動片20の上側の励振電極22aに接触させる。検体溶液が励振電極22aに接触すると、検体溶液中の特定物質が励振電極表面の感応膜と結合する。これにより、励振電極22aの質量が増加して、圧電振動片20の共振周波数が低下する。この共振周波数の低下量等をコンピュータ6で解析することにより、特定物質の有無および濃度等を算出することができる。
【0034】
なお、検体溶液が励振電極22aの表面のみに接触するように、定量吐出手段30からの検体溶液の吐出量を設定すれば、検体溶液は感応膜の塗布されていない部分には接触しない。これにより、検体溶液中の特定物質の質量を正確に把握することができる。一方、定量吐出手段30を使用するので、励振電極に吐出した検体溶液量を正確に把握することができる。以上により、検体溶液中の特定物質の濃度を直接的に算出することが可能となり、質量測定の精度を向上させることができる。
【0035】
以上に詳述した第1実施形態に係る質量測定方法および質量測定装置により、高感度化に対応することが可能となる。
すなわち第1実施形態では、定量吐出手段により、圧電振動片の上側の励振電極に検体溶液を吐出させて質量測定を行う構成とした。この場合、下側の励振電極と短絡するおそれがないので、下側の励振電極を検体溶液から封止するための被覆部材が不要となり、製造コストを削減することができる。また、大量の検体溶液が不要となり、微量の検体溶液中に含まれる特定物質の質量測定を行うことができる。加えて、検体溶液の吐出位置および吐出量を正確に制御することができるので、高精度の質量測定が可能である。
【0036】
さらに、圧電振動片の一部のみに検体溶液が接触するので、圧電振動片の発振が検体溶液の影響によって妨げられることが少なくなる。これにより、高周波の圧電振動片でも安定して発振させることができる。これにともなって、高周波の圧電振動片を利用することが可能となり、質量測定の高感度化に対応することができる。
【0037】
次に、第2実施形態について説明する。
図5および図6に、第2実施形態で使用する圧電振動片の説明図を示す。図5は図6のC−C線における側面断面図であり、図6(1)は平面図であり、図6(2)は底面図である。第2実施形態に係る質量測定方法は、圧電振動片120に複数組の励振電極122a,122bを形成し、その圧電振動片120における一方面側の各励振電極122aの表面に感応膜を塗布し、その各励振電極122aに検体溶液を接触させて、検体溶液中の特定物質の質量測定を行う方法であって、定量吐出手段により、前記各励振電極122aに検体溶液を順次吐出して接触させるものである。なお、第1実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。
【0038】
第2実施形態で使用する圧電振動片120は、図5に示すように、水晶等の圧電材料を平板状に切り出し、その両面の対応する位置に複数の凹部を形成して薄肉化し、各薄肉部の表裏両側に励振電極122a,122bを形成したものである。なお、表裏一対の励振電極122a,122bを形成した部分が、それぞれ振動部121として機能する。
【0039】
この圧電振動片120において、図6(1)に示す表側には、各励振電極122aに対応する複数の接続電極124aを周縁部に形成する。一方、図6(2)に示す裏側には、全ての励振電極122bと導通する共通接続電極124bを周縁部に形成する。なお質量測定を行う際には、裏側の共通接続電極124bは、図1に示す発振回路40に常時接続しておく。そして、質量測定を行う振動部121に対応する表側の接続電極124aを、順次発振回路40に接続して質量測定を行う。
そして、この圧電振動片120の表側における各励振電極122aの表面に、それぞれ異なる特定物質と結合する感応膜を塗布する。
【0040】
この圧電振動片と定量吐出手段との相対的な位置制御は、以下の手順で行う。まず、図4に示す圧電振動片20の代わりに、上述した圧電振動片120をトレイ52に載置して、定量吐出手段30の下方に移動させる。次に、画像認識手段58により圧電振動片の現在位置を検知する。そして、質量測定を行う振動部の励振電極が、定量吐出手段30のノズル直下に位置するように、定量吐出手段30をX方向に移動させるとともに、圧電振動片を載置したトレイ52をY方向に移動させる。この移動作業を、質量測定を行う振動部の全てについて行う。これにより、質量測定を行う各振動部の励振電極上に、検体溶液を正確に吐出させることができる。
【0041】
第2実施形態に係る質量測定方法および質量測定装置により、マルチセンサ化に対応することができる。
すなわち第2実施形態では、圧電振動片に複数組の励振電極を形成し、その圧電振動片における一方面側の各励振電極の表面に感応膜を塗布し、定量吐出手段により前記各励振電極に検体溶液を順次吐出して、検体溶液中の特定物質の質量測定を行う構成とした。これにより、下側の励振電極を検体溶液から隔離するための大がかりな被覆部材が不要となり、製造コストを削減することができる。また、複数の振動部を有するマルチセンサ型の圧電振動片を使用する場合でも、大量の検体溶液が不要となり、微量の検体溶液中に含まれる特定物質の質量測定を行うことができる。なお、検体溶液の吐出位置および吐出量を正確に制御することができるので、高精度の質量測定が可能である。これらにより、質量測定のマルチセンサ化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る質量測定装置の説明図である。
【図2】逆メサ型圧電振動片の説明図である。
【図3】ピエゾ方式インクジェットヘッドの側面断面図である。
【図4】位置制御手段の説明図である。
【図5】マルチセンサ型圧電振動片の側面断面図である。
【図6】マルチセンサ型圧電振動片の平面図および底面図である。
【図7】従来の質量測定チップの説明図である。
【図8】従来の質量測定装置の説明図である。
【符号の説明】
1…質量測定装置
5…周波数カウンタ
6…コンピュータ
18…温度調節手段
20…圧電振動片
21…厚肉部
22a,22b…励振電極
24a,24b…接続電極
30…定量吐出手段
40…発振回路
50…位置制御手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass measuring method and a mass measuring device used for measuring the presence or absence, concentration, and the like of a specific substance in a sample solution using a piezoelectric vibrating reed.
[0002]
[Prior art]
In fields such as food, biochemistry, and the environment, a quartz crystal microbalance method is used to measure the presence or absence, concentration, and the like of a specific substance. As a specific method, first, a sensitive film of a specific substance is applied to the surface of the excitation electrode on one side of the piezoelectric vibrating reed. Then, the piezoelectric vibrating reed is immersed in a sample solution containing a specific substance. Then, the specific substance in the sample solution binds to the sensitive membrane, and the mass of the excitation electrode increases. As the mass of the excitation electrode increases, the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece decreases. Thereby, the presence / absence and concentration of the specific substance in the sample solution can be determined.
[0003]
By the way, when the piezoelectric vibrating reed is immersed in the sample solution, if the excitation electrodes formed on both surfaces thereof are short-circuited to each other, the piezoelectric vibrating reed cannot be oscillated. Therefore, it is necessary to cover the excitation electrode on the other surface side on which the sensitive film is not coated with a covering member or the like, thereby sealing the excitation electrode from the sample solution and preventing a short circuit between the electrodes.
[0004]
FIG. 7 is an explanatory diagram of the mass measuring chip described in
[0005]
FIG. 8 shows an explanatory diagram of a conventional mass measuring device. In the mass
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-138125 [Patent Document 2]
JP 2000-338022 A
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the piezoelectric vibrating reed is used by immersing it in the sample solution, the excitation electrode not coated with the sensitive film is covered with a covering member or the like, thereby sealing the excitation electrode from the sample solution. It is necessary to prevent a short circuit between the electrodes. Therefore, there is a problem that many manufacturing costs are required. Further, when the piezoelectric vibrating reed is used by immersing it in a sample solution, a large amount of the sample solution is required, and there is a problem that it is impossible to measure the mass contained in a small amount of the sample solution.
[0008]
Recently, a multi-sensor is required for a mass measuring device. Making a mass measuring device a multi-sensor means enabling mass measurement of many types of specific substances at the same time. In order to make the mass measuring chip a multi-sensor, a piezoelectric vibrating reed having a plurality of vibrating parts is formed, and a different sensitive film is applied to the excitation electrode of each vibrating part. However, in order to use such a piezoelectric vibrating reed immersed in a sample solution, a large amount of the sample solution is required. In addition, the covering member for preventing the short circuit of each excitation electrode becomes large-scale, and a large production cost is required. For these reasons, there is a problem that it is not possible to cope with the multi-sensor of the mass measuring device.
[0009]
On the other hand, high sensitivity is required for mass measuring devices. In order to increase the sensitivity of the mass measuring device, it is necessary to increase the frequency of the piezoelectric vibrating reed. However, when the high-frequency piezoelectric vibrating reed is used while immersed in the sample solution, there is a problem that the impedance of the piezoelectric vibrating reed increases and oscillation becomes unstable. Therefore, there is a problem that high-sensitivity mass measurement cannot be performed.
[0010]
The present invention focuses on the above problems, can reduce the manufacturing cost, can measure the mass of a specific substance contained in a trace amount of a sample solution, and can respond to multi-sensor and high sensitivity. It is an object of the present invention to provide a mass measuring method and a mass measuring device that are possible.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the mass measuring method according to the present invention comprises applying a sensitive film to a surface of an excitation electrode on one side of a piezoelectric vibrating reed, bringing a sample solution into contact with the excitation electrode, In the method for measuring the mass of a specific substance, the sample solution is discharged to and brought into contact with the excitation electrode by a quantitative discharge means.
[0012]
In this case, since there is no possibility of short-circuit with the lower excitation electrode, a covering member for sealing the lower excitation electrode from the sample solution is not required, and the manufacturing cost can be reduced. Further, a large amount of the sample solution is not required, and the mass measurement of the specific substance contained in the minute amount of the sample solution can be performed. In addition, since the discharge position and discharge amount of the sample solution can be accurately controlled, high-precision mass measurement is possible.
[0013]
Furthermore, since the sample solution contacts only a part of the piezoelectric vibrating reed, the oscillation of the piezoelectric vibrating reed is less hindered by the influence of the sample solution. Thus, even a high-frequency piezoelectric vibrating reed can be oscillated stably. Accordingly, it is possible to use a high-frequency piezoelectric vibrating reed, and it is possible to cope with higher sensitivity of mass measurement.
[0014]
Further, a plurality of sets of excitation electrodes are formed on the piezoelectric vibrating reed, a sensitive film is applied to the surface of each of the excitation electrodes on one side of the piezoelectric vibrating reed, and a sample solution is brought into contact with each of the excitation electrodes, This is a method for measuring the mass of a specific substance in a sample solution, wherein the sample solution is sequentially discharged to and contacted with each of the excitation electrodes by a quantitative discharge means.
[0015]
This eliminates the need for a large covering member for sealing the lower excitation electrode from the sample solution, thereby reducing the manufacturing cost. Further, even when a multi-sensor type piezoelectric vibrating reed having a plurality of vibrating parts is used, a large amount of a sample solution is not required, and the mass measurement of a specific substance contained in a minute amount of a sample solution can be performed. In addition, since the discharge position and discharge amount of the sample solution can be accurately controlled, high-precision mass measurement is possible. Accordingly, it is possible to cope with the multi-sensor mass measurement.
[0016]
It should be noted that the sample solution may be discharged and brought into contact with only the surface of the excitation electrode. In this case, the sample solution does not come into contact with the portion where the sensitive film is not applied. Therefore, the accuracy of mass measurement can be improved.
[0017]
On the other hand, the mass measuring device according to the present invention is a device for measuring the mass of a specific substance in the sample solution by bringing the sample solution into contact with the surface of the excitation electrode of the piezoelectric vibrating reed coated with the sensitive film. Thus, a configuration is provided in which a quantitative discharge means for discharging a sample solution onto the surface of the excitation electrode is provided. This makes it possible to reduce the manufacturing cost, measure the mass of a specific substance contained in a minute amount of a sample solution, and cope with a multi-sensor and high sensitivity.
[0018]
Further, the piezoelectric vibrating reed may be configured to include a temperature adjusting unit for maintaining the piezoelectric vibrating reed and the fixed-quantity discharging unit at a predetermined temperature. This can minimize the influence of the temperature change on the reaction between the sensitive film applied to the surface of the excitation electrode and the specific substance in the sample solution, and can improve the accuracy of mass measurement.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of a mass measuring method and a mass measuring device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that what is described below is merely an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
[0020]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the mass measuring device according to the first embodiment. The
[0021]
The mass measuring device according to the first embodiment is obtained by increasing the sensitivity of a conventional mass measuring device. The sensitivity of the mass measuring device can be expressed by the following equation.
[0022]
(Equation 1)
[0023]
However, df is the change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece, f 0 is the initial value of the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece, [rho is the density of the piezoelectric material, mu is the shear stress of the piezoelectric material, dm bound to the excitation electrode specific The mass of the material, A, is the area of the excitation electrode. As can be seen from the above equation, the higher the initial value f 0 of the resonance frequency of the piezoelectric vibrating reed, the larger the change df thereof, and the higher the sensitivity of the mass measuring device. For example, if the frequency f 0 is increased from the conventional 27 MHz to 150 MHz, the sensitivity can be increased 30 times. To increase the frequency of the piezoelectric vibrating reed, the thickness of the vibrating portion of the piezoelectric vibrating reed may be reduced.
[0024]
FIG. 2 shows an explanatory diagram of the inverted mesa type piezoelectric vibrating reed. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a side cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2A. As the piezoelectric vibrating
[0025]
Then, a sensitive film is applied to the surface of the
[0026]
On the other hand, as shown in FIG. 1, a fixed-
[0027]
FIG. 3 is a side sectional view of a piezo type inkjet head. The
[0028]
FIG. 4 shows a perspective view of the position control means. In order to dispose the excitation electrode of the piezoelectric vibrating
[0029]
The specific procedure of the position control is as follows. First, the piezoelectric vibrating
[0030]
By the way, the quartz crystal microbalance method needs to be performed at a predetermined temperature suitable for bonding the sensitive film and the specific substance. Therefore, a temperature adjusting means 18 for keeping the above-described
[0031]
Then, as shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrating
[0032]
Next, a method of using the mass measuring device according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, first, the piezoelectric vibrating
[0033]
In order to perform mass measurement, first, current is supplied from the
[0034]
In addition, if the discharge amount of the sample solution from the
[0035]
With the mass measuring method and the mass measuring device according to the first embodiment described above in detail, it is possible to cope with high sensitivity.
That is, in the first embodiment, the quantitative measurement unit discharges the sample solution to the excitation electrode on the upper side of the piezoelectric vibrating reed to measure the mass. In this case, since there is no possibility of short-circuit with the lower excitation electrode, a covering member for sealing the lower excitation electrode from the sample solution is not required, and the manufacturing cost can be reduced. Further, a large amount of the sample solution is not required, and the mass measurement of the specific substance contained in the minute amount of the sample solution can be performed. In addition, since the discharge position and discharge amount of the sample solution can be accurately controlled, high-precision mass measurement is possible.
[0036]
Furthermore, since the sample solution contacts only a part of the piezoelectric vibrating reed, the oscillation of the piezoelectric vibrating reed is less hindered by the influence of the sample solution. Thus, even a high-frequency piezoelectric vibrating reed can be oscillated stably. Accordingly, it is possible to use a high-frequency piezoelectric vibrating reed, and it is possible to cope with higher sensitivity of mass measurement.
[0037]
Next, a second embodiment will be described.
5 and 6 are explanatory views of the piezoelectric vibrating reed used in the second embodiment. FIG. 5 is a side sectional view taken along the line CC of FIG. 6, FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a bottom view. In the mass measurement method according to the second embodiment, a plurality of sets of
[0038]
As shown in FIG. 5, the piezoelectric vibrating
[0039]
In the piezoelectric vibrating
Then, on the surface of each of the
[0040]
The relative position control between the piezoelectric vibrating reed and the quantitative discharge means is performed in the following procedure. First, instead of the piezoelectric vibrating
[0041]
With the mass measuring method and the mass measuring device according to the second embodiment, it is possible to cope with a multi-sensor configuration.
That is, in the second embodiment, a plurality of sets of excitation electrodes are formed on the piezoelectric vibrating reed, a sensitive film is applied to the surface of each excitation electrode on one side of the piezoelectric vibrating reed, and a quantitative discharge means is applied to each of the excitation electrodes by the quantitative discharge means. The sample solution was sequentially discharged to measure the mass of the specific substance in the sample solution. This eliminates the need for a large covering member for isolating the lower excitation electrode from the sample solution, thereby reducing manufacturing costs. Further, even when a multi-sensor type piezoelectric vibrating reed having a plurality of vibrating parts is used, a large amount of a sample solution is not required, and the mass measurement of a specific substance contained in a minute amount of a sample solution can be performed. In addition, since the discharge position and discharge amount of the sample solution can be accurately controlled, high-precision mass measurement is possible. Accordingly, it is possible to cope with the multi-sensor mass measurement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a mass measuring device according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory view of an inverted mesa type piezoelectric vibrating reed.
FIG. 3 is a side sectional view of a piezo type inkjet head.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a position control unit.
FIG. 5 is a side sectional view of the multi-sensor type piezoelectric vibrating reed.
FIG. 6 is a plan view and a bottom view of the multi-sensor type piezoelectric vibrating reed.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional mass measuring chip.
FIG. 8 is an explanatory view of a conventional mass measuring device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
定量吐出手段により、前記励振電極に検体溶液を吐出して接触させることを特徴とする質量測定方法。A method of applying a sensitive film to the surface of the excitation electrode on one side of the piezoelectric vibrating reed, contacting the sample solution with the excitation electrode, and measuring the mass of a specific substance in the sample solution,
A mass measuring method, characterized in that a sample solution is discharged to and brought into contact with the excitation electrode by a quantitative discharge means.
定量吐出手段により、前記各励振電極に検体溶液を順次吐出して接触させることを特徴とする質量測定方法。A plurality of sets of excitation electrodes are formed on the piezoelectric vibrating reed, a sensitive film is applied to the surface of each of the excitation electrodes on one side of the piezoelectric vibrating reed, and a sample solution is brought into contact with each of the excitation electrodes to form the sample solution. A method for measuring the mass of a specific substance in,
A mass measuring method, characterized in that a sample solution is sequentially discharged and brought into contact with each of the excitation electrodes by a quantitative discharge means.
前記励振電極の表面のみに、前記検体溶液を吐出して接触させることを特徴とする質量測定方法。The mass measuring method according to claim 1 or 2,
A mass measuring method, wherein the specimen solution is discharged and brought into contact only with the surface of the excitation electrode.
前記励振電極の表面に検体溶液を吐出する定量吐出手段を備えたことを特徴とする質量測定装置。A device for measuring the mass of a specific substance in the sample solution by contacting the sample solution with the surface of the excitation electrode of the piezoelectric vibrating reed coated with the sensitive film,
A mass measuring apparatus comprising: a fixed amount discharging means for discharging a sample solution onto a surface of the excitation electrode.
前記圧電振動片および前記定量吐出手段を所定の温度下に保持する温度調節手段を備えたことを特徴とする質量測定装置。The mass measuring device according to claim 4,
A mass measuring device comprising a temperature adjusting means for maintaining the piezoelectric vibrating reed and the constant-rate discharging means at a predetermined temperature.
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