JP2006162538A

JP2006162538A - 微量質量測定装置

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Publication number: JP2006162538A
Application number: JP2004357976A
Authority: JP
Inventors: Haruki Kato; 玄樹加藤; Masataka Araogi; 正隆新荻
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】水晶等の圧電振動子をセンサとして用いた微量質量測定装置において、試料溶液の流れる流路に、該圧電振動子より生じる液相中を伝播する縦波振動から受ける共振周波数への影響がない簡素な構造を有する微量質量測定装置を提供すること。
【解決手段】試料溶液を流す流路と、該流路内に設置した圧電振動子とを備え、前記圧電振動子の近傍に、前記圧電振動子から生じる縦波振動を吸収する振動吸収体を有する微量質量測定装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶等の圧電材料を用いた振動子の電極表面を液相中に晒し、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（ＱｕａｒｔｚＣｒｙｓｔａｌＭｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）型バイオセンサを用いて微量の質量変化を測定する微量質量測定装置に関し、特に前記ＱＣＭ型バイオセンサから液相中に生じる縦波振動を流路内へ吸収させる振動吸収構造に関する。

圧電材料に水晶を用いたセンサとして、ＡＴカットの水晶板の両面に金属薄膜電極を形成した構造をもつＱＣＭ（ＱｕａｒｔｚＣｒｙｓｔａｌＭｉｃｒｏｂａｒａｎｃｅ）型バイオセンサ（以下、ＱＣＭセンサと称す。）と呼ばれるものがあり、この金属薄膜電極対に発振回路を接続し電圧を印加すると水晶板の厚さに反比例した周波数で発振する。この金属薄膜電極上に物質が付加されると振動子全体の固有周波数が変化するため、この周波数変化を利用し金属薄膜電極上に付着した物質の極めて微量な質量を検出することが可能である。

ＱＣＭセンサでは、測定に必要なのは厚み滑り振動が主な振動モードであるが、実際には振動子からは縦方向の振動も発生している。液相中における測定においては、この振動により発生した縦波が、試料溶液の流れる流路の天井面や側壁などの界面で反射するため、共振周波数が特に界面の高さに依存することが報告されている（非特許文献１及び２参照。）。これらの報告によれば、共振周波数に与える影響はおよそ１ｋＨｚである。

ここで、振動子より液相中に生じた縦波が共振周波数に影響を与えないような従来の構造としては、例えば、縦波を反射拡散させる構造を有する特開２００３−２４０６９５号公報による「微量質量測定装置における反射拡散構造」がある。

以下、特開２００３−２４０６９５号公報による「微量質量測定装置における反射拡散構造」について、図６を参照して説明する。
図６（ａ）は従来の微量質量測定装置における反射拡散構造を上方から見た平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。１１はＡＴカットの水晶基板、１２、１３は電極、１４は流路形成基板、１５は試料溶液が流れる流路、１６は反射拡散構造、１７、１８は電極への配線である。試料溶液を流路１５に流しながら、所定の発振回路より配線１７、１８を通して電極１２、１３に電流を供給すると、電極１２、１３に挟まれた部分が共振周波数にて振動する。このとき、電極１３から生じた縦波が、その直上の流路１５の天井に形成した反射拡散構造１６により反射拡散する。反射拡散構造１６は、例えば正四角錐とすれば、主に検出用電極１３直上に向かう縦波の反射波は四方へ拡散され検出用電極１３へ戻らず、縦波の影響を軽減する。
特開２００３−２４０６９５号公報Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ６７，Ｎｏ４．，１９９５，Ｐ６８５−６９３Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ６７，Ｎｏ１８．，１９９５，Ｐ３３２４−３３３５

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ＱＣＭセンサで測定する場合には、ｎｇ（ナノグラム）レベル以下の質量変化を読み取ることが必要となる。この質量変化に対応する共振周波数変化は、基本周波数にもよるが、およそ数十から数百Ｈｚとなる。したがって、縦波から受ける共振周波数への影響があると質量変化を正確に読み取ることができず大きな問題となる。

特許文献１に記載の従来の微量質量測定装置における反射拡散構造では、流路の天井に複雑な反射拡散構造を形成する必要があるため、特に数百μｍから数十μｍオーダーの微細な流路（マイクロ流路）において、高い加工精度が要求され高価となる問題があった。また、流路の天井に形成した反射拡散構造によって、検出用電極直上に向かう縦波の反射波は四方へ拡散されるが、検出用電極へ戻ってきてしまう反射波があるため、縦波の影響を完全に無視できないという問題があった。

本発明は、以上の問題点に鑑みなされたもので、流路の天井に複雑な反射拡散構造を必要としない簡素な構造を有し、かつ、縦波から受ける共振周波数への影響がない構造を有する微量質量測定装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決するため、本発明の微量質量測定装置は以下のような振動吸収構造を有する構成とした。

本発明の微量質量測定装置を一言で説明するならば、試料溶液を流す流路と、該流路内に設置した圧電振動子からなるセンサとを備え、該センサより生じる液相中を伝播する縦波振動を該流路内へ吸収させる構造とするために、少なくとも前記センサの設置位置周辺の前記流路を形成する部材は、振動吸収体で構成される構造とした。
具体的には、本願発明によれば、縦波から受ける共振周波数への影響がない構造とするために、前記振動吸収体を前記流路の壁面上に被覆する構造とした。

また、本願発明によれば、縦波から受ける共振周波数への影響がない構造とするために、前記振動吸収体を前記センサの設置位置に対向する前記流路の壁面に配置する構造とした。
本発明は、以上の構成とすることによって、簡素な振動吸収構造を有し、かつ、縦波から受ける共振周波数への影響をなくすことが可能となる。

本発明の微量質量測定装置では、流路の天井に複雑な反射拡散構造を必要とせず、簡便な振動吸収構造で圧電振動子の電極より生じる縦波振動により影響を受ける共振周波数の変動による誤差成分をなくすことができる。

よって、本発明では微量質量測定装置の作製を低コスト化することが可能となる。すなわち、本発明はＱＣＭセンサを組み込んだディスポーザブルバイオチップなどへ応用展開することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

図１は本発明の第１の実施例の微量質量測定装置を示した図であり、図１（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示している。１０１は平板状の圧電基板であり、本実施例ではＡＴカットの水晶基板である。この水晶基板１０１の上に、凹状の溝が形成された流路形成基板１０５が接合されて設けられ、この凹状の溝が試料溶液を流す流路１０４である。図１に示すように、この流路１０４中に水晶基板１０１と、この水晶基板１０１の両面に設けられた電極１０２、１０３からなる圧電振動子（水晶振動子）が設置されている。１０６、１０７は、それぞれの電極１０２、１０３と図示しない測定部とを接続する配線である。本実施例では、流路形成基板１０５全体が前記水晶振動子から生じる縦波振動を吸収する振動吸収体により形成されている。

流路形成基板１０５はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作製する。流路１０４は、流路形成基板１０５と水晶基板１０１とを位置を合わせて接合することによって形成される。ここで、検出用電極１０３の直上の流路形成基板１０５の厚みが大きいほど検出用電極１０３から生じた縦波の吸収率も高くなるため、縦波から受ける共振周波数への影響が小さくなるが、その厚みは１００μｍ以上あれば縦波から受ける共振周波数への影響はほとんど無視することができる。なお、流路形成基板１０５、即ち振動吸収体は、検出用電極１０３から生じた縦波を吸収するために、酵素、抗体、たんぱく質、ホルモンなどの化学物質を含んだ試料溶液の音響インピーダンスと近い部材で作製することが望ましい。これらの試料溶液はいずれも水の音響インピーダンス（１．５２×１０^６［ｋｇ／ｍ^２・ｓ]）に近いので、流路形成基板１０５は水の音響インピーダンスと近い合成樹脂などの多孔質体、弾性体もしくは多孔質弾性体で作製すればよく、これらの部材であれば縦波を吸収することが可能である。このように、振動吸収体を試料溶液の音響インピーダンスと整合可能な音響インピーダンスを有する部材を用いて構成すれば、水晶振動子から発生し試料溶液を伝播した縦波振動が振動吸収体の壁面で反射しないで、そのまま振動吸収体中に進入し、進入した縦波振動のエネルギーは、多孔質体、弾性体もしくは多孔質弾性体で形成された振動吸収体により吸収され、消失することとなる。この原理は、本実施例の他、後述する実施例２〜５にも当てはまるものである。

試料溶液を流路１０４に流しながら、所定の発振回路より配線１０６、１０７を通して電極１０２、１０３に電流を供給すると、電極１０２、１０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動する。このとき、検出用電極１０３から生じた縦波が、流路形成基板１０５におけるＰＤＭＳで形成された流路１０４の壁面へ吸収されることにより検出用電極１０３へ戻らず、縦波の影響を無視できる。この縦波は、試料溶液と流路形成基板１０５との音響インピーダンスマッチングにより、流路１０４の壁面へ吸収される。

ここで、試料溶液の流れから受ける共振周波数への影響について説明する。マイクロ流路において試料溶液の流れは層流であるので、試料溶液の流れから受ける共振周波数への影響は無視できる。乱流の場合であっても流速が遅ければ、この影響はほとんど無視できる。また、ポンプを使用して試料溶液を流路に流す際に試料溶液の流れが脈動性を有する場合、脈動流によって共振周波数は周期的に影響を受けるが、この共振周波数の信号を脈動の周期に合わせてフィルタ処理すれば、この影響は軽減できる。さらに、試料溶液の流れから受ける共振周波数への影響を完全に排除するために、共振周波数を測定している間だけ試料溶液の流れを止めてもよい。

本実施例の振動吸収構造において、縦波の影響の評価を行なった結果について説明する。水晶基板１０１は９ＭＨｚの基本共振周波数を持つ水晶振動子を使用した。水晶基板１０１には、１ｍｍφの金電極１０２、１０３および配線１０６、１０７を１００Åの厚さで蒸着して形成した。流路形成基板１０５はＰＤＭＳで作製し、流路形成基板１０５の高さは１．５ｍｍとした。流路１０４は幅２ｍｍ、深さ６０μｍとして、水晶基板１０１に流路形成基板１０５を電極１０２、１０３の位置を合わせながら接合して流路１０４を形成した。このとき、ウシ抗体またはウシ抗抗体の溶液を流路１０４に流しながら、所定の発振回路より配線１０６、１０７を通して電極１０２、１０３に電流を供給すると、電極１０２、１０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動し、検出用電極１０３から生じる縦波によって影響を受ける共振周波数の変動はなかった。

以上、本実施形態によれば、圧電振動子からなるセンサの電極より生じる縦波によって影響を受ける共振周波数の変動による誤差成分をなくすことができ、かつ、流路の天井に複雑な反射拡散構造を必要としない簡素な構造とすることができる。よって、本実施例では微量質量測定装置を低コスト化することが可能となる。

図２は本発明の第２の実施例の微量質量測定装置を示した図であり、図２（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示している。２０１は平板状の圧電基板であり、本実施例ではＡＴカットの水晶基板である。この水晶基板２０１の上に、凹状の溝が形成された流路形成基板２０５が接合されて設けられ、この凹状の溝が試料溶液を流す流路２０４である。図２に示すように、この流路２０４中に水晶基板２０１と、この水晶基板２０１の両面に設けられた電極２０２、２０３からなる圧電振動子（水晶振動子）が設置されている。２０７、２０８は、それぞれの電極２０２、２０３と図示しない測定部とを接続する配線である。

本実施例は、流路形成基板２０５のうち、水晶振動子の近傍の所定領域Ｂのみが振動吸収体２０６で形成されて流路２０４を構成しているとともに、所定領域Ｂ以外は振動吸収体ではなく、単に流路２０４を形成し特に縦波振動を吸収する機能を有しない非吸収部材で構成されている。

流路形成基板２０５のうち、所定領域Ｂ以外はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作製し、振動吸収体２０６はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作製する。流路２０４は、流路形成基板２０５と水晶基板２０１とを位置を合わせて接合することによって形成される。振動吸収体２０６の厚みは大きいほど検出用電極２０３から生じた縦波の吸収率も高くなるため、縦波から受ける共振周波数への影響が小さくなるが、その厚みは１００μｍ以上あれば縦波から受ける共振周波数への影響はほとんど無視することができる。なお、振動吸収体２０６は、検出用電極２０３から生じた縦波を吸収するために、酵素、抗体、たんぱく質、ホルモンなどの化学物質を含んだ試料溶液の音響インピーダンスと近い部材で作製することが望ましい。これらの試料溶液はいずれも水の音響インピーダンス（１．５２×１０^６［ｋｇ／ｍ^２・ｓ]）に近いので、振動吸収体２０６は水の音響インピーダンスと近い合成樹脂などの多孔質体、弾性体もしくは多孔質弾性体で作製すればよく、これらの部材であれば縦波を吸収することが可能である。また、流路形成基板２０５は、ポリプロピレン（ＰＰＰ）などの合成樹脂またはガラスで作製してもよい。

試料溶液を流路２０４に流しながら、所定の発振回路より配線２０７、２０８を通して電極２０２、２０３に電流を供給すると、電極２０２、２０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動する。このとき、検出用電極２０３から生じた縦波が、振動吸収体２０６におけるＰＤＭＳで形成された流路２０４の壁面へ吸収されることにより検出用電極２０３へ戻らず、縦波の影響を無視できる。この縦波は、試料溶液と振動吸収体２０６との音響インピーダンスマッチングにより、流路２０４の壁面へ吸収される。

本実施例の振動吸収構造において、縦波の影響の評価を行なった結果について説明する。水晶基板２０１は９ＭＨｚの基本共振周波数を持つ水晶振動子を使用した。水晶基板２０１には、１ｍｍφの金電極２０２、２０３および配線２０７、２０８を１００Åの厚さで蒸着して形成した。流路形成基板２０５のうち、所定領域Ｂ以外はＰＥＴで作製し、振動吸収体２０６はＰＤＭＳで作製して、流路形成基板２０５の高さは１．５ｍｍとした。流路２０４は幅２ｍｍ、深さ６０μｍとして、水晶基板２０１に流路形成基板２０５を電極２０２、２０３の位置を合わせながら接合して流路２０４を形成した。このとき、ウシ抗体またはウシ抗抗体の溶液を流路２０４に流しながら、所定の発振回路より配線２０７、２０８を通して電極２０２、２０３に電流を供給すると、電極２０２、２０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動し、検出用電極２０３から生じる縦波によって影響を受ける共振周波数の変動はなかった。また、実施例１では、流路形成基板１０５がＰＤＭＳからなるため材料コストが割高となるが、本実施例では、流路形成基板２０５のうち、所定領域Ｂ以外が安価な材質であるＰＥＴからなり、振動吸収体２０６のみをＰＤＭＳで構成するため、作製にかかるコストを抑えることができた。

以上、本実施形態によれば、圧電振動子からなるセンサの電極より生じる縦波によって影響を受ける共振周波数の変動による誤差成分をなくすことができ、かつ、流路の天井に複雑な反射拡散構造を必要としない簡素な構造とすることができる。よって、本実施例では微量質量測定装置を低コスト化することが可能となる。さらに、流路形成基板２０５の一部をＰＥＴやＰＰＰなどの安価な材質で構成することによって、微量質量測定装置のコストをより低減することができる。

図３は本発明の第３の実施例の微量質量測定装置を示した図であり、図３（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示している。３０１は平板状の圧電基板であり、本実施例ではＡＴカットの水晶基板である。この水晶基板３０１の上に、凹状の溝が形成された流路形成基板３０５が接合されて設けられ、この凹状の溝が試料溶液を流す流路３０４である。図３に示すように、この流路３０４中に水晶基板３０１と、この水晶基板３０１の両面に設けられた電極３０２、３０３からなる圧電振動子（水晶振動子）が設置されている。３０７、３０８は、それぞれの電極３０２、３０３と図示しない測定部とを接続する配線である。

本実施例の流路形成基板３０５は、振動吸収体ではなく単に流路３０４を形成し、特に縦波振動を吸収する機能を有しない非吸収部材と、この非吸収部材で形成された凹状溝の流路３０４の内壁面部に設けられ、しかも水晶振動子の近傍の所定領域Ｂのみを振動吸収体で被覆する被覆部３０６とからなり、部分的に２層の積層構造で構成されている。

流路形成基板３０５はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作製する。流路３０４は、所定領域Ｂにおける流路３０４の壁面上にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が被覆されて被覆部３０６を形成し、流路形成基板３０５と水晶基板３０１とを位置を合わせて接合することによって形成される。ここで、被覆部３０６の厚みが大きいほど検出用電極３０３から生じた縦波の吸収率も高くなるため、縦波から受ける共振周波数への影響が小さくなるが、その厚みは１００μｍ以上あれば縦波から受ける共振周波数への影響はほとんど無視することができる。なお、被覆部３０６は、検出用電極３０３から生じた縦波を吸収するために、酵素、抗体、たんぱく質、ホルモンなどの化学物質を含んだ試料溶液の音響インピーダンスと近い部材で作製することが望ましい。これらの試料溶液はいずれも水の音響インピーダンス（１．５２×１０^６［ｋｇ／ｍ^２・ｓ]）に近いので、被覆部３０６は水の音響インピーダンスと近い合成樹脂やゲルなどの多孔質体、弾性体もしくは多孔質弾性体で作製すればよく、これらの部材であれば縦波を吸収することが可能である。さらに、被覆部３０６にゲルを用いる場合は、リン酸ゲルなどのように、試料溶液がゲルと反応しないようなものが好ましい。また、流路形成基板３０５は、ポリプロピレン（ＰＰＰ）などの合成樹脂またはガラスで作製してもよい。

試料溶液を流路３０４に流しながら、所定の発振回路より配線３０７、３０８を通して電極３０２、３０３に電流を供給すると、電極３０２、３０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動する。このとき、検出用電極３０３から生じた縦波が、所定領域Ｂにおける流路３０４の壁面上にＰＤＭＳで形成された被覆部３０６へ吸収されることにより検出用電極３０３へ戻らず、縦波の影響を無視できる。この縦波は、試料溶液と被覆部３０６との音響インピーダンスマッチングにより、被覆部３０６へ吸収される。

本実施例の振動吸収構造において、縦波の影響の評価を行なった結果について説明する。水晶基板３０１は９ＭＨｚの基本共振周波数を持つ水晶振動子を使用した。水晶基板３０１には、１ｍｍφの金電極３０２、３０３および配線３０７、３０８を１００Åの厚さで蒸着して形成した。流路形成基板３０５はＰＥＴで作製し、流路形成基板３０５の高さは１．５ｍｍとした。流路３０４は幅２ｍｍ、深さ２００μｍとして、水晶基板３０１に流路形成基板３０５を電極３０２、３０３の位置を合わせながら接合して流路３０４を形成した。被覆部３０６は、所定領域Ｂにおける流路３０４の壁面上に厚み１００μｍのＰＤＭＳを被覆して形成した。このとき、ウシ抗体またはウシ抗抗体の溶液を流路３０４に流しながら、所定の発振回路より配線３０７、３０８を通して電極３０２、３０３に電流を供給すると、電極３０２、３０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動し、検出用電極３０３から生じる縦波によって影響を受ける共振周波数の変動はなかった。また、実施例１では、流路形成基板１０５がＰＤＭＳからなるため材料コストが割高となるが、本実施例では、流路形成基板３０５は安価な材質であるＰＥＴからなり、被覆部３０６のみをＰＤＭＳで構成するため、作製にかかるコストを抑えることができた。
以上、本実施形態によれば、圧電振動子からなるセンサの電極より生じる縦波により影響を受ける共振周波数の変動による誤差成分をなくすことができ、かつ、流路の天井に複雑な反射拡散構造を必要としない簡素な構造とすることができる。よって、本実施例では微量質量測定装置を低コスト化することが可能となる。さらに、流路形成基板３０５をＰＥＴやＰＰＰなどの安価な材質で構成することによって、微量質量測定装置のコストをより低減することができる。

図４は本発明の第４の実施例の微量質量測定装置を示した図であり、図４（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示している。４０１は平板状の圧電基板であり、本実施例ではＡＴカットの水晶基板である。この水晶基板４０１の上に、凹状の溝が形成された流路形成基板４０５が接合されて設けられ、この凹状の溝が試料溶液を流す流路４０４である。図４に示すように、この流路４０４中に水晶基板４０１と、この水晶基板４０１の両面に設けられた電極４０２、４０３からなる圧電振動子（水晶振動子）が設置されている。４０７、４０８は、それぞれの電極４０２、４０３と図示しない測定部とを接続する配線である。

本実施例は、流路形成基板４０５のうち、水晶振動子の近傍の所定領域Ｂの凹状溝の水晶振動子と対向する壁部（天井壁部）のみが振動吸収体４０６で構成され、この水晶振動子と対向する壁部（天井壁部）を除く部分、即ち、流路４０４を形成している凹状溝の側壁部分と、水晶振動子の近傍の所定領域Ｂ以外の凹状溝の天井壁部は、振動吸収体ではなく単に流路４０４を形成し、特に縦波振動を吸収する機能を有しない非吸収部材で構成されている。

流路形成基板４０５のうち、振動吸収体４０６以外の部分はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作製し、振動吸収体４０６はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作製する。流路４０４は、流路形成基板４０５と水晶基板４０１とを位置を合わせて接合することによって形成される。振動吸収体４０６の厚みは大きいほど検出用電極４０３から生じた縦波の吸収率も高くなるため、縦波から受ける共振周波数への影響が小さくなるが、その厚みは１００μｍ以上あれば縦波から受ける共振周波数への影響はほとんど無視することができる。なお、振動吸収体４０６は、検出用電極４０３から生じた縦波を吸収するために、酵素、抗体、たんぱく質、ホルモンなどの化学物質を含んだ試料溶液の音響インピーダンスと近い部材で作製することが望ましい。これらの試料溶液はいずれも水の音響インピーダンス（１．５２×１０^６［ｋｇ／ｍ^２・ｓ]）に近いので、振動吸収体４０６は水の音響インピーダンスと近い合成樹脂などの多孔質体、弾性体もしくは多孔質弾性体で作製すればよく、これらの部材であれば縦波を吸収することが可能である。また、流路形成基板４０５は、ポリプロピレン（ＰＰＰ）などの合成樹脂またはガラスで作製してもよい。

試料溶液を流路４０４に流しながら、所定の発振回路より配線４０７、４０８を通して電極４０２、４０３に電流を供給すると、電極４０２、４０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動する。このとき、検出用電極４０３から生じた縦波は、主に検出用電極４０３に対向する流路４０４の壁面へ向かうため、振動吸収体４０６におけるＰＤＭＳで形成された流路４０４の壁面で吸収され、検出用電極４０３へ戻らない。したがって、縦波の影響を無視できる。この縦波は、試料溶液と振動吸収体４０６との音響インピーダンスマッチングにより、流路４０４の壁面へ吸収される。

本実施例の振動吸収構造において、縦波の影響の評価を行なった結果について説明する。水晶基板４０１は９ＭＨｚの基本共振周波数を持つ水晶振動子を使用した。水晶基板４０１には、１ｍｍφの金電極４０２、４０３および配線４０７、４０８を１００Åの厚さで蒸着して形成した。流路形成基板４０５のうち、振動吸収体４０６以外の部分は高さ１．５ｍｍとしてＰＥＴで作製し、振動吸収体４０６は高さ１．４ｍｍとしてＰＤＭＳで作製した。流路４０４は幅２ｍｍ、深さ１００μｍとして、水晶基板４０１に流路形成基板４０５を電極４０２、４０３の位置を合わせながら接合して流路４０４を形成した。このとき、ウシ抗体またはウシ抗抗体の溶液を流路４０４に流しながら、所定の発振回路より配線４０７、４０８を通して電極４０２、４０３に電流を供給すると、電極４０２、４０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動し、検出用電極４０３から生じる縦波によって影響を受ける共振周波数の変動はなかった。また、実施例１では、流路形成基板１０５がＰＤＭＳからなるため材料コストが割高となるが、本実施例では、流路形成基板４０５のうち、振動吸収体４０６以外の部分は安価な材質であるＰＥＴからなり、振動吸収体４０６のみをＰＤＭＳで構成するため、作製にかかるコストを抑えることができた。

以上、本実施形態によれば、圧電振動子からなるセンサの電極より生じる縦波によって影響を受ける共振周波数の変動による誤差成分をなくすことができ、かつ、流路の天井に複雑な反射拡散構造を必要としない簡素な構造とすることができる。よって、本実施例では微量質量測定装置を低コスト化することが可能となる。さらに、流路形成基板４０５の一部をＰＥＴやＰＰＰなどの安価な材質で構成することによって、微量質量測定装置のコストをより低減することができる。

図５は本発明の第５の実施例の微量質量測定装置を示した図であり、図５（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示している。５０１は平板状の圧電基板であり、本実施例ではＡＴカットの水晶基板である。この水晶基板５０１の上に、凹状の溝が形成された流路形成基板５０５が接合されて設けられ、この凹状の溝が試料溶液を流す流路５０４である。図５に示すように、この流路５０４中に水晶基板５０１と、この水晶基板５０１の両面に設けられた電極５０２、５０３からなる圧電振動子（水晶振動子）が設置されている。５０７、５０８は、それぞれの電極５０２、５０３と図示しない測定部とを接続する配線である。

本実施例の流路形成基板５０５は、振動吸収体ではなく単に流路５０４を形成し、特に縦波振動を吸収する機能を有しない非吸収部材と、この非吸収部材で形成された凹状溝の流路の内壁面部で、しかも水晶振動子の近傍の所定領域Ｂであって、電極５０３の設置位置に対向する流路壁面部のみを振動吸収体で被覆する被覆部５０６とからなり、実施例３の構造よりも更に極小の部分のみを振動吸収体で覆った構造である。

流路形成基板５０５はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作製する。流路５０４は、検出用電極５０３の設置位置に対向する流路５０４の壁面上にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が被覆されて被覆部５０６を形成し、流路形成基板５０５と水晶基板５０１とを位置を合わせて接合することによって形成される。ここで、被覆部５０６の厚みが大きいほど検出用電極５０３から生じた縦波の吸収率も高くなるため、縦波から受ける共振周波数への影響が小さくなるが、その厚みは１００μｍ以上あれば縦波から受ける共振周波数への影響はほとんど無視することができる。なお、被覆部５０６は、検出用電極５０３から生じた縦波を吸収するために、酵素、抗体、たんぱく質、ホルモンなどの化学物質を含んだ試料溶液の音響インピーダンスと近い部材で作製することが望ましい。これらの試料溶液はいずれも水の音響インピーダンス（１．５２×１０^６［ｋｇ／ｍ^２・ｓ]）に近いので、被覆部５０６は水の音響インピーダンスと近い合成樹脂やゲルなどの多孔質体、弾性体もしくは多孔質弾性体で作製すればよく、これらの部材であれば縦波を吸収することが可能である。さらに、被覆部５０６にゲルを用いる場合は、リン酸ゲルなどのように、試料溶液がゲルと反応しないようなものが好ましい。また、流路形成基板５０５は、ポリプロピレン（ＰＰＰ）などの合成樹脂またはガラスで作製してもよい。

試料溶液を流路５０４に流しながら、所定の発振回路より配線５０７、５０８を通して電極５０２、５０３に電流を供給すると、電極５０２、５０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動する。このとき、検出用電極５０３から生じた縦波は、主に検出用電極５０３に対向する流路５０４の壁面へ向かうため、ＰＤＭＳで形成された被覆部５０６で吸収され、検出用電極５０３へ戻らない。したがって、縦波の影響を無視できる。この縦波は、試料溶液と被覆部５０６との音響インピーダンスマッチングにより、被覆部５０６へ吸収される。

本実施例の振動吸収構造において、縦波の影響の評価を行なった結果について説明する。水晶基板５０１は９ＭＨｚの基本共振周波数を持つ水晶振動子を使用した。水晶基板５０１には、１ｍｍφの金電極５０２、５０３および配線５０７、５０８を１００Åの厚さで蒸着して形成した。流路形成基板５０５はＰＥＴで作製し、流路形成基板５０５の高さは１．５ｍｍとした。流路５０４は幅２ｍｍ、深さ２００μｍとして、水晶基板５０１に流路形成基板５０５を電極５０２、５０３の位置を合わせながら接合して流路５０４を形成した。被覆部５０６は、検出用電極５０３に対向する流路５０４の壁面上に厚み１００μｍのＰＤＭＳを被覆して形成した。このとき、ウシ抗体またはウシ抗抗体の溶液を流路５０４に流しながら、所定の発振回路より配線５０７、５０８を通して電極５０２、５０３に電流を供給すると、電極５０２、５０３に挟まれた部分が共振周波数にて振動し、検出用電極５０３から生じる縦波によって影響を受ける共振周波数の変動はなかった。また、実施例１では、流路形成基板１０５がＰＤＭＳからなるため材料コストが割高となるが、本実施例では、流路形成基板５０５が安価な材質であるＰＥＴからなり、被覆部５０６のみをＰＤＭＳで構成するため、作製にかかるコストを抑えることができた。

以上、本実施形態によれば、圧電振動子からなるセンサの電極より生じる縦波により影響を受ける共振周波数の変動による誤差成分をなくすことができ、かつ、流路の天井に複雑な反射拡散構造を必要としない簡素な構造とすることができる。よって、本実施例では微量質量測定装置を低コスト化することが可能となる。さらに、流路形成基板５０５をＰＥＴやＰＰＰなどの安価な材質で構成することによって、微量質量測定装置のコストをより低減することができる。

本発明の実施例１の微量質量測定装置を示す説明図であり、（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。本発明の実施例２の微量質量測定装置を示す説明図であり、（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。本発明の実施例３の微量質量測定装置を示す説明図であり、（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。本発明の実施例４の微量質量測定装置を示す説明図であり、（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。本発明の実施例５の微量質量測定装置を示す説明図であり、（ａ）は微量質量測定装置における振動吸収構造を上方から見た平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。従来例の微量質量測定装置における反射拡散構造を示す説明図であり、（ａ）は反射拡散構造を上方から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。

符号の説明

１１水晶基板
１２電極
１３電極（検出用電極）
１４流路形成基板
１５流路
１６反射拡散構造
１７配線
１８配線
１０１水晶基板
１０２電極
１０３電極（検出用電極）
１０４流路
１０５流路形成基板
１０６配線
１０７配線
２０１水晶基板
２０２電極
２０３電極（検出用電極）
２０４流路
２０５流路形成基板
２０６振動吸収体
２０７配線
２０８配線
３０１水晶基板
３０２電極
３０３電極（検出用電極）
３０４流路
３０５流路形成基板
３０６被覆部
３０７配線
３０８配線
４０１水晶基板
４０２電極
４０３電極（検出用電極）
４０４流路
４０５流路形成基板
４０６振動吸収体
４０７配線
４０８配線
５０１水晶基板
５０２電極
５０３電極（検出用電極）
５０４流路
５０５流路形成基板
５０６被覆部
５０７配線
５０８配線

Claims

試料溶液を流す流路と、該流路内に設置した圧電振動子とを備え、該圧電振動子の共振周波数を測定することにより、前記試料溶液中に含まれる化学物質が前記圧電振動子に付着する質量を測定する微量質量測定装置において、
前記圧電振動子の近傍に、前記圧電振動子から生じる縦波振動を吸収する振動吸収体を有することを特徴とする微量質量測定装置。
前記流路は、前記圧電振動子を形成する圧電基板上に、凹状溝が形成された流路形成基板を接合して形成されていることを特徴とする請求項１記載の微量質量測定装置。
前記流路形成基板が、前記振動吸収体であることを特徴とする請求項２記載の微量質量測定装置。
前記流路形成基板は、前記振動吸収体と、前記縦波振動を吸収しない非吸収部材とからなることを特徴とする請求項２記載の微量質量測定装置。
前記流路形成基板のうち、前記圧電振動子の近傍の所定領域が前記振動吸収体であり、前記所定領域以外が前記非吸収部材であることを特徴とする請求項４記載の微量質量測定装置。
前記流路形成基板は、前記流路を形成する前記非吸収部材と、該非吸収部材で形成された前記流路の内壁面部に設けられ、前記水晶振動子の近傍の所定領域を被覆する振動吸収体からなる被覆部とを有することを特徴とする請求項４記載の微量質量測定装置。
前記流路形成基板のうち、前記圧電振動子の近傍領域の前記凹状溝の前記圧電振動子と対向する壁部が前記振動吸収体からなり、前記壁部以外は前記非吸収部材からなることを特徴とする請求項４記載の微量質量測定装置。
前記被覆部は、前記圧電振動子と対向する壁面部のみに形成されていることを特徴とする請求項６記載の微量質量測定装置。
前記圧電基板は水晶基板であり、前記圧電振動子は水晶振動子であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の微量質量測定装置。
前記振動吸収体は、化学物質を含んだ前記試料溶液の音響インピーダンスと整合可能な音響インピーダンスを有する部材からなることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の微量質量測定装置。